記録担体すなわちデータ記憶媒体、たとえばCD(コンパクト・ディスク)またはDVD(デジタル・バーサタイル・ディスク)のような光データ記憶媒体の、読出しまたは書込みを行うためには、その記憶媒体上に放射ビーム(たとえばレーザービーム)が合焦されなくてはならない。集光レンズから記録面までの実効光学距離は、一定に保たれる必要がある。このことを達成するために、集光レンズは、たとえばその集光レンズを担持しているアクチュエータによって、記録面の近傍に持って来られなくてなくてはならない。このアクチュエータは、サーボループの一部であって、焦点誤差信号(FES)から導出された電流により駆動されており、この焦点誤差信号は、記憶媒体(たとえば光ディスク)において反射された光より導出される。このサーボループは何らかの初期時刻において閉状態とされ、その後常に、レーザービームは、曲がり(フラッタ)および厚さの変化(いずれもいわゆる軸振れを生じさせる)に追従し、かつたとえば機械的な衝撃に起因するシステムの一部の加速動作を補償するように、記憶媒体上に合焦状態に保たれる。
将来世代の光記憶システムにおいては、解像度を向上させるため、対物レンズの開口数が増大させられ、NA=0.85またはNA=0.95にすらなると予想されている。しかしながら、対物レンズのサイズが増大するというこの傾向にもかかわらず、高レートのデータおよびアクセス時間に対するますます強まる要請は、対物レンズの合計質量の軽量化を強いている。このことは、焦点距離したがって自由作動距離(FWD)が減少させられる場合のみ、達成可能である。結果として、より小さなFWDは、最終的には、そのディスクの読出しおよび/または書込みが、おそらくは薄いカバー層を介して、情報層が設けられている側から、すなわち「第一面」側から行われることを要請する。このことは、情報層が1.2mmの基板を介して照射を受けるCDのような、従来型の光ディスクとは対照的である。
いわゆる「第一面記録」(first−surface recording)に変更する別の1つの理由は、基板による屈折のために生じる球面収差とコマ波面収差との両方を防止するための、従来型の「基板側入射記録」の場合における傾き(チルト)マージンである。高NA対物レンズの場合には、強く曲げられた波面が、許容される最大の傾きを大幅に減らしてしまうので、基板側入射記録はより非現実的になる。
薄いカバー層を設けることは、少なくとも3つの理由において有用であり得る。第1に、データ層の掻き傷が防止され、記憶されたデータのロバスト性が向上させられる。第2に、カバー層には、その直接の熱接触ならびに空気よりも高い熱容量のため、記憶層の冷却を助けること、および、とりわけ書込シーケンス中における記憶層表面の高い温度に起因する水分脱着等の熱効果から、対物レンズを防護を助けることが期待される。第3に、カバー層は、反射防止コーティングとしての役割も果たし得る。
光磁気記録では、データ記憶層およびカバー層の反射率は、同程度の強さであり、典型的には5%から15%の間とされる。したがって、カバー層の表面からは、追加の反射信号が得られる。入射kベクトルの方向に大きなばらつきをもたらす対物レンズの高いNAのため、カバー層の反射率を抑制するための光コーティングは複雑となる。さらに、光ディスクは、安価なリムーバブル媒体であり、制御表面の品質、ディスクの曲がりおよび反射防止コーティングのために許容されるコストは、限られている。
上記の理由のため、将来世代の光記憶システムは、薄い透明カバー層を含む高速で動くディスク表面の近傍への、焦点ロックの導入を必要とするであろう。さらに、カバー層による光の反射は、記憶層すなわちデータ層による反射との比較において、顕著な反射となるかもしれない。
しかしながら、透明なカバー層を含むそのような高速で動くディスク表面の近傍への焦点ロックが導入されると、カバー層の厚さが、FES曲線のスロープの直線部分に対応する焦点ロック範囲(FLR)と同等である場合に問題が生じる。
図2は、カバー層がない光ディスクについて、第一面記録において得られる単純なFES曲線を示した概略グラフである。横軸は、焦点はずれの量(デフォーカス;df)を示している。一例として、FLRは、8μmの範囲内となり得る。非常に薄い透明カバー層を有するディスクの場合、特にカバー層の厚さが合焦させられるレーザービームの波長よりも小さい場合には、これと類似の曲線が観測される。
