JP2007511022A - 情報記録媒体のデータ記録層の深さを測定するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

厚さｄのカバー層と、入射表面（Ｓ）と、例えば第１のデータ層（Ｌ０）と、第２のデータ層（Ｌ１）と、第３のデータ層（Ｌ２）とを持つ光記憶ディスクのデータ記録層の深さを測定するための装置及び方法。光装置は、球面収差補償器（ＳＡ）と、アクチュエータ（ＡＣ）に取り付けられる対物レンズ（ＯＬ）とを有し、前記アクチュエータ（ＡＣ）は、電流Ｉを受け、光記憶ディスクに対してｚ（軸方向）軸に対物レンズ（ＯＬ）を移動するように構成されている。対物レンズ（ＯＬ）に入射する光は、データ層（d₁）のうちの１つに焦点合わせするように円錐状ビームに収束される。制御信号は、走査スポットをデータ層（Ｌ１）に焦点合わせさせておくのに用いられる。この制御信号は、フォーカスエラー信号（ＦＥＳ）であり、アクチュエータドライブ（ＡＣ）によって提供される。球面収差補償器（ＳＡ）に正しい制御信号を提供するために、各データ層の深さが測定されなければならず、単一層又は多層のディスクの（１つ又は複数の）データ層の深さを測定するための手段が提供され、これは、フォーカスエラー信号（ＦＥＳ）のゼロクロッシングの間の距離を用いることにより達成される。

Description

本発明は、情報記録媒体のデータ記録層の深さを測定するための方法及び装置と、このような深さ測定を用いる球面収差補償装置と、このような球面収差補償装置を含む、１つ又は複数のデータ記録層を持つ情報記録媒体からデータを検索するためのデータ記録及び／又は検索（retrieval）装置とに関する。

光データ記憶システムは、ディスクに大量のデータを記憶するための手段を提供する。データは、レーザビームをディスクのデータ層に焦点合わせし、次に、反射された光ビームを検出することによって、アクセスされる。１つの既知のシステムにおいて、データはディスクにマーク（例えばピット）として永久に埋め込まれ、該データは、レーザビームがマークの上を通過する際の反射率の変化として検出される。

消去可能な光システムも知られている。これらのシステムは、データを書き込んで、消去するために、一般にレーザを用いてデータ層を臨界温度より上に加熱する。磁気光学記録システムは、スポットの磁区を上又は下位置に方向決めすることによってデータを記録する。データは、低パワーレーザをデータ層にあてることによって読まれる。磁区方向の差は、光ビームの分極の面が何らかの方法で時計回り又は反時計回りに回転されるようにする。このとき、この分極方向の変化が検出される。相変化記録は、データ層自体の構造変化（アモルファス及び結晶が、相の２つの一般的な種類である）を用いてデータを記録する。このようなデータは、ビームが異なった相の上を通過するときの反射率の変化として検出される。

コンピュータ技術の進歩は、増加された記憶容量を要求する。光ディスクは、二次元光記憶装置として現在最も普及している光記憶のための物理フォーマットである。光ディスクのデータ容量は、第３の物理次元を加えることにより増加されることができる。これは、多層光ディスクを用いることにより、即ち、単一の光ディスク内で複数の情報担持層を軸方向に積層することにより、行われることができる。２つ又はそれより多いデータ層を持つ光ディスクは、理論的には、レンズの焦点位置を変えることによって、異なった層においてアクセスされることができる。幾つかの積層光ディスクシステムが、例えば、米国特許第５，２０２，８７５号及び米国特許第５，２５５，２６２号において提案されている。これらの文献において、光ディスク容量を増加させるための容積法が開示され、これは、個々のディスクを結合して積層にすることを伴い、ここで、隣接ディスク間にはスペーサが設けられてギャップを規定する。どの時点においても、光ディスクドライブ中の可動レンズは、データを読み取るために、１つのディスクの１つの表面上にレーザを焦点合わせする。レーザの焦点は、種々のディスク表面からデータを順次読み出すために繰り返し変化される。各ディスク、又は、少なくともレーザ源から最も遠いディスク以外のディスクは、レーザが１つ又は複数の他のディスクを越えて位置するディスクを読み取るために用いられることができるように、部分的に透明である。しかし、各ディスク表面は、データが読み取られることを許可するために、十分に反射性である必要もある。

