(57)【要約】光ディスクドライブの能力を高め、製造コストを削減する。以下を含む、回転する光ディスクをスキャニングする装置である。光ビームをディスク平面に向かわせ、それにより、ビームが平面を横切るよう方向付けるスキャニングアセンブリ。表面でビームの焦点を合わせるよう、ビーム経路内に配列された焦点合わせレンズユニット。ビームを平面に対して垂直な方向に偏向させるようにスキャニングアセンブリと焦点合わせレンズユニットの間のビーム経路内に配置されたビーム偏向要素。焦点合わせレンズユニットは、各々が表面に垂直な光軸を有し、さらに、各々がそれぞれのトラックと連携した、表面に平行な、距離を置いて離れた個々の焦点合わせレンズのグループで構成されていてもよい。そして、光方向付け要素は、実質的に光を個々のレンズのそれぞれに完全に方向付ける位置で、経路に一致して配列されている。
2005508063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スキャニング平面内に配列され、光反射領域を有するディスクの表面を伴い、回転するよう取り付けられた光ディスクをスキャンする装置であって、
狭い光ビームを生成する光源と、
ビームをスキャニング平面に向かわせ、さらに、ビームがスキャニング平面に対して平行となるよう偏向させるスキャニングアセンブリと、
スキャニング平面でビームの焦点を合わせるよう、ビーム経路内に配列された焦点合わせレンズユニットと、
前記スキャニングアセンブリと前記焦点合わせレンズユニットとの間のビーム経路内に配置された、ビームをスキャニング平面に対して垂直な方向に偏向させる光ビーム偏向要素とを含む装置。
【請求項２】
ディスク表面の光反射領域が、多数の互いに平行なトラックに配列され、前記スキャニングアセンブリが、いずれかのトラックに向かってビームを方向付けるために動作され、さらに、ビームがトラックのいずれかに向けて方向付けられている場合に、前記偏向要素がビームを偏向させるよう動作する、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記焦点合わせレンズユニットが、スキャニング平面に対して平行に距離を置いて離れ、さらに各々がスキャニング平面に対して垂直な光軸を有する、個々の焦点合わせレンズのグループを含む、請求項2に記載の装置。
【請求項４】
前記光ビーム偏向要素が、各々が個々の焦点合わせレンズのそれぞれと整列した多数のプリズムを含む、請求項3に記載の装置。
【請求項５】
各前記プリズムが、前記プリズムと、スキャニング平面に対して垂直に延びるラインとの間の距離に対応する傾きを有する表面、および前記スキャニングアセンブリをビームが出てゆく通過点を有する、請求項4に記載の装置。
【請求項６】
前記光ビーム偏向要素が、ビームを、前記レンズユニットの個々のレンズの前記グループの、任意の選択された個々のレンズに向かって偏向させるよう、大きさが決められた単一の搬送ラインである、請求項3に記載の装置。
【請求項７】
前記単一の搬送レンズが、前記スキャニングアセンブリからのビームの出射点から距離をおいて位置し、さらに、前記搬送レンズが、前記距離と実質的に等しい焦点距離を有する、請求項6に記載の装置。
【請求項８】
前記搬送レンズが、スキャニング平面に垂直で、ビームが前記スキャニングアセンブリを出る点を通過する光軸を有する、請求項7に記載の装置。
【請求項９】
前記個々のレンズが、少なくとも2つの前記個々のレンズが選択されたトラックにビームを方向付けることが出来るよう、大きさを決められ、かつ構成された、請求項3に記載の装置。
【請求項１０】
前記個々のレンズが、事前に決定された数より少ないトラック、または事前に決定された量より少ないデータを有する、任意の連続するトラックのグループに対しても、このグループ全体にアクセス可能な、少なくとも1つのレンズレットを有するよう、大きさを決められ、かつ構成された、請求項3に記載の装置。
【請求項１１】
前記光源が、その軸の周りでビームを回転させる画像回転装置を含む、請求項1に記載の装置。
【請求項１２】
ビームを、スキャニング平面に対して垂直な方向への正確な角度を形成した経路に沿い、偏向させる方向における前記光ビーム偏向要素に方向付けるよう、ビームの方向を変化させるために位置決め可能な第2のスキャニングアセンブリをさらに含む、請求項1に記載の装置。
【請求項１３】
前記光源が、
固定位置に取り付けられ、前記ヘッドに関連付けられた出力平面で焦点を合わせられる光ビームを生成する、光ディスクドライブヘッドと、
前記ヘッドと前記スキャニングアセンブリとの間に挿入され、スキャニング平面上の前記出力平面で焦点を合わせられる光を画像化するために、前記焦点合わせレンズユニットおよび前記光ビーム偏向要素と組み合わせて動作するリレー光学サブユニットとを含む、請求項1に記載の装置。
【請求項１４】
ディスク表面の光反射領域が多くのトラック内に配置され、前記光源は互いに逸れる多数のビームを生成し、そして、前記焦点合わせユニットおよび光ビーム偏向要素は、各ビームをそれぞれ前記トラックのうちの1つへ方向付ける、請求項1に記載の装置。
【請求項１５】
ビームがディスクのデータ表面上に焦点合わせをされる際、焦点合わせスポットの数が、ビームがカバーするトラック数の少なくとも2倍となるように、ビームが距離を置いて離れている、請求項14に記載の装置。
【請求項１６】
前記光源が、各々がビームのうちのそれぞれの1つを生成する、多数のレーザを含む、請求項14に記載の装置。
【請求項１７】
前記光源が、各ビームを変調する手段をさらに含む、請求項16に記載の装置。
【請求項１８】
前記光源が、各ビームを変調する手段をさらに含む、請求項14に記載の装置。
【請求項１９】
多数の前記焦点合わせレンズユニットが個々の焦点合わせレンズの多数のグループを含み、
前記各グループ内の前記個々のレンズは、スキャニング平面に平行に距離を置いて離れており、
前記個々のレンズの各々は、スキャニング平面に垂直な光軸を有しており、
そして、前記各グループは、スキャニング平面の異なる領域に関連付けられている、請求項1に記載の装置。
【請求項２０】
前記焦点合わせレンズユニットが、スキャニング平面に平行な移動のために取り付けられている、請求項1に記載の装置。
【請求項２１】
スキャニング平面内に配列されたディスク表面、多数の互いに本質的に平行なトラック、または本質的に一定のピッチを備えた長い螺旋に構成された、光反射領域を有するディスク表面を伴い、回転するよう取り付けられた光ディスクをスキャンする装置であって、
狭い光ビームを提供し、そのビームを、実質的にスキャニング平面に平行な経路に沿って方向付ける光源と、
スキャニング平面に平行で、トラックに対して横向き方向に、距離を置いて離れており、スキャニング平面に垂直な光軸を有する個々の焦点合わせレンズのグループを含む焦点合わせユニットと、
前記光源からの光を、実質的に完全に前記個々のレンズのそれぞれの１つに方向付ける位置に、経路に沿って一線に配置された、光方向付け手段とを含む装置。
【請求項２２】
前記光方向付け手段が、
光を、前記光源から前記個々の焦点合わせレンズのうちの1つに垂直な第2経路まで、経路に沿って進むよう反射させるために各々が配置された、多数の反射要素と、
各々が、前記光源と、前記反射要素のそれぞれの1つとの間に配置された、多数の光変調要素とを含む、請求項21に記載の装置。
【請求項２３】
前記光源からのビームが第1の方向に偏光され、前記光変調器の各々が、ビームを第1の方向に偏光されたまま維持する第1の状態と、ビームの偏光を第2の方向へ回転させる第2の状態との間で切換え可能であり、さらに、前記反射要素の各々が、第1および第2の偏光方向のうちの一方を有する光を反射し、さらに第1および第2の偏光方向の他方を有する光を通過させることに適している、請求項22に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスクドライブおよびスキャン方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクドライブは、光ディスクを読み取り、おそらくまた、その上にデータを書き込み、さらに、そこからデータを削除することが出来る装置である。データは、アナログまたはディジタルでもよく、さらに、コンピュータデータ、ビデオ、オーディオ、または他の情報を含んでいてもよい。データの読み取りが可能となるよう、光ディスクドライブは、ディスクの記録表面領域上の、直径でおよそ1nm以下の点へレーザ光の焦点を合わせ、その後、その点から反射する光を集める必要がある。さらに、ディスクの記録領域上の任意の点に、迅速に到達する必要がある。さらにドライブは、書換え可能な光ディスクメディアに記録するために、十分高いレーザパワーをこの点へ送ることができなければならないので、光の強度を変調する手段を有していなければならない。
【０００３】
従来の光ディスクドライブは、通常1つ以上の半導体レーザ、レンズ、および他の光学装置を含むヘッド、および、光検出器、および電気機械式焦点および追跡アクチュエータを有している。ヘッドは、ディスク上の特定位置に達するよう、ディスクが回転している間、実質的にディスクの半径に沿って移動する。ヘッドは複雑であり、多くの光学的および機械的パーツを含むために、重く、加速は遅くなる。従って、ヘッドが特定の目標位置に達するのに要する時間、シーク時間、は、比較的長い。この長いシーク時間は、超軽量磁気ヘッドを採用したハードディスクドライブのそれと比べると、より問題のあるものとなっている。ディスクドライブの総合的性能が、シーク時間に強く影響されていることは、よく知られている。
【０００４】
従来の光ディスクドライブ技術のこれらの限界を、克服し、または回避するために、いくつかの試みが説明されてきた。以下に、ともに焦点要素のアレイを有する1つ以上のレーザビームスキャナを用いた、これらの試みのうちの2つを論ずることにする。
【０００５】
光ディスクドライブを改良する多くの試みがなされ、刊行物でも説明されてきたが、それらは主として、一般に平行度の適用により、光ディスクメディアと電子信号処理チャンネルとの間のデータ転送レートを改良するよう意図したものである。転送レートは、正確な物理的ディスク位置にアクセスした後、読み取ったり、書き込んだりすることができる1秒あたりのバイト数である。ディスクの回転速度を増加させることなく転送レートを増加させる周知のアプローチは、並列アクセスである。しかしながら、このアプローチにおける既知の実行では、シーク時間の削減はサポートされていない。実際には、これらの方法はすべて、移動ヘッドをより複雑に、かつ重くしてしまい、シーク時間をさらに長くしてしまうことになる。加えて、これらの方法は読み取りにのみ適切なものであり、マルチトラックの書き込みをサポートするよう意図されたものではない。
【０００６】
しかしながら、ほとんどのコンピュータベースのアプリケーションにおいては、ディスク上の正確な位置に達するのに費やされる時間が、生の転送時間を大きく上回っているため、転送レートの増加は望ましいが、アクセス時間のほうが遥かに重要であると考えられている。アクセス時間は、ヘッドが特定のトラックに到達するまでにかかる時間であるシーク時間と、 トラックの正確な部分(セクター)がヘッドの隣へ来るまでディスクが回転するのに要する時間である待ち時間との合計である。アクセス時間は、シーク時間と待ち時間の組み合わせ─コマンドの開始から実際に読み取り/書き込み動作が開始可能となるまでの合計時間─である。移動ヘッドの重さおよびサイズを減少させることにより、本質的には、例えば、ヘッドを固定部分と、より軽い可動部分に分けることにより、または、移動ヘッドの内部構造内に基板モード光学部品または平面光学部品を採用することにより、光ディスクドライブでのシーク時間を減少させることが提案されている。いずれの技術も、既に配備されている、非光学磁気コンピュータディスクドライブ、またはハードディスクドライブ(HDD)のヘッドの大きさのオーダーに近づくことは出来ない。
【０００７】
電子とは対照的な、光の異なる特性により、移動ヘッド光ディスクドライブの光学システムを、既に配備されているHDDヘッドのサイズの大きさのオーダーにまで小型化することは、本質的に非常に困難である。
【０００８】
1999年11月16日に再発行され、参照により開示が本願に組み込まれる、「光ディスクのための二次元ランダムアクセススキャニング(Two-dimensional random-access scanning for optical disks)」と題された、グレイサー（Ｇlaser）による特許文献１は、図1(当該特許から取られている)に示すように、二次元(2D)スキャニング、および2Dレンズレットアレイのような光焦点合せ装置の２Ｄアレイを用いる構成を開示している。図1では、レーザ2により発生した光は、ビーム形成光学装置5を通り抜け、その後、二次元光学スキャナにより再び方向付けられる。光学スキャナは、2つの移動ミラー7、8、およびレンズレットアレイとして描かれた、焦点合せ要素1の2次元アレイの方を向く2つの電気機械的アクチュエータM1、M2で構成されている。アレイ内の各焦点合せ要素は、ディスクの記録された、または記録する表面領域3上のトラックの範囲をアドレス指定している。選択される特定トラックは、レーザ光がそのレンズレットに達する精密な角度に依存する。読み取りの際には、トラック上に焦点を合わせられた光が、光を光源に向かって返すよう、「猫目」再帰反射器として機能する同一レンズレットを通して反射される。この再帰反射光は、ビームスプリッタ11により遮断され、静止検出器ヘッド12へ向かう。検出器ヘッドは、関連する電子装置と共に、トラッキングや焦点などのサーボ制御と同様に、ディスク上のデータのための信号を引き出す。
