(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光強度に応じた電流を出力する受光素子と該受光素子の出力電流を増幅して電流を出力する電流増幅器とを有する光増幅手段を複数備え、前記電流増幅器それぞれの出力端子が接続される接続ノードに入力端子が接続される第１のトランスインピーダンスアンプを備え、
前記電流増幅器の少なくとも一つは正の電流を出力し、前記電流増幅器の少なくとも一つは負の電流を出力し、
前記複数の光増幅手段の出力間の加減算を行うことを特徴とする光増幅器。
【請求項２】
受光強度に応じた電流を出力する受光素子と該受光素子の出力電流を増幅して電流を出力する電流増幅器とを有する光増幅手段を複数備え、前記電流増幅器それぞれの出力端子が接続される接続ノードに入力端子が接続される第１のトランスインピーダンスアンプを備える光増幅器であって、
前記電流増幅器の全てが、前記受光素子の出力電流を入力する第２のトランスインピーダンスアンプと、前記第２のトランスインピーダンスアンプと同一構造であって入力端子の電圧が前記受光素子に印加されるバイアス電圧と同電位の第３のトランスインピーダンスアンプと、前記第２のトランスインピーダンスアンプ及び前記第３のトランスインピーダンスアンプの出力電圧を入力し、前記第２のトランスインピーダンスアンプの出力電圧から前記第３のトランスインピーダンスアンプの出力電圧を差分した値に応じて電流を出力するトランスコンダクタンス差動アンプと、を備えることを特徴とする光増幅器。
【請求項３】
受光強度に応じた電流を出力する受光素子と該受光素子の出力電流を増幅して電流を出力する電流増幅器とを有する光増幅手段を複数備え、前記電流増幅器それぞれの出力端子が接続される接続ノードに入力端子が接続される第１のトランスインピーダンスアンプを備える光増幅器であって、
複数ある前記電流増幅器の一部が、前記受光素子の出力電流を入力する第２のトランスインピーダンスアンプと、前記第２のトランスインピーダンスアンプと同一構造であって入力端子の電圧が前記受光素子に印加されるバイアス電圧と同電位の第３のトランスインピーダンスアンプと、前記第２のトランスインピーダンスアンプ及び前記第３のトランスインピーダンスアンプの出力電圧を入力し、前記第２のトランスインピーダンスアンプの出力電圧から前記第３のトランスインピーダンスアンプの出力電圧を差分した値に応じて電流を出力するトランスコンダクタンス差動アンプと、を備える構成であり、
複数ある前記電流増幅器の残りが、前記受光素子の出力電流を入力する第２のトランスインピーダンスアンプと、前記第２のトランスインピーダンスアンプと同一構造であって入力端子の電圧が前記受光素子に印加されるバイアス電圧と同電位の第３のトランスインピーダンスアンプと、前記第２のトランスインピーダンスアンプ及び前記第３のトランスインピーダンスアンプの出力電圧を入力し、前記第３のトランスインピーダンスアンプの出力電圧から前記第２のトランスインピーダンスアンプの出力電圧を差分した値に応じて電流を出力するトランスコンダクタンス差動アンプと、を備える構成であることを特徴とする光増幅器。
【請求項４】
前記第２及び第３のトランスインピーダンスアンプ内に設けられるゲイン設定用抵抗と、前記トランスコンダクタンス差動アンプ内に設けられるゲイン設定用抵抗と、が同一工程で作成される請求項２又は請求項３に記載の光増幅器。
【請求項５】
前記第３のトランスインピーダンスアンプの代わりに定電圧源を設け、前記定電圧源の出力電圧の値を前記第１のトランスインピーダンスアンプの入力側電圧の値と等しくする請求項２に記載の光増幅器。
【請求項６】
前記電流増幅器の一部又は全部がそれぞれ異なるゲインである請求項１〜５のいずれかに記載の光増幅器。
【請求項７】
前記第１のトランスインピーダンスアンプの入力インピーダンスを低くすることにより、
前記第１のトランスインピーダンスアンプの入力ノードに寄生する容量値と、前記第１のトランスインピーダンスアンプの入力インピーダンスとの積である時定数によって定まる遮断周波数を、前記電流増幅器の出力電流の周波数よりも高くする請求項１〜６のいずれかに記載の光増幅器。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の光増幅器と、前記光増幅器に設けられる受光手段の出力信号を入力してサーボ信号を生成する信号処理手段と、を備えることを特徴とする光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の受光素子が出力する電流を加減算処理し、加減算処理後の電流に応じて増幅した電圧を出力する光増幅器に関するものである。特に、光ピックアップ装置に用いられる光増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスク用ピックアップ装置は、受光部が出力する電流信号をデータの読み取りだけではなく、データを正確に読み出すために必要なフォーカス（読み出し光の焦点合わせ）やトラッキング（読み出し光の位置合わせ）のサーボ制御にも用いている。そのため、受光部は通常１つの受光素子ではなく、複数の受光素子を隣接して備えており、光スポットが受光部に入射する際に複数の受光素子それぞれが受光する光量の差に基づいて上記サーボ制御を行っている。
