JP7122509B2 - 光ディスク、その製造方法、光情報装置及び情報処理方法 - Google Patents

光ディスク、その製造方法、光情報装置及び情報処理方法 Download PDF

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Description

本発明は、光を照射して情報の記録または再生を行う光ディスクに関し、特に3層以上の情報記録面を備える光ディスクの層間隔の構造、および、その多層光ディスクの情報を再生あるいは、その多層光ディスクに情報を記録する方法や装置に関する。
高密度、大容量の光情報記録媒体として市販されているものでDVDやBlu-ray(登録商標)ディスク(以降、BDと呼ぶ)と呼ばれる光ディスクがある。これらの光ディスクは画像、音楽、コンピュータデータを記録する記録媒体として広く利用されている。さらに記録容量を増すために、特許文献1~特許文献4に示すように記録層を複数有するものも提案されている。
図16は、従来の光ディスクと光ピックアップの構成を示す図である。光源1から出射された発散性の光ビーム701は、偏光ビームスプリッタ52に入射する。偏光ビームスプリッタ52に入射した光ビーム701は、偏光ビームスプリッタ52によって反射され、球面収差補正手段93を備えたコリメートレンズ53によって略平行光に変換されて透過し、4分の1波長板54を透過して円偏光に変換された後、対物レンズ561で収束ビームに変換され、光ディスク401の透明基板を透過し、光ディスク401内部に形成された第1記録面401a、第2記録面401b、第3記録面401c、第4記録面401dのいずれかの上に集光される。対物レンズ561は、第1記録面401aと第4記録面401dの中間の深さ位置で球面収差が極小になるように設計され、各記録面401a~401dに集光する場合に発生する球面収差は、球面収差補正手段93がコリメートレンズ53の位置を光軸方向に移動することにより除去される。
対物レンズ561の開口はアパーチャ551で制限され、開口数NAを0.85としている。第4記録面401dで反射された光ビーム70は、対物レンズ561、4分の1波長板54を透過して往路とは90度異なる直線偏光に変換された後、偏光ビームスプリッタ52を透過する。偏光ビームスプリッタ52を透過した光ビーム701は、シリンドリカルレンズ57を経て、光検出器320に入射する。光ビーム701には、シリンドリカルレンズ57を透過する際、非点収差が付与される。
光検出器320は、図示しない4つの受光部を有し、それぞれ受光した光量に応じた電流信号を出力する。これら電流信号から、非点収差法によるフォーカス誤差信号(以下FE信号とする)、プッシュプル法によるトラッキング誤差信号(以下TE信号とする)、光ディスク401に記録された情報信号(以下RF信号とする)が生成される。FE信号およびTE信号は、所望のレベルに増幅および位相補償が行われた後、アクチュエータ91および92に供給されて、フォーカスおよびトラッキング制御がなされる。
ここで、仮に厚みt1~t4が全て同じ長さである場合には、以下の様な問題が発生する。例えば、第4記録面401dへの記録再生を行うために第4記録面401dに光ビーム701を集光したとき、光ビーム701の一部は、第3記録面401cで反射する。第3記録面401cから第4記録面401dまでの距離と、第3記録面401cから第2記録面401bまでの距離が同じなので、第3記録面401cで反射した光ビーム701の一部は第2記録面401bの裏側に結像し、その反射光が再び第3記録面401cで反射して本来読み出すべき第4記録面401dからの反射光に混入してしまう。さらに、第2記録面401bから第4記録面401dまでの距離と、第2記録面401bから光ディスク401の表面401zまでの距離も同じなので、第2記録面401bで反射した光ビーム701の一部が光ディスク401の表面401zの裏側に結像し、その反射が再び第2記録面401bで反射して、本来読み出すべき第4記録面401dからの反射光に混入してしまう。このように、本来読み出すべき第4記録面401dからの反射光に、他層の裏側に結像した反射光が多重に重なって混入し記録/再生に支障をきたすという問題がある。このような光は、干渉性が高く、受光素子上で干渉による明暗分布を形成する。さらに、この明暗分布は、光ディスク面内の微少な中間層厚みばらつきによる他層反射光との位相差変化に応じて変動するため、サーボ信号および再生信号の品質を著しく低下させてしまう。以後、本明細書では、これを裏焦点課題と呼ぶ。
特許文献1~3は、この裏焦点課題を解決するために、各記録面の間の面間厚みを互いに相異なるようにした構成を開示している。
また、光ディスクシステムは、表面から入射し、記録面において反射した光を検出するので、表面から光ディスク面まで光が通過する透明材料の屈折率も影響を与える。そこで、特許文献4で、屈折率を考慮した多層ディスク構造が開示されている。光ディスクは、Nを4以上の自然数として(N-1)層の情報記録面を有し、カバー厚み、中間層厚みを光の入射する側から順にそれぞれdt1、dt2、・・、dtNとしたとき、i≦j<k≦m≦Nとなる任意の自然数i、j、k、mに対してdtiからdtj迄の和とdtkからdtmまでの和の間の差DFFを1um以上にする。屈折率nrの部分の形状的な厚みdtrは、前記厚みdtrによる光ビームの広がり量と同じ広がり量を起こす屈折率noの厚みdtoへ変換する。DFFはdtoに基づいて算出する。dtoはf(n)とdtrの積によって求める。この時、f(n)=-1.088n+6.1027n-12.042n+9.1007である。
