CN1551162A - 光盘装置及光盘 - Google Patents

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CN1551162A CNA2004100433767A CN200410043376A CN1551162A CN 1551162 A CN1551162 A CN 1551162A CN A2004100433767 A CNA2004100433767 A CN A2004100433767A CN 200410043376 A CN200410043376 A CN 200410043376A CN 1551162 A CN1551162 A CN 1551162A
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С
小林良治
日野泰守
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种多层光盘及相应光盘装置。该光盘装置包括用光来照射有5层以上的记录层的光盘的物镜，和控制所述光的光轴和所述记录层的法线之间所形成的倾斜角度的倾斜调节机构；通过使所述光照射所述光盘，将数据写入到从所述光盘上的多数个记录层中选定的记录层，及/或从所述多数个记录层中选定的记录层读取数据；设配置在距离所述光盘的光照侧面最远的位置上的记录层和所述光盘的光照侧面之间的距离为Dmm，设定所述物镜的数值孔径NA使其满足关系式1.3009×D3－2.9315×D2+2.3133×D－0.0502≤NA≤1.3009×D3－2.9315×D2+2.3133×D+0.2028，使存储容量最大化。

Description

光盘装置及光盘
技术领域
本发明涉及一种具有多层记录层的光盘以及能够对该光盘进行数据记录再生的光盘装置。
背景技术
光盘的记录层中所记录的数据密度(以下称作记录密度)，与用来记录再生数据的激光束在记录层上所形成的光点的面积(光点半径的平方)成反比。激光束的光点半径与激光的波长成正比，与内置在光盘的激光头中的物镜的数值孔径成反比。本说明书中所述的光盘装置不仅包括录像机、播放机和摄像机，还包括以光盘作为存储介质的诸多电子设备。
CD(Compact Disc)是一种非常普及的光盘形式，其物镜数值孔径NA为0.45，激光波长为780nm，存储容量为650MB。而DVD(DigitalVersatile Disc)的物镜数值孔径NA为0.6，激光波长为680nm，存储容量为4.7GB。至于最近才投入市场的BD(Blu-ray Disc)，其物镜数值孔径NA为0.85，激光波长为405nm，存储容量则达到了25GB。
可以看出，迄今为止的光盘一直是通过加大物镜数值孔径NA，缩小激光波长来达到增加存储容量的目的的。
然而进一步加大物镜数值孔径NA，缩小激光波长这种方法也有其困难。下面将说明这些困难的原因。
首先，物镜数值孔径NA是用物镜焦点的位置和物镜的有效半径所规定的角度的sin函数来表示的。因此，数值孔径NA越大，激光头和光盘之间的间隔就越小。当数值孔径NA为0.85时，该间隔约为0.1mm。当激光头和光盘之间的间隔变得如此之小之后，控制物镜聚焦变得非常困难。
另外，如果要进一步缩短激光波长的话，就必须开发新的半导体元件，这也是一件十分困难的事。目前，用半导体激光元件还难以发射出波长在405nm之下的激光。使用SHG(二次谐波发生器)等非线性光学元件，将半导体激光元件所发射出的激光变换成波长更短的光这种方法已经被讨论了，但还远没有进入应用阶段。
尽管继续加大物镜数值孔径NA、缩小激光波长是一件非常困难的事，人们仍然希望开发出存储容量更高的光盘。这是因为，和现在已经被普及的光盘的存储容量相比，需要被存储的数据量越来越大。比如说，当使用25GB的BD来记录HDTV(高清晰度电视)节目时，一张光盘仅能记录两个小时的节目。另外，随着宽带网络接入的普及，向家庭供应的数据量也在不断的增加。例如，以平均为3Mbps的速度接收数据的话，持续24小时能接收到总共32GB的数据。如此庞大的数据，需要使用多张容量为25GB的BD来存储。
为解决上述问题，光盘的多层记录方式被讨论。举例来说，在BD的基层板上有两层记录层的“2层光盘”已被标准化，它的容量就可以达到50GB。因此，光盘高存储容量化的潮流正在向着多层记录化的方向发展。
专利文献1和专利文献2中所公示的可以作为在一个基层板上设有多层记录层的光盘的一个例子。如专利文献1和专利文献2所述，要提高光盘的记录密度，就必须提高NA值，另外还必须满足NA/λ≥1.20的关系。
【专利文献1】特开2002-235732号公报
【专利文献2】特开H11-195243号公报
为增加多层光盘的存储容量，对增加单层光盘存储容量很有效的方法已经不再适用。比如说，增加物镜数值孔径NA，存储容量并不和数值孔径NA的平方成比例的增加。这是因为对于多层光盘来说，增加数值孔径NA会增加波面像差(慧差、像散)，使得入射光的光轴和记录层的垂线之间所形成的角度(倾斜角)所带来的影响加大了。
在倾斜角为一定的条件下，波面像差(慧差、像散)以大于数值孔径NA的3次方的比例增加。倾斜角通常以0为中心左右摇摆。假设倾斜角的摇摆范围不变，增加数值孔径NA所带来的使激光点减小的效果，与波面像差的增加所带来的激光点扩大的效果正好相抵。因此，多层光盘的各记录层的存储容量，并不像单层光盘的存储容量那样和NA的平方成比例增加。
所以，为了增加各记录层的合计存储容量(总存储容量)，不但要增加单层存储容量，还要增加该光盘的记录层数。为增加记录层数，必须增加自光盘的光照侧面起距离最远的位置上的记录层和光盘光照侧面之间的距离(记录叠厚)，缩小记录层之间的间隔。
