CN101213601A - 用于低功率应用的激光器功率算法 - Google Patents

Abstract

一种用于使由光源消耗的功率最小化的系统和方法。响应于对已接收数据的质量的确定来控制光源的功率，以便使功率消耗的降低优化。如果已接收数据的质量已经足够，就可以降低该激光器功率以便节省功率。

Description

用于低功率应用的激光器功率算法

技术领域

本发明涉及低功率激光应用，尤其涉及利用激光驱动电路以及用于降低功率消耗的机构来节省功率激光器应用中的功率。

背景技术

便携式存储系统中的功率消耗已经成为并且仍然是这些系统的主要问题。任何便携式设备能够在电池能量下工作的时间段是该便携式设备的一个主要的技术要求。目前可买到的多个产品都使用光学存储设备，例如CD或基于DVD的系统。另外，未来的系统正在设计为用于诸如便携式蓝光盘(BD)的版本。另一个正在设计的系统为T-ROM，该T-ROM是不使盘旋转的光学数据卡读出系统，其中利用光点阵列平行地照射位标记(bit-mark)来完成读出。被照明的位标记用图像传感器俘获并用电子学方法进行处理。另外，将全息照相存储器系统设计为利用光学读出系统。节省这些类型的系统的功率消耗的技术是明显所希望的特点，并且对于这些存储器产品来说是好的卖点。

便携式系统的速率、处理能力以及总体特征连续提高，导致便携式系统需要越来越多的功率。功率管理的进步已经缩小到这些便携式系统的功率需求量，然而，功率消耗仍是便携式存储设备领域中存在的问题。

图1说明利用特殊类型的光学存储设备对于不同的动作由不同区域所发生的功率消耗。如图1中所示，激光器和激光器驱动器消耗了这些系统所使用的大部分总功率。因此，减少激光器功率能够致使整个系统所用功率消耗的整体明显下降。

多个现有技术已经使用算法来修改在读出介质的数据中所用的激光器功率；然而，这些算法并不是基于功率消耗的。通常，这些算法基于恒定的光功率(前向检测(forward sense))以及最佳质量的数据读出。由于现有技术的算法并不是专门以功率关系作为目标，因此其功率节约达不到最佳。

美国专利公开US20030137912是解决了功率节省的现有技术参考文献的例子。美国专利公开US20030137912通过降低时钟脉冲速度及采样速度的信号处理技术来保持功率不变。然而，该系统中功率要求最高的部件是激光器，特别是在便携式应用中，该激光器提供全部的(greats)耗用功率。因此，本领域仍然需要一种处理激光器驱动用以降低功率消耗的系统和方法。

鉴于上述讨论，本领域仍然需要减少便携式设备中的功率消耗的技术。

发明内容

本发明的目的在于减少为数据读出而利用激光器(或者不同的光源)的光学系统中的功率消耗。

本发明的另一个目的在于减少光学系统的便携式应用中的功率需要量。

上述目的通过响应于对已接收数据的质量的确定来控制激光器功率以便使功率消耗的减少达到最优来实现。如果已接收数据的质量已经足够，则可以进一步减少该激光器功率以便节约功率。

附图说明

图1是说明在光学驱动器中的功率消耗计算的一系列柱状图。

图2是激光器功率控制装置的方框图；

图3是控制器实现的图；

图4是修改的控制器实现的图；以及

图5是整体控制器实现的图。

具体实施方式

图2是说明激光器功率控制系统的实施例的方框图，该激光器功率控制系统一般称为20。应该理解，虽然图2用于说明本发明的实施例，但是用于激光控制的其他实施例对于本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，图2中示出的实施例仅是图解说明使用本发明概念的单个实施例，在多个不同的光学系统实施例中使用这些概念对本领域的技术人员来说是显而易见的。

仍然参考图2，激光器11由激光器驱动器12进行驱动，以产生必需的光，从而对光学介质(未示出)上的数据进行光学读出。图2中所示的激光器驱动器12能够改变激光器11的输出功率。激光器驱动器12能够进行光功率调制是可以预见的。如图2所示实施例所能预见的，光穿过光学系统15，以便从光学介质(未示出)读取数据或向该光学介质写入数据，并且所述光反射回来撞击到检测器13上。检测器13生成由放大器14放大的信号。经放大的信号然后经历如下所述的处理。

