(57)【要約】【課題】３次元記録再生方式を用いて高密度化を達成する。【解決手段】基板３上に複数の記録層１を積層した記録媒体４と、複数の記録層１のそれぞれに基板３側から光を収束させて情報を３次元的に記録または再生する光学系を有する３次元記録再生装置において、          λ／４≦（１／８ＮＢ）（１／ＮＢ2−１）ＮＡＦ4Δｄ  ただし、λ    ：光の波長          ＮＢ  ：基板３の屈折率          ＮＡＦ：光を収束させる絞り込みレンズ８の開口数          Δｄ  ：光を収束させるべき記録層が存在する光軸方向の位置範囲を満足することを特徴とする３次元情報記録再生装置。【効果】多層膜構造のディスクの各層に光スポットを絞り込み、高い信頼性を持って、データの高密度記録再生できる。【選択図】図１
2004213885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報が記録されている複数の記録層を有する媒体の、第１の記録層に光スポットを収束させる工程と、
前記光をスポットを収束させている第１の層のアドレスを読取る工程と、
前記第１の層とは異なる第２の層を指定する工程と、
前記第１の層から前記第２の層までの光スポット移動層数及び移動方向を認識して信号を発生する工程と、
前記信号を光スポットを移動させる手段に入力する工程と、
前記入力された信号に基づいて、前記光スポットを移動させる工程とを有し、
前記信号は、前記光スポットの前記複数の記録層の１層間の移動に対し、極性の異なる１対のパルスで構成され、移動方向によって前記極性を入れ替えることを特徴とする層アクセス方法。
【請求項２】
情報が記録されている複数の記録層を有する媒体の、第１の層に光スポットを収束させる層アクセス方法において、
前記光スポットの焦点位置が、前記記録媒体の最上層から最下層まで移動するように、光スポット移動手段の移動信号発生回路からのこぎり波を発生させ、前記光スポット移動手段を駆動させる工程を有することを特徴とする層アクセス方法。
【請求項３】
複数の記録層を積層した媒体の第１の記録層に光スポットを照射することにより情報を記録する情報記録方法において、前記複数の記録層の最上層から最下層の順又は最下層から最上層の順で光スポットを移動させ、情報を記録することを特徴とする情報記録方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は光ディスク，光テープ，光カードなどの光学的情報記録装置及び情報再生装置に係り、特に高記録密度を目的とした情報記録装置及び情報再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学的情報記録再生装置の記録高密度化の方法は、従来２次元的な記録媒体平面上の記録面密度を向上させることであった。しかし、装置の小型化からディスクなどの情報記録媒体の大きさは限定され、平面上での高密度化では限界が生じる。
【０００３】
【特許文献１】特開昭59-127237号
【０００４】
【特許文献２】特開昭60-202545号
【特許文献３】特開昭60-202554号
【特許文献４】特開昭63-231738号
【特許文献５】特開平1-19535号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、さらに高密度化を達成させる方法として、深さ方向を含めた３次元記録再生方法が必須である。３次元記録再生では、公知例「特開昭59−127237号」に示すように、多層膜構造のディスクを設け、各層に光スポットを絞り込み、データの記録再生する手段がある。しかし、この公知例では、具体的ディスク構造，光学定数の規定、さらには、記録条件の設定方法は述べられておらず、信頼性のある記録が困難である。また、データの読みだし方法についても、受光光学系の構成が不明瞭であり、信頼性のある再生が困難である。
【０００６】
一方、公知例「特開昭６０−２０２５４５号」，「特開昭６０−２０２５５４号」では、各層に回折限界の光スポットを形成するためのディスク膜厚，焦点あわせの方法について述べている。しかし、前者については、明瞭な規定が与えられていない。また、後者については、焦点あわせの原理について述べているが、実際に目標の層に焦点を合わせるためのアクセス方法については述べられていない。さらに、ディスク作成法として、トラッキングのための案内溝を公知例では不可能としており、各層ごとにレーザ露光する方法を示しているが、この方法では、生産性がない。
【０００７】
本発明の目的は、記録過程，再生過程において安定に記録再生できる光スポット絞り込み光学系，ディスク構造，光検出光学系を検討し、さらに、特に問題となる隣接層間のクロストークを抑制する符号化方式，クロストークキャンセル方式、さらに、３次元データフォーマット、それに伴うディスク作成方法，３次元アクセス方法を検討することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、
局所的な光照射によって、光学的性質が局所的に変化する記録膜層と、記録膜層の働きの補助として反射防止，多重反射，光吸収，記録膜層の光学的局所変化の転写，断熱，吸熱，発熱または補強を目的とした層、または層の重ねあわせである中間層膜を光学的に透明な基板の上に多層に積み重ねたディスクを有し、各層に絞り込まれた光スポット照射によって各層の局所的光学的性質を２次元的に（独立に）変化させることで、変調後のデータ“１”，“０”に対応した記録を行う。さらに、上記局所的光学的性質の変化を各層への光スポット照射によって反射光量（または透過光量）の変化として検出し、データを再生する３次元記録再生装置において、
１．ディスクの構造を、光学的に透明な基板の屈折率をＮＢ、厚さをｄ０とする。さらに、中間層と記録膜層を一つの層として区ぎり、上層から順に１からＮ層割り当てる。各層間の距離は隣あう記録膜層ｋ番目と（ｋ−１）番目の膜厚中心間の距離ｄｋで示す。また、任意のｋ番目の記録層と中間層の膜厚をdFk,ｄＭｋさらに屈折率の実数部をそれぞれ、ＮＦｋ，ＮＭｋとする。また、各層の平面上での局所的光学的性質の変化の周期ｂ［μｍ］とする。絞り込み光学系は、光源として、例えば波長λ［μｍ］の半導体レーザを用い、コリメートレンズによって、平行光に変換し、偏向ビームスプリッタを介して、絞り込みレンズに入射させる。ここで、絞り込みレンズの開口数をＮＡＦ，有効半径をａ［mm］，焦点距離をｆＦ（≒ａ／ＮＡＦ）とする。また、ディスクからの反射光は、絞りレンズを通り、ビームスプリッタによって受光用の像レンズに導かれる。像レンズの焦点付近に位置する光検出器によって、反射光量の変化を電気信号に変換する。像レンズの開口数をＮＡＩ，焦点距離をｆＩ（≒ａ／ＮＡＩ）とする。光検出器の受光面直径をＤとした場合、ｋ番目の層を目標層とし、焦点を合わせたときの目標層からの反射光は、像レンズの焦点位置に結像され、この焦平面上のスポット径Ｕｋ′は、
Ｕｋ′＝λ／ＮＡＩ＝λ×（ｆＩ／ａ）
ｍ；受光光学系の横倍率
次に、ｋ番目の目標層から層間距離ｄ離れた隣接層（ｋ±１）番目の層からの焦平面でのスポット径Ｕ（ｋ±１）′は、
Ｕ（ｋ±１）′≒ａ×ｍ２ｄ／ｆＩ
＝ＮＡＩ・ｍ2ｄ
上式より光検出器の直径Ｄを、
Ｄ＝Ｕｋ′＝λ／ＮＡＩとし、
検出される他の層からの反射光量は、目標ｋ層と他のｊ層の間の透過率δjk、及び反射率の比αｊｋとして
光検出器での、ｎ層からの反射受光量をＩｎとすると
【０００９】
【数１７】
2004213885.tif 000003
【００１０】
（数１７）≒Ｉ（ｋ−１）／Ｉｋ
＝δ2（ｋ−１），ｋ×α（ｋ−１），ｋ×（Ｄ／Ｕ（ｋ−１）′）2                                                          （数１７．５）  
上式が成り立つように、ディスク構造，光学系を設定する。
２．さらに、２次元周期ｂの最小値ｂｍｉｎを（λ／ＮＡＦ）とし、２次元周期  ｂの最大値ｂｍａｘを（ｄ×ＮＡＦ）よりも小さくする。
【００１１】
さらに、図１に示す受光光学系において、記録再生を行う目標層面内と、光学的距離ｄ［μｍ］離れた隣接層面内のそれぞれの光学的特性関数（ＯＴＦ）Ｈ０(Ｓ)，Ｈ１（Ｓ）を図４にそれぞれ、直線１３，直線１４で示す。
【００１２】
ただし、Ｓ：規格化空間周波数
ここで、層間距離ｄの値で焦点ずれが生じた場合の光学的特性関数Ｈ１(Ｓ)について、Ｈ１（Ｓ）＝０となるＳより、上記周期ｂの最大繰返しｂmaxを規定する。このように、層面上の局所的光学的性質の変化の周期ｂとディスク構造、及び受光光学系の関係を規定することで、層間クロストークの成分を局所的光学的性質の変化の周期ｂよりも、長くする。
３．さらに、隣接層におけるスポット径（２ｄ×ＮＡＦ）の領域に含まれる局所的光学変化（マーク）の領域の総面積が常に一定値である符号を用いる。
４．さらに、
ｄｋ＝ｄＦ（ｋ−１）＋ｄＭｋ＋ｄＦｋ
≒ｄＭｋ                                                （数１）  
かつ、中間層の実効的屈折率ＮＭｋを基板と同じ屈折率ＮＢであるとする。多層ディスクのＮ層番目までの厚さｄが
【００１３】
【数２】
2004213885.tif 000004
【００１４】
であるディスク構造において、球面収差量Ｗ４０について
Ｗ４０＝｜（１／（８×ＮＢ））×（（１／ＮＢ2）−１）×ＮＡＦ4×Δｄ｜                                                              （数３）
【００１５】
【数４】
2004213885.tif 000005
【００１６】
Ｗ４０≦λ／４となるように、各層の中間層の厚さｄｋ，総数Ｎを組み合わせる。なお、Ｗ４０の右辺の絶対値の中は通常は負となる（ＮＢ≧１の場合）。
５．さらに、ｋ番目の記録膜層１の光学定数は、透過率Ｔｋ，反射率Ｒｋ，吸収率Ａｋとする。ここで、Ｔｋ＋Ｒｋ＋Ａｋ＝１の関係が成り立つ。記録によって、局所的光学的性質が変化した場合の光学定数には、以下、ダッシュ記号「′」で表わす。一般に、熱記録における、熱構造変化が生じるためには、必ずエネルギーしきい値Ｅｔｈ［ｎＪ］が存在する。記録目標層に回折限界に絞り込まれた光スポットが線速度Ｖ［ｍ／ｓ］でディスク上を走査している。
【００１７】
変調後の２値化信号に対応して熱構造変化を局所的に生じさせるために、ディスクに入射する光強度Ｐ（記録パワー）［ｍＷ］、ここで、線速度Ｖと照射時間ｔが与えられた場合、各層の記録膜についての光強度密度しきい値Ｉｔｈ［ｍＷ／μｍ2］とする。
【００１８】
ｋ層に焦点をあわせた場合でのｋ層での光強度密度Ｉｋについて、スポット径はλ／ＮＡＦであるから、
Ｓｋ；ｋ層に焦点をあわせた場合での１／ｅ2スポット面積
Ｓｋ＝π（０.５×λ／ＮＡＦ）2
ｋ層における光強度Ｐｋ［ｍＷ］は
【００１９】
【数６】
2004213885.tif 000006
【００２０】
δｋは、ディスク上の光入射面とｋ番目の記録層の間の透過率である。
【００２１】
ただし、Ｔｎ；ｎ層の透過率（ｎ＝０の時は１層までの透過率）
（数６）式より、ｋ層で記録できるために必要な最小の記録パワーＰｍｉｎは、
Ｐｍｉｎ≧Ｉｋｔｈ×Ｓｋ／δｋ                            （数７）
また、ｋ層に記録を行うため、ｋ層に焦点を合わせた時の、ｊ層での光強度密度Iｊｋ［ｍＷ］は
【００２２】
【数９】
2004213885.tif 000007
【００２３】
である。
【００２４】
ｋ層に記録を行う場合、ｊ層を記録破壊しないため記録パワーの上限Ｐmaxは次式で与えられる。
【００２５】
Ｐｍａｘ＝Ｉｊｔｈ×Ｓｊｋ／δｊ                          （数１０）
Ｓｊｋは、ｋ層に焦点を合わせた時の、ｊ層での光スポット面積であり、
【００２６】
【数１１】
2004213885.tif 000008
【００２７】
ｄｎ；ｎ層番目の膜厚
ＴＡＮφ＝ａ／ｆＦ≒ＮＡＦ
（数６，７）（数９，１０，１１）式が同時に成り立つように絞り込み光学系，ディスク構造，記録条件を設定する。
６．各層の役割として、ユーザデータを記録再生する層と共に、ＲＯＭ（Read Only Memory）層またはＷＯＭ（Write Once Memory)を設ける。
７．層データの管理層として、各層のデータ状態、例えば、データの有無，エラー管理，有効なデータ領域，書替え（オーバーライト）回数を随時、記録しておく。
８．項１において、交替層として、記録誤りを検出した層のかわりに情報を入れる。
９．項１において、ディスクの各層面内における管理フォーマットとして、セクタとトラックを設け、１→ｋ→Ｎ層と上層から順に記録を行う。ただし、各層ではすべてのユーザセクタとトラックに情報を記録してから次の層に記録する。
１０．Ｎ→ｋ→１層と下層から順に記録を行う。ただし、各層ではすべてのユーザセクタとトラックに情報を記録してから次の層に記録する。
１１．各層ではすべてのユーザセクタとトラックに情報を記録してから次の層に記録するが、記録する層の順番はランダムアクセスとする。
１２．記録する層の順番はランダムアクセスとするが、ひとつの層においてある当該セクタ内にすべてデータ記録してから、次の層の当該セクタを埋めていき、すべての層の当該セクタを埋めてから、次のセクタのデータを記録する。
１３．当該トラックにおいて、層方向にランダムアクセスを行う。この場合、セクタによる固定ブロック管理ではなく、可変長ブロックを適用する。
１４．項１において、光スポット位置決め機構として、絞り込みレンズを層方向とディスク半径方向に駆動する２次元アクチゥエータ、または、絞り込みレンズを層方向だけに駆動する１次元アクチゥエータと絞り込みレンズに入射させる光束をディスク半径方向に偏向するガルバノミラーを組み合わせたものにおいて、レイヤー番号検出回路において、プリフォーマット部にある層アドレスを読み取るとることで現在いる層の番号を認識し、現在焦点を結んでいるｊ番目の層から上位コントローラからの指令であるｋ番目の目標層まで、上下どちらの（ｓｉｇｎ（ｋ−ｊ））方向に、どれだけの（｜ｋ−ｊ｜）層数をスポット移動させれば良いかを認識し、レイヤージャンプ信号発生回路にジャンプ強制信号を発生させ、ＡＦアクチゥエータドライバに入力させる。
