JP4028479B2 - 多層記録ディスク及び再生システム - Google Patents

Description

本発明は、複数の情報記録層が積層されて形成される多層ディスク及び当該多層ディスクから記録情報の再生を行う再生システムに関する。

従来の光ディスク記録情報の高密度化は、当該ディスク記録面における記録密度を上げることを主眼にしてきた。記録ビームを発射する光源の短波長化や再生系の信号処理と組み合わせて、トラックピッチを詰めたり、記録及び読み取り走査における線速方向に記録密度を上げる試みがなされてきた。

しかしながら、光源の短波長化にしても、紫外領域までであるし、ピットにしてもカッティングの際にディスクに転写できるサイズまでにしか縮小することができないので、こうした記録密度向上のための試みは、ディスクの２次元の領域ではいずれ限界がくるものである。

３次元へ、すなわちディスクの厚さ方向へ記録情報の高密度化を進めるために情報記録層を積層して形成された多層ディスクが提案されている（特許文献１参照）。

しかしながら、このように複数の情報記録層が積層された多層ディスクからでは精度良く記録情報の読み取りを行うことができないという問題があった。
特開平２−２２３０３０号公報

本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、精度良く記録情報の読み取りを行うことが可能な多層ディスク及びこれを用いた再生システムを提供することを目的とする。

請求項１記載による多層記録ディスクは、ディスク表面の内の一方の面側からのみ情報読み取りが為される複数の情報記録面が積層されている多層記録ディスクであって、
前記情報記録面各々の隣接するもの同士の距離ｔは、
３・(1.4ｎ・λ／(NA)^２ ) ≦ ｔ
ＮＡ：読取光を前記情報記録面に導く対物レンズの開口数
λ：前記読取光の波長
ｎ：前記情報記録面各々の間の等価屈折率
を充足し、
前記情報記録面各々の内の少なくとも１の情報記録面にはディスク内周から外周に向けてランレングスリミテッドコード変調の施された情報信号の読取又は記録が為される第１トラックが螺旋状に形成されており、前記情報記録面各々の内の他の情報記録面にはディスク外周から内周に向けてランレングスリミテッドコード変調の施された情報信号の読取又は記録が為される第２トラックが螺旋状に形成されており、
前記第１トラック及び前記第２トラックは前記一方の面側から眺めた螺旋方向が互いに異なると共に、低域限界規格化空間周波数が0.3より大きく、且つ０が７個以上連続することのない（１、７）変調符号化された情報信号が記録されている。

多層記録ディスクの情報記録面各々の隣接するもの同士の距離ｔは、
３・(1.4ｎ・λ／(NA)^２ ) ≦ ｔ
ＮＡ：読取光を前記情報記録面に導く対物レンズの開口数
λ：前記読取光の波長
ｎ：前記情報記録面各々の間の等価屈折率
を充足し、情報記録面各々の内の少なくとも１の情報記録面にはディスク内周から外周に向けて、低域限界規格化空間周波数が0.3より大きく、且つ０が７個以上連続することのない（１、７）変調符号化された情報信号の読取又は記録が為される第１トラックが螺旋状に形成されており、他の情報記録面各々にはディスク外周から内周に向けて、上記（１、７）変調符号化された情報信号の読取又は記録が為される第２トラックが第１トラックとは異なる螺旋方向にて螺旋状に形成されている。

以下、本発明を図に基づいて詳細に説明する。

図１に示されるような、情報記録層として２つの光反射層を有するＲＯＭ型光ディスクは、次のように作製される。

先ず、図２（ａ）に示す如く、第１の記録ピットＰ１を担持した透明基板１１を用意する。透明基板１１は、その表面に螺旋又は同心円状に第１の記録ピットＰ１が配列されたニッケルスタンパ（図示せず）を成形型として、ＰＭＭＡ（ポリメタアクリレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）等の透明樹脂を射出成形することにより得られた透明基板である。射出成形により、ニッケルスタンパの配列ピットがエンボスピットすなわち第１ピットＰ１として基板１１上に転写される。また別の方法としては、ガラス基板を、エッチングによりエンボスピットを持たせるようにして透明基板１１を作製しても良い。

次に、図２（ｂ）に示す如く、真空蒸着装置を用いてこの基板１１のピットＰ１を担持した表面上に、珪素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）または後述される種々の材料を蒸着して、光反射層１２を形成する。このようにして透明基板１１上に第１反射層１２を形成する。

次に、透明スタンパ１３を用意してこれを転写装置に装着する。透明スタンパ１３は、次行程で塗布される放射線硬化型樹脂（紫外線硬化型樹脂）１４を硬化させるに必要な波長帯の光を透過する放射線透過性のガラス又はプラスチックからなる。透明スタンパ１３の表面に螺旋または同心円状に第２の記録ピットが配列されており、図２（ｃ）に示す如く、そのピット面を上方に向けて転写装置に装着する。

次に、図２（ｃ）に示す如く、透明スタンパ１３のピット面上に、液状の放射線硬化型樹脂１４を供給する。

次に、透明基板１１を、第１反射層１２を下方に向けて液状の放射線硬化型樹脂１４を介して透明スタンパ１３のピット面上に載置する。このように、第１反射層１２及び透明スタンパ１３間に放射線硬化型樹脂１４を保持させる（図２（ｄ））。

次に、図２（ｄ）に示す状態のままで、透明スタンパ１３側すなわち図面下方から放射線を照射して、第１反射層１２上の放射線硬化型樹脂１４を硬化させる。このようにして、透明スタンパ１３の配列ピットを第２ピットＰ２として担持した硬化した放射線硬化型樹脂１４上に転写する。

次に、図２（ｅ）に示す如く、放射線硬化型樹脂の硬化後、この放射線硬化型樹脂１４の層から透明スタンパ１３を剥離する。かかる樹脂層１４は、数１０μｍの厚みで形成できる。また、必ずしも紫外線硬化樹脂でなくても同様の層を形成するものならば、他の材料でも良い。

次に、図２（ｆ）に示す如く、真空蒸着装置を用いて、この基板１１上の放射線硬化型樹脂１４のエンボスピットすなわちピットＰ２を担持した表面上に、珪素、アルミニウムまたは後述される種々の材料を蒸着し、光反射層１５を形成する。このように、放射線硬化型樹脂１４上に第２反射層１５を積層形成する。

