JPH1054777A - レーザダイオードの劣化判定回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】イレースモードがない場合でもレーザダイオー
ドの劣化状態を正確に判定できるようにする。 【解決手段】イレースモードなしでデータを記録するよ
うにした記録媒体を使用する場合のレーザダイオードの
劣化判定である。レーザダイオードの光出力をコントロ
ールするＡＰＣループのループ帯域を広帯域化して、レ
ーザダイオードの立ち上がりを高速にして、イレース用
とライト用の各ＡＰＣ期間を従来よりも大幅に短縮す
る。この短縮によって余ったＡＰＣ期間を利用してレー
ザダイオードの劣化状態が判定される。レーザダイオー
ドが劣化するとその発光出力レベルはドループ特性を呈
するので、ＡＰＣ終了時に発光出力レベルを検出して劣
化の判定を行う。こうすれば、イレースモードがない場
合でもレーザダイオードの劣化状態を判定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、データの記録再
生が可能な光ディスクであって、イレースモードなしで
データを記録できるようにしたデータ記録再生装置など
に適用して好適なレーザダイオードの劣化判定回路に関
する。詳しくはレーザパワーをコントロールするＡＰＣ
ループを広帯域化しその応答特性を早めることによっ
て、限られた長さのＡＰＣ区間を利用してレーザダイオ
ードの劣化判定を行えるようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】光磁気ディスクでは１トラックが複数の
セクタで構成され、１つのセクタの記録フォーマットは
図５のようになされている。同図のように１セクタはプ
リフォーマットされたセクタアドレス領域ＡＤＤとデー
タ記録領域ＤＡＴＡと、それらの間に設けられたレーザ
ダイオードに対するパワーコントロール用の領域ＡＰＣ
とで構成される。

【０００３】ＡＰＣ区間では記録時のレーザパワーやイ
レース時のレーザパワーなどが所定の値となるようにレ
ーザダイオードの発光パワーがコントロールされる。レ
ーザ素子としては一般に半導体レーザが使用されるが、
この半導体レーザはその使用時間と共に発光特性が劣化
する。そして、図６に示すようにスクリーニング後、同
じ発光レベルを得るための励起電流が通常時の１．２〜
１．３倍に達したときをレーザダイオードの交換の目安
としている。

【０００４】そのためこの励起電流を監視すればレーザ
ダイオードの劣化状態を検出できることになるが、実際
には図７のようにこのレーザダイオードは温度特性を持
ち、同じ発光パワーを得るのにも温度が高くなる程励起
電流が大きくなってしまう。そのため、温度変動がある
と励起電流のみを監視するだけではレーザダイオードの
劣化状態を正しく判定できない。レーザダイオード自体
の発光特性のばらつきも考慮しなければならない。

【０００５】一方、１μsec程度の低周波パルス（図８
Ａ）をレーザダイオードに与えたときの発光出力特性を
監視すると、レーザダイオードが劣化する前は同図Ｂ実
線のように出力波形のなまりは生じない。レーザダイオ
ードが劣化するにつれ、レーザパワーが高くなると同図
Ｂ破線図示のようにその出力波形が次第になまってく
る。

【０００６】同図Ｃはその詳細を示すもので、出力波形
Ｐａは発光パワーが低いとき（ディスク上における発光
パワーで計測したとき１〜２ｍＷ程度）の特性で、中位
の発光パワーのとき（同じく５ｍＷ程度）はＰｂのよう
な出力波形となる。低および中位の発光パワーのときは
レーザダイオードが劣化していてもその出力特性は殆ど
変化しない。しかし、７〜９ｍＷのように発光パワーが
高くなると波形Ｐｃのような劣化特性を示す。これはド
ループ（Droop）特性として知られている。

【０００７】したがってこのドループ特性によってレー
ザダイオードの劣化状態を判定できる。例えばイレース
モードでのＡＰＣ区間を利用して行う。そして図９Ａ，
ＢのようにＡＰＣ区間を利用し、その後半の期間はＡＰ
Ｃ本来の期間として確保するも、その前半の期間を利用
して記録データを与え、この記録データに基づいてレー
ザダイオードを駆動する。

