JPH09198716A - 光ディスク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 クロストークフリーの条件に基づくクロスト
ーク低減効果を得る。 【解決手段】 ランド５とグルーブ６を有する案内溝付
き基板１を用意する。そして、基板１上にＳｉＮからな
る下地層２、ＴｂＦｅＣｏからなる記録層３、ＳｉＮか
らなる保護層４を順次成膜する。このとき、下地層２を
形成したときのグルーブの深さｄがλ／（６ｎ）≦ｄ≦
λ／（５．３ｎ）の関係を満たすように作製する。λは
情報再生用光源の波長、ｎは基板１の屈折率である。こ
れにより、クロストークフリーの条件を満たすことがで
き、隣接信号クロストークの小さなランドグルーブ記録
用光ディスクを実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ランドとグルーブ
の両方を記録再生用トラックとする光ディスクに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】高密度データが蓄積でき高速に情報処理
可能な光ディスクはオーディオや画像用途、さらにはコ
ンピュータメモリーとして注目されている。読み出し専
用のＣＤはオーディオ用やコンピュータ用として急速に
普及している。また直径５．２５インチや３．５インチ
等の光ディスクは、１回のみ情報の書き込みが可能であ
るライトワンスタイプ及び情報の書換えが可能である光
磁気タイプがＩＳＯ規格により標準化されており、今後
さらに広く普及するものと予想されている。また書換が
可能である光ディスクとして相変化タイプも市場に現れ
始めている。

【０００３】これらの光ディスクには、記録再生装置の
ピックアップからのレーザースポットを情報に沿って導
くための、すなわちトラッキングのためのガイドが凹又
は凸の溝の形でディスクの内周から外周へ向けてスパイ
ラル状に形成されている。この溝のことを案内溝と呼
ぶ。案内溝について詳しく説明するならば、ＩＳＯ規格
において定義されているようにピックアップから見た場
合に凹になる部分つまり遠方になる部分はランドと呼ば
れ、凸になる部分つまり近くになる部分はグルーブと呼
ばれる。ランドの中心から隣りのランドの中心までをト
ラックピッチと呼んでいる。

【０００４】記録再生装置は、この案内溝によりトラッ
キングを行いランドあるいはグルーブのどちらか一方に
情報を記録する。光ディスクはこのような案内溝が形成
された基板上に記録膜を形成することにより作製される
が、記録膜を酸化などから保護する目的で記録膜の上下
には誘電体膜による保護膜を形成することが多い。現
在、市場に出ている光ディスクでは、基板表面のグルー
ブの上部における幅をＷｔｏｐとし基板表面のグルーブ
の底部における幅をＷｂｏｔｔｏｍとすると、グルーブ
幅ＷはＷ＝（Ｗｔｏｐ＋Ｗｂｏｔｔｏｍ）／２で定義す
る。また、基板表面のグルーブの底部よりグルーブの上
部までの高さをグルーブ深さと呼ぶ。

【０００５】このような光ディスクにおいてはその容量
をさらに増加させるためにトラックピッチを狭くするこ
とが研究されている。しかし、波長７８０〜８３０ｎｍ
の半導体レーザーを搭載した従来のピックアップでは、
トラックピッチを１．４μｍより小さくすると隣接した
トラックに書き込まれた情報の影響（クロストーク）が
極端に大きくなること等の問題が生じる。この問題解決
のために波長６７０〜６９０ｎｍの半導体レーザーが開
発され始めたが、未だレーザー光の形状や出力等が不十
分な状況にある。

【０００６】そこで、光ディスク狭トラックピッチ化の
他の手法としてランドグルーブ記録方式が提案されてい
る。これは従来ランド又はグルーブの片方にデータを記
録していたのをランドとグルーブの両方に記録し、トラ
ックピッチを疑似的に半分にしてデータ容量を２倍にす
る方式である。この方式の場合、ランドに書き込まれた
データとグルーブに書き込まれたデータとも高Ｃ／Ｎ比
で読み取るためにランド幅とグルーブ幅をほぼ等しくす
ることもある。つまりトラックピッチ１．４μｍの場合
ではランド幅＝グルーブ幅＝０．７μｍである。

【０００７】ランドグルーブ記録方式は、グルーブ深さ
を適当に選択することで隣接トラックよりの信号の漏
れ、つまりクロストークを極小（以下、クロストークフ
リーと呼ぶ）にできる方式であり、高データ密度化に非
常に有効である。クロストークフリーとなるグルーブ深
さについて最初に記載された文献は特開昭５７−１３８
０６５号公報である。この文献には、再生レーザ光の波
長をλ、光ディスク基板の屈折率をｎとしたとき、グル
ーブ深さをλ／（６ｎ）程度とすれば、クロストークが
小さくなることが記載されている。

