JP4313719B2 - 光学ヘッド、および光学ヘッドを備えた情報記録再生装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の情報記録層を有する光ディスク等の光学式情報記録媒体に光学的にデータの書き込みおよび／または読み出しを行う光学ヘッドおよびそのような光学ヘッドを備えた情報記録再生装置に関する。

光学的にデータが書き込まれ、読み出される光学式情報記録媒体として、例えば光ディスクが知られている。光ディスクを利用したデータの書き込みおよび読み出しには、光学ヘッドを備えた光ディスク装置が利用される。すなわち、光ディスクへのデータの書き込みおよび読み出しに際し、光ディスク装置は光学ヘッドを用いて一定の光量の光を光ディスクに照射し、光ディスクからの反射光を検出している。このとき、光ディスク装置は、光ディスクに垂直な方向に関する光の焦点位置の制御（フォーカス制御）、および、光ディスクの半径方向に関する光ビームの焦点位置の制御（トラッキング制御）を行う。フォーカス制御は、光の焦点を情報記録層上に位置させるために必要とされ、トラッキング制御は、光ビームの焦点を常に情報記録層のトラック上に位置させるために必要とされる。

近年、記録容量を増加させるために複数の情報記録層を設けた光ディスク、そのような光ディスクに対してデータを書き込みおよび／または読み出すための光学ヘッド、および、その光学ヘッドを実装した光ディスク装置が文献等で報告されている。光ディスクが複数の情報記録層を有する場合には、光ディスク装置は、光の焦点が存在している情報記録層が、データの書き込みおよび／または読み出しの対象となる層であるか否かを判別する必要がある。

例えば特許文献１に記載された光ディスク装置は、２つの情報記録層を有する光ディスクに対して、メインビームとその両サイドの２つのサブビームを用いる３ビーム方式によってトラッキング制御を実現し、さらに、このうちのサブビームを使って、焦点がいずれの情報記録層上に位置するかを判別している。以下、この光ディスク装置において行われている判別動作を説明する。

まず、図１４（ａ）は、情報記録層Ｌ０およびＬ１を有する光ディスク１０５において、光１１１の焦点が情報記録層Ｌ０上に存在する状態を示す。光ディスク装置の光学ヘッド（図示せず）内の光源から出力された光１１１は、対物レンズ１１０を通過して光ディスク１０５に入射する。図１４（ａ）では、光１１１の入射側から順に情報記録層Ｌ１およびＬ０と呼ぶ（以下、それぞれ「Ｌ１層」および「Ｌ０層」と記述する）。そして、Ｌ０層において反射した光１１１は入射経路を逆にたどり、再び対物レンズ１１０に入射して光学ヘッドの受光部において検出される。

図１４（ｂ）は、光学ヘッドの受光部１１２と、受光部１１２において受光されたＬ０層からの反射光を示す。光ディスク装置は３ビーム方式を採用するため、この時点において、反射した光１１１はメインビームおよび２つのサブビームに分離されている。

受光部１１２は、メインビームを受光する４分割受光素子１１２ａと、トラッキングエラー信号検出のためのサブビームを受光する受光素子１１２ｂおよび１１２ｃと、層判別のためにサブビームを受光する受光素子１１２ｄおよび１１２ｅとを有する。図１４（ａ）の例では光１１１はＬ０層に集光されているため、Ｌ０層からの反射光（Ｌ０層メインビームおよびＬ０層サブビーム）は、受光素子１１２ａ、１１２ｂおよび１１２ｃの内部に入射する。一方、Ｌ１層からの反射光（Ｌ１層メインビームおよびＬ１層サブビーム）は、大きさが広がってサブビームの間隔が離れる。図１４（ｂ）には、受光されたＬ１層メインビームおよびＬ１層サブビームの形状を破線によって示す。Ｌ１層メインビームおよび２つのＬ１層サブビームは、いずれも、受光素子１１２ａ、１１２ｂおよび１１２ｃからはみ出しており、それぞれに収まる収束状態ではない。ここで、受光素子１１２ｄおよび１１２ｅに注目すると、はみ出したＬ１層からの反射光は、受光素子１１２ｄよりも１１２ｅにより多く受光されていることが理解される。

一方、図１５（ａ）は、情報記録層Ｌ０およびＬ１を有する光ディスク１０５において、対物レンズ１１０を通過した光１１１の焦点が情報記録層Ｌ１上に存在する状態を示す。このときの光ディスク１０５からの反射光は図１５（ｂ）に示す状態で受光される。図１５（ｂ）は、光学ヘッドの受光部１１２と、受光部１１２において受光されたＬ１層からの反射光を示す。図１５（ｂ）に示す受光部１１２の構成は、図１４（ｂ）と同じである。図１５（ａ）の例では光１１１はＬ１層に集光されているため、Ｌ１層からの反射光（Ｌ１層メインビームおよびＬ１層サブビーム）は、受光素子１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃの内部に入射する。一方、Ｌ０層からの反射光（破線で示すＬ０層メインビームおよびＬ０層サブビーム）は、大きさが広がってサブビームの間隔が狭まり、受光素子１１２ａ、１１２ｂおよび１１２ｃからはみ出す。その結果、はみ出したＬ０層からの反射光は、受光素子１１２ｅよりも１１２ｄにおいて、より多く受光される。

以上から、受光素子１１２ｄと１１２ｅの受光量とを比較すれば、焦点が位置する情報記録層がＬ０層かＬ１層かを判別できる。具体的には、受光素子１１２ｄの受光量が多ければ焦点はＬ１層上に存在し、受光素子１１２ｅの受光量が多ければ焦点はＬ０層上に存在していると判別できる。
特開平９−２５９４５６号公報（５−８頁、図６及び図７）

しかしながら、上述した層判別方法は３ビーム方式によるサブビームの利用を前提としているため、サブビームを有さない１ビーム方式を採用する光学ヘッドまたはそのような光学ヘッドを有する情報記録再生装置には適用できない。３ビーム方式は１ビーム方式よりも構成においておよび処理において複雑であるため、より簡易な構成の１ビーム方式に基づく判別処理が必要とされている。

本発明の目的は、１ビーム方式を採用する光学ヘッドおよびそのような光学ヘッドを実装する情報記録再生装置において、複数の情報記録層のうちのいずれの近傍に、光の焦点が存在するかを判別することである。

本発明による装置は、表面側から深さ方向に第１情報記録層および第２情報記録層を有する光学式情報記録媒体に対して、前記表面側から光を放射し、データの書き込みおよび／または読み出しを行う。前記装置は、前記光を放射する光源と、前記光源からの光を集光して焦点を形成するレンズと、受光素子において光を受けて、受光量に応じた光量信号を生成する受光部であって、前記焦点が前記第１情報記録層上に位置するときには前記第２情報記録層からの反射光を受光しないように調整され、前記焦点が前記第２情報記録層上に位置するときには前記第１情報記録層からの反射光を受光するように調整された判別用受光素子を有する受光部と、前記判別用受光素子の受光量に応じた光量信号に基づいて、前記焦点が、装填された前記光学式情報記録媒体の前記第１情報記録層および前記第２情報記録層のいずれの上または近傍に位置するかを判別する判別部とを備えている。

前記装置は、受けた光を偏向させる回折領域を有する回折部をさらに備え、前記回折領域は、前記焦点が前記第２情報記録層上に位置するときの前記第１情報記録層からの反射光を前記判別用受光素子に向けて偏向させてもよい。

前記装置は、フォーカスエラー信号を生成する信号生成部をさらに備えている。前記回折部は、前記焦点が前記第１情報記録層上に位置するときには、前記第１情報記録層から受けた反射光を透過させる透過領域をさらに有し、前記受光部は、複数の部分領域を有し、かつ、前記透過領域を透過した光を前記複数の部分領域において受光する処理用受光素子をさらに有し、前記信号生成部は、前記複数の部分領域の受光量に応じた光量信号に基づいて前記フォーカスエラー信号を生成し、前記判別部は、さらに前記フォーカスエラー信号に基づいて、前記焦点の位置を判別してもよい。