さらに、中間層の厚みと屈折率を、球面収差が一定範囲に入る範囲に設定するため、屈折率nrが標準的な値noと異なる部分の形状的な厚みdtrの目標値は、屈折率noの厚みdtoと、屈折率nの関数g(n)の積を計算して求める。この時、g(n)は、g(n)=-1.1111n+5.8143n-9.8808n+6.476である。
国際公開第2010/044245号 特開2007-149210号公報 特開2007-257759号公報 国際公開第2011/024345号
近年インターネット環境、コンピュータの能力向上、などに伴い世界中で産み出される情報の量も記録すべき情報の量も飛躍的に増加している。そこで、データセンターなどで情報を安全、安価、低エネルギーで保存する媒体として高密度大容量の光ディスクの必要性が高くなっている。すなわち、蓄えるべき情報量の増大に応え、BDを3層、4層に拡張するとともに記録密度も高くしたBDXL(登録商標)をさらに超える高い記録密度の光ディスクを実現する必要が生じている。記録密度を上げるために、対物レンズの開口数を従来の0.85よりもさらに高くすることが有力な方法である。しかし、従来例には開口数は0.85を前提とした開示しかなく、開口数をさらに高くした場合に関数f(n)と関数g(n)を従来例とは変えなければならないのか、さらには変える場合にはどう変えるべきかに関する開示例がなく、安定した制御信号の検出や情報信号の読み取りを行うことのできる大容量光ディスクが実現する指針がないという課題があった。
本開示は、上述した従来の状況に鑑みて案出され、従来よりも、より高密度大容量の光ディスクを提供することを目的とする。
本発明では、上述の課題を解決するため、以下のような光ディスクを構成する。
(構成1)
少なくとも片側に、光ビームが照射される表面から順番に少なくともカバー層、第1情報記録面、第1中間層、第2情報記録面、第2中間層、第3情報記録面を有した光ディスクの製造方法であって、光ディスクの情報記録、あるいは、情報再生を行う際に前記光ディスクの記録面上に前記光ビームを収束させる対物レンズの開口数は0.91であって、表面から第1から第3の情報記録面までの夫々の厚みの標準値dk(k=1,2,3)は標準屈折率noを前提として設定され、表面から第1から第3の情報記録面までの形状的な厚さの目標値は前記第1から第3の情報記録面までの屈折率nに依存した変換係数g(n)と標準値dkの積により決定され、g(n)=-0.859218n+4.55298n-7.70815n+5.19674であることを特徴とする光ディスクの製造方法。
(構成2)
少なくとも片側に、光ビームが照射される表面から順番に少なくともカバー層、第1情報記録面、第1中間層、第2情報記録面、第2中間層、第3情報記録面を有した光ディスクの製造方法であって、光ディスクの情報記録、あるいは、情報再生を行う際に前記光ディスクの記録面上に光ビームを収束させる対物レンズの開口数は0.91であって、カバー層、第1中間層、第2中間層の形状的な厚みが夫々trk(k=1,2,3)のとき、形状的な厚みtrkと、厚みを形成する材料の屈折率nに依存した変換係数f(n)の積によって標準屈折率noを前提とした実質厚みtkを算出し、f(n)=-1.37834n+7.62795n-14.7462n+10.7120であって、tkは互いに一定値以上の違いがあり、tkはいずれも一定値よりも大きい値であることを特徴とする光ディスクの製造方法。
(構成3)
構成2記載の光ディスクの製造方法であって、tkは互いに1μm以上の違いがあり、tkはいずれも10μmよりも大きい値であることを特徴とする光ディスクの製造方法。
(構成4)
少なくとも片側に、光ビームが照射される表面から順番に少なくともカバー層、第1情報記録面、第1中間層、第2情報記録面、第2中間層、第3情報記録面を有した構成2または3のいずれかの光ディスクの製造方法であって、光ディスクの情報記録、あるいは、情報再生を行う際に光ディスクの記録面上に光ビームを収束させる対物レンズの開口数は0.91であって、表面から第1から第3の情報記録面までの夫々の厚みの標準値dk(k=1,2,3)は標準屈折率noを前提として設定され、表面から第1から第3の情報記録面までの形状的な厚さの目標値は第1から第3の情報記録面までの屈折率nに依存した変換係数g(n)と標準値dkの積により決定され、g(n)=-0.859218n+4.55298n-7.70815n+5.19674であることを特徴とする光ディスクの製造方法。
(構成5)
構成1から4記載のいずれかの光ディスクの製造方法によって作成された光ディスクであって、各記録面には凹凸形状の溝が設けられており、凹部と凸部の両方に情報を記録し、前記凹凸形状の溝のピッチpは、p<0.6μmであることを特徴とする光ディスク。
(構成6)
構成5記載の光ディスクを再生または記録する光情報装置であって、光ピックアップと、光ディスクを回転するモータと、光ピックアップから得られる信号を受け、モータや対物レンズやレーザ光源を制御および駆動する電気回路を具備し、電気回路によって、フォーカスジャンプに先立ってジャンプする中間層により発生する球面収差を補正して、焦点位置を移動することを特徴とする光情報装置。
(構成7)
構成5記載の光ディスクを再生または記録する情報処理方法であって、光ピックアップと、光ディスクを回転するモータと、光ピックアップから得られる信号を受け、モータや対物レンズやレーザ光源を制御および駆動する電気回路を具備し、電気回路によって、フォーカスジャンプに先立ってジャンプする中間層により発生する球面収差を補正して、焦点位置を移動することを特徴とする情報処理方法。
