JP4540115B2 - 多層光情報記録媒体、光学ヘッド、光ドライブ装置 - Google Patents

Description

本発明は、多層光情報記録媒体、光学ヘッド、光ドライブ装置に係り、さらに詳しくは、複数の記録層が積層された多層光情報記録媒体、該多層光情報記録媒体に対応可能な光学ヘッド、及び前記多層光情報記録媒体に対して、情報の記録、再生及び消去のうち少なくとも再生が可能な光ドライブ装置に関する。

近年、デジタル技術の進歩及びデータ圧縮技術の向上に伴い、音楽、映画、写真及びコンピュータソフトなどの情報（以下「コンテンツ」ともいう）を記録するための媒体として、ＤＶＤ（digital versatile disc）などの光ディスクが注目されるようになり、その低価格化とともに、光ディスクを情報記録の対象媒体とする光ディスク装置が普及するようになった。

ところで、コンテンツの情報量は、年々増加する傾向にあり、光ディスクの記録容量の更なる増加が期待されている。そこで、光ディスクの記録容量を増加させる手段の一つとして、記録層の多層化が考えられ、複数の記録層を有する光ディスク（以下「多層ディスク」ともいう）及び該多層ディスクをアクセス対象とする光ディスク装置の開発が盛んに行われている。

しかしながら、従来の光ディスクにおける記録層の層数を２層、３層、４層と増やしていくと、各記録層での光吸収によって、入射面から遠くなるにつれて反射光量が減少し、その結果、信号光量が少なくなり、記録層によっては信号検出が困難になったり、従来の半導体レーザでは十分な記録パワーが得られないという不都合を生じる。すなわち、記録層の層数に限界がある。

そこで、記録層の層数をより増やすことができる技術として近年、２光子吸収材料を用いた多層ディスクが提案された（例えば、特許文献１及び特許文献２）。これは、２光子吸収材料が２光子吸収によってその屈折率が変化することを利用している。すなわち、屈折率が変化した領域（ピット）と屈折率が変化していない領域のそれぞれの長さとそれらの組み合わせとによって記録層に情報が記録される。

２光子吸収の起こる確率は、加えた光電場(入射光強度)の自乗に比例するため、入射光のエネルギーが集中している領域でのみ２光子吸収が誘起される。すなわち、入射光をレンズで集光すれば、焦点付近でのみ２光子吸収が起こり、焦点の合ってないその他の空間では吸収が起こらないという状態を作りだせる。従って、集光点近傍以外の記録層では光が照射されても屈折率は変化しないで光をそのまま透過させることとなり、記録層の層数が増えても信号検出が困難になったり、十分な記録パワーが得られなくなるという不具合は生じない。

そこで、記録層の層数を１０層、２０層・・・５０層と増やしていくと、飛躍的に大容量化を実現することができる。しかしながら、従来の多層ディスクと同様に、各記録層にガイドトラックを形成すると製造コストが上昇するという問題が生じる。

そこで、ガイドトラックを記録層以外に形成することが考案された（例えば、特許文献３及び特許文献４参照）。

特許文献３に開示されている記録媒体では、サーボ層からの反射光を検出してサーボ制御を行うために、光の入射方向に対して記録媒体をその半径方向に傾斜させると、サーボ層から離れたデータ層でトラックずれを生じるおそれがある。例えば、サーボ層から１ｍｍ離れた位置にあるデータ層では、光の入射方向に対して記録媒体が１°傾くと、集光位置が１７．４μｍもずれてしまう。これは、Ｂｌｕ−ｒａｙ規格に準拠した光ディスクのようにトラックピッチが０．３２μｍの場合は、約５０トラックもずれることに相当する。従って、特許文献３に開示されている記録媒体では、記録層の層数が少ない場合と異なるチルト制御が必要となる。さらに、２光子吸収によってデータ層では小さい集光スポットが得られるが、２光子吸収材料のないサーボ層では大きな集光スポットとなってしまう。そのためトラック密度を高くすることができず、１データ層当たりの記録容量を大容量化できないという不都合があった。

また、特許文献４に開示されている光情報記録媒体では、互いの凹凸部が整列するように、第一の層と第二の層とを精度良く配置させることは非常に困難である。

特開平６−２８６７２号公報 特開２００４−７９１２１号公報 特開２００２−３１２９５８号公報 特開２００５−１８８５２号公報

本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、記録容量の減少を招くことなく、記録層の層数が少ない場合と同等のチルト安定性を有する多層光情報記録媒体を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、本発明の多層光情報記録媒体から精度良く信号を取得することができる光ヘッドを提供することにある。

また、本発明の第３の目的は、本発明の多層光情報記録媒体に対して、情報の記録、再生及び消去のうち少なくとも再生を精度良く行うことができる光ドライブ装置を提供することにある。

本発明は、第１の観点からすると、３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内の第１の波長の光に対応し案内用溝を有する複数のガイド層と；６５０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内の第２の波長の光に対応する２光子吸収材料からなる複数の記録層が所定の層数積層された複数の情報層と；を有し、前記第１の波長の光と第２の波長の光はいずれも同じ入射面を介して入射され、前記複数のガイド層は前記複数の情報層よりも前記入射面に近い位置に積層されて配置され、前記複数の情報層は、積層されたガイド層の前記入射面と反対側に各情報層の最も入射面に近い記録層と各情報層と対応するガイド層の案内用溝との距離が等しくなるように積層されていることを特徴とする多層光情報記録媒体である。

これによれば、記録容量の減少を招くことなく、記録層の層数が少ない場合と同等のチルト安定性を有することが可能となる。

本発明は、第２の観点からすると、本発明の多層光情報記録媒体に対応可能な光学ヘッドであって、前記多層光情報記録媒体における第１の波長の光を出射する光源と；前記多層光情報記録媒体における第２の波長の光を出射する光源と；前記第１の波長の光を前記多層光情報記録媒体のガイド層に集光し、前記第２の波長の光を前記ガイド層に対応する前記多層光情報記録媒体の記録層に集光する対物レンズを含み、前記各光源からの光を前記対物レンズに導くとともに、前記対物レンズを介した前記多層光情報記録媒体からの反射光を前記ガイド層からの反射光と前記記録層からの反射光とに分離する光学系と；前記光学系で分離された前記ガイド層からの反射光を受光する光検出器と；前記光学系で分離された前記記録層からの反射光を受光する光検出器と；を備える光学ヘッドである。

