JP2004503044A - デジタルデータディスクの読取りを改善する方法 - Google Patents

Abstract

データディスク駆動装置において、データディスクと信号のピックアップ検出器システムとの間の光路長を調整するための制御信号を調整する方法であって、前記制御信号は、予想される読取り信号からの実際の読取り信号の偏差に応じて調整され、前記制御信号の調整は前記偏差の傾向に依存する。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の前段に対応するデータディスク駆動装置における、データディスクと信号のピックアップ検出器システムとの間の光路長を調整するための制御信号を調整する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（先行技術の説明）
１９８０年代の始めにコンパクトディスク（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ（ＣＤ））が市場に供給され、光ディスク駆動装置（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ（ＯＤＤ））の時代が始まった。光ディスク駆動装置は、とりわけ信号のピックアップとディスクとの間に物理的接触がないことによって特徴付けられる。したがって、ピックアップの位置を制御してディスクからのデータ読取りを可能にするには、フィードバック制御が必要である。２つの主要な制御ループとして、レーザーの焦点を信号層上に維持する電子焦点制御ループと、トラックを追跡する電子ラジアル制御ループが挙げられる。フィードバック制御の閉ループは、物理変数（この場合、トラックまたは信号層に対する位置）が測定され、それを使用してこの物理変数に作用する制御信号（ここでは、ピックアップを駆動するコイルに与えられる電圧）を計算する際に形成される。
【０００３】
たとえば音楽ＣＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、またはデジタルビデオディスクのような光ディスク上のデータトラックは、いわゆるピットからなり、このピットは、光ディスク上のその周囲の領域とは異なる反射率を有している。反射率の変化は、ディスクの回転時に検出され、そこから情報が抽出される。反射率は、多ビームシステムによって測定され、このシステムは、レーザー光を光ディスク上に集束させ、検出器システムに反射させるものである。
【０００４】
通常、ＣＤ−ＲＯＭの読取りには、読取りおよび制御機能のための３つのビームが適用される。これらの３つのビームは、ビームスプリッタを構成する装置によって単一のレーザーから生成することもできる。１つのビーム（中央ビーム）は、トラックを追跡し、そのピットを読取って情報を抽出するためのものであり、２つのサテライトビーム（側方ビーム）は、中央ビームをトラック上に位置合わせするためにラジアル制御ループで使用される（図１に、サテライトビーム１０１、１０２、および中央ビーム１００の位置を示す）。この目的は、中央ビーム１００をピット１０４の中央に位置合わせすることである。中央ビーム１００の位置が合っている場合、側方ビーム１０１、１０２の反射強度は等しくなる。しかしながら、これらのビームの位置がトラックに対して外れた場合、ビーム１００’、１０１’、１０２’、またはビーム１００”、１０１”、１０２” に示すように、２つのサテライトビーム１０１’、１０２’、または１０１”、１０２” からの反射信号は異なり、その相違をレーザービーム１００、１０１、１０２の半径方向の調整に使用することができる。
【０００５】
光ディスク上または光ディスク中に存在する信号層上の焦点位置の調整には、通常、いくつかの区画を備えた区画化検出器システムが使用される。図２に、３つの区画２０１、２０２、２０３を備えた区画化検出器システム２００を示す。図２（ｂ）には、中央ビーム１００の焦点がディスクの信号層上に合っている状況が示されている。この場合、検出器２０５上の反射像２０４は円である。焦点が外れた場合、図２（ｃ）および図２（ｄ）にそれぞれ示されるように、検出器上の中央ビームの反射像２０４’、２０４” は非点収差によって楕円になる。焦点が外れた場合には、第１区画２０１の信号Ｄ１と第２区画２０２の信号Ｄ２には相違が生じ、電子焦点制御ループにおいてこの相違を使用して、レーザーからディスク上の信号層への光路長を調整するものである。先行技術によれば、光路長を示す測度としてこれらの信号間の差、Ｄ１−Ｄ２、が使用される。
【０００６】
従来、Ｐｈｉｌｉｐｓ（登録商標） Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ 製のＣＤプレーヤーに組み込まれた異常検知システムが知られている。このシステムでは、サテライトビームからの信号の低下が検出されると、焦点制御ループ、または焦点制御ループとラジアル制御ループの両方が停止される。このように、このシステムは、この低下の原因をディスク欠陥であると予想し、信号の低下の結果として、その間のビーム調整を防止することによってディスク駆動装置の読取り性能を調整している。この停止作用の判断基準は、２つのサテライトビームからの反射光の検出強度の合計が、実際の強度レベルの７５％を下回るまで急激に低下することである。これらのＣＤプレーヤーについては、衝撃が検知されるとすぐにラジアル制御ループの帯域幅を２倍にすることを開始する衝撃検知システムも知られており、このシステムでは、衝撃感度は調整可能である。この調整方法は魅力的に見えるが、実際には、このシステムでは不十分な場合があることが知られている。
【０００７】
一般に、ダイオード信号の変動の要因となる乱れは、主に２つのグループに分けられる。第１のグループは、衝撃、振動、スピーカからの音響作用、たとえば偏心によるトラックの変動などの、トラックに対する焦点位置の実際の変化からなり、第２のグループは、傷、指紋、埃のような、トラックに対する焦点位置の実際の変化を伴わないダイオード信号の変動の要因となるディスク欠陥からなる。