１５．項１４において、ジャンプ信号は、１層間の移動にたいし、＋−極性のパルスの１対のパルスで構成され、上下の移動方向によって、＋−のパルスを入れ替わる。先頭のパルスはスポットを移動方向におよそ移動距離分だけ駆動させるために用い、次の極性反転パルスはスポットが行き過ぎないように静定するためのものである。また、移動する層数の対のパルスをドライバ回路に入力する。次に、レイヤー番号を検出し、ｊ＝ｋとなることを確認する。
１６．項１４において、上記ＡＦ誤差信号のゼロクロスパルスと、総光量パルスをゲートとして用い、各記録層についての合焦点検出を検出するクロスレイヤー信号検出回路を設ける。
１７．項１６において、上記ゼロクロスパルスと総光量パルス、２種のパルスからアップパルスとダウンパルスを生成しカウントすることで、常にレンズがどの層に位置づけられているかを認識し、ディスクに対してレンズが移動する方向を認識する。
１８．項１４において、焦点位置がディスク最上層から、最下層まで少なくとも移動するように、ＡＦアクチゥエータ移動信号発生回路からのこぎり波を発生させ、ＡＦアクチゥエータを駆動する場合において、上記クロスレイヤー信号検出回路により、Ｎ個の層の合焦点をカウントし、レンズを上側に移動させたときのアップパルスの上限から、最上層（ｎ＝１）または、レンズを下側に移動させたときのダウンパルスの下限から、最下層（ｎ＝Ｎ）を認識し、ディスク層方向における焦点位置を常に認識する。
１９．項５において、記録目標であるｋ層に安定に記録する場合、ｋ層までの透過率（ΣＴｎ（ｎ＝０，１，２，…ｋ−１））を考慮して記録パワーＰ（光強度）を設定する。
２０．項５において、ｋ層までの透過率を、層アドレス認識に対して設定する。
２１．アドレス認識によって、ディスク出荷時（または設計値）のｋ層までの透過率ΣＴｎ（ｎ＝０，１，２…ｋ−１）と、記録直前のｋ層までの透過率ΣＴ′ｎ  (ｎ＝０，１，２，…ｋ−１）の比、すなわち透過率の変化分Ｇを考慮して記録パワーを設定する。
２２．項６，２１において、層データの管理層を設け、どの層が記録されているのかを記録し、目標層記録前に管理層を再生して、記録直前のｋ層までの透過率  ΣＴ′（ｋ−１）を認識し、透過率の変化分Ｇを認識する。
２３．項２１において、目標層に記録する前に、あらかじめ記録すべき領域を再生し、透過率の変化Ｇを求める。
２４．項２３において、あらかじめ記録すべき領域を再生する方法としては、記録モードで初めのディスク１回転で再生チェックを行ってから、次の回転で記録を行い、次の回転で記録エラーチェックを行う。
２５．項２３において、複数スポットを用い、先行スポットで上記再生チェックを行う。
２６．項２５において、再生チェックでは、先行スポットについての受光した再生信号Ｃ′ｋ（ｔ−τ）を用いる。ここで、τは、先行スポットと記録用スポットのスポット間距離を時間換算したものである。ここで、透過率変化分Ｇを、記録目標層であるｋ層に焦点を合わせた状態での再生信号Ｃｋ′とディスク出荷時での設計上の再生信号Ｃｋとの比の平方根として求める。
２７．項２５において、再生チェックでは、再生信号Ｃｋの値は、ディスクフォーマットとして、あらかじめチェック領域として、層方向に対して記録しない領域をディスク面内に設けておく。
２８．項２３において、再生信号を得る光検出器については、請求項１の形状にする。
２９．項１において、再生制御回路として、目標層からの反射光成分の検出に加え、特に層間クロストークの大部分を占める隣接層からの反射光成分も検出し、両者が互いに含んでいる成分を演算によって取り除く。
３０．項２９において、３つの光検出器を、ｋ層に焦点を合わせたときの受光面側での目標層ｋ，隣接層（ｋ＋１），（ｋ−１）の結像面に位置づける。光検出器の形状は、直径Ｄ＝（λ／ＮＡＩ）とする、または、ピンホールによる受光面積の制限を行い、ｋ層の光検出器についての再生信号Ｃｋ，（ｋ−１）層の光検出器についての再生信号Ｃ（ｋ−１）と（ｋ＋１）層の光検出器についての再生信号Ｃ（ｋ＋１）について、次式の演算を行う。
【００２８】
演算  Ｆ≡Ｃｋ−γ×Ｃ（ｋ−１）−γ×Ｃ（ｋ＋１）
≒ＣｋＲ＋β×Ｃ（ｋ−１）Ｒ＋β×Ｃ（ｋ＋１）Ｒ
−γ×｛Ｃ（ｋ−１）Ｒ＋β×ＣｋＲ＋β×Ｃ（ｋ−２）Ｒ｝                −γ×｛Ｃ（ｋ＋１）Ｒ＋β×ＣｋＲ＋β×Ｃ（ｋ＋２）Ｒ｝          
β：各信号に含まれるクロストーク成分の必要信号成分に対する比Ｃ（ｋ−２）Ｒ，Ｃ（ｋ＋２）Ｒは、十分小さく、周波数成分も低いので無視できる。よって、
Ｆ≒（１−２γβ）×ＣｋＲ＋（β−γ）×Ｃ（ｋ−１）Ｒ
＋（β−γ）×Ｃ（ｋ＋１）Ｒ
ここで、演算係数γ≡β＜１とすると、
Ｆ≒（１−β2）×ＣｋＲ
上式の演算機能を用いたことによって、目標層の信号成分だけを求める。
３１．項２９において、複数スポットを用いる。ｋ層に焦点づけた時の隣接層上の焦点ずれスポットと同じスポット径のスポットを２つの隣接層に、スポットに先行させて走査し、再生信号を求め、項３０の演算を行う。
３２．項３１において、図１８に示すように、絞りを挿入して、絞り込みレンズについての実効的開口を小さくする。すなわち、有効径ａ′を［λ／（２ｄ×ＮＡＦ2）×ａ］にする。
３３．項３１において、３つの光軸に分けて、先行する２つの光学系の絞り込みレンズの開口数を小さくする、すなわち、ＮＡＦ′＝λ／（２ｄ×ＮＡＦ）とする。
３４．項３１において、先行スポットからの再生信号にスポットの強度分布であるガウシアン分布を三角分布に近似して得られる重み関数を掛けて積分を行う。３５．項３０において、各演算係数γ（≡β）を設定する重み設定回路において、ディスクフォーマットとして、少なくても上下３層間でマーク記録領域が、同一光束に含まれないように配置し、ｈ（ｋ−１）／ｈｋ，ｈ（ｋ＋１）／ｈをβ（−１），β（＋１）とする。
３６．項１において、複数スポットを用い、各々の層について焦点を合わせることで、２つ以上の層について同時に記録再生を行う、すなわち、並列記録再生を行う。
３７．項９において、記録後に透過率が増加する記録媒体を用いる。
３８．項１において、多層ディスクにおける各層面内の案内溝，アドレス等のプリピットは、各層ごとに紫外線硬化樹脂層に設け、各層ごとに透明な型を用いて型の面から光を入射させる２Ｐ法によって形成する。
３９．項１において、中間層に、１／４波長板層を設ける。
【００２９】
上記手段は以下に示すように作用する。
【００３０】
局所的な光照射によって、光学的性質が局所的に変化する記録膜層と、記録膜層の働きの補助として反射防止，多重反射，光吸収，記録膜層の光学的局所変化の転写，断熱，吸熱，発熱または補強を目的とした層、または層の重ねあわせである中間層膜を光学的に透明な基板の上に多層に積み重ねたディスクを有し、各層に絞り込まれた光スポット照射によって各層の局所的光学的性質を２次元的に（独立に）変化させることで、変調後のデータ“１”，“０”に対応した記録を行い、さらに、上記局所的光学的性質の変化を各層への光スポット照射によって反射光量（または透過光量）の変化として検出し、データを再生する３次元記録再生装置において、
１．ディスクの構造を、光学的に透明な基板の屈折率をＮＢ、厚さをｄ０とする。さらに、中間層と記録膜層を一つの層として区ぎり、上層から順に１からＮ層割り当てる。各層間の距離は隣あう記録膜層ｋ番目と（ｋ−１）番目の膜厚中心間の距離ｄｋで示す。また、任意のｋ番目の記録層と中間層の膜厚をdFk,ｄＭｋさらに屈折率の実数部をそれぞれ、ＮＦｋ，ＮＭｋとする。また、各層の平面上での局所的光学的性質の変化の周期ｂ［μｍ］とする。絞り込み光学系は、光源として、例えば波長λ［μｍ］の半導体レーザを用い、コリメートレンズによって、平行光に変換し、偏向ビームスプリッタを介して、絞り込みレンズに入射させる。ここで、絞り込みレンズの開口数をＮＡＦ，有効半径をａ［mm］，焦点距離をｆＦ（≒ａ／ＮＡＦ）とする。また、ディスクからの反射光は、絞りレンズを通り、ビームスプリッタによって受光用の像レンズに導かれる。像レンズの焦点付近に位置する光検出器によって、反射光量の変化を電気信号に変換する。像レンズの開口数をＮＡＩ，焦点距離をｆＩ（≒ａ／ＮＡＩ）とする。光検出器の受光面直径をＤとした場合、ｋ番目の層を目標層とし、焦点を合わせたときの目標層からの反射光は、像レンズの焦点位置に結像され、この焦平面上のスポット径Ｕｋ′は、
Ｕｋ′＝λ／ＮＡＩ＝λ×（ｆＩ／ａ）                      （数１４）    
ｍ；受光光学系の横倍率
次に、ｋ番目の目標層から層間距離ｄ離れた隣接層（ｋ±１）番目の層からの焦平面でのスポット径Ｕ（ｋ±１）′は、
Ｕ（ｋ±１）′≒ａ×ｍ2ｄ／ｆＩ
＝ＮＡＩ・ｍ2ｄ                           （数１６）
上式より光検出器の直径Ｄを、Ｄ＝Ｕｋ′＝λ／ＮＡＩとし、検出される他の層からの反射光量は、目標ｋ層と他のｊ層の間の透過率δjk、及び反射率の比αｊｋとして光検出器での、ｎ層からの反射受光量をＩｎとすると
【００３１】
【数１７】
2004213885.tif 000009
【００３２】
（数１７）≒Ｉ（ｋ−１）／Ｉｋ
＝δ2（ｋ−１），ｋ×α（ｋ−１），ｋ×（Ｄ／Ｕ（ｋ−１）′）2                                                          （数１７．５）
上式が成り立つように、ディスク構造，光学系を設定することによって、他の層からの反射光の漏れ込みを低減する。
２．項１において、２次元周期ｂの最小値ｂｍｉｎを（λ／ＮＡＦ）とし、２次元周期ｂの最大値ｂｍａｘを（ｄ×ＮＡＦ）よりも小さくする。
【００３３】
さらに、図１に示す受光光学系において、記録再生を行う目標層面内と、光学的距離ｄ［μｍ］離れた隣接層面内のそれぞれの光学的特性関数（ＯＴＦ）Ｈ０（Ｓ），Ｈ１（Ｓ）を図４にそれぞれ、直線１３，直線１４で示す。
【００３４】
ただし、Ｓ：規格化空間周波数
ここで、層間距離ｄの値で焦点ずれが生じた場合の光学的特性関数Ｈ１(Ｓ)について、Ｈ１（Ｓ）＝０となるＳより、上記周期ｂの最大繰返しbmaxを規定する。このように、層面上の局所的光学的性質の変化の周期ｂとディスク構造、及び受光光学系の関係を規定することで、層間クロストークの成分を局所的光学的性質の変化の周期ｂよりも、長くすることで、目標層の信号成分だけを検出することができる。
３．項１において、隣接層におけるスポット径（２ｄ×ＮＡＦ）の領域に含まれる局所的光学変化（マーク）の領域の総面積が常に一定値である符号を用いることによって、目標層を再生しているときに含まれる隣接層からのクロストーク成分を直流成分一定値にし、直流分を取り除くことで目標層の信号成分だけを抽出する。
４．項１において、
ｄｋ＝ｄＦ（ｋ−１）＋ｄＭｋ＋ｄＦｋ
≒ｄＭｋ                                                （数１）  
かつ、中間層の実効的屈折率ＮＭｋを基板と同じ屈折率ＮＢであるとする。多層ディスクのＮ層番目までの厚さｄが
【００３５】
【数２】
2004213885.tif 000010
【００３６】
であるディスク構造において、球面収差量Ｗ４０について
Ｗ４０＝｜（１／（８×ＮＢ））×（（１／ＮＢ2）−１）×ＮＡＦ4×Δｄ｜                                                              （数３）
【００３７】
【数４】
2004213885.tif 000011
【００３８】
Ｗ４０≦λ／４となるように、各層の中間層の厚さｄｋ，総数Ｎを組み合わせることによって、各層間での光学的距離が変化することによって生じる球面収差を許容値内に押さえ、各層において回折限界の光スポットを形成する。なお、Ｗ４０の右辺の絶対値の中は通常は負となる（ＮＢ≧１の場合）。
５．項１において、ｋ番目の記録膜層１の光学定数は、透過率Ｔｋ，反射率Ｒｋ，吸収率Ａｋとする。ここで、Ｔｋ＋Ｒｋ＋Ａｋ＝１の関係が成り立つ。記録によって、局所的光学的性質が変化した場合の光学定数には、以下、ダッシュ記号「′」で表わす。一般に、熱記録における、熱構造変化が生じるためには、必ずエネルギーしきい値Ｅｔｈ［ｎＪ］が存在する。記録目標層に回折限界に絞り込まれた光スポットが線速度Ｖ［ｍ／ｓ］でディスク上を走査している。
【００３９】
変調後の２値化信号に対応して熱構造変化を局所的に生じさせるために、ディスクに入射する光強度Ｐ（記録パワー）［ｍＷ］、
ここで、線速度Ｖと照射時間ｔが与えられた場合、各層の記録膜についての光強度密度しきい値Ｉｔｈ［ｍＷ／μｍ2］とする。
【００４０】
ｋ層に焦点をあわせた場合でのｋ層での光強度密度Ｉｋについて、スポット径はλ／ＮＡＦであるから、
Ｓｋ；ｋ層に焦点をあわせた場合での１／ｅ2スポット面積
Ｓｋ＝π（０．５×λ／ＮＡＦ）2
ｋ層における光強度Ｐｋ［ｍＷ］は
【００４１】
【数６】
2004213885.tif 000012
【００４２】
δｋは、ディスク上の光入射面とｋ番目の記録層の間の透過率である。
【００４３】
ただし、Ｔｎ；ｎ層の透過率（ｎ＝０の時は１層までの透過率）
上式より、ｋ層で記録できるために必要な最小の記録パワーＰｍｉｎは、
Ｐｍｉｎ≧Ｉｋｔｈ×Ｓｋ／δｋ                            （数７）
また、ｋ層に記録を行うため、ｋ層に焦点を合わせた時の、ｊ層での光強度密度Ｉｊｋ［ｍＷ］は
Ｐｊｋ＝Ｐｋ×δｊｋ
＝Ｐ×δｊ                                          （数９）    
δｊｋ＝Π／Π(＝(ｊ番目の層までの透過率／ｋ番目の層までの透過率))である。
【００４４】
ｋ層に記録を行う場合，ｊ層を記録破壊しないため記録パワーの上限Ｐmaxは次式で与えられる。
【００４５】
Ｐｍａｘ＝Ｉｊｔｈ×Ｓｊｋ／δｊ                          （数１０）
