WO2010113411A1 - 光ディスク装置及び多層光ディスク - Google Patents

Abstract

　光ディスク装置は、複数の情報層を有する多層光ディスクに光ビームを集光する光ディスク装置であって、光源（１２０）と、ソリッドイマージョンレンズ（１０２）を含む集光系と、光源から出射される光ビームが情報層に集光したときのスポットサイズを可変とするための凸レンズ（１０９）、凹レンズ（１１０）、可動ステージ（１１３）、送りねじ（１１４）、ステッピングモータ（１１５）及びＣＰＵ（２００）とを備え、複数の情報層のうち光ビームの入射側に近い情報層ほど、光ビームのスポットサイズが小さくなるように、凹レンズが移動される。

Description

光ディスク装置及び多層光ディスク

　本発明は、ソリッドイマージョンレンズを有する光学ヘッドを用いて、多層光ディスクの情報層に光ビームを集光する光ディスク装置及び該光ディスク装置に用いられる多層光ディスクに関するものである。

　光ディスクの高密度化へのアプローチとして、対物レンズとソリッドイマージョンレンズ（以下ＳＩＬと記す）を組合せて、高い開口数を得る集光系が構成された光ヘッドを用いる光ディスク装置が提案されている。

　この方式（以下ＳＩＬ方式という）では、ＳＩＬ及び光ディスクの保護層に高屈折率（１．８～２．０程度）の材料を用い、ギャップ制御を行ってＳＩＬと光ディスクの保護層とのギャップを２５ｎｍ程度の微小な値に近接させることによって得られるＳＩＬからの出射光を用いて、情報の記録及び再生が行われる。図８は、ＳＩＬ方式による記録再生を行うための、光ディスクを含めた光学系の基本的な構成を示す図である。

　図８において、光ディスク１０１は、基板３００、カバー層１１１及び情報層１１２で構成されており、固定具１０４で連結されているＳＩＬ１０２及び対物レンズ１０３により、光ビーム１５０が光ディスク１０１の情報層１１２に集光される。

　また、１０５は、光ディスク１０１の樹脂材料からなるカバー層１１１の表面とＳＩＬ１０２の光出射面とのギャップを示し、ギャップ１０５は、２５ｎｍ程度の大きさに制御されているものである。

　なお、ギャップ１０５の制御方法又はその制御装置の構成については、特許文献１にその一例が詳細に記されているため、ここでの説明は省略する。

　一方、１２０は光源を示し、光源１２０からの出射光は、コリーメートレンズ２０１により平行光に変換され、偏光ビームスプリッタ２０２を介してλ／４板１８０に入射され、前述した光ビーム１５０となる。

　なお、偏光ビームスプリッタ２０２は、光ディスク１０１からの反射光を、レンズ１８１を介して再生信号を得るための光電変換部１２１に入射させる。また、図８に示すように、偏光ビームスプリッタ２０２をλ／４板１８０と光源１２０とで挟んで配置することにより、光源１２０への戻り光を遮断することができる。

　また、光電変換部１２１は、トラッキング誤差信号、ＲＦ信号、及び前述したギャップ制御のためのギャップ誤差信号を生成するために設けられたものであり、必要なトラッキング誤差信号を合成するため、適宜分割されて構成されている場合もあり、あるいは複数の独立したディテクタより構成されている場合もある。

　以上のように構成された光学系により、ＳＩＬ１０２によって光ビームが集光される。光ディスク１０１の情報層１１２に照射された光ビームのスポットサイズの一例について、本件発明者らが検討した結果を述べると、図８における対物レンズ１０３の開口数を０．４２、ＳＩＬ１０２の屈折率を２．００としたとき、対物レンズ１０３とＳＩＬ１０２とを組合せて算出される実効的な開口数は、１．７０となり、そのときのスポットサイズは、０．１４μｍとなる。一方、ＢＤ（Ｂｌｕ-Ｒａｙ　Ｄｉｓｃ）におけるスポットサイズをＢＤ規格に規定されている緒元より算出すると、ＢＤにおけるスポットサイズは、０．２８０μｍとなる。したがって、前述したＳＩＬ方式におけるスポットサイズは、ＢＤの場合の２分の１となり、ＳＩＬ方式では、単位面積あたりの記録容量、即ち、記録密度を４倍に向上させることができる。

　また、さらに記録容量を向上させるための手立てとしては、ＤＶＤやＢＤですでに商品化がなされている情報層の２層化が施された２層ディスクがあり、最近では３層以上の情報層を有する多層構造の光ディスクも提案されている。

　したがって、前述したＳＩＬを備えた光学系と光ディスクの情報層の多層化の手立てとを組合せることにより、光ディスクの有する記録容量を飛躍的に増大させることが可能となる。

　しかしながら、上述したようにＳＩＬを用いた集光系により記録密度を増加させ、加えて多層化による更なる記録容量の増大を図るとすると、以下の課題が生じる。

　図９は、入射ビーム１５２が光ディスク１０１に対する入射角βで入射し、入射ビーム１５２の入射側に最も近い情報層（以下最上情報層という）１１２-１に光ビームを集光させたしたときの状況を示している。ここで、光ディスク１０１は、最上情報層１１２-１と、入射ビーム１５２の入射側から最も遠い情報層（以下最下情報層という）１１２-２とを有している。このとき、光の波長をλとし、ＳＩＬ１０２の屈折率と光ディスク１０１のカバー層１１１の屈折率とが等しく、両者をｎとすれば、そのスポットサイズΦ１は、式（１）となる。

　Φ１＝０．６×λ／（ｎ×ｓｉｎβ）…（１）

　また、式（１）より、入射ビーム１５２の光ディスク１０１に対する入射角βが大きいほど、スポットサイズΦ１が小さくなることは明らかであり、最上情報層１１２-１に集光させるために必要な入射角βは、光ディスク１０１が有する情報層（最上情報層１１２-１及び最下情報層１１２-２）に集光させるための入射角のうち最大の入射角である。

