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JP4887372B2 - 光学的情報記録再生装置、光学的情報記録再生方法及び制御回路 - Google Patents
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光学的情報記録再生装置、光学的情報記録再生方法及び制御回路 Download PDF

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Description

本発明は、光学的に情報を記録及び/又は再生する光学的情報記録媒体の記録再生装置及び記録再生方法等に関するもので、特に、近接場光を用いる記録再生装置のフォーカス制御に関連するものである。
光ディスクに対して、より高密度にデータを記録及び再生できる方式として、近接場光を用いる技術が提案されている。近接場光を発生させるための集光部材として近年注目されているのは、集光レンズとソリッドイマージョンレンズ(SIL)とを組み合わせた光学系である。この組み合わせにより、集光レンズのNA(開口数)よりも高い開口数を実現できる。光学系の開口数を高めればスポットのサイズを小さくすることができるので、より高密度の記録ができることになる。
SILを用いた光学系では、SILの出射面からしみ出した光を光ディスク表面に入射させる必要があるため、SILと光ディスク表面との距離を極めて接近させることが要求される。DVDなどの光学系では、対物レンズと光ディスク表面との距離は約1mmであるが、SILの場合は、SILと光ディスク表面との距離をおよそ100nm以下にする必要がある。また、SILと光ディスク表面との距離が変動すると、近接場光が得られなくなったり、SILが光ディスクに衝突したりするおそれがある。したがって、SILと光ディスク表面との距離を一定に保つ制御も必要になる。
このような制御を実現するために、エアースライダを用いる方法が提案されている。この方法では、SILをスライダに載せた構成を用いている。すなわち、光ディスクが回転することによって、光ディスク表面とスライダとの間に空気流が発生し、その空気流によってスライダを浮上させることで、SILと光ディスク表面との距離を一定に保つものである。
また、別の制御の方法として、ギャップサーボと呼ばれる方法が提案されている。この方法は例えば特許文献1に開示されている。この方法では、近接場光に基づく光ディスクからの反射光量を検出し、その光量が一定値になるように集光レンズ及びSILの光軸方向の位置を調整することで、SILと光ディスク表面との距離(すなわちギャップ)を制御するものである。
特開2001−76358号公報
しかしながら、上記のエアースライダを用いる従来方法では、以下のような課題が存在した。
エアースライダの制御の基になっているのは、空気流による浮上というあくまで受動的なものであり、SILの位置を能動的に制御するものではない。そのため、例えば光ディスクの表面に局所的な凹凸変動が存在する場合、その変動にSILの位置が追従できず、SILが光ディスク表面に衝突するおそれがあった。一方、光ディスク表面の局所的な凸凹変動をなくそうとすると、光ディスク作製後に表面を鏡面処理しなければならず、製造コストが上昇する要因となっていた。
上記のような凸凹変動が存在しても、可能な限りスライダが追従できるように空気流を制御しようとすると、スライダ形状の設計が複雑になるおそれがあった。また、表面の凸凹変動だけでなく、光ディスクそのものが有する反り(チルトとも呼ばれる)も、SILの追従性を低下させる要因となっていた。さらに、光ディスクの回転数を変化させた場合、空気流が変化するため、ギャップが所望の距離からずれてしまう課題も存在した。
また、上記のエアースライダを用いる従来方法であっても、上記のギャップサーボを用いる従来方法であっても、以下のような課題が存在した。
第1の課題は、光ディスク表面と実際に情報が記録される情報層との距離が一定でない場合には、情報層に対してデフォーカス状態が発生することである。情報層を保護する目的で、情報層と光ディスク表面との間に保護層を介在させた場合、製造工程で発生する保護層の厚みムラに起因して、光ディスク表面と情報層との距離が変動することはあり得ることである。このような場合、ギャップを一定に保つことができても、情報層へのフォーカス状態が変動することは避けられない。
第2の課題は、光軸方向に複数の情報層を設けた、いわゆる多層ディスクへの記録及び再生に問題が生じることである。すなわち、多層ディスクでは、各情報層のディスク表面からの距離はそれぞれ異なるものになるが、従来の方法では、ギャップサーボを動作させた状態でレーザ光がディスク表面からどれだけの距離でフォーカスしているかが不定である。このため、ギャップサーボを動作させたときに偶然に情報層のいずれかの層にフォーカスしていた場合、情報層に記録されていた情報を誤って消去したり破壊したりするおそれがあり、情報層の数が増えるほど、その確率が高くなる。
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされるものであり、光学的情報記録媒体の表面に局所的な凸凹があったり、光学的情報記録媒体の表面と情報層との距離が変動したりしても、情報層に対して適切にフォーカスを保つことができる光学的情報記録再生装置を提供することを目的とする。また、多層ディスクのいずれの情報層も誤消去や破壊を起こすことなく適切に選択でき、かつその情報層に適切にフォーカスを保つことができる光学的情報記録再生装置を提供することを目的とする。
本発明の一局面に従う光学的情報記録再生装置は、近接場光を用いて、情報層を有する光学的情報記録媒体に情報を記録及び/又は再生する光学的情報記録再生装置であって、前記近接場光を生成するための集光部材と、前記近接場光が生成される領域からの戻り光を用いて、前記集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離を検出する距離検出部と、前記集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離を制御する距離制御部と、前記光学的情報記録媒体中における前記近接場光のフォーカス位置を変更するフォーカス位置変更部材と、前記情報層からの反射光を用いて、前記情報層へのフォーカス状態を検出するフォーカス検出部と、前記情報層に前記近接場光をフォーカスさせるフォーカス制御部とを備え、前記距離制御部は、前記距離検出部の検出結果に基づき、前記集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離を一定に制御し、前記集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離が一定に制御された状態で、前記フォーカス検出部は、前記フォーカス状態を検出し、前記フォーカス制御部は、前記フォーカス状態の検出結果に基づき、前記近接場光が前記情報層にフォーカスするように前記フォーカス位置変更部材を制御する。
