(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学ストレージ集束サーボシステムであって、
非点収差レンズおよび対物レンズを有する非点収差集束レンズ機構と、光学媒体に対する前記対物レンズの位置を制御する集束アクチュエータと、前記光学媒体からの反射光ビームの強度および形状を検出するように構成された複数の検出器とを含む光学ピックアップユニットと、
前記反射光ビームの前記強度および前記形状に基づく焦点誤差信号を生成し、前記反射光ビームの前記強度に基づく和曲線信号を生成し、前記反射光ビームの前記形状に基づくＳ曲線信号を生成するように構成されたコントローラとを備え、
前記焦点誤差信号の非線形部分は、前記集束アクチュエータを制御するための入力として用いられ、
前記コントローラは、前記和曲線信号の値と所定の閾値とを比較し、所定の閾値よりも大きい前記和曲線信号の値について、前記Ｓ曲線信号を辿るような焦点誤差信号を出力し、前記所定の閾値よりも小さい前記和曲線信号の値について、一定の大きさを有する前記焦点誤差信号を出力するように構成され、
前記一定の大きさは、前記光学媒体の障害特性により予め設定される、システム。
【請求項２】
前記一定の大きさの符号は、最後に辿られた前記Ｓ曲線信号の値に依存する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記コントローラは、前記焦点誤差信号の非線形挙動をもたらす障害の存在下において、前記集束アクチュエータの連続制御を維持するようにさらに構成される、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記コントローラは、前記焦点誤差信号の非線形挙動をもたらす前記光学媒体上の欠陥の近傍において、前記光学媒体へのデータの書込みまたは前記光学媒体からのデータの読込みを実行するようにさらに構成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記Ｓ曲線信号の非線形挙動をもたらす前記光学媒体上の欠陥の近傍において、前記光学媒体へのデータの書込みまたは前記光学媒体からのデータの読込みを実行するようにさらに構成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６】
光学ストレージ集束サーボシステムであって、
光学媒体から反射された光ビームの強度および形状を表す情報を受け、前記反射光ビームの前記強度および前記形状を表す前記情報に基づく焦点誤差信号と、前記反射光ビームの前記強度を表す前記情報に基づく和曲線信号と、前記反射光ビームの前記形状を表す前記情報に基づくＳ曲線信号とを生成し、前記焦点誤差信号に基づいて非点収差集束レンズ機構の対物レンズの前記光学媒体に対する位置を制御するように構成されたコントローラを備え、
前記コントローラは、前記和曲線信号の値と所定の閾値とを比較し、所定の閾値よりも大きい前記和曲線信号の値について、前記Ｓ曲線信号を辿るような焦点誤差信号を出力し、前記所定の閾値よりも小さい前記和曲線信号の値について、一定の大きさを有する前記焦点誤差信号を出力するように構成され、
前記一定の大きさは、前記光学媒体の障害特性により予め設定される、システム。
【請求項７】
前記コントローラは、前記焦点誤差信号の非線形挙動をもたらす障害の存在下において、前記非点収差集束レンズ機構の連続制御を維持するようにさらに構成される、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記コントローラは、前記焦点誤差信号の非線形挙動をもたらす前記光学媒体上の欠陥の近傍において、前記光学媒体へのデータの書込みまたは前記光学媒体からのデータの読込みを実行するようにさらに構成される、請求項６または７に記載のシステム。
【請求項９】
