JP2006031894A - ３次元光ディスク媒体及び３次元情報記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ３次元光ディスクにおいて、光スポットを３次元的に位置決めする方法を提案する。
【解決手段】 全体構成として、少なくとも情報を記録再生するための微小光スポットを案内するための案内領域を２次元面上に設け、その２次元面を含む立体構造体４を用いて３次元光ディスクを構成する。３次元光ディスク内に埋め込まれた案内領域を用いて微小光スポットの３次元方向の位置決めを行い、情報を３次元方向に記録再生する。２次元面を含む立体構造体としては、シート状構造体２を使用することができる。
【選択図】 図６

Description

本発明は、光学的特性変化を用いて媒体に情報を３次元的に記録再生する方式及び装置に関する。

媒体の３次元方向に情報を記録する方法に関して最近のISOM2003の国際学会で２件の発表があった。いずれも、現在主流の情報をビット毎に一つのマークに対応させて１層の面内に記録する光ディスクの記録方法をディスクの厚さ方向に拡張して、３次元方向に情報を記録する方法である。
"Bit-Wise Volumetric Optical Memory Utilizing Two-Photon Absorption in Aluminum Oxide Medium" Technical Digest of International Symposium on Optical Memory 2003, We-E-04 "Mechanism of Recording on Electrochromic Information Layers of Multi-Information-Layer", Technical Digest of International Symposium on Optical Memory 2003, We-E-05

上記発表では記録再生の原理的な動作については示されているが、３次元記録の実用化に不可欠な光スポットを３次元方向に位置決めする手段の詳細については示されていない。３次元記録を実用化するためには、光スポットの位置決め手段は光ディスクの大量生産に適合したものでなくてはならない。これまでの光ディスクでは、２次元平面上に光スポットを位置決めするにあたって、２次元平面に垂直な方向（光学ピックアップに搭載された対物レンズの光軸方向）に焦点検出用の特別なマークを設けることなく、光学ピックアップ側で戻ってくる光束の状態を見ることにより合焦状態を検出していた。これは、記録層が１層しかないため、記録層に合焦しているか否かを反射光束の状態から判定することができたためである。しかし、光軸方向に情報を記憶するためには光スポットの光軸方向の位置を高精度に検出することが必要となる。また、これまでの光ディスクと同様に、２次元平面内を光スポットが進行していく方向（トラックの円周方向）に垂直な方向（トラックの半径方向）の光スポット位置を検出することも同時に必要となる。トラック半径方向の位置検出のためにはこれまで、案内溝、または特別なマーク群が用いられてきたが、焦点方向には特別な考慮はなされてこなかった。

本発明は、３次元方向に情報ビットをマークに対応させて記録する方法において、光スポットを３次元的に位置決めする方法について提案する。

本発明においては、全体構成として、少なくとも情報を記録再生するための微小光スポットを案内するための案内領域を２次元面上に設け、その２次元面を含む立体構造体を用いて３次元光ディスクを構成する。３次元光ディスク内に埋め込まれた案内領域を用いて微小光スポットの３次元方向の位置決めを行い、情報を３次元方向に記録再生する。２次元面を含む立体構造体としては、シート状構造体を使用することができる。

シート状構造体を用いて構成した３次元光ディスクの中を光スポットが通過していくときに、案内領域から光スポットの進行方向に対して垂直な２つの方向に対する光スポット制御信号を発生することができるようにし、この制御信号を用いて光スポット位置を制御する。

制御信号発生領域には、例えば、２次元平面内の一方向に沿って、該方向とは垂直で２次元平面内にある方向と２次元平面に垂直な方向に対して、互いに異なる方向にずれて配置されている３次元構造を持つマーク群が形成されているか、３次元構造を持つ連続的なマーク列または溝が蛇行するように形成されている。他の例の制御信号発生領域は、２次元平面に垂直な方向に沿って、該方向とは垂直で２次元平面とは平行な面内にある互いに垂直な２つの方向に対して、互いに異なる方向にずれて配置されている３次元構造を持つマーク群が形成されているか、３次元構造を持つ連続的なマーク列または溝が蛇行するように形成されている。

制御信号発生領域では焦点ずれ信号、トラックずれ信号の２つの信号を検出するが、前記領域を分けて、各領域で独立して前記２つの信号を検出するか、同時に検出するかいずれかの方法を用いることができる。分ける場合には、３次元構造を持つマーク群においては、互いに垂直な方向にずれているマーク群はそれぞれ独立した領域に分けるが、分け方にも２つの垂直な方向のうち、一つの方向が同じで、もう一つの方向に対して互いにずれているマーク群を、それぞれの垂直方向について、独立した領域に分けて設けていることもできるし、さらにそれぞれ独立した領域に分かれているマーク群は特定の間隔でもう一方の垂直方向に配列され、該特定間隔を該独立領域ごとに異ならせることもできる。前記領域を分けなくて、２つの信号を同じ領域から同時に検出する場合には、互いに垂直な方向に、互いに異なる方向にずれて配置されている各マークは、それぞれの垂直な方向のうち、一つの方向にも、もう一つの方向に対しても互いにずれている構成とし、連続的なマーク列または溝では、蛇行する２つの垂直な方向のうち、一つの方向にも、もう一つの方向に対しても互いに蛇行している構成とする。