【０００８】次に、解析的に導出した正確なクロストー
クフリーの条件について説明する。ここでは、ランドと
グルーブの幅が等しいランドグルーブ記録用光ディスク
について考える。今、任意の１本のランドにデータを記
録して再生したとき（このランドに隣接したグルーブに
は何も記録しないとする）、ピックアップに返ってくる
信号の強度をＡとする。そして、グルーブのみにデータ
を記録して、何も記録していない隣接ランドを再生した
とき、ピックアップに返ってくる信号（隣接グルーブよ
りのクロストーク信号）の強度をａとする。

【０００９】これにより、任意の１本のランドとその隣
接グルーブにデータを記録して、ランドを再生したとき
ピックアップに返ってくる信号の強度ＩL は次式とな
る。 ＩL ＝｜Ａ＋ａ×ｅｘｐ（ｉ×４×π×ｎ×ｄg ／λ）｜² ＝Ａ² ＋ａ² ＋２×Ａ×ａ×ｃｏｓ（４×π×ｎ×ｄg ／λ） ・・（１） ここで、ｄg はグルーブの深さ、ｎは光ディスク基板の
屈折率、λは再生レーザ光の波長、ｉは虚数単位であ
る。クロストークフリーとなるためには、クロストーク
信号ａの影響がなくなればよく、ＩL ＝Ａ² となればよ
い。したがって、式（１）よりクロストークフリーの条
件として次式が得られる。 ａ² ＋２×Ａ×ａ×ｃｏｓ（４×π×ｎ×ｄg ／λ）＝０ ・・・（２）

【００１０】前述のようにランドとグルーブの幅が等し
いとしているので、以上とは逆に、任意の１本のグルー
ブにデータを記録して再生したとき（このグルーブに隣
接したランドには何も記録しないとする）、ピックアッ
プに返ってくる信号の強度はＡとなる。そして、ランド
のみにデータを記録して、何も記録していない隣接グル
ーブを再生したとき、ピックアップに返ってくる信号
（隣接ランドよりのクロストーク信号）の強度はａとな
る。

【００１１】これにより、任意の１本のグルーブとその
隣接ランドにデータを記録して、グルーブを再生したと
きピックアップに返ってくる信号の強度ＩG は、グルー
ブ深さを−ｄg と考えることができるので（つまり、グ
ルーブの上端−下端をグルーブ深さとしている式（１）
に対し、下端−上端をグルーブ深さとする）、次式とな
る。 ＩG ＝｜Ａ＋ａ×ｅｘｐ（−ｉ×４×π×ｎ×ｄg ／λ）｜² ＝Ａ² ＋ａ² ＋２×Ａ×ａ×ｃｏｓ（−４×π×ｎ×ｄg ／λ） ・・（３）

【００１２】クロストークフリーとなるためには、クロ
ストーク信号ａの影響がなくなればよく、ＩG ＝Ａ² と
なればよい。したがって、上記と同様に式（２）が成立
すればよいことが分かる。以上のようにグルーブの深さ
ｄg を式（２）が成り立つ値、あるいはそれに近い値に
設定することで、ランドグルーブ記録方式において信号
クロストークを極小にすることができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、式
（２）を満たす溝形状の基板を用意して、この基板上に
スパッタリングにより下地層としてＳｉＮ膜、記録層と
してＴｂＦｅＣｏ膜、保護層としてＳｉＮ膜を順次製膜
して光磁気ディスクを作製し、信号クロストークを調べ
たところ、信号クロストークの低減が実現していないこ
とが判明した。以上のように、従来の光ディスクでは、
解析的に求めたクロストークフリーの条件と実際の結果
とが一致せず、信号クロストークが小さくならないとい
う問題点があった。本発明は、上記課題を解決するため
になされたもので、クロストークフリーの条件に基づく
クロストーク低減効果が得られるランドグルーブ記録用
の光ディスクを提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の光ディスクは、
案内溝付き基板上に下地層を形成したときのグルーブの
深さｄが、情報再生用光源の波長をλ、基板の屈折率を
ｎとするとき、λ／（６ｎ）≦ｄ≦λ／（５．３ｎ）、
（ｍλ／２ｎ）＋λ／（６ｎ）≦ｄ≦（ｍλ／２ｎ）＋
λ／（５．３ｎ）、あるいは（ｍλ／２ｎ）−λ／
（５．３ｎ）≦ｄ≦（ｍλ／２ｎ）−λ／（６ｎ）の関
係（ｍは正の整数）の何れかを満足するようにしたもの
である。これにより、再生光が入射する基板側の記録層
表面において上式が成り立つことになり、上述したクロ
ストークフリーの条件（式（２））を満たすことができ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施の形態
を示す光ディスクの断面図である。１は図示しない光ピ
ックアップ側（図１下側）から見て凹となるランド５、
凸となるグルーブ６を有する案内溝付き基板、２は基板
１上に形成されたＳｉＮからなる下地層、３は下地層２
上に形成されたＴｂＦｅＣｏからなる記録層、４は記録
層３上に形成されたＳｉＮからなる保護層である。

