JP3873368B2 - 光ディスク用レーザ発光素子の駆動回路及び光ディスク装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスクにレーザ光を照射して記録膜の状態を変化させ、且つ記録膜の状態を読み出す光ディスク用のレーザ発光素子の駆動回路及びそれを利用した光ディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスク装置は、大容量で且つビデオ・テープ等に比較するとランダムアクセス可能であり高速にコピー可能であることから、画像データを記録するのに適している。従って、光ディスク装置を利用したカメラ一体型光ディスクレコーダが注目されている。カメラ一体型光ディスクレコーダの場合は、従来のカメラ一体型ＶＴＲに比較して、撮影した後の画像データの編集作業が飛躍的に簡単になるというメリットを有する。
【０００３】
この光ディスクのメディアには、コンパクト・ディスクのようにディスクに位相ピットが形成された再生専用のものと、光を照射して記録膜の状態を変化させて記録し、その記録膜の状態を再度光を照射して再生する書換型若しくは追記型のものとがある。例えば、相変化型光ディスクや光磁気ディスク等である。
【０００４】
相変化型の光ディスクは、レーザ光をディスク表面の記録層に照射し、記録層の温度を上昇させ、その冷却速度の違いによって、ディスク表面の記録層を結晶状態又はアモルファス状態にする。結晶状態であれば反射率が高く、アモルファス状態にすれば反射率が低く、それをレーザ光を照射した時の反射光の強さから判別することで再生を可能にする。従って、再生時にはディスク記録膜の状態を変化させない程度の弱いパワーのレーザ光を照射しなければならない。光磁気ディスクの場合も、記録膜の状態の変化が磁化の方向という違いはあるが、基本的には同等の原理により、レーザ光を利用して記録し、再生を行う。
【０００５】
従って、そのレーザ発光素子の駆動は、記録と再生とで異なるパワーを与え、しかも、記録時には記録データに従って変調した信号で上記パワーを与えなければならない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
レーザ発光素子は、一般的には半導体レーザが利用される。この半導体レーザは、通常シングル縦モードで発振する。すなわち、素子内の共振器において共振して発光するのは一つの波長のレーザ光だけである。マルチ縦モードで発振する半導体レーザも存在するが、一般に光学的な特性がやや劣っていて寿命の確保が難しく、記録可能な光ディスク装置のヘッドに設けられる半導体レーザとしては利用されていない。
【０００７】
ところが、このシングル縦モード発振の半導体レーザは、低いパワーで駆動された場合、モードホッピングと呼ばれる発光波長が変動する現象を伴う。従って、再生時にディスク表面の状態を変化させない程度の低いパワーで半導体レーザを駆動させると、発光波長が変動するモードホッピングによりパワーも変動し、再生時の反射光に雑音成分が含まれるモードホッピング雑音（レーザ雑音）を招くことになる。
【０００８】
また、記録時において、画像データに従って高いパワーのレーザ光をディスク表面に照射させるが、画像データに従う矩形波形により画一的にレーザを駆動した場合、光ディスク表面での温度拡散により所望の領域だけアモルファス化、又は磁化させることができない。そこで、所定の変調をかけて複数のパルス信号列で半導体レーザを駆動するパルストレイン記録又はマルチパルス記録が提案されている。
【０００９】
しかし、高転送レート化に伴いこのパルストレイン記録を行うと、半導体レーザを搭載したヘッド内での寄生インダクタンス成分により、複数のパルス信号列に含まれる高調波信号が共振を起こし駆動パルスがリンギング又はオーバーシュートを伴うことになる。かかるリンギングやオーバーシュートは、記録状態の劣化を招くと共に、半導体レーザの劣化も伴う。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記の再生時の問題点と記録時の問題点を同時に解決することができるレーザの駆動回路を提供することにある。
【００１１】
