JP2005142324A - 半導体レーザー測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体レーザーのキンク特性は速度応答を有し、この速度応答を考慮しないと、半導体レーザーのキンク特性を検出することが出来ない。
【解決手段】光学ヘッドの半導体レーザー１からの出射光を受光するモニタ受光素子３と、レーザードライバ２を制御する制御信号を発生する信号発生回路８，９によりレーザー駆動信号のパルス波形におけるライトパワー値を発生させる期間に対応するタイミングで前記モニタ受光素子３により得られるモニタ出力を測定する測定回路２２とを備え、レーザードライバから発生されるレーザー駆動信号の出力レベルを所定刻みに変化させ、その都度、前記測定回路２２によりモニタ受光素子３からのモニタ出力を測定し、このモニタ出力の測定値のレーザー駆動信号の出力レベルに対する変化の直線性を検出して半導体レーザー１の品質を判断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学ヘッドの半導体レーザーをレーザードライバから出力されるパルス波形のレーザー駆動信号により駆動して記録媒体にデータ記録を行う光記録装置に使用される半導体レーザーを測定する半導体レーザー測定装置に関し、特に、半導体レーザーの特性のキンクを検出する半導体レーザー測定装置に関する。

光学ヘッドからの光ビームを用いてディスクにデジタルのデータ信号を記録する光ディスク記録装置としては、ＣＤ（Compact Disc）ファミリーのＣＤ−Ｒ（Recordable）及びＣＤ−ＲＷ（ReWritable）、あるいはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）ファミリーのマイナス（−）系及びプラス（＋）系のＲ（Recordable）、−系及び＋系のＲＷ（ReWritable）、及びＲＡＭに対応するドライブ装置が良く知られており、この光ディスク記録装置においては、記録速度の高速化が図られている。

ところで、このような光記録装置に使用される光学ヘッドにおいて、光源となる半導体レーザー（レーザーダイオード）が不良であったり、劣化することにより半導体レーザーの特性が規格外であると、光学ヘッドから出射されるレーザー出力が意図した値とならず、記録不良を発生させる。

その為、光学ヘッドの半導体レーザーの特性を測定し、半導体レーザーの特性が規格外である場合に光記録装置に使用するのを止めたり、あるいは記録動作を禁止して記録不良のディスク等の記録媒体が作成されないようにする必要がある。

ところで、半導体レーザーの特性の１つとしては、半導体レーザーの駆動電流と半導体レーザーのレーザー出力との関係において線形性が無くなるキンク（ＫＩＮＫ）と呼ばれる現象がある。

その為、光学ヘッドの半導体レーザーの特性にキンクがあるか否かを測定し、これにより半導体レーザーの特性が規格外であることを判断することが行われている。（特許文献１参照）
特開２０００−１８７８６７号公報

特許文献１に示される半導体レーザー測定装置においては、図２の半導体レーザーの駆動電流と半導体レーザーのレーザー出力との関係を示す特性図に示されるような半導体レーザーの局所的なキンクを測定するようになっていない。

ところで、光記録装置において記録速度の高速化が図られ、これに対応してライトストラテジによりレーザー駆動信号のパルス波形のパルス幅が狭くなるので、記録速度に対応したパルス波形のパルス幅に基づく半導体レーザーの特性を測定しなければ、実使用に即した半導体レーザーの特性を測定することが出来ず、特に、半導体レーザーのキンク特性は速度応答を有し、この速度応答を考慮し、記録速度の高速化に対応させてパルス幅の狭いパルス波形のレーザー駆動信号により半導体レーザーを駆動させた状態で半導体レーザーのキンク特性を測定しないと、そのキンク特性を検出することが出来ない。

本発明は、光学ヘッドの半導体レーザーからの出射光を受光するモニタ受光素子と、レーザードライバを制御する制御信号を発生する信号発生回路によりレーザー駆動信号のパルス波形におけるライトパワー値を発生させる期間に対応するタイミングで前記モニタ受光素子により得られるモニタ出力を測定する測定回路とを備え、レーザードライバから発生されるレーザー駆動信号の出力レベルを所定刻みに変化させ、その都度、前記測定回路によりモニタ受光素子からのモニタ出力を測定し、このモニタ出力の測定値のレーザー駆動信号の出力レベルに対する変化の直線性を検出して半導体レーザーの品質を判断する。

