CN1179331C - 激光驱动方法和驱动装置 - Google Patents

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Abstract

一种激光驱动方法，包括：检测从光源射出的光束的强度，生成监视波形的步骤；接收记录数据的步骤；根据所接收的数据，生成该光束的强度期望值波形的步骤；计算生成的所述监视波形和所述期望值波形的波形差分的步骤；根据所述波形的差分运算结果，控制偏压电流源的电流量的步骤；根据控制的所述偏压电流源的电流量，从光源射出光束的步骤。对在记录数据时处于脉冲发光状态的激光，不用试验发光或高速抽样保持电路，就能经常连续地控制其强度。

Description

激光驱动方法和驱动装置
技术领域
本发明涉及一种激光驱动方法和驱动装置。
背景技术
在计算机的辅助存储装置等中已被实用的光盘装置的光源是激光。一般来说，激光元件的个体特性差大，并且激光元件由于温度变化和经过的时间变化造成的影响，导致输入电流和输出光强的关系不一定。因此，在光盘装置中，通过监视发光强度，把输出光强控制在一定值的反馈型的功率控制，来经常得到所需的激光强度。另外，在可存储的光盘装置中，有必要在按照存储的数据使激光处于脉冲发光的状态下，来控制功率，对此，有各种方案被提出来了。
按照以往的技术，脉冲发光状态下的激光功率控制方法大致可分为2种。一种方法是，在不记录数据时，通过试验发光求出脉冲发光所需的电流值并进行存储，在记录数据时，保持存储的电流值继续进行记录的方法。这种方法叫试验发光方式。另一种方法是，用高速抽样保持电路抽出存在于记录数据中的局部强度一定的区间，在记录中离散地进行功率控制的方法。这种方法叫抽样保持方式。作为抽样保持方式，可以举出特开平9-171631号公报所公开的技术的例子。
发明内容
所述以往的两种方法分别存在下面问题。
首先，试验发光方式，在连续长时间地记录数据时，即使保持的电流值一定，激光的温度也会在进行数据记录过程中上升，导致光强发生变化。对于这个问题，采用每间隔一定的记录磁道来设置试验发光用领域(间隙区)的磁道格式，通过每隔一定时间进行试验发光，就能把强度变化抑制在可忽略的量上。可是，它的副作用是，因为减少了间隙区那样大的记录区，所以使记录媒体的存储率降低了。
并且，使用抽样保持方式，当为了提高记录速度而提高记录数据的频率时，有时会发生发光强度监视部的频率特性不足的问题。并且，此时，高速抽样保持电路必须有极高的响应性能，会造成使用部件成本的提高。
鉴于以上问题的存在，本发明的目的是：在光盘装置中，在数据记录过程中，不使用试验发光或高速抽样保持电路，而是经常连续地控制脉冲发光状态下的激光强度。
本发明的激光驱动方法包括：检测从光源射出的光束强度，生成监视波形的步骤；接收数据的步骤；根据所接收的所述数据，生成所述光束强度的期望值波形的步骤；计算生成的所述监视波形和所述期望值波形的波形差分的步骤；根据所述波形的差分运算结果，控制偏压电流源的电流量的步骤；根据控制的所述偏压电流源的电流量，从光源射出光束的步骤。据此就可以达到所述目的。
所述射出步骤也可以是：按照所接收的所述数据，并根据切换输出的脉冲电流源的输出与所述偏压电流源的输出的相加电流值，来从光源射出光束的步骤。
还可以包含：把所述监视波形和所述期望值波形在相同的频带中进行频带限制的步骤。
还可以包含：检测受频带限制的所述监视波形的峰值和谷值之间的差，作为监视振幅来输出的步骤；检测受频带限制的所述期望值波形的峰值和谷值之间的差，作为期望值振幅进行输出的步骤；计算输出的所述监视振幅和所述期望值振幅之间的振幅差的步骤；根据所述振幅差的计算结果，来调整所述脉冲电流源的电流量的步骤。
