WO2010007655A1 - フォーカス制御装置、フォーカス制御方法、光ピックアップ装置、ドライブ装置及び光記録媒体 - Google Patents

フォーカス制御装置、フォーカス制御方法、光ピックアップ装置、ドライブ装置及び光記録媒体 Download PDF

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WO2010007655A1
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recording
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隆信 樋口
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パイオニア株式会社
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    • G11B7/0908—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers with provision for moving the light beam or focus plane for the purpose of maintaining alignment of the light beam relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following for focusing only
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    • G—PHYSICS
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    • G11B2007/0013—Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier for carriers having data stored in three dimensions, e.g. volume storage for carriers having multiple discrete layers

Definitions

  • the present invention relates to a focus control device, a focus control method, an optical pickup device, a drive device, and an optical recording medium applied to an optical recording medium, preferably an optical recording medium having a multilayer structure.
  • optical discs typified by DVD, CD, MD and the like are widely used.
  • the types of optical discs are broadly classified into read-only optical discs and recording / playback optical discs that can be recorded by additional writing or rewriting.
  • Such an optical disc is widely used as a removable recording medium having excellent durability and a large recording capacity.
  • the recording / reproducing apparatus 1 which is a drive device of an optical disk which is one of optical recording media can freely attach and detach the optical disk D to and from a housing (not shown). And a spindle motor 11 for rotating the support unit 10 and an optical pickup unit 12 scanned in the radial direction of the optical disc D, and recording / reproduction is performed by the optical pickup.
  • three servo controls called rotation servo, focus servo, and tracking servo are performed.
  • the focus control performed by the recording / reproducing apparatus 1 includes focus pull-in and focus jump in addition to the focus servo.
  • FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a conventional focus control device 2 that performs focus control.
  • the focus control device 2 constitutes an optical pickup device together with a tracking control device that performs tracking control.
  • the conventional focus control device 2 includes a laser light source 20, a collimator lens 21, a beam splitter 22, a spherical aberration corrector 23, an objective lens 24, a condensing lens 25, and a photodetector 26, and is used for recording.
  • the optical pickup unit 12 for reproduction is configured.
  • a controller 3 is provided as control means for controlling the entire apparatus.
  • a laser beam (light flux L) of a predetermined wavelength (for example, 780 nm for a CD, 650 nm for a DVD, and 405 nm for a next-generation DVD such as Blu-ray) generated by the laser light source 20 during reproduction is generated by a collimator.
  • the light is collimated by the lens 21, passes through the beam splitter 22 and the spherical aberration corrector 23, and then condensed by the objective lens 24 (for example, the numerical aperture (NA) is 0.6 or more) and irradiated onto the optical disc D. .
  • the reflected light reflected by the optical disk D is collected by the objective lens 24, passes through the spherical aberration corrector 23, and is then split by the beam splitter 22. Then, the reflected reflected light is condensed by the condenser lens 25 and guided to the photodetector 26.
  • focus control is performed by the astigmatism method using the reflected light from the optical disc D or the like.
  • This focus control method utilizes the fact that the spot image of the reflected light guided to the photodetector 26 does not become a perfect circle when the laser beam is out of focus.
  • the optical signal detected by the photodetector 26 is processed (for example, differentiation) by the signal processor 31, and a focus error is detected based on the detected S-shaped waveform.
  • the controller 3 When a focus error is detected, the controller 3 generates a focus control signal for canceling the focus error, and the optical pickup / actuator driver 32 generates light from the optical pickup unit 12 (particularly, the objective lens 24 and the spherical aberration corrector 23).
  • reference numeral 33 in FIG. 9 denotes a spherical aberration correction for adjusting the positions of the two lenses (23a, 23b) included in the spherical aberration corrector 23, which is a beam expander, in order to correct the spherical aberration. It is a driver.
  • Reference numeral 34 denotes a memory for storing the S-shaped waveform data, aberration correction data, and the like.
  • the conventional technique performs focus control by the astigmatism method using the reflected light from the optical disc D or the like. Therefore, in order to ensure a necessary and sufficient amount of reflected light even in the three-dimensionally multilayered optical disk D, an optical disk in which a reflective layer is provided on each recording layer as in Patent Document 1 has been proposed. However, providing a reflective layer in each recording layer as in Patent Document 1 is not preferable because the medium cost increases as the number of layers increases.
  • a multilayer structure that secures a necessary and sufficient amount of reflected light without providing a reflective layer on each recording layer includes a recording layer containing a recording material and a gap layer (for example, air) made of a material having a large refractive index difference with respect to the recording layer.
  • An optical disc in which layers are alternately stacked has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
  • Patent Document 2 since the reflectance at the interface of each layer is about 4%, the amount of reflected light from the lower layer decreases as the number of layers increases. For example, when the number of layers is 50, the amount of light reflected from the lowermost layer is about 0.07%, and for 100 layers, it is only 0.001%.
  • the output of the laser beam for forming the recording mark on the recording layer is much higher than the output of the laser beam used for focus control.
  • the point aberration method has a problem that it is difficult to detect a focus error during irradiation of the recording laser beam. Therefore, conventionally, after the focus is drawn into the target recording layer, the focus servo loop is released and the recording laser light is irradiated. However, in order to ensure highly accurate recording, it is desirable to perform focus control during the irradiation of the recording laser beam.
  • a novel focus control device, focus control method, and method capable of performing highly accurate focus control even on an optical recording medium having a multilayer structure in which the reflectance of each layer interface is kept as low as possible.
  • An example is providing an optical pickup device, a drive device, and an optical recording medium.
  • Another object of the present invention is to perform high-precision focus control for an optical recording medium having a multilayer structure in which the reflectivity at each layer interface is kept as low as possible without complicating the optical system and the detection system.
  • An example is to provide a focus control device, a focus control method, an optical pickup device, a drive device, and an optical recording medium that can be used.
  • another object of the present invention is to provide a focus control device, a focus control method, an optical pickup device, a drive device, and an optical recording medium that can perform focus control even during irradiation with a recording laser beam. This is an example.
  • the focus control device is a focus control device for an optical pickup applied to an optical recording medium having a multilayer structure as set forth in claim 1, wherein the laser light source for irradiating the optical recording medium with laser light,
  • a laser light irradiation means including an objective lens for condensing the laser light; a photodetector for detecting a change in optical characteristics due to multiphoton absorption that occurs when the laser light is condensed on at least one layer of the recording layer;
  • Control means for performing focus control of the optical pickup with respect to an arbitrary recording layer of the multilayer structure according to the detection result of the photodetector.
  • an optical pickup device includes the focus control device according to any one of the first to eleventh aspects.
  • the drive device according to the present invention includes the optical pickup device according to claim 12 as described in claim 13.
  • the focus control method of the present invention is the focus control method of an optical pickup applied to an optical recording medium having a multilayer structure as described in claim 14, wherein the recording layer of the optical recording medium is irradiated with laser light, A change in optical characteristics due to multiphoton absorption that occurs when the laser beam is condensed on at least one layer of the recording layer is detected, and an optical pickup focus is set on an arbitrary recording layer of the multilayer structure according to the detection result. Control is performed.
  • the optical recording medium of the present invention is a multilayer optical recording medium applied to the focus control method according to any one of claims 14 to 19, as described in claim 20, and includes a recording material. It has a structure in which recording layers and optically transparent gap layers are alternately laminated.
  • the focus control method of the present invention is the focus control method of an optical pickup when recording information on an optical recording medium as defined in claim 23, wherein the recording layer of the optical recording medium is physically or chemically controlled.
  • a recording laser beam is irradiated with an output that causes a typical irreversible change
  • the laser beam is focused on at least one layer of the recording layer to form a recording mark, and the laser beam is focused on the recording layer.
  • a change in optical characteristics due to multiphoton absorption occurring in the optical pickup is detected, and focus control of the optical pickup is performed according to the detection result.
  • the focus control method of the present invention is the focus control method of an optical pickup applied to an optical recording medium as defined in claim 24, wherein the recording layer of the optical recording medium is physically or chemically controlled. Irradiating a laser beam with an output that does not cause irreversible changes, and drawing the focus in accordance with the detection result of the change in optical characteristics due to the absorption of the multiphotons; and physically recording the focus drawing recording layer. Or irradiating a laser beam with an output that causes a chemical irreversible change, forming a recording mark on the recording layer, and performing a focus servo according to a detection result of a change in optical characteristics associated with the multiphoton absorption; It is characterized by including.