Ｓｊｋは、ｋ層に焦点を合わせた時の、ｊ層での光スポット面積であり、
【００４６】
【数１１】
2004213885.tif 000013
【００４７】
ｄｎ；ｎ層番目の膜厚
ＴＡＮφ＝ａ／ｆＦ≒ＮＡＦ
上式が同時に成り立つように絞り込み光学系，ディスク構造，記録条件を設定することによって、目標層に安定に記録でき、かつ、その時に他の層を破壊しないための入射記録パワーを設定する。
６．各層の役割として、ユーザデータを記録再生する層と共に、ＲＯＭ（Read Only Memory)層またはＷＯＭ（Write Once Memory)を設けることによって、ユーザデータ以外の情報を扱う。
７．層データの管理層として、各層のデータ状態、例えば、データの有無，エラー管理，有効なデータ領域，書替え（オーバーライト）回数を随時、記録しておくことをによって、データの更新及び、アクセスを敏速に行う。
８．項１において、交替層として、記録誤りを検出した層のかわりに情報を入れることによって、データの信頼性を保証する。
９．項１において、ディスクの各層面内における管理フォーマットとして、セクタとトラックを設け、１→ｋ→Ｎ層と上層から順に記録を行う。ただし、各層ではすべてのユーザセクタとトラックに情報を記録してから次の層に記録することによって、ユーザデータ記録再生の管理を行う。
１０．Ｎ→ｋ→１層と下層から順に記録を行う。ただし、各層ではすべてのユーザセクタとトラックに情報を記録してから次の層に記録することによって、ユーザデータ記録再生の管理を行う。
１１．各層ではすべてのユーザセクタとトラックに情報を記録してから次の層に記録するが、記録する層の順番はランダムアクセスとすることによって、ユーザデータ記録再生の管理を行う。
１２．記録する層の順番はランダムアクセスとするが、ひとつの層においてある当該セクタ内にすべてデータ記録してから、次の層の当該セクタを埋めていき、すべての層の当該セクタを埋めてから、次のセクタのデータを記録することによってユーザデータ記録再生の管理を行う。
１３．当該トラックにおいて、層方向にランダムアクセスを行う。この場合、セクタによる固定ブロック管理ではなく、可変長ブロックを適用することよってユーザデータ記録再生の管理を行う。
１４．項１において、光スポット位置決め機構として、絞り込みレンズを層方向とディスク半径方向に駆動する２次元アクチゥエータ、または、絞り込みレンズを層方向だけに駆動する１次元アクチゥエータと絞り込みレンズに入射させる光束をディスク半径方向に偏向するガルバノミラーを組み合わせたものにおいて、レイヤー番号検出回路において、プリフォーマット部にある層アドレスを読み取るとることで現在いる層の番号を認識し、現在焦点を結んでいるｊ番目の層から上位コントローラからの指令であるｋ番目の目標層まで、上下どちらの（ｓｉｇｎ（ｋ−ｊ））方向に、どれだけの（｜ｋ−ｊ｜）層数をスポット移動させれば良いかを認識し、レイヤージャンプ信号発生回路にジャンプ強制信号を発生させ、ＡＦアクチゥエータドライバに入力させることによって、目標層に焦点を合わせる。
１５．項１４において、ジャンプ信号は、１層間の移動にたいし、＋−極性のパルスの１対のパルスで構成され、上下の移動方向によって、＋−のパルスを入れ替わる。先頭のパルスはスポットを移動方向におよそ移動距離分だけ駆動させるために用い、次の極性反転パルスはスポットが行き過ぎないように静定するためのものである。また、移動する層数の対のパルスをドライバ回路に入力する。次に、レイヤー番号を検出し、ｊ＝ｋとなることを確認することによって、目標層ｋにスポットを位置ずける。
１６．項１４において、上記ＡＦ誤差信号のゼロクロスパルスと、総光量パルスをゲートとして用い、各記録層についての合焦点検出を検出するクロスレイヤー信号検出回路を設けることによって、レンズを層方向に移動したときに焦点位置が各層を横切る信号を得る。
１７．項１６において、上記ゼロクロスパルスと総光量パルス、２種のパルスからアップパルスとダウンパルスを生成しカウントすることで、常にレンズがどの層に位置づけられているかを認識し、ディスクに対してレンズが移動する方向を認識する。
１８．項１４において、焦点位置がディスク最上層から、最下層まで少なくとも移動するように、ＡＦアクチゥエータ移動信号発生回路からのこぎり波を発生させ、ＡＦアクチゥエータを駆動する場合において、上記クロスレイヤー信号検出回路により、Ｎ個の層の合焦点をカウントし、レンズを上側に移動させたときのアップパルスの上限から、最上層（ｎ＝１）または、レンズを下側に移動させたときのダウンパルスの下限から、最下層（ｎ＝Ｎ）を認識し、ディスク層方向における焦点位置を常に認識することによって、層アドレスを設けなくても、層アクセスを可能とする。
１９．項５において、記録目標であるｋ層に安定に記録する場合、ｋ層までの透過率（ΣＴｎ（ｎ＝０，１，２，…ｋ−１））を考慮して記録パワーＰ（光強度）を設定することによって、目標層に最適な記録パワー条件で記録する。
２０．項５において、ｋ層までの透過率を、層アドレス認識に対して設定することによって、目標層に最適な記録パワー条件で記録する。
２１．アドレス認識によって、ディスク出荷時（または設計値）のｋ層までの透過率ΣＴｎ（ｎ＝０，１，２…ｋ−１）と、記録直前のｋ層までの透過率ΣＴｎ（ｎ＝０，１，２，…ｋ−１）の比、すなわち透過率の変化分Ｇを考慮して記録パワーを設定することによって、目標層までの層に記録された層があることによって透過率が変化していてもそれを考慮して、目標層に最適な記録パワー条件で記録する。
２２．項６，２１において、層データの管理層を設け、どの層が記録されているのかを記録し、目標層記録前に管理層を再生して、記録直前のｋ層までの透過率ΣＴ′（ｋ−１）を認識し、透過率の変化分Ｇを認識することによって、目標層までの層に記録された層があることによって透過率が変化していてもそれを考慮して、目標層に最適な記録パワー条件で記録する。
２３．項２１において、目標層に記録する前に、あらかじめ記録すべき領域を再生し、透過率の変化Ｇを求めることによって、目標層までの層に記録された層があることによって透過率が変化していてもそれを考慮して、目標層に最適な記録パワー条件で記録する。
２４．項２３において、あらかじめ記録すべき領域を再生する方法としては、記録モードで初めのディスク１回転で再生チェックを行ってから、次の回転で記録を行い、次の回転で記録エラーチェックを行う。
２５．項２３において、複数スポットを用い、先行スポットで上記再生チェックを行うことによって、回転待ちを行わなくても良い。
２６．請求項２５において、再生チェックでは、先行スポットについての受光した再生信号Ｃ′ｋ（ｔ−τ）を用いる。ここで、τは、先行スポットと記録用スポットのスポット間距離を時間換算したものである。ここで、透過率変化分Ｇを、記録目標層であるｋ層に焦点を合わせた状態での再生信号Ｃｋ′とディスク出荷時での設計上の再生信号Ｃｋとの比の平方根として求めることによって、反射光学系において、透過率の変化を求める。
２７．項２５において、再生チェックでは、再生信号Ｃｋの値は、ディスクフォーマットとして、あらかじめチェック領域として、層方向に対して記録しない領域をディスク面内に設けておくことによって、ディスク間，ディスク内の透過率バラツキの影響を低減する。
２８．項２３において、再生信号を得る光検出器については、請求項１の形状にすることによって、目標層からの反射成分を特定して検出し、より高精度な透過率変化Ｇを求める。
２９．項１において、再生制御回路として、目標層からの反射光成分の検出に加え、特に層間クロストークの大部分を占める隣接層からの反射光成分も検出し、両者が互いに含んでいる成分を演算によって取り除くことによって、目標層の反射光成分を抽出する。
３０．項２９において、３つの光検出器を、ｋ層に焦点を合わせたときの受光面側での目標層ｋ，隣接層（ｋ＋１），（ｋ−１）の結像面に位置づける。光検出器の形状は、直径Ｄ＝（λ／ＮＡＩ）とする、または、ピンホールによる受光面積の制限を行い、ｋ層の光検出器についての再生信号Ｃｋ，（ｋ−１）層の光検出器についての再生信号Ｃ（ｋ−１）と（ｋ＋１）層の光検出器についての再生信号Ｃ（ｋ＋１）について、次式の演算を行う。
【００４８】
演算  Ｆ≡Ｃｋ−γ×Ｃ（ｋ−１）−γ×Ｃ（ｋ＋１）
≒ＣｋＲ＋β×Ｃ（ｋ−１）Ｒ＋β×Ｃ（ｋ＋１）Ｒ
−γ×｛Ｃ（ｋ−１）Ｒ＋β×ＣｋＲ＋β×Ｃ（ｋ−２）Ｒ｝
−γ×｛Ｃ（ｋ＋１）Ｒ＋β×ＣｋＲ＋β×Ｃ（ｋ＋２）Ｒ｝      
β：各信号に含まれるクロストーク成分の必要信号成分
に対する比Ｃ（ｋ−２）Ｒ，Ｃ（ｋ＋２）Ｒは、十分小さく、周波数成分も低いので無視できる。よって、
Ｆ≒（１−２γβ）×ＣｋＲ＋（β−γ）×Ｃ（ｋ−１）Ｒ
＋（β−γ）×Ｃ（ｋ＋１）Ｒ
ここで、演算係数γ≡β＜１とすると、
Ｆ≒（１−β2）×ＣｋＲ
上式の演算機能を用いたことによって、目標層の信号成分だけを求める。
３１．項２９において、複数スポットを用いる。ｋ層に焦点づけた時の隣接層上の焦点ずれスポットと同じスポット径のスポットを２つの隣接層に、スポットに先行させて走査し、再生信号を求め、項３０の演算を行うことによって、目標層の信号成分だけを求める。
３２．項３１において、図１８に示すように、絞りを挿入して、絞り込みレンズについての実効的開口を小さくする。すなわち、有効径ａ′を［λ／（２ｄ×ＮＡＦ2）×ａ］にすることによって、隣接層に焦点を結ぶ先行スポットのスポット径を（２ｄ×ＮＡＦ）にする。
３３．項３１において、３つの光軸に分けて、先行する２つの光学系の絞り込みレンズの開口数を小さくする、すなわち、ＮＡＦ′＝λ／（２ｄ×ＮＡＦ）とすることによって、隣接層に焦点を結ぶ先行スポットのスポット径を（２ｄ×ＮＡＦ）にする。
３４．項３１において、先行スポットからの再生信号にスポットの強度分布であるガウシアン分布を三角分布に近似して得られる重み関数を掛けて積分を行うことによって、実効的に焦点ずれスポットがマーク列を走査している場合の再生信号を得る。
３５．項３０において、各演算係数γ（≡β）を設定する重み設定回路において、ディスクフォーマットとして、少なくても上下３層間でマーク記録領域が、同一光束に含まれないように配置し、ｈ（ｋ−１）／ｈｋ，ｈ（ｋ＋１）／ｈをβ（−１），β（＋１）とすることによって、上下層についての、重みをそれぞれ求める。
３６．項１において、複数スポットを用い、各々の層について焦点を合わせることで、２つ以上の層について同時に記録再生を行う、すなわち、並列記録再生を行うことによって、転送速度を大きくする。
３７．項９において、記録後に透過率が増加する記録媒体を用いることによって、下層に記録するときに与える光強度を低減し、さらに、下層からの反射光を大きくすることで、高効率記録，高ＳＮ比再生を行う。
３８．項１において、多層ディスクにおける各層面内の案内溝，アドレス等のプリピットは、各層ごとに紫外線硬化樹脂層に設け、各層ごとに透明な型を用いて型の面から光を入射させる２Ｐ法によって形成することで、各層ごとに、トラッキングのための案内溝，層の位置を示す層アドレスなどのプリピットを形成し、データの記録再生を行う。
３９．項１おいて、中間層に、１／４波長板層を設けることにより、隣接層からの反射光の偏光方向が異なるため、干渉がなくなり、隣接層間のクロストークを低減できる。
【発明の効果】
【００４９】
本発明によれば、記録過程，再生過程において安定に記録再生できる光スポット絞り込み光学系，ディスク構造，光検出光学系、さらに、特に問題となる隣接層間のクロストークを抑制する符号化方法，クロストークキャンセル方法、さらに、３次元データフォーマット、それに伴うディスク作成方法，３次元アクセス方法を提供できるので、多層膜構造のディスクの各層に光スポットを絞り込み、高い信頼性を持って、データの記録再生できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
以下、
（１）本発明の３次元記録再生方法の原理
（２）３次元ディスクフォーマット，データ管理
（３）装置構成
（４）アクセス方法
（５）記録制御方法
（６）再生制御方法
（７）ディスク構造実施例と、ディスク作成方法
の順で実施例を説明する。
【００５１】
（１）３次元記録再生の基本原理
図１に本発明の３次元記録再生装置の記録再生の原理図を示す。局所的な光照射によって、光学的性質が局所的に変化する記録膜層１と、記録膜層の働きの補助として反射防止，多重反射，光吸収，記録膜層の光学的局所変化の転写，断熱，吸熱，発熱または補強を目的とした層、またはこれらの層の重ねあわせである中間層膜２を光学的に透明な基板３の上に多層に積み重ねたディスク４を有し、各層に絞り込まれた光スポット照射によって各層の局所的光学的性質を２次元的に、かつ各層間で独立に変化させることで、変調後のデータ“１”，“０”に対応した記録を行い、さらに、上記局所的光学的性質の変化を各層への光スポット照射によって反射光量（または透過光量）の変化として検出し、データを再生する。
【００５２】
図１において、ディスク４の構造を、光学的に透明な基板３の屈折率をＮＢ，厚さをｄ０とする。さらに、中間層２と記録膜層１を一組の層として区切り、上層(光入射側)から順に１からＮまで番号を層割り当てる。各層間の距離は隣あう記録膜層ｋ番目と（ｋ−１）番目の膜厚中心間の距離ｄｋで示す。また、任意のｋ番目の記録層と中間層の膜厚をｄＦｋ，ｄＭｋさらに屈折率の実数部をそれぞれ、ＮＦｋ，ＮＭｋとする。また、各層の平面上での局所的光学的性質の変化の周期ｂ［μｍ］とする。絞り込み光学系は、光源として、例えば波長λ［μｍ］の半導体レーザ５を用い、コリメートレンズ６によって、平行光に変換し、偏向ビームスプリッタ７を介して、絞り込みレンズ８に入射させる。ここで、レンズ８の開口数をＮＡＦ、有効半径をａ［mm］、焦点距離をｆＦ（≒ａ／ＮＡＦ）とする。各層に焦点を結ばせることで回折限界の光スポット１１を各層に照射する。
【００５３】
