JPH0451893B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体レーザの駆動装置、特にデイジ
タル光デイスクの光源に使用される半導体レーザ
の駆動装置に関する。

近年、金属膜上にレーザ光を微少スポツトに集
光し、レーザ光を変調して、金属膜に熱的に情報
を記録し、記録された情報を再生する場合には金
属膜を損傷させない程度の出面のレーザ光を照射
する形態で情報記録／再生するデイジタル光デイ
スクがある。この種の装置の光源には従来、気体
レーザが使用されていたが、装置の小型化、消費
電力の低減等の要求により半導体レーザが使用さ
れている。ところが、この半導体レーザは温度に
より、また使用経時変化によつて特性が変化する
という欠点をもつている。このような半導体レー
ザの出力安定化に関しては、例えば、特公昭54−
10481号、特開昭52−60584号等がある。

本発明の目的は、半導体レーザの特性の変化を
検出し、発振パワーをコントロールし、再生時と
記録時の両方の出力安定化を同じ装置で行なえ
る、デイジタル光デイスク用半導体レーザの駆動
装置を提供することにある。

デイジタル光デイスクに半導体レーザを使用す
る場合には、再生時に第１図に示す半導体レーザ
の駆動電流Ｉと発振出力Ｐの特性カーブにおい
て、一定電流I_Dを流し、一定出力P₁で発振させ
る。

また記録時には、前述の一定電流I_Dの上にピー
ク電流値がI_Pとなるパルス状電流を重畳させてピ
ーク出力がP₂となるように発振させる。

半導体レーザの電流対発振出力の変化を光検出
器で検出するとその出力は発振出力P₁，P₂に対
して、それぞれE₁，E₂となる。光検出器の出力
E₁，E₂とを設定基準値と比較し、その誤差に従
つて駆動電流I_D，I_Dをそれぞれ制御することによ
つて発振出力P₁，P₂を設定値に制御する。この
方法において、半導体レーザの特性劣化のモード
によつて、誤差信号の発生手段、及び電流駆動の
方式が異なる。

また、半導体レーザに結合される光学系、及び
その光路の途中に光検出器を設定しても良い。ま
た、デイジタル光デイスクの信号検出用に使用さ
れる光検出器を代用することも出来る。この光検
出器は受光形態がホトボルテイツク、ホトコンダ
クテイブの二種類が現在考えられるが、周波数特
性の良いものはホトコンダクテイブであり、パル
ス波形まで正確に測定する場合に使用し、バイア
ス電源は不要だが、周波数特性が良くないものは
ホトボルテイツクであり、直流、及びパルス状光
量変化の平均値を測定する場合に使用する。

以下、本発明の一実施例を第２図，第３図を用
いて説明する。第２図は直流電流にパルス状電流
を重畳させる半導体レーザ駆動回路と光検出器と
その増幅器の構成図であり、ホトコンダクテイブ
な特性をもつホトダイオードを用いた場合であ
る。ホトダイオード２のカソード側にV_Dの逆バ
イアス電圧を印加し、ダイオード２のアノード側
に抵抗Ｒを接続し、光電流を電圧に変換する。こ
の光電圧を増幅器５で増幅する。

二つのトランジスタ６，７のコレクタは共通に
して半導体レーザ１のカソード側に結合する。半
導体レーザ１のアノード側はアース側に接地して
おく。トランジスタ６のベース入力には直流バイ
アス可変回路４からの直流バイアス電圧を印加し
て、これを可変することによつて、半導体レーザ
１に流れる直流電流I_Dを変化させる。またトラン
ジスタ７のベース入力にパルス発生器３の出力を
入力する。このような回路によつて、半導体レー
ザ１に流れる電流は直流電流とパルス状電流の加
算された電流となり、またそれぞれの電流値を独
立に制御することが出来る。半導体レーザからの
発振光を光検出器２で受光する。この光検出器の
設定位置は光学系に結合される端面とは別の端面
の直後に設定しても良い。

