JP4037843B2 - 受光素子、光ヘッド及び光記録再生装置並びに光記録再生方法 - Google Patents

Description

本発明は、情報記録層が複数積層されて回転する多層記録媒体に照射されたレーザ光の反射光を受光して電気信号に変換する受光素子、及びそれを備え、多層記録媒体に情報を記録し又は記録された情報を再生する光ヘッド及び光記録再生装置並びに光記録再生方法に関する。

光記録再生装置は、例えば円板状の光記録媒体（光ディスク）の円周方向に沿って形成され且つ光記録媒体の半径方向に複数形成されたトラックの所定領域に情報を記録し、又は当該トラックの所定領域に記録された情報を再生する光ヘッドを備えている。光ヘッドには、光記録媒体に対して情報を記録するだけに用いられる記録専用型と、情報を再生するだけに用いられる再生専用型、及び記録再生の双方に使用可能な記録再生型とがある。従って、これらを搭載した装置はそれぞれ光記録装置、光再生装置、光記録再生装置となるが、本願では以下、それら全てを包含して光記録再生装置と総称する。

特許文献１及び特許文献２には、情報を記録する記録層を複数有する多層型光ディスクを再生するための光ヘッド及び光ディスク装置が開示されている。当該光ヘッド及び光ディスク装置は多層型光ディスクから反射された反射光（復路光）を２つ以上の光路に分岐して、各復路光を個別の受光部に集光するようになっている。第１の光束の受光部は光束全体を受光し、第２の光束の受光部は光束の中心部または周辺部を受光するようになっている。第１及び第２の光束の受光部でそれぞれ光電変換された電気信号は差動増幅回路で差動演算されて再生信号（ＲＦ信号）が再生される。また、当該第２の光束をフォーカスエラー信号に用いる方法も開示されている。差動増幅回路を用いて多層型光ディスクの層間クロストークを低減する方法は、特許文献３で開示されている共焦点型光ヘッドを用いて層間クロストークを低減する方法と異なり、受光部以外の復路光学系に焦点を含まないので光学系の光路が短くなり、光ヘッド及び光ディスク装置の小型化に適しているという利点を有している。

特開１９９９−１６２００号公報 特開２００２−３１９１７７号公報 特許第２６２４２５５号

しかし、特許文献１に開示されている方法では、差動演算を行うために２分割した光束のうちの一方は、再生すべき記録層（再生層）からの反射光束が集光する位置に配置された受光素子で受光され、他方は再生層に隣接した記録層からの反射光束の内周部分に集束する位置に配置された受光素子で受光されなければならい。従って、両者を同一の光路中には配置できないので、光学素子を余分に必要とする問題を有している。一方、特許文献２に開示されている方法では、２つの受光素子によって光束の内外周を分割し、その差信号をＲＦ信号出力としており、光束の分割を近接した２つの受光素子で行えるので、光ヘッドの小型化に適している。しかし、受光素子のサイズや受光素子の分割の形状については十分な検討が成されていない。また、差動演算の対象となる電気信号は特定の層（隣接層）からの反射光のみに限定されており、記録層が３層以上の多層型光ディスクにおける層間クロストークの効果的な低減方法については検討されていない。

３層以上の多層型光ディスクにおいて、ＲＦ信号の再生に最も大きく影響する層間クロストークは再生層に隣接する層からの反射光（戻り光）であるとは限らない。図９は、多層型光ディスクにおいてノイズ信号の原因となる層間クロストークを説明するための図である。図９において、例えば記録層Ｌ４が記録情報を再生しようとする目的の再生層であるとし、記録層Ｌ０及びＬ３は記録済み領域であり、記録層Ｌ２は未記録領域であるとする。一般に、未記録領域での反射による戻り光量の方が記録済み領域での戻り光量より多くなる。

記録層Ｌ４に記録された情報を再生するために、多層型光ディスクへの照射光を記録層Ｌ４に合焦させた場合、記録層Ｌ３で反射する反射光は記録層Ｌ２付近で結像する。記録層Ｌ３は記録済み領域であり、記録層Ｌ２は未記録領域であるため、記録層Ｌ４の再生信号に与える層間クロストークの影響は比較的少ない。一方、記録層Ｌ２からの反射光は記録層Ｌ０付近で結像するため、記録層Ｌ０が記録済み領域なので、記録層Ｌ４の再生信号に与える層間クロストークの影響は大きくなる。従って、再生対象となる記録層Ｌ４のＲＦ信号に最も影響し、ノイズ源となる層間クロストークは、記録層Ｌ４に隣接する記録層Ｌ３での反射光よりも、記録層Ｌ４から離れた記録層Ｌ２での反射光の方が大きくなる。このように、光路中の記録層が記録済みか未記録かによって、ノイズ源として最も支配的となる層間クロストークがどの記録層の反射光で生じるかが異なる。また、この場合、除去されるべき他の記録層からのノイズ成分は合焦位置から光学的層間距離の２倍の量だけデフォーカスした反射光成分として戻り光の中に混入する。特許文献２では、この点についての考慮はなされていない。

本発明の目的は、多層記録媒体からの反射光に重畳したノイズ成分を除去して、高品質なＲＦ信号を再生できる受光素子、光ヘッド及び光記録再生装置並びに光記録再生方法を提供することにある。

上記目的は、情報記録層が複数積層されて回転する多層記録媒体に対物レンズを介して照射されたレーザ光の反射光を復路光学系を介して受光して電気信号に変換する受光素子であって、円形状の受光領域を備えて前記多層記録媒体の再生すべき記録層での反射光を受光する第１の受光部と、前記第１の受光部の外周囲に隣接して配置されて前記多層記録媒体の前記再生すべき記録層以外の記録層での反射光を受光する第２の受光部とを有することを特徴とする受光素子によって達成される。

