JP2006512713A - 光走査装置 - Google Patents

Abstract

放射ビームを使用して、光記録担体（ＯＤ）のトラックを走査する光走査装置であって、光軸（ＯＡ）を規定し、前記記録担体を走査する際に前記放射ビームをスポットに集束する光ヘッド（１６）と、前記光記録担体上で光ヘッドを移動させる回転アーム（２）とを有する、光走査装置である。当該光走査装置は、マルチスポット・トラッキングを実施するための衛星ビームを発生する、回転可能に取り付けられた回折格子（８）を、更に有する。前記回折格子の回転は、前記回転アームの回転に対応して、前記光ヘッドの光軸に対して前記衛星ビームを移動させる。

Description

本発明は、光走査装置であって、詳細には、光記録担体上で光ヘッドを走査させる回転アームを有する光走査装置に関する。

回転アームのシステムは、読み出し／書き込みヘッドの電気機械調整で知られている。回転アーム走査の仕組みは、ハードディスクドライブとして一般に知られている、磁気ディスクを走査する磁気ディスク記録／再生装置において、広く使用されている。回転アームの使用は、光ディスク又は光磁気ディスクを走査する、光ディスク記録／再生装置用にも考慮されている。回転アームは、２段そり部の仕組みと比較して、減少された数の部品による簡潔な仕組みを提供するものであり、光ディスクシステムにおいて、最も一般に使用されている走査の仕組みである。

回転アームの走査の仕組みが使用されている既知の光走査装置において、レーザ及び検出システムを含む光学部品は、可動回転アーム上に位置されている。前記のようなシステムにおいて、前記レーザ及び検出器システム用の全ての制御及び情報信号は、接続箔を超えて、前記回転アームに及び前記回転アームから、伝達されなければならない。小型光ディスク（Small Form Factor Optical：ＳＦＦＯ）装置の場合、高速及び要求されるノイズ耐性のために、前記レーザを駆動する及び検出器信号を処理する電子回路さえも、可動アーム上に位置される必要があり得る。このことは、レーザ及びこれに関連する電子機器（駆動回路）の熱放散に関する熱学的問題と、光学及び電気部品の比較的重い重量による力学的問題と、レーザ回路及び検出回路への大量な電気的接続による相互接続の問題とを生じ得る。

国際特許公開第ＷＯ−Ａ−９８０９２８５号明細書は、レーザ光が、光ファイバーを用いて光ヘッドに伝達される、光走査装置を記載している。この取り組み方に関する問題は、光ファイバーに対するレンズの結合の調整精度である。他の問題は、前記信号が、光ファイバーに結合導入及び導出される場合の、結合損失の量である。

回転アームを組み込んでいる他の既知の種類の走査装置は、ペリスコープを含む。前記のようなシステムにおいて、回転アームの回転軸の周りに厳密に位置された一組の２個のミラーが、回転アームにビームを向ける及び回転アームからのビームを向ける。一方のミラーは、ベースプレートに固定されており、他方のミラーは、回転アームに固定されている。

米国特許第ＵＳ−Ａ−５５４１９０８号明細書は、ラジアルアームと、分離して取り付けられている、放射ソース及び検出システムを含む光ユニットとを有する、光走査システムを記載している。前記ラジアルアームは、トラッキングミラーを含んでおり、これは、ワン（１）スポット・プッシュプル・トラッキングエラー信号によって、駆動される。従来技術において知られているように、ワンスポット・トラッキングエラー信号は、該スポットに関する検出器が調整不良である場合に、低品質なものになり得る。

しかしながら、好まれるスリー（３）スポット・トラッキングが使用された場合、アームの回転は、ディスク上のトラックを越えるサイドビームのスポットの動きを生じ、トラッキングエラー信号を正確に発生することを不可能にするであろう。

本発明によれば、放射ビームを使用して光記録担体を走査する光走査装置であって、
― 前記記録担体を走査するときに、放射ビームをスポットに集束させる、光軸を規定する光ヘッドと、
― 記録担体上で前記光ヘッドを移動させる回転アームと、
を有する光走査装置であって、当該装置が、衛星ビームを発生する光学装置を更に有し、前記光学装置が、前記回転アームの回転に対応して、前記光ヘッドの前記光軸に対して前記衛星ビームを移動させることを特徴とする、光走査装置が設けられる。

