JPH0810777B2 - レ−ザの寿命判定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は高周波重畳方式のレーザの寿命判定方法に関
する。

［従来の技術］ 近年、情報の記録又は再生を磁気ヘッドで行う代り
に、光ビームを集光照射することによって、高密度に記
録又は再生することのできる光学式情報記録再生装置が
実用化されている。

上記記録又は再生に用いられる光ビームの発生源とし
ては、コヒーレント性に優れたレーザが用いられ、特に
小形化及び変調が容易な半導体レーザ（レーザダイオー
ド）が広く用いられる。

ところで、上記再生を行う場合には記録を行う場合よ
りもレーザビームの強度が小さいため、記録媒体からの
戻り光の強度も弱くなる。従って、読取り誤りを防止す
るには信号対雑音比（S/N）を向上することが望まし
い。

上記S/Nを向上するために、例えば特公昭59−9086号
に開示されているようにレーザの駆動電流に1GHz前後の
高周波電流を重畳することにより、レーザの発振の縦モ
ードをマルチモード化し、レーザの雑音を減らし、再生
信号のS/Nを上げる方法が知られている。

ところで、上記光学式記録再生装置において、レーザ
が寿命でその特性が劣化すると、情報記録媒体への情報
の書き込みとか読み出しの動作が不安定または不可能に
なる。これを防止するため、装置にレーザの寿命判定の
自己診断機能を設けたものがある。例えば、本出願人に
よる特願昭60−56891号で提案されている装置ではレー
ザダイオードの量子効率の直線性の程度によってレーザ
の寿命を判定している。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、上記高周波電流を重畳した場合には、第10
図の実線で示すように“高周波重畳なし”の直線状の特
性部分が同図の破線で示すカーブした“高周波重畳あ
り”の特性部分に変わってしまう。

このため、正常なレーザであっても、高周波重畳方式
でレーザ発光動作を行うものにあっては良否判定が困難
になり、間違った判定をする虞れがある。

本発明は上述した点にかんがみてなされたもので、間
違った判定することなく、確実に良否判定を行うことの
できるレーザの寿命判定方法を提供することを目的とす
る。

［問題点を解決する手段および作用］ 本発明ではレーザの量子効率の直線性を測定して寿命
判定を行う場合には、レーザダイオードに供給される高
周波電流の重畳動作を停止し、直流バイアス状態で行う
ことによって、寿命の判定を確実に行うようにしてい
る。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。

第１図ないし第６図は本発明の第１実施例に係り、第
１図は第１実施例に係る寿命判定装置を示すブロック
図、第２図は寿命判定が行われる光ディスク装置を示す
構成図、第３図は第１実施例で判定を行う原理を説明す
る説明図、第４図は劣化した場合におけるレーザダイオ
ードの駆動電流−発光パワーの特性図、第５図は高周波
電流を重畳した場合における駆動電流と発光パワーの関
係を示す特性図、第６図は第１実施例の寿命判定の処理
プロセスを示す流れ図である。

第１実施例の方法を備えた光ディスク装置１は第２図
に示すように記録媒体としての光ディスク２を（図示し
ない紙面垂直方向に配置した）スピンドルモータで回転
駆動し、このディスク２の一方の面に光学式ヘッド（ピ
ックアップ）３を対向配置し、ディスク２に光ビームを
集光して照射できるようにしてある。この光学式ヘッド
３はキャリッジ４に取付けられ、ボイスコイルモータ、
送りねじ機構等のヘッド送り機構によって、ディスク２
の半径方向に移動可能にしてある。

上記光学式ヘッド３には発光源としてレーザダイオー
ド５が収納されると共に、ディスク２の戻り光を受光す
る例えば４分割光ディテクタ６が収納されている。

上記レーザダイオード５は、レーザパワーコントロー
ル用APC回路７の出力電流で発光出力が適正な値に自動
制御される。又、このダイオード５は高周波重畳用発振
回路（高周波発振回路とも記す）８からも高周波電流が
供給される。つまりレーザダイオード５は、APC回路７
から直流的（但しライトモードではパルス的に発光強度
が変化されるが、高周波発振回路８の発振周波数よりは
十分低い）なバイアス駆動電流が供給されると共に、こ
のAPC回路７と並列の高周波発振回路８からこの駆動電
流に高周波電流が重畳して供給される。

