JP2006004627A

JP2006004627A - 記録再生装置

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Publication number: JP2006004627A
Application number: JP2005236852A
Authority: JP
Inventors: Isami Imaino Wayne; ウェイン・イサミ・イマイノ; Hal Jervis Rosen; ハル・ジャービス・ローゼン; Kurt Allan Rubin; カート・アラン・ルービン; Timothy C Strand; ティモシー・カール・ストランド; Wade Wai-Chung Tang; ウェード・ワイ・チュン・タング
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1993-12-15
Filing date: 2005-08-17
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2023-03-05
Also published as: JP2001134985A; MY115161A; JP3166893B2; EP0658885B1; EP0658885A1; DE69434171T2; CN1080425C; CA2133246A1; KR950020500A; CN1111788A; CA2133246C; JP4056541B2; KR0153025B1; SG45166A1; TW273616B; JPH07201078A; DE69434171D1

Abstract

【課題】複数のデータ層から成る光媒体の、いづれのデータ層からのデータでも明確に読み取ることのできる光データ記憶システムを提供すること。
【解決手段】大容量記憶に適した光データ記憶システムは多重データ面を有する光媒体と、光ヘッドを含む駆動装置からなる。駆動装置は、レーザ光を所望のデータ面に照射し、反射してきた光を信号とする。深いデータ層のデータを読み取る際、光は多くの層を通らねばならず、弱い信号しか得られない。その結果、データ面によって、信号強度が異なる。本発明は、各データ面が、コーティングされた誘電反射層を持った媒体を用い、そのコーティング材料及び厚みを適当に選択することで、各データ面からの信号強度がほぼ等しくなるよう最適化した。好適な実施例では、半導体材料が各データ面に付着され、その厚みが反射量を決定する。
【選択図】図１３

Description

本発明は光データ記憶システム、特に、複数のデータ記憶面を有する記憶システムに関する。

光データ記憶システムは大量のデータをディスクに記憶するための手段を備えている。それらのデータはレーザ・ビームをディスクのデータ層に集束し、反射光ビームを検出することによって、アクセスされる。このような各種のシステムが知られている。ＲＯＭ（Read Only Memory,読取り専用メモリ）システムにおいて、データはディスクの製造時にディスクにマークとして永久的に刻み込まれる。データはレーザ・ビームがデータ・マーク上を通過した時の反射率の変化として検出される。ＷＯＲＭ（Write Once Read Many,追記形）システムはユーザが、空の光ディスクの表面にピットなどのマークを作成することによって、データを書き込むことを可能とする。データが一旦ディスクに記録されると、消去できなくなる。ＷＯＲＭシステムのデータも反射率の変化として検出される。

消去可能光システムも知られている。これらのシステムはレーザを使用して、データ層を臨界温度以上に加熱し、データの書込み及び消去を行う。光磁気記録システムはレーザ・スポットの磁区を上向きまたは下向きのいずれかに配向することによってデータを記録する。低出力のレーザをデータ層に当てることによって、データを読み取る。磁区の方向の相違によって、光束の偏光面が時計方向か反時計方向のいずれかに回転する。そこで、偏光方向のこの変化が検出される。相変化記録はデータ層自体の構造変化（非晶質／結晶質が相の一般的な２つのタイプである）を利用して、データを記録する。データは光束が異なる相を通過する時の反射率の変化として検出される。

これらの光ディスクの中には、薄膜を使用して、性能を最適化するものがある。たとえば、IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 33, No. 10B, p. 482, March 1991、特開昭６１−２４２３５６号明細書、及び特開平４−６１０４５号明細書を参照されたい。

光ディスクの記憶容量を増加させるために、多重データ層システムが提案されている。２層以上のデータ層を有する光ディスクは理論上、レンズの焦点を変更することによって異なる層をアクセスできる。この手法の例としては、米国特許第３９４６３６７号明細書、同第４２１９７０４号明細書、同第４４５０５５３号明細書、同第４９０５２１５号明細書、同第５０９７４６４号明細書、同第４８２９５０５号明細書、同第４８５２０７７号明細書、同第４８４５０２１号明細書、同第４６８２３２１号明細書、同第４２９８９７５号明細書、同第４７３７４２７号明細書、特開昭６０−２０２５４５号明細書、特開昭６３−２７６７３２号明細書、及びArter 等のIBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 30, No. 2, p. 667, July 1987がある。

これらの従来技術のシステムの問題は、２層以上のデータ層がある場合に、記録されているデータを明確に読み取るのがきわめて困難なことである。間挿データ層は光を吸収し、深いデータ層から受け取る信号を大幅に低下させる。これらの問題を解決した光データ記憶システムが必要とされている。
IBMTechnical Disclosure Bulletin, Vol. 33, No. 10B, p. 482, March 1991、 IBMTechnical Disclosure Bulletin, Vol. 30, No. 2, p. 667, July 1987 特開昭６１−２４２３５６号明細書特開平４−６１０４５号明細書米国特許第３９４６３６７号明細書米国特許第４２１９７０４号明細書米国特許第４４５０５５３号明細書米国特許第４９０５２１５号明細書米国特許第５０９７４６４号明細書米国特許第４８２９５０５号明細書米国特許第４８５２０７７号明細書米国特許第４８４５０２１号明細書米国特許第４６８２３２１号明細書米国特許第４２９８９７５号明細書米国特許第４７３７４２７号明細書特開昭６０−２０２５４５号明細書特開昭６３−２７６７３２号明細書

本発明の目的は、多重データ層を持つ光データ記憶システムにおいて、いづれのデータ層からのデータでも、明確に読み取ることのできる、複数データ層光媒体と該媒体駆動装置を提供することである。

本発明の好ましい実施例において、光データ記憶システムは光ディスク駆動装置と、複数データ面の光媒体を有する。媒体はエア・スペースで分離された複数の基板部材を有している。エア・スペースに隣接した基板部材の表面がデータ面となる。データ面はアモルファス・シリコンなどの半導体の薄膜でコーティングされる。各データ面における薄膜の厚さは、ディスク駆動装置の光検出器が各データ面から同量の光を受け取れるようなものである。

ディスク駆動装置はレーザ・ビームを発生するためのレーザを備えている。光伝送チャネルが光を媒体に送る。伝送チャネルは光を異なるデータ面に集束するための集束素子と、基板の有効厚の変動による収差を補正するための収差補償素子を含んでいる。受光チャネルは媒体からの反射光を受光する。受光チャネルは読み取るもの以外のデータ面から反射された不必要な光を選別するフィルタ素子を含んでいる。受光チャネルは反射光を受光する検出器と、データ及びこれに応じたサーボ信号を発生するための回路を含んでいる。

本発明による複数データ層光媒体、並びに、光ヘッド、収差補償装置、及びフィルタを備えた光媒体駆動装置を用いることで、該媒体のいずれのデータ層からのデータでも明確に読み取ることのできる光データ記憶システムが可能となった。

図１は本発明の光データ記憶システムの略図を示し、総括的に１０で示されている。システム１０はディスク状であることが好ましい光データ記憶媒体１２を含んでいる。媒体１２は当分野で周知のように、クランプ・スピンドル１４に取外し可能に取り付けられている。スピンドル１４はスピンドル・モータ１６に取り付けられており、モータ１６はシステム・シャーシ２０に取り付けられている。モータ１６はスピンドル１４及び媒体１２を回転させる。

光ヘッド２２は媒体１２の下方に配置されている。ヘッド２２はアーム２４に接続されており、アーム２４はボイス・コイル・モータ２６などのアクチュエータ装置に接続されている。ボイス・コイル・モータ２６はシャーシ２０に取り付けられている。モータ２６はアーム２４及びヘッド２２を媒体１２の下方で半径方向に移動させる。

