JP2005100647A - Optical disk and optical disk device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は高密度記録が可能な光ディスクに関する。 The present invention relates to an optical disc capable of high-density recording.
周知のように近年では、情報の高密度記録が可能な光ディスクとして、片面1層容量が4.7GBを有するDVDが実用化されている。DVDには再生専用のDVD−ROM、書きかえ可能なDVD−RAM等の種類がある。DVDでは、0.6mm厚の透明基板(以下、光透過層と記載する)上に情報記録層を形成し、レーザ光を光透過層を透過させて情報記録面上に集光することにより、情報の書き込みや読み取りを行う構成となっている。このときのビームを集光するための対物レンズの開口数(NA)は0.6を基準としている。また、この光透過層の屈折率nは、波長650nmに対して、n=1.45〜1.65の範囲に指定されており、この条件にあった光透過層材料が選択される。光透過層材料としてはポリカーボネートが一般的に用いられており、この場合の屈折率はn=1.58となっている。 As is well known, in recent years, a DVD having a single-layer capacity of 4.7 GB has been put to practical use as an optical disc capable of recording information at high density. There are various types of DVDs, such as a read-only DVD-ROM and a rewritable DVD-RAM. In DVD, an information recording layer is formed on a 0.6 mm thick transparent substrate (hereinafter referred to as a light transmission layer), and laser light is transmitted through the light transmission layer and condensed on the information recording surface. It is configured to write and read information. The numerical aperture (NA) of the objective lens for condensing the beam at this time is based on 0.6. Further, the refractive index n of the light transmission layer is specified in the range of n = 1.45 to 1.65 with respect to the wavelength of 650 nm, and a light transmission layer material that meets this condition is selected. Polycarbonate is generally used as the light transmitting layer material, and the refractive index in this case is n = 1.58.
DVDの光透過層の厚さは上述のように0.6mmを基準としているが、実際には、ディスクの製造上厚さのばらつきが生じることは避けられないことである。DVDを記録再生する光学系において、光透過層が厚さの標準値を0.6mmとして設計されている場合、基板厚が0.6mmからずれて製作されると、収差が発生してしまう。光学系の収差はビームスポット径を増大させ、信号再生に悪影響を与えるためシステム上一定値以下に抑える必要がある。 As described above, the thickness of the light transmission layer of the DVD is 0.6 mm as a standard, but in practice, it is inevitable that the thickness varies due to the manufacture of the disc. In an optical system for recording / reproducing a DVD, if the light transmission layer is designed with a standard thickness of 0.6 mm, an aberration occurs if the substrate thickness is manufactured with a deviation from 0.6 mm. Since aberrations of the optical system increase the beam spot diameter and adversely affect signal reproduction, it is necessary to suppress it to a certain value or less on the system.
光透過層の厚さ誤差に起因する光学系の収差は、光透過層の標準値からのずれと光透過層屈折率の標準値からのずれの両者によって決まる。従って、DVDの場合には、光透過層の厚さ誤差に起因する光学系の収差を一定値以下に抑えるため、光透過層厚の範囲をその屈折率との2次元範囲として規定している。この範囲については例えば特開平8−273199に開示されている。すなわち、屈折率n=1.45〜1.65の範囲に対して、標準値に対する光透過層厚の誤差を±0.03mmとした場合、横軸に屈折率、縦軸に光透過層厚をとったとき、屈折率nがレンズ負荷仕様(標準値)よりも小さくなる場合には光透過層厚を増加させる方向にずらした形の範囲で規定しているが、大きくなる場合には光透過層厚は変化しない範囲で規定している。 The aberration of the optical system due to the thickness error of the light transmission layer is determined by both the deviation from the standard value of the light transmission layer and the deviation from the standard value of the refractive index of the light transmission layer. Therefore, in the case of DVD, in order to suppress the aberration of the optical system due to the thickness error of the light transmission layer below a certain value, the range of the light transmission layer thickness is defined as a two-dimensional range with its refractive index. . This range is disclosed, for example, in JP-A-8-273199. That is, for the refractive index n = 1.45 to 1.65, when the error of the light transmission layer thickness with respect to the standard value is ± 0.03 mm, the horizontal axis represents the refractive index and the vertical axis represents the light transmission layer thickness. When the refractive index n is smaller than the lens load specification (standard value), the range of the shape shifted in the direction of increasing the light transmission layer thickness is specified. The thickness of the transmission layer is specified in a range that does not change.