  • Optical pickup part D Optical disc 41 Recording layer (L1 to Ln) 42 Gap layer (G1-Gm) 45 Reflective layer 5
  • Focus control device 50 Laser light source 54
  • Objective lens 55 First light detector 6 Controller 61
  • First signal processor 63 Optical pickup actuator driver
  • the focus control method according to the present invention is a change in optical characteristics caused when a substance absorbs two or more photons (hereinafter referred to as “multiphoton absorption”) (for example, this is a novel focus control method in which transmittance attenuation, generation of fluorescence, and the like are detected, and the detection result is used for focus control on the optical recording medium.
  • multiphoton absorption when photon energy of different frequencies is absorbed simultaneously, or when electrons or molecules that absorb photons and are in a high energy state absorb other photons (which may have different frequencies) The multiphoton absorption of any of these may be sufficient.
  • the focus control method of the present invention that can solve the problems of the conventional technology is a promising technology that can be expected to become a standard for focus control applied to an optical disk having a multilayer structure in the future. .
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a portion of the multilayer structure of the optical disc D.
  • the optical disc D includes a recording layer 41 (L1, L2,..., Ln) containing a recording material and a gap layer 42 of an optically transparent material on one surface of a transparent resin substrate 4. (G1, G2,... Gm) are alternately stacked, and finally a transparent cover layer 43 is formed.
  • the optical disc D of the present embodiment has a configuration that does not have a conventional reflective layer at the interface between the recording layer 41 and the gap layer 42, and this suppresses the reflectance at the interface of each layer to be low. Furthermore, by using a material having a small refractive index difference for the recording layer 41 and the gap layer 42, the reflectance at the interface between the layers is further reduced.
  • Such a multilayer structure enables optical access to the lowermost recording layer (Ln) even when the number of layers is increased.
  • the material of the recording layer 41 is a material that is more likely to cause multiphoton absorption than the material of the gap layer 42. That is, the multilayer structure of the optical disc D shown in FIG.
  • examples of the recording material include a light-induced refractive index changing material in which a refractive index changes due to a physical or chemical irreversible change depending on light intensity.
  • the photoinduced refractive index change material metal-free tetraphenyl porphine
  • halogenated anthracene, CdS, such as GeO 2 doped glass and chalcogenide glass after being excited via multiphoton absorption process, physical or chemical A multiphoton material whose refractive index changes due to an irreversible change can be used.
  • a photosensitizer such as a phase change material such as SbTe, an organic dye material, or cyclized polyisoprene + bisazide, polymethyl methacrylate, or GeO 2 doped glass may be used.
  • a photosensitizer such as a phase change material such as SbTe, an organic dye material, or cyclized polyisoprene + bisazide, polymethyl methacrylate, or GeO 2 doped glass
  • the material of the recording layer 41 and the gap layer 42 is not particularly limited as long as the multilayer structure of the optical disc D satisfies the above conditions. Any of the known materials used for D can be used.
  • the focus control device 5 of this embodiment includes a laser light source 50 that generates laser light to be applied to an optical disc D, a collimator lens 51, a beam splitter 52 that is an optical spectrometer, and a spherical surface that serves as an aberration corrector.
  • an optical pickup unit 12 for recording / reproduction.
  • the focus control device 5 is a controller 6 as a control means, a first signal processor 61 that processes signals detected by the first photodetector 55, and a second that processes signals detected by the second photodetector 57.
  • a signal processor 62 is provided.
  • the controller 6 performs overall control operations including rotation control, focus control, and tracking control of the optical disc D. Then, as one of the focus control functions, based on the optical signal detected by the first photodetector 55, the focus can be pulled into the arbitrary recording layer 41, the focus servo, and the focal position can be moved to another recording layer 41. A function of generating each focus control signal for performing a focus jump.
  • the optical pickup / actuator driver 63 adjusts the position of the optical pickup unit 12 (particularly, the objective lens 54 and the spherical aberration corrector 53) in the optical axis direction according to the focus signal transmitted from the controller 6, and thereby the optical disc depth method.
  • the focus position in the (Z direction) is adjusted.
  • the spherical aberration corrector driver 64 is configured to adjust the positions of the two lenses (53a, 53b) of the spherical aberration corrector 53, which is a beam expander, according to the spherical aberration correction signal transmitted from the controller 6. Yes.
  • the memory 65 is an example of a storage unit that stores information on an S-shaped waveform, information on aberration correction, which will be described later, and the like.
  • the laser light source 50 induces multiphoton absorption in the recording material contained in the recording layer 41, but does not cause a physical or chemical irreversible change in the recording layer 41, that is, in recording. It is only necessary that the laser beam can be irradiated with an output value that does not reach. When recording is performed, laser light is irradiated even at an output value (second output value) that causes a physical or chemical irreversible change in the recording layer 41, that is, an output value that can form a recording mark (44).
  • a laser light source capable of changing output is preferable.
  • An example of such a laser light source is a pulse laser light source, and a femtosecond pulse laser light source is preferable.
  • a laser light source having an output value control function that takes at least two output values that can be output with the first output value and the second output value can also be used.
  • a laser light source capable of output control either a system in which output is controlled by current drive like a semiconductor laser or a system in which output is controlled by an external modulator may be used.
  • the focus control method of the present embodiment can be applied to any of known materials used for the recording layer and the gap layer. Accordingly, the specific first and second output values (that is, pulse width and light intensity) of the laser beam to be irradiated are preferably determined according to the type of the selected material.
  • the collimator lens 51, the beam splitter 52, the spherical aberration corrector 53, the objective lens 54, the condensing lens 56, the second photodetector 57 for detecting the read RF signal at the time of reproduction, and the second signal processor 62 are the conventional ones. Similar ones can be used, and the processing operation can be the same as in the prior art. In this way, the fact that the configuration almost the same as that of the conventional optical system and the detection system is adopted, in other words, the focus control method of the present embodiment complicates the optical system and the detection system as compared with the conventional configuration. It can be said that this is a method that can be realized without any problems.
  • the first photodetector 55 is disposed at a position facing the objective lens 54 with the optical disc D interposed therebetween.
  • focus control is performed using attenuation of transmittance, which is one of the optical characteristics accompanying multiphoton absorption. Therefore, the first photodetector 55 can include a light receiving unit (for example, a light receiving element such as a photodiode) that receives the laser light (transmitted light) that has passed through the optical disc D.
  • the light detected by the first photodetector 55 is converted into an electrical signal corresponding to the light intensity and transmitted to the first signal processor 61.
  • the first photodetector 55 may be formed in an elongated band shape along the scanning path of the objective lens 54 (for example, in the radial direction in the case of the optical disc D). In this case, the first photodetector 55 is fixedly arranged, and a scanning unit for scanning the first photodetector 55 in synchronization with the objective lens 54 can be omitted.
  • the first signal processor 62 processes the electrical signal from the first photodetector 55. Specifically, a so-called S-shaped waveform is detected by differentiating the optical signal detected by the first photodetector 55, and the detection result is transmitted to the controller 6.
  • the controller 6 detects the position (optical length) of the optimum focal point of the laser beam based on the detected S-shaped waveform, and the optical pickup unit 12 (particularly, so that the condensing point of the laser beam is located at the optimum focal point). And a processing function of generating a focus control signal for adjusting the objective lens 54 and the aberration corrector 53) and transmitting the focus control signal to the optical pickup / actuator driver 63.
  • the optical pickup / actuator driver 63 drives the optical pickup unit 12 in the optical axis direction according to the transmitted focus control signal.
  • Multiphoton absorption has a characteristic that occurs only in the vicinity of the focal point of laser light, regardless of the number of absorbed photons, such as two-photon absorption and three-photon absorption. Therefore, although the attenuation rate varies depending on the light intensity, there is a characteristic that attenuation of the transmittance accompanying multiphoton absorption also occurs only in the vicinity of the focal point of the laser light.
  • the attenuation peak is separated in each recording layer as schematically shown in FIG.
  • the waveform of the transmitted light can be detected.
  • the condensing point scan may be performed on the entire recording layer (L1 to Ln), or may be performed on only a part of the recording layers.
  • the waveform of FIG. 4 has shown typically the waveform in the case of two photon absorption as an example. In this way, a waveform of transmitted light in which the attenuation peak of each recording layer is separated is obtained. If this is differentiated, a so-called S-shaped waveform as a focus error signal can be detected.
