JPH05101398A - ３次元記録再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】３次元記録再生方式を用いて高密度化を達成す
る。 【構成】基板３上に複数の記録層１を積層した記録媒体
４と、複数の記録層１のそれぞれに基板３側から光を収
束させて情報を３次元的に記録または再生する光学系を
有する３次元記録再生装置において、 λ／４≦（１／８ＮＢ）（１／ＮＢ²−１）ＮＡＦ⁴Δｄ ただし、λ ：光の波長 ＮＢ ：基板３の屈折率 ＮＡＦ：光を収束させる絞り込みレンズ８の開口数 Δｄ ：光を収束させるべき記録層が存在する光軸方向
の位置範囲を満足することを特徴とする３次元情報記録
再生装置。 【効果】多層膜構造のディスクの各層に光スポットを絞
り込み、高い信頼性を持って、データの高密度記録再生
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は光ディスク，光テー
プ，光カードなどの光学的情報記録再生装置に係り、特
に高記録密度を目的とした情報記録再生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学的情報記録再生装置の記録高密度化
の方法は、従来２次元的な記録媒体平面上の記録面密度
を向上させることであった。しかし、装置の小型化から
ディスクなどの情報記録媒体の大きさは限定され、平面
上での高密度化では限界が生じる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで、さらに高密度
化を達成させる方法として、深さ方向を含めた３次元記
録再生方法が必須である。３次元記録再生では、公知例
「特開昭59−127237号」に示すように、多層膜構造のデ
ィスクを設け、各層に光スポットを絞り込み、データの
記録再生する手段がある。しかし、この公知例では、具
体的ディスク構造，光学定数の規定、さらには、記録条
件の設定方法は述べられておらず、信頼性のある記録が
困難である。また、データの読みだし方法についても、
受光光学系の構成が不明瞭であり、信頼性のある再生が
困難である。

【０００４】一方、公知例「特開昭60−202545号」，「特
開昭60−202554号」では、各層に回折限界の光スポット
を形成するためのディスク膜厚，焦点あわせの方法につ
いて述べている。しかし、前者については、明瞭な規定
が与えられていない。また、後者については、焦点あわ
せの原理について述べているが、実際に目標の層に焦点
を合わせるためのアクセス方法については述べられてい
ない。さらに、ディスク作成法として、トラッキングの
ための案内溝を公知例では不可能としており、各層ごと
にレーザ露光する方法を示しているが、この方法では、
生産性がない。本発明の目的は、記録過程，再生過程に
おいて安定に記録再生できる光スポット絞り込み光学
系，ディスク構造，光検出光学系を検討し、さらに、特
に問題となる隣接層間のクロストークを抑制する符号化
方式，クロストークキャンセル方式、さらに、３次元デ
ータフォーマット、それに伴うディスク作成方法，３次
元アクセス方法を検討することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、局所的な光照射によって、光学的性質が局所的に変
化する記録膜層と、記録膜層の働きの補助として反射防
止，多重反射，光吸収，記録膜層の光学的局所変化の転
写，断熱，吸熱，発熱または補強を目的とした層、また
は層の重ねあわせである中間層膜を光学的に透明な基板
の上に多層に積み重ねたディスクを有し、各層に絞り込
まれた光スポット照射によって各層の局所的光学的性質
を２次元的に（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。さらに、上
記局所的光学的性質の変化を各層への光スポット照射に
よって反射光量（または透過光量）の変化として検出
し、データを再生する３次元記録再生装置において、 １．ディスクの構造を、光学的に透明な基板の屈折率を
ＮＢ、厚さをｄ０とする。さらに、中間層と記録膜層を
一つの層として区ぎり、上層から順に１からＮ層割り当
てる。各層間の距離は隣あう記録膜層ｋ番目と（ｋ−
１）番目の膜厚中心間の距離ｄｋで示す。また、任意の
ｋ番目の記録層と中間層の膜厚をdFk,ｄＭｋさらに屈折
率の実数部をそれぞれ、ＮＦｋ，ＮＭｋとする。また、
各層の平面上での局所的光学的性質の変化の周期ｂ［μ
ｍ］とする。絞り込み光学系は、光源として、例えば波
長λ［μｍ］の半導体レーザを用い、コリメートレンズ
によって、平行光に変換し、偏向ビームスプリッタを介
して、絞り込みレンズに入射させる。ここで、絞り込み
レンズの開口数をＮＡＦ，有効半径をａ［mm］，焦点距
離をｆＦ（≒ａ／ＮＡＦ）とする。また、ディスクから
の反射光は、絞りレンズを通り、ビームスプリッタによ
って受光用の像レンズに導かれる。像レンズの焦点付近
に位置する光検出器によって、反射光量の変化を電気信
号に変換する。像レンズの開口数をＮＡＩ，焦点距離を
ｆＩ（≒ａ／ＮＡＩ）とする。光検出器の受光面直径を
Ｄとした場合、ｋ番目の層を目標層とし、焦点を合わせ
たときの目標層からの反射光は、像レンズの焦点位置に
結像され、この焦平面上のスポット径Ｕｋ′は、 Ｕｋ′＝λ／ＮＡＩ＝λ×（ｆＩ／ａ） ｍ；受光光学系の横倍率 次に、ｋ番目の目標層から層間距離ｄ離れた隣接層（ｋ
±１）番目の層からの焦平面でのスポット径Ｕ（ｋ±
１）′は、 Ｕ（ｋ±１）′≒ａ×ｍ²ｄ／ｆＩ ＝ＮＡＩ・ｍ²ｄ 上式より光検出器の直径Ｄを、Ｄ＝Ｕｋ′＝λ／ＮＡＩ
とし、検出される他の層からの反射光量は、目標ｋ層と
他のｊ層の間の透過率δjk、及び反射率の比αｊｋとし
て光検出器での、ｎ層からの反射受光量をＩｎとすると １／１０≧ΣＩｊ（ｎ＝１〜Ｎ，ｎ≠ｋ）／Ｉｋ ＝Σ［δ²ｊｋ×αｊｋ×（Ｄ／Ｕｊ′）²］ ≒Ｉ（ｋ−１）／Ｉｋ ＝δ²（ｋ−１），ｋ×α（ｋ−１），ｋ×（Ｄ／Ｕ（ｋ−１)′)² 上式が成り立つように、ディスク構造，光学系を設定す
る。

【０００６】２．さらに、２次元周期ｂの最小値ｂｍｉ
ｎを（λ／ＮＡＦ）とし、２次元周期ｂの最大値ｂｍａ
ｘを（２ｄ×ＮＡＦ）よりも小さくする。

【０００７】さらに、図１に示す受光光学系において、
記録再生を行う目標層面内と、光学的距離ｄ［μｍ］離
れた隣接層面内のそれぞれの光学的特性関数（ＯＴＦ）
Ｈ０(Ｓ)，Ｈ１（Ｓ）を図４にそれぞれ、直線１３，直
線１４で示す。

【０００８】ただし、Ｓ：規格化空間周波数 ここで、層間距離ｄの値で焦点ずれが生じた場合の光学
的特性関数Ｈ１(Ｓ)について、Ｈ１（Ｓ）＝０となるＳ
＝２より、上記周期ｂの最大繰返しｂmaxを規定する。
このように、層面上の局所的光学的性質の変化の周期ｂ
とディスク構造、及び受光光学系の関係を規定すること
で、層間クロストークの成分を局所的光学的性質の変化
の周期ｂよりも、長くする。

【０００９】３．さらに、隣接層におけるスポット径
（２ｄ×ＮＡＦ）の領域に含まれる局所的光学変化（マ
ーク）の領域の総面積が常に一定値である符号を用い
る。

【００１０】 ４．さらに、 ｄｋ＝ｄＦ（ｋ−１）＋ｄＭｋ＋ｄＦｋ ≒ｄＭｋ （数１） かつ、中間層の実効的屈折率ＮＭｋを基板と同じ屈折率
ＮＢであるとする。多層ディスクのＮ層番目までの厚さ
ｄが ｄ≒Σｄｋ＋ｄ０ （数２） であるディスク構造において、球面収差量Ｗ４０につい
て Ｗ４０＝１／（８×ＮＢ）×（１／ＮＢ²−１） ×ＮＡＦ⁴×Δｄ≦λ／４ ０.５×Σｄｋ＝Δｄ （数４） となるように、各層の中間層の厚さｄｋ，総数Ｎを組み
合わせる。

【００１１】５．さらに、ｋ番目の記録膜層１の光学定
数は、透過率Ｔｋ，反射率Ｒｋ，吸収率Ａｋとする。こ
こで、Ｔｋ＋Ｒｋ＋Ａｋ＝１の関係が成り立つ。記録に
よって、局所的光学的性質が変化した場合の光学定数に
は、以下、ダッシュ記号「′」で表わす。一般に、熱記録
における、熱構造変化が生じるためには、必ずエネルギ
ーしきい値Ｅｔｈ［ｎＪ］が存在する。記録目標層に回
折限界に絞り込まれた光スポットが線速度Ｖ［ｍ／ｓ］
でディスク上を走査している。

【００１２】変調後の２値化信号に対応して熱構造変化
を局所的に生じさせるために、ディスクに入射する光強
度Ｐ（記録パワー）［ｍＷ］、ここで、線速度Ｖと照射
時間ｔが与えられた場合、各層の記録膜についての光強
度密度しきい値Ｉｔｈ［ｍＷ／μｍ²］とする。

【００１３】ｋ層に焦点をあわせた場合でのｋ層での光
強度密度Ｉｋについて、 Ｓｋ；ｋ層に焦点をあわせた場合での１／ｅ²スポット
面積 Ｓｋ＝π（０.５×λ／２ＮＡＦ）² ｋ層における光強度Ｐｋ［ｍＷ］は Ｐｋ＝Ｐ・δｋ δｋ＝ΠＴｎ （数６） δｋは、ディスク上の光入射面とｋ番目の記録層の間の
透過率である。

【００１４】ただし、Ｔｎ；ｎ層の透過率 （数６）式より、ｋ層で記録できるために必要な最小の
記録パワーＰｍｉｎは、 Ｐｍｉｎ≧Ｉｋｔｈ×Ｓｋ／δｋ （数７） また、ｋ層に記録を行うため、ｋ層に焦点を合わせた時
の、ｊ層での光強度密度Iｊｋ［ｍＷ］は Ｐｊｋ＝Ｐｋ×δｊｋ ＝Ｐ×δｊ （数９） δｊｋ＝Π／Π(＝(ｊ番目の層までの透過率／ｋ番目の
層までの透過率)) である。

【００１５】ｋ層に記録を行う場合、ｊ層を記録破壊し
ないため記録パワーの上限Ｐmaxは次式で与えられる。

【００１６】 Ｐｍａｘ＝Ｉｊｔｈ×Ｓｊｋ／δｊ （数１０） Ｓｊｋは、ｋ層に焦点を合わせた時の、ｊ層での光スポ
ット径であり、 Ｓｊｋ＝π［（Σｄｎ）×ＴＡＮφ］² （ｊ＞ｋの場合） ＝π［（Σｄｎ）×ＴＡＮφ］² （ｊ＜ｋの場合） ＝π［（Σｄｎ）×ＮＡＦ］² （数１１） ｄｎ；ｎ層番目の膜厚 ＴＡＮφ＝ａ／ｆＦ≒ＮＡＦ （数６，７）（数９，１０，１１）式が同時に成り立つ
ように絞り込み光学系，ディスク構造，記録条件を設定
する。

【００１７】６．各層の役割として、ユーザデータを記
録再生する層と共に、ＲＯＭ（ReadOnly Memorey）層ま
たはＷＯＭ（Write Once Memorey)を設ける。

【００１８】７．層データの管理層として、各層のデー
タ状態、例えば、データの有無，エラー管理，有効なデ
ータ領域，書替え（オーバーライト）回数を随時、記録
しておく。

【００１９】８．項１において、交替層として、記録誤
りを検出した層のかわりに情報を入れる。

【００２０】９．項１において、ディスクの各層面内に
おける管理フォーマットとして、セクタとトラックを設
け、１→ｋ→Ｎ層と上層から順に記録を行う。ただし、
各層ではすべてのユーザセクタとトラックに情報を記録
してから次の層に記録する。

【００２１】10．Ｎ→ｋ→１層と下層から順に記録を行
う。ただし、各層ではすべてのユーザセクタとトラック
に情報を記録してから次の層に記録する。

【００２２】11．各層ではすべてのユーザセクタとトラ
ックに情報を記録してから次の層に記録するが、記録す
る層の順番はランダムアクセスとする。

【００２３】12．記録する層の順番はランダムアクセス
とするが、ひとつの層においてある当該セクタ内にすべ
てデータ記録してから、次の層の当該セクタを埋めてい
き、すべての層の当該セクタを埋めてから、次のセクタ
のデータを記録する。

【００２４】13．当該トラックにおいて、層方向にラン
ダムアクセスを行う。この場合、セクタによる固定ブロ
ック管理ではなく、可変長ブロックを適用する。

【００２５】14．項１において、光スポット位置決め機
構として、絞り込みレンズを層方向とディスク半径方向
に駆動する２次元アクチゥエータ、または、絞り込みレ
ンズを層方向だけに駆動する１次元アクチゥエータと絞
り込みレンズに入射させる光束をディスク半径方向に偏
向するガルバノミラーを組み合わせたものにおいて、レ
イヤー番号検出回路において、プリフォーマット部にあ
る層アドレスを読み取るとることで現在いる層の番号を
認識し、現在焦点を結んでいるｊ番目の層から上位コン
トローラからの指令であるｋ番目の目標層まで、上下ど
ちらの（ｓｉｇｎ（ｋ−ｊ））方向に、どれだけの（｜
ｋ−ｊ｜）層数をスポット移動させれば良いかを認識
し、レイヤージャンプ信号発生回路にジャンプ強制信号
を発生させ、ＡＦアクチゥエータドライバに入力させ
る。

【００２６】15．項１４において、ジャンプ信号は、１
層間の移動にたいし、＋−極性のパルスの１対のパルス
で構成され、上下の移動方向によって、＋−のパルスを
入れ替わる。先頭のパルスはスポットを移動方向におよ
そ移動距離分だけ駆動させるために用い、次の極性反転
パルスはスポットが行き過ぎないように静定するための
ものである。また、移動する層数の対のパルスをドライ
バ回路に入力する。次に、レイヤー番号を検出し、ｊ＝
ｋとなることを確認する。

【００２７】16．項１４において、上記ＡＦ誤差信号の
ゼロクロスパルスと、総光量パルスをゲートとして用
い、各記録層についての合焦点検出を検出するクロスレ
イヤー信号検出回路を設ける。

【００２８】17．項１６において、上記ゼロクロスパル
スと総光量パルス、２種のパルスからアップパルスとダ
ウンパルスを生成しカウントすることで、常にレンズが
どの層に位置づけられているかを認識し、ディスクに対
してレンズが移動する方向を認識する。

【００２９】18．項１４において、焦点位置がディスク
最上層から、最下層まで少なくとも移動するように、Ａ
Ｆアクチゥエータ移動信号発生回路からのこぎり波を発
生させ、ＡＦアクチゥエータを駆動する場合において、
上記クロスレイヤー信号検出回路により、Ｎ個の層の合
焦点をカウントし、レンズを上側に移動させたときのア
ップパルスの上限から、最上層（ｎ＝１）または、レン
ズを下側に移動させたときのダウンパルスの下限から、
最下層（ｎ＝Ｎ）を認識し、ディスク層方向における焦
点位置を常に認識する。

【００３０】19．項５において、記録目標であるｋ層に
安定に記録する場合、ｋ層までの透過率（ΣＴｎ（ｎ＝
１，２，…ｋ−１））を考慮して記録パワーＰ（光強
度）を設定する。

【００３１】20．項５において、ｋ層までの透過率を、
層アドレス認識に対して設定する。

【００３２】21．アドレス認識によって、ディスク出荷
時（または設計値）のｋ層までの透過率ΣＴｎ（ｎ＝
１，２…ｋ−１）と、記録直前のｋ層までの透過率Σ
Ｔ′ｎ(ｎ＝１.２，…ｋ−１）の比、すなわち透過率の
変化分Ｇを考慮して記録パワーを設定する。