次に、図２（ｇ）に示す如く、第２反射層１５を保護する放射線硬化型樹脂からなる保護層１６を積層して、所要の特性を有する第１及び第２反射層１２，１５を積層した光ディスクを得る。

反射層１２（または１５）と透明樹脂層１４との間、もしくは反射層１５と保護層１６との間には、光を透過する他の保護膜があっても良い。また、（ｆ）の工程から（ｃ），（ｄ），（ｅ）の工程と同様に、透明スタンパ，放射線硬化型樹脂及び光反射材を繰り返し使用することにより、３つ以上の反射層（記録面）を形成することができる。

このような作製方法では、第１ピットを形成するのに透明基板にエンボスピットを持たせるようにしているが、図３の如く、平坦なガラス基板１１Ａを用い、１０μｍ程度の薄い２Ｐ層（紫外線硬化樹脂層）１４においてエンボスピットを持たせるようにしても良い。この場合、反射層１２Ａと樹脂層１４の界面が第１情報記録面となる。

上述の如きディスクは、情報記録層の積層数が多いほどディスクの記録密度が向上することとなるが、以降では説明の簡略化のために、情報記録面が２つ存在するＲＯＭ型光ディスクを一例として、本発明光ディスクの所要の事項を述べる。

図１のように、透明基板１１の外面側から情報記録面へ向けて記録情報としてのピットを検出するための読取光が照射され、反射層１５すなわち第２の情報記録面の記録情報を読み取る場合を想定する。また、透明基板１１，第１の光反射層１２，透明樹脂層１４，第２の光反射層１５の各々は、実際には屈折率が異なるが、ここでは先ず、簡単に説明するために、全て同一の屈折率ｎであると仮定する。

読取光は、記録情報を読み取るために、対物レンズを介して第１または第２の情報記録面のいずれかに合焦させられる。例えば、読取光源として赤の半導体レーザを用い、該レーザビームを対物レンズを介して１μｍ程度のビームスポットに絞る。第２の情報記録面に合焦させるためには、例えば一度対物レンズをディスクから充分遠ざけてから、徐々にディスクに近づける動作を行う。かかる動作において、当該読取光の反射光に基づいて得られるフォーカスエラー信号（かかるフォーカスエラー検出系は周知のもの、ここでは詳述しない）は、図４のように、対物レンズとディスクとの間の距離の変位量に応じて基板の表面１１、第１情報記録面、第２情報記録面の各々に対応したＳ字カーブを示す。故に当該フォーカシング動作の開始から３番目のＳ字カーブで、フォーカスサーボのインフォーカス（引き込み動作）をかけることにより、第２情報記録面に読取光の焦点を合わせることができる。

参考までに、第２情報記録面に読取光が合焦しているときの、第１情報記録面での読取光（レーザ光ビーム）スポットの大きさａは、図５のような幾何学的模式図を用いて求めることができる。これは、図６から分かるように、読取光が第１情報記録面に合焦している場合の第２情報記録面における光ビームのスポットサイズと同じである。

ビームスポット径ａと第１，第２情報記録面間の距離ｔは、
（数５）
２ｔ・tanθ´＝ａ …（１．１）の関係がある。

一方、スネルの法則により、
（数６）
sinθ／sinθ´＝ＮＡ／sinθ´＝１／ｎ …（１．２）となる。なお、ｎは、第１，第２情報記録面間の材質すなわち透明樹脂層１４の等価屈折率である（第１，第２情報記録面間に複数層が存在する場合、ｔはこれら情報記録面の間のトータルの厚みとし、ｎは、複数層を光学的に１つのものに置き換えたときの等価屈折率とする）。

なお、図５及び図６では、透明基板１１と第１及び第２情報記録面間の材質の屈折率を同じとしたが、図７から分かるように、
（数７）
sinθ／sinθ´＝１／ｎ₁ …（１．３）
（数８）
sinθ´／sinθ´´＝ｎ₁／ｎ₂ …（１．４）により、
（数９）
sinθ／sinθ´´＝１／ｎ₂ …（１．５）となり、必ずしも透明基板１１の屈折率と同一である必要はない。

（１．２）式より、
（数１０）
sinθ´＝ＮＡ×ｎ …（１．６）であるから、
（数１１）
θ´＝sin^-1（ＮＡ×ｎ） …（１．７）である。

（１．７）式を（１．１）式に代入すれば、
（数１２）
ａ＝２ｔ×tan｛sin^-1（ＮＡ×ｎ）｝ …（１．８）となる。

本発明の主要な特徴事項としては、ある情報記録層に読取光の焦点を当てて信号を読み取る際に他の情報記録層はデフォーカス状態となるが、各デフォーカス状態の読取特性（ＭＴＦ特性）と情報記録層間の距離との関係から、他の情報記録層の記録信号の読取成分がノイズにならないように、その情報記録層間距離及び記録する信号の帯域を定めることが挙げられる（事項１）。さらに、この事項１を前提に、デフォーカス時の再生レベルが高域で急激に落ちることに鑑み、低域成分を抑圧した方式により各記録面に信号を記録すること（事項２）、各情報記録面による読取信号の変調度に鑑み、読取光の入射側に近いほうの情報記録面の反射率を遠いほうの情報記録面よりも小さくすること（事項３）、さらなるＳ／Ｎの向上を図るべく、各情報記録面の反射光帯域を異ならしめること（事項４）、材料選定の容易性を考慮して、読取光の入射側に近いほうの情報記録面に、２種の波長光を同時に照射したときにのみ大きな反射率を示す材料を採用すること（事項５）、光反射層の材質に頼ることなくＳ／Ｎの向上を図るべく、情報記録面間に液晶層を配して読取光の入射側に近いほうの情報記録面を読み取る際に他の情報記録面への当該読取光の入射を遮断すること（事項６）、再生系におけるフォーカス制御及びトラッキング制御を含む読取動作の円滑な遂行に鑑み、各記録面における記録トラックのスパイラル方向を定めること（事項７）、再生系におけるランダムアクセスを考慮し、全ての情報記録面に関するＴＯＣ情報を記録すること（事項８）が挙げられる。さらに本発明は、読取光のエネルギー密度が情報記録層によって異なることに着目し、読取光のエネルギー密度に応じた光量または波長にて戻り光を生成させる光反射材により情報記録層を形成すること（事項９）を提示する。

