JP5487085B2 - 情報記録方法、情報再生方法及び光ディスク装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ディスクを用いた情報記録方法及び情報再生方法、並びにそれを体現する光ディスク装置に関わる。

以下における説明中の用語の一部は、Blu-ray Disc（ＢＤ）で使用されるものを基本とする。ただし、本発明の適用範囲は、ＢＤに限定されるものではない。

光ディスクの記録容量の拡大は、光源の短波長化と対物レンズの開口比（ＮＡ）の増大に加えてディスク１枚当たりの記録層数を増やすことにより実現されてきた。ＢＤでは青色レーザダイオードと、ＮＡが０．８５という高ＮＡ対物レンズを用いて２層で５０ＧＢの記録容量を実現している。更に、２０１０年には、記録層の数を３乃至４に増やすと同時に面記録密度も高めることにより１００ＧＢ以上の記録容量を有するＢＤ ＸＬの実用化に至った。

記録波長の短波長化や対物レンズの高ＮＡ化は限界に近く、今後、面記録容量を大幅に向上させるのは容易でない。よって、上記以上の記録容量を実現するためには、記録層の数をさらに増大させるのが有力な解決手段の一つである。しかし、従来の多層光ディスクと同様の構成で記録層数を増大させようとすると記録容量当たりのコスト低減が実現しにくい可能性が高い。何故なら、現行の多層光ディスクの製造コスト及び歩留まりは、専ら記録層の形成プロセスに関わるからである。即ち、層数の増大は工程数の増大に直結し、最終的な歩留まりは、１層当たりのスタンパ工程の歩留まりの層数の冪乗で概ね決定される。

そこで、従来の多層ディスクのように物理的に定義された記録層を有さない光ディスク及びその記録技術が検討されている。一例として、特許文献１に記載されている技術では、フォトリフラクティブ材料からなる記録領域中にマイクロホログラム、即ち微小な干渉縞を記録している。上記記録領域の中には、物理的に記録位置を規定する構造が無いので各マイクロホログラムの記録位置は、記録に用いる光（記録光）の焦点位置を間接的に制御することにより決定される。また、別の一例を挙げると、特許文献２の記述にあるように記録領域中にボイド（空隙）を形成することにより記録を行うものもある。これらの記録方法によれば、仮想的な記録層を比較的自由に増やすことが可能であり、ディスク１枚当たりの記録容量増大を図りやすい。尚、本明細書中では、以上のように記録領域中に物理的に記録位置を規定する層が無い方式について便宜上、空間記録と総称することとする。

上記の空間記録を含め、記録層の数を増大させた場合に問題となるのが再生している層からの反射光量の減少である。記録用光源の出力は有限であるから、多数の記録層を有するディスクで再生光の入射面から見て最も奥に有る層に対して記録を行うためには、途中の各記録層の透過率が十分に高いことが要求される。逆に言うと、各層の光反射率及び吸収率は十分に小さい必要がある。また、吸収率が小さい記録層に対して記録を行うために記録膜の記録感度が高く設定されているため、再生時のピックアップの出射光（再生光）のパワーを大きくすることには限界がある。このため、一般的に再生時に記録層から返ってくる光量は記録層数が多いほど小さくなる。従って、再生信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）の低下が課題となる。

再生信号のＳＮＲ低下に対抗する技術として、特許文献３に記載のあるような光学干渉を応用した信号振幅増幅技術がある。即ち、再生光と共通の光源から得た参照光を記録層からの反射光と光検出器上で干渉させることにより再生信号を増幅するものである。尚、本明細書中では、このような再生光と共通の光源から得た参照光と再生光を光検出器上で干渉させる方式及びその再生光学系をそれぞれホモダイン検出及びホモダイン検出系と総称することとする。

特開２００８−９７７２３号公報 特開２００９−２３８２８５号公報 特開２００９−２５２３３７号公報

Japanese Journal of Applied Physics 48 (2009) 03A054

本発明が解決しようとする課題は、空間記録を行う際に記録領域の利用効率を高めることにより空間記録密度若しくはディスクの記録容量を増大させることである。

空間記録によって仮想的な記録層数を増やすことに関しては制限がある。仮想的な記録層を増やすためには使用する記録領域の厚さを増やす必要がある。しかし、そのために必要な対物レンズの球面収差補正が可能な範囲を大幅に増やすことは容易でない。よって、空間記録を用いて記録容量の増大を図るにあたっては、記録領域を効率的に使用する必要がある。

また、記録領域の利用効率を制限する主要な要因の一つに、トラッククロストークがある。これは、再生に用いる光のスポットが有限の大きさを持つため隣接するトラックにも光が当たり、その反射光が再生系のフォトダイオードに入射することにより起こる。

上記課題を解決するために、本発明では再生時にホモダイン検出を用いる。また、ホモダイン検出を用いた場合に隣接トラックからのトラッククロストークを低減することができる配置にトラックを配置して空間記録を行う。

本発明による情報記録方法は、内部に記録位置を規定する層を持たない均質な記録領域に情報を保持する記録トラックを整列させて空間記録することにより記録層を形成する光ディスクへの情報記録方法であり、記録領域の所定の深さ位置にメインビームを集光して情報を記録しながら記録トラックを形成することにより、複合記録層を構成する第１の記録層を形成する工程と、第１の記録層からメインビームの波長の１／６よりも大きな深さオフセットで深さ方向に隔てられた深さ位置にメインビームを集光して情報を記録しながら記録トラックを形成することにより、複合記録層を構成する第２の記録層を形成する工程とを有する。

深さオフセットは、メインビームを集光する対物レンズの焦点深度以上とするのが好ましい。また、深さオフセットは、深さ方向に隣接する２つの複合記録層の間隔の１／４より小さいのが好ましい。