これによれば、各光源から、本発明の多層光情報記録媒体における第１の波長の光及び第２の波長の光がそれぞれ出射され、対物レンズによって、第１の波長の光が多層光情報記録媒体のガイド層に集光され、第２の波長の光が該ガイド層に対応する多層光情報記録媒体の記録層に集光される。そして、各光検出器によって、ガイド層からの反射光及び記録層からの反射光が個別に受光される。従って、本発明の多層光情報記録媒体から精度良く信号を取得することが可能となる。

本発明は、第３の観点からすると、本発明の多層光情報記録媒体に対応可能な光学ヘッドであって、前記多層光情報記録媒体における第１の波長の光を出射する光源と；前記多層光情報記録媒体における第２の波長の光をそれぞれ出射する複数の光源と；前記第１の波長の光を前記多層光情報記録媒体のガイド層に集光し、前記各第２の波長の光を前記ガイド層に対応する前記多層光情報記録媒体の複数の記録層にそれぞれ集光する対物レンズを含み、前記各光源からの光を前記対物レンズに導くとともに、前記対物レンズを介した前記多層光情報記録媒体からの反射光を前記ガイド層からの反射光と前記複数の記録層からの複数の反射光とに分離する光学系と；前記光学系で分離された前記ガイド層からの反射光を受光する光検出器と；前記光学系で分離された前記複数の記録層からの複数の反射光を個別に受光する複数の光検出器と；を備える光学ヘッドである。

これによれば、各光源から、本発明の多層光情報記録媒体における第１の波長の光及び第２の波長の複数の光が出射され、対物レンズによって、第１の波長の光が多層光情報記録媒体のガイド層に集光され、第２の波長の複数の光が該ガイド層に対応する多層光情報記録媒体の複数の記録層に集光される。そして、各光検出器によって、ガイド層からの反射光及び複数の記録層からの複数の反射光が個別に受光される。従って、本発明の多層光情報記録媒体から精度良く信号を取得することが可能となる。

本発明は、第４の観点からすると、本発明の多層光情報記録媒体に対して、情報の記録、再生及び消去のうち少なくとも再生が可能な光ドライブ装置であって、本発明の光学ヘッドと；前記光学ヘッドの各光検出器の出力信号を用いて、前記多層光情報記録媒体に記録されている情報の再生を行う処理装置と；を備える光ドライブ装置である。

これによれば、本発明の光学ヘッドを備えているため、本発明の多層光情報記録媒体に対して、情報の記録、再生及び消去のうち少なくとも再生を精度良く行うことが可能となる。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図１０に基づいて説明する。図１には、本発明の一実施形態に係る多層光情報記録媒体としての光ディスク１５の断面図が示されている。

図１に示される光ディスク１５は、カバー層Ｃと、該カバー層Ｃ上に積層された３個のユニット（Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３）を有している。ここでは、光ディスク１５の厚さ方向をＺ軸方向とする。また、レーザ光ＬＢは、光ディスク１５の−Ｚ側から照射されるものとする。

カバー層Ｃは、光ディスク１５における−Ｚ側端部に配置されている。従って、カバー層Ｃの−Ｚ側の面がレーザ光ＬＢの入射面となる。そして、カバー層Ｃの＋Ｚ側にユニットＵ１が積層され、ユニットＵ１の＋Ｚ側にユニットＵ２が積層され、ユニットＵ２の＋Ｚ側にユニットＵ３が積層されている。

各ユニットは、ガイドトラック層Ｓと情報層Ｍを含んでいる。

ガイドトラック層Ｓは、３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内の波長の光に対応し、案内用のスパイラル状あるいは同心円状の溝（トラック）が形成されている。また、このトラックは、所定の周期で蛇行（ウォブル）している。

情報層Ｍは、ガイドトラック層Ｓの＋Ｚ側に配置され、図２に示されるように、５層の記録層Ｄと、各記録層の間に配置された樹脂層Ｇとから構成されている。すなわち、１つのガイドトラック層Ｓを用いて、５層の記録層Ｄに対する情報の記録及び再生を行うようになっている。また、各ユニットでは、ガイドトラック層Ｓのほうが各記録層よりも前記入射面に近い位置に配置されることとなる。

各記録層は、６５０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内の波長の光に対応する２光子吸収材料からできており、フォトンモードで情報が記録される。この２光子吸収材料としては、フォトリフラクティブ結晶やフォトポリマやフォトクロミック材料が用いられる。

フォトンモード記録では、光スポットの光強度分布に応じて屈折率変化が生じ、ピットが形成されると考えられており、通常の記録に比べてスポット径は約０．７１倍（＝１／√２）となる。一例として図３に示されるように、２光子吸収で記録されたピット（長さ：Ｄｚ２、幅：Ｄｒ２）は通常の１光子吸収で記録されたピット（長さ：Ｄｚ１、幅：Ｄｒ１）よりも小さく、光源波長が同じであっても従来よりも高密度で記録できることがわかる（塩野照弘、「半導体レーザを用いたフォトクロミック材料の２光子吸収記録」、ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ、オプトロニクス社、２００５年７月、Ｎｏ．２８３、ｐ１７４参照）。すなわち、記録容量を大容量化することができる。なお、図３における横軸はピットの中心を基準としている。

ところで、光ディスクの記録容量を大容量化するために記録層が多層化されているが、１記録層あたりの記録容量を大きくすることも重要である。１記録層あたりの記録容量をできるだけ大きくするためには、できるだけ短波長の光を用いて高密度に記録することが望ましい。しかしながら、現状では青色光に適した２光子吸収材料を見つけ出すのは困難である。そこで、緑色光や赤色光に適した２光子吸収材料を用いるのが良いが、現状では緑色光を発する半導体レーザが量産されていないため、ここでは、記録層Ｄの２光子吸収材料として、赤色光に適した２光子吸収材料を用いることとした。赤色光を利用した場合でも、記録層に形成されるスポット径は、上述したように通常の記録で形成されるスポット径の０．７１倍（＝１／√２）であるため、青色光で記録した場合と同レベルの高密度記録が可能である。