本発明の半導体レーザー測定装置は、レーザー駆動信号のパルス波形におけるライトパワー値を発生させる期間に対応するタイミングでモニタ受光素子により得られるモニタ出力を測定回路により測定するようにし、レーザー駆動信号の出力レベルを所定刻みに変化させ、その都度、前記測定回路により測定されるモニタ出力の測定値のレーザー駆動信号の出力レベルに対する変化の直線性を検出しているので、実使用に即した半導体レーザーの特性を測定することが出来、記録速度の高速化に対応させてパルス幅の狭いパルス波形のレーザー駆動信号により半導体レーザーを駆動させた状態での半導体レーザー特性のキンクを測定することが出来る。

特に、測定時に使用するレーザー駆動信号のパルス波形を実際の記録速度に基づくライトストラテジにより設定するようにしているので、実使用に即した半導体レーザーの局所的なキンク特性を測定することが出来る。

また、レーザードライバの制御信号を発生する信号発生回路のＡＰＣ回路をオン状態にして測定したモニタ出力を基準にして前記ＡＰＣ回路のオフ状態でレーザー駆動信号の出力レベルを所定刻みに変化させた際に測定したモニタ出力の変化を検出しており、光記録装置に既存の回路を使用して半導体レーザーの特性を測定することが出来る。

図１は本発明に係る半導体レーザー測定装置を備える光ディスク記録装置の一実施例を示す回路ブロック図である。

光学ヘッドの光源となるレーザーダイオード１はレーザードライバ２により駆動され、ディスク（図示せず）に対して記録及び再生を行うためのレーザービームを出射する。

光学ヘッドにはレーザーダイオード１から出射されてディスクに導かれる光路途中で分離されるレーザービームを受光するフロントモニターダイオード３が備えられており、このフロントモニターダイオード３は受光されるレーザービームの光量に応じて受光電流が流れ、この受光電流に応じた電圧信号のモニター出力を発生する。

レーザードライバ２には、エンコーダ／デコーダ４の動作に関連付けられたタイミングで切り換えられるスイッチ回路５，６により選択される信号が供給され、ディスク再生時においてリードパワー信号発生回路８から発生されるリードパワー信号が供給され、ライトワンスディスクの記録時においてリードパワー信号発生回路８から発生されるリードパワー信号と、ライトパワー信号発生回路９から発生されるライトパワー信号とにより生成されるパルス波形信号が供給される。

リードパワー信号発生回路８には、ＡＰＣ（Automatic Power Control）回路１１からのＡＰＣ出力が入力される。このＡＰＣ回路１１には、フロントモニターダイオード３に受光されるレーザービームの光量に応じたモニター出力をサンプル・ホールド回路（Ｓ／Ｈ回路）１２によりエンコーダ／デコーダ４による処理動作に関連付けられてリードパワ
ー値によりレーザーダイオード１が駆動されているタイミングでサンプル・ホールドしたＳ／Ｈ電圧と、ＣＰＵ１３に記録条件、再生条件に対応してあらかじめ取得されて記憶されたデータをデジタル・アナログ変換回路（Ｄ／Ａ回路）１４によりデジタル・アナログ変換した基準電圧とが印加され、ＡＰＣ回路１１は基準電圧に対する前記Ｓ／Ｈ電圧の差分電圧に対応してＡＰＣ出力を補正する。

その為，リードパワー信号発生回路８は、前記ＡＰＣ回路１１からのＡＰＣ出力によりフロントモニターダイオード３からのモニター出力をリードパワー値に対応する一定に制御するべくレーザードライバ２を制御する制御信号を発生する。