上記高周波発振回路８は、CPU9からの発振開始指令信
号によって、積分回路10を経て高周波発振回路用電源電
圧がゆっくり立ち上げられて供給されるようにしてあ
る。

上記レーザダイオード５内に一体封入されたモニタ用
ピンフォトダイオード11（第１図で示す。）に流れる電
流に基づいて、高周波発振回路８を動作時においても発
光出力を設置値パワーに自動設定している。

尚、操作用スイッチとか表示用LEDを設けたオペレー
ションパネル12が設けてあり、このオペレーションパネ
ル12の操作によって、CPU9は対応する動作を行うことが
できるように各部の制御を行う。

ところで、上記光ディテクタ６で受光され、光電変換
された４つの光ディテクタ素子の出力は、情報再生回路
13に入力されて、情報信号が生成されると共に、サーボ
回路14に入力され、フォーカシング及びトラッキング制
御信号が生成される。

上記光学式ヘッド３の構成は次のようになっている。
レーザダイオード５のレーザビームはコリメータレンズ
15で平行光束にされ、例えばＰ偏光で偏光ビームスプリ
ッタ16に入射され、殆んど100％透過する。この透過ビ
ームはλ/4板17で円偏光のレーザビームにされ、アクチ
ュエータ18によってフォーカシング方向Ｆ及び（第２図
では紙面に垂直方向の）トラッキング方向Ｔに移動自在
の対物レンズ19に入射される。この対物レンズ19で集光
されてディスク２に照射される。

上記ディスク２に集光照射されたレーザービームは、
対物レンズ19側に反射され、対物レンズ19、λ/4板17を
経て往路とは直交する偏光方向のＳ偏光になって偏光ビ
ームスプリッタ16に入射する。しかして、偏光ビームス
プリッタ16で殆んど100％反射され、臨界角プリズム20
に入射される。この臨界角プリズム20の斜面で反射され
たビームは出射側端面に対向配置された光ディテクタ６
で受光される。

ところで、レーザの寿命判定方法を行う場合、１実施
例では高周波発振回路８の発振動作を停止して行うよう
にしている。

上記高周波発振回路８の発振が停止された状態で、特
性が劣化していないレーザダイオードの駆動電流Ｉとレ
ーザ出力Ｗとの関係（量子化効率）を第３図に示す。こ
れから、３つの駆動電流I₁,I₂,I₃に対するレーザ出力
P₁,P₂,P₃を測定し、次のような比Ｗを演算すれば、この
比Ｗに基づいて特性（量子化効率の直線性）の劣化、寿
命を判別できることがわかる。

{(P_３-P_１)/(I_３-I_１)}/{(P_２-P_１)/(I_２-I_１} ＝Rn＋1/Rn＝Ｗ …（１） そして、この比Ｗに対しある範囲を設定し、その上限
をＷUL、下限をＷLLとし、比Ｗが次の関係を満たす場合
は寿命がきていない。次の関係を満たさない場合は寿命
がきていると判定できる。

ＷLL＜Ｗ＜ＷUL …（２） 比Ｗが（２）式の関係を満足しない場合には、レーザ
出力は例えば第４図に示すようになり、半導体レーザの
量子化効率が劣化し、寿命がきていることを示す。尚、
Ithはレーザ発光のしきい値の電流を示す。

この原理を用いた第１実施例のレーザの寿命判定方法
を行う寿命判定機能を備えたレーザの寿命判定装置30は
第１図に示す構成である。

レーザダイオード（本体）５にはAPC回路７を形成す
る電流制御回路22及びレーザ駆動回路23を介してレーザ
駆動電流が供給される。このレーザ駆動回路23のレーザ
駆動電流は、A/Dコンバータ24を経てディジタル値に変
換されて、CPU9に取込み可能にしてある。

上記レーザダイオード５には高周波発振回路８から、
コンデンサＣを介して上記レーザ駆動回路23側からのレ
ーザ駆動電流に重畳して高周波電流を供給できるように
してある。

