JP2002170276A - 光学式多層情報記録媒体 - Google Patents

光学式多層情報記録媒体

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JP2002170276A JP2000366668A JP2000366668A JP2002170276A JP 2002170276 A JP2002170276 A JP 2002170276A JP 2000366668 A JP2000366668 A JP 2000366668A JP 2000366668 A JP2000366668 A JP 2000366668A JP 2002170276 A JP2002170276 A JP 2002170276A
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孝則 前田
Ikuya Kikuchi
育也 菊池
Mitsuru Sato
充 佐藤
Katsuhiro Koike
克宏 小池
Yoshitsugu Araki
良嗣 荒木
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 記録層の位置に対して行われる球面収差の補
償による開口数の変化があっても、光スポットのパワー
密度が変化せずに記録を行っても記録特性が変化しない
光学式多層情報記録媒体を提供する。 【解決手段】 記録層と光透過層とが交互に少なくとも
２以上積層され、集光された光ビームの照射により情報
の記録及び／又は再生が行われる光学式多層情報記録媒
体であって、任意の２つの、光ビームの照射側に近い第
１深度記録層及び光ビームの照射側から遠い第２深度記
録層は、第１深度記録層の透過率及び吸収率、第２深度
記録層の吸収率、第１深度記録層上の開口数、第２深度
記録層上の開口数、並びに第１及び第２深度記録層間の
透過率をパラメータとする関数を満たす材料からなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、情報をトラック上
に記録する光ディスクなどの光学式情報記録媒体に関
し、特に、光透過層であるスペーサ層を介して積層され
た複数の記録層を有する光学式多層情報記録媒体に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、光ディスクは、映像データ、音声
データ及びコンピュータデータなどのデータを記録再生
する手段として広く用いられている。例えば、ＤＶＤ(D
igitalVersatile Disc)と称される高密度記録型光ディ
スクが実用化されている。このＤＶＤには、種々の記録
形式及び読み取り形式のものがあり、そのうちの１種類
には複数の記録層を有した積層構造の光ディスクがあ
る。
【０００３】ＤＶＤの一例としての読み取り専用の２層
光ディスクは、図１に示すように、読み取り側から見て
１層目のピックアップの対物レンズ側に近い記録層（以
下、単に第１層とも称す）と、対物レンズから遠い方
（奥）の２層目の記録層（以下、単に第２層とも称す）
とからなる２層構造を有する。第１層は自体を透過して
第２層の信号を読み取れるように半透明膜としている。
【０００４】第１層と第２層の間には記録層を一定の厚
さで分離するための光透過性のスペーサ層が設けられ
る。スペーサ層は読み取り光の光路となるため、読み取
り光の波長での透過率が高い材料が用いられる。２層光
ディスクでは、再生用光ビームの焦点を移動させる（以
下、フォーカスジャンプと称す）だけで第１層、第２層
のいずれの信号も光ディスク片側から読み出すことがで
きる。このような２層光ディスクは、再生専用光ディス
クでは、ＤＶＤ−ＲＯＭ(Read Only Memory)として実用
化されている。
【０００５】ＤＶＤ−ＲＯＭの２層光ディスクのスペー
サ厚（層間厚み）が厚い場合には、例えば第１層に焦点
を合わせると第２層に照射される光ビームはデフォーカ
スにより大きく広がりピット又は記録マークが解像され
ないので、第２層からの反射光はピットによる変調をほ
とんど受けない。よって、第２層の平均的な反射率に変
動がなければ、読み取った信号からハイパスフィルタで
高域成分を取り出すと第１層の信号のみを読み取ること
ができる。同様に、第２層に焦点を合わせれば第２層の
信号のみを読み取ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】記録容量を拡大すると
いう要求から次世代光ディスクシステムとして、ピック