ディスク再生時において、ＣＰＵ１３からＤ／Ａ回路１４に供給されるデータはレーザーダイオード１の駆動がディスク種別や記録速度等の再生条件に適切なレーザー出力となるように設定されている。その為、リードパワー信号発生回路８は再生条件に適合するディスク再生に適切な一定レベルにレーザーダイオード１からのレーザー出力を制御するべくレーザードライバ２を制御するリードパワー信号を発生する。

一方、ライトワンスディスクの記録時において、ＣＰＵ１３からＤ／Ａ回路１４に供給されるデータはレーザーダイオード１の駆動がディスク種別や記録速度等の記録条件に適合したリードパワー値に適切なレーザー出力となるように設定されている。その為、リードパワー信号発生回路８は記録条件に適合するディスク記録に適切なリードパワー値の一定レベルにレーザーダイオード１からのレーザー出力を制御するべくレーザードライバ２を制御するリードパワー信号を発生する。

ライトパワー信号発生回路９にはスイッチ回路１５の切り換えによりＡＰＣ回路１６からのＡＰＣ出力とＡＣＣ（Automatic Current Control）回路１７からのＡＣＣ出力とのいずれかが選択的に入力される。

ＡＰＣ回路１６には、フロントモニターダイオード３に受光されるレーザービームの光量に応じたモニター出力をサンプル・ホールド回路（Ｓ／Ｈ回路）１８によりライトパワー値によりレーザーダイオード１が駆動されているタイミングでサンプル・ホールドしたＳ／Ｈ電圧と、ＣＰＵ１３に記録条件に対応してあらかじめ取得されて記憶されたデータをデジタル・アナログ変換回路（Ｄ／Ａ回路）１９によりデジタル・アナログ変換した基準電圧とが印加され、ＡＰＣ回路１６は、基準電圧に対する前記Ｓ／Ｈ電圧の差分電圧に対応してＡＰＣ出力を補正する。

その為，スイッチ回路１５の切り換えによりＡＰＣ回路１６からのＡＰＣ出力が選択された際には、ライトパワー信号発生回路９は前記ＡＰＣ回路１６からのＡＰＣ出力によりフロントモニターダイオード３からのモニター出力をライトパワー値に対応する一定に制御するべくレーザードライバ２を制御するライトパワー信号を発生する。この場合、ライトパワー信号発生回路９は記録条件に適合するディスク記録に適切なライトパワー値の一定レベルにレーザーダイオード１からのレーザー出力を制御するべくレーザードライバ２を制御するライトパワー信号を発生する。

一方、ＡＣＣ回路１７にはＣＰＵ１３に記憶されるデータをデジタル・アナログ変換回路（Ｄ／Ａ回路）２０によりデジタル・アナログ変換して発生されるＡＣＣ電圧が印加され、ＡＣＣ回路１７はこのＡＣＣ電圧を基に電流一定のＡＣＣ信号を発生する。

その為，スイッチ回路１５の切り換えによりＡＣＣ回路１７からのＡＣＣ出力が選択された際には、ライトパワー信号発生回路９は前記ＡＣＣ回路１７からのＡＣＣ出力によりライトパワー値に対応してレーザードライバ２を制御するライトパワー信号を発生する。
この場合、ライトパワー信号発生回路９は記録条件に適合するディスク記録に適切なライトパワー値にレーザーダイオード１からのレーザー出力を制御するべくレーザードライバ２を制御するライトパワー信号を発生する。

切換制御回路２１はエンコーダ／デコーダ４の動作に基づいてスイッチ回路１５の切り換えを制御し、これによりスイッチ回路１５はディスク記録時の記録直前までＡＣＣ回路１７からのＡＣＣ出力が選択され、記録開始と同時にＡＰＣ回路１６からのＡＰＣ出力が選択されるようになっている。

すなわち、ＡＣＣ回路１７はライト信号発生回路９によりディスク記録時の記録直前まで発生させる制御出力を設定する先出し用設定回路となっている。

このように構成される図１に示す回路は、光学ヘッドのレーザーダイオード１のキンク特性を測定する機能を有している。このレーザーダイオード１のキンク特性を測定する場合、ディスクを必要としない。

