CN1265369C - 光盘及光盘设备 - Google Patents

Abstract

将光盘(1)的光透射层(2)的折射率设置在1.45至1.75范围内，将其发出的激光入射到光透射层(2)的透镜的数值孔径设置为0.65，以及将激光的波长范围设置在395至415nm范围内。此外，为了使像差在特定可接受值范围内，利用根据像差的可接受值确定的常数t1、t2以及光透射层的折射率n的函数f(n)，将光透射层(2)的厚度t设置在f(n)-t1≤t≤f(n)+t2的范围内。

Description

光盘及光盘设备

技术领域

本发明涉及可以进行高密度记录的光盘。

背景技术

众所周知，最近几年，作为可以高密度记录信息的光盘，单面单层容量为4.7GB的DVD已经投入使用。现存的DVD类型有，例如专门用于再现的DVD-ROM、可重写DVD-RAM等。以这样的方式构造DVD，即，将信息记录层形成在厚度为0.6mm的透明基底上(以下简称：光透射层)，并允许激光束通过该光透射层聚焦到信息记录面上以读或写信息。此时，作为基准，用于聚焦光束的物镜的数值孔径为0.6。对于650nm波长的光，光透射层的折射率n的规定范围为n＝1.45至1.65，并选择适于该条件的光透射层的材料。通常采用聚碳酸酯作为这种光透射层材料，而且这种情况下的折射率为n＝1.58。

尽管如上所述DVD光透射层的基准厚度为0.6mm，但是从制造光盘的观点出发，发生厚度弥散现象不可避免。在记录和再现DVD的光学系统中，在以这样的方式设计光透射层，即，使其厚度的标准值为0.6mm情况下，如果所制造的衬底厚度偏离0.6mm，则发生像差。由于光学系统的这种像差增大聚束光点的直径并损害信号的再现，所以从系统的观点出发，需要将该像差控制到预定值或者更小。

利用与光透射层标准值的偏差和与光透射层的折射率标准值的偏差，确定因为光透射层的厚度误差引起的系统像差。因此，对于DVD，为了将因为光透射层的厚度误差引起的光学系统的像差控制到常量值或者更小，将光透射层厚度的范围规定为光透射层厚度及其折射率的二维范围。例如，在第8-273199号KOKAT日本专利申请公开中对该范围进行了公开。即，对于折射率范围，n＝1.45至1.65，在光透射层厚度相当于标准值的误差为0.03mm的情况下，在水平轴表示折射率，而垂直轴表示光透射层厚度时，如果折射率n变得小于透镜负荷规范(lensload specification)(标准值)，则规定在光透射层厚度增加的方向改变的范围，而如果它变得大于透镜负荷规范，则规定光透射层厚度不发生变化的范围。

然而，鉴于以下原因，上述描述的众所周知例子的规范不适当。

当前，各公司已经开始对更高密度的DVD进行技术开发。照射到光盘信息记录面上的聚焦光的光点的大小与波长成正比，而与表示物镜对聚焦光的光阑角的NA成反比。因此，为了确定聚焦光的光点大小，力求提高记录密度，需要缩短光源波长而提高物镜的NA。

此时，由于光透射层的折射率取决于光源波长，所以需要利用其折射率重新将光透射层厚度的范围规定为二维范围。作为下一代光盘的光源波长、NA以及光透射层厚度的例子，可以被表示为波长λ＝405nm、NA＝0.65、光透射层厚度＝0.6mm。

发明内容

本发明的实施例提供了一种适于进行高密度记录的光盘，它详述了可用于下一代光盘的光透射层厚度和光透射层折射率的范围。

为了实现上述目的，提供了一种以这样的方式构造的光盘，即，利用光透射层覆盖形成在衬底上的信息记录层，而且其中设置光透射层的厚度和折射率的范围，以使因为光透射层的厚度和折射率偏离每个标准值的偏差引起的像差在特定可接受值范围内，其特征在于，利用光透射层的折射率n的函数f(n)以及根据光透射层中像差的可接受值确定的常数t1、t2，将光透射层的厚度t设置在f(n)-t1≤t≤f(n)+t2的范围内，将光透射层的折射率设置在1.45至1.75范围内，将其发出的激光入射到光透射层的透镜的数值孔径设置为0.65，以及利用常数A₁、A₂、A₃，将函数f(n)表示为：