　つまり、式（１）で示したスポットサイズΦ１は、光ディスク１０１が有する情報層に集光するスポットサイズのなかで、最小のスポットサイズとなる。

　したがって、式（１）に示したスポットサイズΦ１が、最下情報層１１２-２に光ビームを集光させた場合においても得られれば、光ディスク１０１が有するすべての情報層に対して、最小のスポットサイズΦ１に適合する記録容量を得ることができ、当該光ディスク１枚の記録容量を最大とすることが可能となる。

　しかしながら、図１０に示すように、図９と同様の入射角βで入射ビーム１５２を入射させ、最下情報層１１２－２に光ビームを集光させた場合、入射ビーム１５２は、最下情報層１１２－２にて反射し、反射ビーム１５１となるが、図９に示す状況とは異なり、光ディスク１０１のカバー層１１１を出た後の反射ビーム１５１は、ＳＩＬ１０２に戻らなくなる状況が発生する。

　この事実は、光学的な説明は省略するが、最下情報層１１２－２に対して記録再生を試みるとき、トラッキング誤差信号やＲＦ信号等の記録再生に必要な信号の検出が不可能となることを示しており、光ディスク１０１の有するすべての情報層に対して、最小のスポットサイズを適用することが不可能なことを示している。

　この状況を回避するための手段として、ＳＩＬ１０２の光出射面ＥＳ、即ち、ＳＩＬ１０２がギャップ１０５を介して光ディスク１０１のカバー層１１１と向かい合う面の直径を大きくすることが考えられる。しかし、図９及び図１０に示すＳＩＬ１０２の光出射面ＥＳの直径を４０μｍとしたとき、光ディスク１０１とＳＩＬ１０２との衝突を考慮したときのディスク傾きの許容値は、ギャップ１０５を前述したように２５ｎｍ程度と仮定して算出すると、０．０７度と極めて小さい値となる。このため、ＳＩＬ１０２の光出射面ＥＳの直径をさらに大きくすることは、ディスク傾きの許容値をさらに小さくする方向となって好ましくない。

　一方、図１１は、入射ビーム１５２が、先に説明した光ディスク１０１に対する入射角βより小さい入射角β’で光ディスク１０１に入射し、最下情報層１１２-２に光ビームを集光させたときの状況を示している。このとき、光の波長をλとし、ＳＩＬ１０２の屈折率と光ディスク１０１のカバー層１１１の屈折率とが等しく、両者をｎとすれば、そのスポットサイズΦ２は式（２）となって、β＞β’であるので、スポットサイズの大小関係がΦ１＜Φ２となる。

　Φ２＝０．６×λ／（ｎ×ｓｉｎβ’）…（２）

　また、図１２は、入射ビーム１５２が光ディスク１０１に対する入射角β’で入射し、最上情報層１１２-１に光ビームを集光させたときの状況を示していて、そのときに最上情報層１１２-１において得られるスポットサイズは上述したΦ２に等しい。

　もちろん、この場合には、図１０に示すように、最上情報層１１２-１で反射した反射ビーム１５１が、ＳＩＬ１０２に戻らないという状況は発生せず、記録再生時には、トラッキング誤差信号やＲＦ信号等の記録再生に必要な信号の検出が正しく行なわれることとなる。

　しかしながら、先に説明したように、最上情報層１１２－１では、スポットサイズを最小とすることが可能であるにもかかわらず、それより大きいΦ２としているため、最上情報層１１２－１での記録容量は、スポットサイズΦ２で制限されることになる。このため、その記録容量を十分に大きくとることができなくなって、ＳＩＬ方式を用いた光ディスクの多層化による大容量化の効果としては不十分と言わざるを得ない。

　以上説明したように、光ディスクの記録容量の増大を図るため、より小さいスポットサイズを光ディスクの有するすべての情報層に適用すれば、光ビームの入射側から遠い情報層の記録再生に支障をきたす状況が発生し、一方、より大きいスポットサイズの適用は、光ディスクの多層化による大容量化の効果を十分に得ることができないこととなる。

特開２００２－３１９１６０号公報

　本発明の目的は、多層化された情報層の記録容量を増大することができるとともに、情報を安定的に記録及び／又は再生することができる光ディスク装置及び多層光ディスクを提供することである。

　本発明の一局面に従う光ディスク装置は、複数の情報層を有する多層光ディスクに光ビームを集光する光ディスク装置であって、光源と、ソリッドイマージョンレンズを含む集光系と、前記光源から出射される光ビームが前記情報層に集光したときのスポットサイズを可変とするためのスポットサイズ調整部とを備え、前記スポットサイズ調整部は、前記複数の情報層のうち前記光ビームの入射側に近い情報層ほど、前記光ビームのスポットサイズを小さくする。

　本発明の他の局面に従う多層光ディスクは、複数の情報層を備え、ソリッドイマージョンレンズから出射される光ビームの入射側に近い情報層ほど、トラックピッチが小さい。

　上記の構成により、多層化された情報層の記録容量を増大することができるとともに、情報を安定的に記録及び／又は再生することができる。

本発明の一実施の形態における光ディスク装置の構成を示す概略図である。 図１に示す光ディスク装置のスポットサイズ調整部の作用を説明するための概略図である。 図１に示す光ディスク装置のスポットサイズ調整部の作用を説明するための他の概略図である。 図１に示す光ディスク装置のスポットサイズ調整部の調整指標を示すトラッキング誤差信号を示す波形図である。 図１に示す光ディスク装置に用いられる光ディスクの構成を示す概略図である。 図５に示す光ディスクのＶＩ－ＶＩ間の断面を模式的に示す図である。 図５に示す光ディスクの最下情報層及び最上情報層のマーク列を模式的に示す図である。 従来の光ディスク装置の光学系の構成を示す概略図である。 従来の光ディスク装置において入射ビームが光ディスクの最上情報層に入射角βで入射した状態を説明するための概略図である。 従来の光ディスク装置において入射ビームが光ディスクの最下情報層に入射角βで入射した状態を説明するための概略図である。 従来の光ディスク装置において入射ビームが光ディスクの最下情報層に入射角β’で入射した状態を説明するための概略図である。 従来の光ディスク装置において入射ビームが光ディスクの最上情報層に入射角β’で入射した状態を説明するための概略図である。

