CN100403406C - 一种控制激光二极管输出功率的控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种控制激光二极管输出功率的控制系统及方法，包括：利用一第一测试控制信号来驱动所述的激光二极管产生一第一激光束；检测所述的第一激光束的功率来产生一第一检测信号；利用一第二测试控制信号来驱动所述的激光二极管产生一第二激光束；检测所述的第二激光束的功率以产生一第二检测信号；根据所述的第一测试控制信号、第二测试控制信号以及所述的第一检测信号、第二检测信号决定所述的激光二极管的输出功率与一控制信号间的一第一关系式；以及根据所述的第一关系来控制所述的激光二极管的输出功率。本发明可周全的处理因为温度变化所产生的功率飘移效应；使激光二极管的起始功率非常接近目标功率，大大减少稳定激光二极管输出功率需要的时间。

Description

一种控制激光二极管输出功率的控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种控制输出功率的技术，特别涉及一种可动态调整激光功率与其控制值间的关系式以获得激光二极管的最佳输出功率的控制系统与方法，具体的讲是一种控制激光二极管输出功率的控制系统及方法。

背景技术

随着计算机技术的进步以及网络的普及化，光驱在我们的日常生活中变得日益重要，举例来说，使用者通过连接个人计算机与网络便可以存取大量的信息并将所有下载的信息存入光盘里。因为光盘具有高容量、体积小以及便宜的优点，与光盘相关的产品变得更加多样化以及重要，以光盘刻录机(CD-RW)为例，其不仅可以从可重复刻录盘(CD-RW disc)上读取数据，也可以将数据写入可重复刻录盘里，此外，另一种称为数字多功能光盘的产品变得日益普及，而数字多功能光盘能够以相当于一般光盘的尺寸来提供更大的数据容量，所以光驱变成了一般日常生活中常会使用到的装置。

光驱乃是应用光学原理存取数据，亦即读取和写入的动作必须依赖光学读写头，光学读写头通常包含了一个激光二极管来读取数据或者一组激光二极管来读取或写入数据。在执行读取时，光驱将激光二极管的输出功率(亦被称为读取功率)设为一目标值，接着光驱检测从光盘上反射回来的激光束(laser beam)来读取储存在光盘上的数据，如一般所现有的技术，光盘利用凹洞(pit)与平坦区(land)来储存数据，这使得光驱能通过分辨反射回来的激光束的多个不同波长来读取利用凹洞与平坦区以储存在光盘表面的数据。在执行写入时，光驱根据待写入光盘的数据来适当的设定激光二极管的输出功率(亦被称为写入功率)，如上所述，当从光盘读取数据或将数据写入光盘时，如何适当调整激光二极管的输出功率是一个重要的课题。

请参考图1，图1为现有技术中激光二极管的输出功率与驱动电流的关系图。如曲线5所示，当驱动电流小于临界值I_th时激光二极管无法产生激光束，而当驱动电流超过临界值I_th时激光二极管开始发出激光束，且该激光束的功率会几乎正比于驱动电流的大小。不幸地是，温度变化会影响上述的曲线5，当激光二极管的操作温度增加时，激光二极管输出功率与驱动电流间的关系会跟着改变，如图1所示，曲线5表示温度T₁时的关系而曲线5’表示温度T₂时的关系，而温度T₁大于温度T₂。如图1所示，当操作温度上升时需要较小的驱动电流方能使得激光二极管输出相同功率的激光束，然而，传统光驱中光学读写头的功率控制方法通常并不重视温度带来的效应以避免制造光驱时必须增加额外的成本，换句话说，传统的功率控制方法将上述的温度效应与其它参数一起交由一简单的闭回路来处理，而这种控制方法通常必须耗费一段相当长的频率响应时间，而要解决此问题设计者就必须使用额外的硬件电路来处理温度变化所造成的功率飘移，于是成本也就跟着增加了。结果当激光二极管的操作温度改变时，传统的功率控制方法必须利用一传统的闭回路电路来调整读写头(pick-up head)的输出功率，而这种方法无法对温度造成的影响做立即与动态的响应。

请参考图2，图2为现有技术中功率控制回路10的方块图。在现有技术中，功率控制回路10内建在光驱内并通过回授机制(feedback mechanism)来稳定输出功率，功率控制回路10包含有一驱动电路20、一积分器30、一传感器40以及一激光二极管50。驱动电路20电连接于激光二极管50并且驱动激光二极管50产生正比于一驱动信号S_d(例如一驱动电压或一驱动电流)的一激光束L，驱动电路20通常简单的由一电阻60所组成，而驱动信号S_d则可以很容易的透过电阻60的电阻值来决定。传感器40通常使用一前端光检测二极管(frontmonitor diode，FMD)或一前端光电二极管(front photodiode，FPD)，前端光检测二极管或前端光电二极管检测由激光二极管50所产生的激光束L的功率，并产生一与其相对应的检测信号S_a，检测信号S_a通常被称为前端光电二极管输出(front photodiode output，FPDO)信号。积分器30比较检测信号S_a与一参考信号S_b，参考信号S_b是由系统所提供，表示检测信号S_a的期望值，其中检测信号S_a期望值的意思是指对应于激光二极管50的目标功率的检测信号S_a值，也就是说激光二极管50提供具有目标功率的激光束L，理想情况中，检测信号S_a的位准(voltage level)会和参考信号S_b相同。众所周知，积分器30包含一运算放大器70、电阻80、电阻100以及一电容90，积分器30的输出端电连接于驱动电路20以传送一控制信号S_c至驱动电路20，若激光二极管50的输出功率小于目标功率，积分器30输出的控制信号S_c会使得驱动电路20增加驱动信号S_d，若激光二极管50的输出功率大于目标功率，积分器30输出的控制信号S_c会使得驱动电路20减小驱动信号S_d。