【００３３】22．項６，２１において、層データの管理
層を設け、どの層が記録されているのかを記録し、目標
層記録前に管理層を再生して、記録直前のｋ層までの透
過率ΣＴ′（ｋ−１）を認識し、透過率の変化分Ｇを認
識する。

【００３４】23．項２１において、目標層に記録する前
に、あらかじめ記録すべき領域を再生し、透過率の変化
Ｇを求める。

【００３５】24．項２３において、あらかじめ記録すべ
き領域を再生する方法としては、記録モードで初めのデ
ィスク１回転で再生チェックを行ってから、次の回転で
記録を行い、次の回転で記録エラーチェックを行う。

【００３６】25．項２３において、複数スポットを用
い、先行スポットで上記再生チェックを行う。

【００３７】26．請求項２５において、再生チェックで
は、先行スポットについての受光した再生信号Ｃ′ｋ
（ｔ−τ）を用いる。ここで、τは、先行スポットと記
録用スポットのスポット間距離を時間換算したものであ
る。ここで、透過率変化分Ｇを、記録目標層であるｋ層
に焦点を合わせた状態での再生信号Ｃｋ′とディスク出
荷時での設計上の再生信号Ｃｋとの比の平方根として求
める。

【００３８】27．項２５において、再生チェックでは、
再生信号Ｃｋの値は、ディスクフォーマットとして、あ
らかじめチェック領域として、層方向に対して記録しな
い領域をディスク面内に設けておく。

【００３９】28．項２３において、再生信号を得る光検
出器については、請求項１の形状にする。

【００４０】29．項１において、再生制御回路として、
目標層からの反射光成分の検出に加え、特に層間クロス
トークの大部分を占める隣接層からの反射光成分も検出
し、両者が互いに含んでいる成分を演算によって取り除
く。

【００４１】30．項２９において、３つの光検出器を、
ｋ層に焦点を合わせたときの受光面側での目標層ｋ，隣
接層（ｋ＋１），（ｋ−１）の結像面に位置づける。光
検出器の形状は、直径Ｄ＝（λ／ＮＡＩ）とする、また
は、ピンホールによる受光面積の制限を行い、ｋ層の光
検出器についての再生信号Ｃｋ，（ｋ−１）層の光検出
器についての再生信号Ｃ（ｋ−１）と（ｋ＋１）層の光
検出器についての再生信号Ｃ（ｋ＋１）について、次式
の演算を行う。

【００４２】 演算 Ｆ≡Ｃｋ−γ×Ｃ（ｋ−１）−γ×Ｃ（ｋ＋１） ≒ＣｋＲ＋β×Ｃ（ｋ−１）Ｒ＋β×Ｃ（ｋ＋１）Ｒ −γ×｛Ｃ（ｋ−１）Ｒ＋β×ＣｋＲ＋β×Ｃ（ｋ−２）Ｒ｝ −γ×｛Ｃ（ｋ＋１）Ｒ＋β×ＣｋＲ＋β×Ｃ（ｋ＋２）Ｒ｝ β：各信号に含まれるクロストーク成分の必要信号成分
に対する比Ｃ（ｋ−２）Ｒ，Ｃ（ｋ＋２）Ｒは、十分小
さく、周波数成分も低いので無視できる。よって、 Ｆ≒（１−２γβ）×ＣｋＲ＋（β−γ）×Ｃ（ｋ−１）Ｒ ＋（β−γ）×Ｃ（ｋ＋１）Ｒ ここで、演算係数γ≡β＜１とすると、 Ｆ≒（１−β²）×ＣｋＲ 上式の演算機能を用いたことによって、目標層の信号成
分だけを求める。

【００４３】31．項２９において、複数スポットを用い
る。ｋ層に焦点づけた時の隣接層上の焦点ずれスポット
と同じスポット径のスポットを２つの隣接層に、スポッ
トに先行させて走査し、再生信号を求め、項３０の演算
を行う。

【００４４】32．項３１において、図１８に示すよう
に、絞りを挿入して、絞り込みレンズについての実効的
開口を小さくする。すなわち、有効径ａ′を［λ／（２
ｄ×ＮＡＦ²）×ａ］にする。

【００４５】33．項３１において、３つの光軸に分け
て、先行する２つの光学系の絞り込みレンズの開口数を
小さくする、すなわち、ＮＡＦ′＝λ／（２ｄ×ＮＡ
Ｆ）とする。

【００４６】34．項３１において、先行スポットからの
再生信号にスポットの強度分布であるガウシアン分布を
三角分布に近似して得られる重み関数を掛けて積分を行
う。 35．項３０において、各演算係数γ（≡β）を設定する
重み設定回路において、ディスクフォーマットとして、
少なくても上下３層間でマーク記録領域が、同一光束に
含まれないように配置し、ｈ（ｋ−１）／ｈｋ，ｈ（ｋ
＋１）／ｈをβ（−１），β（＋１）とする。

【００４７】36．項１において、複数スポットを用い、
各々の層について焦点を合わせることで、２つ以上の層
について同時に記録再生を行う、すなわち、並列記録再
生を行う。

【００４８】37．項９において、記録後に透過率が増加
する記録媒体を用いる。

【００４９】38．項１において、多層ディスクにおける
各層面内の案内溝，アドレス等のプリピットは、各層ご
とに紫外線硬化樹脂層に設け、各層ごとに透明な型を用
いて型の面から光を入射させる２Ｐ法によって形成す
る。

【００５０】39．項１において、中間層に、１／４波長
板層を設ける。

【００５１】

【作用】上記手段は以下に示すように作用する。

【００５２】局所的な光照射によって、光学的性質が局
所的に変化する記録膜層と、記録膜層の働きの補助とし
て反射防止，多重反射，光吸収，記録膜層の光学的局所
変化の転写，断熱，吸熱，発熱または補強を目的とした
層、または層の重ねあわせである中間層膜を光学的に透
明な基板の上に多層に積み重ねたディスクを有し、各層
に絞り込まれた光スポット照射によって各層の局所的光
学的性質を２次元的に（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い、さ
らに、上記局所的光学的性質の変化を各層への光スポッ
ト照射によって反射光量（または透過光量）の変化とし
て検出し、データを再生する３次元記録再生装置におい
て、 １．ディスクの構造を、光学的に透明な基板の屈折率を
ＮＢ、厚さをｄ０とする。さらに、中間層と記録膜層を
一つの層として区ぎり、上層から順に１からＮ層割り当
てる。各層間の距離は隣あう記録膜層ｋ番目と（ｋ−
１）番目の膜厚中心間の距離ｄｋで示す。また、任意の
ｋ番目の記録層と中間層の膜厚をdFk,ｄＭｋさらに屈折
率の実数部をそれぞれ、ＮＦｋ，ＮＭｋとする。また、
各層の平面上での局所的光学的性質の変化の周期ｂ［μ
ｍ］とする。絞り込み光学系は、光源として、例えば波
長λ［μｍ］の半導体レーザを用い、コリメートレンズ
によって、平行光に変換し、偏向ビームスプリッタを介
して、絞り込みレンズに入射させる。ここで、絞り込み
レンズの開口数をＮＡＦ，有効半径をａ［mm］，焦点距
離をｆＦ（≒ａ／ＮＡＦ）とする。また、ディスクから
の反射光は、絞りレンズを通り、ビームスプリッタによ
って受光用の像レンズに導かれる。像レンズの焦点付近
に位置する光検出器によって、反射光量の変化を電気信
号に変換する。像レンズの開口数をＮＡＩ，焦点距離を
ｆＩ（≒ａ／ＮＡＩ）とする。光検出器の受光面直径を
Ｄとした場合、ｋ番目の層を目標層とし、焦点を合わせ
たときの目標層からの反射光は、像レンズの焦点位置に
結像され、この焦平面上のスポット径Ｕｋ′は、 Ｕｋ′＝λ／ＮＡＩ＝λ×（ｆＩ／ａ） （数１４） ｍ；受光光学系の横倍率 次に、ｋ番目の目標層から層間距離ｄ離れた隣接層（ｋ
±１）番目の層からの焦平面でのスポット径Ｕ（ｋ±
１）′は、 Ｕ（ｋ±１）′≒ａ×ｍ²ｄ／ｆＩ ＝ＮＡＩ・ｍ²ｄ （数１６） 上式より光検出器の直径Ｄを、Ｄ＝Ｕｋ′＝λ／ＮＡＩ
とし、検出される他の層からの反射光量は、目標ｋ層と
他のｊ層の間の透過率δjk、及び反射率の比αｊｋとし
て光検出器での、ｎ層からの反射受光量をＩｎとすると １／１０≧ΣＩｊ（ｎ＝１〜Ｎ，ｎ≠ｋ）／Ｉｋ ＝Σ［δ²ｊｋ×αｊｋ×（Ｄ／Ｕｊ′）²］ （数１７） ≒Ｉ（ｋ−１）／Ｉｋ ＝δ²（ｋ−１），ｋ×α（ｋ−１），ｋ×（Ｄ／Ｕ（ｋ−１）′）² （数１８） 上式が成り立つように、ディスク構造，光学系を設定す
ることによって、他の層からの反射光の漏れ込みを低減
する。

【００５３】２．項１において、２次元周期ｂの最小値
ｂｍｉｎを（λ／ＮＡＦ）とし、２次元周期ｂの最大値
ｂｍａｘを（２ｄ×ＮＡＦ）よりも小さくする。

【００５４】さらに、図１に示す受光光学系において、
記録再生を行う目標層面内と、光学的距離ｄ［μｍ］離
れた隣接層面内のそれぞれの光学的特性関数（ＯＴＦ）
Ｈ０（Ｓ），Ｈ１（Ｓ）を図４にそれぞれ、直線１３，
直線１４で示す。

【００５５】ただし、Ｓ：規格化空間周波数 ここで、層間距離ｄの値で焦点ずれが生じた場合の光学
的特性関数Ｈ１(Ｓ)について、Ｈ１（Ｓ）＝０となるＳ
＝２より、上記周期ｂの最大繰返しbmaxを規定する。こ
のように、層面上の局所的光学的性質の変化の周期ｂと
ディスク構造、及び受光光学系の関係を規定すること
で、層間クロストークの成分を局所的光学的性質の変化
の周期ｂよりも、長くすることで、目標層の信号成分だ
けを検出することができる。

【００５６】３．項１において、隣接層におけるスポッ
ト径（２ｄ×ＮＡＦ）の領域に含まれる局所的光学変化
（マーク）の領域の総面積が常に一定値である符号を用
いることによって、目標層を再生しているときに含まれ
る隣接層からのクロストーク成分を直流成分一定値に
し、直流分を取り除くことで目標層の信号成分だけを抽
出する。

【００５７】 ４．項１において、 ｄｋ＝ｄＦ（ｋ−１）＋ｄＭｋ＋ｄＦｋ ≒ｄＭｋ （数１） かつ、中間層の実効的屈折率ＮＭｋを基板と同じ屈折率
ＮＢであるとする。多層ディスクのＮ層番目までの厚さ
ｄが ｄ≒Σｄｋ＋ｄ０ （数２） であるディスク構造において、球面収差量Ｗ４０につい
て Ｗ４０＝１／（８×ＮＢ）×（１／ＮＢ²−１） ×ＮＡＦ⁴×Δｄ≦λ／４ ０.５×Σｄｋ＝Δｄ （数４） となるように、各層の中間層の厚さｄｋ，総数Ｎを組み
合わせることによって、各層間での光学的距離が変化す
ることによって生じる球面収差を許容値内に押さえ、各
層において回折限界の光スポットを形成する。

【００５８】５．項１において、ｋ番目の記録膜層１の
光学定数は、透過率Ｔｋ，反射率Ｒｋ，吸収率Ａｋとす
る。ここで、Ｔｋ＋Ｒｋ＋Ａｋ＝１の関係が成り立つ。
記録によって、局所的光学的性質が変化した場合の光学
定数には、以下、ダッシュ記号「′」で表わす。一般
に、熱記録における、熱構造変化が生じるためには、必
ずエネルギーしきい値Ｅｔｈ［ｎＪ］が存在する。記録
目標層に回折限界に絞り込まれた光スポットが線速度Ｖ
［ｍ／ｓ］でディスク上を走査している。

【００５９】変調後の２値化信号に対応して熱構造変化
を局所的に生じさせるために、ディスクに入射する光強
度Ｐ（記録パワー）［ｍＷ］、ここで、線速度Ｖと照射
時間ｔが与えられた場合、各層の記録膜についての光強
度密度しきい値Ｉｔｈ［ｍＷ／μｍ²］とする。

【００６０】ｋ層に焦点をあわせた場合でのｋ層での光
強度密度Ｉｋについて、Ｓｋ；ｋ層に焦点をあわせた場
合での１／ｅ²スポット面積 Ｓｋ＝π（０．５×λ／２ＮＡＦ）² ｋ層における光強度Ｐｋ［ｍＷ］は Ｐｋ＝Ｐ・δｋ δｋ＝ΠＴｎ （数６） δｋは、ディスク上の光入射面とｋ番目の記録層の間の
透過率である。

【００６１】ただし、Ｔｎ；ｎ層の透過率 上式より、ｋ層で記録できるために必要な最小の記録パ
ワーＰｍｉｎは、 Ｐｍｉｎ≧Ｉｋｔｈ×Ｓｋ／δｋ （数７） また、ｋ層に記録を行うため、ｋ層に焦点を合わせた時
の、ｊ層での光強度密度Ｉｊｋ［ｍＷ］は Ｐｊｋ＝Ｐｋ×δｊｋ ＝Ｐ×δｊ （数９） δｊｋ＝Π／Π(＝(ｊ番目の層までの透過率／ｋ番目の
層までの透過率)) である。

【００６２】ｋ層に記録を行う場合，ｊ層を記録破壊し
ないため記録パワーの上限Ｐmaxは次式で与えられる。

【００６３】 Ｐｍａｘ＝Ｉｊｔｈ×Ｓｊｋ／δｊ （数１０） Ｓｊｋは、ｋ層に焦点を合わせた時の、ｊ層での光スポ
ット径であり、 Ｓｊｋ＝π［（Σｄｎ）×ＴＡＮφ］² （ｊ＞ｋの場合） ＝π［（Σｄｎ）×ＴＡＮφ］² （ｊ＜ｋの場合） ＝π［（Σｄｎ）×ＮＡＦ］² （数１１） ｄｎ；ｎ層番目の膜厚 ＴＡＮφ＝ａ／ｆＦ≒ＮＡＦ 上式が同時に成り立つように絞り込み光学系，ディスク
構造，記録条件を設定することによって、目標層に安定
に記録でき、かつ、その時に他の層を破壊しないための
入射記録パワーを設定する。

【００６４】６．各層の役割として、ユーザデータを記
録再生する層と共に、ＲＯＭ（ReadOnly Memorey)層ま
たはＷＯＭ（Write Once Memorey)を設けることによっ
て、ユーザデータ以外の情報を扱う。

【００６５】７．層データの管理層として、各層のデー
タ状態、例えば、データの有無，エラー管理，有効なデ
ータ領域，書替え（オーバーライト）回数を随時、記録
しておくことをによって、データの更新及び、アクセス
を敏速に行う。

【００６６】８．項１において、交替層として、記録誤
りを検出した層のかわりに情報を入れることによって、
データの信頼性を保証する。

【００６７】９．項１において、ディスクの各層面内に
おける管理フォーマットとして、セクタとトラックを設
け、１→ｋ→Ｎ層と上層から順に記録を行う。ただし、
各層ではすべてのユーザセクタとトラックに情報を記録
してから次の層に記録することによって、ユーザデータ
記録再生の管理を行う。

【００６８】10．Ｎ→ｋ→１層と下層から順に記録を行
う。ただし、各層ではすべてのユーザセクタとトラック
に情報を記録してから次の層に記録することによって、
ユーザデータ記録再生の管理を行う。

【００６９】11．各層ではすべてのユーザセクタとトラ
ックに情報を記録してから次の層に記録するが、記録す
る層の順番はランダムアクセスとすることによって、ユ
ーザデータ記録再生の管理を行う。

【００７０】12．記録する層の順番はランダムアクセス
とするが、ひとつの層においてある当該セクタ内にすべ
てデータ記録してから、次の層の当該セクタを埋めてい
き、すべての層の当該セクタを埋めてから、次のセクタ
のデータを記録することによってユーザデータ記録再生
の管理を行う。

