JP4334414B2 - 光再生方法、光ピックアップ装置、光再生装置、及び光記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、光記録媒体を再生する光再生方法、光ピックアップ装置、光再生装置、及びこれに用いる光記録媒体に関する。

近年、映像情報、音声情報、又は、コンピュータ上のデータを保存する手段として、記録容量０.６５ＧＢのＣＤ、記録容量４.７ＧＢのＤＶＤなどの光記録媒体が普及しつつある。そして、現在では、さらなる記録密度の向上及び大容量化が求められている。

このような光記録媒体の記録密度を上げる手段としては、光束の短波長化、情報の多値化、そして記録層の多層化が考えられる。

（光束の短波長化）
まず、光記録媒体に情報の書込み又は読出しを行う光記録媒体装置において、対物レンズの開口数（ＮＡ）を大きくすること、或いは、光源の波長を短くすることにより、対物レンズによって集光されて光記録媒体上に形成されるビームスポットを小径化することが有効である。

そこで、例えば、ＣＤ系の光記録媒体では、対物レンズの開口数が０．５０、光源の波長が７８０ｎｍとされているのに対して、このＣＤ系光記録媒体よりも高記録密度化がなされたＤＶＤ系の光記録媒体では、対物レンズの開口数が０．６５、光源の波長が６６０ｎｍとされている。そして、光記録媒体は、上述したように、さらなる記録密度の向上及び大容量化が望まれており、そのためには、対物レンズの開口数を０．６５よりもさらに大きく、或いは、光源の波長を６６０ｎｍよりもさらに短くすることが望まれている。このような大容量の光記録媒体及び光記録媒体装置として、青色の波長領域の光源を用いて、大容量の確保を図る技術が知られている（例えば、非特許文献１を参照）。

しかしながら、対物レンズの開口数をより大きく、或いは光源の波長をより短くすると、光記録媒体の各種変動に伴うマージンが低下する問題がある。例えば、光記録媒体のチルト（傾き）によって発生するコマ収差が大きくなる問題がある。コマ収差が発生すると、光記録媒体の情報記録面上に形成されるスポットが劣化するため、正常な記録再生動作が行えなくなる。光記録媒体のチルトによって発生するコマ収差は、一般的に以下の式で与えられる。

Ｗ₃₁＝（(ｎ²−1)／（2ｎ³））×（ｄ×ＮＡ³×θ／λ）
ここで、ｎは光記録媒体の透明基板の屈折率、ｄは透明基板の厚み、ＮＡは対物レンズの開口数、λは光源の波長、θは光記録媒体のチルト量を意味する。この式から、短波長、高ＮＡほど収差が大きくなることが判る。同様に、光記録媒体の基板厚みの違いによって発生する球面収差も開口数：ＮＡの４乗、波長：λの−１乗に比例するため、短波長、高ＮＡほど球面収差が大きくなる。

（情報の多値化）
そこで、別の提案として、光記録媒体上に形成されたピットの信号レベルを２値以上の値に制御する多値記録再生方法が提案されている。即ち、従来の光記録媒体では、読取用レーザ光が光記録媒体上を走査したときのピットの有無による反射光量の変化を用いて信号の読出しが行われるのに対して、特許文献１に示されるようなピット深さとピット幅の組合せによる反射光量の変化から信号の読出しを行う多値記録再生方法や、特許文献２に示されるような、ピット深さとピット幅と、ピットの位置ずれの変化から読出しを行う多値記録再生方法が提案されている。

また、特許文献３中には、記録マーク占有率方式で多値情報を記録する方式に関して、凹凸形状の位相ピットによる場合には、Ｒｆ信号の信号利得が最大となるように位相ピットの光学的溝深さをλ／４にすることが記載されている。

（記録層の多層化）
さらに別の提案として、記録層を多層化する方法が提案されている。複数の記録層を有する光記録媒体の例としては、特許文献４及び５が知られている。すなわち、多層の光記録媒体では、記録層と記録層との間隔が重要である。この間隔が狭いと、いわゆる層間クロストークにより、光記録媒体からの戻り光束には、目的とする記録層からの信号だけでなく、目的とする記録層以外の記録層からの信号も高いレベルで含まれることとなり、再生信号のＳ／Ｎ比が低下するおそれがある。一方、記録層と記録層との間隔が広いと、球面収差の影響により目的とする記録層からの信号が劣化するおそれがある。そこで、この技術では、例えば、片面２層のＤＶＤ−ＲＯＭでは、２つの記録層の間隔は５５±１５μｍに規定されている。

特開昭５８−２１５７３５号公報 特開平０７−１２１８８１号公報 特開２００２−１５７７３４公報 特開平０８−０９６４０６号公報 特開平０９−０５４９８１号公報 ISOM2001予稿集「Next Generation Optical Disc」,Hiroshi Ogawa,p6〜7

前述のように、記録容量の大容量化の手段としては、光束の短波長化、情報の多値化、そして記録層の多層化が考えられ、これらの手段を組み合わせることにより、記録容量の大幅な増加が期待できる。

しかしながら、各々の技術、或いはその組合せにより以下のような課題が存在する。

（記録層の多層化の課題）
記録光の光束の短波長化と記録層の多層化との組合せについては、次のような課題がある。すなわち、光束の波長が短くなると、２つの記録層間隔の上限が上記片面２層ＤＶＤ−ＲＯＭの場合（７０μｍ）よりも小さくなるため、従来の製造設備を転用することが困難であり、光記録媒体の製造コストが高価なものとなるという不具合がある。

（情報の多値化の課題）
多値信号形成方法に関する前述の公知技術（特許文献１，２）では、ピット深さとピット幅による多値データが記録された光記録媒体は生産性が非常に悪くなってしまう不具合がある。

