JP2605375B2

JP2605375B2 - 半導体レーザ制御回路

Info

Publication number: JP2605375B2
Application number: JP63216560A
Authority: JP
Inventors: 健二小石; 真司久保田; 謙三石橋
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-08-31
Filing date: 1988-08-31
Publication date: 1997-04-30
Anticipated expiration: 2012-04-30
Also published as: JPH0264927A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は光ディスクに情報を記録し再生するための光
学的情報記録再生装置に用いる半導体レーザ制御回路に
関するものである。

従来の技術第４図は従来の半導体レーザ制御回路の構成図であ
る。半導体レーザ１の出力光を光検出器２で受光し、オ
ペアンプ３で電流電圧変換し光パワー制御誤差電圧９を
発生させる。

光パワー制御部４は、発光モード信号５に従ってパル
ス変調モードとDC発光モードに応じた所定の光パワー値
に制御するために電流源８を駆動する。さらにパルス変
調モードでは変調信号７により半導体レーザに流れる電
流を光パルス変調部６で光パルス変調する。この半導体
レーザ制御回路が正常に動作し、異常発光状態でないこ
とを光パワー制御誤差電圧９と所定の比較電圧10をコン
パレータ11で比較出力することにより検出する。もし発
光制御信号12を発光状態にしたときコンパレータ11がハ
イレベルに出力されなければ、半導体レーザ１は正常発
光レベルではなく異常発光レベルである。この様に半導
体レーザの発光状態を異常検出信号12によりチェックす
ることができる。

発明が解決しようとする課題しかしながら上記のような構成では、所定の比較電圧
11がある一つの電圧値のみであるため、例えばDC発光モ
ードにおいてのみにしか発光状態をチェックすることが
できない。さらに発光状態をチェックする区間もしくは
タイミングが規定されていないためにパルス変調モード
においては光パワー制御誤差電圧がパルス状に発生し、
異常検出信号13は誤動作する可能性がある。

本発明はかかる点に鑑み、DC発光モードおよび光パル
ス波形がピーク値、ボトム値をもつ様なパルス変調モー
ドにおいても正確に正常発光レベルもしくは異常発光レ
ベルであることを検出することを目的としており、さら
に異常時には光ディスクの記録内容や半導体レーザを保
護する半導体レーザ制御回路を提供することを目的とす
る。

課題を解決するための手段上記目的を達成するために本発明の半導体レーザ制御
回路においては、パルス変調モードでは光パワーモニタ
電圧と比較出力する比較電圧をパルス波形のピーク値と
ボトム値を設定する基準電圧を演算処理して発生させる
ものおよびDC発光レベルを設定する基準電圧とボトム値
を設定する基準電圧との間の電圧値を発生させるものが
ある。DC発光モードでは上記のDC発光レベルとボトム値
との間の電圧値のほか、非発光状態と発光状態との間の
電圧値を比較電圧に規定する。さらにDC発光モードのみ
所定の電流値以下であることを検出する比較出力を備え
ている。また発光モードにかかわりなく半導体レーザの
最大許容光出力近傍に比較電圧を設定し破壊を防ぐ。

また本発明においては発光状態をチェックするタイミ
ングまたは区間を規定しており、各モードに切換るとき
に発生する光パワー制御の過渡状態を除く区間のみ検出
を行う。さらにDC発光レベルのチェックは発光オン後所
定のタイミング、ピークのチェックはパルス変調モード
でパルス変調が開始していないサンプル制御区間内の所
定のタイミングで行う。以上の様な比較電圧、タイミン
グで異常発光を検出し半導体レーザを発光状態から非発
光状態に制御し半導体レーザを保護する。

