JP4512324B2 - 半導体レーザ駆動装置及び光ディスク装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体レーザ駆動装置及び光ディスク装置に関し、特に半導体レーザからのレーザ光パワーの調整に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来よりCDドライブやDVDドライブ等の光ディスク装置には記録再生用の半導体レーザLDが搭載され、半導体レーザから射出されたレーザ光のパワーやパルス幅を調整している。特に、レーザ光パワーに関しては、LD近傍にフォトダイオードPDを配置し、LDからのレーザ光を受光してそのパワーを検出し、目標値に一致するようにLDを駆動するAPC(オートパワーコントロール回路)が用いられている。
【0003】
一方、DVD−RドライブやDVD−RWドライブ等においては、データはマルチパルスで記録される。すなわち、記録データとして3T〜11T及び14T(Tは基本データ長)が存在し、最短データ長である3Tは単一パルスで記録するが、4T以上のデータについては先頭パルスとそれに続く後続パルスのマルチパルスでデータを記録する。
【0004】
図6にはマルチパルスの一例が示されている。0レベルにリードパワー(再生パワー)が重畳し、ライトパワー(記録パワー)がリードパワーにさらに重畳しており、ライトパワーは先頭パルスと後続パルスから形成されている。このようなマルチパルスのレーザ光をDVD−R等に照射することで、DVD−Rの記録膜(例えば有機色素膜)にピットを形成する。なお、図ではマルチパルスのパルス幅に対応してピット幅が規定されているが、実際には記録膜内における熱拡散があるためピット幅は多少増減する。また、図では先頭パルスは一定のライトパワーとなっているが、記録エッジを急峻なものとするために先頭パルスの立上りをライトパワー以上にブーストさせている。
【0005】
下記の従来技術においては、このようなマルチパルスでデータを記録する際に、PDからの信号の平均値と目標値とを比較してLDのパワーをフィードバック制御する際に、パルスのデューティ比の変化分に応じて平均値あるいは目標値のいずれか一方を補正する技術が記載されている。記録すべきピット長に対してパルスのデューティを50%から40%に変化させた場合、ローパスフィルタから出力された平均値から所定量だけ差し引く、あるいは目標値に加算することでライトパワーを目標値に維持している。補正量はCPUが算出し、あるいはテーブルから求めるとしている。
【0006】
【特許文献1】
特開2002−57403号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、マルチパルスの場合、単にデューティ比の変化だけでなく、PDのICやアンプの時定数、スルーレート等により実際の波形に比べてPDからの出力波形がなまってしまい、後続パルスのパワー検出に誤差となって影響する。具体的には、波形がなまってしまうために先頭パルスの影響を受けて後続パルスにおいてリードパワーに落ちる前に再びライトパワーのレベルまで上昇してしまい、ライトパワーレベルに張り付いた状態に近い波形となってしまう。したがって、このような波形のなまりも考慮してPDからの信号出力を補正する必要がある。このような張り付きは後続パルスのパルス幅に依存し、PDからの信号出力に対する補正係数Cは後続パルスのパルス幅Tmpにほぼ比例することを出願人は確認している。
【0008】
図7には、ライトパワー10mWにおける後続パルスのパルス幅TmpとPDからの信号出力に対する補正係数Cpとの関係が示されている。なお、図において、Tmp=0.75Tのときに補正係数Cpが1となるように規格化している。式で表すと、
【数1】
Cp=K・C=aTmp−0.75Ta+1 ・・・(1)
である。Kは正規化係数、aは補正係数の傾きである。さらに、本願出願人は、ライトパワーが異なれば同一のTmpであっても補正係数Cpが変化することを実験により見い出しており、ライトパワーと補正係数Cpは比例関係にはないことも見いだした。このことは、ライトパワーとそのライトパワーでのTmpに対する補正係数の傾きaも比例関係にないことを意味する。
【0009】
図8には、実験的に見い出されたライトパワーと補正係数Cpの傾きaとの関係が示されている。このように、ライトパワーと傾きaとの対応関係を実験的に求めてテーブルとして記憶し、このテーブルを用いて目標とするライトパワーに対応する補正係数Cpを求めればよいが、メモリ容量を考慮すると限定された数の対応関係しか記憶できず、その間は線形補間等を用いて補正係数Cpを算出せざるを得ず、補正精度が低下する問題があった。
【0010】