こうして前記衛星ビームを移動させることにより、該衛星ビームのスポットが、前記回転アームの回転位置に関わらず、前記ディスク上のトラックを、適切に追従するように、配されることができる。

本発明の他のフィーチャ及び利点は、添付図面を参照して、単なる例として与えられている本発明の好適実施例の以下の記載から、明らかになるであろう。

図１を参照すると、本発明の１つの実施例による光走査装置は、回転アーム２と、分離され、固定されて取り付けられている光ユニット４とを含んでいる。光ユニット４は、所定の周波数（例えば、４００〜４２０ｎｍの範囲内の周波数）で動作し、ビームスプリッタ１０に向かって第１光経路ＬＰ１に沿って放射ビームを発射する、放射ソース６を含む。回転可能に取り付けられたスリースポット回折格子８は、放射ビームソース６とビームスプリッタ１０との間の第１光経路ＬＰ１に沿って取り付けられている。以下では「放射ビーム」と呼ぶ場合、これは、一般的に、光走査装置内の同様の経路に沿って、共通の光学部品を介して伝送される、メインの放射ビームと各衛星ビームとを含むことに留意されたい。回折格子８は、線形回折格子であって、光のビームを、メインの、零次のビームと、この各側における第１及び第２の一次の衛星ビームとに分割する。回折格子８は、第１光経路ＬＰ１の中心と一致する回転軸に関して回転するように取り付けられている。ビームスプリッタ１０は、コリメータレンズ１２に向かって、第２光経路ＬＰ２に沿って放射ビームを反射し、該コリメータレンズ１２は、放射ビームを、実質的にコリメートし、放射のほぼ平行な光線からなるビームを形成する。

回転ミラー１４は、光ユニット４上のコリメータレンズ１２に隣接する回転アーム２上に取り付けられており、前記ビームを受け取り、第３光経路ＬＰ３に沿って、回転アーム２の遠端における光ヘッド１６に向ける。この実施例において、回転ミラー１４は、回転軸ＣＲを、回転アームと共有しているが、他の実施例において、前記回転軸は、互いに対して、ずらされることができる。回転ミラー１４の回転の角度は、回転アーム２の回転に対応して制御される。一般的に、回転ミラー１４の回転量は、回転アーム２の回転の量の半分である、光ヘッド１６は、折り返しミラーを含んでおり、該折り返しミラーは、第３光経路ＬＰ３に対して４５°で配されており、前記放射ビームを対物レンズ上に向ける。前記対物レンズ及び折り返しミラーは、レンズホルダ内に取り付けられている。このレンズホルダは、２つの平行な湾曲部に懸架されており、これにより、該レンズホルダは、軸（フォーカス）方向に移動することができる。駆動コイルは、前記レンズホルダの前に位置されている。このコイルは、前記レンズを、適切なフォーカスにさせるように、軸力を発生する。前記対物レンズは、光軸ＯＡを有し、これに沿って、前記メインの放射ビームが前記折り返しミラーによって伝送され、光軸ＯＡに沿った位置において、光走査装置内に取り付けられた光ディスクＯＤの情報層上に、フォーカスされたスポットを形成する。これに対し、衛星ビームは、対物レンズを通過し、情報層上にフォーカスされたスポットを、光軸ＯＡの各側に形成する。３個のフォーカスされたスポットは、回折格子８の回転状態によって決定される光軸ＯＡに関する回転位置を有する一列の配列に沿って、配される。光ヘッド１６内の対物レンズは、軸アクチュエータ内に取り付けられており、該軸アクチュエータは、メイン及び衛星ビームのスポットのそれぞれを、光ディスクＯＤ上の正しいフォーカス状態に保持するための、フォーカス制御信号によって、駆動される。

