JP2000512791A - 光学的に読取り可能な記録担体を走査する走査装置及び検出装置 - Google Patents

光学的に読取り可能な記録担体を走査する走査装置及び検出装置

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JP2000512791A JP10529383A JP52938398A JP2000512791A JP 2000512791 A JP2000512791 A JP 2000512791A JP 10529383 A JP10529383 A JP 10529383A JP 52938398 A JP52938398 A JP 52938398A JP 2000512791 A JP2000512791 A JP 2000512791A
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Abstract

(57)【要約】 光学的に読取り可能な記録担体(1)を走査する装置及び検出装置を開示する。記録担体上のトラック内の情報マークにより変調された光ビームを4つの検出器を具える検出装置(15)に入射させる。検出器信号間の時間差に基づく高信頼度のトラッキングエラー信号を高密度記録に対し得るために、検出器のディジタル化した信号を遅延装置(45)により発生されるこれらのディジタル化した信号に基づく遅延信号と比較する。検出器信号間の時間差は比較信号A及びB内の公称長さTdを有するパルス間の長さの差になる。比較信号A及びBを低域通過フィルタ処理するとともに合成してトラッキングエラー信号TEを発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】 光学的に読取り可能な記録担体を走査する走査装置及び検出装置 本発明は情報を表す光学的に読取り可能なマークを具えるトラックを有する記 録担体を走査する装置であって、記録担体を光ビームで走査する走査手段と、ト ラッキングエラー信号に基づいて光ビームの位置をトラック方向と直交する方向 に制御するトラッキング手段とを具え、該トラッキング手段が記録担体からの光 ビームを受光する複数の検出器を含む検出装置と、これらの検出器の出力信号か ら取り出した第1信号と第2信号との間の時間差に依存するトラッキングエラー 信号を発生する電子回路を具える走査装置に関するものである。 本発明は、更に、このような走査装置用の検出装置にも関するものである。 このような走査装置及び検出装置は米国特許第4,057,833号から既知 である。この既知の装置は、検出器の高周波数信号を処理し、得られた信号をロ ーパスフィルタリングすることによりトラッキングエラー信号を発生させている 。検出信号を合成し、その後にアナログ領域で比較して前記合成信号間の時間差 に依存するトラッキングエラー信号を発生させる。この装置の問題は、トラッキ ングエラー信号の値が高密度記録において情報を表す短いマークに対し信頼性に 欠ける点にある。 本発明の目的は、もっと高信頼度のトラッキングエラー信号を発生する記録担 体走査手段を提供することにある。 この目的のために、本発明は頭書に記載した走査装置及び検出装置において、 検出装置は第1及び第2信号をディジタル化するディジタル化手段と、第1及び /又は第2ディジタル化信号に基づく遅延信号を発生する遅延手段と、該遅延信 号と第1及び/又は第2ディジタル化信号とを比較してトラッキングエラー信号 を発生させる比較手段とを具えることを特徴とする。 本発明は次の認識に基づくものである。高密度記録における短いマークに対し ては、検出する必要のある時間差が小さくなり、例えば数nsの程度になる。第 1及び第2信号を直接比較して時間差を表す信号を発生させる場合には、極めて 短いパルスが発生する。このような短いパルスを取り扱うには高速回路及び極め て高い周波数信号用に設計された回路が必要とされるとともに、回路がそれらの 特定の動作レンジ外で動作する惧れがある。短いパルスは論理回路に不安定動作 を導くこともある。このような環境における動作特性は製造公差が比較的大きく なるとともに温度依存性が高くなり得る。