JP2552437B2 - 高密度デ−タ記憶装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 関連特許出願の引用 この特許出願は、我々が同時に出願した共通の指定さ
れた特許出願連続番号349,534にあたる“改良されたシ
ョートシーク能力を有する光学メモリシステム”、連続
番号349,468にあたる“改良されたロングシーク能力を
有する光学メモリシステム”および連続番号349,535に
あたる“改良されたトラック追随およびシーク能力を有
する光学メモリシステム”と、1981年10月15日に出願さ
れ、係属中の共通の指定された特許出願連続番号311,62
8、311,629、311,630および311,745とに関連した主題を
含んでいる。

発明の背景 この発明は一般的には、高密度データ記憶システムに
おけるデータ記録および（あるいは）読出のための改良
された方法と装置に関し、さらに特定的には、高密度光
学記憶システムにおけるデータの記録および読出期間中
に信頼性の高い正確な位置決めの制御を提供する改良さ
れた方法と装置に関するものである。

近年、光学記録によってもたらされる非常に高い記録
密度ポテンシャルのために、適当な媒体上における光学
記録および読出のための改良された方法および装置を開
発するのに相当な努力が費されてきた。様々な公知の方
法および装置の例は、以下の参照文献において明らかに
されている。

アメリカ合衆国特許資料 特許番号 発行日 発明者 4,216,501 8/ 5/80 Bell 4,222,071 9/ 9/80 Bell,et al 4,232,337 12/ 4/80 Winslow,et al 4,243,848 1/ 6/81 Utsumi 4,243,850 1/ 6/81 Edwards 4,253,019 2/24/81 Opheij 4,253,734 3/ 3/81 Komurasaki 4,268,745 5/19/81 Okano 出版物 R.A.Bartolini,et al.,“Optical Disk Systems Emerg
e",IEEE Spectrum,August 1978,pp.20-28. G.C.Kenney,et al.,“An Optical Disk Replaces 25 Ma
g Tapes",IEEE Spectrum,February 1979,pp.33-38. K.Bulthuis,et al.,“Ten Billion Bits on a Disk",IE
EE Spectrum,August 1979,pp.26-33. A.E.Bell,et al.,“Antireflection Structures for Op
tical Recording",IEEE Journal of Quantum Eiectroni
cs,Vol.QE-14,No.7,July 1978,pp.487-495. これらの参考文献の主題は、この発明において援用さ
れたものと考えられるべきである。

この発明の概要 よく認識されているように、光学メモリシステムにお
いて、記録および再生動作期間中に信頼できる正確な位
置決め制御が与えられるべきであるということは決定的
に重要である。たとえば、相対的にかなり低い密度でデ
ータを蓄積する磁気メモリディスクシステムに比較し
て、典型的に使用される非常に高いデータ記録密度のた
めに、光学メモリシステムにおけるこの要求は特に厳密
である。それゆえに、光学データ記憶システムのよう
な、高密度記憶システムにおけるデータの記録および
（あるいは）読出期間中の意味深く改良された位置決め
の制御を提供することがこの発明の広義の目的である。
この発明は、そのようなシステムにおいて長いシーク
（以下、ロングシーク）機能が提供される態様に、最も
特定的に関連している。

この発明の特定の好ましい実施例において、レーザビ
ームは回転可能な光学ディスク上のデータの記録および
再生のために使用され、意味深く改良されたロングシー
ク動作は、共に光学ディスク上の記録および再生レーザ
ビームの位置を決定するガルバノメータとリニアモータ
の位置決めを正確に高い信頼性で制御する複数の相互作
用的サーボループを使用することによって達成される。

この発明の特定の性質およびその他の目的、長所、特
徴および使用方法は、添付された図面に示された好まし
い実施例の以下の説明より明らかになるであろう。

図面の簡単な説明 第１図はこの発明が組込まれた光学記録および再生シ
ステムの全体的なブロック図である。

第２図は光学ディスクの選択されたトラック上に焦点
が合わされたときに第１図のシステムによって与えられ
る３つのレーザビームの相対位置を示す。

第３図は第１図に示されたレーザ光学システムの概略
ブロック図である。

第４図は光学ディスク上のデータの配置とフォーマッ
トを一般的に示す概略図である。

第５図は第４図に示された見出しのフォーマットの詳
細を示す概略図である。

第６図は第１図の信号処理電子回路の好ましい実施例
を示すブロック電気回路図である。

第７図は第１図のシステムにおいて使用される光学デ
ィスクの構造を示す断面図である。

第８図はこの発明において使用される相互作用的サー
ボ制御装置の好ましい実施例を示すブロック電気回路図
である。

第９図はトラック追随動作の実行に適する第８図のこ
れらの部分を示すブロック電気回路図である。

第10図はショートシーク動作の実行に適する第８図の
これらの部分を示すブロック電気回路図である。

第11図はロングシーク動作の実行に適する第８図のこ
れらの部分を示すブロック電気回路図である。

第12図は第11図に示された到着検出器の好ましい実施
例である。

発明の詳細な説明 図面の各図を通して同一番号および記号は同一要素を
示す。

始めに第１図を参照すると、それは一般に、前述の共
通に指定された係属中の特許出願において開示された光
学記録および読出システムの実施例の基本的な部分を示
している。記録されるべきデータは、最初にたとえば、
ノンリターンツーゼロ、リターンツーゼロなどの磁気記
録に使用されるタイプの典型的な符号化フォーマットを
用いて、与えられたデータをコード化する記録回路10に
与えられる。典型的なエラーチェックもまたコード化さ
れた信号に施される。

記録回路10からのコード化されたデータ10aは、レー
ザ光学システム12に与えられる。レーザ光学システム12
は、モータ18による回転の正確な軸16上に支持されたプ
リフォーマットされた光学ディスク15の同一の選択され
たトラックの中心線に沿って一定間隔をおいた位置で焦
点が合わされた３つのレーザビーム12a,12bおよび12cを
発生する。光学ディスク15は、たとえば、前述のアメリ
カ合衆国特許番号4,222,071およびBell,at al.による前
述の論文において開示されたタイプの３層のディスクで
ある。各々のレーザビームは、たとえば、ディスク15上
の１ミクロンのスポットサイズに焦点が合わされる。