如上所述，驱动信号S_d和激光二极管50功率间的关系式会随着激光二极管50的操作温度变化而改变，请同时参考图2与图3，图3为现有技术中前端光电二极管输出(即检测信号S_a)与激光功率的关系图。如曲线110所示，前端光电二极管输出(即检测信号S_a)正比于激光功率，而当操作温度变化时曲线110并不会有所飘移，结果当操作温度变化时，因为激光二极管50的功率随着操作温度而改变，所以检测信号S_a也会随着操作温度而改变，如同图1所示。如图2所示的传统闭回路乃是利用积分器30来克服这个问题，这通常要花费许多时间，所以现有的功率控制回路10无法有效补偿驱动信号S_d因为温度变动导致功率飘移所产生的误差，于是光驱的效能也随的变差。

另外，图2所示的功率控制回路10为模拟电路，使用电容来保持控制值(例如控制电压)的大小，然而，光驱在执行烧录数据的过程中有时会停顿一小段时间后再将剩余的数据继续烧录进光盘中，在暂停时，由于漏电流(leakagecurrent)会造成电容所储存的电荷流失，因此当烧录过程暂停时的控制值会与烧录过程重新激活时的控制值不同，所以功率控制回路10另一个缺点是必须花费时间调整上述电容漏电效应所造成的激光二极管50输出功率与目标功率不同的问题。

另外还有一个在制造过程中必须被考虑的要素，因为一个光学读写头通常有好几个信道(channel)(例如读取信道和写入信道)和一个激光二极管，亦即传统的闭回路功率控制回路10无法同时控制所有信道，所以由温度变动所造成的效应必须被忽略或者只在某些信道做固定数值的补偿。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种控制激光二极管输出功率的控制系统及方法，可动态调整激光功率与其控制值间的关系式来获得激光二极管的最佳输出功率。

本发明提供了：一种控制激光二极管输出功率的方法，其特征在于，包括：

利用一第一测试控制信号来驱动所述的激光二极管产生一第一激光束；检测所述的第一激光束的功率来产生一第一检测信号；利用一第二测试控制信号来驱动所述的激光二极管产生一第二激光束；检测所述的第二激光束的功率以产生一第二检测信号；根据所述的第一测试控制信号、第二测试控制信号以及所述的第一检测信号、第二检测信号决定所述的激光二极管的输出功率与一控制信号间的一第一关系式；以及根据所述的第一关系来控制所述的激光二极管的输出功率。

本发明还提供了：一种控制激光二极管输出功率的方法，其特征在于，包含：预估一起始第一关系式表示所述的激光二极管输出功率与一控制信号间的关系；利用所述的起始第一关系式决定的一第一测试控制信号驱动所述的激光二极管产生一第一激光束；检测所述的第一激光束的功率产生一第一检测信号；将所述的第一检测信号与一目标检测信号进行比较以产生一修正值；根据所述的起始第一关系式与所述的修正值决定一第一关系式以表示所述的激光二极管输出功率与所述的控制信号间的关系；以及根据所述的第一关系式控制所述的激光二极管的输出功率。

本发明还提供了：一种控制激光二极管输出功率的控制系统，所述的控制系统包含有：一驱动电路，电连接于所述的激光二极管，用来根据一第一测试控制信号驱动所述的激光二极管产生一第一激光束，以及根据一第二测试控制信号驱动所述的激光二极管产生一第二激光束；一传感器，用来检测所述的第一激光束功率来产生一第一检测信号，以及检测所述的第二激光束功率来产生一第二检测信号；以及一估计器，电连接于所述的传感器与所述的驱动电路，用来决定所述的第一测试控制信号和第二测试控制信号；根据所述的第一测试控制信号和第二测试控制信号以及所述的第一检测信号和第二检测信号来决定所述的激光二极管输出功率与一控制信号间的一第一关系式；以及根据所述的第一关系式来控制所述的激光二极管的输出功率。

本发明的优点在于，本发明可动态的估计激光功率与控制值间的关系式，所以可以周全的处理因为温度变化所产生的功率飘移效应。另外，当读取或写入使用者数据时，根据测试出的关系式可预估出一起始控制值来控制激光二极管，使激光二极管的起始功率能够非常接近目标功率，所以大大的减少了稳定激光二极管输出功率所需要的时间。