高密度大容量記録媒体としてピットパターンを有する光ディスクを使用する光ディスク記憶技術が実現されており、そのアプリケーションをデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、ビデオディスク、文書ファイルディスク及びデータファイルに拡大している。細かく焦点合わせされた光ビーム（例えば１ｍｍ以下の直径を有する）によって、高い信頼性を持って光ディスクに情報を記録／再生するために必要とされる機能は、３つの主要なカテゴリに分類される。即ち、回折限界スポットを形成するための焦点合わせ機能と、光システムのフォーカス制御（フォーカスサーボ）及びトラッキング制御機能と、ピット信号（情報信号）検出機能とである。

光ディスクの記録密度を更に改善するために、対物レンズの開口数（ＮＡ）の増加が、最近検討されている。対物レンズは、光ビームを光ディスク上に焦点合わせして回折限界スポットを形成する。しかし、光ディスクのデータ記録層を保護するための基材の厚さのエラーによって生じる球面収差は、ＮＡとともに強く増加する。従って、光記憶ディスクの密度が増加し、対物レンズのＮＡが高くなると、それに応じて、球面収差による影響は増加して、フォーカスエラー信号に歪みが生ずる。

これらの問題を解決するために、球面収差を修正するための機構が提案されている。例えば、光ピックアップにおけるコンビネーションレンズの提供又は光ピックアップにおける液晶セルの提供である。

従って、上述のように、高ＮＡ読出しシステムについては、球面収差に対する補償が必要であり、ここで、球面収差は、ディスクをスキャンする光の収束円錐の、光軸に近い光線が、収束円錐の、光軸と角度をなす光線とは異なった焦点を持つという現象である。これは、スポットのブラー及びビットストリームを読み出す際の忠実度の損失を、結果として生じさせる。固定量の球面収差は、光の収束円錐を生じる対物レンズで補償されるが、補償されることを必要とする球面収差の量は、焦点合わせされるデータ層の深さと比例している。これは、単一の層しか持たないディスクにとっては充分かもしれないが、多層ディスクにとっては充分でない。後者の種類のディスクも、可変数のスペーサ層を通じる焦点合わせに関連した可変量の球面収差に対する補償を必要とする。

上述のとおり、これらの問題を解決するために、球面収差を補正するための機構が提案されている。当業者には、球面収差補償器に有用な制御信号を提供するには、各データ層の深さの値が与えられなければならず、従来技術の構成では、球面収差補償機構によって実行されるために必要とされる球面収差補正の量は、多層ディスク中の層の標準厚さに基づいて決定される、ということは理解されるであろう。

しかし、実際には、カバー厚さ及びスペーサ厚さは、ディスクごとに変化しうる。

そこで我々は、改善された構造を発明した。

従って、本発明によれば、１つ又は複数のデータ記録層を持つ情報記録媒体のデータ記録層の深さを測定するための装置において、電磁放射ビームをデータ記録層に焦点合わせするための光学素子手段と、アクチュエータに供給される制御電流に応じて前記光学素子手段を前記情報記録媒体に対して移動させるための当該アクチュエータと、前記電磁放射ビームを前記データ記録層に焦点合わせしておくように前記アクチュエータを制御するためのフォーカスエラー制御信号を発生させるためのフォーカスエラー信号発生手段と、前記フォーカスエラー信号の１つ又は複数のゼロクロッシングにおいて前記アクチュエータに供給される制御電流を決定し、該制御電流から前記情報記録媒体の前記データ記録層の前記深さを決定するための手段とを有する装置が提供される。光学素子は対物レンズを有することができ、装置は好適には、アクチュエータ電流と深さとの間の比例定数を計算する手段を含む。フォーカスエラー信号は、一般的に略正弦波を有することができ、この場合には、比例定数は、前記波の２つの所定の点間の距離と比例していることができる。これらの２つの所定の点は、好適にはそれぞれ正及び負のピークを有する。