以下、順にこれら各事項を説明する。

先ず事項１及び２について説明する。

図５及び図６のように、積層された２の情報記録面のうちの１つに焦点を当て読取光を照射しているときには、当該読取光は、デフォーカスした状態で他の情報記録面の記録情報を読み取っている（すなわち読取光による全ての反射光は当該他の情報記録面の記録情報に応じたデフォーカス時の反射成分を有する）ことになる。このデフォーカスした状態でのＭＴＦ特性及びオンフォーカス状態のＭＴＦ特性が、図８に示される。かかるＭＴＦ特性は、読取光が入射されそれを反射せしめる光学的伝達特性を有するディスクを対象として、結像理論によるＯＴＦ特性に基づくものである。

図８において、記録情報を読み取るべく読取光が合焦された情報記録面の読取信号（反射光）は、オンフォーカスの曲線（太線）に従い、読み取りの対象としていない他の情報記録面の読取信号（反射光）は、それに相当するデフォーカスでの曲線（細線）に従う。

かかる細線による特性曲線によれば、デフォーカス収差Ｗ₂₀ ^rms ＝０．１λ，０．２λ，０．３λ…をもってデフォーカスしても空間周波数の低域において再生レベル（反射光レベル）があまり落ちず、また高域で少し持ち上がる。これらデフォーカス時における再生レベルは、読み取るべき情報記録面（オンフォーカス状態にある情報記録面）以外の情報記録面（デフォーカス状態にある情報記録面）についてのものであるので、オンフォーカス時における再生レベルと比べて小さいほど良い。

デフォーカス時の再生レベルをオンフォーカス時の再生レベルの例えば１／１０以下とするために、デフォーカス収差量に対応して、規格化空間周波数すなわち記録信号の周波数帯域を限定すると、図９のグラフの如くなる。すなわち、グラフ中の曲線ｆ_max が示す規格化空間周波数を上限とし曲線ｆ_min が示す規格化空間周波数を下限とする帯域（限定帯域）に絞り込んで情報記録面に信号（ピット）を記録すれば良い。デフォーカス収差の０．２〜１．２ｒｍｓλの全てに亘ってオンフォーカスでの再生レベルに対しデフォーカスでの再生レベルを１／１０以下とするためには、規格化空間周波数の帯域が０．７〜１．７であることが要求される。

このような絞り込みは、かかる限定帯域とすべく、直流成分を抑圧するランレングスリミテッド（ＲＬＬ）コードにより記録信号を形成したり、伝達特性を制限するパーシャルレスポンスを用いて記録信号帯域のシェーピングをしたり、ＦＭやＰＭ、ＱＡＭ、ＱＰＳＫ、ＶＳＢといったキャリア変調による記録信号を形成したりする方法によって実現することができる。

かくして、デフォーカス収差を０．２ｒｍｓλ以上にすれば、使用可能な記録信号の帯域を設定できることが分かる。

次に、デフォーカス収差を０．２ｒｍｓλ以上としたときの第１情報記録層と第２情報記録層との間の距離の上限及び下限値を求める。

・下限値
読取信号中のデフォーカス情報記録面による反射光成分は、オンフォーカス情報記録面から第１及び第２情報記録層間距離ｔ（図５及び図６参照）に相当する分だけデフォーカスしたときのＯＴＦにほぼ従う。このときのデフォーカス収差Ｗ₂₀ ^rms は、

である。デフォーカス情報記録面の反射光成分がオンフォーカス情報記録面の反射光成分に対し十分抑圧されるためには、上述の如く少なくともＷ₂₀ ^rms ＞０．２λが不可欠であるので、

（数１７）
∴ ｔ＞１．３９ｎλ／ＮＡ² …（１．１３）となる。

ｎ＝１．５とすれば、
（数１８）
ｔ＞２λ／ＮＡ² …（１．１４）である。

例えば、記録信号が７個以上０が連続しない０，１符号化による（１，７）変調符号で、最短反転間隔２Ｔ（Ｔはサンプル周期）が例えば規格化空間周波数で１．２、最大反転間隔８Ｔがその１／４の０．３であったとすると、図９より、デフォーカス収差量が０．６ｒｍｓλ以上あれば、１．２〜０．３の規格化空間周波数帯域において、オンフォーカスでの再生レベルに対しデフォーカスでの再生レベルが１／１０以下となることを充足する。Ｗ₂₀ ^rms ＝０．６λとし、ｎ＝１．５，λ＝６８０ｎｍ，ＮＡ＝０．５５とすると、上式（１．１０）より、第１及び第２情報記録層間の厚みｔは、１４μｍ以上あれば良いことが分かる。

また、Ｗ₂₀ ^rms ＝０．２λとし、同じくｎ＝１．５，λ＝６８０ｎｍ，ＮＡ＝０．５５とすると、上式（１．１０）より、第１及び第２情報記録層間の厚みｔには４．６７μｍの下限値が導かれるが、フォーカスサーボにおけるインフォーカスのキャプチャレンジを考慮すると、厚みｔは１０μｍよりも大きくさせることが望ましい。

すなわち、デフォーカス情報記録面からの反射光により、フォーカスエラー信号に誤信号を有することとなるが、これを十分小さくするには、図４に示される如きキャプチャーレンジＣＲの３倍程度必要である。通常キャプチャーレンジは、少なくとも３〜４μｍ以上は必要であるから、
（数１９）
∴ ｔ≧１０μｍ …（１．１５）となる。

この式（１．１５）によって定められる下限値及び先の式（１．１０）に基づいて定められる下限値のうち値の大きい方を採用することが好ましい。

・上限値
情報記録面間の距離ｔが大きくなりすぎると、球面収差が増えて記録信号を読み取れなくなるため、厚さｔの上限値が導かれる。

すなわち、図１０の如きｉ（ｉは２以上の整数）個の情報記録面を有するディスクにおいて、第１情報記録面Ｓ₁ を読む場合と第ｉ情報記録面Ｓ_i を読む場合では、光に対する厚みが（ｉ−１）ｔだけ異なる（ｔは記録面間距離、各記録面間は等距離）。このとき、球面収差が発生してしまう。

