(57)【要約】【課題】  複数の情報記録層を有する多層光ディスクにおいて、層間クロストークの影響を受けることなく信頼性の高い記録再生を行うことが可能な光ピックアップおよび光ディスク媒体を提供する。【解決手段】  ＤＰＰ方式によるトラッキング制御に対応した光ピックアップにおいて、２層以上の情報記録層を有する多層ディスク媒体への記録再生時のサブプッシュプル信号の変動量を所定の大きさに制限する。また、３層以上の情報記録層を有する多層ディスクにおいて、ＲＦ信号変動を所定の大きさに制限する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源と、
前記レーザ光源から出射したレーザ光を１つのメインビームと１つまたは２つ以上のサブビームとに分割する光学素子と、
前記メインビームと前記サブビームとを集光して、光ディスクに照射する対物レンズと、
前記光ディスクで反射した前記メインビームを受光する、少なくとも２つに分割された第１の光検出器と、
前記光ディスクで反射した前記サブビームを受光する、少なくとも２つに分割された第２の光検出器と、
を備えた光ピックアップであって、
前記メインビームと前記サブビームとを、少なくとも２つの情報記録層を有する多層光ディスクのいずれかの情報記録層に、オートフォーカスサーボをかけて集光しているときに、
前記第１の光検出器の出力信号から生成されるメインプッシュプル信号をトラッキング誤差信号としてトラッキング制御をかけているときに前記第２の光検出器の出力信号から生成されるサブプッシュプル信号の変動振幅をＳＰＰＯＮ、
トラッキング制御をかけていないときの前記サブプッシュプル信号の振幅をＳＰＰＯＦＦ、としたとき、
ＳＰＰＯＮ／ＳＰＰＯＦＦ＜３９％
であることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２】
レーザ光を集光して照射することにより情報を記録または再生する、透明な中間層を挟んで互いに隔てられた少なくとも３つの情報記録層を備えた多層光ディスクであって、
前記情報記録層のいずれかの情報記録層で集光して反射した第１の反射光と、いずれの情報記録層でも集光せずに反射した第２の反射光と、を分離して前記第１の反射光のみを光検出器で受光し、前記光検出器の出力信号から生成されたＲＦ信号の変動振幅をＲＦσ、前記ＲＦ信号の振幅ＲＦｐ−ｐ、としたときに、
ＲＦσ／ＲＦｐ−ｐ＜７％
となるように構成されたことを特徴とする多層光ディスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の情報記録層を有する多層光ディスクの層間クロストークの影響を受けることなく、情報を記録または再生することを可能にする光ピックアップ及びそれを実現する多層光ディスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクにおける情報の記録再生は、レーザ光を集光して照射することにより情報記録面上に形成される光スポットによって行われるため、記録密度は光スポットのサイズによって制限される。光スポットの微小化は、波長４０５ｎｍ及び開口数０．８５のＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃの開発によって限界に達したとされているため、記録密度を増大させることなくディスク１枚あたりの容量を増加させる方法として、情報記録層の数を増やす多層化技術が開発され、既に２層ディスク媒体が実用化されている。
【０００３】
多層ディスクにおいて、記録再生の対象層（対象層）にレーザ光が集光しているとき、その他の層（他層）における光スポットの半径ｒ１は、対象層と他層との間の距離をｄ、対物レンズの開口数をＮＡ０、対象層と他層の間の中間層の屈折率をｎとすると、幾何光学的に〔数１〕のようになる。
2009054224.tif 000003
Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃの２層ディスクを例にすると、２つの層の間隔は２５μｍであるので、図１に示したように、他層でのスポット半径ｒ１は約１６μｍ、トラック約１００本分と大きい。このため、他層の記録マークは光学的に分解されず、複数の層の信号をそれぞれ分離してクロストーク無く再生することができる。また、他層におけるレーザ光のパワー密度は十分に小さいため、対象層に記録する際に他層の情報を破壊してしまうこともない。多層ディスクにおいて、他層の影響なく記録または再生を行う条件については〔特許文献１〕に詳細に記載されている。