作用本発明は前記した構成によりパルス変調モードにおい
てはパルス波形のピーク値の発光レベルのチェックを実
際に光出力を設定する基準電圧を処理して比較出力する
ことにより単に固定電圧と比較するよりも信頼性高く行
うことができる。またチェックのタイミングをパルス変
調が開始していないサンプル制御区間内の所定のタイミ
ングで行うことにより、誤検出を防止することができ
る。またボトム値の発光レベルのチェックは比較電圧を
DC発光レベルとボトム値の基準電圧との間の電圧値に設
定し、さらにチェック区間を発光モード切換え時に発生
する光パワー制御の過渡状態を除く区間に限定すること
により、誤検出を防止し信頼性の高いボトム値の発光レ
ベルチェックを可能にしている。DC発光モードにおいて
はボトム値とDC発光レベル基準電圧の間の電圧値で比較
出力することと、DC発光時に流れる近傍の電流値で比較
出力し、光ディスクの記録内容を誤記録、誤消去する様
な異常発光を防止し、さらに半導体レーザの過電流検出
を、DC発光時の低い光パワー値で行うことにより、確実
に半導体レーザの破壊を防止することができる。さらに
半導体レーザの最大許容出力近傍に比較レベルを設け、
発光モードにかかわりなく比較出力することにより過大
パワーによる半導体レーザの破壊を防いでいる。

実施例第１図は本発明の一実施例における半導体レーザ制御
回路の構成図を示すものである。半導体レーザ１の出力
光を光検出器２で受光しオペアンプ３で電流電圧変換
し、光パワー制御誤差電圧９を発生させ、光パワー制御
部４へ入力する。光パワー制御部４はDC発光モードにお
いては第３の光パワー値に設定する基準電圧V_R3に応じ
て電流源８を駆動し、半導体レーザ１の光パワー値を制
御する。パルス変調モードにおいては光パルス波形のピ
ーク値の光パワー値を設定する第１の基準電圧V_R1,ボト
ム値の光パワー値を設定する第２の基準電圧V_R2に従っ
て光パワーを制御する。光パルス変調部６は制御された
ボトム値とピーク値のレベルの間を変調信号７に応じて
パルス変調する。発光制御部14は光パルスのパワー値を
設定する第１の基準電圧に相当する第１のデータ信号15
と第２の基準電圧に相当する第２のデータ信号16を送出
しDAコンバータ20,21に入力し第１と第２の基準電圧を
発生させる。この２つの基準電圧は発光制御部が送出す
るデータ信号のデータ値により任意に設定することがで
きる。パルス変調モードにおいては、光ディスクに記録
・消去を行うモードなので光ディスクに記録消去する半
径位置や記録材料によりパルス波形のピーク値、ボトム
値の光パワーレベルを変化させる必要がある。第１図ａ
〜ｖは構成図の各部における信号を示すもので、その信
号波形図は第２図もしくは第３図のａ〜ｖに示す。発光
制御部14は発光制御信号ｅを出力し、異常検出信号13と
AND出力17されて光パワー制御部へ入力され、半導体レ
ーザの出力光をオンオフする。光パワー制御誤差電圧９
はフィルタ回路18に入力されその出力ａが光パワーモニ
タ信号として発光状態の検出に使用される。フィルタ回
路18は半導体レーザ自体が発生する自己帰還雑音などの
ノイズを除去し、異常検出回路の誤動作を防止するため
に備えている。まずコンパレータ19の動作について説明
する。コンパレータ19には光パワーモニタ信号ａと比較
電圧ｂが入力され比較出力ｇされる。比較電圧ｂは第１
の基準電圧と第２の基準電圧を抵抗加算してある。本実
施例においては抵抗R₁とR₂の値を等しくして第１と第２
の基準電圧の平均値が比較電圧ｂになる様設定してい
る。R₁,R₂の値を変えることにより第１と第２の基準電
圧を任意に演算処理して比較電圧ｂを設定することも可
能である。

DC発光モードでは、発光制御信号ｅを発光オン状態22
にすると第３の基準電圧V_R3で設定した第３の光パワー
値にDC発光制御される。このとき第１の基準電圧を第３
の基準電圧と等しくなる様にデータ信号15を送出し、第
２の基準電圧を光パワーが零になる値にデータ信号16を
送出する。従って比較電圧ｂは第３の基準電圧の半分の
電圧値23の様になる。光パワーモニタ信号ａが比較電圧
値23以上であればコンパレータ19の出力ｇはローレベル
になる。すなわちDC発光状態が正常レベルであることが
検出できる。発光制御信号ｅがオン状態になった直後は
光パワー制御の過渡応答時間があるため、正確で安定な
検出を行うためには発光状態をチェックするタイミング
を遅延させる必要がある。ｈは、発光チェックタイミン
グでありDC発光制御が充分安定した時点で発生させる
（29）。Ｄ−フリップフロップのクロックにDC発光チェ
ックタイミング29を入力し、コンパレータ19の出力信号
ｇをラッチ出力する。第３図は光パワーが異常発光した
ときの各部の信号波形図を示す。第３図のａの様にDC発
光レベルが振動しているとコンパレータ出力第３図のｇ
はローレベルにならず29のDC発光チェックタイミングで
出力信号をラッチすると異常検出信号第３図のｉがハイ
レベルとなって出力される。正常時は第２図のｉの様に
ローレベルの状態を保持し異常は検出されない。