本発明では、上記情報記録方法によって情報が記録された光ディスクを、ホモダイン検出法を用いて再生する。

すなわち、本発明による情報再生方法は、再生に使われるメインビームの波長の１／６よりも大きな深さオフセットで深さ方向に隔てられた２つの深さ位置に情報を保持する記録トラックを整列させて第１の記録層と第２の記録層からなる複合記録層が空間記録された光ディスクの情報再生方法であり、光源から出射されたメインビームを第１のビームと第２のビームに分割し、第１のビームを所望の記録層に集光する工程と、所望の記録層から反射された第１のビームと反射鏡によって反射された第２のビームとを光検出器上で光学干渉させ、再生信号を得て所望の記録層に記録された情報を再生する工程とを有する。

本発明により、記録領域の利用効率を向上させることが可能となり、空間記録密度、若しくは、ディスクの記録容量を増大させることが可能となる。
上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明を実施した一例の説明図。 ホモダイン検出の原理説明のための図。 再生光と参照光の干渉条件のうち波面形状の影響を説明する模式図。 シミュレーション結果を示す図。 隣接トラックからの反射光量変化の計算結果のグラフ。 Ａ層の記録の様子を説明する模式図。 Ｂ層の記録の様子を説明する模式図。 光ディスク装置の構成例を示す図。 Ａ層へのメインビーム焦点位置調整の説明図。 Ｂ層へのメインビーム焦点位置調整の説明図。 Ｂ層へのメインビーム焦点位置調整に使用するＦＥＳ曲線を示す図。 光ディスク装置の構成例を示す概略図。

初めに、ホモダイン検出について説明する。但し、当業者であれば、ホモダイン検出及びそれを用いた光ディスク装置の構造及び動作に関しては特許文献３を参照することで容易に理解できるので、以下においては本発明の説明に必要な概要のみを説明する。

図２は、ホモダイン検出系の原理説明のための図である。レーザダイオード２から出射したレーザ光は、コリメータレンズ４によって平行光束に変換され、偏光ビームスプリッタ５に達する。偏光ビームスプリッタは、分離面に入射するＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射させる機能を有しているので、入射したレーザ光のうちＰ偏光成分はそのまま通過する。以後、通過したＰ偏光成分光を参照光と呼ぶ。偏光ビームスプリッタ５を通過した参照光は、１／４波長板６を通過した後、反射鏡７によって反射される。反射された参照光は、再び１／４波長板６を通過し、偏光ビームスプリッタ５に至る。往路と復路とでそれぞれ１／４波長板を通過しているのでＳ偏光となっているから、参照光は、偏光ビームスプリッタ５で反射されて収束レンズ８によってフォトダイオード９の上に焦点を結ぶ。

一方、偏光ビームスプリッタ５に入射したレーザ光のＳ偏光成分は、反射されて１／４波長板６を経て対物レンズ３へと導かれる。そして、このレーザ光は、対物レンズ３により光ディスク１の記録層上に焦点を結び、その一部は反射される。この記録層で反射されたレーザ光を以後、再生光と呼ぶ。再生光は、往路と同じ経路を偏光ビームスプリッタ５まで遡る。再生光は、往路と復路とでそれぞれ１／４波長板を通過してＰ偏光となっているので偏光ビームスプリッタ５を通過し、収束レンズ８によってフォトダイオード９の上に焦点を結ぶ。

ここで、参照光と記録層からの反射光それぞれのレーザダイオード２からフォトダイオード９までの光学的距離の差が十分に小さい場合、参照光と再生光は、フォトダイオード９上で光学干渉を起こす。この時、両者の位相差が小さいと光の強度を強めあい、記録層からの反射光を単独でフォトダイオードで受光した時よりも大きな信号振幅が得られる。

なお、偏光ビームスプリッタ５に入射するレーザダイオードの出力レーザ光は直線偏光であるから、その偏光面の角度を適当に定めることにより再生光と参照光の強度比を選択することが可能である。

ここで、フォトダイオード上で記録層からの反射光が参照光と光学干渉することにより、再生信号強度を十分に増幅するためには、両者が強く干渉する必要がある。その最も基本的な条件は、前述のように両者の位相差が小さいことである。しかし、両者が完全に干渉するためには、位相整合だけでは不十分で両者の波面形状も一致する必要がある。その様子を説明する模式図を図３に示す。図３（ａ）には、波面形状の与える影響が解り易いように、極端な例として球面波と平面波の干渉を描いている。これらの球面波と平面波の進行方向は一致しているものとする。また、球面波の波面は立体的なものであり、紙面上に表記するのは容易でないので、図３には球面波の光軸を含む平面における両者の断面形状を示している。

図３（ａ）では、平面波及び球面波の波面形状をそれぞれ破線と実線で表している。また、球面波の光軸上において両者の位相が整合しているものとしている。図３（ａ）から明らかなように、球面波の近軸成分は位相が平面波と合致するのに対し、光軸を外れた成分は位相が一致しない。つまり、球面波の殆どの成分は平面波と干渉しない。更に言えば、２つの光波の波面形状が空間的に一致していないと強い干渉は生じないと言うことである。例えば、球面波同士であっても図３（ｂ）のように両者の焦点位置が一致していない場合には、強い干渉を生じないことは明らかである。即ち、再生にホモダイン検出を用いる場合、トラッククロストーク成分光の波面形状と参照光の波面形状を不一致にさせることができれば、信号成分が増幅される一方でクロストーク成分は増幅されないので、結果としてクロストーク成分に対する再生信号成分の比が向上する。即ち、クロストーク成分を抑圧したのと同等である。

ホモダイン検出を用いた再生系では、フォトダイオード上において参照光の波面形状と再生トラックからの再生光成分の波面形状がなるべく一致するように設計されている。よって、上記の指針によりフォトダイオード出力中のトラッククロストーク成分を抑圧しようとした場合、トラッククロストーク成分光の波面形状を再生トラックからの反射光の波面形状と異なるようにできればよいことになる。