　以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

　図１は、本発明の一実施の形態における光ディスク装置の構成を示している。

　図１に示す光ディスク装置は、ＳＩＬ１０２、対物レンズ１０３、固定具１０４、トラッキング制御用アクチュエータ１０７、ギャップ制御用アクチュエータ１０８、凸レンズ１０９、凹レンズ１１０、可動ステージ１１３、送りねじ１１４、ステッピングモータ１１５、光源１２０、光電変換部（ディテクタ）１２１、スピンドルモータ１４１、λ／４板１８０、レンズ１８１、コリーメートレンズ２０１、偏光ビームスプリッタ２０２、ギャップ誤差信号生成回路１２４、トラッキング誤差信号生成回路１２５、ＲＦ信号生成回路１２７、ギャップ制御回路１３４、トラッキング制御回路１３５、記録制御回路１３６、スピンドルモータ制御回路１４０、ＣＰＵ（中央演算処理装置）２００及び再生信号処理回路２０４を備える。

　ここで、ＳＩＬ１０２、対物レンズ１０３、固定具１０４、トラッキング制御用アクチュエータ１０７、ギャップ制御用アクチュエータ１０８、凸レンズ１０９、凹レンズ１１０、可動ステージ１１３、送りねじ１１４、ステッピングモータ１１５、光源１２０、光電変換部（ディテクタ）１２１、λ／４板１８０、レンズ１８１、コリーメートレンズ２０１及び偏光ビームスプリッタ２０２から光ヘッドが構成されている。なお、図示を省略しているが、光ヘッドを光ディスク１０１の半径方向に移動させる公知のトラバース機構や光ディスク１０１に対するＳＩＬ１０２の傾きを補正する公知のチルト補正機構等を適宜用いてもよい。

　図１では、光ディスク１０１を多層構造化して図示し、最上情報層と最下情報層とをそれぞれ１１２－１、１１２-２で示し、最上情報層１１２－１と最下情報層１１２-２との間に、カバー層１１１と同様の材料で充填された中間層２０３を記している。なお、基板３００は、図８に示したものと同様である。

　また、図１の光ディスク１０１として、説明を容易にするため、情報層としては最上情報層１１２－１と最下情報層１１２-２とのみで構成された２層構造の光ディスクを例に説明する。また、１０５は、光ディスク１０１の樹脂材料からなるカバー層１１１の表面とＳＩＬ１０２の光出射面とのギャップを示し、ギャップ１０５は、２５ｎｍ程度の大きさに制御されている。

　光源１２０からの出射光は、コリーメートレンズ２０１により平行光に変換され、偏光ビームスプリッタ２０２を介して、λ／４板１８０、凹レンズ１１０及び凸レンズ１０９に入射され、光ビーム１５０となる。

　凹レンズ１１０は、可動ステージ１１３に固定され、可動ステージ１１３は、送りねじ１１４を介してステッピングモータ１１５に連結され、光軸方向に移動可能な状態で光ヘッドの筐体（図示省略）に支持されている。一方、凸レンズ１０９は、光ヘッドの筐体（図示省略）に固定されている。

　ステッピングモータ１１５は、ＣＰＵ２００より供給される駆動パルス１１８により駆動され、送りねじ１１４の回転により、可動ステージ１１３すなわち凹レンズ１１０が光軸方向に移動される。このように、ステッピングモータ１１５の回転により、凹レンズ１１０と凸レンズ１０９との間の距離を可変することができる。

　ＳＩＬ１０２と対物レンズ１０３は、固定具１０４で連結され、固定具１０４と一体となって構成され、固定具１０４は、光軸方向及びトラッキング方向に移動可能な状態で光ヘッドの筐体（図示省略）に支持されている。ＳＩＬ１０２は、その端面の形状が円形であるソリッドイマージョンレンズであり、光源１２０から射出された光ビーム１５０は、対物レンズ１０３及びＳＩＬ１０２等から構成される集光系により光ディスク１０１の最上情報層１１２－１又は最下情報層１１２-２に適切なスポットサイズが得られるように集光される。ここで、ＳＩＬ１０２及び対物レンズ１０３は、ソリッドイマージョンレンズを含む集光系の一例に相当するが、集光系の構成は、この例に特に限定されず、他のレンズ等を用いてもよい。

　偏光ビームスプリッタ２０２は、光ディスク１０１からの反射光を、レンズ１８１を介して再生信号を得るための光電変換部１２１に入射させる。また、偏光ビームスプリッタ２０２をλ／４板１８０と光源１２０とで挟んで配置することにより、光源１２０への戻り光を遮断することができる。

　光電変換部１２１は、トラッキング誤差信号、ＲＦ信号、及び前述したギャップ制御のためのギャップ誤差信号を生成するために設けられたものであり、必要なトラッキング誤差信号を合成するため、適宜分割されて構成されている場合もあり、あるいは複数の独立したディテクタより構成されている場合もある。光電変換部１２１は、光ディスク１０１からの反射光を電気信号に変換した出力信号１２２を、ギャップ誤差信号生成回路１２４、トラッキング誤差信号生成回路１２５及びＲＦ信号生成回路１２７へ出力する。