図１７、図１８に、従来のＣＤ系やＤＶＤ系のピットなどの低レベルと高レベルの２値の信号が記録された再生専用の光記録媒体の製造工程を示す。この製造工程は、周知のように、レーザカッティング（Ｓ１）、現像（Ｓ２）、スタンパ形成（Ｓ３）、レプリケーション（Ｓ４）の各工程からなる。即ち、まず、図１８（ａ）に示すように光ビーム１００によりガラス基板１０１のレジスト面１０２上にピット１となる部分をガラス基板１０１にあたる深さまで露光して、図１８（ｂ）に示すように現像し、この現像した記録原盤に基づき図１８（ｃ）に示すようにマスタスタンパ１０３を作製する。そして、このマスタスタンパ１０３を用い、既知のリプリケーションプロセスに従って図１８（ｄ）に示すように再生専用の光記録媒体１０４を大量生産する。なお、符号１０５はピットである。

以上の従来の製造工程において、ピット深さを制御する場合、ガラス基板１０１までの露光量をコントロールして、複数の深さのピットを形成する必要がある。しかし、その場合、底が平らでなくなる(丸若しくは面粗さが生じる)。また、露光量の変化に伴う深さの変化が非常に敏感であり、コントロールが難しいなどの問題が経験的に判っている。理論的には、露光量を変えれば深さ変調ができるが、これらの理由に伴い、従来のＣＤ再生用の光記録媒体或いはＤＶＤ再生用の光記録媒体ではガラス基板まで露光を行い、ピットの長さ変調に相当する信号の記録を行うに留まっている。

本発明の目的は、光束の短波長化、情報の多値化、そして記録層の多層化を組み合わせることにより、光記録媒体の記録容量を従来に比べて向上させることである。

本発明は、記録層が複数積層されて形成された光記録媒体のピットに照射された光の反射光量から情報信号を再生する光再生方法において、各々の前記ピットの深さをＨ、照射される前記光の波長をλ、前記光記録媒体の媒体基板の屈折率をｎとした場合に、
λ／６ｎ≦Ｈ＜λ／４ｎ
を満足するとともに、前記ピットが形成される領域は互いに等しい面積のセルに分割され、各々のセルに対するピット占有率に応じて多値の再生信号が生成される前記光記録媒体に対して、集光時に残存する球面収差量Ｗ_４０が、
Ｗ_４０≦０．０７λｒｍｓ
を満足する、ことを特徴とする光再生方法である。

別の面から見た本発明は、記録層が複数積層されて形成された光記録媒体のピットに光を照射し当該光の反射光を受光する光ピックアップ装置において、各々の前記ピットの深さをＨ、前記光記録媒体の媒体基板の屈折率をｎとした場合に、照射される前記光の波長λは、
λ／６ｎ≦Ｈ＜λ／４ｎ
を満足するとともに、前記ピットが形成される領域は互いに等しい面積のセルに分割され、各々のセルに対するピット占有率に応じて多値の再生信号が生成される前記光記録媒体に対して、集光時に残存する球面収差量Ｗ_４０が、
Ｗ_４０≦０．０７λｒｍｓ
を満足する、ことを特徴とする光ピックアップ装置である。

別の面から見た本発明は、記録層が複数積層されて形成された光記録媒体のピットに光を照射し当該光の反射光量から情報信号を再生する光再生装置において、この光ピックアップ装置を備えていることを特徴とする光再生装置である。

別の面から見た本発明は、記録層が複数積層されて形成され当該記録層のピットに照射した光の反射光量から情報信号を再生できる光記録媒体において、照射される前記光の波長をλとしたときに、各々の前記ピットの深さＨ、前記光記録媒体の媒体基板の屈折率ｎは、
λ／６ｎ≦Ｈ＜λ／４ｎ
を満足するとともに、前記ピットが形成される領域は互いに等しい面積のセルに分割され、各々のセルに対するピット占有率に応じて多値の再生信号が生成され、集光時に残存する球面収差量Ｗ_４０が、
Ｗ_４０≦０．０７λｒｍｓ
を満足する、ことを特徴とする光記録媒体である。

本発明によれば、ピット深さとしては、プッシュプル信号振幅が最大となるλ／６ｎから、各ピットサイズにおける再生信号の振幅分離が最大、即ち、再生信号のＳ／Ｎが最大となるλ／４ｎの範囲内に設定することにより、ピットが形成された再生系の光記録媒体に対しても、記録系の光記録媒体で一般的に用いられているプッシュプル法によりトラックエラー信号を検出することが可能となる。即ち、ピット占有率により再生情報がセル単位で記録されている場合、結果的には、ピットの連続的に並んだ構成が、ビームスポットにおいては連続的な溝が形成されたものと同等に観測され、記録系の光記録媒体のトラックエラー信号の生成との互換性が取れる。また、残存球面収差量が０.０７λｒｍｓ以下とすることにより、“λ／６ｎ≦Ｈ＜λ／４ｎ”の範囲にある多値信号のモジュレーションを６０％以上確保することが可能となり、安定した信号が得られる。

発明を実施するための最良の一形態について説明する。

（光記録媒体について）
図１の光記録媒体１５は、波長が約４０５ｎｍの光束に対応し、２層の記録層を有する本実施の形態に係る光記録媒体である。この光記録媒体１５は、一例として図２（ａ）及び図２（ｂ）に示されるように、光ピックアップ２３に近いほうから順に、第１基板Ｌ０、第１記録層Ｍ０、中間層ＭＬ、第２記録層Ｍ１、第２基板Ｌ１などが積層されて構成されている。また、第１記録層Ｍ０と中間層ＭＬとの間には金や誘電体などで形成された半透明膜Ｍａが設けられ、第２記録層Ｍ１と第２基板Ｌ１との間にはアルミニウムなどで形成された金属反射膜Ｍｂが設けられている。中間層ＭＬには、光ピックアップ２３から照射される光束に対して透過率が高く、基板の屈折率に近い屈折率を有する紫外線硬化型の樹脂材料が用いられる。なお、第１記録層Ｍ０と第２記録層Ｍ１との間隔（すなわち中間層ＭＬの厚さ）ｔについては後で詳述する。

