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課題

光ディスクシングルまたはマルチトラックを読取る、小形で、高速であり、さらに、低コスト光学式読取り装置を提供する。

解決手段

データ読取りステム1であるアセンブリ10は、レ−ザおよび検出用ダイオ−ドの集積アレイであるレ−ザおよびディテクタブロック(LDB)12を備えた、単一で分割できないユニタリー保持部材と、レーザおよびディテクタを光学的に適合させる1つのバイレンズBL)14と、LDB12およびBL14の位置を調整するための電気機械式サ−ボ(EMS)18を備えている。LDB12は、体積が小さく軽量であるため、容易にその位置を調整できる。これによって、光学式ピックアップアセンブリ10の内部の光学的なアライメントをさらに自在に調節でき、実装したものが激しく振動した場合でも、光学部品の調整だけに頼るのではなく、それを補償することができる。

概要

背景

光ディスクは、記憶容量が相対的に大きいので広く普及している。3・1/2インチフロッピ−(登録商標ディスクデータ記憶容量は1.44MB(メガバイト)しかないのに対して、12cmのコンパクトな光ディスクの記憶容量は最大で650MBになる。トラック密度が高められ、ピットサイズが低減された同じ大きさのDVD−ROMにおいては、4.7GB(ギガバイト)の記憶容量が得られる。したがって、光ディスクは、オ−ディオ・ビデオ娯楽用データ格納用携帯可能な媒体として最もポピュラ−なものとなっている。今後の開発によりさらに記憶容量の増大が図られ、両面二層の高密度(HD)DVD−ROMでは30GBになり、さらに、シ−クおよびアクセス時間を短縮する光ディスク技術が実現するものと見込まれる。光ディスクをジュ−クボックスのようにして、そこに十から数百枚のディスクといくつかのディスクドライブとを内蔵することにより、非常に大きい記録装置を作ることができ、汎用性のあるリムバブル(取り外し可能)なデータ格納媒体として光ディスクの価値を大幅に高めることができる。

市場での光ディスクドライブに対する需要は驚異的である。オ−ディオCDプレ−ヤは、家庭用娯楽機器の必須品目となった。CD−ROMドライブの導入ベ−スは、現在世界全体で1億9,500万を上回ると推定され、そのピ−クは2000年以降になるであろう。DVDは、映画音楽双方向性ソフトウエアデジタル解析および記憶の質と利便性を格段に向上するものとして見込まれており、それによって必然的に我々の娯楽に対する見方情報収集方法が根底から変化することになるものと予想されている。そして、DVDはCDに取って代わり、2002年までに光ディスク市場の主流になるであろう。

CD製品やDVD製品が入手しやすくなり、さらに、高速化したマイクロプロセッサが利用できるようになっているために、ますます速い光ディスクドライブを求めるニ−ズが大きくなっている。その結果、標準のディスクドライブの何倍もの速度で動作できるディスクドライブが実現されている。1991年に発表された非常に高速のCD−ROMの動作速度を1倍速とすれば、CD−ROMドライブの性能は昨年(1997年)までに8倍から24倍の速度に飛躍的に向上し、加熱から増大する振動に対し全力傾けることに変わった。速度は早い方が良いという考え方により、CD−ROMの開発サイクルは約6ヵ月に短縮されてしまった。現在利用可能な最も速いドライブは40倍で動作する。

そのような高速のドライブを設計する技術で現在利用可能なものは、光ディスクの回転速度を上げてデータクセスの待ち時間を短縮し、データ転送速度を向上するものに限られている。残念なことに、線速度を一定にする代わりに角速度を一定にしている方法が採用されているので、データ転送速度がディスク全体にわたって一律ではないことが大きな欠点となっている。たとえば、メ−カ−が24倍仕様としているCD−ROMを取り上げてみよう。外側のトラックにあるデータは実際に24倍の速度で転送されるかもしれないが、今日のソフトウエアの大部分が記憶されている内側のトラックでは、一般的に12倍から16倍の範囲になってしまう。メ−カ−は、32倍以上の速度のドライブで信頼性のあるものは供給できそうにない。スピンドルの速度が非常に速くなれば、さらに冷却を施す必要が生じたり、さまざまな安定性上の問題が発生するので、光ディスクドライブの信頼性が損なわれてしまう。

ディスクの角速度を上げる代わりにデータ転送速度を高める一つの明らかな方法は複数のデータトラックを同時に読取るというものである。いくつかの特許の中に、そうした目的を達成しようと試みが開示されている。R.Pepperl等に付与された米国特許第4,094,010号には、多チャネル光ディスク記憶装置が記載されており、その中では、部分透過するビームスプリッターシリーズに用いて単一ビームをいくつかの読取りビームに分割している。このような方式では、多数のビーム間または焦点を合わせたビームスポット間クロスト−クを防止するために、異なる光学素子のすべてが互いに正確に位置合わせされていなければ最高記録密度を達成できない。さらに、サーマルドリフトのために光学的配置はさらに複雑になり、調整プロセスに長い時間がかかる。このように厳密な光学的配置における調整の必要性および技術的な困難性のため、必然的にデータ転送速度は下がることになり、多ビーム構成を採用した目的は達成できない。

J.T.Russellに付与された米国特許第4,074,085号には、複数の光源を用いて複数の記録・読取りビームを生成する別の多ビーム方式が記載されている。しかしながら、上述したような光学的配置の必要性が、この設計の場合も同様に問題となる。C.W.Renoに付与された米国特許第4,449,212号には、単一のレ−ザから分割された多数のビームを用いてデータを再生する試みが記載されている。この方式では、データを記録および再生するために、音響光学装置によってビームをそれぞれ独立して変調される。当業者なら、その余分な装置のために必然的にサ−ボ系が複雑になり、纏められたもののボリュームが増大することに気づくであろう。T.Tanabeらに付与された米国特許第5,619,487号には、二つのビームで三つのトラックを読取るという独創的な案が示されているが、トラックに沿って読み取られた情報を順番に積分するのは実現が困難である。

A.Alonらに付与された米国特許第5,426,623には、多トラックに対し広幅ビームを照射して読み取る方法が示されている。この場合、静的な照射および検出部から、可動する光ヘッド部を介して広幅のインコヒーレントなレ−ザビームが出され、いくつかのトラックを同時に照らす。反射ビームは、イメジン検出器ピクセル画素アレイにあたるようになっている。残念ながら、インコヒーレントな光は、CD−ROMのピックアップ装置に使用するには非常に都合が悪い。この広幅ビームの主な欠点の一つは、最初に出射するレ−ザビームは高エネルギ−出力が要求されるので、光ディスクの表面が熱によって劣化する危険性があり、さらに冷却を施す必要があるということである。また、光がインコヒーレントであるために、干渉作用によって画像のコントラストが低下する。反射したディスクのイメージの範囲が広いため、検出器のアレイ画素解析を行うアルゴリズムが非常に複雑になり、不正確になったり、信頼性のないものになる可能性がある。

A.Alonに付与された米国特許第5,729,512には、多重ビーム法の異なる設計が記載されている。その方法では、回折格子を使って単一のレ−ザビームを等間隔に配置された七つの個別ビームに分割し、七つの隣接するトラックからデータを読取る。中心のビームでフォーカシングおよびトラッキングを行う。さらに、七つの個別の光ピックアップが反射ビームを読取り、信号を集積回路送り、該集積回路がフォーカシングおよびトラッキングエラーを計算して修正すると共に、データを多重化する。現在市販されている多ビームCD−ROMドライブは速度の倍率が40倍のもので、最大データ転送速度は6.0MB/秒である。この方法では、レ−ザの出力エネルギ−には限界があるため、境界の部分では分割されたビームのエネルギ−が決まって少なくなり、そのために読取りの精度と信頼性が低下し、信号解析システムも複雑になる。さらに多くの数のトラックを同時に読み取ろうとしても、同じ問題により、分割されたビームは最大数(現在は七つ)も制限される。該装置では追加の光学素子が必要になるために、ピックアップ装置がさらにかさ高になり、製造コストも上昇する。

光ディスクドライブに多トラックの同時読取り能力実装するには、さらにフォーカシングおよびトラッキング制御に関連した問題がある。CD−ROMドライブにおけるフォーカシングおよびトラッキングの二つの従来式方法はL.BuDDineおよびE.Yong共著の「The BraDy GuiDe To CD-ROM」(1987年、ニュ−ヨ−クのBraDyから出版)の338〜348ペ−ジに記されており、その記述参照部分として本明細書に組み入れられる。フィリップの代表的な装置では、単一ビームとスイングア−ムとを組立てたアセンブリが、プッシュプル式のトラッキングと、フーコー式のフォーカシングが組み合わせている。一方、ソニーの装置では、3ビームおよびスレッドがねじ式トラッキングと組み合わされ、さらに、非点収差式のフォーカシングが用いられている。どちらの装置も、光源および検出部は別々で固定されており、レ−ザビームを光ディスクに向けるためにも、また、レ−ザとは異なる位置にある検出器に反射光を向けなおすためにも複雑な光学系が必要となる。

概要

光ディスクのシングルまたはマルチトラックを読取る、小形で、高速であり、さらに、低コスト光学式読取り装置を提供する。

データ読取りステム1であるアセンブリ10は、レ−ザおよび検出用ダイオ−ドの集積アレイであるレ−ザおよびディテクタブロック(LDB)12を備えた、単一で分割できないユニタリー保持部材と、レーザおよびディテクタを光学的に適合させる1つのバイレンズBL)14と、LDB12およびBL14の位置を調整するための電気機械式サ−ボ(EMS)18を備えている。LDB12は、体積が小さく軽量であるため、容易にその位置を調整できる。これによって、光学式ピックアップアセンブリ10の内部の光学的なアライメントをさらに自在に調節でき、実装したものが激しく振動した場合でも、光学部品の調整だけに頼るのではなく、それを補償することができる。

目的

以上を考慮すると、光ディスクのシングルトラックを読取る、小形で、高速であり、さらに、低コストの光学式読取りおよびサ−ボ制御方法および装置を提供することが望ましい。

また、非常に高いデータ転送速度を達成するために、光ディスクの複数トラックを同時に読取る、小形で、高速であり、さらに、低コストの光学式読取り方法および装置を提供することが望ましい。

また、単一トラックおよび複数トラックの光データ読取り用の光学式読取り装置に使用できる、互換性のあるトラッキング、フォーカシングおよび倍率制御の方法および装置を提供することが望ましい。

さらに、並行して読み取られるトラックの数をさらに増やすために発光部と検出部を拡張可能な、光学式読取り方法および装置を提供することが望ましい。

さらに、複雑で高価な多数の光学式部品を用いる代わりに、単一の簡素化された多機能光学素子を用いてシングルトラックおよびマルチトラックを読取る光学式読取り方法および装置を提供することがさらに望ましい。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

