JP2007004897A - 情報記録再生方法及び情報記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多層光ディスクのトラッキング制御と焦点制御とをピンホールを用いずに良好に実現できる記録再生方式を提供する。
【解決手段】複数の記録層と１つのサーボ層とが組になって設けられた多層光ディスクを用い、サーボ層用の光源５と記録層用の光源１１５を異なる周波数で変調、あるいは時分割的で点灯することによって、１つの光検出器１０でもトラッキング誤差信号と焦点ずれ信号とを検出できるようになり、各層からの情報を分離できるようになる。
【選択図】図１

Description

本発明は、記録媒体に情報を光学的に記録・再生する情報記録再生方法及び情報記録再生装置に関する。

光ディスクでは、光源として半導体レーザが使えること、記録媒体（ディスク）を記録再生装置から外せることと、記録媒体のビットあたりコストが安価であることが大きな特長になっている。従って光ディスク装置では、この特徴を失わずに高密度・高速化するのが望ましい。記録の大容量化のために、従来１層であった記録層を２層、３層と増加させ、現在８層までの多層のリード・オンリー形の光ディスクが発表されている。この発表では１つの光源を用い、光源からの放射光を対物レンズで収束し、収束点を任意の記録層の２次元面上に位置決めし、反射光の光束をレンズで集光し、その収束点にピンホールを設け、ピンホールを通過してくる光のみを光検出器で受光する、いわゆる共焦点検出系により、他の層からの洩れこみ（層間クロストーク）を取り除いている（非特許文献１）。

また、他の多層記録ではデータ記録形の光ディスクが開示されている。複数のデータ記録層と１つのサーボ層が組みになり、データ記録用とサーボ用の光源をそれぞれ一つずつ持ち、サーボ用の光源から放射した光はサーボ層に微小な光スポットを形成し、サーボ層の面内にあるトラックを常に追跡する。データ記録用の光源から放射した光はサーボ層に形成された光スポットと一定の幾何学的な配置関係を維持して複数の記録層に情報を記録する。各層からの情報の再生は、データ記録用のスポットをディスクの垂直方向に動かし、前述のピンホールにより、他の層からの洩れこみを取り除くことになっている（特許文献１）。

さらに、非特許文献２においては、光検出器形状に対する層間クロストークについて詳細に検討して、ピンホールを用いなくても、クロストークを低減できる光検出器形状と層間隔、及び光学系についての条件を導出している。
米国特許第6,540,397号明細書 "Proposal for Multi-Layer Blu-ray Disc Structure" Technical Digest of International Symposium on Optical Memory 2004, We-E-02 "Analyses of Signals from Dual-Layer Phase Change Optical Disks" Japan Journal of Applied Physics, Vol.42, Part 1, No.9A, pp.5624-5633

多層光ディスクにおいて、隣接層からの洩れこみを無くするために、ピンホールの大きさとしては１μｍオーダの小ささが必要となることから、共焦点光学系を採用することは難しい。その理由は、反射光の収束点は、トラッキングによる対物レンズの移動、光学系の調整ずれ、光軸の経時変化等により数μｍ以上の位置変動が生じる。また、ピンホール位置も、支持している機構部の経時的、環境変動によって変動する。さらに、トラックずれ信号、焦点ずれ信号の検出のためには、光検出器は反射光の収束点から外れた位置に複数個配置し、それらが受光する光量のバランスを検出する必要がある。従って、ピンホール等によって、他の層からの光をさえぎることはできず、他の分離方法が必要となる。層間隔を広げれば、ある程度の光検出器の大きさがあっても各層からの反射光を分離でき、層間クロストークは低減できるが、今後、多層光ディスクの記憶容量をあげるためには層間隔を狭めていかざるを得ず、その場合には各層からの反射光を分離することが困難になる。従って、有限の大きさを持つ光検出器において、各層からの反射光及び透過光を受光して、その中から所望の層からの情報のみを取り出す方法が必要となる。

本発明は、多層光ディスクにおけるこのような要請に応える情報記録再生方法及び情報記録再生装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明では、２次元平面からなる情報の記録層を複数枚重ね合わせた回転円板を用い、その円板に少なくとも２つの光源から放射される光を照射し、照射光の光学的特性を情報に応じて変化させ、各記録層に選択的に情報を光学的な特性が異なる形態で記録し、再生時には光源から放射された光の光学的特性を変化させ、複数の記録層からの反射光、又は透過光を受光し、反射光、透過光の中に各記録層に記録された情報と照射光の光学的相互作用により生じる光学的特性の変化を検出し、特定の記録層からの情報を選択的に再生する。

すなわち、本発明による情報記録再生方法は、複数の記録層と１つのサーボ層とが組になって設けられた多層光ディスクを用い、第１の周波数で強度変調された第１のレーザ光と、第２の周波数で強度変調された第２のレーザ光を１つの対物レンズの光軸に沿って多層光ディスクに入射させ、光軸上の異なる位置にそれぞれ収束させる工程と、多層光ディスクと相互作用した前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光を光検出器で検出する工程と、光検出器の出力を周波数分離して得た、サーボ層と相互作用した第１のレーザ光に起因する信号成分からトラッキング誤差信号と焦点ずれ信号を導出する工程と、トラッキング誤差信号と焦点ずれ信号を用いて多層光ディスクに対する対物レンズの位置を制御し、第１のレーザ光のスポットをサーボ層の所望のトラックに追従させる工程と、光検出器の出力を周波数分離して得た、複数の記録層のうちの１つと相互作用した第２のレーザ光に起因する信号成分から記録層に対する第２のレーザ光の焦点ずれ信号を導出する工程と、第２のレーザ光の焦点ずれ信号を用いて第２のレーザ光のスポットを記録層に焦点合わせする工程とを有することを特徴とする。

