JP2005518621A - ディスクドライブ内のレーザダイオードの温度の制御 - Google Patents

Abstract

ディスクドライブ内で、半導体レーザの温度は、少なくとも１つの電気的パラメータを測定することによってモニタされる。冷却、又はクロック周波数若しくは媒体の回転速度を減少させるような温度減少ステップが、前記半導体レーザの寿命を保存するために講じられる。

Description

本発明は、一般的には、光学記憶の分野に関し、更に詳細には、光学記憶媒体から情報を読み出す若しくはこれに情報を書き込む装置、又は光学記憶媒体、特に光学ディスクに関する。

一般に知られているように、このような装置は、ディスクを回転させるモータ、及び前記回転しているディスクの表面を走査するレーザビームを発生するレーザ装置を有する。

動作の間、前記装置の温度は上昇する。レーザ装置の温度が高くなると、レーザ装置の寿命は短縮される。従って、レーザ装置の温度を制限することが望ましい。

従って、光学ディスクドライブは温度制御手段を有しており、この手段は、例えば、ディスクドライブモータの回転速度を低い値に設定することによって、レーザ装置を冷却する。この温度制御手段は、レーザ装置の温度を感知する感知手段を必要とする。特許出願第１０-１１７５０６号 公開番号１１-３１２３６１は、ディスクドライブハウジング内部の温度を別個の温度センサによって測定する光学ディスクドライブを記載している。

この既知の設計における１つの不利な点は、このような別個の温度センサを有する必要があることである。他の不利である点は、別個の温度センサは、レーザ装置自体の実際の温度を測定してはいないということである。

本発明の重要な目的は、レーザ装置の温度を正確に制御することができ、別個の温度センサを必要としないようなより簡単な設計を有する光学ディスクドライブを提供することである。

本発明は、一方での前記レーザ装置のしきい電圧と、他方でのその温度との直接的な関係が存在するとの理解に基づくものである。従って、この理解に基づいて、本発明は、前記レーザ装置のしきい電圧を表す、又は該しきい電圧に依存するような少なくとも１つの信号に基づいて、温度制御ステップを講じることを提案する。

具体的な実施例においては、レーザ装置の光出力は、通常動作の間は一定レベルに保持されている。電圧及び電流のような、レーザ装置への電源入力についての電気的パラメータであり、レーザ装置の光出力を前記一定レベルに保持するのに必要であるような電気的パラメータは、該レーザ装置のしきい電圧の実際の値に依存する。従って、これらの電気的パラメータは、レーザ装置の温度を表すために使用され、温度制御ステップは、これらの電気的パラメータの少なくとも１つが所定レベルを超えた場合に講じられる。

本発明のこれら及び他の見地、特徴及び利点は、図面を参照しての本発明の好ましい実施例についての以下の記載によって更に説明され、当該図面中の同一符号は、同一又は同類部分を示す。

図１は、光学ディスクドライブ装置の概略図であり、該装置は、全体として、符号１で示される。前記ディスクドライブ１は、光学ディスク１０を収容する手段を有すが、当該収容手段は、簡略化の目的のために省略した。ディスクドライブ１は、ディスク１０を回転させる電気モータ２と、レーザビーム４を発生するレーザ装置３とを有し、レーザビーム４はディスク１０の主表面に向けられており、ディスク１０が回転するときに、光学ディスク１０のこの主表面を走査する。このディスクドライブ１は、一方ではレーザ装置３の動作を制御し、且つ、他方ではモータ２の動作を制御する制御ユニット５を更に有する。動作の間、モータ２は、光学ディスク１０をある所定の回転速度で駆動するように制御される。

典型的には、前記構成要素はハウジング１００内に配される。動作の間、ハウジング１００内部の温度は上昇する。このような温度上昇の原因の１つは、モータ２が放熱する事実である。この放熱量は、２００Ｈｚのオーダのような比較的高い回転速度において特に問題となる。

