CN1604208A - 光盘设备和激光器控制方法 - Google Patents
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Abstract
前监视器(FM)和I/V转换电路(10)检测激光二极管(79)的发射功率。第一差分电路(11)输出表示读出功率指定电压(RPD)与采样保持电路(12)采样的低发射功率检测信号(RMS)之间的差的信号。低通滤波器(15)确定激光器功率控制的环路频带，且对于激光器控制频带具有较宽频带的特性。第二差分电路(16)输出表示写入功率指定电压(WPD)与采样保持电路(13)采样的高发射功率检测信号(WMS)之间的差的信号。加法器(19)将经由低通滤波器(15)提供的第一差分电路(11)的输出信号相加到经由低通滤波器(17)和开关(18)提供的第二差分电路的输出信号。通过激光器驱动器(20)，合成的相加信号驱动激光二极管(79)。
Description
技术领域
本发明涉及用于使用激光束在光盘上记录/从光盘还原信息的光盘设备，更具体而言，涉及用于控制激光器发射功率的技术。
背景技术
当还原光盘上所记录的信息时，使用适于还原的功率相对较低的激光束。利用激光束扫描光盘，从而由盘反射光的强度变化来检测在光盘上所形成的标记或坑(pit)，由此还原所记录的信息。
当在光盘上记录信息时，通过对轨道应用激光束，沿着盘上的螺旋形轨道在盘上形成表示信息的标记。该标记是其中通过激光束改变光特性，如反射率的区域。标记的记录是通过施加功率比用于还原时所施加光束的功率还高的光束来实现的。
目前用于光盘设备中的激光器功率控制的方案包括：
(1)根据用于监视激光器发射功率的监视信号，建立具有窄带闭环特性的自动功率控制(APC)。在还原期间，在激光器驱动信号上叠加例如约300MHz的高频信号，以减少称作RIN的噪声。RIN例如由激光器与盘之间的光谐振引起。该噪声具有例如数十MHz的频率。在记录期间，检测监视信号的峰值点，使用所检测的峰值点实现记录功率控制。
(2)根据用于监视激光器发射功率的监视信号，建立具有宽频带闭环特性的APC。在还原期间，通过使用宽通带来抑制RIN，以提高还原信号的信噪比(S/N)。在记录期间，使用宽频带闭环特性并参考记录脉冲来控制记录功率。
(3)采用用于检测还原射束点所还原的信号中的低频成分的低通滤波器，和用于输出低通滤波器的输出与参考信号之间的差的差动放大器电路。在记录期间，利用差动放大器电路的输出来控制记录光束的发射功率(参见日本专利申请KOKAI公开2-7237)。
使用窄带APC的方案(1)需要在还原期间叠加高频信号，因此，设备可明显产生因高频信号所导致的无线干扰。
使用宽频带APC的方案(2)包括利用记录脉冲作为参考脉冲的反馈控制。因此，对盘记录数据的速率越高，对于APC的频带就越宽。例如，在高速记录的情形下，由于记录脉冲的频率会翻倍或更高，必须将APC的信号频带加倍。由于难于构建如此宽频带APC的设备，从而设备不可避免地会较为昂贵。
方案(3)需要用于生成两个光束的结构，这增大了设备的成本。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种用于使用光接收元件检测记录/还原激光器的发射功率，并基于所检测的发射功率控制激光束发射功率的光盘设备，该设备包括：光发射单元，被构造成用于对光盘生成记录和还原激光束；发射功率检测单元，被构造成用于检测光发射单元的发射功率，并提供发射功率信号；低发射功率检测单元，被构造成用于在光发射单元发射低发射功率光束的周期检测在记录期间的发射功率信号的电平(level)，以及提供低发射功率检测信号；选择单元，被构造成用于在还原期间选