レーザビーム12aは、光学ディスク15の選択されたト
ラックにおいて、コード化されたデータを表わす光学的
に検出可能な変化を形成するように、コード化されたデ
ータによって変調される書込ビームである。書込レーザ
ビーム12aによってディスクに発生した光学的に検出可
能な変化は、ピットや物理的ホールのような物理的変化
である必要はないということは理解されるべきである。
必要とされることは、光学的に検出可能な変化が、コー
ド化されたデータ10aを表わす書込レーザビーム12aに応
答して、ディスクの選択された領域に生じなければなら
ないということだけである。この説明のために、発生し
得る光学的に検出可能な変化のすべての可能なタイプ
は、以下に光学的ホールとして示される。

第１図に示されたレーザビーム12bおよび12cは読出ビ
ームである。第２図に典型的に示されているように、読
出ビーム12bは、選択されたトラック17の中心線17a上に
おいて、書込ビーム12aの後方で焦点が合わされる書込
後読出ビームであり、読出ビーム12cは書込前読出ビー
ムであり、書込ビーム12aの前方で焦点が合わされる。
読出ビーム12bおよび12cの強度は、それらが先に記録さ
れている情報の完全さを妨げないように選択される。読
出ビームはディスク15から反射されて光学システム12へ
戻され、それに応答して光学システム12は、信号処理電
子回路20に与えられる複数の検出信号14a,14bおよび14c
を得る。信号処理電子回路20はまた、以下に考察するよ
うに、記録されたデータの正確さをチェックするのに使
用するために記録回路10からコード化されたデータ信号
10aを受信する。

信号処理電子回路20は、データが読出されるディスク
上のトラックおよびセクタ位置を各々識別する信号20b
および20cとともに、光学ディスク15から読出されたデ
ータに対応する出力データ信号20aを提供するために、
検出された信号14a,14bおよび14cを使用する。信号処理
電子回路20はまた、制御信号10b,21a,21b,21c,21d,21e
および21fを発生する。さらに詳細に説明すると、制御
信号10bは、ディスクの回転に関するデータのコード化
を同期させるために記録回路10に与えられ、制御信号21
aは、記録および読出中の正確な速度制御を与えるため
光学ディスクモータ18に与えられ、制御信号21bは、必
要なトラックを選択するためにレーザビーム12a,12bお
よび12cの半径方向位置を制御するためにレーザ光学シ
ステム12に与えられ、制御信号21cは、選択されたトラ
ック上におけるレーザビームの正確なトラック追随を提
供するためにレーザ光学システム12に与えられ、制御信
号21dは、レーザビーム12a,12bおよび12cの正確な焦点
合わせを提供するためにレーザ光学システム12に与えら
れ、制御信号21eは、前方のトラックは以前に記録され
ているデータを含むので、反射された書込前読出ビーム
が過剰書込記録エラーの可能性を示すならば、記録を中
断するために記録回路10に与えられ、信号21fは、記録
エラーが発生したときには記録を中断するために記録回
路10に与えられる。

次に、第１図に一般的に示されたレーザ光学システム
12の好ましい実施例を示す第３図を参照する。このレー
ザ光学システムの様々な構成要素は、前述の参照文献か
ら明らかなように、当業者によって容易に実行され得る
ので、第３図におけるブロックおよび概略図において描
かれている。

第３図に示されるように、レーザ30は、たとえば633
ナノメータの波長と、たとえば12mwのパワーレベルを有
するビーム30aを提供する。このレーザビーム30aは、ビ
ームをハイパワービーム32aとローパワービーム32bとに
分離する第１のビームスプリッタ32に与えられる。ロー
パワービーム32bは、さらにビーム32bを分離して書込後
読出および書込前読出ビームであるビーム12bおよび12c
をそれぞれ与える第２のビームスプリッタ34に与えられ
る。単独のレーザは、もし必要ならば、１つまたはそれ
以上の上述のビームを与えるのに使用され得るというこ
とは理解されるべきである。

第３図のハイパワービーム32aは、読出ビーム12bおよ
び12cからの出力に与えられ対物レンズアセンブリ44お
よびミラー40を介してビーム結合器およびスプリッタ38
に戻るコード化されたデータ10aに応答してビーム32aを
変調する高速度光変調器36に与えられる。ビーム結合器
およびスプリッタ38は、反射されたビームを、第１図に
示すように信号処理電子回路20に与えられる書込後読出
および書込前読出アナログ電気信号14aおよび14bに応答
してビームを変換する光学検出回路49に向ける。また、
反射された読出ビーム12aおよび12bの少なくとも１つ
は、比較的低いゲンイを与え、選択されたトラック上に
おけるビームの焦点合わせの質を示す広い捕獲範囲信号
14cを信号処理電子回路20に与える幾何学的光学焦点検
出器47に与えられる。

なお、この第３図の実施例において、ガルバノメータ
ミラー40で反射されるビームの横方向の位置は、ガルバ
ノメータミラー40の偏向されていない位置（第３図）か
らの偏向の角度（Ｑ）のタンジェント（tanQ）に比例す
る。ガルバノメータミラー40が偏向されていないとき
に、すなわち偏向角（Ｑ）が０°のときに、ビームの横
方向の動きはtan0°＝０である。ここで、ガルバノメー
タミラー40の感度は、横方向の位置を偏向角で微分した
sec²Ｑに比例する。したがって、この第３図の実施例に
おいては、偏向されていないガルバノメータミラー40の
位置（Ｑ＝０）においてその感度は最小となり、偏向の
角度が増大するにつれて感度は増大する。

次に考えられるべきことは、第１図における光学ディ
スク15に提供されたプリフォーマットである。典型的な
プリフォーマットの構成の例は第４図および第５図に示
されている。

第４図において一般的に示されているように、描かれ
ている好ましい実施例における光学ディスク15は、たと
えば、14インチのディスク上で２ミクロン離れた一定間
隔で配置された40,000というような、非常に大きな数の
円形のトラック17を含む。トラック15はまた、複数のセ
クタ19に分割される。第４図に示されるように、セクタ
19内における各々のトラック17は、見出し51およびデー
タ記録部分52を含む。データ記録部分52は、記録中にデ
ータが書込まれる部分であり、各々のセクタ19内におい
てトラック長のより大きな部分を含んでいる。トラック
17の見出し51はそれぞれのセクタ19において最初に発見
され記録に先立ってディスク上に与えられる。そのよう
な見出し51が与えられたディスクは、典型的にはプリフ
ォーマットされたものとされる。

