专利名称：测定发光器件老化的方法及使用该方法的光发射驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测定发光器件老化的方法，其用在磁-光盘的磁光记录/再现系统以及涉及使用该方法的光发射驱动装置。
通常在使用磁-光盘(magneto-optic disc)的磁-光记录/再现系统中，例如将半导体激光二极管等用作光学拾取装置的发光器件。激光二极管由驱动信号来激励(驱动)它是由与其相连的驱动装置提供的数据获得的，以便给出一个预定的光输出。该预定的输出光照射在一个磁-光盘上，使在其上记录数据，另一束预定的输出光也照射在该磁-光盘上，用来读出记录在其上的数据。
激光二极管随时间老化，在其被超过一段时间使用以后激光二极管将不再能提供所需要的光输出。如图6所示，随着使用时间量t的增加，提供同样光输出Pw所需的电流I随之增大，当超过某一驱动电流时，光输出会迅速下降。
因此，一些激光二极管制造商在附上的一份说明书中给出其保证期限，以便预先告诉用户，当保证期限一过就应当更换激光二极管。另一方面这也取决于用户，他们可以连续使用一激光二极管但仅在使用它已不能得到记录的数据时再将其更换。
如果不考虑各个激光二极管存在的差异，而设定保证期限，这样会出现即便在保证期限过后有些激光二极管也完全能使用的情况，在这种情况下，设定的保证期限只能促成浪费以及激光二极管的使用不经济。
如果当记录的数据已不能被获得时更换激光二极管就能使其得到充分的利用。但是当实际记录或再现数据时有可能遇到激光二极管寿命突然终止而不能发射出足够强的光的情况。如果发生这种情况，就需要对记录进行检查，例如再次记录数据以确定在哪一点数据被有效地记录了，但这需要大量的劳动。
为了解决上述存在的问题，本发明的目的是提供一种测定发光器件老化的方法以及使用该方法的光发射驱动装置。其依据在大多数情况下，当为了获得发光器某一输出所需要的驱动电流上升到相对于预定的驱动电流值的某一特定值时，发光器件的光输出会迅速下降，由此监测电子老化(electronic deterioration)该方法可尽可能精确地测定使用中的发光器件的老化，以使该驱动装置能禁止发光器件不再发光。
根据本发明，提供特定光输出所需的驱动电流值被用作为基准值，老化阈值电流则为n倍于基准值的驱动电流，当达到老化阈值电流时表明需要更换发光器件，以此来测定发光器件的老化。
如果将提供该特定光输出所需的驱动电流值用作基准值，则该基准值还应当加上平均温度校正系数引起的校正电流值。这样，该老化阈值电流为n倍于该校正基准值的驱动电流，当达到老化阈值电流时表明需要更换发光器件，以此来测定发光器件的老化。
另外，如果将提供该特定光输出所需的驱动电流值用作基准值，该基准值也应加上发光器件温度校正系数引起的校正电流值。这样，该老化阈值电流为n倍于该校正基准值的驱动电流，当达到老化阈值电流时表明需要更换发光器件，以此来测定发光器件的老化。
根据本发明的另一方面，本发明提供了一种光发射驱动装置其包括一个发光器件；一个探测流经发光器件的驱动电流的电流检测器；一个安装在发光器件旁的温度传感器以及一个接收该电流检测器和温度传感器输出的发光器件控制部分。其中，根据温度T1时和温度T2(＞T1)时的驱动电流值获得的发光器件温度校正系数被贮存在存储器中，再用温度校正系数来计算被测温度Ti的老化阈值电流，并当检测到的电流超过了被测温度Ti的老化阈值电流时，禁止给发光器件提供驱动电流。
下面参照附图详细地描述根据本发明的发光器件老化测定方法以及使用该方法的光发射驱动装置的实施例，并说明如何将本发明应用在上述的利用磁-光盘的记录/再现系统中。
图1是根据本发明的APC系统光发射驱动装置的一个应用实例的示意图；图2是一个如何测定发光器件老化的流程图；图3是表示工作温度与驱动电流之间关系的示意图；图4是表示驱动电流与温度校正系数之间关系的示意图；图5是表示平均温度校正系数与特定温度校正系数之间关系的示意图；图6是表示工作时间与驱动电流之间关系的示意图。
