受光増幅回路及びそれを用いた光ピックアップ装置
【課題】光ディスクの高倍速化により高い周波数応答特性が必要な場合においても、ＲＦ信号成分の信号振幅を低下させない受光増幅回路を提供することを目的とする。
【解決手段】入力された光電流を電圧に変換するとともに、変換した電圧のうち第１カットオフ周波数より低い周波数に対応する電圧のみを出力する電流電圧変換アンプ１０２と、電流電圧変換アンプ１０２の後段に接続され、電流電圧変換アンプ１０２から出力された電圧のうち第２カットオフ周波数より低い周波数に対応する電圧のみを出力するＣＲローパスフィルタ回路１０３と、ＣＲローパスフィルタ回路１０３の後段に接続され、ＣＲローパスフィルタ回路１０３から出力された電圧を増幅する電圧増幅アンプ１０４と、少なくとも電圧増幅アンプ１０４と接続され、電圧増幅アンプ１０４から出力された電圧を加算増幅するＲＦ増幅加算アンプ１０５と、を備える。
【解決手段】入力された光電流を電圧に変換するとともに、変換した電圧のうち第１カットオフ周波数より低い周波数に対応する電圧のみを出力する電流電圧変換アンプ１０２と、電流電圧変換アンプ１０２の後段に接続され、電流電圧変換アンプ１０２から出力された電圧のうち第２カットオフ周波数より低い周波数に対応する電圧のみを出力するＣＲローパスフィルタ回路１０３と、ＣＲローパスフィルタ回路１０３の後段に接続され、ＣＲローパスフィルタ回路１０３から出力された電圧を増幅する電圧増幅アンプ１０４と、少なくとも電圧増幅アンプ１０４と接続され、電圧増幅アンプ１０４から出力された電圧を加算増幅するＲＦ増幅加算アンプ１０５と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ピックアップ用ＰＤＩＣ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ ＩＣ）に構成される受光増幅回路及びそれを用いた光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）または、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）などの光ディスクを再生、記録する光ディスク装置がある。光ディスク装置には、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤからの読取光（光信号）を電気信号に変換するための光ピックアップ用ＰＤＩＣ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ ＩＣ）が用いられている。光ピックアップ用ＰＤＩＣは、光信号を電気信号に変換する受光素子と、受光素子からの光電流を電圧に変換する増幅部とを備える。
【０００３】
ここで、例えば、ＰＤＩＣを構成する増幅部として、光ディスクの反射光を受けるフォトダイオードからの受光信号を増幅するフォトダイオード増幅回路が知られている。
【０００４】
図６は、フォトダイオード増幅回路を含むＰＤＩＣの構成の一例を示す図である。同図のＰＤＩＣは、フォトダイオード８０１と、電流電圧変換アンプ８０２と、電圧増幅アンプ８０４と、ＲＦ増幅加算アンプ８０５とを備えている。
【０００５】
フォトダイオード８０１は、カソードが電流電圧変換アンプ８０２と接続されている。フォトダイオード８０１は、入射された光（読取光）を光電流に変換し、変換した光電流を電流電圧変換アンプ８０２の反転入力端子に出力する。
【０００６】
電流電圧変換アンプ８０２は、その出力が電圧増幅アンプ８０４を介して出力端子とＲＦ増幅加算アンプ８０５とに接続されている。電流電圧変換アンプ８０２は、入力された光電流を電圧に変換し、電圧増幅アンプ８０４を介して、出力端子とＲＦ増幅加算アンプ８０５とに出力する。
【０００７】
ＲＦ増幅加算アンプ８０５は、少なくとも電圧増幅アンプ８０４の出力端と接続されている。また、ＲＦ増幅加算アンプ８０５は、電圧増幅アンプ８０４の出力端以外にも複数の電圧増幅アンプの出力端とも接続されている。ここで、複数の電圧増幅アンプにはそれぞれ、電圧増幅アンプ８０４と同様に、フォトダイオード、電流電圧増幅アンプからなる出力が入力されている。
【０００８】
ＲＦ増幅加算アンプ８０５は、電圧増幅アンプ８０４を含む複数の電圧増幅アンプからの出力を加算増幅して出力する。
【０００９】
また、近年では、１つのＰＤＩＣに互いに異なる複数のフォトダイオードを備えることで複数種の光ディスクに対応するＰＤＩＣが主流となっている。
【００１０】
そして、それに伴い、ＰＤＩＣの回路規模は大きくなってしまうのを抑制する技術が開示されている（例えば特許文献１）。この特許文献１には、複数のフォトダイオードを備えたＰＤＩＣの回路規模を削減するために、各フォトダイオードと増幅回路との接続を切り替えるスイッチを備える増幅回路が開示されている。
【００１１】
ここで、図７は、特許文献１における増幅回路の構成を示す図である。図７に示す増幅回路９０１は、オペアンプ９１０と抵抗９１６とで構成され、スイッチ９４１を介してフォトダイオード９４２又は９４３に接続されている。オペアンプ９１０は、差動増幅回路９２０及びソースフォロア回路９３０からなり、これらが従属接続された構成を有している。
【００１２】
差動増幅回路９２０は、カレントミラー接続されたＰチャンネルＭＯＳのトランジスタ９２１及び９２２と、トランジスタ９２１及び９２２にそれぞれ直列接続されたＮチャンネルＭＯＳのトランジスタ９２３及び９２４と、トランジスタ９２３及び９２４のソースに接続された定電流源９２５とで構成されている。
【００１３】
ソースフォロア回路９３０は、差動増幅回路９２０の出力がゲートに供給されるＮチャンネルＭＯＳのトランジスタ９３１と、トランジスタ９３１のソースに接続された定電流源９３２とで構成されている。
【００１４】
ところで、ＣＤからＤＶＤ、ＢＤへと光ディスクの記録容量が大きくなるとともに、光ディスクの再生倍速及び記録倍速が速くなっている。それに伴い、光ディスクの情報信号であるＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号も高周波化している。そのため、ＰＤＩＣには高い周波数特性が求められている。換言すると、ＰＤＩＣは、光ディスクの高倍速化対応のため、増幅回路の周波数特性を高帯域まで伸ばすよう求められている。
【００１５】
それに対して、従来、増幅回路の高周波応答特性を改善する手法として、増幅回路に用いられるトランジスタの高速化、プロセスの微細化、増幅回路の回路構成または回路定数の最適化を行うことが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００９−８８５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２に開示された増幅回路の高周波応答特性を従来の手法を用いて単純に改善するだけでは光ピックアップとして不具合が発生することが予想される。
【００１８】
具体的には、光ピックアップで用いられるレーザダイオードの駆動電流は、高周波重畳モジュールにより高周波信号が重畳されている。そのため、増幅回路の周波数特性が高周波重畳モジュールの発振周波数まで伸びた場合には問題が生じてしまう。
【００１９】
高周波重畳モジュールは、光ディスクからの反射光によって発生する戻り光ノイズと、光ピックアップ用レーザダイオードの温度変動によって発生するモード・ホッピング・ノイズを低減するために使われる。そして、高周波重畳モジュールは、レーザダイオードの駆動電流に数百ＭＨｚの高周波電流を重畳して、レーザダイオードの発振モードをシングル・モードからマルチ・モードに変えることによってレーザの出力を安定させている。ここで、この高周波重畳モジュールの発振周波数は、３００ＭＨｚ〜４００ＭＨｚ程度である。
【００２０】
そのため、増幅回路の周波数特性が３００ＭＨｚ〜４００ＭＨｚまで伸びると、増幅回路が高周波重畳成分まで検出してしまうことになり、高周波重畳成分がＲＦ信号成分に影響してしまい、ＲＦ信号成分の信号品質が劣化する。その結果、光ピックアップのジッター、再生エラーレートが悪化するという不具合が発生する。
【００２１】
それに対して、ＰＤＩＣが備える電流電圧変換アンプの帰還容量の値を大きくすることなどにより高周波重畳成分が影響しなくなるまで増幅回路の周波数特性を下げる手法も考えられる。しかし、増幅回路の周波数特性を下げると、増幅回路のカットオフ周波数も低下してしまい、ＲＦ信号成分の信号振幅が小さくなってしまう。それによりＲＦ信号成分の信号品質が劣化し、ドライブのジッター、再生エラーレートが悪化してしまう不具合が発生する。
【００２２】