【０００９】
1985年10月29日に発行され、参照により開示が本願に組み込まれる、「光ディスク読み/書き装置(Optical disk read/write apparatus)」と題された、ダメン（Damen）他による特許文献２は、光ディスクドライブスキャニングシステムのための、異なるタイプの光学的および機械的構成を説明している。
【００１０】
この構成の基本的な実施例は、一方が他方の上にある、2つのレンズレットアレイ(図2Aの10、11、12、図2Bの11、12、13、21、22、23、図2Aおよび図2Bはダメン（Damen）他の特許から取られた)を有し、それらの間に1組の半反射ミラーまたは溝付ミラー(図2Bの41、42、43)を有している。レーザ16からのレーザビーム50は、一連のミラー18、19、30により、2つのアレイ間の隙間へ方向付けられる。このレーザビーム50は、第1半反射ミラー41により分離され、反射ビームは、レンズレット11を通り、それによってディスクデータ保存表面および/または記録表面14へ向かって焦点を合わせられる。その後ビームは、同一ディスク表面により反射され、レンズレット11、21および半反射ミラー41を通り抜けて、検出器アレイ15上に画像化される。ミラー41を通り抜けたレーザビームは、その後、半反射ミラー42により分離され、そこで光はディスク記録表面14の他の位置に焦点を合わせられ、検出器アレイ15上に画像化される、等々。この複数並列アクセスを可能にするには、十分な光学パワーが提供されなければならない。移動ミラー18、19のビームステアリングシステムは、レーザ光線を単一平面内のみで動かすことが出来るという意味で、一次元的である。
【特許文献１】
米国再発行特許第Re 36,393号明細書
【特許文献２】
米国特許第4,550,249号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
この従来技術システムの欠点は、本質的に書き込みが実行不可能という点である。照射されたトラックのすべてが同一信号を得るので、各トラックはすべて同一データによる書き込みが行われ、その結果、複数コピーが起こり、有効データ容量は非常に僅かなものとなってしまうだろう。多くのトラックにわたってレーザパワーが供給されるので、十分な書き込みエネルギーを得るには非常に強力なレーザが必要である。間違ったトラックがアクセスされることになろう。同じ特許は、ビームスプリッタの代わりにスリットミラーを用いる代替的構成を説明しているが、簡単な計算により、焦点を合わせた点は、これらのスリットミラーによりさらに大きくなり、ディスクのデータ容量を認容し難いほど減少させてしまうのがわかる。このシステムは並列アクセスを可能にするが、一緒にアクセスされるトラックは隣接しているものではない。その結果、トラックは、少なくとも従来型のドライブ用にフォーマットされた着脱可能なディスクにとっては、間違った順序で読み取られることになる。
【００１２】
この構成は、迅速なアクセスおよび並列読み取り(高いデータレート)の両方を提供するように思われる。しかしながら、アクセスされたトラックが互いに遠くにあるので、焦点合わせエラーや、表面の凹凸などのために、おそらく非相関性を呈し、その結果主要な焦点修正は機能しそうにないと思われる。
【００１３】
本発明の目的は、光ディスクドライブとスキャニング方法への実質的な改善を提供し、こうした光ディスクドライブの能力を高めると同時に、その製造コストを削減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、光学ヘッドの代わりに光ビームを動かすことにより、こうした改良の一部を実現する。
【００１５】
本発明に従う目的は、スキャニング平面内に配列されたディスクの、光反射領域を有するデータ表面を伴い、回転するよう取り付けられた光ディスクをスキャンする装置を装備することにより達成される。この装置は以下を含む。
比較的狭い光ビームを生成する光源。
ビームをスキャニング平面に向かわせ、それにより、ビームがスキャニング平面を横切るよう方向付けるスキャニングアセンブリ。
スキャニング平面でビームの焦点を合わせるよう、ビーム経路内に配列された焦点合わせレンズユニット。
スキャニングアセンブリと焦点合わせレンズユニットとの間のビーム経路内に配置された、ビームをスキャニング平面に対して垂直な方向に、またはほぼ垂直な方向に偏向させる光ビーム偏向要素。
【００１６】
本願明細書内で、データ表面またはデータを担持するディスク表面を参照する場合、光ディスク内のデータ表面は、時には、DVDに見られるように、接着されたより薄い2層の薄片から出来ている内部表面であったり、または、CDに見られるように、レーザ源の反対側の表面である場合があることが理解されよう。
【００１７】
本発明に従う目的は、さらに、スキャニング平面内に配列されたディスクの表面、スキャニング平面内に配列されたディスク、多数の互いに平行に、配列された光反射領域を有するディスク表面、または平行に近いトラックを伴い、回転するよう取り付けられた光ディスクをスキャンする装置により達成される。この装置は以下を含む。
比較的狭い光のビームを提供し、選択された経路に沿ってビームを方向付ける光源。
個々の光焦点合わせ要素、場合によると、各々が本質的にスキャニング平面に垂直な光軸を有し、さらに各々が、それぞれのトラックに関連付けられた、スキャニング平面に対して平行で、距離を置いて離れたレンズのグループを含む、焦点合わせユニット。
光源からの光を、個々のレンズのうちのそれぞれの1つへ、実質的に完全に方向付ける位置に、経路に一致して配列された光方向付け手段。
【００１８】
本開示の理解を助けるため、多くの場合、より一般的な用語に代わって、主要な構成要素の特定例が用いられている。この用語が、代替的または同等の装置、および/または、サブシステムの使用を排除するものとして解釈されるべきでないことは理解されるであろう。すべての場合において、テキストで言及された、および/または、図面で示された、いかなる装置またはサブシステムも、本発明、その実施例、および例示により、すべてがカバーされている、あらゆる可能な代替的または同等の装置、および/または、サブシステムを明確に参照している。以下の各用語は、他を排除することなく、特定の事例として留意されたい。
【００１９】
レンズ─以下を含むが、それに限定されることのない、あらゆる光学画像化装置、光焦点合わせ装置、および/または、光分岐装置に一般化されている。
場合により、１つまたは複数の非球面表面を伴う、あらゆる適切な種類の単純屈折レンズ。
必要な機能を実行可能な反射光学要素。
1つ以上の反射光学要素、および1つ以上の屈折光学要素、または、共に光を屈折させ、さらに反射する１つまたは複数の要素を含むシステム。
回折光学要素。
ホログラフィ光学要素。
屈折表面、および/または、反射表面、および/または、回折表面、および/または、ホログラフィ表面を合成する要素。
および/または、(必要に応じて適切な機械的マウントを伴う、上で説明されたすべて、またはいくつかを含む、数個の単純レンズ、および/または、他の光学要素を含む)合成光学システム。
【００２０】
レンズレットアレイ─すぐ上で定義されたように、小さな「レンズ」(＝レンズレット)のアレイにより代用されてもよい。単一アレイ内のすべての「レンズ」が同一のものでなければならないというわけではなく、さらに「レンズ」の中心は、必ずしもデカルトまたは他の周期的アレイである必要はなく、事実上、そうでないのが適当であることに留意される。従って、ここでの「レンズレット」という用語は、上で定義された一般的な意味において、小さなレンズを指すよう使用されるものであり、その口径は、通常10ミリメートルより大きくはない。
【００２１】
スキャナ─電子システムにより生成された信号により指示されたように、光ビームの方向を変えるのに用いられる、あらゆる装置。本願明細書の図面に描かれている、機械的アクチュエータ/移動ミラーアセンブリに加え、他の可能なタイプは以下の通りである。
以下の開示に含まれるMEMS(機械的電子マイクロシステム(Mechanical Electronic Micro Systems))または、MEOMS(機械的電子光学マイクロシステム(Mechanical Electro-Optical Micro Systems))スキャナ：エム・エドワード・モタメディ、アングス・ピー・アンドリュース、ウィリアム・ジェイ・グニング（M. Edward Motamedi、Angus P. Andrews、William J. Gunning）、およびモシェン・コーシュ−ネビサン（Moshen Khosh-nevisan）、「小型化マイクロ光学スキャナ(Miniaturized micro-optical scanners)」、オプトエンジニアリング（Optical Engineering） 33(11)、3616-3623(1994)；「ビーム偏向器は、より小さくより速くなるだろう(Beam deflectors will be smaller and faster)」、オプトアンドレーザーヨーロッパ（Opto & Laser Europe）(第68刷)、20(21)(1999年11月)；および、「サンダイアマイクロ鏡は次世代宇宙望遠鏡の一部となるだろう(Sandia micromirrors may be part of Next Generation Space Telescope)」、インターネットユーアールエル（URL） ダブリューダブリューダブリュー ドット エスエーエヌディーアイエー ドット ジーオーブィ スラッシュ エムイーディーアイエー  スラッシュ  エヌイーダブリューエスアールイーエル  スラシュ  エヌアール１９９９  スラッシュ  エスピーエーシーエー  ドット  エッチティーエム（www.sandia.gov/media/NewsRel/NR1999/space.htm） (1999年11月)。
電気光学ビームステアリング装置。
音響光学スキャナ。
例えば以下のものに基づくスキャナなど他のタイプの光‐機械スキャニング装置。
移動プリズムまたは回転プリズム。
本質的にそれらの光軸に垂直に移動するレンズを含むシステム。
移動回折格子など。
【００２２】
プリズム─場合によればホログラフィまたは回折など、適当な格子により代替可能。
【００２３】
光学システムは、それらの体積、および/または、フットプリントを減少させるために、「折りたたみ」可能であることにも留意される。本発明によりカバーされた、こうした折りたたまれた変形システムも、明白に含まれている。
【００２４】
「レンズ」、および「レンズレット」、および「複数のレンズ」、および「複数のレンズレット」という用語は、以下の記述、および一般的な１つまたは複数の光焦点合わせ要素の例としての図に現れる、各レンズおよび各レンズレットの描写を通して用いられている。これらの用語が用いられる場合はいつも、光焦点合わせのためのあらゆる光学装置を意味することが意図されており、そこには、屈折レンズおよびレンズレット、さらに回折光学要素、フレネルレンズ、レンズおよびホログラフィ光学装置が含まれるが、それに限定されるものではない、ティーダブリューストーン（T. W. Stone）、およびビージェートンプソン（B. J. Thompson）編集の「ホログラフィレンズおよびミラーに関する論文集(Selected Papers on Holographic and Diffractive Lenses and Mirrors)」(エスピーアイイー オプティカルエンジニアリングプレス（SPIE Optical Engineering Press）、ワシントン州ベリンガム、1991)およびその参考文献を参照。
【００２５】
従来の光ディスクドライブは、ディスク上の特定トラックにアクセスする移動ヘッドを備えている。これらの移動ヘッドは、通常、レーザ(または、時には数個のレーザ)、少なくとも1個のレンズ、他の光学要素、検出器、および焦点合わせ並びにトラック追跡を可能にするアクチュエータを含んでいる。若干の分離ヘッドの設計では、移動質量を減少させ、それにより、特定のトラックに到達するために要する時間であるシーク時間の短縮を可能にするよう、これらの各要素のうちのいくつかが移動ヘッドから分離されている。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の実施例は、以下の結果を実現し、またはその結果へ向けてアプローチをする。
最後の焦点合わせレンズ以外の全てをディスク表面から遠くへ移動させる。
若干の実施例では、ディスク表面の次の、いかなる移動ヘッドも必要なくなるよう、単一の移動レンズを、固定レンズまたは他の光焦点合わせ要素のアレイに取り替える。
【００２７】
