JP2010258262A - レーザ駆動装置、レーザ駆動方法、光装置、光学ユニット、パルス電流生成回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体レーザ41を駆動する電流出力型の出力段の入力側に駆動信号補正部690を設け、発光波形ができるだけ矩形波に近づくように駆動電流データに対して補正を行なう。補正タイミング情報が伝送されてこないシステム構成では、補正タイミング生成部630を設け、発光波形の各パワーレベルパターンを示すタイミング信号から補正タイミングパルスを生成する。発光パターンに応じたタイミングの1つを基準チャネルCHとし、基準チャネルの開始エッジを起点とする遅延時間、パルス幅の補正タイミングパルスを生成する。補正タイミングパルスのアクティブ期間には通常レベルに補正量を注入して出力段に入力し、補正タイミングパルスのインアクティブ期間には通常レベルのみを出力段に入力する。
【選択図】図3C
Description
2.光ディスク記録方式:ライトストラテジ技術
3.レーザ駆動の問題点と対策手法の原理
4.システム構成:第1実施形態(チャネルタイミング伝送方式)
5.波形補正:第1実施形態(DA方式+補正レベル)
6.波形補正:第2実施形態(DA方式+補正量)
7.波形補正:第3実施形態(CONV方式+補正量)
8.システム構成:第2実施形態(シーケンシャル伝送方式)
9.波形補正:第4実施形態
10.波形補正:第5実施形態
11.システム構成:第3実施形態(光通信への適用)
図1は、光装置の一例である記録再生装置(光ディスク装置)の一構成例を示す図である。図1Aは、光ピックアップの構成例を説明する図である。
図1Aに示すように、光ピックアップ14は、半導体レーザ41、プリズム42、レンズ43、光検出器44、および駆動電流制御部47を備える。駆動電流制御部47は、レーザ駆動装置(レーザ駆動回路)の一例であり、たとえばレーザ駆動ICとして提供される。半導体レーザ41と駆動電流制御部47の間は、一例として、フレキシブル基板46にパターン形成された信号配線を介して接続される。半導体レーザ41は、光ディスクODに付加情報を記録するあるいは光ディスクODに記録されている情報を読み取るためのレーザ光を発する。プリズム42は、半導体レーザ41からのレーザ光をレンズ43側に反射させ、レンズ43からの読取光(反射光)を光検出器44に導く。レンズ43はプリズム42で反射されたレーザ光を光ディスクODに集光させ、また光ディスクODからの読取光をプリズム42に導く。光検出器44は、読取光を電気信号に変換する。駆動電流制御部47は、一例としてレーザ駆動ICで構成される。
記録・再生信号処理部50は、RF増幅部52と、波形整形部53(波形等化器;Equalizer )と、AD変換部54(ADC;Analog to Digital Converter )を備える。また、記録・再生信号処理部50は、クロック再生部55と、書込みクロック生成部56と、DSP(Digital Signal Processor)で構成されたデジタル信号処理部57と、APC制御部58(Automatic Power Control)を備える。
図2はライトストラテジ技術の基本を説明する図である。図2Aはレーザ駆動電流生成の第1例の説明図である。図2Bはレーザ駆動電流生成の第2例の説明図である。
書込可能な光ディスクとして、相変化ディスクや光磁気ディスクなどが広く知られている。一部の光磁気ディスクを除き、これらの光ディスクに情報を記録する際には、レーザビームの強弱変化によって記録媒体にマーク・スペースを形成するいわゆる光強度変調方式が用いられる。光強度変調方式において、記録マークを形成する部分には、たとえばピーク30mW以上といった高い強度のレーザビームが光ディスクに照射される。一方、情報の読出しを行なう再生時には、記録マークを破壊しないよう記録時よりも弱い強度(たとえば1mW)のレーザビームが光ディスクに照射される。
