JP2005174487A - 半導体レーザー測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品自体の品質精度の関係からモニターダイオードを用いるのではなく、記録媒体情報を得る光学ヘッドの光検出器を用いた半導体レーザーの品質測定を行う半導体レーザー測定装置が望まれていた。
【解決手段】互いの出力レベルの調整が行われたメインプッシュプル信号及びサブプッシュプル信号を信号生成回路２０により生成し、このメインプッシュプル信号及びサブプッシュプル信号を加算回路１２により加算し、これにより得られるパルス性出力をカウンタ１３によりカウントしてこのカウント値によって半導体レーザー１の良否を判定する。前記加算回路１２により得られる加算出力はトラッキングエラー信号がキャンセルされ、光検出器ＰＤに照射される光スポットの揺れ成分の信号となる。この信号はパルス性出力となるので、この信号がカウントされるか否かによりキンク特性を有する半導体レーザー１か否かを判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学ヘッドにおける半導体レーザーの駆動電流とレーザー出力との関係を測定する半導体レーザー測定装置に関し、特に、差動プッシュプル法によるトラッキング制御に対応させた光学系及び光検出器を備える光学ヘッドにおけ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）が初期不良であったり、劣化することにより半導体レーザーの特性が規格外となり、半導体レーザーが不良であると、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。

したがって、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。

その為、半導体レーザーの不良であることを検知し、その場合に記録動作を禁止することが行われている。（特許文献１参照）
特開平５−３４２５９４号公報

ところで、半導体レーザーの良否を判定する半導体レーザーの特性としては、図２の半導体レーザーの駆動電流Ｉと半導体レーザーのレーザー出力Ｐとの関係を示す特性図に示されるようなキンク（KINK）も１つの重要な要素であり、半導体レーザーの駆動電流Ｉに対するレーザー出力Ｐの関係を示す傾き（微分効率）が使用領域で一定とみなせる範囲であれば、キンクを有していないと判断でき、微分効率が一定とみなせる範囲を超える特性が出現する場合はキンクＫを有していると判断でき、微分効率によりキンクに係る半導体レーザーの良否判定が行える。

従来、このような半導体レーザーの良否判定を行うのに、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もそうであるが、光学ヘッドに備えるモニターダイオードに受光されるレーザー光量を用いて半導体レーザーから出射されるレーザー光の品質を判断し、それにより半導体レーザーの良否を判定することが行われている。

このモニターダイオードを用いた半導体レーザーの品質測定において、この測定結果の精度を疑われるデータが発生することがあった。これは、モニターダイオード自体の不具合による誤判定であることが判明した。

すなわち、モニターダイオードを用いた半導体レーザーの品質測定においては、モニタ
ーダイオード自体の品質精度が関係し、このモニターダイオードはディスク記録信号やフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号等の記録媒体情報を得る光学ヘッドの光検出器とは異なり光スポット品質そのものでなく光量を検出するものであるので、前記光検出器に比べて品質精度が劣る。その為、前記光検出器を用いた半導体レーザーの品質測定が行えれば、半導体レーザーの品質測定の信頼性を高くすることが出来ることから前記光検出器を用いた半導体レーザーの品質測定を行う半導体レーザー測定装置が望まれていた。

本発明は、光検出器の各受光領域に受光される各受光出力を用いて差動プッシュプル法によるトラッキング制御に用いられるメインプッシュプル信号及びサブプッシュプル信号を生成する信号生成回路と、互いの出力レベルの調整が行われたメインプッシュプル信号及びサブプッシュプル信号を加算する加算回路と、該加算回路により加算されて得られるパルス性出力をカウントするカウンタとを備え、該カウンタによるカウント値によって半導体レーザーの良否を判定する。