【０００３】
一方、データの読み取りにおいては、誤り率を低減する観点から、複数の受光素子それぞれが出力する電流信号を全て加算した信号を用いている。かつて、このような加算処理を行う信号処理集積回路は光ピックアップ装置外部に設けられていた。しかし、近年読み取り／書き込み速度が飛躍的に上昇していること、複数の種類のディスクを再生する場合はレーザ光の周波数も複数となり受光素子の出力信号のＳ／Ｎが低下しそれに伴い受光素子とその受光素子の出力信号を処理する信号処理集積回路とを接続する配線に飛び込むノイズが無視できなくなってきたこと、及び低コスト化や低消費電力化が要求されていることから、現在では上記加算処理を光ピックアップ装置内に設けられる光増幅器で行う構成が主流となりつつある。
【０００４】
ここで、複数の受光素子が出力する電流信号を加算処理する従来の光増幅器の構成を図６に示す。フォトダイオードＤ１のカソードはトランスインピーダンスアンプ２６の入力端子に接続され、フォトダイオードＤ２のカソードはトランスインピーダンスアンプ２７の入力端子に接続される。また、フォトダイオードＤ１、Ｄ２のアノードはグランド電位となっている。尚、トランスインピーダンスアンプとは入力した電流信号を電圧信号に変換して出力するアンプである。
【０００５】
トランスインピーダンスアンプ２６の出力端子は抵抗Ｒ６の一端に接続され、トランスインピーダンスアンプ２７の出力端子は抵抗Ｒ７の一端に接続される。また、抵抗Ｒ６の他端と抵抗Ｒ７の他端とが接続され、その接続ノードｎ２が非反転増幅器２８の入力側に接続される。そして、非反転増幅器２８の出力側が端子４に接続される。
【０００６】
非反転増幅器２８は、演算増幅器ＯＰ２、抵抗Ｒ８、及び抵抗Ｒ９によって構成される。演算増幅器ＯＰ２の非反転入力端子が非反転増幅器２８の入力側となる。また、抵抗Ｒ８の一端と抵抗Ｒ９の一端が演算増幅器ＯＰ２の反転入力端子に接続され、抵抗Ｒ９の他端はグランド電位となっている。さらに、抵抗Ｒ８の他端が演算増幅器ＯＰ２の出力端子に接続され、その接続ノードが非反転増幅器２８の出力側となる。
【０００７】
このような構成の光増幅器の出力電圧ＶO’は次のように表される。トランスインピーダンスアンプ２６の出力電圧をＶ26、トランスインピーダンスアンプ２７の出力電圧をＶ27、接続ノードｎ２における電位をＶn2とすると、演算増幅器ＯＰ２の非反転入力端子に入力される電流Ｉは（１）式で表される。ただし、ｒ6は抵抗Ｒ６の抵抗値を、ｒ7は抵抗Ｒ７の抵抗値を表している。
Ｉ＝（Ｖ26−Ｖn2）／ｒ6＋（Ｖ27−Ｖn2）／ｒ7…（１）
【０００８】
そして、電位Ｖn2と出力電圧ＶO’との間には、（２）式の関係が成り立つ。ただし、ｒ8は抵抗Ｒ８の抵抗値を、ｒ9は抵抗Ｒ９の抵抗値を表している。
ＶO’＝（１＋ｒ8／ｒ9）×Ｖn2…（２）
【０００９】
（１）式と（２）式から、出力電圧ＶO’は（３）式のように表すことができる。ただし、電流Ｉに係る項は電流Ｉが微少電流であるため零と近似している。
ＶO’＝（１＋ｒ8／ｒ9）×（ｒ7×Ｖ26＋ｒ6×Ｖ27）／（ｒ6＋ｒ7）…（３）
【００１０】
ここで、抵抗Ｒ９の抵抗値ｒ9を（４）式のように設定すると、（３）式と（４）式から出力電圧ＶO’は（５）式のように表すことができる。
ｒ9＝（ｒ6×ｒ7）／（ｒ6＋ｒ7）…（４）
ＶO’＝（１＋ｒ8／ｒ9）×ｒ9×（Ｖ26／ｒ6＋Ｖ27／ｒ7）…（５）
【００１１】
（５）式中のＶ26／ｒ6はトランスインピーダンスアンプ２６の出力電流とみなすことができ、（５）式中のＶ27／ｒ7はトランスインピーダンスアンプ２７の出力電流とみなすことができる。また、電圧Ｖ26はトランスインピーダンスアンプ２６によってフォトダイオードＤ１の出力電流が変換されたものであり、電圧Ｖ27はトランスインピーダンスアンプ２７によってフォトダイオードＤ２の出力電流が変換されたものである。従って、（５）式より出力電圧ＶO’はフォトダイオードＤ１、Ｄ２がそれぞれ出力する電流を加算した値に応じて増幅された電圧となっていることが分かる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示す従来の光増幅器において、負帰還増幅器である非反転増幅器２８のループ利得Ｔ’は、演算増幅器ＯＰ２の利得をＡ0とすると（６）式のようになる。
Ｔ’＝Ａ0×ｒ9／（ｒ9＋ｒ8）…（６）
【００１３】
ここで、図６に示す従来の光増幅器を高ゲインにするためにトランスインピーダンスアンプ２６、２７が入力する電流信号の増幅率を上げようとすると、抵抗値ｒ9を上述した（４）式のように設定しているので抵抗値ｒ9の値を下げることになってしまい、その結果（６）式から明らかなように非反転増幅器２８のループ利得Ｔ’が減少してしまう。