本発明はまた、データの転送レートを増加させ、さらにディスクが回転することにより、トラックの適切なセクターがレンズの隣へ来るまで待たなければならない時間である待ち時間を減少させるのに役立てることも出来る。
【００２８】
本発明は、上に引用されたグレイサー（Glaser）特許において開示されたタイプのシステムに、以下の改良のうちの1つ以上を提供する。比較的安価なレンズを用いて、正確なビーム位置決めを達成可能である。改良された性能を得るために、さほど高価ではなく、しかもよりコンパクトとなり得るスキャナが、使用可能である。いったんディスクの正確なトラックおよびセクターにアクセスされると、読み取りまたは書き込みの1秒あたりのバイト数で表されるデータの転送レートは増加する。そして、ディスクの回転速度を増加させることなく、待ち時間ディスクが読み取りまたは書き込みを開始する正確な位置へ回転するのに要する待ち時間（wait time）である待ち時間（latency）を削減可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図面の理解を容易にするために、光ディスクは、図面の大部分において、光学システムの底部に位置するように示されている。工学、梱包、またはいかなる他の問題による要求によっても、同一光学システムを逆位置に置いたり、またはいかなる他の位置または方向に設置することを回避する、いかなる本質的な理由もないことをここで明言しておく。すべての図面は概略であり、そうでないと明確に述べられる場合を除いては、正確な縮尺ではない。
【００３０】
本発明の第1の実施例の基本的構成要素は、図3および図4に示されており、本願明細書の他の場所に述べられるように、例えば同等な回折格子またはホログラムにより代替可能な、多数のプリズムで構成される屈折要素を利用している。レーザ22から来るビームは、ビーム成形光学ユニット35、およびビームスプリッタ31を通過する。光ビームは、その後、本質的にはグレイサー（Glaser）特許に開示されているように、光ディスク24の記録表面上にビームの焦点を合わせるレンズレットアレイ30へ向かって、スキャニングミラーアセンブリ26、27により偏向される。しかしながら、光ビームは、レンズレットアレイ30に達する前に、小さなプリズムのアレイまたはプリズムアレイ38により遮断される。
【００３１】
アレイ38内の各ミニプリズム(以下、プリズム)は、レンズレットアレイ30のうちの1つのレンズレットの真上に正確に位置しており、図4に最も明確に示されるように、平面上面の方向付けは、レンズレットアレイ内の当該レンズレットの光学的中心の位置に応じている。図4でのプリズムアレイは、デカルト平面的に表現されているが、実際には、グレイサー（Glaser）特許で議論されているように、レンズレットアレイ内のレンズの構成に適合する他の構成も利用可能であり、事実、そのようになされるだろう。すべてのプリズムは、共通の平面底面、または異なる底面を有していてもよい。いずれの場合も、各プリズムの上面および底面(または、すべてのプリズムに共通の底面がない場合は、表面)の傾きは、スキャニングミラーアセンブリ27の中心から来て、プリズムの中心で遮断される光ビームが、図3におけるディスク24の表面に垂直な経路に沿って、さらにそのすぐ下のレンズレットの光軸に平行に偏向されるよう、選択される。図3の2つのスキャニングミラー26、27(さらに、図1のミラー7、8)間の距離は、それらのプリズムアレイからの距離と比べると無視可能な、または非常に僅かなものであり、その結果、ビームは、プリズムアレイからの距離がスキャニングミラー26、27からの平均光学距離の点から来ると考えることが出来る。また、ミラー26、27は、2軸運動の単一のミラー(ジンバル鏡)または何らかの他の二次元ビームステアリング装置で代替可能である。このビームは、ディスク24の記録表面を伴う特定のレンズレットの光軸の交差点、または交差点の近傍にある、当該レンズレットにより焦点を合わせられることになる。ビームの中心がレンズレットの中心から僅かに逸れると、焦点合わせされた点は軸から僅かに逸れることになるだろう─これは意図的であり、これにより、各レンズレットを通して、複数のトラックへのアクセスが可能となり、必要とされるレンズレットの数は、トラックの数よりはるかに少ない。これは、上で引用された、以前のグレイサー（Glaser）特許、および以下のパラグラフにおいて説明される。本発明の目的のためには、各プリズムの上面および底面の双方が平面であれば十分である。しかしながら、プリズムアレイに追加的光学機能を追加するためには、湾曲した、または、凹状または凸状の１つまたは複数の表面を用いることも可能である。プリズムアレイ38は、フレネルレンズとして機能しないことに留意されたい。フレネルレンズと異なり、勾配またはスロープは、2つの隣接するプリズム間の隙間の両面で、必ずしも適合していない。
【００３２】
下流スキャニングミラーの中心から来るビームが、その中心から僅かにオフセットされた点で、プリズムアレイ38により遮断される場合、プリズムから出て下部レンズレットへ向かうビームも、レンズレットの光軸の方向から僅かに逸れることになる。この僅かに軸から逸れたビームが、レンズレットによりディスク記録表面に焦点を合わせられる際には、ビームはディスク記録表面とレンズレットの光軸との交差点に正確に焦点を合わせるのではなく、僅かに側面に寄ることになる。このように、プリズムに達するビームの向きが僅かに変化することにより、ディスク上の数個のデータトラックのグループにアクセスすることが可能となる
【００３３】
図4は、ミニプリズムアレイの全体図を示している。このアレイは、図4ではデカルト平面として描かれているが、実際にはデカルト平面である必要はない。個々のプリズムの位置は、レンズレットアレイ30内のレンズレットの位置に従うが、引用されたグレイサー（Glaser）特許で既に議論されているように、それは、デカルト平面または厳密な周期性である必要はない。図5は、アレイ38が多数の個々のプリズム38a、38b、38c、38d、38e、38f、38g、38h、38iなどを含み得ることを示している。各プリズムの上面は、既に述べたように、個々に決定された方向を有している。個々のプリズムの各々のサイズは、レンズレットアレイ内の個々のレンズレットと同等の、または、より大きく、アクセスするディスクタイプおよび他の問題に応じて、通常、一辺が0.1mmから10mmまでの範囲のいずれかとなる。プリズムアレイは、レンズレットアレイのように、プリズム間に比較的大きな未使用の空間を伴うローフィルファクタを有していてもよい。
【００３４】
図5は、個々の各プリズムに対する傾き角が、どのように計算され得るかを示している。例えば、プリズム38kは、座標x=xk、y=yk、z=0で中心決めされる。ビームは、スキャニングミラー27の中心(座標x=0、y=0、z=−h)から来て、プリズム38kを中心で遮断する。ベクトルeは、ディスク表面に対する法線であり、レンズレットの光軸に平行で、かつz軸の方向に平行である。ベクトルekは、プリズム38kの上面に垂直である。スキャニングミラーの中心がプリズムアレイ上の高さhでz軸上に位置するので、ベクトルe に対するビーム入射角αkは、数１で与えられる。
【数１】
2005508063.tif 000003
【００３５】
ビーム、z-軸、e、およびekは、すべて同じ平面を共有している。
【００３６】
この個々のプリズム38kの傾きは、その位置、およびプリズム材料の屈折率nprism、および総合的設計により規定される。アレイ38の底部が平坦である場合には、スネルの屈折の法則が適用される。
nprismsinθｋ=nairsin（θk+αｋ）          （１）
そして、nair=1であるので、従って数２となる。
【数２】
2005508063.tif 000004
【００３７】
図5では、主な光軸、プリズムの中心へスキャナの中心から来るビームの軸、ディスク表面に対する法線、ベクトル外１、およびプリズム表面に対する法線、外２は、すべて単一の平面にあるので、外３は、プリズム表面の傾きを完全に定義する。
［外１］  e 
［外２］  ek
［外３］  θk
【００３８】
二元スキャナシステムでは、一方のスキャナとプリズムアレイとの間の実効距離は、他方のスキャナからプリズムアレイまでとは同一にはなり得ないので、こうしたシステムに対しては、数２は近似として役立つことになる。実際には、この近似は多くの場合適切である。より良好な精度が要求される場合には、幾何光学の基本法則に則って、正確な公式を開発可能である。
【００３９】
図6から図10は、図7から図15、および図17、さらに図18の一部の実施例のための、基本的ビルディングブロックを示している。図6は、アクセスする、すなわち、光ディスク上のデータを読み取る、および/または、光ディスク上にデータを書き込むシステムを概略的に示している。このシステムでは、光ビームは、通常レーザである光源22から、ビーム成形光学サブシステム35、およびビームスプリッタ31を通って放出される。光は、そのビームスプリッタを直接通過し続け、その後、以下に詳細に説明される、他の光学システム39、および任意の画像回転装置36を通過する。光は、二次元スキャニング装置(ここでは、1対の検流計駆動可動ミラーアセンブリ26、27として図示されている)により、ミニプリズムアレイ38により実行されるものと同様の機能を実行する、比較的大きなレンズ37へ向かって再度方向付けられる。レンズ37、F37の焦点距離は、レンズ自体とスキャナ26、27との間の距離と同等、またはそれに近い。レンズ37の他側から出て来るビームは、ビームを回転する光ディスク24のデータ表面または記録表面に焦点合わせをする、レンズレットアレイ30内のレンズレットのうちの1つにより遮断される。
【００４０】
読み取りに際しては、ディスクからの反射光は、今度は「猫目」再帰反射器として機能する同一または別のレンズレットを、再度通過して進む。図6のレンズ37が滑らかで湾曲しており、図3から図5のミニプリズムが段状で平坦な表面を有しているので、図3から図5のビーム入射角の僅かな逸脱は、焦点が合わせられる点の位置に僅かな変化をもたらすことになる。これとは対照的に、単にスキャナ26/27を動かすことによりビームが動かされるだけならば、レンズ37から出て来るビームの方向は一定である。従って、図3から図5では、(既に引用されたグレイサー（Glaser）特許におけるように)メインスキャナは、レンズレットと選択されたレンズレットの下方のスポット位置との双方を選択する。ここでは、スキャナ26＋27は、レンズレットだけを選択している。選択されたレンズレットに対するスポット位置の選択は、後に図8、図9、図11、図12、および図13について説明するように、他の手段によって行われる。このデカップリングにより本発明の主要な便益である精密スキャナの必要性が大きく軽減される。ビームは、ビームスプリッタ31によって遮断されるまで、ビームがディスクに届いたのと同一の光路を正確に辿る。ビームスプリッタからの反射光は、場合によれば任意の収集レンズ33を通って、検出器アセンブリサブユニット32へ向かって進む。
【００４１】
ビームスプリッタ31は、4分の1波長遅延板と結合され得る、偏光ビームスプリッタであってもよい。その場合、レーザからの光は、ほぼ完全にビームスプリッタを通る偏光設定で、直線的に偏光されており、その後、光は4分の1波長板により円偏光に変換される。円偏光がディスクのデータ表面から反射される際、円偏光のハンドネス（hand-ness）が変化する。この光が4分の1波長板に再入射すると、それは直線偏光に再変換され、ここでビームスプリッタにより実際に全反射される方向へと方向付けされる。この機構は、放出時にはシステムから反射して出てゆく光は実際に皆無となり、戻る時には検出器に向かってすべての光が方向付けられるので、光効率を大幅に改良する。
【００４２】
図6から図9および図11から図17に示される実施例の新規特徴は、ここに提示された新しい構成で大きなレンズ37を使用する点である。光学サブユニット39での適切な構成要素と相俟って、これにより、いくつかの新しい能力が可能となる。
【００４３】
図6のシステムの動作は、図6と同じ付番を用いた図7の展開光学図を用いて説明される。光学設計者の間での一般的なプラクティスに従い、図7の図は、主要光軸内での反射によって発生するあらゆる折り目を取り除き、システムが、あたかも単一軸に沿って位置しているかのように示してある。光がいくつかの光学装置およびサブユニットを通過して二度伝わることになるので、展開図では、これらは二度描かれている。その結果、左側の光源22からのビームは、光ビーム形成サブユニット35、ビームスプリッタ31、光学サブユニット39、および任意の画像回転子36を通過して進む。ここで光は、スキャナ26、27により、レンズ37へ向かって偏向させられる。光ビームは、必ずしもスキャナ26、27とレンズ37との間のセクション内のシステムの光軸に平行に伝わるというわけではないが、レンズ37からその軸に平行、またはほとんど平行に放出される。従って、光ビームは、それが遮断する個々のレンズレットの光軸に平行、またはほぼ平行である。このレンズレットは、光を、アレイ30からディスク24のデータ表面上へ焦点合わせする。この点から反射光は、ディスク24から出て左から右へ進むよう示されており、再度、同一のレンズレットアレイ30、レンズ37、および光学サブユニットを通過するが、ここで、ビームスプリッタ31を通して検出器アセンブリ32へ向かって反射されるビームの一部分は、任意の集光レンズ33を経由する場合もある。