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請求項1

データが記録された光記録媒体シングルトラックおよびマルチトラックのデータを読取るシステムであって、少なくとも1つの光束を生成する手段と、前記少なくとも1つの光束を生成する手段からの少なくとも1つの光束を光記録媒体へ向け、少なくとも1つの反射された光データストリームを生成する手段と、この少なくとも1つの反射された光データストリームからデータを検出する手段と、前記少なくとも1つの反射された光データストリームを前記データを検出する手段に向ける手段と、ユニタリー保持部材とを有し、前記少なくとも1つの光束を生成する手段、および前記少なくとも1つの反射された光データストリームからデータを検出する手段が前記ユニタリーな保持部材に配置されているデータ読取システム。

請求項2

請求項1において、前記ユニタリーな保持部材が単一な基板を備えており、前記少なくとも1つの光束を生成する手段、および光記録媒体から反射される少なくとも1つの反射された光データストリームからデータを検出する手段は全体が該単一な基板に埋め込まれており、このユニタリーな保持部材により、レ−ザとディテクタが該単一な基板にモノリシック集積されるデータ読取システム。

請求項3

請求項2において、前記単一な基板はシリコンを含んでいるデータ読取システム。

請求項4

請求項1において、前記の少なくとも1つの光束を生成する手段は、少なくとも1つのVCSELを備えているデータ読取システム。

請求項5

請求項1において、前記少なくとも1つの反射された光データストリームからデータを検出する手段は、少なくとも1つのRCPDを備えているデータ読取システム。

請求項6

請求項5において、前記少なくとも1つの光束を生成する手段は少なくとも1つのVCSELを備えているデータ読取システム。

請求項7

請求項2において、前記ユニタリーな保持部材は1つのマイクロチップを備えているデータ読取システム。

請求項8

請求項1において、前記少なくとも1つの光束を生成する手段は1つの光束を生成する手段を複数備えており、前記少なくとも1つの光データストリームからデータを検出する手段は1つの光データストリームからデータを検出する手段を複数備えていることを特徴とするデータ読取システム。

請求項9

請求項8において、複数の前記1つの光束を生成する手段は前記ユニタリーな保持部材の上に割込みなく連続して配置され、同様に前記ユニタリーな保持部材の上に割込みなく連続して配置される複数の前記データを検出する手段に対し平行しているデータ読取システム。

請求項10

請求項8において、複数の前記1つの光束を生成する手段は、複数の前記データを検出する手段に対し一続きに配置されており、前記1つの光束を生成する手段および前記1つのデータストリームからデータを検出する手段が交互になった1つの長いアレイをなしているデータ読取システム。

請求項11

請求項8において複数の前記1つの光束を生成する手段は前記ユニタリーな保持部材の上に割込みなく連続して配置され、同様に割込むなく連続して配置される複数の前記データを検出する手段と一続きになっているデータ読取システム。

請求項12

請求項8において、前記少なくとも1つの光束を生成する手段は、1つの光束を生成する手段を1つと、これと組み合わされることにより、その光束を複数の光束に分割する手段とを備えているデータ読取システム。

請求項13

請求項12において、前記光束を分割する手段は回折格子を備えているデータ読取システム。

請求項14

請求項8において、複数の前記1つの光束を生成する手段および複数の前記データを検出する手段は、前記ユニタリーな保持部材の上に2本の平行線をなして、それぞれが割込みなく連続するように配置されており、1つの光記録媒体の少なくとも2つのデータポイントから同時にデータを検出できるデータ読取システム。

請求項15

請求項8において、1つの光束を生成する手段の少なくとも1つ、およびデータを検出する手段の少なくとも1つが、残りの複数の前記1つの光束を生成する手段、および残りの複数の前記データを検出する手段から移った前記ユニタリーな保持部材の上に配置され、これら残りの複数の前記1つの光束を生成する手段は割込みなく連続して配置され、同様に割込みなく連続して配置された残りの前記1つの光学データストリームからデータを検出する手段に対し平行しており、前記光記録媒体の少なくとも2つのデータポイントからデータを検出でき、さらに、エラ−信号を生成可能なデータ読取システム。

請求項16

請求項8において、1つの光束を生成する手段の少なくとも1つ、およびデータを検出する手段の少なくとも1つが、残りの複数の前記1つの光束を生成する手段、および残りの複数の前記データを検出する手段から移った前記ユニタリーな保持部材の上に配置され、これら残りの複数の前記1つの光束を生成する手段は、残りの前記データを検出する手段と交互に一続きに配置されており、前記光記録媒体の少なくとも2つのデータポイントからデータを検出でき、さらに、エラ−信号を生成可能なデータ読取システム。

請求項17

請求項8において、複数の前記1つの光束を生成する手段は所定のアレイ状に配置され、複数の前記データを検出する手段は、前記1つの光束を生成する手段のアレイに対し、移った平行な位置で対称なアレイ状に配置されているデータ読取システム。

請求項18

請求項8において、複数の前記1つの光束を生成する手段は所定のアレイ状に配置され、複数の前記データを検出する手段は、前記1つの光束を生成する手段のアレイに対し、移った一続きとなる位置で対称なアレイ状に配置されているデータ読取システム。

請求項19

請求項8において、複数の前記1つの光束を生成する手段は割込みなく連続し、複数の前記データを検出する手段と平行にペアをなすように配置され、前記1つの光束を生成する手段および前記データを検出する手段のペアの複数の連続した列が前記ユニタリーな保持部材の上に形成され、さらに、これらの複数の連続した列のうち、それぞれの連続した列は、前の列に対し相対的に横にシフトしており、1つの光記録媒体の少なくとも2つのデータポイントからデータを検出できるデータ読取システム。

請求項20

請求項19において、1つの光束を生成する手段の少なくとも1つおよびデータを検出する手段の少なくとも1つが、前記割込みなく連続した前記1つの光束を生成する手段および前記データを検出する手段から移った前記ユニタリーな保持部材の上に配置され、エラ−信号を生成可能なデータ読取システム。

請求項21

請求項8において、複数の前記1つの光束を生成する手段は、複数のマイクロレ−ザを備えているデータ読取システム。

請求項22

請求項21において、複数の複数のマイクロレ−ザは独立して制御可能であるデータ読取システム。

請求項23

請求項1において、前記少なくとも1つの光束を生成する手段からの少なくとも1つの光束を光記録媒体へ向け、少なくとも1つの反射された光データストリームを生成する手段、および前記少なくとも1つの反射された光データストリームを前記データを検出する手段の上へ向ける手段は単一の光学素子を備えているデータ読取システム。

請求項24

請求項23において、前記単一の光学素子は、少なくとも1つの光束を光記録媒体の上へ向けるとともに、少なくとも1つの反射された光データストリームを前記データを検出する手段の上へシフトする小角度のビームスプリッターを備えているデータ読取システム。

請求項25

請求項24において、前記小角度のビームスプリッターは、第1の半割部と第2の半割部が融合されたバイレンズを備えているデータ読取システム。

請求項26

請求項25において、前記バイレンズの第1の半割部は、前記バイレンズの第2の半割部に対して所定の距離だけシフトされ、前記少なくとも1つの光束を生成する手段は、前記バイレンズに対し垂直な方向に、前記データを検出する手段に対し所定の距離だけシフトされており、2層の光記録媒体からデータを検出できるデータ読取システム。

請求項27

請求項26において、前記少なくとも1つの光束を生成する手段は前記データを検出する手段に対して所定の距離だけシフトされ、前記バイレンズの第1の半割部が前記バイレンズの第2の半割部に対してシフトしている距離が、前記少なくとも1つの光束を生成する手段が前記データを検出する手段に対してシフトしている距離にほぼ等しいデータ読取システム。

請求項28

請求項25において、前記バイレンズの第1の半割部の焦点距離が前記バイレンズの第2の半割部の焦点距離と異なり、前記少なくとも1つの光束を生成する手段は、前記バイレンズに対して垂直な方向に、前記データを検出する手段に対してシフトしており、2層の光記録媒体からデータを検出することができるデータ読取システム。

請求項29

請求項1において、さらに、少なくとも1つの光束が光記録媒体のデータトラック上に位置合わせされ、フォーカシングされていることを示すエラ−信号を生成する手段を有するデータ読取システム。

請求項30

請求項29において、さらに、前記エラ−信号を生成する手段により生成されたエラ−信号に応答して少なくとも前記のユニタリーな保持部材と前記単一の光学素子の位置を自動的に調整する手段を有するデータ読取システム。

請求項31

請求項29において、前記エラ−信号を生成する手段は、1つの光束を生成する手段と、これと組み合わされるデータを検出する手段とを備えているデータ読取システム。

請求項32

請求項1において、さらに、当該システム内の温度変化監視する手段を有するデータ読取システム。

請求項33

請求項32において、前記温度を監視する手段は前記ユニタリーな保持部材の上に配置された熱抵抗体を備えているデータ読取システム。

請求項34

請求項32において、前記温度を監視する手段は前記1つの光束を発生する手段と前記データを検出する手段とを結ぶ手段であり、導波体を使用して温度変化を監視できるデータ読取システム。

請求項35

請求項2において、さらに、光記憶媒体の上にデータを記録可能な出力の1つの光束を生成する手段を有し、この光記憶媒体の上にデータを記録可能な光束を生成する手段は前記ユニタリーな保持部材にメカニカルに固定されているデータ読取システム。

請求項36

請求項35において、前記光記憶媒体の上にデータを記録可能な出力の光束を生成する手段は、さらに光記憶媒体からデータを読取るのに適した出力の光束を生成可能なデータ読取システム。

請求項37

請求項36において、前記光記憶媒体の上にデータを記録可能な出力の光束を生成する手段は、光記憶媒体にデータを記録するために約15〜20mWの出力で動作可能であり、さらに光記憶媒体からデータを読取るために約1mWの出力で動作可能なデータ読取システム。

請求項38

請求項35において、前記光記憶媒体の上にデータを記録可能な出力の光束を生成する手段は端面発光レ−ザを備えているデータ読取システム。

請求項39

請求項38において、さらに、前記光記憶媒体の上にデータを記録可能な出力の光束を生成する手段により生成された光束を、前記少なくとも1つの光束を生成する手段により生成された光束の方向に対してほぼ平行な方向に変更する手段を有するデータ読取システム。

請求項40

データが記録された光記録媒体のシングルトラックおよびマルチトラックのデータを読取るシステムであって、少なくとも1つの光束を生成する手段と、データを検出する手段と、前記少なくとも1つの光束を生成する手段からの少なくとも1つの光束を光記録媒体の上へ向け、少なくとも1つの反射された光データストリームを生成するとともに、この少なくとも1つの反射された光データストリームを前記データ検出手段の上へ向ける単一の光学素子とを有するデータ読取システム。

請求項41

請求項40において、前記単一の光学素子は、少なくとも1つの光束を1つの光記録媒体の上へ向けるとともに、少なくとも1つの反射された光データストリームを前記データを検出する手段の上へシフトする小角度のビームスプリッターを備えているデータ読取システム。

