JP4038504B2 - 情報記録装置 - Google Patents

Description

本願発明は光ディスク，光テープ，光カードなどの光学的情報記録媒体及び情報記録装置に係り、特に高記録密度を目的とした情報記録装置に関する。

光学的情報記録再生装置の記録高密度化の方法は、従来２次元的な記録媒体平面上の記録面密度を向上させることであった。しかし、装置の小型化からディスクなどの情報記録媒体の大きさは限定され、平面上での高密度化では限界が生じる。

特開昭59-127237号

特開昭60-202545号 特開昭60-202554号 特開昭63-231738号 特開平1-19535号

そこで、さらに高密度化を達成させる方法として、深さ方向を含めた３次元記録再生方法が必須である。３次元記録再生では、公知例「特開昭59−127237号」に示すように、多層膜構造のディスクを設け、各層に光スポットを絞り込み、データを記録再生する手段がある。しかし、この公知例では、具体的ディスク構造，光学定数の規定、さらには、記録条件の設定方法は述べられておらず、信頼性のある記録が困難である。また、データの読みだし方法についても、受光光学系の構成が不明瞭であり、信頼性のある再生が困難である。

一方、公知例「特開昭６０−２０２５４５号」，「特開昭６０−２０２５５４号」では、各層に回折限界の光スポットを形成するためのディスク膜厚，焦点あわせの方法について述べている。しかし、前者については、明瞭な規定が与えられていない。また、後者については、焦点あわせの原理について述べているが、実際に目標の層に焦点を合わせるためのアクセス方法については述べられていない。さらに、ディスク作成法として、トラッキングのための案内溝を公知例では不可能としており、各層ごとにレーザ露光する方法を示しているが、この方法では、生産性がない。

本発明の目的は、記録過程において安定に記録できる光スポット絞り込み光学系，ディスク構造，光検出光学系を検討することである。

上記課題を解決するために、局所的な光照射によって、光学的性質が局所的に変化する記録膜層と、記録膜層の働きの補助として反射防止，多重反射，光吸収，記録膜層の光学的局所変化の転写，断熱，吸熱，発熱または補強を目的とした層、または層の重ねあわせである中間層膜を光学的に透明な基板の上に多層に積み重ねたディスクを有し、各層に絞り込まれた光スポット照射によって各層の局所的光学的性質を２次元的に（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。さらに、上記局所的光学的性質の変化を各層への光スポット照射によって反射光量（または透過光量）の変化として検出し、データを再生する３次元記録再生装置において、
１．ディスクの構造を、光学的に透明な基板の屈折率をＮＢ、厚さをｄ０とする。さらに
、中間層と記録膜層を一つの層として区ぎり、上層から順に１からＮ番目の番号を割り当てる。各層間の距離は隣あう記録膜層ｋ番目と（ｋ−１）番目の膜厚中心間の距離ｄｋで示す。また、任意のｋ番目の記録層と中間層の膜厚をdFk,ｄＭｋさらに屈折率の実数部をそれぞれ、ＮＦｋ，ＮＭｋとする。また、各層の平面上での局所的光学的性質の変化の周期ｂ［μｍ］とする。絞り込み光学系は、光源として、例えば波長λ［μｍ］の半導体レーザを用い、コリメートレンズによって、平行光に変換し、偏光ビームスプリッタを介して、絞り込みレンズに入射させる。ここで、絞り込みレンズの開口数をＮＡＦ，有効半径をａ［mm］，焦点距離をｆＦ（≒ａ／ＮＡＦ）とする。また、ディスクからの反射光は、絞り込みレンズを通り、偏光ビームスプリッタによって受光用の像レンズに導かれる。像レンズの焦点付近に位置する光検出器によって、反射光量の変化を電気信号に変換する。像レンズの開口数をＮＡＩ，焦点距離をｆＩ（≒ａ／ＮＡＩ）とする。光検出器の受光面直径をＤとした場合、ｋ番目の層を目標層とし、焦点を合わせたときの目標層からの反射光は、像レンズの焦点位置に結像され、この焦平面上のスポット径Ｕｋ′は、以下のようになる。
Ｕｋ′＝λ／ＮＡＩ＝λ×（ｆＩ／ａ）
ｍ；受光光学系の横倍率

変調後の２値化信号に対応して熱構造変化を局所的に生じさせるために、ディスクに入射する光強度Ｐ（記録パワー）［ｍＷ］、ここで、線速度Ｖと照射時間ｔが与えられた場合、各層の記録膜についての光強度密度しきい値Ｉｔｈ［ｍＷ／μｍ²］とする。すなわち光強度Ｐ（記録パワー）[ｍＷ]を変調後の２値化信号に対応させて変化させる。

ｋ層に焦点をあわせた場合でのｋ層での光強度密度Ｉｋについて、スポット径はλ／ＮＡＦであるから、
Ｓｋ；ｋ層に焦点をあわせた場合での１／ｅ²スポット面積
Ｓｋ＝π（０.５×λ／ＮＡＦ）²
ｋ層における光強度Ｐｋ［ｍＷ］は

δｋは、ディスク上の光入射面とｋ番目の記録層の間の透過率である。

ただし、Ｔｎ；ｎ層の透過率（ｎ＝０の時は１層までの透過率）
（数６）式より、ｋ層で記録できるために必要な最小の記録パワーＰｍｉｎは、
Ｐｍｉｎ≧Ｉｋｔｈ×Ｓｋ／δｋ （数７）
また、ｋ層に記録を行うため、ｋ層に焦点を合わせた時の、ｊ層での光強度密度Iｊｋ
［ｍＷ］は

である。

ｋ層に記録を行う場合、ｊ層を記録破壊しないため記録パワーの上限Ｐmaxは次式で与えられる。

Ｐｍａｘ＝Ｉｊｔｈ×Ｓｊｋ／δｊ （数１０）
Ｓｊｋは、ｋ層に焦点を合わせた時の、ｊ層での光スポット面積であり、

ｄｎ；ｎ層番目の膜厚
ＴＡＮφ＝ａ／ｆＦ≒ＮＡＦ
（数６，７）（数９，１０，１１）式が同時に成り立つように絞り込み光学系，ディスク構造，記録条件を設定する。

演算 Ｆ≡Ｃｋ−γ×Ｃ（ｋ−１）−γ×Ｃ（ｋ＋１）
≒ＣｋＲ＋β×Ｃ（ｋ−１）Ｒ＋β×Ｃ（ｋ＋１）Ｒ
−γ×｛Ｃ（ｋ−１）Ｒ＋β×ＣｋＲ＋β×Ｃ（ｋ−２）Ｒ｝
−γ×｛Ｃ（ｋ＋１）Ｒ＋β×ＣｋＲ＋β×Ｃ（ｋ＋２）Ｒ｝
β：各信号に含まれるクロストーク成分の必要信号成分に対する比Ｃ（ｋ−２）Ｒ，Ｃ（ｋ＋２）Ｒは、十分小さく、周波数成分も低いので無視できる。よって、
Ｆ≒（１−２γβ）×ＣｋＲ＋（β−γ）×Ｃ（ｋ−１）Ｒ
＋（β−γ）×Ｃ（ｋ＋１）Ｒ
ここで、演算係数γ≡β＜１とすると、
Ｆ≒（１−β２）×ＣｋＲ
上式の演算機能を用いたことによって、目標層の信号成分だけを求める。
２．複数スポットを用いる。ｋ層に焦点づけた時の隣接層上の焦点ずれスポットと同じスポット径のスポットを２つの隣接層に、スポットに先行させて走査し、再生信号を求める。
３．項２において、図１８に示すように、絞りを挿入して、絞り込みレンズについての実効的開口を小さくする。すなわち、有効径ａ′を［λ／（２ｄ×ＮＡＦ²）×ａ］にする。
４．項２において、３つの光軸に分けて、先行する２つの光学系について絞り込みレンズの開口数を小さくする、すなわち、ＮＡＦ′＝λ／（２ｄ×ＮＡＦ）とする。
５．項２において、先行スポットからの再生信号にスポットの強度分布であるガウシアン分布を三角分布に近似して得られる重み関数を掛けて積分を行う。
６．各演算係数γ（≡β）を設定する重み設定回路において、ディスクフォーマットとして、少なくても上下３層間でマーク記録領域が、同一光束に含まれないように配置し、ｈ（ｋ−１）／ｈｋ，ｈ（ｋ＋１）／ｈをβ（−１），β（＋１）とする。
７．項１において、複数スポットを用い、各々の層について焦点を合わせることで、２つ以上の層について同時に記録再生を行う、すなわち、並列記録再生を行う。
８．記録後に透過率が増加する記録媒体を用いる。
９．項１において、多層ディスクにおける各層面内の案内溝，アドレス等のプリピットは、各層ごとに紫外線硬化樹脂層に設け、各層ごとに透明な型を用いて型の面から光を入射させる２Ｐ法によって形成する。
１０．項１において、中間層に、１／４波長板層を設ける。

上記手段は以下に示すように作用する。

局所的な光照射によって、光学的性質が局所的に変化する記録膜層と、記録膜層の働きの補助として反射防止，多重反射，光吸収，記録膜層の光学的局所変化の転写，断熱，吸熱，発熱または補強を目的とした層、または層の重ねあわせである中間層膜を光学的に透明な基板の上に多層に積み重ねたディスクを有し、各層に絞り込まれた光スポット照射によって各層の局所的光学的性質を２次元的に（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い、さらに、上記局所的光学的性質の変化を各層への光スポット照射によって反射光量（または透過光量）の変化として検出し、データを再生する３次元記録再生装置において、
１１．ディスクの構造を、光学的に透明な基板の屈折率をＮＢ、厚さをｄ０とする。さらに、中間層と記録膜層を一つの層として区ぎり、上層から順に１からＮ番目の番号を割り当てる。各層間の距離は隣あう記録膜層ｋ番目と（ｋ−１）番目の膜厚中心間の距離ｄｋで示す。また、任意のｋ番目の記録層と中間層の膜厚をdFk,ｄＭｋさらに屈折率の実数部をそれぞれ、ＮＦｋ，ＮＭｋとする。また、各層の平面上での局所的光学的性質の変化の周期ｂ［μｍ］とする。絞り込み光学系は、光源として、例えば波長λ［μｍ］の半導体レーザを用い、コリメートレンズによって、平行光に変換し、偏光ビームスプリッタを介して、絞り込みレンズに入射させる。ここで、絞り込みレンズの開口数をＮＡＦ，有効半径をａ［mm］，焦点距離をｆＦ（≒ａ／ＮＡＦ）とする。また、ディスクからの反射光は、絞り込みレンズを通り、ビームスプリッタによって受光用の像レンズに導かれる。像レンズの焦点付近に位置する光検出器によって、反射光量の変化を電気信号に変換する。像レンズの開口数をＮＡＩ，焦点距離をｆＩ（≒ａ／ＮＡＩ）とする。光検出器の受光面直径をＤとした場合、ｋ番目の層を目標層とし、焦点を合わせたときの目標層からの反射光は、像レンズの焦点位置に結像され、この焦平面上のスポット径Ｕｋ′は、
Ｕｋ′＝λ／ＮＡＩ＝λ×（ｆＩ／ａ） （数１４）
ｍ；受光光学系の横倍率
次に、ｋ番目の目標層から層間距離ｄ離れた隣接層（ｋ±１）番目の層からの焦平面でのスポット径Ｕ（ｋ±１）′は、以下のようになる。
Ｕ（ｋ±１）′≒ａ×ｍ²ｄ／ｆＩ
＝ＮＡＩ・ｍ²ｄ （数１６）