図2A(1)に示す第1例は、ドライバ回路604に、各パワーレベルに対応する出力回路(チャンネル)を備えるもので、いわゆるコンベンショナル方式として広く用いられている。つまり、必要なレベルに応じたチャネル数の出力トランジスタ605を設けている。ドライバ回路604の入力側には、電流指示信号の供給をオン/オフするスイッチ回路602が設けられる。スイッチ回路602はチャネルごとにスイッチ603を有する。ライトストラテジ信号の対応するチャネルごとに、スイッチ603は、制御入力端にはタイミング信号が供給され、入力端には電流指示信号が供給され、出力端は出力トランジスタ605の制御入力端(ゲート)に接続される。
図2B(1)に示す第2例は、基準レベル情報記憶部606とDA変換器608を用いる方式である。基準レベル情報記憶部606は、フルスケールに対する電流レベルを指示するデジタルデータ(電流レベルデータDi)が記憶される。基準レベル情報記憶部606の出力側には、電流レベルデータDiの選択をオン/オフするスイッチ回路602が設けられる。スイッチ回路602はチャネルごとにスイッチ603を有する。ライトストラテジ信号の対応するチャネルごとに、スイッチ603は、制御入力端にはタイミング信号が供給され、入力端には基準レベル情報記憶部606からの電流レベルデータDiが供給される。各スイッチ603の出力端は共通にDA変換器608の入力端に接続される。
図3〜図3Cは、レーザ駆動の問題点とその対策手法の基本原理を説明する図である。ここで、図3は、レーザ素子と駆動回路の接続インタフェース例を説明する図である。図3Aは、発光波形異常を説明する図である。図3B〜図3Cは、発光波形異常を改善するための本実施形態の基本構成を説明する図である。
図4は、第1実施形態の信号インタフェース方式を実現するシステム構成を示す図である。第1実施形態のシステム構成は、ライトストラテジ技術で適用する駆動電流レベル(チャンネル)ごとに駆動電流レベルのタイミング情報を伝送する方式である。本明細書では、この方式をチャネルタイミング伝送方式と称する。
図5〜図9Aは、第1実施形態の発光波形補正部を説明する図である。第1実施形態の発光波形補正部は、第1実施形態(チャネルタイミング伝送方式)のシステム構成に本実施形態のレーザ発光波形の補正の仕組みを適用するものである。特に、第1実施形態は、DA変換方式の回路構成で出力される通常の駆動レベル(通常レベル)とは別に補正レベルを設け、補正が必要となるタイミングに合わせて通常レベルから補正レベルに切り替える点に特徴がある。
図5は波形補正の第1実施形態(第1例)の構成図、図5Aはその動作説明図である。図5に示すように、第1実施形態(第1例)のレーザ駆動回路200A_1は、発光波形補正部600A_1を備える。発光波形補正部600A_1は、補正情報記憶部610A_1、補正タイミング生成部630A_1、駆動レベル切替部650_1を備える。
図6は波形補正の第1実施形態(第2例)の構成図、図6Aはその動作説明図である。図6に示すように、第1実施形態(第2例)のレーザ駆動回路200A_2は、発光波形補正部600A_2を備える。発光波形補正部600A_2は、補正情報記憶部610A_2と、補正タイミング生成部630A_2と、駆動レベル切替部650_2を備える。参照子“_2”を付している各機能部は、第1実施形態(第1例)の参照子“_1”を付している各機能部と同様の機能をなすものであり、発光波形補正部600A_2の構成自体は第1実施形態(第1例)と相違ない。
