JPH06111329A - 光学装置のレーザー電力制御システム - Google Patents

光学装置のレーザー電力制御システム

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JPH06111329A
JPH06111329A JP5135869A JP13586993A JPH06111329A JP H06111329 A JPH06111329 A JP H06111329A JP 5135869 A JP5135869 A JP 5135869A JP 13586993 A JP13586993 A JP 13586993A JP H06111329 A JPH06111329 A JP H06111329A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】システム内の透過率及び反射率の変化とは無関
係な電気光学システムを提供する。 【構成】電気光学システムはレーザー源14と目標10の間
の光学経路内に置かれたビームスプリッタ52を含む。第
一のビームスプリッタ52に整合された透過率及び反射率
を有する第二のビームスプリッタ62が２つの光検出器31
a 及び31b の光の指向部分に用いられる。２つの光検出
器は制御回路53a に接続される。この制御回路は、第一
のビームスプリッタにより伝送される電力を、第二のビ
ームスプリッタにより反射される電力で除した値に比例
する信号を生成し、当該商に光検出器信号の和を乗じる
ことにより最後の検出信号が生成され、レーザー駆動電
流のサーボ制御に対する入力として用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はレーザー電力制御装置に
おいて温度及び湿度を補償する電気光学システムに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】光ディスク装置は、コンピュータで作成
されたデータを記憶するために用いられ、大量データの
記憶能力に価値が認められている。前記装置で用いられ
る媒体は光の輝度変調にリアクタンス性があり、例えば
半導体レーザーの急速スイッチングによって生じること
がある。光媒体にデータを書込むために、レーザー電力
は、媒体を入力データストリームに従って変化させうる
ように、相対的に高い電力レベルで制御されなければな
らない。データを再読取りする際に、媒体がレーザービ
ームによって変化させられないように、レーザー電力レ
ベルが低いレベルで制御されるが、反射された光は、入
力データストリームによって生じた媒体変化の有無を示
す。
【０００３】光ディスクシステムの動作中、各光ディス
クの読取り又は書込みのために正しいレーザー電力レベ
ルをセットすることが必要である。光ディスクの正しい
パラメータは、ディスク自身にスタンプされた識別見出
し内の情報に含まれる。当該情報は、システムが読取る
とき、較正回路を使用可能にし、レーザーの所望の電流
レベルが正しいレーザー電力を生じるようにセットす
る。しかしながら、レーザーはその動作パラメータが意
図しない変化、特に温度及び老化による変化を受けるか
ら、予期された電力レベルが動作状態の下に全レーザー
寿命を通じて維持されるようにレーザーの電流レベルを
変える較正方法も用いられる。
【０００４】所与の光媒体とともに動作するレーザー回
路を較正する一般的な慣習は普通は目標 (光媒体) にお
ける所望の輝度のレーザー光の生成を含む。そのため
に、光媒体における所定又は所望の輝度の光を生成する
ようにレーザー制御回路がセットされる。書込み及び消
去動作に必要なレーザー電力を生成するためにディジタ
ル・アナログ変換器 (DAC)の設定を判定する分析が行な
われる。更に、読取り電力レベルが設定される。
【０００５】制御システム内で正しい値が設定されるよ
うに製造ラインで最初の分析が行なわれる。これらは、
目標 (光媒体) に入射する電力の正確な測定値を得るた
めに、光検出器でセンスされた電力とレーザーにより生
成された全電力との間の関係を含む値を最初に設定し
た。その後、動作中、光検出器によりセンスされた電力
の変化により、制御回路がレーザーを駆動する電流を変
え、光検出器における電力を所望のレベルに戻す。以上
により、光ディスクにおける電力が正しい値で生成され
ると考えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】レーザーにより生成さ
