(57)【要約】【課題】高ＮＡ対物レンズを用いて多層光ディスクを再生する場合において、記録層を判別することにより、再生可能になるまでの時間を短縮する。【解決手段】再生光束の中心部と周辺部の焦点位置ずれ信号の差信号として球面収差信号を検出し、そのレベルあるいは球面収差信号が０クロスするときの球面収差補正量から記録層を判別し、判別した層を補正する球面収差を付加した後、残留球面収差信号を用いてフィードバック制御して残留球面収差を補正する。【選択図】  図１
2004171635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の情報記録層を有する情報記録媒体に対し、光を照射して情報を再生する方法において、
前記複数の層のうち所定の層にフォーカスを合わせ、
前記所定の層の球面収差信号を検出し、
前記球面収差信号により前記所定の層を判別し、
前記判別した層の基板厚さずれによる球面収差を補正する球面収差量を付加し、前記所定の層の情報を再生することを特徴とする情報再生方法。
【請求項２】
請求項１記載の情報再生方法において、前記球面収差信号を、メモリに予め記録されている前記複数の層の球面収差信号の判定値と比較することにより、前記所定の層を判別することを特徴とする情報再生方法。
【請求項３】
請求項１記載の情報再生方法において、前記球面収差信号の極性から前記所定の層を判別することを特徴とする情報再生方法。
【請求項４】
複数の情報記録層を有する情報記録媒体に対し、光を照射して情報を再生する方法において、
前記複数の層の所定の層にフォーカスを合わせ、
球面収差補正手段を駆動させ、前記球面収差信号の極性が反転するときの前記球面収差補正手段の駆動量を検出し、
前記駆動量より前記所定の層を判別し、
前記判別した層の基板厚さずれによる球面収差を補正する球面収差量を付加し、前記所定の層の情報を再生することを特徴とする情報再生方法。
【請求項５】
請求項４記載の情報再生方法において、前記球面収差補正手段を駆動させ、前記複数の層の球面収差信号の値をメモリに記憶することを特徴とする情報再生方法。
【請求項６】
請求項４記載の情報再生方法において、さらに、前記球面収差信号の線形性により、前記球面収差補正手段の駆動量を検出することを特徴とする情報再生方法。
【請求項７】
請求項２乃至６記載の情報再生方法において、前記判別した層の球面収差を補正する球面収差量を球面収差補正手段により付加した後、さらに、球面収差信号を前記球面収差補正素子にフィードバックして球面収差収差の補正を行い、前記所定の層の情報を再生することを特徴とする情報再生方法。
【請求項８】
複数の情報記録層を有する情報記録媒体に対し、光を照射して情報を再生する情報再生装置において、
光源と、
前記複数の層のうち所定の層にフォーカスを合わせる手段と、
前記所定の層の球面収差信号を検出する球面収差検出手段と、
検出された前記所定の層の球面収差信号より前記所定の層を判別する層判別手段と、
前記層判別手段により判別された層の基板厚さずれによる球面収差を補正する球面収差量を付加する球面収差補正手段とを有することを特徴とする情報再生装置。
【請求項９】
請求項８記載の情報再生装置において、さらに、前記複数の層の球面収差信号の値を記憶する記憶する手段を有し、前記層判別手段は、前記所定の層の球面収差信号と前記記憶手段に記憶されている球面収差信号の値とを比較する手段を有していることを特徴とする情報再生装置。
【請求項１０】
請求項８記載の情報再生装置において、前記層判別手段は、前記球面収差信号の極性を判別する手段を有していることを特徴とする情報再生装置。
【請求項１１】
複数の情報記録層を有する情報記録媒体に対し、光を照射して情報を再生する情報再生装置において、
光源と、
前記複数の層の所定の層にフォーカスを合わせるための手段と、
前記複数の層の球面収差信号を検出する球面収差検出手段と、
前記球面収差を補正するための球面収差補正手段と、
前記球面収差補正手段を駆動させる駆動手段と、
前記球面収差信号の極性が反転するときの球面収差補正手段の駆動量より前記所定の層を判別する層判別手段とを有し、
前記球面収差補正手段は、前記層判別手段により判別された層の基板厚さずれによる球面収差を補正する球面収差量を付加することを特徴とする情報再生装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の情報再生装置において、さらに、前記球面収差補正手段を駆動させて得られる球面収差信号の値を記憶するための記憶手段をさらに有していることを特徴とする情報再生装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の情報再生装置において、前記層判別手段は、さらに、前記球面収差信号の線形性により前記所定の層を判別することを特徴とする情報再生装置。
【請求項１４】