『光媒体』
図２は媒体１２の断面図である。媒体１２は基板５０を有している。基板５０はフェース・プレートまたはカバー・プレートとも呼ばれ、レーザ・ビームが媒体１２に進入する個所である。外径（ＯＤ）リム５２及び内径（ＩＤ）リム５４が、フェース・プレート５０と基板５６の間に取り付けられている。ＯＤリム５８及びＩＤリム６０が基板５６と基板６２の間に取り付けられている。ＯＤリム６４及びＩＤリム６６が基板６２と基板６８の間に取り付けられている。ＯＤリム７０及びＩＤリム７２が基板６８と基板７４の間に取り付けられている。フェース・プレート５０及び基板５６、６２、６８、７４は、ポリカーボネートまたはその他のポリマ材料、あるいはガラスなどの透過性材料でできている。好ましい実施例において、フェース・プレート５０及び基板５６、６２、６８、７４の厚さは０．３ｍｍである。あるいは、基板の厚さは０．０１ないし０．８０ｍｍであってもよい。ＩＤリム及びＯＤリムはプラスチック材料製であることが好ましく、厚さはほぼ２００ミクロンである。あるいは、リムの厚さは１０−５００ミクロンであってもよい。フェース・プレート、基板及びリムはポリカーボネート製であることが好ましく、成形法によって形成される。

接着剤、接合剤、超音波ボンディング、溶剤接着、またはその他の接着法によって、リムをフェース・プレートに取り付けることができる。あるいは、成形工程中に、リムは基板と一体的に形成することもできる。リムを所定の位置に置くと、基板とフェース・プレートの間に複数個の環状のエア・スペース７８が形成される。スピンドル１４を受けるための、スピンドル開口８０がＩＤリムの内側の媒体１２を貫通している。複数個のパス８２がＩＤリムに設けられ、開口とエア・スペース７８を接続し、エア・スペース７８と通常は空気であるディスク・ファイルの周囲環境との間の均圧化を可能とする。複数個の低インピーダンス・フィルタ８４がパス８２に取り付けられ、空気中の粒子によるエア・スペース７８の汚染を防止している。フィルタ８４は石英ファイバまたはグラス・ファイバでよい。また、パス８２とフィルタ８４をＯＤリム上に配置することもできる。あるいは、空気を貫通させるが、汚染物質を濾過する多孔質接合剤を使用して、リムを取り付けることもできる。他の代替策として、リムを超音波スポット・ボンディングし、接着された領域の間に、空気を通すのには充分な大きさであるが、粒子を濾過するには充分な小ささである小さいギャップを残すこともある。

表面９０、９２、９４、９６、９８、１００、１０２及び１０４はデータ面であり、エア・スペース７８に隣接しておかれている。これらのデータ面はＲＯＭデータ（たとえば、ＣＤ、ＯＤ−ＲＯＭまたはＣＤ−ＲＯＭ形式の）を収納しており、このデータはピットまたはその他のマークとして基板表面に直接形成されている。

図２は８枚のデータ面を有している本発明の媒体を示しているが、媒体が任意の数の複数枚のデータ面を含んでいることができることを理解すべきである。他の基板及びリムを追加したり、あるいは除去することができる。たとえば、フェース・プレート５０、リム５２、リム５４、及び基板５６だけを使用して、媒体１２が２枚だけのデータ面９０及び９２を含んでいるようにすることができる。この実施例において、フェース・プレート５０及び基板５６は両方とも同じ厚さで、１．２ｍｍであることが好ましい。

図３は高透過性光記録媒体の他の実施例の断面図であり、総括的な参照番号１２０で示されている。媒体１２の要素と同様な媒体１２０の要素は、プライム符号付きの数字で示されている。媒体１２０は媒体１２のリム及びエア・スペース７８を有していない。その代わり、複数個の中実な透明部材１２２が基板を分離している。好ましい実施例において、部材１２２は高透過性の光接合剤製であり、基板を保持する役割も果たす。部材１２２の厚さは約１０−５００ミクロンであることが好ましい。媒体１２０をシステム１０の媒体１２と置き換えてもよい。基板及び透明部材を増減することによって、媒体１２０を異なる数のデータ面のものとすることもできる。たとえば、データ面２つの媒体はフェース・プレート５０'、部材１２２及び基板５６'からなっている。フェース・プレート５０'及び基板５６'は両方とも同じ厚さで、１．２ｍｍであることが好ましい。

図４は図２のディスク１２の一部の詳細な断面図を示す。基板５０はデータ面９０に刻み込まれた情報を含んでおり、薄膜層１２４で覆われている。層１２４は光システムで使用される光の波長またはこれに近い波長において低い光吸収率を示す材料から成る。波長が４００−８５０ｎｍの範囲の光の場合、半導体などの材料が層１２４に使用される。薄膜層１２４の厚さは２５−５０００Åの範囲である。層１２４は表面９０にスパッタリングされていることが好ましい。

層１２４を光保護層１２６によって覆ってもよい。層１２６はチッ化シリコンやポリカーボネートなどの誘電体でよい。層１２４及び１２６は、情報ピット及びトラッキング溝が基盤に形成された後に、基板９０にスパッタされる。あるいは、層１２６をスピン・コーティングしてもよい。

データ面９２を備えた基板５６もまた層１２４及び保護層１２６を有している。他のデータ面９４、９６、９８、１００、１０２及び１０４も同様に薄膜層１２４及び保護層１２６のコーティングを有している。最も深い個所におけるデータ面（すなわち、光ヘッドから最も離れているデータ面）は薄膜層１２４をきわめて反射率の高い層と置き換えてもよい。この反射層はスパッタリングまたは蒸着によって付着されたアルミニウム、金またはアルミニウム合金などの金属から成る。

保護層１２６はエア・スペース７８に存在する可能性のある塵埃、汚染物、及び湿気が、層１２４及びデータ面に悪影響を及ぼすのを防止する。保護層１２６は任意選択であり、作動要件によっては省くことができる。保護層の厚さは５０Å−１００ミクロンの範囲である。

図５は図３のディスク１２０の一部の詳細な断面図を示す。層１２４'はデータ面９０'及び９２'の上にそれぞれ付着している。部材１２２が層１２４'を分離している。この実施例では、部材１２２が保護層として役立つため、保護層は必要ない。

薄膜層１２４は、各データ層における所望の量の光の反射をもたらすのに用いられる。しかしながら、光が透過する複数のデータ面があるため、薄膜層１２４も透過性が高く、光の吸収ができるだけ少なくなければならない。これらの条件が満たされるのは、屈折率（ｎ）が吸光係数（ｋ）よりも大きい場合、具体的にいえば、屈折率（ｎ）が比較的高く（ｎ＞１．５）、吸光係数（ｋ）が比較的低い（ｋ＜０．５）場合である。このような条件はある周波数領域にわたって、特定の材料で発生する。これらの条件を満たすことのできる領域の１つは、異常分散吸収帯の高波長側である。

図６は異常分散吸収帯を有する典型的な材料の波長に対する屈折率（ｎ）と吸光係数（ｋ）のグラフである。異常分散は一般に、ｄｎ／ｄλが正となる領域であると定義される。異常分散に関する詳細な検討については、M. Born及びE. Wolfの「Principles Optics」、Pergamon Press, 3rd Edition, 1994を参照されたい。本発明において、対象となる領域はｎ＞ｋであるところである。図６からわかるように、この領域は異常分散領域が生じる波長よりも上の波長で生じる。この現象を強く示す材料は半導体を含んでいる。

半導体とは何らかの熱、光、あるいは電圧のパラメータが存在する際に導電性を示す、シリコンやゲルマニウムなどの物質である。アモルファス・シリコンが波長が４００−８５０ｎｍの範囲の光を使用する場合に、層１２４として使用するのに良好な材料であることが判明している。

図７は典型的なアモルファス・シリコンの波長に対する屈折率（ｎ）と吸光係数（ｋ）のグラフを示す。ｎがｋよりもはるかに大きい、広い波長領域に留意されたい。これらの光の領域において、アモルファス・シリコンは大部分の光を吸収することなく透過し、反射する。アモルファス・シリコンは層１２４として使用するのに良好な材料である。

