JP2005122795A - 光学的記録再生装置および記録再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 同一面上に複数の記録再生層を設けた多層光ディスク用の光学的情報記録再生装置において、誤った記録再生層へのフォーカスサーボを防止する。
【解決手段】 光学的記録再生装置は、対物レンズ４と、２分割センサ１１と、演算手段（ゲイン回路１２，１３、差分回路１４）と制御部１５とを有する。対物レンズ４は、光ディスク１の所定の記録再生層または再生層上に、光源３からの光ビームを集光する。２分割センサ１１は、光ディスク１から反射される光ビームを複数の受光素子Ｓａ１、Ｓａ２で検出する。演算手段は、検出信号を用いて光ビームの球面収差量を求める。制御部１５は、球面収差量を用いて、光ディスク１の記録再生層間または再生層間のフォーカス移動状態を識別する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光ディスク・光カード等の光学的情報記録再生装置および記録再生方法に関し、特に高密度記録を目的とした多層記録媒体を用いる光学的情報記録再生装置および記録再生方法に関する。

画像データ等の記録再生装置として、コンパクトディスク（ＣＤ）やデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）等の光ディスクおよび、光ディスクを取り扱う光学的情報記録再生装置が知られている。

近年、取り扱うデータ量の増加に伴い、光ディスクを記録再生する光源である半導体レーザ波長λの短波長化や、半導体レーザから出射される光ビームを光ディスクに集光する対物レンズの開口数ＮＡの増大によって、光学的な解像度を高め、光ディスクの大容量化が図られている。

例えば、ＣＤの場合、一般的な波長（λ＝７８０ｎｍ）と開口数（ＮＡ＝０．４５）では、光ディスク上に集光されるスポット径サイズは略１．７μｍである。また、ＤＶＤでは、一層の大容量化のために、光源の短波長化（λ＝６６０ｎｍ）や対物レンズの大開口数化（ＮＡ＝０．６）が図られており、光ディスク上に集光されるスポット径サイズは略１．１μｍである。この結果、ＤＶＤでは記録密度をＣＤに比べて２．５倍程度まで増加することが可能となっており、さらには、光ディスクから再生される再生信号の高度処理技術等を導入することによって、１２０ｍｍＤＶＤは、１２０ｍｍＣＤの記憶容量６４０ＭＢに対して、４．７ＧＢと７倍強の記憶容量を達成している。

図１０はこのようなＣＤやＤＶＤ等の光ディスクを用いる光学的情報記録再生装置の代表的な構成を示すブロック図である。

光ディスク１はピットの形成された信号記録面を下方にしてクランピングエリア（図示せず）で支持され、情報の記録再生時にはスピンドルモータ２によって所定の回転数で回転される。信号記録面のごく近傍には半導体レーザ等の光源３からのレーザ光を集光する対物レンズ４が信号記録面に対向して設置されており、記録再生時には光ディスク１の平面に対し平行方向および垂直方向に移動することができる。光ディスク１で反射した光ビームを分岐させるビームスプリッタ（図示せず）の下流には２分割センサ５と、４分割センサ７とが設けられている。また、これらのセンサの下流にはセンサの信号を処理するための回路が設けられている。具体的には、２分割センサ５の下流には差分回路６が、４分割センサ７の下流には加算回路８、９と差分回路１０とがそれぞれ設けられている。これらの回路から発生した各種信号は制御部１５’に送られる。２分割センサ５はトラックと並行な方向に２分割して設けられた２つの受光素子Ｔａ１、Ｔａ２を有している。４分割センサ７はトラックと並行な方向および垂直な方向に４分割して設けられた４つの受光素子Ｆｏ１、Ｆｏ２、Ｆｏ３、Ｆｏ４を有している。

記録再生時には、半導体レーザ等の光源３から光ビームが出射され、光ビームを光ディスク１上に対物レンズ４で集光させるとともに、トラッキングアクチュエータならびにフォーカスアクチュエータ（図示せず）で対物レンズ４を駆動して、トラッキングサーボならびにフォーカスサーボをかけ、光ディスク１への情報記録ならびに情報再生を行う。

光ディスク１のフォーカスサーボとしては、非点収差方式が広く知られている。非点収差方式は、光ディスク１から反射される光ビームを光ビームの光軸中心に４分割して設けられた４分割センサ７で検出するものである。

ところで、近年、１枚の光ディスクの同一面上に複数の記録再生可能な記録再生層を積層する多層ディスクが提案され、更なる大容量化が図られている。

１枚の光ディスク１の同一面上に複数の記録再生可能な記録再生層を積層する多層ディスクに情報を記録再生する場合も、前述のように光ディスク１がスピンドルモータ２により所定の回転数で回転させられ、半導体レーザ等の光源３から光ビームが出射され、対物レンズ４によって光ディスク１上に集光され、トラッキングサーボおよびフォーカスサーボがかけられて、光ディスク１への情報記録再生がなされる。

ところで、現在想定されている複数の記録再生層を有する光ディスク１の記録再生層間隔は３０μｍ程度で、さらに光ディスク１の面ぶれは約１００μｍ程度と大きなものであるが、通常フォーカスエラー信号として検出可能な範囲は１０μｍ以下である。このため、フォーカスサーチをしている時にフォーカスエラー信号が得られない不感帯期間が存在することとなる。

