专利名称：激光器功率控制电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及在光盘驱动器等中使用的半导体激光器的功率控制电路，特别是涉及由MOS晶体管构成控制电路时成为课题的差动放大器的偏移电压的修正方法。
背景技术：
在光盘驱动器中，通过把激光照射到光盘上，把反射光变换为电信号进行信号处理，能够使形成在光盘上的物理数字信号复原为电信号。近年来在使用了该原理的光盘中，读出专用盘或者可再写入盘已经实用化，另外，根据记录密度的不同，记录格式也多种多样。为此，在光盘驱动器中，在进入到信号复原过程之前，需要判断是哪一种光盘媒体。一般，因各种光盘媒体被照射了一定光功率时的反射光量不同，故在媒体判断的初始阶段，通过检测该反射光量等级，推断是哪种媒体，进行了伺服控制以后，根据读出记录数据进行媒体的确定。即使基于反射光量的推断出错，也能够变更推断媒体再次进行数据的读出，进行媒体的确定，但是由于记录格式多种多样，因此如果在初始的媒体推断中进行了误判断，则至开始数据再生需要花费很多时间。
设置在这种光盘驱动器中的激光器功率控制电路抑制由激光器照射的激光功率的分散性，即使动作环境发生变化也能够把激光器功率保持为固定。
另外，在半导体激光器中，如果要得到规定值以上的激光功率，则可能缩短动作寿命，因此从光盘设备的长时间动作的观点来看可以说激光器功率的控制也是十分重要的。
图8把这种功能做成了具体的电路，以下说明这种以往电路的问题。
在图8中，1是正电源端子，2是负电源端子，3是光检测元件，4是半导体激光器，5是半导体激光器驱动由晶体管，6是光电变换用可变电阻，把1～6称为拾光单元(OPU)，用10表示。另外，20是差动放大器，21、22是差动放大器20的输入端子，23是半导体激光器功率控制电路的输出端子，30是供给电压值Vr的基准电压源，100是包括这些结构成分20～30的激光器功率控制电路，通常形成为半导体集成电路。
其次，说明上述那样构成的以往的激光器功率控制电路的动作。半导体激光器4通过半导体激光器驱动用晶体管5供给来自正电源端子1的电流，发生发光现象。发光的半导体激光器的一部分光照射到光检测元件3，通过光感应电流，进行光电变换，通过在光电变换用可变电阻6中流过电流成为电压信号。以下，把该电压称为监控电压Vm。
在差动放大器20的负极性端子21上连接基准电压源30，在正极性端子22上输入上述光电变换了的电压信号。另外，差动放大器20的输出端子23连接到半导体激光器驱动用晶体管5的基极端子5。这里，如果正相端子22的端子电压比反相端子21的端子电压高，则由于22是差动放大器20的正相端子，因此输出端子23的电压上升，半导体激光器驱动用晶体管5的基/射间电压下降。其结果，流过半导体激光器驱动用晶体管5的电流减少，流过半导体激光器4的电流减少，照射光功率也减少。进而，通过光检测元件3的光感应电流减少，使正相端子22的端子电压降低。反之，如果正极性端子22的端子电压比反相端子21低，半导体激光器功率控制电路100经过一周正相端子22的端子电压向上升的方向变化。
如上所述，激光器功率控制电路100与OPU10的连接构成负反馈环，最终反相端子21和正相端子22的端子成为几乎相等的电压。
另一方面，半导体激光器4的发光效率的分散性大，这意味着即使流过相等的电流能够得到的激光功率也不同。光电变换用可变电阻6是用于调整该发光效率分散性的电阻，在测定来自半导体激光器4的激光功率的同时，进行调整使得在可以得到规定的激光功率时光电变换用可变电阻6的电压成为固定。这时要调整的电压是位于激光器功率控制电路100内的基准电压源30的电压值Vr。
通过把这样调整了的OPU10连接到激光器功率控制电路100，通过构成负反馈环，使得光电变换用可变电阻6的端子电压与进行了功率调整时的电压值Vr相等，能够把从半导体激光器4照射的光功率控制为固定。
近年来，由于伴随着半导体集成电路工艺的精密化，晶体管的耐压下降，因此使用3V左右的电源电压。另一方面，在要用半导体激光器4得到高输出的激光功率的情况下，正向电压升高，由于把正电源端子1的电压取为3V进行动作十分困难，因此OPU10的电源电压一般取为5V左右。半导体激光器驱动用晶体管5的基极电压是从5V下降了半导体激光器驱动晶体管5的基·射间电压(≈0.7V)部分的电压，在这样的背景下，如果进行图8所示的连接，则激光器功率控制电路100的输出端子23的端子电压超过工艺耐压。
图9是OPU10的正电源端子1的电压值与差动放大器20的电源电压不同的情况下，把半导体激光器控制电路100与OPU10连接起来的电路的一个例子。在图9中，8是没有包含在半导体集成电路中的晶体管，其耐压充分高于正电源端子1的电压。7以及9是电阻。它们起到反相放大器的作用，电阻7与电阻9的两端电压之比与它们的电阻比相等。这里，晶体管8的基极电压由于是把电阻9中的电压降部分与晶体管8的基/射间电压(≈0.7V)相加的电压，因此如果适当地选择电阻7以及9的电阻比，则能够使激光器功率控制电路100的输出端子23的端子电压不超过工艺耐压，构成负反馈环。参考特开平2-159780号公报(图5)。
