JP6975883B2 - 光情報処理装置 - Google Patents

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Description

本開示は、情報記録担体に対して光学的に情報の記録再生を行う光情報処理装置に関する。
特許文献１および特許文献２は、ガイドトラックを有するガイド層と複数の記録層を有する情報記録担体に対し、２つの光源からの光をガイド層と記録層にそれぞれ集光させることにより、記録層への情報の記録再生を実現する。
特開平２−３０１０２０号公報 特開２００１−３０７３４４号公報
ガイドトラックを有するガイド層と複数の記録層を有する情報記録担体の一例として、光ディスクがある。このような光ディスクは、記録層にトラッキングのための案内溝やアドレス情報等のプリピットを設ける必要がないため、記録層の積層が容易で、積層数を増やしたり、安価に光ディスクを作製したりできる利点がある。
このような光ディスクに記録再生する光情報処理装置の構成として、特許文献１や特許文献２のように第一の光源と第二の光源を用いる構成が提案されている。いずれの文献も、第一の光源の光はガイド層に集光し、第二の光源の光は記録層に集光するように構成されている。第一の光源の集光スポットと第二の光源の集光スポットは、ガイド層と記録層の間隔に対応する距離だけ離間するよう設定されている。
ガイド層で反射された第一の光源の光を、第一の光検出器で受光する。第一の光検出器より得られる第一のフォーカシング誤差信号を用いて、第一の光源の光がガイド層に集光するように集光素子の一例である対物レンズをフォーカシング方向に駆動してフォーカシング制御を行う。この時第一の光源の光スポットと所定の間隔離間した第二の光源の光スポットは、記録層に集光することになる。
しかしながら、ガイド層に積層される各記録層には厚み誤差や厚みムラがある。そのため、実際の光ディスクでは、ガイド層と各記録層との間隔にはバラツキがある。これを間隔誤差と呼ぶ。また一般的に、この間隔誤差は、光ディスクが１回転する間にも変動し、第二の光源の光が記録層へ形成する集光スポットの光軸方向の位置がずれる原因となる。この集光スポットの位置ずれを集光誤差と呼ぶ。
特許文献１では、集光誤差を補正する方法として光源位置を制御する旨が記載されているが、間隔誤差による集光誤差を検出する手段や光源位置を制御する具体的な構成は開示されていない。また光ディスクが１回転する間に変動する間隔誤差を補正するためには、光源位置を広範囲に高速で移動させる複雑な機構が必要になるという課題を有する。
特許文献２では、記録層から反射した第二の光源の光を第二の光検出器で受光し、第二の光検出器から得られるウォブルマークの信号を利用して集光誤差の信号を得る。ウォブルマークの信号は、記録層に予め記録されている。そして、この集光誤差の信号を用いて、第二の光源と光ディスクとの光路中にあるコリメータレンズをアクチュエータで駆動することにより、第二の光源の光が記録層に正確に集光するように制御している。しかしながら、コリメータレンズを駆動させるためには広帯域のアクチュエータが必要となり、光情報処理装置が複雑で大型になるという課題を有している。
本開示は、ガイドトラックを有するガイド層と複数の記録層とを有する情報記録担体に光学的に情報を記録再生する際、簡単な構成で正確に記録層へのフォーカシング制御が可能な光情報処理装置を提供する。
本開示における光情報処理装置は、ガイドトラックを有するガイド層と複数の記録層とを有する情報記録担体に対して情報の記録再生を行う光情報処理装置である。光情報処理装置は、第一の光源と、第二の光源と、第一の光源からの光と第二の光源からの光とを情報記録担体に集光させる集光素子と、情報記録担体で反射された第一の光源の光を受光し、第一のフォーカシング誤差信号を生成する第一の光検出器と、情報記録担体で反射された第二の光源の光を受光し、第二のフォーカシング誤差信号を生成する第二の光検出器と、第一のフォーカシング誤差信号を用いて第二の光源の光を記録層に集光するよう集光素子を制御するフォーカシング制御回路とで構成される。光情報処理装置は、第二のフォーカシング誤差信号を用いてフォーカシング制御回路に補正を加える。
本開示における光情報処理装置は、簡単な構成でありながら、情報記録担体に情報を記録再生する際に、記録層へのフォーカシング制御をより安定的に行うことができる。
実施の形態１における光情報処理装置の構成を示すブロック図である。 光ディスクにおける光の集光状態を模式的に示す図である。 フォーカシング誤差信号を説明するための図である。 実施の形態１のフォーカシング制御回路の構成を示すブロック図である。 実施の形態１のフォーカシング制御を説明するための図である。 実施の形態２のフォーカシング制御を説明するための図である。 実施の形態２のフォーカシング制御回路の構成を示すブロック図である。 実施の形態３のフォーカシング制御回路の構成を示すブロック図である。 実施の形態３のフォーカシング制御を説明するための図である。 開口制限素子を説明するための図である。
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらによって請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
（実施の形態１）
以下、図１〜図５を用いて、実施の形態１を説明する。
［１−１．目的］
ガイドトラックを有するガイド層と複数の記録層を有する光ディスクに記録再生する光情報処理装置の構成として、第一の光源と第二の光源を用いる方法があり、第一の光源の光はガイド層に集光し、第二の光源の光は記録層に集光するように構成されている。第一の光源の集光スポットと第二の光源の集光スポットは、ガイド層と記録層の間隔に対応する距離だけ離間するよう設定されていて、ガイド層に第一の光源の光が集光するようにフォーカシング制御することにより、第二の光源の光スポットは記録層に集光することになる。しかしながら本構成では、ガイド層と記録層の間隔誤差により第二の光源の光スポットの記録層への集光誤差を生じる課題を有している。