本発明の１つの実施例において、情報記録媒体は回転していてよく、前記情報記録媒体の結果としての振動を補償するための手段が好適には提供される。このような補償手段は、例えばアクチュエータに振動電流を供給することによって、アクチュエータを情報記録媒体の振動に実質的に追従させるための手段を有することができる。代わりに、このような補償手段は、アクチュエータを、情報記録媒体の回転に起因する該情報記録媒体のあらゆる高さ変化に実質的に追従させるように構成されることができる。

本発明は、更に、１つ又は複数のデータ記録層を持つ情報記録媒体のデータ記録層の深さを測定する方法であって、電磁放射ビームをデータ記録層に焦点合わせするための光学素子手段を提供するステップと、アクチュエータに供給される制御電流に応じて前記光学素子手段を前記情報記録媒体に対して移動させるための当該アクチュエータを提供するステップと、前記電磁放射ビームを前記データ記録層に焦点合わせしておくように前記アクチュエータを制御するためのフォーカスエラー信号を発生させるステップと、前記フォーカスエラー信号の１つ又は複数のゼロクロッシングにおいて前記アクチュエータに供給される制御電流を決定するステップと、該制御電流から、前記情報記録媒体の前記データ記録層の前記深さを決定するステップとを有する方法にも及ぶ。

本発明は、更に、光システムに関して、１つ又は複数のデータ記録層を持つ情報記録媒体のデータ記録層の深さを計算するための装置であって、前記光システムは、電磁放射ビームをデータ記録層に焦点合わせするための光学素子手段と、アクチュエータに供給される制御電流に応じて前記光学素子手段を前記情報記録媒体に対して移動させるための当該アクチュエータと、前記電磁放射ビームを前記データ記録層に焦点合わせしておくように前記アクチュエータを制御するためのフォーカスエラー制御信号を発生させるためのフォーカスエラー信号発生手段とを有し、前記装置は、前記フォーカスエラー信号の１つ又は複数のゼロクロッシングにおいて前記アクチュエータに供給される制御電流を決定し、該制御電流から前記情報記録媒体の前記データ記録層の前記深さを決定するように構成される装置にも及ぶ。

本発明は、更に、光システムに関して、１つ又は複数のデータ記録層を持つ情報記録媒体のデータ記録層の深さを計算するための方法であって、前記光システムは、電磁放射ビームをデータ記録層に焦点合わせするための光学素子手段と、アクチュエータに供給される制御電流に応じて前記光学素子手段を前記情報記録媒体に対して移動させるための当該アクチュエータと、前記電磁放射ビームを前記データ記録層に焦点合わせしておくように前記アクチュエータを制御するためのフォーカスエラー制御信号を発生させるためのフォーカスエラー信号発生手段とを有し、前記方法は、前記フォーカスエラー信号の１つ又は複数のゼロクロッシングにおいて前記アクチュエータに供給される制御電流を決定するステップと、該制御電流から前記情報記録媒体の前記データ記録層の前記深さを決定するステップとを有する方法にも及ぶ。本発明は、このような球面収差補償装置を含む光データ記録又は検索システムも提供する。

従って、本発明は、情報記録媒体において、読み出されるデータ記録層の深さを正しく計算する、便利な手段を提供する。これにより、ディスクごとに、厚さが、従ってこのような層の深さが、変化しうるという事実によって生じる、従来技術システムにおける不正確さの問題及びその結果として生じる忠実度劣化を克服する。

本発明のこれらの及び他の側面は、ここで説明される実施例を参照して説明され明らかにされる。

本発明の実施例は、ここで、添付図面を参照して例によってのみ説明される。

図４は、収差補正素子（例えば液晶収差補正素子、１０４）に電圧を印加する収差補正素子駆動回路１０２と、光ピックアップ１０８からの信号を受けて、アクチュエータ１１０、収差補正素子駆動回路１０２及びレーザ源１１２を制御して駆動する制御回路１０６とを有する既知の光ディスク装置１００を示す。制御回路１０６は、レーザ源１１２に光ビームを発生させて、対物レンズ１１４の位置を光ピックアップ１０８からの信号に基づいて制御する。更に、この制御回路１０６は、収差補正素子駆動回路１０２を駆動して、光ピックアップ１０８からの情報信号を改善する。