１２．項１において、ｋ番目の記録膜層１の光学定数は、透過率Ｔｋ，反射率Ｒｋ，吸収率Ａｋとする。ここで、Ｔｋ＋Ｒｋ＋Ａｋ＝１の関係が成り立つ。記録によって、局所的光学的性質が変化した場合の光学定数には、以下、ダッシュ記号「′」で表わす。一般に、熱記録における、熱構造変化が生じるためには、必ずエネルギーしきい値Ｅｔｈ［ｎＪ］が存在する。記録目標層に回折限界に絞り込まれた光スポットが線速度Ｖ［ｍ／ｓ］でディスク上を走査している。

変調後の２値化信号に対応して熱構造変化を局所的に生じさせるために、ディスクに入射する光強度Ｐ（記録パワー）［ｍＷ］、ここで、線速度Ｖと照射時間ｔが与えられた場合、各層の記録膜についての光強度密度しきい値Ｉｔｈ［ｍＷ／μｍ²］とする。すなわち光強度Ｐ（記録パワー）[ｍＷ]を変調後の２値化信号に対応させて変化させる。

ｋ層に焦点をあわせた場合でのｋ層での光強度密度Ｉｋについて、スポット径はλ／ＮＡＦであるから、
Ｓｋ；ｋ層に焦点をあわせた場合での１／ｅ²スポット面積
Ｓｋ＝π（０．５×λ／ＮＡＦ）²
ｋ層における光強度Ｐｋ［ｍＷ］は

δｋは、ディスク上の光入射面とｋ番目の記録層の間の透過率である。

ただし、Ｔｎ；ｎ層の透過率（ｎ＝０の時は１層までの透過率）
上式より、ｋ層で記録できるために必要な最小の記録パワーＰｍｉｎは、
Ｐｍｉｎ≧Ｉｋｔｈ×Ｓｋ／δｋ （数７）
また、ｋ層に記録を行うため、ｋ層に焦点を合わせた時の、ｊ層での光強度密度Ｉｊｋ
［ｍＷ］は
Ｐｊｋ＝Ｐｋ×δｊｋ
＝Ｐ×δｊ （数９）

(＝(ｊ番目の層までの透過率／ｋ番目の層までの透過率))である。

ｋ層に記録を行う場合，ｊ層を記録破壊しないため記録パワーの上限Ｐmaxは次式で与えられる。

Ｐｍａｘ＝Ｉｊｔｈ×Ｓｊｋ／δｊ （数１０）
Ｓｊｋは、ｋ層に焦点を合わせた時の、ｊ層での光スポット面積であり、

ｄｎ；ｎ層番目の膜厚
ＴＡＮφ＝ａ／ｆＦ≒ＮＡＦ
上式が同時に成り立つように絞り込み光学系，ディスク構造，記録条件を設定することによって、目標層に安定に記録でき、かつ、その時に他の層を破壊しないための入射記録パワーを設定する。
１３．各層の役割として、ユーザデータを記録再生する層と共に、ＲＯＭ（Read Only Memory)層またはＷＯＭ（Write Once Memory）を設けることによって、ユーザデータ以外の情報を扱う。
１４．層データの管理層として、各層のデータ状態、例えば、データの有無，エラー管理，有効なデータ領域，書替え（オーバーライト）回数を随時、記録しておくことによって、データの更新及び、アクセスを敏速に行う。
１５．項１において、ディスクの各層面内における管理フォーマットとして、セクタとトラックを設け、１→ｋ→Ｎ層と上層から順に記録を行う。ただし、各層ではすべてのユーザセクタとトラックに情報を記録してから次の層に記録することによって、ユーザデータ記録再生の管理を行う。
１６．Ｎ→ｋ→１層と下層から順に記録を行う。ただし、各層ではすべてのユーザセクタとトラックに情報を記録してから次の層に記録することによって、ユーザデータ記録再生の管理を行う。
１７．各層ではすべてのユーザセクタとトラックに情報を記録してから次の層に記録するが、記録する層の順番はランダムアクセスとすることによって、ユーザデータ記録再生の管理を行う。
１８．記録する層の順番はランダムアクセスとするが、ひとつの層においてある当該セクタ内にすべてデータ記録してから、次の層の当該セクタを埋めていき、すべての層の当該セクタを埋めてから、次のセクタのデータを記録することによってユーザデータ記録再生の管理を行う。
１９．当該トラックにおいて、層方向にランダムアクセスを行う。この場合、セクタによる固定ブロック管理ではなく、可変長ブロックを適用することよってユーザデータ記録再生の管理を行う。
２０．項５において、記録目標であるｋ層に安定に記録する場合、ｋ層までの透過率（ΣＴｎ（ｎ＝０，１，２，…ｋ−１））を考慮して記録パワーＰ（光強度）を設定することによって、目標層に最適な記録パワー条件で記録する。
２１．ｋ層までの透過率を、層アドレス認識をもとに設定することによって、目標層に最適な記録パワー条件で記録する。
２２．アドレス認識によって、ディスク出荷時（または設計値）のｋ層までの透過率ΣＴｎ（ｎ＝０，１，２…ｋ−１）と、記録直前のｋ層までの透過率ΣＴｎ（ｎ＝０，１，２，…ｋ−１）の比、すなわち透過率の変化分Ｇを考慮して記録パワーを設定することによって、目標層までの層に記録された層があることによって透過率が変化していてもそれを考慮して、目標層に最適な記録パワー条件で記録する。
２３．層データの管理層を設け、どの層が記録されているのかを記録し、目標層記録前に管理層を再生して、記録直前のｋ層までの透過率ΣＴ′（ｋ−１）を認識し、透過率の変化分Ｇを認識することによって、目標層までの層に記録された層があることによって透過率が変化していてもそれを考慮して、目標層に最適な記録パワー条件で記録する。
２４．目標層に記録する前に、あらかじめ記録すべき領域を再生し、透過率の変化Ｇを求めることによって、目標層までの層に記録された層があることによって透過率が変化していてもそれを考慮して、目標層に最適な記録パワー条件で記録する。
２５．あらかじめ記録すべき領域を再生する方法としては、記録モードで初めのディスク１回転で再生チェックを行ってから、次の回転で記録を行い、次の回転で記録エラーチェックを行う。
２６．複数スポットを用いる。ｋ層に焦点づけた時の隣接層上の焦点ずれスポットと同じスポット径のスポットを２つの隣接層に、スポットに先行させて走査し、再生信号を求める。
２７．図１８に示すように、絞りを挿入して、絞り込みレンズについての実効的開口を小さくする。すなわち、有効径ａ′を［λ／（２ｄ×ＮＡＦ２）×ａ］にすることによって、隣接層に焦点を結ぶ先行スポットのスポット径を（２ｄ×ＮＡＦ）にする。
２８．３つの光軸に分けて、先行する２つの光学系において絞り込みレンズの開口数を小さくする、すなわち、ＮＡＦ′＝λ／（２ｄ×ＮＡＦ）とすることによって、隣接層に焦点を結ぶ先行スポットのスポット径を（２ｄ×ＮＡＦ）にする。
２９．先行スポットからの再生信号にスポットの強度分布であるガウシアン分布を三角分布に近似して得られる重み関数を掛けて積分を行うことによって、実効的に焦点ずれスポットがマーク列を走査している場合の再生信号を得る。
３０．各演算係数γ（≡β）を設定する重み設定回路において、ディスクフォーマットとして、少なくても上下３層間でマーク記録領域が、同一光束に含まれないように配置し、ｈ（ｋ−１）／ｈｋ，ｈ（ｋ＋１）／ｈをβ（−１），β（＋１）とすることによって、上下層についての、重みをそれぞれ求める。
３１．項１において、複数スポットを用い、各々の層について焦点を合わせることで、２つ以上の層について同時に記録再生を行う、すなわち、並列記録再生を行うことによって、転送速度を大きくする。
３２．記録後に透過率が増加する記録媒体を用いることによって、下層に記録するときに与える光強度を低減し、さらに、下層からの反射光を大きくすることで、高効率記録，高ＳＮ比再生を行う。
３３．項１において、多層ディスクにおける各層面内の案内溝，アドレス等のプリピットは、各層ごとに紫外線硬化樹脂層に設け、各層ごとに透明な型を用いて型の面から光を入射させる２Ｐ法によって形成することで、各層ごとに、トラッキングのための案内溝，層の位置を示す層アドレスなどのプリピットを形成し、データの記録再生を行う。
３４．項１おいて、中間層に、１／４波長板層を設けることにより、隣接層からの反射光の偏光方向が異なるため、干渉がなくなり、隣接層間のクロストークを低減できる。

本発明によれば、記録過程において安定に記録できる光スポット絞り込み光学系，ディスク構造，光検出光学系を提供できるので、多層膜構造のディスクの各層に光スポットを絞り込み、高い信頼性を持って、データを記録できる。

以下、
（１）本発明の３次元記録再生方法の原理
（２）３次元ディスクフォーマット，データ管理
（３）装置構成
（４）アクセス方法
（５）記録制御方法
（６）再生制御方法
（７）ディスク構造実施例と、ディスク作成方法
の順で実施例を説明する。

（１）３次元記録再生の基本原理
図１に本発明の３次元記録再生装置の記録再生の原理図を示す。局所的な光照射によって、光学的性質が局所的に変化する記録膜層１と、記録膜層の働きの補助として反射防止，多重反射，光吸収，記録膜層の光学的局所変化の転写，断熱，吸熱，発熱または補強を目的とした層、またはこれらの層の重ねあわせである中間層膜２を光学的に透明な基板３の上に多層に積み重ねたディスク４を有し、各層に絞り込まれた光スポット照射によって各層の局所的光学的性質を２次元的に、かつ各層間で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い、さらに、上記局所的光学的性質の変化を各層への光スポット照射によって反射光量（または透過光量）の変化として検出し、データを再生する。

