JP2997512B2

JP2997512B2 - 多層光記録媒体

Info

Publication number: JP2997512B2
Application number: JP2184007A
Authority: JP
Inventors: 広行永谷
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-07-13
Filing date: 1990-07-13
Publication date: 2000-01-11
Anticipated expiration: 2015-01-11
Also published as: JPH0478033A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、独立に記録再生が可能な少なくとも二層
の記録膜を有する多層光記録媒体と、これを用いて情報
を記録再生するための光記録再生装置に関する。

（従来の技術）光ビームの照射により情報の記録再生を行うディスク
状またはカード状の光記録媒体において、面記録密度を
上げるために記録膜を二層またはそれ以上積層した多層
媒体が提案されている（例えば特開昭63−113947号公報
等）。

このような多層光記録媒体を用いた光情報記録再生装
置においては、記録再生時に記録再生を行う層の記録膜
に対して選択的にフォーカス制御、すなわち光ビームの
焦点合わせを行う必要がある。このフォーカス制御を行
うために、従来では各層の記録膜毎に波長の異なる光源
を用いて記録膜の層を選択していた。これは単一レンズ
を用いて波長の異なる光ビームを通すと、レンズの波長
分散により焦点位置も変わるという現象を利用したもの
である。

しかしながら、この方法では波長の異なる複数の光源
が必要となるために、光学系の構造が複雑になり、光ヘ
ッドが大型化するとともに、コストも高くなってしま
う。

（発明が解決しようとする課題）上述したように、従来の多層光記録媒体を用いた光情
報記録再生装置では、各層の記録膜に対して選択的にフ
ォーカス制御を行うために、波長の異なる複数の光源を
用いていることにより、光学系の構造が複雑化して光ヘ
ッドが大型となり、コストも高くなるという問題があっ
た。

本発明は、単一波長の光源を用いて各層の記録膜に対
し選択的にフォーカス制御を行うことができる多層光記
録媒体および光記録再生装置を提供することを目的とす
る。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記課題を解決するため、本発明にかかる多層光記録
媒体は、ディスク状の基板上に光ビームの照射により記
録再生を行う少なくとも二層の記録膜を積層した多層光
記録媒体であって、その記録領域より内周側である最内
周部および該記録領域より外周側である最外周部の少な
くとも一方の少なくとも一部に、該記録膜のいずれか一
層のみが単独で存在する領域を有することを特徴とす
る。

（作用）本発明においては、記録膜が一層のみ単独で存在する
単層領域を持つことにより、多層光記録媒体の各層の記
録膜単独でのフォーカス誤差信号が得られ、これを用い
て多層領域で各層の記録膜にフォーカス制御を行う場合
に多層領域で得られたフォーカス誤差信号をオフセット
補正するのに必要なオフセット信号が生成される。

すなわち、単一波長の光源を用いて多層領域で得られ
るフォーカス誤差信号は、各層の記録膜のフォーカス点
において零レベルとならず、あるオフセットを持ってい
る。本発明では、このオフセットを補正するのに必要な
オフセット信号が各層の記録膜単独でのフォーカス誤差
信号から計算で求められる。このようなオフセット補正
により、単一波長の光源を用いて、各層の記録膜に対し
選択的にフォーカス制御を行うことができる。

また、本発明の多層光記録媒体では、記録膜が一層の
み単独で存在する単層領域が記録領域外、つまり最内周
部および最外周部の少なくとも一方の少なくとも一部に
設けられているため、この単層領域に光ビームを照射し
てフォーカス誤差信号を検出するようにしても、記録領
域になんら悪影響を与えることはなく、しかも実効的な
記録容量を大きくとることができる。

（実施例）以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

第１図（ａ）（ｂ）は、本発明の第１の実施例に係る
光記録媒体（以下、光ディスクという）の構成を示す平
面図および断面図である。同図に示すように、この光デ
ィスクは透明樹脂基板やガラス基板などの透明のディス
ク状基板10上に第１の記録膜11、中間層13および第２の
記録膜12が順次積層され、中央に中心穴（クランプ領
域）14が設けられている。

