JP4464576B2

JP4464576B2 - ３次元光ディスク記録再生装置および記録方法

Info

Publication number: JP4464576B2
Application number: JP2001114515A
Authority: JP
Inventors: 康行中村
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-04-12
Filing date: 2001-04-12
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2021-04-12
Also published as: JP2002312958A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３次元光ディスク記録再生装置、記録再生方式及び記録媒体に関し、さらに詳しくは、サーボ情報が埋め込まれたバルク状態のディスクに、情報を記録再生する３次元光ディスク記録再生装置、記録再生方式及び記録媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
情報記録媒体の記録容量は、年々増加の一途をたどり、そのため、さまざまな方法が検討されている。光ディスクでは、その一つとしてデータ面を複数もつ３次元光ディスクが検討されている。この、３次元光ディスクを記録再生する場合には、当然のことながら、サーボ信号を何らかの形でディスクに埋め込む必要がある。その方法として、特開平１１−３２８７２４号公報では、サーボ信号の埋め込み方法について開示されている。
図４は、本公報の３次元光ディスク記録再生装置の概念図である。多層光ディスク１００の一部断面がデータ層１０１である。これによると、記録媒体の厚さ方向にデータ記録トラックよりなる複数の記録面（データ層１０１）が設けられ、各層の記録面にフォーカス合わせ用のサンプルサーボマークが設けられた構成を採用している。そして、各層の記録面にサンプルサーボマークを設けることにより、各層の記録面を正確に捉らえることができ、多層記録におけるフォーカシングを容易に行える。特に、サンプルサーボマークを少なくとも２つのマーク部で構成し、これらマーク部が記録媒体の厚み方向にデータ記録トラックを挟んだ千鳥状態で配置されることで、サンプルサーボマークの識別が容易になると述べられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方法は、元々、何も無いバルクの状態にトラックを定義するためのサーボ信号を埋め込む必要がある。さらに、ディスクに位置の基準となるものが無いため、高精度の位置決め装置が搭載された、専用のサーボライターが必要となる。しかも、このサーボライターは高価であり、なおかつ多層であるため処理時間も多大となり、実現化は困難である。
本発明は上記課題に鑑み、バルク状態の３次元光ディスクに、サーボ層を予め形成しておくことにより、製造費が安価な、しかも信頼性の高い３次元光ディスク記録再生装置、記録再生方法及び記録媒体を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するために、請求項１の発明は、記録媒体の厚さ方向にデータを記録する３次元光ディスク記録再生装置において、複数の点発光光源と、該各点発光光源からの光束を前記３次元光ディスクの厚さ方向の異なる位置にそれぞれ焦点を結ぶための回折格子により構成された焦点変換手段と、該焦点変換手段により変換された光束を前記３次元光ディスクに集光する集光手段と、前記３次元光ディスクで反射した反射光と前記点発光光源からの光束とを分岐する分岐手段と、該分岐手段により分岐された光束を受光する受光手段と、を備え、前記複数の点発光光源は、少なくとも１つのサーボ用点発光光源と、少なくとも１つ若しくは複数のデータ用点発光光源を備えることを特徴とする。３次元光ディスクは、ディスクの厚さ（深さ）方向に記録する、いわゆる３次元の記録媒体である。従って、この３次元光ディスクにデータを記録、再生するには、ディスクの厚さ方向に複数の焦点深度を持った光学手段が必要である。また、これら光ディスクには、光学系の焦点距離やトラッキングのためのサーボ機構が絶対条件として必要である。