れた電力の一部を光検出器に供給するために、光経路に
ビームスプリッタが置かれ、電力の僅かな部分を光検出
器に向かわせる。光検出器で受信された電力がレーザー
により生じた電力の変化を反映する限り、回路は正しく
作動している。しかしながら、光検出器における電力が
レーザーにより生じた電力と無関係に変わるならば、制
御システムの目標と無関係にレーザーを駆動する電流の
変化がある。このような問題は、温度及び湿度、即ち周
囲の動作条件の影響が、レーザー源における変化とは無
関係に、光検出器により受信される電力に変化を与える
ことが分かっている。前記無関係な変化は主としてビー
ムスプリッタの透過率及び反射率の変化による。反射コ
ーティングが温度及び湿度により変化しないプリズムの
製作が試みられているが、要求された公差が小さいため
に非常に高価な部品になる。本発明では異なる方法によ
り、光学システム内の透過率及び反射率の変化を相対的
に免れているシステムを、システム全体の費用を妥当な
レベルに維持しながら構築している。
【０００７】
【課題を解決するための手段】簡単に言えば、本発明は
整合されたビームスプリッタの対、即ち同じ透過率及び
反射率を持つ２個の立方体 (cube) を有する光学システ
ムを提供する。２個の立方体は半導体レーザー源とレー
ザー駆動電子回路とともに用いられ、透過率の変化と無
関係なシステムを構築する。このシステムは、たとえ温
度及び湿度条件が立方体の透過率及び反射率の変化を生
じても、所望のレベルに制御されたレーザー電力を目標
に供給する。
【０００８】このシステムは整合されたビームスプリッ
タの１つ (第一のビームスプリッタ) を用いてレーザー
源から目標への光を伝送するとともにレーザー電力の一
部をサーボシステムに反射させてレーザー電力を所望の
レベルに制御する。整合されたビームスプリッタの他の
１つ (第二のビームスプリッタ) は第一のビームスプリ
ッタから反射された光を受信し、その光の一部を第一の
光検出器に伝送するとともに、その光の残りの部分は第
二の光検出器に反射される。２つの光検出器により生成
された電流は電子回路に導かれ、ビームスプリッタの透
過率及び反射率の変化に無関係な方法で目標におけるレ
ーザー電力を生じさせるレーザー駆動電流を設定する。
【０００９】
【実施例】図１で、光ディスク10が回転するように光デ
ィスク記録装置内に適切に取付けられる。その機械的な
詳細は図示されない。図１は光経路13を介して光学シス
テム11への光メインビームを発生するレーザー発生装置
(以下、単にレーザーという) 14を示す。光学システム
11は、レーザー14により発生された光ビームの主要部分
を対物レンズ12及び光経路13a を介してディスク10に供
給する、ビームスプリッタ52を含む。ディスク10から反
射された光は同じ経路13a 及び対物レンズ12を介してビ
ームスプリッタ52に進行する。ビームスプリッタ52は、
該ビームの一部を光経路13を介してレーザー14にフィー
ドバックするとともに他の一部が検出器９に供給され
る。
【００１０】図１に示すシステムは、ランダムアクセス
メモリ(RAM)21 を有するプログラム式プロセッサ (マイ
クロプロセッサ) 20の制御の下にある。プロセッサ20は
ディジタル・アナログ変換器(DAC)23 にディジタル値を
供給する。レーザー14により光学システム11に放射され
る公称ビーム輝度をセットするために、レーザーDAC23
はレーザー制御回路15にアナログ信号を供給する。更
に、レーザー出力の輝度は、プロセッサ20又は他のデー
タ処理回路により供給されるようなデータに基づいた変
調を含む。プロセッサ20からレーザー制御回路15に至る
制御ライン24は、レーザー制御回路15を制御する追加モ
ード制御を表わす。
【００１１】レーザー14はレーザー制御回路15内のフィ
ードバック回路により輝度が制御される。光学システム
11内のビームスプリッタ52はレーザービームの一部を光
経路16を介してフォトダイオード31に送る。フォトダイ
オード31から生じる光電流振幅はレーザー14から生じた
光電力に従って変動する。フォトダイオード31の出力は
レーザー制御回路15に接続される。通常の動作では、レ
ーザー制御回路15はライン34の信号レベルに応答し、レ
ーザー14の動作を所定の公称光線輝度の値に維持する。
【００１２】図２は図１でレーザー制御回路15として用
いる従来技術の回路を示す。レーザー14は電力レベルPL
で光を放射し、その光の一部がフォトダイオード31で受
