(57)【要約】【課題】回路規模が小さく、ノイズに強い光信号受信装置を提供する。【解決手段】光信号の強度に応じた電流信号を出力するフォトダイオード２と、電流信号の電流量の増加に応じて周波数が増加するパルス信号を出力する発振回路３とを備え、発振回路３は、アノードＡが接地されたフォトダイオード２のカソードＫと電源線Ｖｃｃとの間に接続され、フォトダイオード２と電源との電流路の開閉を制御するＮ型ＭＯＳトランジスタＳＷ１と、フォトダイオード２のカソードＫに入力が接続され、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＳＷ１を、パルス信号として出力する出力信号で制御するインバータＩＮ１〜ＩＮ３とを備えたリングオシレータである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号の強度に応じた電流信号を出力するフォトダイオードと、
前記電流信号の電流量の増加に応じて周波数が増加するパルス信号を出力する発振回路とを備えたことを特徴とする光信号受信回路。
【請求項２】
前記発振回路は、
アノードが接地された前記フォトダイオードのカソードと電源との間に接続され、前記フォトダイオードと電源との電流路の開閉を制御するＮ型ＭＯＳトランジスタと、
前記フォトダイオードのカソードに入力が接続され、前記Ｎ型ＭＯＳトランジスタを、前記パルス信号として出力する出力信号で制御する奇数段のインバータと
を備えたリングオシレータであることを特徴とする請求項１記載の光信号受信回路。
【請求項３】
前記発振回路は、
アノードが接地された前記フォトダイオードのカソードと電源との間に接続され、前記フォトダイオードと電源との電流路の開閉を制御するＰ型ＭＯＳトランジスタと、
前記フォトダイオードのカソードに入力が接続され、前記Ｐ型ＭＯＳトランジスタを、前記パルス信号として出力する出力信号で制御する偶数段のインバータと
を備えたリングオシレータであることを特徴とする請求項１記載の光信号受信回路。
【請求項４】
前記パルス信号を分周する分周数が設定可能な分周回路を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載の光信号受信回路。
【請求項５】
前記パルス信号のパルス数を、所定時間ごとにカウントして、カウント値を出力する計数回路を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれかの項に記載の光信号受信回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号を受信して電気信号に変換する光信号受信回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disk）などの光ディスクに記録されたデータを読み出したり、書き込んだりする光ディスク装置には、受光した光信号を電気信号に変換してデータを読み取る光ピックアップが設けられている。この光ピックアップには、光信号の強度に応じた電気信号に基づいて、光ディスクへ照射する光の強度などを調整するフロントモニタが搭載されている。このような光ピックアップが、特許文献１に記載されている。
【０００３】
この特許文献１に記載の光ピックアップのレーザパワー制御系を、図５に基づいて説明する。図５に示すように、レーザビームＬ１，Ｌ２の一部が、フロントモニタ２８内のフォトダイオード２８ａを照射することで、フォトダイオード２８ａからレーザビームＬ１、Ｌ２の強度に応じた光電流が発生する。発生した光電流は、アンプ２８ｂと帰還抵抗２８ｃによりＩ／Ｖ（電流／電圧）変換処理されモニタ電圧として出力される。モニタ電圧は、ＬＰＣ（レーザパワーコントロール）部１４内のサンプルホールド部１４ｄに与えられ、ＳＨ信号のタイミングでモニタ電圧の平均値をサンプルホールドする。サンプルホールド部１４ｄでサンプルホールドされた電圧は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部１４ｃでデジタル値に変換され、演算部１４ｂに供給される。演算部１４ｂでは、デジタル値に変換された電圧に対して演算を行い、目標となる強度のレーザビームＬ１、Ｌ２となるように、レーザパワー調整部１４ａを介してＬＤＤ（レーザダイオードドライバ）１１を調整する。
【特許文献１】特開２００６−１７９０９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の光ピックアップでは、フロントモニタ２８にて、フォトダイオード２８ａからの出力を、アンプ２８ｂで電流・電圧変換しているため、感度調整はアンプ２８ｂに接続される帰還抵抗２８ｃの抵抗値を変更することで行われている。従って、帰還抵抗２８ｃの抵抗値を容易に変更できるように、アンプ２８ｂやＬＰＣ部１４などの回路を集積化して素子内に配置しても帰還抵抗２８ｃは、集積した素子の外側に配置する必要がある。従って、帰還抵抗に流れる電気信号にノイズが重畳しやすい状態となる。また、ＡＤ変換するためのＡ／Ｄ変換部１４ｃおよびサンプルホールド部１４ｄなどは、回路規模が大きくなるので、装置全体の大きさが大きくなってしまう原因となる。