請求項42

請求項41において、前記小角度ビームスプリッターは第1の半割部と第2の半割部とを具備するバイレンズを備えているデータ読取システム。

請求項43

請求項42において、前記バイレンズの第1の半割部が前記バイレンズの第2の半割部に対して所定の距離だけシフトし、前記少なくとも1つの光束を生成する手段は、前記バイレンズに対して垂直な方向に、前記データを検出する手段に対して所定の距離だけシフトしており、2層の光記録媒体からデータを読取ることができるデータ読取システム。

請求項44

請求項43において、前記バイレンズの第1の半割部が前記バイレンズの第2の半割部に対してシフトしている距離が、前記少なくとも1つの光束を生成する手段が前記データを検出する手段に対してシフトしている距離にほぼ等しいデータ読取システム。

請求項45

請求項42において、前記バイレンズの第1の半割部の焦点距離が前記バイレンズの第2の半割部の焦点距離と異なり、前記少なくとも1つの光束を生成する手段は、前記バイレンズに対して垂直の方向に、前記データを検出する手段に対してシフトしており、2層の光記録媒体からデータを読取ることができるデータ読取システム。

技術分野

0001

本発明は、光ディスクなどの光記録媒体から情報を読取可能なデータ読取システムに関するものである。

背景技術

0002

光ディスクは、記憶容量が相対的に大きいので広く普及している。3・1/2インチフロッピ−(登録商標ディスクデータ記憶容量は1.44MB(メガバイト)しかないのに対して、12cmのコンパクトな光ディスクの記憶容量は最大で650MBになる。トラック密度が高められ、ピットサイズが低減された同じ大きさのDVD−ROMにおいては、4.7GB(ギガバイト)の記憶容量が得られる。したがって、光ディスクは、オ−ディオ・ビデオ娯楽用データ格納用携帯可能な媒体として最もポピュラ−なものとなっている。今後の開発によりさらに記憶容量の増大が図られ、両面二層の高密度(HD)DVD−ROMでは30GBになり、さらに、シ−クおよびアクセス時間を短縮する光ディスク技術が実現するものと見込まれる。光ディスクをジュ−クボックスのようにして、そこに十から数百枚のディスクといくつかのディスクドライブとを内蔵することにより、非常に大きい記録装置を作ることができ、汎用性のあるリムバブル(取り外し可能)なデータ格納媒体として光ディスクの価値を大幅に高めることができる。

0003

市場での光ディスクドライブに対する需要は驚異的である。オ−ディオCDプレ−ヤは、家庭用娯楽機器の必須品目となった。CD−ROMドライブの導入ベ−スは、現在世界全体で1億9,500万を上回ると推定され、そのピ−クは2000年以降になるであろう。DVDは、映画音楽双方向性ソフトウエアデジタル解析および記憶の質と利便性を格段に向上するものとして見込まれており、それによって必然的に我々の娯楽に対する見方情報収集方法が根底から変化することになるものと予想されている。そして、DVDはCDに取って代わり、2002年までに光ディスク市場の主流になるであろう。

0004

CD製品やDVD製品が入手しやすくなり、さらに、高速化したマイクロプロセッサが利用できるようになっているために、ますます速い光ディスクドライブを求めるニ−ズが大きくなっている。その結果、標準のディスクドライブの何倍もの速度で動作できるディスクドライブが実現されている。1991年に発表された非常に高速のCD−ROMの動作速度を1倍速とすれば、CD−ROMドライブの性能は昨年(1997年)までに8倍から24倍の速度に飛躍的に向上し、加熱から増大する振動に対し全力傾けることに変わった。速度は早い方が良いという考え方により、CD−ROMの開発サイクルは約6ヵ月に短縮されてしまった。現在利用可能な最も速いドライブは40倍で動作する。

0005

そのような高速のドライブを設計する技術で現在利用可能なものは、光ディスクの回転速度を上げてデータクセスの待ち時間を短縮し、データ転送速度を向上するものに限られている。残念なことに、線速度を一定にする代わりに角速度を一定にしている方法が採用されているので、データ転送速度がディスク全体にわたって一律ではないことが大きな欠点となっている。たとえば、メ−カ−が24倍仕様としているCD−ROMを取り上げてみよう。外側のトラックにあるデータは実際に24倍の速度で転送されるかもしれないが、今日のソフトウエアの大部分が記憶されている内側のトラックでは、一般的に12倍から16倍の範囲になってしまう。メ−カ−は、32倍以上の速度のドライブで信頼性のあるものは供給できそうにない。スピンドルの速度が非常に速くなれば、さらに冷却を施す必要が生じたり、さまざまな安定性上の問題が発生するので、光ディスクドライブの信頼性が損なわれてしまう。

0006

ディスクの角速度を上げる代わりにデータ転送速度を高める一つの明らかな方法は複数のデータトラックを同時に読取るというものである。いくつかの特許の中に、そうした目的を達成しようと試みが開示されている。R.Pepperl等に付与された米国特許第4,094,010号には、多チャネル光ディスク記憶装置が記載されており、その中では、部分透過するビームスプリッターシリーズに用いて単一ビームをいくつかの読取りビームに分割している。このような方式では、多数のビーム間または焦点を合わせたビームスポット間クロスト−クを防止するために、異なる光学素子のすべてが互いに正確に位置合わせされていなければ最高記録密度を達成できない。さらに、サーマルドリフトのために光学的配置はさらに複雑になり、調整プロセスに長い時間がかかる。このように厳密な光学的配置における調整の必要性および技術的な困難性のため、必然的にデータ転送速度は下がることになり、多ビーム構成を採用した目的は達成できない。

0007

J.T.Russellに付与された米国特許第4,074,085号には、複数の光源を用いて複数の記録・読取りビームを生成する別の多ビーム方式が記載されている。しかしながら、上述したような光学的配置の必要性が、この設計の場合も同様に問題となる。C.W.Renoに付与された米国特許第4,449,212号には、単一のレ−ザから分割された多数のビームを用いてデータを再生する試みが記載されている。この方式では、データを記録および再生するために、音響光学装置によってビームをそれぞれ独立して変調される。当業者なら、その余分な装置のために必然的にサ−ボ系が複雑になり、纏められたもののボリュームが増大することに気づくであろう。T.Tanabeらに付与された米国特許第5,619,487号には、二つのビームで三つのトラックを読取るという独創的な案が示されているが、トラックに沿って読み取られた情報を順番に積分するのは実現が困難である。

0008

A.Alonらに付与された米国特許第5,426,623には、多トラックに対し広幅ビームを照射して読み取る方法が示されている。この場合、静的な照射および検出部から、可動する光ヘッド部を介して広幅のインコヒーレントなレ−ザビームが出され、いくつかのトラックを同時に照らす。反射ビームは、イメジン検出器ピクセル画素アレイにあたるようになっている。残念ながら、インコヒーレントな光は、CD−ROMのピックアップ装置に使用するには非常に都合が悪い。この広幅ビームの主な欠点の一つは、最初に出射するレ−ザビームは高エネルギ−出力が要求されるので、光ディスクの表面が熱によって劣化する危険性があり、さらに冷却を施す必要があるということである。また、光がインコヒーレントであるために、干渉作用によって画像のコントラストが低下する。反射したディスクのイメージの範囲が広いため、検出器のアレイ画素解析を行うアルゴリズムが非常に複雑になり、不正確になったり、信頼性のないものになる可能性がある。

0009

A.Alonに付与された米国特許第5,729,512には、多重ビーム法の異なる設計が記載されている。その方法では、回折格子を使って単一のレ−ザビームを等間隔に配置された七つの個別ビームに分割し、七つの隣接するトラックからデータを読取る。中心のビームでフォーカシングおよびトラッキングを行う。さらに、七つの個別の光ピックアップが反射ビームを読取り、信号を集積回路送り、該集積回路がフォーカシングおよびトラッキングエラーを計算して修正すると共に、データを多重化する。現在市販されている多ビームCD−ROMドライブは速度の倍率が40倍のもので、最大データ転送速度は6.0MB/秒である。この方法では、レ−ザの出力エネルギ−には限界があるため、境界の部分では分割されたビームのエネルギ−が決まって少なくなり、そのために読取りの精度と信頼性が低下し、信号解析システムも複雑になる。さらに多くの数のトラックを同時に読み取ろうとしても、同じ問題により、分割されたビームは最大数(現在は七つ)も制限される。該装置では追加の光学素子が必要になるために、ピックアップ装置がさらにかさ高になり、製造コストも上昇する。

0010

光ディスクドライブに多トラックの同時読取り能力実装するには、さらにフォーカシングおよびトラッキング制御に関連した問題がある。CD−ROMドライブにおけるフォーカシングおよびトラッキングの二つの従来式方法はL.BuDDineおよびE.Yong共著の「The BraDy GuiDe To CD-ROM」(1987年、ニュ−ヨ−クのBraDyから出版)の338〜348ペ−ジに記されており、その記述参照部分として本明細書に組み入れられる。フィリップの代表的な装置では、単一ビームとスイングア−ムとを組立てたアセンブリが、プッシュプル式のトラッキングと、フーコー式のフォーカシングが組み合わせている。一方、ソニーの装置では、3ビームおよびスレッドがねじ式トラッキングと組み合わされ、さらに、非点収差式のフォーカシングが用いられている。どちらの装置も、光源および検出部は別々で固定されており、レ−ザビームを光ディスクに向けるためにも、また、レ−ザとは異なる位置にある検出器に反射光を向けなおすためにも複雑な光学系が必要となる。

発明が解決しようとする課題

0011

上記の2つのトラッキングおよびフォーカシング方法および装置のいずれかをそのまま用いてマルチトラックを読取る装置をつくろうとすると、高価な光学部品を追加する必要があり、さらに、データ再生の精度と信頼性が損なわれる危険性が伴う。先行技術のなかには、そうした変形例に関する特許を見つけることができる。A.Alonらに発行された米国特許第5,708,634号には、Sonyのフォーカシング装置の変形例であって、広幅ビームで多数の光トラックを照射する前記の設計に応用するために4分割ディテクタを使用する例が説明されている。また、A.Alonに発行された米国特許第5,728,512号には、サーボシステムを用いて複数区画フォトダイオードからの信号を解析し、トラッキングおよび倍率エラ−を補正する装置が記載されている。

0012

こうしたデータ読取り、フォーカシングおよびトラッキングのエラー補正装置は非常に複雑になるため、実現するとボリュームが大きくなり、調整応答待ち時間も大きくなる。このため、コンパクトでデータ転送速度が高いという両方の目的を同時に達成すると逆の結果になりそうである。しかしながら、本願の発明者らは、最近のマイクロレ−ザ、マイクロスケール光検出機構、例えば受光素子、およびモールド型非球面レンズの最近の進歩によって、多数の素子極小的にまとめて合同し、さらに重要な長所を持たせることができ、それによって、より優れた異なる設計を行うことができるのに気がついた。