本发明的激光驱动装置包括：检测从光源射出的光束强度，生成监视波形的发光强度监视部；接收数据，并根据接收的所述数据，生成所述光束强度的期望值波形的期望值波形生成部；计算由发光强度监视部生成的所述监视波形和由期望值波形生成部生成的所述期望值波形的波形差分的差动运算器；根据从差动运算器得到的所述波形的差分运算结果，来控制电流量的偏压电流源；根据偏压电流源所控制电流量，从光源射出光束。据此来达到所述目的。
还包含：按照所接收的所述数据、使之输出为接通或关闭的至少1个脉冲电流源；也可以根据偏压电流源所控制的电流量和脉冲电流源所调整的电流量，从光源射出光束。
也可以包括：把所述监视波形和所述期望值波形分别在近似相同的频带里实行频带限制的两个滤波器。
所述激光驱动装置又包括：检测受频带限制的所述监视波形的峰值和谷值的差，作为监视振幅输出的监视振幅检测部；检测受频带限制的所述期望值波形的峰值和谷值的差，作为期望值振幅输出的期望值振幅检测部；计算从监视振幅检测部输出的所述监视振幅和从期望值振幅检测部输出的所述期望值振幅之间的振幅差的振幅差动运算器；脉冲电流源可以根据利用振幅差动运算器得到的所述振幅差的计算结果，来调整电流量。
本发明的激光驱动方法和驱动装置对处于脉冲发光状态的激光，不用试验发光或高速抽样保持电路，就能经常连续地控制它的功率。因此，在记录率和容量效率极高的光盘再现装置等中也可使用。
附图说明
下面简单说明附图。
图1是包括本发明激光驱动装置的光盘装置的局部概要图。
图2是实施例1激光驱动装置的框图。
图3是表示了期望值波形生成部的构成和动作的图。(a)是表示期望值波形生成部构成的框图。(b)是表示期望值波形生成部动作的时间图。
图4是表示激光光源的动作特性的图。
图5是各种信号波形图。
图6是实施例2的激光驱动装置的框图。
图7是各种信号波形图。
图8是实施例3的激光驱动装置的框图。
图9是电流源和激光光源的连接图。
下面，简单进行符号说明。
1—发光强度监视部，3—光敏二极管，4—电流/电压转换电路
5—期望值生成部，7—功率值多路电路，10—数模转换器
11—差动运算器，13—积分器，14—偏压电流源，15—脉冲电流源，
16—激光光源，20—激光驱动装置。
具体实施方式
下面参照附图来说明本发明的实施例。在附图中，对有同一功能的构成要素使用同一参照符号。
实施例1
图1是具有本发明激光驱动装置20的光盘装置100的部分概略图。光盘装置100读取光盘101中记录的数据，并作为用户可视听的信息或计算机可使用的信息进行再现。并且，光盘装置100把给定的数据用激光记录到光盘101中。参照图1说明读取数据的动作，从光盘装置100的激光光源16射出的激光光束通过瞄准透镜102变成平行光，经过透射镜103、偏振光分光镜104和四分之一波长板109后，用物镜105变成聚束光束。然后光束照射在光盘101上，在信息记录面上聚光。在光盘101的信息记录面反射的光束再次通过四分之一波长板109。因此，反射光的偏振方向改变了。然后反射光到达偏振光分光镜104。偏振光分光镜104只反射抽出再现光。结果，抽出的光通过聚光透镜106被引导到光检测器107。用光检测器107，把检测信号作为读取的数据信号再现。写入动作如下：光盘装置100调整激光光源16的激光光束强度，在光盘101的给定位置上，只在给定的时间间隔照射激光光束。通过激光光束的照射，被照射位置的物理特性发生变化，数据被记录。
光盘装置100经常为了得到所要的激光强度，进行一边监视激光光源16的激光光强，一边把输出光强控制在一定数值上的反馈型功率控制。用于进行功率控制的机构是图1所示的激光驱动装置20，在发光强度监视部1，监视激光光源16的激光发光强度。
下面，对激光驱动装置20做进一步说明。图2是实施例1的激光驱动装置20的框图。激光驱动装置20使从激光光源16射出的激光光束通过瞄准透镜102、透射镜103和聚光透镜108，由发光强度监视部1接收。可通过透射镜103的特性调整接收的激光光束，例如是激光光源16输出的光量10％。激光光源16射出的功率控制必须考虑这一比例。激光驱动装置20控制流到激光光源16的电流量，使接收的激光光束的强度为给定的强度。激光驱动装置20包括：发光强度监视部1、期望值波形生成部5、差动运算器11、积分器13、偏压电流源14和脉冲电流源15。另外，为了方便说明，图2中也显示了激光光源16。