前記コントローラは、前記焦点誤差信号の非線形部分に基づいて、前記光学媒体に対する前記非点収差集束レンズ機構の前記位置を制御するようにさらに構成される、請求項６〜８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１０】
光学ピックアップユニットを制御するための方法であって、
前記光学ピックアップユニットの近傍において光学媒体から反射された光ビームの形状を検出するステップと、
前記反射光ビームの前記形状に基づいてＳ曲線信号を生成するステップと、
前記反射光ビームの強度を検出するステップと、
前記反射光ビームの前記強度に基づいて和曲線信号を生成するステップと、
前記和曲線信号の値と所定の閾値とを比較するとともに、所定の閾値よりも大きい前記和曲線信号の値について前記Ｓ曲線信号を辿る一方で、前記所定の閾値よりも小さい前記和曲線信号の値について一定の大きさを有する焦点誤差信号を生成するステップとを備え、前記焦点誤差信号の非線形部分は、前記光学ピックアップユニットの集束アクチュエータを制御するための入力として用いられ、
前記一定の大きさは、前記光学媒体の障害特性により予め設定され、
前記焦点誤差信号の非線形挙動をもたらす前記光学媒体上の欠陥の近傍において、前記光学媒体へのデータの書込みまたは前記光学媒体からのデータの読込みを実行するステップとを備える、方法。
【請求項１１】
前記焦点誤差信号の非線形挙動をもたらす障害の存在下において、前記光学ピックアップユニットの連続制御を維持するステップをさらに備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記一定の大きさの符号は、最後に辿られた前記Ｓ曲線信号の符号に依存する、請求項１０または１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景
現在の光学ストレージ装置の光学ピックアップユニットおよび関連する集束サーボシステムは、媒体にデータを適切に記録するために必要な連続集束運転を制限範囲内で与える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
この制限運転範囲は、媒体の欠陥およびその他の外部障害によって影響を受けやすい。媒体の欠陥およびその他の外部障害は、特定の制限を破り、貴重なデータの消失を引起し得る、すなわち光学ストレージ装置の性能を低下させる。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
概要
光学ストレージ集束サーボシステムは、光学媒体から反射された光ビームの強度および形状を表わす情報を受けるコントローラを含み得る。また、コントローラは、反射光ビームの強度および形状が表わす情報に基づいて、焦点誤差信号を生成し得る。コントローラは、焦点誤差信号に基づいて、光学媒体に対する非点収差集束レンズの位置を制御する。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】光学ピックアップユニットの媒体からの焦点距離に対するＳ曲線感度スケーリングを示すプロット図である。
【図２】集束サーボシステムのブロック図である。
【図３】図１に示した±Ａの範囲内の障害に関し、図２に示した集束サーボシステムについて、時間に対する光学ピックアップユニットの集束アクチュエータ運動を示すプロット図である。
【図４】図１に示した±Ａの範囲外の障害に関し、図２に示した集束サーボシステムについて時間に対する光学ピックアップユニットの集束アクチュエータ運動を示すプロット図である。
【図５】異なる初期距離条件に関し、光学ピックアップユニットの媒体からの焦点距離に対する光学ピックアップユニットのレンズ集束運動速度を示す図である。
【図６】光学ピックアップユニットの媒体からの焦点距離に対する和曲線感度スケーリングを示すプロット図である。
【図７Ａ】光学ピックアップユニットの焦点距離に対する焦点誤差推定量曲線を示すプロット図である。
【図７Ｂ】光学ピックアップユニットの焦点距離に対する和曲線感度を示すプロット図である。