附图说明

图1为现有技术中激光二极管的输出功率与驱动电流的关系图；

图2为现有技术中功率控制回路的方块图；

图3为现有技术中前端光电二极管输出与激光功率的关系图；

图4为根据本发明一实施例的控制系统的方块图；

图5为本发明实施例中决定第一与第二关系式的方法的流程图；

图6为本发明实施例中决定第一关系式的方法的流程图。

图号说明：

功率控制回路10         驱动电路20、220        积分器30

激光二极管50、250      电阻60、80、100        运作放大器70      电容90

控制系统200            估计器230              传感器40、240     开关260

补偿器270    数字模拟转换器280    模拟数字转换器285

具体实施方式

本发明的最佳化控制一激光二极管输出功率的控制方法与控制系统，目的在于当环境参数改变时能够实时并且动态的更新驱动信号与激光二极管输出功率间的关系式，例如当操作温度发生不预期的变化或者激光二极管本身因为老化而使得其特性与原来的设定不同。请参考图4，图4为根据本发明一实施例的控制系统200的方块图。控制系统200能应用在许多领域，尤其是光驱中激光二极管的输出功率控制，为了方便分析控制系统200，此处将其分为两个回路来说明。第一回路包含有一驱动电路220、一激光二极管250、一传感器240、一模拟数字转换器(ADC)285、一估计器(estimator)230、一开关260以及一数字模拟转换器(DAC)280；第二回路包含有一驱动电路220、一激光二极管250、一传感器240、一模拟数字转换器285、一补偿器270、一开关260以及一数字模拟转换器280。显而易见地，两回路间的差别在于第一回路通过估计器230而第二回路则通过补偿器270，一控制信号SW控制开关260切换至输入端口A或是输入端口B来选择控制系统200通过哪一回路，而控制信号S_e的功能与现有技术中所述的控制信号S_c类似，都代表激光二极管250的目标输出功率值。

首先，请注意第一回路，驱动电路220电连接于激光二极管250并且输出一驱动信号来驱动激光二极管250以产生一激光束，通常该驱动信号为一电压信号，然而当激光二极管250是由电流驱动时，电流信号会是较佳的选择，激光二极管250为一般市面上常见的激光二极管，其输出功率与驱动信号间具有如图1中曲线5和5’所示的关系，传感器240用来检测激光束的功率并产生一检测信号，通常为一光电二极管(此处的光电二极管又被称为前端光检测二极管(front monitor diode，FMD)或前端光电二极管(front photodiode，FPD))，本实施例中的检测信号可以是一电压信号或是一电流信号，根据估计器230的电路结构而定，模拟数字转换器285将模拟检测信号转换成数字检测值并且将该数字检测值输入估计器230，估计器230再输出一控制值至开关260。若控制信号SW切换开关260的输入端至输入端口A，控制值会传送至数字模拟转换器280，数字模拟转换器280进一步将输入的控制值转换成控制信号，用来控制从驱动电路220产生的驱动信号，同样地，从数字模拟转换器280输出的控制信号可以根据设计时的需求而为电压信号或电流信号。请注意估计器230另外也负责求出激光二极管250输出功率与控制值间的关系式，当关系式被决定后，估计器230根据目前被求出的关系式来控制激光二极管250的输出功率，在本实施例中，该求出的关系式包含有一表示偏移量的项(term)以及一表示增益值的项，用来补偿上述的温度效应，求得该关系式的详细过程如下所述。

如图1所示，曲线5以及5’表示激光二极管250输出功率与驱动信号(如驱动电流)间的关系，曲线5以及5’在驱动电流大于I_th后即由单一斜率的直线所构成，亦即在输出功率与驱动信号间为一线性映像的关系，而且数字至模拟的转换为线性，驱动信号则与控制信号成正比，另外，如图3所示，输出功率亦正比于检测信号，所以当激光二极管250发出激光束时，基于实验结果所得到的关系是可以被表示成下列的数学模型。

S＝K₁*D+K₂*T+K₃    eq.(1)

如eq.(1)所示，S表示从传感器240所输出的检测信号；D代表驱动信号；T代表激光二极管250的操作温度；以及K₁，K₂，K3是为激光二极管250的物理特性和诸如温度、噪声等环境因子所决定的常数。请注意，实际上K2和K3是常数但是K₁则是温度的函数，亦即K₁(T)，而不是常数，不过因为在短时间中K₁(T)随温度改变的变化率非常微小，所以在一短时间中K₁(T)可被视为一常数。

当第一回路被激活时，估计器230通过开关260传送一第一测试控制值至数字模拟转换器280，而数字模拟转换器280将该第一测试控制值转换成一第一测试控制信号DAC_1来控制驱动电路220，接着驱动电路220根据第一测试控制信号来驱动激光二极管250输出一第一激光束，传感器240检测第一激光束的功率并且输出一第一检测信号sensor_1至模拟数字转换器285，模拟数字转换器285进一步将第一检测信号sensor_1转换成一第一检测值，并且将该第一检测值传送回估计器230，所以该关系式可以表示成

sensor_1＝K₁*(DAC_1)+K₂*T+K₃    eq.(2)

然后，估计器230传送一第二测试控制值至数字模拟转换器280，而数字模拟转换器280将该第二测试控制值转换成一第二测试控制信号DAC_2来控制驱动电路220，接着驱动电路220根据第二测试控制信号来驱动激光二极管250输出一第二激光束，传感器240检测第二激光束的功率并且输出一第二检测信号sensor_2至模拟数字转换器285，模拟数字转换器285进一步将第二检测信号sensor_2转换成一第二检测值，并且将该第二检测值传送回估计器230。

请注意，因为估计器230是在很短的时间中传送控制信号DAC_1和DAC_2，所以温度变化很小，其造成的效应可以被忽略，该关系式可以表示成

sensor_2＝K₁*(DAC_2)+K₂*T+K₃    eq.(3)

所以估计器230可以根据eq.(2)和eq.(3)很容易的计算出常数K₁。

$K_1=\frac{\mathrm{sensor}\_2-\mathrm{sensor}\_1}{\mathrm{DAC}\_2-\mathrm{DAC}\_1}$ eq.(4)

将eq.(1)中的K₁用eq.(4)取代，检测信号S可表示成

$S=\frac{\mathrm{sensor}\_2-\mathrm{sensor}\_1}{\mathrm{DAC}\_2-\mathrm{DAC}\_1}*D+K_2*T+K_3$ eq.(5)