図１において、ディスク４の構造を、光学的に透明な基板３の屈折率をＮＢ，厚さをｄ０とする。さらに、中間層２と記録膜層１を一組の層として区切り、上層(光入射側)から順に１からＮまで番号を割り当てる。各層間の距離は隣あう記録膜層ｋ番目と（ｋ−１）番目の膜厚中心間の距離ｄｋで示す。また、任意のｋ番目の記録層と中間層の膜厚をｄＦｋ，ｄＭｋさらに屈折率の実数部をそれぞれ、ＮＦｋ，ＮＭｋとする。また、各層の平面上での局所的光学的性質の変化の周期ｂ［μｍ］とする。絞り込み光学系は、光源として、例えば波長λ［μｍ］の半導体レーザ５を用い、コリメートレンズ６によって、平行光に変換し、偏光ビームスプリッタ７を介して、絞り込みレンズ８に入射させる。ここで、レンズ８の開口数をＮＡＦ、有効半径をａ［mm］、焦点距離をｆＦ（≒ａ／ＮＡＦ）とする。各層に焦点を結ばせることで回折限界の光スポット１１を各層に照射する。

また、受光光学系については、反射受光系を例として示す。ディスク４からの反射光は、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。像レンズ９の開口数をＮＡＩ、焦点距離をｆＩ（≒ａ／ＮＡＩ）とする。光検出器１０の受光面直径をＤとする。本発明では、光学系として、図２ａに示す平行光学系を例に示したが、図２ｂに示す拡散光学系でも同様に効果を得ることができる。また、受光光学系として、透過光検出系でも本発明と同様の効果を得ることができる。

３次元記録再生において、記録再生を行うための第１の課題は、各層において、光スポットを回折限界まで絞り込むことである。従来の光ディスクでは、一般に記録膜保護のため、基板３越しの１層記録面に光スポットを回折限界で絞り込む。そこで、球面収差が生じて光スポットがひずまないように、基板３の屈折率と膜厚を考慮して、絞り込みレンズ８の設計仕様を行う。ところが、多層ディスク４では、各層の膜厚の影響が無視できず、たとえば公知例「久保田 他：光学、１４（１９８５）、光ディスクにおけるアイパターンのジッタ解析Ｉ〜Ｖ」に示してあるように、層の数が増えるほど球面収差が増加し、回折限界まで絞れない。そこで、本発明では、記録に十分な範囲の光スポットが得られるための絞り込みレンズの設計，ディスク構造を示す。設計方法を簡単にするため、記録膜層１の膜厚ｄＦｋは、中間層２の膜厚ｄＭｋに対して十分薄く無視できるとする。すなわち、
ｄｋ＝ｄＦ（ｋ−１）＋ｄＭｋ＋ｄＦｋ≒ｄＭｋ （数１）
かつ、中間層２は各層とも、基板３と同じ屈折率ＮＢであるとする。この場合、多層ディスクのＮ層番目までの厚さｄは

である。

一方、レーレーリミットとして、絞り込みスポットのピーク強度が無収差時の８０％が保証される球面収差量Ｗ４０＝λ／４を許容値として与える。

１番目からＮ番目の層までの膜厚の変化Δｄによって生じる球面収差量Ｗ４０は以下のように表わされる。

Ｗ４０＝｜（１／（８×ＮＢ））×（（１／ＮＢ²）−１）×ＮＡＦ４×Δｄ｜
（数３）
そこで、Ｗ４０≦λ／４となるように、絞り込みレンズの設計，ディスク構造を決定する。なお、Ｗ４０の右辺の絶対値の中は通常は負となる（ＮＢ≧１の場合）。一例として、基板３として屈折率ＮＢ＝１.５ のガラス基板を用い、中間層として、ガラスとほぼ屈折率の等しい紫外線硬化樹脂を用い、絞り込みレンズ８のＮＡＦ＝０.５５ とした場合、（数３）式より、Δｄ≦５０μｍである。ここで、
ｄ０＝１．２ｍｍ−Δｄ＝（１．１５〜１．２mm），

Δｄ≦５０μｍとなるように、各層の中間層の厚さｄｋ，総数Ｎを組み合わせることで、従来の光ディスクに使用していた基板厚さ１.２mm 用の絞り込みレンズをそのまま適用して、１番目からＮ番目の各層に記録再生に十分な光スポットを形成することができる。一つの組合せ解として、中間層の厚さｄＭｋ＝１０μｍ，記録層の厚さｄＦｋ＝２００Åでは、ｄ０＝１．１５mm，Σｄｋ＝１００.４μｍ≒１００μｍ，総数Ｎ＝１０が可能である。

（数４）では、５層番目で、球面収差はゼロであり、最上層と最下層で許容値内で最大の球面収差が生じる。これをさらに補正することもできる。波動光学によれば、球面収差は焦点位置をずらすことで補正することができる。その条件は、Ｗ４０＝−Ｗ２０＝−０.５×ＮＡＦ²Δｚ，Δｚ＝−２／ＮＡＦ²×Ｗ４０。ここで、Ｗ２０は焦点ずれによる収差、Δｚは焦点ずれである。上記の例では、５層目からの層間距離Δｄｋ＝（ｋ−５）×ｄでのｋ層番目で生じる球面収差Ｗｋ４０は、（数式３）より得られ、この収差を補正する焦点ずれ量Δｚｋは、 Δｚｋ＝−２／ＮＡＦ²×Ｗｋ４０となる。

最下層（ｋ＝１０）では、１．４μｍであり、最上層（ｋ＝１）では−１．４μｍの焦点ずれをオフセットとして与えればよい。

次に、記録再生を行うための第２の課題は、熱記録過程にある。記録での規定条件は次の２つの項である。
（Ａ） 記録目標層に記録に十分でかつ安定な記録パワー密度を与えることができること
。
（Ｂ） 任意のｋ層に記録した場合、他の層のデータを破壊しないこと。

要因として、光強度によるものが考えられるので、以下に述べる。

本発明では、ディスク構造と絞り込み光学系を最適化する。

図１において、設計の簡易化のため、一例として、基板３及び中間層２は透過率１００％とする。また、ｋ番目の記録膜層１の光学定数は、透過率Ｔｋ，反射率Ｒｋ，吸収率Ａｋとする。ここで、Ｔｋ＋Ｒｋ＋Ａｋ＝１の関係が成り立つ。また、記録によって、局所的光学的性質が変化した場合の光学定数には、以下、ダッシュ記号「′」で表わす。一般に、熱記録では、記録膜の光吸収による発熱、及びこれを熱源とした熱拡散現象に支配される温度上昇によって、記録膜の熱構造変化が生じる。穴あけ形記録媒体では溶融による記録膜の移動，相変化形記録媒体では結晶化と非晶質化，光磁気記録媒体では垂直磁化の反転に対応する。この熱構造変化が生じて、局所的光学的特性変化となる。記録膜の種類にかかわらずに、熱構造変化が生じるためには、必ずエネルギーしきい値Ｅｔｈ［ｎＪ］が存在する。記録過程では、記録目標層に回折限界に絞り込まれた光スポット１１が線速度Ｖ［ｍ／ｓ］でディスク上を走査している。変調後の２値化信号に対応して熱構造変化を局所的に生じさせるために、ディスク面に照射する光強度Ｐ（記録パワー）［ｍＷ］を時間ｔ［ｓ］で変調する。ここで、線速度Ｖと照射時間ｔが与えられれば、エネルギーしきい値Ｅｔｈを光強度密度しきい値Ｉｔｈ［ｍＷ／μｍ²］で議論できる。

（Ａ）項を満足させるためには、ｋ層に焦点をあわせた場合でのｋ層での光強度密度Ｉｋについて、（数５）式が成り立つとよい。

Ｉｋ＝Ｐｋ／Ｓｋ≧Ｉｋｔｈ （数５）
Ｉｋｔｈ；記録層ｋでの光強度密度しきい値（ｍＷ／μｍ²）
Ｓｋ；ｋ層に焦点をあわせた場合での１／ｅ²スポット面積
Ｓｋ＝π（０．５×λ／ＮＡＦ）²
ただし、回折限界に絞り込まれた光スポット径をλ／ＮＡＦとする。
ここでｋ層における光強度Ｐｋ［ｍＷ］は

δｋは、ディスク上の光入射面とｋ番目の記録層の間の透過率、Ｔｎは、ｎ層の透過率である（ｎ＝０の時は１層までの透過率）。Ｐｋは図３ａに示すようになる。（数５）（数６）式より、ｋ層で記録できるために必要な最小の記録パワーＰｍｉｎは、
Ｐｍｉｎ≧Ｉｋｔｈ×Ｓｋ／δｋ （数７）
一般に、光強度が最も小さくなるのは、最下層Ｎで、ｎ＝１〜Ｎ−１が記録され、透過率Ｔｎがすべて低下する媒体を用いた場合→Ｔｎ′（記録後の透過率）である。

（Ｂ）項が成り立つには、ｋ層に記録を行うため、ｋ層に焦点を合わせた時のｊ層での光強度密度Ｉｊｋ［ｍＷ／μｍ²］は、（数８）、（数９）が成り立てば良い。

Ｉｊｋ＝Ｐｊｋ／Ｓｊｋ《Ｉｊｔｈ （数８）

ｋ層に記録を行う場合、ｊ層を記録破壊しないため記録パワーの上限Ｐｍａｘは次式で与えられる。

Ｐｍａｘ＝Ｉｊｔｈ×Ｓｊｋ／δｊ （数１０）
Ｓｊｋは、ｋ層に焦点を合わせた時のｊ層での光スポット面積であり、層間距離ｄが波
長λ以上なら幾何光学的に求めることができる。

ｄｎ；ｎ層番目の膜厚
ＴＡＮφ＝ａ／ｆＦ≒ＮＡＦ
ここで、１／Ｓｊｋ［１／μｍ² ］は面密度を表わし、図３ｂのようになる。図３ａと図３ｂから光強度密度Ｉｊｋ［ｍＷ／μｍ² ］が得られ、図３ｃのようになる。

（数５）（数８）式が同時に成り立つように絞り込み光学系，ディスク構造,記録条件を設定することで、各層で信頼性の高い記録が可能となる。一例として、図１０ａに示す３層ディスクについて、記録可能な層間距離ｄを求める。ただし、絞り込み光学系は、波長λ＝０．７８μｍ，ＮＡＦ＝０．５５とし、各層の光学定数は、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝０.１，Ｔ１＝Ｔ２＝Ｔ３＝０.８，Ａ１＝Ａ２＝Ａ３＝０.１とする。また、線速度ｖ＝７ｍ／ｓ，照射時間ｔ＝１００ｎｓ〜500ｎｓとし、この時の記録層の光強度密度しきい値は、Ｉ１ｔｈ＝Ｉ２ｔｈ＝I3th＝２.５３（ｍＷ／μｍ²）とする。ここで、記録可能な層間間隔ｄ＝ｄ１＝ｄ２＝ｄ３と、記録パワーの範囲を求める。