【００７１】13．当該トラックにおいて、層方向にラン
ダムアクセスを行う。この場合、セクタによる固定ブロ
ック管理ではなく、可変長ブロックを適用することよっ
てユーザデータ記録再生の管理を行う。

【００７２】14．項１において、光スポット位置決め機
構として、絞り込みレンズを層方向とディスク半径方向
に駆動する２次元アクチゥエータ、または、絞り込みレ
ンズを層方向だけに駆動する１次元アクチゥエータと絞
り込みレンズに入射させる光束をディスク半径方向に偏
向するガルバノミラーを組み合わせたものにおいて、レ
イヤー番号検出回路において、プリフォーマット部にあ
る層アドレスを読み取るとることで現在いる層の番号を
認識し、現在焦点を結んでいるｊ番目の層から上位コン
トローラからの指令であるｋ番目の目標層まで、上下ど
ちらの（ｓｉｇｎ（ｋ−ｊ））方向に、どれだけの（｜
ｋ−ｊ｜）層数をスポット移動させれば良いかを認識
し、レイヤージャンプ信号発生回路にジャンプ強制信号
を発生させ、ＡＦアクチゥエータドライバに入力させる
ことによって、目標層に焦点を合わせる。

【００７３】15．項１４において、ジャンプ信号は、１
層間の移動にたいし、＋−極性のパルスの１対のパルス
で構成され、上下の移動方向によって、＋−のパルスを
入れ替わる。先頭のパルスはスポットを移動方向におよ
そ移動距離分だけ駆動させるために用い、次の極性反転
パルスはスポットが行き過ぎないように静定するための
ものである。また、移動する層数の対のパルスをドライ
バ回路に入力する。次に、レイヤー番号を検出し、ｊ＝
ｋとなることを確認することによって、目標層ｋにスポ
ットを位置ずける。

【００７４】16．項１４において、上記ＡＦ誤差信号の
ゼロクロスパルスと、総光量パルスをゲートとして用
い、各記録層についての合焦点検出を検出するクロスレ
イヤー信号検出回路を設けることによって、レンズを層
方向に移動したときに焦点位置が各層を横切る信号を得
る。

【００７５】17．項１６において、上記ゼロクロスパル
スと総光量パルス、２種のパルスからアップパルスとダ
ウンパルスを生成しカウントすることで、常にレンズが
どの層に位置づけられているかを認識し、ディスクに対
してレンズが移動する方向を認識する。

【００７６】18．項１４において、焦点位置がディスク
最上層から、最下層まで少なくとも移動するように、Ａ
Ｆアクチゥエータ移動信号発生回路からのこぎり波を発
生させ、ＡＦアクチゥエータを駆動する場合において、
上記クロスレイヤー信号検出回路により、Ｎ個の層の合
焦点をカウントし、レンズを上側に移動させたときのア
ップパルスの上限から、最上層（ｎ＝１）または、レン
ズを下側に移動させたときのダウンパルスの下限から、
最下層（ｎ＝Ｎ）を認識し、ディスク層方向における焦
点位置を常に認識することによって、層アドレスを設け
なくても、層アクセスを可能とする。

【００７７】19．項５において、記録目標であるｋ層に
安定に記録する場合、ｋ層までの透過率（ΣＴｎ（ｎ＝
１，２，…ｋ−１））を考慮して記録パワーＰ（光強
度）を設定することによって、目標層に最適な記録パワ
ー条件で記録する。

【００７８】20．項５において、ｋ層までの透過率を、
層アドレス認識に対して設定することによって、目標層
に最適な記録パワー条件で記録する。

【００７９】21．アドレス認識によって、ディスク出荷
時（または設計値）のｋ層までの透過率ΣＴｎ（ｎ＝
１，２…ｋ−１）と、記録直前のｋ層までの透過率Σ
Ｔ′ｎ（ｎ＝１．２，…ｋ−１）の比、すなわち透過率
の変化分Ｇを考慮して記録パワーを設定することによっ
て、目標層までの層に記録された層があることによって
透過率が変化していてもそれを考慮して、目標層に最適
な記録パワー条件で記録する。

【００８０】22．項６，２１において、層データの管理
層を設け、どの層が記録されているのかを記録し、目標
層記録前に管理層を再生して、記録直前のｋ層までの透
過率ΣＴ′（ｋ−１）を認識し、透過率の変化分Ｇを認
識することによって、目標層までの層に記録された層が
あることによって透過率が変化していてもそれを考慮し
て、目標層に最適な記録パワー条件で記録する。

【００８１】23．項２１において、目標層に記録する前
に、あらかじめ記録すべき領域を再生し、透過率の変化
Ｇを求めることによって、目標層までの層に記録された
層があることによって透過率が変化していてもそれを考
慮して、目標層に最適な記録パワー条件で記録する。

【００８２】24．項２３において、あらかじめ記録すべ
き領域を再生する方法としては、記録モードで初めのデ
ィスク１回転で再生チェックを行ってから、次の回転で
記録を行い、次の回転で記録エラーチェックを行う。

【００８３】25．項２３において、複数スポットを用
い、先行スポットで上記再生チェックを行うことによっ
て、回転待ちを行わなくても良い。

【００８４】26．請求項２５において、再生チェックで
は、先行スポットについての受光した再生信号Ｃ′ｋ
（ｔ−τ）を用いる。ここで、τは、先行スポットと記
録用スポットのスポット間距離を時間換算したものであ
る。ここで、透過率変化分Ｇを、記録目標層であるｋ層
に焦点を合わせた状態での再生信号Ｃｋ′とディスク出
荷時での設計上の再生信号Ｃｋとの比の平方根として求
めることによって、反射光学系において、透過率の変化
を求める。

【００８５】27．項２５において、再生チェックでは、
再生信号Ｃｋの値は、ディスクフォーマットとして、あ
らかじめチェック領域として、層方向に対して記録しな
い領域をディスク面内に設けておくことによって、ディ
スク間，ディスク内の透過率バラツキの影響を低減す
る。

【００８６】28．項２３において、再生信号を得る光検
出器については、請求項１の形状にすることによって、
目標層からの反射成分を特定して検出し、より高精度な
透過率変化Ｇを求める。

【００８７】29．項１において、再生制御回路として、
目標層からの反射光成分の検出に加え、特に層間クロス
トークの大部分を占める隣接層からの反射光成分も検出
し、両者が互いに含んでいる成分を演算によって取り除
くことによって、目標層の反射光成分を抽出する。

【００８８】30．項２９において、３つの光検出器を、
ｋ層に焦点を合わせたときの受光面側での目標層ｋ，隣
接層（ｋ＋１），（ｋ−１）の結像面に位置づける。光
検出器の形状は、直径Ｄ＝（λ／ＮＡＩ）とする、また
は、ピンホールによる受光面積の制限を行い、ｋ層の光
検出器についての再生信号Ｃｋ，（ｋ−１）層の光検出
器についての再生信号Ｃ（ｋ−１）と（ｋ＋１）層の光
検出器についての再生信号Ｃ（ｋ＋１）について、次式
の演算を行う。

【００８９】 演算 Ｆ≡Ｃｋ−γ×Ｃ（ｋ−１）−γ×Ｃ（ｋ＋１） ≒ＣｋＲ＋β×Ｃ（ｋ−１）Ｒ＋β×Ｃ（ｋ＋１）Ｒ −γ×｛Ｃ（ｋ−１）Ｒ＋β×ＣｋＲ＋β×Ｃ（ｋ−２）Ｒ｝ −γ×｛Ｃ（ｋ＋１）Ｒ＋β×ＣｋＲ＋β×Ｃ（ｋ＋２）Ｒ｝ β：各信号に含まれるクロストーク成分の必要信号成分
に対する比Ｃ（ｋ−２）Ｒ，Ｃ（ｋ＋２）Ｒは、十分小
さく、周波数成分も低いので無視できる。よって、 Ｆ≒（１−２γβ）×ＣｋＲ＋（β−γ）×Ｃ（ｋ−１）Ｒ ＋（β−γ）×Ｃ（ｋ＋１）Ｒ ここで、演算係数γ≡β＜１とすると、 Ｆ≒（１−β²）×ＣｋＲ 上式の演算機能を用いたことによって、目標層の信号成
分だけを求める。

【００９０】31．項２９において、複数スポットを用い
る。ｋ層に焦点づけた時の隣接層上の焦点ずれスポット
と同じスポット径のスポットを２つの隣接層に、スポッ
トに先行させて走査し、再生信号を求め、項３０の演算
を行うことによって、目標層の信号成分だけを求める。

【００９１】32．項３１において、図１８に示すよう
に、絞りを挿入して、絞り込みレンズについての実効的
開口を小さくする。すなわち、有効径ａ′を［λ／（２
ｄ×ＮＡＦ²）×ａ］にすることによって、隣接層に焦
点を結ぶ先行スポットのスポット径を（２ｄ×ＮＡＦ）
にする。

【００９２】33．項３１において、３つの光軸に分け
て、先行する２つの光学系の絞り込みレンズの開口数を
小さくする、すなわち、ＮＡＦ′＝λ／（２ｄ×ＮＡ
Ｆ）とすることによって、隣接層に焦点を結ぶ先行スポ
ットのスポット径を（２ｄ×ＮＡＦ）にする。

【００９３】34．項３１において、先行スポットからの
再生信号にスポットの強度分布であるガウシアン分布を
三角分布に近似して得られる重み関数を掛けて積分を行
うことによって、実効的に焦点ずれスポットがマーク列
を走査している場合の再生信号を得る。

【００９４】35．項３０において、各演算係数γ（≡
β）を設定する重み設定回路において、ディスクフォー
マットとして、少なくても上下３層間でマーク記録領域
が、同一光束に含まれないように配置し、ｈ（ｋ−１）
／ｈｋ，ｈ（ｋ＋１）／ｈをβ（−１），β（＋１）と
することによって、上下層についての、重みをそれぞれ
求める。

【００９５】36．項１において、複数スポットを用い、
各々の層について焦点を合わせることで、２つ以上の層
について同時に記録再生を行う、すなわち、並列記録再
生を行うことによって、転送速度を大きくする。

【００９６】37．項９において、記録後に透過率が増加
する記録媒体を用いることによって、下層に記録すると
きに与える光強度を低減し、さらに、下層からの反射光
を大きくすることで、高効率記録，高ＳＮ比再生を行
う。

【００９７】38．項１において、多層ディスクにおける
各層面内の案内溝，アドレス等のプリピットは、各層ご
とに紫外線硬化樹脂層に設け、各層ごとに透明な型を用
いて型の面から光を入射させる２Ｐ法によって形成する
ことで、各層ごとに、トラッキングのための案内溝，層
の位置を示す層アドレスなどのプリピットを形成し、デ
ータの記録再生を行う。

【００９８】39．項１おいて、中間層に、１／４波長板
層を設けることにより、隣接層からの反射光の偏光方向
が異なるため、干渉がなくなり、隣接層間のクロストー
クを低減できる。

【００９９】

【実施例】以下、 （１）本発明の３次元記録再生方法の原理 （２）３次元ディスクフォーマット，データ管理 （３）装置構成 （４）アクセス方法 （５）記録制御方法 （６）再生制御方法 （７）ディスク構造実施例と、ディスク作成方法 の順で実施例を説明する。

【０１００】（１）３次元記録再生の基本原理 図１に本発明の３次元記録再生装置の記録再生の原理図
を示す。局所的な光照射によって、光学的性質が局所的
に変化する記録膜層１と、記録膜層の働きの補助として
反射防止，多重反射，光吸収，記録膜層の光学的局所変
化の転写，断熱，吸熱，発熱または補強を目的とした
層、または層の重ねあわせである中間層膜２を光学的に
透明な基板３の上に多層に積み重ねたディスク４を有
し、各層に絞り込まれた光スポット照射によって各層の
局所的光学的性質を２次元的に、かつ各層間で独立に変
化させることで、変調後のデータ“１”，“０”に対応
した記録を行い、さらに、上記局所的光学的性質の変化
を各層への光スポット照射によって反射光量（または透
過光量）の変化として検出し、データを再生する。

【０１０１】図１において、ディスク４の構造を、光学
的に透明な基板３の屈折率をＮＢ，厚さをｄ０とする。
さらに、中間層２と記録膜層１を一組の層として区切
り、上層(光入射側)から順に１からＮまで番号を層割り
当てる。各層間の距離は隣あう記録膜層ｋ番目と（ｋ−
１）番目の膜厚中心間の距離ｄｋで示す。また、任意の
ｋ番目の記録層と中間層の膜厚をｄＦｋ，ｄＭｋさらに
屈折率の実数部をそれぞれ、ＮＦｋ，ＮＭｋとする。ま
た、各層の平面上での局所的光学的性質の変化の周期ｂ
［μｍ］とする。絞り込み光学系は、光源として、例え
ば波長λ［μｍ］の半導体レーザ５を用い、コリメート
レンズ６によって、平行光に変換し、偏向ビームスプリ
ッタ７を介して、絞り込みレンズ８に入射させる。ここ
で、レンズ８の開口数をＮＡＦ、有効半径をａ［mm］、
焦点距離をｆＦ（≒ａ／ＮＡＦ）とする。各層に焦点を
結ばせることで回折限界の光スポット１１を各層に照射
する。

【０１０２】また、受光光学系については、反射受光系
を例として示す。ディスク４からの反射光は、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。
像レンズ９の開口数をＮＡＩ、焦点距離をｆＩ（≒ａ／
ＮＡＩ）とする。光検出器１０の受光面直径をＤとす
る。本発明では、光学系として、図２ａに示す平行光学
系を例に示したが、図２ｂに示す拡散光学系でも同様に
効果を得ることができる。また、受光光学系として、透
過光検出系でも本発明と同様の効果を得ることができ
る。

【０１０３】３次元記録再生において、記録再生を行う
ための第１の課題は、各層において、光スポットを回折
限界まで絞り込むことである。従来の光ディスクでは、
一般に記録膜保護のため、基板３越しの１層記録面に光
スポットを回折限界で絞り込む。そこで、球面収差が生
じて光スポットがひずまないように、基板３の屈折率と
膜厚を考慮して、絞り込みレンズ８の設計仕様を行う。
ところが、多層ディスク４では、各層の膜厚の影響が無
視できず、たとえば公知例「久保田他：光学、１４（１
９８５）、光ディスクにおけるアイパターンのジッタ解
析Ｉ〜Ｖ」に示してあるように、層の数が増えるほど球
面収差が増加し、回折限界まで絞れない。そこで、本発
明では、記録再生に十分な範囲の光スポットが得られる
ための絞り込みレンズの設計，ディスク構造を示す。設
計方法を簡単にするため、記録膜層１の膜厚ｄＦｋは、
中間層２の膜厚ｄＭｋに対して十分薄く無視できるとす
る。すなわち、 ｄｋ＝ｄＦ（ｋ−１）＋ｄＭｋ＋ｄＦｋ≒ｄＭｋ （数１） かつ、中間層２は各層とも、基板３と同じ屈折率ＮＢで
あるとする。この場合、多層ディスクのＮ層番目までの
厚さｄは ｄ≒Σｄｋ＋ｄ０ （数２） である。

【０１０４】一方、レーレーリミットとして、絞り込み
スポットのピーク強度が無収差時の８０％が保証される
球面収差量Ｗ４０＝λ／４を許容値として与える。

【０１０５】１番目からＮ番目の層までの膜厚の変化Δ
ｄによって生じる球面収差量Ｗ４０は以下のように表わ
される。

【０１０６】 Ｗ４０＝１／（８×ＮＢ）×（１／ＮＢ²−１）×ＮＡＦ⁴×Δｄ （数３） そこで、Ｗ４０≦λ／４となるように、絞り込みレンズ
の設計，ディスク構造を決定する。一例として、基板３
として屈折率ＮＢ＝１.５ のガラス基板を用い、中間層
として、ガラスとほぼ屈折率の等しい紫外線硬化樹脂を
用い、絞り込みレンズ８のＮＡＦ＝０.５５ とした場
合、（数３）式より、Δｄ≦５０μｍである。ここで、 ｄ０＝１.２mm−Δｄ＝（１.１５〜１.２mm）， ０.５×Σｄｋ＝Δｄ（≦５０μｍ） （数４） となるように、各層の中間層の厚さｄｋ，総数Ｎを組み
合わせることで、従来の光ディスクに使用していた基板
厚さ１.２mm 用の絞り込みレンズをそのまま適用して、
１番目からＮ番目の各層に記録再生に十分な光スポット
を形成することができる。一つの組合せ解として、中間
層の厚さｄＭｋ＝１０μｍ，記録層の厚さｄＦｋ＝２０
０Åでは、ｄ０＝１.１５mm，Σｄｋ＝１００.４μｍ≒
１００μｍ，総数Ｎ＝１０が可能である。