アップにおいては例えばＮＡ＝０．８５という高開口数
の対物レンズを用いつつ、ＤＶＤよりさらに記録層を多
層化した光ディスクを用いることが検討されている。
【０００７】対物レンズの開口数を大きくした場合、情
報を記録再生する際に透過する光ディスク最表面の光透
過層であるカバー層の厚さが基準値から偏倚している
と、球面収差が多く発生し、本来の対物レンズがもって
いる空間周波数特性（ＭＴＦ）を実現することができな
い。特に短いマークやピットを記録再生する場合に、カ
バー層の厚さムラによりジッタの発生量が増加するとい
う問題点が生じる。多層光ディスクでは、カバー層と多
数のスペーサ層が存在して膜厚が厚くなることになるの
で球面収差を抑制する必要がある。
【０００８】このような問題を解決するために、２枚の
レンズを組み合わせた光学系であるエキスパンダを光源
と対物レンズとの間に挿入し、発生する球面収差を補正
することが考えられる。エキスパンダにより対物レンズ
に入射する光ビームを平行光から収束光又は拡散光とす
ることによって、対物レンズからの射出光に予め球面収
差を発生させ、カバー層で発生する球面収差を補正す
る。すなわち、カバー層厚さが基準値である場合には、
エキスパンダが平行に入射した光ビームを平行に射出す
るように動作し、光ビーム径を若干変化させる。このと
き、対物レンズ射出時に発生する球面収差が基準厚さの
カバー層で発生する球面収差とちょうど打ち消し合うよ
うに対物レンズが設計されていれば、基準厚さのカバー
層を通して集光したスポットでは球面収差が発生しな
い。カバー層厚が基準値から偏倚している場合には、エ
キスパンダにより射出光ビームを平行光から拡散光又は
収束光に変化させる。具体的には、例えばカバー層が薄
い場合には対物レンズに収束光を入射させ、これによっ
て対物レンズで発生する球面収差量をカバー層厚によっ
て減少した球面収差発生量と相殺するように増加させ、
情報記録面上では無収差とするような補正を行なうので
ある。
【０００９】しかしながら、このような補正を行う場
合、入射光の収束の様子が変わるので、一般的には球面
収差だけではなく、対物レンズの開口数も一緒に変化し
てしまう。例えば、収束光を対物レンズに入射させるこ
とによって実際の集光位置が対物レンズ本来の焦点距離
より手前となり、開口数が増加するなど、球面収差の補
償に伴って開口数が変動する。それゆえ、球面収差の補
償を行ったにもかかわらずこの開口数が変化することに
よって、記録層上で絞られるスポット径は、その球面収
差の補償量すなわち記録層の位置によって変化する。よ
って信号記録時には、最適記録パワーが異なる問題が生
じる。特に、記録時においては再生イコライザなどによ
る補償が効かないので、記録時に完全に特性が補償され
ていなくてはならない。
【００１０】このような問題を解決するために、記録装
置側で対応する手段としては、第１層と第２層とでスポ
ット径の変化に合わせて記録パワーを変化させることが
考えられる。しかしながら、このような記録パワーの変
化手段を用いると、高速変調を行う記録パワー制御にお
いて第１層と第２層でそれぞれに応じたパワー制御を行
う必要があり、特に高密度な記録を行う場合には記録パ
ワーの変更ととに記録パルス波形の調整を行なうことも
必要となってしまい、記録装置の構成が複雑になるとい
う問題点がある。
【００１１】本発明はかかる問題点を解消するためにな
され、その目的は、記録層の位置に対して行われる球面
収差の補償による開口数の変化があっても、光ディスク
上のスポットのパワー密度が変化せずに同じパワーで記
録を行っても記録特性が変化しない光学式多層情報記録
媒体を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の光学式多層情報
記録媒体は、記録層と光透過層とが交互に少なくとも２
以上積層され、集光された光ビームの照射により情報の
記録及び／又は再生が行われる光学式多層情報記録媒体
であって、光ビームの照射側に第１深度記録層及び光ビ
ームの照射側から遠い第２深度記録層は、次式
【００１３】
【数３】 （ＴｒX×ＴｒZ×ＡｂY）／ＡｂX≒（ＮＡY）2／（ＮＡX）2 （式中、ＴｒXは第１深度記録層の透過率を、ＴｒZは第
１深度記録層と第２深度記録層との間に積層される記録
層及びスペーサ層の透過率の積算を、ＡｂYは第２深度
記録層の吸収率を、ＡｂXは第１深度記録層の吸収率
を、ＮＡYは第２深度記録層上の開口数を、ＮＡXは第１
深度記録層上の開口数を示す）を満たす材料からなるこ
とを特徴とする。