【００１４】
図６に示す従来の光増幅器では、非反転増幅器２８を負帰還増幅器とすることで負帰還をかけない場合に比べて｛（ループ利得）／（負帰還後の利得）｝倍だけ特性を向上させている。しかしながら、図６に示す従来の光増幅器のゲインを高くするためにトランスインピーダンスアンプ２６、２７が入力する電流信号の増幅率を上げると、上述したように非反転増幅器２８のループ利得Ｔ’が減少してしまい、非反転増幅器２８の特性が劣化してしまっていた。このため、図６に示す従来の光増幅器では高ゲインかつ広帯域にすることができなかった。
【００１５】
尚、内部に備える複数の増幅器（コンダクタンス増幅器または可変コンダクタンス増幅器）の出力電流を加算してその電流値に応じて増幅した電圧を出力する加算器が特開平２−３０１８７９号公報で開示されている。しかし、加算器内部に備えられている増幅器は電圧入力であるので、この加算器を受光素子の出力電流を入力する光増幅器として用いることはできない。
【００１６】
本発明は、上記の問題点に鑑み、複数の受光素子が出力する電流を加減算処理し、加減算処理後の電流に応じて増幅した電圧を出力する光増幅器であって、高ゲインかつ広帯域である光増幅器及びこれを用いた光ピックアップ装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る光増幅器においては、受光強度に応じた電流を出力する受光素子と該受光素子の出力電流を増幅して電流を出力する電流増幅器とを有する光増幅手段を複数備え、前記電流増幅器それぞれの出力端子が接続される接続ノードに入力端子が接続される第１のトランスインピーダンスアンプを備えるようにする。
【００１８】
また、受光素子に最適なバイアス電圧を印加できるようにする観点から、前記電流増幅器の全てが、前記受光素子の出力電流を入力する第２のトランスインピーダンスアンプと、前記第２のトランスインピーダンスアンプと同一構造であって入力端子の電圧が前記受光素子に印加されるバイアス電圧と同電位の第３のトランスインピーダンスアンプと、前記第２のトランスインピーダンスアンプ及び前記第３のトランスインピーダンスアンプの出力電圧を入力し、前記第２のトランスインピーダンスアンプの出力電圧から前記第３のトランスインピーダンスアンプの出力電圧を差分した値に応じて電流を出力するトランスコンダクタンス差動アンプと、を備えるようにしてもよい。
【００１９】
また、減算因子となる電流増幅器を設ける観点から、上記構成の電流増幅器の少なくとも１つを、前記受光素子の出力電流を入力する第２のトランスインピーダンスアンプと、前記第２のトランスインピーダンスアンプと同一構造であって入力端子の電圧が前記受光素子に印加されるバイアス電圧と同電位の第３のトランスインピーダンスアンプと、前記第２のトランスインピーダンスアンプ及び前記第３のトランスインピーダンスアンプの出力電圧を入力し、前記第３のトランスインピーダンスアンプの出力電圧から前記第２のトランスインピーダンスアンプの出力電圧を差分した値に応じて電流を出力するトランスコンダクタンス差動アンプと、を備える電流増幅器に置き換えてもよい。
【００２０】
また、電流増幅器のゲインの製造ばらつきをなくす観点から、前記第２及び第３のトランスインピーダンスアンプ内に設けられるゲイン設定用抵抗と、前記トランスコンダクタンス差動アンプ内に設けられるゲイン設定用抵抗と、が同一工程で作成されるようにしてもよい。
【００２１】
また、前記第３のトランスインピーダンスアンプの代わりに定電圧源を設け、前記定電圧源の出力電圧の値を前記トランスインピーダンスアンプの入力電圧の値と等しくしてもよい。尚、前記第３のトランスインピーダンスアンプの代わりに定電圧源を設ける場合には、前記第３のトランスインピーダンスアンプを定電圧源として動作させる場合も含まれるものとする。
【００２２】
また、加減算処理の係数設定を行うために、前記電流増幅器の一部又は全部がそれぞれ異なるゲインであってもよい。
【００２３】
また、広帯域な光増幅器を実現する観点から、前記第１のトランスインピーダンスアンプの入力インピーダンスを低くすることにより、前記接続ノードにおける電圧変動を抑え、前記接続ノードの入力インピーダンスと寄生容量値との積である時定数によって定まる電圧信号の遮断周波数よりも前記電圧変動の周波数を低くしてもよい。
【００２４】
また、上記目的を達成するために、本発明に係る光ピックアップ装置においては、上記いずれかの構成の光増幅器と、前記光増幅器に設けられる受光手段の出力信号を入力してサーボ信号を生成する信号処理手段と、を備えるようにする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。本発明に係る光増幅器を図１に示す。尚、図６と同一の部分には同一の符号を付す。
【００２６】