  • the zero-cross point of the S-shaped waveform corresponds to the attenuation peak, and this position is the optimum focal point in each recording layer. Therefore, if the condensing point is positioned at the optimum focal point to be detected, it is possible to perform accurate focusing on an arbitrary recording layer. Since the attenuation rate of transmitted light due to multiphoton absorption depends on the light intensity, the magnitude of the attenuation peak can be adjusted by changing the output of the laser beam, thereby detecting a good S-shaped waveform. it can.
  • the focus control device 5 As an example, the focus is drawn into an arbitrary recording layer (for example, the recording layer L1) of the optical disc D, a recording mark (44) is formed on the recording layer L1, information is recorded, and the recorded information is recorded. A series of operations until reproduction and an operation of performing a focus jump to the recording layer L2 will be described.
  • the present embodiment relates to a novel focus control method, and known methods can be used for rotation control and tracking control. Therefore, in the following explanation, detailed explanation about rotation control and trunking control is omitted.
  • the transmitted light is detected by the first photodetector 55 and further subjected to differential processing by the first signal processor 61, so that the focus error signal is generated in each recording layer (L1 to Ln) as shown in FIG. Can be detected, and the optical length of the optimum focal point of each recording layer (L1 to Ln) is obtained from the zero cross points. Further, the interlayer distance is obtained using the refractive index of the gap layer 42. Information on the obtained S-shaped waveform and interlayer distance is stored in the memory 65.
  • the optical pickup / actuator driver 63 adjusts the position of the optical pickup unit 12 based on the information on the optical length of the optimum focal point and the interlayer distance, and the focus is drawn into the target recording layer L1.
  • the tracking pull-in is performed, and the position of the two lenses (53a, 53b) of the spherical aberration corrector 53, which is a beam expander, is corrected to optimally correct the spherical aberration.
  • the recording mark (44) is formed on the recording layer L1 by irradiating the laser beam with the second output value for forming the recording mark. Then, information is recorded on the optical disc D.
  • the focus servo loop is canceled at this time, but in this embodiment, the focus servo loop is kept in operation while the recording laser light is being irradiated. can do.
  • the focus can be drawn into an arbitrary recording layer in the same manner as described above.
  • tracking pull-in and spherical aberration correction are further performed.
  • the attenuation of the transmitted light in the recording layer to be reproduced is detected, and the focus servo is performed according to the focus error signal similar to that in FIG. 5, and the reproduction laser beam is irradiated while performing the tracking servo by the tracking error signal.
  • the read RF signal is detected by the second photodetector 57 and processed by the second signal processor 62 to reproduce information.
  • the reproduction laser light may be emitted from a different transmitter of the laser light source, or a laser light source (not shown) different from the laser light source may be used.
  • the focus control can be performed by the astigmatism method, the knife edge method, or the like as in the prior art. Accordingly, the reproduction laser beam is irradiated, the read RF signal is detected by the second photodetector 57, and reproduction is performed, and the astigmatism method using the reflected light detected by the second photodetector 57 is used. A focus error may be detected, and focus servo may be performed by a method similar to the conventional method.
  • focus pull-in is performed on the recording layer L2 based on the information on the optical length of the optimum focal point and the interlayer distance.
  • tracking pull-in is performed, and adjustment is performed so that the correction of the spherical aberration is optimal, thereby completing the focus jump.
  • the focus control method of this embodiment paying attention to the characteristic that multiphoton absorption occurs only in the vicinity of the focal point of the laser beam, it occurs when the laser beam is condensed on at least one layer of the recording layer 41.
  • a focus error signal separated by each recording layer is detected even for an optical disc D having a multilayer structure with low reflectance at each layer interface. be able to. Therefore, if focus control is performed according to the detected focus error signal, it is possible to perform highly accurate focus control on any recording layer (L1 to Ln).
  • an unintended refractive index change occurs in the recording layer by irradiating the recording layer with laser light with an output that does not cause a physical or chemical irreversible change.
  • focus control can be performed.
  • the change in optical characteristics due to the multiphoton absorption used in this embodiment reduces the transmittance when the laser beam is condensed, and the condensing is released. In this case, a reversible phenomenon of returning to the original state occurs, and a new focus control method using multiphoton absorption is realized.
  • the focus control system of the present embodiment since a special focus control material such as a fluorescent dye as in Patent Document 3 is not used, there is versatility that it can be applied to an existing optical disc D.
  • a detection system the first photodetector 55 and the first signal processor 61 for detecting the transmitted light.
  • high-precision focus control can be performed even for a multilayer optical disk having a low reflectivity at each layer interface without complicating the optical system and the detection system as compared with the conventional configuration.
  • the attenuation of transmittance due to multiphoton absorption is used for focus control, so recording is performed while irradiating a high-power laser beam for recording.
  • a focus error signal can be detected. Therefore, it is not necessary to cancel the focus servo loop as in the prior art, and focus servo can be performed during recording.
  • the focus control method of the present embodiment makes it possible to perform recording with higher accuracy than in the past.
  • the focus control method of this embodiment capable of performing such high-precision recording is not limited to the multilayer optical disk shown in FIG. 1, but an optical disk having a reflective layer in each layer, or 10 recording layers. It is possible to apply to a conventional optical disk that is less than the above.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing a part of the multilayer structure of the optical disc D applied to this embodiment.
  • the optical disc D has a configuration in which a reflective layer 45 is provided between a transparent resin substrate 4 and a multilayer structure including a recording layer and a gap layer.
  • the material of the reflective layer 45 is not particularly limited, and a known reflective material can be used.
  • the optical disc D applied to the present embodiment has a configuration in which the recording layer 45 is provided on the surface opposite to the surface on which the laser light is incident, and each layer is not provided with a reflective layer. It is suppressed.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram of the focus control device 5 to which the present embodiment is applied.
  • a first photodetector 55 for detecting the attenuation of transmittance due to multiphoton absorption is arranged on the objective lens 54 side.
  • the transmitted light that passes through the structure and is reflected by the reflective layer 45 is detected.
  • the first light detection unit 55 is preferably arranged around the objective lens 54 so that the reflected transmitted light can be reliably detected.
  • the light receiving portion (for example, a light receiving element such as a photodiode) of the first photodetector 55 is preferably disposed over the entire circumference of the objective lens 54, but may be partially disposed. More preferably, the first photodetector 55 is provided in a housing that holds the objective lens 54.
  • the first photodetector 55 can be shared with the second photodetector 62 that detects the read RF signal.
  • the first signal processor 63 and the second signal processor 62 can be shared. Even in such a configuration, it is possible to detect the attenuation of the transmittance due to the multiphoton absorption, and therefore it is possible to perform the same focus control as in the first and second embodiments.
  • the first to third embodiments in which the focus control is performed by detecting the attenuation of the transmittance due to the multiphoton absorption has been described.
  • the fluorescence generated due to multiphoton absorption may be detected as a change in the optical characteristics. Similar to the attenuation of transmittance, this fluorescence also has a characteristic that occurs only near the focal point of the laser beam. Therefore, if fluorescence is detected by the first photodetector 55, it is possible to detect the peak of the fluorescence separated in each recording layer, similarly to the attenuation of the transmittance.
  • an S-shaped waveform equivalent to that in FIG. 4 can be obtained, and focus control similar to that in the first to third embodiments is performed using this S-shaped waveform. Can do.

