JP4714704B2 - 情報記録再生方法及び情報記録再生装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録媒体に情報を光学的に記録・再生する情報記録再生方法及び情報記録再生装置に関する。

光ディスクでは、光源として半導体レーザが使えること、記録媒体（ディスク）を記録再生装置から外せることと、記録媒体のビットあたりコストが安価であることが大きな特長になっている。従って光ディスク装置では、この特徴を失わずに高密度・高速化するのが望ましい。記録の大容量化のために、従来１層であった記録層を２層、３層と増加させ、現在８層までの多層のリード・オンリー形の光ディスクが発表されている。また、他の多層記録ではデータ記録形の光ディスクが開示されている。複数のデータ記録層と１つのサーボ層が組みになり、データ記録用とサーボ用の光源をそれぞれ一つずつ持ち、サーボ用の光源から放射した光はサーボ層に微小な光スポットを形成し、サーボ層の面内にあるトラックを常に追跡する。データ記録用の光源から放射した光はサーボ層に形成された光スポットと一定の幾何学的な配置関係を維持して複数の記録層に情報を記録する。各層からの情報の再生は、データ再生用のスポットをディスクの垂直方向に動かし、ピンホールにより、他の層からの洩れこみを取り除きながらデータ面の信号を検出する（米国特許第６，５４０，３９７号明細書）。
米国特許第６，５４０，３９７号明細書

多層光ディスクは記録層と中間層が交互に積層されているが、記録層と中間層の屈折率が合わないと境界面で多重に反射し、データ層からの反射光が光検出器面に集光する同じ点に他のデータ層からの多重反射光も集光してきて、データ層の信号と分離が困難になる。さらに、トラックずれ信号、焦点ずれ信号の検出のためには、光検出器は反射光の収束点から外れた位置に複数個配置し、それらが受光する光量のバランスを検出する必要がある。この光検出器の構成では、他の層からの光がまた混入し、他の分離方法が必要となる。

層間隔を広げれば、ある程度の光検出器の大きさがあっても各層からの反射光を分離でき、層間クロストークは低減できるが、今後、多層光ディスクの記憶容量をあげるためには層間隔を狭めていかざるを得ず、その場合には各層からの反射光を分離することが困難になる。従って、各層からの反射光を受光して、その中から所望の層からの情報のみを取り出す方法が必要となる。

本発明は、多層光ディスクにおけるこのような要請に応える情報記録再生方法及び情報記録再生装置を提供するものである。

本発明では、複数の記録層と１つのサーボ層とが組になって設けられた多層光ディスクを用い、サーボ層と選択された１つの記録層とに対して時分割的に光スポットを照射し、サーボ層からサーボ情報を取得して所望のトラックに追随しながら記録層に対して情報の記録・再生を行う。

本発明の多層光ディスクは、複数の記録層と１つのサーボ層とが組になって設けられ、サーボ層にはトラッキング誤差信号と焦点ずれ信号を検出するためのサーボ領域がトラックに沿って離散的に設けられ、記録層にはデータを記録しない領域が離散的に設けられ、光入射側から見て、記録層のデータを記録しない領域とサーボ層のサーボ領域とが重なるように配置されている。光入射側から見て前記サーボ層が複数の記録層の奥側に位置している場合には、記録層のデータを記録しない領域は透明領域である。また、光入射側から見てサーボ層が複数の記録層の手前側に位置している場合には、サーボ層はサーボ領域を除いて透明になっている。

上記多層光ディスクを用いる本発明の情報記録再生方法は、第１のレーザ光束と、第２のレーザ光束を１つの対物レンズの光軸に沿って多層光ディスクに入射させ、光軸上の異なる位置にそれぞれ収束させる工程と、サーボ層と相互作用した第１のレーザ光束を検出する工程と、第１のレーザ光検出信号からサンプル論理信号を発生する工程と、サンプル論理信号に従って第１のレーザ光束と第２のレーザ光束を交互に点灯させる工程と、第１のレーザ光束が点灯している期間に、サーボ層に対するトラッキング誤差信号と焦点ずれ信号を導出する工程と、トラッキング誤差信号と焦点ずれ信号を用いて多層光ディスクに対する対物レンズの位置を制御し、第１のレーザ光束のスポットをサーボ層の所望のトラックに追従させる工程と、第２のレーザ光束が点灯している期間に、複数の記録層のうちの１つと相互作用した第２のレーザ光束を検出して記録層に対する第２のレーザ光束の焦点ずれ信号を導出する工程と、第２のレーザ光束の焦点ずれ信号を用いて第２のレーザ光束のスポットを記録層に焦点合わせする工程とを有する。

また、前記多層光ディスクを用いる本発明の情報記録再生は、第１のレーザ光束の発生手段と、第２のレーザ光束の発生手段と、第１のレーザ光束と第２のレーザ光束を一軸上に結合させる光学系と、結合した第１のレーザ光束をサーボ層に収束させ、第２のレーザ光束を複数の記録層のうちの１つに収束させる対物レンズと、対物レンズを駆動するアクチュエータと、焦点ずれ検出器とトラッキング誤差検出器とを有する光検出器と、トラッキング誤差検出器の出力に基づいて第１のレーザ光束と第２のレーザ光束を交互に照射するタイミング信号を発生するタイミング発生回路と、第１のレーザ光束が点灯している期間の焦点ずれ検出器の出力に基づいてアクチュエータを光軸方向に駆動する第１の焦点合わせ部と、第１のレーザ光束が点灯している期間のトラッキング誤差検出器の出力に基づいてアクチュエータを光軸に垂直な方向に駆動するトラッキング制御部と、第２のレーザ光束が点灯している期間の焦点検出器の出力に基づいて第２のレーザ光束のスポットを光軸方向に駆動する第２の焦点合わせ部とを有する。

