DE19504712A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Regelung der Lichtleistung einer Laserdiode - Google Patents

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Regelung der Lichtleistung einer Laserdiode

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der elektronischen Reproduktions­ technik und betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Regelung der Lichtleistung einer Laserdiode in dem optoelektronischen Aufzeichnungsorgan eines Aufzeichnungsgerätes, auch Recorder oder Belichter genannt, zur punkt- und zeilenweisen Aufzeichnung von Informationen auf ein Aufzeichnungsmaterial.
Ein solches Aufzeichnungsorgan besteht im wesentlichen aus einer Lichtquelle in Form einer Laserdiode zur Erzeugung eines helligkeitsmodulierten Lichtstrahles, einer von einem Bildsignal beaufschlagten Ansteuerschaltung für die Lichtquelle und einem auf der optischen Achse der Lichtquelle angeordneten Objektiv zur Fokussierung des Lichtstrahles auf das Aufzeichnungsmaterial. Das Bildsignal ent­ hält die aufzuzeichnende Information. Der durch das Bildsignal helligkeitsmodu­ lierte Lichtstrahl nimmt die punkt- und zeilenweise Belichtung des Aufzeichnungs­ materials, beispielsweise eines Filmes, vor. Die von der Laserdiode abgegebene Lichtleistung wird von einem Treiberstrom bestimmt, der in Abhängigkeit von dem Bildsignal in der Ansteuerschaltung erzeugt wird.
Zur Belichtung von Schwarz/Weiß-Informationen (Strich-Informationen) arbeitet die Laserdiode im Schalt-Betrieb, in dem das von der Laserdiode abgegebene Licht durch den zweipegeligen Treiberstrom bzw. durch das zweipegelige Bild­ signal (Bilddaten) ein- und ausgeschaltet wird. Um eine hohe Aufzeichnungsquali­ tät zu erreichen, muß der Pegel des abgegebenen Lichtes in den Einschalt-Inter­ vallen der Laserdiode möglich konstant sein. Die Forderung nach einem konstan­ ten Lichtpegel in den Einschalt-Intervallen erfüllt eine Laserdiode von Natur aus nicht, da die abgegebene Lichtleistung einer Laserdiode temperaturabhängig ist.
Es ist bekannt, die Lichtleistungs-Abgabe einer Laserdiode durch eine Lichtrege­ lung zu stabilisieren.
Ein Verfahren zur Regelung der Lichtleistung einer Laserdiode ist beispielsweise aus der GB-PS 21 01 841 bekannt. Das von der Laserdiode abgegebene Licht wird mittels eines Lichtdetektors gemessen und das von dem Lichtdetektor er­ zeugte Meßsignal als Lichtleistungs-Istwert über einen Rückkopplungszweig an eine Regelschaltung für den Treiberstrom der Laserdiode gegeben. In der Regel­ schaltung wird der jeweilige Lichtleistungs-Istwert mit einem vorgegeben Lichtlei­ stungs-Sollwert verglichen und die entsprechenden Regelabweichungen zeilen­ weise in Sample-Intervallen, die vor den für die zeilenweise Aufzeichnung benötig­ ten Aufzeichnungs-Intervallen liegen, in einer Sample- and Hold-Schaltung mit Hilfe von einer Sample-Taktfolge gespeichert. Die gespeicherten Regelab­ weichungen werden dann als Korrekturwerte einem Regler zugeführt, der den Treiberstrom für die Laserdiode in den Sample-Intervallen entsprechend regelt.
Bei dem bekannten Verfahren wird die temperaturabhängige Lichtleistung der Laserdiode nur in den Sample-Intervallen vor den Aufzeichnungs-Intervallen, nicht aber in den Aufzeichnungs-Intervallen selbst geregelt. Kurzzeitige Schwankungen der Lichtleistung während der Belichtung innerhalb der Aufzeichnungs-Intervalle können daher in nachteiliger Weise nicht korrigiert werden, so daß keine optimale Aufzeichnungsqualität erreicht wird. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Regler den gesamten Treiberstrom bei eingeschalteter Laserdiode erzeugen muß, wozu eine hohe Regelverstärkung notwendig ist. Bei einer hohen Regelverstär­ kung besteht aber die Gefahr von Regelschwingungen, so daß die Aufzeichnungs­ qualität beeinflussende Lichtleistungsschwankungen auftreten können.