一方、レーザダイオード５の発光出力をモニタするた
めのモニタ用ピンフォトダイオード11は、レーザダイオ
ード５の光出力を受光し、光電変換されたその光電流は
光出力に応じてピンフォトダイオード11と直列の抵抗Ｒ
に流れる電流が変化する。この電流を抵抗Ｒによって電
圧に変換し、この電圧は比較回路27の一方の入力端に印
加される。又、この比較回路27の他方の入力端には発光
パワー設定用デコーダ28の発光パワー設定値（ディジタ
ル値）がD/Aコンバータ29でアナログ値に変換されて印
加される。尚、このデコーダ28の発光パワー設定値デー
タは、CPU9によって可変設定できるようにしてある。

上記比較回路27は、発光パワー設定値を基準値とし、
ピンフォトダイオード11で受光した出力値と比較して、
その比較出力を電流制御回路22に入力し、比較出力が零
になるようにレーザダイオード５に供給されるレーザ駆
動電流が制御される。このようにしてレーザダイオード
５に流れる電流は、発光パワー設定値に保持されるよう
自動制御される。

ところで、上記比較回路27の出力は（図示しないA/D
コンバータを介してCPU9に取込み可能にしてある。例え
ば高周波発振回路８の発振動作を停止した状態におい
て、レーザ駆動回路23の出力電流でレーザダイオード５
のレーザ出力パワーが設定値に落ち着いたか否かを判別
できる。しかして、比較出力が殆んど零となる設定値に
保持された状態で、CPU9はCPU9外部又は内部のメモリ31
に比較回路27に入力されるレーザ発光パワー値に対応し
た電圧をA/Dコンバータ32を介して格納する。

又、このメモリ31には上記レーザ発光パワー値（のデ
ータ）と共に、レーザ駆動回路23を経てレーザダイオー
ド５に供給されるレーザ駆動電流がA/Dコンバータ24を
介してCPU9に取込まれた駆動電流値データもデータバス
を介して格納される。

上記両データ、つまり駆動電流値データ及びレーザ発
光パワー値データの格納は、オペレーションパネル12等
に設けたスイッチの操作で出力される判別指示信号INST
をCPU9に入力することによって動作する。この判別指示
信号INSTが入力されると、CPU9は高周波発振回路８の発
振動作を停止状態に保つ信号を出力する。

又、CPU9はデコーダ28に低レベル発光用の設定値デー
タをセットし、比較回路27の比較出力が零に落ち着いた
時点で、メモリ31にレーザ発光パワー値データを書き込
ませると共に、その時刻でのレーザ駆動電流をA/Dコン
バータ24を介してCPU9に取込み、そのデータをメモリ31
に書き込む。この両データの書き込みが終了すると、上
記設定値データより若干大きな値の低レベルデータがデ
コーダ28にセットし、その状態で上述の場合と同様にレ
ーザ発光パワー値データとレーザ駆動電流値データをメ
モリ31に書き込む。この書き込みが終了すると、デコー
ダ28には高レベル発光用のデータがセットされ、上記低
レベルの場合と同様にして、メモリ31にはレーザ発光パ
ワーデータとレーザ駆動電流データとが書き込まれる。

これら低レベル状態及び高レベル状態での両データの
書き込みが終了すると、CPU9は上記（１）式に基づいて
演算し、（２）式に示す判定を行ない、その判別結果を
表示器33で表示する。これにより、確実に量子化効率の
劣化が検出でき、レーザダイオード５の寿命が判別でき
る。

上記判別方法によって、レーザダイオード５が正常で
あると判別されると、CPU9は積分回路10を介して高周波
発振回路８を発振状態に設定する。尚、この場合、デコ
ーダ28は低レベル発光用データがセットされた後に行わ
れるようにしても良い。