Landscapes

  • Optical Recording Or Reproduction (AREA)
  • Optical Head (AREA)
  • Optical Record Carriers And Manufacture Thereof (AREA)

Abstract

【課題】各層界面の反射率をできるだけ低く抑えた多層構造の光記録媒体に対しても、高精度なフォーカス制御を行うこと 【解決手段】　多層構造の光記録媒体に適用される光ピックアップのフォーカス制御装置において、レーザー光源（５０）及び対物レンズ（５４）を含むレーザー光照射手段によって光記録媒体（Ｄ）にレーザー光を照射し、前記レーザー光が記録層の少なくとも一層に集光した際に生じる多光子吸収に伴う光学特性の変化を光検出器（５５）で検出し、その検出結果に従って任意の記録層（Ｌ１～Ｌｎ）に対して光ピックアップのフォーカス制御を行うようにする。

Description

フォーカス制御装置、フォーカス制御方法、光ピックアップ装置、ドライブ装置及び光記録媒体
　本発明は、光記録媒体、好ましくは多層構造の光記録媒体に適用されるフォーカス制御装置、フォーカス制御方法、光ピックアップ装置、ドライブ装置、及び光記録媒体に関する。
　動画像，コンピュータアプリケーションなどのデジタルデータを記録再生するための光記録媒体として、ＤＶＤ，ＣＤ，ＭＤ等に代表される光ディスクが広く普及されている。光ディスクの種類には、大別すると再生専用の光ディスク及び、追記又は書換えによって記録することも可能な記録再生用の光ディスクがある。このような光ディスクは、耐久性に優れ、記録容量の大きいリムーバブル方式の記録媒体として広く利用されている。
　しかしながら、近年における情報技術の進歩に伴い、光ディスクに対して更なる記録容量の増加が望まれている。そこで、光ディスクの大容量化を図る方法の一つとして、ディスクの深さ方向に複数の記録層を配列する多層化が進められている。多層構造の光ディスクは、既に２層構造の光ディスクが実用化されており、近年中にも６～８層構造の光ディスクが実用化される見込みである。さらに、実用化はされていないが、現段階の技術水準においても１００層以上の光ディスクを作製することが可能である（例えば、特許文献１参照）。
　ここで、光記録媒体の一つである光ディスクのドライブ装置である記録／再生装置１は、図８に概略を示すように、筐体（不図示）の内部に、光ディスクＤを脱着及び回転自在に支持する支持部１０と、支持部１０を回転させるスピンドルモータ１１と、光ディスクＤの半径方向に走査される光ピックアップ部１２を備え、光ピックアップにより記録／再生を行う。そして、良好な記録及び再生を支えるために、回転サーボ，フォーカスサーボ，トラッキングサーボと呼ばれる３つのサーボ制御が行われている。記録／再生装置１で行うフォーカス制御としては、前記フォーカスサーボの他に、フォーカスの引き込み及びフォーカスジャンプがある。
　図９は、フォーカス制御を行う従来のフォーカス制御装置２を示す概略構成図である。通常、フォーカス制御装置２は、トラッキング制御を行うトラッキング制御装置と共に光ピックアップ装置を構成する。図９に示すように、従来のフォーカス制御装置２は、レーザー光源２０、コリメータレンズ２１、ビームスプリッタ２２、球面収差補正器２３、対物レンズ２４、集光レンズ２５及び光検出器２６を備え、記録／再生のための光ピックアップ部１２を構成している。さらに、装置全般の制御を行う制御手段としてのコントローラ３を備えている。このような構成において、再生時にレーザー光源２０で生成される所定波長（例えば、ＣＤの場合７８０ｎｍ，ＤＶＤの場合６５０ｎｍ，さらにブルーレイ等の次世代ＤＶＤでは４０５ｎｍ）のレーザー光（光束Ｌ）は、コリメータレンズ２１で平行光にされ、ビームスプリッタ２２及び球面収差補正器２３を通過した後、対物レンズ２４（例えば、開口数（ＮＡ）が０．６以上）によって集光されて光ディスクＤに照射される。光ディスクＤで反射した反射光は、対物レンズ２４によって集光され、球面収差補正器２３を通過した後、ビームスプリッタ２２で分光される。そして分光された反射光は、集光レンズ２５で集光されて光検出器２６に導かれる。
　従来のフォーカス制御装置２では、光ディスクＤからの反射光を用いた非点収差法等によってフォーカス制御が行われている。このフォーカス制御方式は、レーザー光の焦点が合っていないときは光検出器２６に導かれる反射光のスポット像が真円にならないことを利用するものである。そして、光検出器２６で検出される光信号を信号処理器３１で処理（例えば、微分処理）し、検出されるＳ字波形を元にしてフォーカスエラーを検出する。フォーカスエラーが検出されると、コントローラ３において焦点誤差を打ち消すためのフォーカス制御信号を生成し、光ピックアップ・アクチュエータドライバ３２によって光ピックアップ部１２（特に、対物レンズ２４と球面収差補正器２３）の光軸方向の位置調整がなされ、これにより光ディスクの深さ方法（Ｚ方向）の焦点位置が調整される。なお、図９中の符号３３は、球面収差を補正するために、ビームエキスパンダである球面収差補正器２３に含まれる２枚のレンズ（２３ａ，２３ｂ）の位置を調整するための球面収差補正ドライバである。また、符号３４は、前記Ｓ字波形のデータ，収差補正に関するデータなどを格納するためのメモリである。
　上記のように、従来技術は、光ディスクＤからの反射光を用いた非点収差法等によってフォーカス制御を行っている。そのため、３次元的に多層化した光ディスクＤにおいても必要十分な反射光量を確保するために、特許文献１のような各記録層に反射層を設けた光ディスクが提案されている。しかしながら、特許文献１のように各記録層に反射層を設けるようにすると、層数が増加するに伴い媒体コストが増加するので好ましくない。
　各記録層に反射層を設けないで必要十分な反射光量を確保する多層構造としては、記録材料を含む記録層と、記録層に対して屈折率差が大きい材料からなるギャップ層（例えば、空気層）を交互に積層した光ディスクが提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら特許文献２の場合、各層界面の反射率が４％程度であるため、層数が増えるに従って下層からの反射光量が小さくなる。例えば５０層としたときの最下層からの反射光量は約０．０７％であり、１００層では僅か０．００１％である。このように、層数の増加に伴って反射光量が小さくなっていくため、各層界面からの反射光を用いてフォーカス制御を行う従来の方式では、層数が増加すると、事実上、フォーカス制御を行うことが不可能になるという問題がある。
　通常、大容量化のために記録層数を増やそうとすると各層界面の反射率はできるだけ低く抑える必要がある。しかし、各層界面の反射率を低くすると、必然的にフォーカスサーボのＳＮ比（信号対雑音比）が低下してしまう。また、下層の記録層からの光量が著しく減少し、記録層数を増やすことが困難である。
　上記のような問題の対応策の一つとして、蛍光材料を含有させた記録層を用い、蛍光を検出してフォーカス制御を行うことが提案されている（例えば、特許文献３参照）。この場合、記録層との屈折率差が小さいギャップ層を用いて各層界面の反射率を低く抑えることが可能となる反面、蛍光を励起するための光源や蛍光を選択的に検出する光検出器が新たに必要となり装置構成が複雑になるという問題がある。さらに、蛍光材料の種類によっては蛍光を再吸収するので、多層構造の場合、下層の記録層からの蛍光が上層の記録層で吸収されて微弱になることが懸念される。その他にも、蛍光材料による記録反応の阻害、繰り返し使用による蛍光材料の劣化などの問題が懸念される。
　さらに従来のフォーカス制御方式の問題として、記録層に記録マークを形成するためのレーザー光の出力がフォーカス制御に用いるレーザー光の出力に比べて格段に高出力であるため、反射光を利用した非点収差法では、記録用レーザー光を照射している最中のフォーカスエラーを検出することが困難であるという問題がある。そのため従来においては、目的とする記録層へのフォーカスの引き込みを行った後はフォーカスサーボループを解除して、記録用レーザー光を照射するのが一般的である。しかしながら、より高精度な記録を確実なものとするためには、記録用のレーザー光を照射している最中にもフォーカス制御を行うことが望ましい。
特開２００５－１２２８６２号公報 特許第２５０２８８４号公報 特開２００６－４８８３２号公報
