专利名称：自动自适应监控信号极性的激光控制环路的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有自动自适应监控信号极性的激光控制环路的方法和电路装置。激光控制环路用于例如控制光扫描系统中激光的光功率，用于独立于激光监控信号极性和/或监控二极管极性地记录或再现信息。
通过将一部分发射光功率馈给所谓的监控二极管来控制光源或激光的光功率是公知的。为此目的借助于光检测器或所谓的监控器来测量光功率或光强度，通常该监控器由光电二极管或光电晶体管或光检测器电路形成，与参考值相比较，根据比较的结果控制光功率。已经知道许多光检测器，它们的设计以及相对于它们提供的输出信号例如产生的电压极性或在它们的电流方向上是不同的。为了能够独立于监控器二极管或光检测器的极性在单元上替换激光或光源，为了能够避免单元的损坏或对于价格和可利用性的市场变化灵活地反应，需要一种方法和电路装置来自适应监控信号极性。通常，激光和监控二极管形成的单元能够由另一个替代。
为了确定耦合到激光器的监控二极管的极性，已经知道施加一个电压到监控二极管并且确定监控二极管的极性是反向还是正向。为了控制光功率，需要提供包括比较器和连接的参考电压源的电路，它以相应于监控二极管极性的方式在第二步骤直接地或经过反相器馈送监控二极管信号。光源或激光经过激励器连接在电路上。
已知根据EP0928971A1的方法和电路装置用于自动自适应监控器二极管极性的电路装置。公知的方法要求两个阶段，在第一阶段通过测量检测监控器二极管极性，随后激活激光控制。这导致在接通光源时不利的延迟并且需要在电路上较高的成本。
本发明的目的是创建具有自动自适应监控信号极性的激光控制环路的方法和电路装置，它允许光源或激光没有时间延迟地接通并且在具有较低成本的激光控制环路的启动阶段期间允许自动自适应监控信号极性。
借助于独立权利要求记载的特征可以达到该目的。在从属权利要求中记载了有益地完善和改进。
本发明的一个方面是减少不利的延迟和激光控制环路检测监控二极管极性的公知方法的成本。
为此目的采用的方法将在激光控制环路的启动阶段期间由监控器产生的信号与参考值相比较，根据比较的结果，由监控器产生的信号直接或反向馈给比较器用于在激光控制环路的启动阶段控制激光的光功率。激光控制环路的启动阶段定义为从施加电源电压到激光激励器直到第一次达到要被控制的激光光功率时的值的周期。在激光控制环路启动阶段期间执行激光控制环路对监控信号极性的自动自适应。为此目的，在激光控制环路的启动阶段期间产生的监控信号在第二比较器中与第二参考值相比较，根据比较结果，监控信号直接地或反向地馈给第一比较器，用于以独立于监控信号极性的方式控制激光的光功率。第二比较器产生一信号，它初始作为第二参考值选择极性(通常以反向方式或直接方式)的函数以独立于监控信号极性的方式馈给第一比较器监控信号。在监控信号没有达到第一个参考值的情况下，信号路径仍然在激光控制环路的启动阶段内转换，并且监控信号以反向方式馈送到第一比较器。根据第二参考值的极性，在启动阶段的一开始，直接或反向馈送监控信号到起支配作用的第一比较器。通过与用于控制光功率的第一参考值相比较，较小的第二参考值用于第二比较器。
自动自适应监控信号极性的激光控制环路包括第一比较器，该比较器以公知的方式将监控信号与第一参考值相比较，以便控制光功率。监控信号以与激光器产生的激光二极管电流或光功率成比例的方式在正的或负的方向上相应地形成监控信号的极性。具有第二比较器的本发明激光控制环电路确保在以固定的方向和/或极性达到第一参考值之前监控信号仍然馈送到第一比较器。在激光电流的启动阶段期间这个方向独立于监控信号的初始方向，并且随后在达到第一参考值的方向上选择。达到参考值意味着与参考值的距离随着时间的推进而降低。通过将监控信号馈送到第二比较器可以达到这一点，该比较器将监控信号与小于第一参考值的第二参考值相比较。第二比较器产生一信号，其确保监控信号独立于监控信号极性以与第一参考值的实际极性一致的极性馈送到第一比较器。第一参考值的实际极性意味着用于与监控信号比较的极性。这样，第二比较器产生一信号以确保表示系统偏差的实际值的信号极性与在执行比较的位置上命令变量或第一参考值的极性一致。