再生トラックからの反射光の波面形状と隣接トラックからのクロストーク成分の波面形状を相違させる一手段として、隣接するトラック相互のディスク厚み方向の距離（記録深さ）を十分に大きく変えることが考えられる。これにより、トラッククロストーク成分がデフォーカス状態となり、図３（ｂ）に相当する状態を作り出すことができる。空間記録においては、このように隣接するトラック相互のディスク厚み方向の距離（記録深さ）を十分に大きくすること可能である。

空間記録における記録マークからの反射光によるフォトダイオード出力のデフォーカス及びトラックオフセット依存性の計算結果を図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す。図４（ａ）は、従来の光ディスク再生系を用いた場合で、図４（ｂ）がホモダイン検出系を用いた場合である。計算は、空間記録を想定し、記録マークの反射率を有限な値とする一方、マーク以外は全て反射率０としている。即ち、透明な物質中に有限な反射率と有限な面積を有する記録マークからなるトラックが存在しているものとした。また、光の波長は、ＢＤと同じ４０５ｎｍとし、レンズのＮＡも同じく０．８５とした。トラックピッチは３２０ｎｍとし、隣接トラックにも同じマークが存在するものと仮定した。また、マークの幅は、トラックピッチの１／３とし、マークとスペースの長さは、共に５９６ｎｍとした。

図４（ａ）及び図４（ｂ）の横軸は、トラックオフセットで、縦軸は反射光量を表す。また、デフォーカス量毎にトラックオフセット方向の反射光量変化をプロットしてある。

図４（ａ）のマーク直上（トラックオフセット０ｎｍ）での変化に着目すると、従来の光ディスク方式では、デフォーカス量が大きくなるに連れてマーク部からの反射光量が徐々に減り、スペース部からの光量が増えていくように見える。そして、デフォーカスが甚だしい場合にはマークとスペースを平均化されていく。これは、当業者であれば容易に理解できる現象である。

一方、図４（ｂ）のホモダイン検出の場合のマーク直上（トラックオフセット０ｎｍ）での変化に着目すると、図４（ａ）の場合と同様にデフォーカス量が大きくなるに連れてマーク部からの反射光量が減少していく。ただし、その減少速度は、従来方式の場合よりも急速である。これは、先に述べたようにデフォーカスが大きくなると再生光と参照光の波面形状の差が大きくなるために振幅増幅率が低下するためである。

次に、トラックとトラックの中間（トラックオフセット１６０ｎｍ）直上での変化に着目すると、図４（ａ）の従来の再生系の例では、スペース部からの反射光量が増えていくように見える。一方、図４（ｂ）のホモダイン検出の場合は、従来方式の場合とは反対にデフォーカス量が大きくなるに連れて反射光量は減少していく。減少する理由は、マーク直上における場合と同じで、参照光との波面形状の相違が大きくなって行くためである。

つまり、ホモダイン検出を用いれば、隣接するトラック相互のディスク厚み方向の距離（記録深さ）を十分に大きくすることにより、隣接トラックからのクロストークを減らすことが出来る。この特性を用いることによりトラックピッチを狭めることが可能になる。

以上の現象は、特定の計算条件下で得られたものである。しかし、その原因を考えると、上記の議論は一般性を有しており、常識の範囲内で計算条件であるトラックピッチやマーク幅などのパラメータを変更したとしても概ね成立する。

図１（ａ）に、本発明を実施した一例の説明図を示す。また、図１（ｂ）に、比較の為に従来の再生光学系を用いた場合の例を示す。図１（ａ）及び図１（ｂ）は、物理的に定義された記録層を有さない光ディスクの記録領域に空間記録によって記録されたトラック１０の配置を、ディスクの半径方向に切断した断面から観測したものを表す説明図である。即ち、横軸は、ディスクの半径方向を表し、縦軸がディスク表面からの深さ方向を表している。特許文献１などで開示されている空間記録においては、ディスク中に設けられた基準面にガイドビームのフォーカスを掛けた状態で記録を行う。また、基準面には螺旋状の案内溝が設けられているので、ディスクの半径方向の断面から見ると、図１（ｂ）に図示したように、記録マーク列からなるトラックは、仮想的な記録層（以後、単に記録層１１と呼ぶ）を構成しているように見える。

従来技術に対して、本発明では図１（ａ）に示したように、記録層１１中のトラックは単一平面上に配置されているのではなく、互いに隣り合うトラック同士の記録深さが異なる。この例では、一定の深さオフセットａをもって、隣接トラックとの記録深さが交互に変えられている。この時、記録深さが異なる隣接トラックとの半径方向の距離ｑを実効トラックピッチと呼ぶことにする。図３（ａ）に関連して述べたように、深さオフセットａは、ホモダイン検出法を用いて再生することで隣接トラックからのクロストークを十分に抑圧するのに必要な深さに設定されている。

図５は、深さオフセットの効果を示す計算例である。図５は、図１（ａ）に示すようなトラック配置をした場合に、あるトラックの中央において観測される隣接トラックからの反射光（クロストーク成分光）によるフォトダイオード出力変化をそのトラック中央における出力で規格化し、プロットしたものである。横軸は、デフォーカス量で、比較の為に従来方式の再生光学系を用いた場合とホモダイン検出系を用いた場合とを示す。実線がホモダイン検出系を用いた場合を示している。再生光学系やトラックピッチなどの計算条件は、図４と同じである。