【０００８】そのときレーザパワーとしてはイレースモ
ードのときに加えるパワーを与える。そうすると、レー
ザダイオードが劣化していないときは同図Ｃ実線図示の
ような光検出出力が得られる。しかし、レーザダイオー
ドが劣化しているとドループ特性によって鎖線図示のよ
うに検出出力レベルが低下するので、このレベル低下に
よって劣化状態を判定できる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、光ディスク
として上述したような光磁気ディスクを利用する場合に
は、データを記録する前に記録済みのデータを消去（イ
レース）するイレースモードが存在するので、図９のよ
うにこのイレースモードでのＡＰＣ期間を利用してレー
ザダイオードの劣化状態を判定（判別）できる。

【００１０】しかし、オーバーライトが可能な光変調方
式の光磁気ディスクや相変化型の光ディスクの場合に
は、イレースしながら記録を行う、つまりイレースモー
ドのないタイプの光ディスクであるため、上述したよう
なイレースモードを利用してレーザダイオードの劣化状
態を判定することができない。

【００１１】図９Ｄを用いて説明する。同図は相変化型
の光ディスクを用いたときのデータ記録モードを示すも
ので、アドレス区間ＡＤＤは低レベルのレーザパワーで
駆動されて、プリフォーマットされたアドレスデータが
リードされる。ＡＰＣ区間ではその前半Ｗａがイレース
モードでのレーザパワー（イレースパワー）を得るため
の区間となり、後半Ｗｂがライトモードでのレーザパワ
ー（ライトパワー）を得るための区間となっている。

【００１２】データ領域では、データがオーバーライト
される。この例ではパルス記録（パルス点灯方式）が例
示されており、１データに相当する１マークは前半が幅
広のパルスでレーザダイオードが駆動され、後半が幅狭
なパルス列（数個）で駆動される。これらパルスは記録
パワーＷＴとイレースパワーＥＲＳの両レーザパワーモ
ードを採る。

【００１３】このように２段階のレーザパワーをレーザ
ダイオードに与えるのは、記録済みデータをイレースす
るためと、熱履歴に影響されることなくマークを正しく
記録できるようにするためである。

【００１４】そのために図９ＤのＡＰＣ区間はイレース
パワーＥＲＳとライトパワーＷＴをコントロールする区
間にあてがわれている。その結果、このようなオーバー
ライトモードではＡＰＣ区間を利用してレーザダイオー
ドの劣化状態を判定することはできない。光変調方式を
取る光磁気ディスクの場合でもイレースモードなしでデ
ータの記録が行われるため、上述した相変化型の光ディ
スクと同じような問題を有する。

【００１５】そこで、この発明はこのような従来の課題
を解決したものであって、光変調方式の光磁気ディスク
や相変化型光ディスクを使用したデータ記録再生装置で
も、レーザダイオードの劣化状態を判定できるようにし
たレーザダイオード判定回路を提案するものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、請求項１記載のこの発明に係るレーザダイオードの
劣化判定回路では、イレースモードなしでデータを記録
するようにした記録媒体を使用するデータ記録再生装置
で使用される記録再生用のレーザダイオードの劣化判定
回路において、上記レーザダイオードの光出力をコント
ロールするＡＰＣループが設けられ、このＡＰＣループ
のループ帯域が広帯域化されて、ＡＰＣ区間で上記レー
ザダイオードの劣化状態を判定するようにしたことを特
徴とする。

【００１７】この発明では、ＡＰＣループを広帯域化す
ることで、イレースパワーやライトパワーのサンプリン
グホールド時間を大幅に短縮する。この短縮によって空
いたＡＰＣ区間を利用してレーザダイオードの劣化状態
を判定する。レーザダイオードのドループ特性はほぼ指
数関数的に低下するので、ドループ特性が安定するレベ
ルまで待たずに、その途中のレベルから劣化状態を判定
できる。これによってＡＰＣ区間が短くてもイレースパ
ワーとライトパワーのコントロール（サンプリングホー
ルド時間）の他に、レーザダイオードの判定時間を確保
できるようになるから、イレースモードのない光ディス
クの場合でもレーザダイオードの劣化状態を判定でき
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】続いて、この発明に係るレーザダ
イオードの劣化判定回路の一実施態様を、相変化型光デ
ィスクを使用したデータ記録再生装置に適用した場合に
つき、図面を参照して詳細に説明する。