首先概述本发明，在以下描述中，激光二极管，尤其是半导体激光二极管被用作发光器件，但被使用的发光器件并不仅限于这种二极管，例如也可使用发光二极管。激光二极管类型的老化是随时间变化的，随着使用时间(累积的供电时间)的增加，提供特定光输出(例如激光功率为20毫瓦)所需的驱动电流会增大，如图6所示。驱动电流是随供电时间的平方根成比例增加的。
当激光二极管(AlGaAS，AlGaInP，等)的波长/λ为680到800毫微米，基准值为初始值IO(即在常温下提供20毫瓦的光输出所需的驱动电流值)时，如果1.2至1.3倍于基准值IO的电流流过该二极管，则光输出将迅速下降。在这种情况下，供电时间大约为5000小时。
因此，对于这样的激光二极管，老化阈值电流Id设定为1.2IO，通过检测流经该激光二极管的电流，一旦被探测到的驱动电流Im超过老化阈值电流Id，就停止使用该激光二极管。当要停止使用该激光二极管时，将这种后果的信息显示在控制板(panel)上，以通知操作人员该激光二极管需要更新。相应地，激光二极管也能在其光输出迅速下降前和不能进行数据记录和再现之前被更换，以此防止错误的记录和再现。
实验发现，激光二极管的驱动电流也受该二极管本身工作温度的影响。图3给出了该实验数据的一个实例。
从图中看出，流经激光二极管的驱动电流值随工作温度升高而增大。因此，如果老化阈值Id仅仅基于基准值IO来设定，则在激光二极管的工作温度高于与基准值IO有关的工作温度时，就有可能判定该激光二极管老化，虽然该激光二极管的衰减程度实际上并不在老化的范围之内。于是，在设定激光二极管的老化阈值电流时，需要考虑其工作温度。下面将给出基于工作温度来计算温度校正系数η的一个实例。
图4给出了各个激光二极管与它们的温度校正系数η之间的关系。在这个例子中，每个温度校正系数η都是在工作温度分别为T1＝25℃(常温)和T2＝45℃，驱动电流分别为I25和I45的情况下计算得出的。温度校正系数η从下式给出η＝(IT2-IT1)/(T2-T1)＝(I45-I25)/(T2-T1)(mA/℃)(1)从图4中可以看出，激光二极管LD2的温度校正系数η为0.530，激光二极管LD3的温度校正系数η为1.135。其平均温度校正系数为η＝0.8至0.9(2)在本例中，温度校正系数η被设定为0.8，也就是平均温度校正系数η，在这种情况下是将0.8用作所有激光二极管的温度校正系数的。
因此，用平均温度校正系数η来计算老化阈值电流Id。根据下式计算老化阈值电流IdId＝{IO+η(T2-T1)}×1.2(3)已知T2＝45℃，T1＝25℃，用图4示出的值作为T1＝25℃时(常温)的各个驱动电流IO，即可获得图5所示的老化阈值电流Id(其中Id表示利用平均温度校正系数计算所得到的值)。
在本方法中，考虑到工作温度的影响，应根据使用的各激光二极管的不同情况设定不同的老化阈值电流Id1，如图5所示，通过匹配使用中的激光二极管的老化阈值电流Id1就有可能测定老化状态或老化程度。另外，在利用平均温度校正系数η进行老化测定的情况下，同样检测激光二极管的驱动电流，当其电流值Im超过老化阈值电流Id1时，将采取上述类似的测量以防止数据的错误记录与再现。
同时，从图3所示的温度特性可以看出，各个激光二极管的工作温度对驱动电流的影响都不同。在本例中，对激光二极管LD3来说其影响最大，而对激光二极管LD2来说其影响最小。因此，对不同的激光二极管需要设定不同的老化阈值电流Id1。然而，最理想的是，利用各个激光二极管的温度校正系数来设定各自的老化阈值电流，如以下所述。
各个激光二极管与它们的温度校正系数之间的关系如图4所示。如上所述虽然该图是在T2＝45℃和T1＝25℃给出的温度校正系数，但在其他温度时该值变化不大。利用特定温度校正系数(以下写作η′)，根据下式得到老化阈值电流Id2Id＝{IO+η′(T2-T1)}×1.2 ......(4)已知T2＝45℃，T1＝25℃，将图4给出的值作为在T1＝25℃(常温)时的各个驱动电流IO(＝I25)，就能得到如图5所示的老化阈值电流Id2。