Es ist auch schon ein Verfahren zur Regelung der Lichtleistung einer Laserdiode bekannt, bei dem sich der Treiberstrom für die Laserdiode aus dem im Regler erzeugten Reglerstrom und einem einstellbaren Vorstrom (Bias) zusammensetzt. Durch den Vorstrom wird der Arbeitspunkt der Laserdiode in die Nähe der Stromschwelle verschoben, bei der der Laser-Effekt einsetzt. Die Regelung erfolgt dann im linearen Kennlinienbereich der Laserdiode. Wird der Laserdiode ein konstanter Vorstrom aufgeprägt, sinkt die von der Laserdiode abgegeben Lichtleistung aufgrund des durch den Vorstrom eingestellten Arbeitspunktes bei ausgeschalteter Laserdiode nicht auf Null ab, da bereits unterhalb der Strom­ schwelle eine Lichtemission auftritt. Dieser Effekt, der insbesondere bei Laser­ dioden auftritt, die sichtbares Laserlicht abgeben, hat den Nachteil, daß empfind­ liches Aufzeichnungsmaterial in unerwünschter Weise vorbelichtet bzw. mit einem Grauschleier belichtet wird. Weiterhin wird als nachteilig angesehen, daß der erfor­ derliche Vorstrom temperaturabhängig ist.
Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Regelung der Lichtleistung einer Laserdiode derart zu verbessern, daß eine schnelle und qualitativ hochwertige Aufzeichnung erreicht wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein prinzipielles Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Regelung der von einer Laserdiode abgegebenen Lichtleistung und
Fig. 2 Zeitdiagramme zur Verdeutlichung der Signalverläufe in der Schaltungs­ anordnung.
Fig. 1 zeigt ein prinzipielles Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Rege­ lung der Lichtleistung einer im Schalt-Betrieb arbeitenden Laserdiode (1). Die Laserdiode (1) dient als modulierbare Lichtquelle in einem optoelektronischen Aufzeichnungsorgan eines nicht näher dargestellten Aufzeichnungsgerätes für die punkt- und zeilenweise Aufzeichnung von Informationen auf ein Aufzeichnungs­ material.
Die Schaltungsanordnung besteht im wesentlichen aus einem ersten Regler (2) zur Erzeugung eines einer festgestellten Regelabweichung ΔI proportionalen Regler-Stromes IR und einem zweiten Regler (3) zur Erzeugung eines ebenfalls von der festgestellten Regelabweichung ΔI abhängigen Arbeitspunkt-Stromes IA. Der Regler-Strom IR und der Arbeitspunkt-Strom IA auf Leitungen (4, 5) werden in einem Addierer (6) addiert, um den Treiberstrom IT= IR + IA, auch Diodenstrom genannt, für die Laserdiode (1) zu erhalten. Der Treiberstrom IT wird über eine Leitung (7) der Laserdiode (1) zugeführt. Die von der Laserdiode (1) abgegebene Lichtleistung P wird entsprechend der Laserdioden-Kennlinie P = f (IT), die den Zusammenhang zwischen Treiberstrom IT und abgegebener Lichtleistung P wie­ dergibt, von dem Treiberstrom IT bestimmt. Da die abgegebene Lichtleistung P temperaturabhängig ist und somit schwanken kann erfolgt eine entsprechende Lichtleistungs-Regelung der Laserdiode (1) über den zugeführten Treiberstrom IT.
Der in dem zweiten Regler (3) erzeugte Arbeitspunkt-Strom IA legt den Arbeits­ punkt, d. h. den Einschaltpunkt der Laserdiode, auf der Laserdioden-Kennlinie P = f (IT) so fest, daß die Lichtleistungs-Regelung im linearen Bereich abläuft.
Die von der Laserdiode (1) abgegebene Lichtleistung P wird mittels eines Licht­ detektors in Form einer Monitordiode (8) gemessen. Die Monitordiode (8) wandelt einen Anteil des von Laserdiode (1) abgegebenen Lichtes optoelektronisch in ein­ en Istwert-Strom IIST um, welcher für die Regelung als Lichtleistungs-Istwert ver­ wendet wird. Die Monitordiode kann zusammen mit der Laserdiode in einem Ge­ häuse integriert und optisch direkt mit der Laserdiode gekoppelt sein. Die Monitor­ diode kann aber auch von der Laserdiode getrennt angeordnet sein. In diesem Fall erfolgt die optische Kopplung zwischen Monitordiode und Laserdiode bei­ spielsweise mittels eines Reflektors, der einen Lichtanteil der Laserdiode auf die Monitordiode reflektiert.