【図８】焦点誤差推定量信号生成器のブロック図である。
【図９】異なる初期距離条件に関し、光学ピックアップユニットの媒体からの焦点距離に対する光学ピックアップユニットのレンズ集束運動速度を示す他のプロット図である。
【図１０】集束サーボシステムの他のブロック図である。
【図１１】図１に示した±Ａの範囲内の障害に関し、図１０に示した集束サーボシステムについて、時間に対する光学ピックアップユニットの集束アクチュエータ運動を示すプロット図である。
【図１２】図１に示した±Ａの範囲外の障害に関し、図１０に示した集束サーボシステムについて、時間に対する光学ピックアップユニットの集束アクチュエータ運動を示すプロット図である。
【図１３】集束サーボシステムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
詳細な説明
たとえば光学ディスクおよび光学テープドライブのような光学記録装置は、一般に、装置サーボおよびチャンネルサブシステムのための焦点誤差信号を生成するために、光学ピックアップユニット（Optical  Pickup  Unit：ＯＰＵ）内に非点収差レンズ要素を用いる。そして、この焦点誤差信号は、最適なデータ記録運転およびデータ読込運転のために記録光ビームが記録媒体に適切かつ連続的に集束されることが確保されるように、ＯＰＵのレンズ集束アクチュエータ要素の制御に用いられる。
【０００６】
図１は、上記方法によって、典型的なＯＰＵの対物レンズの実際の焦点距離に対する、典型的な焦点誤差信号の感度プロットを示す図である。この非線形信号は、一般にＳ曲線と称され、光学媒体から反射された光ビームの形状に基づく。この信号は、±Ａ（長さ約１ミクロン）の間に制限された線形範囲を表わす。この範囲は、現在の集束サーボシステムによって、ＯＰＵの適切な運転のための最適点Ｎにおいて、焦点誤差信号をゼロにするために用いられる。この線形領域を超えるいかなる媒体欠陥または外部障害も、焦点の喪失（それゆえにデータの消失）を引き起こし、焦点が合った状態へと復帰するために、多大な時間を要し複雑な運転初期化モードに入ることをＯＰＵに強いる可能性がある。
【０００７】
図２は、ブロック図形式で典型的な集束サーボシステム１０を表わす図である。システム１０は、非線形Ｓ曲線ブロック１２と、ゲインブロック１４と、サーボ電子補償ブロック１６と、ＯＰＵ対物レンズ集束電気機械アクチュエータブロック１８とを備える。媒体障害ブロック２０の出力とアクチュエータブロック１８の出力との差分は、Ｓ曲線ブロック１２に入力される。Ｓ曲線ブロック１２の出力は、ゲインブロック１４に入力される。ゲインブロック１４の出力は、補償ブロック１６に入力される。補償ブロック１６の出力は、アクチュエータブロック１８に入力される。アクチュエータブロック１８と媒体障害ブロック２０の出力とは、表示装置２２への入力として多重化される。
【０００８】
図３は、±Ａの範囲内（たとえば±０．５μｍ未満）における媒体集束障害に対するＯＰＵ集束アクチュエータの応答を示す図である。サーボシステム１０（図２）は、障害がＯＰＵを通過した直後に、ゼロ集束領域（±０．１μｍ）にＯＰＵが緩やかに落着くことを確保する。
【０００９】
図４は、±Ａの範囲外（たとえば±０．５μｍよりも大きい）の媒体集束障害に対するＯＰＵ集束アクチュエータの応答を示す図である。Ｓ曲線の線形領域を超えて（２秒から２．５秒までの間に生じる）障害は、焦点の完全な消失を引き起こす。この時点におけるサーボシステム１０（図２）は、再調整してゼロ集束領域を再び見つけるために、再初期化するとともに校正しなければならない。障害に対する上記感度は、媒体の表面品質および装置の電気機械性能に厳格な要件を課す。特に光学テープドライブにおけるデータ復旧の場合には（仮に復旧が可能であれば）、欠陥領域周辺の直近のデータを回復するために、テープは停止されて巻戻されなければならない。
【００１０】