前記装置は、受けた光を偏向させる回折領域を有する回折部をさらに備えている。前記受光部は、前記焦点が前記第１情報記録層上に位置するときに前記第２情報記録層からの反射光が収束する位置と、前記焦点が前記第２情報記録層上に位置するときに前記第１情報記録層からの反射光が収束する位置との間に配置されており、前記回折領域は、前記焦点が前記第２情報記録層上に位置するときには、前記第１情報記録層からの反射光の一部を偏向させて前記判別用受光素子に入射させ、前記焦点が前記第１情報記録層上に位置するときには、前記第２情報記録層からの反射光の一部を偏向させて、前記判別用受光素子と異なる前記受光部内の領域に入射させ、前記判別部は、前記光量信号に基づいて、前記焦点の位置に対する前記第１情報記録層および前記第２情報記録層の位置を判別してもよい。

前記光学式情報記録媒体は、表面側から深さ方向に、前記第２情報記録層よりも深い位置に第３情報記録層をさらに備えている。前記判別用受光素子は、前記焦点が前記第３情報記録層上に位置するときにおいて、前記第１情報記録層からの反射光を受光するよう調整された判別用第１受光素子と、前記第２情報記録層からの反射光を受光するよう調整された判別用第２受光素子とから構成され、前記判別部は、前記判別用第１受光素子および第２受光素子からの各光量信号に基づいて、前記焦点が、装填された前記光学式情報記録媒体の前記第３情報記録層に位置するか否かを判別してもよい。

前記装置は、受けた光を偏向させる回折領域を有する回折部をさらに備えている。前記回折領域は、前記焦点が前記第３情報記録層上に位置するとき、前記第１情報記録層からの反射光を前記判別用第１受光素子に向けて偏向させるとともに、前記第２情報記録層からの反射光を前記判別用第２受光素子に向けて偏向させ、前記焦点が前記第２情報記録層上に位置するとき、前記第１情報記録層からの反射光を前記判別用第１受光素子に向けて偏向させ、前記第２情報記録層からの反射光および前記第３情報記録層からの反射光を前記判別用第２受光素子には偏向させず、前記判別部は、前記判別用第１受光素子および第２受光素子からの各光量信号に基づいて、前記焦点が、装填された前記光学式情報記録媒体のいずれの情報記録層上に位置するかを判別してもよい。

前記装置は、フォーカスエラー信号を生成する信号生成部をさらに備えている。前記回折部は、前記焦点が前記第１情報記録層上に位置するときには前記第１情報記録層から受けた反射光を透過させ、前記焦点が前記第２情報記録層上に位置するときには前記第２情報記録層から受けた反射光を透過させ、前記焦点が前記第３情報記録層上に位置するときには前記第３情報記録層から受けた反射光を透過させる透過領域をさらに有し、前記受光部は、前記透過領域を透過した光を複数の部分領域において受光する処理用受光素子をさらに有し、前記信号生成部は、前記複数の部分領域の受光量に応じた光量信号光量信号に基づいて前記フォーカスエラー信号を生成し、前記判別部は、さらに前記フォーカスエラー信号に基づいて、前記焦点の位置を判別してもよい。

前記装置は、前記処理用受光素子からの光量信号に基づいて、前記光学式情報記録媒体に記録されていたデータを取得する再生処理部をさらに備えていてもよい。

前記光学式情報記録媒体は、Ｎ（Ｎ：４以上の整数）層の情報記録層を有しており、前記第１情報記録層は前記表面側から深さ方向に（Ｎ−１）層のうちの任意の１層であり、前記第２情報記録層は前記表面側からみて前記第１情報記録層よりも深い位置に存在する情報記録層であってもよい。

本発明による光学ヘッドは、表面側から深さ方向に第１情報記録層および第２情報記録層を有する光学式情報記録媒体に対して、前記表面側から光を放射してデータの書き込みおよび／または読み出しを行うために用いられる。光学ヘッドは、前記光を放射する光源と、前記光源からの光を集光して焦点を形成するレンズと、受光素子において光を受けて、受光量に応じた光量信号を生成する受光部であって、前記焦点が前記第１情報記録層上に位置するときには前記第２情報記録層からの反射光を受光しないように調整され、前記焦点が前記第２情報記録層上に位置するときには前記第１情報記録層からの反射光を受光するように調整された判別用受光素子を有する受光部と、前記判別用受光素子からの光量信号に基づいて、前記焦点が、装填された前記光学式情報記録媒体の前記第１情報記録層および前記第２情報記録層のいずれに位置するかを判別する判別部とを備えている。

本発明による制御回路は、表面側から深さ方向に第１情報記録層および第２情報記録層を有する光学式情報記録媒体に対して、前記表面側から光を放射し、データの書き込みおよび／または読み出しを行う装置に実装される。前記装置は、前記光を放射する光源と、前記光源からの光を集光して焦点を形成するレンズと、受光素子において光を受けて、受光量に応じた光量信号を生成する受光部であって、前記焦点が前記第１情報記録層上に位置するときには前記第２情報記録層からの反射光を受光しないように調整され、前記焦点が前記第２情報記録層上に位置するときには前記第１情報記録層からの反射光を受光するように調整された判別用受光素子を有する受光部とを有している。本発明の制御回路は、前記判別用受光素子からの光量信号を受け取り、前記光量信号のレベルに基づいて、前記焦点が、装填された前記光学式情報記録媒体の前記第１情報記録層および前記第２情報記録層のいずれの層上または近傍に位置するかを判別する。

本発明による光学ヘッドは、焦点が第１情報記録層上に位置するときには第２情報記録層からの反射光を受光しないように調整され、焦点が第２情報記録層上に位置するときには第１情報記録層からの反射光を受光するように調整された判別用受光素子を有する受光部を有している。そして光学ヘッドの制御回路等によって実現される判別部は、判別用受光素子の受光量に応じた光量信号に基づいて、焦点が、装填された光ディスクの第１情報記録層および第２情報記録層のいずれの上またはその近傍に位置するかを判別する。この処理では、判別用受光素子の受光量に応じた反射光の光量信号を得るだけでよいので、非常に高速に焦点の位置する層を特定することができる。また、光学ヘッドでは３ビーム方式のサブビームを用いる必要はなく、１ビーム方式によって構成することができる。よって簡易な構造によって光学ヘッドを構成することができる。

さらに、本発明による光学ヘッドを光ディスク装置に組み込んで層判別を行う場合も同様に、判別用受光素子の受光量に応じた反射光の光量信号を得るだけでよいので、非常に高速に焦点の位置する層を特定することができる。よって、フォーカスサーボ制御を動作させる前に層判別を行うことにより、光ディスク装置の起動からデータアクセス開始までの時間を短縮することができる。また、異なる層へのデータの書き込み動作および／または読み出し動作の前に層判別を行うことにより、動作の対象となる層を迅速かつ確実に切り替えることができる。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。本明細書では、光学的にデータが書き込まれ、読み出される光学式情報記録媒体として光ディスクを採用した実施形態を説明する。以下、本発明の実施形態である光学ヘッドおよび光学ヘッドを含む光ディスク装置を説明する。

図１は、本実施形態による光ディスク装置１００の機能ブロックの構成を示す。光ディスク装置１００は、光学ヘッド２０と、再生処理部２１と、制御信号生成部２２と、駆動回路２３とを備えている。光ディスク装置１００は、光ディスク装置１００に装填された光ディスク５に対して、光学ヘッド２０等を用いてデータの書き込みおよび／または読み出しを行うことができる。光ディスク５は、例えばＤＶＤやＢｌｕ−ｒａｙ ｄｉｓｃ（ＢＤ）である。光ディスク５は、後述のように複数の情報記録層を有し、その各々に対して情報を構成するデータが記録される。なお、光ディスク５は光ディスク装置１００の構成要素の一部ではないが、図１には説明の便宜のため記載している。

光学ヘッド２０は、光ディスク５に対して光ビームを照射し、その反射光を受け取る光学系であり、光ディスク５に対してデータの書き込みおよび／または読み出しを行う。さらに、光学ヘッド２０はフォーカスエラー信号（ＦＥ信号）、再生信号、等を生成する信号処理回路９０を備えている。光学ヘッド２０の構成は後に詳述する。

制御信号生成部２２は、例えば、光学ヘッド２０から出力されたＦＥ信号に基づいて、光ビームの焦点と光ディスク５とに垂直な方向との位置関係を制御するための制御信号を生成する。このとき制御信号生成部２２は、光学ヘッド２０から現在の光の焦点の位置を示す信号を受け取り、その信号に基づいて、データの書き込みおよび／または読み出しを行う情報記録層まで光の焦点を移動させるための駆動信号を生成する。