本発明は、上記の問題を解決するものであり、光ディスクの高倍速化により高い周波数応答特性が必要な場合においても、ＲＦ信号成分の信号振幅を低下させない受光増幅回路及びそれを備えた光ピックアップ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】
【００２３】
上記目的を達成するために、本発明の一形態に係る増幅回路は、光ピックアップに用いられる増幅回路であって、コンデンサと抵抗とオペアンプとで構成された電流電圧変換増幅回路であって、入力された光電流を電圧に変換するとともに、変換した前記電圧のうち第１カットオフ周波数より低い周波数に対応する電圧のみを出力する電流電圧変換増幅回路と、前記電流電圧変換増幅回路の後段に接続され、前記電流電圧変換増幅回路から出力された電圧のうち第２カットオフ周波数より低い周波数に対応する電圧のみを出力するローパスフィルタ回路と、前記ローパスフィルタ回路の後段に接続され、前記ローパスフィルタ回路から出力された電圧を増幅する電圧増幅回路と、少なくとも前記電圧増幅回路と接続され、前記電圧増幅回路から出力された電圧を加算増幅する増幅加算回路と、を備える。
【００２４】
この構成によれば、初段の電流電圧変換アンプに含まれる帰還抵抗と帰還容量とで構成されるローパスフィルタと、後段に接続するローパスフィルタ回路とによりフィルタを２段化して２次フィルタを形成することができる。それにより、増幅回路のフィルタ特性をシャープにすることが可能となる。その結果、増幅回路のカットオフ周波数を低下することなく高周波重畳帯域のゲインを下げることができるので、ＲＦ信号成分の信号振幅を低下させることなく高周波重畳成分のみをカットすることが可能となる。
【００２５】
したがって、光ディスクの高倍速化により高い周波数特性が必要な場合においても、ＲＦ信号成分の信号振幅を低下させない受光増幅回路を実現することができる。
【００２６】
ここで、前記ローパスフィルタ回路は、抵抗とコンデンサとを組み合わせて構成されるＣＲローパスフィルタ回路であるとしてもよい。
【００２７】
この構成により、ＣＲローパスフィルタのカットオフ周波数と前記電流電圧変換アンプのカットオフ周波数の関係を最適に設計することにより本発明の効果を得やすくすることができる。
【００２８】
また、前記第２カットオフ周波数は、前記第１カットオフ周波数に比べて小さいとしてもよい。
【００２９】
また、前記電圧増幅回路は、帰還抵抗をもつ非反転電圧増幅回路であり、前記帰還抵抗の抵抗値は、前記ＣＲローパスフィルタ回路を構成する前記抵抗の抵抗値と等しいとしてもよい。
【００３０】
なお、以下に示す実施の形態では、電流電圧変換アンプ１０２の後段にＣＲローパスフィルタ回路１０３を接続する。しかしながら、ローパスフィルタ回路を構成する容量が電流電圧変換アンプの負荷容量となり位相余裕を低下させる恐れがあるため、従来はこのような発想がなかったと考えられる。それに対して、本願発明者らは、上記の構成により、ＲＦ信号成分の信号振幅を低下させることなく高周波重畳成分のみをカットすることが可能となる利点があることを見出した。また、上記の構成を実施する上では、電流電圧変換アンプ内の位相補償容量、位相補償抵抗の定数最適化を行い、電流電圧変換アンプの後段にローパスフィルタ回路を接続した場合においても十分な位相余裕を確保することが好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、光ディスクの高倍速化により高い周波数特性が必要な場合においても、ＲＦ信号成分の信号振幅を低下させない受光増幅回路及びそれを備えた光ピックアップ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明における光ピックアップ部の構成例を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１における受光増幅回路の構成を示す図である。
【図３】従来技術及び本発明の受光増幅回路の周波数特性を概念的に示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２における受光増幅回路の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態３における受光増幅回路の構成を示す図である。
【図６】フォトダイオード増幅回路を含むＰＤＩＣの構成の一例を示す図である。
【図７】特許文献１における増幅回路の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施例における増幅回路について、図面を参照しながら説明する。
【００３４】
（実施の形態１）
図１は、本発明における光ピックアップ部の構成例を説明するための図である。
【００３５】
図１に示す光ピックアップ部１は、ＰＤＩＣ２と、プリズム３と、半導体レーザ４と、レンズ５とを備える。この光ピックアップ部１は、ＣＤ、ＤＶＤまたはＢＤなどの光ディスクを再生、記録する光ディスク装置に構成される。
【００３６】
半導体レーザ４は、光ディスク６に、付加情報を記録するまたは光ディスク６に記録されている情報を読み取るためのレーザ光を発する。
【００３７】
プリズム３は、半導体レーザ４からのレーザ光をレンズ５側に反射させる。また、プリズム３は、レンズ５からの読取光（反射光）を屈折させ、ＰＤＩＣ２に導く。
【００３８】
レンズ５は、プリズム３で反射されたレーザ光を光ディスク６に集光させ、光ディスク６からの読取光（反射光）をプリズム３に導く。
【００３９】
ＰＤＩＣ２は、光ディスク６の読取光（光信号）を電気信号に変換するための光ピックアップ用のＰＤＩＣであり、受光増幅回路を備えている。
【００４０】
なお、光ディスク６は、例えばＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ等であり、再生専用の光ディスクでも書き換え可能型の光ディスクであってもよい。
【００４１】
以上のように、光ピックアップ部１は構成される。
【００４２】
図２は、本発明の実施の形態１における受光増幅回路の構成を示す図である。
【００４３】
図２に示す受光増幅回路１０は、フォトダイオード１０１と、電流電圧変換アンプ１０２と、ＣＲローパスフィルタ回路１０３と電圧増幅アンプ１０４と、ＲＦ増幅加算アンプ１０５とを備える。ここで、受光増幅回路１０は、ＰＤＩＣ２に構成される。
【００４４】
フォトダイオード１０１は、アノードが接地され、カソードが電流電圧変換アンプ１０２の反転入力端子と接続されている。フォトダイオード１０１は、光ディスク６からの読取光（反射光）を光電流に変換し、変換した光電流を電流電圧変換アンプ１０２の反転入力端子に出力する。具体的には、フォトダイオード１０１は、光ディスク６に反射されたレーザ光を受けて、電流電圧変換アンプ１０２から光電流Ｉ１を引き抜く。
【００４５】
電流電圧変換アンプ１０２は、本発明の電流電圧変換増幅回路に相当し、コンデンサと抵抗とオペアンプとで構成され、入力された光電流を電圧に変換するとともに、変換した電圧のうちカットオフ周波数より低い周波数に対応する電圧のみを出力する。具体的には、電流電圧変換アンプ１０２は、オペアンプの帰還ループに挿入された帰還抵抗１０２ｂと、帰還抵抗１０２ｂと並列に接続された帰還容量１０２ａとを有し、その出力端がＣＲローパスフィルタ回路１０３に接続されている。ここで、帰還抵抗１０２ｂの抵抗（帰還抵抗）をＲ１、帰還容量１０２ａの容量（帰還容量）をＣ１とする。電流電圧変換アンプ１０２は、入力された光電流（信号電流）を電圧（信号電圧）に変換し、変換した信号電圧をＣＲローパスフィルタ回路１０３に出力する。
【００４６】
具体的には、電流電圧変換アンプ１０２では、Ｉ１が帰還抵抗１０２ｂを流れ、帰還抵抗１０２ｂの両端にはＩ１×Ｒ１の電圧が発生する。なお、帰還抵抗１０２ｂの抵抗値Ｒ１は光ピックアップの仕様により決定される値である。
【００４７】
ここで、電流電圧変換アンプ１０２の出力のカットオフ周波数ｆｃ１は、電流電圧変換アンプ１０２内の周波数特性が無限大である場合、ｆｃ１＝１／（２π×Ｒ１×Ｃ１）と表すことができる。しかし、実際には電流電圧変換アンプ１０２内の周波数特性は無限大ではなく、ｆｃ１は電流電圧変換アンプ内部の周波数特性により決まってしまう。そのため、電流電圧変換アンプ１０２の高周波化応答性対応を改善することを目指す場合はｆｃ１＜１／（２π×Ｒ１×Ｃ１）となる場合が多い。また、帰還容量１０２ａの容量Ｃ１及び電流電圧変換アンプ１０２内の回路定数は、電流電圧変換アンプ１０２の出力の周波数特性及び電流電圧変換アンプ１０２内の位相余裕が最適になるように調整される。
【００４８】