Ｓ曲線の詳細な研究は、線形領域を超えてこの信号の拡張された特性を明らかにした。図１を再び参照して、＋Ａから＋Ｂまでおよび−Ａから−Ｂまでによって区切られた部分もまた、光学レンズの焦点に対する媒体表面の実距離に関して高い感度を示す。しかしながら、これらの領域は線形でもなく、＋Ａから−Ａまでの領域と同一の傾き（極性）を有するわけでもない。それにも拘らず、これらの領域は、信号処理を経て集束サーボシステムの捕捉範囲を拡張するために用いられ得る。
【００１１】
特定の実施の形態は、典型的な光学ストレージ装置について、集束サーボシステムの運転範囲を拡張および／または強化するための信号処理方法およびシステムを与え得る。この光学ストレージ装置は、光学ビーム経路に、焦点誤差信号を生成するための非点収差レンズ要素を備える。しかしながら、適切な信号処理なしに、線形領域を超えて生のＳ曲線信号を適用することは、集束サーボシステムに問題を生じさせ得る。第１に、集束サーボループに正の傾きを与える可能性がある。第２に、非線形のシステム挙動をもたらす可能性がある。第１の現象の効果を理解するためには、システムの基本状態の動的挙動（すなわち、特定境界条件下における焦点位置、誤差、および速度）の議論が有益であり得る。
【００１２】
図５は、−Ｂから＋Ｂまでの境界条件下において、振幅を１，２，３，４ミクロンなどのステップで変化させた場合に、媒体からの焦点距離に対するアクチュエータ速度の状態軌跡を示す図である。このプロット図は、システムの条件安定性を表わすとともに、安定な±Ａの負のフィードバック領域に向かう状態の動きを表わす。もし、初期状態の境界条件が満たされて±Ｂの範囲内であれば、状態は最終的に所望の焦点ゼロ位置（すなわちＮ）に至る。しかしながら、所定の境界条件を超えた場合には、システムは応答が遅くなるか、または不安定になり得る。
【００１３】
上述の第２の現象の効果もまた図５において明らかにされる。つまり、誤差信号の非線形性は、障害に対して信号が落着くまでの応答時間の残留増加に影響を与える。この効果は無視できないと考えられる。
【００１４】
その結果、境界条件の順守を確保するために適切な信号処理およびサーボ設計を適用することによって、集束サーボシステムの運転能力を拡大するためにＳ曲線の拡張部分を加えることが許容される。これは、ＯＰＵの光学検出要素から得られる他の信号を応用することで実現され得る。この信号は一般に和曲線信号と称される。和曲線信号は、光学媒体から反射された光の強度に基づく。Ｓ曲線感度の挙動と和曲線感度の挙動との間の関係は、対物レンズの焦点と記録媒体との間の距離の関数として図６に示される。
【００１５】
図７Ａ、図７Ｂ、および図８を参照して、サーボ構造の特定の実施の形態は、Ｓ曲線２６および和曲線２８の双方の関数として生成される焦点誤差推定量（Focus  Error  Estimator：ＦＥＥ）信号２４を与える。ＦＥＥ信号２４は、＋Ｃ点と−Ｃ点との間でＳ曲線２６を正確に辿るか、そうでなければスイッチ３０によって±Ｈの一定値に切換えられる。Ｈの値の符号は、最後に辿ったＳ曲線の値の符号と同じである。Ｈの値は、媒体の障害特性により決まり、実験的に設定される。（この例において、Ｈは閾値Ａの２倍の値に設定される。）リアルタイム信号処理を適用することで、ＦＥＥ信号は、Ｓ曲線レベル検出器の出力論理回路３２に基づいて、これら３つの状態（−Ｈ、Ｓ曲線、＋Ｈ）の間で切換えられる。他の実施の形態において、Ｈの値は、感度曲線（または複数の感度曲線）の挙動に基づく関数から生成され得る。つまり、Ｈの値が一定である必要はない。
【００１６】
ＦＥＥ信号は上記分析によって示された境界条件が破られないことを確保するので、ＦＥＥ信号は、Ｓ曲線の拡張された非線形部分の使用を許容する。意図的に、図７Ａの±Ｃ点の範囲外では、Ｓ曲線はＦＥＥの構成に用いられていない。したがって、制御信号は図１の±Ｂの境界値の範囲内に留まる。±Ｃの境界外では、適切な符号および値を有する制御信号（すなわち±Ｈ）が、より大きな初期条件または障害に対して安定性および制御されたシステム応答を確保するために用いられる。