このことは、同一面上に光ビームの集光する記録再生層が複数存在する多層ディスクにおいては、前述の非点収差方式を用いて光ビームを所定の記録再生層に集光するフォーカスサーボの場合、４分割センサ５の対角同士の出力が等しくなる状態が複数存在するため、対物レンズ４に最も近い記録再生層にフォーカスサーボがかかり、期待する記録再生層でフォーカスサーボがかからない場合があることを意味する。さらに、フォーカスエラー信号のゼロクロスでフォーカスサーボループを閉じる瞬間に、大きな外乱や傷が発生すると、正常にフォーカスサーボループが閉じられずに所定の記録再生層から他の記録再生層にフォーカス移動ができないこともある。

また、光ディスク１の任意の記録再生層を記録または再生中に、光ディスク１の傷や、外部振動等でフォーカスが異なる記録再生層に誤って移動した場合には、何層目を記録または再生しているかを判別できない。このために、誤って移動した先の記録再生層で記録または再生を続けてしまうことが発生する。さらに、現在いる記録再生層を誤って認識することにより、フォーカスサーチやフォーカス移動動作を行なう過程において、対物レンズ４が光ディスク１に衝突し、光ディスク１や対物レンズ４を破損するおそれがある。

この問題を解決するために、光ディスク上に設けられた複数の記録再生層のうち、最表面に位置する記録再生層内に、光ディスクが有する記録層数を示すサブコードを設け、各々の記録再生層には光ディスクが有する記録再生層の何層目かを示すサブコードを設ける方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

本技術は、まず始めに最表面に位置する記録再生層内の記録層数を示すサブコードを読み取ることで、光ディスクが何層の記録再生層であるかを正しく識別し、各記録再生層に設けられた何層目かを示すサブコードを常に識別することで、正確なフォーカスサーチやフォーカス移動を実現可能とする。さらには、光ディスクの傷や、外部振動等でフォーカスが異なる記録再生層に誤って移動した場合には、各記録再生層に設けられた何層目かを識別するサブコードを設けているため、誤って移動した先の記録再生層で記録または再生を続けてしまうことを防止することができる。
特開平８−１４７７６２号公報

しかしながら、上記従来技術においては、各記録再生層に設けられたサブコードを読み取り識別するまでの時間、誤ってフォーカスが異なる記録再生層に移動していることを判断することができない。さらには、各記録再生層に設けられたサブコード自体に傷がある場合には、サブコードを正しく認識できないために記録再生層を認識できないことも発生する。

従って、本発明の目的は、同一面上に複数の記録再生層を設けた多層光ディスクを記録または再生する光学的情報記録再生装置において、誤った記録再生層へのフォーカスサーボを防止する方法を提供することにある。

本発明に係る光学的記録再生装置は、複数の記録再生層または再生層を有する光学的記録再生媒体の所定の記録再生層または再生層上に、光源からの光ビームを集光する対物レンズと、光学的記録再生媒体から反射される光ビームを検出するセンサ手段と、センサ手段の検出信号を用いて、記録再生層または再生層上に集光される光ビームの球面収差量を求める演算手段と、球面収差量を用いて、光学的記録再生媒体の記録再生層間または再生層間のフォーカス移動状態を識別する識別手段とを有する。

光ビームの球面収差量は、いわゆる球面収差によって、どの記録再生層または再生層で反射されたかに応じて異なったパターンを呈するため、このパターンを識別することにより、現在どの記録再生層間または再生層に光ビームが集光されているかを判定することができる。

センサ手段は、複数の受光素子によって、光学的記録再生媒体から反射される光ビームの中央部の強度と周辺部の強度とを独立して検出し、演算手段は、光ビームの中央部と周辺部の強度の比率に応じて球面収差量を求めるよう構成することができる。上述のパターンの特徴は、光ビームの中央部の強度と周辺部の強度とが異なる点にある。したがって、中央部と周辺部の強度を測定することによって各パターンを効率的に識別することが可能となる。

センサ手段は、さらに、光学的記録再生媒体から反射される光ビームの光軸中心に関し同心に設けられた内側円形部と外側環状部の２つの受光素子を有するように構成することができる。

また、フォーカス移動状態に応じて、対物レンズによって集光される光ビームの焦点を、所定の記録再生層または再生層に移動する制御信号を発生させるフォーカス制御手段と制御信号の指令に応じて、焦点を所定の記録再生層または再生層に移動するフォーカス移動手段とをさらに有すよう構成することもできる。

記録再生層または再生層の１つから他の記録再生層または再生層にフォーカス移動する場合には、演算手段によって求められたフォーカス移動後の球面収差量を、記憶部に記憶されているフォーカス移動対象である移動対象記録再生層または移動対象再生層の球面収差量と比較することによって、または、演算手段によって求められたフォーカス移動の前後の球面収差量の偏差を、記憶部に記憶されている偏差と比較することによって、フォーカス移動が正常に行なわれたことを判定することができる。