図５から、従来の再生光学系では深さオフセットによるトラッククロストーク抑圧効果はなく、むしろ大きな深さオフセットに対してはトラッククロストークの影響が大きくなることが解る。一方、ホモダイン検出を用いた場合には、深さオフセットが大きくなるに連れて隣接トラックからの反射光による影響は単調に減少していることが解る。図５に示したグラフが再生信号中のトラッククロストーク成分のトップレベルに相当するとものと考えることができる。すると、深さオフセット０では、再生信号中のトラッククロストークの比率は、およそ−８ｄＢにも相当する。これは、今日の実用化されている光ディスク信号処理技術をもってしても実用的なエラーレートを実現するのは困難なレベルである。それに対し、深さオフセットを、使用している再生光学系の焦点深度５６０ｎｍに概ね匹敵する６００ｎｍにすると、−１７ｄＢにまで大幅に低下する。これは、現行の光ディスクと比較して良い条件とは言えないものの、エラー訂正符号の高度化により十分に実用化可能な範囲である。

次に、図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照して、記録領域（記録空間）中の単位断面積当たりのトラック数（以後、単にトラック密度と呼ぶ）について述べる。まず、従来の場合について考える。簡単のために、記録層の間隔は一定値ｄであるとする。また、トラックピッチをｐとすると、トラック密度ｍは、ｍ＝１／（ｐｄ）で与えられる。一方、本発明に基づく場合については、実効的な層間隔がｄ＋２ａに増加しているので、記録領域中の単位断面積当たりのトラック数ｎは、ｎ＝１／（ｑ（ｄ＋２ａ））で与えられる。よって、例えばＢＤ ＸＬと同程度の例としてｄ＝１００００ｎｍ、ｐ＝３２０ｎｍに対してｑ＝ｐ／２＝１６０ｎｍ、ａ＝１０００ｎｍとするとｎ／ｍ＝１．６７となり、従来に比べておよそ１．６７倍のトラック密度を実現できる。また、ｎ＞ｍとなる条件をｑ＝ｐ／２について求めるとａ＜ｄ／４となる。尚、層間隔が一定でない場合については、平均の層間隔を用いて上記の議論を適用すればよい。

従来、同一記録層中のトラックは、同一面内に形成されていた。ＤＶＤ−ＲＡＭのようなランドグルーブ記録方式の光ディスクでは、ランドとグルーブの両方に記録されているので厳密には幾何学的に同一平面内にはない。しかし、ＤＶＤ−ＲＡＭの場合、グルーブの深さは再生光の焦点深度よりも浅く、再生光の波長のおよそ１／６であるので、ランドもグルーブも光学的には同一平面内にあることになる。つまり、ランド、グルーブどちらからの反射光の波面形状も同じと見なすことができる。

次に、記録動作について図６を用いて説明する。光ディスク１は、基板２２の上に記録材料からなる記録領域２０が形成されている。記録材料は、ニトロセルロース系樹脂である。基板２２の成型時にその表面に案内溝が同時形成され、その上に反射膜を付着させることによりリファレンス面２１が形成されている。リファレンス面２１の上に記録領域２０が形成される。初期状態では記録領域２０は均質であり、内部に物理的に記録位置を規定する層を有さない。図６は、記録中の様子を半径方向に切った断面から観測したものに相当する。対物レンズ３により、ガイドビーム２３は、リファレンス面２１上に焦点を結んでいる。ガイドビーム２３は、赤色のレーザ光である。ガイドビーム２３は、リファレンス面２１を用いてフォーカス信号とトラッキング信号を得る。メインビーム２４は、対物レンズ３により予め指定された記録深さに焦点を結んでいる。指定した記録深さに記録光の焦点を結ばせるためには、ディスク表面からの距離に応じて球面収差を補正する必要があることと、その方法に関しては当業者であれば容易に理解できることなので、ここでは説明を省略する。

以下の説明においては、本発明に基づいて記録された記録層のうち、リファレンス面２１に近い側のトラックの集合を便宜上Ａ層２５と呼び、遠い側をＢ層２６と呼ぶこととする。リファレンス面２１に形成されている案内溝はシングルスパイラルである。Ａ層を記録する際には、ガイドビームをリファレンス層のグルーブに対してトラッキングを掛け、グルーブの直上にボイド列からなるトラックを内周から外周へと形成していく。

最外周までＡ層を記録し終えたらＢ層を記録する。その様子の模式図を図７に示す。Ｂ層を記録する際には、再び内周からガイドビーム２３がランドに対してトラッキングを掛け、ランドの直上にトラックを形成していく。尚、上記の例では記録の方向を内周から外周へとしたが、スパイラルとディスク回転の向きによっては外周から内周である場合もあり得ることは勿論である。また、上記の例ではリファレンス層が基板と記録領域の境界に設けられているが、ディスクの光入射面近傍に設けてもよいことは勿論である。

尚、実際には、複数の複合記録層が形成されることになるが、簡単のために図１には、２つの複合記録層のみが記載されている。ある複合記録層に次いで別の複合記録層を記録するには、記録光焦点のリファレンス面からの記録深さをｄだけ変位させ、再度、上記と同様の工程を経ることにより行う。

記録済みのトラックを再生する場合、リファレンス層を用いたフォーカス及びトラッキング制御を行うことは勿論可能である。非特許文献１にあるように、リファレンス層を用いずに記録済みの記録層及びトラックから直接フォーカスエラー信号及びトラックエラー信号を検出することも可能である。

記録中途の層に追記をする場合、リファレンス制御方式ではドライブの個体差や設計の違いにより記録光の焦点の深さが記録済みのトラックと異なることがあり得る。これは、互換性低下の原因となる。これを解決する一つの方法としては、記録済みの記録層中のトラックからフォーカスエラー信号及びトラックエラー信号を検出して記録済みトラックとリファレンス層から検出したフォーカスエラー信号及びトラックエラー信号を校正する方法がある。この方法による場合、追記を行うのがＡ層かＢ層かで手順が異なる。