第３図において、デイジタル光デイスクに使用
した場合のパワーコントロールのための信号処理
の実施例について述べる。記録する場合の駆動電
流の波形は第１図に示すように、直流バイアス電
流I_Dの上にパルス幅Δ、パルス周期Ｔのパルスが
重畳された形状である。但し、このパルス周期Ｔ
はデータ信号の変調方式によつて変化する。例え
ば変調方式として、MFMの変化点に対応する情
報ビツトを記録する方式をとれば、パルスの周期
はT₀，1.5T₀，2.0T₀の３つの周期が存在する。
（T₀は最少周期） 光検出器の出力を増幅器５で増幅した後、低域
フイルタ１０に入力して、平均値を検出する。こ
の平均値Ｅは Ｅ＝E₁＋E₂×Δ／Ｔ ……(1) 半導体レーザの電流感度をK₁、光検出器の検
出感度をK₂とすると、 E₂−E₁＝K₂（P₂−P₁） ＝K₂（K₁I_P−K₁I_D） ＝K₂K₁（I_P−I_D） ＝K₂K₁×（ΔI） ……(2) 半導体レーザの駆動電流は第２図のような回路
構成では直流バイアスI_Dの上にパルス状電流ΔIを
重畳する構成である。従つてΔIの電流は直流バ
イアスとは別に制御出来るものである。半導体レ
ーザの特性の変化の中で、温度の変化と共に大き
く変化する特性は、電流感度は変化せずに、閾値
電流がシフトするというものである。このような
特性の変化のモードであれば、パルス電流ΔIは
一固定にしておき、直流バイアス電流I_Dのみを制
御すれば良い。直流バイアス電流を制御する信号
は以下に述べる方法によつて達成される。

(1)式に(2)式を代入すると、 Ｅ＝E₁（１＋Δ／Ｔ）＋Δ／Ｔ×K₁K₂×（ΔI）…(3) 記録時の基準設定電圧をＥ〜₂とする。Ｅ〜₂として
は再生時の基準電圧Ｅ〜₁をもとにして Ｅ〜₂＝Ｅ〜₁（１＋Δ／Ｔ）＋Δ／Ｔ×K₁K₂×（ΔI
） の電圧を設定する。低域フイルタの出力電圧Ｅと
Ｅ〜₂との差を差動動増幅器１１を用いて演算する
とその出力は Ｅ−Ｅ〜₂＝（１＋Δ／Ｔ）×（E₁−Ｅ〜₁） となる。従つて、直流バイアス電流に対応するパ
ワーの変化のみを検出できる。この誤差信号を第
２図の直流バイアス電流を決めている直流バイア
ス電圧４を入力して、半導体レーザに流れる直流
バイアス電流をコントロールする。もちろん、こ
の時、誤差信号の極性は回路、半導体レーザの特
性を考慮して、誤差信号を小さくする方向に選
ぶ。

再生時には、差動増幅器の基準電圧をＥ〜₁とす
ることによつて、同様のパワーコントロールが可
能となる。この記録／再生の基準電圧の切り換え
は公知のスイツチ回路によつて行なえば良い。

また、変調方式によつて、(1)式のＴの値は選択
すれば良い。MFMの場合、T₀，1.5T₀，2.0T₀の
パルス周期の表われる確率の期待値にＴを合せて
おけば良い。このＴの値は記録するデータのパタ
ーン、及び変調方式によつて異なるので、典型的
なデータパターンで合せても良い。このように本
実施例では、再生時と記録時の両方の出力安定化
を同じ装置で行なえる。

また、本実施例では、電流加算型の駆動回路を
第２図で示したが、駆動回路は電圧加算、その他
の方式でも適用できるのは勿論である。

次に第４図を用いて、その他の半導体レーザの
劣化モードにも適用できる本発明の一実施例につ
いて説明する。半導体レーザの劣化モードには第
５図に示すように、前述のレーザ発振閾値がシフ
トする（一点鎖線で示す）だけのものと、経時変
化によつて点線のように電流感度も非線形になる
ものがある。このような劣化モードに対してもパ
ワーコントロールを行なうために、直流バイアス
電流に対応する発振出力と、パルス状電流に対す
る発振出力をそれぞれ別々に検出する。

第４図において、光検出器２からの出力を増幅
器５で増幅した後、サンプルホールド回路６，７
にそれぞれ入力する。サンプルホールド回路６は
パルスのビーク期間だけをサンプルし、直流バイ
アスの期間はホールドする。またサンプルホール
ド回路７は直流バイアス期間はサンプルし、パル
ス期間はホールドする。サンプルホールド回路６
の制御信号Ａには半導体レーザを駆動するパルス
発生源１２の出力でも良いが、好適には光検出
器、増幅器の時間遅れが存在することから、適当
な時間だけ遅らせた信号を用いるのが良い。また
サンプルホールド回路７を制御する信号はＡの
反転した信号を用いる。

電流加算型の駆動回路を使用する場合には、サ
ンプルホールド回路６の出力とサンプルホールド
回路７の出力を差動増幅器８に入力して、その差
動出力を差動増幅器１０に入力して、基準電圧Ｅ〜
_３と比較しその出力を用いて、重畳されるパルス
の波高値を制御する回路１１に入力する。また回
路１１には変調パルス発生源１２からの出力が入
力され、その出力が第２図のトランジスタ７のベ
ースに入力される。基準電圧Ｅ〜₃はパルス状半導
体レーザ出力P₂−P₁の設定値に対応する電圧で
ある。

