用於低功率應用的雷射器功率算法的製作方法

2023-05-20 09:20:01 2

專利名稱：用於低功率應用的雷射器功率算法的製作方法
技術領域：
本發明涉及低功率雷射應用，尤其涉及利用雷射驅動電路以及用 於降低功率消耗的機構來節省功率雷射器應用中的功率。
背景技術：
可攜式存儲系統中的功率消耗已經成為並且仍然是這些系統的主 要問題。任何可攜式設備能夠在電池能量下工作的時間段是該可攜式 設備的一個主要的技術要求。目前可買到的多個產品都使用光學存儲設備，例如CD或基於DVD的系統。另外，未來的系統正在設計為用於諸 如可攜式藍光碟(BD )的版本。另 一個正在設計的系統為T-R0M，該T-R0M 是不使盤旋轉的光學數據卡讀出系統，其中利用光點陣列平行地照射 位標記(bit-mark)來完成讀出。被照明的位標記用圖像傳感器俘獲 並用電子學方法進行處理。另外，將全息照相存儲器系統設計為利用 光學讀出系統。節省這些類型的系統的功率消耗的技術是明顯所希望 的特點，並且對於這些存儲器產品來說是好的賣點。可攜式系統的速率、處理能力以及總體特徵連續提高，導致便攜 式系統需要越來越多的功率.功率管理的進步已經縮小到這些可攜式 系統的功率需求量，然而，功率消耗仍是可攜式存儲設備領域中存在 的問題。圖l說明利用特殊類型的光學存儲設備對於不同的動作由不同區 域所發生的功率消耗。如圖1中所示，雷射器和雷射器驅動器消耗了這 些系統所使用的大部分總功率。因此，減少雷射器功率能夠致使整個 系統所用功率消耗的整體明顯下降。多個現有技術已經使用算法來修改在讀出介質的數據中所用的激 光器功率；然而，這些算法並不是基於功率消耗的。通常，這些算法 基於恆定的光功率(前向檢測(forward sense))以及最佳質量的數據讀出。由於現有技術的算法並不是專門以功率關係作為目標，因此 其功率節約達不到最佳。美國專利公開US20030137912是解決了功率節省的現有技術參考 文獻的例子。美國專利公開US20030137912通過降低時鐘脈沖速度及採 樣速度的信號處理技術來保持功率不變。然而，該系統中功率要求最 高的部件是雷射器，特別是在可攜式應用中，該雷射器提供全部的 (greats)耗用功率。因此，本領域仍然需要一種處理雷射器驅動用 以降低功率消耗的系統和方法。鑑於上述討論，本領域仍然需要減少可攜式設備中的功率消耗的 技術。發明內容本發明的目的在於減少為數據讀出而利用雷射器(或者不同的光 源)的光學系統中的功率消耗。本發明的另一個目的在於減少光學系統的可攜式應用中的功率需 要量。上述目的通過響應於對已接收數據的質量的確定來控制雷射器功 率以便使功率消耗的減少達到最優來實現。如果已接收數據的質量已 經足夠，則可以進一步減少該雷射器功率以便節約功率。


圖l是說明在光學驅動器中的功率消耗計算的一系列柱狀圖。 圖2是雷射器功率控制裝置的方框圖； 圖3是控制器實現的圖； 圖4是修改的控制器實現的圖；以及 圖5是整體控制器實現的圖。
具體實施方式
圖2是說明雷射器功率控制系統的實施例的方框圖，該雷射器功 率控制系統一般稱為20。應該理解，雖然圖2用於說明本發明的實施 例，但是用於雷射控制的其他實施例對於本領域的技術人員來說是顯 而易見的。因此，圖2中示出的實施例僅是圖解說明使用本發明概念 的單個實施例，在多個不同的光學系統實施例中使用這些概念對本領 域的技術人員來說是顯而易見的。仍然參考圖2，雷射器11由雷射器驅動器12進行驅動，以產生必 需的光，從而對光學介質(未示出)上的數據進行光學讀出。