光ディスクＯＤは、読み取り専用型と記録可能（ライトワンス）型と書き換え型とを含む複数の異なる種類のうちの１つであることができる。光ディスクＯＤは、光ディスクＯＤの走査中に、回転軸ＳＡに関して回転するように、光走査装置内のスピンドル上に取り付けられる。前記光ディスクは、ピット列の形態のデータトラック、並びに／又はランド／グルーブ構造の少なくとも１つのランド及びグルーブを含んでおり、これらは、回転軸ＳＡに関して同心状の、らせん状又は円形の配置で、前記ディスク上に配されている。光ディスクＯＤは、１つ以上の情報層（多層ディスクの場合には、情報層は、光ディクＯＤ内の異なる深さに位置されている）を含むことができ、当該走査装置は、異なる情報層を走査する場合に発生される異なる量の球面収差を補正する、球面収差補正システムを含んでいる。

光ディスクＯＤの情報層の走査の後、放射ビームは、光ヘッド１６を介して、第３及び第２光経路ＬＰ３、ＬＰ２に沿って反射され、光ユニット４内で、ビームスプリッタ１０を介して透過され、検出器アレイ２２に向かって、第４光経路ＬＰ４を通過する。検出器アレイ２２は、以下で非常に詳細に記載されるであろう検出器エレメントを含んでおり、これらは、メインの情報信号、フォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信号を生成する。前記フォーカスエラー信号は、光ヘッド１６内のフォーカスアクチュエータを駆動するフォーカス制御信号として使用されるのに対し、前記トラッキングエラー信号は、以下で非常に詳細に記載されるように、回転ミラー１４又は回転アーム２の動きを制御する。以下に更に詳細に記載される、新規な検出器アレイ２２に関連する、スポットサイズ・フォーカス型の光学エレメント２０は、第４光経路ＬＰ４に沿って配され、メインの放射ビームを前記検出器アレイに供給し、これによって、スポットサイズ・フォーカスエラーの検出を行う。

回転ミラー１４及び回転可能な回折格子８は、一方の部分に２個のボールエレメントから成る回転ベアリングに取り付けられることができ、これらのボールエレメントは、他方の部分に取り付けられた２個のベアリングシェル（shale）内で移動する。回転ミラー１４及び回転可能な回折格子８の駆動は、一方の部分の磁石と反対の部分上に固定されているコイルとによるローレンツ型アクチュエータを使用して、実施されることができる。

回転アーム２は、２個のボールエレメントから成るベアリングシステムを有する。一方のボールエレメントは、一方の部分に位置されており、他方のボールは、他方の部分に位置されている。これらのボールエレメントは、わずかに過大のベアリングシェル内で回転されることができる。回転アーム２用の駆動システムは、前記アームの、磁場内に位置された一端におけるコイルを含んでおり、該コイルの一方の側は、鉛直上向きの磁場内にあり、該コイルの他方の側は、鉛直下向きの磁場内にある。前記コイルを通過する電流は、ローレンツ力を発生し、前記アームを所望の方向に回転させる。

回転アーム２又は回転ミラー１４の一方が、前記回転アーム上の検出器からの又は光媒体から反射された信号からの、分離センサ信号（separate sensor signal）を介して制御され、回転アーム２又は回転ミラー１４の他方が、前記検出器アレイ２２内で発生され検出されたトラッキングエラー信号を介して制御される、２段トラッキング制御方法が利用される。

前記分離センサ信号は、放射ビームの両側における回転アーム上に位置決めされた２個の順方向感知（forward sense）のフォトダイオードを使用して、供給されることができる。ビームが正確に位置決めされていない場合には必ず、前記２個のフォトダイオードの一方が、他方よりも多くの光を集め、明確な制御信号を供給する。代替的には、前記分離センサ信号は、媒体上のブランク部をサンプリングすることによって、生成されることができる。対物レンズの瞳孔における前記ビームのずれは、反射されたビームの中心のずれを生じる。このずれは、検出器アレイ２２上の差分検出を介して、検出されることができる。

