JP2008522336A - 自動ディスク傾き補正の方法及び装置 - Google Patents

Abstract

光学ディスクドライブシステムでのディスク制御方法及び装置はランアウトする。ドライブは回転可能な心棒(7)、及びディスク(2,136)を保持する保持手段(6)を有する。それにより、ディスクの法線は心棒に対して基本的に平行となる。ディスクを傾斜させる傾斜機構が保持手段に備えられている。集積ユニット(10)が、ディスクから情報を読み取り、かつディスクへ情報を書き込む光学ディスクドライブに備えられている。サーボ手段(132)は集積ユニットをディスクからある距離(133)に保つ。サーボ手段は集積ユニット内のレンズのアクチュエータに供される制御信号を発生させる。制御信号はDC成分及びAC成分を有する。AC成分は、ディスクの回転速度に対応する周期及び距離に関係する振幅を有する。制御信号は傾斜機構に供される。傾斜機構はX方向及びY方向について調節され、制御信号の振幅を最小にする。

Description

本発明は、CD又はDVDのような光学記憶媒体へのデータ書き込み及び/又は光学記憶媒体からのデータ読み取り用光ピックアップ装置を有する光学ディスクシステムに関する。光ピックアップ装置は回転光学ディスク表面に沿って半径方向に移動する。

光学ディスクシステムでは、光学ディスク上に記録可能な最大データ密度は、ディスク上に集光されるレーザースポットの大きさに反比例する。スポットの大きさは、2つの光学パラメータである、レーザーの波長λと対物レンズの開口数NAとの比によって決定される。

集光スポットの大きさ(FWHM)=1.22*λ/NA (1)

対物レンズのNAは、NA=n*sin(θ)で定義される。ここで、nは光が集光される媒体の屈折率で、θは媒体中での光の集光錐体の半角(half angle)である。大気中で集光する又は平面平行板（平坦ディスクのような）を介して集光する対物レンズのNAの上限が1であることは明らかである。たとえば集光レンズと半球固体浸レンズSILとを組み合わせることによって、光が空気-媒体界面で屈折されることなく高屈折率媒体中で集光されるとき、レンズのNAは1を超えることができる（図1b）。光ビームはSILの中心に向かって集光される。この場合、実効NAであるNA_effは、NA_eff=n*NA₀である。ここでnはSILの屈折率で、NA₀は大気中での集光レンズのNAである。さらにNAを増大させる第3の方法は、スーパーへミスフェリカルレンズの利用することである（図1c）。この方法では、スーパーへミスフェリカルレンズによってビームが光軸へ向かって屈折する。スーパーへミスフェリカルレンズを用いる場合、実効NAであるNA_effは、NA_eff=n²*NA₀である。1よりも大きな実効NA_effは、所謂近接場と呼ばれる、SILの射出表面からの距離が極端に短い範囲内でのみ存在することに留意するのは重要である。その範囲は典型的には光の波長の1/10未満である。このことは、光学ディスクの書き込み又は読み取り中、SILとディスクとの間の距離が常に数十nmより短くなければならないことを意味する。

読み書き動作中にこのような非常に短い距離を維持するため、専用サーボシステム及び適切なギャップエラー信号(GES)が用いられなければならない。このことについては、ODS2004論文集でのF.Zjip他の論文を参照のこと。そのようなサーボシステムの帯域幅は限られているため、特定の許容残留ギャップエラー(residual gap error)用に設計されることが必要で、その大きさは典型的には2nmである。この値を実現するのに必要な帯域幅は、回転速度（高速になるほど‘垂直方向の’外乱(disturbance)に追随するのは難しくなる。）及び最大垂直ディスク変位（変位が大きくなるほど難しくなる。）に依存する。明らかに、最高の回転速度つまり最高のデータ転送速度を可能にするため、最大垂直変位は可能な限り小さくされなければならない。

一般的には、光学ディスクは、回転台上の所定位置内に正しくクランプされることで、回転中に、回転台の回転軸に対して半径方向に延在する平坦な面内を移動することが望ましい。続いて、光ピックアップ装置はその半径方向の経路に沿って移動する。このとき、光ピックアップ装置と光学ディスクとの距離は一定に保たれている。

しかし、光学ディスクが前記平坦な半径方向の面内で回転できない理由が複数存在する。第1の理由は、回転台上に意図しない粒子材料が存在することで、クランプ手段が光学ディスクを回転台の面に対して正確に押しつけることができない、又はさもなければ光学ディスクを不正確にクランプしてしまう恐れがあることである。その場合、光学ディスクは回転台に対して傾いた状態でクランプされる。この結果、静止位置から見て、光学ディスクの回転中にその端部の軸方向で振動が生じる恐れがある。ここで、振動周波数は光学ディスクの回転速度（1秒あたりの回転数で表される）に等しい。

