(57)【要約】【課題】電源電圧や出力端子の電圧変動によらず、安定的な駆動電流を生成可能なレーザダイオードの駆動回路を提供する。【解決手段】出力カレントミラー回路１０は、その入力側トランジスタＭ１に入力される電流Ｉｉｎを増幅し、出力端子１０２を介してレーザダイオード４に出力する。レプリカカレントミラー回路１２は、その入力側トランジスタＭ３に第２基準電流Ｉｒｅｆ２が入力される。電圧調節部２０は、レプリカカレントミラー回路１２の出力側トランジスタＭ４の一端の電位Ｖｏｕｔ’を、出力カレントミラー回路１０の出力側トランジスタＭ２の対応する一端の電位Ｖｏｕｔと等しくなるように調節する。補正電流生成部３０は、レプリカカレントミラー回路１２の出力電流Ｉｏｕｔ’に応じた補正電流Ｉｃｏｍｐを生成する。出力カレントミラー回路１０の入力側トランジスタＭ１には、補正電流Ｉｃｏｍｐと第１基準電流Ｉｒｅｆ１の合成電流が供給される。【選択図】図２
2012019015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザダイオードに駆動電流を供給する駆動回路であって、
駆動対象のレーザダイオードが接続される出力端子と、
第１基準電流を生成する第１電流源と、
前記第１基準電流と同じ電流レベルの第２基準電流を生成する第２電流源と、
その入力側トランジスタに入力される電流を増幅し、前記出力端子を介して前記レーザダイオードに出力する出力カレントミラー回路と、
その入力側トランジスタに前記第２基準電流が入力されたレプリカカレントミラー回路と、
前記レプリカカレントミラー回路の出力側トランジスタの一端の電位を、前記出力カレントミラー回路の出力側トランジスタの対応する一端の電位と等しくなるように調節する電圧調節部と、
前記レプリカカレントミラー回路の出力電流に応じた補正電流を生成する補正電流生成部と、
を備え、
前記出力カレントミラー回路の前記入力側トランジスタには、前記補正電流と前記第１基準電流の合成電流が供給されることを特徴とする駆動回路。
【請求項２】
前記補正電流生成部は、
前記第１基準電流と同じ電流レベルの第３基準電流を生成する第３電流源を含み、
前記レプリカカレントミラー回路の出力電流と前記第３基準電流の差分を、前記補正電流として出力することを特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
【請求項３】
前記補正電流生成部は、
前記レプリカカレントミラー回路の出力電流を折り返す第１カレントミラー回路と、
前記第１カレントミラー回路の出力電流を折り返す第２カレントミラー回路と、
前記第２カレントミラー回路の出力端子に接続され、前記第１基準電流と同じ電流レベルの第３基準電流を生成する第３電流源と、
を含み、
前記第３基準電流と前記第２カレントミラー回路の出力電流の差分を、前記補正電流として出力することを特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
【請求項４】
前記電圧調節部は、
前記レプリカカレントミラー回路の出力側トランジスタの経路上に設けられた調節用トランジスタと、
その出力端子が前記調節用トランジスタの制御端子と接続され、その第１入力端子に前記出力カレントミラー回路の出力側トランジスタの一端の電位が入力され、その第２入力端子に、前記レプリカカレントミラー回路の出力側トランジスタの一端の電位が入力された誤差増幅器と、
を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の駆動回路。
【請求項５】
レーザダイオードと、
前記レーザダイオードを駆動する請求項１から４のいずれかに記載の駆動回路と、
を備えることを特徴とする発光装置。
【請求項６】
請求項５に記載の発光装置を備えることを特徴とするディスク装置。
【請求項７】
請求項５に記載の発光装置を備えることを特徴とするレーザプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザダイオード（半導体レーザ）の駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、Ｂｌｕ−Ｒａｙをはじめとする光ディスク装置にデータを書き込み、あるいはデータを読み出すために、レーザダイオードが使用される。その他、レーザプリンタや光通信にも、レーザダイオードが広く利用されている。