【０００４】
Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃの２層ディスクについては、〔非特許文献１〕に詳細に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１０１３９８
【非特許文献１】Blu-ray Disc Founders；White Paper: Blu-ray Disc Format  General（2004-8）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
多層光ディスクにおいて情報の記録または再生を行うための課題のひとつに、光の干渉に起因した層間クロストークがある。これは、多層光ディスクが従来の単層ディスクと異なり、対象層で反射した光（信号光）だけでなく他層で反射した光（他層反射光）も同時に光検出器に照射されることに起因する。複数の光が光検出器上で重なり合って干渉すると、再生信号やサーボ信号を劣化させる原因となる。
【０００７】
2009054224.tif 000004
〔数２〕
2009054224.tif 000005
ここで、Ｅ１およびＥ２は、それぞれ信号光および他層反射光の電界振幅、φ１およびφ２は、それぞれ信号光および他層反射光の位相である。この時の光検出器上での干渉光強度は、〔数４〕のようになり、右辺の第３項が干渉による強度変動を示す。
2009054224.tif 000006
ここで、ηはレーザ光のコヒーレンス度であり，０から１までの値をとる。対象層と他層との間隔（中間層の厚さ）がレーザ光の波長のオーダで変動すると、２つの光の干渉光強度が変動することにより再生信号レベルが変動する。典型的な媒体では、中間層の厚さはディスク面内で１μｍ程度変動する。これは波長４０５ｎｍのＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃの条件に対して干渉光強度の変動を生じさせるに十分な大きさである。
【０００８】
光検出器上におけるレーザ光の干渉が再生信号に与える影響としては、次の２つに大別される。
（１）ＲＦ信号変動
上述のように、光検出器上で信号光が他層反射光と干渉することによって受光強度が変動し、ＲＦ信号（光検出器出力の和信号）が変動する。通常の再生速度において、ＲＦ信号変動の周波数は、最大で数１０ｋＨｚ程度であるので、ハイパスフィルタ、オートゲインコントローラ（ＡＧＣ）あるいはオートスライサの制御帯域より高周波の変動成分は十分に抑圧されず、オートスライサの追従誤差、ＰＬＬの位相誤差あるいはビタビデコーダにおけるレベル判定誤りが増加する。
（２）ＤＰＰトラッキング方式を用いる場合のサブプッシュプル信号変動
対物レンズシフトによるトラッキング誤差信号のオフセットをキャンセル可能なＤＰＰ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ）トラッキング方式では、レーザ光をメインビームおよび２つのサブビームに分割し、各ビームに対するそれぞれの光検出器のプッシュプル信号から生成したトラッキング誤差信号を用いてトラッキング制御を行う。この場合、サブビームの信号光に対してメインビームの他層反射光が干渉する。通常、メインビームとサブビームの光強度比は１０：１程度と、メインビームの光強度がサブビームと比較して大きいため、信号光に対する他層反射光の強度は前述の（１）のＲＦ信号変動の場合と比較して大きく、層間クロストークの影響が大きい。サブビームによるプッシュプル信号（サブプッシュプル信号）の変動によるＤＰＰ信号の変動は、光スポットのトラック追従誤差を増大させる。
【０００９】
ここで、レーザ光の干渉の影響は、コヒーレンス度が大きいほど大きい。一般的に再生時にはレーザノイズを抑制するためにレーザ駆動電流に高周波重畳を行っており，その効果によりコヒーレンス度が低下するため、干渉の影響は小さい。しかしながら、通常高周波重畳を行わない記録時には、コヒーレンス度が大きいため、干渉の影響が特に大きい。記録時にトラック追従誤差が増大すると、隣接トラックの記録マーク破壊（クロスイレーズ）が生じ、データ保持の信頼性が低下する。
【００１０】
対象層からｄだけ離れた層で反射した光が光検出器上に形成する光スポットの半径ｒ１は、幾何光学的に〔数５〕のようになる。
2009054224.tif 000007