図１０ｂに、目標記録層以外に記録していない場合について、各層にスポットを絞り込んだ場合について、ディスクに照射する記録パワーと各パワーに対応している再生信号の変調度を示している。ここで、変調度は、各層面に形成された局所的光学的性質変化（マーク）の大きさの目安を示し、絞り込みスポット径ほどの十分大きなマークになると変調度は飽和の傾向を示す。縦軸は各層について変調度の飽和値を１として規格化したものを示している。図において、第１層にマークを形成できるしきい値パワーは、４ｍＷ（＝Ｉｔｈ×Ｓ１）、第２層では、５ｍＷ（＝Ｉｔｈ×Ｓ２／δ２）、第３層（ｋ＝３）では、これが最小パワーＰｍｉｎを決定し、（数５）（数６）（数７）式より

となる。
（数８）（数９）（数１１）式より

例えば、ｄ＝２．５μｍ では、Ｐｍａｘ＝１６ｍＷ（Ｐ３ｍａｘ＝１０ｍＷ）となり、図１０ｂに示すように、信号が十分なマークを記録することができる。このように、設計することで他の層を破壊しないで、かつ目標層に信頼性高く記録できる。

次に、記録再生を行うための第３の課題は、再生過程にある。再生での規定条件は次の項である。
（Ｃ） ノイズ成分を最小とする。ここでは、層間クロストークノイズの低減である。
（Ｄ） 目標層からの信号成分を最大にする。

（Ｃ）項を達成するための第１の方法を示す。

第１の方法は、図１において、受光光学系を最適化することで、目標層以外からの反射光量を十分小さくすることで、層間クロストークを低減し、ＳＮ比の大きい再生を行うものである。図１において、実線で示すように、再生しようとする層からの反射光量は像レンズ９の焦点上に置かれた光検出器１０によってすべて検出される。一方、隣接層からの反射光は、点線で示すように像レンズの焦平面１２で拡がっている。そこで、光検出器１０の大きさを図１のように制限することで隣接層からの反射光を低減することができる。

ｋ番目の層を目標層とし、焦点を合わせたときの光スポット１１のピーク強度値の１／ｅ²の強度となる直径、すなわちスポット径はＵｋ＝（λ／ＮＡＦ）である。そして、目標層からの反射光は、像レンズ９の焦点位置に結像される。この焦平面１２上のスポット径Ｕｋ′は、
Ｕｋ′＝ｍＵｋ＝ｍ×（λ／ＮＡＦ）＝（ＮＡＦ／ＮＡＩ）×（λ／ＮＡＦ）
＝λ／ＮＡＩ＝λ×（ｆＩ／ａ） （数１４）
ｍ；受光光学系の横倍率
次に、ｋ番目の目標層から層間距離ｄ離れた（ｋ±１）番目の層からの焦平面でのスポット径Ｕ（ｋ±１）′を求める。（ｋ±１）層からの反射光が像レンズ９で焦点を結ぶ位置と焦平面との距離ｄ′は、
ｄ′＝Ｙ×ｄ＝ｍ²×ｄ （数１５）
Ｙ：縦倍率
Ｕ（ｋ±１）′＝ｄ′×ｔａｎφＩ＝ｄ′×ａ／（ｆＩ＋ｄ′）
＝ｍ²ｄ×ａ／（ｆＩ＋ｍ²ｄ）
ここで、ｆＩ》ｍ²ｄならば
Ｕ（ｋ±１）′≒ａ×ｍ²ｄ／ｆＩ＝ＮＡＩ・ｍ²ｄ （数１６）
上式より光検出器の直径Ｄを、Ｄ＝Ｕｋ′＝λ／ＮＡＩとすれば、光検出器の径を制限しない場合と比較して、面積比ε＝(Ｄ／Ｕ（ｋ±１）′)²で、隣接層からの反射光量を低減できるので、目標層からの反射光量の変化を高いＳＮ比で検出できる。

実際に、検出される他の層からの反射光量は、目標ｋ層と他のｊ層の間の透過率δｊｋ、及び反射率の比αｊｋを考慮にいれる。ここで、信頼性の高い信号検出のために必要な層間クロストークノイズ量を−２０ｄＢ（１／１０）とすると、一般に次式が成り立てば良い。

光検出器１０での、ｎ層からの反射受光量をＩｎとすると

ただし、以下では、目標層ｋ層に対する隣接層（ｋ−１）層だけについて考慮する。他の層からの影響も同様に考慮できるがその値は、十分小さい。

(数１７)≒Ｉ(ｋ−１)／Ｉｋ
＝δ²(ｋ−１)，ｋ×α(ｋ−１)，ｋ×（Ｄ／Ｕ(ｋ−１)′)²
（数１７．５）
例えば、λ＝０.７８μｍ，ＮＡＦ＝０.５５，ｆＩ＝３０mmとして（ＮＡＩ＝０.０７５，ｍ＝７.３３，ｍ²＝５３.８）において、Ｄ＝Ｕｋ′≒１０.４μｍ
図１０を例にとると、δ２３＝１.２５ ，α２３＝１より、反射光量の抑制率は、ε×δ²２３×α２３となる。

Ｉ２／Ｉ３＝δ²２３×α２３×ε＝δ²２３×α２３×（Ｄ／Ｕ２′）²
＝δ²２３×α２３×(λ／ＮＡＩ)²／(ＮＡＩ×ｍ²ｄ)²
＝δ²２３×α２３×（λ／ＮＡＦ²／ｄ）² （数１８）
（Ｉ２／Ｉ３）≦１／１０上式の成り立つｄを求めると、

ここでは、第２層からのクロストークの影響を考慮したが、第１層からのクロストークの影響も同様に計算でき、その値(Ｉ１／Ｉ３)＝０.０２４(＝−32dB)と十分小さく無視できる。

以上の例では光検出器の径Ｄ＝Ｕｋ′＝λ／ＮＡＩとしたが、光検出器の位置ずれも含めて、層間のクロストークがある値になるように設計の自由度がある。次に、（Ｃ）項を達成するための第２の方法を示す。

次に、（１）節で示した本発明の３次元記録装置の原理を達成する装置について示す。
（２）３次元ディスクフォーマット，データ管理
図５に、多層ディスク４のフォーマットの一例を示す。光を入射させる基板３から、光の進行方向に向かって、１〜ｎ層とする。ｋ層でのデータフォーマットはディスクを放射線上に区切ったセクタｍ，半径方向のデータ位置を管理するトラックｌ、以上、３個のアドレス（ｌ，ｍ，ｎ）でデータを管理する。ある任意のトラックｌ，セクタｍにおけるフォーマットは、図に示すように、記録再生のタイミングや、アドレス情報をあらかじめ作りつけたプリフォーマット領域と、ユーザデータを記録再生し、さらに、データの有無、読みだしの禁止などを記録し管理するデータ領域からなる。また、各層の役割として、図に示すように、ユーザデータを記録再生する層と共に、ＲＯＭ（Read Only Memory）層またはＷＯＭ（Write Once Memory)を設け、上位コントローラのＯＳ（Operating System）、または、後述するように、各層での記録または再生の条件などを、ディスク作成時にプリフォーマット化しておくか、出荷時に記録することもできる。また、層データの管理層として、各層のデータ状態、例えば、データの有無，エラー管理，有効なデータ領域，書替え（オーバーライト）回数を随時、記録しておくこともできる。また、交替層として、記録誤りを検出した層のかわりに情報を入れ直すこともできる。

次に、データを記録する順番は、例えば次のような組合せがある。
(a)１→ｋ→Ｎ層と上層から順に記録を行う。ただし、各層ではすべてのユーザセクタとトラックに情報を記録してから次の層に記録する。

上記データ記録を行う場合、記録媒体として、記録後の透過率が増加する特性を持つものを用いることでさらに信頼性の高い記録再生を行うことができる。すなわち、下層の記録層までの透過率が増加するので、上層に記録するのに必要な光強度とほぼ等しい光強度照射で下層の目標層に十分記録に必要な光強度を与えることができる。また、再生においても、目標層からの反射光成分がほとんど減衰されずに検出器に戻ってくるので、ＳＮ比の高い再生信号が得られる。上記の特性を持つ記録媒体として、例えば、穴あけ形記録媒体がある。この媒体は記録することによって、反射膜に穴があき、反射率が低下、すなわち透過率が増加する。
(b)Ｎ→ｋ→１層と下層から順に記録を行う。後は（ａ）と同じ。
(c）各層ではすべてのユーザセクタとトラックに情報を記録してから次の層に記録するが、記録する層の順番はランダムアクセスとする。
(d）記録する層の順番はランダムアクセスとするが、ひとつの層においてある当該セクタ内にすべてデータ記録してから、次の層の当該セクタを埋めていき、すべての層の当該セクタを埋めてから、次のセクタのデータを記録する。
(e）当該トラックにおいて、層方向にランダムアクセスを行う。この場合、セクタによる固定ブロック管理ではなく、磁気ディスクのデータ管理である可変長ブロックを適用することで、磁気ディスクのシリンダを層に対応させ、磁気ディスクのデータフォーマットをそのまま適用することができる。

上記ランダムアクセスでは、例えば誤って記録時に記録した領域にアクセスしないように、上位コントローラによって情報記録領域の管理を行っても良いし、前述した管理領域によって管理してもよい。
（３）装置全体構成
図６に、３次元記録再生装置の全体構成を示す。記録する場合は、ユーザデータ１７を変調回路１８通して、変調後の２値化データ１９を得る。変調後の２値化データは、記録条件設定回路２０を通り、光スポットが位置づけられている位置での最適な記録条件で、強度変調されるように、レーザ駆動回路２１が駆動され、光ヘッド２２内の半導体レーザの光強度が変調され、ディスク４への記録を行う。

一方、再生する場合は、ディスク上の目標の層，トラック位置に光スポットを位置づけ、微弱光を照射し、反射光の強度変化を光検出器１０で電気信号に変換し、再生信号２３，２４を得る。再生信号２３，２４は、再生制御回路２５を通して、層間クロストークを抑制したのち、ＡＧＣ（オートゲインコントロール）回路２６を通り、データ帯域よりも低周波数の変動を吸収し、後の回路で動作する絶対レベルに信号を合わせる。