【０００３】
レーザダイオードを発光させるためには、しきい値電流を超える駆動電流を供給する必要がある。駆動電流をしきい値電流よりもマージンを考慮して高く設定すれば、確実にレーザダイオードを発光させることができるが、消費電力が増大する。したがって一般的には、消費電力をなるべく小さくするために、駆動電流は、しきい値電流よりもわずかに高いレベルに設定されるが、この場合、駆動電流に許容される変動量は厳しくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２３２８８１号公報
【特許文献２】特開平１０−３３５９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１（ａ）〜（ｃ）は、レーザダイオードの駆動回路の構成例を示す回路図である。駆動回路１１００ａ〜１１００ｃは、所定レベルを有する入力電流Ｉｉｎを増幅し、レーザダイオード４に出力電流（駆動電流）Ｉｏｕｔを供給するカレントミラー回路ＣＭを備える。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、出力端子ＯＵＴの電圧レベルや、電源電圧Ｖｄｄのレベルによらず、出力電流Ｉｏｕｔを一定に保つために、カスコード型のカレントミラー回路ＣＭが利用される。ところが、駆動電流Ｉｏｕｔが大きな場合には、出力トランジスタのサイズを大きくする必要があるため、カスコード型カレントミラー回路では、回路面積の増大が顕著となる。
【０００６】
電源電圧Ｖｄｄの変動に対する駆動電流Ｉｏｕｔの変動を抑制するために、図１（ｃ）に示すように、リニアレギュレータＬＤＯの出力電圧をカレントミラー回路ＣＭに供給する方法も考えられる。この方法では、回路面積の増大は抑制できるが、出力端子ＯＵＴの電圧変動に起因する駆動電流Ｉｏｕｔの変動を抑制できない。
【０００７】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、電源電圧や出力端子の電圧変動によらず、安定的な駆動電流を生成可能なレーザダイオードの駆動回路の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある態様は、レーザダイオードに駆動電流を供給する駆動回路に関する。駆動回路は、駆動対象のレーザダイオードが接続される出力端子と、第１基準電流を生成する第１電流源と、第１基準電流と同じ電流レベルの第２基準電流を生成する第２電流源と、その入力側トランジスタに入力される電流を増幅し、出力端子を介してレーザダイオードに出力する出力カレントミラー回路と、その入力側トランジスタに第２基準電流が入力されたレプリカカレントミラー回路と、レプリカカレントミラー回路の出力側トランジスタの一端の電位を、出力カレントミラー回路の出力側トランジスタの対応する一端の電位と等しくなるように調節する電圧調節部と、レプリカカレントミラー回路の出力電流に応じた補正電流を生成する補正電流生成部と、を備える。出力カレントミラー回路の入力側トランジスタには、補正電流と第１基準電流の合成電流が供給される。
【０００９】
この態様によると、電圧調節部により、出力カレントミラー回路とレプリカカレントミラー回路の電気状態は等しく調節されるため、レプリカカレントミラー回路の出力電流は、駆動回路の出力電流と同じ電源電圧依存性、出力端子電圧依存性を有する。そこでレプリカカレントミラー回路の出力電流に応じた補正電流によって、出力カレントミラー回路の入力電流を補正することにより、駆動回路の出力電流を、電源電圧および出力端子電圧に依存しない一定レベルに保つことができる。
【００１０】
補正電流生成部は、第１基準電流と同じ電流レベルの第３基準電流を生成する第３電流源を含んでもよい。レプリカカレントミラー回路の出力電流と第３基準電流の差分に応じた電流を、補正電流として出力してもよい。
【００１１】
