JP2005056902A - 半導体レーザ駆動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】発振波長を安定化させることが可能な半導体レーザ駆動装置を提供する。
【解決手段】光記録媒体にレーザ光L1を照射して情報の記録又は再生を行う光ピックアップに用いられる半導体レーザ駆動装置において、前記レーザ光を出射するレーザ素子4と、前記レーザ素子に駆動電流を流す電流制御部6と、記録モード、再生モード又はウォームアップのいずれか1つを選択すると共に、前記各モードに対応した駆動電流を流すように前記電流制御部に指示する動作制御部8と、前記記録又は再生を行う前に、前記レーザ素子の安定化のために前記ウォームアップモードを実行するように前記動作制御部に指示するウォームアップ指示部10とからなる。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ピックアップに用いられる半導体レーザ駆動装置に係り、特に、光記録媒体の記録及び/又は再生の直前に半導体レーザ素子を高出力で駆動させて安定化させるようにした半導体レーザ駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、光ディスク等の光記録媒体の記録及び/又は再生システムにあっては、より一層の高記録密度化と高速データ転送が求められている。また、この高記録密度化と共に光ディスクに向けてレーザ光を出射する半導体レーザ素子に対しても安定した動作が求められている(特許文献1)。上記要請に応えるために、高記録密度化の一手段として半導体レーザ素子を赤色レーザから、波長の短い青色レーザへ切り換える動きが最近、特に活発になっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、青色レーザ光を出射するレーザ素子は、次世代のレーザ素子として量産可能な体制になりつつあるが、赤色レーザ用のレーザ素子と比較すると実績は浅く未知の問題も含んでいる。例えば図6は不安定状態のレーザ素子から出射する青色レーザ光の発振波長のスペクトルを示すグラフである。尚、発振波長はOptical Spectram Analyzerにて分析した。
【0004】
本来ならば、レーザ光の波長は、共振器長で決まるため1波長のみであるが、図6に示すような不安定状態では多数のピークP1〜P4を有して波長の多重化現象を生じている。このように中心波長が2箇所以上現れる発振状態では情報の記録再生に用いることができないのみならず、光学的にも重大な影響を及ぼしてしまう、という問題があった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、発振波長を安定化させることが可能な半導体レーザ駆動装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、青色レーザ光用のレーザ素子について鋭意研究した結果、記録再生動作を行う直前にある程度の高出力で駆動させてウォームアップすることにより自己加熱させれば、それ以降は安定した発振が得られる、という知見を得ることにより、本発明に至ったものである。
請求項1に係る発明は、光記録媒体にレーザ光を照射して情報の記録又は再生を行う光ピックアップに用いられる半導体レーザ駆動装置において、前記レーザ光を出射するレーザ素子と、前記レーザ素子に駆動電流を流す電流制御部と、記録モード、再生モード又はウォームアップのいずれか1つを選択すると共に、前記各モードに対応した駆動電流を流すように前記電流制御部に指示する動作制御部と、前記記録又は再生を行う前に、前記レーザ素子の安定化のために前記ウォームアップモードを実行するように前記動作制御部に指示するウォームアップ指示部と、からなることを特徴とする半導体レーザ駆動装置である。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る半導体レーザ駆動装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図1は本発明に係る半導体レーザ駆動装置を示すブロック構成図、図2は青色レーザ光用のレーザ素子を高出力(30mW)で駆動した時の駆動電流と発振波長との関係を示すグラフ、図3は図2のレーザ素子の動作が安定化した時の発振波長のスペクトルを示すグラフ、図4は青色レーザ光のレーザ素子を高出力(30mW)で所定時間駆動した後に低出力(3mW)で駆動した時の発振波長を示すグラフ、図5は半導体レーザ駆動装置の動作を説明するフローである。
【0007】
図示するように、この半導体レーザ駆動装置2は、例えば青色のレーザ光L1を出射するレーザ素子4と、上記レーザ素子4に流れる駆動電流を制御する電流制御部6と、この電流制御部6へ異なる駆動電流に対応した複数のモードを選択的に支持する例えばマイクロコンピュータ等よりなる動作制御部8と、記録及び/又は再生動作を行う直前に上記レーザ素子を高出力で動作するウォームアップモードを実行するように上記動作制御部8に指示するウォームアップ指示部10とを主に備えている。
