專利名稱：激光器功率控制電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及在光盤驅動器等中使用的半導體激光器的功率控制電路，特別是涉及由MOS晶體管構成控制電路時成為課題的差動放大器的偏移電壓的修正方法。
背景技術：
在光盤驅動器中，通過把激光照射到光盤上，把反射光變換為電信號進行信號處理，能夠使形成在光盤上的物理數字信號復原為電信號。近年來在使用了該原理的光盤中，讀出專用盤或者可再寫入盤已經實用化，另外，根據記錄密度的不同，記錄格式也多種多樣。為此，在光盤驅動器中，在進入到信號復原過程之前，需要判斷是哪一種光盤媒體。一般，因各種光盤媒體被照射了一定光功率時的反射光量不同，故在媒體判斷的初始階段，通過檢測該反射光量等級，推斷是哪種媒體，進行了伺服控制以后，根據讀出記錄數據進行媒體的確定。即使基于反射光量的推斷出錯，也能夠變更推斷媒體再次進行數據的讀出，進行媒體的確定，但是由于記錄格式多種多樣，因此如果在初始的媒體推斷中進行了誤判斷，則至開始數據再生需要花費很多時間。
設置在這種光盤驅動器中的激光器功率控制電路抑制由激光器照射的激光功率的分散性，即使動作環境發生變化也能夠把激光器功率保持為固定。
另外，在半導體激光器中，如果要得到規定值以上的激光功率，則可能縮短動作壽命，因此從光盤設備的長時間動作的觀點來看可以說激光器功率的控制也是十分重要的。
圖8把這種功能做成了具體的電路，以下說明這種以往電路的問題。
在圖8中，1是正電源端子，2是負電源端子，3是光檢測元件，4是半導體激光器，5是半導體激光器驅動由晶體管，6是光電變換用可變電阻，把1～6稱為拾光單元(OPU)，用10表示。另外，20是差動放大器，21、22是差動放大器20的輸入端子，23是半導體激光器功率控制電路的輸出端子，30是供給電壓值Vr的基準電壓源，100是包括這些結構成分20～30的激光器功率控制電路，通常形成為半導體集成電路。
其次，說明上述那樣構成的以往的激光器功率控制電路的動作。半導體激光器4通過半導體激光器驅動用晶體管5供給來自正電源端子1的電流，發生發光現象。發光的半導體激光器的一部分光照射到光檢測元件3，通過光感應電流，進行光電變換，通過在光電變換用可變電阻6中流過電流成為電壓信號。以下，把該電壓稱為監控電壓Vm。
在差動放大器20的負極性端子21上連接基準電壓源30，在正極性端子22上輸入上述光電變換了的電壓信號。另外，差動放大器20的輸出端子23連接到半導體激光器驅動用晶體管5的基極端子5。這里，如果正相端子22的端子電壓比反相端子21的端子電壓高，則由于22是差動放大器20的正相端子，因此輸出端子23的電壓上升，半導體激光器驅動用晶體管5的基/射間電壓下降。其結果，流過半導體激光器驅動用晶體管5的電流減少，流過半導體激光器4的電流減少，照射光功率也減少。進而，通過光檢測元件3的光感應電流減少，使正相端子22的端子電壓降低。反之，如果正極性端子22的端子電壓比反相端子21低，半導體激光器功率控制電路100經過一周正相端子22的端子電壓向上升的方向變化。
如上所述，激光器功率控制電路100與OPU10的連接構成負反饋環，最終反相端子21和正相端子22的端子成為幾乎相等的電壓。
另一方面，半導體激光器4的發光效率的分散性大，這意味著即使流過相等的電流能夠得到的激光功率也不同。光電變換用可變電阻6是用于調整該發光效率分散性的電阻，在測定來自半導體激光器4的激光功率的同時，進行調整使得在可以得到規定的激光功率時光電變換用可變電阻6的電壓成為固定。這時要調整的電壓是位于激光器功率控制電路100內的基準電壓源30的電壓值Vr。
通過把這樣調整了的OPU10連接到激光器功率控制電路100，通過構成負反饋環，使得光電變換用可變電阻6的端子電壓與進行了功率調整時的電壓值Vr相等，能夠把從半導體激光器4照射的光功率控制為固定。
近年來，由于伴隨著半導體集成電路工藝的精密化，晶體管的耐壓下降，因此使用3V左右的電源電壓。另一方面，在要用半導體激光器4得到高輸出的激光功率的情況下，正向電壓升高，由于把正電源端子1的電壓取為3V進行動作十分困難，因此OPU10的電源電壓一般取為5V左右。半導體激光器驅動用晶體管5的基極電壓是從5V下降了半導體激光器驅動晶體管5的基·射間電壓(≈0.7V)部分的電壓，在這樣的背景下，如果進行圖8所示的連接，則激光器功率控制電路100的輸出端子23的端子電壓超過工藝耐壓。
圖9是OPU10的正電源端子1的電壓值與差動放大器20的電源電壓不同的情況下，把半導體激光器控制電路100與OPU10連接起來的電路的一個例子。在圖9中，8是沒有包含在半導體集成電路中的晶體管，其耐壓充分高于正電源端子1的電壓。7以及9是電阻。它們起到反相放大器的作用，電阻7與電阻9的兩端電壓之比與它們的電阻比相等。這里，晶體管8的基極電壓由于是把電阻9中的電壓降部分與晶體管8的基/射間電壓(≈0.7V)相加的電壓，因此如果適當地選擇電阻7以及9的電阻比，則能夠使激光器功率控制電路100的輸出端子23的端子電壓不超過工藝耐壓，構成負反饋環。參考特開平2-159780號公報(圖5)。
