JP2008511093A - メディアスキャニングシステムのフォーカスコントロール - Google Patents

Abstract

光ディスク装置及び方法は、放射線ビームを焦点合わせしつつ、放射線ビームを介してメディアをスキャニングし、特に、目に見えるラベルを作成するために放射線感知層が設けられるラベルサイドを有する記録キャリアに目に見えるラベルを書写する。装置は、メディアから反射された放射線から検出器信号（ＣＡ）を発生するためのビーム及び検出器を供給するためのヘッドを有する。フォーカスシステムは、メディアのスポットに放射線のビームを焦点合わせするため、フォーカス制御信号を発生するために提供される。フォーカス励起信号は、フォーカス制御信号に追加され、フォーカス補正信号は、検出器信号における重さの中心の検出に基づいて生成され、検出器信号の重みはフォーカス励起信号に依存して決定される。

Description

本発明は、放射線ビームを供給し、メディアから反射される放射線に依存して少なくとも１つの検出器信号を発生するためのヘッドと、放射線ビームをメディアのスポットに焦点を合わせるためのフォーカス制御信号を発生するためのフォーカス手段とを有する装置であって、放射線ビームによりメディアをスキャニングするための装置に関する。

さらに、本発明は、放射線ビームによりメディアをスキャニングする方法に関し、当該方法は、メディアから反射された放射線に依存して少なくとも１つの検出器信号を発生し、放射線ビームをメディアのスポットに焦点合わせするためのフォーカス制御信号を発生することを含んでいる。

本発明は、放射線ビームを焦点合わせする分野に関し、特に、ラベルベアリングメディア（label-bearing medium）のラベルサイドにラベルを書込み、ラベルベアリングメディアのラベルサイドにレーザを焦点合わせする方法及び装置に関する。

特許出願ＵＳ２００４／００３７１７６号は、光ディスクにラベルをプリントする光ディスク装置及び方法を開示している。ラベルは、光ディスク装置のヘッドから出力されるレーザビームの利用により形成される。なお、本明細書では、単語「書写“scribing”」は、記録キャリアに目に見えるラベルを形成するための放射線感知レイヤの可視光特性を変化させるプロセスを示すために使用される。光記録装置では、情報は、トラックにマークを書き込むことで記録キャリアに記憶される。光記録装置は、記録キャリアの記録レイヤのトラックのスキャニングスポットにレーザビームを焦点合わせするためのヘッドが設けられている。記録の間、ヘッドは、記録キャリアから反射された放射線に基づいてヘッドにおける検出器から発生された検出器信号に基づいて半径方向のエラー信号に基づいて、サーボシステムを介してトラックに半径方向に配置される。

公知の文献では、ヘッドを介してラベルをプリントすることが記載されている。感光性材料又は感熱材料から形成される可視光特性を変えるレイヤは、光ディスクのラベル表面の一部から見ることができるロケーションに形成される。光ディスクのラベル表面が光ヘッドに向けられる間、光ディスクは、光ディスクユニットのターンテーブルにセットされる。光ディスク及びヘッドは、光ディスクの平面に沿ってラベルエリアをカバーするため、スキャニング動作において相互に移動される。スキャニングと同期して、光ピックアップから出力されるレーザビームの電力は、プリントされるべき文字又はグラフィック画像のような画像データに従って変調され、レーザビームは、可視光特性を変えるレイヤに放出される。可視光特性を変えるレイヤがレーザビームに露出される結果として、可視光特性を変えるレイヤの可視光の反射率が変化し、これによりラベル表面に画像データに対応する画像が形成される。

かかるスキャニングの間、レーザビームは、メディアのスポットに焦点合わせされる。たとえば「ブランク」書き換え可能なラベルといった放射線感知レイヤを有するディスクのブランクサイドに焦点合わせすることと、従来のデータ記録レイヤに焦点合わせすることとの違いは、ブランクサイドで、ラベル表面にレーザスポットを焦点合わせするために利用可能なフォーカスエラー信号がないことである。フォーカスは、メディアから反射された放射線の最大量を検出することに基づいている。スキャニングの公知のシステムの問題点は、かかる量を検出することによる焦点合わせが低速であって正確ではないことであり、一定ではないラベルの印刷品質となる場合がある。

したがって、本発明の目的は、信頼性高く焦点合わせしつつ、メディアをスキャニングする装置及び方法を提供することにある。

本発明の第一の態様によれば、上記目的は、開始節で定義されるような装置により達成され、この装置において、フォーカス手段は、フォーカス制御信号にフォーカス励起信号を含み、検出器信号における重さ（gravity）の中心を検出することに基づいてフォーカス補正信号を発生するために構成され、検出器信号の重み（weight）は、フォーカス励起信号に依存して決定される。

本発明の第二の態様によれば、上記目的は、開始節で定義される方法により達成され、この方法は、フォーカス制御信号にフォーカス励起信号を含み、検出器信号における重さの中心を検出することに基づいてフォーカス補正信号を発生することを含み、検出器信号の重さは、フォーカス励起信号に依存して決定される。

フォーカス補正信号は、放射線ビームのフォーカスポイントがスキャンされるべきメディアの表面に密に追従するように、フォーカスアクチュエータに印加されるべき信号であり、すなわち、フォーカス補正信号は、メディアの高さ変動に対応する。重さの中心を検出することは、フォーカス励起信号の値に基づいて検出器信号エレメントを結合すること、フォーカス励起信号の実際の値に依存して、検出器信号エレメントに重みを割り当てることを含む。重さの中心の位置は、フォーカスポイントと表面との間の差を示す。測定値は、フォーカス制御信号の信頼性を高める作用を有し、ノイズのような検出器信号の個々の部分の乱れは、相対的な重みが割り当てられ、結合される。これは、信頼できるフォーカス信号が形成されるという利点を有する。