0013

大きさの制約があるため、従来式の光ディスクの読取ヘッドは、1つの端面発光レ−ザと1つまたはそれ以上の検出器だけを使用している。端面発光レ−ザを製造する上での大きさの下限は、幅が50ミクロン、長さが100〜200ミクロンである。それに対して、垂直共振器面発光レ−ザ(VCSEL)は、直径10ミクロン以下の微小円形単位で製造することができる。さらに、VCSELには垂直にビームを放出するので、VCSELを二次元レ−ザアレイにすることができる。現在のVCSELが放出する光の波長は650nmから980nmの範囲である。VCSELは、GaAs/GaAlAs、InGaAs、GaInPおよびAlGaAs、InPにより形成され、多層の反射面のサンドイッチ構造になっており、それらの反射面の間に多数の量子源が形成される。二次元レ−ザアレイは、分子ビームエピタキシ−(MBE)または金属有機化学蒸着MOCVD)とリソグラフィとによって製造することができる。

0014

J.L.Jewellらに付与された米国特許第5,526,182号には、多トラックを読取る多ビームを備えた光学式記憶装置に一次元と二次元のVCSELアレイを実装することが記載されている。本願の発明者らは、この設計の重要な欠点は検出器がマイクロレ−ザと同じアレイブロック上に組み込まれていないことであることに気づいた。VCSELに対しする望ましい検出器は共振型ホトダイオ−ド(RCPD)を選定することが望ましい。というのは、RCPDは製法が類似しており、VCSELの波長周辺の狭いスペクトル領域では感度が高い(量子伝達効率85%以上)ためである。

0015

本発明の発明者らは、レ−ザと検出器を同一チップ上に集積できないかどうか、さらに検討した。Ortizらは、1996年に初めてVCSELとRCPDとを同一の基板上に同一のエピレイヤ−(epilayer)設計でモノリシックに集積することに成功した(「Electronics Letters, Vol.32,No.13」、1205〜1206ペ−ジ。該記述は参照として本書に組み入れる)。VCSELとRCPDのアレイを制御回路信号増幅器とともに同一の可動ブロック上に設けることによって、全ての光学的な相互接続オプティカルインターコネクション)とオプトエレクトロニクスインタ−フェ−ス機能を非常にコンパクトな形で集積することができる。また、ビームトラッキング、フォーカシングおよび拡大機能を持ったオプトエレクトロニクス部品の集積を進めることによって、光学的な相互接続用のパッケ−ジも簡素化できる。また、非球面モールドレンズを採用すれば、一つの小さなエレメントにより多くの機能を詰め込むことができ、光学系を著しく簡素化することができる。様々な形式のリソグラフィのような高度な半導体技術によって、マイクロレ−ザや検出器を非常に低コストで大量に製造することができる。このようにミニチュア化されたピックアップ装置は、J. Drexlerに付与された米国特許第4,745,268に開示されたような、ウォレットサイズの個人情報あるいは医療来歴カ−ド上の符号化された光データを読取れるように変形することも可能となる。

0016

以上を考慮すると、光ディスクのシングルトラックを読取る、小形で、高速であり、さらに、低コストの光学式読取りおよびサ−ボ制御方法および装置を提供することが望ましい。

0017

また、非常に高いデータ転送速度を達成するために、光ディスクの複数トラックを同時に読取る、小形で、高速であり、さらに、低コストの光学式読取り方法および装置を提供することが望ましい。

0018

また、単一トラックおよび複数トラックの光データ読取り用の光学式読取り装置に使用できる、互換性のあるトラッキング、フォーカシングおよび倍率制御の方法および装置を提供することが望ましい。

0019

さらに、並行して読み取られるトラックの数をさらに増やすために発光部と検出部を拡張可能な、光学式読取り方法および装置を提供することが望ましい。

0020

さらに、光ディスクの単一(シングル)トラックおよび複数(マルチ)トラックを読取る光学式読取りの方法および装置の発光部と検出部を同期して動かし、また、位置調整できるようにすることが望ましい。

0021

さらに、複雑で高価な多数の光学式部品を用いる代わりに、単一の簡素化された多機能光学素子を用いてシングルトラックおよびマルチトラックを読取る光学式読取り方法および装置を提供することがさらに望ましい。

課題を解決するための手段

0022

本発明は、全般的には、光ディスクから符号化された情報を取得することに関し、具体的には、光ディスク読取りヘッド内の情報ピックアップシステムに用いられる方法および装置に関するものである。さらに、トラックキング、フォーカシングおよび倍率(マグニフィケイション)エラ−を検出し、補正する方法および装置に関するものである。またさらに、光ディスク読取り装置におけるデータピックアップおよびサ−ボ制御の方法および装置を小型化するために面発光半導体マイクロレ−ザと半導体光検出器を適用することに関するものである。さらに、データのピックアップ、トラックキング、フォーカシングおよび倍率用のサ−ボシステムにモビリティを持たせ、より調整能力を与えることにも関する。また、モールドされた非球面バイレンズの光学式読取りヘッドへの応用にも関するものである。さらに、光ディスク上の単一トラックのデータを読取るだけでなく、多トラックのデータも同時に読取り、データ転送速度の非常に高い光学式読取装置を提供するものである。

0023

そこで、本発明は、光ディスクのシングルトラックはもちろんマルチトラックも同時読み取る、小形で、高速であり、さらに低コストの光学式の読取りおよびサ−ボ制御の方法と装置を提供することを主な目的としている。

0024

本発明のもう一つの目的は、シングルまたはマルチトラッキング読取りヘッドにより、光ディスクから正確で信頼性があり、さらに最適な状態で情報再生を行うためのフォーカシングおよびトラッキングの方法および装置を多重構成できるようにすることである。

0025

さらに、本発明のもう一つの目的は、マイクロレンズやマイクロスケールの光検出機構を用いることによって、読取り、フォーカシングおよびトラッキング用の装置を含んだ検出区画および発光区画を小型化することである。

0026

さらに、本発明のもう一つの目的は、同時に読取り可能な光学式のデータトラックの数を増やせるようにするために照射部と検出部を拡張可能にする光学式の読取り方法および装置を提供することである。

0027

さらに、本発明のもう一つの目的は、単一のマイクロチップ上にマイクロレ−ザや検出器をまとめて局所化することによって、単一のトラックおよび複数のトラックを読取れるように動きを同期でき、アライメント融通性のある光学読取り方法および装置の照射および検出部を提供することである。

0028

さらに、本発明のもう一つの目的は、単一の成形非球面光学素子対物レンズとして使用し多重ビーム用のスプリッターおよびミラーを不用にすることによって、単一のトラックおよび複数のトラックを読取るための光ディスク読取りヘッドの光学系を簡素化することがある。

0029

光ディスク上の多数のデータトラックを同時に読取ることができる装置に用いられているトラッキング、フォーカシングおよびマグニフィケイション用のサ−ボ装置および方法を実現することにより、本発明の原理にしたがって、上記の目的および上記以外の本発明の目的を達成することができる。

0030

本発明の1つの特徴は、独立して励起できる1つまたは複数のマイクロレ−ザと独立して動作する複数の光検出器の集積アレイである。複数のレ−ザと検出器(ディテクタ)のアレイはユニタリーな、すなわち、単一体で分割されない保持部材上の集積されたアレイの内部に多数のパタ−ンを描いて配列され、これがレ−ザ/ディテクタブロック(LDB)と呼ばれる。本発明では、LDBの単一な基板上にレ−ザとディテクタのアレイがモノリシックに集積されることが望ましい。この単一な基板は、シリコン製で良い。

0031

すなわち、本発明の、データが記録された光記録媒体のシングルトラックおよびマルチトラックのデータを読取るシステムにおいては、少なくとも1つの光束を生成する手段と、少なくとも1つの光束を生成する手段からの少なくとも1つの光束を光記録媒体へ向け、少なくとも1つの反射された光データストリームを生成する手段と、この少なくとも1つの反射された光データストリームからデータを検出する手段と、少なくとも1つの反射された光データストリームをデータを検出する手段に向ける手段と、ユニタリーな保持部材とを有し、少なくとも1つの光束を生成する手段、および少なくとも1つの反射された光データストリームからデータを検出する手段がユニタリーな保持部材に配置されている。さらに、ユニタリーな保持部材が単一な基板を備えており、少なくとも1つの光束を生成する手段、および光記録媒体から反射される少なくとも1つの反射された光データストリームからデータを検出する手段は全体が該単一な基板に埋め込まれており、このユニタリーな保持部材により、レ−ザとディテクタが単一な基板にモノリシックに集積されていることが望ましい。

0032

本発明のもう一つの特徴は、レ−ザアレイによってつくられた光学レ−ザビームを、光ディスクのような光学式記録媒体上に向けさせるとともに、ディスクから反射された光データストリームをディテクタアレイ上に投射する役割を果たす単一の光学素子があることである。

0033

好ましい単一の光学素子は、小角度のビームスプリッター(SABS)であり、これはソ−スレ−ザビームを物体(具体的には光ディスク)の表面に向け、反射光はレ−ザの方向から離して隣り合っているディテクタの上へシフトする。SABSの好ましい実施例は、モールドされた非球面スプリットレンズ、すなわちバイレンズ(Bilens(BL))であり、反射防止層を設けて、光ディスク上へのレ−ザビームの投射強度を上げると共に、反射光の収集量を向上するために反射防止でコートされたものである。この光学素子を他の構成にするには他のプリズムや回折格子またはその両方を用いることができる。

0034

すなわち、少なくとも1つの光束を生成する手段からの少なくとも1つの光束を光記録媒体へ向け、少なくとも1つの反射された光データストリームを生成し、少なくとも1つの反射された光データストリームをデータを検出する手段の上へ向ける手段は単一の光学素子を備えており、その望ましい単一の光学素子は、少なくとも1つの光束を光記録媒体の上へ向けるとともに、少なくとも1つの反射された光データストリームをデータを検出する手段の上へシフトする小角度のビームスプリッターである。さらに、小角度のビームスプリッターは、第1の半割部と第2の半割部が融合されたバイレンズが望ましい。

0035

本発明のある実施例では、マイクロレ−ザは複数の垂直共振器型面発光レ−ザ(Vertical Cavity Surface-Emitting Lasers (VCSEL))であり、光検出機構は共振型ホトダイオ−ド(Resonance Cavity PhotoDetectors (RCPD))である。VCSELは、独立して制御できる。LDB上で今回使われている各VCSELの駆動パワーは約1mW程度であり、従来のVCSELに対し非常にわずかである。

0036

本発明の更なる特徴の一は、トラッキング、フォーカシングおよび倍率制御システムがLDB、BLおよび電気機械式サ−ボ(Electromechanical Servo (EMS))とから構成されており、エラ−信号にしたがってLDBとBLの両方の2つの方向に自動的に位置調整することである。トラッキング、フォーカシングおよび拡大(倍率、マグニフィケイション)調整するときに参照されるエラ−信号は、LDB上の複数のディテクタの応答状況から生成される。光学式ヘッド全長は、BLの焦点距離だけによって決まり、15〜20mmまで小さくすることができる。