制御信号生成部２２から出力された制御信号は駆動回路２３に与えられる。駆動回路２３は、受け取った制御信号に基づいて駆動信号を生成し、フォーカスアクチュエータ（図示せず）に印加する。フォーカスアクチュエータは、後述する対物レンズ４または光学ヘッド２０全体を光ディスク５に垂直な方向に移動させることによって、光ビームの焦点と光ディスク５に垂直な方向との位置関係を変化させる。再生処理部２１は、フォーカス制御、トラッキング制御等のサーボ制御が安定して行われているとき、光ディスク５からの反射光に対して所定の再生処理を行い、データを再生する。

ここで、光学ヘッド２０の構成をより詳しく説明する。光学ヘッド２０は、光源１と、ビームスプリッタ２と、コリメートレンズ３と、対物レンズ４と、回折素子６と、検出レンズ７と、受光部８と、信号処理回路９０とを有する。

光源１は、例えば、波長が４０５ｎｍの青紫レーザ光を放射する。ビームスプリッタ２は、光の一部を透過し、その残りを反射する。コリメートレンズ３は、光源１からの光を平行光束に変換する。対物レンズ４は、光源１から放射された光ビームを集束させ、所定の距離の位置に焦点を形成する。回折素子６は、光ディスク５からの反射光束を受け取って、所定のパターン（回折格子）が設けられた回折領域、またはパターンが設けられていない非回折領域（透過領域）によってその一部を偏向させ、または透過する。検出レンズ７は、いわゆる非点収差方式のフォーカス検出を実現するために、通過する光束に非点収差を付加する。受光部８は複数の受光素子を有しており、その受光素子の各々は受光した光の光量に応じた大きさの光量信号を生成する。

信号処理回路９０は、ＦＥ信号生成部９と層判別部１０とを有する。ＦＥ信号生成部９は、受光部８の所定の受光素子から出力される光量信号に基づいて、光の焦点と光ディスク５との垂直方向に関する誤差を示す誤差信号、すなわちフォーカスエラー信号（以下、「ＦＥ信号」と記述する）を生成する。層判別部１０は、受光部８の受光素子からの光量信号に基づいて、光の焦点が、装填された光ディスク５の複数存在する情報記録層のうち、どの情報記録層上またはその近傍に存在するかを判別する。なお、本明細書では、信号処理回路９０が光学ヘッド２０内に設けられているとして説明するが、光学ヘッド２０内に設けずに、例えば再生処理部２１、制御信号生成部２２等とともに１つの制御回路として構成されてもよい。このような制御回路は、いわゆる光ディスクコントローラとして実現されうる。

次に、この光学ヘッド２０において行われる処理を光の進行経路にそって説明する。光源１から放射された光は、ビームスプリッタ２を透過し、コリメートレンズ３で平行光束へと変換されて対物レンズ４に入射し、対物レンズ４により光ディスク５の情報記録層に集光される。光ディスク５で反射された光は、再び対物レンズ４、コリメートレンズ３を経て、ビームスプリッタ２に入射する。ビームスプリッタ２で反射された光は回折素子６に入射する。

回折格子６に入射した反射光は、入射する位置に応じて回折（偏向）されるか否かが定められる。いま、光ディスク５が２つの情報記録層を有すると仮定すると、光の焦点が浅い位置の情報記録層上に位置するときには、回折素子６は、より深い位置の情報記録層からの反射光を偏向しないように調整されている。一方、焦点がより深い位置の情報記録層上に位置するときには、回折素子６は、浅い位置の情報記録層からの反射光を偏向するように調整されている。なお、本明細書では、「浅い」および「深い」という語は、光の入射面側からみて光ディスク５に垂直な方向に関する深さに対して用いられる。光ディスク５に垂直な方向は、深さ方向とも呼ばれる。

回折素子６により偏向された一部の光が、受光部８に設けた受光素子に導かれると、各受光素子は受光量に応じた光量信号を生成する。具体的には、受光部８は、回折素子６で回折された光束を受光するための受光素子を有する。また、受光部８は、回折素子６で回折されなかった光束を受光するための受光素子を有する。この受光素子からの光量信号は、情報記録層に記録された再生対象のデータを示す信号や、ＦＥ信号の生成に利用される。

受光部８の受光素子から出力される光量信号のうちＦＥ信号の生成に使われる信号は、ＦＥ信号生成部９に出力される。ＦＥ信号生成部９は受光部８からの信号に基づいてＦＥ信号を生成し、層判別部１０へ出力する。層判別部１０は、回折素子６で回折された光束を受光する受光素子からはその光量信号を受け取り、また、ＦＥ信号生成部９からはＦＥ信号を受け取り、それらに基づいて、焦点が現在どの情報記録層上またはその近傍に存在するかを判別する。「近傍」までも判別できる理由は後述する。判別の結果、層判別部１０は、現在の光の焦点の位置を示す信号を出力する。

次に図２（ａ）および２（ｂ）、図３〜図５を参照しながら、本実施形態による層判別処理を説明する。以下の説明では、光ディスク５に設けられた２つの情報記録層を、それぞれＬ０層およびＬ１層と称する。Ｌ０層はＬ１層よりも深い位置に存在する情報記録層である。例えば、ＢＤであれば、Ｌ１層は光が放射される表面側から深さ７５μｍの位置に設けられ、Ｌ０層はＬ１層からさらに２５μｍ深い位置に設けられている。

図２（ａ）は、Ｌ０層に焦点が存在するときの、光学ヘッド２０内を通過する光ディスク５への入射光および光ディスク５からの反射光を示す。以下では反射光に注目する。まず実線で記すＬ０層からの反射光は、対物レンズ４を通過すると平行光束となってコリメートレンズ３に入射して収束光束に変換される。その後、ビームスプリッタ２において反射され、回折素子６に入射する。

回折素子６にはＬ０層からの反射光を回折させることなくそのまま透過させるパターンが形成されている。図３は、回折素子６の回折パターンと入射光の位置との関係を示す。回折素子６は、回折格子形成領域６ａと、回折格子非形成領域６ｂとを含んでいる。ハッチングを付して示す回折格子形成領域６ａ（以下「回折領域６ａ」と記述する）は、受けた光の一部を所定の方向に偏向させ、一部をそのまま透過させる。なお、受けた光の一部を回折領域６ａにおいて上述した偏向方向とは逆に回折することもある。一方、回折格子非形成領域６ｂ（以下「透過領域６ｂ」と記述する）は、受けた光を回折することなくそのまま透過させる。

図３において実線で示す円１１は、回折素子６の透過領域６ｂに入射する、Ｌ０層からの反射光の外形を示している。光ディスク装置１００では、Ｌ０層からの反射光１１が透過領域６ｂに入射するように調整されている。その結果、Ｌ０層からの反射光は、そのまま受光部８の受光素子に入射する。

再び図２（ａ）を参照する。破線で記すＬ１層からの反射光は、対物レンズ４を通過すると発散光束となってコリメートレンズ３に入射する。よってこの反射光は、Ｌ０層からの反射光（実線）よりは焦点位置が遠い光束となって、ビームスプリッタ２を経て回折素子６に入射する。これは、Ｌ１層からの反射光の径はＬ０層からの反射光の径よりも大きいことを意味する。よって、Ｌ１層からの反射光は、回折素子６の透過領域６ｂのみならず、回折領域６ａにも入射する。図３には、回折領域６ａにも入射するＬ１層からの反射光の外形１２を破線で示している。換言すれば、光ディスク装置１００では、Ｌ１層からの反射光１２が回折領域６ａに入射するように調整されている。回折領域６ａに入射した光の一部は、偏向されて受光部８の受光素子に入射する。

図４は、受光部８の詳細な構成を示す。受光部８は、４分割受光素子８ａおよび判別用受光素子８ｂを有する。４分割受光素子８ａは、４つの受光素子の集合である。各素子は透過領域６ｂを透過した光を受け、その光量に応じた光量信号を出力する。各光量信号に基づいて、ＦＥ信号生成部９においてＦＥ信号が生成される。例えば、ＦＥ信号は、対角に配置された受光素子の光量信号の和をそれぞれ計算し、和信号の差を計算することによって得ることができる。一方、判別用受光素子８ｂは、回折領域６ａにおいて回折された光を受け、その光量に応じた光量信号を出力する。この光量信号に基づいて、層判別部１０において判別信号が生成される。例えば、判別信号は、判別用受光素子８ｂからの光量信号をそのまま用いて、または、その光量信号を所定の増幅率で増幅して判別信号を得ることができる。