本開示によれば、多層(面)構造光ディスクにおける裏焦点課題を防止して各記録面での反射光同士の干渉を減らすことによって、サーボ信号および再生信号の品質を向上できる。そして特に隣接記録面からのクロストークの影響を低減して再生信号品質を向上でき、より高密度の光ディスクを実現することができる。また、多層ディスクにおいて、中間層厚によって生じる球面収差量を所定の範囲に収めることができ、安定なフォーカスジャンプや焦点制御の引き込みを行うことができるという顕著な効果を奏する。
本発明の実施の形態1に係る光ディスク及び光ピックアップの概略構成を示す図 本発明の実施の形態1に係る光ディスクの層構成を示す図 記録再生を行う情報記録面の反射光を示す図 記録再生を行う情報記録面以外の情報記録面の反射光を示す図 記録再生を行う情報記録面以外の情報記録面の反射光を示す図 記録再生を行う情報記録面以外の情報記録面の反射光を示す図 光ディスクの、FS信号振幅と2つの面間厚みの厚み差の関係図 光ディスクの基材厚みとジッタの関係を示す図 本発明の実施の形態1に係る3層光ディスクの層構成を示す図 従来の形状的な厚みを、標準の屈折率に換算する係数の屈折率依存性を示す説明図 本発明の実施の形態1に係る、形状的な厚みを、標準の屈折率に換算する係数の屈折率依存性を示す説明図 本発明の実施の形態1に係る、標準の屈折率における厚みを、実際の屈折率での形状的な厚みに変換する係数を示す説明図 従来の、球面収差量を基準とし、標準屈折率での厚さから形状厚さ目標値への変換係数を示す説明図 本発明の実施の形態1に係る、球面収差量を基準とし、標準屈折率での厚さから形状厚さ目標値への変換係数を示す説明図 本発明の実施の形態の光情報装置の概略説明図 従来の光ディスクと光ピックアップの構成を示す図
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
(実施の形態1)
以下、図1および図2を用いて、本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明の実施の形態1に係る光ディスク及び光ピックアップの概略構成を示す図であり、図2は、本発明の実施の形態1に係る光ディスクの層構成を示す図である。
光ピックアップ201は、波長λが405nmなど青色のレーザ光を光ディスク40に照射し、光ディスク40に記録された信号の再生を行う。
光ディスク40は、一例として4面の情報記録面が形成されている。図2に示すように、光ディスク40は、表面40zに近い側から順に、第1情報記録面40a、第2情報記録面40b、第3情報記録面40c、第4情報記録面40dを有する。
光ディスク40は、さらに、カバー層42、第1中間層43、第2中間層44、第3中間層45を有している。カバー層42(表面40zから第1情報記録面40aまでの基材)の厚みをt1、第1中間層43(第1情報記録面40aから第2情報記録面40bまでの基材)の厚みをt2、第2中間層44(第2情報記録面40bから第3情報記録面40cまでの基材)の厚みをt3、第3中間層45(第3情報記録面40cから第4情報記録面40dまでの基材)の厚みをt4とする。また、表面40zから第1情報記録面40aまでの距離をd1(≒t1)、表面40zから第2情報記録面40bまでの距離をd2(≒t1+t2)、表面40zから第3情報記録面40cまでの距離をd3(≒t1+t2+t3)、表面40zから第4情報記録面40dまでの距離をd4(≒t1+t2+t3+t4)とする。
ここで、情報記録面が4面ある場合の課題について説明する。一つ目の課題として、多面反射光による干渉を図3~図7を用いて説明する。図3のように再生または記録のために集光された光束は、記録層の半透過性により、以下の複数の光ビームに分岐される。
・図3に示される、再生または記録面に集光する光ビーム70、
・図4に示される、第3情報記録面40cで反射し、第2情報記録面40bで焦点を結び反射し、再び第3情報記録面40cで反射する光ビーム71(記録層への裏焦点光)、
・図5に示される、第2情報記録面40bで反射し、表面で焦点を結び反射し、再び第2情報記録面40bで反射する光ビーム72(表面への裏焦点光)
・図6に示される、情報記録面で焦点は結ばないが、第3情報記録面40c、第1情報記録面40a、第2情報記録面40bの順で反射した光ビーム73。
まず、カバー層42、第1中間層43、第2中間層44、第3中間層45の屈折率がすべて同じ場合を考察する。共通の屈折率をnoとする。
例えば、t4=t3の場合、光ビーム70と光ビーム71は表面40zを出射する際に同じ光路を通るので、同じ光束径で光検出器320に入射する。同様に、t4+t3=t2+t1の場合、光ビーム70と光ビーム72が、またt2=t4の時、光ビーム70と光ビーム73がそれぞれ表面40zを出射する際に同じ光路を通るので同じ光束径で光検出器320に入射する。ここで、光ビーム70に対して多面反射光である光ビーム71~73の光強度は小さくはなるが、干渉のコントラストは光強度ではなく光の振幅に依存する。光の振幅は、光強度の平方根の大きさになるので、多少光強度に差があっても、干渉のコントラストは大きくなる。等しい光束径で光検出器320に入射すると干渉による影響は大きく、光検出器320で受光した光量は微少な層間厚みの変化で大きく変動を起こし、安定な信号を検出することが困難となる。
図7は、光ビーム70と、光ビーム71、光ビーム72または光ビーム73の光強度比を100:1とし、かつカバー層42と第1中間層43の屈折率がいずれも約1.6(1.57)である場合の層間厚みの差に対するFS信号(光強度の総和)振幅を示す図である。図7において、横軸は層間厚みの差、縦軸はFS信号振幅であり、多層光からの反射がないと仮定して光ビーム70のみを光検出器320で受光したDC光量によって規格化した値を示してある。また、図7のように、層間厚みの差が約1μm未満になるとFS信号が急激に変動することがわかる。