【００１４】本発明の光学式多層情報記録媒体は、光透
過層を介して２つの記録層が積層され、集光された光ビ
ームの照射により情報の記録及び／又は再生が行われる
光学式多層情報記録媒体であって、光ビームの照射側か
ら遠い第２記録層は、次式を満たす材料からなることを
特徴とする。
【００１５】
【数４】 （Ｔｒ1×Ａｂ2）／Ａｂ1≒（ＮＡ2）2／（ＮＡ1）2 式中、Ｔｒ1は第１記録層の透過率を、Ａｂ2は第２記録
層の吸収率を、Ａｂ1は第１記録層の吸収率を、ＮＡ2は
第２記録層上の開口数を、ＮＡ1は第１記録層上の開口
数を、示す。
【００１６】本発明の光学式多層情報記録媒体において
は、前記記録層はランドトラック及びグルーブトラック
を含むことを特徴とする。本発明の光学式多層情報記録
媒体においては、前記記録層は相変化材料からなること
を特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面を用いて
詳細に説明する。図２は、本発明による光ディスクの情
報記録再生装置の光学系の概略を示す。該情報記録再生
装置の光ピックアップは、波長が４００ｎｍ〜４１５ｎ
ｍ好ましくは４０５ｎｍ付近の短波長の青を射出する青
色半導体レーザ１１を備えている。
【００１８】光ピックアップは、偏光ビームスプリッタ
１３、エキスパンダ第１レンズ１４及びエキスパンダ第
２レンズ１５からなるエキスパンダ、コリメータレンズ
１２、並びに２群対物レンズユニット１７を備えてい
る。以上の光照射光学系によって、半導体レーザ１１か
らの発散光ビームは、コリメートタレンズ１４で平行光
ビームに変換され、偏光ビームスプリッタ１３を透過し
て、対物レンズユニット１７によって、その焦点付近に
記録層が位置するように置かれている光ディスク１９に
向けて集光され、光ディスク１９の情報記録面のピット
列上で光スポットを形成する。なお、符号１８は対物レ
ンズの入射側主面位置を示す。光ディスク１９は記録層
材料以外、図１に示す２層光ディスクの構成と同様であ
る。
【００１９】以上の光照射光学系に加えて、光ピックア
ップはさらに検出レンズなど光検出光学系を有してお
り、対物レンズユニット１７及び偏光ビームスプリッタ
１３は光検出光学系にも利用されている。光ディスク１
９からの反射光は、対物レンズユニット１７で集められ
偏光ビームスプリッタ１３によって検出用集光レンズ１
１０に向けられる。検出レンズ１１０で集光された集束
光は、例えば、シリンドリカルレンズ、マルチレンズな
どの非点収差発生素子（図示せず）を通過して、光検出
器の受光面１１１中心付近に光スポットを形成する。
【００２０】また、光検出器の受光面１１１は復調回路
３０及びエラー検出回路３１に接続されている。エラー
検出回路３１は対物レンズユニットのトラッキング制御
及びフォーカス制御用のアクチュエータ２６を含む機構
を駆動する駆動回路３３に接続されている。光検出器
は、その受光面１１１中心付近に結像された光スポット
像に応じた電気信号を復調回路３０及びエラー検出回路
３１に供給する。復調回路３０は、その電気信号に基づ
いて記録信号を生成する。エラー検出回路３１は、その
電気信号に基づいてフォーカスエラー信号や、トラッキ
ングエラー信号や、その他サーボ信号などを生成し、ア
クチュエータの駆動回路３３を介して各駆動信号を各ア
クチュエータに供給し、これらが各駆動信号に応じて対
物レンズユニット１７などをサーボ制御して駆動する。
【００２１】実施形態における光ピックアップの再生動
作を説明する。偏光ビームスプリッタ１３を透過した平
行光ビームは、エキスパンダによりその収差を補償され
るようになっており、第１レンズ１４によってエキスパ
ンダ倍率に対応した拡散光とされ、エキスパンダ第２レ
ンズ１５が球面収差エラー信号に応じて光軸上で駆動さ
れることにより、拡散光を平行光或いは収差が補償され
た収束光若しくは発散光として対物レンズユニット１７
へと導く。この光学系は、例えば、光ディスク１９のカ
バー層膜厚が基準の厚さが例えば１００μｍであると
き、対物レンズユニット１７に平行に入射した光ビーム
が光ディスク１９上に例えば開口数０．８５で設計上無
収差でスポットを結ぶように設計されている。カバー層
が基準厚のときには、図３に示すように、エキスパンダ
第２レンズ１５は基準位置にて平行光ビーム（破線）を
対物レンズユニット１７に射出する。
【００２２】これに対し、カバー層の厚さが薄いときに
は、図３に示すように、エキスパンダ第２レンズ１５を
基準位置よりも光源から遠ざけるように移動し、対物レ