この光学的情報記録再生装置においては、光学的情報記録媒体の表面に局所的な凸凹があったり、光学的情報記録媒体の表面と情報層との距離が変動したりしても、情報層に対して適切にフォーカスを保つことができる。
以下、実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
(実施の形態1の構成)
まず、本発明の実施の形態1における光学的情報記録再生装置において、フォーカス制御をするための動作を図1、図2及び図3を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態1の記録再生装置の概略構成を示すブロック図である。
最初に、レーザから光ディスクに至る光路中に存在する往路光学系、及び光ディスクの構成について説明する。図1において、1は、データ(情報)が記録及び/又は再生される光ディスクを示し、光ディスク1は、実際に情報が記録される情報層2と、情報層2を保護する保護層3とを含む。4は、記録及び/又は再生の光源となるレーザを示し、5は、レーザ4から出射されたレーザ光を平行光にするコリメータレンズを示す。
6及び7はいずれも、光ディスク1からの反射光を分離するためのビームスプリッタを示しているが、ビームスプリッタ6は、反射特性が偏光方向に対して依存しないタイプ(すなわち無偏光ビームスプリッタ)であり、ビームスプリッタ7は、反射特性が偏光方向に対して依存するタイプ(すなわち偏光ビームスプリッタ)である。無偏光ビームスプリッタ6は、近接場光が生成される領域からの戻り光を分離し、偏光ビームスプリッタ7は、情報層2からの(すなわちファーフィールド光の)反射光を分離する役割がある。8は、直線偏光を円偏光に変換することで、偏光ビームスプリッタ7でファーフィールド光の反射光を分離できるようにする4分の1波長板を示す。
9は、レーザ光のビーム径を拡大するためのビームエキスパンダを示す。ビームエキスパンダ9を構成する2枚のレンズのうち少なくとも1枚にアクチュエータ10が取り付けられており、2枚のレンズ間の距離を調整することができる。これにより、光ディスク1内における近接場光のフォーカス位置を変更して所望の位置に調整することができる。なお、本発明に適用可能なフォーカス位置変更部材は、ビームエキスパンダ9だけに限定されるものではなく、ビームエキスパンダとは独立にフォーカス位置調整用のレンズ又は光学素子を光路中に設けるものであっても良い。また、アクチュエータ10としては、種々のアクチュエータを用いることができ、例えば、ムービングコイル方式のアクチュエータを用いてもよい。
11は、近接場光を発生させるための集光部材を示し、集光部材11は、集光レンズ12とSIL(ソリッドイマージョンレンズ)13との2枚のレンズから構成されている。SIL13としては、例えば半球形状のレンズが用いられ、その平面側が光ディスク1の表面に正対される。
このように、SIL13を用いることにより、集光部材11のNAを等価的に1より大きく高めることができる。ここで、通常の光学系では、光軸に対して90度以上の角度で光ディスクにレーザ光が入射することはあり得ないので、NAの論理的限界値は1となり、レーザ光の波長をλとすると、集束光のスポットサイズはλ/NAに比例する。しかしながら、SILの媒質の屈折率をnとすると、SILの媒質中の波長がλ/nとなるので、SILからしみ出す光のスポットサイズは、λ/(n・NA)に比例する。したがって、集光部材11にSILを用いることにより、集光部材11の等価的なNAを1よりも大きくすることが可能となり、スポットサイズの縮小に効果がある。
集光レンズ12とSIL13とは、レンズホルダ14により一体に固定され、アクチュエータ15に取り付けられている。このアクチュエータ15により、光ディスク1の表面とSIL13との距離を調整することができる。なお、アクチュエータ15としては、種々のアクチュエータを用いることができ、例えば、ムービングコイル方式のアクチュエータを用いてもよい。
スピンドルモータ30の回転軸にはターンテーブルが固定され、ターンテーブルに光ディスク1が装着され、スピンドルモータ30は、光ディスク1を回転させる。なお、本発明が適用可能な光学的情報記録媒体は、光ディスクに特に限定されず、光カード等の他の形態の記録媒体を用いてもよい。
次に、光ディスク1からディテクタに至る復路光学系について説明する。無偏光ビームスプリッタ6で反射された復路光は、第1の検出レンズ16で集光されて第1のディテクタ17に入射する。この第1のディテクタ17に入射する光の光量は、近接場が生成される領域からの戻り光の光量に対応している。この光量は、SIL13の表面(光ディスク1側の表面)と光ディスク1の表面との距離に依存して変化する。SIL13の表面と光ディスク1の表面とが完全に接している場合は、SIL13に入射した往路光の光ディスク1の表面への透過は最大となるので、戻り光の光量は最小となる。一方、SIL13の表面と光ディスク1の表面とが十分に離れると、近接場光は発生しないため、SIL13に入射した光の輪帯部分の光は全反射されて、戻り光の光量は最大となる。上記2つの場合の中間では、SIL13と光ディスク1との距離にほぼ比例して戻り光の光量が変化する。したがって、SIL13により近接場光が生成されている状態であれば、第1のディテクタ17に入射する光の光量を検出することで、SIL13の表面と光ディスク1の表面との距離を検出することができる。
また、偏光ビームスプリッタ7で反射された復路光は、第2の検出レンズ18で集光されて第2のディテクタ19に入射する。この第2のディテクタ19に入射する光は、光ディスク1の情報層2から反射された光に対応している。ここで重要なことは、SIL13の表面と光ディスク1の表面との距離を制御して近接場光が生成される状態にして初めて、レーザ光がSIL13と光ディスク1との間を透過し、情報層2からの反射光が得られることである。
第2の検出レンズ18は、第2のディテクタ19に復路光を集光するためだけでなく、フォーカス状態を検出する目的も含むものである。例えば、第2の検出レンズ18の形態は、非点収差法でフォーカス状態を検出するための組み合わせレンズであっても良い。第2のディテクタ19は、フォーカス状態及びトラッキング状態を検出するためのものである。そのためには、第2のディテクタ19の形態は、受光素子が複数に分割されたものであることがより好ましい。