PLL/位检测21对来自检测器13的经放大的信号进行处理，从而进行位检测，并且恢复时钟频率，该时钟频率目前用于恢复数据。PLL/位检测21为已检测的位确定质量测量21a。根据这种实施方式而存在各种方案，例如阈值检测、维特比或者多个其他的方案，其能够根据处理抖动、调制、不对称、已检测的擦除、信噪比(SNR)或从反射光获得的其他特征来提供质量指示21。信道解码器22以PLL/位检测21所确定的已恢复的时钟频率来进行处理，从而通过逆信道编码而对数据流中的位进行解码，以重新得到用户位。信道解码器22也可以具有质量指示符22a，以提供如扫描宽度(run length)推回(push back)、误扫描宽度等这种参数的指示。质量指示符22a用虚线轮廓示出，以便降低图2的方框图的复杂性。错误校正23对已经由信道解码器22解码的数据进行处理以进行错误校正。根据错误校正23，可获得出错率23a的质量指示符，将其称为出错率(位出错率、符号出错率等等)。上述处理描述了各种质量指示符及错误指示符。本领域的技术人员将理解，可以单独地或组合地使用这些和其他指示符来确定所用的当前激光器功率的效率。

质量指示符21a、23a以及22a可以参照标称值。在图2中所示的实施例中，从其各自的指示符中减去该标称值，但是，对相关领域的技术人员来说，显而易见可以利用多个方法来获得这些指示符与标称值的相对比较。标称值是表示标称质量指示符值的偏差电平。该偏差电平的精确值取决于该系统(光程、机械、电子学、错误校正等等)，因此需要依照每个发动机的容限来确定这些值。例如，大部分BD系统具有大约12％的抖动值作为系统限制，大约9-10％的抖动值提供标称性能。

在另一个实施例中，标称值是用于每个特定的质量指示符的偏差值。因此，每个质量指示符21a、22a和23a可具有单独的偏差值。如图2中所示的该实施例对减法设备25的负输入端33施加偏差1，以便从出错率23a质量指示符中减去该偏差。减法设备25的输出值在本文中称作用于根据出错率23a的质量指示符所确定的出错率的质量指示符误差值。并且如图2中所示，对减法设备26的负输入端33施加偏差2，并从质量指示符21a所做的确定中减去该偏差2。减法设备26的输出值称为用于根据质量指示符21a所确定的质量的质量指示符误差值。

由于质量指示符21a、22a、23a是从高位速率信号提取的，因此这些质量指示符都是高频信号。由于高频信号变化能够引入噪声、振荡或激光器11的功率消耗的增大，因此不希望激光器11对高频信号作出反应。因此，需要以非常低的频率来实现对激光器11所施加的功率调整，以防止激光器11对高频信号作出反应。因此，将低通滤波器27、28应用于该质量指示符误差值，从而将该质量指示符误差值的带宽减小为仅仅几赫兹。

控制系统29基于该质量指示符误差值来修改该激光器功率。控制系统29可以例如用非常缓慢的比例(P)或比例积分动作(PI)型控制器来实现。控制系统29的功能也可以由伺服数字信号处理器(DSP)来完成，因为其不需要大量的处理能力。控制系统29的第一输出35驱动该激光器驱动器，从而依照该控制系统的输出来修改该激光器功率。控制系统29的第二输出37驱动检测器放大器14，以保证位检测输入的信号电平保持相同。第二输入37是标准化函数。检测器放大器14的驱动与激光器功率的驱动成反比。光检测器放大器14的输出应当保持在同一电平。输出功率一般供给ADC(未示出)，并且希望利用该ADC的整个量程。

在控制系统29的内部，提供检查该质量指示符是否保持在该系统的容限内的功能。该容限是非常依赖于系统的(如先前讨论的标称值)。可以在盘开始擦除数据之前根据盘上的最大读取激光器功率电平来计算所述容限。例如，如果出错率非常高，那么系统可能决定将自己复位，并再次从额定激光器功率开始或者保持在最高电平。否则，当激光器功率太高时(例如在坏盘上)，激光器功率可以达到擦除电平，并且开始擦除该介质。

在出错信号能够进入控制系统29之前，这些出错信号需要经过低通滤波，使其他效应不影响该系统，如位或伺服效应、划痕或指纹等。

控制系统本身实际上是正规的PI或比例积分微分(PID)控制系统，连同某一非线性控制以保持在出错信号的容限中。由于频率相当低，因此控制系统必须在很可能是PI控制器将要工作的频率处工作。

图3示出利用一个单独出错信号的控制系统40的实现的实施例。图3示出了采用单个PID控制器的控制系统40，该单个PID控制器具有能够被调整的用于增益(GAIN_P、GAIN_I和GAIN_D)和截止频率(T_I和T_D)的设置。在图3的左侧，出错检验块43确定出错信号在其最小值和最大值中间。如果该出错信号小于最小值，那么由出错检验快43输出该最小值。如果该出错信号超过最大值，那么出错检验快输出该最大值。

