Устройство регулирования фокуса
Заявлено устройство регулирования фокуса в устройстве записи/воспроизведения оптических дисков. Устройство регулирования фокуса для фокусирования света, испускаемого источником света на записывающий слой оптического диска посредством объектива, в котором захватываемая зона для достижения фокусировки определяется из следующего: нижний предел определяется на основании средней длины последовательности импульсов; и верхний предел определяется на основе шага дорожки оптического диска. Технический результат: повышение точности фокусировки. 4 з.п. ф-лы, 13 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству регулирования фокуса в устройстве записи/воспроизведения с оптического диска, и более конкретно - к устройству регулирования фокуса с полосой захвата, основанной на анализе вводной зоны регулирования фокуса.
Предшествующий уровень техники
Система обнаружения ошибки фокусировки при регулировании фокуса в традиционных устройствах записи/воспроизведения с оптического диска в основном спроектирована так, чтобы повышать чувствительность обнаружения ошибки фокусировки и тем самым расширять диапазон обнаружения ошибки фокусировки. Однако в этой конструкции есть ограничения полосы захвата (которую называют «CR Полоса Захвата» в этом описании) регулирования фокуса, как описано ниже.
Во-первых, для регулирования фокуса необходимо выявить отклонение местоположения фокуса, вызванное внешним возмущением, и поддерживать это отклонение местоположения фокуса в пределах глубины фокусировки путем использования исполнительного механизма (привода).
В связи с этим, согласно стандарту DVD (Универсальный цифровой диск) регулирование фокуса определяется таким образом, что степень биения поверхности или вобуляции (качания) поверхности диска составляет, самое большее, плюс или минус (±)0.3 мм, и так, что местоположение фокуса находится в диапазоне ±0,23 мкм, что составляет глубину фокусировки, позволяющую получить хороший сигнал воспроизведения. Таким образом, диапазон обнаружения ошибки фокусировки должен быть, по меньшей мере, -0,23 мкм или менее, или +0.23 мкм или более; в противном случае есть вероятность попадания в зону вне фокуса. В общем, диапазон обнаружения ошибки фокусировки составляет около 1/2 от CR (полосы захвата) в линейной области сигнала ошибки фокусировки (FES) S-кривой.
Таким образом, нижний предел CR выражается следующим образом:
Нижний предел CR DVD≥0.23×2×2=0.92 [мкм].
Кроме того, был использован такой способ, при котором полоса захвата CR регулирования фокуса при рассмотрении многослойного диска составляла 1/4 межслойной толщины или менее, как раскрыто, например, в выложенной в Заявке на Японский Патент №Hei.8-315370. При применении этого способа к DVD с числовой апертурой (NA), равной 0,6, например, поскольку толщина между двумя слоями определена равной, примерно, 55 мкм в стандарте DVD, применяется следующее выражение:
Верхний предел CR DVD≤55/4=13.75 [мкм].
Рассмотрев в качестве примера Blu-ray Disc (BD), который имеет дополнительную увеличенную емкость записи, поскольку остаточная погрешность фокусировки величиной ±0.23 мкм, определенная стандартом DVD, преобразуется в ±0.07 мкм, используя отношение глубины фокусировки ∝ (λ/NA2), получим, что CR должна быть 0.07×2×2=0.28 мкм или более. При рассмотрении многослойного диска, так как межслойная толщина DVD преобразуется в величину около 17 мкм, используя отношение глубины фокусировки ∝ (λ/NA2), получим, что CR должна быть 17/4=4.25 мкм или менее. Следовательно, диапазон CR в системе обнаружения ошибки фокусировки выражается следующим образом:
0.28 [мкм]≤CRBD≤4/25 [мкм]
Сущность изобретения
В DVD, например, граничная полоса области расфокусировки, положение границы области фокусировки при регулировании фокуса, или подобные параметры никогда не рассматривались из-за того, что допуск на наклон имеет большее влияние на сигнал воспроизведения, чем допуск на расфокусировку.
На Фиг.1 представлено сравнение среднеквадратичной (RMS) величины аберрации волнового фронта в [λ], вызванной расфокусировкой в DVD, а также с аналогичной величиной в BD. Фиг.1. показывает, что диск BD имеет большее влияние расфокусировки на величину аберрации, чем DVD. Что касается среднеквадратичной величины аберрации волнового фронта в [λ], вызванной наклоном, то DVD и BD имеют в основном одинаковую величину аберраций, как показано на Фиг.2.
Следовательно, если числовая апертура NA объектива увеличена более, чем в традиционном DVD, и длина волны λ источника света уменьшена, чтобы обеспечить емкость записи такую же большую, как в BD, то расфокусировка имеет большее влияние на сигнал воспроизведения, так что граничная полоса области расфокусировки становится важной при определении допусков системы.