ランアウトと呼ばれる、ディスクの垂直方向の変位はまず第1にディスクの平坦性によって決まる。ディスクが歪んでいる又はねじれている場合には、ランアウトが生じる。例として、直径15cm（6インチ）のシリコンウエハのランアウトは約5μmよりも良好である一方、最近のブルーレイディスク基準（直径12cm）でのポリカーボネートディスクのランアウトは100μm以下であることが明らかになっている。第2に、ランアウトはドライブ中のディスクのマウントすなわちクランプ機構によっても決まる。マウントすなわちクランプによってディスクが、ディスクモーターの軸に対してわずかにでも傾く場合には、完全に平坦なディスクでさえ大きなランアウトを示す（図2参照）。このように傾いている状態は、ディスク傾き（モーターの軸に対するディスク法線のなす角）と呼ばれる。この効果を定量化するため、一例を紹介する。ディスク傾きが0.1°(=1.75mrad)である完全に平坦な12cm(r=6cm)のディスクは、その端部近傍で330μmのランアウトを示す。

近接光学ディスクシステムでは、実用されている集光アクチュエータ及びサーボシステムを用いて受容可能なデータ転送レートを実現するため、ディスク傾きを可能な限り小さくする必要がある。

例として、現実的な帯域幅を有する光学ディスクシステムは1200rpm（1分あたりの回転数）で動作するように設計され、その残留ギャップエラーは±2nm以下である。適切に設計された制御システム及び良好なアクチュエータによって、この光学ディスクシステムの最大許容ランアウトは±10μmに相当する。その結果、直径12cmの平坦ディスクでは、傾きは0.1mradすなわち0.006°未満でなければならない。

従来のシステムでは、たとえば歪み又はまずいクランプによって大きく傾いたディスクのシステム改善に、機械的な傾き補正が用いられて良い。ディスク傾きの補正は複数の方法で実行されて良い。

特許文献1は、制御又は計測信号を発生させることで、回転記録媒体上のデータを読み取る光ビームの正接角及び半径角を制御又は計測する方法について開示している。光ビームは記録媒体から反射されて光検出器へ向かう。光検出器の出力はデータ信号を表す。データ信号は振幅復調器内で復調され、制御又は計測信号は、復調されたデータ信号の振幅及び位相位置から生成される。光検出器としてそれぞれ別個の計測装置によってコストが増大し、システム構築が難しくなる。

特許文献2は、機構の半径方向での振動を直接的に示す計測信号を供する能力を有する計測方法について開示している。この方法は軸方向のずれを補償しない。

純粋に機械的な解決法は、大きすぎてかつ高価であるか（モーター軸のダイアモンドが大きなクランプ領域と共に回転する）、又は十分に正確ではない。従って、ランアウト用の適切な誤り信号だけではなく、自動補正法が必要となる。
米国特許第5412640号明細書 国際公開第2004/01851号パンフレット

本発明の目的は、結果としてディスクの傾きを起こしてしまう、たとえばドライブの軸に対してディスクの軸が整合していないときに生じるディスク軸方向のずれを補償する装置及び方法の提供である。

本発明の一の態様に従うと、回転可能な心棒、ディスクの法線を前記心棒に対して基本的に平行にするようにディスクを保持する保持手段、前記保持手段に備えられているディスクを傾斜させる傾斜手段、前記ディスクから情報を読み取り、かつ前記ディスクへ情報を書き込む前記光学ディスクドライブに備えられている集積ユニット、及び、前記集積ユニットを前記ディスクからある距離に保ち、制御信号を発生させるサーボ手段、を有する装置が供される。前記傾斜手段を制御する制御手段が供され、該制御手段は、前記制御信号の手段によって前記心棒に対して平行になるように前記ディスクの法線を調節する。

本発明の一の実施例に従うと、前記制御信号はDC成分及びAC成分を有する信号である。前記AC成分は、前記ディスクの回転速度に対応する周期及び前記距離に関係する振幅を有する。前記制御手段は前記傾斜手段をX方向及びY方向について制御することで、前記振幅を最小にすることが可能である。前記制御手段は、前記傾斜手段をX方向について制御することで前記振幅を最小にし、続いてY方向について制御することで前記振幅を最小にし、かつ任意でこの過程を繰り返して良い。