光学的記録再生媒体への記録動作中または再生動作中には、演算手段によって求められた球面収差量を、記憶部に記憶されている記録動作中もしくは再生動作中の動作対象記録再生層もしくは動作対象再生層の球面収差量と比較することによって、または、演算手段によって求められた球面収差量の変化を監視することによって、フォーカス誤移動が発生したことを識別することができる。

さらに、フォーカス誤移動が識別された場合に、動作対象記録再生層または動作対象再生層にフォーカス移動する復帰処理を行なうよう構成することもできる。

本発明の光学的記録再生方法は、複数の記録再生層または再生層を有する光学的記録再生媒体の所定の記録再生層または再生層上に、光源からの光ビームを集光する工程と、光学的記録再生媒体から反射される光ビームを検出する工程と、検出された検出信号を用いて、記録再生層または再生層上に集光される光ビームの球面収差量を求める工程と、球面収差量を用いて、光学的記録再生媒体の記録再生層間または再生層間のフォーカス移動状態を識別する工程とを有する。

本発明における光学的情報再生装置によれば、複数の記録再生層を備える光ディスク上に集光された光ビームの反射光を、光ビームの光軸中心に複数に分割されたセンサを用いることにより、光ビームの球面収差を検出することができる。この結果、フォーカス移動が正常に完了したことを容易に識別でき、常に安定したフォーカス移動を行うことができる。

さらに、所定記録再生層または再生層における記録動作中または再生動作中に、不要な誤ったフォーカス移動が発生したことを、球面収差信号の変化等により検出することができる。この結果、記録動作および再生動作を即時に中断して、本来の記録再生層または再生層に復帰することが可能となり、さらには復帰後の記録または再生動作も可能となる。これによって、光ディスクの傷や振動等の外乱に対しても安定した記録再生動作を確保することができる。

以下、本発明における光学的情報記録再生装置の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明では光ディスクは記録再生層を有するとしているが、再生層を有する場合も同様である。図１は本発明に係る光学的情報再生装置の代表的な構成を示すブロック図である。

光ディスク１はピットの形成された信号記録面を下方にしてクランピングエリア（図示せず）で支持され、情報の記録再生時にはスピンドルモータ２によって所定の回転数で回転される。信号記録面のごく近傍には半導体レーザ等の光源３からのレーザ光を集光する対物レンズ４が信号記録面に対向して設置されており、記録再生時には光ディスク１の平面に対し平行方向および垂直方向に移動することができる。また、光ディスク１で反射した光を分岐させるビームスプリッタ（図示せず）を介して２分割センサ５と、４分割センサ７と、２分割センサ１１とが設けられている。これらの各センサは例えばフォトダイオードによって形成することができる。また、これらのセンサの下流にはセンサの信号を処理するための回路が設けられている。具体的には、２分割センサ５の下流には差分回路６が、４分割センサ７の下流には加算回路８、９と差分回路１０とが、２分割センサ１１の下流にはゲイン回路１２、１３と差分回路１４とが、それぞれ設けられている。これらの回路から発生した各種信号は制御部１５に送られる。制御部１５には対物レンズ４のフォーカス制御に必要な情報をあらかじめ記憶した記憶部１６が接続している。２分割センサ５はトラックと並行な方向に２分割して設けられた２つの受光素子Ｔａ１、Ｔａ２を有している。４分割センサ７は光軸を中心としてトラックと並行な方向および垂直な方向に４分割して設けられた４つの受光素子Ｆｏ１、Ｆｏ２、Ｆｏ３、Ｆｏ４を有している。また、２分割センサ１１は光軸を中心として同心円状に設けられた２つの受光素子Ｓａ１、Ｓａ２を有している。受光素子Ｓａ２は光軸を中心とした内側の円形部であり、受光素子Ｓａ１は、受光素子Ｓａ２と中心点を共通にして、受光素子Ｓａ２の周囲を取り囲む外側環状部である。なお、これらの受光素子の数は２つに限定されず、例えば２分割センサ１１を、光軸を中心として同心円状に３以上の受光素子を有する多数分割センサとして構成してもよい。また、これらの形状は正確な円形ないし円環である必要はない。

光ディスク１への記録再生時には、光源３から出射された光ビームを対物レンズ４によって光ディスク１上に正確に集光させる必要がある。光ディスク１に形成されているピットは、例えばＤＶＤではトラックピッチが０．７４μｍ、ピット高さ０．１μｍと極めて微細であるため、光ディスク１の回転に伴う光ディスク１の偏心や、面ふれによる上下動に対して対物レンズ４が常に所定のトラックを正確に追従し、対物レンズ４と光ディスク１との距離を正確に保つために、対物レンズ４の位置を制御する機構が必要である。この目的でトラッキングサーボならびにフォーカスサーボが設けられている。対物レンズ４はこれらのサーボ機構を介して、トラッキングアクチュエータならびにフォーカスアクチュエータ（図示せず）によって駆動されて、光ディスク１に対して正確に位置決めされ、光ディスク１への情報記録ならびに情報再生が行われる。