0037

本発明によれば、レ−ザとディテクタとを組み合わせたアレイは、様々な配列にアレンジできる。ある配列では、レ−ザとディテクタとが一続きシリアル)1つづ交互(インターリービング)に並び、フォーカシングおよびトラッキング用の構成が両端に並んでいるか、またはアレイの真中にはさまれているか、或いはその両方になっている。また別の配列では、レ−ザとディテクタのペアが平行に並び、フォーカシングおよびトラッキング用の構成がその両端に並んでいるか、またはその真中にはさまれているか、或いはその両方になっている。さらに異なる配列では、レーザおよびディテクタアレイの列が相互にはなれ、レーザとディテクタのペアマトリックスアレイが形成され、フォーカシングおよびトラッキング用の構成がその両端に並んでいるか、またはアレイの真中にはさまれているか、或いはその両方になっている。

0038

さらに、本発明においては、光学式読取りヘッドの第1の実施の例は、LDB上に配置された1つまたは3つのVCSELと複数のRCPD、および単一トラックまたは二重トラックの光データ読取り用の単一のBLを使用し、小形で高速のCD/DVD−ROMドライブである。この例の場合には、様々な配列のフォーカシングおよびトラッキングシステムがエラ−の訂正に用いることができる。

0039

また、本発明の第2の実施の例では、CD/DVD−ROMドライブが光学式読取りヘッドを備えており、それは、光ディスク上の多数の隣り合うトラックから同時にデータを再生することができるレ−ザとディテクタのアレイを含んでいる。そのレ−ザとディテクタのアレイの設計は、直列(シリアル)、並列形式パラレル)、マトリックス形式であっても良い。このアレイは上記と同様の状態でLDB上に置かれ、単一のBLにより大容量の多トラック読取りが実現できるようになっている。この実施例の場合もやはり、フォーカシングおよびトラッキングシステムの様々な構成をエラ−の訂正に用いることができる。

0040

さらに、本発明の第3の実施の例では、上記2つの例に示された光学式読取りヘッドが複数個、CD/DVD用ジュ−クボックス内に直列または並列に配置されている。

0041

本発明の第4の実施の例では、レ−ザとディテクタのアレイ内のいくつかのマイクロレ−ザが、より強力な端面発光レ−ザに置き代えられる。そして、高電力が供給されると、これらのレ−ザは記録ヘッドとしての機能を果たし、光学式記憶媒体にデータを符号化する。供給電力がアレイ内の他のマイクロレ−ザと同等になるように切り換えられると、これらのレ−ザは読取りヘッドとして作用し、光ディスク上にかかれたトラックを確認し、再生する。

0042

本発明の第5の実施の例では、光学式に符号化された札入れサイズ個人識別および医療来歴カ−ドを読取るためのハンドヘルド型または壁掛け型読取り装置スキャナに、光学式ピックアップ装置が実装されている。

0043

すなわち、本発明は、上述した少なくとも1つの光束を生成する手段は1つの光束を生成する手段を複数備えており、少なくとも1つの光データストリームからデータを検出する手段は1つの光データストリームからデータを検出する手段を複数備えていることが望ましい。そして、複数の1つの光束を生成する手段はユニタリーな保持部材の上に割込みなく連続して配置され、同様にユニタリーな保持部材の上に割込みなく連続して配置される複数のデータを検出する手段に対し平行して配置できる。また、複数の1つの光束を生成する手段は、複数のデータを検出する手段に対し一続きに配置されており、1つの光束を生成する手段および1つのデータストリームからデータを検出する手段が交互になった1つの長いアレイをなすように配置しても良い。さらに、複数の1つの光束を生成する手段がユニタリーな保持部材の上に割込みなく連続して配置され、同様に割込むなく連続して配置される複数のデータを検出する手段と一続きに配置しても良い。

0044

また、複数の1つの光束を生成する手段および複数のデータを検出する手段が、ユニタリーな保持部材の上に2本の平行線をなして、それぞれが割込みなく連続するように配置され、1つの光記録媒体の少なくとも2つのデータポイントから同時にデータを検出できるようにすることも含まれる。1つの光束を生成する手段の少なくとも1つ、およびデータを検出する手段の少なくとも1つが、残りの複数の1つの光束を生成する手段、および残りの複数のデータを検出する手段から移ったユニタリーな保持部材の上に配置され、これら残りの複数の1つの光束を生成する手段は割込みなく連続して配置され、同様に割込みなく連続して配置された残りの1つの光学データストリームからデータを検出する手段に対し平行しており、光記録媒体の少なくとも2つのデータポイントからデータを検出でき、さらに、エラ−信号を生成可能なデータ読取システムも含まれる。

0045

また、1つの光束を生成する手段の少なくとも1つ、およびデータを検出する手段の少なくとも1つが、残りの複数の1つの光束を生成する手段、および残りの複数のデータを検出する手段から移ったユニタリーな保持部材の上に配置され、これら残りの複数の1つの光束を生成する手段は、残りのデータを検出する手段と交互に一続きに配置されており、光記録媒体の少なくとも2つのデータポイントからデータを検出でき、さらに、エラ−信号を生成可能なデータ読取システムも含まれる。

0046

さらに、複数の1つの光束を生成する手段は所定のアレイ状に配置され、複数のデータを検出する手段は、1つの光束を生成する手段のアレイに対し、移った平行な位置で対称なアレイ状に配置されているもの、1つの光束を生成する手段のアレイに対し、移った一続きとなる位置で対称なアレイ状に配置されているデータ読取システムも含まれる。

0047

また、複数の1つの光束を生成する手段は割込みなく連続し、複数のデータを検出する手段と平行にペアをなすように配置され、1つの光束を生成する手段およびデータを検出する手段のペアの複数の連続した列がユニタリーな保持部材の上に形成され、さらに、これらの複数の連続した列のうち、それぞれの連続した列は、前の列に対し相対的に横にシフトしており、1つの光記録媒体の少なくとも2つのデータポイントからデータを検出できるデータ読取システムも含まれる。さらに、1つの光束を生成する手段の少なくとも1つおよびデータを検出する手段の少なくとも1つが、割込みなく連続した前記1つの光束を生成する手段およびデータを検出する手段からずれたユニタリーな保持部材の上に配置され、エラ−信号を生成可能なものも含まれる。

0048

そして、バイレンズを用いたものでは、バイレンズの第1の半割部は、バイレンズの第2の半割部に対して所定の距離だけシフトされ、少なくとも1つの光束を生成する手段は、バイレンズに対し垂直な方向に、データを検出する手段に対し所定の距離だけシフトされており、2層の光記録媒体からデータを検出できるデータ読取システムが本発明に含まれる。また、少なくとも1つの光束を生成する手段はデータを検出する手段に対して所定の距離だけシフトされ、バイレンズの第1の半割部が前記バイレンズの第2の半割部に対してシフトしている距離が、少なくとも1つの光束を生成する手段が前記データを検出する手段に対してシフトしている距離にほぼ等しいものも含まれる。

0049

また、バイレンズの第1の半割部の焦点距離が前記バイレンズの第2の半割部の焦点距離と異なり、少なくとも1つの光束を生成する手段は、バイレンズに対して垂直な方向に、データを検出する手段に対してシフトしており、2層の光記録媒体からデータを検出することができるデータ読取システムも有効である。

0050

さらに、光記憶媒体の上にデータを記録可能な出力の1つの光束を生成する手段を有し、この光記憶媒体の上にデータを記録可能な光束を生成する手段はユニタリーな保持部材にメカニカルに固定されているデータ読取システムも本発明に含まれる。この光記憶媒体の上にデータを記録可能な出力の光束を生成する手段は、さらに光記憶媒体からデータを読取るのに適した出力の光束を生成することが望ましい。光記憶媒体にデータを記録するために約15〜20mWの出力で動作可能であり、さらに光記憶媒体からデータを読取るために約1mWの出力で動作可能なものが望ましく、端面発光レ−ザを用いることができる。

発明を実施するための最良の形態

0051

図面を参照しながらさらに説明する。図1には、本発明に係るデータを読取り、トラッキングおよびフォーカシング用のサ−ボ制御を行うシステム10、すなわちデータ読取りシステム10の好ましい実施例が示されている。この図や残りの他の図から分かるように、本発明により、様々な構成の組立て体(アセンブリ)10を提供することができる。アセンブリ10は、レ−ザおよび検出用ダイオ−ドの集積アレイであるレ−ザおよびディテクタブロック(Laser/Detector Block(LDB))12を備えた、単一で分割できないユニタリーな保持部材(保持ユニット)と、レーザおよびディテクタを光学的に適合させる1つのバイレンズ(Bilens(BL))14と、LDB12およびBL14の位置を調整するための電気機械式サ−ボ(Electromechanical Servo (EMS))18を備えている。

0052

LDB12は、体積が小さく軽量であるため、容易にその位置を調整できる。これによって、光学式ピックアップアセンブリ10の内部の光学的なアライメントをさらに自在に調節でき、実装したものが激しく振動した場合でも、光学部品(主に物体レンズ)の調整だけに頼るのではなく、それを補償することができる。LDB12を動けるようにすることは非常に有益である。なぜなら、LDB12のアライメントの精度要求の方が、光学系のアライメントの精度要求に比べはるかに緩いためである。ピックアップ組立体10をさらに小型化するために、EMS18を制御回路や増幅回路とともに同一のLDB12上にまとめることも可能である。

0053

光学式ピックアップアセンブリ10は、単一の光学素子、すなわちBL14を備えており、この光学素子を通ってトラッキングおよびフォーカシングエラ−検出用およびデータ読取り用のレ−ザビームが送られる。BL14を用いると、光ディスク(Optical Disc(OD))16の鏡のような表面から反射された光データストリームはレ−ザへ戻らない。その代わりに、BL14によって、反射ビームが若干ずらされ(シフトされ)、LDB12の光検出機構(フォトディテクタ)の上へ向けられる。この独創的な設計によって、レ−ザ帰還の問題が解消される。これは、レ−ザとディスクとの間の距離が非常に短い光学式ディスク読取り装置では非常に重要なことである。以下に説明する実施例からわかるように、本発明は、1組または3組のレ−ザとディテクタの対を使用するトラッキングおよびフォーカシング方法および装置も提供するものである。

0054

図1には、データ読取り、トラッキングおよびフォーカシングサ−ボ制御システム10の並列配置の1つが簡略化して示されており、これは本発明の原理による、トラッキング、フォーカシングおよびデータ読取り用の光学式ピックアップアセンブリ10と本明細書では称される。光束を生成するための3つのレ−ザ20、22、24は、LDB12の上に一列に並んで配置されている。このレーザ20、22、24は、垂直共振器型面発光レ−ザ(Vertical Cavity SurfaceEmitting Lasers (VCSEL))を用いることができる。LDB12の上でそれと平行に隣り合う直線上に、OD16のような光学式記録媒体から反射される光データストリームを備えた光束を検出するための4つの検出器26,28、30、32が配置されており、これらの検出器には共振型光検出器(Resonance Cavity PhotoDetector (RCPD))を用いることができる。