Der Istwert-Strom IIST wird von der Monitordiode (8) über einen Rückkopplungs­ zweig (9) an einen Subtrahierer (10) gegeben, in dem die Stromdifferenz ΔI zwi­ schen einem einen vorgegebenen Lichtleistungs-Sollwert repräsentierenden Soll­ wert-Strom ISOLL und dem Istwert-Strom IIST als Regelabweichung gebildet wird. Der Sollwert-Strom ISOLL wird in einem Sollwert-Geber (11) erzeugt und über einen ersten elektronischen Schalter (12), welcher in der Darstellung als mechani­ scher Schalter symbolisiert ist, dem Subtrahierer (10) zugeführt.
Der erste elektronische Schalter (12) wird von einem Steuersignal S betätigt, das aus einer Sample-Taktfolge TS auf einer Leitung (13) und aus einem Bildsignal B auf einer Leitung (14) gebildet wird. Die Takte oder Impulse der Sample-Taktfolge TS definieren Sample-Intervalle und die Abstände zwischen den Takten Hold-In­ tervalle für ein später beschriebenes Sample-and-Hold-Glied. Das zweipegelige Bildsignal B (Bilddaten) trägt die in einzelnen Aufzeichnungs-Intervallen (Zeilen) aufzuzeichnende Information. Der eine Pegel des Bildsignals B signalisiert "Einschalten der Laserdiode" und der andere Pegel "Ausschalten der Laserdiode". Sample-Taktfolge TS und Bildsignal B sind derart miteinander synchronisiert, daß die Hold-Intervalle der Sample-Taktfolge TS mit den Aufzeichnungs-Intervallen zusammenfallen und daß nach jedem Sample-Intervall ein Aufzeichnungs-Intervall folgt.
Die Sample-Taktfolge TS und das Bildsignal B werden in einem ODER-Glied (15) einer logischen ODER-Verknüpfung unterzogen. Das Ausgangssignal des ODER-Gliedes (15) ist das Steuersignal S für den ersten elektronischen Schalter (12). Das Steuersignal S betätigt den ersten elektronischen Schalter (12) in der Weise, daß dieser nur in den Sample-Intervallen der Sample-Taktfolge TS und in den durch das Bildsignal B festgelegten Zeitintervallen "Einschalten der Laserdiode" in den Aufzeichnungs-Intervallen geschlossen ist, wodurch nur bei geschlossenem ersten elektronischen Schalter (12) eine entsprechende Regelung der Lichtlei­ stung der Laserdiode (1) erfolgt.
Der erste Regler (2) besteht im wesentlichen aus einem Strom/Spannungs-Wand­ ler (16) mit einem hohen Verstärkungsfaktor K₁und einer ersten spannungsge­ steuerten Stromquelle (17). Der Strom/Spannungs-Wandler (16) setzt die positive oder negative Regelabweichung bzw. den Differenzstrom ΔI in eine entsprechende positive oder negative Steuerspannung USR = K₁*ΔI für die erste Stromquelle (17) um. Die erste Stromquelle (17) erzeugt den der positiven oder negativen Steuerspannung USR proportionalen positiven oder negativen Regler-Strom IR. Der erste Regler (2) hat eine hohe Bandbreite und kann daher als "schneller Regler" bezeichnet werden.
Der zweite Regler (3) besteht im wesentlichen aus einem Differenzverstärker (18) mit einem ebenfalls hohen Verstärkungsfaktor K₂, einem nachgeschalteten Sample-and-Hold-Glied (19) und einer zweiten spannungsgesteuerten Strom­ quelle (20). Dem Differenzverstärker (18) wird die Steuerspannung USR für die erste Stromquelle (17) über eine Leitung (22) zugeleitet. Der Differenzverstärker (18) setzt die positive oder negative Regelabweichung ΔI in eine stets positive Steuerspannung USA = K₁*K₂*ΔI für die zweite Stromquelle (20) um, die jeweils in den Sample-Intervallen der Sample-Taktfolge TS in dem Sample-and-Hold-Glied (19) zwischengespeichert wird. Das Sample-and-Hold-Glied (19) wird von der Sample-Taktfolge TS auf der Leitung (13) getaktet. Die zweite Stromquelle (20) liefert einen der positiven Steuerspannung USA proportionalen stets positiven Arbeitspunkt-Strom IA der über einen zweiten elektronischen Schalter (21) dem Addierer (6) zugeleitet wird. Der zweite elektronische Schalter (21) wird ebenfalls von dem Steuersignal S betätigt. Der zweite Regler (3) mit Speicherverhalten hat eine geringe Bandbreite und kann daher als "langsamer Regler" bezeichnet werden.