特許文献１では、集光誤差を補正する方法として光源位置を制御する旨記載されているが、間隔誤差による集光誤差を検出する手段や集光誤差を補正する具体的な構成は開示されていない。また、光ディスク１回転の間に変動する間隔誤差に対応するためには、光源位置を広帯域で移動させる複雑な機構が必要となる。
特許文献２では、記録層から反射した第二の光源の光を第二の光検出器で受光し、ウォブルマーク利用した集光誤差の信号より、第二の光源と光ディスクの光路中にあるコリメータレンズをアクチュエータで駆動することにより、第二の光源の光スポットが記録層に正確に集光するように制御している。しかしながら本構成では、コリメータレンズを駆動する広帯域のアクチュエータが必要で、光情報処理装置が複雑で大型になるという課題を有している。
そこで本開示は、ガイドトラックを有するガイド層と複数の記録層を有する情報記録担体に光学的に情報を記録再生する際、簡単な構成で正確に記録層へのフォーカシング動作が可能な光情報処理装置を提供する。
［１−２．構成］
図１は、実施の形態１における光情報処理装置１０５の構成を示すブロック図である。
図１に記載の光ディスク１０１は、情報記録担体の一例であって、ガイドトラック１０２を有するガイド層１０３と複数の記録層１０４（図１は５層を例示）とから構成されている。光情報処理装置１０５は、光ディスク１０１に対して情報の記録再生を行う。
光情報処理装置１０５は、互いに波長の異なる光を発する第一の光源１０６と第二の光源１０７とを有している。
第一の光源１０６から発せられた光は、第一のプリズム１０８を透過した後、倍率変換素子の一例である第一のコリメートレンズ１０９で略平行光に変換される。第一のコリメートレンズ１０９は倍率変換のため、光軸方向（図中の矢印の方向）に可動できるようになっている。第一のコリメートレンズ１０９を透過した光は、合成プリズム１１０、波長板１１１、集光素子の一例である対物レンズ１１２を透過した後、光ディスク１０１のガイド層１０３に集光される。
ガイド層１０３で反射された光は、対物レンズ１１２、波長板１１１、合成プリズム１１０、第一のコリメートレンズ１０９を透過した後、第一のプリズム１０８で反射されて第一の光検出器１１３に入射する。
第一の光検出器１１３には複数の受光部（図示せず）が設けられている。第一の光検出器１１３は、複数の受光部から出力される信号を演算することにより、第一のフォーカシング誤差信号およびトラッキング誤差信号を検出する。第一のフォーカシング誤差信号は、第一の光源１０６から発せられた光のガイド層１０３に対する集光誤差を示す。トラッキング誤差信号は、第一の光源１０６から発せられた光のガイドトラック１０２に対するトラッキング誤差を示す。第一のフォーカシング誤差信号の検出は、一般的に用いられている非点収差法やＳＳＤ法等を用いることができるが、特にこれらの方法に限定されるものではない。同様に、トラッキング誤差信号の検出も、一般的なプッシュプル法やＡＰＰ法等を用いることができるが、特にこれらの方法に限定されるものではない。
第二の光源１０７から発せられた光は、第二のプリズム１１４を透過した後、収差補正素子の一例である第二のコリメートレンズ１１５で略平行光に変換される。第二のコリメートレンズ１１５は収差補正のため、光軸方向（図中の矢印の方向）に可動できるようになっている。第二のコリメートレンズ１１５を透過した光は、合成プリズム１１０で反射された後、波長板１１１、集光素子の一例である対物レンズ１１２を透過後、光ディスク１０１の記録層１０４に集光される。
記録層１０４で反射された光は、対物レンズ１１２、波長板１１１を透過後、合成プリズム１１０で反射され、第二のコリメートレンズ１１５を透過した後、第二のプリズム１１４で反射されて第二の光検出器１１６に入射する。
第二の光検出器１１６には複数の受光部（図示せず）が設けられている。第二の光検出器１１６は、複数の受光部からの出力信号を演算することにより、第二のフォーカシング誤差信号を検出する。第二のフォーカシング誤差信号は、第二の光源１０７から発せられた光の記録層１０４に対する集光誤差を示す。第二のフォーカシング誤差信号の検出は、一般的に用いられている非点収差法やＳＳＤ法等を用いることができるが、特にこれらの方法に限定されるものではない。
ここで、合成プリズム１１０は、第一の光源１０６の光の波長は透過し、第二の光源１０７の光の波長は略９０度反射するように設計されている。したがって、第一の光源１０６および第二の光源１０７から発せられた光は共に光ディスク１０１に向かう。なお、合成プリズム１１０に入射する２つの光の光軸は、合成プリズム１１０から光ディスク１０１に向かう２つの光の光軸がほぼ一致するように調整されている。
図２は、光ディスク１０１における光の集光状態を模式的に示す図である。図２では、５層ある記録層１０４のそれぞれに１０４ａ〜１０４ｅの符号を付している。
第一の光源１０６から発せられた光は破線で図示されており、対物レンズ１１２によってガイド層１０３に集光している。第二の光源１０７から発せられた光は実線で図示されており、対物レンズ１１２によって記録層１０４ｃに集光している。
記録層１０４は５層あるため、どの記録層１０４を記録再生するかによって、記録層１０４とガイド層１０３との間隔は変化する。例えば、記録層１０４ｃを記録再生する場合は、第一の光源１０６により形成される集光スポットと第二の光源１０７により形成される集光スポットとの間隔であるスポット間隔が、記録層１０４ｃとガイド層１０３との間隔に等しくなるように、第一のコリメートレンズ１０９と第二のコリメートレンズ１１５とが予め各々所定の位置に配置される。このように、第一のコリメートレンズ１０９と第二のコリメートレンズ１１５とが適切な位置に配置されることにより、図２の例では、第一の光源１０６から発せられた光は発散光の状態で対物レンズ１１２に入射し、第二の光源１０７から発せられた光はほぼ平行光の状態で対物レンズ１１２に入射している。このことにより、第一の光源１０６と第二の光源１０７とのスポット間隔が、記録層１０４ｃとガイド層１０３との間隔に等しくなる。