【０００５】
そこで本発明は、回路規模が小さく、ノイズに強い光信号受信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の光信号受信回路は、光信号の強度に応じた電流信号を出力するフォトダイオードと、前記電流信号の電流量の増加に応じて周波数が増加するパルス信号を出力する発振回路とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、発振回路が、電流信号の電流量の増加に応じて、周波数が増加したパルス信号をデジタル信号として発生するので、回路規模を小さくすることができる。また、パルス信号に基づいて、感度調整の処理や、光ディスクへの照射光の調整の処理などを行うことができるので、ノイズに強い回路構成とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本願の第１の発明は、光信号の強度に応じた電流信号を出力するフォトダイオードと、電流信号の電流量の増加に応じて周波数が増加するパルス信号を出力する発振回路とを備えたことを特徴としたものである。
【０００９】
本発明の光信号受信回路は、フォトダイオードが光信号を受光すると、その光信号の強度に応じた電流信号を出力し、発振回路が、電流信号の電流量の増加に応じて、周波数が増加したパルス信号をデジタル信号として発生するので、光信号の強度をアナログ信号の状態で電流信号を電圧信号へ変換したり、電圧信号を増幅したりすることなく、光信号の強度をデジタル信号として測定することができる。従って、回路規模を小さくすることができる。また、発振回路からデジタル信号として出力されるパルス信号に基づいて、感度調整の処理や、光ディスクへの照射光の調整の処理などを行うことができるので、ノイズに強い回路構成とすることができる。
【００１０】
本願の第２の発明は、第１の発明において、発振回路は、アノードが接地されたフォトダイオードのカソードと電源との間に接続され、フォトダイオードと電源との電流路の開閉を制御するＮ型ＭＯＳトランジスタと、フォトダイオードのカソードに入力が接続され、Ｎ型ＭＯＳトランジスタを、パルス信号として出力する出力信号で制御する奇数段のインバータとを備えたリングオシレータであることを特徴としたものである。
【００１１】
本願の第２の発明においては、発振回路を、Ｎ型ＭＯＳトランジスタと、奇数段のインバータとを備えたリングオシレータとすることで、より簡易な回路構成とすることができる。
【００１２】
本願の第３の発明は、第１の発明において、発振回路は、アノードが接地されたフォトダイオードのカソードと電源との間に接続され、フォトダイオードと電源との電流路の開閉を制御するＰ型ＭＯＳトランジスタと、フォトダイオードのカソードに入力が接続され、Ｐ型ＭＯＳトランジスタを、パルス信号として出力する出力信号で制御する偶数段のインバータとを備えたリングオシレータであることを特徴としたものである。
【００１３】
本願の第３の発明においては、発振回路を、Ｐ型ＭＯＳトランジスタと、偶数段のインバータとを備えたリングオシレータとすることも可能である。このように発振回路を構成することで、より簡易な回路構成とすることができる。
【００１４】
本願の第４の発明は、第１から第３の発明において、パルス信号を分周する分周数が設定可能な分周回路を備えたことを特徴としたものである。
【００１５】
第４の発明においては、分周回路に設定された分周数に基づいてパルス信号を分周すると、パルス信号の周波数がその分周数に応じて低下する。つまり、分周数を所定値に設定することで、光信号のゲインの調整を、デジタル信号の状態で行うことができる。従って、ノイズに強い回路構成とすることができる。
【００１６】
本願の第５の発明は、第１から第４の発明において、パルス信号のパルス数を、所定時間ごとにカウントして、カウント値を出力する計数回路を備えたことを特徴としたものである。
【００１７】
本願の第５の発明においては、計数回路が、所定時間ごとにパルス信号のパルス数をカウントしたカウント値を出力することで、周波数を数値として出力することができる。つまり、光信号の強度を、数値として扱うことができるので、プロセッサなどによるプログラム処理などの様々な制御を容易に行うことができる。
【００１８】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る光信号受信回路を、図１および図２に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る光信号受信回路の構成を示す図である。図２は、図１に示す光信号受信回路の発振回路の一例を示す図である。
【００１９】