在上述那样的以往技术中，如果使用理想的差动放大器，则反相端子21与正相端子22的端子电压相等，从半导体激光器4照射的激光功率成为固定，但实际上在差动放大器20发生称为偏移电压的电压。
图10是等效地示出在差动放大器中发生了偏移电压时的状态，如果发生偏移电压Vofs，则在差动放大器的两个端子之间产生电位差。其结果，在基准电压源30的电压值Vr与监控电压Vm之间产生电位差，结果，半导体激光器4的激光功率不能够成为固定。偏移电压起因于在差动放大器20的输入部分中使用的差动晶体管等的相对精度所要求的晶体管的失配。该失配在MOS型晶体管中显著地产生，其大小与MOS晶体管的栅极宽度×栅极长度的平方根成反比。从而，作为一般的对应，采取加大这些晶体管的尺寸，或者为了修正偏移电压部分而把基准电压值Vr进行微调等方法。
但是，由于激光器功率控制电路做成为半导体集成电路，因此如果加大晶体管尺寸则将加大芯片尺寸。另外，由于基准电压的微调使用熔断丝进行，因此每种方法都存在引起制造成本上升的课题。
另外，光检测元件3具有二极管构造，如果光电变换用可变电阻6的调整电压升高，则由于沿着正方向开始流过电流，因此一般调整为比较低的电压(100mV～200mV左右)。另一方面，激光器功率控制电路100的输出由OPU10的电源电压所决定，因此该差动作为电路的偏移电压而发生。如果把基准电压Vr与激光器功率控制电路输出电压的电位差记为Voofsn，把差动放大器20的增益记为G，则在电路中发生的偏移电压由Voofsn/G表示。通过加大差放大器20的增益G能够解决减小该电路的偏移电压的课题，但是如果过于加大，则反馈环的增益交点升高，将发生扩大噪声频带或者反馈环的稳定性降低的课题。因此，差动放大器20的增益G抑制为1000倍左右是一般的设计值，由于Voofsn发生2V左右，因此由这样的设计对于输入部分的换算偏移电压成为2mV。该数值由于对于原来的基准电压相当于2％，因此不一定能够说是可忽略的值。该偏移电压由于在晶体管尺寸调整中不能回避，因此需要基于熔断丝的基准电压的微调，而这样做也具有带来制造成本上升的课题。
另外，如图9所示那样，在OPU10的电源电压与激光器功率控制电路100之间具有电位差的情况下，需要变更激光器功率控制电路100与OPU10的连接，因此还具有需要根据OPU10的标准，决定激光器功率控制电路100的标准的课题。
发明内容
本发明是为解决上述以有的课题而产生的，目的在于提供能够不导致制造成本的上升，能得到固定的激光器功率，而且对于各种OPU都能够连接的激光器功率控制电路。
为了解决上述课题，本发明(方案1)的激光器功率控制电路分别把从半导体激光器照射的光一部分进行光电变换得到的电信号连接到差动放大器的一个输入端子，把基准电压连接到另一个数端子，把输出连接到上述半导体激光器的驱动电路，通过构成负反馈电路使得上述光电变换后的电压与上述基准电压相同，得到固定的激光器功率，具有使得在上述差动放大器的输入端子之间发生电位差的单元和AD转换器，用上述AD转换器把上述基准电压和上述光电变换后的电压变换为数字信号，基于上述被变换为数字信号的基准电压以及光电变换后的电压，为了使它们之间没有电位差，控制上述差动放大器的输入端子间的电压。
另外，本发明(方案2)的激光器功率控制电路，在方案1记述的激光器功率控制电路中，在电源投入时读取上述差动放大器的偏移电压，通过把与上述偏移电压相当的电压提供给上述差动放大器的输入端子之间，修正上述差动放大器的偏移电压。
另外，本发明(方案3)的激光器功率控制电路，在方案1记述的激光器功率控制电路中，在读取上述差动放大器的偏移电压时，使上述AD转换器的基准电压变化，提高分辨率。
另外，本发明(方案4)的激光器功率控制电路，在方案2记述的激光器功率控制电路中，在读取上述差动放大器的偏移电压时，为使其进入到上述AD转换器的动态范围内，切换该激光器功率控制电路的基准电压。
另外，本发明(方案5)的激光器功率控制电路，在方案1记述的激光器功率控制电路中，上述差动放大器由放大器构成，在上述差动放大器的偏移电压修正时，控制上述差动放大器的输入端子间的电压使得在把上述半导体激光器的驱动电路与上述控制电路电分离，并把上述差动放大器的输入短路时，上述差动放大器的输入输出之间的电位相等。
另外，本发明(方案6)的激光器功率控制电路，则由于在方案5记述的激光器功率控制电路中，上述差动放大器的放大器由第1放大器以及第2放大器构成，在读取上述差动放大器的偏移电压时，分别读取上述第1放大器单体的偏移电压和把上述第1放大器与第2放大器连接起来时的偏移电压，决定修正量。
另外，本发明(方案7)的激光器功率控制电路，在方案6记述的激光器功率控制电路中，上述修正量与该激光器功率控制电路的基准电压和输出电压相对应加入了固定的修正。
