CN1639781A - 控制盘驱动器中的激光二极管的温度 - Google Patents

控制盘驱动器中的激光二极管的温度 Download PDF

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Abstract

在盘驱动器中，通过测量至少一个电参数来监视半导体激光器的温度。可采取降低时钟频率或介质的旋转速度，作为冷却降温步骤，以保护半导体激光器的寿命。

Description

控制盘驱动器中的激光二极管的温度
技术领域
本发明总体上涉及光学存储领域，更具体而言涉及一种这样的设备，其用于从光学存储介质，特别是光盘，读取信息或将信息写给它。如一般所知道的，这样的设备包括用于旋转盘的马达，以及用于产生激光束的激光器设备，所述激光束扫描旋转的盘的表面。
背景技术
在工作中，设备的温度上升。如果激光器设备的温度变得过高，则激光器设备的寿命减小。因此，理想的是限制激光器设备的温度。
这样，光盘驱动器被提供有温度控制装置，其对于例如通过将盘驱动器的旋转速度设置到较低值使激光器设备冷却下来是有效的。这种温度控制装置需要用于感测激光器设备温度的感测装置。日本专利申请10-117506，出版号11-312361，公开了一种光盘驱动器，其中盘驱动器外壳内的温度由分离的温度传感器来测量。
这种已知设计的一个缺点是需要具有分离的温度传感器。进一步的缺点是这样的分离温度传感器并不测量激光器设备本身的实际温度。
发明内容
本发明的重要目的是提供一种光盘驱动器，其能精确地控制激光器设备的温度，但具有不需要分离的温度传感器的较简单的设计。
本发明是基于以下理解：在一方面激光器设备的阈值电压和另一方面其温度之间存在直接关系。这样，基于该理解，本发明提出在至少一个信号的基础上采取温度控制步骤，所述至少一个信号表示或取决于激光器设备的阈值电压。
在特定的实施例中，激光器设备的光输出在正常工作期间被维持于恒定水平。将激光器设备的光输出维持在所述恒定水平所必要的、输入给激光器设备的电功率的电参数，如电压和电流，取决于激光器设备的阈值电压的实际值。这样，这些电参数被用来表示激光器设备的温度，并且当这些电参数的至少一个的值超过预定水平时采取温度控制步骤。
附图说明
下面将参照附图通过对本发明优选实施例的以下描述来进一步说明本发明的这些和其它方面、特点和优点，在附图中相同的参考数字指示相同或类似的部分，并且：
图1示意性地说明光盘驱动器设备；
图2示意性地说明半导体激光器；
图3示意性地说明半导体激光器的电流/电压特性；
图4示意性地说明依照本发明的温度控制的工作的流程图；
图5示意性地说明正由公用控制单元控制的两个半导体激光器。
具体实施方式
图1示意性地说明在参考数字1处概括指示的光盘驱动器设备。盘驱动器1包括用于接收光盘10的装置，为简单起见，该接收装置未被示出。盘驱动器1进一步包括用于旋转盘10的电马达2，以及用于产生激光束4的激光器设备3，所述激光束被导向盘10的主表面并且在盘旋转时扫描光盘10的这个主表面。盘驱动器1进一步包括控制单元5，其一方面控制激光器设备3的工作，而另一方面控制马达2的工作。在工作期间，马达2被控制从而以某个预定旋转速度来驱动光盘10。
典型地，所述部件被安排在外壳100内。在工作期间，外壳100的内部的温度上升。这样的温度上升的原因之一是马达2耗散热的事实。在相对高的旋转速度，如200Hz的量级时，热耗散的量尤其是个问题。
图2示意性地说明激光器设备3的基本部件。激光器设备3包括半导体激光器部件20，其包括P区21、N区22和其之间的PN结23。激光器设备3进一步包括输入端子2，用于接收输入电压Vin并将该输入电压施加于PN结23上。如果适当的输入电压Vin被施加于所述PN结23上，则半导体激光器20从其PN结23产生激光Lout。由于半导体激光器是一般已知的，在此将不更详细地说明这种半导体激光器20的工作。
图3示意性地说明半导体激光器20的电流/电压特性26。横轴表示PN结23上的电压，而纵轴表示通过PN结23的电流。
如从图3可看到的，半导体激光器20表现为二极管：当电压从零被增加时，一开始实际上将没有电流流动。仅当电压超过某个电压阈值VT时，电流呈指数增加。该阈值电压VT取决于PN结23的实际温度。基于这个认识，本发明提出使用可被相当精确地确定的该阈值电压VT作为表示PN结23的温度的参数。