前記回転アームと適切に協働する回転ミラー１４に関して、実現可能な、２つのアクチュエータ制御装置がある。一方の実施例においては、前記ミラーがスレーブとして駆動され、前記回転アームがマスターとして駆動される。回転ミラー１４は、上述の方法の１つによって発生された分離センサ信号によって駆動される。回転アーム２は、検出器アレイ２２内で発生されるトラッキングエラー信号によって駆動される。前記アームのアクチュエータの帯域幅は、２−３ＫＨｚにまでになり得る。前記ミラーのアクチュエータの帯域幅は、好ましくは、約１０分の１だけ低く、例えば、２００−３００Ｈｚである。

第２のアクチュエータ制御装置においては、前記回転アームがスレーブとして駆動され、前記ミラーがマスターとして駆動される。回転ミラー１４は、検出器アレイ２２内で発生されるトラッキングエラー信号によって駆動される。回転アーム２は、上述の方法の１つによって発生された分離センサ信号によって駆動される。この種類のループの利点は、これが、小型のトラッキングミラーで実現可能な、高い帯域幅を利用することができることにある。前記ミラーのアクチュエータの帯域幅は、約５−６ｋＨｚであって、前記アームのアクチュエータの帯域幅は、３００−４００Ｈｚぐらいである。

図２は、ディスクＯＤに対する回転アーム２上の光ヘッド１６の配置と、ディスクＯＤ上のトラックの方向とのパラメータの模式図である。任意のｘ−ｙ座標系が、ディスクのトラックの中心ＳＡを原点（０，０）に位置決めして、選択されている。回転アーム２は、回転軸ＣＲと光ヘッド１６の光軸ＯＡとの間の長さＬを有する。回転軸ＣＲは、座標（ｘ_０，ｙ_０）に位置されている。ｘ軸に対する回転アームの角度は、αで示されている。ある角度αにおいて、レーザは、ディスク上の点ＯＡにフォーカスされている。ＯＡは、半径ｒと（正のｘ軸に対する）方位角φとによって記述される。従って、正のｘ軸に対する、点ＯＡにおけるトラックの角度は、φ＋π／２によって与えられる。所与のアーム長Ｌの場合、φ及びｒは、回転アームの（角度）位置αの関数として表されることができる。即ち、φ（α）及びｒ（α）を、

と書くことができる。

前記アームが、ディスク上で光ヘッド１６を移動させるように回転するので、角度φ及びαは変化し、従って、前記トラックの方向に対する回転アームの向きである角度δが、変化する。前記回転アームの向きは、光軸ＯＡを通過し前記回転アームに平行な、光ヘッド１６上の任意のラインの向きに等しい。回折格子８を、角度（δ）に等しい量だけ回転させることにより、前記光ヘッド１６上の前記任意のラインに対する、前記ディスク上のスポットの位置は、対応して変化し、前記トラックの方向に対するディスク上のスポットの前記配列が、保持される。

図３は、光ディスクＯＤ上のビームスポットの配列が、回転アーム２の回転中に、回折格子８の対応する回転によって制御される仕方を説明している。図３は、回転アーム２が、第１位置ＬＰ３と第２位置ＬＰ３’との間で回転される場合の、光ディスクＯＤの第１及び第２走査領域Ａ、Ｂ（それぞれ、図３内の拡大された平面図内に示されている）におけるスポットの位置決めを示しており、該第１位置ＬＰ３及び第２位置ＬＰ３’は、回転の中心ＣＲに関する回転角αだけ、離れている。第１の位置における、第１走査領域Ａにおける走査の場合、メインのスポット３０は、光ディスクＯＤのデータトラック部４０の１つに中心を合わせられた経路を追従する。これに対し、衛星ビーム３２、３４のそれぞれは、２つのそれぞれ隣接するトラック部４０の間の中間の経路を追従する。従って、前記衛星ビームのスポット３２、３４によって追従される経路は、Ｎが整数（０，１，２…）、ｔｐが前記トラックのピッチである場合に、前記メインのビームスポット３０によって追従される前記経路から±（Ｎ＋１／２）ｔｐだけ横に離れている。回折格子８の回転位置は、３個のスポット３０、３２、３４が、走査領域Ａ内のトラック部４０の方向に垂直な、一列の配列３６に沿って配されるように、制御される。