本発明の他の実施例に従うと、集積手段は、たとえばレーザーのような光源、及び、前記光源を前記ディスクへ導光するレンズ集合体を有して良い。前記レンズ集合体は、固体浸レンズを有して良い。前記固体浸レンズは、エラー信号によって制御されるアクチュエータによって、前記ディスクの前記表面と非常に近接するように制御される。

本発明の他の態様に従うと、光学ディスクドライブシステムでのディスクのランアウトを制御する方法が供される。当該方法では、前記光学ディスクドライブシステムは、回転可能な心棒、ディスクの法線を前記心棒に対して基本的に平行にするようにディスクを保持する保持手段、前記保持手段に備えられているディスクを傾斜させる傾斜手段、前記ディスクから情報を読み取り、かつ前記ディスクへ情報を書き込む前記光学ディスクドライブに備えられている集積ユニット、を有する。当該方法は、制御信号を生成するサーボシステムの手段によって、前記集積ユニットを前記ディスクからある距離に保つ工程、及び、前記制御信号を前記傾斜手段に供することによって前記心棒と平行な前記ディスクの法線を調節する工程を有する。

本発明の一の実施例に従うと、前記制御信号はDC成分及びAC成分を有する信号である。前記AC成分は、前記ディスクの回転速度に対応する周期及び前記距離に関係する振幅を有する。当該方法は、前記傾斜手段をX方向及びY方向に動作させることで前記振幅を最小にする工程をさらに有して良い。当該方法は、前記傾斜手段をX方向に動作させることで前記振幅を最小にする工程、及びY方向に動作させることで前記振幅を最小にする工程、及び任意でこの過程を繰り返す工程をさらに有して良い。

他の実施例では、当該方法は、固体浸レンズを有するレンズ集合体によって、たとえばレーザーのような光源のビームを前記ディスクへ導光する工程、及び、エラー信号によって制御されるアクチュエータの手段によって、前記ディスクの前記表面と非常に近接するように前記固体浸レンズの前記距離を制御する工程をさらに有して良い。

図2は、光学ディスク2への情報の書き込み又は光学ディスク2からの情報の読み取りに適している光学ディスクドライブ装置1を概略的に図示している。ディスクドライブ1はフレーム3を有する。ディスクドライブはまた、フレーム3に固定されていて、回転軸を画定し、かつディスク2を回転させるモーター4をも有する。ディスク2を受け取り、かつ保持するため、ディスクドライブ1は回転台及びクランプ中心部6を有する。スピンドルモーター4の場合では、クランプ中心部6はモーター4のスピンドル心棒7上にマウントされている。

ディスクドライブ1はまた、変位可能スレッジ10をも有する。変位可能スレッジ10は、案内手段（図示されていない）によって、回転軸に垂直である、ディスク2の半径方向に案内される。半径方向のスレッジアクチュエータ11は、フレーム3に対するスレッジ10の半径位置を制御するように設計されている。アクチュエータは、スレッジ10とフレーム3との間での半径方向の結合12を形成する。この結合12は弾性を有する。ディスクドライブは、スレッジ10に対して半径方向に変位可能な台20をさらに有する。半径方向の台に係るアクチュエータ21は、スレッジ10と台20との間での半径方向の結合22を形成する。この結合22は弾性を有する。ディスクドライブ装置1は全般的に、従来技術に基づくものであり、本発明の主題ではないため、さらなる詳細については開示しない。ディスクドライブに関する上述の説明は簡明を期すことのみを目的としている。

図3は、本発明の主題である、図2のディスクドライブの一部を概略的に図示している。エアギャップアクチュエータ130が、多数の光学素子と共に所謂光ピックアップユニット(OPU)（図示されていない）内にマウントされている。OPUは台20内に設けられている。OPUは、上述したすべてのCD及びDVDドライブ同様に、少なくとも半径方向に移動することで、ディスク上の様々な位置を指定して良い。