信される。ライン34に現われる電圧はフォトダイオード
31で受信された光の量に比例する。その電圧は相互イン
ピーダンス増幅器40に供給され、基準電圧VRと比較され
る。増幅器40は出力電圧Vaを駆動し、Vaが (基準電圧
VR) − (Rfにおける電圧降下) に等しくなるようにす
る。この値はフォトダイオード31により生じた電流に比
例する。図２に示すようなレーザー電力サーボループの
動作により、フォトダイオード31により生じた電流は、
Vaが実質的に電力基準電圧VXに等しくなるレベルに強制
される。Vaは加算回路41に供給されて電力基準電圧VXと
合計され、システム内のエラー電圧を生成する。すなわ
ち、VaとVXの間の差はエラー電圧を表わす。
【００１３】VXはレーザー電力基準電圧である。この基
準電圧としては、例えば読取り動作のためのレーザー14
の２ミリワット出力に比例する電圧か、又は基準線書込
み動作のためのレーザー14の 0.5ミリワット出力に比例
する電圧を使用しうる。 "基準線書込み" により、書込
み動作中には、基準線電力レベルで光ディスクに変更が
書込まれないことが示される。マルチプレクサ39は加算
回路41に基準電圧を供給する。エラー電圧、即ち加算回
路41の出力は増幅器42により増幅される。ディジタルス
イッチ43により閉じられたループにより、エラー電圧は
キャパシタC1の両端に現われる。エラー電圧は相互コン
ダクタンス増幅器44により増幅され、該エラー電圧に従
ってレーザー駆動電流ｉlas を変更する。システムが平
衡している場合、ｉlas はレーザー14を駆動する電流レ
ベルにあり、０エラー電圧を生じるレベルにある電力出
力を生じる。
【００１４】書込み動作中、媒体変更を書込むべきと
き、レーザーによる電流は、例えば、0.5 ミリワットの
基準線書込み電力レベルとは反対に、10ミリワットの電
力を生じるように変調される。よって、通常は１ディジ
ットを表わす変更が光ディスクに書込まれることになる
毎に、電流レベルｉlasが0.5ミリワットを生じるのに必
要な当該レベルから10ミリワットを生じるのに必要なレ
ベルに切替えられる。
【００１５】制御回路は、例えば、２ミリワットの読取
り電力レベルか、又は0.5 ミリワットの基準線書込みレ
ベルにレーザー電力を維持するように設計されるから、
ディジット１書込み動作中、ループオープンスイッチ43
は制御ループを開くように作動する。
【００１６】前述のように、光学媒体のタイプによって
は入射電力の僅かな変化に非常に敏感なものがある。そ
の結果、光記憶装置のタイプが一書込み、読取専用又は
消去可能であるかどうかにかかわらず、媒体に入射する
電力は絶対的な感覚で知ることが重要である。小量の電
力を媒体に伝送する際の変化は、そこから読取り又は書
込むデータの量に大きな差を生じさせる。図２に示す回
路では、該ディスクにおける一定の出力(Pdisc) を供給
するように設計されているレーザーが電流レベル
(ｉlas) で駆動される。図３は図２の回路により用いら
れる光学ヘッドの機能的な概観である。レーザー14は、
視準(collimating) レンズ50によりシェーピングプリズ
ム51に、そして部分分極化ビームスプリッタ52を介して
目標10の表面に指向される電力出力(Plas)を生じる。目
標10は、図示の例では、光ディスクである。レーザー電
力の一部(Pdet)はビームスプリッタ52で分割され、フォ
トダイオード31に送られる。フォトダイオード31で生じ
た電流(ｉdet) はフォトダイオード31で受信した光電力
の振幅に比例する。フォトダイオード電流はレーザー電
力サーボ回路53に供給され、レーザー14を駆動する駆動
電流(ｉlas) を制御する。製造ラインでの最初の駆動の
調整中、目標10における電力を測定するために目標(デ
ィスク) 10の位置に光経路が置かれる。目標における所
望の電力が得られるまでレーザー駆動電流が調整され
る。
【００１７】目標 (ディスク) 10におれる電力は、次の
式(1) に示すように、ビームスプリッタ52の電力伝送ｔ
の関数である。
【数１】Pdisc = KtPlas (1) また、フォトダイオード31における電力は、次の式(2)
に示すように、ビームスプリッタ52の電力反射率ｒに比
例する。
【数２】Pdet = KrPlas (2)
【００１８】製造ラインでの最初の駆動の調整後に、該
ディスクに正しい電力を供給する特定のレーザー電力が
分かり、それに関連して、フォトダイオード31で特定の