補正電流生成部は、レプリカカレントミラー回路の出力電流を折り返す第１カレントミラー回路と、第１カレントミラー回路の出力電流を折り返す第２カレントミラー回路と、第２カレントミラー回路の出力端子に接続され、第１基準電流と同じ電流レベルの第３基準電流を生成する第３電流源と、を含んでもよい。第３基準電流と第２カレントミラー回路の出力電流の差分に応じた電流を、補正電流として出力してもよい。
【００１２】
本発明の別の態様は、発光装置である。この発光装置は、レーザダイオードと、レーザダイオードを駆動する上述の駆動回路と、を備える。
【００１３】
この態様によると、レーザダイオードに安定した駆動電流を供給できるため、安定した発光輝度を得ることができる。
【００１４】
本発明のさらに別の態様は、ディスク装置である。このディスク装置は、上述の発光装置を備える。
【００１５】
本発明のさらに別の態様は、レーザプリンタである。このレーザプリンタは、上述の発光装置を備える。
【００１６】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る駆動回路によれば、電源電圧や出力端子の電圧変動によらず、安定した駆動電流を生成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１（ａ）〜（ｃ）は、レーザダイオードの駆動回路の構成例を示す回路図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る駆動回路を備える発光装置の構成を示す回路図である。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）は、出力電流の、電源電圧および出力端子電圧それぞれに対する依存性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００２０】
本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合や、部材Ａと部材Ｂが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
【００２１】
図２は、本発明の実施の形態に係る駆動回路１００を備える発光装置２の構成を示す回路図である。発光装置２は、レーザダイオード４および駆動回路１００を備える。
駆動回路１００の出力端子１０２には、レーザダイオード４が接続される。駆動回路１００は、レーザダイオード４に駆動電流Ｉｏｕｔを供給し、レーザダイオード４を駆動電流Ｉｏｕｔに応じた輝度で発光させる。発光装置２は、光ディスク装置、レーザプリンタ、光通信装置に利用できるが、その用途は限定されない。
【００２２】
駆動回路１００は、出力カレントミラー回路１０、レプリカカレントミラー回路１２、電圧調節部２０、補正電流生成部３０、第１電流源ＣＳ１、第２電流源ＣＳ２を備える。
【００２３】
第１電流源ＣＳ１は、第１基準電流Ｉｒｅｆ１を生成する。第２電流源ＣＳ２は、第１基準電流Ｉｒｅｆ１と同じ電流レベルの第２基準電流Ｉｒｅｆ２を生成する。第１電流源ＣＳ１および第２電流源ＣＳ２は、入力側トランジスタを共有するカレントミラー回路であってもよい。
【００２４】
出力カレントミラー回路１０は、その入力側トランジスタＭ１に入力される電流Ｉｉｎを増幅し、出力端子１０２に出力する。出力カレントミラー回路１０のミラー比（電流増幅率）をＫ１とする。入力側トランジスタＭ１と出力側トランジスタＭ２のゲートは、入力側トランジスタＭ１のドレインと共通に接続され、それらのソースには電源電圧Ｖｄｄが供給される。出力側トランジスタＭ２のドレインは、出力端子１０２と接続される。入力側トランジスタＭ１と出力側トランジスタＭ２のサイズ比は、ミラー比Ｋ１に応じて設計され、たとえば１：１００である。
【００２５】
レプリカカレントミラー回路１２は、その入力側トランジスタＭ３に入力された第２基準電流Ｉｒｅｆ２をコピーする。レプリカカレントミラー回路１２のミラー比をＫ２とする。入力側トランジスタＭ３と出力側トランジスタＭ４のゲートは、入力側トランジスタＭ３のドレインと共通に接続され、それらのソースには、電源電圧Ｖｄｄが供給される。たとえば入力側トランジスタＭ３と出力側トランジスタＭ４のサイズ比は、ミラー比Ｋ２に応じて設計され、好ましくは１：１である。