請求項８又は１１に記載の情報再生装置において、前記球面収差補正手段は、液晶位相シフタ又はエキスパンダレンズを用いたものであることを特徴とする情報生成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を用いて情報の再生を行う情報再生方法に関し、特に青紫色半導体レーザと高ＮＡ対物レンズを用いて多層光ディスクを再生する際に必須な層判別方法、及び発生する球面収差の検出、補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在普及している録画機はビデオテープを利用したものが一般的であるが、最近は光ディスクを利用した録画機も発売されている。光ディスクは、ビデオテープに比べてランダムアクセス性に優れており、使い勝手の点や、繰り返し再生、径時変化による画像劣化がほとんど無いこと、容積のコンパクトさから今後はますます光ディスクを使った録画機が一般的になると考えられる。また光ディスク装置は録画以外にも、コンピュータの外部記録装置として、あるいは音楽の記録再生装置など様々な用途に利用されており、今後ますます重要性が増すと考えられる。
２００３年から２００５年ごろを目標に、テレビ放送において、衛星放送のデジタル化、地上波放送のデジタル化が達成されようとしている。それに伴い、現在の放送よりも高精細な動画像の放送が一般家庭にも普及し、この高精細動画像をデジタル録画する要求が高まると考えられる。この高精細動画像を、画質を損なうことなく２時間程度録画するには、容量にして２０〜２５ＧＢといった大容量を、コンパクトディスクあるいはＤＶＤと同じサイズの直径１２ｃｍのディスクに記録する必要がある。つまり、記録容量を現在のＤＶＤと比べて５倍程度に高める必要がある。
記録密度を高める方法としては、レーザ光源を短波長化し、対物レンズのＮＡ（開口数）をより高して、情報の記録再生を行うスポット径を縮小することが必要である。更に、光ディスクの特徴を生かして多層記録技術を用いることにより、記録容量を高めることができる。現在、ＤＶＤのレーザ光源の波長は約６６０ｎｍ、ＮＡは約０．６であり、記録容量は片面１層で４．７ＧＢを達成している。より短波長のレーザ光源として、青紫色半導体レーザ（波長４００ｎｍ）が実用化しつつある。このレーザ光源を用いた場合、ＮＡを０．８５とすれば、片面２層で５０ＧＢを達成できる。
【０００３】
このように片面容量２５ＧＢの光ディスクについては、たとえばＪｐｎ．  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｖｏｌ．３９  （２０００）  ９３７−９４２  に開示されている  。ここでは２群２枚の対物レンズを用いて、ＮＡを最大０．８５まで高めている。このとき、ＮＡが大きくなるとそれにともなって光学系のずれや、ディスク基板の厚さと傾きの誤差などで発生する収差が増大する問題がある。これに対して上記従来例においては、ディスク傾きにより発生するコマ収差を低減するために基板の厚さを０．１ｍｍまで薄くしている。基板厚さ誤差により発生する球面収差については、コリメートレンズの位置を変えて球面収差を補償している。
【０００４】
また、Ｊｐｎ．  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｖｏｌ．  ４０  （２００１）  ２２９２−２２９５  および、Ｊｐｎ．  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｖｏｌ．  ４１  （２００２）  １８４２−１８４３には、基板厚さ誤差により発生する球面収差を電気信号として検出する方法が開示されている。本従来例は、光ディスクからの反射光光束の中心部分と外周部分の焦点位置ずれ信号をそれぞれ個別に検出し、その作動信号を球面収差信号として検出する方法である。この信号を液晶の球面収差補正素子にフィードバックすることにより、球面収差をリアルタイムに検出し、補正することに成功している。
【０００５】
また、信学技報  ＭＲ２００１−９３  Ｖｏｌ．  １０１  Ｎｏ．５６４  （２００２）  ３１−３６  には、書き換え型２層記録で容量約５０ＧＢ、３次元多層光メモリ国際シンポジウム（２００２）講演要旨集  ３３−３５  には、ライトワンスながら４層記録で容量約１００ＧＢの可能性を示している。このように光ディスクの特徴を生かして多層記録ディスクを用いることにより、記録容量を増大できる。ただし、これらの多層記録ディスクは、他の層からの記録信号によるクロストークを影響の無いレベルにまで低減する為に、記録層間隔を２０μｍから３０μｍ程度としている。この記録層間隔により発生する球面収差は０．２λｒｍｓ以上となり、光スポットが回折限界となるマレーシャル条件（波面収差０．０７λｒｍｓ以下）の条件を大きく上回るため、多層記録ディスクを記録再生する場合、球面収差の補正が必須となる。
【０００６】
また、特開２００２−１０００６１には、多層記録ディスクの再生方法が開示されている。本従来例は、多層ディスクを再生する際に球面収差を一定量予め補正した後、記録層を移動、あるいはオートフォーカスをかけることにより、球面収差を補正した再生信号を得るというものである。