若忽略操作温度的变化，(K₂*T+K₃)项可视为一固定的偏移量(offset)，所以检测信号S可进一步表示成

${S=K}_1*D+\mathrm{OFFSET}=\frac{\mathrm{sensor}\_2-\mathrm{sensor}\_1}{\mathrm{DAC}\_2-\mathrm{DAC}\_1}*D+\mathrm{OFFSET}$ eq.(6)

不考虑温度变化时，将eq.(2)或eq.(3)中的K₁用eq.(4)代入可得出eq.(6)中的偏移量

$\mathrm{OFFSET}=\mathrm{sensor}\_1-\frac{\mathrm{sensor}\_2-\mathrm{sensor}\_1}{\mathrm{DAC}\_2-\mathrm{DAC}\_1}*\mathrm{DAC}\_1$

$=\mathrm{sensor}\_2-\frac{\mathrm{sensor}\_2-\mathrm{sensor}\_1}{\mathrm{DAC}\_2-\mathrm{DAC}\_1}*\mathrm{DAC}\_2$ eq.(7)

由于输出功率P正比于检测信号S，所以输出功率P可以表示成：

P＝K₀*S＝K₀*(K₁*D+OFFSET)    eq.(8)

如eq.(8)所示，常数K₀为一固定的已知值，其是由传感器240的特性所决定，由观察可知，若求出检测信号S与驱动信号D间的关系，则输出功率P与驱动信号D间的关系便可得知。假设温度变动并不明显而可以忽略，光驱便可以依据eq.(7)来操作，而eq.(7)中的OFFSET值则可由eq.(8)计算得出，也就是说估计器230根据关系式eq.(7)直接控制激光二极管250的输出功率来存取(读取或写入)使用者数据。

以上所描述的操作是基于激光二极管250工作时其物理特性仍然保持不变的假设，但是实际上操作温度的变化会使得激光功率与控制值间的关系曲线严重飘移，而在本实施例中，估计器230在操作温度变化时有能力随时更新关系式。第一回路在一短时间中决定上述的关系式，所以温度所造成的影响可以用一常数OFFSET来表示，但是在长时间操作时，温度效应必须被仔细考虑，激光二极管250工作一段时间后，估计器230根据之前由DAC_1、DAC_2、sensor_1和sensor_2所决定的关系式送出对应于目标功率的一第三测试控制值，数字模拟转换器280则将第三测试控制值转换成第三测试控制信号DAC_3，驱动电路220从数字模拟转换器280接收第三测试控制信号DAC_3并且根据第三测试控制信号DAC_3驱动激光二极管250输出一激光束，传感器240检测该激光束功率并产生一检测信号sensor_3，模拟数字转换器285再将检测信号sensor_3转换为一检测值并传送回估计器230。既然常数K₁不随操作温度而变化，所以常数K₁不需要更新；而偏移量OFFSET代表温度的影响，所以当操作温度改变时偏移量OFFSET必需被更新，请参考eq.(1)，将eq.(1)中的K₁以eq.(4)取代后便可得出不同操作温度T’下更新后的偏移量(OFFSET’)。

${\mathrm{OFFSET}}^{\′}=K_2*T^{\′}+K_3=\mathrm{sensor}\_3-\frac{\mathrm{sensor}\_2-\mathrm{sensor}\_1}{\mathrm{DAC}\_2-\mathrm{DAC}\_1}*\mathrm{DAC}\_3$ eq.(9)

eq.(6)可以根据上式改写为

$S=K_1*D+\mathrm{OFFSE}{T}^{\′}=$

$\frac{\mathrm{sensor}\_2-\mathrm{sensor}\_1}{\mathrm{DAC}\_2-\mathrm{DAC}\_1}*D+(\mathrm{sensor}\_3-\frac{\mathrm{sensor}\_2-\mathrm{sensor}\_1}{\mathrm{DAC}\_2-\mathrm{DAC}\_1}*\mathrm{DAC}\_3)$ eq.(10)

如上所述，输出功率P正比于检测信号S，所以关系式更新后输出功率P也随的更新为

P＝K₀*S＝K₀*(K₁*D+OFFSET′)     eq.(11)

接着请注意第二回路，控制系统200中第一回路与第二回路间唯一的差异在于用补偿器270取代估计器230，事实上，第二回路与图2中的传统闭回路非常相像，补偿器270是由数字电路所组成，而其功能与操作原理皆与图2中的积分器30相同，通常补偿器270被用来缩短响应时间以及稳定第二回路。