その後再生信号は、波形等化器２７を通り、データパターンによる波形歪み（振幅の劣化，位相のずれ）の改善を行い、整形器２８で２値化信号に変換する。整形器２８には、振幅スライスによって２値化するもの、微分によるゼロクロス検出するものがある。

次に２値化信号は、位相同期回路２９に通り、データからのクロック抽出を行う。位相同期回路２９は、位相比較器３０，ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３１，電圧制御発振器３２からなる。位相同期回路２９で生成されたクロックによって、２値化信号から、データの‘１’，‘０’の判定する弁別器３３を通り、復号器３４によって、ユーザデータ１７に変換される。以上の記録再生のため、上位コントローラからの指令で、目標の層及び層面内の目標位置に光スポットを位置づけるためには、光ヘッド２２からの焦点ずれ、トラックずれ信号検出３５を行い、補償回路によって、サーボ制御に最適な信号に補償し、駆動回路３７を通して、光スポット位置決め機構を駆動する。
（４）アクセス方法
光スポット位置決め機構としては、絞り込みレンズ８を層方向とディスク半径方向に駆動する２次元アクチュエータ、または、絞り込みレンズ８を層方向だけに駆動する１次元アクチュエータと絞り込みレンズ８に入射させる光束をディスク半径方向に偏向するガルバノミラーを組み合わせたものがある。

ここで、（２）で述べたデータ記録再生のためにランダムアクセスを行う場合について、第１に目標層ｋに焦点を結ばせる方法について述べる。焦点ずれ信号検出のためには、目標層からの反射光スポットの大きさが、焦点ずれによって変化するので、公知例「特開昭63−231738号，特開平1−19535号」に示す前後差動焦点ずれ検出法を用いることができる。図２４ａに、ディスク面に対して絞り込みレンズの位置を層方向Ｚに走査させたときに得られるＡＦ誤差信号３５を示す。各層についての焦点ずれ誤差信号及び合焦点位置であるゼロクロス点１０５が順に得られるのがわかる。

ここで、目標層ｋにアクセスする場合のブロック図を図２３に示す。回転するディスク４に対し、ＡＦ（オートフォーカス）アクチュエータ移動信号発生回路９３でのこぎり波１０６を発生させ、ＡＦアクチュエータドライバ９１を駆動させ、絞り込みレンズ８をディスク面に対し＋Ｚ方向（ディスクにレンズを近づける方向）に動かす。この時、ＡＦ信号検出回路８９ではＡＦ誤差信号３５が得られる。この信号は引込み点判定回路９２でゼロクロス点１０５を検出され、ある層面に合焦点であることをＡＦサーボ系コントローラ９９に伝える。判定回路９２では図２４ａに示すように、ゼロスライスレベルより少しずれたスライスレベル１０３によって、図２４ｂに示すＡＦパルス３７を作り、その立ち下がり１０４を検出することでレンズ８が合焦点を通り過ぎる直前のタイミングをコントローラ９４に送る。

コントローラ９４では、上位コントローラからの指令で焦点引込み状態であることを認識し、上記タイミングの入力と共にスイッチ９７を切り替え、ＡＦサーボ回路９０をＡＦアクチュエータドライバ９１につなげサーボループを閉じさせる。この状態では、ＡＦサーボ回路９０は、ＡＦ信号検出回路８９でえられるＡＦ誤差信号が常にゼロになるようにＡＦアクチュエータを駆動させる。よって、ディスク４が回転時に上下振れしてもある層に回折限界のスポットを安定に形成させることができる。

次に、レイヤー番号検出回路９５において、図５で示したプリフォーマット部にある層アドレスを読み取るとることで現在いる層の番号を認識し、コントローラ９４に送る。コントローラ９４では、現在焦点を結んでいるｊ番目の層から上位コントローラからの指令であるｋ番目の目標層まで、上下どちらの（ｓｉｇｎ（ｋ−ｊ））方向に，どれだけの（｜ｋ−ｊ｜）層数をスポット移動させれば良いかを認識し、レイヤージャンプ信号発生回路９６にジャンプ強制信号１０７を発生させ、ＡＦアクチュエータドライバに入力させる。

ジャンプ信号１０７は、１層間の移動にたいし、＋−極性のパルスの１対のパルスで構成され、上下の移動方向によって、＋−のパルスを入れ替える。先頭のパルスはスポットを移動方向におよそ移動距離分だけ駆動させるために用い、次の極性反転パルスはスポットが行き過ぎないように整定するためのものである。また、移動する層数の対のパルスをドライバ９１に入力する。次に、レイヤー番号を検出し、ｊ＝ｋとなったところで、目標層ｋにスポットが位置づけられる。ランダムアクセスのために他の層にアクセスするときも、上記と同様に、レイヤージャンプを行えば良い。

目標層ｋにアクセスする場合のブロック図を図２５に示す。

回転するディスク４に対し絞り込みレンズ８をディスク面に対し上下させる。この時に上記ＡＦ誤差信号３５が得られ、さらに、光検出器（ディテクタ）１０で検出され、総光量検出回路１０２から出力された総光量３６は図２４ａに示すように、各記録層に合焦点時にピークを持つ。そこで、図２４ｃに示すクロスレイヤー信号検出回路１０１の中のパルス化回路９８でスライスレベル１０３，１０８によって、ＡＦパルス３７と総光量パルス３８を検出する総光量パルス３８をゲートとして用い、ＡＦパルスの立ち下がりを検出することでさらに確実な合焦点検出が可能である。さらに、ディスクに対してレンズが移動する方向を認識するために、これらの２種のパルスからクロスレイヤーパルス発生器９９によってアップパルス１０９とダウンパルス１１０を生成しカウントすることで、常にレンズがどの層に位置づけられているかを認識することができる。

図２５において、焦点位置がディスク最上層から、最下層まで少なくとも移動するように
、ＡＦアクチュエータ移動信号発生回路９３からのこぎり波を発生させ、ＡＦアクチュエータを駆動する。この時、回転するディスクの上下振れ量よりも十分大きければ確実である。クロスレイヤー信号検出回路１０１より、Ｎ個の層の合焦点をカウントし、レンズを上側に移動させたときのアップパルス109の上限から、最上層（ｎ＝１）または、レンズを下側に移動させたときのダウンパルス１１０の下限から、最下層（ｎ＝Ｎ）を認識する。上位コントローラからの指令で、目標とする順番の層にスポットの焦点が結ぶ直前にスイッチ１００を切り替え、サーボループを閉じれば良い。このように制御することで、層アドレスを設けなくても、層アクセスを可能とすることができる。

ところで、記録することで透過率，反射率の変化する媒体を用いた場合、ＡＦ誤差信号及び、総光量は、記録された層付近では、図２６ａに示すように、図２５とは異なる信号１２３，１２４が得られる。これは、マークの存在する部分をスポットが走査したときに光量が変化し、マークの存在しない部分にスポットがかかると光量が正規の値に戻ることを示している。このように、信号が変動するために、サーボ帯域での信号についても、信号の低下が生じ、ＡＦサーボ系のゲインの変動，ＡＦオフセットが発生し、記録された層で焦点ずれが生じる。このような場合、光検出器上で検出された信号成分中、常に、マークの記録されていない部分の信号をホールドすることで、図２６に示す理想のＡＦ誤差信号、及び、総光量が得られる。

この方法の一例を図２６ｂに示す。この図は、図２３，２５におけるＡＦ検出回路８９，総光量検出回路１０２を示したものである。前後差動型ＡＦ誤差信号検出光学系の原理図における前後の光検出器１１１，１１２は、受光面１１９，１２０または１２１，１２２からなる。前後光検出器面１１１，１１２での光スポット１１３，１１４の大きさが同じくなれば合焦点である。各検出器についての和信号は、マーク列をスポットが走査する帯域、すなわちデータ記録再生周波数帯域を持つ前置増幅器１１５，１１６で得る。次に、サンプルホールド回路１１７，１１８によって、マーク上走査部分での信号を検出し、サーボ帯域の期間ホールドする。このように得られた信号の差信号をＡＦ誤差信号３５，和信号を総光量３６として得る。サンプルホールド回路１１７，１１８は、光量の最大点をサンプルするピークホールドでもよいし、あらかじめサンプル領域として、マークが記録されない領域をフォーマットとして設けておき、サンプルタイミング用ピットなどにより、サンプル領域を認識し、その領域での信号をホールドしても良い。

ここでは、焦点ずれ検出方法として、前後差動方式を示したが、他の焦点ずれ検出方法である非点収差法，像回転法を用いてもよい。

一方、目標層に層アクセスした後、当該層面でディスク半径方向の位置決めすなわちトラック位置決めを行う。トラックずれ信号検出は、図２０に示すように、各層に案内溝３９を設けることで公知例であるプッシュプル法を適用できる。この方法では、目標層以外の層の溝からの回折光は、焦点がずれているために、溝にあたる光の波の位相が乱れているので、光検出器上では一様な光量分布になり、目標層についてのトラックずれ信号に影響は与えない。また、図２２に示すように、各層にあらかじめウォーブルピット４０をトラック方向に作りつけておくことで、公知例であるサンプルサーボ法を適用できる。以上説明したスポット位置決めの技術は、公知例「特開昭63−231738号，特開平1−19535号，特開平4−228112号」に示してある。ディスク上の案内溝，ウォーブルピットの作成法については後述する。
（５）記録制御方法
次に、（１）節で示した本発明の３次元記録方式の原理を達成する記録制御方法について述べる。（１）で述べたように、記録目標であるｋ層に安定に記録するためには、ｋ層までの透過率４２を考慮して記録パワーＰ（光強度）を設定しなければならない。そこで、図６に示すように、記録条件設定回路２０はアドレス認識４１と記録目標であるｋ層までの透過率４２を用いる。これを詳細に示した回路ブロック例を図７に示し、信号例を図９に示す。

図９において、２値化信号１９をディスク上のマーク４３として記録する場合、記録位置による記録条件の違い、データパターンによる記録状態を考慮して、アドレス認識４１（ｌ，ｍ，ｋ）に対して記録条件、例えば記録パルス幅設定，記録パワー設定条件をＲＯＭ４４，４５に入力しておくことでＤ／Ａ変換器４６の出力に対応した光強度変調信号Ｐ（ｔ）４７が得られ、理想の記録状態４７のマークが記録できる。このような図７ａの実線で示した回路構成は次の場合に適用できる。

データを記録する順番として、（２）（ｂ）の場合、または、（１）（Ｃ）項を達成するための第３の方法を用い、かつ（２）（ａ）の場合において、目標層までの透過率４２（ΣＴｎ（ｎ＝０，１，２…ｋ−１））は、ディスク作成時で決まっているので、層アドレスｋが入力されば、既知として扱うことができる。

