JP2006511017A - ディスクドライブ装置 - Google Patents

Abstract

光ディスクドライブ装置（１）は、ディスク（２）からデータを光学的に読み取るための光ビーム（３１）を発生するレーザ装置（３０）を有する。レーザ装置（３０）は、該レーザ装置（３０）に結合されたインダクタンス（Ｌ）を有する共振回路（７０）に電気的に組み込まれる。

Description

本発明は一般に、光記憶ディスクから情報を読み取るための光ディスクドライブ装置に関する。

一般的に知られているように、光記憶ディスクは記憶スペースの少なくとも１つのトラックを有し、該トラックは連続的な螺旋の形又は複数の同心円の形をとる。前記記憶スペースに、情報がデータパターンの形で保存され得る。光ディスクは、情報が製造の間に記録され、データがユーザによっては読み取られることのみができる、読み取り専用タイプであっても良い。光記憶ディスクは、情報がユーザによって保存され得る、書き込み可能なタイプであっても良い。光ディスクの典型的な例は、例えばＣＤ、ＤＶＤである。

光記憶ディスクの記憶スペースから情報を読み取るために、光ディスクドライブは、一方で光ディスクを受容し回転させるための回転手段と、他方で光ビームを用いて記憶トラックを走査するための光走査手段を有する。一般的な光ディスクの技術、即ち情報が光ディスクに保存される方法、及び光ディスクから光データが読み取られる方法は良く知られているため、当該技術をここでより詳細に説明する必要はない。

前記光走査手段は、光ビーム発生装置（典型的にはレーザダイオード）と、前記ディスクから反射された反射光を受信し電気検出器出力信号を生成するための光検出器と、前記発生装置から前記ディスクに向けて光を誘導するための手段と、前記ディスクから前記検出器に向けて反射光を誘導するための手段とを有する。前記反射光は、走査されているトラックのデータパターンに従って変調される。該変調は、前記電気検出器出力信号の変調と換言できる。

通常、前記誘導手段はビームスプリッタを有する。図１は、光ディスクドライブ１における光路を模式的に示す。レーザ３０は光ビーム３１を発生し、光ビーム３１はビームスプリッタ４０によって９０°反射され（ビーム３２）、ディスク２より反射し（反射光３３）、ビームスプリッタ４０を通過して検出器５０へ向かう（透過ビーム３４）。代替としてこの配置は、前記光路がレーザからディスクまで直線であり、ディスクから検出器に向かう際に９０°の角を為すようなものであっても良い。

問題は、反射ビーム３３の一部が検出器５０に向かう意図された経路をとらず、ビームスプリッタ４０によってレーザ３０に向かって反射され戻され（フィードバックビーム３５）、レーザ３０自体の動作に影響を与える点である。この現象はそれ自体知られており、光フィードバックノイズ（optical feedback noise、ＯＦＮ）と呼ばれる。ＯＦＮは、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）の悪化を引き起こす。

本分野においては、ＯＦＮは、「リード変調（read-modulation）」と呼ばれる、非常に高い切り換え周波数でレーザのＯＮ及びＯＦＦを切り換えることにより抑制される。前記切り換え周波数は、「変調周波数」とも呼ばれ、データ信号との干渉を避けるためにデータチャネルの帯域幅の周波数範囲よりも十分に高く選択される。実際には、変調周波数は一般に３００乃至５００ＭＨｚのオーダーにある。

この点に関する実際的な問題は、レーザが比較的大きな寄生キャパシタンスを持つという事実である。変調電流の比較的大きな部分が、光を発生する代わりに、当該キャパシタンスに流れる。当該部分は、「ブラインドカレント（blind current）」と呼ばれ、出力光パワーには寄与せず、前記変調電流を生成するドライバの内部抵抗における損失を引き起こす。

本発明の重要な態様によれば、ＬＣ発振回路にレーザキャパシタンスを組み込むことにより、当該問題は克服され又は少なくとも低減される。この場合、前記変調電流の容量性の部分が、前記発振回路における循環電流によってかなり供給されることができる。それにより、前記発振回路において、エネルギーが損失される代わりにかなり保存される。

本発明のこれらの及び他の態様、特徴及び利点は、図を参照しながら、本発明によるレーザ駆動回路の実施例の以下の記載によって、更に説明される。図において、同一の参照番号は同一の又は同様の部分を示す。

