JP3805194B2 - 光学情報再生装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光学情報記録再生装置に関し、特に光ディスクドライブの読み出し光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は、光ディスクドライブの一般的な光学系の概略図である。半導体レーザ１から出射したレーザ光はコリメータレンズ２３と三角プリズム２により平行かつ円形状のビームになる。この後、レーザ光は偏光ビームスプリッタ３１により反射され、λ／４波長板２１により円偏光に変換される。この円偏光は対物レンズ４１により光ディスク５０上に集光される。光ディスク５０の内部には案内溝があり、この溝に沿って、反射率の異なる記録マークが書き込まれている。記録マークの長さや間隔は記録すべき情報にしたがってエンコードされている。光ディスク５０は回転しているので、レーザ光の照射位置にある記録マークが移動し、反射光量が時間と共に変化する。
【０００３】
情報を持った反射光は対物レンズ４１に戻り、λ／４波長板２１により円偏光から直線偏光に変換される。この偏光方向は半導体レーザ１からの出射光の偏光方向に対して直交しているので、偏光ビームスプリッター３１を透過する。この透過光はハーフプリズム３２により二つの光束に分けられる。ハーフプリズム３２の透過光は半分がナイフエッジ２２で遮られた後、集光レンズ４２で焦点位置にある２分割光検出器５１上に絞り込まれる。
【０００４】
光ディスク５０が光軸方向にずれて照射光の焦点が記録マークのある層からずれると、２分割光検出器５１の二つの光検出素子に入る光量にアンバランスが生じる。このアンバランスを電子回路６０により差動信号として検出し、フォーカス・エラー信号７１とする。対物レンズ４１からの出射光の焦点位置が常に記録マークのある層に合うように、このフォーカス・エラー信号７１を用いて、レンズアクチュエータ６３による対物レンズ４１の位置の調整を行い、デフォーカスにならないようにしている。一方、ハーフプリズム３２で反射された光は集光レンズ４３で２分割光検出器５２上にデフォーカス状態で照射する。電子回路６１は差動回路となっており、その出力はトラッキング・エラー信号７２となる。また、電子回路６２で合算された信号はデータ信号７３となる。
【０００５】
上記に示した光ディスクドライブの従来例は、フォーカス・エラー信号の検出方式はナイフエッジ法、トラッキング・エラー信号は回折光差動型と呼ばれる方式により検出している。これらの他に、色々な方式が提案されており、代表的なフォーカス・エラー信号の検出方式としては、非点収差方式、像回転方式、等がある。トラッキング・エラー信号の検出方式に関しては、３スポット型、ウォブリング型、位相差法、等がある。これらの方式には光学調整あるいは光の利用効率等における長所短所があり、ドライブの種類によって使い分けられている。これらの詳細については、「光ディスクストレージの基礎と応用」（角田義人 監修、社団法人電子情報通信学会編）に詳しく記述されている。
【０００６】
大容量・高速データの転送が可能になりつつある現在、情報記憶媒体としての光ディスクは、動画像情報等の大容量データを記録するために高密度化が求められている。この達成のためには、光学情報媒体の記録マークの間隔とトラックピッチを短くせざるを得ない。記録マーク間隔及びトラックピッチの小さな光学情報媒体に対して読み書きを行うためには微小なレーザスポットが必要であり、開口数の大きい対物レンズを用いて波長程度のサイズまでレーザスポットは微小化されつつある。しかし、スポットサイズには回折限界で決まる下限があり、どこまでも微小化することはできない。このため、記録マークのサイズあるいはトラックピッチの寸法で決まる面内記録密度はスポットサイズの下限で決まる限界がある。そこで、光学情報記録膜を多層化して、光ディスクの面積当たりの情報密度を向上させようとすることが考えられている。
【０００７】
多層の光ディスクから情報を読み出すとき、層間の信号のクロストークが発生し、従来方式の光ヘッドでは読み出し信号に大きな誤差が生じることがある。その原因の一つに、レーザ光の焦点位置が読み出そうとしている光学情報媒体層から外れてしまうことがある。
【０００８】
フォーカス・エラー信号における干渉をなくする技術が、特開平１０−２２２８６７号公報「光ピックアップ装置」に開示されている。この技術は２分割検出器の両側に小さい面積の補助受光領域を設けるものである。基本的な考え方は、単層のフォーカス・エラー信号の広がりを狭くするということであり、隣接光学情報媒体層からの反射光の光検出器への入射状態は考慮していない。このため、補助受光領域からの信号量を電気的に補正してフォーカス・エラー信号を生成する必要がある。また、特開平１１−２８３２５７号公報「光ディスク装置及びそのフォーカスサーボ方法」には、光学レンズが光ディスクに対して光学的なコンタクト状態に保持されている場合であっても確実にフォーカスサーボが行われるようにする技術が記載されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、多層光ディスクを読み出す光ディスクドライブの読み出し光学系において、隣接光学情報媒体層によるフォーカス・エラー信号のクロストークを低減することが課題である。
【００１０】
図３は、多層ディスクから生成されるフォーカス・エラー信号の問題点を説明するための概略図である。図３には、第１光学情報媒体層５１１及び第２光学情報媒体層５１２を備える２層の光ディスク５０１の概略断面図を示す。図示省略する半導体レーザからの照射光８０は対物レンズ４１により集光され、第１光学情報媒体層５１１上に焦点が合っているものとする。反射光は対物レンズ４１を透過した後、平行光となり、途中ナイフエッジ２２により一部の平行光が遮られる。ナイフエッジ２２を透過した光は、集光レンズ４３により８１の状態で２分割光検出器５１に入射する。
【００１１】
図４に示すように、第１光学情報媒体層５１１からの反射光８１は２分割光検出器５１の分割位置に小さなスポットとして集光される。この状態では、２分割光検出器５１の各検出素子には同光量入射している。フォーカス・エラー信号は２分割光検出器の差信号として得られるので、焦点が合っている場合の差信号はゼロになる。隣接層がない単層の光ディスクの場合は、この信号によって焦点位置を最適にするようにサーボをかけることが可能である。しかし、隣接層がある場合には、隣接層による反射光がフォーカス・エラー信号に悪影響を及ぼす。その理由を次に説明する。
【００１２】
光ディスク５０１は多層になっているので、図３に示すように、第２光学情報媒体層５１２にも第１光学情報媒体層５１１を透過したレーザ光８２がデフォーカスの状態で照射している。対物レンズ４１を通過した第２光学情報媒体層５１２からの反射光８３は平行光ではなく収束光になる。集光レンズ４３を通過の後、反射光８４の光束の大きさが最小となる位置は集光レンズ４３に近づき、２分割光検出器５１の検出器面では広がった状態になる。図５に第２光学情報媒体層５１２からの反射光８４の２分割光検出器５１への照射状態を示す。反射光８４は２分割光検出器５１の片方にのみ入射することになる。
【００１３】
以上、第１光学情報媒体層５１１からと第２光学情報媒体層５１２からの反射光について別々に２分割光検出器５１への入射状態を説明したが、実際にはこれらの反射光は同時に２分割光検出器５１に入射する。このため、第１光学情報媒体層５１１に焦点が合っているにもかかわらず、２分割光検出器５１からの差信号はゼロとはならず、バランスの崩れたものとなる。この状態でサーボをかけると、焦点位置からずれてしまうことになる。このことは、第２光学情報媒体層が第１光学情報媒体層より対物レンズ４１側にある場合も起こり、バランスが逆の方向にずれることになる。
【００１４】
光ディスク５０１を対物レンズ４１から遠ざけて行ったときの差信号（フォーカス・エラー信号）を図６に示す。図６の横軸は対物レンズ４１の焦点位置である。位置７４の近傍が第２光学情報媒体層５１２の位置、位置７５の近傍が第１光学情報媒体層５１１の位置であるが、差信号ゼロの位置は完全には媒体層の位置７４，７５と一致しない。
