以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
図1は、本発明に係るレーザ駆動装置の一例であるレーザ光出力制御装置の実施形態の構成を示すブロック図である。このレーザ光出力制御装置1は、相変化ディスクを媒体として使用するとともに、ストラテジの各レーザパワーをリアルタイム制御するAPC方式を採用している。
このレーザ光出力制御装置1は、先ず、レーザの閾値電流を与える電流成分に、多値パワーの発光波形を生成するための電流パルスを重畳して合成電流を生成し、この合成電流をレーザに供給することで、レーザをパルス駆動するに際して、バイアス電流を与える制御ループの誤差アンプの入力誤差を用いて、電流パルスを与える他の制御ループの誤差アンプ入力に補正を加える機能要素を備えている点に特徴を有する。
特に、構成においては、制御ループの基準設定を与える基準入力系から帰還系であるフォトダイオード検波系を減算することによりバイアス電流を与える制御ループの誤差アンプの入力誤差を抽出し、この抽出した入力誤差を、他の制御ループの誤差アンプ入力の基準入力系から減算するようにしている点に特徴を有する。以下、具体的に説明する。
レーザ光出力制御装置1は、図1に示したAPC回路と同様に、光学系装置10と電気系装置20とを備えており、光学系装置10にて、記録・再生媒体の一例である光ディスク9に、任意のレーザ光L1の成分を照射することにより記録、再生、あるいは消去を行なうように構成されている。
具体的には、先ず、光学系装置10は、電気系装置20により駆動されるレーザ光源の一例である半導体レーザ(たとえばレーザダイオードLD;Laser Diode )12と、半導体レーザ12から発せられた拡散光であるレーザ光L1を平行光にする対物レンズ13とを備えている。
また光学系装置10は、半導体レーザ12から発せられ対物レンズ13を通過したレーザ光L1を透過光L1aと90度方向に反射された反射光L1bとに分光するとともに、図示しない対物レンズで光ディスク9からの反射光を平行光とした再生光を図示しない再生用フォトディテクタに向けて反射させる光学部材の一例であるビームスプリッタ14と、ビームスプリッタ14にて反射された反射光L1bを受光して監視(モニタリング)することで、半導体レーザ12の光出力を検出するレーザパワー検知部(光出力検出部)の一例であるフォトダイオード(FRD)16とを備えている。フォトダイオード16は、カソード側が基準電源に接続され、アノード側が電気系装置20に接続される。
半導体レーザ12から発せられたレーザ光L1の一部は、対物レンズ13、ビームスプリッタ14、および図示しない光ディスク9側に設けられた図示しない対物レンズンズを通過し、光ディスク9の記録膜上に集光され、再生および記録用のレーザビームスポットを形成する。
またこれと同時に、半導体レーザ12から発せられたレーザ光L1の一部はビームスプリッタ14を介して反射光L1bとなりフォトダイオード16を照射する。フォトダイオード16は、受光したレーザ光L1の反射光L1b成分を電気信号に変換(光電変換)することで検知電流IFPD を生成し、この検知電流IFPD をパワー検出信号として半導体レーザ制御機能を持つ電気系装置20に伝送する。フォトダイオード16は、半導体レーザ12から発せられたレーザ光L1の出力パワーを検知するレーザパワー検知部の一例である。
電気系装置20は、フォトダイオード16から伝送された検知電流IFPD を電圧信号である検知電圧VFPD に変換(電流電圧変換)する電流電圧変換部(I/V)26を備えている。電流電圧変換部26は、フォトダイオード16のアノード側と基準電源との間に配された変換抵抗27と、変換抵抗27にて電圧信号に変換された検知電圧VFPD をバッファリングするバッファアンプ28とを有している。
また、電気系装置20は、半導体レーザ12の発光パルス波形における記録モード時のピーク、イレーズ、およびクール並びに再生(読取り)モード時のリードの各パワーレベルに対応する4値のレーザパワー設定信号であるピーク(Peak)、イレーズ(Erase )、クール(Cool)、リード(Read)の各基準電流データを生成する基準電流生成部32と、基準電流生成部32にて生成された各基準電流データをアナログ信号に変換するDA変換部34(それぞれ34R,34C,34E,34P)とを備えている。
基準電流生成部32とDA変換部34R,34C,34E,34Pにより、半導体レーザ12の記録モードにおける各レベルの光出力の設定値を付与する光出力設定部が構成される。
また電気系装置20は、DA変換部34にてアナログ信号に変換された各パワー基準電流(それぞれIREFR,IREFC,IREFE,IREFP)の何れか1つもしくは任意の組合せ(重畳)に対応するパワー基準電流IREF を出力する光出力設定値切替部の一例であるカレント(電流)スイッチ(Current SW)35と、カレントスイッチ35から出力されたパワー基準電流IREF を電圧信号であるパワー基準電圧VREF に変換(電流電圧変換)する電流電圧変換部36を備えている。
電流電圧変換部36は、カレントスイッチ35の出力側と基準電源との間に配された変換抵抗37と、変換抵抗37にて電圧信号に変換されたパワー基準電圧VREF をバッファリングするバッファアンプ38とを有している。
カレントスイッチ35は、基準電流生成部32とDA変換部34とで構成される光出力設定部により付与される半導体レーザ12の光出力の4値の設定値を切り替え出力するべく、4値の半導体レーザパワーをスイッチングするため、図示しない中央制御部から、このカレントスイッチ35の切替動作を制御するための切替制御信号が入力される。
切替制御信号としては、たとえば、記録(Write )モードと再生(Read)モードとを切り分けるライトゲート信号WG(Write Gate)や、記録モード時の半導体レーザ12の発光パルス波形におけるピーク、イレーズ、およびクールの各パワーレベルに対応するタイミングを指示するための各タイミングパルス(それぞれPPK,PER,PCL)などがある。
図示を割愛するが、カレントスイッチ35は、ピーク、イレーズ、クール、およびリードの各パワーレベルにそれぞれ対応する個別の電流源と、ライトゲート信号WGおよびタイミングパルスPPK,PER,PCLの制御の元でオンオフするスイッチング素子とを有しており、ライトゲート信号WGおよびタイミングパルスPPK,PER,PCLの制御の元で、対応するレーザパワー設定信号としてのパワー基準電流IREF によってそれぞれ設定された基準電流を出力する。
このような構成により、レーザ光出力制御装置1は、半導体レーザ12の閾値電流を供給するバイアス電流と複数の電流パルスを加減算することにより多値パワーの発光波形を生成するようにしている。後段のレーザパワー制御系(APC制御系)では、半導体レーザ12のレーザパワーが、この多値パワーの発光波形となるように、多値パワーを制御する。
また電気系装置20は、電流電圧変換部26にて電流電圧変換された検知電圧VFPD と電流電圧変換部36にて電流電圧変換されたパワー基準電圧VREF とに基づき、適正な駆動電流を生成する駆動電流制御処理部40を備えている。
駆動電流制御処理部40は、検知電圧VFPD およびパワー基準電圧VREF のそれぞれについて、ピークレベルに対応するピーク(上側先頭値)電圧VFPPK,VREPKを検知して、その対応する検知電圧同士を比較し、両者の誤差電圧ΔVPKを制御電圧として生成するレベル検知・検波出力比較部41PKを有している。
同様に、駆動電流制御処理部40は、検知電圧VFPD およびパワー基準電圧VREF のそれぞれについて、イレーズレベルに対応するアベレージ(平均値)電圧VFPAV,VREAVを検知して、その対応する検知電圧同士を比較して、両者の誤差電圧ΔVAVを制御電圧として生成するレベル検知・検波出力比較部41AVを有している。
また、駆動電流制御処理部40は、検知電圧VFPD およびパワー基準電圧VREF のそれぞれについて、クールレベルに対応するボトム(下側先頭値)電圧VFPBM,VREBMを検知して、その対応する検知電圧同士を比較して、両者の誤差電圧ΔVBMを制御電圧として生成するとともに、検知電圧VFPD およびパワー基準電圧VREF の各リードレベルVFPRD,VRERDを検知して、両者の誤差電圧ΔVRDを制御電圧として生成するレベル検知・検波出力比較部41BMを有している。
フォトダイオード16を用いた帰還系について、ピークレベル、アベレージレベル、およびボトムレベルのそれぞれについて検知電圧FPPK,FPAV,FPBMを検知するレベル検知・検波出力比較部41PK,41AV,41BMにおけるレベル検知機能部により、レーザパワー検知部の一例であるフォトダイオード16が検出した光出力を検波する光出力検波部が構成される。