ガイドトラック層Ｓには２光子吸収材料は用いられていない。これは、２光子吸収材料が青色光〜紫外線の照射により劣化し、例えば紫外線硬化型の樹脂や接着剤を硬化させるときのように、紫外線を必要とする工程（例えば２Ｐ工程など）で紫外線が照射される層には２光子吸収材料を使わない方が望ましいためである。

ところで、仮にガイドトラック層Ｓに、記録層と同じ赤色光が用いられると、２光子吸収材料がないため、スポット径を小さくすることができず、１記録層あたりの記録容量を大きくできない。一般にスポット径は、波長／レンズの開口数（ＮＡ）に比例するため、光の波長を短くすれば２光子吸収材料がなくてもスポット径を小さくすることができる。そこで、本実施形態では、一例として、ガイドトラック層Ｓに照射する光を、記録層Ｄに照射する光の波長に比べて短波長である青色光とした。これにより、ガイドトラック層Ｓのトラックピッチを狭くすることができ、その結果、１記録層あたりの記録容量を大きくすることが可能となる。そして、光ディスク１枚あたりの記録容量を飛躍的に大きくすることが可能となる。また、高密度に記録した場合でも高精度にサーボ制御を行うことが可能となる。

また、ガイドトラック層Ｓと複数の記録層Ｄをユニット化することで、いわゆるチルトに対する安定性を高めることが可能となる。例えば１記録層あたりの厚さを３μｍとすると、情報層Ｍの厚さは１５μｍ（＝３μｍ×５）となり、光の入射方向に対して光ディスク１５が１°傾いた場合でもトラックのずれは０．２６μｍに抑えることができる。Ｂｌｕ−ｒａｙ規格に準拠した光ディスクのようにトラックピッチを０．３２μｍとした場合でも本来のトラックから外れるほどではなく、従来の傾き制御を行えば十分信頼性の高い記録再生を行うことができる。換言すれば、光ディスク１５では、次の（１）式で示される関係が満足されている。ここで、ｎはユニットにおける記録層の数、ｄは１つの記録層の厚さ、ｐはトラックのピッチである。

ｎ×ｄ×ｓｉｎ（１°）＜ｐ ……（１）

すなわち、ガイドトラック層Ｓと情報層Ｍを交互に積層する構造とすることで、トータルの記録層の層数は多くても、記録層の層数が少ない場合と同等のチルト安定性を有しており、安定して、信頼性の高い記録及び再生を行うことができる。

次に、本発明の一実施形態に係る光学ヘッドとしての光ピックアップ装置２３について図４〜図７を用いて説明する。

図４に示される光ピックアップ装置２３は、光源ＬＤ１、偏光ビームスプリッタ５１、コリメータレンズ５２、収差補正光学素子５３、ダイクロイックプリズム５４、１／４波長板５５、対物レンズ６０、光源ＬＤ２、検出レンズ５６、受光器ＰＤ１、ハーフミラー５９、回折光学素子５８、コリメータレンズ５７、受光器ＰＤ２、及び対物レンズ６０を駆動するための駆動系（図示省略）などを備えている。

光源ＬＤ１は、約４０５ｎｍの波長の光を発光する半導体レーザを有している。この光源ＬＤ１は、出射される光の最大強度出射方向が＋Ｚ方向となるように配置されている。なお、一例として光源ＬＤ１から出射される光はＰ偏光であるものとする。また、以下では、光源ＬＤ１から出射される光を「サーボ用ビーム」ともいう。

偏光ビームスプリッタ５１は、光源ＬＤ１の＋Ｚ側に配置されている。この偏光ビームスプリッタ５１は、入射する光の偏光状態に応じてその反射率が異なっている。ここでは、偏光ビームスプリッタ５４は、一例としてＰ偏光に対する反射率が小さく、Ｓ偏光に対する反射率が大きくなるように設定されている。従って、光源ＬＤ１から出射されたサーボ用ビームの大部分は、偏光ビームスプリッタ５１を透過することができる。

コリメータレンズ５２は、偏光ビームスプリッタ５１の＋Ｚ側に配置され、偏光ビームスプリッタ５１を透過したサーボ用ビームを略平行光とする。

収差補正光学素子５３は、コリメータレンズ５２の＋Ｚ側に配置され、入射光の収差を補正する。

光源ＬＤ２は、約６６０ｎｍの波長の光を発光する発光部を少なくとも５個有する半導体レーザアレイを有している。この光源ＬＤ２は、５つの光束が−Ｙ方向に向けて出射されるように配置されている。なお、一例として光源ＬＤ２から出射される５つの光束はそれぞれＰ偏光であるものとする。また、以下では、光源ＬＤ２から出射される光束を「記録再生用ビーム」ともいう。

ハーフミラー５９は、光源ＬＤ２の−Ｙ側に配置され、入射光の一部の光路を直角に曲げる。

回折光学素子５８は、ハーフミラー５９の−Ｙ側に配置され、入射光を回折する。ここでは、ハーフミラー５９を透過した５つの記録再生用ビームは、回折光学素子５８によって、光軸が互いに重なるように光路が変換され、さらに、発散角が互いに異なるように変換される。

コリメータレンズ５７は、回折光学素子５８の−Ｙ側に配置され、回折光学素子５８からの光を略平行光とする。但し、回折光学素子５８からの５つの記録再生用ビームは発散角が互いに異なるため、コリメータレンズ５７を通過した光は、平行光、やや発散ぎみの光、及びやや収束ぎみの光が混在した光になる。

ダイクロイックプリズム５４は、収差補正光学素子５３の＋Ｚ側であって、かつコリメータレンズ５７の−Ｙ側に配置され、約６６０ｎｍの波長の光（ここでは、記録再生用ビーム）の光路を直角に折り曲げる。