図４には、Ｌ０層上に焦点が位置しているときの、Ｌ０層からの反射光およびＬ１層からの反射光が示されている。まず、Ｌ０層からの反射光は、透過領域６ｂを透過してその全てが４分割受光素子８ａ内に入射している。このとき、４分割受光素子８ａからの光量信号に基づいて、ＦＥ信号を生成し、さらにトラッキングエラー信号等を生成することができる。

一方、Ｌ１層からの反射光のうち、回折領域６ａにおいて回折された光１２ａは判別用受光素子８ｂに入射する。よって、判別用受光素子８ｂからは所定のレベルの光量信号が出力され判別信号が得られる。これはすなわち、判別信号が所定のレベル以上のときは、焦点がＬ０層上またはその近傍に存在していることを表している。焦点がＬ０層上に存在するときに、Ｌ１層からの反射光が判別用受光素子８ｂに入射しているからである。本明細書では、層判別信号は焦点がどの情報記録層の上または近傍に存在するかを判別するために用いられる。なお、判別信号の波形等は、図５（ａ）および５（ｂ）を参照しながら後述する。

一方、Ｌ１層からの反射光のうち、回折領域６ａにおいて回折されなかった光および透過領域６ｂを通過した光、すなわち、結果として回折されていない光１２ｂは、４分割受光素子８ａを含む広い領域に亘って受光部８に入射する。４分割受光素子８ａの各受光素子は、この回折されていない光１２ｂとＬ０層反射光とを同時に検出することになるが、Ｌ０層反射光の光量の方が十分多く、かつ、光１２ｂは４分割受光素子８ａの各受光素子の全体にわたって一様に入射しているため、Ｌ１層からの反射光１２ｂの影響はＦＥ信号の生成等において無視できる。

次に、図２（ｂ）を参照する。図２（ｂ）は、Ｌ１層に焦点が存在するときの、光学ヘッド２０内を通過する光ディスク５への入射光および光ディスク５からの反射光を示す。ここでも反射光に注目する。まず実線で記すＬ１層からの反射光は、図２（ａ）に示すＬ０層からの反射光と同様に振舞って、図３における外形１１を有しながら透過領域６ｂを透過し、受光部８の４分割受光素子８ａに入射する。

一方、破線で記すＬ０層からの反射光は、対物レンズ４を通過すると収束光束となってコリメートレンズ３に入射する。よってこの反射光は、Ｌ１層からの反射光（実線）よりも焦点位置が近い光束となって、ビームスプリッタ２を経て回折素子６に入射する。これは、Ｌ０層からの反射光の径はＬ１層からの反射光の径よりも小さいことを意味する。例えば、図３においてＬ１層からの反射光を外形１１として表したとき、Ｌ０層からの反射光はそれよりも内側を通る。

以上をまとめると、Ｌ１層に焦点が存在するときには、Ｌ０層からの反射光およびＬ１層からの反射光のいずれもが回折素子６の透過領域６ｂにのみ入射する。その結果、判別用受光素子８ｂには入射しないため、判別用受光素子８ｂからの光量信号のレベルはほぼ０になる。これはすなわち、判別信号が所定のレベル以下のときは、焦点がＬ１層上に存在していることを表している。焦点がＬ１層上に存在するときには、判別用受光素子８ｂに入射する反射光は存在しないからである。

図５（ａ）は層判別信号の波形を示し、図５（ｂ）はＦＥ信号の波形を示す。横軸は焦点の位置を表し、縦軸は信号レベルを表している。各波形は、光の焦点位置をＬ０層よりも深い位置からＬ１層よりも浅い位置まで移動させたときに得られるため、横軸は焦点の移動量にも対応する。

層判別信号の波形は、焦点がＬ０層近傍に存在するときにピークを持つ。このような波形になる理由は、焦点がＬ０層近傍に存在するときに、回折領域６ａに入射したＬ１層からの反射光が判別用受光素子８ｂに集光されるように構成しているからである。より詳しく言えば、焦点がＬ０層から離れると、判別用受光素子８ｂに入射する光束は広がりが大きくなると共に、その入射位置も次第に変位して検出される層判別信号量が急激に低下するからである。

本実施形態では、層判別信号に対して所定の閾値レベル（スレッショルドレベル）を設定し、層判別部１０は、そのレベル以上の期間にＦＥ信号を検出するように動作する。すなわち、スレッショルドレベル以上の期間だけ適用されるＦＥ信号の検出窓を設ける。これにより、層判別信号のレベルがスレッショルドレベル以上の期間中に、検出窓においてＦＥ信号が検出されるか否かに基づいて、光の焦点が通過している層がＬ０層かＬ１層かを判別することができる。ＦＥ信号が検出されている間は、光の焦点は現在Ｌ０層上またはその近傍に位置しているといえる。なお、光の焦点が、ＦＥ信号に基づくその層へフォーカス制御が可能である範囲内に位置するとき、光の焦点が層の近傍に位置すると判断してもよい。「近傍」とは、例えば図５（ｂ）においては層位置に対応するゼロクロス点に対応する焦点の位置、および、極小値および極大値に対応する焦点の位置を含む範囲であり、極小値に対応する焦点の位置から極大値に対応する焦点の位置までの区間よりも広い。この範囲は、例えばＤＶＤでは５〜１０μｍである。

検出窓内でＦＥ信号が検出されているか否かの判断は、例えば以下のように行うことができる。すなわちＦＥ信号生成部９から出力された信号の極大値および極小値を保持し、極大値と極小値との差が所定値より大きいか小さいかを判定する。その結果、大きい場合には検出窓内でＦＥ信号が検出されたと判断すればよい。一方、小さい場合には検出窓内でＦＥ信号が検出されていないと判断すればよい。さらに他の例として、層判別部１０は上述の検出窓を設けなくても層の判別を行うこともできる。すなわち、層判別部１０はＦＥ信号をさらに受け取りながら、ＦＥ信号のゼロクロス点における層判別信号のレベルを保持する。そして、そのレベルが所定値以上であれば焦点がＬ０層近傍に位置すると判別し、所定値以下であれば焦点がＬ１層近傍に位置すると判別すればよい。

判別の結果、層判別部１０は、現在の光の焦点の位置を示す信号を出力する。この信号は２種類のレベルを有しており、層判別部１０は、例えば光の焦点位置がＬ０層近傍にある場合には低いレベルの信号を出力し、光の焦点位置がＬ１層近傍にある場合には高いレベルの信号を出力すればよい。

さらに、フォーカスサーボ制御の開始時に層判別信号を利用する他の例を説明する。図５（ａ）および５（ｂ）において、層判別信号が所定値よりも大きい状態でＦＥ信号の極小値が検出されると、光の焦点はＬ０層よりも深い側からＬ０層に近づいていることを示している。そして、層判別信号が所定値よりも大きい状態でＦＥ信号の極大値が検出されると、光の焦点はＬ０層よりも浅い側からＬ０層に近づいていることを示している。一方、層判別信号が所定値よりも小さい状態でＦＥ信号の極小値が検出されると、光の焦点はＬ１層よりも深い側からＬ１層に近づいていることを示している。そして、層判別信号が所定値よりも小さい状態でＦＥ信号の極大値が検出されると、光の焦点はＬ１層よりも浅い側からＬ１層に近づいていることを示している。この結果、光ディスク５の面ぶれに起因して光の焦点位置が外部から認識できない場合であっても、光ディスク装置１００は各層に対する光の焦点の移動方向とその位置に関する情報を得ることができるので、任意の層に対してフォーカスサーボ制御を直ちに開始することができる。よって、ＦＥ信号の極大値および極小値が検出される十分に広い範囲において、層判別信号を検出することは重要である。

以上のように、光ディスク装置１００が層判別処理をフォーカスサーボ制御を動作させる前に実行すると、光ディスク装置１００の起動からデータアクセス開始までの時間を短縮することができる。また、異なる層へのデータの書き込み動作および／または読み出し動作の前に実行すると、動作の対象となる層を迅速かつ確実に切り替えることができる。さらに上述の層判別処理では、光ディスク５の浅い層からの反射光の光束径が、光学ヘッド内で大きくなることを利用して層判別信号を検出しており、従来の３ビーム方式におけるサブビームを用いる必要はない。よって、本実施形態の層判別処理によれば、１ビーム方式の光学ヘッドに対しても適用することができる。もちろん、上述の処理は３ビーム方式であっても適用できる。