更に、本発明の別の目的は、かかるレーザ駆動回路を有する光ディスク装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、半導体レーザを駆動してディスクの記録膜を変化させて追記又は書換可能な光ディスクにおいて、記録時は記録膜の状態を変化させる為に高いパワーでレーザを駆動し、再生時は記録膜の状態を変化させないために低いパワーでレーザを駆動する。低パワーで駆動されるレーザは発光が不安定でモードホッピングを生じるので、駆動電流に高周波を重畳することにより擬似的にマルチ縦モード発光を実現してレーザ雑音を抑える。一方、記録時は記録領域を適正にするためにパルストレインによりレーザを駆動する。
【００１３】
ところが、パルストレインには高周波成分が含まれ、レーザ素子までの配線の寄生インダクタンスによりレーザ駆動波形にオーバーシュートやリンギングが発生し、記録エラーのもとになる。そこで、スナバ回路を挿入することで高周波による寄生インダクタンスでの逆起電力を吸収する方法を採用する。そして、スナバ回路により再生時に重畳される高周波まで抑えられることを防止する為に、再生時はスナバ回路を駆動回路から分離するように制御する。
【００１４】
その結果、記録時にはパルストレイン方式の記録により光ディスクへの高密度の記録を実現し、再生時にはマルチ縦モード発光によりレーザ雑音を抑えることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例について図面に従って説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１６】
図１は、レーザ駆動回路の基本構成を示す図である。この駆動回路は、コレクタがグランドに接続されたトランジスタＱ１とコレクタとグランドとの間に半導体レーザＬＤを接続したトランジスタＱ２とがエミッタを共通に接続され、そのベースには記録信号１１の反転、非反転信号が印加される。従って、このエミッタ共通接続されたトランジスタＱ１，Ｑ２はスイッチング回路を構成する。また、上記共通エミッタには、更に電流源としてトランジスタＱ３が電源ＶEEとの間に接続される。このトランジスタＱ３のベースには、抵抗Ｒ１を介して、駆動電流制御信号１２が印加され、記録時と再生時で異なる電流をトランジスタＱ３に生成させる。また、電流源トランジスタＱ３のベースには、容量Ｃ１を介して、高周波発振回路１４からの高周波が、記録・再生モード信号１３によりオン・オフ制御されるスイッチ１５により再生時のみ印加される。
【００１７】
このレーザ駆動回路の動作を説明する前に、相変化型の光ディスク装置の記録方法について説明する。図２は、相変化型の光ディスクへの記録方法を説明する図である。図２の（ａ）は、光ディスク表面の結晶状態を一部アモルファス状態にした領域（斜線部分）を示す。図２（ｂ）は、そのための記録信号１１の波形の例を示す。記録信号１１として示される通り、例えばもともと単結晶の表面に対して記録信号１１に従ってレーザ光を照射することにより、照射された領域の温度が上昇し、表面の記録層の温度を融点以上に高くし、臨界冷却温度曲線よりも急激な温度の低下により照射領域をアモルファス化することができる。また、消去すべき領域には、記録の場合よりも低いパワーでレーザ光を照射し、表面の記録層の温度を融点以上の温度から上記臨界冷却温度曲線よりも緩慢な温度低下で低下させることにより照射領域を結晶化する。
【００１８】
そして、再生時には、再生したい領域にレーザ光を照射し、ディスク表面層が結晶状態かアモルファス状態かによって異なる反射光強度を検出する。従って、再生時には、表面層の温度が融点以上にならない程度の非常に低いパワーでレーザを駆動させる必要がある。
【００１９】
このように、レーザ光の照射により記録又は消去を行い、レーザ光の照射により再生を行う光ディスクにおいて、再生時のレーザ駆動を非常に低いパワーで行うことは避けられない。そして、上記した通り、特性が安定し寿命が長い半導体レーザはシングル縦モード発振であり、低パワー領域ではモードホッピングを伴い、発光するレーザのパワーが不安定となり、再生信号のＳＮ比が悪くなる問題をはらんでいる。この雑音はレーザ雑音などと呼ばれる。
【００２０】