【非特許文献１】Ｊｐｎ．  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｖｏｌ．３９  （２０００）  ９３７−９４２
【非特許文献２】Ｊｐｎ．  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｖｏｌ．  ４０  （２００１）  ２２９２−２２９５
【非特許文献３】Ｊｐｎ．  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｖｏｌ．  ４１  （２００２）  １８４２−１８４３
【非特許文献４】信学技報  ＭＲ２００１−９３  Ｖｏｌ．  １０１  Ｎｏ．５６４  （２００２）  ３１−３６
【特許文献１】特開２００２−１０００６１号公報
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例において、球面収差を一定量予め補正した後、記録層を移動するためには、予めどの層にフォーカスがかかっているのかを判別しておく必要がある。また、球面収差を一定量予め補正した後、オートフォーカスをかけたとしても、必ずしも目的の層にフォーカスがかかるとは限らないため、どの層にフォーカスがかかっているのかを確認する必要がある。通常どの層にフォーカスがかかっているのかを判別するためには、ディスクのリードイン領域にあるエンボスピット、あるいはウォブルなどで記録されている記録層に関する情報を読みこんで判別する必要がある。この情報を読み出すためには、単層ディスクの場合はフォーカスをかけた後リードイン領域に移動し、トラッキングサーボをかけて情報を読み出せば良いが、多層ディスクの場合、球面収差を補正しない限りトラッキングサーボをかけることはできないし、情報を読み出すこともできない。上記従来例の場合、この情報を読み出すためには、この情報を読めるようになるまで、球面収差を一定量補正し、トラッキングをかけ、リードイン領域の再生を行う手順をトライアンドエラーで繰り返す必要がある。２層なら２回、４層なら４回繰り返す必要があり、ディスクをローディングしてから再生できるようになるまで時間がかかる。また、多層ディスクの記録層それぞれに層情報を予め記録したディスクを使う必要があるため、ディスクスタンパを各層違うものを用意する必要があり、ディスクの製造コストが増大するという問題点がある。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、複数の情報記録層を有する光ディスク媒体に対し、フォーカスがかかっている層を判別し、その層の球面収差を補正する情報再生方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、複数層の記録層に対して信号再生を行う際に生じる球面収差を検出する球面収差検出手段と、球面収差を補正する球面収差補正手段を設け、さらに上記球面収差検出手段から得られる球面収差信号から複数層のうちフォーカスがかかっている層を判別する手段を設けることにより、前記目的を達成する。
【０００９】
本発明によると、リードイン領域の記録層情報を再生することなく層判別が可能となるため、ディスクローディング後再生可能となるまでの時間を短縮できるため、ユーザの利便性が増す。また、多層ディスクの各層に層情報を予め記録しておく必要が無いため、各層のフォーマットが同じである安価な多層ディスクを用いることができる。
【００１０】
本発明は、複数の情報記録層を有する光ディスク媒体に対し、前記複数の層の所定の層にフォーカスを合わせ、球面収差検出手段から得られる球面収差信号の信号レベルあるいは極性からフォーカスがかかっている層を判別し、前記判別した層の球面収差を補正する球面収差量を球面収差補正手段により付加し、前記所定の層の情報を再生するものである。
【００１１】
この方法を使うと、リードイン領域の層情報を再生できるまで、球面収差補正量の最適値をトライアンドエラーにより見つける必要が無くなるため、ローディング後再生可能となる時間を短縮することができる。また、各層のリードイン領域に層情報を記録する必要がなくなるため、各層のフォーマットが同じ安価な多層ディスクを用いることができる。
【００１２】
また、本発明は、複数の情報記録層を有する光ディスク媒体に対し、前記複数の層の所定の層にフォーカスを合わせ、球面収差補正手段により付加する球面収差量を付加可能範囲内でスキャン、あるいは一定量ずつ付加し、球面収差検出手段から得られる球面収差信号の振る舞いが球面収差が０である付近の球面収差信号の振る舞いとほぼ同等となるような付加収差量を検出し、前記検出した球面収差量からフォーカスがかかっている層を判別し、前記判別した層の球面収差を補正する球面収差量を球面収差補正手段により付加し、前記所定の層の情報を再生するものである。
【００１３】