ＣＲローパスフィルタ回路１０３は、本発明のローパスフィルタ回路に相当し、電流電圧変換アンプ１０２の後段に接続され、電流電圧変換アンプ１０２から出力された電圧のうちカットオフ周波数より低い周波数に対応する電圧のみを出力する。ＣＲローパスフィルタ回路１０３の出力は電圧増幅アンプ１０４に入力される。
【００４９】
また、ＣＲローパスフィルタ回路１０３は、抵抗１０３ａと容量１０３ｂとを組み合わせて構成される。典型的には図３に示すように、信号線に並列すなわち入力端と出力端とに接続された抵抗１０３ａと、入力信号と直列すなわち出力端とグラントとに接続された容量１０３ｂとで構成される。
【００５０】
ここで、抵抗１０３ａの抵抗をＲ２、容量１０３ｂの容量をＣ２とすると、ＣＲローパスフィルタ回路１０３のカットオフ周波数ｆｃ２はｆｃ２＝１／（２π×Ｒ２×Ｃ２）で表される。
【００５１】
このようにして、電流電圧変換アンプ１０２とＣＲローパスフィルタ回路１０３とは２次フィルタを形成する。
【００５２】
電圧増幅アンプ１０４は、本発明の電圧増幅回路に相当し、ＣＲローパスフィルタ回路１０３に接続され、ＣＲローパスフィルタ回路１０３から出力された電圧を増幅する。
【００５３】
電圧増幅アンプ１０４は、ＣＲローパスフィルタ回路１０３に接続され、出力端子１０６及びＲＦ増幅加算アンプ１０５に接続されている。
【００５４】
ＲＦ増幅加算アンプ１０５は、本発明の増幅加算回路に相当し、電圧増幅アンプ１０４に接続され、電圧増幅アンプ１０４から出力された電圧を加算増幅する。
【００５５】
具体的には、ＲＦ増幅加算アンプ１０５は、少なくとも電圧増幅アンプ１０４の出力端と接続されている。また、ＲＦ増幅加算アンプ１０５は、電圧増幅アンプ１０４の出力端以外にも複数の電圧増幅アンプの出力端とも接続されている。ここで、複数の電圧増幅アンプにはそれぞれ、電圧増幅アンプ１０４と同様に、フォトダイオード、電流電圧増幅アンプ、ＣＲローパスフィルタからなる出力が入力されている。
【００５６】
ＲＦ増幅加算アンプ１０５は、電圧増幅アンプ１０４を含む複数の電圧増幅アンプからの出力を加算増幅して出力する。
【００５７】
以上のように、受光増幅回路１０は構成される。
【００５８】
次に、本実施の形態１における受光増幅回路１０の周波数特性について説明する。
【００５９】
図３は、従来技術及び本発明の受光増幅回路の周波数特性を概念的に示す図である。
【００６０】
図３において、特性Ａは、従来技術において電流電圧変換アンプ１０２の回路定数を最適化し、可能な限り高帯域まで周波数特性を伸ばした場合の周波数特性を示している。特性Ｂは従来技術において電流電圧変換アンプ１０２の帰還容量１０２ａの容量Ｃ１を大きくすることなどにより特性Ａに対して周波数特性を低下させた場合の周波数特性を示している。それに対して、特性Ｃは本発明における受光増幅回路１０の周波数特性を示している。
【００６１】
特性Ａに示すように、電流電圧変換アンプ１０２の回路定数を最適化して受光増幅回路１０の周波数特性を高帯域まで延ばした場合には、受光増幅回路は、高周波重畳成分まで検出してしまうのがわかる。つまり、受光増幅回路が特性Ａを示す場合には、高周波重畳成分がＲＦ信号成分に影響してしまい、ＲＦ信号成分の信号品質が劣化してしまう。
【００６２】
一方、特性Ｂに示すように、電流電圧変換アンプ１０２の回路定数を最適化するとともに電流電圧変換アンプ１０２の帰還容量１０２ａの容量Ｃ１を大きくして受光増幅回路１０の周波数特性を高帯域まで延ばした場合には、高周波重畳の帯域である３００ＭＨｚ〜４００ＭＨｚの帯域のゲインを高周波重畳成分の影響が出なくなるまで下げることができる。しかし、電流電圧変換アンプ１０２の帰還容量１０２ａの容量Ｃ１を大きくすることにより高周波重畳の帯域のゲインを下げようとすると、特性Ｂに示すように受光増幅回路のカットオフ周波数も低下するという弊害が生じる。それによりＲＦ信号成分の信号振幅が小さくなってしまい、結果、ＲＦ信号成分の信号品質が劣化してしまう。
【００６３】
これらに対して、本発明における受光増幅回路１０は、初段の電流電圧変換アンプ１０２が有する帰還抵抗１０２ｂの抵抗値Ｒ１及び帰還容量１０２ａの容量Ｃ１で構成されるローパスフィルタと、その後段に接続されるＣＲローパスフィルタ回路１０３とで２次フィルタを形成する。この構成により、特性Ｃに示すように、受光増幅回路１０のフィルタ特性が特性Ａに比較してシャープになるため、この受光増幅回路１０のカットオフ周波数を低下することなく高周波重畳帯域のゲインを下げることができる。その結果、ＲＦ信号成分の信号振幅を低下させることなく高周波重畳成分のみをカットすることが可能となる。
【００６４】
以上、本実施の形態によれば、光ディスクの高倍速化により高い周波数応答特性が必要な場合においても、ＲＦ信号成分の信号振幅を低下させない受光増幅回路およびそれを備えた光ピックアップ装置を実現することができる。
【００６５】
具体的には、初段の電流電圧変換アンプ１０２に含まれる帰還抵抗１０２ｂ及び帰還容量１０２ａで構成されるローパスフィルタと、その後段に接続されるＣＲローパスフィルタ回路１０３でフィルタを２段化して２次フィルタを形成する。それにより、受光増幅回路１０のフィルタ特性を、図３の特性Ｃに示すように、シャープにすることが可能となる。その結果、増幅回路のカットオフ周波数を低下することなく高周波重畳帯域のゲインを下げることができるため、ＲＦ信号成分の信号振幅を低下させることなく高周波重畳成分のみをカットすることが可能となる。
【００６６】
なお、電流電圧変換アンプ１０２の出力のカットオフ周波数ｆｃ１とＣＲローパスフィルタ回路１０３のカットオフ周波数ｆｃ２との関係性はｆｃ１＞ｆｃ２となるように設定することが望ましい。なぜなら、ｆｃ１＞ｆｃ２と設定した方が、ｆｃ１＜ｆｃ２と設定した場合に対して２次フィルタの特性がよりシャープになり、本発明の効果を得やすいからである。
【００６７】
また、本実施の形態における受光増幅回路１０は、以下の点を注意して設計する必要がある。すなわち、ＣＲローパスフィルタ回路１０３を構成する容量１０３ｂが付加された場合においても十分な位相余裕が確保されるように電流電圧変換アンプ１０２内の回路定数を最適化する必要がある。なぜなら、本実施の形態では電流電圧変換アンプ１０２の後段に直列にＣＲローパスフィルタ回路１０３が接続されているため、ＣＲローパスフィルタ回路１０３を構成する容量１０３ｂの容量Ｃ２が電流電圧変換アンプ１０２の負荷容量となる。そして、電流電圧変換アンプ１０２に負荷容量が付加されるとアンプ内部の位相が変化し、位相余裕が低下して、周波数特性にピーキングが発生してしまい最悪の場合発振してしまう可能性があるからである。
【００６８】
したがって、電流電圧変換アンプ１０２内の帰還容量、位相補償容量及び位相補償抵抗の調整を行うことにより、周波数特性にピーキングが発生しないようにし、さらに目標帯域の周波数特性を確保した上で、位相余裕の目標値を確保するように設計する必要がある。
【００６９】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における受光増幅回路の構成を示す図である。図２と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
【００７０】
図４に示す受光増幅回路１２は、フォトダイオード１０１と、電流電圧変換アンプ１０２と、ＣＲローパスフィルタ回路１０３と、電圧増幅アンプ１２４と、ＲＦ増幅加算アンプ１０５とを備える。
【００７１】
図４に示す受光増幅回路１２は、図２に示す受光増幅回路１０に対して、電圧増幅アンプ１２４の構成が異なる。具体的には、電圧増幅アンプ１２４は、実施の形態１で説明した電圧増幅アンプ１０４の構成に、帰還抵抗１２４ａを加えている点が異なる。それにより、電圧増幅アンプ１２４は、増幅率１倍の非反転バッファアンプとして機能する。ここで、電圧増幅アンプ１２４の帰還抵抗１２４ａの抵抗値Ｒ３は、ＣＲローパスフィルタ回路１０３を構成する抵抗１０３ａの抵抗値Ｒ２と値が等しい。
【００７２】
換言すると、電圧増幅アンプ１２４は、帰還抵抗１２４ａが構成された非反転電圧増幅回路であり、帰還抵抗１２４ａの抵抗値Ｒ３は、ＣＲローパスフィルタ回路１０３を構成する抵抗１０３ａの抵抗値Ｒ２と等しい。
【００７３】
以上のように、受光増幅回路１２は構成される。
【００７４】
本実施の形態では、上記のように構成されることにより、実施の形態１の効果に加えて、次に説明するような効果がある。
【００７５】
実施の形態１のように電流電圧変換アンプ１０２の後段にＣＲローパスフィルタ回路１０３を接続した場合、ＣＲローパスフィルタ回路１０３を構成する抵抗１０３ａの抵抗値Ｒ２と、その後段に接続される電圧増幅アンプ１０４の入力端に流れる入力電流Ｉ２との電圧降下Ｉ２×Ｒ２によって、電圧増幅アンプ１０４の出力にオフセット電圧Ｉ２×Ｒ２が発生してしまう。