また、受光光学系については、反射受光系を例として示す。ディスク４からの反射光は、レンズ８を通り、ビームスプリッタ７によって受光用の像レンズ９に導かれる。レンズ９の焦点付近に位置する光検出器１０によって、反射光量の変化を電気信号に変換する。像レンズ９の開口数をＮＡＩ、焦点距離をｆＩ（≒ａ／ＮＡＩ）とする。光検出器１０の受光面直径をＤとする。本発明では、光学系として、図２ａに示す平行光学系を例に示したが、図２ｂに示す拡散光学系でも同様に効果を得ることができる。また、受光光学系として、透過光検出系でも本発明と同様の効果を得ることができる。
【００５４】
３次元記録再生において、記録再生を行うための第１の課題は、各層において、光スポットを回折限界まで絞り込むことである。従来の光ディスクでは、一般に記録膜保護のため、基板３越しの１層記録面に光スポットを回折限界で絞り込む。そこで、球面収差が生じて光スポットがひずまないように、基板３の屈折率と膜厚を考慮して、絞り込みレンズ８の設計仕様を行う。ところが、多層ディスク４では、各層の膜厚の影響が無視できず、たとえば公知例「久保田  他：光学、１４（１９８５）、光ディスクにおけるアイパターンのジッタ解析Ｉ〜Ｖ」に示してあるように、層の数が増えるほど球面収差が増加し、回折限界まで絞れない。そこで、本発明では、記録再生に十分な範囲の光スポットが得られるための絞り込みレンズの設計，ディスク構造を示す。設計方法を簡単にするため、記録膜層１の膜厚ｄＦｋは、中間層２の膜厚ｄＭｋに対して十分薄く無視できるとする。すなわち、
ｄｋ＝ｄＦ（ｋ−１）＋ｄＭｋ＋ｄＦｋ≒ｄＭｋ                  （数１）
かつ、中間層２は各層とも、基板３と同じ屈折率ＮＢであるとする。この場合、多層ディスクのＮ層番目までの厚さｄは
【００５５】
【数２】
2004213885.tif 000014
【００５６】
である。
【００５７】
一方、レーレーリミットとして、絞り込みスポットのピーク強度が無収差時の８０％が保証される球面収差量Ｗ４０＝λ／４を許容値として与える。
【００５８】
１番目からＮ番目の層までの膜厚の変化Δｄによって生じる球面収差量Ｗ４０は以下のように表わされる。
【００５９】
Ｗ４０＝｜（１／（８×ＮＢ））×（（１／ＮＢ2）−１）×ＮＡＦ4×Δｄ｜                                                                （数３）
そこで、Ｗ４０≦λ／４となるように、絞り込みレンズの設計，ディスク構造を決定する。なお、Ｗ４０の右辺の絶対値の中は通常は負となる（ＮＢ≧１の場合）。一例として、基板３として屈折率ＮＢ＝１.５ のガラス基板を用い、中間層として、ガラスとほぼ屈折率の等しい紫外線硬化樹脂を用い、絞り込みレンズ８のＮＡＦ＝０.５５ とした場合、（数３）式より、Δｄ≦５０μｍである。ここで、
ｄ０＝１.２mm−Δｄ＝（１.１５〜１.２mm），
【００６０】
【数４】
2004213885.tif 000015
【００６１】
Δｄ≦５０μｍとなるように、各層の中間層の厚さｄｋ，総数Ｎを組み合わせることで、従来の光ディスクに使用していた基板厚さ１.２mm 用の絞り込みレンズをそのまま適用して、１番目からＮ番目の各層に記録再生に十分な光スポットを形成することができる。一つの組合せ解として、中間層の厚さｄＭｋ＝１０μｍ，記録層の厚さｄＦｋ＝２００Åでは、ｄ０＝１.１５mm，Σｄｋ＝１００.４μｍ≒１００μｍ，総数Ｎ＝１０が可能である。
【００６２】
（数４）では、５層番目で、球面収差はゼロであり、最上層と最下層で許容値内で最大の球面収差が生じる。これをさらに補正することもできる。波動光学によれば、球面収差は焦点位置をずらすことで補正することができる。その条件は、Ｗ４０＝−Ｗ２０＝−０.５×ＮＡＦ2Δｚ，Δｚ＝−２／ＮＡＦ2×Ｗ４０。ここで、Ｗ２０は焦点ずれによる収差、Δｚは焦点ずれである。上記の例では、５層目からの層間距離Δｄｋ＝（ｋ−５）×ｄでのｋ層番目で生じる球面収差Ｗｋ４０は、（数式３）より得られ、この収差を補正する焦点ずれ量Δｚｋは、  Δｚｋ＝−２／ＮＡＦ2×Ｗｋ４０となる。
【００６３】
最下層（ｋ＝１０）では、１.４μｍであり、最上層（ｋ＝１）では−１.４μｍの焦点ずれをオフセットとして与えればよい。
【００６４】
次に、記録再生を行うための第２の課題は、熱記録過程にある。記録での規定条件は次の２つの項である。
（Ａ）  記録目標層に記録に十分でかつ安定な記録パワー密度を与えることができること。
（Ｂ）  任意のｋ層に記録した場合、他の層のデータを破壊しないこと。
【００６５】
要因として、光強度によるもの、層間を伝わってくる熱伝導によるものに分けられるが、ここでは、前者について述べる。後者については、中間層２に断熱効果を持たせることで対処できるがこの方法については記録媒体実施例の項で示す。
【００６６】
本発明では、この２つの項を満足する方法として、第１に、ディスク構造と絞り込み光学系を最適化する。
【００６７】
図１において、設計の簡易化のため、一例として、基板３及び中間層２は透過率１００％とする。また、ｋ番目の記録膜層１の光学定数は、透過率Ｔｋ，反射率Ｒｋ，吸収率Ａｋとする。ここで、Ｔｋ＋Ｒｋ＋Ａｋ＝１の関係が成り立つ。また、記録によって、局所的光学的性質が変化した場合の光学定数には、以下、ダッシュ記号「′」で表わす。一般に、熱記録では、記録膜の光吸収による発熱、及びこれを熱源とした熱拡散現象に支配される温度上昇によって、記録膜の熱構造変化が生じる。穴あけ形記録媒体では溶融による記録膜の移動，相変化形記録媒体では結晶化と非晶質化，光磁気記録媒体では垂直磁化の反転に対応する。この熱構造変化が生じて、局所的光学的特性変化となる。記録膜の種類にかかわらずに、熱構造変化が生じるためには、必ずエネルギーしきい値Ｅｔｈ［ｎＪ］が存在する。記録過程では、記録目標層に回折限界に絞り込まれた光スポット１１が線速度Ｖ［ｍ／ｓ］でディスク上を走査している。変調後の２値化信号に対応して熱構造変化を局所的に生じさせるために、ディスク面に照射する光強度Ｐ（記録パワー）［ｍＷ］を時間ｔ［ｓ］で変調する。ここで、線速度Ｖと照射時間ｔが与えられれば、エネルギーしきい値Ｅｔｈを光強度密度しきい値Ｉｔｈ［ｍＷ／μｍ2］で議論できる。
【００６８】
（Ａ）項を満足させるためには、ｋ層に焦点をあわせた場合でのｋ層での光強度密度Ｉｋについて、（数５）式が成り立つとよい。
【００６９】
Ｉｋ＝Ｐｋ／Ｓｋ≧Ｉｋｔｈ                                    （数５）  
Ｉｋｔｈ；記録層ｋでの光強度密度しきい値（ｍＷ／μｍ2）
Ｓｋ；ｋ層に焦点をあわせた場合での１／ｅ2スポット面積  
Ｓｋ＝Π（０．５×λ／ＮＡＦ）2
ただし、回折限界に絞り込まれた光スポット径をλ／ＮＡＦとする。
ここでｋ層における光強度Ｐｋ［ｍＷ］は
【００７０】
【数６】
2004213885.tif 000016
【００７１】
δｋは、ディスク上の光入射面とｋ番目の記録層の間の透過率、Ｔｎは、ｎ層の透過率である（ｎ＝０の時は１層までの透過率）。Ｐｋは図３ａに示すようになる。（数５）（数６）式より、ｋ層で記録できるために必要な最小の記録パワーＰｍｉｎは、
Ｐｍｉｎ≧Ｉｋｔｈ×Ｓｋ／δｋ                                （数７）
一般に、光強度が最も小さくなるのは、最下層Ｎで、ｎ＝１〜Ｎ−１が記録され、透過率Ｔｎがすべて低下する媒体を用いた場合→Ｔｎ′（記録後の透過率）である。
【００７２】
（Ｂ）項が成り立つには、ｋ層に記録を行うため、ｋ層に焦点を合わせた時のｊ層での光強度密度Ｉｊｋ［ｍＷ／μｍ2］は、（数８）が成り立てば良い。
【００７３】
Ｉｊｋ＝Ｐｊｋ／Ｓｊｋ《Ｉｊｔｈ                              （数８）  
【００７４】
【数９】
2004213885.tif 000017
【００７５】
である。
【００７６】
ｋ層に記録を行う場合、ｊ層を記録破壊しないため記録パワーの上限Ｐｍａｘは次式で与えられる。
【００７７】
Ｐｍａｘ＝Ｉｊｔｈ×Ｓｊｋ／δｊ                            （数１０）
Ｓｊｋは、ｋ層に焦点を合わせた時のｊ層での光スポット面積であり、層間距離ｄが波長λ以上なら幾何光学的に求めることができる。
【００７８】
【数１１】
2004213885.tif 000018
【００７９】
ｄｎ；ｎ層番目の膜厚
ＴＡＮφ＝ａ／ｆＦ≒ＮＡＦ
ここで、１／Ｓｊｋ［μｍ2 ］は面密度を表わし、図３ｂのようになる。図３ａと図３ｂから光強度密度Ｉｊｋ［ｍＷ／μｍ2 ］が得られ、図３ｃのようになる。
【００８０】
（数５）（数８）式が同時に成り立つように絞り込み光学系，ディスク構造,記録条件を設定することで、各層で信頼性の高い記録が可能となる。一例として、図１０ａに示す３層ディスクについて、記録可能な層間距離ｄを求める。ただし、絞り込み光学系は、波長λ＝０.７８μｍ，ＮＡＦ＝０.５５とし、各層の光学定数は、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝０.１，Ｔ１＝Ｔ２＝Ｔ３＝０.８，Ａ１＝Ａ２＝Ａ３＝０.１とする。また、線速度ｖ＝７ｍ／ｓ，照射時間ｔ＝１００ｎｓ〜500ｎｓとし、この時の記録層の光強度密度しきい値は、Ｉ１ｔｈ＝Ｉ２ｔｈ＝I3th＝２.５３（ｍＷ／μｍ2）とする。ここで、記録可能な層間間隔ｄ＝ｄ１＝ｄ２＝ｄ３と、記録パワーの範囲を求める。
【００８１】
図１０ｂに、目標記録層以外に記録していない場合について、各層にスポットを絞り込んだ場合について、ディスクに照射する記録パワーと各パワーに対応していられる再生信号の変調度を示している。ここで、変調度は、各層面に形成された局所的光学的性質変化（マーク）の大きさの目安を示し、絞り込みスポット径ほどの十分大きなマークになると変調度は飽和の傾向を示す。縦軸は各層について変調度の飽和値を１として規格化したものを示している。図において、第１層にマークを形成できるしきい値パワーは、４ｍＷ（＝Ｉｔｈ×Ｓ１）、第２層では、５ｍＷ（＝Ｉｔｈ×Ｓ２／δ２）、第３層（ｋ＝３）では、これが最小パワーＰｍｉｎを決定し、（数５）（数６）（数７）式より
【００８２】
【数１２】
2004213885.tif 000019
【００８３】
となる。
（数８）（数９）（数１１）式より
【００８４】
【数１３】
2004213885.tif 000020
【００８５】
例えば、ｄ＝２.５μｍ では、Ｐｍａｘ＝１６ｍＷ（Ｐ３ｍａｘ＝１０ｍＷ）となり、図１０ｂに示すように、信号が十分なマークを記録することができる。このように、設計することで他の層を破壊しないで、かつ目標層に信頼性高く記録できる。
【００８６】
次に、記録再生を行うための第３の課題は、再生過程にある。再生での規定条件は次の項である。
（Ｃ）  ノイズ成分を最小とする。ここでは、層間クロストークノイズの低減である  。
（Ｄ）  目標層からの信号成分を最大にする。
【００８７】
（Ｃ）項を達成するための第１の方法を示す。
【００８８】
第１の方法は、図１において、受光光学系を最適化することで、目標層以外からの反射光量を十分小さくすることで、層間クロストークを低減し、ＳＮ比の大きい再生を行うものである。図１において、実線で示すように、再生しようとする層からの反射光量は像レンズ９の焦点上に置かれた光検出器１０によってすべて検出される。一方、隣接層からの反射光は、点線で示すように像レンズの焦平面１２で拡がっている。そこで、光検出器９の大きさを図１のように制限することで隣接層からの反射光を低減することができる。
【００８９】
ｋ番目の層を目標層とし、焦点を合わせたときの光スポット１１のピーク強度値の１／ｅ2の強度となる直径、すなわちスポット径はＵｋ＝（λ／ＮＡＦ）である。そして、目標層からの反射光は、像レンズ９の焦点位置に結像される。この焦平面１２上のスポット径Ｕｋ′は、
Ｕｋ′＝ｍＵｋ＝ｍ×（λ／ＮＡＦ）＝（ＮＡＦ／ＮＡＩ）×（λ／ＮＡＦ）        ＝λ／ＮＡＩ＝λ×（ｆＩ／ａ）                        （数１４）
ｍ；受光光学系の横倍率
次に、ｋ番目の目標層から層間距離ｄ離れた（ｋ±１）番目の層からの焦平面でのスポット径Ｕ（ｋ±１）′を求める。（ｋ±１）層からの反射光が像レンズ９で焦点を結ぶ位置と焦平面との距離ｄ′は、
ｄ′＝Ｙ×ｄ＝ｍ2×ｄ                                      （数１５）
Ｙ：縦倍率
Ｕ（ｋ±１）′＝ｄ′×ｔａｎφＩ＝ｄ′×ａ／（ｆＩ＋ｄ′）
＝ｍ2ｄ×ａ／（ｆＩ＋ｍ2ｄ）
ここで、ｆＩ》ｍ2ｄならば
Ｕ（ｋ±１）′≒ａ×ｍ2ｄ／ｆＩ＝ＮＡＩ・ｍ2ｄ              （数１６）
上式より光検出器の直径Ｄを、Ｄ＝Ｕｋ′＝λ／ＮＡＩとすれば、光検出器の径を制限しない場合と比較して、面積比ε＝(Ｄ／Ｕ(ｋ±１)′)2で、隣接層からの反射光量を低減できるので、目標層からの反射光量の変化を高いＳＮ比で検出できる。
【００９０】
実際に、検出される他の層からの反射光量は、目標ｋ層と他のｊ層の間の透過率δｊｋ、及び反射率の比αｊｋを考慮にいれる。ここで、信頼性の高い信号検出のために必要な層間クロストークノイズ量を−２０ｄＢ（１／１０）とすると、一般に次式が成り立てば良い。
【００９１】
光検出器１０での、ｎ層からの反射受光量をＩｎとすると
【００９２】
【数１７】
2004213885.tif 000021
【００９３】
ただし、以下では、目標層ｋ層に対する隣接層（ｋ−１）層だけについて考慮する。他の層からの影響も同様に考慮できるがその値は、十分小さい。
【００９４】
(数１７)≒Ｉ(ｋ−１)／Ｉｋ
＝δ2(ｋ−１)，ｋ×α(ｋ−１)，ｋ×(Ｄ／Ｕ(ｋ−１)′)2 
（数１７．５）
例えば、λ＝０.７８μｍ，ＮＡＦ＝０.５５，ｆＩ＝３０mmとして（ＮＡＩ＝０.０７５，ｍ＝７.３３，ｍ2＝５３.８）において、Ｄ＝Ｕｋ′≒１０.４μｍ
図１０を例にとると、δ２３＝１.２５ ，α２３＝１より、反射光量の抑制率は、ε×δ2２３×α２３となる。
【００９５】
Ｉ２／Ｉ３＝δ2２３×α２３×ε＝δ2２３×α２３×（Ｄ／Ｕ２′）2
＝δ2２３×α２３×(λ／ＮＡＩ)2／(ＮＡＩ×ｍ2ｄ)2