上記記載に加え、判別した層を補正する球面収差量を球面収差補正手段により付加した後に、球面収差信号を球面収差補正素子にフィードバックすることにより、残留する球面収差の補正を行うことにより、前記所定の層の情報を再生する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の多層ディスクの情報再生方法を実現する情報再生装置である。本発明による情報再生装置は大きく分類して，光ヘッド部と信号処理制御部に分かれる。光ヘッド部は，波長４０５ｎｍの青色半導体レーザ１０１，レーザ光を平行光に変換する焦点距離１３ｍｍのコリメートレンズ１０２，回折格子１０３，偏光ビームスップリッタ１０４，立ち上げミラー１０５，球面収差補正素子１０６，１／４波長板１０７，対物レンズ１０８，対物レンズアクチュエータ１０９，焦点距離１３ｍｍの集光レンズ１１０，焦点距離２００ｍｍのシリンダレンズ１１１，検出器１１２から構成される。対物レンズの有効径は３ｍｍ，開口数０．８５，焦点距離１．７７ｍｍ，基板厚０．１ｍｍのポリカーボネート基板に対して最適化されている。本実施例では対物レンズを１枚で構成しているが，２枚以上の組みレンズを用いてもかまわない。シリンダレンズ１１１は、ディスク半径方向に対して４５°傾けて取りつけ、非点収差法によるフォーカスエラー検出と、プッシュプル法によるトラッキングエラー検出をおこなう。信号処理制御部は，検出器からの光電流を電圧に変換する電流電圧変換回路、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号、球面収差信号、再生ＲＦ信号を出力する信号演算回路，フォーカス誤差、トラッキング誤差、球面収差を補正するサーボ回路，アクチュエータ駆動回路，球面収差素子駆動回路，ＣＰＵ，メモリ、レーザ駆動回路から構成される。この情報再生装置を用いて、光ディスク媒体１１３上に記録された情報を読み出す。
図２に本実施例に用いる回折格子１０３と，この回折格子によりディスク上に形成されるスポットの配置を模式的に示す。本回折格子は，信号を記録する場合にサブスポットが記録マークを消去しないように，入射光強度のうち６％を±１次回折光として回折するように設計されている。更にこの回折格子は，入射光光束径３ｍｍのうち光束径１．５ｍｍの光束中心部分２０１と，残りの光束周辺部２０２をそれぞれ別の方向に回折するように設計されている。本実施例の場合，中心部分はディスク半径方向２０４に回折角０．５°で回折するように周期５０μｍの格子が形成され，周辺部分はディスク接線方向２０３に回折角０．５°で回折するように周期５０μｍの格子が形成されている。回折されない０次回折光は、メインスポット２０５として、データが記録されるグルーブ部２０８に集光する。光束周辺部２０２により回折されたサブスポット２０７はデータの記録されないランド部に配置されるように、回折格子の取り付け角度を調整して取り付ける。光束中心部２０１により回折されたサブスポット２０６は光ディスク媒体のランド−グルーブ溝による影響を受けないため、実質的にはランド又はグルーブのどちらに配置していてもかまわない。
図３に本実施例に用いる検出器の受光部と，受光部からの光電流を電圧に変換する電流電圧変換回路、及びそれぞれの受光部からの信号を演算し、再生ＲＦ信号、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号、球面収差信号を出力する信号演算回路を示す。３０１はディスク半径方向、３０２はディスク接線方向を示す。ディスクからの反射光のメインスポット３０３、中心光束のサブスポット３０４、周辺光束のサブスポット３０５が，メインスポット用受光部３０６、中心光束サブスポット用受光部３０７、周辺光束サブスポット用受光部３０８にそれぞれ集光されるように，検出器の位置を調整してある。検出器上でのスポット径は約４０μｍであり，８５μｍの正方形を４分割した受光部がそれぞれのスポットを検出するようになっている。サブスポットの実質同じ受光部は結線してある。それぞれの受光部で光電変換された電流は，電流電圧変換器３０９でそれぞれ電流電圧変換された後，加算演算器３１０、差動演算器３１１、ゲイン可変アンプ３１２を用いて、次のように演算される。
再生ＲＦ信号＝ＭＡ＋ＭＢ＋ＭＣ＋ＭＤ
フォーカスエラー信号＝（ＭＡ＋ＭＣ）−（ＭＢ＋ＭＤ）
トラッキングエラー信号＝｛（ＭＡ＋ＭＢ）−（ＭＣ＋ＭＤ）｝−ｋ１｛（ＳＩＡ＋ＳＩＢ＋ＳＯＡ＋ＳＯＢ）−（ＳＩＣ＋ＳＩＤ＋ＳＯＣ＋ＳＯＤ）｝
球面収差信号＝｛（ＳＩＡ＋ＳＩＣ）−（ＳＩＢ＋ＳＩＤ）｝−ｋ２｛（ＳＯＡ＋ＳＯＣ）−（ＳＯＢ＋ＳＯＤ）｝
フォーカスエラー信号は非点収差法，トラッキングエラーは差動プッシュプル法で検出している。球面収差信号は，光束中心部と周辺部のフォーカスエラー信号の差動から検出している。ｋ１はメインスポットによるプッシュプル信号と，サブスポットによるプッシュプル信号の振幅が同程度になるように調整してある。また，ｋ２は，デフォーカスによって球面収差信号のオフセットが生じないような範囲に調整してある。