另外，本发明(方案8)的激光器功率控制电路，在方案6记述的激光器功率控制电路中，上述差动放大器由第1反馈型放大器以及第2反馈型放大器构成，在读取偏移电压时和通常动作时，切换构成反馈环路的反馈型放大器。
另外，本发明(方案9)的激光器功率控制电路，在方案1记述的激光器功率控制电路中，在上述差动放大器的各个输入端子上可切换地连接上述光电变换后的电压和基准电压。
图1是表示在本发明实施方式1以及2中的激光器功率控制电路的构成电路图。
图2是表示在本发明实施方式3中的激光器功率控制电路的构成电路图。
图3是表示在本发明实施方式4中的激光器功率控制电路的构成电路图。
图4是表示在本发明实施方式5中的激光器功率控制电路的构成电路图。
图5是表示在本发明实施方式6以及8中的激光器功率控制电路的构成电路图。
图6是表示在本发明实施方式7中的激光器功率控制电路的构成电路图。
图7是表示在本发明实施方式9中的激光器功率控制电路的构成电路图。
图8是表示在以往的激光器功率控制电路的构成电路图。
图9是表示激光器功率控制电路的输出与OPU的反馈信号是同极性时的激光器功率控制电路与OPU的连接的一个例子的电路图。
图10是表示在构成激光器功率控制电路的差动放大器中发生了偏移电压时的等效电路的电路图。
具体实施例方式
以下，参照
本发明的实施方式。
实施方式1图1是表示在本发明实施方式1中的激光器功率控制电路的构成框图。
在图1中，1是正电源端子，2是负电源端子，3是把从半导体激光器4照射的半导体激光的一部分进行光电变换的光检测元件，5是晶体管，6是光电变换用可变电阻，把1～6称为光拾取单元(OPU)，用10表示。另外，20是差动放大器，21是作为差动放大器20的输入端子的反相端子，22是作为差动放大器20的输入端子的正相端子，23是激光器功率控制电路的输出端子，30是供给电压值Vr的基准电压的基准电压源，31是具有正负两极性输出的偏移修正用可变电压源，33是AD转换器，32是切换第1输入a、第2输入b和第3输入c，把某一个信号提供给AD转换器33的选择器，34是运算从AD转换器所输出的数字信号的运算器，35是在通常动作时用于对AD转换器33输入信号的输入端子，100是包括这些结构成分20～35的激光器功率控制电路，通常形成为半导体集成电路。
其次说明该激光器功率控制电路的动作。
半导体激光器4如果通过半导体激光器驱动晶体管5供给来自正电源端子1的电流，则发生发光现象。通过发光现象产生的半导体激光的一部分照射到光检测元件3，通过光感应电流进行光电变换，通过在光电变换用可变电阻6中流过电流成为电压信号。把该电压作为监控电压Vm。这里，光电变换用可变电阻6的电阻值调整为使得到规定的发光功率时的监控电压Vm与激光器功率控制电路100内的基准电压源30的电压值Vr一致。
在差动放大器20的反相端子21上，经过偏移修正用可变电压源31与基准电压源30相连接。另外，该连接点还连接选择器32的第2输入b。另外，偏移修正用可变电压源31是以0V为中心具有正负两极性的电压源。另一方面，在正相端子22中输入上述的光电变换了的监控电压Vm(以下，把输入到正相端子22的监控电压Vm称为端子电压Vm)的同时，连接选择器32的第1输入a。另外，差动放大器20的输出端子23与半导体激光器驱动晶体管5的基极端子相连接。
这里，如果把偏移修正用可变电压源31的电压值定为0V，则在加入到差动放大器20的正相输入端子22上的端子电压Vm比加入到差动放大器20的反相输入端子21的电压值Vr高的情况下，输出端子23的电压上升，半导体激光器驱动用晶体管5的基/射间电压下降。其结果，由于在半导体激光器驱动晶体管5中流过的电流减少，因此供给到半导体激光器4的电流减少，半导体激光器4的激光器功率也减少。与此相伴随，由于光检测元件3的光感应电流减少，因此加入到正相输入端子22上的端子电压Vm下降。反之，在加入到正相输入端子22上的端子电压Vm比加入到反相输入端子21上的电压值Vr低的情况下，经过一周加入到正相输入端子22上的端子电压Vm向上升的方向变化。
如以上那样，激光器功率控制电路100与OPU10的连接构成负反馈环，成为最终使反相输入端子21以及正相输入端子22的端子电压最终成为几乎相同的电压的构成。可是，如图10那样，如果在差动放大器20中发生偏移电压Vofs，则差动放大器20的反相端子电压V(-)成为V(-)＝Vr+Vofs ......(1)差动放大器20的正相端子电压V(+)通过负反馈与V(-)电压相，由于V(+)电压与OPU10的监控电压Vm相等，因此从作为期望值的Vr产生偏移。
其次，说明修正从上述那样的监控电压Vm的期望值产生的偏移的方法。
AD转换器33通常用于把连续变化的模拟信号进行数字变换，作为离散数据进行信号处理。另外，在变换为数字信号时，如果以大于等于所变换的模拟信号频率的两倍的变换速度进行数字变换，则可知作为数字信号能够复原为模拟信号。因此，一般不是使用几个AD转换器把若干个模拟信号进行数字变换，而是使用时间序列地变更AD转换器的输入进行数字化的方法。