В этом случае, как обычно осуществляется, если CR при регулировании фокуса, т.е. положение границы области фокусировки, не рассматривается, регулирование фокуса может ограничиваться на местоположении, сильно отклоняющемся от вышеописанного местоположения оптимальной фокусировки. С учетом этого граничная полоса области расфокусировки может сокращаться, что обуславливает возможность не функционирования системы.
Поэтому целью настоящего изобретения является обеспечение устройства регулирования фокуса для устройства воспроизведения оптического диска, имеющей зону захвата при регулировании фокуса, определенную для создания устойчивой системы в оптическом диске, в которой числовая апертура NA объектива увеличена, и длина волны λ источника света сокращена так, чтобы увеличить емкость записи оптического диска.
Вышеуказанная цель настоящего изобретения может быть достигнута посредством устройства регулирования фокуса для фокусировки света, излучаемого от источника света на записывающий слой накопителя записи посредством объектива, при этом полоса захвата (зона захвата), обеспечивающая фокусировку, определяется из следующего: нижний предел определяется на основе средней длины последовательности импульсов; и верхний предел определяется на основе шага дорожки.
Согласно устройству регулировании фокуса настоящего изобретения в отношении полосы захвата, приводящей к фокусировке, ее верхний предел определяется шагом дорожки, в то время как ее нижний предел определяется средней длиной последовательности импульсов. Полагая, что диапазон, определенный этими условиями, является полосой захвата, возможно ограничить фокус в диапазоне, в котором можно получить достаточную граничную полосу области расфокусировки относительно оптического носителя записи с высокой плотностью записи и высокой емкостью записи, которая использует считывающую оптическую систему, имеющую высокую NA и источник света, обеспечивающий коротковолновый свет.
В одном аспекте устройства регулировки фокуса настоящего изобретения, полагая, что длина волны света равна λ, числовая апертура объектива равна NA, средняя длина последовательности импульсов носителя записи, нормированная на величину λ/NA, равна RL, шаг дорожки, нормированный на величину λ/NA, равен TP, и полоса захвата устройства регулирования фокуса обозначена CR [мкм], при этом применяется следующее уравнение:
0.114/(RL-0.72)+0.84≤CR≤18000(TP-0.69)5+3.13
Согласно этому аспекту изобретения показано, что полоса захвата является более точно диапазоном между значениями 0.114/(RL-0.72)+0.84 и 18000(TP-0.69)5+3.13.
В другом аспекте устройства регулирования фокуса настоящего изобретения применяется следующее выражение для средней длины последовательности импульсов RL:
RL=2 × {целая часть от [(средняя длина инверсии данных/длина двоичного разряда канала)+0.5]} × длина двоичного разряда канала × NA/λ.
Согласно этому аспекту показано, что средняя длина последовательности импульсов RL равна 2 × {целая часть от [(средняя длина инверсии данных/длина двоичного разряда канала)+0.5]} × длина двоичного разряда канала × NA/λ. Эта длина последовательности импульсов является одним фактором в определении конкретного диапазона полосы захвата. Кстати, этот аспект изобретения подразумевает, что в него включается не только то, что левая сторона вышеприведенного уравнения «средняя длина последовательности импульсов RL» полностью соответствует правой части равна 2 × {целая часть от [(средняя длина инверсии данных/длина двоичного разряда канала)+0.5]} × длина двоичного разряда канала × NA/λ, но также и то, что левая часть по существу соответствует правой части при условии, что можно получить достаточные пределы области фокусировки.
В другом аспекте устройства регулирования фокуса настоящего изобретения длина волны света меняется в диапазоне от 0.395 мкм до 0.415 мкм, и числовая апертура NA объектива меняется в диапазоне от 0.80 до 0.90. Кроме того, если нормированный шаг дорожки TP равен 0.6 или более, и средняя длина последовательности импульсов RL равна 0.86 или более, то применяется следующее выражение: 1.65 [мкм]≤CR [мкм]≤3.02 [мкм].
Согласно этим аспектам возможно определить полосу захвата при считывании с оптического носителя записи с высокой плотностью записи и высокой емкостью записи, при использовании источника света, обеспечивающего коротковолновый свет и при высокой NA.
Эти функции и другие преимущества настоящего изобретения будут очевидны из следующего описания вариантов осуществления изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 представляет график, иллюстрирующий зависимость между расфокусировкой и величиной возникающих аберраций;
Фиг.2 представляет график, иллюстрирующий зависимость между наклоном и величиной возникающих аберраций;
Фиг.3 представляет схематическую диаграмму, иллюстрирующую соотношение между сигналом ошибки фокусировки и полосой захвата;
Фиг.4 представляет схематическую диаграмму, иллюстрирующую способ вычисления сигнала ошибки фокусировки при использовании метода астигматизма;
Фиг.5 представляет график, иллюстрирующий зависимость граничных местоположений области регулировки фокуса от полосы захвата;
Фиг.6 представляет график, демонстрирующий пороговые значения функции оценки перекрестной помехи;
Фиг.7 представляет график, демонстрирующий пороговые значения функции оценки нормированной средней амплитуды сигнала;
Фиг.8 представляет схематическую диаграмму, иллюстрирующую зависимость между перекрестной помехой и ухудшением амплитуды сигнала;
Фиг.9 представляет график, иллюстрирующий зависимость боковых положений фокуса в положительном (+) направлении, которые будут пределами воспроизведения, от нормированного шага дорожки;
Фиг.10 представляет график, иллюстрирующий зависимость боковых положений фокуса в отрицательном (-) направлении, которые будут пределами воспроизведения, от нормированной средней длины последовательности импульсов;
Фиг.11 представляет график, иллюстрирующий верхние предельные значения полосы захвата;
Фиг.12 представляет график, иллюстрирующий нижние предельные значения полосы захвата; и
Фиг.13 представляет схематическую диаграмму, иллюстрирующую один пример реализации устройства записи/воспроизведения оптического диска.