これは制御信号にオフセットを導き、 従って光ビームの位置にオフセットを導き、その結果として装置内の再生情報の 悪化及びエラーを発生する。本発明では、遅延した信号を発生させ、これを第1 及び第2信号と比較して遅延時間の公称長さを有するパルスと、公称長さから検 出すべき時間差に依存する偏差を有するパルスを発生させる。この構成は、これ らのパルスは比較的低速の電子回路によりそれらの安定動作範囲内で処理するこ とができるという利点を有する。 本発明装置の好適例では、ディジタル化手段はスライサ手段と、第1又は第2 信号をスライサ手段に結合させ、第1又は第2信号をスライスレベルに対しスラ イスさせるAC結合手段を具えるものとする。この構成は、スライスレベルを信 号から容易に取り出すことができる利点があり、このスライスレベルはそれにも かかわらず悪い走査状態でも適切であることが証明された。 本発明の走査装置及び検出装置の他の有利な好適実施例は従属請求項に記載さ れている。 以下、図面を参照して本発明を実施例につき説明する。 図1は記録担体を走査する装置を示し、 図2は図1の装置の光学系及び検出装置を示し、 図3は複数の検出器を示し、 図4は検出回路の第1実施例をを示し、 図5は種々の時間差信号を示し、 図6は検出回路の第2実施例を示し、 図7はDTD4用の検出回路を示す。 図1は記録担体1を走査する本発明の装置を示す。この装置は光ビームを発生 するとともに記録担体のトラックからのビームを図2に示す検出器8に通す走査 ヘッド14を具える。走査ヘッドの信号出力端子はトラッキングエラー信号TE を発生する検出回路15に結合される。トラッキングエラー信号TEはサーボ回 路11に供給され、このサーボ回路がトラッキングエラー信号TEに応答してト ラックと直交する方向に光ビームの焦点の位置を制御する。図2において、トラ ッキングは対物レンズ系7をトラックと直交する方向に移動させることにより実 現され、フォーカス制御は他のサーボ回路により対物レンズ系7をフォーカスエ ラー信号(図示せず)に応答して光軸方向に移動させることにより実現される。こ の装置は、記録担体を焦点に対しトラック方向に移動させる駆動装置12、例え ばディスク状記録担体を回転させるモータ又は光学テープを移動させるテープ移 送装置を具える。更に検出回路15内に含まれる一般に既知の電子回路が記録担 体から読取られた情報を表す情報信号Siを取り出すために検出器8に結合され る。この情報信号はデコーダ装置17に供給され、復号された情報が出力端子1 9に供給される。この装置の他の実施例は入力端子18に供給される情報を符号 化するエンコーダ装置16を含むことができる。符号化された信号は記録担体に 書き込むために走査ヘッド14に供給される。この装置は走査処理を制御するた めに駆動装置12、サーボ回路11、エンコーダ16及びデコーダ17に結合さ れたコントローラ13を具える。このコントローラ13はユーザから、記録担体 の情報を読み取る又は記録担体に情報を書き込むためのコマンドを受信し、駆動 装置12をサーボ回路11と一緒に制御して走査ヘッド14を走査すべきトラッ クの部分に移動させる。 図2は図1の装置の光学系及び検出装置を示す。記録担体は情報を表す光学的 に読取り可能なマーク21、22を具える光学的に読取り可能なトラックを有す る情報層2を具える。マークは周囲と光学的に対照をなすものであれば任意の形 態のものとすることができる。図に示すようにピット又はバンプとすることがで き、或いは異なる屈折率、できれば複屈折率を有する領域、例えばいわゆる相変 化再書込み可能材料からなる領域とすることもできる。マークは所定の論理レベ ルを有するビットセルの数を示すそれらの長さが情報を表し、前記ビットセルは 適当なチャネル符号、例えばCDのEFM変調により符号化されている。情報層 は透明基板3上に設けられ、この透明基板を経て走査される。情報層の反対側は 保護層4で覆われる。記録担体は互いに重ねて設けた2以上の情報層を具えるこ とができ、また両面読取り用に両面にトラックを具えることができる。光学系は 、光ビーム6を放射する光源5を具える。読取りビームは図2に単一レンズとし て示す対物系7により情報層2上に集束される。