下面说明各构成要素。发光强度监视部1检测实际从激光光源16射出的光强，生成监视波形2。监视波形由时间和电压(监视电压)的关系决定。更详细地说，发光强度监视部1包括光敏二极管3和电流/电压转换电路4。光敏二极管3接收激光光源16的激光17，把光强作为电流检测出来。电流/电压转换电路4把光敏二极管3的输出电流转换成电压值。因此，能得到监视波形。
其次，期望值波形生成部5，生成在接收、检测调制为所需的强度的激光时得到的光强的期望值的波形，把它与记录数据的输入同步生成，作为期望值电压6输出。期望值波形生成部5包括功率值多路电路(MPX)7和数模转换器10。
参照图3更详细地说明期望值波形生成部5。图3表示了期望值波形生成部5的构成和动作。(a)是表示了期望值波形生成部5的构成的框图。功率值多路电路(MPX)7在每个发光脉冲的变化点上设定功率值8。具体地说，功率值多路电路7根据记录数据9，切换开关701，把代表发光脉冲的两种功率值8(也就是记录功率值和清除功率值)中的任意一个送到数模转换器(DAC)10。记录功率值和清除功率值都是根据驱动激光光源16(图2)时的各条件(温度等)设定的值，是激光光源(图2)提供所需的光束强度的理想值。
数模转换器10把功率值多路电路7的输出转换为模拟电压的波形。在本说明中，这个“模拟电压”是作为期望值电压提到的。图3的(b)是表示期望值波形生成部5的动作计时图。首先，记录功率值为a和清除功率值为b。由0或1表示的记录数据按给定的定时输入，功率值多路电路7的输出X在记录数据为0时为b，在记录数据为1时为a。接收了这样的X的数模转换器10把输出值a转换为电压值a，把输出值b转换为b。数模转换器10的输出Y在(b)的最下面被表示。
接着再参照图2，差动运算器11计算来自期望值波形生成部5的期望值电压6和来自电流/电压转换电路4的监视电压2的差分，输出差分电压12。积分器13把差动运算器11输出的差分电压积分。偏压电流源14按照积分器13的输出电压控制电流量。偏压电流源14具体由电阻、电源和三极管构成。
也就是三极管的基极通过把积分器13的输出电压转换为电流的电阻与积分器13相连。三极管的集电极与电源相连。而三极管的发射极与激光光源16相连。三极管的集电极电流是基极电流的hfe倍。该hfe值叫直流电流的放大率，每个三极管的值大概是确定的。例如，如果hfe值为100的三极管的基极电流为1毫安，在集电极就能生成100毫安的电流。因此，偏压电流源14按照积分器13的输出电压控制电流量。最后，脉冲电流源15按照记录数据9而切换。激光光源16被偏压电流源14和脉冲电流源15电流驱动。
接着，说明激光光源16(图2)的特性。图4表示激光光源16(图2)的动作特性。图中横轴代表激光光源的驱动电流，纵轴代表激光光束的发光强度。另外，粗线表示激光光源16的驱动电流和光强的关系。如图4所示，一般的激光光源，即使通上了电流，在达到给定的阙值前也不会发光，当通上了大于阙值的电流，它具有光强呈直线增加的特性。图4(a)表示了阙值电流按照温度而变化的激光光源16(图2)的特性例。假设激光光源16(图2)的温度为20摄氏度，阙值电流为I20，就有必要向激光光源16(图2)提供相当于消除功率21的偏压电流为Ia与相当于从消除到记录的强度的脉冲电流ΔI相加得到的电流Ib。另一方面，当激光光源16(图2)的温度为60摄氏度时，因为阙值电流增大为I60，所以为了得到同样的记录功率和消除功率，把偏压电流增加为为Ic，而脉冲电流44与20摄氏度时的ΔI相比没有变化。
接着，说明实施例1中的激光驱动装置20(图2)的动作。图5是各种信号波形图。在图5中，各波形的横轴表示时间。(a)中的纵轴表示激光的光强、(b)中的纵轴表示期望值电压6、(c)中的纵轴表示监视电压2、(d)中的纵轴表示差分电压12。激光光源16(图2)以图5(a)中所表示的光强，也就是以记录功率20和消除功率21这两个值，进行脉冲发光。