（実施形態２）
実施形態１では、２つの情報記録層を有する光ディスクを例に挙げて、層判別処理を説明した。本実施形態では、３層以上の情報記録層を有する光ディスクに対して、すべての情報記録層を判別できる光ディスク装置を説明する。説明の便宜のため、以下では、３つの情報記録層を有する光ディスクを例に挙げて説明する。

本実施形態による光ディスク装置の全体構成は、光学ヘッド２０の構成を除き、光ディスク装置１００（図１）の構成と同じである。よって以下の説明では、光学ヘッド以外の光ディスク装置の構成の説明は省略し、本実施形態による光学ヘッドの構成を説明する。

図６は、３つの情報記録層を有する光ディスク５に利用される、本実施形態による光学ヘッド３０の構成を示す。光学ヘッド３０は、光学ヘッド２０の回折素子６および受光部８に代えて、回折素子１３および受光部１４を設けた点おいて、光学ヘッド２０と異なっている。他の構成要素は共通するため、図６には同じ参照符号を付してその説明を省略する。

一方、光ディスク５には、光入射側から順に、情報記録層Ｌ２、Ｌ１およびＬ０が設けられている（以下、それぞれ「Ｌ２層」、「Ｌ１層」および「Ｌ０層」と記述する）。図６では、Ｌ０層に焦点が存在するときの、本実施形態による光学ヘッド３０内を通過する光ディスク５への入射光および光ディスク５からの反射光も示している。なお、Ｌ０層からの反射光を実線で示し、Ｌ１層からの反射光を破線で示しているが、図面の記載が煩雑になるためＬ２層からの反射光は示していない。各層からの反射光がビームスプリッタ２において反射されるまでの経路は実施形態１と同じである。ただし、Ｌ２層からの反射光の径はＬ１層からの反射光の径よりも大きいことに留意されたい。その理由は、Ｌ２層からの反射光のほうが、Ｌ１層からの反射光よりもより発散した状態で対物レンズ４に入射し、光学ヘッド３０内を進むからである。Ｌ１層およびＬ２層からの反射光は、コリメートレンズ３を通過した後、受光部１４を越えた位置に収束する光束に変換される。受光部１４からみた収束位置は、Ｌ１層からの反射光よりもＬ２層からの反射光の方が遠い。

以下、図７を参照しながら回折素子１３の構成を説明する。図７は、回折素子１３の回折パターンと入射光の位置との関係を示す。回折素子１３は、回折格子形成領域１３ａおよび１３ｂと、回折格子非形成領域１３ｃとを含んでいる。ハッチングを付して示す回折格子形成領域１３ａおよび１３ｂ（以下「回折領域１３ａ」などと記述する）は、受けた光の一部を所定の方向に偏向させ、一部をそのまま透過させる。ただし、回折領域１３ａおよび１３ｂの偏向方向は互いに異なっている。一方、回折格子非形成領域１３ｃ（以下「透過領域１３ｃ」と記述する）は、受けた光を回折することなくそのまま透過させる。

図７には、Ｌ０層に焦点が存在するときの、回折素子１３の透過領域１３ｃに入射するＬ０層からの反射光の外形１１が示されている。さらに図７には、回折領域１３ａに入射するＬ１層からの反射光の外形１２ａ、および、回折領域１３ｂに入射するＬ２層からの反射光の外形１２ｂが示されている。先に述べたように、Ｌ１層からの反射光の径よりもＬ２層からの反射光の径の方が大きくなっているため、外形１２ａがＬ１層からの反射光に対応し、外形１２ｂがＬ２層からの反射光に対応する。

次に、図８を参照しながら、回折素子１３を通過した光を受光する受光部１４の構成を説明する。図８は、受光部１４の詳細な構成を示す。受光部１４は、４分割受光素子１４ａと、判別用受光素子１４ｂおよび１４ｃとを有する。４分割受光素子１４ａは、透過領域１３ｃを透過した光を受け取る。その後の動作および機能は、４分割受光素子８ａと同じである。４分割受光素子１４ａからの光量信号に基づいて、ＦＥ信号生成部９はＦＥ信号を生成する。

一方、判別用受光素子１４ｂは回折領域１３ａにおいて回折されたＬ１層からの反射光を受け、判別用受光素子１４ｃは回折領域１３ｂにおいて回折されたＬ２層からの反射光を受けるように調整されている。その後の動作および機能は、いずれも判別用受光素子８ｂと同様である。判別用受光素子１４ｂおよび１４ｃからの光量信号に基づいて、層判別部１０において判別信号が生成される。

次に、上述の構成に基づく本実施形態による層判別処理を説明する。図９（ａ）および９（ｂ）は２つの層判別信号の波形を示し、図９（ｃ）はＦＥ信号の波形を示す。横軸は焦点の位置を表し、縦軸は信号レベルを表している。各波形は、光の焦点位置をＬ０層よりも深い位置からＬ２層よりも浅い位置まで移動させたときに得られるため、横軸は焦点の移動量にも対応する。

図９（ａ）および９（ｂ）は、それぞれ、受光素子１４ｃおよび１４ｂにおいて生成された光量信号に基づいて生成された第２の層判別信号および第１の層判別信号である。Ｌ０層近傍では第１および第２の層判別信号の両方にピークが現れている。よって、光ディスク５が光ディスク装置１００に装填されたときにおいて、第１および第２の層判別信号の両方にピークが現れていれば、そのとき焦点はＬ０層上またはその近傍に存在していると判断できる。そして、ＦＥ信号のゼロクロス点における焦点位置の層が、Ｌ０層であると判断すればよい。

Ｌ１層近傍に焦点が位置したときには、第２の層判別信号のピークはなく、第１の層判別信号のみにピークが現れている。よって、光ディスク５が光ディスク装置１００に装填されたときにおいて、第１の層判別信号のみにピークが現れていれば、そのとき焦点はＬ１層上またはその近傍に存在していると判断できる。そして、ＦＥ信号のゼロクロス点における焦点位置の層が、Ｌ１層であると判断すればよい。

Ｌ２層近傍に焦点が位置したときには、第１および第２の層判別信号のいずれにもピークは存在しない。よって、光ディスク５が光ディスク装置１００に装填されたときにおいて、いずれの層判別信号にもピークが現れていなければ、そのとき焦点はＬ２層上またはその近傍に存在していると判断できる。そして、ＦＥ信号のゼロクロス点における焦点位置の層が、Ｌ２層であると判断すればよい。従って、検出された２つの層判別信号とＦＥ信号とに基づけば、前述した実施形態１と同様に、３つの情報記録層をすべて判別することができる。

また、フォーカスサーボ制御の開始時に層判別信号を利用する例を説明する。図９（ａ）、９（ｂ）および９（ｃ）において、第１および第２の層判別信号が所定値よりも大きい状態でＦＥ信号の極小値が検出されると、光の焦点はＬ０層よりも深い側からＬ０層に近づいていることを示し、ＦＥ信号の極大値が検出されると、光の焦点はＬ０層よりも浅い側からＬ０層に近づいていることを示している。一方、第１の層判別信号が所定値よりも大きく、かつ、第２の層判別信号が所定値よりも小さい状態でＦＥ信号の極小値が検出されると、光の焦点はＬ１層よりも深い側からＬ１層に近づいていることを示し、ＦＥ信号の極大値が検出されると、光の焦点はＬ１層よりも浅い側からＬ１層に近づいていることを示している。さらに、第１および第２の層判別信号が所定値よりも小さい状態でＦＥ信号の極小値が検出されると、光の焦点はＬ２層よりも深い側からＬ２層に近づいていることを示し、ＦＥ信号の極大値が検出されると、光の焦点はＬ２層よりも浅い側からＬ２層に近づいていることを示している。

したがって、実施形態１の説明と同様、光ディスク５の面ぶれに起因して光の焦点位置が外部から認識できない場合であっても、光ディスク装置１００は各層に対する光の焦点の移動方向とその位置に関する情報を得ることができるので、任意の層に対してフォーカスサーボ制御を直ちに開始することができる。