第５図は、第３図のディスク15の各々のセクタ19にお
ける各々のトラック17に与えられたプリフォーマットさ
れた見出し51の例を示す。見出し51を構成する光学的ホ
ールは、前述のような物理的に観測可能である必要はな
いが、ピットのような物理的ホールは第４図に示す典型
的な見出しのために使用されるということはこの説明の
ために推測されるであろう。ピットが入射ビームに対す
る比較的高い反射を示す一方で、他の妨げられていない
ディスク領域が比較的低い反射を示すということもまた
推測されるであろう。ピットのような物理的ホールを使
用して光学記録の一部が与えられる構成もまた使用さ
れ、残りの記録された部分は光学的ホールを使用するこ
とによって記録されるということは理解されるべきであ
る。

第５図に示された見出しの説明を続ける前に、第１図
のシステムに使用されるディスク15の断面図を示す第７
図を参照する。0.1ないし0.3インチの厚みのアルミニウ
ムの円板などのような支持基板90は、たとえば、400な
いし800オングストロームの厚みを有するアルミニウム
の高度に反射可能な不伝導層94の上のデポジションに先
立ちたとえば20ないし60ミクロンの有機的平滑層92でコ
ーティングされる。レーザ周波数において透明な２酸化
珪素のたとえば800ないし1200オングストロームの層の
ような無機絶縁層96は、アルミニウム反射層94上にデポ
ジションされる。レーザ周波数において吸収性のある吸
収層98はそれから、絶縁層96上にデポジションされる。
吸収層98は、たとえばテルルのような金属の50ないし30
0オングストロームの層である。最後に、吸収層98は、
たとえば150−ないし500ミクロンの厚みを有するシリコ
ン樹脂のような保護層100によってオーバコーティング
される。

さらに第７図を参照すると、ディスク15の未記録部分
上のレーザビーム入射に対する非反射（ダークミラー）
状態は、層94,96および98の厚さと光学的特性を適当に
選択することによって発生する。第７図に示されるよう
なディスク15上における記録は、選択されたトラックに
沿った吸収層98においてピット98aのような光学的に検
出可能な変化を形成すること、記録されたデータを表わ
すこれらのピット98aの間隔を一定に保つことおよびそ
の寸法によって情報を記録する、適当に焦点が合わさ
れ、強度変調された記録レーザビーム（第１図および第
２図におけるレーザビーム12aのような）を使用するこ
とによって達成される。吸収層98の未記録領域98bに影
響を及ぼすには不十分な強度に選択され、これらの未記
録領域100が前述の非反射状態を示す、適当に焦点が合
わされた読出レーザビーム（第１図および第２図におけ
るレーザビーム12bおよび12cのような）を使用すること
によって、情報はディスク15から読出される。その結
果、ビームがピット98a上に入射されたときに読出ビー
ムは比較的高い反射を経験し、読出ビームが未書込領域
98b上に入射されたときには比較的低い反射を経験する
ので、反射された読出ビームはピット98aによって強度
変調される。保護層100の上部表面における埃の粒子
は、前述の記録および読出動作に無視できる影響を与え
るように光学システムの焦点面から遠く取除かれる（す
なわち、それらは焦点の外へ取除かれる）。

見出し51のさらに詳細な考察のために、第５図に戻っ
て参照する。見出し51は、システムの信頼性の高い正確
な動作を提供するために第１図の信号処理電子回路20に
関連して使用されるので、一般的に第１図に示される信
号処理電子回路20の実施例を示す第６図に関連して第５
図に示される典型的な見出し51の構造および配置を説明
することが役立つであろう。第６図の個々の構成要素は
当業者によって容易に実現され得るし、このようにブロ
ック形式で示されている。

第５図に示されたプリフォーマットされた見出し51を
参照すると、左セクタ境界19aにすぐに続くのは、光学
反射において信号処理電子回路20に周期の合ったタイミ
ングを与えるのに使用される比較的大きな変化を与える
比較的大きなピット54であることがわかるであろう。こ
れは、第３図の検出された書込後読出信号14aを前置増
幅器71を介してピーク検出器73に与えることによって達
成される。ピーク検出器73は、ピット54に応答して、再
生信号における最大のピークと認める幅の狭いパルス73
aを出力する。ピーク検出器73によって発生したこの幅
の狭い出力パルス73aはその後タイミング基準として、
ディスク15に関するシステムの動作を同期させるための
種々のタイミング信号10b,21a,75a,75b,75c,75dおよび7
5eを発生する伝統的なタイミング回路75に与えられる。
これらのタイミング信号の目的は説明が進むにつれて明
らかになるであろう。

第５図におけるピット54に続くのは、トラック17に平
行な方向に延ばされ、交互にトラック中心線17aの反対
側に配置された２つのピット56および58である。これら
のピット56および58は正確なトラック追随を与えるのに
使用される。これは第６図において、前置増幅器71の出
力に与えられた増幅された書込後読出信号をアップダウ
ン積分回路77に与えることによって達成される。アップ
ダウン積分回路77は、書込後読出ビームが、引き延ばさ
れたピット56に対応するトラック17の一部を横切るとき
に得られる、検出された信号に応答してアップ積分し、
書込後読出ビームが、引き延ばされたピット58に対応す
るトラック17の一部を横切るときに得られる信号に応答
してダウン積分する。これらの２つの積分間の差は、レ
ーザビームによるトラック追随の正確さの基準であると
いうことは理解されるであろう。引き延ばされたピット
56および58の寸法と位置は、トラック中心線17aからの
ビームの非常に小さい偏光でさえ検出し得るように、焦
点が合わされたビームのサイズに関連して選択される。
各々のセクタごとにピット56および58が横切られたとき
に積分回路77によって与えられるこの差は、レーザビー
ムによる選択されたトラックの正確な追随を与えるため
にガルバノメータ42（第３図）に与えられる制御信号21
cを発生するのに使用される。