【００２６】
電圧調節部２０は、レプリカカレントミラー回路１２の出力側トランジスタＭ４の一端（ドレイン）の電位を、出力カレントミラー回路１０の出力側トランジスタＭ２の対応する一端（ドレイン）の電位、つまり出力端子１０２の電位Ｖｏｕｔと等しくなるように調節する。
【００２７】
電圧調節部２０は、誤差増幅器２２および調節用トランジスタ２４を含む。調節用トランジスタ２４は、レプリカカレントミラー回路１２の出力電流Ｉｏｕｔ’の経路上に設けられる。誤差増幅器２２の非反転入力端子には、出力端子１０２の電位Ｖｏｕｔが印加されており、誤差増幅器２２の出力端子は、調節用トランジスタ２４のゲートと接続され、誤差増幅器２２の反転入力端子は、出力側トランジスタＭ４のドレインと接続される。
【００２８】
誤差増幅器２２によって、出力側トランジスタＭ４のドレインの電位Ｖｏｕｔ’と、出力側トランジスタＭ２のドレインの電位Ｖｏｕｔが等しくなるように、調節用トランジスタ２４のゲート電圧が調節される。
【００２９】
補正電流生成部３０は、レプリカカレントミラー回路１２の出力電流Ｉｏｕｔ’に応じた補正電流Ｉｃｏｍｐを生成する。
【００３０】
補正電流生成部３０は、第３電流源ＣＳ３、第１カレントミラー回路３２、第２カレントミラー回路３４を含む。第３電流源ＣＳ３は、第１基準電流Ｉｒｅｆ１および第２基準電流Ｉｒｅｆ２と同じ電流レベルの第３基準電流Ｉｒｅｆ３を生成する。第１カレントミラー回路３２は、レプリカカレントミラー回路１２の出力電流を折り返す。第２カレントミラー回路３４は、第１カレントミラー回路３２の出力電流を折り返す。第１カレントミラー回路３２および第２カレントミラー回路３４は、カスコード型カレントミラー回路であることが望ましいが、そうでなくてもよい。
【００３１】
補正電流生成部３０は、レプリカカレントミラー回路１２の出力電流Ｉｏｕｔ’と第３基準電流Ｉｒｅｆ３の差分に応じた電流を、補正電流Ｉｃｏｍｐとして出力する。
Ｉｃｏｍｐ＝Ｉｒｅｆ３−Ｉｏｕｔ’
ここでは、補正電流Ｉｃｏｍｐが補正電流生成部３０に流れ込む（シンク）向きを正方向にとっている。したがって補正電流Ｉｃｏｍｐが補正電流生成部３０から流れ出る（ソース）とき、補正電流Ｉｃｏｍｐは負電流となる。
【００３２】
出力カレントミラー回路１０の入力側トランジスタＭ１には、補正電流Ｉｃｏｍｐと第１基準電流Ｉｒｅｆ１の合成電流（Ｉｒｅｆ１＋Ｉｃｏｍｐ）が供給される。
【００３３】
以上が駆動回路１００の構成である。続いてその動作を説明する。
理想的には、駆動回路１００は、入力された電流Ｉｉｎを正確にミラー比Ｋ１倍した出力電流Ｉｏｕｔを生成する。
駆動回路１００に供給される電源電圧Ｖｄｄが変動したり、出力端子１０２の電位Ｖｏｕｔが変動したりすると、トランジスタＭ１、Ｍ２のドレインソース間電圧は変動するため、チャネル長変調効果によってミラー比はＫ１の理想値より小さくまたは大きくなり、入力電流Ｉｉｎが一定であっても、出力電流Ｉｏｕｔが変動することになる。
【００３４】
ここで出力カレントミラー回路１０とレプリカカレントミラー回路１２に着目すると、それらに供給される電源電圧Ｖｄｄは等しく、また入力側トランジスタＭ１、Ｍ３に供給される電流Ｉｉｎ（≒Ｉｒｅｆ１）、Ｉｒｅｆ２もほぼ等しい。さらに出力側トランジスタＭ２、Ｍ４それぞれのドレイン電圧Ｖｏｕｔ、Ｖｏｕｔ’は、電圧調節部２０によって等しく調節される。したがって、レプリカカレントミラー回路１２は、出力カレントミラー回路１０の電気的状態を精度良く再現しており、出力カレントミラー回路１０およびレプリカカレントミラー回路１２の電気的な状態はほとんど等価とみなすことができる。つまり出力カレントミラー回路１０において生ずるミラー比の変動（チャネル長変調効果）と、レプリカカレントミラー回路１２において生ずるミラー比の変動は等しい。
【００３５】
レプリカカレントミラー回路１２の出力電流Ｉｏｕｔ’と、もとの基準電流Ｉｒｅｆ２との差分は、レプリカカレントミラー回路１２において生じているチャネル長変調効果によるミラー比Ｋ２の変動を表している。チャネル長変調効果が無ければ、２つの電流Ｉｏｕｔ’とＩｒｅｆ２は等しいため、差分電流Ｉｒｅｆ２−Ｉｏｕｔ’はゼロとなり、チャネル長変調効果が大きくなるほど、差分電流Ｉｒｅｆ２−Ｉｏｕｔ’は大きくなる。