ここで、ｎはカバー層の屈折率、ＮＡ０は対物レンズの開口数、ＮＡ１は検出レンズの開口数である。例えばＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃの２層ディスクの場合、ｄ＝２５μｍであるので、ｎ＝１．６、ＮＡ１＝０．１とすれば、ｒ１＝２３０ｎｍと非常に大きいために、他層反射光の強度は小さい。光検出器上における信号光と他層反射光のスポットサイズの関係を、図２の模式図に示した。しかしながら、〔数４〕に示されるように、干渉の影響は振幅に比例する、すなわち強度の平方根に比例するため、例えば光検出器に照射される他層反射光のパワーが信号光のパワーの１％の大きさであっても、１０％の影響が生じることになる。
【００１１】
上述の層間クロストークとは別に、３層以上の情報記録層を有する光ディスク媒体では、上述の場合とは異なる原理による層間クロストークが生じる。これを図３の３層ディスクの断面模式図を用いて説明する。対象層がＬ０層の場合、Ｌ０−Ｌ１間とＬ１−Ｌ２間の層間隔が等しいと、Ｌ１層で反射した光はＬ２層に不要スポット（ｇｈｏｓｔ  ｓｐｏｔ）を結んで反射し、再びＬ１層で反射して光ピックアップに戻る。この場合、信号光と不要光は、ディスク媒体内部において幾何光学的に全く同等の光路を通って光ピックアップに戻るため、２つの光を光ピックアップで分離して検出することはできない。情報光と共に検出器上に集光されて、上述の場合と同様の干渉による層間クロストークを生じる。従って、このような形態の層間クロストークに関しては、ディスク媒体の物理構造や光学特性の工夫によって、これを抑制する必要がある。
【００１２】
本発明においては、２層以上の情報記録層を有する多層光ディスクにおいて、光の干渉による層間クロストークの影響を受けることなく信頼性の高い記録再生を行うための光ピックアップ条件を規定することが課題である。
【００１３】
また、３層以上の情報記録層を有する多層光ディスクにおいて、光の干渉による層間クロストークの影響を受けることなく信頼性の高い記録再生を行うための光ディスク媒体条件を規定することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
（１）サブプッシュプル信号のｒｍｓ値による光ピックアップの規定
本発明の課題の解決手段として、以下の手段を用いる。
【００１５】
ＤＰＰ方式によるトラッキング制御に対応した光ピックアップにおいて層間クロストークの影響を抑制するため、メインプッシュプル信号をトラッキング誤差信号としてトラッキング制御をかけているときの、サブプッシュプル信号のｒｍｓ値をσＳＰＰ、トラッキング制御をかけていないときのサブプッシュプル信号の全振幅をＳＰＰとしたとき、
σＳＰＰ／ＳＰＰ＜３９％
となるようにする。
【００１６】
この条件を導出した過程を以下に示す。
【００１７】
ＤＰＰ信号は、〔数６〕に示されるように、メインプッシュプル信号ＭＰＰとサブプッシュプル信号ＳＰＰを所定の比で加算することで生成される。
2009054224.tif 000008
通常、メインプッシュプル信号の変動はサブプッシュプル信号の変動と比較して無視できる程度に小さいため、メインプッシュプル信号をトラッキング誤差信号としてトラッキング制御をかけた状態では、サブプッシュプル信号に、サブプッシュプル信号の変動成分が現れる。
【００１８】
サブプッシュプル信号の変動の許容量は以下のようにして導出した。まず、記録時のクロスイレーズ、すなわち隣接トラックの記録マーク劣化の観点で、許容されるトラック追従誤差量を求めた。図４は、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ規格準拠の書き換え型２層ディスク媒体を用いて、トラックオフセット量を変えながらクロスイレーズによる再生信号ジッタ劣化の関係を測定した実験結果である。測定対象トラックに最適記録パワーで記録した後、隣接トラックに最適パワーの１１０％のパワーで１０００回記録し、測定対象トラックのジッタを測定した。この場合のジッタ劣化が３％以内であることを規準とした。ここで、ジッタ劣化の値は、トータルジッタが要因別ジッタの自乗和の平方根に等しいと仮定し、下記の関係式から算出した。
（クロスイレーズによるジッタ劣化）２
＝（隣接トラック記録後のジッタ）２−（記録前のジッタ）２