１／４波長板５５は、ダイクロイックプリズム５４の＋Ｚ側に配置され、入射した光に１／４波長の光学的位相差を付与する。

対物レンズ６０は、１／４波長板５５の＋Ｚ側に配置され、１／４波長板５５からの光を集光する。ここでは、一例として図５〜図７に示されるように、５つの記録再生用ビームＬＢ２は、１つのユニットの各記録層にそれぞれ集光され、サーボ用ビームＬＢ１は、該ユニットのガイドトラック層Ｓに集光される。

検出レンズ５６は、偏光ビームスプリッタ５１の＋Ｙ側に配置され、偏光ビームスプリッタ５１で＋Ｙ方向に反射されたガイドトラック層Ｓからの戻り光に非点収差を付与する。

受光器ＰＤ１は、検出レンズ５６の＋Ｙ側に配置され、検出レンズ５６からの光を受光する。

受光器ＰＤ２は、ハーフミラー５９の−Ｚ側に配置され、ハーフミラー５９で−Ｚ方向に反射した情報層Ｍからの戻り光を受光する。

前記駆動系は、対物レンズ６０の光軸方向であるフォーカス方向に対物レンズ６０を微少駆動するためのフォーカシングアクチュエータ、及びトラックの接線方向に直交する方向であるトラッキング方向に対物レンズ６０を微少駆動するためのトラッキングアクチュエータを有している。

上記のように構成される光ピックアップ装置２３の作用を簡単に説明する。ここでは、光ディスク１５のユニットＵ２の５つの記録層Ｄがアクセス対象の記録層であるものとする。

光源ＬＤ１から出射された直線偏光（ここではＰ偏光）のサーボ用ビームＬＢ１は、偏光ビームスプリッタ５１に入射する。偏光ビームスプリッタ５１に入射したサーボ用ビームＬＢ１の大部分は偏光ビームスプリッタ５１をそのまま透過し、コリメータレンズ５２で略平行光とされた後、収差補正光学素子５３で収差補正され、ダイクロイックプリズム５４に入射する。ダイクロイックプリズム５４に入射したサーボ用ビームＬＢ１は、ダイクロイックプリズム５４をそのまま透過し、１／４波長板５５で円偏光とされ、対物レンズ６０を介してユニットＵ２のガイドトラック層Ｓに集光される。

ユニットＵ２のガイドトラック層Ｓからの反射光は、往路とは反対回りの円偏光となり、戻り光として対物レンズ６０を介して１／４波長板５５に入射し、ここで往路と直交した直線偏光（ここではＳ偏光）とされる。そして、この戻り光は、ダイクロイックプリズム５４、収差補正光学素子５３、及びコリメータレンズ５２を介して偏光ビームスプリッタ５１に入射する。

偏光ビームスプリッタ５１で＋Ｙ方向に反射された戻り光は、検出レンズ５６を介して受光器ＰＤ１で受光される。受光器ＰＤ１は、通常の光ディスク装置と同様に、ウォブル信号情報、サーボ情報（フォーカスエラー情報及びトラックエラー情報など）を含む信号を出力する複数の受光素子（又は複数の受光領域）を含んで構成されている。各受光素子（又は各受光領域）はそれぞれ光電変換により受光量に応じた信号を生成する。

一方、光源ＬＤ２から出射された直線偏光（ここではＰ偏光）の５つの記録再生用ビームＬＢ２は、ハーフミラー５９に入射する。ハーフミラー５９を透過した５つの記録再生用ビームＬＢ２は、回折光学素子５８及びコリメータレンズ５７を介してダイクロイックプリズム５４に入射し、ダイクロイックプリズム５４でその光路が＋Ｚ方向に曲げられ、１／４波長板５５で円偏光とされ、対物レンズ６０を介してユニットＵ２の５つの記録層Ｄにそれぞれ集光される。

ユニットＵ２の５つの記録層Ｄからの５つの反射光は、往路とは反対回りの円偏光となり、戻り光として対物レンズ６０を介して１／４波長板５５に入射し、ここで往路と直交した直線偏光（ここではＳ偏光）とされる。そして、これら５つの戻り光は、ダイクロイックプリズム５４で＋Ｙ方向に反射され、コリメータレンズ５７及び回折光学素子５８を介してハーフミラー５９に入射する。ハーフミラー５９で−Ｚ方向に反射された５つの戻り光は受光器ＰＤ２で受光される。受光器ＰＤ２は、５つの戻り光を個別に受光し、再生情報などを含む信号を出力する５つの受光素子（又は５つの受光領域）を含んで構成されている。各受光素子（又は各受光領域）はそれぞれ光電変換により受光量に応じた信号を生成する。すなわち、５つの記録層Ｄからの信号を同時に読み取ることができる。

このように、サーボ情報が含まれる光を受光する受光器ＰＤ１と再生情報が含まれる光を受光する受光器ＰＤ２とが分離されているため、各受光器をそれぞれ最適化することができる。具体的には、受光器ＰＤ１に低速用のものを用い、受光器ＰＤ２に高速用のものを用いることができる。特に感度の低い短波長の光を受光する受光器ＰＤ１に低速用のものを用いることができるため、システムを組む上で有利である。また、サーボ用ビームは記録時、再生時を問わず、一定の強度で良いため、受光器ＰＤ１にゲイン切換装置を設ける必要はなく、回路構成を簡略化できる効果もある。

また、受光器ＰＤ１にはダイナミックレンジの広いSi-Pinフォトダイオードを使い、受光器ＰＤ２には増倍率の大きいアバランシェフォトダイオード(APD)を使うこともできる。これにより、広いダイナミックレンジや光量に対するリニアリティが要求されるサーボ情報が含まれる光は、Si-Pinフォトダイオードで高精度に検出することができ、一方、反射率が小さな記録層Ｄからの微弱な再生情報が含まれる光はアバランシェフォトダイオードで増幅することができる。

次に、本発明の一実施形態に係る光ドライブ装置としての光ディスク装置２０について図８を用いて説明する。

図８に示される光ディスク装置２０は、光ディスクを回転駆動するためのスピンドルモータ２２、光ピックアップ装置２３、該光ピックアップ装置２３をシーク方向に駆動するためのシークモータ２１、レーザ制御回路２４、エンコーダ２５、駆動制御回路２６、再生信号処理回路２８、バッファＲＡＭ３４、バッファマネージャ３７、インターフェース３８、フラッシュメモリ３９、ＣＰＵ４０及びＲＡＭ４１などを備えている。なお、図８における矢印は、代表的な信号や情報の流れを示すものであり、各ブロックの接続関係の全てを表すものではない。また、光ディスク装置２０は上記光ディスク１５に対応しているものとする。