フォトダイオードＤ１のカソードは電流増幅器１の入力端子に接続され、フォトダイオードＤ２のカソードは電流増幅器２の入力端子に接続される。また、フォトダイオードＤ１及びＤ２のアノードはグランド電位となっている。
【００２７】
電流増幅器１の出力端子と電流増幅器２の出力端子とは接続され、その接続ノードｎ１がトランスインピーダンスアンプ３の入力側に接続される。また、トランスインピーダンスアンプ３の出力側が端子４に接続される。
【００２８】
トランスインピーダンスアンプ３は、演算増幅器ＯＰ１、抵抗Ｒ１、及び定電圧源５によって構成される。演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子及び抵抗Ｒ１の一端が接続され、その接続ノードがトランスインピーダンスアンプ３の入力側となる。また、演算増幅器ＯＰ１の出力端子と抵抗Ｒ１の他端とが接続され、その接続ノードがトランスインピーダンスアンプ３の出力側となる。尚、抵抗Ｒ１は演算増幅器ＯＰ１の負帰還抵抗となっている。そして、定電圧源５の正電位側が演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端子に接続され、定電圧源５の負電位側はグランド電位となっている。
【００２９】
このような構成の回路は、次のように動作する。電流増幅器１はフォトダイオードＤ１の出力電流Ｉp1を入力して増幅した電流ＩO1を出力する。また、電流増幅器２はフォトダイオードＤ２の出力電流Ｉp2を入力して増幅した電流ＩO2を出力する。そして、電流ＩO1と電流ＩO2を加算した電流がトランスインピーダンスアンプ３の入力側から引き抜かれる。演算増幅器ＯＰ１は入力した電圧を差分してその差分値に応じた電圧ＶOを出力するので、（７）式が成り立つ。ただし、ｒ1は抵抗Ｒ１の抵抗値であり、Ｖrefは定電圧源５の出力電圧である。
ＶO＝ｒ1×（ＩO1＋ＩO2）＋Ｖref…（７）
【００３０】
ここで、トランスインピーダンスアンプ３の入力側に接続される信号源のインピーダンスをＺiとすると、トランスインピーダンスアンプ３のループ利得Ｔは、（８）式で表される。ただし、演算増幅器ＯＰ１の利得をＡ0とする。
Ｔ＝Ａ0×Ｚi／（Ｚi＋ｒ1）…（８）
【００３１】
図１の本発明に係る光増幅器において、インピーダンスＺiはトランスインピーダンスアンプ３に接続される全ての電流増幅器、すなわち電流増幅器１及び２それぞれの出力インピーダンスの逆数の和の逆数となる。そして、電流増幅器１及び２は電流を出力するので高出力インピーダンスである。このため、全ての電流増幅器それぞれの出力インピーダンスの逆数の和の逆数であるＺiは抵抗値ｒ１に比べて遙かに大きい値となる。従って、（８）式よりトランスインピーダンスアンプ３のループ利得Ｔは利得Ａ0とほぼ等しくなる。
【００３２】
上述したように、負帰還増幅器は、負帰還をかけない場合に比べて｛（ループ利得）／（負帰還後の利得）｝倍だけ特性が向上する。そして、図１の本発明に係る光増幅器を高ゲインにするために、電流増幅器１及び２のゲインを高くしてもトランスインピーダンスアンプ３のループ利得Ｔは利得Ａ0のままであり減少することはない。従って、図１の本発明に係る光増幅器は高ゲインかつ広帯域にすることができる。
【００３３】
次に、図１の本発明に係る光増幅器が備える電流増幅器１の一実施態様について図２を参照して説明する。端子９がトランスインピーダンスアンプ６の入力側に、トランスインピーダンスアンプ６の出力側がトランスコンダクタンス差動アンプ８の非反転入力端子に、それぞれ接続される。尚、トランスコンダクタンス差動アンプとは、入力した２つの電圧信号の差を電流信号に変換して出力するアンプである。
【００３４】
トランスインピーダンスアンプ６は、増幅器Ａ１及び抵抗Ｒ２によって構成される。増幅器Ａ１の入力端子および抵抗Ｒ２の一端が接続され、その接続ノードがトランスインピーダンスアンプ６の入力側となる。また、増幅器Ａ１の出力端子および抵抗Ｒ２の他端とが接続され、その接続ノードがトランスインピーダンスアンプ６の出力側となる。
【００３５】
そして、トランスインピーダンスアンプ７の入力側が端子１１に、トランスインピーダンスアンプ７の出力側がトランスコンダクタンス差動アンプ８の反転入力端子に、それぞれ接続される。トランスインピーダンスアンプ７は、増幅器Ａ２及び抵抗Ｒ３によって構成される。増幅器Ａ２の入力端子および抵抗Ｒ２の一端が接続され、その接続ノードがトランスインピーダンスアンプ７の入力側になる。また、増幅器Ａ２の出力端子および抵抗Ｒ３の他端が接続され、その接続ノードがトランスインピーダンスアンプ７の出力側となる。また、演算増幅器ＯＰ２の出力端子が端子１０に接続される。
【００３６】