図８は、本発明に基づく光ディスク装置の構成図である。ただし、再生時あるいは追記前にメインビームの焦点位置を校正する手順を説明する為のものなので、その説明に不要な構成要素は概ね省略されている。ホモダイン検出、及びそのために必要な再生光と参照光の干渉もここでの説明とは無関係なため図示及び説明を省略している。この例の特徴は、フォーカシング及びトラッキングのフィードバック制御に用いるエラー信号の検出にリファレンスビームを用いるのかメインビームを用いるのかを選択することができることである。

メインビームの光源は、青色レーザダイオード３１で、これを発した青色レーザ光は、コリメータレンズ４ａで平行光に変換され、リレーレンズ３３で球面収差補正を受けたのちに偏光ビームスプリッタ５ａを透過し、１／４波長板６ａで円偏光に変えられる。そして、ダイクロイックプリズム３２によって反射された後に、対物レンズ３によって光ディスク１の記録領域内に焦点を結ぶ。ここで、メインビームの焦点が記録済みの記録層にあれば、記録マークによりメインビーム光の一部が反射され、偏光ビームスプリッタ５ａまで戻っていく。その間、再度１／４波長板６ａを通過するために偏光の向きが往路とは９０°異なっているので、偏光ビームスプリッタ５ａによって反射されて、非対称収束レンズ３５ａにより４分割フォトダイオード３４ａ上に集光される。非対称収束レンズ３５ａでは故意に非点収差を発生させ、４分割フォトダイオード３４ａとの組み合わせにより非点収差方式にてフォーカスエラー信号を得る。非対称収束レンズは、球面レンズと円柱レンズの組み合わせでも同等の機能を実現できる。また、トラックエラー信号も同時に４分割フォトダイオード出力から得られることは当業者には周知のことである。

ガイドビームの光源は、赤色レーザダイオード３６で、これを発した赤色レーザ光は、コリメータレンズ４ｂで平行光に変換され、偏光ビームスプリッタ５ｂを透過し、１／４波長板６ｂで円偏光に変えられる。そして、ダイクロイックプリズム３２を透過した後に、対物レンズ３によって光ディスク１のリファレンス面に焦点を結ぶ。リファレンス面でガイドビーム光の一部が反射され、偏光ビームスプリッタ５ｂまで戻っていく。その間、再度１／４波長板６ｂを通過して偏光の向きが往路とは９０°異なっているので、偏光ビームスプリッタ５ｂによって反射されて、非対称収束レンズ３５ｂにより４分割フォトダイオード３４ｂ上に集光される。非対称収束レンズ３５ｂは故意に非点収差を発生させ、４分割フォトダイオード３４ｂとの組み合わせにより非点収差方式にてフォーカスエラー信号を得る。

青系または赤系で検出されたエラー信号から必要に応じてセレクタ３７によっていずれかを選択し、制御装置３８に送る。制御装置３８は、入力されたエラー信号を用いてアクチュエータ３９を駆動することによりレンズのフォーカス及びトラッキングのフィードバック制御を行う。

次に図８に示した例で、記録中途のＡ層に追記する場合について図８と図９を用いて説明する。前述のように、追記を開始する前に記録光として使用されるメインビームの焦点の深さを当該Ａ層中の記録済みトラックの深さと一致させる必要がある。まず、セレクタ３７で赤系から検出したフォーカスエラー信号を選択した上で、そのフォーカスエラー信号が極小になるようにアクチュエータ３９によって対物レンズ３を駆動し、図９に示したように当該Ａ層の記録済みの領域にシークする。この時、メインビーム２４のパワーは、当然、再生時のレベルに設定する。この時にメインビームで検出されたフォーカスエラー信号もエラーが０であればメインビーム２４の焦点位置が当該Ａ層中の記録済みトラックと同じであるから、ガイドビーム２３を用いてフォーカスを制御しながら追記しても問題を生じない。しかし、両者に無視できない不一致がある場合は、メインビームで検出したフォーカスエラー信号が極小、典型的には０になるまでリレーレンズ３３を調整してメインビームのフォーカス位置を補正する。この調整が終了した段階で、ガイドビームによるリファレンス面に対するフォーカス制御のみで記録済みのＡ層のトラックと同じ深さにメインビームの焦点を維持できるようになった。

トラッキングエラーに関しても、ガイドビームで検出したものとメインビームで検出したものとの間に差異があるかを確認し、違いがある場合にはガイドビームで検出したトラッキングエラー信号に対して電気的にオフセット信号を加算して補正する。その後、ガイドビームによる制御を行いながらメインビームが追記トラック位置２７に差し掛かった時点で追記を開始する。追記開始のタイミングは、メインビームで記録済みのトラックからアドレスとフレーム情報を再生することにより取得する。また、リファレンス面の表面構造から取得する方式も用いることができる。こうして、Ａ層と同じ深さ位置に情報を記録しながら記録トラックを形成することにより、記録中途のＡ層への追記を行う。

以上は、Ａ層へ追記する場合について述べたが、Ａ層の再生時にも同様な操作によってメインビームの焦点をＡ層に合わせることができる。

次に、記録中途のＢ層に追記する場合について図１０を用いて説明する。Ａ層に追記する場合と同様に、追記を開始する前にメインビームの焦点の深さを当該Ｂ層中の記録済みトラックの深さと一致させる必要がある。ただし、記録途中のＢ層に追記を行う場合、Ａ層とＢ層の間隔が層間隔ｄよりも著しく小さい場合、図１１に示したように、フォーカスエラー信号上でＡ層とＢ層は分離して観測されないことがある。その場合、メインビームの焦点深さを記録済みのＢ層の記録深さに一致させるためには以下に述べるような方法を用いる必要がある。