なお、ここでは説明を簡単にするため、受光素子１４ｂ、１４ｃに入射するＬ１層及びＬ２層からの反射光のみを考えた。それらの層からの反射光であって、かつ、回折素子１３を透過する光や、回折領域１３ａ、１３ｂの回折格子によって逆方向に回折される光も存在するが、本発明の内容とは特に関係がないためその説明は省略する。また、Ｌ１層からの反射光であって回折領域１３ｂに入射した光、および、Ｌ２層からの反射光であって回折領域１３ａに入射した光は、回折格子のレンズ作用によって受光部１４に広がって入射するため、受光素子１４ｂ、１４ｃではほとんど検出されない。よって、上述した層判別処理に対して特に影響はない。

本実施形態では、３つの情報記録層を有する光ディスク５を例に挙げて説明したが、本発明は情報記録層の数がＮ（Ｎ：４以上の整数）の場合であっても同様に適用できる。すなわち、回折素子１３に領域１３ａ〜１３ｃを設け、受光部１４に受光素子１４ａ〜１４ｃを設けたと同様、各情報記録層からのＮ本の反射光を個々に検出するように光学ヘッド２０または光ディスク装置１００を構成して、（Ｎ−１）の層判別信号および１つのＦＥ信号を取得する。そして、全て（すなわち（Ｎ−１））の層判別信号にピークが存在するときには焦点は深さ方向に最も深い位置の情報記録層に存在し、（Ｎ−２）の層判別信号にピークが存在するときにはその１つ浅い位置の層に存在する、などのように判別すればよい。なおＮ層のうちどの層を実施形態において説明したＬ０層およびＬ１層ととるかは任意である。

上述の実施形態１および２では、回折領域の形状はリング状として図示したが、連続したリングでなくてもよく、例えば、その一部分のみに回折領域を設けてもよい。また、矩形状の回折領域を局所的に配置してもよい。さらに、回折領域の回折パターン（回折格子）に代えて、プリズムやレンズ等の光を偏向または集光させる素子を配置してもよい。

（実施形態３）
本実施形態は、複数の情報記録層を有する光ディスクに対して、判別すべき情報記録層を基準として深い位置または浅い位置のどちら側に他の層があるかを検出する光学ヘッドを説明する。より一般的には、光の焦点の位置に対する情報記録層の位置を判定することができる。本実施形態では、２つの情報記録層を有する光ディスクを例に挙げて説明する。以下で言及する「Ｌ０層」および「Ｌ１層」の定義は、実施形態１と同じである。

本実施形態による光ディスク装置の全体構成は、光学ヘッド２０の構成を除き、光ディスク装置１００（図１）の構成と同じである。よって以下の説明では、光学ヘッド以外の光ディスク装置の構成の説明は省略し、本実施形態による光学ヘッドの構成を説明する。

図１０は、本実施形態による光学ヘッド４０の構成を示す。光学ヘッド４０は、光学ヘッド２０の回折素子６および受光部８に代えて、回折素子１５および受光部１６を設けた点おいて、光学ヘッド２０と異なっている。他の構成要素は共通するため、図１０には同じ参照符号を付してその説明を省略する。なお、図１０では、焦点は光ディスク５のＬ０層上に存在している状態を示している。

以下、図１１を参照しながら回折素子１５の構成を説明する。図１１は、回折素子１５の回折パターンと入射光の位置との関係を示す。回折素子１５は、回折格子形成領域１５ａおよび回折格子非形成領域１５ｂとを含んでいる。ハッチングを付して示す回折格子形成領域１５ａ（以下「回折領域１５ａ」と記述する）は、受けた光の一部を所定の方向に偏向させ、一部をそのまま透過させる。回折格子非形成領域１５ｂ（以下「透過領域１５ｂ」と記述する）は、受けた光を回折することなくそのまま透過させる。本実施形態では、回折領域１５ａおよび透過領域１５ｂによって、回折素子１５に入射した光の半分が偏向され、半分が透過される。「半分」とは、反射光をその光軸に垂直な方向で切断したときに、切断面の物理的な形状に関して半分であるという意味である。切断面が円形であれば、回折領域１５ａは半円光を偏向させる。

また、図１１には、Ｌ０層に焦点が存在するときのＬ０層からの反射光の外形１１が示されている。さらに図１１には、Ｌ１層からの反射光の外形１２ａが示されている。なお、仮にＬ１層に焦点が存在するときにはＬ１層からの反射光は外形１１によって表され、Ｌ０層からの反射光は外形１２ｃになる。

次に、図１２を参照しながら、回折素子１５を通過した光を受光する受光部１６の構成を説明する。図１２は、受光部１６の詳細な構成を示す。受光部１６は、４分割受光素子１６ａと、判別用受光素子１６ｂおよび１６ｃとを有する。４分割受光素子１６ａは、透過領域１５ｂを透過した光を受け取る。その後の動作および機能は、４分割受光素子８ａと同じである。４分割受光素子１６ａからの光量信号に基づいて、ＦＥ信号生成部９はＦＥ信号を生成する。一方、判別用受光素子１６ｂおよび１６ｃは、回折領域１５ａにおいて回折された光を受けるように調整されている。

ここで特に留意すべきは、回折領域１５ａは通過する光束の半分を回折させるため、光束の収束位置が受光部１６よりも回折素子１５に近いか遠いかによって、受光部１６において受光される半円の向きが異なることである。なお、受光後の動作および機能は、いずれも判別用受光素子８ｂと同様である。

図１３（ａ）および１３（ｂ）は、判別用受光素子１６ｂおよび１６ｃにおいて受光される反射光を示す。図１３（ａ）は、焦点が位置する情報記録層よりも浅い位置に、他の情報記録層が存在するときの受光状態を示す。反射光１７ａは、半円の弦を下としたとき、弧の部分が弦よりも上に位置する状態で受光部１６に入射している。一方、図１１の回折領域１５ａも、弦を下としたとき、弧の部分が弦よりも上に位置する状態で設けられている。よって、反射光は、その断面形状の天地が入れ替わることなく受光部１６に入射しているといえる。これは、その反射光の収束位置が回折素子１５から受光部１６の間に存在せず、回折素子１５からみて受光部１６よりも遠い位置に存在することを意味する。実施形態１において図２（ａ）を参照しながら説明したように、このような反射光は、焦点がＬ０層に存在するときのＬ１層からの反射光であるといえる。

図１３（ａ）に示す状態で受光部１６に入射する反射光は、その多くが判別用受光素子１６ｃに入射し、判別用受光素子１６ｂには入射していない。よって、層判別部１０は、ＦＥ信号が検出されている間に、判別用受光素子１６ｂから出力される判別信号のレベルと判別用受光素子１６ｃから出力される判別信号のレベルとを比較して、判別用受光素子１６ｃの判別信号レベルの方が大きい場合には、焦点が存在する層よりも浅い位置に他の情報記録層が存在すると判断できる。なお、焦点が存在する層からの反射光は、図１３（ａ）ではビームスポット１７ｂとして判別用受光素子１６ｂおよび１６ｃの間の領域に入射している。受光部１６は、いずれの受光素子においてもビームスポット１７ｂを検出しないように構成されている。

一方、図１３（ｂ）は、焦点が位置する情報記録層よりも深い位置に、他の情報記録層が存在するときの受光状態を示す。図１３（ａ）の例とは逆に、反射光は、回折素子１５の回折領域１５ａに入射したときとは天地が入れ替わって受光部１６に入射している。これは、その反射光の収束位置が回折素子１５から受光部１６の間に存在することを意味する。実施形態１において図２（ｂ）を参照しながら説明したように、このような反射光は、焦点がＬ１層に存在するときのＬ０層からの反射光であるといえる。

図１３（ｂ）に示す状態で受光部１６に入射する反射光は、その多くが判別用受光素子１６ｂに入射し、判別用受光素子１６ｃには入射していない。よって、層判別部１０は、ＦＥ信号が検出されている間に判別用受光素子１６ｂから出力される判別信号のレベルと判別用受光素子１６ｃから出力される判別信号のレベルとを比較して、判別用受光素子１６ｂの判別信号レベルの方が大きい場合には、焦点が存在する層よりも深い位置に他の情報記録層が存在すると判断できる。なお、焦点が存在する層からの反射光は、先の説明と同じく判別用受光素子１６ｂおよび１６ｃの間の領域に入射して、ビームスポット１７ｂを形成する。しかし、このときもまた、受光部１６は、いずれの受光素子においてもビームスポット１７ｂを検出しないように構成されている。