监控信号被反相以颠倒监控信号的极性，第二比较器用于产生一信号，以这种方式，根据监控信号的极性，监控信号以它最初的极性或以反相的方式馈送到第一比较器。提供连接在监控器的比较器以便在激光控制环路的启动阶段期间检测监控信号的极性。这个比较器的输出连接到转换开关的控制输入端，该开关经过反相器或直接地将第一比较器连接到监控器。第二比较器最好由连接到参考电流源的差分放大器或电流反射镜形成，转换开关最好是电子开关。因此，激光控制环路采用低成本创建，在激光控制环路的启动阶段期间它没有时间延迟地自动自适应监控信号的极性。该方法和用于实现该方法的电路装置可以基本应用在具有自动监控信号检测的所有光功率控制环路中。它的优点特别在于用于控制光功率的电路不要求外部连接点来接通或旁路反相器，排除了错误地对电路进行连接或连接一不适当的监控器二极管。完全自动化地排除了人为错误引起的故障。该方法被表示为单阶段方法，因为激光控制环路的接通阶段没有用于检测监控信号极性的一先前的方法带来的延迟。
借助于示范实施例，下面详细地解释本发明。在图中
图1示出自动自适应监控信号极性的光功率控制环路的方框图，图2示出自动自适应监控信号极性的激光控制环路的电压控制设计的方框图，图3示出对于正的监控信号与激光控制有关的控制电压在时间上变化的示意图，图4示出正的监控信号在时间上变化的示意图，图5示出对于正的监控信号第一比较器的输入电压在时间上变化的示意图，图6示出对于正的监控信号第二比较器的输出电压在时间上变化的示意图，图7示出对于负的监控信号具有自动自适应监控信号极性的激光控制电路中输出电压在时间上变化的示意图，图8示出负的监控信号在时间上变化的示意图，图9示出对于负的监控信号第一比较器的输入电压在时间上变化的示意图，图10示出对于负的监控信号第二比较器的输出电压在时间上变化的示意图，图11示出自动自适应监控信号极性的激光控制环路的电流控制设计的方框图，图12示出自动自适应监控信号极性的激光控制环路的电压控制设计的方框图，它一开始控制直接馈送监控信号，图13示出对于负的监控信号用于激光控制的控制电压在时间上变化的示意图，图14示出正的监控信号在时间上变化的示意图，图15示出对于正的监控信号第一比较器的输入电压在时间上变化的示意图，图16示出对于正的监控信号第二比较器的输出电压在时间上变化的示意图，它一开始控制直接馈送监控信号，图17示出对于负的监控信号用于激光控制的控制电压在时间上变化的示意图，图18示出负的监控信号在时间上变化的示意图，图19示出对于负的监控信号第一比较器的输入电压在时间上变化的示意图，以及图20示出对于负的监控信号第二比较器输出电压在时间上变化的示意图。它一开始控制直接馈送监控信号，图1说明自动自适应监控信号极性的光功率控制环路的方框图，它示出监控器M，为了控制光源L的光功率或光强度馈给它至少这个光功率的一部分。监控器M由光检测器形成，根据光检测器的类型和连接，它产生正的或负的监控信号，其绝对值相应于光源L的光功率。图1中用虚线方框示出的监控器M是两个光电二极管PD1、PD2，通过它们的阳极或阴极的连接到机架(frame)指示监控器M产生正的或负的监控信号。由监控器M提供的光检测器信号PD馈送到电路IC的输入端用于利用对监控信号极性的自动自适应进行光功率控制。在图1的粗线确定的区域中给出电路IC的方框图，它具有两个比较器COMP1、COMP2、一个反相器INV以及转换开关S，它们以这种方式连接使得在电路IC的输入端连接的光检测器信号PD馈送到反相器INV、第二比较器COMP2和转换开关S的第一端子H。反相器INV的输出连接到转换开关S的第二端子L。为了连接转换开关S的第一端子H或第二端子L到第一比较器COMP1的输入端，转换开关S由第二比较器COMP2的输出控制。由第二比较器COMP2的转换磁滞现象避免了来自转换开关S的跳动干扰。第一比较器COMP1的输出形成电路IC的输出LD，在该输出LD提供用于接通光源L的光功率的控制信号。如图1说明的，光源L由激励器TR馈给，TR通常包括功率晶体管T、两个电阻R1、R2以及电容C。功率晶体管T最好是pnp晶体管，经过第一电阻R1它的基极形成输入，它的集电极形成激励器TR的输出。