JPH09509791A - レーザ電力供給回路及びそのようなレーザ電力供給回路を具えた光学記録と読取との双方又はいずれか一方用装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 レーザ（１）の強度が制御ループにより制御されるレーザ電力供給回路でっあて、前記制御ループがレーザ（１）へ供給するための駆動回路（２）と、強度を指示する測定信号を引き出すための監視手段（３）と、測定信号に応答して駆動回路（２）に対する制御信号を引き出すための制御回路（４）とを具えている。そのようなフィードバックレーザ電力供給回路における問題は、スイッチ‐オンに際して供給電流が高い値を一時的に装うので、レーザ（１）が損傷されることである。制御回路（４）が、例えば積分器を具える場合には、大きすぎる制御信号がここで形成され得る。制御ループが運転モードにあるかどうかを感知する感知回路（６）が、レーザ電力供給回路へ加えられる。制御ループが偏移するループ利得を有する場合には、例えば駆動回路（２）が飽和状態にある場合には、感知回路（６）が、制限手段（７）を介して、制御回路（４）が制御信号を大きすぎて形成するのを防止する。本発明は、そのようなレーザ電力供給回路を具えている、記録担体上に情報を記録と読取との双方又はいずれか一方用のレーザを具えている装置にも更に関係している。

Description

【発明の詳細な説明】 レーザ電力供給回路及びそのようなレーザ電力供給回路を具えた 光学記録と読取との双方又はいずれか一方用装置 本発明は、レーザにより発生される放射線の強度を制御するための制御ループ を具え、該制御ループはレーザに供給するための駆動回路と、強度を指示する測 定信号を引き出すための監視手段、及び測定信号に応答して駆動回路に対する制 御信号を引き出すための制御回路を具えている、レーザ電力供給回路に関するも のである。 本発明は更に記録担体上の情報を記録と読取との双方又はいずれか一方をする ためのレーザを具えている装置にも関係し、該装置はそのようなレーザ電力供給 回路を具えている。 そのような回路及び装置は米国特許第US5,170,289 号から既知である。この既 知の回路においては、レーザがトランジスタを介して供給電流を供給され一方ト ランジスタのベース電流は監視ダイオードにより測定されたレーザ強度に応答し て制御回路により制御される。 そのようなフィードバックレーザ電力供給回路についての問題は、供給電流が スイッチ‐オンに際して高い値を一時的に装い得て、レーザを損傷することであ る。 例えば、レーザが損傷される確率を低減することが、本発明の目的である。 この目的は、制御ループが運転モードにおけるループ利得から偏移しているル ープ利得を有する制御ループのモードを指示するセンサ信号を引き出すための感 知回路により特徴とされ、且つ制御回路がセンサ信号に応答して制御信号を制限 するための制限手段を具えていることを特徴とするレーザ電力供給回路により達 成される。 本発明は、偏移しているループ利得の場合において制御ループ内の信号の強さ は運転モードにおけるこれらの信号の強さから大きく偏移し得ることの認識にも 基づいている。このことがレーザを通って流れる供給電流にレーザを損傷させる ほど大きくならせ得る。レーザを通って流れる供給電流の高すぎるもう一つの原 因は、制御ループが一定の遅延を有し、且つ結果として、偏移モードからの遷移 の後に運転モードへの調節の間に、レーザを損傷するような大きい供給電流が一 時的に存在することである。これらの二つの原因の影響が本発明による回路によ り除去しようと努められる。 本発明は更にその上、制御ループが一旦運転モードが始まると平衡の状態を迅 速に達成することが好都合である。 レーザ電力供給回路に対する一実施例は、感知回路がセンサ信号としてループ 利得が運転モードにおけるループ利得よりも小さいかどうかを示す信号を引き出 すための引出し手段を具えていることを特徴としている。 別の実施例は、感知回路がセンサ信号として供給電流により起こされるループ 利得偏移を指示する信号を引き出すための引出し手段を具えていることを特徴と している。