アモルファス・シリコンに加えて他の半導体物質を、層１２４に使用することもできる。Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂなどの周期表の第ＩＶ−Ｂ族の任意の元素及びその組合せを使用することができる。さらに、第ＩＩＩ−Ｂ族及び第Ｖ−Ｂ族の元素の組合せは半導体物質をもたらし、これらを使用することもできる。これらはＡ_xＢ_1-x（ただし、ＡはＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ及びＴｉからなる第ＩＩＩ−Ｂ族の元素から選択した少なくとも１つの元素、ＢはＮ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ及びＢｉからなる第Ｖ−Ｂ族の元素から選択した少なくとも１つの元素、０＜ｘ＜１である）などの合金を含んでいる。これらにはＧａＡｓ，ＡｌＡｓ，ＡｌＰ，ＡｌＳｂ，ＧａＰ，ＧａＮ，ＧａＳｂ，ＩｎＰ，ＩｎＡｓ及びＩｎＳｂならびにこれらの組合せが含まれている。

第ＩＩＩ−Ｂ族、第ＩＶ−Ｂ族、及び第Ｖ−Ｂ族の元素からなる三元及び四元化合物も適用可能である。

これらの半導体物質はスパッタリング法によって層１２４として付着される。半導体物質は天然の非晶質状態であり、これは好ましいものである。あるいは、天然の非晶質状態で付着させた後、半導体物質をアニーリングによって結晶状態に変えることもできる。

図８はアモルファス・シリコンの厚さに対して７８０ｎｍの波長の光の反射、透過、吸収される割合のグラフを示す。半導体物質は他の材料に比較して、比較的良好な反射率と低い吸収率を有している。低い吸収率であることは光の一部が各間挿層で失われる多重データ面媒体で重要である。

図８はある範囲の厚さにわたって大きな正弦変化をする反射率、透過率及び吸収率をアモルファス・シリコンが有していることを示している。適当な厚さを選択することにより、反射率、透過率及び吸収率の多くのさまざまな組合せを得ることが可能である。このことは、層１２４の厚さを変えることによって、本発明の媒体を、ディスク駆動装置の光ヘッドが各データ面から同量の光を受け取るように調整することを可能とする。換言すれば、深いデータ面の層１２４の厚さを、媒体の外面に近いところにあるデータ面の反射率よりも高い反射率を有するように選択する。この高い反射率は間挿層において光がこうむる損失を補償するために必要である。最終的な結果として、光ヘッドからは、同量の光が各層から反射されるかのように見える。

ｔ_n、ａ_n及びｒ_nをそれぞれｎ番目の層の透過率、吸収率及び反射率を示すものとする。したがって、これらは０から１までの値を有することができる。Ｎが層の総数を示すものとする。ここで、各層からの有効反射率が等しい（換言すれば、層によらず同量の光が光ヘッドで検出される）場合、下記の再帰関係が成り立つ。

ただし、ｎ＋１≦Ｎ。光の損失が最少となるよう、各層の吸収率は低い値に保持される。そこで次の近似式が適用される。

最内層（層Ｎ）によって達成でき、かつその層のコーティングの光学定数及び厚さによって決定される最大反射率ｒ_maxがある。半導体の場合、これは通常７０％以下である。金属の場合、これは９８％程度の高さになる。最内層の反射率ならびに所望の層の総数が、各層について同じように達成できる最大有効反射率を決定する。

上記の等式を使用した場合、下記の関係がすべての層について当てはまらなければならない。

これは吸収のない限度そのものであり、吸収が少量である場合を近似している。たとえば、Ｎ番目の層の反射率が３５％である場合、ｔ_N-1＝７８％である。この等式を使用して、下記の表に示すように同じ反射率をもたらすすべての層の厚さを決定することができる。まず、Ｎ番目の層（最内層）の反射率ｒ_maxを選択する。次いで、式（３）を使用して、Ｎ番目の層と同様な有効反射率をもたらすＮ−１層の透過率及び反射率を計算する。ｎ＝１層の特性が得られるまで、このプロセスを繰り返す。層１の実際の反射率は、すべての内層の有効反射率と同じである。

以下の表の各々は本発明の媒体の例を示すものであり、各データ表面からの有効反射率は等しくなっている。すべての表において、層１は光ヘッドに最も近いところにあるデータ表面を指している。

層１２４の厚さを調節して、各層１２４に対して等しい有効反射率を達成することが好ましいが、代替策として、層１２４を同じ厚さにしてもかまわない。これは製造工程を単純化するために望ましいことがある。この場合、各層１２４からの有効反射率は異なるものとなる。しかしながら、光駆動装置はレーザ電力または光検出器の増幅度、あるいはこれら両方を調節して、各層１２４の異なる有効反射率を補償することもできる。

各層１２４の厚さが等しい場合、透過率（ｔ）及び反射率（ｒ）はすべての層１２４に対して同一である。ｎ番目の層に対する有効反射率は、次式のようになる。

したがって、下限がｒ_n（ｅｆｆ）に設定され、ｔ及びｒの値が層の厚さによって決定されて既知である場合、層数の最大値は次式によって決定できる。

たとえば、層１２４でｒ＝１２％、ｔ＝８７．５％であり、最大有効反射率が４％である場合、層数（データ面）の最大値はｎ＝５となる。

次の表５は４つのデータ面を有する本発明の媒体の例を示す。データ面１ないし３は同じ厚さのアモルファスの層１２４で覆われており、データ面４はアルミニウム層１２４で覆われている。

図９は媒体１２のデータ面パターンの拡大詳細断面図であり、総括的な参照番号１３０で示されている。表面９０は螺旋状（あるいは、同心状）のトラッキング溝１３２のパターンを含んでいる。溝１３２の間に配置された面９０の部分をランド部分１３４という。面９２は螺旋状の逆トラッキング溝（隆起陵部）１３６のパターンを含んでいる。逆溝１３６の間に配置された面９２の部分はランド１３８である。溝１３２及び逆溝１３６はトラッキング・マークとも呼ばれる。好ましい実施例において、トラッキング・マークの幅１４０は０．６ミクロンであり、ランド部分の幅１４２は１．０ミクロンである。従って、ピッチは（１．０＋０．６）＝１．６ミクロンとなる。

トラッキング・マークを使用して、媒体１２の回転時に、光束をトラック上に維持する。これについては、以下で詳細に説明する。パターン１３０の場合、光ヘッド２２からの光束１４４はどの面に焦点があっているかに応じて、ランド部分１３４または１３８をトラッキングする。記録されているデータはランド部分にある。トラッキング・エラー信号（ＴＥＳ）を面９０及び９２の両方について同じ大きさとするため、ランド及びトラッキング・マークから反射される光の間の光路差を、両面について等しくしなければならない。光束１４４は基板５０を貫通して面９０に集束しているが、光束１４４はエア・スペース７８を貫通して面９２に集束している。好ましい実施例において、エア・スペース７８は空気を含んでいる。ランドとトラッキング・マークの間の光路差を同じものとするためには、ｄ１ｎ１はｄ２ｎ２と等しくなければならない（あるいは、ｄ２／ｄ１がｎ１／ｎ２に等しくなければならない）。ただし、ｄ１はマーク１３２の深さ（垂直距離）であり、ｎ１は基板５０の屈折率であり、ｄ２はマーク１３６の高さ（垂直距離）であり、ｎ２はエア・スペース７８の屈折率である。好ましい実施例において、エア・スペース７８は屈折率が１．０の空気を含んでおり、基板５０（ならびに他の基板）の屈折率は１．５である。したがって、ｄ２／ｄ１の比は１．５に等しくなる。好ましい実施例において、ｄ１は７００Åであり、ｄ２は１０５０Åである。同一のトラッキング・マークのパターンが媒体１２の他の面でも反復される。他の基板の入射面９４、９８及び１０２は面９０と同様であり、他のエア・スペースの入射面９６、１００及び１０４は面９２と同様である。