　ＣＰＵ２００は、ギャップ制御のオン又はオフを指令するギャップ制御ＯＮ－ＯＦＦ指令１４３を出力し、ギャップ制御回路１３４の動作を制御する。ギャップ誤差信号生成回路１２４は、出力信号１２２から所定の手順によりギャップ誤差信号１２９を作成してギャップ制御回路１３４へ出力する。ギャップ制御回路１３４は、ギャップ誤差信号１２９を適宜処理して、ギャップ制御用アクチュエータ１０８の駆動電流１３８を生成してギャップ制御用アクチュエータ１０８へ出力し、ギャップを一定に制御するギャップ制御を成立させる。

　ＣＰＵ２００は、トラッキング制御のオン又はオフを指令するトラッキング制御ＯＮ－ＯＦＦ指令１４４を出力し、トラッキング制御回路１３５の動作を制御する。トラッキング誤差信号生成回路１２５は、出力信号１２２から所定の手順によりトラッキング誤差信号１３０を作成してトラッキング制御回路１３５及びＣＰＵ２００へ出力する。トラッキング制御回路１３５は、トラッキング誤差信号１３０を適宜処理して、トラッキング制御用アクチュエータ１０７の駆動電流１３９を生成してトラッキング制御用アクチュエータ１０７へ出力し、所望のトラックに光ビームを追従させるトラッキング制御を成立させる。ここで、トラッキング誤差信号生成回路１２５は、光電変換部１２１からの出力信号１２２を基にトラッキング誤差信号を生成する生成部の一例に相当する。

　ＲＦ信号生成回路１２７は、出力信号１２２から所定の手順によりＲＦ信号１３２を作成して再生信号処理回路２０４へ出力する。再生信号処理回路２０４は、ＲＦ信号１３２を用いて再生データ２０５の生成と再生クロック２０６の抽出とを行ってＣＰＵ２００へ出力する。

　ＣＰＵ２００は、所定の相対走査速度データ１４２をスピンドルモータ制御回路１４０に設定し、スピンドルモータ制御回路１４０は、相対走査速度データ１４２に応じてスピンドルモータ１４１を駆動する。スピンドルモータ１４１は、光ディスク１０１と光ビーム１５０との相対走査速度が相対走査速度データ１４２により決定される相対走査速度となるように光ディスク１０１を回転させる。

　情報の記録時、ＣＰＵ２００は、データ化された記録情報１６０、記録信号の周波数を含む記録条件データ１６１、及び記録制御指令となる記録ＯＮ／ＯＦＦ指令１６２を記録制御回路１３６へ出力する。記録制御回路１３６は、これらの情報等から記録パルス列１６３を作成して光源１２０へ出力する。光源１２０は、記録パルス列１６３に応じて強度変調された光ビーム１５０を出力する。

　なお、詳細な説明は省略するが、上記の各動作以外に、ＣＰＵ２００は、図示を省略した各種回路の動作を制御することにより、各種回路に各種動作を実行させるようにしてもよく、また、ＣＰＵ２００は、所定のプログラムを実行することにより各機能を達成するが、この例に特に限定されず、それぞれ専用の回路から構成してもよく、種々の変更が可能である。

　次に、凸レンズ１０９と凹レンズ１１０の作用について、図２及び図３を用いて説明する。

　図２は、光ディスク１０１の最下情報層１１２－２に集光する光ビーム１５０が適切なスポットサイズとなるように、図１に示す凸レンズ１０９、凹レンズ１１０、Ｓ１Ｌ１０２、対物レンズ１０３が配置されている状況を示している。なお、詳細は後述するが、凹レンズ１１０は、紙面上下方向（光軸方向）に移動可能である。

　図２に示す状況下での光ディスク１０１に対する光ビーム１５０の入射角は、図１１及び図１２で説明したβ’であり、そのときのスポットサイズは、式（２）で示したΦ２である。

　この状況下では、本件発明者らが検討したところによると、ＳＩＬ１０２の屈折率を２．０７、光ディスク１０１のカバー層１１１及び中間層２０３の屈折率を１．９０、光ディスク１０１のカバー層１１１の厚みを１０μｍ、中間層２０３の厚みを５μｍ、即ち、光ディスク１０１の表面より最下情報層１１２-２までの距離を１５μｍとしたとき、最下情報層１１２-２上でのスポットサイズΦ２は、略０．１６０μｍとなる。また、ＳＩＬ１０２の光出射面ＥＳの直径を４０μｍとしたとき、この状態で、最下情報層１１２-２で反射した反射ビームは、ＳＩＬ１０２の光出射面ＥＳに戻る。したがって、トラッキング誤差信号やＲＦ信号等の記録及び／又は再生に必要な信号の検出を正しく行うことができる。

　また、図３は、図２に示す状況から、凹レンズ１１０を光軸方向に凸レンズ１０９に適宜近づけたときの状況を示したものであり、図２と比較して、光ビーム１５０の幅は、凹レンズ１１０により光ディスク１０１側で拡大され、最上情報層１１２-１に集光する光ビーム１５０が適切なスポットサイズとなっている。

　この状況下での光ディスク１０１に対する光ビーム１５０の入射角は、図９及び図１０で説明したβ（＞β’）であり、そのときのスポットサイズは、式（１）で示したΦ１（＜Φ２）である。

　本件発明者らが検討したところによると、図３に示す状況下では、ＳＩＬ１０２の屈折率、光ディスク１０１のカバー層１１１の屈折率、光ディスク１０１の表面より最上情報層１１２-１までの距離、即ち光ディスク１０１のカバー層１１１の厚みを、図２の場合と同様としたとき、最上情報層１１２-１上でのスポットサイズΦ１は、略０．１４０μｍとなって、前述した最下情報層１１２-２でのスポットサイズΦ２の略０．８７５倍となる。また、ＳＩＬ１０２の光出射面ＥＳの直径を４０μｍとしたとき、この状態でも、最上情報層１１２-１で反射した反射ビームは、ＳＩＬ１０２の光出射面ＥＳに戻る。したがって、この場合も、トラッキング誤差信号やＲＦ信号等の記録及び／又は再生に必要な信号の検出を正しく行うことができる。