なお、図5の光ビーム72と同様に、カバー層42の厚みt1と第1中間層43~第3中間層45の厚みの総和である(t2+t3+t4)との差が1μm以下になってもFS信号の変動などの問題が生じる。
二つ目の課題として、隣接する情報記録面間の層間距離が小さすぎると、隣接する情報記録面からのクロストークの影響を受けるため所定値以上の層間距離が必要となる。そこで、層間厚みの検討を行い、最小層間厚みを決定する。図8は、各記録層の反射率がほぼ等しいディスクでの層間厚みとジッタとの関係を示す図である。屈折率は約1.6である。図8の横軸は層間厚み、縦軸はジッタ値を示している。層間厚みが薄くなるに従ってジッタは劣化し、ジッタの増大が始まる点は約10μmとなっており、それ以下の層間厚みでは急激なジッタの劣化が起こる。従って、層間厚みは10μm以上にすることが望ましい。
図2を用いて、本発明にかかる実施の形態1における光ディスク40の構成についてより詳細に説明する。実施の形態1では、他層や表面からの反射光の悪影響を解決するために製作上の厚みバラツキを考慮した上で、以下の条件が確保できるように4層ディスクの構造を設定する。
条件(1):カバー層42の厚みt1と第1中間層43~第3中間層45の厚みの総和である(t2+t3+t4)との差を1μm以上確保する。つまり、|t1-(t2+t3+t4)|≧1μmである。
条件(2):t1,t2,t3,t4の任意の2値の互いの差がいずれも1μm以上であること。
条件(3):カバー層42の厚みt1および第1中間層43の厚みt2の和(t1+t2)と第2中間層44の厚みt3と第3中間層45の厚みt4の和(t3+t4)との差を1μm以上確保。
他にも層厚の組み合わせがいくつかあるが、カバー層をt2+t3+t4に近い値にする場合には考慮不要なので省略する。
上記は4層ディスクの構造について具体例を示したが、図9のような3層ディスクであれば、
条件(1):カバー層32の厚みt1と中間層33~34の厚みの総和である(t2+t3)との差を1μm以上確保する。つまり、|t1-(t2+t3)|≧1μmである。
条件(2):t1,t2,t3の任意の2値の互いの差がいずれも1μm以上であること。
ということになる。
一般的にNを4以上の自然数として(N-1)層ディスクについて考えると、上記条件は、一般的に、カバー厚み、中間層厚みを各々t1、t2、・・tNとしたとき、i≦j<k≦m≦Nとなる任意の自然数i、j、k、mに対してtiからtj迄の和とtkからtmまでの和の間に1um以上の差を必ず設けるということになる。カバー厚みとは、光ディスクの表面から一番近い情報記録面までの距離でありd1とほぼ等しい。
そしてまた、二つ目の課題に対応して、すべての中間層厚はそれぞれ10um以上とする。ここまでは、屈折率が標準値と同じで一定として考えてきたが、ここからは、屈折率が標準値と異なったり、層ごとに異なる場合について考える。一つ目の課題である裏焦点が起こるのは、光検出器上において信号光と他層反射光の大きさや形が似ているためである。裏焦点課題が起こるのは、屈折率が約1.6umの時に信号光と他層反射光の焦点位置差が光ディスク側において光軸方向に1umよりも小さな時である。また、二つ目の課題の隣接層クロストークが起こるのは、屈折率が約1.6umの時に、信号光のデフォーカス量が隣接トラック上において10umよりも小さな場合である。いずれにしても、デフォーカス量が重要である。デフォーカス量は、また、信号光が焦点を結んでいる位置での他層反射光や他層反射光の虚像の大きさである。この半径をRDとする。RDの大きさの他層反射光が光検出器上に射影されるのであるから、この大きさに、干渉やクロストークの大きさが依存する。この大きさRDは厚みによる光の広がり量とも言える。屈折率がno=1.6と異なる場合に、裏焦点やクロストークの回避を考えるためには、デフォーカス量あるいは他層反射光や他層反射光の虚像の大きさが同等となる条件を考えればよい。厚みによる光の広がり量を基準として層厚みを換算するともいえる。
屈折率nrの部分の形状的な厚みがdtrの時に、屈折率noの部分の形状的な厚みがdtの時と同じデフォーカス(他層反射光や他層反射光の虚像の大きさ)が起こる条件は、
NA=nr・sin(θr)=no・sin(θo) ...(1)
RD=dtr・tan(θr)=dto・tan(θo) ...(2)
である。ここで、NAは光ディスクへ対物レンズ56によって光を絞り込むときの開口数である。従来例ではNA=0.85を前提としていた。θr、θoはそれぞれの屈折率の物質中での光の収束角度である。また、sinとtanはそれぞれ正弦関数と正接関数である。
(1)より、
θr=arcsin(NA/nr)、θo=arcsin(NA/no)...(3)
ここで、arcsinは、逆正弦関数(inverse sine)である。
(2)より、
dto=dtr・tan(θr)/tan(θo) ...(4)
あるいは、
dtr=dto・tan(θo)/tan(θr) ...(5)
となる。
屈折率nrの部分の形状的な厚みがdtrの時に、屈折率noの場合にはいくらの厚みに相当するかを導出するためには式(4)を用いて、dtoを計算すればよい。
また、屈折率nrの部分の形状的な厚みdtrをいくらにすれば、屈折率noのいくらの厚みdtoと同等の厚みになるかは、式(5)を用いてdtrを計算すればよい。