溝の深さ比に関する上記の検討は、保護層１２６を有していない、あるいは厚さが約２００Å以下の薄い保護層１２６を有している媒体１２の実施例に適用される。保護層１２６の厚さが約１ミクロン以上であるときにも、公式ｄ１ｎ１＝ｄ２ｎ２を依然使用するが、この場合、ｎ２は第２のデータ面の層１２６の屈折率である。保護層１２６の厚さが約２００Åと１ミクロンの間である場合、干渉現象によって溝深さの計算が困難となる。しかし、適当な溝深さは、M. Born及びE. Wolfの「Principles of Optics」、Pergamon Press、3rd Edition、１９６４年に示されているような薄膜光学計算を用いて決定することができる。

トラッキング・マークを螺旋状に配置するのが好ましいが、同心状とすることもできる。さらに、螺旋状のパターンは各データ面に同一であってもかまわない。すなわち、これらはすべて時計回りまたは反時計回りの螺旋であるか、あるいは連続したデータ層で交互に時計方向と反時計方向となる螺旋である。この交互の螺旋パターンは、たとえば、データの連続したトラッキングが望ましいビデオ・データ、ムービーの記憶などのいくつかの用途で好ましいことがある。このような場合、光束は内径の近傍で螺旋パターンが終了するまで、第１のデータ面上を内方へ時計方向の螺旋パターンをトラッキングし、次いで、光束は真下にある第２のデータ面へ集束し直されてから、外径に達するまで、反時計方向の螺旋パターンをトラッキングする。

図１０は媒体１２の代替表面パターンの拡大断面図で、総括的な参照符号１５０で示されている。パターン１５０はパターン１３０と同様であるが、面９２のトラッキング・マークが逆溝ではなく、溝１５２である点が異なっている。ピッチ及びｄ２／ｄ１の比はパターン１３０と同じである。光束１４４は面９０上のランド１３４をトラッキングするが、この場合、光束１４４は面９２に集束されたとき、溝１５２をトラッキングすることになる。状況によっては、溝１３２をトラッキングするのが望ましい。しかしながら、以下で説明するように、光束１４４を電子的に制御し、面９２のランド１３８をトラッキングすることもできる。面９４、９８及び１０２のトラッキング・マークは面９０と同様であり、面９６、１００及び１０４は面９２と同様である。

図１１は媒体１２の代替表面パターンの拡大詳細断面図で、総括的な参照符号１６０で示されている。パターン１６０はパターン１３０と同様であるが、面９０が溝１３２ではなく逆溝１６２を有しており、面９２が逆溝１３６ではなく溝１６４を有している点が異なっている。ピッチ及びｄ２／ｄ１の比はパターン１３０のものと同じである。光束１４４は面９０に集束されたときに、逆溝１６２をトラッキングし、面９２に集束されたときに、溝１６４をトラッキングする（光束が電子的に切り換えられ、ランドをトラッキングするのではない限り）。面９４、９８及び１０２のパターン、ならびに面９６、１００及び１０４は面９２と同様である。

図１２は総括的な参照符号１７０で示されている代替表面パターンの拡大詳細断面図である。パターン１７０において、面９０はパターン１６０の面９０と同様な構造を有している。面９２はパターン１３０の面９２と同様な構造を有している。ピッチ及びｄ１／ｄ２の比はパターン１３０のものと同じである。光束１４４は面９０に集束されたときに、面９０をトラッキングし（光束が電子的に切り換えられて、ランドをトラッキングするのではない限り）、面９２に集束されたときに、ランド１３８をトラッキングする。面９４、９８及び１０２は面９０と同様なパターンを有しており、面９６、１００及び１０４は面９２と同様なパターンを有している。

パターン１３０、１５０、１６０及び１７０のすべてに対して、トラッキング・マークは、当分野で周知の射出成形や光重合により、製造時に基板に形成される。上述のように、薄膜層はトラッキング・マークの形成後に基板に付着されることに留意すべきである。

トラッキング・マークについての検討は光ディスクの他の特徴にも適用される。たとえば、ＣＤ−ＲＯＭなどのＲＯＭの中には、基板に打ち出されたピットを使用して、データを記録したり、トラッキング情報を提供したりしているものもある。他の光媒体はセクタ・ヘッダ情報を打ち出したピットを使用している。媒体の中には、これらのヘッダ用ピットを利用して、トラッキング情報も提供しているものもある。本発明の多重データ面形式にこのような媒体を使用する際には、ピットは、上述のトラッキング・マークと同様な態様で、対応している各種のデータ面上のピットまたは逆ピットとして形成される。ランドとピットまたは逆ピットとの間の光路長も、トラッキング・マークと同様である。ピッチ、逆ピッチ、溝及び逆溝はすべて、ランドとは異なる高さ（すなわち、これらとランドとの間の垂直距離）に配置されており、これらはすべて、ここでの検討では、マークと呼ばれる。特にトラッキング情報を提供するマークは、非データ・トラッキング・マークと呼ばれている。

本発明の媒体がＣＤ、ＣＤ−ＲＯＭまたはＯＤ−ＲＯＭなどの任意のタイプの光ディスクで作成できることを理解すべきである。これらの形式は当分野で周知のものである。

『光ヘッド』
図１３は光ヘッド２２及び媒体１２の略図を示す。光ヘッド２２はレーザ・ダイオード２００を有している。レーザ２００は約７８０ナノメートルの波長で一次光束２０２を発生するガリウム・アルミニウム・ヒ素・ダイオード・レーザとする。光束２０２はレンズ２０３によって平行にされ、円形化プリズムといったサーキュラライザ２０４によって円形とされる。光束２０２はビーム・スプリッタ２０５を通過する。光束２０２の一部はビーム・スプリッタ２０５によって集束レンズ２０６及び光検出器２０７に向かって反射される。検出器２０７は光束２０２の出力を監視するために使用される。光束２０２の残りの部分は通過し、ミラー２０８で反射される。光束２０２は次いで、集束レンズ２１０及び多重データ面収差補償装置２１２を通過し、媒体１２のデータ面の１枚（図では面９６）に集束される。レンズ２１０はホルダ２１４に取り付けられている。ホルダ２１４の位置は、ボイス・コイル・モータなどの焦点合わせアクチュエータ・モータ２１６によって、媒体１２に対して調節される。

光束２０２の一部はデータ面で反射され、反射光束２２０となる。光束２２０は補償装置２１２及びレンズ２１０を通って戻り、ミラー２０８によって反射される。ビーム・スプリッタ２０５において、光束２２０は多重データ面フィルタ２２２に向かって反射される。光束２２０はフィルタ２２２を通過し、ビーム・スプリッタ２２４へ進む。ビーム・スプリッタ２２４において、光束２２０の第１部分２３０は非点レンズ２３２及び四分割光検出器２３４へ送られる。ビーム・スプリッタ２２４において、光束２２０の第２部分２３６は半波長板２３８を介して偏光ビーム・スプリッタ２４０に送られる。ビーム・スプリッタ２４０は光束２３６を第１直交偏光成分２４２と第２直交偏光成分２４４に分離する。レンズ２４６は光２４２を光検出器２４８に集束し、レンズ２５０は光２４４を光検出器２５２に集束する。

図１４は四分割検出器２３４の上面図を示す。検出器２３４は４つの等しい部分２３４Ａ、２３４Ｂ、２３４Ｃ、及び２３４Ｄに分割される。

図１５はチャネル回路２６０の回路図を示す。回路２６０はデータ回路２６２、焦点エラー回路２６４及びトラッキング・エラー回路２６６からなっている。データ回路２６２は、検出器２４８に接続された増幅器２７０と、検出器２５２に接続された増幅器２７２を有している。増幅器２７０、２７２は二極双投電子スイッチ２７４に接続されている。スイッチ２７４は加算増幅器２７６及び差動増幅器２７８に接続されている。