【００７６】
しかし、本実施の形態では、図４に示すように電圧増幅アンプ１０４（非反転バッファアンプ）の帰還部として構成した帰還抵抗１２４ａの抵抗値Ｒ３の値を、ＣＲローパスフィルタ回路１０３を構成する抵抗１０３ａの抵抗値Ｒ２と等しくする。それにより、電圧増幅アンプ１０４（非反転バッファアンプ）の反転入力端子に流れる電流Ｉ３と抵抗値Ｒ３との電圧降下Ｉ３×Ｒ３が、抵抗値Ｒ２と入力電流Ｉ２との電圧降下Ｉ２×Ｒ２を相殺するため、出力オフセット電圧を０にすることが可能となる。
【００７７】
以上、本実施の形態によれば、光ディスクの高倍速化により高い周波数特性が必要な場合においても、ＲＦ信号成分の信号振幅を低下させない受光増幅回路及びそれを備えた光ピックアップ装置を実現できる。さらに、本実施の形態によれば、受光増幅回路の出力がオフセット電圧により変化することを防止することができるという効果を奏する。
【００７８】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３における受光増幅回路の構成を示す図である。図２と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
【００７９】
図５に示す受光増幅回路１３は、フォトダイオード１０１と複数の切替可能な帰還抵抗を備える電流電圧変換アンプ１３２と、ＣＲローパスフィルタ回路１３３と、電圧増幅アンプ１０４と、ＲＦ増幅加算アンプ１０５とを備える。
【００８０】
図５に示す受光増幅回路１３は、図２に示す受光増幅回路１０に対して、電流電圧変換アンプ１３２と、ＣＲローパスフィルタ回路１３３との構成が異なる。
【００８１】
電流電圧変換アンプ１３２は、本発明の電流電圧変換増幅回路の一例であり、抵抗値の異なる複数の抵抗を切り替えることでゲインが切り替わる。具体的には、電流電圧変換アンプ１３２は、複数の帰還抵抗すなわち帰還抵抗１３２ｂ及び帰還抵抗１３２ｃを切り替えるためのスイッチ１３２ｄを備えている。スイッチ１３２ｄは、帰還抵抗１３２ｂ及び帰還抵抗１３２ｃを切り替えることにより、電流電圧変換アンプ１３２のゲインを切り替えることができる。
【００８２】
ＣＲローパスフィルタ回路１３３は、ＣＲローパスフィルタ回路の機能をオンまたはオフするためのスイッチを有する。具体的には、ＣＲローパスフィルタ回路１３３は、スイッチ１３３ａと、スイッチ１３３ｂと、スイッチ１３３ｃと、抵抗１０３ａと、容量１０３ｂとを備える。ここで、抵抗１０３ａと容量１０３ｂとを組み合わせて構成されるＣＲローパスフィルタ回路部１３３ｄは、実施の形態１のＣＲローパスフィルタ回路１０３に相当する。
【００８３】
スイッチ１３３ａ及びスイッチ１３３ｃは、ＣＲローパスフィルタ回路部１３３ｄのそれぞれ入力端及び出力端に配置され、ＣＲローパスフィルタ回路部１３３ｄと直列に接続されている。
【００８４】
スイッチ１３３ｂは、ＣＲローパスフィルタ回路部１３３ｄを迂回する接続線に配置され、ＣＲローパスフィルタ回路部１３３ｄに並列に接続されている。
【００８５】
スイッチ１３３ａ及びスイッチ１３３ｃと、スイッチ１３３ｂとは、電流電圧変換アンプ１３２のスイッチ１３２ｄと連動して動作して、ＣＲローパスフィルタ回路部１３３ｄの動作をＯＮ／ＯＦＦと切り替えることができる。
【００８６】
以上のように、受光増幅回路１３は構成される。
【００８７】
本実施の形態では、上記のように構成することにより、実施の形態１の効果に加えて、次に説明するような効果がある。
【００８８】
図５に示す電流電圧変換アンプ１３２は、必要に応じて複数の帰還抵抗を切り替えるゲイン切替機能を備えている。例えば、受光増幅回路１３が構成されるＰＤＩＣ２のモード（記録モードまたは再生モード）に応じて複数の帰還抵抗を切り替えるなどが考えられる。その場合、全モードにおいてＣＲローパスフィルタ回路１０３が接続されていると不都合を生じる場合がある。
【００８９】
記録モードでは、受光増幅回路１３の出力には速いパルス応答特性が求められる。この場合にＣＲローパスフィルタ回路１０３が接続され動作していると、ＣＲローパスフィルタ回路１０３を構成する容量１０３ｂの容量Ｃ２が負荷容量となり、受光増幅回路１３の出力のパルス応答特性が訛ってしまう。また、この記録モードでは、通常、高周波重畳モジュールはＯＦＦとなっている。そのため、シャープなフィルタ特性は必要なく、ＣＲローパスフィルタ回路１０３の動作はＯＦＦとなっていることが好ましい。
【００９０】
本実施の形態の受光増幅回路１３では、電流電圧変換アンプ１３２のゲイン切替に応じて、必要なタイミングでＣＲローパスフィルタ回路１０３の動作をＯＮ／ＯＦＦ切替することができる。それにより、ＣＲローパスフィルタ回路１０３の動作を再生モード時ではＯＮし、記録モード時ではＯＦＦするように設定すれば、再生モードにおいては不要な高周波重畳成分をカットし、記録モードにおいては電流電圧変換アンプの負荷容量を低減することによりパルス応答波形の訛りを防ぐことができる。
【００９１】
以上、本実施の形態によれば、光ディスクの高倍速化により高い周波数応答特性が必要な場合においても、ＲＦ信号成分の信号振幅を低下させない受光増幅回路およびそれを備えた光ピックアップ装置を実現することができる。
【００９２】
以上、本実施の形態によれば、光ディスクの高倍速化により高い周波数特性が必要な場合においても、ＲＦ信号成分の信号振幅を低下させない受光増幅回路及びそれを備えた光ピックアップ装置を実現できる。さらに、本実施の形態によれば、ゲイン切替機能を備え、それぞれのゲインモードに応じて最適な周波数特性を選択することが可能となるという効果も奏する。
【００９３】
以上、本発明の受光増幅回路およびそれを備えた光ピックアップ装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明は、フォトダイオードからの受光信号を増幅する増幅回路に利用でき、特にＣＤ、ＤＶＤ、またはＢＤなどの光ディスクの読み出しまたは書き込みを行うＰＤＩＣ及びそれを備える光ディスクドライブに利用できる。
【符号の説明】
【００９５】
１ 光ピックアップ部
２ ＰＤＩＣ
３ プリズム
４ 半導体レーザ
５ レンズ
６ 光ディスク
１０、１２、１３ 受光増幅回路
１０１、８０１ フォトダイオード
１０２、１３２、８０２ 電流電圧変換アンプ
１０２ａ 帰還容量
１０２ｂ、１２４ａ、１３２ｂ、１３２ｃ 帰還抵抗
１０３、１３３ ＣＲローパスフィルタ回路
１０３ａ、９１６ 抵抗
１０３ｂ 容量
１０４、１２４、８０４ 電圧増幅アンプ
１０５、８０５ ＲＦ増幅加算アンプ
１０６ 出力端子
１３２ｄ、１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃ、９４１ スイッチ
１３３ｄ ＣＲローパスフィルタ回路部
９０１ 増幅回路
９１０ オペアンプ
９１４ 基準電圧源
９２０ 差動増幅回路
９２１、９２２、９２３、９２４、９３１ トランジスタ
９２５、９３２ 定電流源
９３０ ソースフォロア回路
９４２、９４３ フォトダイオード
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ピックアップ用ＰＤＩＣ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ ＩＣ）に構成される受光増幅回路及びそれを用いた光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）または、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）などの光ディスクを再生、記録する光ディスク装置がある。光ディスク装置には、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤからの読取光（光信号）を電気信号に変換するための光ピックアップ用ＰＤＩＣ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ ＩＣ）が用いられている。光ピックアップ用ＰＤＩＣは、光信号を電気信号に変換する受光素子と、受光素子からの光電流を電圧に変換する増幅部とを備える。
【０００３】
ここで、例えば、ＰＤＩＣを構成する増幅部として、光ディスクの反射光を受けるフォトダイオードからの受光信号を増幅するフォトダイオード増幅回路が知られている。
【０００４】
図６は、フォトダイオード増幅回路を含むＰＤＩＣの構成の一例を示す図である。同図のＰＤＩＣは、フォトダイオード８０１と、電流電圧変換アンプ８０２と、電圧増幅アンプ８０４と、ＲＦ増幅加算アンプ８０５とを備えている。