对于激光二极管LD1和LD2，利用各个特定温度校正系数η′得到的老化阈值电流Id2小于利用平均温度校正系数η得到的老化阈值电流。这是因为η＞η′的关系代表激光二极管LD1和LD2，在这样的情况下，老化阈值电流与T2为45℃时的电流I45之比(Id2/I45)将超过老化基准倍数n(为1.2)。因此，很可能图5所示的老化阈值电流Id1本身要大于临界值，在达到Id1值之前，加大了光输出迅速下降的可能性。因此，最好是在达到Id1值之前不再使用该激光二极管。如果使用特定温度校正系数η′，就决不会超过老化基准倍数n，这样能确保完全。
对于激光二极管LD3和LD4，则完全不同于激光二极管LD1和LD2或者说与激光二极管LD1和LD2的情况完全相反。也就是说，在使用激光二极管LD3或LD4的情况下，在它们的工作寿命终止前标记其老化并不经济。利用特定温度校正系数η′，激光二极管能够使用到超过老化基准倍数n的时间，这是因为作为临界值的老化阈值电流Id2能够有利地被设定为大于Id1的一个值。因此，最好是利用特定温度校正系数η′来测定老化。
图1给出了进行上述最佳测定老化的一种光发射驱动装置10的一个实施例，其中该装置被应用在激光二极管LD的APC系统中。APC表示自动功率控制，同时APC系统是进行控制操作的激光控制系统，以致在数据记录过程中通过连续稳定的激光功率或光输出来记录数据。
由光电探测器，在本实施例中为光电二极管PD来探测激光二极管LD的光能量，将光探测器的输出通过一个放大器12送至一个比较器14，并与一个基准电平(由基准功率发生器15产生)进行比较。该基准电平是在记录过程中为了获得最佳光输出用于驱动激光二极管的电流值。该比较结果被送至驱动器16，使与该驱动器的输出终端相连的激光二极管LD的驱动电流受到控制，以使激光二极管可以提供最佳光输出。
根据本发明，除上述装置外还包括探测激光二极管LD电流的装置。在本实施例中，电阻20作为电流探测器。电阻20与激光二极管LD串联，在结点P对应于电流Im的电压被加到微机22上，该微机为控制部分。
另外，用于探测激光二极管LD工作温度的温度传感器26安置在装有激光二极管的一个基座24上，并且靠近该激光二极管。温度传感器26的输出送至微机22。温度传感器26探测激光二极管LD的环境温度，因为该值近似等于激光二极管LD本身的工作温度，环境温度可以被用作激光二极管LD的工作温度。
由微机22计算出激光二极管的温度校正系数η(＝η′)，如图4所示。例如，在使用装在光学拾取装置(图中未画出)上的激光二极管LD调整记录波形等时进行运算并获得调整前在某一温度(相对于T1)时的驱动电流IT1(相对于I25)和调整后在某一温度(即相对于T2的温度，因为该温度通常高于调整前测得的温度)的驱动电流IT2(相应于I45)。由检测温度传感器26的输出以及流经结点P的电流能得到这些值。通常，温度T1为常温，于是驱动电流值IT1也被用作基准值IO。
在用该方法获得这些温度和驱动电流之后，便计算温度校正系数η′，将计算结果和驱动电流I25(为IO)储存起来，例如存储在随机存取存储器RAM 28中(最好是非易失存储器)。随后，测量使用中的激光二极管的电流Im，基于测定的温度Ti，根据等式(4)，由微机22便能得到温度Ti的老化阈值电流Id2。
当电流Im大于老化阈值电流Id2时，微机22产生一个控制信号来控制驱动器16，使其禁止驱动操作。随后激光二极管LD的工作停止。同时显示信号被送至显示部分30，该信号被显示出来以通知操作人员更换激光二极管LD。
不难理解，当电流Im超过老化阈值电流Id2时，激光二极管LD的工作温度依据激光二极管LD的供电时间改变。
图2是为了实现上述的控制操作，装入微机22的控制程序流程图的一个实施例。
首先，在预定输出Pw处设定光输出P，以得到记录波形调整前温度T为T1时流经激光二极管LD的驱动电流I＝IT1，同时将各个值暂存在存储器28(步骤42)中。与此类似，以得到记录波形调整后温度T为T2的驱动电流I＝IT2(步骤44)。在这种情况下，APC(自动功率控制)控制光输出P，使其等于Pw。因为在调整记录波形的过程中激光二极管LD的工作温度可能会升高，所以使用记录波形调整前和调整后的激光二极管LD的工作温度。
获得驱动电流I的时间并不必限于记录波形调整前或调整后的时间；也可以是另一个合适的时间周期。例如，如果一个热源或类似器件安装在装有激光二极管LD的组合基座24上，激光二极管的环境温度就可能因为该热源被迫升高，激光二极管LD的工作温度也可能升高，所以测定驱动电流的时间周期并不受到特别的限制。