この実験によると、許容されるトラックオフセットは±２０ｎｍであった。また、これとは別に行った実験によると、トラッキング制御残差は±１０ｎｍであった。これらの結果から、サブプッシュプル信号の変動によるトラッキング追従誤差の許容量は±１０ｎｍである。図５は、ＤＰＰトラッキング方式を適用した場合の、サブプッシュプル信号とトラック追従誤差の関係を計算してプロットしたグラフである。このグラフから、上記のトラッキング追従誤差の許容量±１０ｎｍは、メインプッシュプル信号をトラッキング誤差信号としてトラッキング制御をかけている状態でのサブプッシュ信号の変動の大きさのｐ−ｐ値をサブプッシュプル信号振幅のｐ−ｐ値で規格化した値に換算すると３９％に相当することが分かる。
【００１９】
上記のサブプッシュプル信号測定方法において、測定誤差の影響を避けるため、所定の周期におけるサブプッシュプル信号のｒｍｓ値を用いる方法もある。ｒｍｓ値は適用な測定器を用いて容易に自動測定できるため、変動振幅を測定する方法と比較して、測定誤差を大幅に低減することが可能である。
（２）ＲＦ信号のσ値による光ディスク媒体の規定
本発明の課題を解決するために以下の手段を用いる。
【００２０】
少なくとも３つの情報記録層を備えた多層光ディスク媒体において、いずれかの情報記録層にレーザ光を集光して反射した第１の反射光と、いずれの情報記録層でも集光せずに反射した第２の反射光とを分離して，第１の反射光から生成されたＲＦ信号の変動振幅をＲＦσ、ＲＦ信号の振幅をＲＦｐ−ｐとしたとき、
ＲＦσ／ＲＦｐ−ｐ＜７％
となるようにする。
【００２１】
この条件を導出した過程を以下に示す。
【００２２】
３層以上の多層ディスクに特有の不要スポットによる層間クロストークの影響を定量化するためには、他層反射光の影響を取り除くことが必要である。上述のように、光検出器上における、他層反射光のスポット半径は、信号光のスポット半径と比較して非常に大きい。このことを利用して、例えば、光検出器のサイズを信号光スポットを受光するに必要十分な大きさまで小さくすれば、信号光と他層反射光を分離することができる。あるいは、光検出器の直前にピンホールを設置しても良い。
【００２３】
ＲＦ信号の変動の許容量は，再生シミュレータを用いてＲＦ信号に変動成分を加算し、再生エラー率を測定した結果を基に導出した。この結果から、ビットエラー率を実用上問題ないレベルに抑制するためには、ＲＦ変動の大きさはＲＦ信号振幅の７％未満であれば良いことが分かった。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、複数の情報記録層を有する多層光ディスクにおいて、層間クロストークの影響を受けることなく信頼性の高い記録再生を行うことが可能な光ピックアップ及び光ディスク媒体が実現できる。従ってそれらを利用することにより、高性能な光ディスクドライブ装置を低コストで製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を，図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２６】
（サブプッシュプル信号のｒｍｓ値で規定された光ピックアップの例）
（１）光ピックアップの構成
図６は本発明の実施例における光ピックアップの構成を示した模式図である。
【００２７】
レーザダイオード１１８から出射した直線偏光のレーザ光１０２は、回折格子１２１によってメインビームおよび２つのサブビームに分割され、コリメータレンズ１０３によって平行光束となり、偏光ビームスプリッタ１０４に入射する。偏光ビームスプリッタは、入射面に平行な成分（ｐ偏光）を透過し、垂直な成分（ｓ偏光）を反射させる。レーザダイオードから出射したレーザ光がｐ偏光であれば、偏光ビームスプリッタ１０４を透過する。レーザ光は立ち上げミラー１０５によってその進行方向が９０°変わり，球面収差補正素子１０６に入射する。球面収差補正素子は、多層光ディスクの各層までのカバー層厚さの差異によって発生する球面収差を補正する素子である。球面収差補正素子として、本実施例ではビームエキスパンダを用いる。ビームエキスパンダは、固定された凸レンズと、光軸方向に駆動可能な凹レンズの組み合わせで構成されており、凹レンズ駆動し、レーザ光の発散・収束を制御することで、カバー層厚さの誤差により発生する球面収差を相殺できるようになっている。レーザ光はその後、１／４波長板１０８を通過することによって、直線偏光から円偏光に変換される。
【００２８】