本発明は、多層光ディスクを読み出す際の上記問題点に鑑み、フォーカス・エラー信号に現れる他の層からの反射光の影響を低減することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、隣接層からの反射光が入射する光検出器の部分を分割し、分割した光検出器からの信号の差をとって相殺することにより隣接層からの反射光の影響を回避する。
【００１６】
すなわち、本発明による光学情報記録装置は、複数の光学情報媒体層を有する光ディスクに光照射によって情報を記録する光学情報記録装置において、光源と、光源からの光を集光して光ディスクに照射する光照射手段と、光ディスクからの戻り光の所定の領域を取り出して集光させる集光手段と、集光手段によって集光された光ディスクからの戻り光を検出する光検出器とを備え、光検出器は、光ディスクの一つの光学情報媒体層を光照射手段による集光位置で照射したとき、前記一つの光学情報媒体層からの戻り光に起因する出力が略等しくなるように配置された第１及び第２の光検出素子と、前記一つの光学情報媒体層以外の光学情報媒体層からの戻り光に起因する出力が第１の光検出素子と略等しくなるように配置された第３の光検出素子と、前記一つの光学情報媒体層以外の光学情報媒体層からの戻り光に起因する出力が第２の光検出素子と略等しくなるように配置された第４の光検出素子とを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明による光学情報再生装置は、第１の光学情報媒体層及び第２の光学情報媒体層を有する光ディスクから情報を再生する光学情報再生装置において、光源と、光源からの光を集光して光ディスクに照射する光照射手段と、光ディスクからの戻り光の所定の領域を取り出して集光させる集光手段と、集光手段によって集光された光ディスクからの戻り光を検出する光検出器とを備え、光検出器は、光ディスクの第１あるいは第２の光学情報媒体層を光照射手段による集光位置で照射したとき第１あるいは第２の光学情報媒体層からの戻り光に起因する出力が略等しくなるように配置された第１及び第２の光検出素子と、光ディスクの第１の光学情報媒体層を光照射手段による集光位置で照射したとき第２の光学情報媒体層からの戻り光に起因する出力が第１の光検出素子と略等しくなるように配置された第３の光検出素子と、光ディスクの第２の光学情報媒体層を光照射手段による集光位置で照射したとき第１の光学情報媒体層からの戻り光に起因する出力が第２の光検出素子と略等しくなるように配置された第４の光検出素子とを備えることを特徴とする。
【００１８】
上記光学情報記録装置あるいは光学情報再生装置において、フォーカス・エラー信号は、第１及び第４の光検出素子の出力の和と、第２及び第３の光検出素子の出力の和との差分に基づいて発生することができる。
また、第１及び第２の光検出素子の受光面積は第３及び第４の光検出素子の受光面積より小さく設定するのがよい。
【００１９】
また、本発明による光ヘッド装置は、光源と、光源からの光を集光して光ディスクに照射する光照射手段と、光照射手段の集光位置を調整するための駆動手段と、光ディスクからの戻り光の所定の領域を取り出して集光させる集光手段と、集光手段によって集光された光ディスクからの戻り光を検出する光検出器と、光検出器の出力からフォーカス・エラー信号を発生して当該フォーカス・エラー信号により駆動手段をフィードバック制御する制御手段とを備える光ヘッド装置において、光検出器として中央の２個の検出素子と外側の２個の検出素子からなる４分割光検出器を備え、制御手段は光検出器の各検出素子の信号の極性を隣接素子同士で交互に変えて加算してフォーカス・エラー信号を発生することを特徴とする。
本発明によると、多層の光学情報媒体層を備える光ディスクにおいて焦点位置制御を正確に行うことができるようになり、多層光ディスクの読み出し信頼性が向上する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。理解を容易にするため、以下の図において同等の機能部分には同じ符号を付して説明する。
最初に、図７、図８及び図９を用いて本発明による焦点位置制御の原理を説明する。図７は、フォーカス・エラー信号発生の説明に必要な光学系の部分及び検出系を簡略化して図示したものである。図８は、対物レンズ４１の合焦点位置にある第１光学情報媒体層５１１からの反射光が４分割光検出器５３の検出面に形成する像を示す図である。また図９は、第１光学情報媒体層５１１に隣接する第２光学情報媒体層５１２からの反射光８４からの反射光が４分割光検出器５３の検出面に形成する像を示す図である。
【００２１】
図７では、多層光ディスク５０１からの反射光を４分割光検出器５３で検出している。多層光ディスク５０１は第１光学情報媒体層５１１と第２光学情報媒体層５１２を備え、図７は対物レンズ４１の焦点が第１光学情報媒体層５１１に合っている状態を示している。光検出器５３は４分割光検出器であり、４個の光検出素子５３１，５３２，５３３，５３４からなっている。光検出素子５３１，５３２，５３３，５３４の分割方向の幅はそれぞれａ，ｂ，ｃ，ｄである。多層光ディスク５０１からの反射光（戻り光）はナイフエッジ２２により一部が遮られ、ナイフエッジ２２で遮られなかった反射光は集光レンズ４３により集光されて４分割光検出器５３に入射する。各光検出素子５３１，５３２，５３３，５３４の電流・電圧変換後の電圧出力をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとするとき、電子回路６４はＡ〜ＤをＥ＝Ａ−Ｂ＋Ｃ−Ｄのように信号処理して出力７１を発生する。
【００２２】
図８に示すように、４分割光検出器５３の中央部の２個の光検出素子５３２，５３３には、対物レンズ４１の焦点が合っている第１光学情報媒体層５１１からの反射光が同光量ずつ入射するように設計されている。このとき、図９に示すように、４分割光検出器５３の片側半分に位置する２個の光検出素子５３３，５３４には第１光学情報媒体層５１１の隣接層である第２光学情報媒体層５１２からの反射光８４が入射するが、光検出素子５３３と光検出素子５３４の分割位置（幅ｃと幅ｄ）は、反射光８４が光検出素子５３３と光検出素子５３４に同光量で入射するように設計されている。
【００２３】
また、もし対物レンズ４１の焦点を第２光学情報媒体層５１２に合わせたとすると、今度は第２光学情報媒体層５１２の隣接層となる第１光学情報媒体層５１１からの反射光は４分割光検出器５３の反対側の片側半分に位置する２個の光検出素子５３１，５３２に入射することになる。光検出素子５３１，５３２は、このとき隣接層である第１光学情報媒体層５１１からの反射光が同光量で入射するように分割位置（幅ａと幅ｂ）が設計されている。
【００２４】
光学情報記録媒体層の間隔が狭くなった場合は、各検出素子５３１，５３２，５３３，５３４の分割方向の幅がａ＞ｂ，ｄ＞ｃ，ａ≒ｄ，ｂ≒ｃとなるように素子設計する必要がある。
ここで、図７の状態に戻って、電子回路６４の出力７１について考えると、合焦点からの反射光は光検出器５３の中心部の光検出素子５３２と光検出素子５３３に同じ光量で入射するので、出力Ｅのうち合焦点からの反射光に起因する分はほぼゼロになる。また、隣接層である第２光学情報媒体層５１２からの反射光８４は、光検出素子５３３と光検出素子５３４に同光量で入射するため、出力Ｅのうち第２光学情報媒体層５１２からの反射光８４に起因する分もほぼゼロになる。このようにして、二つの層５１１，５１２からの反射光を加えたときの出力Ｅは、対物レンズ４１が第１光学情報媒体層５１１に対して合焦点にあるとき、ほぼゼロとなる。同様にして、対物レンズ４１が第２光学情報媒体層５１２に対して合焦点にあるときにも、二つの層５１１，５１２からの反射光を加えたときの出力Ｅはほぼゼロとなる。
【００２５】
光ディスク５０１を対物レンズ４１から遠ざけて行ったときの差信号７１を図１０に示す。図１０の横軸は対物レンズ４１の焦点位置である。このときの条件は以下の通りである。光検出素子５３２，５３３の大きさは１７．５μｍ×７５μｍであり、光検出素子５３１，５３４の大きさは２０μｍ×７５μｍである。また、使用波長は４００ｎｍ、層間隔は１５μｍであり、集光レンズ４３の焦点距離は２０ｍｍ、対物レンズ４１のＮＡは０．６５に設定した。図１０のごとく、差信号７１のゼロクロス点７６，７７は第２光学情報媒体層５１２と第１光学情報媒体層５１１が焦点位置に合致している状態にそれぞれ一致する。
