WO2002075732A1 - Disque optique - Google Patents

Description

明細書 光ディスク 技術分野 本発明は、 光透過層を介して情報信号が記録され、 又は記録された情報信号の 再生が行われる光ディスクに関する。 背景技術 従来、 基板上に情報信号が記録される記録層や反射層等を積屑した積層膜を形 成し、 記録層に光ビームを照射することにより情報信号の記録が行われ、 記録層 に記録された情報信号の再生が行われる光ディスクが用いられている。 この種の 光ディスクは、 できるだけ多くの情報を記録可能とすべく、 記録密度の高密度化 が要望され、 高密度化を図るための技術が種々提案されている。

光ディスクにおける記録密度の高密度化、 すなわち大容量化は、 主に記録再生 装置において、 情報信号の記録再生に用いる光ビームをの波長を短波長化するこ とや、 光源から出射された光ビームを光ディスクの信号記録層に集光させる対物 レンズの開口数 （NA) の高開口数を図ることによって焦点面でのビームスポッ トを小さくすることで達成されている。

例えば、 光ディスクの一種であるいわゆる C D (Compact Disc) においては、 情報信号の読み取りに用いる光ビームの波長を 7 8 0 nmとすると共に対物レン ズの開口数 （NA) を 0. .4 5 とすることによって記録容量を 6 5 0MBと して いる。 また、 DVD— ROM (Digital Versatile Disc Read Only Memory) にお いては、 情報信号の記録又は再生に用いる光ビームの波長を 6 5 0 nmとすると 共に対物レンズの開口数 （NA) を 0. 6 とすることによって、 記録容量を 4. 7 G Bまで大きくすることを可能と している。

本願出願人は、 光ビームの短波長化を図り、 光ビームを光デイスクに集光させ る対物レンズの開口数 （N A) の高開口数化を図ることによって高密度記録を可 能とする光ディスクとして、 記録層上に薄いカバー層と しての光透過層を設け、 この光透過層側から光ビームを照射することにより情報信号の記録や再生を行う 光ディスクを提案している。 この光ディスクは、 情報信号の記録再生に用いる光 ビームと して 4 5 0 n m未満の波長の光ビームを用い、 対物レンズと して開口数 ( N A ) を 0 . 7 8より大きく したものを用いることで 2 2 G B以上の大容量を 実現している。

光ビームを用いて情報信号の記録再生が行われる光ディスクを記録媒体に用い る場合に、 光ディスクに光ビームを集光するときになるべく球面収差が生じない ように対物レンズや光ディスクの光学設計がなされている。

具体的には、 光ディスクに照射される光ビームを集光する対物レンズに対応し て、 光ディスクの光透過層の屈折率やその厚さが最適化され、 これによつて光デ イスクに光ビームを集光するときに発生する球面収差を極力少なくするようにし ている。 すなわち、 対物レンズにより発生する球面収差が最小となるように、 光 透過層の屈折率や厚みが設定されている。

情報信号の記録再生に用いる光ビームの短波長化を図り、 開口数 （N A ) の大 きな対物レンズを用い、 記録層を覆う光透過層側から光ビームを照射して記録再 生を行う高密度化が図られた光ディスクにあっては、 対物レンズの開口数 （N A ) が大きいため、 この対物レンズにより発生する球面収差を最小とする媒質の 理想的な屈折率 （以下では対物レンズの設計屈折率と称する。 ） と光透過層の屈 折率とにズレがあると、 光ディスクの信号記録層上に集光される光ビームに大き な球面収差が発生する。

したがって、 対物レンズの設計屈折率に合わせて光透過層の屈折率を変更する ことが要求されるが、 光透過層を構成する材料自体が有する屈折率を変更するこ とは著しく困難である。