本発明の目的は、LDのレーザパワーを高精度に調整できる装置及びこれを備える光ディスク装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体レーザからの記録レーザ光を検出する受光手段と、前記受光手段からの信号を目標値を比較し、前記目標値に一致するように前記半導体レーザを駆動制御する制御手段とを有する半導体レーザ駆動装置であって、前記記録レーザ光がパルス列で構成され、前記受光手段からの信号レベルあるいは前記目標値を補正する補正手段を有し、前記補正手段は前記受光手段からの信号レベルあるいは前記目標値に補正係数を乗じることで補正するものであり、目標記録パワー及びパルス幅に応じた前記補正係数を、前記目標記録パワーに対する前記補正係数の傾きを複数ポイントで実測して前記目標記録パワーと前記補正係数の傾きとの関係を非線形近似して得られる近似式、及び、前記補正係数の傾きと前記パルス幅並びに前記補正係数との関係を規定する関係式から算出するものであって、前記近似式及び前記関係式は記憶手段に格納され、前記近似式を用いて前記目標記録パワーに応じた前記補正係数の傾きを算出し、算出して得られた前記補正係数の傾きと前記関係式を用いて前記パルス幅に応じた前記補正係数を算出することを特徴とする。
【0014】
本発明の半導体レーザ駆動装置は、DVD−Rドライブ、DVD+Rドライブ、DVD−RWドライブ、DVD+RWドライブ、DVD−RAMドライブ等の光ディスク装置に広く適用することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【0016】
図1には、本実施形態に係る光ディスク装置の全体構成図が示されている。DVD−R、DVD+R、DVD−RW、DVD+RW、DVD−RAM等のデータ記録可能な光ディスク10はスピンドルモータ(SPM)12により回転駆動される。スピンドルモータ(SPM)12は、ドライバ14で駆動され、ドライバ14はサーボプロセッサ30により所望の回転速度となるようにサーボ制御される。
【0017】
光ピックアップ16は、レーザ光を光ディスク10に照射するためのLDや光ディスク10からの反射光を受光して電気信号に変換する4分割PD、さらにLDからのレーザ光パワーを検出するフロントモニタPDを含み、光ディスク10に対向配置される。光ピックアップ16はスレッドモータ18により光ディスク10の半径方向に駆動され、スレッドモータ18はドライバ20で駆動される。ドライバ20は、ドライバ14と同様にサーボプロセッサ30によりサーボ制御される。また、光ピックアップ16のLDはドライバ22により駆動され、ドライバ22はAPC24により駆動電流が所望の値となるように制御される。APC24は、光ディスク10のテストエリア(PCA)において実行されたOPC(Optimum Power Control)により選択された最適ライトパワーとなるようにドライバ22の駆動電流を制御する。OPCは、光ディスク10のPCAに記録パワーを複数段に変化させてテストデータを記録し、該テストデータを再生してその信号品質を評価し、所望の信号品質が得られるライトパワーを選択する処理である。信号品質には、β値やγ値、変調度、ジッタ等が用いられる。
【0018】
光ディスク10に記録されたデータを再生する際には、光ピックアップ16のLDから再生パワーのレーザ光が照射され、その反射光がPDで電気信号に変換されて出力される。光ピックアップ16からの再生信号はRF回路26に供給される。RF回路26は、再生信号からフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号を生成し、サーボプロセッサ30に供給する。サーボプロセッサ30は、これらのエラー信号に基づいて光ピックアップ16をサーボ制御し、光ピックアップ16をオンフォーカス状態及びオントラック状態に維持する。また、RF回路26は、再生信号に含まれるアドレス信号をアドレスデコード回路28に供給する。アドレスデコード回路28はアドレス信号から光ディスク10のアドレスデータを復調し、サーボプロセッサ30やシステムコントローラ32に供給する。
【0019】
DVD−R、DVD−RWディスクの場合にはランドプリピット方式でアドレスデータを得ることができる。DVD−RAMディスクの場合にはCAPA(Complimentary Allocated Pit Adressing)方式でアドレスデータを得ることができ、セクタ内に記録されたヘッダ部にアドレスデータが存在する。また、RF回路26は、再生RF信号を2値化回路34に供給する。2値化回路34は、再生信号を2値化し、得られた信号をエンコード/デコード回路36に供給する。エンコード/デコード回路36では、2値化信号を復調及びエラー訂正して再生データを得、当該再生データをインタフェースI/F40を介してパーソナルコンピュータなどのホスト装置に出力する。なお、再生データをホスト装置に出力する際には、エンコード/デコード回路36はバッファメモリ38に再生データを一旦蓄積した後に出力する。