在上述那樣的以往技術中，如果使用理想的差動放大器，則反相端子21與正相端子22的端子電壓相等，從半導體激光器4照射的激光功率成為固定，但實際上在差動放大器20發生稱為偏移電壓的電壓。
圖10是等效地示出在差動放大器中發生了偏移電壓時的狀態，如果發生偏移電壓Vofs，則在差動放大器的兩個端子之間產生電位差。其結果，在基準電壓源30的電壓值Vr與監控電壓Vm之間產生電位差，結果，半導體激光器4的激光功率不能夠成為固定。偏移電壓起因于在差動放大器20的輸入部分中使用的差動晶體管等的相對精度所要求的晶體管的失配。該失配在MOS型晶體管中顯著地產生，其大小與MOS晶體管的柵極寬度×柵極長度的平方根成反比。從而，作為一般的對應，采取加大這些晶體管的尺寸，或者為了修正偏移電壓部分而把基準電壓值Vr進行微調等方法。
但是，由于激光器功率控制電路做成為半導體集成電路，因此如果加大晶體管尺寸則將加大芯片尺寸。另外，由于基準電壓的微調使用熔斷絲進行，因此每種方法都存在引起制造成本上升的課題。
另外，光檢測元件3具有二極管構造，如果光電變換用可變電阻6的調整電壓升高，則由于沿著正方向開始流過電流，因此一般調整為比較低的電壓(100mV～200mV左右)。另一方面，激光器功率控制電路100的輸出由OPU10的電源電壓所決定，因此該差動作為電路的偏移電壓而發生。如果把基準電壓Vr與激光器功率控制電路輸出電壓的電位差記為Voofsn，把差動放大器20的增益記為G，則在電路中發生的偏移電壓由Voofsn/G表示。通過加大差放大器20的增益G能夠解決減小該電路的偏移電壓的課題，但是如果過于加大，則反饋環的增益交點升高，將發生擴大噪聲頻帶或者反饋環的穩定性降低的課題。因此，差動放大器20的增益G抑制為1000倍左右是一般的設計值，由于Voofsn發生2V左右，因此由這樣的設計對于輸入部分的換算偏移電壓成為2mV。該數值由于對于原來的基準電壓相當于2％，因此不一定能夠說是可忽略的值。該偏移電壓由于在晶體管尺寸調整中不能回避，因此需要基于熔斷絲的基準電壓的微調，而這樣做也具有帶來制造成本上升的課題。
另外，如圖9所示那樣，在OPU10的電源電壓與激光器功率控制電路100之間具有電位差的情況下，需要變更激光器功率控制電路100與OPU10的連接，因此還具有需要根據OPU10的標準，決定激光器功率控制電路100的標準的課題。
發明內容
本發明是為解決上述以有的課題而產生的，目的在于提供能夠不導致制造成本的上升，能得到固定的激光器功率，而且對于各種OPU都能夠連接的激光器功率控制電路。
為了解決上述課題，本發明(方案1)的激光器功率控制電路分別把從半導體激光器照射的光一部分進行光電變換得到的電信號連接到差動放大器的一個輸入端子，把基準電壓連接到另一個數端子，把輸出連接到上述半導體激光器的驅動電路，通過構成負反饋電路使得上述光電變換后的電壓與上述基準電壓相同，得到固定的激光器功率，具有使得在上述差動放大器的輸入端子之間發生電位差的單元和AD轉換器，用上述AD轉換器把上述基準電壓和上述光電變換后的電壓變換為數字信號，基于上述被變換為數字信號的基準電壓以及光電變換后的電壓，為了使它們之間沒有電位差，控制上述差動放大器的輸入端子間的電壓。
另外，本發明(方案2)的激光器功率控制電路，在方案1記述的激光器功率控制電路中，在電源投入時讀取上述差動放大器的偏移電壓，通過把與上述偏移電壓相當的電壓提供給上述差動放大器的輸入端子之間，修正上述差動放大器的偏移電壓。
另外，本發明(方案3)的激光器功率控制電路，在方案1記述的激光器功率控制電路中，在讀取上述差動放大器的偏移電壓時，使上述AD轉換器的基準電壓變化，提高分辨率。
另外，本發明(方案4)的激光器功率控制電路，在方案2記述的激光器功率控制電路中，在讀取上述差動放大器的偏移電壓時，為使其進入到上述AD轉換器的動態范圍內，切換該激光器功率控制電路的基準電壓。
另外，本發明(方案5)的激光器功率控制電路，在方案1記述的激光器功率控制電路中，上述差動放大器由放大器構成，在上述差動放大器的偏移電壓修正時，控制上述差動放大器的輸入端子間的電壓使得在把上述半導體激光器的驅動電路與上述控制電路電分離，并把上述差動放大器的輸入短路時，上述差動放大器的輸入輸出之間的電位相等。
另外，本發明(方案6)的激光器功率控制電路，則由于在方案5記述的激光器功率控制電路中，上述差動放大器的放大器由第1放大器以及第2放大器構成，在讀取上述差動放大器的偏移電壓時，分別讀取上述第1放大器單體的偏移電壓和把上述第1放大器與第2放大器連接起來時的偏移電壓，決定修正量。
另外，本發明(方案7)的激光器功率控制電路，在方案6記述的激光器功率控制電路中，上述修正量與該激光器功率控制電路的基準電壓和輸出電壓相對應加入了固定的修正。