レーザーダイオード１のキンク特性を測定する操作が行われると、光学ヘッドのフォーカスサーボ及びトラッキングサーボがオフ状態になり、対応させる記録可能な最高速、あるいはこの最高速に近い所定の速度の記録状態に設定されるべくＣＰＵ１３によりライトストラテジが設定されると共に、スイッチ回路１５の切り換えによりＡＰＣ回路１６からのＡＰＣ出力が選択される状態になる。これによりレーザーダイオード１にとって最も過酷な実使用に即したレーザーダイオード１のキンク特性が測定されることになる。

そして、ＣＰＵ１３によりＤ／Ａ回路１９に第１の所定値、例えばレーザーダイオード１を１０ｍＷのライトパワーで駆動させる場合のライトパワー設定値ＷＤＡＣ（１０）が設定されると共に、ランダムな記録が行われるべくスイッチ回路５，６が切り換えられてリードパワー信号とライトパワー信号とにより生成されるパルス波形のテスト信号がレーザードライバ２に供給される。

その為、レーザーダイオード１はＤ／Ａ回路１９が第１の所定値に設定されたテスト信号に応じて駆動され、この際のＡＰＣ回路１６によるＡＰＣ動作のオン状態でのフロントモニターダイオード３からのモニター出力がＳ／Ｈ回路１８によりサンプル・ホールドされて第１のＷＳＨＯ電圧ｙ（１０）としてＣＰＵ１３内の測定回路２２により測定されるようになっている。

第１のＷＳＨＯ電圧が測定されると、次に、Ｄ／Ａ回路１９に第２の所定値、例えばレーザーダイオード１を２０ｍＷのライトパワーで駆動させる場合のライトパワー設定値ＷＤＡＣ（２０）が設定され、第１のＷＳＨＯ電圧が測定される状態と同様に、第２のＷＳＨＯ電圧ｙ（２０）としてＣＰＵ１３内の測定回路２２により測定される。

ここで、エンコーダ／デコーダ４のエンコード動作に応じてパルス波形の記録信号が発生され、フロントモニターダイオード３からのモニター出力（記録信号に対して位相反転して出力される）が図２（イ）に示すように発生されると、このモニター出力のライトパワーに対応する期間のタイミングに同期するべくＷＡＰＣ信号が図２（ロ）に示すように発生され、このＷＡＰＣ信号によりＳ／Ｈ回路１８によりサンプル・ホールドされるタイミングは決定されている。その為、ＣＰＵ１３内の測定回路２２により測定される前記モニター出力のＷＳＨＯ電圧ｙ（ｎ）は記録信号のライトパワー値に基づいている。

ところで、ＡＰＣ動作のオン状態において、フロントモニターダイオード３からのモニター出力をＤ／Ａ回路１９に設定される値に対応した一定値にするべくフロントモニター
ダイオード３の感度が保障されており、レーザーダイオード１を所定の２点のライトパワーで駆動させた場合における所定の第１及び第２のＷＳＨＯ電圧が基準として測定され、レーザーダイオード１を駆動するライトパワーｘ（ｎ）に対するフロントモニターダイオード３から得られるモニター電圧であるＷＳＨＯ電圧ｙ（ｎ）が分かる。

すなわち、ｙ（ｎ）−ｙ（１０）＝〔（ｙ（２０）−ｙ（１０））／（２０−１０）〕×（ｘ（ｎ）−１０）の式が成り立ち、この式をｘ（ｎ）について解くと、ｘ（ｎ）＝〔（ｙ（ｎ）−ｙ（１０））／（ｙ（２０）−ｙ（１０）〕×（２０−１０）+１０となる。

しかしながら、ＡＰＣ動作のオン状態においてはフロントモニターダイオード３からのモニター出力をＤ／Ａ回路１９に設定される値に対応した一定値にするように動作するからレーザーダイオード１のキンク特性を測定することが出来ない。

その為、レーザーダイオード１のキンク特性を測定する場合は、ＡＰＣ動作のオン状態で第１及び第２のＷＳＨＯ電圧を測定したら、次に、スイッチ回路１５が切り換えられ、ＡＣＣ回路１７からのＡＣＣ出力が選択される状態になり、ＡＰＣ動作のオフ状態でＤ／Ａ回路２０に第３及び第４の所定値を設定し、それぞれフロントモニターダイオード３から得られるモニター電圧であるＷＳＨＯ電圧を測定する。