圖2中 所示的雷射器驅動器12能夠改變雷射器11的輸出功率.雷射器驅動 器12能夠進行光功率調製是可以預見的。如圖2所示實施例所能預見 的，光穿過光學系統15，以便從光學介質(未示出)讀取數據或向該 光學介質寫入數據，並且所述光反射回來撞擊到檢測器13上。檢測器 13生成由放大器14放大的信號。經放大的信號然後經歷如下所述的處 理。PLL/位檢測21對來自檢測器13的經放大的信號進行處理，從而 進行位檢測，並且恢復時鐘頻率，該時鐘頻率目前用於恢復數據。PLL/ 位檢測21為已檢測的位確定質量測量21a。才艮據這種實施方式而存在 各種方案，例如閾值檢測、維特比或者多個其他的方案，其能夠根據 處理抖動、調製、不對稱、已檢測的擦除、信噪比(SM)或從反射光 獲得的其他特徵來提供質量指示21。信道解碼器22以PLL/位檢測21 所確定的已恢復的時鐘頻率來進行處理，從而通過逆信道編碼而對數 據流中的位進行解碼，以重新得到用戶位。信道解碼器22也可以具有 質量指示符22a，以提供如掃描寬度(run length )推回(push back )、 誤掃描寬度等這種參數的指示。質量指示符用虛線輪廓示出，以 便降低圖2的方框圖的複雜性。錯誤校正23對已經由信道解碼器22 解碼的數據進行處理以進行錯誤校正。根據錯誤校正23，可獲得出錯 率23a的質量指示符，將其稱為出錯率(位出錯率、符號出錯率等等)。 上述處理描述了各種質量指示符及錯誤指示符。本領域的技術人員將 理解，可以單獨地或組合地使用這些和其他指示符來確定所用的當前雷射器功率的效率。質量指示符21a、 23a以及22a可以參照標稱值。在圖2中所示的實施例中，從其各自的指示符中減去該標稱值，但是，對相關領域的 技術人員來說，顯而易見可以利用多個方法來獲得這些指示符與標稱 值的相對比較。標稱值是表示標稱質量指示符值的偏差電平，該偏差 電平的精確值取決於該系統(光程、機械、電子學、錯誤校正等等)，因此需要依照每個發動機的容限來確定這些值。例如，大部分BD系統 具有大約12%的抖動值作為系統限制，大約9 —10%的抖動值提供標 稱性能。在另一個實施例中，標稱值是用於每個特定的質量指示符的偏差 值。因此，每個質量指示符21a、 22a和23a可具有單獨的偏差值，如 圖2中所示的該實施例對減法設備25的負輸入端33施加偏差l，以便 從出錯率23a質量指示符中減去該偏差。減法設備25的輸出值在本文 中稱作用於根據出錯率23a的質量指示符所確定的出錯率的質量指示 符誤差值。並且如圖2中所示，對減法設備26的負輸入端33施加偏 差2，並從質量指示符21a所做的確定中減去該偏差2。減法設備26 的輸出值稱為用於根據質量指示符21a所確定的質量的質量指示符誤 差值。由於質量指示符21a、 22a、 23a是從高位速率信號提取的，因此 這些質量指示符都是高頻信號。由於高頻信號變化能夠引入噪聲、振 蕩或雷射器11的功率消耗的增大，因此不希望雷射器11對高頻信號 作出反應。因此，需要以非常低的頻率來實現對雷射器11所施加的功 率調整，以防止雷射器ll對高頻信號作出反應。因此，將低通濾波器 27、 28應用於該質量指示符誤差值，從而將該質量指示符誤差值的帶 寬減小為僅僅幾赫茲。控制系統29基於該質量指示符誤差值來修改該雷射器功率。控制 系統29可以例如用非常緩慢的比例(P)或比例積分動作(PI)型控 制器來實現。控制系統29的功能也可以由伺服數位訊號處理器(DSP) 來完成，因為其不需要大量的處理能力。控制系統29的第一輸出35 驅動該雷射器驅動器，從而依照該控制系統的輸出來修改該雷射器功 率。