以下では、電気系及び制御系について説明する。なお、図1において、トラッキング制御回路等の図示を省略しているが、トラッキング制御回路等としては、種々のトラッキング制御回路等を用いることができ、例えば、従来のDVD、BD(Blu−ray Disc)等に使用されるトラッキング制御回路等を用いてもよい。
システム制御回路20は、本実施の形態におけるフォーカス制御等の記録再生装置全体をコントロールする回路である。スピンドルモータ駆動回路29は、スピンドルモータ30の回転数すなわち光ディスク1の線速度を制御する回路である。
距離検出回路21は、第1のディテクタ17で受光した光量を電気信号(電圧値)に変換する回路である。位置調整回路22は、集光部材11の光軸方向の位置を調整するために、距離検出回路21からの電気信号を基に、アクチュエータ15に駆動電流を流す回路である。なお、位置調整回路22は、SIL13の表面と光ディスク1の表面との距離を計測可能な他の位置センサの検出信号を用いたり、単にアクチュエータ15の駆動電流を制御することによりフィードフォワード的にアクチュエータ15を制御しても良い。
距離制御回路23は、距離検出回路21からの電気信号が一定値になるように、アクチュエータ15の駆動電流を変化させて、SIL13の表面と光ディスク1の表面との距離を一定値に保つようにアクチュエータ15を制御する回路である。切り換え回路24は、位置調整回路22又は距離制御回路23のいずれにより集光部材11の位置を制御するかを切り替える回路である。
ここで、本実施の形態において、位置調整回路22が集光部材11すなわちSIL13を光ディスク1に対して移動させる粗い制御を位置調整といい、距離制御回路23がSIL13の表面と光ディスク1の表面との距離を高精度に一定値に保持する精緻な制御を距離制御というものとする。
フォーカス検出回路25は、第2のディテクタ19で受光した光を基にしてフォーカス状態を検出する回路である。このフォーカス検出回路25から出力される電気信号は、情報層にフォーカスされた状態をゼロとして、入射側から見て手前側にフォーカスした場合には正の電圧、奥側にフォーカスした場合には負の電圧となるような、フォーカスエラー信号(すなわち、S字カーブ信号)として生成することが、後述するフォーカス制御が容易である点から好ましい。なお、フォーカス位置と電圧の極性との関係は上述の逆であってもかまわない。
フォーカス位置調整回路26は、光ディスク1内におけるレーザ光(近接場光)のフォーカス位置を調整するために、フォーカス検出回路25からの電気信号を基に、アクチュエータ10に駆動電流を流す回路である。なお、フォーカス位置調整回路26は、光ディスク1内におけるレーザ光のフォーカス位置を計測可能な他の位置センサの検出信号を用いたり、単にアクチュエータ10の駆動電流を制御することによりフィードフォワード的にアクチュエータ10を制御しても良い。
フォーカス制御回路27は、フォーカス検出回路25からの電気信号(電圧値)がゼロ又は一定値になるように、アクチュエータ10の駆動電流を変化させて、レーザ光のフォーカス位置を情報層2の位置に保つようにアクチュエータ10を制御する回路である。切り換え回路28は、フォーカス位置調整回路26又はフォーカス制御回路27のいずれによりフォーカス位置を調整するかを切り替える回路である。
ここで、本実施の形態において、フォーカス(合焦)位置とは、レーザ光が光軸方向(フォーカス方向)において最も絞られ、スポットサイズが最小になる位置を意味し、フォーカス位置調整回路26がフォーカス位置をフォーカス方向に移動させる粗い制御をフォーカス位置調整といい、フォーカス制御回路27が情報層にフォーカス位置を高精度に一致させる精緻な制御をフォーカス制御というものとする。
(実施の形態1の動作)
次に、図1のブロック図、図2のフローチャート及び図3の信号図を用いて、本実施の形態の光学的情報記録再生装置の動作について説明する。
図3は、本実施の形態において、情報層にフォーカス制御を行う動作を説明する信号図である。図3(a)はアクチュエータ10の駆動電流、図3(b)はフォーカス検出回路25から出力されるフォーカスエラー信号、図3(c)は、システム制御回路20から出力されるフォーカス制御切り換え信号である。
一般的には、記録再生装置において実際に情報を記録又は再生するまでの動作には、光ディスク1を回転させる工程、レーザ光を照射する工程、フォーカス制御動作を行う工程及びトラッキング制御動作を行う工程が含まれるが、ここでは、フォーカス制御動作を行う一連の工程について説明する。なお、光ディスク1を回転させるのは、フォーカス制御動作を行う工程の後でもかまわない。
光ディスク1への再生又は記録時には、まず、集光部材接近工程ステップ201(以下、ステップ201をS201のように略記する)において、システム制御回路20は、切り換え回路24を位置調整回路22側に切り換え、位置調整回路22は、距離検出回路21からの電気信号をモニタしながら、アクチュエータ15を駆動して集光部材11を光ディスク1から十分離れた(例えば数μm〜1mm)初期位置から、近接場検出が可能な位置(すなわち、近接場光が生成できる位置)まで接近させる。例えば、レーザ光の波長が400nmの場合、SIL13と光ディスク1表面との距離がおよそ100nmとなる位置まで接近させれば良い。
なお、この工程S201では、集光部材11の初期位置を最初から近接場検出が可能な位置に配置しておく方法も考えられるが、光ディスク1の面ぶれや記録再生装置からの外乱振動などによってSIL13が光ディスク1に衝突する可能性がある。したがって、本実施の形態のように、初期位置は光ディスク1から十分離れた位置から接近させることがより好ましい。この場合、近接場検出が可能な位置であるかどうかを検出する方法として、距離検出回路21からの電気信号を用いれば良い。
集光部材移動工程S202において、位置調整回路22は、距離検出回路21からの電気信号をモニタしながら、アクチュエータ15を駆動して集光部材11を光ディスク1にさらに接近させる。
距離判定工程S203において、システム制御回路20は、距離検出回路21からの電気信号の電圧値が所望の距離(例えば、20nm)に対応する電圧かどうかを判定する。所望の距離に対応する電圧でなければ、集光部材移動工程S202が繰り返され、システム制御回路20は、位置調整回路22により集光部材11をさらに接近させる。
所望の距離に対応する電圧に達した場合、距離制御工程S204において、システム制御回路20は、切り換え回路24を距離制御回路23側に切り換える。距離制御回路23は、距離検出回路21からの電気信号を用いて、SIL13の表面と光ディスク1の表面との距離を上述の所望の距離に保てるようにアクチュエータ15を制御する。
