JP2004247452A - レーザ駆動制御回路 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ駆動制御回路における消費電力の削減
【解決手段】半導体レーザの駆動電流のレベルを制御してレーザ出力を一定とするように構成されたレーザ駆動制御手段を備えるレーザ駆動制御回路として、レーザ駆動電流のレベルを示す駆動電流値に応じて半導体レーザの温度制御を行う温度制御手段を備えるようにする。その上で、上記駆動電流値のレベルに応じて、上記温度制御手段の動作をオンとオフとで切り換える動作切換手段を備えるようにする。
これにより、半導体レーザの温度制御のために上記温度制御手段に対して常に電力を供給する必要がなくなり、回路の消費電力を削減できる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザの駆動電流のレベルを制御してレーザ出力を一定とするように構成されたレーザ駆動制御手段を備えるレーザ駆動制御回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光を利用した動作を行う各種電子機器における光源として、半導体レーザが多用されている。
このような半導体レーザは、駆動回路により駆動電流が供給されることによりレーザ発振を行うようにされ、これによりレーザ光を射出するようにされている。
【０００３】
この際、上記のように駆動電流が供給され、半導体レーザが発振を行うことによっては、これに伴って半導体レーザ自体が発熱するものとなる。そして、このときの半導体レーザの発熱量は、供給される駆動電流のレベルに応じたものとなる。
【０００４】
この際、半導体レーザの温度上昇に伴っては、レーザ光の出力が逆に低下していくものとなる。
図５に、このような半導体レーザの発熱に伴う、レーザ光の温度特性の例を示す。この図においては縦軸をレーザ出力Ｌのレベルとし、横軸を駆動電流Ｉのレベルとしている。
この図において、例えば図中に破線で示すように、駆動電流Ｉとして、レベル「Ｉ０」が供給され、これによりレーザ出力Ｌとしてレベル「Ｌ０」を得ていたとする。
先の説明によると、このように駆動電流Ｉを供給して半導体レーザが発振することによっては、半導体レーザが発熱し温度が上昇する。そして、この間、駆動電流Ｉのレベルが上記した「Ｉ０」で一定であったとすると、レーザ出力は、電流供給初期時における上記した「Ｌ０」のレベルから、図示するように「Ｌ１」のレベルに低下するものとなる。
このようにして、半導体レーザの温度が上昇することによっては、レーザ光の出力が低下することとなる。
【０００５】
ところで、半導体レーザとして、例えば光ディスクの記録／再生に用いられる半導体レーザ５０では、一定のレーザ光を安定して出力することが要請される。つまり、このようにレーザ光が安定して出力されない場合は、記録信号品質を低下させてしまうおそれがあるからである。
このために、このような光ディスク記録・再生装置に用いられる半導体レーザ５０に対しては、上記のようにレーザ光の出力を一定に維持するための、所謂レーザＡＰＣ回路が備えられている。
【０００６】
図６は、例えば光ディスク記録・再生装置において備えられる、レーザＡＰＣ回路７０の構成を簡略的に示した回路図である。
この図において、半導体レーザ５０は、図示するレーザドライバ（駆動回路）７６により駆動電流が供給されることによりレーザ発振を行う。そして、これにより半導体レーザ５０から射出されたレーザ光は、フォトディテクタ７１により受光される。
フォトディテクタ７１により受光されたレーザ光は、半導体レーザ５０のレーザ出力の値を示す電気信号に変換され、ヘッドアンプ７２に供給される。そして、ヘッドアンプ７２はこの電気信号を増幅し、これを減算回路７３に供給する。
【０００７】
減算回路７３に供給された信号は、ここにおいて図示するレーザ出力目標値との誤差が検出され、その誤差に応じた誤差信号として出力される。そして、このように出力された誤差信号は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７４を介して誤差増幅回路７５に供給されて増幅され、上記したレーザドライバ７６に供給される。
レーザドライバ７６は、このように供給される誤差信号に基づいて生成した駆動電流により、半導体レーザ５０を駆動する。
【０００８】
このような構成により、半導体レーザ５０からのレーザ出力の値が、レーザ出力目標値より低い場合は、その誤差に応じた正の誤差信号によりレーザドライバ７６で生成される駆動電流が制御されるようになって、レーザ出力が上昇傾向となるように制御される。また、レーザ出力の値がレーザ出力目標値より高い場合は、その誤差に応じた負の誤差信号によって駆動電流が制御されて、レーザ出力が下降傾向となるように制御される。
つまりこれにより、レーザ出力が設定された目標値と一致するように制御されるようになって、上記したような温度上昇に関わらず、半導体レーザ５０からのレーザ出力を一定とすることが可能となる。
【０００９】
ここで、このようなＡＰＣ回路７０が備えられている下で、半導体レーザ５０が駆動された場合について考察してみる。
この場合において、先ず、駆動電流が供給されてレーザ光の出力が開始されたとすると、先にも述べたように半導体レーザ５０の温度が上昇し始める。そして、半導体レーザ５０の温度上昇に伴っては、先の図５にも示したようにレーザ出力が減少傾向となる。