そして、各記録層Ｍ０，Ｍ１には、スパイラル状又は同心円状にのピット列からなるトラックが形成されており、ピットに照射されたレーザ光の反射光量から再生信号が生成される。ピットが形成される領域は互いに等しい面積のセルに分割され、各々のセルに対するピット占有率に応じて多値の再生信号が生成される面積変調された１つのピットがセル毎に形成された構造を前提とする。

（光再生装置の光学系）
図１の符号１は、光記録媒体１５の記録情報を光学的に再生する本実施の形態の光再生装置１である。その回路構成や制御系などは周知の構成であるため、詳細な説明は省略する。

図２は、光再生装置１に用いる光ピックアップ装置２３の光学系の概略構成図である。本実施の形態では、前述の再生系の光記録媒体１５の妥当性を立証するために、波長４０５ｎｍのレーザ光を発する光源ＬＤと、ＮＡ０．６５の対物レンズ６０とを照射光学系として備える光ピックアップ装置２３を用いて、トラックピッチ０．４３μｍで様々な中間層厚、ピット深さ、ピット径を持つ光記録媒体１５に対して検証を行った。なお、符号５２はレーザ光を平行光化するコリメートレンズ、符号５４は照射光と反射された戻り光とを分離するビームスプリッタ、符号５６は収差補正レンズ系、符号５３は偏向ミラー、符号５８は分離された反射光を光検出器ＰＤに結像させる検出レンズであり、光検出器ＰＤとともに受光光学系を構成する。また、トラックエラー信号の検出方法としては、記録系の光記録媒体用に一般に採用されているプッシュプル法が用いられている。

収差補正レンズ系５６は、偏光ビームスプリッタ５４の＋Ｘ側に配置され、負レンズとしての凹レンズ５６ａと、正レンズとしての凸レンズ５６ｂと、凹レンズ５６ａ及び凸レンズ５６ｂの少なくとも一方を駆動して両レンズの間隔（以下、「レンズ間隔」ともいう）を変更する図示しないレンズ駆動装置を含んでいる。レンズ間隔が変化すると、対物レンズ６０の結像倍率が変化し、球面収差が変化する。なお、本実施の形態では、対物レンズ６０に略平行光が入射されたときに波面収差がほぼ０となる位置（以下、「収差基準位置」ともいう）が、対物レンズ６０の光軸方向に関して中間層ＭＬのほぼ中央に対応する位置となるように設定されているものとする。

（ピット形状と再生信号）
検証結果について説明する。まず、図３は、ピット深さ、ピット径と再生信号（Ｒｆ信号）との関係を表わしたものであり、横軸がピット深さ、縦軸がオントラック時のＲｆ信号を表し、ピット径の異なる複数の曲線がプロットされている。なお、図３に示すＲｆ信号とトラック位置との関係は、図４（ａ）〜（ｆ）に示すようになる。図４（ａ）〜（ｆ）は各々、異なるピット深さのＲｆ信号特性とトラック位置に相当し、さらに各図の中でピット径の異なる複数の曲線がプロットされている。何れも、Ｒｆ信号振幅の大きい順に、ピット径（直径）が０．２３０μｍ，０．２０７μｍ，０．１８４μｍ，０．１６１μｍ，０．１３８μｍ，０．１１５μｍ，０．０９２μｍ，０．０６９μｍの場合を図示している。図４（ａ）〜（ｆ）の各曲線のトラック中心での値が図３に相当する。ピット深さ０．０６６μｍ（約λ／４ｎ）、ピット径０．２３０μｍでＲｆ信号は最小となる。

（ピット形状とプッシュプル信号）
また、図５は、ピット深さ、ピット径とプッシュプル信号振幅との関係を表わしたものであり、横軸がピット深さ、縦軸がプッシュプル信号振幅を表し、ピット径の異なる複数の曲線がプロットされている。なお、図５のプッシュプル信号振幅は、図６（ａ）〜（ｆ）のプッシュプル信号特性より求めた結果である。図６（ａ）〜（ｆ）は、各々異なるピット深さ１５０Å，３００Å，４００Å，５１０Å，６６０Å，８００Åのプッシュプル信号特性に相当し、さらに各図の中でピット径の異なる複数の曲線がプロットされている。図６（ａ）〜（ｆ）では、何れも、プッシュプル振幅の大きい順に、ピット径（直径）が０．２３０μｍ，０．２０７μｍ，０．１８４μｍ，０．１６１μｍ，０．１３８μｍ，０．１１５μｍ，０．０９２μｍ，０．０６９μｍの場合を図示している。図６（ａ）〜（ｆ）の各曲線の最大値をＰＰmax、最小値をＰＰminとしたとき、プッシュプル信号振幅ＰＰは、“ＰＰ＝（ＰＰmax−ＰＰmin）”で表される。ピット深さ０．０４μｍ（約λ／６ｎ）、ピット径０．０６９μｍでプッシュプル信号振幅は最大となり、ピット深さ０．０６４μｍ（約λ／４ｎ）、ピット径０．２３μｍで最小となる。

（プッシュプル信号とＲｆ信号の検出方法）
次に、プッシュプル信号とＲｆ信号とについて図７及び図８を参照して説明する。図７（ａ）は、ピット１１上をビームスポット１２が相対的に走行しており、図７（ｂ）は、その反射光のビームスポット１２がラジアル方向に対称に２分割された分割受光領域（受光素子）Ａ，Ｂで構成される光検出器ＰＤに導かれている様子を示している。即ち、この光検出器ＰＤは、遠視野におけるピット１１からの反射０次光と反射±１次回折光とが重なる領域内で光記録媒体１５のラジアル方向に対して対称に配置された少なくとも一対の受光部である分割受光領域Ａ，Ｂを有する。また、本実施の形態においては、特に、ピット１１は面積変調に応じて異ならせた半径の円形状（真円形状）パターンとされ、セル１３と呼ばれる等分割の領域毎にその中心位置に１個ずつ形成されている。このセル１３の大きさはビームスポット１２のサイズよりも小さく設定されている。