Предпочтительный вариант осуществления изобретения
Предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения будет далее объяснен по порядку, для каждого варианта осуществления изобретения со ссылкой на чертежи.
При использовании объектива с высокой числовой апертурой NA и коротковолнового лазерного диода (LD), как, например, в диске BD, то величина аберрации, полученная посредством расфокусировки, увеличивается более, чем величина аберрации в традиционном диске DVD или подобном ему, как описано выше. В этом случае граничная полоса области расфокусировки является доминирующим фактором стабильности устройств BD. Кроме того, было обнаружено, что явления, описанные ниже в (1) и (2), происходят, при наличии сферической аберрации, поэтому необходимо определить полосу захвата регулирования фокуса для обеспечения функции воспроизведения устройств BD.
(1) При наличии сферической аберрации местоположение границы области фокусировки (нулевая точка S- кривой) зависит от полосы захвата. Следовательно, местоположение границы области фокусировки может быть представлено как функция полосы захвата (CR), как в (А).
| местоположение границы области фокусировки (CR) | ...(A) |
(2) При наличии сферической аберрации форма воспроизводящего луча на диске изменяется в зависимости от направления расфокусировки так, что имеются различные основные факторы ухудшения сигнала воспроизведения, как описано ниже.
Во-первых, в положительном направлении (в котором диск и объектив движутся друг от друга), увеличение перекрестной помехи является основным фактором ухудшения сигнала воспроизведения. Поэтому перекрестная помеха может быть представлена как функция шага дорожки (TP), как в (В).
| перекрестная помеха (ТР) | ...(В) |
Во-вторых, в отрицательном направлении (в котором диск и объектив приближаются) ухудшение амплитуды сигнала является основным фактором ухудшения сигнала воспроизведения. Поэтому амплитуда сигнала может быть представлена как функция нормированной средней длины последовательности импульсов или цикла (RL), как в (С).
| амплитуда сигнала (RL) | ...(С) |
Из этих функций (А), (В) и (С) возможно установить диапазон полосы захвата, в которой можно получить устойчивый сигнал воспроизведения. Нормированная средняя длина последовательности импульсов будет объяснена позже со ссылкой на Фиг.10.
(Вариант осуществления изобретения)
Вариант осуществления изобретения будет объяснен со ссылкой на чертежи от Фиг.3 до Фиг.12. Фиг.3 представляет схематическую диаграмму, иллюстрирующую зависимость между сигналом ошибки фокусировки и полосой захвата. Фиг.4 представляет схематическую диаграмму, иллюстрирующую способ вычисления сигнала ошибки фокусировки, используя метод астигматизма. Фиг.5 представляет график, иллюстрирующий зависимость местоположения границы области регулирования фокуса от полосы захвата. Фиг.6 представляет график, демонстрирующий пороговое значение функции оценки перекрестной помехи. Фиг.7 представляет график, демонстрирующий пороговое значение функции оценки нормированной средней амплитуды сигнала.
Фиг.8 представляет схематическую диаграмму, иллюстрирующую зависимость между перекрестной помехой и ухудшением амплитуды сигнала. Фиг.9 представляет график, иллюстрирующий зависимость боковых положений фокуса в положительном направлении, которые будут пределами воспроизведения, от нормированного шага дорожки. Фиг.10 представляет график, иллюстрирующий зависимость боковых положений фокуса в отрицательном направлении, которые будут пределами воспроизведения, от нормированной средней длины последовательности импульсов. Фиг.11 представляет график, иллюстрирующий верхние предельные значения полосы захвата. Фиг.12 представляет график, иллюстрирующий нижние предельные значения полосы захвата.
(Изучение местоположения границы области регулирования фокуса)
В общем сигнал ошибки фокусировки (FES) может быть получен путем интегрирования распределения интенсивности I(u, v) пятен луча на детекторе. Здесь, I(u, v) - это распределение интенсивности пятен луча воспроизведения на детекторе и может быть представлено уравнением (1) на основе волновой оптики. В этой связи, u и v - координаты на детекторе, и x и y - координаты на зрачке линзы объектива.