　つまり、凸レンズ１０９と凹レンズ１１０の両者の距離の増加又は減少により、光ビーム１５０のビーム幅は拡大又は縮小し、光ビーム１５０が集光する各々の情報層でのスポットサイズの大きさを可変とすることができることを意味する。

　ここで、図１に示すように、凹レンズ１１０は、可動ステージ１１３に固定され、可動ステージ１１３は、送りねじ１１４を介してステッピングモータ１１５に連結されていて、ＣＰＵ２００より供給される駆動パルス１１８により駆動される。

　したがって、最下情報層１１２-２あるいは最上情報層１１２-１に光ビーム１５０を集光させ、各々の情報層で所定のスポットサイズを得るためには、上述したようにＣＰＵ２００よりステッピングモータ１１４に対して必要な数の駆動パルス１１８を供給し、凸レンズ１０９と凹レンズ１１０を適切な位置関係に設定すればよい。

　以上より、凸レンズ１０９と、ＣＰＵ２００と、ＣＰＵ２００から供給される駆動パルス１１８により駆動されるステッピングモータ１１５と、送りねじ１１４と、可動ステージ１１３と、凹レンズ１１０とは、光源１２０から出射される光ビームが情報層に集光したときのスポットサイズを可変とするスポットサイズ調整部の一例を構成していることになる。また、凹レンズ１１０は、光ビームの光軸方向に移動可能に支持される可動レンズの一例を構成し、ステッピングモータ１１５、送りねじ１１４、可動ステージ１１３及びＣＰＵ２００は、可動レンズを光軸方向に移動させる移動部の一例を構成している。なお、スポットサイズ調整部の構成は、上記の例に特に限定されず、光ビームが情報層に集光したときのスポットサイズを変更することができれば、凸レンズ１０９を移動したり、他の光学部品を用いたり、他のアクチュエータを用いたりする等の種々の変更が可能である。

　以上、説明したように、本実施の形態では、上述したスポットサイズ調整部を作用させることにより、光ディスク１０１の最上情報層１１２-１に照射する光ビームのスポットサイズを最下情報層１１２-２のそれより小さくすることが可能となり、記録及び／又は再生もそれらのスポットサイズを用いて行われることになる。このように、スポットサイズ調整部は、複数の情報層を有する多層光ディスクの情報を再生及び／又は記録するときに、複数の情報層のうち光ビームの入射側に近い情報層ほど、光ビームのスポットサイズを小さくする。

　また、本実施の形態のスポットサイズ調整部は、最上情報層１１２－１に対する光ビームの入射角βを最下情報層１１２－２に対する光ビームの入射角β’より大きくすることにより、光ディスク１０１の最上情報層１１２-１に照射する光ビームのスポットサイズを最下情報層１１２-２のそれより小さくしている。このように、スポットサイズ調整部は、複数の情報層を有する多層光ディスクの情報を再生及び／又は記録するときに、複数の情報層のうち光ビームの入射側に近い情報層ほど、光ビームの入射角を大きくする。

　したがって、本実施の形態においては、光ディスク１０１の最下情報層１１２－２より最上情報層１１２－１の記録密度を高めることが可能となる。例えば、前述した最下情報層１１２－２でのスポットサイズ０．１６０μｍから計算した最下情報層１１２－２が有する記録容量は略７８ＧＢとなり、最上情報層１１２－１でのスポットサイズ０．１４０μｍから計算した最上情報層１１２－１が有する記録容量は略１０１ＧＢとなって、本実施の形態における２層構造の多層光ディスク１枚あたりの記録容量は１７９ＧＢとなる。この結果、二つの情報層でのスポットサイズを最下情報層１１２－２でのスポットサイズ０．１６０μｍに統一して記録再生を行う場合の多層光ディスク１枚あたりの記録容量１５６ＧＢに対し、本実施の形態では、略１．１５倍の記録容量とすることができる。

　また、図２及び図３に示す状況から明らかなように、最下情報層１１２－２からの反射光は、ＳＩＬ１０２の光出射面ＥＳに戻っており、先に課題として説明したようなトラッキング誤差信号やＲＦ信号等の記録再生に必要な信号の検出が不可能となることはない。

　なお、上述した記録容量は、光ディスク１０１と光ビーム１５０との相対走査速度と、記録信号の有する周波数とを適宜設定し、各々の情報層でのスポットサイズに適合したマーク長を有するマークを各々の情報層に形成することにより得られる。

　ここで、図１によれば、前述した記録信号は、記録パルス列１６３として示されており、データ化された記録情報１６０、記録信号の周波数を含む記録条件データ１６１、及び記録制御指令、即ち記録ＯＮ／ＯＦＦ指令１６２が、ＣＰＵ２００から記録制御回路１３６に供給されており、記録制御回路１３６は、これらの情報等から記録パルス列１６３を作成する。さらに、記録パルス列１６３は、光源１２０に対して供給され、記録パルス列１６３に応じて強度変調された光ビーム１５０が、光源１２０から出力される。

　本件発明者らが検討したところによると、最下情報層１１２－２のスポットサイズ０．１６０μｍに適合した最短マーク長は、略０．０８５μｍであり、最上情報層１１２－１のスポットサイズ０．１４０μｍに適合した最短マーク長は、略０．０７４μｍであった。そのような各々のマーク長が得られるように、前述した光ディスク１０１と光ビーム１５０との相対走査速度を決定するとともに、記録信号の有する周波数を選択し、ＣＰＵ２００の内部のメモリに記録条件データ１６１を設定した。

　なお、光ディスク１０１と光ビーム１５０との所望の相対走査速度を得るには、図１に示すように、所定の相対走査速度データ１４２をＣＰＵ２００よりスピンドルモータ制御回路１４０に対して設定し、光ディスク１０１に連結したスピンドルモータ１４１を駆動する。