　本発明が解決しようとする課題には、上述した問題が一例として挙げられる。そこで、本発明の目的としては、各層界面の反射率をできるだけ低く抑えた多層構造の光記録媒体に対しても、高精度なフォーカス制御を行うことのできる新規なフォーカス制御装置、フォーカス制御方法、光ピックアップ装置、ドライブ装置及び光記録媒体を提供することが一例として挙げられる。
　また、本発明の他の目的は、光学系及び検出系を複雑化することなく、各層界面の反射率をできるだけ低く抑えた多層構造の光記録媒体に対しても、高精度なフォーカス制御を行うことのできるフォーカス制御装置、フォーカス制御方法、光ピックアップ装置、ドライブ装置及び光記録媒体を提供することが一例として挙げられる。
　さらに、本発明の他の目的は、記録用レーザー光を照射している最中にもフォーカス制御を行うことのできるフォーカス制御装置、フォーカス制御方法、光ピックアップ装置、ドライブ装置及び光記録媒体を提供することが一例として挙げられる。
　本発明のフォーカス制御装置は、請求項１に記載の通り、多層構造の光記録媒体に適用される光ピックアップのフォーカス制御装置であって、前記光記録媒体にレーザー光を照射するレーザー光源、前記レーザー光を集光する対物レンズを含むレーザー光照射手段と、前記レーザー光が記録層の少なくとも一層に集光した際に生じる多光子吸収に伴う光学特性の変化を検出する光検出器と、前記光検出器の検出結果に従って、前記多層構造の任意の記録層に対して光ピックアップのフォーカス制御を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする。
　本発明の光ピックアップ装置は、請求項１２に記載の通り、請求項１～１１のいずれか１項に記載のフォーカス制御装置を含むことを特徴とする。
　本発明のドライブ装置は、請求項１３に記載の通り、請求項１２に記載の光ピックアップ装置を含むことを特徴とする。
　本発明のフォーカス制御方法は、請求項１４に記載の通り、多層構造の光記録媒体に適用される光ピックアップのフォーカス制御方法であって、前記光記録媒体の記録層にレーザー光を照射し、前記レーザー光が前記記録層の少なくとも一層に集光した際に生じる多光子吸収に伴う光学特性の変化を検出し、その検出結果に従って、前記多層構造の任意の記録層に対して光ピックアップのフォーカス制御を行うことを特徴とする。
　本発明の光記録媒体は、請求項２０に記載の通り、請求項１４～１９のいずれか１項に記載のフォーカス制御方法に適用される多層構造の光記録媒体であって、記録材料を含む記録層と、光学的に透明なギャップ層とが交互に積層した構造を有することを特徴とする。
　また、本発明のフォーカス制御方法は、請求項２３に記載の通り、光記録媒体に情報を記録する際の光ピックアップのフォーカス制御方法であって、前記光記録媒体の記録層に物理的又は化学的な非可逆変化を生じさせる出力で記録用レーザー光を照射し、前記レーザー光を記録層の少なくとも一層に集光させて記録マークを形成すると共に、前記レーザー光が記録層に集光した際に生じる多光子吸収に伴う光学特性の変化を検出し、その検出結果に従って光ピックアップのフォーカス制御を行うことを特徴とする。
　さらにまた、本発明のフォーカス制御方法は、請求項２４に記載の通り、光記録媒体に適用される光ピックアップのフォーカス制御方法であって、前記光記録媒体の記録層に物理的又は化学的な非可逆変化を生じさせない出力でレーザー光を照射し、前記多光子吸収に伴う光学特性の変化の検出結果に従ってフォーカスの引き込みを行う工程と、前記フォーカスの引き込みをした記録層に対して、物理的又は化学的な非可逆変化を生じさせる出力でレーザー光を照射し、前記記録層に記録マークを形成すると共に、前記多光子吸収に伴う光学特性の変化の検出結果に従ってフォーカスサーボを行う工程と、を含むことを特徴とする。
本発明の第１実施形態に従うフォーカス制御方式に適用される光ディスクを示す図である。 本発明の第１実施形態に従うフォーカス制御装置を示す図である。 上記フォーカス制御装置の第１光検出器の変形例を示す図である。 上記フォーカス制御装置で検出される信号を模式的に示す図である。 上記フォーカス制御装置で検出される信号を模式的に示す図である。 本発明の第２実施形態に従うフォーカス制御方式に適用される光ディスクを示す図である。 本発明の第２実施形態に従うフォーカス制御装置を示す図である。 従来の光ディスクの再生／記録装置を説明するための図である。 従来のフォーカス制御装置を示す図である。
符号の説明
　１２　光ピックアップ部
　Ｄ　　光ディスク
　４１　記録層（Ｌ１～Ｌｎ）
　４２　ギャップ層（Ｇ１～Ｇｍ）
　４５　反射層
　５　　フォーカス制御装置
　５０　レーザー光源
　５４　対物レンズ
　５５　第１光検出器
　６　　コントローラ
　６１　第１信号処理器
　６３　光ピックアップ・アクチュエータドライバ
　本発明に係るフォーカス制御方式は、後述する実施形態からも明らかなように、物質が二以上の光子を吸収（以下、「多光子吸収」と称す）したときに起因する光学的特性の変化（例えば、透過率の減衰，蛍光の発生など）を検出し、その検出結果を光記録媒体に対するフォーカス制御に利用した新規なフォーカス制御方式である。多光子吸収としては、異なる周波数の光子エネルギーを同時に吸収する場合、或いは、光子を吸収して高いエネルギー状態にある電子あるいは分子がさらに他の光子（周波数が異なっていてもよい）を吸収する場合の、いずれの態様の多光子吸収であってもよい。既述したように、反射光を利用した従来のフォーカス制御方式の場合、層数が増加することに伴い制御が事実上、不可能となる。光ディスク自体、技術的に１００層以上の多層化が可能にも関わらず、実用化にまで至っていない要因の一つには、このフォーカス制御の困難性があると考える。従って、このような従来技術の課題を解決することができる本発明のフォーカス制御方式は、将来において、多層構造の光ディスクに適用されるフォーカス制御の標準規格になることが期待できる有望な技術と言える。
　以下、本発明に係る新規なフォーカス制御方式を実現するための好ましい実施形態について、添付図面を参照しながら詳しく説明する。但し、本発明の技術的範囲は、以下に説明する実施形態によって何ら限定解釈されることはない。
　（第１実施形態）
　まず、本発明の第１実施形態に従うフォーカス制御方式に適用される多層構造の光記録媒体について、光ディスクＤを一例に挙げて説明する。但し、光ディスクに限定されることはなく、本実施形態は光カードメモリなどの他の種類の光記録媒体にも適用可能である。図１は、光ディスクＤの多層構造の部分を模式的に示した図である。図１に示すように、光ディスクＤは、透明な樹脂基板４の一面に、記録材料を含む記録層４１（Ｌ１，Ｌ２，・・・，Ｌｎ）と、光学的に透明な材料のギャップ層４２（Ｇ１，Ｇ２，・・・Ｇｍ）とが交互に積層された多層構造を有し、最後に透明なカバー層４３が形成されている。本実施形態の光ディスクＤは、記録層４１とギャップ層４２の界面に従来のような反射層を有しない構成であり、これにより各層界面の反射率を低く抑えている。さらに、記録層４１とギャップ層４２に屈折率差が小さい材料を用いることで、各層界面の反射率をさらに低く抑えている。このような多層構造とすることにより、層数を増加させても、最下層の記録層（Ｌｎ）への光学的なアクセスを可能にする。但し、各層間のフォーカスエラー信号を分離可能にするために、記録層４１の材料には、少なくともギャップ層４２の材料よりも多光子吸収を起こしやすい材料を用いる。すなわち、図１に示す光ディスクＤの多層構造は、光学的に見れば各層の境界が殆どなくレーザー光を透過させる構造であるが、光子吸収特性で見れば各層に境界がある特長がある。なお、図１中の符号４４は、屈折率を変化させた記録マークを模式的に示したものである。
　記録再生用の光ディスクＤである場合、記録材料としては、光強度に依存して物理的又は化学的な非可逆変化が生じて屈折率が変化する光誘起屈折率変化材料が一例として挙げられる。光誘起屈折率変化材料としては、一例としてメタルフリーテトラフェニルポルフィン，ハロゲン化アントラセン，ＣｄＳ，ＧｅＯ2ドープガラスやカルコゲンガラスなどの、多光子吸収過程を経て励起された後に、物理的又は化学的な非可逆変化によって屈折率が変化する多光子材料を用いることができる。また、ＳｂＴｅ等の相変化材料、有機色素材料、或いは環化ポリイソプレン＋ビスアジド，ポリメタクリル酸メチル，ＧｅＯ2ドープガラスなどの感光剤を用いることもできる。ここで、多光子吸収は、材料によって吸収特性に差はあるものの公知の記録材料の略すべてにおいて起こり得る現象である。従って、この現象を利用してフォーカス制御を行う本実施形態においては、光ディスクＤの多層構造が上記条件を満たしていれば記録層４１及びギャップ層４２の材料が特に制限されることはなく、光ディスクＤに用いられている公知の材料のいずれをも使用することができる。