なお、距離を一定に制御する動作に切り換えた瞬間にSIL13の動きに少しでもオーバーシュートやアンダーシュートがあると、SIL13が光ディスク1の表面に衝突するおそれがある。したがって、ギャップ(SIL13の表面と光ディスク1の表面との距離)を制御する動作に入る瞬間には、できるだけ外乱要因を除去しておくことが望ましい。
例えば、光ディスク1の回転は外乱要因となるので、距離を一定に制御する動作に入る瞬間すなわち距離制御回路23がSIL13の表面と光ディスク1の表面との距離を一定にする制御を開始した時点には、システム制御回路20がスピンドルモータ駆動回路29を制御し、スピンドルモータ駆動回路29は、スピンドルモータ30の回転数すなわち光ディスク1の線速度を通常の情報を記録するときの線速度よりも低くする(例えば、2分の1以下、3分の1以下、又は4分の1以下)ことが好ましく、光ディスク1の回転を停止させておくことがさらに好ましい。
なお、上記の線速度の低下及び回転停止は、距離制御回路23がSIL13の表面と光ディスク1の表面との距離を一定にする制御を開始する以前の所定のタイミング、例えば、電源オン時、記録又は再生動作の開始時から距離を一定にする制御を開始した時点までの期間において行うようにしても良い。また、上記の線速度の低下又は回転停止後に、光ディスク1の線速度を通常の情報を記録するときの線速度に戻すタイミングは、SIL13の表面と光ディスク1の表面との距離が一定に制御された後、又は、情報層2の位置にフォーカス位置が保持された後等の所定のタイミングを採用することができる。
ただし、光ディスク1の線速度を通常の情報を記録するときの線速度よりも低くした状態で、距離を一定に制御する動作に切り換えた瞬間にレーザ光が情報層2にフォーカスしていると、情報層2が加熱され、すでに記録された情報を誤って消去したり破壊したりするおそれがある。特に、SIL13を用いた場合には等価的なNAが1より大きくなり、フォーカス位置におけるレーザ光のスポットサイズが小さくなるので、微弱なレーザーパワーでも、情報層2を加熱してしまうおそれがある。
そのため、距離を一定に制御する動作に切り換えるまですなわち距離制御回路23がSIL13の表面と光ディスク1の表面との距離を一定にする制御を開始するまでは、フォーカス位置調整回路26は、情報層2にフォーカスさせないようにフォーカス位置を調整することが好ましい。例えば、光ディスク1の情報層2より十分手前や十分奥になるような位置にフォーカス位置の初期値を設定しておけばよい。
SIL13の表面と光ディスク1の表面との距離が一定に制御された状態で、フォーカス位置移動工程S205において、システム制御回路20は、切り換え回路28をフォーカス位置調整回路26側に切り換え、フォーカス位置調整回路26は、フォーカス検出回路25からのフォーカスエラー信号をモニタしながら、アクチュエータ10を駆動して光ディスク1内におけるレーザ光のフォーカス位置を移動させる。
図3(a)はフォーカス位置の調整を開始した後のアクチュエータ10の駆動電流の変化を示す。これにより、フォーカス位置は情報層2を横切るように手前から奥の方向へ、又は奥から手前の方向へ移動する。
図3(b)に示すように、フォーカス位置が情報層2に近づくと、フォーカス検出回路25から、フォーカスエラー信号としてS字カーブ信号の一部が出力される。この信号波形を基に、システム制御回路20は、情報層2の位置とフォーカス位置とが一致したかどうかを判断する。すなわち、フォーカス判定工程S206において、システム制御回路20は、フォーカスエラー信号がS字カーブ中の電圧値が所望の値(ゼロ又は一定値)であるかどうかを判定する。所望の電圧値でなければ、フォーカス位置移動工程S205が繰り返され、システム制御回路20は、フォーカス位置調整回路26によりレーザ光のフォーカス位置をさらに移動させる。
所望の電圧値に達した場合、フォーカス制御工程S207において、システム制御回路20は、図3(c)に示すようなフォーカス制御切り換え信号を切り換え回路28に出力して、切り換え回路28をフォーカス制御回路27側に切り換える。フォーカス制御回路27は、フォーカス検出回路25からのフォーカスエラー信号を用いて、情報層2の位置にフォーカス位置が保てるようにアクチュエータ10を制御する。
以上の工程により、SIL13は、光ディスク1の表面と一定の距離を維持して、近接場光を発生させることができるとともに、例え保護層3の厚さにムラがあったとしても、情報層2にフォーカスした状態を維持することができる。その結果、安定した情報の記録及び再生が可能となる。
以上のように、本実施の形態の構成上のポイントは、近接場光が生成される領域からの戻り光成分と、情報層2からの(すなわちファーフィールド光の)反射光成分とを、一つの復路光から分離して、それぞれを異なる制御のために用いることである。この制御は光学的な手段のみでなされるものであるため、従来の一形態で用いていたスライダは不要となり、より簡易な構成で所望の制御が実現できる。
また、本実施の形態の動作上のポイントは、SIL13の表面と光ディスク1の表面との距離を一定に保って近接場光を発生させた状態にした後に、近接場光を情報層2にフォーカスした状態が保てるようにフォーカス位置変更部材であるビームエキスパンダを制御することである。
その結果、本実施の形態によれば、光ディスク1の表面に局所的な凸凹変動があったり、保護層3に厚みムラが存在したりする場合でも、情報層2に対するデフォーカス状態の発生を抑制し、また、情報層2に記録された情報の誤消去や破壊を起こすことがないという特別の効果を奏する。したがって、近接場光を用いて、情報層2に対し安定かつ高密度に情報が記録及び再生できることになる。
なお、本実施の形態では、光ディスク1の情報層は1層としたが、2層以上の情報層を有する多層ディスクであってもかまわない。この場合、フォーカス位置を変えることで、SIL13との距離が異なる、いずれの情報層に対しても、適切にフォーカス制御することができるので、より大容量の光ディスクに対して近接場光で記録することが可能となる。
(実施の形態2)
次に、図4の構成図、図5のフローチャート及び図6の信号図により、本発明の実施の形態2の構成と動作について説明する。
図4は、本実施の形態の構成を説明する図である。本実施の形態と実施の形態1とで異なる点は、光ディスク401が複数の情報層(本実施形態では、例えば、4層)402を有すること、フォーカス検出回路25からのフォーカスエラー信号波形を基に情報層402へのフォーカスに対して計数信号を出力する情報層計数回路404を有すること、情報層計数回路404の計数結果に基づきフォーカス制御動作を行う機能がシステム制御回路403に付加されたことである。その他の点は、図1に示す光学的情報記録再生装置と同様であるので、詳細な説明を省略する。