　また、本実施の形態では、ＣＰＵ２００は、上記のスポットサイズ調整部を制御して凹レンズ１１０を移動し、光ビームが記録及び／又は再生の対象となる情報層上に所望のスポットサイズに集光したか否かを以下のようにして判定している。すなわち、ＣＰＵ２００は、図１における光電変換部１２１の出力信号１２２を用いてトラッキング誤差信号生成回路１２５で合成されたトラッキング誤差信号１３０を観測する。例えば、ＣＰＵ２００は、図４に示すように、その振幅が実線で示すような低レベル状態から、破線で示すような最大レベルとなることをもって、光ビームが記録及び／又は再生の対象となる情報層上で所望のスポットサイズに集光したと判定する。

　このように、ＣＰＵ２００は、トラッキング誤差信号１３０の振幅が最大となったとき、記録及び／又は再生の対象となる情報層上で所望のスポットサイズに集光したと判定し、トラッキング誤差信号１３０の振幅が最大となるように駆動パルス１１８を出力又は停止することにより、ステッピングモータ１１５を制御する。この結果、ステッピングモータ１１５は、トラッキング誤差信号１３０の振幅が最大となるように、送りねじ１１４の回転を制御し、凹レンズ１１０の位置は、光ビームが記録及び／又は再生の対象となる情報層上で所望のスポットサイズに集光するように制御される。

　上記のように、図１に示すようにトラッキング誤差信号１３０をＣＰＵ２００に入力し、その観測機能をＣＰＵ２００に包含させることにより、トラッキング誤差信号１３０の最適な状態をＣＰＵ２００に判定させることが可能である。

　なお、図１におけるギャップ誤差信号生成回路１２４は、光電変換部１２１の出力信号１２２を受け、所定の手順によりギャップ誤差信号１２９を生成し、ギャップ制御回路１３４により適宜処理されることによって、ギャップ制御用アクチュエータ１０８の駆動電流１３８を生成してギャップ制御を成立させる。また、ギャップ制御のＯＮ－ＯＦＦ指令１４３は、ＣＰＵ２００よりギャップ制御回路１３４に供給される。

　また、図１におけるトラッキング誤差信号生成回路１２５は、光電変換部１２１の出力信号１２２を受け、所定の手順によりトラッキング誤差信号１３０を生成し、トラッキング制御回路１３５により適宜処理されることによって、トラッキング制御用アクチュエータ１０７の駆動電流１３９を生成してトラッキング制御を成立させる。また、トラッキング制御のＯＮ－ＯＦＦ指令１４４は、ＣＰＵ２００よりトラッキング制御回路１３５に供給される。

　また、図１におけるＲＦ信号生成回路１２７は、光電変換部１２１の出力信号１２２を受け、所定の手順によりＲＦ信号１３２を生成し、再生信号処理回路２０４は、ＲＦ信号１３２を用いて、再生データ２０５の生成と再生クロック２０６の抽出を行う。

　なお、再生データ２０５と再生クロック２０６とをＣＰＵ２００で処理する場合、例えば、再生データ２０５が画像データであれば、ＣＰＵ２００に画像処理機能を設けることにより、適切な画像処理が施されることになる。

　次に、本実施の形態に用いられる光ディスク１０１についてさらに詳細に説明する。本件発明者らが検討したところによると、最下情報層１１２－２のスポットサイズ０．１６０μｍに適合したトラックピッチは、０．１８３μｍであり、最上情報層１１２－１でのスポットサイズ０．１４０μｍに適合したトラックピッチは、０．１６０μｍである。

　したがって、本実施の形態における光ディスク１０１は、最上情報層１１２－１のトラックピッチを最下情報層１１２－２より小さくした、即ち、光ビーム１５０の入射側に近い情報層ほどトラックピッチを小さくした多層光ディスクであり、その光ディスク１０１を図５に示す。

　また、図６は、図５に示した光ディスク１０１のＶＩ－ＶＩ間の断面を模式的に示す図であり、先に説明したように、図６における最下情報層１１２－２のトラックピッチ２５０は、最下情報層１１２－２でのスポットサイズ０．１６０μｍに適合したトラックピッチの０．１８３μｍであり、最上情報層１１２－１のトラックピッチ２５１は、最上情報層１１２－１のスポットサイズ０．１４０μｍに適合したトラックピッチの０．１６０μｍである。

　また、本実施の形態における光ディスクは、図５に示す光ディスク１０１の最上情報層１１２－１に形成された最短マークのマーク長が、最下情報層１１２－２に形成された最短マークのマーク長より短い、即ち、光ビームの入射側に近い情報層ほど、光ビームの走査方向に沿って形成される最短マークのマーク長が短い多層光ディスクであり、最上情報層１１２－１と最下情報層１１２－２とに形成された各々の情報層における最短マークのマーク列を図７に示す。

　図７の上段は、最下情報層１１２－２において光ビームの走査方向ＳＤに沿って形成される最短マーク２５２のマーク列を示しており、下段は、最上情報層１１２－１において光ビームの走査方向ＳＤに沿って形成される最短マーク２５３のマーク列を示している。先に説明したように、最下情報層１１２－２の最短マーク長２５４は、最下情報層１１２－２でのスポットサイズ０．１６０μｍに適合した長さの０．０８５μｍであり、最上情報層１１２－１の最短マーク長２５５は、最上情報層１１２－１でのスポットサイズ０．１４０μｍに適合した長さの０．０７４μｍである。

　なお、本実施の形態では、光ディスク１０１の有する情報層に相変化型の材料を用い、レーザ光の照射による結晶状態を変化させることによる「マーク」を形成する光ディスクを例に説明したが、本発明が適用される光ディスクは、この例に特に限定されず、種々の光ディスクに本発明を適用可能である。例えば、再生専用型の光ディスクにおけるピットであっても、最上情報層における最短ピット長は、最下情報層における最短ピット長より短くすることができる。したがって、再生専用型の光ディスクは、光ビームの入射側に近い情報層ほど、光ビームの走査方向に沿って形成される最短ピットのピット長が短い多層光ディスクとなる。この場合も、上記と同様の効果を得ることができる。