本発明の特徴は、バルク状態のディスクに予めサーボ用のサーボ情報を記録しておき、さらに、サーボ用の光源とデータ用の光源を独立に持ち、サーボ用の焦点距離は常に一定であるため、回折格子により構成された焦点変換手段により、サーボ用の光源からの光束は、サーボトラックの深度に焦点が合わせられ、データ用の焦点は、サーボトラックからさらに深い位置に焦点が合わせられている。回折格子は多数の溝を刻んで、溝の間の滑らかな面で反射される光線の間の、干渉で生ずる回折像を利用するものである。そして、この溝を湾曲に形成することにより、光ディスクの厚さ方向に焦点を結ぶようにする。このようにサーボとデータの各層の深さに焦点距離を決定しておき、他のデータ層に焦点を合わせるときには、相対的にサーボとデータ層の焦点を変更する。かかる発明によれば、サーボ情報を予め安価な方法で記録し、また、サーボ用とデータ用の異なる光源からの光束を、１つの回折格子により各焦点深度を形成できるため、高価なサーボライターが不要となり、安価で信頼性の高い３次元光ディスク記録再生装置を提供できる。
【０００５】
また、請求項２の発明は、前記受光手段の少なくとも１つは、前記３次元光ディスクのサーボ層からの反射光に集光点を有し、他の前記受光手段はデータ層からの反射光に集光点を有することも本発明の有効な手段である。
前記で説明したとおり、サーボ用の光源とデータ用の光源を独立に持っているので、光ディスクからの反射光も、それら独立の光源からの反射光として受光することができる。かかる技術手段によれば、フォーカスとトラッキングのサーボを行いながら、サーボ層に対応した位置のデータ層からのデータを、正確に記録再生できる。
また、請求項３の発明は、前記データ層への前記データ用点発光光源の焦点距離は、前記受光手段にオフセットを与えることにより、前記集光手段を制御して前記焦点距離を変更可能としたことも本発明の有効な手段である。
請求項１で、サーボ用の焦点距離は常に一定であるため、焦点変換手段により、サーボ用の光源からの光束はサーボトラックの深度に焦点が合わせられ、データ用の焦点は、サーボトラックから、さらに深い位置に焦点が合わせられている。このような相対関係にあるサーボとデータの焦点距離のうち、データ用の焦点距離だけを変更する場合、光学系のアクチュエータにより対物レンズを移動して、さらに深い層に焦点が結ぶように動作する。ここで、バルク状態の光ディスクの場合、データ層には基準となる目印がない。言い換えると、サーボ層以外であればどこでも構わないわけである。そこで、電気的にサーボ用受光素子の信号にオフセットを設け、合焦する距離をその量により変更すれば、深さの異なるデータ層に記録再生が可能である。しかし、このときサーボの焦点距離も同時に変わってしまうが、これも電気的に補正することにより、サーボ制御が可能である。
かかる技術手段によれば、電気的にサーボとデータ層の合焦が可能であるので、バルク状態の光ディスクの任意の位置に、容易にデータの記録が可能となり、安価な記録再生装置を提供できる。
【０００６】
また、請求項４の発明は、記録媒体の厚さ方向にデータを記録する３次元光ディスク記録再生方法において、複数の点発光光源を持ち、該各点発光光源からの光束が、回折格子及び集光手段により、前記点発光光源の焦点を前記３次元光ディスクの厚さ方向の異なる位置にそれぞれ結ぶようにし、前記点発光光源の１つの光源から発せられた光が、前記３次元光ディスクに形成されたサーボ層に照射されることによって、フォーカス、若しくはトラッキング、若しくは両方の制御を行うことを特徴とする。回折格子及び集光手段により、前記点発光光源の焦点を前記３次元光ディスクの厚さ方向の異なる位置にそれぞれ結ぶようにし、光ディスクに予め形成されたサーボ層に、専用の光源から照射し、そこから反射された光をサーボ用として使用して、フォーカス、トラッキング、若しくは両方の制御を行うことができる。かかる発明によれば、フォーカスとトラッキングの制御を１本のサーボ用トラックで行うため、制御時間が短く、しかも安価に装置を構成できる。
【０００７】