期望值波形生成部5(图2)，如图5(b)所示，生成期望值电压6，它的波形与实际的激光发光强度17相似。另外，如图5(c)所示，通过发光强度监视部1检测光强，而生成的监视电压2虽然与激光光强17类似，但是它是稍带倾斜的波形。出现倾斜的原因是由于在高频衰减的感光元件(光敏二极管3)的频率特性的影响。因此，这两个信号的差分电压12变为图5的(d)中所示的“楔形”的脉冲列。检测为双极性的楔形部分通过积分器13(图2)而变得平滑。因此，积分器13(图2)的输出是两个信号的电压方向(纵轴方向)的抵消(差分)。
因此，实施例1中的激光驱动装置20(图2)，当监视电压2大于期望值电压6时，也就是实际的激光强度比所需的强度大时，检测出的差分电压为正。此时，因为积分器13的输出使偏压电流源14的电流减小，所以激光强度就减小。相反，当监视电压2小于期望值电压6时，也就是实际的激光强度比所需的强度小时，检测出的差分电压为负。此时，因为积分器13的输出使偏压电流源14的电流增大，所以激光强度就增大。因此，如图4(a)中所示的特性例，当激光光束的温度变化时，即使改变为得到所希望的强度的阙值电流，也能经常在这个强度下发光。
实施例2
在实施例2中，说明在实施例1的期望值波形生成部5(图2)和发光强度监视部1(图2)中分别追加低通滤波器而构成的激光驱动装置。低通滤波器把期望值电压和监视电压在大约限制在同一频带内后输出。通过设置低通滤波器，能提高监视波形和期望值波形的差分检测精度。
图6是实施例2的激光驱动装置120的框图。激光驱动装置120和激光驱动装置20(图2)的不同点在于，在激光驱动装置20(图2)的发光强度监视部1和期望值波形生成部5中分别追加低通滤波器(LPF)。设置了低通滤波器的发光强度监视部和期望值波形生成部，分别作为发光强度监视部121和期望值波形生成部125进行参照。就所述不同点，说明激光驱动装置120的构成。发光强度监视部121的低通滤波器50把电流/电压变换电路4的输出2转变为受频带限制的监视电压51。然后，期望值波形生成部125的低通滤波器52把数模转换器10的输出11转变为受频带限制的期望值电压53。低通滤波器50和低通滤波器52有相同的频率特性(带通特性)。差动运算器11从受频带限制的监视电压51和受频带限制的期望值电压53生成差分电压54。差分电压54与实施例1同样地被输入到积分器13。偏压电流源14根据积分器13的输出来控制电流量。
接着，参照图7说明激光驱动装置120的动作。图7是各种信号波形图。激光光源16(图6)以图7(a)所示的发光强度，也就是用记录功率20和消除功率21这两个值，来进行脉冲发光。
如图7(b)所示，期望值波形生成部125(图6)，对实际的激光发光强度17进行频带限制，生成期望值电压53的钝波形。如图7(c)所示，因为通过发光强度监视部1(图6)检测光强而生成的监视电压51和期望值电压53受同样的频带限制，所以波形是钝波形。因此，如图7(d)所示，从这两个信号的差分电压54只检测出两个信号的电压方向(纵向)的补偿电压部分。
因此，实施例2的激光驱动装置与实施例1一样，当激光的温度变化时，即使改变要得到所需的强度所对应的阙值电流，也能以给定强度使激光光源发光。另外，因为对发光强度监视部和期望值波形生成部的输出信号频带设置了限制同样频带的低通滤波器，使差分检测的波形不会在局部出现乱的现象。因此，如果对提高激光驱动装置的功率控制的响应速度十分有效。
实施例3
在实施例3中，说明一种能对应于激光特性发生变化的激光驱动装置，特性变化是指当激光光源的驱动电流和光强呈线性关系时，由于温度改变而导致该直线斜率发生变化。另外，因为实施例3也包含实施例1和实施例2的特征，所以也能同时取得实施例1和2的效果。