図２は、レーザ装置３の必須構成要素の概略図である。レーザ装置３は半導体レーザ構成要素２０を有し、これはＰ型領域２１、Ｎ型領域２２及びこれらの間のＰＮ接合部２３を有する。レーザ装置３は、入力電圧Ｖ_inを受け取り、この入力電圧をＰＮ接合部２３に印加する入力端子２４を更に有する。半導体レーザ２０は、適切な入力電圧Ｖ_inが前記ＰＮ接合部に印加された場合、レーザ光Ｌ_ＯＵＴを該ＰＮ接合部２３から発生する。半導体レーザは一般的に知られているので、このような半導体レーザ２０の動作については、ここではこれ以上詳しくは説明しない。

図３は、半導体レーザ２０の電流／電圧特性２６の概略図である。横軸はＰＮ接合部２３上の電圧を表し、一方で縦軸はＰＮ接合部２３を介する電流を表している。

図３から分かるように、半導体レーザ２０はダイオードのように振る舞う。即ち、前記電圧がゼロから増加するとき、最初は、実質的には全く電流が流れない。電圧があるしきい電圧Ｖ_Ｔを超えた場合のみ、電流は指数関数的に増加する。このしきい電圧Ｖ_Ｔは、ＰＮ接合部２３の実際の温度に依存する。この認識に基づいて、本発明は、ＰＮ接合部２３の温度を表すパラメータとして、十分に正確に決定されることができるような、このしきい電圧Ｖ_Ｔを使用することを提案する。

１つの選択肢は、前記しきい電圧Ｖ_Ｔを実際に測定することである。しかしながら、本発明の更なる熟慮によれば、これは必要ない。半導体レーザ２０への電源入力の電気的パラメータを、前記光出力Ｌ_ＯＵＴをほぼ一定に保持しながら測定することがより簡単である。なぜならば、前記パラメータは前記しきい電圧Ｖ_Ｔに依存し、従って、後に説明するように温度に依存することが分かっているからである。

半導体レーザ２０によって発生される光出力Ｌ_ＯＵＴの強度は、半導体レーザ２０への電源入力にほぼ比例する、即ちＰＮ接合部２３を介する電流Iによって乗算されたＰＮ接合部２３における電圧Ｖ_inに比例する。図３において、曲線２７はＶ_in・Ｉ＝定数（Ｌ_ＯＵＴ＝定数 に対応）であるような点を表し、曲線２７はレーザ特性２６と動作点Ｗにおいて交わる。前記しきい電圧Ｖ_Ｔが変化するとき、レーザ特性２６はシフトするので、光強度Ｌ_ＯＵＴが一定に保持される場合、新しい動作点Ｗが設定される。言い替えれば、温度が変化する場合、前記動作点Ｗは曲線２７に沿ってシフトする。従って、前記動作点の位置は、温度を表す。本発明によれば、前記動作点の位置はモニタされ、ここでこの位置が、高すぎると見なされる温度を表す場合、適切な温度減少ステップが講じられる。

実際の実施例では、前記制御ユニット５は、制御電圧Ｖ_ＣＬを入力電圧Ｖ_inとして半導体レーザ２０の入力２４に供給する出力６を有する。更に、ディスクドライブ１においてレーザビーム４の強度を可能な限り一定に保持することが望ましいため、ディスクドライブ１は、レーザビーム４の強度を感知し、検出器信号Ｓを発生するために配されたレーザ検出器７を更に有し、前記検出器信号Ｓは測定される光強度を表し、制御ユニット５の入力８への入力信号として供給される。従って、半導体レーザ２０及び光検出器７の組み合わせは、制御ユニット５に対する帰還ループを、出力６における出力制御信号Ｖ_ＣＬに関して規定する。制御ユニット５は、レーザビーム４の光強度が、入力信号Ｓによって制御ユニット入力８に合図されたとおりに、一定に留まるような、出力信号Ｖ_ＣＬを発生するように設計されている。それゆえ、半導体レーザ２０のしきい電圧Ｖ_Ｔの温度依存性を考えれば、制御ユニット５の出力６における電気的パラメータＶ_ＣＬ及びＩは、動作点Ｗの「座標」であって、ＰＮ接合部２３の温度の直接測定を構成する。以下の記述では、制御ユニット５は、前記電気的パラメータＶ_ＣＬ及びIを別々にモニタすることはできるけれども、該制御ユニット５は前記動作点Ｗの位置をモニタすると仮定する。