本発明によると、多層光ディスクにおいて、２つの光スポットを用いて、複数の記録層からの信号を一つの光検出器で検出することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明による３次元記録再生装置の構成例を示す図である。受光光学系は、反射光検出系を例として示したが、透過光検出系であってもよい。多層光ディスク４は、透明基板３の上に記録層１と中間層２（図２（ａ）参照）を交互に多層に積層した構造を有する。記録層１には、局所的な光照射によって光学的性質を局所的に変化させて情報の記録が行われる。中間層２は、記録層の補助として反射防止，多重反射，光吸収，記録層の光学的局所変化の転写，断熱，吸熱，発熱又は補強を目的として設けられる。情報の記録に当たっては、多層光ディスク４の所望の記録層に光スポットを絞り込み、その記録層の局所的光学的性質を２次元的に、かつ他の記録層とは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。再生に当たっては、所望の記録層への光スポット照射によって、その記録層の局所的光学的性質の変化を反射光量の変化として検出し、データを再生する。

この光学系は、例えば半導体レーザ５と半導体レーザ１１５からなる２個の光源を有する。絞り込み光学系は、コリメータレンズ６によって半導体レーザ５からの出射光を平行光に変換し、偏向ビームスプリッタ７を介して、対物レンズ８に入射させる。ディスク４からの反射光は、対物レンズ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。

多層光ディスク４は、図２（ａ）に示すように、Ｍ層の記録層Ｒ１〜ＲＭ毎に１層のサーボ層１０６を設け、これらを一組として、図２（ｂ）のように多層ディスクを複数の組５００，５０１，５０２，…からなるＮ組に分割した構成とすることができる。サーボ層には、半導体レーザ５からの光束４７が対物レンズ８により収束され、層上に微小スポット１０８を形成する。また、記録層１には、半導体レーザ１１５からの光束１４７が対物レンズ（絞込みレンズ）８により収束され、層上に微小スポット１０７を形成する。記録再生時には、半導体レーザ５からの光束４７のスポット１０８が常にサーボ層１０６上に焦点合わせされるように対物レンズ８をｚ軸方向に駆動し、位置決めを行う。また、後述するようにサーボ層上にはスポット１０８を案内するトラックが存在し、これをトラッキングするために２次元アクチュエータ１１０により対物レンズ８をディスク半径方向に駆動する。従って、対物レンズ８に同時に入射している半導体レーザ１１５からの光束１４７も駆動され、スポット１０７もスポット１０８と同期してディスク偏心に追従して動かされる。

半導体レーザ５から放射された光は光束４７となり、サーボ層１０６からの情報を読み取るために使用される。もう１つの半導体レーザ１１５から放射された光は、楔ガラス板１１７を通過して、コリメータレンズ１１６により平行光になり、合成プリズム１１８により光路を偏光プリズム７の方向に曲げられ、半導体レーザ５から放射された光と合成されて、対物レンズ８に向かい、楔ガラス板１１７の挿入量を調整することによって、そのサーボ層と組になったＭ層の記録層のうちの１つの記録層１０９に焦点合わせされる。

記録層からの反射光束１４７は、対物レンズ８を介して、図３（ａ）に示すようにサーボ層からの反射光束４７を受光する光検出器１０に入射される。光検出器１０のさらに詳細な構成例を図３（ｂ）に示す。多層ディスクからの反射光束はハーフミラー１３２により２つの光束に分割される。一方の光束はハーフミラー１３２を透過し、最適焦点位置１３４に集光される。焦点位置１３４にはナイフエッジ１３３のエッジが置かれている。ナイフエッジ１３４の端でけられた光が２分割光検出器１３０に到達する。ディスク面上のスポットが最適な焦点位置からずれると、光束の収束点は最適焦点位置１３４から、光軸上を上下に移動し、ナイフエッジによって光束の半分がけられ、焦点位置１３４の前後によって、光束の右半分が透過するか、左半分が透過するかして、透過光の分布が異なる。これを２分割光検出器１３０により、焦点ずれとして検出する。このような検出光学系による焦点検出方法はナイフエッジ検出法と呼ばれ、良く知られた方法である。また、もう一方の光束はハーフミラー１３２により反射され、最適焦点位置１３５に収束されるが、途中に置かれた２分割光検出器１３１により光束の光強度分布が検出される。光スポットが収束するディスク面上に案内トラックを設け、光スポットのトラック中心からのずれに応じて、反射回折光の分布の変化を２分割光検出器１３１により検出する。このような検出系によるトラックずれ検出方法は回折光トラックずれ検出方式として良く知られた方法である（例えば、桜井健二郎監修「実用レーザ技術」電子通信学会、９２−９７頁参照）。焦点ずれ、トラックずれ検出方法には種々の方法が知られているが、本発明の構成はいずれの方法にも適用できる。

以下、半導体レーザ１１５からの光束１４７のスポット１０７を所望の記録層に焦点合わせして、情報を記録再生する方法の詳細について説明する。

［実施例１］
本発明の他の実施例について説明する。図９は、本実施例によって多層ディスクに情報を記録・再生するための動作原理を説明する図である。記録層における記録再生動作を半導体レーザの放射強度の振る舞いによって説明する。