本発明によると、３次元方向に光スポットを位置決めする案内トラックを有する３次元光ディスクを短時間に大量に作成することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下の図において、同じ機能部分には同じ符号を付けて説明する。

図１は、記録媒体として３次元光ディスクを用いた本発明による３次元記録再生装置の概略図である。本発明では、３次元的に情報を記録する３次元光ディスク１は、後述するように、２次元平面を持ち、かつ厚さを持つ構造体を種々の方法で積層することにより作製する。３次元光ディスク１は円柱の形状をしており、回転中心１０を持ち、上から見ると仮想回転中心１０から内周ｒ１までの部分が中空になり、内周ｒ１から外周ｒ２までの部分が情報を記録する記録領域となる。情報の記録再生のためにはこの円柱体を半径ｒ１のハブに嵌め合わせ、モータによって仮想回転中心１０を中心に回転させる。光ピックアップ８０から発生される光スポットによる３次元光ディスクの記録領域へのアクセス制御は、円柱体の円周方向、円柱体の半径方向及び厚さ方向の３方向から行われる。

さらに詳細に記録再生の動作を説明する。図２は、３次元光ディスク１内に設定される情報トラック２７と光スポットの関係を示す模式図である。複数の光源３５から放射された光は結合レンズ３３により平行光に変換され、プリズム３４を通過し、収差補正用光学素子３０を通過し、折り返しミラー２９により光路を折り曲げられ、対物レンズ９に入射し、ディスク１内に光スポット２３，２４，２５，２６を形成する。スポット２３は情報トラック２７の上に制御によって位置づけられる。情報トラックには光スポットを制御する為の制御情報を検出するための領域（制御領域）２１，２２が設けられている。この領域２１，２２は、図１３、図１４、図１５を用いて後述するーク群から構成されている。

トラックからの反射光は対物レンズ９、ミラー２９、光学素子３０を通過し、プリズム３４により光路を曲げられ、光学フィルタ３１を通過して、集光レンズ３２によって光検出器３６に集光される。光検出器３６からの光電流４６は再生回路３９に入力され、制御情報検出、クロック検出を行い、上位コントローラ３７から送られたユーザ情報を検出したクロックに従って、記録回路３８により光源３５を変調する信号４４を作成して、ディスク１内のスポット２４，２５，２６をそれぞれ強度変調する。また、再生回路３９から検出された制御情報、アドレス情報はアクセス制御回路４５に入力され、上位コントローラ３７から指令される情報の記録位置に光スポットを位置づけるために、対物レンズ９の２次元アクチュエータ２８を駆動する信号４２を作成するとともに、収差補正素子３０を駆動する信号４３を作成する。収差補正は、対物レンズの性能は基板表面から特定厚さの面で最良になるように一般的には設計される。すると、基板厚さ方向に焦点位置をずらしていくと、光学系の球面収差が増加し、焦点位置でのスポットが歪んでくる。これを補正するために収差補正素子３０を用い、焦点位置に応じて球面収差を補正する。収差補正素子として一番簡単な構成のものは、複数のレンズの組み合わせを用い、レンズ間の距離を動かすことにより、対物レンズに入射する光束の発散、収束角度を変えるものである。そのほか、液晶素子などにより、光波の位相を遅れさせたり、進めたりして、光束の波面を部分的に変化させることにより、補正するものもある。

図３を用いて、さらに詳細に記録再生回路の動作を説明する。光源３５は複数の光源、例えば半導体レーザ１００，１０１，１０２，１０３から構成されている。各光源からの光はディスク１内のスポット２６，２５，２４，２３として集光される。従って、スポット２３の位置を決めると、その他のスポット２４，２５，２６の位置は特定の間隔で自動的に決められる。光源１０３には、駆動回路１１１により直流電流が供給され、一定光量で発光するように設定されている。光源１０３から発光した光はディスクから反射して、光検出器３６にある受光器１０７に集光され、光電流がプリアンプ１１６により電圧に変換され、クロック発生回路１１５とデータ弁別回路１２０、領域検出回路１１７に入力される。

領域検出回路１１１では、制御領域２１，２２を他の領域と区別して検出し、制御領域を示す信号を制御情報発生回路１１９に入力する。制御情報発生回路１１９から後述するトラックずれ信号、焦点ずれ信号を発生し、２次元アクチュエータを駆動する駆動回路１１８に入力される。一方データ弁別回路１２０において検出された、トラックアドレス信号はアドレス比較回路１２７に入力され、上位コントローラ３７からのアドレス指令のレジスタ１２８からの出力と比較され、スポットを制御する信号を発生する回路１２９により、２次元アクチュエータ２８の制御信号を駆動回路１１８に送出するとともに、アクチュエータの移動によって発生する収差を補正する信号４３を送出する。