図１に示すように、光信号受信回路１は、フロントモニタとして使用され、光ディスクに照射する光の強度を調整するものである。光信号受信回路１は、フォトダイオード２と、発振回路３と、分周回路４と、計数回路５と、制御回路６とを備えている。
【００２０】
フォトダイオード２は、アノードＡが接地され、カソードＫが発振回路３に接続されている。フォトダイオード２は、受光した光信号の強度に応じた電流信号がグランド線ＧＮＤに流れることで、電流信号を発振回路３へ出力する。
【００２１】
発振回路３は、フォトダイオード２からの電流信号の電流量に応じた周波数のパルス信号を出力するもので、電流信号の電流量が増加すると、パルス信号の周波数が高くなるように機能する。ここで、発振回路３について、図２に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
図２に示すように、発振回路３は、フォトダイオード２のカソードＫに接続されたインバータＩＮ１〜ＩＮ３と、インバータＩＮ３からの出力信号に基づいて、フォトダイオード２へ流れる電流を制御するＮ型ＭＯＳトランジスタＳＷ１とを備えている。
【００２３】
インバータＩＮ１〜ＩＮ３は直列接続され、入力段であるインバータＩＮ１の入力はフォトダイオード２のカソードＫに接続され、出力段であるインバータＩＮ３の出力はＮ型ＭＯＳトランジスタのゲートＧに接続されている。インバータＩＮ３の出力信号がパルス信号として出力される。
【００２４】
Ｎ型ＭＯＳトランジスタは、ドレインＤが電源線Ｖｃｃに接続され、ソースＳがフォトダイオード２のカソードＫに接続され、インバータＩＮ３の出力信号に基づいて、電源線Ｖｃｃからフォトダイオード２への電流路の開閉を行って、フォトダイオード２への電流の流れ込みを制御するものである。
【００２５】
発振回路３は、インバータＩＮ１〜ＩＮ３とＮ型ＭＯＳトランジスタＳＷ１とで、リングオシレータとして機能するもので、本実施の形態１においては３段のインバータを直列接続している。インバータは、奇数段であればＮ型ＭＯＳトランジスタＳＷ１による電流路の開閉を行いながらパルス信号を発振させることができる。特に、奇数段でも段数が多ければ多いほどインバータのゲート遅延の和が大きくなりパルス信号の周波数が低下することで、インバータの立ち上がりのゲート遅延時間と立ち下がりのゲート遅延時間との違いが、パルス幅に対して比率が小さくなり、パルス信号のデューティ（duty）比を５０％に近づけることができるので望ましい。しかし、段数を多くすると回路規模が大きくなるので、インバータは本実施の形態のように３段とするのが望ましい。
【００２６】
図１に示すように、分周回路４は、発振回路３からのパルス信号を分周するカウンタである。この分周回路４は、設定信号に応じて分周数を変更することができる。設定信号は、設定スイッチなどからの信号でもよいし、制御回路６からの出力信号としてもよいし、ジャンパー線などで固定された信号としてもよい。分周回路４は、設定信号により指定された分周数、例えば、２分周、４分周、８分周などを出力することができる。
【００２７】
計数回路５は、所定時間ごとのパルス信号のパルスをカウントし、カウント値を出力するカウンタである。
【００２８】
制御回路６は、計数回路５から読み込んだカウント値に基づいて、光ディスクへの照射光の調整制御を行うものである。
【００２９】
以上のように構成された本発明の実施の形態１に係る光信号受信回路の動作について図１から図３に基づいて説明する。図３は、図１に示す光信号受信回路の発振回路の動作を説明するための波形図である。
【００３０】
図１および図２に示すように、フォトダイオード２に光信号が照射されていないときには、光信号受信回路１に電源が供給されると、フォトダイオード２には電流が流れないので、Ｎ型ＭＯＳトランジスタの状態に関わらず、カソードＫの電位はＨレベルとなる。
【００３１】
従って、図３（Ａ）に示すように、インバータＩＮ１の出力はＬレベルであり、インバータＩＮ２の出力はＨレベルであり、インバータＩＮ３の出力はＬレベルであることで、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＳＷ１は閉状態である。
【００３２】
フォトダイオード２に光量が少なく、強度が低い光信号が照射されると、カソードＫの電位は徐々に降下する。そして、インバータＩＮ１の閾値電圧ＶＴよりカソードＫの電位が低下してＬレベルとなると、インバータＩＮ１の出力は、インバータＩＮ１のゲート遅延時間Ｄ１後にＨレベルとなる。そして、インバータＩＮ２の出力は、ゲート遅延時間Ｄ２後にＬレベルとなり、インバータＩＮ３の出力はゲート遅延時間Ｄ３後にＨレベルとなることで、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＳＷ１は開状態となる。
【００３３】
Ｎ型ＭＯＳトランジスタＳＷ１が開状態となることで、電源線Ｖｃｃから電流が流れ込み、フォトダイオード２に電流が流れ、フォトダイオード２のカソードＫの電位が徐々に上昇して、インバータＩＮ１の閾値電圧ＶＴを超え、Ｈレベルとなる。