情報再生時には、多層ディスクの特定の記録層を読み出しパワーレベルＰｒ１で照射する。記録時には、照射光パワーレベルは記録のために読み出し時よりは大きくなりＰｗ１となる。書き換え形の媒体では、消去するためにはＰｅ１のパワーレベルが必要となり、図９（ａ）に示すように、動作モードごとに大きくパワーが変動する。そこで、本実施例では、サーボ層を照射するタイミングと記録層を照射するタイミングをずらすことにより、それぞれの層からの信号を同一光検出器を用いて分離する。

具体的には、図９（ａ）に示すように、データ記録の単位は特定の情報量ごとのブロック単位にし、ブロック間に休止期間Ｔｐを設ける。この期間では、記録層を照射するパワーは微小なレベルＰｂ１とし、サーボ層を照射するパワーをＰｒ２にする。逆に、記録層の記録再生動作中には、サーボ層を照射するパワーを微小なレベルＰｂ２に低下させておく。このように、記録層照射とサーボ層照射の照射タイミングを変えることにより、１つの検出器でそれぞれの影響を受けることなく信号を分離して検出できる。

これを実現するためのサーボ層に設けられたサーボトラックの構成例を図１０に示す。サーボ層には同心円状のトラック４０３が、ディスク内周４１０から外周まで複数本存在する。トラックには円周上に等間隔に制御信号検出領域（サーボ領域）４０１，４０２が存在している。その領域には制御領域の先頭を示すマーク４０５と、その後にクロックを作成するためのクロックマーク４０７、その後に焦点ずれを検出するためにマークのない焦点ずれ検出領域４０６があり、続いてトラック中心４０４を挟んでトラック半径方向に左右にオフセットした一対のトラックずれ検出マーク４０８と４０９が存在する。特定のトラック数を一組４００にして、領域４０１はトラック半径線上に配列している。その後に、アドレス情報を示すアドレスマーク群４１５が続いている。一対のトラックずれ検出マーク４０８と４０９及びクロックマーク４０７を用いてトラッキングを行うことはすでにサンプルサーボとして知られている（特許第３１６６３２９号、特公平７−２１８７９号公報等参照）。記録層の記録領域は、２次元平面方向にはサーボ層の制御信号検出領域４０１，４０２を除いた領域と同じ円周位置にあり、かつ垂直方向にはサーボ層の上下に対応する領域である。

図１１は、本実施例による多層光ディスクの記録再生回路系の一部の詳細構成図、図１２は記録再生回路系の全体構成図である。図１１及び図１２を用いて、本実施例による多層光ディスクの記録再生回路の動作について説明する。

トラックずれ信号検出用の２分割光検出器２２９と２３０にて受光した光電流は、光電変換器３０２と３０８により電圧に変換され、加算回路３０１により、総受光光量を示す信号７１４となり、この信号をクロック発生回路３０４とタイミング発生回路３１０に入力する。最初の動作は、ディスクの上下ぶれによりスポットが記録層、サーボ層を通過する。その過程で、まず、他の制御信号領域にあるマーク、さらに情報層に記録される情報を表すマークよりは長いことを利用して、マーク４０５をクロック発生回路３０４により検出する。次に、マーク４０５から特定の時間後にある焦点ずれ検出領域４０６で焦点ずれ信号をサンプルし、焦点制御を行い、スポットをサーボ層に位置決めする。その次に、マーク４０５の後にあるトラックずれ検出マーク４０８，４０９を用いてトラックずれ信号をサンプル検出し、サーボ層でのトラッキングを行う。以上の動作を、回路を用いて以下のように行う。

タイミング発生回路３１０では、図９（ｃ）、（ｄ）に示すサンプル論理信号３１６と３１３を発生する。クロック発生回路３０４では、図１０に示した制御信号検出領域４０１から制御領域の先頭を現すマーク４０５を認識し、そこから特定の距離離れたクロックマーク４０７の発生タイミングを検出し、このクロックをフェーズ・ロックド・ループ（ＰＬＬ）に入力し、クロックを発生させる。この発生方法についてはサンプルサーボの信号検出として良く知られた方法を用いればよい。このクロックとマーク４０５のタイミングから前記サンプル論理信号３１６と３１３を作成する。

総受光光量を示す信号７１４はそれぞれ、サンプルホールド回路３０３と３０９に入力され、サンプル論理信号３１３を用いて、図１０のマーク４０８からの信号とマーク４０９からの信号をそれぞれ、サンプルホールド回路３０３と３０９とで検出し、それらの出力を差動回路３２４に入力し、差分をとることにより、スポット１０８のトラック中心４０４からのずれを検出することができる。このトラックずれ信号を制御補償回路２０６に入力し、２次元アクチュエータ１１０のディスク半径方向に対物レンズ８を駆動する端子に入力させ、トラッキングを行う。

さらに、光検出器２３１，２３２からの光電流を光電変換器３１１と３１４に入力し、変換後の電圧をサンプルホールド回路３１２，３１５，３２３，３２５に入力する。サンプルホールド回路３１２と３１５ではサンプル論理信号３１３に従って、半導体レーザ５から放射された光のサーボ層からの反射光のみを検出する。サンプルホールド回路３１２と３１５の出力を差動回路３２６により差分し、サーボ層とスポット１０８の焦点ずれを検出する。この焦点ずれ信号を制御補償回路２１８に入力し、２次元アクチュエータ１１０の光軸ｚ方向に対物レンズ８を駆動する端子に入力させ、サーボ層への焦点合わせを行う。