また、上位コントローラ３７から送出されるユーザデータをレジスタ１３０で受け取り、変調回路１２４，１２５，１２６に入力し、クロック発生回路１１５の出力によって、変調し、レーザ駆動回路１０８，１０９，１１０に入力して、光源１００，１０１，１０２をそれぞれ強度変調する。これにより３次元光ディスク内ではトラック２７の横に決まった間隔でデータが記録されて行く。

記録されたデータは、トラック２７にスポット２３を位置づけ、スポット２４，２５，２６を記録されたデータの上に配置させ、反射光を検出器３６上の受光器１０４，１０５，１０６にそれぞれ集光し、受光する。各光電流はプリアンプ１１２，１１３，１１４により電圧に変換され、データ弁別回路１２３，１２２，１２１により、クロック発生回路１１５から発生させられたクロックにより検出、復調され、レジスタ１３１にストアされて、上位コントローラ３７に送られる。トラック２７には制御情報を検出する領域２２，２１のほかに、当該トラックがディスク厚さ方向に何番目のトラックで、半径位置のどこに対応するかを表すアドレス情報を検出する領域がある。アドレス情報は、後述する単位マークの配列パターンで表すことができる。また、クロック作成のために特定間隔を持ったマークパターンを入れておく。

光源１０３と光源１００，１０１，１０２の波長を変えておくと、記録の影響が制御信号検出に及ぶことを避けることができる。すなわち、フィルタ３１により特定波長の光のみを通過させるようにできるため、光源１０３の光のみ通し、記録時の光源１００，１０１，１０２の影響を受けることなく、位置決め信号を検出し、案内マークにスポット２３を追従させることができる。また、このフィルタ３１は３次元記録材料として２光子吸収のような材料では再生波長とは異なる蛍光を検出するために特定波長を透過させる光学素子としても使用できる。

図４は、記録媒体として３次元光ディスクを用いた本発明による他の３次元記録再生装置の実施例を示す概略図である。図５は、３次元光ディスク内に設定される情報トラックと光スポットの関係を示す模式図である。本実施例の３次元記録再生装置に用いられる３次元光ディスクは、後述するように、円形のシートを積み重ねて作製されたものである。

本実施例では、光源１０３の波長を他の光源とは異ならせ、結合レンズ４７を用いて平行光とし、プリズム４８により他の光源の平行光と光路をあわせ、対物レンズ９によりディスク１内に集光する。その反射光は他の光源の光と同様に光検出器３６に集光され、光受光器１０７に達する。他の光源１００，１０１，１０２から出た平行光は光スポット２４，２５，２６を光軸方向に動かす光学素子４９を通過し、対物レンズ９によりディスク１内に集光される。このような光学素子として、別のレンズ群を組み合わせ、レンズ間の距離を変えることにより、対物レンズに入射する光源１００，１０１，１０２から出た光束の収束または発散の角度を変えることにより、対物レンズによって集光されるスポット２４，２５，２６をスポット２３の位置を変えることなく、光軸方向（Ｙ方向）に移動させることができる。従って、シート状構造体でも、トラック２７をスポット２３で追跡しながら、信号４３で指定されるディスク厚さ方向位置に情報を読み書きすることができる。

このような３次元光ディスク１を構成するための２次元平面を持つ構造体としては、シート状構造体を利用することができる。図６は、シート状の構造体を組み合わせて３次元光ディスクを作製する方法の一例を示す説明図である。図６（ａ）は、長尺シート状の構造体２を軸心となる円柱の周りにロール状に巻きつけて３次元光ディスクとなる３次元構造体４を作る方法を示す。また、図６（ｂ）は、長尺シート状の構造体３を折り畳みながら重ねて、ある厚さになったところで丸型に切り抜き、３次元光ディスクとなる３次元構造体５を作る方法を示している。シートは光記録に適した材料及び構造を有し、例えばポリカーボネート、アクリルなどのプラスティック材料が好適である。

図７は、シート状の構造体を組み合わせて３次元光ディスクを作製する方法の他の例を示す説明図である。この方法は、図７（ａ）に示すように、シート状の構造体８を折り畳みながら、左右の押し付け圧力を変えて、図７（ｂ）に示す楔型形状の構造体６を作る。その後、複数の楔形形状の構造体６を、図７（ｃ）に示すように円周方向に配置して、３次元光ディスクとなる３次元構造体７を作る方法である。

図６あるいは図７に示すようにして作られた３次元光ディスクに光スポットを照射し、前述のような３次元方向のアクセスを行うためには、光スポットを導くための仮想的な案内トラックが必要となる。この仮想トラック２７は、３次元光ディスクの円周方向に沿って略同心状のチューブ形状であり、このチューブは３次元光ディスクの厚さ方向に垂直な平面内に閉じた形状か、閉じることなく、同一平面内を内周から外周、または外周から内周方向に連続する形状か、さらに同一平面内に閉じられることなく、３次元ディスクの厚さ方向連続につながる形状かのいずれかである。