【００２６】
ここまで２層の光学情報媒体層を備える光ディスクからの情報読み出しについて説明してきたが、本発明は第３の光学情報媒体層が存在するときにも適用できる。例えば、第３光学情報媒体層が第１光学情報媒体層より対物レンズ４１に近い位置に存在する場合、第３光学情報媒体層からの反射光は集光レンズ４３の焦点位置より遠方に焦点を結ぶことになり、図８の光検出素子５３１と光検出素子５３２に入射することになる。この反射光も、第２光学情報媒体層からの反射光と同様に、分割された光検出素子５３１と光検出素子５３２で検出し、両検出素子の出力信号の差をとることによりゼロとすることができる。これにより隣接層である第３光学情報媒体層からの反射光の影響を軽減できる。
【００２７】
図１は、本発明による光学情報記録再生装置の一例の光照射部及び受光部の概略図である。
半導体レーザ１から出射したレーザ光はコリメータレンズ２３で平行光にされた後、三角プリズム２で円形ビームに変換される。このレーザ光は、偏光ビームスプリッタ３１で反射され、λ／４波長板２１により円偏光にされた後、対物レンズ４１で微小なスポットに絞り込まれる。スポットの焦点位置では多層の光ディスク５０１が回転しており、記録マークを有する光学情報媒体層５１１，５１２，５１３等から強度変化を有する反射光が発生する。反射光は対物レンズ４１に戻り、λ／４波長板２１により直線偏光に変換され、偏光プリズム３１を透過する。透過光はハーフプリズム３２により二つに分割される。ハーフプリズムからの反射光は集光レンズ４３を通過した後、図２の従来例で示したように、トラッキング・エラー信号とデータ信号を生成するのに使用される。ハーフプリズム３２の透過光はナイフエッジ２２で遮られた後、集光レンズ４２で集光され、４分割光検出器５３上に照射される。それぞれの光検出器からの信号は電子回路６４で差信号となり、フォーカス・エラー信号７１として使用される。
【００２８】
４分割光検出器５３は、図８及び図９にて説明した原理にてフォーカス・エラー信号７１を出力する。すなわち、対物レンズ４１が多層光ディスク５０１の一つの光学情報媒体層と合焦状態にあるとき、４分割光検出器５３の４個の光検出素子５３１，５３２，５３３，５３４は、合焦状態にあるその光学情報媒体層からの反射光に起因して中心側に位置する２個の光検出素子５３２，５３３から発生される電流・電圧変換後の電圧出力Ｂ，Ｃが等しく、また、４分割光検出器の分割方向を例えば左右方向として左右２個ずつの光検出素子に分けて考えるとき、合焦状態にある光学情報媒体層に隣接する光学情報媒体層からのデフォーカスした反射光に起因して左側の２個の光検出素子５３１，５３２から発生される電流・電圧変換後の電圧出力Ａ，Ｂが等しく、同様に合焦状態にある光学情報媒体層に隣接する光学情報媒体層からのデフォーカスした反射光に起因して右側の２個の光検出素子５３３，５３４から発生される電流・電圧変換後の電圧出力Ｃ，Ｄが等しくなるように設計されている。これは例えば、４分割光検出器５３の４個の光検出素子５３１，５３２，５３３，５３４を、中心側に位置する２個の光検出素子５３２，５３３の分割方向の長さを外側に位置する２個の光検出素子５３１，５３４の分割方向の長さより短く設定することにより実現することができる。そして、４分割光検出器５３の４個の光検出素子５３１，５３２，５３３，５３４の出力を電子回路６４で（Ａ−Ｂ＋Ｃ−Ｄ）のように信号処理した出力７１をフォーカス・エラー信号として対物レンズ４１のレンズアクチュエータ６３を制御することで、隣接する光学情報媒体層からのデフォーカスした反射光の影響を受けることなく所望の光学情報媒体層にフォーカス合わせを行うことができる。
【００２９】
図１１は、本発明による光学情報記録再生装置の他の例の概略図である。この光学情報記録再生装置は、ホログラム回折素子を用いた光学記憶再生装置の概略を示している。
半導体レーザ１からのレーザ光を光ディスク５０１に照射する光学系と反射光を取り出す光学系は図１に示した装置例の場合と同じなので詳細な説明を省略する。光ディスク５０１からの反射光は、ホログラム回折素子２４により回折される。ホログラム回折素子２４の形状は４分割されたものであり、図１２に示すように、回折方向（２４１から２４４）がそれぞれ異なる。図１１における回折光の表示は、１つの回折格子からの回折光のみとし、他の３個の回折格子からの回折光は図示を省略した。その回折光は集光レンズ４２のほぼ矢印の範囲を通過した後、０次の回折光８５、（−）１次の回折光８６、（＋）１次の回折光８７として光検出器５４上の異なる位置に集光される。
【００３０】
図１３に、光検出器５４の受光領域の形状を示す。４分割光検出器５４１〜５４４はフォーカス・エラー信号を生成するためのものであり、それぞれ前述のように４分割されている。４分割光検出器５４１は図１２の回折方向２４１の（−）１次の回折光を検出し、４分割光検出器５４２は回折方向２４２の（−）１次の回折光を、４分割光検出器５４３は回折方向２４４の（−）１次の回折光を、４分割光検出器５４４は回折方向２４３の（−）１次の回折光を検出する。４分割光検出器５４１〜５４４のそれぞれの光検出素子は結線５４９及び５５０で結線される。この結線により対応する光検出素子同士の光電流が加え合わされて２つの信号５４９，５５０になり、電子回路６５の処理により差信号が形成され、フォーカス・エラー信号７８となる。
【００３１】
光検出器５４５〜５４８は、トラッキング・エラー信号を生成するためのものである。光検出器５４５は図１２の回折方向２４３の（＋）１次回折光を検出し、光検出器５４６は回折方向２４４の（＋）１次の回折光を、光検出器５４７は回折方向２４２の（＋）１次の回折光を、光検出器５４８は回折方向２４１の（＋）１次の回折光を検出する。これらの光検出器からの信号によるトラッキング・エラー信号は位相差法あるいはプッシュプル法を用いて生成する。
【００３２】
フォーカス・エラー信号およびトラッキング・エラー信号は、図１１の中のレンズアクチュエータ６３にサーボをかけて対物レンズ４１の位置を制御し、焦点を最適な位置に保つことを可能にする。最後に、光検出器５４０には０次の回折光が入射し、この信号は波形等化器、整形器、弁別器、復号器等を通過し、再生信号となる。
【００３３】
図１１に示した光学情報記録再生装置によると、ホログラム回折素子を使用することにより、光学部品の点数を少なくすることができ、光ヘッドの小型化が可能になる。
図１４は、図１１に示した光学系を組み込んで構成した光学情報記録再生装置６０８の光ディスクドライブ装置の具体例を示す概略図である。
【００３４】
レーザ駆動回路６００により駆動されるレーザ光源は明示していないが、レーザ光は偏光ビームスプリッタ３１により導入され、立ち上げミラー３３により光路が９０度光ディスク５０１の方向に変換される。その後、λ／４波長板２１、対物レンズ４１を透過して、光ディスク５０１に至る。光ディスク５０１はスピンドルモータ６０１により回転しており、光の照射位置が時間とともに変わる。光ディスク５０１からの反射光はホログラム光学素子２４を透過した後、集光レンズ４２により光検出器５４の受光領域を照射する。光ヘッド６０２は、少なくとも半導体レーザ１、偏光ビームスプリッタ３１、ホログラム光学素子２４、λ／４波長板２１、光検出器５４、集光レンズ４２、立ち上げミラー３３、対物レンズ４１、レンズアクチュエータ６３を備える。
【００３５】
結線５４９，５５０からの信号は、焦点検出回路６０３でフォーカス・エラー信号となる。この信号はレンズアクチュエータ６３にフィードバックされ、焦点制御を行う。
また、光検出器５４５，５４６，５４７，５４８からの光信号はトラッキング回路６０４によりトラッキング信号に変換される。トラッキング信号はレンズアクチュエータ６３にフィードバックされ、ディスクの半径方向の駆動信号として用いられる。また、コントローラ回路６０５からの読み出しアドレス指示と、トラッキング・エラー信号からトラッキング回路６０４は送りモータ６０６を駆動することにより、光ヘッド６０２を適当なディスク半径位置に位置決めする。光検出器５４０からの信号はコントローラ回路６０５で再生信号となり、ユーザデータ６０７として出力される。