选择器32切换对于AD转换器33的输入信号，在图1中，采用切换3种信号的结构。其第1输入a被分配到差动放大器20的正相输入端子22的端子电压Vm，第2输入b被分配到激光器功率控制电路100的基准电压源30的电压Vr，第3输入c被分配到来自输入端子35的信号。这样构成的选择器32首先把AD转换器33的输入设定为第1输入a，AD转换器33把正相输入端子22的端子电压Vm变换为数字信号。接着，把AD转换器33的输入由选择器32设定为第2输入b，AD转换器33把基准电压源30的电压Vr变换为数字信号。而且，根据变换为数字信号的电压Vr以及端子电压Vm，由运算器34计算电压Vr与端子电压Vm的电位差。把计算出的电位差供给到偏移修正用可变电压源31，使得基准电压源30的电压值Vr与监控电压Vm相等，通过构成第2反馈环，能够修正由差动放大器20的偏移电压Vofs引起的监控电压Vm与基准电压源30的电压Vr的偏移，能够得到固定的激光器功率。
如以上所述，如果依据本实施方式1的激光器功率控制电路，则在通过构成负反馈电路使得把从半导体激光器4照射的半导体激光的一部分用光检测元件3进行光电变换得到的电信号连接到差动放大器20的正相端子22，把来自基准电压源30的基准电压连接到反相端子21，把输出连接到半导体激光器4的驱动电路，使光电变换后的监控电压Vm与基准电压源30的电压Vr相等，在得到固定的激光器功率的激光器功率控制电路中，具备在差放大器20的输入端子之间发生电位差的偏移修正用可变电压源31和AD转换器33，由于把上述基准电压的电压值Vr和来自光检测元件3的输入电压Vm用上述AD转换器33变换为数字信号，为了不产生这些电位差控制上述偏移修正用可变电压源31的输出，即，差动放大器20的输入端子间电压，因此，能够不导致制造成本的上升而得到固定的激光器功率，而且可以得到能够对各种OPU连接的激光器功率控制电路。
实施方式2其次，说明本发明实施方式2的激光器功率控制电路。
另外，本实施方式2的激光器功率控制电路的构成由于与上述实施方式1的相同，因此省略说明。
在上述的实施方式1中，由于基准电压源30的电压值Vr和监控电压Vm是时间上没有变化的直流电压值，因此如果完成了用于修正差动放大器20的偏移电压的环路，实施方式1的激光器功率控制电路则当然只要保持提供给偏移修正用可变电压源31的数字数据即可。而与此不同，本实施方式2的激光器功率控制电路构成为在电源投入时等，把图1中的选择器32的输入切换为第1输入a，第2输入b或者第3输入c，修正差动放大器20的偏移电压。
如以上所述，如果依据本实施方式2的激光器功率控制电路，则由于通过在电源投入时读取差动放大器20的偏移电压，在差动放大器20的输入端子之间提供与该偏移电压相当的电压，通过修正上述差动放大器20的偏移电压，则不需要提高把时间变化的模拟信号变换为数字信号时的AD转换器的转换速度，另外，也不需要为了修正差动放大器20的偏移电压而变更AD转换器33的标准，能够用非常简单的结构得到固定的激光器功率。
实施方式3其次，参照
本发明实施方式3的激光器功率控制电路。
图2是表示出本发明实施方式3的激光器功率控制电路的构成的框图。在图2中，40、41是选择器，36～39是电压源。另外，在与上述实施方式1中的激光器功率控制电路的构成要素相同的部分上标注相同的符号，并且省略其说明。
在AD转换器33中，准备Lo侧的基准电压和Hi侧的基准电压，根据该基准电压之间的比特数进行分割，把输入的模拟信号变换为离散数据。例如，8比特AD转换器把Lo侧基准电压和Hi侧基准电压之间分割为256点，在10比特中分割为1024点。虽然比特数越多分辨率越上升，但是具有电路规模增大的缺点。所以，不使比特数增大到所需要的以上，另外，Lo侧的基准电压大多作为电路的负电源(通常是0V)，Hi侧的基准电压大多作为正电源。在这样的条件下构成上述实施方式1，如果把AD转换器取为8比特，电源电压取为3.3V，则分辨率是大约13mV，对于监控电压调整为100mV的OPU，相当于发生13％的偏移。
对此，在图2所示的本实施方式3中，把电压源36、38用作为AD转换器的Lo侧的基准电压，另外，把电压源37、39用作为AD转换器的Hi侧4的基准电压，进而，在选择器40、41中进行切换，使得在通常动作时把AD转换器33使用的基准电压切换到电压源36、37，修正时切换到电压源38、39。
这样，如果依据本实施方式3的激光器功率控制电路，则由于在差动大器20的偏移电压的读取时，使AD转换器33的基准电压变化，因此AD转换器33的分辨率成为根据AD转换器33的比特数把电压源38与电压源39的电压差动割了的值，因此即使是比特数小的AD转换器也能够修正高精度的偏移电压。另外，在图2中，示出Lo侧和Hi侧都把基准电压进行切换的构成，也可以是仅在一侧切换的构成，也能够得到与上述相同的效果。
实施方式4其次，参照
本发明实施方式4的激光器功率控制电路。