そのようなディスクに対して第一面記録が行われる場合には、不明瞭なフィードバック信号が焦点サーボ系に供給されるかもしれない。さらに、ディスク表面の軸方向の動きがあまりにも速いため、サーボが適切に閉状態とならないかもしれず、また、システムの帯域幅があまりにも小さいため、最初にサーボが閉状態となる際の焦点のオーバーシュートをFLR内に保つことができないかもしれない。特に、ディスクの曲がり(フラッタ;DVDの場合は約300μmになる)と相俟って、ディスクの厚さの変化(たとえばDVDの場合は約30μmになる)により生じる、ディスクの軸振れは、開状態のサーボループに対する軸方向焦点距離を変化させ、その変化量は、高NA集光対物レンズの場合には、FWDよりも多くなる。ここで述べている具体例では、典型的にはFWD≒15μmである。カバー層の厚さがFLRと同等である場合には、空気中からカバー層およびカバー層から記憶層への、FES曲線同士の重複が生じる。その場合、焦点サーボループが適切に閉じることはもはや保障することができない。加えて、ループがうまく閉状態にさせられたとしても、焦点アクチュエータのオーバーシュートのため、焦点が実際にデータ層にロックオンされることは決して確実ではない。
図3は、NA=0.85およびλ=405nmの光ピックアップユニットに対して、15μm厚のカバー層を有するディスクの焦点誤差曲線を示した概略的なグラフである。第1のタイプのゼロ交差点1は、記録スタックまたはデータ層にスポットが合焦させられた、正しい合焦状態に対応するが、第2のタイプのゼロ交差点2は、カバー層の上面にスポットが合焦させられた合焦状態に対応する。この例では、光ディスクは、記録面すなわちデータ層を覆う、15μmの薄い透明カバー層を有する。このように、このカバー層はかなり薄いため、FESは、データ層ではなくカバー層の上面への合焦に対応する、偽のゼロ交差点2を含む。サーボ制御ループは、ゼロ交差点が検出されるとオン状態に切り換えられ、この交差点がたまたま偽のゼロ交差点2である場合には、望ましくないことに、レーザービームはカバー層の上面に合焦させられてしまう。ここで、FERの勾配が逆の符号を有するスロープ中のゼロ交差点も望ましくないものである点に留意されたい。これは、アクチュエータが、そのようなゼロ交差点の検出時にサーボループを閉状態にしようとすると、ディスクに衝突してしまうためである。
したがって、焦点サーボループを閉状態とするのに先立って、有用なゼロ交差点のみが観測されるように、ディスクの軸方向位置を位置決めすることが重要である。図3の具体例では、集光レンズは、静止状態のディスクのごく近傍に持って来られ、その後、まずディスクから離れるように移動させられた。この動作は、通常の光ディスクドライブにおいて起こるであろう動作、すなわち集光レンズが遠くからディスクに近付き、それにより最初のFESのゼロ交差点が観測される動作とは、逆のものである。ここで、信号がゼロを交差する方向は、集光レンズの移動方向に依存する点に留意されたい。このことは、ループが正しく閉じることを保障するために、たとえば電子回路内において、正しい方向が予め設定されなくてはならないことを示唆する。焦点サーボループがまだ閉状態とされていない際に、集光レンズが思いがけず誤った方向に移動した場合(すなわち、たとえば光ディスクに向かうのではなく光ディスクから離れるように移動した場合)には、焦点サーボループは、中間のゼロ交差点において閉状態となってしまうかもしれず、集光レンズのディスクへの衝突を引き起こす。
国際公開WO03/032298A2号は、焦点プル・イン(pull−in)機能を有し、対物レンズが光ディスクと接触することが防止されつつ焦点プル・イン機能が実行される、光ディスクプレーヤーを開示している。対物レンズは、光ディスクの表面から離れた位置であって、焦点サーボループの捕捉範囲外の位置より、光ディスクの表面に向かって、徐々に強制的に移動させられる。焦点サーボループの捕捉範囲内に対物レンズが到達したとき、または対物レンズとディスク表面との間の距離が最小であるとき、またはディスクが離れるように移動しているときには、この移動は停止させられる。とりわけ、読み出された合計信号から得られた制御信号は、空気−カバー層間の境界において停止することなく、データ層に向かう対物レンズの移動を制御する。そのため、データ層に関連づけられた焦点サーボループの捕捉範囲の近傍位置への、対物レンズのプル・イン処理が素早く行われる。読み出された合計信号は2つのピークを有する。1つは、ディスク表面に対応する時点のピークであり、もう1つは、データ層に対応するより遅い時点のピークである。しかしながら、上記のタイプの第一面記録の場合には、カバー層の厚さが薄いため、両方のピークを足し合わせたもののみが視認可能となってしまう。結果として、この先行技術文献に記載された処理は、もはや有用でない。