【００３６】
記録をするときの動作は次のようになる。ユーザデータ６０７がコントローラ回路６０５に入力され、それに応じてコントローラ回路６０５はレーザ駆動回路６００を制御し、半導体レーザチップの発光制御を行い、光ディスク５０１に情報を記録する。
【００３７】
光ディスク５０１の光学情報媒体層の記録領域にトラッキングと自動焦点合わせを行いながら、記録用レーザ光のパワーを中間パワーレベルＰｅ（３ｍＷ）と高パワーレベルＰｈ（７ｍＷ）との間で変化させて情報の記録を行った。記録トラックの線速度は９ｍ／ｓ、半導体レーザ波長は４０５ｎｍ、レンズの開口数（ＮＡ）は０．６５である。記録用レーザ光により記録領域に形成される非晶質又はそれに近い部分が記録点となる。この光ディスクの光学情報媒体層の反射率は結晶状態の方が高く、記録され非晶質状態になった領域の反射率の方が低くなっている。
【００３８】
記録用レーザ光の高レベルと中間レベルのパワー比は１：０．３〜１：０．７の範囲が好ましい。また、この他に短時間ずつ他のパワーレベルにしてもよい。図１５に示したように、１つの記録マークの形成中にウインドウ幅の半分（Ｔｗ／２）ずつ中間パワーレベルＰｅより低いボトムパワーレベルＰｂまでパワーを繰り返し下げ、かつクーリングパワーレベルＰｃを記録パルスの最後に持つ波形を生成する手段を持った装置で記録・再生を行うと、再生信号波形のジッター値及びエラーレートが低減した。クーリングパワーレベルＰｃは中間パワーレベルＰｅより低く、ボトムパワーレベルＰｂより高いか同じレベルである。この波形は、第１パルス幅Ｔｐが記録マークとそのマークの直前に設けられたスペースの長さの組み合わせによって変化する特徴とクーリングパルス幅Ｔｃ（記録パルスの最後にＰｃレベルまで下げる時間幅）が記録マークとそのマークの後続スペース長の組み合わせにより決まる特徴を持つ。マーク直前のスペース長が短く、マークが長いほどＴｐは短くなり、マーク直前のスペース長が長く、マークが短いほどＴｐは長くなる。ただし、媒体の構造によっては６Ｔｗマークの記録用記録波形のＴｐを特に長くした場合、ジッター低減効果が大きかった。また、後続のスペース長が長く、マークが長いほど、Ｔｃは短くなり、後続のスペース長が短く、マークが短いほど、Ｔｃは長くなる。
【００３９】
図１５には３Ｔｗ，４Ｔｗ，６Ｔｗ，１１Ｔｗの記録波形しか示していないが、５Ｔｗは６Ｔｗの記録波形の一連の高いパワーレベルのパルス列のうち、Ｔｗ／２の高いパワーレベルＰｈと直後のＴｗ／２のボトムパワーレベルＰｂをそれぞれ一つずつ削減したものである。また、７Ｔｗ〜１０Ｔｗ用記録波形は６Ｔｗ用記録波形の最後尾の高いパワーレベルのパルスの直前に、Ｔｗ／２の高いパワーレベルＰｈとＴｗ／２のボトムパワーレベルＰｂを、それぞれ１組ずつ追加したものである。したがって、５組追加したものが１１Ｔｗである。
【００４０】
ここでは、３Ｔｗに対応する最短記録マーク長を０．２６μｍとした。記録すべき部分を通り過ぎると、レーザ光パワーを再生（読み出し）用レーザ光の低パワーレベルＰｒ（１ｍＷ）に下げるようにした。
このような記録方法では、既に情報が記録されている部分に対して消去することなく、重ね書きによって新たな情報を記録すれば、新たな情報に書き換えられる。すなわち、単一のほぼ円形の光スポットによるオーバーライトが可能である。
【００４１】
しかし、書き換え時の最初のディスク１回転又は複数回転で、前記のパワー変調した記録用レーザ光の中間パワーレベル（３ｍＷ）又はそれに近いパワーの連続光を照射して、記録されている情報を一たん消去し、その後、次の１回転でボトムパワーレベル（０．５ｍＷ）と高パワーレベル（７ｍＷ）の間で、又は中間パワーレベル（３ｍＷ）と高パワーレベル（７ｍＷ）との間で、情報信号に従ってパワー変調したレーザ光を照射して記録するようにしてもよい。このように、情報を消去してから記録するようにすれば、前に書かれていた情報の消え残りが少ない。従って、線速度を２倍に上げた場合の書き換えも、容易になる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、多層の光ディスクを対象としてフォーカス・エラー信号を生成するとき、隣接層からの反射光の影響を低減することができ、読み出すときの信頼性を向上させることができる。逆にいえば、この効果により、光学情報媒体層の層間隔を狭くすることも可能になる。光学情報媒体の層間隔を大きくすればクロストークは少なくなるが、限られたディスクの厚さの中で多層を実現することができない。このとき、本発明は、他の隣接層からの影響を少なくすることができるので、より層間隔の狭い多くの層からなる多層光ディスクを読み出すことが可能な光ディスクドライブを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光学情報記録再生装置の一例の概略図。
【図２】従来の光学情報記録再生装置の概略図。
【図３】多層ディスクから生成されるフォーカス・エラー信号の問題点を説明するための概略図。
【図４】合焦点位置にある光学情報媒体層からの反射光の光検出器上での像を示す模式図。
【図５】隣接層である光学情報媒体層からの反射光の光検出器上での像を示す模式図。
【図６】２分割光検出器からの差信号（フォーカス・エラー）の変化を表す概略図。
【図７】本発明の作用を説明する概略図。
【図８】合焦点位置にある光学情報媒体層からの反射光の４分割光検出器上での像を示す模式図。
【図９】隣接層である光学情報媒体層からの反射光の４分割光検出器上での像を示す模式図。
【図１０】４分割光検出器からの差信号（フォーカス・エラー）の変化を表す概略図。
【図１１】本発明による光学情報記録再生装置の他の例の概略図。
【図１２】４分割されたホログラム素子による光の回折方向（光軸に垂直な平面に投影）を示す図。
【図１３】光検出器のパターンを示す概略図。
【図１４】光学情報記録再生装置の光ディスクドライブ装置の具体例を示す概略図。
【図１５】記録波形の例を示す概略図。
【符号の説明】
１．半導体レーザ
２．三角プリズム
２１．λ／４波長板
２２．ナイフエッジ
２３．コリメータレンズ
２４．ホログラム光学素子
３１．偏光ビームスプリッタ
３２．ハーフプリズム
４１．対物レンズ
４２．４３．集光レンズ
５０．光ディスク
５０１．多層光ディスク
５１．２分割光検出器
５３．４分割光検出器
５１１．第２光学情報媒体層
５１２．第１光学情報媒体層
５１３．第３光学情報媒体層
５４０，５４５〜５４８．光検出器
５４１〜５４４．４分割光検出器
６０〜６４．電子回路
６００．レーザ駆動回路
６０１．スピンドルモータ
６０２．光ヘッド
６０３．焦点検出回路
６０４．トラッキング回路
６０５．コントローラ回路
６０６．送りモータ
６０７．ユーザデータ
６３．レンズアクチュエータ
８０．照射光
８１．第１光学情報媒体層からの反射光
８２．第２光学情報媒体層への照射光
８３，８４．第２光学情報媒体層からの反射光
８５．０次回折光
８６．（−）１次回折光
８７．（＋）１次回折光
【発明の属する技術分野】
本発明は光学情報記録再生装置に関し、特に光ディスクドライブの読み出し光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は、光ディスクドライブの一般的な光学系の概略図である。半導体レーザ１から出射したレーザ光はコリメータレンズ２３と三角プリズム２により平行かつ円形状のビームになる。この後、レーザ光は偏光ビームスプリッタ３１により反射され、λ／４波長板２１により円偏光に変換される。この円偏光は対物レンズ４１により光ディスク５０上に集光される。光ディスク５０の内部には案内溝があり、この溝に沿って、反射率の異なる記録マークが書き込まれている。記録マークの長さや間隔は記録すべき情報にしたがってエンコードされている。光ディスク５０は回転しているので、レーザ光の照射位置にある記録マークが移動し、反射光量が時間と共に変化する。
【０００３】