この実施例は、レーザ電力供給回路の供給電圧の立ち上がり及び立ち 下がりに際してなされるべき必要条件を必要としないことが好都合である。 別の実施例は、感知回路がセンサ信号として制御ループモードを直接に表現す る少なくとも１個のパラメータから信号を引き出すための引出し手段を具えてい ることを特徴としている。例えば、標本変動、温度依存、及びその他の発生に対 して維持されるべき余裕が必要ないので、これは例えば、供給電圧のような間接 条件を測定することが望ましい。そのような余裕の不足によって、感知回路はこ れが本当に必要になるまで制御信号を制限しないような方法で設定され得る。 別の実施例は、駆動回路の利得の偏移が、本質的に、ループ利得の偏移を決定 することを特徴としている。この実施例は、駆動回路が偏移モードにおいて小利 得を示した場合に、制御ループが制御信号を大きく増加させるので、レーザを通 って流れる供給電流が演算値を実質的に装うことで好都合である。制御信号は単 純な様式に制限され得るので、その場合には偏移モードの間と、運転モードへの 遷移の後に低い供給電流が生じて、供給電流がこの低い値から演算値まで増加す る。 別の実施例は、感知回路がセンサ信号として駆動回路の飽和状態を指示する信 号を引き出すための引出し手段を具えていることを特徴としている。この実施例 においてはこの事実が、駆動回路の利得の低減が一般に駆動回路の飽和より起こ されるので、駆動回路の飽和の検出が利得の低減の検出のためになされると言う 利点のために用いられる。 別の実施例は、駆動回路がトランジスタを具え且つ感知回路がセンサ信号とし てトランジスタのコレクタとエミッタとの間の電圧差から信号を引き出すための 引出し手段を具えていることを特徴としている。この実施例においてはこの事実 が飽和がトランジスタのコレクタ‐エミッタ電圧から引き出され得ると言う利点 のために用いられる。この実施例は同様にそれが駆動トランジスタをも含むＩＣ 内に組み込まれ得ると言う利点を有している。 別の実施例は、制御回路が基準信号と測定信号との間の差を積分するための積 分手段、及び積分された差に依存して調節を行うための調節手段を具えているこ と、及び制御回路がセンサ信号に応答して積分された差を制限するための制限手 段を具えていることを特徴としている。積分器が長い遅延を制御ループ内に起こ させるので、積分動作制御ループ中に徐々に生成される非常に大きい制御信号の 問題が偏移モードから運転モードへの遷移の後に生じる。積分される差を制限す ることにより、一旦運転モードが設定されてしまうと大きい制御信号の生成は単 純な方法で回避され且つそれでレーザの損傷が回避される。 別の実施例は、制御回路が基準信号と測定信号との間の前記の差を低減するた めの低減手段を具えていることを特徴としている。この実施例は更にその上、供 給電圧の一時的低減の後に望まれた制御信号が実質的に直ちに再現することで、 積分された差の低減に対して好適である。 記録担体上への情報の記録と記録担体からの情報の読取との双方又はいずれか 一方のためのレーザを具えている装置の一実施例は、該装置がレーザに供給する ために先に述べたレーザ電力供給回路の実施例のうちの一つのレーザ電力供給回 路を具えていることを特徴としている。供給電圧の上昇及び低下に際して制限的 な要求がなされないので、この実施例はレーザの信頼性が高められること、及び 装置の電力供給回路の設計がより単純に且つ一層コスト効率的になり得ることで 好都合である。 本発明が図面１〜６を参照して以下に更に説明されるであろう。それらの図に おいて、 図１はレーザ電力供給回路のブロック線図を示し、 図２はレーザ電力供給回路に対する一実施例示し、 図３は増加する供給電流についてのレーザ電力の曲線を示し、 図４は感知回路を具えているレーザ電力供給回路のブロック線図を示し、 図５はレーザ電力供給回路内の感知回路に対する一実施例を示し、且つ 図６は情報を記録し且つ読み取るための装置であって、レーザ電力供給回路を 含んでいる装置を示している。 図面中で既に記載された要素に対応する要素は類似の参照符号を有している。 