記録膜11,12は光ビームの照射により情報の記録再生
を行うためのものであり、具体的な一例を示すと第１の
記録膜11は例えばインジウムをCHとO₂とCFの混合ガス中
でスパッタして形成された膜厚25nmのICOF膜が用いら
れ、第２の記録膜12は例えば膜厚50nmのTe−Ｃ膜が用い
られる。中間層13は透明誘電体膜、例えば膜厚10μｍの
Si₃N₄膜が用いられる。

そして、光ディスクの記録領域外、すなわち記録領域
より内周側および外周側である最内周部および最外周部
に、第１の記録膜11のみが存在する単層領域（リファレ
ンス領域）15,16が設けられている。これらの単層領域1
5,16以外の領域、すなわち第１、第２の記録膜11,12が
中間層13を挟んで積層された領域17を多層領域という。
この多層領域17が記録領域となる。

単層領域15,16は、記録再生時に多層領域17の各記録
膜11,12に対してフォーカス制御を行う時に必要なフォ
ーカス誤差信号を生成するために、多層領域17で得られ
たフォーカス誤差信号に加えるオフセット電圧の計算に
必要な基準となるフォーカス誤差信号を得るためのリフ
ァレンス領域である。但し、本実施例においては、多層
領域17のうち中間より内周側では最内周部の単層領域15
で得られたフォーカス誤差信号、多層領域17のうち中間
より外周側では最外周部の単層領域16で得られたフォー
カス誤差信号がそれぞれオフセット電圧の計算に用いら
れる。

なお、記録膜11,12を上述した組成および膜厚で形成
すると、基板10側から光ビームを照射した場合、多層領
域17における記録膜11からの反射光量と、記録膜12から
の反射光量がほぼ同程度となる。具体的には、記録膜11
単独では反射率が15％、透過率が60％、記録膜12単独で
は反射率が40％である。従って、多層領域17における記
録膜11からの反射率は15％、記録膜12からの反射率は60
％×40％×60％＝14.4％と、ほぼ等しくなる。

第２図は、上述した本発明の光ディスクを用いた光記
録再生装置の実施例を示す図である。光ディスク100は
例えば第１図に示した二層光記録媒体であり、記録再生
時にはモータ101により回転駆動される。光ヘッド102は
光ディスク100に光ビーム（レーザビーム）を照射する
ことによって情報の記録再生を行うもので、単一波長の
レーザビームを発生する半導体レーザなどのレーザ光源
103と、コリメータレンズ104、ビームスプリッタ105、
対物レンズ106、フォーカスアクチュエータ107、シリン
ドリカルレンズ108および４分割の光検出器109からな
る。

すなわち、レーザ光源103から出射されたレーザビー
ムはコリメータレンズ104により平行光とされた後、ビ
ームスプリッタ105で反射されて対物レンズ106に導か
れ、対物レンズ106によって光ディスク100上に集束照射
される。光ディスク100からの反射光は対物レンズ106を
戻り、ビームスプリッタ105を透過して入射光と分離さ
れ、シリンドリカルレンズ108を介して光検出器109に入
射される。光検出器109の出力は、コントロール部110お
よび減算器111に入力される。減算器111は公知の非点収
差法に従って光検出器109の対角方向の二つの出力を加
算して得られた二組の信号の差をとることにより、フォ
ーカス誤差信号を生成する。このフォーカス誤差信号
は、レーザビームの焦点が記録膜11,12の中間に合った
時、零レベルになり、ここから焦点が前後にずれるに従
って逆方向にレベルが変化する信号である。