また、本発明は、以下の認識に基づいている。フォーカシングシステムでは、フォーカスセットポイントは、フォーカス制御信号を変え、検出器信号における反射された放射線の最大量を検出することで検出される。たとえば、スローランプ信号は、フォーカス制御信号としてはじめに使用される。しかし、反射された放射線の量と必要とされるフォーカス補正信号の量との間に公知の関係が存在しないので、かかるフォーカス制御システムでは、検出されるセットポイントを制御又は検証することは困難である。本発明者は、予め決定されたフォーカス励起信号をフォーカス制御信号に含むこと、検出器信号における重さの中心を検出し、検出器信号の重みがフォーカス励起信号に依存して決定され、重さの中心の位置がフォーカス励起信号の振幅に直接的に関連されることを認識している。これにより、信号値として要求される補正量は、かかる計算から導出可能である。フォーカスの変位の実際の量は、フォーカスアクチュエータの伝達関数のような、各種の未知のパラメータのために未知のままである。しかし、有利なことに、必要とされるフォーカス補正信号の値は、検出された重さの中心と予め定義されたフォーカス励起信号との関係により直接従う。

実施の形態では、装置は、ラベルモードでは、目に見えるラベルをメディアに書写し、メディアは、放射線ビームにより目に見えるラベルを形成するための放射線感光層が設けられるラベル側を有し、ヘッドは、目に見えるラベルを書写するための放射線感光層にスポットを生成する。

なお、光ディスクにユーザデータを記録する装置では、光ヘッド及び検出器は、公知の光特性の基板レイヤを介してデータ記録レイヤにスキャニングスポットを生成するために必要的に設計される。たとえば、光エレメントは、基板により生じた球面収差の公知の量を補償するために設計される。フォーカスを制御するための検出器信号は、かかる埋め込まれた記録レイヤのトラックに追従するために設計される。しかし、ラベル書写では、ラベル表面はトラックを有さず、ビームは、基板レイヤを通過しない。しかしながら、本発明者は、書写スポットがフラットなラベル感知レイヤで生成される間に生じる検出器信号は、先に記載されたように、突然に焦点合わせを検出するために使用するようになる。これは、ソフトウェア及び制限された回路により、更なる回路なしに、従来の記録装置が信頼できるラベル書写機能でエンハンスされるという利点を有する。

装置の実施の形態では、フォーカス励起信号は、周期的なフォーカス励起信号であり、特定のケースでは、周期的なフォーカス励起信号は、実質的に正弦波信号である。これは、重さの中心の値がたとえば周期的なフォーカス励起信号のフランクで周期的に決定されるという作用を有する。実質的な正弦波信号は、アクチュエータのような高い次数のダイナミックレスポンスを固有に有するフォーカスエレメントが、フォーカス励起信号に従って実質的に移動し、したがって重さの中心の正確な値を提供するという利点を有する。

実施の形態の装置では、重さの中心を検出することは、励起信号のインターバルに基づいており、このインターバルは、励起信号のゼロクロスに関して対称である。対称なインターバルは、フォーカス励起信号の正及び負の部分について検出器信号エレメントの等しい重みとなる。これは、ランダムな乱れの要素が抑圧されるという利点を有する。

本発明に係る装置及び方法の更なる好適な実施の形態は、特許請求の範囲で与えられ、この特許請求の範囲の開示は、引用により本明細書に盛り込まれる。
本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下の記載における例を介して記載される実施の形態を参照して、添付図面を参照して更に明らかにされるであろう。図面において、既に記載されたエレメントに対応するエレメントは、同じ参照符号を有する。

図１ａは、ディスク状の記録キャリアを示す。図１ｂには断面図が示されており、図１ｃは記録キャリアのラベルサイドを示している。記録キャリア１１は、情報レイヤのトラック９及びセントラルホール１０を有する。トラック９は、情報レイヤで実質的に平行のトラックを構成する螺旋又は同心状の回転パターンに従って構成される。記録キャリアは、記録可能なタイプの情報レイヤを有する光ディスクである。記録可能なディスクの例は、ＣＤ−Ｒ及びＣＤ−ＲＷであり、及びＤＶＤ−Ｒ又はＤＶＤ＋ＲＷ、及び／又はＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）である。記録キャリアの記録可能なタイプのトラック９は、
たとえば案内溝といった、ブランク記録キャリアの製造の間に設けられる前もって型押しされたトラック構造により示される。記録された情報は、トラックに沿って記録される光学的に検出可能なマークにより情報レイヤに表現される。マークは、たとえば光ディスクドライブにおける光ヘッドで生成されるレーザビームといった放射線ビームを介して、読み取られ、光学的に書き込まれる。マークは、たとえば、ダイ、合金又は相変化材料のような材料への記録のときに得られる反射におけるバリエーション、又は光磁気材料における記録のときに得られる偏光の方向におけるバリエーションといった、１以上の物理的なパラメータのバリエーションにより構成され、それらの周囲とは異なる光特性を有する。

図１ｂは、記録可能なタイプの記録キャリア１１のラインｂ−ｂに沿って取られる断面図であり、透明な基板１５には、記録レイヤ１６及び保護レイヤ１７が設けられる。トラック構造は、たとえば、スキャニングの間に光ヘッドがトラック９を追従するのを可能にする案内溝１４により構成される。案内溝１４は、ぎざぎざ又は上昇として実現されるか、若しくは異なる光学特性を有する材料からなる場合がある。また、トラック構造は、サーボ信号が周期的に生じさせる規則的に拡散されたサブトラックにより形成される場合がある。記録キャリアは、たとえばビデオ又はオーディオ情報、若しくはコンピュータデータのような他の情報といったリアルタイム情報を保持することが意図される。保護層１７の上で、目に見えるラベルを書写するために放射線に感度の高いラベルレイヤ１８が提供される。書写は、目に見えるラベルを形成するために放射線感知層１８の可視光特性を変化させるプロセスである。

図１ｃは、記録キャリアのラベルを示す図である。記録キャリア１１は、ラベルサイドから示されており、ビジュアルラベル１９は、放射線感知装置で書写される。たとえばブラックドットといったビジュアルラベルエレメントは、放射線ビームの電力を変調する間に、書写スポットを利用し、半径方向及び角度的な位置においてラベルレイヤをスキャニングすることで、ラベルレイヤ１８で書写される。目に見えるラベルを書写するシステムは、たとえばＵＳ２００２／０１９１５１７から知られている。