上記積分回路10の積分の時定数はAPCループの応答時
間がより大きくしてあるので、高周波発振回路８に供給
される電源電圧は積分回路10のためにゆっくり立ち上が
り、このゆっくり立ち上がる各時刻において、APC回路
７のAPCループによって、レーザ発光パワーはデコーダ2
8で設定されたパワー値に保持される。このため高周波
発振回路８の発振動作が開始してもその開始の際に過渡
的にAPCで保持されるべき設定値からずれた大きな発光
パワー状態が生じることがない。つまり、高周波発振回
路８の重畳時に大きな発光パワーのレーザビームが記録
媒体に照射されて（記録媒体に書き込まれているデータ
を破壊したり、記録媒体に記録不能な欠陥部分をつくっ
て）しまうことを防止できるようにしている。

この積分回路による高周波重畳の動作を第５図を参照
して以下に説明する。

レーザ駆動電流I_Fに対するレーザ発光パワーＰの特性
はほぼ第５図に示すように、しきい値電流Ｉthを越える
と、リニアに立上がる特性を示す。

ところで、今“高周波重畳なし”の場合におけるレー
ザダイオード５に供給される直流バイアス電流I_AVに対
し、レーザ発光パワーＰは、I_F−Ｐ特性を利用すること
によって、符号P_AVで示す値になる。

一方、上記直流バイアス電流I_AVに急に高周波電流I_HF
が重畳されると、レーザ駆動電流I_Fの平均値は変化しな
いが、瞬時値は正弦波状に変化する。この正弦波状に変
化するため、I_F−Ｐ特性を用いてレーザ発光パワーＰを
求めると、第５図の右側部分で符号P_Hで示すものとな
り、その平均発光パワーは符号P_HAVで示すものとなる。

つまり平均値が同一のレーザ駆動電流I_Fに対し“高周
波重畳なし”の場合よりも“高周波重畳あり”の場合の
方がレーザ発光パワーＰは大きくなる。上記“高周波重
畳なし”の場合が自動出力制御の平衡値であるとし、そ
の状態で急に“高周波重畳あり”にすると、レーザ発光
パワーＰの平均値はP_AVからP_HUVに増大するため、ピン
フォトダイオード11を経たAPC機能によって、レーザ発
光パワーＰが減り、P_AVの値になるように、レーザ駆動
電流I_Fが矢印Ａで示す方向に減少するように作用するこ
とになる。

これに対し、上記積分回路10によって、高周波発振回
路８に供給される電源電圧は徐々に上昇するため、第４
図における正弦波状の高周波電流は零からゆっくりと符
号I_HFで示す値へと上昇する。この高周波電流の重畳に
よって、レーザ発光パワーが増大すると、APCループに
よって、その増大した分だけ直流バイアス電流が減少
し、レーザ発光パワーは高周波重畳なしの場合における
値に保持されることになる。

尚、レーザの寿命判定を行う場合には、前もってサー
ボ回路14のフォーカシングサーボ系が対物レンズ19を所
定のディフォーカス領域内に保持するようにディフォー
カス制御を行うようにすることが望ましい。

このディフォーカス制御を行うには、光ディテクタ６
の総和光量信号が所定のディフォーカス領域内にあるか
否かの判別を行えば良い。尚、この所定のディフォーカ
ス領域の対物レンズの状態では、該対物レンズで集光さ
れた光ビームによってディスクにピット等が形成される
ことがなく、従って記録データの破壊等の不都合な事態
が生じることを防止できる。

上記レーザの寿命判定方法のプロセスは、例えば第６
図に示すようになる。

ここで符号ｎはCPU9内のカウンタレジスタの計数値を
表わす。前述したように３つの異る電流値I₁,I₂,I₃にそ
れぞれ対応する発光パワーP₁,P₂,P₃とを記憶した後、量
子化効率の計算ルーチンに移り、この効率を計算して正
常と見なせる範囲にあるか否かの判定を行い、その判定
結果を表示するプロセスを示している。

第７図は第２実施例の寿命判別の原理を示す図であ
る。第２実施例では駆動電流Ｉの測定点を３点以上用意
している。この場合も、次のような各区分の比Wiの全部
が上記（２）式の関係を満足している場合のみ、半導体
レーザが寿命になっていないと判断する。