上記案内トラックにスポットを導くためには、トラックの位置を表す情報を記録した領域を連続的、あるいは離散的に設ける。この領域から光スポットを位置決めするための制御信号を検出する。その信号は光スポットの進行方向、すなわち３次元光ディスク１の円周方向に対して垂直な２つの方向に対する、スポットと案内トラックの位置ずれを表す信号である。これらの信号をこれまでの光ディスクの名称を使用し、ディスク厚さ方向を焦点ずれ信号、ディスク半径方向をトラックずれ信号と呼ぶ。

本発明は、３次元光ディスク１をシート状構造体２，３で作成するとき、組み立て方によって上記情報マークをどのように設けるかを規定するものである。まず、図６（ａ）に示した、長尺のシート状構造体をロール状に巻いて３次元光ディスク１を作製する場合について説明する。この場合には、３次元ディスク１の回転とともに、光スポットはシート状構造体２の２次元平面内に平行な方向に進行する。従って、３次元光ディスク１の厚さ方向Ｙは、シート状構造体の２次元平面内にあって光スポットの進行方向Ｚとは直角の方向になる。さらに、３次元光ディスク１の半径方向Ｘは、シート状構造体の厚さ方向になる。これらの方向に対する光スポットの位置ずれを検出するための領域を、シート状構造体２に作成する。領域の形態としては、光スポットの進行方向に離散的に配置するか、連続的に配置するかの２つの形態がある。さらに、領域内には位置ずれ検出信号を発生するためのマーク群、マーク列またはマークを設ける。マークは３次元の形状をしており、後述するように、スポット進行方向の長さを異ならせる。

本発明の動作原理を、離散マークを例にとって図８を用いて説明する。光スポットの進行方向Ｚと垂直な方向Ｘ，Ｙに複数のマークを配置する。ここでは４つのマーク１１，１２，１３，１４から成るマーク群を取り上げる。４つのマークは形状が等しいが、それら位置が異なる。これらの位置を光スポットの進行方向Ｚに垂直な平面４０に投影し、この平面内にディスク厚さ方向Ｙとディスク半径方向Ｘの互いに直交する座標を用いてマークの投影位置を表現する。マーク１１，１２，１３，１４をそれぞれＸ軸及びＹ軸上に設定し、マークの座標（ｘ，ｙ）を（ａ，０），（０，ｂ），（−ａ，０），（０，−ｂ）とする。これらのマークを光スポットの進行方向に順番に配置するが、各マークは光スポットの進行する軸Ｚを回転中心とするスパイラス線４１の上に配置させる。

図９（ａ）にＹ−Ｚ平面に投影したスパイラル線８１を、図９（ｂ）にＸ−Ｚ平面に投影したスパイラル線８２を示す。２つの投影波形８１，８２はいずれも正弦波となり、周期Ｔが等しく、位相が９０度ずれたものとなる。各マーク１１，１２，１３，１４はそれらの正弦波の最大点、最小点に配置される。各正弦波の振幅はｂとａとなる。光スポットのＺ軸からのＸ，Ｙ方向のずれは、各マークにおける検出信号を演算して求められる。すなわち、Ｘ方向のずれを知るためにはマーク１１からの信号Ｓ(１)、とマーク１３からの信号Ｓ(３)の差をとる。すなわち
Ｓ(1)−Ｓ(3) …(1)

Ｙ方向のずれを知るためには、マーク１２からの信号Ｓ(２)、とマーク１４からの信号Ｓ(４)の差をとる。
Ｓ(2)−Ｓ(4) …(2)

この演算方式はＸ方向とＹ方向のマークを検出するときには、互いの変位がゼロであることから、干渉がないことから成立する。

しかし、信号検出のタイミングがずれるとＸ方向とＹ方向の干渉が生じる。これを回避するために、よく知られた同期検波を行う。図９（ｃ）（ｄ）のような検波信号８３，８４のように９０度位相を変えて、図３のプリアンプ１１６の出力である検出信号と掛け算を行い、Ｘ方向、Ｙ方向のずれをそれぞれ検出できる。

同期検波を用いる方法について、より詳細に説明する。マーク１１と１３が光スポットの進行方向に垂直なトラック半径方向に仮想正弦波８２の最大値と最小値のところに配置され、かつ、マーク１２と１４が光軸方向に仮想正弦波８１の最大値と最小値のところに配置されているとする。光スポットの進行に従って、同期信号波形８３，８４を発生し、トラックずれ信号を検出するときには前述のマークが読み出し信号に与える変化量の時間的な信号Ｓ(ｔ)と同期信号波形８３を掛け算して、その結果を同期信号波形の繰り返し周波数よりカットオフ周波数が低い低域フィルタに通して検出する。焦点ずれ信号を検出するときには前述のマークが読み出し信号に与える変化量の時間的な信号Ｓ(ｔ)と同期信号波形８４を掛け算して、その結果を同期信号波形の繰り返し周波数よりカットオフ周波数が低い低域フィルタに通して検出する。