Здесь,
и
Аберрация w(x, y) волнового фронта может быть представлена уравнением (5) на основе геометрической оптики, используя полином Unm Цернике (Zernike), коэффициент аберрации Аnm и уравнение для анализа волнового фронта Wdef(x, y) при расфокусировке.
Здесь m и n - целые неотрицательные числа, n≥m, n-m четное число, и Аnm - константа. Кроме того, характеристики аберрации зависят от значений n и m. Например, применимо следующее:
| (n,m)= | (2,1): расфокусировка |
| (2,2): астигматизм (трехмерный) | |
| (2,0): астигматизм (трехмерный) | |
| (3,2): кома (трехмерная) | |
| (3,1): кома (трехмерная) | |
| (4,2): сферическая аберрация (трехмерная) |
В качестве примера для пояснения рассмотрим диск Blu-ray Disc (BD) с емкостью записи 27Гб, который описан в NIKKEI ELECTRONICS No.817, и подобные диски, возьмем шаг дорожки TP равным 0.32 мкм и самую короткую длину метки записи равной 0.138 мкм на этом диске.
Кстати, эта система диска имеет объем (емкость) памяти примерно в 5.7 раз большую, чем у диска, имеющего объем памяти 4.7 Гб на один слой на одной стороне DVD, например, так, чтобы записывать двухчасовую или более длительную цифровую передачу с высокой разрешающей способностью. Для реализации указанной большой емкости записи, числовая апертура NA объектива, составляющая устройство считывания, установлена более высокой и длина волны λ источника света - более короткой.
С учетом этого, даже при той же степени расфокусировки, расфокусировка влияет на ухудшение сигнала воспроизведения в диске BD более сильно, чем в DVD, приводя к более трудному для работы состоянию (жесткому состоянию) граничной полосы области расфокусировки. Поэтому местоположение фокуса, при котором ограничивается регулирование фокуса (т.е. положение границы области фокусировки) становится важным для устойчивости дисковой системы.
(Изучение определения местоположения границы области фокусировки)
Местоположение границы области фокусировки - это местоположение фокуса, при котором сигнал ошибки фокусировки (FES) равен нулю. Концепция S - кривой сигнала ошибки фокуса (FES) представлена на Фиг.3. Как показано на Фиг.3, полоса захвата определяется как расстояние между местоположениями фокуса, соответствующее расстоянию от пика до пика (Р-Р) амплитуды S - кривой. В общем, при образовании сферической аберрации, форма ее S - кривой отличается от случая при отсутствии аберраций, так, что положение границы области фокусировки, измеренное от точки лучшей фокусировки, отличается от этого местоположения в случае отсутствия аберраций, что показано на Фиг.3.
Теперь, рассматривается местоположение границы области фокусировки, при котором имеется сферическая аберрация с положительной (+) полярностью (в таком направлении, что толщина слоя пропускания увеличивается).
Как описано выше, местоположение границы области фокусировки - это местоположение фокуса, при котором значение сигнала ошибки фокуса (FES), полученное вычислением распределения интенсивности пятен луча воспроизведения в уравнении (1), равно нулю. При наличии аберрации, win(x, y) и wout(x, y) в уравнении (1) будут иметь значения, отличные от нуля.
Если имеется ошибка в толщине слоя пропускания, приводящая к сферической аберрации, то коэффициент аберрации Anm, win(x, y) в уравнении (3) будет иметь составляющие А21U21+A42U42+A63U63+A84U84+...при использовании выше описанного полинома Unm Zernike, и при условии расфокусировки win(x, y) будет иметь составляющую Wdef(x, y). Поэтому уравнение (3) можно представить уравнением (6):
Кроме того, Anm и Unm, соответствующие сферической аберрации в выше приведенном уравнении, могут быть представлены следующими уравнениями (7) и (8), если даже рассматривается случай n=8 и m=4.
В уравнении (7) NA - это числовая апертура объектива, n - показатель преломления слоя пропускания, λ - длина волны источника света [мкм] и ΔТ [мкм] - ошибка в толщине слоя пропускания. Относительно полярности ошибки в толщине, направление, в котором толщина увеличивается, считается положительным. Кроме того, t в уравнении (8) удовлетворяет условию t=x2+y2.
Wdef(x, y), соответствующая расфокусировке, может быть представлена уравнениями (9) и (10).
Здесь величина defocus в уравнении (9) - это степень расфокусировки в [мкм], измеренная от точки лучшей фокусировки в воздухе, и что касается полярности расфокусировки, то направление, в котором объектив и записывающая поверхность движутся друг от друга, считается положительным.
В фокусирующей оптической системе, до достижения детектора, сферическая аберрация имеет ту же степень, как в вышеописанном выражении для win(x, y). Кроме того, если, например, метод астигматизма используется для детектирования сигнала ошибки фокусировки, то образуется астигматизм в направлении ±45 градусов, и задается соответствующая составляющая Was(x, y, CR), так что wout(x, y) может быть представлено уравнением (11).
