JP4715198B2 - レーザ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザを駆動するレーザ駆動装置及びレーザ駆動方法に関する。

ブルーレイディスクレコーダなどの光ディスク装置には、半導体レーザダイオードを光源とする光ピックアップが用いられており、この光ピックアップにおいて、半導体レーザダイオードはレーザ駆動装置によって駆動される。

半導体レーザダイオードの発光パワーの特性は、個体差、周辺温度、経年変化などにより変動する。図４は半導体レーザダイオードの発光パワーと順方向電圧の特性を示したグラフである。グラフ中太線で示した特性が、半導体レーザダイオードの周辺温度、経年変化等によって細線で示した特性に変動した様子を示している。これに半導体レーザダイオードの個体差が加わり、破線で示す発光パワーで光らせるために必要な電圧は変化してしまう。

図５は、このような特性変動に対応した従来のレーザ駆動装置の構成を示す図である。同図において、６は定電圧源、２は半導体レーザなどのレーザ光源である。７はレーザ駆動回路である。ＶLDは定電圧源６からレーザ光源２及びレーザ駆動回路７へ供給される一定電圧、ＩLDは同じく定電圧源６から供給される電流、Ｖopはレーザ光源２の端子間の電圧、ＶtcはＡＰＣ回路７内のレーザ駆動回路の動作電圧を示す。

ここに次式の関係が成り立つ。

ＶLD＝Ｖop＋Ｖtc （式１）
レーザ光源２を所望の発光パワーで発光させようとするとき、レーザ駆動回路７はVtc（Ｖop）及びＩLDを調整することでレーザ光源２へ供給されるエネルギー（Ｖop，ＩLD）を適切に制御する。

しかし、Ｖopはレーザ光源２の発光パワー、個体差，周辺温度，経年変化等で変動するので、ＶLDは規定された条件範囲内で最悪条件下でも不足することの無いよう予め余裕を持った電圧に設定する必要があった。このため、逆に通常の条件下ではＶLDが過剰な電位となり、結果として Vtcが相対的に上昇し、レーザ駆動回路７で熱エネルギーとして不要な電力を消費する事になり、またこの発熱によってレーザー光源、及び周辺装置の信頼性の低下を招く問題を生じていた。

特許文献１には、レーザ動作電圧レベルを検出し、この検出結果に基づき、レーザ駆動部の消費電力が一定となるように、レーザ駆動部に供給する電源電圧レベルを制御することで、レーザ駆動部の発熱による周囲温度の上昇を抑制し、半導体レーザの電流−光量の特性（Ｉ−Ｌ特性）の周辺温度による変化を抑制する技術が公開されている。
特開２００３−１６８２３２号公報

しかしながら、上記従来の技術では、レーザ駆動回路の消費電力を一定に保つ為に、光量（電流）が小さい場合には、電圧がレーザ駆動回路の必要電圧条件を満たしているとしても、更に電圧を上昇させることとなる。すなわち、レーザ駆動回路の消費電力を一定にできる効果を奏し得るものの、電圧がレーザ駆動回路が最低限必要な値に一定化されるものではないため、消費電力を増大させてしまう。したがって、非効率で、発熱が大きくレーザー、及び周辺装置の信頼性の低下を招くという問題は課題として残る。

本発明は、かかる事情を鑑みてなされたもので、レーザ駆動回路を最低限必要な一定の電圧で動作させることができ、消費電力を低減させることのできるレーザ駆動装置及びレーザ駆動方法を提供することを目的としている。

かかる課題を解決するため、本発明に係るレーザ駆動装置は、出力電圧を制御可能な可変出力電圧源と、前記可変出力電圧源に接続されたレーザ光源と、レーザ光源を駆動するレーザ駆動回路と、前記レーザ駆動回路の動作電圧を監視して、この動作電圧が目標値になるように前記可変出力電圧源の出力を制御する監視制御部とを具備することを特徴とする。

本発明では、レーザ駆動回路の動作電圧が目標値となるように可変出力電圧源の出力電圧を制御することによって、レーザ駆動回路をその動作を保証する最低限の一定電圧で動作させることができる。これにより、可変出力電圧源の出力電圧、レーザ光源の端子間電圧が適切な値に保たれ、レーザ駆動回路で熱エネルギーとして無駄に消費されていた電力を低減できる。

また、本発明のレーザ駆動装置において、レーザ駆動回路の動作電圧の目標値が動作状態毎に設けられ、監視制御部は、動作状態を切り替えるとき、レーザ駆動回路の動作電圧が切り替え前の動作状態に対応する目標値になるように求めた可変出力電圧源の出力電圧の設定値を、切り替え後の動作状態ごとに予め設定された変化見積り量で更新するように構成してもよい。