しかしながら、上記の公知例の規定では、次の観点から適切でない。 However, the above-mentioned known examples are not appropriate from the following viewpoints.
現在、DVDを更に高密度化させる技術開発が各社で進められている。光ディスクの情報記録面上に照射される集束光のスポットサイズは、波長に比例し、光を集束させるための対物レンズの絞り角を示すNAに反比例する。従って記録密度向上を目指して集束光のスポットサイズの縮小化を行うためには、光源波長を短くし、対物レンズのNAを大きくする必要が有る。 Currently, various companies are developing technologies to further increase the density of DVDs. The spot size of the focused light irradiated on the information recording surface of the optical disc is proportional to the wavelength and inversely proportional to NA indicating the aperture angle of the objective lens for focusing the light. Therefore, in order to reduce the spot size of the focused light in order to improve the recording density, it is necessary to shorten the light source wavelength and increase the NA of the objective lens.
このとき、光透過層の屈折率は光源波長に依存するため、光透過層厚の範囲をその屈折率との2次元範囲として新たに規定する必要がある。次世代光ディスクの光源波長とNAと光透過層厚の例としては、波長λ=405nm、NA=0.65、光透過層厚=0.6mmが挙げられる。 At this time, since the refractive index of the light transmission layer depends on the light source wavelength, it is necessary to newly define the range of the thickness of the light transmission layer as a two-dimensional range with the refractive index. Examples of the light source wavelength, NA, and light transmission layer thickness of the next generation optical disc include wavelength λ = 405 nm, NA = 0.65, and light transmission layer thickness = 0.6 mm.
そこで本発明は、次世代光ディスクにおいて有効な光透過層厚及び光透過層屈折率の範囲を規定し、高密度記録に適した光ディスクを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical disc suitable for high-density recording by defining the range of the light-transmitting layer thickness and the light-transmitting layer refractive index effective in the next-generation optical disc.
上記目的を達成するために本発明の光ディスクは、基板上に形成された情報記録層を光透過層で覆って構成され、前記光透過層の厚さ及び屈折率の各標準値からのずれによる収差が一定許容値以内となるように、前記光透過層の厚さ及び屈折率の範囲が設定される光ディスクであって、前記光透過層の屈折率nの関数f(n)と、前記光透過層における収差の許容値に基づいて決定される定数t1,t2とを用いて、前記光透過層の厚さtがf(n)−t1≦t≦f(n)+t2の範囲に設定され、前記光透過層の屈折率が1.52〜1.72の範囲に設定され、前記関数f(n)が定数A1、A2、A3を用いて以下のように示される。
本発明の1実施形態において、前記定数A1は0.26200、A2は−0.32400、A3は0.00595である。 In one embodiment of the present invention, the constant A1 is 0.26200, A2 is -0.32400, and A3 is 0.00595.