図１１は、記録中途のＢ層が存在する記録層で得られるフォーカスエラー信号（ＦＥＳ）を模式的に示したものである。Ａ層のみが記録されている個所では、ＦＥＳ曲線としてＡ層ＦＥＳ曲線４０が観測される。Ｂ層単独では存在しないので、Ｂ層ＦＥＳ曲線４２は、直接観測することはできない仮想的なＦＥＳ曲線である。しかし、その形状は、Ａ層ＦＥＳ曲線とほぼ同じ形状で深さオフセットの分、横軸との交差位置が異なる。そして、Ａ層とＢ層が共に記録されている個所では、ＦＥＳ曲線として、Ａ層ＦＥＳ曲線とＢ層ＦＥＳ曲線が合わさって観測されたものに相当する合成ＦＥＳ曲線４１が観測される。

従って、実際に観測可能なＡ層ＦＥＳ曲線を用いてメインビームの焦点位置を調整した場合には、図１１中のＡ点に調整される。或いは、やはり実際に観測可能な合成ＦＥＳ曲線４１を用いてメインビームの焦点位置を調整した場合には、図１１中のＣ点に調整される。いずれにしても、本来調整されるべきＢ点とは異なる。

目標とすべきＢ点は、直接観測できない曲線上にある。先に述べたように、Ｂ層ＦＥＳ曲線の形状及び振幅は、Ａ層ＦＥＳ曲線とほぼ同じものであることが期待される。そこで、両者の形状及び振幅が同一であると仮定し、実際に観測可能なＡ層ＦＥＳ曲線及び合成ＦＥＳ曲線を用いてＢ点の位置を推定する。即ち、セレクタ３７で赤系から検出したフォーカスエラー信号を選択した上で、当該記録層でＡ層のみ記録済みの領域にシークする。このとき、アクチュエータ３９は、ガイドビーム２３がリファレンス面２１に焦点合わせされるように対物レンズ３を駆動する。そして、セレクタ３７を青系に切り替え、メインビームで検出したフォーカスエラー信号が０になるまでリレーレンズ３３を調整してメインビームのフォーカス位置を補正する。この調整が終了した段階で、記録済みのＡ層のトラックと同じ深さにメインビームの焦点があることになる。即ち、Ａ点が求まった。この時のリレーレンズ３３の位置を記憶する。

次に、図１０に示したように、セレクタ３７で赤系の４分割フォトダイオード３４ｂによって検出されたエラー信号を選択して、当該記録層でリファレンスビームを用いたフォーカス制御をしながらＡ層及びＢ層共に記録済みの領域にシークし、メインビームで検出したフォーカスエラーが０になるまでリレーレンズ３３を調整してメインビームのフォーカス位置を補正する。この調整が終了した段階でＣ点が求まった。この時のリレーレンズ３３の位置を記憶する。

Ｂ層ＦＥＳ曲線の形状及び振幅をＡ層ＦＥＳ曲線と同じと仮定しているので、図１１でＢ点とＣ点の距離はＡ点とＣ点との距離に等しいはずである。以上から、Ｂ層に記録する際に設定すべきリレーレンズの位置を推定することができる。すなわち、Ａ点に対応するリレーレンズ３３の位置と、Ｃ点に対応するリレーレンズ３３の位置から、Ｂ層に記録する際に設定すべきリレーレンズの位置を求め、求めた位置にリレーレンズ３３を調整する。この調整により、メインビームはＢ層と同じ深さ位置に焦点合わせされるので、メインビームが追記トラック位置２７に差し掛かった時点で情報を記録しながらトラックを形成することにより、Ｂ層への追記を行うことができる。

以上は、Ｂ層へ追記する場合について述べたが、再生時にも同様な操作が必要なことがある。即ち、Ａ層、Ｂ層共に記録済みの記録層を再生する場合、メインビームでフォーカスエラーを検出して制御すると、その際に検出されるＦＥＳ曲線は合成ＦＥＳ曲線４１であるのでＡ層とＢ層の中間に焦点が合ってしまう。メインビームの焦点を正しく目的とする層に合わせる方法には、再生信号の品質を調べながらフォーカス信号に電気的なオフセットを加える方法が考えられる。ただし、この方法は時間がかかる。

そこで、Ｂ層の一部を未記録のままにしておき、まず、Ａ層のみ記録されている領域においてメインビームでフォーカスエラーを検出して、フォーカスエラー信号が極小なるようにアクチュエータ３９を駆動して対物レンズ３の焦点位置を制御する。その時のアクチュエータ駆動電圧の時間平均値を記憶する。これは、図１１のＡ点に相当する。次に、Ａ層、Ｂ層共に記録済みの領域に移動し、メインビームでフォーカスエラーを検出して、フォーカスエラー信号が極小なるようにアクチュエータ３９を駆動して対物レンズ３の焦点位置を制御する。そして、その時のアクチュエータ駆動電圧の時間平均値を記憶する。これは、図１１のＣ点に相当する。この２点の値からＢ点の位置を推定し、Ｂ層を再生する際に電気的オフセットとしてアクチュエータ制御信号に加える。同様に、Ａ層を再生する場合には、図１１のＡ点とＣ点の距離に相当するオフセットをアクチュエータ制御信号に加える。