【０００８】
第１のグループでは、制御電圧の急速な変化が要求され、これは、通常、制御装置において閉ループの帯域幅を広げることによって達成される。一方、乱れの第２のグループでは、制御電圧の変化は避けるか、少なくとも最小にすべきであり、これは、通常、帯域幅の狭い制御装置によって達成される。制御装置は、閉ループの帯域幅を広げ、トラックを追跡する光ビームを感度良くかつ高速に調整する場合には、外部からの乱れ（以下、外乱と記す）に対して良い性能を有し得るが、信号層中のトラックの代りに、傷のようなディスク面の欠陥を追跡してしまう可能性がある。このことは、システムの閉ループの帯域幅に対して、矛盾する要求を突き付けるものである。
【０００９】
ＣＤプレーヤーの使用者は、家庭や車内において、ＣＤプレーヤーがトラックの一部を繰り返し再生したり、別のトラックにランダムに跳んだりした経験を持っていることだろう。使用者にとって驚くべきかつ苛立たしいことに、最悪の場合、ＣＤプレーヤーが再生を停止してしまうことすらある。表面欠陥や外乱を補償することによって使用者のこの種の苛立ちを回避するために、車載用のＣＤプレーヤーには、据置型のディスク読取りシステムとは異なるシステムが採用されている。車載用の光ディスクプレーヤーの場合、ディスク読取り装置は相当な衝撃と振動にされされるため、制御装置は広い帯域幅に固定されて使用される。この目的は、上記外乱の間にトラックを見失わないためである。対照的に、家庭用のステレオで使用されるディスク駆動装置は、光ディスク上の傷や指紋の補償に特化するために比較的狭い帯域幅に固定された制御装置を有している。帯域幅が広いと傷を追跡してしまう場合があり、その結果トラックを見失うためである。これらの調整の代償は、他の種類の乱れに対する補償の可能性が限定されることである。たとえば車載用のプレーヤーはディスクの表面欠陥に非常に敏感であり、一方、家庭用ステレオのプレーヤーは外乱に対して非常に敏感である。
【００１０】
これらの光ディスク駆動装置の読取り性能を、予想されるエラーに基づいて調整できることが望ましい。たとえば、特定のディスク駆動装置を車中で使用する場合には帯域幅を大きな値に調整し、その同じプレーヤーを家庭で、傷の付いたディスクと共に使用する場合には、帯域幅を小さな値に調整する必要がある。使用者には、通常、帯域幅の調整方法についての知識はないため、手動による調整システムでは不十分である。
【００１１】
たとえばハードディスクのような、パーソナルコンピュータの分野で知られている他のデジタルデータ記憶ディスクについても、同様の読取り問題が生じる場合がある。この場合でも、表面上の埃や振動によって、このデータ記憶装置からの読取りが乱される可能性がある。
【００１２】
以上により、本発明は、信号読取りエラーが生じるデジタルデータディスク駆動装置にいて、信号の読取り方法を改善することを目的とする。
【００１３】
この目的は、上記導入部分で説明し、請求項１にしたがって特徴付けられる方法によって達成される。
【００１４】
ディスク駆動装置は、信号のピックアップ検出器システムを有し、このピックアップ検出器システムは、対応する読取り信号をＳ１およびＳ２とする少なくとも２つの側方ビーム検出器と、対応する読取り信号をＤ１およびＤ２とする少なくとも２つの区画を有する１つの区画化中央検出器を備えるものとする。原理的には、これらの検出器中にはより多くの区画があってもよいし、さらにはより多くの検出器があってもよい。後者の場合、当業者は、そのようなシステムにも適用できるように本発明を修正することができるであろう。本発明は、検出器システムにおいて上述した検出器アセンブリによって説明されたとしても、この特定の構成に限定されると見なされるべきではない。
【００１５】
データディスク駆動装置の適正な動作のために、信号Ｓ１、Ｓ２が読取られて検出器システムの焦点のトラック上への維持に使用され、Ｄ１およびＤ２は、主に適正な焦点調整のために使用される。正常な条件下では、これらの信号の値は、検出器とディスクとの間の光路長が最適化調整されるまで、僅かしか変動しない。この調整は、光路長を決定するハードウェアの制御信号を調整することによって達成される。制御信号は、通常は、検出器システムもしくは対応するレンズ系、またはその両方を移動させるコイルに対する電圧であり、それによって、データディスクの信号層と検出器システムとの間の光路長が変更される。
【００１６】
正常動作時には、読取り信号Ｓ１、Ｓ２、Ｄ１、およびＤ２は、ある特定の値を取るものと予想される。しかし、実際の読取り信号は、たとえば振動やディスク欠陥（たとえばディスク表面上の傷）のような乱れによって、これらの予想される値からの偏差を有する場合がある。実験によって示されたように、上記信号は、読取りエラー時に、そのエラーの要因に依存した特徴的な傾向を有して変動する。したがって、さまざまな信号の傾向を、特定の種類の乱れによって生じるものとして解釈できる。この解釈は、現在観測された傾向と、たとえば先行する実験において観測され、データベース中に記憶されたさまざまな傾向とを比較することによって実施される。この解釈は、データディスクからのデータ読取り時に自動的に実行される。
【００１７】
観測された傾向と記憶された傾向との間の類似性を発見した場合、そのエラーは既知の種類のエラーであると予想することが可能であり、制御信号の調整を、この既知のエラーに基づいて実施することができる。
【００１８】
たとえば、上記導入部分での好ましい帯域幅についての説明にしたがえば、読取りエラーが衝撃、振動、スピーカーからの音響作用、または偏心によるものと予想される場合には、制御信号の応答速度を増大させ、読取りエラーがディスク表面上の傷、指紋、または埃によるものと予想される場合には、上記応答速度を減少させることができる。
【００１９】