タイミング回路75はタイミング信号75aと75bをアップ
ダウン積分回路77に与えるということは注目される。引
き延ばされたピット56および58の位置に適当に対応する
ためにアップダウン積分が実行される、それぞれのセク
タの見出し51の横断期間中の特定の時間を示すために、
タイミング信号75aは使用されるタイミング信号75bは、
次のセクタまで、書込後読出ビームが第２の引き延ばさ
れたピット58の横断を達成後得られる積分された値を保
持する保持信号として役立つように、それぞれのセクタ
ごとに、アップダウン積分回路77に与えられる。

第５図に示された典型的な見出し51における引き延ば
されたピット56および58に続くのは、トラックの中心線
17aに垂直に引き延ばされた複数のピット60である。ピ
ット60の位置と寸法は、これらのピット60を横断すると
きに得られる、反射された信号が入射ビームの焦点合わ
せの質に依存したピーク値を持つように選択される。こ
れは、たとえば各々のピット60の直径を、適当に焦点が
合ったビームの直径に等しいように選択することによっ
て達成される。それから、もしも不適当な焦点合わせの
ために入射ビームがピット60の厚みよりも大きければ、
ビームの部分のみが反射されるので、各々のピット60が
横切られたときに反射されたビームはパワーを減少させ
るであろう。ピット60間の間隔を一定に保つことおよび
ディスク回転速度は、反射されたビームがピット60を横
切るときに変調される周波数を決定することもまた、理
解されるであろう。

再び第６図を参照すると、焦点合わせピット60が横切
られている期間中に前置増幅器71に与えられる書込後読
出ビーム14aは、その結果得られる焦点合わせ情報を含
むことが理解されるであろう。それゆえに、ピーク検出
器64は、書込後読出ビームが焦点合わせピット60を横切
っている期間中、タイミング信号75cによって能動化さ
れ、前置増幅器71の出力において、増幅された書込後読
出ビームを受信するために設けられる。ピーク検出器64
は、周波数レンジ内で、焦点合わせの質で基準である比
較的高ゲインの出力信号64aを発生するためにピット60
の一定間隔保持によって決定される与えられた信号の大
きさに応答するのに適している。

ピーク検出器64からの出力信号64aは、第３図の光学
的焦点検出器47によって与えられた信号14cとともに信
号加算器66に与えられる。信号加算器66は、ディスク上
の入射レーザビームの正確な焦点合わせを維持するため
に焦点モータ46に与えられた、第１図に示された信号21
dを発生するために、これらの２つの信号14cおよび64a
を適当に結合する。

幾何学的光学焦点検出器47からの信号14cおよびピー
ク検出器64からの信号64aを含む信号21dを焦点モータ46
へ与える目的は、さらに考察される。第３図の幾何学的
光学焦点検出器47から得られる信号14cは、広い捕獲範
囲を提供する一方で、典型的に静電あるいは低周波数オ
フセットエラーを発生する焦点距離の比較的低いゲイン
の制御を提供する。この発明に従って、第５図に例を示
したように、意味深くより正確でオフセットのない焦点
信号21dは、幾何学的光学検出器信号14cと、焦点ホール
60から得られる、比較的高いゲインを与える能力のあ
る、ピーク検出信号64aとを結合することによって達成
される。もちろん、トラック追随ピット56および58にも
与えるのと同様に、見出し51はトラック追随と同様に焦
点合わせに要求される正確で高速の制御を得るために各
々の円形トラック17のまわりを充分な回数繰返される。

第５図に示された見出し51の説明を続けると、上述の
焦点ピット60の次には、レーザビームによって横切られ
る特定のトラックとセクタとの識別を与えるために記録
されたピット72が続く。言い換えると、ピット72はトラ
ックとセクタのアドレスを表わし、伝統的なコード化
は、磁気ディスク上におけるトラックとセクタとの識別
に使用するなど、この目的のために使用され得る。

第６図に示されるように、前置増幅器71の出力におけ
る増幅された書込後読出信号は、適当な能動化タイミン
グ信号75dとともに、トラックおよびセクタがレーザビ
ームによって横断されたことを各々示すトラックおよび
セクタ信号20bおよび20c（第１図参照）を与えるトラッ
クおよびセクタデコーダ78に与えられる。トラック信号
20bはまた、レーザビームの位置決めが要求される選択
されたトラックを示すトラックコマンド信号80aととも
にトラック選択回路80に与えられる。トラック選択回路
80は、トラック信号20bによって示されるトラックとト
ラックコマンド信号80aによって要求されるトラックと
を比較し、それに応答して選択されたトラック上でレー
ザビームを中央に持ってくるために第３図におけるリニ
アモータ48に与えられる信号21bを発生する。

第５図とともに第４図を参照すると、描かれた典型的
な見出し51において、トラックおよびセクタアドレス識
別を提供するピット72は見出し51の最後の部分であるこ
とが理解されるであろう。前に指摘したように、これら
の見出しを含むもたらされたディスクはプリフォーマッ
トされるものと考えられる。そのようなプリフォーマッ
トされたディスクは、典型的には、各々のセクタ19にお
ける各々のトラック17のデータ記録部分52における記録
および読出データのために第６図において示されている
ような信号処理電子回路20に関連して、プリフォーマッ
トされた見出しを利用するユーザに提供されるであろ
う。

第６図における前置増幅器71の出力に与えられた増幅
された書込後読出信号はまた、各々のセクタ19（第４図
および第５図）のデータ記録部分51からのデータの読出
に使用される。それゆえに、第６図の実現は、記録され
たディジタルデータに対応するデータ出力信号20a（第
１図参照）を与えるために前置増幅器71の出力が与えら
れるデータ読出回路82を含む。データ読出回路82は、書
込後読出ビームがそれぞれのセクタ19のデータ部分52
（第４図）を横断している期間に、タイミング信号75e
によって能動化される。その結果として得られる、ディ
スク15から読出されるデータ出力信号20aは、どちらか
からデータが読出されるトラックおよびセクタを識別す
るトラックおよびセクタ信号20bおよび20cとともに、適
切な利用デバイス（図示せず）に与えられる。