図5は、本実施の形態の動作を説明するフローチャートである。集光部材接近工程S501から距離制御工程S504までの工程は、図2に示す実施の形態1におけるS201からS204までの工程と同様である。
なお、本実施の形態においても、実施の形態1と同様に、距離を一定に制御する動作に入る瞬間には光ディスク401の線速度を通常の情報を記録するときの線速度よりも低くすることがより好ましい。また、距離を一定に制御する動作に入る瞬間には、いずれの情報層にもフォーカスさせないようにフォーカス位置を調整することがより好ましい。例えば、光ディスク401の各情報層402より十分手前や十分奥になるような位置にフォーカス位置の初期値を設定しておけばよい。
図6は、本実施の形態において、レーザ入射側から最も奥の情報層402(すなわち4層目)にフォーカス制御を行う動作を説明する信号図である。図6(a)はアクチュエータ10の駆動電流、図6(b)はフォーカス検出回路25から出力されるフォーカスエラー信号、図6(c)は情報層計数回路404から出力される計数信号、図6(d)は、システム制御回路403から出力されるフォーカス制御切り換え信号である。
以下、本実施の形態の一連の工程について説明する。上述のように、集光部材接近工程S501から距離制御工程S504までの動作は実施の形態1と同様であるので、フォーカス位置移動工程S505からの動作を説明する。
SIL13の表面と光ディスク401の表面との距離を所望の距離に保てるようにSIL13の位置が制御された状態で、フォーカス位置移動工程S505において、システム制御回路403は、切り換え回路28をフォーカス位置調整回路26側に切り換え、フォーカス位置調整回路26は、フォーカス検出回路25からのフォーカスエラー信号をモニタしながら、アクチュエータ10を駆動して光ディスク401内におけるレーザ光のフォーカス位置を移動させる。
図6(a)はフォーカス位置の調整を開始した後のアクチュエータ10の駆動電流の変化を示す。これにより、フォーカス位置は情報層402の最も手前の情報層の手前から、奥の方向へ一方向に移動する。フォーカス位置の移動方向は逆(すなわち、奥から手前)でもかまわない。しかしながら、少なくともフォーカス位置がすべての情報層402を通り過ぎるまでは、フォーカス位置の移動方向を変えないことが望ましい。その理由は、システム制御回路403が情報層402の数を正しくカウントし、最終的にどの情報層にフォーカスさせるかを正しく判断する必要があるためである。
図6(b)に示すように、フォーカス位置が情報層402のいずれかの層に近づくと、フォーカス検出回路25から、フォーカスエラー信号としてS字カーブ信号が出力される。このS字カーブ信号を基に、情報層計数回路404は、情報層402のいずれかの位置とフォーカス位置とが一致したかどうかを判断する(S506)。
図6(c)に示すように、情報層計数回路404は、情報層402のいずれかの位置とフォーカス位置とが一致したタイミングで計数信号を出力する。システム制御回路403はこの計数信号を基に情報層402の数をカウントする(S507)。なお、情報層402のカウント方法は、上記の例に特に限定されず、情報層計数回路404が情報層402の数をカウントし、カウント数すなわちレーザ光がフォーカスした情報層の層番号を通知する信号をシステム制御回路403へ出力するようにしても良い。
本実施の形態では、レーザ入射側から最も奥の情報層402(すなわち4層目)にフォーカス制御を行うので、システム制御回路403は、4個目の計数信号を受け取るまでは、フォーカス位置調整回路26にフォーカス位置を移動させ続ける(S508のNO)。4個目の計数信号を受け取った段階で、システム制御回路403は、4層目の情報層402に達したと判断し(S508のYES)、図6(d)に示すようなフォーカス制御切り換え信号を切り換え回路28に出力する。なお、図6(d)では、図6(c)の計数信号の立下りタイミングでフォーカス制御切り換え信号をローからハイに切り替えているが、計数信号の立上りタイミングでフォーカス制御切り換え信号をローからハイに切り替えても良い。
フォーカス制御切り換え信号に基づいて、切り換え回路28はフォーカス制御回路27側に切り換えられる。フォーカス制御回路27は、フォーカス検出回路25からのフォーカスエラー信号を用いて、情報層402の4層目の位置にフォーカス位置が保てるようにアクチュエータ10を制御する(S509)。
以上の工程により、SIL13は、光ディスク401の表面と一定の距離を維持して、近接場光を発生させることができるとともに、光ディスク401が情報層402を複数有する多層ディスクの場合であっても、複数の情報層402のうちどの情報層にフォーカスさせるかを誤りなく判別することができ、かつその情報層に適切にフォーカスした状態を保つことができる。
以上述べたように、本実施の形態のポイントは、近接場光が生成される領域からの戻り光を用いてSIL13の表面と光ディスク401の表面との距離を一定に保ち近接場光を発生させた状態で、レーザ光のフォーカス位置を移動させ、情報層402からの反射光により、情報層402の各層へのフォーカス状態をカウントし、そのカウント結果を基にして所望の情報層を選択し、選択した情報層に近接場光をフォーカスした状態が保てるようにフォーカス位置変更部材であるビームエキスパンダを制御することである。
その結果、容量を一層高めた多層ディスクに対しても、適切に情報層を選択でき、光ディスク401の表面に局所的な凸凹変動があったり、保護層3に厚みムラが存在したりする場合でも、いずれの情報層に記録された情報の誤消去や破壊も起こすことがなく、近接場光を用いて情報層402の各層に安定して情報を記録及び再生できるという、特別の効果を奏する。
また、本実施の形態によれば、情報層402の各層が同一のヘッダ情報(又はコントロールデータ情報)を、ピット形状又は溝ウォブル形状として持っている光ディスクであっても、フォーカス状態のカウントによって適切に情報層を選択できるという効果も奏する。このような光ディスクは、製造工程にて情報層ごとに異なるピットや異なる溝ウォブルを形成し直す必要がないため、製造が容易になるというメリットがある。
また、上記の各実施の形態において、距離制御工程S204(又はS504)の後に、SILの傾きを光ディスクの反りに合わせて制御するチルト制御工程を付加しても良い。この場合、SILと光ディスクが衝突する可能性をさらに低くできる利点がある。