図１は、レーザ１、例えば半導体レーザが駆動回路２により供給電流を供給さ れるレーザ電力供給回路を示している。発生された放射線の一部が監視手段であ る放射線感応検出器３、例えば監視ダイオードにより捕捉される。検出器３から の測定信号が基準信号源５から来る基準信号と制御回路４において比較される。 制御回路４が比較の結果を示す制御信号を作りだす。この制御信号が駆動回路２ へ印加される。この方法において、制御ループが、レーザ１と、レーザ１と検出 器３との間の光路と、検出器３と、制御回路４と、基準信号源５及び駆動回路２ により形成される。この制御ループが、放射線強度が測定信号へ変換された場合 に、基準信号源５と検出器３のパラメータとにより決定される一定値へ発生され る放射線の強度をもたらす。たとえレーザ１を通って流れる電流がひどく非線形 であり且つ放射線強度と温度依存関係を与えたとしても、所望の強度がまだ得ら れる。そのような回路においてはレーザ１を通って流れる電流が極端になった場 合にレーザ１が損傷され得る。例えば制御ループが運転モードにない場合にこれ が起こり得る。例えば、レーザ１と検出器３との間の光路が遮断された場合に、 制御回路４が制御信号を高め続け、且つ従って、駆動回路２を介してレーザ１を 通って流れる電流を極端な値まで高めだろう。一般に、制御ループが運転モード におけるループ利得と異なるループ利得を与えるモードに制御ループがある場合 には、制御ループは電流を大きすぎにさせ得る。 図２は制御回路４が減算器31と積分器32とを具えている現在技術水準のレーザ 電力供給回路に対する一態様を示している。減算器31が基準信号源５から出る電 流と監視ダイオード３を通って流れる電流との間の差を決定する。差信号が積分 器32の入力端子へ印加され、その積分器が積分された総計から制御信号を発生し 且つ駆動回路２へその制御信号を印加する。駆動回路２はベースが入力端子を形 成しエミッタがエミッタ抵抗34を介して大地へ接続さている駆動トランジスタ33 を具えている。コレクタがレーザ１に対する電流を発生する。積分器32において 積分された総計、及び従ってレーザ強度は積分器32の入力端子における差信号が 零になるような方法で調節するであろう。そのようなレーザ電力供給回路におい ては、特定の最低動作電圧に達するまでレーザ１が動作しないので、供給電圧が 上昇する場合にレーザ１は最初にいかなる放射線も発生しないだろう。しかしな がら積分器32は直ちに積分を開始して、一方電流は今まではまだ検出器３を出な いので、入力端子上の差信号が最大化される。レーザ１がいかなる放射線も発生 しないかぎり、制御信号は最大速度で上昇を続ける。供給電圧がレーザ１への最 小動作電圧に到達するような大きさへ上昇してしまった場合に、レーザ１は動作 を開始するだろう。供給電圧が更に上昇することにより、大きい制御信号が積分 器32内に生成されてしまうので、レーザ１は大きすぎる供給電流を一時的に供給 され得る。レーザ強度及び従って検出器３を出る電流は今や動作値を超える。積 分器32は一定の遅延を有し且つ、それ故に、制御ループが平衡した動作状態に到 達する前に、大きい制御信号が長時間の間低減されるだろう。この時間の間にレ ーザ１が大きい供給電流を供給される。 図３は、曲線41が供給電圧を示し、曲線42が制御信号を示し、且つ曲線43がレ ーザ出力を示すグラフを示している。時間Ｔが水平軸に沿って示され、且つ電圧 Ｖと出力Ｐとが垂直軸に沿って示されている。図３が図２のレーザ電力供給回路 における供給電圧が零から完全運転供給電圧まで上昇する一例を与えている。瞬 時t0から供給電圧は曲線41に従って上昇し、瞬時t1において積分器が動作を開始 して且つ制御信号が曲線42に従って上昇し、且つ瞬時t2において供給電圧が曲線 43に従ってレーザ出力を上昇させるせるのに充分に上昇してしまう。瞬時t2及び t3の間に積分器32が制御信号42を低減し、それは真であるが、充分に早くはない ので、高レーザ出力が現されその結果としてレーザが損傷され得る。t3の後は、 制御ループは平衡の動作状態にある。偏移するループ利得の状態（t2の前）から 平衡の状態（t3の後）までの遷移において、従って大きすぎるレーザの中に流れ る電流がある。 