上記本発明の受光素子であって、前記第１の受光部から出力される電気信号の周波数は、前記第２の受光部から出力される電気信号の周波数を含んでいることを特徴とする。

上記本発明の受光素子であって、前記レーザ光の波長λ、前記多層記録媒体の記録層の層間距離ｄ、前記記録層間の光透過層の屈折率ｎ、前記対物レンズの開口数ＮＡ、前記復路光学系の横倍率βとし、前記第１の受光部の受光領域の面積をＳ₁とすると、
π（０．５λ／（ＮＡ／β））²≦Ｓ₁≦π（０．２４ｄ・β・ＮＡ／ｎ）²
の関係式を満足することを特徴とする。

上記本発明の受光素子であって、前記第２の受光部の受光領域は、前記第１の受光部の外周囲に同心円状に形成されていることを特徴とする。

上記本発明の受光素子であって、前記第１の受光部の受光領域の面積と、前記第１の受光部の受光領域から数えて前記第２の受光部の第ｍ番目（ｍ≧２）の受光領域までの面積の総和をＳ_mとすると、
Ｓ_m≧π（１．１（ｍ−１）・ｄ・β・ＮＡ／ｎ）²
の関係式を満足することを特徴とする。

上記本発明の受光素子であって、前記第１の受光部から出力される電気信号が入力される非反転入力端子と、前記第２の受光部から出力されるノイズ信号が入力される反転入力端子とを備え、前記電気信号と前記ノイズ信号とを差動演算する差動増幅回路を有することを特徴とする。

上記本発明の受光素子であって、前記ノイズ信号は、前記多層記録媒体の再生すべき記録層での反射光と、前記多層記録媒体の前記再生すべき記録層以外の記録層での反射光との間で生じる層間クロストークに起因していることを特徴とする。

上記本発明の受光素子であって、前記電気信号は、前記再生すべき記録層に記録された情報を含むＲＦ信号と前記ノイズ信号とを有することを特徴とする。

上記本発明の受光素子であって、前記差動増幅回路は、前記第１の受光部から外周側に数えてｍ番目（ｍ≧２）の前記第２の受光部の受光領域から出力されるノイズ信号を選択するノイズ信号選択回路を有することを特徴とする。

上記本発明の受光素子であって、前記差動増幅回路は、前記電気信号を前記非反転入力端子又は前記反転入力端子の何れか一方に入力するように切り替えるスイッチと、前記電気信号と前記ノイズ信号選択回路で選択された前記ノイズ信号とを演算する演算回路部と、前記演算回路部で演算された信号が出力される出力端子とを有することを特徴とする。

上記本発明の受光素子であって、前記差動増幅回路は、論理回路からの出力信号が入力される入力端子を有し、前記スイッチは、前記論理回路からの論理入力によって開閉が制御されることを特徴とする。

また、上記目的は、上記本発明の受光素子を有することを特徴とする光ヘッドによって達成される。

上記本発明の光ヘッドであって、前記受光素子を、レーザパワーモニタ用受光素子として用いたことを特徴とする。

また、上記目的は、上記本発明の光ヘッドを有することを特徴とする光記録再生装置によって達成される。

さらに、上記目的は、情報記録層が複数積層されて回転する多層記録媒体にレーザ光を照射し、前記多層記録媒体の再生すべき記録層で反射した前記レーザ光の反射光を円形状の受光領域を備えた第１の受光部で受光して電気信号に変換し、前記再生すべき記録層以外の記録層で反射した前記レーザ光の反射光を前記第１の受光部の外周囲に隣接して配置された第２の受光部で受光してノイズ信号に変換し、前記電気信号と前記ノイズ信号とを差動演算してＲＦ信号を抽出することを特徴とする光記録再生方法によって達成される。

上記本発明の光記録再生方法であって、前記ノイズ信号は、前記再生すべき記録層での反射光と、前記再生すべき記録層以外の記録層での反射光との間で生じる層間クロストークに起因することを特徴とする。

上記本発明の光記録再生方法であって、前記電気信号は、前記再生すべき記録層に記録された情報を含むＲＦ信号と前記ノイズ信号とを有することを特徴とする。

上記本発明の光記録再生方法であって、前記再生すべき記録層以外の複数の記録層毎に前記ノイズ信号を抽出し、抽出された前記複数のノイズ信号のいずれかを選択して前記電気信号に対して差動演算してＲＦ信号を抽出することを特徴とする。

本発明によれば、多層記録媒体からの反射光に重畳したノイズ成分を除去して、高品質なＲＦ信号を再生できる受光素子、光ヘッド及び光記録再生装置が実現できる。

本発明の一実施の形態による受光素子、光ヘッド及び光記録再生装置並びに光記録再生方法について図１乃至図６を用いて説明する。まず、本実施の形態による光ヘッドの概略の構成について図１及び図２を用いて説明する。光ヘッド１は、レーザ光を射出するレーザ発光素子としてレーザダイオード３を有している。レーザダイオード３は、コントローラ（不図示）からの制御電圧に基づいて記録／再生毎に異なる光強度のレーザ光を射出できるようになっている。

レーザダイオード３の光射出側の所定位置には、偏光ビームスプリッタ５が配置されている。レーザダイオード３から見て偏光ビームスプリッタ５の光透過側には、１／４波長板７、コリメータレンズ９及び対物レンズ１３がこの順に並んで配置されている。コリメータレンズ９は、レーザダイオード３からの発散光線束を平行光線束に変換して対物レンズ１３に導くと共に、対物レンズ１３からの平行光線束を集束光線束に変換して受光素子２５に導くために設けられている。対物レンズ１３はコリメータレンズ９からの平行光線束を複数の記録層を有する多層型光ディスク（多層記録媒体）１５の所定の記録層に集光して読み取りスポットを形成すると共に、多層型光ディスク１５からの反射光を平行光線束に変換してコリメータレンズ９に導くために設けられている。