例えば、 光透過層が単一の材料で構成される場合、 光透過層を構成する材料自 体の屈折率によって光透過層全体の屈折率が決まる。 したがって、 対物レンズの 設計に合った設計屈折率を持つ材料を探す必要があり、 あまり現実的ではない。 仮にそのよ うな材料が存在したと しても、 使用できる材料の選択が大きく制約さ れることとになり、 例えば機械的強度などの他の物性を犠牲にせざるを得なくな る。 逆に、 他の物性等を優先すると、 屈折率が合わなくなり、 光透過層の膜厚調 整だけでは球面収差を解消することができなくなる虞れがある。 発明の開示 本発明の目的は、 光透過層全体の屈折率を対物レンズの設計値に容易に合わせ 込むことが可能で、 球面収差を大幅に低減することが可能な光ディスクを提供す ることにある。

上述の目的を達成するために、 本発明に係る光ディスクは、 基板上に少なく と も記録層と光透過層とが順次積層されてなり、 光透過層を介して記録層に光が照 射されることで情報の記録及び/又は再生が行われる光デイスクにおいて、 光透 過層は、 互いに屈折率が異なる材料層が 2層以上積層された積層体により構成さ れ、 情報の記録及び 又は再生に用いられる光ビームを集光する対物レンズによ る球面収差が最小値近傍になるように設定されていることを特徴とするものであ る。

以上のように構成された本発明に係る光ディスクは、 その光透過層が、 互いに 屈折率が異なる材料層が 2層以上積層された積層体により構成されている。 この とき、 光透過層全体の屈折率は、 それぞれの材料層を形成している材料の屈折率 の組み合わせによって設定されるため、 本発明に係る光ディスクは、 例えば、 適 切な材料を選択することや膜厚の比率を調整することで、 光透過層の屈折率を対 物レンズの光学設計に対応して球面収差が最小となる屈折率 （対物レンズの設計 屈折率） 近傍に設定することができ、 球面収差を低減することが可能となる。 したがって、 各材料層を構成する材料の選択の幅が拡がり、 例えば種々の物性 を犠牲にする必要がない。

本発明の更に他の目的、 本発明によって得られる具体的な利点は、 以下におい て図面を参照して説明される実施の形態の説明から一層明らかにされるであろう。 図面の簡単な説明 図 1は、 本発明を適用した光ディスクを示す断面図である。

図 2は、 光透過層の厚みを 1 0 0 mとしたときの、 屈折率と球面収差との関 係を示す図である。

図 3は、 光透過層を一層としたときの材料層の屈折率と光透過層の厚みとを示 す図である。

図 4は、 ポリカーボネートフィルムによって形成された層と、 感圧性粘着材に よって形成された層との厚みの関係を示す図である。

図 5は、 ポリカーボネートフィルムの厚みと球面収差との関係を示す図である。 発明を実施するための最良の形態 以下、 本発明に係る光デイスクについて図面を参照して詳細に説明する。

本発明に係る光ディスク 1は、 図 1に示すように、 基板 2上に、 反射層 3と、 記録層 4と、 光透過層 5とが順次積層された構成とされており、 光透過層 5を介 して記録層 4に光が照射され、 情報信号の記録再生が行われる。

基板 2は、 例えば、 ポリカーボネー ト樹脂、 アモルファスポリオレフイン樹脂 などの樹脂によって形成されている。 基板 2としては、 0 . 3 m m以上の厚みを 有するものが使用される。

反射層 3は、 反射率の確保を目的に記録層 4の裏側に設けられるもので、 例え ば A 1や A 1合金などにより形成されている。

記録層 4は、 情報信号が記録される層であり、 ここでは相変化材料の反射率変 化を利用して情報信号が記録される。 なお、 記録層 4を構成する相変化材料とし ては任意のものを使用することが可能であり、 例示するならば、 G e— S b— T e、 A g— I n— S b— T eなどを挙げることができる。 また、 記録層 4は、 必 ずしも相変化材料である必要はなく、 有機色素系の記録材料や光磁気材料等を使 用することもできる。