サンプルホールド回路３２３，３２５では、光電変換器３１１，３１４の出力をサンプル論理信号３１６によりサンプルホールドし、半導体レーザ１１５から放射された光の記録層からの反射光のみを検出する。サンプルホールド回路３２３と３２５の出力を差動回路３５０により差分し、記録層とスポット１０７の焦点ずれを検出する。この焦点ずれ信号を制御補償回路２２１に入力し、楔ガラス板１１７を光軸に垂直方向に駆動する端子に入力させ、Ｍ個の記録層の任意の記録層に焦点合わせを行う。

図１２を用いて、さらに詳細に記録再生回路の動作を説明する。総光量を示す信号７１４をクロック信号７１６とともにデータ弁別回路６１０に入力する。データ弁別回路６１０において、図１０に示したアドレスマーク４１５からアドレス信号を検出し、トラックアドレスを再生する。再生された、トラックアドレス信号はアドレス比較回路６２７に入力され、上位コントローラ６３７からのアドレス指令のレジスタ６２８からの出力と比較され、光スポットを制御する信号を発生する回路６２９により、２次元アクチュエータ１１０の制御信号を駆動回路１１８に送出するとともに、楔ガラスを駆動する信号６４３を送出する。２次元アクチュエータを焦点方向に動かし、スポット１０８をＮ個のブロックの中から任意のブロックのサーボ層に位置決めし、そのブロック層内のＭ個の記録層の中から任意の記録層にスポット１０７を位置づけるため楔ガラスを駆動して、所望の記録層にアクセスする。層内のアクセスは、サーボ層内にある図１０に示すアドレスマーク群４１５のアドレス情報により、２次元アクチュエータ１１０をトラック方向に動かし、スポット１０８をトラックに位置決めする。これにより、スポット１０７のトラック方向はスポット１０８に連動して位置決めされ、焦点方向は楔ガラスの移動によりサーボ層を規準にして相対的に位置決めされる。

また、上位コントローラ６３７から送出されるユーザデータをレジスタ６３０で受け取り、記録情報として保存する。変調回路６２４に入力された記録情報は、クロック７１６によって変調し、タイミング信号３１６により、図９（ａ）で示されたタイミングで記録動作が行われるように、変調する。記録時には変調信号がレーザ駆動回路２２７に入力され、光源１１５を強度変調して、情報を記録層のデータ領域４２１に記録する。再生時には、データ記録領域で直流出力がレーザ駆動回路に入力され、図９（ａ）に示すように記録データにより反射光が変調を受ける。

記録されたデータの再生時には、サーボ層上にあるトラックにスポット１０８を位置づけ、スポット１０７を記録された記録層に位置決めし、情報を記録した領域に配置させ、反射光を検出器１０上の受光器１３０，１３１にそれぞれ集光し、受光する。各光電流はプリアンプ３０２，３０８，３１１，３１４により電圧に変換され、サーボ情報を検出する。さらに、記録層上のデータを再生するために、サンプル回路３２５，３２３の出力信号６７５，６７４を加算回路７６５に入力し、総受光光量を示す信号を作成する。この信号をデータ弁別回路７２３に入力する。データ弁別回路７２３にはもう一方の入力にクロック７１６が入力され、データ情報が検出、復調され、レジスタ７３１にストアされて、上位コントローラ６３７に送られる。レジスタ７３１では、クロック信号７１６に従って、データ弁別回路７２３から出力されるデータを記憶する。これを上位コントローラに送るときにはユーザデータの形に変換する。

いままではデータ記録再生の動作について、サーボ層からの反射光とデータ層からの反射光が光検出器面上で近接するために、各々の層からの信号を分離することが困難となる課題を解決するために、サーボ層を照射するレーザ光とデータ層を照射するレーザ光の発光タイミングを互いにずらすことを説明した。しかし、データ層１０９とサーボ層１０６が図４のように近接しているとサーボ層を照射するレーザ光４７だけが発光しているときにも、データ層１０９に反射し、再びサーボ層に反射して対物レンズ８に向かう反射光４５が生じ、２つの層の間隔ｄが小さいと光検出器上で分離できなくなる。また、図５のように、データ層とサーボ層の入射側から見た位置を逆にしても、この構造ではサーボ層の透過率を上げなくてはならず、サーボ層を透過した光がデータ層に反射して、反射光４５が対物レンズ８を介して、光検出器に集光される。この問題はサーボ層に近接するデータ層との間で起こるだけでなく、その他のサーボ層と組になるデータ層との間でも生じるが、問題の影響が大きくなるのは近接データとの間である。そこでディスク構造によりこの問題を解決する方法を提案する。

一つのレーザ光だけが発光しているときに多層構造での問題点を述べる。ここで、図４の構造において、サーボ面の反射率をｒ_s、データ面の反射率をｒ_d、透過率をｔ_dとすると、サーボ面から反射光４７の強度Ｉ_sは、入射光をＩ₀として次式で与えられる。
Ｉ_s＝Ｉ₀・ｔ_d ²・ｒ_s

データ層とサーボ層からの多重反射光４５の強度Ｉ_mは、次式で与えられる。
Ｉ_m＝Ｉ₀・ｔ_d ²・ｒ_d・ｒ_s

一方、反射光４５と反射光４７は光検出器面上で干渉しあう。その干渉量は、反射光４５と反射光４７の光検出器面上で重なる領域とその領域に重なる光検出器領域、さらに反射光４５と反射光４７の可干渉度によってきまる。実際の光学系ではセンサ形状は調整の都合から像側レンズ９の回折限界より大きくなっている。２層ディスク構造における隣接層からの干渉は層間クロストークとして知られており、Japan Journal of Applied Physics, Vol.42(2003) pp.5624-5633 Part 1, No.9A,”Analyses of Signals from Dual-Layer Phase Change Optical Disks”において解析されている。