電力が受信される。その特定のPdetは、一定の光電流ｉ
det が所望のｉlas を生じるように強制する。通常、サ
ーボ電子回路53は増幅素子の利得ステージを調整するこ
とにより所望のレーザー駆動電流の設定を行なう。その
ように、ヘッドシステムの光学及び電子装置は検出器定
数で電流を維持することによりディスクにおける電力を
一定に保持するように作用する。
【００１９】従来の技術に記述されたシステムは、ビー
ムスプリッタ52の透過率及び反射率が一定である限り、
良好に動作することができる。関連する実際の問題は、
温度及び湿度によりコーテイングが変化しないプリズム
の製造が困難なことである。従って、本発明はこれらの
パラメータから独立したシステムを提供することを意図
する。
【００２０】ビームスプリッタの伝送及び反射が極端な
環境状態により混乱させられるとき、ディスクで受信さ
れた実際の電力は、レーザーにより生じた電力と、変化
したプリズムの透過率t^とに比例する。同様に、フォト
ダイオードにより検出された電力は、レーザーにより生
じた電力と、変化したプリズムの反射率r^とに比例す
る。ディスクで受信した実際の電力と、ディスクにおけ
る所望の電力とを比較する際に、次の式(3) は、所望の
レベルと実際のレベルの比は、プリズムの反射率及び透
過率に比例することを示す。
【数３】 (実際のPdisc／所望のPdisc):(r/t)(t^/r^) (3) 温度及び湿度の変化による反射率及び透過率の変化のた
めに、式(3) は、フォトダイオードに伝送された電力を
センスすることによりディスクにおける実際の電力をセ
ンスすることが不可能であることを示す。
【００２１】図４は本発明により変更された光学システ
ムの概要図を示す。これは任意の温度又は湿度でビーム
スプリッタの伝送に比例する、レーザーにより生じた電
力をセンスするフォトダイオードからの電気信号を提供
しようとするものである。図４で、ビームスプリッタ52
からの光を受信するために、もう１つのビームスプリッ
タ62が付加される。ビームスプリッタ62により伝送され
た光の部分が光検出器31a により受信され、同時にビー
ムスプリッタにより反射された光の部分が光検出器31b
により受信される。２つの光検出器の各々からの電流は
レーザー電力制御回路53a に供給され、レーザー14の適
切な駆動電流を生成する。
【００２２】図４に示す回路の目的は、透過率及び反射
率が最初のビームスプリッタ52と同じように変化するも
う１つのビームスプリッタ62を加えることにより、透過
率の変化をセンスすることである。同じポンプダウン(p
ump-down) コーティング作業から互いに隣接するプリズ
ムをグループ化することにより整合したビームスプリッ
タの対を得ることができる。
【００２３】図４で、ビームスプリッタ62に入射する全
電力は、該ビームスプリッタからの全電力、即ち検出器
31a における電力と検出器31b における電力との合計に
等しい。ビームスプリッタ62の反射率は反射電力の比、
即ち検出器31b における電力が該立方体に入射する全電
力に対する割合により決められる。よって、ビームスプ
リッタ62の反射率を測定するために、検出器31b におい
て測定された電力が該立方体に入射する全電力で除され
る。電力は光検出器の各々によって生じた電流に比例す
るから、２つの光検出器の各々によって生じた電流を測
定することにより、該立方体の反射率を測定することが
できる。
【００２４】以上をまとめると、次の式のように表現で
きる。
【数４】Pdet31a = K(r)(t)PLas (4) 及び
【数５】 r = Pdet31b／(Pdet31a + Pdet31b) (5)
【００２５】以上から次の式が得られる。
【数６】Kt(PLas) = Pdisc = (Pdet31a／Pdet31b)(Pdet31b + Pdet31a) (6) 従って、ビームスプリッタの透過率及び反射率と無関係
なように、ディスクで受信された電力が２つの光検出器
により受信された電力と比例することを示す式が得られ
る。その結果、光検出器で電力を測定することにより、
ビームスプリッタの透過率及び反射率に生じることがあ
る変化と無関係にディスクで一定の電力を供給するよう
に、レーザーにより生じた電力を制御できる。
【００２６】図５は、検出器31b 及び検出器31a からの
入力を処理し所望の制御信号を生成するために使用でき
る電気回路の例である。光検出器31b からの電流は増幅
器70により増幅され、同時に光検出器31a からの電流は