【００１９】相変化型光ディスクを使用する場合には、
レーザダイオードの発光レベルをイレースレベル（便宜
的にＥＲＳとして示す）と、ライトレベル（同様にＷＲ
として示す）を交互に与えることによって前のデータを
イレースしながら新しいデータを記録できる。そのた
め、必要なイレースレベルとライトレベルを与えるため
ＡＰＣ期間を利用して基準のイレースレベルとライトレ
ベルとなるようにレーザダイオードに対するＡＰＣルー
プが構成される。従来においても図９Ｄのようにその前
半の期間ＷａがイレースレベルのＡＰＣ期間としてあて
がわれ、後半の期間ＷｄがライトレベルのＡＰＣ期間と
してあてがわれている。

【００２０】この発明では図３ＡおよびＢに示すよう
に、上述したイレースレベルとライトレベルのＡＰＣ期
間をできるだけ短縮し、残りのＡＰＣ期間を利用してレ
ーザダイオードの劣化判定を行うようにしたものであ
る。プリフォーマットされたアドレス領域ＡＤＤはリー
ドモード領域であるからこの期間は所定のレーザパワー
（ＬＤとして示す。その値は１．２ｍＷ程度）を照射し
てアドレスデータがリードされる。

【００２１】図１はこの発明に係るレーザダイオードの
劣化判定回路１０の一実施態様を示す。

【００２２】同図において、レーザダイオードＬＤの発
光光量（レーザパワー）はホトダイオードＰＤによって
モニターされ、その検出出力（電圧）がモニター用検出
アンプ１２で所定レベルまで増幅される。検出アンプ１
２はＡＰＣループ１４内に設けられており、この検出レ
ベルがまずリードパワーに対するＡＰＣループを構成す
るレベル比較器１６に供給され、抵抗器１８によって設
定された基準のリードパワーとなるリード基準レベルＬ
Ｒとレベル比較される。

【００２３】リード用比較出力はモードセレクタ２４で
端子ａ側に与えられる。モードセレクタ２４は端子２４
ａに与えられたモード信号（図示はしない）によってリ
ードモード（アドレスリード時とデータリード時）のと
きは端子ａ側が選択され、それ以外では端子ｂ側が選択
される。

【００２４】選択されたリード用比較出力によってレー
ザダイオードＬＤに対する第１のドライブアンプ２０が
制御されて、リードモード時には基準のリードパワー
（ＬＲに相当）となるようなＡＰＣ制御が行われる。

【００２５】データをオーバーライトしながら記録する
ときは、ＡＰＣ期間を利用してライトレベル用のレーザ
パワーとイレースレベル用のレーザパワーとなるように
ＡＰＣ制御され、ＡＰＣ制御された各レーザパワーによ
ってデータの記録が行われ、それぞれのレーザパワーを
得るためのドライブデータは次のＡＰＣ期間までホール
ドされる。

【００２６】そのためＡＰＣ期間になると、まずイレー
ス用レベル比較器２６では抵抗器２８によって生成され
たイレースパワー用基準レベルＬＥとのレベル比較が行
われる。セレクタ３０ではＡＰＣ期間は端子ｃが選択さ
れているので、選択された比較出力は出力コントロール
回路３２で出力オンオフ状態がコントロールされる。そ
のため端子３２ａにはフォーマット信号（図示しない）
が供給され、アドレス期間ＡＤＤのみオフして比較出力
が出力されないようにコントロールされる。イレースル
ープはアドレス期間ＡＤＤは必要としないからである。

【００２７】イレース用比較出力はレーザダイオードに
対する第２のドライブアンプ３４に供給され、所定の発
光光量となるようなＡＰＣ制御が行われる。第２のドラ
イブアンプ３４には端子３４ａを通じてイレースデータ
が供給され、光ディスクの記録層に対して相変化を与え
るようにしている。