従って、原理的には、制御ユニット５がＰＮ接合部２３の実際の温度を非常に正確に測定することが可能である。しかしながら、これはレーザ装置３の温度を制御するのには必要ない。制御ユニット５は、レーザ装置３の温度が臨界温度値Ｔ_ＣＲＩＴに到達したと分かると直ちに、適切なアクションをするように設計されていれば十分である。一般に、この所定の値Ｔ_ＣＲＩＴは、半導体レーザ装置３の製造者によって規定される。一方での制御ユニット５の出力６（即ち動作点Ｗの位置）における電気的パラメータと、他方でのＰＮ接合部２３の温度との間の関係は固定された関係であって、臨界温度Ｔ_ＣＲＩＴは、臨界動作点Ｗ_ＣＲＩＴに対応する。従って、制御ユニット５は、前記動作点Ｗが所定の臨界動作点Ｗ_ＣＲＩＴに到達したときに、適切なアクションをするように設計されることができる。

当業者にとって明らかであるように、前記臨界動作点Ｗ_ＣＲＩＴは、臨界座標Ｖ_ＣＲＩＴ及びＩ_ＣＲＩＴを有する。従って、制御ユニット５は、出力電圧Ｖ_ＣＬと出力電流Ｉとをモニタし、その間、前記レーザビームの光強度を一定に保持しながら、出力電圧Ｖ_ＣＬと出力電流Ｉの何れか一方が、それぞれ対応する臨界値Ｖ_ＣＲＩＴ及びＩ_ＣＲＩＴに到達したとき、適切なアクションをするように設計することもできる。

前記適切な温度減少アクションは、例えば、レーザ装置３をオフへと完全に切り替えるステップ、別個の冷却ユニット（図示略）を稼動させるステップ、又はモータ２の回転速度が減速されるようにモータ２を制御するステップがあり得る。後者の場合には、前記モータはより少ない放熱をするので、レーザ装置３を冷却させる。

制御ユニット５は、ＰＮ接合部２３の温度が十分に低いレベルまで低下したとき、通常動作モードに戻るように更に設計されており、該レベルは前記動作点が第２の位置Ｗ_ＮＯＲＭに到達することによって示されるようなレベルである。

図４は、本発明の好ましい実施例による前記制御ユニット５によってなされる決定を示す流れ図である。以下の説明では、簡略化の目的のために、前記制御ユニットはこの出力電圧をモニタするのみと仮定されている。しかしながら、上述したように、前記制御ユニットは、実際にはこの出力電流もモニタする。

ステップ５１でのディスクドライブ１の開始に続き、制御ユニット５は第１動作モードに入り、該制御ユニット５はモータ２が第1回転速度で回転させるように、モータ２へのモータ制御信号Ｃ_ｍを発生し、これはステップ５２に示されている。この第1回転速度は比較的高速であり、典型的には１００Ｈｚよりも高く、例えば２００Ｈｚのオーダである。

第１動作モードにおいて、制御ユニット５は、出力電圧Ｖ_ＣＬを出力６において常時モニタし、この出力電圧Ｖ_ＣＬを所定の臨界電圧Ｖ_ＣＲＩＴと比較するように設計されており、これはステップ５３に示されている。この出力電圧Ｖ_ＣＬが、所定の臨界電圧Ｖ_ＣＲＩＴよりも高い限りは、制御ユニット５は第１動作モードに留まり、即ちモータ２に、モータ２が前記第１速度で回転させるような前記モータ制御信号Ｃ_ｍを供給し続け、これはステップ５２に示されている。