ここで、式(4)及び式(5)には開口数NAが出てきていないので、一見dtoとdtrの関係にNAが関係ないように見えるが、θrとθoがいずれもNAに依存していることに我々は着目した。θrとθoがいずれもNAに依存しているので、dtoとdtrの関係にNAが関係しているかもしれないと考えたのである。式(3)によるとθrとθoがいずれもNAと類似した関係性が在り、かつ、式(4)と式(5)では分母分子にθrとθoがはいっているため、dtrとdtoの関係性のNAに対する依存性が相殺している可能性もある。そこで、我々は、NAに従来の0.85とは異なる値をもちいて、dtoとdtrの関係を算出してみた。対物レンズの量産実現性や十分な作動距離(Working distance)を得られ、光ピックアップ用として工業的に安定に実現できる最大値としてNAは0.91に決めた。
まず従来のNA0.85における式(4)の係数部分つまり、tan(θr)/tan(θo)をf(nr)という屈折率nrの関数として図10に示す。そして、NA0.91における式(4)の係数部分つまり、tan(θr)/tan(θo)をf91(nr)という屈折率nrの関数として図11に示す。図10と図11を比べると、NAに依存してdtoとdtrの関係が変わっていることがわかる。NAに依存する変数θrとθoが分母と分子に入っているが、そのNAへの依存性は完全に打ち消し合うことはなく結果としてNAに依存してdtoとdtrの関係が変わることが初めてわかった。
また、式(5)の係数部分、つまり、tan(θo)/tan(θr)はf91(nr)の逆数1/f91(nr)である。これを屈折率nrの関数として図12に示す。
91(nr)やその逆数はいずれもなめらかな曲線であるので多項式によって表すことができる。3次式を用いれば0.1%程度の精度の近似多項式を得ることができることを我々は見いだした。すなわち、
91(n)=-1.37834n +7.62795n-14.7462n+10.7120 (6)
1/f91(n)=0.14446n-0.83322n+2.48053n-1.42754 (7)
簡単のため式(6)、(7)ではnrをnと略して表記した。
例えば、4層の記録層を持つ4層ディスクを考える。光の入射する表面側から、はじめの(言い換えると第1の)記録層まで形状的な厚みtr1、屈折率nr1のカバー層があり、第1の記録層から第2の記録層まで形状的な厚みtr2、屈折率nr2の第1の中間層があり、第2の記録層から第3の記録層まで形状的な厚みtr3、屈折率nr3の第2の中間層があり、第3の記録層から第4の記録層まで形状的な厚みtr4、屈折率nr4の第3の中間層がある。デフォーカス量を基準として厚みを標準的な屈折率noの時の厚みにそれぞれ変換すると、t1=tr1×f91(nr1)、t2=tr2×f91(nr2)、t3=tr3×f91(nr3)、t4=tr4×f91(nr4)となる。
裏焦点を避けるためには、
|t1-(t2+t3+t4)|≧1μm、|t2-t3|≧1μm、|t3-t4|≧1μm、|t2-t4|≧1μm、を全て満たさなければならない。
また、層間干渉を避けるためには、t2≧10μm、t3≧10μm、t4≧10μm、もすべて満たさなければならない。
さらに、次の例として、3層の記録層を持つ3層ディスクを考える。光の入射する表面側から、はじめの(言い換えると第1の)記録層まで形状的な厚みtr1、屈折率nr1のカバー層があり、第1の記録層から第2の記録層まで形状的な厚みtr2、屈折率nr2の第1の中間層があり、第2の記録層から第3の記録層まで形状的な厚みtr3、屈折率nr3の第2の中間層がある。デフォーカス量を基準として厚みを標準的な屈折率noの時の厚みにそれぞれ変換すると、t1=tr1×f91(nr1)、t2=tr2×f91(nr2)、t3=tr3×f91(nr3)となる。
裏焦点を避けるためには、
|t1-(t2+t3)|≧1μm、|t2-t3|≧1μm、を全て満たさなければならない。
また、層間干渉を避けるためには、t2≧10μm、t3≧10μm、もすべて満たさなければならない。
なお、表面や各記録層の間がさらに異なる屈折率の複数材料層から構成される場合、各々の材料層の厚みを標準的な屈折率ではいくらの厚みに相当するか、形状的な厚みかに上記関数値f91をかけることにより、デフォーカス量を基準として厚みを標準的な屈折率noの時の厚みにそれぞれ変換してから、積算すればよい。
例えば、はじめの記録層まで形状的な厚みtr1のカバー層が、さらに、厚みtr11、屈折率nr11の第11層、厚みtr12、屈折率nr12の第12層、・・・厚みtr1N、屈折率nr1Nの第1N層、から成り立っている場合、デフォーカス量を基準として厚みを標準的な屈折率noの時の厚みt1に変換すると、t1=Σtr1k×f91(nrk)となる。ここで、Σはkについて1からNまでの積算を表す。
次に球面収差の観点での基材厚と屈折率の関係について述べる。中間層の厚みは球面収差の観点からも特定の条件を満たす必要がある。フォーカスジャンプの安定性を得るためには、中間層の厚みは標準的な値から一定の範囲にあり、球面収差量が予測できることが望ましい。フォーカスジャンプとはある記録層から他の記録層へと焦点位置を変える動作である。フォーカスジャンプをする際に行き先の層でのフォーカスエラー信号を安定に得るためには、フォーカスジャンプに先立ってコリメートレンズ53を動かすなどして球面収差を低減し、行き先の層でのフォーカスエラー信号を良質にしておくことが望ましく、そのためには、当該記録層間の球面収差の差が一定範囲にあることが望ましい。また、フォーカス制御を開始する、いわゆるフォーカス引き込み時にもフォーカス制御を行う記録層の球面収差を予測して、コリメートレンズ53を動かすなどして球面収差を低減し、行き先の層でのフォーカスエラー信号を良質にしておくことが望ましい。そのため、カバー層厚みt1や中間層厚によって生じる球面収差が一定範囲内にあることが望ましい。