择发射功率信号，以及在记录期间选择低发射功率检测信号；第一差分电路，其输出表示由选择单元选择的信号与输入读出功率指定电压之间的差的信号；高发射功率检测单元，被构造成用于在光发射单元发射高发射功率光束的周期检测在记录期间的发射功率信号的电平，以及提供高发射功率检测信号；第二差分电路，其输出表示高发射功率检测信号与输入写入功率指定电压之间的差的信号；切换单元，被构造成用于根据记录数据脉冲，允许来自第二差分电路的信号通过其中，或中断信号通过其中；加法器，其将从第一差分电路输出的信号相加到通过切换单元从第二差分电路输出的信号，并提供相加的信号；和驱动单元，被构造成用于放大相加的信号，并驱动光发射单元。
附图说明
包含在说明书中并构成说明书一部分的附图用于说明本发明的实施例，并与以上所给出的概括性描述一起，用于解释本发明的原理。
图1的方块图表示根据本发明第一实施例的光盘记录/还原设备的结构；
图2的方块图表示在第一实施例中采用的激光器控制电路75的结构；
图3表示用于说明记录和还原操作的时序图；
图4表示用于更详细说明记录操作的时序图；以及
图5的方块图表示根据本发明第二实施例的激光器控制电路75的结构。
具体实施方式
(第一实施例)
下面将参照附图详细描述本发明的第一实施例。
图1的方块图表示根据本发明第一实施例的光盘记录/还原设备的结构。
在光盘61的表面，形成有螺旋形凸脊轨道和凹槽轨道。光盘61由主轴电机63转动。针对光盘61的数据记录以及数据还原通过光拾取设备(PUH)65来实现。光拾取设备65通过传动装置(gear)与螺线电机(thread motor)66相连。螺线电机66由螺线电机控制电路68控制。
速率检测电路69与螺线电机控制电路68相连。速率检测电路69检测来自光拾取设备65的速率信号输出，并将其发送到螺线电机控制电路68。在螺线电机66的固定部分设置有永久磁铁(未示出)。当由螺线电机控制电路68激励驱动线圈67时，将光拾取设备65在光盘61上沿径向移动。
在光拾取设备65中含有通过线状或板状弹簧(未示出)支撑的物镜70。通过驱动驱动线圈72可以沿聚焦方向(沿物镜的光轴)移动物镜70，并通过驱动驱动线圈71可以沿循轨方向(沿垂直于物镜光轴的方向)移动物镜70。
调制电路73使记录期间经由接口电路93自主机设备94发送的用户数据经过例如8-14调制(EFM)，从而提供EFM数据。在数据记录期间(在形成标记期间)，基于来自调制电路73的EFM数据，激光器控制电路75向激光二极管79发送写入信号。此外，在读出期间，激光器控制电路75向激光二极管79发送比写入信号具有更低电平的读出信号。由光电二极管组成的前监视器FM检测激光二极管79所发出光束的发光能量(即，发射功率)，并将检测电流提供给激光器控制电路75。基于来自前监视器FM的检测电流，激光器控制电路75控制激光二极管79，使得激光二极管79将发射具有CPU 90所设置的还原激光功率或记录激光功率的激光束。
激光二极管79根据自激光器控制电路75发送的信号发射激光束。自激光二极管79发射的激光束经由准直透镜80，半棱镜81和物镜70施加到光盘61。由光盘61所反射的光经由物镜70，半棱镜81，聚光器82和柱面透镜83，被导向光电检测器84。
光电检测器84由例如4个光电检测单元形成，自这些检测单元将检测信号发送给RF放大器85。RF放大器85将来自光电检测单元的信号进行处理，并产生指示与正确聚焦状态之间偏差的聚焦误差信号FE，指示激光束中心与轨道中心之间偏差的循轨误差信号TE，和作为所有光检测器单元信号的相加信号的RF信号。
聚焦误差信号FE被发送给聚焦控制电路87。基于聚焦误差信号FE，聚焦控制电路87产生聚焦驱动信号。聚焦驱动信号被发送给处于聚焦方向上的驱动线圈71。从而，执行聚焦伺服处理，其中使激光束始终正确聚焦在光盘61的记录膜上。
