CN1204556C - 光学信息记录媒质 - Google Patents

Abstract

一种光学信息记录媒质，其中最新指定了在保护层被多个层替代的情况下的折射率和厚度的范围，并且在这些范围内确定该保护层的折射率和厚度，从而确保即使保护层的厚度在±3μm内变化，光学信息记录媒质内的球面象差也大致在30mλrm内。

Description

光学信息记录媒质

技术领域

本发明涉及一种光学信息记录媒质，它用来自光头的光照射以进行信息的记录和/或再现。

背景技术

被称为“数字化视频光盘”的光盘作为一种高密度高容量的光学信息记录媒质被推向市场。

这样的光盘现在迅速被广泛用作记录图像、音乐和计算机数据的记录媒质。光盘具有被视作其特有的保护层，并且从而具有像耐刮和耐污这样的特征。然而，如果该保护层具有厚度误差或折射率误差，便产生波阵面象差的三阶球面象差分量，它会严重地影响信息记录/再现特征。

现在将参考附图描述常规光盘的一个例子。图12示出被称为DVD的光盘的示意图。该光盘17具有保护层14、记录层15、以及加固衬底16。波长为660nm的光由物镜19会聚，并且该记录层15在该保护层14的一侧用该光照射，从而进行信息的记录和/或再现。

该物镜19被设计以便具有0.6的数值孔径，并且当具有660nm波长的光通过折射率为1.58、厚度为0.6mm的光传输平板时产生的波阵面象差的三阶球面象差分量大约为零。

聚碳酸酯被用于该保护层14，含有电介质的薄膜或反射薄膜被用于该记录层15。该加固衬底16防止该光盘17被翘曲或折断。

该保护层14防止该记录层15接触空气。同样，该光盘17的表面18由该保护层14从记录层15被分离以防止由表面18上的灰尘或刮痕引起的记录或再现性能的下降。

然而，如果该保护层14具有厚度误差或折射率误差，形成于该记录层15上的束点内产生球面象差会严重地影响信息的记录/再现。因此需要控制该保护层14的厚度和折射率。

图13示出DVD的保护层的折射率和厚度的特定值的例子。横坐标表示该保护层14的折射率，纵坐标表示该保护层14的厚度。图中的多边形线表示折射率和厚度的区域，球面象差的厚度在约为30mλrm内。例如，如果该保护层的折射率和厚度的设计值被固定在图13中的虚线上的某点，并且厚度的偏差被限定在该区域内，则可获得能正常记录和再现信息的磁盘。

图14示出的情况中，薄层11和具有记录层15的加固衬底16通过附着层13被粘结在一起。该保护层14由聚碳酸酯或类似物形成的薄层14和由紫外线固化树脂或类似物形成的附着层13构成。薄层11在波长660nm时的折射率为1.58而附着层13在相同的波长时的折射率为1.51。

在这种情况下，即使保护层14的厚度0.6mm中不存在误差，但由于这些折射率间的差异仍会产生球面象差。例如，如果薄层11的厚度为0.56mm而附着层13的厚度为40μm，则产生大约为0.3mλrm的球面象差，它是非常小的。

由此，在数值孔径为0.6并且波长为660nm的情况下，由于组成保护层的多层的折射率间的差异产生的球面象差很小并且因此可被忽略。也就是说，在常规技术中，由多层组成的保护层可被视作一层，根据限制球面象差的一种光盘的产品标准，可以通过把保护层的折射率和厚度控制在图13中示出的某范围内来避免对信息的记录和再现的不利效应。

然而，最近几年，对具有较高记录密度的下一代光盘的研究已经在各个方面取得进展。下一代光盘被期望作为一种能替代当前主导的磁带录像机(VTR)的记录媒质，并且它们的开发正以高速被促进。

作为提供光盘记录密度的装置，有一种减少记录表面上形成的束点的方法。这通过增加来自光头的光的数值孔径以及通过减少波长来实现。

然而，这种方法产生相反的效应：由于该保护层的厚度误差和折射率误差使球面象差大大增加。于是需要控制保护层的厚度和折射率，譬如在上述的DVD的情况下。

图15是具有增加了的记录密度的光盘的示意图。该光盘27具有保护层24、记录层25和加固衬底26。波长为400到410nm的光由物镜29会聚，该记录层25在保护层24一侧用该光照射，从而进行信息的记录和/或再现。