Fig. 2 zeigt Zeitdiagramme zur Verdeutlichung der Signalverläufe in der Schal­ tungsanordnung nach Fig. 1. Das Zeitdiagramm A) verdeutlicht den Verlauf der Sample-Taktfolge TS mit drei Sample-Intervallen (24, 25, 26) und zwei zwischen­ liegenden Hold-Intervallen (27, 28) und das Zeitdiagramm B) den Verlauf des Bildsignals B in den Aufzeichnungs-Intervallen (29, 30), die mit den Hold-Intervallen (27, 28) zusammenfallen. In dem Aufzeichnungs-Intervall (29, 30) liefert das Bild­ signal B die aufzuzeichnende Information in Form von Rechteck-Impulsen (31).
Im Zeitdiagramm C) ist der Verlauf der von der Laserdiode (1) abgegebenen Lichtleistung P dargestellt. Eine gestrichelte Linie (32) kennzeichnet die Soll-Lichtleistung P der Laserdiode (1). Eine gestrichelte Linie (33) kennzeichnet die abgegebene Lichtleistung P bei einer herkömmlichen Regelung mit einem Regler, der einen Verstärkungsfaktor 1 hat. Bei der erfindungsgemäßen Regelung mit dem schnellen Regler (2), der einen Verstärkungsfaktor K₁ = » 1 hat, ergeben sich die rechteckigen Verläufe der Lichtleistung P.
Das Zeitdiagramm D) zeigt den Verlauf der Regelabweichung ΔI. Bei einem Ver­ stärkungsfaktor K₁ = » 1 des schnellen Reglers (2) geht die zur Erzeugung des Regler-Stromes IR notwendige Regelabweichung ΔI praktisch gegen Null. Um die Regelabweichung im Zeitdiagramm D) sichtbar zu machen, wurde sie überhöht dargestellt.
Das Zeitdiagramm E) zeigt den Verlauf des im schnellen Regler (2) erzeugten Regler-Stromes IR und das Zeitdiagramm F) den Verlauf des im langsamen Regler (3) gewonnenen Arbeitspunkt-Stromes IA. In dem Zeitdiagramm G) ist der Verlauf des Treiberstromes IT= IR + IA für die Laserdiode (1) wiedergegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung der Lichtleistung der im Schalt-Betrieb arbeitenden Laserdiode (1) wird anhand der in Fig. 1 dargestellten Schal­ tungsanordnung und der in Fig. 2 prinzipiell dargestellten zeitlichen Signalverläufe näher erläutert.
Für die Dauer der Sample-Intervalle (24, 25, 26) der Sample-Taktfolge TS und für die Dauer der Rechteckimpulse (31) des Bildsignals B sind die elektronischen Schalter (12, 21) geschlossen. Jeweils zu Beginn eines Sample-Intervalles (24, 25, 26) wird die momentane Regelabweichung ΔI zwischen dem vorgegebenen Licht­ leistungs-Sollwert P und dem gemessenen Lichtleistungs-Istwert P festgestellt. In­ nerhalb der Sample-Intervalle (24, 25, 26) erzeugt der schnelle Regler (2) ent­ sprechend Betrag und Richtung der festgestellten Regelabweichung ΔI einen posi­ tiven oder negativen Regler-Strom IR der innerhalb der Sample-Intervalle (24, 25, 26) auf Null geht, und der langsame Regler (3) einen entsprechenden Arbeitspunkt-Strom IA, der innerhalb des betreffenden Sample-Intervalles (24, 25, 26) ansteigt oder abfällt je nach dem, ob die abgegebene Lichtleistung P unterhalb oder oberhalb des gewünschten Lichtleistungs-Sollwertes liegt. Die Summe aus Regler-Strom IR und Arbeitspunkt-Strom IA ergibt den Treiberstrom IT für die Laserdiode (1).