このフォーカス誤差信号は、フォーカスサーボ回路11
2およびオフセット補正回路113に入力される。オフセッ
ト補正回路113はオフセット設定部114とオフセット電圧
発生部115により構成され、入力されたフォーカス誤差
信号からオフセット量を計算してオフセット電圧を生成
し、フォーカスサーボ回路112に供給する。フォーカス
サーボ回路112は、減算器111からのフォーカス誤差信号
にオフセット電圧を加算し、さらに適当なフィルタ処理
などを施すことによりフォーカス制御信号を生成する。
このフォーカス制御信号に基づいて、アクチュエータ駆
動回路116によりフォーカスアクチュエータ107が駆動さ
れ、対物レンズ106が光軸方向に移動制御されることに
より、フォーカス制御が行われる。

コントロール部110は記録膜11,12を選択するための信
号に従ってオフセット補正回路113を制御する。これに
よって記録膜11,12にそれぞれフォーカス制御を行う際
に必要なオフセット電圧が選択的に得られる。光ディス
ク100へ情報を記録する時には、半導体レーザ103から出
射されるレーザビームが情報信号に応じて変調される。
また、光ディスク100に記録された情報を再生する時に
は、光検出器109の全出力が加算されて再生信号が得ら
れる。その他、第１図には示してしないが、光ディスク
100に照射されるレーザビームを媒体100上のトラックに
追従させるトラッキング制御系が設けられる。

第３図は、第２図におけるオフセット設定部114を詳
しく示すブロック図である。第２図の減算器111から入
力されたフォーカス誤差信号はA/D変換器201によりディ
ジタル化された後、メモリ202および減算回路203に入力
される。メモリ202は光ディスク100の第１図における単
層領域15,16で得られた第１の記録膜11のみに対応する
第１のフォーカス誤差信号を保持するためのもので、減
算回路203は単層領域15,16で得られた第１のフォーカス
誤差信号を多層領域17で得られた第２のフォーカス誤差
信号から差し引いて第２の記録膜12のみに対応する第３
のフォーカス誤差信号を求める演算を行う。メモリ204
は、減算回路203で得られた第３のフォーカス誤差信号
を保持する。

オフセット量演算部205は、メモリ202,204に保持され
た第１、第３のフォーカス誤差信号から、多層領域103
における第１、第２の記録膜11,12に対応するフォーカ
ス誤差信号を求めるためのオフセット量を計算する。計
算されたオフセット量はD/A変換器206でアナログ値に変
換され、第２図のオフセット電圧発生部115に供給され
る。オフセット電圧発生部115は演算増幅器により構成
され、アナログ値のオフセット量を増幅してフォーカス
サーボ回路112に適した電圧レベルの信号に変換する。
なお、メモリ202,204の保持タイミング、減算回路203の
計算タイミング、オフセット量演算回路205の計算タイ
ミングおよび計算方法は、コントロール部110からのコ
ントロール信号によって制御される。

次に、第４図を参照して本実施例におけるフォーカス
制御の動作を詳しく説明する。

まず、コントロール部110の制御により光ディスク100
の最内周部の単層領域15にレーザビームを照射し、単層
領域15での第１の記録膜11のみに対応する第１のフォー
カス誤差信号41を検出する。このフォーカス誤差信号41
を第４図（ａ）に実線で示す。このフォーカス誤差信号
41をメモリ202に保持する。次に、レーザビームの照射
位置を光ディスク100の最内周から少し外周側にシフト
し、多層領域17での第２のフォーカス誤差信号43を検出
する。このフォーカス誤差信号43を第４図（ｂ）に示
す。そして、減算回路203でフォーカス誤差信号43から
メモリ202に保持されているフォーカス誤差信号41を差
し引くことによって、第２の記録膜12のみに対応する第
３のフォーカス誤差信号42を生成し、メモリ204に保持
する。このフォーカス誤差信号42を第４図（ａ）に破線
で示す。このようにしてメモリ202,204にはそれぞれ第
１、第２の記録膜11,12のみに対応するフォーカス誤差
信号41,42が保持されたことになる。但し、フォーカス
誤差信号41,42の検出は、光ディスク100を回転させず静
止させた状態で行う。