【００４４】
光学リレーサブユニット39の機能は、同一システムを示す図8Aおよび図8Bを参照して説明される。図8では、光は左から右へと伝わり、図7と同一原則の光路展開図が用いられている。システム内の光学要素は、その中央位置または主平面を表す平面によってのみ示されている。平面PPはサブユニット39の光入射瞳の位置であり、平面P26＋27は図6のスキャナ26、27の位置を示し、平面P37は図6の大きなレンズ37の主平面であり、平面P30は図6のレンズレットアレイ30内のすべてのレンズレットの入射瞳の共通平面である。図8Bは、通常のシステム動作中に、平面P30に伝達されるビームの形態を示してはいない。その目的は、むしろ、平面PP上の一点が平面P30上に画像化されるという、レンズ37を伴うサブユニット39の重要な光学的性質を示すことである。
【００４５】
サブユニットに対する2つの光学要件を示した図8Aおよび図8Bには、サブユニット39の入射瞳平面とレンズレットアレイとの間の光路部分のみが図示されている。図8Aおよび図8Bは、図6および図7のサブユニット39が、2つの条件を同時に満たしていることを示している。 (a) レンズ37と共に、平面PPからの平行ビームを平面P30での平行ビームに変換する、無限焦点光学システムを形成する。 (b)再び、レンズ37で、平面PPの点を平面P30上の点に画像化する。光学用語では、レンズ37を伴う組合せシステム39は、平面PPの入射瞳と平面P30の射出瞳と共に無限焦点システムを形成する。システムに平面PPで入射するいかなる平行ビームも、平面P30でも平行なまま残ることになる。さらに、スキャナ26＋27の所与の位置、および平面P30でのビームの遮断位置は、そのビームがPPでシステムに入る際の方向に依存しないだろう。図8Aでは、平行ビームが平面PPで光学サブユニット39内へ方向付けられたなら、それは平面P30で平行ビームとして出射することになる。図8Bは、平面PPでの点源が、平面P30で一点に画像化されることを示している。図6の大きなレンズ37は、そのレンズとスキャナ26、27との間の距離に等しい焦点距離F37を有している。サブユニット39は、大きなレンズ37と共に、PPおよびP30にそれぞれ入射面および出射面を伴う、無限焦点光学望遠鏡として機能する。組合せシステムの横倍率により拡大されたこのシステムの入射瞳の直径が、レンズレットの直径ほど大きくない場合は、
1. 入射瞳から来る全ての光は、本質的に、スキャナ26、27の位置により決定される、特定のレンズレットの入射瞳の内部に到達することになる。
2. サブユニット39に入射した際、平行な全ての光は、本質的に、レンズレットアレイに平行なまま到達する。
3. スキャナ26、27の位置に拘わらず、サブユニット39へその光軸に平行に入射するいかなるビームも、レンズレットアレイ平面P30に対して垂直なレンズレットアレイに達することになる。
しかしながら、サブユニット39の焦点の実際の場所は変化する場合もあるため、レンズ37から出るビームが非平行視、となり、アレイ30内の選択されたレンズレットの正確な焦点位置に変化を生じさせることになる。また、平面PPでサブ‐ユニット39に入射するビームは、(収束し、または発散して)いくらか非平行な場合があり、やはり、アレイ30内の選択されたレンズレットの正確な焦点位置に変化が生じさせることになる。これは、以下で図13を参照して説明されるような、ディスク表面内の凹凸への適応に役立つ。また、単一のジンバルミラーではなく26＋27のような2つのミラーが用いられている構成では、双方のミラーの焦点は当然同一とはなり得ず、その結果、僅かな偏向は受容すべきものとするか、またはそれを補償し得るものとする。しかしながら、スキャナが2つのミラーで構成されているならば、多くの場合、システム動作上のその分離効果が無視し得るか、または補償可能であるかのいずれかとなる程度に、これらのミラーは共に十分近づけられる。
【００４６】
図9Aには、適切な光学サブユニット39の簡易型の例が示されている。サブユニット39は、様々な方法で構成可能である。この例では、サブユニット39は、単一構成要素─有効焦点距離F39を有するポジティブ光学レンズ139─から成る。従って、レンズ139は、スキャナ平面P26＋27から距離S2、さらに瞳孔平面PPから距離S3に配置される。スキャナ平面P26＋27とコリメーティングレンズ平面P37との間の距離は、S1により示される。この距離は、コリメーティングレンズの焦点距離F37と等しい。大きなレンズ37(図6および図7)の主平面P37と、レンズレットアレイ(図6および図7内の30) P30の入射瞳平面との間の距離はS0である。
【００４７】
図8Aに提示された条件を満たすために、光軸と平行なオフ軸光線として光学システムに入射する光線101は、平面P26＋27で光軸と交差することになる。その場合、光線101は、平面P37でコリメーティングレンズを出た後に、再び光軸に平行になるだろう。図8Bに提示される条件を満たすために、平面PPでその軸で光学システムに入射した光線102は、レンズレットアレイ平面P30で再び光軸と交差することになる。しかしながら、この光軸は、スキャナ26、27により、実際に偏向され、または曲げられることが理解されよう。従って、S3、F39、およびS2は、以下の（３）式および数３を満たさなければならない。
F39=S2                      (3)
および
【数３】
2005508063.tif 000005
ここで、S'0は、レンズ37を通して画像化された平面P30の見かけの位置であり、その結果、数４の関係が満たされる。
【数４】
2005508063.tif 000006
ここで、F37はコリメーティングレンズ37の焦点距離である。
【００４８】
第3の条件は、平面PPと平面P30との間のシステムの倍率の絶対値が、アレイ内の個々のレンズレットの直径Dlenslet、および平面PPでの入射瞳の直径DPの比率とほぼ等しくなることである。簡単な形状は数５で与えられる。
【数５】
2005508063.tif 000007
【００４９】
これまで説明された図においては、レンズ37は単一の光学要素であり、さらにユニット39は単一の光学要素139により構成されていてもよい。しかしながら、これらのレンズの各々は、改良された性能を提供するよう、数個の光学要素を有する複合レンズに代替可能である。図9Bでは、レンズ37を構成する1つの典型的複合レンズシステム、およびユニット39の光学部品が示されている。このレンズシステムに対する典型的パラメータの組は、以下の表1に示されている。
【表１】
2005508063.tif 000008
この表１は、大きなレンズ37の複合バージョンおよびユニット39の双方の光学表面を、レンズ設計者および光学技術者によって一般に使用されるフォーマットで記載している。この設計は、多くの光ディスクドライブで一般的に使用される650nmの波長に対して計算されている。表１は、レンズレットアレイ30の瞳孔平面(P30)を表す表面で始まる。各表面に対し、湾曲半径(正数は平面P30に向かって凸状)および直径が与えられている。表１の列では、様々な表面に関連する各列の間に、厚さまたは光軸に沿った表面間の距離、およびショット（Schott）光学ガラス表記法(ショットオプティカルグラスカタログ、ショットグラスヴェルクオプティッシュグラス（Schott Optical Glass Catalog、Schott  Glaswerke Optisches Glass）、ドイツ、マインツ、1992)を用いた光学ガラスのタイプが与えられている。タイプ（type）が「AIR」として記載されている場合は、厚さ（THICKNESS）の値は、2つの連続するガラス要素間の光軸に沿った距離である。表面半径（SURFACE RADIUS）は、P30の方から見て凸状の表面ならば正、逆ならば負である、表面の湾曲半径である。開口部の直径（APERTURE DIAMETER）は、表面におけるクリアな(使用可能な)開口部の直径である。従って、表面S2、S3は、平面P30に最も近いガラス要素表面である。 (これは、第1の半径が正、さらに第2は負であるので、軸に沿って厚さ8mmの両凸レンズであり、50mmの直径を有し、SEL6タイプスコットガラスで製造されている。)表面S2から表面S9はレンズ37として一緒に機能する4つの光学要素の表面であり、表面S10はスキャナ26＋27またはむしろ同等な2軸スキャナの表面または中央表面を表し、そして表面S11から表面S17はユニット39を構成する4つの光学要素の表面である。表面S13、S14、S15に関連付けられた要素は、間にエアスペースがないよう一緒に接着される。表１内の最後のラインは平面PPの表面である。
【００５０】
図9Bおよび表１は、1つの典型的レンズ設計だけを表している。経験豊富なレンズ設計者であるなら、本開示の研究後に、他の適当な設計に到達可能であると予期されよう。
【００５１】
図6に戻ると、これはまた、任意の画像回転プリズム36を示している。画像回転プリズムは、以下で説明される若干の実施例で役立つ、任意の画像回転を可能にする。その動作はここで説明される。本発明に従うシステム内でのその使用の議論は、本願明細書の後の箇所に呈示される。
【００５２】
画像回転プリズムに関する従来技術例は、図10Aおよび図10B、さらに、アール・キングスレーク（R. Kingslake）著「光学システム設計(Optical System Design)」、第9章、セクションV、163ページ (アカデミックプレス（Academic Press）、ニューヨーク、1983年) 、および他の刊行物において示されている。一般に、奇数番号(1、3、5、...) の反射を用い、プリズムの回転軸上にある入射ビームが同軸上から射出されるプリズムは、画像回転プリズムとして使用可能である。図10Aおよび図10Bは、すべてのアクティブな表面が平面であり、図面シートの表面に垂直な、こうしたプリズムの例である。図10D、図10E、および図10Gは、プリズムが回転するとき、図10 Cの入力画像がどのように変えられるかを示している。プリズムは奇数の反射面を有しているので、入射画像は出力時に逆にされなければならない。反転軸がプリズムと共に回転するので、出力画像はプリズムの2倍速く回転する。
【００５３】
図11には、上で議論した原理に基づく実施例が示されている。この実施例は、リレー光学サブユニット39の瞳孔平面、またはその近傍に位置する、スキャニングミラーとして示された追加スキャナ70を有している。ビームスプリッタ31、ビーム形成光学装置35を伴うレーザ22は、すべて、検出器アセンブリ32およびその任意の集光レンズ33と同様に、新しいスキャニングミラー70の反対側に位置している。レーザ22から放出された光は、ビーム形成光学装置35を通過し、スキャナ70により、リレー光学サブユニット39内へ偏向される。この実施例は画像回転プリズムを必要としないであろうが、必要とする場合は、プリズムは図11に39(＋36)として示された「箱」の内部に配置されることになるだろう。光はそこから、メインスキャナ26＋27により再び偏向され、大きなレンズ37を通過して、次いでアレイ30内の選択されたレンズレットを通り、そこでディスク24のデータ表面上に焦点を合わせられる。読み取りの際は、反射光はアレイ30の同一レンズレットを通って戻り、次いで、レンズ37、スキャナ26＋27、画像回転プリズム36を含み得るリレー光学サブ‐ユニット39(＋36)、およびスキャナ70を通って戻り、この後ビームは、ビームスプリッタ31により任意のレンズ33および検出器アセンブリ32に向かって偏向させられる。
【００５４】
図11および上の議論から、スキャナ70が中心に配置された場合、入射ビームの中心光線または軸光線が、リレー光学サブ‐ユニット39の光軸に沿って進み、当該ビームは、レンズ37の焦点の中心にもなっている、スキャナのミラー26＋27の中心に焦点を合わせることが理解されよう。ここでレンズ37は、平行ビームがその光軸に平行となるような形で、このビームを平行にすることになる。アレイ30内の各レンズレットの光軸がレンズ37の光軸に平行であるので、選択されたレンズレット、すなわち光ビームを受けるレンズレットは、このレンズレットの光学的中心の下に正確に位置するディスク24の記録表面上の点に、ビームの焦点を合わせることになる。重要な点は、光が同一レンズレットに達する限り、スキャナ26＋27の偏向角が変化しても、ディスク24の記録表面上のスポットの位置に実質的な影響を与えないことである。
【００５５】