＝δ2２３×α２３×（λ／ＮＡＦ2／ｄ）2          （数１８）
（Ｉ２／Ｉ３）≦１／１０上式の成り立つｄを求めると、
【００９６】
【数１９】
2004213885.tif 000022
【００９７】
ここでは、第２層からのクロストークの影響を考慮したが、第１層からのクロストークの影響も同様に計算でき、その値(Ｉ１／Ｉ３)＝０.０２４(＝−32dB）と十分小さく無視できる。
【００９８】
以上の例では光検出器の径Ｄ＝Ｕｋ′＝λ／ＮＡＩとしたが、光検出器の位置ずれも含めて、層間のクロストークがある値になるように設計の自由度がある。次に、（Ｃ）項を達成するための第２の方法を示す。
【００９９】
第２の方法は、層面上の局所的光学的性質の変化（マーク）の周期ｂとディスク構造、及び受光光学系の関係を規定することで、層間クロストークの成分を局所的光学的性質の変化の周期ｂよりも、長くする。すなわち、データの信号帯域よりも層間クロストークの周波数成分小さくすることで、目標層面上のデータを高いＳＮ比で再生するものである。この方法の原理について図１と図４を用いて説明する。第１の方法と区別するために光検出器の径に制限をいれないが、併用することで、より高いＳＮが得られる。
【０１００】
目標層には、回折限界の光スポットが形成されているため、２次元周期ｂがスポット径（λ／ＮＡＦ）程度あれば、十分分解できる。すなわち、２次元周期ｂの最小値ｂｍｉｎを（λ／ＮＡＦ）とすれば、信号成分が十分大きくとれる。これが、（Ｄ）項の成り立つ条件である。なお、図４でＨ０（Ｓ）＝０の時には分解不可能となり、このときのｂの値はスポット径λ／ＮＡＦの１／２の時である。一方、隣接層でのスポット径は、焦点がずれているために、層間距離ｄとすると、（２ｄ×ＮＡＦ）となり、光学的分解能が低下する。そこで、この特性を利用して、２次元周期ｂの最大値ｂｍａｘを隣接層におけるスポット径（2d×ＮＡＦ）の１／２すなわち（ｄ×ＮＡＦ）よりも小さくすれば、隣接層からの信号成分の漏れ込みすなわち層間クロストークの周波数成分は、信号帯域（１／ｂｍａｘ〜１／ｂｍｉｎ）よりも小さくなり、フィルタまたはＡＧＣ（オートゲインコントロール）を用いて、取り除くことができる。
【０１０１】
ここで、焦点ずれによる光学的分解能の低下すなわち、信号変調度の低下を光学的理論から求める。
【０１０２】
図１に示す受光光学系において，記録再生を行う目標層面内と、光学的距離ｄ［μｍ］離れた隣接層面内のそれぞれの光学的特性関数（ＯＴＦ）Ｈ０（Ｓ），Ｈ１（Ｓ）を図４にそれぞれ、直線１３，直線１４で示す。横軸は、物体の繰返し周波数に対応し、縦軸はその変調度に対応する。ここで、Ｓは規格化空間周波数である。
【０１０３】
Ｓ＝λ×ｆＦ／（２Πａ）＝λ／ＮＡＦ×ｂ                    （数２０）
焦点ずれもなく、無収差の場合、光学的特性関数Ｈ０（Ｓ）は、直線１３のようになる。この場合、光学的分解能がゼロとなる遮断周波数は、Ｓ＝２となる。実際の記録再生装置では、レーザノイズ，アンプノイズなどのノイズ成分が含まれ、さらに、焦点ずれ以外の収差を光学系自体が持っているために、遮断周波数Ｓ＝２に対応する周期ｂまでは、検出が困難である。そこで、変調度が半分（−６ｄＢ）を変調度の許容値とする。その時、Ｓ＝１となり、上記周期ｂの最小繰返しｂｍｉｎを規定する。
【０１０４】
ｂｍｉｎ＝λ／ＮＡＦ                                        （数２１）
一方、層間距離ｄの値で焦点ずれが生じた場合の光学的特性関数Ｈ１（Ｓ）について、Ｈ１（Ｓ）＝０となるＳより、上記周期ｂの最大繰返しｂｍａｘを規定する。
【０１０５】
焦点ずれｄの増加と共に、光学的特性関数Ｈ１（Ｓ）は、矢印１５の方向に変化し、ｂｍａｘも大きくできる。
【０１０６】
このように、隣接層からのクロストークの周波数成分はｆｍｉｎ（＝１／ｂｍａｘ）以下であり、図４に示すような追従特性１６を持つオートゲインコントロール回路を用いれば、隣接クロストーク成分を吸収できる。
【０１０７】
（数値例）
焦点ずれｄと波面収差量Ｂ１の関係は次式で表わせられる。
【０１０８】
Ｂ１＝−ｄ／２×（ＮＡＦ）2
数値例として、焦点ずれｄに対する遮断周波数Ｓを求め、ｂｍａｘを求めた。
【０１０９】
ｄ＝６.７μｍの場合→ｂｍａｘ＝４.７μｍ
Ｂ１＝−λ
ｄ＝１０μｍの場合→ｂｍａｘ＝７.９μｍ
Ｂ１＝−１.５λ
また、ｂｍｉｎ＝（λ／ＮＡＦ）＝１.４２μｍ
例えば、図２０のように、スポット走査方向に、可変長の符号である２−７符号を用い、トラックピッチ１.５μｍ 一定のディスクについて、公知例「特開昭63−53722 号」に示すピットエッジ記録方式を用いた場合、再生可能な最小ビットピッチｑ（μｍ）と層間距離ｄを求めると、図４に示すように、最短パターン繰返し周期は、
３ｑ＝ｂｍｉｎ＝１.４２μｍ
ｑ＝０.４７μｍ
ここで、最長パターン繰返しは８ｑであり、
８ｑ＝３.７６μｍ≦ｂｍａｘ
また、ディスク半径方向のマーク周期は、トラックピッチ１.５μｍ 一定であり、１.５μｍ≦ｂｍａｘである必要がある。よって、ｄ≧５μｍで十分である。
【０１１０】
次に、（Ｃ）項を達成するための第３の方法を示す。第２の方法では、層間クロストークノイズの周波数成分は、ｆｍｉｎ以下であるが、変調方式のよっては、局所的光学的性質の変化の粗密によって、目標層からの信号が変動してしまう。上記例で用いた２−７変調符号もそのひとつであり、その変調信号のパワースペクトル特性８６を図４に示す。ｆｍｉｎ以下に、わずかに成分を持つ。これは、先に述べたようにフィルター，ＡＧＣで抑圧できるが、このような回路を用いなくても、粗密の変動をなくし、直流成分一定値にすることで、層間クロストークノイズを抑圧することができる。第３の方法の原理は、隣接層におけるスポット径（２ｄ×ＮＡＦ）の領域に含まれる局所的光学変化（マーク）の領域の総面積が常に一定値である符号を用いる。このようにすることで、スポットを走査したときの再生信号への層間クロストーク量は常に直流一定値なる。第３の方法と第１の方法を併用することもできる。
【０１１１】
一例を示す。公知例「土井 利忠、伊賀 章：ディジタル・オーディオ」にあるＥＦＭ変調方式を用いた場合についての変調信号のパワースペクトル８７は、図４に示すように低域成分のスペクトルが急激に低下する特徴を持つ。よって、スペクトルの急激に低下する折れ点８８が、隣接層の光学的特性関数Ｈ１（Ｓ）について、Ｈ１（Ｓ）＝０となる遮断周波数と一致するように層間間隔ｄを設定すれば良い。
【０１１２】
例えば、ｑ＝０.６μｍとすると、２.８２ｑ＝１.７μｍ≧ｂｍｉｎ＝１.４２μｍ，１０.３６ｑ＝６.２μｍ≦ｂｍａｘ，折れ点８８での繰返し周期は２４μｍであり、層間距離ｄ＝２２μｍとする。この時、隣接層におけるスポット径（２ｄ×ＮＡＦ＝２４μｍ）に含まれるマークの占有率はほぼ５０％一定であり、検出される再生信号に含まれる隣接層からの反射光量の成分は常に一定値となる
。
【０１１３】
次に、図２１，２２では、層面内で２次元記録を行う場合について、本発明を適用したものである。２次元記録再生方式は、先願特願平３−１１９１６号「情報記録再生方法及び装置」に示してある。先願では、図２１に示すように、例えば、２×２の４格子点を一つのブロックとして用い、格子点にマークを記録する組み合わせで、２4＝１６ 、４ビットのデータを表わし、高密度化を行う。この場合、第１，第２の本方式を適用できる。また、図２２に示すように、４×４の格子ブロック内の格子点に必ず同数個のマークが含まれるように（図では１個）する。さらに、隣接層でのスポット径（２ｄ×ＮＡＦ）に格子ブロックが多く含まれれば、スポット内に含まれるマークの数、さらにはマークの占有面積はほとんど一定値であり、第３の方法が適用できる。
【０１１４】
ところで、光ディスクでは、回折限界の光スポットを各記録層面に形成するが、図２に示した各光学系では、ある値ｄｍの焦点ずれが生じると、顕微鏡の結像系の条件が満たされ、受光面上に記録膜面の像が形成され場合がある。例えば、目標層に回折限界のスポットを形成し受光している場合、他の層までの距離がｄｍである場合、受光面上にこの層上のマーク列パターンが形成され、目標層上の情報信号に信号帯域のクロストークノイズが乗る可能性がある。そこで、層間距離がｄｍにならないように、ディスク構造を設計するのが望ましい。
【０１１５】
また、各層から反射してくる光は、照射光が同一のため、層間の距離が可干渉距離程度に小さくなると、反射光同士が干渉する。その結果、層間のクロストークノイズを受光面上での目標層と他の層からの受光量比で表わせなくなる。すなわち、干渉が生じるために、最悪、層間クロストークノイズが、受光量比の平方根で現われてしまう。この影響が実際に問題になるのは、隣接層間の場合である
。
【０１１６】
そこで、この問題を解決する実施例を図２７に示す。この実施例の原理は、隣接層から反射してくる光の偏光方向を替えることで、干渉を起こさせないことにある。偏光方向を変える手段のひとつとして、図２７では、各中間層２に１／４波長板層２０１を備える。１／４波長板層２０１は、層の深さ方向に向かって、進行する光の電場の波について、層面の２次元方向について、位相差を９０度異なる、すなわち２つ方向についての光学的厚みの差を１／４波長分だけ変えるものである。このようなディスク構造にすることで、例えば図に示すように、照射光の偏光方向をＥ偏光とした場合、互いに隣あう層からの反射光は、１／４波長板層２０１を往復する差、すなわち１／２波長，１８０度位相差分だけ異なるため、偏光方向が交互にＥ偏光、Ｈ偏光と直交する。そのため、隣接層間の反射光成分は干渉しないため、単純な受光面上での受光量比で表わせ、層間のクロストークを低減することができる。さらに、受光系において、図２７に示すように、偏光ビームビームスプリッタ２０２を挿入し、反射光の偏光方向によって、検出する光検出器２０３，２０４を分離する。このようにすることで、少なくても隣接層からの反射光は検出されないため、前述の第１の再生方式において、光検出器の大きさのバラツキの許容値を大きくすることができる。
【０１１７】
次に、（１）節で示した本発明の３次元記録再生方法の原理を達成する装置について示す。
（２）３次元ディスクフォーマット，データ管理
図５に、多層ディスク４のフォーマットの一例を示す。光を入射させる基板３から、光の進行方向に向かって、１〜ｎ層とする。ｋ層でのデータフォーマットはディスクを放射線上に区切ったセクタｍ，半径方向のデータ位置を管理するトラックｌ、以上、３個のアドレス（ｌ，ｍ，ｎ）でデータを管理する。ある任意のトラックｌ，セクタｍにおけるフォーマットは、図に示すように、記録再生のタイミングや、アドレス情報をあらかじめ作りつけたプリフォーマット領域と、ユーザデータを記録再生し、さらに、データの有無、読みだしの禁止などを記録し管理するデータ領域からなる。また、各層の役割として、図に示すように、ユーザデータを記録再生する層と共に、ＲＯＭ（Read Only Memorey）層またはＷＯＭ（Write Once Memorey)を設け、上位コントローラのＯＳ（Operating System）、または、後述するように、各層での記録または再生の条件などを、ディスク作成時にプリフォーマット化しておくか、出荷時に記録することもできる。また、層データの管理層として、各層のデータ状態、例えば、データの有無，エラー管理，有効なデータ領域，書替え（オーバーライト）回数を随時、記録しておくこともできる。また、交替層として、記録誤りを検出した層のかわりに情報を入れ直すこともできる。
【０１１８】
次に、データを記録する順番は、例えば次のような組み合わせがある。
(a)１→ｋ→Ｎ層と上層から順に記録を行う。ただし、各層ではすべてのユーザセクタとトラックに情報を記録してから次の層に記録する。
【０１１９】
上記データ記録を行う場合、記録媒体として、記録後の透過率が増加する特性を持つものを用いることでさらに信頼性の高い記録再生を行うことができる。すなわち、下層の記録層までの透過率が増加するので、上層に記録するのに必要な光強度とほぼ等しい光強度照射で下層の目標層に十分記録に必要な光強度を与えることができる。また、再生においても、目標層からの反射光成分がほとんど減衰されずに検出器に戻ってくるので、ＳＮ比の高い再生信号が得られる。上記と特性を持つ記録媒体のとして、例えば、穴あけ形記録媒体がある。この媒体は記録することによって、反射膜に穴があき、反射率が低下、すなわち透過率が増加する。
(b)Ｎ→ｋ→１層と下層から順に記録を行う。後は（ａ）と同じ。
(c）各層ではすべてのユーザセクタとトラックに情報を記録してから次の層に記録するが、記録する層の順番はランダムアクセスとする。
(d）記録する層の順番はランダムアクセスとするが、ひとつの層においてある当該セクタ内にすべてデータ記録してから、次の層の当該セクタを埋めていき、すべての層の当該セクタを埋めてから、次のセクタのデータを記録する。
(e）当該トラックにおいて、層方向にランダムアクセスを行う。この場合、セクタによる固定ブロック管理ではなく、磁気ディスクのデータ管理である可変長ブロックを適用することで、磁気ディスクのシリンダを層に対応させ、磁気ディスクのデータフォーマットをそのまま適用することができる。
【０１２０】
上記ランダムアクセスでは、例えば誤って記録時に記録した領域にアクセスしないように、上位コントローラによって情報記録領域の管理を行っても良いし、前述した管理領域によって管理してもよい。
（３）装置全体構成
図６に、３次元記録再生装置の全体構成を示す。記録する場合は、ユーザデータ１７を変調回路１８通して、変調後の２値化データ１９を得る。変調後の２値化データは、記録条件設定回路２０を通り、光スポットが位置づけられている位置での最適な記録条件で、強度変調されるように、レーザ駆動回路２１が駆動され、光ヘッド２２内の半導体レーザの光強度が変調され、ディスク４への記録を行う。
【０１２１】