したがって、本発明の1つの目的は、薄いカバー層を伴う第一面記録の場合においてもデータ層上への適切な合焦が達成できるような、焦点制御装置および方法を提供することである。
上記の目的は、請求項1に記載の焦点制御装置、および請求項13に記載の方法によって達成される。
したがって、本発明の解決策は、データ層とディスク面と集光レンズとの相対位置およびFLRにより設定される、焦点はずれのマージンに適合するための、許容可能な機械的オーバーシュートを、大幅に増大させることが可能であるという新たな洞察に基づくものである。焦点をデータ層にロックオンするプロセスを段階的なプロセスに分け、第1に、焦点が第2の空間レベルから来た反射信号にロックオンされ、その後第2に、サーボループを開状態とし、第2の空間レベルと所望の第1の空間レベルとの間の距離に関連付けられた量だけ、対物手段を記録担体に向けて移動させるようにすることによって、追加の機械的なマージンを獲得することができる。その結果、第3にサーボループが再び閉状態とされると、放射ビームは所望の第1の空間レベルに合焦させられる。これにより、焦点をカバー層から情報層すなわちデータ層に実際にジャンプまたは移動させるのに先立って、対物手段、たとえば集光レンズを含む光ヘッドの、ディスクに対する相対速度をゼロにすることができる。こうして、最初のゼロ交差点または他の任意の予め設定された信号レベルが、常に、開始点としての正しいゼロ交差点となるので、不明瞭なFESの検出を防止することができる。提案のプロセスは、機械的なオーバーシュートのためのマージンを拡大し(このことは、FWDが小さい場合には特に重要である)、したがってディスクへの衝突の危険性を減らし、さらにヘッドの衝突によるディスクまたは対物レンズの損傷の危険性を減らす。したがって、提案の制御方式は、数μmの距離を有する薄いカバー層の場合、および対物レンズのFWDが非常に小さい場合においては、冒頭で述べた従来技術よりも優れている。
本発明の第1の側面によれば、第1の空間レベルが記録担体の表面に対応するものとされ、第2の空間レベルが記録担体のデータ層に対応するものとされてもよい。
本発明の第2の側面によれば、第1の空間レベルが、検出手段により検出された焦点誤差信号の第1の負の勾配中のゼロ交差点に対応するものとされ、第2の空間レベルが、焦点誤差信号の第2の負の勾配中のゼロ交差点に対応するものとされてもよい。
これにより、データ層上への適切な合焦を得るための、2つの方式を提供することができる。サーボロックのための2つの交差信号レベルを予め設定できる状況の場合には、焦点サーボループは、まず第1の空間レベルにロックオンされ、その後、第2の空間レベルにロックオンされることができる。単一の参照信号レベル(たとえばゼロレベル)を維持できる状況の場合には、焦点サーボは、まず第1の負の勾配中のゼロ交差点にロックオンされ、その後、第2の負の勾配中のゼロ交差点にロックオンされてもよい。この第2の側面は、より厚いタイプのカバー層に対して有利かつ有用であるかもしれない。対物手段の予め決められた量の移動は、焦点制御手段により始動させられるジャンプ動作により実現されてもよい。特に、ジャンプ動作は、アクチュエータ手段に予め決められたジャンプパルスを印加することにより、焦点制御手段によって始動されてもよい。これにより、アクチュエータは、対物手段をディスクに向けて必要な量だけ素早くプッシュすることができ、このことは合焦動作の遅延を低減する。この予め決められた量は、第1の空間レベルと第2の空間レベルとの間の、実効光学厚さに対応する量であってもよい。
焦点制御手段は、最終的に、対物手段が予め決められた量だけ移動させられた後、焦点制御ループを再び閉状態とするように構成されてもよい。
さらに、焦点制御手段は、第2の空間レベルへのロックオンが検出された際に、対物手段と記録担体との間の相対速度をゼロまで減らすよう、アクチュエータ手段を制御するように構成されてもよい。この構成は、ヘッドの衝突の危険性を低減する。
さらなる有利な変更形態が、従属請求項において規定されている。
以下、図面を参照しながら、好ましい実施形態に基づいて、本発明を説明する。以下で説明される好ましい実施形態は、MAMMOS(Magnetic AMplifying Magneto−Optical System;磁区拡大光磁気システム)等の、光磁気磁区拡大記録技術に基づいている。