なお、各レベル検知・検波出力比較部41PK,41AV,41BMの回路構成は概ね同じものである。ここで、「概ね」といったのは、本実施形態特有の構成として、レベル検知・検波出力比較部41BMは、クールレベルに対応するボトム(下側先頭値)電圧VFPBM,VREBMや検知電圧VFPD およびパワー基準電圧VREF の各リードレベルVFPRD,VRERDを、検知タイミングを切り替えて検知するとともに、モード切替時に初期値補正を行なうためのものであり、この切替動作を行なうための回路が設けられるからである。
これは、再生から記録、あるいは記録から再生といったモード遷移時のAPCの引込み時間の短縮を図るべく、レーザの閾値電流Ithの温度ドリフトの影響を受けない初期値設定を行なうためのものである。この点については、後で詳しく説明する。
また、基準電流生成部32を用いた基準系について、ピークレベル、アベレージレベル、およびボトムレベルのそれぞれについて検知電圧REPK,REAV,REBMを検知するレベル検知・検波出力比較部41PK,41AV,41BMにおけるレベル検知機能部により、半導体レーザ12の記録モードにおける光出力の設定値が基準電流生成部32およびDA変換部34で構成される光出力設定部により付与され、この光出力の設定値がカレントスイッチ35にて切替出力された設定電圧を検波する基準出力検波部が構成される。
フォトダイオード16および電流電圧変換部26は半導体レーザ12の光出力をレベル検知・検波出力比較部41PK,41AV,41BMへ戻す帰還系をなす。レベル検知・検波出力比較部41FPにおける誤差電圧ΔVPK,ΔVAV,ΔVBMもしくはΔVBRDを制御電圧として生成する誤差増幅機能部は、それぞれ、書込電流におけるバイアス電流を与えるクール電流IcのAPC制御ループの誤差アンプ、クール電流Icをバイアス電流成分として一方の電流パルスを与えるイレーズ電流IeのAPC制御ループの誤差アンプ、クール電流Icをバイアス電流成分として他方の電流パルスを与えるピーク電流IpのAPC制御ループの誤差アンプ、リード電流IrのAPC制御ループの誤差アンプとして、それぞれ機能する。
ここで、バイアス電流(本例ではクール電流Icが対応)の制御ループは、この帰還系におけるレベル検知・検波出力比較部41BMのレベル検知機能部および誤差増幅機能部(誤差アンプ機能部)などで構成される。この誤差増幅機能部は、レーザパワー検知部の一例であるフォトダイオード16により検知された出力パワーにおけるバイアス電流(本例ではクール電流Ic)に対応する帰還成分とバイアス電流の基準を与える基準成分とが入力される第1の誤差増幅部として機能する。この誤差増幅機能部は、その両入力の誤差がゼロとなるようにバイアス電流(本例ではクール電流Ic)を制御するバイアス制御ループの主要部をなす。
また、電流パルスの一方であるピーク電流Ipの制御ループは、帰還系におけるレベル検知・検波出力比較部41PKのレベル検知機能部および誤差増幅機能部(誤差アンプ機能部)などで構成される。誤差増幅機能部は、レーザパワー検知部の一例であるフォトダイオード16により検知された出力パワーにおけるピーク電流Ipに対応する帰還成分とピーク電流Ipの基準を与える基準成分とが入力される第2の誤差増幅部として機能する。この誤差増幅機能部は、その両入力の誤差がゼロとなるように電流パルスの一方であるピーク電流Ipを制御するピーク電流制御ループ(電流パルス制御ループの一例)の主要部をなす。
また、電流パルスの他方であるイレーズ電流Ieの制御ループは、帰還系におけるレベル検知・検波出力比較部41AVのレベル検知機能部および誤差増幅機能部(誤差アンプ機能部)などで構成される。誤差増幅機能部は、レーザパワー検知部の一例であるフォトダイオード16により検知された出力パワーにおけるイレーズ電流Ieに対応する帰還成分とイレーズ電流Ieの基準を与える基準成分とが入力される第2の誤差増幅部として機能する。この誤差増幅機能部は、その両入力の誤差がゼロとなるように電流パルスの他方であるイレーズ電流Ieを制御するイレーズ電流制御ループ(電流パルス制御ループの一例)の主要部をなす。
本実施形態においては、各レベル検知・検波出力比較部41PK,41AV,41BMにおけるレベル検知機能部はそれぞれホールド機能を持ち、レベル検知動作のタイミングを制御するAPCゲートパルスが入力されるようになっている。APCゲートパルスの制御の元で、マーク部のタイミングでピーク検波を行なうとともにボトム検波を行ない、スペース部のタイミングで平均値検波を行なう。
本実施形態では、ディスクフォーマットのALPC(Auto Laser Power Control)部で等幅のマーク/スペースの繰返しデータにより、各パワー設定の引き込みを同時に行なう。また、ピーク値検波器およびボトム値検波器のサンプルゲート信号は、記録するマーク信号、平均値検波器のサンプルゲート信号はスペース信号を入力とする。
そして、ホールド機能を利用して、記録時に、マーク部のタイミングを指示するサンプルゲート信号としてのAPCゲートにより、マーク部のタイミング(たとえばハイレベル)でピーク検波およびボトム検波を行ない、ローレベルで各出力値をホールドすることで、ピークパワーPpとクールパワーPcを制御し、またスペース部のタイミングを指示するサンプルゲート信号としてのAPCゲートにより、スペース部のタイミング(たとえばハイレベル)で平均値検波を行ない、ローレベルでその出力値をホールドすることで、イレーズパワーPeを制御する。
ランダムなデータからなるデータ部においても同様に比較制御が行なわれるが、前述のマーク長によるピーク値検波器の変動は誤差増幅部機能部のピーク電圧VFPPK,VREPKが同期して動くため、その出力である制御電圧としての誤差電圧ΔVPKは変動しない。ボトム値検波器出力のマーク長の変動も同様である。なお、平均値検波については、マーク長の影響を受けない。
なお、本実施形態の記録時における3値制御では、ピーク値検波器、ボトム値検波器、および平均値検波器のそれぞれについてホールド機能を利用していたが、サンプルゲート信号を用いてホールド機能を適用するのは、平均値検波器入力のみでよく、ピーク値検波回路やボトム値検波回路に関しては、必ずしもホールド機能を適用しなくてもよい。
電気系装置20はまた、駆動電流制御処理部40の後段に、ピーク、イレーズ、クール、およびリードの各パワーレベルにそれぞれ対応する、駆動電流制御処理部40の各レベル検知・検波出力比較部41PK,41AV,41BMの各出力である誤差電圧ΔVPK,ΔVAV,ΔVBMもしくはΔVRDを、それぞれ制御電流IPK,IER,ICLもしくはIRDに変換(電圧電流変換)する電圧電流変換部(V/I)70(それぞれ70PK,70AV,70BM)を備える。
また電気系装置20は、光出力設定値切替部の一例であるカレントスイッチ35による切替動作と同期して、各レベル検知・検波出力比較部41PK,41AV,41BMから比較結果として出力される誤差電圧ΔVPK,ΔVAV,ΔVBMもしくはΔVRDに対応する電圧電流変換部70にて変換された制御電流IPK,IER,ICLもしくはIRDを切り替える比較結果切替部の一例であるカレントスイッチ(Current SW)90と、比較結果(誤差電圧ΔVPK,ΔVAV,ΔVBMもしくはΔVRD)に対応するカレントスイッチ90により切り替えられた切替出力電流ISEL を増幅して駆動電流IDRV として半導体レーザ12に供給することで半導体レーザ12を駆動する電流駆動部(Current Driver)92とを備えている。
このような構成によって、電気系装置20の駆動電流制御処理部40では、フォトダイオード16の検知電流IFPD を電流電圧変換部26にて検知電圧VFPD に変換し、一方、基準電流生成部32にて生成されDA変換部34にて設定されたパワー基準電流IREF も、同様に電流電圧変換部36にてパワー基準電圧VREF に変換し、両者をレベル検知・検波出力比較部41PK,41AV,41BMにおける誤差増幅機能部に入力する。
駆動電流制御処理部40は、レベル検知・検波出力比較部41PK,41AV,41BMにおける誤差増幅機能部の差動入力が釣り合うように、すなわち入力誤差がゼロとなるように、全体として自動パワー制御(APC)の負帰還ループが構成されており、各出力である誤差電圧ΔVPK,ΔVAV,ΔVBMもしくはΔVRDを制御電圧として、任意の電圧値に決定する。
たとえば、光磁気ディスクのフォーマットでは、各セクタの記録領域(データ部)の前に、セクタのアドレスが記録されたアドレス部、再生、消去、記録の各光パワーレベルを設定するためのALPC(Auto Laser Power Control)領域が設けられている。アドレス部は再生モードにおいてアドレス情報を読み出し、ALPC領域において各光パワーレベルの設定を行なう。他の区間では、カレントスイッチ35により選択され、レベル検知・検波出力比較部41PK,41AV,41BMにおけるホールド機能を持つレベル検知機能部によりホールドされた制御値(各検知電圧)を元にして電圧電流変換部70が出力した切替出力電流ISEL に対応する駆動電流IDRV で半導体レーザ12を発光させる。