另外，本發明(方案8)的激光器功率控制電路，在方案6記述的激光器功率控制電路中，上述差動放大器由第1反饋型放大器以及第2反饋型放大器構成，在讀取偏移電壓時和通常動作時，切換構成反饋環路的反饋型放大器。
另外，本發明(方案9)的激光器功率控制電路，在方案1記述的激光器功率控制電路中，在上述差動放大器的各個輸入端子上可切換地連接上述光電變換后的電壓和基準電壓。
圖1是表示在本發明實施方式1以及2中的激光器功率控制電路的構成電路圖。
圖2是表示在本發明實施方式3中的激光器功率控制電路的構成電路圖。
圖3是表示在本發明實施方式4中的激光器功率控制電路的構成電路圖。
圖4是表示在本發明實施方式5中的激光器功率控制電路的構成電路圖。
圖5是表示在本發明實施方式6以及8中的激光器功率控制電路的構成電路圖。
圖6是表示在本發明實施方式7中的激光器功率控制電路的構成電路圖。
圖7是表示在本發明實施方式9中的激光器功率控制電路的構成電路圖。
圖8是表示在以往的激光器功率控制電路的構成電路圖。
圖9是表示激光器功率控制電路的輸出與OPU的反饋信號是同極性時的激光器功率控制電路與OPU的連接的一個例子的電路圖。
圖10是表示在構成激光器功率控制電路的差動放大器中發生了偏移電壓時的等效電路的電路圖。
具體實施例方式
以下，參照
本發明的實施方式。
實施方式1圖1是表示在本發明實施方式1中的激光器功率控制電路的構成框圖。
在圖1中，1是正電源端子，2是負電源端子，3是把從半導體激光器4照射的半導體激光的一部分進行光電變換的光檢測元件，5是晶體管，6是光電變換用可變電阻，把1～6稱為光拾取單元(OPU)，用10表示。另外，20是差動放大器，21是作為差動放大器20的輸入端子的反相端子，22是作為差動放大器20的輸入端子的正相端子，23是激光器功率控制電路的輸出端子，30是供給電壓值Vr的基準電壓的基準電壓源，31是具有正負兩極性輸出的偏移修正用可變電壓源，33是AD轉換器，32是切換第1輸入a、第2輸入b和第3輸入c，把某一個信號提供給AD轉換器33的選擇器，34是運算從AD轉換器所輸出的數字信號的運算器，35是在通常動作時用于對AD轉換器33輸入信號的輸入端子，100是包括這些結構成分20～35的激光器功率控制電路，通常形成為半導體集成電路。
其次說明該激光器功率控制電路的動作。
半導體激光器4如果通過半導體激光器驅動晶體管5供給來自正電源端子1的電流，則發生發光現象。通過發光現象產生的半導體激光的一部分照射到光檢測元件3，通過光感應電流進行光電變換，通過在光電變換用可變電阻6中流過電流成為電壓信號。把該電壓作為監控電壓Vm。這里，光電變換用可變電阻6的電阻值調整為使得到規定的發光功率時的監控電壓Vm與激光器功率控制電路100內的基準電壓源30的電壓值Vr一致。
在差動放大器20的反相端子21上，經過偏移修正用可變電壓源31與基準電壓源30相連接。另外，該連接點還連接選擇器32的第2輸入b。另外，偏移修正用可變電壓源31是以0V為中心具有正負兩極性的電壓源。另一方面，在正相端子22中輸入上述的光電變換了的監控電壓Vm(以下，把輸入到正相端子22的監控電壓Vm稱為端子電壓Vm)的同時，連接選擇器32的第1輸入a。另外，差動放大器20的輸出端子23與半導體激光器驅動晶體管5的基極端子相連接。
這里，如果把偏移修正用可變電壓源31的電壓值定為0V，則在加入到差動放大器20的正相輸入端子22上的端子電壓Vm比加入到差動放大器20的反相輸入端子21的電壓值Vr高的情況下，輸出端子23的電壓上升，半導體激光器驅動用晶體管5的基/射間電壓下降。其結果，由于在半導體激光器驅動晶體管5中流過的電流減少，因此供給到半導體激光器4的電流減少，半導體激光器4的激光器功率也減少。與此相伴隨，由于光檢測元件3的光感應電流減少，因此加入到正相輸入端子22上的端子電壓Vm下降。反之，在加入到正相輸入端子22上的端子電壓Vm比加入到反相輸入端子21上的電壓值Vr低的情況下，經過一周加入到正相輸入端子22上的端子電壓Vm向上升的方向變化。
如以上那樣，激光器功率控制電路100與OPU10的連接構成負反饋環，成為最終使反相輸入端子21以及正相輸入端子22的端子電壓最終成為幾乎相同的電壓的構成。可是，如圖10那樣，如果在差動放大器20中發生偏移電壓Vofs，則差動放大器20的反相端子電壓V(-)成為V(-)＝Vr+Vofs ......(1)差動放大器20的正相端子電壓V(+)通過負反饋與V(-)電壓相，由于V(+)電壓與OPU10的監控電壓Vm相等，因此從作為期望值的Vr產生偏移。
其次，說明修正從上述那樣的監控電壓Vm的期望值產生的偏移的方法。
AD轉換器33通常用于把連續變化的模擬信號進行數字變換，作為離散數據進行信號處理。另外，在變換為數字信號時，如果以大于等于所變換的模擬信號頻率的兩倍的變換速度進行數字變換，則可知作為數字信號能夠復原為模擬信號。因此，一般不是使用幾個AD轉換器把若干個模擬信號進行數字變換，而是使用時間序列地變更AD轉換器的輸入進行數字化的方法。