Spätestens jeweils am Ende eines Sample-Intervalles (24, 25, 26) ist der Regler-Strom IR = O, und der Arbeitspunkt-Strom IA hat den zur Einstellung des richtigen Arbeitspunktes auf der Laserdioden Kennlinie P = f (IT) erforderlichen Wert einge­ nommen, der aufgrund des Speicherverhaltens des langsamen Reglers (3) für die Dauer des jeweils unmittelbar folgenden Hold-Intervalles (27, 28) bzw. Aufzeich­ nungs-Intervalles (29, 30) konstant gehalten wird. Eine gegebenenfalls notwendige Arbeitspunkt-Korrektur wird erst wieder im nächsten Sample-Intervall (24, 25, 26) mit Hilfe des schnellen Reglers (2) und des langsamen Reglers (3) vorgenommen. Die Arbeitspunkt-Korrektur ist von dem Temperaturverhaltens der Laserdiode (1) im vorangegangenen Aufzeichnungs-Intervall (29, 30) abhängig, wobei das Tem­ peraturverhalten wiederum vom Verlauf des Bildsignals B (Verhältnis von Ein­ schaltdauer und Ausschaltdauer) im entsprechenden Aufzeichnungs-Intervall (29, 30) bestimmt wird. Bei entsprechender Dimensionierung des langsamen Re­ glers (2) werden die Einstellwerte nicht erst am Ende der jeweiligen Sample-Inter­ valle (24, 25, 26), sondern bereits wesentlich früher erreicht. Bei einem Sample-Intervall von 20 µs ist dies beispielsweise nach 5 µs der Fall.
Während der langsame Regler (3), wie oben beschrieben, in den Aufzeichnungs-Intervallen (29, 30) nicht arbeitet, werden temperaturbedingte Schwankungen der Lichtleistung in den einzelnen Einschaltintervallen der Laserdiode (1) allein durch den schnellen Regler (2) ausgeregelt, so daß unvermeidliche Lichtleistungs­ schwankungen in vorteilhafter Weise auch bei einer sehr kurzen Einschaltdauer der Laserdiode (1) von beispielsweise 20 ns korrigiert werden können. Bei ent­ sprechender Dimensionierung des schnellen Reglers (2) lassen sich z. B. Aus­ regelzeiten von 10 ns erreichen.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel liegt die abgegebene Lichtleistung P (Zeit­ diagramm C) im ersten Sample-Intervall (24) unterhalb des Sollwertes (31). In die­ sem Fall ergibt sich eine positive Regelabweichung ΔI (Zeitdiagramm D). Innerhalb des ersten Sample-Intervalles (24) fällt dementsprechend der Regler-Strom IR (Zeitdiagramm E) auf Null ab und der Arbeitspunkt-Strom IA (Zeitdiagramm F) steigt auf den zur Einstellung des richtigen Arbeitspunktes erforderlichen Wert an.
Dadurch wird die Lichtleistung P (Zeitdiagramm C) innerhalb des ersten Sample-Intervalles (24) durch den Treiberstrom IT = IR + IA (Zeitdiagramm G) auf den Sollwert (31) korrigiert.
In dem ersten Aufzeichnungs-Intervall (29) treten beispielsweise drei Rechteck­ impulse (31) des Bildsignals B (Zeitdiagramm B) auf, die dicht beieinander liegen, wodurch sich relativ lange Einschaltzeiten und kurze Ausschaltzeiten ergeben. Ohne Regelung möge die Lichtleistung P (Zeitdiagramm C) während der jeweili­ gen Einschaltzeiten aufgrund einer Temperaturerhöhung der Laserdiode (1) ab­ fallen, was jeweils durch die gestrichelte Linie (33) angedeutet ist. Diese Abfälle der Lichtleistung P werden durch den schnellen Regler (2) ausgeregelt, indem dieser einen ansteigenden Regler-Strom IR (Zeitdiagramm E) erzeugt, der dem konstanten Arbeitspunkt-Strom IA (Zeitdiagramm F) überlagert wird, um den kor­ rigierten Treiberstrom IT (Zeitdiagramm G) zu erhalten.
In dem zweiten Sample-Intervall (25) sind wiederum beide Regler (2, 3) aktiviert, und der Arbeitspunkt der Laserdiode (1) wird aufgrund des zuvor in dem ersten Aufzeichnungs-Intervall (29) ausgeregelten Lichtleistungsabfall durch einen ent­ sprechenden Anstieg des Arbeitspunkt-Stromes IA (Zeitdiagramm F) bzw. des Treiberstromes IT (Zeitdiagramm G) korrigiert.