【００１６】次に、このような光ディスクの製造方法を
説明するが、本実施の形態では光磁気ディスクの例で説
明する。まず、この光ディスクの原盤（スタンパ）とガ
ラス基板を用意する。そして、スタンパと基板間に紫外
線硬化性樹脂を注入して紫外線で樹脂を硬化させる２Ｐ
法により、ランド５とグルーブ６を有する樹脂がガラス
基板上に形成された直径１３０ｍｍの案内溝付き基板１
を作製する。

【００１７】このとき、図２に示す基板１において、ラ
ンド５の幅Ｗlsは０．７２μｍ、グルーブ６の幅Ｗgsは
０．８８μｍ、グルーブ６の深さｄgsは７４ｎｍであ
る。なお、スタンパを用いて射出成形を行うことによ
り、同寸法のプラスチック製の案内溝付き基板１を作製
してもよい。

【００１８】続いて、Ｓｉターゲットを用いた反応性ス
パッタリングにより、案内溝付き基板１の上に厚さ６２
ｎｍのＳｉＮ（誘電体）からなる下地層２を成膜した。
ただし、この膜厚は、同じ製膜装置であらかじめ基板の
製膜位置にスライドガラスを置いて製膜して求めた製膜
速度から計算したものである。この下地層２の形成後
に、ランド５、グルーブ６の形状を測定したところ、ラ
ンド５の幅Ｗl が０．８０μｍ、グルーブ６の幅Ｗg が
０．８０μｍ、グルーブ６の深さｄが７９ｎｍであっ
た。

【００１９】さらに、この下地層２上に厚さ７０ｎｍの
Ｔｂ₂₃Ｆｅ₇₁Ｃｏ₆ からなる記録層３、厚さ７０ｎｍの
ＳｉＮからなる保護層４を順次成膜することにより、光
ディスクの作製が完了する。ここでも各層の膜厚は、あ
らかじめ基板の位置にスライドガラスを置いて製膜して
求めた製膜速度から計算した。こうして作製した光ディ
スクでは、下地層２を形成したときのグルーブ６の深さ
ｄが後述する所定の関係を満たすように設定されている
が、次にその理由について説明する。

【００２０】前述の式（２）を満たすグルーブの深さｄ
g は、トラックピッチや記録マーク幅などによっても多
少変化するが、計算によるシミュレーションによれば、
次式が成立する範囲となる。 λ／（６ｎ）≦ｄ≦λ／（５．３ｎ） ・・・（４） あるいは、式（４）と光学的に同等な干渉条件となる下
記の２式の何れかを満たす範囲でもよい。

【００２１】 （ｍλ／２ｎ）＋λ／（６ｎ）≦ｄ≦（ｍλ／２ｎ）＋λ／（５．３ｎ） ・・・（５） （ｍλ／２ｎ）−λ／（５．３ｎ）≦ｄ≦（ｍλ／２ｎ）−λ／（６ｎ） ・・・（６） 式（４）〜（６）において、λは情報再生用光源の波
長、ｎは案内溝付き基板の屈折率、ｍは正の整数であ
る。

【００２２】これにより、式（４）、式（５）あるいは
式（６）を満たすように光ディスクを作製すれば、ラン
ドグルーブ記録方式において信号クロストークを極小に
することができる。そこで、式（４）を満たす溝形状の
案内溝付き基板を用いて、本実施の形態と同様に光ディ
スクを作製したところ、信号クロストークを低減するこ
とができなかった。この光ディスクで信号クロストーク
が理論から予想されるように小さくならなかったのは、
下地層の製膜後にグルーブ深さが基板自体のグルーブ深
さより深くなっていたことによる。

【００２３】これは、下地層が形成される基板表面にお
いて、ランドに比べて凹んでいるグルーブがランドに遮
られる効果により、グルーブにおける膜の形成速度が遅
くなり、グルーブに形成される下地層の膜厚がランドに
比べて薄くなるためである。これにより、再生光が入射
する基板側の記録層表面において式（４）が成り立たな
くなる。したがって、信号クロストークを極小にするた
めには、下地層を形成したときのグルーブ深さが式
（４）を満たすようにすることが好ましい。