Здесь Was(x, y, CR) может быть представлено уравнением (12).
Как следует из уравнений (11) и (12), wout(x, y) можно представить как функцию CR, как показано в уравнении (13).
Следовательно, уравнение (1) может быть представлено уравнением (14), и таким образом, как выясняется, I(u, v) является функцией, зависящей от CR.
Что касается сигнала ошибки фокусировки FES в методе астигматизма, который использует четырехсекционный детектор 10, как показано на Фиг.4, то сигнал ошибки фокусировки FES может быть получен вычислением (S1+S3)-(S2+S4) на вычитающем устройстве 13 исходя из (S1+S3), вычисленной на сумматоре 11 и (S2+S4), вычисленной на сумматоре 12, используя значения (S1 до S4), определенные на соответствующих элементах детектирования от 10а до 10d для определения I(u, v, CR). Положение фокуса, при котором сигнал ошибки фокусировки FES, полученный выше указанным образом, равен нулю, будет положением границы области регулирования фокуса, и, таким образом, определяется, что местоположение границы области регулирования фокуса зависит от CR.
Как фактор величин сферической аберрации, предполагаемой в BD, разброс толщины слоя пропускания на поверхности диска прогнозируется равным около ±3 мкм в оптическом диске со слоем пропускания 0.1 мм (слой покрытия), как и в диске BD, в соответствии с литературой Jpn. J. Phys. Vol.39 (2000) p.775-778. Кроме того, среднеквадратичное (RMS) значение остаточной сферической аберрации объектива и других оптических систем составляет около 20 мλ, и эта величина сферической аберрации преобразуется в ошибку толщины около ±2 мкм. Таким образом, при худших условиях полается, что сферическая аберрация составляет 5 мкм в эквиваленте ошибки толщины.
Следовательно, если ΔТ=+5 [мкм] в уравнении (7), функция, указывающая на зависимость граничного местоположения регулировки фокуса от CR, может быть получена вычислением уравнения (14) и может быть представлена следующей функцией аппроксимации в уравнении (15).
Фиг.5 иллюстрирует уравнение (15), при этом вертикальная ось представляет местоположение границы области регулирования фокуса [мкм], и горизонтальная ось представляет полосу захвата [мкм]. Нулевая точка на Фиг.5 соответствует точке лучшей фокусировки.
(Изучение функций оценки факторов ухудшения сигнала воспроизведения)
Далее, изучаются факторы ухудшения сигнала воспроизведения, для получения местоположения фокуса, которое будет являться пределом воспроизведения. В качестве факторов ухудшения сигнала воспроизведения рассматривают увеличение перекрестной помехи и ухудшение амплитуды сигнала. Функциями оценки, представляющими соответствующие характеристики, являются следующие.
(i)Функция оценки перекрестной помехи
Перекрестная помеха формируется сигналом из смежной дорожки, примешиваясь к сигналу воспроизведения дорожки. Степень перекрестной помехи изменяется вместе с шагом дорожки ТР и может быть представлена уравнением (16).
Вышеприведенное уравнение точно выражается функцией, представленной уравнением (17).
Здесь u' и v' - координаты на диске, нормированные на величину λ/NA, где v' - координата в радиальном направлении и u' - координата в тангенциальном направлении. В уравнении (17) интервал интегрирования в числителе (Adjacent_Track - Смежная_дорожка) является интервалом в радиальном направлении, соответствующим смежной дорожке, и интервал интегрирования в знаменателе (Main_Track - Основная_дорожка) является интервалом в радиальном направлении, соответствующим дорожке воспроизведения. Кроме того, f(x, y) является функцией распределения комплексной амплитуды на выходном зрачке и может быть представлена уравнением (18), используя уравнения (2) и (3).
(ii)Функция оценки амплитуды сигнала
Что оказывает влияние на ухудшение амплитуды сигнала, так это ухудшение MTF (функции передачи модуляции ФПМ). Здесь нормированная средняя длина последовательности импульсов RL определяется как уравнение (19), и MTF на частоте, соответствующей периоду, используется для представления функции оценки амплитуды сигнала. При этом [x] означает максимальное целое число, не превышающее x. Средняя длина инверсии данных - это среднее значение расстояний от 1 до 0 или от 0 до 1 после того, как воспроизведенный сигнал преобразован в двоичную форму.
Полагая, что нормированная частота, соответствующая нормированной средней длине последовательности импульсов RL, представлена уравнением (20), можно представить MTF уравнением (21). Здесь f* - это комплексно-сопряженная функция.
Используя вышеприведенное уравнение, можно представить функцию амплитуды сигнала уравнением (22)
(Характерный пример осуществления изобретения)
Будет рассмотрен характерный пример, в котором эти целевые функции перекрестной помехи и амплитуды сигнала применяются к оптическому диску системы Blu-ray Disc с емкостью записи 27 Гб.