しかし、以下において明らかになるように、制御信号の調整は必ずしも帯域幅すなわち応答速度に関連付ける必要はない。いわゆるフィードフォワードのような他の方法を使用することもできる。フィードフォワード技術は、以下の例によって説明できるだろう。ディスクから信号が読取られるものと想定する。光線がディスク上の傷の開始位置に到達して読取り信号にエラーが生じ、本発明にしたがって、傷によるものと正しく認識されたとする。ディスクの次の回転においてこの傷が再び出現し、その結果、新しいエラー信号が生じる。しかし、フィードフォワード原理によって、この傷はトラック上のこの位置にあると予想され、したがって、エラーを含む新しい読取り信号を訂正することができる。この訂正は、実際には、現回転におけるエラー信号から、直前の回転における信号のエラー部分を減算することによって実行される。このようにして信号は調整され、信号のエラー部分は回避されるか、または少なくとも最小化される。傷の影響は、データディスクの１つの回転から次の回転へと多少変動する場合もあるため、完全な回避が保証されるわけではない。
【００２０】
上述したように、偏差の傾向は、信号Ｓ１、Ｓ２、Ｄ１、およびＤ２の相互関係から認識される。この相互関係は、４次元空間中の実際の読取り点 ［Ｓ１，Ｓ２，Ｄ１，Ｄ２］ の位置に等しく、この位置は、焦点外れ、不十分なトラック追跡、および後述するその他のエラー要因によってこの空間中を変動する。適正な焦点調整およびトラック追跡による正常読取りは、この４次元空間中の基準点に対応する。２種類のエラーは、この４次元空間で考慮する場合、明白に異なった振る舞いを示す。第１種のエラーは、乱れが、たとえばピックアップ位置の不正による光路長の不正、または理想的なトラックからの偏移によるものである。この要因としては、振動、またはデータディスク上のトラックの偏心が挙げられる。このエラーは、半径方向および焦点方向の偏移に一意的に依存する結果を信号にもたらし、４次元空間中の低次元の面で表される。以下、この面を特性外乱面と呼ぶ。第２種のエラーは、ディスク上の傷、指紋、または埃のようなディスク欠陥によるものである。これらの信号点は、一般に、特性外乱面上にはない。
【００２１】
調査によって、信号が特性外乱面上にある場合またはない場合にかかわらず、制御信号の予防的な調整を開始することができる。帯域幅の調整が好ましい調整である場合、特性外乱面上の偏差に対しては帯域幅を増大させ、特性外乱面上にない偏差に対しては帯域幅を減少させることができる。
【００２２】
実際の実行の例は以下のようなものである。正常読取りに対応する基準点と共に２次元のＤ１−Ｄ２図に描かれた読取り信号Ｄ１およびＤ２の相互関係、すなわち基準点に対する実際の読み取り点 ［Ｄ１，Ｄ２］ の位置から、エラーの特徴が明らかになる。読み取りエラーがディスク上のトラックの偏心によるものである場合、２次元のＤ１−Ｄ２図におけるＤ１およびＤ２の位置変化には、原点から基準点に至る方向と平行に、ただし原点から基準点を超えて遠ざかる成分が含まれる。読取りエラーが、ディスク表面上の指紋または傷のような表面被覆によるものである場合、２次元のＤ１−Ｄ２図におけるＤ１およびＤ２の位置変化には、原点から基準点に至る方向と平行に、かつ基準点から見て原点に向かう成分が含まれる。一方、読取りエラーが機械的な振動によるものである場合、２次元のＤ１−Ｄ２図におけるＤ１およびＤ２の位置変化には、原点から基準点に至る方向に垂直な方向の成分が含まれる。
【００２３】
このように、偏差の特徴を考慮することによって、エラー要因をかなりの程度まで判別することができ、それを、エラーによる読取り性能の乱れを最小化するために、たとえば光路長調整用の電圧のような制御信号の調整に使用することができる。
【００２４】
本発明のさらなる実施形態では、データ読取り中に、検出器システムに対するディスクの位置が繰り返し推定される。好ましくは、実際の位置計算は実行されないことに注意されたい。検出器信号は、信号層から検出器システムへの相対位置および光路長を示すものであるため、検出器信号を推定することで十分であるためである。簡単のため、以下では、実際の推定が電圧信号に関する場合であっても、位置という用語を繰り返し使用する。
【００２５】
この推定に前もって必要なものは、たとえばピックアップに送信される電圧信号のような制御信号を、たとえば検出器信号によって表される実際の光路長に関連付ける計算済みのモデルである。このモデルは、制御信号に対する最初の推定を保証するものである。新しい推定に対しては、その時点での実際の検出器読取りと共にそれ以前の推定が使用される。好ましくは、予想される読取り信号からの実際の検出器信号の偏差は、位置推定に基づいて位置の偏差に変換され、その傾向に応じて新しい位置推定に対して重み付けされるものである。
【００２６】
実際の読取り点が、特性外乱面から大幅に離れている場合、そのエラーは、データディスクとピックアップとの間の距離の変化による実際の焦点外れではなく、傷、指紋、または埃である可能性が高い。したがって、たとえその偏差が距離の変化のように見えたとしても、それは無視するか、または少なくとも特性外乱面上もしくは特性外乱面付近の信号ほどには重み付けされないようにする必要がある。信号の偏差が重み付けされる度合いは、４つの検出器信号Ｓ１、Ｓ２、Ｄ１、Ｄ２のパターンもしくは傾向だけではなく、これらの信号変化の時間依存性にも基づいていることが好ましい。このようにして、新しい推定のたびに、制御信号と共に以前の推定にも基づく予備的な推定値が計算される。検出器信号のこの推定値からの偏差は、その特性によって、この偏差がたとえば傷であるかまたは外乱であるかを明らかにするものであり、その偏差の特性に応じて推定値を補正するために重み付けされる。
【００２７】
この種の推定に適用可能なモデルは、周知のカルマンフィルタであり、これは統計的データモデルに適用されるが、この種の問題に対して適用されたことはまだない。カルマンフィルタは、以前の推定と現在の観測に基づいて推定値を計算するための効率的な回帰モデルである。他の種類の推定器、たとえば、いわゆるルーエンバーガー（Ｌｕｅｎｂｅｒｇｅｒ）オブザーバモデルも適用できる。
【００２８】