次に球面収差補正素子について説明する。図４は液晶位相シフタを用いた球面収差補正素子，図５はエキスパンダレンズを用いた球面収差補正素子である。
図４の液晶収差補正素子は，同心円状に７つの領域に透明電極が分割され，４つのレベルの印可電圧を加えることにより，それぞれの領域を透過する光の位相をシフトし，球面収差のある位相シフト前波面形状を、位相シフト後波面形状のように変換し、球面収差を低減することが出来る。またエキスパンダレンズは，図５のように凹レンズ５０１と凸レンズ５０２の２つのレンズで構成されており，一方のレンズが１軸のアクチュエータ５０３に搭載されている。通常は入射平行光に対して射出光も平行になるように調整してあるが，アクチュエータを駆動することによりレンズ間隔を変えることが出来，射出光を収束光または発散光に変換することが出来る。対物レンズに入射する光が収束光や発散光のとき，その発散収束具合に応じて球面収差が発生する。この球面収差と基板厚さ誤差により発生する球面収差が打ち消しあうことにより，球面収差を補正することが出来る。次に本情報再生装置から得られる球面収差信号の計算結果を図６に示す。図６は、基板厚ずれ−５０μｍから５０μｍの範囲で得られる球面収差信号の電圧値をプロットしたものである。ただし、この電圧値は電流電圧変換器の変換効率や後段のアンプのゲインなどで変化するため、電圧値そのものには本質的な意味はない。また、基板厚ずれとは、目的の記録層まで再生光が通過するカバー層の厚さと対物レンズ１０８の最適基板厚１００μｍとのずれである。たとえば、カバー層の厚さが７０μｍの時、基板厚ずれは−３０μｍ、カバー層の厚さが１３０μｍの時、基板厚ずれは３０μｍ、と定義している。この球面収差信号は、基板厚ずれ±１０μｍの範囲ではほぼ線形であるが、それ以上の範囲では線形性が崩れ、±２５μｍ以上では基板厚ずれの増加に伴って信号が減少する。つまり、この範囲では単純に球面収差信号を用いて球面収差サーボをかけることはできない。この範囲を拡大するためには、シリンダレンズ１１１の焦点距離をより短くすることにより、フォーカスエラー信号の引き込み範囲を拡大してやればよいが、フォーカスエラー信号の感度も低下するため、オートフォーカスの精度も低下してしまい、良好な再生特性は得られない。
本情報再生装置で再生する単層ディスクと２層ディスクの構造を、模式的に図７に示す。単層ディスクは、トラッキング用のグルーブを形成した厚さ１．１ｍｍのポリカーボネート７０１上に記録膜７０２を成膜し、更に厚さ０．１ｍｍのポリカーボネートカバー層７０３を貼り付けたものを使用する。記録再生は、この０．１ｍｍのカバー層７０３を通して行う。このポリカーボネートカバー層７０３は量産上厚さむらが発生するため、規格上カバー層の厚さは１００μｍ±５μｍとしている。２層ディスクは、トラッキング用のグルーブを形成した厚さ１．１ｍｍのポリカーボネート７０１上にＬ１記録層７０４の記録膜を成膜し、更に厚さ２５μｍの透明中間層７０５をポリカーボネートシート、あるいはスピンコートした紫外線硬化樹脂により形成し、さらにスタンパによりトラッキング用のグルーブを中間層７０５に形成した後Ｌ０記録層７０６の記録膜を成膜し、７５μｍのポリカーボネートカバー層７０７を貼り付けたものを使用する。単層ディスクと同様に、このポリカーボネートカバー層７０７、中間層７０５は量産上厚さむらが発生するため、規格上カバー層７０７の厚さは７５μｍ±５μｍ、中間層７０５の厚さは２５μｍ±５μｍとしている。
【００１５】
図７にそれぞれの規格範囲のディスクから得られる球面収差信号の電圧範囲を示す。７０８は単層ディスクの基板厚ずれの範囲と得られる球面収差信号の電圧範囲、７０９は２層ディスクのＬ１記録層の基板厚ずれの範囲と得られる球面収差信号の電圧範囲、７１０は２層ディスクのＬ０記録層の基板厚ずれの範囲と得られる球面収差信号の電圧範囲である。単層ディスクの場合、規格で許容される基板厚さずれから発生する球面収差信号は、球面収差信号の線形の範囲に入っている。この場合、球面収差信号をサーボ回路に入力し、球面収差信号が０になるように球面収差補正素子を駆動することにより、フィードバック制御が可能となる。基板厚さずれにより発生した球面収差を球面収差補正素子が打ち消すことにより、良好な再生特性が得られる。２層ディスクの場合、Ｌ１記録層は球面収差信号の線形の範囲に入っているが、Ｌ０記録層の球面収差信号は線形性の崩れた範囲になるため、フィードバック制御により球面収差を補正することができない。