За пороговое значение, полученное, когда значение каждой целевой функции достигает предела воспроизведения, в основном берется значение, при котором флуктуации (мерцания) сигнала составляют 15%, когда осуществляется моделирование скалярной дифракции с использованием параметров DVD.
Поскольку перекрестная помеха формируется в основном из-за радиального наклона (т.е. наклона в радиальном направлении), она изучается при увеличении радиального наклона. В результате, как показано на Фиг.6, флуктуации сигнала составляют 15%, когда радиальный наклон равен 0.75 градусов, и целевая функция перекрестной помехи в этот момент равна -16 дБ.
Амплитуда сигнала изучается при расфокусировке. Причина использования расфокусировки состоит в том, что использование тангенциального наклона (т.е. наклона в тангенциальном направлении) может повлиять на фазовый сдвиг в сигнале воспроизведения, и, таким образом, ухудшение амплитуды сигнала не может точно представить ухудшение сигнала воспроизведения. Если система имеет расфокусировку, перекрестная помеха также имеет место, но оценка выполняется при условии, что шаг дорожки шире, чем в случае DVD, тем самым сокращая влияние перекрестной помехи. В этом случае флуктуации сигнала составляют 15%, когда расфокусировка составляет 0.9 мкм, как показано на Фиг.7. В это время целевая функция амплитуды сигнала равна -3 дБ.
Таким образом, определяя местоположения фокуса, когда целевая функция перекрестной помехи и функция оценки амплитуды сигнала принимают свои пороговые значения, как показано на Фиг.6 и Фиг.7, соответственно, можно определить местоположения фокуса, которые будут соответствовать пределам воспроизведения.
В оптическом диске системы Blu-ray Disc с емкостью записи 27 Гб, шаг дорожки ТР составляет 0.32 мкм и самая короткая длина метки записи Тmin составляет 0.138 мкм. В этом случае нормированное значение ТР равно 0.672 и нормированная средняя длина последовательности импульсов (RL) равна 0.868, потому что она основана на 17 РР как способе кодирования. В этом случае изменение местоположения фокуса и оценка перекрестной помехи и амплитуды сигнала посредством уравнения (17) и (22) дают результат, показанный на Фиг.8. Из Фиг.8 следует, что местоположения фокуса, которые будут пределами воспроизведения, могут быть представлены в уравнениях (23) и (24).
В этом случае увеличение перекрестной помехи является доминирующим фактором.
В этом случае ухудшение амплитуды сигнала является доминирующим фактором.
Из этого результата следует, что при определении местоположения фокуса, соответствующего пределу воспроизведения, показатель меняется вместе с фокусным направлением.
Используя местоположение фокуса, которое будет соответствовать пределу воспроизведения, как получено выше, можно получить местоположение границы области регулирования стабильно воспроизводимой оптимальной фокусировки. Следовательно, при использовании регулирования фокуса с полосой захвата (CR), которая позволяет ограничивать область фокусировки на этом местоположении границы области регулирования оптимальной фокусировки, то возможно получить стабильное воспроизведение сигнала и предотвратить отклонение за пределы области регулирования фокуса.
Далее, на основе выше описанного условия будет получено характерное значение полосы захвата. Требуется граничная полоса области расфокусировки величиной около 0.11 мкм между положением фокуса, соответствующим пределу воспроизведения, и местоположением границы области регулирования оптимальной фокусировки. Более детально, погрешность при регулировании 0.04 мкм, смещение электрической системы 0.02 мкм, и ошибка при настройке считывания 0.05 мкм, и тем самым суммарное значение составит 0.11 мкм.
Граничная полоса области расфокусировки, оцененная исходя из положения фокуса, соответствующего пределу воспроизведения в уравнении (23), составляет -0.06 мкм. Подстановка этого в уравнение (15) дает значение полосы захвата (CR) 3.13 мкм, соответствующей пределу воспроизведения в положительном (+) направлении. Это значение является верхним пределом полосы захвата (CR). Таким же образом получим, что граничная полоса области расфокусировки, оцененная исходя из положения фокуса, соответствующего пределу воспроизведения в уравнении (24), составляет -0.10 мкм. Подстановка этого в уравнение (15) дает значение полосы захвата (CR) 1.66 мкм, соответствующей пределу воспроизведения в отрицательном (-) направлении. Это значение является нижним пределом полосы захвата (CR). Следовательно, полоса захвата (CR) может быть представлена уравнением (25).
Разработка регулирования фокуса в диапазоне, в котором полоса захвата (CR) удовлетворяет уравнению (25), позволяет ограничивать область регулирования фокуса на местоположение фокуса, в котором можно получить стабильный сигнал воспроизведения, тем самым делает возможной стабильную систему записи/воспроизведения оптического диска.
До сих пор рассматривалась полоса захвата (CR) в оптическом диске системы Blu-ray Disc, имеющем 27 Гб емкости записи. Эта полоса захвата (CR) может быть представлена функцией шага дорожки или нормированной средней длины последовательности импульсов, и далее будет представлено их описание.
