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発明の名称 半導体レーザ出力制御回路及び出力制御方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平7−44885
公開日 平成7年(1995)2月14日
出願番号 特願平5−184977
出願日 平成5年(1993)7月27日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小鍜治 明 (外2名)
発明者 丹治 正次
要約 目的
記録媒体への情報記録時に、記録パルス光のボトム値およびピーク値の光出力を放射する半導体レーザ出力制御回路において、半導体レーザがピーク値の光出力を発光することなしに光出力のピーク値を設定できる半導体レーザ出力制御回路を提供する。

構成
半導体レーザの光出力を第1の光パワー値(P1)と第3の光パワー値(P3)と第4の光パワー値(P4)に設定し、その結果に基づいて第2の光パワー値(P2=P1+P4−P3)を設定するものであり、P3<P1のとき、P4<P2であり、P3<P4<P2であるので、記録パルス光のピーク値である第2の光パワー値(P2)が、それより低い3つの光パワー値(P1、P3、P4)により設定することを可能とし、記録媒体に不要な信号を記録することがなく、ピーク値設定時の発光による半導体レーザの劣化を防止する。
特許請求の範囲
【請求項1】記録媒体に記録する情報に従って、第1の光パワー値(P1)および第2の光パワー値(P2)の光出力を放射する半導体レーザ出力制御回路であって、放射された光出力の一部を受光する光検出器と、半導体レーザの光出力を第1の光パワー値(P1)に設定するための基準電圧を発生する第1の基準電圧源と、半導体レーザの光出力を第3の光パワー値(P3)に設定するための基準電圧を発生する第2の基準電圧源と、この第2の基準電圧源の電圧と前記第1の基準電圧源の電圧を切換えて出力する切換スイッチと、この切換スイッチの出力信号と前記光検出器の検出信号を比較し、その比較結果により制御信号を発生する第1の制御回路と、半導体レーザの光出力が設定された値になった時、前記第1の制御回路の制御信号を保持する第1のサンプルホールド回路と、この第1のサンプルホールド回路の出力信号に従って半導体レーザに駆動電流を流す第1の電流源と、半導体レーザの光出力を第4の光パワー値(P4)に設定するための基準電圧を発生する第3の基準電圧源と、この第3の基準電圧源の電圧と前記光検出器の検出信号を比較し、その比較結果により制御信号を発生する第2の制御回路と、半導体レーザの光出力が設定された値になった時、前記第2の制御回路の制御信号を保持する第2のサンプルホールド回路と、この第2のサンプルホールド回路の出力信号に従って半導体レーザに駆動電流を流す第2の電流源と、この第2の電流源による駆動電流が半導体レーザに流れるのをオンまたはオフするスイッチ回路と、を備えたことを特徴とする半導体レーザ出力制御回路。
【請求項2】スイッチ回路がオフの状態において、切換スイッチが出力信号として第2の基準電圧源の電圧を選択し、第1の制御回路がこの切換スイッチの出力信号と光検出器の検出信号を比較することにより、半導体レーザの光出力が第3の光パワー値(P3)に制御された時、第1のサンプルホールド回路が前記第1の制御回路の制御信号を保持することにより第1の電流源の駆動電流を一定に保持し、その後、前記スイッチ回路をオンにし、第2の制御回路が第3の基準電圧源の電圧と前記光検出器の検出信号を比較することにより、前記第1の電流源による駆動電流に加えて第2の電流源から新たな駆動電流を重畳し、半導体レーザの光出力が第4の光パワー値(P4)に制御された時、第2のサンプルホールド回路が前記第2の制御回路の制御信号を保持することにより前記第2の電流源の駆動電流を一定に保持し、その後、前記第2の電流源による駆動電流が半導体レーザに流れるのを前記スイッチ回路がオフし、前記切換スイッチが出力信号としてが第1の基準電圧源の電圧を選択し、前記第1の制御回路がこの出力信号と前記光検出器の検出信号を比較することにより、半導体レーザの光出力が第1の光パワー値(P1)に制御された時、前記第1のサンプルホールド回路が前記第1の制御回路の制御信号を保持することにより第1の電流源の駆動電流を一定に保持し、その後、記録する情報に従って前記スイッチ回路をオンおよびオフするようにした請求項1記載の半導体レーザ出力制御回路。