増幅器71により増幅される。そして、これらの２つの量
は合計され、更に増幅器72で増幅され、２つの光検出器
の各々で生じた電流の合計に比例する出力をライン80に
生成する。増幅器70及び71の出力信号は除算回路73にも
送られ、図示のように商に比例する出力信号をライン81
に生成する。そして、この商信号は乗算回路74に供給さ
れて増幅器72の出力と乗算され、ライン75に出力検出信
号を生成する。これは等式(6) の表現と一致する。そし
て、この量は図２の増幅器40の入力として用いられ、レ
ーザー駆動電流の制御信号を生成するので、ビームスプ
リッタ52の透過率及び反射率の変化とは無関係に制御を
行なう。
【００２７】以上が、温度及び湿度によるビームスプリ
ッタのシフトとは無関係に目標における電力を維持する
システムについての記述である。本発明は光ディスクシ
ステムにより説明さているが、いかなるレーザー光学シ
ステムにおいても、温度及び湿度によるビームスプリッ
タのシフトとは無関係なように目標における一定の電力
を維持するために用いることができる。
【００２８】
【発明の効果】本発明の電気光学システムは該システム
内の透過率及び反射率の変化と無関係であると同時に該
システムの費用を妥当なレベルに維持する。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ディスクに入射するレーザー電力を制御する
ための典型的な電気光学システムを示す図である。
【図２】図１の電気光学システムにおいてレーザー駆動
電流を制御するための典型的なサーボシステムを示す図
である。
【図３】図１のシステムで用いられる光学機能の概観を
示す図である。
【図４】本発明を実現するために必要な、図３に対する
変更を示す図である。
【図５】図４のシステムで用いるための電子回路を、所
望のレーザー駆動制御を達成する図２のサーボ構成素子
とともに示す図である。
【符号の説明】
10 目標 12 対物レンズ 14 レーザー 31a 光検出器 31b 光検出器 50 視準レンズ 51 シェーピングプリズム 52 ビームスプリッタ 53a レーザー電力制御回路 62 ビームスプリッタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ティモシー・ステュアート・ガードナー アメリカ合衆国85715、アリゾナ州ツーソ ン、イースト・マーキーズ・ドライブ 7744

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】目標で受信したレーザー電力を制御するた
    めの電気光学システムであって、 レーザー源と、 所与の環境条件で一定の透過率及び一定の反射率を有
    し、前記レーザー源により生じた光を受信し、前記光の
    第１の部分を前記目標に伝送し、かつ前記光の第２の部
    分を反射する、第１のビームスプリッタ手段と、 透過率及び反射率が実質的に前記第１のビームスプリッ
    タ手段の透過率及び反射率に等しくなるように整合さ
    れ、前記光の前記第２の部分を受信し、第３の部分を送
    信し、かつ第４の部分を反射する、第２のビームスプリ
    ッタ手段と、 前記光の前記第３の部分を受信するように配置された第
    １の光検出器と、 前記光の前記第４の部分を受信するように配置された第
    ２の光検出器と、 前記第１のビームスプリッタ手段の透過率及び反射率の
    変化とは無関係に前記目標におけるレーザー電力を設定
    するレーザー駆動電流を生じさせるために、前記第１及
    び前記第２の光検出器の出力電流を受信するように接続
    され、かつ前記レーザー源に接続されたレーザー駆動電
    流制御回路手段とを備える電気光学システム。
  2. 【請求項２】前記レーザー駆動電流制御回路手段は更
    に、前記第１の光検出器の出力を前記第２の光検出器の
    出力で除して得られた値に比例する商信号を生成し、該
    商信号に前記第１及び第２の光検出器の出力信号の合計
    を乗じて最終的な検出信号を生成する手段を有し、前記
    レーザー駆動電流制御手段は前記最終的な検出信号に作
    用して前記レーザー駆動電流を生じさせる請求項１のシ
    ステム。
  3. 【請求項３】前記目標が光ディスクである請求項２のシ
    ステム。
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