トラックエラー信号であるプッシュプル信号ＴＥ１と再生信号Ｒｆとは、この分割受光領域Ａ，Ｂの検出信号ａ，ｂを用いると、以下の演算により求められる。

ＴＥ１＝（ａ−ｂ）／（ａ＋ｂ）
Ｒｆ＝（ａ＋ｂ）／max（ａ＋ｂ）
ここで、図３、図５で表わされるプッシュプル信号とＲｆ信号の現われ方を、図８を用いて説明する。Ｒｆ信号はビームスポット１２を光記録媒体１５に照射した際に分割受光領域Ａ，Ｂに戻ってくる光量の総和信号である。ビームスポット１２がピット１１上に位置する時点では、光はピット１１による回折の影響を受け、分割受光領域Ａ，Ｂへの戻り光量（即ち、反射光量）が少なくなるため、Ｒｆ信号のレベルは低下する。一方、プッシュプル信号は、ビームスポット１２を光記録媒体１５に照射した際に、その反射光のピット１１の半径方向（ラジアル方向）における光量の偏りを示す信号である。ビームスポット１２がピット１１のエッジに差し掛かると、光の回折方向はピット１１の長さ方向に偏り、その偏る方向はピット１１の前後何れのエッジであるかによって相違するため、分割受光領域Ａ，Ｂの出力ａ，ｂの差を求めると、ピット１１の前後のエッジで極性が異なるパルス状の信号が得られる。

（ピット深さの選択）
図４によれば、任意のピット深さにおいても、ピット径を変化させることにより、複数のＲｆ信号レベルが得られることが判る。即ち、ピット径を変化させることにより、多値データの記録、再生が可能なことが判る。また、図５、図６によれば、ピット径がビームスポット径に比べて小さな光記録媒体においても、所定のピット条件下では、プッシュプル信号が検出可能であることが判る。連続的な溝形状が形成された記録系の光記録媒体との互換性を考えると、トラックエラー信号の検出方法としてプッシュプル法が望まれる。

（ピット深さとピット径）
以上の結果から、光記録媒体１５に最適なピット１１の深さとしては、プッシュプル信号振幅が最大となるλ／６ｎから、各ピットサイズのＲｆ信号振幅の分離が最大となるλ／４ｎの範囲内、特に、その中間値（λ／５ｎ付近）を選べばよいといえる。後者のＲｆ信号振幅の分離が最大となるとは、Ｒｆ信号のＳ／Ｎが最大となること、を意味する。

また、ピット深さとしても、プッシュプル信号振幅が最大となるλ／６ｎから、各ピットサイズにおける再生信号の振幅分離が最大、即ち、再生信号のＳ／Ｎが最大となるλ／４ｎの範囲内、特にその中間値に設定することにより、ピット１１が形成された本実施の形態のような再生系の光記録媒体１５に対しても、記録系の光記録媒体で一般的に用いられているプッシュプル法によりトラックエラー信号を検出することが可能となる。即ち、ピット占有率により再生情報がセル単位で記録されている場合、結果的には、ピット１１の連続的に並んだ構成が、ビームスポット１２においては連続的な溝が形成されたものと同等に観測されるためであり、記録系の光記録媒体におけるトラックエラー信号の生成との互換性を取ることができる。

（ピット径の選択）
また、このような多値記録データの再生方法について説明する。ピット径（ピット占有率）とＲｆ信号の関係を図９に示す。図３との違いは、ピット径を横軸にとっている点であり、特に、ここではピット深さをλ／６ｎとしている。１つのセル１３に占めるピット１１の占有率（ピット占有率）の大小によって、Ｒｆ信号値は変化する。ピット１１が存在しないときに最大のＲｆ信号値となり、ピット１１の占有率が最も高いときにＲｆ信号値は最小となる。この関係を利用して、図１０にピットパターン数（多値レベル数）が８の場合（レベル０，１，２，…，７）における、各ピットサイズ対応のＲｆ信号値を示す。採用したピット１１のパターンを図１０中の上側に示す。即ち、各々のセル１３に対するピット占有率に応じてＮ＝８値なる多値の再生信号を生成させるとした場合、ピット１１は、面積変調に応じて（Ｎ−１）＝７種類の異なるピット径を有し、これらの７種類のピット径は最大ピット径のピット１１による場合のセル１３からの反射光量（Ｒｆ信号値は最小）とピット１１なしの場合のセル１３からの反射光量（Ｒｆ信号値は最大）との間をほぼＮ＝８等分するように設定されているものである。

従って、本実施の形態によれば、基本的に、ピット１１が形成される領域が互いに等しい面積のセル１３に分割され、各々のセル１３に対するピット占有率に応じて多値の再生信号が生成される面積変調された１つのピット１１がセル１３毎に形成されることにより再生系の光記録媒体が作製されているので、深さ変調により多値情報が記録されているわけでなく、面積変調により多値情報が記録されていることとなるので、その製造工程において、ガラス基板まで露光を行う安定した現像工程を確保でき、生産性容易な多値情報が記録された再生系の光記録媒体を提供することができる。

（中間層厚と再生信号）
引き続き、第１記録層Ｍ０、第２記録層Ｍ１記録層間に形成された中間層ＭＬの厚さに関して検証する。補正処理が行われないとき、光記録媒体１５の基板厚誤差により発生する球面収差は、一例として図１３に示されるように、前記収差基準位置（Ｓとする）からの距離に比例して大きくなり、次の（１）式で示されることが知られている。ここで、Ｗ_４０rmsはＲＭＳ値で示される球面収差、ｄは収差基準位置Ｓからの距離、ｎは中間層ＭＬの等価屈折率、ＮＡは対物レンズ６０の開口数である。