情報層により反射された光はビ ームスプリッタ9により検出器8に導かれる。ビームスプリッタは半透明板又は 回折格子とすることができるとともに、偏光依存性にすることができる。検出器 8は入射光を1以上の電気信号に変換し、これらの電気信号はトラッキングエラ ー信号TEを導出する電子回路10に供給される。トラッキングエラー信号は制 御信号の一つであり、情報層上に光ビームにより形成されるスポットの中心と走 査しているトラックの中心線との間の距離を表す。他の制御信号は光ビームの焦 点と情報面との間の距離を表すフォーカスエラー信号FE(図示せず)である。 図3は、Y軸が矢印35で示すトラック方向に事実上ほぼ延在するとともにX 軸がトラック方向に直角方向に事実上ほぼ延在する仮想のX−Y座標系の4つの 象限に配置された4つの検出器31、32、33及び34を具える光検出器8を 示す。検出系から中間光学系を通してトラックを具える情報面の方に見て軸の方 向がトラックの方向と一致するとき、その軸はトラック方向に事実上延在すると いう。トラックに直角方向の走査スポットの偏差はx<>0であるという。 対物系7の光軸は、対物系と検出系がそれらの公称位置にあるとき、座標系の 原点を通る。この場合には記録担体から反射されたビームのスポットも4象限の 中心に位置する。検出系は情報層の遠視野域に配置するのが好ましい。検出系は 情報面から反射された非点収差ビームの最小錯乱円の面に配置することもできる 。マルチ検出器用の光学系及びX−Y座標系のこれ以上の詳細は導入部で述べた 米国特許4、057、833号を参照することができる。 図2に示す電子回路10の一部分は検出器31−34の4つの出力信号C1、 C2、C3及びC4に結合され、後述するように半径方向トラッキング制御信号 を形成する。トラック内のマークの走査時にこれらの検出器の信号間の時間差か らトラックエラー信号を取り出す方法は一般にDTD(Differential Time Dete ction(差動時間検出))と称されている。第1の方法(DTD2)は対角方向の 和信号D1=C1+C3及びD2=C2+C4を使用し、第2の方法(DTD4 )は各信号を使用し、 DTD2: TE=1/T・τ(D1,D2) DTD4: TE=1/T[τ(C2,C3)+τ(C4、C1)] であり、ここでTはチャネルクロック時間、即ちピットセルに対応する時間であ り、τ(x,y)は光ビームがマークのエッジを通過する際における信号x及び yの適当なスライスレベル交差との交点間の平均時間差である。平均化は遅延が エッジごとにかなり大きく変化するために必要であり、低域フィルタにより実施 することができる。 図4は本発明の検出回路を示す。入力端子41は和信号D1を受信し、この和 信号をキャパシタ42を経てスライサ44の入力端子に供給する。スライサ44 の入力端子は抵抗43を経て適当なレベル、例えば接地レベルに接続して適切な スライスレベルを形成する。スライサ44の出力端子S1は論理比較器(EXO R)46の第1入力端子に結合し、その出力端子Aを直列抵抗47及び並列キャ パシタ48を具える低域通過フィルタに結合する。この低域通過フィルタの出力 端子を差増幅器の第1差入力端子に結合し、次いで第1抵抗49を経て増幅器5 5の負入力端子に結合し、トラッキングエラー信号TEを出力するその出力端子 を第2抵抗50を経て負入力端子に帰還結合する。入力端子51の第2の和信号 D2を対応する素子、即ちスライサ52、53、54、出力端子Bを有する比較 器56及び低域通過フィルタ57、58を経て差増幅器の第2差入力端子に供給 する。第2差入力端子を第3抵抗59を経て増幅器55の正入力端子に結合する 。増幅器55の正入力端子は第4抵抗60を経て接地レベルに結合する。第1抵 抗49と第2抵抗50との比は第3抵抗59と第4抵抗60との比に等しくして フィルタリングされた差信号の同相モード電圧を除去する必要がある。本発明で は、出力端子S1に結台された1つの遅延装置45を設けて遅延信号Sldを得て この遅延信号を論理比較器46及び56の第2入力端子に供給する。この遅延装 置は直列に接続されたインバータ及び/又はバッファにより実現することができ る。