またサンプルホールド回路７の出力は、差動増
幅器９に入力され、基準電圧Ｅ〜₁と比較され、そ
の出力が直流バイアスを制御する手段、例えば第
２図の直流バイアス可変回路４に入力される。こ
の回路構成によつて、半導体レーザの電流対出力
の特性が第５図の点線のように変化しても、パル
スピーク値と直流バイアス値を別々にモニタして
所定の発振パワーになるように制御することが出
来る。このように、本実施例は第１及び第２の手
段としてサンプルホールド回路を用いることを特
徴とするものである。特に、本発明の如くデイジ
タル光デイスクの光源に使用するためには、パル
スの間隔が記録すべき情報や変調方式によつて変
化するため、時定数が変化してしまい、ピークホ
ールド回路やエンベロープ検出回路では精度よく
検出できないので、サンプルホールド回路でなけ
ればならないのである。

また、半導体レーザ１を駆動する方式として、
第８図に示す電圧整合型の場合には、変調パルス
発生源２５からの信号をエミツタフオローワ型の
トランジスタ回路２０に入力し、同軸ケーブル２
４の特性インピーダンスに等しい抵抗２１を介し
て、半導体レーザ１を直接パルス駆動する。抵抗
２２は半導体レーザ１の抵抗分を抵抗２１の値か
ら引いた値をもちいて、インピーダンスの整合を
とる。これによつて、パルス波形が歪むことなく
半導体レーザに伝わる。一方、半導体レーザの一
端にはダイオード２３を介して、直流バイアス電
源制御回路４が結ばれている。この回路では、パ
ルス状ピーク電流は、変調パルス発生源の入力パ
ルス高さによつて決められ、直流バイアス電流は
直流バイアス電源制御回路４の電圧値のみで独立
に決められる。この駆動回路で本実施例を適用す
るためには、第９図に示すように、サンプルホー
ルド回路６の出力をパルス状ピークパワーの基準
値Ｅ〜₄と差動増幅器３０を用いて、比較しその誤
差信号を変調パルス発生源２５に入力して、ピー
クパルス電流値をコントロールする。また一方、
サンプルホールド回路７の出力を直流バイアス電
流の基準値Ｅ〜₁と差動増幅器３１を用いて比較し、
その出力をもちいて直流バイアス可変回路４を駆
動し、直流バイアス電流をコントロールする。本
実施例は、第１及び第２の手段としてサンプルホ
ールド回路を用いると共に、直流バイアス発生源
をダイオードを介して結合し、パルス発生源から
のパルス出力によつて半導体レーザを直接パルス
駆動することによつて、パルス状ピーク電流及び
直流バイアス電流を、パルス発生源の電圧値及び
直流バイアス源の電圧値でそれぞれ独立に設定で
きるようにしたことを特徴とするものであり、パ
ルス印加時のレーザ出力とバイアス印加時のレー
ザ出力を完全に独立に安定化できるという効果を
有するものである。

差動増幅器３１の出力を用いて直流バイアスを
可変する直流バイアス可変回路４は通常の加算回
路を用いて実現出来る。すなわち、加算回路の一
方に誤差信号を入力し、他方に直流バイアスを任
意に設定する電圧を入れておけば良い。

以上述べた、誤差信号に従つてパルス波高値を
可変にする回路の具体的な構成としては、第６図
ａ及びｂに示すようなものが考えられる。ここで
入力Ｂは、前述の直流バイアス可変回路と同様に
任意に設定する電圧と誤差信号の加算信号であ
る。

第６図ａはAM変調に用いられる可変g_nの掛算
器であり、変調パルス発生源３の入力と制御信号
Ｂの掛算した波形が得られる。この構成によつて
パルス波高値を制御する。また、第６図ｂは、Ｃ
−MOSを用いたアナログスイツチを使用したも
ので、アナログスイツチの入力には制御信号Ｂを
入力して、アナログスイツチによつてその値をス
イツチングすることによつてパルス波高値を制御
する。

また、第４図に述べた、サンプルホールド回路
６，７はさらに他のゲート回路、及びアナログス
イツチでも代用出来る。

さらに、半導体レーザの劣化モードが第５図に
示す一点鎖線のように変化するだけならば、本実
施例においては、第７図に示すようにパルス波高
値を検出することなく、直流部分のみを検出して
第２図に示す実施例と同様のコントロールをすれ
ば良い。