【０００５】
フォトダイオード８０１は、カソードが電流電圧変換アンプ８０２と接続されている。フォトダイオード８０１は、入射された光（読取光）を光電流に変換し、変換した光電流を電流電圧変換アンプ８０２の反転入力端子に出力する。
【０００６】
電流電圧変換アンプ８０２は、その出力が電圧増幅アンプ８０４を介して出力端子とＲＦ増幅加算アンプ８０５とに接続されている。電流電圧変換アンプ８０２は、入力された光電流を電圧に変換し、電圧増幅アンプ８０４を介して、出力端子とＲＦ増幅加算アンプ８０５とに出力する。
【０００７】
ＲＦ増幅加算アンプ８０５は、少なくとも電圧増幅アンプ８０４の出力端と接続されている。また、ＲＦ増幅加算アンプ８０５は、電圧増幅アンプ８０４の出力端以外にも複数の電圧増幅アンプの出力端とも接続されている。ここで、複数の電圧増幅アンプにはそれぞれ、電圧増幅アンプ８０４と同様に、フォトダイオード、電流電圧増幅アンプからなる出力が入力されている。
【０００８】
ＲＦ増幅加算アンプ８０５は、電圧増幅アンプ８０４を含む複数の電圧増幅アンプからの出力を加算増幅して出力する。
【０００９】
また、近年では、１つのＰＤＩＣに互いに異なる複数のフォトダイオードを備えることで複数種の光ディスクに対応するＰＤＩＣが主流となっている。
【００１０】
そして、それに伴い、ＰＤＩＣの回路規模は大きくなってしまうのを抑制する技術が開示されている（例えば特許文献１）。この特許文献１には、複数のフォトダイオードを備えたＰＤＩＣの回路規模を削減するために、各フォトダイオードと増幅回路との接続を切り替えるスイッチを備える増幅回路が開示されている。
【００１１】
ここで、図７は、特許文献１における増幅回路の構成を示す図である。図７に示す増幅回路９０１は、オペアンプ９１０と抵抗９１６とで構成され、スイッチ９４１を介してフォトダイオード９４２又は９４３に接続されている。オペアンプ９１０は、差動増幅回路９２０及びソースフォロア回路９３０からなり、これらが従属接続された構成を有している。
【００１２】
差動増幅回路９２０は、カレントミラー接続されたＰチャンネルＭＯＳのトランジスタ９２１及び９２２と、トランジスタ９２１及び９２２にそれぞれ直列接続されたＮチャンネルＭＯＳのトランジスタ９２３及び９２４と、トランジスタ９２３及び９２４のソースに接続された定電流源９２５とで構成されている。
【００１３】
ソースフォロア回路９３０は、差動増幅回路９２０の出力がゲートに供給されるＮチャンネルＭＯＳのトランジスタ９３１と、トランジスタ９３１のソースに接続された定電流源９３２とで構成されている。
【００１４】
ところで、ＣＤからＤＶＤ、ＢＤへと光ディスクの記録容量が大きくなるとともに、光ディスクの再生倍速及び記録倍速が速くなっている。それに伴い、光ディスクの情報信号であるＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号も高周波化している。そのため、ＰＤＩＣには高い周波数特性が求められている。換言すると、ＰＤＩＣは、光ディスクの高倍速化対応のため、増幅回路の周波数特性を高帯域まで伸ばすよう求められている。
【００１５】
それに対して、従来、増幅回路の高周波応答特性を改善する手法として、増幅回路に用いられるトランジスタの高速化、プロセスの微細化、増幅回路の回路構成または回路定数の最適化を行うことが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００９−８８５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２に開示された増幅回路の高周波応答特性を従来の手法を用いて単純に改善するだけでは光ピックアップとして不具合が発生することが予想される。
【００１８】
具体的には、光ピックアップで用いられるレーザダイオードの駆動電流は、高周波重畳モジュールにより高周波信号が重畳されている。そのため、増幅回路の周波数特性が高周波重畳モジュールの発振周波数まで伸びた場合には問題が生じてしまう。
【００１９】
高周波重畳モジュールは、光ディスクからの反射光によって発生する戻り光ノイズと、光ピックアップ用レーザダイオードの温度変動によって発生するモード・ホッピング・ノイズを低減するために使われる。そして、高周波重畳モジュールは、レーザダイオードの駆動電流に数百ＭＨｚの高周波電流を重畳して、レーザダイオードの発振モードをシングル・モードからマルチ・モードに変えることによってレーザの出力を安定させている。ここで、この高周波重畳モジュールの発振周波数は、３００ＭＨｚ〜４００ＭＨｚ程度である。
【００２０】
そのため、増幅回路の周波数特性が３００ＭＨｚ〜４００ＭＨｚまで伸びると、増幅回路が高周波重畳成分まで検出してしまうことになり、高周波重畳成分がＲＦ信号成分に影響してしまい、ＲＦ信号成分の信号品質が劣化する。その結果、光ピックアップのジッター、再生エラーレートが悪化するという不具合が発生する。
【００２１】
それに対して、ＰＤＩＣが備える電流電圧変換アンプの帰還容量の値を大きくすることなどにより高周波重畳成分が影響しなくなるまで増幅回路の周波数特性を下げる手法も考えられる。しかし、増幅回路の周波数特性を下げると、増幅回路のカットオフ周波数も低下してしまい、ＲＦ信号成分の信号振幅が小さくなってしまう。それによりＲＦ信号成分の信号品質が劣化し、ドライブのジッター、再生エラーレートが悪化してしまう不具合が発生する。
【００２２】
本発明は、上記の問題を解決するものであり、光ディスクの高倍速化により高い周波数応答特性が必要な場合においても、ＲＦ信号成分の信号振幅を低下させない受光増幅回路及びそれを備えた光ピックアップ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】
【００２３】
上記目的を達成するために、本発明の一形態に係る増幅回路は、光ピックアップに用いられる増幅回路であって、コンデンサと抵抗とオペアンプとで構成された電流電圧変換増幅回路であって、入力された光電流を電圧に変換するとともに、変換した前記電圧のうち第１カットオフ周波数より低い周波数に対応する電圧のみを出力する電流電圧変換増幅回路と、前記電流電圧変換増幅回路の後段に接続され、前記電流電圧変換増幅回路から出力された電圧のうち第２カットオフ周波数より低い周波数に対応する電圧のみを出力するローパスフィルタ回路と、前記ローパスフィルタ回路の後段に接続され、前記ローパスフィルタ回路から出力された電圧を増幅する電圧増幅回路と、少なくとも前記電圧増幅回路と接続され、前記電圧増幅回路から出力された電圧を加算増幅する増幅加算回路と、を備える。
【００２４】
この構成によれば、初段の電流電圧変換アンプに含まれる帰還抵抗と帰還容量とで構成されるローパスフィルタと、後段に接続するローパスフィルタ回路とによりフィルタを２段化して２次フィルタを形成することができる。それにより、増幅回路のフィルタ特性をシャープにすることが可能となる。その結果、増幅回路のカットオフ周波数を低下することなく高周波重畳帯域のゲインを下げることができるので、ＲＦ信号成分の信号振幅を低下させることなく高周波重畳成分のみをカットすることが可能となる。
【００２５】
したがって、光ディスクの高倍速化により高い周波数特性が必要な場合においても、ＲＦ信号成分の信号振幅を低下させない受光増幅回路を実現することができる。
【００２６】
ここで、前記ローパスフィルタ回路は、抵抗とコンデンサとを組み合わせて構成されるＣＲローパスフィルタ回路であるとしてもよい。
【００２７】
この構成により、ＣＲローパスフィルタのカットオフ周波数と前記電流電圧変換アンプのカットオフ周波数の関係を最適に設計することにより本発明の効果を得やすくすることができる。
【００２８】
また、前記第２カットオフ周波数は、前記第１カットオフ周波数に比べて小さいとしてもよい。
【００２９】
また、前記電圧増幅回路は、帰還抵抗をもつ非反転電圧増幅回路であり、前記帰還抵抗の抵抗値は、前記ＣＲローパスフィルタ回路を構成する前記抵抗の抵抗値と等しいとしてもよい。
【００３０】