In dem nachfolgenden zweiten Aufzeichnungs-Intervall (30) liegen beispielsweise zwei Rechteckimpulse (31) des Bildsignals B (Zeitdiagramm B), die relativ kurz sind und weiter auseinander liegen, so daß sich relativ kurze Einschaltzeiten und lange Ausschaltzeiten ergeben. Ohne Regelung möge die Lichtleistung P während der ersten Einschaltzeit abfallen und zu Beginn der zweiten Einschaltzeit aufgrund der davor liegenden langen Einschaltzeit einen überhöhten Wert haben (Zeitdia­ gramm C) , was durch die gestrichelten Linien (33) angedeutet ist. Diese Ände­ rungen der Lichtleistung P innerhalb des zweiten Aufzeichnungs-Intervalls (30) aufgrund des Temperaturganges der Laserdiode werden wiederum nur durch den schnellen Regler (2) ausgeregelt, indem dieser zur Kompensation des Licht­ leistungsabfalls einen positiven Regler-Strom IR und zur Kompensation der Licht­ leistungsüberhöhung einen negativen Regler-Strom IR (Zeitdiagramm E) erzeugt. Diese Regler-Ströme IR werden wiederum dem konstanten Arbeitspunkt-Strom IA (Zeitdiagramm F) hinzuaddiert, um den korrigierten Treiberstrom IT zu erhalten.
In dem dritten Sample-Intervall (26) sind wiederum beide Regler (2, 3) aktiviert, und der Arbeitspunkt der Laserdiode (1) wird aufgrund des zuvor in dem zweiten Auf­ zeichnungs-Intervall (30) ausgeregelten Lichtleistungsanstiegs durch einen ent­ sprechenden Abfall des Arbeitspunkt-Stromes IA (Zeitdiagramm F) bzw. des Trei­ berstromes IT (Zeitdiagramm G) korrigiert.
Das zuvor beschriebene Verfahren weist folgende wesentlichen Vorteile auf.
Da der zweite Regler (3) in den einzelnen Aufzeichnungs-Intervallen (29, 30) den vollen Strom IA bzw. IT zur Einstellung des Arbeitspunktes der Laserdiode auf­ bringt, muß der erste Regler (2) jeweils nur den relativ kleinen Differenzstrom IR erzeugen, der zur Korrektur von Lichtleistungsschwankungen aufgrund des Temperaturganges der Laserdiode benötigt wird. Dadurch wird in vorteilhafter Weise eine schnelle, dynamische Ausregelung der Lichtleistungsschwankungen mit hoher Regelgenauigkeit erreicht. Außerdem kann bei der Regelung mit einer relativ kleinen Regelverstärkung gearbeitet werden, wodurch die Gefahr einer Instabilität des Regelkreises minimiert wird. Durch das Regelungsprinzip ist außer­ dem gewährleistet, daß der Arbeitspunkt stets im linearen Bereich der Laser­ dioden-Kennlinie liegt, wodurch die Regelungsstrecke linear ist. Dadurch entfallen die von nichtlinearen Regelstrecken bekannten Probleme.
Dadurch, daß der Lichtleistungs-Sollwert und der Arbeitspunkt-Strom IA mittels elektronischer Schalter zu- und abgeschaltet werden, sind die Anstiegs- und Ab­ fallflanken des Treiberstromes IT und damit der abgegebenen Lichtleistung in be­ vorzugter Weise nur durch die Schalteigenschaften der elektronischen Schalter und nicht durch die Bandbreite des Regelkreises bestimmt. Dadurch läßt sich eine hohe Datenrate des digitalen Bildsignals erzielen.
Da keine Vorstrom-Quelle benötigt wird, ist die abgegebene Lichtleistung im aus­ geschalteten Zustand der Laserdiode exakt Null, so daß empfindliches Aufzeich­ nungsmaterial nicht in störender Weise vorbelichtet bzw. mit einem Grauschleier belichtet wird.
Durch die genannten Vorteile der erfindungsgemäßen Regelung der Lichtleistung der Laserdiode wird insgesamt eine schnelle und qualitativ hochwertige Aufzeich­ nung erreicht.