次に、メモリ202,204に保持されているフォーカス誤
差信号41,42から、多層領域17において記録膜11,12にそ
れぞれフォーカス制御する時に必要なオフセット量をオ
フセット演算部205で以下のようにして計算する。

すなわち、多層領域17において第１の記録膜11にフォ
ーカス制御する時は、メモリ202に保持されているフォ
ーカス誤差信号41の零クロス点401におけるフォーカス
誤差信号42の電圧値V401をオフセット量とし、第２の記
録膜12にフォーカス制御する時は、メモリ204に保持さ
れているフォーカス誤差信号42の零クロス点402におけ
るフォーカス誤差信号41の電圧値V402をオフセット量と
する。実際にはオフセット量演算部205ではオフセット
量V401,V402に対応するディジタル値が求められ、D/A変
換器206でアナログ値に変換された後、オフセット電圧
発生部115でV401,V402となる。

ここで、多層領域17で検出されるフォーカス誤差信号
43は、各記録膜11,12がそれぞれ単独で存在する場合の
第４図（ａ）に示したフォーカス誤差信号41,42を足し
合わせたものに相当するから、このフォーカス誤差信号
43上で零点から正方向、負方向にそれぞれV401,V402に
等しいV411,V412なる量だけシフトした点411,412が各記
録膜11,12のフォーカス点に対応する。この多層領域17
で検出されたフォーカス誤差信号43に、フォーカスサー
ボ回路112においてオフセット電圧発生部115からのオフ
セット量V401,V402を加えることにより、各記録膜11,12
へのフォーカス制御に必要なフォーカス制御電圧が得ら
れる。すなわち、この操作により記録膜11,12へのフォ
ーカス制御時には、フォーカス誤差信号43の零レベルラ
インがそれぞれV411,V412だけシフトされ、点411,412が
それぞれの場合の零レベルとなる。

このようにして多層光ディスクを用いながら、オフセ
ット補正回路113を追加するだけで従来の単層の光ディ
スクを用いた場合と同様に、単一波長のレーザ光源103
を用いた光ヘッドにより、各層の記録膜11,12に対して
個々にフォーカス制御を行うことが可能となる。

また、本実施例では最内周部および最外周部にそれぞ
れ単層領域15,16を設け、これらを光ディスク100の半径
方向の内側半分と外側半分とで使い分けてフォーカス誤
差信号のオフセット補正を行う。これにより同一の光デ
ィスク内で半径方向において膜厚や反射特性に違いがあ
る（例えば膜厚は製造工程上、内周側から外周側に向け
て少しずつ厚くなる傾向がある等）場合でも、ディスク
上の位置によらず安定したフォーカス制御を行うことが
可能となる。

上記実施例では記録膜が２層の場合について述べた
が、３層あるいはそれ以上の多層の場合でも本発明を適
用することができる。その場合、第５図に示すように基
板50上に記録膜51,52,53を中間層54,55を間に介して積
層する際、記録膜51のみが存在するリファレンス領域、
記録膜51,52のみが存在するリファレンス領域が形成さ
れるように、各層を階段状にすればよい。

また、上記実施例ではリファレンス領域を光ディスク
の最内周部と最外周部に設定し、フォーカス誤差信号の
オフセット補正もこれに対応して内周側と外周側とで分
けて行ったが、リファレンス領域をどのように設定して
も良く、どのリファレンス領域を用いてフォーカス誤差
信号のオフセット補正を行っても良い。

リファレンス領域を上記のように最内周部と最外周部
に設けた場合、フォーカス誤差信号のオフセット補正を
単純に内周側と外周側に分けて行うのでなく、線形補間
などにより半径方向中間部のオフセット量を補間により
求めてオフセット補正を行うことにより、一層精密なフ
ォーカス制御を実現することも可能である。