在得到温度T1，T2和驱动电流IT1，IT2之后，根据上面提到的公式便能计算出激光二极管的特定温度校正系数η′，并将计算的数据储存在存储器28中(步骤46)。当然，这里提到的温度T1和温度T2并不限于图4中所示的25℃和45℃。
在记录/再现模式执行前，上述步骤构成了执行过程，当选择记录/再现模式时，微机22修正检测到的温度Ti，根据前面提到的公式计算可利用的老化阈值电流Id(步骤48)。同时，微机22检索流经激光二极管LD的驱动电流Im，并将Im与Id进行比较(步骤50)。
如果实际的驱动电流值Im小于老化阈值电流Id，记录/再现模式可被继续操作。另一方面，如果在温度Ti时的驱动电流值Im大于相应的老化阈值电流Id，则激光二极管LD的驱动操作将迅速终止，并且将这一后果的信息在显示部分30显示(步骤52，54)。上述过程能使其在错误地进行记录/再现之前强行地终止激光二极管的驱动操作，并且还促使操作人员更换激光二极管。
这样，激光二极管LD的工作温度Ti总是被监控的，并且实时计算可利用的老化阈值电流Id，因此依据随时变化的温度Ti能精确测定激光二极管的老化。
在从装配厂装运前，对图2所示步骤46之前的程序都能进行，或者软件设计可使在操作过程中每隔预定的间隔重复执行该程序。
如上所述，根据本发明，通过监控该发光器件的驱动电流值测定发光器件的老化，于是可以得到精确的测定。
进一步地，因为测定发光器件老化时也考虑了发光器件的工作温度，由此有可能更精确地测定使用中的发光器件的老化。另外，为测定各个发光器件的老化考虑了他们的温度特性变化，因此使老化测定将更加精确。
更进一步地，本发明利用老化测量，在发光器件的光输出迅速下降前禁止发光器件的驱动操作。该过程能防止数据记录过程中使记录数据突然发生故障，也能防止数据的突然丢失，从而确保安全。另外，也能使发光器件使用到它的工作寿命几乎终结，以便能有效和经济地利用发光器件。因此，本发明特别适用于长期使用磁-光盘的记录/再现系统。
权利要求
1.一种用于测定发光器件的老化状态的测定老化的方法，其根据发光器件的驱动电流测定，该方法包括以下步骤提供第一驱动电流，使发光器件产生一个预定的光输出，并将第一驱动电流值设定为基准值；设定一个为n倍于该基准值的驱动电流值作为确定该发光器件老化状态的老化阈值电流；提供第二驱动电流，使发光器件产生该预定的光输出，将第二驱动电流值与该老化阈值电流进行比较；根据该比较结果确定发光器件的老化。
2.根据权利要求1所述的测定老化的方法，其中，所述的发光器件包括一激光二极管。
3.根据权利要求1所述的测定老化的方法，其中，所述的n值是在1.2至1.3的范围内。
4.根据权利要求1所述的测定老化的方法，其中，所述的基准值是一个在常温下能使发光器件提供预定光输出的驱动电流值。
5.一种用于测定发光器件老化状态的测定老化的方法，其根据发光器件的驱动电流测定，该方法包括以下步骤提供第一驱动电流，使发光器件产生一个预定的光输出，并将第一驱动电流值设定为基准值；在该基准值上加一个校正电流值以得到一个校正基准值，该校正电流值是与该发光器件的类型相同的发光器件的温度校正系数的平均值；设定一个为n倍于该校正基准值的驱动电流值作为确定该发光器件老化状态的老化阈值电流；提供第二驱动电流，使该发光器件产生该预定的光输出，并将第二驱动电流值与该老化阈值电流进行比较；根据该比较结果确定该发光器件的老化。
6.根据权利要求5所述的测定老化的方法，其中，所述发光器件包括一激光二极管。
7.根据权利要求5所述的测定老化的方法，其中，所述温度校正系数的平均值为0.8。
8.根据权利要求5所述的测定老化的方法，其中，所述n值是在1.2至1.3的范围内。
9.根据权利要求5所述的测定老化的方法，其中，所述基准值是一个在常温下能使发光器件提供预定光输出的驱动电流值。
