(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多値のパワーレベルを設定する電流源と、
多値のパワーレベルを書き込みクロックパルスで電流スイッチングするための差動トランジスタ群と、
半導体レーザ駆動電流を増幅するカレントミラー回路と、
前記カレントミラー回路の出力によって駆動される半導体レーザと
を備えた半導体レーザ駆動回路において、
前記カレントミラー回路のトランジスタのベース側に半導体レーザ駆動信号を微分した信号を該駆動信号に重畳して与えた
ことを特徴とする半導体レーザ駆動回路。
【請求項２】
多値のパワーレベルを設定する電流源と、
多値のパワーレベルを書き込みクロックパルスで電流スイッチングするための差動トランジスタ群と、
半導体レーザ駆動電流を増幅するカレントミラー回路と、
前記カレントミラー回路の出力によって駆動される半導体レーザと
を備えた半導体レーザ駆動回路において、
前記差動トランジスタ群と同構成の第２の差動トランジスタ群と、
前記電流源により設定される電流レベルに比例する第２の電流源と、
前記第２の差動トランジスタ群で生成された波形補正電圧を電流に変換するバッファと、
このバッファと前記カレントミラー回路のトランジスタのベースとの間に挿入される容量と
により構成した波形補正回路を設けた
ことを特徴とする半導体レーザ駆動回路。
【請求項３】
前記波形補正回路のバッファは、前記カレントミラー回路のベースに対して電流の流し込み方向と引き込み方向の双方向で動作する構成とした請求項２記載の半導体レーザ駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録可能なディスクの書き込み装置や光通信装置等で用いられる半導体レーザの駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザは極めて小型で、かつ駆動電流に高速に応答するため、光ディスク装置、光通信装置、レーザプリンタの光源として広く使用されている。
書き換え可能な光ディスクとしては相変化光ディスク、光磁気ディスクが広く知られており、記録、再生、消去する際に照射されるレーザ光の出力が異なる。すなわち、記録時は光ディスクにピットと呼ばれる記録マークを作るために、レーザビームの出力を高くする（例えば３０ｍＷ以上）が、再生時は記録ピットを破壊することなく情報の読み出しを行うことができるように、記録時よりも弱い出力（例えば３ｍＷ）のレーザビームを光ディスクに照射するようにしている。
【０００３】
記録方法としては、記録マークの両端の変化を記録するマークエッジ記録と、記録マークの中心位置に情報を載せるマークポジション記録が知られている。近年では、高密度化の優位性からマークエッジ記録を用いた書き換え可能な相変化光ディスクの研究が進んでいる。
【０００４】
マークエッジ記録でのマークの形状歪によるデータ誤りを抑える技術として、ライトストラテジ技術が知られている。これは、レーザ光による記録波形を複数の短パルスに分割してレーザ光を照射する技術で、記録マークの後端部における熱の蓄積を抑え、記録マークの涙滴型現象（記録マークの後方が前方に比較して幅広になる）を抑えることができ、記録マークの歪を解消するようにしたものである。
【０００５】
図３にライトストラテジ技術を説明するためのタイムチャートの例を示す。（ａ）は書き込みクロックパルスＷｒｉｔｅＣＬＫの波形、（ｂ）は記録マーク、（ｃ）はレーザ駆動波形を示している。（ｃ）のレーザ駆動波形は、パルス幅変調、強度変調の複合された変調波形であり、３種類のパワーレベルを持つ複数のレーザパルスを利用し、作りたい記録マーク長によってパルスの数を変え、パルス幅、パワーレベルを最適に設定することにより、図３（ｂ）に示す最適な記録マークができる。
【０００６】
図３（ｃ）に示すレーザ駆動波形において、３種類のパワーレベルを高いレベルから順に、ピークパワー、イレーズパワー、クールパワーとする。ピークパワーのレーザ光でディスクを照射すると、ディスクの記録膜が溶融される。その後急冷（クールレベル）すると、光の反射率が低いアモルファス（非結晶）状態となる。これが記録マークとして利用される。
【０００７】
また、イレーズパワーのレーザ光でディスクを照射すると、記録膜は結晶状態となる。レーザ光の照射前に非結晶状態であった部分は結晶状態になり、元々結晶状態であったところは、そのまま結晶状態に留まる。これにより記録マークを消去でき、オーバーライト（重ね書きによる書き換え）が可能となる。