图3是表示本发明实施方式4的激光器功率控制电路的构成的框图。在图3中，42是电压源，51是把来自基准电压源30的电压和来自电压源42的电压进行切换，提供给作为激光器功率控制电路的输入端子的反相输入端子21的选择器。另外，在与上述实施方式1的激光器功率控制电路构成成分相同的部分上标注相同的符号，并且省略其说明。
被数字变换了的模拟信号不一定限于在从负电源到正电源的全部范围内变化。然而，希望变换为数字信号时的分辨率小，虽然加大比特数能够使分辨率减小，但是具有电路规模增大的缺点。因此，如果用模拟信号可以变化的范围的上下限值设定AD转换器33的基准电压，则能够不增大电路规模而减小分辨率。但是，激光器功率控制电路的基准电压由于为了避免光检测元件3被正向偏置而设定为接近负电源的电压值，因此如上述那样，在从负电源使AD转换器的基准电压偏移的情况下，有时将脱离AD转换器的动态范围。
图3所示的本实施方式4的激光器功率控制电路是为了解决这种课题的电路，成为在差动放大器20的偏移电压修正时，使用选择器51切换激光器功率控制电路的基准电压的构成。
这样，在本实施方式4的激光器功率控制电路中，在差动放大器20的偏移电压的读取时，通过经由反相输入端子21切换供给到该激光器功率控制电路的基准电压使其进入到AD转换器33的动态范围内，能够不增加AD转换器33的比特数而进行高精度的偏移电压的修正。
实施方式5其次，参照
本发明实施方式5的激光器功率控制电路。
图4是表示本实施方式5的激光器功率控制电路的构成的框图。在图4中，20b是运算放大器，45、46是电阻，由这些器件构成本实施方式5的差动放大器。另外，43、44是开关。另外，在与上述实施方式1的激光器功率控制电路的构成成分相同的部分上标注相同的符号，并且省略其说明。
在上述实施方式1中，在OPU10与激光器功率控制电路100连接的状态下进行偏移电压的修正。而一般差动放大器20的放大率设定为1000倍左右。另外，在进行偏移电压修正的阶段从运算电路34输出的数据是数字信号，在由偏移修正用可变电压源31把其变成模拟电压时，有时发生尖峰形电压信号，瞬态时在半导体激光器4上提供过大的信号。为了降低该信号，可以降低偏移修正用可变电压源31的响应速度，而如上述实施方式2那样，如果仅在电源投入时进行偏移修正，则至偏移修正结束为止的时间变长，将产生不理想状况。
本实施方式5的目的在于改善这种不理想状况，涉及通过在差动放大器20的偏移电压修正时断开开关43，把开关44连接到b，把OPU10与激光器功率控制电路100进行电分离，修正差动放大器20的偏移电压的激光器功率控制电路。
在偏移电压修正时，运算放大器20b的正相端子22由于开关44连接到b一侧，因此输入基准电压30的电压值Vr。另一方面，运算放大器20b通过电阻45加入负反馈，把电阻46作为输入电阻构成反相型的放大器。所以，如果把偏移修正用可变电压源31的电压值取为0V，则电压值Vr加入到运算放大器20b的反相输入端子。这里，如果在运算放大器20b中不发生偏移电压，则运算放大器20b的输出电压与电压值Vr相等。因此，关于AD转换器33的输入，对于电压值Vr与运算放大器20b的输出电压求电位差，如果调整偏移修正用可变电压源31的电压值使得该电位差为0V，则能够修正差动放大器20的偏移电压。
这样，在本实施方式5的激光器功率控制电路中，在差动放大器20中设置运算放大器20b和电阻45、46，控制运算放大器20b的输入端子间电压，使得在差动放大器20的偏移电压修正时，把OPU10与激光器功率控制电路100电分离，使运算放大器20b的输入短路后的运算放大器20b的输入输出间电位相等，因此能够不向半导体激光器4提供过大的信号，在短时间内进行偏移电压的修正。
实施方式6其次，参照
本发明实施方式6的激光器功率控制电路。
图5是表示本实施方式6的激光器功率控制电路的构成的框图。图5中，47、48是开关，45a、45b是电阻，设定成开关47在断开的状态下，电阻45a与电阻45b相加的电阻值与上述实施方式5中的电阻45的电阻值相等，另外电阻45b的电阻值与电阻46的电阻值相等。另外，20a是放大率为1的缓冲放大器。另外，在与上述实施方式1以及实施方式5的构成成分相同的部分中标注相同的符号，并且省略其说明。
在上述实施方式5中，由电阻45、46以及运算放大器20b构成的差动放大器20(以下有时也称为反相型放大器)的放大率是1000倍左右，在该状态下，从偏移修正用可变电压源31等发生的噪声在上述反相型放大器中被放大。例如，如果在反相型放大器中加入0.1mV左右的噪声成分，则由于在选择器32的第1输入a中作为噪声出现100mV的电压，因此需要数字地求平均值等的配合。
本实施方式6的激光器功率控制电路为了改善这样不理想状况，在偏移修正时通过闭合开关47，降低反相放大器的放大率，在去除了由噪声引起的不稳定性的状态下，修正差动放大器的偏移电压。
首先，断开开关43以及开关48，闭合开关47，开关44设定在b上。在该状态下，在运算放大器20b的正相输入端子22中输入基准电压Vr。另外，电阻46的一端是开放状态，运算放大器20b的输出电压直接经过开关47以及电阻45b反馈到反相输入，因此构成放大率为1的负反馈放大器。如果把运算放大器20b的偏移电压记为Vofs2，则在选择器32的输入a中输入(Vr-Vofs2)的电压。