同期検波ならば、検波信号の位相ずれはある程度許容できる。しかし、掛け算処理を伴う為回路が複雑になる。単純なサンプリングと線形演算による方法が望ましい。そこで図１０に示すように、図８に示したマークの位置から４５度回転した位置にマーク９１，９２，９３，９４を配置する。この場合、Ｘ方向とＹ方向の干渉はあるが、演算により取り除くことができる。図１０に示したマーク配置の場合、各投影正弦波とマーク位置の関係は、図１１（ａ）（ｂ）のようになる。図１１（ａ）はＹ−Ｚ平面に投影したスパイラル線８５を示し、図１１（ｂ）はＸ−Ｚ平面に投影したスパイラル線８６を示している。検出信号のサンプルタイミングはパルス８７の位置となる。マーク９１からの信号をＰ１、マーク９２からの信号をＰ２、マーク９３からの信号をＰ３、マーク９４からの信号をＰ４とすると、Ｘ軸方向（すなわち、トラックずれ方向）のずれＥ_Xは次式から検出できる。
Ｅ_X＝Ｐ１＋Ｐ４−Ｐ２−Ｐ３ …(3)

また、Ｙ軸方向（すなわち、焦点ずれ方向）のずれＥ_Yは、次式により検出できる。タイミングがシフトしてもある程度は許容できる。
Ｅ_Y＝Ｐ１＋Ｐ２−Ｐ３−Ｐ４ …(4)

以下、上記マークによって検出される信号について、図１２（ａ），（ｂ）を用いて詳細に述べる。図１２（ａ）において、光スポット７７がＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３次元座標の中心にあるとする。Ｘ軸上ｒの位置にマーク７８があるとき、マーク７８が光スポット７７による読み出し信号へ与える変化は、スポット中心からマーク７８までの距離のみの関数であり、図１２（ｂ）に示すような単峰特性を示す。すなわち、距離ｒが零で最大となり、距離ｒが大きくなるにつれて、スポットの光強度が減少するのに応じて単純に減衰していき、最後は零となる。

図１３は、光スポットが移動するとき、光スポット中心からマークまでの距離ｒが正弦波状に変化したとき、得られる読み出し信号波形を模式的に示した図である。相対的に距離ｒが正弦波状に変化し、その中心位置がずれているように距離７１，７２，７３が変化すると、マークが読み出し信号に与える変化量は各距離７１，７２，７３に対応して信号変化波形７４，７５，７６となる。ここで、タイミングｔ１あるいはｔ２で距離ｒが最大となり、タイミングｔ１とｔ２の間で距離ｒが最小となる。このときの信号変化波形を見ると、距離変化７２のように相対的に中心位置が零ではタイミングｔ１とｔ２での信号変化の大きさは等しくなる。また、中心位置がプラスにあると、タイミングｔ１における信号変化の大きさはタイミングｔ２のときよりも小さく、中心位置がマイナスにあると、タイミングｔ１における信号変化の大きさはタイミングｔ２のときよりも大きくなる。中心位置を知るためには、タイミングｔ１とタイミングｔ２での信号変化量の差をとればよい。タイミングｔ１とタイミングｔ２での信号変化量の差から、正弦波状に位置が変化するマークの振動中心に対する光スポット中心のずれの大きさと方向を知ることができる。

このことから、光スポットの進行方向（Ｚ軸）と垂直なＸ軸方向（トラック半径）で決まる平面内に、振幅ａの仮想正弦波を描き、その振幅が最大の位置と最小の位置にマークを設ける。すると、スポットがトラック半径方向にずれると、相対的にマークとスポット中心との距離ｒが変化し、マークが読み出し信号に与える変化量が図１２（ｂ）のように変化する。図８のマーク１１と１３の配列に対応するタイミングｔ１とｔ２の信号変化量Ｓ(１)，Ｓ(３)を式(1)のように演算して、光スポットのトラック半径方向のずれと方向、すなわちトラッキング信号を検出できる。

同様に、マークを光スポットの進行方向（Ｚ軸）と垂直なＹ軸方向（光軸）で決まる平面内に、振幅ｂの仮想正弦波を描き、その振幅が最大の位置と最小の位置にマーク１２と１４を設ける。すると、光スポットが光軸方向（焦点ずれ方向）にずれると、相対的にマークとスポット中心との距離ｒが変化し、マークが読み出し信号に与える変化量が図１２（ｂ）のように変化する。図８のマーク１２と１４の配列に対応するタイミングｔ１とｔ２の信号変化量Ｓ(２)，Ｓ(４)を式(2)のように演算して、光スポットの光軸方向のずれと方向、すなわち焦点ずれ信号を検出できる。