【０００８】
近年の高密度、高転送レート化において、図３（ａ）の書き込みクロックパルスＷｒｉｔｅＣＬＫの周波数は上がっていき、そのため要求されるレーザパルスの幅も狭くなっており、最短パルス幅は数ｎｓ程度にまで狭くなってきている。そのため、レーザ駆動波形の高速化が重要課題となってきている。
【０００９】
半導体レーザは、簡易的に図４に示すようなＬＣＲの等価回路で表すことができる。Ｌはパッケージのリードや金ワイヤのインダクタンス、Ｃはサブマウントやリード引き出し絶縁部の寄生容量、Ｒは半導体レーザの閾値電流以上でのＩ−Ｖ特性（微分抵抗）を表している。
【００１０】
このＬＣＲの値はレーザの種類によってさまざまであり、これにより半導体レーザ単体の周波数特性が決定される。
また、半導体レーザの周波数特性は、半導体レーザ駆動回路の構成によっても制約される。
【００１１】
図５は従来の半導体レーザ駆動回路の構成例を示す回路図であり、クールパワーレベル、イレーズパワーレベルおよびピークパワーレベルの３値の記録波形を駆動する例を示している。半導体レーザＬＤを駆動する駆動回路部１０は、３値のパワーレベルを設定する電流源４，５，６と、その３値のパワーレベルを書き込みクロックパルスで電流スイッチングするためのＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ６からなるトランジスタ差動対１，２，３と、駆動電流を増幅して半導体レーザＬＤを駆動するＰＮＰトランジスタＰ１，Ｐ２からなるカレントミラー回路８とを備えている。
【００１２】
ＸＰＴ，ＸＥＴ，ＸＣＴはトランジスタ差動対１〜３をオン／オフさせるタイミング信号を示し、トランジスタ差動対１，２，３の片方のトランジスタＱ２，Ｑ４，Ｑ６のベースには基準電圧源７が接続されている。
【００１３】
図６は、タイミング信号ＸＰＴ，ＸＥＴ，ＸＣＴから所望のレーザ駆動波形を発生させる例を示すもので、タイミング信号ＸＰＴ，ＸＥＴ，ＸＣＴに応じて任意に設定した電流Ｉｐ，Ｉｅ，Ｉｃを電流源４，５，６により加算することで、所望のレーザ駆動波形をつくる。
【００１４】
図５では、ＮＰＮトランジスタの差動対１〜３はシングル動作で、タイミング信号ＸＰＴ，ＸＥＴ，ＸＣＴを使用しているが、回路を少し変えて差動信号またはＸＰＴ，ＸＥＴ，ＸＣＴと逆相の信号を使用する場合もある。
【００１５】
タイミング信号ＸＰＴ，ＸＥＴ，ＸＣＴによって加算された電流がトランジスタＰ１，Ｐ２により構成されるカレントミラー回路８によって折り返され、同時にこのカレントミラー回路８によって電流増幅されて、半導体レーザＬＤに電流ＩLDを供給する。
【００１６】
ここで記録ピークレベルのレーザ駆動電流ＩLDは数百ｍＡ以上になるため、トランジスタＰ１およびＰ２のトランジスタ単体の周波数特性、電流増幅特性のリニアリティがよいところで使うためには、半導体チップ上のトランジスタサイズを大きくする必要があり、そのためトランジスタＰ１，Ｐ２のコレクタに付随する寄生容量Ｃis1，Ｃis2も大きくなってしまう。これにより、駆動回路部１０の周波数特性も帯域制限されてしまう。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、パルスを使用するライトストラテジ技術では、半導体レーザ単体の特性や駆動回路の周波数特性により帯域制限されると、図７（ａ）の理想的な記録波形および（ｂ）の帯域制限された記録波形に示すように、パルス幅が狭くなるにつれて、レーザ駆動波形がピークレベルまで到達しなくなる。そうすると、光ディスクへの書き込みのために必要なパワーが得られず、正確な記録ができなくなるという問題が生じる。
【００１８】
特に、光ディスクの高密度、高転送レート化に伴い、レーザ駆動波形も高速化が要求されているが、そのネックとなるのが、レーザ駆動波形の立ち上がり特性である。
【００１９】
そこで本発明が解決しようとする課題は、半導体レーザ単体の特性や駆動回路の特性により劣化した高域の周波数特性を補正し、半導体レーザ駆動波形の高速化を実現して高速記録を可能にすることにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明は、多値のパワーレベルを設定する電流源と、多値のパワーレベルを書き込みクロックパルスで電流スイッチングするための差動トランジスタ群と、半導体レーザ駆動電流を増幅するカレントミラー回路と、前記カレントミラー回路の出力によって駆動される半導体レーザとを備えた半導体レーザ駆動回路において、前記カレントミラー回路のトランジスタのベース側に半導体レーザ駆動信号を微分した信号を該駆動信号に重畳して与えたものである。