記録層１０４ｃ以外の記録層１０４を記録再生する場合も、各記録層１０４とガイド層１０３とのそれぞれの間隔に応じて、第一のコリメートレンズ１０９と第二のコリメートレンズ１１５とを適切な位置に配置しなおす。これにより、第一の光源１０６と第二の光源１０７とのスポット間隔を、選択された記録層１０４とガイド層１０３との間隔に等しくすることができる。
図３（ａ）は、第一のフォーカシング誤差信号の波形を示している。第一のフォーカシング誤差信号は、ガイド層１０３で反射された第一の光源１０６の光を受光した第一の光検出器１１３の出力信号より得られる。なお、一般的にフォーカシング誤差信号はＳ字波形であるが、ここでは簡便化のため三角波で表している。図３（ａ）の破線３０６は、後述するフォーカシング制御回路１１７で制御される目標レベルで、図中の「ガイド層」と記載されている点にフォーカシング制御される。すなわち、この点が、ガイド層１０３に焦点が合っている状態（合焦）を示し、これを「合焦ポイント」と呼ぶ。また、第一のフォーカシング誤差信号３０１において、波形のピークトゥピークに対応するパラメータをフォーカシング引き込み範囲と言い、ここでは３μｍに設定されている。
図３（ｂ）は、第二のフォーカシング誤差信号を示している。第二のフォーカシング誤差信号は、記録層１０４で反射された第二の光源１０７の光を受光した第二の光検出器１１６の出力信号より得られる。一般に記録層１０４とは別にガイド層１０３を設ける目的は、記録層１０４の層密度を高くして記録容量を大きくすることにある。従って必然的に記録層１０４の層間隔は小さく設定される。
図３（ｂ）では、５層ある記録層１０４の各層間隔が２μｍの場合を例示してある。この場合、各層のフォーカシング誤差信号を得るためには、第二のフォーカシング誤差信号３０２のフォーカシング引き込み範囲は１μｍ程度となる。図３（ｂ）の破線３０６がフォーカシング制御回路１１７で制御される目標レベルであり、図中の「１０４ａ」〜「１０４ｅ」と記載されている各点が、各々の層に焦点が合っている状態、すなわち合焦ポイントを示している。
上述したように、第一の光源１０６と第二の光源１０７とのスポット間隔が、記録層１０４ｃとガイド層１０３との間隔に等しくなるように設定されている。そのため、図３（ａ）のガイド層１０３への合焦ポイントと、図３（ｂ）の記録層１０４ｃへの合焦ポイントとが一致している。したがって、図３（ａ）および図３（ｂ）の状態であれば、第一のフォーカシング誤差信号３０１を用いて第一の光源１０６の光をガイド層１０３にフォーカシング制御すると、自動的に第二の光源１０７の光は記録層１０４ｃに合焦する。
しかしながら実際の光ディスク１０１では、製造時に発生する膜厚バラツキ等により、ガイド層１０３と記録層１０４ｃとの間隔は光ディスク１０１内で誤差を持つ。すなわち、光ディスク１０１が１回転する間に、ガイド層１０３と記録層１０４ｃとの間隔が変動する。
図３（ｃ）は、ガイド層１０３と記録層１０４ｃとの間隔が０．２５μｍ広くなった場合の、第二のフォーカシング誤差信号３０３を示している。第一の光源１０６の光がガイド層１０３に合焦した状態では、第二の光源１０７の光は記録層１０４ｃから残差３０４だけデフォーカスしてしまう。この状態では、記録層１０４ｃへの記録再生特性が損なわれる。
また、第二のフォーカシング誤差信号３０３を用いて第二の光源１０７の光を記録層１０４ｃにフォーカシング制御すると、膜厚バラツキ等に起因する残差３０４の影響は受けないが、下記の課題を有している。上述したとおり、第二のフォーカシング誤差信号３０３のフォーカシング引き込み範囲は１μｍ程度であり、合焦ポイントに対して±０．５μｍしかない。これは振動等の外乱や光ディスク１０１の汚れ等により０．５μｍ以上のデフォーカスが発生した場合、フォーカシング制御が失敗することを意味し、フォーカシング制御の安定性が大きく損なわれる。
一方、第一のフォーカシング誤差信号３０１の場合は、合焦ポイントに対し±１．５μｍの範囲でフォーカシング引き込みが可能である。そのため、第二のフォーカシング誤差信号３０３と比較して、安定したフォーカシング制御を実現することが可能となる。そこで、本実施の形態では、第一のフォーカシング誤差信号３０１を用いて、第二の光源１０７の光を記録層１０４ｃにフォーカシング制御する。以下、具体的に説明する。
第一の光検出器１１３の出力信号は、フォーカシング制御回路１１７に入力される。第一の光検出器１１３の出力信号より得られる第一のフォーカシング誤差信号３０１は、第一の光検出器１１３と一体もしくは近接して設けられた回路（図示せず）が生成してもよいし、フォーカシング制御回路１１７が生成してもよい。
フォーカシング制御回路１１７は、アクチュエータ１１８を介して対物レンズ１１２を駆動して、第一のフォーカシング誤差信号３０１が所定のレベルになるようにフォーカシング制御を行う。この時、フォーカシング制御回路１１７は、以下で説明するように、第二の光源１０７の光が記録層１０４ｃにほぼ合焦するように対物レンズ１１２を制御する。
図３（ｃ）に示したように、記録層１０４ｃとガイド層１０３との間隔に誤差が生じて、その間隔が第一の光源１０６と第二の光源１０７とのスポット間隔に等しくなくなった場合、第二の光源１０７の光は記録層１０４ｃに対してデフォーカスしてしまう。図３（ｃ）では０．２５μｍのデフォーカスが発生しており、この時第二のフォーカシング誤差信号３０３には残差３０４が発生する。そこで、この残差３０４より、図３（ａ）の第一のフォーカシング誤差信号３０１におけるフォーカスオフセット３０５を求める。そして、フォーカシング制御回路１１７のフォーカス位置を破線３０６からフォーカスオフセット３０５だけずらすことにより、第二の光源１０７の光を記録層１０４ｃにほぼ合焦させることができる。
図４はフォーカシング制御回路１１７の簡単なブロック図である。フォーカシング制御回路１１７は、一例として、加算回路４０１、位相補償回路４０２、駆動回路４０３、変換回路４０４で構成される。