图4示出与图3略微不同的实现。在图4中，如果出错信号小于最小值或超过最大值，那么将复位脉冲发送到该控制器。

图3和图4中所示的两种实现的组合也是可能的。例如，如果出错信号保持在最小值或最大值一段时间(例如5秒)，那么系统会出现问题，并且该系统发送复位脉冲。

图5是整个系统实现的图解。PID控制器51为所有误差值(是质量指示符)提供输出，并由求和设备53将其相加。激光器功率块55利用来自求和设备53的值来确定激光器功率。激光器功率块55将最小和最大设置用于激光器的输出功率。如果来自求和设备53的值小于最小激光器功率，那么激光器功率块55输出最小激光器功率。如果来自求和设备53的值大于最大激光器功率，那么激光器功率块55输出最大激光器功率。如果来自求和设备53的值在最小激光器功率和最大激光器功率之间，那么激光器功率块55输出由求和设备53所指示的激光器功率。

应该注意，用于所有PID控制器51的加权因数不需要是相同的。增益系数可以由每个PID控制器的增益设置进行调整。

上面描述的简单的技术可以将激光器功率减小到良好数据读出所需的最小电平，从而节省了功率。上述实施例可以实现在读出期间对激光器功率进行恒定控制。其他实施例可以通过在启动过程中校准介质上的一个或多个位置处激光器的功率值来控制对于良好读出所需的激光器功率。可以存储用于该激光器的功率值，并在读出过程中根据在查找表中的存储值来修改激光器功率。

尽管上面的说明详述了本发明的实施例，但是针对上述实施例的许多修改对于本领域技术人员都是显而易见的。因此，本发明的范围不应当限制于上述实施例，而是应当由所附的权利要求来衡量。

Claims (20)

1.一种用于控制光源中的功率的方法，其包括以下步骤：

在预定的功率电平下驱动光源；

将来自该光源的光聚焦到目标上；

检测从该目标反射的光；

确定已检测的反射光的至少一个质量测量；

对该质量测量进行低通滤波；

响应于该至少一个质量测量而为光源生成新的功率电平；以及将光源的预定功率调整为新的功率电平。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述确定步骤进一步包括使至少一个质量测量参照至少一个预定阈值，从而形成至少一个质量指示误差值。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述生成步骤进一步包括响应于该至少一个质量指示误差值而生成新的功率电平。

4.根据权利要求3所述的方法，其中新的功率电平是减小的功率电平。

5.根据权利要求3所述的方法，其中所述参照步骤进一步包括从该质量测量中移除阈值以产生质量指示值。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述移除步骤进一步包括从该质量测量中减去该阈值。

7.根据权利要求4所述的方法，其中所述生成步骤进一步包括响应于多个质量指示误差值而为光源生成减小的功率电平。

8.根据权利要求6所述的方法，其中所述生成步骤进一步包括生成对应于该多个误差值中每一个的功率电平的一部分。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述生成步骤进一步包括将对应于该多个误差值中每一个的功率电平的那些部分求和。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述调整步骤进一步包括将功率电平保持在预定的一组容限中。

11.一种具有对光源进行功率控制的光学系统，其包括：

驱动器，其配置为在预定的功率电平下驱动光源；

一组光学器件，其将来自该光源的光束聚焦到目标上；

检测器，其检测从该目标反射的光；

确定机构，其确定已检测的反射光的至少一个质量测量；

低通滤波器，其配置为接收该质量测量；

功率生成设备，其耦合到该低通滤波器，用于响应于该至少一个质量测量而为光源生成新的功率电平；以及

功率调整设备，其耦合到该功率生成设备，用于将该光源的预定功率调整为新的功率电平。

12.根据权利要求11的系统，其中所述确定机构进一步包括参照设备，其使该至少一个质量测量参照至少一个预定阈值，从而形成至少一个质量指示误差值。

13.根据权利要求12的系统，其中所述功率生成设备响应于该至少一个质量指示误差值而进一步生成新的功率电平。

14.根据权利要求13的系统，其中新的功率电平是减小的功率电平。

15.根据权利要求13的系统，其中所述参照设备进一步包括阈值移除设备，其用于从该质量测量中移除阈值以产生质量指示值。

16.根据权利要求15的系统，其中所述阈值移除设备进一步从该质量测量中减去该阈值。

17.根据权利要求14的系统，其中所述功率生成设备响应于多个质量指示误差值而进一步为该光源生成减小的功率电平。

18.根据权利要求16的系统，其中所述功率生成设备进一步生成对应于该多个误差值中每一个的功率电平的一部分。

19.根据权利要求18的系统，其中所述功率生成设备进一步产生对应于该多个误差值中每一个的功率电平的那些部分的和。

20.根据权利要求19的系统，其中所述功率调整设备进一步将该功率电平保持在预定的一组容限中。

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