端子９が図１の本発明に係る光増幅器が備える電流増幅器１の入力端子となり、端子１０が図１の本発明に係る光増幅器が備える電流増幅器１の出力端子となる。従って、トランスインピーダンスアンプ６は端子９を介してフォトダイオードＤ１の出力電流Ｉp1を入力して電圧に変換したのち、その電圧信号をトランスコンダクタンス差動アンプ８の非反転入力端子に出力する。フォトダイオードＤ１のカソードにバイアス電圧が印加されている場合、その印加電圧に伴ってトランスインピーダンスアンプ６の出力電圧のＤＣバイアスレベルが変化する。
【００３７】
一方、トランスインピーダンスアンプ７は端子１１にフォトダイオードＤ１のカソードに印加されるバイアス電圧と同電位を発生させて電圧に変換したのち、その電圧信号をトランスコンダクタンス差動アンプ８の非反転入力端子に出力する。トランスインピーダンスアンプ７は、トランスインピーダンスアンプ６の出力電圧のＤＣバイアスレベルと同一のＤＣバイアス電圧を出力するので、トランスコンダクタンス差動アンプ８の差動動作によってＤＣバイアスレベルの変化はうち消され、ＤＣバイアスレベルの変化が電流増幅器１の次段の回路に影響することがなくなる。これにより、ＤＣバイアスレベルの整合性を考慮する必要がなくなるので、図１の本発明に係る光増幅器が備えるフォトダイオードに最適なバイアス電圧を印加することができる。
【００３８】
尚、本発明に係る光増幅器が備える複数の電流増幅器のうち特定の受光素子に接続される電流増幅器の構成を、図２の構成にせずに図２の構成を変更してトランスインピーダンスアンプ６の出力側をトランスコンダクタンス差動アンプ８の反転入力端子に接続し、トランスインピーダンスアンプ７の出力側をトランスコンダクタンス差動アンプ８の非反転入力端子に接続するようにしてもよい。これにより、特定の受光素子からの電流信号については電流増幅器の出力電流信号の極性が反転するので、その信号については減算因子とすることができる。
【００３９】
そして、特定の受光素子に接続される電流増幅器をこのような構成にした場合もトランスインピーダンスアンプ６の構成とトランスインピーダンスアンプ７の構成とは同一であるため、トランスコンダクタンス差動アンプ８の動作にはなんら影響を与えない。従って、他の入力電流を様々な組み合わせで加減算処理した場合でも光増幅器全体の特性にはほとんど影響を与えない。これにより、光増幅器の加減算処理に関する設計が非常に容易になる。
【００４０】
次に、図２の電流増幅器１が備えるトランスコンダクタンス差動アンプ８の一実施態様について図３を参照して説明する。ＰＮＰ形トランジスタＱ１とＱ２とのエミッタ同士が共通接続され、定電圧ＶCCが供給される端子１６に接続される。また、ＰＮＰ形トランジスタＱ１とＱ２とのベース同士が共通接続される。さらに、トランジスタＱ２のベース−コレクタ間が共通接続される。
【００４１】
そして、トランジスタＱ１のコレクタとＮＰＮ形トランジスタＱ３のコレクタとが接続され、その接続ノードが出力端子１４に接続される。また、トランジスタＱ２のコレクタはＮＰＮ形トランジスタＱ４のコレクタに接続される。
【００４２】
トランジスタＱ３のベースは非反転入力端子１２に、トランジスタＱ４のベースは反転入力端子１３に、それぞれ接続される。また、トランジスタＱ３のエミッタは抵抗Ｒ４の一端に接続され、トランジスタＱ４のエミッタは抵抗Ｒ５の一端に接続される。抵抗Ｒ４の他端と抵抗Ｒ５の他端とは共通接続され、その接続ノードが定電流源１５の正電位側に接続される。また、定電流源１５の負電位側はグランド電位となっている。
【００４３】
このような構成のトランスコンダクタンス差動アンプ８は次のように動作する。トランジスタＱ１とＱ２によってカレントミラー回路が構成されるので、トランジスタＱ１のコレクタ電流とトランジスタＱ２のコレクタ電流は等しくなる。このコレクタ電流の値をＩCとする。そうすると、トランジスタＱ３のエミッタ電流はＩC＋ＩO1となり、トランジスタＱ４のエミッタ電流はＩCとなる。
【００４４】
また、トランジスのエミッタ電流ＩEとトランジスタのベース−エミッタ間電圧ＶBEとの間にはＶBE＝ＶT×ln（ＩE／ＩS）の関係が成り立つ。ただし、ＶTはトランジスタの熱電圧、lnは自然対数、ＩSは飽和電流である。また、トランジスタＱ３のエミッタ電流とトランジスタＱ４のエミッタ電流とを加算した電流値が定電流源１５の出力電流ＩCCと等しくなる。従って、抵抗Ｒ４の抵抗値ｒ4と抵抗Ｒ５の抵抗値ｒ5を等しい値に設定すると、（９）式が成り立つ。
Ｖ+−Ｖ-＝ｒ4×ＩO1＋ＶT×ln[(Ｉcc＋ＩO1)／(Ｉcc−ＩO1)]…（９）
【００４５】
そして、（９）式において、│ＩO1│≪Ｉcc、すなわちトランスコンダクタンス差動アンプ８の出力電流がトランスコンダクタンス差動アンプ８の駆動電流に対して十分に小さいレベルの動作に限定すると、上記（９）式は
Ｖ+−Ｖ-＝ｒ4×ＩO1…（１０）
となる。
【００４６】