【0008】
具体的には、上記レーザ素子4が搭載される光ピックアップ(図示せず)は、ステップモータ12等の駆動により光記録媒体の一例である光ディスクDの半径方向へ移動可能になされており、また上記ステップモータ12の駆動パルス等により光ピックアップのディスク半径方向における位置も判るようになっており、位置検出信号S1として出力されてくる。上記電流制御部6は、第1のオペアンプ14と増幅トランジスタ16とを有し、上記第1のオペアンプ14の出力が上記増幅トランジスタ16のベースに抵抗Raを介して接続されている。
そして、上記増幅トランジスタ16のコレクタに抵抗Rbを介して+Vボルト、例えば+5ボルトの電源が接続される。また上記増幅トランジスタ16のエミッタは抵抗Rc、Rdの直列接続を介して接地される。そして、上記抵抗Rcと抵抗Rdの接続点に上記レーザ素子4が接続されて、他端が接地されている。これにより、上記増幅トランジスタ16により増減するように制御された電流が上記レーザ素子4へ駆動電流として流れることになる。
【0009】
一方、前記位置検出信号S1はゲイン調整回路18へ入力されてこのゲイン調整を行い、この出力は更にオフセット調整回路20へ入力されてその直流成分を調整するようになっている。このオフセット調整回路20の出力は、上記電流制御部6の第1のオペアンプ14の非反転入力(+)へ入力される。また、この第1のオペアンプ14の反転入力(−)へは、上記動作制御部8からの出力が入力されている。またこの第1のオペアンプ14の出力は、上記反転入力(−)へ接続されて負帰還のフィードバックをかけるようになっている。
また光ピックアップの光学系には、レーザ素子4からのレーザ光L1の一部を受けてその強度を測定するためのモニタダイオード22が設けられているが、このモニタダイオード22の光電変換電流S2は、I/Vアンプ24の反転入力(−)へ入力されて電流から電圧に変換され、この出力は更にゲインアンプ26の反転入力(−)へ入力されて電圧が調整された後、この出力は上記動作制御部8へ入力するようになっている。
【0010】
この動作制御部8は、前述したようにレーザ素子4の動作のモードを選択してレーザ素子4の出力(電力)を適正となるように変化させる機能を有する。例えば動作モードとしては、再生モード、記録モード、そして本発明の特徴とするウォームアップモードが一例として存在する。上記再生モードは光ディスクに記録されている情報を読み出す動作を行い、通常は小出力、例えば3mW程度でレーザ素子4を駆動する。記録モードは光ディスクに対して新たな情報を記録する動作を行い、記録時のレーザ素子4は高出力、例えば30mW程度で駆動する。尚、この記録モードの場合でも、当初は光ディスクに関する情報等を読み取るために、最初は読み出し用の小出力、例えば3mWでレーザ素子は駆動し、その後、実際の記録動作の時に高出力で駆動する。
【0011】
また本発明の特徴とするウォームアップモードは、レーザ素子4自体を加熱して安定化させるために高出力、例えば記録モードと同じ30mW程度の高出力で駆動する。尚、このウォームアップモードの動作時間は後述するように、例えば数十秒間という短時間であり、再生モードや記録モードの動作を実行する直前に行う。そして、この動作制御部8には、使用者が記録モードか、再生モードかの選択を行うモード選択ボタン28が接続されている。
【0012】
一方、上記ウォームアップ指示部10は、上記増幅トランジスタ16のコレクタ側へ流れる電流を検出するための電流検出回路30と、この電流検出回路30の出力と基準値とを比較してその比較結果に応じてウォームアップモードの終了指示信号S3を上記動作制御部8へ出力する電流比較部32と、ローディングスイッチ34とにより主に構成されている。
この電流比較部32の基準値は、後述するようにここでは例えば39.1mAに設定されており、レーザ素子4に流れる駆動電流がこの基準値を越えた時にウォームアップモード終了指示信号S3を出力するようになっている。またこの電流比較回路32は、光ディスクをローディングするためのローディングスイッチ34からの出力を入力されるようになっており、このローディングスイッチ34の出力は上記動作制御部8へも入力される。
【0013】
次に、以上のように構成された半導体レーザ駆動装置の動作について説明する。
ここでの動作の特徴は、使用者が再生モード及び記録モードの選択如何にかかわらず、ローディングスイッチ34を押して光ディスクをローディングした時には、まず最初にウォームアップモードを実行することによってレーザ素子4を高出力で駆動してこれを自己加熱し、動作を安定化させる点である。そして、ある程度動作が安定してから、通常モード、例えば再生モード、或いは記録モードへとモードを切り換えてその動作を実行するようになっている。ここでは、ウォームアップモードから通常モードへの切り替えは、上記電流比較部32での比較結果に基づいて出力されるウォームアップモード終了指示信号S3により行う。例えばローディングスイッチ34が押されると、動作制御部8からは、ウォームアップモードを実行するために例えば電圧が高い駆動指令S4が電流制御部6へ向けて出力され、この電圧が高い駆動指令S4が第1のオペアンプ14の反転入力(−)へ入力され、そして、第1のオペアンプ14の出力が増幅トランジスタ16のベースへ入力されて大きな電力(高出力、例えば30mW)でレーザ素子4を駆動して自己加熱されることになる。