【請求項3】第2の光パワー値(P2)が第1の光パワー値(P1)より高くなるように第1の基準電圧源の電圧を設定し、第3の光パワー値(P3)が第1の光パワー値(P1)より低くなるように第2の基準電圧源の電圧を設定し、かつ第4の光パワー値(P4)がP4=P3+P2−P1の関係になるように第3の基準電圧源の電圧を設定した請求項2記載の半導体レーザ出力制御回路。
【請求項4】記録媒体に記録する情報に従って、第1の光パワー値(P1)および第1の光パワー値よりも高い第2の光パワー値(P2)の光出力を放射する半導体レーザの出力を制御するに際し、半導体レーザの駆動電流と光出力が線形に変化する領域で第2の光パワー値よりも充分低い第3の光パワー値(P3)に制御する第3駆動電流を流しながら、第2の光パワー値よりも低く第3の光パワー値よりも高い第4の光パワー値(P4)になるよう制御した時の駆動電流値から第3の光パワー値を出力する第3駆動電流値を引いた第4駆動電流値を記憶した後、前記第1の光パワー値の第1駆動電流から記録情報に従って第2の光パワーを出力するために前記第1駆動電流に前記第4駆動電流を加算した電流値によって第2の光パワー値を出力させる事を特徴とする半導体レーザの出力制御方法。
【請求項5】前記第3と第4の光パワー値は固定値とし、前記第1と第2の光パワー値を可変値とし、前記記憶した第4駆動電流値を前記第1の駆動電流値の変化分に応じて変化させ、第2の光パワー値を出力させる事を特徴とする請求項4記載の半導体レーザの出力制御方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光を記録媒体に照射することで情報の記録あるいは再生を行う光メモリ装置において利用される半導体レーザの出力制御回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】レーザ光を利用して記録媒体に情報を記録あるいは再生する技術は、既に光メモリ装置として実用化されている。
【0003】書換え型光メモリ装置の一つの方式に、結晶−非結晶間の可逆的な状態変化を利用した相変化型光メモリがある。これに用いる記録膜は、レーザ光による加熱条件および冷却条件によって、非結晶状態と結晶状態のいずれかの状態となり、かつ2つの状態に可逆性がある。また、非結晶状態と結晶状態では、光学的特性が異なり、相変化型光メモリでは、記録する信号に応じて選択的に2つの状態を形成し、この状態の光学的な特性変化をレーザ光で読み取ることにより、記録された信号を再生している。
【0004】これらの2つの状態を得るため、記録する信号に応じて、ピーク値とボトム値の2つの光パワー値間で強度変調したレーザ光を光ディスク上の記録膜に照射する方法が提案されている。このようなレーザ光が記録膜に照射されると、照射部は、以前の状態がいずれの場合であっても、ピーク値のレーザ光が照射された部分は非結晶状態に、ボトム値のレーザ光が照射された部分は結晶状態となり、単一のレーザ光線により、重ね書きが行われる。
【0005】そして、このような照射方法を実現するためのレーザ出力制御回路として、図4のような回路が提案されている(特許公告公報平5−12771)。この従来のレーザ出力制御回路の動作について、図5の動作波形図を用いて以下に説明する。