以上説明した動作原理をシート状構造体を積層して構成された３次元光ディスクにそのまま適用するときには問題が発生する。３次元光ディスクを低コストで大量に作製しようとすると、制御領域を設けたシート状構造体を短い時間で大量に作成する必要がある。シート状構造体に上記マークを作成するために、一つ一つマークを記録していては時間がかかる。従って、従来の光ディスクのように、予め型を作り、それを転写していく製造方法が好適である。しかし、この方法では一方向からの型押ししかできず、押し出す面から見て閉じたマークを作成することができない。そこで、型押し方法で作成できるマーク（ピット）でも制御信号を検出できる方法を提案する。

まず、図６（ａ）に示したように、長尺シート状の構造体をロール状に巻いて製造した３次元光ディスクの場合について説明する。光スポットはシート状構造体の２次元平面内に平行な方向（Ｚ軸となる）に回転ともに進行する。従って、３次元光ディスク１の厚さ方向（Ｙ方向とする）はシート状構造体の２次元平面内の光スポットの進行方向とは直角の方向になる。さらに、３次元光ディスク１の半径方向はシート状構造体の厚さ方向（Ｘ方向とする）になる。すると、型押しはＸ方向に押すことになり、作成できるマークとしては、Ｘ方向に型押し面から押し出された深さの異なるマークしかない。

そこで本発明では、図１４に示すようなマーク群５１，５２，５３，５４を用いる。図１４はシートに形成したマーク群の概略斜視図と、そのＸ−Ｚ面への投影図、及びＹ−Ｚ面への投影図を表している。図において、平面５０が型押しの開始面である。図１０との対応で言うと、スパイラルの回転方向が逆になっており、マーク９１とマーク５１、マーク９２とマーク５２、マーク９３とマーク５３、マーク９４とマーク５４が対応する。型押しで作成するために、マーク５１とマーク５４は同じ深さである。マーク５２とマーク５３も同じ深さで、かつマーク５１，５４よりは深く形成する。

型押しされたマーク５１はマーク５２と形状が異なることから、Ｘ方向のＺからのずれを式(3)から計算するとオフセットを生じる。しかし、このオフセットは取り除くことができる。すなわち、マーク５２による信号からマーク５１による信号を引くと、マーク５２の深さからマーク５１の深さの分だけ取り除かれたマークからの信号を得ることができる。そこで、式(3)において、マーク５１からの信号Ｓ(51)はＰ１、マーク５２からの信号Ｓ(52)はＰ１＋Ｐ２、マーク５３からの信号Ｓ(53)はＰ３＋Ｐ４、マーク５４からの信号Ｓ(５４)はＰ４とみなすと、式(3)より式(5)が得られる。
Ｅ_X＝Ｓ(51)＋Ｓ(54)−(Ｓ(52)−Ｓ(51))−(Ｓ(53)−Ｓ(54))
＝２Ｓ(51)＋２Ｓ(54)−(Ｓ(52)+Ｓ(53)) …(5)

同様にして、式(4)よりＹ方向の検出信号は式(6)のようになる。
Ｅ_Y＝Ｓ(51)−Ｓ(54)＋(Ｓ(52)−Ｓ(51))−(Ｓ(53)-Ｓ(54))
＝Ｓ(52)-Ｓ(53) …(6)

上記マーク５１，５２，５３，５４から成る制御信号を生成する領域はディスク円周上に、間隔を置いて離散的に配置することができる。このとき、ディスク一回転中には約１０００ヶ所程度の間隔で配置することが、制御系の追従特性から望ましい。すなわち、制御信号の検出間隔が短いと、制御系の応答性が良くなるとともに、検出誤差も少なくなる。さらに、間隔を短くし、制御領域が連続的につながるように配置するとさらに制御系の特性を向上できる。

次に、図６（ｂ）に示したように、シートを一定の厚さまで積み重ね、同心円状にくり抜いて作製した３次元光ディスクの場合について説明する。この場合には、予めシートに円盤状の形にマークを作成する必要がある。その方法としてはシートにダイレクトに情報マークをスタンプする以下の方法が知られている。
文献；“Optical Disk Replication Using Direct Embossing”, Technical Digest of ISOM 2003, We-F-04
この場合には、図１５に示すように、光スポットの進む方向（Ｚ軸方向）はシートの２次元平面内の円板形状の円周方向となり、シートの半径方向がＸ軸となり、シート厚さ方向がＹ軸となる。型押し方向はＹ軸方向からになり、焦点ずれ方向に型押して形成されるマークの深さが異なる。前述の実施例と同様な信号処理を行う焦点ずれ信号Ｅ_Yは次式(7)の演算により、トラックずれ方向信号Ｅ_Xは次式(8)の演算により検出できる。
Ｅ_Y＝２Ｓ(61)＋２Ｓ(64)−(Ｓ(62)＋Ｓ(63)) …(7)
Ｅ_X＝Ｓ(62)−Ｓ(63) …(8)

上記マーク６１，６２，６３，６４から成る制御信号を生成する領域はディスク円周上に、間隔を置いて離散的に配置することができる。このとき、ディスク一回転中には約１０００ヶ所程度の間隔で配置することが、制御系の追従特性から望ましい。すなわち、制御信号の検出間隔が短いと、制御系の応答性が良くなるとともに、検出誤差も少なくなる。さらに、間隔を短くし、制御領域が連続的につながるように配置するとさらに制御系の特性を向上できる。