レーザ光の出力が減少傾向となると、上記したＡＰＣ回路７０の動作によって、駆動電流が増加する傾向となる。そして、これによって、上記のように温度上昇により減少方向にあったレーザ出力が増加傾向となり、この結果、レーザ出力は設定された一定のレベルに維持されるものとなる。
【００１０】
しかしながら、この場合、駆動電流が増加傾向となることによっては、先にも説明したように半導体レーザの温度が上昇傾向となる。
つまり、このことから、上記のようにＡＰＣ回路７０が動作することによっては、「半導体レーザの温度上昇→レーザ出力の低下→駆動電流の増加→半導体レーザの温度上昇」というループが形成されてしまうこととなる。
この結果、駆動電流のレベルが大幅に上昇して、半導体レーザの寿命を著しく低下させてしまうおそれがある。
【００１１】
このような問題を解決するために、従来では、上記したレーザＡＰＣ回路７０の構成に対して冷却素子を備えるようにしたものがある（下記特許文献１参照）。
図７は、このような冷却素子を備えた場合の回路構成を示す回路図である。なお、この図では、先の図６において既に説明した部位について同一の符号を付している。
この場合、図示する冷却素子８７は、その吸熱面が例えば半導体レーザ５０と接合されて、半導体レーザ５０に生じた熱を放熱面から効率よく放出できるように構成される。そして、この冷却素子８７は、図示する冷却素子ドライバ８６から供給される駆動電流に応じて放熱・吸熱動作を行うようにされる。
【００１２】
温度センサ８１は、半導体レーザ５０の発熱量を感知して、これに応じた電気信号をヘッドアンプ８２に供給する。そして、このヘッドアンプ８２に供給されて増幅された電気信号は、図示する減算回路８３に供給され、ここで温度目標値との誤差が検出されて温度誤差信号として出力される。
さらに、この温度誤差信号は、ローパスフィルタ８４を介して誤差増幅回路８５に供給されて増幅され、冷却素子ドライバ８６に供給される。
冷却素子ドライバ８６は、このように供給された温度誤差信号に応じて冷却素子８７を駆動・制御する。
【００１３】
このような構成により、温度センサ８１により感知された半導体レーザ５０の温度が、温度目標値と一致するように冷却素子８７が駆動されるようになって、半導体レーザ５０の温度を、上記温度目標値に応じた一定の温度に維持することができる。
そして、半導体レーザ５０の温度が一定に保たれることにより、レーザ出力が安定し、駆動電流も安定して半導体レーザの寿命低下を抑制できるようになる。
【００１４】
しかしながら、この際、温度センサ８１自体が比較的高価であり、回路のコストアップの要因となってしまうという問題点があった。
また、このような温度センサ８１は、半導体レーザ５０に密着するように設けられるものではあるが、この場合センサ周囲の温度も影響してしまうことから、その温度感知の信頼性に問題があった。
【００１５】
ここで、上記もしたように、レーザＡＰＣ回路７０が動作している下では、半導体レーザ５０の温度が上昇したことでレーザ出力レベルが低下すると、駆動電流のレベルを上昇させるように制御が行われる。
また、逆に半導体レーザ５０の温度が低下して、レーザ出力レベルが上昇したとすると、駆動電流のレベルを低下させるように制御が行われる。
すなわち、この場合、レーザＡＰＣ回路７０が動作している下では、半導体レーザ５０の温度が上昇すると、これに応じて駆動電流のレベルも上昇し、逆に半導体レーザ５０の温度が低下すると、これに応じて駆動電流のレベルも低下する
ものとなる。
【００１６】
これを換言すれば、逆に駆動電流のレベルが上昇しているときには、半導体レーザ５０の温度が上昇していることがわかる。また、駆動電流のレベルが低下しているときは、半導体レーザ５０の温度が低下していることがわかるようになるものである。
このことから、レーザＡＰＣ回路７０が動作している下では、半導体レーザ５０に供給される駆動電流のレベルをみることにより、半導体レーザ５０の発熱レベルを感知することができるものである。
【００１７】
この点に着目して半導体レーザの温度を一定に制御するようにしたものが、下記特許文献２に示される発明である。
図８は、このように駆動電流により半導体レーザの温度を感知して温度制御を行うようにした構成を示した回路図である。
なお、この図においても既に図６、図７において説明した部分については同一の符号を付している。
この場合、誤差増幅回路７５により出力されるレーザ駆動電流についての誤差信号を、図示するように温度制御系における減算回路８３に入力するようにしている。
そして、この減算回路８３では、このように入力された誤差信号と、予め温度目標値として設定された対応する値とを減算する。
その上で、このように算出された誤差に基づいた温度誤差信号を、冷却素子ドライバ８６に供給し、これにより冷却素子８７の動作を制御するようにしている。
【００１８】
このような構成において、例えばレーザ駆動電流のレベルが目標値よりも大きい（←半導体レーザ５０の温度が目標値よりも高い）とされ、例えば上記誤差信号として正の信号が供給された場合は、上記減算回路８３からは、温度目標値との誤差に応じた負の温度誤差信号が出力される。そして、これに応じては、冷却素子ドライバ８６が負の駆動電流を冷却素子８７に供給し、冷却素子８７はこの負の駆動電流に応じて半導体レーザ５０の吸熱を行うように動作する。この結果、このようにレーザ出力が低下した場合、つまり半導体レーザ５０の温度が上昇した場合には、半導体レーザ５０が冷却素子８７により冷却されるようになる。