それを解決する手段が、再生時の駆動電流に高周波信号を重畳させ、半導体レーザを擬似的にマルチ縦モードで発光させることである。半導体レーザは、オンした瞬間にはマルチ縦モード発光をする性質があるので、高速にオン・オフを繰り返すことにより擬似的にマルチ縦モード発光をさせることができる。即ち、再生時の駆動電流に高周波信号を重畳し、レーザがオンしたらすぐにオフさせ、更にオン・オフを繰り返させるのである。マルチ縦モード発光状態では、温度変化、戻り光変化による発光モードの遷移（モードホッピング）は少なくなりレーザ雑音を低減することができる。従って、高周波重畳の手法は、低パワーで半導体レーザを安定に駆動させるのに適している。
【００２１】
具体的には、図１に示された高周波発振器１４からの高周波信号が、記録・再生モード信号１３によるスイッチ１５の制御により再生時に駆動電流制信号１２に重畳される。
【００２２】
図３は、高密度の記録のために、記録時の記録信号をマルチパルスにする記録方法について説明する図である。図３（ａ）は、マルチパルス記録（パルストレイン記録）による記録信号１１の波形である。それに対して、図３（ｂ）には、光ディスクの表面の温度の上昇を示す。そして、図３（ｃ）には、光ディスク表面のアモルファス化した領域を示す。記録信号１１を単純なパルス信号にすると、そのパルス信号によりレーザ光のパワーがピークの期間が長くなり、そのピークパワーの期間中に一定のパワーで加熱を続けることにより図３（ｂ）の破線の通りディスクの記録層の温度が上昇し、拡散する。その結果、図３（ｃ）に破線で示される通り、アモルファス化する領域が広がり、記録トラックに垂直な方向と記録トラックに平行な方向に拡大してしまう。かかる現象は、高密度記録には不適切である。
【００２３】
そこで、記録信号１１が長くなる場合には、細いパルスで間欠的に加熱することにより記録層の温度が上がりすぎないようにする。即ち、図３（ａ）に示される通りマルチパルス或いはパルストレイン方式にする。その結果、図３（ｂ）の実線の如く記録層の温度が一定になり、アモルファス化する領域は、図３（ｃ）の実線の通り一定の幅と所定の長さをもつものになる。
【００２４】
図４は、光ディスク装置の概略を示す図である。この図に示される通り、光ディスク３０に対して、その半径方向に移動可能なヘッド３２がガイド３４に取り付けられる。そして、図示しないモータによりディスク３０の半径方向に移動する。
【００２５】
図５は、ヘッド３２の概略的構成図である。ヘッド３２には、半導体レーザ３６が設けられ、図１に示した如き駆動回路を搭載した制御基板３８に配線４０を介して接続される。半導体レーザＬＤから発光したレーザ光は、ヘッド内の光学系を経て、光ディスク３０の記録層３１に照射される。半導体レーザＬＤが制御基板３８上に搭載されたとしても、制御回路から何らかの配線を介して接続される。
【００２６】
上記した通り、高密度記録のためにマルチパルス記録方式を採用したことにより、図１に示したトランジスタＱ１とＱ２が記録信号１１のマルチパルスにより駆動される。その結果、レーザＬＤの駆動電流にはマルチパルスに含まれる高調波成分が含まれることになる。この高調波にとって、配線４０は寄生インダクタンスＬｐを有する。図１に示した通り、トランジスタＱ３とレーザＬＤとの間の配線４０の寄生インダクタンスＬｐは、高周波信号の発振の原因となる。この現象は、レーザの駆動電流波形にオーバーシュートやリンギングを生じさせることになり、記録時の適切な温度制御に悪影響を与えて記録特性の劣化を招来する。また、記録時には、半導体レーザを高いパワーで駆動していることから、通常最大定格に近い光出力で駆動しているので、駆動電流の過度のオーバーシュートはレーザの劣化を引き起こす原因となる。
【００２７】
それを解決するために、本実施の形態例では、スナバ回路をレーザＬＤに並列に挿入する。スナバ回路は、回路配線の寄生インダクタンスによりスイッチング時のサージ電圧を抑制する回路として知られている。最も一般的には、コンデンサを接続することにより、高速駆動により寄生インダクタンスに発生する逆起電力のサージ・エネルギーをコンデンサに吸収させることをその基本原理とする。
【００２８】