同时考虑第一与第二回路，控制系统200的完整动作有如下述，一开始时，控制信号SW控制开关260连接输入端口A与输出端口C来从估计器230传送一起始的数字控制值至数字模拟转换器280，数字模拟转换器280再将该起始控制值转换为一起始控制信号来控制驱动电路220，估计器230开始上述步骤以求得激光功率与控制值间的关系式，当所有常数都被求出后，估计器230则根据控制信号S_e所包含的目标功率信息来决定一控制值。举例来说，控制信号Se表示对应于目标功率的检测信号期望值，所以估计器230根据求得的关系式以及控制信号S_e决定一控制值，当开始执行存取使用者数据的动作时，由第一回路控制激光二极管250的输出功率。然后控制信号SW控制开关260连接输入端口B与输出端口C使得补偿器270能控制驱动电路220，此时补偿器270、驱动电路220、激光二极管250、传感器240、数字模拟转换器280以及模拟数字转换器285组成一功率控制回路，其运作原理为本领域技术人员所熟知，补偿器270将控制信号S_e所提供的期望值与对应于检测信号的一实际值做比较，并输出一控制值使得驱动电路220能调整输入激光二极管250的驱动信号。总结来说，功率控制回路控制激光二极管250的输出功率以减少目标功率与激光二极管250实际输出功率间的差量(difference)，因为传统的闭回路控制方法是将所有影响激光二极管250输出功率的因素合并后一起考虑，而没有专门针对温度变化做考虑，所以当操作温度发生明显变化时，本实施例中的开关260必须做周期性的切换以连接输入端口A与输出端口C来更新常数值。一般情况下，开关260的输入端口B连接输出端口C，此时控制系统200即为一般现有技术中的功率控制回路，当激光二极管250的输出功率变化很大时，例如发生读写模式转换时，控制信号SW控制开关260连接输出端口C与输入端口A，以取代原先的输入端口B，估计器230根据eq.(7)或eq.(10)的关系式来决定与目标功率相对应的一起始控制值，根据该起始控制值，驱动电路220利用一起始驱动信号来驱动激光二极管250产生一激光束，通过关系式的计算，激光束的起始功率会很接近目标功率，然后控制信号SW使得开关260连接输入端口B与输出端口C，此时控制系统200又变回传统的功率控制回路并激活补偿器270来决定目标功率与激光束起始功率间的差量，并通过控制激光束功率以减少目标功率与激光束起始功率间的差量。本实施例结合了本发明以及现有技术的功率控制回路，本实施例显著的优点即在于控制系统200的响应时间因为估计器230所预估的起始功率与目标功率非常相近而大幅缩短。

如图4所示，估计器230与补偿器270都为数字电路，与模拟电路相比，即使烧录动作暂停时数字电路仍然能保持控制值不变，避免了因电容漏电流效应所造成的电压误差，即使数字控制具有便利性与弹性，然而估计器230与补偿器270却并不限定必须系数字电路，甚至补偿器270直接使用现有的模拟补偿器即可。另外，控制系统200可以另加一个温度传感器来检测激光二极管250的操作温度，不同温度下关系式中的系数皆被纪录在一对照表(look-up table)内，所以当估计器230接收到温度传感器所提供的操作温度相关信息时，估计器230会从原先预存在对照表内的系数中选取一较合适的系数值，这种做法可以缩短计算时间，但是由于增加了温度传感器所以使得成本也跟着增加。估计器230更新激光二极管250输出功率与控制值间的关系式并且根据更新后的关系式来产生一修正过的控制值，所以控制系统200有能力立即并且动态的补偿控制值以对应温度的变化，举例来说，每隔N毫秒，开关260的输入端会从输入端口B切换至输入端口A，而关系式则被重新计算以更新系数，透过上述的更新过程便可得到一个较准确的新关系式，当关系式经由eq.(10)或eq.(11)被建立后，光驱便利用该关系式来控制激光二极管250的输出功率，亦即估计器230利用更新后的关系式(如eq.(10)或eq.(11)所示)送出一控制值至下一级的数字模拟转换器280，以得到一适当的驱动信号来驱动激光二极管250输出具有目标功率的激光束。

请参考图5，图5为本发明实施例中决定第一与第二关系式的方法的流程图。从以上叙述可知，决定功率控制良窳的关键在于如何决定第一与第二关系式，以下说明本实施例所使用的方法：

步骤300：开始；

步骤305：利用第一测试控制信号DAC_1来驱动激光二极管产生第一激光束；

步骤310：检测第一激光束的功率产生第一检测信号sensor_1；

步骤315：利用第二测试控制信号DAC_2来驱动激光二极管产生第二激光束；

步骤320：检测第二激光束的功率产生第二检测信号sensor_2；

步骤325：根据第一、第二测试控制信号与第一、第二检测信号来决定激光二极管输出功率与控制信号间的第一关系式，第一关系式可表示成：

$P=K_0*S=K_0*(\frac{\mathrm{sensor}\_2-\mathrm{sensor}\_1}{\mathrm{DAC}\_2-\mathrm{DAC}\_1}*D+\mathrm{OFFSET});$

步骤330：检查是否测量时间已经超过一临界值，若测量时间已经超过该临界值，执行步骤335；若测量时间尚未超过该临界值，跳至步骤350；

步骤335：利用第三测试控制信号DAC_3来驱动激光二极管产生第三激光束；

步骤340：检测第三激光束的功率产生第三检测信号sensor_3；

步骤345：根据第一、第二、第三测试控制信号与第一、第二、第三检测信号来决定激光二极管输出功率与控制信号间的第二关系式并更新参数OFFSET值，其中

$\mathrm{OFFSET}=\mathrm{sensor}\_3-(\frac{\mathrm{sensor}\_2-\mathrm{sensor}\_1}{\mathrm{DAC}\_2-\mathrm{DAC}\_1}*\mathrm{DAC}\_3),$ 跳至步骤325；

步骤350：根据第一关系式来控制激光二极管的输出功率；

步骤355：结束。

由于在短时间内激光二极管的操作温度不会有太大改变，因此参数OFFSET可以视为一常数，所以在比临界值短的操作时间中关系式并不需要更新，但是若操作时间超过临界值，亦即此时参数OFFSET改变了，所以第一关系式必须修正OFFSET项。另外有许多方法可以决定第一关系式，例如结合现有的闭回路控制方法与本发明所述的实施例等。本发明另揭露一种可得到第一关系式的方法，此方法具有闭回路控制稳定及简单的优点，但是同时也具有收敛速度慢的缺点，请参考图6，图6为本发明实施例中决定第一关系式的方法的流程图。由于本方法与上述方法的差别只在于决定第一关系式的部分，也就是说两种方法在更新参数OFFSET的部分是相同的，所以在图6中只有绘出与决定第一关系式的方法相关的步骤，本方法中第一关系式表示如下