ＡＰＣ動作のオン状態においてライトパワーｘ（ｎ）に対するＷＳＨＯ電圧ｙ（ｎ）の関係が導かれているので、この関係からＡＰＣ動作のオフ状態において測定された各ＷＳＨＯ電圧における各ライトパワー値を求め、ＡＰＣ動作のオフ状態におけるライトパワーＸ（ｎ）に対するＷＳＨＯ電圧Ｙ（ｎ）の関係を導き、これからＤ／Ａ回路２０に２点の所定値ｚ（ｐ），ｚ（ｑ）を設定した場合のそれぞれのレーザーダイオード１を駆動するライトパワーＸ（ｚ（ｐ）），Ｘ（ｚ（ｑ））を求め、逆に、レーザーダイオード１を駆動するライトパワー値Ｘ（ｚ（ｎ））を設定する場合のＤ／Ａ回路２０に設定する値ｚ（ｎ）を導きだす。

すなわち、Ｘ（ｎ）−Ｘ（ｚ（ｐ））＝〔（Ｘ（ｚ（ｑ））−Ｘ（ｚ（ｐ））／（ｚ（ｑ）−ｚ（ｐ）〕×（ｚ（ｎ）−ｚ（ｐ））の式が成り立ち、この式をｚ（ｎ）について解くと、ｚ（ｎ）＝[〔Ｘ（ｎ）−Ｘ（ｚ（ｐ））〕／〔Ｘ（ｚ（ｑ））−Ｘ（ｚ（ｐ））〕]×（ｚ（ｑ）−ｚ（ｐ））+ｚ（ｐ）と算出できる。

このようにしてＡＰＣ動作のオフ状態においてレーザーダイオード１を任意のライトパワー値Ｘ（ｎ）により駆動する場合のＤ／Ａ回路２０に設定する値ｚ（ｎ）が分かる状態になった後、ＣＰＵ１３によりレーザーダイオード１を任意のライトパワー値により駆動するようにＣＰＵ１３によりこのライトパワー値に対応する設定値がＤ／Ａ回路２０に設定され、その都度、ライトパワー値が発生される時点でのフロントモニターダイオード３からのモニター出力をＳ／Ｈ回路１８によりサンプル・ホールドしたＷＳＨＯ電圧ｙ（ｎ）をＣＰＵ１３内の測定回路２２により測定する。

この場合、レーザーダイオード１を駆動するライトパワー値を所定の２点間で所定刻みに変えるべくＤ／Ａ回路２０に設定する値を変えながらＷＳＨＯ電圧をＣＰＵ１３内の測定回路２２により測定する。例えば、前記ライトパワー値を１０ｍＷから２０ｍＷまで変化させる場合、１０ｍＷと１２ｍＷの２点、１１ｍＷと１３ｍＷの２点、…１８ｍＷと２０ｍＷの２点という具合に２点間のライトパワー値の差出力を２ｍＷとすると共に、変化させるライトパワー値を１ｍＷ刻みに設定させるようにする。但し、２点間のライトパワー値の差出力、及び変化させるライトパワー値はレーザーダイオード１の使用可能範囲内で任意に設定可能である。

このようにして所定の２点間で所定刻みに変化されたライトパワー値であるＷＳＨＯ電圧の差分はそれぞれＣＰＵ１３により演算され、このＷＳＨＯ値の差分から所定刻みの各２点間でのレーザーダイオード１における駆動パワーに対する出力パワーの特性の直線性、すなわちレーザーダイオード１における駆動電流に対する出力パワーの特性の直線性が判断される。