ＰＮ接合部２３の温度が上昇した場合、ＰＮ接合部２３のしきい電圧Ｖ_Ｔは減少する。これは、動作点Ｗが左側にシフトし（図３）、同じ光強度が、ＰＮ接合部２３上のより低い電圧、及びにこれ対応するより高い電流において、半導体レーザ２０によって発生される。従って、動作の間、制御ユニット５の出力電圧Ｖ_ＣＬは減少する。制御ユニット５は、出力電圧Ｖ_ＣＬが前記所定の臨界電圧Ｖ_ＣＲＩＴ以下であること分かると直ちに、第２動作モードに入り、このモードにおいてはＰＮ接合部２３の温度は強制的に低下される。この第２動作モードは、図４にステップ５４として示されている。上述したように、この第２動作モードは、装置を冷やす作動又はレーザ３をオフに切り替える作動を含み得る。しかしながら、本発明のこの好ましい実施例において、ステップ５４の第２動作モードは、モータ２が、上述した第１回転速度より低い第２回転速度で回転させるようなモータ制御信号Ｃ_ｍの発生を含む。このようにして、モータ２は、より少ない熱を発生し、モータ２は、ハウジング１００内で発生される熱の主な源であるから、レーザ装置３のＰＮ接合部２３は徐々に冷却されることになる。

この第２動作モードにおいてさえ、制御ユニット５は、この出力電圧Ｖ_ＣＬを、常時、モニタするように設計されており、ここでは、ステップ５５に示されているように、出力電圧Ｖ_ＣＬを、第２しきい電圧レベルＶ_ＮＯＲＭと比較する。この出力電圧Ｖ_ＣＬが、前記第２しきい電圧レベルＶ_ＮＯＲＭよりも低い限りは、制御ユニット５は第２動作モードに留まり、即ち該モータ２を前記第２速度で回転させるような前記モータ制御信号Ｃ_ｍをモータ２に供給し続け、これはステップ５４に示されている。

冷却のステップの際、ＰＮ接合部２３のしきい電圧Ｖ_Ｔは上昇し、制御ユニット５の出力電圧Ｖ_ＣＬも同様に上昇することを引き起こす。制御ユニット５が、ステップ５５において、出力電圧Ｖ_ＣＬが第２しきい電圧レベルＶ_ＮＯＲＭに到達したと分かると直ちに、制御ユニット５は、前記第２動作モードから前記第１動作モードへと戻るように設計されており、これはステップ５２に示されているように、前記モータの回転速度が増加するような第１動作モードである。

特別な実施例においては、ディスクドライブは２つ以上の半導体レーザ２０を有し、これらは複数のレーザビーム４を発生するためのものである。この状況は、例えばＤＶＤプレーヤの場合に該当し、図５に模式的に図示されており、２つの半導体レーザ２０Ａ及び２０Ｂは共通制御ユニット５によって制御され、該共通制御ユニット５は対応する出力６Ａ及び６Ｂを有し、これらは対応する制御信号Ｖ_ＣＬ，Ａ及びＶ_ＣＬ，Ｂを供給する。それぞれのレーザビーム４Ａ及び４Ｂのそれぞれの強度は、それぞれの光検出器７Ａ及び７Ｂによって測定され、これら光検出器は、帰還測定信号Ｓ_Ａ及びＳ_Ｂを共通制御ユニット５のそれぞれの入力８Ａ及び８Ｂに供給する。この場合、制御ユニット５は２つの動作点Ｗ_Ａ及びＷ_Ｂをモニタするように設計されており、例えば、対応する臨界電圧Ｖ_{ＣＲＩＴ，Ａ}及びＶ_{ＣＲＩＴ，Ｂ}と各出力６Ａ及び６Ａにおける各出力電圧をそれぞれ比較することによりモニタするが、ここで、これら２つの臨界電圧Ｖ_{ＣＲＩＴ，Ａ}及びＶ_{ＣＲＩＴ，Ｂ}は、必ずしも互いに同一である必要はないことに留意されたい。更に、制御ユニット５は、この実施例において、出力電圧Ｖ_{ＣＲＩＴ，Ａ}又はＶ_{ＣＲＩＴ，Ｂ}の少なくとも１つが、それぞれ対応する臨界電圧Ｖ_{ＣＲＩＴ，Ａ}又はＶ_{ＣＲＩＴ，Ｂ}に到達した場合、減速されたモータ速度を有する第２動作モードに入る。前記第２動作モードにおいて、制御ユニット５は、出力電圧Ｖ_ＣＬ，Ａ及びＶ_ＣＬ，Ｂとそれぞれ対応する第２電圧しきい電圧レベルＶ_{ＮＯＲＭ，Ａ}及びＶ_{ＮＯＲＭ，Ｂ}とを比較し、全ての出力電圧が対応する第２しきいレベルＶ_{ＮＯＲＭ，Ａ}及びＶ_{ＮＯＲＭ，Ｂ}に到達していた場合、第１動作モードに戻るように設計されている。しかしながら、実際的な状況においては、前記２つ（又はそれ以上）の半導体レーザ装置２０Ａ及び２０Ｂは互いに近くに配され得るので、これらの温度は実質上同じである、即ち少なくとも一方の半導体レーザの温度が他方の半導体レーザの温度の良い示度になることができる。従って、これらの場合、制御ユニット５が、ステップ５２の第１動作モードからステップ５４の第２動作モードへと移行するかどうかの（ステップ５３における）決定、及びステップ５４の第２動作モードからステップ５２の第１動作モードへと移行するかどうかの（ステップ５５における）決定は、一方の出力電圧と、対応する臨界電圧又は対応する通常電圧それぞれとの比較に基づくのみで十分である。