図7は波形補正の第1実施形態(第3例)の構成図、図7Aはその動作説明図である。図7に示すように、第1実施形態(第3例)のレーザ駆動回路200A_3は、発光波形補正部600A_3を備える。発光波形補正部600A_3は、補正情報記憶部610A_3と、補正タイミング生成部630A_3と、駆動レベル切替部650_3を備える。参照子“_3”を付している各機能部は、第1実施形態(第1例)の参照子“_1”を付している各機能部と同様の機能をなすものであり、発光波形補正部600A_3の構成自体は第1実施形態(第1例)と相違ない。
図8は波形補正の第1実施形態(第4例)の構成図、図8Aはその動作説明図である。図8に示すように、第1実施形態(第4例)のレーザ駆動回路200A_4は、発光波形補正部600A_4を備える。発光波形補正部600A_4は、補正情報記憶部610A、補正タイミング生成部630A、駆動レベル切替部650を、3系統備える。1系統目には参照子“_1”、2系統目には参照子“_2”、3系統目には参照子“_3”を付す。3系統分を纏めたものには参照子“_4”を付す。参照子“_1”の系統は前述の第1例、参照子“_2”の系統は前述の第2例、参照子“_3”の系統は前述の第3例であるとする。なお、補正タイミング生成部630に関しては、3系統に共通の基準タイミング選択部632を使用し、それが各系統の基準チャネルCH_1,CH_2,CH_3を各別に選択して出力する構成にしている。基準タイミング選択部632_1,632_2,632_3の機能部を共通化することで回路構成を簡易にするのである。
図9は波形補正の第1実施形態(第5例)の構成図、図9Aはその動作説明図である。第1実施形態(第5例)は、立上り・立下りの応答が遅い場合(つまり波形鈍り)について補正するものである。
図10〜図12Aは、第2実施形態の発光波形補正部を説明する図である。第2実施形態は、DA変換方式の回路構成で出力される通常の駆動レベル(通常レベル)とは別に補正量を設定し、補正が必要となるタイミングに合わせて通常レベルに対して補正量を注入する(加算または減算する)点に特徴がある。つまり、第1実施形態との違いは、補正レベルとして絶対値を持つのではなく、補正量ΔIの情報を持つことである。
図10は波形補正の第2実施形態(第1例)の構成図、図10Aはその動作説明図である。図10に示すように、第2実施形態(第1例)のレーザ駆動回路200B_1は、発光波形補正部600B_1を備える。発光波形補正部600B_1は、補正情報記憶部610B_1、補正タイミング生成部630B_1、注入切替部670B_1を備える。
図11は波形補正の第2実施形態(第2例)の構成図、図11Aはその動作説明図である。第2実施形態(第2例)は、第1実施形態(第4例)と同様に、補正回路を複数系統(この例では3系統)備えることにより、レーザ発光波形の複数個所(この例では3箇所)に対して補正を行なうものである。
図12は波形補正の第2実施形態(第3例)の構成図、図12Aはその動作説明図である。第2実施形態(第3例)は、レーザ発光波形の複数個所(この例では3箇所)に対して補正を行なうものである点で第2実施形態(第2例)と目的が同一であるが、各箇所の補正電流量ΔIが同じでよい場合への適用例である。補正電流量が同じである点に着目して、その部分の機能部を共通化することで回路構成を簡易にするのである。
補正レベルを持つ第1実施形態は、マスク部654が必要となり、本線のタイミング信号にマスクをかける必要がある点が難点である。一方、補正量を持つ第2実施形態は、マスク部は必要ないものの、加減算部674が必要となる点が難点である。タイミング系は、チャネルクロックのたとえばTw/32(波長405nm程度の青色レーザを利用する次世代DVDの12倍速では約40psec)といった非常に細かい分解能をもった信号を扱う。マスク部にせよ加減算部にせよ、タイミング設計に影響がある。したがって、第1・第2実施形態の何れの構成が好ましいかは、設計によって異なると考えられる。
図13〜図13Aは、第3実施形態の発光波形補正部を説明する図である。ここで図13は波形補正の第3実施形態の構成図、図13Aはその動作説明図である。
