JP2649410B2 - レーザーダイオード出射光量の制御方法及び制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、レーザーダイオードを光源に用いて情報を
記録、再生する装置におけるレーザーダイオード出射光
量の制御方法及び制御装置に関する。

（従来の技術） 一般的に、光記録、再生装置においては、記録用媒体
にレーザー光を集光して熱的、化学的に微小なピットを
形成することで、情報を書き込む。再生時には、前記の
変化が起こらない程度に弱めた光で、書き込んだ場所を
トレースして、戻ってくる光の強弱などから再生信号を
得る。このような系では記録に最適な光量は媒体によっ
てほぼ決まっている。しかし、レーザーダイオードの特
性上、出力は温度によって大きく変化し、実使用状態に
おいては、レーザーを駆動する電流値を一定に設定して
おくことはできない。そこで、通常は、その時の電流値
に基づくレーザー光量を常にモニターし、フィードバッ
クすることにより電流値を制御して記録（または再生）
に必要な一定の光量を得ている。

（発明が解決しようとする課題） 先のような制御方法をとると、記録時において、書き
込み信号が来た場合レーザー出力（光量）を読み込み時
のレベルから書き込み時のレベルまで上げるわけである
が、いま現在レーザー出力がどこまで上がっているかを
書き込み信号幅に対して、十分細かく捕捉していかなけ
ればならない。すなわち、従来の技術の再生レベル、記
録レベルに対するサンプリングの関係を示す第５図に示
すように、レーザーダイオードの温度変化に伴う出力の
変化を常時モニターするために多数のサンプリング回数
によってレーザのダイオードの出力はサンプリングされ
ており、そのサンプリングによって得られた光量をフィ
ードバックすることにより必要な一定の光量を得てい
る。そうしなかったときには（モニターのためのサンプ
リング回数を減らすことに相当）、特にレーザー出力の
立ち上がり時に、オーバーシュート等が発生し最悪の場
合、記録しようとした波形に対して再生波形が歪み、正
しい情報が得られなくなる可能性がある。すなわち、レ
ーザー出力の立ち上がり時には、高速性が要求されたレ
ーザー出力は急激に変化するので、サンプリング回数を
減らすと、フィードバック制御が追従できず、前述のよ
うなオーバーシュート等による再生波形の歪みが発生す
る。

従って、最高記録周波数の数十培の速度でレーザー光
量を測定し、流している電流量を調節する必要がある。
こうした場合、記録する周波数が高くなればなるほど、
制御系もそれ以上の高速化が要求され、安定性、コスト
の面からも設計が難しくなっていく。

そこで、本発明の目的は、“記録時にはレーザー光量
のモニターはせず、再生出力時にのみ時間幅も広くとっ
て出光量と電流値を測り、それをもとにして記録時に必
要な電流量を決め、制御をおこなう。”という手法をと
り、モニターの回数を大幅に減らし回路上必要な周波数
帯域幅を狭めかつ、本来の目的である“記録時のレーザ
ー出力を一定に保とう”とするものである。

（課題を解決するための手段） 上述の目的を達成するために、本発明は、レーザーダ
イオードを光源に用いて情報を記録、再生する装置にお
けるレーザーダイオード出射光量の制御方法において、
再生時のレーザー出力およびレーザーダイオード駆動電
流値からレーザーダイオードの温度をパラメータとする
出力−電流特性に基づく計算によって、記録時の所望の
出射光量を得るためのレーザーダイオード駆動電流値を
算出し、算出したレーザーダイオード駆動電流値の電流
量を記録時にレーザーダイオードに流すことにより、記
録光量を一定に保つことを特徴とする制御方法を採用す
るものである。