レーザ１を通って流れる大きすぎる電流の発生を回避するための可能な解決法 は、駆動回路２におけるこの電流の制限である。しかしながら、これが同様に駆 動回路２のダイナミックレンジを同様に制限することで、これは有害である。そ れに加えて、レーザ１を通って流れる最大許容電流は温度及びこの電流が印加さ れる時間に強く依存する。結果として、そのような電流制限回路はレーザ強度の 可能な変調を制限し、且つそれ故に、回路が複雑且つ高価になる。 もう一つの解決法は、レーザ１が、例えばレーザ１自身の短絡により、一時的 に完全に消されるので、最大電流がレーザ１により制限される回路である。その ような回路は、大きすぎる制御信号の徴候を除去しようと努め、それは真である が、原因が生じ続けるかぎり、制御ループが更に制御信号のレベルを上げるであ ろう。運転モードが始まった後に、レーザが損傷される大きい可能性があり、且 つそれが平衡の状態で終わらせるために制御ループに対して長時間を要するだろ う。 図４を参照して本発明によるレーザ電力供給回路の一実施例が説明されるだろ うが、その回路は前記の有害な影響を与えない。 図４は感知回路６が付加された図１に示されたレーザ電力供給回路を示してい る。感知回路６は、制御ループのモードを指示し且つ制御ループが動作モードに おけるループ利得と異なるループ利得を有するセンサ信号を引き出す。制御回路 ４はこのセンサ信号の関数として制御信号を制限するための制限回路７を具えて いる。感知回路６は図示のように駆動回路２からセンサ情報を得ることができる が、制御ループの他の部分からも得ることができる。この目的のために、ループ 利得の偏移を本質的に決定する制御ループの部分が用いられねばならない。例え ば、本回路に対しては基準信号源５が非運転モードにおいて大きすぎる信号を作 りだし得ることが知られている場合には、感知回路６は基準信号源５からセンサ 情報を得るべきである。もう一つの例は基準信号源５の出力信号の平均強度が自 動利得制御回路（ＡＧＣ）によりレーザ１の所望の放射線強度へ制御回路４にお いて変換されるようにする例である。入力信号が完全に不在の場合には、自動利 得制御回路が最大利得へ駆動し、且つ制御ループが運転モードと異なるループ利 得を有するだろう。入力信号が上がった、すなわち接続された場合には、ＡＧＣ 制御が一定の遅延を有するので、レーザを通って流れる電流は簡単に大きすぎる ようになる。感知回路６はこの場合には入力信号の不在、あるいはＡＧＣによる 利得が徐々に高められると言う事実に反応するはずである。制御回路４はセンサ 情報が入力信号が存在しないことを示す場合には、例えばＡＧＣによる利得の適 合を抑制し得る。監視ダイオード３が運転モードにおけるようにレーザ１により 発生される放射線の部分を受け取らない場合には、少しを除いて、例えば、光学 装置がまだ動作していない場合か又は特定のサーボシステムの供給電圧がまだ不 充分であるので、感知回路６はこれに対して反応するはずである。それは、例え ば特定の供給電圧を測定できあるいは合焦サーボシステムから来る誤差信号に対 して反応できる。しかしながら、好適には、回路のパラメータが、そのパラメー タは制御ループモードを直接に表現するが、本質的に偏移しているループ利得を 決定するために知られている要素上で測定されねばならない。多くの実施例にお いて、レーザを横切って必要な最小電圧と比較的大きい電流の故に、この要素は 駆動回路２であるだろう。駆動回路２が低い供給電圧において小さい利得を有す る場合には、この供給電圧は感知回路６によるパラメータとして測定され得るだ ろう。しかしながら、実際にはレーザの特性及び駆動回路２内の構成要素の特性 に大きいばらつきがあり得るので、大きい余裕が感知回路６により取られねばな らず、且つこの感知回路６はそれ故にしばしば早まって動作する。それ故に、駆 動回路２の利得に、例えば入力端子上の制御信号と出力端子上の電流との間の比 率に、又は駆動要素の飽和に、直接依存するセンサ信号を引き出すことが一層良 い。 図５は図２に示されたレーザ電力供給回路に含まれた本発明による感知回路に 対する一実施例を示している。