P＝K₀*S＝K₀*(K₁*D+OFFSET)    eq.(12)

本方法包含有：

步骤400：开始；

步骤405：预测激光二极管输出功率与控制信号间的起始第一关系式以及一起始常数K₁’；

步骤410：利用起始第一关系式所决定的第一测试控制信号来驱动激光二极管产生第一激光束；

步骤415：检测第一激光束的功率来产生第一检测信号；

步骤420：检查是否第一检测信号大于一目标检测信号，若第一检测信号大于该目标检测信号，执行步骤425；若第一检测信号不大于该目标检测信号，跳至步骤430；

步骤425：产生一负修正值，其是对应于第一检测信号和目标检测信号间的差量，跳至步骤435；

步骤430：产生一正修正值，其是对应于第一检测信号和目标检测信号间的差量；

步骤435：若第一检测信号大于目标检测信号，利用负修正值来调整起始常数K₁’以决定常数K₁；若第一检测信号不大于目标检测信号，则利用正修正值来调整起始常数K₁’以决定常数K₁；

步骤440：根据起始第一关系式以及常数K₁来决定第一关系式

P＝K₀*S＝K₀*(K₁*D+OFFSET)；

步骤445：结束。

因为在短时间中激光二极管的操作温度不会有太大改变，因此参数OFFSET可以视为一常数，所以在比临界值短的操作时间中关系式并不需要更新，但是若操作时间超过临界值，亦即此时参数OFFSET改变了，所以第一关系式必须修正OFFSET项。更新OFFSET项的方法与前面提过的方法相同，其包含有：利用第二测试控制信号DAC_2’来驱动激光二极管产生第二激光束，以及检测第二激光束的功率来产生第二检测信号sensor_2’，参数OFFSET可以由下式决定：

OFFSET＝sensor_2′-K₁*DAC_2′                eq.(13)

以及第二关系式可以表示成

P＝K₀*S＝K₀*[K₁*D+(sensor_2′-K₁*DAC_2′)]   eq.(14)

与现有技术相比，本发明的控制方法与控制系统另计算出激光功率与控制值间的关系式，因温度变化而造成的功率飘移现象被完整的考虑进该关系式中，此外，估算出的关系式在温度变动时会随时且快速的被补偿修正，本发明另一个优点是当开始执行读取或写入使用者数据时，经由该关系式可预估出一起始控制值，其所对应的起始功率会与激光二极管的目标功率相近，于是大大缩短了稳定激光二极管输出功率所需的响应时间。

本发明的控制方法与控制系统的另一个优点在于可分别调整不同的激光二极管，以光驱中的读写头为例，读写头包含有一激光二极管对应不同的信道，如读取信道和写入信道等，在传统的功率控制方法中只有一个或两个信道具有闭回路(closed loop)来执行功率控制，其它信道则省略(亦即输出一固定功率)，但是在本发明中因为数字控制的优点，所以根据本发明所述的方法，其它信道都可参考从某一信道所得出的修正值，读写头则根据该修正值分别针对所有信道自动调整参数值。

以上所述为本发明的较佳实施例仅用于说明本发明的实施过程，凡根据本发明权利要求书所做的等同变化与修饰，都属于本发明的保护范围。

Claims (31)

1.一种控制激光二极管输出功率的方法，其特征在于，包括：

(a)利用一第一测试控制信号来驱动所述的激光二极管产生一第一激光束；

(b)检测所述的第一激光束的功率来产生一第一检测信号；

(c)利用一第二测试控制信号来驱动所述的激光二极管产生一第二激光束；

(d)检测所述的第二激光束的功率以产生一第二检测信号；

(e)根据所述的第一测试控制信号、第二测试控制信号以及所述的第一检测信号、第二检测信号决定所述的激光二极管的输出功率与一控制信号间的一第一关系式；以及

(f)根据所述的第一关系式来控制所述的激光二极管的输出功率。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(a)、步骤(b)、步骤(c)、步骤(d)以及步骤(e)至少重复一次以更新所述的第一关系式。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的第一关系式表示为：

$P=K_0*S=K_0*(\frac{\mathrm{sensor}\_2-\mathrm{sensor}\_1}{\mathrm{DAC}\_2-\mathrm{DAC}\_1}*D+\mathrm{OFFSET}),$ 其中

DAC_1和DAC_2分别对应所述的第一测试控制信号和第二测试控制信号，

sensor_1和sensor_2分别对应所述的第一和第二检测信号，P代表所述的激光二极管的输出功率，D代表一驱动信号，S代表一检测信号，以及K₀和OFFSET两者皆为常数。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(f)还包括：

根据所述的第一关系式决定对应一目标功率的一起始控制信号；

利用所述的起始控制信号驱动所述的激光二极管产生一激光束以存取使用者数据；以及

激活一补偿器来决定所述的目标功率与所述的激光束功率间的一差量，并且控制所述的激光束功率以减少所述的目标功率与所述的激光束功率间的所述的差量。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的第一关系式被决定后，所述的方法另包含有：

利用一第三测试控制信号来驱动所述的激光二极管产生一第三激光束；

检测所述的第三激光束的功率来产生一第三检测信号；

根据所述的第一关系式、所述的第三测试控制信号以及所述的第三检测信号来决定一第二关系式；以及

利用所述的第二关系式来控制所述的激光二极管的输出功率以存取使用者数据。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的第一关系式表示成：