１／４波長板７から見て偏光ビームスプリッタ５の光反射側には、センサレンズ１７、シリンドリカルレンズ２１及び受光素子２５がこの順に配置されている。また、レーザダイオード３から見て偏光ビームスプリッタ５の光反射側には、レーザダイオード３から射出されたレーザ光の光強度を計測するためのパワーモニタ用フォトダイオード１１が配置されている。

センサレンズ１７は、多層型光ディスク１５で反射された光ビームの合焦位置を光学的に調整するための反射光合焦位置調整部として機能する。また、センサレンズ１７は反射光を所定の光学系倍率で拡大させてシリンドリカルレンズ２１を介して受光素子２５上に結像させるようになっている。受光素子２５で光電変換された電気信号は差動増幅回路３１（図５参照）に入力され、差動増幅回路３１で当該電気信号からＲＦ信号が再生されるようになっている。

図２は、受光素子２５の受光部の構成を示している。図２に示すように、受光素子２５は円形状の受光領域を備えた第１の受光部２７と、第１の受光部２７の円形の受光領域の中心を中心として第１の受光部２７の外周囲に同心円状に形成された第２の受光部２９とを有している。

第１の受光部２７は、対物レンズ１３、コリメータレンズ９、１／４波長板７、ビームスプリッタ５、センサレンズ１７、シリンドリカルレンズ２１をこの順に通る復路光学系の光軸に円形状の受光領域の中心をほぼ一致させて配置されている。また、第１の受光部２７は、多層型光ディスク１５の複数の記録層のうち情報再生すべき所定の記録層（以下、再生層という）からの反射光（再生信号光）の結像位置に受光面が位置するように配置され、必要十分な強度の再生信号光が受光できるように受光領域の面積Ｓ₁が最適化されている。なお、第１の受光部２７には、当該信号光とは別の他の記録層で反射した反射光（ノイズ信号光）も僅かな光量ではあるが受光される。第２の受光部２９には、再生層以外の記録層で反射したノイズ信号光が受光されるようになっている。

第１の受光部２７及び第２の受光部２９の受光領域間には、絶縁を確保するための絶縁領域２６が設けられている。また、第２の受光部２９の受光領域には、中心から半径方向に延びる配線領域２８が形成されている。配線領域２８は第１の受光部２７と差動増幅回路３１（図５参照）とを接続する配線を形成するために設けられている。

次に、光ヘッド１の動作について図１及び図２を用いて説明する。レーザダイオード３から出射された発散光のレーザ光は偏光ビームスプリッタ５に入射する。偏光ビームスプリッタ５において、所定の偏光方位の直線偏光成分は透過して１／４波長板７に入射する。一方、当該偏光方位に直交する直線偏光成分は反射してパワーモニタ用フォトダイオード１１に入射し、レーザ光強度が計測される。

１／４波長板７に入射した直線偏光の光は、１／４波長板７を透過して円偏光の光となる。この円偏光の光は、コリメータレンズ９で平行光に変換され、コリメータレンズ９を透過して対物レンズ１３により集束されて多層型光ディスク１５の複数の記録層のうち情報再生すべき再生層に集光して反射する。このとき、再生層以外の記録層でも光が反射する。多層型光ディスク１５の複数の記録層で反射した円偏光の光は、対物レンズ１３で平行光にされてからコリメータレンズ９を透過して１／４波長板７に入射する。１／４波長板７を透過することにより、円偏光の光は当初の直線偏光から偏光方位が９０°回転した直線偏光になって偏光ビームスプリッタ５に入射する。この直線偏光の光は偏光ビームスプリッタ５で反射させられてセンサレンズ１７に入射する。

センサレンズ１７を透過した光はシリンドリカルレンズ２１を介して受光素子２５上に集光する。受光素子２５の第１の受光部２７には再生層からの信号光だけでなく層間クロストークを生じさせる他の記録層で反射した反射光も僅かながら受光され、第２の受光部２５には再生層以外の記録層で反射したノイズ信号を含む反射光が受光される。

ここで、受光素子２５の第１及び第２の受光部２７、２９の形状及び面積の最適化について図３及び図４を用いて説明する。図３は、光ヘッド１の復路光学系を通って第１の受光部２７の受光面で受光される結像光の強度分布と光エネルギー分布とを示している。図３の横軸は、第１の受光部２７の受光領域の中心から半径ｒ方向の距離（μｍ）を表し、縦軸は半径ｒ方向の各位置での結像光の強度Ｉ（ｒ）と、中心から各半径位置までの光強度の積分値（光エネルギーＰ（ｒ））とを規格化してそれぞれ表している。図３において、結像光の強度Ｉ（ｒ）は◆印を結ぶ曲線で示し、光エネルギーＰ（ｒ）は■印を結ぶ曲線で示している。本例では、レーザ波長λを４０５ｎｍとし、復路側の受光部分（コリメータレンズ９とセンサレンズ１７のパワーに依存する）の開口数ＮＡ’は０．１とする。

合焦位置における光スポットの強度分布は、レンズに入射する光の強度分布をレンズの開口面全域についてフーリエ積分することによって得られ、その分布の広がり（＝スポット径）は、レーザ波長λと、復路側の受光部分の開口数ＮＡ’の比に対して比例関係を持つことが知られている（参考文献：「光メモリー 光磁気メモリー 総合技術集成」桜井良文、龍岡静夫、監修 サイエンスフォーラム ｐｐ９１〜 １９８３年）。すなわち、前述のように、レーザ波長をλ、復路側の受光部分の開口数をＮＡ’とすると、受光素子上のビームスポットの半径Ｒは以下の式で示される。
Ｒ＝ｋλ／ＮＡ’ ・・・（１）
ただし、ｋはビームウエストをどこに定めるかによって決まる定数である。前記の参考文献によれば、仮に中心強度のｅ^-2倍となる半径をビームウエストであると定めるならば、ビームスポットの半径は０．４１λ／ＮＡ’であり、式（１）におけるｋは０．４１となり、この係数は光源の波長λおよびレンズの開口数ＮＡに依存せず常に０．４１となることが示されている。