図５は、光システムの部品のうちレーザ源、コリメータレンズ及び光検出器以外のものを示す。コリメータレンズによって平行光に変換された光ビームは、収差補正レンズ群２００を通過して、対物レンズ群２０４によって光ディスク２０２に焦点合わせされる。収差補正レンズ群２００は、負レンズ群２０６及び正レンズ群２０８を含む。対物レンズ群２０４は、対物レンズ２１０及び前方レンズ２１２を含む。負及び正のレンズ群２０６、２０８間の空間は、光システム全体の球面収差を修正するように変化される。２つのレンズ群の間の空間を変えるために、例えば、負のレンズ群２０６を光軸方向にシフトさせる駆動部分２１４が用いられることができる。駆動部分２１４は、例えば、音声コイル、圧電素子、超音波モータ、スクリューフィーダ等によって形成されることができる。

具体例が上記で説明されたが、多くの異なった種類の既知の収差補正手段が知られており、本発明はこの点に関して制限されることを意図されない。

図面中、図１を参照して、厚さｄのカバー層を持ち、入射表面Ｓと、第１のデータ層Ｌ０と、第２のデータ層Ｌ１と、第３のデータ層Ｌ２とを持つ光記憶ディスクを考える。光装置は、球面収差補償器ＳＡと、アクチュエータＡＣに取り付けられる対物レンズＯＬとを有し、アクチュエータＡＣは、電流Ｉを受け、対物レンズＯＬを光記憶ディスクに対してｚ（軸方向の）軸に移動するように構成されている。

図示の例において、対物レンズＯＬに入射する光は、光がこの場合は第２のデータ層Ｌ１に（データ層のうちのどれであってもよいが）焦点合わせされるように、円錐状ビームに収束される。制御信号が、スキャニングスポットをデータ層Ｌ１上に焦点合わせさせておくのに用いられる。この制御信号が、フォーカスエラー信号（ＦＥＳ）であり、アクチュエータドライブによって提供される。ＦＥＳは、スキャニングスポットに焦点が合っているとゼロに等しい。制御回路（示されない）がスイッチオンされると、ＦＥＳは、アクチュエータＡＣを駆動する電流を変化させることによってゼロに保持される。

図１から、データ層Ｌ０は、光記憶ディスク中で深さd₀であり、データ層Ｌ１は、深さd₁＝d₀＋s₁であり、データ層Ｌ２は、深さd₂＝d₀＋s₁＋s₂であることが分かり、ここで、d₀、s₁、s₂はディスクごとに変化する。球面収差補償器ＳＡに正しい制御信号を提供するために、各データ層の深さは測定されなければならず、本発明は、単一層又は多層のディスクの（１つ又は複数の）データ層の深さを測定する手段を提供することを意図される。座標ｚは対物レンズＯＬと読み出されているデータ層との間の距離を測定し、球面収差補償器ＳＡは、データ層の深さ（この場合d＝d₀＋s₁）によって制御される。

図面中の図２を参照すると、フォーカスエラー信号（ＦＥＳ）及び中央開口（ＣＡ）信号（検出器の異なったセグメントで収集された全ての光の合計信号である）が、アクチュエータ電流の関数として示される。一般に、フォーカスエラー信号のゼロクロッシングについてのアクチュエータ電流の差は、対応するデータ層間の軸方向距離の尺度であり、これはここで、より詳細に説明される。