また、本発明は、レーザーダイオードを光源に用いて
情報を記録、再生する装置におけるレーザーダイオード
出射光量の制御装置において、光源として用いるレーザ
ーダイオードと、再生時および記録時のレーザーダイオ
ードの目標光量を設定する目標光量設定手段と、再生時
にレーザーダイオードの光量を検出する検出手段と、検
出手段で検出した光量を該光量に対応する電圧値に変換
する変換手段と、変換手段で変換した光量に対応する電
圧値をサンプル／ホールドするサンプル／ホールド手段
と、目標光量設定手段により設定された再生時目標光量
をレーザーダイオードが出射するようにサンプル／ホー
ルド手段にサンプル／ホールドされた電圧値に基づいて
再生用駆動電流値を更新する再生用駆動電流値更新手段
と、目標光量設定手段により設定された記録時目標光量
をレーザーダイオードが出射するようにサンプル／ホー
ルド手段にサンプル／ホールドされた電圧値とレーザー
ダイオードの温度をパラメータとする出力−電流特性に
基づいて記録時の所望の出射光量を得るための記録用駆
動電流を算出し更新する記録用駆動電流値更新手段と、
再生用駆動電流更新手段において更新された再生用駆動
電流値に基づいた電流をレーザーダイオードに供給する
再生時電流供給手段と、記録用駆動電流値更新手段にお
いて更新された記録用駆動電流値に基づいた電流をレー
ザーダイオードに供給する記録時電流供給手段と、再生
時電流供給手段および記録時電流供給手段を切り替える
スイッチと、を有することを特徴とするレーザーダイオ
ード出射光量の制御装置を採用するものである。

（実施例） 次に、図面を参照して、本発明を説明する。

第１図は、本発明の原理を説明するための再生レベ
ル、記録レベルに対するサンプリングの関係を示す図で
あり、第２図は温度をパラメータとするレーザー出力
（光量）−電流特性を示すグラフであり、第３図は本発
明の原理を確認するために用いる市販のレーザーダイオ
ードの出力−電流特性を示すグラフであり、第４図は、
本発明の原理を適用した好ましい制御装置を示す概略ブ
ロック回路図である。

最初に、第１図および第２図を参照して、本発明の原
理を説明する。

レーザーダイオードは、第２図に示すように温度によ
りレーザーダイオードに流す駆動電流に対するその出力
（光量）が異なる。本発明の原理は、要約すると、現在
温度を特定することなく、再生時の電流値と発振出力値
から記録時の所定の発振出力値を得るための電流値を算
出し、その電流値によりレーザーダイオードを出射させ
ようとするものである。以下にこの点に関して詳細に説
明する。

現在得られている情報としては、低出力時（読み込み
時）（再生時）の発振出力値とその時のレーザーに流れ
ている電流値のみとする。このときに設定している高出
力値（書き込み時）（記録時）を発振させるには、電流
をどれだけ流せばよいかが知りたい情報とする。この場
合情報が不足している。そこでその時の温度を意識せず
に電流値を求めるには、どうすればよいかを次に示す。

“レーザー出力−電流”の関係を数式化すると、 Ｐ＝ｎ（Ｔ）（Iop−Ith（Ｔ）） …（１） P:出射光量 ｎ（Ｔ）：発振効率（温度Ｔの関数） Iop:電流値 Ith（Ｔ）：発振しきい値電流（Ｔ）の関数 ｎ（Ｔ）＝ｎ（Ta）−Ki（Ｔ−Ta） …（１）−ａ Ith（Ｔ）＝Kt×exp（T/To） …（１）−ｂ Ki、Kt:定数 Ta:任意の温度値 To:特定温度 ｎ（Ta）:Ta時の発振効率 （Ａ）Kt、To、Kiの決定 出力−電流特性表、または実測により、２種類の温度
（値も必要）においてのIth（TI）、Ith（T2）を求める
（第２図参照） 曲線は直線近似し、光出力０との交点をIthとする。

また、第２図の曲線を用い、（１）−ａの式のTa、ｎ
（Ta）にT1、ｎ（T1）の値を代入し、同様に、Ｔ、ｎ
（Ｔ）にT2、ｎ（T2）を代入することでKiも求めること
ができる。

（Ｂ）書き込み時レーザ出力（Pw）に対応する電流値
（Iw）の導出 ある温度“T"において読み込み時のレーザー出力値が
Pr、電流値がIrであった場合に、書き込み出力をPwと設
定したときに流すべき電流値Iwを求める。但し温度“T"
自体はわからないものとする。