然而，增加记录叠厚会加大倾斜角的影响。举例来说，当记录叠厚为0.1mm，倾斜角为0.31度时，波面像差为34.5mλ。保持倾斜角为0.31度不变，将记录叠厚增加到0.2mm，波面像差便增加到69mλ。反之，在记录叠厚为0.2mm时，为保持波面像差为34.5mλ，必须将倾斜角缩小到0.155度。
因此为保持一定的波面像差，随着记录叠厚的增加，必须缩小倾斜角。倾斜角不仅仅决定于光盘自身的弯曲，还决定于光盘和拾光头之间的关系。为减小倾斜角度，在光盘进行记录重写操作时必须在光盘装置上设置控制倾斜角度为0度的机构。即使设置了倾斜控制机构，倾斜角也会偏离0度，为缩小倾斜容许角度，必须提高倾斜控制机构的控制精度。
另外，缩小记录叠厚会缩小记录层之间的间隔。记录层间隔的缩小会引起串扰噪声的增加。当进入到散焦在相邻的上下记录层上的激光束内的数据量变多时，该干扰噪声变小。
这是因为，当散焦在相邻记录层上的激光束内的数据量变多时，数据位和非数据位的面积比接近一定的数值，被相邻记录层所反射的反射光量也会接近一定的数值。
反之，当记录层间隔保持一定时，增加数值孔径NA会减少干扰噪声。这是因为，当数值孔径NA变大时，散焦在相邻记录层上的激光束变大，激光束中的数据量便会增加。因此，当数值孔径NA增加时，可相应减小的干扰量，减小记录层的间隔。另外，当数值孔径NA增加时，如上所述，由于减小了激光束的半径，各记录层的存储容量增大。
正如以上所说明的那样，对多层光盘而言，仅仅增加数值孔径NA并不能充分的增加各记录层的合计存储容量(总存储容量)。并且，在增大数值孔径NA的情况下，由于使记录叠厚变小能够抑止像差的增加，因此有必要减少记录层数，可能会无法增加总存储容量。
因此，为增加多层光盘的总存储容量，不能够只考虑数值孔径NA和记录叠厚，还必须考虑容许倾斜角度和记录层间隔等参数。然而，至于如何设定这些参数才能够增加总存储容量，以前并没有相关的提示。今后，当多层光盘的记录层数增加到5层以上时，记录层数、数值孔径NA以及其他参数的值究竟该如何设定，目前还没有定论。
发明内容
本发明是鉴于上述问题所作出的，其目的是，提供一种在设计记录层数超过5层的大容量的多层光盘时，应当如何设定各个参数的值的计算方法
本发明的其他目的是，提供一种其各个参数均被设定在适当的范围之内，总存储容量等目标值被最优化的光盘以及该光盘的相应光盘装置。
本发明的光盘装置中，设有用来照射有5层以上记录层的光盘的物镜，以及用来控制上述光的光轴和上述记录层的法线之间所形成的倾斜角的倾斜角调节机构。该光盘装置通过上述的光照射上述的光盘，将数据写入到从上述光盘中的多个记录层中所选定的记录层中，并且从上述光盘中的多个记录层中所选定的记录层读取数据。假设上述光盘的距离光照侧面最远的的位置上的记录层和上述光盘的光照侧面之间的距离为D(单位：mm；以下简写为Dmm)，上述物镜的数值孔径NA必须满足关系式1.3009×D3-2.9315×D2+2.3133×D-0.0502≤NA≤1.3009×D3-2.9315×D2+2.3133×D+0.2028。
本发明的其他光盘装置中，设有用来照射有5层以上记录层的光盘的物镜，以及用来控制上述光的光轴和上述记录层的法线之间所形成的倾斜角的倾斜角调节机构。该光盘装置通过上述的光照射上述的光盘，将数据写入到从上述光盘中的多个记录层中所选定的记录层中，并且从上述光盘中的多个记录层中所选定的记录层读取数据。上述倾斜角的容许值T和物镜的数值孔径NA必须满足关系式0.7557×T2-0.7598×T+0.6462≤NA≤0.7557×T2-0.7598×T+0.8992。
本发明的另一种光盘装置中，设有用来照射有5层以上记录层的光盘的物镜，以及用来控制上述光的光轴和上述记录层的法线之间所形成的倾斜角的倾斜角调节机构。该光盘装置通过上述的光照射上述的光盘，将数据写入到从上述光盘中的多个记录层中所选定的记录层中，并且从上述光盘中的多个记录层中所选定的记录层读取数据。假设上述光盘的距离光照侧面最远的的位置上的记录层和上述光盘的光照侧面之间的距离为Dmm，上述物镜的倾斜角的容许值T必须满足关系式-30.031×T3+22.321×T2-5.9605×T+8.762≤D≤6.9155×T3+5.4267×T2-5.6466×T+1.5795。
本发明的另一种光盘装置中，设有用来照射各层的反射率都在6.7％之下的有多记录层的光盘的物镜，以及用来控制上述光的光轴和上述记录层的法线之间所形成的倾斜角的倾斜角调节机构。该光盘装置通过上述的光照射上述的光盘，将数据写入到从上述光盘中的多个记录层中所选定的记录层中，并且从上述光盘中的多个记录层中所选定的记录层读取数据。假设上述光盘的距离光照侧面最远的的位置上的记录层和上述光盘的光照侧面之间的距离为Dmm，上述物镜的数值孔径NA必须满足关系式1.3009×D3-2.9315×D2+2.3133×D-0.0502≤NA≤1.3009×D3-2.9315×D2+2.3133×D+0.2028。
本发明的另一种光盘装置中，设有用来照射各层的反射率都在6.7％之下的有多记录层的光盘的物镜，以及用来控制上述光的光轴和上述记录层的法线之间所形成的倾斜角的倾斜角调节机构。该光盘装置通过上述的光照射上述的光盘，将数据写入到从上述光盘中的多个记录层中所选定的记录层中，并且从上述光盘中的多个记录层中所选定的记录层读取数据。上述倾斜角的容许值T和物镜的数值孔径NA必须满足关系式0.7557×T2-0.7598×T+0.6462≤NA≤0.7557×T2-0.7598×T+0.8992。