本発明のさらなる展開において、この方法を、ディスク駆動装置中のディスクの事前走査によって補強することもできる。この走査によって、実際のデータ読取りの開始前に、ディスク上の表面欠陥を見つけることができる。これらの表面欠陥の位置を示す情報をデータベースに記憶し、その特定の位置におけるデータ読取り時に、データピックアップシステムの位置決めシステムの応答速度を調整するために使用してもよい。たとえば、この走査を半径方向もしくは円周方向、またはその両方の経路に沿って実行することもでき、それによってディスク上のエラーマップが得られる。また、この走査から得られたデータを、上述したフィードフォワード手順において使用することもできる。
【００２９】
傷および指紋を検出するためには、実際には、ダイオード測定のサンプルが複数個必要であり、したがって、傷の開始から検出時までに遅れが生じる。この検出時間中に、カルマンフィルタを使用して推定された位置がエラーとなり、この推定値を検出時から訂正したとしても、この動作は十分ではない。したがって、傷が出現した時から、推定値の訂正をすることが有利である。これは、元の推定値および制御電圧を記憶し、僅かに重み付けされるかまたは重み付けされていない測定値と共に使用して推定値を再計算することによって可能となる。本発明において、データディスク読取りに対して適用されるこの方法は、バックトレーシングと呼ばれる。
【００３０】
以下において詳細に説明されるように、与えられた例が音楽ＣＤに関連するものであるとしても、この方法は、たとえばコンピュータのハードディスク、ＤＶＤ、磁気データディスクのようなその他のデータディスクに対しても同様に適用されるものである。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明をさらに詳しく説明する。図１に、いわゆるピット１０４を備えたデジタルデータディスク１１０の表面を示す。ピットは、ディスク１１０の信号層中に保持されたデータに相当するものである。通常、ＣＤ−ＲＯＭの読取りには、読取りおよび制御機能のために３つのビーム１００、１０１、１０２が適用される。これらの３つのビーム１００、１０１、１０２は、ビームスプリッタを構成する装置によって、単一のレーザーから生成されていてもよい。１つのビーム１００は、読取って情報を抽出するピット１０４を備えたトラック１０５を追跡するためのものであり、２つのサテライトビーム（側方ビーム）１０１、１０２は、電子ラジアル制御ループにおいて、中央ビーム１００をトラック上に位置合わせするために使用される。その目的は、中央ビーム１００をピット１０４の中央に位置合わせすることである。中央ビーム１００の位置が合っている場合、側方ビーム１０１、１０２の反射強度は等しくなる。しかし、これらのビームの位置がトラックに対して外れた場合、ビーム１００’、１０１’、１０２’、またはビーム１００”、１０１”、１０２” で示されるように、２つのサテライトビーム１０１’、１０２’、または１０１”、１０２” からの反射信号は異なり、それをレーザービーム１００、１０１、１０２の半径方向の調整に使用することができる。
【００３２】
図２ａに、１つの中央検出器２０５と２つのサテライト検出器２０６、２０７を有する検出器システム２００を示す。２つのサテライト検出器２０６、２０７は、ビーム１００の位置合わせ用の、図１に示す２つのサテライトビーム１０１、１０２の強度を測定するために使用される。光ディスク上の焦点を調整するために、通常、いくつかの区画（ｓｅｃｔｏｒ）、たとえば３つの区画２０１、２０２、２０３、を備えた区画化（ｓｐｌｉｔ）検出器システム２０５が使用される。図２ｂには、中央ビーム１００の焦点がディスクの信号層上に合っている状況が示されている。この場合、検出器２０５上の反射像２０４は円である。焦点が外れた場合、図２ｃおよび図２ｄにそれぞれ示されるように、検出器上の中央ビームの反射像２０４’、２０４” は非点収差によって楕円になる。焦点が外れた場合には、第１区画２０１の信号Ｄ１と第２区画２０２の信号Ｄ２には相違が生じ、焦点位置と信号層との間の絶対距離を直接測定することはできないため、電子焦点制御ループにおいて、この相違を使用して、レーザーからディスク上の信号層への光路長を調整するものである。
【００３３】
図３には、検出器の２つの区画２０１、２０２上の測定強度Ｄ１、Ｄ２の差、Ｄ１−Ｄ２、が示されている。ここで、横軸は適当な単位での信号層からの距離、縦軸は適当な単位での差信号である。焦点が信号層上にある場合、Ｄ１とＤ２は等しく、これは横軸上の０に対応し、適切な配置における信号強度Ｄ１およびＤ２の差は０である。焦点３０１の近傍では、Ｄ１とＤ２との差は信号層と焦点位置との距離に直接比例し、そのことは線形領域３０２に反映されている。
【００３４】
信号Ｄ１およびＤ２の差のみを考慮することには、たとえば振動やディスク上の傷などの、異なる要因を区別できないという欠点がある。したがって、本発明では、エラーの要因を解釈するために、読取りエラー時のＤ１とＤ２との依存性がより綿密に分析される。このＤ１とＤ２との依存性は、図４のように、２次元の線図として描くと都合がよい。おおよそ三角形をなす曲線４００は、信号層からの焦点の外れによる信号強度の変動に対応する。実際には、曲線４００は、焦点の半径方向の位置がトラックから外れている場合の信号強度に対応する。半径方向の位置がトラック上にある場合には、ピット１０４の反射率がピット周囲のディスク領域の反射率よりも小さいため、反射強度は小さくなる。この場合、Ｄ１とＤ２との依存性は、この線図に示す小さな曲線４００’のようなものになり、この曲線は、尺度因子を除いて大きな曲線と同様である。この尺度因子は、適正なトラックからの偏移に依存し、したがって側方ビームの反射信号に関連する。したがって、２つの曲線４００、４００’は共に特性外乱面の２次元への射影であり、２つの極端な場合を例示するものである。すなわち、トラックに対して適正に位置合わせされている場合と、トラックから外れた領域における反射の場合である。
【００３５】