控制系統29的第二輸出37驅動檢測器放大器14，以保證位檢測 輸入的信號電平保持相同。第二輸入37是標準化函數。檢測器放大器 14的驅動與雷射器功率的驅動成反比。光檢測器放大器14的輸出應當 保持在同一電平。輸出功率一般供給ADC (未示出)，並且希望利用該 ADC的整個量程.在控制系統29的內部，提供檢查該質量指示符是否保持在該系統 的容限內的功能。該容限是非常依賴於系統的(如先前討論的標稱 值)。可以在盤開始擦除數據之前根據盤上的最大讀取雷射器功率電 平來計算所述容限。例如，如果出錯率非常高，那麼系統可能決定將 自己復位，並再次從額定雷射器功率開始或者保持在最高電平。否則， 當雷射器功率太高時(例如在壞盤上)，雷射器功率可以達到擦除電 平，並且開始擦除該介質。
在出錯信號能夠進入控制系統29之前，這些出錯信號需要經過低 通濾波，使其他效應不影響該系統，如位或伺服效應、劃痕或指紋等。控制系統本身實際上是正規的PI或比例積分微分(PID)控制系 統，連同某一非線性控制以保持在出錯信號的容限中。由於頻率相當 低，因此控制系統必須在很可能是PI控制器將要工作的頻率處工作。圖3示出利用一個單獨出錯信號的控制系統40的實現的實施例。 圖3示出了採用單個PID控制器的控制系統40，該單個PID控制器具 有能夠被調整的用於增益(GAINp、 GAIN,和GAINd)和截止頻率(L和 TO的設置。在圖3的左側，出錯檢驗塊43確定出錯信號在其最小值 和最大值中間。如果該出錯信號小於最小值，那麼由出錯檢驗快43輸 出該最小值。如果該出錯信號超過最大值，那麼出錯檢驗快輸出該最 大值。圖4示出與圖3略微不同的實現。在圖4中，如果出錯信號小於 最小值或超過最大值，那麼將復位脈衝發送到該控制器。圖3和圖4中所示的兩種實現的組合也是可能的。例如，如果出 錯信號保持在最小值或最大值一段時間(例如5秒)，那麼系統會出 現問題，並且該系統發送復位脈衝。圖5是整個系統實現的圖解。PID控制器51為所有誤差值(是質 量指示符)提供輸出，並由求和設備53將其相加.雷射器功率塊55 利用來自求和設備53的值來確定雷射器功率。雷射器功率塊55將最 小和最大設置用於雷射器的輸出功率。如果來自求和設備53的值小於 最小雷射器功率，那麼雷射器功率塊55輸出最小雷射器功率.如果來 自求和設備53的值大於最大雷射器功率，那麼雷射器功率塊55輸出 最大雷射器功率。如果來自求和設備53的值在最小雷射器功率和最大 雷射器功率之間，那麼雷射器功率塊55輸出由求和設備53所指示的 雷射器功率。應該注意，用於所有PID控制器51的加權因數不需要是相同的。 增益係數可以由每個PID控制器的增益設置進行調整。上面描述的簡單的技術可以將雷射器功率減小到良好數據讀出所 需的最小電平，從而節省了功率，上述實施例可以實現在讀出期間對 雷射器功率進行恆定控制。其他實施例可以通過在啟動過程中校準介 質上的一個或多個位置處雷射器的功率值來控制對於良好讀出所需的
雷射器功率。可以存儲用於該雷射器的功率值，並在讀出過程中根據 在查找表中的存儲值來修改雷射器功率。儘管上面的說明詳述了本發明的實施例，但是針對上述實施例的 許多修改對於本領域技術人員都是顯而易見的。因此，本發明的範圍 不應當限制於上述實施例，而是應當由所附的權利要求來衡量。
權利要求
1.一種用於控制光源中的功率的方法，其包括以下步驟在預定的功率電平下驅動光源；將來自該光源的光聚焦到目標上；檢測從該目標反射的光；確定已檢測的反射光的至少一個質量測量；對該質量測量進行低通濾波；響應於該至少一個質量測量而為光源生成新的功率電平；以及將光源的預定功率調整為新的功率電平。