この文献によれば、２層の反射率を等しいとして、センサに入るデータ層からの反射光量とセンサに入る隣接層からの反射光量の比をαとして求めている。αは層間隔ｄやセンサ形状、対物レンズの開口数などによって決まる。一方、光源に半導体レーザを用いると可干渉距離ｌは短く、特にレーザに戻る光による発振光強度の揺らぎを抑えるために駆動電流に高周波を重畳すると極端に短くなり、数十ミクロン程度になり、多層の間隔ｄとほぼ同じ程度の大きさとなる。したがって、干渉の度合いを示す可干渉度γは層間隔ｄの関数となる。

反射光４５と反射光４７の干渉した結果の光強度Ｉは、２つの光の光路差による位相差をδとして、次式で与えられる。

Ｉ＝Ｉ_s＋Ｉ_m＋２√（Ｉ_s・Ｉ_m）γcos(δ)
＝Ｉ_s＋α・ｒ_d・Ｉ_s＋２√（Ｉ_s・Ｉ_s・α・ｒ_d）γcos(δ)

ここで、Ｉにおいて、Ｉ_s以外の影響を少なくするためには、次の方法がある。
(1) ｒ_dを下げる。望ましくはゼロにする。
(2) αを下げる。そのためには、以下が有効である。
(a) センサ形状を小さくする。
(b) 層間隔を広げる。特に、これはγもゼロに近づける。
(3) (1)でｒ_dがゼロにできないときは、(2) の(b)と併用する。

次に、２つのレーザ光の発光タイミングを互いに変えて検出するシステムに上記結果を適用する。一つのレーザ光でサーボ信号を検出し、もう一つのレーザ光で記録データを読み書きすることができるためには、光入射側から見て、サーボ領域とデータ領域が重なっていても問題はなかった。しかし、サーボ信号を検出するレーザ光４７のみを発光したときにも、データ層１０９の影響を受けないようにするために、上記結果の(1)を適用すると、光入射側から見て、データ層上のデータ領域４２１以外の領域４２４では反射率ｒ_dがゼロで、かつサーボ領域４０１がすべて見えている必要がある。

その条件を図４と図６を用いて求める。図４において、データ層を通過するレーザ光４７の直径ｗ１は入射角をθとすると、
ｗ１＝２・ｄ・tan(θ)
となり、多重反射して、再びデータ層を通過する反射光４５の直径ｗ２は
ｗ２＝３・ｗ１＝６・ｄ・tan(θ)
となる。すると、図６において、サーボ領域４０１の長さをｗ３とすると、データ領域以外の領域４２４の長さｗ４は
ｗ４＝ｗ３＋ｗ２＋２・ε
となる。ここでεは２つのレーザ光１４７と４７のずれによる影響をなくするために追加する領域である。

また、図５において、サーボ層１０９を通過して、データ層で反射する光４５のデータ層での直径ｗ５は
ｗ５＝２・ｄ・tan(θ)
となる。すると、図７において、サーボ領域４０１の長さをｗ３とすると、データ領域以外の領域４２０の長さｗ６は次のようになる。
ｗ６＝ｗ３＋ｗ５＋２・ε

以上の結果をまとめると以下のようになる。
(1) 入射側から見てデータ層が先に、サーボ層が奥にある図６に示す構造において、データ面に微小領域４２４を離散的に配置し、かつ入射側から見て該領域４２４にサーボ面上にあるサーボ領域４０１が重なるように配置する。このような配置にし、好適には微小領域の反射率ｒ_dを低く選択すると、該微小領域４２４を通過したレーザ光は多重反射後に光量が減少し、ほとんどサーボ領域からの反射光のみが光検出器に入射される。微小領域４２４とサーボ面上サーボ領域以外の領域４２３も透明であるのが好ましい。
(2) 入射側から見てサーボ層が先に、データ層が奥にある図７に示す構造において、サーボ領域４０１を微小領域としてトラックに沿って離散的に配置し、サーボ層のその他の領域４２２の透過率を上げる。データ層１０９では光入射側から見てサーボ領域４０１に重ならないように領域４２１にデータを記録する。逆にいうと、データを記録しない領域４２０とサーボ領域４０１が光入射側から見て重なるようにする。

〔実施例２〕
一方、多層ディスクにおいて、奥側の層に読み書きしようとすると、入射側の層の影響を受けやすくなるという原理的な問題がある。そこで、記録層を一層ごとに電気的に選択する方法が提案されている（特開２００３−３４６３７８号公報）。

図８を用いて概要を説明する。基板５１１の上に複数のディスクを積層した積層ディスク５１２を形成する。積層ディスクの中から１層の記録層を取り出して、詳細を示す。記録する層５０２はエレクトロクロミック材料からなり、以下エレクトロクロミック層という。エレクトロクロミック層５０２に近接して絶縁層５０３、電解質層５０４が積層され、該電解質層、絶縁層とエレクトロクロミック層を上下から電極層５０１と５０５が挟みこむ構造となっている。電極層５０１と５０５に電圧印加回路５１９により電圧をかけると、電解質層５０４においてイオンと電子が分離し、イオンが絶縁層５０３を抜けてエレクトロクロミック層５０２に移動し、着色する。印加電圧を逆にするとエレクトロクロミック層５０２に移動したイオンが電解質層５０４に戻り、エレクトロクロミック層５０２が脱色し、透明となる。