再生信号処理回路２８は、前記受光器ＰＤ１の出力信号（複数の光電変換信号）に基づいて、アドレス情報、同期情報、フォーカスエラー信号及びトラックエラー信号などを取得する。また、再生信号処理回路２８は、前記受光器ＰＤ２の出力信号（５つの光電変換信号）に基づいて、記録層毎にＲＦ信号などを取得する。

ここで得られたサーボ信号は駆動制御回路２６に出力され、アドレス情報はＣＰＵ４０に出力され、同期信号はエンコーダ２５や駆動制御回路２６などに出力される。さらに、再生信号処理回路２８は、各ＲＦ信号に対して復号処理及び誤り検出処理などを行い、誤りが検出されたときには誤り訂正処理を行った後、再生データとして前記バッファマネージャ３７を介して前記バッファＲＡＭ３４に格納する。また、再生データに含まれるアドレス情報はＣＰＵ４０に出力される。

駆動制御回路２６は、再生信号処理回路２８からのサーボ信号に基づいて、前記駆動系の駆動信号を生成し、光ピックアップ装置２３に出力する。これにより、トラッキング制御及びフォーカス制御が行われる。また、駆動制御回路２６は、ＣＰＵ４０の指示に基づいて、シークモータ２１を駆動するための駆動信号、及びスピンドルモータ２２を駆動するための駆動信号を生成する。各モータの駆動信号は、それぞれシークモータ２１及びスピンドルモータ２２に出力される。

バッファＲＡＭ３４には、光ディスク１５に記録するデータ（記録用データ）、及び光ディスク１５から再生したデータ（再生データ）などが一時的に格納される。このバッファＲＡＭ３４へのデータの入出力は、前記バッファマネージャ３７によって管理されている。

エンコーダ２５は、ＣＰＵ４０の指示に基づいて、バッファＲＡＭ３４に蓄積されている記録用データをバッファマネージャ３７を介して取り出し、データの変調及びエラー訂正コードの付加などを行ない、光ディスク１５の情報層Ｍへの書き込み信号を生成する。例えば５つの記録層に記録する場合には、５つの書き込み信号が生成される。ここで生成された書き込み信号はレーザ制御回路２４に出力される。

レーザ制御回路２４は、前記各光源の発光パワーを制御する。

例えば記録の際には、光源ＬＤ２の駆動信号は、前記書き込み信号、記録条件、及び光源ＬＤ２の半導体レーザアレイの発光特性などに基づいて生成される。例えば５つの記録層に同時に記録する場合には、半導体レーザアレイの５つの発光部に対応して５つの駆動信号が生成される。

インターフェース３８は、上位装置９０（例えば、パソコン）との双方向の通信インターフェースであり、ＡＴＡＰＩ（AT Attachment Packet Interface）、ＳＣＳＩ（Small Computer System Interface）及びＵＳＢ（Universal Serial Bus）などの標準インターフェースに準拠している。

フラッシュメモリ３９には、ＣＰＵ４０にて解読可能なコードで記述された各種プログラム、光源ＬＤ１の半導体レーザの発光特性、光源ＬＤ２の半導体レーザアレイの発光特性、記録パワーや記録ストラテジ情報を含む記録条件などが格納されている。

ＣＰＵ４０は、フラッシュメモリ３９に格納されている上記プログラムに従って前記各部の動作を制御するとともに、制御に必要なデータなどをＲＡＭ４１及びバッファＲＡＭ３４に保存する。

《記録処理》
次に、上位装置９０からユーザデータの記録要求があったときの、光ディスク装置２０における処理（記録処理）について図９を用いて説明する。図９のフローチャートは、ＣＰＵ４０によって実行される一連の処理アルゴリズムに対応している。なお、ここでは、一例として、複数の記録層にユーザデータが記録されるものとする。

上位装置９０から記録要求コマンドを受信すると、図９のフローチャートに対応するプログラムの先頭アドレスがＣＰＵ４０のプログラムカウンタにセットされ、記録処理がスタートする。

最初のステップ４０１では、所定の線速度（又は角速度）で光ディスク１５が回転するように駆動制御回路２６に指示するとともに、上位装置９０から記録要求コマンドを受信した旨を再生信号処理回路２８に通知する。

次のステップ４０３では、記録要求コマンドを解析し、指定アドレスに基づいて記録対象の記録層及び記録対象のユニットを特定する。そして、その特定結果を、再生信号処理回路２８、駆動制御回路２６、エンコーダ２５及びレーザ制御回路２４などに通知する。これにより、サーボ用ビームＬＢ１が記録対象のユニットのガイドトラック層Ｓに集光するように、駆動制御回路２６によって対物レンズ６０が駆動制御される。また、光源ＬＤ２における駆動対象の発光部、及び受光器ＰＤ２における信号取得対象の受光素子（又は受光領域）が特定される。

次のステップ４０５では、受光器ＰＤ１の出力信号から得られたアドレス情報を参照し、指定アドレスに対応する目標位置近傍に光スポットが形成されるように、駆動制御回路２６に指示する。これにより、シーク動作が行なわれる。なお、シーク動作が不要であれば、ここでの処理はスキップされる。

次のステップ４０７では、記録を許可する。これにより、エンコーダ２５、レーザ制御回路２４及び光ピックアップ装置２３を介して、記録対象の各記録層にユーザデータがそれぞれほぼ同時に記録される。なお、記録中は、上記トラッキング制御及びフォーカス制御が所定のタイミング毎に行われる。

次のステップ４０９では、記録が完了したか否かを判断する。完了していなければ、ここでの判断は否定され、所定時間経過後に再度判断する。記録が完了していれば、ここでの判断は肯定され、記録処理を終了する。ここでは、複数の記録層への記録がほぼ同時に行われるため、従来よりも単時間で記録処理を終了することができる。