一个选项是实际测量所述阈值电压VT。然而，依照本发明的进一步的详述，这是不必要的。较为容易的是测量被输入到半导体激光器20中的功率的电参数，同时保持光输出LOUT基本上恒定，这是因为已发现所述参数取决于所述阈值电压VT，因此取决于温度，如将在以下说明的。
由半导体激光器20产生的光Lout的强度基本上成比例于被输入到半导体激光器20中的电功率，即PN结23上的电压Vin乘以通过PN结23的电流I。在图3中，曲线27表示Vin·I＝常数(对应于LOUT＝常数)的点，该曲线27与激光器特性26相交于工作点W。当阈值电压VT变化时，激光器特性26移动，并因此当光强度LOUT被保持恒定时，新的工作点被设置。换句话说，当温度变化时，工作点W沿曲线27移动。这样，工作点的位置表示所述温度。依照本发明，工作点的位置被监视并且如果该位置表示被认为过高的温度，则采取适当的温度减小步骤。
在实际的实施例中，控制单元5具有输出6，用于将控制电压VCL作为输入电压Vin而提供给半导体激光器20的输入24。此外，由于在盘驱动器1中理想的是尽可能维持激光束4的强度为恒定，盘驱动器1进一步包括光检测器7，其被安排成感测激光束4的强度并产生检测器信号S，该信号表示所测光强度并作为输入信号而被提供给控制单元5的输入8。这样，半导体激光器20和光检测器7的组合在控制单元5的输出6处的其输出控制信号VCL方面限定了用于控制单元5的反馈回路。控制单元5被设计成产生其输出信号VCL以使在通过输入信号S在控制单元输入8处发信号时，激光束4的光强度保持恒定。然后，根据半导体激光器20的阈值电压VT的温度相关性，控制单元5的输出6处的电参数VCL和I，作为工作点W的“坐标”，构成对PN结23的温度的直接量度。在以下，尽管控制单元5可单独监视所述电参数VCL和I，将假定控制单元5监视工作点W的位置。
这样，原则上对于控制单元5来说，将有可能相当精确地测量PN结23的实际温度。然而，这对于控制激光器设备3的温度不是必要的。如果控制单元5被设计成一发现激光器设备3的温度到达临界温度值TCRIT就采取适当动作，则这是足够的。在正常情况下，这个预定的值TCRIT由半导体激光器设备3的制造商来限定。由于一方面控制单元5的输出6处的电参数(即工作点W的位置)和另一方面PN结23温度之间的关系是固定关系，临界温度TCRIT对应于临界工作点WCRIT。这样，控制单元5可被设计成当工作点W到达预定临界工作点WCRIT时采取适当动作。
如对本领域的技术人员来说将清楚的，临界工作点WCRIT将具有临界坐标VCRIT和ICRIT。这样，控制单元5可被设计成监视其输出电压VCL和其输出电流I，同时保持激光束的光强度恒定，从而当其输出电压VCL和其输出电流I的任何一个分别到达对应的临界值VCRIT和ICRIT时采取适当的动作。
所述适当的温度降低动作可例如是：完全关闭激光器设备3；激励分离的冷却单元(未示出)；或者控制马达2以使马达的旋转速度被减小。在后者的情况下，马达将耗散较少的热，从而使激光器设备3冷却下来。
控制单元5被进一步设计成当PN结23的温度被降低到足够低的水平时返回到正常工作模式，如由到达第二位置WNORM的工作点所示。
图4是一个流程图，其示意性地说明依照本发明的优选实施例，由控制单元5所进行的决策。在以下说明中，为简单起见，假定控制单元仅监视其输出电压。然而，如以上所提及的，控制单元事实上将亦监视其输出电流。
在步骤51处启动盘驱动器1之后，控制单元5进入第一工作模式，其中控制单元5产生用于马达2的马达控制信号Cm从而以第一旋转速度来旋转马达，如步骤52所示。该第一旋转速度是相对高的速度，典型地高于100Hz，并且例如处于200Hz的量级。
在第一工作模式下，控制单元5被设计成连续监视其输出6处的其输出电压VCL，并且比较该输出电压VCL与预定临界电压VCRIT，如步骤53所示。只要其输出电压VCL高于所述预定临界电压VCRIT，控制单元就保持在第一工作模式下，即它继续向马达2提供所述马达控制信号Cm从而以所述第一速度来旋转马达，其由步骤52指示。