これにより、動作状態の切り替えによる可変出力電圧源の出力電圧の急激な変化に対応しつつ、レーザ駆動回路を各動作状態において最低限必要な一定の電圧で動作させることができる。

また、本発明の別の観点に基づくレーザ駆動方法は、出力電圧を制御可能な可変出力電圧源に接続されたレーザ光源を駆動するレーザ駆動方法であって、レーザ駆動回路の動作電圧を監視し、この監視した動作電圧が目標値になるように可変出力電圧源の出力を制御することを特徴とする。

本発明では、レーザ駆動回路の動作電圧が目標値となるように可変出力電圧源の出力電圧を制御することによって、レーザ駆動回路をその動作を保証する最低限の一定電圧で動作させることができる。これにより、可変出力電圧源の出力電圧、レーザの端子間電圧が適切な値に保たれ、レーザ駆動回路で熱エネルギーとして無駄に消費されていた電力を低減できる。

また、本発明のレーザ駆動方法においては、レーザ駆動回路の動作電圧の目標値が動作状態毎に設けられ、動作状態を切り替えるとき、レーザ駆動回路の動作電圧が切り替え前の動作状態に対応する目標値になるように求めた前記可変出力電圧源の出力電圧の設定値を、切り替え後の動作状態ごとに予め設定された変化見積り量で更新するようにしてもよい。

これにより、動作状態の切り替えによる可変出力電圧源の出力電圧の急激な変化に対応しつつ、レーザ駆動回路を各動作状態において最低限必要な一定の電圧で動作させることができる。

本発明のレーザ駆動装置及びレーザ駆動方法によれば、レーザ駆動回路を最低限必要な一定の電圧で動作させることができ、消費電力を低減させ、発熱による信頼性の低下を防ぐことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は本発明の一実施形態に係るレーザ駆動装置の構成を示す図である。

同図に示すように、このレーザ駆動装置は、出力電圧を制御可能な可変出力電圧源１と、半導体レーザダイオードなどのレーザ光源２と、レーザ光源２を駆動するレーザ駆動回路３と、レーザ駆動回路３を制御する発光制御部４と、レーザ駆動回路３の動作電圧Ｖtcを監視して、これがレーザ駆動回路３の電圧目標である参照電圧Ｖrfとなるように可変出力電圧源１を制御する監視制御部５とを有している。また、図１において、ＶLDは可変出力電圧源１の出力電圧、ＩLDは可変出力電圧源１の出力電流、Ｖopはレーザ光源２の端子間電圧、Ｖtcはレーザ駆動回路３の動作電圧である。

上記の可変出力電圧源１は、定電圧源1ａ、基準電圧源１ｂ、基準電圧源１ｂの基準電圧と監視制御部５からの制御入力に対応する電圧とを比較するコンパレータ１ｃ、コンパレータ１ｃの比較結果に基づいて定電圧源1ａの出力電圧を制御するＰＮＰ型トランジスタ１ｄ、および抵抗器１ｅ，１ｆ，１ｇなどにより構成される。

上記のレーザ駆動回路３は、例えば、コレクタがレーザ光源２である半導体レーザダイオードのカソードに接続され、エミッタが接地され、ベースに発光制御部４の制御信号が接続されたトランジスタなどで構成される。

上記の発光制御部４は、たとえば、レーザ光源２の光量をフォトディテクターなどによって監視し、この光量が一定になるようにレーザ駆動回路３を制御してレーザ光源２の発光パワーを制御するＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路などで構成される。ただし、本発明において、レーザ駆動回路３はＡＰＣ回路を用いたものに限定されるものではない。

上記の監視制御部５は、レーザ駆動回路３の動作電圧Ｖtcのボトム値を保持するボトムホールド回路５ａと、ボトムホールド回路５ａに保持された動作電圧Ｖtcのボトム値をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ５ｂと、Ａ／Ｄコンバータ５ｂの出力からレーザ駆動回路３の動作電圧Ｖtcのデータを取得し、この動作電圧Ｖtcがその電圧目標である参照電圧Ｖrfとなるように可変出力電圧源１の出力電圧ＶLDの設定値を求めるＣＰＵ５ｃと、ＣＰＵ５ｃで算出された設定値をＤ／Ａ変換して可変出力電圧源１に制御入力として与えるＤ／Ａコンバータ５ｄとを備えている。

次に、この実施形態のレーザ駆動装置の動作を説明する。

レーザ光源２が発光しているとき，レーザ光源２の端子間にはＶopの電圧がかかっている。この電圧Ｖopはレーザ光源２の個体差、発光光量、周辺温度、経年変化などの様々な条件で変化するので、この電圧Ｖopの変化に伴ってレーザ駆動回路３の動作電圧Ｖtcも変化する。