次世代光ディスクにおいて有効な光透過層厚及び光透過層屈折率の範囲を規定し、高密度記録に適した光ディスクを提供することができる。 It is possible to provide an optical disc suitable for high-density recording by defining the range of the light-transmitting layer thickness and the light-transmitting layer refractive index that are effective in the next-generation optical disc.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明における光ディスク1の断面図の例を図1に示す。ポリカーボネートから成る基板2上(図中では下)に例えば相変化記録膜を含む情報記録層3が形成される。なお、光ディスク1が再生専用ディスクの場合には相変化記録膜の代わりに金属反射膜による情報記録層3が形成される。次に、この情報記録層3上(図中では下)に厚さtの光透過層4が形成されている。光透過層4は例えばポリカーボネートである。
An example of a cross-sectional view of an optical disc 1 in the present invention is shown in FIG. An
次に、本ディスクを記録再生する光ディスク装置の構成例を図2に示す。光源には短波長の半導体レーザ20が用いられる。その出射光の波長は、一般に395nm〜415nm(405±10nm)の範囲の紫色波長帯のものである。半導体レーザ光源20からの出射光100は、コリメートレンズ21により平行光となり偏光ビームスプリッタ22、λ/4板23を透過した後、対物レンズ25に入射する。その対物レンズのNAは、例えば0.6〜0.7の範囲のものである。その後、出射光100は光ディスク1の光透過層4を透過し、情報記録層3に集光される。
Next, FIG. 2 shows a configuration example of an optical disc apparatus for recording / reproducing the disc. A short
光ディスク1の情報記録層3による反射光101は、再び光ディスク1の光透過層4を透過し、対物レンズ25、λ/4板23を透過し、偏光ビームスプリッタ22で反射された後、光検出光学系26を透過して光検出器27に入射する。光検出器27の受光部は通常複数に分割されており、それぞれの受光部から光強度に応じた電流を出力する。出力された電流は、図示しないI/Vアンプにより電圧に変換された後、演算回路11により、RF信号及びフォーカス誤差信号及びトラック誤差信号などに演算処理される。
The
これら誤差信号に基づいて、サーボドライバ10はレンズ駆動コイル12を駆動し、レンズ25をフォーカス方向(レンズ光軸方向)及びトラッキング方向(ディスク半径方向)に移動する。この結果、情報記録層3の目標トラック上にビームスポットが発生される。
Based on these error signals, the
ここで、光透過層4の厚さが標準値(例えば0.6mm)の時には対物レンズ25にほぼ平行光として入射するように設計されている。しかし、光透過層4の厚さが標準値からずれている場合には光透過層4の厚み誤差に起因する球面収差が生じる。このとき、光ディスク1の情報記録層3上の集光スポット形状が歪むため、安定かつ正確な記録再生が困難となる。
Here, when the thickness of the
次世代の光ディスク装置は、従来の光ディスク装置と比較して短波長化・高NA化されているため、次世代光ディスクを製造する上ではDVDやCDの規定をそのまま適用することは誤った結果を生むこととなる。そこで、本発明の光ディスク1は光ディスク装置の短波長化・高NA化を考慮した光透過層4の厚さ誤差及び屈折率の範囲を有することを特徴とする。
Since the next generation optical disc device has a shorter wavelength and higher NA than the conventional optical disc device, applying the DVD and CD rules as they are in producing next-generation optical discs gives an erroneous result. Will be born. Therefore, the optical disc 1 of the present invention is characterized by having a thickness error and a refractive index range of the
次世代光ディスクシステムの仕様として、例えば光源波長405nm、対物レンズ25のNA=0.65を用いた場合を考える。光ディスクの光透過層の屈折率が1.622、厚さが0.6mmのレンズ負荷に対して、完全に収差の補正がなされた理想的な対物レンズを用いて光ビーム100を記録層3上に集光させ、ビームスポットを生じさせた様子を図3に示す。このとき波面は整っており、波面収差すなわち波面の歪みは生じていない。しかし、レンズ系の残留球面収差等により波面収差が生じていると、図中の点線で示す曲線6のように理想的なビームスポットは発生しない。
As a specification of the next-generation optical disc system, consider a case where, for example, a light source wavelength of 405 nm and an
上記したような理想的な対物レンズに対して、種々の光透過層屈折率n、光透過層厚tの光ディスク1を用いた場合に生ずる波面収差のrms(二乗平均)値を算出した結果を図4に示す。図4は横軸に光透過層屈折率n、縦軸に光透過層厚tをとり、座標平面上のそれぞれの点における波面収差のrms値を等高線表示してある。等高線の刻みは、光源波長(λ=405[nm])の1/100である。図4において二重丸の中心は標準仕様、すなわち対物レンズ25の負荷仕様値(ここではレンズを設計するときのディスクに関する光学的標準値)のポイントで、厚さt=600μm、屈折率n=1.622である。ここで収差は最小となる。 The result of calculating the rms (root mean square) value of the wavefront aberration generated when the optical disc 1 having various light transmission layer refractive indexes n and light transmission layer thickness t is used for the ideal objective lens as described above. As shown in FIG. In FIG. 4, the refractive index n of the light transmission layer is plotted on the horizontal axis and the light transmission layer thickness t is plotted on the vertical axis, and the rms value of the wavefront aberration at each point on the coordinate plane is indicated by contour lines. The step of the contour line is 1/100 of the light source wavelength (λ = 405 [nm]). In FIG. 4, the center of the double circle is the standard specification, that is, the point of the load specification value of the objective lens 25 (here, the optical standard value for the disk when designing the lens), the thickness t = 600 μm, the refractive index n = 1.622. Here, the aberration is minimized.