（１）式から Pr＝ｎ（Ｔ）（Ir−Ith（Ｔ）） …（２） Pw＝ｎ（Ｔ）（Iw−Ith（Ｔ）） …（３） Ith（Ｔ）を消去し Iw＝Ir＋（Pw−Pr）/n（Ｔ） …（４） （Ｃ）ｎ（Ｔ）の導出 （１）−ａ、（１）−ｂ式中でｎ（Ta）、Ta、Kt、To
は既にわかっていることを念頭におき、次の３式を考え
る。

Ith（Ｔ）＝Ir−Pr/n（Ｔ） …（５） （（２）式より） ｎ（Ｔ）＝ｎ（Ta）−Ki（Ｔ−Ta） …（６） （（１）−ａ式より） Ith（Ｔ）＝Kt×exp（T/Ta） …（７） （（１）−ｂ式より） Ｔ、Ith（Ｔ）を消去し、 Kt＊exp[(1/To)＊((n(Ta)−n(T))/Ki＋Ta)] ＝Ir−Pr/n（Ｔ） …（８） このようなｎ（Ｔ）に対する方程式が得られる。
（８）を解くに当たり、両辺の対数とり、 ［（ｎ（Ta）−ｎ（Ｔ））/Ki＋Ta］/To ＝log［（Ir−Pr/n（Ｔ））/Ki］ …（９） マイコンなど電気回路上で計算しやすいように、一例
として反復法を用いて値を求めることにする。

a.右辺ｎ（Ｔ）にｎ（T1）またはｎ（T2）のいずれかの
値を代入し、一次方程式としてｎ（Ｔ）について解く。

b.再び（９）式右辺ｎ（Ｔ）に“a."で求めた新たな値
を代入し、ｎ（Ｔ）について解く。

c.このような操作を繰り返すとｎ（Ｔ）は真の値に収束
していく。４〜５回程度の繰り返しでほぼ収束する。

以上でｎ（Ｔ）がわかったので（４）式から書き込み
時電流Iwを決定することができる。

まとめると、使用するレーザーダイオードについて予
め温度のわかっている任意の２点における発振しきい値
電流Ith（T1）、Ith（T2）及び発振効率ｎ（T1）、ｎ
（T2）を得ておくことで、読み込み用出力時のレーザー
出力と電流から、その温度においての発振効率が計算で
き、書き込み時に流すべき電流値が算出されるという結
果が得られたことになる。

先の結果が実際に合うかどうか確認してみる。製品規
格の資料がある関係から第３図に示す出力−電流特性を
持つ松下電子工業製の半導体レーザー“LN9850"を取り
上げ、任意の温度においてのレーザー出力と電流値から
適当に設定した出力値に必要な電流を算出し、実際の電
流値と比較する。

第３図は“LN9850"の１つの“出力−電流特性”の実
測値で、まず20℃と50℃の曲線から Ith（20℃）＝39.0 （mA） Ith（50℃）＝47.5 （m
A） ｎ（20℃）＝0.772 ｎ（50℃）＝0.680 と読み取れる。

“2.（Ａ）”より、これらの値を用い、 To＝152（Ｋ） Kt＝5.674 Ki＝0.0014 が得られる。

これで準備が整ったので、例として40℃の曲線につい
て計算結果が実測に合うかどうか確認を行う。

読み込み時の出力としてグラフからPr＝18mW、Ir＝70
mAを取り出し、これをもとにPw＝40mWとしたいときに必
要な電流を求める。（※計算においては40℃という情報
は使っていない。） （９）式でTa＝293（Ｋ）…20℃、ｎ（Ｔ）＝ｘとお
き、まずＸを求める。

［（1/0.0014）＊（0.722−Ｘ）＋293］/152 ＝log［（70−18/x）/5.674 右辺ｘに0.722を代入し、ｘ＝0.691 右辺ｘに0.691を代入し、ｘ＝0.697 右辺ｘに0.697を代入し、ｘ＝0.696 右辺ｘに0.696を代入し、ｘ＝0.696 ｎ（Ｔ）＝0.696が得られた。従って（４）式から Iw＝70.0＋（40−18）0.696＝101.6（mA） 実際40℃上の曲線で40mA出力時に必要な電流は、グラ
フから読み取ると、約102mAであり、計算値と実測値は
よく一致している。