0055

フォーカシングと読取りにはレ−ザ22と検出器28、30が使われ、トラッキングにはレ−ザ20および24と、検出器26および32とがそれぞれ対になって使われる。LDB12上でそれぞれ隣り合っている素子どうしの距離は20〜30μmあるいは数10μm程度であり、正確な数値はBL14のパラメ−タによって決まる。図3に、フォーカシング感度を高めるために検出器28および30の間に非常に小さなギャップ(1μm以下)を設けていることを示してある。検出器28および30の開口を合計したものは、検出器26および32の個々の開口に等しくなっており、その値はわずか20〜30μm程度である。ここに開示されている本発明の好ましい実施例は、LDB12を構成している単一の基板上にレ−ザ20、22および24と検出器26、28、30および32がモノリシックに集積されている点で優れている。すなわち、レ−ザ20、22および24と検出器26、28、30および32が1つのマイクロチップすなわちLDB12上に集積されており、このような本発明により、レ−ザ20、22および24と検出器26、28、30および32をユニタリーな保持部材すなわちLDB12の上に保持し、比類なく小形で精度面で信頼性もあり、さらに制御可能な手段を提供することができる。LDB12を構成する単一な基板はシリコン製で良い。

0056

再び図1を参照すれば、BL14は非球面モールドレンズであり、左半分34と右半分36に分けたものを、垂直方向にずらして再結合させたものである。BL14は、レ−ザ20、22および24からの光束をOD16に向けさせる手段としてだけでなく、反射された光データストリームを検出器26、28、30および32の上に投射する手段としても機能する。BL14は非常に大きな開口数(約0.5)を備えており、入射レ−ザビームをOD16の表面に非常に小さなスポットとして収束できるようになっている。BL14が非球面形状であるので、どのような光学的収差であっても補償でき、焦点A、BおよびCの回折限界を達成できる。さらに、BL14の非球面に回折格子(図示されていない)を追加することも可能であり、温度変化によりBL14が変化するときにそれを補償することもできる。BL14の2つの半割部の垂直方向のずれ(シフト)は、LDB12の上のレ−ザアレイ20、22、24と検出器アレイ26、28、30、32の垂直方向の距離に対応している。ソ−スレ−ザビームは、BL14の左半分34だけを通り抜ける。BL14の右半分36は、OD16から反射されたビームを集め、それを対応する検出器26、28、30および32に向けることだけを行う。すなわち、検出器26および32は、それぞれレ−ザ20および24から出るビームを受けるのに対して、検出器28および30は、両方ともがレ−ザ22から出る光を受ける。OD16から反射された光は全くレ−ザ20、22および24には戻らない。BL14の半割部34の開口は分割(スプリット)の方向に沿って大きくなっているため、ビームスポットBはトラックTの走っている方向に垂直に圧迫され、その結果、ビームスポットBはトラックTに沿った方向に伸びるので好ましい。

0057

したがって、BL14は反射ビームと放射ビームとを必要なように差別化することができ、反射ビームだけが検出器26、28、30および32の上に入る。これによって、レ−ザ出力がレ−ザ帰還によって不安定化する現象が防止される。因みに、この現象は、レ−ザと物体との距離がレ−ザのコヒレント長(通常は2〜3cm)より短い場合に、放射中のレ−ザに反射して戻る分が増えるのでレ−ザ出力が増大するものである。レ−ザ帰還は、トラッキングおよびフォーカシングの制御と、データ読取りの際にエラ−を誘発し、そのため、ピックアップ組立体10全体が不安定化しかねない。したがって、レ−ザ帰還を防止することは、小形の光学式読取りヘッドでは重要であり、従来は複雑な光学素子を導入することによって行われてきた。本発明では、BL14の固有の特性によって、レ−ザ帰還の低減について何ら光学部品を追加しなくても、比較的以前から採用されているハーフアパ−チャ法と同じ効果が得られる。このため、単位体積生産コストもともに低減できることは明らかである。

0058

トラッキングとフォーカシングエラ−の検出を行うために、図1の光学式ピックアップアセンブリ10に電気機械式サ−ボ(Electromechanical Servo(EMS))18が組み入れられている。トラッキング信号は、LDB12をわずかにずらすことにより、サイドビーム主ビームスポットBの前と後ろでトラックTの二つの縁にあたることで生成される。図2を見ると、最適なトラッキングが行われている場合には、主ビームスポットBがトラックTの中心にきており、サイドスポットAおよびCがスポットBの前後、約20μmの位置で、かつトラックTの中心に対して右左約5μmの位置にある。このアウトリガ型のトラッキング装置では、サイドスポット検出器26および32が使用され、差動増幅回路(図示されていない)に出力電圧が送られ、(D26−D32)により得られるトラッキングエラ−信号を生成する。この信号がゼロの場合には、主ビームスポットBはオントラックであり、この信号がプラスのときには右へずれており、また、この信号がマイナスのときには左へずれている。

0059

反射された光をBL14によって半開口の状態で集光すれば、半開口の状態でフォーカシングができ、その場合には検出器28および30の出力電圧が別の差動増幅回路(図示されていない)によって評価され、(D28−D30)が計算されてフォーカシングエラ−信号となる。図3から判るように、BL14とOD16との距離が適正であれば、このフォーカシングエラ−信号はゼロである。この距離が必要な距離よりも長い場合には、このエラ−信号はプラスになり、また、2つの素子が互いに近づきすぎている場合には、このエラ−信号はマイナスになる。トラッキングエラ−信号(D26−D32)とフォーカシングエラ−信号(D28−D30)の両方がサ−ボ制御信号としてEMS18にフィ−ドバックされる。これらの2つのエラ−信号に従ってEMS18は図示されていない2軸アクチュエータ(1つはOD16の半径方向の軸であり、他の1つはBL14の光学軸方向の軸)を使ってLDB12とBL14の正確な位置を修正する。一方、和信号(D28+D30)はデータ読取り用の信号として用いられる。

0060

図4には、トラッキング、フォーカシングおよび読取りを行うための光学式ピックアップアセンブリ10で一続きの(シリアル)配置の変形例が示されている。このデザインでは、レ−ザ20、22および24と検出器26および32とが、検出器28および30を除き、1列に連続して相互に配置されている。検出器28および30は、それらを通る線が、その他の素子を通る線と直交するように配置されている。検出器26および32はそれぞれがトラッキング用としてレ−ザ20および24から出射された反射ビームを受ける。これに対して、検出器28および30はいずれもフォーカシングおよび読取り用としてレ−ザ22から出射された反射ビームを受ける。隣り合っているレ−ザおよび検出器のペアどうしの間隔aは、クロスト−クとレ−ザフィードバックを防止するために、その対に属するレ−ザと検出器の間隔bよりも広くなっている。距離aおよびbの正確な値は、他のパラメータの中でも、特にBL14の2つの半割部34および36の間のシフトによって決まる。この図4に示されるBL14は、図1に示されるものとは異なり、その光学軸に沿って90°回転させた配置になっている。回転させることにより、BL14上の上半分34と下半分36とのシフトを、LDB12上のレ−ザアレイと検出器アレイとの間のシフトに合わせることができる。このような変更により、レ−ザ20、22および24から出射され反射されたビームを、対応する検出器26、28、30および32の上に正しくガイドし、それらの検出器に正確に入れることができる。

0061

ペア同士の間隔aは、トラッキング用としては予め約100μmと決められている。このため、ペア内部の間隔bを非常に小さくしなければならず、それによって検出器の選択肢が制約される。すなわち、レ−ザ20、22および24と検出器26、28、30および32とをきわめて近接させるために、検出器(ディテクタ)26、28、30および32はLDB12上にレ−ザ20、22および24と同じ素材でつくらなければならない。したがって、本発明は、レ−ザ20、22および24と検出器26、28、30および32とを単一な基板にモノリシックに集積したものを提供しており、それがLDB12である。もちろん、この単一の基板はシリコンで構成できる。

0062

本発明においては、このようなシリアル配置では複数のVCSELに対し複数のRCPDのみがペアに配置できる。さらに、レ−ザ20、22および24から各々に対応するディテクタ26、28、30および32への光のシフトが小さいので、これに対応してBL14の2つの半割部34および36の焦点間の距離は非常に短くなる。こうした制約によって、素子を設計、生産パッケージングするが技術的に困難となるので、このレ−ザと検出器の相互配置適用範囲は限定される。

0063

上記の制約を解消するためのLDB12のシリアル配置の好ましい変形例を図5に示してある。この例では、レ−ザアレイは、ディテクタアレイとは分離してつくられている。このように分離することにより、ディテクタ26、28、30および32をレ−ザ20、22および24と異なった素材で作ることができ、また、ディテクタ26、28、30および32をレ−ザ20、22および24に対し独立して選択でき、また、変更することができる。レ−ザアレイとディテクタアレイが分離されていることによって、BL14における半割部34および36の焦点間距離を小さくしなければならないという厳しい製造条件緩和される。しかし、分割方向に沿ってBL14の開口が大きくなるので、主ビームスポットBにはトラックTの方向に沿って圧縮し、主ビームスポットBがトラックTに対して垂直方向に広くなり、この点は好ましくない。

0064

図6には、さらに2つのBL14を示してある。どちらのデザインも非球面モールドレンズであり、同じ光学的特性を提供する従来の光学系よりも軽量で、シンプルであり、さらに、安く製造できる。これらのレンズは、図1に示したBL14の変形例として有効かつ実際的なものであり、本発明の説明に含まれるすべての構成のいずれにも適用できる。本発明において、これらのデザインを適用するためには、LDB12の上のレ−ザとディテクタのレイアウトを適宜変更するする必要がある。主要な変更点は、フォーカシングおよび読取り用の2つのディテクタの配置である。具体的には、図7に適当な並列(パラレル)配置を示してある。本図では、ディテクタ26および32を通る線、および3つのレ−ザ20、22および24の全てを通る線に対し、ディテクタ28および30は直交する線上に配置されている。このBL14を用いた直列(シリアル)配置はいずれにおいてもレ−ザおよびディテクタは全てが線形に配置される。図8に示した分離されたアレイパタ−ンは、最も好ましいものである。このレイアウトを採用すれば、主ビームスポットBは、図7に示されるようにトラックTに対して垂直に伸びるのではなく、トラックTの方向に沿って伸びる。それとともに、図4に示した相互配置も採用せずに済む。