レーザダイオードの電気的な振舞を説明するため、図２は、駆動回路６０に結合されたレーザダイオード装置３０の置き換え図を示す。電気的に、レーザダイオード装置３０は、（略理想的な）ダイオードＤ_Ｌの微分抵抗Ｒ_Ｌとの直列結合、及び該直列結合に並列に接続された寄生キャパシタンスＣ_Ｌとして振舞う。レーザ装置３０は、正極端子３７及び負極端子３８として示される、電気接続のための２つの端子を持つ。

駆動回路６０は電源ＰＳへの接続のための電源端子６１及び６２を持つ。駆動回路６０は、レーザダイオード装置３０の正極端子３７及び負極端子３８にそれぞれ接続された、出力端子６３及び６４を持つ。一般に、正極端子３７における電圧が、負極端子３８における電圧よりも十分に高い場合、電流がレーザダイオード装置３０を通って流れ、レーザ光３１が発生される。

図３Ａは、レーザ電流Ｉ_{ｌａｓｅｒ}（横軸）に対する、光出力パワーＰ_ＯＵＴ（縦軸上方）のレーザ特性を模式的に示すグラフである。典型的に約４０ｍＡのオーダーである閾値電流Ｉ_ｔよりも下では、前記レーザダイオードは殆ど光を発生させず、又は光を発生させない。前記レーザ電流が前記閾値電流より数ｍＡだけ上回った場合でも、前記レーザダイオードは光ディスクの読み取りにおける利用のために十分な光を発生する。

図３Ａはまた、レーザ３０を変調させる従来の方法を示す。ここで前記レーザは、閾値電流Ｉ_ｔに略等しいレベルにおけるＤＣ電流成分Ｉ_ＤＣと、必要とされる変調周波数及びほんの小さな大きさを持つＡＣ電流成分とを有する駆動電流により動作する。これらは、電流の谷において光発生を抑制し、電流の山において光発生を許容するのに十分なものである。曲線２６は、かような駆動電流（横軸）を時間（縦軸下方）の関数として示す。曲線２７は、対応する生成される光信号（横軸）を時間（縦軸下方）の関数として示す。当該光信号のデューティサイクルは、略５０％に等しいものとして示される。

しかしながら、かような動作方法においては、レベルＩ_ｔで定常的に流れるＤＣ電流が、かなりの電力消費を引き起こす。

図３Ｂは、図３Ａに類似するグラフであるが、ここでは別の動作方法を示す。駆動電流２８はここでは閾値電流Ｉ_ｔよりもかなり低いレベルにおいてＤＣ電流成分Ｉ_ＤＣを持つ。ＡＣ電流成分は、それに応じて、より大きな振幅を持ち、それにより電流の山が閾値電流Ｉ_ｔよりも高くまで達する。電流の山の下であり且つ閾値電流Ｉ_ｔよりも大きい面（ハッチングされた面Ａ２）の面積が図３Ａにおけるもの（ハッチングされた面Ａ１）と同じである場合、全体の光出力パワーは、図３Ａに示された方法に比べて略等しくなる。同時に、前記電流の最低値（谷の最も深い点）は、かなり減少させられた電流値を持ち、ＤＣ電流成分Ｉ_ＤＣが閾値電流Ｉ_ｔの約５０％にある場合には、ゼロに等しくなり得る（１００％の変調深度）。このとき、平均電流は、図３Ａに示された方法に比べて半分に減少させられる。しかしながらこの場合、前記レーザダイオードの寄生キャパシタンスＣ_Ｌにおいて、比較的大きな容量電流が生成される。

更に、従来の駆動装置は抵抗性の特性を持ち、この場合当該方法は、レーザへの電流経路における誘導性の及び容量性の損失のため、比較的非効率的である。その結果、従来の駆動装置は、電源ＰＳから受信されたものよりも高いレベルで電圧及び電流をレーザ３０に供給することが不可能である。

図４は、本発明の基礎となる基本原理を示す。駆動回路６０は、好ましくはコイルとして実装されるインダクタンスＬを有し、インダクタンスＬは駆動回路６０の出力端子６３と６４との間の電流経路に組み込まれる。これにより、利用時には、レーザダイオード装置３０が駆動回路６０の出力端子６３及び６４に接続されると、インダクタンスＬ及びレーザダイオード装置３０の寄生キャパシタンスＣ_Ｌが、インダクタンスＬからキャパシタンスＣ_Ｌに及びその逆に、共振する方法で電気エネルギーが交換される電流経路の一部を形成する。かくして、インダクタンスＬ及び寄生キャパシタンスＣ_Ｌは、発振回路６５におけるエネルギー交換部分である。簡単のため、回路６５にパワーを供給するための、駆動回路６０の他の構成要素は、図４には示されていない。更に、発振回路６５は、インダクタンスＬと直列に少なくとも１つのＤＣブロッキングキャパシタを有する。該ＤＣブロッキングキャパシタも簡単のため図には示されていない。