電流増幅機能を持つ電流駆動部92のゲインをK1、半導体レーザ12に対するフォトダイオード16の光学系の効率をK2、電流電圧変換部26のトランスインピーダンスをK3とすると、レーザ光出力制御装置1の変換特性は、K1*K2*K3*ILDとなる。
電流電圧変換部26にて変換された検知電圧VFPD は、レベル検知・検波出力比較部41PKにおけるピーク検波を行なうレベル検知機能部、レベル検知・検波出力比較部41AVにおけるアベレージ検波を行なうレベル検知機能部、およびレベル検知・検波出力比較部41BMにおけるボトム検波を行なうレベル検知機能部Pにそれぞれ入力され、同様にカレントスイッチ35から出力され電流電圧変換部36にて変換されたパワー基準電圧VREF は、それぞれレベル検知・検波出力比較部41PK,41AV,41BMにおける、ピーク検波を行なうレベル検知機能部、アベレージ検波を行なうレベル検知機能部、およびボトム検波を行なうレベル検知機能部にそれぞれ入力される。
よって、電流電圧変換部26にて変換された検知電圧VFPD と電流電圧変換部36にて変換されたパワー基準電圧VREF が同じであれば、ピーク検波を行なう各レベル検知機能部同士、アベレージ検波を行なうレベル検知機能部同士、およびボトム検波を行なうレベル検知機能部同士の電圧値は同じになる。
これらの各出力電圧が、それぞれレベル検知・検波出力比較部41PK,41AV,41BMにおける誤差増幅機能部に入力され、ピーク値の制御電圧として誤差電圧ΔVPKを、平均値(アベレージ)の制御電圧として誤差電圧ΔVAVを、ボトム値の制御電圧として誤差電圧ΔVBMを出力する。ピーク値は、レーザパワーのピークパワーPpに対応するので、誤差電圧ΔVPKは、ピークパワーPpを制御する制御電圧として機能し、アベレージは、レーザパワーのイレーズパワーPeに対応するので、誤差電圧ΔVAVは、イレーズパワーPeを制御する制御電圧として機能し、ボトム値は、レーザパワーのクールパワーPcに対応するので、誤差電圧ΔVBMは、クールパワーPcを制御する制御電圧として機能することとなる。
なお、この帰還ループにおいては、各設定パワーが時系列で順に設定されるのではなく、設定区間において同時に、ピークレベル(ピークパワーに対応)に関するパワー基準電流IREFPに対応するパワー基準電圧VREFPとK1*K2*K3*ILDP、アベレージレベル(イレーズパワーに対応)に関するパワー基準電流IREFEに対応するパワー基準電圧VREFEとK1*K2*K3*ILDE、およびボトムレベル(クールパワーに対応)に関するパワー基準電流IREFCに対応するパワー基準電圧VREFCとK1*K2*K3*ILDCの各値が等しくなるように制御される。
電流電圧変換部26,36を介しているので、結果的には、フォトダイオード16からのパワー検出信号としての検知電流IFPD のピークレベル、アベレージレベル、およびボトムレベルが、基準電流生成部32による設定電流であるパワー基準電流IREFP,IREFE,IREFCと等しくなるように制御される。さらにディスクフォーマットにおけるデータ部においても、閉ループにより、レーザパワーを各設定値に対し比較制御することが可能である。
多値パワーの発光波形を与えるパワー基準電流IREF として、半導体レーザ12の発光ストラテジ波形と同じ波形とすることで、フォトダイオード16からの電流IFPD と比較制御を行なうことができる。つまり、相変化ディスクのストラテジの各レーザパワーをリアルタイム制御するAPC方式リアルタイム制御を行なうことができる。なお、再生時は、発光波形がDCなので、図13に示したAPC制御と変わらない。
たとえば、後述する図4のように、レーザ発光波形をカレントスイッチで生成してライトストラテジ技術を適用するに当たり、クール電流Icをベースに(バイアス成分として)イレーズ電流Ieやピーク電流Ipを重畳して所望のレーザ駆動電流波形を生成するようにする場合には、たとえば、フォトダイオード16からのパワー検出信号としての検知電流IFPD のピークレベルが、基準電流生成部32により設定されるパワー基準電流IREFP,IREFCの合成値と等しくなり、検知電流IFPD のアベレージレベルが、基準電流生成部32により設定されるパワー基準電流IREFE,IREFCの合成値と等しくなるように制御される。
よって、本実施形態のレーザ光出力制御装置1によれば、パワー設定区間も記録時と同様にパルス駆動を行なえるため、パワー設定区間のDC発光によるレーザ寿命への影響がなくなる。さらにパワー設定区間、記録区間ともに半導体レーザ12をパルス駆動しているため、半導体レーザ12の緩和振動や特性ばらつきにより、設定レーザパワーに差が生じることもない。さらには、データ部においても比較制御しているため、半導体レーザ12のドループ特性が生じても追従することも可能となる。
たとえば、ピークパワーPpに関しては、駆動電流制御処理部40へ入力されるAPCゲート(サンプルゲート信号)をハイレベルにし、検波系の電流電圧変換部26の出力電圧VFPPKとパワー基準系の電流電圧変換部36の出力電圧VREPKすなわち光パワー設定電圧とを誤差増幅機能部により比較し、この誤差増幅機能部が出力する制御電圧としての誤差電圧ΔVPKを元にして、半導体レーザ12を駆動することで、ピークパワーPpの設定を行なう。
このループ帯域を数MHz程度にすることで、1μsecには十分にピークパワーPpの設定に対する引込みが行なわれる。このピークパワーPpの制御電圧は、APCゲートとして駆動電流制御処理部40に入力するサンプルゲート信号をローレベルにすることにより、レベル検知部42が持つホールド機能によりホールドされる。
順に他の光パワーの設定も同様に行なう。これ以降、セクタのデータ部においては、保持されたこれら制御電圧に基づき生成された電圧電流変換部70の出力をカレントスイッチ90により切り替え、半導体レーザ12による記録発光波形、再生、消去のDC発光が可能になる。
このように、記録時の半導体レーザ12のパルス駆動、さらにパワー設定時のパルス駆動を実現することで、複数の設定値でパルス駆動される半導体レーザ12の光出力を精度よく制御できるようになる。
なお、本実施形態では、各光パワーの設定を、基準電流生成部32からの電流信号であるパワー基準電流IREFP,IREFE,IREFCで行なっていたが、基準電流生成部32を、各光パワーに対応する光パワー設定電圧を与える基準電圧生成部に置き換え、カレントスイッチ35を、電圧切替スイッチに置き換えることでも、上記で説明したと同様に、フォトダイオード16からのパワー検出信号としての検知電流IFPD のピークレベル、アベレージレベル、およびボトムレベルを電流電圧変換部26で電圧信号に変換した各値が、基準電圧生成部によるそれぞれの設定電圧と等しくなるように制御することができる。
<レベル検知・検波出力比較部の詳細;第1実施形態>
図2は、レベル検知・検波出力比較部41PK,41AV,41BMの詳細構成の第1実施形態を説明するブロック図である。
レベル検知・検波出力比較部41PKは、検知電圧VFPD およびパワー基準電圧VREF のそれぞれについて、ピーク(上側先頭値)電圧VFPPK,VREPKを検知するレベル検知部42(それぞれ42FP,42RE)と、レベル検知部42FP,42REにてそれぞれ検知された対応する検知電圧同士を比較して、両者の誤差電圧ΔVPKを制御電圧として生成する検波出力比較部の一例である誤差増幅部48PKと、モード切替時の初期値を設定する初期電流値調整部120PKとを有している。
誤差増幅部48PKは、APCループの制御帯域を決める積分器(gm−C)構成となっている。たとえば、誤差増幅部48PKは、レベル検知部42FP,42REにてそれぞれ検知された対応する検知電圧同士を比較して、両者の誤差電圧ΔVPKを制御電圧として生成する誤差増幅部102PKと、APCゲートパルスの一例である制御信号TG_Mの元で、マーク部分でピークパワーのAPCループをオンさせるスイッチ104PKとを有する。また、記録(Write )モードと再生(Read)モードとを切り分けるライトゲート信号WG(Write Gate)の元で切替動作を行なう2入力−1出力型のスイッチ106PKと、積分器108PKと、積分器108PKで保持された電圧についてバッファ機能を持つバッファアンプ(緩衝増幅器)110PKとを有している。バッファアンプ110PKの出力信号(誤差電圧ΔVPK)は、電圧電流変換部70PKに入力される。
初期電流値調整部120PKは、積分器108PKに保持されバッファアンプ110PKを介して出力されたアナログ電圧をデジタルデータに変換するAD変換部(A/D)122PKと、AD変換部122PKでデジタル化されたピークデータをアナログ電圧に変換するDA変換部(D/A)124PKと、誤差増幅部128PKとを有する。
AD変換部122PKには、AD変換動作を制御する制御信号J11(Peak A/D Enable)が入力されるようになっており、AD変換部122PKは、制御信号J11がアクティブのときにのみ、積分器108PKの出力信号VpをAD変換する。