さらに、リファレンス領域と多層領域とを光ディスク
の半径方向で分けずに、第６図に示すように光ディスク
の円周方向でリファレンス領域61,62と多層領域63を分
けても良い。この場合、光ビームの照射位置を円周方向
に移動させることにより、リファレンス領域61,62と多
層領域63でのフォーカス誤差信号の検出を別々に行うこ
とができる。

次に、本発明の第４の実施例を説明する。

第７図（ａ）（ｂ）は、第４の実施例に係る光ディス
クの平面図および断面図である。この光ディスクは透明
樹脂基板やガラス基板などのディスク状基板70上に第１
の記録膜71、中間層73および第２の記録膜72が順次積層
され、中央に中心穴（クランプ領域）74が設けられてい
る。記録膜71,72は光ビームの照射により情報の記録再
生を行うためのものであり、具体的な一例を示すと第
１、第２の記録膜71,72はいずれもインジウムをCHとO₂
とCFの混合ガス中でスパッタして形成された膜厚25nmの
ICOF膜が用いられ、中間層13は例えば膜厚10μｍのSi₃N
₄膜が用いられる。

そして、この実施例では光ディスクの記録領域より内
周側である最内周部に、リファレンス領域として第１の
記録膜71のみが存在する単層領域75aと第２の記録膜72
のみが存在する単層領域76aが設けられ、記録領域より
外周側である最外周部にも、同様にリファレンス領域と
して第１の記録膜71のみが存在する単層領域75bと第２
の記録膜72のみが存在する単層領域76bが設けられてい
る。これらの単層領域75a,75b,76a,76b以外の領域、す
なわち第１、第２の記録膜71,72が中間層73を挟んで積
層された領域77が多層領域であり、この多層領域77が記
録領域となる。

記録膜71,72を上述した組成および膜厚で形成した場
合、基板70側から光ビームを照射した時の多層領域77に
おける記録膜71からの反射光量と、記録膜72からの反射
光量は異なる。具体的には、各記録膜71,72単独では反
射率が共に40％であり、記録膜71の透過率は60％であ
る。従って、多層領域77における記録膜71からの反射率
は40％、記録膜72からの反射率は60％×40％×60％＝1
4.4％となる。

この実施例におけるオフセット設定部114の構成は、
第３図と同様でよい。

次に、第８図を参照して本実施例におけるフォーカス
制御の動作を説明する。

まず、コントロール部110の制御により光ディスクの
領域75aにレーザビームを照射し、領域75aでの第１の記
録膜71のみに対応する第８図（ａ）に示すフォーカス誤
差信号81を検出してメモリ202に保持する。次に、レー
ザビームの照射位置を光ディスクの最内周から少し外周
側にシフトし、領域76aでの第２の記録膜72のみに対応
する第８図（ａ）に示すフォーカス誤差信号82を検出し
てメモリ204に保持する。そして、第１の実施例と同様
にメモリ202,204に保持されているフォーカス誤差信号8
1,82の各々の零クロス点801,802における他方のフォー
カス誤差信号82,81の電圧値V801,V802を求める。

次に、レーザビーム照射位置をさらに外周側に少しシ
フトし、多層領域77での第８図（ｂ）に示すフォーカス
誤差信号83を検出する。このフォーカス誤差信号83から
メモリ202に保持されているフォーカス誤差信号81を差
し引き、信号84を生成する。そして、フォーカス誤差信
号82の振幅V803と信号84の振幅V813との比をとり、この
比をV801に乗じることによって、多層領域77で検出され
たフォーカス誤差信号83における記録膜71のフォーカス
点811のオフセット量V811を求める。すなわち、を計算する。

一方、記録膜71で検出されたフォーカス誤差信号81
は、記録膜71からの反射光が他の記録膜72を通過しない
ことから、V802がそのまま記録膜71のフォーカス点812
のオフセット量V812に対応する。

すなわち、多層領域77においてレーザビームが第２層
目の記録膜72に入射する時と反射する時に、第１層目の
記録膜71を通過することによる減衰分を補正したことに
なる。従って、第１層目の記録膜71にフォーカス制御を
行う場合はオフセット量V811、第２層目の記録膜72のフ
ォーカス制御を行う場合はオフセット量V812をフォーカ
ス制御信号にそれぞれ加えればよい。