本発明による情報記録再生装置は、複数の記録層と１つのサーボ層とが組みになって設けられた多層光ディスクを用い、第１のレーザ光源と、第２のレーザ光源と、第１のレーザ光源からの光束を第１の周波数で強度変調するための第１の発振器と、第２のレーザ光源からの光束を第２の周波数で強度変調するための第２の発振器と、第１のレーザ光源からの光束と第２のレーザ光源からの光束を一軸上に結合させる光学系と、結合した第１のレーザ光源からの光束と第２のレーザ光源からの光束をそれぞれ光軸上の異なる位置に収束させる対物レンズと、対物レンズを駆動するアクチュエータと、焦点ずれ検出器とトラッキング誤差検出器とを有する光検出器と、光検出器の出力から、サーボ層と相互作用した第１の周波数で強度変調されたレーザ光に起因する信号成分を分離する第１の周波数フィルタと、光検出器の出力から、記録層と相互作用した第２の周波数で強度変調されたレーザ光に起因する信号成分を分離する第２の周波数フィルタと、第１の周波数フィルタによって分離された焦点ずれ検出器の出力に基づいてアクチュエータを光軸方向に駆動する第１の焦点合わせ部と、第１の周波数フィルタによって分離されたトラッキング誤差検出器の出力に基づいてアクチュエータを光軸に垂直な方向に駆動するトラッキング制御部と、第２の周波数フィルタによって分離された焦点検出器の出力に基づいて第２のレーザ光源から光束のスポットを光軸方向に駆動する第２の焦点合わせ部とを有することを特徴とする。

本発明による情報記録再生方法は、また、複数の記録層と１つのサーボ層とが組になって設けられた多層光ディスクを用い、第１のレーザ光と、第２のレーザ光を１つの対物レンズの光軸に沿って多層光ディスクに入射させ、光軸上の異なる位置にそれぞれ収束させる工程と、サーボ層と相互作用した第１のレーザ光を検出する工程と、第１のレーザ光検出信号からサンプル論理信号を発生する工程と、サンプル論理信号に従って第１のレーザ光と第２のレーザ光を交互に点灯させる工程と、第１のレーザ光が点灯している期間に、サーボ層に対するトラッキング誤差信号と焦点ずれ信号を導出する工程と、トラッキング誤差信号と焦点ずれ信号を用いて多層光ディスクに対する対物レンズの位置を制御し、第１のレーザ光のスポットをサーボ層の所望のトラックに追従させる工程と、第２のレーザ光が点灯している期間に、複数の記録層のうちの１つと相互作用した第２のレーザ光を検出して記録層に対する第２のレーザ光の焦点ずれ信号を導出する工程と、第２のレーザ光の焦点ずれ信号を用いて第２のレーザ光のスポットを記録層に焦点合わせする工程とを有することを特徴とする。

本発明による情報記録再生装置は、また、複数の記録層と１つのサーボ層とが組になって設けられた多層光ディスクを用い、第１のレーザ光源と、第２のレーザ光源と、第１のレーザ光源からの光束と第２のレーザ光源からの光束を一軸上に結合させる光学系と、結合した第１のレーザ光源からの光束と第２のレーザ光源からの光束をそれぞれ光軸上の異なる位置に収束させる対物レンズと、対物レンズを駆動するアクチュエータと、焦点ずれ検出器とトラッキング誤差検出器とを有する光検出器と、トラッキング誤差検出器の出力に基づいて第１のレーザ光源と第２のレーザ光源を交互に点灯するタイミング信号を発生するタイミング発生回路と、第１のレーザ光源が点灯している期間の焦点ずれ検出器の出力に基づいてアクチュエータを光軸方向に駆動する第１の焦点合わせ部と、第１のレーザ光源が点灯している期間のトラッキング誤差検出器の出力に基づいてアクチュエータを光軸に垂直な方向に駆動するトラッキング制御部と、第２のレーザ光源が点灯している期間の焦点検出器の出力に基づいて第２のレーザ光源から光束のスポットを光軸方向に駆動する第２の焦点合わせ部とを有することを特徴とする。

本発明によると、多層光ディスクにおいて、２つの光スポットを用いて、複数の記録層からの信号を一つの光検出器を用いて検出することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明による３次元記録再生装置の構成例を示す図である。受光光学系は、反射光検出系を例として示したが、透過光検出系であってもよい。多層光ディスク４は、透明基板３の上に記録層１と中間層２を交互に多層に積層した構造を有する。記録層１には、局所的な光照射によって光学的性質を局所的に変化させて情報の記録が行われる。中間層２は、記録層の補助として反射防止，多重反射，光吸収，記録層の光学的局所変化の転写，断熱，吸熱，発熱又は補強を目的として設けられる。情報の記録に当たっては、多層光ディスク４の所望の記録層に光スポットを絞り込み、その記録層の局所的光学的性質を２次元的に、かつ他の記録層とは独立に変化させることで、変調後のデータ“１”，“０”に対応した記録を行う。再生に当たっては、所望の記録層への光スポット照射によって、その記録層の局所的光学的性質の変化を反射光量の変化として検出し、データを再生する。

この光学系は、例えば半導体レーザ５と半導体レーザ１１５からなる２個の光源を有する。絞り込み光学系は、コリメータレンズ６によって半導体レーザ５からの出射光を平行光に変換し、偏向ビームスプリッタ７を介して、対物レンズ８に入射させる。ディスク４からの反射光は、対物レンズ８を通り、ビームスプリッタ７によって受光用の像レンズ９に導かれる。レンズ９の焦点付近に位置する光検出器１０によって、反射光量の変化を電気信号に変換する。