誤差増幅部128PKの反転入力端子(−)には、バッファアンプ110PKの出力信号すなわちAD変換部122PKの入力信号が入力され、非反転入力端子(+)には、DA変換部124PKの出力信号が入力される。
ライトゲート信号WG(Write Gate)は、再生区間で正論理XWGを、また、記録区間で正論理WGを取るようになっている。スイッチ106は、このライトゲート信号WGの元で、記録区間では正論理WG側の端子に入力される誤差増幅部102の出力信号を選択する一方、再生区間では正論理XWG側の端子に入力される誤差増幅部128の出力信号を選択する。
イレーズパワーPeを制御するレベル検知・検波出力比較部41AVは、上記レベル検知・検波出力比較部41PKと全く同様の構成をしている。ここでは、その詳細な説明を割愛する。図では、各機能部の参照番号の末尾に付す参照符号を、“AV”として示す。
スイッチ104AVは、APCゲートパルスの一例である制御信号TG_Sの元で、スペース部分でイレーズパワーのAPCループをオンさせる。AD変換部122AVには、AD変換動作を制御する制御信号J12(Erase A/D Enable)が入力されるようになっており、AD変換部122AVは、制御信号J12がアクティブのときにのみ、積分器108AVの出力信号VeをAD変換する。
一方、レベル検知・検波出力比較部41BMは、上記レベル検知・検波出力比較部41PKが備える機能要素を同様に有するとともに、モード切替時に初期値補正を行なう機能要素を備えている。
たとえば、レベル検知・検波出力比較部41BMは、検知電圧VFPD およびパワー基準電圧VREF のそれぞれについて、クールレベルに対応するボトム電圧VFPBM,VREBMを検知するレベル検知部42(それぞれ46FP,46RE)と、レベル検知部46FP,46REにてそれぞれ検知された対応する検知電圧同士を比較して、両者の誤差電圧ΔVBMを制御電圧として生成する検波出力比較部の一例である誤差増幅部48BMとを有している。
誤差増幅部48BMは、APCループの制御帯域を決める積分器(gm−C)構成となっており、レベル検知部46FP,46REにてそれぞれ検知された対応する検知電圧同士を比較して、両者の誤差電圧ΔVPKを制御電圧として生成する誤差増幅部102BMと、APCゲートパルスの一例である制御信号TG_Mの元で、マーク部分でクールパワーのAPCループをオンさせるスイッチ104BMとを有する。また、ライトゲート信号WGの元で切替動作を行なう2入力−1出力型のスイッチ106BMと、積分器108BMと、積分器108BMで保持された電圧についてバッファ機能を持つバッファアンプ110BMとを有している。
また、レベル検知・検波出力比較部41BMは、検知電圧VFPD およびパワー基準電圧VREF の各リードレベルVFPRD,VRERDを比較して、両者の誤差電圧ΔVRDを制御電圧として生成する検波出力比較部の一例である誤差増幅部102RDと、ライトゲート信号WGの元で切替動作を行なう2入力−1出力型のスイッチ106RDと、積分器108RDと、積分器108RDで保持された電圧についてバッファ機能を持つバッファアンプ110RDとを有している。誤差増幅部102RDと積分器108RDとで、APCループの制御帯域を決める積分器(gm−C)構成となっている。
バッファアンプ110BMの出力信号(誤差電圧ΔVBM)およびバッファアンプ110RDの出力信号(誤差電圧ΔVRD)は、スイッチ112を介して電圧電流変換部70BMに入力される。スイッチ112には、ライトゲート信号WGが入力されるようになっており、ライトゲート信号WGがアクティブのときには、正論理WG側の端子に入力されるバッファアンプ110BMの出力信号を選択する一方、ライトゲート信号WGがインアクティブのときには、負論理XWG側の端子に入力されるバッファアンプ110RDの出力信号を選択する。
また、バッファアンプ110BMの出力信号(誤差電圧ΔVBM)およびバッファアンプ110RDの出力信号(誤差電圧ΔVRD)は、スイッチ114を介してAD変換部122BMに入力される。スイッチ114には、制御信号WG1が入力されるようになっており、制御信号WG1がアクティブのときには、正論理WG1側の端子に入力されるバッファアンプ110RDの出力信号を選択する一方、制御信号WG1がインアクティブのときには、負論理XWG1側の端子に入力されるバッファアンプ110BMの出力信号を選択する。
また、初期電流値調整部120BMは、積分器108BM,108RDに保持されバッファアンプ110BM,110RDを介して出力されたアナログ電圧をデジタルデータに変換するAD変換部(A/D)122BMと、AD変換部122BMでデジタル化されたピークデータをアナログ電圧に変換するDA変換部(D/A)124BMと、誤差増幅部128BM,128RDとを有する。誤差増幅部128RDの出力はスイッチ107RDを介してスイッチ106RDの一方の入力端子(正論理WG側)に接続されている。
AD変換部122BMには、AD変換動作を制御する制御信号J13(Cool A/D Enable )と制御信号J14(Read A/D Enable)が入力されるようになっており、AD変換部122BMは、制御信号J13がアクティブのときにのみ、積分器108BMの出力信号VcをAD変換するとともに、制御信号J14がアクティブのときにのみ、積分器108RDの出力信号VrをAD変換する。
ここで、レベル検知・検波出力比較部41BMの初期電流値調整部120BMは、レーザの閾値電流Ithを考慮してモード切替時の初期値補正量を算出する初期値補正量算出部130をAD変換部122とDA変換部124との間に備えるとともに、この初期値補正量算出部130で算出された補正量に基づき、初期値補正を行なう初期値補正部140を誤差増幅部128BM,128RDの非反転入力(+)側に備えている。
詳しくは後述するが、初期値補正量算出部130は、レーザの温度ドリフトが生じないモード遷移の直前直後の、閾値電流Ithの情報を含むクール電流とリード電流の差と、再生から記録へのモード遷移時には遷移直前のリード電流から、また記録から再生へのモード遷移時には遷移直前のクール電流に基づき補正量を求めることで、閾値電流Ithの変動分ΔIthを含んだリード電流とクール電流の初期値設定を可能にする。
ここで、初期値補正量算出部130は、AD変換部122BMで変換されたデジタル値、詳しくはリード電流の指示電圧である積分器出力Vr(のデジタル値Dr)を保持するレジスタ(Vr Register )132と、AD変換部122BMで変換されたデジタル値、詳しくはクール電流の指示電圧である積分器出力Vc(のデジタル値Dc)とレジスタ132に保持した積分器出力Vrとの差を取る減算部134と、減算部134により求められた差分(Vc−Vr)を保持するレジスタ136とを有する。レジスタ136が保持した差分データは、DA変換部124BMに入力される。
初期値補正部140は、バッファアンプ110RDの出力信号とDA変換部124BMからの差分(Vc−Vr)とを加算する加算部142を、誤差増幅部128BMの非反転入力(+)側に有するとともに、バッファアンプ110BMの出力信号からDA変換部124BMからの差分(Vc−Vr)を減算する減算部144を誤差増幅部128RDの非反転入力(+)側に有する。
<発光パルス波形と切替制御信号>
図3は、半導体レーザ12の発光パルス波形と、この発光パルス波形における各パワーレベルに対応するカレントスイッチ35に入力される切替制御信号との関係を説明するタイミングチャートである。また、図4は、図3に示すタイミングの元で駆動される半導体レーザ12に流れるレーザ駆動電流を説明するタイミングチャートである。
光ディスク9は、光ピックアップなどの光学系装置10に搭載された半導体レーザ12を発光し、再生時には光ディスク9上に微弱な再生光を集光し、光ディスク9上に記録されているピットの反射率、位相差、あるいは偏向角などを検出する。
また、記録および消去時には再生時より高パワーで半導体レーザ12を発光させる。このとき、記録したいデジタル信号そのものに対応して、単純にオン/オフでレーザパワーを制御すると、記録マーク波形は、熱の蓄積などの影響を受けて大きく歪み、再生時の読取エラー原因となる。
このため、マークエッジ記録でのマークの形状歪によるデータ誤りを抑えるべく、記録するマークに応じてレーザパワーをパルス変調することで記録マークに生ずる熱分布を制御するライトストラテジ技術を採用しつつ、相変化ディスクのストラテジの各レーザパワーをリアルタイム制御するAPC方式リアルタイム制御を採用する。