激励器的电源电压VCC经过电容C馈给功率晶体管T的基极，通过第二电阻R2馈给功率晶体管T的发射极。激励器TR的电容C用于启动激光电流并且用于稳定控制电路以克服高频影响。图1说明的方框图示出自动自适应监控信号极性的光功率控制环路的基本设计，如图2说明的，它能够设计为例如自动自适应监控信号极性的电压控制激光控制环路，或者如图11说明的，能够设计为自动自适应监控信号极性的电流控制激光控制环路。另外，图12提供了自动自适应监控信号极性的电压控制激光控制环路的另一个实施例。借助于电路装置实现的方法是一种单阶段方法，在馈送光源L的电流启动阶段期间由监控器M产生的光检测器信号PD与第二参考值REF2相比较，根据比较结果，在馈送给光源L的电流启动阶段期间光检测器信号PD直接地或以反相方式馈送到第一比较器COMP1，以便控制光源L的光功率。选择参考值REF1和REF2，以这种方式使得第二参考值REF2的绝对值小于第一参考值REF1的绝对值。下面借助于图2示出的自动自适应监控信号极性的激光控制环路的电压控制设计的方框图，以及借助于图3到图10示出的示意图，更详细地解释本方法。根据图2示出的设计由具有电压输入的差分放大器形成比较器COMP1、COMP2。如下面示出的，可能不用改变电路IC或监控二极管极性的优先确定，电路IC输入端连接到监控器二极管，它是将阳极连接到机架的光电二极管PD1或者是将阴极连接到机架的光电二极管PD2。电路IC是独立于监控器二极管极性的，因为在激光电流的启动阶段通过电路IC自动地检测这一点。如图2说明的，通过阴极连接到机架的激光二极管LD1，或者通过阳极连接到机架的激光二极管LD2可以用作激光器。在通过阳极连接到机架的激光二极管LD2的情况下，激光二极管LD2经过电流反射镜SP连接到功率晶体管T的集电极，该集电极形成激励器电路的输出。激光器电源电压LV随后提供馈给电流反射镜SP。因为激励器电路的电容C在接通激光器控制的时刻完全放电，在该时刻电源电压VCC施加于激励器，pnp功率晶体管T被阻塞。在pnp功率晶体管T的基极控制电压VB相应于这一时刻的电源电压VCC。这样，在启动阶段的一开始，它是图3和图4以及图7和图8示意图中给出的启动时刻t1，在激光器二极管LD1或LD2没有电压，由功率晶体管T形成的激励器电路驱动电流到电路IC的输出LD，该输出最好是第一比较器COMP1的推挽输出。电容C用电流充电，当充电电压近似达到0.5伏时功率晶体管T被接通或导通。因此，激光二极管LD1或LD2被馈送电流并且激光器发射光。激光二极管LD1或LD2产生的光由光电二极管PD1或PD2中的一个检测，并且产生光检测器信号PD。在这个阶段由监控器二极管或光电二极管PD1、PD2产生的电压相对较低，监控器二极管的极性可以相应是正的或负的。因为在第二比较器COMP2的参考输入端提供正的参考电压VREF2，在这个设计中，第二比较器COMP2的输出一开始一般设置为低。独立于监控信号极性控制转换开关S到一位置，在该位置光检测器信号PD经过反相器INV馈送到第一比较器COMP1。不考虑监控二极管的极性，因此一开始光检测器信号PD经过反相器INV到达第一比较器COMP1的信号路径在启动阶段总是被激活。这个时刻相应于在图4到图6以及图8到图10给出的时刻t2。图4和图8中给出的光检测器信号PD作为光检测器电压VPD相应地形成监控器二极管的极性，并且在时刻t3达到第二参考值REF2的绝对值，在这个示范实施例中，第二参考值REF2由在第二比较器COMP2的正极性的第二参考电压VREF2形成。如果在电路IC连接的监控器二极管具有如图8说明的极性，由监控二极管产生负的光检测器电压VPD作为光检测器信号PD，经过反相器INV在电路IC中的信号路径已经被正确地选择。负的光检测器电压VPD由反相器INV转换为正的电压VCOMP，正的电压VCOMP与第一比较器COMP1的第一参考电压VREF1相比较。第一比较器COMP1的第一参考电压VREF1构成在激光控制环路设置的光功率所需的值。在图2示出的设计情况下，参考电压VREF1借助于电流源IG产生，该电流源工作在电阻R3上并且可以由微处理器(未示出)设置。