なお、以下に示す実施の形態では、電流電圧変換アンプ１０２の後段にＣＲローパスフィルタ回路１０３を接続する。しかしながら、ローパスフィルタ回路を構成する容量が電流電圧変換アンプの負荷容量となり位相余裕を低下させる恐れがあるため、従来はこのような発想がなかったと考えられる。それに対して、本願発明者らは、上記の構成により、ＲＦ信号成分の信号振幅を低下させることなく高周波重畳成分のみをカットすることが可能となる利点があることを見出した。また、上記の構成を実施する上では、電流電圧変換アンプ内の位相補償容量、位相補償抵抗の定数最適化を行い、電流電圧変換アンプの後段にローパスフィルタ回路を接続した場合においても十分な位相余裕を確保することが好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、光ディスクの高倍速化により高い周波数特性が必要な場合においても、ＲＦ信号成分の信号振幅を低下させない受光増幅回路及びそれを備えた光ピックアップ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明における光ピックアップ部の構成例を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１における受光増幅回路の構成を示す図である。
【図３】従来技術及び本発明の受光増幅回路の周波数特性を概念的に示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２における受光増幅回路の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態３における受光増幅回路の構成を示す図である。
【図６】フォトダイオード増幅回路を含むＰＤＩＣの構成の一例を示す図である。
【図７】特許文献１における増幅回路の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施例における増幅回路について、図面を参照しながら説明する。
【００３４】
（実施の形態１）
図１は、本発明における光ピックアップ部の構成例を説明するための図である。
【００３５】
図１に示す光ピックアップ部１は、ＰＤＩＣ２と、プリズム３と、半導体レーザ４と、レンズ５とを備える。この光ピックアップ部１は、ＣＤ、ＤＶＤまたはＢＤなどの光ディスクを再生、記録する光ディスク装置に構成される。
【００３６】
半導体レーザ４は、光ディスク６に、付加情報を記録するまたは光ディスク６に記録されている情報を読み取るためのレーザ光を発する。
【００３７】
プリズム３は、半導体レーザ４からのレーザ光をレンズ５側に反射させる。また、プリズム３は、レンズ５からの読取光（反射光）を屈折させ、ＰＤＩＣ２に導く。
【００３８】
レンズ５は、プリズム３で反射されたレーザ光を光ディスク６に集光させ、光ディスク６からの読取光（反射光）をプリズム３に導く。
【００３９】
ＰＤＩＣ２は、光ディスク６の読取光（光信号）を電気信号に変換するための光ピックアップ用のＰＤＩＣであり、受光増幅回路を備えている。
【００４０】
なお、光ディスク６は、例えばＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ等であり、再生専用の光ディスクでも書き換え可能型の光ディスクであってもよい。
【００４１】
以上のように、光ピックアップ部１は構成される。
【００４２】
図２は、本発明の実施の形態１における受光増幅回路の構成を示す図である。
【００４３】
図２に示す受光増幅回路１０は、フォトダイオード１０１と、電流電圧変換アンプ１０２と、ＣＲローパスフィルタ回路１０３と電圧増幅アンプ１０４と、ＲＦ増幅加算アンプ１０５とを備える。ここで、受光増幅回路１０は、ＰＤＩＣ２に構成される。
【００４４】
フォトダイオード１０１は、アノードが接地され、カソードが電流電圧変換アンプ１０２の反転入力端子と接続されている。フォトダイオード１０１は、光ディスク６からの読取光（反射光）を光電流に変換し、変換した光電流を電流電圧変換アンプ１０２の反転入力端子に出力する。具体的には、フォトダイオード１０１は、光ディスク６に反射されたレーザ光を受けて、電流電圧変換アンプ１０２から光電流Ｉ１を引き抜く。
【００４５】
電流電圧変換アンプ１０２は、本発明の電流電圧変換増幅回路に相当し、コンデンサと抵抗とオペアンプとで構成され、入力された光電流を電圧に変換するとともに、変換した電圧のうちカットオフ周波数より低い周波数に対応する電圧のみを出力する。具体的には、電流電圧変換アンプ１０２は、オペアンプの帰還ループに挿入された帰還抵抗１０２ｂと、帰還抵抗１０２ｂと並列に接続された帰還容量１０２ａとを有し、その出力端がＣＲローパスフィルタ回路１０３に接続されている。ここで、帰還抵抗１０２ｂの抵抗（帰還抵抗）をＲ１、帰還容量１０２ａの容量（帰還容量）をＣ１とする。電流電圧変換アンプ１０２は、入力された光電流（信号電流）を電圧（信号電圧）に変換し、変換した信号電圧をＣＲローパスフィルタ回路１０３に出力する。
【００４６】
具体的には、電流電圧変換アンプ１０２では、Ｉ１が帰還抵抗１０２ｂを流れ、帰還抵抗１０２ｂの両端にはＩ１×Ｒ１の電圧が発生する。なお、帰還抵抗１０２ｂの抵抗値Ｒ１は光ピックアップの仕様により決定される値である。
【００４７】
ここで、電流電圧変換アンプ１０２の出力のカットオフ周波数ｆｃ１は、電流電圧変換アンプ１０２内の周波数特性が無限大である場合、ｆｃ１＝１／（２π×Ｒ１×Ｃ１）と表すことができる。しかし、実際には電流電圧変換アンプ１０２内の周波数特性は無限大ではなく、ｆｃ１は電流電圧変換アンプ内部の周波数特性により決まってしまう。そのため、電流電圧変換アンプ１０２の高周波化応答性対応を改善することを目指す場合はｆｃ１＜１／（２π×Ｒ１×Ｃ１）となる場合が多い。また、帰還容量１０２ａの容量Ｃ１及び電流電圧変換アンプ１０２内の回路定数は、電流電圧変換アンプ１０２の出力の周波数特性及び電流電圧変換アンプ１０２内の位相余裕が最適になるように調整される。
【００４８】
ＣＲローパスフィルタ回路１０３は、本発明のローパスフィルタ回路に相当し、電流電圧変換アンプ１０２の後段に接続され、電流電圧変換アンプ１０２から出力された電圧のうちカットオフ周波数より低い周波数に対応する電圧のみを出力する。ＣＲローパスフィルタ回路１０３の出力は電圧増幅アンプ１０４に入力される。
【００４９】
また、ＣＲローパスフィルタ回路１０３は、抵抗１０３ａと容量１０３ｂとを組み合わせて構成される。典型的には図３に示すように、信号線に並列すなわち入力端と出力端とに接続された抵抗１０３ａと、入力信号と直列すなわち出力端とグラントとに接続された容量１０３ｂとで構成される。
【００５０】
ここで、抵抗１０３ａの抵抗をＲ２、容量１０３ｂの容量をＣ２とすると、ＣＲローパスフィルタ回路１０３のカットオフ周波数ｆｃ２はｆｃ２＝１／（２π×Ｒ２×Ｃ２）で表される。
【００５１】
このようにして、電流電圧変換アンプ１０２とＣＲローパスフィルタ回路１０３とは２次フィルタを形成する。
【００５２】
電圧増幅アンプ１０４は、本発明の電圧増幅回路に相当し、ＣＲローパスフィルタ回路１０３に接続され、ＣＲローパスフィルタ回路１０３から出力された電圧を増幅する。
【００５３】
電圧増幅アンプ１０４は、ＣＲローパスフィルタ回路１０３に接続され、出力端子１０６及びＲＦ増幅加算アンプ１０５に接続されている。
【００５４】
ＲＦ増幅加算アンプ１０５は、本発明の増幅加算回路に相当し、電圧増幅アンプ１０４に接続され、電圧増幅アンプ１０４から出力された電圧を加算増幅する。
【００５５】
具体的には、ＲＦ増幅加算アンプ１０５は、少なくとも電圧増幅アンプ１０４の出力端と接続されている。また、ＲＦ増幅加算アンプ１０５は、電圧増幅アンプ１０４の出力端以外にも複数の電圧増幅アンプの出力端とも接続されている。ここで、複数の電圧増幅アンプにはそれぞれ、電圧増幅アンプ１０４と同様に、フォトダイオード、電流電圧増幅アンプ、ＣＲローパスフィルタからなる出力が入力されている。
【００５６】
ＲＦ増幅加算アンプ１０５は、電圧増幅アンプ１０４を含む複数の電圧増幅アンプからの出力を加算増幅して出力する。
【００５７】
以上のように、受光増幅回路１０は構成される。
【００５８】
次に、本実施の形態１における受光増幅回路１０の周波数特性について説明する。
【００５９】
図３は、従来技術及び本発明の受光増幅回路の周波数特性を概念的に示す図である。
【００６０】
図３において、特性Ａは、従来技術において電流電圧変換アンプ１０２の回路定数を最適化し、可能な限り高帯域まで周波数特性を伸ばした場合の周波数特性を示している。特性Ｂは従来技術において電流電圧変換アンプ１０２の帰還容量１０２ａの容量Ｃ１を大きくすることなどにより特性Ａに対して周波数特性を低下させた場合の周波数特性を示している。それに対して、特性Ｃは本発明における受光増幅回路１０の周波数特性を示している。
【００６１】
特性Ａに示すように、電流電圧変換アンプ１０２の回路定数を最適化して受光増幅回路１０の周波数特性を高帯域まで延ばした場合には、受光増幅回路は、高周波重畳成分まで検出してしまうのがわかる。つまり、受光増幅回路が特性Ａを示す場合には、高周波重畳成分がＲＦ信号成分に影響してしまい、ＲＦ信号成分の信号品質が劣化してしまう。