本发明的另一种光盘装置中，设有用来照射各层的反射率都在6.7％之下的有多记录层的光盘的物镜，以及用来控制上述光的光轴和上述记录层的法线之间所形成的倾斜角的倾斜角调节机构。该光盘装置通过上述的光照射上述的光盘，将数据写入到从上述光盘中的多个记录层中所选定的记录层中，并且从上述光盘中的多个记录层中所选定的记录层读取数据。假设上述光盘的距离光照侧面最远的的位置上的记录层和上述光盘的光照侧面之间的距离为Dmm，上述物镜的倾斜角的容许值T必须满足关系式-30.031×T3+22.321×T2-5.9605×T+8.762≤D≤6.9155×T3+5.4267×T2-5.6466×T+1.5795。
本发明的光盘，是供设有用来照射有多层记录层的光盘的物镜，以及用来控制上述光的光轴和上述记录层的法线之间所形成的倾斜角的倾斜角调节机构，通过上述的光照射上述的光盘，将数据写入到从上述光盘中的多个记录层中所选定的记录层中，并且从上述光盘中的多个记录层中所选定的记录层读取数据的光盘装置使用的。假设上述光盘的距离光照侧面最远的的位置上的记录层和上述光盘的光照侧面之间的距离为Dmm，上述物镜的数值孔径NA必须满足关系式1.3009×D3-2.9315×D2+2.3133×D-0.0502≤NA≤1.3009×D3-2.9315×D2+2.3133×D+0.2028。
本发明的其他光盘，是供设置有用来照射有多层记录层的光盘的物镜，以及用来控制上述光的光轴和上述记录层的法线之间所形成的倾斜角的倾斜角调节机构，通过上述的光照射上述的光盘，将数据写入到从上述光盘中的多个记录层中所选定的记录层中，并且从上述光盘中的多个记录层中所选定的记录层读取数据的光盘装置使用的。假设上述光盘的距离光照侧面最远的的位置上的记录层和上述光盘的光照侧面之间的距离为Dmm，上述物镜的倾斜角的容许值T必须满足关系式-30.031×T3+22.321×T2-5.9605×T+8.762≤D≤6.9155×T3+5.4267×T2-5.6466×T+1.5795。
在优选实施方式中，上述记录层的数目应当为5层以上。
在优选实施方式中，上述记录层的各层的平均反射率应当为6.7％以下。
在优选实施方式中，上述记录层至少有一层应当用光色敏分子材料制成。
根据本发明将多层光盘的各参数最优化，能够使总存储容量和容许倾斜角度最大化，提高了光盘的性能。
附图说明
图1为当光盘的总存储容量一定时，表示容许倾斜角度和数值孔径NA之间关系的曲线图。
图2为表示光盘记录层叠厚和数值孔径NA之间关系的曲线图。
图3为当光盘装置的容许倾斜角度为一定时，表示光盘总存储容量和数值孔径NA之间关系的曲线图。
图4为表示光盘装置的最适NA和容许倾斜角度之间关系的曲线图。
图5为表示光盘装置的最适NA和光盘的记录层叠厚之间关系的曲线图。
图6为表示光盘装置的最适容许倾斜角度和光盘记录层叠厚之间关系的曲线图。
图7为说明本发明的第一实施方式的示意图。
图8为说明本发明的第二实施方式的示意图。
图中：70...光盘；71...物镜；72...激光束；73...光盘厚度；74...保护层；75...基材；76...记录层叠；77...记录层叠厚；78...记录层；79...记录层间隔；7A...记录面垂线；7B...物镜光轴；7C...倾斜角度；80...马达；81...激光；82...平行校正镜；83...液晶；84...球面像差校正控制器；85...半透明反射镜；86...物镜；87...执行机构；88...执行机构控制器；89...PDI像差检测传感器；8A...聚焦透镜；8B...PDI板；8C...像差检测计算器；8D...CCD传感器；8E...成像透镜。
具体实施方式
本发明将决定具有多层记录层的光盘的总存储容量的容许角度和记录层间隔作为参数导入，并根据利用该参数算出的多层光盘的总存储容量，使各参数最优化，从而提供一种倾斜容许角度和存储容量最大的光盘以及光盘装置。
在说明本发明的光盘以及光盘装置的具体实施形态之前，先说明一下本发明中所用参数的设定标准。
首先来分析用来规定一张光盘所能够存储的数据量的“总存储容量”和其他参数之间的关系。用“CAPA_ALL”来表示总存储容量(GB)，“CAPA_ALL”可用下面的公式1来表示CAPA_ALL＝CAPA_SINGLE×(STACK-COVER)/INT...(公式1)
上述公式中的各项参数如表1所示
CAPA_SINGLE 单层存储容量(GB：吉字节)
STACK 记录层叠厚(m)
COVER 保护层厚(m)
INT 记录层间隔(m)
在下面的计算中，假设当光盘装置的拾光单元的物镜的数值孔径NA为0.85时，单层存储容量CAPA_SINGLE大小为25GB(标准值)，且与数值孔径NA的平方成正比，从该标准值处变化。
另外，记录层间隔INT为数值孔径NA的函数。但是为了使计算简单，以当NA为0.85，轨道间距为0.32μm，数据位长度为111.75μm，记录层叠以及保护层的折射率为1.55，层间隔为10μm时散焦在相邻记录层上的激光束内的数据数为标准计算记录层间隔INT。也即，当使数值孔径NA等参数变化时，将散焦在位于激光束的焦点处的记录层的上下相邻层上的激光束内包含的数据数，与上述标准数据数比较，当两者一致时，将此时的记录层间隔定义为层间隔界限INT。另外，在下面的计算中，将保护层厚COVER设为固定值50μm。
叠厚STACK，为后面将对照图7说明的光盘记录层部分的总厚度的对应概念，与图7中所示的光盘70的记录层叠厚77相对应。叠厚STACK为容许倾斜角度(弧度)以及数值孔径NA的函数，根据日本光学会会刊光学第20卷12号(1991年12月)上所发表的西胁青儿的“发生在光盘基板上的像差的理论解析”一文，使用下面的公式2来表示。