監視制御部５のＣＰＵ５ｃは、このレーザ駆動回路３の動作電圧Ｖtcをボトムホールド回路５ａおよびＡ／Ｄコンバータ５ｂを通じて入手し、動作電圧Ｖtcがその電圧目標である参照電圧Ｖrfとなるように可変出力電圧源１の出力電圧ＶLDの設定値を算出する。算出された設定値はＤ／Ａコンバータ５ｄにてアナログ化されて可変出力電圧源１へ制御入力として与えられる。これにより、可変出力電圧源１のコンパレータ１ｃの非反転入力端子に上記の設定値に対応した制御電圧が加えられ、コンパレータ１ｃの反転入力端子に与えられた基準電圧源１ｂの基準電圧との差分がＰＮＰ型トランジスタ１ｄのベースに加えられることで、可変出力電圧源１の出力電圧ＶLDが制御される。

図２は、監視制御部５による出力電圧ＶLDの制御の流れを示すフローチャートである。ＣＰＵ５ｃは、レーザ駆動回路３の動作電圧Ｖtcを取得すると、まず、この動作電圧Ｖtcと電圧目標である参照電圧Ｖrfとの差Ｖdfを式２により算出する（ステップＳ２０１）。

Ｖdf＝Ｖtc−Ｖrf （式２）
続いて、この差Ｖdfから出力電圧ＶLDの新たな設定値を式３により算出し、この出力電圧ＶLDの設定値を可変出力電圧源１に制御入力として与える（ステップＳ２０２）。

ＶLD（設定値）＝ＶLD（前回の設定値）−Ｖdf （式３）
以上の動作は数秒毎に繰り返し実行される。

このように、レーザ駆動回路３の動作電圧Ｖtcを監視し、この動作電圧Ｖtcが電圧目標である参照電圧Ｖrfとなるように可変出力電圧源１の出力電圧ＶLDを制御することによって、レーザ駆動回路３をその動作を保証する最低限の一定電圧で動作させることができる。これにより、レーザ駆動回路３の動作電圧Ｖtcと式１の関係にある可変出力電圧源１の出力電圧ＶLDおよびレーザの端子間電圧Ｖopが適切な値に保たれ、レーザ駆動回路３で熱エネルギーとして無駄に消費されていた電力を低減できる。また、レーザ駆動回路３をその動作を保証する最低限の電圧で動作させ発熱を低減することで、レーザ駆動回路３、及びレーザ光源２等周辺部品の寿命が向上し、信頼性を高めることができる。

また、本実施形態のレーザ駆動装置は、レーザ駆動回路３の動作電圧Ｖtcを監視するので、レーザ光源２の端子間電圧Ｖopを監視して同様の制御を行う場合に比べ、次のような利点を奏し得る。

レーザ光源２の端子間電圧Ｖopを監視する方法によれば、ＶLDの絶対値を判定する手段と、Ｖop及びＶLDからＶtcを算出する手段、すなわち、ＣＰＵ５ｃでの演算や差動電圧出力回路などが必要になるが、本実施形態はＶtcを直接監視するので構成が簡素化することができる。

また、レーザ光源２の端子間電圧Ｖopは発光パワー、温度、経年変化（劣化）などによって変化するので、Ｖopを監視する方法では、そのレーザ光源２の端子間電圧Ｖopの変動範囲をモニターできる構成が必要となる。これに対して本実施形態のレーザ駆動装置は、レーザ光源２の端子間電圧Ｖop、可変出力電圧源１の出力電圧ＶLDが発光パワー、温度、経年変化（劣化）などによって変化しても、レーザ駆動回路３の動作電圧Ｖtcの目標値が一定であるため、監視対象となる電圧範囲が狭く、そのだけ構成がシンプルになる。

さらに、レーザ光源２の端子間電圧Ｖopを監視する方法では、可変出力電圧源１の出力電圧ＶLDの誤差やコネクタの接触抵抗の影響でＶｔｃが変動するのに対し、レーザ駆動回路３の動作電圧Ｖtcを監視する方法はそれらの影響を受け難いので、精度の向上を見込める。

また、本実施形態では、レーザ駆動回路３の負荷側電圧であるＶtcを直接監視し一定値に保つので，レーザ駆動回路３の諸特性、特に周波数特性の安定化に伴ってレーザのパルス発光特性を安定化させることができる。

なお、この実施形態では、監視制御部５内において、レーザ駆動回路３の動作電圧Ｖtcがその電圧目標である参照電圧Ｖrfとなるように可変出力電圧源１の出力電圧ＶLDの設定値を求める手段としてＣＰＵ５ｃを用いたが、同等の機能をアナログ回路で実現しても構わない。また、監視制御部５内において、レーザ駆動回路３の動作電圧Ｖtcの検出手段として組みまれたＡ／Ｄコンバータ５ｂは、シンプルなコンパレータにより構成することも可能である。