如果PN结23的温度上升，则PN结23的阈值电压VT下降。这意味着工作点W移动到左边(图3)，并且相同的光强度由半导体激光器20以PN结23上的较低电压和对应的较高电流产生。这样，在工作期间，控制单元5的输出电压VCL将降低。一旦控制单元5发现其输出电压VCL等于或甚至低于所述预定临界电压VCRIT，则控制单元5进入第二工作模式，在其中PN结23的温度被迫降低。该第二工作模式如图4中的步骤54所示。如以上所提及的，该第二工作模式可包含激励冷却设备或关闭激光器3。然而，在本发明的该优选实施例中，步骤54的第二工作模式包含产生马达控制信号Cm以使马达2以低于上述第一旋转速度的第二旋转速度被旋转。以这种方式，马达2将产生较少的热，并且由于马达2是外壳100内产生的热的主要源，激光器设备3的PN结23将逐渐冷却下来。
即使在该第二工作模式下，控制单元5仍被设计成连续监视其输出电压VCL，现在是将其与第二阈值电压电平VNORM比较，如步骤55所示。只要其输出电压VCL低于所述第二阈值电压电平VNORM，控制单元5就保持在第二工作模式，即其继续向马达2提供所述马达控制信号Cm从而以所述第二速度来旋转，其由步骤54来指示。
当冷却下来时，PN结23的阈值电压VT上升，导致控制单元5的输出电压VCL亦上升。在步骤55中，一旦控制单元5发现其输出电压VCL已到达第二阈值电压电平VNORM，控制单元5被设计成从第二工作模式移回到步骤52所示的第一工作模式，从而使马达的旋转速度被增加。
在特定的实施例中，盘驱动器可包括两个或多个半导体激光器20，用于产生多个激光束4。例如适用于DVD播放器情况下的这种情形被示意性地说明于图5中，其中两个半导体激光器20A和20B由具有提供对应控制信号VCL，A和VCL，B的对应输出6A和6B的公用控制单元5来控制。相应激光束4A和4B的相应强度由相应的光检测器7A和7B来测量，其将反馈测量信号SA和SB提供给公用控制单元5的相应输入8A和8B。在此情况下，控制单元5被设计成例如通过分别比较每个输出6A、6B处的每个输出电压与对应的临界电压VCRIT，A和VCRIT，B来监视两个工作点WA和WB，记住这两个临界电压VCRIT，A和VCRIT，B没有必要彼此相等。此外，在该实施例中，如果其输出电压VCL，A或VCL，B的至少一个分别到达对应的临界电压VCRIT，A或VCRIT，B，控制单元5被设计成以减小的马达速度进入其第二工作模式。在第二工作模式下，控制单元5被设计成分别比较其输出电压VCL，A和VCL，B与对应的第二电压阈值电平VNROM，A和VNORM，B，并且如果所有输出电压都已到达对应的第二阈值电平VNROM，A和VNORM，B，则返回到第一工作模式。然而，在实际情况下，两个(或多个)半导体激光器设备20A和20B可被安排得接近于彼此，从而使其温度实际上将是相同的，或者至少是一个半导体激光器的温度可以是另一个半导体激光器的温度的好的指示。这样，在那些情况下，以下是足够的：如果控制单元5将其对是否从步骤52的第一工作模式移至步骤54的第二工作模式的决策，以及其对是否从步骤54的其第二工作模式移至步骤52的其第一工作模式的决策，是基于分别比较一个输出电压与对应的临界电压或对应的正常电压。
对本领域的技术人员来说应当清楚的是，本发明不局限于以上讨论的示例实施例，而在如在所附权利要求中所限定的本发明的保护范围内的各种变化和修改是可能的。对本领域的技术人员来说首先应当清楚的是，尽管在示例实施例中工作点(W)被监视，然而工作点(W)表示的是激光器的阈值电压(VT)，其受温度变化的影响。
例如，在以上假定控制单元5本身执行步骤53和55。然而，可能的是一些外部单元监视控制单元5的输出电压，执行步骤53和55，并且发送命令信号给控制单元以迫使控制单元到第一或第二工作模式。
此外，在以上说明了激光器输入电压的实际值VCL与某个阈值比较。在优选实施例中，激光器输入电压在某个正常温度处测量，例如室温或正常工作温度；这个所测的激光器输入电压被取为零值V0。然后在工作期间，激光器输入电压的实际值VCL和所述零值V0之间的电压差ΔV(ΔV＝VCL-V0)被认为是表示实际温度和所述正常温度之间的温度差ΔT。这样，在工作期间，电压差ΔV与某个阈值比较以进行步骤53和55的决策。