STACK＝AB×w/(TILT×Hc 0.5)    ...(公式2)
这里，“AB”为容许倾斜角度像差量(λ)，“w”为波长(m)，“TILT”为容许倾斜角度(弧度)。将为容许倾斜角度像差量AB设定为与波面像差34.5mλ相等。公式2中的“Hc”为说明倾斜对像差的影响的大小的指标，用下面的公式3来表示。
Hc＝(F0.1-2×F-1.2/n0+F-2.3/n0 2-F0.1×Sc 2)/(2×f0.1)...(公式3)
将下面的公式4～公式8带入到公式3可得到Hc。并且将公式10、11代入到公式7可得到F-12，将公式9、代入到公式10、11可得到I1，-1以及I2，-1。
下面的公式中，“n0”为记录层叠的折射率，内角α等于O，外角β等于sin-1(NA)。
SC＝1-F-12/(n0×F0.1)       ...(公式4)
f0.1＝-(cos2β-cos2α)/2    ...(公式5)
F0.1＝(cos4β)/4-(cos2β)/2-(cos4α)/4+(cos2α)/2  ...(公式6)
F-1.2＝(n0/2)×(I1，-1-I2，-1)    ...(公式7)
F-2.3＝(n0 2/2)×((sin4β-sin4α)/2
+(n0 2-1)×(sin2β-sin2α)
+n0 2(n0 2-1)Ln|(1-sin2β/n0 2)/(1-sin2α/n0 2)|)...(公式8)
I0，-1＝Ln|2sin2β-(n0 2+1)+2n0(cosβ)
          ×(1-(sin2β)/n0 2))1/2|
       -Ln|2sin2α-(n0 2+1)+2n0(cosα)
         ×(1-(sin2α)/n0 2))1/2    ...(公式9)
I1，-1＝(n0 2+1)I0，-1+n0(cosβ)×(1-sin2β/n0 2)1/2
       -n0(cosα)×(1-sin2α/n0 2)1/2    ...(公式10)
I2，-1＝(3n0 4+2n0 2+3)I0，-1/8+n0(cosβ)
      ×(1-sin2β/n0 2)1/2×(2sin2β+3(n0 2+1))/4
      +n0(cosα)×(1-sin2α/n0 2)1/2
      ×(2sin2α+3(n0 2+1))/4    ...(公式11)
根据上述各个公式所确定的公式2的关系式，计算当总存储容量CAPA_ALL一定时，数值孔径NA和容许倾斜角度TILT之间的关系。该关系如图1所示。在图1所绘制的图表中，横轴为数值孔径NA，纵轴为容许倾斜角度。在光盘装置中控制倾斜角度使它不超出容许倾斜角度的范围，也就是说，倾斜角度的控制范围相当于容许倾斜角度。
图1所绘制的图表描述了当总存储容量(各记录层的合计存储容量)为一定时的曲线。该总存储容量从100GB变化到1TB。
按照总存储容量为一定值所绘制的点，通过使数值孔径NA变化，从而使除了容许倾斜角度之外，层间隔、记录层叠厚、单层存储容量的全部，以总存储容量保持一定的情况下进行变化。
当数值孔径NA位于很小的范围(0.2附近)时，容许倾斜角度也很小，随着数值孔径NA的增加，容许倾斜角度也会变大。当数值孔径NA位于0.6～0.7时该容许倾斜角度达到最大。随着NA继续增大，容许倾斜角度又再次变小。另外，随着总存储容量的增加，容许倾斜角度越变越小。也就是说，不得不减小倾斜角度控制剩余量，因而要求控制的更加精密。
例如当存储容量为200GB时，数值孔径NA在大约0.2～0.87的范围内都能够实现。当NA＝0.3，要实现200GB的存储容量时，容许倾斜角度为大约0.2度。然而当NA＝0.61，要实现200GB的存储容量时，容许倾斜角度为约0.314度，大出了约55％。容许倾斜角度越大，倾斜检测精度可以很低，另外用于控制倾斜的执行机构的机械精度也可以很低。因此，能够使光盘装置的构成简单化，使该装置的价格降低。
当NA＝0.85，要实现200GB的存储容量时，容许倾斜角度为大约0.25度，增加了单层记录密度，提高了传送速率。另外，当NA增大时，由于激光束的点径变小，能够减小激光的功率。
如上所述，能够通过均衡容许倾斜角度、传送速率、容许倾斜角度以及激光功率，来对应光盘装置以及光盘系统的设计规格(要求事项)。
图2为当总存储容量一定时，使容许倾斜角度最大时光盘记录层叠厚和NA之间关系的曲线图。曲线中央部分的实线对应于图1中各曲线(100GB、200GB、...1TB)的顶点的连接线。图2的图表中的用实线绘制的曲线上的各个点，从左向右，各表示当总存储容量为100GB、200GB、...1TB时的数据。该曲线满足下面公式12所示的关系。
NA＝1.3009D3-2.9315D2+2.3133D+0.0763  ...(公式12)
这里，D为记录叠厚(mm)，也即从光盘表面到最下面的记录层的深度。
例如，当总存储容量为一定值时，为使容许倾斜角度为最大，来考虑数值孔径NA的取值。此时，从图1得到给定总存储容量所对应的曲线的顶点，便能够得出该顶点所对应的数值孔径NA。通过上述方法得到的数值孔径NA以及容许倾斜角度，可以作为设计光盘装置的结构时的参考。另外，从图2可得到上述数值孔径NA对应的记录层叠厚，按照该记录层叠厚来设计光盘。
实际的系统中，并不都是公式12所示的关系(图2内的实线)为最佳状态，而是根据各个系统的冗余量分配，采用公式12的曲线的周边的参数。例如，当容许倾斜角度较小时能够扩大其他的冗余量，反之当其他的冗余量较小时，能够扩大容许倾斜角度。因此，系统不同最佳NA也不同。虽然均衡值根据系统而不同，但一般NA取±0.125左右。