【0006】記録開始時刻t1において、第1の制御回路6がその一部を受光することで半導体レーザ1の光出力のパワー値を検出する光検出器2の検出信号と第1の基準電圧源3の基準電圧を比較することにより、第1のS&H(サンプルホールド)回路7を通じて第1の電流源8の駆動電流を変え、半導体レーザ1の光出力が第1の光パワー値に制御されるので、光検出器2の検出信号PDが第1の基準電圧源3の基準電圧V1まで上昇する。光パワー制御が安定した時点t2おいて、入力信号WTGTがLレベルからHレベルになり、第1のS&H回路7が第1の制御回路6の制御信号を保持することにより第1の電流源8の駆動電流を一定に保持すると同時に、入力信号WTDTがLレベルからHレベルになることで、それまでオフ状態であったスイッチ回路13がオン状態になり、第2の制御回路10が光検出器2の検出信号と第2の基準電圧源4の基準電圧を比較することにより、第2のS&H回路11を通じて第2の電流源12の駆動電流を変え、半導体レーザ1の光出力が第2の光パワー値に制御されるので、検出信号PDが第2の基準電圧源4の基準電圧V2まで上昇する。光パワー制御が安定した時点t3において、入力信号PKHLがLレベルからHレベルになり、第2のS&H回路11が第2の制御回路10の制御信号を保持することにより第2の電流源12の駆動電流を一定に保持する。この状態において入力信号WTDTがスイッチ回路13をオンまたはオフにすると、半導体レーザ1には第1の電流源8からの駆動電流が常時流れ、第2の電流源12からの駆動電流がオンまたはオフされることにより、半導体レーザ1の光出力は、第1の光パワー値がボトム値に、第2の光パワー値がピーク値となり、この2つの光パワー値間でパルス変調される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記のような構成では、ピーク値設定時に、半導体レーザが数μ秒の比較的長時間にわたってピーク値の光出力をDC発光するため、記録媒体に不要な信号を記録してしまうという問題点を有していた。
【0008】また、実際の記録パルス幅が数十n秒という短時間であるのに対して、ピーク値設定時間はその100倍程度長く、ピーク値設定のためのDC発光が半導体レーザの大きな負荷となり、半導体レーザの寿命を短くするという不都合が生じるのである。
【0009】本発明はこのような課題を解決するものであり、半導体レーザのピーク値をピーク値の光出力を放射することなしに設定することができる半導体レーザ出力制御回路を提供することを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成すべく、本発明の半導体レーザ出力制御回路では、半導体レーザから放射された光出力の一部を受光する光検出器と、半導体レーザの光出力を第1の光パワー値(P1)に設定するための基準電圧を発生する第1の基準電圧源と、半導体レーザの光出力を第3の光パワー値(P3)に設定するための基準電圧を発生する第2の基準電圧源と、この第2の基準電圧源の電圧と第1の基準電圧源の電圧を切換えて出力する切換スイッチと、この切換スイッチの出力信号と光検出器の検出信号を比較し、その比較結果により制御信号を発生させる第1の制御回路と、半導体レーザの光出力が設定された値になった時、第1の制御回路の制御信号を保持する第1のサンプルホールド回路と、この第1のサンプルホールド回路の出力信号に従って半導体レーザに駆動電流を流す第1の電流源と、半導体レーザの光出力を第4の光パワー値(P4)に設定するための基準電圧を発生する第3の基準電圧源と、この第3の基準電圧源の電圧と光検出器の検出信号を比較し、その比較結果により制御信号を発生させる第2の制御回路と、半導体レーザの光出力が設定された値になった時、第2の制御回路の制御信号を保持する第2のサンプルホールド回路と、この第2のサンプルホールド回路の出力信号に従って半導体レーザに駆動電流を流す第2の電流源と、この第2の電流源による駆動電流が半導体レーザに流れるのをオンまたはオフするスイッチ回路とを備えている。これは半導体レーザが一定の駆動電流を越えた点では駆動電流と光パワーの出力特性が比例関係にある事を利用し、最も高い第2の光パワー値と第1の光パワー値の差分の駆動電流値を、第2の光パワー値より充分低く前記出力特性が線形な範囲の第3の光パワー値と第4の光パワー値に駆動制御した時の電流値の差から前記第2と第1の駆動電流値の差に相当する第4駆動電流値を推定、記憶し、第1の光パワー値に制御した後、記憶した第4の駆動電流値を加算する事によって第2の光パワー値を実現する構成を有するものである。