2. 根據權利要求l所述的方法，其中所述確定步驟進一步包括使 至少一個質量測量參照至少一個預定閾值，從而形成至少一個質量指 示誤差值。
3. 根據權利要求2所述的方法，其中所述生成步驟進一步包括響 應於該至少一個質量指示誤差值而生成新的功率電平。
4. 根據權利要求3所述的方法，其中新的功率電平是減小的功率 電平。
5. 根據權利要求3所述的方法，其中所述參照步驟進一步包括從 該質量測量中移除閾值以產生質量指示值。
6. 根據權利要求5所述的方法，其中所迷移除步驟進一步包括從 該質量測量中減去該閾值。
7. 根據權利要求4所述的方法，其中所述生成步驟進一步包括響應於多個質量指示誤差值而為光源生成減小的功率電平。
8. 根據權利要求6所述的方法，其中所述生成步驟進一步包括生 成對應於該多個誤差值中每一個的功率電平的一部分。
9. 根據權利要求8所述的方法，其中所述生成步驟進一步包括將 對應於該多個誤差值中每一個的功率電平的那些部分求和。
10. 根據權利要求9所述的方法，其中所述調整步驟進一步包括 將功率電平保持在預定的一組容限中。
11. 一種具有對光源進行功率控制的光學系統，其包括 驅動器，其配置為在預定的功率電平下驅動光源； 一組光學器件，其將來自該光源的光束聚焦到目標上； 檢測器，其檢測從該目標反射的光； 確定機構，其確定已檢測的反射光的至少一個質量測量； 低通濾波器，其配置為接收該質量測量；功率生成設備，其耦合到該低通濾波器，用於響應於該至少一個 質量測量而為光源生成新的功率電平；以及功率調整設備，其耦合到該功率生成設備，用於將該光源的預定 功率調整為新的功率電平。
12. 根據權利要求ll的系統，其中所述確定機構進一步包括參照 設備，其使該至少一個質量測量參照至少一個預定閾值，從而形成至少一個質量指示誤差值。
13. 根據權利要求12的系統，其中所述功率生成設備響應於該至少一個質量指示誤差值而進一步生成新的功率電平。
14. 根據權利要求13的系統，其中新的功率電平是減小的功率電平。
15. 根據權利要求13的系統，其中所述參照設備進一步包括閾值 移除設備，其用於從該質量測量中移除閾值以產生質量指示值。
16. 根據權利要求15的系統，其中所述閾值移除設備進一步從該質量測量中減去該閾值。
17. 根據權利要求14的系統，其中所述功率生成設備響應於多個質量指示誤差值而進一步為該光源生成減小的功率電平。
18. 根據權利要求16的系統，其中所述功率生成設備進一步生成對應於該多個誤差值中每一個的功率電平的一部分.
19. 根據權利要求18的系統，其中所述功率生成設備進一步產生 對應於該多個誤差值中每一個的功率電平的那些部分的和.
20. 根據權利要求19的系統，其中所述功率調整設備進一步將該 功率電平保持在預定的一組容限中。
全文摘要
一種用於使由光源消耗的功率最小化的系統和方法。響應於對已接收數據的質量的確定來控制光源的功率，以便使功率消耗的降低優化。如果已接收數據的質量已經足夠，就可以降低該雷射器功率以便節省功率。
文檔編號G11B7/125GK101213601SQ200680023689
公開日2008年7月2日 申請日期2006年6月27日 優先權日2005年6月30日
發明者H·R·M·弗伯恩, I·F·赫爾韋根 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司