$P=K_0*S=K_0*(\frac{\mathrm{sensor}\_2-\mathrm{sensor}\_1}{\mathrm{DAC}\_2-\mathrm{DAC}\_1}*D+\mathrm{OFFSET}),$ 以及

所述的第二关系式表示成：

$P=K_0*S$

$=K_0*[\frac{\mathrm{sensor}\_2-\mathrm{sensor}\_1}{\mathrm{DAC}\_2-\mathrm{DAC}\_1}*D+(\mathrm{sensor}\_3-\frac{\mathrm{sensor}\_2-\mathrm{sensor}\_1}{\mathrm{DAC}\_2-\mathrm{DAC}\_1}*\mathrm{DAC}\_3)]$

其中，DAC_1、DAC_2和DAC_3分别对应所述的第一测试控制信号、第二测试控制信号和第三测试控制信号，

sensor_1、sensor_2和sensor_3分别对应所述的第一检测信号、第二检测信号和第三检测信号，

P代表所述的激光二极管的输出功率，D代表一驱动信号，S代表一检测信号，以及K₀和OFFSET两者皆为常数。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述的第二关系式控制所述的激光二极管的输出功率的步骤还包括：

根据所述的第二关系式决定对应一目标功率的一起始控制信号；

利用所述的起始控制信号驱动所述的激光二极管产生一激光束；以及

激活一补偿器决定所述的目标功率与所述的激光束功率间的一差量，并且控制所述的激光束功率以减少所述的目标功率与所述的激光束功率间的所述的差量。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的激光二极管属于一光驱内的一光学读写头。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的光学读写头包含有多个信道，以及所述的方法只控制一个信道。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

分别转换所述的第一检测信号和第二检测信号为一第一数字检测值和一第二数字检测值；

分别转换一第一数字控制值和一第二数字控制值为所述的第一测试控制信号和第二测试控制信号；以及

其中所述的第一关系式是根据所述的第一数字控制值和第二数字控制值以及所述的第一数字检测值和第二数字检测值来决定。

11.一种控制激光二极管输出功率的方法，其特征在于，包含：

(a)预估一起始第一关系式表示所述的激光二极管输出功率与一控制信号间的关系；

(b)利用所述的起始第一关系式决定的一第一测试控制信号驱动所述的激光二极管产生一第一激光束；

(c)检测所述的第一激光束的功率产生一第一检测信号；

(d)将所述的第一检测信号与一目标检测信号进行比较以产生一修正值；

(e)根据所述的起始第一关系式与所述的修正值决定一第一关系式以表示所述的激光二极管输出功率与所述的控制信号间的关系；以及

(f)根据所述的第一关系式控制所述的激光二极管的输出功率。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤(a)、步骤(b)、步骤(c)、步骤(d)以及步骤(e)至少重复一次以更新所述的第一关系式。

13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述的第一关系式表示为P＝K₀*S＝K₀*(K₁*D+OFFSET)，P代表所述的激光二极管的输出功率，D代表一驱动信号，S代表一检测信号，以及K₀、K₁和OFFSET皆为常数。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，步骤(a)还包括预估一起始常数K₁’以预测所述的第一起始关系式；

步骤(d)还包括：若所述的第一检测信号大于所述的目标检测信号，则产生一负修正值，所述的负修正值是对应于所述的第一检测信号与所述的目标检测信号间的差量；以及

若所述的第一检测信号小于所述的目标检测信号，则产生一正修正值，所述的正修正值是对应于所述的第一检测信号与所述的目标检测信号间的差量；

步骤(e)还包括：若所述的第一检测信号大于所述的目标检测信号，则利用所述的负修正值调整所述的起始常数K₁’来决定所述的常数K₁以决定所述的第一关系式；以及

若所述的第一检测信号小于所述的目标检测信号，则利用所述的正修正值调整所述的起始常数K₁’来决定所述的常数K₁以决定所述的第一关系式。

15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤(f)还包括：

根据所述的第一关系式决定对应一目标功率的一起始控制信号；

利用所述的起始控制信号来驱动所述的激光二极管产生一激光束以存取使用者数据；以及

激活一补偿器来决定所述的目标功率与所述的激光束功率间的一差量，并且控制所述的激光束功率以减少所述的目标功率与所述的激光束功率间的所述的差量。

16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述的第一关系式被决定后，所述的方法还包括：

利用一第二测试控制信号来驱动所述的激光二极管产生一第二激光束；

检测所述的第二激光束的功率来产生一第二检测信号；

根据所述的第一关系式、所述的第二测试控制信号以及所述的第二检测信号来决定一第二关系式；以及

利用所述的第二关系式来控制所述的激光二极管的输出功率以存取使用者数据。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述的第一关系式表示为：P＝K₀*S＝K₀*(K₁*D+OFFSET)；以及

所述的第二关系式表示为P＝K₀*S＝K₀*[K₁*D+(sensor_2′-K₁*DAC_2′)]，

其中，DAC_2’对应所述的第二测试控制信号，sensor_2’对应所述的第二检测信号，P代表所述的激光二极管的输出功率，D代表一驱动信号，S代表一检测信号，以及K₀、K₁和OFFSET为常数。

18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，根据所述的第二关系式来控制所述的激光二极管的输出功率的步骤还包括：