0065

図9には、前述した3レ−ザ構成に対応する変形例が示されている。このデザインでは、図1に示される3つのレ−ザ20、22および24の代わりに、1つのレ−ザ22のみが用いられている。回折格子38が面発光レ−ザ22を覆っており、単1つのレ−ザビームが3つの独立したビーム40、42および44に分割される。サイドビーム40および44はアウトリガー方式のトラッキング用であり、これに対し、中央に主ビーム42はフォーカシングおよびデータ読取り用に用いられる。この例においても、トラッキング、フォーカシングおよび読取り操作の原理は、図1に示したものと同じである。サ−ボ制御およびデータ信号は全て同様の方法で処理される。すなわち、(D26−D32)がトラッキングエラ−であり、(D28−D30)がフォーカシングエラ−であり、また、(D28+D30)が読取りデータである。単1のレ−ザ22と回折格子38とを組み合わせたこのビームスプリットデザインは、本発明全体において、3レ−ザ構成のいずれの代わりにも採用することができるものである。

0066

図10には、レ−ザとディテクタの並列配置の好ましい変形例が示されている。このレイアウトでは、LDB12は、3つのレ−ザ20、22および24と、8つのディテクタ26、28、30、32、46、48、50および52を備えている。このデザインは、2つの異なるトラックT1およびT2で、なるべくなら隣接していることがのぞましいトラックの2つのデータポイントを同時に読取ることができる。図11に示してあるように、レ−ザ22から出射された主ビームは、BL14の両方の半割部34および36を通過し、OD16の上に2つの主ビームスポットPおよびQを形成する。2つの反射された主ビームは、BL14の両方の半割部34および36を通過し、ディテクタ28、30および48、50に投射される。図示していないが、同様に、レ−ザ20および24がそれぞれOD16の上に2つのサイドビームスポットを形成し、反射されたサイドビームがそれぞれディテクタ26、46および32、52に投射される。トラッキングは信号[(D26−D32)+(D46−D52)]によって制御され、フォーカシングは信号[(D28−D30)+(D48−D50)]によって制御される。2つの異なるトラックT1およびT2からの2つの読取り信号は、それぞれ(D28+D30)および(D48+D50)である。エラ−信号が和になるので増幅され、本例においてはトラッキングとフォーカシングの制御が向上し、それによって検出限界が改善される。

0067

図10に示した、2トラックを読取るデザインでは、トラッキングとフォーカシングのサ−ボ制御の他に、倍率制御(マグニフィケイション)のサ−ボ制御も必要である。製作公差、温度変化、構成部品老化、およびOD16上のトラックピッチの変動により大きな倍率エラ−が生ずる可能性がある。その結果、LDB12の上のセンサ素子に共通して反射ビームのアライメントが狂い、データ読取り不良につながる。この光学式ピックアップアセンブリ10の倍率は、OD16の上に投射されたビームスポットPおよびQの開き(スプレッド)に対する、ディテクタ上の反射ビームスポットの開きの比率である。倍率が適正であれば、主ビームスポットPおよびQ間隔と、目標のトラックT1およびT2の間隔と、さらに、ディテクタ28、30および48、50の間隔とが一致する。図12に示すように、倍率が適当でないことは、図示されていないが1対の差動増幅回路よりディテクタ26、32、46および 52の出力電圧を用いて容易に検出することができ、倍率サ−ボ信号[(D26−D32)+(D52−D46)]を生成できる。倍率が適正であれば、サ−ボ信号はゼロになり、調整は不要である。エラ−信号がプラスであれば、それは拡大不足を示しており、ズームインするフィ−ドバックが供給される。一方、エラ−信号がマイナスであれば、拡大過剰を訂正するためにアウトズーミングの信号が出力される。倍率の制御は、LDB12、または、BL14を含めた光学系のいずれか一方、或いはその両方を調整することによって行われる。LDB12とBL14が小形で、モビリティがあるので、倍率エラ−調整プロセスが簡単であり、さらに高速で行える。

0068

図11に戻ると、この2トラック光学式ピックアップアセンブリ10の内の主要なパラメ−タの詳細が示されている。Δは、レ−ザ20、22および24のラインからディテクタ26、28、30および32のラインまで、およびディテクタ46、48、50および52のラインまでの距離である。δはOD16の上の主ビームスポットPおよびQの距離である。cはLDB12とBL14の距離であり、aはBL14とOD16の距離であり、さらに、DはBL14の半割部34および36の2つの焦点の距離である。倍率はMで定義され、またBL14の焦点距離はf0と表される。距離aは距離cよりはるかに小さく、20%以下である。距離a、cおよびδが予めセットされていると、その他のパラメ−タは、下記式により計算できる。

0069

M = c/a
f0 = aM/(M+1)
D = δM/(M+1)
Δ = δM
距離cは距離aより5倍以上大きいため、倍率Mは5以上であり、よって焦点距離f0はほぼ距離aに等しく、距離Dはほぼ距離δに等しく、距離Δは距離δよりはるかに長い。

0070

図13には、LDB12上の多トラック光学式レ−ザ/ディテクタアレイの配置が示されている。このレイアウトでは、多トラック読取り用のレ−ザ/ディテクタアレイがLDB12に組み込まれている。線形のレ−ザアレイ62と線形のディテクタアレイ64は、2本の平行線に配置されており、各レ−ザがそれぞれ隣接しているディテクタとペアとなっている。さらに、トラッキングおよびフォーカシングサ−ボ制御素子66、さらにBL14のデザインおよび配向には図4に示したシリアル配置がここでも採用されている。このような配置では、レ−ザとそれに対応するディテクタのシフトは、BL14の半割部34および36のシフトの方向と一致している。サ−ボ制御素子66の複数のセットが、多トラック読取り用アレイの両端と中央に配置されており、エラ−信号を生成し、合計することにより、全てのトラックのデータを読取るためのエラ−訂正を最適にしている。本例では、さらに、図11に示した倍率サ−ボ制御の原理が組み込まれており、トラッキング制御素子の複数のセットからの出力電圧が用いられている。線形レ−ザアレイ62および線形ディテクタアレイ64は、もっと多数のトラックを同時に読めるように、この実施例の範囲を超えて拡張できることはもちろんである。

0071

図4のデザインには固有の制約があるので、クロスト−クとレ−ザ帰還を防止するために、LDB12の隣り合う素子の距離をBL14のパラメ−タに従って調節する必要がある。こうした問題に対処し、さらに実際的に好ましい更なる変形例の配置を図14に示してある。この配置の、図13に示したものと区別する最も顕著な相違点は、本例のレ−ザアレイ62がディテクタアレイ64と完全に分離されているとともに、これら2つのアレイが相互配置(インタリーブ)されているのではなく、並んで配置されていることである。データ読取り用のレ−ザアレイ62とディテクタアレイ64はやはり並列に配置されているが、BL14とトラッキング、フォーカシングおよび倍率用のサ−ボ制御素子66としては図8に示されたものが採用されている。前述したように、このようにレ−ザアレイ62とディテクタアレイ64とを分離することにより、これら2つのアレイを独立して変更することができ、光学式ピックアップアセンブリ10に最大限の柔軟性と適合性を持たせることができる。また、これによって、BL14の2つの焦点間距離を小さくする必要もなくなる。ビームスポットBがトラックTに対して垂直に広がることが許容できるなら、この場合にも図5に示したBL14とトラッキングおよびフォーカシング用サ−ボ制御レイアウトを採用することができる。

0072

図15には、図1に示したBL14のデザインおよび配向を適用した多トラック光学式ピックアップのレ−ザ/ディテクタアレイの配置の例が示されている。このレイアウトでは、レーザアレイ62とディテクタアレイ64がいっしょに相互配置されており、このため、データ読取り用のレーザとディテクタが一本の線に沿って直列に相互に配置(インタリーブ)されている。トラッキング、フォーカシングおよび倍率用の複数セットのサ−ボ制御素子66が多トラック読取りアレイの両端と中央に配置されており、エラ−信号は上記に詳述したものと同じ方法で処理される。クロスト−クとレ−ザ帰還を防止するために、LDB12の隣り合う素子どうしの距離はBL14のパラメ−タに従って調整される。データ読取り用のアレイを構成する素子を等間隔に配置し、レ−ザ全部をまとめてタ−ンオンすると、レ−ザビームがBL14を通りぬけた後にレ−ザビームのそれぞれについて2つのビームスポットが生成されることになるので、さらなるクロスト−クが生じる可能性がある。この問題を解決する手段の一つは、データ読取り用のレーザをラスタスキャンのように順次オン・オフするものである。

0073

多(マルチ)トラック光学式ピックアップのレ−ザ/ディテクタアレイの配置の好ましい変形例は、図16に示してあるように、レ−ザアレイ62とディテクタアレイ64とを分離してものである。データ読取り用のレ−ザアレイとディテクタアレイは、全てLDB12の中央線上に直列に配置されている。BL14とトラッキングおよびフォーカシング用サ−ボ制御素子66のデザインと配向には図1に示した構成が選択されている。レ−ザアレイ62とディテクタアレイ64とを大きくかつ完全に離すことによって、クロスト−クとレ−ザ帰還が発生する可能性を効果的に解消できる。他にも、これほど好ましいものではないが、図7に示したBL14とトラッキングおよびフォーカシング用サ−ボ制御素子66のデザインと方向を他の例として採用できる。この変形例では、レ−ザアレイとディテクタアレイとを分離するという点においては、同様に適切であり有効である。この変形例に関連する唯一の問題は、ビームスポットがデータトラックに対して垂直な横方向に広がることであり、これにより著しいクロスト−クが起きる可能性がある。

0074

図17には、さらに別のマルチトラック光学式ピックアップのレ−ザ/ディテクタ素子アレイの好ましいマトリックス配置を示してある。マトリックスレ−ザアレイ62マトリックスディテクタアレイ64とが並列に配置されている。複数のレ−ザ(四角形のブロック)の下にある点線はOD16の隣り合っているデータトラックを示しており、これらの上の対応するレ−ザによって読取られる。この例では、データ読取り用のレ−ザ/ディテクタのペアが多数あるため、多数のセットのサ−ボ制御素子64を組み入れなければならない。これらのペア内では、レ−ザおよびそれに対応するディテクタの間隔は、BL14のパラメ−タに従って調整され、一方、ペア間の間隔は、クロストークとレーザフィードバックを防止するために広げられる。上述したように、これらの問題は、レーザアレイ61とディテクタアレイ64から完全に離すことによりさらに効果的に防止することができる。

0075

図18には、さらに、マルチトラック用の光学ピックアップの、さらに好ましいマトリクス配置を示してある。図17に示されるレイアウトと同様に、マトリクスレ−ザアレイ62とマトリクスディテクタアレイ64は並列に配置されている。レ−ザ(四角形のブロック)の下にある点線はOD16上で隣り合っているデータトラックを示しており、これらの上の対応するレ−ザによって読取られる。多数組のサ−ボ制御素子64がアレイに斜めに組み込まれている。この例でもペア内のそれぞれのレーザとこれに対応するディテクタの間隔はBL14のパラメ−タに従って調整される。これに対し、クロスト−クとレ−ザ帰還を防止するために、ペアの間隔は広げられる。このマトリックスレ−ザ/ディテクタアレイの配置と図17に示される配置はともに、様々な光学式のデータ記憶および再生装置の例においてデータクセス速度を何倍も向上させる可能性がある。中ぐらいの5×5マトリックスアレイでも、25のデータトラックを同時に読取る能力を容易に与えることができる。現実的で実用的な10×10マトリックスアレイを用いれば、多トラックを同時に読取る能力を、見事に100トラックにまで高めることができる。