なお、上記の光ディスクは、スポットを情報層にフォーカスさせ、近接場光により情報を記録及び再生する媒体であれば、再生専用型、追記型、書き換え型等のいずれの媒体であっても、上記の方法を適用することができる。また、多層ディスクの情報層の数を4層としたが、何層であってもかまわない。さらに、本発明の光学的情報記録装置を用いたパーソナルコンピュータ、サーバー、レコーダー、プレーヤー等でも、上述と同様の効果を得ることができる。
以上に述べたように、本発明の光学的情報記録装置によれば、近接場光が生成される領域からの戻り光を用いてSILと光ディスク表面との距離を一定に保ち近接場光を発生させた状態で、情報層からの反射光によりレーザ光のフォーカス位置を調整して、情報層へのフォーカス状態が保てるように制御する。その結果、光ディスク表面に局所的な凸凹変動があったり、保護層に厚みムラが存在したりする場合でも、近接場光を用いて安定かつ高密度に情報が記録及び再生でき、また、情報層に記録された情報の誤消去や破壊を起こすことがないという特別の効果を奏する。
上記の各実施の形態から、本発明を要約すると、本発明に係る光学的情報記録再生装置は、近接場光を用いて、情報層を有する光学的情報記録媒体に情報を記録及び/又は再生する光学的情報記録再生装置であって、前記近接場光を生成するための集光部材と、前記近接場光が生成される領域からの戻り光を用いて、前記集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離を検出する距離検出部と、前記集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離を制御する距離制御部と、前記光学的情報記録媒体中における前記近接場光のフォーカス位置を変更するフォーカス位置変更部材と、前記情報層からの反射光を用いて、前記情報層へのフォーカス状態を検出するフォーカス検出部と、前記情報層に前記近接場光をフォーカスさせるフォーカス制御部とを備え、前記距離制御部は、前記距離検出部の検出結果に基づき、前記集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離を一定に制御し、前記集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離が一定に制御された状態で、前記フォーカス検出部は、前記フォーカス状態を検出し、前記フォーカス制御部は、前記フォーカス状態の検出結果に基づき、前記近接場光が前記情報層にフォーカスするように前記フォーカス位置変更部材を制御する。
この光学的情報記録再生装置においては、まず、近接場光が生成される領域からの戻り光を用いて、集光部材と光学的情報記録媒体との距離が検出され、この距離の検出結果に基づいて集光部材と光学的情報記録媒体との距離が一定に制御される。次に、集光部材と光学的情報記録媒体との距離が一定に制御された後に、光学的情報記録媒体中における近接場光のフォーカス位置が変更され、情報層からの反射光を用いて情報層へのフォーカス状態が検出され、このフォーカス状態の検出結果に基づいて近接場光が情報層にフォーカスされるので、光ディスク表面と情報層との距離が変動しても、適切にフォーカスを保つことができるので、近接場光により安定した情報の記録及び再生が可能になる。
前記集光部材は、ソリッドイマージョンレンズを含むことが好ましい。この場合、集光部材のNAを高めて微小スポットを得ることができるので、高密度に情報を記録及び再生することができる。
前記集光部材の等価的なNAは、1より大きいことが好ましい。この場合、通常の光学系のNAの論理的限界値を超えて近接場光を絞ることができるので、集束光のスポットサイズを飛躍的に小さくすることができ、より高密度に情報を記録及び再生することができる。
前記距離制御部が前記集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離を一定に制御する前に、前記近接場光が発生しない位置から前記集光部材を前記光学的情報記録媒体に接近させる位置調整部をさらに備えることが好ましい。この場合、集光部材と光学的情報記録媒体との距離が一定に制御された状態となる前に、近接場より遠い距離から集光部材を接近させているので、光的情報記録媒体の表面から一定距離に集光部材の位置を制御する前の段階で、集光部材を光ディスクの表面から十分離れた場所から表面に衝突させることなく安全に集光部材を移動することができる。
前記距離制御部が前記集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離を一定にする制御を開始するまでは、前記近接場光が前記情報層にフォーカスしないように前記フォーカス位置変更部材の位置を調整するフォーカス位置調整部をさらに備えることが好ましい。この場合、集光部材と光学的情報記録媒体との距離を一定にする制御が開始されるまで、すなわち集光部材と光学的情報記録媒体との距離を一定にする制御に切り替えられるまで、近接場光が情報層にフォーカスすることがないので、すでに記録された情報を誤って消去したり破壊したりすることを防止することができる。したがって、光学的情報記録媒体の情報層に対して誤消去や破壊を起こすことがなく、かつその情報層に適切にフォーカスを保つことができる。
前記距離制御部が前記集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離を一定にする制御を開始した時点では、前記光学的情報記録媒体の線速度が前記情報を記録するときの線速度よりも低くなるように前記光学的情報記録媒体を駆動する駆動部をさらに備えることが好ましい。この場合、集光部材と光学的情報記録媒体との距離を一定にする制御が開始された時点、すなわち集光部材と光学的情報記録媒体との距離を一定にする制御に切り替えられた瞬間においては、光学的情報記録媒体の線速度が情報を記録するときの線速度よりも低く設定されているので、光学的情報記録媒体の駆動による外乱を小さくすることができ、集光部材が光学的情報記録媒体の表面に衝突することを防止することができる。
前記距離制御部が前記集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離を一定にする制御を開始した時点では、前記光学的情報記録媒体を停止する駆動部をさらに備えることが好ましい。この場合、集光部材と光学的情報記録媒体との距離を一定にする制御が開始された時点、すなわち集光部材と光学的情報記録媒体との距離を一定にする制御に切り替えられた瞬間においては、光学的情報記録媒体が停止されているので、光学的情報記録媒体の駆動による外乱が発生せず、集光部材が光学的情報記録媒体の表面に衝突することを確実に防止することができる。
前記光学的情報記録媒体は、複数の情報層を有することが好ましい。この場合、いずれの情報層も選択でき、かつその情報層に適切にフォーカスを保つことができるので、光学的情報記録媒体の記録容量を一層高めることができる。