接着，在闭合了开关47的状态下，闭合开关48。如果把缓冲放大器20a的偏移电压记为Vofs1，把偏移修正用可变电压源31的电压值取为0V，则缓冲大器20b的输出电压Vo(20b)用
Vo(20b)＝Vr+Vofs1-2×Vofs2 ......(2)表示。在各放大器中如果没有发生偏移电压，则由于Vo(20b)＝Vr，因此如果把Vo(20b)取为Vr+Voofs则成为Voofs＝Vofs1-2×Vofs2 ......(3)接着，求通常动作状态下的偏移电压。在通常动作状态下，开关44连接到a，开关43、48闭合，开关47断开。反相型放大器20b的放大率由电阻45a、45b的相加结果与电阻46的比例决定。把该比例记为G，另外，把来自光检测元件3的反馈电压作为Vm，对于激光器功率控制电路100的输出23的电压Vo(23)用公式求出为Vo(23)＝G×(Vm-Vr+Vofs1-Vofs2)+(Vm-Vofs2)......(4)成为问题的电路的偏移电压是(Vm-Vr)，如上述那样，如果把Vo(23)作为从Vr的变动量Voofsn，则用Vm-Vr＝(Vr-Vm+Vofs2+Voofsn)×(1/G)+(Vofs2-Vofs1) ......(5)表示。这里，G由于是1000倍左右，因此如果忽略(5)式的第一项，则成为Vm-Vr＝Vofs2-Vofs1 ......(6)如果把(3)式变形，则由于是Vofs2-Vofs2＝-(Voofs+Vofs2) ......(7)因此为了修正通常动作状态下的偏移电压Vm-Vr，可知可以取Voofs+Vofs2＝0 ......(8)由于(8)式中的Voofs是断开激光器功率控制电路的负反馈环，把反相放大器20b的放大率取为1，在与缓冲放大器20a连接了时的反相放大器20b中发生的电压与基准电压Vr的差，Vofs2是断开开关48，把运算放大器20b的增益取为1时在输出端出现的电压与基准电压Vr的差，因此每一个都是能够用AD转换器33和运算器34计算出的值。
从而，在断开激光器功率控制电路的负反馈环的状态下，如果改变偏移修正用可变电压源31的电压值使得(8)式成立，则能够在减小反相放大器20b的放大率，不发生噪声影响的状态下，修正通常动作状态下的偏移。
这样，如果依据本实施方式6的激光器功率和控制电路，则由于在差动放大器20中设置缓冲放大器20a以及运算放大器20b，在读取差动放大器20的偏移电压时，分别读取上述运算放大器20b的偏移电压，以及把缓冲放大器20a与运算放大器20b连接了时的偏移电压，决定修正量，因此能够稳定地修正通常动作状态下的偏移电压。
实施方式7其次，参照
本发明实施方式7的激光器功率控制电路。
图2是表示本实施方式7的激光器功率控制电路的构成的框图。图6中，49是开关。另外，在与实施方式1、实施方式5以及实施方式6的构成要素相同的部分上标注相同的符号并且省略其说明。
在上述实施方式6中，通过闭合开关47，切换反相器20b的放大率。而在通常动作状态下，为了得到1000倍左右的放大率，电阻46与电阻45a的比例也成为大约1000倍。作为集成电路为了实现这样的电阻46和电阻45a，由于电阻45a的电阻值不能够极端地增大，因此设定为数百kΩ，电阻46的电阻值设定为数百Ω。这里，由于开关47用晶体管构成，因此发生导通电阻。在上述实施方式6中，在偏移修正时需要把运算放大器20b的放大率设定为1，而即使把电阻46与电阻45a的电阻值取为相同，但由于开关47的导通电阻，放大率也不会成为1。另外，在通常动作时，由于开关48的导通电阻加入到电阻46的电阻值上，因此如果不是把开关48的导通电阻充分减小则激光器功率控制电路的环路增益将偏移。为了把这些开关47、48的电阻值减少到能够忽略的程度，就需要加大晶体管尺寸，但这将导致增大晶片面积因此并不是所希望的。
本实施方式7的激光器功率控制电路为了改善这种不理想状况，具有不增大构成开关47、48的晶体管尺寸，进行增益的切换，进行偏移修正的构成。
开关49在通常动作时连接到a，在偏移修正时连接到b。另外，开关47、48如果用相同尺寸的晶体管构成则导通电阻相等。这里，如果把开关49连接到b，则反相放大器20b的输入电阻成为开关48与电阻46的相加结果。另外，反馈电阻是开关47与电阻45b的相加结果。通过把电阻46、45b取为相等的电阻值，把开关47、48的晶体管尺寸当成相等，放大率分别用相加结果的比例来表示，成为1。另外，在通常动作时，由于把开关49连接到a，因此开关48与电阻46的连接点成为与缓冲放大器20a的输入电压相等，能够忽略开关48的导通电阻。从而，能够不增大增益切换用开关47、48的晶体管尺寸，进行激光器功率控制电路的偏移修正。