图8是实施例3的激光驱动装置220的框图。激光驱动装置220与激光驱动装置120(图6)的不同点是，它新设了监视振幅检测部60、期望值振幅检测部61、差动运算器64、积分器66和脉冲电流源68。就这些不同点来说明激光驱动装置220的构成。监视振幅检测部60检测频带控制的监视电压51的峰值和谷值的电压差，作为监视振幅62输出。期望值振幅检测部61检测频带控制的期望值电压53的峰值和谷值的电压差，作为期望值振幅63输出。差动运算器64输出监视振幅62和期望值振幅63的差分电压65。积分器66对差分电压65积分，输出脉冲电流源的控制电压67。脉冲电流源68按照记录数据9进行切换，按照控制电压67来控制(调整)电流量。
接着，说明激光光源16(图8)的特性。图4表示了激光光源16(图8)的动作特性。图的横轴代表激光光源的驱动电流，纵轴代表激光光束的发光强度。另外，粗线表示激光光源16的驱动电流和光强的关系。图4(b)表示了激光特性的例子，即阙值电流按照温度的变化而变化，代表阙值电流和光强的关系的直线的斜率也发生变化。激光温度为20摄氏度，阙值电流为I48，就有必要向激光光源16(图2)提供相当于消除功率21的偏压电流为Ia与相当于从消除到记录间的强度的脉冲电流ΔI1相加得到的电流。当激光的温度为60摄氏度时，因为阙值电流增大为I60，为了得到同样的消除功率21，把偏压电流增加为Ic。而且，为了得到同样的记录功率20，因为特性的斜率发生变化，所以脉冲电流也有必要变为比20摄氏度时的ΔI1大的ΔI2。
接着，说明实施例3中的激光驱动装置220(图8)的动作。以图5(a)所示的发光强度，即记录功率20和消除功率21这两个值，使激光进行脉冲发光。
如图7(b)所示，由期望值波形生成部125(图8)生成的期望值电压53(图8)是对实际的激光光强17进行频带限制后得到的钝波形。而且，如图7(c)所示，由发光强度监视部121(图8)检测的监视电压51也和期望值电压53受同样的频带限制，所以波形是钝波形。因此，如图7(d)所示，从这两个信号的差分电压54中，平滑地检测出两个信号的电压方向(纵向)的补偿电压。
因此，实施例3的激光驱动装置与实施例2一样，当激光的温度变化时，即使改变为得到给定强度的阙值电流，也可以通过控制偏压电流源，使激光光源16(图8)以给定强度发光。但是，这里控制的是激光光束强度的平均值而不是脉冲部分的峰值。
在此，说明本发明的控制脉冲部分峰值的原理。脉冲部分的峰值能用脉冲电流源68(图8)调整。如图7(b)所示，在由期望值波形生成部5(图8)生成的频带限制的期望值电压53中，存在峰值电压30和谷值电压31。因此，能求出峰值和谷值间的电压。这个电压叫期望值振幅63。用期望值振幅检测部61(图8)检测期望值振幅63。同样如图7(c)所示，在由发光强度监视部1(图8)生成的频带限制的监视电压51中，存在峰值电压32和谷值电压33。因此，能求出峰值和谷值间的电压。将该电压称作监视振幅62。用监视振幅检测部60(图8)检测监视振幅62。
差动运算器64(图8)把得到的期望值振幅63和监视振幅62相减，输出差分电压65。差分电压65表示了期望值波形和监视波形的脉冲部分的振幅差。用积分器66对差分电压65积分，转换为控制电压67，调整脉冲电流源68的电流量。脉冲电流源68的构成与实施例1中说明的偏压电流源14的构成相同。
如以上所述，在实施例3的激光驱动装置中，当监视振幅62大于期望值振幅63，也就是当激光强度17的脉冲部振幅比所需的振幅值大时，检测出的差分电压65为正，积分器66的输出使脉冲电流源68的电流减小。因此，使脉冲部振幅减小。相反，当监视电压62小于期望值电压63时，也就是当激光强度17的脉冲部振幅比所需的振幅值小时，检测出的差分电压65为负，积分器66的输出使脉冲电流源68的电流增大。因此，能使脉冲部振幅增大。因此，实施例3中，如图6(b)所示的特性例，当激光的温度变化时，即使改变用来得到给定强度的阙值电流，以及代表阙值电流和发光强度关系的直线斜率，也能控制偏压电流源和脉冲电流源，经常在给定的强度下进行脉冲发光。