たとえば、光ディスク9として相変化光ディスクを用いた場合の記録時に、オーバーライトを可能にするため3値で制御する場合、図3(A)に示すように、パルス幅変調および強度変調の複合された変調波形を用いて、パワーレベルの高いレベルから順に、ピークパワーPp、イレーズパワーPe、およびクールパワーPcといった3種類のパワーレベルを持つ複数のレーザパルスを利用する。作りたい記録マーク長によってパルスの数を変え、パルス幅およびレベルを最適に設定することにより、前後の生成マーク間での熱干渉や生成マーク後端部での熱蓄積を緩和し、最適な記録マークを形成することで、良好な記録再生RF信号を得ることを可能にする。
具体的には、ピークパワーPp、イレーズパワーPe、およびクールパワーPcの3値を書込クロック(Write CLK )に基づきスイッチングすることで、ピークパワー部およびクールパワー部でマークを、またイレーズパワー部で下地の記録マークの消去、すなわちスペース部分の記録を行なう。なお、リードは記録時には使用しないが、再生用のレーザパワーを意味しリードパワーPrまで考えると、合計4値のレーザパワー設定が必要となる。
マーク部分では、ピークパワーPpおよびクールパワーPcといった複数値のレーザパワーを設定し、かつこれら複数のレーザパワー値をパルス変調することにより、記録マークにかかる熱を均一化することで安定な記録マークを形成するようする。つまり、レーザ光による記録波形を複数の短パルスに分割してレーザ光を照射することにより、記録マークの後端部における熱の蓄積を抑え、記録マークの涙滴型現象(記録マーク後方が前方に比較して幅広になる)を抑え、記録マークの歪を低減する。
このような電流のスイッチング制御を行なうべく、半導体レーザパワーをスイッチングするための切替制御信号がカレントスイッチ35に入力される。ここで、図3(A)に示したような相変化ディスクのレーザ発光波形をカレントスイッチ35で生成する方法としては色々と考えられるが、本実施形態においては、クール電流Icをベースにイレーズ電流Ie、ピーク電流Ipを重畳してすることで、所望のレーザ駆動電流波形を得る手法を採ることとする。
この場合、図3(B)に示すように、ピークパワーPpを与えるクール電流Icの出力を指示するタイミングパルスPPK、イレーズパワーPeを与えるイレーズ電流Ieの出力を指示するタイミングパルスPER、およびクールパワーPcを与えるクール電流Icの出力を指示するタイミングパルスPCLを、ライトゲート信号WGのハイレベルの期間にアクティブH(ハイレベル)で出力する。
先にも述べたように、カレントスイッチ35は、ピーク、イレーズ、クール、およびリードの各パワーレベルにそれぞれ対応する個別の電流源と、ライトゲート信号WGおよびタイミングパルスPPK,PER,PCLの制御の元でオンオフするスイッチング素子とを有している。
たとえば、リードモード時には、ライトゲート信号WGのローレベルを受けて、リード用スイッチング素子のみがオン状態となり、リード用電流源に設定されたパワー基準電流IREFRがカレントスイッチ35からパワー基準電流IREF として出力されることになり、パワー基準電流IREFRに対応するリードパワーPrを与えるリード電流ILDR が半導体レーザ12へ供給される。
同様に、ライトモード時には、先ずライトゲート信号WGのハイレベルを受けて、クール電流Icの出力を指示するアクティブHのタイミングパルスPCLがカレントスイッチ35に入力されると、クール用スイッチング素子がオン状態となり、クール用電流源に設定されたパワー基準電流IREFCに対応する電流Icがカレントスイッチ35から出力される。続いて、イレーズ電流Ieの出力を指示するアクティブHのタイミングパルスPERがカレントスイッチ35に入力されると、イレーズ用スイッチング素子がオン状態となり、イレーズ用電流源に設定されたパワー基準電流IREFEに対応する電流Ieがカレントスイッチ35から出力される。
このとき、カレントスイッチ35から出力されるパワー基準電流IREF としては、図4に示すように、クール用電流源の電流Icがレーザの閾値電流Ithを与えるバイアス電流として機能し、クール用電流源の電流Icにイレーズ用電流源の電流Ieが重畳されて、両電流Ic,Ieの合成分が、イレーズ電流ILDE として流れることとなり、結果として、半導体レーザ12のレーザパワーとしては大きくなる。
同様に、ライトモード時において、ピーク電流Ipの出力を指示するアクティブHのタイミングパルスPPKがカレントスイッチ35に入力されると、ピーク用スイッチング素子がオン状態となり、ピーク用電流源に設定されたパワー基準電流IREFPに対応する電流値Ipがカレントスイッチ35から出力される。
このとき、カレントスイッチ35から出力されるパワー基準電流IREF としては、図4に示すように、クール用電流源の電流Icがレーザの閾値電流Ithを与えるバイアス電流として機能し、クール用電流源の電流Icにピーク用電流源の電流Ipが重畳されて、両電流Ic,Ipの合成分が、ピーク電流ILDP として流れることとなり、結果として、半導体レーザ12のレーザパワーとしては大きくなる。
つまり、レーザ駆動電流ILDの全体としては、図4に示すように、クール用電流源で与えられる電流Icがバイアス成分となり、バイアス成分としての電流Ic上に、イレーズ電流ILDE を規定する電流Ieや、ピーク電流ILDP を規定する電流Ipが載った形態となり、これによって、多値パワーの発光波形を生成することができるようになる。
ここで、図4に示すようにして、ライトストラテジ技術を採用しつつ、ピークパワーIpのレーザ光で光ディスク9を照射すると、光ディスク9の記録膜が溶融される。その後、クールパワーIcにして急冷(クールレベル)すると、光りの反射率が低いアモルファス(非結晶)状態となる。これが記録マークとして利用される。
また、イレーズパワーPeのレーザ光で光ディスク9を照射すると、記録膜は結晶状態となる。レーザ光の照射前に非結晶状態であった部分は結晶状態になり、元々結晶状態であった所は、そのまま結晶状態に留まる。
これにより記録マークを消去でき、オーバーライト(重書きによる書換え)が可能となる。クールパワーPcは、その目的より低いパワーに設定されるのが普通であり、先に述べた再生時の出力であるリードパワーPrと同じくらいと考えてよい。
なお、再生時は、光ディスク9に半導体レーザ12の収束光を照射し、光ディスク9から情報信号やサーボ信号を得ることから、半導体レーザ12側にも、光ディスク9からの反射光がある程度戻る。このため、戻り光と照射光との干渉によるスクープノイズやモードホッピングノイズ(纏めてレーザノイズという)が発生し、再生信号のC/N(Career per Noise)劣化を引き起こす要因となっている。
そこで、これらレーザノイズを低減する目的で、再生モードでは、半導体レーザ12の直流バイアス電流に200MHzから600MHzの高周波電流を重畳する高周波重畳法を用いる。ただし、高周波重畳法を用いる場合であっても、基本的にはDCとして考えて差し支えなく、図13と変わらない。
一方、記録時はAPCゲートによりマーク部のタイミングでピーク検波、ボトム検波を行ない、ピークパワー、クールパワーを制御し、また、スペース部のタイミングで平均値検波を行ない、イレーズパワーを制御している。
ただし、リアルタイムAPCとは言え、ループ帯域は有限なので、目標となる設定パワーが変化すれば、それに応答する引き込み時間を要する。
たとえば、図3に示したような相変化ディスクのレーザ発光波形をカレントスイッチで生成する方法としてもっとも簡易で合理的と考えられるクール電流Icをベースにイレーズ電流Ieやピーク電流Ipを重畳して、図4に示すような所望のレーザ駆動電流波形を生成する場合には、仮に初期電流値調整部120を備えておらず、一般的なAPC制御の構成とすると、同じ発光パワーでのレーザの温度ドリフトの場合であれば問題がないけれども、特に記録から再生、再生から記録のモード遷移時には、所望のパワーとのずれが大きいAPCの引込区間が存在することとなり、高密度、高転送レート化にとって大きな問題となる。
モード遷移時に、初期値として前回に引き込んだレーザ駆動電流を使うことが考えられるが、長時間記録後の再生や長時間再生後の記録では、先に述べた記録時と再生時のレーザ出力には大きな差があることによるレーザの自己発熱の差や周囲温度の変化により、発光閾値の温度ドリフトが初期値に大きく影響する。
これに対して、本実施形態においては、初期電流値調整部120を設けており、相変化ディスクのような記録波形の複数のレーザパワーを制御するAPC方式を採用する場合において、記録から再生、再生から記録のモード遷移時に、レーザの閾値電流の温度ドリフトに影響されないように、レーザパワーの初期値設定を行なうことで、モード遷移時のレーザパワー精度を上げるとともに、結果として引込時間の短縮をも実現することができるようにしている。以下、この点について説明する。
図5は、この問題点と解消方法を説明する図である。図4に示したように、クール電流Icをベースにイレーズ電流Ieやピーク電流Ipを重畳して所望のレーザ駆動電流波形を得る場合、レーザの閾値電流Ithの情報は、リード電流Ir、クール電流Icに含まれていることになる。