さらに、詳細に上記構造の記録再生の動作を、図１３を用いて説明する。第１層目のエレクトロクロミック層５０２に記録するときには、電圧印加回路５１９により電極層５０１と５０５に電圧を印加し、エレクトロクロミック層５０２を着色させる。エレクトロクロミック層５０２にレーザ光５２０を集光し、情報マークを記録するときにレーザ強度を変調して温度を上げ、エレクトロクロミック層５０２の材料を変化させ、透明な記録マーク５２１を形成する。同様な過程を用いて第２層目のエレクトロクロミック層５２２にも透明な記録マークを作成する。第２層目のマークを再生するときには第２層目の電極層に電圧を印加してエレクトロクロミック層を着色させる。記録マークのところでは透明であることから、エレクトロクロミック層からの反射光は、マークのないところからは反射光が大きく、マークのあるところで反射光が少なくなり、反射光強度を電気信号に変換することにより通常の信号処理によりマークを検出できる。なお、印加電圧がない第１層目ではマークのある部分とない部分での透過特性が同じになるようにしておくことにより、多層構造でも奥の層を読み書きするときに入射手前の層が影響を与えることなく、信頼性よくデータを記録再生でき、かつ多層の枚数を増加させることができ、ディスク一枚あたりの容量を向上できる。

上記記録再生原理のディスク構造を本発明に適用すると、図２で示した多層ディスクの１組は図１４のような構造となる。多層ディスクの一つの組１０５はＭ層のエレクトロクロミック層と一層のサーボ層１０６から成り、各エレクトロクロミック層は絶縁層、電解質層とともに、電極層５０５と電極層５０１によってサンドイッチされて積層されている。

記録再生するときには図１２の楔ガラスを駆動する信号６４３を用いて、Ｒ１からＲＭの記録層のうち希望する記録層を挟む電極層、たとえば電極層５０５、５０１に電圧を印加し記録再生する層を選択する。

領域４２０を作成するためには、上記原理より領域４２０のみにデータ記録と同じ記録パワーを一定時間（領域４２０に相当する線速度から決まる時間）照射することにより、記録マークと同じ略透明な領域とすることができる。実際に記録する方法としては、多層ディスクを製造後、出荷前に実施例１で述べたデータ記録と同様にサーボ層を頼りに領域４２０をデータと同様に記録しておく。この場合には最下層の組の最下層記録層から順に領域４２０を作成開始すれば、その上の層が領域４２０を作成するのに悪影響を及ぼすことがなく、安定に領域４２０を記録できる。尚、ユーザの手元においても、時間がかかるが、多層ディスクを使用する前に上記手順でユーザの記録再生装置を使って領域４２０を作成することもできる。また、任意の組の記録は最下層から記録すると決めておき、データと記録領域４２０を同時に記録すれば、あらかじめ記録するときに要する時間を短縮できる。

〔実施例３〕
また、これまでは２つのレーザを交互に発光する実施例について説明したが、一つのレーザ１０５と可変焦点光学素子８００を用いる実施例について図１５を用いて説明する。図１の点線部９２０を図１５の構成に置き換え、図１２において点線部９２１の半導体レーザ５および、駆動回路２００を取り除く。図１５（ａ）において、半導体レーザ５から出た光はカップリングレンズ１１６により、平行光に変換され、光軸８０３に垂直に配置された可変焦点光学素子８００に入射され、該光学素子８００を通過する光束を平行光８０１から収束または発散光８０２に可変させる。

図１５（ｃ）に可変焦点光学素子８００の断面を示す。Ｍ枚のフレネルゾーンプレート状の透明電極パターンが積層されたガラス基板とパターンがないガラス基板８０７により液晶分子８０６がはさみ込まれた構造となっており、特定の透明電極パターン８０５への電圧印加によって液晶分子の配向が変化し、配向方向に沿った直線偏光に対して位相差を生じて回折レンズ作用を生じ、光学素子通過光の焦点位置を変えるものである。

図１５（ｂ）に光入射側から見た電極パターン８０５を示す。白抜きの部分８０５に透明電極があり、黒抜きの部分８０４は透明電極がなく、電圧が印加されても液晶の分子配向が変わらず入射光は位相変化を受けず通過する。透明電極に電圧を供給するために共通電極８０９が各透明電極に結合されている。

タイミング発生回路３１０から出力されたサンプル論理信号３１６をスポット制御回路８１２に入力する。回路８１２には、光スポットを制御する信号を発生する回路６２９から出力された楔ガラスを駆動する信号６４３が入力され、液晶を駆動する指令信号８１１が発生される。指令信号８１１は液晶駆動回路８０８に入力される。指令信号８１１では、楔ガラスを駆動する信号６４３に従って、Ｍ個のパターンのいずれかを駆動するかの信号とサンプル論理信号３１６に従って、“１”の時には信号４６３が選択したパターンに電圧をかける信号がある。サンプル論理信号３１６が“０”のときにはどのパターンにも電圧をかけない。