$f\left(n\right)=\frac{A_1\×n^3}{n^2-1}\×\frac{n^2+A_2}{n^2+A_3}\left(\mathrm{mm}\right)$

根据本发明的一个方面，将入射到光透射层的激光的波长设置在395至415nm范围内，而且常数A₁为0.26200，常数A₂为-0.32400，常数A₃为0.00595。

通过选择这些数值，可以将光学系统的像差限制为常量值或者更小，并实现工作稳定性。

附图说明

图1是示出对其应用了本发明的第一光盘的结构的剖视图；

图2是示出对本发明的光盘进行记录和再现的光盘设备的方框图；

图3是示出将光束聚焦到记录层上以产生聚束光点的方式的示意图；

图4是示出光盘光透射层的折射率与厚度之间关系、将波前像差表示为参数的示意图；

图5是示出根据本发明一个实施例的光透射层的折射率和厚度的范围而且示出在可接受像差为0.03λrms情况下设置的范围的示意图；

图6是示出根据本发明一个实施例的光透射层的折射率和厚度的范围而且示出在可接受像差为0.05λrms情况下设置的范围的示意图；

图7是示出根据本发明一个实施例的光透射层的折射率和厚度的范围而且示出在可接受像差为约0.03λrms情况下设置的直线近似范围的示意图；

图8是示出对其应用了本发明的第二光盘的结构的剖视图；

图9是示出根据本发明一个实施例的光透射层的折射率和厚度的范围而且示出在可接受像差为0.05λrms情况下对第二光盘设置的范围的示意图；

图10是示出根据本发明一个实施例的光透射层的折射率和厚度的范围而且示出在可接受像差为约0.05λrms情况下设置的直线近似范围的示意图；

图11是示出根据本发明一个实施例的光透射层的折射率和厚度的范围而且示出在可接受像差为约0.03λrms情况下设置的另一个直线近似范围的示意图；以及

图12是示出根据本发明一个实施例的光透射层的折射率和厚度的范围而且示出在可接受像差为约0.05λrms情况下设置的另一个直线近似范围的示意图。

具体实施方式

以下将参考附图说明本发明实施例。

图1示出根据本发明的光盘1的剖视图的一个例子。在由聚碳酸酯制成的衬底2上形成(在该图中的下方)包括例如相变记录薄膜的信息记录层3。如果光盘1是专门用于再现的光盘，则形成由金属反射薄膜构成的而非由相变记录薄膜构成的信息记录层3。然后，在信息记录层3上形成(在该图中的下方)厚度为t的光透射层4。光透射层4是例如聚碳酸酯。

接着，图2示出对本发明的光盘进行记录和再现的光盘设备的构造例子。采用短波长半导体激光器20作为光源。发射光的波长是通常在395nm至415nm(405±10nm)范围内的紫色波长带波长。半导体激光器光源20发射的光100通过准直透镜21变成平行光，并通过偏振分束器22和λ/4板23进入物镜25。该物镜的NA的范围为例如0.6至0.7。此后，发射光100通过光盘1的光透射层4聚焦到信息记录层3上。

光盘1的信息记录层3反射的反射光101通过光盘1的光透射层4，再通过物镜25和λ/4板23，然后被偏振分束器22反射以通过光电检测光学系统26进入光电检测器27。光电检测器27的光接收部分通常被划分为多个部分，而且每个光接收部分根据光强输出电流。输出电流，在通过未示出的I/V放大器被变换为电压后，利用算术方法，通过数据处理单元29，被处理为RF信号、聚焦误差信号以及跟踪误差信号。

根据这些误差信号，伺服驱动器28驱动透镜驱动线圈12，以在聚焦方向(透镜光轴方向)和跟踪方向(光盘径向方向)移动透镜25。因此，在信息记录层3的目标光道上产生聚束光点。