エアギャップアクチュエータ130は、図4に図示されている近接場レンズ集合体を有する。そのレンズ集合体は、集光レンズ141及び固体浸レンズSIL142を有する。これらはレンズホルダ140内にマウントされている。ソニー(Sony)によって論文発表されたように[イシモト他、Optical Data-Strage2001論文集]、良好なギャップエラー信号131は、レンズ集合体中で垂直偏光を有する反射光から得られる（‘マルセス十字架(Malthese cross)’の積分強度）。このギャップエラー信号131は、SIL142とディスク136との間のエアギャップ距離133を維持するために、ギャップサーボシステム132内で用いられる。ギャップサーボシステム132は、入力としてギャップエラー信号131を用いることで、良好な振る舞い（高速応答、オーバーシュートしないなど）を示すギャップ制御信号134を生成する。ギャップ制御信号134は、レンズ集合体を軸方向に移動させることによって、ディスクのランアウト135に追随するため、エアギャップアクチュエータ130に戻される。このことは、アクチュエータ130内部では、1組の永久磁石を電磁コイルと組み合わせることで通常行われる。つまり、コイルを流れる電流を変化させることによって、1組の永久磁石及び電磁コイル（及びレンズ集合体）は集光方向を移動する。別な実施例は、たとえば圧電アクチュエータを有する。よって、レンズ集合体（厳密にはSILの射出面）とディスク136の入射面との間の距離は、所定の値（特定の限界範囲内にある）に保たれる。たとえばランアウト135により、ディスクが軸方向を移動するとき、レンズ集合体はギャップサーボシステム132によって案内されることで、ディスク136にうまく追随する。エアギャップアクチュエータ130の変位は通常、ギャップ制御信号134に比例するので、この信号はランアウト135の直接計測となる。よって、図5に図示されている、ディスクが少なくとも1回転（周期P）した後におけるこの信号のピーク・トゥー・ピーク値Vはディスクのランアウト135の優れたエラー信号である。

このギャップ制御信号134は共通制御回路137への入力として利用される。制御システムについての参考文献では、多くの可能な実装が知られている。制御回路137は、1つの制御信号又は複数の制御信号を組み合わせた信号を発生させることによって、傾き補正ヘッド138を、ギャップ制御信号134（図5参照）が最小となるように駆動する。

この方法が機能するために、レンズ141は近接場領域に接近する必要がある。近接場領域つまりレーザー光の波長の約1/10の範囲内であって、レーザー光の波長とは、290nm（専門的なレーザー系）から780nmの間であって、より具体的には405nmである。これを実現するため、いくつかの条件が満たされる必要がある。それは、ディスク136はレンズ141に対して、レンズ141の機械的傾きのマージン範囲内で、整合しなくてはならないことである。レンズ141の機械的傾きのマージン範囲は、典型的には1〜数mradである。このことは、たとえば整合を補償する十分に正確なクランプ機構によって実行されて良い。しかし商用ドライブでは、いくつかの修正が必要となる。たとえばブルーレイディスクは100μm未満のランアウトを有し、この値は約0.5mradに相当する。クランプ精度が限られていることで、さらにこのランアウトは増大する。

図6は、X及びY方向での傾きを修正する構成を有するディスククランプを図示している。このディスククランプは本発明で用いられて良い。傾き台は、前面にX及びYの印が付されている2つのねじを調節することによって手動で操作されて良い。ねじは、2つの独立した方向について、モーターの軸に対して台を傾斜させる2つの小さなレバーを操作する。

電気的に制御される傾き補正機構は、たとえば電磁的、圧電的など、様々な原理に基づいて良い。これらの方法すべては、電気的に制御された傾斜作用を供するのに用いられて良い。多くの変化型が可能であり、いくつかの例が図7及び図8で概略的に図示されている。

図7は、レバー型の傾斜構成を用いた傾斜アクチュエータの実施例を概略的に図示している。ディスクは例えば、上部面170及び180上にマウントされていて、モーター心棒172及び182は下部面175及び185に取り付けられている。両面はバネ174及び184によって一緒になっており、ボール接合部171及び181にわたって回転可能である。線形シャフト176に取り付けられているくさび173を駆動する、モーター、電磁又は圧電アクチュエータのような、電気的に制御される装置172及び182は、傾斜作用を起こす。このくさび173の移動によって、上部面170は下部面175に対して傾斜する。

傾斜アクチュエータの代替例が図8に図示されている。この代替例では、電気的に制御された装置182が上部面180に対してシャフト183を直接駆動させることで傾斜作用を供する。

本発明は、ハードウエア、ソフトウエア、ファームウエア又はこれらの組み合わせを含む如何なる形態で実施することも可能である。しかし、本発明は、1つ以上のデータ処理装置及び/又はデジタル信号処理装置上で動くコンピュータソフトウエアとして実施されるのが好ましい。本発明の実施例に係る素子及び部品は、物理的、機能的及び論理的に如何なる適切な方法で実施されて良い。特に、機能性については、単一ユニット内で、複数のユニット内で、又は他の機能的ユニットの一部として実施されて良い。そのようなものとして、本発明は単一ユニット内で実施されて良いし、又は様々なユニット及び処理装置間で物理的及び機能的に与えられても良い。