選擇器32切換對于AD轉換器33的輸入信號，在圖1中，采用切換3種信號的結構。其第1輸入a被分配到差動放大器20的正相輸入端子22的端子電壓Vm，第2輸入b被分配到激光器功率控制電路100的基準電壓源30的電壓Vr，第3輸入c被分配到來自輸入端子35的信號。這樣構成的選擇器32首先把AD轉換器33的輸入設定為第1輸入a，AD轉換器33把正相輸入端子22的端子電壓Vm變換為數字信號。接著，把AD轉換器33的輸入由選擇器32設定為第2輸入b，AD轉換器33把基準電壓源30的電壓Vr變換為數字信號。而且，根據變換為數字信號的電壓Vr以及端子電壓Vm，由運算器34計算電壓Vr與端子電壓Vm的電位差。把計算出的電位差供給到偏移修正用可變電壓源31，使得基準電壓源30的電壓值Vr與監控電壓Vm相等，通過構成第2反饋環，能夠修正由差動放大器20的偏移電壓Vofs引起的監控電壓Vm與基準電壓源30的電壓Vr的偏移，能夠得到固定的激光器功率。
如以上所述，如果依據本實施方式1的激光器功率控制電路，則在通過構成負反饋電路使得把從半導體激光器4照射的半導體激光的一部分用光檢測元件3進行光電變換得到的電信號連接到差動放大器20的正相端子22，把來自基準電壓源30的基準電壓連接到反相端子21，把輸出連接到半導體激光器4的驅動電路，使光電變換后的監控電壓Vm與基準電壓源30的電壓Vr相等，在得到固定的激光器功率的激光器功率控制電路中，具備在差放大器20的輸入端子之間發生電位差的偏移修正用可變電壓源31和AD轉換器33，由于把上述基準電壓的電壓值Vr和來自光檢測元件3的輸入電壓Vm用上述AD轉換器33變換為數字信號，為了不產生這些電位差控制上述偏移修正用可變電壓源31的輸出，即，差動放大器20的輸入端子間電壓，因此，能夠不導致制造成本的上升而得到固定的激光器功率，而且可以得到能夠對各種OPU連接的激光器功率控制電路。
實施方式2其次，說明本發明實施方式2的激光器功率控制電路。
另外，本實施方式2的激光器功率控制電路的構成由于與上述實施方式1的相同，因此省略說明。
在上述的實施方式1中，由于基準電壓源30的電壓值Vr和監控電壓Vm是時間上沒有變化的直流電壓值，因此如果完成了用于修正差動放大器20的偏移電壓的環路，實施方式1的激光器功率控制電路則當然只要保持提供給偏移修正用可變電壓源31的數字數據即可。而與此不同，本實施方式2的激光器功率控制電路構成為在電源投入時等，把圖1中的選擇器32的輸入切換為第1輸入a，第2輸入b或者第3輸入c，修正差動放大器20的偏移電壓。
如以上所述，如果依據本實施方式2的激光器功率控制電路，則由于通過在電源投入時讀取差動放大器20的偏移電壓，在差動放大器20的輸入端子之間提供與該偏移電壓相當的電壓，通過修正上述差動放大器20的偏移電壓，則不需要提高把時間變化的模擬信號變換為數字信號時的AD轉換器的轉換速度，另外，也不需要為了修正差動放大器20的偏移電壓而變更AD轉換器33的標準，能夠用非常簡單的結構得到固定的激光器功率。
實施方式3其次，參照
本發明實施方式3的激光器功率控制電路。
圖2是表示出本發明實施方式3的激光器功率控制電路的構成的框圖。在圖2中，40、41是選擇器，36～39是電壓源。另外，在與上述實施方式1中的激光器功率控制電路的構成要素相同的部分上標注相同的符號，并且省略其說明。
在AD轉換器33中，準備Lo側的基準電壓和Hi側的基準電壓，根據該基準電壓之間的比特數進行分割，把輸入的模擬信號變換為離散數據。例如，8比特AD轉換器把Lo側基準電壓和Hi側基準電壓之間分割為256點，在10比特中分割為1024點。雖然比特數越多分辨率越上升，但是具有電路規模增大的缺點。所以，不使比特數增大到所需要的以上，另外，Lo側的基準電壓大多作為電路的負電源(通常是0V)，Hi側的基準電壓大多作為正電源。在這樣的條件下構成上述實施方式1，如果把AD轉換器取為8比特，電源電壓取為3.3V，則分辨率是大約13mV，對于監控電壓調整為100mV的OPU，相當于發生13％的偏移。
對此，在圖2所示的本實施方式3中，把電壓源36、38用作為AD轉換器的Lo側的基準電壓，另外，把電壓源37、39用作為AD轉換器的Hi側4的基準電壓，進而，在選擇器40、41中進行切換，使得在通常動作時把AD轉換器33使用的基準電壓切換到電壓源36、37，修正時切換到電壓源38、39。
這樣，如果依據本實施方式3的激光器功率控制電路，則由于在差動大器20的偏移電壓的讀取時，使AD轉換器33的基準電壓變化，因此AD轉換器33的分辨率成為根據AD轉換器33的比特數把電壓源38與電壓源39的電壓差動割了的值，因此即使是比特數小的AD轉換器也能夠修正高精度的偏移電壓。另外，在圖2中，示出Lo側和Hi側都把基準電壓進行切換的構成，也可以是僅在一側切換的構成，也能夠得到與上述相同的效果。
實施方式4其次，參照
本發明實施方式4的激光器功率控制電路。