在此，在光透射层4的厚度变成标准值(例如，0.6mm)时，以这样的方式设计该设备，即，使光进入物镜25作为近似平行光。然而，如果光透射层4的厚度偏离标准值，则出现因为光透射层4的厚度误差引起的球面像差。此时，由于光盘1的信息记录层3上的会聚点形状发生畸变，所以难以稳定、正确地进行记录和再现。

在下一代光盘设备中，由于与传统光盘设备相比，波长被进一步缩短，而NA被进一步提高，可是在事实上，利用传统的DVD或CD规定值制造下一代光盘产生错误结果。因此，本发明的光盘1的特征在于，具有考虑到光盘设备中缩短波长和提高NA的趋势获得的光透射层4的厚度误差范围和折射率范围。

作为下一代光盘系统的规范，要考虑到例如光源波长为405nm而物镜25的NA为0.65的情况。图3示出利用根据透镜负荷(lens load)完全补偿了其像差的理想物镜，将光束100聚焦到记录层3上从而产生聚束光点的方式，其中光盘光透射层的折射率为1.60而厚度为0.6mm。此时，波前整齐，而且不产生波前像差，即波前弯曲。然而，在因为透镜系统等的剩余球面像差产生波前像差时，不能产生理想的聚束光点，如图中的虚曲线6所示。

图4示出代替上述理想物镜，通过计算在所采用的光盘1具有各种光透射层折射率n和光透射层厚度t情况下产生的波前像差的rms(均方根)值，获得的结果。在图4中，水平轴表示光透射层折射率n，而垂直轴表示光透射层厚度t，利用等值线示出坐标平面上每个点的波前像差的rms值。各等值线之间的间隔表示光源波长的1/100(λ＝405[nm])。

利用这些结果，在采用具有各种光透射层折射率和厚度的光盘时，为了使剩余像差量成为常量值，如果在折射率变得大于或者小于透镜负荷规范值的方向改变折射率，则可以看出，最好使光透射层厚度少许大于标准值。因此，对于属于下一代DVD的光盘的光透射层规范，需要以这样的方式规定光透射层厚度的可接受误差范围，即，根据偏离光透射层折射率的标准值1.6的绝对值，改变可接受误差范围。

根据本发明一个实施例的光盘光透射层的折射率和厚度的范围为图5所示的范围。它示出以下区域。

折射率n：1.45≤n≤1.75(1)

光透射层厚度t：f(n)-t1≤t1f(n)+t2(mm)(2)

$f\left(n\right)=\frac{A_1\×n^3}{n^2-1}\×\frac{n^2+A_2}{n^2+A_3}\left(\mathrm{mm}\right)---\left(3\right)$

A₁＝0.26200

A₂＝-0.32400

A₃＝0.00595

t1、t2＝13(μm)

图4所示的波前像差量的各等值线排列成接近平行于垂直轴方向，而且可以将其曲线示为通过将固定差值赋予上述等式(3)获得的曲线。因此，在确定像差的可接受值时，通过使该可接受值相当于差值t1、t2，利用等式(1)至(3)，可以确定光透射层厚度和折射率的范围。

对于本实施例，图5所示的范围大致相当于图4所示像差为0.03λrms或更小的范围。也就是说，厚度误差范围±13μm(t1、t2＝13μm)相当于像差为0.03λrms或更小的范围。因此，通过规定图5所示范围的光盘，可以保持使因为偏离光透射层厚度和折射率的标准值(作为一个例子，t＝0.6mm、n＝1.60)产生的像差约为0.03λrms或更小的状况。

像差的可接受值是根据对光盘进行记录和再现的光盘设备的性能和可接受像差确定的值。此时，通过根据像差可接受值改变t1、t2，可以调节光透射层厚度的范围。例如，在可接受像差为0.05λ情况下，通过在上述等式中设置t1、t2＝22μm，可以规定正确范围(参考图6)。从制造本发明光盘的观点出发，难以将t1、t2设置为10μm或者更低。因此，t1、t2的最小值约为10μm。