この結果より種々の光透過層屈折率及び厚さのディスクを用いた場合、残留収差量を一定値とするには、屈折率がレンズ負荷仕様値より大きくなる方向又は小さくなる方向にずれる場合には、光透過層厚を標準値よりやや増加させた方が良いことが分かる。従って、次世代DVDの光ディスクの光透過層規定として、光透過層厚の誤差許容範囲は光透過層屈折率の標準値1.622からのずれの絶対値に応じて変化させるように規定することが必要となる。 From this result, when using discs with various refractive indexes and thicknesses of the light transmitting layer, in order to make the residual aberration amount constant, the refractive index is shifted in the direction of increasing or decreasing from the lens load specification value. It is understood that it is better to slightly increase the light transmission layer thickness than the standard value. Therefore, as the light transmission layer definition of the next-generation DVD optical disk, the error allowable range of the light transmission layer thickness should be defined so as to change according to the absolute value of the deviation from the standard value 1.622 of the light transmission layer refractive index. Is required.
本発明の一実施形態に係る光ディスクの光透過層の屈折率と厚さの範囲は図5に示した範囲となる。これは、以下の領域を示している。
図4の波面収差量の等高線は縦軸方向にほぼ平行に並んでおり、その曲線は上式(3)に一定のオフセットを与えた曲線として示すことができる。従って、収差の許容値が決まれば光透過層厚と屈折率の範囲を、該許容値をオフセットt1、t2に対応させて上式(1)〜(3)により定めることができる。 The contour lines of the wavefront aberration amount in FIG. 4 are arranged substantially parallel to the vertical axis direction, and the curve can be shown as a curve obtained by giving a constant offset to the above equation (3). Therefore, if the allowable value of aberration is determined, the range of the light transmission layer thickness and the refractive index can be determined by the above formulas (1) to (3) with the allowable value corresponding to the offsets t1 and t2.
本実施形態の場合、図5に示す範囲は、図4における収差が0.03λrms以下の範囲とほぼ一致している。つまり、厚さ誤差±13μm(t1、t2=13μm)の範囲は、収差が0.03λrms以下の範囲に対応する。従って、図5に示す範囲の光ディスクを規定することで、光透過層厚と屈折率の標準値(t=0.6mm、n=1.622)からのずれによる収差を、ほぼ0.03λrms以下という条件に保つことができる。 In the case of this embodiment, the range shown in FIG. 5 substantially matches the range in which the aberration in FIG. 4 is 0.03 λrms or less. That is, the range of thickness error ± 13 μm (t1, t2 = 13 μm) corresponds to the range where the aberration is 0.03λrms or less. Therefore, by defining an optical disk in the range shown in FIG. 5, the aberration due to deviation from the standard value (t = 0.6 mm, n = 1.622) of the light transmission layer thickness and the refractive index is approximately 0.03 λrms or less. It can be kept in the condition.
収差の許容値は光ディスクに対して記録又は再生を行う光ディスク装置の性能あるいは許容収差に応じて決まる値である。このとき、収差の許容値に応じてt1、t2を変化させることで光透過層厚の範囲を調整すればよい。例えば、許容できる収差が0.04λの場合、上記式においてt1,t2=17μmとすることで適正な範囲を指定することができる(図6参照)。尚、現在の光ディスク製造上、t1、t2を10μm以下にすることは困難である。従って、t1、t2の最小値は10μm程度である。 The allowable value of the aberration is a value determined according to the performance of the optical disk apparatus that performs recording or reproduction on the optical disk or the allowable aberration. At this time, the range of the light transmission layer thickness may be adjusted by changing t1 and t2 according to the allowable value of aberration. For example, when the allowable aberration is 0.04λ, an appropriate range can be specified by setting t1, t2 = 17 μm in the above equation (see FIG. 6). Note that it is difficult to set t1 and t2 to 10 μm or less in the current optical disk manufacturing. Therefore, the minimum value of t1 and t2 is about 10 μm.