【００２８】ＡＰＣ制御されたイレース用比較出力は次
のセクタまでホールドされる。そのため、第１のサンプ
リングホールドアンプ３６が設けられ、図２Ｂのように
イレース用ＡＰＣ期間Ｗｅのうち、ＡＰＣレベルが安定
するセットリング期間Ｗｅ1を経過したときに、（Ｗｅ
−Ｗｅ1）に相当する期間だけ端子３６ａにサンプリン
グホールドパルスＰｅ（図２Ｃ）が与えられ、次のセク
タのＡＰＣ区間までホールド出力がイレース用のドライ
ブ信号（イレース用ＡＰＣ）として保持される（図２Ｅ
参照）。したがって第１のセレクタ３０はセットリング
期間Ｗｅ1のみ端子ｃ側であって、それ以外の期間は端
子ｄ側がセレクトされているように制御される。

【００２９】イレース用ＡＰＣ期間Ｗｅに続いてライト
用ＡＰＣ期間Ｗｒとなる。そのためライト用レベル比較
器４０では抵抗器４２によって生成されたライトパワー
用基準レベルＬＷとのレベル比較が行われる。ＡＰＣ期
間は第２のセレクタ４４は端子ｅが選択され、後段のモ
ードセレクタ２４は端子ｂ側が選択されているので、選
択されたライト用比較出力によって第１のドライブアン
プ２０が制御される。

【００３０】その結果、ライト用基準レベルＬＷとなる
ようなＡＰＣ制御が行われる。このＡＰＣ期間中は、第
２のドライブアンプ３４には端子３４ａを通じてライト
データは供給されない。

【００３１】ＡＰＣ制御されたライト用比較出力は次の
セクタまでホールドされる。そのため、第２のサンプリ
ングホールドアンプ４６が設けられ、図２Ｂのようにラ
イト用ＡＰＣ期間Ｗｒのうち、ＡＰＣレベルが安定する
セットリング期間Ｗｒ1を経過したときに、（Ｗｒ−Ｗ
ｒ1）に相当する期間だけ端子４６ａにサンプリングホ
ールドパルスＰｒ（図２Ｄ）が与えられ、次のセクタの
ＡＰＣ区間までホールド出力がライト用のドライブ信号
（ライト用ＡＰＣ）として保持される（図２Ｆ参照）。
したがって第２のセレクタ４４はセットリング期間Ｗｒ
1のみ端子ｅ側であって、それ以外の期間は端子ｆ側が
セレクトされているように制御される。

【００３２】この発明では上述したＡＰＣループの応答
特性が速くなるようにＡＰＣループ１４の広帯域化が図
られる。

【００３３】そのため、第１に、ＡＰＣループ１４を構
成するホトダイオードＰＤとして高速なホトダイオード
が使用される。高速化するため、素子基板面積を少なく
して、ダイオード容量（出力容量）をできるだけ小さく
したものが使用される。これによって高速応答型のホト
ダイオードとなる。

【００３４】第２に、ＡＰＣループ１４内に設けられた
複数のアンプの広帯域化が図られる。本例では、モニタ
用検出アンプ１２を始めとして、第１および第２のレベ
ル比較器２６，４０内に設けられたアンプ（図示はしな
い）、第１および第２のサンプリングホールドアンプ３
６，４６および第１および第２のドライブアンプ２０，
３４は何れもオペアンプが使用されている。これらオペ
アンプとしてビデオ用などとして使用されている超広帯
域で高速なオペアンプが使用される。その帯域としては
約１００ＭＨｚ程度のものが使用される。

【００３５】サンプリングホールドアンプ３６，４６を
高速化するにはディジタル式に構成すればよい。例え
ば、イレース用あるいはライト用比較出力（エラー出
力）をディジタル信号に変換し、このときに用いたクロ
ックでサンプリングメモリし、その後これをアナログ信
号に戻す処理を行えば高速なサンプリングホールド処理
を実現できる。

【００３６】上述したように超広帯域で高速なオペアン
プを使用すると、ＡＰＣループ１４内のループ帯域は５
ＭＨｚ以上になる。このようにオペアンプとして超広帯
域で高速なアンプを使用すると、これに伴ってＡＰＣ動
作時の立ち上がりが急峻になるから、図２Ｂのように各
ＡＰＣ期間Ｗｅ，ＷｒでのセットリングタイムＷｅ1，
Ｗｒ1を従来よりも大幅に短縮できる。