データ出力信号20aはまた、データが正確に記録され
ていることをチェックするため、データ記録中に使用さ
れる。この目的のために、第６図はデータ出力信号20a
と記録回路10からのコード化されたデータ信号10aの双
方を受信するデータコンパレータ83を含む。データコン
パレータ83はコード化されたデータ10aとディスク15か
ら読出された対応するデータ20aとを比較するように動
作する。もしもコンパレータが信号10aおよび20aにエラ
ーを検出したら、記録を中断するために記録回路10に与
えられる記録エラー中断信号21fが発生する。

さらにこの発明の特徴は、書込前読出ビーム12c（第
２図）が使用される態様にある。この発明によって可能
にされた記録密度は非常に高いということは評価される
であろう。このように、先に記録されたデータを破壊す
ることになる、レーザビームの位置決めにおけるエラー
が、記録中に発生する可能性が存在する。そのような先
に記録されているデータは、もしも絶えず失われず、バ
ックアップがないならば、置き替えるのは非常に高価に
なる。この問題は、書込前読出ビーム12cを利用するこ
とによるこの発明によって防ぐことができる。

第６図に描かれているように、第３図の光学的検出回
路49から得られた書込前読出信号14bは、フィルタ回路9
3を介して、その出力91aが順番にデータ検出器95に与え
られる前置増幅器91に与えられる。フィルタ回路93は、
データ検出器95の動作の干渉からのノイズを防ぐために
設けられる。データ検出器95は、記録されたデータの存
在に応答して記録を中止するために、記録回路10（第１
図）に与えられる中断信号95aを発生し、それによって
前に記録されたデータを保護する。書込前読出ビーム
は、記録前のトラックの質をチェックしたり、あるい
は、さらに正確なトラック追随および（あるいは）焦点
制御を提供するなどの他の目的にもまた使用されるとい
うことは理解されるべきである。

前述の特許出願において開示された光学システムの実
施例について説明したので、この発明に従って与えられ
る光学ビーム位置決め制御における改良は、第８図ない
し第10図を参照して詳細に考察されるであろう。

第８図は、この発明に従って改良された光学ビーム位
置決め制御を提供するための装置を示す概略電気回路図
である。第８図において示される光学ディスク15、対物
レンズアセンブリ44、ガルバノメータ42およびリニアモ
ータ48は、第３図における同一番号の構成要素に対応す
る。第８図の残りの部分は、光学ディスク15に関連する
対物レンズアセンブリ44の位置（およびレーザビーム12
a,12bおよび12cの位置）を共に制御するガルバノメータ
42とリニアモータ48の動きを正確に制御するための好ま
しい実施例を示している。ガルバノメータ42とリニアモ
ータ48の動きは、トラック追随とトラックシークの機能
を与えるように、第８図の好ましい実施例において制御
される。

トラック追随機能は、トラックシーク動作の結果とし
てトラックが変えられることがなければ、レーザビーム
を１つの特定のトラックに正確に追随させるシステムの
動作に関連している。トラック上におけるレーザビーム
の位置決めを示すトラック追随信号がどのように得られ
るかということは既に第５図および第６図に関連して説
明した。この発明の好ましい実行がこのトラック追随信
号を有利に利用する態様は以下に明らかとなるであろ
う。

トラックシーク機能は、現在のトラックからもう１つ
の選択されたトラックへのレーザビームの位置の変化に
含まれる動作に関連する。第８図の好ましい実施例にお
いて、トラックシークはロングシークまたはショートシ
ークとして分類される。ショートシークは、たとえば20
0〜400マイクロ秒の平均時間および1.5ミリ秒以下の最
大時間において与えられ得る、たとえば50トラックまた
はそれ以下の比較的小さいトラック変化を提供する。ロ
ングシークは、40,000トラックディスク上において、数
千のトラックであり得る大きなトラック変化を提供す
る。

上述のトラック追随およびトラックシーク機能が第８
図の好ましい実施例において有利に達成される特定の態
様は、詳細に説明される。第８図の構成は、トラックシ
ークおよびトラック追随動作期間中におけるガルバノメ
ータ42とリニアモータ48の非常に正確で信頼性の高い制
御を提供する複数の相互作用的サーボループの設定に基
づいている。

第８図の説明を簡略化し、その特徴と長所が明瞭に理
解されるようにするために、上述の必要とされる機能…
トラック追随，ロングシーク，ショートシーク…は各
々、第９図，第10図および第11図を参照して個別に考察
される。

第８図ないし第11図において示された各々の構成要素
は、当業者によって容易に提供可能であり、より詳細に
は与えられていない。また、第８図ないし第11図の理解
をより容易にするために、これらの３つの機能間に起こ
るスイッチングは、スイッチの可動アームに与えられて
示される１つまたはそれ以上のラベルされた信号に応答
して切換わる単一極性スイッチ,2重投入メカニカルスイ
ッチ（たとえば、第８図および第９図におけるスイッチ
122および128）を使用して実行されるものとして示され
る。これらのスイッチのコンタクトはまた、各々対応す
る機能を示すようにラベルされる。ラベル“TF"はトラ
ック追随を表わし、ラベル“SS"はショートシークを示
し、ラベル“LS"はロングシークを示す。当業者はこれ
らのスイッチによって示されるスイッチングを実行する
ために適当な電子スイッチング回路を容易に使用するこ
とができるであろう。

また、第８図ないし第11図において、アナログ加算器
（加算器116および138のような）への各々の入力に、加
算器への他の入力に関して入力が加算的または減算的極
性のいずれに与えらているかを示すために“＋”または
“−”が与えられることに注目する。

トラック追随（第９図） トラック追随機能はまず、この機能に関する第８図の
これらの部分のみを示す第９図を参照して考察されるで
あろう。第９図に示すように、ガルバノメータ42は、ガ
ルバノメータミラー40（第３図）を制御するためにガル
バノメータ増幅器110によって駆動される。第９図にお
いて示されたトラック追随機能に含まれる基本的なサー
ボループは信号処理天使回路20によって得られるトラッ
ク追随信号21cを使用することによって提供される。こ
の信号の発生は第６図に関連して以前に説明した。この
トラック追随信号はレーザビームによるトラック追随の
正確さの基準であり、それゆえに特定のトラック上にレ
ーザビームを維持するためにスイッチ114（トラック追
随期間中に第９図に示される位置に存在する）およびア
ナログ加算器116を介してエラー信号としてガルバノメ
ータ増幅器110に与えられるということは記憶されるで
あろう。好ましい実施例において、ディスク上における
トラックの間隔は、レーザビームがトラック間で決して
妨害せずトラックを追随するように、第５図におけるト
ラック追随ピット56および58の寸法に関連して選択され
る。上述のように、追随される特定のトラックのアドレ
スは、トラック追随期間中に第６図におけるトラックお
よびセクタデコーダ78の出力において得ることができ
る。