【００１９】
逆に、例えばレーザ駆動電流のレベルが目標値よりも小さい（←半導体レーザ５０の温度が目標値よりも低い）とされ、例えば上記負の誤差信号が供給された場合には、上記減算回路８３からは温度目標値との誤差に応じた正の温度誤差信号が出力される。そして、これに応じ冷却素子ドライバ８６が正の駆動電流を冷却素子８７に供給し、冷却素子８７が発熱動作を行うように制御される。すなわち、このようにレーザ出力が上昇、つまり半導体レーザ５０の温度が低下した場合には、冷却素子８７が発熱を行って半導体レーザ５０の温度が上昇するように制御される。
【００２０】
このようにして、図８に示した構成によっても、半導体レーザ５０の温度を温度目標値に応じた一定の温度に制御することができる。
そして、これによりこの図８の回路では、半導体レーザ５０の温度制御を行うにあたって、図７に示したような温度センサが不要となり、回路コストの削減が図られる。
さらにこの場合、レーザ駆動電流についての誤差レベルは、半導体レーザ５０の発熱量を直接反映するものであるから、温度センサを用いた場合よりも正確に半導体レーザ５０の温度制御を行うことができるというメリットもある。
【特許文献１】
特開平６−２５２８５７
【特許文献２】
特開昭６１−９０２１９
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この図８に示した構成によると、駆動電流が供給されて半導体レーザ５０が駆動されている状態では、この半導体レーザ５０の温度を一定に保つために、冷却素子８７を常に駆動しておかなければならないこととなる。
すなわち、この場合、冷却素子８７を駆動するための冷却素子ドライバ８６に対して、常に電力が供給されている必要があり、これによって回路の消費電力が増大してしまうという問題が生じる。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明では以上のような問題点に鑑み、半導体レーザの駆動電流のレベルを制御してレーザ出力を一定とするように構成されたレーザ駆動制御手段を備えるレーザ駆動制御回路として、以下のように構成することとした。
すなわち、上記駆動電流のレベルに応じて変化するものとされる、上記半導体レーザにおける温度を制御可能に設けられた加熱／冷却素子と、上記レーザ駆動制御手段により制御される上記駆動電流のレベルを示す駆動電流値と、予め設定された温度設定値との誤差を検出する誤差検出手段と、上記誤差検出手段の検出結果に基づいて上記加熱／冷却素子を駆動制御することにより、上記半導体レーザにおける温度を一定とするように動作可能な温度制御手段とを備えるようにする。
そして、その上で、上記駆動電流値のレベルに応じて、上記温度制御手段の動作をオンとオフとで切り換える動作切換手段を備えるようにした。
【００２３】
上記のような本発明によれば、先ず基本動作として、上記誤差検出手段により上記駆動電流値と温度設定値との誤差が検出され、その誤差検出結果に基づいて上記温度制御手段により上記半導体レーザの温度が一定となるように加熱／冷却素子が駆動制御される。つまり、レーザ駆動電流のレベルに応じて半導体レーザの温度制御を行うように構成されるものである。
その上で、上記動作切換手段が備えられることにより、上記温度制御手段は、上記駆動電流値のレベルに応じてオン／オフするように制御されるものとなる。
これにより、半導体レーザの温度制御のために常に電力を供給する必要がなくなって、回路の消費電力が削減されるようになる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明における第１の実施の形態としてのレーザ駆動制御回路１の構成例を示した回路図である。
この図において、先ず図示する半導体レーザ２、フォトディテクタ３、ヘッドアンプ４、減算回路５、ローパスフィルタ（ＬＦＰ）６、誤差増幅回路７、レーザドライバ８は、半導体レーザ２のレーザ出力を一定に維持するための、所謂レーザＡＰＣ部を形成するものである。
このレーザＡＰＣ部において、半導体レーザ２は、図示するレーザドライバ８により駆動電流が供給されることによりレーザ発振を行う。そして、これにより半導体レーザ２から射出されたレーザ光は、フォトディテクタ３により受光される。
フォトディテクタ３により受光されたレーザ光は、半導体レーザ２のレーザ出力の値を示す電気信号に変換され、この電気信号はヘッドアンプ４に供給される。そして、ヘッドアンプ４はこの電気信号を増幅し、これを減算回路５に供給する。
【００２５】
減算回路５に供給された信号は、ここにおいて図示するレーザ出力目標値との誤差が検出され、その誤差に応じた誤差信号Ｉｏｐとして出力される。
この場合、減算回路５では、図示するようにレーザ出力目標値からレーザ出力の値を減算することにより誤差検出を行うようにされる。すなわち、例えばレーザ出力の値が上記レーザ出力目標値よりも小さい場合に対応しては、正の誤差信号Ｉｏｐが出力される。逆に、例えばレーザ出力の値が上記レーザ出力目標値よりも大きい場合に対応しては、負の誤差信号Ｉｏｐが出力されるものとなる。
【００２６】