図３の線形領域３０２は、焦点位置４０４’を含む図４の線形領域４０２’に対応する。焦点の外れが僅かな場合には、実際の焦点と信号層との間の距離の変化は小さいため、Ｄ１とＤ２との間の関係はこの線形領域４０２’上に留まるだろう。しかし、傷のような欠陥のためにＤ１もしくはＤ２、またはその両方の信号が減衰する場合、線図に示されたＤ１とＤ２との関係は、線形領域４０２’の外側のハッチングされた領域４０１’に位置するような傾向を示すだろう。この振る舞いを見分けることによって、信号Ｄ１、Ｄ２の変化を解釈し、その変化の要因を明らかにするか、あるいは少なくともその変化の要因に対する十分な根拠を有する示唆を与えることができる。
【００３６】
読取りエラーに対する可能な理由を例示するため、図５には、データディスクからのデータ読取りの間の、信号Ｄ１、Ｄ２の一連の測定におけるさまざまな状況が示されている。
【００３７】
図５ａに示す強度プロファイルは、最適強度４０４’から離れる方向に延びたハロー５０２からなる。したがって、この反射強度は、最適強度４０４’と、それを超える強度との間を変動しているように見える。これは、ラジアル制御ループが追跡すべきディスク上のトラックの偏心であり、ビーム位置決めシステムが僅かに遅れてしか追随していないものと解釈できる。この偏心は、ディスクの回転速度に等しい周期性を有して周期的である。ハロー５０２の強度の変動は、４次元ダイオード信号空間中の特性外乱面に属するものとして特徴付けられることに注意されたい。
【００３８】
図５ｂは、指紋で覆われたトラックの読出し時に測定される信号を例示するものである。グラフ中のこの信号には、ハロー成分５０２と、焦点４０４’の周りのにじみ領域５０４として生じる付加的な成分が含まれる。このにじみ領域５０４中のすべての強度点が特性外乱面に属すると言えるわけではないことに注意されたい。点の一部は理想的な焦点４０４’と原点５０３との間に位置するためである。
【００３９】
図５ｃは、ディスクのトラック上の傷に対して測定される信号を例示するものである。傷によって信号層の反射率が急激に低減し、信号Ｄ１およびＤ２は高い値と低い値との間を推移する。この場合には、この強度プロファイル上の点は、その点の一部は理想的な焦点４０４’と原点５０３との間にあるため、特性外乱面に属するとは言えないことに注意されたい。
【００４０】
図５ｄは、トラックにペンのインクが塗布されたときの信号の読みを例示するものである。この事例は、図５ｂに示す指紋の事例や、図５ｃに示す傷の事例と異なっている。この場合にも、この強度プロファイル上の点は、その点の一部は理想的な焦点４０４’と原点５０３との間にあるため、特性外乱面に属するとは言えないことに注意されたい。
【００４１】
図５ａ〜図５ｄに示した測定を、振動を加えて再度実験した。その結果を図６ａ〜図６ｄに示す。この場合、図５ａ〜図５ｄの特性パターンを容易に見ることができる。しかし、このパターンを図４に示した線形領域４０２’の方向に沿ってずらす成分が付加され、特性パターンは焦点４０４’から原点５０３に至る方向に垂直なこの線形領域４０２’に沿って広がっている。図６ａに示す測定値は、すべて４次元信号空間中の特性外乱面に属するものとして特徴付けられ、一方、図６ｂ、図６ｃ、および図６ｄの測定値には、すべて、ディスク欠陥によって特性外乱面からずれた測定値が含まれることに注意されたい。
【００４２】
結論として、読取りエラーの種々の要因は、信号Ｄ１およびＤ２の関係の性質によって判別することができる。信号変化または信号エラーの要因の予想にしたがって帯域幅を変化させ、信号の低下を最小化することができる。帯域幅の変化は、たとえば１ミリ秒以内といった極めて短い時間内に実行することができ、データディスクの信号層からのデータの読取りの間に、応答速度の調整を達成することができる。
【００４３】
位置決めシステムの応答速度の調整によって読取り性能を最適化するために、さまざまな方法を使用することができる。１つの好ましい方法を、図７に示すブロック図７００に例示する。この方法は、焦点方向と同様に半径方向の調整に対しても有効なものであるが、以下では、焦点方向の調整のみについて説明する。ピックアップシステム７０２は、検出器システムを備え、さらに光ディスク駆動装置の場合には、光源および光学系も備えている。ピックアップ７０２は調整可能であり、それによって信号層と検出器システムとの間の光路長を変更することができる。この調整は、通常は電圧である制御信号７１２に対する応答として実行される。たとえば外的な振動のようなピックアップ７０２に作用する外乱７０１、およびデータディスク上に起こり得る傷７０３や指紋などによって、検出器システムのダイオードからの信号７０４は変動する。このブロック図の上部７１９は、データディスク装置の機械的な部分を示し、下部７２０は制御システムを示す。制御システムは、ディスクの信号層上に焦点を維持するための制御信号７１２を発生するものである。
【００４４】
ダイオード信号７０４から、焦点と信号層との間の相対距離が計算される（７１６）。この計算された相対距離は、必ずしも線形の測度で表される必要はなく、任意の値をとって相対距離を表す信号であってもよい。たとえば、最も簡単な形では、位置計算７１６は信号の差、Ｄ１−Ｄ２、として実行することができ、この差信号は、図３に示すように、焦点３０１の近傍では位置の偏差に線形に依存する。好ましくは、位置計算にはサテライトダイオードからの信号Ｓ１およびＳ２も含め、半径方向のトラッキング誤差を補償するものである。
【００４５】
制御システムには、推定器７１８が含まれ、その目的はモデル状態７１０を計算することである。モデル状態７１０は、ピックアップシステムの位置および運動を記述するベクトルである。たとえば、モデル状態ベクトルは、信号層に対する焦点の速度および位置を反映する。このモデル状態７１０から、制御装置７１１において制御信号７１２が計算される。簡単な場合、モデル状態の成分の線形結合を作る計算であってもよい。
【００４６】