図12A、図12B、および図12Cでは、スキャナ26＋27、70の動作がさらに例示されている。図12Aは図11と同じである。図12Aのスキャナ26＋27および中心に配置されたスキャナ70の所与の位置に関しては、光ビームは、レンズ37の軸から若干の距離ｘ1の点において、選択されたレンズレットの丁度真下に焦点を合わせられる。図12Bでは、スキャナ70はまだ中心に配置されているが、スキャナ26＋27は、異なるレンズレットが照らされるよう移動している。ここで、焦点合わせスポットの位置は、この新しいレンズレットの光学的中心の下となる。図12 Cは同一システムを示すものであるが、ここではスキャナ26＋27は図12Aに示されたのと同一位置にあるものの、スキャナ70は移動している。ディスク記録表面上のスポットの位置、x1‐Δxは変化している。ｘ1は図12Aと同一であるが、ここでΔxは、そのスポットが、もはや当該レンズレットの中心の真下にはないことを示している。Δxの値は、スキャナ70によって引き起こされる偏向角変化にほぼ比例している。この偏向角変化により、スキャナ26＋27平面上でのビーム位置を移動させ、ビームはもはやレンズ37の軸上でスキャニングミラーに当たらなくなる。その結果、平行化後、ビームはもはやアレイ30内のレンズレットの光学軸に平行ではない。
【００５６】
重要な点は、図11および図12のシステムの以下の点である。
1. ビームが方向付けられるレンズレットの選択は、スキャナ26＋27によってのみ管理されるが、選択されたレンズレットの中心に対するディスクの記録表面上の焦点合わせスポットの位置は、スキャナ70によってのみ制御される。従って、偏向角の精度により分割される総スキャン角度に関して、各スキャナに要求される正確さは較的低く、コストが大幅に下げられることになる。
2. 各レンズレットは、すべてのレンズレットが互いの正確なレプリカとなり得るよう、その光軸上の中心に配置された同一範囲の角度内の光を受け得る。
【００５７】
上記の双方共、同一スキャナ6、7がレンズレットの選択および選択されたレンズレットの中心に対するスポット位置の双方を制御する、すでに引用したグレイサー（Glaser）特許で開示されている従来技術システムに対して、対照を成すものである。これは、非常に高精度のスキャナを必要とすることになろう。
【００５８】
通常、図1に基づく従来技術システムは、角度範囲対角度精度の比が1:10,000より高い、少なくとも1つのスキャナを必要とすることになろうが、図11および図12に示された原理を組み込んだシステムでは、角度範囲対角度精度の比が1：1000をかなり下回るスキャナを必要とするのみである。低精度スキャナは、通常、複雑なフィードバック制御センサおよび電子部品を必要とすることなく、さらに、システムの性能を一層高める、非常に高速なMEMS、音響‐光学装置、または電気光学モジュールで実現可能である。図11および図12に基づくシステムのレンズレットアレイ内で、同一レンズレットを使用することにより、これらのレンズレットアレイの設計、製作、およびテストは、著しく簡単かつ低価格となる。
【００５９】
図13では、この第3の実施例の派生例が示されている。この類型では、従来の光ディスクドライブヘッド68、または機能上同等なサブユニットが用いられている。従って、本願明細書のヘッド68に対する以後の参照は、そのヘッド、またはこうした機能上同等なサブ‐ユニットに対するものであることが理解されよう。しかしながら、従来の光ディスクドライブと異なり、このヘッドは静的であり、ディスク表面に近接して配置される必要はない。ヘッド68は、1つ以上のレーザ、1つ以上のビームスプリッタ、コリメーティング、および/または、ビーム形成光学装置、その光軸に沿った、およびその光軸に垂直な制御運動を可能にする2軸アクチュエータに取り付けられた焦点合わせレンズ、検出器およびそれらに関連する光学装置および何らかのエレクトロニクスなどを含む、従来の光ディスクドライブヘッドの標準構成要素のすべて、または大部分を含んでいる。ヘッド68のレンズは、従来のヘッドのレンズのように、光軸に沿った方向にも光軸を横切る方向にもレンズを移動可能にする、ソレノイドなどのアクチュエータを備えている。ヘッド68内に含まれるレーザからの光は、レンズにより、2つの平行な平面を有する任意の透明プレート61の近傍または当該プレートにおいて、中間平面に焦点を合わせられ、さらにその後、光学リレーシステム39'(＋36)により捉えられる。プレート61は、多くのディスクヘッドがディスク上のカバー層の厚みを処理するよう設計されたレンズを含んでいるので、ユニット68のレンズにより焦点を合わせられる光から、光学上の収差を取り除くために必要となる場合がある。プレート61の厚みおよび屈折率は、データ表面と外部表面との間の光ディスク層のものと同一か、またはそれに近いであろう。図13では、サブユニット39'は、図6から図12に示されたサブユニット39とほとんど同じであり、プレート61からの距離S61の瞳孔平面またはその非常に近傍に配置された、追加レンズ69を有している。そのレンズは、このレンズがヘッド68のレンズによって焦点を合わせられた光をほぼ平行化するように、およそS61の焦点距離を有している。光の光路の残りは、図6から図9、および図11から図12に示されており、その図示および説明に厳密に従うものである。
【００６０】
ヘッド68からのビームは、グレーで塗りつぶされている。それは、拡散ビームとしてレンズ69に到達し、レンズ69により並行化される(または、ほぼ平行化される)。次に、この光は、サブ‐ユニット39'の残余を通過し、続いてスキャナ26＋27、レンズ37、その光の焦点をディスク24の記録表面またはその近傍に合わせる、アレイ30内の選択されたレンズレットへと進む。任意のプレート61、リレー光学サブユニット39'、大きなレンズ37、およびアレイ30から選択されたレンズレットで構成されたサブシステム全体が、ヘッド68により生成された光の点を、ディスク24の記録表面またはその近傍に画像化することが理解されるだろう。レンズ37を伴うサブ‐ユニット39'は、選択されたレンズレットにその出射瞳を有しているので、ユニット39'の瞳孔の中心を通る光は、レンズレットをその中心で遮断することになる。ここで、焦点エラーの場合、ヘッド68内に配列された、または関連付けられた、従来の光学ヘッド制御回路は、ヘッド６８の検出器、および光学装置、および焦点修正回路により示されるように、ヘッド68内のレンズ用アクチュエータに、軸方向にそのレンズを移動させる修正信号を送ることになり、その結果、ユニット39'内のレンズ69から放出されたビームがもはや厳密に平行化されたものではなくなり、従って、ビームは平行化ビームとして選択されたレンズレットに到達することはなく、結果として、レンズレットからディスクに向かって射出されたビームは、レンズレットの焦点距離から僅かに異なる距離にあるスポットに集中することになる。これにより、湾曲した、または不当に取り付けられたディスクによる焦点エラーの修正が可能となる。ユニット68のレンズが横方向に移動すると、それはもはやレンズ69と同軸上には位置しなくなり、その結果、横方向へのレンズ69から放出されるビームの中央の傾きは、ユニット39'の残余に向かうことになる。これは図11および図12でのスキャナ70の移動と同一の効果を有している。
【００６１】
レンズ69は、追加的構成要素として示されているが、その機能は、平行化ビーム(または、ほぼ平行化されたビーム)の代わりに、(アセンブリ68のレンズにより生成されたような)適合特性を有する拡散ビームを受けるような形で、ユニット39'の設計を変更することにより実現可能である。
【００６２】
図11および図12の実施例と比べると、図13の実施例では、大量生産されている従来のヘッドおよびその関連回路が利用可能である。こうしたヘッドおよび電子回路は、既に非常に大量に生産されているので、規模の経済性によるコスト低減に通じるものとなろう。
【００６３】
図13のリレー光学サブ‐ユニット39'は、図11および図12のリレー光学サブユニット39とは異なる。図11および図12では、検出器およびレーザ側の光は、平行化された、またはほぼ平行化されたものとしてサブユニットに入射する。これとは対照的に、図13のシステムでは、ヘッドからの光は、焦点合わせ点から拡散するものとしてサブ‐ユニットに入射する。このため、図13に基づくシステムには、異なる設計のサブシステム39'が必要となる。この変更は、図13に示されたように、(図11および図12の)サブ‐ユニット39に適当なコリメーティング視準レンズ69を加えることにより、または代替的に、サブユニット全体を総合的に異なる設計にすることにより実現可能である。
【００６４】
ディスク表面から反射する光は、アレイ30からの同一レンズレット、レンズ37、スキャナ26＋27、およびサブユニット39' (＋36)を通過して戻り、プレート61において、またはその近傍で焦点を合わせられる。その後、光は、ヘッド68のレンズにより捉えられる。システムがパーフェクトフォーカスであれば、元々レーザ出力からヘッド68のレンズにより生成されたスポットの画像は、ディスク24の記録表面上に正確に配置されることになり、そして、その画像は、反射時に、任意のプレート61において、またはその近傍で、ヘッド68により作成された放出スポットの正確な三次元位置に再画像化されることになる。ヘッドは、従来のドライブにおいて、それがディスクの隣に実際に位置している場合と、厳密に同一の応答を「見る」ことになる。しかしながら、焦点エラーがある場合は、レンズレットの軸の縦方向に沿い、アレイ30のレンズレットにより生成されたスポットの反射に代替されることになろう。
【００６５】
ディスクでの焦点が低過ぎる(図に示されるディスク表面より低い)場合、返される反射は高くなり過ぎることになり、ディスクが予期される焦点より高く、さらに反射されたスポットの画像は、折り重ねられた経路に沿って「戻る」ようシフトすることになるため、図のプレート61のすぐ近傍に向かって移動するだろう。光がヘッドに捉えられると、これは焦点エラー検出器により検出されるだろう。焦点およびトラッキングエラー検出光学装置、および検出器は、従来の光ディスクヘッドにあるように、ユニット68内部に位置している。これらの機能のための電子部品は、ユニット68内部または外部に配置されるか、または内部および外部回路に分離されていてもよい。システムは、従来のドライブ内の同一の光ディスクヘッドと共に用いられるものと同様の、焦点検出および制御電子回路(図示せず)を有しており、さらにこの回路は、ヘッド内の適切なソレノイドへ供給され、焦点修正を行うためにヘッドのレンズを移動させる、電子信号を発生させることになる。ここで、ヘッド68のレンズの側方(その光軸に対する法線方向)への平行移動がある場合、光はなお同一レンズレットを通過して進むが、ディスクのデータ表面24のスポットの位置は移動することになり、ディスクおよびトラッキングエラー修正において、所望のトラックの精密な選択を容易にすることになる。従って、図13の構成により、従来の、恐らくは未改良のままの光ディスクヘッドが、ディスクを横切って物理的に移動させる必要もなく、使用可能となる。この構成の1つの利点は、この構成により、現在大量生産されている従来のディスクヘッド、およびその関連エレクトロニクスの大部分が使用可能となり、非常に大規模な大量生産を利用することによって、ノンリカレント費用および開発コストを相当削減することである。
【００６６】
これまでの全ての実施例は、もっぱらアドレスシーク時間削減のみについて説明してきた。また、転送レートを増加させるので、いくつかのアプリケーションに対しては、かなりの利益がある。
【００６７】
ここで以下に議論する実施例では、並列かつマルチトラック同時アクセスが、シーク時間の削減と共に提供されるので、結果的に、「双方にとり最良のもの」となっている。さらに、ここでは、各トラックが異なるデータを受け取りながらも、いかにして並列マルチトラックアクセスが、マルチトラックへの書き込み、および/または、マルチトラックの削除に用いられるかを説明する。
【００６８】
図14は、ここで説明された他の実施例の高速シークの利点に加え、高い生転送レートも提供する実施例を示している。この実施例に基づく光ディスクドライブは、大きな連続ファイルを高速に読み取る(または任意に、書き込む)必要があり、または、ドライブの性能を総合的に高める必要があるアプリケーションで有用である。
【００６９】
図14では、比較的小さな詳細の描写を容易にするために、いくつかの特徴が、故意に縮尺に従わずに描かれている。また、図14では、数個の可能なレーザビームも示されている。
【００７０】