根据所述的第二关系式决定对应一目标功率的一起始控制信号；

利用所述的起始控制信号来驱动所述的激光二极管产生一激光束；以及

激活一补偿器来决定所述的目标功率与所述的激光束功率间的一差量，并且控制所述的激光束功率以减少所述的目标功率与所述的激光束功率间的所述的差量。

19.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述的激光二极管是属于一光驱内的一光学读写头。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述的光学读写头包含有多个信道，以及所述的方法只控制一个信道。

21.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：

转换所述的第一检测信号为一第一数字检测值；

转换一第一数字控制值为所述的第一测试控制信号；以及

其中，所述的修正值根据所述的第一数字检测值与一目标检测值决定。

22.一种控制激光二极管输出功率的控制系统，其特征在于，所述的控制系统包含有：

一驱动电路，电连接于所述的激光二极管，用来根据一第一测试控制信号驱动所述的激光二极管产生一第一激光束，以及根据一第二测试控制信号驱动所述的激光二极管产生一第二激光束；

一传感器，用来检测所述的第一激光束功率来产生一第一检测信号，以及检测所述的第二激光束功率来产生一第二检测信号；以及

一估计器，电连接于所述的传感器与所述的驱动电路，用来决定所述的第一测试控制信号和第二测试控制信号；根据所述的第一测试控制信号和第二测试控制信号以及所述的第一检测信号和第二检测信号来决定所述的激光二极管输出功率与一控制信号间的一第一关系式；以及根据所述的第一关系式来控制所述的激光二极管的输出功率。

23.如权利要求22所述的控制系统，其特征在于，所述的估计器更新所述的第一关系式至少一次。

24.如权利要求22所述的控制系统，其特征在于，所述的第一关系式表示成 $P=K_0*S=K_0*(\frac{\mathrm{sensor}\_2-\mathrm{sensor}\_1}{\mathrm{DAC}\_2-\mathrm{DAC}\_1}*D+\mathrm{OFFSET}),$

其中DAC_1和DAC_2分别对应所述的第一和第二测试控制信号，sensor_1和sensor_2分别对应所述的第一和第二检测信号，P代表所述的激光二极管的输出功率，D代表一驱动信号，S代表一检测信号，以及K₀和OFFSET两者皆为常数。

25.如权利要求22所述的控制系统，其特征在于，所述的估计器还根据所述的第一关系式决定对应一目标功率的一起始控制信号以驱动所述的激光二极管产生一激光束来存取使用者数据；以及

所述的控制系统还包含有：

一补偿器，电连接于所述的驱动电路，用来决定所述的目标功率与所述的激光束功率间的一差量，并且控制所述的激光束功率以减少所述的目标功率与所述的激光束功率间的所述的差量。

26.如权利要求22所述的控制系统，其特征在于，所述的估计器决定所述的第一关系式后，所述的传感器还检测一第三激光束的功率来产生一第三检测信号；以及所述的估计器另决定一第三测试控制信号来驱动所述的激光二极管产生一第三激光束，并根据所述的第一关系式、所述的第三测试控制信号、所述的第三检测信号来决定一第二关系式，以及根据所述的第二关系式来控制所述的激光二极管的输出功率以存取使用者数据。

27.如权利要求26所述的控制系统，其特征在于，所述的第一关系式表示成： $P=K_0*S=K_0*(\frac{\mathrm{sensor}\_2-\mathrm{sensor}\_1}{\mathrm{DAC}\_2-\mathrm{DAC}\_1}*D+\mathrm{OFFSET}),$ 以及

所述的第二关系式表示成：

$P=K_0*S$

$=K_0*[\frac{\mathrm{sensor}\_2-\mathrm{sensor}\_1}{\mathrm{DAC}\_2-\mathrm{DAC}\_1}*D+(\mathrm{sensor}\_3-\frac{\mathrm{sensor}\_2-\mathrm{sensor}\_1}{\mathrm{DAC}\_2-\mathrm{DAC}\_1}*\mathrm{DAC}\_3)]$

其中DAC_1、DAC_2和DAC_3分别对应所述的第一测试控制信号、第二测试控制信号和第三测试控制信号，sensor_1、sensor_2和sensor_3分别对应所述的第一检测信号、第二检测信号和第三检测信号，P代表所述的激光二极管的输出功率，D代表一驱动信号，S代表一检测信号，以及K₀和OFFSET两者为常数。

28.如权利要求26所述的控制系统，其特征在于，所述的估计器还根据所述的第二关系式决定对应一目标功率的一起始控制信号以驱动驱动所述的激光二极管产生一激光束；以及

所述的控制系统还包含有：

一补偿器，电连接于所述的驱动电路，用来决定所述的目标功率与所述的激光束功率间的一差量，并且控制所述的激光束功率以减少所述的目标功率与所述的激光束功率间的所述的差量。

29.如权利要求22所述的控制系统，其特征在于，所述的激光二极管是属于一光驱内的一光学读写头。

30.如权利要求29所述的控制系统，其特征在于，所述的光学读写头包含有多个信道。

31.如权利要求22所述的控制系统，其特征在于，还包含有：

一模拟数字转换器，电连接于所述的传感器和所述的估计器，用来分别转换所述的第一检测信号与第二检测信号成为一第一数字检测值与一第二数字检测值；以及

一数字模拟转换器，电连接于所述的估计器，用来分别转换一第一数字控制值与一第二数字控制值成为所述的第一测试控制信号与第二测试控制信号；

其中所述的估计器根据所述的第一数字控制值与第二数字控制值以及所述的第一数字检测值与第二数字检测值决定所述的第一关系式。

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