回路２６４はそれぞれ検出器部分２３４Ａ、２３４Ｂ、２３４Ｃ及び２３４Ｄに接続されている複数個の増幅器２８０、２８２、２８４及び２８６を有している。加算増幅器２８８は増幅器２８０及び２８４に接続されており、加算増幅器２９０は増幅器２８２及び２８６に接続されている。差動増幅器２９２は加算増幅器２８８及び２９０に接続されている。

回路２６６は一対の加算増幅器２９４及び２９６、ならびに差動増幅器２９８を有している。加算増幅器２９４は増幅器２８０及び２８２に接続されており、加算増幅器２９６は増幅器２８４及び２８６に接続されている。差動増幅器２９８は二極双投電子スイッチ２９７を介して加算増幅器２９４及び２９６に接続されている。スイッチ２９７は増幅器２９８への入力を逆転する働きをする。

図１６は本発明のコントローラ・システムの略図であり、総括的な参照符号３００で示されている。焦点誤差信号（ＦＥＳ）ピーク検出器３１０は焦点エラー回路２６４に接続されている。トラッキング・エラー信号（ＴＥＳ）ピーク検出器３１２はトラッキング・エラー信号回路２６６に接続されている。コントローラ３１４は検出器３１０、検出器３１２、検出器２０７、ならびに回路２６２、２６４及び２６６に接続されている。コントローラ３１４はディスク駆動装置コントローラに基づくマイクロプロセッサである。コントローラ３１４はレーザ２００、ヘッド・モータ２６、スピンドル・モータ１６、焦点合わせモータ２１６、スイッチ２７４及び２９７、ならびに補償装置２１２にも接続されている。補償装置２１２の正確な構成及び作動については、以下で詳細に説明する。

システム１０の作動をここで理解することができよう。コントローラ３１４はモータ１６に、ディスク１２を回転させ、モータ２６にヘッド２２をディスク１２下方で適当な位置へ移動させる。次に図１３を参照して、レーザ２００が作動させられディスク１２からデータを読み取る。光束２０２はレンズ２１０によって、データ面９６に集束される。反射光束２２０が戻り、光束２３０、２４２及び２４４に分割される。光束２３０は検出器２３４によって検出され、集束及びトラッキング・サーボ情報をもたらすために使用され、光束２４２及び２４４はそれぞれ検出器２４８及び２５２によって検出され、データ信号をもたらすために使用される。

図１４を参照する。光束２０２がデータ面９６に正確に集束されると、光束２３０は検出器２３４上で円形の断面３５０となる。これによって、回路２６４はゼロ焦点誤差信号を出力する。光束２０２の焦点が何らかの理由で若干合っていない場合、光束２３０は検出器２３４上で楕円形のパターン３５２または３５４となる。これによって、回路２６４は正または負の焦点誤差信号を出力する。コントローラ３１４は焦点誤差信号を使用して、モータ２１６を制御し、ゼロ焦点誤差信号が得られるまでレンズ２１０を移動させる。

光束２０２の焦点がデータ面９６のトラックに正確に合うと、部分ＡとＢ、ならびに部分ＤとＣの間で等しく円形の断面３５０となる。光束がトラックから外れると、トラッキング・マークとランドの間の境界に来る。結果として、光束は分散され、断面３５０は上下する。部分Ａ及びＢが受け取る光は多くなり、部分Ｃ及びＤが受け取る光が少なくなるか、あるいはその逆となる。

図１７はヘッド２２の変位に対する回路２６４が発生するＴＥＳのグラフである。コントローラ３１４によって、ＶＣＭ２６はヘッド２２を媒体１２の表面を横切って移動させる。ＴＥＳピーク検出器３１２はＴＥＳ信号のピーク（最大点または最小点）をカウントする。各トラックの間には２個のピークがある。ピーク数をカウントすることにより、コントローラ３１４は光束を適当なトラックに位置決めできる。ランドにおけるＴＥＳ信号は正の勾配のＴＥＳ信号である。コントローラ３１４はこの正勾配の信号を使用して、光束をトラックにロックする。たとえば、正のＴＥＳ信号により、ヘッド２２はゼロ点のランド位置に向かって左へ移動し、負のＴＥＳ信号により、ヘッド２２はゼロ点のランド位置に向かって右へ移動する。図１７はスイッチ２９７が図１５に示すような初期位置にある場合に、媒体１２の好ましいパターン１３０から得られる信号を示している。パターン１５０の面９０、及びパターン１７０の面９２についても、同じ信号が発生する。これが正勾配が存在している位置であるから、光束は自動的にランドにロックされる。

図１８はスイッチ２９７が初期位置にある場合のパターン１５０の面９２、パターン１６０の面９０及び９２、ならびにパターン１７０の面９０に関するヘッドの変位に対するＴＥＳ信号のグラフを示す。この場合のトラッキング・マークは、正勾配の信号がトラッキング・マークの位置で発生し、かつそれによって光束がランド部分ではなくトラッキング・マークを自動的にトラッキングするものであることに留意されたい。トラッキング・マークをトラッキングするのが、場合によっては望ましいことがある。

図１９は、ＴＥＳが逆転されるように、インバータ・スイッチ２９７が設定された場合のパターン１５０の面９２、パターン１６０の面９０及び９２、ならびにパターン１７０の面９０におけるヘッドの変位に対するＴＥＳ信号のグラフである。この場合、ＴＥＳはランド位置で正の勾配を有し、光束はトラッキング・マークではなく、ランド位置をトラッキングする。よって、コントローラ３１４はスイッチ２９７をセットすることによって、溝でもランドでもトラッキングできる。

媒体１２はＲＯＭデータ面を含んでいる。反射率の検出を使用して、ＲＯＭデータを読み取る。データ回路２６２において、スイッチ２７４はＲＯＭディスクを読み取る時に、増幅器２７６を接続するように配置される。検出器２４８及び２５２からの信号が加算される。データ・スポットが記録されている個所では検出される光が少なくなり、検出される光のこの相違がデータ信号となる。スイッチ２７４はＷＯＲＭ及び相変化データ・ディスクに対して同じセッティングを有する。光磁気データ面を有しているディスクを使用する場合、データを読み取るには、偏光の検出が必要となる。スイッチ２７４は増幅器２７８を接続するようにセットされる。検出器２４８及び２５２で検出される直交偏光の相違が、データ信号となる。

図２０はレンズ２１０の変位距離に対する回路２６４から焦点誤差信号のグラフである。媒体１２のデータ面の各々に対して、公称正弦焦点誤差信号が得られることに留意されたい。データ層間で、焦点誤差信号はゼロである。システムの起動時に、まずコントローラ３１４によって、モータ２１６はレンズ２１０をそのゼロ変位位置に配置する。次いで、コントローラ３１４はモータ２１６にレンズ２１０を正変位方向へ移動させることによって、希望するデータを探索する。各データ層において、ピーク検出器３１０は焦点誤差信号の２つのピークを検出する。コントローラ３１４はピーク（データ面当たり２個）をカウントし、光束２０２が集束される正確なデータ面を決定する。所望の面に到達したら、コントローラ３１４によって、モータ２１６にレンズ２１０を配置させ、焦点誤差信号がその特定のデータ面に関する２つのピークの間にあるようにする。次いで、焦点誤差を使用して、モータ２１６を制御し、ピーク間のゼロ点焦点誤差信号を探す。すなわち、正確な集束が達成されるように、正勾配信号にロックする。コントローラ３１４はレーザ２００の出力、スイッチ２９７、及び収差補償装置２１２も、その特定のデータ面に対して適切に調節する。

起動時には、コントローラ３１４はどのようなタイプのディスクを読み取るのかも決定する。スイッチ２７４はまず反射率の検出のために配置され、スイッチ２９７は好ましいパターン１３０のディスクのランド部分を読み取るために設定される。コントローラ３１４は第１データ面の第１トラックのヘッダ情報を探し出し、読み取る。ヘッダは層の数、各層がどのタイプの光媒体であるか（反射率検出か、偏光検出か）、及びどのタイプのトラッキング・マーク・パターンが用いられているかに関する情報を有している。この情報によって、コントローラ３１４はスイッチ２７４及び２９７をセットして、各データ面を正確に読み取ることができる。