変換回路４０４は、第二のフォーカシング誤差信号３０３で検出された残差３０４が入力されると、残差３０４をフォーカスオフセット３０５に変換する。加算回路４０１は、第一のフォーカシング誤差信号３０１とフォーカスオフセット３０５とを加算する。加算された信号は、位相補償回路４０２に入力され、位相補償回路４０２によって位相補償された後、駆動回路４０３に入力される。駆動回路４０３は、入力された信号を用いてアクチュエータ１１８を駆動する。
すなわち、フォーカシング制御回路１１７は、第一のフォーカシング誤差信号３０１に対し、フォーカスオフセット３０５だけずらした点にフォーカシング制御をする。これにより、第二の光源１０７の光を記録層１０４ｃに合焦させることが可能となる。
図３（ａ）〜（ｃ）では、第一のフォーカシング誤差信号３０１と第二のフォーカシング誤差信号３０３とは互いに振幅が等しく、波形も三角波状に簡略化されている。そのため、変換回路４０４による残差３０４からフォーカスオフセット３０５への変換は以下の式で表される。
フォーカスオフセット３０５＝ｋ×残差３０４／３
ここで、上式右辺の分母の３は、第一のフォーカシング誤差信号３０１のフォーカシング引き込み範囲である３μｍと第二のフォーカシング誤差信号３０３のフォーカシング引き込み範囲である１μｍとの比に対応する。ｋは変換係数であって、変換係数ｋが大きいほど第二の光源１０７の光の集光点をより記録層１０４ｃに近づけることができる。
図５（ａ）は、図３（ａ）に示した第一のフォーカシング誤差信号３０１の合焦ポイント付近の拡大図である。図５（ｂ）は、図３（ｃ）に示した第二のフォーカシング誤差信号３０３の合焦ポイント付近の拡大図である。図３（ａ）および図３（ｂ）と同様に、第一のフォーカシング誤差信号３０１と第二のフォーカシング誤差信号３０３とは、それぞれの合焦ポイントが０．２５μｍずれている。
図５（ｃ）は、変換係数ｋ＝１の場合のフォーカスオフセット５０１を表している。図５（ｄ）は、変換係数ｋ＝４の場合のフォーカスオフセット５０２を表している。ただし、以下の動作説明のために、符号を反転して図示してある。すなわち、図５（ｃ）ではｋ＝−１となっており、図５（ｄ）ではｋ＝−４となっている。
図５（ａ）の破線５０３は、フォーカスオフセット５０１の波形の一部分を、第一のフォーカシング誤差信号３０１に重ねて表記したものである。同様に、破線５０４は、フォーカスオフセット５０２の波形の一部を第一のフォーカシング誤差信号３０１に重ねて表記したものである。
まず、ｋ＝１の場合のフォーカシング制御の動作を説明する。ここでは先ず、第一の光源１０６の光スポットが、図５（ａ）のＡ点にある場合を想定する。この時第二のフォーカシング誤差信号３０３は合焦ポイント（１０４ｃの点）からずれており、図５（ｂ）のＢ点にある。そのため、図５（ｃ）のＣ点の値がフォーカスオフセットとなる。Ｃ点は、図５（ａ）の破線５０３上のＤ点に対応する。フォーカシング制御回路１１７のフォーカス位置はＡ点から第一のフォーカシング誤差信号３０１上を左方向に移動していく。これに応じてフォーカスオフセットもＤ点から破線５０３上を左方向に移動する。その結果、フォーカシング制御回路１１７のフォーカス位置は、図５（ａ）の第一のフォーカシング誤差信号３０１と破線５０３との交点であるＥ点に収束する。
このことにより、図５（ｂ）において、記録層１０４ｃから０．２５μｍデフォーカスしていた第二の光源１０７の光の集光点は、０．１２５μｍのデフォーカスに変わり、大きく改善される。
次に、ｋ＝４の場合のフォーカシング制御の動作を説明する。第一の光源１０６の光スポットが図５（ａ）のＡ点にある場合、図５（ｄ）のＦ点の値がフォーカスオフセットとなる。Ｆ点は、図５（ａ）の破線５０４上のＧ点に対応する。フォーカシング制御回路１１７のフォーカス位置はＡ点から第一のフォーカシング誤差信号３０１上を左方向に移動していく。これに応じてフォーカスオフセットもＧ点から破線５０４上を左方向に移動する。その結果、フォーカシング制御回路１１７のフォーカス位置は、図５（ａ）の第一のフォーカシング誤差信号３０１と破線５０４との交点であるＨ点に収束する。
このことにより、記録層１０４ｃから０．２５μｍデフォーカスしていた第二の光源１０７の光の集光点は、０．０５μｍのデフォーカスに変わり、大きく改善される。
このように、変換係数ｋが大きいほどフォーカシング制御回路１１７のフォーカス位置を記録層１０４ｃに近づけることが可能となる。そこで、記録層１０４ｃに対するデフォーカスの許容値やフォーカシング制御の安定性に応じて、適切なｋ値を設定することが望ましい。
実際のフォーカシング誤差信号波形は、互いに振幅が異なったり、多少曲線的な波形になったりするため、変換回路４０４による変換式は上式とは異なる。しかし、第一のフォーカシング誤差信号３０１および第二のフォーカシング誤差信号３０３は、共に設計段階で既知であるため、残差３０４からフォーカスオフセット３０５への変換は容易に可能である。
尚、図４において、フォーカシング制御回路１１７は、アナログ回路で構成されるようにブロック図で記載しているが、フォーカシング制御回路１１７は、同様の機能を有するディジタル回路で構成してもよいし、ディジタルシグナルプロセッサを用いてもよい。
また、記録層１０４ｃとガイド層１０３との間隔の誤差は、光ディスク１０１の膜厚バラツキ等に起因するため、１回転の間でも変動する。図３〜図５で説明したデフォーカス量も０．２５μｍで一定ではなく変動する。そのデフォーカス量の変動に応じて、フォーカスオフセット３０５の値も自動的に変化する。そのため、第二の光源１０７の光の記録層１０４ｃへのフォーカシング制御は問題なく行うことができる。
また、本実施の形態によるフォーカシング制御では、記録層１０４ｃとガイド層１０３との間隔が、第一の光源１０６と第二の光源１０７とのスポット間隔と等しくなくなった場合には、第二の光源１０７の光は記録層１０４ｃに合焦する反面、第一の光源１０６の光はガイド層１０３に対してデフォーカスする。ここで、光ディスク１０１が１回転する間の平均的なデフォーカス量は、第二の光源１０７の光の記録層１０４ｃに対するデフォーカス量より第一の光源１０６の光のガイド層１０３に対するデフォーカス量の方が大きくなる。しかしながらこのデフォーカスは下記のように十分許容できる。