本発明によれば、半導体レーザが温度、経時変
化によつて、電流対発振出力の特性変化を生じて
も直流部分、パルス部分のパワーを常に一定の設
定値にコントロールでき、再生時と記録時の両方
の出力安定化を同じ装置で行なえる、デイジタル
光デイスク用半導体レーザの駆動装置を実現出来
る。また、本発明では、サンプルホールド回路を
用いるので、パルス間隔が記録すべき情報や変調
方式によつて変化しても、パルルス印加時のレー
ザ出力とバイアス印加時のレーザ出力を正確に検
出できる。しかも、直流バイアス発生源をタイオ
ードを介して結合し、パルス発生源からのパルス
出力によつて半導体レーザを直接パルス駆動する
ので、パルス状ピーク電流及び直流バイアス電流
を、パルス発生源の電圧値及び直流バイアス源の
電圧値でそれぞれ独立に設定でき、パルス印加時
のレーザ出力とバイアス印加時のレーザ出力を完
全に独立に安定化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は半導体レーザの駆動電流と発振パワー
の説明図、第２図は本発明に係る半導体レーザ駆
動回路の一実施例を示す図、第３図は本発明を光
デイスクに適用した場合を説明する図、第４図は
本発明のもう１つの実施例の説明図、第５図は半
導体レーザの特性劣化のモードを説明する図、第
６図は回路図、第７図は実施例説明図、第８図は
駆動回路の別の回路図、第９図は本発明の他の実
施例の構成を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体レーザと、該半導体レーザを駆動する
   ための直流バイアス発生源及びパルス発生源と、
   上記半導体レーザからのレーザを受光する光検出
   器と、該光検出器の出力に結合された低域フイル
   タと、第１の基準信号を発生する第１の基準信号
   源と、第２の基準信号を発生する第２の基準信号
   源と、上記第１及び第２の寒準信号源に結合され
   上記第１と第２の基準信号を記録時と再生時とで
   切換えて出力する手段と、この手段からの出力と
   上記低域フイルタからの出力とを比較する比較器
   と、該比較器の出力で上記直流バイアス発生源を
   制御して上記半導体レーザに印加される直流電流
   を制御するレーザ駆動手段とからなり、上記第１
   の基準信号源の基準電圧をＥ〜₁としたとき、上記
   第２の基準信号源の基準電圧Ｅ〜₂を Ｅ〜₂＝Ｅ〜₁（１＋Δ／Ｔ）＋Δ／Ｔ×K₁K₂×（ΔI
   ） ここで、Δ：パルス幅、Ｔ：パルス周期、 ΔI：パルス振幅、 K₁：半導体レーザの電流感度、 K₂：光検出器の検出感度 とし、記録時に直流バイアスにパルスを重畳した
   電流で駆動し、再生時には直流バイアスのみで駆
   動することを特徴とするデイジタル光デイスク用
   半導体レーザの駆動装置。 ２ 半導体レーザと、該半導体レーザに印加され
   る直流バイアスを発生する直流バイアス発生源
   と、上記直流バイアスに重畳されるパルスを発生
   するパルス発生源と、上記半導体レーザからのレ
   ーザを受光する光検出器と、上記直流バイアス印
   加時の上記光検出器の出力をサンプルホールドす
   る第１のサンプルホールド回路と、上記パルス印
   加時の上記光検出器の出力をサンプルホールドす
   る第２のサンプルホールド回路と、上記第１及び
   第２のサンプルホールド回路の出力間の差を取る
   差動回路と、上記第１のサンプルホールド回路の
   出力と第１の基準信号とを比較する第１の比較器
   と、上記差動回路の出力と第２の基準信号とを比
   較する第２の比較器と、上記第１の比較器の出力
   により上記直流バイアス発生源を制御して上記半
   導体レーザに印加される直流出力を制御すると共
   に上記第２の比較器の出力により上記パルス発生
   源を制御して上記半導体レーザに印加されるパル
   ス出力を制御するレーザ駆動手段とからなること
   を特徴とするデイジタル光デイスク用半導体レー
   ザの駆動装置。 ３ 半導体レーザと、該半導体レーザを駆動する
   ための直流バイアス発生源及びパルス発生源と、
   上記半導体レーザからのレーザを受光する光検出
   器と、上記直流バイアス印加時の上記光検出器の
   出力をサンプルホールドする第１のサンプルホー
   ルド回路と、上記パルス印加時の上記光検出器の
   出力をサンプルホールドする第２のサンプルホー
   ルド回路と、上記第１のサンプルホールド回路の
   出力と第１の基準信号とを比較する第１の比較器
   と、上記第２のサンプルホールド回路の出力と第
   ２の基準信号とを比較する第２の比較器と、上記
   直流バイアス発生源をダイオードを介して上記半
   導体レーザに結合し、上記第１の比較器の出力に
   より上記直流バイアス発生源を制御して上記半導
   体レーザに印加される直流出力を制御すると共に
   上記第２の比較器の出力により上記パルス発生源
   を制御して該パルス発生源からのパルス出力によ
   り上記半導体レーザを直接パルス駆動するレーザ
   駆動手段とからなることを特徴とするデイジタル
   光デイスク用半導体レーザの駆動装置。