圖3是表示本發明實施方式4的激光器功率控制電路的構成的框圖。在圖3中，42是電壓源，51是把來自基準電壓源30的電壓和來自電壓源42的電壓進行切換，提供給作為激光器功率控制電路的輸入端子的反相輸入端子21的選擇器。另外，在與上述實施方式1的激光器功率控制電路構成成分相同的部分上標注相同的符號，并且省略其說明。
被數字變換了的模擬信號不一定限于在從負電源到正電源的全部范圍內變化。然而，希望變換為數字信號時的分辨率小，雖然加大比特數能夠使分辨率減小，但是具有電路規模增大的缺點。因此，如果用模擬信號可以變化的范圍的上下限值設定AD轉換器33的基準電壓，則能夠不增大電路規模而減小分辨率。但是，激光器功率控制電路的基準電壓由于為了避免光檢測元件3被正向偏置而設定為接近負電源的電壓值，因此如上述那樣，在從負電源使AD轉換器的基準電壓偏移的情況下，有時將脫離AD轉換器的動態范圍。
圖3所示的本實施方式4的激光器功率控制電路是為了解決這種課題的電路，成為在差動放大器20的偏移電壓修正時，使用選擇器51切換激光器功率控制電路的基準電壓的構成。
這樣，在本實施方式4的激光器功率控制電路中，在差動放大器20的偏移電壓的讀取時，通過經由反相輸入端子21切換供給到該激光器功率控制電路的基準電壓使其進入到AD轉換器33的動態范圍內，能夠不增加AD轉換器33的比特數而進行高精度的偏移電壓的修正。
實施方式5其次，參照
本發明實施方式5的激光器功率控制電路。
圖4是表示本實施方式5的激光器功率控制電路的構成的框圖。在圖4中，20b是運算放大器，45、46是電阻，由這些器件構成本實施方式5的差動放大器。另外，43、44是開關。另外，在與上述實施方式1的激光器功率控制電路的構成成分相同的部分上標注相同的符號，并且省略其說明。
在上述實施方式1中，在OPU10與激光器功率控制電路100連接的狀態下進行偏移電壓的修正。而一般差動放大器20的放大率設定為1000倍左右。另外，在進行偏移電壓修正的階段從運算電路34輸出的數據是數字信號，在由偏移修正用可變電壓源31把其變成模擬電壓時，有時發生尖峰形電壓信號，瞬態時在半導體激光器4上提供過大的信號。為了降低該信號，可以降低偏移修正用可變電壓源31的響應速度，而如上述實施方式2那樣，如果僅在電源投入時進行偏移修正，則至偏移修正結束為止的時間變長，將產生不理想狀況。
本實施方式5的目的在于改善這種不理想狀況，涉及通過在差動放大器20的偏移電壓修正時斷開開關43，把開關44連接到b，把OPU10與激光器功率控制電路100進行電分離，修正差動放大器20的偏移電壓的激光器功率控制電路。
在偏移電壓修正時，運算放大器20b的正相端子22由于開關44連接到b一側，因此輸入基準電壓30的電壓值Vr。另一方面，運算放大器20b通過電阻45加入負反饋，把電阻46作為輸入電阻構成反相型的放大器。所以，如果把偏移修正用可變電壓源31的電壓值取為0V，則電壓值Vr加入到運算放大器20b的反相輸入端子。這里，如果在運算放大器20b中不發生偏移電壓，則運算放大器20b的輸出電壓與電壓值Vr相等。因此，關于AD轉換器33的輸入，對于電壓值Vr與運算放大器20b的輸出電壓求電位差，如果調整偏移修正用可變電壓源31的電壓值使得該電位差為0V，則能夠修正差動放大器20的偏移電壓。
這樣，在本實施方式5的激光器功率控制電路中，在差動放大器20中設置運算放大器20b和電阻45、46，控制運算放大器20b的輸入端子間電壓，使得在差動放大器20的偏移電壓修正時，把OPU10與激光器功率控制電路100電分離，使運算放大器20b的輸入短路后的運算放大器20b的輸入輸出間電位相等，因此能夠不向半導體激光器4提供過大的信號，在短時間內進行偏移電壓的修正。
實施方式6其次，參照
本發明實施方式6的激光器功率控制電路。
圖5是表示本實施方式6的激光器功率控制電路的構成的框圖。圖5中，47、48是開關，45a、45b是電阻，設定成開關47在斷開的狀態下，電阻45a與電阻45b相加的電阻值與上述實施方式5中的電阻45的電阻值相等，另外電阻45b的電阻值與電阻46的電阻值相等。另外，20a是放大率為1的緩沖放大器。另外，在與上述實施方式1以及實施方式5的構成成分相同的部分中標注相同的符號，并且省略其說明。
在上述實施方式5中，由電阻45、46以及運算放大器20b構成的差動放大器20(以下有時也稱為反相型放大器)的放大率是1000倍左右，在該狀態下，從偏移修正用可變電壓源31等發生的噪聲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左右的噪聲成分，則由于在選擇器32的第1輸入a中作為噪聲出現100mV的電壓，因此需要數字地求平均值等的配合。
本實施方式6的激光器功率控制電路為了改善這樣不理想狀況，在偏移修正時通過閉合開關47，降低反相放大器的放大率，在去除了由噪聲引起的不穩定性的狀態下，修正差動放大器的偏移電壓。
首先，斷開開關43以及開關48，閉合開關47，開關44設定在b上。在該狀態下，在運算放大器20b的正相輸入端子22中輸入基準電壓Vr。另外，電阻46的一端是開放狀態，運算放大器20b的輸出電壓直接經過開關47以及電阻45b反饋到反相輸入，因此構成放大率為1的負反饋放大器。如果把運算放大器20b的偏移電壓記為Vofs2，則在選擇器32的輸入a中輸入(Vr-Vofs2)的電壓。