図11および図12のシステムのように、光は、レーザ22からビーム形成ユニット35を通って進む。しかしながら、ここに、アレイ生成光学要素34がある。図14では、要素34は、特別な回折格子として示されている。しかしながら、他のタイプのアレイ生成光学要素が、文献内に詳細に議論されている。アレイ生成要素は、単一のレーザビームを受け取り、通常、それをほぼ同等の強度の数本のビームに分割する。これらのビームは、通常、一定(または、ほとんど一定)の角度で離される。回折格子によるアレイ生成は、エイチ・ダマン（H. Damman）およびケイ・ゲルトラー（K Gortler）の「複数フェーズホログラムを用いる高性能インライン複数画像化 (High efficiency, in-line, multiple imaging by means of multiple phase holograms)」、オプティクスコミニュケーションズ（Optics Communications） 3、312‐315頁(1971)、同様に、ユー・ラックハート（U. Krackhardt）およびエヌ・ストライベル（N. Streibi）の「アレイ生成のためのダマン格子の設計(Design of Damman grating for array generation)」、オプティクスコミニュケーションズ（Optics Communications ）74、31‐36頁 (1989)、さらに、ディー・ダリー（D. Daly）およびエス・エム・ホドソン（S.M.Hodson）およびエム・シー・フトレー（M.C.Hutley）の「連続プロフィールを伴うファンアウト格子(Fan-out gratings with continuous profile)」、オプティクスコミニュケーションズ（Optics Communications） 82、183‐187頁(1991)、さらに、他の多くの科学的および技術的論文において説明されている。これらの文献には、こうした格子の設計および製造方法についての詳細なレシピ[SP?]が含まれている。他のタイプのアレイ生成装置も文献で説明されており、そこには、例えばエヌ・ストライベル（N. Streibi）、およびユー・ノルシャー（U. Nolscher）、およびジェイ・ジャーンズ（J. Jahns）、およびエス・ウォーカー（S. Walker） の「レンズレットアレイでのアレイ生成(Array generation with lenslet arrays)」、アプライドオプティクス（Applied Optics） 30、2739‐2742頁(1991)など、レンズレットを用いることに基づくものが含まれている。さらに別のオプションは、エフ・タルボット（F. Talbot）の 「光学科学に関する事実(Facts relating to optical science)、No.IV」フィロス（Philos）.マグ（Mag）.9、401‐407頁(1836)で説明されているタルボットの光学効果の使用である。これらのアプローチのいくつか、または、他所で説明された、および発見され得た、他の方法がここで使用されてもよい。
【００７１】
図14では、入射ビームは3つの部分に分けられる(実際の実施例では、ビームの数はより大きくなる傾向がある。図14は、明快さのために、3つのみを示している)。これらのビーム(図14では、明快さのためのグレーで描かれているが、実際のシステムでは、これらは全てほぼ同等の強度を有する)は、ビームスプリッタ31、スキャナ70などに、それらが全てアレイ30の同一レンズレットに到達するまで（リレーサブユニット39の設計のため、前に説明されているように）入射する。各ビームは僅かに異なる角度が付けられているので、これらはディスク24のデータ表面上の僅かに異なる位置へ焦点を合わせられる。従って、3つの光の点がディスクのデータ表面上にあることになる。ここでレンズレットは、大きなレンズ37、サブユニット39などの助けで、検出器アセンブリ32内の3つの検出器上に反射光を画像化する。実際には、2つから100以上までの、任意の数のビームが用いられる場合もある。正確な数は、利用可能なレーザパワーの総量、および光学設計上の問題、ディスク上のデータ構造およびフォーマットに関する問題などの考察により選択される。各ビームのために検出器アセンブリユニット32に検知器が存在し、それにより、実際にユニットは検出器のアレイを有することになる。各ビームおよび関連付けられた検出器がディスク上の別トラックを読み込むので、データ転送速度をビーム/検出器の数だけ増加させることが出来る。任意の画像回転プリズム36は、後に説明するように、特定のトラックにビームを整列するのに使用可能である。
【００７２】
この実施例の追加の変形形態は以下を含んでいる。
1. (例えば、エー・アロン、エス・シャピラ（A. Alon、S. Shapira）、およびアイ・カッツ（I. Katz）による、米国特許第5,426,623号明細書「複数トラック画像および光ディスクからのトラックデータを説明する方法（Method for accounting the track date from multiple track image and optical disk）」(1998年6月20日)で説明されているような)複数トラック(並列アクセス)従来型ヘッドの使用、 および、図11のものと同様の構成。
2. いくつかの独立ビームを生成するためのレーザアレイ、または複数のレーザの使用。これにより、複数のビームの各々の独立変調が可能となる。さらに、この図14の構成、または上記変形形態1の構成に対し、各ビームを別々に変調するために、電気光学または音響光学変調器などのような、単一の(場合により、より強力な)レーザおよびアレイ生成光学装置を伴った、別々の変調器の使用も可能である。いずれの場合も、十分なパワーを有する個別に変調されたビーム(レーザがシステムの静止部分に位置するので使用可能であり、そのため、重量またはパワー散逸は、ドライブに実質的に影響しない)は、適切な書き込み可能光ディスク上に、並列な、マルチトラックの書き込みを可能とし、その結果、書き込みにおいても高転送レートがもたらされる。
【００７３】
図15Aから図15Hは、ディスクの記録表面上のレーザビームスポットのいくつかの可能な構成、および検出器アレイでの関連付けされたパターンを示している。特に、図15Bは、検出器アレイおよび図15Aに描かれたような、ディスク記録表面上のレーザスポットパターンの、画像を示している。図15Dは検出器アレイおよび、図15 Cに描かれたような、ディスク記録表面上のレーザスポットパターンの、画像を示している。図15 Fは検出器アレイおよび、図15 Eに描かれたような、記録表面上のレーザスポットパターンの、画像を示している。そして、図15Hは検出器アレイおよび、図15Gに描かれたような、記録表面上のレーザスポットパターンの、画像を示している。
【００７４】
図15Aは、大量に複写されたリードオンリーCDまたはDVDディスクにあるようなピット、若干のライトワンスディスクにあるような異なるピグメント領域、CD-RW、並びにDVD- RAM、DVD-RW、DVD+RW、並びに他のディスクにあるような異なる結晶相領域、 (磁気光ディスク（Magneto-Optical disks）における)異なる磁化領域などになり得る、書き込まれた「スポット」で構成されている、データのトラック241、242、243、244、245を示している。これらのトラックは、それぞれ、レーザ光線、1001,1002,1003,1004、1005の焦点合わせスポットにより照らされる。焦点合わせされた光は、ディスクにより反射され、上で説明されたように、光学システムを通過して進み、検出器アセンブリに到達する。ディスク記録表面上のスポットは、図15Bの例に示されるように、検出器アレイ上に画像化される。ここで、スポット1001'、1002'、1003'、1004'、1005'は、それぞれ、スポット1001、1002、1003、1004、1005の画像である。これらのスポットは、アレイの1つの検出器321、322、323、324、325上に画像化される。従って、ディスクが回転し、トラックがレーザスポットを横切って移動すると、各検出器は、1つのトラックからの反射光を通してデータを読み取る。ここに図示されているスポットおよびトラックの数は、純粋に図示目的のために選択されている。実際には、2つから数百までの、いかなる数のスポットも選択可能である。実際の数は、工学および費用/性能の問題により管理されている利用可能なレーザパワーの総量、光学要素のクォリティなど、多数の設計パタメータの関数である。
【００７５】
図15Aと図15 Cを比べると、図15Cでは、光学システムにおける異なる設計パラメータの選択から、焦点合わせレーザスポット間の間隔がより大きくなっているが、図15 Cの角度βが図15Aにおけるものより小さいので、トラック間隔を変えることなく、レーザスポットをトラックに適合させることは未だ可能である。こうした適合のための条件は、次のとおりである。
Pspots cos β=Ptracks              (6)
【００７６】
ここでPspotsは、ディスク記録表面上の焦点合わせされたレーザスポットの中心間の間隔(ピッチ)であり、Ptracksは、トラックの中心から中心までの間隔である。
【００７７】
ここで、レンズレットアレイのレンズレットが二次元領域にわたって分配されているので、さらに、ディスクの上のトラックが円形または螺旋形であって直線ではないので、さらに、スキャニングサブシステムの形状が二次元スキャニングをサポートしなければならないので、通常、異なるレンズレットに対する角度βは異なるものとなり、さらに、通常、レーザスポット間隔に対するトラック間隔は、全てのレンズレットに適合するというわけではなくなる。
【００７８】
これは、以下にあげるもののうちの1つにより補償され得る。
1. 場合によれば、何らかのズーム要素を、図14のリレー光学システム39に加えることによりPspotsを変更すること。我々が1つのレンズレットから別のレンズレットへ切り替えるように、このズームシステムを、素早く移動させるのは困難であろうから、これはさほど好適な解決策とはならないであろう。しかしながら、この方法の変形は、ビーム間の角度間隔が変更可能な(例えば、アレイ生成格子は、僅かに傾けると、それが生成する複数ビーム間の角度を変更することになる)、可変または可動アレイ生成要素を用いることが可能である。
2. 上で説明したように、角度βを維持するために、画像回転プリズムを使用すること。コントローラエレクトロニクスのファームウェア内のプレ計算された表は、各レンズレットに対する画像回転プリズムのための適切な方向付けを含むことが可能である。スキャナがビームを、1つのレンズレットから別のレンズレットへ切り換えるのに従い、プリズムは、βをトラックのローカル方向に維持する適切な位置へ回転する。
3. オーバーサンプリングを使用する。これは、以下のパラグラフで説明される。
【００７９】
図15Eから図15Hは、オーバサンプリングオプションの例を示している。ここでは、スポット間隔がかなり小さいので、スポットはディスク表面にほぼ連続した照明のラインを形成するように実際に重なっている。従って、この例では、ビームは5つのトラックのみをカバーしているが、少なくとも10本のビームが使用されている。この光のラインは、レーザ光線でカバーされるトラック数の少なくとも2倍の検出器を有する、検出器アレイ上へ画像化される。トラックからの信号は、たまたま各トラックの画像上のほぼ中心に配置された検出器を選択することにより抽出可能であるか、または、隣接する検出器から入って来るデータを結合し、適切な計算を通してクロストークを最小にすることにより、計算可能である。例えば、k番目の検出器に対しては、信号は以下の形の式を用いることにより、推定可能である。
sk,out(t)=…+ c2 sk‐2(t)+c1sk‐1(t)+c0sk+c1sk+1(t)+c2sk+2(t)+・・  (7)
【００８０】
ここで、..., Sk‐2(t), Sk‐1(t), Sk, Sk＋1(t) , Sk＋2(t)... は、それぞれ、各位置 ..., k-2, k-1, k, k+1, k+2,... の検出器からの生信号であり、そして、c0, c1, c2... は、そのうちのいくつかが負である、適切なコンボリューション係数である。各kに対する結果信号Sk,out(t)を分析することにより、特定のトラックに関する信号の検出が可能である。他の結果信号Sk,out(t)は廃棄される。被照射トラックよりもずっと多くの検出器が存在するので、各被照射トラックに対して1つのSk,out(t)が残るべきである。コントロールファームウェアに含まれる表は、各レンズレットと共に使用される各ｃｋ-ｓの値を格納可能である。
【００８１】
例えば、図15 Eから図15Gまで移動するなど、あるレンズレットから別のレンズレットまで進行する場合、角度βは変化するので、異なるSk,out(t)のものが選択されなければならない。しかしながら、画像回転プリズムは全く必要ではない。この機構の貴重な副産物は、微量な機械的偏心、振動などにより、検出器に対するトラックの位置が移動した場合、システムは、電子的に自動トラッキング効果を生じさせるよう、他の各Sk,out(t)-ｓを動的に選択可能である。すでに議論した、1トラックあたり1本のビームという機構と共に、図11の70と同様の第3のスキャナの使用など、何らかのトラッキング修正機構が使用されなければならない。
【００８２】
光ディスクドライブ全体は、図16に概略的に示されているように、光学的機械的アセンブリ1000、および1500としてまとめて示された１つまたは複数のエレクトロニクスユニットで構成されている。通常、ディスクドライブは、コンピュータ、ディスクライブラリユニット、テレビジョンインタフェースエレクトロニクスおよびコネクタユニットを備えた制御パネルなど、または、場合によると制御ユニットおよびオーディオシステムなどの、いくつかの「クライアント」システム2000に接続されている。この図では、図11の光学‐機械システムがアセンブリ1000として示されている。しかしながら、同様の電子回路および一般的構成は、ここで説明されるいずれの実施例においても使用可能である。