【0011】
【作用】本発明は上記した構成により、半導体レーザの光出力を第1の光パワー値(P1)と第3の光パワー値(P3)と第4の光パワー値(P4)に設定し、その結果に基づいて第2の光パワー値(P2=P1+P4−P3)を設定するものであり、P3<P1のとき、P4<P2であり、P3<P4<P2であるので、パルス変調時におけるパルス波形のピーク値となる第2の光パワー値(P2)が、それより低い3つの光パワー値(P1、P3、P4)により設定することが可能である。
【0012】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図を参照しながら説明する。
【0013】図1は本発明に係る半導体レーザ出力制御回路の一実施例を示す概略構成図であり、半導体レーザ1の出力光の一部が光検出器2により受光されて半導体レーザ1の光出力のパワー値が検出され、この検出信号が第1の制御回路6に供給される一方、a側には第1の基準電圧源3が、b側には第2の基準電圧源4が接続されている切換スイッチ5の出力信号が第1の制御回路6に供給される。第1の制御回路6が両信号を比較し、その誤差信号が第1のS&H回路7を通じて第1の電流源8に供給され、半導体レーザ1の駆動電流を変えることにより、光検出器2の検出信号と切換スイッチ5の出力信号が等しくなるように半導体レーザ1の光出力を制御する。すなわち、切換スイッチ5がa側の場合は第1の光パワー値(P1)に、b側の場合は第3の光パワー値(P3)に半導体レーザ1の光出力が制御される。入力信号WTGTは、第1の電流源8の駆動電流を保持するためのゲート信号であり、光パワー制御が安定した時点で、第1のS&H回路7が第1の制御回路6の制御信号を保持することにより第1の電流源8の駆動電流が一定に保持される。
【0014】第2の制御回路10には光検出器2の検出信号と第3の基準電圧源9の基準電圧が入力され、第2の制御回路10が両信号を比較し、その誤差信号が第2のS&H回路11を通じて第2の電流源12に供給され、半導体レーザ1の駆動電流を変えることにより、光検出器2の検出信号が第3の基準電圧源9の基準電圧と等しくなる第4の光パワー値(P4)に半導体レーザ1の光出力を制御する力信号PKHDは、第2の電流源12の駆動電流を保持するためのゲート信号であり、光パワー制御が安定した時点で、第2のS&H回路11が第2の制御回路10の制御信号を保持することにより第2の電流源12の駆動電流が一定に保持される。スイッチ回路13は第2の電流源12の駆動電流が半導体レーザ1に供給されるのをオンまたはオフし、入力信号WTDTによりスイッチ回路13が制御される。第1の光パワー値(P1)と第3の光パワー値(P3)設定時はスイッチ回路13がオフ状態、第4の光パワー値(P4)設定時はスイッチ回路13がオン状態であり、光パワー値設定後に入力信号WTDTがスイッチ回路13をオンまたはオフにすると、半導体レーザ1には第1の電流源8からの駆動電流が常時流れ、第2の電流源12からの駆動電流がオンまたはオフされるため、パルス変調時はパルス波形のボトム値が第1の光パワー値(P1)に、ピーク値が第2の光パワー値(P2)に半導体レーザ1の光出力が制御される。ここで第3の基準電圧源9は、第1の基準電圧源3と第2の基準電圧源4の合成によって作られる基準電圧として図示しているが、これは例えば記録媒体が円盤状で一定回転数で回転され円盤の内周、外周での記録条件などの場合のように記録媒体と半導体レーザの相対速度が変わるときに、光パワー値をそれぞれ変化する必要があり、第1の基準電圧源3を変える事により相対的に第3の基準電圧源9も変化し、それぞれの基準を独立して変える必要が無いようにするためである。実際には分圧、加算、減算によって、所望の基準電圧値を実現しており、光パワー値変更の必要の無い装置では、独立した基準電圧とする事は可能であり、変更の必要のある装置でも独立したそれぞれの基準を、関連づけて同時に変更するように構成する事も可能である。