他の実施例では、遅延装置45の入力端子を出力端子S2に結合し、反転さ れた同一のトラッキングエラー信号TEを得ることもできる。回路の動作を図5 を参照して以下に記載する。 図5は、動作中にビームのマーク通過時に図4の回路内に発生する種々の時間 差信号を示す。2つの起こり得る状態を示し、図5Aは、(図3につき述べた) X−Y平面においてX<0ある場合、即ちトラックの中心の負偏差の場合を示す 。図3Bはx>0の場合を示す。第1信号61、71は第1スライサ44の出力 S1であり、第2信号62、72は第2スライサ54の出力S2である。第2信 号は第1信号に対し小さい時間Δの遅れ又は進みを有する。マークのエッジにお けるこの小さな時間差を垂直破線で示す。第3信号63、73は遅延装置45の 出力S1dであり、その遅延時間をTdで示す。第4信号64、74は第1比較器 46の出力信号A、即ちA=S1+S1dであり、第5信号65、75は第2比較 器56の出力信号B、即ちB=S2+S1dである(ここで+はEXOR関数を示 す)。信号Aのパルス67は遅延装置45の遅延時間及び比較器の伝播遅延に等 しい長さTdを有する。信号Bのパルス68は長さTd−Δを有する。x>0の 場合には、第2信号が第1信号の前に到来し、信号Aのパルス77は依然として 公称長さTdを有するが、信号Bのパルス78はそれより長いTd+Δになる。 時間差は第6行66に負方向パルス69として示され、反対の場合には行76に 正方向パルス79として示されている。これらの短パルス69、79が信号Aと Bとの時間差を表すならば、このような短パルスを回路内で形成する必要はない 点に注意されたい。本発明では信号A及びBとして比較的長いパルスを実現して いるので、これらのパルスを標準の論理素子により処理することができる。これ らのパルスの長さの差を時間差Δに対応して僅か数nmにすることができる。信 号A及びBを低域通過フィルタ処理し、両信号の差を差増幅器により決定し増幅 する。信号A及びBに存在する同相モード信号は遅延装置45の遅延時間だけ遅 延されるだけであるから正確に等しい。装置の他の実施例は複数の検出器信号に 対し個別の遅延装置を具え、複数の遅延信号を生成することができる。これは回 路の個別の部分において種々のHF信号を分離するIC設計において有利である 。他の実施例は追加のサブ検出器を具え、他の合成検出器信号を形成し、前記他 の合成検出器信号間の時間差を上述した遅延装置を具える検出装置により検出す ることができる。図4の回路は上述したようにトラッキングエラー信号を発生さ せるのに特に好適であるが、時問差信号は時間的に小距離シフトし得る信号要素 を有する複数の信号を用いる他の用途においても必要とされる。図4の回 路(及び他の実施例)は第1信号と第2信号との間の時間差に依存する差信号を 発生する差検出装置として作用させることができる。 図6は本発明検出回路の第2の実施例を示す。第1入力端子80は和信号D1 を受信し、この信号はディジタル化手段81、例えば上述したスライス手段42 、43、44により信号S1にディジタル化される。ディジタル化された和信号 S1は第1バッファ82及び第1インバータ83に結合され、これらはEXOR 回路により実現され、等しい遅延を有する論理回路を生成する。第1バッファ8 2の出力端子は第1NANDゲート84の第1入力端子に結合するとともに、第 1比較器85に結合する。第2入力端子90は和信号D2を受信し、この信号は ディジタル化手段91により信号S2にディジタル化される。ディジタル化され た和信号S2は第2バッファ92及び第2インバータ93に結合され、これらは EXOR回路により実現され、等しい遅延を有する論理回路を生成する。第2バ ッファ92の出力端子は第1NANDゲート84の第2入力端子に結合するとと もに、第2比較器95に結合する。第2インバータ93の出力端子は第2NAN Dゲート94の第2入力端子に結合する。第1NANDゲート84の出力端子は 通常のD形フリップフロップ88のプリセット入力端子PR(アクティブロウ) に結合し、そのD入力端子及びクロック入力端子は適当な正電圧、例えば+5V (図示)又は3、3Vの電源ラインに接続する。