【００２４】すなわち、例えば再生用光源波長λが６８
０ｎｍで、案内溝付き基板１の屈折率が１．５であると
き、式（４）から与えられるグルーブ深さｄg は７５．
５〜８２．４ｎｍとなり、本実施の形態の光ディスクに
おいて下地層２を形成したときのグルーブ６の深さｄは
７９ｎｍなので、式（４）を満たすことが分かる。こう
して、本実施の形態の光ディスクでは、信号クロストー
クを極小にすることができる。

【００２５】なお、信号クロストークが低減できなかっ
た上記の光ディスクでは、下地層を形成したときのグル
ーブの幅が基板自体のグルーブの幅より狭くなってお
り、ランドとグルーブの幅が異なっている。これは、グ
ルーブの壁面にも製膜の回り込み効果により下地層が製
膜されたためである。

【００２６】ランドグルーブ記録の場合、ランドとグル
ーブの幅が等しい方が信号のキャリアレベルをランドと
グルーブでほぼ同じにできるので望ましい。したがっ
て、下地層形成後のランドとグルーブの幅については±
１０％程度以内の差となっていることが望ましい。これ
により、本実施の形態の光ディスクでは、下地層２を形
成したときのランド５の幅Ｗl が０．８０μｍ、グルー
ブ６の幅Ｗg が０．８０μｍとなるようにしている。

【００２７】なお、下地層２の製膜によりグルーブ６の
形状がどの程度変化するかは下地層２の膜厚、製膜方
法、製膜装置、製膜条件によって異なるので、基板１の
グルーブ形状を決定するにはあらかじめ製膜の実験を行
って製膜によるグルーブ幅、グルーブ深さの変化量を見
積もっておくことが必要である。

【００２８】次に、１つの光ピックアップを搭載した記
録再生装置により、本実施の形態の光ディスクのランド
及びグルーブにマーク（情報）を記録して、信号クロス
トークを測定した。この光ピックアップは、レーザービ
ームの偏光状態が直線偏光で、その方向がグルーブに対
し平行となる方向であり、波長λが６８０ｎｍ、対物レ
ンズの開口数（ＮＡ）が０．５５、ケラレ係数Ｄ／Ｗが
０．８である。

【００２９】ここで、クロストークの定義を説明する。
いま、ランド１本にのみマークを記録したとする。その
ランドをトラッキングした際に、記録されたマークから
生じる信号成分、すなわちキャリアレベルをＣLM［ｄＢ
ｍ］とする。次に、そのランドと隣接したグルーブ（信
号は何も書き込まれていない）をトラッキングした際
に、隣接ランドに記録されたマークより漏れ込む信号成
分、すなわちキャリアレベルをＣGO［ｄＢｍ］とすれ
ば、グルーブを再生する際のクロストークＣＴG は次式
で表される。 ＣＴG ＝ＣGO−ＣLM［ｄＢ］ ・・・（７）

【００３０】同様に、いまグルーブ１本にのみマークを
記録したとする。そのグルーブをトラッキングした際
に、記録されたマークから生じる信号成分、すなわちキ
ャリアレベルをＣGM［ｄＢｍ］とする。次に、そのグル
ーブと隣接したランド（信号は何も書き込まれていな
い）をトラッキングした際に、隣接グルーブに記録され
たマークより漏れ込む信号成分、すなわちキャリアレベ
ルをＣL0［ｄＢｍ］とすれば、ランドを再生する際のク
ロストークＣＴL は次式で表される。 ＣＴL ＝ＣL0−ＣGM［ｄＢ］ ・・・（８）

【００３１】本実施の形態の光ディスクに対し、まずラ
ンド１本にマーク長２μｍ、マークピッチ４μｍのマー
クを記録した後、このランドをトラッキングしてランド
に記録されたマークを再生し、スペクトラムアナライザ
ーでキャリアレベルＣLMを測定した。続いて、隣のグル
ーブをトラッキングして再生し、同様にキャリアレベル
ＣGOを測定して、クロストークＣＴG を求めた。

【００３２】次に、ランドのマークを消去して、グルー
ブ１本にマーク長２μｍ、マークピッチ４μｍのマーク
を記録した後、グルーブをトラッキングしてグルーブに
記録されたマークを再生し、スペクトラムアナライザー
でキャリアレベルＣGMを測定した。続いて、隣のランド
をトラッキングして再生し、同様にキャリアレベルＣL0
を測定して、クロストークＣＴL を求めた。その結果、
グルーブを再生する際のクロストークＣＴG が−５６．
３ｄＢ、ランドを再生する際のクロストークＣＴL が−
５４．１ｄＢとなった。