この実施例によれば、第８図（ａ）に示すようにリフ
ァレンス領域において得られる各記録膜71,72に対応し
たフォーカス誤差信号81,82が同レベルの振幅を持って
おり、これらの信号を比較することによりオフセット量
を計算している。従って、多層領域77での第２層目の記
録膜72からの反射光量が第１層目の記録膜71からの反射
光量より少なくなる場合においても、記録膜72にフォー
カス制御を行う場合のオフセット量の設定精度が低下し
ないという利点がある。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば多層光記録媒体
に記録膜が一層のみ単独で存在する単層領域を設け、こ
の単層領域から検出されるフォーカス誤差信号を用いて
多層領域から検出されるフォーカス誤差信号を補正する
オフセット補正回路をフォーカス制御系に付加すること
により、単一波長の光源を用いて多層光記録媒体に対す
るフォーカス制御を安定に行うことができる。

すなわち、光記録再生装置の立ち上げ時間を短縮する
ためには、単層領域からのフォーカス誤差信号の検出を
光記録媒体の静止時または立上がりの低速回転時に行う
ことが望ましいが、そのような状況では光記録媒体上で
の光ビームのエネルギー密度が大きい。従って、もし単
層領域が記録領域内に存在していると、単層領域からの
フォーカス誤差信号検出時に、光ビームがエネルギー密
度の大きい状態で記録領域を照射することになるため、
記録領域の記録膜を損傷したり、記録されている情報を
消去してしまう可能性があるが、本発明のように単層領
域を記録領域外の最内周部や最外周部に設けるようにす
れば、このような問題を伴うことなく、単層領域からフ
ォーカス誤差信号を検出することが可能となる。

さらに、このように多層領域から検出されるフォーカ
ス誤差信号の補正のためのフォーカス誤差信号が検出さ
れる単層領域を記録領域外に設けると、記録領域のうち
情報の記録に実際に利用できる面積を大きくとることが
でき、単層領域を記録領域内に設けた場合に比較して実
効的な記録容量を増大させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）は本発明の第１の実施例に係る多層
光記録媒体の平面図および断面図、第２図は本発明に係
る光記録再生装置の構成を示すブロック図、第３図は第
２図におけるオフセット設定部を詳細に示すブロック
図、第４図は同実施例におけるフォーカス誤差信号のオ
フセット補正動作を説明するための図、第５図は本発明
の第２の実施例に係る多層光記録媒体の断面図、第６図
は本発明の第３の実施例に係る多層光記録媒体の平面
図、第７図（ａ）（ｂ）は本発明の第４の実施例に係る
多層光記録媒体の平面図および断面図、第８図は同実施
例におけるフォーカス誤差信号のオフセット補正動作を
説明するための図である。 10,50,70……基板 11,12,51〜53,71,72……記録膜 13,53,54,55……中間層 14,74……中心穴 15,16,61,62,75a,75b,76a,76b……リファレンス領域
（単層領域） 17,63,77……多層領域 41,42,43,81,82,83……フォーカス誤差信号 100……光ディスク 102……光ヘッド 103……レーザ光源 112……フォーカスサーボ回路 113……オフセット補正回路 114……オフセット設定部 115……オフセット電圧発生部 202,204……メモリ 203……減算回路 205……オフセット演算部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G11B 7/24 522 G11B 7/09 G11B 7/095 G11B 7/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ディスク状の基板上に光ビームの照射によ
り記録再生を行う少なくとも二層の記録膜を積層した多
層光記録媒体において、前記多層光記録媒体上の記録領域より内周側である最内
周部および該記録領域より外周側である最外周部の少な
くとも一方の少なくとも一部に、前記記録膜のいずれか
一層のみが単独で存在する領域を有することを特徴とす
る多層光記録媒体。