いま、第１情報記録面Ｓ₁ と第ｉ情報記録面Ｓ_i との間の中間点に対して球面収差の補正されたレンズを用いて、第１情報記録面Ｓ₁ または第ｉ情報記録面Ｓ_i を読む時ｉ個の各層の記録層内で発生する球面収差は、

となる。通常光ディスクの再生において、波面収差値はマレシャルクライラリオン（０．０７ｒｍｓλ）より小さくする必要があることが経験上知られている。波面収差には対物レンズの収差やディスク傾きによる収差も含めて考える必要があるので、Ｗ₄₀ ^rmsの許容量は約０．０７ｒｍｓλの１／２以下にする必要があるので、

（数２２）
∴ ｔ ≦ 7.5ｎ³λ／｛（ｎ²−1）ＮＡ⁴（ｉ−1）｝ …（１．１８）である。

いま、ｎ≒１．５とすると、
（数２３）
ｔ ≦（２０／ＮＡ⁴）｛λ／（ｉ−１）｝ …（１．１９）となり、さらにｉ＝２とすれば、
（数２４）
ｔ≦２０λ／ＮＡ⁴ …（１．２０）となる。

故に（１．１４）式及び（１．２０）式によってｎ＝１．５，ｉ＝２の場合の情報記録面間の距離ｔは、
（数２５）
２λ／ＮＡ² ≦ ｔ ≦ ２０λ／ＮＡ⁴ …（１．２１）と定められる。この式に基づき、比較的採用しやすい実際上の値にてＮＡ及びλを変えてｔの下限及び上限値を求めたものが図１１の表に示される。さらにこの条件に（１．１５）式を加え、
（数２６）
１０μｍ ≦ ｔ ≦ ２０λ／ＮＡ⁴ …（１．２２）を充足することが好ましい。

かくして事項１をまとめると、既述の式（１．１３），（１．１８）の如く、
（数２７）
1.39nλ／（NA）²≦ｔ≦7.5n³λ／｛（n²-1）（NA）⁴（i-1）｝ …（Ｉ）を満たす多層構造ディスクを作製することにより、デフォーカス情報記録面による影響を受けることなくフォーカス情報記録面の記録情報を読み取ることができる。そしてさらに好ましくは、上式に加えて、
（数２８）
10μｍ≦ｔ≦7.5n³λ／｛（n²-1）（NA）⁴（i-1）｝ …（ＩＩ）を満たすことにより、フォーカスサーボにおける引き込み動作可能幅であるキャプチャレンジに基づくフォーカスエラー信号の保全をなすことができるのである。

なお、事項１及び２では、情報記録面の各々が異なる反射光帯域を有することが要求されない。

次に、上記事項３について説明する。

これは、入射する読取光の波長により反射率や透過率が変化しない膜を各情報記録面の反射膜として用いる場合に適用される。

例えば、図１において、第２情報記録面（反射層１５）の読み取りにおいては、第１情報記録面（反射層１２）を透過してきた光が第２情報記録面で反射し、この反射した光がさらに第１情報記録面を透過して、ディスクの反射光として光源側に戻ってきた光が受光され、その受光量に応じた読取信号が得られる。各反射層は、光を吸収しないものとして、第１情報記録面の反射率をα，透過率を（１−α）、第２情報記録面の反射率をβ，透過率を（１−β）とし、読取光量をＰとし、第２情報記録面を透過した光はほぼディスクの反射光として戻ってこないと仮定し、各情報記録面のピットによる変調度をｋとすると、第１情報記録面を読む際に得られる読取信号の変調度Ｍ１は、
（数２９）
Ｍ１＝Ｐαｋ／｛α＋（１−α）²β｝
＝Ｐαｋ／（α＋β−２αβ＋α²β）
≒Ｐαｋ／（α＋β） …（３．１）
第２情報記録面を読む際に得られる読取信号の変調度Ｍ２は、
（数３０）
Ｍ２＝Ｐ（１−α）²βｋ／｛α＋（１−α）²β｝
≒Ｐ（１−α）²βｋ／（α＋β） …（３．２）
α，βともに１より小さい数であり、従って（１−α）²は、１より小さい数の２乗値である。従って（３．１）式と（３．２）式が同じような値になるためには、βはαより十分大きな必要がある。すなわち、読取光が入射する側から見て、遠い情報記録面の反射率は、近い情報記録面の反射率より大きく設定する必要がある。

例えば、α＝０．３６，β＝０．９とすると、
（数３１）
Ｍ１≒０．３６Ｐｋ／１．２６ …（３．３）
（数３２）
Ｍ２≒０．３７Ｐｋ／１．２６ …（３．４）というように、Ｍ１とＭ２はほぼ等しくなる。この場合の各情報記録面における反射率特性を示したものが図１２であり、横軸λが読取光の波長を表しており、縦軸Ｒはその読取光による反射率を表している。

なお、事項３でも、情報記録面の各々が異なる反射光帯域を有することが要求されない。

次に、上記事項４について説明する。ここでは、情報記録面の各々が異なる反射光帯域を有することが要求される。

上記図１２とともに説明した実施例では、単一波長の読み取り光源を用いて複数の情報記録面を読み取るときの反射膜の条件を示したが、理想的には、１つの情報記録面を読み取るときには、他の情報記録面は無色透明であることが望ましい。読み取り光源の波長を複数にし、各反射膜にこれら波長にそれぞれ対応して反射するようなものを採用すると、これに近い状態とすることができる。しかし、完全に無色透明というわけにはいかないので、この場合でも、上記式（Ｉ）を、好ましくは（ＩＩ）を満たすことが望ましい。

従って、当該式（Ｉ）または（ＩＩ）を満たした上で、図１３に示されるように、第１情報記録面Ｓ₁ は、波長λ₁ の読取光で、第２情報記録面Ｓ₂ は波長λ₂ の読取光で、第３情報面Ｓ₃ は、波長λ₃ の読取光で読み取るものとする。すなわち、図１４に示されるように、第１情報記録面の反射膜は、波長λ₁ で大きな反射率を示し、λ₂，λ₃では、反射率は落ちて、透過率が上がり、第２情報記録面の反射膜は、波長λ₂ で大きな反射率を示し、λ₁，λ₃では、反射率は落ちて、透過率が上がり、第３情報記録面の反射膜は、波長λ₃ で大きな反射率を示し、λ₁，λ₂では、反射率は落ちて、透過率が上がるような特性に設定するのである。これにより、Ｓ／Ｎの良好な読取信号が得られる。なお、このような反射膜には、例えば、色素材料等を用いて、波長選択性の有る光反射材が採用される。