Ｗ_４０rms≒｛１／４８√５｝｛（ｎ^２―１）／ｎ^３｝ＮＡ^４・ｄ …… （１）
補正処理が行われない場合の中間ＭＬの厚さと多値レベルと再生信号（Ｒｆ信号）との関係を、図１１を用いて説明する。開口数ＮＡが０.６５、波長４０５nm、ピット１１の深さ５１０Åの光記録媒体において、横軸に多値レベル、縦軸にオントラック時のＲｆ信号を示したもので、基板厚誤差の異なる複数の曲線がプロットされている。ここで、基板厚誤差とは、球面収差最小の位置からずれた位置に記録面が形成されている場合の、記録面と球面収差最小位置の間の距離である。図１１に示すＲｆ信号とトラック位置との関係は、図１２（ａ）〜（ｆ）に示すようになる。図１２（ａ）〜（ｆ）は各々、異なる基板厚誤差のＲｆ信号特性とトラック位置に相当し、さらに各図の中で多値レベルの異なる複数の曲線がプロットされている。基板厚誤差の増加に伴い多値信号の信号分離が困難となる方向にあることがわかる。

（球面収差と再生信号）
図１１と図１３の関係式を用いれば、図１４の関係が求められる。図１４から球面収差量が０．０７λｒｍｓ以下の範囲では、モジュレーション６０％以上であることがわかる。

（中間層について）
本実施形態においては、球面収差補正レンズ系５６を用いることにより、０.０３５λｒｍｓ以下とすることが可能である。図１５（ａ）に示されるように、球面収差が０．０３５λとなる位置をＰ１及びＰ２とすると、Ｐ１とＰ２の間隔（Ｔ１とする）は、次の（２）式で示される。すなわち、球面収差が補正されない場合には、記録層Ｍ０とＭ１の間隔の上限値はＴ１となる。なお、ここでは、Ｐ１を対物レンズ６０側の位置とする。

Ｔ１＝７．５ｎ^３λ／｛（ｎ^２−１）ＮＡ^４｝ …… （２）
本実施形態では、一例として図１６（ｂ）に示されるように、位置Ｐ１での球面収差がほぼ０となるように前記レンズ間隔を変更するための駆動信号を前記駆動信号Ａとし、位置Ｐ２での球面収差がほぼ０となるようにレンズ間隔を変更するための駆動信号を前記駆動信号Ｂとしている。なお、各駆動信号は予め、実験、シミュレーション及び理論計算などにより得られている。
従って、図１６（ｂ）に示されるように、選択記録層が第１記録層Ｍ０の場合には、駆動信号Ａを出力することにより、第１記録層Ｍ０の位置が収差基準位置Ｓと位置Ｐ１１との間であれば、球面収差は０．０３５λ以下となる。また、選択記録層が第２記録層Ｍ１の場合には、駆動信号Ｂを出力することにより、第２記録層Ｍ１の位置が収差基準位置Ｓと位置Ｐ２１との間であれば、球面収差は０．０３５λ以下となる。すなわち、中間層ＭＬの厚さｔは、次の（３）式で示されるＴ２以下であれば良い。

Ｔ２＝１５ｎ^３λ／｛（ｎ^２−１）ＮＡ^４｝ …… （３）
上記（３）式に、λ＝０．４０５μｍ、ｎ＝１．６２３、ＮＡ＝０．６５を代入すると、Ｔ2＝８７μｍとなる。これは、前述した片面２層のＤＶＤ−ＲＯＭにおける上限値７０μｍよりも大きい。従って、従来の製造設備を転用することが可能であり、片面２層青色ＤＶＤを低コストで製造することができる。

また、中間層ＭＬの厚さｔの下限値としては、フォーカスエラー信号のキャプチャーレンジ、及び層間クロストークの影響が小さいときの受光器ＬＤの出力レベルの少なくとも一方に基づいて規定することができる。

（光学条件のまとめ）
以上の考察により、本実施の形態の光記録媒体１５、光再生装置１（の光ピックアップ装置２３）に好適な光学的な条件を、以下の（１）〜（５）に整理して説明する。

（１）光記録媒体１５、光再生装置１は、面積変調の多値ピット１１の深さＨおよび集光時に残存する球面収差量Ｗ_４０が、照射されるレーザ光の波長をλ、光記録媒体１５の基板Ｌ０，Ｌ１の屈折率をｎ、集光時に使用される対物レンズの開口数をＮＡとした場合に、
λ／６ｎ≦Ｈ≦λ／４ｎ …… （４）
Ｗ_４０≦０．０７λｒｍｓ …… （５）
を満足すべきである。

上記（４）式のピット深さに関しては、本発明におけるピット１１の製造上の課題を達成しようとするものである。すなわち、ピット１１が形成される領域が互いに等しい面積のセル１３に分割され、各々のセル１３に対するピット占有率に応じて多値の再生信号が生成される面積変調された１つのピット１１がセル１３毎に形成されていることにより、深さ変調により多値情報が記録されているわけでなく、面積変調により多値情報が記録されていることとなるので、ガラス基板まで露光を行う安定した現像工程を確保でき、生産性容易な多値情報が記録された再生系の光記録媒体１５を提供することができる。

この際、ピット１１の深さとしては、プッシュプル信号振幅が最大となるλ／６ｎから、各ピットサイズにおける再生信号の振幅分離が最大、即ち、再生信号のＳ／Ｎが最大となるλ／４ｎの範囲内に設定することにより、ピット１１が形成された再生系の光記録媒体１５に対しても、記録系の光記録媒体で一般的に用いられているプッシュプル法によりトラックエラー信号を検出することが可能となる。特に、プッシュプル信号、再生信号が十分に取れるλ／５ｎ付近に設定することが望ましい。即ち、ピット占有率により再生情報がセル１３単位で記録されている場合、結果的には、ピット１１の連続的に並んだ構成が、ビームスポット１２においては連続的な溝が形成されたものと同等に観測されるためであり、記録系の光記録媒体におけるトラックエラー信号の生成との互換性が取れる。