Claims (19)

1. Verfahren zur Regelung der Lichtleistung einer Laserdiode in einem optoelek­ tronischen Aufzeichnungsorgan zur punkt- und zeilenweisen Aufzeichnung von Informationen auf ein Aufzeichnungsmaterial, bei dem
  • - die Laserdiode (1) durch ein die aufzuzeichnenden Informationen tragendes Bildsignal (B) ein- und ausgeschaltet wird,
  • - ein Lichtleistungs-Sollwert vorgegeben und die von der Laserdiode (1) abgegebene Lichtleistung (P) als Lichtleistungs-Istwert gemessen wird,
  • - durch Differenzbildung zwischen Lichtleistungs-Sollwert und Lichtleistungs-Istwert eine Regelabweichung (ΔI) festgestellt wird und
  • - in einem ersten Regler (2) ein von der festgestellten Regelabweichung (ΔI) nach Betrag und Vorzeichen abhängiger Regler-Strom (IA) erzeugt wird, der zur Ansteuerung der Laserdiode (1) verwendet wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß
  • - ein zweiter Regler (3) vorgesehen ist, der einen den Arbeitspunkt auf der Laserdioden-Kennlinie bestimmenden Arbeitspunkt-Strom (IA) erzeugt, wobei die Laserdioden-Kennlinie die von der Laserdiode (1) abgegebene Lichtleistung (P) als Funktion des zugeführten Treiberstromes (IT) wieder­ gibt,
  • - der Regler-Strom (IR) und der Arbeitspunkt-Strom (IA) addiert werden, um den Treiberstrom (IT) für die Laserdiode (1) zu erhalten,
  • - während der Einschalt-Intervalle (31) der Laserdiode (1) innerhalb von den Zeilen entsprechenden Aufzeichnungs-Intervallen (29, 30) und während jeweils vor den Aufzeichnungs-Intervallen (29, 30) liegenden Vorintervallen (24, 25, 26) der vorgegebene Lichtleistungs-Sollwert und der in dem zweiten Regler (3) erzeugte Arbeitspunkt-Strom (IA) eingeschaltet werden,
  • - zur Korrektur des Arbeitspunktes innerhalb der Vorintervalle (24, 25, 26) die jeweilige Regelabweichung (ΔI) ermittelt und der Arbeitspunkt-Strom (IA) in Abhängigkeit von der ermittelten Regelabweichung (ΔI) solange verändert wird, bis die Regelabweichung (ΔI) und der Regler-Strom (IR) Null sind und
  • - der bei der Regelabweichung (ΔI) Null ermittelte Arbeitspunkt-Strom (IA) jeweils für die Dauer der den Vorintervallen (24, 25, 26) nachfolgenden Auf­ zeichnungs-Intervalle (29, 30) festgehalten wird und daß
  • - die in den Aufzeichnungs-Intervallen (29, 30) eventuell auftretenden Schwankungen der von der Laserdiode (1) abgegebenen Lichtleistung (P) nur von dem in dem ersten Regler (2) erzeugten Regler-Strom (IR) aus­ geregelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - der erste Regler (2) aus einem Strom/Spannungs-Wandler (16) mit einem hohen Verstärkungsfaktor (K₁) und einer nachgeschalteten spannungsge­ steuerten Stromquelle (17) zur Erzeugung des Regler-Stromes (IR) besteht und
  • - der Strom/Spannungs-Wandler (16) die Regelabweichung (ΔI) in eine erste Steuerspannung (USR) für die Stromquelle (16) gemäß der Gleichung USR = K₁*ΔI umwandelt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Regler (2) eine große Bandbreite aufweist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - der zweite Regler (3) aus einem Differenzverstärker (18) mit einem hohen Verstärkungsfaktor (K₂), einem nachgeschalteten Speicher (19) und einer spannungsgesteuerten zweiten Stromquelle (20) zur Erzeugung des Ar­ beitspunkt-Stromes (IA) besteht,
  • - der Differenzverstärker (18) die Regelabweichung (ΔI) in eine zweite Steu­ erspannung (USA) für die zweite Stromquelle (20) gemäß der Gleichung USA = K₁*K₂*ΔI umwandelt und
  • - die zweite Steuerspannung (USA) in dem Speicher (19) gespeichert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Regler (3) eine geringe Bandbreite aufweist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (19) des zweiten Reglers (3) als Sample- and Hold-Glied ausge­ bildet ist, das von einer Sample-Taktfolge (TS) gesteuert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorintervalle (24, 25, 26) durch die Taktimpuls der Sample-Taktfolge (TS) und die Aufzeichnungs-Intervalle (29, 30) durch die Abstände der Taktimpulse festgelegt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Lichtleistungs-Sollwert und der Arbeitspunkt-Strom (IA) mit­ tels durch ein Steuersignal (S) betätigten elektronischen Schaltern (12, 21) ein- und ausgeschaltet werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal (S) für die elektronischen Schalter (12, 21) durch ODER-Verknüpfung von Bild­ signal (B) und Sample-Taktfolge (TS) gebildet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der im zweiten Regler (3) erzeugte maximale Arbeitspunkt-Strom (IA) derart festgelegt wird, daß der Arbeitspunkt in dem linearen Bereich der Laserdi­ oden-Kennlinie liegt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Laserdiode (1) abgegebene Lichtleistung (P) mittels eines mit der Laserdiode (1) optisch gekoppelten Lichtdetektors (8), vorzugsweise einer Monitordiode, gemessen wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitspunkt-Korrektur in den Vorintervallen (24, 25, 26) jeweils in Ab­ hängigkeit von dem Temperaturverhalten der Laserdiode (1) in den vorange­ gangenen Aufzeichnungs-Intervallen (29, 30) erfolgt.