这样，如果依据本实施方式7的激光器功率控制电路，则在读取差动放大器20的偏移电压时，由于在根据上述运算放大器20b的偏移电压，以及把缓冲放大器20a与运算放大器20b连接在一起时的偏移电压决定了的修正量中，与激光器功率控制电路的基准电压和输出电压相对应加入固定的修正，因此能够不考虑开关47、48的导通电阻，进行偏移修正，从而不需要为了减小开关47、48的电阻值而增大晶体管尺寸。
实施方式8其次，说明本实施方式8的激光器功率控制电路。
在上述实施方式6中，在表示偏移电压的(5)式中，由于第一项的放大率G是1000倍左右，因此在偏移电压的修正式中忽略该项。在(5)式第一项中，由于Vm-Vr以及Vofs2仅仅是数十mV左右，因此如果除以放大率G则是能够充分忽略的值。相对于此，Voofsn是从输出端子23所输出的激光器功率控制电路10的输出电压与基准电压Vr的电位差，该电压达到数V。在图6所示的电路构成中，半导体激光器驱动用晶体管5的基极电压是从正电源端子1的电压值下降了大约0.7V的电压，如果把该正电源端子1的电压值取为提供给半导体集成电路的一般值的3.3V，另外，把基准电压Vr取为100mV，则上述Voofsn＝3.3-0.7-0.1＝2.5V。如果用放大率G＝1000除该值，则成为2.5mV，对于基准电压Vr相当于2.5％。作为功率控制的精度，虽然希望在5％以下，但是2.5％不一定能够说是可以忽略的值。
本实施方式8解决该课题。在(5)式中，如上所述由于能够忽略Vr-Vm以及Vofs2，因此Vm-Vr＝Voofsn/G+(Vofs2-Vofs1) ......(9)另外，从(7)式可知，可以改变偏移修正用可变电压源31的电压值使得Voofsn/G-(Voofs+Vofs2)＝0 ......(10)成立。这里，Voofsn是根据OPU10与激光器功率控制电路100的连接关系以及基准电压Vr一意决定的几乎固定的值。因此，如果在存储器上预先配置用Voofsn/G表示的修正量，并且根据上述条件选择修正量，则能够不加长偏移修正的顺序，高精度地进行偏移修正。
这样，如果依据本实施方式8的激光器功率控制电路，则由于在存储器上预先保持用Voofsn/G表示的修正量，并且根据需要选择该值加入到偏移修正用可变电压源31的电压值的变化上，因此能够在短时间内高精度地进行偏移修正。
实施方式9其次，参照
本发明实施方式9的激光器功率控制电路。
图7是表示本实施方式9的激光器功率控制电路的构成的框图。在图7中，44、50是开关。另外，在与实施方式1的构成要素相同的部分上标注相同的符号，并且省略其说明。
如图7所示，在从激光器功率控制电路100的输出端子23经过OPU10反馈到输入端子22极性是反极性的情况下，作为总体为了成为负反馈结构，需要返回到差动放大器20的正相输入端子22，把开关44以及50连接到a一侧。另外，如图7所示，在从激光器功率控制电路的输出端子23经过OPU10反馈到正相输入端子22的极性是正极性的情况下，作为总体为了成为负反馈结构，需要返回到差动放大器20的反相端子21，把开关44以及50连接到b一侧。
这样，如果依据本实施方式9的激光器功率控制电路，则通过使用开关44、50切换向差动放大器20的反馈信号，能够与从激光器功率控制电路的输出23经过OPU10反馈的信号的极性无关，用相同的激光器功率控制电路进行功率控制，能够得到通用性高的驱动电路。
如上所述，如果依据本发明方案1的激光器功率控制电路，则由于该电路分别把从半导体激光器照射的光的一部分进行光电变换得到的电信号连接到差动放大器的一个输入端子，把基准电压连接到另一个输入端子，把输出连接到上述半导体激光器的驱动电路，通过构成负反馈电路使得上述光电变换后的电压与上述基准电压相等，得到固定的激光器功率，具有使得在上述差动放大器的输入端子之间发生电位差的单元和AD转换器，用上述AD转换器把上述基准电压和上述光电变换后的电压变换为数字信号，基于上述被变换为数字信号的基准电压以及光电变换后的电压，为了使它们之间没有电位差控制上述差动放大器的输入端子间的电压，因此能够抑制发生由构成上述差动放大器的元件的失配产生的偏移电压那样的相对分散性，得到固定的激光器功率。另外，通过对在信号处理中使用的AD转换器使用时分法，能够避免增加激光功率控制电路的电路规模。
另外，如果依据本发明方案2的激光器功率控制电路，则由于在方案1记述的激光器功率控制电路中，在电源投入时读取上述差动放大器的偏移电压，通过把与上述偏移电压相当的电压提供给上述差动放大器的输入端子之间，修正上述差动放大器的偏移电压，因此能够不需要提高上述AD转换器的处理速度，不变更上述AD转换器的标准，得到稳定的光功率。
如果依据本发明方案3的激光器功率控制电路，则由于在方案1记述的激光器功率控制电路中，在读取上述差动放大器的偏移电压时，使上述AD转换器的基准电压变化，提高分辨率，因此能够提高上述AD转换器的分辨率，能够减小激光器功率的分散幅度。
如果依据本发明方案4的激光器功率控制电路，则由于在方案2记述的激光器功率控制电路中，在读取上述差动放大器的偏移电压时为使其进入到上述AD转换器的动态范围内，切换该激光器功率控制电路的基准电压，因此能够不变更上述AD转换器的标准，测定上述差动放大器的偏移电压。