【０１０７】（数４）では、５層番目で、球面収差はゼ
ロであり、最上層と最下層で許容値内で最大の球面収差
が生じる。これをさらに補正することもできる。波動光
学によれば、球面収差は焦点位置をずらすことで補正す
ることができる。その条件は、Ｗ４０＝−Ｗ２０＝−
０.５×ＮＡＦ²Δｚ，Δｚ＝−２／ＮＡＦ²×Ｗ４０。
ここで、Ｗ２０は焦点ずれによる収差、Δｚは焦点ずれ
である。上記の例では、５層目からの層間距離Δｄｋ＝
（ｋ−５）×ｄでのｋ層番目で生じる球面収差Ｗｋ４０
は、（数式３）より得られ、この収差を補正する焦点ず
れ量Δｚｋは、Δｚｋ＝−２／ＮＡＦ²×Ｗｋ４０とな
る。

【０１０８】最下層（ｋ＝１０）では、１.４μｍであ
り、最上層（ｋ＝１）では−１.４μｍの焦点ずれをオ
フセットとして与えればよい。

【０１０９】次に、記録再生を行うための第２の課題
は、熱記録過程にある。記録での規定条件は次の２つの
項である。

【０１１０】 記録目標層に記録に十分でかつ安定な
記録パワー密度を与えることができること。

【０１１１】 任意のｋ層に記録した場合、他の層の
データを破壊しないこと。

【０１１２】要因として、光強度によるもの、層間を伝
わってくる熱伝導によるものに分けられるが、ここで
は、前者について述べる。後者については、中間層２に
断熱効果を持たせることで対処できるがこの方法につい
ては記録媒体実施例の項で示す。

【０１１３】本発明では、この２つの項を満足する方法
として、第１に、ディスク構造と絞り込み光学系を最適
化する。

【０１１４】図１において、設計の簡易化のため、一例
として、基板３及び中間層２は透過率１００％とする。
また、ｋ番目の記録膜層１の光学定数は、透過率Ｔｋ，
反射率Ｒｋ，吸収率Ａｋとする。ここで、Ｔｋ＋Ｒｋ＋
Ａｋ＝１の関係が成り立つ。また、記録によって、局所
的光学的性質が変化した場合の光学定数には、以下、ダ
ッシュ記号「′」で表わす。一般に、熱記録では、記録
膜の光吸収による発熱、及びこれを熱源とした熱拡散現
象に支配される温度上昇によって、記録膜の熱構造変化
が生じる。穴あけ形記録媒体では溶融による記録膜の移
動，相変化形記録媒体では結晶化と非晶質化，光磁気記
録媒体では垂直磁化の反転に対応する。この熱構造変化
が生じて、局所的光学的特性変化となる。記録膜の種類
にかかわらずに、熱構造変化が生じるためには、必ずエ
ネルギーしきい値Ｅｔｈ［ｎＪ］が存在する。記録過程
では、記録目標層に回折限界に絞り込まれた光スポット
１１が線速度Ｖ［ｍ／ｓ］でディスク上を走査してい
る。変調後の２値化信号に対応して熱構造変化を局所的
に生じさせるために、ディスク面に照射する光強度Ｐ
（記録パワー）［ｍＷ］を時間ｔ［ｓ］で変調する。こ
こで、線速度Ｖと照射時間ｔが与えられれば、エネルギ
ーしきい値Ｅｔｈを光強度密度しきい値Ｉｔｈ［ｍＷ／
μｍ²］で議論できる。

【０１１５】項を満足させるためには、ｋ層に焦点を
あわせた場合でのｋ層での光強度密度Ｉｋについて、
（数５）式が成り立つとよい。

【０１１６】 Ｉｋ＝Ｐｋ／Ｓｋ≧Ｉｋｔｈ （数５） Ｉｋｔｈ；記録層ｋでの光強度密度しきい値（ｍＷ／μ
ｍ²） Ｓｋ；ｋ層に焦点をあわせた場合での１／ｅ²スポット
面積 Ｓｋ＝π（０．５×λ／２ＮＡＦ）² ただし、回折限界に絞り込まれた光スポット径をλ／Ｎ
ＡＦとする。

【０１１７】ここでｋ層における光強度Ｐｋ［ｍＷ］は Ｐｋ＝Ｐ・δｋ， δｋ＝ΠＴｎ （数６） δｋは、ディスク上の光入射面とｋ番目の記録層の間の
透過率、Ｔｎは、ｎ層の透過率である。Ｔｎは図３ａに
示すようになる。（数５）（数６）式より、ｋ層で記録
できるために必要な最小の記録パワーＰｍｉｎは、 Ｐｍｉｎ≧Ｉｋｔｈ×Ｓｋ／δｋ （数７） 一般に、光強度が最も小さくなるのは、最下層Ｎで、ｎ
＝１〜Ｎ−１が記録され、透過率Ｔｎがすべて低下する
媒体を用いた場合→Ｔｎ′（記録後の透過率）である。

【０１１８】項が成り立つには、ｋ層に記録を行うた
め、ｋ層に焦点を合わせた時のｊ層での光強度密度Ｉｊ
ｋ［ｍＷ／μｍ²］は、（数８）が成り立てば良い。

【０１１９】 Ｉｊｋ＝Ｐｊｋ／Ｓｊｋ≪Ｉｊｔｈ （数８） Ｐｊｋ＝Ｐｋ×δｊｋ＝Ｐ×δｊ （数９） δｊｋ＝ΠＴｎ／ΠＴｎ（＝（ｊ番目の層までの透過率
／ｋ番目の層までの透過率））である。

【０１２０】ｋ層に記録を行う場合、ｊ層を記録破壊し
ないため記録パワーの上限Ｐｍａｘは次式で与えられ
る。

【０１２１】 Ｐｍａｘ＝Ｉｊｔｈ×Ｓｊｋ／δｊ （数１０） Ｓｊｋは、ｋ層に焦点を合わせた時のｊ層での光スポッ
ト面積であり、層間距離ｄが波長λ以上なら幾何光学的
に求めることができる。

【０１２２】 Ｓｊｋ＝π［（Σｄｎ）×ＴＡＮφ］² （ｊ＞ｋの場合） ＝π［（Σｄｎ）×ＴＡＮφ］² （ｊ＜ｋの場合） ＝π［（Σｄｎ）×ＮＡＦ］² （数１１） ｄｎ；ｎ層番目の膜厚 ＴＡＮφ＝ａ／ｆＦ≒ＮＡＦ ここで、１／Ｓｊｋ［μｍ² ］は面密度を表わし、図３
ｂのようになる。図３ａと図３ｂから光強度密度Ｉｊｋ
［ｍＷ／μｍ² ］が得られ、図３ｃのようになる。

【０１２３】（数５）（数８）式が同時に成り立つよう
に絞り込み光学系，ディスク構造,記録条件を設定する
ことで、各層で信頼性の高い記録が可能となる。一例と
して、図１０ａに示す３層ディスクについて、記録可能
な層間距離ｄを求める。ただし、絞り込み光学系は、波
長λ＝０.７８μｍ，ＮＡＦ＝０.５５とし、各層の光学
定数は、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝０.１，Ｔ１＝Ｔ２＝Ｔ３
＝０.８，Ａ１＝Ａ２＝Ａ３＝０.１とする。また、線速
度ｖ＝７ｍ／ｓ，照射時間ｔ＝１００ｎｓ〜500ｎｓと
し、この時の記録層の光強度密度しきい値は、Ｉ１ｔｈ
＝Ｉ２ｔｈ＝I3th＝２.５３（ｍＷ／μｍ²）とする。こ
こで、記録可能な層間間隔ｄ＝ｄ１＝ｄ２＝ｄ３と、記
録パワーの範囲を求める。

【０１２４】図１０ｂに、目標記録層以外に記録してい
ない場合について、各層にスポットを絞り込んだ場合に
ついて、ディスクに照射する記録パワーと各パワーに対
応していられる再生信号の変調度を示している。ここ
で、変調度は、各層面に形成された局所的光学的性質変
化（マーク）の大きさの目安を示し、絞り込みスポット
径ほどの十分大きなマークになると変調度は飽和の傾向
を示す。縦軸は各層について変調度の飽和値を１として
規格化したものを示している。図において、第１層にマ
ークを形成できるしきい値パワーは、４ｍＷ（＝Ｉｔｈ
×Ｓ１）、第２層では、５ｍＷ（＝Ｉｔｈ×Ｓ２／δ
２）、第３層（ｋ＝３）では、これが最小パワーＰｍｉ
ｎを決定し、（数５）（数６）（数７）式より δ３＝ΠＴｎ＝０.６４ Ｓ３＝π（０.５×λ／ＮＡＦ）²＝１.５８（μｍ²） Ｐｍｉｎ≧Ｉ３ｔｈ×Ｓ３／δ３＝６.３ｍＷ （数１２） となる。

【０１２５】（数８）（数９）（数１１）式より Ｓ２３＝０.９５×ｄ² Ｓ１３＝３.８×ｄ² δ２３＝１.２５，δ１３＝１.５６２５ Ｐ２３＝１.２５×Ｐ３＝０.８×Ｐ Ｐ１３＝１.５６２５×Ｐ３＝Ｐ Ｉ２３＝０.８×Ｐ／（０.９５×ｄ²）＝０.８８６×Ｐ／ｄ² Ｉ１２＝Ｐ／（３.８×ｄ²）＝０.０７×Ｐ／ｄ² Ｉ２３≪Ｉ２ｔｈ＝２.５３ ｄ≫０.５９×√Ｐｍｉｎ＝１.４８μｍ （数１３） 例えば、ｄ＝２.５μｍ では、Ｐｍａｘ＝１６ｍＷ（Ｐ
３ｍａｘ＝１０ｍＷ）となり、図１０ｂに示すように、
信号が十分なマークを記録することができる。このよう
に、設計することで他の層を破壊しないで、かつ目標層
に信頼性高く記録できる。

【０１２６】次に、記録再生を行うための第３の課題
は、再生過程にある。再生での規定条件は次の項であ
る。

【０１２７】 ノイズ成分を最小とする。ここでは、
層間クロストークノイズの低減である。

【０１２８】 目標層からの信号成分を最大にする。

【０１２９】項を達成するための第１の方法を示す。

【０１３０】第１の方法は、図１において、受光光学系
を最適化することで、目標層以外からの反射光量を十分
小さくすることで、層間クロストークを低減し、ＳＮ比
の大きい再生を行うものである。図１において、実線で
示すように、再生しようとする層からの反射光量は像レ
ンズ９の焦点上に置かれた光検出器１０によってすべて
検出される。一方、隣接層からの反射光は、点線で示す
ように像レンズの焦平面１２で拡がっている。そこで、
光検出器９の大きさを図１のように制限することで隣接
層からの反射光を低減することができる。

【０１３１】ｋ番目の層を目標層とし、焦点を合わせた
ときの光スポット１１のピーク強度値の１／ｅ² の強度
となる直径、すなわちスポット径はＵｋ＝（λ／ＮＡ
Ｆ）である。そして、目標層からの反射光は、像レンズ
９の焦点位置に結像される。この焦平面１２上のスポッ
ト径Ｕｋ′は、 Ｕｋ′＝ｍＵｋ＝ｍ×（λ／ＮＡ_FL）＝（ＮＡＦ／ＮＡＩ）×（λ／ＮＡＦ） ＝λ／ＮＡＩ＝λ×（ｆＩ／ａ） （数１４） ｍ；受光光学系の横倍率 次に、ｋ番目の目標層から層間距離ｄ離れた（ｋ±１）
番目の層からの焦平面でのスポット径Ｕ（ｋ±１）′を
求める。（ｋ±１）層からの反射光が像レンズ９で焦点
を結ぶ位置と焦平面との距離ｄ′は、 ｄ′＝Ｙ×ｄ＝ｍ²×ｄ （数１５） Ｙ：縦倍率 Ｕ（ｋ±１）′＝ｄ′×ｔａｎφＩ＝ｄ′×ａ／（ｆＩ＋ｄ′） ＝ｍ²ｄ×ａ／（ｆ_I＋ｍ²ｄ） ここで、ｆＩ≫ｍ²ｄならば Ｕ（ｋ±１）′≒ａ×ｍ²ｄ／ｆＩ＝ＮＡＩ・ｍ²ｄ （数１６） 上式より光検出器の直径Ｄを、Ｄ＝Ｕｋ′＝λ／ＮＡＩ
とすれば、光検出器の径を制限しない場合と比較して、
面積比ε＝(Ｄ／Ｕ(ｋ±１)′)²で、隣接層からの反射
光量を低減できるので、目標層からの反射光量の変化を
高いＳＮ比で検出できる。

【０１３２】実際に、検出される他の層からの反射光量
は、目標ｋ層と他のｊ層の間の透過率δｊｋ、及び反射
率の比αｊｋを考慮にいれる。ここで、信頼性の高い信
号検出のために必要な層間クロストークノイズ量を−２
０ｄＢ（１／１０）とすると、一般に次式が成り立てば
良い。

【０１３３】光検出器１０での、ｎ層からの反射受光量
をＩｎとすると １／１０≧ΣＩｊ（ｎ＝１〜Ｎ，ｎ≠ｋ）／Ｉｋ ＝Σ［δ²ｊｋ×αｊｋ×（Ｄ／Ｕｊ′）²］ （数１７） ただし、以下では、目標層ｋ層に対する隣接層（ｋ−
１）層だけについて考慮する。他の層からの影響も同様
に考慮できるがその値は、十分小さい。

【０１３４】 (数１７)≒Ｉ(ｋ−１)／Ｉｋ＝δ²(ｋ−１)， ｋ×α(ｋ−１)，ｋ×(Ｄ／Ｕ(ｋ−１)′)² （数１７．５） 例えば、λ＝０.７８μｍ，ＮＡＦ＝０.５５，ｆＩ＝３
０mmとして（ＮＡＩ＝０.０７５，ｍ＝７.３３，ｍ²＝
５３.８）において、Ｄ＝Ｕｋ′≒１０.４μｍ図１０を
例にとると、δ２３＝１.２５ ，α２３＝１より、反射
光量の抑制率は、ε×δ²２３×α２３となる。

【０１３５】 Ｉ２／Ｉ３＝δ²２３×α２３×ε＝δ²２３×α２３×（Ｄ／Ｕ２′）² ＝δ²２３×α２３×(λ／ＮＡＩ)²／(ＮＡＩ×ｍ²ｄ)²δ²２３ ×α２３×（λ／ＮＡＦ²／ｄ）² （数１８） （Ｉ２／Ｉ３）≦１／１０上式の成り立つｄを求める
と、 ｄ≧√(１０×α２３)×δ２３×(λ／ＮＡＩ²／ｍ²） ＝√(１０×α２３)×δ２３×(λ／ＮＡＦ²)≒１２.９μｍ （数１９） ここでは、第２層からのクロストークの影響を考慮した
が、第１層からのクロストークの影響も同様に計算で
き、その値(Ｉ１／Ｉ３)＝０.０２４(＝−32dB）と十分
小さく無視できる。

【０１３６】以上の例では光検出器の径Ｄ＝Ｕｋ′＝λ
／ＮＡＩとしたが、光検出器の位置ずれも含めて、層間
のクロストークがある値になるように設計の自由度があ
る。次に、項を達成するための第２の方法を示す。

【０１３７】第２の方法は、層面上の局所的光学的性質
の変化（マーク）の周期ｂとディスク構造、及び受光光
学系の関係を規定することで、層間クロストークの成分
を局所的光学的性質の変化の周期ｂよりも、長くする。
すなわち、データの信号帯域よりも層間クロストークの
周波数成分小さくすることで、目標層面上のデータを高
いＳＮ比で再生するものである。この方法の原理につい
て図１と図４を用いて説明する。第１の方法と区別する
ために光検出器の径に制限をいれないが、併用すること
で、より高いＳＮが得られる。