一方、屈折率の範囲は光透過層2の材質と光源の波長によって決まるものであり、光ディスクの光透過層の材料として有効なものが含まれる範囲を規定することになる。この場合、1.52から1.72程度とすることで、ポリカーボネートなど光ディスクの光透過層として有効な材料の紫色波長帯での屈折率をカバーすることができる。
On the other hand, the range of the refractive index is determined by the material of the
更に、本発明の別の実施形態に係る光ディスクの光透過層の厚さと屈折率の範囲は図7に示した範囲を持つ。これは、図5で示した実施形態の光ディスクの範囲とほぼ同様ではあるが、領域を曲線ではなく直線で囲んだ範囲としたものである。その効果は前記の実施形態の光ディスクと同等である。 Furthermore, the range of the thickness and the refractive index of the light transmission layer of the optical disc according to another embodiment of the present invention has the range shown in FIG. This is almost the same as the range of the optical disc of the embodiment shown in FIG. 5, but the range is a range surrounded by a straight line instead of a curve. The effect is equivalent to the optical disc of the above embodiment.
次に、本発明の別の実施形態に係る光ディスク51の断面図の例を図8に示す。ポリカーボネートから成る基板52上(図中では下)に例えば相変化記録膜を含む情報記録層53が形成される。その上には透明性の中間層54が形成され、更にその上に別の情報記録層55が形成される。なお、情報記録層53及び55は共に金属反射膜による再生専用層でも良いし、共に記録再生可能層であっても良いし、その一方のみが再生専用層でもう一方が記録再生可能層であっても良い。次に、この情報記録層55の上に光透過層56が形成されている。光透過層56は例えばポリカーボネイトである。製造工程としては、例えば情報記録層53が形成された基板52と、情報記録層54が形成された光透過層56が、紫外線硬化樹脂等の粘着剤(中間層54となる)を介して接着される。
Next, FIG. 8 shows an example of a cross-sectional view of an
上記の中間層54の役割は、一方の情報記録層を再生している場合に他方の情報記録層からの情報の漏れ込み(クロストーク)を光学的に遮断することである。その意味では、2層の情報記録層の間隔はできるだけ離れていた方がよく、中間層54の厚さは厚い方がよいことになる。しかし、その場合には記録再生する光学系に負担がかかることになる。すなわち、対物レンズの負荷として光透過層表面から中間層の中心までの厚さを規定した場合には、どちらの情報記録層を記録再生する場合でも、中間層の半分の厚さの厚み誤差による収差が発生するからである。従って、記録再生光学系の収差という観点からは中間層の厚さは薄い方が良いことになる。つまり、中間層の厚さは情報記録層間のクロストークと記録再生光学系の収差におけるトレードオフ関係の妥協点に定められることになる。
The role of the
次世代光ディスクシステムの仕様として、例えば光源波長405nm、対物レンズ25のNA=0.65を用いた場合、上記のトレードオフを考えて中間層の厚さは20μm〜30μm程度が適当である。2層ディスクの光透過層の厚さ規定としては、光透過層56の厚さの最小値と、光透過層56と該光透過層に接する情報記録層55と中間層54の厚さの合計値の最大値で表すのが良い。このときの光ディスクの光透過層の厚さと屈折率の範囲は図9に示した範囲となる。なお、これまでの実施形態と同様に光ディスクの光透過層の屈折率が1.622、厚さが0.6mmのレンズ負荷、及びシステムの許容収差が0.04λを仮定している。規定された領域は次に示す範囲である。
As specifications of the next-generation optical disc system, for example, when the light source wavelength is 405 nm and the
屈折率n:1.52≦ n ≦1.72
光透過層厚:f(n)−t1 以上
光透過層+情報記録層55+中間層54の厚さ:f(n)+t2以下
t1,t2=17μm
f(n)は式(3)の通り
この様に、中間層の厚さを考慮して許容収差が0.04λに設定されているため、1層の場合と比べて厚さ方向の範囲は広くなる。
Refractive index n: 1.52 ≦ n ≦ 1.72
Light transmission layer thickness: f (n) -t1 or more Light transmission layer +
t1, t2 = 17 μm
In this way, f (n) is as shown in Equation (3). Thus, the allowable aberration is set to 0.04λ in consideration of the thickness of the intermediate layer. Become wider.
