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

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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