情報を持った反射光は対物レンズ４１に戻り、λ／４波長板２１により円偏光から直線偏光に変換される。この偏光方向は半導体レーザ１からの出射光の偏光方向に対して直交しているので、偏光ビームスプリッター３１を透過する。この透過光はハーフプリズム３２により二つの光束に分けられる。ハーフプリズム３２の透過光は半分がナイフエッジ２２で遮られた後、集光レンズ４２で焦点位置にある２分割光検出器５１上に絞り込まれる。
【０００４】
光ディスク５０が光軸方向にずれて照射光の焦点が記録マークのある層からずれると、２分割光検出器５１の二つの光検出素子に入る光量にアンバランスが生じる。このアンバランスを電子回路６０により差動信号として検出し、フォーカス・エラー信号７１とする。対物レンズ４１からの出射光の焦点位置が常に記録マークのある層に合うように、このフォーカス・エラー信号７１を用いて、レンズアクチュエータ６３による対物レンズ４１の位置の調整を行い、デフォーカスにならないようにしている。一方、ハーフプリズム３２で反射された光は集光レンズ４３で２分割光検出器５２上にデフォーカス状態で照射する。電子回路６１は差動回路となっており、その出力はトラッキング・エラー信号７２となる。また、電子回路６２で合算された信号はデータ信号７３となる。
【０００５】
上記に示した光ディスクドライブの従来例は、フォーカス・エラー信号の検出方式はナイフエッジ法、トラッキング・エラー信号は回折光差動型と呼ばれる方式により検出している。これらの他に、色々な方式が提案されており、代表的なフォーカス・エラー信号の検出方式としては、非点収差方式、像回転方式、等がある。トラッキング・エラー信号の検出方式に関しては、３スポット型、ウォブリング型、位相差法、等がある。これらの方式には光学調整あるいは光の利用効率等における長所短所があり、ドライブの種類によって使い分けられている。これらの詳細については、「光ディスクストレージの基礎と応用」（角田義人 監修、社団法人電子情報通信学会編）に詳しく記述されている。
【０００６】
大容量・高速データの転送が可能になりつつある現在、情報記憶媒体としての光ディスクは、動画像情報等の大容量データを記録するために高密度化が求められている。この達成のためには、光学情報媒体の記録マークの間隔とトラックピッチを短くせざるを得ない。記録マーク間隔及びトラックピッチの小さな光学情報媒体に対して読み書きを行うためには微小なレーザスポットが必要であり、開口数の大きい対物レンズを用いて波長程度のサイズまでレーザスポットは微小化されつつある。しかし、スポットサイズには回折限界で決まる下限があり、どこまでも微小化することはできない。このため、記録マークのサイズあるいはトラックピッチの寸法で決まる面内記録密度はスポットサイズの下限で決まる限界がある。そこで、光学情報記録膜を多層化して、光ディスクの面積当たりの情報密度を向上させようとすることが考えられている。
【０００７】
多層の光ディスクから情報を読み出すとき、層間の信号のクロストークが発生し、従来方式の光ヘッドでは読み出し信号に大きな誤差が生じることがある。その原因の一つに、レーザ光の焦点位置が読み出そうとしている光学情報媒体層から外れてしまうことがある。
【０００８】
フォーカス・エラー信号における干渉をなくする技術が、特開平１０−２２２８６７号公報「光ピックアップ装置」に開示されている。この技術は２分割検出器の両側に小さい面積の補助受光領域を設けるものである。基本的な考え方は、単層のフォーカス・エラー信号の広がりを狭くするということであり、隣接光学情報媒体層からの反射光の光検出器への入射状態は考慮していない。このため、補助受光領域からの信号量を電気的に補正してフォーカス・エラー信号を生成する必要がある。また、特開平１１−２８３２５７号公報「光ディスク装置及びそのフォーカスサーボ方法」には、光学レンズが光ディスクに対して光学的なコンタクト状態に保持されている場合であっても確実にフォーカスサーボが行われるようにする技術が記載されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、多層光ディスクを読み出す光ディスクドライブの読み出し光学系において、隣接光学情報媒体層によるフォーカス・エラー信号のクロストークを低減することが課題である。
【００１０】
図３は、多層ディスクから生成されるフォーカス・エラー信号の問題点を説明するための概略図である。図３には、第１光学情報媒体層５１１及び第２光学情報媒体層５１２を備える２層の光ディスク５０１の概略断面図を示す。図示省略する半導体レーザからの照射光８０は対物レンズ４１により集光され、第１光学情報媒体層５１１上に焦点が合っているものとする。反射光は対物レンズ４１を透過した後、平行光となり、途中ナイフエッジ２２により一部の平行光が遮られる。ナイフエッジ２２を透過した光は、集光レンズ４３により８１の状態で２分割光検出器５１に入射する。
【００１１】
図４に示すように、第１光学情報媒体層５１１からの反射光８１は２分割光検出器５１の分割位置に小さなスポットとして集光される。この状態では、２分割光検出器５１の各検出素子には同光量入射している。フォーカス・エラー信号は２分割光検出器の差信号として得られるので、焦点が合っている場合の差信号はゼロになる。隣接層がない単層の光ディスクの場合は、この信号によって焦点位置を最適にするようにサーボをかけることが可能である。しかし、隣接層がある場合には、隣接層による反射光がフォーカス・エラー信号に悪影響を及ぼす。その理由を次に説明する。
【００１２】
光ディスク５０１は多層になっているので、図３に示すように、第２光学情報媒体層５１２にも第１光学情報媒体層５１１を透過したレーザ光８２がデフォーカスの状態で照射している。対物レンズ４１を通過した第２光学情報媒体層５１２からの反射光８３は平行光ではなく収束光になる。集光レンズ４３を通過の後、反射光８４の光束の大きさが最小となる位置は集光レンズ４３に近づき、２分割光検出器５１の検出器面では広がった状態になる。図５に第２光学情報媒体層５１２からの反射光８４の２分割光検出器５１への照射状態を示す。反射光８４は２分割光検出器５１の片方にのみ入射することになる。
【００１３】
以上、第１光学情報媒体層５１１からと第２光学情報媒体層５１２からの反射光について別々に２分割光検出器５１への入射状態を説明したが、実際にはこれらの反射光は同時に２分割光検出器５１に入射する。このため、第１光学情報媒体層５１１に焦点が合っているにもかかわらず、２分割光検出器５１からの差信号はゼロとはならず、バランスの崩れたものとなる。この状態でサーボをかけると、焦点位置からずれてしまうことになる。このことは、第２光学情報媒体層が第１光学情報媒体層より対物レンズ４１側にある場合も起こり、バランスが逆の方向にずれることになる。
【００１４】
光ディスク５０１を対物レンズ４１から遠ざけて行ったときの差信号（フォーカス・エラー信号）を図６に示す。図６の横軸は対物レンズ４１の焦点位置である。位置７４の近傍が第２光学情報媒体層５１２の位置、位置７５の近傍が第１光学情報媒体層５１１の位置であるが、差信号ゼロの位置は完全には媒体層の位置７４，７５と一致しない。
本発明は、多層光ディスクを読み出す際の上記問題点に鑑み、フォーカス・エラー信号に現れる他の層からの反射光の影響を低減することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、隣接層からの反射光が入射する光検出器の部分を分割し、分割した光検出器からの信号の差をとって相殺することにより隣接層からの反射光の影響を回避する。
【００１６】