上記減算回路５から出力された出力された誤差信号Ｉｏｐは、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）６を介して誤差増幅回路７に供給される。そして、この誤差増幅回路７に供給されて増幅された誤差信号Ｉｏｐは、上記したレーザドライバ８と、後述する減算回路９、及びコンパレータ１５ａ、コンパレータ１５ｂに対して供給される。
【００２７】
レーザドライバ８は、上記誤差増幅回路７より供給される誤差信号Ｉｏｐに基づいて生成した駆動電流により、半導体レーザ２を駆動する。
この場合、例えば上記減算回路５により、レーザ出力が目標値よりも小さいとされて正の誤差信号Ｉｏｐが出力された場合に対応しては、この誤差信号Ｉｏｐのレベルに応じてレーザドライバ８の出力する駆動電流のレベルが上昇するものとなる。また、例えば上記減算回路５により、レーザ出力が目標値よりも大きいとされて負の誤差信号Ｉｏｐが出力された場合には、この誤差信号のレベルに応じて駆動電流のレベルが低下するものとなる。
【００２８】
このような動作が行われる結果、半導体レーザ２からのレーザ出力のレベルがレーザ出力目標値より小さい場合は、レーザ出力が上昇傾向となるように制御される。また、レーザ出力のレベルがレーザ出力目標値より大きい場合は、レーザ出力が下降傾向となるように制御される。
つまり、レーザ出力が設定された目標値と一致するように駆動電流が制御されて、半導体レーザ２からのレーザ出力が一定に維持されるようになっているものである。
【００２９】
ここで、上記のようなレーザＡＰＣ部が動作している下では、半導体レーザ２の温度が上昇したことでレーザ出力レベルが低下すると、駆動電流のレベルを上昇させるように制御が行われるものとなる。また、逆に半導体レーザ２の温度が低下してレーザ出力レベルが上昇したとすると、駆動電流のレベルを低下させるように制御が行われる。
すなわち、このようにレーザＡＰＣ部が動作している下では、半導体レーザ２の温度が上昇すると、これに応じて駆動電流のレベルも上昇し、逆に半導体レーザ２の温度が低下すると、これに応じて駆動電流のレベルも低下するものとなる。
【００３０】
従ってこの場合、駆動電流のレベルが上昇しているときには、半導体レーザ２の温度が上昇していることがわかる。また、駆動電流のレベルが低下しているときは、半導体レーザ２の温度が低下していることがわかるようになるものである。
このことから、レーザＡＰＣ部が動作している下では、半導体レーザ２に供給される駆動電流のレベルと、半導体レーザ２の発熱レベルとが比例関係にあることがわかる。
【００３１】
このような原理を利用し、本実施の形態では、先の図８に示した回路と同様、図示するように誤差増幅回路７から出力されたレーザ出力の誤差信号Ｉｏｐを、温度制御系の減算回路９に対して入力するように構成している。
すなわち、この減算回路９により、上記のように入力されたレーザ出力の誤差信号Ｉｏｐと、予め温度目標値Ｔ−Ｌｅｖ０として設定された対応する値との誤差を算出することにより、この温度目標値と半導体レーザ２における温度との誤差を算出するようにしているものである。
そして、この誤差に基づいて図示する冷却素子ドライバ１３が冷却素子１４を駆動制御することで、半導体レーザ２の温度が上記目標値として設定された温度で一定となるように制御可能な、半導体レーザ２についての温度制御部を構成するようにしたものである。
【００３２】
この際、上記減算回路９から出力された温度誤差信号Ｔｐは、図示するように、後述する動作切換スイッチ１０の端子ｔ１−ｔ３、及びローパスフィルタ１１を介して誤差増幅回路１２に供給される。そして、この誤差増幅回路１２に供給されて増幅された温度誤差信号Ｔｐは、冷却素子ドライバ１３に供給され、冷却素子ドライバ１３は、この温度誤差信号Ｔｐに基づいて冷却素子１４を駆動制御する。
【００３３】
冷却素子１４は、例えば吸熱面が半導体レーザ２の底面と接合するようにされ、半導体レーザ２に生じた熱が上記吸熱面とは逆側の放熱面から放出されるようにして設けられる。
この際、上記冷却素子１４としては、例えば各種コンピュータに備えられるＣＰＵの冷却装置として多用されるペルチェ素子などが用いられる。このペルチェ素子は、周知のように電力供給に応じた熱移動効果により、加熱・冷却動作を行うものである。
例えば、この場合の冷却素子１４としては、上記した冷却素子ドライバ１３から供給される正の駆動電流に応じて発熱（加熱）動作を行い、負の駆動電流に応じて吸熱（冷却）動作を行うように構成されている。
【００３４】
これまでで説明したレーザＡＰＣ部と温度制御部との構成において、例えば半導体レーザ２の温度が上昇して、レーザ出力のレベルが低下したと仮定する。
先ず、このようにレーザ出力が低下するのに応じては、レーザＡＰＣ部側にて、減算回路５がレーザ出力の誤差に応じた正の誤差信号Ｉｏｐを出力するようになる。そして、これに伴い温度制御部側の減算回路９に対しても、この誤差信号のレベルに応じた正の誤差信号Ｉｏｐが入力されるようになる。
この場合、上記もしたように半導体レーザ２の温度は上昇傾向にあることから、上記減算回路９からは、温度目標値Ｔ−Ｌｅｖ０との誤差に応じた例えば負の温度誤差信号Ｔｐが出力されるようになる。そして、これに応じては、冷却素子ドライバ１３が、上記温度誤差信号Ｔｐのレベルに応じた駆動電流を冷却素子１４に供給し、これにより冷却素子１４は、この負の駆動電流に応じて半導体レーザ２の吸熱を行うように動作する。