この問題を解決し、２層ディスクにおいても良好な再生特性を実現するために、球面収差信号を用いてどちらの層にフォーカスがかかっているのかを判定する機構を本再生装置は備えている。その方法を図８に示す。まずディスクを回転し、オートフォーカスによりどちらかの層にフォーカスをかける。次にＣＰＵが球面収差信号の電圧値を読み取り、信号処理制御部内のメモリに予め記録されている判定値と比較し、どちらの層にフォーカスがかかっているのかを判定する。本実施例の場合、判定値は、Ｌ０記録層の場合−０．３３Ｖから−０．３６Ｖ，Ｌ１記録層の場合−０．２２Ｖから０．２２Ｖであるが、この値は光ヘッドを構成する素子のばらつきなどによって多少変わるため、光ヘッド製造、調整段階において予め学習し、メモリに記憶しておくと良い。つまり調整した光ヘッドに対して、規格内の基板厚さずれのディスクから得られる各層の球面収差信号の電圧範囲を実機で測定し、信号処理制御部内のメモリに記録する。このメモリとしては、装置の電源がオフの場合でも情報を保持できるＲＯＭやフラッシュメモリなどが好ましい。このように、メモリに記録したデータと現在の信号とを比較することにより、どちらの層にフォーカスがかかっているかを判定することができる。これらの判定はすべてＣＰＵとメモリを使って行うが、しきい値判定型のアナログ回路でも別にかまわない。このようにフォーカスのかかっている層を判別した後、フォーカスのかかっている層が、Ｌ１記録層であればそのまま球面収差信号をサーボ回路に入力し、フィードバック制御を行う。また、フォーカスのかかっている層が、Ｌ０記録層と判定された場合、規格の中心値である−２５μｍ分の球面収差をまず球面収差補正素子で補正する。球面収差補正素子の駆動量は、補正すべき基板厚ずれ量として定義する。つまりここでは、−２５μｍの基板厚ずれにより発生する球面収差を打ち消すように球面収差補正素子を駆動している。Ｌ０記録層の基板厚ずれの範囲は±５μｍであるから、残留する球面収差による球面収差信号は線形の範囲内に入っている。この残留した球面収差信号をサーボ回路に入力し、フィードバック制御を行うことにより、２層ディスクにおいても良好な再生特性が得られる。
上記実施例で用いた２層ディスクは、対物レンズの最適基板厚１００μｍに対応する基板厚のところにＬ１記録層があり、Ｌ０記録層は最適基板厚よりも薄い基板厚７５μｍのところに形成されたディスクを用いているが、最適基板厚１００μｍに対して対称に、Ｌ１記録層は１００＋１２．５μｍ、Ｌ０記録層は１００−１２．５μｍの基板厚に形成された２層ディスクを用いてもかまわない。つまり、トラッキング用のグルーブを形成した厚さ１．０８７５ｍｍのポリカーボネート７０１上にＬ１記録層７０４の記録膜を成膜し、更に厚さ２５μｍの透明中間層７０５をポリカーボネートシート、あるいはスピンコートした紫外線硬化樹脂により形成し、さらにスタンパによりトラッキング用のグルーブを中間層７０５に形成した後Ｌ０記録層７０６の記録膜を成膜し、８７．５μｍのポリカーボネートカバー層７０７を貼り付けたものを使用する。前記実施例と同様に、ポリカーボネートカバー層７０７、中間層７０５は量産上厚さむらが発生するため、規格上カバー層７０７の厚さは８７．５μｍ±５μｍ、中間層７０５の厚さは２５μｍ±５μｍとしている。
【００１６】
図９にこのディスクから得られる球面収差信号の電圧範囲を示す。９０１はＬ０記録層の基板厚ずれの範囲と得られる球面収差信号の電圧範囲、９０２はＬ１記録層の基板厚ずれの範囲と得られる球面収差信号の電圧範囲である。この２層ディスクの場合、Ｌ０記録層の球面収差信号の電圧範囲は−０．１５Ｖから−０．３２Ｖ，Ｌ１記録層の球面収差信号の電圧範囲は０．０５Ｖから０．３５Ｖである。前記実施例と同様に、ＣＰＵが球面収差信号の電圧値を読み取り、信号処理制御部内のメモリに予め記録されている判定値と比較し、どちらの層にフォーカスがかかっているのかを判定してもかまわないが、本実施例の場合、Ｌ０記録層の場合は球面収差信号が負の電圧、Ｌ１記録層の場合は球面収差信号が正の電圧であるので、図１０のように球面収差信号の極性を判定することで、どちらの層にフォーカスがかかっているかを判別することができる。この場合、信号処理制御部にメモリを備える必要が無く、球面収差信号の極性だけでフォーカスがかかっている層を判別することができるため、判定回路が簡単な構成で済む利点がある。
つぎに、４層ディスクの構造を図１１に示す。基本的な構造は２層ディスクの層数が増えたものである。６２．５μｍのポリカーボネートカバー層１１０１の上にＬ０記録層１１０２、２５μｍの中間層１１０３の上にＬ１記録層１１０４、更に２５μｍの中間層１１０５の上にＬ２記録層１１０６、２５μｍの中間層１１０７の上にＬ３記録層１１０８が形成され、全体で厚さ１．２ｍｍとなるように１．０６２５ｍｍのポリカーボネート基板１１０９が形成されている。層数が増えているため、カバー層、中間層の許容誤差は±２．５μｍとしている。  図１１にこの規格範囲のディスクから得られる球面収差信号の電圧範囲を示す。１１１０はＬ０記録層の基板厚ずれの範囲と得られる球面収差信号の電圧範囲、１１１１はＬ１記録層の基板厚ずれの範囲と得られる球面収差信号の電圧範囲、１１１２はＬ２記録層の基板厚ずれの範囲と得られる球面収差信号の電圧範囲、１１１３はＬ３記録層の基板厚ずれの範囲と得られる球面収差信号の電圧範囲である。４層ディスクの場合、Ｌ０記録層とＬ１記録層、Ｌ２記録層とＬ３記録層から得られる球面収差信号がオーバーラップしているため、球面収差信号の電圧レベルからフォーカスがかかっている層を判定することは不可能である。