回転アーム２の第２回転位置における、第２走査領域Ｂにおける走査の場合、前記トラック部４０’は、第１走査領域Ａ内のトラック部４０に対して、ある角度をなして配される。第１データトラック部４０と第２データトラック部４０’との間の相対的な角距離は、回転の中心ＣＲと光ヘッド１６の光軸ＯＡとの間の回転アーム２の長さに沿った、ディスクＯＤの回転軸ＳＡと回転アーム２の回転の中心ＣＲとの相対的な位置決めの関数である。

前記第２回転位置において、回折格子８は、回転アームの前記第１位置における位置に対して、角度δ（α）だけ回転され、これは、δ（α）の光ヘッド１６の光軸ＯＡに対する衛星スポット３２’、３４’の対応する等しい回転を生じる、衛星スポット３２’、３４’の回転の量は、３個のスポット３０’、３２’、３４’の全てが、これに沿って配列されるライン３６’が、データトラック部４０’に垂直に保持されることを確実にするように、前記回転アームの回転に対応して、制御される。前記回転の量は、上述の式（２）及び（３）において与えられた関係に従って、第一に、回転アーム２の回転の角度αを、第二に、第１の走査位置と第２の走査位置との間の前記データトラック部の前記角距離を、考慮に入れている。従って、δ（α）は、前記光ディスク上の、前記第１の走査位置内のトラック部４０と、前記第２の走査位置内のトラック部４０’との間の、角度距離の量を考慮に入れる量だけ、αに関連して変化する。

図４は、検出器における、メインの情報信号と、スポットサイズ・フォーカスエラー信号と、２個のメインのビームのスポット５０、５１及び一組の衛星ビームスポット５２、５４からのスリー・スポット・プッシュプル・トラッキングエラー信号とを検出するのに適した検出器アレイの配置を示している。一組の３個のビームスポット５０、５２、５４は、光ヘッド１６に対して、走査ビームスポットが配される一列の配列３６、３６’の回転に対応して、メインのビームスポット５０に関して回転するライン５６に沿って、並んでいる。他の一組の３個のビームスポット５１、５３、５５は、同様のライン５７に沿って並んでいる。

従来のメインスポット検出器６０、６１は、それぞれ、例えば、従来技術で知られているように、スポットサイズ検出用の、例えば３区分検出器装置を含んでおり、従来技術において知られているように、メインのデータ信号とスポットサイズ・フォーカスエラー信号とスリースポット・プッシュプル・トラッキングエラー信号とを含むメインのビームスポット５０、５１からの情報及び制御信号を、検出するのに使用されている。２個の新規なビームスポット検出器６２，６４が、メインのビームスポット検出器６０の１つの各側に配される。前記衛星ビームスポット検出器６２、６４は、一列の配列５６の角度位置に係らず、各衛星衛星ビームスポット５２；５４を二等分する分離ライン７０；７６によって分離されている２個の検出器区分６６，６８；７２，７４を含んでいる。従って、各分離ライン７０；７６は、衛星ビームスポット５２、５４が、回転アーム２の回転中に、回折格子８の回転によって、メインのビームスポット５０の周りに回転されるときに、前記衛星ビームスポットの中心が、分離ライン７０、７６に沿った点と一致するように、曲がっている。３個の検出器６０、６２、６４のそれぞれからのプッシュプル・トラッキングエラー信号は、既知の態様で合成され、検出器アレイとビームスポットとの間の調整不良を良好に補償する、合成されたスリースポット・プッシュプル・トラッキングエラー信号を形成する。

図５は、メインの情報信号とスポットサイズ・フォーカスエラー信号とスリースポット・プッシュプル・トラッキングエラー信号とを検出するのに適している、代替的な検出器アレイの配置を示している。この配置は、図４に示されているものと同様であり、同様のフィーチャは、１００だけ増加されていることを除いて同一の符号で示されており、上述の記述が、ここでも該当する。この実施例において、分離ライン１７０、１７６は、曲がっているというよりはむしろ直線であり、このことは、製造を容易化する。この実施例においてさえも、分離ライン１７０、１７６は、前記回転アームが回転されているときの衛星検出器のスポットの動きの方向と概ね一致されている。前記回転アームの回転の角度が大き過ぎない場合には、衛星スポットが回転するときの前記分離ラインの各側への前記スポットの動きは、対称であり、従って、プッシュプル信号処理の方法で補償されるので、検出器エレメントのこの配置は、信頼できるトラッキングエラー信号を供給することができる。