パルス変調モードでは、あらかじめ第１の基準電圧V
_R1はパルス波形のピーク値25の値に、第２の基準電圧V
_R2はボトム値26の値に発光制御部14よりデータ信号15,1
6が送出されて設定される。従ってこのときの比較電圧
ｂは24に示す様にパルス値とボトム値の平均値になる。
一方パルス変調モードにおいては特願昭62−264461号で
示されている様に、パルス波形のボトム値の光パワーに
制御整定するボトムパワーサンプル制御区間27,ピーク
値の光パワーに制御整定するピークパワーサンプル制御
区間28を備えている。ピークパワー値が正常レベル以上
であることを確実に検出するためにはこのピークパワー
サンプル制御区間28の後半部分でピークパワー制御の過
渡応答時間を経過しピークパワー値が安定したピークパ
ワー発光チェックタイミング30で検出する。このピーク
パワー発光チェックタイミング30でＤ−フリップフロッ
プ25でコンパレータ19の出力信号ｇをラッチ出力する。
光パワーモニタ信号ａが、ピークパワー発光チェックタ
イミング30において比較電圧値24以上であれば、コンパ
レータ19の出力信号はローレベルになるのでラッチ出力
はハイレベル出力されない（第２図のｉ）。もし第３図
のａの様に異常発光が発生し、比較電圧値24以下の光パ
ワーモニタ信号レベルであればラッチ出力はハイレベル
となり異常が検出される（第３図のｉ）。ラッチ出力ｉ
は他の異常検出信号と共にOR入力31されＲ−Ｓフリップ
フロップ32をセットする。もし異常が発生してＲ−Ｓフ
リップフロップがセットされるとＯ出力はローレベルと
なり光パワー制御部４へ入力される発光制御信号ｖはAN
Dゲート17によりオフ状態となる（第３図のｖ）。この
Ｏ出力は異常検出信号13として発光制御部14へ通知さ
れ、発光制御信号ｅを意図的にオフする。同時にＲ−Ｓ
フリップフロップ32をリセットし異常状態のラッチを解
除する。

この様にDC発光時とパルス変調時においてパワー設定
を行う基準電圧値を用いて比較電圧ｂを発生させ、光パ
ワー制御が安定したタイミングにおいてのみ比較出力を
ラッチして異常検出を行うことにより、パワー制御の切
換時に発生する過渡応答の影響や、光パワーモニタ信号
がパルス変調されることによるパルス波形のピーク値や
ボトム値の誤検出を防ぎ、信頼性の高い異常検出が可能
である。