第９図において示されるように、ガルバノメータ42
は、ガルバノメータミラー40（第３図）の現在の角度位
置を示す角度信号118aを与える角度検出器118を含む。
適切な角度検出器は、たとえば、“An Infra-Red Based
Beam Scanner Position Sensor",P.M.Trethewey,Regio
n 6 IEEE Student Paper Competition,Wescon/81,Hilto
n Hotel,San Francisco,California,SS/4.の論文におい
て説明されている。角度検出器信号118はトラック追随
動作期間中に第９図に示す２つの方法で使用される。ま
ず、角度信号118aは、ガルバノメータミラーに対するス
プリング補償フィードバックを与えるために加算器116
を介してその出力120aが順番にガルバノメータ増幅器11
0にフィードバックされるスプリング増幅器120（適当な
スプリング補償特性を有している）に与えられる。

第２に、角度信号118aは、スイッチ122（トラック追
随期間中に第９図に示す位置に存在する）、アナログ加
算器124,スイッチ127（トラック追随中に示される位置
に存在する）を介して、比較的高いゲインのリニアモー
タ増幅器128に与えられる。角度信号118aに応答して、
正確なトラック追随を維持するためにガルバノメータミ
ラー40（その中心あるいは偏向されていない位置から）
によって提供されるのに必要とされる偏向を減少するた
めに、追随されるトラックに対して横方向にガルバノメ
ータ42（第３図において機械的に対物レンズアセンブリ
44と結合されている）が動かされる態様で、増幅器128
はリニアモータ48（第３図参照）を駆動する。言い換え
ると、トラック追随期間中は、検出されたミラー角度信
号118aに応答するリニアモータ48の動きは、トラックの
偏心率における比較的大きな変動の存在にもかかわら
ず、ガルバノメータミラーをその中心または偏向されて
いない位置の近くに維持するように働く。このことは、
他の方法で可能なよりもはるかに大きく効果的なダイナ
ミックレンジをガルバノメータに与えることの有利な結
果を達成し、それによって、ミラーがそれ自身の上に存
在することができるよりも低い比較的広いトラック位置
変化に関し、好結果の動作を与える。この能力の重要性
は、トラックが２ミクロン離れたディスク上において、
軸の偏心率によるディスクランアウトが、トラック追随
中に±35トラックにおよぶトラック位置変化を典型的に
発生するということを認識することによって評価され得
る。

トラック追随中のより高度の安定性と信頼性とを提供
するために、リニアモータ48の速度は、リニアモータ増
幅器128はもちろん、ガルバノメータ増幅器110にもフィ
ードバックされる。これは、加算器124を介してリニア
モータ増幅器128に与えられ、バッファ増幅器134、微分
回路136および加算器138と116とを介してガルバノメー
タ増幅器134に与えられる速度信号132aを発生するため
に、その出力がタコメータ増幅器132によって増幅され
るタコメータ130をリニアモータ48に使用することによ
って達成される。微分回路136を設けることの長所は、
それがガルバノメータ増幅器110によって先に予想され
る急速な速度変化を許容し、それによってより大きな全
体のループ安定性をもたらすことである。

ショートシーク（第10図） ショートシーク機能は第10図に示されており、ショー
トシーク機能に属するこれらの構成要素の追加とともに
第９図に示されたトラック追随機能と同じ構成要素を含
んであるのが理解される。これらの追加の構成要素は、
波形発生器140、スイッチ142、アナログ加算器144およ
びオン−トラック検出器145である。スイッチ114、127
および142はまた、それらのショートシーク位置に示さ
れていることに注目すべきである。ショートシーク機能
は、それらの現在のトラックから、特定のトラック数よ
り大きくないトラック数だけ現在のトラックから離れた
所定のトラックへのレーザビームの動きを与える機能で
あることは理解されるであろう。考察された好ましい実
施例において、レーザビームがショートシーク動作によ
って動かされ得るトラックの最大数は、たとえば±50ト
ラックである。もしも、ビームがより大きなトラック数
動かされなければならないならば、そのときは以下に説
明されるロングシークが使用される。

第10図に示されるように、ショートシーク動作は、シ
ョートシークコマンドをショートシーク波形発生器140
に与えることによって開始される。新しく選択されたト
ラックが現在のトラックの±50トラック内にあるときは
いつでも、このショートシークコマンドはトラック選択
回路80（第６図）によって与えられる。ショートシーク
コマンドは、レーザビームが動かされることが要求され
るトラックの方向と数とに関する情報を含む。ショート
シークコマンドがショートシーク波形発生器140によっ
て受信されたときに、それは移動されるべきトラックの
数によって決定される時間幅、すなわちショートシーク
コマンドによって要求されるトラック数だけ移動するの
に必要な予想された時間に本質的に等しい時間幅を有す
るショートシーク信号SSを発生する。このショートシー
ク信号SSは、いくつかの目的に役立つ。すなわち、
（１）スイッチ142をショートシークSS位置に設定し、
それによってショートシーク波形発生器140の出力を、
加算器144,138および116を介してガルバノメータ増幅器
に接続し、（２）ガルバノメータ増幅器からのトラック
追随信号を切断することによってトラック追随ループを
オープンできるようにスイッチ114をショートシークSS
位置に設定し、（３）オフ−トラック状態のとき（ショ
ートシーク期間中）に、スイッチ127を開くようにトラ
ック追随信号をモニタするためにオン−トラック検出器
145を能動化し、それによってショートシーク期間中の
リニアモータ48の移動を防ぐ。