循轨误差信号TE被发送给循轨控制电路88。基于循轨误差信号TE，循轨控制电路88产生轨道驱动信号。轨道驱动信号被发送给处于循轨方向上的驱动线圈72。从而，执行循轨伺服处理，其中使激光束始终跟踪光盘61上的轨道。
通过聚焦伺服处理和循轨伺服处理，自光电检测器84的光电检测单元输出的信号的相加信号(RF信号)反映了从例如根据所要记录的数据在光盘61的轨道中形成的坑反射的光的变化。RF信号被发送给数据还原电路78。由RF信号，数据还原电路78与PLL控制电路76的还原时钟信号同步地还原出记录数据。
当循轨控制电路88控制物镜70时，螺线电机控制电路68控制螺线电机66，即PUH 65，从而将物镜70定位在PUH 65中预定位置附近。
电机控制电路64，螺线电机控制电路68，激光器控制电路73，PLL电路76，数据还原电路78，聚焦控制电路87，循轨控制电路88，纠错电路62等由CPU 90经由总线89来控制。CPU 90根据自主机设备94经由接口电路93发送的操作命令对记录/还原设备进行总体控制。CPU 90使用RAM 91作为工作区，并根据存储在ROM 92的控制程序(包括在本发明中所采用的程序)执行预定的操作。此处假设光盘设备具有多倍数据速率记录功能，即以两倍或更多倍于标准速率的速率记录数据的功能。
下面，将描述根据本发明的激光器功率控制。
图2的方块图表示激光器控制电路75的结构。
I/V放大器10将来自前监视器FM的表示所检测激光束功率的电流转换成电压，并输出发射功率检测信号LDM。根据来自CPU的读出/写入切换信号RWS，模式开关14在还原期间切换到RM侧，在记录期间切换到WM侧。差分电路11将自I/V放大器10输出的发射功率检测信号LDM与CPU 90所指定的读出功率指定电压RPD进行比较，并输出表示检测信号LDM和指定电压RPD之间的差的信号。
在记录期间的低发射功率周期，采样保持(S/H，sample and hold)电路12对自I/V放大器10输出的发射功率检测信号LDM进行采样。通过差分电路11，将采样电压与读出功率指定电压RPD进行比较。与差分电路11相连的低通滤波器(LPF)15能够对差分电路11的输出信号进行滤波，并能够对激光器功率控制设置环路频带(loop band)。
在记录期间的高发射功率周期，采样保持(S/H)电路13对自I/V放大器10输出的发射功率检测信号LDM进行采样。差分电路16将表示采样电压的信号WSM与记录功率指定电压WPD进行比较，并将表示信号WSM与指定电压WPD之间的差的信号输出。读出功率指定电压和记录功率指定电压均由数模(D/A)转换器(未示出)通过将CPU 90指定的数字值转换成模拟电压来获得。
与差分电路16相连的低通滤波器(LPF)17具有比低通滤波器15更低的通带，并对差分电路16的输出信号进行滤波。低通滤波器17的输出信号通过开关18发送给加法电路19，开关18的打开和关闭与对应于所要记录数据的记录数据脉冲相同步。加法电路19将低通滤波器15和17的输出信号相加。加法电路19的输出信号被发送给激光器驱动器20，其中使该信号经历电压至电流转换，然后被放大。从而，将所需的电流提供给激光器。
下面将更为详细地描述激光器控制电路75的操作。
图3表示用于说明记录和还原操作的时序图。图3的(A)显示出激光器发射的开/关(ON/OFF)时序，图3的(B)显示记录/还原模式的切换时序，图3的(C)显示在还原期间激光二极管控制的开/关时序，图3的(D)显示在记录期间激光二极管控制的开/关时序，图3的(E)显示用于在盘上记录标记的记录脉冲。记录脉冲的频率例如约为100MHz。