（１０）式から明らかなように、トランスコンダクタンス差動アンプ８のゲインは抵抗値ｒ4（＝ｒ5）によって定まる。また、図２の電流増幅器１が備えるトランスインピーダンスアンプ６のゲインは抵抗値ｒ2によって決まる。従って、電流増幅器１の入力電流Ｉp1と出力電流ＩO1との関係はＩO1＝ｒ2／ｒ4×Ｉp1となる。抵抗Ｒ２、Ｒ４、及びＲ５を同一工程で作成することによって、個々の抵抗値にバラツキがあってもｒ2／ｒ4の値を一定にすることができるので、電流増幅器１のゲインは一定となる。また、抵抗Ｒ３も抵抗Ｒ２、Ｒ４、及びＲ５と同一工程で作成すると、個々の抵抗値にバラツキがあってもＤＣバイアスレベルをうち消すことができる。
【００４７】
尚、先に仮定した│ＩO1│≪Ｉccが成立しない場合、すなわち、トランスコンダクタンス差動アンプ８の出力電流がトランスコンダクタンス差動アンプ８の駆動電流に対して無視できないレベルの動作においては、トランスコンダクタンス差動アンプ８の直線性が失われるため、電流増幅器のゲインは一定にならない。
【００４８】
図１の本発明に係る光増幅器が備える電流増幅器１及び２は図２及び図３に示す構成であるので、抵抗の抵抗値の設定によって容易にゲインを変更できる。従って、図１の本発明に係る光増幅器が備える電流増幅器１及び２は、それぞれ独立してゲインを設定することができ、加減算処理するにあたって複数の受光手段が出力する電流毎に係数を設定することができる。
【００４９】
ところで、図６の従来の光増幅器においても増幅器２６及び２７のゲインをそれぞれ独立して設定することによって加減算処理するにあたって複数の受光手段が出力する電流毎に係数を設定することができたが、この係数設定が非反転増幅器２８のループ利得に影響を与えてしまっていた。このため複数の受光手段が出力する電流毎の係数の間に開きがあると、その中の一番高い係数設定の影響によって非反転増幅器２８の特性が劣化するので、係数設定に制限を設けざるを得なかった。
【００５０】
一方、図１の本発明に係る光増幅器では各電流増幅器の出力インピーダンスが十分高いので、ある電流増幅器の係数設定が他の電流増幅器やトランスインピーダンスアンプ３に影響を与えることはない。従って、図１の本発明に係る光増幅器においては係数設定に制限を設ける必要がなくなり、複数の受光手段が出力する電流毎の係数設定の自由度を上げることができる。
【００５１】
次に、トランスインピーダンスアンプ３の入力インピーダンスについて説明する。図１において接続ノードｎ１には、光増幅器が備える電流増幅器の出力と、トランスインピーダンスアンプ３の入力とが接続されている。前述のように、電流増幅器１及び２の出力インピーダンスは高い。一方、トランスインピーダンスアンプ３の入力インピーダンスは、概ね抵抗Ｒ１の抵抗値ｒ１を、前述の（８）式で表されるループ利得Ｔで割った値となるため、電流増幅器１及び２の出力インピーダンスに比べ、十分小さい。このため、接続ノードｎ１のインピーダンスは、ほぼトランスインピーダンスアンプ３の入力インピーダンスの値となる。そして、接続ノードｎ１のインピーダンスは、トランスインピーダンスアンプ３の入力インピーダンスの値と、接続ノードｎ１に接続される配線などによる寄生容量の値との積である時定数の極を持つ。
【００５２】
電流増幅器１及び２は、それぞれ接続された受光素子の電流を増幅して出力電流ＩＯ１及びＩＯ２を接続ノードｎ１に送り込む。しかしながら、接続ノードｎ１には、前述のように、トランスインピーダンスアンプ３の入力インピーダンスの値と、接続ノードｎ１に接続される配線などによる寄生容量の値との積である時定数の極を持つインピーダンスがあるため、電流増幅器１及び２の出力電流ＩＯ１及びＩＯ２がトランスインピーダンスアンプ３の入力信号になる際に、この極の周波数以上の信号成分は減衰する。すなわち、トランスインピーダンスアンプ３の入力インピーダンスを小さくすれば、接続ノードｎ１のインピーダンスが持つ極の周波数を引き上げることになり、広帯域の信号伝送が可能となる。
【００５３】
このようにトランスインピーダンスアンプ３を低入力インピーダンスにした場合、トランスインピーダンスアンプ３の反転入力端子と非反転入力端子との電圧は等しくなる。したがって、電流増幅器１及び２の出力端子の電圧もトランスインピーダンス３の非反転入力端子の電圧と等しくなる。
【００５４】
ここで、電流増幅器の出力回路部分は、高出力インピーダンスを実現するために、エミッタ接地回路またはベース接地回路のコレクタ出力同士を接続することで電流の出し入れを制御する方式となっている。尚、図３の構成ではエミッタ接地回路のコレクタ出力同士を接続している。このため図３のトランスコンダクタンス差動アンプ８ではトランジスタＱ１とＱ３が両方とも能動状態であることが高出力インピーダンスの条件となる。
【００５５】
この条件を満たすために、図４に示すように図２の電流増幅器が備えるトランスインピーダンスアンプ７を定電圧源１７に置き換え、定電圧源１７の出力電圧とトランスインピーダンスアンプ３内の定電圧源５の出力電圧とを等しくするとよい。
【００５６】
