JPH03132933A - 半導体レーザ出力安定化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は半導体レーザ出力安定化装置に係り、特に、半
導体レーザからの光束が無偏光ビームスプリッタにより
、情報記録媒体へ向い、この情報記録媒体で反射し、前
記無偏光ビームスプリンタを介して再生信号光検出器に
入射する構成を有した光学的情報記録再生装置の半導体
レーザ出力安定化装置に関する。

（従来の技術及び発明が解決しようとする課題）従来か
ら光を用いて情報を記録、再生する媒体の形態としては
光ディスク、光カード、光テープ等の各種のものが知ら
れている。これらはそれぞれ特徴をもっており、目的、
用途等によって使いわけられているが、そのうち光カー
ドは製造の容易さ、携帯性のよさ、アクセス性のよさと
いった特徴を生かし、今後、用途がますます広まってゆ
くと考えられる。

上記媒体について情報を記録、再生する光源としては、
−船釣に半導体レーザが用いられ、この半導体レーザの
出力の安定化技術が情報の誤った記録或いは、誤った再
生を防止する為に重要である。

まず、かかる半導体レーザの出力の安定化技術の説明に
先だって光学的情報記録再生装置の構成について説明す
る。

第３図は上記カード状の記録媒体に対して構成された光
学的情報記録再生装置の一例を示す概略ブロック図であ
る。

同図において、１０１は情報を記録すべき光カード、１
０３は光ヘッド（第３図において点線で囲まれた部分）
、ＩＣ１４は光ビーム、１０５は光カード１０１を載置
するシャトル、１０８は半導体レーザ光源、１２８は半
導体レーザ光源１０８を駆動する半導体レーザ駆動電流
に高周波′電流を重畳させる高周波重畳回路、１０９は
コリメーターレンズである。ｌＩＯは無偏光ビームスプ
リ。

夕、１１１は対物レンズで平行光を光カード１０１上で
集光させる働きをする。

１１２は光検出器、１１３はプリアンプ、１１４はオー
トフォーカシングサーボ、１１５はオートトラッキング
サーボ、１１６はデコーダー、１１７はインターフェイ
ス、１１８はコンピューター１１９はエンコーダー　１
２０はレーザードライバー　１２１はステッピングモー
ターで光学ヘンド１０３を紙面と垂直方向に移動させる
働きをもつ。

１２２．１２３はプーリーで、このプーリー１２２．１
２３には、ベルト１２４がかけられている。該ベルト１
２４には光カード１０１を載置すると共に固定するシャ
トル１０５が取りつけられている。プーリー１２２はモ
ーター１２６のシャフトに取り付けられており、モータ
ー１２６の回転によって光カード１０１は図の矢印Ａ方
向に往復運動する。

次に第３図に示された装置の動作を情報再生の場合を例
にとり説明する。

第３図において、半導体レーザ１０Ｂから発振された光
ビームは、コリメータレンズ１０９で平行光になり、無
偏光ビームスプリッタ１１０を通り、さらに対物レンズ
１１１により、集光されて、光カード１０１上に微小ス
ポットを形成する。

光カード１０１らの反射光は微小スポットにより照射さ
れた部分に情報と・ノドがあるかないかによって変調を
受け、この変調光が再び対物レンズ１１１によって平行
光となり、無偏光ビームスプリッタ１１０によって光セ
ンサ−１１２へ入射される。光センサ−１１２は変調光
の光量変化を検知し、電気信号に変えてプリアンプ１１
３へ送る。

プリアンプ１１３からオートフォーカシングサーボ１１
４に信号が送られ、オートフォーカシングサーボ１１４
からの信号により、図示されていないアクチュエーター
により対物レンズ１１１をＢ方向に移動させ、光ビーム
１０４が光カード１０１上で焦点を結ぶように対物レン
ズ１１１と光カード１０１との距離を制御する。