共通電極８０９は液晶駆動回路８０８に結合され、指令信号８１１に従って、Ｍ個の共通電極のどれかが選択される。Ｍ個のパターンはフレネルゾーンプレートのパターンであり、焦点距離が異なるようにパターンが形成されている。印加電圧を加えないときには可変焦点光学素子８００を通過した光束は平行になり、対物レンズ８を通過後は、サーボ層１０６に集光し、Ｍ個のパターンのいずれかを選ぶと、可変焦点光学素子８００を通過した光束は発散、または収束光となり、対物レンズ通過後はＭ層の記録層の中の対応した層に集光される。従って、サーボ層１０６からサーボ領域の制御信号を読むときには印加電圧をかけず、かつ半導体レーザ１１５の発光パワーは再生パワーＰｂ１とし、Ｍ層の特定の記録層に情報を記録するときには特定の記録層を選択するように印加電圧をかけ、かつ半導体レーザ１１５のパワーを変調し、再生時には所望の記録層を選択するように印加電圧をかけ、半導体レーザ５の発光パワーを再生パワーＰｒ１に設定する。この構成により、一つの半導体レーザにより光軸上のスポットの位置を交互に切り変えて、情報の読み書きを行うことができる。

〔実施例４〕
図６、図７記載の、サーボ面において好適にはサーボ領域４０１以外は反射率が低い（透過率が高い）方がよい。そこで、サーボ領域４０１の情報をあらわす凹ピットのみを残す実施例について説明する。

まず、図１６のディスクの作製方法について述べる。基板またはシート９０６の記録ピットは通常の記録装置を用いて作製する。ガラス基盤にレジストを塗布し、その試料を回転しながら円周方向に離散的にサーボ領域が形成されるように、集光したレーザ光のパルスを照射することによってレジストを露光した。露光された領域を現像によってピット形状とした。この原盤からＮｉメッキによってスタンパを作製した。ポリカーボネートで作製した、厚さ０．１ｍｍ程度、直径１２０ｍｍの円形基板またはシートに、高温状態のスタンパを押し付けることにより、スタンパのピット形状を転写し、基板９０６を作製した。

基板９０６にＡｌ膜９００、ＺｎＳ−ＳｉＯ₂膜９０１をスパッタした。この試料の膜を化学機械研磨によって研磨することにより、ピット内の膜はそのまま残り、スペース部分のＡｌを除去した。このことにより、反射材料であるＡｌをピット内のみに残すことができた。化学機械研磨では、試料を平面内で回転させ、研磨液を供給しながら研磨パッドを試料表面に押し付け、この研磨パッドをディスク内周から外周まで移動させることによって、ディスク全面を研磨する。このようにして、サーボ領域だけに反射率が高い情報を示す凹ピット（反射ピット）が形成され、その他の部分は透明とすることができる。

また、図６、図７記載のデータ層においては、好適にはデータ領域以外の領域４２０、または領域４２４は透明のほうがよい。これを実現する実施例について説明する。領域４２０、４２４を作成する場合には記録膜を蒸着やスパッタで作成する。このときにディスク半径方向にサーボ領域をカバーするマスクをディスク上に置き、サーボ領域に重なる領域４２４、４２０に記録膜が形成されないようにすればよい。また、実施例２で説明した記録膜の時には、電極層を領域４２０、４２４の部分だけ削除しておけばよい。別の作成方法として、ディスク出荷前に波長の異なる２つのレーザを用い、ひとつのレーザでサーボ領域から信号を取りながら、もうひとつのレーザで領域４２４、４２０を連続的に記録すると、領域４２４、４２０ではエレクトロクロミック特性がなくなり、透明となる。２つのレーザは領域４２４、４２０で重なるが波長分離フィルタをセンサの前に入れておき、２つの検出系を設けることにより別々に制御信号を検出でき、領域４２０、４２４を透明にできる。

本発明による３次元記録再生装置の構成例を示す図。 本発明による多層光ディスクの構成例を示す図。 多層光ディスクの検出光学系の説明図。 多層ディスクの多重反射を説明する図。 多層ディスクの多重反射を説明する図。 本発明の多層光ディスクのサーボ層と記録層の説明図。 本発明の多層光ディスクのサーボ層と記録層の説明図。 記録層選択型多層光ディスクの説明図。 本発明による多層光ディスクの記録再生方法の原理を説明する図。 サーボ層に設けられたサーボトラックの構成例を示す図。 本発明による多層光ディスクの記録再生回路系の他の実施例の詳細構成図。 記録再生回路系の全体構成図。 記録層選択型多層光ディスクの記録再生原理の説明図。 本発明による記録層選択型多層光ディスクの説明図。 本発明の液晶駆動方法の原理を説明する図。 本発明のサーボ層作成の原理を説明する図。

符号の説明

１：記録層、２：中間層、３：基板、４：多層光ディスク、５：半導体レーザ、６：コリメータレンズ、７：偏向ビームスプリッタ、８：対物レンズ、９：像レンズ、１０：光検出器、１０６：サーボ層、１０９：記録層、１１０：２次元アクチュエータ、１１５：半導体レーザ、１１６：コリメータレンズ、１１７：楔ガラス板、１１８：合成プリズム、１３０：２分割光検出器、１３１：２分割光検出器、１３２：ハーフミラー、１３３：ナイフエッジ、４０１，４０２：制御信号検出領域（サーボ領域）、４０３：トラック、４０４：トラック中心、４０５：制御領域の先頭を示すマーク、４０６：焦点ずれ検出領域、４０７：クロックマーク、４１５：アドレスマーク群

Claims (11)