【００３４】
フォトダイオード２のカソードＫの電位が徐々に上昇することで、ＨレベルであったインバータＩＮ１の出力はゲート遅延時間Ｄ４後にＬレベルとなり、インバータＩＮ２の出力はゲート遅延時間Ｄ５後にＨレベルとなり、インバータＩＮ３の出力はゲート遅延時間Ｄ６後にＬレベルとなることで、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＳＷ１は閉状態となる。
【００３５】
Ｎ型ＭＯＳトランジスタＳＷ１が閉状態となることで、電源線Ｖｃｃからの電流の流れ込みが遮断されるので、フォトダイオード２のカソードＫの電位が徐々に下降を始め、インバータＩＮ１の閾値電圧ＶＴを下回り、Ｌレベルとなる。
【００３６】
このようにして、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＳＷ１とインバータＩＮ１〜ＩＮ３とでリングオシレータとして機能する発振回路３は、デジタル信号であるパルス信号をインバータＩＮ３から出力することができる。
【００３７】
次に、フォトダイオード２が受光した光信号の強度が強い場合を図３（Ｂ）に基づいて説明する。
【００３８】
フォトダイオード２に光量が多く、強度が高い光信号が照射されると、カソードＫの電位は、光信号の強度が低いときより急峻に降下する。そして、インバータＩＮ１の閾値電圧ＶＴよりカソードＫの電位が低下してＬレベルとなると、インバータＩＮ１の出力は、インバータＩＮ１のゲート遅延時間Ｄ１後にＨレベルとなる。そして、インバータＩＮ２の出力は、ゲート遅延時間Ｄ２後にＬレベルとなり、インバータＩＮ３の出力はゲート遅延時間Ｄ３後にＨレベルとなることで、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＳＷ１は開状態となる。
【００３９】
Ｎ型ＭＯＳトランジスタＳＷ１が開状態となることで、電源線Ｖｃｃから電流が流れ込み、フォトダイオード２に電流が流れ、フォトダイオード２のカソードＫの電位が急峻に立ち上がり上昇してインバータＩＮ１の閾値電圧ＶＴを超え、Ｈレベルとなる。
【００４０】
フォトダイオード２のカソードＫの電位が上昇することで、ＨレベルであったインバータＩＮ１の出力はゲート遅延時間Ｄ４後にＬレベルとなり、インバータＩＮ２の出力はゲート遅延時間Ｄ５後にＨレベルとなり、インバータＩＮ３の出力はゲート遅延時間Ｄ６後にＬレベルとなることで、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＳＷ１は閉状態となる。
【００４１】
Ｎ型ＭＯＳトランジスタＳＷ１が閉状態となることで、電源線Ｖｃｃからの電流の流れ込みが遮断されるので、フォトダイオード２のカソードＫの電位が急峻に下降を始め、インバータＩＮ１の閾値電圧ＶＴを下回り、Ｌレベルとなる。
【００４２】
このように、光信号の強度が高いと、強度が低いときと比較してフォトダイオード２に流れる電流が大きくなるので、フォトダイオード２のカソードＫの電位の変化が早くなり、その分、パルス信号のパルス幅が狭くなる。従って、発振回路３は、光信号の強度に応じて出力されるフォトダイオード２の電流信号の増加に伴った高い周波数のパルス信号を出力することができる。
【００４３】
図１に示すように、発振回路３からのパルス信号を入力する分周回路４は、設定信号に応じてパルス信号を分周する。例えば、設定信号が分周数「０」を指示する内容である場合には、分周回路４は入力したパルス信号を分周せず、そのまま出力する。また、設定信号が分周数「２」を指示する内容である場合には、分周回路４は、入力したパルス信号を２分周して出力する。分周回路４が入力したパルス信号を２分周して出力することで、ゲインを半分とすることができる。分周回路４が、パルス信号を分周する分周数を、所定分周可能とすることで、所望のゲインとすることができる。
【００４４】
分周回路４から出力されたパルス信号は、計数回路５に入力される。計数回路５では、所定時間ごとにパルス信号のパルス数をカウントすることで、カウント値が出力される。つまり、計数回路５は、パルス信号の単位時間当たりのパルス数をカウントすることで、パルス信号の周波数を、光信号の強度を測定した測定値として出力するものである。
【００４５】
計数回路５から出力されるカウント値を読み込んだ制御回路６は、そのカウント値に応じて光ディスクへの照射光の調整の制御を行う。
【００４６】
このように、光信号受信回路１は、光信号の強度をアナログ信号の状態で電流信号を電圧信号へ変換したり、電圧信号を増幅したりすることなく、デジタル信号として光信号の強度を測定することができるので、回路規模を小さくすることができる。また、発振回路からデジタル信号として出力されるパルス信号に基づいて、分周回路４による感度調整の処理や、制御回路６による光ディスクへの照射光の調整の処理などを行うことができるので、ノイズに強い回路構成とすることができる。