ところが、図３に示すように、中心強度のｅ^-2（≒０．１３５）倍となる半径ｒ（≒１．６６μｍ）での光エネルギーＰ（ｒ）は、反射光スポットの９０％に到達しない。従って、十分に余裕を見て９０％以上の反射光を受光するためには、図３に示す例においては、中心強度の０．０５倍の光強度となる半径位置、すなわち半径ｒ≒２μｍ以上の受光領域が必要となる。この条件を満足する係数ｋを求めるために、式（１）にＲ＝２μｍと、図３の前提条件として定めたλ＝０．４０５μｍ、ＮＡ’＝０．１を代入すると、ｋ＝０．５となる。すなわち、反射光スポットのビームを有効に受けるには、円形の受光領域の半径ＲをＲ＝０．５（λ／ＮＡ’）以上に設定するのが望ましい。前述のように、この係数はレーザ波長λ及び開口数ＮＡ’の値に依存せず、常に成立する。

図４は、光ヘッド１の復路光学系を通って第１及び第２の受光部２７、２９の受光面で受光される非結像（デフォーカス）光の強度分布と光エネルギー分布とを示している。図３の横軸は、第１の受光部２７の受光領域の中心から半径ｒ方向の距離（μｍ）を表し、縦軸は半径ｒ方向の各位置での結像光の強度Ｉ（ｒ）と、中心から各半径位置までの光強度の積分値（光エネルギーＰ（ｒ））とを規格化してそれぞれ表している。
図４に示す例では、多層型光ディスク１５内の多層記録層の層間距離ｄを１０μｍと想定し、再生層の焦点から２０μｍだけデフォーカスした反射光を、図３に示したのと同じ位置・条件で受光した場合を示している。ただし、復路側の横倍率βを８．５、復路側の開口数ＮＡ’を０．１、層間部を形成する光透過層の屈折率を１．５８としている。
複数の記録層において再生層に隣接する層との間の層間距離をｄ、記録層間の光透過層の屈折率をｎ、復路側の横倍率をβ、復路側の受光部分の開口数をＮＡ’とした場合に、隣接層からの反射光は、復路側の受光素子上では非合焦（デフォーカス）の状態で入射することになり、そのデフォーカス量は２ｄ・β²・ＮＡ’／ｎとなる。これは、デフォーカス時における像点の光軸方向の移動量は、物点側のデフォーカス量に縦倍率β²を乗じたものに相当する理由による（参考文献：「光学入門」 岸川利郎 オプトロニクス社 ｐｐ２６〜３１、１９９０年）。

また、受光素子に入射するビームの半径は、デフォーカス量に比例するので、その定数をｋ’とおくと、受光素子上のビームスポットの半径Ｒは以下の式で示される。
Ｒ＝ｋ’・ｄ・β²・ＮＡ’／ｎ ‥‥式（２）
この場合はレンズの合焦位置から遠い部分の光強度分布が議論の対象となるので、式（１）の場合と異なり光源の波長は光強度分布に対してあまり寄与せず、ビームスポットの半径Ｒは、式（２）に示すように、像点側のデフォーカス量（媒体側のデフォーカス量ｄ／ｎに縦倍率β²をかけたもの）と像点側の開口数ＮＡ’の積で幾何光学的に算出できる。

ここで、第１の受光部２７に混入するノイズ光が、デフォーカス光の光エネルギーＰの総和の５％以下（混入量が急激に上昇しない範囲）となるようにするためには、図４に示すように、第１の受光部２７を円形とすると、光強度Ｉ（ｒ）は中心強度に対して０．９６以上の領域、半径Ｒで表わすと約１１μｍ以下である必要がある。そこで、式（２）にＲ＝１１μｍと、図４の前提条件として定めた各パラメータを代入すると、ｋ’＝０．２４となる。すなわち、隣接層の層間クロストークを有効に回避するためには、第１の受光部２７の半径を（０．２４ｄ・β²・ＮＡ’／ｎ）以下に設定するのが望ましい。係数ｋ’は幾何光学的な検討により、デフォーカス量に伴う各パラメータの値に依存せず、常に定数として成立する。

ここで、復路側の受光部分の開口数ＮＡ’を、対物レンズ１３の開口数ＮＡ、光学系の横倍率βで書き換えると、ＮＡ’＝ＮＡ／βとなる。これらの結果より、最内周部の受光領域を持つ第１の受光部２７の面積をＳ₁とすると、円周率をπとして、その最適範囲は、式（３）で示されることがわかる。
π（０．５λ／（ＮＡ／β））²≦Ｓ₁≦π（０．２４ｄ・β・ＮＡ／ｎ）² ・・・（３）
また、結像光に対して余分な層間クロストークを除去する機能上、第１の受光部２７の受光領域の形状は円形であることが望ましい。

一方、第１の受光部２７の円形受光領域の中心を中心として、第１の受光部２７の外周囲に隣接して配置された第２の受光部２９は、再生層以外の記録層で反射した反射光を積極的に受光して、その成分を再生層の信号から差動演算して、ＲＦ信号成分とノイズ信号成分との比であるＳ／Ｎ比を向上させることを目的としている。従って、第２の受光部２９の受光領域は、再生層以外の記録層で反射した反射光を効率よく受光できる大きさを有することが求められる。