図5では、レーザの閾値電流が異なるIth(n−1)とIth(n)=Ith(n−1)+ΔIthにおいて、それぞれの所望のレーザ発光パワーを得るための駆動電流を表している。たとえばリード電流ならばIr(n−1)、Ir(n)としている。他のパワーの駆動電流も同様に記号を付加してある。
ここで、同じレーザ閾値電流時のクール電流とリード電流の差:Ic−Irが得られていれば、閾値電流が変化してもリード電流はクール電流から、クール電流はリード電流から、以下の式(2)のように算出することができる。
また記録時のイレーズ電流とピーク電流は、閾値電流が異なる条件においても変化しないので、以下の式(3)のようにすればよい。これは、クール電流Icをベースにイレーズ電流Ieやピーク電流Ipを重畳して所望のレーザ駆動電流波形を得るようにしているからである。
<レベル検知・検波出力比較部の動作;第1実施形態>
図6は、図2に示したレベル検知・検波出力比較部41の動作を説明するタイミングチャートである。先ず、再生モードから記録モードへの切替タイミングで(t10)、制御信号WG1をアクティブにして、リード電流の指示電圧Vrを積分器108BMでホールドし、その出力VrをAD変換部122BMでデジタルデータに変換し、一旦、レジスタ132に保持する。
制御信号WG1がアクティブであるt10〜t12の区間(WG1)を、記録の各パワーの引込時間に当てているが、この区間は、モード遷移の直後の比較的短時間であるから、モード遷移前後でレーザの温度ドリフトが生じないと考えてよく、レーザの温度ドリフトの影響がない時間である。
このように、モード遷移前後で温度ドリフトが生じない(生じ難い)、つまり、レーザの温度ドリフトが実質的に無視可能な所定期間内に、各動作モードにおける閾値電流の情報を含むバイアス電流成分を取得して、その差を取得することで初期値調整用の情報を求めるようにすれば、より適切な初期値調整を行なうことができる。
次に、制御信号WG1をインアクティブ(XWG1)にし(t12)、クール、イレーズ、ピーク電流の指示電圧を積分器108PK,108AV,108BMでホールドし、その出力Vc,Ve,VpをAD変換部122BM,122AV,122PKでデジタルデータに変換する。
減算部134は、AD変換後の積分器出力Vcと、先にレジスタ132に格納したAD変換後の積分器出力Vrとの間でデジタル減算処理を行ない、求めた差分(Vc@t12−Vr@t10)をデジタルデータとしてレジスタ(Vc-Vr Register)136に格納する。
制御信号WG1をインアクティブにした後(t12)、t20までの記録区間中は、減算部144は、クールパワー制御に関わる積分器108BMの出力Vc(実際にはバッファアンプ110BMを介したもの)とレジスタ136に保持した差分データVc@t12−Vr@t10をDA変換部124でDA変換した値(Vc@t12−Vr@t10)との間でアナログ減算処理を行なう。記録モードから再生モードへの切替タイミング(t20)で、求めた差分Vc@t20−(Vc@t12−Vr@t10)を、リード電流Irの初期値の指示電圧として使用する。
つまり、記録から再生へのモード遷移時に、レーザ駆動の閾値電流を含む記録モードおよび再生モードの2種類の電流、具体的にはリード電流Irと記録時のバイアス電流を与えるクール電流Icのうちの、モード遷移直前の駆動電流すなわちクール電流Ieから遷移後の他方のレーザ駆動電流すなわちリード電流Ir(に対応する電圧)を算出し、これをリード電流Irの初期値設定として使用することとする。
また、イレーズ電流Ieおよびピーク電流Ipの各指示電圧であるそれぞれの積分器出力は、t12後の記録区間中もAD変換部122AV,122PKにてAD変換を行なう。
そして、再生区間t20〜t22では、加算部142は、リードパワー制御に関わる積分器108RDの出力すなわち誤差増幅部102RDの誤差出力Vrと、レジスタ136に保持した差分データVc@t12−Vr@t10をDA変換部124BMでDA変換した値(Vc@t12−Vr@t10)との間でアナログ加算処理を行ない、再生モードから記録モードへの切替タイミング(t22)で、求めた加算結果Vc@t22+(Vc@t12−Vr@t10)を、クール電流Icの初期値の指示電圧として使用する。
つまり、再生から記録へのモード遷移時に、レーザ駆動の閾値電流を含む記録モードおよび再生モードの2種類の電流、具体的にはリード電流Irと記録時のバイアス電流を与えるクール電流Icのうちの、モード遷移直前の駆動電流すなわちリード電流Irから遷移後の他方のレーザ駆動電流すなわちクール電流Ic(に対応する電圧)を算出し、これをクール電流Icの初期値設定として使用することとする。
一方、イレーズ電流Ieおよびピーク電流Ipは、前回の記録区間中の最後にAD変換部122AV,122PKにてAD変換されたデータを、DA変換部124AV,124PKにてDA変換することにより、それぞれの初期値設定として使用する。
つまり、再生モードおよび記録モードのそれぞれにおけるバイアス電流成分(本例ではリード電流Irとクール電流Ic)以外は、今回の動作モードにおけるレーザを駆動する初期の駆動電流の値として、前回の同モードにおける駆動電流を使用するということである。その一例として、3値によるマルチパルス変調を用いたライトストラテジ手法を採用する場合には、「各モードのバイアス電流成分以外」は、電流パルスを与えるイレーズ電流Ieとピーク電流Ipが該当するということである。さらに多値の駆動とすることもでき、その場合にも同様に考えればよい。
これらの各レーザパワーの初期値は、温度によるレーザの発光特性が、発光閾値Ithの温度変化分は完全に取り除かれたものなので、モード開始時から所望のレーザパワーで精度良く発光することが可能となる。
このように、レーザを駆動する駆動電流ILDの閾値電流Ithを含む大きさの違う2種類のレーザ駆動電流(本例ではリード電流Irとクール電流Ic)の差を使ってモード切替時にAPC制御の初期値を設定することで、レーザの閾値電流が変化した条件下においても、前記2種類のレーザ駆動電流における一方の駆動電流より他方の駆動電流をレーザの閾値電流の温度ドリフトを補正した形で初期値を算出し設定を行なうことができる。
これによって、書込可能な光ディスクのレーザ光出力制御(APC)において、記録から再生、あるいは再生から記録のモード遷移時に、レーザパワーの初期値設定が、レーザの閾値電流の温度ドリフトに影響されないようにすることができる。結果として、モード遷移時のレーザパワー精度を格段に上げることができ、加えて、モード遷移時に適切な初期値を与えることができるから、APCの引込時間を大幅に削減することも可能になる。
これにより、レーザパワーが所望のパワーからずれていることによる、書き繋ぎで記録できない、再生で記録マークを消してしまう、読めないなどの問題を避けるための無駄なディスク領域を大幅に削減することができ、高密度、高転送レート化を容易に行なうことができる。
<レベル検知・検波出力比較部の詳細;第2実施形態>
図7は、レベル検知・検波出力比較部41PK,41AV,41BMの詳細構成の第2実施形態を説明するブロック図である。この第2実施形態は、AD変換部122と初期値補正量算出部130とを纏めて、カウンタで初期値設定用のDA出力をスイープさせ、コンパレータ入力の一致点でのデータをラッチする逐次比較型AD変換部により構成した点に特徴を有する。
図示するように、初期電流値調整部120BMは、積分器108BMに保持されバッファアンプ110BMおよびスイッチ114を介して出力されたアナログ電圧とDA変換部124BMからのアナログ電圧とを比較するコンパレータ(比較器)152BM、所定のタイミングでカウント動作を開始するとともにコンパレータ152BMの入力の一致点でのカウント値をラッチする第1カウンタ154BM、所定のタイミングでカウント動作を開始してコンパレータ152BMの入力の一致点でのカウント値をラッチする第2カウンタ156BM、およびライトゲート信号WGの制御の元で、第1カウンタ154BMの出力と第2カウンタ156BMの出力の何れか一方を選択してDA変換部124BMに入力するスイッチ158BMを有している。
スイッチ158BMは、ライトゲート信号WGがアクティブのとき正論理WG側の端子に入力される第1カウンタ154BMのカウント出力を選択する一方、ライトゲート信号WGがインアクティブのとき負論理XWG側の端子に入力される第2カウンタ156BMのカウント出力を選択して、DA変換部124BMに入力する。
第1カウンタ154BMには、AD変換用のカウント動作を制御する制御信号J23(Read A/D Enable )および制御信号J24(Cool-Read A/D Enable )が入力され、制御信号J23,J24の何れかがアクティブのときにのみカウント動作をするようになっている。