【００３３】これに対し、式（４）をほぼ満たす形状で
あるランド幅０．８０μｍ、グルーブ幅０．８０μｍ、
グルーブ深さ８０ｎｍ、直径１３０ｍｍの案内溝付き基
板を用いて、上記と同様に光ディスクを作製した。下地
層の形成後に、ランド、グルーブの形状を測定したとこ
ろ、ランド幅が０．８８μｍ、グルーブ幅が０．７２μ
ｍ、グルーブ深さが８６ｎｍであった。よって、この光
ディスクは、式（４）を満たさない。

【００３４】この光ディスクの信号クロストークを上記
と同様に求めたところ、グルーブを再生する際のクロス
トークＣＴG が−４５．３ｄＢ、ランドを再生する際の
クロストークＣＴL が−４１．２となり、本実施の形態
の光ディスクと比較すると、隣接トラッククロストーク
が大きくなっていた。

【００３５】なお、上述した式（２）は記録マークが強
度のみの変調マークである理想的光ディスクの場合に成
り立つ。実際の光ディスクで記録マークが位相変調成分
を持つ場合には（例えば、光磁気ディスクでは強度変調
成分はカー回転角により、位相変調成分はカー楕円率に
よる）、信号を実数ではなく複素数として扱う必要があ
り、式（２）は厳密には成り立たない。

【００３６】しかし、位相変調成分があまり大きくなけ
れば（望ましくは、カー楕円率が±０．１°以下）、上
記の取扱いで十分であり、下地層２を形成したときのグ
ルーブ深さｄが式（４）、式（５）あるいは式（６）を
満たすように選べば、本実施の形態で説明した光磁気デ
ィスクのようにクロストークを小さくする効果を十分に
得ることができる。また、位相変調成分がほとんどない
光ディスクとして、情報として記録された記録膜の相変
化を反射光の強度変化として読み出す相変化光ディスク
がある。よって、この相変化光ディスクにも本発明を適
用することができる。

【００３７】また、本実施の形態では、ＳｉＮからなる
単層の下地層２を基板１上に形成しているが、再生光が
入射する基板１側の記録層表面において式（４）〜
（６）が成立すればよいので、下地層２は組成の異なる
複数層であってもよい。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、案内溝付き基板上に下
地層を形成したときのグルーブの深さｄを、λ／（６
ｎ）≦ｄ≦λ／（５．３ｎ）、（ｍλ／２ｎ）＋λ／
（６ｎ）≦ｄ≦（ｍλ／２ｎ）＋λ／（５．３ｎ）、あ
るいは（ｍλ／２ｎ）−λ／（５．３ｎ）≦ｄ≦（ｍλ
／２ｎ）−λ／（６ｎ）の関係を満たすようにすること
により、クロストークフリーの条件を満たすことができ
るので、隣接信号クロストークの小さなランドグルーブ
記録用光ディスクを実現することができ、それによって
より高密度に情報の記録が可能な光ディスクを得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態を示す光ディスク
の断面図である。

【図２】 案内溝付き基板の溝形状と下地層の溝形状の
関係を示す断面図である。

【符号の説明】

１…案内溝付き基板、２…下地層、３…記録層、４…保
護層、５…ランド、６…グルーブ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ランドとグルーブを有する案内溝付き基
   板の上に下地層と記録層が順次形成された、ランドとグ
   ルーブの両方に情報を蓄えることの可能な光ディスクで
   あって、 前記基板上に下地層を形成したときのグルーブの深さｄ
   が、情報再生用光源の波長をλ、基板の屈折率をｎとす
   るとき、 λ／（６ｎ）≦ｄ≦λ／（５．３ｎ）の関係を満足する
   ことを特徴とする光ディスク。
2. 【請求項２】 ランドとグルーブを有する案内溝付き基
   板の上に下地層と記録層が順次形成された、ランドとグ
   ルーブの両方に情報を蓄えることの可能な光ディスクで
   あって、 前記基板上に下地層を形成したときのグルーブの深さｄ
   が、情報再生用光源の波長をλ、基板の屈折率をｎとす
   るとき、 （ｍλ／２ｎ）＋λ／（６ｎ）≦ｄ≦（ｍλ／２ｎ）＋
   λ／（５．３ｎ）、あるいは（ｍλ／２ｎ）−λ／
   （５．３ｎ）≦ｄ≦（ｍλ／２ｎ）−λ／（６ｎ）の関
   係（ｍは正の整数）を満足することを特徴とする光ディ
   スク。