Claims (15)

1.确定盘驱动器(1)中的半导体激光器(20)的温度的方法，该方法包括以下步骤：测量表示所述半导体激光器(20)的工作点(W)的至少一个电参数(VCL；I)。
2.监视盘驱动器(1)中的半导体激光器设备(3)的工作温度的方法，该方法包括以下步骤：
将电功率施加于所述半导体激光器设备(3)；
测量由所述半导体激光器设备(20)产生的激光束(4)的光强度(Lout)；
控制所述电功率以使所述光强度(Lout)保持恒定；
测量表示所述半导体激光器(20)的工作点(W)的至少一个电参数(VCL；I)；
并且在一方面所述工作点(W)和另一方面所述工作温度之间的预定关系的基础上确定所述工作温度。
3.操作包括半导体激光器设备(3)的盘驱动器的方法，该方法包括以下步骤：
将电功率施加于所述半导体激光器设备(3)；
测量由所述半导体激光器设备(20)产生的激光束(4)的光强度(Lout)；
控制所述电功率以使所述光强度(Lout)保持恒定；
测量表示所述半导体激光器(20)的工作点(W)的至少一个电参数(VCL；I)；
并且如果所述至少一个电参数(VCL；I)的所测值指示激光器设备的工作温度已到达预定临界温度(TCRIT)，则采取温度降低步骤。
4.如权利要求3所述的方法，其中表示所述半导体激光器(20)的工作点(W)的多个电参数(VCL；I)被测量；并且其中如果所述多个电参数(VCL；I)的至少一个指示激光器设备的工作温度已到达预定临界温度(TCRIT)，则采取温度降低步骤。
5.如权利要求3或4所述的方法，其中电参数(VCL)与预定参数电平(VCRIT；VNORM)比较。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述电参数(VCL)在某个已知温度处被测量，该所测值被作为零值(V0)；其中所述电参数(VCL)在盘驱动器的工作期间被测量，以得到实际值(VCL)；
并且其中所述电参数(VCL)的实际值和所述零值(V0)之间的差(ΔV)与预定阈值比较。
7.如权利要求3-6的任何一项所述的方法，其中所述温度降低步骤包括例如：操作冷却设备或通风机的步骤，或者降低时钟频率的步骤，或者降低所述盘驱动器(1)的马达(2)的旋转速度的步骤。
8.如权利要求7所述的方法，其中当所述电参数(VCL)到达表示所述半导体激光器设备(20)已到达预定临界温度(TCRIT)的第一预定参数电平(VCRIT)时，所述盘驱动器(1)的马达(2)的旋转速度被降低，并且其中当所述电参数(VCL)到达表示所述半导体激光器设备(20)已到达正常温度的第二预定参数电平(VNORM)时，所述盘驱动器(1)的所述马达(2)的旋转速度被增加。
9.盘驱动器(1)，包括：
盘驱动器马达(2)，用于旋转光盘(10)；
激光器设备(3)，用于产生激光束(4)；
控制单元(5)，其控制盘驱动器马达(2)和激光器设备(3)；
其中控制单元(5)被设计成监视表示所述激光器设备(3)的半导体激光器(20)的工作点(W)的至少一个电参数(VCL；I)，并且根据所述至少一个电参数(VCL；I)来采取温度调节步骤。
10.如权利要求9所述的盘驱动器，其中控制单元(5)被设计成根据所述至少一个电参数(VCL；I)来控制所述盘驱动器马达(2)的旋转速度。
11.如权利要求9或10所述的盘驱动器，进一步包括：
光强度传感器(7)，其被耦合于控制单元(5)的输入(8)，用于接收由半导体激光器(20)产生的激光束(4)的至少一部分，并且被设计成产生表示所述激光束(4)的光强度的测量信号(S)；
控制单元(5)被设计成控制所述半导体激光器(20)以维持恒定的激光束强度。
12.如权利要求11所述的盘驱动器，其中所述至少一个电参数(VCL；I)包括控制单元(5)的输出电压(VCL)。
13.如权利要求11所述的盘驱动器，其中所述至少一个电参数包括控制单元(5)的输出电压(VCL)的实际值和在某个已知温度处测量的控制单元(5)的所述输出电压(VCL)的零值(V0)之间的差(ΔV)。
14.如权利要求9-13任何一项所述的盘驱动器，包括多个半导体激光器(20A、20B)；
其中控制单元(5)具有多个输出(6A、6B)，每个都将对应的控制信号(VCL，A；VCL，B)提供给所述半导体激光器(20A、20B)中对应的一个；
其中控制单元(5)被设计成监视表示仅一个所述半导体激光器(20A、20B)的工作点的单个信号，并且根据所述单个阈值电压指示信号来采取温度调节步骤。
15.如权利要求9-14的任何一项所述的盘驱动器，其中控制单元被设计成执行权利要求1-8的任何一项的方法。
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