次に、図７に示したように、シート状構造体を折り畳んで作った楔型形状の構造体を円周方向に配置して作製した３次元光ディスクの場合について説明する。この３次元光ディスクにおいては、シートの厚さ方向が光スポットの進行方向（Ｚ軸）となり、シートの２次元平面の互いに直交する方向がそれぞれＸ軸、Ｙ軸となる。

図１６は、楔型形状の構造体を構成するシートに形成するマーク群の概略斜視図と、そのＸ−Ｚ面への投影図、及びＹ−Ｚ面への投影図を表している。図において、平面７０が型押しの開始面である。この場合には、光スポットの進行方向に型押しされるため、４つのマーク７１，７２，７３，７４をいずれも深さを変えることしかできない。ここで、各マークはそれぞれ単位マーク（最小単位はマーク７４）４つ、３つ、２つ、一つから成り立っているとする。

光スポットが紙面の奥から手前にＺ軸に沿って進んでくるとすると、光スポットによる検出の順番はｚ１，ｚ２，ｚ３，ｚ４となる。ｚ１のタイミングで検出される信号Ｓ(z1)はマーク７１の最後尾の単位マークからの信号が主になる。次に、ｚ２のタイミングではマーク７１の最後尾の単位マークからとマーク７２の最後尾の単位マークからの信号が主になる。そこで、ｚ２のタイミングで検出された信号Ｓ(z2)からｚ１のタイミングで検出される信号Ｓ(z1)を引くと、マーク７２の最後尾の単位マークからの信号を検出できる。同様に、ｚ３のタイミングで検出される信号Ｓ(z3)からｚ２のタイミングで検出される信号Ｓ(z2)を引くとマーク７３の最後尾の単位マークからの信号を検出できる。また、ｚ４のタイミングで検出される信号Ｓ(z4)からｚ３のタイミングで検出される信号Ｓ(z3)を引くと、マーク７４からの信号を検出できる。

各マークの最後尾の単位マークからの信号は、図１０のスパイラル４１上にあるマーク９１，９２，９３，９４からの信号とみなせる。つまり、Ｐ１はＳ(z1)、Ｐ２はＳ(z2)−Ｓ(z1)，Ｐ３はＳ(z3)−Ｓ(z2)，Ｐ４はＳ(z4)−Ｓ(z3)と対応する。従って、トラックずれ信号Ｅ_Xは式(9)によって演算でき、焦点ずれ信号Ｅ_Yは次式(10)から演算できる。
Ｅ_X＝Ｓ(z1)＋Ｓ(z4)−Ｓ(z3)−(Ｓ(z2)−Ｓ(z1))−(Ｓ(z3)−Ｓ(z2))
＝２Ｓ(z1)＋Ｓ(z4)−２Ｓ(z3) …(9)
Ｅ_Y＝Ｓ(z1)−(Ｓ(z4)−Ｓ(z3))＋(Ｓ(z2)−Ｓ(z1))−(Ｓ(z3)−Ｓ(z2))
＝２Ｓ(z2)−Ｓ(z4) …(10)
この場合には、制御信号を発生する領域はシート厚さの間隔に離散的に配置されるのみである。

本発明による３次元記録再生装置の実施例を示す概略図。 ３次元光ディスク内に設定される情報トラックと光スポットの関係を示す模式図。 記録再生回路の詳細図。 本発明による３次元記録再生装置の他の実施例を示す概略図。 ３次元光ディスク内に設定される情報トラックと光スポットの関係を示す模式図。 シート状の構造体を組み合わせて３次元光ディスクを作製する方法の一例を示す説明図。 シート状の構造体を組み合わせて３次元光ディスクを作製する方法の他の例を示す説明図。 本発明の動作原理の説明図。 スパイラル線の投影図。 本発明の動作原理の説明図。 スパイラル線の投影図。 マークによって検出される信号についての説明図。 マークから読み出される信号波形の模式的に示した説明図。 マーク群の説明図。 マーク群の説明図。 マーク群の説明図。

符号の説明

１：３次元光ディスク、２：長尺シート状の構造体、３：長尺シート状の構造体、４：３次元構造体、５：３次元構造体、６：楔型形状の構造体、７：３次元構造体、８：シート状の構造体、９：対物レンズ、１１〜１４：マーク、２１，２２：制御領域、２３，２４，２５，２６：光スポット、２７：情報トラック、２８：２次元アクチュエータ、３５：光源、３６：光検出器、３７：上位コントローラ、３８：記録回路、３９：再生回路、４５：アクセス制御回路、５１〜５４：マーク、６１〜６４：マーク、７１〜７４：マーク、７７：光スポット、８０：光ピックアップ

Claims (20)