図14〜図14Aは、第2実施形態の信号インタフェース方式を説明する図である。ここで図14は、第2実施形態の信号インタフェース方式を実現するシステム構成を示す図である。図14Aは第2実施形態のレーザ駆動方式の基本原理を説明する図である。
図15〜図16Dは、シーケンシャル方式を採用したレーザ駆動方式の基本的な仕組みを説明する図である。図15は、シーケンシャル方式を実現するドライブ基板側のデジタル信号処理部57に備えられる伝送信号生成部500Vの基本構成例を説明する図である。図15Aは、基本構成の伝送信号生成部500Vの動作を説明する図である。図16は、レーザ駆動回路200V(特に、図1Aの駆動電流制御部47に対応)の基本構成例を説明する図である。図16Aは、基本構成のレーザ駆動回路に使用されるメモリ回路(発光レベルパターン記憶部)の記憶情報と電流スイッチとの関係を説明する図である。図16Bおよび図16Cは、基本構成のレーザ駆動回路200Vの動作を説明する図である。図16Dは、図16Bおよび図16Cに示す記録波形制御信号パターンに対応したメモリ回路のレジスタ設定情報を説明する図である。
図15に示すように、ドライブ基板側の伝送信号生成部500Vは、リセット信号RSを生成するために、RS型フリップフロップ510とD型フリップフロップ512を有する。RS型フリップフロップ510のR入力端にはノンリターンゼロデータNRZIDATAを入力し、S入力端にはエッジパルスEP1を入力する。RS型フリップフロップ510の非反転出力端 Qは、D型フリップフロップ512のクロック入力端CKと接続されている。D型フリップフロップ512の反転出力端xQはD入力端と接続され、1/2分周回路が構成されるようになっている。この伝送信号生成部500の動作例が図15Aに示されている。
図16のように、基本構成のレーザ駆動回路200Vは、リセットパルス生成部210Vとエッジパルス生成部220Vを有するパルス生成部202V、発光レベルパターン記憶部230V、電流源部240、電流スイッチ部250、レーザ駆動部270を備える。リセットパルス生成部210Vは第1パルス生成部の一例で、エッジパルス生成部220Vは第2パルス生成部の一例である。
図16Bと図16Cに示すように、書込み用のデータ入力はノンリターンゼロデータNRZIDATAであるものとする。スペース長は2Tで、マーク長は2T以上(図では2T,3T,4T,5Tを例示)であるとする。最高速信号は2T繰返しとなる。
図17は波形補正の第4実施形態の構成図、図17Aはその動作説明図である。図17に示すように、第4実施形態のレーザ駆動回路200D_3は、発光波形補正部600D_3を備える。発光波形補正部600D_3は、補正情報記憶部610D_3(補正量情報記憶部の一例)と、補正タイミング生成部630D_3と、注入切替部670D_3を備える。
図18は波形補正の第5実施形態の構成図、図18Aはその動作説明図である。先ず、ベースとなるレーザ駆動回路の変形部分について説明する。第5実施形態のレーザ駆動回路200Eは、発光レベルパターン記憶部230Eを具備する発光波形生成部203Eを備える。発光レベルパターン記憶部230Eは、レジスタ232の発光パワー情報を電流レベル情報そのものとしている。レジスタ232の発光パワー情報を電流レベル情報そのものとし、これを順次切り替えて電流源部240Eに供給するものである。これにより、電流源部240Eの構成は、基準電流生成部242とDA変換部244がそれぞれ1つの簡易なものとなり、電流スイッチ部250は不要となる。
図19は、第3実施形態の信号インタフェース方式を実現するシステム構成を示す図である。前記実施形態では、光装置の一例として光ディスクODを記録媒体(メディア)に使用する記録再生装置(光ディスク装置)を例に説明したが、光装置は記録再生装置に限らない。高周波のパルス電流で負荷を駆動する各種のパルス電流生成回路に前記実施形態の技術思想を適用可能である。