　続いて、本実施形態のフォーカス制御装置について、図２を参照しながら説明する。図２に示すように、本実施形態のフォーカス制御装置５は、光ディスクＤに照射するレーザー光を生成するレーザー光源５０、コリメータレンズ５１、光分光器であるビームスプリッタ５２、収差補正器としての球面収差補正器５３、対物レンズ５４、多光子吸収に伴う光学的変化を検出するための第１光検出器５５、集光レンズ５６、再生時の読取ＲＦ信号を検出する第２光検出器５７を備えており、記録／再生のための光ピックアップ部１２を構成している。
　さらに、フォーカス制御装置５は、制御手段としてのコントローラ６、第１光検出器５５で検出した信号を処理する第１信号処理器６１、第２光検出器５７で検出した信号を処理する第２信号処理器６２を備えている。コントローラ６は、光ディスクＤの回転制御，フォーカス制御及びトラッキング制御を含む装置全般の制御動作を行う。そして、フォーカス制御機能の一つとして、第１光検出器５５で検出した光信号を元に、任意の記録層４１に対するフォーカスの引き込み，フォーカスサーボ，さらには焦点位置を他の記録層４１に移動させるフォーカスジャンプを行うための各フォーカス制御信号を生成する機能を有する。光ピックアップ・アクチュエータドライバ６３は、コントローラ６から伝送されるフォーカス信号に従って光ピックアップ部１２（特に、対物レンズ５４と球面収差補正器５３）の光軸方向の位置調整を行い、これにより光ディスク深さ方法（Ｚ方向）の焦点位置の調整を行う。球面収差補正器ドライバ６４は、コントローラ６から伝送される球面収差補正信号に従って、ビームエキスパンダである球面収差補正器５３の２枚のレンズ（５３ａ，５３ｂ）の位置を調整するように構成されている。メモリ６５は、後述するＳ字波形の情報，収差補正に関する情報などを格納する記憶手段の一例である。
　レーザー光源５０は、記録層４１に含まれる記録材料に多光子吸収を誘起させるが、記録層４１に物理的又は化学的な非可逆変化を生じさせない出力値（第１出力値）、すなわち記録に至らない出力値でレーザー光を照射可能であればよい。記録を行う場合には、さらに記録層４１に物理的又は化学的な非可逆変化を生じさせる出力値（第２出力値）、すなわち記録マーク（４４）を形成可能な出力値でもレーザー光を照射可能な、出力可変のレーザー光源であることが好ましい。このようなレーザー光源としては、パルスレーザー光源が一例として挙げられ、好ましくはフェムト秒パルスレーザー光源である。さらに、前記第１出力値及び第２出力値で出力可能な、少なくとも２値の出力値をとる出力値制御機能をもつレーザー光源も使用可能である。このような出力制御可能なレーザー光源としては、半導体レーザーのように電流駆動で出力を制御する方式と、外部変調器によって出力を制御する方式のいずれであってもよい。
　上述した理由により、本実施形態のフォーカス制御方式は、記録層及びギャップ層に使用されている公知の材料のいずれに対しても適用することが可能である。従って、照射するレーザー光の具体的な第１，第２出力値（すなわち、パルス幅，光強度）については、選択した材料の種類に従って決めるのが好ましい。
　コリメータレンズ５１、ビームスプリッタ５２、球面収差補正器５３、対物レンズ５４、集光レンズ５６、再生時の読取ＲＦ信号を検出する第２光検出器５７及び第２信号処理器６２については、従来と同様のものを使用可能であり、処理動作についても従来と同様にすることができる。このように、従来の光学系及び検出系と略同様の構成を採用したことは、換言すると、本実施形態のフォーカス制御方式は、従来の構成と比較して光学系及び検出系を複雑化することなく実現可能な方式であると言える。
　また、第１光検出器５５は、光ディスクＤを介して対物レンズ５４と対向する位置に配置されている。本実施形態は、多光子吸収に伴う光学特性の一つである透過率の減衰を利用してフォーカス制御を行う実施形態である。従って、第１光検出器５５は、光ディスクＤを透過したレーザー光（透過光）を受光する受光部（例えば、フォトダイオードなどの受光素子）を有することができる。第１光検出器５５で検出された光は、その光強度に応じた電気信号に変換され、第１信号処理器６１に伝送される。なお、図２に示されている第１光検出器５５は、走査手段（不図示）によって、光ディスクの半径方向に、対物レンズ５４（例えば、ピックアップ部１２）と同期に走査可能なように構成されている。但し、図３に示すように、第１光検出器５５は、対物レンズ５４の走査経路（例えば、光ディスクＤの場合は半径方向）に沿う細長いバンド形状とすることもできる。この場合、第１光検出器５５は固定配置され、第１光検出器５５を対物レンズ５４と同期に走査するための走査手段を省略することができる。
　第１信号処理器６２は、第１光検出器５５からの電気信号を処理する。具体的には、第１光検出器５５で検出した光信号を微分処理することによって所謂Ｓ字波形を検出し、その検出結果をコントローラ６に伝送する。コントローラ６は、検出されたＳ字波形を元にレーザー光の最適合焦点の位置（光学長）を検出し、レーザー光の集光点が最適合焦点に位置するように光ピックアップ部１２（特に、対物レンズ５４及び収差補正器５３）を調整するためのフォーカス制御信号を生成して光ピックアップ・アクチュエータドライバ６３に伝送する処理機能を有する。光ピックアップ・アクチュエータドライバ６３は、伝送されるフォーカス制御信号に従って光ピックアップ部１２を光軸方向に駆動させる。
　ここで、本実施形態によるフォーカス制御方式の理解を深めるために、図４を参照しながら、多光子吸収に伴う透過率の減衰を利用した最適合焦点の検出方法について詳しく説明する。多光子吸収は、二光子吸収、三光子吸収といった吸収される光子の数に関わらず、レーザー光の焦点近傍でのみ生じる特性がある。よって、光強度に依存して減衰率は異なるが、多光子吸収に伴う透過率の減衰もレーザー光の焦点近傍でのみ生じる特性がある。この特性に着目すれば、例えばレーザー光の集光点を光ディスクの深さ方向（Ｚ方向）にスキャンすることによって、図４に模式的に示すような各記録層で減衰のピークが分離された透過光の波形を検出することができる。集光点のスキャンは、記録層全層（Ｌ１～Ｌｎ）に対して行ってもよく、一部の記録層に対してのみ行ってもよい。なお、図４の波形は、一例として二光子吸収の場合の波形を模式的に示している。このように各記録層の減衰ピークが分離された透過光の波形が得られるので、これを微分処理すればフォーカスエラー信号としての所謂Ｓ字波形を検出することができる。Ｓ字波形のゼロクロス点は、減衰ピークに対応しており、この位置が各記録層における最適合焦点となる。よって、検出される最適合焦点に集光点が位置するようにすれば、任意の記録層に対する正確なフォーカシングを行うことが可能となる。多光子吸収による透過光の減衰率は、光強度に依存するので、レーザー光の出力を変えることによって減衰ピークの大きさを調整することができ、これにより良好なＳ字波形を検出することができる。
　続いて、上記したフォーカス制御装置５の作用について説明する。ここでは、一例として光ディスクＤの任意の記録層（例えば、記録層Ｌ１）にフォーカスの引き込みを行い、この記録層Ｌ１に記録マーク（４４）を形成して情報を記録し、さらに記録した情報を再生するまでの一連の作用、及び記録層Ｌ２にフォーカスジャンプする作用について説明する。但し、本実施形態は新規なフォーカス制御方式に関するものであり、回転制御及びトラッキング制御については公知の方法を利用することができる。そのため、以下の説明においては、回転制御及びトランキング制御についての詳しい説明は省略する。
　（フォーカスの引き込み）
　まず、図８に示したようなドライブ装置の支持部１０に光ディスクＤが装着されると、スピンドルモータ１１を駆動させて光ディスクＤを回転させると共に、光ピックアップ部１２を光ディスクＤの内周側下方位置に移動させる。続いて、レーザー光源５０及び対物レンズ５４を含むレーザー光照射手段から第１出力値でレーザー光を照射すると共に、光ピックアップ部１２（特に、対物レンズ５４と球面収差補正器５３）を光軸方向に走査して光ディスクＤの深さ方向（Ｚ方向）に集光点をスキャンさせる。そして、第１光検出器５５で透過光を検出し、さらに第１信号処理器６１で微分処理することによって、図４に一例を示したような各記録層（Ｌ１～Ｌｎ）でフォーカスエラー信号が分離されたＳ字波形を検出することができ、それらのゼロクロス点から各記録層（Ｌ１～Ｌｎ）の最適合焦点の光学長を求める。さらに、ギャップ層４２の屈折率を用いて層間距離を求める。得られたＳ字波形及び層間距離の情報は、メモリ６５に格納する。