次に、上記事項５について説明する。ここでは、複数の情報記録面のうち読取光の入射側に近いほうの情報記録面が所定の反射率特性を有することが要求される。

上記図１３及び図１４とともに説明した実施例では、読み取り光が、複数の波長を有する場合を示したが、読取光の波長を１種類とし、当該読取光以外の光源を用いて情報記録面の反射膜の反射率特性を変えつつ記録情報を読み取るようにしても良い。

例えば、フォトクロミック材料の中には、図１５のように、波長λ₂ の単独の入射光では、反射率に変化がないが、波長λ₂ の入射光に加えて波長λ₁ の光を照射すると、波長λ₂ 及びこの前後の波長において反射率が上がるものがある。

そこで、図１６に示すように、透明基板１１に近い方の情報記録面の反射膜１２Ｂを、フォトクロミック材料とする。例えば、読み取り光源を赤色レーザダイオードとし、付加光として緑色の光源を照射した時には、情報記録面であるフォトクロミック層が反応して、赤色での反射率が上がるようなディスクを作製する。

かかるディスクの記録情報再生システムとしては、図１７のように、赤色のレーザービーム読取光をディスクに照射して情報検出をなすピックアップ３１は１個だけ設けられ、このピックアップとは別に緑色光を発射するランプ３２が設けられる。ランプ３２は、第１情報記録面（１２Ｂ）を読むときは、上述の如く作製されたディスク３３（少なくともピックアップ３１の情報検出点及びその近傍）を照射すべく点灯され、第２情報記録面（１５）を読むときは緑色ランプ３２を消灯する。

また、図１８のように、ピックアップ３１Ａ内部に緑色の発光ダイオード３１０を有し、このダイオード出力光と情報検出出力を得るための赤色のレーザーダイオード３１１により発射された赤色の読取光とを合成してディスク３３に照射するようにしても良い。

図１８において、情報検出用赤色レーザ３１１の発射光は、緑色反射板３１２を透過してハーフミラー３１３及び対物レンズ３１４を介してディスク３３に入射する。ディスク３３から反射した赤色光は、ハーフミラー３１３を反射して赤色フィルタ３１５及び光学系３１６を介しフォトディテクタ３１７に導かれる。かかる光学系３１６は、例えば平行平板及びレンズからなり、フィルタ３１５を透過した光をフォトディテクタ３１７へ導き集光する。一方、付加光源たる緑色発光ダイオード３１０の発射光は、レンズ３１８を介して緑色反射板３１２に入射しかつここで反射され、反射板３１２を透過したレーザ３１１からの赤色光とともにディスク３３へ入射する。

第１情報記録面を読み取るときは、駆動回路により緑色ダイオード３１０を発光させ、ディスク３３に赤色及び緑色の両波長光を照射して図１５の点線の特性の状態で読取動作をなす。第２情報記録面を読み取るときには、緑色ダイオード３１０を消灯させ、ディスク３３に赤色の波長光のみを照射して図１５の実線の特性の状態で読取動作をなす。従って、緑色ダイオード３１０は、読み取るべき情報記録面に対応してオンオフ駆動される。

さらに、かかるピックアップ３１Ａの如き構成のピックアップを複数用いて高読取転送レートの再生システムとしても良い。例えば当該ピックアップを２つ用意し、一方のピックアップを第１情報記録面の読み取り用に、他方のピックアップを第２情報記録面の読み取り用に、それぞれの赤色レーザ及び緑色ダイオードを動作させる。これにより、両情報記録面を同時に読み取ることができ、単位時間当たり沢山の情報を読み出すことができるので、大量の記録情報を扱うシステムに好適である。かかる構成では、必要に応じて一方と他方のピックアップの読み取る情報記録面を反対にすることも可能である。

なお、読取光及び付加光は赤色光及び緑色光であるとして説明したが、可視光でなくても、赤外や紫外光であっても良いし、場合によっては、電磁波やＸ線等で特性の変わるものであっても良い。また、付加光源としてはフォトダイオードやランプに限られることなく、レーザダイオードであっても良い。なお、図１８におけるダイオード３１０の発射光は、レーザほど絞ってディスク３３の情報記録面に照射する必要はないので、レンズ等の光学部品には負荷とならない。また、フォトディテクタ３１７には、記録情報の読み取り光成分だけを入射した方が望ましいので、赤色光のみを透過するフィルタ３１５がその前段に介挿され、読取効率の向上が図られている。

次に、上記事項６について説明する。ここでは、情報記録面の各々が異なる反射光帯域を有することを要求しない。

上記図１５ないし図１８とともに説明した実施例では、読取光に付加光を照射することにより反射率特性の変わる反射層を用いたが、図１９のように、透面電極に挟まれた液晶層により各情報記録層における反射率を変えるようにしても良い。

図１９において、透明基板１１には第１の情報記録層として透明かつ導電性の反射層５１が積層されるとともに、この反射層５１は、ディスク５０の外表面に例えば最外周近傍に配された導体リング５１ｒと電気的に導通するよう接続される。保護層１６に積層された第２の情報記録層としての反射層１５及び透明樹脂層１４上には透明電極層５２が形成される。かかる一対の透明電極層５１，５２の間にはスペース部５３に囲繞された液晶層５４が形成される。導体リング５２ｒは、導体リング５１ｒよりも内周側に離間して配され、各リングは、露出している。

このディスク５０を読取再生するときには、各リングの露出面にブラシを接触させつつ当該ディスクを回転させる。そうして、第１情報記録面を読み取るときには、駆動回路５７によって、一方の導体リング５１ｒに接触するブラシ５５と、他方のリング５２ｒに接触するブラシ５６との間に液晶層５４を暗とすべき駆動電圧を印加しながら読取光を入射する。これにより、暗となった液晶層５４によって第２情報記録層１５への読取光の入射が遮断されるので、第１情報記録面のみが読み取られることとなる。第２情報記録面を読み取るときには、駆動回路５７がオフとされ液晶層５４が明となるので、読取光が第２情報記録層に到達し、第２情報記録面が読み取れる。