すなわち、本発明による光学情報記録装置は、複数の光学情報媒体層を有する光ディスクに光照射によって情報を記録する光学情報記録装置において、光源と、光源からの光を集光して光ディスクに照射する光照射手段と、光ディスクからの戻り光の所定の領域を取り出して集光させる集光手段と、集光手段によって集光された光ディスクからの戻り光を検出する光検出器とを備え、光検出器は、光ディスクの一つの光学情報媒体層を光照射手段による集光位置で照射したとき、前記一つの光学情報媒体層からの戻り光に起因する出力が略等しくなるように配置された第１及び第２の光検出素子と、前記一つの光学情報媒体層以外の光学情報媒体層からの戻り光に起因する出力が第１の光検出素子と略等しくなるように配置された第３の光検出素子と、前記一つの光学情報媒体層以外の光学情報媒体層からの戻り光に起因する出力が第２の光検出素子と略等しくなるように配置された第４の光検出素子とを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明による光学情報再生装置は、第１の光学情報媒体層及び第２の光学情報媒体層を有する光ディスクから情報を再生する光学情報再生装置において、光源と、光源からの光を集光して光ディスクに照射する光照射手段と、光ディスクからの戻り光の所定の領域を取り出して集光させる集光手段と、集光手段によって集光された光ディスクからの戻り光を検出する光検出器とを備え、光検出器は、光ディスクの第１あるいは第２の光学情報媒体層を光照射手段による集光位置で照射したとき第１あるいは第２の光学情報媒体層からの戻り光に起因する出力が略等しくなるように配置された第１及び第２の光検出素子と、光ディスクの第１の光学情報媒体層を光照射手段による集光位置で照射したとき第２の光学情報媒体層からの戻り光に起因する出力が第１の光検出素子と略等しくなるように配置された第３の光検出素子と、光ディスクの第２の光学情報媒体層を光照射手段による集光位置で照射したとき第１の光学情報媒体層からの戻り光に起因する出力が第２の光検出素子と略等しくなるように配置された第４の光検出素子とを備えることを特徴とする。
【００１８】
上記光学情報記録装置あるいは光学情報再生装置において、フォーカス・エラー信号は、第１及び第４の光検出素子の出力の和と、第２及び第３の光検出素子の出力の和との差分に基づいて発生することができる。
また、第１及び第２の光検出素子の受光面積は第３及び第４の光検出素子の受光面積より小さく設定するのがよい。
【００１９】
また、本発明による光ヘッド装置は、光源と、光源からの光を集光して光ディスクに照射する光照射手段と、光照射手段の集光位置を調整するための駆動手段と、光ディスクからの戻り光の所定の領域を取り出して集光させる集光手段と、集光手段によって集光された光ディスクからの戻り光を検出する光検出器と、光検出器の出力からフォーカス・エラー信号を発生して当該フォーカス・エラー信号により駆動手段をフィードバック制御する制御手段とを備える光ヘッド装置において、光検出器として中央の２個の検出素子と外側の２個の検出素子からなる４分割光検出器を備え、制御手段は光検出器の各検出素子の信号の極性を隣接素子同士で交互に変えて加算してフォーカス・エラー信号を発生することを特徴とする。
本発明によると、多層の光学情報媒体層を備える光ディスクにおいて焦点位置制御を正確に行うことができるようになり、多層光ディスクの読み出し信頼性が向上する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。理解を容易にするため、以下の図において同等の機能部分には同じ符号を付して説明する。
最初に、図７、図８及び図９を用いて本発明による焦点位置制御の原理を説明する。図７は、フォーカス・エラー信号発生の説明に必要な光学系の部分及び検出系を簡略化して図示したものである。図８は、対物レンズ４１の合焦点位置にある第１光学情報媒体層５１１からの反射光が４分割光検出器５３の検出面に形成する像を示す図である。また図９は、第１光学情報媒体層５１１に隣接する第２光学情報媒体層５１２からの反射光８４からの反射光が４分割光検出器５３の検出面に形成する像を示す図である。
【００２１】
図７では、多層光ディスク５０１からの反射光を４分割光検出器５３で検出している。多層光ディスク５０１は第１光学情報媒体層５１１と第２光学情報媒体層５１２を備え、図７は対物レンズ４１の焦点が第１光学情報媒体層５１１に合っている状態を示している。光検出器５３は４分割光検出器であり、４個の光検出素子５３１，５３２，５３３，５３４からなっている。光検出素子５３１，５３２，５３３，５３４の分割方向の幅はそれぞれａ，ｂ，ｃ，ｄである。多層光ディスク５０１からの反射光（戻り光）はナイフエッジ２２により一部が遮られ、ナイフエッジ２２で遮られなかった反射光は集光レンズ４３により集光されて４分割光検出器５３に入射する。各光検出素子５３１，５３２，５３３，５３４の電流・電圧変換後の電圧出力をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとするとき、電子回路６４はＡ〜ＤをＥ＝Ａ−Ｂ＋Ｃ−Ｄのように信号処理して出力７１を発生する。
【００２２】
図８に示すように、４分割光検出器５３の中央部の２個の光検出素子５３２，５３３には、対物レンズ４１の焦点が合っている第１光学情報媒体層５１１からの反射光が同光量ずつ入射するように設計されている。このとき、図９に示すように、４分割光検出器５３の片側半分に位置する２個の光検出素子５３３，５３４には第１光学情報媒体層５１１の隣接層である第２光学情報媒体層５１２からの反射光８４が入射するが、光検出素子５３３と光検出素子５３４の分割位置（幅ｃと幅ｄ）は、反射光８４が光検出素子５３３と光検出素子５３４に同光量で入射するように設計されている。
【００２３】
また、もし対物レンズ４１の焦点を第２光学情報媒体層５１２に合わせたとすると、今度は第２光学情報媒体層５１２の隣接層となる第１光学情報媒体層５１１からの反射光は４分割光検出器５３の反対側の片側半分に位置する２個の光検出素子５３１，５３２に入射することになる。光検出素子５３１，５３２は、このとき隣接層である第１光学情報媒体層５１１からの反射光が同光量で入射するように分割位置（幅ａと幅ｂ）が設計されている。
【００２４】
光学情報記録媒体層の間隔が狭くなった場合は、各検出素子５３１，５３２，５３３，５３４の分割方向の幅がａ＞ｂ，ｄ＞ｃ，ａ≒ｄ，ｂ≒ｃとなるように素子設計する必要がある。
ここで、図７の状態に戻って、電子回路６４の出力７１について考えると、合焦点からの反射光は光検出器５３の中心部の光検出素子５３２と光検出素子５３３に同じ光量で入射するので、出力Ｅのうち合焦点からの反射光に起因する分はほぼゼロになる。また、隣接層である第２光学情報媒体層５１２からの反射光８４は、光検出素子５３３と光検出素子５３４に同光量で入射するため、出力Ｅのうち第２光学情報媒体層５１２からの反射光８４に起因する分もほぼゼロになる。このようにして、二つの層５１１，５１２からの反射光を加えたときの出力Ｅは、対物レンズ４１が第１光学情報媒体層５１１に対して合焦点にあるとき、ほぼゼロとなる。同様にして、対物レンズ４１が第２光学情報媒体層５１２に対して合焦点にあるときにも、二つの層５１１，５１２からの反射光を加えたときの出力Ｅはほぼゼロとなる。
【００２５】
光ディスク５０１を対物レンズ４１から遠ざけて行ったときの差信号７１を図１０に示す。図１０の横軸は対物レンズ４１の焦点位置である。このときの条件は以下の通りである。光検出素子５３２，５３３の大きさは１７．５μｍ×７５μｍであり、光検出素子５３１，５３４の大きさは２０μｍ×７５μｍである。また、使用波長は４００ｎｍ、層間隔は１５μｍであり、集光レンズ４３の焦点距離は２０ｍｍ、対物レンズ４１のＮＡは０．６５に設定した。図１０のごとく、差信号７１のゼロクロス点７６，７７は第２光学情報媒体層５１２と第１光学情報媒体層５１１が焦点位置に合致している状態にそれぞれ一致する。
【００２６】
ここまで２層の光学情報媒体層を備える光ディスクからの情報読み出しについて説明してきたが、本発明は第３の光学情報媒体層が存在するときにも適用できる。例えば、第３光学情報媒体層が第１光学情報媒体層より対物レンズ４１に近い位置に存在する場合、第３光学情報媒体層からの反射光は集光レンズ４３の焦点位置より遠方に焦点を結ぶことになり、図８の光検出素子５３１と光検出素子５３２に入射することになる。この反射光も、第２光学情報媒体層からの反射光と同様に、分割された光検出素子５３１と光検出素子５３２で検出し、両検出素子の出力信号の差をとることによりゼロとすることができる。これにより隣接層である第３光学情報媒体層からの反射光の影響を軽減できる。
【００２７】
図１は、本発明による光学情報記録再生装置の一例の光照射部及び受光部の概略図である。
