JP2008523529A - ２次元光学的記憶の最適検出 - Google Patents

Abstract

レーザースポット(25)で光ディスク(22)の複数のデータトラック(14)を照射することによって、前記複数のデータトラックから情報を同時に読み取る方法及び装置であって、前記レーザースポットから反射される光はサーボレンズの手段(29)によって集められ、さらに、互いに距離を置いて設けられている複数の検出器素子(28a,28b,28c,31a,42a,28bc,28cc,32a,32b,42ac,51a,52a,52b)を有する検出器を供し、各素子に割り当てられたデータから反射される光を検出する（読み取る）ように各検出器を配備し、最大で2つの検出器素子(28bc,28cc,32a,32b,42ac,52a,52b)をセグメント化された検出器となるように配備することによって、割り当てられたトラックの出力信号と、前記トラックに沿って前記検出器を案内するサーボシステムでの集束エラー信号の出力信号の両方を供し、第2検出器素子の手段(28a,28b,28c,31a,42a,51a)によって、各トラックの出力信号のみを読み取り、かつ、前記第1検出器素子のうちの1つが有する領域よりも実質的に小さくなるように前記第2検出器素子の各1つを備える方法及び装置。

Description

本発明は、ディスクからデータを読み取る/ディスクへデータを書き込む光学ドライブに関する。特に本発明は、光ディスクトラック中のピットとして記憶されている情報の読み取りに用いられる検出器を最適化する目的を有する。本発明の目的は、高周波数でかつ低ノイズの読み取りを可能にすることである。

光学ドライブを用いて光ディスク上のトラックに沿って、デジタル情報は、光ディスクから読み取られ、かつ光ディスクへ書き込まれる。光学ドライブ内の焦点アクチュエータはレーザービームを光ディスク上のスポットに集光するのに用いられる。そのレーザービームは対物レンズの手段によって集光され、その対物レンズはレーザービームをディスクのデータ記憶層上のスポットに集光する。一例として、焦点アクチュエータコイルドライブが、対物レンズを駆動させることにより、対物レンズは、前記スポットを生成するレーザービームの焦点をディスクのデータ記憶層上に集光する。第2コイルつまり追跡アクチュエータコイルが、追跡対物レンズを駆動させることにより、スポットはディスクのトラックに沿って追跡される。

光学ドライブでは、サーボシステムが、ディスクのデータ記憶層上にレーザービームの焦点を集光するのに用いられる。前記サーボシステムを制御する制御ループは、焦点制御ループと呼ばれる。適切な光学ドライブの性能を得るため、焦点制御ループは閉じられていなければならない。サーボシステム内のレーザービームの誘導を制御するエラー信号は、データ記憶層からレーザービーム用の光源を運ぶスレッジ上の検出器へ反対方向に反射される光から得られて良い。焦点を捕らえるため、アクチュエータはディスクへ向かって動く。ディスクへ向かって動く間、中心開口部(central aperture, CA)と呼ばれる反射信号が観測される。その信号が特定の閾値レベルを超える場合には、アクチュエータは焦点位置に近づき、かつ焦点エラー信号はサーボによって観測及び制御されることで、集光した状態のレーザービームが維持される。

従来の光学記憶装置では、データは光ディスク上で1次元に配置された（たとえその配置がトラック中で曲がって配置されている、円状に配置されている、又は螺旋状に配置されているとしても）ピットへ転写される。データとして記憶される情報は、ピットのトラックからの単一スポットの手段によって読み取られる。2次元(2D)にエンコードされたディスクは難しい。データは、2次元パターンのピットで構成される2Dエンコードされたディスク上にある。ここで、データは複数スポットの手段により同時に読み取られる。

単一トラック読み取りシステムでは、検出器はトラックに沿ったピットの配置を読み取り、かつその読み取ったものを、HF信号を運ぶ情報に変換するように設計されている。同時に、検出器はさらに、たとえば、サーボシステムによる追跡に用いられるエラー信号を発生させる4分割された、すなわち別個の検出器として設計される。