また、（５）式については、球面収差に関するもので記録層の多層化と情報の多値化を組合せる際の本発明の課題を達成しようとするものである。すなわち、光記録媒体１５の管理項目のひとつにモジュレーションが、６０％以上にする点がある。ここで、「モジュレーション」とは、最大ピット径での信号レベルと最小ピット径での信号レベルの比で定義される値である。従って、製造時などの検査工程においては、モジュレーション６０％以上となるように管理されている。（５）式の残存球面収差量が０.０７λｒｍｓ以下とすることにより、（４）式の範囲にある多値信号のモジュレーションを６０％以上確保することが可能となり、安定した信号が得られる。

（２）光記録媒体１５の（１）の条件において、各々のピット１１は、各々のセル１３の中心位置に面積変調に応じて異ならせた半径の略円形パターンで形成されているようにすべきである。

これにより、生産工程において、レーザ露光により容易にピットを形成することができる。なお、「略円形パターン」とは、真円に限られるものでなく、実際には光記録媒体１５は回転されながら露光される点と、露光ビームの強度分布が楕円分布を有するため、回転方向若しくは半径方向に、０％から１０％程度の楕円形状であってもよい。すなわち、略円形であればよい。

（３）光記録媒体１５の（１）の条件において、各々のセル１３に対するピット占有率に応じてＮ値なる多値の再生信号が生成されるものであり（Ｎ＝２，３，４，…）、ピット１１は、面積変調に応じて（Ｎ−１）種類の異なるピット径を有し、これらの（Ｎ−１）種類のピット径は最大ピット径のピット１１による場合のセル１３からの反射光量とピット１１なしの場合のセル１３からの反射光量との間をほぼＮ等分するように設定されているべきである。

これにより、任意のピット深さにおいてもピット１１の大きさ、即ち、ピット径を変化させることにより、複数の再生信号が得られるものであり、ピット径を変化させることにより多値データの再生が可能であることから、（Ｎ−１）種類のピット径として、最大ピット径のピット１１による場合のセル１３からの反射光量とピット１１なしの場合のセル１３からの反射光量との間をほぼ（Ｎ−１）等分するように設定することで、Ｎ値の多値記録が可能となる。

（４）（１）の条件の光再生装置１においては、収差補正（マイクロコンピュータなどの制御により、例えば、収差補正レンズ系５６を図示しないレンズ駆動装置で駆動するなどして、収差を補正する）は、選択された記録層が第１記録層Ｍ０のときに、２つの記録層Ｍ０とＭ１の間隔をｔとした場合に、第１記録層Ｍ０から前記第２記録層Ｍ１に向かって（１／４）ｔに対応する位置での球面収差がほぼ最小となるときの収差補正量を選択し、選択された記録層が第２記録層Ｍ１のときに、第１記録層Ｍ０から第２記録層Ｍ１に向かって（３／４）ｔに対応する位置での球面収差がほぼ最小となるときの収差補正量を選択することとするのが望ましい。

この場合において、対物レンズ６０は、入射光束が略平行光のときに、第１記録層Ｍ０から第２記録層Ｍ１に向かって（１／２）ｔに対応する位置での波面収差がほぼ最小（実際には、最小位置から０.０1λｒｍｓ以下の増加分程度の範囲であればよい）となるように設定するのが望ましい。

（５）（４）の条件の光再生装置１で再生が行なわれる光記録媒体１５においては、第１記録層Ｍ０と第２記録層Ｍ１とを有し、第１記録層Ｍ０と第２記録層Ｍ１との間隔をｔ、照射される光束の波長をλ、等価屈折率をｎ、光再生装置１を構成する対物レンズの開口数をＮＡとした場合に、
ｔ≦１５ｎ^３λ／｛（ｎ^２−１）ＮＡ^４｝ …… （６）
の条件を満足する光記録媒体１５であることが望ましい。

このような条件の光記録媒体１５が（４）の条件の光再生装置１で用いられると、当該光再生装置１の収差補正により、各記録層Ｍ０，Ｍ１における球面収差を低く抑えることができる。第１記録層Ｍ０と第２記録層Ｍ１との間隔ｔは、“ｔ≦１５ｎ^３λ／｛（ｎ^２−１）ＮＡ^４｝”を満足すれば良いことから、第１記録層Ｍ０と第２記録層Ｍ１との間隔について許容される範囲が従来よりも広くなり、製造歩留りが高くなる。従って、記録容量の大きな光記録媒体１５を安価に供給することができる。

（収差補正レンズ系の制御）
光再生装置１では、情報の再生へのアクセスに先立って、選択記録層が第１記録層Ｍ０であれば駆動信号Ａが図示しないレンズ駆動装置に供給され、一方選択記録層が第２記録層Ｍ１であれば駆動信号Ｂが図示しないレンズ駆動装置に供給される。これにより、収差補正量が選択記録層に応じて切り換わることとなる。そして、選択記録層がいずれの記録層Ｍ０又はＭ１であっても、球面収差を０．０３５λ以下に維持することができる。従って、選択記録層に形状品質に優れた光スポットを形成することが可能となり、その結果、複数の記録層Ｍ０，Ｍ１を有する高記録容量の光記録媒体１５へのアクセスを、精度良く安定して行うことができる。

（収差補正レンズ系の代替手段）
なお、上記実施の形態では、収差補正は、収差補正レンズ系５６を用いて収差を補正する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、コリメートレンズ５２の位置をＸ軸方向に移動して収差を補正しても良い。この場合には、コリメートレンズ５２を移動させるための駆動機構が新たに必要となるが、収差補正レンズ系５６は不要となる。

また、上記実施の形態では、凹レンズ５６ａを凸レンズ５６ｂの光源側に配置する場合について説明したが、これに限らず、凸レンズ５６ｂを凹レンズ５６ａの光源側に配置しても良い。要するに、個々で重要なのはレンズ間隔である。

また、上記実施の形態において、収差補正レンズ系５６に代えて、例えば印加電圧によって屈折率が変化する液晶素子や、電気光学結晶を含む光学素子などの電気光学素子を用いても良い。