ただし、層間クロストークとして除去しなければならないノイズ信号成分は、再生層に隣接する記録層からの層間クロストークのみではなく、当該記録層に隣接する記録層、さらにその記録層に隣接する記録層で反射した反射光との間の層間クロストーク信号に起因するノイズ信号成分も対象としなければならない。そこで、前記と同様のパラメータにおいて、再生層を１番目の記録層、再生層に隣接する記録層を２番目の記録層とした場合、ｍ番目の記録層からの反射光は受光素子２５上には非合焦（デフォーカス）の状態で入射することになり、そのデフォーカス量は２（ｍ−１）・ｄ・β²・ＮＡ’／ｎとなる。また、受光素子２５上に入射する光ビームの半径は、デフォーカス量に比例するので、前記の係数２を含めてその定数をｋ”とおくと、受光素子２５上のビームスポットの半径Ｒは式（４）で表すことができる。
Ｒ＝ｋ”・（ｍ−１）・ｄ・β²・ＮＡ’／ｎ ・・・（４）

図４から明らかなように、ｍ番目の記録層での反射光を光エネルギー強度Ｉ（ｒ）＝０．５（＝５０％）以上で検出しようとすれば、第２の受光部２９の第ｍ番目の受光領域を円形状だとして半径を約５０μｍ以上にする必要がある。そこで、式（４）に半径Ｒ＝５０μｍと、図４の前提条件として定めた各パラメータとを代入すると、ｋ＝１．１となる。すなわち、ｍ番目の記録層での反射光に含まれるノイズ信号を有効に検出するためには、第１の受光部２７の受光領域を１番目（ｍ＝１）として第２の受光部２９の第ｍ番目（ｍ≧２）の受光領域の半径Ｒを（１．１（ｍ−１）・ｄ・β²・ＮＡ’／ｎ）以上に設定することが望ましい。

復路側の受光部分の開口数ＮＡ’は、ＮＡ’＝ＮＡ／βと表すことができるので、第１の受光部２７から第ｍ番目の受光領域までの面積の総和をＳ_mとすると、Ｓ_mの最適範囲は、式（５）で表すことができる。
Ｓ_m≧π（１．１（ｍ−１）・ｄ・β・ＮＡ／ｎ）² ・・・（５）

なお、外周部の第ｍ番目の受光領域の形状は最内周部の第１の受光部２７と同様の理由で円形が望ましいが、第１の受光部２７以外の受光部はノイズ信号成分を検出するために用いるので、受光領域の形状は第１の受光部２７の形状ほどには厳しく制限されず、正方形やその他の形状であってもよい。この場合も、受光素子２５の機能が損なわれることはない。従って、第２の受光部２９の形状は受光素子２５や光ヘッド１の設計上の制約に対応して適宜決定できる。

図３及び図４で説明したように、λ＝０．４０５μｍ、ＮＡ＝０．８５、β＝８．５、ｄ＝１０μｍ、ｎ＝１．５８とすると、式（１）の範囲に相当する第１の受光部２７の受光領域の半径Ｒは２〜１１μｍとなる。従って、第１の受光部２７の受光領域の面積Ｓ₁は１２．６〜３８０（μｍ²）となる。一方、第２の受光部２９の受光領域の半径Ｒは、ｍ＝２とすると、５０．３μｍとなり、第１及び第２の受光部２７、２９の受光領域の面積の総和Ｓ_mは、７９４８（μｍ²）以上となる。

次に、再生層に記録された情報を含むＲＦ信号を抽出する方法について図５を用いて説明する。図５は、受光素子２５に備えられ、第１及び第２の受光部２７、２９から出力される電気信号から多層型光ディスク１５に記録された情報を含むＲＦ信号を抽出する差動増幅回路３１を示している。差動増幅回路３１はオペアンプ３７と、オペアンプ３７の入力保護や増幅率の決定に用いられる抵抗３３、３４、３５、３６とを有している。抵抗３４の一端子は第１の受光部２７の不図示の出力端子に接続され、抵抗３４の他端子はオペアンプ３７の非反転入力端子（＋）に接続されている。抵抗３３の一端子は第２の受光部２９の不図示の出力端子に接続され、抵抗３３の他端子はオペアンプ３７の反転入力端子（−）に接続されている。抵抗３５の一端子はオペアンプ３７の出力端子３８に接続され、抵抗３５の他端子はオペアンプ３７の反転入力端子（−）に接続されている。抵抗３６の一端子はオペアンプ３７の非反転入力端子（＋）に接続され、抵抗３６の他端子はグランド（基準電位）に接続されている。抵抗３３、３４、３５、３６の抵抗値は同じ値である。なお、各抵抗の抵抗値をそれぞれ所定の値にして、オペアンプ３７の増幅率を所定の値に設定してももちろんよい。

次に、差動増幅回路３１を用いた光記録再生方法について図５を用いて説明する。受光素子２５の第１の受光部２７は多層型光ディスク１５にレーザ光を照射して再生層での反射光を受光できるように受光領域の形状や面積が決定されている。しかし、図４に示すように、第１の受光部２７の受光領域（半径Ｒ＝２〜１１μｍ）にも再生層以外の記録層での反射光（戻り光）で生じるノイズ成分を含む光が若干含まれている。例えば、図４では、第１の受光部２７の受光光に含まれるノイズ成分の光は第２の受光部２９で受光する光エネルギーＰ（ｒ）の約０．５％に相当する。従って、第１の受光部２７での受光光を光電変換した電気信号には、ＲＦ信号と、再生層での反射光と再生層以外の記録層での戻り光との間で生じる層間クロストーク等によるノイズ信号とが含まれている。このため、第１の受光部２７から出力される電気信号の周波数はノイズ信号の周波数（低周波）とＲＦ信号の周波数（高周波）とを含むことになる。