多層光ディスク４は、図２（ａ）に示すように、Ｍ層の記録層Ｒ１〜ＲＭ毎に１層のサーボ層１０６を設け、これらを一組として、図２（ｂ）のように多層ディスクを複数の組５００，５０１，５０２，…からなるＮ組に分割した構成とすることができる。サーボ層１０６には、半導体レーザ５からの光束４７が対物レンズ８により収束され、層上に微小スポット１０８を形成する。また、記録層１０９には、半導体レーザ１１５からの光束１４７が対物レンズ（絞込みレンズ）８により収束され、層上に微小スポット１０７を形成する。記録再生時には、半導体レーザ５からの光束４７のスポット１０８が常にサーボ層１０６上に焦点合わせされるように対物レンズ８をｚ軸方向に駆動し、位置決めを行う。また、後述するようにサーボ層上にはスポット１０８を案内するトラックが存在し、これをトラッキングするために２次元アクチュエータ１１０により対物レンズ８をディスク半径方向に駆動する。従って、対物レンズ８に同時に入射している半導体レーザ１１５からの光束１４７も駆動され、スポット１０７もスポット１０８と同期してディスク偏心に追従して動かされる。

半導体レーザ５から放射された光は光束４７となり、サーボ層１０６からの情報を読み取るために使用される。もう１つの半導体レーザ１１５から放射された光は、楔ガラス板１１７を通過して、コリメータレンズ１１６により平行光になり、合成プリズム１１８により光路を偏光プリズム７の方向に曲げられ、半導体レーザ５から放射された光と合成されて、対物レンズ８に向かい、楔ガラス板１１７の挿入量を調整することによって、そのサーボ層と組になったＭ層の記録層のうちの１つの記録層１０９に焦点合わせされる。

記録層からの反射光束１４７は、対物レンズ８を介して、図３（ａ）に示すようにサーボ層からの反射光束４７を受光する光検出器１０に入射される。光検出器１０のさらに詳細な構成例を図３（ｂ）に示す。多層ディスクからの反射光束はハーフミラー１３２により２つの光束に分割される。一方の光束はハーフミラー１３２を透過し、最適焦点位置１３４に集光される。焦点位置１３４にはナイフエッジ１３３のエッジが置かれている。ナイフエッジ１３３の端でけられた光が２分割光検出器１３０に到達する。ディスク面上のスポットが最適な焦点位置からずれると、光束の収束点は最適焦点位置１３４から、光軸上を上下に移動し、ナイフエッジによって光束の半分がけられ、焦点位置１３４の前後によって、光束の右半分が透過するか、左半分が透過するかして、透過光の分布が異なる。これを２分割光検出器１３０により、焦点ずれとして検出する。このような検出光学系による焦点検出方法はナイフエッジ検出法と呼ばれ、良く知られた方法である。また、もう一方の光束はハーフミラー１３２により反射され、最適焦点位置１３５に収束されるが、途中に置かれた２分割光検出器１３１により光束の光強度分布が検出される。光スポットが収束するディスク面上に案内トラックを設け、光スポットのトラック中心からのずれに応じて、反射回折光の分布の変化を２分割光検出器１３１により検出する。このような検出系によるトラックずれ検出方法は回折光トラックずれ検出方式として良く知られた方法である（例えば、桜井健二郎監修「実用レーザ技術」電子通信学会、９２−９７頁参照）。焦点ずれ、トラックずれ検出方法には種々の方法が知られているが、本発明の構成はいずれの方法にも適用できる。

以下、半導体レーザ１１５からの光束１４７のスポット１０７を所望の記録層に焦点合わせして、情報を記録再生する方法の詳細について説明する。
［実施例１］
図４は、本発明による多層光ディスクへの記録再生方法の一実施例を説明する原理図である。図４（ａ）に示すように、半導体レーザ５と半導体レーザ１１５をそれぞれ異なる変調周波数ｆ１とｆ２で強度変調する。サーボ層に記録された信号スペクトラムを１２２、記録層に記録された信号のスペクトラムを１２３とする。各信号スペクトラムの中心はΔｆのところにあるとする。半導体レーザのスポットがサーボ層に焦点合わせされ、半導体レーザ１１５のスポットが記録層に焦点合わせされているとすると、各層からの反射光の強度はサーボ層あるいは記録層上の情報により変調を受けて、図４（ｂ）のように各層の信号スペクトラムは変調周波数ｆ１，ｆ２からΔｆ分だけスペクトラムがシフトしたスペクトラム１２４，１２５となる。従って、遮断周波数ｆ３のフィルタにより、サーボ層の信号スペクトラム１２４と記録層の信号スペクトラム１２５を分離することができる。

サーボ層のトラックレイアウトとしては、例えばＤＶＤ−ＲＡＭフォーマットを使用することができる（ＥＣＭＡ規格２７２、１２０ｍｍＤＶＤ Rewritable Disk (DVD-RAM)）。ここでは図７にあるように、トラックは一回転するごとに、ランド５２０とグルーブ５２１の２つの形態が交互に切り替わり、一回転の円周が複数のセクタ（データの区切れ目である単位）に分割され、セクタ内はアドレス情報などのデータを記録再生するための制御情報を入れるヘッダ領域５２６とデータを記録するユーザデータ領域５２５から成り立っている。ユーザデータ領域５２５では、ランド部とグルーブ部いずれにも記録データを表す記録マーク５２４を記録することができる。ランド部はトラックの半径方向に微小に揺動している。これをウォブル５２３と称する。図８に、さらに詳細にヘッダ領域とユーザデータ領域を示す。ヘッダ部のエンボスピット５２２は、ランド部５２０とグルーブ部５２１の境界線上にトラック中心から半径方向にオフセットして交互に配置されている。これにより、ランド部にいてもグルーブ部にいてもアドレス信号を検出できる。ユーザデータとしてはコンピュータに使われるデータ情報、映像、音声またはこれらが混在したマルチメディア情報等があり、これらがユーザ領域に記録される。