同时，折射率的范围由光透射层2的材料和光源波长确定，并规定其中包括作为光盘的光透射层材料的有效材料的范围。在这种情况下，通过将它设置为1.45至1.75，可以包括作为光盘的光透射层、诸如聚碳酸酯的有效材料的紫色波长带内的折射率。

此外，根据本发明另一个实施例的光盘光透射层的厚度和折射率的范围具有图7所示的范围。该范围尽管与图5所示实施例光盘的范围接近相同，但是它是不被曲线包围而被直线包围的区域。其效果与上述实施例光盘的效果类似。

此外，图11示出根据本发明另一个实施例的光盘光透射层的厚度和折射率的范围。在图11中，光透射层的厚度和折射率的范围尽管由在某种程度上不同于图7所示值的值确定，但是它们之间的差别并不大。也就是说，在折射率为1.5和1.7的点确定该范围。本实施例具有同样的效果，即，作为光盘的光透射层的有效材料(例如聚碳酸酯等)的紫色波长带可以包括该折射率。

接着，图8示出根据本发明另一个实施例的光盘51的剖视图的例子。在衬底52上(在该图中的下方)形成包括例如相变记录薄膜的信息记录层53。在其上形成透明间隔层54，并在其上进一步形成另一个信息记录层55。信息记录层53和55可以是专门用于再现的层，它们均由金属反射薄膜构成，而且它们均可以是可记录层和可再现层，或者仅其中之一是只再现层，而其中之另一可以是可记录层和可再现层。光透射层56形成在信息记录层55上。光透射层56由例如聚碳酸酯构成。在制造过程中，利用诸如紫外线凝固树脂的压敏粘合剂(作为间隔层54)，将例如在其上形成信息记录层53的衬底52与在其上形成信息记录层54的光透射层56接合在一起。

间隔层54的作用是在对一面信息记录层进行再现时防止另一个信息记录层泄露信息(串音)。在这方面，两个信息记录层之间的间隔最好尽可能大，而且间隔层54的厚度最好要厚。然而，在这种情况下，增加了记录和再现光学系统的负荷。也就是说，在将从光透射层表面到间隔层的中心的厚度规定为物镜的负荷的情况下，即使信息记录层之任一进行记录和再现，仍产生因为一半间隔层厚度的厚度误差引起的像差。因此，鉴于记录和再现光学系统存在像差，所以间隔层的厚度最好要薄。也就是说，将间隔层的厚度设置为信息记录层的串音与记录/再现光学系统的像差之间折衷关系的平衡点。

作为下一代光盘系统的规范，如果采用例如405nm的光源波长和物镜NA＝0.65，则考虑到折衷关系，间隔层的厚度适于在约20μm至30μm之间。最好利用光透射层56的厚度的最小值和与该光透射层接触的光透射层56、信息记录层55的厚度和间隔层54的厚度之和的最大值，表示两层光盘的光透射层的厚度规范。此时，光盘的光透射层的厚度和折射率的范围变成图9所示的范围。与上面的实施例相同，假定其中光盘光透射层的折射率为1.6而厚度为0.66mm的透镜负荷，而且假定系统的可接受像差为0.05λ。规定区域是以下说明的区域：

折射率n：1.45≤n≤1.75

光透射层厚度：f(n)-t1或者更大

光透射层的厚度+信息记录层55的厚度+间隔层54的厚度：f(n)+t2或者更小

t1、t2＝22μm

f(n)根据等式(3)发生变化。

同样，由于考虑到间隔层的厚度，将可接受像差设置为0.05λ，所以与单层的情况相比，厚度方向的范围被增大。将间隔层的折射率设置为与光透射层56的折射率之差在+0.0至-0.15的范围内。

此外，根据本发明另一个实施例的光盘的光透射层的厚度和折射率的范围具有图10所示的范围。该范围尽管与图9所示实施例光盘的范围大致相同，但是它是不被曲线包围而被直线包围的区域。其效果与上述实施例光盘的效果类似。

此外，图12示出根据本发明另一个实施例的光盘光透射层的厚度和折射率的范围。在图12中，尽管光透射层的厚度和折射率的范围由在某种程度上不同于图10所示值的值确定，但是它们之间的差别并不大。也就是说，在折射率为1.5和1.7的点确定该范围。本实施例具有同样的效果，即，作为光盘的光透射层的有效材料(例如聚碳酸酯等)的紫色波长带可以包括该折射率。