10.一种测定发光器件老化状态的测定老化的方法，其根据发光器件的驱动电流测定，该方法包括以下步骤提供第一驱动电流，使发光器件产生一个预定的光输出，并将第一驱动电流值设定为基准值；在该基准值上加一个校正电流值以得到一个校正基准值，该校正电流值是特定于该发光器件的温度校正系数；设定一个为n倍于该校正基准值的驱动电流值作为确定该发光器件老化状态的老化阈值电流；提供第二驱动电流，使该发光器件产生该预定的光输出，将第二驱动电流值与该老化阈值电流进行比较；根据比较结果确定该发光器件的老化。
11.根据权利要求10所述的测定老化的方法，其中，所述发光器件是激光二极管。
12.根据权利要求10所述的测定老化的方法，其中，所述温度校正系数η由下式给出η＝(IT2-TI1)/(T2-T1)[mA/℃]其中，IT1是在第一个温度T1时的驱动电流值，IT2是在不同于第一个温度T1的第二个温度T2时的驱动电流值。
13.根据权利要求10所述的测定老化的方法，其中，所述的n值是在1.2至1.3范围内。
14.根据权利要求10所述的测定老化的方法，其中，所述的基准值是一个在常温下能使发光器件提供预定光输出的驱动电流值。
15.一种光发射驱动装置，其用于控制发光器件的驱动电流以使该发光器件提供给定的光输出，该装置包括光检测装置，用于探测发光器件的光输出；比较装置，用于将所述的光检测装置的输出与发光器件输出光的基准光输出值进行比较；驱动装置，根据所述比较装置的输出供给发光器件一驱动电流，以使发光器件产生一个相当于基准光输出值的光输出；电流检测装置，用于探测驱动电流值；温度检测装置，用于探测发光器件的工作温度；控制装置，根据所述电流检测装置和温度检测装置的输出测定发光器件的老化，根据测定结果停止给发光器件提供驱动电流。
16.根据权利要求15所述的光发射驱动装置，其中，所述的控制装置给所述的比较装置提供基准光输出值，以使发光器件产生一个预定的光输出，由此获得第一个驱动电流，然后根据所述电流检测装置的输出，将第一个驱动电流提供给发光器件；将第一个驱动电流值设定为基准值；根据所述的电流检测装置和温度检测装置的输出计算特定于发光器件的温度校正系数；利用计算的温度校正系数导出校正电流值；在基准值上加校正电流值，以得到校正基准值；将为n倍于该校正基准值的驱动电流值设定为老化阈值电流，用以确定发光器件的老化状态；给所述的比较装置提供基准光输出值，使发光器件产生预定的光输出，因此获得第二个驱动电流，然后根据所述的电流检测装置的输出将第二个驱动电流提供给发光器件；将第二个驱动电流值与老化阈值电流进行比较；控制所述的驱动装置，根据比较结果停止对发光器件供给驱动电流。
17.根据权利要求16所述的光发射驱动装置，其中，所述温度校正系数由下式给出η＝(IT2-TI1)/(T2-T1)[mA/℃]，式中IT1是在第一个温度T1从所述的电流检测装置和温度检测装置的输出获得的驱动电流值，IT2是在不同于第一个温度T1的第二个温度T2的驱动电流值。
18.根据权利要求17所述的光发射驱动装置，其中，所述的控制装置将温度校正系数η储存在存储器中。
19.根据权利要求16所述的光发射驱动装置，其中，所述的n值是在1.2至1.3的范围内。
20.根据权利要求16所述的光发射驱动装置，其中，所述的基准值是一个在常温下能使发光器件提供预定光输出的驱动电流值。
21.根据权利要求15所述的光发射驱动装置，其中，还包括显示装置，其中当发光器件被判定为已处在老化状态时，所述的控制装置控制显示装置，以显示发光器件老化的信息。
22.根据权利要求15所述的光发射驱动装置，其中，所述发光器件是激光二极管。
全文摘要
本发明包括一个电流探测器探测流经发光器件(激光二极管)的驱动电流Im；一个温度传感器安装在发光器件的附近；将电流探测器和温度传感器的输出传送给一台微机；根据在温度T1和温度T2(大于T1)时的驱动电流值获得的特定于发光器件的温度校正系数被储存在存储器中；对于测得的温度Ti计算一个老化阈值电流Id；对于测得的温度Ti当所测电流超过老化阈值电流Id时，便控制一个驱动器停止对发光器件提供驱动电流。
文档编号H01S5/042GK1141505SQ9610720
公开日1997年1月29日 申请日期1996年4月5日 优先权日1995年4月5日
发明者小池重明, 手贤, 金子真二, 三原义蔵 申请人:索尼公司