【0014】
このレーザ素子4は、後述するようにある程度の高出力で所定時間だけ自己加熱すると、次第に駆動電流が増加してきて動作が安定化するので、駆動電流がある程度、すなわち基準値、例えば39.1mAまで増加したならば、モードを切り替えるために電流比較部32は、ウォームアップモード終了指示信号S3を動作制御部8に向けて出力する。尚、上記ウォームアップモード中には当然のこととして光ディスク上にはレーザ光が照射されないようにする。
すると、現在、使用者により例えば再生モードが選択されている場合には、この動作制御部8は駆動指令S4の電圧を例えば1/10に減じるなどして再生モードを実行するように指示を出す。すると、半導体トランジスタ16のベースに入力される電圧も1/10になり、この結果、レーザ素子4へ投入される電力は小電力(小出力、例えば3mW)となって、再生モードが実行されることになる。
【0015】
また記録モードが選択されている場合には、前述したように記録モードに切り替わった当初はディスクに関する情報を読み取るために、レーザ素子4は当初は3mWの小出力で駆動され、その後は、30mWの大出力で駆動される。
尚、ここではウォームアップモード時の駆動電力を、記録モード時の高出力の駆動電力と同じ30mWとしたが、より短時間でレーザ素子を安定化させるために30mWよりも大きい駆動電力、例えば40mWで自己加熱するようにしてもよい。
【0016】
また、ステップモータ12側より出力される位置検出信号S1は、この光ピックアップのディスク半径方向における位置を示す信号であり、ディスク半径方向における位置に応じて、上記第1のオペアンプ14からの出力を僅かに変化させることによってレーザ素子4の駆動電力を僅かに制御する。これにより、光ディスクのトラック単位長さ当たりに投入される光量(電力)を略一定となるように設定している。この場合、光ディスクの回転方式が線速度一定(CLV)でも、回転数一定(CAV)でもどちらでもよい。
【0017】
またモニタダイオード22では、レーザ素子4からのレーザ光L1が常時モニタされており、このモニタ値が一定値を維持するように上記動作制御部8は駆動指令S4の電圧値をコントロールする。ここで、モード切り替えでレーザ素子4の高出力時と小出力時とでは当然にモニタダイオード22での受光量は大きく、例えば10倍に亘って変化するが、このモード切り替え時には、動作制御部8は、それに対応させてモニタダイオード22側からの入力ゲインを切り替えて参照するようになっている。
【0018】
次に、上記レーザ素子4の安定性について検討したので、その検討結果について説明する。ここでは前述したように青色光のレーザ光を出力するレーザ素子について行った。図2はその結果を示す。
このレーザ素子は、記録モードの記録時の高出力、すなわち30mWで駆動されており、その時の駆動電流及び発振波長を示している。この図2から明らかなように、駆動を開始すると、時間の経過と共に駆動電流が次第に増加しており、最終的に39.2mA程度で飽和している。これに対して、レーザ光の発振波長は、駆動開始から40秒程度までは不安定で上下に大きく変化しているが、50秒程度で略安定しており、略406.0〜406.1nmで一定になっている。従って、30mWの高出力の場合では50秒程度駆動させればレーザ素子の発振波長を安定化できることが確認できた。図3は図2においてレーザ素子が安定化した時の発振波長のスペクトルを示しており、図6と比較すると明らかなように、略406nmの波長で安定していることが確認できた。
【0019】
次に、高出力(30mW)でどの程度の時間だけ駆動すればよいか検討を行った。図4はその検討結果を示す。図4では高出力(30mW)での駆動時間を、0秒(図4(A))、40秒(図4(B))、50秒(図4(C))、60秒(図4(D))のように種々変更して行い、その後に直ちに再生モード時の小出力(3mW)で駆動した時の発振波長の変化を示している。図4中では、横軸の時間軸は3mW出力での駆動時間を示しており、従って、横軸の時間ゼロの直前に、上記所定の時間だけ高出力駆動を行っている。
【0020】
まず図4(A)に示す場合は、30mWでの駆動なしで(自己加熱なし)、直接3mWの小出力駆動を行っている。また図4(B)に示す場合には、30mWの高出力で40秒間自己加熱を行っている。この図4(A)及び図4(B)に示す場合には、発振波長が略405.65nmと略406.0nmの2ヵ所で波長ピークが発生しており、しかも、時間がある程度経過しても安定しないことが確認できた。