また、請求項５の発明は、前記トラッキング制御方法は、複数分割の光検出手段に１つのビームを照射して、前記ビームの強度分布によりトラッキング制御することも本発明の有効な手段である。トラッキング制御方式には各種提案されているが、３ビーム方式が一般的である。これは、２本の副ビームと１本の主ビームを使い、２本の副ビームをトラックからずらした位置に置くことによって、両者の出力差からトラックからのずれ量を検知するものである。それに対して２分割の光検出手段に、１本のビームを照射して、その強度分布によりトラッキング制御する、所謂、プッシュプル法と呼ばれる方法がある。本発明ではサーボ用のビームは１本のため、必然的にプッシュプル法になる。かかる技術手段によれば、１ビームでサーボ制御が可能であり、安価で信頼性の高い３次元光ディスク記録再生方法を提供できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は、本発明の実施形態の３次元光ディスク記録再生装置の概略構成を示す図である。この構成は、レーザ光を発生する２つのデータ用発光素子７と、１つのサーボ用発光素子９と（複数の点発光光源）、データ用発光素子７とサーボ用発光素子９のレーザ光の出射停止を制御するレーザドライバ８と、これらの光源からの光束を、多層光ディスク１の厚さ方向に焦点を結ぶ回折格子５と（焦点変換手段）と、この回折格子５により変換された光束を、平行光にするコリメートレンズ４と、コリメートレンズ４で平行光に変換された光束を、多層光ディスク１に集光する対物レンズ３（集光手段）と、この対物レンズ３をディスクの軸方向および円周方向に移動させるアクチュエータ２と、多層光ディスク１で反射した反射光と、データ用発光素子７とサーボ用発光素子９からの光束とを分岐するビームスプリッタ６（分岐手段）と、ビームスプリッタ６により分岐された光束を受光するデータ用受光素子１０、サーボ用受光素子１１（受光手段）と、それら受光素子からの信号を増幅する信号増幅器１２、１３、１４と、サーボ用受光素子１１に接続された信号増幅器１４に、オフセットを与えるオフセット発生器１５から構成されている。
【００１０】
図２は、図１の概略構成図の動作を説明するための図であり、同じ構成要素には同一の番号が付せられている。図２は特に、各構成要素への光の経路が明確になるように記載されている。この図１と図２を併せて参照してその動作について詳細に説明する。
まず、工場出荷状態の多層光ディスク１には、図２のように保護層１ａの下層にサーボ層１ｂにサーボ情報が予め記録されている。この方法はいろいろあるが、個別に作製したサーボ層を、バルク状態の多層光ディスク１の表面に貼り付け、その上から保護層１ａを形成する方法でも良い。まず、サーボ層に焦点を合わせるフォーカス動作をするため、レーザドライバ８は、サーボ用発光素子９に所定のレーザパワーを供給する。その光束はビームスプリッタ６により屈折され、回折格子５に到達する。回折格子５は、前記で説明した通り、光束の焦点深度を多層光ディスク１の深さ方向に結ぶように働く。
回折格子５により焦点が決定された光束は、発散しないようにコリメートレンズ４により平行光に変換され、対物レンズ３に入射する。対物レンズ３は、レンズの焦点距離を変えるためのビームスプリッタ２に固定されている。はじめは対物レンズ３の焦点はサーボ層１ｂに合焦されているとは限らないので、適当な位置に焦点を結ぶ。そして、そこからの反射光は同じ光路を戻り、ビームスプリッタ６により光源光束と分離されてサーボ用受光素子１１に入射する。
サーボ用受光素子１１は、図示は省略するが、非点収差法を用いれば４分割の受光素子により構成されており、１本のビームを照射して、照度分布によりサーボ制御する方法である。あるいはその他の方法でも構わない。ここでサーボ用受光素子１１からの信号を信号増幅器１４により増幅し、図示は省略するが、演算処理によりサーボ量を演算し、図示しないコントローラにより焦点が合うまでアクチュエータ２を駆動する。フォーカス動作が完了すると、その位置で対物レンズ３は固定される。
【００１１】
次に、トラッキング制御について説明する。図３は、公知の技術である３ビーム方式によるトラッキング制御を、本実施形態に適用した場合を説明するための図である。同じ構成要素には同じ参照番号が付せられているので、重複する説明は省力する。図３の構成で異なる点は、サーボ用発光素子９からの光束を３分割するサーボ用回折格子１６が付加されている点である。このサーボ用回折格子１６により３分割された光束は、回折格子５により多層光ディスク１の深さ方向に３種類の異なるビーム３ａ、４ａ、４ｂを形成する。図で明らかなように、ビーム３ａを除いた他のビーム４ａ、４ｂは、サーボ層１ｂに焦点を結ばない。３ビーム方式は、２本の副ビームと１本の主ビームを使い、２本の副ビームをトラックからずらした位置に置くことによって、両者の出力差からトラックからのずれ量を検知するものである。しかし、前述の通り、３本のビームが同じ焦点距離でないため、トラッキングエラー信号を生成することができない。