【００１７】
図９は、提案された構造に関し、振幅を１，２，３，４ミクロンなどのステップで変化させた場合に、媒体からの焦点距離に対するアクチュエータ速度の状態軌跡を示す図である。サーボシステムは、±Ｂの境界外においても異なる初期条件について堅固な動的挙動を示す（図８）。
【００１８】
図１０は、ブロック図形式で他の集束サーボシステム３４を表わす図である。システム３４は、ＦＥＥ信号生成部分３６と、非線形Ｓ曲線ブロック３８と、ゲインブロック４０と、サーボ電気補償ブロック４２と、ＯＰＵ対物レンズ集束電気機械アクチュエータブロック４４とを含む。媒体障害ブロック４６の出力とアクチュエータブロック４４の出力との差分は、ＦＥＥ信号生成部分３６とＳ曲線ブロック３８とに入力される。Ｓ曲線ブロック３８の出力は、ＦＥＥ信号生成部分３６に入力される。ＦＥＥ信号生成部分３６およびＳ曲線ブロック３８の出力は、スコープ４８への入力として多重化される。ＦＥＥ信号生成部分３６の出力は、ゲインブロック４０にも入力される。ゲインブロック４０の出力は、補償ブロック４２に入力される。アクチュエータブロック４４および媒体障害ブロック４６の出力は、表示装置５０への入力として多重化される。
【００１９】
ＦＥＥ信号生成部分３６は、和曲線ブロック５２と、Ｓ曲線の符号ブロック５４と、スイッチ５６，５８と、ディレイブロック６０と、定数ブロック６２と、乗算ブロック６４とを含む。媒体障害ブロック４６の出力とアクチュエータブロック４４の出力との差分は、和曲線ブロック５２に入力される。Ｓ曲線ブロック３８の出力は、Ｓ曲線の符号ブロック５４に入力される。Ｓ曲線ブロック３８の出力と、和曲線ブロック５２の出力と、乗算ブロック６４の出力とは、スイッチ５６に入力される。スイッチ５６の出力は、ゲインブロック４０とスコープ４８とに入力される。和曲線ブロック５２の出力と、Ｓ曲線の符号ブロック５４の出力と、ディレイブロック６０の出力とは、スイッチ５８に入力される。スイッチ５８の出力は、ディレイブロック６０とドット積ブロック６４とに入力される。定数ブロック６２の出力もまた、ドット積ブロック６４に入力される。当然ながら、他の配置および構成も可能である。
【００２０】
図１１および図１２は、±Ａの範囲内（図１１）および±Ａの範囲外（図１２）の障害に対する集束サーボシステム３４（図１０）の応答を表わす図である。集束サーボシステム３４は、図１１に示されるように、大きな障害の存在下で緩やかにかつタイミングよく対物レンズを最適な焦点位置に移動させることが可能である。
【００２１】
図１３は、集束サーボシステム６６のある実施の形態のいくつかの要素を概略的に示す図である。集束サーボシステム６６は、光学ピックアップユニット６８とコントローラ７０とを含む。光学ピックアップユニット６８は、非点収差集束レンズ７２と、レーザ要素７３と、集束アクチュエータ７４と、複数の検出器７６とを含む。レーザ要素７３は、レンズ７２を経由して光学媒体７８上に集束される光ビームを発生させる。検出器７６は、光学媒体７８からの反射光ビームの強度および形状を検出する。上述のように、コントローラは、反射光ビームの強度および形状に基づいてＦＥＥ信号を生成する。ＦＥＥ信号は、集束アクチュエータ７４によって、光学媒体７８に対するレンズ７２の位置を制御するために用いられる。
【００２２】
本発明の実施の形態が解説および説明されたが、これら実施の形態が本発明の可能なすべての形態を解説および説明するものではない。本明細書において用いられる用語は、制限ではなくむしろ説明するための用語である。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、さまざまな変形がなし得ることが理解される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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