図２には、トラッキングサーボの説明図を示す。光ディスク１から反射される光ビームは対物レンズ４およびビームスプリッタを通過して２分割センサ５に入射し検出される。図２（ａ）には、光ディスク１の記録再生の対象となっているトラックの中心上に対物レンズ４により光ビームが正確に集光されているときの、２分割センサ５の集光状態を模式的に示している。２分割センサ５の各受光素子Ｔａ１とＴａ２には、光ディスク１から反射される光ビームが同程度の強度で入射され、受光素子Ｔａ１とＴａ２の出力が等しい状態となっている。図２（ｂ）には、光ビームが対象トラックの中心から一方に偏って集光されているときの、２分割センサ５の集光状態を模式的に示している。図２（ｂ）においては、光ディスク１から反射される光ビームの強度は受光素子Ｔａ１より受光素子Ｔａ２が大きい不均衡状態となっている。図２（ｃ）には、光ビームが対象トラックの中心から図２（ｂ）とは反対側に偏って集光されているときの、２分割センサ５の集光状態を模式的に示している。図２（ｃ）においては、光ディスク１から反射される光ビームの強度は受光素子Ｔａ２より受光素子Ｔａ１が大きい不均衡状態となっている。図２（ａ）〜（ｃ）のいずれの状態にあるかは、２分割センサ５の各受光素子Ｔａ１、Ｔａ２の出力差信号（トラッキングエラー信号ＴＥ）を差分回路６で求めることによって識別することができる。そして、トラッキングエラー信号の誤差がなくなるように、対物レンズ４をトラッキングアクチュエータで駆動することによって、光ディスク１上の任意のトラックに光ビームを集光することができる。なお、このようなトラッキングサーボはプッシュプル方式と呼ばれる。

図３には、フォーカスサーボの説明図を示す。光ディスク１から反射される光ビームは対物レンズ４およびビームスプリッタを通過して４分割センサ７に入射し検出される。図３（ａ）は、光ディスク１の記録再生の対象となっている記録再生層上に対物レンズ４により光ビームが正確に集光されているときの、４分割センサ７の集光状態を模式的に示している。４分割センサ７の各受光素子Ｆｏ１〜Ｆｏ４には、光ディスク１から反射される光ビームが同程度の強度で入射され、受光素子Ｆｏ１〜Ｆｏ４の出力が等しい状態となっている。図３（ｂ）は、光ビームが対象記録再生層表面から光ディスク１の厚さ方向の一方に偏って集光されているときの、４分割センサ７の集光状態を模式的に示している。図３（ｂ）においては、光ディスク１から反射される光ビームの対角出力和は、受光素子（Ｆｏ１＋Ｆｏ３）の出力和より受光素子（Ｆｏ２＋Ｆｏ４）の出力和の方が大きい不均衡状態となっている。図３（ｃ）は、光ビームが光ディスク１の記録再生層表面から図３（ｂ）とは反対側に偏って集光されているときの、４分割センサ７の集光状態を模式的に示している。図３（ｃ）においては、光ディスク１から反射される光ビームの対角出力和は、受光素子（Ｆｏ２＋Ｆｏ４）の出力和より受光素子（Ｆｏ１＋Ｆｏ３）の出力和の方が大きい不均衡状態となっている。図３（ａ）〜（ｃ）のいずれの状態にあるかは、４分割センサの各受光素子Ｆｏ１〜Ｆｏ４の出力の対角和を各々加算回路８および９で求め、対角和の差信号（フォーカスエラー信号ＦＥ）を差分回路９で求めることによって識別することができる。そして、フォーカスエラー信号ＦＥの誤差がなくなるように、対物レンズ４をフォーカスアクチュエータで駆動することによって、光ディスク１上に設けられた任意の記録再生層に光ビームを集光することができる。なお、このようなフォーカスサーボは非点収差方式と呼ばれる。

なお、２分割センサ５と４分割センサ７とは共用してもよい。一例として、４分割センサ７の受光素子（Ｆｏ１＋Ｆｏ４）を２分割センサの受光素子Ｔａ１に割り当て、受光素子（Ｆｏ２＋Ｆｏ３）を受光素子Ｔａ２に割り当てることによって共用することが可能である。

図４には、２分割センサの説明図を示す。２分割センサ１１は、光ディスク１から反射され対物レンズ４およびビームスプリッタを通過した光ビームの光軸中心に関し同心円状に設けられた、受光素子Ｓａ１、Ｓａ２を有しており、光ビームの中心部と周辺部の光量を各々独立して検出する。図４（ａ）は、光ディスク１上に形成されている記録再生層の１つに対物レンズ４による光ビームが正確に集光されているときの、２分割センサ１１の集光状態を模式的に示している。２分割センサ１１の各受光素子Ｓａ１とＳａ２には、光ディスク１から反射される光ビームが所定の強度比率で入射される。図４（ｂ）は、このときの光ビームの光軸中心からの半径方向距離と光ビームの強度分布との関係を模式的に示している。一般にレーザ光は、集光された光ビームは有限のビーム径を持ち、ビームの中央部に最大の強度分布が現れ、その周囲に環状に強度の極大部が現れる、いわゆるエアリーディスクの形状を呈することが知られている。図４（ｃ）は、光ディスク１上の図４（ａ）とは別の記録再生層に光ビームが集光されているときの、２分割センサ１１の集光状態を模式的に示している。また、図４（ｄ）は、このときの光ビームの光軸中心からの半径方向距離と光ビームの強度分布との関係を模式的に示している。図４（ｃ）においては、光ディスク１から反射される光ビームの周辺部の強度が図４（ａ）の場合に比べて大きくなり、Ｓａ１とＳａ２の比率が変化している。ここで、２分割センサ１１の受光素子Ｓａ１とＳａ２の出力比が等しくならないのは、異なった記録再生層（焦点位置）で光ビームが集光されると、光ビームの光軸中心とその周辺部とが異なる焦点位置で集光されるために光ビーム強度にムラが発生する、いわゆる球面収差が発生するためである。