また、プリアンプ１１３からの信号は、オートトラッキ
ングサーボ１１５にも信号が送られ、オートトラッキン
グサーボ１１５からの信号は、下図示のアクチュエータ
により対物レンズ１１１を紙面と垂直方向に移動させ、
光ビーム１０４が所定の位置に焦点を結ぶように制御す
る。なお、装置の初期動作時には、インターフェイス１
１７からオートフォーカシングサーボ１１４、オートト
ラッキングサーボ１１５ヘサーボの引込み指令が送られ
る。オートフォーカシングサーボ１１４とオートトラッ
キングサーボ１１５については、いくつかの具体的な方
法が提案されているが、例えば光ビーム１０４をグレー
ティング等で複数に分け、光カード１０１にあらかじめ
オートフォーカシング用の、又はオートトラッキング用
のトラックをプリフォーマットしておき、複数の光ビー
ムの少なくとも１つで情報を再生し、他のビームでオー
トフォーカス用およびオートトラッキング用の信号を取
り出す例が提案されている。更に、プリアンプ１１３か
らの信号は、−デコーダ１１６に送られて電気的に必要
な処理をされた後、インターフェース１１７に送られる
。インターフェース１１１からはコンピュータ１１Ｂに
情報信号が送られる。またインターフェース１１７から
は、エンコーダー１１９に信号が送られ、必要に応じて
変調をうけた後、レーザードライバー１２０を経て半導
体レーザー１０８の発振を制御する。

更に、インターフェース１１７からはステッピングモー
ター１２１とモーターサーボ１２７に信号が送られ、そ
れぞれ光ヘッド１０３の紙面に対して垂直方向に位置制
御とモーター１２６の回転制御が行なわれる。

以下、上記光情報記録再生装置に用いられる半導体レー
ザの出力の安定化技術について説明する。

半導体レーザの出力の安定化技術については、従来より
種々の提案が成されており、例えば、特公昭５４−１０
４８１号公報にその一例が記されている。

同公報においては、半導体レーザの再生用レーザ光と反
対側より放射するレーザ光を光電変換素子により捕集し
、前記光電変換素子からの出力電圧と基準電圧とを比較
して、その比較結果に基づき、半導体レーザの出力を制
御する技術が開示されている。しかしながら、この技術
を第３図に示す光ヘッドに適用する場合には、次のよう
な課題を有する場合がある。

第４図は光カード１０１の模式図である。光カード１０
１は透明保護層１３１と支持基盤１３２とが接着して構
成され接着面に情報記録層１３３が設けられる。光は透
明保護層１３１側より入射する。光カード１０１の持つ
携帯性、フレキシピノティ等の特長を生かすためには透
明保護層１３１、支持基ｆｆ１１３２は高分子樹脂を材
料とする例が多く、とりわけ、ポリカーボネートは製造
上の好便さもあって、広く使われている。しかしながら
、ポリカーボネートは製造時もしくは携帯、保管時複屈
折を生じると云う欠点が知られている。このような複屈
折を有する光カード１０１に対して、第３図に示す光ヘ
ッド１０３で情報の記録、再生を行なう場合には、録再
信号振幅の安定化を図るために、光カート１０１からの
反対光束を無偏光ビームスプリッタ１１０で光センサ−
１１２へ向けるが必要がある。しかし同時にその一部光
束は、半導体レーザ１０８へもどる。この時前述の如く
特公昭５４−１０４８１号公報に記される技術を用いて
半導体レーザ１０８の出力の安定化を行なう光ヘッドで
あれば、前記もどり光が半導体レーザ１０８の発光端へ
入射し、レーザの発振状態が不安定となって半導体レー
ザのノイズが増大するとともに、その際、半導体レーザ
内部の前記光電変換素子出力と半導体レーザ光出力との
相関性がくずれ、このことによって安定した光出力制御
が行われなくなる。この現像は、半導体レーザの単一モ
ード性によって生じ戻り光量、光学系の光路長及び半導
体レーザの端面反射率等デイバイスのバロメータに依存
し、特に、光学的情報記録装置に使用される高出力半導
体レーザにおいては、高出力を得るべくレーザ端面の反
射率を低下させているためその影響は顕著となる。こう
した現象を制御するため一般に半導体レーザ駆動電流上
に高周波電流を重畳し、半導体レーザを多モード発振さ
せることによって干渉性を低下させる方法がとられてい
る。