图2中实线的上下所记载的由虚线构成的曲线，为和实线相比数值孔径NA增加/减少0.125时的曲线。通过各个容许倾斜角度为最大时的点的虚线，由于和图1的总存储容量一定时的曲线相对应，所以上下虚线之间所夹的部分可以认为是最佳范围。也就是，公式1所示关系和公式2所示关系之间的范围。
例如当总存储容量为200GB时，根据图1，位于NA＝0.67的附近(上虚线和200GB的虚线的交点)的位置上，容许倾斜角度约为0.309度。由此可见，NA＝0.67时，倾斜角度控制必须比NA＝0.61(允许倾斜角度为0.314度)时要严格约1.4％。
然而，当NA从0.61增加到0.67时，激光束点径变小，存储功率可以减少约17％。也就是说，根据系统的不同，由公式16所示关系决定的NA越大，容许倾斜角度越小，可以补充存储功率的不足。另外还带来光盘设计时记录叠厚从0.38mm到0.28mm变薄了约0.1mm、以及对光头设计的影响。
反之，当NA为0.56时(下虚线和200GB虚线的交点)，容许倾斜角度约为0.311度，此时的倾斜控制也变的更加严格。然而，当NA变小时，散焦像差的分配变大。另外当NA变小，激光束的点径变大，如果不将存储功率增加19％，就无法存储。另外还有光盘设计时记录叠厚从0.38mm到0.54mm变厚了约0.16mm、以及对光头设计的影响。
同样的均衡关系，不仅仅存在于容许倾斜角度和散焦冗余量以及存储功率之间，还存在于容许倾斜角度和光盘厚度误差以及容许倾斜角度和数值孔径NA的相关参数之间。
在上面的例子中，在最初决定总存储容量时，按照便于使其他参数最优化的顺序来说明。相应地，在最初决定总存储容量时，能够按照下面的顺序来使其他参数最优化。
下面对照图3以及图4，来说明该顺序。图3为容许倾斜角度一定时，说明总存储容量和数值孔径NA之间的关系的曲线图。曲线图的横轴为数值孔径NA，纵轴为总存储容量。图中绘制了容许倾斜角度在0.07度到0.31的范围内8个不同数值时的曲线。
总存储容量随着数值孔径NA变化的理由是因为，层间隔、记录层叠厚以及单层存储容量全部依存于数值孔径NA的变化而变化。图3中描绘了当容许倾斜角度为一定时，各参数的变化情况。
通过图3能够得知，当数值孔径NA较小时(NA：约0.2)，总存储容量也较小。随着数值孔径NA的增大，总存储容量也同时增大，当NA位于0.6到0.7的附近时达到最大。此时如果数值孔径NA继续增大，总存储容量反而变小。
这是因为，伴随着数值孔径NA的增大单层存储容量也增加，且由于层间隔变小，同时记录层叠厚也变小所导致的。这样由于数值孔径NA的增加所引起的使总存储容量增加和减少的两方面要因的共同作用，导致了如图3所示的曲线顶点(峰值)的出现。
图3描绘了容许倾斜角度的减少使总存储容量增加的情景。由此可以得出，减小倾斜角度的剩余差，提高倾斜控制的控制精度，能够增加总存储容量。
另外当容许倾斜角度为0.31度以下时，为使总存储容量为200GB，应当将NA设定在0.555到0.662的范围之内。相应地，当容许倾斜角度为0.26度时，为使总存储容量为200GB，应当将NA设定在0.400到0.809的范围之内。由此可以得出，当容许倾斜角度的设定值变小时，能够选择的数值孔径NA的范围变大。
图4为容许倾斜角度一定时，使总存储容量最大时，容许倾斜角度和数值孔径NA之间的关系的曲线图。如图3所示，当容许倾斜角度分别为0.07度、0.09度、...0.31度等各情况下，求使总存储容量最大(顶点)时的NA值，将其绘制到图4上。图4中用实线表示的曲线，满足公式13所示的关系。
NA＝0.7557T2-0.7598T+0.7727    ...(公式13)
这里T为容许倾斜角度。
图4中所绘制的位于实线的上下方的虚线，为表示比实线的NA增减0.125的关系的曲线。
实际的光盘系统中，并不都是公式13所示的关系为最佳状态，而是根据各个系统的冗余量分配，采用公式13的曲线的周边的参数。例如，通过减小总存储容量能够扩大其他的冗余量，反之当其他的冗余量较小时，能够扩大总存储容量。因此，光盘系统不同最佳数值孔径NA也不同。根据系统的不同，虽然随着均衡值变化的数值孔径NA的范围也不同，但在公式13所决定值的正负0.125的范围内为最佳。下面是为使总存储容量为200GB以上时关于均衡值的例子。当容许倾斜角度为0.26时，NA值能够在0.400～0.809的范围内选择。当总存储容量最大时，数值孔径NA为0.628，此时的总存储容量为248GB。
在NA＝0.809的情况下为实现总存储容量为200GB时，随着数值孔径NA从0.628增加到0.809，激光束点径变小，用来存储的激光功率可减少约66％。因此，根据系统的不同，将数值孔径NA设定为比公式13所决定的值大时，如果允许总存储容量多少变小一点，能够补充激光功率的不足。另外随着上述数值孔径NA的增加，记录叠厚从0.413mm变薄到0.150mm、所以还会影响到光盘设计以及光头的设计。
反之，当数值孔径NA为0.400以下时，散焦像差变大。另外，当数值孔径NA变小时，激光束的点径变大，如果不将存储功率增加到约2.46倍就无法存储数据。另外当数值孔径NA变小时，记录叠厚从0.413mm增加到1.93mm。
DVD的数值孔径NA为0.6，CD的数值孔径NA为0.45。因此，要确保与DVD的兼容性时，最好将数值孔径NA设定为0.6。与此相反，要确保与CD的兼容性时，最好将数值孔径NA设定为0.45。