上記以外の場合、記録時における層までの透過率４２は、既知ではない。このような場合
、図７ａの回路に点線で示した回路を付加する。パワー設定ＲＯＭ45にはすべての層が未記録状態におけるｋ層までの透過率を考慮した記録パワー設定値を入力しておく。

アドレス認識４１によって、ディスク出荷時（または設計値）のｋ層までの透過率ΣＴｎ（ｎ＝０，１，２…ｋ−１）と、後述する方法で検出した記録直前のｋ層までの透過率ΣＴｎ′（ｎ＝０，１，２…ｋ−１）４２を割算回路４７に入力し、透過率の変化分Ｇをゲインコントロール回路４８に入力し、最適な記録パワーに設定されるようにする。

この回路構成を適用できる一つの例を示す。（２）節で述べた「層データの管理層」を設け、その内容をあらかじめ記録前に再生して認識しておき、かつ(１)（Ｃ）項を達成するための第３の方法を適用し、（２）節（ｃ），（ｄ）のデータ管理を行った場合、どの層が記録されているのがわかれば、各層での光スポット内の記録後の透過率一定値で既知であるので、ｋ層までの透過率ΣＴｎ′（ｎ＝０，１，２…ｋ−１）４２を求めることができる。

もう一つの例は、記録する前に、あらかじめスポットを走査して透過率の変化Ｇを求める方法である。

あらかじめ記録すべき領域を再生する方法としては、記録モードで初めのディスク１回転で再生チェックを行ってから、次の回転で記録を行い、次の回転で記録エラーチェックを行う。もう一つの方法は、図８に示すように複数スポットを用い、先行スポット４９で再生チェックを行う方法である。ここでは、後者を例にとって、説明する。再生チェックでは、先行スポット４９についての受光した再生信号Ｃ′ｋ（ｔ−τ）を用いる。ここで、τは、先行スポット４９と記録用スポット５１のスポット間距離を時間換算したものである。ここで
、透過率変化分Ｇを、図７ｂに示すように、記録目標層であるｋ層に焦点を合わせた状態での再生信号Ｃｋ′とディスク出荷時での設計上の再生信号Ｃｋとの比の平方根として、演算器５２を用いて求める。これは、再生信号は、反射光を用いているので、ｋ層までの透過率変化は２乗で再生信号に現われるからである。

ただし、再生信号Ｃｋの値は、ディスクフォーマットとして、あらかじめチェック領域として、層方向に対して記録しない領域をディスク面内に設けておくことで、ディスク間のバラツキ，ディスク内での光学的バラツキを吸収して検出できる。よって、精度の高い記録パワー制御が可能となる。また、再生信号を得る光検出器１０については、（１）節（Ｃ）項を達成する第１の方法で述べたように、図１の形状にすることで、他の層からの反射光の影響を低減でき、目標層からの反射成分を再生信号として検出できるので、より高精度な透過率変化分Ｇを求めることができる。図９に示すように、ゲインコントロールを行わない場合の記録状態５３は理想の記録状態４７と異なるが、記録パワーのゲインコントロールを行いＧ×Ｐ（ｔ）で記録をおこなうことで、理想記録状態４７を得ることができた。
（６）再生制御方法
次に、図６に示した再生制御回路２５を詳細に説明する。ここでは、（１）節で示したような第１から第３の方法である層間クロストークを低減する再生の原理に加え、さらに層間の距離を縮めて高密度化を図る場合に生じるデータ信号帯域の層間クロストーク成分または、光学系の理想状態からのずれが生じた場合に生じる層間クロストーク成分を抑圧する第４の方法について示す。第４の方法は、第１の方法で示したような目標層からの反射光成分の検出に加え、特に層間クロストークの大部分を占める隣接層からの反射光成分も検出し、両者が互いに含んでいる成分を演算によって取り除くことで、目標層の反射光成分を抽出する。

ここで、図１７ａに光学系を示す。基本構成は、図１と同じであるが、さらに、光検出器５４と５５をｋ層に焦点を合わせたときの受光面側での隣接層（ｋ＋１），（ｋ−１）の結像面に位置づける。ただし、図１７ａの配置では、お互いに遮光してしまうので、図１７ｂに示すように、結像系にハーフミラーまたは、ビームスプリッタ５６，５７を挿入する。光検出器１０，５４，５５の形状は直径Ｄ＝（λ／ＮＡＩ）とするが、図１７ｃのように、ピンホールを用いてもよい。この場合の各光検出器で検出される再生信号を図１４に示す。

ここでは、光検出器１０についての再生信号Ｃｋ，光検出器５５についての再生信号Ｃ（ｋ−１）と光検出器５４についての再生信号Ｃ（ｋ＋１）を示す。再生信号を得るための回路を図１３に示す。ただし、図１７の系では、積分回路５９，６０，遅延回路６１，６２は必要ない。図１４に示すように、第１〜第３の方法を満足する隣接層と目標層との間隔よりも小さくなった場合、ｋ層面のマーク配列７１をスポット６９が走査したときに得られる層間クロストークのない再生信号７３が、再生信号７２のように変動する。これは、ｋ層面でのスポット６９の走査とともに、隣接層に焦点がずれて照射されているスポット７０が隣接上のマーク配列７４を走査してために検出される再生信号６４ともう一方の隣接層についての再生信号６３の成分が、再生信号７３に対して無視できないくらい含まれるためである。そこで、図１３に示すように、演算回路６６で次式の演算を行う。

Ｃｋ≒ＣｋＲ＋β×Ｃ（ｋ−１）Ｒ＋β×Ｃ（ｋ＋１）Ｒ
Ｃ（ｋ−１）≒Ｃ（ｋ−１）Ｒ＋β×ＣｋＲ＋β×Ｃ（ｋ−２）Ｒ
Ｃ（ｋ＋１）≒Ｃ（ｋ＋１）Ｒ＋β×ＣｋＲ＋β×Ｃ（ｋ＋２）Ｒ (数２２)
ただし、ＣｎＲは、ｎ層からだけの反射光についての再生信号成分を表わす。ここでβ＜１が成り立っている。上式より、
演算 Ｆ≡Ｃｋ−γ×Ｃ（ｋ−１）−γ×Ｃ（ｋ＋１）
≒ＣｋＲ＋β×Ｃ（ｋ−１）Ｒ＋β×Ｃ（ｋ＋１）Ｒ
−γ×｛Ｃ（ｋ−１）Ｒ＋β×ＣｋＲ＋β×Ｃ（ｋ−２）Ｒ｝
−γ×｛Ｃ（ｋ＋１）Ｒ＋β×ＣｋＲ＋β×Ｃ（ｋ＋２）Ｒ｝
（数２３）
Ｃ（ｋ−２）Ｒ，Ｃ（ｋ＋２）Ｒは、十分小さく、周波数成分も低いので無視できる。
よって、
Ｆ≒（１−２γβ）×ＣｋＲ＋（β−γ）×Ｃ（ｋ−１）Ｒ
＋（β−γ）×Ｃ（ｋ＋１）Ｒ (数２４)
ここで、γ≡β＜１とすると、
Ｆ≒（１−β²）×ＣｋＲ （数２５）
となり、層間クロストークを抑制でき、演算後の再生信号６８は、図１４に示すように、再生信号７３と一致する。以上の第４の方法を達成する別の構成として複数スポットを用いた例を以下に示す。図１４において、焦点ずれスポット７０と同じスポット径のスポット７５を２つの隣接層に、スポット６９に先行させて走査し、再生信号を得る。ただし、図１３に示すように、スポット間隔に相当した遅延回路６１，６２を挿入して、上記と同様の演算を行う。この構成に用いる光学系の一例を図１８に示す。図では、光学系の原理を示すため光軸を３つに分けて示してあるが、絞り込みレンズ８を共用した場合も可能である。先行する隣接層に焦点を結ぶスポット７５，８２のスポット径を（２ｄ×ＮＡＦ）にするための手段として、一つは、図に示すように、絞り８３を挿入して、絞り込みレンズ８についての実効的開口を小さくする。すなわち、有効径ａ′をλ／（２ｄ×ＮＡＦ²)×ａにすればよい。もちろん、３つの光軸に分けて、先行する２つの光学系の絞り込みレンズの開口数を小さくしても同様の効果が得られる。すなわち、ＮＡＦ′＝λ／（２ｄ×ＮＡＦ）とする。

これまでは、先行するスポットを図１４に示すスポット形状７５に限定したが、例えば、図１５に示すスポット形状７６、または、図１６に示す３個のスポット７７，７８，７９でも同様の効果が得られる。そのために、図１３の回路に積分回路５９，６０を挿入する。図１５において、先行スポットからの再生信号にスポットの強度分布であるガウシアン分布を例えば、三角分布に近似して得られる重み関数８０を掛けて積分を行うことで、実効的にスポット７５がマーク列７４を走査している場合の再生信号を得ることができる。図１６についても、２次元方向のスポット強度分布を考慮して重み関数８１を用いればよい。

ここで、演算回路で用いる重み設定回路６７において、βを求める方法を述べる。図１９に示すように、ディスクフォーマットとして、少なくても上下３層間でマーク記録領域８４が、同一光束に含まれないように配置することで、図１４に示すように、ｈ（ｋ−１）／ｈｋ，ｈ（ｋ＋１）／ｈをβ（−１），β(＋１)とすることで上下層についての、重みをそれぞれ求めることができる。

これまでの説明では、基本的に１つの層について、記録再生を行う場合について述べたが、複数スポットを用い、各々の層について焦点を合わせることで、２つ以上の層について同時に記録再生できる、すなわち、並列記録再生が可能となり、データの転送レートを高くすることができる。複数スポットを形成するための手段は、複数の光ヘッド２２を同一ディスク上に位置づけても良いし、複数の光源をひとつの光ヘッドに組み込んでも良い。また、異なる波長の光源を複数光源とすることで、波長による記録層の選択記録が可能であり、さらに、波長フィルタによる再生分離が可能である。
（７）ディスク構造実施例とディスク作成法
図１１に示すように、直径１３０mm，厚さ１.１mm のディスク状化学強化ガラス板の表面に、フォトポリメリゼーション法（２Ｐ法）によって、１.５μｍ ピッチのトラッキング用の案内溝と、一周を１７セクターに分割し各セクターの始まりで溝と溝の中間の山の部分に凹凸ピットの形で層のアドレス，トラックアドレスやセクターアドレスなどのプリピット（この部分をヘッダー部と呼ぶ）とを有する紫外線硬化樹脂層を形成したレプリカ基板を作製した。