光透過層 5は、 反射層 3及び記録層 4を保護するものであり、 記録、 再生の際 には記録再生装置からの光ビームがこの光透過層 5側から照射され、 この光透過 層 5透過して記録層 4に対して合焦される。 光透過層 5は、 第 1の材料層 6と第 2の材料層 7とが積層された 2層構造とされている。 すなわち、 光透過層 5は、 第 1の材料層 6と第 2の材料層 7とを異なる屈折率を有する材料によって形成さ れ、 2つの材料層における屈折率の組み合わせにより、 光透過層 5全体の屈折率 が設定されている。 このとき、 光透過層 5全体の屈折率は、 以下に述べるように、 球面収差が最小となる屈折率近傍に設定されている。

例えば、 記録再生装置に備えられた対物レンズの設計に対応し、 球面収差が最 小となるように最適化された光透過層の屈折率を設計屈折率とする。

ここで、 本発明に係る光ディスクは、 光透過層 5が 2層構造とされているので、 光透過層 5を構成する材料層のうち、 例えば第 1の材料層 6又は第 2の材料層 7 のいずれか一方を設計屈折率よりも高い屈折率を有する材料 （高屈折率材料） に より形成し、 他方を設計屈折率よりも低い屈折率を有する材料 （低屈折率材料） により形成する。 すると、 光透過層 5全体の屈折率は、 上記第 1の材料層 6の屈 折率と第 2の材料層 7の屈折率との中間の値となり、 更に各材料層の屈折率や膜 厚を最適化することで、 設計屈折率近傍に設定することが可能となる。

ここで、 設計屈折率、 高屈折材料、 及び低屈折材料について説明すると、 図 2 に示すように、 光透過層 5の屈折率を変化させ、 そのときの球面収差を測定する 'と、 球面収差が最小となる屈折率 （ここでは 1 . 6 ) が存在するが、 これを設計 屈折率と称する。

このとき、 図 2中 Aの領域で示されるような、 設計屈折率よりも高い屈折率を 有する材料を高屈折材料と称し、 図 2中 Bの領域で示されるような、 設計屈折率 よりも低い屈折率を有する材料を低屈折材料と称する。

上述したように、 光透過層 5は、 異なる屈折率を有する材料によって形成され た第 1の材料層 6と第 2の材料層 7との 2層構造とされ、 それぞれの材料層の屈 折率が組合わさることで全体の屈折率が設定される。 そして、 光透過層 5全体の 屈折率は、 球面収差が最小となる屈折率近傍に設定されている。 このことにより、 光ディスク 1は、 光透過層 5の屈折率を球面収差が最小となる屈折率近傍に設定 することができ、 光透過層 5の屈折率を記録再生装置に備えられたレンズの設計 値に合わせ込むことが可能となるため、 光透過層 5を介して照射した光の球面収 差が小さいものとなる。

本発明に係る光ディスク 1は、 第 1の材料層 6を低屈折材料によって形成し、 第 2の材料層 7を高屈折材料によつて形成した。 この低屈折材料の例としては、 U Vレジン及ぴ感圧性粘着剤などが挙げられ、 高屈折材料の例としては、 ポリ力 ーボネートフイルムなどが挙げられる。

また、 本発明に係る光ディスク 1はは、 第 1の材料層 6の厚みと第 2の材料層 7の厚みとをそれぞれ調節し、 これらの材料層の膜厚の比率を最適化することで- 球面収差を更に低減することが可能となる。 すなわち、 本発明に係る光ディスク 1において、 光透過層 5の球面収差を最小にするためには、 第 1の材料層 6と第 2の材料層 7とのそれぞれの厚みを調節して、 最適な厚みとすることが望ましい 以下では、 第 1の材料層 6と第 2の材料層 7との最適な厚みについて、 具体例 を基にして説明する。

ここでは、 光透過層 5の厚みが 1 0 0 mとされており、 全体の屈折率が 1 . 6 0となるようにされていると共に、 第 1の材料層 6が感圧性粘着剤 （商品名 D V D - 8 3 1 0 ； 日東電工社製、 屈折率 1 . 4 8 2 ) によって形成されており、 第 2の材料層 7がポリカーボネートフイルム （商品名 C— 1 4 0 0 ;帝人社製、 屈折率 1 . 6 1 5 ) によって形成されている光ディスク 1において、 第 1の材料 層 6と第 2の材料層 7との最適な厚みについて検討した。 なお、 記録再生装置に 備えられたレンズの N Aは 0 . 8 5とされている。