当启动光盘设备时，按如图3的(A)所示启动激光二极管79的操作，即激光二极管79发射为读出盘上记录的数据所需的读出功率光束，从而执行循轨和聚焦。在还原期间，根据读出/写入切换信号RWS将模式开关14连接到RM侧，从而直接向差分电路11提供发射功率监视信号LDM。从而，差分电路11将发射功率监视信号LDM与CPU 90所指定的读出功率指定电压RPD进行比较，并输出表示信号LDM与指定电压RPD之间的差的信号。差分电路11的输出信号通过低通滤波器15和加法电路19被发送给激光器驱动器20，从而驱动激光二极管79。
由此，控制激光器79的发射功率，使得采样和保持信号LDM的电平与功率指定电压RPD相同。
设置低通滤波器15的截止频率，使得激光器控制环路频带变为例如约一百或数十兆赫兹。该频带为用于激光器控制频带的宽频带。
因此，通过包含差分电路11和宽带低通滤波器15的负反馈环路，使诸如RIN的激光器噪声得到抑制，从而能够获得满意的还原信号。低通滤波器的截止频率决定激光器控制频带。通常，在一阶闭环系统中，截止频率乘以低通滤波器的DC增益作为闭环的控制频带。例如，为获得具有DC增益100(100倍)的100MHz控制频带，将低通滤波器的截止频率设置为1MHz。
为在该实施例中进行记录，在低发射功率周期与高发射功率周期之间执行不同类型的控制。图4表示用于更详细说明记录操作的时序图。图4的(A)显示由激光二极管79生成的记录发射脉冲信号。具体而言，在高发射功率周期LDH，激光二极管79发射写入功率WP的光束，而在低发射功率周期LDL，激光二极管79发射功率电平等于读出功率RP的光束，读出功率RP用于读出(还原)，而且比写入功率RP低。从而，生成记录发射脉冲。图4的(B)显示自前监视器FM输出的监视信号LDM。图4的(C)显示用于在盘上记录标记的记录数据脉冲信号WDT。图4的(D)显示用于对监视信号LDM的高电平进行采样的高发射功率周期采样脉冲信号SMW。图4的(E)显示用于对监视信号LDM的低电平进行采样的低发射功率周期采样脉冲信号WMR。图4的(F)显示采样和保持的高电平监视信号WSM。图4的(G)显示出采样和保持的低电平监视信号RSM。图4的(H)显示激光器驱动电流LDC。
在记录期间，基于读出/写入切换信号RWS将模式开关14连接到WM侧。使用记录数据脉冲信号WDT，生成低发射功率周期采样脉冲信号SMR，如图4的(E)所示。由于通常将发射监视信号LDM的脉冲进行舍入(round)，如图4的(B)中虚线所示，在脉冲在记录数据脉冲下降后抬升预定时间的时间点处，如图4的(E)所示，执行低发射功率周期采样。基于采样脉冲信号SMR，采样保持电路12对监视信号LDM进行采样，产生采样和保持的信号RSM，如图4的(G)所示。差分电路11将采样和保持的信号RSM与读出功率指定电压RPD进行比较，输出表示信号RSM与电压RPD之间的差的信号。差分电路11的输出信号经低通滤波器15进行滤波，并发送给加法电路19。
此外，使用记录数据脉冲信号WDT，产生记录采样脉冲信号SMW，如图4的(D)所示。基于采样脉冲信号SMW，采样保持电路13对监视信号LDM进行采样，产生采样和保持的信号WSM，如图4的(F)所示。差分电路16将采样和保持的信号WSM与写入功率设置电压WPD进行比较，输出表示信号WSM与电压WPD之间的差的信号。差分电路16的输出信号通过低通滤波器17进行滤波，低通滤波器17的截止频率被设置成用于获得相对较低的激光器控制频带，例如，从约数十kHz到数百kHz。当记录数据脉冲信号WDT为高时，接通开关18。从而，当记录数据脉冲信号WDT为高时，将低通滤波器17的输出发送给加法电路19。加法电路19将低通滤波器15和17的输出信号相加，并将相加结果发送给激光器驱动器20。激光器驱动器20使加法电路19的输出经过电压至电流转换，从而生成如图4的(H)所示的电流信号，以驱动激光二极管79。