当業者には明らかであろうように、励振されるとＬＣ発振器は動作を継続し、閉じたループ６５の全体のインダクタンス及び全体のキャパシタンスによって決定される振動数で、ループ電流６６が少しの損失のみを伴って前後に流れる。

ループ電流６６は、図３Ｂの電流２８のような、レーザ駆動電流のＡＣ電流成分を構成する。ＬＣ発振回路６５の重要な利点は、当該ＡＣ電流成分の電気エネルギーが、回路内でかなり保存されるという点である。とり得る他の電流成分の他に、電源ＰＳは前記ループ内のＡＣエネルギー損失を補償することのみが必要である。発振回路６５を持続するために必要な電流は、前記ループを流れるＡＣ電流の振幅よりもかなり小さい（典型的に、約５０乃至６０ｍＡのオーダーのＡＣ電流の大きさに対し、必要とされる供給電流は１０ｍＡよりも低くて良い）。一方、駆動装置出力端子６３及び６４における電圧信号の大きさも、駆動装置入力端子６１及び６２において電源ＰＳから受信される入力電圧よりも高くなり得る。このことは、従来の抵抗性の駆動装置においては不可能である。

しかしながら、レーザのダイオード部分の整流特性は、図４の基本的な回路と同様に簡単に回路を使用することを困難とする。

以下、駆動回路の好適な実施例が、図５乃至７を参照しながら議論される。

図５は、レーザのための駆動回路６０の第１の好適な実施例を示す。本実施例は、インダクタ（コイル）Ｌとインバータ７１との並列結合を有する。第１のキャパシタ７４は、例えば第２の供給端子６２を通して、インバータ７１の入力ノード７２を基準電圧（量）に接続する。第２のキャパシタ７５は、インバータ７１の出力ノード７３を、（第１の出力端子６３を介して）レーザ装置３０の正極端子３７に接続する。レーザ装置３０の負極端子３８は、（第２の出力端子６４を介して）同一の基準電圧（量）に接続される。好ましくは、２つのキャパシタ７４及び７５は同様なキャパシタンスを持ち、より好ましくは等しいキャパシタンスを持つ。ブートストラップダイオード７６は、レーザ装置３０の正極端子３７を、（第１の出力端子６３を介して）例えば第１の供給端子６１を通して、例えば３．３Ｖのような正の電圧基準Ｖ_Ｒに接続する。インバータ７１は、駆動装置６０のパワー入力端子６１及び／又は６２に接続された、電源端子７１ａ及び／又は７１ｂを持っても良い（明確さのため、これらの接続は図５においては省略されている）。インバータ７１は単に、標準的な２トランジスタインバータ回路として実装されても良い。

寄生キャパシタンスＣ_Ｌ、インダクタンスＬ、並びに２つの負荷キャパシタ７４及び７５は、合わせてＬＣ発振回路７０を構成する。当業者には明らかであろうように、本実施例におけるＬＣ発振器７０は、ピアス（Pierce）発振器として実装される。かような発振器は良く知られているため、その動作の詳細な議論はここでは必要ない。短く要約すれば、動作は以下のとおりである。

インバータ７１の入力ノード７２がハイであり、一方インバータ７１の出力ノード７３がローである場合、第２の負荷キャパシタ７５が、ブートストラップダイオード７６を介して略正の電圧基準Ｖ_Ｒまで充電される。正極端子３７における正極電圧がレーザ閾値電圧（約４Ｖ）よりも低いため、レーザ装置はオフである。

或る時点において、インバータ７１の入力ノード７２における電圧が十分に低下し、それによりインバータ７１の出力ノード７３がハイに変わる。次いで、レーザ装置３０の正極端子３７における電圧は、インバータ出力電圧に、第２の負荷キャパシタ７５にかかる電圧を加算したものとなり、略正の電圧基準Ｖ_Ｒである。前記正の電圧基準Ｖ_Ｒがインバータ７１のための供給電圧でもあり、当該供給電圧は例えば３．３Ｖである実施例においては、レーザ装置３０の正極端子３７における電圧は約６Ｖとなり、前記レーザの閾値レベル４Ｖよりもかなり高くなる。