第１の実施例において、ディスクは回転しておらず、アクチュエータ電流Ｉのスキャンがなされ、図２に示される信号が結果として得られる。長さの尺度は、焦点Ｓ字カーブｂの長さである、即ち、フォーカスエラー信号ＦＥＳの正及び負のピーク間のｚ距離である。この長さｂは、既知の設計パラメータであり、従って、電流を距離に変換するために用いられることができる。電流と距離との間の比例定数ｋは、このとき、
k = b/dI
である。このとき、カバー及びスペーサ厚さの値は、以下のとおりである。
d₀ = k(I₁ - I₀)
s₁ = k(I₂ - I₁)
s₂ = k(I₃ - I₂)
……………
本発明の第２の実施例において、ディスクは、実際の高さｚが一定でなく（第１の実施例におけるように）、時間とともに変化するように、回転している。
z(t) = z_c + Dz cos (vt + f)
ここで、ｖはディスク回転の角周波数であり、ｆは相オフセットである。この振動は、回転軸がディスク面に対して完全に垂直になることがないことにより生じる。本実施例において、一般的に、フォーカスエラー信号ＦＥＳ及び中央開口（ＣＡ）信号は、図面中の図３に示されたように見える。ディスク回転の上述の効果は、アクチュエータＡＣがディスク回転による振動に従うようにアクチュエータＡＣを振動させることにより、実質的に解消されることができる。これは、アクチュエータＡＣを通じる小さな振動電流を加え：
I(t) = DI cos (vt + f’)
次に、ゼロクロッシングが発生する時間（それぞれ図３のｔ−及びｔ＋）が、アクチュエータを通じる追加の振動電流無しの状況に対して変化しないように相ｆ’を調整し（このときｆ＝ｆ’となる）、最後に、時間に対する信号ＦＥＳ及びＣＡの変化が解消されるように電流振幅ＤＩを調整することによって達成される。これらの準備ステップの後、図２を参照して上記した本方法は、種々の厚さ値を測定するために適用されることができる。

第３の実施例において、ディスクは再び回転しているが、ディスク回転の効果を除去するために異なった手順が用いられてもよい。この場合、フォーカス制御回路は、アクチュエータＡＣをディスク回転に起因する高さ変化に従わせるのに用いられることができる。ディスク一回転の間の電流Ｉ（ｔ）が記録され、その後、焦点制御回路が再びスイッチオフされる。種々の厚さ値が、図面の図２を参照して説明される方法に従って測定されることができるように、電流Ｉ_ｓ＋Ｉ（ｔ）が、アクチュエータに供給され、ＦＥＳ及びＣＡ信号が、Ｉ_ｓの関数として測定される。

本発明の実施例は例示によってのみ上記で説明され、当業者には、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲から逸脱することなく説明された実施例に変形及び修正がなされることができるということは理解されるであろう。 更に、請求項において、括弧内に配置されたいかなる引用符号も当該請求項を制限するように解釈されてはならない。「有する（comprising）」なる用語は、請求項に記載されたもの以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。「１つの（a又はan）」なる用語は、複数を排除するものではない。本発明は、幾つかの個別素子を有するハードウェアにより、及び適切にプログラムされたコンピュータによって実行されることができる。幾つかの手段を列挙している装置請求項において、複数のこれらの手段を、ハードウェアの全く同一のアイテムによって具体化することもできる。手段が相互に異なる従属請求項において記載されているという事実のみでは、これらの手段の組合せが有利に用いられることができないということを示すことにはならない。

本発明の第１の実施例による装置の概略の部分図である。 本発明の第１の実施例に関して発生される、フォーカスエラー信号（ＦＥＳ）及び中央開口（ＣＡ）信号をアクチュエータ電流Ｉの関数として概略的に示す。 本発明の第２の実施例に関して発生される、フォーカスエラー信号（ＦＥＳ）及び中央開口（ＣＡ）信号を時間ｔの関数として概略的に示す。 典型的な光システムを概略的に示す。 典型的な球面収差補償機構の素子を概略的に示す。

Claims (14)