【００６２】
一方、特性Ｂに示すように、電流電圧変換アンプ１０２の回路定数を最適化するとともに電流電圧変換アンプ１０２の帰還容量１０２ａの容量Ｃ１を大きくして受光増幅回路１０の周波数特性を高帯域まで延ばした場合には、高周波重畳の帯域である３００ＭＨｚ〜４００ＭＨｚの帯域のゲインを高周波重畳成分の影響が出なくなるまで下げることができる。しかし、電流電圧変換アンプ１０２の帰還容量１０２ａの容量Ｃ１を大きくすることにより高周波重畳の帯域のゲインを下げようとすると、特性Ｂに示すように受光増幅回路のカットオフ周波数も低下するという弊害が生じる。それによりＲＦ信号成分の信号振幅が小さくなってしまい、結果、ＲＦ信号成分の信号品質が劣化してしまう。
【００６３】
これらに対して、本発明における受光増幅回路１０は、初段の電流電圧変換アンプ１０２が有する帰還抵抗１０２ｂの抵抗値Ｒ１及び帰還容量１０２ａの容量Ｃ１で構成されるローパスフィルタと、その後段に接続されるＣＲローパスフィルタ回路１０３とで２次フィルタを形成する。この構成により、特性Ｃに示すように、受光増幅回路１０のフィルタ特性が特性Ａに比較してシャープになるため、この受光増幅回路１０のカットオフ周波数を低下することなく高周波重畳帯域のゲインを下げることができる。その結果、ＲＦ信号成分の信号振幅を低下させることなく高周波重畳成分のみをカットすることが可能となる。
【００６４】
以上、本実施の形態によれば、光ディスクの高倍速化により高い周波数応答特性が必要な場合においても、ＲＦ信号成分の信号振幅を低下させない受光増幅回路およびそれを備えた光ピックアップ装置を実現することができる。
【００６５】
具体的には、初段の電流電圧変換アンプ１０２に含まれる帰還抵抗１０２ｂ及び帰還容量１０２ａで構成されるローパスフィルタと、その後段に接続されるＣＲローパスフィルタ回路１０３でフィルタを２段化して２次フィルタを形成する。それにより、受光増幅回路１０のフィルタ特性を、図３の特性Ｃに示すように、シャープにすることが可能となる。その結果、増幅回路のカットオフ周波数を低下することなく高周波重畳帯域のゲインを下げることができるため、ＲＦ信号成分の信号振幅を低下させることなく高周波重畳成分のみをカットすることが可能となる。
【００６６】
なお、電流電圧変換アンプ１０２の出力のカットオフ周波数ｆｃ１とＣＲローパスフィルタ回路１０３のカットオフ周波数ｆｃ２との関係性はｆｃ１＞ｆｃ２となるように設定することが望ましい。なぜなら、ｆｃ１＞ｆｃ２と設定した方が、ｆｃ１＜ｆｃ２と設定した場合に対して２次フィルタの特性がよりシャープになり、本発明の効果を得やすいからである。
【００６７】
また、本実施の形態における受光増幅回路１０は、以下の点を注意して設計する必要がある。すなわち、ＣＲローパスフィルタ回路１０３を構成する容量１０３ｂが付加された場合においても十分な位相余裕が確保されるように電流電圧変換アンプ１０２内の回路定数を最適化する必要がある。なぜなら、本実施の形態では電流電圧変換アンプ１０２の後段に直列にＣＲローパスフィルタ回路１０３が接続されているため、ＣＲローパスフィルタ回路１０３を構成する容量１０３ｂの容量Ｃ２が電流電圧変換アンプ１０２の負荷容量となる。そして、電流電圧変換アンプ１０２に負荷容量が付加されるとアンプ内部の位相が変化し、位相余裕が低下して、周波数特性にピーキングが発生してしまい最悪の場合発振してしまう可能性があるからである。
【００６８】
したがって、電流電圧変換アンプ１０２内の帰還容量、位相補償容量及び位相補償抵抗の調整を行うことにより、周波数特性にピーキングが発生しないようにし、さらに目標帯域の周波数特性を確保した上で、位相余裕の目標値を確保するように設計する必要がある。
【００６９】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における受光増幅回路の構成を示す図である。図２と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
【００７０】
図４に示す受光増幅回路１２は、フォトダイオード１０１と、電流電圧変換アンプ１０２と、ＣＲローパスフィルタ回路１０３と、電圧増幅アンプ１２４と、ＲＦ増幅加算アンプ１０５とを備える。
【００７１】
図４に示す受光増幅回路１２は、図２に示す受光増幅回路１０に対して、電圧増幅アンプ１２４の構成が異なる。具体的には、電圧増幅アンプ１２４は、実施の形態１で説明した電圧増幅アンプ１０４の構成に、帰還抵抗１２４ａを加えている点が異なる。それにより、電圧増幅アンプ１２４は、増幅率１倍の非反転バッファアンプとして機能する。ここで、電圧増幅アンプ１２４の帰還抵抗１２４ａの抵抗値Ｒ３は、ＣＲローパスフィルタ回路１０３を構成する抵抗１０３ａの抵抗値Ｒ２と値が等しい。
【００７２】
換言すると、電圧増幅アンプ１２４は、帰還抵抗１２４ａが構成された非反転電圧増幅回路であり、帰還抵抗１２４ａの抵抗値Ｒ３は、ＣＲローパスフィルタ回路１０３を構成する抵抗１０３ａの抵抗値Ｒ２と等しい。
【００７３】
以上のように、受光増幅回路１２は構成される。
【００７４】
本実施の形態では、上記のように構成されることにより、実施の形態１の効果に加えて、次に説明するような効果がある。
【００７５】
実施の形態１のように電流電圧変換アンプ１０２の後段にＣＲローパスフィルタ回路１０３を接続した場合、ＣＲローパスフィルタ回路１０３を構成する抵抗１０３ａの抵抗値Ｒ２と、その後段に接続される電圧増幅アンプ１０４の入力端に流れる入力電流Ｉ２との電圧降下Ｉ２×Ｒ２によって、電圧増幅アンプ１０４の出力にオフセット電圧Ｉ２×Ｒ２が発生してしまう。
【００７６】
しかし、本実施の形態では、図４に示すように電圧増幅アンプ１０４（非反転バッファアンプ）の帰還部として構成した帰還抵抗１２４ａの抵抗値Ｒ３の値を、ＣＲローパスフィルタ回路１０３を構成する抵抗１０３ａの抵抗値Ｒ２と等しくする。それにより、電圧増幅アンプ１０４（非反転バッファアンプ）の反転入力端子に流れる電流Ｉ３と抵抗値Ｒ３との電圧降下Ｉ３×Ｒ３が、抵抗値Ｒ２と入力電流Ｉ２との電圧降下Ｉ２×Ｒ２を相殺するため、出力オフセット電圧を０にすることが可能となる。
【００７７】
以上、本実施の形態によれば、光ディスクの高倍速化により高い周波数特性が必要な場合においても、ＲＦ信号成分の信号振幅を低下させない受光増幅回路及びそれを備えた光ピックアップ装置を実現できる。さらに、本実施の形態によれば、受光増幅回路の出力がオフセット電圧により変化することを防止することができるという効果を奏する。
【００７８】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３における受光増幅回路の構成を示す図である。図２と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
【００７９】
図５に示す受光増幅回路１３は、フォトダイオード１０１と複数の切替可能な帰還抵抗を備える電流電圧変換アンプ１３２と、ＣＲローパスフィルタ回路１３３と、電圧増幅アンプ１０４と、ＲＦ増幅加算アンプ１０５とを備える。
【００８０】
図５に示す受光増幅回路１３は、図２に示す受光増幅回路１０に対して、電流電圧変換アンプ１３２と、ＣＲローパスフィルタ回路１３３との構成が異なる。
【００８１】
電流電圧変換アンプ１３２は、本発明の電流電圧変換増幅回路の一例であり、抵抗値の異なる複数の抵抗を切り替えることでゲインが切り替わる。具体的には、電流電圧変換アンプ１３２は、複数の帰還抵抗すなわち帰還抵抗１３２ｂ及び帰還抵抗１３２ｃを切り替えるためのスイッチ１３２ｄを備えている。スイッチ１３２ｄは、帰還抵抗１３２ｂ及び帰還抵抗１３２ｃを切り替えることにより、電流電圧変換アンプ１３２のゲインを切り替えることができる。
【００８２】
ＣＲローパスフィルタ回路１３３は、ＣＲローパスフィルタ回路の機能をオンまたはオフするためのスイッチを有する。具体的には、ＣＲローパスフィルタ回路１３３は、スイッチ１３３ａと、スイッチ１３３ｂと、スイッチ１３３ｃと、抵抗１０３ａと、容量１０３ｂとを備える。ここで、抵抗１０３ａと容量１０３ｂとを組み合わせて構成されるＣＲローパスフィルタ回路部１３３ｄは、実施の形態１のＣＲローパスフィルタ回路１０３に相当する。
【００８３】
スイッチ１３３ａ及びスイッチ１３３ｃは、ＣＲローパスフィルタ回路部１３３ｄのそれぞれ入力端及び出力端に配置され、ＣＲローパスフィルタ回路部１３３ｄと直列に接続されている。
【００８４】
スイッチ１３３ｂは、ＣＲローパスフィルタ回路部１３３ｄを迂回する接続線に配置され、ＣＲローパスフィルタ回路部１３３ｄに並列に接続されている。