　以上、説明したように、本実施の形態による光ディスク装置は、多層光ディスクの光ビームの入射側に近い情報層ほど集光させる光ビームのスポットサイズを小さくすることにより、記録密度を高める、即ち当該光ディスク１枚当たりの記録容量を大きくすることが可能となる。また、本実施の形態に用いられる光ディスクは、光ビームの入射側に近い情報層ほど小さいスポットサイズに適合したディスク構造を有しているので、より大きな記録容量を実現することができる。

　また、本実施の形態では、多層光ディスクとして２層構造の光ディスクを用いたが、３層以上の情報層を有する多層光ディスクの場合にも、本発明を適用することができる。すなわち、前述したスポットサイズ調整部を適用し、最下情報層及び最上情報層以外の中間の情報層にも、最下情報層より小さく且つ最上情報層より大きいスポットサイズで光ビームを集光させることが可能である。すなわち、上記のスポットサイズ調整部によって各情報層のスポットサイズを変化させることにより、光ビームの入射側に近い情報層ほど、光ビームのスポットサイズを小さくするように、光ビームを集光させることが可能である。したがって、その中間の情報層の記録容量も最下情報層の記録容量より大きくとることが可能となって、結果として３層以上の情報層を有する多層光ディスクの場合にも、その多層光ディスク一枚当たりの記録容量を大きくすることができる。

　また、本実施の形態に用いられる光ディスクは、最上情報層１１２－１と最下情報層１１２－２とでマーク長あるいはピット長が異なって記録されているため、この両者の情報層の再生時における光ディスク１０１と光ビーム１５０との相対走査速度を同一にして再生処理を実行するという再生方法をとれば、以下に記す効果を得ることができる。

　それは、マーク長あるいはピット長が異なって記録されている最上情報層１１２－１及び最下情報層１１２－２の再生時では、図１における再生信号処理回路２０４で適宜処理されて抽出された再生クロック２０６の有する周波数が異なるという事実に基づくものである。例えば、本実施の形態では、最短マーク長が長い最下情報層１１２－２の再生時では、周波数の低い再生クロック２０６が得られ、最短マーク長が短い最上情報層１１２－１の再生時では、周波数の高い再生クロック２０６が得られる。

　ここで、本実施の形態では、スピンドルモータ制御回路１４０及びスピンドルモータ１４１が、複数の情報層の各々に対して、光ビーム１５０と光ディスク１０１のマーク又はピットとの相対走査速度が等しくなるように、光ディスク１０１を回転させる回転部の一例に相当し、ＣＰＵ２００が、光ディスク１０１のマーク又はピットの再生信号から抽出した再生クロック２０６の周波数を基に複数の情報層を判別する判別部の一例に相当する。

　したがって、図１に示すように、再生クロック２０６をＣＰＵ２００に入力し、その周波数の計数機能をＣＰＵ２００に設けておけば、当該光ディスク装置の初期の起動時において、情報層の判別に特別な処理あるいは専用のハードウェアの増設を必要とすることなく、実際に再生している情報層が所望の情報層であるかどうかを即座に判定することができる。この場合、光ディスク装置が当該情報層に対してあらかじめ定められた処理、例えば当該情報層に対する記録条件データ（図１に１６１として示す）等の設定処理をすばやく実行することが可能となって、光ディスク装置の起動時間の短縮に貢献するものである。

　上記の実施の形態から本発明について要約すると、以下のようになる。即ち、本発明に係る光ディスク装置は、複数の情報層を有する多層光ディスクに光ビームを集光する光ディスク装置であって、光源と、ソリッドイマージョンレンズを含む集光系と、前記光源から出射される光ビームが前記情報層に集光したときのスポットサイズを可変とするためのスポットサイズ調整部とを備え、前記スポットサイズ調整部は、前記複数の情報層のうち前記光ビームの入射側に近い情報層ほど、前記光ビームのスポットサイズを小さくする。

　この光ディスク装置においては、複数の情報層のうち光ビームの入射側に近い情報層ほど、光ビームのスポットサイズを小さくしているので、多層化された光ディスクの各々の情報層の記録密度が最大となり、光ディスク一枚あたりの記録容量を最大とすることができる。また、各情報層で反射した光ビームがソリッドイマージョンレンズの光出射面に効率よく入射されるので、すべての情報層に対して情報の記録及び／又は再生を安定的に行うことができる。この結果、多層化された情報層の記録容量を増大することができるとともに、情報を安定的に記録及び／又は再生することができる。

　前記スポットサイズ調整部は、前記複数の情報層のうち前記光ビームの入射側に近い情報層ほど、前記光ビームの入射角を大きくすることが好ましい。

　この場合、複数の情報層のうち光ビームの入射側に近い情報層ほど、光ビームの入射角を大きくしているので、複数の情報層のうち光ビームの入射側に近い情報層ほど、光ビームのスポットサイズを小さくすることができる。

　前記スポットサイズ調整部は、前記光ビームの光軸方向に移動可能に支持される可動レンズと、前記可動レンズを光軸方向に移動させる移動部とを含み、前記移動部は、前記複数の情報層のうち前記光ビームの入射側に近い情報層ほど、前記光ビームの入射角が大きくなるように、前記可動レンズを光軸方向に移動させることが好ましい。

　この場合、複数の情報層のうち光ビームの入射側に近い情報層ほど、光ビームの入射角が大きくなるように、可動レンズを光軸方向に移動させているので、簡略な構成で、複数の情報層のうち光ビームの入射側に近い情報層ほど、光ビームのスポットサイズを小さくすることができる。