Claims (17)
- 供給された信号のレベルに応じた電流値でレーザ素子を電流駆動する駆動部と、
パルス状に変化する基準信号の供給を受けるとともに、パルスの立上りおよび/または立下りと連動した補正タイミングパルスに基づき、前記基準信号のレベルとは異なるレベルを持つ補正信号を生成し、この補正信号を前記駆動部に供給することで前記レーザ素子の発光波形形状が矩形波に近づくようにする発光波形補正部と、
を備えたレーザ駆動装置。 - 前記レーザ素子と前記駆動部との間は伝送部材で接続される
請求項1に記載のレーザ駆動装置。 - 発光波形の各パワーレベルパターンに応じたレベル情報を記憶するレベル情報記憶部と、
前記発光パターンに応じたタイミングで前記レベル情報記憶部から該当のレベル情報を切り替えて読み出す切替部と、
をさらに備え、
前記切替部は前記レベル情報記憶部から読み出したレベル情報を前記基準信号として前記発光波形補正部に供給する
請求項1または2に記載のレーザ駆動装置。 - スペースおよびマークの繰返しの切替りタイミングまたは前記スペースと前記マークの切替りタイミングを示す基準パルスの取得タイミングを規定する情報をエッジで示す第1の伝送信号の前記エッジを検出することで前記基準パルスを生成する第1パルス生成部と、
前記スペースおよび前記マークの各発光波形の分割されたパワーレベルの切替りタイミングを示す切替えパルスの取得タイミングを規定する情報をエッジで示す第2の伝送信号の前記エッジを検出することで前記切替えパルスを生成する第2パルス生成部と、
前記発光波形の各パワーレベル情報の内、前記基準パルスの位置のレベル情報である基準レベル情報を前記基準パルスごとに出力し前記基準レベル情報に続く他のレベル情報を前記切替えパルスごとに順に出力する発光波形生成部と、
前記スペースおよび前記マークの各発光波形のパワーレベルで前記レーザ素子を駆動するための前記発光波形のパワーレベル情報を示す記録波形制御信号パターンを規定する設定情報を記憶する記憶部と、
をさらに備え、
前記記憶部から、前記スペースおよび前記マークの各発光波形のパワーレベル情報の内の前記基準パルスの位置のレベル情報である基準レベル情報を前記基準パルスごとに読み出し、その後、前記基準レベル情報に続く他の情報を前記切替えパルスごとに順に読み出し、前記基準信号として前記発光波形補正部に供給する
請求項1または2に記載のレーザ駆動装置。 - 前記駆動部は、電流出力型のDA変換器で構成されている
請求項1〜4の内の何れか一項に記載のレーザ駆動装置。 - 前記発光波形の各パワーレベルパターンを示すタイミング信号に基づき、前記補正信号を生成するタイミングを規定する前記補正タイミングパルスを生成して前記発光波形補正部に供給する補正タイミング生成部
をさらに備えた請求項1〜5の内の何れか一項に記載のレーザ駆動装置。 - 前記補正タイミング生成部は、前記タイミング信号の基準エッジからの遅延量を設定する遅延設定部と、前記補正信号のアクティブ期間を示すパルス幅を設定するパルス幅設定部とを有し、前記レーザ素子の発光波形形状に応じて、前記遅延量と前記パルス幅を設定することで前記補正タイミングパルスを生成する
請求項6に記載のレーザ駆動装置。 - 前記補正タイミング生成部は、前記レーザ素子の発光波形形状に応じて、前記発光波形の各パワーレベルパターンの何れかを基準タイミングとして選択する基準タイミング選択部を有し、選択した基準タイミングに基づき前記補正タイミングパルスを生成する
請求項7に記載のレーザ駆動装置。 - 前記発光波形補正部は、補正レベルの情報を記憶する補正レベル情報記憶部と、前記基準信号のレベルと前記補正レベル情報記憶部に記憶されている補正レベルとを切り替える駆動レベル切替部と、
を有し、