この結果、このようにレーザ出力が低下した場合、つまり半導体レーザ２の温度が上昇した場合には、半導体レーザ２が冷却素子１４により冷却されるようになる。
【００３５】
一方、例えば半導体レーザ２の温度が低下してレーザ出力のレベルが上昇した場合には、先ず減算回路５からレーザ出力の誤差信号Ｉｏｐとして例えば負の値が出力されるようになる。そして、この場合の上記誤差信号Ｉｏｐに応じては、減算回路９から、温度目標値Ｔ−Ｌｅｖ０との誤差に応じた例えば正の値が出力されるようになる。
これに応じ冷却素子ドライバ１３は、この場合は上記温度誤差信号Ｔｐに応じた正の駆動電流を冷却素子１４に供給し、冷却素子１４が放熱動作を行うように制御される。すなわち、このようにレーザ出力が上昇、つまり半導体レーザ２の温度が低下した場合には、冷却素子１４が発熱を行って半導体レーザ２の温度が上昇するように制御される。
【００３６】
このようにして、これまでの構成によるレーザ駆動制御回路１においては、レーザ出力についての誤差信号Ｉｏｐに基づいて、半導体レーザ２の温度を温度目標値Ｔ−Ｌｅｖ０に応じた一定の温度に制御することが可能とされている。
【００３７】
ここで、本実施の形態のレーザ駆動制御回路１に対しては、上記したレーザＡＰＣ部及び温度制御部の構成に加えて、図示するコンパレータ１５ａ、１５ｂ、ＯＲゲート回路１６、動作切換スイッチ１０による動作切換部が備えられる。
この動作切換部において、上記コンパレータ１５ａ、１５ｂのそれぞれに対しては、図示するようにレーザＡＰＣ部の誤差増幅回路７から出力される誤差信号Ｉｏｐが入力される。また、これと共に上記コンパレータ１５ａに対しては、温度下限値Ｔ−Ｌｅｖ１が入力され、コンパレータ１５ｂに対しては温度上限値Ｔ−Ｌｅｖ２が入力される。
なお、この際、上記温度下限値Ｔ−Ｌｅｖ１、温度上限値Ｔ−Ｌｅｖ２は、上記した温度目標値Ｔ−Ｌｅｖ０とは異なる値とされ、且つ、Ｔ−Ｌｅｖ１＜Ｔ−Ｌｅｖ０＜Ｔ−Ｌｅｖ２となるように設定されているものとする。
【００３８】
そしてこの場合、上記コンパレータ１５ａは、上記誤差信号Ｉｏｐと上記温度下限値Ｔ−Ｌｅｖ１のレベルを比較した結果、上記誤差信号Ｉｏｐのレベルよりも上記温度下限値Ｔ−Ｌｅｖ１の方が大きい場合に例えば論理「１」を出力するようにされる。また、上記誤差信号Ｉｏｐのレベルよりも上記温度下限値Ｔ−Ｌｅｖ１の方が小さい場合には、例えば論理「０」を出力するようにされる。
また、逆に上記コンパレータ１５ｂは、誤差信号Ｉｏｐと上記温度上限値Ｔ−Ｌｅｖ２のレベルを比較した結果、上記誤差信号Ｉｏｐのレベルよりも上記温度上限値Ｔ−Ｌｅｖ２の方が大きい場合には例えば論理「０」を出力し、上記誤差信号Ｉｏｐのレベルよりも上記温度上限値Ｔ−Ｌｅｖ２の方が小さい場合には例えば論理「１」を出力するようにされる。
【００３９】
ＯＲゲート回路１６は、上記コンパレータ１５ａ、１５ｂのそれぞれから出力された論理値のうちどちらか一方が「１」であった場合に、論理「１」を出力する。また、コンパレータ１５ａ、１５ｂのそれぞれから出力された論理値が共に「０」であった場合にのみ論理「０」を出力する。
つまり、この場合のＯＲゲート回路１６においては、コンパレータ１５ａ、１５ｂのそれぞれから出力された論理値が共に「０」となる、「温度下限値Ｔ−Ｌｅｖ１＜誤差信号Ｉｏｐ＜温度上限値Ｔ−Ｌｅｖ２」の条件に対応してのみ、論理「０」が出力されるもとなる。そして、それ以外の場合（Ｉｏｐ＜Ｔ−Ｌｅｖ１、またはＴ−Ｌｅｖ２＜Ｉｏｐの場合）は、論理「１」が出力されるようになっている。
【００４０】
動作切換スイッチ１０は、端子ｔ１に対して端子ｔ２、端子ｔ３が択一的に選択される２接点スイッチとされる。この場合、上記端子ｔ１は温度制御部における減算回路９に接続され、端子ｔ２がアースに接地されている。また図示するように端子ｔ３がローパスフィルタ１１に対して接続される。
この動作切換スイッチ１０は、上記ＯＲゲート回路１６から論理「１」が供給されるのに応じて端子ｔ１を選択し、論理「０」が供給されるのに応じて端子ｔ２を選択するようにされている。
つまりこの場合、ＯＲゲート回路１６から論理「０」が供給される、「温度下限値Ｔ−Ｌｅｖ１＜誤差信号Ｉｏｐ＜温度上限値Ｔ−Ｌｅｖ２」の場合に対応して、端子ｔ２を選択して温度制御部の動作をオフするようにされている。また、論理「１」が供給される「Ｉｏｐ＜Ｔ−Ｌｅｖ１、またはＴ−Ｌｅｖ２＜Ｉｏｐ」の場合に対応して端子ｔ１を選択し、温度制御部の動作をオンとするようにされているものである。
【００４１】
すなわち、このことを次の図２を用いて説明すると、図示するように、誤差信号Ｉｏｐのレベルが、温度下限値Ｔ−Ｌｅｖ１よりも小さいとき（Ｉｏｐ＜Ｔ−Ｌｅｖ１）、及び温度上限値Ｔ−Ｌｅｖ２よりも大きいとき（Ｔ−Ｌｅｖ２＜Ｉｏｐ）には、動作切換スイッチ１０の端子ｔ１が選択されて温度制御部の動作がオンとされる。
そして、誤差信号Ｉｏｐが、これら温度下限値Ｔ−Ｌｅｖ１と温度上限値Ｔ−Ｌｅｖ２の範囲内に至ったとき（Ｔ−Ｌｅｖ１＜Ｉｏｐ＜Ｔ−Ｌｅｖ２）には、図示するように端子ｔ２が選択されて温度制御部の動作がオフとされるようになるものである。
【００４２】
このようにして温度制御部の動作が停止されることによっては、冷却素子ドライバ１３への電力供給も停止されることになる。