なお、層判別信号のレベルを比較しなくても、所定の基準値を設定して、少なくとも一方のレベルがその基準値を超えるか否かによって判別してもよい。例えば判別用受光素子１６ｃからの層判別信号のみを取得して、その層判別信号のレベルが所定値以上の場合には、図１３（ａ）に示す状態にあるとして焦点が存在する層よりも浅い位置に他の情報記録層が存在すると判断し、所定値以下の場合には、図１３（ｂ）に示す状態にあるとして焦点が存在する層よりも深い位置に他の情報記録層が存在すると判断してもよい。また、図１３（ａ）および１３（ｂ）では焦点が存在する層からの反射光であるビームスポット１７ｂが受光素子１６ｂおよび１６ｃによって検出されないように構成されているとして説明したが、受光素子１６ｂおよび１６ｃにおいて均等に検出されるように構成されていてもよい。

図１３（ａ）および１３（ｂ）の説明は、２層の情報記録層を有する光ディスク５に関する例である。３層以上の情報記録層を有する光ディスク５に対しては、層判別部１０は以下のように動作して層の位置を判別する。すなわち、層判別部１０は、判別用受光素子１６ｂおよび１６ｃの両方に所定レベルの層判別信号を検出したときは、焦点が中間の情報記録層上またはその近傍に位置すると判別する。このような層判別信号は、より浅い位置およびより深い位置のいずれにも層が存在することを示しているからである。なお、「中間の情報記録層」とは、最も浅い位置および最も深い位置の情報記録層以外の情報記録層を意味する。

一方、受光素子１６ｃのみに所定レベルの層判別信号が検出されているときは、図１３（ａ）についてした説明と同じ理由により、層判別部１０は、焦点が最も深い位置の情報記録層上またはその近傍に位置していると判断する。受光素子１６ｂのみに所定レベルの層判別信号が検出されているときは、図１３（ｂ）についてした説明と同じ理由により、層判別部１０は、焦点が最も浅い位置の情報記録層上またはその近傍に位置していると判断する。

よって、光ディスク５が３層の情報記録層を有するときには、層判別部１０は、焦点が存在しうる全ての層を特定できる。光ディスク５が４層以上の情報記録層を有するときには、層判別部１０は、少なくとも最も深い位置および浅い位置の２層を特定できる。

なお、本実施形態では光の焦点が情報記録層の上に存在する特定の場合を例に説明したが、実施形態１および２と同様、焦点が情報記録層の近傍に位置する場合であっても適用できる。ここでいう「近傍」の範囲は、実施形態１において説明したとおりである。

以上のように、本発明によれば、焦点が存在する情報記録層よりも浅いまたは深い位置の情報記録層からの反射光に関して、その発散状態（光学ヘッド内部では、光束の収束状態）を検出する。これにより、焦点が存在する情報記録層に対する他の情報記録層の位置を判別できる。

なお、本実施形態では、説明を簡単にするため、図１１に示すような回折素子１５に回折領域１５ａおよび透過領域１５ｂを設けたが、透過領域１５ｂの領域にも回折格子を形成して、光束外形１１の光束が通過する領域の透過率を均一化させてもよい。また、図１３（ａ）および１３（ｂ）では、説明および記載を簡単にするために、検出レンズ７が付加する非点収差の影響を無視しているが、２つの情報記録層の間隔は付加された非点収差の非点較差よりも十分大きいため、本実施形態による検出処理に対する本質的な影響はない。

本実施の形態では、焦点が照射されている前後の層からの反射光の発散状態を検出するために、フォーカス検出原理のひとつとして従来から知られている、いわゆるフーコー法を利用している。しかし、本発明はフーコー法を利用する場合に限定されることはなく、例えば、いわゆるスポットサイズ検出法等の他のフォーカス検出原理を利用することもできる。

なお、本発明の各実施形態による光学ヘッドは、回折素子、検出レンズおよび受光部がそれぞれ独立した構成要素であるとして説明した。しかし、これは本発明に必須の要件ではなく、回折素子、検出レンズおよび受光部の一部を省略して、または一体化して、受光部の各受光領域に、各実施形態において必要とされる反射光が入射するように構成してもよい。例えば、図３に示す回折素子６の回折領域６ａおよび透過領域６ｂを、それぞれ同形状の受光領域を有する受光部として設けることができる。これにより、光束外形１１および１２を個別に受光でき、実施形態１による光学ヘッド２０と同様の原理で動作する光学ヘッドを得ることができる。

本明細書では、光学式情報記録媒体の例として光ディスクを採用した実施形態を説明した。しかし、本発明は光ディスク以外の光学式情報記録媒体にも適用できる。例えば本発明は、複数の情報記録層を備え、各情報記録層から光学的にデータを読み取り可能なカードにも適用できる。なお、光ディスクに記録された情報を読み取るためには、一般に光ディスクを回転させて読み取る必要がある。しかし、本発明は情報の読み取りを開始する前等において適用されるため、回転させることは本発明の必須の要件ではない点に留意されたい。

本発明の光学ヘッドを組み込んだ装置は、光の焦点がどの層の上またはその近傍に位置するかを非常に高速に特定することができる。これにより、例えば、起動からデータアクセス開始までの時間を短縮した光ディスク装置や、異なる層へのデータの書き込み動作および／または読み出し動作の際に動作の対象となる層を迅速かつ確実に切り替えることができる光ディスク装置等を得ることができる。

実施形態１による光ディスク装置１００の機能ブロックの構成を示す図である。 （ａ）は、Ｌ０層に焦点が存在するときの、光学ヘッド２０内を通過する光ディスク５への入射光および光ディスク５からの反射光を示す図であり、（ｂ）は、Ｌ１層に焦点が存在するときの、光学ヘッド２０内を通過する光ディスク５への入射光および光ディスク５からの反射光を示す図である。 回折素子６の回折パターンと入射光の位置との関係を示す図である。 受光部８の詳細な構成を示す図である。 （ａ）は層判別信号の波形を示し、（ｂ）はＦＥ信号の波形を示す図である。 実施形態２による光学ヘッド３０の構成を示す図である。 回折素子１３の回折パターンと入射光の位置との関係を示す図である。 受光部１４の詳細な構成を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は各層判別信号の波形を示す図であり、（ｃ）はＦＥ信号の波形を示す図である。 実施形態３による光学ヘッド４０の構成を示す図である。 回折素子１５の回折パターンと入射光の位置との関係を示す図である。 受光部１６の詳細な構成を示す図である。 （ａ）は、焦点が位置する情報記録層よりも浅い位置に、他の情報記録層が存在するときの受光状態を示す図であり、（ｂ）は、焦点が位置する情報記録層よりも深い位置に、他の情報記録層が存在するときの受光状態を示す図である。 （ａ）は、光１１１の焦点が情報記録層Ｌ０上に存在する状態を示す図であり、（ｂ）は、光学ヘッドの受光部１１２および受光部１１２において受光されたＬ０層からの反射光を示す図である。 （ａ）は、対物レンズ１１０を通過した光１１１の焦点が情報記録層Ｌ１上に存在する状態を示す図であり、（ｂ）は、光学ヘッドの受光部１１２および受光部１１２において受光されたＬ１層からの反射光を示す図である。

符号の説明

１ 光源
２ ビームスプリッタ
３ コリメートレンズ
４ 対物レンズ
５ 光ディスク
６ 回折素子
８ 受光部
９ ＦＥ（フォーカスエラー）信号生成部
１０ 層判別部
２１ 再生処理部
２２ 制御信号生成部
２３ 駆動回路
９０ 信号処理回路
１００ 光ディスク装置

Claims (10)