1. １つ又は複数のデータ記録層を持つ情報記録媒体のデータ記録層の深さを測定するための装置において、
   −電磁放射ビームをデータ記録層に焦点合わせするための光学素子手段と、
   −アクチュエータに供給される制御電流に応じて前記光学素子手段を前記情報記録媒体に対して移動させるための当該アクチュエータと、
   −前記電磁放射ビームを前記データ記録層に焦点合わせしておくように前記アクチュエータを制御するためのフォーカスエラー制御信号を発生させるためのフォーカスエラー信号発生手段と、
   −前記フォーカスエラー信号の１つ又は複数のゼロクロッシングにおいて前記アクチュエータに供給される制御電流を決定し、該制御電流から前記情報記録媒体の前記データ記録層の前記深さを決定するための手段と、
   を有する装置。
2. 請求項１に記載の装置において、前記光学素子は対物レンズを有する、装置。
3. 請求項１又は２に記載の装置において、更に、アクチュエータ電流と深さとの間の比例定数を計算するための手段を含む装置。
4. 請求項３に記載の装置において、前記フォーカスエラー信号は、略正弦波を有し、前記比例定数は、前記波の２つの所定の点間の距離に比例する、装置。
5. 請求項４に記載の装置において、前記２つの所定の点は、それぞれ正及び負のピークを有する、装置。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の装置において、前記情報記録媒体は回転しており、前記装置は、結果としての前記情報記録媒体の振動を補償するように構成される手段を更に有する、装置。
7. 請求項６に記載の装置において、前記補償手段は、前記アクチュエータを前記情報記録媒体の振動に実質的に追従させるための手段を有する、装置。
8. 請求項７に記載の装置において、前記アクチュエータに振動電流を供給するための手段を有する装置。
9. 請求項６に記載の装置において、前記補償手段は、前記情報記録媒体の回転に起因する前記情報記録媒体のあらゆる高さ変化に前記アクチュエータが実質的に追従するように構成される、装置。
10. １つ又は複数のデータ記録層を持つ情報記録媒体のデータ記録層の深さを測定する方法において、
    −電磁放射ビームをデータ記録層に焦点合わせするための光学素子手段を提供するステップと、
    −アクチュエータに供給される制御電流に応じて前記光学素子手段を前記情報記録媒体に対して移動させるための当該アクチュエータを提供するステップと、
    −前記電磁放射ビームを前記データ記録層に焦点合わせしておくように前記アクチュエータを制御するためのフォーカスエラー信号を発生させるステップと、
    −前記フォーカスエラー信号の１つ又は複数のゼロクロッシングにおいて前記アクチュエータに供給される制御電流を決定するステップと、
    −該制御電流から、前記情報記録媒体の前記データ記録層の前記深さを決定するステップと、
    を有する方法。
11. 光システムに関して、１つ又は複数のデータ記録層を持つ情報記録媒体のデータ記録層の深さを計算するための装置であって、前記光システムは、
    −電磁放射ビームをデータ記録層に焦点合わせするための光学素子手段と、
    −アクチュエータに供給される制御電流に応じて前記光学素子手段を前記情報記録媒体に対して移動させるための当該アクチュエータと、
    −前記電磁放射ビームを前記データ記録層に焦点合わせしておくように前記アクチュエータを制御するためのフォーカスエラー制御信号を発生させるためのフォーカスエラー信号発生手段と、
    を有し、
    前記装置は、前記フォーカスエラー信号の１つ又は複数のゼロクロッシングにおいて前記アクチュエータに供給される制御電流を決定し、該制御電流から前記情報記録媒体の前記データ記録層の前記深さを決定するように構成される装置。
12. 光システムに関して、１つ又は複数のデータ記録層を持つ情報記録媒体のデータ記録層の深さを計算するための方法であって、前記光システムは、
    −電磁放射ビームをデータ記録層に焦点合わせするための光学素子手段と、
    −アクチュエータに供給される制御電流に応じて前記光学素子手段を前記情報記録媒体に対して移動させるための当該アクチュエータと、
    −前記電磁放射ビームを前記データ記録層に焦点合わせしておくように前記アクチュエータを制御するためのフォーカスエラー制御信号を発生させるためのフォーカスエラー信号発生手段と、を有し、
    前記方法は、
    −前記フォーカスエラー信号の１つ又は複数のゼロクロッシングにおいて前記アクチュエータに供給される制御電流を決定するステップと、
    −該制御電流から前記情報記録媒体の前記データ記録層の前記深さを決定するステップと、
    を有する方法。
13. 請求項１乃至１１の何れか１項に記載の装置を含む球面収差補償装置。
14. 請求項１３に記載の球面収差補償装置を含む光データ記録又は検索システム。

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