図５は、本実施例による多層光ディスクの記録再生回路系の一部の詳細構成図、図６は記録再生回路系の全体構成図である。図５及び図６を用いて、本実施例による多層光ディスクの記録再生回路の動作について説明する。

発振器２０１から生成された周波数ｆ１の信号は、駆動回路２００に入力され、半導体レーザ５の強度を変調する。一方、発振器２２８から生成された周波数ｆ２の信号は、駆動回路２２７に入力され、半導体レーザ１０５の強度を変調する。

最初に、サーボ層に形成されたトラックに半導体レーザ５のスポット１０８を追従させる方法について説明する。記録層及びサーボ層からの反射光は、トラッキング信号検出用に分割された検出器２２９と２３０に入射する。検出器２２９と２３０からの光電流を光電変換器２０２，２０８に入力し、光電流を電圧に変換する。それらの出力を遮断周波数ｆ３の低域通過フィルタ２０３，２０９を通し、信号スペクトラム１２４の信号成分を通過させ、信号スペクトラム１２５の信号成分を阻止する。低域通過フィルタ２０３，２０９の出力を振幅検出回路２０４，２１０に入力し、振幅成分のみを検出する。振幅検出回路２０４，２１０の出力を差動回路２０５に入力し、トラッキング信号検出用に分割された検出器２２９と２３０に入射する光量のバランスを演算し、スポット１０８のトラックずれを検出する。具体的には、差動回路２０５の出力を補償回路２０６に入力し、トラッキング制御系の安定性を高め、その出力を駆動回路２０７に入力し、２次元アクチュエータ１１０の、対物レンズ８をディスク半径方向に駆動させる端子に入力する。これにより、記録層の情報の影響を受けることなくサーボ層からトラックずれ信号を検出し、半導体レーザ５のスポット１０８をサーボ層のトラックに追従させることができる。

次に、半導体レーザ５からのスポット１０８をサーボ層に焦点合わせする方法について説明する。記録層及びサーボ層からの反射光は、また、焦点ずれ信号検出用に分割された検出器２３１，２３２に入射する。検出器２３１，２３２からの光電流を光電変換器２１１，２１４に入力し、光電流を電圧に変換する。それらの出力を遮断周波数ｆ３の低域通過フィルタ２１２と２１５に通過させ、信号スペクトラム１２４の信号成分を通過させ、信号スペクトラム１２５の信号成分を阻止する。低域通過フィルタ２１２，２１５の出力を振幅検出回路２１３，２１６に入力し、振幅成分のみを検出する。振幅検出回路２１３，２１６の出力を差動回路２１７に入力し、焦点ずれ信号検出用に分割された検出器２３１と２３２に入射する光量のバランスを演算し、スポット１０８の焦点ずれを検出する。差動回路２１７の出力を補償回路２１８に入力し、焦点制御系の安定性を高め、その出力を駆動回路２１９に入力し、２次元アクチュエータ１１０の、対物レンズ８を光軸ｚ方向に駆動させる端子に入力する。これにより、記録層の情報の影響を受けることなくサーボ層から焦点ずれ信号を検出し、スポット１０８をサーボ層に追従させることができる。

次に、半導体レーザ１１５からの情報記録再生用のスポット１０７を記録層に焦点合わせする方法について説明する。検出器２３１と２３２からの光電流を光電変換器２１１，２１４に入力し、光電流を電圧に変換する。それらの出力を遮断周波数ｆ３の高域通過フィルタ２２３と２２５に通過させ、記録層に起因する信号スペクトラム１２５の信号成分を通過させ、サーボ層に起因する信号スペクトラム１２４の信号成分を阻止する。高域通過フィルタ２２３、２２５の出力を振幅検出回路２２４，２２６に入力し、振幅成分のみを検出する。振幅検出回路２２４，２２６の出力を差動回路２２０に入力し、焦点ずれ信号検出用に分割された検出器２３１と２３２に入射する光量のバランスを演算し、スポット１０７の焦点ずれを検出する。差動回路２２０の出力を補償回路２２１に入力し、焦点制御系の安定性を高め、その出力を駆動回路２２２に入力し、楔ガラス板１１７を光路に垂直な方向に駆動する。これにより、サーボ層の情報の影響を受けることなく記録層から焦点ずれ信号を検出し、スポット１０７を記録層に追従させることができる。

また、後述するウォブリング信号７１０を検出するために、差動回路２０５の出力をフィルタ７１１に入力する。さらに、サーボ層のトラックアドレス信号等のデータを記録再生するためのタイミングを発生するために、振幅検出回路２０４，２１０の出力信号６７０，６７１を加算回路６０１に入力し、総受光光量を示す信号を作成する。この信号をデータ弁別回路６１０と領域検出回路６０４に入力する。領域検出回路６０４では図７に示したヘッダ領域５２６から特定の周期で繰り返すマーク群からなるクロックマークを検出し、このクロックマークをフェーズド・ロックド・ループ（ＰＬＬ）に入力し、クロックを発生させる。さらにアドレス情報の開始を示すアドレスマークを検出し、データ弁別回路６１０に前記クロックと共に入力する。データ弁別回路６１０では前記クロックとアドレスマークを用いて、アドレスマークに続くエンボスピットからアドレス情報を再生する。