【００３６】
そこで補正電流生成部３０において、基準電流Ｉｒｅｆ２と同じレベルの基準電流Ｉｒｅｆ３を生成し、補正電流Ｉｃｏｍｐ（＝Ｉｒｅｆ３−Ｉｏｕｔ’）を生成する。上述のようにレプリカカレントミラー回路１２と出力カレントミラー回路１０におけるチャネル長変調効果の影響は等しいため、補正電流Ｉｃｏｍｐを出力カレントミラー回路１０の入力電流Ｉｉｎにフィードバックすることにより、チャネル長変調効果の影響をキャンセルし、出力カレントミラー回路１０の出力電流Ｉｏｕｔを一定に保つことができる。
【００３７】
図３（ａ）、（ｂ）は、出力電流Ｉｏｕｔの、電源電圧Ｖｄｄおよび出力端子電圧Ｖｏｕｔそれぞれに対する依存性を示す図である。（Ｉ）は、図２の駆動回路１００の特性を示し、（II）は通常のカレントミラー回路の特性を示す。
【００３８】
図３（ａ）に示すように、一般的なカレントミラー回路では、電源電圧Ｖｄｄが高くなると、出力側トランジスタのドレインソース間電圧が大きくなるため、ミラー比が大きくなって出力電流Ｉｏｕｔは増加してしまう。これに対して、図２の駆動回路１００によれば、（Ｉ）に示すように電源電圧Ｖｄｄによらずほぼ一定の出力電流Ｉｏｕｔを得ることができる。
【００３９】
また、図３（ｂ）に示すように、一般的なカレントミラー回路では、出力端子電圧Ｖｏｕｔが高くなると、出力側トランジスタのドレインソース間電圧が小さくなるため、ミラー比が小さくなって出力電流Ｉｏｕｔは減少してしまう。これに対して、図２の駆動回路１００によれば、（Ｉ）に示すように出力端子電圧Ｖｏｕｔによらずほぼ一定の出力電流Ｉｏｕｔを得ることができる。
【００４０】
さらに図２の駆動回路１００によれば、出力カレントミラー回路１０としてカスコード型カレントミラー回路を用いる必要がなく、また電源電圧Ｖｄｄを安定化するためのＬＤＯが不要であるため、図１（ａ）〜（ｃ）に比べて回路面積を削減できる。
【００４１】
実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、変形例を示す。
【００４２】
補正電流生成部３０の第１カレントミラー回路３２および第２カレントミラー回路３４は省略することができる。この場合、調節用トランジスタ２４のドレインを、第３電流源ＣＳ３と直接接続すればよい。
【００４３】
実施の形態では、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を用いる構成を説明したが、バイポーラトランジスタを用いてもよい。
【００４４】
図１では、駆動回路１００がレーザダイオード４のアノードに対して駆動電流Ｉｏｕｔをはき出す場合（Source-type）について説明したが、レーザダイオード４のカソードから駆動電流Ｉｏｕｔを吸い込む形式（Sink-type）で構成してもよい。この場合、図１の駆動回路１００の電源端子と接地端子を天地反転させて、駆動回路１００のＮチャンネルをＰチャンネルに、ＰチャンネルをＮチャンネルに変更すればよい。
【００４５】
実施の形態にもとづき本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎないことはいうまでもなく、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００４６】
ＣＳ１…第１電流源、Ｍ１…入力側トランジスタ、２…発光装置、ＣＳ２…第２電流源、Ｍ２…出力側トランジスタ、ＣＳ３…第３電流源、Ｍ３…入力側トランジスタ、４…レーザダイオード、Ｍ４…出力側トランジスタ、１０…出力カレントミラー回路、１２…レプリカカレントミラー回路、２０…電圧調節部、２２…誤差増幅器、２４…調節用トランジスタ、３０…補正電流生成部、３２…第１カレントミラー回路、３４…第２カレントミラー回路、１００…駆動回路、１０２…出力端子。
【図１】
2012019015.tif 000003
【図２】
2012019015.tif 000004
【図３】
2012019015.tif 000005