次にコンパレータ33の動作を説明する。コンパレータ
33の比較電圧Ｃは本実施例においてはDC発光レベルであ
る第３の基準電圧とパルス波形のボトム値である第２の
基準電圧との中間の固定電圧値34とし設定している第３
図のＣ。また、比較電圧ｂの様に第２の基準電圧と第３
の基準電圧を抵抗加算して発生させることもできる。コ
ンパレータ33の検出するレベルと区間について述べる。
DC発光時にはパルス波形のボトム値とDC発光レベルの中
間値よりもDC発光パワーが低い光パワーであることを確
認し、パルス変調時にはこの中間値よりもパルス波形の
ボトム値が高いパワーであることを確認している。なお
DC発光とパルス変調時の切換時に光パワー制御の過渡応
答による誤動作を防ぐために各モードで検出区間を規定
しウインドを設けている。この様にすることにより光記
録再生装置においては再生時にパルス波形のボトム値近
傍の光パワーになって光ディスクの記録内容が誤記録・
誤消去されるのを防止でき、記録時には記録・消去動作
に達しない発光レベルをチェックすることにより信頼性
の高い記録・消去を行うことができる。コンパレータ33
の出力信号は第２図のｊの様に発光モード切換信号ｆよ
り立上りエッジと立下りエッジが遅延する。これは発光
モード切換時に光パワー制御レベルがDC発光レベルから
ボトム値のレベルへ過渡応答する時間があるためであ
る。従ってこの過渡応答区間を除くためにDC発光モード
においては検出区間信号ｋがハイレベルの区間のみコン
パレータ33の出力信号ｊをANDゲート34する。検出区間
信号ｋの立上りエッジは発光モード切換信号ｆの立上り
エッジと同時に発生させ、検出区間信号ｋの立下りエッ
ジは発光モード切換信号ｆの立下りエッジをΔＴだけ遅
延させて発生させる。ΔＴの値は発光モードがパルス変
調時からDC発光時に切換ったときに過渡応答区間を経過
後DC発光制御が充分安定するタイミングを選ぶ。検出区
間信号ｋがハイレベルの区間すなわちDC発光時に比較電
圧Ｃを以上の発光レベルがなければ異常検出信号ｌは出
力されない第２図のｌ。

一方パルス変調時においては検出区間信号ｎがハイレ
ベルの区間のみコンパレータ33の出力信号ｊを反転出力
した信号ｍをANDゲート36する。検出区間信号ｎは立ち
上りエッジを発光モード切換信号ｆの立ち上りエッジよ
り過渡応答時間を除くΔＴ′遅延させ、立下りエッジは
発光モード切換信号ｆの立下りエッジと同時に発生させ
る。この様にすることによりパルス変調時の光パワー制
御が充分安定した区間で比較電圧Ｃ以下のボトム値を検
出することができる。もし比較電圧Ｃ以下のボトム値の
レベルがなければ異常検出信号Ｏは出力されない第２図
のＯ。ところが第３図のａの様にパルス変調時において
ボトム値が比較電圧以下になると検出区間信号がハイレ
ベルの区間で異常検出信号Ｏがハイレベル出力される第
３図のＯ。

この様に過渡応答の区間を除いてボトム値のレベルを
DC発光時とパルス変調時にチェックし、光ディスクの記
録内容が誤記録、誤消去されたり、記録・消去動作に達
しない発光レベルをチェックして信頼性の高い半導体レ
ーザ制御回路を構成している。

次にコンパレータ37の動作を説明する。比較電圧ｄは
半導体レーザ１の最大許容光出力近傍に設定し、光パワ
ーモニタ信号ａと比較出力される（ｔ）。検出は発光モ
ードにかかわりなく区間を設けずに過大光パワーの発光
による半導体レーザの破壊を防ぐ。もし第３図のａの38
に示す様に最大許容光出力を超える光パワーが、光パワ
ー制御ループの発振等により発生すると異常検出信号ｔ
が出力される第３図のｔ。

最後にコンパレータ39の動作を説明する。コンパレー
タ39は電流源８に流れる電流を制御する制御電圧ｐと固
定値の比較電圧ｑを比較出力している（ｒ）。制御電圧
ｐは半導体レーザ１に流れる電流値に比例している。従
って第２図のＰに示す様に発光光パワーにほぼ比例した
信号波形となる。ここで比較電圧ｑをDC発光モードにお
ける光パワー値に必要な最大の駆動電流値に相当する電
圧に設定する。DC発光モードに必要な最大の駆動電流値
とは半導体レーザの温度特性、経年変化を考慮しての最
大値を示している。この様にDC発光レベルの様な低い光
パワーレベルに相当する電流値でDC発光パワーを超える
異常を検出すれば、もし光検出器からの信号が切断され
光パワー制御が暴走して過大パワーで発光し、しかも光
パワーモニタ信号ａも発生しないとしても、半導体レー
ザの破壊を前記の電流値で防止することができる。コン
パレータ39の出力信号ｒは他と同様に過渡応答の影響を
除去するために検出区間信号ｋとANDゲート39出力して
異常検出信号Ｓを出力している。このコンパレータ39は
光パワーモニタ信号ａが発生しなくても半導体レーザの
破壊を防止できることが他のコンパレータの機能と異な
るところである。