第1カウンタ154BMは、制御信号J23,J24がアクティブになるとカウント動作を起動し、積分器108RDの出力信号Vrもしくは積分器108BMの出力信号Vcと第1カウンタ154BMのカウント結果をDA変換部124BMでアナログ値にした電圧値とが一致した時点をコンパレータ152が発見したときのカウント値をラッチ(保持)する。
また、第1カウンタ154BMは、積分器108RDの出力信号Vrと第1カウンタ154BMのカウント結果をDA変換部124BMでアナログ値にした電圧値とが一致した時点のカウント値のラッチ結果の2の補数を第2カウンタ156BMに渡す。
第2カウンタ156BMは、AD変換用のカウント動作を制御する制御信号J24(Cool-Read A/D Enable )が入力され、制御信号J24がアクティブのときにのみカウント動作をするようになっている。第2カウンタ156BMは、第1カウンタ154BMのラッチ結果を2の補数(つまり負の値)として受け取り初期値にセットするとともに、制御信号J24がアクティブになるとカウント動作を起動する。
第2カウンタ156BMがカウント動作をしている間には、制御信号J24の元で第1カウンタ154BMがカウント動作をしている。よって、結果的には、第2カウンタ156BMは、コンパレータ152BMが積分器108BMの出力信号Vcと第1カウンタ154BMのカウント結果をDA変換部124BMでアナログ値にした電圧値とが一致した時点における自身のカウント値をラッチ(保持)する。
また、初期電流値調整部120AVは、積分器108AVに保持されバッファアンプ110AVを介して出力されたアナログ電圧とDA変換部124AVからのアナログ電圧とを比較するコンパレータ(比較器)152AV、所定のタイミングでカウント動作を開始するとともにコンパレータ152AVの入力の一致点でのカウント値をラッチする第1カウンタ154AV、第1カウンタ154AVのカウント結果を一時的に保持するレジスタ159AV、およびライトゲート信号WGの制御の元で、第1カウンタ154AVの出力とレジスタ159AVの出力の何れか一方を選択してDA変換部124BMに入力するスイッチ158AVを有している。
スイッチ158AVは、ライトゲート信号WGがアクティブのとき正論理WG側の端子に入力される第1カウンタ154AVのカウント出力を選択する一方、ライトゲート信号WGがインアクティブのとき負論理XWG側の端子に入力されるレジスタ159を選択して、DA変換部124AVに入力する。
第1カウンタ154AVは、AD変換用のカウント動作を制御する制御信号J22(Erase A/D Enable )が入力され、制御信号J22がアクティブのときにのみカウント動作をするようになっている。第1カウンタ154は、制御信号J22がアクティブになるとカウント動作を起動し、積分器108AVの出力信号Vcと第1カウンタ154AVのカウント結果をDA変換部124AVでアナログ値にした電圧値とが一致した時点をコンパレータ152AVが発見したときのカウント値をラッチ(保持)する。
レジスタ159AVは、ライトゲート信号WGがインアクティブになったときの第1カウンタ154AVのカウント値を第1カウンタ154AVから取り込んで保持する。記録電流IDLの動作と第1カウンタ154AVのカウント動作が非同期であっても、記録区間(t30〜t40)における第1カウンタ154AVのカウント値の最後の値を正しく保持するためである。
初期電流値調整部120PKは、上記初期電流値調整部120AVと全く同様の構成をしている。ここでは、その詳細な説明を割愛する。図では、各機能部の参照番号の末尾に付す参照符号を、“PK”として示す。第1カウンタ154APK、AD変換用のカウント動作を制御する制御信号J21(Peak A/D Enable )が入力され、制御信号J21がアクティブのときにのみカウント動作をするようになっている。
<レベル検知・検波出力比較部の動作;第2実施形態>
図8は、図7に示した第2実施形態のレベル検知・検波出力比較部41の動作を説明するタイミングチャートである。先ず、再生モードから記録モードへの切替タイミングで(t30)、制御信号WG1をアクティブにして、以下制御信号WG1がインアクティブとなるまで(t32)、リード電流の指示電圧Vrを積分器108BMでホールドし、その出力Vrをコンパレータ152BM、第1カウンタ154BM、DA変換部124BMからなる逐次比較型のAD変換回路でAD変換する。
第1カウンタ154は、制御信号WG1がインアクティブになるタイミング(t32)で、AD変換後のデジタル値を2の補数に変換して、“−Read”の値として、第2カウンタ156にセットする。
次に、第1カウンタ154は、制御信号WG2がアクティブになるタイミング(t32)から、制御信号WG2がインアクティブとなるまで(t34)、クール電流の指示電圧Vcを積分器108BMでホールドし、その出力Vcをコンパレータ152BM、第1カウンタ154BM、DA変換部124BMからなる逐次比較型のAD変換回路でAD変換する。
このとき、同時に第2カウンタ156も初期値“−Read”からカウントアップし、コンパレータ入力の一致点で第2カウンタ156のカウント値をラッチする。結果として、第2カウンタ156は、差分“Vc@t34−Vr@t32”として保持する。
ここで、t30〜t32の区間すなわち制御信号WG1がアクティブの期間を、記録の各パワーの引込時間に当てているが、t30〜t34の区間を合わせても、レーザの温度ドリフトの影響がない十分に短い時間である。
記録区間経過後(t40)には、スイッチ158BMは、負論理XWG側の端子に入力される第2カウンタ156BMのカウント出力を選択して、DA変換部124BMに入力する。よって、初期電流値調整部120BMは、記録区間中のクール側の積分器108BMの出力Vcと、第2カウンタ156に保持された差分データ“Vc@t34−Vr@t32”をDA変換部124でDA変換した差分“Vc@t34−Vr@t32”との間でアナログ減算処理を行ない、記録モードから再生モードへの切替タイミング(t40)で、差分Vc@t40−(Vc@t34−Vr@t32)を、リード電流Irの初期値の指示電圧として使用する。
つまり、第2実施形態においても、記録から再生へのモード遷移時に、レーザ駆動の閾値電流を含む記録モードおよび再生モードの2種類の電流、具体的にはリード電流Irと記録時のバイアス電流を与えるクール電流Icのうちの、モード遷移直前の駆動電流すなわちクール電流Ieから遷移後の他方のレーザ駆動電流すなわちリード電流Ir(に対応する電圧)を算出し、これをリード電流Irの初期値設定として使用することとする。
また、イレーズ電流Ieおよびピーク電流Ipの各指示電圧であるそれぞれの積分器出力は、t32後の記録区間中も、コンパレータ152AV、第1カウンタ154AV、およびDA変換部124AV、もしくはコンパレータ152PK、第1カウンタ154PK、およびDA変換部124APKからなる逐次比較型のAD変換回路でAD変換する。
そして、再生区間t40〜t42では、加算部142は、リードパワー制御に関わる積分器108RDの出力すなわち誤差増幅部102RDの誤差出力Vrと、第2カウンタ156BMに保持した差分データ“Vc@t34−Vr@t32”をDA変換部124BMでDA変換した値(Vc@t34−Vr@t32)との間でアナログ加算処理を行ない、再生モードから記録モードへの切替タイミング(t42)で、求めた加算結果Vc@t42+(Vc@t34−Vr@t32)を、クール電流Icの初期値の指示電圧として使用する。
つまり、第2実施形態においても、再生から記録へのモード遷移時に、レーザ駆動の閾値電流を含む記録モードおよび再生モードの2種類の電流、具体的にはリード電流Irと記録時のバイアス電流を与えるクール電流Icのうちの、モード遷移直前の駆動電流すなわちリード電流Irから遷移後の他方のレーザ駆動電流すなわちクール電流Ic(に対応する電圧)を算出し、これをクール電流Icの初期値設定として使用することとする。
一方、イレーズ電流Ieおよびピーク電流Ipに関しては、前回の記録区間中の最後にAD変換部122AV,122PKにてAD変換されたデータが、レジスタ159AV,159PKに保持されており、これをDA変換部124AV,124PKにてDA変換することにより、それぞれの初期値設定として使用する。
これらの各レーザパワーの初期値は、温度によるレーザの発光特性が、発光閾値Ithの温度変化分は完全に取り除かれたものなので、モード開始時から所望のレーザパワーで精度良く発光することが可能となる。
<レベル検知・検波出力比較部の詳細;第3実施形態>
図9は、レベル検知・検波出力比較部41PK,41AV,41BMの詳細構成の第3実施形態を説明するブロック図である。この第3実施形態は、レーザの閾値電流を与えるバイアス電流成分に多値パワーの発光波形を生成するための電流パルスを重畳して合成電流を生成し、この合成電流をレーザに供給することで、レーザをパルス駆動するに際して、バイアス電流を与える制御ループの誤差アンプの入力誤差を用いて、電流パルスを与える制御ループの誤差アンプ入力に補正を加える誤差補正部50を設けた点に特徴を有する。