第一の光源１０６の光の波長をλ１、第二の光源１０７の光の波長をλ２とする。更に、第一の光源１０６の光に対する対物レンズ１１２の開口数をＮＡ１、第二の光源１０７の光に対する対物レンズ１１２の開口数をＮＡ２とする。本発明は、複数の記録層に高密度で記録することを目的としているので、λ１＞λ２、ＮＡ１＜ＮＡ２であることは言うまでもない。
ここで、λ１＝６６０ｎｍ、λ２＝４０５ｎｍ、ＮＡ１＝０．６、ＮＡ２＝０．８５の場合を考察する。この場合、対物レンズ１１２の集光スポットの焦点深度Δｚは、
Δｚ＝０．５×λ／（ＮＡ）２
で与えられる。したがって、第一の光源１０６の光の集光スポットの焦点深度Δｚ１は０．９２μｍ、第二の光源１０７の光の集光スポットの焦点深度Δｚ２は０．２８μｍとなる。
図３の例と同様に、記録層１０４ｃとガイド層１０３との間隔および第一の光源１０６と第二の光源１０７とのスポット間隔に０．５μｍの誤差が生じ、集光スポットに０．５μｍのデフォーカスが発生した場合を考える。この時、記録層１０４ｃに集光している第二の光源１０７の光の集光スポットの焦点深度Δｚ２は、０．２８μｍである。そのため、０．５μｍのデフォーカスが発生すると記録層１０４ｃに対する記録再生性能が大きく損なわれる。それに対し、ガイド層１０３に集光している第一の光源１０６の光の集光スポットの焦点深度Δｚ１は０．９２μｍである。そのため、０．５μｍのデフォーカスが発生しても焦点深度内であるためガイド層１０３に対する記録再生性能はほとんど影響を受けない。
このように、本実施の形態では、記録層１０４ｃとガイド層１０３との間隔および第一の光源１０６と第二の光源１０７とのスポット間隔に誤差が発生しても、第一のフォーカシング誤差信号３０１を用いて第二の光源１０７の光を記録層１０４に正確に集光させることができる。
また、第一の光源１０６の光がガイド層１０３に対して更に大きくデフォーカスする場合が考えられる。例えば、記録層１０４ｃとガイド層１０３との間隔および第一の光源１０６と第二の光源１０７とのスポット間隔に１μｍ以上の誤差が発生した場合を考える。このように、第一の光源１０６の光の集光スポットの焦点深度以上にデフォーカスが発生した場合であっても、下記の構成によって、この問題を回避することができる。
ガイド層１０３から検出される情報は、第一のフォーカシング誤差信号３０１以外には、主として、ガイドトラック１０２から検出されるトラッキング誤差信号とトラックアドレス情報とがある。
一般にプッシュプル法等によって検出されるトラッキング誤差信号の周波数は、記録層１０４に記録再生される情報信号の周波数に対してはるかに低周波であり、一般的に１０ｋＨｚ以下である。このため、集光スポットに対する裕度は大きく、焦点深度以上のデフォーカスが発生しても、トラッキング誤差信号の振幅は小さくなるが、トラッキング制御に対する影響はほとんどない。
トラックアドレス情報は、ガイドトラック１０２に、トラックウォブルあるいはプリピットの形態で設けられている。
トラックウォブルは、ガイドトラック１０２の溝を所定の周波数で蛇行（ウォブル）させ、その周波数で蛇行している区間長にトラックアドレス情報を重畳するものである。信号検出原理はプッシュプル法と同じである。ウォブルの周波数に応じて、信号帯域はトラッキング誤差信号より高くなるが、記録層１０４に記録再生される情報信号の周波数よりは低く設定することができる。そのため、焦点深度以上のデフォーカスが発生しても、トラックアドレス情報は十分検出可能である。
また、トラックアドレス情報がプリピットの形態で設けられている場合も、下記のとおりトラックアドレス情報の検出に問題は生じない。ガイドトラックに設けられたプリピットは、記録層１０４に記録再生される情報信号と比較して情報量が非常に少ない。また、記録形態がプリピットであるため信号のＳ／Ｎ比は高く、焦点深度以上のデフォーカスが発生しても、トラックアドレス情報は検出可能である。
さらに、対物レンズ１１２で集光される集光スポットの大きさはλ／ＮＡに比例する。ここで、ガイドトラック１０２に設けられたトラックアドレス情報の最短マーク長をＴ１、記録層１０４に記録される情報信号の最短マーク長をＴ２とする。
Ｔ１：Ｔ２＝λ１／ＮＡ１：λ２／ＮＡ２
の関係を満たす時、光学的な両者の信号分解能は概ね等しくなる。ここで、トラックアドレス情報の方が情報量の少ないことを利用して、
Ｔ１＞Ｔ２×（λ１・ＮＡ２）／（λ２・ＮＡ１）
となるように設定することができる。このことにより、トラックアドレス情報の光学的な信号分解能はさらに向上する。これにより、プリピットによる高Ｓ／Ｎ比の効果も含めると、デフォーカス状態でのトラックアドレス情報の検出がより一層安定的に可能となる。
記録層１０４ｃとガイド層１０３との間隔および第一の光源１０６と第二の光源１０７とのスポット間隔に誤差が発生しても、第一のコリメートレンズ１０９および第二のコリメートレンズ１１５の少なくとも一方を、アクチュエータ等で光軸方向に広帯域に駆動することができれば、第一の光源１０６および第二の光源１０７の両スポット共にデフォーカスは発生しない。しかしながら、このような構成は、光情報処理装置１０５の構成が複雑になる。さらに、装置の大型化およびコストアップという大きな課題を有している。
これに対し、本実施の形態では、コリメートレンズ用のアクチュエータ等を用いる必要がなく、簡素な構成で光ディスク１０１への記録再生を安定的に実現することができる。
尚、本実施の形態では、一例として記録層１０４ｃに情報を記録再生する場合を例示したが、他の記録層に情報を記録再生する場合も同様であることは言うまでもない。
また、本実施の形態では、トラッキング制御については発明のポイントに直接関連しないため説明を割愛してきた。
ここで、簡単にトラッキング制御について説明する。