上では、本発明は図示された特定の実施例に関連させて説明された。しかしそのような実施例は本発明を限定するものではなく、単なる本発明を図示するものでしかない。本発明は、本明細書を読んだ人にとっては、様々な異なる方法で修正及び完成させることが可能である。そのような修正は、本発明の技術的範囲内にあるものと解される。本発明は添付請求項によってのみ限定される。

a-cは、光学ディスクドライブに含まれるレンズの光路である。 従来技術に係るディスクドライブの断面図である。 本発明が用いられている、図2のディスクドライブの概略的部分断面図である。 本発明に従ったレンズ集合体の光路である。 ギャップ制御信号の図である。 傾き補正装置を有するディスククランプの一例を示す写真である。 本発明の一実施例に従った傾斜アクチュエータの断面図である。 本発明の他の実施例に従った傾斜アクチュエータの断面図である。

Claims (8)

1. 光学ディスクドライブシステムでのディスクランアウトを制御する装置であって：
   回転可能な心棒；
   ディスクの法線が前記心棒に対して基本的に平行となるように前記ディスクを保持する保持手段；
   前記保持手段に備えられている、前記ディスクを傾斜させる傾斜手段；
   前記ディスクから情報を読み取る、又は前記ディスクへ情報を書き込む前記光学ディスクドライブに備えられている集積ユニット；
   制御信号を発生させ、前記集積ユニットを前記ディスクからある距離に保つサーボ手段；及び
   前記心棒と平行になるように前記ディスクの法線を調節するための前記制御信号の手段によって前記傾斜手段を制御する制御手段；
   を有する装置。
2. 前記制御信号はDC成分及びAC成分を有する信号であって、
   前記AC成分は、前記ディスクの回転速度に対応する周期及び前記距離に関係する振幅を有し、
   前記制御手段は、前記傾斜手段をX方向及びY方向について制御することで、前記振幅を最小にする、
   請求項1に記載の装置。
3. 前記制御手段が、前記傾斜手段をX方向について制御することで前記振幅を最小にし、続いてY方向について制御することで前記振幅を最小にし、かつ任意でこの手順を繰り返す、請求項2に記載の装置。
4. 前記集積手段が、たとえばレーザーのような光源、及び、前記光源のビームを前記ディスクへ導光するレンズ集合体を有し、
   前記レンズ集合体は固体浸レンズ(SIL)を有し、かつ
   前記固体浸レンズは、エラー信号によって制御されるアクチュエータによって、前記ディスクの前記表面と非常に近接するように制御される、
   上記請求項のうちいずれか1つに記載の装置。
5. 光学ディスクドライブシステムでのディスクランアウトを制御する方法であって：
   前記光学ディスクドライブシステムは：
   回転可能な心棒；
   ディスクの法線を前記心棒に対して基本的に平行にするようにディスクを保持する保持手段；
   前記保持手段に備えられているディスクを傾斜させる傾斜手段；
   前記ディスクから情報を読み取り、かつ前記ディスクへ情報を書き込む前記光学ディスクドライブに備えられている集積ユニット；
   を有し、
   制御信号を発生させるサーボシステムの手段によって、前記集積ユニットを前記ディスクからある距離に保つ工程；及び
   前記心棒と平行になるように前記ディスクの法線を調節するために、前記傾斜手段に前記制御信号を供する工程；
   を特徴とする、
   方法。
6. 前記制御信号がDC成分及びAC成分を有する信号で、前記AC成分は前記ディスクの回転速度に対応する周期及び前記距離に関係する振幅を有する、請求項5に記載の方法であって、前記傾斜手段を第1方向及び第2方向について動作させることで前記振幅を最小にする工程を有する方法。
7. 前記傾斜手段をX方向に動作させることで前記振幅を最小にするX方向動作工程；
   前記傾斜手段をY方向に動作させることで前記振幅を最小にするY方向動作工程；及び
   任意で前記X方向動作工程及びY方向動作工程を繰り返す工程；
   を有する、請求項6に記載の方法。
8. たとえばレーザーのような光源のビームを、固体浸レンズを有するレンズ集合体によって前記ディスクへ導光する工程；及び
   エラー信号によって制御されるアクチュエータの手段によって、前記ディスクの前記表面と非常に近接するように前記固体浸レンズの距離を制御する工程；
   をさらに有する、請求項5、6又は7に記載の方法。

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