半導体レーザ１から出射したレーザ光はコリメータレンズ２３で平行光にされた後、三角プリズム２で円形ビームに変換される。このレーザ光は、偏光ビームスプリッタ３１で反射され、λ／４波長板２１により円偏光にされた後、対物レンズ４１で微小なスポットに絞り込まれる。スポットの焦点位置では多層の光ディスク５０１が回転しており、記録マークを有する光学情報媒体層５１１，５１２，５１３等から強度変化を有する反射光が発生する。反射光は対物レンズ４１に戻り、λ／４波長板２１により直線偏光に変換され、偏光プリズム３１を透過する。透過光はハーフプリズム３２により二つに分割される。ハーフプリズムからの反射光は集光レンズ４３を通過した後、図２の従来例で示したように、トラッキング・エラー信号とデータ信号を生成するのに使用される。ハーフプリズム３２の透過光はナイフエッジ２２で遮られた後、集光レンズ４２で集光され、４分割光検出器５３上に照射される。それぞれの光検出器からの信号は電子回路６４で差信号となり、フォーカス・エラー信号７１として使用される。
【００２８】
４分割光検出器５３は、図８及び図９にて説明した原理にてフォーカス・エラー信号７１を出力する。すなわち、対物レンズ４１が多層光ディスク５０１の一つの光学情報媒体層と合焦状態にあるとき、４分割光検出器５３の４個の光検出素子５３１，５３２，５３３，５３４は、合焦状態にあるその光学情報媒体層からの反射光に起因して中心側に位置する２個の光検出素子５３２，５３３から発生される電流・電圧変換後の電圧出力Ｂ，Ｃが等しく、また、４分割光検出器の分割方向を例えば左右方向として左右２個ずつの光検出素子に分けて考えるとき、合焦状態にある光学情報媒体層に隣接する光学情報媒体層からのデフォーカスした反射光に起因して左側の２個の光検出素子５３１，５３２から発生される電流・電圧変換後の電圧出力Ａ，Ｂが等しく、同様に合焦状態にある光学情報媒体層に隣接する光学情報媒体層からのデフォーカスした反射光に起因して右側の２個の光検出素子５３３，５３４から発生される電流・電圧変換後の電圧出力Ｃ，Ｄが等しくなるように設計されている。これは例えば、４分割光検出器５３の４個の光検出素子５３１，５３２，５３３，５３４を、中心側に位置する２個の光検出素子５３２，５３３の分割方向の長さを外側に位置する２個の光検出素子５３１，５３４の分割方向の長さより短く設定することにより実現することができる。そして、４分割光検出器５３の４個の光検出素子５３１，５３２，５３３，５３４の出力を電子回路６４で（Ａ−Ｂ＋Ｃ−Ｄ）のように信号処理した出力７１をフォーカス・エラー信号として対物レンズ４１のレンズアクチュエータ６３を制御することで、隣接する光学情報媒体層からのデフォーカスした反射光の影響を受けることなく所望の光学情報媒体層にフォーカス合わせを行うことができる。
【００２９】
図１１は、本発明による光学情報記録再生装置の他の例の概略図である。この光学情報記録再生装置は、ホログラム回折素子を用いた光学記憶再生装置の概略を示している。
半導体レーザ１からのレーザ光を光ディスク５０１に照射する光学系と反射光を取り出す光学系は図１に示した装置例の場合と同じなので詳細な説明を省略する。光ディスク５０１からの反射光は、ホログラム回折素子２４により回折される。ホログラム回折素子２４の形状は４分割されたものであり、図１２に示すように、回折方向（２４１から２４４）がそれぞれ異なる。図１１における回折光の表示は、１つの回折格子からの回折光のみとし、他の３個の回折格子からの回折光は図示を省略した。その回折光は集光レンズ４２のほぼ矢印の範囲を通過した後、０次の回折光８５、（−）１次の回折光８６、（＋）１次の回折光８７として光検出器５４上の異なる位置に集光される。
【００３０】
図１３に、光検出器５４の受光領域の形状を示す。４分割光検出器５４１〜５４４はフォーカス・エラー信号を生成するためのものであり、それぞれ前述のように４分割されている。４分割光検出器５４１は図１２の回折方向２４１の（−）１次の回折光を検出し、４分割光検出器５４２は回折方向２４２の（−）１次の回折光を、４分割光検出器５４３は回折方向２４４の（−）１次の回折光を、４分割光検出器５４４は回折方向２４３の（−）１次の回折光を検出する。４分割光検出器５４１〜５４４のそれぞれの光検出素子は結線５４９及び５５０で結線される。この結線により対応する光検出素子同士の光電流が加え合わされて２つの信号５４９，５５０になり、電子回路６５の処理により差信号が形成され、フォーカス・エラー信号７８となる。
【００３１】
光検出器５４５〜５４８は、トラッキング・エラー信号を生成するためのものである。光検出器５４５は図１２の回折方向２４３の（＋）１次回折光を検出し、光検出器５４６は回折方向２４４の（＋）１次の回折光を、光検出器５４７は回折方向２４２の（＋）１次の回折光を、光検出器５４８は回折方向２４１の（＋）１次の回折光を検出する。これらの光検出器からの信号によるトラッキング・エラー信号は位相差法あるいはプッシュプル法を用いて生成する。
【００３２】
フォーカス・エラー信号およびトラッキング・エラー信号は、図１１の中のレンズアクチュエータ６３にサーボをかけて対物レンズ４１の位置を制御し、焦点を最適な位置に保つことを可能にする。最後に、光検出器５４０には０次の回折光が入射し、この信号は波形等化器、整形器、弁別器、復号器等を通過し、再生信号となる。
【００３３】
図１１に示した光学情報記録再生装置によると、ホログラム回折素子を使用することにより、光学部品の点数を少なくすることができ、光ヘッドの小型化が可能になる。
図１４は、図１１に示した光学系を組み込んで構成した光学情報記録再生装置６０８の光ディスクドライブ装置の具体例を示す概略図である。
【００３４】
レーザ駆動回路６００により駆動されるレーザ光源は明示していないが、レーザ光は偏光ビームスプリッタ３１により導入され、立ち上げミラー３３により光路が９０度光ディスク５０１の方向に変換される。その後、λ／４波長板２１、対物レンズ４１を透過して、光ディスク５０１に至る。光ディスク５０１はスピンドルモータ６０１により回転しており、光の照射位置が時間とともに変わる。光ディスク５０１からの反射光はホログラム光学素子２４を透過した後、集光レンズ４２により光検出器５４の受光領域を照射する。光ヘッド６０２は、少なくとも半導体レーザ１、偏光ビームスプリッタ３１、ホログラム光学素子２４、λ／４波長板２１、光検出器５４、集光レンズ４２、立ち上げミラー３３、対物レンズ４１、レンズアクチュエータ６３を備える。
【００３５】
結線５４９，５５０からの信号は、焦点検出回路６０３でフォーカス・エラー信号となる。この信号はレンズアクチュエータ６３にフィードバックされ、焦点制御を行う。
また、光検出器５４５，５４６，５４７，５４８からの光信号はトラッキング回路６０４によりトラッキング信号に変換される。トラッキング信号はレンズアクチュエータ６３にフィードバックされ、ディスクの半径方向の駆動信号として用いられる。また、コントローラ回路６０５からの読み出しアドレス指示と、トラッキング・エラー信号からトラッキング回路６０４は送りモータ６０６を駆動することにより、光ヘッド６０２を適当なディスク半径位置に位置決めする。光検出器５４０からの信号はコントローラ回路６０５で再生信号となり、ユーザデータ６０７として出力される。
【００３６】
記録をするときの動作は次のようになる。ユーザデータ６０７がコントローラ回路６０５に入力され、それに応じてコントローラ回路６０５はレーザ駆動回路６００を制御し、半導体レーザチップの発光制御を行い、光ディスク５０１に情報を記録する。
【００３７】
光ディスク５０１の光学情報媒体層の記録領域にトラッキングと自動焦点合わせを行いながら、記録用レーザ光のパワーを中間パワーレベルＰｅ（３ｍＷ）と高パワーレベルＰｈ（７ｍＷ）との間で変化させて情報の記録を行った。記録トラックの線速度は９ｍ／ｓ、半導体レーザ波長は４０５ｎｍ、レンズの開口数（ＮＡ）は０．６５である。記録用レーザ光により記録領域に形成される非晶質又はそれに近い部分が記録点となる。この光ディスクの光学情報媒体層の反射率は結晶状態の方が高く、記録され非晶質状態になった領域の反射率の方が低くなっている。
【００３８】