記録時は、第一の光検出器１１３により得られるトラッキング誤差信号を用いて、アクチュエータ１１８により対物レンズ１１２をトラッキング方向（図３の水平方向）に駆動する。これにより、第一の光源１０６の光の集光スポットをガイドトラック１０２に追随させる。この時、記録層１０４上の第二の光源１０７の光の集光スポットも第一の光源１０６の光の集光スポットと共にトラッキング方向に移動する。そして、ガイドトラック１０２と同じ軌跡を描いて、記録層１０４に情報信号が記録される。再生時は、記録時と同様に、ガイドトラック１０２を用いてトラッキング制御を行っても良いし、記録層１０４に記録されている記録マーク列から位相差トラッキング法によってトラッキング誤差信号を生成しても良い。
［１−３．効果等］
以上のように、本実施の形態の光情報処理装置は、ガイドトラックを有するガイド層と複数の記録層とを有する情報記録担体に対して情報の記録再生を行う光情報処理装置である。光情報処理装置は、第一の光源と、第二の光源と、第一の光源からの光と第二の光源からの光とを情報記録担体に集光させる集光素子と、情報記録担体で反射された第一の光源の光を受光し、第一のフォーカシング誤差信号を生成する第一の光検出器と、情報記録担体で反射された第二の光源の光を受光し、第二のフォーカシング誤差信号を生成する第二の光検出器と、第一のフォーカシング誤差信号を用いて第二の光源の光を情報記録担体の記録層に集光するよう集光素子を制御するフォーカシング制御回路とで構成される。光情報処理装置は、第二のフォーカシング誤差信号を用いてフォーカシング制御回路に補正を加える。
これにより、簡単な構成で正確に記録層へのフォーカシング動作が可能な光情報処理装置を実現できる。
（実施の形態２）
次に、図６〜７を用いて、実施の形態２を説明する。
［２−１．構成］
図５では第一のフォーカシング誤差信号３０１の合焦ポイント付近に注目したが、図６では第一のフォーカシング誤差信号３０１のフォーカシング引き込み範囲全体に注目している。
図６の破線５０３は、変換係数ｋ＝１の場合のフォーカスオフセットを示し、破線５０４は、変換係数ｋ＝５の場合のフォーカスオフセットを示す。
ここで、フォーカス位置が、第一のフォーカシング誤差信号３０１上のＩ点にある場合を考える。
まず変換係数ｋ＝１の場合、フォーカシング制御回路１１７の制御目標レベルは、破線５０３上のＪ点になる。そこで、第一のフォーカシング誤差信号３０１上のI点にあったフォーカス位置は、第一のフォーカシング誤差信号３０１上をＪ点のレベルを目指して左方向に移動していく。それに伴い目標レベルもＪ点から破線５０３上を左に移動していく。最終的に、第一のフォーカシング誤差信号３０１と破線５０３とが交差するＥ点にフォーカス位置が収束する。
これに対し、フォーカスオフセットの変換係数ｋ＝５の場合、フォーカシング制御回路１１７の制御目標レベルは、破線５０４上のＫ点になる。Ｉ点のレベルよりＫ点のレベルの方が大きいため、フォーカス位置は第一のフォーカシング誤差信号３０１上をＫ点のレベルを目指して右方向に移動していく。それに伴い目標レベルもＫ点から破線５０４上を右に移動していく。そして、第一のフォーカシング誤差信号３０１と破線５０４とが交差するＬ点にフォーカス位置が収束する。これは本来Ｈ点に収束すべきフォーカス位置が、誤ってＬ点に収束することを示しており、大きな課題となる。
本実施の形態では、変換係数ｋが大きい場合でも、フォーカス位置が安定的にＨ点に収束する光情報処理装置を実現する。
図７は本実施の形態のフォーカシング制御回路１１７ａの構成を示す図である。図４と同様の構成要素には同じ符号が付与されており、同様の動作については説明を割愛する。
図７では、実施の形態１のフォーカシング制御回路１１７に、振幅検出回路７０１およびスイッチ７０２が追加されている。第一のフォーカシング誤差信号３０１は振幅検出回路７０１に入力される。振幅検出回路７０１は、第一のフォーカシング誤差信号３０１の振幅と、予め保持している所定の値とを比較する。そして、第一のフォーカシング誤差信号３０１の振幅が所定の振幅以下の時にスイッチ７０２をオンするように動作する。スイッチ７０２は、加算回路４０１と変換回路４０４との間に設けられている。これにより、第一のフォーカシング誤差信号３０１にフォーカスオフセット３０５を加算するか否かを切り換えることができる。
図６の破線６０１と破線６０２とは、振幅検出回路７０１で検出する振幅レベルの一例である。破線６０１は、第一のフォーカシング誤差信号３０１のピークレベルの１／２に設定されており、破線６０２は、第一のフォーカシング誤差信号３０１のボトムレベルの１／２に設定されている。振幅検出回路７０１は、第一のフォーカシング誤差信号３０１の振幅が破線６０１と破線６０２との間にある区間Ｍのときだけスイッチ７０２をオンする。つまり、区間Ｍのとき第一のフォーカシング誤差信号３０１にフォーカスオフセット３０５が加算され、区間Ｍ以外のとき、第一のフォーカシング誤差信号３０１にフォーカスオフセット３０５は加算されない。
このことにより、フォーカス位置が、第一のフォーカシング誤差信号３０１上のＩ点にある場合、Ｉ点は区間Ｍの外であるのでフォーカスオフセットは加算されず、フォーカス位置は第一のフォーカシング誤差信号３０１上を左方向に移動していく。フォーカス位置が区間Ｍ内に達した時、スイッチ７０２がオンされて第一のフォーカシング誤差信号３０１にフォーカスオフセット３０５が加算される。
変換係数ｋ＝５の場合は、フォーカス位置が区間Ｍ内ある時、破線５０４のレベルを目標にしてフォーカシング制御が行われる。そのため、第一のフォーカシング誤差信号３０１は、左方向に移動し、フォーカス位置がＨ点に収束する。
このように、本実施の形態では、初期のフォーカス位置がフォーカシング制御の目標点から大きくずれていたり、変換係数ｋが大きい値の時でも、フォーカシング制御を安定的に実現することが可能となる。
尚、振幅検出回路７０１で検出する振幅レベルは破線６０１と破線６０２とに限定されるものではない。例えば、第一のフォーカシング誤差信号３０１の振幅、第一のフォーカシング誤差信号３０１の波形、ガイド層１０３と記録層１０４との間のデフォーカス量、変換係数ｋ等に応じて適宜適切に設定されることは言うまでもない。
［２−２．効果等］