当重视光盘装置的构成简单化时，最好将容许倾斜角度设定为所能达到的最大值。此时，数值孔径NA设定为0.608，即使容许倾斜角度为0.31度，总存储容量也能够达到200GB。
均衡关系和图2所示的一样，不仅仅存在于总存储容量和容许倾斜角度之间，还存在于散焦冗余量、存储功率、光盘厚度误差等总存储容量和数值孔径NA的相关参数之间。因此，将公式3和公式4所示的曲线之间作为最佳参数范围而采用。
图5为将图4中的图表的横轴变换为记录层叠厚所得到的图表。也即，表示图4中的实线曲线(由图3中各容许倾斜角度一定时的曲线的总存储容量的顶点所绘制成的曲线)的各点的对应记录层叠厚和数值孔径NA之间关系的曲线，为图5正中的实线。位于该实线上下方的虚线曲线，为给数值孔径NA正负0.125冗余量时的曲线。
由于总存储容量变小时能够扩大其他参数的冗余量，光盘系统的不同最佳数值孔径NA也不同。但是，为使总存储容量最大化，最佳数值孔径NA的范围位于上下虚线曲线所夹的区域之间。
图5中，当容许倾斜角度分别为0.26度、0.16度、0.11度、0.07度等各对应点的连线，对应于图3中容许倾斜角度分别为0.26度、0.16度、0.11度、0.07度等各曲线。因此，和图2一样，在连接各实线上的容许倾斜角度点的虚线上，上下虚线曲线所夹的区域为最佳数值孔径NA的范围。
图6为表示图5所示规定数值孔径NA的最佳范围的上下两条虚线上的记录层叠厚和容许倾斜角度之间关系的曲线图。也即，根据图5中所示的上下两条虚线和表示各容许倾斜角度为一定时的虚线的交点所绘制成的图表。
图6上侧的曲线，对应于图5中比总存储容量为顶点时的曲线(中央的实线)的数值孔径NA仅减少约0.125时的下侧的曲线。图6下侧的曲线，对应于图5中比总存储容量为顶点时的曲线(中央的实线)的数值孔径NA仅增加约0.125时的下侧的曲线。使总存储容量为最大时的最佳记录层叠厚的范围，为图6中所示2条曲线所夹区域(公式5所示关系和公式6所示关系之间的区域)。
下面对照附图说明本发明的具体实施方式。
(实施方式1)
首先，对照图7，说明根据本发明所构成的光盘的结构。
如图7所示，本实施方式的光盘70从光入射侧方向来看，由保护层74、记录层叠76以及基材75构成。激光束通过该光盘装置的光学系所含有的物镜71，被集光在光盘70的记录层叠之上。
本实施方式的光盘70中的记录层叠76，至少由5层，最好由10层以上的记录层78构成。各记录层的平均反射率(对用来记录/再生的激光波长的平均反射率)，由记录层的总数的不同而不同，本发明的最佳实施方式中为6.7％以下。记录层层数继续增加时(增加到超过10层时)，各记录层的平均反射率最好设定为3％以下。另外，平均反射率为已记录部分和未记录部分在轨道上的比为1∶1时的反射率。记录层的反射率由标准化组织ECMA国际的“ECMA-338”中的AnnexD中所述的方法测定。
该记录层叠76所包括的记录层78，与其正上方以及正下方的记录层78之间的距离为记录层间隔79。当由多层记录层78堆积时，各记录层78不采用以前的相变材料，而最好采用对脉冲激光的照射起光化学反应的光色敏分子材料等有机材料，比如Diarylethene或者PAP(Phto-addressablePolumers)等制成。
将配置在从光盘70的光照侧面距离最深的位置的记录层78到光盘70的光照侧面之间的距离，称作为“记录层叠厚77”。另外，将记录层叠厚77和基层板(基材)75的厚度合计，定义为“光盘厚度”。
另外，与位于激光束72的焦点处的记录层78垂直的垂直线称作“记录面垂线7A”，物镜的光轴7B和记录面垂线7A之间的角度定义为“倾斜角度7C”。
激光束72通过保护层74，聚光在记录层叠76中的一个记录层上。将数据写入物镜71最近侧的记录层78以外的记录层，或者从该记录层78读取数据时，激光束72至少要通过一个记录层78。因此，激光束被该至少一个记录层78所部分反射。
如此形成的反射光通过物镜71射入受光传感器，形成串扰噪声。
串扰噪声的大小，随着无用光反射所引起的散焦在其他记录层78上的激光束72的光点内所含有的数据位和非数据位的面积比而增减。这是由数据位和非数据位的反射率不一样所导致的。当散焦在其他记录层78上的激光束72的光点较大，数据位和非数据位之间的面积比例趋向平均化。因此，因位置所引起的反射光量的变化减小，串扰噪声也减少。
由上所述，记录层间隔79越大，并且物镜的NA越大，串扰噪声就会减少。
本实施方式中，容许倾斜角度和物镜71的数值孔径NA之间，满足图1中所示的关系。
也就是说，当设记录层叠厚77为Dmm时，所确定的物镜71的数值孔径NA应满足以下关系式(公式14)。
1.3009×D3-2.9315×D2+2.3133×D-0.0502≤NA≤1.3009×D3-2.9315×D2+2.3133×D+0.2028    ...(公式14)
根据这样构成的光盘装置，因倾斜角度的容许值T达到最大，所以光盘装置中所设有的“倾斜调节机构”的结构可简单化。
本实施方式中的光盘的总存储容量为记录层叠76所含有的各记录层78的存储容量的总和。
从图1可以得知，当数值孔径NA从0.2附近逐渐变大时，容许倾斜角度也逐渐变大。容许倾斜角度较大意味着允许光盘装置的倾斜控制精度较大。也即，使倾斜变小的机构能够被简化。伴随着NA的增加，由于串扰噪声的减小，记录层间隔79以及记录层叠厚77也变小。随着NA从0.2逐渐增加，由于形成在记录层上的激光束的光点逐渐变小，各记录层78的存储容量(单层存储容量)增大。当NA＝0.6～0.7附近时，容许倾斜角度达到顶点。之后如果NA继续增加，容许倾斜角度逐渐变小。
本实施方式中，为了使控制倾斜角度7C位于0度附近的控制范围(容许倾斜角度)达到最大，而设定物镜71的NA以及记录层叠厚77的值。