しかしながら、この方法が適用できるのは再生光時のみ
であって、記録光では困難である。それは、記録時に高
周波重畳をかける場合、記録光パワーのおおよそ倍の光
パワーをピーク発光できるさらに高出力の半導体レーザ
が必要となり、またその駆動回路も規模的に大きなもの
となる上、さらに高周波発振の際に放射される高周波ノ
イズの増大の問題があり、現実的なものではないからで
ある。

半導体レーザ出力を安定化させるためのさらなる従来例
としては特公昭６３−１８３５４号公報に記される技術
がある。同公報中の実施例によれば、記録媒体からの反
射光束を情報再生用光検出器へ反射する為のプリズムを
、半導体レーザから記録媒体へ到る光路中に設け、前記
プリズムにより半導体レーザから記録媒体へ向かう光束
の一部を反射させ２分割センサの１方へ導き、そのセン
サの出力と、他方のセンサとの出力との差信号をもって
半導体レーザの発光量を制御するものである。

この方法によれば、半導体レーザの発光量を制御するた
めの光検出器が半導体レーザの外部に存在するものであ
るから、記録、再生光発光時ともに前述の光カードから
半導体レーザへのもどり光による問題点は解消される。

しかしながら、上記従来例においては下記の問題がある
。すなわち前記プリズムにより、半導体レーザから記録
媒体へ向う光束の一部を反射させモニタ光とする場合、
記録光パワーでは、十分にその発光量の安定化は図れる
が、記録光パワーの数分の一〜数十分の−の光量に低下
する再生光パワーにおいて安定した出力光制御するには
、光検出系のＳ／Ｎを満たすに十分なモニタ光を供給せ
ねばならず、そのためには、プリズムの反射率を上げな
ければならない。このことは、半導体レーザから記録媒
体までの光学系透過率の低下を意味し、半導体レーザの
さらなる高出力タイプを必要とするものである。

現在、光情報用高出力半導体レーザは種々のものが生産
されているが、いずれのタイプも寿命、信転性またコス
トの点で、より高出力のものほど問題があるため、半導
体レーザの高出力化は好ましくない。

本発明の目的は、上記従来装置の問題点を解消し、記録
再生画出力パワーともに安定化することのできる半導体
レーザ出力安定化装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段］ 上記の目的は、半導体レーザからの光束が無偏光ビーム
スプリッタにより、情報記録媒体へ向かい、前記情報記
録媒体で反射し前記無偏光ビームスプリンタを介して再
生信号光検出器に入射する構成を有した光学的情報記録
再生装置の半導体レーザ出力安定化装置において、前記
光束が発っせられた面と反対面の前記半導体レーザの璧
開面から放射される光束を検出するリアモニタ光検出器
と、前記半導体レーザから前記情報記録媒体へ向う光束
の一分を検出するフロントモニタ光検出器と、前記半導
体レーザを高波重畳駆動する手段と、前記半導体レーザ
を所定再生光レベルに制御する第１の制御手段と、記録
信号に応じ所定記録レベルに制御する第２の制御手段と
を設け、再生光発光の際、前記高周波重畳手段を動作さ
せたうえ、第１の制御手段は、前記リアモニタ光検出器
の検出値が一定となるように前記半導体レーザのバイア
ス電流を駆動し、記録光発光の際、第２の制御手段は、
前記フロントモニタ光検出器の検出値が一定となるよう
に前記半導体レーザを駆動するようにしたことを特徴と
する本発明の半導体レーザ出力安定化装置により達成さ
れる。