なお、この例は、情報を記録及び読み取りするエントリサイドとは異なる記録キャリアのサイドの放射線感知ラベルレイヤを有する記録キャリアに基づいている。しかし、適切な材料のラベルレイヤは、エントリサイドで位置されている。かかるラベルレベルは、トラックにおけるマークから情報を記録及び読み取りするため、放射線に対して少なくとも部分的に透明である必要がある。さらに、ラベルレイヤは、ラベルサイドの一部に適用される。明らかに、ラベルエレメントは、ラベルレイヤによりカバーされる部分で書写される。

図２は、ラベル書写を有する記録装置を示す。装置は、記録キャリア１１をスキャニングするための手段が設けられており、この手段は、記録キャリア１１を回転する駆動ユニット２１、ヘッド２２、ヘッド２２を半径方向に配置するためのサーボユニット２５及び制御ユニット２０を含む。ヘッド２２は、ＯＰＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｉｃｋｕｐ Ｕｎｉｔ）とも呼ばれ、放射線スポット２３に焦点合わせされる光エレメントを通してガイドされる放射線ビーム２４を発生する公知のタイプの光学系を有する。放射線ビーム２４は、たとえばレーザダイオードといった放射線源により発生される。

データ記録モードで、放射線スポットは、記録キャリアの情報レイヤのトラックで生成される。ラベル書写モードで、放射線スポットは、メディア１１のラベルサイドの放射線感知レイヤに焦点合わせされる。ヘッドは、放射線ビームの光軸に沿って放射線ビーム２４の焦点を移動させることでビームを放射線スポットに焦点合わせするフォーカスアクチュエータ３６と、たとえば光エレメントを半径方向に移動するためのコイルといった、半径方向におけるスポット２３の精密な位置合わせのためのラジアルアクチュエータ（図示せず）を更に有する。

メディアから反射された放射線は、ヘッド２２における通常のタイプの検出器により検出される。フロントエンドユニット３１は、トラックから反射された放射線に基づいて検出器信号を供給するために検出器に結合される。検出器信号は、マーク及びサブ検出器信号を読み取るためのメインスキャニング信号３３を含んでおり、たとえば、サブ検出器信号は、トラックの左及び右サイドから反射される放射線に基づくプッシュプルサブ検出器信号、及び／又は、トラックの中心の左及び右サイドに位置される個別のサテライトスポットから反射される放射線に基づくサテライトサブ検出器信号である。

焦点合わせのための検出器信号は、以下に記載されるフォーカス制御信号３５を介して前記フォーカシングアクチュエータ３６を制御するためにフォーカスユニット３２に結合される。メインスキャニング信号３３は、復調器、デフォーマッタ、情報を検索するための出力ユニットを含む通常のタイプの読み取り処理ユニット３０により処理される。ラベルモードについて、焦点合わせのための検出器信号は、全体の反射された放射線を示す合計の反射信号を含む。たとえば、合計信号について、中央開口信号（ＣＡ）と呼ばれる、メインスキャニング信号が使用されるか、若しくは全てのサブ検出器信号の組み合わせが使用される場合がある。

制御信号２０は、情報の記録及び検索を制御し、ユーザ又はホストコンピュータからのコマンドを受信するために構成される。制御ユニット２０は、装置における他のユニットにたとえばシステムバスといった制御ライン２６を介して接続される。制御ユニット２０は、たとえば、以下に記載されるような手順及び機能を実行するためのマイクロプロセッサ、プログラムメモリ及びインタフェースといった制御回路を有する。制御ユニット２０は、また、ロジック回路におけるステートマシンとしても実現される。

フォーカスユニット３２の実現について、機能の一部がマイクロプロセッサで実現される場合に、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）のようなハードウェア及び／又はプログラマブルシグナルプロセッサが使用される。

装置には、書込み可能又は再書き換え可能なタイプの記録キャリアに情報を記録するための記録手段が設けられる。記録手段は、放射線の書込みビームを生成するためのヘッド２２及びフロントエンドユニット３１と協働し、入力情報を処理して、ライト信号を発生し、ヘッド２２を駆動するための書込み処理手段を有しており、この書込み処理手段は、入力ユニット２７、フォーマッタ２８及び変調器２９を有する。情報を書き込むため、放射線ビームの電力は、変調器２９により制御され、記録レイヤに光学的に検出可能なマークを作成する。

実施の形態では、入力ユニット２７は、アナログオーディオ及び／又はビデオ、若しくはデジタル非圧縮オーディオ／ビデオのような入力信号の圧縮手段を有する。適切な圧縮手段は、ＭＰＥＧ規格におけるビデオについて記載され、ＭＰＥＧ−１は、ＩＳＯ／ＩＥＣ１１１７２で定義され、ＭＰＥＧ−２は、ＩＳＯ／１３８１８で定義される。入力信号は、係る規格に従って既に代わる代わるエンコードされる。

制御ユニット２０は、記録モードでの記録を制御する。制御ユニットは、ラベルモードにおける書写を制御するためのラベル制御ユニット３３を有する。書写すべきラベルデータは、ホストインタフェースを介して、又はユーザ入力により、ラベル制御ユニットに供給される。実施の形態では、スキャニング装置は、ラベル書込みについて構成される。装置は、記録のために先の装置に類似するが、データ記録及び検索のエレメントが省略される。

ラベルモードで、記録キャリアは、光ヘッドに向かうラベルサイドにより装置に挿入され、放射線ビームが放射線感知レイヤの書写スポットに焦点合わせされるのを可能にする記録キャリアが挿入されたとき、ユーザは、ラベルモードに従事するためにコマンドを与える。代替的に、装置は、たとえば記録キャリアの予め定義された位置の指定されたマークを検出することで、ラベル書込みのための適切な記録キャリアが入力されたかを自動的に検出する。

実際に、ラベルモードにおける考えは、ＣＤ又はＤＶＤディスクの非データサイドでラベルをプリントすることである。両方のケースでは、光ヘッドにおけるＣＤレーザは、ラベルを書き込むために使用される。ＣＤスポットは、１．２ｍｍポリカーボネート基板が光経路の一部ではないため、球面収差で強く収差される（aberrated）。半径方向及びフォーカス制御の両者は、開ループで実行される。