另外，如上所述，给定容许倾斜角度T时，记录层叠76内的各记录层78的总计存储容量(总存储容量)和物镜71的数值孔径NA之间的关系如图3所示。也就是说，当数值孔径NA从0.2附近逐渐变大时，总存储容量也逐渐变大。与此同时，记录层叠厚77以及记录层间隔79变小，单层存储容量变大。
一般来说，光盘的记录面密度与激光束光点的大小成反比，激光束光点的大小与NA的2次方成反比。NA＝0.6到0.7附近时总存储容量达到最大，之后即使NA继续增加，总存储容量反而逐渐减小。
当容许倾斜角度T和物镜71的数值孔径NA满足以下的关系式(公式15)时，在给定容许倾斜角度的基础上，总存储容量能够达到最大值。
0.7557×T2-0.7598×T+0.6462≤NA≤0.7557×T2-0.7598×T+0.8992          ...(公式15)
另外，容许倾斜角度T和记录层叠厚D满足以下的关系式(公式16)时，在给定容许倾斜角度的基础上，总存储容量能够达到最大值。
-30.031×T3+22.321×T2-5.9605×T+8.762≤D≤6.9155×T3+5.4267×T2-5.6466×T+1.5795      ...(公式16)
(实施方式2)
图8显示了本发明的光盘装置的第2种实施方式。
本实施方式的光盘装置中，激光81所发射出的激光被平行校正镜82变换成平行光之后，该平行光进入液晶元件83。该液晶元件83为例如LiquidCrystals，1989，Vol.5，1425-1433页、A liquid crystal microlensobtained with a non-uniform electric field等所记载的元件。
液晶元件83根据球面像差校正控制器84发出的信号，能够将消除球面像差的像差送至平行光。这种由液晶元件83送给平行光的光称作“共轭光”。共轭光透过半透明反射镜85之后，又通过物镜86，照射到光盘70上。本实施方式所用的光盘70和实施方式1中所用的光盘70是一样的，也含有图7中所示的多数个记录层78。
激光被光盘70之中的某个记录层反射，再次通过物镜86返回到半透明反射镜85。光盘70的记录层所反射的光透过光盘70，产生维持球面像差的作用。本实施方式中，先预测该球面像差的量，由液晶元件83产生消除该球面像差的共轭光。因此本实施方式中，虽然能够充分的降低球面像差，但是依然存在不能够被完全消除的像差。
光盘70所反射的光被半透明反射镜85反射之后，照射到PDI(PointDiffraction Interferometer)像差检测传感器89。该PDI像差检测传感器为例如刊物Introduction to WAVEFRONT SENSORS SPIE的第56页所刊载的那样。入射到PDI像差检测传感器89的光线经聚焦透镜8A被聚焦到PDI板8B上，PDI板8B的中心部分设有一个小孔，小孔的周围由半透明物质构成。因此PDI基板8B能够发挥小孔和半透明板的双重功能。透过PDI基板8B的光线被成像透镜8E散射，入射到CCD传感器8D。
从小孔中通过的光为没有像差的光，从半透明板透过的光为有像差的光。因此，在CCD传感器8D之上，无像差光和有像差光互相干涉，形成干涉条纹。根据由CCD传感器8B检测出该干涉条纹的光栅，像差检测计算器8C能够计算出像差。球面像差校正控制器84接收像差检测计算器8C的输出，控制液晶元件83使经CCD传感器8D所测定的球面像差量最小化。
另外，像差检测计算器8C所测定的像差量当中表示倾斜像差量的信号被输出到执行机构控制器88。执行机构控制器88控制使倾斜像差量接近0的执行机构87。执行机构87能够根据执行机构控制器88所输出的信号，来改变2轴的倾斜角度。
另外，像差检测计算器8C输出的表示散焦像差量的信号也被输入到执行机构控制器88。执行机构控制器88控制物镜86使其散焦量接近于0。
本实施方式中的光盘装置，根据PDI像差检测传感器89以及像差检测计算器8C所检测出的倾斜像差量，由执行机构控制器88以及执行机构87来控制倾斜角度为0。
本实施方式中的光盘装置中，通过满足上述的(公式15)以及(公式16)，能够使多层光盘的总存储容量最大化。另外，当使光盘装置的容许倾斜角度尽可能大时，最好设定数值孔径NA使其满足以下关系式。
1.3009×D3-2.9315×D2+2.3133×D-0.0502≤NA≤1.3009×D3-2.9315×D2+2.3133×D+0.2028。    ...(公式17)
此外，在上述例中，所进行的计算是以Diarylethene或者PAP的记录反应与光的强度成正比为前提的。在2光子吸收记录(2-photon absorptionrecording)中，Diarylethene或者PAP的记录反应与光的强度的平方成正比。当进行这种2光子吸收记录时，可以将记录反应与光的强度的平方成正比的为条件进行计算。
本发明可以为产业上提供以容许倾斜角度、记录层间隔等为参数的，存储容量最大化的多层光盘以及该多层光盘对应的光盘装置。

Claims (11)

1.一种光盘装置，其特征在于：
是一种设有用光来照射含有层叠了5层以上的记录层的光盘的物镜，以及控制所述光的光轴与所述记录层的法线之间所形成的倾斜角度的倾斜调节机构；
通过使所述光照射所述光盘，将数据写入到从所述光盘上的多数个记录层中选定的记录层上，及/或从所述多数个记录层中选定的记录层上读取数据的光盘装置，
当假设配置在距离所述光盘的光照侧面最深远的位置上的记录层与所述光盘的光照侧面之间的距离为Dmm，所述物镜的数值孔径为NA时，则所设定的所述物镜的数值孔径应满足