この問題を解決し、４層ディスクにおいても良好な再生特性を実現するための機構を本再生装置は備えている。その方法を図１２に示す。まずディスクを回転し、いずれかの層にフォーカスをかける。次にＣＰＵが球面収差補正素子駆動回路に指令を出し、補正量５μｍ間隔で、−５０μｍから５０μｍの範囲の基板厚ずれで発生する球面収差を補正するように球面収差補正素子を駆動しつつ、それぞれの場合での球面収差信号の電圧を検出し、球面収差補正素子の駆動量と球面収差信号の電圧値の関係をメモリに記憶する。合計２１点の球面収差補正素子の駆動量と球面収差信号の関係を検出した後、メモリに記憶された球面収差信号の電圧値の極性が反転する時の球面収差補正素子の駆動量を見つける。すなわち、この球面収差信号の極性が反転する時、つまり球面収差信号が０クロスする時の駆動量を検出する。そして、予めメモリに記憶させておいた各層と球面収差補正素子の駆動量の補正量との対応とを比較する。球面収差信号が０となるときは、基板厚ずれにより発生する球面収差と、球面収差補正素子により打ち消す球面収差量が等しくなっているときであるから、この駆動量が、フォーカスがかかっている層の球面収差量に相当する。つまり、駆動量から基板厚ずれの量を判定でき、この量からどの層にフォーカスがかかっているかを判定することができる。一例として、上記手順でメモリに記憶された球面収差補正素子の駆動量と球面収差信号の電圧値との関係を図１３の表に示す。球面収差補正素子を駆動しないときに得られる電圧値は−０．３Ｖであり、球面収差信号の電圧レベルからは現在フォーカスがかかっている層がＬ０記録層であるのかＬ１記録層であるのかは判別できない。メモリに記憶されている球面収差補正素子の駆動量と、球面収差信号の電圧値の関係から、極性が反転するときの駆動量は、補正量に換算して−１５μｍであるから、フォーカスがかかっている層がＬ１記録層であると判別できる。本実施例の場合、図１１で示したように、球面収差信号が０クロスする時の球面収差補正素子の駆動量が、補正量に換算して−３５μｍから−４０μの場合はＬ０記録層、−７．５μｍから−１７．５μの場合はＬ１記録層、２．５μｍから２０μの場合はＬ２記録層、２７．５μｍから４７．５μの場合はＬ３記録層と判別できる。このように層を判別した後、それぞれの層を補正する量の球面収差をまず球面収差補正素子で補正する。すなわちＬ０記録層と判別した場合−３７．５μｍ、Ｌ１記録層の場合−１２．５μｍ、Ｌ２記録層の場合１２．５μｍ、Ｌ２記録層の場合３７．５μｍの基板厚ずれに相当する球面収差を補正する。残留する球面収差による球面収差信号はそれぞれの層において線形の範囲内に入っているため、この残留した球面収差信号をサーボ回路に入力し、フィードバック制御を行うことにより、４層ディスクにおいても良好な再生特性が得られる。これらの判定はすべてＣＰＵとメモリを使い、球面収差補正素子を一定量ずつ駆動して行うが、球面収差補正素子を連続的に駆動して、しきい値判定型のアナログ回路で判定しても別にかまわない。また、球面収差信号の極性反転のみで判定すると誤検出する可能性がある場合は、球面収差信号の線形性を判定材料の１つに加え���と、より正確に検出できる。つまり、本実施例の場合、５μｍの基板厚ずれに対して球面収差信号の変化量が約０．１Ｖである範囲で、かつ球面収差信号の極性が反転する時の駆動量とすれば、より正確に検出できる。上記実施例では４層ディスクについて述べているが、それ以上の多層ディスクであってもかまわないし、２層ディスクでも球面収差信号のレベルで判別できないような層間隔の場合でも有効に作用する。逆に、４層以上の多層ディスクであってもそれぞれの層の球面収差信号のレベルが独立に分離していれば、２層ディスクで述べたような判定の方法も有効に作用する。本発明ではディスク上の記録信号を読み出すことなく層を判別できるため、書き換え型、読み出し専用、ライトワンス型いずれの方式の多層ディスクにも適用できる。
本発明による多層ディスクの情報再生方法および情報再生装置を用いることにより得られる効果を図１４により説明する。図１４は、多層ディスク再生方法の従来例と本発明でのフローチャートである。従来例では、どの層にフォーカスがかかっているのかを判別するためには、リードイン領域に記録された層情報を再生する必要があり、層情報を再生するためには基板厚ずれにより生じる球面収差を補正する必要がある。球面収差が補正できているかどうかは、信号がきちんと再生できるかどうかで判断するため、この過程でトライアンドエラーの繰り返しが必要となる。層情報を読み出した後、目的の層かどうかを判断するが、どの層にフォーカスがかかるかは確率的なものもあり、目的の層ではない場合は再度上記過程を繰り返す必要があるため、目的の層を再生できるようになるまでに時間がかかる。本発明による再生方法の場合、フォーカスをかけた後、球面収差信号を用いて層を判別し、目的の層であることを確認した後に、球面収差を補正し、オートトラッキングをかけ、信号を再生する。このため目的の層を再生できるようになるまでの時間が、従来例と比較して短縮できる。