領域検出回路６０４では、ヘッダ領域５２６を他の領域と区別して検出し、ヘッダ領域を示す信号６１６をクロック信号とともにデータ弁別回路６１０に入力する。データ弁別回路６１０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６２７に入力され、上位コントローラ６３７からのアドレス指令のレジスタ６２８からの出力と比較され、光スポットを制御する信号を発生する回路６２９により、２次元アクチュエータ１１０の制御信号を駆動回路１１８に送出するとともに、楔ガラスを駆動する信号６４３を送出する。２次元アクチュエータを焦点方向に動かし、スポット１０８をＮ個のブロックの中から任意のブロックのサーボ層に位置決めし、そのブロック層内のＭ個の記録層の中から任意の記録層にスポット１０７を位置づけるため楔ガラスを駆動して、所望の記録層にアクセスする。層内のアクセスはサーボ層内にある図７に示す、ヘッダ領域内のアドレス情報５２２により、２次元アクチュエータ１１０をトラック方向に動かし、スポット１０８をランド又はグルーブトラックに位置決めする。これにより、スポット１０７のトラック方向はスポット１０８に連動して位置決めされ、焦点方向は楔ガラスの移動によりサーボ層を規準にして相対的に位置決めされる。

次に、半導体レーザ１１５からのスポット１０７を用いて記録層にデータを書き込む方法について説明する。上位コントローラ６３７から送出されるユーザデータをレジスタ６３０で受け取り、記録情報として保存する。次に、記録情報を変調回路６２４に入力し、記録クロック発生回路６５０の出力によって変調し、変調信号を切り替え回路６２５に送る。切り替え回路６２５のもう一方の入力には発振回路２２８の出力が入力される。記録時には変調信号がレーザ駆動回路２２７に入力され、光源１０５を強度変調して、情報を記録層の記録領域、即ち２次元平面方向にはサーボ層のユーザデータ領域５２５と同じ円周位置にあり、かつ垂直方向にはサーボ層の上下に存在する領域に記録する。

記録層に記録されたデータの再生に当たっては、サーボ層上にあるトラックにスポット１０８を位置づけ、スポット１０７を所望の記録層に位置決めし、情報を記録した領域を走査する。反射光は、検出器１０上の受光器１３０，１３１にそれぞれ集光され、受光される。各光電流はプリアンプ２０２，２０８，２１１，２１４により電圧に変換され、スポット１０８がもたらすサーボ層からの情報に基づいて、２次元アクチュエータ１１０を制御し、スポット１０８のサーボ層への焦点合わせ及びトラッキングを行う。また、駆動回路２２２によって楔ガラス板１１７を光路に垂直な方向に駆動し、スポット１０７を記録層に追従させる。さらに、記録層上のデータを再生するために、フィルタ２２４，２２６の出力信号６７２，６７３を加算回路６５２に入力し、総受光光量を示す信号を作成する。この信号をデータ弁別回路７２３と再生用クロック発生回路７２４に入力する。記録層に記録されたデータは、データ弁別回路７２３により、クロック発生回路７２４から発生させられたクロックに従って検出、復調され、レジスタ７３１にストアされて、上位コントローラ６３７に送られる。レジスタ７３１ではクロック信号６５１に従って、データ弁別回路７２３から出力されるデータを記憶する。これを上位コントローラ６３７に送るときにはユーザデータの形に変換する。
［実施例２］
本発明の他の実施例について説明する。図９は、本実施例によって多層ディスクに情報を記録・再生するための動作原理を説明する図である。記録層における記録再生動作を半導体レーザの放射強度の振る舞いによって説明する。

情報再生時には、多層ディスクの特定の記録層を読み出しパワーレベルPr1で照射する。記録時には、照射光パワーレベルは記録のために読み出し時よりは大きくなりPｗ1となる。書き換え形の媒体では、消去するためにはPe1のパワーレベルが必要となり、図９（ａ）に示すように、動作モードごとに大きくパワーが変動する。そこで、本実施例では、サーボ層を照射するタイミングと記録層を照射するタイミングをずらすことにより、それぞれの層からの信号を同一光検出器を用いて分離する。

具体的には、図９（ａ）に示すように、データ記録の単位は特定の情報量ごとのブロック単位にし、ブロック間に休止期間Tpを設ける。この期間では、記録層を照射するパワーは微小なレベルPb1とし、サーボ層を照射するパワーをPr2にする。逆に、記録層の記録再生動作中には、サーボ層を照射するパワーを微小なレベルPb2に低下させておく。このように、記録層照射とサーボ層照射の照射タイミングを変えることにより、１つの検出器でそれぞれの影響を受けることなく信号を分離して検出できる。

これを実現するためのサーボ層に設けられたサーボトラックの構成例を図１０に示す。サーボ層には同心円状のトラック４０３が、ディスク内周４１０から外周まで複数本存在する。トラックには円周上に等間隔に制御信号検出領域４０１，４０２が存在している。その領域には制御領域の先頭を示すマーク４０５と、その後にクロックを作成するためのクロックマーク４０７、その後に焦点ずれを検出するためにマークのない焦点ずれ検出領域４０６があり、続いてトラック中心４０４を挟んでトラック半径方向に左右にオフセットした一対のマーク４０８と４０９が存在する。特定のトラック数を一組４００にして、領域４０１はトラック半径線上に配列している。その後に、アドレス情報を示すアドレスマーク群４１０が続いている。一対のマーク４０８と４０９及びクロックマーク４０７を用いてトラッキングを行うことはすでにサンプルサーボとして知られている（特許第３１６６３２９号、特公平７−２１８７９号公報等参照）。記録層の記録領域は、２次元平面方向にはサーボ層の制御信号検出領域４０１，４０２を除いた領域と同じ円周位置にあり、かつ垂直方向にはサーボ層の上下に対応する領域である。

図１１は、本実施例による多層光ディスクの記録再生回路系の一部の詳細構成図、図１２は記録再生回路系の全体構成図である。図１１及び図１２を用いて、本実施例による多層光ディスクの記録再生回路の動作について説明する。