接著，在閉合了開關47的狀態下，閉合開關48。如果把緩沖放大器20a的偏移電壓記為Vofs1，把偏移修正用可變電壓源31的電壓值取為0V，則緩沖大器20b的輸出電壓Vo(20b)用
Vo(20b)＝Vr+Vofs1-2×Vofs2 ......(2)表示。在各放大器中如果沒有發生偏移電壓，則由于Vo(20b)＝Vr，因此如果把Vo(20b)取為Vr+Voofs則成為Voofs＝Vofs1-2×Vofs2 ......(3)接著，求通常動作狀態下的偏移電壓。在通常動作狀態下，開關44連接到a，開關43、48閉合，開關47斷開。反相型放大器20b的放大率由電阻45a、45b的相加結果與電阻46的比例決定。把該比例記為G，另外，把來自光檢測元件3的反饋電壓作為Vm，對于激光器功率控制電路100的輸出23的電壓Vo(23)用公式求出為Vo(23)＝G×(Vm-Vr+Vofs1-Vofs2)+(Vm-Vofs2)......(4)成為問題的電路的偏移電壓是(Vm-Vr)，如上述那樣，如果把Vo(23)作為從Vr的變動量Voofsn，則用Vm-Vr＝(Vr-Vm+Vofs2+Voofsn)×(1/G)+(Vofs2-Vofs1) ......(5)表示。這里，G由于是1000倍左右，因此如果忽略(5)式的第一項，則成為Vm-Vr＝Vofs2-Vofs1 ......(6)如果把(3)式變形，則由于是Vofs2-Vofs2＝-(Voofs+Vofs2) ......(7)因此為了修正通常動作狀態下的偏移電壓Vm-Vr，可知可以取Voofs+Vofs2＝0 ......(8)由于(8)式中的Voofs是斷開激光器功率控制電路的負反饋環，把反相放大器20b的放大率取為1，在與緩沖放大器20a連接了時的反相放大器20b中發生的電壓與基準電壓Vr的差，Vofs2是斷開開關48，把運算放大器20b的增益取為1時在輸出端出現的電壓與基準電壓Vr的差，因此每一個都是能夠用AD轉換器33和運算器34計算出的值。
從而，在斷開激光器功率控制電路的負反饋環的狀態下，如果改變偏移修正用可變電壓源31的電壓值使得(8)式成立，則能夠在減小反相放大器20b的放大率，不發生噪聲影響的狀態下，修正通常動作狀態下的偏移。
這樣，如果依據本實施方式6的激光器功率和控制電路，則由于在差動放大器20中設置緩沖放大器20a以及運算放大器20b，在讀取差動放大器20的偏移電壓時，分別讀取上述運算放大器20b的偏移電壓，以及把緩沖放大器20a與運算放大器20b連接了時的偏移電壓，決定修正量，因此能夠穩定地修正通常動作狀態下的偏移電壓。
實施方式7其次，參照
本發明實施方式7的激光器功率控制電路。
圖2是表示本實施方式7的激光器功率控制電路的構成的框圖。圖6中，49是開關。另外，在與實施方式1、實施方式5以及實施方式6的構成要素相同的部分上標注相同的符號并且省略其說明。
在上述實施方式6中，通過閉合開關47，切換反相器20b的放大率。而在通常動作狀態下，為了得到1000倍左右的放大率，電阻46與電阻45a的比例也成為大約1000倍。作為集成電路為了實現這樣的電阻46和電阻45a，由于電阻45a的電阻值不能夠極端地增大，因此設定為數百kΩ，電阻46的電阻值設定為數百Ω。這里，由于開關47用晶體管構成，因此發生導通電阻。在上述實施方式6中，在偏移修正時需要把運算放大器20b的放大率設定為1，而即使把電阻46與電阻45a的電阻值取為相同，但由于開關47的導通電阻，放大率也不會成為1。另外，在通常動作時，由于開關48的導通電阻加入到電阻46的電阻值上，因此如果不是把開關48的導通電阻充分減小則激光器功率控制電路的環路增益將偏移。為了把這些開關47、48的電阻值減少到能夠忽略的程度，就需要加大晶體管尺寸，但這將導致增大晶片面積因此并不是所希望的。
本實施方式7的激光器功率控制電路為了改善這種不理想狀況，具有不增大構成開關47、48的晶體管尺寸，進行增益的切換，進行偏移修正的構成。
開關49在通常動作時連接到a，在偏移修正時連接到b。另外，開關47、48如果用相同尺寸的晶體管構成則導通電阻相等。這里，如果把開關49連接到b，則反相放大器20b的輸入電阻成為開關48與電阻46的相加結果。另外，反饋電阻是開關47與電阻45b的相加結果。通過把電阻46、45b取為相等的電阻值，把開關47、48的晶體管尺寸當成相等，放大率分別用相加結果的比例來表示，成為1。另外，在通常動作時，由于把開關49連接到a，因此開關48與電阻46的連接點成為與緩沖放大器20a的輸入電壓相等，能夠忽略開關48的導通電阻。從而，能夠不增大增益切換用開關47、48的晶體管尺寸，進行激光器功率控制電路的偏移修正。