一方、第２の受光部２９は再生層以外の記録層での反射光を受光できるように受光領域の形状や面積が決定されているので、第２の受光部２９での受光光を光電変換した電気信号には、再生層での反射光と再生層以外の記録層での戻り光とで層間クロストークを生じさせるノイズ信号だけが含まれている。このため、第２の受光部２９から出力される信号の周波数はノイズ信号の周波数となる。従って、第１の受光部２７から出力される電気信号の周波数は、第２の受光部２９から出力されるノイズ信号の周波数を含むことになる。第１の受光部２７で光電変換されたＲＦ信号とノイズ信号とを含む電気信号は抵抗３４を通してオペアンプ３７の非反転入力端子（＋）に入力される。一方、第２の受光部２９で光電変換されたノイズ信号は抵抗３３を通してオペアンプ３７の反転入力端子（−）に入力される。オペアンプ３７は電気信号とノイズ信号とを差動演算してＲＦ信号のみを抽出し、当該ＲＦ信号を出力端子３８から出力する。

以上説明したように本実施の形態による光ヘッド１は、円形状の第１の受光部２７と第１の受光部２７の外周囲に隣接配置された第２の受光部２９とを備えた受光素子２５を有している。受光素子２５は復路光学系の合焦点近傍であって、第１の受光部２７の中心が焦点部に合うように配置されている。これにより、第１の受光部２７は、多層型光ディスク１５の再生層で反射したＲＦ信号と層間クロストークに起因するノイズ信号とを含む反射光を受光でき、第２の受光部２９は再生層以外の情報記録層で反射したノイズ信号を含む反射光を受光できる。従って、第１の受光部２７の受光光を光電変換した電気信号と第２の受光部２９の受光光を光電変換したノイズ信号とを差動増幅回路３１で差動演算することにより、高品質なＲＦ信号を再生することができる。また、第１及び第２の受光部２７、２９の受光領域の面積は光ヘッド１の光学系や多層型光ディスク１５の層間距離等を考慮して最適な大きさに形成できるので、光ヘッド１や受光素子２５を小型化することができる。

図６、本実施の形態による光ヘッド１を搭載した光記録再生装置５０の概略構成を示している。光記録再生装置５０は、図６に示すように多層型光ディスク１５を回転させるためのスピンドルモータ５２と、多層型光ディスク１５にレーザビームを照射するとともにその反射光を受光する光ヘッド１と、スピンドルモータ５２及び光ヘッド１の動作を制御するコントローラ５４と、光ヘッド１にレーザ駆動信号を供給するレーザ駆動回路５５と、光ヘッド１にレンズ駆動信号を供給するレンズ駆動回路５６とを備えている。

コントローラ５４にはフォーカスサーボ追従回路５７、トラッキングサーボ追従回路５８及びレーザコントロール回路５９が含まれている。フォーカスサーボ追従回路５７が作動すると、回転している多層型光ディスク１５の情報記録面にフォーカスがかかった状態となり、トラッキングサーボ追従回路５８が作動すると、多層型光ディスク１５の偏芯している信号トラックに対して、レーザビームのスポットが自動追従状態となる。フォーカスサーボ追従回路５７及びトラッキングサーボ追従回路５８には、フォーカスゲインを自動調整するためのオートゲインコントロール機能及びトラッキングゲインを自動調整するためのオートゲインコントロール機能がそれぞれ備えられている。また、レーザコントロール回路５９は、レーザ駆動回路５５により供給されるレーザ駆動信号を生成する回路であり、多層型光ディスク１５に記録されている記録条件設定情報に基づいて、適切なレーザ駆動信号の生成を行う。

これらフォーカスサーボ追従回路５７、トラッキングサーボ追従回路５８及びレーザコントロール回路５９については、コントローラ５４内に組み込まれた回路である必要はなく、コントローラ５４と別個の部品であっても構わない。さらに、これらは物理的な回路である必要はなく、コントローラ５４内で実行されるソフトウェアであっても構わない。

次に、上記実施の形態の変形例について図７及び図８を用いて説明する。図７は、本変形例の受光素子２５の受光部の構成を示している。図７に示すように、受光素子２５は第１の受光部２７と、受光領域が３つに分割された第２の受光部２９とを有している。第２の受光部２９は第１の受光部２７の中心を中心とする受光領域２９ａ、２９ｂ、２９ｃを有している。受光領域２９ａは第１の受光部２７の受光領域の外周囲に同心円状に形成され、受光領域２９ｂは受光領域２９ａの外周囲に同心円状に形成され、外周が正方形状の受光領域２９ｃは受光領域２９ｂの外周囲に形成されている。第１の受光部２７及び第２の受光部２９の受光領域間には絶縁を確保するための絶縁領域２６が設けられている。また、受光領域２９ａ、２９ｂ、２９ｃには、中心から半径方向に延びる配線領域２８が形成されている。配線領域２８は第１及び第２の受光部２７、２９と差動増幅回路３１とを接続する配線を形成するために設けられている。

第１及び第２の受光部２７、２９の受光領域の面積は上記実施の形態で説明した式（１）及び式（５）を用いて調整されている。式（５）のパラメータｍは、受光領域２９ａ、２９ｂ、２９ｃにおいてそれぞれｍ＝２、３、４である。従って、上記実施の形態の各パラメータの値を用いると、式（５）より、受光領域２９ａの半径Ｒは５０．３μｍ以上となる。同様に、受光領域２９ｂの半径Ｒは１００．６μｍ以上になり、受光領域２９ｃの一辺の長さは３０１．８（＝１５０．９×２）μｍになる。従って、受光素子２５の総面積Ｓｍは７１５３６（μｍ²）以上になる。

次に、再生層に記録された情報を含むＲＦ信号を抽出する方法について図８を用いて説明する。図８は、本変形例の差動増幅回路３１の回路構成を示している。図８に示すように、差動増幅回路３１はノイズ信号選択回路３９と、オペアンプ３７と、オペアンプ３７の入力保護や増幅率の決定に用いられる抵抗３３ａ〜３３ｃ、３４、３５、３６を有している。差動増幅回路３１は、ノイズ信号選択回路３９により、受光領域２９ａ、２９ｂ、２９ｃで受光した受光光に基づくノイズ信号を選択してオペアンプ３７に入力できるようになっている。