屈折率が異なれば、同じ厚みでも球面収差の量が変わる、従って、中間層の厚みのねらい値や許容範囲も、球面収差量が一定範囲に入るように設定することが望ましい。
高い開口数(NA)の対物レンズを用いるほど、光の通る透明基材厚に依存して急峻に球面収差が変化する。球面収差が大きいと焦点制御(フォーカス制御)を行う指標となる焦点誤差(フォーカス)信号の感度が設計とは違ったり、信号振幅が減少するなどの劣化が起こる。従って、先にも述べたとおり、焦点制御が行われていない状態から焦点制御を始めようとする場合や、フォーカスジャンプの安定性を得るためには、あらかじめ、焦点制御を行う層へ合わせて球面収差補正を行っておくことが望ましい。そのためには、表面から記録層までの厚み、および、中間層の厚みは標準的な値から一定の範囲にあることが望ましい。フォーカスジャンプとはある記録層から他の記録層へと焦点位置を変える動作である。標準的な値や一定の範囲は、上記の理由からは球面収差を基準として考える必要がある。従って、屈折率が標準的な値とは違う値であれば、形状的な値は屈折率に応じて変えることになる。
そこで、多層光ディスクの層厚設計は例えば下記のようにすればよい。まず、透明基材を構成する材料の屈折率を把握する。次に、得られた屈折率に応じて、球面収差を基準として、表面から記録層までの形状的な厚み、および、中間層の形状的な厚みを標準屈折率での厚みから変換して決める。表面から記録層までの形状的な厚み、および、中間層の形状的な厚みは、数値テーブルや表を持っても良いが、球面収差は厚みと比例関係にあるので、屈折率に応じた変換係数g(nr)を波長や開口数に応じて計算して、これを使っても良い。例えば、屈折率1.6、厚み0.1mmの基材を通した時に、波長405nmの青色光を開口数0.85で無収差で収束させる対物レンズを用いて、前記基材の屈折率を換えたときに収差が最小になる厚みts(nr)(mm)を求める。すると、g(nr)=ts(nr)/0.1として、変換係数を求めることができる。従来開示されている変換係数g(nr)を図13に示す。
より高密度の光ディスクを実現するためにはNAをさらに高くすることが望ましいが、対物レンズの実現性を考慮すると0.91が妥当である。しかし、NAを0.91にしたときに変換係数g(nr)はいくらか、そもそも、NAが0.85の場合とは異なるのかこれまで明らかにされていなかった。そこで我々は、NAが0.91の光学系を設計し、これを基に球面収差を基準とした係数g91(nr)を算出した。算出した係数g91(nr)を図14に示す。図13と図14を比較することにより、NAが0.85の場合とNAが0.91の場合では、球面収差を基準とした係数g(nr)とg91(nr)が異なることが初めて判明した。NAが0.91の場合は標準屈折率での厚みにg91(nr)を掛けて、形状的な厚みの設計値を求めれば良い。そして、カバー層や中間層の形状的な厚みに先のf91(nr)を掛けて、標準屈折率におけるデフォーカス量を基準とした実質の厚みを算出して、厚み差が1μm以上有ることや、中間層厚そのものが10μm以上有ることを確認すればよい。
なお、g91(nr)はなめらかな曲線であるので多項式によって表すことができる。3次式を用いれば0.1%程度の精度の近似多項式を得ることができることを我々は見いだした。すなわち、
91(n)=-0.859218n +4.55298n-7.70815n+5.19674...(8)
簡単のため式(8)ではnrをnへ略して表記した。またg91(n)やf91(n)の添え字を略してそれぞれg(n)やf(n)と表記する場合もある。
本願では近似計算を用いることなく、実際に光線追跡によって3次球面収差が一定になる基材厚みを屈折率に応じて求めたので正確な関係を明らかにすることに成功した。
繰り返すが、こうして求めた表面から記録層までの形状的な厚み、および、中間層の形状的な厚みから、カバー層の形状的な厚みもわかるので、これらの値を、先に述べたようにデフォーカス量を基準として厚みを標準的な屈折率noの時の厚みにそれぞれ変換する。あるいは実際に作製した光ディスクのカバー層や中間層の形状的な厚みを求める。これらのその厚みを用いてこれも先に述べた裏焦点や層間干渉が回避できているかを確認し、設計範囲の可否を判断したり、できあがった光ディスクの良否を判断する。
なお、表面から記録層までの厚みはカバー層と、中間層の厚みの和から求めることができる。3層ディスクであれば、表面から第1記録層までの形状的な厚みはtr1、表面から第2記録層までの形状的な厚みはtr1+tr2、表面から第3記録層までの形状的な厚みはtr1+tr2+tr3である。4層ディスクの場合は3層ディスクに加えて、表面から第4記録層までの形状的な厚みがtr1+tr2+tr3+tr4となる。
なお、f91(n)はnがnoより大きいときに1よりも小さいので、デフォーカス量を基準に標準的な屈折率noでの厚みに換算するとより薄くなる。つまり、層間干渉回避のための中間層厚≧10μmを満たす観点からは許容範囲が狭くなる。一方、g91(n)はnがnoより大きいときに1/f91(n)よりも小さいため、球面収差の観点からは厚い側への許容範囲があまり広がらない。従って、中間層の屈折率はn0よりも大きいことは好ましくない。中間層の屈折率はn0よりも小さい方が、ディスクの製造マージンが広くなる。ポリカーボネイトなどのよく使われる樹脂の屈折率は約1.6程度であり、n0=1.6とすることが望ましいことを考えると、中間層の屈折率はn0=1.6よりも小さい方が望ましい。