13. Schaltungsanordnung zur Regelung der Lichtleistung einer Laserdiode in einem optoelektronischen Aufzeichnungsorgan zur punkt- und zeilenweisen Aufzeichnung von Informationen auf einem Aufzeichnungsmaterial, bestehend aus
  • - einem Sollwertgeber (11) zur Vorgabe eines Lichtleistungs-Sollwertes,
  • - einem mit der Laserdiode (1) optisch gekoppelten Lichtdetektor (8) zur Messung eines Lichtleistungs-Istwertes,
  • - einen mit dem Lichtdetektor (8) verbundenen Subtrahierer (10) zur Bildung einer Regelabweichung (ΔI) aus Lichtleistungs-Sollwert und Lichtleistungs-Istwert und
  • - einem mit dem Subtrahierer (10) verbundenen ersten Regler (2) zur Erzeu­ gung eines Regler-Stromes (IR) in Abhängigkeit von der festgestellten Re­ gelabweichung (ΔI) zur Ansteuerung der Laserdiode (1), gekennzeichnet durch
  • - einen an den ersten Regler (2) angeschlossenen zweiten Regler (3) zur Erzeugung eines Arbeitspunkt-Stromes (IR) zwecks Korrektur des Arbeits­ punktes der Laserdiode (1) auf der Laserdioden-Kennlinie,
  • - einen durch ein Steuersignal (S) steuerbaren ersten elektronischen Schalter (12), der mit dem Sollwertgeber (11) und dem Subtrahierer (10) verbunden ist,
  • - einen an den zweiten Regler (3) angeschlossenen, durch das Steuersignal (S) steuerbaren zweiten elektronischen Schalter (21) und
  • - einen Addierer (6), dessen Eingänge an den ersten Regler (2) und den zweiten elektronischen Schalter (21) angeschlossen sind und dessen Aus­ gang mit der Laserdiode (1) in Verbindung steht, zur Gewinnung des Trei­ berstromes (IT) für die Laserdiode (1) durch Addition von Regler-Strom (IR) und Arbeitspunkt-Strom (IA).
14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Regler (2) aus einem Strom/Spannungs-Wandler (16) mit einem hohen Verstärkungsfaktor (K₁) und einer nachgeschalteten spannungsgesteuerten Stromquelle (17) zur Erzeugung des Regler-Stromes (IR) besteht.
15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Regler (2) eine große Bandbreite aufweist.
16. Schaltungsanordnung einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zweite Regler (3) aus einem Differenzverstärker (18) mit einem hohen Verstärkungsfaktor (K₂), einem nachgeschalteten Speicher (19) und einer spannungsgesteuerten zweiten Stromquelle (20) zur Erzeugung des Arbeitspunkt-Stromes (IA) besteht.
17. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der zweite Regler (3) eine geringe Bandbreite aufweist.
18. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Speicher (19) des zweiten Reglers (3) als Sample- and Hold-Glied ausgebildet ist, das von einer Sample-Taktfolge (TS) gesteuert wird.
19. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein ODER-Glied (15) vorgesehen ist, das an den ersten und den zweiten elektronischen Schalter (12, 21) angeschlossen ist, zur Er­ zeugung des Steuersignals (S) durch ODER- Verknüpfung der Sample-Takt­ folge (TS) mit einem die aufzuzeichnenden Informationen tragenden Bildsignal (B).
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