更に、本発明の別の実施形態の光ディスクの光透過層の厚さと屈折率の範囲は図10に示した範囲を持つ。これは、図9で示した実施形態の光ディスクの範囲とほぼ同様ではあるが、領域を曲線ではなく直線で囲んだ範囲としたものである。その効果は前記の実施形態の光ディスクと同等である。 Furthermore, the range of the thickness and the refractive index of the light transmission layer of the optical disc of another embodiment of the present invention has the range shown in FIG. This is almost the same as the range of the optical disc of the embodiment shown in FIG. 9, but the range is a range surrounded by a straight line instead of a curve. The effect is equivalent to the optical disc of the above embodiment.
なお、上記2つの実施形態は情報記録層が2層の場合を示したが、2層以上の情報記録層を持つ光ディスクにも適用可能であることは言うまでもない。 The above two embodiments have shown the case where the information recording layer is two layers, but it goes without saying that the present invention can also be applied to an optical disc having two or more information recording layers.
1…光ディスク、2…基板、3…記録層、4…光透過層、20…半導体レーザ、21…コリメートレンズ、22…ビームスプリッタ、23…λ/4板、25…対物レンズ、26…光検出光学系、27…光検出器、11…演算回路、12…レンズ駆動コイル、10…サーボドライバ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical disk, 2 ... Board | substrate, 3 ... Recording layer, 4 ... Light transmission layer, 20 ... Semiconductor laser, 21 ... Collimating lens, 22 ... Beam splitter, 23 ... (lambda) / 4 board, 25 ... Objective lens, 26 ... Light detection Optical system, 27: photodetector, 11: arithmetic circuit, 12: lens driving coil, 10: servo driver
Claims (2)
前記光透過層の屈折率nの関数f(n)と、前記光透過層における収差の許容値に基づいて決定される定数t1,t2とを用いて、前記光透過層の厚さtがf(n)−t1≦t≦f(n)+t2の範囲に設定され、
前記光透過層の屈折率が1.52〜1.72の範囲に設定され、
前記関数f(n)が定数A1、A2、A3を用いて、
Using the function f (n) of the refractive index n of the light transmission layer and constants t1 and t2 determined based on the allowable value of aberration in the light transmission layer, the thickness t of the light transmission layer is f. (N) −t1 ≦ t ≦ f (n) + t2 is set,
The refractive index of the light transmission layer is set in a range of 1.52 to 1.72,
The function f (n) uses constants A1, A2, and A3,
前記光透過層の屈折率nの関数f(n)と、前記光透過層、情報記録層及び中間層でなる層における収差の許容値に基づいて決定される定数t1,t2とを用いて、
前記光透過層の厚さtがf(n)−t1以上に設定され、
前記光透過層と中間層と前記基板に最も近い情報記録層を除く情報記録層との合計の厚さがf(n)+t2以下に設定され、
前記光透過層及び中間層の屈折率が1.52〜1.72の範囲に設定され、
前記関数f(n)が定数A1、A2、A3を用いて、
Using the function f (n) of the refractive index n of the light transmission layer and constants t1 and t2 determined based on the aberration tolerance in the light transmission layer, the information recording layer, and the intermediate layer,
A thickness t of the light transmission layer is set to f (n) −t1 or more;
The total thickness of the light transmission layer, the intermediate layer, and the information recording layer excluding the information recording layer closest to the substrate is set to f (n) + t2 or less,
The refractive index of the light transmission layer and the intermediate layer is set in the range of 1.52 to 1.72,
The function f (n) uses constants A1, A2, and A3,
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Legal Events
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