図６は、かかるスナバ回路を挿入したレーザ駆動回路とその周辺構成を示す図である。キャパシタＣ２と抵抗Ｒ２の直列回路がスナバ回路２０である。このスナバ回路２０は、スイッチ２１により記録時に接続される。スナバ回路２０を設けることにより、レーザ駆動電流波形のリンギングやオーバーシュートが抑制される。この原理は、上記した通りであるが、別の説明をすると、高周波成分に対して寄生インダクタンスＬｐの存在は共振回路を構成することを意味する。そこで、スナバ回路２０を設けることにより、共振回路のＱが抑制され、また共振周波数をずらすことができる。その結果、共振によるリンギングやオーバーシュートが抑制されることになる。
【００２９】
なお、スイッチ２１は、グランドとスナバ回路２０との間に設けられているが、スナバ回路とトランジスタＱ２のコレクタとの間に設けられても良い。或いは、スナバ回路２０が抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２を有するので、それらの間に設けられても良い。いずれも場合も、高周波的には、スナバ回路２０がスイッチ２１のオンにより結合され、オフにより分離される。
【００３０】
図７に、レーザ駆動電流の波形図を示す。図７（ａ）は、配線の寄生インダクタンスＬｐが存在しない場合の記録信号１１により変調されたレーザ駆動電流の波形である。パルス信号の立ち上がり時にわずかにリンギングが見られるだけである。それに対して、図７（ｂ）は、寄生インダクタンスＬｐが存在する場合のレーザ駆動電流波形である。この例では、パルス信号の立ち上がり後かなりの期間にわたり大きなリンギングが発生している。特に、マルチパルス方式であるので、各パルスの立ち上がり毎にリンギングが発生し、非常に乱れた駆動電流波形になる。図７（ｃ）は、スナバ回路を挿入してリンギングを抑制した場合の駆動電流波形である。寄生インダクタンスが存在しない場合の波形とほとんど同等になっている。
【００３１】
ところで、記録時に発生するリンギングを抑えるためにスナバ回路を挿入すると、再生時にレーザ駆動電流に重畳される高周波１４が、同様に抑制されてしまうことになる。即ち、再生時には、むしろレーザ駆動電流は高周波成分を積極的に含み、レーザを擬似的にマルチ縦モードで駆動させることが望まれる。従って、スナバ回路２０の存在は、再生時には望ましくない。なお、図７から理解される通り、リンギングは約２００〜３００ＭＨｚ程度の高周波であるが、再生時に重畳される高周波１４も同等の周波数帯である。
【００３２】
そこで、本実施の形態では、図６に示した通り、記録・再生モード信号１３により、スナバ回路２０のスイッチ２１と、再生用の高周波発振器１４のスイッチ１５とを逆相でオン・オフ制御する。即ち、記録時には、スナバ回路２０のスイッチ２１をオンさせてスナバ回路２０を挿入し、再生時には、スイッチ２１をオフにしてスナバ回路２０を分離すると共に、スイッチ１５をオンさせて高周波１４を駆動電流に重畳させる。その結果、記録時にはリンギング現象を抑制することができ、再生時には積極的に高周波を重畳させることができる。
【００３３】
図８は、再生時に高周波成分が重畳されるレーザ駆動電流波形図である。図８（ａ）は、スナバ回路２０が分離された時の波形図であり、図８（ｂ）は、スナバ回路２０が接続された時の波形図である。この波形図から理解される通り、スナバ回路が挿入されるとレーザ駆動電流が抑制され、この例では駆動電流の振幅が７５ｍＡ程度であるのが、スナバ回路を分離することで、駆動電流の振幅は１３０ｍＡ程度になる。高周波が重畳されたレーザ駆動電流の振幅が十分確保されることで、半導体レーザＬＤは、擬似的なマルチ縦モード発光を安定して行い、したがって、低パワーで安定した発光を実現し、再生時のＳＮ比を改善することができる。
【００３４】
なお、スナバ回路２０の挿入に打ち勝つ程度に大きい振幅の高周波を重畳することも考えられるが、そのようにすると、消費電力が増大すると共に、電磁波放射対策が必要になり好ましくない。
【００３５】