推定器７１８には、制御電圧７１２に依存するピックアップ位置のモデル７０７が含まれる。モデル７０７は、ピックアップ７０２の運動を記述する微分方程式の解を実装するものである。このモデル７０７は、モデル状態７１０および信号層の位置に対する焦点の位置の推定値７０６を出力する。モデル７０７が制御電圧７１２のみを使用してモデル状態７１０を計算したとするならば、ピックアップのモデル状態７１０と実際の状態とは、モデルの不完全性および測定されない外乱７０１のために、短時間のうちに大きく乖離してしまうであろう。この問題は、ルーチン７０５で計算される、推定された位置７０６からの現在測定された位置７１７の偏差７１４を使用して、位置モデル７０７に補正７０９を実装することによって克服される。補正項７０９は、状態ベクトル７１０の各々の成分に対する補正因子７０８によって重み付けされた偏差７１４を使用して計算される。この推定の形式は他の応用においても広く利用され、カルマンフィルタ、ルーエンバーガー推定器、またはその他の種類の推定器であってもよい。これらの推定器は、すべて本発明で使用することができる。ここに記載された推定器７１８は、状態オブザーバとしても知られている。
【００４７】
推定器７１８の構成は、設計者が、測定信号７１７に対する信頼度に応じて、測定位置７１７中の情報に重み付けできるという利点を有している。本発明では、モデル補正７０８は、欠陥検知アルゴリズム７１３によって制御されている。欠陥検知アルゴリズム７１３は、予想される読み取り信号からの実際の読み取り信号の偏差の傾向に応じて、重み因子７０８のための信号７１５を生成する。
【００４８】
本発明をさらに詳細に説明するために、以下において３つの事例を検討する。
【００４９】
第１の事例は、制御システム７２０が動作を開始した時の状況に関する。この場合、ピックアップ状態と推定状態との間には、かなりのずれがある可能性がある。この状況において、推定状態は短時間のうちにピックアップ状態に収束する必要がある。設計者は、補正因子７０８を適切に選択することによって広範囲の収束速度をもって推定器７１８を設計することができ、その中から好ましい収束速度を選択できる。
【００５０】
第２の事例は、ピックアップシステム７０２が、機械的な衝撃や振動によって加速７０１にさらされる場合である。この加速は、推定器７１８によって、補正因子７０８を考慮する測定システムを介して供給される補正項７０９を通じてのみ観測される。推定器７１８は、ピックアップ状態を、遅延を伴って追跡することができるのみである。この場合でも、補正因子７０８の適切な選択によって、制御装置７１１で計算される制御電圧７１２の十分な高速変動を達成するために必要だと設計者が考えるだけ、この遅延を低減することができ、それによって外乱によって生じる位置偏移を十分に低減することができる。通常、この選択は、動作開始時のためになされる選択とは矛盾しない。
【００５１】
第３の事例は、ディスク上の傷７０３または他の欠陥によって、ピックアップの動作とは独立にダイオード信号７０４の変動が生じる場合である。この場合、位置の測定値７１７は実際の位置からずれ、補正機構は、モデル状態７１０を変更し、推定位置７０６を測定された位置に収束させようとする。しかし、そのようなエラーを含む測定値に従うことによって、正常な焦点を失う誤った位置にピックアップを移動させる制御電圧が出力されるであろう。したがって、この場合には、一切補正をしないか、または少なくともこの収束を非常に遅くする補正因子を使用することが有利である。
【００５２】
上記３つの事例から明らかなように、すべての状況に同じ推定器で対応する場合には、補正因子の選択において競合が生じる可能性がある。しかし、本発明によれば、この明白に競合する状況は、次のようにして解決される。信号の特性は、ルーチン７１３において、可能なエラー要因の中から最も可能性の高いエラー要因を判別するために記憶されたデータと比較して分析される。ここで、エラー要因は、図５および図６に示して説明したような傾向にしたがって見出されるものである。信号の偏差もしくは変動７１４が、傷または同等物によるものと判別できる場合には、分析ルーチン７１３は、続く補正項７０９においてエラー読取り７１４に対して低い重みを与えるような信号７１５を送信する。エラーを処理する別の方法は、信号７１５の代りに信号７２１を位置計算ルーチン７１６に送信し、減算の前に測定信号が重み付けされるようにすることである。
【００５３】
欠陥検知アルゴリズムを使用する制御システムは、さまざなま構成をとることができる。たとえば、ＰＩＤ（比例、積分、微分）制御装置を適用できる。この場合、検知アルゴリズムをＰＩＤ制御装置のパラメータを計算するために使用でき、それによって、たとえば傷や指紋が検知された場合の帯域幅が低減される。ＰＩＤ制御装置を推定器と連結し、図７に示す制御装置７１１と入れ替えることもできる。この場合、制御装置７１１への入力として推定位置を使用してもよい。
【００５４】
たとえば傷のようなエラーの位置決めシステムへの影響を例示するために、３つの事例においてシミュレーションを実施した。図８に示す第１の事例は、制御装置７１１によるエラー調整は全く実施さｓれずに傷がピックアップを通過する場合である。図９に示す第２の事例は、信号の変化によってエラーが検知され、制御装置７１１はピックアップシステムの調整を停止する場合である。図１０に示す第３の事例は、エラーが検知され、推定器の状態が、エラーが発生する以前の状況から推定値を使用して再計算される場合である。
【００５５】
図８ａに、ピックアップの位置を経過時間の関数として示す。図８ｂは、差信号レベル、Ｄ１−Ｄ２、を示し、図８ｃは、Ｄ１−Ｄ２信号から計算されたピックアップの推定位置を示す。追跡されるべきトラック８０１は０レベルで示されている。図８ｃの２つのマーク８０２、８０３によって示されるように、たとえば傷のようなエラーは２ｍｓにおいて開始し、およそ３．７ｍｓまで継続する。この欠陥が生じている間に、ダイオード信号Ｄ１、Ｄ２によって表されている相対位置の測定値にエラーが生じる。このシミュレーションでは、図８ｂの８０５で示すように、差信号、Ｄ１−Ｄ２、は適当な尺度で −０．２に設定される。この −０．２という信号レベルは、適正な動作における０付近の差信号よりも低いため、図８ｃに示すように、推定器７１８は、ピックアップの位置を焦点外れの位置と推定し、制御装置７１１は、適正な焦点位置を見つけるためにピックアップの位置を変化させることによって応答する。焦点を見つけようとするこの試行は、実際に焦点が外れている場合には正当なものであるが、この場合には、適正なピックアップ位置からの大きな偏移８０４が結果として生じる。傷の通過後、ダイオード信号は、図８ｂの８０６で示される正しい測定値になり、ピックアップの位置は、およそ７ｍｓにおいて適正な値に復帰する。