図1は、本発明の好ましい実施形態に係る焦点制御方式を実施可能な、焦点制御装置を示している。この焦点制御装置は光ピックアップユニットを含み、この光ピックアップユニットは、発生させられたレーザービームが集光させられるべき光ディスク1の半径方向に、光ピックアップユニットを移動させるための可動キャリッジまたはスレッジ4と、光ディスク1上にレーザービームを集光させる光ヘッド2とを有している。
さらに、光ヘッド2の出力信号に基づいて焦点誤差信号(FES)を生成する焦点評価部6を含む、焦点制御回路が設けられている。FESは、焦点制御部7に供給される。この焦点制御部7は、焦点アクチュエータ11に供給される焦点制御部電圧または電流を発生させる。焦点アクチュエータ11は、記録ヘッド2の集光レンズ等の対物手段が、光ディスク1の表面に対して垂直な方向に移動させられるように、その対物手段を制御するよう構成されている。焦点評価部6と焦点制御部7と焦点アクチュエータ11とを含む焦点制御回路は、FESを最小とするようにフィードバック制御を行う焦点サーボループとして構成されている。したがって、光ヘッド2の集光レンズが、焦点制御部7から焦点アクチュエータ11へと供給される焦点制御電圧に応答して移動させられる際、その集光レンズは、光ヘッド2の集光状態を調整するように移動させられる。
ここで、焦点制御部信号に基づいてアクチュエータ手段が光ヘッドの集光状態を制御する、任意の他の適切な機構も、好ましい実施形態に適用可能である点に留意されたい。また、光ディスク上の焦点を制御するため、上記のFES以外の任意の適切な誤差信号を用いてもよい点にも留意されたい。
好ましい実施形態によれば、データ層とディスク面と集光レンズとの相対位置およびFLRにより設定される、焦点はずれのマージンに適合するための、許容可能な機械的オーバーシュートを、大幅に増大させることができる。FLRは、図2に示すようなFES曲線に現れる、負の急勾配スロープのインターバルによって決定される。データへの焦点ロック処理を、段階的な処理(たとえば、以下で説明する3段階の処理)に分けることにより、追加の機械的なマージンを得ることができる。
図4は、好ましい実施形態に係る、焦点制御処理の概略的なフローチャートである。ここでの思想は、光ヘッド2および/または集光レンズがディスク1に近付く際、ステップS101で、空気−カバー層間の境界から来る反射信号に焦点がロックオンされ、ステップS102で、焦点サーボループが開状態とされ、ステップS103で、光ヘッド2および/または集光レンズを、カバー層の実効光学厚さ(すなわち、カバー層の厚さをカバー層の屈折率nで割った量)に等しい量だけ、ディスク1の方向に素早くプッシュするため、適切な瞬間において、焦点制御部7により焦点アクチュエータ11に対して「焦点ジャンプパルス」が印加されるという思想である。この結果、焦点は記憶層状に配される。後続のステップS104では、たとえば焦点制御部7の制御下において、おそらくは異なるオフセット値をもって焦点をこの位置に保つため、再び焦点サーボループが閉状態とされる。ここで、ステップS102とS103とは、同時に行われてもよいし、順番に行われてもよい点に留意されたい。
図5は、集光レンズの2つの焦点位置または2つの焦点を示した概略図である。第1の焦点は、厚さd≒15μmのカバー層の上面にあって、FWD0≒16μmの自由作動距離を伴い、第2の焦点は、記録スタックすなわちデータ層上にあり、上記よりずっと小さな自由作動距離FWDd≒6μmが付与されている。したがって、この場合、屈折率をn=1.6とすれば、FWDの差はx≒d/n≒10μmである。上記で提案した焦点制御処理は、カバー層の厚さが、FWDの実体的な部分を除去してしまう場合、すなわちカバー層なしのFWD0とカバー層ありのFWDdとの差が、カバー層ありのFWDdよりも大きい場合(つまりFWD0−FWDd>FWDd)において、特に有利である。
したがって、上記の好ましい実施形態は、焦点位置すなわち焦点を、カバー層から情報層すなわちデータ層に実際にジャンプまたは移動させるのに先立って、集光レンズを含む光ヘッド2のディスク1に対する相対速度を、ゼロにすることができる点で有利である。
以下、FES曲線のいくつかの典型的な例を、より詳細に説明する。選択されたパラメータ値は、好ましい実施形態において使用されるMAMMOSシステムについて、現実的なものである。