【０１３８】目標層には、回折限界の光スポットが形成
されているため、２次元周期ｂがスポット径（λ／ＮＡ
Ｆ）程度あれば、十分分解できる。すなわち、２次元周
期ｂの最小値ｂｍｉｎを（λ／ＮＡＦ）とすれば、信号
成分が十分大きくとれる。これが、項の成り立つ条件
である。一方、隣接層でのスポット径は、焦点がずれて
いるために、層間距離ｄとすると、（２ｄ×ＮＡＦ）と
なり、光学的分解能が低下する。そこで、この特性を利
用して、２次元周期ｂの最大値ｂｍａｘを（2d×ＮＡ
Ｆ）よりも小さくすれば、隣接層からの信号成分の漏れ
込みすなわち層間クロストークの周波数成分は、信号帯
域（１／ｂｍａｘ〜１／ｂｍｉｎ）よりも小さくなり、
フィルタまたはＡＧＣ（オートゲインコントロール）を
用いて、取り除くことができる。

【０１３９】ここで、焦点ずれによる光学的分解能の低
下すなわち、信号変調度の低下を光学的理論から求め
る。

【０１４０】図１に示す受光光学系において，記録再生
を行う目標層面内と、光学的距離ｄ［μｍ］離れた隣接
層面内のそれぞれの光学的特性関数（ＯＴＦ）Ｈ０
（Ｓ），Ｈ１（Ｓ）を図４にそれぞれ、直線１３，直線
１４で示す。横軸は、物体の繰返し周波数に対応し、縦
軸はその変調度に対応する。ここで、Ｓは規格化空間周
波数である。

【０１４１】 Ｓ＝λ×ｆＦ／（２πａ）＝λ／ＮＡＦ×ｂ （数２０） 焦点ずれもなく、無収差の場合、光学的特性関数Ｈ０
（Ｓ）は、直線１３のようになる。この場合、光学的分
解能がゼロとなる遮断周波数は、Ｓ＝２となる。実際の
記録再生装置では、レーザノイズ，アンプノイズなどの
ノイズ成分が含まれ、さらに、焦点ずれ以外の収差を光
学系自体が持っているために、遮断周波数Ｓ＝２に対応
する周期ｂまでは、検出が困難である。そこで、変調度
が半分（−６ｄＢ）を変調度の許容値とする。その時、
Ｓ＝１となり、上記周期ｂの最小繰返しｂｍｉｎを規定
する。

【０１４２】 ｂｍｉｎ＝λ／ＮＡＦ （数２１） 一方、層間距離ｄの値で焦点ずれが生じた場合の光学的
特性関数Ｈ１（Ｓ）について、Ｈ１（Ｓ）＝０となるＳ
＝２より、上記周期ｂの最大繰返しｂｍａｘを規定す
る。

【０１４３】焦点ずれｄの増加と共に、光学的特性関数
Ｈ１（Ｓ）は、矢印１５の方向に変化し、ｂｍａｘも大
きくできる。

【０１４４】このように、隣接層からのクロストークの
周波数成分はｆｍｉｎ（＝１／ｂｍａｘ）以下であり、
図４に示すような追従特性１６を持つオートゲインコン
トロール回路を用いれば、隣接クロストーク成分を吸収
できる。

【０１４５】（数値例）焦点ずれｄと波面収差量Ｂ１の
関係は次式で表わせられる。

【０１４６】Ｂ１＝−ｄ／２×（ＮＡＦ）² 数値例として、焦点ずれｄに対する遮断周波数Ｓを求
め、ｂｍａｘを求めた。 ｄ＝６.７μｍの場合→ｂｍａｘ＝４.７μｍ Ｂ１＝−λ ｄ＝１０μｍの場合→ｂｍａｘ＝７.９μｍ Ｂ１＝−１.５λ また、ｂｍｉｎ＝（λ／ＮＡＦ）＝１.４２μｍ 例えば、図２０のように、スポット走査方向に、可変長
の符号である２−７符号を用い、トラックピッチ１.５
μｍ 一定のディスクについて、公知例「特開昭63−537
22 号」に示すピットエッジ記録方式を用いた場合、再
生可能な最小ビットピッチｑ（μｍ）と層間距離ｄを求
めると、図４に示すように、最短パターン繰返し周期
は、 ３ｑ＝ｂｍｉｎ＝１.４２μｍ ｑ＝０.４７μｍ ここで、最長パターン繰返しは８ｑであり、 ８ｑ＝３.７６μｍ≦ｂｍａｘ また、ディスク半径方向のマーク周期は、トラックピッ
チ１.５μｍ 一定であり、１.５μｍ≦ｂｍａｘである
必要がある。よって、ｄ≧５μｍで十分である。次に、
項を達成するための第３の方法を示す。第２の方法で
は、層間クロストークノイズの周波数成分は、ｆｍｉｎ
以下であるが、変調方式のよっては、局所的光学的性質
の変化の粗密によって、目標層からの信号が変動してし
まう。上記例で用いた２−７変調符号もそのひとつであ
り、その変調信号のパワースペクトル特性８６を図４に
示す。ｆｍｉｎ以下に、わずかに成分を持つ。これは、
先に述べたようにフィルター，ＡＧＣで抑圧できるが、
このような回路を用いなくても、粗密の変動をなくし、
直流成分一定値にすることで、層間クロストークノイズ
を抑圧することができる。第３の方法の原理は、隣接層
におけるスポット径（２ｄ×ＮＡＦ）の領域に含まれる
局所的光学変化（マーク）の領域の総面積が常に一定値
である符号を用いる。このようにすることで、スポット
を走査したときの再生信号への層間クロストーク量は常
に直流一定値なる。第３の方法と第１の方法を併用する
こともできる。

【０１４７】一例を示す。公知例「土井 利忠、伊賀
章：ディジタル・オーディオ」にあるＥＦＭ変調方式を
用いた場合についての変調信号のパワースペクトル８７
は、図４に示すように低域成分のスペクトルが急激に低
下する特徴を持つ。よって、スペクトルの急激に低下す
る折れ点８８が、隣接層の光学的特性関数Ｈ１（Ｓ）に
ついて、Ｈ１（Ｓ）＝０となる遮断周波数と一致するよ
うに層間間隔ｄを設定すれば良い。

【０１４８】例えば、ｑ＝０.６μｍとすると、２.８２
ｑ＝１.７μｍ≧ｂｍｉｎ＝１.４２μｍ，１０.３６ｑ
＝６.２μｍ≦ｂｍａｘ，折れ点８８での繰返し周期は
２４μｍであり、層間距離ｄ＝２２μｍとする。この
時、隣接層におけるスポット径（２ｄ×ＮＡＦ＝２４μ
ｍ）に含まれるマークの占有率はほぼ５０％一定であ
り、検出される再生信号に含まれる隣接層からの反射光
量の成分は常に一定値となる。

【０１４９】次に、図２１，２２では、層面内で２次元
記録を行う場合について、本発明を適用したものであ
る。２次元記録再生方式は、先願特願平３−１１９１６
号情報記録再生方法及び装置」に示してある。先願で
は、図２１に示すように、例えば、２×２の４格子点を
一つのブロックとして用い、格子点にマークを記録する
組み合わせで、２⁴＝１６ 、４ビットのデータを表わ
し、高密度化を行う。この場合、第１，第２の本方式を
適用できる。また、図２２に示すように、４×４の格子
ブロック内の格子点に必ず同数個のマークが含まれるよ
うに（図では１個）する。さらに、隣接層でのスポット
径（２ｄ×ＮＡＦ）に格子ブロックが多く含まれれば、
スポット内に含まれるマークの数、さらにはマークの占
有面積はほとんど一定値であり、第３の方法が適用でき
る。

【０１５０】ところで、光ディスクでは、回折限界の光
スポットを各記録層面に形成するが、図２に示した各光
学系では、ある値ｄｍの焦点ずれが生じると、顕微鏡の
結像系の条件が満たされ、受光面上に記録膜面の像が形
成され場合がある。例えば、目標層に回折限界のスポッ
トを形成し受光している場合、他の層までの距離がｄｍ
である場合、受光面上にこの層上のマーク列パターンが
形成され、目標層上の情報信号に信号帯域のクロストー
クノイズが乗る可能性がある。そこで、層間距離がｄｍ
にならないように、ディスク構造を設計するのが望まし
い。

【０１５１】また、各層から反射してくる光は、照射光
が同一のため、層間の距離が可干渉距離程度に小さくな
ると、反射光同士が干渉する。その結果、層間のクロス
トークノイズを受光面上での目標層と他の層からの受光
量比で表わせなくなる。すなわち、干渉が生じるため
に、最悪、層間クロストークノイズが、受光量比の平方
根で現われてしまう。この影響が実際に問題になるの
は、隣接層間の場合である。

【０１５２】そこで、この問題を解決する実施例を図２
７に示す。この実施例の原理は、隣接層から反射してく
る光の偏光方向を替えることで、干渉を起こさせないこ
とにある。偏光方向を変える手段のひとつとして、図２
７では、各中間層２に１／４波長板層２０１を備える。
１／４波長板層２０１は、層の深さ方向に向かって、進
行する光の電場の波について、層面の２次元方向につい
て、位相差を９０度異なる、すなわち２つ方向について
の光学的厚みの差を１／４波長分だけ変えるものであ
る。このようなディスク構造にすることで、例えば図に
示すように、照射光の偏光方向をＥ偏光とした場合、互
いに隣あう層からの反射光は、１／４波長板層２０１を
往復する差、すなわち１／２波長，１８０度位相差分だ
け異なるため、偏光方向が交互にＥ偏光、Ｈ偏光と直交
する。そのため、隣接層間の反射光成分は干渉しないた
め、単純な受光面上での受光量比で表わせ、層間のクロ
ストークを低減することができる。さらに、受光系にお
いて、図２７に示すように、偏光ビームビームスプリッ
タ２０２を挿入し、反射光の偏光方向によって、検出す
る光検出器２０３，２０４を分離する。このようにする
ことで、少なくても隣接層からの反射光は検出されない
ため、前述の第１の再生方式において、光検出器の大き
さのバラツキの許容値を大きくすることができる。

【０１５３】次に、（１）節で示した本発明の３次元記
録再生方法の原理を達成する装置について示す。

【０１５４】（２）３次元ディスクフォーマット，デー
タ管理 図５に、多層ディスク４のフォーマットの一例を示す。
光を入射させる基板３から、光の進行方向に向かって、
１〜ｎ層とする。ｋ層でのデータフォーマットはディス
クを放射線上に区切ったセクタｍ，半径方向のデータ位
置を管理するトラックｌ、以上、３個のアドレス（ｌ，
ｍ，ｎ）でデータを管理する。ある任意のトラックｌ，
セクタｍにおけるフォーマットは、図に示すように、記
録再生のタイミングや、アドレス情報をあらかじめ作り
つけたプリフォーマット領域と、ユーザデータを記録再
生し、さらに、データの有無、読みだしの禁止などを記
録し管理するデータ領域からなる。また、各層の役割と
して、図に示すように、ユーザデータを記録再生する層
と共に、ＲＯＭ（Read Only Memorey）層またはＷＯＭ
（Write Once Memorey)を設け、上位コントローラのＯ
Ｓ（OperatingSystem）、または、後述するように、各
層での記録または再生の条件などを、ディスク作成時に
プリフォーマット化しておくか、出荷時に記録すること
もできる。また、層データの管理層として、各層のデー
タ状態、例えば、データの有無，エラー管理，有効なデ
ータ領域，書替え（オーバーライト）回数を随時、記録
しておくこともできる。また、交替層として、記録誤り
を検出した層のかわりに情報を入れ直すこともできる。

【０１５５】次に、データを記録する順番は、例えば次
のような組み合わせがある。

【０１５６】(a）１→ｋ→Ｎ層と上層から順に記録を行
う。ただし、各層ではすべてのユーザセクタとトラック
に情報を記録してから次の層に記録する。

【０１５７】上記データ記録を行う場合、記録媒体とし
て、記録後の透過率が増加する特性を持つものを用いる
ことでさらに信頼性の高い記録再生を行うことができ
る。すなわち、下層の記録層までの透過率が増加するの
で、上層に記録するのに必要な光強度とほぼ等しい光強
度照射で下層の目標層に十分記録に必要な光強度を与え
ることができる。また、再生においても、目標層からの
反射光成分がほとんど減衰されずに検出器に戻ってくる
ので、ＳＮ比の高い再生信号が得られる。上記と特性を
持つ記録媒体のとして、例えば、穴あけ形記録媒体があ
る。この媒体は記録することによって、反射膜に穴があ
き、反射率が低下、すなわち透過率が増加する。

【０１５８】(b）Ｎ→ｋ→１層と下層から順に記録を行
う。後は（ａ）と同じ。

【０１５９】(c）各層ではすべてのユーザセクタとトラ
ックに情報を記録してから次の層に記録するが、記録す
る層の順番はランダムアクセスとする。

【０１６０】(d）記録する層の順番はランダムアクセス
とするが、ひとつの層においてある当該セクタ内にすべ
てデータ記録してから、次の層の当該セクタを埋めてい
き、すべての層の当該セクタを埋めてから、次のセクタ
のデータを記録する。

【０１６１】(e）当該トラックにおいて、層方向にラン
ダムアクセスを行う。この場合、セクタによる固定ブロ
ック管理ではなく、磁気ディスクのデータ管理である可
変長ブロックを適用することで、磁気ディスクのシリン
ダを層に対応させ、磁気ディスクのデータフォーマット
をそのまま適用することができる。

【０１６２】上記ランダムアクセスでは、例えば誤って
記録時に記録した領域にアクセスしないように、上位コ
ントローラによって情報記録領域の管理を行っても良い
し、前述した管理領域によって管理してもよい。

【０１６３】（３）装置全体構成 図６に、３次元記録再生装置の全体構成を示す。記録す
る場合は、ユーザデータ１７を変調回路１８通して、変
調後の２値化データ１９を得る。変調後の２値化データ
は、記録条件設定回路２０を通り、光スポットが位置づ
けられている位置での最適な記録条件で、強度変調され
るように、レーザ駆動回路２１が駆動され、光ヘッド２
２内の半導体レーザの光強度が変調され、ディスク４へ
の記録を行う。

【０１６４】一方、再生する場合は、ディスク上の目標
の層，トラック位置に光スポットを位置づけ、微弱光を
照射し、反射光の強度変化を光検出器１０で電気信号に
変換し、再生信号２３，２４を得る。再生信号２３，２
４は、再生制御回路２５を通して、層間クロストークを
抑制したのち、ＡＧＣ（オートゲインコントロール）回
路２６を通り、データ帯域よりも低周波数の変動を吸収
し、後の回路で動作する絶対レベルに信号を合わせる。

【０１６５】その後再生信号は、波形等化器２７を通
り、データパターンによる波形歪み（振幅の劣化，位相
のずれ）の改善を行い、整形器２８で２値化信号に変換
する。整形器２８には、振幅スライスによって２値化す
るもの、微分によるゼロクロス検出するものがある。

【０１６６】次に２値化信号は、位相同期回路２９に通
り、データからのクロック抽出を行う。位相同期回路２
９は、位相比較器３０，ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３
１，電圧制御発振器３２からなる。位相同期回路２９で
生成されたクロックによって、２値化信号から、データ
の‘１’，‘０’の判定する弁別器３３を通り、復号器
３４によって、ユーザデータ１７に変換される。以上の
記録再生のため、上位コントローラからの指令で、目標
の層及び層面内の目標位置に光スポットを位置づけるた
めには、光ヘッド２２からの焦点ずれ、トラックずれ信
号検出３５を行い、補償回路３６によって、サーボ制御
に最適な信号に補償し、駆動回路３７を通して、光スポ
ット位置決め機構を駆動する。

【０１６７】（４）アクセス方法 光スポット位置決め機構としては、絞り込みレンズ８を
層方向とディスク半径方向に駆動する２次元アクチゥエ
ータ、または、絞り込みレンズ８を層方向だけに駆動す
る１次元アクチゥエータと絞り込みレンズ８に入射させ
る光束をディスク半径方向に偏向するガルバノミラーを
組み合わせたものがある。