以上のように、本実施の形態の光情報処理装置は、第一のフォーカシング誤差信号の振幅が所定の振幅以下の時に、第二のフォーカシング誤差信号を用いてフォーカシング制御回路に補正を加える。フォーカシング制御回路に加える補正とは、具体的に、フォーカシング制御回路によるフォーカシング制御において、第一のフォーカシング誤差信号に第二のフォーカシング誤差信号に基づき生成されるオフセットを加えることである。
これにより、初期フォーカス位置や変換係数ｋの値にかかわらず、簡単な構成で正確に記録層へのフォーカシング動作が可能な光情報処理装置を実現できる。
（実施の形態３）
次に、図８〜図９を用いて、実施の形態３を説明する。
［３−１．構成］
図８は本実施の形態のフォーカシング制御回路１１７ｂの構成を示す図である。図４と同様の構成要素は同じ符号が付与されており、同様の動作については説明を割愛する。図８では、実施の形態１のフォーカシング制御回路１１７に、スイッチ８０１、振幅検出回路８０２およびゲイン回路８０３が追加されている。
本実施の形態では、位相補償回路４０２に入力されるフォーカシング誤差信号が、スイッチ８０１によって第一のフォーカシング誤差信号３０１と第二のフォーカシング誤差信号３０３とに切り換え可能になっている。第一のフォーカシング誤差信号３０１は、振幅検出回路８０２に入力される。第一のフォーカシング誤差信号３０１の振幅が所定の振幅以下の時にスイッチ８０１を切り換え、第二のフォーカシング誤差信号３０３が位相補償回路４０２に入力される。第二のフォーカシング誤差信号３０３は、ゲイン回路８０３にて所定の振幅に調整された後、位相補償回路４０２に入力される。第一のフォーカシング誤差信号３０１の振幅が所定の振幅より大きい時は、第一のフォーカシング誤差信号３０１が位相補償回路４０２に入力される。
図９（ａ）は、第一のフォーカシング誤差信号３０１を示している。図９（ａ）の破線９０１と破線９０２とは、振幅検出回路８０２で検出する振幅レベルの一例を示している。図９（ｂ）の実線は、第二のフォーカシング誤差信号３０３を示しており、破線は、ゲイン回路８０３にて所定の振幅に調整された後の第二のフォーカシング誤差信号９０３を示している。図９（ｃ）は、位相補償回路４０２に入力されるフォーカシング誤差信号９０４を示している。
図９（ｃ）におけるＮは、第一のフォーカシング誤差信号３０１の振幅が破線９０１と破線９０２との間にある区間である。フォーカシング誤差信号９０４は、区間Ｎ以外では、第一のフォーカシング誤差信号３０１であるが、区間Ｎの間は、ゲイン回路８０３で所定の振幅に調整された後の第二のフォーカシング誤差信号９０３に切り換えられている。
フォーカシング誤差信号９０４を用いてフォーカシング制御を行うと、フォーカス位置は１０４ｃに収束することになる。これにより、記録層１０４ｃとガイド層１０３との間隔および第一の光源１０６と第二の光源１０７とのスポット間隔に誤差が発生しても、第二の光源１０７の光を記録層１０４ｃに精度良く集光させることが可能となる。
尚、図９ではゲイン回路８０３による適切なゲイン調整の結果、第一のフォーカシング誤差信号３０１と所定の振幅に調整された第二のフォーカシング誤差信号９０３とが連続的に合成されている。しかし、必ずしも連続でなくても良い。
図９ではガイド層１０３と記録層１０４ｃとが０．２５μｍデフォーカスしている状態を示しているが、光ディスク１０１の厚み誤差等に起因するデフォーカス量は、一定ではなく連続的に変化する。このように連続的に変化するデフォーカス量に対し、常に第一のフォーカシング誤差信号３０１と所定の振幅に調整された第二のフォーカシング誤差信号９０３とを連続的に合成することは困難である。たとえフォーカシング誤差信号９０４に不連続部が生じたとしても、記録層１０４ｃへのフォーカシング制御には支障はない。ただ、不連続部での振幅差が極端に大きい場合はフォーカシング制御が不安定になる場合もある。そのため、不連続部での振幅差が平均的に小さくなるように適切にゲイン回路８０３のゲインを設定することが望ましい。
［３−２．効果等］
以上のように、本実施の形態の光情報処理装置は、第一のフォーカシング誤差信号の振幅が所定の振幅以下の時に、第一のフォーカシング誤差信号を第二のフォーカシング誤差信号に切り換えてフォーカシング制御回路に入力する。
これにより、簡単な構成で正確に記録層へのフォーカシング動作が可能な光情報処理装置を実現できる。
（他の実施の形態）
以上のように、本開示の技術の例示として、実施の形態１〜３を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態１〜３で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
そこで、以下、他の実施の形態を例示する。
（１）第一の光源１０６の光に対する対物レンズ１１２の開口数をＮＡ１、第二の光源１０７の光に対する対物レンズ１１２の開口数をＮＡ２とする。上述したとおり、ＮＡ２＞ＮＡ１であるため、第一の光源１０６の光束径を対物レンズ１１２の開口より小さく制限する必要がある。例えば、第一のコリメートレンズ１０９を用いて開口制限することが可能である。しかし、対物レンズ１１２がトラッキング方向に移動した場合は、対物レンズ１１２の中心と第一のコリメートレンズ１０９による開口の中心とがずれるため、第一の光源１０６の光の集光スポットの品質が低下する。そこで、以下のような構成を追加するとよい。
図１０は、本実施の形態の開口制限素子を含んだ光情報処理装置の一部分を示す図である。開口制限素子１００１は、対物レンズ１１２と一体で可動子１００３に設けられている。開口制限素子１００１は、アクチュエータ１１８によってフォーカシング方向やトラッキング方向に移動可能である。開口制限素子１００１の周辺部のハッチング領域は開口制限部１００２である。開口制限部１００２は、第二の光源１０７の光１００５は透過させるが第一の光源１０６の光１００４は遮光する機能を有している。このような開口制限部１００２は多層膜等で容易に実現できる。
本構成により、対物レンズ１１２がトラッキング方向に移動しても、第一の光源１０６の光の集光スポットの品質を良好に保てる。さらに、第一の光源１０６の光の集光スポットのガイド層１０３に対する焦点深度を大きくできるという効果を有している。