一方、再生する場合は、ディスク上の目標の層，トラック位置に光スポットを位置づけ、微弱光を照射し、反射光の強度変化を光検出器１０で電気信号に変換し、再生信号２３，２４を得る。再生信号２３，２４は、再生制御回路２５を通して、層間クロストークを抑制したのち、ＡＧＣ（オートゲインコントロール）回路２６を通り、データ帯域よりも低周波数の変動を吸収し、後の回路で動作する絶対レベルに信号を合わせる。
【０１２２】
その後再生信号は、波形等化器２７を通り、データパターンによる波形歪み（振幅の劣化，位相のずれ）の改善を行い、整形器２８で２値化信号に変換する。整形器２８には、振幅スライスによって２値化するもの、微分によるゼロクロス検出するものがある。
【０１２３】
次に２値化信号は、位相同期回路２９に通り、データからのクロック抽出を行う。位相同期回路２９は、位相比較器３０，ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３１，電圧制御発振器３２からなる。位相同期回路２９で生成されたクロックによって、２値化信号から、データの‘１’，‘０’の判定する弁別器３３を通り、復号器３４によって、ユーザデータ１７に変換される。以上の記録再生のため、上位コントローラからの指令で、目標の層及び層面内の目標位置に光スポットを位置づけるためには、光ヘッド２２からの焦点ずれ、トラックずれ信号検出３５を行い、補償回路３６によって、サーボ制御に最適な信号に補償し、駆動回路３７を通して、光スポット位置決め機構を駆動する。
（４）アクセス方法
光スポット位置決め機構としては、絞り込みレンズ８を層方向とディスク半径方向に駆動する２次元アクチゥエータ、または、絞り込みレンズ８を層方向だけに駆動する１次元アクチゥエータと絞り込みレンズ８に入射させる光束をディスク半径方向に偏向するガルバノミラーを組み合わせたものがある。
【０１２４】
ここで、（２）で述べたデータ記録再生のためにランダムアクセスを行う場合について、第１に目標層ｋに焦点を結ばせる方法について述べる。焦点ずれ信号検出のためには、目標層からの反射光スポットの大きさが、焦点ずれによって変化するので、公知例「特開昭63−231738号，特開平1−19535号」に示す前後差動焦点ずれ検出法を用いることができる。図２４ａに、ディスク面に対して絞り込みレンズの位置を層方向Ｚに走査させたときに得られるＡＦ誤差信号３５を示す。各層についての焦点ずれ誤差信号及び合焦点位置であるゼロクロス点１０５が順に得られるのがわかる。
【０１２５】
ここで、目標層ｋにアクセスする場合の第１の実施例のブロック図を図２３に示す。回転するディスク４に対し、ＡＦ（オートフォーカス）アクチゥエータ移動信号発生回路９３でのこぎり波１０６を発生させ、ＡＦアクチゥエータドライバ９１を駆動させ、絞り込みレンズ８をディスク面に対し＋Ｚ方向（ディスクにレンズを近づける方向）に動かす。この時、ＡＦ検出回路８９ではＡＦ誤差信号３５が得られる。この信号は引込み点判定回路９２でゼロクロス点１０５を検出され、ある層面に合焦点であることをＡＦサーボ系コントローラ９４に伝える。判定回路９２では図２４ａに示すように、ゼロスライスレベルより少しずれたスライスレベル１０３によって、図２４ｂに示すＡＦパルス３７を作り、その立ち下がり１０４を検出することでレンズ８が合焦点を通り過ぎる直前のタイミングをコントローラ９４に送る。
【０１２６】
コントローラ９４では、上位コントローラからの指令で焦点引込み状態であることを認識し、上記タイミングの入力と共にスイッチ９７を切り替え、ＡＦサーボ回路９０をＡＦアクチゥエータドライバ９１につなげサーボループを閉じさせる。この状態では、ＡＦサーボ回路９０は、ＡＦ信号検出回路８９でえられるＡＦ誤差信号が常にゼロになるようにＡＦアクチゥエータを駆動させる。よって、ディスク４が回転時に上下振れしてもある層に回折限界のスポットを安定に形成させることができる。
【０１２７】
次に、レイヤー番号検出回路９５において、図５で示したプリフォーマット部にある層アドレスを読み取るとることで現在いる層の番号を認識し、コントローラ９４に送る。コントローラ９４では、現在焦点を結んでいるｊ番目の層から上位コントローラからの指令であるｋ番目の目標層まで、上下どちらの（ｓｉｇｎ（ｋ−ｊ））方向に，どれだけの（｜ｋ−ｊ｜）層数をスポット移動させれば良いかを認識し、レイヤージャンプ信号発生回路９６にジャンプ強制信号１０７を発生させ、ＡＦアクチゥエータドライバに入力させる。
【０１２８】
ジャンプ信号１０７は、１層間の移動にたいし、＋−極性のパルスの１対のパルスで構成され、上下の移動方向によって、＋−のパルスを入れ替わる。先頭のパルスはスポットを移動方向におよそ移動距離分だけ駆動させるために用い、次の極性反転パルスはスポットが行き過ぎないように制定するためのものである。また、移動する層数の対のパルスをドライバ９１に入力する。次に、レイヤー番号を検出し、ｊ＝ｋとなったところで、目標層ｋにスポットが位置づけられる。ランダムアクセスのために他の層にアクセスするときも、上記と同様に、レイヤージャンプを行えば良い。
【０１２９】
目標層ｋにアクセスする場合の第２の実施例のブロック図を図２５に示す。
【０１３０】
回転するディスク４に対し絞り込みレンズ８をディスク面に対し上下させる。この時に上記ＡＦ誤差信号３５が得られ、さらに、光検出器（ディテクタ）１０で検出され、総光量検出回路１０２から出力された総光量３６は図２４ａに示すように、各記録層に合焦点時にピークを持つ。そこで、図２４ｃに示すクロスレイヤー信号検出回路１０１の中のパルス化回路９８でスライスレベル１０３，１０８によって、ＡＦパルス３７と総光量パルス３８を検出する総光量パルス３８をゲートとして用い、ＡＦパルスの立ち下がりを検出することでさらに確実な合焦点検出が可能である。さらに、ディスクに対してレンズが移動する方向を認識するために、これらの２種のパルスからクロスレイヤーパルス発生器９９によってアップパルス１０９とダウンパルス１１０を生成しカウントすることで、常にレンズがどの層に位置づけられているかを認識することができる。
【０１３１】
図２５において、焦点位置がディスク最上層から、最下層まで少なくとも移動するように、ＡＦアクチゥエータ移動信号発生回路９３からのこぎり波を発生させ、ＡＦアクチゥエータを駆動する。この時、回転するディスクの上下振れ量よりも十分大きければ確実である。クロスレイヤー信号検出回路１０１より、Ｎ個の層の合焦点をカウントし、レンズを上側に移動させたときのアップパルス109の上限から、最上層（ｎ＝１）または、レンズを下側に移動させたときのダウンパルス１１０の下限から、最下層（ｎ＝Ｎ）を認識する。上位コントローラからの指令で、目標とする順番の層にスポットの焦点が結ぶ直前にスイッチ１００を切り替え、サーボループを閉じれば良い。このように制御することで、層アドレスを設けなくても、層アクセスを可能とすることができる。
【０１３２】
ところで、記録することで透過率，反射率の変化する媒体を用いた場合、ＡＦ誤差信号及び、総光量は、記録された層付近では、図２６ａに示すように、図２５とは異なる信号１２３，１２４が得られる。これは、マークの存在する部分をスポットが走査したときに光量が変化し、マークの存在しない部分にスポットがかかると光量が正規の値に戻ること示している。このように、信号が変動するために、サーボ帯域での信号についても、信号の低下が生じ、ＡＦサーボ系のゲインの変動，ＡＦオフセットが発生し、記録された層で焦点ずれが生じる。このような場合、光検出器上で検出された信号成分中、常に、マークの記録されていない部分の信号をホールドすることで、図２６に示す理想のＡＦ誤差信号、及び、総光量が得られる。
【０１３３】
この方法の一例を図２６ｂに示す。この図は、図２３，２５におけるＡＦ検出回路８９，総光量検出回路１０２を示したものである。前後差動型ＡＦ誤差信号検出光学系の原理図における前後の光検出器１１１，１１２は、受光面１１９，１２０または１２１，１２２からなる。前後光検出器面１１１，１１２での光スポット１１３，１１４の大きさが同じくなれば合焦点である。各検出器についての和信号は、マーク列をスポットが走査する帯域、すなわちデータ記録再生周波数帯域を持つ前置増幅器１１５，１１６で得る。次に、サンプルホールド回路１１７，１１８によって、マーク上走査部分での信号を検出し、サーボ帯域の期間ホールドする。このように得られた信号の差信号をＡＦ誤差信号３５，和信号を総光量３６として得る。サンプルホールド回路１１７，１１８は、光量の最大点をサンプルするピークホールドでもよいし、あらかじめサンプル領域として、マークが記録されない領域をフォーマットとして設けておき、サンプルタイミング用ピットなどにより、サンプル領域を認識し、その領域での信号をホールドしても良い。
【０１３４】
ここでは、焦点ずれ検出方法として、前後差動方式を示したが、他の焦点ずれ検出方法である非点収差法，像回転法を用いてもよい。
【０１３５】
一方、目標層に層アクセスした後、当該層面でディスク半径方向の位置決めすなわちトラック位置決めを行う。トラックずれ信号検出は、図２０に示すように、各層に案内溝３９を設けることで公知例であるプッシュプル法を適用できる。この方法では、目標層以外の層の溝からの回折光は、焦点がずれているために、溝にあたる光の波の位相が乱れているので、光検出器上では一様な光量分布になり、目標層についてのトラックずれ信号に影響は与えない。また、図２２に示すように、各層にあらかじめウォーブルピット４０をトラック方向に作りつけておくことで、公知例であるサンプルサーボ法を適用できる。以上説明したスポット位置決めの技術は、公知例「特開昭63−231738号，特開平1−19535号，特開平4−228112号」に示してある。ディスク上の案内溝，ウォーブルピットの作成法については後述する。
（５）記録制御方法
次に、（１）節で示した本発明の３次元記録方式の原理を達成する記録制御方法について述べる。（１）で述べたように、記録目標であるｋ層に安定に記録するためには、ｋ層までの透過率４２を考慮して記録パワーＰ（光強度）を設定しなければならない。そこで、図６に示すように、記録条件設定回路２０はアドレス認識４１と記録目標であるｋ層までの透過率４２を用いる。これを詳細に示した回路ブロック例を図７に示し、信号例を図９に示す。
【０１３６】
図９において、２値化信号１９をディスク上のマーク４３として記録する場合、記録位置による記録条件の違い、データパターンによる記録状態を考慮して、アドレス認識４１（ｌ，ｍ，ｋ）に対して記録条件、例えば記録パルス幅設定，記録パワー設定条件をＲＯＭ４４，４５に入力しておくことでＤ／Ａ変換器４６の出力に対応した光強度変調信号Ｐ（ｔ）４７が得られ、理想の記録状態４７のマークが記録できる。このような図７ａの実線で示した回路構成は次の場合に適用できる。
【０１３７】
データを記録する順番として、（２）（ｂ）の場合、または、（１）（Ｃ）項を達成するための第３の方法を用い、かつ（２）（ａ）の場合において、目標層までの透過率４２（ΣＴｎ（ｎ＝０，１，２…ｋ−１））は、ディスク作成時で決まっているので、層アドレスｋが入力されば、既知として扱うことができる。
【０１３８】
上記以外の場合、記録時における層までの透過率４２は、既知ではない。このような場合、図７ａの回路に点線で示した回路を付加する。パワー設定ＲＯＭ45にはすべての層が未記録状態におけるｋ層までの透過率を考慮した記録パワー設定値を入力しておく。
【０１３９】
アドレス認識４１によって、ディスク出荷時（または設計値）のｋ層までの透過率ΣＴｎ（ｎ＝０，１，２…ｋ−１）と、後述する方法で検出した記録直前のｋ層までの透過率ΣＴｎ′（ｎ＝０，１，２…ｋ−１）４２を割算回路４７に入力し、透過率の変化分Ｇをゲインコントロール回路４８に入力し、最適な記録パワーに設定されるようにする。
【０１４０】
この回路構成を適用できる一つの例を示す。（２）節で述べた「層データの管理層」を設け、その内容をあらかじめ記録前に再生して認識しておき、かつ(１)（Ｃ）項を達成するための第３の方法を適用し、（２）節（ｃ），（ｄ）のデータ管理を行った場合、どの層が記録されているのがわかれば、各層での光スポット内の記録後の透過率一定値で既知であるので、ｋ層までの透過率ΣＴｎ′（ｎ＝０，１，２…ｋ−１）４２を求めることができる。
【０１４１】
もう一つの例は、記録する前に、あらかじめスポットを走査して透過率の変化Ｇを求める方法である。
【０１４２】
あらかじめ記録すべき領域を再生する方法としては、記録モードで初めのディスク１回転で再生チェックを行ってから、次の回転で記録を行い、次の回転で記録エラーチェックを行う。もう一つの方法は、図８に示すように複数スポットを用い、先行スポット４９で再生チェックを行う方法である。ここでは、後者を例にとって、説明する。再生チェックでは、先行スポット４９についての受光した再生信号Ｃ′ｋ（ｔ−τ）を用いる。ここで、τは、先行スポット４９と記録用スポット５１のスポット間距離を時間換算したものである。ここで、透過率変化分Ｇを、図７ｂに示すように、記録目標層であるｋ層に焦点を合わせた状態での再生信号Ｃｋ′とディスク出荷時での設計上の再生信号Ｃｋとの比の平方根として、演算器５２を用いて求める。これは、再生信号は、反射光を用いているので
、ｋ層までの透過率変化は２乗で再生信号に現われるからである。
【０１４３】
ただし、再生信号Ｃｋの値は、ディスクフォーマットとして、あらかじめチェック領域として、層方向に対して記録しない領域をディスク面内に設けておくことで、ディスク間のバラツキ，ディスク内での光学的バラツキを吸収して検出できる。よって、精度の高い記録パワー制御が可能となる。また、再生信号を得る光検出器１０については、（１）節（Ｃ）項を達成する第１の方法で述べたように、図１の形状にすることで、他の層からの反射光の影響を低減でき、目標層からの反射成分を再生信号として検出できるので、より高精度な透過率変化分Ｇを求めることができる。図９に示すように、ゲインコントロールを行わない場合の記録状態５３は理想の記録状態４７と異なるが、記録パワーのゲインコントロールを行いＧ×Ｐ（ｔ）で記録をおこなうことで、理想記録状態４７を得ることができた。
（６）再生制御方法