コントローラ３１４が第１データ面の第１トラックを読み取れない（おそらく、第１の層が異なるトラッキング・マーク・パターンを有している）場合、コントローラ３１４はスイッチ２９７を他のセッティングにセットして、第１データ面の第１トラックの読取りを再度試みる。これでもうまくいかない（おそらく、第１データ面が光磁気であり、偏光検出を必要とする）場合、コントローラはスイッチ２７４を偏光検出にセットし、スイッチ２９７をあるセッティングにセットし、次いで他のセッティングにセットして、再度試みる。要約すると、コントローラ３１４はトラックの読取りに成功するまで、スイッチ２７４及び２９７の４種類のセッティングを試みることによって、第１データ面の第１トラックのヘッダ情報を読み取ろうとする。コントローラ３１４がこのヘッダ情報を得られれば、他のデータ面の各々に対してスイッチ２７４及び２９７を適切にセットすることができる。

あるいは、ディスク駆動装置を本発明のＲＯＭ媒体のみで機能する専用のものとすることもできる。この場合、コントローラ３１４はデータ面のタイプ、層の数、及びトラッキング・マークのタイプに関する情報を格納するようにプログラムされる。

『収差補償装置』
レンズは通常、屈折率が１．０である空気中で光を集束するように設計される。このようなレンズが屈折率が異なる材料を通して光を集束する場合、光は球面収差をこうむり、この収差が光束のスポットを歪ませ、拡大し、読取り及び記録性能を低下させる。

典型的な光データ記憶装置において、集束が行われるデータ面は１つだけである。データ面は通常、厚さ１．２ｍｍのフェース・プレートの下に配置されている。レンズは通常、開口数（ＮＡ）が０．５５のレンズであり、１．２ｍｍのフェース・プレートによって光に生じる球面収差を補正するように特に設計されたものである。結果として、良好なスポット焦点をこの余分な厚さのところに得ることができるが、他の深さでは、焦点がぼけてしまう。これは多重データ層システムにおける深刻な問題となる。

本発明の収差補償装置２１２はこの問題を解決するものである。図２１は収差補償装置の略図を示しており、補償装置は総括的な参照符号４００で示されており、補償装置２１２として使用される。補償装置４００は３つの段のある段付きブロック４０２を含んでいる。最初の段４０４の厚さは０．３ｍｍであり、２番目の段４０６の厚さは０．６ｍｍであり、３番目の段４０８の厚さは０．９ｍｍである。ブロック４０２は媒体１２のフェース・プレート及び基板と同じ材料または他の類似した光学材料で作られている。これらの段の光学的厚さが基板の増分であることに留意されたい。ブロック４０２はボイス・コイル・モータ４１０（または、同様なアクチュエータ装置）に取り付けられており、該モータはコントローラ３１４に接続されている。モータ４１０は光路２０２の内外へブロック４０２を横方向に移動させる。

レンズ２１０は媒体１２の最も下のデータ面に集束するように設計されている。換言すれば、レンズ２１０はフェース・プレートと間挿基板の組合せ厚さによって生じる球面収差を補償するように設計されている。本発明の場合、面１０２または１０４に集束するために、光束２０２はフェース・プレート５０ならびに基板５６、６２及び６８（基板材料の１．２ｍｍという組合せ厚さ）を貫通しなければならない。エア・スペース７８は付加的な球面収差をもたらさないものであるから、考慮されないことに留意されたい。それ故、レンズ２１０は１．２ｍｍのポリカーボネートを貫通して集束するように設計されており、データ面１０２及び１０４の両方に同じように良好に集束する。

光束２０２が面１０２または１０４のいずれかに集束すると、ブロック４０２は完全に引っ込み、光束２０２がこれを通過することはない。光束２０２が面９８または１００に集束すると、ブロック４０２は光束２０２が段４０４を通過するように配置される。光束２０２が面９４または９６に集束すると、ブロック４０２は光束２０２が段４０６を通過するようには位置される。光束２０２が面９０または９２に集束するとブロック４０２は光束２０２が段４０８を通過するように配置される。結果として、面のどの対に集束しても、光束２０２は常に、同じ光学厚さの材料を通過し、球面収差をこうむることはなくなる。コントローラ３１４はモータ４１０を制御して、ブロック４０２を適宜移動させる。

図２２は収差補償装置を示しており、これは総括的な符号４３０で示されており、補償装置２１２に使用できる。補償装置４３０は一対の相補的な三角形状のブロック４３２及び４３４を有している。ブロック４３２及び４３４は媒体１２のフェース・プレート及び基板と同じ、あるいは類似した光学特性のその他の材料で作られている。ブロック４３２は、光束２０２がこれを通過するような固定位置に配置されている。ブロック４３４はボイス・コイル・モータ４３６に取り付けられており、ブロック４３２の面に沿って滑動することができる。コントローラ３１４はモータ４３６に接続されており、これを制御する。ブロック４３２に関してブロック４３４を移動することによって、光束２０２が通過する材料の全体の厚さを調節することができる。結果として、光束２０２はどのデータ面に集束しても、同一の光学厚さの材料を通過する。

図２３及び図２４は収差補償装置を示しており、これは総括的な符号４５０で示されており、補償装置２１２に使用できる。補償装置４５０は円形の段付き要素４５２を有している。要素４５２は４つの区画４５４、４５６、４５８及び４６０を有している。区画４５６、４５８及び４６０の厚さはそれぞれ、補償装置４００の段４０４、４０６及び
４０８と同様である。区画４５４には何も材料がなく、図２４に示すように円形パターンにおけるブランク空間を表している。円形要素４５２はステップ・モータ４６２に取り付けられており、該モータはコントローラ３１４によって制御される。スピンドル４６２は要素４５２を回転させ、光束２０２がどのデータ面に集束しても、同じ厚さの材料を通過するようにする。

図２５は収差補正装置を示しており、これは総括的な符号５７０で示されており、補償装置２１２に使用できる。補償装置５７０は固定凸レンズ５７２及び可動凹レンズ５７４を含んでいる。レンズ５７４はボイス・コイル・モータ５７６に取り付けられている。ボイス・コイル・モータ５７６はコントローラ３１４によって制御され、レンズ５７２に対してレンズ５７４を移動させる。光束２０２はレンズ５７２、５７４及び２１０を通って、媒体１２に進む。レンズ５７２に対してレンズ５７４を移動させると、光束２０２の球面収差が変化し、光束２０２が異なるデータ面に集束することが可能となる。好ましい実施例において、レンズ２１０、５７４及び５７２は可動中心要素５７４を有しているクック・トリプレット（cooke triplet）からなっている。クック・トリプレットの詳細については、R. Kingslakeの「Lens Design Fundamentals」、Academic Press、New York、pp. 286-295、1978年という記事を参照されたい。レンズ５７４は可動要素として示されているが、レンズ５７４を固定とし、レンズ５７２を可動要素とすることもできる。図６及び図７において、収差補償装置２１２はレンズ２１０と媒体１２の間に示されている。しかしながら、補償装置５７０を使用する場合、これは図２５に示すように、レンズ２１０とミラー２０８の間に配置される。

図２６は収差補償装置を示しており、これは総括的な符号５８０で示されている。補償装置５８０は公称集束力がゼロの非球面レンズ要素５８２を含んでいる。要素５８２は球面収差面５８４と平面５８６を有している。レンズ５８２はボイス・コイル・モータ５８８に接続されている。ボイス・コイル・モータ５８８はコントローラ３１４によって制御され、コントローラ３１４はレンズ２１０に対してレンズ５８２を移動させる。光束２０２はレンズ２１０及び５８２を通って、媒体１２に進む。レンズ２１０に対してレンズ５８２を移動させると、光束２０２の球面収差が変化し、光束が異なるデータ面に集束することが可能となる。