先ず、 光透過層を一層とした光ディスクにおいて、 光透過層の屈折率と光透過 層の厚みとの関係について、 光学設計評価プログラム （CODE V； 米国 Opt i cal R esearch As soc iateリ ίこよって計算を ·ΤΤつ 7こ。

基準となる屈折率が 1 . 6で且つ光透過層 5の厚みが 1 0 0 mで球面収差が ゼロとなる場合、 図 3に示すように、 光透過層 5の屈折率が変われば球面収差を 最小とする光透過層 5の厚さは 1 0 0 μ mではなくなる。 その球面収差の最小値 も、 図 2に示すようにゼロとはならず、 設計屈折率との差が大きいほど発生する 球面収差は大きくなる。 なお、 図 3においては、 横軸が屈折率、 縦軸が球面収差 を最小とする光透過層の厚さであり、 図 2においては、 横軸が屈折率、 縦軸が球 面収差の最小値である。 次に、 第 1の材料層 6と第 2の材料層 7とによって 2層構造とされている光透 過層 5において、 第 2の材料層 7の厚みを変えた場合に、 球面収差が最小になる 第 1の材料層 6の厚さがどのようになるか、 同様に光学設計プログラムを用いて 計算した。 基準となる屈折率 （設計屈折率） は 1 . 6で、 このときの光透過層 5 の最適膜厚を 1 0 0 mとした。

屈折率が 1 . 6 1 5であるポリカーボネートフィルムによって形成された第 2 の材料 7を 5 0 111から 1 0 0 πιまで変化させたとき、 光透過層 5全体の膜 厚を 1 0 0 mに設計するには、 屈折率が 1 . 4 8 2である感圧性粘着剤で形成 された第 1の材料層 6の厚さは、 図 4のように変化させればよいことになる。 な お、 図 4においては、 横軸がポリカーボネートフィルム （第 2の材料屑 7 ) の厚 さ、 縦軸が感圧性粘着剤 （第 1の材料層 6 ) の厚さを表している。

このときの球面収差の発生量を図 5に示す。

その結果、 ポリカーボネートフィルムによって形成された第 2の材料層 7の厚 みを 9 0 m、 感圧性粘着剤によって形成された第 1の材料層 6の厚みを 1 0 / mとしたときに、 光透過層 5における球面収差がゼロとなることが判明した。 な お、 図 5において、 横軸はポリカーボネートフィルム （第 2の材料層 7 ) の厚み を表しており、 縦軸は球面収差を表している。

すなわち、 屈折率が 1 . 6より大きな髙屈折率材料によって形成された第 2の 材料層 7の厚みを変化させたとき、 屈折率が 1 . 6未満の低屈折率材料によって 形成された第 1の材料層 6を組み合わせることで、 球面収差の発生を著しく小さ くすることが可能である。 そして、 第 1の材料層 6と第 2の材料層 7のそれぞれ の厚みを調整することで、 球面収差の発生をゼロとすることが可能である。

以上説明したように、 本発明に係る光ディスク 1は、 光透過層 5が異なる屈折 率を有する材料によって形成された第 1の材料層 6と第 2の材料層 7 との 2層構 造とされ、 それぞれの材料層の屈折率が組合わさることで全体の屈折率が設定さ れる。 光透過層 5全体の屈折率は、 球面収差が最小となる屈折率近傍に設定され ている。 このことにより、 光ディスク 1は、 光透過層 5の屈折率を球面収差が最 小となる屈折率近傍に設定することができ、 光透過層 5の屈折率を、 記録再生装 置に備えられたレンズの設計値に合わせ込むことが可能となるため、 光透過層 5 を介して照射した光の球面収差が小さいものとなる。