半導体レーザーにキンク特性が現れる場合、半導体レーザーの接合面方向、すなわち半導体レーザーのニアフィールドパターンの短径方向及びファーフィールドパターンの長径方向にレーザー光が揺れる現象が発生することが確認された。その為、半導体レーザーにキンク特性が現れる場合、トラッキングエラー信号に乱れが発生することが分かったので、差動プッシュプル法によるトラッキング制御に用いられるメインプッシュプル信号及びサブプッシュプル信号を互いに出力レベル調整した後に加算することによりトラッキングエラー信号をキャンセルして光検出器に照射される光スポットの揺れ成分を得る。この揺れ成分の信号はパルス性出力となるので、この信号がカウントされるか否かによりキンク特性を有する半導体レーザーか否かを判定する。

本発明に依れば、差動プッシュプル法によるトラッキング制御に用いられるメインプッシュプル信号及びサブプッシュプル信号を互いに出力レベル調整した後に加算することにより光学ヘッドに備える光検出器を用いて半導体レーザーにキンク特性があるか否かを判定でき、信頼性の高い半導体レーザー測定装置が提供できる。

また、本発明の半導体レーザー測定装置は、半導体レーザーの品質測定に差動プッシュプル法によるトラッキング制御に使用のメインプッシュプル信号及びサブプッシュプル信号を用いるので、構成が簡単で容易に実現できる。

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り、この光ディスク記録装置は差動プッシュプル方式のトラッキング制御を採用している。

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。

レーザーダイオード１から出射される光ビームは、光学ヘッドに備える回折格子３により回折されて対物レンズ４により集光されてディスクに照射され、ディスクに照射される回折光の０次ビームは記録信号の書き込み及び読み取りを行うメインビームとなり、回折光の±１次ビームはトラッキング制御に用いられる先行及び後行の各サブビームとなる。

それらの各ビームは、図示の如く、メインビームが照射されてディスク上に形成される
メインスポットＳｍが信号トラックｎ上に正しく配置される状態において、先行のサブビームが照射されてディスク上に形成されるサブスポットＳｓ１は信号トラックｎと外周側の隣接信号トラック（ｎ＋１）との中間に投影されるように配置され、後行のサブビームが照射されてディスク上に形成されるサブスポットＳｓ２は信号トラックｎと内周側の隣接信号トラック（ｎ−１）との中間に投影されるように配置される。

光学ヘッドにはメインビーム及び各サブビームがディスクにより反射される各反射光を受光する光検出器ＰＤが備えられ、この光検出器ＰＤは前記メインビーム及び前記各サブビームの各反射光をそれぞれ受光するメイン受光領域A及び一対のサブ受光領域B，Cを備えている。

前記メイン受光領域A及び一対のサブ受光領域B，Cは、ディスクの信号トラックの方向に対応する方向の分割線により少なくともそれぞれ２分割されており、その分割された前記メイン受光領域A及び一対のサブ受光領域B，Cの各分割領域はそれぞれ受光量に対応した受光出力を発生する。

尚、フォーカス制御に非点収差法を使用する場合においては、少なくともメイン受光領域Aを十字状に４分割するが、フォーカスエラー信号の生成に関しては要旨に関係しないので、説明を簡単にするため、メイン受光領域Aを２分割で示している。

光検出器ＰＤのメイン受光領域Aの各分割領域はそれぞれ受光出力ａ１及びａ２を発生し、サブ受光領域Bの各分割領域はそれぞれ受光出力ｂ１及びｂ２を発生し、サブ受光領域C の各分割領域はそれぞれ受光出力ｃ１及びｃ２を発生する。

メイン受光領域Aの各分割領域から発生されるそれぞれの受光出力ａ１及びａ２は第１差動アンプ５によりその受光出力ａ１及びａ２の差分出力（ａ１−ａ２）がメインプッシュプル信号として得られ、サブ受光領域Bの各分割領域から発生されるそれぞれの受光出力ｂ１及びｂ２は第２差動アンプ６によりその受光出力ｂ１及びｂ２の差分出力（ｂ１−ｂ２）が得られ、サブ受光領域Cの各分割領域から発生されるそれぞれの受光出力ｃ１及びｃ２は第３差動アンプ７によりその受光出力ｃ１及びｃ２の差分出力（ｃ１−ｃ２）が得られる。