前記近接場光のフォーカス位置を特定の一方向に変化させるように前記フォーカス位置変更部材を制御するフォーカス位置調整部と、前記フォーカス状態の検出結果に基づき、前記情報層へのフォーカス状態を示す信号を計数する情報層計数部とをさらに備え、前記フォーカス制御部は、前記情報層計数部の計数結果に基づき、前記近接場光が前記複数の情報層のうち一の情報層にフォーカスするように前記フォーカス位置変更部材を制御することが好ましい。この場合、フォーカス位置が特定の一方向に移動される間に、近接場光が情報層にフォーカスされた回数が計数され、この計数結果に基づいて近接場光が複数の情報層のうち一の情報層にフォーカスされるので、複数の情報層のうちどの情報層にフォーカスさせるかを誤りなく判別することができる。
前記光学的情報記録媒体の各情報層は、同一のヘッダ情報を有することが好ましい。この場合、光学的情報記録媒体の各情報層が同一のヘッダ情報を有しているので、光学的情報記録媒体を容易に製造することができる。
本発明に係る光学的情報記録再生方法は、集光部材により生成された近接場光を用いて、情報層を有する光学的情報記録媒体に情報を記録及び/又は再生する光学的情報記録再生方法であって、前記近接場光が生成される領域からの戻り光を用いて、前記集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離を検出するステップと、前記距離の検出結果に基づき、前記集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離を一定に制御するステップと、前記集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離が一定に制御された状態で、前記光学的情報記録媒体中における前記近接場光のフォーカス位置を変更し、前記情報層からの反射光を用いて、前記情報層へのフォーカス状態を検出し、前記フォーカス状態の検出結果に基づき、前記近接場光を前記情報層にフォーカスするステップとを含む。
この方法によれば、光ディスク表面と情報層との距離が変動しても適切にフォーカスを保つことができるので、近接場光により安定した情報の記録及び再生が可能になる。
本発明に係る制御回路は、近接場光を用いて、情報層を有する光学的情報記録媒体に情報を記録及び/又は再生する光学的情報記録再生装置に用いられる制御回路であって、前記近接場光が生成される領域からの戻り光を用いて、前記近接場光を生成するための集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離を検出する距離検出回路と、前記集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離を制御する距離制御回路と、前記情報層からの反射光を用いて、前記情報層へのフォーカス状態を検出するフォーカス検出回路と、前記光学的情報記録媒体中における前記近接場光のフォーカス位置を変更するフォーカス位置変更部材を制御して、前記情報層に前記近接場光をフォーカスさせるフォーカス制御回路とを備え、前記距離制御回路は、前記距離検出回路の検出結果に基づき、前記集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離を一定に制御し、前記集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離が一定に制御された状態で、前記フォーカス検出回路は、前記フォーカス状態を検出し、前記フォーカス制御回路は、前記フォーカス状態の検出結果に基づき、前記近接場光が前記情報層にフォーカスするように前記フォーカス位置変更部材を制御する。
この制御回路によれば、光ディスク表面に局所的な凸凹があったり、光ディスク表面と情報層との距離が変動したりしても、情報層に対して適切にフォーカスを保つ光学的情報記録再生装置を提供することができる。
本発明に係る光学的情報記録再生装置及び光学的情報記録再生方法は、光ディスク表面に局所的な凸凹があったり、光ディスク表面と情報層との距離が変動したりしても、情報層に対して適切にフォーカスした状態を保つことができ、特に、近接場光を用いる光学的情報記録再生装置のフォーカス制御に関連するものとして有用である。
本発明の実施の形態1に係る光学的情報記録再生装置の構成を示すブロック図である。 図1に示す実施の形態1に係る光学的情報記録再生装置の動作を説明するフローチャートである。 図1に示す実施の形態1において、情報層にフォーカスさせる動作を示す信号波形図である。 本発明の実施の形態2に係る光学的情報記録再生装置の構成を示すブロック図である。 図4に示す実施の形態2に係る光学的情報記録再生装置の動作を説明するフローチャートである。 図4に示す実施の形態2において、多層ディスクの情報層にフォーカスさせる動作を示す信号波形図である。

Claims (13)

  1. 近接場光を用いて、情報層を有する光学的情報記録媒体に情報を記録及び/又は再生する光学的情報記録再生装置であって、
    前記近接場光を生成するための集光部材と、
    前記近接場光が生成される領域からの戻り光を用いて、前記集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離を検出する距離検出部と、
    前記集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離を制御する距離制御部と、
    前記光学的情報記録媒体中における前記近接場光のフォーカス位置を変更するフォーカス位置変更部材と、
    前記情報層からの反射光を用いて、前記情報層へのフォーカス状態を検出するフォーカス検出部と、
    前記フォーカス位置変更部材の位置を調整するフォーカス位置調整部と、
    前記情報層に前記近接場光をフォーカスさせるフォーカス制御部とを備え、
    前記フォーカス位置調整部は、前記距離制御部が前記集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離を一定にする制御を開始するまでは、前記近接場光が前記情報層にフォーカスしないように前記フォーカス位置変更部材の位置を調整し、
    前記距離制御部は、前記距離検出部の検出結果に基づき、前記集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離を一定に制御し、