以上のように本実施例によればDC発光時とパルス変調
時においてパワー設定を行う基準電圧値を用いて比較電
圧を発生させ、光パワー制御が安定したタイミングにお
いてのみ比較出力をラッチして異常検出を行うことによ
りパワー制御の切換時に発生する過渡応答の影響や、光
パワーモニタ信号がパルス変調されることによるパルス
波形のピーク値の誤検出を防ぎ信頼性の高い異常検出が
可能である。またパルス波形のボトム値とDC発光パワー
の中間値を比較電圧としDC発光時にはこの比較電圧以
下、パルス変調時にはこの比較電圧以上であることを、
モード切換時に発生する過渡応答区間を除く区間で検出
を行い、光ディスクの記録内容が誤記録、誤消去された
り、記録・消去動作に達しない発光レベルをチェックし
て信頼性の高い半導体レーザの光パワー制御が実現でき
る。さらに半導体レーザの最大許容光出力を超える光パ
ワーを検出し半導体レーザの破壊を防ぐ。そしてDC発光
モードで過大電流値を検出することにより光検出器から
のモニタ信号が切断されても過大パワーで発光し半導体
レーザが破壊されるのを防止することができる。

発明の効果以上説明したように本発明によればパルス波形のピー
ク値の発光レベルのチェックを実際に光出力を設定する
基準電圧を処理して比較出力するため、単に固定電圧と
比較するよりも信頼性高く行うことができる。またチェ
ックのタイミングをパルス変調が開始していないサンプ
ル制御区間内の所定のタイミングで行うことにより誤検
出を防止することができる。またボトム値の発光レベル
のチェックは比較電圧をDC発光レベルとボトム値の間の
電圧値に設定し、さらにチェック区間をモード切換時に
発生する光パワー制御の過渡応答区間を除く区間に限定
することにより誤検出を防止し信頼性の高いボトム値の
発光レベルのチェックを可能にしている。DC発光モード
においてはボトム値とDC発光レベルの間の電圧値で比較
出力することと、DC発光時に流れる最大の電流値で比較
出力し光ディスクの記録内容を誤記録・誤消去する様な
異常発光を防止し、また確実に半導体レーザの破壊を防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における一実施例の半導体レーザ制御回
路のブロック図、第２図は同実施例の動作波形図、第３
図は異常発光時の動作波形図、第４図は従来の半導体レ
ーザ制御回路のブロック図である。１……半導体レーザ、２……光検出器、４……光パワー
制御部、６……光パルス変調部、９……光パワーモニタ
電圧。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザの出力光を光検出器で受光し
光パワー制御誤差電圧を発生させる光パワーモニター電
圧発生手段と、半導体レーザの出力光を第１もしくは第
２もしくは第３の光パワー値に設定するための第１もし
くは第２もしくは第３の基準電圧発生手段と、半導体レ
ーザの出力光を第１もしくは第２もしくは第３の光パワ
ー値に制御する第１もしくは第２もしくは第３の光パワ
ー制御手段と、第１の光パワー値を光パルス波形のピー
ク値に、第２の光パワー値を光パルス波形のボトム値に
光パルスを変調する光パルス変調手段と、半導体レーザ
の出力光をパルス変調モードとパルス変調を行なわない
第３の光パワー値にDC発光するDC発光モードとを切換る
発光モード切換手段と、半導体レーザの出力光が前記２
つの発光モードにおいて正常発光レベルであることもし
くは異常発光レベルであることを検出する発光状態検出
手段とを備えた半導体レーザ制御回路。
【請求項２】パルス変調モードにおいて光パルス波形の
ピーク値が所定の光パワーレベル以上もしくは以下であ
ることを光パワーモニタ電圧と所定の比較電圧とを比較
して検出する手段を備えた請求項（１）記載の半導体レ
ーザ制御回路。
【請求項３】パルス変調モードにおいて光パルス波形の
ボトム値が所定の光パワーレベル以上もしくは以下であ
ることを光パワーモニタ電圧と所定の比較電圧とを比較
して検出する手段を備えた請求項（１）記載の半導体レ
ーザ制御回路。