Как описано выше, местоположение фокуса, которое будет пределом воспроизведения в положительном направлении, имеет зависимость от шага дорожки, потому что перекрестная помеха является доминирующим фактором, и может быть представлено аппроксимирующей функцией в уравнении (26) с нормированным шагом дорожки (ТР), который нормирован на величину λ/NA в качестве параметра. Фиг.9 является иллюстрацией уравнения (26), и нулевая точка является лучшей фокусной точкой на Фиг.9.
Что касается местоположения фокуса [мкм], которое будет соответствовать пределу воспроизведения в отрицательном направлении, то, поскольку ухудшение амплитуды сигнала является при этом доминирующим фактором, оно может быть представлено аппроксимирующей функцией в уравнении (27) с нормированной средней длиной последовательности импульсов (RL), которая нормирована на величину λ/NA как параметр. Фиг.10 иллюстрирует уравнение (27), и нулевая точка является лучшей фокусной точкой на Фиг.10.
Так как требуемая граничная полоса области расфокусировки (Margin), описанная выше, составляет 0.11 мкм, возможный диапазон, который может заполнить полоса захвата (CR) и в котором можно обеспечить требуемую граничную полосу области расфокусировки, может быть представлен уравнением (28), используя уравнения (15), (16) и (27).
Следовательно, может быть выбрана полоса захвата (CR), удовлетворяющая выражению отношения уравнения (29).
Путем определения CR [мкм], которая удовлетворяет этому выражению отношения, возможно получить значение верхнего предела полосы захвата для нормированного шага дорожки, как показано на Фиг.11, и значение нижнего предела полосы захвата для нормированной средней длины последовательности импульсов, как показано на Фиг.12. Использование функций для значения верхнего предела и для значения нижнего предела полосы захвата CR дает значение полосы CR, представленное уравнением (30).
Кроме того, уравнение (30) может быть представлено уравнением (31), используя аппроксимирующие функции для значения верхнего предела и для значения нижнего предела полосы захвата CR, полученные из уравнения (29).
Следовательно, посредством выбора значения CR так, чтобы оно было в пределах полосы, удовлетворяющей уравнению (29) или полосы, удовлетворяющей уравнению (31), возможно осуществить регулировку фокуса для обеспечения выполнения воспроизведения.
В системе Blu-ray применяются длина волны источника света (в диапазоне между 0.395 и 0.415 мкм, и числовая апертура NA объектива - в диапазоне между 0.80 и 0.90. В этом случае особенно сужается граничная полоса области расфокусировки, но путем использования регулирования фокуса настоящего изобретения, возможно обеспечить устойчивую систему.
При имеющейся в настоящее время технологии изготовления мастер-дисков трудно обеспечить стабильную подготовку носителя записи, если шаг дорожки составляет 0.29 мкм или менее. Кроме того, при использовании считывания, при котором длина волны λ источника света равна 0.405 мкм и числовая апертура NA объектива равна 0.85, трудно получить устойчивый сигнал воспроизведения при метке записи, когда самая короткая длина метки составляет 0.138 мкм или менее. Для значений шага дорожки ТР и средней длины последовательности импульсов RL, нормированных на основании их предельных значений, получаем для ТР величину 0.6 или более, и для RL величину 0.86 или более. Особенно в пределах выше описанных диапазонов для нормированного шага дорожки ТР и нормированной средней длины последовательности импульсов RL, если полоса захвата CR [мкм] регулировки фокуса удовлетворяет условию 1.65≤CR≤3.02, как описано выше, то достаточная граничная полоса области расфокусировки может быть обеспечена даже при наличии допустимого отклонения, такого как сферическая аберрация, так что возможно обеспечить устойчивую систему.
В вышеописанном варианте осуществления изобретения рассматривается оптический диск системы Blu-ray Disc, имеющий 27 Гб емкости записи. Однако настоящее изобретение можно применять независимо от шага дорожки и линейной плотности записи носителя записи, способа кодирования, типа носителя записи или подобных факторов. Кроме того, оно может применяться не только для перезаписывающего типа, но также для типа однократной записи и многократного считывания и для только воспроизводящего носителя. Дополнительно, оно может применяться не только для единственного записывающего слоя, но и для множественных слоев.
В этом варианте осуществления метод астигматизма взят в качестве примера, как способ выявления ошибки фокусировки. Однако настоящее изобретение может применяться не только к способу выявления ошибки фокусировки, но также к другим способам.
Хотя в выше описанным варианте осуществления изобретения рассматривался оптический диск, настоящее изобретение может применяться независимо от формы носителя, такого как носитель записи в виде карт и монолитный носитель записи.
(Устройство для записи/воспроизведения оптического диска)
Устройство 20 для записи/воспроизведения оптического диска, относящееся к настоящему изобретению, будет описано со ссылкой на Фиг.13. Диск 21 имеет биения поверхности или вобуляцию (качание) поверхности в пределах диапазона, предписываемого стандартом, и устройство 22 считывания имеет вышеописанную полосу захвата, для контроля регулировки фокуса или тому подобное.