感知回路６は、トランジスタ54及び55の二つのエ ミッタへ接続さている電流源52を含む差動増幅器を具えている。第１入力端子は 駆動回路２内のトランジスタ33のコレクタへ接続されているトランジスタ54のベ ースである。第２入力端子においてトランジスタ33のエミッタが抵抗51へ接続さ さており、その抵抗を通ってトランジスタ55のベースが電流源33からの一定電流 によりトランジスタ33のエミッタ電圧を超えた一定電圧へもたらされる。トラン ジスタ55のコレクタが、そのコレクタは電流ミラー回路を介して出力端子へ結合 されているが、カソードが大地へ接続されているダイオード57のアノードとエミ ッタが大地へ接続されているトランジスタ56のベースとへ接続さている。感知回 路６の出力端子はトランジスタ54のコレクタとトランジスタ56のコレクタとによ り形成されている。この出力端子はエミッタが大地へ接続され且つコレクタが減 算器59へ接続されているトランジスタ58のベースへ接続されている。制御回路４ 内の制限手段７は積分器32の入力信号、すなわち、測定信号と基準信号との間の 差を低減するための要素58及び59を具えている。制御信号の低減は積分要素を短 絡することによっても達成され得る。供給電圧の一時的低減と結果として起こる 短絡との後に、積分器はその時零から積分要素内に電荷を生成しなくてはならな い。結果として、制御ループはむしろ長い時間の間不平衡にされる。それに反し て、積分器の入力端子上の電流が、図示の実施例におけるように、低減される場 合には、積分器はそのような供給電圧の一時的低減の後に所望の制御信号を急速 に回復してしまうだろう。感知回路６が駆動トランジスタ33のコレクタとエミッ タとの間の電圧が抵抗51を横切る電圧よりも小さいかどうかを感知し、一方抵抗 を横切る電圧は電流源53から流れている電流により決定される。トランジスタ33 がベース上で強く駆動され且つそれ故に飽和している場合には、このトランジス タ33のコレクタ／エミッタ電圧は小さい。この飽和が起こる場合には、ベース電 流からコレクタ電流への差動利得は非常に小さくなり且つコレクタ／エミッタ電 圧はかくして駆動電流の偏移している利得を指示する。感知回路６がトランジス タ58のベース上にセンサ信号を発生し、そのトランジスタが今や制御回路の出力 端子上の信号にそれ以上の増加を示さなくさせる。トランジスタ58がターンオン された場合には、基準電流が減算器59を通って減算器31から流れ、且つ積分器32 は今や制御信号にいくらか更に上がることを許容するだろう。現在技術水準では 簡単な電流制限として含まれている駆動回路２内の抵抗34は、感知回路６の存在 によって今や非常に小さく、あるいは０オームでさえもよい。従って、駆動回路 ２が全出力へ駆動され得る領域は高められ、且つ不必要な電圧及び電力損失は回 避され、それが電池で駆動される装置においては特に重要である。 別の実施例においては、その回路又は周囲条件の他の部分でのパラメータが、 大きすぎる制御信号が制御回路４内に生成され得る過渡モードを指示され得る。 その場合には、例えば、制御ループの他の部分における利得や、レーザ強度を指 示する測定信号の不足又は一時的中断や、外部制御信号の存在、又は誤った基準 信号が、センサ情報の基礎を形成し得る。本発明は前記の実施例及びそこからセ ンサ信号を引き出すために与えられたパラメータに制限されない。 図６は情報を記録し且つ読み取るための装置を示しており、その装置は本発明 によるレーザ電力供給回路を具えている。レーザ１により発生される放射線は、 変換器62によりディスクのような情報担体61に合焦され、その情報担体61上に螺 旋状トラック63で情報パターンを記録される。この目的のために、情報担体61が 回転し、且つ変換器62が（図示されない）サーボシステムにより半径方向に移動 される。信号処理ユニット66が入力端子64の入力信号を変調信号に処理し、その 信号が制御回路4 へ印加され、且つそれによりレーザ１の強度を変調するので、 情報パターンがトラック63に記録される。トラック63が読み取られる場合には、 レーザ１の反射された放射線が情報パターンにより変調され、且つ変換器62によ り情報信号に変換され、且つ信号処理ユニット66へ印加される。