次に、第４図を参照して本発明の前述の原理を適用し
た好ましい具体的な制御方式について説明する。

制御装置10は制御部12を有しており、この制御部12は
後述する書き込みレベルおよび読み取りレベルに対する
レーザー出力の目標値を外部から設定されるように構成
されている。例えば、書き込みレベルが1mW、読み取り
レベルが7mWに相当するデジタルデータが外部から設定
される。また、制御部12は第１図および第２図に関連し
て説明したような演算式を持つ制御系のモデルを内部に
有し、このモデルに基づき後述するフィードバック信号
によって得られる光量に対応する電流値から再生時およ
び記録時のレーザー出力の目標値を得るように駆動電流
値をサンプリング毎に（再生時に１回のサンプリング毎
に）更新する。なお、再生時の駆動電流値は、更新する
ことなく、通常のフィードバックループで制御して記録
時の駆動電流値だけを内部モデルを使用した制御として
もよい。

読み取りレベルは更新されたディジタル量の再生時駆
動電流値を電圧アナログ量に変換するD/Aコンバータ14
および電圧アナログ量に比例する電流量に変換する電圧
−電流変換回路16を有し、更新された再生時駆動電流値
に対応する電流をレーザーダイオード26に供給する。

書き込みレベルは、同様に更新されたディジタル量の
記録時駆動電流値を電圧アナログ量に変換するD/Aコン
バータ18および電圧アナログ量に比例する電流量に変換
する電圧−電流変換回路20を有し、更新された記録時駆
動電流値に対応する電流をレーザーダイオード26に供給
する。なお、ここで留意することは、本発明の実施例の
ように再生時駆動電流は常時レーザーダイオード26に流
されており、記録時に記録時駆動電流が加算されるよう
にレーザーダイオード26に流されるように構成すると、
書き込みレベルにおける記録時駆動電流値は制御部に与
えられた目標値より再生時駆動電流値を減算した値であ
ることである。

読み取りレベルの電圧−電流変換回路16はレーザーダ
イオード26のアノードに接続されており、また書き込み
レベルの電圧−電流変換回路20はスイッチ22を介してレ
ーザーダイオード26に接続されている。スイッチ22は記
録時に外部からの書き込み電力タイミング信号（“0"お
よび“1"に対応する２値信号）によりレーザーダイオー
ド26またはダミー抵抗24の間で高速で切換えられるよう
に構成されている。

レーザーダイオード26の光量はフォトダイオード28に
よって検出され（フォトダイオードを流れる電流として
検出され）、検出された電流は抵抗器（図示されず）に
流され、抵抗器の両端間の電圧が光量に対応する電圧値
として取り出され、増幅器30によって増幅され、この光
量に対応する電圧値はサンプル／ホールド回路（手段）
32によってサンプル／ホールドされ、A/Dコンバータ34
によりディジタル量に変換されて制御部にフィードバッ
ク信号として戻される。サンプル／ホールド回路32は読
み取り時（再生時）だけ働くように外部からの信号によ
り制御される。すなわち、サンプル／ホールド回路32は
再生時に１回だけレーザーダイオードの光量に対応する
電圧値をサンプリングしてホールドする。このためサン
プリング回数は従来の技術のサンプリング回数と比較し
て極めて少ない。

次に、本発明の制御装置の作動を概略する。最初に、
制御装置の初期設定として使用するレーザーダイオード
の温度をパラメータとする出力−電流特性の２点の温度
から必要な定数の値（例えば、Kt、To、Ki、Ta発振効率
ｎ（Ｔ）等）が求められて、制御部12内部に第１図およ
び第２図に関連して説明した演算式が格納される。今再
生時にあるとすると、サンプル／ホールド回路32が外部
信号により能動化されるとレーザーダイオード26の光量
に対応する電圧値がフィードバック信号として制御部12
に供給される。このフィードバック信号により、制御部
12内の演算式に基づいて、再生時および記録時のモデル
が更新される。すなわち、再生時および記録時の駆動電
流値が更新され読み取りレベルおよび書き込みレベルに
出力される。なお、前述したように、この再生時駆動電
流はフィードバックループにより制御されてもよいもの
である。更新した再生時駆動電流はレーザーダイオード
26に供給され、再生時の目標値に対応する光量でレーザ
ーダイオード26を出射する。一方更新した記録時駆動電
流はスイッチ22を介してダミー抵抗24に流れ、レーザー
ダイオード26には供給されない。次に、記録時になる
と、スイッチ22が書き込み電力タイミング信号に基づい
てレーザーダイオード26に切換えられたときに記録時駆
動電流が再生時駆動電流に加算されてレーザーダイオー
ド26に流れ、記録時の目標値に対応する光量でレーザー
ダイオード26を出射する。次に記録が終わり、再び再生
時となると、前述と同様にサンプル／ホールド回路に与
えられる外部信号によりフィードバック信号を制御部12
に与え、再び制御部内部のモデルを更新する。