ンズの入射側主面位置１８には収束光（実線）が入射す
るように動作させる。これによって、対物レンズユニッ
ト１７での球面収差発生量が増加し、カバー層が薄くな
ったことによってカバー層で発生する球面収差量が減少
している分を補償する。このとき、対物レンズユニット
１７の入射面によって開口が制限されているため、ここ
を通って制限された径をもつ光ビームは収束光であるこ
とによって焦点を結ぶ位置が近くなった分だけ開口数が
拡大するようになり、すなわち、球面収差の補償によっ
て開口数ＮＡが拡大する。逆に、カバー層の厚さが基準
値より厚いときには、図３に示すように、ビームエキス
パンダ第２レンズ１５を基準位置よりも光源に近づける
ように移動し、対物レンズの入射側主面位置１８には発
散光（２点鎖線）が入射するように動作させ対物レンズ
ユニット１７での球面収差発生量を減少させ、厚いカバ
ー層による球面収差量の増加分を補償する。
【００２３】ここで、図４に示すように、例として２層
光ディスク１９の半透過性の第１層Ｌ1までのカバー層
厚が１００μｍ、第１層Ｌ1と第２層Ｌ2の間のスペーサ
層の膜厚が５０μｍである場合、第２層での開口数ＮＡ
2を０．８４とすると、第１層での開口数ＮＡ1が０．８
５となる。これにより、球面収差の補償を行い集光スポ
ットにおける球面収差の影響によるスポットの広がりを
各層で補正しても、開口数の違いによって各層における
スポットの大きさは異なることになる。このスポット面
積比はそれぞれの開口数の二乗の比率となる。
【００２４】上記例では第２層上のスポット面積を１０
０％とすれば、第１層上ではこのスポット面積は（０．
８４×０．８４）／（０．８５×０．８５）×１００＝
９７．６％となる。ここで、半透過性記録層である第１
層の吸収率と、第１層の透過率と第２層の吸収率の積の
比率を上記面積比と同じに設定することによって、各層
で同一の記録条件を持って記録可能となる。すなわち、
次式を満たすように、光透過層を介して互いに隣接する
第１層及び第２層の材料を設定すれば、各層で同一の記
録条件にて記録できる。
【００２５】
【数５】 （Ｔｒ1×Ａｂ2）／Ａｂ1≒（ＮＡ2）2／（ＮＡ1）2 式中、Ｔｒ1は第１層Ｌ1の透過率を、Ａｂ2は第２層Ｌ2
の吸収率を、Ａｂ1は第１層Ｌ1の吸収率を、ＮＡ2は第
２層Ｌ2上の開口数を、ＮＡ1は第１層Ｌ1上の開口数
を、示す。
【００２６】具体的に例を挙げると、２層光ディスクに
おいて例えば第１層の吸収率Ａｂ1を１２．０％とし、
第１層の透過率Ｔｒ1を５５．０％、第２層の吸収率Ａ
ｂ2を２１．３％と設定する。第１層及び第２層の材料
は、例えば相変化材料のＧｅ−Ｓｂ−Ｔｅなどが用いら
れる。また、各層の透過率及び吸収率は膜厚を制御する
ことによっても、調整できる。
【００２７】上記の設定により、第１層の透過率Ｔｒ1
及び第２層の吸収率Ａｂ2の積１１．７％に対する第１
層の吸収率Ａｂ1＝１２．０％との比率９７．５％が第
２層上の開口数ＮＡ2の二乗に対する第１層上の開口数
ＮＡ1の二乗との比率９７．６％に略等しくなり、上記
式の条件を満たす。上記例においては、２層光ディスク
について説明したが、図５に示すように、記録層と光透
過層とが交互に少なくとも２以上積層され、集光された
光ビームの照射により情報の記録及び／又は再生が行わ
れる多層光ディスクであっても、記録層が何層にわたっ
て離れた着目する２つの記録層について、次の条件を満
たすことによって、当該２つの層で同一の記録条件を持
って記録可能となる。すなわち、当該２つの記録層の光
ビームの照射側に近い第１深度記録層ＬX及び光ビーム
の照射側から遠い第２深度記録層ＬYは、次式を満たす
材料を設定すればよい。
【００２８】
【数６】 （ＴｒX×ＴｒZ×ＡｂY）／ＡｂX≒（ＮＡY）2／（ＮＡX）2 式中、ＴｒXは第１深度記録層ＬXの透過率を、ＴｒZは
第１深度記録層ＬXと第２深度記録層ＬYとの間に積層さ
れる記録層ＬX+1〜ＬYー1及びスペーサ層の透過率の積算
を、ＡｂYは第２深度記録層ＬYの吸収率を、ＡｂXは第
１深度記録層ＬXの吸収率を、ＮＡYは第２深度記録層Ｌ
Y上の開口数を、ＮＡXは第１深度記録層ＬX上の開口数
を示す。
【００２９】上記２層光ディスクの設定の数値は一つの
構成例であり、上述した法則に従って透過率及び吸収率
を定めればこれと異なる吸収率あるいは透過率の膜を用
いても同様の効果を発揮することができる。また、各記
録層はランドトラック及びグルーブトラックを含む構成
としてもよい。さらに各記録層は光磁気材料からも形成
できる。
【００３０】また、本発明は、開口数が１を越える、い