ブートストラップダイオード７６による幾らかの電圧降下と合わせて、供給電圧Ｖ_Ｒは、レーザ装置３０の正極端子３７におけるＤＣ電圧がレーザ装置３０の前記閾値レベルのすぐ下となるように選択される。インバータ７１の出力ノード７３がハイである半周期の間は、ダイオード７６はブロック状態にあり、前記電源（図４を参照）は、発振回路７０のためのバイアス電流以外の電流は供給しない。このとき電流は第２の負荷キャパシタ７５から前記レーザ装置３０を通って流れ、レーザ装置３０の寄生容量Ｃ_Ｌを充電する。

インバータ７１の出力ノード７３がローである半周期の間は、レーザ装置３０がオフである。第２の負荷キャパシタ７５は上述したように、レーザ装置３０の寄生容量Ｃ_Ｌから、及びダイオード７６を通して正の電源から充電される。このとき前記正の電源によって供給される電流の量は、レーザ装置３０において損失されるエネルギーの量、即ちレーザ電流のＤＣ部分に略相当する。寄生キャパシタンスＣ_Ｌ、インダクタンスＬ、並びに２つのキャパシタ７４及び７５によって構成されるＬＣ発振回路７０において、比較的大きなＡＣ電流がかなり保存される。このことは、大きな変調深度を可能とし、レーザ装置３０におけるＤＣ電流を節約する。

発振回路７０の発振周波数ωは、電流ループの全体のインダクタンスＬ_Ｔと、電流ループの全体の静電容量Ｃ_Ｔによって、以下の式によって決定されることに留意されたい。

発振回路７０の品質係数（quality factor）Ｑは、電流ループの全体のインダクタンスＬ_Ｔと、電流ループの全体の静電容量Ｃ_Ｔによって、以下の式によって決定されることにも留意されたい。

ここでＲ_Ｓは、電流ループの等価直列抵抗を示す。

負荷キャパシタ７４及び７５のキャパシタンスを増大させることは、電流ループの全体の静電容量Ｃ_Ｔを減少させ、またコイルＬの誘導性を増大させることは、電流ループの全体のインダクタンスＬ_Ｔを増大させ、従って所望の周波数及び所望の品質係数Ｑを得るために適切な値を選択することが可能であることにも留意されたい。

図６は、レーザ装置３０のための駆動回路６０の第２の好適な実施例を示す。本回路は図５を参照しながら以上に説明された回路と類似するが、ここでは前記ブートストラップダイオードが制御可能なスイッチ８０によって置き換えられている。スイッチ８０は、発振器７０におけるノードの適切な１つにおける電圧によって制御される。かようなスイッチ８０の、ブートストラップダイオード７６に対する利点は、前記ダイオードによる電圧降下によって引き起こされる損失が、非常に高い発振周波数においても低減させられ、又は除去される点である。

図６において、当該スイッチ８０はＮＭＯＳＦＥＴとして実装され、レーザ装置３０の正極端子３７に接続されたソースを持ち、正の基準電圧Ｖ_Ｒに接続されたドレインを持つ。バイアス抵抗８１は、前記ＦＥＴのゲートを該ＦＥＴのドレインに接続する。キャパシタ８２は、前記ＦＥＴのゲートをインバータ７１の入力ノード７２に接続する。当該キャパシタ８２を通して、前記ＦＥＴのゲートは、インバータ７１の入力ノード７２の電圧振幅に追従する。インバータ７１の出力ノード７３がローである場合は、インバータ７１の入力ノード７２はハイであり、それ故ＦＥＴ８０のゲートにおける電圧は高く、ＦＥＴを開放するように駆動する。それにより第２のキャパシタ７５はＦＥＴ８０の抵抗の低いドレイン−ソース間経路を通って略損失なく充電される。

本発明は以上議論された実施例に限定されるものではなく、添付する請求項において定義された本発明の予期される範囲内で種々の変形例及び変更例が可能であることは、当業者には明らかであろう。

例えば、前記発振器は必ずしも図５及６に示されたピアス型のものである必要はなく、原則的に、いずれのタイプの発振器も利用されることができる。代替例として前記発振器は、コルピッツ（Colpitts）発振器やハートレー（Hartley）発振器等として実装されても良い。

図７Ａ及びＢは、コルピッツ発振器に基づく実施例を示す。図７Ａの実施例は、コレクタ共通型の実施例であり、第１の結合キャパシタ９２を通してレーザ端子３７に接続されたエミッタを持つＮＰＮトランジスタ９０を有する。９１はブートストラップダイオードを示し、トランジスタ７６に相当する。第２の結合キャパシタ９３が、トランジスタ９０のベースとエミッタとの間に接続される。インダクタＬは、トランジスタ９０のベースとコレクタとの間に接続される。電流源９４は、トランジスタ９０のエミッタに結合される。正の電圧源が、トランジスタ９０のコレクタに接続される。