つまり、このようなレーザ駆動制御回路１では、半導体レーザ２の温度を一定とするために、冷却素子ドライバ１３に常に電力を供給する必要がなくなり、これにより回路の消費電力を削減することができるようになる。
【００４３】
なお、上記説明からも理解されるように、本実施の形態のレーザ駆動制御回路１においては、半導体レーザ２における温度が常に一定に保たれるものではない。
そして、このように半導体レーザ２の温度が一定に保たれない場合は、先にも説明したようにレーザ光の波長が変化するおそれがあり、例えば半導体レーザ２を光ディスクへの信号記録に用いる場合には、対物レンズの色収差により記録信号品質を低下させてしまうおそれがある。
このような事態を回避するために、本実施の形態のレーザ駆動制御回路１においては、上記した温度下限値Ｔ−Ｌｅｖ１、温度上限値Ｔ−Ｌｅｖ２が、このような波長変化による影響を及ぼさない範囲の温度が維持されるように設定されている必要がある。そして、このようにして温度下限値Ｔ−Ｌｅｖ１、温度上限値Ｔ−Ｌｅｖ２が設定されれば、冷却素子ドライバ１３における消費電力を低減しつつ、波長変化による影響も抑制することが可能となる。
【００４４】
続いては、図３の回路図を用いて、本発明における第２の実施の形態としてのレーザ駆動制御回路２０の構成について説明する。
なお、この図３において、既に図１で説明した部分については同一の符号付して説明を省略するものとする。
第２の実施の形態のレーザ駆動制御回路２０は、図示するように、温度下限値Ｔ−Ｌｅｖ１と温度上限値Ｔ−Ｌｅｖ２に加え、さらに動作開始温度下限値Ｔ−Ｌｅｖ３と、動作開始温度上限値Ｔ−Ｌｅｖ４とによる新たな閾値を設定するようにしたものである。
そして、図示するロジック回路１７が、これらの閾値に基づいた所要動作を行うことにより、温度制御部のオン／オフ条件が異なったヒステリシス制御が行われるようにしたものである。
【００４５】
この図において、先ず上記した動作開始温度下限値Ｔ−Ｌｅｖ３、及び動作開始温度上限値Ｔ−Ｌｅｖ４としても、温度目標値Ｔ−Ｌｅｖ０とは異なる値とされ、この場合は「動作開始温度下限値Ｔ−Ｌｅｖ３＜温度下限値Ｔ−Ｌｅｖ１＜温度目標値Ｔ−Ｌｅｖ０＜温度上限値Ｔ−Ｌｅｖ２動作開始温度上限値Ｔ−Ｌｅｖ４」となるようにして設定されているものとする。
そして、この場合、上記動作開始温度下限値Ｔ−Ｌｅｖ３と誤差信号Ｉｏｐを入力するようにされたコンパレータ１５ｃと、上記動作開始温度上限値Ｔ−Ｌｅｖ４と誤差信号Ｉｏｐを入力するようにされたコンパレータ１５ｄとが図示するようにして設けられる。
【００４６】
上記コンパレータ１５ｃは、「誤差信号Ｉｏｐのレベル＜動作開始温度下限値Ｔ−Ｌｅｖ３」の条件で、例えば論理「１」を出力するようにされる。また、「誤差信号Ｉｏｐのレベル＞動作開始温度下限値Ｔ−Ｌｅｖ３」の条件で論理「０」出力するようにされている。
これに対し、上記コンパレータ１５ｄは、「誤差信号Ｉｏｐのレベル＜動作開始温度上限値Ｔ−Ｌｅｖ４」の条件で例えば論理「０」を、また、「誤差信号Ｉｏｐのレベル＞動作開始温度上限値Ｔ−Ｌｅｖ４」の条件で論理「１」出力するようにされている。
【００４７】
ロジック回路１７は、コンパレータ１５ａ〜１５ｄのそれぞれから入力される論理値に基づいて以下のように動作する。
先ず、「Ｉｏｐ＜Ｔ−Ｌｅｖ１」または「Ｔ−Ｌｅｖ２＜Ｉｏｐ」のときは、「Ｔ−Ｌｅｖ１＜Ｉｏｐ＜Ｔ−Ｌｅｖ２」となるまで、例えば論理「１」を出力するようにして動作切換スイッチ１０に端子ｔ１を選択させる。すなわち、温度制御部の動作をオンとする。
そして、「Ｔ−Ｌｅｖ１＜Ｉｏｐ＜Ｔ−Ｌｅｖ２」の条件になると、論理「０」を供給して動作切換スイッチ１０に端子ｔ２を選択させて、温度制御部の動作をオフとするように制御する。
このように「Ｔ−Ｌｅｖ１＜Ｉｏｐ＜Ｔ−Ｌｅｖ２」となって、一度温度制御部がオフとされた以降は、「動作開始温度下限値Ｔ−Ｌｅｖ３＜Ｉｏｐ＜動作開始温度上限値Ｔ−Ｌｅｖ４」の条件で、動作切換スイッチ１０に対して論理「０」を出力するようにし、温度制御部のオフ状態を維持させる。すなわち、「Ｉｏｐ＜Ｔ−Ｌｅｖ３」、「Ｔ−Ｌｅｖ４＜Ｉｏｐ」の条件となった場合に、論理「１」を出力し、温度制御部の動作をオンとする。
【００４８】
このように構成される第２の実施の形態としてのレーザ駆動制御回路２０における動作について説明する。
先ず、例えば半導体レーザ２の温度が、温度目標値Ｔ−Ｌｅｖ０により設定された温度よりも低くなっている場合には、レーザ駆動電流は低下している状態にあり、レーザ出力の誤差信号Ｉｏｐが温度目標値Ｔ−Ｌｅｖ０よりも小さいもとなっている。そして、このように半導体レーザ２の温度が低下している状態として、例えば「誤差信号Ｉｏｐ＜動作開始温度下限値Ｔ−Ｌｅｖ３」となっている場合を想定してみる。
するとこの場合、先に説明したようにロジック回路１７は、このような「Ｉｏｐ＜Ｔ−Ｌｅｖ３」の条件、つまり「Ｉｏｐ＜Ｔ−Ｌｅｖ１」の条件下では、「Ｔ−Ｌｅｖ１＜Ｉｏｐ＜Ｔ−Ｌｅｖ２」となるまで動作切換スイッチ１０の端子ｔ１を選択させるように動作することから、この間は温度制御部がオンとなるようにされている。
そして、この場合の温度制御部では、「Ｉｏｐ＜温度目標値Ｔ−Ｌｅｖ０」であることより、減算回路９からは例えば正の温度誤差信号Ｔｐが出力され、これに基づいて冷却素子１４は発熱動作を行うものとなる。