【００２１】
本発明においては、カレントミラー回路のトランジスタのベース側に、半導体レーザ駆動信号と該駆動信号を微分した信号が重畳して与えられ、駆動信号の変化時である立ち上がり、立ち下がりの瞬間の波形が整形され、カレントミラー回路のトランジスタの出力である半導体レーザ駆動電流の立ち上がり、立ち下がりが急峻となる。
【００２２】
このようにカレントミラー回路のトランジスタのベース側に、半導体レーザ駆動信号に該駆動信号を微分した信号を重畳して与えることにより、半導体レーザ駆動電流のレベルに連動した電流の周波数特性が補正され、半導体レーザ駆動波形の高速化を実現することができ、高速記録が可能になる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１に本発明の実施の形態に係る半導体レーザ駆動回路の回路図を示す。
【００２４】
半導体レーザ駆動回路部１０は、３値のパワーレベルを設定する電流源４，５，６と、その３値のパワーレベルを書き込みクロックパルスで電流スイッチングするためのＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ６からなるトランジスタ差動対１，２，３と、駆動電流を増幅して半導体レーザＬＤを駆動するＰＮＰトランジスタＰ１，Ｐ２からなるカレントミラー回路８とを備えている。トランジスタ差動対１〜３は、タイミング信号ＸＰＴ，ＸＥＴ，ＸＣＴによってオン／オフ駆動される。トランジスタ差動対１，２，３の片方のトランジスタＱ２，Ｑ４，Ｑ６のベースには基準電圧源７が接続されている。
【００２５】
波形補正回路２０は、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ６の差動対１〜３と同じ構成のトランジスタＱ７，Ｑ８からなる差動対２１，トランジスタＱ９，Ｑ１０からなる差動対２２を備えており、これらのトランジスタ差動対２１，２２の共通エミッタに接続された電流源２４，２５は、それぞれ半導体レーザ駆動回路部１０のトランジスタ差動対２，３の電流源５，６に流す共通エミッタ電流Ｉｐ，Ｉｅと比例する１／ｎの共通エミッタ電流Ｉｐ’，Ｉｅ’が流れるように構成されている。すなわち、電流源５，６に流す共通エミッタ電流Ｉｐ，Ｉｅが変動すれば、それに連動して、電流Ｉｐ’，Ｉｅ’も変動するように構成されている。図１においては、電流源５，６と２４，２５は別電源として表しているが、電流源２４，２５は電流源５，６から電流を分流してトランジスタ差動対２１，２２の共通エミッタ電流とすることもできる。
【００２６】
以下、本発明の実施の形態の動作を、実際の各部シミュレーション波形を示す図２も交えて説明する。
図１において、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ６の差動対１〜３と同じ構成のトランジスタＱ７，Ｑ８からなる差動対２１，トランジスタＱ９，Ｑ１０からなる差動対２２及び抵抗Ｒ１により、半導体レーザ駆動回路部１０のトランジスタＰ１，Ｐ２のベース波形と同相の電圧波形（図２（ｂ）のＶ１）を作る。それをバッファ２３、容量Ｃ１を介して半導体レーザ駆動段のＰＮＰトランジスタＰ１，Ｐ２のベースに接続することで、カレントミラー回路８を構成するトランジスタＰ１，Ｐ２のベースに微分波形が足されることになり、負荷の半導体レーザＬＤや半導体レーザ駆動回路部１０において劣化する高域の周波数特性を補正することが可能となる。
【００２７】
詳しく説明すると、図１の回路ではトランジスタＰ１，Ｐ２電圧波形は負荷の半導体レーザＬＤとトランジスタＰ１，Ｐ２の寄生容量Ｃjs1，Ｃjs2により比較的鈍った波形（図８（ｂ）のＰ１，Ｐ２の波形参照）になるが、図２（ｂ）に示すようにＶ１波形はその影響を受けないため、立ち上がり立ち下がりの速い波形となる。図１のトランジスタ差動対２１，２２の共通エミッタ電流Ｉｐ’，Ｉｅ’は駆動回路部１０のトランジスタ差動対２，３の共通エミッタ電流Ｉｐ，Ｉｅと比例する１／ｎの電流で、Ｖ１波形が鈍らない程度に電流を削減してもよい。
【００２８】