かかる構成によって、第１情報記録面の読み取り時に、第２情報記録面へ入射する読み取り光がなくなるので、第２情報記録面の記録信号による不要な反射光成分を生じることなく第１情報記録面を読み取ることができ、さらなるＳ／Ｎの向上が達成される。

次に、事項７について説明する。

単一のピックアップで複数の情報記録面の読み取りをする場合は特に、次の点に鑑みるべきである。

ディスクの１の情報記録面において、例えばスパイラルトラック状に内周から外周へと信号が記録され、当該情報記録面に記録された最後の信号が別の記録情報記録面に続くものとすると、各情報記録面におけるスパイラルの向きが同じであり、ディスクの回転方向を変えないならば、図２０に示されるように、当該最後の信号に続くべく別の情報記録面の読取動作に移行するときに、内周に戻って、フォーカスを取り直す必要がある。また、ＣＬＶであるならば、ディスクの回転数を極端に変えなければならない。これに対し当該最後の信号の読取後、そのまま外周でフォーカスを取り直して、別の情報記録面の読取動作を外周から行うためには、ディスクを逆回転にしなければならない。

かかる不具合に鑑みれば、図２１に示されるように、例えば、第１情報記録面と第２情報記録面とで記録トラックのスパイラル方向を逆とし、第１情報記録面で内周から外周へと信号を読み取り、最後の信号を読み取った後は、ディスクの回転方向も回転数も変えずにフォーカスを取り直し、そのまま第２情報記録面の読取動作に移行して外周から内周へと読み取ることが好ましい。こうすることにより、多層構造ディスクの読取動作の円滑な連続性を保つことができる。情報記録層が３層あるディスクであれば、少なくとも１層が逆スパイラルになっていれば、かかる連続性が保てることになる。

なお、情報記録層が２つある場合、フォーカスの取りやすさを考慮すれば、第１情報記録面における読み取りは、外周スタートで、内周に進み、当該情報記録面の最後の信号を読み取った後は、フォーカスを取り直して、第２情報記録面の読み取りを内周から外周に進ませるのが良い。また、スパイラルトラックに限らず同心円トラックにも本事項は適用可能である。

次に、上記事項８について説明する。ここでは、再生系のランダムアクセスの容易性を考慮している。

複数の情報記録面のうちの１つをイニシャル面とし、このイニシャル面の所定の記録領域にディスクの全記録情報についてのアロケーション情報（通常のＣＤで使用されているようなＴＯＣ情報に等価な情報，以下、ＴＯＣ情報と呼ぶ）を記録する。これを示したのが図２２であり、例えば第１情報記録層をイニシャル面に定め、その記録領域の先頭部にＴＯＣ情報を記録する。かかるＴＯＣエリアには、第１から第ｍまでの当該ディスクの全ての情報記録層についてのＴＯＣ情報が個別に記録される。

このように記録されたＴＯＣ情報を読取動作の立ち上げの際に予め読み取っておくことにより、後に指示されるランダムアクセスに機敏に応答することができる。

他の方法としては、図２３に示されるように、情報記録層の各々にＴＯＣエリアを設け、このエリアに第１から第ｍまでの当該ディスクの全ての情報記録層についてのＴＯＣ情報を記録するようにしても良い。これによれば、イニシャル面を特に定めなくとも、どの情報記録面からでもディスク全体についてのＴＯＣ情報を読み取ることができる。

事項９の説明の前に、先の図１０を参照し、情報記録面Ｓ_i を読み取るべく基板１１及び情報記録面Ｓ₁ 〜Ｓ_i-1 を読取光が透過し情報記録面Ｓ_i に焦点制御された場合（Ａ）を考える。この場合、情報記録面Ｓ_i で反射した戻り光は、再び情報記録面Ｓ₁ 〜Ｓ_i-1 を透過し基板１１を経て図示せぬ受光系に導かれる。ここで、最下層の情報記録面Ｓ_i の反射率が１００％、基板１１と情報記録面Ｓ₁ との間の透過率及び各情報記録面間の透過率をそれぞれαとすると、基板１１から出る戻り光の光量は、α²ⁱで表される。例えば当該透過率が９０％で情報記録面の積層数が１０である場合はα＝０．９、ｉ＝１０であるので、ディスクへ入射する読取光量１００％に対し僅か１２％の戻り光量しか得られない。この試算においては情報記録面Ｓ_i の反射率を１００％にしたが、情報記録面Ｓ_i が他の情報記録面と同様の光反射及び透過特性を有する場合、基板１１から出る戻り光の光量は、α^i-1（α−１）α^i-1で表される。この場合にα＝０．９、ｉ＝１０とすると、ディスクへ入射する読取光量１００％に対しさらに少ない１．５％の戻り光量しか得られないことになる。このように、記録面の多層構造においては、最下層の情報記録面まで読取光を通過させるために中間の各情報記録層の透過率を高くする必要がある一方、情報記録層の透過率を高くすると読み取るべき情報記録面において読取光を十分に反射できず十分な光量の戻り光が得られないという矛盾がある。

そこで読み取るべき情報記録面すなわち読取光の焦点制御がなされている情報記録面についてのみ十分な戻り光量を得る方法を模索した結果、読取光のエネルギー密度が情報記録面でそれぞれ異なり、しかも読取光の焦点制御がなされている情報記録面では読取光のエネルギー密度が最大であることに着目した。例えば、情報記録面間距離ｔ＝２００μｍ，対物レンズの開口数ＮＡ＝０．５，情報記録面間の屈折率ｎ＝１．５とすると、情報記録面Ｓ₃ に読取光の焦点が合わせられている場合（Ｂ）に、情報記録面Ｓ₂ での読取光スポットの直径は、近似計算で２００÷１．５×０．５×２＝１３２［μｍ］となる。合焦点での読取光スポットは約１μｍであるので、情報記録面Ｓ₂ における読取光のエネルギー密度は情報記録面Ｓ₃ の１／１００以下となり、結局、隣合う情報記録面において読取光のエネルギー密度に相当な差があることが分かる。