【０１６８】ここで、（２）で述べたデータ記録再生の
ためにランダムアクセスを行う場合について、第１に目
標層ｋに焦点を結ばせる方法について述べる。焦点ずれ
信号検出のためには、目標層からの反射光スポットの大
きさが、焦点ずれによって変化するので、公知例「特開
昭63−231738号，特開平1−19535号」に示す前後差動焦
点ずれ検出法を用いることができる。図２３ａに、ディ
スク面に対して絞り込みレンズの位置を層方向Ｚに走査
させたときに得られるＡＦ誤差信号３５を示す。各層に
ついての焦点ずれ誤差信号及び合焦点位置であるゼロク
ロス点１０５が順に得られるのがわかる。

【０１６９】ここで、目標層ｋにアクセスする場合の第
１の実施例のブロック図を図２３に示す。回転するディ
スク４に対し、ＡＦ（オートフォーカス）アクチゥエー
タ移動信号発生回路９３でのこぎり波１０６を発生さ
せ、ＡＦアクチゥエータドライバ９１を駆動させ、絞り
込みレンズ８をディスク面に対し＋Ｚ方向（ディスクに
レンズを近づける方向）に動かす。この時、ＡＦ検出回
路８９ではＡＦ誤差信号３５が得られる。この信号は引
込み点判定回路９２でゼロクロス点１０５を検出され、
ある層面に合焦点であることをＡＦサーボ系コントロー
ラ９４に伝える。判定回路９２では図２４ａに示すよう
に、ゼロスライスレベルより少しずれたスライスレベル
１０３によって、図２４ｂに示すＡＦパルス３７を作
り、その立ち下がり１０４を検出することでレンズ８が
合焦点を通り過ぎる直前のタイミングをコントローラ９
４に送る。

【０１７０】コントローラ９４では、上位コントローラ
からの指令で焦点引込み状態であることを認識し、上記
タイミングの入力と共にスイッチ９７を切り替え、ＡＦ
サーボ回路９０をＡＦアクチゥエータドライバ９１につ
なげサーボループを閉じさせる。この状態では、ＡＦサ
ーボ回路９０は、ＡＦ信号検出回路８９でえられるＡＦ
誤差信号が常にゼロになるようにＡＦアクチゥエータを
駆動させる。よって、ディスク４が回転時に上下振れし
てもある層に回折限界のスポットを安定に形成させるこ
とができる。

【０１７１】次に、レイヤー番号検出回路９５におい
て、図５で示したプリフォーマット部にある層アドレス
を読み取るとることで現在いる層の番号を認識し、コン
トローラ９４に送る。コントローラ９４では、現在焦点
を結んでいるｊ番目の層から上位コントローラからの指
令であるｋ番目の目標層まで、上下どちらの（ｓｉｇｎ
（ｋ−ｊ））方向に，どれだけの（｜ｋ−ｊ｜）層数を
スポット移動させれば良いかを認識し、レイヤージャン
プ信号発生回路９６にジャンプ強制信号１０７を発生さ
せ、ＡＦアクチゥエータドライバに入力させる。

【０１７２】ジャンプ信号１０７は、１層間の移動にた
いし、＋−極性のパルスの１対のパルスで構成され、上
下の移動方向によって、＋−のパルスを入れ替わる。先
頭のパルスはスポットを移動方向におよそ移動距離分だ
け駆動させるために用い、次の極性反転パルスはスポッ
トが行き過ぎないように制定するためのものである。ま
た、移動する層数の対のパルスをドライバ９１に入力す
る。次に、レイヤー番号を検出し、ｊ＝ｋとなったとこ
ろで、目標層ｋにスポットが位置づけられる。ランダム
アクセスのために他の層にアクセスするときも、上記と
同様に、レイヤージャンプを行えば良い。

【０１７３】目標層ｋにアクセスする場合の第２の実施
例のブロック図を図２５に示す。

【０１７４】回転するディスク４に対し絞り込みレンズ
８をディスク面に対し上下させる。この時に上記ＡＦ誤
差信号３５が得られ、さらに、光検出器（ディテクタ）
１０で検出され、総光量検出回路１０２から出力された
総光量３６は図２４ａに示すように、各記録層に合焦点
時にピークを持つ。そこで、図２４ｃに示すクロスレイ
ヤー信号検出回路１０１の中のパルス化回路９８でスラ
イスレベル１０３，１０８によって、ＡＦパルス３７と
総光量パルス３８を検出する総光量パルス３８をゲート
として用い、ＡＦパルスの立ち下がりを検出することで
さらに確実な合焦点検出が可能である。さらに、ディス
クに対してレンズが移動する方向を認識するために、こ
れらの２種のパルスからクロスレイヤーパルス発生器９
９によってアップパルス１０９とダウンパルス１１０を
生成しカウントすることで、常にレンズがどの層に位置
づけられているかを認識することができる。

【０１７５】図２５において、焦点位置がディスク最上
層から、最下層まで少なくとも移動するように、ＡＦア
クチゥエータ移動信号発生回路９３からのこぎり波を発
生させ、ＡＦアクチゥエータを駆動する。この時、回転
するディスクの上下振れ量よりも十分大きければ確実で
ある。クロスレイヤー信号検出回路１０１より、Ｎ個の
層の合焦点をカウントし、レンズを上側に移動させたと
きのアップパルス109の上限から、最上層（ｎ＝１）ま
たは、レンズを下側に移動させたときのダウンパルス１
１０の下限から、最下層（ｎ＝Ｎ）を認識する。上位コ
ントローラからの指令で、目標とする順番の層にスポッ
トの焦点が結ぶ直前にスイッチ１００を切り替え、サー
ボループを閉じれば良い。このように制御することで、
層アドレスを設けなくても、層アクセスを可能とするこ
とができる。

【０１７６】ところで、記録することで透過率，反射率
の変化する媒体を用いた場合、ＡＦ誤差信号及び、総光
量は、記録された層付近では、図２６ａに示すように、
図２５とは異なる信号１２３，１２４が得られる。これ
は、マークの存在する部分をスポットが走査したときに
光量が変化し、マークの存在しない部分にスポットがか
かると光量が正規の値に戻ること示している。このよう
に、信号が変動するために、サーボ帯域での信号につい
ても、信号の低下が生じ、ＡＦサーボ系のゲインの変
動，ＡＦオフセットが発生し、記録された層で焦点ずれ
が生じる。このような場合、光検出器上で検出された信
号成分中、常に、マークの記録されていない部分の信号
をホールドすることで、図２５に示す理想のＡＦ誤差信
号、及び、総光量が得られる。

【０１７７】この方法の一例を図２６ｂに示す。この図
は、図２３，２５におけるＡＦ検出回路８９，総光量検
出回路１０２を示したものである。前後差動型ＡＦ誤差
信号検出光学系の原理図における前後の光検出器１１
１，１１２は、受光面１１９，１２０または１２１，１
２２からなる。前後光検出器面１１１，１１２での光ス
ポット１１３，１１４の大きさが同じくなれば合焦点で
ある。各検出器についての和信号は、マーク列をスポッ
トが走査する帯域、すなわちデータ記録再生周波数帯域
を持つ前置増幅器１１５，１１６で得る。次に、サンプ
ルホールド回路１１７，１１８によって、マーク上走査
部分での信号を検出し、サーボ帯域の期間ホールドす
る。このように得られた信号の差信号をＡＦ誤差信号３
５，和信号を総光量３６として得る。サンプルホールド
回路１１７，１１８は、光量の最大点をサンプルするピ
ークホールドでもよいし、あらかじめサンプル領域とし
て、マークが記録されない領域をフォーマットとして設
けておき、サンプルタイミング用ピットなどにより、サ
ンプル領域を認識し、その領域での信号をホールドして
も良い。

【０１７８】ここでは、焦点ずれ検出方法として、前後
差動方式を示したが、他の焦点ずれ検出方法である非点
収差法，像回転法を用いてもよい。

【０１７９】一方、目標層に層アクセスした後、当該層
面でディスク半径方向の位置決めすなわちトラック位置
決めを行う。トラックずれ信号検出は、図１９に示すよ
うに、各層に案内溝３９を設けることで公知例であるプ
ッシュプル法を適用できる。この方法では、目標層以外
の層の溝からの回折光は、焦点がずれているために、溝
にあたる光の波の位相が乱れているので、光検出器上で
は一様な光量分布になり、目標層についてのトラックず
れ信号に影響は与えない。また、図２１に示すように、
各層にあらかじめウォーブルピット４０をトラック方向
に作りつけておくことで、公知例であるサンプルサーボ
法を適用できる。以上説明したスポット位置決めの技術
は、公知例「特開昭63−231738号，特開平1−19535号，
319000034 」に示してある。ディスク上の案内溝，ウォ
ーブルピットの作成法については後述する。

【０１８０】（５）記録制御方法 次に、（１）節で示した本発明の３次元記録方式の原理
を達成する記録制御方法について述べる。（１）で述べ
たように、記録目標であるｋ層に安定に記録するために
は、ｋ層までの透過率４２を考慮して記録パワーＰ（光
強度）を設定しなければならない。そこで、図６に示す
ように、記録条件設定回路２０はアドレス認識４１と記
録目標であるｋ層までの透過率４２を用いる。これを詳
細に示した回路ブロック例を図７に示し、信号例を図９
に示す。

【０１８１】図９において、２値化信号１９をディスク
上のマーク４３として記録する場合、記録位置による記
録条件の違い、データパターンによる記録状態を考慮し
て、アドレス認識４１（ｌ，ｍ，ｋ）に対して記録条
件、例えば記録パルス幅設定，記録パワー設定条件をＲ
ＯＭ４４，４５に入力しておくことでＤ／Ａ変換器４６
の出力に対応した光強度変調信号Ｐ（ｔ）４７が得ら
れ、理想の記録状態４７のマークが記録できる。このよ
うな図７ａの実線で示した回路構成は次の場合に適用で
きる。

【０１８２】データを記録する順番として、（２）
（ｂ）の場合、または、（１）項を達成するための第
３の方法を用い、かつ（２）（ａ）の場合において、目
標層までの透過率４２（ΣＴｎ（ｎ＝１，２…ｋ−
１））は、ディスク作成時で決まっているので、層アド
レスｋが入力されば、既知として扱うことができる。

【０１８３】上記以外の場合、記録時における層までの
透過率４２は、既知ではない。このような場合、図７ａ
の回路に点線で示した回路を付加する。パワー設定ＲＯ
Ｍ45にはすべての層が未記録状態におけるｋ層までの透
過率を考慮した記録パワー設定値を入力しておく。

【０１８４】アドレス認識４１によって、ディスク出荷
時（または設計値）のｋ層までの透過率ΣＴｎ（ｎ＝
１，２…ｋ−１）と、後述する方法で検出した記録直前
のｋ層までの透過率ΣＴｎ′（ｎ＝１，２…ｋ−１）４
２を割算回路４７に入力し、透過率の変化分Ｇをゲイン
コントロール回路４８に入力し、最適な記録パワーに設
定されるようにする。

【０１８５】この回路構成を適用できる一つの例を示
す。（２）節で述べた「層データの管理層」を設け、そ
の内容をあらかじめ記録前に再生して認識しておき、か
つ(１)項を達成するための第３の方法を適用し、
（２）節（ｃ），（ｄ）のデータ管理を行った場合、ど
の層が記録されているのがわかれば、各層での光スポッ
ト内の記録後の透過率一定値で既知であるので、ｋ層ま
での透過率ΣＴｎ′（ｎ＝１，２…ｋ−１）４２を求め
ることができる。

【０１８６】もう一つの例は、記録する前に、あらかじ
めスポットを走査して透過率の変化Ｇを求める方法であ
る。

【０１８７】あらかじめ記録すべき領域を再生する方法
としては、記録モードで初めのディスク１回転で再生チ
ェックを行ってから、次の回転で記録を行い、次の回転
で記録エラーチェックを行う。もう一つの方法は、図８
に示すように複数スポットを用い、先行スポット４９で
再生チェックを行う方法である。ここでは、後者を例に
とって、説明する。再生チェックでは、先行スポット４
９についての受光した再生信号Ｃ′ｋ（ｔ−τ）を用い
る。ここで、τは、先行スポット４９と記録用スポット
５１のスポット間距離を時間換算したものである。ここ
で、透過率変化分Ｇを、図７ｂに示すように、記録目標
層であるｋ層に焦点を合わせた状態での再生信号Ｃｋ′
とディスク出荷時での設計上の再生信号Ｃｋとの比の平
方根として、演算器５２を用いて求める。これは、再生
信号は、反射光を用いているので、ｋ層までの透過率変
化は２乗で再生信号に現われるからである。

【０１８８】ただし、再生信号Ｃｋの値は、ディスクフ
ォーマットとして、あらかじめチェック領域として、層
方向に対して記録しない領域をディスク面内に設けてお
くことで、ディスク間のバラツキ，ディスク内での光学
的バラツキを吸収して検出できる。よって、精度の高い
記録パワー制御が可能となる。また、再生信号を得る光
検出器１０については、（１）節項を達成する第１の
方法で述べたように、図１の形状にすることで、他の層
からの反射光の影響を低減でき、目標層からの反射成分
を再生信号として検出できるので、より高精度な透過率
変化分Ｇを求めることができる。図９に示すように、ゲ
インコントロールを行わない場合の記録状態５３は理想
の記録状態４７と異なるが、記録パワーのゲインコント
ロールを行いＧ×Ｐ（ｔ）で記録をおこなうことで、理
想記録状態４７を得ることができた。

【０１８９】（６）再生制御方法 次に、本発明の再生方式を達成する図６に示した再生制
御回路２５を詳細に説明する。ここでは、（１）節で示
したような第１から第３の方法である層間クロストーク
を低減する再生の原理に加え、さらに層間の距離を縮め
て高密度化を図る場合に生じるデータ信号帯域の層間ク
ロストーク成分または、光学系の理想状態からのずれが
生じた場合に生じる層間クロストーク成分を抑圧する第
４の方法について示す。第４の方法は、第１の方法で示
したような目標層からの反射光成分の検出に加え、特に
層間クロストークの大部分を占める隣接層からの反射光
成分も検出し、両者が互いに含んでいる成分を演算によ
って取り除くことで、目標層の反射光成分を抽出する。

【０１９０】ここで、図１７ａに光学系を示す。基本構
成は、図１と同じであるが、さらに、光検出器５４と５
５をｋ層に焦点を合わせたときの受光面側での隣接層
（ｋ＋１），（ｋ−１）の結像面に位置づける。ただ
し、図１７ａの配置では、お互いに遮光してしまうの
で、図１７ｂに示すように、結像系にハーフミラーまた
は、ビームスプリッタ５６，５７を挿入する。光検出器
１０，５４，５５の形状は直径Ｄ＝（λ／ＮＡＩ）とす
るが、図１７Ｃのように、ピンホールを用いてもよい。
この場合の各光検出器で検出される再生信号を図１４に
示す。

【０１９１】ここでは、光検出器１０についての再生信
号Ｃｋ，光検出器５５についての再生信号Ｃ（ｋ−１）
と光検出器５４についての再生信号Ｃ（ｋ＋１）を示
す。再生信号を得るための回路を図１３に示す。ただ
し、図１７の系では、積分回路５９，６０，遅延回路６
１，６２は必要ない。図１４に示すように、第１〜第３
の方法を満足する隣接層と目標層との間隔よりも小さく
なった場合、ｋ層面のマーク配列７１をスポット６９が
走査したときに得られる層間クロストークのない再生信
号７３が、再生信号７２のように変動する。これは、ｋ
層面でのスポット６９の走査とともに、隣接層に焦点が
ずれて照射されているスポット７０が隣接上のマーク配
列７４を走査してために検出される再生信号６４ともう
一方の隣接層についての再生信号６３の成分が、再生信
号７３に対して無視できないくらい含まれるためであ
る。そこで、図１３に示すように、演算回路６６で次式
の演算を行う。