第２差動アンプ６による差分出力（ｂ１−ｂ２）と第３差動アンプ７による差分出力（ｃ１−ｃ２）とは、互いの出力レベルを合わせるべく一方の差動アンプ、この場合第３差動アンプ７の差分出力（ｃ１−ｃ２）がレベル調整アンプ８によるゲインｇ１によりレベル調整されて、その後、第１加算アンプ９により加算される。この第１加算アンプ９により得られる第２差動アンプ６による差分出力（ｂ１−ｂ２）とレベル調整された第３差動アンプ７の差分出力ｇ１（ｃ１−ｃ２）とを加算したサブプッシュプル信号となる加算出力（ｂ１−ｂ２）＋ｇ１（ｃ１−ｃ２）は、更にレベル調整アンプ１０によるゲインｇ２によりレベル調整されて第１差動アンプ５による差分出力（ａ１−ａ２）とのレベル調整が行われた後、第４差動アンプ１１に入力される。

その為、この第４差動アンプ１１は、レベル調整アンプ１０によりレベル調整した第１加算アンプ９による加算出力ｇ２（（ｂ１−ｂ２）＋ｇ１（ｃ１−ｃ２））と第１差動アンプ５による差分出力（ａ１−ａ２）との差分出力｛（ａ１−ａ２）−ｇ２（（ｂ１−ｂ２）＋ｇ１（ｃ１−ｃ２））｝を発生する。

前記第４差動アンプ１１からの出力信号｛（ａ１−ａ２）−ｇ２（（ｂ１−ｂ２）＋ｇ１（ｃ１−ｃ２））｝は、差動プッシュプル方式におけるメインビームとディスクの信号トラックｎとのズレ量及びズレ方向に応じてそれぞれ出力レベル及び極性が変化するトラ
ッキング誤差に対応したトラッキングエラー信号（ＴＥ信号）となる。

尚、第４差動アンプ１１の反転入力及び非反転入力にそれぞれ入力される互いの出力レベルの調整が行われたメインプッシュプル信号及びサブプッシュプル信号を生成する差動アンプ５，６，７と第１加算アンプ９とレベル調整アンプ８，１０が信号生成回路２０を構成している。

一方、第１差動アンプ５による差分出力（ａ１−ａ２）であるメインプッシュプル信号Ｍｐｐとレベル調整アンプ１０によりレベル調整した第１加算アンプ９による加算出力ｇ２（（ｂ１−ｂ２）＋ｇ１（ｃ１−ｃ２））であるサブプッシュプル信号Ｓｐｐとは、それぞれ第２加算アンプ１２により加算される。

前記第２加算アンプ１２によりメインプッシュプル信号Ｍｐｐとサブプッシュプル信号Ｓｐｐとが加算されると、各光スポットと信号トラック間の変位に対応するトラッキングエラー信号がキャンセルされ、前記第２加算アンプ１２からは各光スポットの揺れ成分を表す揺れ信号（Ｍｐｐ+Ｓｐｐ）として得られる。

この揺れ信号（Ｍｐｐ+Ｓｐｐ）はカウンタ１３に入力され、揺れ信号（Ｍｐｐ+Ｓｐｐ）が所定スレッショルドレベルＶｔｈ（後述の図３（ｂ）、図４（ｂ）参照）以上のパルス性出力であると、カウンタ１３によりカウントされる。ＣＰＵ１４内に設けられた判定手段１５はこのカウンタ１３によりカウント値によりキンク特性を有するレーザーダイオード１か否かを判定し、カウンタ１３によりカウント値が所定ウインドウ期間内で「１」以上あるときにキンク特性を有するレーザーダイオード１と判定し、カウンタ１３によりカウント値が「０」のときにキンク特性を有していないレーザーダイオード１と判定する。

レーザーダイオード１にキンク特性が現れる場合、レーザーダイオード１の接合面方向、すなわちレーザーダイオード１のニアフィールドパターンの短径方向及びファーフィールドパターンの長径方向にレーザー光が揺れる現象が発生することが確認されている。