1トラック読み取りと2D光学記憶（以降では2次元光学記憶をTwoDOSと略記）との間の差異が図1に図示されている。図1の左側部分は、光ディスクの各分離したトラックを形成する5列のピット12を図示している。単一レーザースポット13は、トラック中に記憶されるデータを読み取るのに、1つのトラックのみを追跡するように誘導される。図1の右側部分は、2Dエンコードされたディスク(TwoDOS)上のデータレイアウトを図示している。2Dレイアウトでは、光ディスクのデータは広いメタトラック14内に含まれる。このメタトラックは複数列のピットからなる。図示されているように、図に記載されている例では、メタトラックは11列のそれぞれが別個であるデータを運ぶピット列を有する。これらの各分離したデータピット列の各々は、その各分離したピット列のうちの特定の1列に対応するレーザースポットによって読み取られる。これは、図中の1から11まで番号が付されたスポットの手段によって表されている。これら11のスポットは、簡明を期すために、メタトラックの方向に対して傾いた線上で1列に配置された状態で図示されている。しかしスポットは他の如何なる配置をとることでデータを読み取っても良い。一例として、スポット1-11は、各スポットが対応するピット列上の中心となるように、一列に配置されて良い。広いメタトラックは保護帯15で囲まれている。前記保護帯は、メタトラックとの境界をなし、かつデータ内容物を含まない中身のない空間列である。

特許文献1は、それぞれが異なる形式を有する光ディスクの複数のトラックを読み取るのに用いられる、複数の素子を有する検出器について開示している。前記検出器の複数の素子は検出器素子を有し、各検出器素子は光ディスクの対応するトラックから反射される光を検出する。その開示では、複数の素子を有する検出器は、中心部に設けられている検出器素子、及び側部に設けられている多数の検出器を有する。側部に設けられている検出器の各々は細長い形状を有し、中心部に設けられている検出器よりも広い領域を有する。

小さな検出器が有するキャパシタンスは小さいため、高周波数でかつ低ノイズでの検出が可能となる。よって、従来技術の素子に係る開示に基づいた検出器が有する複数の検出器素子のキャパシタンスは比較的高いため、前記検出器素子を利用することによって、光ディスクからデータを読み取るのは困難である。
米国特許出願公開第2003/0206503号明細書

本発明の目的は、小さな検出器素子を有する、複数の検出器素子を有する検出器を供する装置及び方法の提供である。前記複数の検出器素子が有する検出器素子が小さいので、つまりこれらの素子は低キャパシタンスであり、TwoDOS光ディスクを高周波数でかつ低ノイズで検出する前記複数の検出器素子を有する検出器が利用可能になる。

本発明の一の態様に従うと、独立請求項で特定される素子が開示されている。

本発明の他の態様に従うと、独立請求項で特定される方法が開示されている。

検出器はNのCA信号を発生させることができる必要がある。ここでNは読み取りレーザービームスポットの数である。これは、スポットから検出器素子へ、反対方向に反射される光の全出力を検出する検出器素子の手段によって実現される。これらの検出器素子のうちの1つ以上は、焦点エラー信号を発生させるため、4分割された、すなわち別個の検出器を有していなければならない。

スポットは通常、一列に配置されているので、検出器素子もまた一列に配置されている。もちろん検出器素子を正方形状又は円状のように別な配置にすることも可能である。

従来は、位置合わせに係る許容度のため、比較的大きな（大きいとは、光の検出領域を指す）検出器素子が用いられてきた。これは特に、たとえば1つの検出器素子を構成する4分割された検出器素子であって、1つの検出器素子はセグメント化された検出器素子を有し、そのセグメント化された検出器素子はそのエラー信号を焦点エラー制御系へ供給する、ことを特徴とする4分割された検出器素子にとって有効である。ここでは、スポットの中心位置が、各異なる検出器セグメント位置に対して測定される。そのような大きな検出器は、データ読み取り信号における低帯域及びより大きな電子ノイズを引き起こす、高い寄生容量に常に悩まされる。CA信号の検出にとっては、小さな検出器素子を有するのが有利である。割り当てられたスポットが実際ディスク上に正しく集光されていることで前記スポットが可能な限り小さくなるときには、前記スポットからのCA信号を検出することのみが有用である。このことは、割り当てられたスポットからのCA信号を検出することを唯一の目的とする、それらの検出器素子にとっては大きな領域を有する検出器素子を用いる必要がないことを意味する。この事実は、本発明に従って利用される。ここで検出器素子は、それらの各対応する処理に関して可能な限り小さくなる。