【０１９２】 Ｃｋ≒ＣｋＲ＋β×Ｃ（ｋ−１）Ｒ＋β×Ｃ（ｋ＋１）Ｒ Ｃ（ｋ−１）≒Ｃ（ｋ−１）Ｒ＋β×ＣｋＲ＋β×Ｃ（ｋ−２）Ｒ Ｃ（ｋ＋１）≒Ｃ（ｋ＋１）Ｒ＋β×ＣｋＲ＋β×Ｃ（ｋ＋２）Ｒ (数２２) ただし、ＣｎＲは、ｎ層からだけの反射光についての再
生信号成分を表わす。ここでβ＜１が成り立っている。
上式より、 演算 Ｆ≡Ｃｋ−γ×Ｃ（ｋ−１）−γ×Ｃ（ｋ＋１） ≒ＣｋＲ＋β×Ｃ（ｋ−１）Ｒ＋β×Ｃ（ｋ＋１）Ｒ −γ×｛Ｃ（ｋ−１）Ｒ＋β×ＣｋＲ＋β×Ｃ（ｋ−２）Ｒ｝ −γ×｛Ｃ（ｋ＋１）Ｒ＋β×ＣｋＲ＋β×Ｃ（ｋ＋２）Ｒ｝ （数２３） Ｃ（ｋ−２）Ｒ，Ｃ（ｋ＋２）Ｒは、十分小さく、周波
数成分も低いので無視できる。よって、 Ｆ≒（１−２γβ）×ＣｋＲ＋（β−γ）×Ｃ（ｋ−１）Ｒ ＋（β−γ）×Ｃ（ｋ＋１）Ｒ (数２４) ここで、γ≡β＜１とすると、 Ｆ≒（１−β²）×ＣｋＲ （数２５) となり、層間クロストークを抑制でき、演算後の再生信
号６８は、図１４に示すように、再生信号７３と一致す
る。以上の第４の方法を達成する別の構成として複数ス
ポットを用いた例を以下に示す。図１４において、焦点
ずれスポット７０と同じスポット径のスポット７５を２
つの隣接層に、スポット６９に先行させて走査し、再生
信号を得る。ただし、図１３に示すように、スポット間
隔に相当した遅延回路６１，６２を挿入して、上記と同
様の演算を行う。この構成に用いる光学系の一例を図１
８に示す。図では、光学系の原理を示すため光軸を３つ
に分けて示してあるが、絞り込みレンズ８を共用した場
合も可能である。先行する隣接層に焦点を結ぶスポット
７５，８２のスポット径を（２ｄ×ＮＡＦ）にするため
の手段として、一つは、図に示すように、絞り８３を挿
入して、絞り込みレンズ８についての実効的開口を小さ
くする。すなわち、有効径ａ′をλ／（２ｄ×ＮＡＦ²)
×ａにすればよい。もちろん、３つの光軸に分けて、先
行する２つの光学系の絞り込みレンズの開口数を小さく
しても同様の効果が得られる。すなわち、ＮＡＦ′＝λ
／（２ｄ×ＮＡＦ）とする。

【０１９３】これまでは、先行するスポットを図１４に
示すスポット形状７５に限定したが、例えば、図１５に
示すスポット形状７６、または、図１６に示す３個のス
ポット７７，７８，７９でも同様の効果が得られる。そ
のために、図１３の回路に積分回路５９，６０を挿入す
る。図１５において、先行スポットからの再生信号にス
ポットの強度分布であるガウシアン分布を例えば、三角
分布に近似して得られる重み関数８０を掛けて積分を行
うことで、実効的にスポット７５がマーク列７４を走査
している場合の再生信号を得ることができる。図１６に
ついても、２次元方向のスポット強度分布を考慮して重
み関数８１を用いればよい。

【０１９４】ここで、演算回路で用いる重み設定回路６
７において、βを求める方法を述べる。図１９に示すよ
うに、ディスクフォーマットとして、少なくても上下３
層間でマーク記録領域８４が、同一光束に含まれないよ
うに配置することで、図１４に示すように、ｈ（ｋ−
１）／ｈｋ，ｈ（ｋ＋１）／ｈをβ（−１），β(＋１)
とすることで上下層についての、重みをそれぞれ求める
ことができる。

【０１９５】これまでの実施例では、基本的に１つの層
について、記録再生を行う場合について述べたが、複数
スポットを用い、各々の層について焦点を合わせること
で、２つ以上の層について同時に記録再生できる、すな
わち、並列記録再生が可能となり、データの転送レート
を高くすることができる。複数スポットを形成するため
の手段は、複数の光ヘッド２２を同一ディスク上に位置
づけても良いし、複数の光源をひとつの光ヘッドに組み
込んでも良い。また、異なる波長の光源を複数光源とす
ることで、波長による記録層の選択記録が可能であり、
さらに、波長フィルタによる再生分離が可能である。

【０１９６】（７）ディスク構造実施例とディスク作成
法 図１１に示すように、直径１３０mm，厚さ１.１mm のデ
ィスク状化学強化ガラス板の表面に、フォトポリメリゼ
ーション法（２Ｐ法）によって、１.５μｍ ピッチのト
ラッキング用の案内溝と、一周を１７セクターに分割し
各セクターの始まりで溝と溝の中間の山の部分に凹凸ピ
ットの形で層ののアドレス，トラックアドレスやセクタ
ーアドレスなどのプリピット（この部分をヘッダー部と
呼ぶ）とを有する紫外線硬化樹脂層を形成したレプリカ
基板を作製した。

【０１９７】上記レプリカ基板４０１上に膜厚の均一
性，再現性のよいスパッタリング装置を用いて、窒化シ
リコンの反射防止層４０２を約５０ｎｍの厚さに形成し
た。次に、同一スパッタリング装置内でＩｎ₅₄Ｓｅ₄₃Ｔ
ｌ₃ の組成の記録膜４０３を１０ｎｍの厚さに形成し
た。この上に、透明な型を用いて型の側から光を入射さ
せる２Ｐ法によって、トラッキング用の案内溝と、層の
アドレス，セクターアドレス，トラックアドレスなどの
プリピットを有する紫外線硬化樹脂層４０４を、多層と
の断熱効果を考慮して、３０μｍの厚さに形成した。

【０１９８】さらに続いて、上記スパッタリング装置内
で窒化シリコンの反射防止層４０５を約５０ｎｍの厚さ
に形成した上にＩｎ₅₄Ｓｅ₄₃Ｔｌ₃ の組成の記録膜４０
６を１０ｎｍの厚さに形成し、この上に２Ｐ法によっ
て、トラッキング用の案内溝と層のアドレス，トラック
アドレスやセクターアドレスなどのプリピットとを有す
る紫外線硬化樹脂層４０７を３０μｍの厚さに形成し
た。さらにこの上に、上記スパッタリング装置内で窒化
シリコンの反射防止層４０８を約５０ｎｍの厚さに形成
した上にＩｎ₅₄Ｓｅ₄₃Ｔｌ₃ の組成の記録膜４０９を１
０ｎｍの厚さに形成した。

【０１９９】同様にしてもう一枚の同様なレプリカ基板
４０１′上に、窒化シリコン反射防止層４０２′，Ｉｎ
₅₄Ｓｅ₄₃Ｔｌ₃記録膜４０３′，紫外線硬化樹脂層４０
４′,窒化シリコン反射防止層４０５′，Ｉｎ₅₄Ｓｅ₄₃
Ｔｌ₃ 記録膜４０６′，紫外線硬化樹脂層４０７′，窒
化シリコン反射防止層４０８′，Ｉｎ₅₄Ｓｅ₄₃Ｔｌ₃ 記
録膜４０９′、を順次形成した。このようにして得た２
枚のディスクを層４０９及び４０９′側を内側にして接
着剤層４１０によって貼り合わせを行った。接着剤層４
１０の厚さは、５０μｍ程度である。このようにディス
クを作成することで、１枚のディスクで、両面からそれ
ぞれ記録再生が可能となる。

【０２００】以上のディスク作成例では、プッシュップ
ルトラッキング用の案内溝３９について説明したが、サ
ンプルサーボ法に用いるウォーブルピット４０について
も、上述のプリピットと同様の方法で作成できる。

【０２０１】本実施例で作製したディスクはレーザ光照
射によって記録膜構成原子の原子配列変化を生じさせる
ことにより、光学定数を変化させ反射率の違いを利用し
て読み出しを行なうものである。ここでの原子配列変化
は結晶，非晶質間の相変化である。

【０２０２】上記ディスクにおいて記録膜製膜直後は記
録膜構成元素がまだ十分に反応しておらず、また、非晶
質状態である。本ディスクを追記型として用いる場合に
は、ここに記録用レーザ光を照射して結晶化記録を行な
うか、または、予めＡｒレーザ光照射またはフラッシュ
アニール等で記録膜を加熱し、各元素を十分反応，結晶
化させた後、パワー密度の高い記録用レーザ光を照射し
て非晶質化記録を行なう。ここで、結晶化記録するのに
適当なレーザパワーの範囲は、結晶化が起こる温度より
高く、非晶質化が起こる温度より低くなる範囲である。
また、非晶質化記録するのに適当なレーザパワーの範囲
は、結晶化する温度より高く、強い変形を生じたり穴が
あく温度よりも低い範囲である。また、本ディスクを書
き換え可能型として用いるには、予めＡｒレーザ照射ま
たはフラッシュアニール等で記録膜を加熱し、各元素を
十分反応、結晶化させた後、結晶化するのに適当なレー
ザパワーと非晶質化するのに適当なレーザパワーとの間
で変調した記録用レーザ光を照射してオーバーライトを
行なう。

【０２０３】上記ディスクを１８００ｒｐｍで回転さ
せ、半導体レーザ光(波長７８０ｎｍ)を記録が行われな
いパワーレベル（１ｍＷ）に保って、記録ヘッド中のレ
ンズ(ＮＡ＝０.５５）で集光して基板を通して一層の記
録膜に照射し、反射光を検出することによって、トラッ
キング用の溝と溝の中間に光スポットの中心が常に一致
するようにヘッドを駆動した。溝と溝の中間を記録トラ
ックとすることによって溝から発生するノイズの影響を
避けることができる。このようにトラッキングを行いな
がら、さらに記録膜上に焦点が来るように自動焦点合わ
せをして、記録・再生を行う。記録を行う部分を通り過
ぎれば、レーザパワーを１ｍＷに下げてトラッキング及
び自動焦点合わせを続けた。なお、記録中もトラッキン
グ及び自動焦点合わせは継続される。この焦点合わせは
上記ディスク中の記録膜４０３，記録膜４０６，記録膜
４０９それぞれ独立に合わせることができる。

【０２０４】上記構成のディスクを線速度８ｍ／ｓ（回
転数１８００ｒｐｍ，半径４２.５mm）として、基板側
から順に下層に向かって記録する場合を示す。まず、記
録膜４０３に焦点を合わせ、記録周波数５.５ＭＨｚ で
９０ｎｓの記録パルスを照射して記録した。この時の再
生信号強度の記録パワー依存性を以下に示す。

【０２０５】 記録膜４０３に記録した後にさらに記録膜４０６に焦点
を合わせて記録した。この時の再生信号強度の記録パワ
ー依存性を以下に示す。

【０２０６】 記録膜４０３および記録膜４０６に記録した後にさらに
記録膜４０９に焦点を合わせて記録した。この時の再生
信号強度の記録パワー依存性を以下に示す。

【０２０７】 また、記録膜４０３に３ＭＨｚ、記録膜４０６に４ＭＨ
ｚ、および記録膜409に５ＭＨｚの信号をそれぞれ記録
した後、記録膜４０３，４０６および４０９に焦点を合
わせて再生信号を読み出した結果を以下に示す。

【０２０８】再生信号は、スペクトルアナライザーを用
い、測定条件として、分解周波数幅３０ｋＨｚとした各
キャリア周波数におけるＣＮ比（ノイズ成分対キャリア
成分比）の測定結果で示す。

【０２０９】 ３ＭＨｚ ４ＭＨｚ ５ＭＨｚ 記録膜４０３ ５５ｄＢ ２３ｄＢ ６ｄＢ 記録膜４０６ ２５ｄＢ ５３ｄＢ ２１ｄＢ 記録膜４０９ １０ｄＢ ２３ｄＢ ５１ｄＢ 上記の様に、各層について、ＣＮ比が５０ｄＢ以上、隣
接記録膜からの層間クロストークが−２５ｄＢより小さ
く、信頼性の高い再生が可能な信号を得ることができ
た。

【０２１０】次に、記録膜４０３，４０６および、４０
９としてＧｅ₁₄Ｓｂ₂₉Ｔｅ₅₇の組成の薄膜を２ｎｍの厚
さに形成し、反射防止層４０２，４０５および、４０８
としてＺｎＳの薄膜を５０ｎｍの厚さに形成し、その他
の構成は上記ディスクと全く同じディスクを作製した。
このディスクでは、記録した後の層の透過率が低下する
特徴を持つ。そのため、基板側の層から記録していくこ
とで、上記構成のディスクを線速度８ｍ／ｓ（回転数１
８００ｒｐｍ，半径４２.５mm）として、下層から、基
板側の上層に順に記録する場合について示す。まず、記
録膜４０９に焦点を合わせ、記録周波数５.５ＭＨｚ で
９０ｎｓの記録パルスを照射して記録した。この時の再
生信号強度の記録パワー依存性を以下に示す。 記録膜４０９に記録した後にさらに記録膜４０６に焦点
を合わせて記録した。この時の再生信号強度の記録パワ
ー依存性を以下に示す。

【０２１１】 記録膜４０９および記録膜４０６に記録した後にさらに
記録膜４０３に焦点を合わせて記録した。この時の再生
信号強度の記録パワー依存性を以下に示す。

【０２１２】 また、記録膜４０９に５ＭＨｚ、記録膜４０６に４ＭＨ
ｚ、および記録膜403に３ＭＨｚの信号をそれぞれ記録
した後、記録膜４０３，４０６および４０９に焦点を合
わせて読み出した再生信号の各キャリア周波数における
ＣＮ比の測定結果を以下に示す。

【０２１３】 ３ＭＨｚ ４ＭＨｚ ５ＭＨｚ 記録膜４０３ ５４ｄＢ ２４ｄＢ ７ｄＢ 記録膜４０６ ２６ｄＢ ５２ｄＢ ２２ｄＢ 記録膜４０９ １１ｄＢ ２４ｄＢ ５０ｄＢ 上記の様に、各層について、ＣＮ比が５０ｄＢ以上、隣
接記録膜からの層間クロストークが−２５ｄＢより小さ
く、信頼性の高い再生が可能な信号を得ることができ
た。

【０２１４】基板としては、上記実施例で用いた化学強
化ガラス円板の他に、射出成形で作製したポリカーボネ
ート，アクリル樹脂等のプラスチック円板を用いても同
様な結果が得られた。

【０２１５】記録膜組成としては上記のＩｎ−Ｓｅ−Ｔ
ｌ系の他に、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ系，Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ−
Ｍ（Ｍは金属元素）系，Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ系，Ｉｎ−Ｓ
ｂ−Ｓｅ系，Ｉｎ−Ｓｅ系，Ｉｎ−Ｓｅ−Ｍ（Ｍは金属
元素）系，Ｇａ−Ｓｂ系，Ｓｎ−Ｓｂ−Ｓｅ系，Ｓｎ−
Ｓｂ−Ｓｅ−Ｔｅ系等を用いても、同様な結果が得られ
る。

【０２１６】記録膜として、上記の結晶，非晶質間相変
化を利用したものの他に結晶，結晶間相変化を利用した
Ｉｎ−Ｓｂ系等を用いても、同様な結果が得られる。

【０２１７】図１１と同様な基板上に、記録膜として、
直径２０ｎｍのＢｉ置換ガーネット（ＹＩＧ（Ｙ₃Ｂｉ₃
Ｆｅ₁₀Ｏ₂₄））粒子を有機バインダーに分散させたもの
をスピンコートして作製した。直径２０ｎｍのＢｉ置換
ガーネットは共沈法で作製し、その後６００から８００
℃で熱処理して結晶化させた。有機バインダーは屈折率
が２５のものを用いた。スピンコートした記録膜の膜厚
は約１.５μｍ で、反射率，透過率，吸収率は、波長５
３０ｎｍでそれぞれ、Ｒ＝８％，Ｔ＝１２％，Ｋ＝８０
％であった。Ｂｉ置換ガーネットのバインダー中での体
積比率が約６０％であるため、このときの反射光の偏光
面の回転角は、約０.８ 度であった。紫外線硬化樹脂層
を間に設けて多層に積み上げる方法，二枚のディスクを
張り合わせる方法，記録再生方法は前述の実施例と同様
にした。ただし、光源の波長はλ＝５３０ｎｍとする。