図２７は軸ｚ及びρに関するレンズ５８２の図である。好ましい実施例において、面５８４は式Z = 0.00770ρ⁴ - 0.00154ρ⁶に対応していなければならない。

図２８は本発明の代替光ヘッドの略図を示すものであり、総括的な符号６００で示されている。ヘッド６００の要素はヘッド２２の要素と同様なものであり、プライム符号付きの数字で示されている。ヘッド６００がシステム１０と同様だが、収差補償装置２１２が排除されており、新しい収差補償装置６０２がビーム・スプリッタ２０６'とミラー２０８'の間に追加されている点で異なっている。補償装置６０２の作動を以下で説明する。ヘッド６００の作動はこれ以外は、ヘッド２２について説明したところと同じである。ヘッド６００をシステム１０のヘッド２２と置き換えてもよい。

図２９は収差補償装置の略図を示すものであり、補償装置は総括的な符号６１０で示されており、補償装置６０２に使用できる。補償装置６１０は反射性ホログラフ・コーティング６１４を有する基板６１２を含んでいる。基板６１２はステップ・モータ６１６に取り付けられており、該モータはコントローラ３１４によって制御される。ホログラフ・コーティング６１４には多数のさまざまなホログラムが記録されており、その各々は光束２０２'に特定の球面収差をもたらす。これらのホログラムはブラッグ・タイプのものであり、特定の角度及び波長で入射する光だけに感応する。基板６１２を数度回転すると、光束２０２'は異なるホログラムに当たる。記録されているホログラムの数は、必要とされる球面収差補正の数に対応している。図示の媒体１２の場合、各々がデータ面の対の１つに対応している４種類の記録が必要である。

図３０は収差補償装置の略図を示すものであり、補償装置は総括的な符号６２０で示されており、補償装置６０２に使用できる。補償装置６２０は基板６２２、透光性ホログラフ・コーティング６２４及びステップ・モータ６２６からなっている。補償装置６２０は補償装置６１０と同様であるが、ホログラフ・コーティング６２４が反射性ではなく、透光性である点が異なっている。ホログラフ・コーティング６２４には多数のホログラムが記録されており、その各々は必要とされる球面収差補償の数に対応している。基板が６２２が回転すると、光束２０２'は順次これらのホログラムの各々に当たる。

図３１はホログラフ・コーティング６１４及び６２４を作成するために使用される記録システムの略図を示すものであり、総括的な符号６５０で示されている。システム６５０はレーザ６５２を有しており、このレーザはレーザ２００と同様な波長で光束６５４を発生する。光６５４はレンズ６５６によって平行化され、ビーム・スプリッタ６５８へ送られる。ビーム・スプリッタ６５８は光を光束６６０及び６６２に分割する。光束６６０はミラー６６４及び６６６によって反射され、レンズ６６８によって面６７２の点６７０に集束される。光束６６０はブロック４０２と同様な段付きブロック６７４を通過する。光束６６０は次いで、レンズ６７６によって再度平行化され、基板６８２上のホログラフ・コーティング６８０に当たる。基板６８２はステップ・モータ６８４に回転可能に取り付けられている。光束６６２も光束６６０に対して９０度の角度でコーティング６８０に当たる。

レンズ６６８は面６７２上に無収差の点を形成する。この光は次いで、特定の記録層にアクセスする際に遭遇する基板の厚さの合計を表す厚さを有するブロック６７４の段を通過する。レンズ６７６は設計上、光記憶ヘッドに使用されるレンズ２１０と同一のものである。このレンズは光を、特定の厚さに対応する球面収差の特定の量を含んでいる光束に視準する。この波面は基準光束６６２との干渉によって、ホログラフ的に記録される。ホログラムがほぼ図示の平面６９０に向けられている場合には、透光性ホログラムが記録される。破線で示されている平面６９２にほぼ向けられている場合には、反射性ホログラムが記録される。記録層の異なる対にアクセスする際に生じる収差を補正するのに必要な波面が、ホログラムを新しい角度位置に回転し、かつブロック６７４の対応する厚さのプレートを挿入することによって、ホログラム的に記憶される。複数個の角度で分解されたホログラムが記録され、その各々は異なる対の記録層に対応しており、これらに対する補正値をもたらす。ホログラフ・コーティングは重クロム酸ゼラチンまたは光重合材料製である。個々のホログラムは認められるほどのクロストークなしに、１度程度の小さい増分で記録することができる。これによって、多数のホログラムを記録し、したがって、多数のデータ面を使用することが可能となる。

図３２は代替の収差補償装置の略図を示すものであり、この補償装置は総括的な符号７００で示されており、補償装置６０２に使用できる。補償装置７００は偏光ビーム・スプリッタ７０２、４分の１波長板７０４、ステップ・モータ７０８に取り付けられた回転ラック７０６、各々が異なる球面収差補正値をもたらす複数個の球面収差ミラー７１０を含んでいる。光束２０２'はその偏光により配向され、光束がビーム・スプリッタ７０２及び板７０４を通ってミラー７１０の一つに進むようになる。ミラー７１０はビーム２０２'に適切な球面収差をもたらし、これは次いで、板７０４を通って戻り、ビーム・スプリッタ７０２によってミラー２０８'へ向かって反射される。モータ７０８はコントローラ３１４によって制御され、回転ラック７０６を回転させて、該当するミラーを定置する。ミラー７１０は反射シュミット補正板である。M. Born他、「Principles of Optics」、Pergamon Press、Oxford、１９７５年、pp. 245 - 249を参照されたい。

図３３は収差補償装置の略図を示すものであり、該補償装置は総括的な符号７２０で示されており、補償装置６０２に使用できる。補償装置７２０は偏光ビーム・スプリッタ７２２、４分の１波長板７２４、及び電気的に制御される変形可能ミラー７２６からなっている。変形可能ミラー７２６は内部圧電素子によって制御されるものであり、詳細はJ. P. Gaffarel他、「Applied Optics」、Vol. 26、pp. 3772 - 3777、（１９８７年）に記載されている。補償装置７２０の作動は補償装置７００と同様だが、ミラー７２６が電気的に調節され、適当な球面収差をもたらす点が異なっている。換言すると、ミラー７２６は補償装置７００のさまざまなシュミット補正板７１０に相当する反射面を形成するように調節される。コントローラ３１４はミラー７２６の調節を適宜制御する。

収差補償装置２１２及び６０２の作動を、媒体１２に関して上記で説明した。層の間のエア・スペースにより、１つの収差補償セッティングがデータ面の各対に対して機能する。ところが、媒体１２０を使用する場合に、収差補償セッティングを各データ面に対して作成することが必要となる。これはエア・スペースがないからである。

『多重データ面フィルタ』
光束２０２を媒体１２の特定のデータ面に集束すると、反射光束２３０がデータ面からヘッド２２へ戻される。しかしながら、光束２０２の一部は他のデータ面で反射される。適当なデータ及びサーボ信号を得るためには、この望ましくない反射光束を排除しなければならない。本発明の媒体１２の多重データ面フィルタ２２２はこの機能を達成する。

図３４はフィルタ２２２として使用できるフィルタ７５０の略図を示すものである。フィルタ７５０は遮光板７５４及びレンズ７５６からなっている。レンズ２１０によって適切に集束された光であるから、平行化された所望の光束２３０が得られる。光束２３０はレンズ７５２によって点７６０に集束される。望ましくない光７６２はレンズ２１０によって適切に集束されなかったので、平行化されない。従って、光７６２が点７６０に集束することはない。遮光板７５４は点７６０に開口７６４を有しており、該開口は光２３０を通過させる。望ましくない光７６２のほとんどは板７５４によって遮光される。光２３０はレンズ７５６によって再度平行化される。好ましい実施例において、開口７６４は円形であり、約λ／（２＊（ＮＡ））の直径を有している。ただし、λは光の波長であり、（ＮＡ）はレンズ７５２の開口数である。正確な直径は整合公差と層間の信号の排除条件との間の適当なトレードオフによって決定される。あるいは、開口７６４は約λ／（２＊（ＮＡ））という最小ギャップを有するスリットを有していてもよい。このような場合には、遮光板７５４はスリットによって分離された２つの個別の部材となる。遮光板７５４は金属シート製であっても、遮光コーティングを有する透明基板製であって、開口７６４がコーティングされていないものであってもよい。