　続いて、最適合焦点の光学長及び層間距離の情報を元に、光ピックアップ・アクチュエータドライバ６３によって光ピックアップ部１２の位置調整を行い、目的とする記録層Ｌ１へのフォーカスの引き込みを行う。フォーカスの引き込みが完了すると、トラッキングの引き込みを行い、さらにビームエキスパンダである球面収差補正器５３の２枚のレンズ（５３ａ，５３ｂ）の位置補正を行って球面収差を最適に補正する。
　（記録）
　上記のようにして記録層Ｌ１に対するフォーカスの引き込みから球面収差補正までが完了すると、記録マークを形成するための第２出力値でレーザー光を照射し、記録層Ｌ１に記録マーク（４４）を形成して光ディスクＤに情報を記録していく。ここで、従来の反射光を利用する方式では、このときフォーカスサーボループを解除していたが、本実施形態においては記録用レーザー光を照射している最中にもフォーカスサーボループを稼動状態にすることができる。すなわち、記録用の高出力レーザー光を照射すると、記録層の屈折率が変化することで透過光の波形にも変化が生じるものの、多光子吸収に起因する透過率の減衰ピークを検出することは可能であるので、図５に模式的に示す最適合焦点（すなわち、最適記録点）に対するフォーカスサーボを行うことによって、より高精度な記録を確実なものとすることができる。但し、必ずしも記録の際にフォーカスサーボを行う必要はなく、フォーカスの引き込みを完了した後は、フォーカスサーボループを解除するようにしてもよい。或いは、フォーカスエラーの検出のみ行うようにしてもよい。
　（再生）
　上記のようにして記録が行われた光ディスクＤ、或いは、既に記録が行われている光ディスクを再生する場合も、上述の手順と同様にして任意の記録層に対するフォーカスの引き込みを行うことができる。フォーカスの引き込みが完了すると、さらにトラッキングの引き込み及び球面収差の補正を行う。さらに、再生を行う記録層における透過光の減衰を検出し、図５と同様のフォーカスエラー信号に従ってフォーカスサーボを行うと共に、トラッキングエラー信号によるトラッキングサーボを行いながら再生用のレーザー光を照射する。そして、読取ＲＦ信号を第２光検出器５７で検出し、第２信号処理器６２で処理することによって情報の再生を行う。再生用のレーザー光は、前記レーザー光源の異なる発信部から照射するようにしてもよく、或いはレーザー光源とは別のレーザー光源（不図示）を用いるようにしてもよい。
　なお、記録マークが形成されている光ディスクは、記録層４１に屈折率変化が生じているので、従来と同様に非点収差法やナイフエッジ法などによってもフォーカス制御を行うことができる。従って、再生用のレーザー光を照射し、読取ＲＦ信号を第２光検出器５７で検出して再生を行うと共に、第２光検出器５７で検出する反射光を利用した非点収差法等によってフォーカスエラーを検出し、従来と同様の方法でフォーカスサーボを行うようにしてもよい。
　（フォーカスジャンプ）
　また、記録層から別の記録層（例えば記録層Ｌ１からＬ２）へフォーカスジャンプを行う場合には、先ず記録層Ｌ１に対するフォーカスサーボ及びトラッキングサーボを解除する。次いでメモリ６５に格納されている層間距離の情報を利用して記録層Ｌ２に対する球面収差の補正値を推定し、この推定値を用いて球面収差補正器５３の２枚のレンズ（５３ａ，５３ｂ）の位置を予め調整する。この後、光ピックアップ・アクチュエータドライバ６３により光ピックアップ部１２を光軸方向に移動させて記録層Ｌ２へのフォーカスジャンプを実行する。そして記録層Ｌ１の場合と同様に、最適合焦点の光学長及び層間距離の情報を元にして記録層Ｌ２に対するフォーカス引き込みを行う。フォーカスの引き込みが完了すると、トラッキング引き込みを行い、球面収差の補正が最適になるように調整して、フォーカスジャンプを完了する。
　以上のように、本実施形態のフォーカス制御方式によれば、多光子吸収がレーザー光の焦点近傍でのみ起こるという特性に着目し、少なくとも記録層４１の一層にレーザー光が集光した際に生じる多光子吸収に伴う透過率の減衰を検出してフォーカス制御を行うことにより、各層界面の反射率が低い多層構造の光ディスクＤに対しても、各記録層で分離されたフォーカスエラー信号を検出することができる。そのため、検出されるフォーカスエラー信号に従ってフォーカス制御すれば、任意の記録層（Ｌ１～Ｌｎ）に対して高精度なフォーカス制御を行うことが可能となる。
　さらに、本実施形態のフォーカス制御方式によれば、記録層に物理的又は化学的な非可逆変化が生じない出力でレーザー光を照射することによって、記録層に意図しない屈折率の変化が起こるのを防止してフォーカス制御を行うことができる。すなわち、記録に至らない出力に設定したことで、本実施形態が利用する多光子吸収に起因する光学特性の変化は、レーザー光が集光すれば透過率が減衰し、集光が解除されれば元の状態に戻るという可逆的な現象となり、これにより多光子吸収を利用した新規なフォーカス制御方式が実現されたのである。
　さらに、本実施形態のフォーカス制御方式によれば、特許文献３のような蛍光色素等の特殊なフォーカス制御用材料を利用しないので、既存の光ディスクＤに対しても適用できるという汎用性がある。しかも、フォーカス用のレーザー光源を記録用のレーザー光源と共用すれば、透過光を検出するための検出系（第１光検出器５５及び第１信号処理器６１）を追加するだけでよい。その結果、従来の構成に比べて光学系及び検出系を複雑化することなく、各層界面の反射率が低い多層構造の光ディスクに対しても、高精度なフォーカス制御を行うことが可能となる。
　さらに、本実施形態のフォーカス制御方式によれば、多光子吸収に起因する透過率の減衰をフォーカス制御に利用するので、記録用の高出力なレーザー光を照射して記録を行っている最中にもフォーカスエラー信号を検出することが可能となる。従って、従来のようにフォーカスサーボループを解除する必要がなく、記録を行う最中にもフォーカスサーボを行うことができる。その結果、本実施形態のフォーカス制御方式は、従来に比べて高精度な記録を行うことを可能にする。このような高精度な記録をすることができる本実施形態のフォーカス制御方式は、図１に示した多層構造の光ディスク以外にも、各層に反射層を有する光ディスクや、記録層が１０層にも満たない、従来の光ディスクに対しても適用することが可能である。
　（第２実施形態）
　続いて、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態に従うフォーカス制御方式は、多光子吸収に起因する透過率の減衰を検出することは第１実施形態と同様であるが、透過光を光ディスクＤで反射させて、その反射光を検出するようにした実施形態である。従って、第１実施形態と同じ構成については、同じ符号を付すことによって詳しい説明を省略する。
　図６は、本実施形態に適用される光ディスクＤの多層構造の部分を模式的に示した図である。図６に示すように、当該光ディスクＤは、透明な樹脂基板４と、記録層及びギャップ層で構成された多層構造の間に反射層４５を有する構成である。反射層４５の材料は特に制限されることはなく、公知の反射材料を用いることができる。このように、本実施形態に適用される光ディスクＤは、レーザー光が入射する面とは反対の面に記録層４５を有する構成であり、各層には反射層を設けないので媒体コストの高騰を抑えている。
　さらに、図７は、本実施形態の適用されるフォーカス制御装置５の概略構成図である。図７に示すように、本実施形態のフォーカス制御装置５は、多光子吸収に起因する透過率の減衰を検出するための第１光検出器５５が対物レンズ５４側に配置されており、多層構造を通過して反射層４５で反射された透過光を検出するように構成されている。この場合、第１光検出部５５は、前記反射された透過光を確実に検出可能なように、対物レンズ５４の周囲に配置することが好ましい。この場合、第１光検出器５５の受光部（例えば、フォトダイオードなどの受光素子）を対物レンズ５４の全周に亘って配置するのが好ましいが、部分的に配置するようにしてもよい。さらに好ましくは、第１光検出器５５を、対物レンズ５４を保持する筐体に設けるようにする。
　上述の構成においても、多光子吸収に起因する透過率の減衰を検出することができ、従って第１実施形態と同様のフォーカス制御を行うことが可能である。しかも、本実施形態のように構成すれば、対物レンズ５４と対向する位置に第１光検出器５５を配置する空間が必要でなくなるので、装置を小型にすることができる利点がある。
　（第３実施形態）