从而，控制激光器79的发射功率，使得在低发射功率周期LDL采样和保持的信号RSM的电平等于功率指定电压RPD，并且在高发射功率周期LDL采样和保持的信号WSM的电平等于功率指定电压WPD。
如上所述，由于在记录期间，低电平监视信号RSM和高电平监视信号WSM各自由采样保持电路12和13进行控制，从而能够实现稳定发射。
此外，由于将低通滤波器15设置成获得较宽激光器控制频带，即使在记录期间的低发射功率周期中，也不会出现诸如RIN的噪声，因此，使用于聚焦或循轨的伺服信号免受这种噪声的不利影响。该结构可消除或最小化传统高频成分的叠加，这有效阻止了无线干扰的出现。
此外，由于通过采样保持电路使得激光器控制不会形成闭环，即便实现两倍或更高速率的记录，也没有必要根据数据频率加宽低通滤波器的通带。考虑到记录期间RIN的抑制以及数据速率，设置低通滤波器15的截止频率，使得激光器控制频带变为100至200MHz。
(第二实施例)
下面描述本发明的第二实施例。
当即便在激光器控制频带较窄和/或未实现高频叠加的情况下，在记录期间使用还原发射功率仍然能够获得稳定的聚焦和循轨伺服信号时，可设置低通滤波器来获得较窄的激光器控制频带。
图5的方块图表示根据本发明第二实施例的激光器控制电路的结构。在用于读出功率检测信号的低通滤波器结构方面，第二实施例不同于第一实施例。对于与第一实施例中所采用的那些部分相似的结构部分，不再进行描述。
与差分电路11相连的可变低通滤波器22能够改变激光器功率控制的环路频带。当操作模式从记录转变为还原时，可变低通滤波器22能够转变其特性(截止频率)，反之亦然。具体而言，在第二实施例中，设置滤波器的截止频率，使得在还原期间获得更宽频带的环路特性，以及在记录期间获得更窄频带的环路特性(例如，数十兆赫兹)。
在读出/写入切换信号RWS的控制下，在还原期间，将可变通带滤波器22的截止频率设置为高值，如同在低通滤波器15的情形中那样，因此提供较宽的激光器控制频带。从而，有效抑制诸如RIN的激光器噪声，因此能够获得满意的还原信号。
此外，可变低通滤波器22的截止频率在记录期间比在还原期间更低，从而窄化环路频带以实现较慢响应。这阻止了因干扰分量引起的不稳定操作。
在以上描述中，在读出数据以及写入数据时，使用相同的电压作为读出功率指定电压RDP。不过，可使用不同的读出功率指定电压RDP。例如，在数据记录期间的读出功率指定电压RDP可在数据还原期间电压的-50％到+50％的范围内变化。如果将数据记录期间的读出功率指定电压RDP变为较低值，会增大光盘上记录的标记的对比度，可提高记录标记的质量。然而，在此情形下，聚焦或循轨伺服信号可能不稳定。另一方面，如果将在数据记录期间的读出功率指定电压RDP变为较高值，则可使伺服信号稳定，虽然在光盘上记录的标记的对比度会下降。有鉴于此，将数据记录期间的读出功率指定电压RDP设置为例如根据实验确定的最佳值。
根据本发明的设备和/或方法并不限于上述实施例。此外，本发明包括通过将实施例中所采用的结构组成，功能，方法步骤和特征进行适当组合所获得的设备和方法。
本领域技术人员会容易地想到其他优点和修改。因此，广义而言，本发明并不限于此处所显示和描述的具体细节和代表性实施例。因此，在不偏离如所附权利要求及其等效方面所限定的总的发明构思的精神和范围的条件下，可进行多种修改。
Claims (5)
1.一种用于使用光接收元件检测记录和还原激光器的发射功率，并基于所检测的发射功率控制激光束的发射功率的光盘设备，其特征在于包括：
光发射单元(79)，被构造成用于对光盘生成记录和还原激光束；