トラックずれ信号検出用の２分割光検出器２２９と２３０にて受光した光電流は、光電変換器３０２と３０８により電圧に変換され、加算回路３０１により、総受光光量を示す信号７１４となり、この信号をクロック発生回路３０４とタイミング発生回路３１０に入力する。最初の動作は、ディスクの上下ぶれによりスポットが記録層、サーボ層を通過する。その過程で、まず、他の制御信号領域にあるマーク、さらに情報層に記録される情報を表すマークよりは長いことを利用してマーク４０５をクロック発生回路３０４により検出する。次に、マーク４０５から特定の時間後にある焦点ずれ検出領域４０６で焦点ずれ信号をサンプルし、焦点制御を行い、スポットをサーボ層に位置決めする。その次に、マーク４０５の後にあるトラックずれ検出マーク４０８，４０９を用いてトラックずれ信号をサンプル検出し、サーボ層でのトラッキングを行う。以上の動作を、回路を用いて以下のように行う。

タイミング発生回路３１０では、図９（ｃ）、（ｄ）に示すサンプル論理信号３１６と３１３を発生する。クロック発生回路３０４では、図１０に示した制御領域４０１から制御領域の先頭を現すマーク４０５を認識し、そこから特定の距離離れたクロックマーク４０７の発生タイミングを検出し、このクロックをフェーズド・ロックド・ループ（ＰＬＬ）に入力し、クロックを発生させる。この発生方法についてはサンプルサーボの信号検出として良く知られた方法を用いればよい。このクロックとマーク４０５のタイミングから前記サンプル論理信号３１６と３１３を作成する。

総受光光量を示す信号７１４はそれぞれ、サンプルホールド回路３０３と３０９に入力され、サンプル論理信号３１６を用いて、図１０のマーク４０８からの信号とマーク４０９からの信号をそれぞれ、サンプルホールド回路３０３と３０９とで検出し、それらの出力を差動回路３２４に入力し、差分をとることにより、スポット１０８のトラック中心４０４からのずれを検出することができる。このトラックずれ信号を図５と同様に制御補償回路２０６に入力し、２次元アクチュエータ１１０のディスク半径方向に対物レンズ８を駆動する端子に入力させ、トラッキングを行う。

さらに、光検出器２３１，２３２からの光電流を光電変換器３１１と３１４に入力し、変換後の電圧をサンプルホールド回路３１２，３１５，３２３，３２５に入力する。サンプルホールド回路３１２と３１５ではサンプル論理信号３１３に従って、半導体レーザ５から放射された光のサーボ層からの反射光のみを検出する。サンプルホールド回路３１２と３１５の出力を差動回路３２６により差分し、サーボ層とスポット１０８の焦点ずれを検出する。この焦点ずれ信号を図５と同様に制御補償回路２１８に入力し、２次元アクチュエータ１１０の光軸ｚ方向に対物レンズ８を駆動する端子に入力させ、サーボ層への焦点合わせを行う。

サンプルホールド回路３２３，３２５では、光電変換器３１１，３１４の出力をサンプル論理信号３１６によりサンプルホールドし、半導体レーザ１０５から放射された光の記録層からの反射光のみを検出する。サンプルホールド回路３２３と３２５の出力を差動回路３５０により差分し、記録層とスポット１０７の焦点ずれを検出する。この焦点ずれ信号を図５と同様に制御補償回路２２１に入力し、楔ガラス板１１７を光軸に垂直方向に駆動する端子に入力させ、Ｍ個の記録層の任意の記録層に焦点合わせを行う。

図１２を用いて、さらに詳細に記録再生回路の動作を説明する。総光量を示す信号７１４をクロック信号７１６とともにデータ弁別回路６１０に入力する。データ弁別回路６１０において、図１０に示したアドレスマーク４１０からアドレス信号を検出し、トラックアドレスを再生する。再生された、トラックアドレス信号はアドレス比較回路６２７に入力され、上位コントローラ６３７からのアドレス指令のレジスタ６２８からの出力と比較され、光スポットを制御する信号を発生する回路６２９により、２次元アクチュエータ１１０の制御信号を駆動回路１１８に送出するとともに、楔ガラスを駆動する信号６４３を送出する。２次元アクチュエータを焦点方向に動かし、スポット１０８をＮ個のブロックの中から任意のブロックのサーボ層に位置決めし、そのブロック層内のＭ個の記録層の中から任意の記録層にスポット１０７を位置づけるため楔ガラスを駆動して、所望の記録層にアクセスする。層内のアクセスは、サーボ層内にある図１０に示すアドレスマーク群４１０のアドレス情報により、２次元アクチュエータ１１０をトラック方向に動かし、スポット１０８をトラックに位置決めする。これにより、スポット１０７のトラック方向はスポット１０８に連動して位置決めされ、焦点方向は楔ガラスの移動によりサーボ層を規準にして相対的に位置決めされる。

また、上位コントローラ６３７から送出されるユーザデータをレジスタ６３０で受け取り、記録情報として保存する。変調回路６２４に入力された記録情報は、クロック７１６によって変調し、タイミング信号３１６により、図９（ａ）で示されたタイミングで記録動作が行われるように、変調する。記録時には変調信号がレーザ駆動回路２２７に入力され、光源１０５を強度変調して、情報を記録層のユーザデータ領域５２５に記録する。再生時には、データ記録領域で直流出力がレーザ駆動回路に入力され、図９（ａ）に示すように記録データにより反射光が変調を受ける。

記録されたデータの再生時には、サーボ層上にあるトラックにスポット１０８を位置づけ、スポット１０７を記録された記録層に位置決めし、情報を記録した領域に配置させ、反射光を検出器１０上の受光器１３０，１３１にそれぞれ集光し、受光する。各光電流はプリアンプ３０２，３０８，３１１，３１４により電圧に変換され、サーボ情報を検出する。さらに、記録層上のデータを再生するために、サンプル回路３２５，３２３の出力信号６７５，６７４を加算回路７６５に入力し、総受光光量を示す信号を作成する。この信号をデータ弁別回路７２３に入力する。データ弁別回路７２３にはもう一方の入力にクロック７１６が入力され、データ情報が検出、復調され、レジスタ７３１にストアされて、上位コントローラ６３７に送られる。レジスタ７３１では、クロック信号７１６に従って、データ弁別回路７２３から出力されるデータを記憶する。これを上位コントローラに送るときにはユーザデータの形に変換する。