ヘッドの角度的な位置は、既知の基準位置からの記録キャリアの回転の正確な制御及び測定に基づいて測定される。記録キャリアは、バーコードのようなラベルサイドに更なるマークを有し、これは、ヘッドによるか又は更なるセンサにより検出される。また、たとえば、角度的な位置は、本出願（ＰＨＮＬ０４０７２５）の係属中の出願で記載されるように、ターンテーブルモータに結合されるＨａｌｌセンサからの信号に基づく。ヘッドの半径方向の位置は、等しいサイズ、番号、ステップについてステッピングモータに基づいているか、スピンドルに沿ってスレッジを移動するためのモータに結合するための回転センサに基づく場合がある。

ラベルへの焦点合わせは、反射率を最大にすることに基づく方法を使用して実行され、この反射率は、いわゆる中央開口（ＣＡ）から測定される。この信号は、合計信号と呼ばれることがある。基本的に、これは、ディスクから反射された光の量を示す信号である。信号は、メインスポットのみに対応する検出器セグメントの合計から生成される。しかし、３スポットシステムでは、メインスポットに対応する検出器セグメントの合計にサテライトスポットに対応する検出器セグメントの合計に基づいている。かかるＣＡの品質は低く、多量の雑音が信号に存在する。したがって、再生可能な結果を得るため、多数のサンプリング又はフィルタリングが必要とされる。オプションは、ＣＡをフィルタリングし、最大値を発見することである。残念なことに、フィルタリングにより、フィルタリングされたＣＡ信号において遅延が生じ、これは最大値を発見するときに補償されるべきである。

本発明に係る方法及び装置では、ＣＡ信号は「時間領域」で直接フィルタリングされないが、フォーカス励起信号は、フォーカス制御信号に含まれ、ＣＡ信号の偏差は、重さの中心を計算するために相応して検出される。

図３は、重さの中心の検出を示している。垂直軸に沿った図では、検出器信号ＣＡは、ｚの関数ＣＡ（ｚ）として与えられ、水平軸では、焦点ｚの変位が与えられる。たとえば、変位ｚは、フォーカス制御信号３５に含まれるフォーカス励起信号により制御される。基本的に、ＣＡ信号の重さの中心が測定され、結果はｚ０と呼ばれる。重さの中心は、ｚ０の両方のサイドの重み付けされた表面（weighted surface）は等しいことを意味し、表面Ｓは、以下の式に従って、距離ｌ〜ｚ０で乗算される表面ｄＡを積分することで計算される。

これは以下のようになる。

フォーカス励起信号について、周期信号が適用され、特に実質的に正弦波信号が適用される。このケースでは、以下のようになる。

たとえばｚ＞Ａ又はｚ＜−Ａの大きな焦点外れの値についてＣＡ（ｚ）＝０であることが想定される場合、時間領域における測定原理は、（“complete center of gravity formula COG”と呼ばれる）以下に従うものである。

Ｔ_Pは周期的なフォーカス励起信号の周期に関連する測定周期であり、たとえば、正弦波励起信号の周期の０．５倍である。信号全体が集積されるため、ノイズ成分を含んだ、フィルタリングされていない、したがって高速な、ＣＡ信号を使用することが許容される。このアルゴリズムは、ＤＳＰ及びマイクロプロセッサの実現の努力、キャリブレーション速度及び簡単さに関して利点を有する。ドライブにおけるかかる測定を実行するため、フォーカスアクチュエータがディスクに関して移動される。本発明の実施の形態では、線形の鋸波が使用される。そのように、時間領域でｚにわたる積分を実行するのを可能にする、ｚと時間との間の線形の関係が得られる。しかし、鋸波は、アクチュエータ応答において高次の高調波につながり、これは測定の精度及び速度に否定的な影響力を有する。したがって、別の好適な実施の形態では、フォーカスアクチュエータの移動を駆動するために高調波の側面が使用される。結果として、時間とｚの間の関係はもはや線形ではない。空間の代わりに時間にわたる積分を実行するため、積分は、先に説明されたように更なる高調波ｓｉｎ（２πｆ_Nｔ）で補償される。しかし、本発明者は、この補償が良好な集束について常に必要とされないことを発見しており、したがって重さの中心の検出は以下に基づく（simplified center of gravity formula SCOGと呼ばれる）。

図４は、重さの中心の検出用の信号を示す。図の第一のセクション４１では、曲線４４は、Ｔｄ／Ｎｍの周期による周波数Ｎｍ／Ｔｄの余弦波形状の励起信号により、水平軸で時間ｔに関してドライブにおけるフォーカスエレメントの変位ｚを与え、すなわち係る周期は、１回転における周期的なフォーカス励起信号の周期数を示す数Ｎｍにより分割されたディスク状のメディアの回転周期Ｔｄである。Ｔ_Pは、周期的なフォーカス励起信号の周期の０．５倍の測定周期、すなわちＴ_P＝０．５・Ｔｄ／Ｎｍである。第二のセクション４２は、検出器信号ＣＡを示し、特に、第一の対称なインターバル４５において、周期的なフォーカス励起信号の側面に対応することは、ＣＡ信号の第一の曲線４６を示す、セクション４１における変位ｚ₁に対応する時間ｔ₁で値ＣＡ（ｚ₁）を含むことが示される。さらに、第三のセクション４３は、図３に対応して示される。

図５は、検出器信号処理部分を示す。図は、ドライブで実現されるべきＣＡ処理原理を示している。先の式ＳＣＯＧに対応する分子及び分母を決定するための積分器５１，５２は、明らかに見ることができる。フォーカス励起信号は、以下のように生成される余弦波である。同期信号ｋは、たとえば、センサに沿って通過するメディアにバーコードにより生成されるタコ信号又はセンサ信号といった、メディアの回転に対応して生成される（図６参照）。スケーリングユニット５３では、同期信号ｋは、好適なレンジを取得するためにスケーリングされ、たとえば０．．１０２３は、Ｎｍ（周期的なフォーカス励起信号の周期数）により乗算され、８で除算されることで０．．（１２８*Ｎｍ−１）にスケーリングされる。論理ユニット５４では、信号は、７Ｆ（ｈｅｘ）と論理積され、Ｎｍ＝８の鋸歯状のパルスの系列を得て、この系列は、たとえば、ユニット５３及び５４で前に印加された論理的なスケーリングに対応する１２８値のテーブルに基づいて、ＳＩＮユニット５５及びＣＯＳユニット５６を使用して正弦波信号（ｓｉｎ及びｃｏｓｉｎｅのそれぞれ）に変換される。