記録用レーザ光の高レベルと中間レベルのパワー比は１：０．３〜１：０．７の範囲が好ましい。また、この他に短時間ずつ他のパワーレベルにしてもよい。図１５に示したように、１つの記録マークの形成中にウインドウ幅の半分（Ｔｗ／２）ずつ中間パワーレベルＰｅより低いボトムパワーレベルＰｂまでパワーを繰り返し下げ、かつクーリングパワーレベルＰｃを記録パルスの最後に持つ波形を生成する手段を持った装置で記録・再生を行うと、再生信号波形のジッター値及びエラーレートが低減した。クーリングパワーレベルＰｃは中間パワーレベルＰｅより低く、ボトムパワーレベルＰｂより高いか同じレベルである。この波形は、第１パルス幅Ｔｐが記録マークとそのマークの直前に設けられたスペースの長さの組み合わせによって変化する特徴とクーリングパルス幅Ｔｃ（記録パルスの最後にＰｃレベルまで下げる時間幅）が記録マークとそのマークの後続スペース長の組み合わせにより決まる特徴を持つ。マーク直前のスペース長が短く、マークが長いほどＴｐは短くなり、マーク直前のスペース長が長く、マークが短いほどＴｐは長くなる。ただし、媒体の構造によっては６Ｔｗマークの記録用記録波形のＴｐを特に長くした場合、ジッター低減効果が大きかった。また、後続のスペース長が長く、マークが長いほど、Ｔｃは短くなり、後続のスペース長が短く、マークが短いほど、Ｔｃは長くなる。
【００３９】
図１５には３Ｔｗ，４Ｔｗ，６Ｔｗ，１１Ｔｗの記録波形しか示していないが、５Ｔｗは６Ｔｗの記録波形の一連の高いパワーレベルのパルス列のうち、Ｔｗ／２の高いパワーレベルＰｈと直後のＴｗ／２のボトムパワーレベルＰｂをそれぞれ一つずつ削減したものである。また、７Ｔｗ〜１０Ｔｗ用記録波形は６Ｔｗ用記録波形の最後尾の高いパワーレベルのパルスの直前に、Ｔｗ／２の高いパワーレベルＰｈとＴｗ／２のボトムパワーレベルＰｂを、それぞれ１組ずつ追加したものである。したがって、５組追加したものが１１Ｔｗである。
【００４０】
ここでは、３Ｔｗに対応する最短記録マーク長を０．２６μｍとした。記録すべき部分を通り過ぎると、レーザ光パワーを再生（読み出し）用レーザ光の低パワーレベルＰｒ（１ｍＷ）に下げるようにした。
このような記録方法では、既に情報が記録されている部分に対して消去することなく、重ね書きによって新たな情報を記録すれば、新たな情報に書き換えられる。すなわち、単一のほぼ円形の光スポットによるオーバーライトが可能である。
【００４１】
しかし、書き換え時の最初のディスク１回転又は複数回転で、前記のパワー変調した記録用レーザ光の中間パワーレベル（３ｍＷ）又はそれに近いパワーの連続光を照射して、記録されている情報を一たん消去し、その後、次の１回転でボトムパワーレベル（０．５ｍＷ）と高パワーレベル（７ｍＷ）の間で、又は中間パワーレベル（３ｍＷ）と高パワーレベル（７ｍＷ）との間で、情報信号に従ってパワー変調したレーザ光を照射して記録するようにしてもよい。このように、情報を消去してから記録するようにすれば、前に書かれていた情報の消え残りが少ない。従って、線速度を２倍に上げた場合の書き換えも、容易になる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、多層の光ディスクを対象としてフォーカス・エラー信号を生成するとき、隣接層からの反射光の影響を低減することができ、読み出すときの信頼性を向上させることができる。逆にいえば、この効果により、光学情報媒体層の層間隔を狭くすることも可能になる。光学情報媒体の層間隔を大きくすればクロストークは少なくなるが、限られたディスクの厚さの中で多層を実現することができない。このとき、本発明は、他の隣接層からの影響を少なくすることができるので、より層間隔の狭い多くの層からなる多層光ディスクを読み出すことが可能な光ディスクドライブを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光学情報記録再生装置の一例の概略図。
【図２】従来の光学情報記録再生装置の概略図。
【図３】多層ディスクから生成されるフォーカス・エラー信号の問題点を説明するための概略図。
【図４】合焦点位置にある光学情報媒体層からの反射光の光検出器上での像を示す模式図。
【図５】隣接層である光学情報媒体層からの反射光の光検出器上での像を示す模式図。
【図６】２分割光検出器からの差信号（フォーカス・エラー）の変化を表す概略図。
【図７】本発明の作用を説明する概略図。
【図８】合焦点位置にある光学情報媒体層からの反射光の４分割光検出器上での像を示す模式図。
【図９】隣接層である光学情報媒体層からの反射光の４分割光検出器上での像を示す模式図。
【図１０】４分割光検出器からの差信号（フォーカス・エラー）の変化を表す概略図。
【図１１】本発明による光学情報記録再生装置の他の例の概略図。
【図１２】４分割されたホログラム素子による光の回折方向（光軸に垂直な平面に投影）を示す図。
【図１３】光検出器のパターンを示す概略図。
【図１４】光学情報記録再生装置の光ディスクドライブ装置の具体例を示す概略図。
【図１５】記録波形の例を示す概略図。
【符号の説明】
１．半導体レーザ
２．三角プリズム
２１．λ／４波長板
２２．ナイフエッジ
２３．コリメータレンズ
２４．ホログラム光学素子
３１．偏光ビームスプリッタ
３２．ハーフプリズム
４１．対物レンズ
４２．４３．集光レンズ
５０．光ディスク
５０１．多層光ディスク
５１．２分割光検出器
５３．４分割光検出器
５１１．第２光学情報媒体層
５１２．第１光学情報媒体層
５１３．第３光学情報媒体層
５４０，５４５〜５４８．光検出器
５４１〜５４４．４分割光検出器
６０〜６４．電子回路
６００．レーザ駆動回路
６０１．スピンドルモータ
６０２．光ヘッド
６０３．焦点検出回路
６０４．トラッキング回路
６０５．コントローラ回路
６０６．送りモータ
６０７．ユーザデータ
６３．レンズアクチュエータ
８０．照射光
８１．第１光学情報媒体層からの反射光
８２．第２光学情報媒体層への照射光
８３，８４．第２光学情報媒体層からの反射光
８５．０次回折光
８６．（−）１次回折光
８７．（＋）１次回折光
Claims (2)
- 第１の光学情報媒体層及び第２の光学情報媒体層を有する光ディスクから情報を再生する光学情報再生装置において、
光源と、前記光源からの光を集光して前記光ディスクに照射する光照射手段と、前記光ディスクからの戻り光の所定の領域を取り出して集光させる集光手段と、前記集光手段によって集光された前記光ディスクからの戻り光を検出する光検出器とを備え、
前記光検出器は、検出面を一方向に４分割する４個の検出素子からなる４分割光検出器であり、前記光ディスクの前記第１あるいは第２の光学情報媒体層を前記光照射手段による集光位置で照射したとき当該第１あるいは第２の光学情報媒体層からの戻り光に起因する出力が略等しくなるように前記検出面の中央部に配置された第１及び第２の光検出素子と、前記光ディスクの前記第１の光学情報媒体層を前記光照射手段による集光位置で照射したとき前記第２の光学情報媒体層からの戻り光に起因する出力が前記第１の光検出素子と略等しくなるように前記検出面の一端側に配置された第３の光検出素子と、前記光ディスクの前記第２の光学情報媒体層を前記光照射手段による集光位置で照射したとき前記第１の光学情報媒体層からの戻り光に起因する出力が前記第２の光検出素子と略等しくなるように前記検出面の他端側に配置された第４の光検出素子とを有し、
前記第１及び第２の検出素子の分割方向の幅は前記第３及び第４の検出素子の分割方向の幅より小さく、前記第１及び第２の光検出素子の受光面積は前記第３及び第４の光検出素子の受光面積より小さく、
前記光ディスクの前記第１の光学情報媒体層を前記光照射手段による集光位置で照射したときの前記第２の光学情報媒体層からの戻り光、及び前記光ディスクの前記第２の光学情報媒体層を前記光照射手段による集光位置で照射したときの前記第１の光学情報媒体層からの戻り光はいずれも前記光検出器の検出面内に収まっていることを特徴とする光学情報再生装置。 - 請求項１記載の光学情報再生装置において、前記第１及び第４の光検出素子の出力の和と、前記第２及び第３の光検出素子の出力の和との差分に基づいてフォーカス・エラー信号を発生することを特徴とする光学情報再生装置。
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