【０２１８】図１２に示す構成の情報記録媒体を用い
て、記録再生実験を行った例について述べる。図１２
（ａ）は情報記録媒体の断面図の一部分を示す図であ
り、図１２（ｂ）は記録層の部分の断面図を示す図であ
る。

【０２１９】直径１３cm，厚さ１.２mm のディスク状ガ
ラス基板(４１１)上に、トラックピッチ１.５μｍ のレ
ーザ光案内溝を厚さ５０μｍの紫外線硬化樹脂層(４１
２)で形成した。次に、記録層(４１３)を真空蒸着法で
積層した。記録層は図１０(ｂ)に示すように、厚さ８μ
ｍのＳｂ₂Ｓｅ₃層(４１４）で厚さ３μｍのＢｉ層(415)
をサンドイッチした構成とした。さらにその上に、レー
ザ光案内溝を設けた厚さ３０μｍの紫外線硬化樹脂層
(４１２)と、記録層(４１３)の組を２層積層した。すな
わち記録層を３層設けた。最上部には記録層を保護する
目的で厚さ１００μｍの紫外線硬化樹脂層を設けた。記
録層は基板に近い側から順に、第１記録層，第２記録
層，第３記録層と呼ぶことにする。

【０２２０】ここでトラック溝はＵ字型とし、ランド部
とグルーブ部の幅はそれぞれ0.75μｍとした。記録はラ
ンド部またはグルーブ部のいずれに行っても良いが、本
実施例の場合には、グルーブ部に記録を行った。

【０２２１】２.０ｍＷ のレーザ光を各記録層に焦点を
合わせて照射し、反射率を測定したところ、記録前の第
１記録層，第２記録層，第３記録層の反射率はそれぞ
れ、８.５％，５.８％，４.４％であった。記録は各記
録層に６.０ｍＷ以上のレーザ光を照射することによっ
て行った。第１記録層，第２記録層，第３記録層の記録
レーザ光を照射した部分の反射率はそれぞれ、１８.５
％，１３.０％，９.４％であった。

【０２２２】このように記録前後で記録層の反射率が変
化する理由は、記録層の合金化によるものである。すな
わち記録レーザ光の照射によって、Ｓｂ₂Ｓｅ₃とＢｉの
３層からなる記録層の一部分が昇温されると、ＳｅとＢ
ｉの拡散反応が生じ合金化する。この結果、記録層に光
学定数の異なった領域、すなわち記録点が形成される。
なお、本実施例で用いたＳｂ₂Ｓｅ₃とＢｉからなる記録
層の場合には、合金化のよって反射率と透過率の両方が
増加し、吸収率が減少する。

【０２２３】本実施例では行わなかったが、記録前に、
ランド部に連続レーザ光を照射しておけば、ランド部が
合金化し、記録層一層当たりの平均の光透過率が１０％
上昇する。したがって、上で述べた記録前後の反射率が
それぞれ増加するので、トラッキング等を行う際都合が
良い。また、ランド部とグルーブ部の両方に記録を行っ
ても同様に、記録層一層当たりの平均の光透過率を上昇
させることができる。記録層はＳｂ₂Ｓｅ₃とＢｉの組合
せに限られるものではなく、昇温により合金を生じる組
合せであれば良い。

【０２２４】

【発明の効果】本発明によれば、記録過程，再生過程に
おいて安定に記録再生できる光スポット絞り込み光学
系，ディスク構造，光検出光学系、さらに、特に問題と
なる隣接層間のクロストークを抑制する符号化方法，ク
ロストークキャンセル方法、さらに、３次元データフォ
ーマット、それに伴うディスク作成方法，３次元アクセ
ス方法を提供できるので、多層膜構造のディスクの各層
に光スポットを絞り込み、高い信頼性を持って、データ
の記録再生できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の記録再生方式の原理を示す図（第１の
再生方式の原理図）。

【図２】本発明に適用する基本光学系構成図でａは平行
光学系の例、ｂは拡散光学系の例。

【図３】本発明の記録方式の原理図で、ａは各層におけ
る光強度を示す図、ｂはｋ層に焦点を合わせた場合につ
いての他の層でのスポット面密度を示す図、ｃはｋ層に
焦点を合わせた場合についての他の層でのパワー密度を
示す図。

【図４】本発明第２，３の再生方式の原理図。

【図５】本発明のディスクフォーマットの一例を示す
図。

【図６】本発明の３次元記録再生装置の全体構成図。

【図７】本発明の記録制御方法を示すブロック図。

【図８】先行ビームによるＲＢＷ（Read Before Write)
を示す図。

【図９】本発明の記録制御方法を説明する図。

【図１０】３層膜構造の一例と記録特性を示す図、ａは
３層膜構造の一例、ｂは記録特性。

【図１１】本発明の実施例に用いた相変化型の情報記録
用媒体の構造を示す断面図。

【図１２】本発明に用いた第３の情報記録用媒体の部分
断面図。

【図１３】本発明の再生制御方法を示すブロック図。

【図１４】本発明の再生制御方法を説明する図。

【図１５】本発明の再生制御方法を説明する図。

【図１６】本発明の再生制御方法を説明する図。

【図１７】本発明の再生制御方法を実現するための光学
系の一例、ａは光学系の原理図、ｂは実際の光学系。

【図１８】本発明の再生制御方法を実現するための光学
系の一例。

【図１９】演算係数γ（≡β）チェック領域及び原理
図。

【図２０】本発明の第３の再生方法を実現するディスク
構造。

【図２１】２次元記録再生方式を適用した例。

【図２２】２次元記録再生方式を適用した例。

【図２３】本発明における層アクセスを説明するブロッ
ク図。

【図２４】各層における焦点ずれ検出を示す図。

【図２５】本発明における層アクセスを説明するブロッ
ク図。

【図２６】記録された層における焦点ずれ検出を示す
図、ａは記録された層における焦点ずれ信号、ｂは本発
明の焦点ずれ検出を示す図。

【図２７】本発明の隣接層間の反射光の干渉を低減する
方法の説明図。

【符号の説明】

１…記録層、２…中間層、３…基板、４…ディスク、５
…半導体レーザ、８…絞り込みレンズ、９…像レンズ、
１０…光検出器、１１…光スポット、１２…焦平面、１
３…目標層についての無収差時光学的特性関数、１４…
隣接層についての光学的特性関数、１５…焦点ずれが増
加した場合の特性関数の変化する方向、１６…ＡＧＣの
周波数特性、２０…記録条件設定回路、２３，２４…再
生信号、２５…再瀬制御回路、２６…ＡＧＣ回路、３５
…ＡＦ誤差信号、３６…総光量、３９…案内溝、４０…
ウォーブルピット、４１…アドレス認識、４２…ｋ層ま
での透過率、４３…マーク、４４，４５…ＲＯＭ、４６
…Ｄ／Ａ変換器、４７…理想の記録状態のマーク、４９
…先行スポット、５１…記録用スポット、５２…演算
器、５３…ゲインコントロールを行わない場合の記録状
態、５４，５５…光検出器、５６，５７…ビームスプリ
ッタ、５９，６０…積分回路、６１，６２…遅廷回路、
６３，６４，６８…再生信号、６７…重み設定回路、６
９…ｋ層面に焦点ずけられたスポット、７１…ｋ層面の
マーク配列、７２，７３…再生信号、７４…マーク列、
７５，７６，７７，７８，７９，８２…隣接層に焦点を
結んだスポット、８０，８１…重み関数、８３…絞り、
８４…マーク記録領域、８６…２−７変調方式を用いた
場合の変調信号のパワースペクトル、８７…ＥＦＭ変調
方式を用いた場合の変調信号のパワースペクトル、８８
…スペクトルの折れ点、９１…ＡＦアクチゥエータ移動
信号発生回路、９２…引込み点判定回路、９５…レイヤ
ー番号検出回路、１００…スイッチ、１０１…クロスレ
イヤー信号検出回路、１０３…スライスレベル、１０５
…ゼロクロス点、１０９…アップパルス、１１０…ダウ
ンパルス、１１１，１１２…光検出器、１１３，１１４
…前後光検出器面での光スポット、１１５，１１６…前
置増幅器、１１７，１１８…サンプルホールド回路、１
１９，１２０，１２１，１２２…受光面、１２３…記録
された層付近でのＡＦ誤差信号、１２４…記録された層
付近での総光量、４０１，４０１′…レプリカ基板、４
０２，４０２′，４０５，４０５′，４０８，４０８′
…反射防止層、４０３，４０３′，４０６，４０６′，
４０９，409′…記録膜、４０４，４０４′，４０７，
４０７′…紫外線硬化樹脂層、４１０…接着剤層、４１
１……ガラス基板、４１２……紫外線硬化樹脂層、４１
３……記録層、４１４……Ｓｂ₂Ｓｅ₃層、４１５……Ｂ
ｉ層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ１１Ｂ 7/20 8947−5Ｄ 7/24 ５２１ 7215−5Ｄ (72)発明者 寺尾 元康 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 岡峯 成範 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 西田 哲也 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 宮本 治一 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に複数の記録層を積層した記録媒体
   と、上記複数の記録層のそれぞれに上記基板側から光を
   収束させて情報を３次元的に記録または再生する光学系
   を有する３次元記録再生装置において、 λ／４≦（１／８ＮＢ）（１／ＮＢ²−１）ＮＡＦ⁴Δｄ ただし、λ ：光の波長 ＮＢ ：基板の屈折率 ＮＡＦ：光を収束させる絞り込みレンズの開口数 Δｄ ：光を収束させるべき記録層が存在する光軸方向
   の位置範囲 を満足することを特徴とする３次元情報記録再生装置。
2. 【請求項２】複数の記録層を積層した記録媒体と、上記
   複数の記録層のそれぞれに光を収束させて情報を３次元
   的に記録する光学系を有する３次元記録再生装置におい
   て、 Ｐｍｉｎ≧Ｉｋｔｈ×Ｓｋ／δｋ ただし、Ｐｍｉｎ：上記記録媒体の光入射面から最も遠
   い記録層における光強度 Ｉｋｔｈ：上記記録媒体の光入射面から最も遠い記録層
   における光強度密度敷居値 Ｓｋ ：上記記録媒体の光入射面から最も遠い記録層
   に焦点を合わせた場合の光スポットの面積 δｋ ：ディスクの光入射面と光入射面から最も遠い
   記録層の間の透過率 を満足することを特徴とする３次元情報記録再生装置。
3. 【請求項３】複数の記録層を積層した記録媒体と、上記
   複数の記録層のそれぞれに光を収束させて情報を３次元
   的に記録する光学系を有する３次元記録再生装置におい
   て、 （Ｐｋ×δｊｋ）／Ｓｊｋ≪Ｉｊｔｈ Ｐｋ ：任意のｋ番目の層における光強度 δｊｋ ：任意のｊ番目の層迄の透過率／任意のｋ番目
   の層迄の透過率 Ｓｊｋ ：任意のｋ番目の層に焦点を合わせたときの任
   意のｊ番目の層での光スポット面積 Ｉｊｔｈ：任意のｊ番目の層における光強度密度敷居値 を満足することを特徴とする３次元情報記録再生装置。
4. 【請求項４】複数の記録層を積層した記録媒体と、上記
   複数の記録層のそれぞれに光を収束させる収束光学系
   と、上記記録媒体からの戻り光を結像する像レンズと、
   該像レンズの焦点近傍に配置された光検出器を有し、情
   報を再生する３次元記録再生装置において、 ０．１≧Σ［δ²ｊｋ×αｊｋ×（Ｄ／Ｕｊ′）²］ δｊｋ：任意のｊ層と任意のｋ層との間の透過率の比 αｊｋ：任意のｊ層と任意のｋ層との間の透過率の比 Ｄ ：光検出器の直径 Ｕｊ′：ｊ番目の記録層に光を収束した場合に焦点像レ
   ンズの正平面上に結像されるスポットの直径 を満足することを特徴とする３次元情報記録再生装置。
5. 【請求項５】複数の記録層を積層た記録媒体と、上記記
   録層に局所的な光学的特異領域として記録された情報
   と、上記複数の記録層のそれぞれに光を収束させる絞り
   込みレンズと、上記記録媒体からの戻り光を検出する光
   検出器を有し、情報を再生する３次元記録再生装置にお
   いて、 ｂｍａｘ≦２ｄ×ＮＡＦ ｂｍａｘ：記録層に記録された特異領域の２次元周期の
   最大値 ２ｄ ：記録層間の距離 ＮＡＦ ：絞り込みレンズの開口数 を満足することを特徴とする３次元情報記録再生装置。
6. 【請求項６】複数の記録層を積層た記録媒体と、上記記
   録層に局所的な光学的特異領域として記録された情報
   と、上記複数の記録層のそれぞれに光を収束させる絞り
   込みレンズと、上記記録媒体からの戻り光を検出する光
   検出器を有し、情報を再生する３次元記録再生装置にお
   いて、任意の層に光を収束させた場合に隣接層における
   スポット径の領域に含まれる局所的な光学的特異領域の
   総面積が、略一定であることを特徴とする３次元情報記
   録再生装置。
7. 【請求項７】光照射によって光学的性質が局所的に変化
   する記録膜層と、中間層膜を光学的に透明な基板の上に
   複数積み重ねた情報記録媒体を用い、上記記録膜層に絞
   り込みレンズで絞り込まれた光スポット照射によって、
   上記複数の記録膜層の局所的光学的性質を層ごとに独立
   に変化させることで情報記録を行い、上記記録膜層へ光
   を照射し、反射光または透過光を像レンズで結像し、光
   検出器によって上記局所的光学的性質の変化を検出し、
   情報を再生する３次元記録再生方法において、 光学的に透明な基板の屈折率をＮＢ，厚さをｄ０とし、 中間層と記録膜層を一つの層として区切り、基板側から
   順に１からＮ層まで割り当て、 各層間の距離は隣あう記録膜層ｋ番目と（ｋ−１）番目
   の膜厚中心間の距離ｄｋで示し、 任意のｋ番目の記録層と中間層の膜厚をｄＦｋ，ｄＭ
   ｋ、屈折率の実数部をＮＦｋ，ＮＭｋとし、 各層の平面上での局所的光学的性質の変化の周期ｂ［μ
   ｍ］とし、 絞り込み光学系の光源の波長をλ［μｍ］とし、 絞り込みレンズの開口数をＮＡＦ，有効半径をａ［ｍ
   ｍ］、焦点距離をｆＦとし、 像レンズの開口数をＮＡＩ，焦点距離をｆＩとし、 光検出器の受光面直径をＤとし、 ｋ番目の層を目標層として焦点を合わせたときの目標層
   からの反射光は、像レンズの焦点位置に結像され、この
   焦平面上のスポット径Ｕｋ′は、 Ｕｋ′＝λ／ＮＡＩ＝λ×（ｆＩ／ａ） ｍ；受光光学系の横倍率 ｋ番目の目標層から層間距離ｄ離れた隣接層（ｋ±１）
   番目の層からの焦平面でのスポット径Ｕ（ｋ±１）′
   は、 Ｕ（ｋ±１）′＝ＮＡＩ・ｍ²ｄ 上式より光検出器の直径Ｄを、Ｄ＝Ｕｋ′＝λ／ＮＡＩ
   とし、検出される他の層からの反射光量は、目標ｋ層と
   他のｊ層の間の透過率δｊｋ、及び反射率の比αｊｋと
   して光検出器での、ｎ層からの反射受光量をＩｎとする
   と １／１０≧ΣＩｊ（ｎ＝１〜Ｎ，ｎ≠ｋ）／Ｉｋ ＝Σ［δ²ｊｋ×αｊｋ×（Ｄ／Ｕｊ′）²］ ≒Ｉ（ｋ−１）／Ｉｋ ＝δ²（ｋ−１），ｋ×α（ｋ−１），ｋ×（Ｄ／Ｕ（ｋ−１)′)² が成り立つように、情報記録媒体構造，光学系を設定す
   ることを特徴とする３次元記録再生方法。