また、 本発明に係る光ディスク 1は、 光透過層 5が低屈折材料と高屈折材料と の組み合わせによって全体の屈折率が設定されている。 すなわち、 光透過層 5は、 異なる屈折率を有する 2種類の材料を組み合わせることで全体の屈折率が設定さ れているので、 材料の限定が少なくなり材料の選択が容易になる。

更に、 本発明に係る光ディスク 1は、 第 1の材料層 6の厚みと第 2の材料層 7 厚みとの割合を調整して最適なものとすることによって、 光透過層 5を介して照 射した光の球面収差が更に低減されたものとなる。 このことにより、 本発明を適 用した光ディスク 1は、 光透過層 5の厚みがずれたときにも、 十分な球面収差の 低減効果を得ることができる。

上述した本実施の形態では、 光透過層の構成を、 屈折率が異なる材料層を 2層 積層することによって形成された 2層構造としたが、 光透過層は、 屈折率が異な る材料層を 3層以上積層することによって形成された多層構造と してもよい。 こ のときにも、 低屈折材料と高屈折材料とを組み合わせて各材料層を形成すること によって、 光透過層の球面収差を低減することができる。 光透過層が 3層以上を 積層した構造と されたときにも、 各層の膜厚を調整することで、 光透過層全体の 球面収差を最小とすることが可能となる。

また、 本実施の形態では、 相変化材料による記録層 4が形成されている光ディ スク 1について説明したが、 本発明を相変化材料による記録層が形成されていな い光ディスク、 すなわち、 基板上に直接反射層が形成されている光ディスクに適 用することも可能である。 産業上の利用可能性 本発明に係る光ディスクは、 光透過層が互いに屈折率の異なる材料層が 2層以 上積層された多層構造とされ、 各材料層の屈折率が組み合わさることで光透過層 全体の屈折率が設定されている。 光透過層全体の屈折率は、 球面収差が最小とな る屈折率近傍に設定されている。 このことにより、 本発明に係る光ディスクは、 光透過層の屈折率を球面収差が最小となる屈折率近傍に設定することができる。 すなわち、 本発明に係る光ディスクは、 光透過層の屈折率を記録再生装置に備え られたレンズの設計値に合わせ込むことが可能となるため、 光透過層を介して照 射した光の球面収差が小さいものとなる。

また、 本発明に係る光ディスクは、 光透過層が、 低屈折材料と高屈折材料との 組み合わせによって全体の屈折率が設定されている。 すなわち、 異なる屈折率を 有する 2種類の材料を組み合わせることで光透過眉全体の屈折率が設定されてい るので、 本発明に係る光ディスクの光透過層は、 材料の限定が少なくなり材料の 選択が容易なものとなる。

Claims

請求の範囲

1 . 基板上に少なく とも記録層と光透過層とが順次積層されてなり、 光透過層を 介して上記記録層に光ビームが照射されることで情報の記録及び/又は再生が行 われる光デイスクにおいて、

上記光透過層は、 互いに屈折率が異なる材料層が 2層以上積層された積層体に より構成され、 上記記録及び/又は再生に用いられる光ビームを集光する対物レ ンズによる球面収差が最小値近傍になるように設定されていることを特徴とする 光ディスク。 .

2 . 上記光透過層を構成する材料層のうち、 少なく とも 1層が上記対物レンズに 対応した設計屈折率よりも高い屈折率を有するとともに、 少なく とも 1層が当該 設計屈折率よりも低い屈折率を有し、

これらを組み合わせることで対物レンズによる球面収差が最小値近傍となるよ うに設定されていることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の光ディスク。

3 . 上記光透過層を構成する材料層のうち、 上記対物レンズに対応した設計屈折 率より も高い屈折率を有する 1層が、 光の照射側に設けられたことを特徴とする 請求の範囲第 2項記載の光ディスク。

4 . 上記各材料層の膜厚を調節することにより、 光透過層全体の球面収差が最小 値近傍となるように設定されていることを特徴とする請求の範囲第 2項記載の光 ディスク。