次に、本発明の再生方式を達成する図６に示した再生制御回路２５を詳細に説明する。ここでは、（１）節で示したような第１から第３の方法である層間クロストークを低減する再生の原理に加え、さらに層間の距離を縮めて高密度化を図る場合に生じるデータ信号帯域の層間クロストーク成分または、光学系の理想状態からのずれが生じた場合に生じる層間クロストーク成分を抑圧する第４の方法について示す。第４の方法は、第１の方法で示したような目標層からの反射光成分の検出に加え、特に層間クロストークの大部分を占める隣接層からの反射光成分も検出し、両者が互いに含んでいる成分を演算によって取り除くことで、目標層の反射光成分を抽出する。
【０１４４】
ここで、図１７ａに光学系を示す。基本構成は、図１と同じであるが、さらに、光検出器５４と５５をｋ層に焦点を合わせたときの受光面側での隣接層（ｋ＋１），（ｋ−１）の結像面に位置づける。ただし、図１７ａの配置では、お互いに遮光してしまうので、図１７ｂに示すように、結像系にハーフミラーまたは、ビームスプリッタ５６，５７を挿入する。光検出器１０，５４，５５の形状は直径Ｄ＝（λ／ＮＡＩ）とするが、図１７Ｃのように、ピンホールを用いてもよい。この場合の各光検出器で検出される再生信号を図１４に示す。
【０１４５】
ここでは、光検出器１０についての再生信号Ｃｋ，光検出器５５についての再生信号Ｃ（ｋ−１）と光検出器５４についての再生信号Ｃ（ｋ＋１）を示す。再生信号を得るための回路を図１３に示す。ただし、図１７の系では、積分回路５９，６０，遅延回路６１，６２は必要ない。図１４に示すように、第１〜第３の方法を満足する隣接層と目標層との間隔よりも小さくなった場合、ｋ層面のマーク配列７１をスポット６９が走査したときに得られる層間クロストークのない再生信号７３が、再生信号７２のように変動する。これは、ｋ層面でのスポット６９の走査とともに、隣接層に焦点がずれて照射されているスポット７０が隣接上のマーク配列７４を走査してために検出される再生信号６４ともう一方の隣接層についての再生信号６３の成分が、再生信号７３に対して無視できないくらい含まれるためである。そこで、図１３に示すように、演算回路６６で次式の演算を行う。
【０１４６】
Ｃｋ≒ＣｋＲ＋β×Ｃ（ｋ−１）Ｒ＋β×Ｃ（ｋ＋１）Ｒ
Ｃ（ｋ−１）≒Ｃ（ｋ−１）Ｒ＋β×ＣｋＲ＋β×Ｃ（ｋ−２）Ｒ
Ｃ（ｋ＋１）≒Ｃ（ｋ＋１）Ｒ＋β×ＣｋＲ＋β×Ｃ（ｋ＋２）Ｒ  (数２２)
ただし、ＣｎＲは、ｎ層からだけの反射光についての再生信号成分を表わす。ここでβ＜１が成り立っている。上式より、
演算  Ｆ≡Ｃｋ−γ×Ｃ（ｋ−１）−γ×Ｃ（ｋ＋１）
≒ＣｋＲ＋β×Ｃ（ｋ−１）Ｒ＋β×Ｃ（ｋ＋１）Ｒ
−γ×｛Ｃ（ｋ−１）Ｒ＋β×ＣｋＲ＋β×Ｃ（ｋ−２）Ｒ｝                −γ×｛Ｃ（ｋ＋１）Ｒ＋β×ＣｋＲ＋β×Ｃ（ｋ＋２）Ｒ｝                                                              （数２３）
Ｃ（ｋ−２）Ｒ，Ｃ（ｋ＋２）Ｒは、十分小さく、周波数成分も低いので無視できる。よって、
Ｆ≒（１−２γβ）×ＣｋＲ＋（β−γ）×Ｃ（ｋ−１）Ｒ
＋（β−γ）×Ｃ（ｋ＋１）Ｒ (数２４)
ここで、γ≡β＜１とすると、
Ｆ≒（１−β2）×ＣｋＲ                                （数２５）
となり、層間クロストークを抑制でき、演算後の再生信号６８は、図１４に示すように、再生信号７３と一致する。以上の第４の方法を達成する別の構成として複数スポットを用いた例を以下に示す。図１４において、焦点ずれスポット７０と同じスポット径のスポット７５を２つの隣接層に、スポット６９に先行させて走査し、再生信号を得る。ただし、図１３に示すように、スポット間隔に相当した遅延回路６１，６２を挿入して、上記と同様の演算を行う。この構成に用いる光学系の一例を図１８に示す。図では、光学系の原理を示すため光軸を３つに分けて示してあるが、絞り込みレンズ８を共用した場合も可能である。先行する隣接層に焦点を結ぶスポット７５，８２のスポット径を（２ｄ×ＮＡＦ）にするための手段として、一つは、図に示すように、絞り８３を挿入して、絞り込みレンズ８についての実効的開口を小さくする。すなわち、有効径ａ′をλ／（２ｄ×ＮＡＦ2)×ａにすればよい。もちろん、３つの光軸に分けて、先行する２つの光学系の絞り込みレンズの開口数を小さくしても同様の効果が得られる。すなわち、ＮＡＦ′＝λ／（２ｄ×ＮＡＦ）とする。
【０１４７】
これまでは、先行するスポットを図１４に示すスポット形状７５に限定したが、例えば、図１５に示すスポット形状７６、または、図１６に示す３個のスポット７７，７８，７９でも同様の効果が得られる。そのために、図１３の回路に積分回路５９，６０を挿入する。図１５において、先行スポットからの再生信号にスポットの強度分布であるガウシアン分布を例えば、三角分布に近似して得られる重み関数８０を掛けて積分を行うことで、実効的にスポット７５がマーク列７４を走査している場合の再生信号を得ることができる。図１６についても、２次元方向のスポット強度分布を考慮して重み関数８１を用いればよい。
【０１４８】
ここで、演算回路で用いる重み設定回路６７において、βを求める方法を述べる。図１９に示すように、ディスクフォーマットとして、少なくても上下３層間でマーク記録領域８４が、同一光束に含まれないように配置することで、図１４に示すように、ｈ（ｋ−１）／ｈｋ，ｈ（ｋ＋１）／ｈをβ（−１），β(＋１)とすることで上下層についての、重みをそれぞれ求めることができる。
【０１４９】
これまでの実施例では、基本的に１つの層について、記録再生を行う場合について述べたが、複数スポットを用い、各々の層について焦点を合わせることで、２つ以上の層について同時に記録再生できる、すなわち、並列記録再生が可能となり、データの転送レートを高くすることができる。複数スポットを形成するための手段は、複数の光ヘッド２２を同一ディスク上に位置づけても良いし、複数の光源をひとつの光ヘッドに組み込んでも良い。また、異なる波長の光源を複数光源とすることで、波長による記録層の選択記録が可能であり、さらに、波長フィルタによる再生分離が可能である。
（７）ディスク構造実施例とディスク作成法
図１１に示すように、直径１３０mm，厚さ１.１mm のディスク状化学強化ガラス板の表面に、フォトポリメリゼーション法（２Ｐ法）によって、１.５μｍ ピッチのトラッキング用の案内溝と、一周を１７セクターに分割し各セクターの始まりで溝と溝の中間の山の部分に凹凸ピットの形で層ののアドレス，トラックアドレスやセクターアドレスなどのプリピット（この部分をヘッダー部と呼ぶ）とを有する紫外線硬化樹脂層を形成したレプリカ基板を作製した。
【０１５０】
上記レプリカ基板４０１上に膜厚の均一性，再現性のよいスパッタリング装置を用いて、窒化シリコンの反射防止層４０２を約５０ｎｍの厚さに形成した。次に、同一スパッタリング装置内でＩｎ54Ｓｅ43Ｔｌ3  の組成の記録膜４０３を１０ｎｍの厚さに形成した。この上に、透明な型を用いて型の側から光を入射させる２Ｐ法によって、トラッキング用の案内溝と、層のアドレス，セクターアドレス，トラックアドレスなどのプリピットを有する紫外線硬化樹脂層４０４を、多層との断熱効果を考慮して、３０μｍの厚さに形成した。
【０１５１】
さらに続いて、上記スパッタリング装置内で窒化シリコンの反射防止層４０５を約５０ｎｍの厚さに形成した上にＩｎ54Ｓｅ43Ｔｌ3  の組成の記録膜４０６を１０ｎｍの厚さに形成し、この上に２Ｐ法によって、トラッキング用の案内溝と層のアドレス，トラックアドレスやセクターアドレスなどのプリピットとを有する紫外線硬化樹脂層４０７を３０μｍの厚さに形成した。さらにこの上に、上記スパッタリング装置内で窒化シリコンの反射防止層４０８を約５０ｎｍの厚さに形成した上にＩｎ54Ｓｅ43Ｔｌ3  の組成の記録膜４０９を１０ｎｍの厚さに形成した。
【０１５２】
同様にしてもう一枚の同様なレプリカ基板４０１′上に、窒化シリコン反射防止層４０２′，Ｉｎ54Ｓｅ43Ｔｌ3記録膜４０３′，紫外線硬化樹脂層４０４′,窒化シリコン反射防止層４０５′，Ｉｎ54Ｓｅ43Ｔｌ3  記録膜４０６′，紫外線硬化樹脂層４０７′，窒化シリコン反射防止層４０８′，Ｉｎ54Ｓｅ43Ｔｌ3  記録膜４０９′、を順次形成した。このようにして得た２枚のディスクを層４０９及び４０９′側を内側にして接着剤層４１０によって貼り合わせを行った。接着剤層４１０の厚さは、５０μｍ程度である。このようにディスクを作成することで、１枚のディスクで、両面からそれぞれ記録再生が可能となる。
【０１５３】
以上のディスク作成例では、プッシュップルトラッキング用の案内溝３９について説明したが、サンプルサーボ法に用いるウォーブルピット４０についても、上述のプリピットと同様の方法で作成できる。
【０１５４】
本実施例で作製したディスクはレーザ光照射によって記録膜構成原子の原子配列変化を生じさせることにより、光学定数を変化させ反射率の違いを利用して読み出しを行なうものである。ここでの原子配列変化は結晶，非晶質間の相変化である。
【０１５５】
上記ディスクにおいて記録膜製膜直後は記録膜構成元素がまだ十分に反応しておらず、また、非晶質状態である。本ディスクを追記型として用いる場合には、ここに記録用レーザ光を照射して結晶化記録を行なうか、または、予めＡｒレーザ光照射またはフラッシュアニール等で記録膜を加熱し、各元素を十分反応，結晶化させた後、パワー密度の高い記録用レーザ光を照射して非晶質化記録を行なう。ここで、結晶化記録するのに適当なレーザパワーの範囲は、結晶化が起こる温度より高く、非晶質化が起こる温度より低くなる範囲である。また、非晶質化記録するのに適当なレーザパワーの範囲は、結晶化する温度より高く、強い変形を生じたり穴があく温度よりも低い範囲である。また、本ディスクを書き換え可能型として用いるには、予めＡｒレーザ照射またはフラッシュアニール等で記録膜を加熱し、各元素を十分反応、結晶化させた後、結晶化するのに適当なレーザパワーと非晶質化するのに適当なレーザパワーとの間で変調した記録用レーザ光を照射してオーバーライトを行なう。
【０１５６】
上記ディスクを１８００ｒｐｍで回転させ、半導体レーザ光(波長７８０ｎｍ)を記録が行われないパワーレベル（１ｍＷ）に保って、記録ヘッド中のレンズ(ＮＡ＝０.５５）で集光して基板を通して一層の記録膜に照射し、反射光を検出することによって、トラッキング用の溝と溝の中間に光スポットの中心が常に一致するようにヘッドを駆動した。溝と溝の中間を記録トラックとすることによって溝から発生するノイズの影響を避けることができる。このようにトラッキングを行いながら、さらに記録膜上に焦点が来るように自動焦点合わせをして、記録・再生を行う。記録を行う部分を通り過ぎれば、レーザパワーを１ｍＷに下げてトラッキング及び自動焦点合わせを続けた。なお、記録中もトラッキング及び自動焦点合わせは継続される。この焦点合わせは上記ディスク中の記録膜４０３，記
録膜４０６，４０９それぞれ独立に合わせることができる。
【０１５７】
上記構成のディスクを線速度８ｍ／ｓ（回転数１８００ｒｐｍ，半径４２.５ mm）として、基板側から順に下層に向かって記録する場合を示す。まず、記録膜４０３に焦点を合わせ、記録周波数５.５ＭＨｚ で９０ｎｓの記録パルスを照射して記録した。この時の再生信号強度の記録パワー依存性を以下に示す。
【０１５８】
記録パワー（ｍＷ）          再生信号強度（ｍＶ）
６                          ３０
７                        １００
８                        １６０
９                        ２１０
１０                        ２５０
１１                        ２８０
１２                        ３００
１４                        ３１０
記録膜４０３に記録した後にさらに記録膜４０６に焦点を合わせて記録した。この時の再生信号強度の記録パワー依存性を以下に示す。
【０１５９】
記録パワー（ｍＷ）          再生信号強度（ｍＶ）
７                          ２５
８                          ９５
９                        １５５
１０                        ２０５
１１                        ２４５
１２                        ２７５
１３                        ２９５
１５                        ３０５
記録膜４０３および記録膜４０６に記録した後にさらに記録膜４０９に焦点を合わせて記録した。この時の再生信号強度の記録パワー依存性を以下に示す。
【０１６０】
記録パワー（ｍＷ）          再生信号強度（ｍＶ）
８                          ２０
９                          ９０
１０                        １５０
１１                        ２００
１２                        ２４０
１３                        ２７０
１４                        ２９０
１６                        ３００
また、記録膜４０３に３ＭＨｚ、記録膜４０６に４ＭＨｚ、および記録膜409に５ＭＨｚの信号をそれぞれ記録した後、記録膜４０３，４０６および４０９に焦点を合わせて再生信号を読み出した結果を以下に示す。
【０１６１】
再生信号は、スペクトルアナライザーを用い、測定条件として、分解周波数幅３０ｋＨｚとした各キャリア周波数におけるＣＮ比（ノイズ成分対キャリア成分比）の測定結果で示す。
【０１６２】
３ＭＨｚ        ４ＭＨｚ        ５ＭＨｚ