【0015】図2は図1の構成における動作波形図である。同図において時間変数をt1〜t4、光量検出の電圧変数V1〜V4、対応する光パワー値変数(P1)〜(P4)で示す。入力信号WTGTと入力信号PKHDはLレベルでS&H回路7,11に通過動作を、HレベルでS&H回路7,11に保持動作を指示する。入力信号WTDTはHレベルでスイッチ回路13をオンし、Lレベルでスイッチ回路13をオフ状態にする。信号PDは光検出器2の検出信号である。
【0016】記録開始時刻t1において、切換スイッチ5がb側、入力信号WTGTと入力信号WTDTがLレベルであり、第1の制御回路6が光検出器2の検出信号PDと第2の基準電圧源4の基準電圧V2を比較し、半導体レーザ1の光出力が第3の光パワー値(P3)になるように制御されると、光検出器2の検出信号PDが第2の基準電圧源4の基準電圧V2まで上昇する。光パワー制御が安定した時点t2において、入力信号WTGTがHレベルなり第1のS&H回路7が第1の電流源8の駆動電流を保持すると同時に、入力信号WTDTがHレベルになってスイッチ回路13がオン状態になり、第2の制御回路10が光検出器2の検出信号PDと第3の基準電圧源9の基準電圧V3を比較し、第1の電流源8による駆動電流に加えて第2の電流源12からの新たな駆動電流を重畳することにより、半導体レーザ1の光出力が第4の光パワー値(P4)になるように制御されると、光検出器2の検出信号PDが第3の基準電圧源9の基準電圧V3まで上昇する。光パワー制御が安定した時点t3において、入力信号PKHLがHレベルになり第2のS&H回路11が第2の電流源12の駆動電流を保持すると同時に、入力信号WTDTがLレベルになってスイッチ回路14がオフ状態になり、切換スイッチ5がa側に切換わり、入力信号WTGTがLレベルになり第1のS&H回路7が通過動作に切換わると、第1の制御回路6が光検出器2の検出信号PDと第1の基準電圧源3の基準電圧V1を比較し、半導体レーザ1の光出力が第1の光パワー値(P1)になるように制御され、光検出器2の検出信号PDが一旦第2の基準電圧源4の基準電圧V2まで下がった後第1の基準電圧源3の基準電圧V1まで上昇する。光パワー制御が安定した時点t4において、入力信号WTGTがHレベルになり第1のS&H回路7が第1の電流源8の駆動電流を保持する。
【0017】この状態において、第1の電流源8には半導体レーザ1の光出力を第1の光パワー値(P1)にするのに必要な駆動電流が設定され、第2の電流源12には半導体レーザ1の光出力を第3の光パワー値(P3)から第4の光パワー値(P4)に上昇するのに必要な駆動電流が設定させるので、スイッチ回路13をオンすることによって得られる第2の光パワー値(P2)はP2=P1+P4−P3となり、第4の光パワー値(P4)をP4=P3+P2−P1とすることにより第2の光パワー値(P2)を設定することが可能である。
【0018】したがって、入力信号WTDTがスイッチ回路13をオンまたはオフにすることにより、半導体レーザ1の出力光は、第1の光パワー値(P1)がボトム値に、第2の光パワー値(P2=P1+P4−P3)がピーク値に制御され、この2つの光パワー値間でパルス変調される。