第2NANDゲート94の出力 端子はフリップフロップ88のクリア入力端子CL(アクティブロウ)に結合し 、フリップフロップ88のQ出力端子が遅延信号Sdを発生する。図4につき説 明した実施例と同様に、比較器85、95の出力を低域通過フィルタを経て差増 幅器89に供給してトラッキングエラー信号TEを出力端子98に発生させ、低 域通過フィルタは直列抵抗87、97及び並列キャパシタ86、96で構成する 。図6に示す実施例の動作は次の通りである。遅延装置はNANDゲート84、 94とフリップフロップ88の伝播遅延により形成され、総合遅延Tdを発生す る。信号Sdは、S1及びS2がともにロウであり、リセットがアクティブであ る場合にロウであるが、S1及びS2がともにハイになる、即ち2つのディジタ ル化された信号の遅れている方がハイになると同時にハイになる。従って、早い 方の信号を受信する比較器はこの信号の前縁と遅延信号Sdの後縁とにより決ま る延 長されたパルスを出力するが、他方の比較器は公称持続時間Tdのパルスを出力 する。他方の信号が遅れている場合には、出力は反対になる。この構成は、比較 器の出力端子に公称パルス又は延長パルスが形成されるのみであるので、Tdの 選択が図4の実施例のように短いパルスも形成する実施例より臨界的でなくなる 利点を有する。また、大きな時間差が発生する場合でも、即ち低記録密度の場合 でも、延長パルスが正しく形成される。 本発明装置の一実施例では、ディジタル化手段は、第1又は第2信号にそれぞ れAC結合され、信号をスライスレベルLacに対しスライスするスライス手段を 具える。図4に示す実施例では、大地に結合された抵抗43、53がスライスレ ベルLacを決定し、キャパシタ42、52がAC結合を達成する。しかし、この スライスレベルLacはデータ再生用に発生される通常のスライスレベルLfと大 きく相違する。Lacは、スライス前のLac以上の信号面積がLac以下の信号面積 に等しいとともに、スライス後のLf以上の信号面積がLf以下の信号面積に等 しくなるように発生される。非対称HF入力信号の場合には、信号Lacはデータ 再生に許容し得ないエラーを示す。しかし、本発明は、トラッキングエラー信号 を発生するためにはこのエラーは全く許容し得ることを確かめた。この構成は、 AC結合スライサはスライス後の帰還を必要とせず、回路を一層容易に製造し得 るとともに悪い光学走査覆境においても許容し得るスライスレベルを一層高速に 得ることができる利点を有する。 図7は図2につき述べた4つの検出器信号を処理する本発明装置用のDTD4 用検出回路を示す。4つの信号は図3につき述べた4つの検出器31、32、3 3、34の信号C1、C2、C3、C4とすることができる。図4に示す回路の 低域通過フィルタまでの入力回路を2倍にし、入力端子101及び111の信号 C2及びC3上部セクションで比較し、入力端子121及び131の信号C4及 びC1を下部セクションで比較する。4つの入力端子101、111、121、 131を4つのディジタル化セクションに結合し、各ディジタル化セクションは キャパシタ102、112、122、132と、抵抗103、113、123、 133と、スライサ104、114、124、134を具え、4つのディジタル 化された信号S2、S3、S4、S1を発生する。上部遅延装置105はディジ タル化された信号S2に基づく遅延信号S2dを発生し、下部遅延装置125はデ ィジタル化された信号S4に基づく遅延信号S4dを発生する。遅延信号S2d及び S4dをそれぞれディジタル化信号S2及びS3、及びS4及びS1と4つの比較 器106、116、126、136により比較する。これらの比較器は低域通過 フィルタに結合された出力端子を有し、各低域通過フィルタは直列抵抗107、 117、127、137及び並列キャパシタ108、118、128、138を 有する。4つの低域通過フィルタの出力端子を単一の差増幅器115に結合し、 DTD4の公式に従って、S2及びS4に基づく時間差信号を差入力抵抗109 、129を経て差増幅器115の負入力端子に結合し,S3及びS1に基づく時 問差信号を差入力抵抗119、139を経て差増幅器115の正入力端子結合す る。