セクション５０では、図面は、たとえばＴｄ／３である周期、すなわちフォーカス励起信号のＮｍ＝３周期を有する回転周期の３分の１といった測定周期５０３を示している。正弦波信号５０４は、（正弦波信号５０４のゼロ値５０１，５０２間の）測定インターバルを検出し、積分器５１，５２をリセットし、ユニット５９，６０を保持するために印加される。余弦波信号５０５は、乗算器５８に入力され、この乗算器は、低域通過フィルタ関数を有する、ゲインユニット５７を介して検出器信号ＣＡを更に受ける。乗算器５８の出力は、積分器５１で積分され、ホールドユニット５９でサンプリングされて分子を生成し、検出器信号ＣＡは、第二の積分器５２で積分され、第二の積分器５２で積分され、ホールドユニット６０でサンプリングされて分母を生成する。したがって、同じ周波数の正弦波におけるゼロクロス５０１，５０２は、積分器をリセットし、ゼロ次のホールドユニット５９，６０に結果を記憶する。積分器がリセットされたとき、割り込みがマイクロプロセッサに発生される。この割り込みは、マイクロプロセッサが分子及び分母をサンプリングすることができることを示している。

測定が上手く実行された場合、すなわち、ＣＡピークが側面（flank）にある場合、分子を分母で除算することで結果ｚ０が与えられる。なお、フォーカスセットポイントがフォーカス励起信号のレンジ内にない場合、ＣＡ信号はゼロに関する。これは、除算の前にマイクロプロセッサにより個別的に検査される場合があり、フォーカス励起信号の大きな振幅又は異なるグローバルフォーカス発見手順が選択される。なお、この除算は、ＤＳＰにおいてではなく、マイクロプロセッサで実行されることが好ましく、かかる除算は、非常に複雑である。

実施の形態では、１回転での多数の測定が必要とされ、測定の高調波は、ディスク回転速度よりも高い周波数を有する。信号処理を更に簡略化するため、測定の高調波は、ディスク回転速度Ｆｄの整数である。このケースでは、この整数がＮ＝８であるように選択する。それぞれのコサインについて、２つの測定フランクが利用可能である。結果として、１回転にわたり均等に分散されるｚ０について１６値を得る。これら１６値により、ＦＦＴ手順によりＤＣ値及び７つの高調波を得ることが可能である。

図６は、タココンバータを示す。タコセンサからのタコ信号６１は、乗算ユニット６２及び除算ユニット６３でスケーリングされ、検出器の信号処理部分の入力に結合される同期信号ｋを発生する（図５参照）。したがって、（検出器の信号処理部分で生成される）正弦波及び余弦波は、ディスクの角度的な位置に対応するタコ信号にロックされる。タコ信号は、回転当たり８００ビットを生成する、いわゆるＬｉｇｈｔＳｃｒｉｂｅディスクのパターンにより生成されるべきである。更なる処理を簡略化するため、「８００ビット」タコ信号は、図６に示されるように、“１０２４”ビットのタコ信号にはじめに変換される。

図７は、フィードフォワードブロックを示す。フィードフォワードブロックは、フォーカス制御信号にフォーカス補正信号として含まれるべきフィードフォワード信号を生成する。回転するメディアについて、出力は、同期信号ｋによりメディアの回転にロックされる。フィードフォワードブロックは、多数のブランチを有し、それぞれのブランチは、回転周波数の特定の高調波に同調される。最も低いブランチは、乗算ユニット７１（ｋ*３／８）、これに続いて論理積ユニット７２（＆７Ｆｈｅｘ）で開始し、第三高調波Ｎ＝３を供給する。この第三高調波は、ＳＩＮ及びＣＯＳユニット７３を使用して正弦及び余弦信号に変換される。これら正弦波信号及び余弦波信号は、それぞれの高調波成分について測定及び計算された振幅を含むユニット７４によりスケーリングされる。スケーリングされた成分は、加算器チェイン７６で加算され、フォーカス補正信号ｚを生成する。なお、フォーカス補正信号のＤＣ値のブランチは、定数値ユニット７５によってのみ実施される。フィードフォワードブラックでは、プログラマブルな振幅及び位相をもつディスク回転速度高調波を発生可能である。先に記載されたサンプルｚ₀の計算に基づいたＦＦＴ手順の結果は、対応する高調波の振幅レジスタに含まれる。なお、ゲインコンバータはここでは必要とされず、ｚ₀サンプルに関するＦＦＴに基づいて結果的に得られる振幅は、全ての「ｚ信号は同じ領域にある」ため、フィードフォワードテーブルに追加される。

図８は、ゲインモデルを示す。ゲインモデルは、デジタル（計算）領域における値ｒをフォーカス（ｍｍ）の動きｚへの変換に例示する。上のセクションでは、フォーカス制御システムのエレメントの実際のチェインのモデルが与えられる。値ｒは、出力電圧Ｕ_outにユニット８１におけるゲイン８１におけるゲインＧｚにより増幅され、この出力電圧は、駆動増幅器８２によりアクチュエータの駆動電圧Ｕ_actにＧａにより後続して増幅され、最終的に、アクチュエータと感度ＤＣに従ってｍｍにおける動きｚに変換される。下のセクションでは、対応するゲインモデルは、シングルゲインステージＧを使用して与えられ、ゲインＧ＝ＤＣ・Ｇａ・Ｇｚ，したがってｚ＝Ｇ・ｒを有する。なお、一般に、Ｇはドライブで使用されるコンポーネントに依存し、温度に依存する。実施の形態では、ｚはデジタル信号ｒ＝Ｒｃｏｓ（２πｆ_Nｔ）によりデジタル領域で生成される。結果として、ｚ＝Ｇ・ｒ＝Ｇ・Ｒ・ｃｏｓ（２πｆ_Nｔ）であり、ここでＲはＲ＝Ａ／Ｇに等しい振幅である。先に与えられたｚ０についての式ＣＯＧは、以下のようになる。