次に、２分割センサ１１の各受光素子Ｓａ１とＳａ２の出力を、３つの演算回路、すなわちゲイン回路１２、１３、および差分回路１４によって処理する。具体的には、各出力をゲイン回路１２、１３によって所定比率となる様に調整し、その差信号を差分回路１４で求める。この差信号は球面収差量を表す指標であり、球面収差信号ＳＥという場合がある。具体的には、以下のような処理を行う。まず、仮にある記録保存層の各受光素子Ｓａ１とＳａ２の強度がそれぞれ１と５であるとする。また、別の記録保存層の各受光素子Ｓａ１とＳａ２の強度がそれぞれ２と４であるとする。これらの値は記録保存層ごとに既値である。次に、受光素子Ｓａ１とＳａ２の出力をゲイン回路１２、１３によって所定の比率、例えば６：１で増幅し、差分回路１４によってその結果の差分を取る。対物レンズ４が前者の記録再生層に集光している場合には、球面収差信号は６×１−１×５＝１となる。一方、対物レンズ４が後者の記録再生層に集光している場合には、６：１の比率で増幅して差分をとっても６×２−１×４＝８となり１にはならない。このように、光ディスク１上に集光された光ビームがある記録再生層（焦点位置）に集光されている場合には、球面収差信号ＳＥはある所定値をとり、光ビームが異なる記録再生層（焦点位置）に集光されている場合には、球面収差信号ＳＥは記録再生層（焦点位置）のずれに応じて、上記所定値からの誤差が発生する。

２分割センサ１１は２分割センサ５や４分割センサ７と共用してもよい。図５には２分割センサ１１と２分割センサ５と４分割センサ７とを共用した統合センサ２１の構成例を示す。統合センサ２１は、光軸中心を中心に、同心円状の内径部／外径部と、トラックに平行な直線と、トラックに垂直な直線とによって、受光素子Ｓ１〜Ｓ８に８分割されている。以下、受光素子Ｓｉの強度を単にＳｉと表現すると、トラッキングサーボに必要なトラッキングエラー信号ＴＥは、トラックに並行に分割される差信号で求まることから、（Ｓ１＋Ｓ４＋Ｓ５＋Ｓ８）−（Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ６＋Ｓ７）となる。フォーカスサーボに必要なフォーカスエラー信号ＦＥは、対角上に位置するセンサの差信号で求まることから、（Ｓ１＋Ｓ３＋Ｓ５＋Ｓ７）−（Ｓ２＋Ｓ４＋Ｓ６＋Ｓ８）となる。同様に球面収差信号ＳＥは（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４）、（Ｓ５＋Ｓ６＋Ｓ７＋Ｓ８）を各々Ｓａ１、Ｓａ２とみなすことにより求められる。これらの演算は加算回路と差分回路とを適宜に組み合わせて行うことができる。

また、図６に示すように光軸中心に対して同心円状に分割されない、矩形状の統合センサ２２であってもよい。統合センサ２２は、光軸中心を中心に、中心を共通にする内側矩形部／外側矩形部と、トラックに平行な直線と、トラックに垂直な直線とによって、受光素子Ｓ１’〜Ｓ８’に８分割されている。トラッキングエラー信号ＴＥ、フォーカスエラー信号ＦＥ、および球面収差信号ＳＥは統合センサ２１の場合と同様にして求めることができる。

制御部１５は、ＣＰＵやＤＳＰ(Digital Signal Processor)等の信号処理部を有しており、トラッキングエラー信号ＴＥ、フォーカスエラー信号ＦＥ、および球面収差信号ＳＥを処理して、対物レンズ４のフォーカス制御をおこなうための信号ＤＳをトラッキングアクチュエータおよびフォーカスアクチュエータに送出する。

図７は記憶部１６のデータ内容を説明する模式図である。図７（ａ）は光ディスク１の記録再生層構成を示した模式図で、対物レンズ４と対向する面から順に第１記録再生層、第２記録再生層、・・・、第ｎ記録再生層が積層されている。図７（ｂ）には、各層の球面収差信号レベルをグラフ化して示す。第１記録再生層に対応する球面収差信号レベルはＬ１、第２記録再生層に対応する球面収差信号レベルはＬ２等と表現している。ここで、Ｌ１、Ｌ２等の数値は規定の値をとることが分かっており、また、グラフに示すとおり、記録再生層の番号が増えるとともに、すなわち対物レンズ４との距離が増えるに従い増加していく傾向を有している。図７（ｃ）は、記憶部１６に記憶されている、各記録再生層に対応する球面収差信号レベルのデータ概念を示す。すなわち、本データを実際に得られた球面収差信号ＳＥと照合することによって、対物レンズ４がどの記録再生層に集光しているのかを判定することが可能となる。