しかし、本実施形態ではサーボ用ビームが１ビームのため、サーボ用受光素子１１に１本のビームを照射して、その強度分布によりトラッキング制御する、所謂、プッシュプル法と呼ばれる方法で制御するものである。これは光の強度分布をトラック方向にそって２つに分割された受光素子で受けて、トラッキングの誤差信号を得ることができる原理に基づいている。以上のサーボ制御により、フォーカスとトラッキングが完了したものとする。
【００１２】
次に、あるデータ層にデータを記録する動作について説明する。レーザドライバ８は、データ用発光素子７に書込みデータに変調されたデータにより、ＯＮ／ＯＦＦする。その変調されたビームは、ビームスプリッタ６により屈折されて、回折格子５によりサーボ層よりさらに深い焦点距離に焦点が結ばれる。その様子が図２に示されている。図のデータ層１ｃに２つのビーム３ｂ、３ｃが焦点を結び、変調されたデータに基づいてデータが記録される。多層光ディスク１の材料は、フォトリフラクティブ効果を持つ材料、あるいはフォトクロミズムを示す材料により構成されている。フォトリフラクティブ効果は、光のパワーがある値以上になると、電子の移動が生じる効果である。それにより、照射した部分の屈折率や反射率が変化する。また、フォトクロミズムとは、光を当てると材料の色が変化する現象であり、それにより、照射した部分の屈折率や反射率が変化する。これにより、変調されたレーザビームにより、照射した部分の屈折率や反射率が変化するので、バルク状態でデータを記録することができる。これらの記録動作中は、常にサーボ制御とトラッキング制御がリアルタイムで行われているのは、言うまでも無い。
【００１３】
次に、記録されたデータ層からデータを再生する動作について、図１、図２を併せて参照して説明する。レーザドライバ８は、多層光ディスク１のデータ層にレーザ光を照射するために、データ用発光素子７を駆動する。そこから発光されたレーザ光は、ビームスプリッタ６により屈折されて、回折格子５、コリメートレンズ４、対物レンズ３を通過して、図２のビーム３ｂ、３ｃとなり、データ層１ｃに焦点を結ぶ。データ層は前述した通り、データが記録されている部分で屈折率あるいは、反射率が変化しているので、データの有無が反射ビームの変化となり、対物レンズ３、コリメートレンズ４、回折格子５を通過し、ビームスプリッタ６により入射光と分離されて、データ用受光素子１０に入射する。その信号は光電変換され、信号増幅器１２、１３によりデジタル信号に変換、処理される。これらの再生動作中は常にサーボ制御とトラッキング制御がリアルタイムで行われているのは、言うまでも無い。
【００１４】
次に、データの記録及び再生動作において、他のデータ層にデータを記録、あるいは他のデータ層からデータを再生する場合について説明する。この動作は、多層光ディスク１の深さ方向に、ビームの焦点距離を変更する動作である。同じく図１、図２を併せて参照して説明する。バルク状態の多層光ディスクのデータ層は、サーボ層以外であればどこでも構わない。しかし、記録再生動作を考えると、一定の基準に基づいてデータ層を決定するのが好ましい。そこで、デフォルトの状態が、前記動作説明した図２のビーム３ｂ、３ｃの位置であるとする。そこから、さらに深さ方向にビームの焦点を変更する場合について説明する。信号増幅器１４はサーボ専用の増幅器である。そこに、サーボ用受光素子１１からの信号に対して、フォーカスがまだ浅いと判断するように、電気的にオフセット発生器１５により、信号増幅器１４にオフセット信号を供給する。するとその信号を受けて、図示しないコントローラがアクチュエータ２を駆動して、対物レンズ３をビーム３ｂ、３ｃの焦点を多層光ディスク１のさらに深い位置に結ぶように移動する。