値ｒ₀は、デジタル領域におけるドライブで計算され、ＧＲは時間的に測定周期の制限を表す。ｒ₀→ｒ₀［１..１６］（Ｎ＝１６）であるＮをとる。振幅ｚの対応する数が計算される。
Ｚ₀（１..１６）＝ＦＦＴ（ｚ₀［１..１６］）＝ＦＦＴ（Ｇ・ｒ₀［１..１６］）
＝Ｇ・ＦＦＴ（ｒ₀［１..１６］）＝Ｇ・Ｒ₀（１..１６）
ここでＦＦＴは高速フーリエ変換であり、Ｚ₀（１..１６）及びＲ₀（１..１６）は、周波数領域で高調波を示す（ミラー周波数を含む、１６サンプルに基づく１６高調波）。ここで、振幅Ｒ₀（１..１６）に基づく信号、すなわちＦＦＴ^-1（Ｒ₀（１..１６））を発生し、ＦＦＴ^-1は逆ＦＦＴである。

これは幸いにも、信号ｚ＝ＦＦＴ^-1（Ｒ₀（１..１６））・Ｇとなる。したがって、フォーカス補正信号を発生するとき、デジタル領域で値が計算され、フィードフォワード信号ｒとして直接的に利用可能であるため、値Ｇを考慮する必要がない。さらに、実際にフォーカス補正信号を発生するため、たとえば４の高調波といった少数の高調波が使用される。

たとえばＬｉｇｈｔＳｃｒｉｂｅメディアといった、書写されるべきメディアの反射率は、１〜１０％に変化する。この変動に対処するため、フォーカス測定の間にフロントゲインをスケーリングすることが好ましい。このスケーリングは、（少なくとも）２つの理由のために必要とされ、ＤＳＰで内部的に量子化エラーにつながり、不適切なスケーリングは測定ポイントの誤った「有効性チェック」につながる（ＣＡにわたり整数である、分母に関するレベルチェック）。好ましくは、このフロントスケーリングは、たとえば、従来の反射率測定及び対応するフロントゲインの設定を使用した、ディスク認識の間に一度実行される。

図９は、フォーカスシステムの概観図を示している。図は、ドライブのシミュレーションモデルに基づいており、クロックジェネレータ９１は、クロック信号を提供し、コンバータ９２は、クロック信号を変換して、シミュレートされたタコシステム９３を介して、たとえば光書写メディアといったメディアを回転する駆動制御信号をシミュレートする。タコシステム９３は、フォーカス励起信号（ｚｍ）に関して検出器信号（ＣＡ）の重さの中心を検出するため、フィードフォワード信号ジェネレータ９４とＣＡ処理ユニット９６とを同期させるために信号ｋを供給する。フィードフォワードジェネレータ９４は、図７を参照して先に記載されたように実現され、ＣＡ処理ユニット９６は、図５を参照して先に記載されたように実現される。スイッチ９７は、一定の値又は、加算ユニット９８を介して、フィードフォワード信号発生器９４から光学システム９５へのフォーカス補正信号（ｚｆｆ）及びＣＡ処理ユニット９６から光学システム９５へのフォーカス励起信号（ｚｍ）を設定するのを可能にする。光学システムは、メディアに焦点合わせされるメディア及びヘッド光学系を含む。

図１０は、フィードフォワードブランチのデジタル実現の図である。フィードフォワードブランチは、図９のシミュレーションモデルにおけるフィードフォワード信号発生器９４に対応し、フォーカス補正信号（ｚｆｆ）を発生する。Ｋユニット１０１は、フロアユニット１０２、フォーマットユニット１０３、及び、７Ｆｆｅｘとのビット毎の論理積を実行するＡＮＤユニット１０４、第二のフォーマットユニット１０５及び２*π／１２８と乗算するコンバータユニット１０６との組み合わせで高調波を発生する。その後、信号は、コサインに変換されるべき余弦ユニット１０７、サインに変換されるべき正弦ユニット１１１に結合され、このコサインは、第一のパラメータ値により乗算されるべきＣユニット１０８に結合され、サインは、第二のパラメータ値により乗算されるＳユニット１１２に結合され、パラメータ値は、先に説明されるように逆ＦＦＴ変換によりそれぞれの高調波について計算される。乗算されたコサイン及びサイン信号は、Ｇユニット１０９及びＧ１ユニット１１３により変換され、ユニット１１０で加算され、フォーカス補正信号（ｚｆｆ）を発生する。なお、フィードフォワードブランチは、フォーカスエラー信号に含まれる他の高調波について同様に構築されるか、選択された高調波を含むベクトルを計算するために構築される。

図１１は、ＣＡ処理はデジタル実現の図を示す。図は、フォーカス励起信号（ｚｍ）に関して検出器信号（ＣＡ）における重さの中心を検出するためのＣＡ処理ユニット９６に対応する。メディア回転位置に関して生成される同期信号ｋから、コサイン及びサイン信号は、先の図１０と同様に生成され、たとえば先に記載されたフォーカス励起信号の８周期を提供するためにＮｍ／８により乗算される、第一のユニット１１５により決定されるメディアの１つの回転における周期数を有する。その後、コサイン信号は、乗算器ユニット１１６によりフォーカス励起信号（ｚｍ）に変換され、この乗算器は、定数値Ｃ_mで乗算する。サイン信号は、飽和信号１２０及びｓｉｇｎユニット１２１に結合され、サイン信号がゼロクロスを有するときにトリガ信号を提供する。２つの異なる実施の形態は、以下のように示している。乗算器ユニット１１７は、サイン信号又は１の定数値のいずれか受け（すなわち、効果的に乗算器が省略される）、ＣＡ入力信号がサイン信号により乗算されることを達成するか（重さの中心を計算するコンプリートＣＯＧフォーミュラが必要であるので）、又は、ＣＡ信号を直接印加する（シンプリファイドフォーミュラＳＣＯＧが必要であるので）。最後の実施の形態は、実際に、十分なレベルのフォーカスに変換する。（サインで乗算された）ＣＡ信号は、（ＣＯＧ又は）ＳＣＯＧフォーミュラの分母を提供するため下の離散時間の積分器１２３で積分される。さらに、（サインで乗算された）ＣＡ信号は、乗算器１１９でコサインにより乗算され、上の離散時間の積分器１２２で積分され、（ＣＯＧ又は）ＳＣＯＧフォーミュラの分子を提供する。両方の離散時間の積分器１２２，１２３は、重さの中心の計算が分子及び分母の値に関して実行されるべきことを示すトリガ信号によりリセットされる。