次に、本発明による光学的情報記録再生装置の具体的な動作として、（１）光ディスク起動時、（２）別の記録再生層への移動時、（３）外乱等の発生時の３つの段階での動作を順次説明する。

（１）光ディスク起動時
光学的情報記録再生装置が起動すると、光ディスク１がスピンドルモータ２により回転させられ、光源３から光ビームが出射される。光ビームは対物レンズ４によって光ディスク１上に設けられた記録再生層に集光されるとともに、その一部が記録再生層にて反射されて４分割センサ７に入射する。この時、制御部１５およびフォーカスアクチュエータにより対物レンズ４が駆動されると、図８に示すようなフォーカスエラー信号ＦＥが得られる。フォーカスエラー信号ＦＥは光ディスク１に接近すると徐々に値が増加し、その後減少して符号を変える。この符号を変える点、すなわちゼロクロスとなる個所が第１記録再生層の焦点位置であり、制御部１５はフォーカスエラー信号ＦＥのゼロクロスを検出するとフォーカスサーボループを閉じ、第１記録再生層への光ビームの集光ならびに追従を行う。第２記録再生層に集光するときは、２回目に現れるフォーカスエラー信号のゼロクロス点でフォーカスサーボループを閉じればよい。

次に、２分割センサ５から、図９に示すようなトラッキングエラー信号ＴＥが得られる。トラッキングエラー信号ＴＥのゼロクロスとなる個所が、記録再生層に設けられた記録再生トラックの中心位置であり、制御部１５はトラッキングエラー信号ＴＥのゼロクロスを検出するとトラッキングサーボループを閉じ、記録再生トラックへの光ビームの集光ならびに追従を行う。

次に、ゲイン回路１２および１３が２分割センサ１１の受光素子Ｓａ１のＳａ２の出力を所定の比率で増幅し、差分回路６がその結果を差分することによって、記録再生層上に集光されている光ビームの中心部分と周辺部分とのバランスが、球面収差信号ＳＥとして検出される。ここで、制御部１５は記録再生対象の記録再生層に対応する球面収差信号レベルを記憶部１６から読み出し、検出した球面収差信号ＳＥと比較照合する。例えば記録再生対象の記録再生層が第２記録再生層であれば、記録部１６に記憶されている球面収差信号レベル（Ｌ２）と、検出した球面収差信号ＳＥとを比較照合し、両者が一定の誤差範囲内で一致すれば、光ビームは目的とする第２の記録再生層上に集光されていることを認識することができる。しかしながら、第２記録再生層に集光しようとして第１記録再生層に誤って光ビームが集光されると、検出した球面収差信号ＳＥはＬ２レベルではなく、Ｌ１レベルになる。一方、制御部１５は記憶部１６から第２記録再生層に対応する球面収差信号レベル（Ｌ２）を読み出し、検出した球面収差信号ＳＥと比較照合するので、誤って第１記録再生層に集光したことを認識する。

なお、球面集差信号ＳＥの処理は、フォーカスサーボ中およびトラッキングサーボ中にも可能である。これらのサーボ動作中に所定の記録再生層に光ビームが集光されていないことが認識された場合には、トラッキングサーボならびにフォーカスサーボループをいったん開放状態とし、所定の記録再生層に光ビームを集光するフォーカスサーチおよびフォーカスサーボを行い、さらにはトラッキングサーボを行なうことによって、所定の記録再生層およびトラックへの復帰処理をすることができる。

（２）別の記録再生層への移動時
次に、対物レンズ４で集光された光ビームが、所定の記録再生層から他の記録再生層にフォーカス移動する場合について述べる。

まず、フォーカス移動をするに先立ちトラッキングサーボループが開放される。これは、記録再生層を移動する間は、光ビームの焦点がぼやけることにより、十分なトラッキングエラー信号ＴＥが得られなくなり、トラッキング制御が不安定になることを防止するためである。

次にフォーカスサーボループが開放され、所定の記録再生層から移動したい他の記録層に向かってフォーカスサーチが行われる。具体的には、フォーカスサーボループを開放した状態でフォーカスサーチを行うと、各記録再生層にフォーカスする毎に各記録再生層に対応したフォーカスエラー信号のゼロクロスポイントが検出される。したがって、１層だけフォーカス移動を行なう時には、１つ目に現れるフォーカスエラー信号ＦＥのゼロクロス点で、２層のフォーカス移動を行なう時には、２つ目に現れるフォーカスエラー信号ＦＥのゼロクロス点でフォーカスサーボループを閉じることでフォーカス移動が完了する。