如果依据本发明方案5的激光器功率控制电路，则由于在方案1记述的激光器功率控制电路中，上述差动放大器由放大器构成，在上述差动放大器的偏移电压修正时，控制上述差动放大器的输入端子间电压使得在把上述半导体激光器的驱动电路与上述控制电路电分离，并把上述差动放大器的输入短路时，上述差动放大器的输入输出之间的电位相等，因此能够不向上述半导体激光器提供重压，修正上述差动放大器的偏移电压。
如果依据本发明方案6的激光器功率控制电路，则由于在方案5记述的激光器功率控制电路中，上述差动放大器的放大器由第1放大器以及第2放大器构成，在读取上述差动放大器的偏移电压时，分别读取上述第1放大器单体的偏移电压和把上述第1放大器与第2放大器连接起来时的偏移电压，决定修正量，因此能够抑制由从电路发生的噪声产生的不稳定性，稳定地修正差动放大器的偏移电压。
如果依据本发明方案7的激光器功率控制电路，则由于在方案6记述的激光器功率控制电路中，上述修正量是与该激光器功率控制电路的基准电压和输出电压相对应加入了固定的修正，因此能够不增大增益切换用模拟开关的尺寸，修正偏移电压。
如果依据本发明方案8的激光器功率控制电路，则由于在方案6记述的激光器功率控制电路中，上述差动放大器由第1反馈型放大器以及第2反馈型放大器构成，在读取偏移电压时和通常动作时，切换构成反馈环路的反馈型放大器，因此还能够修正从OPU的监控电压与激光器功率控制电路输出电压的差产生的电路的偏移电压，还能够抑制由OPU的监控电压设定引起的光功率的分散性。
如果依据本发明方案9的激光器功率控制电路，则由于在方案1记述的激光器功率控制电路中，在上述差动放大器的各个输入端子上可切换地连接上述光电变换后的电压和基准电压，因此与从OPU的驱动输入至监视器输出的极性无关，能够用相同的半导体集成电路进行控制，能够通过提高半导体集成电路的通用性，来降低成本。
权利要求
1.一种激光器功率控制电路，该电路分别把从半导体激光器照射的光的一部分进行光电变换得到的电信号连接到差动放大器的一个输入端子，把基准电压连接到另一个输入端子，把输出连接到上述半导体激光器的驱动电路，通过构成负反馈电路使得上述光电变换后的电压与上述基准电压相同，得到固定的激光器功率，其特征在于包括使得在上述差动放大器的输入端子之间发生电位差的单元和AD转换器，用上述AD转换器把上述基准电压和上述光电变换后的电压变换为数字信号，基于上述被变换为数字信号的基准电压以及光电变换后的电压，为了使它们之间没有电位差控制上述差动放大器的输入端子间的电压。
2.根据权利要求1所述的激光器功率控制电路，其特征在于在电源接通时读取上述差动放大器的偏移电压，通过把与上述偏移电压相当的电压提供给上述差动放大器的输入端子之间，修正上述差动放大器的偏移电压。
3.根据权利要求1所述的激光器功率控制电路，其特征在于在读取上述差动放大器的偏移电压时，使上述AD转换器的基准电压变化，提高分辨率。
4.根据权利要求2所述的激光器功率控制电路，其特征在于在读取上述差动放大器的偏移电压时，为使其进入到上述AD转换器的动态范围内，切换该激光器功率控制电路的基准电压。
5.根据权利要求1所述的激光器功率控制电路，其特征在于上述差动放大器由放大器构成，在进行上述差动放大器的偏移电压修正时，控制上述差动放大器的输入端子间的电压使得在把上述半导体激光器的驱动电路与上述控制电路电分离，并把上述差动放大器的输入短路时，上述差动放大器的输入输出之间的电位相等。
6.根据权利要求5所述的激光器功率控制电路，其特征在于上述差动放大器的放大器由第1放大器以及第2放大器构成，在读取上述差动放大器的偏移电压时，分别读取上述第1放大器单体的偏移电压和把上述第1放大器与第2放大器连接起来时的偏移电压，决定修正量。
7.根据权利要求6所述的激光器功率控制电路，其特征在于上述修正量与该激光器功率控制电路的基准电压和输出电压相对应加入了固定的修正。
8.根据权利要求6所述的激光器功率控制电路，其特征在于上述差动放大器由第1反馈型放大器以及第2反馈型放大器构成，在读取偏移电压时和进行通常动作时，切换构成反馈环路的反馈型放大器。
9.根据权利要求1所述的激光器功率控制电路，其特征在于在上述差动放大器的各个输入端子上可切换地连接上述光电变换后的电压和基准电压。
全文摘要
本发明提供了激光器功率控制电路。在由CMOS晶体管构成的激光器功率控制电路中，抑制由晶体管的失配引起的从半导体激光器出射的激光器功率的分散性，使用配置在同一芯片内的AD转换器数字地计算差动放大器的偏移量，控制可变电压源的电压值使得与差动放大器的偏移电压反方向地加入电压，修正激光器功率控制电路的偏移电压，由此抑制半导体激光器的激光器功率的分散性。
文档编号H03F1/02GK1574524SQ20041004760
公开日2005年2月2日 申请日期2004年5月26日 优先权日2003年5月26日
发明者落合稔, 苅田吉博 申请人:松下电器产业株式会社