このとき、サーボ用のビーム３ａの焦点距離も変化するが、サーボ情報１ｂの深さがビーム３ａの焦点深度より深く形成しておけば、サーボ制御が不可能になることをある程度防げる。また、電気的に信号を補正するようにしてサーボ制御を可能とする。このように、任意の場所（ただし、サーボ制御が可能な範囲）にデータ層を形成できるので、バルク状態のディスクに欠陥があった場合は、そこを避けてデータ層を形成することができる。
また、好ましくは、前記サーボ層の溝に、データアドレス若しくは時間情報を重畳して記録しておけば、そのデータアドレスを再生することにより、ランダムアクセスが可能となる。
【００１５】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、請求項１は、サーボ情報を予め安価な方法で記録し、また、サーボ用とデータ用の異なる光源からの光束を、回折格子により構成された１つの焦点変換手段により各焦点深度を形成できるため、簡単な光学系により実現可能であり、高価なサーボライターが不要となり、安価で信頼性の高い３次元光ディスク記録再生装置を提供できる。請求項２は、フォーカスとトラッキングのサーボを行いながら、サーボ層に対応した位置のデータ層からのデータを、正確に記録再生できる。請求項３は、電気的にサーボとデータ層の合焦が可能であるので、バルク状態の光ディスクの任意の位置に、容易にデータの記録が可能となり、安価な記録再生装置を提供できる。請求項４は、フォーカスとトラッキングの制御を１本のサーボ用トラックで行うため、制御時間が短く、しかも安価に装置を構成できる。請求項５は、１ビームでサーボ制御が可能であり、安価で信頼性の高い３次元光ディスク記録再生方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の３次元光ディスク記録再生装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の図１の概略構成図の動作を説明するための図である。
【図３】３ビーム方式によるトラッキング制御を、本実施形態に適用した場合を説明するための図である。
【図４】従来例の３次元光ディスク記録再生装置の概念図である。
【符号の説明】
１多層光ディスク
２アクチュエータ
３対物レンズ
４コリメートレンズ
５回折格子
６ビームスプリッタ
７データ用発光素子
８レーザドライバ
９サーボ用発光素子
１０データ用受光素子
１１サーボ用受光素子
１２、１３、１４信号増幅器
１５オフセット発生器

Claims

記録媒体の厚さ方向にデータを記録する３次元光ディスク記録再生装置において、複数の点発光光源と、該各点発光光源からの光束を前記３次元光ディスクの厚さ方向の異なる位置にそれぞれ焦点を結ぶための回折格子により構成された焦点変換手段と、該焦点変換手段により変換された光束を前記３次元光ディスクに集光する集光手段と、前記３次元光ディスクで反射した反射光と前記点発光光源からの光束とを分岐する分岐手段と、該分岐手段により分岐された光束を受光する受光手段と、を備え、前記複数の点発光光源は、少なくとも１つのサーボ用点発光光源と、少なくとも１つ若しくは複数のデータ用点発光光源を備えることを特徴とする３次元光ディスク記録再生装置。
前記受光手段の少なくとも１つは、前記３次元光ディスクのサーボ層からの反射光に集光点を有し、他の前記受光手段はデータ層からの反射光に集光点を有することを特徴とする請求項１記載の３次元光ディスク記録再生装置。
前記データ層への前記データ用点発光光源の焦点距離は、前記受光手段にオフセットを与えることにより、前記集光手段を制御して前記焦点距離を変更可能としたことを特徴とする請求項２記載の３次元光ディスク記録再生装置。
記録媒体の厚さ方向にデータを記録する３次元光ディスク記録再生方法において、複数の点発光光源を持ち、該各点発光光源からの光束が、回折格子及び集光手段により、前記点発光光源の焦点を前記３次元光ディスクの厚さ方向の異なる位置にそれぞれ結ぶようにし、前記点発光光源の１つの光源から発せられた光が、前記３次元光ディスクに形成されたサーボ層に照射されることによって、フォーカス、若しくはトラッキング、若しくは両方の制御を行うことを特徴とする３次元光ディスク記録再生方法。
前記トラッキング制御方法は、複数分割の光検出手段に１つのビームを照射して、前記ビームの強度分布によりトラッキング制御することを特徴とする請求項４記載の３次元光ディスク記録再生方法。