記録膜４０３        ５５ｄＢ        ２３ｄＢ        ６ｄＢ
記録膜４０６        ２５ｄＢ        ５３ｄＢ        ２１ｄＢ
記録膜４０９        １０ｄＢ        ２３ｄＢ        ５１ｄＢ
上記の様に、各層について、ＣＮ比が５０ｄＢ以上、隣接記録膜からの層間クロストークが−２５ｄＢより小さく、信頼性の高い再生が可能な信号を得ることができた。
【０１６３】
次に、記録膜４０３，４０６および、４０９としてＧｅ14Ｓｂ29Ｔｅ57の組成の薄膜を２ｎｍの厚さに形成し、反射防止層４０２，４０５および、４０８としてＺｎＳの薄膜を５０ｎｍの厚さに形成し、その他の構成は上記ディスクと全く同じディスクを作製した。このディスクでは、記録した後の層の透過率が低下する特徴を持つ。そのため、基板側の層から記録していくことで、上記構成のディスクを線速度８ｍ／ｓ（回転数１８００ｒｐｍ，半径４２.５ mm）として、下層から、基板側の上層に順に記録する場合について示す。まず、記録膜４０９に焦点を合わせ、記録周波数５.５ＭＨｚ で９０ｎｓの記録パルスを照射して記録した。この時の再生信号強度の記録パワー依存性を以下に示す。
【０１６４】
記録パワー（ｍＷ）          再生信号強度（ｍＶ）
７                          １５
８                          ８５
９                        １４５
１０                        １９５
１１                        ２３５
１２                        ２６５
１３                        ２８５
１５                        ２９５
記録膜４０９に記録した後にさらに記録膜４０６に焦点を合わせて記録した。この時の再生信号強度の記録パワー依存性を以下に示す。
【０１６５】
記録パワー（ｍＷ）          再生信号強度（ｍＶ）
７.５                      ２０
８.５                      ９０
９.５                    １５０
１０.５                    ２００
１１.５                    ２４０
１２.５                    ２７０
１３.５                    ２９０
１５.５                    ３００
記録膜４０９および記録膜４０６に記録した後にさらに記録膜４０３に焦点を合わせて記録した。この時の再生信号強度の記録パワー依存性を以下に示す。
【０１６６】
記録パワー（ｍＷ）          再生信号強度（ｍＶ）
８                        ２５
９                        ９５
１０                      １５５
１１                      ２０５
１２                      ２４５
１３                      ２７５
１４                      ２９５
１６                      ３０５
また、記録膜４０９に５ＭＨｚ、記録膜４０６に４ＭＨｚ、および記録膜403に３ＭＨｚの信号をそれぞれ記録した後、記録膜４０３，４０６および４０９に焦点を合わせて読み出した再生信号の各キャリア周波数におけるＣＮ比の測定結果を以下に示す。
【０１６７】
３ＭＨｚ      ４ＭＨｚ      ５ＭＨｚ
記録膜４０３        ５４ｄＢ      ２４ｄＢ      ７ｄＢ
記録膜４０６        ２６ｄＢ      ５２ｄＢ      ２２ｄＢ
記録膜４０９        １１ｄＢ      ２４ｄＢ      ５０ｄＢ
上記の様に、各層について、ＣＮ比が５０ｄＢ以上、隣接記録膜からの層間クロストークが−２５ｄＢより小さく、信頼性の高い再生が可能な信号を得ることができた。
【０１６８】
基板としては、上記実施例で用いた化学強化ガラス円板の他に、射出成形で作製したポリカーボネート，アクリル樹脂等のプラスチック円板を用いても同様な結果が得られた。
【０１６９】
記録膜組成としては上記のＩｎ−Ｓｅ−Ｔｌ系の他に、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ系，Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ−Ｍ（Ｍは金属元素）系，Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ系，Ｉｎ−Ｓｂ−Ｓｅ系，Ｉｎ−Ｓｅ系，Ｉｎ−Ｓｅ−Ｍ（Ｍは金属元素）系，Ｇａ−Ｓｂ系，Ｓｎ−Ｓｂ−Ｓｅ系，Ｓｎ−Ｓｂ−Ｓｅ−Ｔｅ系等を用いても、同様な結果が得られる。
【０１７０】
記録膜として、上記の結晶，非晶質間相変化を利用したものの他に結晶，結晶間相変化を利用したＩｎ−Ｓｂ系等を用いても、同様な結果が得られる。
【０１７１】
図１１と同様な基板上に、記録膜として、直径２０ｎｍのＢｉ置換ガーネット（ＹＩＧ（Ｙ3Ｂｉ3Ｆｅ10Ｏ24））粒子を有機バインダーに分散させたものをスピンコートして作製した。直径２０ｎｍのＢｉ置換ガーネットは共沈法で作製し、その後６００から８００℃で熱処理して結晶化させた。有機バインダーは屈折率が２５のものを用いた。スピンコートした記録膜の膜厚は約１.５μｍ で、反射率，透過率，吸収率は、波長５３０ｎｍでそれぞれ、Ｒ＝８％，Ｔ＝１２％，Ｋ＝８０％であった。Ｂｉ置換ガーネットのバインダー中での体積比率が約６０％であるため、このときの反射光の偏光面の回転角は、約０.８ 度であった。紫外線硬化樹脂層を間に設けて多層に積み上げる方法，二枚のディスクを張り合わせる方法，記録再生方法は前述の実施例と同様にした。ただし、光源の波長はλ＝５３０ｎｍとする。
【０１７２】
図１２に示す構成の情報記録媒体を用いて、記録再生実験を行った例について述べる。図１２（ａ）は情報記録媒体の断面図の一部分を示す図であり、図１２（ｂ）は記録層の部分の断面図を示す図である。
【０１７３】
直径１３cm，厚さ１.２mm のディスク状ガラス基板(４１１)上に、トラックピッチ１.５μｍ のレーザ光案内溝を厚さ５０μｍの紫外線硬化樹脂層(４１２)で形成した。次に、記録層(４１３)を真空蒸着法で積層した。記録層は図１０(ｂ)に示すように、厚さ８μｍのＳｂ2Ｓｅ3層(４１４)で厚さ３μｍのＢｉ層(415)をサンドイッチした構成とした。さらにその上に、レーザ光案内溝を設けた厚さ３０μｍの紫外線硬化樹脂層(４１２)と、記録層(４１３)の組を２層積層した。すなわち記録層を３層設けた。最上部には記録層を保護する目的で厚さ１００μｍの紫外線硬化樹脂層を設けた。記録層は基板に近い側から順に、第１記録層，第２記録層，第３記録層と呼ぶことにする。
【０１７４】
ここでトラック溝はＵ字型とし、ランド部とグルーブ部の幅はそれぞれ0.75μｍとした。記録はランド部またはグルーブ部のいずれに行っても良いが、本実施例の場合には、グルーブ部に記録を行った。
【０１７５】
２.０ｍＷ のレーザ光を各記録層に焦点を合わせて照射し、反射率を測定したところ、記録前の第１記録層，第２記録層，第３記録層の反射率はそれぞれ、８.５％，５.８％，４.４％であった。記録は各記録層に６.０ｍＷ以上のレーザ光を照射することによって行った。第１記録層，第２記録層，第３記録層の記録レーザ光を照射した部分の反射率はそれぞれ、１８.５％，１３.０％，９.４％であった。
【０１７６】
このように記録前後で記録層の反射率が変化する理由は、記録層の合金化によるものである。すなわち記録レーザ光の照射によって、Ｓｂ2Ｓｅ3とＢｉの３層からなる記録層の一部分が昇温されると、ＳｅとＢｉの拡散反応が生じ合金化する。この結果、記録層に光学定数の異なった領域、すなわち記録点が形成される。なお、本実施例で用いたＳｂ2Ｓｅ3とＢｉからなる記録層の場合には、合金化のよって反射率と透過率の両方が増加し、吸収率が減少する。
【０１７７】
本実施例では行わなかったが、記録前に、ランド部に連続レーザ光を照射しておけば、ランド部が合金化し、記録層一層当たりの平均の光透過率が１０％上昇する。したがって、上で述べた記録前後の反射率がそれぞれ増加するので、トラッキング等を行う際都合が良い。また、ランド部とグルーブ部の両方に記録を行っても同様に、記録層一層当たりの平均の光透過率を上昇させることができる。記録層はＳｂ2Ｓｅ3とＢｉの組合せに限られるものではなく、昇温により合金を生じる組合せであれば良い。
【図面の簡単な説明】
【０１７８】
【図１】本発明の記録再生方式の原理を示す図（第１の再生方式の原理図）。
【図２】本発明に適用する基本光学系構成図でａは平行光学系の例、ｂは拡散光学系の例。
【図３】本発明の記録方式の原理図で、ａは各層における光強度を示す図、ｂはｋ層に焦点を合わせた場合についての他の層でのスポット面密度を示す図、ｃはｋ層に焦点を合わせた場合についての他の層でのパワー密度を示す図。
【図４】本発明第２，３の再生方式の原理図。
【図５】本発明のディスクフォーマットの一例を示す図。
【図６】本発明の３次元記録再生装置の全体構成図。
【図７】本発明の記録制御方法を示すブロック図。
【図８】先行ビームによるＲＢＷ（Read Before Write)を示す図。
【図９】本発明の記録制御方法を説明する図。
【図１０】３層膜構造の一例と記録特性を示す図、ａは３層膜構造の一例、ｂは記録特性。
【図１１】本発明の実施例に用いた相変化型の情報記録用媒体の構造を示す断面図。
【図１２】本発明に用いた第３の情報記録用媒体の部分断面図。
【図１３】本発明の再生制御方法を示すブロック図。
【図１４】本発明の再生制御方法を説明する図。
【図１５】本発明の再生制御方法を説明する図。
【図１６】本発明の再生制御方法を説明する図。
【図１７】本発明の再生制御方法を実現するための光学系の一例、ａは光学系の原理図、ｂは実際の光学系。
【図１８】本発明の再生制御方法を実現するための光学系の一例。
【図１９】演算係数γ（≡β）チェック領域及び原理図。
【図２０】本発明の第３の再生方法を実現するディスク構造。
【図２１】２次元記録再生方式を適用した例。
【図２２】２次元記録再生方式を適用した例。
【図２３】本発明における層アクセスを説明するブロック図。
【図２４】各層における焦点ずれ検出を示す図。
【図２５】本発明における層アクセスを説明するブロック図。
【図２６】記録された層における焦点ずれ検出を示す図、ａは記録された層における焦点ずれ信号、ｂは本発明の焦点ずれ検出を示す図。
【図２７】本発明の隣接層間の反射光の干渉を低減する方法の説明図。
【符号の説明】
【０１７９】
１…記録層、２…中間層、３…基板、４…ディスク、５…半導体レーザ、８…絞り込みレンズ、９…像レンズ、１０…光検出器、１１…光スポット、１２…焦平面、１３…目標層についての無収差時光学的特性関数、１４…隣接層についての光学的特性関数、１５…焦点ずれが増加した場合の特性関数の変化する方向、１６…ＡＧＣの周波数特性、２０…記録条件設定回路、２３，２４…再生信号、２５…再瀬制御回路、２６…ＡＧＣ回路、３５…ＡＦ誤差信号、３６…総光量、３９…案内溝、４０…ウォーブルピット、４１…アドレス認識、４２…ｋ層までの透過率、４３…マーク、４４，４５…ＲＯＭ、４６…Ｄ／Ａ変換器、４７…理想の記録状態のマーク、４９…先行スポット、５１…記録用スポット、５２…演算器、５３…ゲインコントロールを行わない場合の記録状態、５４，５５…光検出器、５６，５７…ビームスプリッタ、５９，６０…積分回路、６１，６２…遅廷回路、６３，６４，６８…再生信号、６７…重み設定回路、６９…ｋ層面に焦点ずけられたスポット、７１…ｋ層面のマーク配列、７２，７３…再生信号、７４…マーク列、７５，７６，７７，７８，７９，８２…隣接層に焦点を結んだスポット、８０，８１…重み関数、８３…絞り、８４…マーク記録領域、８６…２−７変調方式を用いた場合の変調信号のパワースペクトル、８７…ＥＦＭ変調方式を用いた場合の変調信号のパワースペクトル、８８…スペクトルの折れ点、９１…ＡＦアクチゥエータ移動信号発生回路、９２…引込み点判定回路、９５…レイヤー番号検出回路、１００…スイッチ、１０１…クロスレイヤー信号検出回路、１０３…スライスレベル、１０５…ゼロクロス点、１０９…アップパルス、１１０…ダウンパルス、１１１，１１２…光検出器、１１３，１１４…前後光検出器面での光スポット、１１５，１１６…前置増幅器、１１７，１１８…サンプルホールド回路、１１９，１２０，１２１，１２２…受光面、１２３…記録された層付近でのＡＦ誤差信号、１２４…記録された層付近での総光量、４０１，４０1′…レプリカ基板、４０２，４０２′，４０５，４０５′，４０８，４０８′…反射防止層、４０３，４０３′，４０６，４０６′，４０９，４０９′…記録膜、４０４，４０４′，４０７，４０７′…紫外線硬化樹脂層、４１０…接着剤層、４１１…ガラス基板、４１２…紫外線硬化樹脂層、４１３…記録層、４１４…Ｓｂ2Ｓｅ3層、４１５…Ｂｉ層。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年3月2日(2004.3.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
情報を記録する複数の記録層と、
前記複数の記録層の層データの管理情報を記録した層データ管理層とを有することを特徴とする多層媒体。
【請求項２】
前記層データ管理層は、ROM層またはWOM層であることを特徴とする請求項１記載の多層媒体。
【請求項３】
前記層データ管理層は、前記複数の記録層それぞれの記録または再生の条件を記録する層であることを特徴とする請求項１記載の多層媒体。
【請求項４】
基板と、
情報を記録する複数の記録層と、
前記複数の記録層の層データの管理情報を記録した層データの管理領域とを有することを特徴とする多層媒体。