《再生処理》
次に、上位装置９０から再生要求があったときの、光ディスク装置２０における処理（再生処理）について図１０を用いて説明する。図１０のフローチャートは、ＣＰＵ４０によって実行される一連の処理アルゴリズムに対応している。なお、ここでは、一例として、複数の記録層から情報を再生するものとする。

上位装置９０から再生要求コマンドを受信すると、図１０のフローチャートに対応するプログラムの先頭アドレスがＣＰＵ４０のプログラムカウンタにセットされ、再生処理がスタートする。

最初のステップ５０１では、所定の線速度（又は角速度）で光ディスク１５が回転するように駆動制御回路２６に指示するとともに、上位装置９０から再生要求コマンドを受信した旨を再生信号処理回路２８に通知する。

次のステップ５０３では、再生要求コマンドを解析し、指定アドレスに基づいて再生対象の記録層及び再生対象のユニットを特定する。そして、その特定結果を再生信号処理回路２８、駆動制御回路２６及びレーザ制御回路２４などに通知する。これにより、サーボ用ビームＬＢ１が再生対象のユニットのガイドトラック層Ｓに集光するように、駆動制御回路２６によって対物レンズ６０が駆動制御される。また、光源ＬＤ２における駆動対象の発光部、及び受光器ＰＤ２における信号取得対象の受光素子（又は受光領域）が特定される。

次のステップ５０５では、指定アドレスに対応する目標位置近傍に光スポットが形成されるように、駆動制御回路２６に指示する。これにより、シーク動作が行なわれる。なお、シーク動作が不要であれば、ここでの処理はスキップされる。

次のステップ５０７では、再生を許可する。これにより、光ピックアップ装置２３及び再生信号処理回路２８を介して、再生対象の各記録層に記録されているデータがそれぞれほぼ同時に再生される。そして、バッファＲＡＭ３４に格納された再生データは、所定のデータ量に達すると上位装置９０に転送される。

次のステップ５０９では、再生が完了したか否かを判断する。完了していなければ、ここでの判断は否定され、所定時間経過後に再度判断する。再生が完了していれば、ここでの判断は肯定され、再生処理を終了する。ここでは、複数の記録層からの再生がほぼ同時に行われるため、従来よりも単時間で再生処理を終了することができる。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る光ディスク１５では、ガイドトラック層Ｓによってガイド層が実現されている。

また、本実施形態に係る光ピックアップ装置２３では、光源ＬＤ１によって第１の波長の光を出射する光源が実現され、光源ＬＤ２によって第２の波長の光を出射する光源が実現され、受光器ＰＤ１によってガイド層からの反射光を受光する光検出器が実現され、受光器ＰＤ２によって複数の記録層からの複数の反射光を個別に受光する複数の光検出器が実現されている。

また、本実施形態に係る光ディスク装置２０では、再生信号処理回路２８と、ＣＰＵ４０及び該ＣＰＵ４０によって実行されるプログラムとによって、処理装置が構成されている。なお、ＣＰＵ４０によるプログラムに従う処理の少なくとも一部をハードウェアによって構成することとしても良いし、あるいは全てをハードウェアによって構成することとしても良い。

以上説明したように、本実施形態に係る光ディスク１５によると、３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内の波長（第１の波長）の光に対応するガイドトラック層Ｓ（ガイド層）と６５０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内の波長（第２の波長）の光に対応する２光子吸収材料からなる複数の記録層Ｄとが積層されたユニットが、複数積層されている。これにより、記録容量の減少を招くことなく、記録層の層数が少ない場合と同等のチルト安定性を有することが可能となる。

また、本実施形態に係る光ディスク１５によると、記録再生用ビームに波長が６６０ｎｍのレーザ光を用い、サーボ用ビームに波長が４０５ｎｍのレーザ光を用いることができるため、フェムト秒レーザのような高価なレーザを用いる必要はなく、光ディスク１５を対象媒体とする安価な光ピックアップ装置及び光ディスク装置を実現することが可能となる。

また、本実施形態に係る光ディスク１５によると、複数の記録層Ｄに対応してガイドトラック層Ｓが設けられているため、各記録層には案内用の溝を形成する必要はなく、製造工程の一部を簡略化することができる。

また、本実施形態に係る光ディスク１５によると、ガイドトラック層Ｓと各記録層とが分離されている。これにより、サーボ用ビームに青色光を用いた場合でも、記録層付近では小さな集光スポットを形成することがなく、青色や紫外光に弱い２光子吸収材料が劣化する心配がない。

また、本実施形態に係る光ディスク１５によると、１つのユニットでは、ガイドトラック層Ｓが情報層Ｍよりも入射面に近い位置に配置されている。これにより、サーボ用ビームに青色光を用いた場合でも、青色光に対しては基板厚さが薄くなり、光ピックアップ装置２３では、光ディスク１５が対物レンズ６０に対して１°程度傾斜しても、安定して高精度なサーボ情報を得ることが可能となる。すなわち、光ディスク１５はチルトに対して安定な多層光情報記録媒体である。

また、本実施形態に係る光ピックアップ装置２３によると、サーボ用ビームを出射する光源に青色光を発光する半導体レーザを用いているため、光ディスク１５からサーボ制御に必要な信号を精度良く取得することができる。

また、本実施形態に係る光ピックアップ装置２３によると、サーボ用ビームを出射する光源に青色光を発光する半導体レーザを用い、記録再生用ビームを出射する光源に赤色光を発光する半導体レーザアレイを用いているため、小型化及び低コスト化を図ることができる。

また、本実施形態に係る光ピックアップ装置２３によると、波長が約４０５ｎｍの光のほうが、波長が約６６０ｎｍの光よりも、対物レンズ６０に近い位置に集光される。これにより、光ディスク１５の記録層Ｄの劣化を抑制することができる。また、ガラスは波長が短い方が屈折率が大きくなる場合が多いため、波長が短い光に対して焦点距離を短くでき、対物レンズの設計が容易になるといったメリットがある。すなわち、硝材の色収差を利用して、波長の短い光、波長の長い光の両方に対応した安価なレンズを、対物レンズとして使用することができる。