上記レプリカ基板４０１上に膜厚の均一性，再現性のよいスパッタリング装置を用いて、窒化シリコンの反射防止層４０２を約５０ｎｍの厚さに形成した。次に、同一スパッタリング装置内でＩｎ₅₄Ｓｅ₄₃Ｔｌ₃ の組成の記録膜４０３を１０ｎｍの厚さに形成した。この上に、透明な型を用いて型の側から光を入射させる２Ｐ法によって、トラッキング用の案内溝と、層のアドレス，セクターアドレス，トラックアドレスなどのプリピットを有する紫外線硬化樹脂層４０４を、多層間の断熱効果を考慮して、３０μｍの厚さに形成した。

さらに続いて、上記スパッタリング装置内で窒化シリコンの反射防止層４０５を約５０ｎｍの厚さに形成した上にＩｎ₅₄Ｓｅ₄₃Ｔｌ₃ の組成の記録膜４０６を１０ｎｍの厚さに形成し、この上に２Ｐ法によって、トラッキング用の案内溝と層のアドレス，トラックアドレスやセクターアドレスなどのプリピットとを有する紫外線硬化樹脂層４０７を３０μｍの厚さに形成した。さらにこの上に、上記スパッタリング装置内で窒化シリコンの反射防止層４０８を約５０ｎｍの厚さに形成した上にＩｎ54Ｓｅ43Ｔｌ3 の組成の記録膜４０９を１０ｎｍの厚さに形成した。

同様にしてもう一枚の同様なレプリカ基板４０１′上に、窒化シリコン反射防止層４０２′，Ｉｎ₅₄Ｓｅ₄₃Ｔｌ₃記録膜４０３′，紫外線硬化樹脂層４０４′,窒化シリコン反射防止層４０５′，Ｉｎ₅₄Ｓｅ₄₃Ｔｌ₃ 記録膜４０６′，紫外線硬化樹脂層４０７′，窒化シリコン反射防止層４０８′，Ｉｎ₅₄Ｓｅ₄₃Ｔｌ₃ 記録膜４０９′、を順次形成した。このようにして得た２枚のディスクを層４０９及び４０９′側を内側にして接着剤層４１０によって貼り合わせを行った。接着剤層４１０の厚さは、５０μｍ程度である。このようにディスクを作成することで、１枚のディスクで、両面からそれぞれ記録再生が可能となる。

以上のディスク作成例では、プッシュップルトラッキング用の案内溝３９について説明したが、サンプルサーボ法に用いるウォーブルピット４０についても、上述のプリピットと同様の方法で作成できる。

作製したディスクはレーザ光照射によって記録膜構成原子の原子配列変化を生じさせることにより、光学定数を変化させ反射率の違いを利用して読み出しを行うものである。ここでの原子配列変化は結晶，非晶質間の相変化である。

上記ディスクにおいて記録膜製膜直後は記録膜構成元素がまだ十分に反応しておらず、また、非晶質状態である。本ディスクを追記型として用いる場合には、ここに記録用レーザ光を照射して結晶化記録を行うか、または、予めＡｒレーザ光照射またはフラッシュアニール等で記録膜を加熱し、各元素を十分反応，結晶化させた後、パワー密度の高い記録用レーザ光を照射して非晶質化記録を行う。ここで、結晶化記録するのに適当なレーザパワーの範囲は、結晶化が起こる温度より高く、非晶質化が起こる温度より低くなる範囲である。また、非晶質化記録するのに適当なレーザパワーの範囲は、結晶化する温度より高く、強い変形を生じたり穴があく温度よりも低い範囲である。また、本ディスクを書き換え可能型として用いるには、予めＡｒレーザ照射またはフラッシュアニール等で記録膜を加熱し、各元素を十分反応、結晶化させた後、結晶化するのに適当なレーザパワーと非晶質化するのに適当なレーザパワーとの間で変調した記録用レーザ光を照射してオーバーライトを行う。

上記ディスクを１８００ｒｐｍで回転させ、半導体レーザ光(波長７８０ｎｍ)を記録が行われないパワーレベル（１ｍＷ）に保って、記録ヘッド中のレンズ(ＮＡ＝０.５５）で集光して基板を通して一層の記録膜に照射し、反射光を検出することによって、トラッキング用の溝と溝の中間に光スポットの中心が常に一致するようにヘッドを駆動した。溝と溝の中間を記録トラックとすることによって溝から発生するノイズの影響を避けることができる。このようにトラッキングを行いながら、さらに記録膜上に焦点が来るように自動焦点合わせをして、記録・再生を行う。記録を行う部分を通り過ぎれば、レーザパワーを１ｍＷに下げてトラッキング及び自動焦点合わせを続けた。なお、記録中もトラッキング及び自動焦点合わせは継続される。この焦点合わせは上記ディスク中の記録膜４０３，記録膜４０６，４０９それぞれ独立に合わせることができる。

上記構成のディスクを線速度８ｍ／ｓ（回転数１８００ｒｐｍ，半径４２.５ mm）として、基板側から順に下層に向かって記録する場合を示す。まず、記録膜４０３に焦点を合わせ、記録周波数５.５ＭＨｚ で９０ｎｓの記録パルスを照射して記録した。この時の再生信号強度の記録パワー依存性を以下に示す。

記録パワー（ｍＷ） 再生信号強度（ｍＶ）
６ ３０
７ １００
８ １６０
９ ２１０
１０ ２５０
１１ ２８０
１２ ３００
１４ ３１０
記録膜４０３に記録した後にさらに記録膜４０６に焦点を合わせて記録した。この時の再生信号強度の記録パワー依存性を以下に示す。

記録パワー（ｍＷ） 再生信号強度（ｍＶ）
７ ２５
８ ９５
９ １５５
１０ ２０５
１１ ２４５
１２ ２７５
１３ ２９５
１５ ３０５
記録膜４０３および記録膜４０６に記録した後にさらに記録膜４０９に焦点を合わせて記録した。この時の再生信号強度の記録パワー依存性を以下に示す。

記録パワー（ｍＷ） 再生信号強度（ｍＶ）
８ ２０
９ ９０
１０ １５０
１１ ２００
１２ ２４０
１３ ２７０
１４ ２９０
１６ ３００
また、記録膜４０３に３ＭＨｚ、記録膜４０６に４ＭＨｚ、および記録膜４０９に５ＭＨｚの信号をそれぞれ記録した後、記録膜４０３，４０６および４０９に焦点を合わせて再生信号を読み出した結果を以下に示す。

再生信号は、スペクトルアナライザーを用い、測定条件として、分解周波数幅３０ｋＨｚとした各キャリア周波数におけるＣＮ比（ノイズ成分対キャリア成分比）の測定結果で示す。

３ＭＨｚ ４ＭＨｚ ５ＭＨｚ
記録膜４０３ ５５ｄＢ ２３ｄＢ ６ｄＢ
記録膜４０６ ２５ｄＢ ５３ｄＢ ２１ｄＢ
記録膜４０９ １０ｄＢ ２３ｄＢ ５１ｄＢ
上記の様に、各層について、ＣＮ比が５０ｄＢ以上、隣接記録膜からの層間クロストークが−２５ｄＢより小さく、信頼性の高い再生が可能な信号を得ることができた。

次に、記録膜４０３，４０６および、４０９としてＧｅ₁₄Ｓｂ₂₉Ｔｅ₅₇の組成の薄膜を２ｎｍの厚さに形成し、反射防止層４０２，４０５および、４０８としてＺｎＳの薄膜を５０ｎｍの厚さに形成し、その他の構成は上記ディスクと全く同じディスクを作製した。このディスクでは、記録した後の層の透過率が低下する特徴を持つ。そのため、基板側の層から記録していくことで、上記構成のディスクを線速度８ｍ／ｓ（回転数１８００ｒｐｍ，半径４２.５ mm）として、下層から、基板側の上層に順に記録する場合について示す。まず、記録膜４０９に焦点を合わせ、記録周波数５.５ＭＨｚ で９０ｎｓの記録パルスを照射して記録した。この時の再生信号強度の記録パワー依存性を以下に示す。

記録パワー（ｍＷ） 再生信号強度（ｍＶ）
７ １５
８ ８５
９ １４５
１０ １９５
１１ ２３５
１２ ２６５
１３ ２８５
１５ ２９５
記録膜４０９に記録した後にさらに記録膜４０６に焦点を合わせて記録した。この時の再生信号強度の記録パワー依存性を以下に示す。

記録パワー（ｍＷ） 再生信号強度（ｍＶ）
７.５ ２０
８.５ ９０
９.５ １５０
１０.５ ２００
１１.５ ２４０
１２.５ ２７０
１３.５ ２９０
１５.５ ３００
記録膜４０９および記録膜４０６に記録した後にさらに記録膜４０３に焦点を合わせて記録した。この時の再生信号強度の記録パワー依存性を以下に示す。

記録パワー（ｍＷ） 再生信号強度（ｍＶ）
８ ２５
９ ９５
１０ １５５
１１ ２０５
１２ ２４５
１３ ２７５
１４ ２９５
１６ ３０５
また、記録膜４０９に５ＭＨｚ、記録膜４０６に４ＭＨｚ、および記録膜４０３に３ＭＨｚの信号をそれぞれ記録した後、記録膜４０３，４０６および４０９に焦点を合わせて読み出した再生信号の各キャリア周波数におけるＣＮ比の測定結果を以下に示す。

３ＭＨｚ ４ＭＨｚ ５ＭＨｚ
記録膜４０３ ５４ｄＢ ２４ｄＢ ７ｄＢ
記録膜４０６ ２６ｄＢ ５２ｄＢ ２２ｄＢ
記録膜４０９ １１ｄＢ ２４ｄＢ ５０ｄＢ
上記の様に、各層について、ＣＮ比が５０ｄＢ以上、隣接記録膜からの層間クロストークが−２５ｄＢより小さく、信頼性の高い再生が可能な信号を得ることができた。

基板としては、上記実施例で用いた化学強化ガラス円板の他に、射出成形で作製したポリカーボネート，アクリル樹脂等のプラスチック円板を用いても同様な結果が得られた。

記録膜組成としては上記のＩｎ−Ｓｅ−Ｔｌ系の他に、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ系，Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ−Ｍ（Ｍは金属元素）系，Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ系，Ｉｎ−Ｓｂ−Ｓｅ系，Ｉｎ−Ｓｅ系，Ｉｎ−Ｓｅ−Ｍ（Ｍは金属元素）系，Ｇａ−Ｓｂ系，Ｓｎ−Ｓｂ−Ｓｅ系，Ｓｎ−Ｓｂ−Ｓｅ−Ｔｅ系等を用いても、同様な結果が得られる。