上述の実施例は、本発明の説明のための例として理解されたい。本発明の他の実施例が、想定される。例えば、上述の実施例がスポットサイズ・フォーカスエラー検出の方法を使用している一方で、代替的に、フーコー型のフォーカスエラー検出の方法が、スリー・スポット・トラッキングエラー検出の方法と組み合わされて、代替的に使用されることもできる。

いずれか１つの実施例と関連して記載されたいかなるフィーチャも、単独で又は上述の他のフィーチャと組み合わされて使用されることができ、いかなる他の実施例の１つ以上のフィーチャとも組み合わされて又はいかなる他の実施例のいかなる組み合わせにおいて、使用されることもできることを理解されたい。更に、上述されていない等価なもの及び変形が、添付請求項において規定されている本発明の範囲から逸脱することなく、使用されることもできる。

本発明の実施例によって配された、光走査装置の構成要素の平面図を示している。 図１に示されている装置のパラメータの模式図である。 回転アームが、異なる位置の間で回転されている場合の、本発明の実施例による衛星スポットの位置決めの模式図である。 本発明の実施例によって配された検出器アレイの平面図である。 本発明の他の実施例によって配された検出器アレイの平面図である。

Claims (11)

1. 放射ビームを使用して光記録担体のトラックを走査する、光走査装置であって、
   ― 光軸を規定し、前記光記録担体を走査する際に前記放射ビームをスポットに集束させる、光ヘッドと、
   ― 前記光記録担体上で前記光ヘッドを移動させる回転アームと、
   を含む光走査装置において、前記光走査装置が、更に、マルチスポット・トラッキングを実施するための衛星ビームを発生させる光学装置を更に有し、前記光学装置が、前記回転アームの回転に対応して、前記光ヘッドの前記光軸に対して前記衛星ビームを移動させることを特徴とする、光走査装置。
2. 前記光学装置が、前記回転アームの回転に対応して、前記光ヘッドの前記光軸に対して前記衛星ビームを回転させることを特徴とする、請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記光学装置が、前記衛星ビームを発生する手段を有し、前記手段が、前記衛星ビームの移動を提供するように回転可能である、請求項１又は２に記載の光走査装置。
4. 前記手段が、回折格子を有する、請求項３に記載の光走査装置。
5. 前記回転アームから分離されて取り付けられている放射ソースを有する、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の光走査装置。
6. メインの検出器のスポットの周りの回転位置の範囲内で、衛星検出器のスポットを検出するように構成された、衛星検出器素子を含む検出器アレイを有する、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の光走査装置。
7. 前記衛星検出器素子が、前記回転アームが回転される際の前記衛星検出器のスポットの動きの方向と概ね一致された分離ラインによって、分離されている２個の素子を有する、請求項６に記載の光走査装置。
8. 前記検出器アレイと関連するスポットサイズ型又はフーコー型の光学素子を有する、請求項６又は７に記載の光走査装置。
9. 前記光学装置が、前記光記録担体に対する前記回転アームの回転運動を考慮に入れるように、前記回転アームの第１の回転位置における第１の位置決めと前記回転アームの第２の回転位置における第２の位置決めとの間で、前記衛星ビームを移動させる、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の、光走査装置。
10. 前記光記録担体が光ディスクの形態であって、前記光学装置が、前記回転アームの第１の回転位置における第１の位置決めと前記回転アームの第２の回転位置における第２の位置決めとの間で、前記回転アームの前記第１及び第２の回転位置の前記光ヘッドにおける、互いに対する前記トラックの角距離を考慮に入れるように、前記衛星ビームを移動させる、請求項１ないし９のいずれか一項に記載の、光走査装置。
11. 前記光学機器が、衛星ビームスポットを、前記トラックの方向にほぼ垂直であるラインに沿って、前記記録担体上に位置決めする、請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の光走査装置。

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