前記補正タイミングパルスに基づき、前記基準信号のレベルと補正レベル前記基準信号のレベルとを切り替えることで、前記補正信号を生成する
請求項1〜8の内の何れか一項に記載のレーザ駆動装置。 - 前記発光波形補正部は、補正量の情報を記憶する補正量情報記憶部と前記基準信号のレベルに前記補正量情報記憶部に記憶されている補正量を注入する注入切替部と、
を有し、
前記補正タイミングパルスに基づき、前記基準信号のレベルに前記補正量を注入することで、前記補正信号を生成する
請求項1〜8の内の何れか一項に記載のレーザ駆動装置。 - 複数系統の前記発光波形補正部を備え、前記レーザ素子の発光波形形状の複数箇所の異常を補正することで、前記発光波形形状が矩形波に近づくようにする
請求項1〜10の内の何れか一項に記載のレーザ駆動装置。 - 複数系統の前記発光波形補正部は、前記発光波形の各パワーレベルパターンを示すタイミング信号に基づき前記補正信号を生成するタイミングを規定する前記補正タイミングパルスを生成して前記発光波形補正部に供給する補正タイミング生成部を各別に有するとともに、補正レベルの情報を記憶する補正レベル情報記憶部と前記基準信号のレベルに前記補正量情報記憶部に記憶されている補正量を注入する注入切替部が各系統で共通に使用される
請求項11に記載のレーザ駆動装置。 - 前記注入切替部は、発光波形形状に応じて前記補正量の注入する方向を変更可能に構成されている
請求項10または12に記載のレーザ駆動装置。 - パルス状に変化する基準信号のレベルとは異なるレベルを持つ補正信号を生成し、
パルスの立上りおよび/または立下りと連動した補正タイミングパルスに基づき、レーザ素子を電流駆動する駆動部に前記補正信号を供給することで、前記レーザ素子の発光波形形状が矩形波に近づくようにする
レーザ駆動方法。 - レーザ素子と、
供給された信号のレベルに応じた電流値で前記レーザ素子を電流駆動する駆動部と、
前記レーザ素子と前記駆動部を接続する第1の伝送部材と、
パルス状に変化する基準信号の供給を受けるとともに、パルスの立上りおよび/または立下りと連動した補正タイミングパルスに基づき、前記基準信号のレベルとは異なるレベルを持つ補正信号を生成し、この補正信号を前記出力回路に供給することで前記レーザ素子の発光波形形状が矩形波に近づくようにする発光波形補正部と、
前記レーザ素子から発せられたレーザ光を導光する光学部材と、
前記レーザ素子の発光波形パターンを規定する情報を出力する発光パターン情報出力部と、
前記レーザ素子、前記駆動部、前記発光波形補正部、前記光学部材を搭載した第1の搭載部と、前記発光パターン情報出力部を搭載した第2の搭載部と、の間に介在して信号を伝送する第2の伝送部材と、
を備えたを備えた光装置。 - レーザ素子と、
供給された信号のレベルに応じた電流値で前記レーザ素子を電流駆動する駆動部と、
前記レーザ素子と前記駆動部を接続する第1の伝送部材と、
パルス状に変化する基準信号の供給を受けるとともに、パルスの立上りおよび/または立下りと連動した補正タイミングパルスに基づき、前記基準信号のレベルとは異なるレベルを持つ補正信号を生成し、この補正信号を前記出力回路に供給することで前記レーザ素子の発光波形形状が矩形波に近づくようにする発光波形補正部と、
前記レーザ素子から発せられたレーザ光を導光する光学部材と、
を備えた光学ユニット。 - 供給された信号のレベルに応じた電流値で負荷を電流駆動する出力回路と、
パルス状に変化する基準信号の供給を受けるとともに、パルスの立上りおよび/または立下りと連動した一定期間には、前記基準信号のレベルとは異なるレベルを持つ補正信号を生成し、この補正信号を前記出力回路に供給することで、前記負荷の応答波形形状が矩形波に近づくようにする駆動信号補正部と、
を備えたパルス電流生成回路。
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