Ｖ１波形とトランジスタＰ１，Ｐ２のベース電圧波形は同相なので、直流的には電流Ｉ２は流れない。しかし、パルスの立ち上がり、立ち下がりの瞬間はＶ１波形とトランジスタＰ１，Ｐ２のベース波形は、Ｖ１の方が応答速度が速いため差電圧が生じ、変化電流Ｉ２が流れる（図２（ｃ）参照）。Ｖ１波形が立ち上がる時は容量Ｃ１を充電する方向にバッファ２３が電流を流し、トランジスタＰ１，Ｐ２のベース電位を急速に持ち上げる。同様にＶ１波形が立ち下がるときは容量Ｃ１を放電する方向にバッファ２３が電流を引き、トランジスタＰ１，Ｐ２のベース電位を急速に下げトランジスタＰ１，Ｐ２からなるカレントミラーが高速に動作することを補助する。バッファ２３は、電流を流し込む方向と引く方向の双方向に動作するＡＢ級動作をさせる。
【００２９】
半導体レーザ駆動回路部１０に波形補正回路２０を設けることにより、トランジスタＰ１，Ｐ２のベース電圧Ｖ３の波形は、図２（ｄ）に示すように、高域成分の微分波形が重畳された波形となり、半導体レーザＬＤの駆動電流は図２（ａ）に示すように、図８（ａ）に示された従来の補正回路なしの場合に比べて、立ち上がり、立ち下がりの急速な波形となる。
【００３０】
この波形補正回路２０での波形補正量は、容量Ｃ１とトランジスタＰ１，Ｐ２のベースのインピーダンスで決まるＨＰＦ（ハイパスフィルタ）のカットオフ周波数と、Ｖ１電圧振幅を決める抵抗Ｒ１により決まる。半導体レーザＬＤや駆動回路部１０で劣化する周波数及びゲインに対応して、容量Ｃ１、抵抗Ｒ１の値を任意に調整することで正確に波形整形ができる。
【００３１】
また、共通エミッタ電流Ｉｐ，ＩｅとＩｐ’，Ｉｅ’は比例（連動）するため、パルス振幅が変わるとそれに応じてＶ１の電圧振幅も変わり、波形補正量も連動して変わるため、記録波形振幅によらず最適な波形整形が可能となる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、多値のパワーレベルを設定する電流源と、多値のパワーレベルを書き込みクロックパルスで電流スイッチングするための差動トランジスタ群と、半導体レーザ駆動電流を増幅するカレントミラー回路と、前記カレントミラー回路の出力によって駆動される半導体レーザとを備えた半導体レーザ駆動回路において、カレントミラー回路のトランジスタのベース側に半導体レーザ駆動信号を微分した信号を該駆動信号に重畳して与えたことにより、半導体レーザ駆動電流のレベルに連動した電流の周波数特性が補正され、半導体レーザ駆動波形の高速化を実現することができ、高速記録が可能になる。また、レーザ駆動波形の振幅を変化させても、波形補正量も連動して変化するため、常に安定したレーザ駆動波形を実現できる。
【００３３】
周波数特性を補正する回路は、前記差動トランジスタ群と同構成の第２の差動トランジスタ群と、電流源により設定される電流レベルに比例する第２の電流源と、第２の差動トランジスタ群で生成された波形補正電圧を電流に変換するバッファと、このバッファとカレントミラー回路のベースとの間に挿入される容量とにより構成した波形補正回路により実現することができる。
【００３４】
さらに、波形補正回路のバッファを、カレントミラー回路のベースに対して電流の流し込み方向と引き込み方向の双方向で動作するいわゆるＡＢ級動作をする構成とすることにより、駆動波形の立ち上がりと立ち下がりの両方の波形の補正が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態に係る半導体レーザ駆動回路の回路図である。
【図２】  図１の回路図における各部のシミュレーション波形図である。
【図３】  ライトストラテジ技術を説明するためのタイムチャートである。
【図４】  半導体レーザの等価回路図である。
【図５】  従来の半導体レーザ駆動回路の構成を示す回路図である。
【図６】  従来の回路におけるタイミング信号の例を示すタイムチャートである。
【図７】  （ａ）は理想的な記録波形、（ｂ）は帯域制限された記録波形を示す波形図である。
【図８】  従来の回路における各部波形図である。
【符号の説明】
１〜３  トランジスタ差動対
４〜６  電流源
７  基準電圧源
８  カレントミラー回路
１０  半導体レーザ駆動回路部
２０  波形補正回路
２１，２２  トランジスタ差動対
２３  バッファ
２４，２５  電流源
ＬＤ  半導体レーザ
【図１】
0004082030.tif 000002
【図２】
0004082030.tif 000003
【図３】
0004082030.tif 000004
【図４】
0004082030.tif 000005
【図５】
0004082030.tif 000006
【図６】
0004082030.tif 000007
【図７】
0004082030.tif 000008
【図８】
0004082030.tif 000009