【００５６】
図９では、傷がビームを通過するところでは同様のシナリオが示されるが、この場合には、およそ２．３ミリ秒において欠陥分析アルゴリズムが傷を検知する。この場合でも、２ｍｓ８０２から３．７ｍｓ８０３の間に信号Ｄ１およびＤ２にエラーが生じ、そのレベルは −０．２に設定される。エラーの検知により、この０．２のレベルは、焦点外れによるＤ１−Ｄ２信号の低減ではなくエラーレベルであると見なされ、ピックアップ位置推定器の補正に対して無視される。代りに、推定器は制御信号を独立に計算し、図９ｃに示すように、推定された信号は −０．２のレベルから０レベルまで徐々に回復する。これによって、適正な位置に復帰する前の、ピックアップの偏移９０１が低減される。この状況は、図８に示した前の状況と比較して明白な改善であるが、最適ではない。
【００５７】
本発明によれば、図１０に示して以下で説明するように、欠陥の開始時点における状況をピックアップ位置の推定に使用することによって、調整に対する大幅な改善が達成できる。バックトレーシングと呼ばれるこの概念では、傷の出現がエラーを引き起こす以前の期間の状態および制御信号が、検知アルゴリズムがエラーを発見するために実際に使用する期間に得られるものである。したがって、図１０ｂに示すように、２ｍｓにおけるエラーの発生時に検出器信号が低下し、図８および図９に関連して上述したように、人為的に −０．２に設定される。図１０ａに示すように、これによって、新しい焦点位置を探索するピックアップ位置の移動が開始される。しかし、信号の低下がエラーであると認識される（これは、図１０ｃに示すようにおよそ２．３ｍｓで生じる）とすぐに、エラーを含む位置の測定値を無視し、傷の開始以前の推定値を使用して位置推定が訂正される。この推定は、２．３ｍｓの時点から開始でき、正しい追跡に相当する。しかし、たとえば振動のような他の種類の乱れは、乱れの間の測定値が存在しないため発見できない。図１０ｃに示すこれらの推定値から計算された制御信号によって、ピックアップ位置の動作が制御され、図１０ａに示すような０レベル付近の元の適正な位置にピックアップの位置が復帰する。このシミュレーションは、バックトレーシングがピックアップ位置の調整に対して劇的な効果を奏することを示している。
【００５８】
この改善された読取りシステムを評価するために、およそ０．２５ｍｍ幅の２つの僅かな傷と、およそ０．５ｍｍ幅の１つの深い傷を有するディスクを用いて実験を行った。図１１ａは、ディスク駆動装置の半径方向の位置制御装置における対応する位置制御電圧を示し、図１１ｂは、適当な尺度における半径方向のエラーを示すものである。欠陥検知アルゴリズムは、１５０００サンプル時間から開始され、この時点からの推定器における補正の大きさに影響を及ぼすものである。欠陥検知システムが開始されるまで、制御電圧は位置測定値の傷から生じる部分に応答し、ピックアップビームが、トラックを横切って前後に推移していることがはっきりと見て取れた。欠陥検知アルゴリズムの開始後は、位置制御電圧は正常な状態になった。制御電圧の周期的な変動は、偏心によるトラック位置の変動によるものであった。この変動は、制御システムによってほとんど完全に追跡されたため、相対位置の測定値には見ることができない。２つの僅かな傷は、位置測定値１１０１および１１０２の小さなスパイクとして現れ、回転周期に同期して再現されている。深い傷はスパイク１１０３として現れ、１５０００サンプルまでは、この傷によって、制御電圧およびピックアップシステムの位置に大きな振動が生じた。欠陥検出アルゴリズムの動作開始後は、これらの振動は消失した。
【００５９】
本発明に係る方法をさらに最適化するために、データディスクを、ディスクからのデータの読取りに先立って走査してもよい。この事前走査によって、表面欠陥が検知される場合があり、それらの欠陥の位置を示す情報をメモリに記憶し、後にディスクからデータを読取る際に、それらを使用して事前走査された欠陥に応じて応答速度を調整してもよい。さらに、傷の位置において記録された一連の事前記録位置測定値は、フィードフォワード手法で使用することもできる。たとえば、傷を通過する際に、その時点の実際の読取り値から事前記録された一連の測定値を減算し、欠陥による寄与を信号から除去することができる。
【００６０】
図１２に、データディスクの走査の１つの可能な方法を示す。ディスクは、半径方向の経路１２０１に沿って走査しても、または円周方向の経路１２０２に沿って走査してもよい。たとえば螺旋状の経路のような、その他の経路も可能である。走査時間は、検知すべき傷の最小サイズに依存する。傷の最小長の判断基準を１０ｍｍ、最小幅の判断基準を１０μｍとし、通常の位置決め時間を想定した場合、トラック部分の内径が２３ｍｍ、外径が５８．６ｍｍである通常のＤＶＤ（デジタルビデオディスク）は、２分以内に走査することができる。
【００６１】
本発明に係る方法を、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、蛍光多層ディスク（Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｍｕｌｔｉ Ｌａｙｅｒ Ｄｉｓｃ）のような光ディスク、および磁気ディスクに適用できることは、当業者にとって自明である。磁気ディスクは、データが読取られる磁気情報トラックの両側の磁性層中に正弦的変動を有している場合があり、トラックの一方側の正弦的変動は、他方の側の正弦的変動とは異なる周波数を有している。これらの正弦的変動を、光ディスクに関連して上述した方法と同様の方法で使用して、データピックアップシステムを中央に位置合わせすることや、誤り訂正をすることができる。
【００６２】