這樣，如果依據本實施方式7的激光器功率控制電路，則在讀取差動放大器20的偏移電壓時，由于在根據上述運算放大器20b的偏移電壓，以及把緩沖放大器20a與運算放大器20b連接在一起時的偏移電壓決定了的修正量中，與激光器功率控制電路的基準電壓和輸出電壓相對應加入固定的修正，因此能夠不考慮開關47、48的導通電阻，進行偏移修正，從而不需要為了減小開關47、48的電阻值而增大晶體管尺寸。
實施方式8其次，說明本實施方式8的激光器功率控制電路。
在上述實施方式6中，在表示偏移電壓的(5)式中，由于第一項的放大率G是1000倍左右，因此在偏移電壓的修正式中忽略該項。在(5)式第一項中，由于Vm-Vr以及Vofs2僅僅是數十mV左右，因此如果除以放大率G則是能夠充分忽略的值。相對于此，Voofsn是從輸出端子23所輸出的激光器功率控制電路10的輸出電壓與基準電壓Vr的電位差，該電壓達到數V。在圖6所示的電路構成中，半導體激光器驅動用晶體管5的基極電壓是從正電源端子1的電壓值下降了大約0.7V的電壓，如果把該正電源端子1的電壓值取為提供給半導體集成電路的一般值的3.3V，另外，把基準電壓Vr取為100mV，則上述Voofsn＝3.3-0.7-0.1＝2.5V。如果用放大率G＝1000除該值，則成為2.5mV，對于基準電壓Vr相當于2.5％。作為功率控制的精度，雖然希望在5％以下，但是2.5％不一定能夠說是可以忽略的值。
本實施方式8解決該課題。在(5)式中，如上所述由于能夠忽略Vr-Vm以及Vofs2，因此Vm-Vr＝Voofsn/G+(Vofs2-Vofs1) ......(9)另外，從(7)式可知，可以改變偏移修正用可變電壓源31的電壓值使得Voofsn/G-(Voofs+Vofs2)＝0 ......(10)成立。這里，Voofsn是根據OPU10與激光器功率控制電路100的連接關系以及基準電壓Vr一意決定的幾乎固定的值。因此，如果在存儲器上預先配置用Voofsn/G表示的修正量，并且根據上述條件選擇修正量，則能夠不加長偏移修正的順序，高精度地進行偏移修正。
這樣，如果依據本實施方式8的激光器功率控制電路，則由于在存儲器上預先保持用Voofsn/G表示的修正量，并且根據需要選擇該值加入到偏移修正用可變電壓源31的電壓值的變化上，因此能夠在短時間內高精度地進行偏移修正。
實施方式9其次，參照
本發明實施方式9的激光器功率控制電路。
圖7是表示本實施方式9的激光器功率控制電路的構成的框圖。在圖7中，44、50是開關。另外，在與實施方式1的構成要素相同的部分上標注相同的符號，并且省略其說明。
如圖7所示，在從激光器功率控制電路100的輸出端子23經過OPU10反饋到輸入端子22極性是反極性的情況下，作為總體為了成為負反饋結構，需要返回到差動放大器20的正相輸入端子22，把開關44以及50連接到a一側。另外，如圖7所示，在從激光器功率控制電路的輸出端子23經過OPU10反饋到正相輸入端子22的極性是正極性的情況下，作為總體為了成為負反饋結構，需要返回到差動放大器20的反相端子21，把開關44以及50連接到b一側。
這樣，如果依據本實施方式9的激光器功率控制電路，則通過使用開關44、50切換向差動放大器20的反饋信號，能夠與從激光器功率控制電路的輸出23經過OPU10反饋的信號的極性無關，用相同的激光器功率控制電路進行功率控制，能夠得到通用性高的驅動電路。
如上所述，如果依據本發明方案1的激光器功率控制電路，則由于該電路分別把從半導體激光器照射的光的一部分進行光電變換得到的電信號連接到差動放大器的一個輸入端子，把基準電壓連接到另一個輸入端子，把輸出連接到上述半導體激光器的驅動電路，通過構成負反饋電路使得上述光電變換后的電壓與上述基準電壓相等，得到固定的激光器功率，具有使得在上述差動放大器的輸入端子之間發生電位差的單元和AD轉換器，用上述AD轉換器把上述基準電壓和上述光電變換后的電壓變換為數字信號，基于上述被變換為數字信號的基準電壓以及光電變換后的電壓，為了使它們之間沒有電位差控制上述差動放大器的輸入端子間的電壓，因此能夠抑制發生由構成上述差動放大器的元件的失配產生的偏移電壓那樣的相對分散性，得到固定的激光器功率。另外，通過對在信號處理中使用的AD轉換器使用時分法，能夠避免增加激光功率控制電路的電路規模。
另外，如果依據本發明方案2的激光器功率控制電路，則由于在方案1記述的激光器功率控制電路中，在電源投入時讀取上述差動放大器的偏移電壓，通過把與上述偏移電壓相當的電壓提供給上述差動放大器的輸入端子之間，修正上述差動放大器的偏移電壓，因此能夠不需要提高上述AD轉換器的處理速度，不變更上述AD轉換器的標準，得到穩定的光功率。
如果依據本發明方案3的激光器功率控制電路，則由于在方案1記述的激光器功率控制電路中，在讀取上述差動放大器的偏移電壓時，使上述AD轉換器的基準電壓變化，提高分辨率，因此能夠提高上述AD轉換器的分辨率，能夠減小激光器功率的分散幅度。
如果依據本發明方案4的激光器功率控制電路，則由于在方案2記述的激光器功率控制電路中，在讀取上述差動放大器的偏移電壓時為使其進入到上述AD轉換器的動態范圍內，切換該激光器功率控制電路的基準電壓，因此能夠不變更上述AD轉換器的標準，測定上述差動放大器的偏移電壓。