また、3層ディスクの場合、先に|t1-(t2+t3)|≧1μmという条件をあげたが、カバー層は厚いほどディスク表面の傷や汚れに対して安定に情報再生を可能であるので、t1-(t2+t3)≧1μmという条件が望ましい。係数f91(n)はnがnoより大きいときに1よりも小さいので、デフォーカス量を基準に標準的な屈折率noでの厚みに換算するとより薄くなることを考慮すると、カバー層の屈折率より、中間層(厚みt2~t3)の屈折率が大きい場合にt1-(t2+t3)≧1μmという条件を満たすことが容易になる。従って、カバー層の屈折率より、中間層の屈折率が大きいことが望ましい。
また、4層ディスクの場合にも、先に|t1-(t2+t3+t4)|≧1μmという条件をあげたが、カバー層は厚いほどディスク表面の傷や汚れに対して安定に情報再生を可能であるので、t1-(t2+t3+t4)≧1μmという条件が望ましい。係数f91(n)はnがnoより大きいときに1よりも小さいので、デフォーカス量を基準に標準的な屈折率noでの厚みに換算するとより薄くなることを考慮すると、カバー層の屈折率より、中間層(厚みt2~t4)の屈折率が大きい場合にt1-(t2+t3+t4)≧1μmという条件を満たすことが容易になる。従って、カバー層の屈折率より、中間層の屈折率が大きいことが望ましい。
なお、本願発明は、書き換え型、追記型、および再生専用型のいずれかに限定されるものではなく、各タイプの光ディスクに適応することが可能である。少なくとも片側に、光ビームが照射される表面から順番に少なくともカバー層、第1情報記録面、第1中間層、第2情報記録面、第2中間層、第3情報記録面、を有した光ディスクの製造にあたり、前記光ディスクの情報記録、あるいは、情報再生を行う際に前記光ディスクの記録面上に前記光ビームを収束させる対物レンズの開口数は0.91であって、前記表面から、前記第1から第3の情報記録面までの夫々の厚みの標準値dk(k=1,2,3)は標準屈折率noを前提として設定され、前記表面から、前記第1から第3の情報記録面までの形状的な厚さの目標値は前記第1から第3の情報記録面までの屈折率nに依存した変換係数g(n)と前記標準値dkの積により決定され、
g(n)=-0.859218n +4.55298n-7.70815n+5.19674とする。
また、前記カバー層、第1中間層、第2中間層の形状的な厚みが夫々trk(k=1,2,3)のとき、前記形状的な厚みtrkと、厚みを形成する材料の屈折率nに依存した変換係数f(n)の積によって標準屈折率noを前提とした実質厚みtkを算出し、f(n)=-1.37834n +7.62795n-14.7462n+10.7120であって、tkは互いに一定値、望ましくは1μm以上の違いがあり、tkはいずれも一定値、望ましくは10μmよりも大きい値にする。
また、記録密度はBDXL(登録商標)ディスクを超える高い記録密度とすることが望ましい。そのためには情報信号の並ぶトラックピッチもBDXL(登録商標)ディスクの0.32μmより狭くすることが望ましい。しかしながら波長λ=0.405μm、開口数(NA)=0.85で光ディスク面上に集光スポットを形成する光学系の解像限界は、λ/(2×NA)=0.238μmである。NAを0.91まで拡大しても、解像限界は、0.222μmである。集光スポットをトラック(情報列)の中央に沿って進ませるためにはトラック中心からの集光スポットのズレを示すTE信号が必要である。ところが、トラックピッチを0.3μmよりも狭くすると解像限界に近づくので、TE信号が弱くなり信号/雑音比率(S/N)が低下し、集光スポットをトラック(情報列)の中央に精度良く沿って進ませることができない。
そこで、本発明の光ディスクではあらかじめ記録面上に凹凸による溝を形成し、凹部と凸部の両方に情報を記録することが望ましい。凹凸溝のトラックピッチは情報列のトラックピッチの倍になる。例えば、情報トラックのピッチを0.3μmにするのであれば、凹凸溝のピッチは0.6μmである。また、凹凸溝のピッチを0.4μmにすれば、情報列のトラックピッチは0.2μmにまで狭くでき、かつ、十分な強度のTE信号を得ることができ、集光スポットをトラック(情報列)の中央に精度良く沿って進ませることができる。
このように本発明の実施の形態1に係る光ディスクでは、記録面上に凹凸溝を形成し、凹部と凸部の両方に情報を記録し、前記凹凸溝のピッチは0.6μm以下、望ましくは0.4μ以下とすることが望ましい。このような構成によって、トラック密度を高くして高密度化を実現でき、かつ、安定なトラッキングサーボと両立できるという効果を得られる。
次に、フォーカスジャンプを行う光情報装置の一例を図15に示す。
光ディスク40は、ターンテーブル182に乗せられ、モータ164によって回転される。先に示した光ピックアップ201は、前記光ディスクの所望の情報の存在するトラックのところまで、光ピックアップの駆動装置151によって粗動される。
前記光ピックアップ201は、また、光ディスク40との位置関係に対応して、フォーカスエラー(焦点誤差)信号やトラッキングエラー信号を電気回路153へ送る。前記電気回路153はこの信号に対応して、前記光ピックアップ201へ、対物レンズを微動させるための信号を送る。この信号によって、前記光ピックアップ201は、前記光ディスクに対してフォーカス制御や、トラッキング制御を行い、前記光ピックアップ201によって、情報の読みだし、または書き込み(記録)や消去を行う。また、フォーカスジャンプの手順は主に回路153が制御する。
本実施例の光情報装置は、本発明で上述した光情報媒体に対して、フォーカス引き込みやフォーカスジャンプに先立ってコリメートレンズ53を動かすなどして、引き込んだりジャンプしたりする基材厚や中間層厚が発生させる球面収差を補正してから焦点位置を移動し、行き先の層でのフォーカスエラー信号を良質にしておくので、安定にフォーカスジャンプを行うことができるという効果を有する。