定電圧源１７の出力電圧と定電圧源５の出力電圧を等しくすれば、トランジスタＱ３のコレクタ電圧は絶えずトランジスタＱ４のベース電圧と同じになるので、少なくともトランジスタＱ３のベース電圧がトランジスタＱ４のベース電圧よりも低ければ、トランジスタＱ１とＱ３が両方とも能動状態となり、高出力インピーダンスを維持することができる。従って、定電圧源５及び１７の出力電圧の値を電流増幅器の出力電流信号の範囲に応じて適正な値に設定し、トランジスタＱ３のベース電圧をトランジスタＱ４のベース電圧よりも低くすることで、電流増幅器の出力インピーダンスが常に高くなる。これにより、トランスインピーダンスアンプ３のループ利得を減少させずに光増幅器を高ゲインにすることができるので、高ゲインかつ広帯域な光増幅器を実現することができる。
【００５７】
尚、定電流源５及び１７は直流電圧源でなく、互いに同期した交流電圧を出力する交流電圧源であってもよい。また、トランスインピーダンスアンプ７を定電圧源１７に置き換えずに、トランスインピーダンスアンプ７を定電圧源５と同一の電圧を出力する定電圧源として動作させてもよい。
【００５８】
次に本発明に係る光ピックアップ装置の一実施形態について説明する。本発明に係る光ピックアップ装置は図１に示した本発明に係る光増幅器を備えている。本発明に係る光ピックアップ装置の光学系の構成を図５に示す。
【００５９】
半導体レーザ１８から射出されるレーザ光はコリメータレンズ１９によって平行光となり、ビームスプリッタ２０を透過し、１／４波長板２１を経て対物レンズ２２によって集光される。この集光された光が光ディスク２３によって反射し、対物レンズ２２によって平行光となり、１／４波長板２１を経てビームスプリッタ２０を反射し、集光レンズ２４によって集光され、光増幅器２５に到達する。そして、光増幅器２５はフォトダイオードＤ１、Ｄ２の出力電流を加算処理し、その値に応じた電圧ＶOを出力する。
【００６０】
光増幅器２５は、高ゲインかつ広帯域の増幅器である。しかしながら、光増幅器２５は電流信号で信号処理を行っており、トランジスタのアーリー効果や各種素子のリーク電流などの影響を受けるので、電圧信号で信号処理を行うに比べてレベルの伝達精度が劣る。すなわち、図１の本発明に係る光増幅器は図６の従来の光増幅器に比べて、無信号時の出力電圧の変動が大きい。
【００６１】
ところで、光ピックアップ装置におけるデータ信号の再生では、直流レベルの精度はさほど要求されないが、高速かつ高ゲインな増幅が要求される。一方、光ピックアップ装置におけるフォーカスやトラッキングのサーボ信号の処理では、データ信号の再生に比べれば遙かに低い周波数帯域しか要求されないが（ＣＤオーディオ再生で２０ｋＨｚ程度）、微弱な信号差分からサーボ信号を作り出すために増幅率や無信号時のオフセットレベルに高い精度が要求される。
【００６２】
そこで、本発明に係る光ピックアップ装置は、光増幅器２５の出力電圧ＶOに基づいてデータ信号を作成するとともに、従来の光増幅器（図示せず）も設けて従来の光増幅器の出力電圧に基づいてサーボ信号を作成する構成とする。尚、光増幅器２５とサーボ信号作成用の従来の光増幅器とが、受光素子であるフォトダイオードを共有する構成にするとよい。
【００６３】
このように、データ信号作成に適した光増幅器とサーボ信号作成に適した光増幅器とをそれぞれ設けることで、一つの増幅器において排他要素である広帯域と高精度の両立を図る必要がなくなる。これにより、光ピックアップ装置の高性能化が容易になる。
【００６４】
尚、本実施形態では受光素子であるフォトダイオードを２つ備えた光増幅器について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば受光素子であるフォトダイオードを４つ設け、それに伴いフォトダイオードそれぞれの出力電流を増幅する電流増幅器も４つ設け、それらの電流増幅器の出力端子を接続する接続ノードをトランスインピーダンスアンプの入力側に接続する構成にしてもよい。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によると、高出力インピーダンスの電流増幅器が第１のトランスインピーダンスアンプに接続されるので、光増幅器を高ゲインにするために電流増幅器のゲインを上げても第１のトランスインピーダンスアンプのループ利得が減少しない。従って、第１のトランスインピーダンスアンプを広帯域にすることができる。これにより、複数の受光素子が出力する電流を加減算し加減算後の電流に応じて増幅した電圧を出力する光増幅器であって、高ゲインかつ広帯域である光増幅器を実現することができる。
【００６６】
また、本発明によると、電流増幅器のすべてが、受光素子の出力電流を入力する第２のトランスインピーダンスアンプと、第２のトランスインピーダンスアンプと同一構造であって入力端子の電圧が受光素子に印加されるバイアス電圧と同電位の第３のトランスインピーダンスアンプと、第２のトランスインピーダンスアンプの出力電圧から第３のトランスインピーダンスアンプの出力電圧を差分した値に応じて電流を出力するトランスコンダクタンス差動アンプと、を備えるので、第２のトランスインピーダンスアンプの出力電圧のＤＣバイアスレベルの変化は第３のトランスインピーダンスアンプの出力電圧のＤＣバイアスレベルの変化によってうち消され、ＤＣバイアスレベルの変化が次段の回路に影響することがなくなる。ＤＣバイアスレベルの整合性を考慮する必要がなくなるので、受光素子に最適なバイアス電圧を印加することができる。