（発明の効果） 以上説明してきたように、本発明は、最初に使用する
レーザーダイオードについて、“出力−電流特性”を温
度２点で測定しておくことで初期の目的にかなった記録
時の光量制御が可能であり、そして常時モニター方式に
比べて、サンプリングの回数が極めて少ないので制御の
ために使う周波数帯域は数桁低くて済むことから、レー
ザーでの書き込み周波数が高くなればなるほど、設計上
有利になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の原理を説明するための再生レベル、
記録レベルに対するサンプリングの関係を示す図であ
る。 第２図は温度をパラメータとするレーザー出力（光量）
−電流特性を示すグラフである。 第３図は本発明の原理を確認するために用いる市販のレ
ーザーダイオードの出力−電流特性を示すグラフであ
る。 第４図は、本発明の原理を適用した好ましい制御装置を
示す概略ブロック回路図である。 第５図は従来の技術の制御方式を示す概略図である。 10……制御装置， 12……制御部、 14、18……D/Aコンバータ、 16、20……電圧−電流変換回路、 22……スイッチ、 24……ダミー抵抗、 26……レーザーダイオード、 28……フォトダイオード、 32……サンプル／ホールド回路、 34……A/Dコンバータ。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザーダイオードを光源に用いて情報を
   記録、再生する装置におけるレーザーダイオード出射光
   量の制御方法において、再生時のレーザー出力およびレ
   ーザーダイオード駆動電流値からレーザーダイオードの
   温度をパラメータとする出力−電流特性に基づく計算に
   よって、記録時の所望の出射光量を得るためのレーザー
   ダイオード駆動電流値を算出し、算出したレーザーダイ
   オード駆動電流値の電流量を記録時にレーザーダイオー
   ドに流すことにより、記録光量を一定に保つことを特徴
   とする制御方法。
2. 【請求項２】レーザーダイオードを光源に用いて情報を
   記録、再生する装置におけるレーザーダイオード出射光
   量の制御装置において、 光源として用いるレーザーダイオードと、 再生時および記録時のレーザーダイオードの目標光量を
   設定する目標光量設定手段と、 再生時にレーザーダイオードの光量を検出する検出手段
   と、 検出手段で検出した光量を該光量に対応する電圧値に変
   換する変換手段と、 変換手段で変換した光量に対応する電圧値をサンプル／
   ホールドするサンプル／ホールド手段と、 目標光量設定手段により設定された再生時目標光量をレ
   ーザーダイオードが出射するようにサンプル／ホールド
   手段にサンプル／ホールドされた電圧値に基づいて再生
   用駆動電流値を更新する再生用駆動電流値更新手段と、 目標光量設定手段により設定された記録時目標光量をレ
   ーザーダイオードが出射するようにサンプル−ホールド
   手段にサンプル／ホールドされた電圧値とレーザーダイ
   オードの温度をパラメータとする出力−電流特性に基づ
   いて記録時の所望の出射光量を得るための記録用駆動電
   流を算出し更新する記録用駆動電流値更新手段と、 再生用駆動電流値更新手段において更新された再生用駆
   動電流値に基づいた電流をレーザーダイオードに供給す
   る再生時電流供給手段と、 記録用駆動電流値更新手段において更新された記録用駆
   動電流値に基づいた電流をレーザーダイオードに供給す
   る記録時電流供給手段と、 再生時電流供給手段および記録時電流供給手段を切り替
   えるスイッチと、 を有することを特徴とするレーザーダイオード出射光量
   の制御装置。