〔作用］ 本発明によれば、記録時にはフロントモニタ光検出器、
一方再生時にはリアモニタ検出器で各々出力安定化制御
＜Ａｐｃ）を行うことによって、フロントモニタ光検出
器は再生時のモニタを行う必要はなく、記録時において
のみ安定してモニタ検出できるだけの光量があれば十分
となる。

すなわち、従来フロントモニタ光検出器のみで記録再生
光出力を安定化する場合は、再生時でのモニタ光検出が
安定して行える光量が必要であったが、その数十分の一
程度の微小光量ですむことになる。

したがって、必要モニタ光量を得るために、半導体レー
ザを高出力化する必要はない。

また、再生光用モニタとしてリアモニタ光検出器を使う
ため戻り光による出力の変動を制御するべく再生時には
、半導体レーザ駆動電流に高周波電流を重畳し、レーザ
発振を多モード化することでその影響を除いている。

このため、記録、再生ともに戻り光の影響を受けること
なく安定した光出力を供給することが可能である。

〔実施例］ 以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明
する。

第１図は本発明の半導体レーザ出力安定化装置の一実施
例の構成を示すブロック図である。

第２図は上記半導体レーザ出力安定化装置の各信号出力
のタイミングチャートである。

第１図において、■は半導体レーザ、２は半導体レーザ
内のリアモニタ光検出器、３はコリメータレンズ、４は
無偏光ビームスブリック（ＮＰＢＳ）、５は対物レンズ
、６はセンサレンズ、７はフロントモニタ光検出器、８
は再生信号光検出器、９光カード、１０．１５はＩ／Ｖ
変換器、１２．１７は基準電圧源であり、基′＄電圧源
１２は再生レベル、基準電圧源１７は、記録レベルに対
応した電圧を各々発生する。１１．１６は差動アンプで
、１／Ｖ出力電圧と基準電圧とを比較しその誤差信号を
出力する。１３．１８はサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回
路で差動アンプ出力をホールドする。

１４．１９は半導体レーザ１を駆動する電流源で、差動
アンプ１１．１６からの誤差信号に対応した電流を供給
する。２２は駆動電流を記録信号に応じて遮断するスイ
ッチ回路、２０は高周波重畳回路であり、半導体レーザ
駆動電流上に高周波電流を下記のタイミング回路２１か
らの制御信号ＦＭＴに応じて重畳するものである。２１
はタイミング回路で、記録データ（ＷＤ）にもとづき、
再生光制御系のサンプルホールドタイミング信号Ｒ３Ｔ
並びに、記録光制御系のサンプルホールドタイミング信
号ＷＳＴ及び、高周波重畳回路制御信号ＦＭＴを送出す
る。

次に動作について第１図及び第２図を用いて説明する。

再生光出力安定化制御ループは、リアモニタ光検出器２
、Ｉ／Ｖ変換器１０、差動アンプ１１、基準電圧源１２
、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路１３、電流源１４、
半導体レーザ１から構成され、第１の制御手段はＩ／Ｖ
変換器１０、差動アンプ１１、基準電圧源１２、サンプ
ルホールド（Ｓ／Ｈ）回路１３、電流源１４からなる。

また記録光出力安定化制御ループは、フロントモニタ光
検出器７、Ｉ／Ｖ変操器１５、差動アンプ１６、基準電
圧源１７、サンプル・ホールＦ（Ｓ／Ｈ）回路１８、電
流源１９、半導体レーザ１から構成され、第２の制御手
段は、Ｉ／Ｖ変換器１５、差動アンプ１６、基準電圧源
１７、サンプル・ホールド（Ｓ／Ｈ）回路１８、電源源
１９からなる。