【００６７】
また、本発明によると、上記構成の電流増幅器のうち少なくとも１つを、受光素子の出力電流を入力する第２のトランスインピーダンスアンプと、第２のトランスインピーダンスアンプと同一構造であって入力端子の電圧が受光素子に印加されるバイアス電圧と同電位の第３のトランスインピーダンスアンプと、第３のトランスインピーダンスアンプの出力電圧から第２のトランスインピーダンスアンプの出力電圧を差分した値に応じて電流を出力するトランスコンダクタンス差動アンプと、を備える電流増幅器に置き換えるので、特定の受光素子からの信号については電流増幅器の出力電流信号の極性が反転してその信号について減算因子とすることができる。これにより、光増幅器は減算処理も行うことができる。
【００６８】
また、本発明によると、第２及び第３のトランスインピーダンスアンプ内に設けられるゲイン設定用抵抗と、トランスコンダクタンス差動アンプ内に設けられるゲイン設定用抵抗と、が同一工程で作成されるので、これらのゲイン設定用抵抗の抵抗値がばらついた場合でもこれらのゲイン設定用抵抗の比を一定にすることができる。これにより、電流増幅器のゲインを一定にすることができる。
【００６９】
また、本発明によると、第３のトランスインピーダンスアンプの代わりに定電圧源を設け、定電圧源の出力電圧の値を第１のトランスインピーダンスアンプの入力側電圧の値と等しくするので、第１のトランスインピーダンスアンプの入力側電圧の値を電流増幅器の出力信号範囲に応じて適正な値に設定し、トランスインピーダンス差動アンプの非反転入力端子にベースが接続されるトランジスタのベース電圧をトランスコンダクタンス差動アンプの反転入力端子にベースが接続されるトランジスタのベース電圧よりも低くすることで、電流増幅器の出力インピーダンスを常に高くすることができる。これにより、電流増幅器を高ゲインにしたときでも第１のトランスインピーダンスアンプのループ利得が減少しないようになり、高ゲインかつ広帯域である光増幅器を実現することができる。
【００７０】
また、本発明によると、電流増幅器の一部又は全部がそれぞれ異なるゲインであるので、各々の入力信号に係る係数を独立して設定できる。そして、電流増幅器は高出力インピーダンスであるので、係数を独立して設定しても他の電流増幅器や第１のトランスインピーダンスアンプに影響を与えることがない。これにより、複数の受光手段が出力する電流毎の係数設定の自由度を上げることができる。
【００７１】
また、本発明によると、第１のトランスインピーダンスの入力インピーダンスを低くすることにより、電流増幅器それぞれの出力端子が接続される接続ノードにおける電圧変動を抑え、接続ノードの入力インピーダンスと寄生容量値との積である時定数によって定まる遮断周波数よりも接続ノードにおける電圧変動の周波数を低くするので、広帯域な光増幅器を実現することができる。
【００７２】
また、本発明によると、光ピックアップ装置は、受光素子から電流を入力しトランスインピーダンスアンプに増幅した電流を出力する電流増幅器を複数備える光増幅器と、その増幅器に設けられる受光手段の出力信号を入力してサーボ信号を生成する信号処理手段と、備えるので、データ信号は高ゲインかつ広帯域で信号処理され、サーボ信号は高精度に信号処理される。これにより、データ信号、サーボ信号とも要求される性能を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】      本発明に係る光増幅器の構成を示す図である。
【図２】      図１の光増幅器が備える電流増幅器の構成を示す図である。
【図３】      図２の電流増幅器が備えるトランスコンダクタンス差動アンプの構成を示す図である。
【図４】      図２の電流増幅器が備えるトランスインピーダンスアンプを定電圧源に置き換えた構成を示す図である。
【図５】      光ピックアップ装置の構成を示す図である。
【図６】      従来の光増幅器の構成を示す図である。
【符号の説明】
１、２    電流増幅器
３、６、７    トランスインピーダンスアンプ
５、１７    定電圧源
８    トランスコンダクタンス差動アンプ
１５    定電流源
Ｄ１、Ｄ２    フォトダイオード
Ｒ１〜Ｒ９    抵抗
【図１】
0003827542.tif 000002
【図２】
0003827542.tif 000003
【図３】
0003827542.tif 000004
【図４】
0003827542.tif 000005
【図５】
0003827542.tif 000006
【図６】
0003827542.tif 000007