【0020】
光ディスク10にデータを記録する際には、ホスト装置からの記録すべきデータはインターフェースI/F40を介してエンコード/デコード回路36に供給される。エンコード/デコード回路36は、記録すべきデータをバッファメモリ38に格納し、当該記録すべきデータをエンコードしてライトストラテジ回路42に供給する。ライトストラテジ回路42は、入力したデータを所定の記録ストラテジに従ってマルチパルスに変換し、記録データとしてドライバ22に供給する。記録ストラテジは、例えばマルチパルスにおける後続パルスのパルス幅Tmpを決定する。記録ストラテジは記録品質に影響することから、通常はある最適ストラテジに固定される。OPC時に記録ストラテジを併せて設定してもよい。記録データによりパワー変調されたレーザ光は光ピックアップ16のLDから照射されて光ディスク10にデータが記録される。データの記録は例えばパケット単位である。パケット単位でデータを記録した後、光ピックアップ16は再生パワーのレーザ光を照射して当該記録データを再生し、RF回路26に供給する。RF回路26は再生信号を2値化回路34に供給し、2値化されたデータはエンコード/デコード回路36に供給される。エンコード/デコード回路36は、データをデコードし、バッファメモリ38に記憶されている記録データと照合する。ベリファイの結果はシステムコントローラ32に供給される。
【0021】
システムコントローラ32は、装置各部の動作を制御するが、本実施形態においては特にOPCを実行して最適ライトパワーを選択した後、このライトパワーとなるようにAPC24に対して目標値を設定するとともに、この最適ライトパワーにおけるフロントモニタPDからの信号出力を補正するための補正係数を算出してAPC24に供給する。APC24では、システムコントローラ32からの目標値及び補正係数に基づいてLDのレーザ光パワーをフィードバック制御する。
【0022】
図2には、図1におけるAPC24の回路構成が示されている。LDの近傍に配置されたフロントモニタPDでレーザ光を受光し、レーザ光パワーに応じた電流を出力する。検出電流は図示しないサンプリング回路で所定期間の信号のみがサンプリングされた後、電流電圧変換器I/V24aに供給される。サンプリングは、マルチパルスにおける先頭パルスに対応する期間や後続パルスに対応する期間等があるが、本実施形態では特に後続パルスにおけるライトパワーの制御について説明するため、サンプリングは後続パルスの期間において実行されるものとする。電流電圧変換器I/V24aは入力された電流値を電圧値に変換し、乗算器24bを介して差動増幅器24cの非反転入力端子(+)に出力する。一方、システムコントローラ32では目標ライトパワーに対応する補正係数Cpを算出して乗算器24bに供給するとともに、当該ライトパワーに対応する目標レベル(目標電圧値)を差動増幅器24cの反転入力端子に供給する。目標電圧値はライトパワーに対して一義的に定まる値であり、PDのICや増幅器の時定数等を考慮しない値である。乗算器24bでは、システムコントローラ32からの補正係数を用いてPDからの信号電圧値を補正して差動増幅器24cに出力する。差動増幅器24cは、補正された信号電圧値と目標電圧値とを比較し、その誤差値を電圧電流変換器V/I24dに出力する。電圧電流変換器V/I24dは、誤差に対応する電流をドライバ22に供給してLDのライトパワーをフィードバック制御する。なお、図2において、電流電圧変換器I/V24aの後段にA/Dを設けるとともに電圧電流変換器V/I24dの前段にD/Aを設けてもよい。
【0023】
次に、システムコントローラ32における補正係数Cpの算出処理について説明する。いま、ライトパワーをPw、リードパワーをPr、後続パルスのパルス幅をTmpとする。また、フロントモニタPDからサンプルパルスによりサンプリングして得られる理想のエネルギ(1T当たり)をEi、実際のエネルギ(1T当たり)をErとし、Tmp=0.75Tのとき、及びTmp=0.25Tのときに着目する。
【0024】
図3には、Tmp=0.75TのときのフロントモニタPDからの出力波形と理想波形が示されている。Tmp=0.75Tの場合、波形のなまりにより先頭パルスの影響を受けてリードパワーに落ちきる前にライトパワーにあがってしまうためライトパワーレベルに張り付いた状態に近い波形となる。したがって、実際のエネルギErからリードパワーのエネルギErd(定数)を差し引いたエネルギはライトパワーが増大する程大きくなる。
【0025】
そこで、実際のエネルギErはライトパワーに比例して増大するとして、
【数2】
Er−Erd=εPw ・・・(2)
とする。εは基準となるエネルギ値で定数である。
【0026】