　さらに、第１及び第２実施形態の変形例として、第１光検出器５５を、読取ＲＦ信号を検出する第２光検出器６２と共用にすることができる。同様に、第１信号処理器６３と第２信号処理器６２を共用にすることができる。このような構成においても、多光子吸収に起因する透過率の減衰を検出することができ、従って第１及び第２実施形態と同様のフォーカス制御を行うことが可能である。しかも、本実施形態のように構成すれば、より確実に、光学系及び検出系を複雑化することなく、各層界面の反射率が低い多層構造の光ディスクＤに対するフォーカス制御を実現することが可能である。
　以上、多光子吸収に起因する透過率の減衰を検出してフォーカス制御を行う第１乃至第３実施形態について説明した。但し、本発明においては、透過率の減衰を検出することに限らず、光学特性の変化として、多光子吸収に起因して発生する蛍光を検出するようにしてもよい。この蛍光も透過率の減衰と同様に、レーザー光の焦点近傍でのみ発生する特性がある。従って、第１光検出器５５で蛍光を検出すれば、透過率の減衰と同様に、各記録層で分離された蛍光のピークを検出することができる。よって、検出される蛍光信号を微分処理すれば、図４と同等のＳ字波形を得ることができ、このＳ字波形を利用して第１乃至第３実施形態と同様のフォーカス制御を行うことができる。なお、蛍光を検出する場合、図２，図７に示した構成にさらに蛍光を分離するための光学フィルターを設けることが好ましい。
　以上、本発明の一実施形態について例示をしたが、本発明の精神及び範囲を逸脱しない範囲で多くの修正および変形が可能であることは当業者にとって明らかであり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。

Claims (24)

  1. 　多層構造の光記録媒体に適用される光ピックアップのフォーカス制御装置であって、
    　前記光記録媒体にレーザー光を照射するレーザー光源、前記レーザー光を集光する対物レンズを含むレーザー光照射手段と、
    　前記レーザー光が記録層の少なくとも一層に集光した際に生じる多光子吸収に伴う光学特性の変化を検出する光検出器と、
    　前記光検出器の検出結果に従って、前記多層構造の任意の記録層に対して光ピックアップのフォーカス制御を行う制御手段と、
    　を備えたことを特徴とするフォーカス制御装置。
  2. 　前記レーザー光は、記録層に物理的又は化学的な非可逆変化を生じさせない出力で照射することを特徴とする請求項１に記載のフォーカス制御装置。
  3. 　前記光記録媒体に情報を記録する場合、前記レーザー光は、記録層に物理的又は化学的な非可逆変化が生じる記録用の出力で照射され、
    　前記記録層に記録マークを形成すると共に、前記多光子吸収に伴う光学特性の変化の検出結果に従ってフォーカス制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のフォーカス制御装置。
  4. 　前記光記録媒体の情報を再生する場合、前記レーザー光は、記録層に物理的又は化学的な非可逆変化を生じさせない再生用の出力で照射され、
    　前記多光子吸収に伴う光学特性の変化の検出結果に従ってフォーカス制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のフォーカス制御装置。
  5. 　前記レーザー光源は、記録層に物理的又は化学的な非可逆変化を生じさせる出力値と、記録層に物理的又は化学的な非可逆変化を生じさせない出力値でレーザー光を照射可能な、少なくとも２値の出力値をとる出力値制御機能をもつレーザー光源であることを特徴とする請求項２～４のいずれか１項に記載のフォーカス制御装置。
  6. 　前記光学特性の変化は、多光子吸収に起因するレーザー光の透過率の減衰であることを特徴とする請求項１に記載のフォーカス制御装置。
  7. 　前記光学特性の変化は、多光子吸収に起因する蛍光の発生であることを特徴とする請求項１に記載のフォーカス制御装置。
  8. 　前記光検出器は、光記録媒体を介して前記対物レンズと対向する位置に配置され、前記光検出器を対物レンズと同期に走査させる走査手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のフォーカス制御装置。
  9. 　前記光検出器は、光記録媒体を介して前記対物レンズと対向する位置に配置され、前記対物レンズの走査経路に沿うように形成された細長いバンド形状であることを特徴とする請求項１に記載のフォーカス制御装置。
  10. 　前記光検出器は、前記対物レンズの周囲に配置され、対物レンズと光検出器を一体的に走査させる走査手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のフォーカス制御装置。
  11. 　前記光検出器は、再生時の読取ＲＦ信号を検出する光検出器と共用であることを特徴とする請求項１に記載のフォーカス制御装置。
  12. 　請求項１～１１のいずれか１項に記載のフォーカス制御装置を含むことを特徴とする光ピックアップ装置。
  13. 　請求項１２に記載の光ピックアップ装置を含むことを特徴とする光記録媒体のドライブ装置。
  14. 　多層構造の光記録媒体に適用される光ピックアップのフォーカス制御方法であって、
    　前記光記録媒体の記録層にレーザー光を照射し、前記レーザー光が前記記録層の少なくとも一層に集光した際に生じる多光子吸収に伴う光学特性の変化を検出し、その検出結果に従って、前記多層構造の任意の記録層に対して光ピックアップのフォーカス制御を行うことを特徴とするフォーカス制御方法。
  15. 　前記レーザー光は、記録層に物理的又は化学的な非可逆変化を生じさせない出力で光記録媒体に照射することを特徴とする請求項１４に記載のフォーカス制御方法。
  16. 　前記光記録媒体に情報を記録する際には、
    　前記光記録媒体の記録層に物理的又は化学的な非可逆変化が生じる記録用の出力でレーザー光を照射し、記録層に記録マークを形成すると共に、前記多光子吸収に伴う光学特性の変化の検出結果に従ってフォーカス制御を行うことを特徴とする請求項１４に記載のフォーカス制御方法。
  17. 　前記光記録媒体の情報を再生する際には、
    　前記光記録媒体の記録層に物理的又は化学的な非可逆変化を生じさせない出力でレーザー光を照射し、前記多光子吸収に伴う光学特性の変化の検出結果に従ってフォーカス制御を行うことを特徴とする請求項１４に記載のフォーカス制御方法。
  18. 　前記光学特性の変化は、多光子吸収に起因するレーザー光の透過率の減衰であることを特徴とする請求項１４に記載のフォーカス制御方法。
  19. 　前記光学特性の変化は、多光子吸収に起因する蛍光の発生であることを特徴とする請求項１４に記載のフォーカス制御方法。
  20. 　請求項１４～１９のいずれか１項に記載のフォーカス制御方法に適用される多層構造の光記録媒体であって、記録材料を含む記録層と、光学的に透明なギャップ層とが交互に積層した構造を有することを特徴とする光記録媒体。
  21. 　前記光記録媒体は、記録層とギャップ層の界面に反射層を有しないことを特徴とする請求項２０に記載の光記録媒体。
  22. 　前記検出する光学特性の変化が多光子吸収に起因するレーザー光の透過率の減衰である場合、前記光記録媒体の多層構造は、前記レーザー光が入射される面とは反対側の面に反射層を有することを特徴とする請求項２０又は２１に記載の光記録媒体。
  23. 　光記録媒体に情報を記録する際の光ピックアップのフォーカス制御方法であって、
    　前記光記録媒体の記録層に物理的又は化学的な非可逆変化を生じさせる出力で記録用レーザー光を照射し、前記レーザー光を記録層の少なくとも一層に集光させて記録マークを形成すると共に、前記レーザー光が記録層に集光した際に生じる多光子吸収に伴う光学特性の変化を検出し、その検出結果に従って光ピックアップのフォーカス制御を行うことを特徴とするフォーカス制御方法。
  24. 　光記録媒体に適用される光ピックアップのフォーカス制御方法であって、
    　前記光記録媒体の記録層に物理的又は化学的な非可逆変化を生じさせない出力でレーザー光を照射し、前記多光子吸収に伴う光学特性の変化の検出結果に従ってフォーカスの引き込みを行う工程と、
    　前記フォーカスの引き込みをした記録層に対して、物理的又は化学的な非可逆変化を生じさせる出力でレーザー光を照射し、前記記録層に記録マークを形成すると共に、前記多光子吸収に伴う光学特性の変化の検出結果に従ってフォーカスサーボを行う工程と、を含むことを特徴とするフォーカス制御方法。
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