図６に示したレーザ駆動回路の周辺の構成は、次の通りである。カメラ一体型光ディスク装置では、カメラに設けられたＣＣＤなどの撮像素子から入力される画像データが信号処理部２８により、圧縮やその他の信号処理、パルストレインへの変調などがされて、記録信号１１が生成され、駆動回路１０に与えられる。また、操作部２２からの各種の指令信号は一旦マイクロプロセッサなどの制御部２４に供給され、制御部２４からサーボ制御部２６に対して記録・再生指令信号Ｒ／Ｐを与える。サーボ制御部２６では、レーザＬＤからのレーザ光をモニタ用のフォトダイオードＰＤで受光し、そのレーザ強度が記録・再生に適した強度になるように、フィードバック・サーボ制御を行う。制御部２４は、更に、記録・再生モード信号１３をスイッチ１５、２１に与える。その結果、記録時には、スイッチ１５がオフ、スイッチ２１がオンになり、再生時には、スイッチ１５がオン、スイッチ２１がオフになる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、レーザ駆動回路にスナバ回路が設けられ、記録時に接続され、再生時に分離される。同時に、レーザ駆動回路に高周波が再生時に重畳されるように制御される。その結果、光ディスクへのレーザ光は、記録時と再生時でそれぞれ最適のパワーと駆動電流波形になることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザ駆動回路の基本構成を示す図である。
【図２】相変化型の光ディスクへの記録方法を説明する図である。
【図３】記録時の記録信号をマルチパルスにする記録方法について説明する図である。
【図４】光ディスク装置の概略を示す図である。
【図５】ヘッドの概略的構成図である。
【図６】スナバ回路を挿入したレーザ駆動回路とその周辺構成を示す図である。
【図７】記録用のレーザ駆動電流の波形図である。
【図８】再生時に高周波成分が重畳されるレーザ駆動電流波形図である。
【符号の説明】
ＬＤ レーザ発光素子、 Ｑ１，Ｑ２ スイッチング回路、 Ｑ３ 電流源、 Ｌｐ 寄生インダクタンス、 １１記録信号、 １２ 駆動電流制御信号、 １３ 記録・再生モード信号、 １４ 高周波発振器、 ２０ スナバ回路

Claims (4)

1. 記録、再生時に光ディスクに照射されるレーザ光を発光するレーザ発光素子の駆動回路において、
   記録時に、記録データに基づいて複数のパルス信号列に変調された記録用レーザ駆動電流を生成し、再生時に、前記記録時よりも低いパワーで且つ所定の高周波が重畳された再生用レーザ駆動電流を生成する駆動電流生成部と、
   前記記録時に、前記駆動電流生成部と前記レーザ発光素子とを接続する配線部に接続され、前記再生時に該配線部から分離されるスナバ回路とを有する光ディスク用レーザ発光素子の駆動回路。
2. 前記駆動電流生成部は、記録時に第一の駆動電流を生成し、再生時に該第一の駆動電流よりも小さい第二の駆動電流を生成する電流源と、前記記録データに基づいて変調された記録信号により制御され、該電流源を前記レーザ発光素子に接続するスイッチング回路とを有し、前記再生時に、前記電流源に前記再生時の高周波が重畳され、前記記録時に、該再生時の高周波が重畳されないことを特徴とする請求項１記載の光ディスク用レーザ発光素子の駆動回路。
3. 記録、再生時に光ディスクにレーザ光を照射する光ディスク装置において、
   前記レーザ光を発光するレーザ発光素子と、
   記録時に、記録データに基づいて複数のパルス信号列に変調された記録用レーザ駆動電流を生成し、再生時に、前記記録時よりも低いパワーで且つ所定の高周波が重畳された再生用レーザ駆動電流を生成する駆動電流生成部及び、
   前記記録時に、前記駆動電流生成部と前記レーザ発光素子とを接続する配線部に接続され、前記再生時に該配線部から分離されるスナバ回路を有し、
   該生成された駆動電流を前記レーザ発光素子に供給する駆動回路と
   を有する光ディスク装置。
4. 前記駆動電流生成部は、記録時に第一の駆動電流を生成し、再生時に該第一の駆動電流よりも小さい第二の駆動電流を生成する電流源と、前記記録データに基づいて変調された記録信号により制御され、該電流源を前記レーザ発光素子に接続するスイッチング回路とを有し、前記再生時に、前記電流源に前記再生時の高周波が重畳され、前記記録時に、該再生時の高周波が重畳されないことを特徴とする請求項３記載の光ディスク装置。

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