当这种监控器二极管如图10说明的连接到第二比较器COMP2的输出端时，比较器COMP2传送相应于低信号的输出电压VCOUT，因为如图8所示，在这种情况下负的光检测器电压VPD总是低于第二比较器COMP2的第二参考电压VREF2。当通过反相器INV由负的光检测器电压VPD形成的正电压VCOMP达到施加于第一比较器COMP1的第一参考电压VREF1时启动阶段结束。这相应于图7到图10给出的时刻t4。在启动阶段之后设置的光功率控制随后以一种公知的方式完成，并且不再被自动自适应监控信号极性的方法和电路装置影响，因为转换的信号路径被保持直到重新接通激光控制环路为止。图7说明控制电压VB，它基于pnp功率晶体管，在激光电流的启动阶段降低，在启动阶段结束的时刻t4是控制激光器的电压。因此，图7到图10说明的示意图解释了连接在电路IC的监控器二极管提供负的光检测器电压VPD的情况下，电压在时间上的变化。如图2指示的，通常与光电二极管PD1或PD2并行地提供电阻R4，用于校准光检测器的灵敏度。电路装置反应下面，如果与上述情况不同，如图4说明的在电路IC连接的监控器二极管提供正的光检测器电压VPD。如上面已经提到的，电路装置确保在启动阶段时刻t2监控二极管提供的光检测器信号PD独立于它在这个时刻t2的极性经过反相器INV馈送到第一比较器COMP1。电容C的充电使得越来越多的电流流过激光器二极管LD1或LD2，这样，增加了发射的光功率。在这个时刻t3，正的监控器或光检测器电压VPD达到第二比较器COMP2的第二门限值电压VREF2。当这种情况发生时，第二比较器COMP2转换它的输出端到高H。在图6中说明对于正的监控器二极管电压第二比较器COMP2的相应的输出电压VCOUT。第二比较器COMP2的输出电压VCOUT以这种方式设置转换开关S，使得光检测器信号PD直接馈送到第一比较器COMP1。如图5说明的，这导致在第一比较器COMP1的输入端电压VCOMP的极性改变，并且确保正确的激光控制。因为在电路IC用适当极性实际连接到第一比较器COMP1的监控器二极管首先经过反相器INV连接，并且因此对于第一比较器COMP1具有错误的极性，创建用于激光控制的电路IC，它普遍地独立于监控器二极管的极性使用。因为在接通激光控制环路中，通过先前的极性检测，对于电路IC的连接不需要另外的连接，并且也没有延迟。激光控制环路的启动阶段期间实现的极性检测与启动阶段并行。为了在激光控制启动之前确保电路IC的信号路径根据监控器二极管极性转换，需要使用低于第一参考电压VREF1的第二参考电压VREF2。激光控制环路启动阶段的持续时间由电路IC的输出LD的控制电流以及由电容C形成的时间常数确定。通常，它只有几毫秒，而电路IC的转换操作只需要几微秒。转换开关S最好设计为电子开关，并且电子模块实现的操作也可以由软件执行。另外，图11还给出本发明另一个实施例，它具有自动自适应监控信号极性的激光控制环路的电流控制设计。根据这种设计，用于自动自适应监控信号极性的激光控制电路IC根据使用的监控器二极管或光检测器电路的极性提供具有不同方向和/或极性的电流。向电路IC馈送电流作为光检测器信号PD或者从电路IC中得到相应于检测的光功率的电流。在这个设计中，借助于图11给出的电路装置形成独立于监控器二极管信号极性的激光控制环路。为此目的，光检测器信号PD馈送到电路IC中提供的电流反射镜SP1、SP2、SP3，两个电流反射镜SP1、SP2以相反方向经过转换开关S连接到第一参考电流源IREF1。第三电流反射镜SP3连接到第二参考电流源IREF2。以类似于上述设计的方式，控制转换开关S的第二比较器COMP2借助于一放大器形成，它用第二参考电流源IREF2连接在第三电流反射镜SP3的连接点。在这个设计中，借助于电流反射镜SP1的方向实现结合电压控制设计的称为反相器INV的功能。因此，电流反射镜SP1同时取代反相光检测器信号PD的功能。以类似于上述设计的方式，如图5和图9说明的，第二比较器COMP2确保在激光控制环路的启动阶段，反相的光检测器信号PD总是独立于光检测器信号PD的电流方向一开始或者在上述的周期t2到t3馈送到第一比较器COMP1。只有在光检测器信号PD超过第二参考电流值IREF2的情况下，通过转换开关S的转换，光检测器信号PD直接馈送到第一比较器COMP1。根据图11，第一比较器COMP1由连接到第一参考电流源IREF1的放大器和转换开关S形成，它的输出是电路IC的输出LD。信号在时间上的变化与图3到图10说明的示意图相同。