    前記集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離が一定に制御された状態で、前記フォーカス検出部は、前記フォーカス状態を検出し、前記フォーカス制御部は、前記フォーカス状態の検出結果に基づき、前記近接場光が前記情報層にフォーカスするように前記フォーカス位置変更部材を制御することを特徴とする光学的情報記録再生装置。
  2. 前記フォーカス位置調整部は、前記近接場光を前記情報層よりも光入射側から見て手前にフォーカスする位置を初期値とすることを特徴とする請求項1に記載の光学的情報記録再生装置。
  3. 前記フォーカス位置調整部は、前記近接場光を前記情報層よりも光入射側から見て奥にフォーカスする位置を初期値とすることを特徴とする請求項1に記載の光学的情報記録再生装置。
  4. 前記集光部材は、ソリッドイマージョンレンズを含むことを特徴とする請求項1に記載の光学的情報記録再生装置。
  5. 前記集光部材の等価的なNAは、1より大きいことを特徴とする請求項4に記載の光学的情報記録再生装置。
  6. 前記距離制御部が前記集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離を一定に制御する前に、前記近接場光が発生しない位置から前記集光部材を前記光学的情報記録媒体に接近させる位置調整部をさらに備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の光学的情報記録再生装置。
  7. 前記距離制御部が前記集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離を一定にする制御を開始した時点では、前記光学的情報記録媒体の線速度が前記情報を記録するときの線速度よりも低くなるように前記光学的情報記録媒体を駆動する駆動部をさらに備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の光学的情報記録再生装置。
  8. 前記距離制御部が前記集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離を一定にする制御を開始した時点では、前記光学的情報記録媒体を停止する駆動部をさらに備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の光学的情報記録再生装置。
  9. 前記光学的情報記録媒体は、複数の情報層を有することを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の光学的情報記録再生装置。
  10. 前記フォーカス位置調整部は、前記近接場光のフォーカス位置を特定の一方向に変化させるように前記フォーカス位置変更部材を制御し、
    前記フォーカス状態の検出結果に基づき、前記情報層へのフォーカス状態を示す信号を計数する情報層計数部をさらに備え、
    前記フォーカス制御部は、前記情報層計数部の計数結果に基づき、前記近接場光が前記複数の情報層のうち一の情報層にフォーカスするように前記フォーカス位置変更部材を制御することを特徴とする請求項9に記載の光学的情報記録再生装置。
  11. 前記光学的情報記録媒体の各情報層は、同一のヘッダ情報を有することを特徴とする請求項9又は10に記載の光学的情報記録再生装置。
  12. 集光部材により生成された近接場光を用いて、情報層を有する光学的情報記録媒体に情報を記録及び/又は再生する光学的情報記録再生方法であって、
    前記近接場光が生成される領域からの戻り光を用いて、前記集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離を検出するステップと、
    前記距離の検出結果に基づき、前記集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離を一定に制御するステップと、
    前記集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離が一定に制御された状態で、前記光学的情報記録媒体中における前記近接場光のフォーカス位置を変更し、前記情報層からの反射光を用いて、前記情報層へのフォーカス状態を検出し、前記フォーカス状態の検出結果に基づき、前記近接場光を前記情報層にフォーカスするステップとを含み、
    前記集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離を一定にする制御を開始するまでは、前記近接場光が前記情報層にフォーカスしないように、前記光学的情報記録媒体中における前記近接場光のフォーカス位置を変更するフォーカス位置変更部材の位置を調整することを特徴とする光学的情報記録再生方法。
  13. 近接場光を用いて、情報層を有する光学的情報記録媒体に情報を記録及び/又は再生する光学的情報記録再生装置に用いられる制御回路であって、
    前記近接場光が生成される領域からの戻り光を用いて、前記近接場光を生成するための集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離を検出する距離検出回路と、
    前記集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離を制御する距離制御回路と、
    前記情報層からの反射光を用いて、前記情報層へのフォーカス状態を検出するフォーカス検出回路と、
    前記光学的情報記録媒体中における前記近接場光のフォーカス位置を変更するフォーカス位置変更部材を制御して、前記情報層に前記近接場光をフォーカスさせるフォーカス制御回路と、
    前記フォーカス位置変更部材の位置を調整するフォーカス位置調整回路とを備え、
    前記フォーカス位置調整回路は、前記距離制御回路が前記集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離を一定にする制御を開始するまでは、前記近接場光が前記情報層にフォーカスしないように前記フォーカス位置変更部材の位置を調整し、
    前記距離制御回路は、前記距離検出回路の検出結果に基づき、前記集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離を一定に制御し、
    前記集光部材と前記光学的情報記録媒体との距離が一定に制御された状態で、前記フォーカス検出回路は、前記フォーカス状態を検出し、前記フォーカス制御回路は、前記フォーカス状態の検出結果に基づき、前記近接場光が前記情報層にフォーカスするように前記フォーカス位置変更部材を制御することを特徴とする制御回路。
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