【００４７】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る光信号受信回路について、図４に基づいて説明する。図４は、本発明の実施の形態２に係る光信号受信回路の発振回路の一例を示す図である。
【００４８】
図４に示すように、本実施の形態２に係る発振回路７は、偶数段のインバータを直列接続したものである。発振回路７は、フォトダイオード２のカソードＫに接続されたインバータＩＮ１，ＩＮ２と、インバータＩＮ２からの出力信号に基づいて、フォトダイオード２へ流れる電流を制御するＰ型ＭＯＳトランジスタＳＷ２とを備えている。
【００４９】
インバータＩＮ１，ＩＮ２は、入力段であるインバータＩＮ１の入力はフォトダイオード２のカソードＫに接続され、出力段であるインバータＩＮ２の出力はＰ型ＭＯＳトランジスタＳＷ２のゲートＧに接続されている。インバータＩＮ２の出力信号がパルス信号として出力される。
【００５０】
Ｐ型ＭＯＳトランジスタＳＷ２は、ソースＳが電源線Ｖｃｃに接続され、ドレインＤがフォトダイオード２のカソードＫに接続され、インバータＩＮ２の出力信号に基づいて、電源線Ｖｃｃからフォトダイオード２への電流路の開閉を行って、フォトダイオード２への電流の流れ込みを制御するものである。
【００５１】
実施の形態２では、インバータＩＮ１，ＩＮ２を２段接続することで、奇数段のインバータＩＮ１〜ＩＮ３を直接接続した実施の形態１の発振回路３とは異なり、インバータＩＮ１の入力を反転せずにインバータＩＮ２から出力しているが、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＳＷ２を使用することで発振回路７はリングオシレータとして機能する。
【００５２】
発振回路７は、インバータＩＮ１，ＩＮ２とＰ型ＭＯＳトランジスタＳＷ２とで、リングオシレータとして機能するもので、本実施の形態２においては２段のインバータを直列接続している。インバータは、偶数段であればＰ型ＭＯＳトランジスタＳＷ２による電流路の開閉を行いながらパルス信号を発振させることができる。特に、奇数段でも段数が多ければ多いほどインバータのゲート遅延の和が大きくなりパルス信号の周波数が低下することで、インバータの立ち上がりのゲート遅延時間と立ち下がりのゲート遅延時間との違いが、パルス幅に対して比率が小さくなり、パルス信号のデューティ（duty）比を５０％に近づけることができるので望ましい。しかし、段数を多くすると回路規模が大きくなるので、インバータは本実施の形態のように２段とするのが望ましい。
【００５３】
このように、偶数段のインバータＩＮ１，ＩＮ２を直列接続し、入力段のインバータＩＮ１の入力をそのまま出力段のインバータＩＮ２から出力させても、Ｐ型ＭＯＳトランジスタにより電源線Ｖｃｃからフォトダイオード２への電流路の開閉を制御することで、インバータＩＮ１への入力を反転させることができる。従って、実施の形態１の発振回路３と比較してインバータの段数を削減することができるので、より回路構成を小規模のものとすることができる。
【００５４】
なお、実施の形態２においては、インバータＩＮ１，ＩＮ２を偶数段接続することで、入力を反転しないまま出力しているが、インバータＩＮ１，ＩＮ２は、１段の非反転バッファと等価であるので、発振回路は、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＳＷ２を用いるのであれば、非反転バッファを直列接続してもよいし、非反転バッファと偶数段のインバータとを組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、回路規模が小さく、ノイズに強いので、光信号を受信して電気信号に変換する光信号受信回路に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光信号受信回路の構成を示す図
【図２】図１に示す光信号受信回路の発振回路の一例を示す図
【図３】図１に示す光信号受信回路の発振回路の動作を説明するための波形図
【図４】本発明の実施の形態２に係る光信号受信回路の発振回路の一例を示す図
【図５】従来の光信号受信回路を説明するための光ピックアップのレーザパワー制御系を示す図
【符号の説明】
【００５７】
１  光信号受信回路
２  フォトダイオード
３  発振回路
４  分周回路
５  計数回路
６  制御回路
７  発振回路
ＩＮ１〜ＩＮ３  インバータ
ＳＷ１  Ｎ型ＭＯＳトランジスタ
ＳＷ２  Ｐ型ＭＯＳトランジスタ
ＧＮＤ  グランド
Ｖｃｃ  電源線
【図１】
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【図２】
2009187627.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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