これに対して、図4(C)は30mWの高出力で50秒間自己加熱を行った場合を示し、図4(D)は30mWの高出力で60秒間自己加熱を行った場合を示している。この図4(C)及び図4(D)に示す場合には、発振波長が略406nmの一つの波長で安定しているのが確認された。従って、前述したように、30mWの高出力で駆動する場合には少なくとも50秒間の駆動をすることによりレーザ素子を安定化できることが確認できた。
【0021】
次に、図5に示すフローチャートに基づいて、上記動作の流れを総括的に説明する。
まず、使用者はモード選択ボタン28(以下、図1参照)により記録モードか、再生モードかを選択する(S1)。次に、使用者は光ディスクを記録再生装置にセットし(S2)、ローディングスイッチ34を押す(S3)。すると、記録再生装置は光ディスクをローディングすると共に、動作制御部8はウォームアップモードの実行を指令するように駆動指令S4を出力する(S4)。これに従って、前述のようにレーザ素子4は高出力、例えば30mWで駆動が開始される。この時、このレーザ素子4の駆動電流は継続的に検出されており、この検出結果はウォームアップ指示部10の電流比較回路32にて基準値、例えば39.1mAと比較されており(S5)、駆動電流が基準値に達すると、ウォームアップ終了指示信号S3を、動作制御部8へ向けて出力する。すると、動作制御部8は、ウォームアップモードを終了し、先に使用者によって入力によって選択されたモード、すなわち再生モード、或いは記録モードを行うように、駆動指令S4の出力を加えることになる(S6)。
【0022】
そして、選択されたモードに対応した電力で上記レーザ素子4を駆動し(S7)、このモードを実行する(S8)。そして、このモードの実行が完了したならば(S9)、処理が終了することになる。
尚、上記実施例では、レーザ素子4の小出力として3mW、高出力として30mWを用いたが、これに限定されず、小出力の場合は1〜5mW程度の範囲内、高出力の場合は20〜40mW程度の範囲内としてもよいが、いずれにしてもウォームアップモードの実行時間は、その時の出力と時間とによって定まり、例えばこの出力が更に大きければ、ウォームアップモードの時間は50秒よりさらに短くすることができる。
【0023】
また、ここではウォームアップ指示部10として電流検出回路30と電流比較回路32との組み合わせを用いたが、これに替えて、例えばタイマ手段を用いてもよい。すなわち、この場合にはローディングスイッチ34の押圧と同時にタイマ手段が始動されて、50秒後にウォームアップモード終了指示信号S3を出力するようにしてよい。また更に、これらに替えてローディング機構にリミットスイッチを設けておき、ローディング動作に50秒間を要するように設計しておいて、ローディング動作の完了と同時にリミットスイッチが機械的にオンされて上記ウォームアップモード終了指示信号S3を出力させるようにしてもよい。
【0024】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体レーザ駆動装置によれば、実際の記録動作、或いは再生動作を行う直前にウォームアップモードにより自己加熱させるようにしているので、特に青色用レーザ光の発振波長を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体レーザ駆動装置を示すブロック構成図である。
【図2】青色レーザ光用のレーザ素子を高出力(30mW)で駆動した時の駆動電流と発振波長との関係を示すグラフである。
【図3】図2のレーザ素子の動作が安定化した時の発振波長のスペクトルを示すグラフである。
【図4】青色レーザ光のレーザ素子を高出力(30mW)で所定時間駆動した後に低出力(3mW)で駆動した時の発振波長を示すグラフである。
【図5】半導体レーザ駆動装置の動作を説明するフローである。
【図6】不安定状態のレーザ素子から出射する青色レーザ光の発振波長のスペクトルを示すグラフである。
【符号の説明】
2…半導体レーザ駆動装置、4…レーザ素子、6…電流制御部、8…動作制御部、10…ウォームアップ指示部、14…第1のオペアンプ、16…増幅トランジスタ、30…電流検出回路、32…電流比較回路、L1…レーザ光。

Claims (1)

  1. 光記録媒体にレーザ光を照射して情報の記録又は再生を行う光ピックアップに用いられる半導体レーザ駆動装置において、
    前記レーザ光を出射するレーザ素子と、
    前記レーザ素子に駆動電流を流す電流制御部と、
    記録モード、再生モード又はウォームアップのいずれか1つを選択すると共に、前記各モードに対応した駆動電流を流すように前記電流制御部に指示する動作制御部と、
    前記記録又は再生を行う前に、前記レーザ素子の安定化のために前記ウォームアップモードを実行するように前記動作制御部に指示するウォームアップ指示部と、からなることを特徴とする半導体レーザ駆動装置。
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