本発明による３次元記録再生装置の構成例を示す図。 本発明による多層光ディスクの構成例を示す図。 多層光ディスクの検出光学系の説明図。 本発明による多層光ディスクへの記録再生方法の一実施例の原理を説明する図。 本発明による多層光ディスクの記録再生回路系の一実施例の詳細構成図。 記録再生回路系の全体構成図。 本発明の多層光ディスクのサーボの層の説明図。 本発明の多層光ディスクのサーボの層の説明図。 本発明による多層光ディスクの他の実施例の記録再生方法の原理を説明する図。 サーボ層に設けられたサーボトラックの構成例を示す図。 本発明による多層光ディスクの記録再生回路系の他の実施例の詳細構成図。 記録再生回路系の全体構成図。

符号の説明

１：記録層、２：中間層、３：基板、４：多層光ディスク、５：半導体レーザ、６：コリメータレンズ、７：偏向ビームスプリッタ、８：対物レンズ、９：像レンズ、１０：光検出器、１０６：サーボ層、１０９：記録層、１１０：２次元アクチュエータ、１１５：半導体レーザ、１１６：コリメータレンズ、１１７：楔ガラス板、１１８：合成プリズム、１３０：２分割光検出器、１３１：２分割光検出器、１３２：ハーフミラー、１３３：ナイフエッジ、
４０１，４０２：制御信号検出領域、４０３：トラック、４０４：トラック中心、４０５：制御領域の先頭を示すマーク、４０６：焦点ずれ検出領域、４０７：クロックマーク、４１０：アドレスマーク群

Claims (18)