すなわち、レーザーダイオード１にキンク特性が現れる場合と現れない場合とで、それぞれ図３（ａ）及び図４（ａ）に示す如く、キンク特性が現れている場合はキンク特性が現れていない場合と比べてトラッキングエラー信号に乱れが発生する。そして、差動プッシュプル法によるトラッキング制御に用いられる互いに出力レベル調整したメインプッシュプル信号及びサブプッシュプル信号を加算することによりトラッキングエラー信号がキャンセルされ、光検出器に照射される光スポットの揺れ成分がパルス性の揺れ信号として得られるので、レーザーダイオード１にキンク特性が現れる場合と現れない場合とで、第２加算アンプ１２から出力される揺れ信号（Ｍｐｐ+Ｓｐｐ）はそれぞれ図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示すとおりとなる。

したがって、前記揺れ信号（Ｍｐｐ+Ｓｐｐ）が所定の測定期間内に所定のスレッショルドレベルＶｔｈ以上となるか否かをカウンタ１３によるカウント値により検出することにより判定手段１５によりキンク特性を有するレーザーダイオード１か否かを判定する。

ところで、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、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ＣＰＵ１４によりレーザー出力制御回路１６によるレーザードライバ２を制御するライトストラテジが設定され、これによりレーザードライバ２は、設定されるライトストラテジに基づいてエンコーダ１７により生成される記録信号のパルス波形に対応して駆動されることになる。

その為、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のキンク特性の有無の判定が行われることになる。

そして、ＣＰＵ１４内に設けられた判定手段１５によりレーザーダイオード１のキンク特性の有無の判定が行われる度に、ＣＰＵ１４によりレーザー出力制御回路１６を制御することによりレーザーダイオード１を駆動する駆動電流をレーザーダイオード１の動作保証範囲内で所定刻みに変化させ、その都度、ＣＰＵ１４内に設けられた判定手段１５によりカウンタ１３によりカウント値によりキンク特性を有するレーザーダイオード１か否かを判定するようになっており、この判定をレーザーダイオード１の動作保証範囲内の下限から上限まで行う。

これによりレーザーダイオード１の動作保証範囲内に現れる局所的なレーザーダイオード１のキンク特性が検出される。

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。 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。 レーザーダイオード１にキンク特性が現れる場合におけるトラッキングエラー信号及び各光スポットの揺れ成分を表す揺れ信号（Ｍｐｐ+Ｓｐｐ）を示すタイミングチャートである。 レーザーダイオード１にキンク特性が現れない場合におけるトラッキングエラー信号及び各光スポットの揺れ成分を表す揺れ信号（Ｍｐｐ+Ｓｐｐ）を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ レーザーダイオード
２ レーザードライバ
ＰＤ 光検出器
Ａ メイン受光領域
Ｂ，Ｃ サブ受光領域
５，６，７，１１ 差動アンプ
９，１２ 加算アンプ
１３ カウンタ
１４ ＣＰＵ
１５ 判定手段
１６ レーザー出力制御回路
１７ エンコーダ
２０ 信号生成回路

Claims (2)

1. 差動プッシュプル法によるトラッキング制御に対応させた光学系及び光検出器を備える光学ヘッドにおける半導体レーザーの駆動電流とレーザー出力との関係を測定する半導体レーザー測定装置おいて、光検出器の各受光領域に受光される各受光出力を用いて差動プッシュプル法によるトラッキング制御に用いられるメインプッシュプル信号及びサブプッシュプル信号を生成する信号生成回路と、互いの出力レベルの調整が行われたメインプッシュプル信号及びサブプッシュプル信号を加算する加算回路と、該加算回路により加算されて得られるパルス性出力をカウントするカウンタとを備え、該カウンタによるカウント値によって半導体レーザーの良否を判定することを特徴とする半導体レーザー測定装置。
2. 前記信号生成回路は差動プッシュプル法によるトラッキングエラー信号を生成するトラッキングエラー信号生成回路により構成されてい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。
   
   
   

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