次に、（１）起動時で説明したのと同様に、ゲイン回路１２および１３が２分割センサ１１の受光素子Ｓａ１のＳａ２の出力を所定の比率で増幅し、差分回路６がその結果を差分することによって、記録再生層上に集光されている光ビームの中心部分と周辺部分のバランスとが、球面収差信号ＳＥとして検出される。今、第１記録再生層から第２記録再生層にフォーカス移動を行なう場合を想定すると、制御部１５は記憶部１６に記憶された第２記録再生層に対応する球面収差信号レベル（Ｌ２）を読み出し、検出された球面収差信号ＳＥと比較する。正常にフォーカス移動が行われた場合には、フォーカス移動の前後で球面収差量が変化し、球面収差信号ＳＥはＬ１レベルからＬ２レベルへ変化するので、所定の誤差範囲内で一致していると認識され、フォーカス移動動作が正常に完了したものと判断される。範囲外であれば失敗であったことを認識できる。

フォーカス移動が失敗であったと認識された場合には、フォーカス移動が正常に完了するまで復帰処理を行なうこともできる。そのためには、まずどの記録再生層に誤ってフォーカス移動してしまったのかを認識する必要がある。具体的には、フォーカス移動後の球面収差信号レベルＳＥを、記憶手段１６の保持する各記録再生層の球面収差信号レベルと順次比較照合して、球面収差信号レベルＳＥに一致するか、あるいは球面収差信号レベルＳＥに最も近い球面収差信号レベルを有する記録再生層をフォーカス移動した記録再生層であると判定する。そしてその後に、フォーカス移動が正常に完了するまで上記手順により復帰処理を行なえばよい。

（３）外乱等の発生時
所定の記録再生層への記録動作中あるいは再生動作中に、光ディスク１上の傷や外部振動により、予期せずして不要なフォーカス移動が発生する場合が考えられる。このような場合は、以下のようにしてフォーカス移動の発生検知と復帰処理を行うことができる。

２分割センサ１１は、記録動作中および再生動作中受光強度を測定している。その出力はゲイン回路１２、１３に送られ、前述したように所定比率となる様に調整され、差分回路１４でその差信号（球面収差信号レベルＳＥ）が求められて、制御部１５に送られる。制御部１５は、記録再生中の記録再生層の球面収差信号を記憶部１６から読み出し、または制御部１５内の記録保持部に保持し、連続的にまたは一定間隔で、入力された球面収差信号ＳＥとの照合を行う。今、光ディスク１上の傷や外部振動の発生によってフォーカスエラー信号ＦＥに外乱信号が混入し、対物レンズ４を駆動するフォーカスサーボが不安定になり、記録再生中の記録再生層（例えば第１記録再生層）とは異なる記録再生層（例えば第２記録再生層）へのフォーカス移動が発生したとする。すると、誤ってフォーカス移動した記録再生層（第２記録再生層）にフォーカスサーボが行われるが、球面収差信号ＳＥは即座に、フォーカス移動した記録再生層（第２記録再生層）に対応した値に変化する。制御部１５はこの変化を認識し、誤ったフォーカス移動が発生したことを認識することができる。

または、球面収差信号ＳＥと記録再生中の記録再生層の球面収差信号レベルとの照合を行う代わりに、球面収差信号ＳＥの変化だけを用いてフォーカス移動を検知することもできる。具体的には、制御部１５が球面収差信号ＳＥの一定時間の時刻暦データを連続的に記憶し、それまでの信号レベルから一定の変化があった場合にフォーカス移動が発生したと判定する。

誤ったフォーカス移動が発生した場合、上記（２）の手順に準じて、どの記録再生層にフォーカス移動したかを判別して復帰動作を行うことができ、また、誤ったフォーカス移動が認識されるのと同時に、記録または再生動作を中断するようにしてもよい。

なお、以上説明したのは基本的に、図７（ｃ）に示したように、各記録再生層の球面収差信号レベルを記憶部１６に記録して、これと球面収差信号ＳＥとを照合するという方式であったが、基準となる記録再生層とその他の各記録再生層の球面収差量の差分を記憶手段１６にて保持しておくような構成でもよい。例えば基準記録再生層として第１記録再生層を選定した場合、第１記録再生層に対応するデータは‘０’となり、第２記録再生層に対応するデータは‘Ｌ２−Ｌ１’となる。また、記録再生層各々について、他の記録再生層との差分値を記録するようにしてもよい。この場合は２次元のマトリックス形式のデータとなる。制御部１５は、例えば誤ってフォーカス移動が発生した場合には、球面収差信号ＳＥの差分値と記録再生層の対応する差分値とを照合して、誤ってフォーカス移動を行ったこと、あるいは、どの記録再生層に誤ってフォーカス移動を行ったかを認識することができる。

またフォーカス移動の際に、フォーカス移動動作に先立って、移動先の記録再生層に合焦したときの球面収差信号ＳＥが所定レベル、例えば０となるように、ゲイン回路１２および１３のゲインを調整する構成とすることもできる。この場合、フォーカス移動後における球面収差信号ＳＥがゼロレベルである時に、正常なフォーカス移動動作が完了したことになる。例えば、フォーカス移動の対象（移動先）の記録再生層における２分割センサ１１の各受光素子Ｓａ１のＳａ２の出力が１：５の比率であるとすると、あらかじめゲイン回路１２と１３との増幅比を５：１になるようにセットしておけば、正常なフォーカス移動動作が行われた場合に、球面収差信号ＳＥはゼロレベルとなる。