このような冷却素子１４の発熱動作によって、半導体レーザ２の温度が上昇することに伴っては、レーザ出力が低下傾向となる。そして、レーザ出力の低下に伴っては、レーザＡＰＣ部における減算回路５から出力される誤差信号Ｉｏｐのレベルが上昇することとなる。
【００４９】
このように冷却素子１４が発熱して誤差信号Ｉｏｐが上昇することに伴って、「Ｔ−Ｌｅｖ１＜Ｉｏｐ＜Ｔ−Ｌｅｖ２」の条件となると、これに応じロジック回路１７は、上記で説明したように温度制御部の動作をオフとするように動作する。そして、このように「Ｔ−Ｌｅｖ１＜Ｉｏｐ＜Ｔ−Ｌｅｖ２」の条件となって温度制御部の動作が一度オフとなると、ロジック回路１７は、先にも説明したように「Ｔ−Ｌｅｖ３＜Ｉｏｐ＜Ｔ−Ｌｅｖ４」の条件である限り温度制御部の動作をオフし続けるものとなる。
【００５０】
なおこの際、例えば上記誤差信号Ｉｏｐのレベルが低下して、誤差信号Ｉｏｐのレベルが再び「Ｉｏｐ＜Ｔ−Ｌｅｖ３」となった場合には、これに応じロジック回路１７は、上記もしたように温度制御部をオンするように動作する。そして、この場合もロジック回路１７は、「Ｔ−Ｌｅｖ１＜Ｉｏｐ＜Ｔ−Ｌｅｖ２」となるまでは温度制御部のオン状態を維持させるように動作する。
また、上記誤差信号Ｉｏｐのレベルが「Ｔ−Ｌｅｖ４＜Ｉｏｐ」となるまで上昇した場合も、ロジック回路１７は、オフ状態とされていた温度制御部をオンとする。そして、この場合は先に説明した「Ｔ−Ｌｅｖ２＜Ｉｏｐ」の条件であることから、これに応じロジック回路１７は、「Ｔ−Ｌｅｖ１＜Ｉｏｐ＜Ｔ−Ｌｅｖ２」となるまでは温度制御部のオン状態を維持させるように動作するものとなる。
【００５１】
続いては、誤差信号Ｉｏｐが「動作開始温度上限値Ｔ−Ｌｅｖ４＜Ｉｏｐ」に上昇した場合について説明する。
この場合、上記もしたようにロジック回路１７は、「Ｔ−Ｌｅｖ１＜Ｉｏｐ＜Ｔ−Ｌｅｖ２」となるまで動作切換スイッチ１０の端子ｔ１を選択させて、温度制御部をオンするように動作する。そして、この場合の温度制御部では、「温度目標値＜誤差信号Ｉｏｐ」であることにより、例えば負の温度誤差信号Ｔｐに基づいた駆動電流により冷却素子１４が駆動されることになる。つまり、冷却素子１４は吸熱動作により半導体レーザ２を冷却するようになる。
このように半導体レーザ２が冷却されることによっては、これに伴いレーザ出力が上昇傾向となる。そして、レーザ出力の上昇に伴い、この場合は減算回路５から出力される誤差信号Ｉｏｐのレベルが低下することになる。
【００５２】
上記のように誤差信号Ｉｏｐのレベルが低下することに伴い、「Ｔ−Ｌｅｖ１＜Ｉｏｐ＜Ｔ−Ｌｅｖ２」の条件となると、ロジック回路１７により温度制御部の動作がオフするように制御されるようになる。また、このように「Ｔ−Ｌｅｖ１＜Ｉｏｐ＜Ｔ−Ｌｅｖ２」の条件となったことに応じては、先にも説明したようにロジック回路１７は、「Ｔ−Ｌｅｖ３＜Ｉｏｐ＜Ｔ−Ｌｅｖ４」の条件である限り温度制御部の動作をオフし続けるものとなる。
【００５３】
なお、この場合も上記のように一度温度制御部がオフとされた後に、「Ｉｏｐ＜Ｔ−Ｌｅｖ３」または「Ｔ−Ｌｅｖ４＜Ｉｏｐ」となった場合には、ロジック回路１７により、再び「Ｔ−Ｌｅｖ１＜Ｉｏｐ＜Ｔ−Ｌｅｖ２」となるまで温度制御部をオンとするように制御されるものとなる。
【００５４】
以上の動作を図で表すと、次の図４に示すようになる。
先ず、図中に▲１▼で示した「Ｉｏｐ＜Ｔ−Ｌｅｖ１」のとき、及び▲２▼と示した「Ｔ−Ｌｅｖ２＜Ｉｏｐ」のとき、ロジック回路１７は、誤差信号Ｉｏｐが「Ｔ−Ｌｅｖ１＜Ｉｏｐ＜Ｔ−Ｌｅｖ２」となるまで、図のように動作切換スイッチ１０の端子ｔ１を選択させて温度制御部をオンとする。
そして、誤差信号Ｉｏｐのレベルが、これら▲１▼、▲２▼に示す条件から上記「Ｔ−Ｌｅｖ１＜Ｉｏｐ＜Ｔ−Ｌｅｖ２」となると、ロジック回路１７は、動作切換スイッチ１０の端子ｔ２を選択させて温度制御部をオフとする。
【００５５】
このように一度「Ｔ−Ｌｅｖ１＜Ｉｏｐ＜Ｔ−Ｌｅｖ２」の条件になると、ロジック回路１７は、図中Ａと示した動作開始温度下限値Ｔ−Ｌｅｖ３から同上限値Ｔ−Ｌｅｖ４の範囲で、温度制御部の動作をオフとする。つまり、ここで温度制御部のオン／オフ条件が異なるものとなる。
【００５６】
その後、例えば▲３▼、▲４▼と示したようにして、誤差信号Ｉｏｐのレベルが「Ｉｏｐ＜Ｔ−Ｌｅｖ３」又は「Ｉｏｐ＜Ｔ−Ｌｅｖ４」となると、ロジック回路１７は、再び端子ｔ１を選択させて温度制御部の動作をオンとするように制御する。
そして、このとき、▲３▼の場合では、図示するように再び先の▲１▼の条件が認識されるため、これに応じては上記説明したように、「Ｔ−Ｌｅｖ１＜Ｉｏｐ＜Ｔ−Ｌｅｖ２」となるまで温度制御部の動作をオンとするように制御する。
また、▲３▼の場合では、図示するように▲２▼の条件が認識されるため、この場合も「Ｔ−Ｌｅｖ１＜Ｉｏｐ＜Ｔ−Ｌｅｖ２」となるまで温度制御部の動作をオンとするように動作するものとなる。
つまり、ここにおいて再び温度制御部のオン／オフ条件が変更されるものとなる。
【００５７】
そして、温度制御部が動作することにより、誤差信号Ｉｏｐのレベルが「Ｔ−Ｌｅｖ１＜Ｉｏｐ＜Ｔ−Ｌｅｖ２」となった場合には、再び、上記のようにしてＴ−Ｌｅｖ３〜Ｔ−Ｌｅｖ４の範囲で温度制御部の動作をオフとするように、オン／オフ条件を切り換えるようにされる。
【００５８】