図１２ａは、１つの繰り返し後の最初のシミュレーションの結果を示す。図１２ｂは、２つの繰り返し後の最初のシミュレーション結果を示す。
図１２ｃは、４つの繰り返し後の最初のシミュレーション結果、及びファクタ２．５でのフォーカス励起信号の振幅の低減後を示す。図１２ａ−１２ｃは、上のセクションは、（ｚ領域で）フォーカス信号の値を示す。第二のセクションは、検出器信号１３５（ＣＡ）を示しており、第三のセクションは、増幅された検出器信号ｃａ*ｚｍ*１０の実際の測定された値１４０、及びフォーカス励起信号ｚ_meansの値１４１を示す。第三のセクションは、ＳＣＯＧ
（外１）

の分子の積分された値１５０、及びＳＣＯＧ
（外２）

の分母の積分された値１５１、並びに、重さの中心のそれぞれの検出のために積分器をリセットするトリガ信号を示す。下のセクションは、ＳＣＯＧ
（外３）

の結果の値１６０、シミュレーションにおけるディスク表面に関する焦点の残りにエラー信号を示すアップデート後のエラー値１６１を示す。２つの直線が追加され、残りのエラーにターゲット値を示している。

図１２ａでは、第一の曲線１３１は、フォーカス制御信号を示し、すなわちフォーカス励起信号及びフィードフォワード信号を含むフォーカス制御信号（すなわちフォーカス補正信号）である。なお、フィードフォワード信号は、最初の繰り返しのためになおゼロである（すなわち、最初のメディアの回転）。第二の曲線１３３は、メディアのｚ方向における実際の偏差ｚ_disc、すなわち必要とされるフォーカス補正を示す。第三の曲線１３２は、フォーカスエラー、すなわちフォーカス制御信号１３１と実際の偏差１３３の差を示す。図１２ｂでは、同じ信号が示され、更にフォーカス励起曲線１３０が個別に見ることができ、フィードフォワード信号曲線１３４はメディアｚ_discの実際の偏差曲線１３３に密に追従する。なお、フォーカスエラー曲線１３２は、フォーカス励起信号に実質的に相補的なフォーカスエラーを示す。図１２ｂ及び図１２ｃの更なるセクションは、それぞれの繰り返し量の後に、図１２ａと同じ信号を示す。図１２ｃでは、フォーカス励起信号ｚ_meansの振幅が低減されず、残りのフォーカスエラーの更なる改善を引き起こす。（中間のセクションを除いては）大部分のセクションのスケールは、図１２ａ及び図１２ｂに関して図１２ｃで二重にされる。フォーカス励起信号ｚ_meansの下の振幅は、大雑把に正しいフィードフォワード信号がメディアの大きな実際のｚ偏差に追従する先の繰り返しから利用可能な状況で、大きな振幅（すなわちよりフォーカス外）でのＣＡ信号値が非常に関連する信号エレメントを含まないが、実質的にノイズのみを含む事実による更に正確なサンプル値を生じさせる。図１２ａ〜図１２ｃでは、第四のセッションは、分子１５０の値は更なる繰り返しで低減され、分母１５１の値は減少し、明らかに、フィードフォワード信号及びメディアの実際の偏差の密なる整合を示す。

図１３は、フォーカス補正信号により高調波の振幅における変化を示す。高調波の振幅は、水平軸での１０の繰り返しにわたり与えられる。上のセクションは、コサイン高調波の様々な振幅１８１を示し、第二のセクションは、サイン高調波の振幅１８２を示す。第三のセクションは、実際の偏差と生成されるフィードフォワード信号との間の計算された残りの二乗平均平方根（ＲＭＳ）誤差１８３を示し、ＲＭＳ値はμｍで表されている。下のセクションは、μｍでの値としてフォーカス励起信号ｚ_meansの振幅１８４を示す。フォーカス励起信号の振幅は、２度低減され、最終的に約１０％である。比較的な大きな最初の値がメディアの大きな偏差を常に検出するために効果的であり、更なる繰り返しにおける実質的に低減された振幅値は、正確なフィードフォワード信号となる。

本発明は先に記載された実施の形態を参照して明らかにされたが、他の実施の形態が同じ目的を達成するために代替的に使用されることが明らかである。本発明の範囲は、先に記載された実施の形態に限定されず、ＣＡ信号に基づくフォーカス方法の全てのタイプにも適用される。さらに、本発明は、特例のタイプのラベルベアリングメディアに限定されない。

本発明に係る方法及び装置では、制御スキームは、焦点を制御するためにＣＡ信号を使用する。ＣＡ信号は、「時間領域」で直接フィルタリングされず、代わりにＣＡ信号の重さの中心が測定される。これにより、信号全体がｚにわたり積分されるため、ノイズ性の高い、フィルタリングされていない、したがって高速なＣＡ信号の使用が可能である。このアルゴリズムは、ＤＳＰ及びマイクロプロセッサ実現の試み、キャリブレーション速度、シンプリシティ、及び、ラベルプリンティング時間を低減する高速な収束に関する利点を有する。

本発明に係るフォーカス制御アルゴリズムは、ディスクに焦点を当てる前にディスクの形状を学習するため、従来の、非ラベルベアリングメディアに焦点を当てるために使用される。これは、（いわゆるフライトハイトと呼ばれる）非常に低い自由作業の距離によりシステムで有利である。感光プリンティングレイヤを有する光ディスクにビジュアルラベルを書写することに加え、本発明のフォーカスアレンジメントは、矩形の光カード、光磁気ディスク、又は放射線ビームを介してメディアをスキャニングすることを適用する他のシステムのような他のメディアに放射線ビームを焦点合わせするのに適している。なお、本明細書では、単語「有する“comprising”」は、列挙された以外のエレメント又はステップの存在を排除するものではなく、本発明は、ハードウェア及びソフトウェアの両者により実現され、幾つかの「手段“means”」又は「ユニット“unit”」は、ハードウェア又はソフトウェアの同一アイテムにより表される。さらに、本発明の範囲は、実施の形態に限定されず、本発明は、先に記載された新たな特徴又は特徴の組み合わせにある。