（他の実施形態）
次に、本発明の他の実施形態として、レーザ光源２の発光パワーの状態を複数有するレーザ駆動装置について説明する。この実施形態のレーザ駆動装置のハードウェアの構成は図１と同じであるため、説明は省略する。

光ディスクに対して記録と再生を行う光ディスク装置の光ピックアップに用いられるレーザ駆動装置では、レーザ光源２の発光パワーの状態が動作状態すなわち記録時と再生時とで異なる。すなわち、記録時と再生時の各動作状態ごとに、レーザ駆動回路３の動作電圧Ｖtc、レーザ光源２の端子間電圧Ｖopとして必要な設定値も２つの範囲をもっていることになる。

そこで監視制御部５は、動作状態が記録から再生、あるいは再生から記録に切り替わることの通知を上位のコントローラから受けた場合に、レーザ駆動回路３の電圧目標を基に求めた可変出力電圧源１の出力電圧ＶLDの設定値を、切り替わり後の動作状態に応じて予め設定された変化見積り量で更新し、可変出力電圧源１に制御入力として与える。

図３は、本実施形態の出力電圧ＶLDの制御の流れを示すフローチャートである。ＣＰＵ５ｃは、次の発行パワーの状態が記録から再生、あるいは再生から記録に切り替わることの通知を上位のコントローラから受けとると、レーザ駆動回路３の動作電圧Ｖtcを取得し、この動作電圧Ｖtcと現動作状態での電圧目標である参照電圧Ｖrfとの差Ｖdfを式２により算出する（ステップＳ３０１）。

続いて、この算出された差Ｖdfと、可変出力電圧源１の出力電圧ＶLDの前回の設定値、さらには切り替え後の動作状態に対して予め設定された変化見積り量ΔＶ（記録から再生への変化見積り量、再生から記録への変化見積り量）から、状態を切り替える際の出力電圧ＶLDの設定値を式４により算出し、この設定値を可変出力電圧源１に制御入力として与える（ステップＳ３０２）。

ＶLD（設定値）＝ＶLD（前回の設定値）−Ｖdf＋ΔＶ （式４）
これにより、記録と再生との間で動作状態を切り替える際の、可変出力電圧源１の出力電圧ＶLDの急激な変化に対応しつつ、レーザ駆動回路３を記録と再生の各々の状態で最低限必要な一定の電圧で動作させることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によっても実施することができる。

本発明の一実施形態に係るレーザ駆動装置の構成を示す図である。 図１のレーザ駆動装置でのＶLD制御の流れを示すフローチャートである。 他の実施形態のレーザ駆動装置でのＶLD制御の流れを示すフローチャートである。 半導体レーザダイオードの発光パワーと順方向電圧の特性を示したグラフである。 従来のレーザ駆動装置の構成を示す図である。

符号の説明

１ 可変出力電圧源
２ レーザ光源
３ レーザ駆動回路
４ 発光制御部
５ 監視制御部

Claims (1)

1. 光ディスク装置の再生及び記録に用いられるレーザ駆動装置であって、
   定電圧源と、基準電圧源と、前記基準電圧源の基準電圧と制御入力に対応する電圧とを比較するコンパレータと、前記コンパレータの比較結果に基づいて前記定電圧源の出力電圧を制御する制御素子とを有し、前記出力電圧を制御可能な可変出力電圧源と、
   前記可変出力電圧源に接続されたレーザ光源と、
   前記レーザ光源を駆動するレーザ駆動回路と、
   前記レーザ駆動回路の動作電圧を監視して、この監視した動作電圧が目標値になるように前記可変出力電圧源に前記制御入力として与える監視制御部とを具備し、
   前記レーザ駆動回路の動作電圧の目標値が動作状態毎に設けられ、
   前記監視制御部は、次の発光パワーの状態が記録から再生、あるいは再生から記録に切り替わることの通知を上位のコントローラから受けると、前記レーザ駆動回路の動作電圧を取得し、この動作電圧と現動作状態での電圧目標である参照電圧との差を算出し、続いて、この算出された差と、前記可変出力電圧源の出力電圧の前回の設定値、さらには切り替え後の動作状態ごとに予め設定された変化見積り量から、状態を切り替える際の出力電圧の設定値を下記式より算出し、この設定値を前記可変出力電圧源に前記制御入力として与える
   ＶLD（設定値）＝ＶLD（前回の設定値）−Ｖdf（算出された差）＋ΔＶ（変化見積り量）
   レーザ駆動装置。

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