図4には、Tmp=0.25TのときにフロントモニタPDからの出力波形と理想波形が示されている。Tmp=0.25Tとパルス幅が比較的短い場合、波形のなまりがあるものの先頭パルスから後続パルスまで0.75Tの時間間隔があるため出力波形はリードパワーまで落ちている。その後、パルス幅Tmpが短いためライトパワーまで上がらず、またリードパワーに落ち込むため山型の波形となる。この山型の波形はライトパワーが変化してもあまり変わらず、エネルギもあまり変化しないため、実際のエネルギErを定数と仮定することができる。すなわち、
【数3】
Er=定数 ・・・(3)
パルス幅Tmpが所定値以上であって図3に示すような波形を示す場合を長モード、パルス幅Tmpが所定値より小さく図4に示すような波形を示す場合を短モードとし、長モードの実際のエネルギをErl、短モードの実際のエネルギをErsとすると、(2)、(3)はそれぞれ
【数4】
Erl−Erd=εPw ・・・(4)
【数5】
Ers=定数 ・・・(5)
となる。
【0027】
Tmp=0.75Tのような長モードの場合の補正係数Cplは、
【数6】
Cpl=K・Erl/Eil=K・(Erd+Erl−Erd)/Eil
=K・(Erd+εPw)/Eil ・・・(6)
となる。ここで、Eilは長モードの場合の理想のエネルギである。Tmp=0.25Tのような短モードの場合の補正係数Cpsは、
【数7】
Cps=K・Ers/Eis ・・・(7)
である。Tmp=0.75Tの理想のエネルギEil(1T当たり)及びTmp=0.25Tの理想のエネルギEis(1T当たり)は、図3及び図4の理想波形から分かるように、
【数8】
Eil=0.75T・(Pw−Pr)+1.0T・Pr
=0.75T・Pw+0.25T・Pr ・・・(8)
【数9】
Eis=0.25T・(Pw−Pr)+1.0T・Pr
=0.25T・Pw+0.75T・Pr ・・・(9)
である。CpはTmp=0.75Tの場合に1となるように正規化しているから、CplとCpsとの関係は、
【数10】
Cpl/Cps=1/{1−(0.75T−0.25T)ap}・・・(10)
となる。ここで、apは、ライトパワーPwにおける、そのライトパワーでのTmpに対する補正係数の傾きである。
【0028】
これらの式を用いると、
【数11】
1/{1−(0.75T−0.25T)ap}=Cpl/Cps
={K・(Erd+εPw)/(0.75T・Pw+0.25T・Pr)}
/{K・Ers/(0.25T・Pw+0.75T・Pr)}
=1/Ers[{0.25T・εPw2+(0.25T・Erd+0.75T・εPr)Pw+0.75T・Erd・Pr}/0.75T・Pw+0.25T・Pr] ・・・(11)
となる。
【0029】
この式において、リードパワーPr、ライト用クロックの間隔T、リードパワーのフロントモニタPDでの検出エネルギ(1T当たり)Erdは既知の定数、パルス幅Tmpが所定値(例えば0.40T)以上の場合におけるフロントモニタPDでの検出エネルギのライトパワーPwに対する比例係数ε、パルス幅Tmpが所定値より小さい場合におけるフロントモニタPDでの検出エネルギErsは未知の定数であり、apはPwの関数である。変数を
【数12】
χ1=Pw2/(0.75Pw+0.25Pr) ・・・(12)
【数13】
χ2=Pw/(0.75Pw+0.25Pr) ・・・(13)
【数14】
χ3=1/(0.75Pw+0.25Pr) ・・・(14)
とし、パラメータを
【数15】
α=0.25ε/Ers ・・・(15)
【数16】
β=(0.25Erd+0.75εPr)/Ers・・・(16)
【数17】
χ=0.75Erd・Pr/Ers ・・・(17)
として(11)式を行列形式で表記すると、
【数18】
となる。未知の定数であるε及びErsを含むα、β、χを求めることが必要である。(18)式はパラメータ(α、β、χ)に対して線形であるため、Pwに対するapのデータを数点実測し、線形の最小2乗近似による多項式フィッティングを行うことでパラメータ(α、β、χ)を算出することができる。例えば、Pwに対するapのデータを5点実測し、多項式フィッティングを行う。以下に、5点の実測値及びこれから定まるχ1、χ2、χ3の値が示されている。
【0030】
【表1】
表1のデータから最小2乗法による多項式フィッティングを行うと、
α=0.01455
β=1.13619
χ=−0.78512
が得られる。この結果からPwに対するapの近似式をプロットすると図5に示すような結果が得られる。図における黒丸は表1に示す実測値である。以上のようにして得られた近似式は実測値をよく近似する非線形曲線であり、この近似式を用いることで任意のライトパワーPwにおける補正係数の傾きapを高精度に算出することができる。本実施形態においては、上述したように、リードパワーPr、ライト用クロックの間隔T、リードパワーのフロントモニタPDでの検出エネルギ(1T当たり)Erdは既知の定数とし、パルス幅Tmpが所定値(例えば0.40T)以上の場合におけるフロントモニタPDでの検出エネルギのライトパワーPwに対する比例係数ε、パルス幅Tmpが所定値より小さい場合におけるフロントモニタPDでの検出エネルギErsは未知の定数とすることで近似式の算出を容易化しており、長モードと短モードとを識別する所定値は実験により定めた適当値を用いればよい。本実施形態における所定値Tmp=0.40T位が適当である。光ディスク装置毎に定めてもよい。