如果依據本發明方案5的激光器功率控制電路，則由于在方案1記述的激光器功率控制電路中，上述差動放大器由放大器構成，在上述差動放大器的偏移電壓修正時，控制上述差動放大器的輸入端子間電壓使得在把上述半導體激光器的驅動電路與上述控制電路電分離，并把上述差動放大器的輸入短路時，上述差動放大器的輸入輸出之間的電位相等，因此能夠不向上述半導體激光器提供重壓，修正上述差動放大器的偏移電壓。
如果依據本發明方案6的激光器功率控制電路，則由于在方案5記述的激光器功率控制電路中，上述差動放大器的放大器由第1放大器以及第2放大器構成，在讀取上述差動放大器的偏移電壓時，分別讀取上述第1放大器單體的偏移電壓和把上述第1放大器與第2放大器連接起來時的偏移電壓，決定修正量，因此能夠抑制由從電路發生的噪聲產生的不穩定性，穩定地修正差動放大器的偏移電壓。
如果依據本發明方案7的激光器功率控制電路，則由于在方案6記述的激光器功率控制電路中，上述修正量是與該激光器功率控制電路的基準電壓和輸出電壓相對應加入了固定的修正，因此能夠不增大增益切換用模擬開關的尺寸，修正偏移電壓。
如果依據本發明方案8的激光器功率控制電路，則由于在方案6記述的激光器功率控制電路中，上述差動放大器由第1反饋型放大器以及第2反饋型放大器構成，在讀取偏移電壓時和通常動作時，切換構成反饋環路的反饋型放大器，因此還能夠修正從OPU的監控電壓與激光器功率控制電路輸出電壓的差產生的電路的偏移電壓，還能夠抑制由OPU的監控電壓設定引起的光功率的分散性。
如果依據本發明方案9的激光器功率控制電路，則由于在方案1記述的激光器功率控制電路中，在上述差動放大器的各個輸入端子上可切換地連接上述光電變換后的電壓和基準電壓，因此與從OPU的驅動輸入至監視器輸出的極性無關，能夠用相同的半導體集成電路進行控制，能夠通過提高半導體集成電路的通用性，來降低成本。
權利要求
1.一種激光器功率控制電路，該電路分別把從半導體激光器照射的光的一部分進行光電變換得到的電信號連接到差動放大器的一個輸入端子，把基準電壓連接到另一個輸入端子，把輸出連接到上述半導體激光器的驅動電路，通過構成負反饋電路使得上述光電變換后的電壓與上述基準電壓相同，得到固定的激光器功率，其特征在于包括使得在上述差動放大器的輸入端子之間發生電位差的單元和AD轉換器，用上述AD轉換器把上述基準電壓和上述光電變換后的電壓變換為數字信號，基于上述被變換為數字信號的基準電壓以及光電變換后的電壓，為了使它們之間沒有電位差控制上述差動放大器的輸入端子間的電壓。
2.根據權利要求1所述的激光器功率控制電路，其特征在于在電源接通時讀取上述差動放大器的偏移電壓，通過把與上述偏移電壓相當的電壓提供給上述差動放大器的輸入端子之間，修正上述差動放大器的偏移電壓。
3.根據權利要求1所述的激光器功率控制電路，其特征在于在讀取上述差動放大器的偏移電壓時，使上述AD轉換器的基準電壓變化，提高分辨率。
4.根據權利要求2所述的激光器功率控制電路，其特征在于在讀取上述差動放大器的偏移電壓時，為使其進入到上述AD轉換器的動態范圍內，切換該激光器功率控制電路的基準電壓。
5.根據權利要求1所述的激光器功率控制電路，其特征在于上述差動放大器由放大器構成，在進行上述差動放大器的偏移電壓修正時，控制上述差動放大器的輸入端子間的電壓使得在把上述半導體激光器的驅動電路與上述控制電路電分離，并把上述差動放大器的輸入短路時，上述差動放大器的輸入輸出之間的電位相等。
6.根據權利要求5所述的激光器功率控制電路，其特征在于上述差動放大器的放大器由第1放大器以及第2放大器構成，在讀取上述差動放大器的偏移電壓時，分別讀取上述第1放大器單體的偏移電壓和把上述第1放大器與第2放大器連接起來時的偏移電壓，決定修正量。
7.根據權利要求6所述的激光器功率控制電路，其特征在于上述修正量與該激光器功率控制電路的基準電壓和輸出電壓相對應加入了固定的修正。
8.根據權利要求6所述的激光器功率控制電路，其特征在于上述差動放大器由第1反饋型放大器以及第2反饋型放大器構成，在讀取偏移電壓時和進行通常動作時，切換構成反饋環路的反饋型放大器。
9.根據權利要求1所述的激光器功率控制電路，其特征在于在上述差動放大器的各個輸入端子上可切換地連接上述光電變換后的電壓和基準電壓。
全文摘要
本發明提供了激光器功率控制電路。在由CMOS晶體管構成的激光器功率控制電路中，抑制由晶體管的失配引起的從半導體激光器出射的激光器功率的分散性，使用配置在同一芯片內的AD轉換器數字地計算差動放大器的偏移量，控制可變電壓源的電壓值使得與差動放大器的偏移電壓反方向地加入電壓，修正激光器功率控制電路的偏移電壓，由此抑制半導體激光器的激光器功率的分散性。
文檔編號H03F1/02GK1574524SQ20041004760
公開日2005年2月2日 申請日期2004年5月26日 優先權日2003年5月26日
發明者落合稔, 苅田吉博 申請人:松下電器產業株式會社