従って本発明の態様に従うと、複数の素子を有する型の光検出器を供するのが有利である。ここでは、CA信号用の小さな素子は、サーボ制御用に用いられる（複数の）大きな検出器素子と組み合わせられる。

本発明のこれら及び他の態様は、以降で説明される（複数の）実施例を参照することで明らかとなる。

本発明を応用することは、PCデータドライブ又はファイル保管機能でのように高いデータレートが求められる全ての種類の装置で特に有用である。

本発明に従った方法を実行する多数の実施例について、以降で添付の図を参照しながら説明する。

図2aでは、本発明の第1実施例に係るフーコー配置の例が非常に概略的に図示されている。複数の光スポットが、光ディスク22の表面に備えられたデータ層21へ投影される。複数の光スポットは様々な方法で生成されて良い。そのような方法には、複数のレーザーから、又は回折格子若しくはホログラフィ素子と組み合わせた単一のレーザーから生成する方法も含まれる。図2aでは、レーザーは光源20として選択され、かつ回折格子（図示されていない）によって複数の光源に分離される。続いてこれら複数の光源からの光は、対物レンズ24に到達する前に、第1レンズ23a中で、平行なレーザービーム23に集められる。対物レンズ24は、光ビームを複数のスポット25として、データ層21に投影する。データ層面内のスポット間隔は、2.8λ/NA_objのオーダーである。ここで、NA_objは対物レンズ24の開口数で、λは波長である。この実施例では、フーコーのナイフエッジテストが用いられる。最適焦点位置を決定するため、ビームは、上半分と下半分の2つの部分に分離される。2つの分離したスポットの重心を観測することによって、焦点位置が決定されて良い。ブルーレイディスクでの典型的な値は、NA_obj=0.85で、λ=405nmである。例におけるスポット25の数は簡明を期すために5に限定されているが、N個のスポットへ容易に拡張することができる。

データ層21のレーザースポット25から、そのデータ層21へ入射する方向とは反対の方向へ反射される光は、データ層21の1つの面と角度をなす半透明ミラー26の手段によって、又は1/4波長板と組み合わせた偏光ビームスプリッタの手段によって、検出器の検出部分へ誘導される。サーボレンズは、各対応するスポットから検出器の検出器素子28a、検出器素子28b、及び検出器素子28cへ反射される光を集光する目的を有する。各検出器素子は、割り当てられたスポットから反射される光を受光することが意図されている。

その実施例に従うと、検出器は図2bに図示されているようなレイアウトを有する。よって検出器素子28a、28b及び28cの列を3列有する、複数の素子を有する検出器28のレイアウトが開示されている。各列の検出器素子28a、28b及び28cを、簡明を期すため、正方形で表された検出器素子を指し示す、28a、28b及び28cと名付けられた矢印の手段によって表す。サーボレンズ27は、検出器28上の各スポットの第1スペクトルを供する。各スポット25から入射する光はさらに、分離した回折格子29の手段によって弱く回折されて、第2スペクトル及び第3スペクトルになる。第1スペクトルは検出器素子28a上でのCA検出に用いられ、回折格子29の一の部分によって供される第2スペクトルは検出器素子28bに投影され、かつ回折格子29の他の部分によって供される第3スペクトルは検出器素子28cに投影される。検出器素子28b及び検出器素子28cは、従来技術で既知となっているようにフーコーナイフエッジテストに用いられる。図2bで説明かつ図示されているように、第2スペクトル及び第3スペクトルもまたCA検出器素子へ入射する。それらのうちの4つは、矢印28b及び矢印28cによって指し示されている。他の選択肢はもちろん、CA検出器28b及びCA検出器28cを省略することである。

図中で開示されている実施例では、検出器素子は正方形で表されている。その一方で、光のスポットは円で表されている。

検出器のレイアウトでは、第1スペクトルは検出器素子28aの第1列上で集光するように備えられている。検出器素子28aの目的が特定のスポットから該スポットへの入射方向とは反対方向へ反射される光の全出力（CA信号）を測定することであるため、この検出器素子28aの第1列は、本実施例では、小さな領域を有する検出器素子によって構成される。各対応するスポットから反射される光出力の大半は、直径λ/NAを有する円領域内に集中する。これにより、中心開口部(CA)の検出器素子28aは、1.22λ/NAより大きい必要がなく、検出器へのビームの位置決めに関する位置合わせ許容度は依然として十分多くすることが可能である（ここで述べられているNAとはサーボレンズ27に係るNAであることを明記しておく。）。