光ディスクの書込みに使用される技術において、書込みレーザーの焦点が信号層上にない場合に、この書込みレーザーを止めることは重要である。レーザを止めるか否かは、焦点方向および半径方向の信号に基づいて判断される。本発明によれば、光ディスクの読取りに関して上述したようなダイオード信号の相互依存性についての精細な知識を使用して、この判断を改善することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
ディスク面上のビームの模式図である。
【図２】
検出器システムを示す図である。
【図３】
差信号、Ｄ１−Ｄ２を示すグラフである。
【図４】
種々の乱れの影響を示す（Ｄ１，Ｄ２）グラフである。
【図５】
振動を含まない乱れに対する（Ｄ１，Ｄ２）グラフである。
【図６】
振動を含む乱れに対する（Ｄ１，Ｄ２）グラフである。
【図７】
モデル補正を示すブロック図である。
【図８】
欠陥検知を使用しない場合のシミュレーションの結果を示す図である。
【図９】
欠陥検知を使用した場合のシミュレーションの結果を示す図である。
【図１０】
欠陥検知およびバックトレーシングを使用した場合のシミュレーションの結果を示す図である。
【図１１】
欠陥検知アルゴリズムの開始前と開始後の位置決めシステムの調整の変化を示す図である。
【図１２】
ディスク走査の方法を示す図である。

Claims (10)

1. データディスク駆動装置におけるデータディスクの信号層と信号のピックアップ検出器システムとの間の光路長を調整するための制御信号の調整方法において、前記ピックアップ検出器システムは、少なくとも２つの側方ビーム検出器と、少なくとも２つの区画を有する中央の区画化検出器とを備え、少なくとも２つの前記側方ビーム検出器に対応する読取り信号Ｓ１、Ｓ２と、前記区画化検出器の少なくとも２つの前記区画に対応する読取り信号Ｄ１、Ｄ２とを有し、予想される読取り信号からの実際の読取り信号Ｓ１、Ｓ２、Ｄ１、Ｄ２の偏差に対する応答として前記制御信号を調整する方法であって、
   前記偏差の傾向に応じて前記制御信号を調整することを特徴とする方法。
2. 記憶された偏差の傾向と比較して、前記偏差の前記傾向に応じて前記制御信号を調整することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記記憶された偏差の傾向と比較して、前期偏差の前記傾向に応じて応答速度をもって前記制御信号を調整することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. エラーを含まない読取りに対応する基準点を有する４次元空間中の実際の読取り点（Ｓ１，Ｓ２，Ｄ１，Ｄ２）の位置に等しい前記読取り信号Ｓ１、Ｓ２、Ｄ１、Ｄ２間の相互関係から前記傾向を判別し、前記読取り信号Ｓ１、Ｓ２、Ｄ１、Ｄ２が特性外乱面に属する場合には、前記エラーを衝撃、振動、スピーカからの音響作用、または偏心によるトラックの変動によるものと予想し、前記読取り信号Ｓ１、Ｓ２、Ｄ１、Ｄ２が前記特性外乱面から外れている場合には、前記エラーを傷、指紋、または埃であると予想することを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 射影された２次元のＤ１−Ｄ２図におけるＤ１とＤ２の位置変化が、原点から前記基準点に至る方向と平行に、ただし原点から前記基準点を越えて遠ざかる成分を有する場合には、前記エラーの読取りを前記ディスク上のディスクトラックの偏心または半径方向の振動によるものと予想し、
   前記射影された２次元のＤ１−Ｄ２図におけるＤ１とＤ２の位置変化が、原点から前記基準点に至る方向と平行に、かつ前記基準点から見て原点に向かう成分を有する場合には、前記エラーの読取りを前記ディスクの表面上の表面被覆または傷によるものと予想し、
   前記射影された２次元のＤ１−Ｄ２図におけるＤ１とＤ２の位置変化が、原点から前記基準点に至る方向に垂直な方向の成分を有する場合には、前記エラーの読取りを焦点方向の機械的振動によるものと予想することを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記予想される読取り信号からの前記実際の読取り信号Ｓ１、Ｓ２、Ｄ１、Ｄ２の前記偏差を、位置推定に基づいて位置の偏差に変換し、前記傾向に応じて新しい前記位置推定のための重み付けをすることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の方法。
7. 前記位置推定は、カルマンフィルタまたはルーエンバーガー推定器に基づくことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記実際の読取り信号Ｓ１、Ｓ２、Ｄ１、Ｄ２は４次元空間中の実際の読み取り点（Ｓ１，Ｓ２，Ｄ１，Ｄ２）に変換され、前記重み付けの因子は、前記特性外乱面に対する前記実際の読取り点の位置に依存することを特徴とする請求項６または７に記載の方法。
9. 前記エラーが衝撃、信号、スピーカーからの音響作用、または偏心によるものと予想される場合には、前記応答速度を増大させ、前記エラーが傷、指紋、または埃によるものと予想される場合には、前記応答速度を減少させることを特徴とする請求項４ないし８のいずれか１つに記載の方法。
10. データ読取りに先立って前記データディスク上の表面欠陥を発見するために、前記データディスク駆動装置中の前記データディスクを、半径方向もしくは円周方向、またはその両方の方向等に走査するステップと、
    前記データディスク上の前記表面欠陥の位置および特性を示す情報をデータベースに記憶するステップと、
    前記データディスクの前記位置からデータが読み出される時に、前記ピックアップ検出器システムに対する前記制御信号を調整するステップとを含むことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の方法。

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