図７Ｂの実施例は、ベース共通型の実施例である。本例においては、正の電圧源はトランジスタ９０のベースに接続される。第２の結合キャパシタ９３は、トランジスタ９０のコレクタとエミッタとの間に接続される。インダクタＬは、トランジスタ９０のコレクタと、前記正の電圧源との間に接続される。

コルピッツ発振器はそれ自体知られているため、図７Ａ及びＢの実施例の動作の説明はここでは省略される。

図８は、「アンダンピング（undamping）」原理に基づく実施例を示す。互いに接続されたエミッタを持つ２つのトランジスタ９５及び９６の構成が、非反転出力（トランジスタ９６のベース）に接続された反転出力（トランジスタ９５のコレクタ）を持つ微分増幅器を構成する。これは正のフィードバックである。出力及び入力のノードにおいて、発振器ループに並列に接続された負性微分抵抗が見られ、前記ループにおける抵抗性の損失を効果的に補償、即ち「アンダンプ」する。

フィードバックノイズの問題を説明するためディスクドライブの構成要素を模式的に示す。 レーザダイオード及び駆動回路の電気的な置き換え図を示す。 レーザダイオード装置の電気的特性を示すグラフである。 レーザダイオード装置の電気的特性を示すグラフである。 本発明の基本的な特徴を示す電気図である。 駆動回路の好適な実施例を示す電気図である。 駆動回路の好適な実施例を示す電気図である。 駆動回路の好適な実施例を示す電気図である。 駆動回路の好適な実施例を示す電気図である。 駆動回路の好適な実施例を示す電気図である。

Claims (12)

1. ディスクからデータを光学的に読み取るための光ビームを発生するレーザ装置を有する光ディスクドライブ装置であって、前記レーザ装置がＬＣ発振回路に組み込まれた光ディスクドライブ装置。
2. 前記ＬＣ発振回路は、前記レーザ装置と、好ましくはコイルとして実装されるインダクタンスとが直列に結合された電流経路を有する、請求項１に記載の光ディスクドライブ装置。
3. 前記ＬＣ発振回路は、前記レーザ装置及び前記インダクタンスと直列に結合された、少なくとも１つのキャパシタンスを有する、請求項２に記載の光ディスクドライブ装置。
4. 駆動されるべきレーザのそれぞれ正極端子及び負極端子への接続のための、第１の出力端子及び第２の出力端子を持つ、半導体レーザを駆動するためのレーザ駆動回路であって、前記出力端子の少なくとも一方に結合された少なくとも１つの端子を持つインダクタンスを有するレーザ駆動回路。
5. 前記インダクタンスと、前記第１又は第２の出力端子との間に結合された少なくとも１つのキャパシタンスを更に有する、請求項４に記載のレーザ駆動回路。
6. 前記インダクタンスは、前記第１の出力端子に結合された１つの端子を持ち、前記第２の出力端子に結合された更なる端子を持つ、請求項４又は５に記載のレーザ駆動回路。
7. 前記出力端子の一方と電圧基準との間に結合された一方向の導体を有し、前記一方向の導体は好ましくはダイオードを有する、請求項４乃至６のいずれか一項に記載のレーザ駆動回路。
8. 前記一方向の導体は、前記インダクタンス及び前記出力端子によって定義される電流経路における位置に発生する電圧から導出される信号によって制御される制御可能なスイッチを有し、前記位置は好ましくは１つの端子又は前記インダクタンスのタップに対応する、請求項７に記載のレーザ駆動回路。
9. 前記インダクタンスに並列に結合されたインバータを更に有する、請求項４乃至８のいずれか一項に記載のレーザ駆動回路。
10. 前記出力端子の少なくとも１つに結合された、例えばピアス発振器、コルピッツ発振器、ハートレー発振器のような発振器として実装される出力段を有する、請求項４乃至９のいずれか一項に記載のレーザ駆動回路。
11. 請求項４乃至１０のいずれか一項に記載のレーザ駆動回路によって駆動される半導体レーザを有する、光ビーム発生装置。
12. 請求項４乃至１０のいずれか一項に記載のレーザ駆動回路又は請求項１１に記載の光ビーム発生装置を有する、光ディスク駆動装置。

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