(57)【要約】基板上に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ィスクである。この光ディスクに設けられる光透過層を、互いに屈折率が異なる材料層を２層以上積層した積層体により構成し、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。
2002075732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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ィスクにおいて、
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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
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層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ＣＤ（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７８０ｎｍとすると共に対物レンズの開口数（ＮＡ）を０．４５とすることによって記録容量を６５０ＭＢ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６５０ｎｍ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４．７ＧＢ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、光ビームを光ディスクに集光させる対物レンズの開口数（ＮＡ）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４５０ｎｍ未満の波長の光ビームを用い、対物レンズとして開口数（ＮＡ）を０．７８より大きくしたものを用いることで２２ＧＢ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、これによって光ディ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（ＮＡ）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（ＮＡ）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ィスクにおいて、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。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明に係る光ディ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ィ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、０．３ｍｍ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ＡｌやＡｌ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、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ、Ａｇ−Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ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を高屈折材料によって形成した。この低屈折材料の例としては、ＵＶレジン及び感圧性粘着剤などが挙げられ、高屈折材料の例としては、ポリカーボネートフィ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１００μｍとされており、全体の屈折率が１．６０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ＤＶＤ−８３１０；日東電工社製、屈折率１．４８２）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ィルム（商品名Ｃ−１４００；帝人社製、屈折率１．６１５）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ＮＡは０．８５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  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅ）によって計算を行った。
基準となる屈折率が１．６で且つ光透過層５の厚みが１００μｍ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１００μｍ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１００μｍとした。
屈折率が１．６１５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の材料層７を５０μｍから１００μｍまで変化させたとき、光透過層５全体の膜厚を１００μｍに設計するには、屈折率が１．４８２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の材料層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９０μｍ、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１０μｍ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より大きな高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層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。
【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１００μｍ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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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