尽管3个实施例示出信息记录层是两层的情况，但是，显然，各实施例可以应用于具有两个或者更多个信息记录层的光盘。

如上所述，根据本发明，可以规定对下一代光盘有效的、光透射层厚度和光透射层折射率的范围，而且可以提供适于进行高密度记录的光盘。

Claims (10)

1、一种以这样的方式构造的光盘(1)，即，利用光透射层(2)覆盖形成在衬底(4)上的信息记录层(3)，而且其中设置光透射层的厚度和折射率的范围，以使因为光透射层的厚度和折射率偏离每个标准值的偏差引起的像差在特定可接受值范围内，其特征在于

利用光透射层的折射率n的函数f(n)以及根据光透射层中像差的可接受值确定的常数t1、t2，将光透射层的厚度t设置在f(n)-t1≤t≤f(n)+t2的范围内，

将光透射层的折射率设置在1.45至1.75范围内，

将其发出的激光入射到光透射层的透镜的数值孔径设置为0.65，以及

利用常数A₁、A₂、A₃，常数A₁为0.26200，常数A₂为-0.32400，常数A₃为0.00595，将函数f(n)表示为：

$f\left(n\right)=\frac{A_1{\×n}^3}{n^2-1}\×\frac{n^2+A_2}{n^2+A_3}\left(\mathrm{mm}\right).$

2、根据权利要求1所述的光盘，其特征在于，将光透射层的折射率设置在1.5至1.7范围内。

3、根据权利要求1所述的光盘，其特征在于，将常数t1、t2的最小值设置为10μm。

4、根据权利要求1所述的光盘，其特征在于，将常数t1、t2设置为13μm。

5、根据权利要求1所述的光盘，其特征在于，对f(n)-t1和f(n)+t2所示曲线上的预定位置进行采样，将通过利用直线连接每个采样点包围的区域设置为光透射层的厚度t的范围。

6、一种以这样的方式构造的光盘，即，在衬底(1)上，通过在多个信息记录层(53、55)之间插入具有光透射特性的间隔层(54)，将多个信息记录层(53、55)分层，并利用光透射层(52)覆盖它们，其特征在于，

利用光透射层的折射率n的函数f(n)以及根据包括光透射层、信息记录层以及间隔层的层中的像差的可接受值确定的常数t1、t2，将光透射层的厚度设置为f(n)-t1或者更大，

将光透射层的厚度、间隔层的厚度以及除了最靠近衬底的信息记录层之外的其他信息记录层的厚度之和设置为f(n)+t2或者更小，

将光透射层的折射率设置在1.45至1.75范围内，

将间隔层的折射率设置为与光透射层的折射率之差在+0.0至-0.15的范围内，

将其发出的激光入射到光透射层的透镜的数值孔径设置为0.65，以及

利用常数A₁、A₂、A₃，常数A₁为0.26200，常数A₂为-0.32400，常数A₃为0.00595，将函数f(n)表示为：

$f\left(n\right)=\frac{A_1\×n^3}{n^2-1}\×\frac{n^2+A_2}{n^2+A_3}\left(\mathrm{mm}\right).$

7、根据权利要求6所述的光盘，其特征在于，将光透射层的折射率设置在1.5至1.7范围内。

8、根据权利要求6所述的光盘，其特征在于，将常数t1、t2的最小值设置为10μm。

9、根据权利要求6所述的光盘，其特征在于，将常数t1、t2设置为22μm。

10、根据权利要求6所述的光盘，其特征在于，对f(n)-t1所示曲线上的预定位置进行采样，以将连接每个采样点的直线表示的厚度设置为具有相应折射率的光透射层的厚度t的最小值，

对f(n)+t2所示曲线上的预定位置进行采样，以将连接每个采样点的直线表示的厚度设置为具有相应折射率的光透射层的厚度、间隔层的厚度以及除了最靠近衬底的信息记录层之外的其他信息记录层的厚度之和的最大值。

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