ここで、「電流パルスを与える制御ループの誤差アンプ入力に補正を加える」とは、電流パルスを与える制御ループを構成する誤差アンプに入力される帰還成分と基準成分の何れか一方の入力成分に対して補正を加えることを意味する。一例としては、バイアス電流を与える制御ループの誤差アンプの入力誤差を、前記何れか一方の入力成分から減算するか、もしくは加算するとよい。
この第3実施形態の構成では、バイアス電流を与える制御ループの誤差アンプの入力誤差を他のパワーの制御ループの誤差アンプ入力から差し引く誤差補正部50を設けた点に特徴を有する。以下、具体的に説明する。
第3実施形態のレベル検知・検波出力比較部41は、先ず、基準電流生成部32を用いた基準系についてレベル検知部46REにて検知されたボトムレベルに関しての基準入力であるボトム基準電圧VREBMから、フォトダイオード16を用いた検波系についてボトムレベルに関してレベル検知部46FPにて検知されたボトム検知電圧FPBMを減算することにより、バイアス電流を与える制御ループの誤差アンプの入力誤差ΔV50を抽出する入力誤差抽出部50aを有している。
また、誤差補正部50は、バイアス電流を与えるクール電流Icを制御する制御ループの誤差増幅部102BMの入力誤差の影響を電流パルスの一方の成分であるピーク電流Ipを与える制御ループから排除する構成として、ピークレベルに関してレベル検知部42REにて検知されたピーク基準電圧VREPKから入力誤差抽出部50aにより抽出された入力誤差ΔV50を減算する入力誤差減算部50bを、レベル検知部42REと誤差増幅部102PKの基準側入力との間に有する。
また、バイアス電流を与えるクール電流Icを制御する制御ループの誤差増幅部102BMの入力誤差の影響を電流パルスの他方の成分であるイレーズ電流Ieを与える制御ループから排除する構成として、アベレージレベルに関してレベル検知部44REにて検知されたアベレージ基準電圧VREAVから入力誤差抽出部50aにより抽出された入力誤差ΔV50を減算する入力誤差減算部50cを、レベル検知部44REと誤差増幅部102AVの基準側入力との間に有している。
入力誤差減算部50bおよび入力誤差減算部50cは、何れも、入力誤差抽出部が抽出した入力誤差ΔV50に基づいて、誤差増幅部102PK,48AVの一方の入力成分を補正する補正部の一例である。
図10および図11は、この第3実施形態の作用を説明する図である。また、図12は、誤差補正部50を設けたことの効果を示す図である。
図2に示したような相変化ディスクのレーザ発光波形をカレントスイッチで生成する方法としてもっとも簡易で合理的と考えられるクール電流Icをベースにイレーズ電流Ieやピーク電流Ipを重畳して、図4に示すような所望のレーザ駆動電流波形を生成する場合には、仮に誤差補正部50を備えておらず、レベル検知部42REと誤差増幅部102PKの入力との間が直接に接続され、かつレベル検知部44REと誤差増幅部102AVの入力との間が直接に接続されていると、最初の引込過程でのクール電流Icの誤差が、ピークやイレーズの制御ループに影響することになる。一旦引込んだ後には、上記第1あるいは第2実施形態を適用することで、モード切替時の引込み特性を改善することができても、起動時には、切替前のモードにおける電流を取得できないからである。
たとえば図10のように、半導体レーザ12の特性が温度上昇により閾値電流のみΔIthだけ変化した場合を考える。温度上昇後はΔIthの変化分をクール電流Icで引き込めば、ピーク電流Ipおよびイレーズ電流Ieは同じで所望のレーザパワーが得られることになる。
温度上昇前にAPCが引き込んだ各レーザパワーの制御電流を初期値設定として与えたとしても、半導体レーザ12の発光パワーはDC的にΔIth分低くシフトしている。この状態で、図1に示したAPC方式において誤差補正部50を備えず、かつ時分割せずに各パワーのAPCをかけると、ピーク電流Ipおよびイレーズ電流IeにはΔIth分のエラーが初期誤差として入力されるので、ピーク電流Ipおよびイレーズ電流Ieを大きくする方向に動く。
このため、ピーク電流Ipおよびイレーズ電流Ieは、図11に示すように、目標のレベルより一旦大きくなってから小さくなるような引込特性となる。
それぞれのAPCループ特性の最適化が十分にされないと、場合によってはディスク上の記録マークを消してしまうストレージメディアにとって重大の事故に結びつくことも考えられる。
これに対して、この第3実施形態においては、誤差補正部50を設けており、相変化ディスクのような記録波形の複数のレーザパワーを制御するAPCの引込応答の安定化を図り、結果として引込時間の短縮をも実現することができるようにしている。以下、この点について説明する。
先にも説明したように、誤差補正部50は、クール電流制御ループの誤差アンプである誤差増幅部102RDの基準入力側の電圧すなわちレベル検知部46REにて検知されたボトム基準電圧VREBMから、APCループの帰還系をなすフォトダイオード検波系の誤差増幅部102RDへの入力電圧すなわちレベル検知部46FPにて検知されたボトム検知電圧FPBMを引いた差を入力誤差ΔV50として、ピーク電流制御ループの誤差アンプである誤差増幅部102PKの基準入力、およびイレーズ電流制御ループの誤差アンプである誤差増幅部102AVの基準入力から、それぞれ差し引く構成とする。
こうすることで、バイアス電流を与えるクール電流Icの制御ループの誤差アンプ(誤差増幅部102BM)の入力誤差ΔV50を用いて、電流パルスを与えるイレーズ電流Ie、ピーク電流Ipの各制御ループの誤差アンプ(誤差増幅部102AV,102PK)の各入力に補正を加えるように構成している。
このような構成により、クールレベルの引込過程で発生し、ピークレベルおよびイレーズレベルの検波系に足されてしまう誤差の影響を排除することができる。
図10を用いて説明したように、温度上昇前の各レーザパワーの制御電流を初期値設定として与えた場合にも、温度上昇により半導体レーザ12の発光パワーがDC的にΔIth分低く、シフト分の初期誤差は予めピーク、イレーズのリファレンスレベルから引かれているため、ピーク電流Ipおよびイレーズ電流Ieは変化せずに、クールAPCのみが応答することになる。結果として、図12に示すように、安定した発光波形の引込応答が得られることになる。
以上説明したように、第3実施形態によれば、書込可能な光ディスクの記録時のレーザ発光波形のような多値パワーを制御するAPC方式のレーザパワー制御を行なうに際して、バイアス電流を与える制御ループの誤差アンプの入力誤差を他のパワーの制御ループの誤差アンプ入力から差し引くようにしたので、バイアス電流を与えるクール電流Icの制御ループの誤差の影響を、電流パルスを与えるイレーズ電流Ieやピーク電流Ipのパワー制御ループから容易に排除することが可能となる。
これにより、起動時に、安定した引込特性が得られ、結果として、パワーの引込時間の短縮にも繋がり、さらにAPCループ特性の帯域を上げて引込時間を短縮することも可能となる。
また、光学系のばらつきなどのAPCループ特性変化に対しても鈍感になるので、これらのばらつきに対するマージンも大幅に向上する。
より安定したレーザパワー制御が可能となり、高転送レートと高密度化に貢献できるようになる。
なお、「電流パルスを与える制御ループの誤差アンプ入力に補正を加える」ための構成は、第3実施形態に示したものに限定されない。一例としては、バイアス電流を与える制御ループの誤差アンプの入力誤差を、基準入力からフォトダイオード検波系を減算することにより抽出するとともに、この抽出した入力誤差を、他の制御ループの誤差アンプ入力のフォトダイオード検波系に加算するようにしてもよい。
あるいは、バイアス電流を与える制御ループの誤差アンプの入力誤差を、フォトダイオード検波系から基準入力を減算することにより抽出するとともに、この抽出した入力誤差を、他の制御ループの誤差アンプ入力の基準入力に加算するようにしてもよい。
あるいは、バイアス電流を与える制御ループの誤差アンプの入力誤差を、フォトダイオード検波系から基準入力を減算することにより抽出するとともに、この抽出した入力誤差を、他の制御ループの誤差アンプ入力のフォトダイオード検波系から減算するようにしてもよい。
1…レーザ光出力制御装、10…光学系装置、12…半導体レーザ、16…フォトダイオード(レーザパワー検知部)、20…電気系装置、26,36…電流電圧変換部、32…基準電流生成部、35…カレントスイッチ、40…駆動電流制御処理部、41…レベル検知・検波出力比較部、42…レベル検知部、48…誤差増幅部、50…誤差補正部、50a…入力誤差抽出部、50b…入力誤差減算部、70…電圧電流変換部、90…カレントスイッチ、92…電流駆動部、120…初期電流値調整部、122…AD変換部、124…DA変換部、128…誤差増幅部、140…初期値補正部、142…加算部、144…減算部、152…コンパレータ、154,156…カウンタ、159…レジスタ