本事項においては、かかる情報記録面間における読取光のエネルギー密度の相違を利用し、情報記録面Ｓ₁ 〜Ｓ_i を形成する反射層に、光エネルギー密度に応じた反射率を示す材料を採用する。つまり、読取光が合焦し光エネルギー密度が最大となった場合に反射率が著しく上昇しこれ以外の場合では比較的高い透過率を持つような性質の光反射材にて情報記録膜を形成するのである。このような情報記録膜としては、フォトクロミック膜、サーモクロミック膜、もしくは相変化膜等が挙げられる。かかる情報記録膜にて各情報記録面が形成された多層記録ディスクに対しては、単一の読取光で所望の情報記録面の読み取りを行うことができる。読取光の合焦位置にある情報記録面では、上記の性質により入射した読取光を高い反射率で反射させる一方、読取光の合焦位置にない情報記録面では入射した読取光を高い透過率で透過させるので、ディスクの戻り光には合焦位置にある情報記録面により変調された成分が多分に含まれ、合焦位置にない情報記録面により変調された成分は極めて少ない。従ってこのような戻り光から読み取るべき情報記録面の読取信号を良好に得ることができるのである。

また、本事項においては、かかる情報記録面間における読取光のエネルギー密度の相違を利用し、情報記録面Ｓ₁ 〜Ｓ_i を形成する反射層に、光エネルギー密度に応じた反射帯域を示す材料を採用する。つまり、読取光が合焦し光エネルギー密度が最大となった場合に読取光とは異なる波長成分を反射しこれ以外の場合では読取光と同等の波長成分を反射するような波長変換をなす性質の光反射材にて情報記録膜を形成するのである。このような情報記録膜としては、フォトルミネッセンス膜、蛍光色素膜、光半導体膜等が挙げられる。かかる情報記録膜にて各情報記録面が形成された多層記録ディスクに対しても、単一の読取光で所望の情報記録面の読み取りを行うことができる。読取光の合焦位置にある情報記録面では、上記の性質により入射した読取光とは異なる第２波長の光を反射させる一方、読取光の合焦位置にない情報記録面では入射した読取光と同じ第１波長の光を反射させるので、ディスクの戻り光には合焦位置にある情報記録面により変調された第２波長光と、合焦位置にない情報記録面により変調された第１波長光とが含まれる。従ってこのような戻り光から第２波長光を抽出しこれを読み取るべき情報記録面の読取信号として得ることができるのである。

第２波長光を抽出する手段を含む再生システムの一例は、図２４に示されており、図１８と同等の部分には同一の符号が付されている。

図２４において、上述の如き情報記録面Ｓ₁ ，Ｓ₂ ，Ｓ₃ を形成する反射層に光エネルギー密度に応じた反射帯域を示す材料が採用された光ディスク３３´には、光源３１１´からの波長λ1 のレーザビームが読取光としてハーフミラー３１３及び対物レンズ３１４を介して照射される。この光ディスク３３´への読取光が真ん中の情報記録面Ｓ₂ に合焦するようフォーカス制御されると、情報記録面Ｓ₂ における光エネルギー密度が増大し、情報記録面Ｓ₂ に入射した波長λ1 の読取光の一部成分はここで波長λ₂ の反射光に変換される。同時にこの波長λ1 の読取光の他の成分は情報記録面Ｓ₁ ，Ｓ₃ に達するが、ここでは光エネルギー密度が極めて低いので波長λ1 のまま読取光が反射する。かくしてディスク３３´からは波長λ1 の戻り光と波長λ₂ の戻り光が得られ、これらが対物レンズ３１４及びハーフミラー３１３を経て光学フィルタ３２０に導かれる。フィルタ３２０は、波長λ₂ の光成分のみを透過する抽出手段を担い、ハーフミラー３１３からの波長λ1 の戻り光を遮断し、波長λ₂ の戻り光のみをフォトディテクタ３１７へ供給する。従って、ディテクタ３１７は、読み取るべき情報記録面Ｓ₂ の記録信号によって変調された戻り光だけを受光することができる。ディテクタ３１７は、その受光量に応じた電気信号を読取信号として図示せぬ信号処理系に供給する。

なお図２４では波長の変化の様子を明瞭に表すために実際とは異なる形で模式的に光路が描かれている。また、対物レンズ３１４やハーフミラー３１３には、波長λ1 及び波長λ₂ の双方について同等の光学特性を有するものを採用するのが好ましい。さらに、光エネルギー密度に応じた波長変換をなす情報記録層を有するディスクとしては、上述した如き反射型に限らず透過型のものにも適用することができる。

上述したように、本発明においては、多層記録ディスクの情報記録面各々の隣接するもの同士の距離ｔを、
３・(1.4ｎ・λ／(NA)^２ ) ≦ ｔ
ＮＡ：読取光を前記情報記録面に導く対物レンズの開口数
λ：前記読取光の波長
ｎ：前記情報記録面各々の間の等価屈折率
とし、更に、情報記録面各々の内の少なくとも１の情報記録面にはディスク内周から外周に向けて、低域限界規格化空間周波数が0.3より大きく、且つ０が７個以上連続することのない（１、７）変調符号化された情報信号の読取又は記録が為される第１トラックを螺旋状に形成すると共に、他の情報記録面各々にはディスク外周から内周に向けて、上記（１、７）変調符号化された情報信号の読取又は記録が為される第２トラックを上記第１トラックとは異なる螺旋方向にて螺旋状に形成するようにしている。