1. 複数の記録層と１つのサーボ層とが組になって設けられ、
   前記サーボ層はトラッキング誤差信号と焦点ずれ信号を検出するためのサーボ領域と透明領域とを有し、前記サーボ領域はトラックに沿って離散的に設けられ、
   前記記録層は記録領域と非記録領域とを有し、前記非記録領域は離散的に設けられ、
   光入射側から見て前記記録層の前記非記録領域と前記サーボ層のサーボ領域とが重なるように配置されていることを特徴とする多層光ディスク。
2. 請求項１記載の多層光ディスクにおいて、光入射側から見て前記サーボ層が前記複数の記録層の奥側に位置し、前記記録層の前記非記録領域は透明領域であることを特徴とする多層光ディスク。
3. 請求項１記載の多層光ディスクにおいて、光入射側から見て前記サーボ層が前記複数の記録層の手前側に位置することを特徴とする多層光ディスク。
4. 請求項１記載の多層光ディスクにおいて、前記記録層は、前記記録領域のみに記録膜が形成されていることを特徴とする多層光ディスク。
5. 請求項１記載の多層光ディスクにおいて、前記サーボ領域は凹部に反射膜が埋め込まれた反射ピットを有することを特徴とする多層光ディスク。
6. 複数の記録層と１つのサーボ層とが組になって設けられ、前記サーボ層はトラッキング誤差信号と焦点ずれ信号を検出するためのサーボ領域と透明領域とを有し、前記サーボ領域はトラックに沿って離散的に設けられ、前記記録層は記録領域と非記録領域とを有し、前記非記録領域は離散的に設けられ、光入射側から見て前記記録層の前記非記録領域と前記サーボ層のサーボ領域とが重なるように配置されている多層光ディスクを用いる情報記録再生方法であって、
   第１のレーザ光束と、第２のレーザ光束を１つの対物レンズの光軸に沿って前記多層光ディスクに入射させ、前記光軸上の異なる位置にそれぞれ収束させる工程と、
   前記サーボ層と相互作用した前記第１のレーザ光束を検出する工程と、
   前記第１のレーザ光検出信号からサンプル論理信号を発生する工程と、
   前記サンプル論理信号に従って前記第１のレーザ光束と第２のレーザ光束を交互に点灯させる工程と、
   前記第１のレーザ光束が点灯している期間に、前記サーボ層に対するトラッキング誤差信号と焦点ずれ信号を導出する工程と、
   前記トラッキング誤差信号と焦点ずれ信号を用いて前記多層光ディスクに対する前記対物レンズの位置を制御し、前記第１のレーザ光束のスポットを前記サーボ層の所望のトラックに追従させる工程と、
   前記第２のレーザ光束が点灯している期間に、前記複数の記録層のうちの１つと相互作用した前記第２のレーザ光束を検出して前記記録層に対する前記第２のレーザ光束の焦点ずれ信号を導出する工程と、
   前記第２のレーザ光束の焦点ずれ信号を用いて前記第２のレーザ光束のスポットを前記記録層に焦点合わせする工程と
   を有することを特徴とする情報記録再生方法。
7. 請求項６記載の情報記録再生方法において、ひとつのレーザから出射された光束を発散光束、平行光束、又は収束光束に変換して前記第１のレーザ光束と第２のレーザ光束を作成することを特徴とする情報記録再生方法。
8. 請求項７記載の情報記録再生方法において、前記光束を発散光束、平行光束、収束光束に変換するタイミングに応じて、前記レーザの発光強度を変えることを特徴とする情報記録再生方法。
9. 複数の記録層と１つのサーボ層とが組になって設けられ、前記サーボ層はトラッキング誤差信号と焦点ずれ信号を検出するためのサーボ領域と透明領域とを有し、前記サーボ領域はトラックに沿って離散的に設けられ、前記記録層は記録領域と非記録領域とを有し、前記非記録領域は離散的に設けられ、光入射側から見て前記記録層の前記非記録領域と前記サーボ層のサーボ領域とが重なるように配置されている多層光ディスクを用いる情報記録再生装置であって、
   第１のレーザ光束の発生手段と、
   第２のレーザ光束の発生手段と、
   前記第１のレーザ光束と前記第２のレーザ光束を一軸上に結合させる光学系と、
   前記結合した第１のレーザ光束を前記サーボ層に収束させ、前記第２のレーザ光束を前記複数の記録層のうちの１つに収束させる対物レンズと、
   前記対物レンズを駆動するアクチュエータと、
   焦点ずれ検出器とトラッキング誤差検出器とを有する光検出器と、
   前記トラッキング誤差検出器の出力に基づいて前記第１のレーザ光束と前記第２のレーザ光束を交互に照射するタイミング信号を発生するタイミング発生回路と、
   前記第１のレーザ光束が点灯している期間の前記焦点ずれ検出器の出力に基づいて前記アクチュエータを光軸方向に駆動する第１の焦点合わせ部と、
   前記第１のレーザ光束が点灯している期間の前記トラッキング誤差検出器の出力に基づいて前記アクチュエータを光軸に垂直な方向に駆動するトラッキング制御部と、
   前記第２のレーザ光束が点灯している期間の前記焦点検出器の出力に基づいて前記第２のレーザ光束のスポットを光軸方向に駆動する第２の焦点合わせ部と
   を有することを特徴とする情報記録再生装置。
10. 請求項９記載の情報記録再生装置において、前記第２のレーザ光束が点灯している期間に、前記複数の記録層のうちの１つと相互作用した前記第２のレーザ光束の反射光強度に対応する信号を検出する回路と、前記検出された信号を復調する復調回路とを有することを特徴とする情報記録再生装置。
11. 請求項９記載の情報記録再生装置において、記録情報を記録クロックによって変調する変調回路と、前記記録層への情報書き込み時、前記第２のレーザ光束が点灯している期間に、前記第２のレーザ光束を前記変調回路の出力によって変調することを特徴とする情報記録再生装置。

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