【0019】このように上述の実施例によれば、半導体レーザの光出力を第1の光パワー値(P1)と第3の光パワー値(P3)と第4の光パワー値(P4)に設定し、その結果に基づいて第2の光パワー値(P2=P1+P4−P3)を設定するもので、P3<P1のとき、P4<P2であり、P3<P4<P2であるので、パルス変調波形のピーク値である第2の光パワー値(P2)を、それより低い3つの光パワー値(P1、P3、P4)により設定することが可能である。
【0020】図3に上記の変調状態を半導体レーザの駆動電流ー光出力特性(以下I−P特性と称す)で以下に説明する。
【0021】図3のグラフにおける横軸は半導体レーザの駆動電流値、縦軸は光パワー出力値を、グラフの下の波形は半導体レーザの変調入力である基準電圧を1つの比較回路、電流源で考えた場合の合成波形でありほぼ半導体レーザに流れる駆動電流と同様の波形になる、グラフの右の波形は前記変調入力によって、出力される光パワー値を示す。
【0022】同図のP(I)曲線は駆動電流が閾値電流Isを越えると徐々にレーザ発光し始め、その後は駆動電流に比例して光出力が増大する特性を示している。ここで入力t1’で半導体レーザの発光パワーが入力電流の変化分に比例する領域で低い光パワー値P3になるように発光制御する。その時の電流値はI3で示される。図2で示したように出力光量が安定しI3が確定した後、t2’でP4の光パワー値になるように第3の基準電圧原による制御ループを動作させI4を確定する。この時図1の第1の電流原8ではI3を、第2の電流原ではIx=(I4−I3)を供給している。次に、実際の情報の記録消去段階に入りt3’でまず消去光パワー値であるP1パワー値になるように第1の基準電圧源3により第1の電流源8で消去パワーに相当するI4を流しその電流値がWTGT信号によって記憶され以降の記録期間中流し続けられる。次に信号記録レベルであるP2パワー値にするためにt5’〜t6’期間中WTDT信号によって前記P3、P4の出力制御によって第2S&H回路11と第2の電流源12に記憶された電流値Ixが流され記録パワーP2を実現する。以上のように本発明では従来記録パワーの半導体レーザ駆動電流を実際の記録パワー値P1に制御した電流をS&H回路等で記憶した電流を流す事によって実現していたものを、半導体レーザのI−P特性がリニアな領域を利用する事によって、充分低い光パワー値P3、P4を利用して学習し消去パワーP1にその記憶した電流を必要な期間のみ加算する事によって記録パワー値P1を実現しているため、記録パワー学習時の記録媒体への不要な記録を削除でき、また高レベルの光パワー値P1を出力する期間を極めて短くする事ができるものである。
【0023】さらに上記したP1、P2値を変更する必要がある場合でも、半導体レーザのI−P特性がリニアな間を利用する限りはP3、P4を変更する事無く、記憶したIxを演算回路などでP1の変更倍数する事によって実現する事ができるため、非常に高い記録パワー値P2を実現する際の半導体レーザの負荷を軽減するのに非常に有効な手段となる。
【0024】なお上記記憶手段としてサンプルホールド回路を利用し説明したが、A/Dコンバータ等でディジタル化した後ディジタルメモリ等を利用して記憶する事も有効な手段である。また理解をし易くするためにアナログ的な制御ブロックを用いて動作説明したが、光検出器以降の構成を全てディジタル化し同様の制御を実現する事も本発明の範囲である。また本発明は半導体レーザの出力制御方法について説明したが、同様に制御電流と発光パワー値がリニアな特性を有する光源や、放射源を、同様の2つの出力レベルに制御する技術に応用可能な事は自明である。
【0025】
【発明の効果】以上の実施例から明らかなように、本発明によれば記録パルス光のピーク値の設定をより低い光パワー値の設定により行うことができ、記録媒体に不要な信号を記録してしまうことがなく、ピーク値の設定時に半導体レーザに大きな負荷がかかり、半導体レーザの寿命を短くするという不都合を避けることができる。




 

 


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