このようにして、第２の実施の形態のレーザ駆動制御回路２０によっても、誤差信号Ｉｏｐの値が所定の閾値の範囲内にあるときには、温度制御部の動作が停止され、回路の消費電力の削減が図られるものとなる。
そして、このような第２の実施の形態の回路では、図１に示した回路と比較して、温度制御部のオン／オフ制御をより細かく行うものであることから、温度制御部をオフとする時間長を図１の場合と比較してより長くできることが期待できる。
【００５９】
なお、第２の実施の形態のレーザ駆動制御回路２０としても、半導体レーザ２の温度が常に一定に保たれるものではないが、これに伴うレーザ光の波長変化による影響を防止するために、この場合は、動作開始温度下限値Ｔ−Ｌｅｖ３と同上限値Ｔ−Ｌｅｖ４とをこのような影響が出ない程度の値に設定しておく必要がある。
【００６０】
また、上記各実施の形態では、温度制御を行う際に温度目標値Ｔ−Ｌｅｖ０と比較するための、レーザ駆動電流のレベルを示す駆動電流値として、誤差信号Ｉｏｐを温度制御部に対して入力するようにしたが、この他にも、例えばレーザドライバ８から出力されるレーザ駆動電流を入力して温度目標値との誤差を検出するように構成されてもよい。なお、この場合の温度目標値Ｔ−Ｌｅｖ０やその他の閾値としては、誤差信号Ｉｏｐの値に応じたものでなく、駆動電流のレベルに対応して設定される必要があることは言うまでもない。
或いは、例えばヘッドアンプ４から出力されるレーザ出力の値と温度目標値との誤差を検出するように構成されてもよい。
【００６１】
【発明の効果】
以上で説明したように本発明では、半導体レーザの駆動電流のレベルを制御してレーザ出力を一定とするように構成されたレーザ駆動制御手段を備えるレーザ駆動制御回路として、レーザ駆動電流のレベルを示す駆動電流値に応じて半導体レーザの温度制御を行う温度制御手段を備えるようにしている。
その上で、上記駆動電流値のレベルに応じて、上記温度制御手段の動作をオンとオフとで切り換える動作切換手段を備えるようにしている。
これにより、上記温度制御手段は、上記駆動電流値のレベルに応じてオン／オフされるものとなる。
すなわち、このような本発明によっては、半導体レーザの温度制御のために、上記のような温度制御手段に対して常に電力を供給する必要がなくなるものであり、これにより回路の消費電力を削減できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における第１の実施の形態としてのレーザ駆動制御回路の構成例を示した回路図である。
【図２】第１の実施の形態としてのレーザ駆動制御回路の動作を説明するための図である。
【図３】本発明における第２の実施の形態としてのレーザ駆動制御回路の構成例を示した回路図である。
【図４】第２の実施の形態としてのレーザ駆動制御回路の動作を説明するための図である。
【図５】レーザ温度特性について説明するための図である。
【図６】レーザＡＰＣ回路の構成を簡略的に示した回路図である。
【図７】冷却素子を備えたレーザＡＰＣ回路の構成を簡略的に示した回路図である。
【図８】駆動電流により半導体レーザの温度を感知して温度制御を行うようにした構成を示した回路図である。
【符号の説明】
１ レーザ駆動制御回路、２ 半導体レーザ、３ フォトディテクタ、４ ヘッドアンプ、５ 減算回路、６ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、７ 誤差増幅回路、８ レーザドライバ、９ 減算回路、１０ 動作切換スイッチ、１１ ローパスフィルタ、１２ 誤差増幅回路、１３ 冷却素子ドライバ、１４ 冷却素子、１５ａ〜１５ｄ コンパレータ、１６ ＯＲゲート回路、１７ ロジック回路

Claims (3)

1. 半導体レーザの駆動電流のレベルを制御してレーザ出力を一定とするように構成されたレーザ駆動制御手段を備えるレーザ駆動制御回路であって、
   上記駆動電流のレベルに応じて変化するものとされる、上記半導体レーザにおける温度を制御可能に設けられた加熱／冷却素子と、
   上記レーザ駆動制御手段により制御される上記駆動電流のレベルを示す駆動電流値と、予め設定された温度設定値との誤差を検出する誤差検出手段と、
   上記誤差検出手段の検出結果に基づいて上記加熱／冷却素子を駆動制御することにより、上記半導体レーザにおける温度を一定とするように動作可能な温度制御手段とを備えると共に、
   上記駆動電流値のレベルに応じて、上記温度制御手段の動作をオンとオフとで切り換える動作切換手段を備える、
   ことを特徴とするレーザ駆動制御回路。
2. 上記動作切換手段は、
   上記駆動電流値と、予め設定された、上記温度設定値とは異なる２値の閾値とを比較した結果に基づき、上記温度制御手段の動作をオンとオフとで切り換えるように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ駆動制御回路。
3. 上記動作切換手段は、
   複数の異なる閾値が設定されていると共に、上記駆動電流値と、これらの閾値とを比較した結果に基づき、上記温度制御手段のオンとオフとを異なる条件で切り換えるように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ駆動制御回路。

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