　上記光ディスク装置は、前記情報層によって反射される光を電気信号に変換するための光電変換部と、前記光電変換部からの出力信号を基にトラッキング誤差信号を生成する生成部とをさらに備え、前記移動部は、前記トラッキング誤差信号の振幅が最大となるように前記可動レンズの位置を制御することが好ましい。

　この場合、トラッキング誤差信号の振幅が最大となるように可動レンズの位置を制御しているので、簡略な構成で、光ビームが記録及び／又は再生の対象となる情報層上に所望のスポットサイズで集光したことを検出することができ、可動レンズの位置を高精度に制御することができる。

　前記光ビームの走査方向に形成される前記多層光ディスクの最短マークのマーク長又は最短ピットのピット長は、前記複数の情報層のうち前記光ビームの入射側に近い情報層ほど短く、上記光ディスク装置は、前記複数の情報層の各々に対して、前記光ビームと前記多層光ディスクのマーク又はピットとの相対走査速度が等しくなるように、前記多層光ディスクを回転させる回転部と、前記多層光ディスクのマーク又はピットの再生信号から抽出した再生クロックの周波数を基に前記複数の情報層を判別する判別部とをさらに備えることが好ましい。

　この場合、光ディスクのマーク又はピットの再生信号から抽出した再生クロックの周波数を基に複数の情報層を判別することができるので、実際に再生している情報層がどの情報層であるかを即座に判定することができ、光ディスク装置の起動時間を短縮することができる。

　本発明に係る多層光ディスクは、複数の情報層を備え、前記複数の情報層のうち、ソリッドイマージョンレンズから出射される光ビームの入射側に近い情報層ほど、トラックピッチが小さい。

　この多層光ディスクにおいては、ソリッドイマージョンレンズから出射される光ビームの入射側に近い情報層ほど、トラックピッチが小さいので、複数の情報層のうち光ビームの入射側に近い情報層ほど、光ビームのスポットサイズを小さくして情報を記録及び／又は再生することにより、多層化された光ディスクの各々の情報層の記録密度が最大となり、光ディスク一枚あたりの記録容量を最大とすることができる。また、各情報層で反射した光ビームがソリッドイマージョンレンズの光出射面に効率よく入射されるので、すべての情報層に対して情報の記録及び／又は再生を安定的に行うことができる。この結果、多層化された情報層の記録容量を増大することができるとともに、情報を安定的に記録及び／又は再生することができる。

　前記複数の情報層のうち前記光ビームの入射側に近い情報層ほど、前記光ビームの走査方向に形成される最短マークのマーク長又は最短ピットのピット長が短いことが好ましい。

　この場合、光ビームの入射側に近い情報層ほど、光ビームの走査方向に形成される最短マークのマーク長又は最短ピットのピット長を短くしているので、光ビームの入射側に近い情報層ほど光ビームの走査方向に形成されるマーク又はピットの長さ及び幅が短くなり、一枚あたりの記録容量が最大となるような多層構造を有する多層光ディスクの提供が可能となる。

　本発明は、多層光ディスクの光ビームの入射側に近い情報層ほど、集光させる光ビームのスポットサイズを小さくすることにより、多層光ディスクの記録容量を大きくすることが可能な光ディスク装置を提供することができる。

Claims (7)

1. 　複数の情報層を有する多層光ディスクに光ビームを集光する光ディスク装置であって、
   　光源と、
   　ソリッドイマージョンレンズを含む集光系と、
   　前記光源から出射される光ビームが前記情報層に集光したときのスポットサイズを可変とするためのスポットサイズ調整部とを備え、
   　前記スポットサイズ調整部は、前記複数の情報層のうち前記光ビームの入射側に近い情報層ほど、前記光ビームのスポットサイズを小さくすることを特徴とする光ディスク装置。
2. 　前記スポットサイズ調整部は、前記複数の情報層のうち前記光ビームの入射側に近い情報層ほど、前記光ビームの入射角を大きくすることを特徴とする請求項１記載の光ディスク装置。
3. 　前記スポットサイズ調整部は、
   　前記光ビームの光軸方向に移動可能に支持される可動レンズと、
   　前記可動レンズを光軸方向に移動させる移動部とを含み、
   　前記移動部は、前記複数の情報層のうち前記光ビームの入射側に近い情報層ほど、前記光ビームの入射角が大きくなるように、前記可動レンズを光軸方向に移動させることを特徴とする請求項２記載の光ディスク装置。
4. 　前記情報層によって反射される光を電気信号に変換するための光電変換部と、
   　前記光電変換部からの出力信号を基にトラッキング誤差信号を生成する生成部とをさらに備え、
   　前記移動部は、前記トラッキング誤差信号の振幅が最大となるように前記可動レンズの位置を制御することを特徴とする請求項３記載の光ディスク装置。
5. 　前記光ビームの走査方向に形成される前記多層光ディスクの最短マークのマーク長又は最短ピットのピット長は、前記複数の情報層のうち前記光ビームの入射側に近い情報層ほど短く、
   　前記複数の情報層の各々に対して、前記光ビームと前記多層光ディスクのマーク又はピットとの相対走査速度が等しくなるように、前記多層光ディスクを回転させる回転部と、
   　前記多層光ディスクのマーク又はピットの再生信号から抽出した再生クロックの周波数を基に前記複数の情報層を判別する判別部とをさらに備えることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の光ディスク装置。
6. 　複数の情報層を備え、
   　前記複数の情報層のうち、ソリッドイマージョンレンズから出射される光ビームの入射側に近い情報層ほど、トラックピッチが小さいことを特徴とする多層光ディスク。
7. 　前記複数の情報層のうち前記光ビームの入射側に近い情報層ほど、前記光ビームの走査方向に形成される最短マークのマーク長又は最短ピットのピット長が短いことを特徴とする請求項６記載の多層光ディスク。

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