Сигнал ошибки фокусировки и сигнал ошибки слежения от устройства считывания 22 может быть выявлен схемой 23 выявления ошибки фокусировки/ошибки слежения. Существует трехточечный способ или подобные ему, как способ детектирования для выявления сигнала ошибки слежения, и метод астигматизма или подобные методы, как метод детектирования для выявления сигнала ошибки фокусировки, однако любой метод может быть использован в указанном устройстве. Есть также регулировка вала (дисковода) для управления числом вращений, равным предварительно определенному числу вращений. Ошибка числа вращений может быть получена посредством синхронизатора для сигнала воспроизведения или задающим генератором, которым снабжен двигатель.
На основе этих сигналов ошибок положение объектива в устройстве 22 считывания регулируется устройством 24 управления накопителями в цепи 25 управления устройством считывания в отношении регулировки фокуса и регулировки слежения, и вращение двигателя 27 вала управляется цепью 26 управления приводом двигателя. Кроме того, имеется регулировка позиционирования для выявления местоположения устройства 22 считывания в радиальном направлении оптического диска посредством использования ползунка, и это положение контролируется путем использования информации о местоположении устройства 22 считывания, сигнала, адреса дорожки оптического диска, и т.п.
В устройстве регулирования фокуса согласно настоящему изобретению обеспечивается выше рассматриваемая полоса захвата, и путем применения этого устройства для оптического диска системы Blu-ray Disc, имеющего 27 Гб емкости записи, возможно осуществить регулирование фокуса и его устойчивый ввод.
Очевидно, устройство 20 записи/считывания оптического диска, в которой применяется устройство регулирования фокуса, связанное с настоящим изобретением, снабжается не только системой регулирования фокуса, системой управления слежением и системой регулирования вала, но также другими механизмами, необходимыми для устройства записи/считывания оптического диска, такими как система обработки сигналов при записи, считывании и система ввода/вывода сигнала.
Как описано выше, согласно устройству регулирования фокуса в соответствии с настоящим изобретением возможно оптимизировать полосу захвата, для ограничения области регулирования фокуса на том местоположении фокуса, где может быть обеспечена требуемая граничная полоса области расфокусировки. Следовательно, что касается оптического носителя записи, возможно выполнять запись/считывание.
Настоящее изобретение не ограничивается выше описанными вариантами осуществления, и при необходимости могут быть выполнены изменения без выхода за пределы объема или сущности изобретения, которые раскрыты в Формуле изобретения и в полном описании. Устройство регулирования фокуса, к которому относятся эти изменения, также считается входящим в объем настоящего изобретения.
Промышленная применимость
Устройство регулирования фокуса, согласно настоящему изобретению, может применяться в оптическом диске с высокой плотностью для потребительского или промышленного использования, таком как DVD, на котором различная информация может записываться с высокой плотностью, и дополнительно может применяться в DVD-проигрывателе, записывающем устройстве DVD и подобных устройствах. Кроме того, устройство регулирования фокуса может применяться в оптическом носителе записи с высокой плотностью записи и высокой емкостью записи, который использует оптическую систему считывания с высокой числовой апертурой NA и источник света, обеспечивающий коротковолновый свет.
1. Устройство регулирования фокуса для фокусирования света, испускаемого источником света на записывающий слой оптического диска посредством объектива, в котором захватываемая зона для достижения фокусировки определяется из следующего:
нижний предел определяется на основании средней длины последовательности импульсов и
верхний предел определяется на основе шага дорожки оптического диска.
2. Устройство регулирования фокуса по п.1, в котором задается, что длина волны света равна λ, числовая апертура объектива равна NA, средняя длина последовательности импульсов записанных данных, нормированная на λ/NA, равна RL, шаг дорожки оптического диска ТР, нормированный на λ/NA, и захватываемая зона указанного устройства регулирования фокуса равна CR [мкм], применяется следующее уравнение:
0.114/(RL-0.72)+0.84≤CR≤18000(TP-0.69)5+3.13.
3. Устройство регулирования фокуса по п.2, в котором применяется следующее уравнение для средней длины последовательности импульсов записанных данных RL:
RL=2x {целая часть от [(средняя длина инверсии данных/длина двоичного разряда канала)+0.5]} × длина двоичного разряда канала × NA/λ.
4. Устройство регулирования фокуса по п.3, в котором длина волны λ света имеет значение от 0.395 до 0.415 мкм и числовая апертура NA объектива имеет значение от 0.80 до 0.90.
5. Устройство регулирования фокуса по п.4, в котором при условии, что нормированный шаг дорожки оптического диска ТР равен 0.6 или более и средняя длина последовательности импульсов записанных данных RL равна 0.86 или более, применяется следующее уравнение:
1.65[мкм]≤CR[мкм]≤3.02[мкм].