（２）なお、開口制限部１００２は多層膜ではなく、回折格子で構成することも可能である。この場合は、開口制限素子１００１の周辺部の表面にエッチングや成形により回折格子を設ける。回折格子は、多層膜よりも安価に実現できる利点がある。また、回折格子は対物レンズ１１２の表面に設けることも可能である。この場合は、対物レンズ１１２の成形時に同時に回折格子を設けることができるので、さらなるコストダウンや部品点数を削減できるという利点がある。
本開示における光情報処理装置は、ガイドトラックを有するガイド層と複数の記録層とを有する情報記録担体に情報を記録再生する際に、簡単な構成で安定したフォーカシング動作を行うことができる。そのため、情報記録担体に対して光学的に情報の記録再生を行う光ディスク装置や光テープ装置等の記録再生装置に適用可能である。
１０１ 光ディスク（情報記録担体）
１０２ ガイドトラック
１０３ ガイド層
１０４，１０４ａ〜１０４ｅ 記録層
１０５ 光情報処理装置
１０６ 第一の光源
１０７ 第二の光源
１０８ 第一のプリズム
１０９ 第一のコリメートレンズ（倍率変換素子）
１１０ 合成プリズム
１１１ 波長板
１１２ 対物レンズ（集光素子）
１１３ 第一の光検出器
１１４ 第二のプリズム
１１５ 第二のコリメートレンズ（収差補正素子）
１１６ 第二の光検出器
１１７，１１７ａ，１１７ｂ フォーカシング制御回路
１１８ アクチュエータ
３０１ 第一のフォーカシング誤差信号
３０２，３０３ 第二のフォーカシング誤差信号
３０４ 残差
３０５ フォーカスオフセット
３０６ 破線
４０１ 加算回路
４０２ 位相補償回路
４０３ 駆動回路
４０４ 変換回路
５０１，５０２ フォーカスオフセット
５０３，５０４，６０１，６０２，９０１，９０２ 破線
７０１，８０２ 振幅検出回路
７０２，８０１ スイッチ
８０３ ゲイン回路
９０３ 第二のフォーカシング誤差信号
９０４ フォーカシング誤差信号
１００１ 開口制限素子
１００２ 開口制限部
１００３ 可動子
１００４ 第一の光源の光
１００５ 第二の光源の光

Claims (14)

  1. ガイドトラックを有するガイド層と複数の記録層とを有する情報記録担体に対して情報の記録再生を行う光情報処理装置であって、
    第一の光源と、
    第二の光源と、
    前記第一の光源からの光と前記第二の光源からの光とを、前記情報記録担体に集光させる集光素子と、
    前記情報記録担体で反射された前記第一の光源の光を受光し、第一のフォーカシング誤差信号を生成する第一の光検出器と、
    前記情報記録担体で反射された前記第二の光源の光を受光し、第二のフォーカシング誤差信号を生成する第二の光検出器と、
    前記第一のフォーカシング誤差信号を用いて前記第二の光源の光を前記情報記録担体の前記記録層に集光するよう前記集光素子を制御するフォーカシング制御回路とで構成され、
    前記第二のフォーカシング誤差信号を用いて前記フォーカシング制御回路に補正を加える光情報処理装置。
  2. 前記第一の光源の光を、前記ガイド層に略集光させる請求項１記載の光情報処理装置。
  3. 前記記録層に集光している前記第二の光源の光の平均的なデフォーカス量より、前記ガイド層に集光している前記第一の光源の光の平均的なデフォーカス量の方が大きい請求項１記載の光情報処理装置。
  4. 前記フォーカシング制御回路に加える補正とは、前記フォーカシング制御回路によるフォーカシング制御において、前記第一のフォーカシング誤差信号に前記第二のフォーカシング誤差信号に基づき生成されるオフセットを加えることである請求項１記載の光情報処理装置。
  5. 前記第一のフォーカシング誤差信号のフォーカシング引き込み範囲が前記第二のフォーカシング誤差信号のフォーカシング引き込み範囲より大きい請求項１記載の光情報処理装置。
  6. 前記第一の光源の光の波長をλ１、前記集光素子の前記第一の光源の光に対する開口数をＮＡ１、前記第二の光源の光の波長をλ２、前記集光素子の前記第二の光源の光に対する開口数をＮＡ２、前記ガイド層に記録されている最短のマーク長をＴ１、前記複数の記録層に記録されている最短のマーク長をＴ２とした時、Ｔ１＞Ｔ２×（λ１・ＮＡ２）／（λ２・ＮＡ１）の関係を満たす請求項１記載の光情報処理装置。
  7. 前記第一のフォーカシング誤差信号の振幅が所定の振幅以下の時に、前記第二のフォーカシング誤差信号を用いて前記フォーカシング制御回路に補正を加える請求項１記載の光情報処理装置。
  8. 前記フォーカシング制御回路に加える補正とは、前記フォーカシング制御回路によるフォーカシング制御において、前記第一のフォーカシング誤差信号に前記第二のフォーカシング誤差信号に基づき生成されるオフセットを加えることである請求項７記載の光情報処理装置。
  9. 前記フォーカシング制御回路に加える補正とは、前記第二のフォーカシング誤差信号と前記第一のフォーカシング誤差信号とを切り換えて前記フォーカシング制御回路に入力させることである請求項７記載の光情報処理装置。
  10. 前記フォーカシング制御回路に前記第二のフォーカシング誤差信号を入力させる場合、前記第二のフォーカシング誤差信号の振幅を調整した後に、前記フォーカシング制御回路に入力させる請求項９に記載の光情報処理装置。
  11. 前記集光素子と一体で設けられた開口制限素子を有し、
    前記開口制限素子は前記第一の光源の光のみ開口制限する請求項１記載の光情報処理装置。
  12. 前記開口制限素子が、回折格子で構成されている請求項１１記載の光情報処理装置。
  13. 前記回折格子が、前記集光素子上に設けられている請求項１２記載の光情報処理装置。
  14. 前記光情報処理装置は、
    前記第一の光源と前記情報記録担体との光路中に設けられた倍率変換素子と、
    前記第二の光源と前記情報記録担体との光路中に設けられた収差補正素子とを備える請求項１記載の光情報処理装置。
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