記録膜として、上記の結晶，非晶質間相変化を利用したものの他に結晶，結晶間相変化を利用したＩｎ−Ｓｂ系等を用いても、同様な結果が得られる。

図１１と同様な基板上に、記録膜として、直径２０ｎｍのＢｉ置換ガーネット（ＹＩＧ（Ｙ₃Ｂｉ₃Ｆｅ₁₀Ｏ₂₄））粒子を有機バインダーに分散させたものをスピンコートして作製した。直径２０ｎｍのＢｉ置換ガーネットは共沈法で作製し、その後６００から８００℃で熱処理して結晶化させた。有機バインダーは屈折率が２５のものを用いた。スピンコートした記録膜の膜厚は約１.５μｍ で、反射率，透過率，吸収率は、波長５３０ｎｍでそれぞれ、Ｒ＝８％，Ｔ＝１２％，Ｋ＝８０％であった。Ｂｉ置換ガーネットのバインダー中での体積比率が約６０％であるため、このときの反射光の偏光面の回転角は、約０.８ 度であった。紫外線硬化樹脂層を間に設けて多層に積み上げる方法，二枚のディスクを張り合わせる方法，記録再生方法は前述の実施例と同様にした。ただし、光源の波長はλ＝５３０ｎｍとする。

図１２に示す構成の情報記録媒体を用いて、記録再生実験を行った例について述べる。図１２（ａ）は情報記録媒体の断面図の一部分を示す図であり、図１２（ｂ）は記録層の部分の断面図を示す図である。

直径１３ｃｍ，厚さ１.２ｍｍのディスク状ガラス基板(４１１)上に、トラックピッチ１.５μｍ のレーザ光案内溝を厚さ５０μｍの紫外線硬化樹脂層(４１２)で形成した。次に、記録層(４１３)を真空蒸着法で積層した。記録層は図１０(ｂ)に示すように、厚さ８μｍのＳｂ₂Ｓｅ₃層(４１４)で厚さ３μｍのＢｉ層(415)をサンドイッチした構成とした。さらにその上に、レーザ光案内溝を設けた厚さ３０μｍの紫外線硬化樹脂層(４１２)と、記録層(４１３)の組を２層積層した。すなわち記録層を３層設けた。最上部には記録層を保護する目的で厚さ１００μｍの紫外線硬化樹脂層を設けた。記録層は基板に近い側から順に、第１記録層，第２記録層，第３記録層と呼ぶことにする。

ここでトラック溝はＵ字型とし、ランド部とグルーブ部の幅はそれぞれ０．７５μｍとした。記録はランド部またはグルーブ部のいずれに行っても良いが、ここでは、グルーブ部に記録を行った。

２.０ｍＷ のレーザ光を各記録層に焦点を合わせて照射し、反射率を測定したところ、記録前の第１記録層，第２記録層，第３記録層の反射率はそれぞれ、８.５％，５.８％，４.４％であった。記録は各記録層に６.０ｍＷ以上のレーザ光を照射することによって行った。第１記録層，第２記録層，第３記録層の記録レーザ光を照射した部分の反射率はそれぞれ、１８.５％，１３.０％，９.４％であった。

このように記録前後で記録層の反射率が変化する理由は、記録層の合金化によるものである。すなわち記録レーザ光の照射によって、Ｓｂ₂Ｓｅ₃とＢｉの３層からなる記録層の一部分が昇温されると、ＳｅとＢｉの拡散反応が生じ合金化する。この結果、記録層に光学定数の異なった領域、すなわち記録点が形成される。なお、本実施例で用いたＳｂ₂Ｓｅ₃とＢｉからなる記録層の場合には、合金化によって反射率と透過率の両方が増加し、吸収率が減少する。

ここでは行わなかったが、記録前に、ランド部に連続レーザ光を照射しておけば、ランド部が合金化し、記録層一層当たりの平均の光透過率が１０％上昇する。したがって、上で述べた記録前後の反射率がそれぞれ増加するので、トラッキング等を行う際都合が良い。また、ランド部とグルーブ部の両方に記録を行っても同様に、記録層一層当たりの平均の光透過率を上昇させることができる。記録層はＳｂ₂Ｓｅ₃とＢｉの組合せに限られるものではなく、昇温により合金を生じる組合せであれば良い。

本発明の記録再生方式の原理を示す図（第１の再生方式の原理図）。 本発明に適用する基本光学系構成図でａは平行光学系の例、ｂは拡散光学系の例。 本発明の記録方式の原理図で、ａは各層における光強度を示す図、ｂはｋ層に焦点を合わせた場合についての他の層でのスポット面密度を示す図、ｃはｋ層に焦点を合わせた場合についての他の層でのパワー密度を示す図。 本発明第２，３の再生方式の原理図。 本発明のディスクフォーマットの一例を示す図。 本発明の３次元記録再生装置の全体構成図。 本発明の記録制御方法を示すブロック図。 先行ビームによるＲＢＷ（Read Before Write)を示す図。 本発明の記録制御方法を説明する図。 ３層膜構造の一例と記録特性を示す図、ａは３層膜構造の一例、ｂは記録特性。 本発明の実施例に用いた相変化型の情報記録用媒体の構造を示す断面図。 本発明に用いた第３の情報記録用媒体の部分断面図。 本発明の再生制御方法を示すブロック図。 本発明の再生制御方法を説明する図。 本発明の再生制御方法を説明する図。 本発明の再生制御方法を説明する図。 本発明の再生制御方法を実現するための光学系の一例、ａは光学系の原理図、ｂは実際の光学系。 本発明の再生制御方法を実現するための光学系の一例。 演算係数γ（≡β）チェック領域及び原理図。 本発明の第３の再生方法を実現するディスク構造。 ２次元記録再生方式を適用した例。 ２次元記録再生方式を適用した例。 本発明における層アクセスを説明するブロック図。 各層における焦点ずれ検出を示す図。 本発明における層アクセスを説明するブロック図。 記録された層における焦点ずれ検出を示す図、ａは記録された層における焦点ずれ信号、ｂは本発明の焦点ずれ検出を示す図。 本発明の隣接層間の反射光の干渉を低減する方法の説明図。

符号の説明

１…記録層、２…中間層、３…基板、４…ディスク、５…半導体レーザ、８…絞り込みレンズ、９…像レンズ、１０…光検出器、１１…光スポット、１２…焦平面、１３…目標層についての無収差時光学的特性関数、１４…隣接層についての光学的特性関数、１５…焦点ずれが増加した場合の特性関数の変化する方向、１６…ＡＧＣの周波数特性、２０…記録条件設定回路、２３，２４…再生信号、２５…再瀬制御回路、２６…ＡＧＣ回路、３５…ＡＦ誤差信号、３６…総光量、３９…案内溝、４０…ウォーブルピット、４１…アドレス認識、４２…ｋ層までの透過率、４３…マーク、４４，４５…ＲＯＭ、４６…Ｄ／Ａ変換器、４７…理想の記録状態のマーク、４９…先行スポット、５１…記録用スポット、５２…演算器、５３…ゲインコントロールを行わない場合の記録状態、５４，５５…光検出器、５６，５７…ビームスプリッタ、５９，６０…積分回路、６１，６２…遅廷回路、６３，６４，６８…再生信号、６７…重み設定回路、６９…ｋ層面に焦点づけられたスポット、７１…ｋ層面のマーク配列、７２，７３…再生信号、７４…マーク列、７５，７６，７７，７８，７９，８２…隣接層に焦点を結んだスポット、８０，８１…重み関数、８３…絞り、８４…マーク記録領域、８６…２−７変調方式を用いた場合の変調信号のパワースペクトル、８７…ＥＦＭ変調方式を用いた場合の変調信号のパワースペクトル、８８…スペクトルの折れ点、９１…ＡＦアクチュエータ移動信号発生回路、９２…引込み点判定回路、９５…レイヤー番号検出回路、１００…スイッチ、１０１…クロスレイヤー信号検出回路、１０３…スライスレベル、１０５…ゼロクロス点、１０９…アップパルス、１１０…ダウンパルス、１１１，１１２…光検出器、１１３，１１４…前後光検出器面での光スポット、１１５，１１６…前置増幅器、１１７，１１８…サンプルホールド回路、１１９，１２０，１２１，１２２…受光面、１２３…記録された層付近でのＡＦ誤差信号、１２４…記録された層付近での総光量、４０１，４０1′…レプリカ基板、４０２，４０２′，４０５，４０５′，４０８，４０８′…反射防止層、４０３，４０３′，４０６，４０６′，４０９，４０９′…記録膜、４０４，４０４′，４０７，４０７′…紫外線硬化樹脂層、４１０…接着剤層、４１１…ガラス基板、４１２…紫外線硬化樹脂層、４１３…記録層、４１４…Ｓｂ₂Ｓｅ₃層、４１５…Ｂｉ層。

Claims (1)

1. 複数の記録層を積層した媒体の記録層に光スポットを照射することにより情報を記録する情報記録装置において、
   前記媒体のｋ番目の記録層に情報を記録するための記録パワーの初期値及び前記媒体のｋ番目の記録層までの透過率の初期値を設定する手段、
   前記複数の記録層に関する層データの管理層のデータ状態から、前記媒体のｋ番目の記録層までの透過率を算出する手段、
   前記媒体のｋ番目の記録層までの透過率の初期値と前記算出結果とから、前記媒体のｋ番目の記録層に情報を記録するために必要な記録パワーの補正量を決定する手段、及び
   前記記録パワーの初期値と前記記録パワーの補正量とから、前記媒体のｋ番目の記録層に情報を記録する際に用いる記録パワーＰを設定する手段
   とを有し、
   前記記録パワーＰを、
   ｋ層で記録できるために必要な最小の記録パワーとして
   Ｐｍｉｎ≧Ｉｋｔｈ×Ｓｋ／δｋ
   ｋ層に記録を行う場合、ｊ層を記録破壊しないための記録パワーの上限として
   Ｐｍａｘ＝Ｉｊｔｈ×Ｓｊｋ／δｊ
   を満足する値として、前記記録パワーＰの光を前記媒体の記録層に照射することで情報を記録することを特徴とする情報記録装置。
   Ｉｋｔｈ：ｋ番目の記録層においてエネルギー構造変化が生じるための光強度密度閾値
   Ｓｋ：ｋ番目の記録層に焦点を合わせたときの１／e²スポット面積
   δｋ：前記媒体の光入射面とｋ番目の記録層の間の透過率
   Ｉｊｔｈ：ｊ番目の記録層においてエネルギー構造変化が生じるための光強度密度閾値
   Ｓｊｋ：ｋ番目の記録層に焦点を合わせたときのｊ番目の記録層での光スポット面積
   δｊ：前記媒体の光入射面とｊ番目の記録層の間の透過率

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