図１２は、光ディスク装置の構成の一例を示したものである。光ディスク１は、スピンドルモータ５２によって回転される。ピックアップ５１には、例えば図８に示したような記録再生に用いる光源、対物レンズをはじめとする光学系などが搭載されている。本発明に基づく装置であるので、再生光学系にホモダイン検出方式を用いている。ピックアップ５１は、スライダ５３によりシークを行う。シーク及びスピンドルモータの回転などはメイン回路５４からの指示によって行う。メイン回路には、信号処理回路やフィードバック調節計などの専用回路及びマイクロプロセッサ、メモリなどが搭載されている。光ディスク装置全体の動作を制御するのはファームウェア５５である。ファームウェア５５は、メイン回路中のメモリに格納されている。先に述べた、追記時のメインビームの焦点位置調整もファームウェアの指示に従って行う。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１：光ディスク、２：レーザダイオード、３：対物レンズ、４：コリメータレンズ、５：偏光ビームスプリッタ、６：１／４波長板、７：反射鏡、８：収束レンズ、９：フォトダイオード、１０：トラック、１１：記録層、
２０：記録領域、２１：リファレンス面、２２：基板、２３：ガイドビーム、２４：メインビーム、２５：Ａ層、２６：Ｂ層、２７：追記トラック位置、
３１：青色レーザダイオード、３２：ダイクロイックプリズム、３３：リレーレンズ、３４：４分割フォトダイオード、３５：非対称収束レンズ、３６：赤色レーザダイオード、３７：セレクタ、３８：制御装置、３９：アクチュエータ、４０：Ａ層ＦＥＳ曲線、４１：合成ＦＥＳ曲線、４２：Ｂ層ＦＥＳ曲線、
５１：ピックアップ、５２：スピンドルモータ、５３：スライダ、５４：メイン回路、５５：ファームウェア、
ａ：深さオフセット、ｄ：基本層間隔、ｐ：基本トラックピッチ、ｑ：実効トラックピッチ

Claims (10)