ここで、レーザーダイオード１を駆動するライトパワー値の変化は所定の２点間で所定刻みであるので、レーザーダイオード１における駆動電流Ｉに対する出力パワーＰの特性の直線性が確保されていれば、測定されるＷＳＨＯ電圧は一定間隔ずつ変化し、この変化量を監視することによりレーザーダイオード１における駆動電流に対する出力パワーの特性の直線性が判断出来、図３に示す如く、レーザーダイオード１に局所的なキンク特性があると、そのキンク部分Ｋのレーザーダイオード１における駆動電流Ｉに対する出力パワーＰの特性の傾きが他の部分と相違することになる。

その為、前記ＷＳＨＯ電圧の差分があらかじめ設定される許容範囲を越える値になった際に前記直線性が欠落していることになるので、判断手段２３は前記ＷＳＨＯ電圧の差分があらかじめ設定される許容範囲を越える値になっているか否かを判断し、この判断が「イエス」であると、レーザーダイオード１に局所的なキンク特性があると判断する。

半導体レーザーの納入検査をする際の局所的なキンク特性を測定する場合に適用できる。

本発明に係る半導体レーザー測定装置を備える光ディスク記録装置の一実施例を示す回路ブロック図である。 フロントモニターダイオード３から得られるモニター電圧であるＷＳＨＯ電圧がＳ／Ｈ回路１８によりサンプル・ホールドされるタイミングを示すタイミングチャートである。 局所的なキンク特性を有するレーザーダイオード１の駆動電流に対する出力パワーの特性を示す特性図である。

符号の説明

１ レーザーダイオード
２ レーザードライバ
３ フロントモニターダイオード
４ エンコーダ／デコーダ
８ リードパワー信号発生回路
９ ライトパワー信号発生回路
１３ ＣＰＵ
１６ ＡＰＣ回路
１７ ＡＣＣ回路
１８ Ｓ／Ｈ回路
１９，２０ Ｄ／Ａ回路
２２ 測定回路
２３ 判断手段

Claims (3)

1. 光学ヘッドの半導体レーザーをレーザードライバから出力されるパルス波形のレーザー駆動信号により駆動して記録媒体にデータ記録を行う光記録装置に使用される半導体レーザーを測定する半導体レーザー測定装置おいて、前記レーザードライバからパルス波形のレーザー駆動信号を発生させるべくレーザードライバを制御する制御信号を発生する信号発生回路と、記録媒体に記録する記録データに対応して前記信号発生回路から制御信号を発生させるエンコーダと、光学ヘッドの半導体レーザーからの出射光を受光するモニタ受光素子と、前記信号発生回路によりレーザー駆動信号のパルス波形におけるライトパワー値を発生させる期間に対応するタイミングで前記モニタ受光素子により得られるモニタ出力を測定する測定回路とを備え、前記レーザードライバから発生されるレーザー駆動信号の出力レベルを所定刻みに変化させ、その都度、前記測定回路によりモニタ受光素子からのモニタ出力を測定し、このモニタ出力の測定値のレーザー駆動信号の出力レベルに対する変化の直線性を検出して半導体レーザーの品質を判断することを特徴とする半導体レーザー測定装置。
2. 前記信号発生回路によりレーザードライバから発生させるレーザー駆動信号のパルス波形を光記録装置に対応させる実際の記録速度に基づくライトストラテジにより設定することを特徴とする請求項１記載の半導体レーザー測定装置。
3. 前記信号発生回路は前記モニタ受光素子からのモニター出力をサンプル・ホールド回路によりサンプル・ホールドしたモニター電圧に対応して発生する制御信号が補正されるＡＰＣ回路を備え、記録媒体にマーク記録を行うレーザードライバからのレーザー駆動信号のライトパワー値により半導体レーザーがレーザー発光される際のモニタ受光素子からのモニタ出力を前記ＡＰＣ回路をオン状態にして所定のレーザー発光出力時に測定し、前記ＡＰＣ回路をオフ状態にしてレーザードライバから発生されるレーザー駆動信号の出力レベルを所定刻みに変化させてレーザードライバからのレーザー駆動信号のライトパワー値により半導体レーザーがレーザー発光される際のモニタ受光素子からのモニタ出力の変化を、前記ＡＰＣ回路がオン状態で測定されたモニタ出力を基準にして測定したことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザー測定装置。
   
   

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