0076

図19には、DVDのような2層構造のOD16に用いられる、同時読取りの光学式ピックアップアセンブリ10の概略が示されている。ここで採用されているBL14の半割部34および36は、焦点距離f0が相等しい。上記のデザインとは異なり、これらの二つの半割部は光学軸方向にもシフトされている。この光学軸方向のシフト量Dxは、異なる層の2つの目標トラックの垂直方向の距離δxと倍率Mにより決まる。

0077

Dx = δx M2/(M2−1)
Mの値は大きく5以上であり、Dxの値はほぼδxに等しくなる。すると今度は、光学軸方向のシフトδxを達成するためには、LDB12の表面で、レーザ20、22および24に対し、ディテクタ26、28、30、32および46、48、50、52を平面的に別々にシフトさせる必要が生じる。これらの2つのシフトをそれぞれΔ1xおよびΔ2xとすると、それらは同じ値で、方向が互いに逆になる。

0078

Δ1x = Δ2x= δx M2
すなわち、ディテクタ26、28、30および32は、LDB12の表面に平行にΔ1xの距離だけ突き出た平面上に作られるのに対して、ディテクタ46、48、50および52は同じ表面に対し平行にΔ2xの距離だけ凹ませた平面上に作られる。やはり、Mの値が大きいため、Δ1xとΔ2xもδxよりも十分に大きい。このような条件があるので、LDB12の上にレ−ザとディテクタを製造するのが難しくなる。レ−ザ22に対する、ディテクタのペア28,30および48,50との横方向の距離、これらをΔ1yおよびΔ2yとすると、それらは同じ大きさである。それらの数値は、それぞれの層の2つの目標トラックの距離δyと倍率Mによって決まる。

0079

Δ1y = Δ2y = δy M
一方、それ以外のパラメ−タは下記の式によって決定される。

0080

M = c/a
f0 = aM/(M+1)
Dy = δyM/(M+1)
図20に、2層OD16のための同時読取り可能な光学式ピックアップアセンブリ10の異なった例の概要を示してある。図19に示したレイアウトと本例のデザインとの大きな相違は、この図20に示したBL14が異なる焦点距離f0およびf1を持つ二つの半割部34および36で構成されていることであり、焦点距離f1はf0に依存する。

0081

f1 = f0(1+δxM/(c+a))
δxの大きさがcおよびDより小さいため、f1の数値は実際には非常にf0に近くなる。ディテクタ46、48、50および52の軸のシフトは、下記の式によって補正できる。

0082

Δ1x = δx(M2−1)
M2の値が大きいため、補正は微細なものになる。

0083

温度変化がレ−ザ出力の安定性を阻害することは広く知られている。面発光レ−ザの場合は、温度変化によってレ−ザの波長が変わり、多モ−ドのレ−ザ放射が引き起こされる可能性がある。温度が上昇すると、レ−ザの空洞共振部が伸長し、他のモ−ドのレ−ザが放射され、レ−ザ出力が増大する。このタイプの温度依存の変動は連続的なものではなく、モ−ド遷移騒音を発生する原因となる。温度によって誘発される騒音を防止する有効な方法は2つあり、いずれも採用することができる。1つは、図21に示してある、高感度熱抵抗54を使って温度変化をモニターしフィードバックすることによりレーザ出力を調整するものである。本発明においては、BL14のデザインによりレ−ザ帰還(フィードバック)の発生を効果的に防いでいる。したがって、温度をモニターしフィードバックするだけでレ−ザ出力を十分に安定させることができる。また、図22に示すように、導波部分を設けてレーザ出力をモニターし、ディテクタ56、58および60とレ−ザ20、22および24をそれぞれ配線することによってレ−ザの出力をフィ−ドバックすることも可能である。

0084

図23には、データを記録する能力を備えた光学式ピックアップレ−ザ/ディテクタアレイのデザインの概要を示してある。図8に示したデザインを変形した例であり、レ−ザ22の代わりに、もっと強力な端面発光レ−ザ66がLDB12に機械的に埋め込まれている。読み出し専用のレ−ザ20、22および24が単一な基板であるLDB12に一体となるように埋め込まれていたのに対し、端面発光レ−ザ66は、出力が大きいので機械的にLDB12に結び付けなければない。LDB12の他の素子は全て、図8に示されるものと同じであり、図8で説明したのと同様に機能する。記録モ−ドの間はレ−ザ66への電力は、約15〜20mWと、データを記録するために光学式記憶媒体に必要な変化を発生させるのに十分な強度に設定されている。読取りモ−ドの間は、レ−ザ66への電力は、レ−ザ20および24への電力と同じく約1mWに低減され、図8と同様の方法でデータの読取りが行われる。

0085

図24には、図23に示した光学式ピックアップレ−ザ/ディテクタアレイに代わる異なるデザインが示されている。端面発光レ−ザ66は、図8に示したLDB12を変更したものに機械式に搭載されており、放射された光はLDB12の面に対して平行に走る。レ−ザ22がプリズム68に置き換えられており、レ−ザ66からのビームの向き変えて、レ−ザ20および22からのビームに対して平行になるようにする。LDB12のそれ以外の素子は全て同じであり、記録と読取りはともに上記と同じ方法で行われる。図23図24に示した、記録用の端面発光レ−ザ66をLDB12に組み込むレイアウトは、いずれも本発明に詳述されたどのLDB12にも適用することができる。

0086

以上いくつかの好ましい実施例を参照しながら本発明を説明したが、それらの実施例は本書に開示されるさらに広範な発明を例示しているにすぎないことは明らかでる。したがって、当該技術分野に熟練を有する者なら、代替的な実施例を考えつくことができることは確かである。例えば、本発明の主要な特徴を考慮に入れれば、そうした特徴を組み入れているが、好ましい実施例に含まれている特徴を全部は組み入れていない実施例を作ることは可能である。

0087

これらを考慮して、本願の請求の範囲は記載されており、それぞれの請求項には、本発明の精神と範囲から逸脱しない限り同等の構成物も含むものである。請求項の中には、いくつかの要素を特定の機能を遂行するための手段として表現しているものが複数あり、構造や素材について詳しい説明がなされていないものもあるが、これらのは、本明細書に記載されている対応する構成や素材だけでなく、それの均等物をもその対象範囲に含めていると解釈される。

発明の効果

0088

以上に説明したように、本発明においては、光ディスク上のデータトラックから符号化された情報を取得する方法および装置が提供されており、光源としてマイクロレ−ザのアレイを、検出素子としてマイクロスケールの光検出機構のアレイを、また主要な光学部品としてバイレンズ(BL)を用いている。マイクロレ−ザと光検出機構を可動なレ−ザ/ディテクタブロック(LDB)上にまとめて設置する多数の配置が開示されている。面発光マイクロレ−ザにから発せられたレ−ザビームは、BLによって光ディスク(OD)の表面上へ導かれる。そして、同じBLによって反射光が集められ、シフトされ、次にLDBの上の対応する光検出機構に導かれる。本発明においては、さらに、トラッキング、フォーカシングおよび倍率制御のためのサーボ制御を行う、光源、検出器およびそれらの配列に関する方法および装置もLDBに組み込まれている。

図面の簡単な説明

0089

図1本発明に係るデータ読取り、フォーカシングおよびトラッキング用サ−ボ制御システムの概略斜視図である。
図2本発明に係るアウトリガ型のトラッキングエラ−検出配置であり、トラック上にある状態と右側および左側にずれた状態とを示している。
図3本発明に係るフォーカシングエラ−検出装配置であり、焦点が合っている状態と、近すぎる状態と、遠すぎる状態とを示している。
図4本発明に係る読取り、フォーカシングおよびトラッキング用サ−ボ制御システムの異なる例を示す概略斜視図である。
図5本発明に係るレ−ザ/ディテクタブロックのシリアル配置の異なる例を示す図である。
図6本発明に係るバイレンズの異なる例を示す図である。
図7本発明に係るレ−ザ/ディテクタブロックのパラレル配置の異なる例を示す図である。
図8本発明に係るレ−ザ/ディテクタブロックのシリアル配置の異なる例を示す図である。
図9本発明に係る単一のレ−ザのレ−ザ/ディテクタブロックの異なる例を示した斜視図である。
図10本発明に係る2ビームスポット検出のレ−ザ/ディテクタブロックの異なるパラレル配置を示す図である。
図11図10に示されるデータ読取り、トラッキング、フォーカシングおよび倍率用サ−ボ制御システムの動作を側面から見た概略立面図である。
図12図10図11に示される本発明の実施例に係る倍率エラ−検出配置の概略図である。
図13本発明に係るレ−ザ/ディテクタブロックとマルチトラック用のレ−ザ/ディテクタアレイとの配置を示した概略図である。
図14本発明に係るレ−ザ/ディテクタブロックとマルチトラック用のレ−ザ/ディテクタアレイとの異なる配置を示した概略図である。
図15本発明に係るレ−ザ/ディテクタブロックとマルチトラック用のレ−ザ/ディテクタアレイとのさらに異なる配置を示した概略図である。
図16本発明に係るレ−ザ/ディテクタブロックとマルチトラック用のレ−ザ/ディテクタアレイとのさらに異なる配置を示した概略図である。
図17本発明に係るレ−ザ/ディテクタブロックとマルチトラック用のレ−ザ/ディテクタアレイとのさらに異なる配置を示した概略図である。
図18本発明に係るレ−ザ/ディテクタブロックとマルチトラック用のレ−ザ/ディテクタアレイとのさらに異なる配置を示した概略図である。
図192層の光ディスクに用いる本発明に係るデータ読取り、トラッキング、フォーカシングおよび倍率用サ−ボ制御システムを側面から見た概略立面図である。
図202層の光ディスクに用いる本発明に係るデータ読取り、トラッキング、フォーカシングおよび倍率用サ−ボ制御システムの異なる例を側面から見た概略立面図である。
図21温度のモニタリング熱抵抗器を用いた本発明に係るレ−ザ/ディテクタブロックの例を示す概略図である。
図22温度のモニタリングに導波管を用いた本発明に係るレ−ザ/ディテクタブロックの異なる例を示す概略図である。
図23光データを記録し、読取ることができるレ−ザ/ディテクタブロックを側面から見た概略立面図である。
図24光データを記録し、読取ることができるレ−ザ/ディテクタブロックの異なる例を側面から見た概略立面図である。

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0090

10データ読取りシステム(光学式ピックアップアセンブリ)
12レーザ/ディテクタブロック(LDB)
14バイレンズ(BL)
16光記録媒体(OD)
18サーボ(EMS)
20、22、24 レーザ
26、28、30、32、46、48、50、52光検出機構(ディテクタ)
62レーザアレイ
64ディテクタアレイ
66 サーボ素子

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