1.3009×D3-2.9315×D2+2.3133×D-0.0502≤NA≤1.3009×D3-2.9315×D2+2.3133×D+0.2028的关系式。
2.一种光盘装置，其特征在于：
是一种设有用光来照射含有层叠了5层以上的记录层的光盘的物镜，以及控制所述光的光轴和所述记录层的法线之间所形成的倾斜角度的倾斜调节机构；
通过使所述光照射所述光盘，将数据写入到从所述光盘上的多数个记录层中选定的记录层上，及/或从所述多数个记录层中选定的记录层上读取数据的光盘装置，
当假设所述倾斜角度的容许值为T，所述物镜的数值孔径为NA时，则所设定的所述倾斜角度的容许值以及数值孔径应满足
0.7557×T2-0.7598×T+0.6462≤NA≤0.7557×T2-0.7598×T+0.8992的关系式。
3.一种光盘装置，其特征在于：
是一种设有用光来照射含有层叠了5层以上的记录层的光盘的物镜，以及控制所述光的光轴和所述记录层的法线之间所形成的倾斜角度的倾斜调节机构；
通过使所述光照射所述光盘，将数据写入到从所述光盘上的多数个记录层中选定的记录层上，及/或从所述多数个记录层中选定的记录层上读取数据的光盘装置，
当假设配置在距离所述光盘的光照侧面最深远的位置上的记录层与所述光盘的光照侧面之间的距离为Dmm，所述倾斜角度的容许值为T时，则所设定的所述倾斜角度的容许值应满足
-30.031×T3+22.321×T2-5.9605×T+8.762≤D≤6.9155×T3+5.4267×T2-5.6466×T+1.5795的关系式。
4.一种光盘装置，其特征在于：
是一种设有用光来照射含有层叠了多数层的各反射率均为6.7％以下的记录层的光盘的物镜，以及控制所述光的光轴和所述记录层的法线之间所形成的倾斜角度的倾斜调节机构；
通过使所述光照射所述光盘，将数据写入到从所述光盘上的多数个记录层中选定的记录层上，及/或从所述多数个记录层中选定的记录层上读取数据的光盘装置，
当假设配置在距离所述光盘的光照侧面最深远的位置上的记录层与所述光盘的光照侧面之间的距离为Dmm，所述物镜的数值孔径为NA时，则所设定的所述物镜的数值孔径应满足
1.3009×D3-2.9315×D2+2.3133×D-0.0502≤NA≤1.3009×D3-2.9315×D2+2.3133×D+0.2028的关系式。
5.一种光盘装置，其特征在于：
是一种设有用光来照射含有层叠了多数层的各反射率均为6.7％以下的记录层的光盘的物镜，以及控制所述光的光轴和所述记录层的法线之间所形成的倾斜角度的倾斜调节机构；
通过使所述光照射所述光盘，将数据写入到从所述光盘上的多数个记录层中选定的记录层上，及/或从所述多数个记录层中选定的记录层上读取数据的光盘装置，
当假设所述倾斜角度的容许值为T，所述物镜的数值孔径为NA时，则所设定的所述倾斜角度的容许值以及数值孔径应满足
0.7557×T2-0.7598×T+0.6462≤NA≤0.7557×T2-0.7598×T+0.8992的关系式。
6.一种光盘装置，其特征在于：
是一种设有用光来照射含有层叠了多数层的各反射率均为6.7％以下的记录层的光盘的物镜，以及控制所述光的光轴和所述记录层的法线之间所形成的倾斜角度的倾斜调节机构；
通过使所述光照射所述光盘，将数据写入到从所述光盘上的多数个记录层中选定的记录层上，及/或从所述多数个记录层中选定的记录层上读取数据的光盘装置，
当假设配置在距离所述光盘的光照侧面最深远的位置上的记录层与所述光盘的光照侧面之间的距离为Dmm，所述倾斜角度的容许值为T时，则所设定的所述倾斜角度的容许值应满足
-30.031×T3+22.321×T2-5.9605×T+8.762≤D≤6.9155×T3+5.4267×T2-5.6466×T+1.5795的关系式。
7.一种光盘，其特征在于：
是一种用于设有用光来照射含有层叠了多个的记录层的光盘的物镜，以及控制所述光的光轴和所述记录层的法线之间所形成的倾斜角度的倾斜调节机构，通过使所述光照射所述光盘，将数据写入到从所述光盘上的多数个记录层中选定的记录层上，及/或从所述多数个记录层中选定的记录层上读取数据的光盘装置的光盘，
当假设配置在距离所述光盘的光照侧面最深远的位置上的记录层与所述光盘的光照侧面之间的距离为Dmm时，则所设定的所述距离D应满足
1.3009×D3-2.9315×D2+2.3133×D-0.0502≤NA≤1.3009×D3-2.9315×D2+2.3133×D+0.2028的关系式。
8.一种光盘，其特征在于：
是一种用于设有用光来照射含有层叠了多个的记录层的光盘的物镜，以及控制所述光的光轴和所述记录层的法线之间所形成的倾斜角度的倾斜调节机构，通过使所述光照射所述光盘，将数据写入到从所述光盘上的多数个记录层中选定的记录层上，及/或从所述多数个记录层中选定的记录层上读取数据的光盘装置的光盘，
当假设配置在距离所述光盘的光照侧面最深远的位置上的记录层和所述光盘的光照侧面之间的距离为Dmm、所述倾斜角度的容许值为T时，则所设定的距离D应满足
-30.031×T3+22.321×T2-5.9605×T+8.762≤D≤6.9155×T3+5.4267×T2-5.6466×T+1.5795的关系式。
9.如权利要求7或8所述的光盘，其特征在于：
所述记录层层数为5层以上。
10.如权利要求7或8所述的光盘，其特征在于：
所述记录层各自的平均反射率为6.7以下。
11.如权利要求7或8所述的光盘，其特征在于：
所述记录层中至少有一个由光色敏分子材料制成。
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