另外，实施例3中，使信号在通过低通滤波器50和低通滤波器52后，输入差动运算器11。不过，也可以改变低通滤波器50和低通滤波器52的设置位置。例如，可以将其设置在监视振幅检测部60和期望值检测部61的分支点之后，并在输入到监视振幅检测部60和期望值检测部61中之前的位置上。因此，发光强度监视部121和期望值波形生成部125的构成与实施例1中的发光强度监视部1(图2)和期望值波形生成部5(图2)相同。因此，除了向监视振幅检测部60和期望值振幅检测部61的分支，其他则都与驱动装置20(图2)的构成相同。
参照图9来说明实施例1至3中的激光驱动装置的电流源和激光光源的关系。图9是电流源和激光光源的连接图。在所述实施例的说明中，如图9(a)所示，其构成是把偏压电源70和脉冲电源71并联连接，以两者相加的电流来驱动激光光源72。但也可以代之以图9(b)所示的结构。即，也可以把脉冲电流源73和激光光源74并联，由偏压电流源75来提供全部电流，利用脉冲电流源73从其中一部分中分流出脉冲部分。
在以上所述实施例中，是以在光盘装置中的应用为例，来说明本发明的激光驱动的。但本发明并不局限于此，例如也可以将本发明应用到需要激光光源控制的激光打印机和通讯用激光监视器中。

Claims (8)

1.一种激光驱动方法，包括：
检测从光源射出的光束的强度，生成监视波形的步骤；
接收数据的步骤；
根据所接收的数据，生成所述光束的强度期望值波形的步骤；
计算所生成的所述监视波形和所述期望值波形之间的波形差分的步骤；
根据所述波形的差分运算结果，控制偏压电流源的电流量的步骤；
根据所控制的所述偏压电流源的电流量，从光源射出光束的步骤。
2.根据权利要求1所述激光驱动方法，所述射出步骤是：按照所接收的所述数据，并根据切换输出的脉冲电流源的输出与所述偏压电流源的输出的相加电流值，来从光源射出光束的步骤。
3.根据权利要求2所述激光驱动方法，还包括：把所述监视波形和所述期望值波形限制在相同的频带内的步骤。
4.根据权利要求3所述激光驱动方法，还包括：
检测受频带限制的所述监视波形的峰值和谷值之间的差，作为监视振幅来进行输出的步骤；
检测受频带限制的所述期望值波形的峰值和谷值的差，作为期望值振幅来进行输出的步骤；
计算所输出的所述监视振幅和所述期望值振幅之间的振幅差的步骤；
根据所述振幅差的计算结果，来调整所述脉冲电流源电流量的步骤。
5.一种激光驱动装置，包括：
检测从光源射出的光束强度，生成监视波形的发光强度监视部；
接收数据，并根据所接收的所述数据，生成所述光束强度的期望值波形的期望值波形生成部；
计算从发光强度监视部生成的所述监视波形和从期望值波形生成部生成的所述期望值波形之间的波形差分的差动运算器；
根据利用差动运算器得到的所述波形的差分运算结果，来控制电流量的偏压电流源；
根据由偏压电流源所控制电流量，来从光源射出光束。
6.根据权利要求5所述激光驱动装置，还包括：
按照所接收的所述数据，使之输出为接通或关闭的脉冲电流源；
根据由偏压电流源所控制的电流量和由脉冲电流源所调整的电流量，来从光源射出光束。
7.根据权利要求6所述激光驱动装置，还包括：
把所述监视波形和所述期望值波形分别限制在相同的频带内的两个滤波器。
8.根据权利要求7所述激光驱动装置，还包括：
检测受频带限制的所述监视波形的峰值和谷值之间的差，作为监视振幅来进行输出的监视振幅检测部；
检测受频带限制的所述期望值波形的峰值和谷值之间的差，作为期望值振幅来进行输出的期望值振幅检测部；
计算从监视振幅检测部输出的所述监视振幅和从期望值振幅检测部输出的所述期望值振幅之间的振幅差的振幅差动运算器；
脉冲电流源根据利用振幅差动运算器得到的所述振幅差的计算结果，来调整电流量。
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