また、本実施形態に係る光ピックアップ装置２３によると、サーボ用ビームの反射光を受光する受光器と、記録再生用ビームの反射光を受光する受光器とを個別に配置している。これにより、各受光器の応答速度、ゲイン、感度、変調特性等を最適化でき、良好な信号を生成することができる。

また、本実施形態に係る光ディスク装置２０によると、光ピックアップ装置２３を有しているため、光ディスク１５に対して、情報の記録、再生及び消去のうち少なくとも再生を精度良く行うことが可能となる。

なお、上記実施形態では、光ディスク１５におけるユニット数が３個の場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。

また、上記実施形態では、１ユニットに含まれる記録層の数が５層の場合について説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。このときには、１ユニットに含まれる記録層の数に応じて、光源ＬＤ２の発光部の数を変更しても良い。

また、本発明の一実施形態に係る多層光情報記録媒体として、一例として図１１に示される光ディスク１５ａのように、前記カバー層Ｃの＋Ｚ側に複数のガイドトラック層（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）が積層され、該複数のガイドトラック層の＋Ｚ側に複数の情報層（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）が積層されても良い。ここでは、ガイドトラック層Ｓ１と情報層Ｍ１との距離と、ガイドトラック層Ｓ２と情報層Ｍ２との距離と、ガイドトラック層Ｓ３と情報層Ｍ３との距離は、それぞれ同じ距離ｔに設定されている。

この光ディスク１５ａでは、一例として図１２に示されるように、情報層Ｍ１に対して記録及び再生を行うときには、ガイドトラック層Ｓ１が用いられ、一例として図１３に示されるように、情報層Ｍ２に対して記録及び再生を行うときには、ガイドトラック層Ｓ２が用いられ、一例として図１４に示されるように、情報層Ｍ３に対して記録及び再生を行うときには、ガイドトラック層Ｓ３が用いられる。従って、この場合には、前記対物レンズ６０は、前記サーボ用ビームＬＢ１の集光位置と記録再生用ビームＬＢ２の最も近い集光位置との距離が上記ｔとなるように設定される。

また、光ディスク１５ａでは、複数のガイドトラック層のほうが複数の情報層より入射面に近い位置にあるため、層間ジャンプした場合でもサーボ用ビームは記録層Ｄを通ることはない。従って、層間ジャンプ時に余分な層からの反射光（フレア光）を受けないため安定したサーボ信号を得ることができる。すなわち、高速で途切れることなくサーボ制御を行うことができる。

また、光ディスク１５ａでは、記録層とガイドトラック層とが分離されているため、製造工程を簡素化することができる。

この場合に、一例として図１５に示される光ディスク１５ｂのように、複数のガイドトラック層と複数の情報層の境界に、３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内の波長の光を反射し、６５０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内の波長の光は透過させるフィルタ層Ｆを配置しても良い。これにより、サーボ用ビームＬＢ１は、このフィルタ層Ｆで全て反射され、２光子吸収材料からなる記録層Ｄに照射されることはなくなり、記録層Ｄの劣化の要因の一つを排除することができる。その結果、信頼性の高い記録及び再生を行うことが可能となる。

また、一例として図１６に示される光ディスク１５ｃのように、上記複数のガイドトラック層と複数の情報層をユニットとし、該ユニットが複数（ＵＮ１、ＵＮ２、・・・・）積層されても良い。

また、上記光ピックアップ装置２３では、光ディスク１５ａの前記ｔに応じて、サーボ用ビームＬＢ１及び記録再生用ビームＬＢ２の有効径を変更するなどして前記対物レンズ６０のＮＡを変えることにより、光ディスク１５ａに容易に対応することができる。

また、上記実施形態において、光源ＬＤ１から出射される光の波長は、３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内であれば良い。また、光源ＬＤ２から出射される光の波長は、６５０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内であれば良い。

また、上記実施形態では、ガイドトラック層Ｓが、３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内の波長の光に対応し、記録層Ｄが、６５０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内の波長の光に対応する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。要するに、ガイドトラック層Ｓと記録層Ｄが互いに異なる波長の光に対応すれば良い。このときには、当然、光源ＬＤ１はガイドトラック層Ｓに対応する波長の光を出射し、光源ＬＤ２は記録層Ｄに対応する波長の光を出射することとなる。

また、上記実施形態では、光ドライブ装置として、情報の記録及び再生が可能な光ディスク装置を説明したが、これに限らず、情報の記録、再生及び消去のうち、少なくとも情報の再生が可能な光ディスク装置であれば良い。

また、上記実施形態では、複数の記録層に対して同時に記録及び再生を行う場合について説明したが、これに限らず、例えばいずれか１つの記録層に対して記録及び再生を行っても良い。この場合には、前記光源ＬＤ２は１つの発光部を有していれば良い。また、前記受光器ＰＤ２は１つの受光素子（又は受光領域）を有していれば良い。

また、上記実施形態では、前記ガイドトラック層Ｓには、案内用として溝が形成されている場合について説明したが、これに限らず、例えば、案内用のピット（プリピット）が形成されていても良い。また、溝とプリピットの両方が形成されていても良い。

また、上記実施形態において、前記ガイドトラック層Ｓが記録可能な層であっても良い。これにより、記録容量を更に大きくすることが可能となる。そして、例えば、いわゆるハイブリッドディスクのように、ガイドトラック層Ｓに読出し専用のプログラムやセキュリティ用のデータなどを記録しても良い。この場合に、Ｂｌｕ−ｒａｙ規格に準拠して記録しておけば、Ｂｌｕ−ｒａｙ規格に準拠した光ディスク装置で用いられている信号処理系を流用することができ、安価な光ドライブ装置が実現できる。

また、上記実施形態において、前記ガイドトラック層Ｓに、例えばユニット番号などの該ガイドトラック層Ｓを特定するための情報を含む情報が予め記録されていても良い。これにより、いわゆる層間ジャンプやアクセスに要する時間を短縮することができる。

以上説明したように、本発明の多層光情報記録媒体によれば、記録容量の減少を招くことなく、記録層の層数が少ない場合と同等のチルト安定性を有するのに適している。また、本発明の光学ヘッドによれば、本発明の多層光情報記録媒体から精度良く信号を取得するのに適している。また、本発明の光ドライブ装置によれば、本発明の多層光情報記録媒体に対して、情報の記録、再生及び消去のうち少なくとも再生を精度良く行うのに適している。