トラッキングエラー信号TEが差増幅器115の出力端子に発生し、負帰還 抵抗110を経て負入力端子に供給される。差入力抵抗109、119、129 、139は低域通過フィルタ内の抵抗107、117、127、137より著し く大きくして低域通過フィルタリングの影響を阻止する。DTD4回路は悪い走 査状態でも高信頼度のとエラー信号を発生し得る利点を有する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. 情報を表す光学的に読取り可能なマークを具えるトラックを有する記録担 体(1)を走査する装置であって、記録担体を光ビームで走査する走査手段(12,1 3,14)と、トラッキングエラー信号に基づいて光ビームの位置をトラック方向に 直角方向に制御するトラッキング手段(11)とを具え、該トラッキング手段が記録 担体からの光ビームを受光する複数の検出器(8)を含む検出装置(15)、これらの 検出器の出力信号から取り出された第1信号と第2信号との間の時間差に依存す るトラッキングエラー信号を発生する電子回路(10)を具える走査装置において、 前記検出装置は第1及び第2信号をディジタル化するディジタル化手段(44,54) と、第1及び/又は第2ディジタル化信号に基づく遅延信号を発生する遅延手段 (45)と、該遅延信号と第1及び/又は第2ディジタル化信号とを比較してトラッ キングエラー信号を発生させる比較手段(46,56)とを具えることを特徴とする走 査装置。 2. 前記遅延信号は、他方に対し遅れている第1及び第2信号の何れか一方に 基づくものであることを特徴とする請求項1記載の走査装置。 3. 前記ディジタル化手段はスライサ手段(44,54)と、第1又は第2信号をス ライサ手段に結合させ、その信号をスライスレベルに対しスライスさせるAC結 合手段(42,52)とを具えることを特徴とする請求項1記載の走査装置。 4. 前記比較手段は、前記遅延信号と前記第1ディジタル化信号との間の差に 依存する第1比較信号及び前記遅延信号と前記第2ディジタル化信号との間の差 に依存する第2比較信号を発生する手段(46,56)と、前記比較信号を平均化する 低域通過フィルタ手段(47,48,57,58)と、前記低域通過フィルタ手段の出力端 子に結合され、トラッキングエラー信号を発生する差測定手段(55)とを具えるこ とを特徴とする請求項1記載の走査装置。 5. 前記検出装置は、更に、前記複数の検出器の出力から取り出された第3及 び第4信号をディジタル化するディジタル化手段(124,134)と、第3及び/又は 第4ディジタル化信号に基づく第2遅延信号を発生する第2遅延手段(125)を具 え、且つ前記比較手段は前記第2ディジタル化信号を前記第3及び/又は第4 ディジタル化信号と比較する手段(126,136)を具えることを特徴とする請求項1 記載の走査装置。 6. 情報を表す光学的に読取り可能なマークを具えるトラックを有する記録担 体を走査する光ビームのトラッキングエラー信号を検出する検出装置であって、 記録担体からの光ビームを受光する複数の検出器(8)と、これらの検出器の出力 信号から取り出される第1信号と第2信号との間の時間差に依存するトラッキン グエラー信号を発生する電子回路(10)を具える検出装置において、当該検出装置 は第1及び第2信号をディジタル化するディジタル化手段(44,54)と、第1及び /又は第2ディジタル化信号に基づく遅延信号を発生する遅延手段(45)と、該遅 延信号と第1及び/又は第2ディジタル化信号とを比較してトラッキングエラー 信号を発生させる比較手段(46,56)とを具えることを特徴とする検出装置。 7. 第1信号と第2信号との間の時間差に依存する差信号を発生する差検出装 置において、当該差検出装置は第1及び第2信号をディジタル化するディジタル 化手段(44,54)と、第1及び/又は第2ディジタル化信号に基づく遅延信号を発 生する遅延手段(45)と、該遅延信号と第1及び/又は第2ディジタル化信号とを 比較してトラッキングエラー信号を発生させる比較手段(46,56)とを具えること を特徴とする差検出装置。
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