｛（Pi＋２−Pi）／（Ii＋２−Ii）｝ ／｛（Pi＋１−Pi）／（Ii＋１−Ii）｝ ＝Ri＋1/Ri ＝Wi（ｉ＝１〜ｍ−２） …（３） この実施例はサンプリング回数が多いためサンプリン
グ時間は長くかかるが、第７図に示すような局部的な量
子化効率の変化をも確実に検出できる利点がある。

第８図は第３実施例の寿命判別の原理を示す図であ
る。この実施例では装置の出荷時または初期使用時に１
回測定を行なって、その後、使用中に随時測定を行な
い、経時変化の度合いを微分的に演算するものである。
すなわち、装置の出荷時または初期使用時に第８図に示
すように４つの駆動電流I₁,I₂,I₃,I₄（ここで、I₂−I₁
＝l₁,I₄−I₃＝l₂）に対するレーザ出力P₁,P₂,P₃,P₄を測
定し、比W1＝（h₂/l₂）／（h₁/l₁）（ここで、P₂−P₁＝
h₁,P₄−P₃＝h₂）を演算しておく。これはメモリ10の中
のROMに格納しておく。そして、実際の使用中にも、同
様にして第９図に示すように４つの駆動電流I₁,I₂,I₃,I
₄に対するレーザ出力P₁′,P₂′,P₃′,P₄′を測定し、比
W2＝（h₂′/l₂）／（h₁′/l₁）（ここで、P₂′−P₁′＝
h₁′,P₄′−P₃′＝h₂′）を演算する。これはメモリ10
の中のRAMに格納しておく。そして、CPU9はこれらが次
の関係を満足するときに、半導体レーザは寿命に達して
いないと判定する。

Ｄ＝｜（W2−W1）/W1|≦Ｋ …（４） ここで、Ｋは任意の正整数である。Ｄは量子化効率の
変化の度合を示す。このような第３実施例によれば、量
子化効率の経時変化を検出でき、これによっても寿命の
判別ができる。なお、演算を簡単にするには、l₁＝l₂に
すればよい。

尚、例えば第１実施例において、レーザダイオード５
の寿命ないしは特性劣化の判定を行い、正常な場合には
高周波発振回路８を発振させてレーザ駆動回路23側の直
流バイアス電流に高周波電流を重畳させることになる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、レーザの寿命を判
定する場合には、レーザダイオードに高周波電流が重畳
されない状態に設定して、この量子化効率を測定して判
別を行うようにしているので、誤りのない確実な寿命又
は特性劣化の判定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】 第１図ないし第６図は本発明の第１実施例に係り、第１
図は第１実施例に係る寿命判定装置を示すブロック図、
第２図は寿命判定が行われる光ディスク装置を示す構成
図、第３図は第１実施例で判定を行う原理を説明する説
明図、第４図は劣化した場合におけるレーザダイオード
の駆動電流−発光パワーの特性図、第５図は高周波電流
を重畳した場合における駆動電流と発光パワーの関係を
示す特性図、第６図は第１実施例の寿命判定の処理プロ
セスを示す流れ図、第７図は本発明の第２実施例の判定
方法の原理を示すための説明図、第８図は本発明の第３
実施例の判定方法の原理を示すための説明図、第９図は
劣化したレーザダイオードの特性を示す特性図、第10図
は“高周波重畳あり”の場合と“高周波重畳なし”の場
合に対する駆動電流と発光パワーの関係を示す特性図で
ある。 １……光ディスク装置、２……ディスク ３……光学式ピックアップ ５……レーザダイオード、７……ACP回路 ８……高周波重畳用発振回路 ９……CPU、10……積分回路 11……ピンフォトダイオード 23……レーザ駆動回路、28……デコーダ 31……メモリ 32……A/Dコンバータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流バイアス電流に高周波電流を重畳して
   記録媒体にレーザビームを照射する光学式情報記録再生
   装置において、 レーザの直流バイアス電流に対する高周波電流の重畳を
   停止した状態で、直流バイアス電流のみでレーザの発光
   パワーを検出してレーザの寿命ないしは特性劣化の判定
   を行うことを特徴とするレーザの寿命判定方法。