（前述の実施の形態の変形例について）
前述の実施の形態では、収差基準位置が、対物レンズ６０の光軸方向に関して中間層ＭＬのほぼ中央に対応する位置となるように設定されている場合について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、収差基準位置が第１記録層Ｍ０又は第２記録層Ｍ１に対応する位置となるように設定されても良い。

第１記録層Ｍ０に対応する位置（Ｐ１２とする）が収差基準位置に設定されている場合には、例えば図１６（ａ）に示されるように、前記駆動信号Ａに代えて、第１記録層Ｍ０から第２記録層Ｍ１（対応する位置をＰ２２とする）に向かって（１／３）ｔに対応する位置（Ｐ１’とする）での球面収差がほぼ最小となるときの駆動信号Ａ’が出力され、前記駆動信号Ｂに代えて、第１記録層Ｍ０から第２記録層Ｍ１に向かって（２／３）ｔに対応する位置（Ｐ２’とする）での球面収差がほぼ最小となるときの駆動信号Ｂ’が出力されるように設定すると、中間層ＭＬの厚さは、次の（７）式で示されるＴ３以下であれば、球面収差を０．０３５λ以下に維持することができる。

Ｔ３＝１１ｎ^３λ／｛（ｎ^２−１）ＮＡ^４｝ …… （７）
上記（７）式に、λ＝０．４０５μｍ、ｎ＝１．６２３、ＮＡ＝０．６５を代入すると、Ｔ３＝６５μｍとなる。これは、前述した片面２層のＤＶＤ−ＲＯＭにおける上限値７０μｍとほぼ同等である。従って、従来の製造設備を転用することが可能であり、片面２層の青色ＤＶＤを低コストで製造することができる。また、第２記録層Ｍ１に対応する位置Ｐ２２に収差基準位置が設定されている場合も同様である。

この変形例を、整理して説明すると次のとおりである。前述の（１）の条件において、収差補正は、選択された記録層が第１記録層Ｍ０のときに、２つの記録層Ｍ０とＭ１の間隔をｔとした場合に、第１記録層Ｍ０から第２記録層Ｍ１に向かって（１／３）ｔに対応する位置での球面収差がほぼ最小となるときの収差補正量を選択し、選択された記録層が第２記録層Ｍ１のときに、第１記録層Ｍ０から第２記録層Ｍ１に向かって（２／３）ｔに対応する位置での球面収差がほぼ最小となるときの収差補正量を選択するようにする。

この場合において、対物レンズ６０は、入射光束が略平行光のときに、前記第１記録層Ｍ０又は第２記録層Ｍ１に対応する位置での波面収差がほぼ最小（実際には最小位置から０.０1λｒｍｓ以下の増加分程度の範囲であればよい）となるように設定されているようにする。

また、情報の再生が行なわれる光記録媒体１５は、第１記録層Ｍ０と第２記録層Ｍ１とを有し、第１記録層Ｍ０と第２記録層Ｍ１との間隔をｔ、照射される光束の波長をλ、等価屈折率をｎ、光再生装置１を構成する対物レンズ６０の開口数をＮＡとした場合に、
ｔ≦１１ｎ^３λ／｛（ｎ^２−１）ＮＡ^４｝ …… （８）
を満足する光記録媒体である。

この光記録媒体１５を前述の光再生装置１で用いると、光再生装置１の収差補正により、各記録層Ｍ０，Ｍ１における球面収差を低く抑えることができる。第１記録層Ｍ０と第２記録層Ｍ１との間隔ｔは，“ｔ≦１１ｎ^３λ／｛（ｎ^２−１）ＮＡ^４｝”を満足すれば良いことから、第１記録層Ｍ０と第２記録層Ｍ１との間隔について許容される範囲が従来よりも広くなり、製造歩留りが高くなる。従って、記録容量の大きな光記録媒体１５を安価に供給することができる。

本発明の一実施の形態の光記録媒体の構成の説明図である。 本発明の一実施の形態の光ピックアップ装置の光学系の構成を説明する説明図である。 光記録媒体のピット深さとＲｆ信号の関係を説明するグラフである。 光記録媒体のピット深さとＲｆ信号の関係を説明するグラフである。 光記録媒体のピット深さとプッシュプル振幅との関係を説明するグラフである。 光記録媒体のピット深さとプッシュプル振幅との関係を説明するグラフである。 光記録媒体のピット、セルの構成や（ａ）、光検出器の構成（ｂ）について説明する説明図である。 光記録媒体のピットの平面（ａ）、断面（ｂ）、トラックエラー信号（ｃ）、Ｒｆ信号（ｄ）の関係を説明する説明図である。 光記録媒体のピット径とＲｆ信号の関係を説明するグラフである。 光記録媒体のピット径とＲｆ信号の関係を説明するグラフである。 光記録媒体の多値レベルとＲｆ信号の関係を説明するグラフである。 光記録媒体の基板厚誤差と波面収差との関係を説明するグラフである。 光記録媒体に対する光スポット位置とＲｆ信号の関係を説明するグラフである。 球面収差とモジュレーションとの関係を説明するグラフである。 光軸方向に関する位置と球面収差との関係を説明するグラフである。 光軸方向に関する位置と球面収差との関係を説明するグラフである。 本発明の課題を説明する説明図である。 本発明の課題を説明する説明図である。

符号の説明

１ 光再生装置
１５ 光記録媒体
２３ 光ピックアップ装置
５６ 収差補正手段
６０ 凸レンズ
ＬＤ 光源
ＰＤ 光検出器
Ｍ０ 第１記録層
Ｍ１ 第２記録層
Ｌ０ 基板層
Ｌ１ 基板層

Claims (4)