図１ａはディスク状の記録キャリアを示す図であり、図１ｂは記録キャリアの断面図であり、図１ｃは記録キャリアのラベルを示す図である。 ラベル書写を有する記録装置を示す図である。 重さの中心を検出するステップを示す図である。 重さの中心を検出する信号を示す図である。 検出器信号処理部分を示す図である。 タココンバータを示す図である。 フィードフォワードブロックを示す図である。 ゲインモデルを示す図である。 フォーカスシステムの外観図である。 フィードフォワードブランチのデジタル実現を示す図である。 ＣＡ処理のデジタル実現を示す図である。 図１２ａは１つの繰り返し後の最初のシミュレーション結果を示す図であり、図１２ｂは２つの繰り返し後の最初のシミュレーション結果を示す図であり、図１２ｃは４つの繰り返し後、ファクタ２によりフォーカス励起信号の振幅の低減後の最初のシミュレーション結果を示す図である。 高調波の振幅における変化を示す図である。

Claims (12)

1. 放射線ビームを介してメディアをスキャニングする装置であって、
   前記放射線ビームを供給し、前記メディアから反射された放射線に依存して少なくとも１つの検出器信号を発生するヘッドと、
   前記メディアのスポットに放射線ビームの焦点を合わせるためのフォーカス制御信号を発生するフォーカス手段と、
   前記フォーカス制御信号にフォーカス励起信号を含ませ、前記検出器信号における重さの中心の検出に基づいてフォーカス補正信号を発生するために構成されるフォーカス手段とを有し、
   前記検出器信号の重みは、前記フォーカス励起信号に依存して決定される、装置。
2. 当該装置は、ラベルモードで、前記放射線ビームを介して目に見えるラベルを形成する放射線感知層が設けられるラベルサイドを有するメディアに目に見えるラベルを書写する手段を有し、前記ヘッドは、前記目に見えるラベルを書写するための放射線感知層でスポットを発生する、
   請求項１記載の装置。
3. 前記フォーカス励起信号は、周期的なフォーカス励起信号であり、特定のケースでは、前記周期的なフォーカス励起信号は、正弦波信号である、
   請求項１又は２記載の装置。
4. 当該装置は、前記メディアを回転的にスキャニングする手段を有し、
   前記フォーカス手段は、前記回転に依存して周波数及び／又は位相を有する前記周期的なフォーカス励起信号を加算するために構成され、特定のケースでは周波数が前記回転の周波数の８倍である、
   請求項３記載の装置。
5. 前記重さの中心の検出は前記励起信号のインターバルに基づいており、前記インターバルは、前記励起信号のゼロクロスに関して対称である、
   請求項１記載の装置。
6. 重さの中心の前記検出に基づいて前記フォーカス補正信号を生成するステップは、
   

   

   を計算するステップを含み、
   前記ｚ₀は前記フォーカス補正信号を計算する値であり、前記ｚ＝Ａ・ｃｏｓ（２πｆ_Nｔ）は前記フォーカス励起信号であり、前記Ａは前記フォーカス励起信号の振幅であり、前記ｆ_Nは前記周期的なフォーカス励起信号の周波数であり、前記Ｔ_Pは前記周期的なフォーカス励起信号の周期に関連する測定周期であり、前記ＣＡ（ｔ）は前記検出器信号である、
   請求項１記載の装置。
7. 重みの中心の検出に基づいて前記フォーカス補正信号を生成するステップは、
   

   

   を計算するステップを含み、
   前記ｚ₀は前記フォーカス補正信号を計算する値であり、前記ｚ＝Ａ・ｃｏｓ（２πｆ_Nｔ）は前記フォーカス励起信号であり、前記Ａは前記フォーカス励起信号の振幅であり、前記ｆ_Nは前記周期的なフォーカス励起信号の周波数であり、前記Ｔ_Pは前記周期的なフォーカス励起信号の周期に関連する測定周期であり、前記ＣＡ（ｔ）は前記検出器信号である、
   請求項１記載の装置。
8. 前記フォーカス手段は、
   反復的に、繰り返しにおいて、前記メディアをスキャニングし、
   それぞれの繰り返しの間、前記重さの中心の検出に基づいて多数のサンプル値を決定し、
   前記サンプル値に基づいて周期的なフォーカス補正信号を発生する、
   ことに基づいて前記フォーカス補正信号を発生するために構成される、
   請求項１記載の装置。
9. 前記周期的なフォーカス補正信号を発生するステップは、
   前記サンプル値の変換を介してＤＣ値及び高調波周期的信号を発生し、
   前記ＤＣ値及び高調波周期的信号に基づいて前記周期的なフォーカス補正信号を発生し、
   特定のケースでは前記変換は高速フーリエ変換である、
   ことに基づく、
   請求項８記載の装置。
10. 前記反復的にメディアをスキャニングするステップは、
    前記フォーカス励起信号の第一の振幅に基づいて前記フィードフォワード信号の最初の繰り返しを決定するステップと、
    前記フォーカス励起信号の第二の振幅に基づいて前記周期的なフォーカス補正信号の少なくとも１つの更なる繰り返しを後続して決定するステップとを含み、
    前記第二の振幅は、前記第一の振幅に関して実質的に低減される、
    請求項８記載の装置。
11. 放射線ビームを介してメディアをスキャニングする方法であって、
    当該方法は、
    前記メディアから反射された放射線に依存して少なくとも１つの検出器信号を発生するステップと、
    前記メディアのスポットに前記放射線ビームの焦点を合わせるためのフォーカス制御信号を発生するステップと、
    前記フォーカス制御信号にフォーカス励起信号を含むステップと、
    前記検出器信号における重さの中心の検出に基づいてフォーカス補正信号を発生するステップを含み、
    前記検出器信号の重みは、前記フォーカス励起信号に依存して決定される、
    請求項１１記載の方法。
12. 前記スキャニングは、前記メディアに目に見えるラベルを書写するステップを含み、前記メディアは、前記放射線ビームを介して目に見えるラベルを形成する放射線感知層が設けられるラベルサイドを有し、前記スポットは前記目に見えるラベルを書写するために放射線感知層に焦点が合わせられる、
    請求項１０記載の方法。
    
    
    

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