ショートシーク信号SSによって生じた上述の効果は、
ショートシーク動作期間中に、トラック追随信号（スイ
ッチ114は開くであろうから）あるいはリニアモータ48
（スイッチ127は開くであろうから）からの干渉なし
に、ガルバノメータミラー（およびレーザビームの位
置）を排他的に制御するために、波形発生器140によっ
て与えられた出力140aをガルバノメータ増幅器110に与
え、それによって、ショートシーク波形発生器140によ
って与えられたれ出力140aに従ってレーザビーム移動の
正確な制御を可能にする。好ましい実施例において、シ
ョートシーク波形発生器140によって与えられた出力140
aは対になるように、すなわち、逆極性のパルスが続く
もう一方の極性のパルスに選択される。第１のパルス期
間中にリニアモータ48に加速し、第２のパルス期間中に
減速する。これらの逆極性パルスの時間幅および振幅
は、システムの機械的特性および移動されるべきトラッ
ク数に基づいて選択され、それによって、必要とされる
トラック数だけレーザビームが移動されるようにガルバ
ノメータ42は急速かつ正確にガルバノメータミラーを移
動させることがわかるであろう。レーザビームが、要求
されたトラックのすぐ近くに到着するときに、上述のよ
うにショートシーク信号SSの時間幅は、波形発生器出力
140aに応答して必要とされるトラック数だけレーザビー
ムを動かすのに必要とされる時間に本質的に等しく選択
されているので、ショートシーク信号SSは終了する。

ショートシーク信号SSが終了するとき、スイッチ114
および142はそれらのトラック追随位置に戻る。また、
レーザビームが適当にトラック上にあることをオン−ト
ラック検出器145が示すさきに、スイッチ127はその閉位
置に戻り、それによって、角度検出器118をリニアモー
タ増幅器128に際結合する。オン−トラック検出器145は
その後、次のショートシーク動作まで、不能状態に戻
る。

前述のように、トラック追随動作は、レーザビームが
トラック間で妨げられず、トラック上で停止しないよう
にトラック間隔に関連して選択される。もしも、上述の
ショートシーク動作後に、第６図のトラックおよびセク
タデコーダ78によって与えられたトラックアドレスが、
レーザビームがその上で停止したトラックがショートシ
ーク動作によって要求されたトラックではないことを示
すならば、もう１つのショートシーク動作が開始され、
レーザビームが正しいトラック上で停止するまで続行さ
れる。普通、わずか２つのショートシークが、正しいト
ラック上にレーザビームをもってくるのに必要とされ、
そして、レーザビームが20トラック以下動かされるとき
は普通、わずか１つのショートシークが必要とされるこ
とがわかる。

ロングシーク（第11図） ロングシーク機能の動作は、この機能に属する第８図
のこれらの構成要素を示す第11図に示されている。ロン
グシークは、ロングシーク制御回路150に与えられるデ
ータを含むロングシークコマンドによって開始される。
新しく選択されたトラックが、現在のトラックから50ト
ラック以上離れているときはいつでも、トラック選択回
路80（第６図）によって与えられたトラック選択信号21
bは、ロングシークコマンドである。ロングシーク制御
回路150は、いくつかの目的に役立つロングシーク信号L
Sを発生するために与えられたロングシークコマンドに
応答する。すなわち、（１）トラック追随ループを開
き、ショートシーク波形発生器140（第10図）を切離す
ように、スイッチ114および142をそれらのロングシーク
LS位置に設定し、（２）角度検出器信号118aをリニアモ
ータ増幅器128から切離し、代わりに加算器124を介して
ロングシーク波形発生器162に接続するようにスイッチ1
22をそのロングシーク位置に設定し、（３）ガルバノメ
ータミラーを、ロングシーク動作期間中にそれがとどま
るそのセロ角度位置に駆動するように、ケイジ（cage）
増幅器154および加算器144,138および116を介して、角
度検出器118によって与えられる検出されたミラー角度
信号をガルバノメータ増幅器110に与えるフィードバッ
クループを閉じるように、スイッチ154をそのロングシ
ーク位置に設定し、これは効果において、リニアモータ
48を使用して実行されるロングシーク動作との干渉を防
ぐために、ガルバノメータミラーをそのゼロ角度位置に
“ケイジ（cage）”し、（４）ロングシーク信号LSはま
た、これらの増幅器のゲインをロングシーク動作により
適した値に変化させるために、リニアモータ増幅器128
およびタコメータ増幅器132に与えられ、リニアモータ
増幅器128のゲインは減少し、一方でタコメータ増幅器1
32のゲインは増大する。

第11図のロングシーク制御回路150に与えられたロン
グシークコマンドは、レーザビームが動かされるべき新
しいトラックを表わすデータを含む。このロングシーク
コマンドに応答して、ロングシーク制御回路150は、新
しいトラックに対応するために、リニアモータ48が動か
されるべき新しい位置を示す大きさを有する信号150aを
アナログ加算器156に出力する。加算器156はまた、リニ
アモータ48と結合されたリニア可変微分トランス（LVD
T）158から得られたリニアモータ48の位置を表わす信号
160aを受信し、LVDT信号はLVDT増幅器160を介して加算
器156に与えられる。

第11図の加算器156の結果としてもたらされる出力156
aは、現在位置（LVDT158によって示される）と、ロング
シークコマンドによって示される要求された位置との差
を表わす。加算器出力156aはロングシーク波形発生器16
2に与えられる。ロングシーク波形発生器162は加算器出
力156aに応答し、（スイッチ122、加算器124、スイッチ
127およびリニアモータ増幅器128を介して）リニアモー
タ48に与えたときに、リニアモータ48が必要とされる選
択されたトラックに対応した位置に、急速かつ滑らかに
移動させられるよに選択された波形を有する出力信号16
2aを発生する。第11図のロングシーク動作期間中の選択
された位置へのリニアモータ48の到着は、ロングシーク
動作の完了を示す出力信号164aを与えるために、LVDT増
幅器160、タコメータ増幅器132および加算器156の出力
に応答した到着検出器164を用いて決定される。

第12図は第11図の到着検出器164の好ましい実施例を
示す。第12図に示されるように、タコメータ増幅器出力
信号132aは、信号132aによって表わされるリニアモータ
速度と最大速度基準信号とを比較するコンパレータ170
に与えられる。リニアモータ速度が、最大速度基準信号
によって表わされる最大速度以下のときには、コンパレ
ー170は、ANDゲート176に与えられる“真”または“1"
出力信号170aを発生する。