これにより、多層記録ディスクから記録情報の読み取りを行って得られた読取信号のＳ／Ｎが向上するので、精度良く記録情報の読み取りを行うことが可能になる。

本発明による実施例における、情報記録層として２つの光反射層を有するＲＯＭ型光ディスクの構造を示す断面図。 図１における光ディスクの作製方法を説明するための各工程におけるディスク断面図。 図１における光ディスクと等価な構造を有するＲＯＭ型光ディスクの構造を示す断面図。 図１及び図３の光ディスクに対するフォーカシング動作において、対物レンズとディスクとの間の距離の変位量に対するフォーカスエラーレベルを示すグラフ。 図１及び図３の光ディスクにおいて光ビームが第２情報記録面に合焦しているときの、第１情報記録面での光ビームの大きさを示す幾何学図。 図１及び図３の光ディスクにおいて光ビームが第１情報記録面に合焦しているときの、第２情報記録面での光ビームの大きさを示す幾何学図。 図１及び図３の光ディスクにおいて、透明基板と第１及び第２情報記録面間の層との屈折率が同一でない場合の、光ビームの第２情報記録面合焦時における第１情報記録面上光ビームの大きさを示す幾何学図。 図１及び図３の光ディスクにおいて、光ビームのデフォーカス及びオンフォーカス状態のＭＴＦ特性を示すグラフ。 デフォーカス時の再生レベルをオンフォーカス時の再生レベルの１／１０以下とした場合の、デフォーカス収差量に対する規格化空間周波数の最大値及び最小値を示すグラフ。 光ディスクにおける情報記録面間の距離の上限値を導く説明及び読取光の各情報記録面における光エネルギー密度の相違の説明をするための、ｉ個の情報記録面を有するディスクの簡略的断面図。 光ディスクにおける情報記録面間の距離の上限及び下限値の計算例を示す図表。 光ディスクの、読取光の入射する側に近い一方の情報記録面、及び他方の情報記録面の反射率特性を示すグラフ。 第１ないし第３情報記録面をそれぞれ異なる波長の読取光で読み取る様子を示すディスクの簡略的断面図。 図１３における光ディスクの各情報記録面の反射率特性を示すグラフ。 フォトクロミック材料の反射率特性を示すグラフ。 多層記録ディスクの断面を示す図。 図１６におけるディスクの記録情報を再生する再生システムの構成を示すブロック図。 図１６におけるディスクの記録情報を再生する他の実施例の再生システムの構成を示すブロック図。 液晶層を有する多層記録ディスクの断面図及び外観図。 多層記録ディスクにおける各情報記録面の記録トラックのスパイラル方向の不具合を説明するための模式図。 多層記録ディスクにおける各情報記録面の記録トラックのスパイラル方向を説明するための模式図。 多層記録ディスクにおけるＴＯＣ情報の記録形態の一例を示す模式図。 多層記録ディスクにおけるＴＯＣ情報の記録形態の他の例を示す模式図。 多層ディスクの記録信号を読み取る再生システムの構成を示すブロック図。

符号の説明

１１，１１Ａ 透明基板
１２，１２Ａ 第１反射層
１３ 放射線透過性透明スタンパ
１４ 紫外線硬化型樹脂層
１５ 第２反射層
１６ 保護層
Ｓ₁ 〜Ｓ_i 情報記録面
１２Ｂ フォトクロミック反射膜
３１，３１Ａ，３１Ａ´ ピックアップ
３１０ 緑色光ＬＥＤ
３１１ 赤色レーザ
３１２ 緑色反射板
３１３ ハーフミラー
３１４ 対物レンズ
３１５ 赤色フィルタ
３１６ 光学系
３１７ フォトディテクタ
３１８ レンズ
５０ 多層記録ディスク
５１，５２ 透明電極層
５１ｒ，５２ｒ 導体リング
５３ スペース部
５５，５６ ブラシ
５７ 駆動回路
３１１´ 読取光源
３２０ 光学フィルタ

Claims (5)

1. ディスク表面の内の一方の面側からのみ情報読み取りが為される複数の情報記録面が積層されている多層記録ディスクであって、
   前記情報記録面各々の隣接するもの同士の距離ｔは、
   ３・(1.4ｎ・λ／(NA)^２ ) ≦ ｔ
   ＮＡ：読取光を前記情報記録面に導く対物レンズの開口数
   λ：前記読取光の波長
   ｎ：前記情報記録面各々の間の等価屈折率
   を充足し、
   前記情報記録面各々の内の少なくとも１の情報記録面にはディスク内周から外周に向けてランレングスリミテッドコード変調の施された情報信号の読取又は記録が為される第１トラックが螺旋状に形成されており、前記情報記録面各々の内の他の情報記録面にはディスク外周から内周に向けてランレングスリミテッドコード変調の施された情報信号の読取又は記録が為される第２トラックが螺旋状に形成されており、
   前記第１トラック及び前記第２トラックは前記一方の面側から眺めた螺旋方向が互いに異なると共に、低域限界規格化空間周波数が0.3より大きく、且つ０が７個以上連続することのない（１、７）変調符号化された情報信号が記録されていることを特徴とする多層記録ディスク。
2. 前記情報記録面各々の間の距離ｔは、
   １０μｍ ≦ ｔ
   を充足することを特徴とする請求項１記載の多層記録ディスク。
3. 前記情報記録面各々の内の少なくとも１つの情報記録面には前記情報記録面各々の内の他の情報記録面に関する管理情報が記録されていることを特徴とする請求項１記載の多層記録ディスク。
4. 前記情報記録面各々の内の少なくとも１つの情報記録面には他の全ての前記情報記録面各々に関する管理情報が記録されていることを特徴とする請求項１記載の多層記録ディスク。
5. ディスク表面の内の一方の面側からのみ情報読み取りが為される複数の情報記録面が積層されており、前記情報記録面各々の隣接するもの同士の距離ｔが、
   ３・(1.4ｎ・λ／(NA) ^２ ) ≦ ｔ
   ＮＡ：読取光を前記情報記録面に導く対物レンズの開口数
   λ：前記読取光の波長
   ｎ：前記情報記録面各々の間の等価屈折率
   を充足し、前記情報記録面各々の内の少なくとも１の情報記録面にはディスク内周から外周に向けて、低域限界規格化空間周波数が0.3より大きく、且つ０が７個以上連続することのない（１、７）変調符号化された情報信号が記録されている第１トラックが螺旋状に形成されており、前記情報記録面各々の内の他の情報記録面にはディスク外周から内周に向けて前記（１、７）変調符号化された情報信号が記録されている第２トラックが前記第１トラックとは異なる螺旋方向にて螺旋状に形成されている多層ディスクから記録情報の再生を行う再生装置であって、
   前記第１トラックに記録されている前記情報信号をディスク内周から外周に向けて読み取る第１読取手段と、
   前記第２トラックに記録されている前記情報信号をディスク外周から内周に向けて読み取る第２読取手段と、を備えたことを特徴とする再生装置。

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