ディスク1について、データ層からの反射強度は、光磁気MO記録において典型的な約R=14%程度であり得る。また、カバー層の反射強度は、約R=5%程度であり得る。カバー層がある場合には、その屈折率は1.6とされる。焦点距離は約1.5mm、NAは0.85、波長λは405nmである。ダブルフーコー検出プリズムが、1.9度の検出角度と、60mmの焦点距離とを有し、検出器が、プリズムの30mm後方に配されている。ダブルフーコー法以外の他のFES生成方法も、適用可能である点に留意されたい。
図6は、カバー層を有さないディスクかつ第一面記録について得られた単純なFESのS曲線(左側の曲線)と、たとえば1μm等の非常に薄い透明カバー層を有するディスクについての同様のFESのS曲線(右側の曲線)とを示している。後者では、S曲線の負の勾配のスロープにおけるゼロ交差点ZCは、カバー層−データ層間の境界CDIに対する正しい値1/1.6=0.625μmに対してオフセットされた、0.4μmの個所にある。図6では、矢印を用いて、ゼロ交差点ZC、空気−カバー層間境界ACI、カバー層−データ層間境界CDI、および空気−データ層間境界ADIが示されている。カバー層の厚さが波長に近いまたは波長よりも大きい場合には、焦点深度がカバー層の厚さに近いまたはそれより大きいと、干渉効果が生じ得る。そのような場合には、たとえばシステムの焦点距離に依存する干渉に起因して、FESの異なる曲線形状が生じ得る。
図7は、焦点深度よりも数倍厚いカバー層(たとえば、この例では10μm)を有するディスクについて得られた、歪んだ(二重)S曲線を示している。このFESのS曲線は、5μmの実際の焦点位置(fp)において、1回のみゼロ交差を生じる。この位置は、カバー層の厚さをカバー層の屈折率nで割った値に対応する、6.25μmのデータ層位置と比較されるべきである。図7のS曲線の第2の部分において勾配の強さが減少していることから、この差は、カバー層による球面収差に部分的に起因すると結論付けられる。
図8は、2つのゼロ交差点NZCを伴う負の勾配のスロープを有し、20μmのカバー層を有するディスクについて得られた、別の歪んだS曲線を示している。2つのゼロ交差点NZCの一方はカバー層に対応し、他方はデータ層に対応する。
図7および8より、データ層上に適切な焦点を得るためには、第1および第2の好ましい実施形態に係る2つの方式が可能であることは明らかである。
図7に類似の状況における第1の好ましい実施形態によれば、信号参照レベルのゼロ交差に代えて、サーボロックのための2つの交差信号レベルを、第1のレベルはカバー層に対応する+0.5の規格化FESに、第2のレベルはデータ層に対応する約−0.5の規格化FESに、予め設定することができる。焦点サーボループは、まず第1の空間レベルにロックオンし、その後、焦点アクチュエータ11をデータ層に向けてプッシュし、第2の空間レベルにロックオンすることができる。
図8に類似の状況における第2の好ましい実施形態によれば、原則として、単一の参照信号レベル(すなわち、たとえばゼロレベル)が維持され得る。このことは、ずっと厚いカバー層に対しては有利となり得る。ここで、焦点サーボループは、まず第1の負の勾配中のゼロ交差点にロックオンし、その後、焦点アクチュエータ11をデータ層に向けてプッシュし、第2の負の勾配中のゼロ交差点にロックオンし得る。
当然ながら、提案の多段階処理においては、所望の焦点レベルに対して予め決められた関係を有する、他の任意の適切な参照信号レベルが使用可能である。さらに、第1の空間レベルから第2の空間レベルへの移動は、必ずしもジャンプ動作として実行されなくてもよく、より低速の動作で実行されてもよい。さらに、多層記録方式の場合には、本発明の処理は、2つより多くの空間レベル間で焦点を変化させるように適用されてもよい。移動動作またはジャンプ動作は、両方の軸方向に行われ得る。したがって、当業者には、特許請求の範囲で規定される本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更形態が明らかとなるであろう。本発明は、焦点制御回路を有する任意の光記録および再生装置に適用可能である。
要約すると、光記憶媒体上へのレーザービームの初期合焦動作のロバスト性を向上させる、焦点制御方式が提案される。対物手段がディスクに近付く際、空間参照レベルから来る反射信号に焦点がロックオンされ、その後、焦点サーボループが開状態にある間において、空間的な参照レベルと所望の空間レベルとの間の距離に関連付けられた予め決められた量だけ、焦点がプッシュまたは移動させられる。その結果、焦点は、所望の空間レベル上に位置することとなる。その後、焦点をそこに保持するため、焦点サーボループが再び閉状態とされてもよい。