然而借助于上述示范实施例，监控信号在启动阶段一开始总是以反向方式馈送到第一比较器COMP1，图12给出一电路装置，其中一开始总是直接馈送监控信号。通过在第二比较器COMP2提供负极性的参考电压-VREF2可以达到这一点。对于所有其他构成图12与图2是相同的。相应的信号变化在图13到图20中说明。使用负的第二参考电压-VREF2的结果是在激光控制环路的启动阶段第一比较器COMP1被馈送一个与监控信号极性一致的监控信号。如果监控信号具有如图19示出的导致信号上升的极性，在启动阶段没有调整达到第一参考电压VREF1，这通过第二比较器COMP2检测并且反相器INV插入在到第一比较器COMP1的信号路径中。通过这个设计，创建了独立于监控信号极性的激光控制环路并且在启动阶段没有延迟。
这里描述的实施例仅仅是作为例子，本领域的技术人员能够实现的本发明其他实施例也属于本发明的范围。
权利要求
1．一种用于自动自适应监控信号极性的激光控制环路的方法，它包括通过将监控信号与第一参考值(REF1)相比较来控制激光器的光功率的第一比较器(COMP1)，其特征在于对于监控信号极性的激光控制环路的自动自适应在激光控制环路的启动阶段实现。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于在激光控制环路启动阶段产生的监控信号在第二比较器(COMP2)中与第二参考值(REF2)相比较，监控信号根据比较结果直接地或反向地馈送到第一比较器(COMP1)用于以独立于监控信号极性的方式控制激光器的光功率。
3．如权利要求1所述的方法，其特征在于具有正的参考值(REF2)的第二比较器(COMP2)产生一信号，它一开始总是以独立于监控信号极性的方式将反向的监控信号馈送给第一比较器(COMP1)，然后在监控信号达到第一参考值(REF1)的情况下以非反向方式馈送它。
4．如权利要求1所述的方法，其特征在于比第一参考值(REF1)小的第二参考值(REF2)用于激光控制环路对监控信号极性自动自适应。
5．一种用于自动自适应监控信号极性的激光控制环路的电路装置，它包括将监控信号与第一参考值(REF1)相比较的第一比较器(COMP1)用于控制激光器的光功率，其特征在于提供在激光控制环路启动阶段期间用于检测监控信号极性的第二比较器(COMP2)，它连接到提供监控信号的监控器(M)。
6．如权利要求5所述的电路装置，其特征在于第二比较器(COMP2)连接到转换开关(S)的控制输入端。在该开关第一比较器(COMP1)连接到监控器(M)或经过反相器(INV)连接到监控器(M)。
7．如权利要求5所述的电路装置，其特征在于在激光控制环路的启动阶段，一开始第一比较器(COMP1)总是经过反相器(INV)连接到监控器(M)或者以相应于应用在第二比较器(COMP2)的参考信号(VREF2,-VREF2)极性的方式直接连接到监控器(M)。
8．如权利要求5所述的电路装置，其特征在于第二比较器(COMP2)是一个差分放大器。
9．如权利要求5所述的电路装置，其特征在于第二比较器(COMP2)是一个连接到第二参考电流源(IREF2)的电流反射镜(SP3)。
10．如权利要求6所述的电路装置，其特征在于转换开关(S)是一个电子开关。
全文摘要
本发明涉及自动自适应监控信号极性的激光控制环路的方法和电路装置。使用单阶段方法,在激光控制环路的启动阶段期间把监控器产生的信号与参考值相比较,根据比较结果,由监控器产生的信号直接或反向馈送到比较器,在激光控制环路的启动阶段期间控制激光器的光功率。总是以独立于监控信号极性但取决于参考值极性的方式,产生一信号,开始时向用于控制光功率的比较器馈送反向的监控信号,或者直接馈送监控信号,及在监控信号达到参考值的情况下以非反向方式馈送它。
文档编号G11B7/125GK1301073SQ0013599
公开日2001年6月27日 申请日期2000年12月20日 优先权日1999年12月20日
发明者斯蒂芬·莱尔, 鲁迪格·布伦海姆 申请人:德国汤姆逊-布朗特公司