1. 表面側から深さ方向に第１情報記録層および第２情報記録層を有する光学式情報記録媒体に対して、前記表面側から光を放射し、データの書き込みおよび／または読み出しを行う装置であって、
   前記光を放射する光源と、
   前記光源からの光を集光して焦点を形成するレンズと、
   受光素子において光を受けて、受光量に応じた光量信号を生成する受光部であって、前記焦点が前記第１情報記録層上に位置するときには前記第２情報記録層からの反射光を受光しないように調整され、前記焦点が前記第２情報記録層上に位置するときには前記第１情報記録層からの反射光を受光するように調整された判別用受光素子を有する受光部と、
   前記判別用受光素子の受光量に応じた光量信号に基づいて、前記焦点が、装填された前記光学式情報記録媒体の前記第１情報記録層および前記第２情報記録層のいずれの上または近傍に位置するかを判別する判別部と、
   前記焦点が前記第２情報記録層に位置するときの前記第２情報記録層からの反射光を透過させる透過領域、および、前記透過領域の外周側に形成され、前記焦点が前記第２情報記録層上に位置するときの前記第１情報記録層からの反射光の少なくとも一部を前記判別用受光素子に向けて偏向させる回折領域を有する回折部と、
   を備えた装置。
2. フォーカスエラー信号を生成する信号生成部をさらに備え、
   前記受光部は、複数の部分領域を有し、かつ、前記透過領域を透過した光を前記複数の部分領域において受光する処理用受光素子をさらに有し、
   前記信号生成部は、前記複数の部分領域の受光量に応じた光量信号に基づいて前記フォーカスエラー信号を生成し、
   前記判別部は、さらに前記フォーカスエラー信号に基づいて、前記焦点の位置を判別する、請求項１に記載の装置。
3. 表面側から深さ方向に第１情報記録層および第２情報記録層を有する光学式情報記録媒体に対して、前記表面側から光を放射し、データの書き込みおよび／または読み出しを行う装置であって、
   前記光を放射する光源と、
   前記光源からの光を集光して焦点を形成するレンズと、
   受光素子において光を受けて、受光量に応じた光量信号を生成する受光部と、
   受けた反射光を透過させる透過領域および偏向させる回折領域を有する回折部と
   を備え、
   前記受光部は第１の判別用受光素子および第２の判別用受光素子を有し、前記回折部から前記受光部の方向を見たときの位置に関して、前記受光部は、前記焦点が前記第１情報記録層上に位置するときに前記第２情報記録層からの反射光が収束する位置と、前記焦点が前記第２情報記録層上に位置するときに前記第１情報記録層からの反射光が収束する位置との間に配置されており、
   前記透過領域と前記回折領域は、前記回折部において前記反射光の光軸を通る直線を挟んで配置され、前記回折領域は、前記焦点が前記第２情報記録層上に位置するときには、前記第１情報記録層からの反射光の一部を偏向させて前記第１の判別用受光素子に入射させ、前記焦点が前記第１情報記録層上に位置するときには、前記第２情報記録層からの反射光の一部を偏向させて、前記第１の判別用受光素子と異なる前記第２の判別用受光素子に入射させ、
   前記判別部は、前記受光部からの前記光量信号に基づいて、前記焦点の位置に対する前記第１情報記録層および前記第２情報記録層の位置を判別する装置。
4. 表面側から深さ方向に第１情報記録層、第２情報記録層、第３情報記録層を有する光学式情報記録媒体に対して、前記表面側から光を放射し、データの書き込みおよび／または読み出しを行う装置であって、
   前記光を放射する光源と、
   前記光源からの光を集光して焦点を形成するレンズと、
   受光素子において光を受けて、受光量に応じた光量信号を生成する受光部であって、前記焦点が前記第１情報記録層上に位置するときには前記第２及び第３情報記録層からの反射光を受光しないように調整され、前記焦点が前記第２情報記録層上に位置するときには前記第１情報記録層からの反射光を受光するように調整された判別用第１受光素子と、前記焦点が前記第３情報記録層上に位置するときには、前記第２情報記録層からの反射光を受光しないように調整され、前記第１情報記録層からの反射光を受光するよう調整された判別用第２受光素子とを有する受光部と、
   前記判別用第１受光素子および前記判別用第２受光素子の受光量に応じた各光量信号に基づいて、前記焦点が、装填された前記光学式情報記録媒体のいずれの情報記録層に位置するかを判別する装置。
5. 前記焦点が位置する情報記録層からの反射光及びその層よりも表面から深い位置に位置する情報記録層からの反射光を透過させる透過領域と、前記透過領域の外周側に形成され、受けた光を偏向させる回折領域を有する回折部をさらに備え、
   前記回折領域は、第１回折領域および第２回折領域を有しており、
   前記焦点が前記第３情報記録層上に位置するとき、前記第１回折領域は、前記第１情報記録層からの反射光を前記判別用第１受光素子に向けて偏向させ、前記第２回折領域は、前記第２情報記録層からの反射光を前記判別用第２受光素子に向けて偏向させ、
   前記焦点が前記第２情報記録層上に位置するとき、前記第１回折領域は、前記第１情報記録層からの反射光を前記判別用第１受光素子及び第２受光素子のいずれにも入射しないように偏向させ、前記第２回折領域は、前記第１情報記録層からの反射光を前記判別用第２受光素子に向けて偏向させるように構成され、
   前記判別部は、前記判別用第１受光素子および第２受光素子からの各光量信号に基づいて、前記焦点が、装填された前記光学式情報記録媒体のいずれの情報記録層上に位置するかを判別する、請求項４に記載の装置。
6. 前記受光部は、前記透過領域を透過した光を複数の部分領域において受光する処理用受光素子をさらに有し、
   前記信号生成部は、前記複数の部分領域の受光量に応じた光量信号光量信号に基づいて前記フォーカスエラー信号を生成し、
   前記判別部は、さらに前記フォーカスエラー信号に基づいて、前記焦点の位置を判別する、請求項５に記載の装置。
7. 前記処理用受光素子からの光量信号に基づいて、前記光学式情報記録媒体に記録されていたデータを取得する再生処理部をさらに備えた、請求項２に記載の装置。
8. 前記光学式情報記録媒体は、Ｎ（Ｎ：４以上の整数）層の情報記録層を有しており、前記第１情報記録層は前記表面側から深さ方向に（Ｎ−１）層のうちの任意の１層であり、前記第２情報記録層は前記表面側からみて前記第１情報記録層よりも深い位置に存在する情報記録層である、請求項１に記載の装置。
9. 表面側から深さ方向に第１情報記録層および第２情報記録層を有する光学式情報記録媒体に対して、前記表面側から光を放射してデータの書き込みおよび／または読み出しを行うための光学ヘッドであって、
   前記光を放射する光源と、
   前記光源からの光を集光して焦点を形成するレンズと、
   受光素子において光を受けて、受光量に応じた光量信号を生成する受光部であって、前記焦点が前記第１情報記録層上に位置するときには前記第２情報記録層からの反射光を受光しないように調整され、前記焦点が前記第２情報記録層上に位置するときには前記第１情報記録層からの反射光を受光するように調整された判別用受光素子を有する受光部と、
   前記判別用受光素子の受光量に応じた光量信号に基づいて、前記焦点が、装填された前記光学式情報記録媒体の前記第１情報記録層および前記第２情報記録層のいずれの上または近傍に位置するかを判別する判別部と、
   前記焦点が前記第２情報記録層に位置するときの前記第２情報記録層からの反射光を透過させる透過領域、および、前記透過領域の外周側に形成され、前記焦点が前記第２情報記録層上に位置するときの前記第１情報記録層からの反射光の少なくとも一部を前記判別用受光素子に向けて偏向させる回折領域を有する回折部と、
   を備えた光学ヘッド。
10. 表面側から深さ方向に第１情報記録層および第２情報記録層を有する光学式情報記録媒体に対して、前記表面側から光を放射し、データの書き込みおよび／または読み出しを行う装置に実装される制御回路であって、
    前記装置は、
    前記光を放射する光源と、
    前記光源からの光を集光して焦点を形成するレンズと、
    受光素子において光を受けて、受光量に応じた光量信号を生成する受光部であって、前記焦点が前記第１情報記録層上に位置するときには前記第２情報記録層からの反射光を受光しないように調整され、前記焦点が前記第２情報記録層上に位置するときには前記第１情報記録層からの反射光を受光するように調整された判別用受光素子を有する受光部と、
    前記焦点が前記第２情報記録層に位置するときの前記第２情報記録層からの反射光を透過させる透過領域、および、前記透過領域の外周側に形成され、前記焦点が前記第２情報記録層上に位置するときの前記第１情報記録層からの反射光の少なくとも一部を前記判別用受光素子に向けて偏向させる回折領域を有する回折部とを有しており、
    前記判別用受光素子からの光量信号を受け取り、前記光量信号のレベルに基づいて、前記焦点が、装填された前記光学式情報記録媒体の前記第１情報記録層および前記第２情報記録層のいずれの層上または近傍に位置するかを判別する制御回路。