図３５はフィルタ８００の略図を示すものであり、該フィルタもフィルタ２２２として使用することができる。フィルタ８００はレンズ８０２、遮光板８０４、遮光板８０６及びレンズ８０８からなっている。遮光板８０６はレンズ８０２の焦点８１２には位置された開口８１０を有している。遮光板８０４は相補的な開口８１４を有しており、この開口は平行化された光２３０を開口８１０を通すことを可能とするとともに、希望しない視準されていない光８２０を遮ることを可能とする。開口８１４は一対の平行なスリットであっても、環状の開口であってもよい。好ましい実施例において、開口８１４のスリットの間の距離は開口８１０の直径よりも大きい。開口８１０の直径はλ／（２＊（ＮＡ））にほぼ等しい。代替の環状開口の場合、環状スリットの内径は開口８１０の直径よりも大きくなければならない。どちらの場合でも、開口８１４の外縁８２２は光束２３０の外部に配置されている。遮光板８０４及び８０６は金属シート製であっても、遮光コーティングを有する透明基板製であって、開口８１０及び８１４がコーティングされていないものであってもよい。

図３６は代替フィルタ８３０の略図を示すものであり、該フィルタはフィルタ２２２として使用できる。フィルタ８３０はビーム・スプリッタ８３２とホログラフ板８３４からなっている。ホログラム板８３４のコーティングは平行化された光束２３０を効率よく反射するとともに、平行化されていない光束８４０が通過できるようにするように調整されている。望ましい光束２３０はホログラム板８３４によって反射され、ビーム・スプリッタ８３２へ戻り、ビーム・スプリッタ２２４へ反射される。

図３７はホログラフ板８３４の作成方法の略図である。レーザ２００とほぼ等しい波長を有する平行化された光束８５０は、振幅ビーム・スプリッタ８５６で２つの光束８５２及び８５４に分割される。光束８５２及び８５４はそれぞれミラー８６０及び８６２によって方向が変えられ、ホログラム板８３４へ、この板に直角に、対向する方向から当たる。反射製ホログラムが光束８５２及び８５４の干渉によって記録される。ホログラフ・コーティングは重クロム酸ゼラチンまたは光重合材料製である。

本発明のフィルタ２２２は図１３に示されており、光束２２０の経路に配置されている。しかしながら、１つまたは複数のフィルタをサーボ用の光束２３０またはデータ用の光束２３６の個別の経路に配置することもできる。

まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。

（１）複数の記録面を有する光ディスクへのデータの記録、または前記光ディスクに記録されたデータの再生を行なう記録再生装置であって、
レーザと、
前記複数の記録面のうちのいずれかの記録面に前記レーザから出射された光を合焦させる手段と、
前記レーザと前記光ディスクとの間に配設され、前記光ディスクにおいて１の記録面と他の記録面とを離間させる透明部材によって生じる球面収差を補正するための球面収差補正手段とを有する記録再生装置。
（２）複数の記録面を有する光ディスクへのデータの記録、または前記光ディスクに記録されたデータの再生を行なう記録再生装置であって、
レーザと、
前記複数の記録面のうちのいずれかの記録面に前記レーザから出射された光を合焦させる手段と、
前記レーザと前記光ディスクとの間に配設され、前記光ディスクにおける１の記録面の位置と他の記録面の位置との相違によって生じる球面収差を補正するための球面収差補正手段とを有する記録再生装置。

本発明の光データ記憶システムの略図である。本発明の光媒体の断面図である。代替光媒体の断面図である。図２の光媒体の一部の断面図である。図３の光媒体の一部の断面図である。典型的な材料の波長に対する屈折率（ｎ）と吸光係数（ｋ）のグラフである。波長に対するアモルファス・シリコンの屈折率（ｎ）と吸光係数（ｋ）のグラフである。本発明の１実施例の層厚に対する光の割合のグラフである。図２及び図３の媒体のトラッキング・マークの断面図である。代替トラッキング・マークの断面図である。代替トラッキング・マークの断面図である。代替トラッキング・マークの断面図である。本発明の光ヘッド及び媒体の略図である。図１３の光検出器の上面図である。本発明のチャネル回路の回路図である。本発明のコントローラ回路の略図である。トラッキング・エラー信号とヘッドの変位のグラフである。代替実施例のトラッキング・エラー信号とヘッドの変位のグラフである。代替実施例のトラッキング・エラー信号とヘッドの変位のグラフである。本発明の焦点誤差信号とレンズの変位のグラフである。本発明の多データ面収差補償装置の略図である。本発明の多データ面収差補償装置の代替実施例の略図である。本発明の多データ面収差補償装置の他の代替実施例の略図である。図２３の補償装置の上面図である。本発明の多データ面収差補償装置の他の代替実施例の略図である。本発明の多データ面収差補償装置の代替実施例の略図である。図２６のレンズの断面図である。本発明の光ヘッドと媒体の代替実施例の略図である。本発明の多データ面収差補償装置の代替実施例の略図である。本発明の多データ面収差補償装置の代替実施例の略図である。図２９及び図３０の補償装置を製造する工程を示す略図である。本発明の収差補償装置の代替実施例の略図である。本発明の収差補償装置の代替実施例の略図である。本発明の多データ面フィルタの略図である。本発明の多データ面フィルタの代替実施例の略図である。本発明の多データ面フィルタの代替実施例の略図である。図３６のフィルタの製造工程を示す略図である。

符号の説明

１０光データ記憶システム
１２光データ記憶媒体
１４クランプ・スピンドル
１６スピンドル・モータ
２０システム・シャーシ
２２光ヘッド
２４アーム
２６ボイス・コイル・モータ
５０フェース・プレート
５２外径リム
５４内径リム
５６基板
５８外径リム
６０内径リム
６２基板
６４外径リム
６６内径リム
６８基板
７０外径リム
７２内径リム
７４基板
７８エア・スペース
８０スピンドル開口
８２パス
８４フィルタ
９０データ面
９２データ面
９４データ面
９６データ面
９８データ面
１００データ面
１０２データ面
１０４データ面
２００レーザ・ダイオード
２０２光束
２０３レンズ
２０４サーキュラライザ
２０５ビーム・スプリッタ
２０６集束レンズ
２０７光検出器
２０８ミラー
２１０集束レンズ
２１２多重データ収差面補償装置
２１４ホルダ
２１６焦点合わせアクチュエータ・モータ
２２０反射光束
２２２多重データ面フィルタ
２２４ビーム・スプリッタ
２３２非点レンズ
２３４四分割光検出器
２３６光束
２３８半波長板
２４０偏光ビーム・スプリッタ
２４８光検出器
２５０レンズ
２５２光検出器

Claims

複数の記録面を有する光ディスクへのデータの記録、または前記光ディスクに記録されたデータの再生を行なう記録再生装置であって、
レーザと、
前記複数の記録面のうちのいずれかの記録面に前記レーザから出射された光を合焦させる手段と、
前記レーザと前記光ディスクとの間に配設され、前記光ディスクにおいて１の記録面と他の記録面とを離間させる透明部材によって生じる球面収差を補正するための球面収差補正手段とを有する記録再生装置。
複数の記録面を有する光ディスクへのデータの記録、または前記光ディスクに記録されたデータの再生を行なう記録再生装置であって、
レーザと、
前記複数の記録面のうちのいずれかの記録面に前記レーザから出射された光を合焦させる手段と、
前記レーザと前記光ディスクとの間に配設され、前記光ディスクにおける１の記録面の位置と他の記録面の位置との相違によって生じる球面収差を補正するための球面収差補正手段とを有する記録再生装置。