以上説明したように、本発明の光学的情報再生装置によれば、複数の記録再生層を備える光ディスク上に集光された光ビームの反射光を、光ビームの光軸中心に複数に分割されたセンサを用いることにより、光ビームの球面収差を検出することができる。この結果、フォーカス移動が正常に完了したことを容易に識別でき、常に安定したフォーカス移動を行うことができる。

さらに、所定記録再生層または再生層における記録動作または再生動作中に、誤ったフォーカス移動が発生したことを、球面収差信号の変化等により識別することができる。この結果、記録動作および再生動作を即時に中断し、正常な記録再生層または再生層にフォーカス移動する復帰処理が可能となり、さらには復帰後の記録または再生動作も可能となる。これによって、光ディスクの傷や振動等の外乱に対しても安定した記録再生動作を確保することができる。

本発明の光学的記録再生装置のブロック図である。 ２分割センサ（トラッキングエラー信号用）の説明図である。 ４分割センサ（フォーカスエラー信号用）の説明図である。 ２分割センサ（球面収差信号用）の説明図である。 統合センサの説明図である。 統合センサの説明図である。 球面収差信号の説明図である。 フォーカスエラー信号の説明図である。 トラッキングエラー信号の説明図である。 従来の光学的記録再生装置のブロック図である。

符号の説明

１ 光ディスク
２ スピンドルモータ
３ 光源
４ 対物レンズ
５ ２分割センサ
６、１０、１４ 差分回路
７ ４分割センサ
８、９ 加算回路
１１ ２分割センサ
１２、１３ ゲイン回路

Claims (8)

1. 複数の記録再生層または再生層を有する光学的記録再生媒体の所定の記録再生層または再生層上に、光源からの光ビームを集光する対物レンズと、
   該光学的記録再生媒体から反射される光ビームを検出するセンサ手段と、
   該センサ手段の検出信号を用いて、前記記録再生層または前記再生層上に集光される光ビームの球面収差量を求める演算手段と、
   該球面収差量を用いて、前記光学的記録再生媒体の記録再生層間または再生層間のフォーカス移動状態を識別する識別手段とを有する光学的記録再生装置。
2. 前記センサ手段は、複数の受光素子によって、前記光学的記録再生媒体から反射される光ビームの中央部の強度と周辺部の強度とを独立して検出し、
   前記演算手段は、該光ビームの該中央部と該周辺部の強度の比率に応じて前記球面収差量を求める、請求項１に記載の光学的記録再生装置。
3. 前記センサ手段は、前記光学的記録再生媒体から反射される光ビームの光軸中心に関し同心に設けられた内側円形部と外側環状部の２つの受光素子を有する、請求項２に記載の光学的記録再生装置。
4. 前記フォーカス移動状態に応じて、前記対物レンズによって集光される光ビームの焦点を、所定の記録再生層または再生層に移動する制御信号を発生させるフォーカス制御手段と、
   該制御信号の指令に応じて、前記焦点を前記所定の記録再生層または再生層に移動するフォーカス移動手段とをさらに有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の光学的記録再生装置。
5. 前記記録再生層または前記再生層の１つから他の前記記録再生層または前記再生層にフォーカス移動する場合に、前記演算手段によって求められたフォーカス移動後の球面収差量を、記憶部に記憶されているフォーカス移動対象である移動対象記録再生層または移動対象再生層の球面収差量と比較することによって、または、前記演算手段によって求められたフォーカス移動の前後の球面収差量の偏差を、該記憶部に記憶されている偏差と比較することによって、該フォーカス移動が正常に行なわれたことを判定する、請求項１から４のいずれか１項に記載の光学的記録再生装置。
6. 前記光学的記録再生媒体への記録動作中または再生動作中に、前記演算手段によって求められた球面収差量を、記憶部に記憶されている記録動作中もしくは再生動作中の動作対象記録再生層もしくは動作対象再生層の球面収差量と比較することによって、または、前記演算手段によって求められた球面収差量の変化を監視することによって、フォーカス誤移動が発生したことを識別する、請求項1から５のいずれか１項に記載の光学的記録再生装置。
7. 前記フォーカス誤移動が識別された場合に、前記動作対象記録再生層または前記動作対象再生層にフォーカス移動する復帰処理を行なう、請求項６に記載の光学的記録再生装置。
8. 複数の記録再生層または再生層を有する光学的記録再生媒体の所定の記録再生層または再生層上に、光源からの光ビームを集光する工程と、
   該光学的記録再生媒体から反射される光ビームを検出する工程と、
   検出された検出信号を用いて、前記記録再生層または前記再生層上に集光される光ビームの球面収差量を求める工程と、
   該球面収差量を用いて、前記光学的記録再生媒体の記録再生層間または再生層間のフォーカス移動状態を識別する工程とを有する光学的記録再生方法。

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