レーザ光は、その後、対物レンズ１０９で集光されて、多層光ディスク１１０に照射される。多層光ディスクに照射されたレーザ光は、情報記録面１１１で反射して、対物レンズ１０９を通り、再び１／４波長板１０８を通過することで、円偏光から直線偏光に戻る。この時のレーザ光の偏光方向は、往路の偏光方向から９０°回転しているため、球面収差補正素子１０６を通過して偏光ビームスプリッタ１０４に入射したレーザ光は透過する。
【００２９】
レーザ光は検出レンズ１１２で集光されて、メインビーム及びサブビームは、それぞれメインビーム用光検出器およびサブビーム用光検出器で受光される。本実施例においては、光検出器上に集光する信号光を通過させ他層反射光を遮断する目的で、光検出器の直前にピンホール１２０が設置されている。これにより信号光と他層反射光を分離して検出することができる。
（２）信号処理系および評価指標計測方法
次に信号処理系および層間クロストーク評価指標の計測方法を、図７を用いて説明する。
【００３０】
光検出器は４分割光検出器であり、４分割光検出器の４つの分割素子の出力の和信号であるＲＦ信号およびプッシュプル信号は、フィルタ回路によってトラックの偏心によって発生する低周波成分およびトラッキングアクチュエータ動作帯域以上の高周波成分不要な信号を除去されてｒｍｓ計測回路に入力される。ｒｍｓ計測回路では，所定の周期における、ＲＦ信号またはプッシュプル信号のｒｍｓ値が計測される。サブプッシュプル信号のｒｍｓはトラッキング制御をかけていない状態でのサブプッシュプル信号の振幅で、ＲＦ信号のｒｍｓ値はＲＦ信号の振幅で、それぞれ規格化され、層間クロストークの評価指標となる。評価指標の定義は、図８および図９に示した通りである。
【００３１】
なお、本実施例では、フィルタ回路の通過周波数帯域を１００Ｈｚ〜３０ｋＨｚとした。
【実施例２】
【００３２】
（ＲＦ信号のｒｍｓ値で規定された多層光ディスクの例）
図１０は，本発明の多層光ディスクの実現手段の一例を示した模式図である。このディスクではＬ０−Ｌ１間とＬ１−Ｌ２間の層間隔が異なっており，対象層がＬ０層の場合にもＬ２層に不要スポット（ｇｈｏｓｔ  ｓｐｏｔ）を結ばないため，光ピックアップで信号光と不要光を分離することが可能となる。このため，不要光を分離すればＲＦ信号の変動振幅をＲＦσ、ＲＦ信号の振幅をＲＦｐ−ｐとしたとき、
ＲＦσ／ＲＦｐ−ｐ＜７％
を満たすことが可能となる。
【００３３】
以上に記載した実施形態は本発明の好適な具体例であるが、本発明の範囲はこれらの形態に限られたものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】レーザ光が第１の情報記録層に集光しているときの、第１の情報記録層および第２の情報記録層における光スポットを模式的に示した図。
【図２】レーザ光が第１の情報記録層に集光しているときの、信号光および他層反射光の光スポットを模式的に示した図。
【図３】３層ディスクにおける不要光による層間クロストークの原理を示した図。
【図４】オフトラック量とクロスイレーズによるジッタ劣化の関係を示した図（実験）。
【図５】サブプッシュプル信号の変動量とＤＰＰ方式を適用した場合のオフトラック量の関係を示した図。
【図６】本実施例の光ピックアップの構成を模式的に示した図。
【図７】本実施例における信号処理系の構成を模式的に示した図。
【図８】本実施例におけるサブプッシュ信号を用いた層間クロストーク評価指標の計測方法を示した図。
【図９】本実施例におけるＲＦ信号を用いた層間クロストーク評価指標の計測方法を示した図。
【図１０】本発明の多層光ディスクの実現手段の一例を示した模式図
【符号の説明】
【００３５】
１０１：レーザダイオード、１０２：レーザ光、１０３：コリメータレンズ、１０４：偏光ビームスプリッタ、１０５：立ち上げミラー、１０６：球面収差補正素子，１０８：１／４波長板、１０９：対物レンズ、１１０：多層光ディスク、１１１：情報記録面、１１２：検出レンズ、１１３：４分割光検出器、１１４：信号生成回路、１１５：フィルタ回路、１１６：ｒｍｓ計測回路、１１７：マイクロプロセッサ、１１８：レーザ駆動回路、１１９：メモリ、１２０：ピンホール，１２１：回折格子。
【図１】
2009054224.tif 000009
【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】
2009054224.tif 000016
【図９】
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【図１０】
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