【００３７】本例では上述した広帯域化によって、それ
ぞれのＡＰＣモードにおけるセットリングタイムをほぼ
２５０ｎsec程度まで短縮できる。サンプリングホール
ドする時間を５００ｎsecとすれば、ほぼ７５０ｎsecで
イレースＡＰＣ制御（ライトＡＰＣ制御）を実現でき
る。その結果、１．５μsecでＡＰＣ制御が完了する。

【００３８】光ディスクの回転数によってもＡＰＣ期間
の長さが相違するが、今このＡＰＣ期間が６μsecであ
ったときには、イレースＡＰＣとライトＡＰＣのために
要する時間を従来よりも１／３以下に短縮できる。これ
によってその後半の残期間が４．５μsec程度余ること
になる。この余った期間Ｗｄを利用してレーザダイオー
ドＬＤの劣化状態を判定する。

【００３９】ここで、レーザダイオードＬＤの劣化時に
おけるドループ特性は図４のように正常時の特性曲線Ｌ
ａに対し、曲線Ｌｂで示すように与えられたライトパワ
ーに相当する発光出力レベルがほぼ指数関数的に低下す
ると共に、大凡１０μsec（時間Ｔ）で安定することが
知られている。ドループ特性が指数関数的であるため時
間Ｔ経過後の発光出力レベルＰから時間Ｔ′経過後の発
光出力レベルＰ′を予測できる。したがってこの予測値
Ｐ′に相当するレベルを劣化判定レベルとして使用して
も殆ど問題ない。

【００４０】このように発光出力レベルが安定点に達す
る前のタイミング（Ｔ′経過後）でレーザダイオードＬ
Ｄの劣化状態を判定できれば、劣化判定時間を数分の１
に短縮できる。そこで、この発明でもこの予測性を活用
して図２Ｂ，ＧのようにＡＰＣ終了期間直前の発光出力
レベルが劣化判定レベルＲＥＦと比較される。

【００４１】そのため、図１に示すように減算器５０が
設けられ、ここにライトパワー用基準レベルＬＷが与え
られると共に、抵抗器５２によって形成された補正レベ
ルＬＸが供給されて、（ＬＷ−ＬＸ）＝ＲＥＦが形成さ
れる。

【００４２】この劣化判定レベルＲＥＦが比較器５４に
供給され、光検出アンプ１２の出力である発光出力レベ
ルとのレベル比較が行われる。例えばレーザダイオード
ＬＤが劣化していないときには図２Ｂに示すようにライ
トＡＰＣ期間の最後にライトパワーを与えてもそのとき
の発光出力レベルの低下は見られない。そのため図２Ｇ
の劣化検出パルスでレベル比較を行っても、 Ｐ′〉ＲＥＦ となるから検出出力はハイレベル状態を保持する（図２
Ｈ）。この検出出力はマイコンなどの制御部（図示はし
ない）に供給される。劣化判定結果は画面上に表示され
たり、劣化表示ランプが点灯制御される。図２の場合で
は表示部には「劣化なし」と表示されることになる。

【００４３】これに対してレーザダイオードＬＤの劣化
がある程度進んでくると、発光出力レベルは図３Ｂに示
すようなドループ特性となり、ＡＰＣ期間が終了すると
きには発光出力レベルはＰ′以上に低下している。した
がってこのタイミングでの発光出力レベルと劣化判定レ
ベルＲＥＦとの関係は、 Ｐ′〈ＲＥＦ となるから、比較器５４の検出出力はローレベルに反転
する（図３Ｈ）。そのため、表示部上には「劣化あり」
などのような表示がなされたり、表示灯が点滅してレー
ザダイオードＬＤの劣化状態をオペレータに知らせる。

【００４４】レーザダイオードＬＤの劣化判定は、劣化
が始まる使用時間経過後から開始するようにマイコン制
御を行うこともできる。

【００４５】

【発明の効果】以上のように、この発明ではＡＰＣルー
プの応答特性を速くすることによってイレースＡＰＣ区
間とライトＡＰＣ期間のそれぞれを従来よりも大幅に短
縮したものである。