その動作は、次のようにして行われる。

半導体レーザ１の出力は、リアモニタ光検出器２及びフ
ロントモニタ光検出器７で常に検出され、１／Ｖ変換器
１０．１５によって各々所定の電圧に変換される。なお
、リアモニタ光検出器２では、情、報記録媒体側に光束
が発せられた面と反対面の半導体レーザ１の壁開面から
放射される光が検出され、フロントモニタ光検出器７で
は無偏光ビームスプリッタ４の反射光が検出される。上
記■／■変換器出力は、各々基準電圧と差動アンプ１１
゜１６で比較増幅されその誤差信号はサンプルホールド
（Ｓ／Ｈ）回路１３．１８を介して電流源１４．１９へ
送られ半導体レーザ１を駆動する。

以下、まず、再生モードの動作について説明する。ＷＤ
が再生モード（Ｒ）に設定されると、サンプルホールド
（Ｓ／Ｈ）回路１３はサンプル状態、サンプルホールド
（Ｓ／Ｈ）回路１８はホールド状態となり、高周波重畳
回路２０が動作し半導体レーザ駆動電流に高周波電流が
重畳される。

ここで、再生モードにおいて半導体レーザを高周波重畳
する理由は、戻り光によるリアモニタ光検出器２の出力
変動を除去するためである。一般に半導体レーザに戻り
光が帰還した場合、半導体レーザの前面と後面出力の変
動率が変化し、リアモニタ光検出器２出力にエラーを生
ずる。この原因は半導体レーザが強い可干渉性を示すた
めであり、この対策法として半導体レーザを多モード化
することにより干渉性を抑える方法をとっている。

高周波重畳された半導体レーザ出力光はリアモニタ光検
出器２で検出され、Ｉ／Ｖ変換器１０により電圧変換さ
れる。この出力が再生基準電源１２出力と差動アンプ１
１で比較増幅されその誤差信号はサンプルホールド（Ｓ
／Ｈ）回路１３を介して電流源１４へ送られた後半導体
レーザ１を駆動する。以上により再生モードにおける出
力安定化制御が行われる。

次に記録モード下の動作について説明する。タイミング
回路２１ではＷＤに応じて、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ
）回路１３．１８をコントロールする、ＷＳＴ、Ｒ３Ｔ
が第２図に示すタイミングで送出される。ＷＳＴはＷＤ
がＷ状態にあるときは、常にサンプリングし、その他の
状態ではホールドする信号となる、Ｒ３Ｔは、逆にＷＤ
がＷ状態のときにホールドし、その他の状態ではサンプ
リングする信号となる。

ＷＤがＲからＷになる直前、Ｒ３Ｔはホールド信号とな
り、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ，）回路１３に送出され
、再生レベルの出力安定化制御を凍結させる。これは再
生モードの安定化制御ループが記録光が入ってきた場合
、適応できないためである。

次に、ＷＤがＷになると、ＷＳＴはサンプリング信号と
なり、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路１８へ送出され
、フロントモニタ光検出器７の、検出値をもとに、記録
光出力安定化制御ループが成り、再生用電流源１４から
供給される凍結された再生用駆動電流上に記録用の駆動
電流分が加えられて、記録光出力レベルの安定化が行わ
れる。

そしてこのとき、高周波重畳回路２０は動作させない状
態に設定される。

これは、記録時の駆動電流上に高周波電流が重畳された
際、半導体レーザが過剰出力発光し、劣化または破損を
生じることを防くためである。

次に、ＷＤがＲへ切り換える際その直前にＷＳＴはホー
ルド信号となり、Ｓ／Ｈ回路１８へ送られ、記録用電流
制御電圧をホールドさせる。一方スイッチ回路２２がＷ
ＤがＲで遮断され、記録電流は流れなくなる。ここで記
録用電流制御電圧をホールドしておくのは、再度Ｗ状態
が設定された際に、その応答をよりスムーズにするため
である。

そして、ＷＤがＲになったところで、再生モード状態へ
戻る。このようにして、ＷＤの各タイミングにおける動
作は行われ、この基本動作によってＷＤに対応した安定
化された記録再生光が得られる。