1. 内部に記録位置を規定する層を持たない均質な記録領域に情報を保持する記録トラックを整列させて空間記録することにより記録層を形成する光ディスクへの情報記録方法において、
   前記記録領域の所定の深さ位置にメインビームを集光して情報を記録しながら記録トラックを形成することにより、複合記録層を構成する第１の記録層を形成する工程と、
   前記第１の記録層から前記メインビームを集光する対物レンズの焦点深度以上、かつ、深さ方向に隣接する２つの複合記録層の間隔の１／４より小さい深さオフセットで深さ方向に隔てられた深さ位置に前記メインビームを集光して情報を記録しながら記録トラックを形成することにより、前記複合記録層を構成する第２の記録層を形成する工程とを有し、
   前記複合記録層の実効トラックピッチが前記第１又は第２の記録層のトラックピッチの１／２であることを特徴とする情報記録方法。
2. 請求項１に記載の情報記録方法において、
   前記複合記録層に対して前記深さオフセットの４倍よりも大きな層間隔をあけて、別の複合記録層を形成する工程を有することを特徴とする情報記録方法。
3. 請求項１に記載の情報記録方法において、
   前記光ディスクは案内溝を有するリファレンス面を有し、
   前記メインビームの波長と異なる波長を有するガイドビームを前記リファレンス面に集光し、反射されたガイドビームから第１のフォーカスエラー信号を検出する工程と、
   前記第１のフォーカスエラー信号を用いて前記メインビームのフォーカス位置を制御する工程と、
   前記複合記録層の前記第１の記録層が形成された領域に前記メインビームを集光し、反射されたメインビームから第２のフォーカスエラー信号を検出する工程と、
   前記第２のフォーカスエラー信号が極小になるように前記メインビームのフォーカス位置を補正する工程と、
   続いて、前記メインビームにより前記複合記録層の前記第１の記録層の深さ位置に情報を追記しながら記録トラックを形成する工程と
   を有することを特徴とする情報記録方法。
4. 請求項１に記載の情報記録方法において、
   前記光ディスクは案内溝を有するリファレンス面を有し、
   前記メインビームの波長と異なる波長を有するガイドビームを前記リファレンス面に集光し、反射されたガイドビームから第１のフォーカスエラー信号を検出する工程と、
   前記第１のフォーカスエラー信号を用いて前記メインビームのフォーカス位置を制御する工程と、
   前記複合記録層の前記第１の記録層のみが形成された領域に前記メインビームを集光し、反射されたメインビームから第２のフォーカスエラー信号を検出する工程と、
   前記第２のフォーカスエラー信号が極小になるように前記メインビームのフォーカス位置を第１の調整値に調整する工程と、
   前記複合記録層の前記第１の記録層と第２の記録層が共に形成された領域に前記メインビームを集光し、反射されたメインビームから第３のフォーカスエラー信号を検出する工程と、
   前記第３のフォーカスエラー信号が極小になるように前記メインビームのフォーカス位置を第２の調整値に調整する工程と、
   前記第１の調整値と第２の調整値から前記メインビームを前記第２の記録層にフォーカスさせるときの調整値を算出する工程と、
   前記メインビームのフォーカス位置を前記算出された調整値に設定して、前記メインビームにより前記第２の記録層の深さ位置に情報を追記しながら記録トラックを形成する工程と
   を有することを特徴とする情報記録方法。
5. 請求項１に記載の情報記録方法において、
   前記複合記録層の前記第１の記録層のみが形成された領域に対物レンズによって前記メインビームを集光し、反射されたメインビームから第１のフォーカスエラー信号を検出する工程と、
   前記第１のフォーカスエラー信号が極小になるように前記対物レンズを駆動し、当該駆動のための信号を第１の駆動信号として記憶する工程と、
   前記複合記録層の前記第１の記録層と前記第２の記録層が共に形成された領域に前記メインビームを集光し、反射されたメインビームから第２のフォーカスエラー信号を検出する工程と、
   前記第２のフォーカスエラー信号が極小になるように前記対物レンズを駆動し、当該駆動のための信号を第２の駆動信号として記憶する工程と、
   前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号から、前記第１の記録層と第２の記録層が共に形成された領域で、前記メインビームを前記第１の記録層又は前記第２の記録層に集光する際に適用すべきフォーカスオフセットの値を決定する工程と
   を有することを特徴とする情報記録方法。
6. 再生に使われるメインビームを集光する対物レンズの焦点深度以上、かつ、深さ方向に隣接する２つの複合記録層の間隔の１／４より小さい深さオフセットで深さ方向に隔てられた２つの深さ位置に情報を保持する記録トラックを整列させて第１の記録層と第２の記録層からなる複合記録層が空間記録され、前記複合記録層の実効トラックピッチが前記第１又は第２の記録層のトラックピッチの１／２である光ディスクの情報再生方法において、
   光源から出射された前記メインビームを第１のビームと第２のビームに分割し、前記第１のビームを所望の記録層に集光する工程と、
   前記所望の記録層から反射された前記第１のビームと反射鏡によって反射された前記第２のビームとを光検出器上で光学干渉させ、再生信号を得て前記所望の記録層に記録された情報を再生する工程と
   を有することを特徴とする情報再生方法。
7. 請求項６に記載の情報記録再生において、
   前記光ディスクは案内溝を有するリファレンス面を有し、
   前記メインビームと異なる波長を有するガイドビームを前記リファレンス面に集光し、反射されたガイドビームから第１のフォーカスエラー信号を検出する工程と、
   前記第１のフォーカスエラー信号を用いて前記メインビームのフォーカス位置を制御する工程と、
   前記複合記録層の前記第１の記録層のみが形成された領域に前記メインビームを集光し、反射されたメインビームから第２のフォーカスエラー信号を検出する工程と、
   前記第２のフォーカスエラー信号が極小になるように前記メインビームのフォーカス位置を調整する工程と、
   前記第１の記録層に記録された情報を再生する工程と
   を有することを特徴とする情報再生方法。
8. 請求項６に記載の情報再生方法において、
   前記光ディスクは案内溝を有するリファレンス面を有し、
   前記メインビームと異なる波長を有するガイドビームを前記リファレンス面に集光し、反射されたガイドビームから第１のフォーカスエラー信号を検出する工程と、
   前記第１のフォーカスエラー信号を用いて前記メインビームのフォーカス位置を制御する工程と、
   前記複合記録層の前記第１の記録層のみが形成された領域に前記メインビームを集光し、反射されたメインビームから第２のフォーカスエラー信号を検出する工程と、
   前記第２のフォーカスエラー信号が極小になるように前記メインビームのフォーカス位置を第１の調整値に調整する工程と、
   前記複合記録層の前記第１の記録層と第２の記録層が共に形成された領域に前記メインビームを集光し、反射されたメインビームから第３のフォーカスエラー信号を検出する工程と、
   前記第３のフォーカスエラー信号が極小になるように前記メインビームのフォーカス位置を第２の調整値に調整する工程と、
   前記第１の調整値と第２の調整値から前記メインビームを前記第２の記録層にフォーカスさせるときのフォーカス位置の調整値を算出する工程と、
   前記メインビームのフォーカス位置を前記算出された調整値に設定する工程と、
   前記第２の記録層に記録された情報を再生する工程と
   を有することを特徴とする情報再生方法。
9. 請求項６に記載の情報再生方法において、
   前記複合記録層の前記第１の記録層のみが形成された領域に対物レンズによって前記メインビームを集光し、反射されたメインビームから第１のフォーカスエラー信号を検出する工程と、
   前記第１のフォーカスエラー信号が極小になるように前記対物レンズを駆動し、当該駆動のための信号を第１の駆動信号として記憶する工程と、
   前記複合記録層の前記第１の記録層と前記第２の記録層が共に形成された領域に前記メインビームを集光し、反射されたメインビームから第２のフォーカスエラー信号を検出する工程と、
   前記第２のフォーカスエラー信号が極小になるように前記対物レンズを駆動し、当該駆動のための信号を第２の駆動信号として記憶する工程と、
   前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号から、前記第１の記録層と第２の記録層が共に形成された領域で前記第１の記録層又は前記第２の記録層を再生する際に前記メインビームに適用すべきフォーカスオフセットの値を決定する工程と
   を有することを特徴とする情報再生方法。
10. 複数の記録層から構成される複合記録層とリファレンス層を有する光ディスクからの信号を再生する光ディスク装置であって、
    第１の波長の光を出射する第１の光源と、
    前記第１の光源から出射された光束を第１の光束と第２の光束に分割する光分岐素子と、
    対物レンズによって光ディスクの記録層に集光する集光光学系と、
    前記対物レンズによって集光される光の焦点位置を可変する可変焦点機構と、
    第１の光検出器と、
    前記光ディスクから反射された前記第１の光束と、反射鏡によって反射された前記第２の光束とを前記第１の光検出器上で光学的に干渉させる光学系と、
    前記第１の光検出器の出力からフォーカスエラー信号と再生信号を検出する手段と、
    第２の波長の光を出射する第２の光源と、
    前記第２の光源から出射された光を前記光ディスクのリファレンス層に照射する光学系と、
    前記リファレンス層からの反射光を受光する第２の光検出器と、
    前記第２の光検出器の出力からフォーカスエラー信号を検出する手段と、
    前記対物レンズのフォーカス制御を行う調節系と、
    前記第１の光検出器により検出されたフォーカスエラー信号と前記第２の光検出器により検出されたフォーカスエラー信号のいずれかを選択する選択手段と、
    前記複合記録層の第１の記録層のみが形成された領域に前記第１の光束を集光し、反射された前記第１の光束から前記第１の光検出器により第１のフォーカスエラー信号を検出し、前記複合記録層の前記第１の記録層と第２の記録層が共に形成された領域に前記第１の光束を集光し、反射された前記第１の光束から前記第１の光検出器により第２のフォーカスエラー信号を検出し、前記第１のフォーカスエラー信号と前記第２のフォーカスエラー信号をもとに前記第２の記録層の位置を推定し、前記第２の記録層に前記第１の光束の焦点を一致させる手段と
    を有することを特徴とする光ディスク装置。

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