【００８３】
システムの動作は、マイクロコントローラユニット1520により監視され、および調整される(実際には、例えば、動作の異なる局面を制御するいくつかのマイクロ‐コントローラと、それらの動作を調整するマスターマイクロコントローラとがあってもよい)。検出器アセンブリ32は、数個の検出器からプリ‐アンプ1550(実際には探知機アセンブリのケーシング内に配置され得る)へ信号を提供する。プリ‐アンプは、適切な増幅信号を信号/データ処理ユニット1540、オートフォーカス制御ユニット1530、およびトラッキング制御ユニット1560に送る。オートフォーカスユニット1530は、それが受信した信号を処理し、適切な電流を、ビーム形成ユニット35内に配置されたフォーカスアクチュエータに送る。この結果、ビームの拡散/収束を変え、アレイ上のレンズレットにより生成されるスポットを移動させる。このフィードバック動作の結果、焦点はディスク表面に維持される。焦点エラーが十分小さい場合は、ユニット1530は、適切な「OK」信号をコントローラ1520に送る。同様に、トラッキング制御ユニット1560は、探知機およびスキャナ70からの信号を用いて、トラック上にビームを維持し、必要に応じてコントローラ1520に通知する。また、データ速度をディスク回転速度と同期させるよう、書き込み可能ディスク上の溝のウォブルを検出するなど、他の機能に対してトラックエラー信号を用いることが可能である。インタフェースユニット1510は、クライアントシステム2000から送られるコマンドを読み込み、それらをデコードして、コントローラ1520(トラッキングユニット1560に、スキャナ26、27、場合によると70を、所望のトラックにアクセスするための要請位置へ移動させるよう命令し得る)に送る。これは、コントローラ1520のメモリ内のルックアップ表を用いてなされてもよい。(1530および1560から1520により受信された信号により示されるように)いったん適切なトラックがインターセプトされ、適切な焦点およびトラッキングが達成されると、コントローラは、信号処理ユニット1540に、探知機より受け取った信号からデータを読み始め、さらにそれを、インタフェースユニット1510を通して送出可能なデータに変換するよう命令する。この動作の間、レーザ制御ユニットは、レーザ22から光学パワーを読み取り、安定した出力を維持するよう、その電流を調整する。スピンドルモータ40のみならず、コントローラ1520、および場合によると信号処理ユニット1540に接続された、スピンドル制御装置1580は、ディスクの適切な回転速度を維持する。
【００８４】
図13、図14、図17、図18を参照して説明されたものなど、本発明の他の実施例のための制御回路は、これらの実施例の異なる、および/または、追加された特徴をサポートするために適切な変更を必要とするが、ここに図示され、説明されたものと同一の論理にかなり密接に従い得る。
【００８５】
この図16で概説される電子回路は、決して、本発明のいずれか、または全ての形式を実現可能にする唯一無二のものではなく、1つの例として、ここで説明されている。
【００８６】
書き込みのための手順は、ここで、レーザ制御システム1570が、信号処理ユニット1540からの処理された信号を受け、コントローラ1520から適切な命令を受けるということを除いて、全く同様である。クライエントシステムからのインタフェースユニット1510より受け取ったデータは、レーザコントローラ1570にレーザ22の変調に必要な処理された信号を提供する信号処理ユニットに送られる。
【００８７】
今まで説明された実施例は、シーク時間、すなわち、ディスク上の所望のトラックへ到達するのに要する時間、および光ディスクドライブの生転送レートのみを記述している。別の重要な性能ファクターは待ち時間であり、これは、エス・ダブリュー・エヌジー（S. W. Ng）の「ディスク技術における進歩: 性能問題(Advances in disk technology: performance issues)」、コンピュータ（Computer）31(5)、75‐81(1998年5月)で説明されている。待ち時間は、ディスクが適切な位置に回転するために要する平均時間と定義される。従来のドライブでは、ディスクが1回転するのに要する時間の半分である。従って、総アクセス時間は、可能なオーバーラップを含めて、シーク時間および待ち時間双方により構成されている。待ち時間を減少させる従来の方法は、ディスクをより速く回転させることである。ディスクの回転速度には、例えば、特に着脱可能メディアにおける、高RPMでの機械的安定性の問題などから、実用上の限界がある。本発明に従う、待ち時間を最小にする解決策は、図17に概略的に図示されている。この実施例は、図6の実施例と総合的に同一の構成である。しかしながら、単一レンズレットアレイ(図6の30)の代わりに、数個のレンズレットアレイ50a、50bが存在している。また、図6の大きなレンズ37は、全レンズレットアレイをカバーする、さらに大きなレンズ57に取り替えられている。数個のレンズレットアレイの各々は、ディスク上の全トラックにアクセス可能である。レンズレットアレイは、出来るだけ互いに離れて配置される。例えば、レンズレットアレイが2つある場合は、それらは180°離れているべきであり、アレイが5つの場合は、72°離れて位置決めされるべきである。他の数のレンズレットアレイも提供可能である。工学上の理由で、すべてまたは数個のレンズレットアレイ(図17の、50a、50b...)は、単一の大きなアレイへ結合されてもよく、および/または、図17のレンズ57を数個の部分に分割され、または、各々がレンズレットアレイの関連領域を完全にカバーし、レンズの全ての部分が、同一焦点を共有するように製造され、および位置決めされるならば、数個のレンズに取り替えられてもよい。焦点を回転の中心に配置することは、無条件に必要とされるわけではないが、場合によると最良のオプションに近いだろう。また、サブ‐ユニット26、27、22、36、39、31、32、33、35の「系列」全体を複製するのも、もちろん可能であるが、より高価となろう。さらに他のオプションは、スキャナ26＋27のみを複製し、どのスキャナの対を扱うかいつでも選択出来る、何らかのビームアドレシング機構を加えることである。
【００８８】
各トラックは、各レンズレットアレイ内の少なくとも1つのレンズレットを通してアクセス可能である。制御ファームウェアまたは回路は、当該レンズレットに光を当てるのに要するディスクの回転および時間を計算し、必要なセクターをカバーする最初のレンズレットと予想されるレンズレットを選択する。従って、待ち時間の減少は、レンズレットアレイの数に直接に比例する。n個のレンズレットアレイがある場合、待ち時間ln,mSec(ミリセカンド)は、次のとおりである。
ln,mSec=60,000/(2n ωRPM)              （８）
【００８９】
ここで、ωRPMは、毎分の回転数によるディスクの回転速度である。例えば、n＝3(3つのレンズレットアレイ)、ωRPM＝10,000である場合、結果として起こる待ち時間は1mSecである。1つのレンズレットアレイしかない場合、同一待ち時間を達成するには、30,000RPMの回転速度が必要となろう。
【００９０】
本発明に従う待ち時間改良技術は、図1および図3から図16に示された実施例のいずれかに、該当箇所で待ち時間改良について議論した利点の全てを結合して、組み込むことが可能である。
【００９１】
複数のレンズレットアレイは、他の問題の解決にも使用可能である。例えば、多くの場合、数タイプのメディアをサポートするドライブは、いくつかのレーザ波長および光学レンズ特性を必要とする。現在では、DVDドライブが、DVDおよびCDフォーマットにアクセスするよう、異なるレンズ特性(開口数、メディアの厚み、波長)を必要としている。1つまたは複数のアレイを一方のメディアタイプに対して使用し、さらに他の1つまたは複数のアレイを他方のメディアタイプに対して使用することが可能である。
【００９２】
このセクションで説明される原理に基づく、および、前に引用されたグレイサー（Glaser）特許におけるすべての光ディスクドライブシステムにおける、1つの概念的な問題は、単一のレンズレットを通して読み取り可能なトラック数が限られているということである。このため、読み取り動作の途中で、他のレンズレットへ「ジャンプ」する必要を生じ、そのジャンプが実行される直前の位置まで、ディスクが回転するのを待たねばならない。CDおよびDVDファミリーを含む多くの光ディスクフォーマットは、円形トラックよりむしろ螺旋形トラックを使用している。ディスクが何回か回転すべきスパンのファイルを読み取る場合、次に必要な半径位置が、特定のレンズレットでカバーされた範囲外にある点に達することがある。ファイルの残りを読み取る唯一の方法は、他のレンズレットに「ジャンプする」ことである。しかしながら、ジャンプが時間(シーク時間)を要するので、読み取り動作が中断されるディスク上の特定ポイントをミスしてしまうことが、非常に起こりそうである。その場合、読み取りが継続可能となる前に、ほぼ完全にディスクが回転するのを待つ必要がある。これを最小にするため、本発明の実施例ではオーバーラップトラックを有してもよい。オーバーラップトラックの概念は、上で引用したグレイサー（Glaser）特許内で開示された発明と同様に、本発明のすべての実施例で有益に使用可能である。従って、例えば、所与のタイプのディスク内のトラックの総数が50,000で、各単一のレンズレットが625トラックに到達可能である場合、最小50000/625＝80のレンズレットが必要である。代替的には、より多くのレンズレットが、いくつかのトラックがいくつかのレンズレットにより読み取り可能な形で提供される。例えば、これらの625のトラックは、表2のように分割可能である。
【表２】
2005508063.tif 000009
【００９３】
これは80よりむしろ150のレンズレットを必要とするが、150以下の連続トラックのいかなるデータストリームも、ジャンプすることなく、1つのレンズレットを通して読み取り可能であり、さらに、ディスク偏心によるデータロスを引き起こすことがないことを保証する。
【００９４】
実際のトラックオーバラップストラテジー、すなわち、オーバーラップするトラック数のみならず、この数がすべてのレンズレットについても同一であるか、またはレンズレット間で変化するかは、ディスクメディア上データの特定の統計、および、中途ジャンプの認定速度に適合するよう、変更可能である。例えば、これらの統計が、あるタイプのデータを含むディスク上のファイルの99%が58トラックより短いことを示し、かつ、1%が妥当な中途ジャンプ率であると考えられる場合は、他のレンズレットを通しても読み取られるトラック数が58トラックとなるよう選択可能であり、1つのレンズレットによってのみ読み取り可能なトラック数は427まで増加され得ることになり、結果として、必要なレンズレットは118のみとなる。上で助言されたように、ほとんどのディスクメディアフォーマットは、内側の各トラック内には、外側のトラックより少ないデータを置くので、実際上は、異なる数のオーバーラップトラックを異なるレンズレットに関連付けることが可能である。
【００９５】
上記の例で、トラック数に対して与えられた値は、説明のためのものであり、実際の設計で使用される数は、引用された数とかなり異なるものになり得ることに留意すべきである。実際の製品内で用いられる数は、特定のディスクメディアおよびフォーマットに対するトラックピッチ、レンズレットのための光学パラメータおよび設計、および光学サブ‐ユニットなどのパラメータから得られるが、これらに限定されない。
【００９６】
図18は、すでに本願明細書で説明された実施例よりさらに経済的な、さらなる実施例を示している。これは、分離ヘッド方法論を本発明の新規な特徴に結合する。図18の実施例のさらなる利点は、「ノートブック」および「パームトップ」ポータブルコンピュータなどのアプリケーションに望ましいとされる、非常に低いプロフィールを得るために、1枚または数枚のミラーを伴って、容易に光学的に「折り畳む」ことが可能なことである。
【００９７】
図18に示されたシステムは、部分的に図6のものと同様である。部品およびサブユニット22、24、27、31、32、33、35、39は、図6の対応品と形状および機能において同一である。しかしながら、図18のシステムでは、以下に説明するように、1つのスキャニングミラーアセンブリ27のみがあり、スキャニングミラーアセンブリ26は省略され、さらに若干の他の部品が、変更され、または省略されている。
【００９８】