このユニットが 情報信号から情報を再構成し、且つ出力端子65上へこの情報を供給する。 本発明は示された実施例に制限されずに、例えばデープのような情報担体のよ うな他の情報担体に対する記録及び読取に独占的になるはずである装置に同様に 用いられ得る。更にその上、本発明は、例えばガラスファイバーによる磁気光学 的又は写真記録及び読取又は伝達のような、レーザが用いられる全ての種類の情 報記録、読取及び伝達に適用され得る。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 装置にも更に関係している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．レーザ（１）により発生される放射線の強度を制御するための制御ループを 具え、該制御ループはレーザに供給するための駆動回路（２）と、強度を指示す る測定信号を引き出すための監視手段（３）、及び測定信号に応答して駆動回路 に対する制御信号を引き出すための制御回路（４）を具えている、レーザ電力供 給回路において、制御ループが運転モードにおけるループ利得から偏移している ループ利得を有する制御ループのモードを指示するセンサ信号を引き出すための 感知回路（６）により特徴とされ、且つ制御回路（４）がセンサ信号に応答して 制御信号を制限するための制限手段（７）を具えていることを特徴とするレーザ 電力供給回路。 ２．請求項１記載のレーザ電力供給回路において、感知回路（６）がセンサ信号 としてループ利得が運転モードにおけるループ利得よりも小さいかどうかを示す 信号を引き出すための引出し手段を具えていることを特徴とするレーザ電力供給 回路。 ３．請求項１又は２記載のレーザ電力供給回路において、感知回路（６）がセン サ信号として供給電流により起こされるループ利得偏移を指示する信号を引き出 すための引出し手段を具えていることを特徴とするレーザ電力供給回路。 ４．請求項１〜３のうちのいずれか１項記載のレーザ電力供給回路において、感 知回路（６）がセンサ信号として制御ループモードを直接に表現する少なくとも １個のパラメータから信号を引き出すための引出し手段を具えていることを特徴 とするレーザ電力供給回路。 ５．請求項１〜４のうちのいずれか１項記載のレーザ電力供給回路において、駆 動回路（２）の利得の偏移が、本質的に、ループ利得の偏移を決定することを特 徴とするレーザ電力供給回路。 ６．請求項５記載のレーザ電力供給回路において、感知回路（６）がセンサ信号 として駆動回路（２）の飽和状態を指示する信号を引き出すための引出し手段を 具えていることを特徴とするレーザ電力供給回路。 ７．請求項６記載のレーザ電力供給回路において、駆動回路がトランジスタ（33 ） を具え且つ感知回路がセンサ信号としてトランジスタ（33）のコレクタとエミッ タとの間の電圧差から信号を引き出すための引出し手段（51，52，53，54，55， 56，57）を具えていることを特徴とするレーザ電力供給回路。 ８．請求項１〜７のうちのいずれか１項記載のレーザ電力供給回路において、制 御回路（４）が基準信号と測定信号との間の差を積分するための積分手段（32） 及び積分された差に依存して調節を行うための調節手段（32）を具えていること 、及び制御回路がセンサ信号に応答して前記の積分された差を制限するための制 限手段（58）を具えていることを特徴とするレーザ電力供給回路。 ９．請求項８記載のレーザ電力供給回路において、制御回路（４）が基準信号と 測定信号との間の前記の差を低減するための低減手段（59）を具えていることを 特徴とするレーザ電力供給回路。 10．記録担体（61）上への情報の記録と記録担体からの情報の読取との双方又は いずれか一方のためのレーザ（１）を具えている装置において、該装置がレーザ （１）に供給するために請求項１〜９のうちのいずれか１項に記載したレーザ電 力供給回路を具えていることを特徴とする記録担体上への情報の記録と記録担体 からの情報の読取との双方又はいずれか一方のためのレーザを具えている装置。