1. 表面に深さの異なる複数種類のマークが設けられた光記録用シートを積層して構成され、
   前記複数種類のマークは、情報トラックに沿って配置され、光スポットを前記情報トラックに案内するための信号を発生する案内マークとして用いられることを特徴とする３次元光ディスク媒体。
2. 請求項１記載の３次元光ディスク媒体において、前記光記録用シートは長尺シートであり、当該長尺シートをロール状に巻いて肉厚円筒状の媒体とされ、前記情報トラックは前記長尺シートの長手方向に沿って螺旋を描くように設定されていることを特徴とする３次元光ディスク媒体。
3. 請求項２記載の光ディスク媒体において、前記深さの異なる複数種類のマークは、各マークの先端によって前記情報トラックを螺旋状に包囲するように配置されていることを特徴とする３次元光ディスク媒体。
4. 請求項２記載の光ディスク媒体において、前記マークは前記情報トラックに沿って離散的に設けられた制御信号発生領域に設けられていることを特徴とする３次元光ディスク媒体。
5. 請求項２記載の光ディスク媒体において、前記マークは前記情報ラックに沿って連続的に設けられていることを特徴とする３次元光ディスク媒体。
6. 請求項２記載の３次元光ディスク媒体において、前記マークは２種類の深さを有することを特徴とする３次元光ディスク媒体。
7. 請求項１記載の３次元光ディスク媒体において、前記光記録用シートは円形シートであり、複数の円形シートを厚さ方向に積み重ねて円柱状の媒体とされ、前記情報トラックは前記円形シートの面に沿って同心円あるいは螺旋を描くように設定されていることを特徴とする３次元光ディスク媒体。
8. 請求項５記載の３次元光ディスク媒体において、前記円形シートは中央に穴を有することを特徴とする３次元光ディスク媒体。
9. 請求項５記載の３次元光ディスク媒体において、前記深さの異なる複数種類のマークは、各マークの先端によって前記情報トラックを螺旋状に包囲するように配置されていることを特徴とする３次元光ディスク媒体。
10. 請求項５記載の光ディスク媒体において、前記マークは前記情報トラックに沿って離散的に設けられた制御信号発生領域に設けられていることを特徴とする３次元光ディスク媒体。
11. 請求項５記載の光ディスク媒体において、前記マークは前記情報ラックに沿って連続的に設けられていることを特徴とする３次元光ディスク媒体。
12. 請求項５記載の３次元光ディスク媒体において、前記マークは第１の深さのマークと第２の深さのマークからなることを特徴とする３次元光ディスク媒体。
13. 請求項１記載の３次元光ディスク媒体において、前記光記録用シートは内径側の膜厚が外界側の膜厚より薄い楔形をした矩形状シートであり、当該矩形状シートを積み重ねて肉厚円筒状の媒体とされ、前記情報トラックは全ての矩形状シートの表面を横切って同心円あるいは螺旋を描くように設定されていることを特徴とする３次元光ディスク媒体。
14. 請求項１３記載の３次元光ディスク媒体において、前記ピットは前記記録トラックを螺旋状に包囲するように配置されていることを特徴とする３次元光ディスク媒体。
15. 請求項１３記載の３次元光ディスク媒体において、前記マークは前記情報トラックに沿って離散的に設けられた制御信号発生領域に設けられていることを特徴とする３次元光ディスク媒体。
16. 請求項１３記載の３次元光ディスク媒体において、前記マークは４種類の深さを有することを特徴とする３次元光ディスク媒体。
17. 表面に深さの異なる複数種類のマークが設けられた光記録用シートを積層して構成され、前記複数種類のマークは、情報トラックに沿って配置され、光スポットを前記情報トラックに案内するための信号を発生する案内マークとして用いられる３次元光ディスク媒体と、
    前記３次元光ディスク媒体を回転駆動する駆動部と、
    前記３次元光ディスク媒体に対して光スポットを照射する光照射部と、
    前記３次元光ディスク媒体からの反射光を受光する受光部と、
    前記案内マークの再生信号を処理して光スポットの３次元方向の位置決めを行う制御部とを備える３次元情報記録再生装置。
18. 請求項１７記載の３次元情報記録再生装置において、前記光記録用シートは長尺シートであり、当該長尺シートをロール状に巻いて肉厚円筒状の媒体とされ、前記情報トラックは前記長尺シートの長手方向に沿って螺旋を描くように設定されていることを特徴とする３次元情報記録再生装置。
19. 請求項１７記載の３次元情報記録再生装置において、前記光記録用シートは円形シートであり、複数の円形シートを厚さ方向に積み重ねて円柱状の媒体とされ、前記情報トラックは前記円形シートの面に沿って同心円あるいは螺旋を描くように設定されていることを特徴とする３次元情報記録再生装置。
20. 請求項１７記載の３次元情報記録再生装置において、前記光記録用シートは内径側の膜厚が外界側の膜厚より薄い楔形をした矩形状シートであり、当該矩形状シートを積み重ねて肉厚円筒状の媒体とされ、前記情報トラックは全ての矩形状シートの表面を横切って同心円あるいは螺旋を描くように設定されていることを特徴とする３次元情報記録再生装置。

Images