本発明は、上述した模範的実施例に限られるものではなく、様々な変形及び修正が、添付した請求項に規定されている本発明の保護範囲内で可能であることは、当業者にとって明らかであるはずである。そもそも、当業者にとって、模範的実施例においては、前記動作点（Ｗ）がモニタされているが、該動作点（Ｗ）が、前記レーザのしきい電圧（Ｖ_Ｔ）を示すものであり、温度変化によって影響を受けることは、明らかなはずである。

例えば、上述したように、制御ユニット５自体が、ステップ５３及び５５を実施すると仮定している。しかしながら、何らかの外部ユニットが、制御ユニット５の出力電圧をモニタし、ステップ５３及び５５を実行し、該ユニットを第１又は第２動作モードへ強いるような命令信号を、前記制御ユニットに送信することは可能である。

更に、上述においては、前記レーザ入力電圧の実際の値Ｖ_ＣＬは、あるしきい値と比較されると説明されている。好ましい実施例では、前記レーザ入力信号は、ある通常温度、例えば室温又は通常動作温度において測定され、この測定されるレーザ入力電圧は、ゼロ値Ｖ_０として採用される。次いで、動作中に、レーザ入力電圧の実際の値Ｖ_ＣＬと前記ゼロ電圧Ｖ_０との電圧差ΔＶ（ΔＶ＝Ｖ_ＣＬ-Ｖ_０）が、実際の温度と前記通常温度との温度差ΔＴを示しているものとして採用される。従って、動作の間、前記電圧差ΔＶは、ステップ５３及び５５の決定をするために、あるしきい値と比較される。

図１は、光学ディスクドライブ装置の概略図である。 図２は、半導体レーザの概略図である。 図３は、半導体レーザの電流／電圧特性の概略図である。 図４は、本発明による温度制御の動作を模式的に図示している流れ図である。 図５は、共通制御ユニットによって制御される２つの半導体レーザの概略図である。

Claims (15)