検出器素子28bの第2列は、スポット25から該スポット25への入射方向とは反対の方向へ反射される光の第2スペクトルからの光を受光するように、検出器28上に備えられている。検出器素子28cの第3列もまた、スポット25から該スポット25への入射方向とは反対の方向へ反射される光の第3スペクトルからの光を受光するように、検出器28上に備えられている。便宜上、1列につき5つの検出器素子のみが図示されているが、素子の数はそのレイアウトに対応して、1列につき如何なる適切な検出器素子の数に拡張されても良い。この実施例に従うと、検出器28内に配置されている検出器28b及び検出器28cの2列内に存在する、中心部に設けられている2つの検出器素子28bc及び28ccのみが、CA測定検出器素子28a,28b,28cよりも大きい必要がある。その理由は、その中心部に設けられている2つの検出器素子は、レーザービーム23の焦点についてのエラー信号を測定する、セグメント化された検出器素子だからである。

図3a及び図3bで開示されている第2実施例に従うと、フーコー法が用いられている。全体の装置構成は、先に図2aで開示した実施例と同一である。しかし検出器の構成及び検出器上のスポットの集光は多少異なる。分離した回折格子29は、本実施例では用いられていない。光学部品30がその代わりに光検出器30上で一体化している。前記光学部品30は、中心の光スポットのスペクトルを上半分（第1スペクトル部分）と下半分（第2スペクトル部分）とに分離する。この実施例では、サーボレンズ27によって供される第1スペクトルのみが用いられる。そのため、各対応するスポットからの光の第1スペクトルに係るCA検出用の検出器素子31aが1列のみだけ配置されている。よって検出器素子31aの列中に5つのCA検出器素子が供される。光学部品30は、検出器31上にある検出器素子31aの列上に入射するスポット像の列のうちの中心部にあるスポットの像に正しく備えられているマイクロプリズムの手段によって実現されて良い。そのように実現された光学部品によって、前記中心部にあるスポットの反射像が生成される。代替手法として、中心部にあるスポットの前記反射像はその代わりに、マイクロプリズムの手段によって供されても良い。

図3aでは、中心部にあるCA検出器素子の各側部に1つずつ、CA検出器素子の列31aに直交して備えられているサーボ検出器32a及びサーボ検出器32bが図示されている。これらのサーボ検出器32a及び32bには、レーザービーム23の焦点を制御するエラー信号を測定するセグメント化された検出器素子が供される。焦点サーボ検出器32a及び32bへ向かって散乱される光の量は、たとえば材料の屈折率コントラストを利用することによって制御可能である。この場合ではマイクロプリズムが利用される。

さらに別な第3実施例に従うと、光ディスクのトラック上でのレーザービーム23の非点収差が用いられる。これは図4a及び図4bに図示されている。光ディスク22上の複数のトラック14上でのレーザースポット25を実現する全体の構成は先に開示した実施例と同一であるが、サーボレンズ27、回折格子29及び検出器については異なる。この実施例に従ったサーボレンズは、非点収差サーボレンズ41で（先述の実施例に係るサーボレンズ27及び回折格子29の両方を置き換えている）、かつこの例での検出器42は図4bに従ったレイアウトを有する。

また、図4a及び図4bの第3実施例では、スポットは回折格子によっては分離されず、スポットの非点収差が焦点に関する情報を与える。CA測定検出器素子42aもまた、一列に配置されている。この場合、スポットの像は、非点収差サーボレンズ41によって導入される非点収差によって、焦点が合っている状態で大きくなる。従って、列内の全CA検出素子42aは、先述した実施例の対応する検出素子よりもある程度大きい。この場合、集束情報を与える、内側のHF検出器及び外側の4分割セル検出器素子内にある標準的なクワッドセル検出器素子を分離することもさらに可能である。この実施例では、中心部に存在する検出器素子42acを1つだけ用いることによって、中心部に存在するスポットのCA信号の検出とサーボシステムのエラー信号発生の両方を実行することが可能である。