ノイズ信号選択回路３９はスイッチ４１ａ、４１ｂ、４１ｃを有している。スイッチ４１ａ、４１ｂ、４１ｃの一端子は受光領域２９ａ、２９ｂ、２９ｃの不図示の出力端子にそれぞれ接続され、スイッチ４１ａ、４１ｂ、４１ｃの他端子は抵抗３３ａ、３３ｂ、３３ｃの一端子にそれぞれ接続されている。抵抗３３ａ、３３ｂ、３３ｃの他端子はオペアンプ３７の反転入力端子（−）に接続されている。抵抗３４の他端子はオペアンプ３７の非反転入力端子（＋）に接続されている。抵抗３５の一端子はオペアンプ３７の出力端子３８に接続され、抵抗３５の他端子はオペアンプ３７の反転入力端子（−）に接続されている。抵抗３６の一端子はオペアンプ３７の非反転入力端子（＋）に接続され、抵抗３６の他端子はグランドに接続されている。抵抗３３ａ〜３３ｃ、３４、３５、３６の抵抗値は同じ値である。なお、各抵抗の抵抗値をそれぞれ所定の値にして、オペアンプ３７の増幅率を所定の値に設定してももちろんよい。

ＲＦ信号の再生に当たって除去しなければならないノイズ信号は、再生層で反射した反射光と当該再生層に隣接する記録層で反射した反射光との間で生じる層間クロストークに起因するノイズ信号とは限らない。本変形例では、多層型光ディスク１５の各記録層で反射した反射光を受光できるように第２の受光部２９は３つの受光領域２９ａ、２９ｂ、２９ｃを有している。さらに受光領域２９ａ、２９ｂ、２９ｃにはスイッチ４１ａ、４１ｂ、４１ｃが接続され、受光領域２９ａ、２９ｂ、２９ｃから出力されるノイズ信号を選択してオペアンプ３７に入力できるようになっている。これにより、第１の受光部２７で受光する受光光に含まれるノイズ信号を十分に除去することができ、高品質なＲＦ信号を再生することができる。オペアンプ３７に入力するノイズ信号は受光領域２９ａ、２９ｂ、２９ｃのいずれか１つとは限られず、スイッチ４１ａ、４１ｂ、４１ｃの１又は２あるいは全てをオン状態にしてもよい。

このように本変形例によれば、再生信号のＳ／Ｎ比を劣化させるノイズ信号を選択して除去することができるので、より高品質なＲＦ信号を再生することができる。

次に、上記実施の形態の他の変形例について説明する。上記変形例の差動増幅回路３１は、第１の受光部２７から出力される電気信号と、受光領域２９ａ、２９ｂ、２９ｃから出力されてノイズ信号選択回路３９で選択されたノイズ信号とを差動演算して、ＲＦ信号を再生できるようになっている。これに対して、本変形例の差動増幅回路３１は、抵抗３６の一端子はオペアンプ３７の非反転入力端子（＋）に接続したままで、オペアンプ３７の非反転入力端子（＋）又は反転入力端子（−）の何れか一方に抵抗３４の他端子を切り替え可能に接続するスイッチ（不図示）と、不図示の制御回路（論理回路）からの出力信号が入力される入力端子（不図示）とを備えた点に特徴を有している。当該スイッチは制御回路からの論理入力によって開閉が制御される。

差動増幅回路３１は、抵抗３４の他端子がオペアンプ３７の非反転入力端子（＋）に接続されている場合には、上記変形例と同様に差動増幅回路として動作し、抵抗３４の他端子がオペアンプ３７の反転入力端子（−）に接続されている場合には、加算回路（演算回路部）として動作する。差動増幅回路３１を加算回路として動作させている場合には、第１の受光部２７から出力される電気信号と、受光領域２９ａ、２９ｂ、２９ｃから出力されてノイズ信号選択回路３９で選択されたノイズ信号とを適宜加算し、加算した信号（電圧）を出力端子３８から出力できる。従って、第１の受光部２７と受光領域２９ａ、２９ｂ、２９ｃに分割された第２の受光部２９とを有する受光素子２５は、本変形例の差動増幅回路３１を接続することにより、レーザパワーのモニタ用の受光素子として使用できる。これにより、ＲＦ信号抽出用の受光素子２５とフロントモニタ用のパワーモニタ用フォトダイオード１１とを１種類の受光素子で兼用できるため、光ヘッド１の製造コストを低減できる。

本発明の一実施の形態による光ヘッド１の概略構成を示す図である。 本発明の一実施の形態による受光素子２５の受光部の概略構成を示す図である。 本発明の一実施の形態による光ヘッド１の復路光学系を通って第１の受光部２７の受光面で受光される結像光の強度分布と光エネルギー分布とを示す図である。 本発明の一実施の形態による光ヘッド１の復路光学系を通って第１及び第２の受光部２７、２９の受光面で受光される非結像（デフォーカス）光の強度分布と光エネルギー分布とを示す図である。 本発明の一実施の形態による受光素子２５から出力される電気信号から多層型光ディスク１５に記録された情報を含むＲＦ信号を抽出する差動増幅回路３１を示す図である。 本発明の一実施の形態による光記録再生装置５０の概略構成を示す図である。 本発明の一実施の形態による受光素子２５の変形例であって、受光部の概略構成を示す図である。 本発明の一実施の形態による光ヘッド１の変形例であって、差動増幅回路３１を示す図である。 従来の多層型光ディスクにおいてノイズ信号の原因となる層間クロストークを説明するための図である。