また、リードイン領域を層を判定するために再生する必要がなく、すべての層のリードイン領域を同じにすることができる。このため、多層ディスクの製造プロセスが従来のものよりも簡単になり、多層ディスクをより低コストで製造することができる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によると、リードイン領域の信号を読みだすことなく多層ディスクの層判別が可能となるため、ローディング後再生可能となる時間を短縮することができる。また、単に球面収差信号をフィードバックするだけでは補正できない多層ディスクの球面収差を補正することが可能となり、多層光ディスクを信頼性高く再生することができる。また、多層ディスク側に層情報を予め記録しておく必要が無くなるため、ディスクの低コスト化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の情報再生装置の光ヘッド部と信号処理制御部。
【図２】本発明の光ヘッドに用いる回折格子と光ディスク上のスポット配置。
【図３】本発明の光ヘッドに用いる光検出器の受光部パターンと、信号演算回路。
【図４】本発明の光ヘッドに用いる球面収差補正素子（液晶素子）。
【図５】本発明の光ヘッドに用いる球面収差補正素子（エキスパンダレンズ）。
【図６】本発明の情報再生装置から得られる球面収差信号（計算値）。
【図７】単層ディスク、２層ディスクの構造と、それぞれの基板厚ずれと球面収差信号の範囲。
【図８】球面収差信号を用いた層判別方法のフローチャート（信号レベル判定方法）。
【図９】最適基板厚に対して対称に記録層が配置された２層ディスクの場合の、基板厚ずれと球面収差信号の範囲。
【図１０】球面収差信号を用いた層判別方法のフローチャート（極性による判定方法）。
【図１１】４層ディスクの構造と、各記録層の基板厚ずれと球面収差信号の範囲。
【図１２】球面収差信号を用いた層判別方法のフローチャート（０クロス点検出方法）。
【図１３】メモリに記憶した球面収差補正素子駆動量と球面収差信号電圧値の関係の例。
【図１４】従来例と本発明の信号再生方法のフローチャートの比較。
【符号の説明】
青紫色半導体レーザ
コリメートレンズ
回折格子
偏光ビームスプリッタ
立ち上げミラー
球面収差補正素子
１／４波長板
対物レンズ
対物レンズアクチュエータ
集光レンズ
シリンダレンズ
光検出器
光ディスク媒体
２０１．中心部光束回折領域
周辺部光束回折領域
光ディスク媒体の接線方向
光ディスク媒体の半径方向
０次回折光によるメインスポット
中心部光束回折領域により回折された±１次光のサブスポット
周辺部光束回折領域により回折された±１次光のサブスポット
光ディスク媒体グルーブ部
３０１．光ディスク媒体の半径方向
３０２．光ディスク媒体の接線方向
３０３．０次回折光によるメインスポット
３０４．中心部光束回折領域により回折された±１次光のサブスポット
３０５．周辺部光束回折領域により回折された±１次光のサブスポット
３０６．０次回折光によるメインスポット用４分割受光部
３０７．中心部光束回折領域により回折された±１次光のサブスポット用４分割受光部
３０８．周辺部光束回折領域により回折された±１次光のサブスポット用４分割受光部
３０９．電流電圧変換器
３１０．信号加算演算器
３１１．信号差動演算器
３１２．ゲイン可変アンプ
５０１．凹レンズ
５０２．凸レンズ
５０３．１軸アクチュエータ
７０１．ポリカーボネート板
７０２．情報記録層
７０３．ポリカーボネートカバー層
７０４．Ｌ１情報記録層
７０５．透明中間層
７０６．Ｌ０情報記録層
７０７．ポリカーボネートカバー層
７０８．単層ディスクの記録層による基板厚ずれ範囲と球面収差信号範囲
７０９．２層ディスクのＬ１記録層による基板厚ずれ範囲と球面収差信号範囲
７１０．２層ディスクのＬ０記録層による基板厚ずれ範囲と球面収差信号範囲
９０１．最適基板厚に対して対称に記録層が配置された２層ディスクのＬ０記録層による基板厚ずれ範囲と球面収差信号範囲
９０２．最適基板厚に対して対称に記録層が配置された２層ディスクのＬ１記録層による基板厚ずれ範囲と球面収差信号範囲
１１０１．ポリカーボネートカバー層
１１０２．Ｌ０情報記録層
１１０３．透明中間層
１１０４．Ｌ１情報記録層
１１０５．透明中間層
１１０６．Ｌ２情報記録層
１１０７．透明中間層
１１０８．Ｌ３情報記録層
１１０９．ポリカーボネート板
１１１０．４層ディスクのＬ０記録層による基板厚ずれ範囲と球面収差信号範囲
１１１１．４層ディスクのＬ１記録層による基板厚ずれ範囲と球面収差信号範囲
１１１２．４層ディスクのＬ２記録層による基板厚ずれ範囲と球面収差信号範囲
１１１３．４層ディスクのＬ３記録層による基板厚ずれ範囲と球面収差信号範囲
。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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