1. 記録層が複数積層されて形成された光記録媒体のピットに光を照射し当該光の反射光を受光する光ピックアップ装置において、
   各々の前記ピットの深さをＨ、前記光記録媒体の媒体基板の屈折率をｎとした場合に、照射される前記光の波長λは、λ／６ｎ≦Ｈ＜λ／４ｎを満足するとともに、
   前記ピットが形成される領域は互いに等しい面積のセルに分割され、各々のセルに対するピット占有率に応じて多値の再生信号が生成される前記光記録媒体に対して、集光時に残存する球面収差量Ｗ_４０が、Ｗ_４０≦０．０７λｒｍｓを満足する光ピックアップ装置を備えている光再生装置であって、
   前記光を照射する光源と、
   前記光源から出射された光束を前記複数の記録層のうち選択された記録層に集光する対物レンズと、
   前記選択された記録層で反射された戻り光束を所定の受光位置まで導く光学系と、
   前記受光位置に配置され前記戻り光束を受光する光検出器と、
   前記選択された記録層に応じて予め設定されている複数の収差補正量のうちのいずれかを選択し、その選択結果に基づいて収差を補正する収差補正手段と、をさらに備え、
   前記収差補正手段は、前記光記録媒体が２層の前記記録層を備えていて、前記光記録媒体の中間層厚をｔとするときは、前記選択された記録層が第１記録層のときに前記第１記録層から第２記録層に向かって（１／４）ｔに対応する位置での球面収差がほぼ最小となるときの収差補正量を選択し、前記選択された記録層が前記第２記録層のときは、前記第１記録層から前記第２記録層に向かって（３／４）ｔに対応する位置での球面収差がほぼ最小となるときの収差補正量を選択し、
   前記対物レンズは、入射光束が略平行光のときに、前記第１記録層から前記第２記録層に向かって（１／２）ｔに対応する位置での波面収差がほぼ最小となるように設定されている、ことを特徴とする光再生装置。
2. 記録層が複数積層されて形成された光記録媒体のピットに光を照射し当該光の反射光を受光する光ピックアップ装置において、
   各々の前記ピットの深さをＨ、前記光記録媒体の媒体基板の屈折率をｎとした場合に、照射される前記光の波長λは、λ／６ｎ≦Ｈ＜λ／４ｎを満足するとともに、
   前記ピットが形成される領域は互いに等しい面積のセルに分割され、各々のセルに対するピット占有率に応じて多値の再生信号が生成される前記光記録媒体に対して、集光時に残存する球面収差量Ｗ _４０ が、Ｗ _４０ ≦０．０７λｒｍｓを満足する光ピックアップ装置を備えている光再生装置であって、
   前記光を照射する光源と、
   前記光源から出射された光束を前記複数の記録層のうち選択された記録層に集光する対物レンズと、
   前記選択された記録層で反射された戻り光束を所定の受光位置まで導く光学系と、
   前記受光位置に配置され前記戻り光束を受光する光検出器と、
   前記選択された記録層に応じて予め設定されている複数の収差補正量のうちのいずれかを選択し、その選択結果に基づいて収差を補正する収差補正手段と、をさらに備え、
   前記収差補正手段は、前記光記録媒体が２層の前記記録層を備えていて、前記光記録媒体の中間層厚をｔとするときは、前記選択された記録層が第１記録層のときに前記第１記録層から第２記録層に向かって（１／３）ｔに対応する位置での球面収差がほぼ最小となるときの収差補正量を選択し、前記選択された記録層が前記第２記録層のときは、前記第１記録層から前記第２記録層に向かって（２／３）ｔに対応する位置での球面収差がほぼ最小となるときの収差補正量を選択し、
   前記対物レンズは、入射光束が略平行光のときに、前記第１記録層又は前記第２記録層に対応する位置での波面収差がほぼ最小となるように設定されている、ことを特徴とする光再生装置。
3. 請求項１に記載の光再生装置で用いる光記録媒体において、
   各々の前記ピットは、各々の前記セルの中心位置に面積変調に応じて異ならせた半径の略円形パターンで形成されている光記録媒体であって、
   前記光記録媒体は、各々の前記セルに対するピット占有率に応じてＮ値（Ｎ＝２，３，４，…）なる多値の再生信号が生成されるものであり、
   前記ピットは、前記面積変調に応じて（Ｎ−１）種類の異なるピット径を有し、これらの（Ｎ−１）種類のピット径は最大ピット径のピットによる場合の前記セルからの反射光量とピットなしの場合の前記セルからの反射光量との間をほぼ（Ｎ―１）等分するように設定されており、
   前記光記録媒体は、２層の前記記録層を備えていて、
   光再生装置の光源から出射された光束を前記複数の記録層のうち選択された記録層に集光する対物レンズの開口数をＮＡ、前記光源から照射される光束の波長をλとした場合に、前記２層の記録層の第１記録層と第２記録層との間隔をｔ、等価屈折率をｎとすると、ｔ≦１５ｎ ^３ λ／｛（ｎ ^２ −１）ＮＡ ^４ ｝を満足すること、を特徴とする光記録媒体。
4. 請求項２に記載の光再生装置で用いる光記録媒体において、
   各々の前記ピットは、各々の前記セルの中心位置に面積変調に応じて異ならせた半径の略円形パターンで形成されている光記録媒体であって、
   前記光記録媒体は、各々の前記セルに対するピット占有率に応じてＮ値（Ｎ＝２，３，４，…）なる多値の再生信号が生成されるものであり、
   前記ピットは、前記面積変調に応じて（Ｎ−１）種類の異なるピット径を有し、これらの（Ｎ−１）種類のピット径は最大ピット径のピットによる場合の前記セルからの反射光量とピットなしの場合の前記セルからの反射光量との間をほぼ（Ｎ―１）等分するように設定されており、
   前記光記録媒体は、２層の前記記録層を備えていて、
   光再生装置の光源から出射された光束を前記複数の記録層のうち選択された記録層に集光する対物レンズの開口数をＮＡ、前記光源から照射される光束の波長をλとした場合に、前記２層の記録層の第１記録層と第２記録層との間隔をｔ、等価屈折率をｎとすると、ｔ≦１１ｎ ^３ λ／｛（ｎ ^２ −１）ＮＡ ^４ ｝を満足すること、を特徴とする光記録媒体。

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