具体的には、光がサブ‐ユニット39から出射されると、光は任意の固定ミラー46により、単一の軸スキャニングアセンブリ27のミラーへ向かって再度方向付けされ、そこで光は、レンズ47を通して単一のレンズ40に向かって送られる。例えば、構成要素22、35、31、39が、光軸をスキャニングアセンブリ27のミラーへ向かってこのミラーのピボット軸に垂直に、方向付けることが可能であるなら、ミラー46は省略してもよい。図6のレンズ37と同一の機能を実行するレンズ47は、実際には円形レンズエリアの一部が使用されるのみなので、細長い長方形に切断されていてもよい。小さなレンズ40は、機能上1つのレンズレットに対応しており、ディスク24の半径に沿って移動するため、レーリング41上に取り付けられている。レンズ40は小さなキャリッジ(図示せず)に取り付けられていてもよい。レンズ40、およびその任意のキャリッジは、レンズ40を半径方向にレーリング41に沿って移動させるよう、モーターまたはアクチュエータ(図示せず)に置き換え可能である。このアクチュエータは、レーリングに沿って、および、レンズ40を載せるキャリッジ内に取り付けられた、リニアーモーターの形であってもよいし、または、親ねじ、ラックアンドピニオン、ベルト、または他の円形―線形運動変換機構などのドライブ機構を伴う、従来のモーターであってもよい。またこれは、エンコーダ、または電位差計など、情報をレンズ40の位置に関する電子回路に供給する位置センサを含んでいてもよい。マイクロコントローラにより制御されるファームウェア、専用電子超小型回路、アナログ回路、またはその一部などの形となる場合もある、既知の電子制御回路は、スキャニングアセンブリ27のミラーの方向とレンズ40の位置とを同期させる。代替的に、この運動は、場合によっては、カムベースの機構の使用により機械的に同期されてもよい。スキャニングアセンブリ27のミラーの中心は、レンズ47の焦点またはその非常に近傍にあり、その結果、光の進行方向に沿ったレンズ40の光軸位置y40は、以下の式により、スキャナの回転角φ27に関係づけられる。
y40=F47 tan 2φ27                  （９）
【００９９】
ここで、F47は、レンズ47の焦点距離であり、φ27＝0は、y40＝0に対応する、スキャナ27の角度位置として定義されている。
【０１００】
従って、図18の実施例は、分離移動ヘッドシステムとして機能する。上で引用したグレイサー（Glaser）特許で開示されたシステム、および本願明細書にて開示したシステムのように、この実施例は、レーザ、探知機アセンブリ、種々の光学部品などを含むハードウェアの大部分を含む静的な部分を有している。可動部分は、焦点合わせレンズのみを含んでいる。特に、焦点および精密トラッキングは、上に引用したグレイサー（Glaser）特許および本発明の他の実施例に開示されているように、静的部分により制御可能であり、いかなる焦点およびトラッキングアクチュエータも、移動レンズを伴うキャリッジ内に配置される必要はない。その結果、可動部は、ジェイ・イチハラ、ケイ・テズキ（J. Ichihara、K. Tezuki）、およびケイ・オガワ（K. Ogawa）による、「小型磁気光学ディスクドライブのためのアクチュエータの開発(Development of actuators for small-size magneto-optical disk drives)」、ジャップ、ジェイアプライドフィジックス（Jap. J. Applied Physics） 31 (パート（Part） 1, No 2B), 519{523 (1992).で開示されているものなどの、従来の分離ヘッド設計における可動部分より、はるかに軽く、従って、敏捷となり得る。
【０１０１】
また、図14、図15および図17を参照して上述した実施例の改良を、この構成に結合させることも可能である。例えば、待ち時間を減少させるために、レーリング41は、ディスク24の全直径にアクセスを伸長するよう構成可能であり、さらに、レーリング41上に、単一の固定光学システムにより提供される、2つの(または、さらに多くの)移動レンズが取り付け可能である。
【０１０２】
図19は、すでに本願明細書において引用された、ダメン（Damen）他の特許で開示される装置のある短所を除去する、本発明のさらなる実施例を示している。図19は、図2Bの平面とほぼ同等な平面に沿って切り取られた断面図である。図示された実施例は、ディスク214上にレーザ光ビーム270の焦点合わせをするレンズレット211c、211d、211e、211f、211g、211h、211i、211jの第1のアレイを含んでいる。レンズレット221c、221d、221e、221f、221g、221h、221i、221jの第2のアレイは、光探知機251c、251d、251e、251f、251g、251h、251i、251jのアレイのそれぞれ1つの上に、ディスク214からの反射光の焦点合わせをするよう構成されている。レーザビーム280は偏光され、図2Aに示されたもの、およびダメン（Damen）他の特許で開示されたものと同一の場合もある、ビーム光源およびスキャニングアセンブリ(図示せず)から進んでくる。ビーム270は、レンズレット211とレンズレット221との間に挿入される、多数のビームスプリッタ241c、241d、241e、241f、241g、241h、241i、241jを通過する線に沿って方向付けられる。各ビームスプリッタの正面には、それぞれの電気に作動可能な光変調器291c、291d、291e、291f、291g、291h、291i、291jがある。これらの光変調器291の各々は、図面の平面に対して光学軸が45°である、切換え可能なλ/2遅延板として機能する。変調器291が「オフ」の状態の場合、そこを通る光の強度または偏光に影響を与えない。変調器291が「オン」に切換わると、図面の平面に対して平行または垂直な状態で入射する光ビームは、その偏光が90°切り替えられた状態で変調器から出射される。
【０１０３】
実際に、こうした変調器を構成する多くの方法がある。例えば、上述のように偏光を変調するよう設計されたFLCタイプ液晶変調器は、適切で比較的安価な変調器である。一例をあげると、ビームスプリッタは、実質的に図面の平面に対して垂直な偏光を有する全ての光を伝達し、さらに実質的に図面の平面に対して平行な偏光を有する全ての光を反射するよう設計されており、入射ビーム270は図面の平面に対して垂直に偏光されていてもよい。
【０１０４】
図19に描かれた動作状態では、変調器291c、291d、291e、291fは全て「オフ」の状態であるが、変調器291gは「オン」の状態である。光ビーム280は、変調器291cから291fまで通過し、非常に小さな損失で偏光ビームスプリッタ241cから241fまで通過する。変調器291gがビーム270の偏光を切換えるので、ビーム270内のほとんど全ての光は、ディスク214の記録表面上に光を焦点合わせするレンズレット211gに向かって、偏光ビームスプリッタ241gにより偏向される。実質的に全ての光がビームスプリッタ241gにより偏向されるので、光は211g除くレンズレットには、ほとんどまたは全く達しない。
【０１０５】
読み取りに関しては、光は、猫目の再帰反射器のように機能する、レンズレット211gを通って戻る。ここで、記録表面の偏光特性に応じて、波遅延板280を設ける必要がある。例えば、材料がいかなる本質的な偏光特性も有していない場合は、プレート280は、図面の平面に対して45°の光学軸を伴うλ/4遅延板であってもよい。ビームスプリッタ291gからディスクの表面に向かう途中で、プレート280を通して入射する光は、円形に偏光されることになるだろう。ディスクの表面からの反射では、円偏光の向きが変化するので、光は、λ/4遅延板を通って戻る際に、図面の平面に対して垂直な、直線偏光になり、今回は、ビームスプリッタ241gにより偏向されることはないだろう。従って、光は、光探知機251g上に光を焦点合わせする、レンズレット221gに到達する。遅延板280は切換え可能な変調器であってもよく、従って、その遅延量は、光ディスク内の記録層の特定のタイプに適合するよう選択可能であり、同一光ディスクドライブが、いくつかのタイプの記録メディアと共に使用可能である。
【０１０６】
動作に際しては、上に引用したダメン（Damen）他の特許で説明した制御回路に加え、回路は、１つまたは複数の正しい光変調器291x(x は必要に応じて、c、d、e, .. である)の切換えをするために、特定のレンズレット241x(x は必要に応じて、c、d、e, .. である)を選択するために、所望のディスクアクセスを果たすために提供される。
【０１０７】
特定実施例の以上の説明は、完全に本発明の一般的性質を開示するものであるので、現行の知識を適用することにより、他の者も、過度の実験もなく、一般的概念から逸脱することもなく、様々なアプリケーションに対してこうした特定の実施例を容易に変更し、および/または適合させることが出来、さらに、それにより、こうした適合および変更は、開示された実施例と同等物の意味および範囲内で理解されるべきであり、さらにそう意図されている。本願明細書において用いられる句表現、または用語は、説明を目的とするためのものであり、限定を目的としているものではないことが理解されるべきである。様々な開示された機能を実行する手段、材料、およびステップは、本発明から逸脱することなく、様々な代替形式を取ってもよい。
【０１０８】
従って、機能説明が後に続く、上記の説明および/または請求項での、「〜という手段」、および「〜のための手段」という表現または、あらゆる方法ステップ言語は、いかなる構造的、物理的、化学的、または電気要素または構造、または、現在または将来も、引用された機能を実行する、実施例と正確に同等物の、または、上に明細書で開示された実施例に記載された機能、すなわち、同じ機能を実行するための他の手段またはステップが使用可能であるあらゆる方法ステップを定義し、カバーすることが意図されている。そして、こうした表現が、その最も広い解釈で与えられることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】従来技術のスキャン構成の1つのタイプを示す図である。
【図２Ａ】従来技術のスキャン構成の第2のタイプの平面図である。
【図２Ｂ】従来技術のスキャン構成の第2のタイプの断面詳細図である。
【図３】本発明の第1の実施例を示す、一部断面の側面正面図である。
【図４】図3の実施例の構成要素の斜視図である。
【図５】個々のプリズムの形状を示す図解図である。
【図６】本発明の第2の実施例の斜視図である。
【図７】図6のシステムの展開光学図である。
【図８Ａ】図6に示されたユニット39の動作を示す光線図である。
【図８Ｂ】図7に示されたユニット39の動作を示す光線図である。
【図９Ａ】図8Aおよび図8Bに示されたサブシステムの簡単化された典型的な実施例を、より詳細に示す光学図である。
【図９Ｂ】本発明の実施例で採用可能な、1つの典型的な複合レンズシステムを詳細に示す図である。
【図１０Ａ】従来技術の画像回転プリズムの横断面図である。
【図１０Ｂ】従来技術の画像回転プリズムの横断面図である。
【図１０Ｃ】一の方向の画像を示す。
【図１０Ｄ】他の方向の画像を示す。
【図１０Ｅ】他の方向の画像を示す。
【図１０Ｆ】他の方向の画像を示す。
【図１１】図6から図9の実施例の一部に基づく、本発明の第3の実施例の概略断面図である。
【図１２Ａ】第3の実施例の異なる作動状態を示す、図11と同様の図である。
【図１２Ｂ】第3の実施例の異なる作動状態を示す、図11と同様の図である。
【図１２Ｃ】第3の実施例の異なる作動状態を示す、図11と同様の図である。
【図１３】第3の実施例の変形を示す、図11と同様の図である。
【図１４】図6から図9の実施例の他の変更である、本発明の第4の実施例の図解平面図である。
【図１５Ａ】異なる検出器アレイに関連付けられた、ディスク表面部分およびイルミネーションパターンを示す図である。
【図１５Ｂ】関連付けられた検出器アレイの方向を示す図である。
【図１５Ｃ】異なる検出器アレイに関連付けられた、ディスク表面部分およびイルミネーションパターンを示す図である。
【図１５Ｄ】関連付けられた検出器アレイの方向を示す図である。
【図１５Ｅ】異なる検出器アレイに関連付けられた、ディスク表面部分およびイルミネーションパターンを示す図である。
【図１５Ｆ】関連付けられた検出器アレイの方向を示す図である。
【図１５Ｇ】異なる検出器アレイに関連付けられた、ディスク表面部分およびイルミネーションパターンを示す図である。
【図１５Ｈ】関連付けられた検出器アレイの方向を示す図である。
【図１６】本発明のいずれの実施例にも組み込まれる、完全な光ディスクドライブの概略図である。
【図１７】本発明の第5の実施例の斜視図である。
【図１８】本発明の第6の実施例の斜視図である。
【図１９】本発明の第7の実施例の断面正面詳細図である。
【符号の説明】
【０１１０】
２２  レーザ、２４  光ディスク、２６  スキャニングミラーアセンブリ、２７  スキャニングミラーアセンブリ、３０  レンズレットアレイ、３１  ビームスプリッタ、３５  ビーム成形光学ユニット、３８  プリズムアレイ。
【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１６】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2005508063.tif 000089
【国際調査報告】
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2005508063.tif 000091
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