上記実施例では、フロントモニタ光として、無偏光ビー
ムスプリッタ（ＮＰＢＳ）の反射光を利用していたが、
情報記録媒体へ向う光束の一部であれば微小光量（記録
特売パワーで検出できれば）でもよいため、例えば光路
中のアパーチャ等によるけられ光を使うことも可能であ
る。

また、上記半導体レーザ出力安定化装置は、前述の光カ
ード記録再生装置に用いる他、光ディスク、光磁気ディ
スク装置等に用いても信頼性の高いものが実現できる。

〔発明の効果） 以上述べたように、本発明によれば、記録時は半導体レ
ーザのフロントモニタ光検出器で出力安定化制御（ＡＰ
Ｃ）を行い、再生時には半導体レーザを高周波重畳駆動
し、リアモニタ検出器（再生光モニタ）で出力安定化側
？１（ＡＰＣ）を行うことによって、フロントモニタ光
検出器へ与える光量を記録光が問題なく、受光できる値
までおさえられるため光学系の損失が小さくなり、半導
体レーザの高出力化をせずに、記録、再生出力光の安定
化を図ることができる。よって低コストで信頼性の高い
半導体レーザ出力安定化装置を供給することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体レーザ出力安定化装置の一実施
例の構成を示すブロック図である。 第２図は上記半導体レーザ出力安定化装置の各信号出力
のタイミングチャートである。 第３図はカード状の記録媒体に対して構成された光情報
記録再往装置の一例を示す概略ブロック図である。 第４図は光カードを説明するための模式図であ１：半導
体レーザ ２：リアモニタ光検出器 ４：無偏光ビームスプリッタ ７：フロントモニタ光検出器 ９：光カード １０．１５　　：　Ｉ／Ｖ変換器 １１．１６　　：差動アンプ １２．１７　　：基準電圧源 １３．１８　　：サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）１４．１
９　：電流源 ２０：高周波重畳回路 ２１：タイミング回路 ２２：スイッチ回路 回路 第２ ＦＭ Ｎ ＦＦ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体レーザからの光束が無偏光ビームスプリッ
   タにより、情報記録媒体へ向い、前記情報記録媒体で反
   射し、前記無偏光ビームスプリッタを介して再生信号光
   検出器に入射する構成を有した光学的情報記録再生装置
   の半導体レーザ出力安定化装置において、 前記光束が発っせられた面と反対面の前記半導体レーザ
   の壁開面から放射される光束を検出するリアモニタ光検
   出器と、前記半導体レーザから前記情報記録媒体へ向う
   光束の一部を検出するフロントモニタ光検出器と、前記
   半導体レーザを高周波重畳駆動する手段と、前記半導体
   レーザを所定再生光レベルに制御する第１の制御手段と
   、記録信号に応じ所定記録レベルに制御する第２の制御
   手段とを設け、 再生光発光の際、前記高周波重畳手段を動作させたうえ
   、第１の制御手段は、前記リアモニタ光検出器の検出値
   が一定となるように前記半導体レーザのバイアス電流を
   駆動し、記録光発光の際、第２の制御手段は、前記フロ
   ントモニタ光検出器の検出値が一定となるように前記半
   導体レーザを駆動するようにしたことを特徴とする半導
   体レーザ出力安定化装置。
2. （２）請求項１記載の半導体レーザ出力安定化装置にお
   いて、前記リアモニタ光検出器は、前記半導体レーザに
   内蔵される光検出器であることを特徴とする半導体レー
   ザ出力安定化装置。
3. （３）請求項１記載の半導体レーザ出力安定化装置にお
   いて、 前記半導体レーザからの光束が前記無偏光ビームスプリ
   ッタで前記情報記録媒体へ向う第１の光束と逆方向へ向
   う第２の光束とに分割され、この第２の光束を前記フロ
   ントモニタ光として検出することを特徴とする半導体レ
   ーザ出力安定化装置。