本発明にかかる多層光ディスク(光ディスク)は、カバー層や中間層の屈折率が標準値と異なる場合であっても、任意の層の再生時に他の層で反射光の影響を最小限に抑えることにより、光学ヘッドでのサーボ信号および再生信号への影響を低減できる。
これにより、品質の良い再生信号が得られる大容量でかつ、既存ディスクとの互換性を確保しやすい光ディスクが提供できる。
40 光ディスク
201 光ピックアップ
40z 表面
40a 第1情報記録面
40b 第2情報記録面
40c 第3情報記録面
40d 第4情報記録面
32、42 カバー層
43 第1中間層
44 第2中間層
45 第3中間層
1 光源
70、71、72、73 光ビーム
52 偏光ビームスプリッタ
53 コリメートレンズ
54 4分の1波長板
56 対物レンズ
57 シリンドリカルレンズ
320 光検出器
91 アクチュエータ
93 球面収差補正手段
401 光ディスク
401a 第1記録面
401b 第2記録面
401c 第3記録面
401d 第4記録面
401z 表面
551 アパーチャ
561 対物レンズ
701 光ビーム

Claims (8)

  1. 少なくとも片側に、光ビームが照射される表面から順番に少なくともカバー層、第1情報記録面、第1中間層、第2情報記録面、第2中間層、第3情報記録面を有した光ディスクの製造方法であって、
    前記光ディスクの情報記録、あるいは、情報再生を行う際に前記光ディスクの記録面上に前記光ビームを収束させる対物レンズの開口数は0.91であって、
    前記表面から前記第1から第3の情報記録面までの夫々の厚みの標準値dk(k=1,2,3)は標準屈折率noを前提として設定され、
    前記表面から前記第1から第3の情報記録面までの形状的な厚さの目標値は前記第1から第3の情報記録面までの屈折率nに依存した変換係数g(n)と前記標準値dkの積により決定され、g(n)=-0.859218n +4.55298n-7.70815n+5.19674であることを特徴とする光ディスクの製造方法。
  2. 少なくとも片側に、光ビームが照射される表面から順番に少なくともカバー層、第1情報記録面、第1中間層、第2情報記録面、第2中間層、第3情報記録面を有した光ディスクの製造方法であって、
    前記光ディスクの情報記録、あるいは、情報再生を行う際に前記光ディスクの記録面上に前記光ビームを収束させる対物レンズの開口数は0.91であって、
    前記カバー層、第1中間層、第2中間層の形状的な厚みが夫々trk(k=1,2,3)のとき、
    前記形状的な厚みtrkと、厚みを形成する材料の屈折率nに依存した変換係数f(n)の積によって標準屈折率noを前提とした実質厚みtkを算出し、
    f(n)=-1.37834n+7.62795n-14.7462n+10.7120であって、
    tkは互いに一定値以上の違いがあり、
    tkはいずれも一定値よりも大きい値であることを特徴とする光ディスクの製造方法。
  3. 請求項2記載の光ディスクの製造方法であって、
    前記実質厚みtkは互いに1μm以上の違いがあり、
    前記実質厚みtkはいずれも10μmよりも大きい値であることを特徴とする光ディスクの製造方法。
  4. 少なくとも片側に、光ビームが照射される表面から順番に少なくともカバー層、第1情報記録面、第1中間層、第2情報記録面、第2中間層、第3情報記録面を有した請求項2または3のいずれかの光ディスクの製造方法であって、
    前記光ディスクの情報記録、あるいは、情報再生を行う際に前記光ディスクの記録面上に前記光ビームを収束させる対物レンズの開口数は0.91であって、
    前記表面から前記第1から第3の情報記録面までの夫々の厚みの標準値dk(k=1,2,3)は標準屈折率noを前提として設定され、
    前記表面から前記第1から第3の情報記録面までの形状的な厚さの目標値は前記第1から第3の情報記録面までの屈折率nに依存した変換係数g(n)と前記標準値dkの積により決定され、g(n)=-0.859218n +4.55298n-7.70815n+5.19674であることを特徴とする光ディスクの製造方法。
  5. 請求項1から4記載のいずれかの光ディスクの製造方法によって作成された光ディスク。
  6. 請求項記載の光ディスクであって、
    各記録面には凹凸形状の溝が設けられており、
    凹部と凸部の両方に情報を記録し、
    前記凹凸形状の溝のピッチpは、p<0.6μmであることを特徴とする光ディスク。
  7. 請求項記載の光ディスクを再生または記録する光情報装置であって、
    光ピックアップと、
    光ディスクを回転するモータと、
    前記光ピックアップから得られる信号を受け、前記モータや対物レンズやレーザ光源を制御および駆動する電気回路を具備し、
    前記電気回路によって、フォーカスジャンプに先立ってジャンプする中間層により発生する球面収差を補正して、焦点位置を移動することを特徴とする光情報装置。
  8. 請求項記載の光ディスクを再生または記録する情報処理方法であって、
    光ピックアップと、
    光ディスクを回転するモータと、
    前記光ピックアップから得られる信号を受け、前記モータや対物レンズやレーザ光源を制御および駆動する電気回路を具備し、
    前記電気回路によって、フォーカスジャンプに先立ってジャンプする中間層により発生する球面収差を補正して、焦点位置を移動することを特徴とする情報処理方法。
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