【0031】
システムコントローラ32は、図5に示される近似式をメモリに記憶しておき、この近似式を用いて目標とするライトパワーPwにおける補正係数の傾きa(実施形態のap)を算出し、さらにこの傾きaを用いて(1)式により補正係数Cpを算出しAPC24の乗算器24bに供給する。これにより、乗算器24bでは波形のなまりの影響が考慮された補正が行われ、差動増幅器24cでは補正されたPD信号出力と目標値との差分が演算され、誤差が算出されてドライバ22がフィードバック制御される。システムコントローラ32は、そのメモリにテーブルとしてライトパワーに対応する傾きaあるいは補正係数Cpを記憶するのではなく、近似式を記憶し、この近似式を用いて傾きa、さらには補正係数Cpを算出するので、多数のデータを実測する必要もなく、少ないメモリ容量でかつ高精度にLDのレーザ光パワーを調整することができる。
【0032】
なお、本実施形態では近似式を算出するために5個の実測点を用いているが、必要に応じて5個以上あるいは5個以下としてもよい。但し、あまりに実測点が少ないと近似式の精度が低下するため、ライトパワーとして使用する可能性のある最小パワーと最大パワーにおける実測点の他、さらに2点あるいは3点を実測して近似式を算出するのが望ましい。近似式の計算は、OPC処理において行ってもよい。すなわち、OPCにおいてシステムコントローラ32は必要な個数(例えば5個)だけPwとaを実測し、得られた実測値に基づいて近似式を算出する。近似式の計算は光ディスク装置の工場出荷時に行い、システムコントローラ32のメモリに記憶させてもよい。
【0033】
また、本実施形態では算出された補正係数でフロントモニタPDからの信号レベルを補正しているが、システムコントローラ32から供給される目標値自体を補正してもよい。目標値と信号レベルとは差動増幅器24cで比較されるため、信号レベルあるいは目標値のいずれを補正するかは任意に設定できる。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば近似式を用いて記録パワーのモニタ出力を補正して目標パワーとなるようにフィードバック制御するので、少ないメモリ容量でかつ高精度に記録パワーを調整できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施形態の構成ブロック図である。
【図2】 図1におけるAPCの回路構成図である。
【図3】 Tmp=0.75Tの場合のPD出力波形及び理想波形の説明図である。
【図4】 Tmp=0.25Tの場合のPD出力波形及び理想波形の説明図である。
【図5】 実施形態の近似式を示すグラフ図である。
【図6】 マルチパルスとピットとの関係を示す説明図である。
【図7】 パルス幅Tmpと補正係数Cpとの関係を示すグラフ図である。
【図8】 ライトパワーと補正係数の傾きaとの関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
10 光ディスク、16 光ピックアップ、22 ドライバ、24 APC、32 システムコントローラ。
Claims (2)
- 半導体レーザからの記録レーザ光を検出する受光手段と、
前記受光手段からの信号を目標値を比較し、前記目標値に一致するように前記半導体レーザを駆動制御する制御手段と、
を有する半導体レーザ駆動装置であって、
前記記録レーザ光がパルス列で構成され、
前記受光手段からの信号レベルあるいは前記目標値を補正する補正手段
を有し、前記補正手段は前記受光手段からの信号レベルあるいは前記目標値に補正係数を乗じることで補正するものであり、目標記録パワー及びパルス幅に応じた前記補正係数を、前記目標記録パワーに対する前記補正係数の傾きを複数ポイントで実測して前記目標記録パワーと前記補正係数の傾きとの関係を非線形近似して得られる近似式、及び、前記補正係数の傾きと前記パルス幅並びに前記補正係数との関係を規定する関係式から算出するものであって、前記近似式及び前記関係式は記憶手段に格納され、前記近似式を用いて前記目標記録パワーに応じた前記補正係数の傾きを算出し、算出して得られた前記補正係数の傾きと前記関係式を用いて前記パルス幅に応じた前記補正係数を算出することを特徴とする半導体レーザ駆動装置。 - 請求項1記載の半導体レーザ駆動装置を備える光ディスク装置。
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