发射功率检测单元(10)，被构造成用于检测光发射单元的发射功率，并提供发射功率信号；
低发射功率检测单元(12)，被构造成用于在光发射单元发射低发射功率光束的周期检测在记录期间的发射功率信号的电平，以及提供低发射功率检测信号；
选择单元(14)，被构造成用于在还原期间选择发射功率信号，以及在记录期间选择低发射功率检测信号；
第一差分电路(11)，其输出表示由选择单元所选择的信号与输入读出功率指定电压之间的差的信号；
高发射功率检测单元(13)，被构造成用于在光发射单元发射高发射功率光束的周期检测在记录期间的发射功率信号的电平，以及提供高发射功率检测信号；
第二差分电路(16)，其输出表示高发射功率检测信号与输入写入功率指定电压之间的差的信号；
切换单元(18)，被构造成用于根据记录数据脉冲，允许来自第二差分电路(16)的信号通过其中，或中断信号在其中的通过；
加法器(19)，其将自第一差分电路(11)输出的信号相加到经由切换单元(18)自第二差分电路(16)输出的信号上，并提供相加的信号；和
驱动单元(20)，被构造成用于放大相加的信号，并驱动光发射单元(79)。
2.根据权利要求1的光盘设备，其特征在于还包括：
第一低通滤波器(15)，其对自第一差分电路(11)输出的信号进行滤波，并将滤波的信号提供给加法器(19)，第一低通滤波器(15)确定激光束的发射功率控制环路频带；
第二低通滤波器(17)，其对自第二差分电路(16)输出的信号进行滤波，并将滤波的信号提供给切换单元(18)，第二低通滤波器(17)具有比第一低通滤波器更低的通带。
3.根据权利要求2的光盘设备，其特征在于，第一低通滤波器(15)所具有的截止频率被设置成一个值，该值使得激光束的发射功率控制环路频带处在100至200MHz的范围内。
4.根据权利要求2的光盘设备，其特征在于，第一低通滤波器为具有一个根据读出/写入切换信号进行切换的截止频率的可变低通滤波器(22)，其中在还原期间，截止频率被设置成使得激光束的发射功率控制环路频带处在100至200MHz范围内的值，而在记录期间，截止频率被设置成使得激光束的发射功率控制环路频带比在还原期间更窄的值。
5.一种使用光接收元件检测记录和还原半导体激光器(79)的发射功率，并基于所检测的发射功率控制半导体激光器(79)的发射功率的方法，其特征在于包括步骤：
检测半导体激光器(79)的发射功率，并提供发射功率信号；
在半导体激光器(79)发射低发射功率光束的周期，检测在记录期间的发射功率信号的电平，以及提供低发射功率检测信号；
在还原期间选择发射功率信号，以及在记录期间选择低发射功率检测信号；
使用第一差分电路(11)提供表示低发射功率检测信号与输入读出功率指定电压之间的差的信号；
利用确定半导体激光器的发射功率控制环路频带的第一低通滤波器(15)，将自第一差分电路(11)输出的信号进行滤波；
在半导体激光器(79)发射高发射功率光束的周期，检测在记录期间的发射功率信号的电平，以及输出高发射功率检测信号；
使用第二差分电路(16)提供表示高发射功率检测信号与输入写入功率指定电压之间的差的信号；
使用具有比第一低通滤波器(15)更低的通带的第二低通滤波器(17)，将自第二差分电路(16)输出的信号进行滤波；
利用切换电路(18)，根据记录数据脉冲，允许来自第二低通滤波器(17)的信号通过其中，或中断信号在其中的通过；
将自第一低通滤波器(15)输出的信号相加到经由切换电路(18)自第二低通滤波器(17)输出的信号上，并提供相加的信号；和
基于相加的信号，驱动半导体激光器(79)。
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