【００８５】
スイッチ１３３ａ及びスイッチ１３３ｃと、スイッチ１３３ｂとは、電流電圧変換アンプ１３２のスイッチ１３２ｄと連動して動作して、ＣＲローパスフィルタ回路部１３３ｄの動作をＯＮ／ＯＦＦと切り替えることができる。
【００８６】
以上のように、受光増幅回路１３は構成される。
【００８７】
本実施の形態では、上記のように構成することにより、実施の形態１の効果に加えて、次に説明するような効果がある。
【００８８】
図５に示す電流電圧変換アンプ１３２は、必要に応じて複数の帰還抵抗を切り替えるゲイン切替機能を備えている。例えば、受光増幅回路１３が構成されるＰＤＩＣ２のモード（記録モードまたは再生モード）に応じて複数の帰還抵抗を切り替えるなどが考えられる。その場合、全モードにおいてＣＲローパスフィルタ回路１０３が接続されていると不都合を生じる場合がある。
【００８９】
記録モードでは、受光増幅回路１３の出力には速いパルス応答特性が求められる。この場合にＣＲローパスフィルタ回路１０３が接続され動作していると、ＣＲローパスフィルタ回路１０３を構成する容量１０３ｂの容量Ｃ２が負荷容量となり、受光増幅回路１３の出力のパルス応答特性が訛ってしまう。また、この記録モードでは、通常、高周波重畳モジュールはＯＦＦとなっている。そのため、シャープなフィルタ特性は必要なく、ＣＲローパスフィルタ回路１０３の動作はＯＦＦとなっていることが好ましい。
【００９０】
本実施の形態の受光増幅回路１３では、電流電圧変換アンプ１３２のゲイン切替に応じて、必要なタイミングでＣＲローパスフィルタ回路１０３の動作をＯＮ／ＯＦＦ切替することができる。それにより、ＣＲローパスフィルタ回路１０３の動作を再生モード時ではＯＮし、記録モード時ではＯＦＦするように設定すれば、再生モードにおいては不要な高周波重畳成分をカットし、記録モードにおいては電流電圧変換アンプの負荷容量を低減することによりパルス応答波形の訛りを防ぐことができる。
【００９１】
以上、本実施の形態によれば、光ディスクの高倍速化により高い周波数応答特性が必要な場合においても、ＲＦ信号成分の信号振幅を低下させない受光増幅回路およびそれを備えた光ピックアップ装置を実現することができる。
【００９２】
以上、本実施の形態によれば、光ディスクの高倍速化により高い周波数特性が必要な場合においても、ＲＦ信号成分の信号振幅を低下させない受光増幅回路及びそれを備えた光ピックアップ装置を実現できる。さらに、本実施の形態によれば、ゲイン切替機能を備え、それぞれのゲインモードに応じて最適な周波数特性を選択することが可能となるという効果も奏する。
【００９３】
以上、本発明の受光増幅回路およびそれを備えた光ピックアップ装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明は、フォトダイオードからの受光信号を増幅する増幅回路に利用でき、特にＣＤ、ＤＶＤ、またはＢＤなどの光ディスクの読み出しまたは書き込みを行うＰＤＩＣ及びそれを備える光ディスクドライブに利用できる。
【符号の説明】
【００９５】
１ 光ピックアップ部
２ ＰＤＩＣ
３ プリズム
４ 半導体レーザ
５ レンズ
６ 光ディスク
１０、１２、１３ 受光増幅回路
１０１、８０１ フォトダイオード
１０２、１３２、８０２ 電流電圧変換アンプ
１０２ａ 帰還容量
１０２ｂ、１２４ａ、１３２ｂ、１３２ｃ 帰還抵抗
１０３、１３３ ＣＲローパスフィルタ回路
１０３ａ、９１６ 抵抗
１０３ｂ 容量
１０４、１２４、８０４ 電圧増幅アンプ
１０５、８０５ ＲＦ増幅加算アンプ
１０６ 出力端子
１３２ｄ、１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃ、９４１ スイッチ
１３３ｄ ＣＲローパスフィルタ回路部
９０１ 増幅回路
９１０ オペアンプ
９１４ 基準電圧源
９２０ 差動増幅回路
９２１、９２２、９２３、９２４、９３１ トランジスタ
９２５、９３２ 定電流源
９３０ ソースフォロア回路
９４２、９４３ フォトダイオード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ピックアップに用いられる増幅回路であって、
コンデンサと抵抗とオペアンプとで構成された電流電圧変換増幅回路であって、入力された光電流を電圧に変換するとともに、変換した前記電圧のうち第１カットオフ周波数より低い周波数に対応する電圧のみを出力する電流電圧変換増幅回路と、
前記電流電圧変換増幅回路の後段に接続され、前記電流電圧変換増幅回路から出力された電圧のうち第２カットオフ周波数より低い周波数に対応する電圧のみを出力するローパスフィルタ回路と、
前記ローパスフィルタ回路の後段に接続され、前記ローパスフィルタ回路から出力された電圧を増幅する電圧増幅回路と、
少なくとも前記電圧増幅回路と接続され、前記電圧増幅回路から出力された電圧を加算増幅する増幅加算回路と、を備える
増幅回路。
【請求項２】
前記ローパスフィルタ回路は、抵抗とコンデンサとを組み合わせて構成されるＣＲローパスフィルタ回路である
請求項１に記載の増幅回路。
【請求項３】
前記第２カットオフ周波数は、前記第１カットオフ周波数に比べて小さい
請求項２に記載の増幅回路。
【請求項４】
前記電圧増幅回路は、帰還抵抗をもつ非反転電圧増幅回路であり、
前記帰還抵抗の抵抗値は、前記ＣＲローパスフィルタ回路を構成する前記抵抗の抵抗値と等しい
請求項２に記載の増幅回路。
【請求項５】
前記ローパスフィルタ回路は、前記ローパスフィルタ回路の機能をオンまたはオフするためのスイッチを有し、
前記電流電圧変換増幅回路は、抵抗値の異なる複数の抵抗を切り替えることで電流電圧変換におけるゲインを切り替え、
前記スイッチは、前記ゲインの切り替わりに連動して、前記ローパスフィルタ回路の機能をオンまたはオフする
請求項１または２に記載の増幅回路。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の増幅回路を備える
光ピックアップ装置。
【請求項１】
光ピックアップに用いられる増幅回路であって、
コンデンサと抵抗とオペアンプとで構成された電流電圧変換増幅回路であって、入力された光電流を電圧に変換するとともに、変換した前記電圧のうち第１カットオフ周波数より低い周波数に対応する電圧のみを出力する電流電圧変換増幅回路と、
前記電流電圧変換増幅回路の後段に接続され、前記電流電圧変換増幅回路から出力された電圧のうち第２カットオフ周波数より低い周波数に対応する電圧のみを出力するローパスフィルタ回路と、
前記ローパスフィルタ回路の後段に接続され、前記ローパスフィルタ回路から出力された電圧を増幅する電圧増幅回路と、
少なくとも前記電圧増幅回路と接続され、前記電圧増幅回路から出力された電圧を加算増幅する増幅加算回路と、を備える
増幅回路。
【請求項２】
前記ローパスフィルタ回路は、抵抗とコンデンサとを組み合わせて構成されるＣＲローパスフィルタ回路である
請求項１に記載の増幅回路。
【請求項３】
前記第２カットオフ周波数は、前記第１カットオフ周波数に比べて小さい
請求項２に記載の増幅回路。
【請求項４】
前記電圧増幅回路は、帰還抵抗をもつ非反転電圧増幅回路であり、
前記帰還抵抗の抵抗値は、前記ＣＲローパスフィルタ回路を構成する前記抵抗の抵抗値と等しい
請求項２に記載の増幅回路。
【請求項５】
前記ローパスフィルタ回路は、前記ローパスフィルタ回路の機能をオンまたはオフするためのスイッチを有し、
前記電流電圧変換増幅回路は、抵抗値の異なる複数の抵抗を切り替えることで電流電圧変換におけるゲインを切り替え、
前記スイッチは、前記ゲインの切り替わりに連動して、前記ローパスフィルタ回路の機能をオンまたはオフする
請求項１または２に記載の増幅回路。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の増幅回路を備える
光ピックアップ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−２０６７３（Ｐ２０１３−２０６７３Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５３２７９（Ｐ２０１１−１５３２７９）
【出願日】平成２３年７月１１日（２０１１．７．１１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１１日（２０１１．７．１１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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