わゆるソリッドイマージョンレンズを用いた光学系に対
しても同様に適用することができる。
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば、光学式多層情報記録媒
体において球面収差補償を行った場合に発生する開口数
変化に対し、記録媒体上の光密度が同等となるような特
性を持つ記録層を用いるので、各記録層によって記録パ
ワーを変動させることなく良好な記録を行うことができ
る。このように、本発明では、各記録層の透過率及び反
射率を開口数ＮＡの変化に合わせて設定することによ
り、同一パワーでの安定した記録を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】２層ディスクの概略断面図。
【図２】情報記録再生装置の光学系の概略を示す概略ブ
ロック図。
【図３】情報記録再生装置の光学系の動作を説明する概
略図。
【図４】本発明による実施形態の２層ディスクの概略断
面図。
【図５】本発明による実施形態の多層ディスクの概略断
面図。
【符号の説明】
１１ 半導体レーザ １２ コリメータレンズ １３ 偏光ビームスプリッタ １４ エキスパンダ第１レンズ １５ エキスパンダ第２レンズ １７ 対物レンズユニット １８ 対物レンズの入射側主面位置 １９ 光ディスク ２６ アクチュエータ ３０ 復調回路 ３１ エラー検出回路 ３３ 駆動回路 １１０ 検出用集光レンズ １１１ 光検出器の受光面 Ｌ1、Ｌ2、ＬX、ＬY 記録層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 充 埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号 パ イオニア株式会社総合研究所内 (72)発明者 小池 克宏 埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号 パ イオニア株式会社総合研究所内 (72)発明者 荒木 良嗣 埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号 パ イオニア株式会社総合研究所内 Ｆターム(参考） 2H111 EA03 FA02 FB01 FB05 FB09 FB12 5D029 HA06 HA07 JA01 JB05 JB13 JC03 JC04

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 記録層と光透過層とが交互に少なくとも
    ２以上積層され、集光された光ビームの照射により情報
    の記録及び／又は再生が行われる光学式多層情報記録媒
    体であって、光ビームの照射側に第１深度記録層及び光
    ビームの照射側から遠い第２深度記録層は、次式 【数１】 （ＴｒX×ＴｒZ×ＡｂY）／ＡｂX≒（ＮＡY）2／（ＮＡX）2 （式中、ＴｒXは第１深度記録層の透過率を、ＴｒZは第
    １深度記録層と第２深度記録層との間に積層される記録
    層及びスペーサ層の透過率の積算を、ＡｂYは第２深度
    記録層の吸収率を、ＡｂXは第１深度記録層の吸収率
    を、ＮＡYは第２深度記録層上の開口数を、ＮＡXは第１
    深度記録層上の開口数を示す）を満たす材料からなるこ
    とを特徴とする光学式多層情報記録媒体。
  2. 【請求項２】 光透過層を介して２つの記録層が積層さ
    れ、集光された光ビームの照射により情報の記録及び／
    又は再生が行われる光学式多層情報記録媒体であって、
    光ビームの照射側に近い第１記録層及び光ビームの照射
    側から遠い第２記録層は、次式 【数２】 （Ｔｒ1×Ａｂ2）／Ａｂ1≒（ＮＡ2）2／（ＮＡ1）2 （式中、Ｔｒ1は第１記録層の透過率を、Ａｂ2は第２記
    録層の吸収率を、Ａｂ1は第１記録層の吸収率を、ＮＡ2
    は第２記録層上の開口数を、ＮＡ1は第１記録層上の開
    口数を、示す）を満たす材料からなることを特徴とする
    光学式多層情報記録媒体。
  3. 【請求項３】 前記記録層はランドトラック及びグルー
    ブトラックを含むことを特徴とする請求項１又は２記載
    の光学式多層情報記録媒体。
  4. 【請求項４】 前記記録層は相変化材料からなることを
    特徴とする請求項１〜３のいずれか１記載の光学式多層
    情報記録媒体。
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