符号の説明

１ 光ヘッド
３ レーザダイオード
５ 偏光ビームスプリッタ
７ １／４波長板
９ コリメータレンズ
１１ パワーモニタ用フォトダイオード
１３ 対物レンズ
１５ 多層型光ディスク
１７ センサレンズ
２１ シリンドリカルレンズ
２５ 受光素子
２６ 絶縁領域
２７ 第１の受光部
２８ 配線領域
２９ 第２の受光部
２９ａ、２９ｂ、２９ｃ 受光領域
３１ 差動増幅回路
３３、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３４、３５、３６ 抵抗
３７ オペアンプ
３８ 出力端子
３９ ノイズ信号選択回路
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ スイッチ
５０ 光記録再生装置
５２ スピンドルモータ
５４ コントローラ
５５ レーザ駆動回路
５６ レンズ駆動回路
５７ フォーカスサーボ追従回路
５８ トラッキングサーボ追従回路
５９ レーザコントロール回路

Claims (18)

1. 情報記録層が複数積層されて回転する多層記録媒体に対物レンズを介して照射されたレーザ光の反射光を復路光学系を介して受光して電気信号に変換する受光素子であって、
   円形状の受光領域を備えて前記多層記録媒体の再生すべき記録層での反射光を受光する第１の受光部と、
   前記第１の受光部の外周囲に隣接して配置されて前記多層記録媒体の前記再生すべき記録層以外の記録層での反射光を受光する第２の受光部と
   を有することを特徴とする受光素子。
2. 請求項１記載の受光素子であって、
   前記第１の受光部から出力される電気信号の周波数帯域は、前記第２の受光部から出力される電気信号の周波数帯域を含んでいることを特徴とする受光素子。
3. 請求項１又は２に記載の受光素子であって、
   前記レーザ光の波長λ、前記多層記録媒体の記録層の層間距離ｄ、前記記録層間の光透過層の屈折率ｎ、前記対物レンズの開口数ＮＡ、前記復路光学系の横倍率βとし、前記第１の受光部の受光領域の面積をＳ_１とすると、
   π（０．５λ／（ＮＡ／β））^２≦Ｓ_１≦π（０．２４ｄ・β・ＮＡ／ｎ）^２
   の関係式を満足することを特徴とする受光素子。
4. 請求項３記載の受光素子であって、
   前記第２の受光部の受光領域は、前記第１の受光部の外周囲に同心円状に形成されていること
   を特徴とする受光素子。
5. 請求項４記載の受光素子であって、
   前記第１の受光部の受光領域の面積と、前記第１の受光部の受光領域から数えて前記第２の受光部の第ｍ番目（ｍ≧２）の受光領域までの面積の総和をＳ_ｍとすると、
   Ｓ_ｍ≧π（１．１（ｍ−１）・ｄ・β・ＮＡ／ｎ）^２
   の関係式を満足することを特徴とする受光素子。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の受光素子であって、
   前記第１の受光部から出力される電気信号が入力される非反転入力端子と、前記第２の受光部から出力されるノイズ信号が入力される反転入力端子とを備え、前記電気信号と前記ノイズ信号とを差動演算する差動増幅回路を有することを特徴とする受光素子。
7. 請求項６記載の受光素子であって、
   前記ノイズ信号は、前記再生すべき記録層での反射光と、前記再生すべき記録層以外の前記記録層での反射光との間で生じる層間クロストークに起因していることを特徴とする受光素子。
8. 請求項６又は７に記載の受光素子であって、
   前記電気信号は、前記再生すべき記録層に記録された情報を含むＲＦ信号と前記ノイズ信号とを有することを特徴とする受光素子。
9. 請求項６乃至８のいずれか１項に記載の受光素子であって、
   前記差動増幅回路は、前記第１の受光部から外周側に数えてｍ番目（ｍ≧２）の前記第２の受光部の受光領域から出力されるノイズ信号を選択するノイズ信号選択回路を有することを特徴とする受光素子。
10. 請求項９記載の受光素子であって、
    前記差動増幅回路は、前記電気信号を前記非反転入力端子又は前記反転入力端子の何れか一方に入力するように切り替えるスイッチと、前記電気信号と前記ノイズ信号選択回路で選択された前記ノイズ信号とを演算する演算回路部と、前記演算回路部で演算された信号が出力される出力端子とを有することを特徴とする受光素子。
11. 請求項１０記載の受光素子であって、
    前記差動増幅回路は、論理回路からの出力信号が入力される入力端子を有し、前記スイッチは、前記論理回路からの論理入力によって開閉が制御されることを特徴とする受光素子。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の受光素子を有することを特徴とする光ヘッド。
13. 請求項１２記載の光ヘッドであって、
    前記受光素子を、レーザパワーモニタ用受光素子として用いたことを特徴とする光ヘッド。
14. 請求項１２又は１３に記載の光ヘッドを有することを特徴とする光記録再生装置。
15. 情報記録層が複数積層されて回転する多層記録媒体にレーザ光を照射し、
    前記多層記録媒体の再生すべき記録層で反射した前記レーザ光の反射光を円形状の受光領域を備えた第１の受光部で受光して電気信号に変換し、
    前記再生すべき記録層以外の記録層で反射した前記レーザ光の反射光を前記第１の受光部の外周囲に隣接して配置された第２の受光部で受光してノイズ信号に変換し、
    前記電気信号と前記ノイズ信号とを差動演算してＲＦ信号を抽出すること
    を特徴とする光記録再生方法。
16. 請求項１５記載の光記録再生方法であって、
    前記ノイズ信号は、前記再生すべき記録層での反射光と、前記再生すべき記録層以外の記録層での反射光との間で生じる層間クロストークに起因することを特徴とする光記録再生方法。
17. 請求項１５又は１６に記載の光記録再生方法であって、
    前記電気信号は、前記再生すべき記録層に記録された情報を含むＲＦ信号と前記ノイズ信号とを有することを特徴とする光記録再生方法。
18. 請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の光記録再生方法であって、
    前記再生すべき記録層以外の複数の記録層毎に前記ノイズ信号を抽出し、抽出された前記複数のノイズ信号のいずれかを選択して前記電気信号に対して差動演算してＲＦ信号を抽出すること
    を特徴とする光記録再生方法。