図5aでは、第4実施例として例示されている、スポットサイズ検出用の別な配置が示されている。このような配置は、あるレイアウトを有する検出器50で図示されている。そのレイアウトは、スポットサイズの検出についても、検出器が、CA信号の全スポットを測定する検出器素子51a、並びに、焦点エラー信号用の大きなセグメント化された検出器素子52a及び52bに分離可能であることを示す。検出器50の上には、1つのスポットから入射する光を3つのスポットへ分離する、セグメント化されたガラス板53が備えられている。従って各スポットは、図5aに図示されているように3つの個別のスポットに投影される。その一方でCA検出器素子は、中心列51aに1列に配置されている。矢印51aによって指し示された方向で検出器50の面内を見たときの、セグメント化された検出器素子52a及び52b並びにガラス板の断面が図5bに図示されている。検出器全体の構成は、上述した本発明の第2実施例と同一である。ここで焦点検出用検出器は、ガラス板53によって3つの部分に分離される。検出器50に入射する光のビーム経路は図5bに図示されている。

さらに、図2b、図3a、図4b及び図5aでは、5つの検出器素子のみが、それぞれCA検出器素子28a,31a,42a及び51aの列に沿って図示されている。しかし素子の数は容易に拡張可能である。

たとえ本発明が、特定の実施例に関連して説明されているとしても、本発明を本明細書で説明した特定形態に限定することは意図していない。むしろ、本発明の技術的範囲は「特許請求の範囲」に記載された請求項によってのみ限定される。さらに、たとえ複数の手段が個別的に列挙されているとしても、素子又は方法に係る手順がたとえば単一ユニット又はプロセッサで実装可能である。それに加えて、たとえ異なる請求項中に別個の特徴が含まれるとしても、これらは有利に組み合わせることが可能で、かつ前記異なる請求項中に含まれることは、特徴を組み合わせることが可能でない、及び/又は有利ではないことを示唆しているわけではない。

本発明に従った方法及び装置はすべての光学記録装置に適用可能だが、データドライブの速度競争が起こっているため、本発明を適用することでデータ速度が最高速度となるデータドライブには特に有用である。

1トラック読み取りと、従来技術に基づく光ディスク上の情報の2次元光学記憶からのデータ読み取りとの差異を概略的に図示している。 a及びbは、本発明の第1実施例を概略的に図示している。この実施例では、検出器素子は3列に配置され、光ディスクの複数トラック記憶のうちの各トラックについて素子を有するように備えられている。レーザービームの配置は図2aに図示され、検出器のレイアウトは図2bに図示されている。 a及びbは、1列の出力読み取り検出器素子、及びトラック誘導サーボ制御ループで用いられるエラー信号を読み取る2つの検出器素子を有する第2実施例を図示している。図3bは、検出器面内で見た検出器の前面図である。 a及びbは、1列の検出器素子のみを有する、非点収差用の検出器素子のレイアウトを有する本発明の第3実施例を図示している。図4bは、上から見た検出器レイアウトである。 a及びbは、3列の出力読み取り用の検出器素子を有する、非点収差用の検出器のレイアウトを有する本発明の第4実施例を図示している。図5bは、矢印51aで示されている方向で検出器面内を見た検出器レイアウトの断面である。

Claims (19)