本発明の一実施形態に係る多層光情報記録媒体としての光ディスク１５の構成を説明するための断面図である。 図１における情報層Ｍを説明するための断面図である。 ２光子吸収により形成されたピットと従来方式で形成されたピットの大きさの違いを説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る光学ヘッドとしての光ピックアップ装置を説明するための図である。 図４の光ピックアップ装置を説明するための図（その１）である。 図４の光ピックアップ装置を説明するための図（その２）である。 図４の光ピックアップ装置を説明するための図（その３）である。 本発明の一実施形態に係る光ドライブ装置としての光ディスク装置を説明するための図である。 上位装置から記録要求を受信したときの図８の光ディスク装置での処理を説明するためのフローチャートである。 上位装置から再生要求を受信したときの図８の光ディスク装置での処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る多層光情報記録媒体としての光ディスク１５ａを説明するための断面図である。 図１１の光ディスクにおけるサーボ用ビーム及び記録再生用ビームの集光位置を説明するための図（その１）である。 図１１の光ディスクにおけるサーボ用ビーム及び記録再生用ビームの集光位置を説明するための図（その２）である。 図１１の光ディスクにおけるサーボ用ビーム及び記録再生用ビームの集光位置を説明するための図（その３）である。 本発明の一実施形態に係る多層光情報記録媒体としての光ディスク１５ｂを説明するための断面図である。 本発明の一実施形態に係る多層光情報記録媒体としての光ディスク１５ｃを説明するための断面図である。

符号の説明

１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ…光ディスク（多層光情報記録媒体）、２０…光ディスク装置（光ドライブ装置）、２３…光ピックアップ装置（光学ヘッド）、２８…再生信号処理回路（処理装置の一部）、４０…ＣＰＵ（処理装置の一部）、６０…対物レンズ、ＬＤ１…光源（第１の波長の光を出射する光源）、ＬＤ２…光源（第２の波長の光を出射する光源）、Ｄ…記録層、Ｓ…ガイドトラック層（ガイド層）、Ｆ…フィルタ層、ＰＤ１…受光器（ガイド層からの反射光を受光する光検出器）、ＰＤ２…受光器（記録層からの反射光を受光する光検出器）、Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３…ユニット、ＵＮ１、ＵＮ２…ユニット。

Claims (10)

1. ３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲内の第１の波長の光に対応し案内用溝を有する複数のガイド層と；
   ６５０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内の第２の波長の光に対応する２光子吸収材料からなる複数の記録層が所定の層数積層された複数の情報層と；を有し、
   前記第１の波長の光と第２の波長の光はいずれも同じ入射面を介して入射され、
   前記複数のガイド層は前記複数の情報層よりも前記入射面に近い位置に積層されて配置され、
   前記複数の情報層は、積層されたガイド層の前記入射面と反対側に各情報層の最も入射面に近い記録層と各情報層と対応するガイド層の案内用溝との距離が等しくなるように積層されていることを特徴とする多層光情報記録媒体。
2. 前記複数のガイド層と前記複数の情報層との間に配置され、前記第１の波長の光を反射し、前記第２の波長の光を透過させるフィルタ層を、更に有することを特徴とする請求項１に記載の多層光情報記録媒体。
3. 前記ガイド層には、情報の記録が可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の多層光情報記録媒体。
4. 前記ガイド層には、予め情報が記録されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の多層光情報記録媒体。
5. 前記ガイド層に予め記録されている情報は、該ガイド層を特定するための情報を含むことを特徴とする請求項４に記載の多層光情報記録媒体。
6. 前記ガイド層には、案内用の溝及びピットの少なくとも一方が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の多層光情報記録媒体。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の多層光情報記録媒体に対応可能な光学ヘッドであって、
   前記多層光情報記録媒体における第１の波長の光を出射する光源と；
   前記多層光情報記録媒体における第２の波長の光を出射する光源と；
   前記第１の波長の光を前記多層光情報記録媒体のガイド層に集光し、前記第２の波長の光を前記ガイド層に対応する前記多層光情報記録媒体の記録層に集光する対物レンズを含み、前記各光源からの光を前記対物レンズに導くとともに、前記対物レンズを介した前記多層光情報記録媒体からの反射光を前記ガイド層からの反射光と前記記録層からの反射光とに分離する光学系と；
   前記光学系で分離された前記ガイド層からの反射光を受光する光検出器と；
   前記光学系で分離された前記記録層からの反射光を受光する光検出器と；を備える光学ヘッド。
8. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の多層光情報記録媒体に対応可能な光学ヘッドであって、
   前記多層光情報記録媒体における第１の波長の光を出射する光源と；
   前記多層光情報記録媒体における第２の波長の光をそれぞれ出射する複数の光源と；
   前記第１の波長の光を前記多層光情報記録媒体のガイド層に集光し、前記各第２の波長の光を前記ガイド層に対応する前記多層光情報記録媒体の複数の記録層にそれぞれ集光する対物レンズを含み、前記各光源からの光を前記対物レンズに導くとともに、前記対物レンズを介した前記多層光情報記録媒体からの反射光を前記ガイド層からの反射光と前記複 数の記録層からの複数の反射光とに分離する光学系と；
   前記光学系で分離された前記ガイド層からの反射光を受光する光検出器と；
   前記光学系で分離された前記複数の記録層からの複数の反射光を個別に受光する複数の光検出器と；を備える光学ヘッド。
9. 前記対物レンズは、前記第１の波長の光を、前記第２の波長の光よりも前記対物レンズに近い位置に集光することを特徴とする請求項７又は８に記載の光学ヘッド。
10. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の多層光情報記録媒体に対して、情報の記録、再生及び消去のうち少なくとも再生が可能な光ドライブ装置であって、
    請求項７〜９のいずれか一項に記載の光学ヘッドと；
    前記光学ヘッドの各光検出器の出力信号を用いて、前記多層光情報記録媒体に記録されている情報の再生を行う処理装置と；を備える光ドライブ装置。

Images