さらに第12図を参照すると、第11図の加算器出力156a
は、それはリニアモータの現在の位置と要求される位置
との差を表わしているが、この差信号156aを最大差基準
信号と比較するコンパレータ174に与えられる。差信号1
56aが、最大差基準信号によって表わされる最大差値以
下のとき、コンパレータ174は、これもまたANDゲート17
6に与えられる“真”あるいは“1"出力信号174aを発生
する。

それゆえに、第12図のANDゲート176からの結果として
もたらされる出力164aは、リニアモータ速度と、現在の
モータ位置および要求されたモータ位置の差との双方
が、所定の最大値以下のときにのみ、“真”または“1"
となり、それによって、ロングシークコマンド（第11
図）に必要とされる位置へのリニアモータの到着の高度
に安定した信頼性の高い検出を提供することが理解され
るであろう。

第11図に戻って、到着検出出力信号164aは、到着検出
器164が、選択されたトラックに対応した位置にリニア
モータ48が到着したことを示すときに、それに応答し
て、ロングシーク信号LSを止めるロングシーク制御回路
150に与えられ、それによってトラック追随に戻る動作
を引起こし、それは第９図に関連して前に説明されてい
る。もしもトラック追随に戻る時に、レーザビームが誤
ったトラックにあることをトラックおよびセクタデコー
ダ78が決定するならば、そのときは、第10図に関連して
前に説明したように、ショートシーク動作が開始される
ことが理解されるであろう。

ここに提供された発明の説明は、特定の好ましい実施
例に関して述べられてきたが、この発明の真の範囲およ
び精神から離れることなく、構成、配置、構成要素、動
作および使用方法における多くの変更が可能であること
は理解されるべきである。たとえば、この発明の他のタ
イプの高密度データ記憶システムにもまた適用できるこ
とは理解されるべきである。添付された請求の範囲はそ
れゆえに、すべてのそのような可能な変更と変化とを含
むものと考えられるべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラバダ・エドワ−ド・ブイ アメリカ合衆国91320カリフオルニア州 ニユ−ベリ−・パ−ク・ダニエル・スト リ−ト3401 (56)参考文献 特開 昭52−26802（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−153663（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−153138（ＪＰ，Ａ)

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも１つのトラックを有する回転記
   録媒体を含む高密度データ記憶装置であって、前記回転
   記録媒体は、第１の回転周波数で回転し、 前記トラックに記録されたデータを読出すための放射ビ
   ームを含む手段と、 前記トラックに沿った前記放射ビームの相対的な動きを
   提供する手段と、 前記放射ビームの前記トラックからの偏向を示すトラッ
   ク追随信号を得る手段と、 比較的短い距離にわたって前記トラックに対する前記放
   射ビームの動きを提供する第１の位置制御手段とを備
   え、前記第１の位置制御手段は、前記トラック追随信号
   に応答して、前記偏向を減少するように前記放射ビーム
   を動かし、これによって前記放射ビームは前記トラック
   を追随し、前記第１の位置制御手段の感度は、前記第１
   の位置制御手段がその偏向されていない位置にあるとき
   に最小であり、 前記第１の位置制御手段の動きを検出しかつ前記第１の
   位置制御手段の移動量を示す角度信号を出力する検出手
   段と、 前記放射ビームを前記トラックに追随させるように前記
   第１の位置制御手段が動作している期間中に、前記第１
   の回転周波数以上の周波数の成分を有する動きで、前記
   第１の位置制御手段と同時に動作する第２の位置制御手
   段とをさらに備え、前記第２の位置制御手段は、前記同
   時動作期間中に前記角度信号によって少なくとも部分的
   に制御されて、前記放射ビームが前記トラックを追随す
   るのを維持するために前記第１の位置制御手段に必要と
   される動きを減少するように、比較的大きいトラックの
   偏心の存在にかかわりなくトラック追随動作期間中にそ
   の偏向されていない位置の近くに前記第１の位置制御手
   段を存在させるように前記第１の位置制御手段の動きを
   与える、高密度データ記憶装置。
2. 【請求項２】前記第１の位置制御手段は、前記比較的短
   い距離にわたって前記放射ビームの比較的速い横方向の
   移動を提供し、前記第２の位置制御手段は、前記放射ビ
   ームの比較的ゆっくりとした横方向の移動をもたらすよ
   うに前記第１の位置制御手段の動きを提供する、請求の
   範囲第１項記載の高密度データ記憶装置。
3. 【請求項３】前記記録媒体は、一定間隔を保った多数の
   同心円のトラックを有する回転可能なディスクであり、
   前記第２の位置制御手段は、比較的多数のトラックにわ
   たって前記放射ビームを移動させるように前記第１の位
   置制御手段の動きを提供する、請求の範囲第２項記載の
   高密度データ記憶装置。
4. 【請求項４】前記検出手段に応答するとともに、前記第
   ２の位置制御手段によって与えられる移動速度の変化率
   に応答して、前記第１の位置制御手段の動きを制御する
   手段を含む、請求の範囲第１項、第２項または第３項記
   載の高密度データ記憶装置。
5. 【請求項５】前記高密度データ記憶装置は、光学記憶装
   置であり、前記放射ビームはレーザビームであり、前記
   第１の位置制御手段は、前記ビームの経路に配置された
   角度偏向可能な光学的要素を制御するガルバノメータを
   含み、その角度位置は前記トラックに対する前記ビーム
   の横断位置に影響を与え、前記検出手段は前記光学的要
   素の再度偏向を検出し、前記第２の位置制御手段は、前
   記検出手段に応答して前記第１の位置制御手段を動かす
   モータを含む、請求の範囲第１項、第２項または第３項
   記載の高密度データ記憶装置。
6. 【請求項６】前記光学的要素はミラーである、請求の範
   囲第５項記載の高密度データ記憶装置。
7. 【請求項７】前記モータによって与えられる動きの速度
   を検出し、それに応答して速度信号を発生する手段と、
   微分された速度信号に応答して、前記光学的要素の動き
   をさらに制御する手段とを含む、請求の範囲第５項記載
   の高密度データ記憶装置。
8. 【請求項８】前記検出手段に応答して、角度偏向の大き
   さに応答した前記光学的要素の動きを制御する手段を含
   む、請求の範囲第５項記載の高密度データ記憶装置。