1. 複数の記録層と１つのサーボ層とが組になって設けられた多層光ディスクを用いる情報記録再生方法において、
   第１の周波数で強度変調された第１のレーザ光と、第２の周波数で強度変調された第２のレーザ光を１つの対物レンズの光軸に沿って前記多層光ディスクに入射させ、前記光軸上の異なる位置にそれぞれ収束させる工程と、
   前記多層光ディスクと相互作用した前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光を光検出器で検出する工程と、
   前記光検出器の出力を周波数分離して得た、前記サーボ層と相互作用した前記第１のレーザ光に起因する信号成分からトラッキング誤差信号と焦点ずれ信号を導出する工程と、
   前記トラッキング誤差信号と焦点ずれ信号を用いて前記多層光ディスクに対する前記対物レンズの位置を制御し、前記第１のレーザ光のスポットを前記サーボ層の所望のトラックに追従させる工程と、
   前記光検出器の出力を周波数分離して得た、前記複数の記録層のうちの１つと相互作用した前記第２のレーザ光に起因する信号成分から前記記録層に対する前記第２のレーザ光の焦点ずれ信号を導出する工程と、
   前記第２のレーザ光の焦点ずれ信号を用いて前記第２のレーザ光のスポットを前記記録層に焦点合わせする工程と
   を有することを特徴とする情報記録再生方法。
2. 請求項１記載の情報記録再生方法において、前記記録層と相互作用した前記第２のレーザ光の強度に対応する信号成分を導出する工程と、前記第２のレーザ光の強度に対応する信号成分を復調して再生信号を生成する工程とを有することを特徴とする情報記録再生方法。
3. 請求項１記載の情報記録再生方法において、前記第２のレーザ光を、前記第２の周波数で強度変調する代わりに記録情報によって変調して前記記録層に情報を書き込む工程を有することを特徴とする情報記録再生方法。
4. 複数の記録層と１つのサーボ層とが組みになって設けられた多層光ディスクを用いる情報記録再生装置において、
   第１のレーザ光源と、
   第２のレーザ光源と、
   前記第１のレーザ光源からの光束を第１の周波数で強度変調するための第１の発振器と、
   前記第２のレーザ光源からの光束を第２の周波数で強度変調するための第２の発振器と、
   前記第１のレーザ光源からの光束と前記第２のレーザ光源からの光束を一軸上に結合させる光学系と、
   前記結合した第１のレーザ光源からの光束と第２のレーザ光源からの光束をそれぞれ光軸上の異なる位置に収束させる対物レンズと、
   前記対物レンズを駆動するアクチュエータと、
   焦点ずれ検出器とトラッキング誤差検出器とを有する光検出器と、
   前記光検出器の出力から、前記サーボ層と相互作用した前記第１の周波数で強度変調されたレーザ光に起因する信号成分を分離する第１の周波数フィルタと、
   前記光検出器の出力から、前記記録層と相互作用した前記第２の周波数で強度変調されたレーザ光に起因する信号成分を分離する第２の周波数フィルタと、
   前記第１の周波数フィルタによって分離された前記焦点ずれ検出器の出力に基づいて前記アクチュエータを光軸方向に駆動する第１の焦点合わせ部と、
   前記第１の周波数フィルタによって分離された前記トラッキング誤差検出器の出力に基づいて前記アクチュエータを光軸に垂直な方向に駆動するトラッキング制御部と、
   前記第２の周波数フィルタによって分離された前記焦点検出器の出力に基づいて前記第２のレーザ光源から光束のスポットを光軸方向に駆動する第２の焦点合わせ部と
   を有することを特徴とする情報記録再生装置。
5. 請求項４記載の情報記録再生装置において、前記第２の周波数フィルタによって分離された信号成分から、前記複数の記録層のうちの１つと相互作用した前記第２のレーザ光源からの光束の強度に対応する信号を検出する回路と、前記検出された信号を復調する復調回路とを有することを特徴とする情報記録再生装置。
6. 請求項４記載の情報記録再生装置において、記録情報を記録クロックによって変調する変調回路と、前記第２の発振器と前記変調回路とを切り替える切り替え回路とを有し、記録層への情報書き込み時、前記第２のレーザ光源からの光束を前記変調回路の出力によって変調することを特徴とする情報記録再生装置。
7. 請求項４記載の情報記録再生装置において、前記光検出器は、前記多層光ディスクから反射されてきた光束を、前記対物レンズを介して検出することを特徴とする情報記録再生装置。
8. 請求項４記載の情報記録再生装置において、前記第２のレーザ光源からの光束が収束される記録層として、前記複数の記録層から所望の記録層を選択する手段を有することを特徴とする情報記録再生装置。
9. 請求項４記載の情報記録再生装置において、前記多層光ディスクは複数の記録層と１つのサーボ層とからなる組を複数組有し、前記第１のレーザ光源からの光束が収束されるサーボ層として、前記複数のサーボ層から所望のサーボ層を選択する手段を有することを特徴とする情報記録再生装置。
10. 複数の記録層と１つのサーボ層とが組になって設けられた多層光ディスクを用いる情報記録再生方法において、
    第１のレーザ光と、第２のレーザ光を１つの対物レンズの光軸に沿って前記多層光ディスクに入射させ、前記光軸上の異なる位置にそれぞれ収束させる工程と、
    前記サーボ層と相互作用した前記第１のレーザ光を検出する工程と、
    前記第１のレーザ光検出信号からサンプル論理信号を発生する工程と、
    前記サンプル論理信号に従って前記第１のレーザ光と第２のレーザ光を交互に点灯させる工程と、
    前記第１のレーザ光が点灯している期間に、前記サーボ層に対するトラッキング誤差信号と焦点ずれ信号を導出する工程と、
    前記トラッキング誤差信号と焦点ずれ信号を用いて前記多層光ディスクに対する前記対物レンズの位置を制御し、前記第１のレーザ光のスポットを前記サーボ層の所望のトラックに追従させる工程と、
    前記第２のレーザ光が点灯している期間に、前記複数の記録層のうちの１つと相互作用した前記第２のレーザ光を検出して前記記録層に対する前記第２のレーザ光の焦点ずれ信号を導出する工程と、
    前記第２のレーザ光の焦点ずれ信号を用いて前記第２のレーザ光のスポットを前記記録層に焦点合わせする工程と
    を有することを特徴とする情報記録再生方法。
11. 請求項１０記載の情報記録再生方法において、前記第２のレーザ光が点灯している期間に、前記記録層と相互作用した前記第２のレーザ光の強度に対応する信号を検出し、当該信号を復調して再生信号を生成することを特徴とする情報記録再生方法。
12. 請求項１０記載の情報記録再生方法において、前記第２のレーザ光が点灯している期間に、前記第２のレーザ光を記録情報によって変調して前記記録層に情報を書き込むことを特徴とする情報記録再生方法。
13. 複数の記録層と１つのサーボ層とが組になって設けられた多層光ディスクを用いる情報記録再生装置において、
    第１のレーザ光源と、
    第２のレーザ光源と、
    前記第１のレーザ光源からの光束と前記第２のレーザ光源からの光束を一軸上に結合させる光学系と、
    前記結合した第１のレーザ光源からの光束と第２のレーザ光源からの光束をそれぞれ光軸上の異なる位置に収束させる対物レンズと、
    前記対物レンズを駆動するアクチュエータと、
    焦点ずれ検出器とトラッキング誤差検出器とを有する光検出器と、
    前記トラッキング誤差検出器の出力に基づいて前記第１のレーザ光源と前記第２のレーザ光源を交互に点灯するタイミング信号を発生するタイミング発生回路と、
    前記第１のレーザ光源が点灯している期間の前記焦点ずれ検出器の出力に基づいて前記アクチュエータを光軸方向に駆動する第１の焦点合わせ部と、
    前記第１のレーザ光源が点灯している期間の前記トラッキング誤差検出器の出力に基づいて前記アクチュエータを光軸に垂直な方向に駆動するトラッキング制御部と、
    前記第２のレーザ光源が点灯している期間の前記焦点検出器の出力に基づいて前記第２のレーザ光源から光束のスポットを光軸方向に駆動する第２の焦点合わせ部と
    を有することを特徴とする情報記録再生装置。
14. 請求項１３記載の情報記録再生装置において、前記第２のレーザ光源が点灯している期間に、前記複数の記録層のうちの１つと相互作用した前記第２のレーザ光源からの光束の強度に対応する信号を検出する回路と、前記検出された信号を復調する復調回路とを有することを特徴とする情報記録再生装置。
15. 請求項１３記載の情報記録再生装置において、記録情報を記録クロックによって変調する変調回路と、記録層への情報書き込み時、前記第２のレーザ光源が点灯している期間に、前記第２のレーザ光源からの光束を前記変調回路の出力によって変調することを特徴とする情報記録再生装置。
16. 請求項１３記載の情報記録再生装置において、前記光検出器は、前記多層光ディスクから反射されてきた光束を、前記対物レンズを介して検出することを特徴とする情報記録再生装置。
17. 請求項１３記載の情報記録再生装置において、前記第２のレーザ光源からの光束が収束される記録層として、前記複数の記録層から所望の記録層を選択する手段を有することを特徴とする情報記録再生装置。
18. 請求項１３記載の情報記録再生装置において、前記多層光ディスクは複数の記録層と１つのサーボ層とからなる組を複数組有し、前記第１のレーザ光源からの光束が収束されるサーボ層として、前記複数のサーボ層から所望のサーボ層を選択する手段を有することを特徴とする情報記録再生装置。

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