【００４６】これによればＡＰＣ期間が短い場合でも、
このＡＰＣ期間の残りの期間を利用してレーザダイオー
ドの劣化判定を実行できるから、単独にイレースモード
を取らない光ディスクの場合であっても、レーザダイオ
ードの劣化状態を正しく判定できる特徴を有する。した
がってこの発明は光変調方式を採用した光磁気ディスク
や相変化型光ディスクにおいて使用されるレーザダイオ
ードの劣化判定処理系に適用して極めて好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るレーザダイオードの劣化判定回
路の実施の一態様を示す要部の系統図である。

【図２】その動作説明図（正常時）である。

【図３】その動作説明図（劣化時）である。

【図４】レーザダイオードのドループ特性を示す図であ
る。

【図５】光ディスクの記録フォーマットの一例を示す図
である。

【図６】レーザダイオードの励起電流と使用時間との関
係を示す特性図である。

【図７】温度変動に伴う発光パワーの関係を示す特性図
である。

【図８】ダイオード劣化とドループ特性の関係を示す波
形図である。

【図９】記録フォーマットとＡＰＣとの関係を示す図で
ある。

【符号の説明】

１０・・・劣化判定回路、ＬＤ・・・レーザダイオー
ド、ＰＤ・・・ホトダイオード、１２・・・検出アン
プ、１４・・・ＡＰＣループ、５４・・・劣化判定用比
較器

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イレースモードなしでデータを記録する
   ようにした記録媒体を使用するデータ記録再生装置で使
   用される記録再生用のレーザダイオードの劣化判定回路
   において、 上記レーザダイオードの光出力をコントロールするＡＰ
   Ｃループが設けられ、このＡＰＣループのループ帯域が
   広帯域化されて、 ＡＰＣ区間で上記レーザダイオードの劣化状態を判定す
   るようにしたことを特徴とするレーザダイオードの劣化
   判定回路。
2. 【請求項２】 上記ＡＰＣループには、 上記レーザダイオードの光の強さを検出する光検出器用
   アンプと、 この光検出器の出力レベルとライトパワー用基準レベル
   を比較するレベル比較器用アンプと、 上記光検出器の出力レベルとイレースパワー用基準レベ
   ルを比較するレベル比較器用アンプと、 これらの比較出力レベルをサンプリングホールドする一
   対のサンプリングホールドアンプと、 ライトデータに応じて上記レーザダイオードを駆動する
   ドライブアンプと、 イレースレベルで上記レーザダイオードを駆動するドラ
   イブアンプがそれぞれ設けられ、 これらアンプは何れも超広帯域アンプが使用されてＡＰ
   Ｃ区間における上記サンプリングホールド期間が短縮さ
   れると共に、 残りのＡＰＣ区間で上記レーザダイオードの劣化状態が
   判別されるようになされたことを特徴とするレーザダイ
   オードの劣化判定回路。
3. 【請求項３】 上記記録媒体は、光変調方式の光磁気デ
   ィスク若しくは相変化型光ディスクであることを特徴と
   する請求項１記載のレーザダイオードの劣化判定回路。
4. 【請求項４】 上記超広帯域アンプとしては、オペアン
   プが使用されると共に、この超広帯域アンプを用いてＡ
   ＰＣループ帯域を広帯域化することによって、 上記サ
   ンプリングホールド期間での目標値に達するまでのセッ
   トリング時間を短くするようにしたことを特徴とする請
   求項１記載のレーザダイオードの劣化判定回路。
5. 【請求項５】 上記レーザダイオードの劣化状態はドル
   ープ特性によって判別するようにしたことを特徴とする
   請求項１記載のレーザダイオードの劣化判定回路。
6. 【請求項６】 上記ＡＰＣ区間の後半最後の光検出出力
   レベルが劣化判定用の基準レベルと比較され、 上記基準レベル以下になったとき上記レーザダイオード
   が劣化しているものと判定するようにしたことを特徴と
   する請求項１記載のレーザダイオードの劣化判定回路。