1. ディスクドライブ内の半導体レーザの温度を決定する方法であって、前記半導体レーザの動作点を示すような、少なくとも１つの電気的パラメータを測定するステップを有する方法。
2. ディスクドライブ内の半導体レーザ装置の動作温度をモニタする方法であって、
   電源を前記半導体レーザ装置に供給するステップ、
   前記半導体レーザ装置によって発生されたレーザビームの光強度を測定するステップ、
   前記光強度が一定に留まるように前記電源を制御するステップ、
   前記半導体レーザの前記動作点を示すような、少なくとも１つの電気的パラメータを測定するステップ、及び
   一方での前記動作点と、他方での前記動作温度との間の所定の関係に基づいて、前記動作温度を決定するステップ、
   を有する方法。
3. 半導体レーザ装置を有するディスクドライブを動作させる方法であって、
   電源を前記半導体レーザ装置に供給するステップ、
   前記半導体レーザ装置によって発生されたレーザビームの光強度を測定するステップ、
   前記光強度が一定に留まるように前記電源を制御するステップ、
   前記半導体レーザの前記動作点を示すような、少なくとも１つの電気的パラメータを測定するステップ、及び
   前記少なくとも１つの電気的パラメータの測定値が、前記レーザ装置の前記動作温度が所定の臨界温度に到達していることを示す場合に、温度減少ステップを講じるステップ、
   を有する方法。
4. 前記半導体レーザの前記動作点を示す複数の電気的パラメータが測定され、前記複数の電気的パラメータの少なくとも１つが、前記レーザ装置の前記動作温度が所定の臨界温度に到達していることを示す場合に、温度減少ステップを講じる、請求項３に記載の方法。
5. 電気的パラメータが所定のパラメータレベルと比較される、請求項３又は４に記載の方法。
6. 前記電気的パラメータがある既知の温度において測定され、この測定値がゼロ値として採用され、前記電気的パラメータが、前記ディスクドライブの動作の間に、実際の値を生じさせるように測定され、前記電気的パラメータの前記実際の値と前記ゼロ値との差が所定のしきい値と比較される、請求項５に記載の方法。
7. 前記温度減少ステップが、例えば、冷却装置若しくは換気装置を稼動させるステップ、又はクロック周波数を減少させるステップ、又は前記ディスクドライブのモータの回転速度を減少させるステップ、を有する請求項３ないし６の何れか一項に記載の方法。
8. 前記電気的パラメータが、前記半導体レーザ装置が所定の臨界温度に到達していることを示す第１所定パラメータレベルに到達した場合、前記ディスクドライブのモータの回転速度が減速され、前記電気的パラメータが、前記半導体レーザ装置が通常温度に到達していることを示す第２所定パラメータレベルに到達した場合、ディスクドライブの前記モータの前記回転速度が加速される、請求項７に記載の方法。
9. 光学ディスクを回転させるディスクドライブモータ、
   レーザビームを発生するレーザ装置、
   前記ディスクドライブモータ及び前記レーザ装置を制御する制御ユニット、
   を有し、
   前記制御ユニットが、前記レーザ装置の前記半導体レーザの前記動作点を示すような、少なくとも１つの電気的パラメータをモニタし、前記少なくとも１つの電気的パラメータに依存して温度作用ステップを講じる、ディスクドライブ。
10. 前記制御ユニットが、前記少なくとも１つの電気的パラメータに依存して前記ディスクドライブモータの前記回転速度を制御するように設計されている、請求項９に記載のディスクドライブ。
11. 前記制御ユニットの入力に結合された光強度センサであって、前記半導体レーザによって発生された前記レーザビームの少なくとも一部を受け取るように配置され、前記レーザビームの前記光強度を表す測定信号を発生するように設計されている光強度センサを更に有し、一定のレーザビーム強度を保持できるように前記制御ユニットが前記半導体レーザを制御するように設計されている、請求項９又は１０に記載のディスクドライブ。
12. 前記少なくとも１つの電気的パラメータが前記制御ユニットの出力電圧を有する、請求項１１に記載のディスクドライブ。
13. 前記少なくとも１つの電気的パラメータが、前記制御ユニットの出力電圧の実際の値と、ある既知の温度で測定された前記制御ユニットの前記出力電圧のゼロ値との差を有する、請求項１１に記載のディスクドライブ。
14. 複数の半導体レーザを有し、前記制御ユニットが対応する制御信号を前記半導体レーザの対応する１つに夫々供給する複数の出力を有し、前記制御ユニットが前記半導体レーザの１つのみの動作点を示す単一信号をモニタし、前記単一のしきい電圧指示信号に依存して温度作用ステップを講じるように設計されている、請求項９ないし１３の何れか一項に記載のディスクドライブ。
15. 前記制御ユニットが請求項1ないし８の何れか一項に記載の方法を実施するように設計されている、請求項９ないし１４の何れか一項に記載のディスクドライブ。

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