【請求項４】DC発光モードにおいてDC発光レベルが所定
の光パワーレベル以上もしくは以下であることを光パワ
ーモニタ電圧と所定の比較電圧とを比較して検出する手
段を備えた請求項（１）記載の半導体レーザ制御回路。
【請求項５】パルス変調モードおよび／もしくはDC発光
モードにおいて光出力レベルが半導体レーザの最大許容
光出力の近傍に設定したレベル以上もしくは以下である
ことを光パワーモニタ電圧と所定の比較電圧とを比較し
て検出する手段を備えた請求項（１）記載の半導体レー
ザ制御回路。
【請求項６】パルス変調モードおよび／もしくはDC発光
モードにおいて光出力レベルが半導体レーザの最大許容
光出力の近傍に設定したレベル以上もしくは以下である
ことを半導体レーザに流れる電流値と所定の比較電流値
とを比較して検出する手段を備えた請求項（１）記載の
半導体レーザ制御回路。
【請求項７】所定の比較電圧は第１とおよび／もしくは
第２とおよび／もしくは第３との基準電圧を演算処理す
ることにより発生させる請求項（２），（３），
（４），または（５）のいずれかに記載の半導体レーザ
制御回路。
【請求項８】所定の比較電圧は第１の基準電圧と第２の
基準電圧との間の電圧値である請求項（２）、または
（３）のいずれかに記載の半導体レーザ制御回路。
【請求項９】所定の比較電圧は第２の基準電圧と第３の
基準電圧との間の電圧値である請求項（３），または
（４）のいずれかに記載の半導体レーザ制御回路。
【請求項１０】所定の比較電圧は第３の基準電圧と半導
体レーザの光出力が零レベルになる第４の基準電圧との
間の電圧値である請求項（４）記載の半導体レーザ制御
回路。
【請求項１１】光パワーモニタ電圧を所定の時定数を持
つ積分回路もしくは検波回路に入力しこの積分もしくは
検波回路の出力と所定の比較電圧とを比較して発光状態
を検出する請求項（２），（３），（４），（５），
（７），（８），（９），または（10）のいずれかに記
載の半導体レーザ制御回路。
【請求項１２】パルス変調モードにおいてパルス波形の
ピーク値である第１の光パワー値もしくはパルス波形の
ボトム値である第２の光パワー値に第１もしくは第２の
光パワー制御手段により半導体レーザの出力光を制御す
るサンプル制御区間を設け、この制御区間内の所定のタ
イミングにおいて光パワーモニタ電圧と所定の比較電圧
とを比較して発光状態を検出する請求項（２），
（３），（７），（８），または（９）のいずれかに記
載の半導体レーザ制御回路。
【請求項１３】DC発光モードにおいて半導体レーザを非
発光状態から発光状態に切り換える直後の、もしくはあ
る一定時間経過後の所定のタイミングにのみ発光状態の
検出を行う請求項（４），（７），（９），または（1
1）のいずれかに記載の半導体レーザ制御回路。
【請求項１４】DC発光モードからパルス変調モードに切
換る過渡状態もしくはパルス変調モードからDC発光モー
ドに切換る過渡状態を除くDC発光モードの区間において
発光状態の検出を行う請求項（４），（７），（９），
または（11）のいずれかに記載の半導体レーザ制御回
路。
【請求項１５】DC発光モードからパルス変調モードに切
換る過渡状態もしくはパルス変調モードからDC発光モー
ドに切換る過渡状態を除くパルス変調モードの区間にお
いて発光状態の検出を行う請求項（２），（３），
（７），（８），（９），または（11）のいずれかに記
載の半導体レーザ制御回路。
【請求項１６】DC発光モードからパルス変調モードに切
換る過渡状態もしくはパルス変調モードからDC発光モー
ドに切換る過渡状態を除くDC発光モードの区間において
第３の光パワー制御手段により制御される半導体レーザ
に流れる電流値と所定の比較電流値とを比較して検出す
る手段を備えた請求項（11）に記載の半導体レーザ制御
回路。
【請求項１７】異常発光レベルを検出すると半導体レー
ザを発光状態から非発光状態に制御する保護手段を備え
た請求項（１），（２），（３），（４），（５），
（６），（７），（８），（９），（10），（11），
（12），（13），（14），（15），または（16）のいず
れかに記載の半導体レーザ制御回路。