1. 光ディスクから複数のデータトラックを同時に読み取るのに利用される、複数の素子を有する検出器であって：
   前記光ディスク上に配置されている前記複数のデータトラックを照射するレーザースポットから反射される光を集めるサーボレンズ；
   割り当てられたトラックのレーザースポットから反射される光の出力信号と、前記トラックに沿って前記検出器を案内するサーボシステムでの焦点エラー信号の出力信号の両方を供する、セグメント化された検出器である第1検出器；及び
   各トラックの前記出力信号のみを読み取る第2検出器素子；
   を有し、
   前記第2検出器素子のうちの1つが有する領域が、前記第1検出器素子のうちの1つが有する領域よりも実質的に小さい、
   複数の素子を有する検出器。
2. 最大で2つの第1検出器素子を有する、請求項1に記載の、複数の素子を有する検出器。
3. 少なくとも1つのスポットから反射される光を前記スポットに係る多数のスペクトルに分離する、スポット光を分離する部品をさらに有する、請求項1又は2に記載の、複数の素子を有する検出器。
4. 前記第2検出器素子が、（2λ/NA）²よりも小さな領域を有し、好適には（1.25λ/NA）²よりも小さな領域を有する、請求項3に記載の、複数の素子を有する検出器。
5. 前記第2検出器素子が列で配置されている、請求項1又は2に記載の、複数の素子を有する検出器。
6. 前記第1検出器素子が4つに分割される、すなわち複数の別個の検出器を構成する、請求項5に記載の、複数の素子を有する検出器。
7. 前記スポット光を分離する部品が、各スポットの第2スペクトル及び第3スペクトルを供する回折格子で、かつ、
   前記第2検出器素子が、少なくとも各スポットの第1スペクトルに係る出力信号を読み取る、
   請求項3に記載の、複数の素子を有する検出器。
8. 前記最大で2つの第1検出器素子のうちの第1検出器素子が、前記スポットのうちの1つに係る第2スペクトルを読み取る、請求項7に記載の、複数の素子を有する検出器。
9. 前記最大で2つの第1検出器素子のうちの第2検出器素子が、前記スポットのうちの1つに係る第3スペクトルを読み取る、請求項8に記載の、複数の素子を有する検出器。
10. 前記スポット光を分離する部品が前記検出器上に備えられている光学部品であって、
    前記光学部品は、前記光ディスクの前記トラックを照射する前記スポットのうちの一スポットから前記検出器に入射する光を反射させ、前記一スポットからの光に係る第2スペクトル及び第3スペクトルを作る、
    請求項3に記載の、複数の素子を有する検出器。
11. 前記第2検出器素子が各スポットの第1スペクトルのみに係る出力信号を読み取る、請求項10に記載の、複数の素子を有する検出器。
12. 前記第1検出器素子が1スポットのみに係る第2スペクトル及び第3スペクトルを読み取る、請求項11に記載の、複数の素子を有する検出器。
13. 前記サーボレンズが非点収差サーボレンズである、請求項1又は2に記載の、複数の素子を有する検出器。
14. 前記第2検出器素子が各スポットの第1スペクトルのみに係る出力信号を読み取る、請求項13に記載の、複数の素子を有する検出器。
15. 第1検出器素子が1スポットのみに係る前記第1スペクトルを読み取る、請求項13又は14に記載の、複数の素子を有する検出器。
16. 複数の素子を有する検出器の手段によって光ディスクの複数のデータトラックから情報を同時に読み取る方法であって：
    レーザースポットで前記複数のデータトラックを照射する手順；
    サーボレンズによって前記レーザースポットから反射される光を集める手順；
    互いに距離を置いて設けられている複数の検出器素子を前記検出器へ供する手順；
    各検出器素子に割り当てられたデータトラックから反射される光を検出するように各検出器を配備する手順；
    前記割り当てられたトラックの出力信号と、前記トラックに沿って前記検出器を案内するサーボシステムでの焦点エラー信号制御用の出力信号の両方を供する、セグメント化された検出器となるように第1検出器素子を配備する手順；
    前記第2検出器素子の手段によって、各トラックの出力信号のみを読み取る手順；及び
    前記第1検出器素子のうちの1つが有する領域よりも実質的に小さな領域を有するように前記第2検出器素子を備える手順；
    を有する方法。
17. 第1検出器素子を配備する前記手順が、最大で2つの検出器素子を備える、請求項16に記載の方法。
18. 光を分離する部品の手段によって、少なくとも１つのスポットを有する前記の集められた光を多数のスペクトルに分離する手順をさらに有する、請求項16又は17に記載の方法。
19. 前記スポットの全てから反射される光を、回折格子の手段によって、第1スペクトル、第2スペクトル、及び第3スペクトルに分離する手順；又は
    1つのスポットのみから反射される光を、たとえばマイクロプリズム若しくは別個の回折格子のような光学部品の手段によって、又はセグメント化されたガラス板の手段によって、第1スペクトル、第2スペクトル、及び第3スペクトルに分離する手順；
    をさらに有する、請求項18に記載の方法。

Images