该物镜29的数值孔径很大，大约为0.85。因此，这两种透镜被用作该物镜29。该物镜29被设计以便波阵面象差的三阶球面象差分量大致为零，该分量当波长为405nm的光通过由聚碳酸酯等构成的、折射率为1.62、厚度为100μm的光传输平面时产生。通过增加该数值孔径并且通过减少波长来使形成于该记录层25上的束点大小减小以提高密度。

包含介质的薄膜或者反射薄膜被用作该记录层25。该加固衬底26避免该光盘27被弯曲或折断。

该保护层24避免该记录层25接触空气。同样，该光盘27的表面28用该保护层24与记录层25隔离以避免由于表面28上的灰尘或刮痕引起的记录或再现性能的降级。

薄层21和具有该记录层25的加固衬底26由附着层23粘结在一起。从而该保护层24由两层形成。

该薄层21由聚碳酸酯等形成，该附着层23由紫外固化树脂等形成。薄层21在波长为405nm处的折射率为1.62，而附着层23在相同波长处的折射率为1.53。在这种情况下，即使该保护层24的设计厚度100μm中不存在误差，也会由于折射率之间的差异而产生球面象差。

例如，即使该薄层的厚度为60μm；该附着层23的厚度为40μm；该保护层的厚度为100μm，仍会产生5.3mλrm的球面象差。该球面象差最初作为残留象差而遗留下来。

除此之外，在该光盘的制造中由于厚度的改变而产生的球面象差也被加入。一般地，发生大约3μm的厚度变化时，由于该厚度变化而产生30mλrm的球面象差。

从而，即使该保护层24的厚度可被调节为100μm，包含上述残留球面象差5.3mλrm的总球面象差为35.3mλrm并且不能进行常规的记录或再现。

图16示出当数值孔径为0.6、波长为660nm(DVD)由该附着层引起的球面象差以及当数值孔径为0.85、波长为405nm时由该附着层引起的球面象差之间的比较。从该图可理解，当数值孔径很大并且波长很短时，由于组成保护层的多层的折射率的差异造成大的球面象差。该象差比DVD情况下的象差大15倍或更多。如果进一步包括保护层厚度的变化，则超出球面象差的可接受限度，这导致不能进行常规的记录或再现。

发明内容

考虑到常规光盘的上述问题，本发明的一个目的是提供一种光学信息记录媒质，它与常规技术相比，由多层组成的保护层的球面象差被减少以实现常规的记录和/或再现。

本发明的第一个创造是一种光学信息记录媒质，它包括记录层，以及包括至少第一到第m层(m≥2)的保护层，

其中，当i是满足1≤i≤m的整数时，波长为405nm处的保护层中的第i层的折射率为n₁，第i层的厚度为d_i，以及当(a)大致等价于组成保护层的多层并能替代这多层的一层的组合折射率n被指定为n＝((n₁d₁+n₂d₂+...+n_mdm)/(d₁/n₁+d₂/n₂+...+d_m/n_m))^0.5；(b)所述这一层的组合厚度被指定为d＝((n₁d₁+n₂d₂+...n_md_m)×(d₁/n₁+d₂/n₂+...d_m/n_m))^0.5；以及(c)表达式f(n)：f(n)＝-109.8n³+577.2n²-985.5n+648.6被指定为与该保护层的组合厚度有关的一种设计准则时，

第i层的折射率n_i和组合折射率n等于或大于1.45并且等于或小于1.65，组合厚度和设计准则之间的差异d-f(n)等于或大于-10μm并且等于或小于10μm。

本发明的第二个创造是按照该第一个发明的光学信息记录媒质，其中d-f(n)的值等于或大于-3μm并且等于或小于3μm。

附图说明

图1是示出本发明的实施例1中光盘的构造的剖面图；

图2是本发明的实施例1中组合折射率n和组合厚度d之间的关系图；

图3是本发明的实施例1中组合折射率n和组合厚度d之间的关系图；

图4是本发明的实施例3中组合折射率n₁和厚度d₁+d₂之间的关系图；

图5是本发明的实施例3中组合折射率n₁和厚度d₁+d₂之间的关系图；

图6是本发明的实施例4中厚度d₁和厚度d₂之间的关系图；

图7是本发明的实施例5中厚度d₁和厚度d₂之间的关系图；

图8是本发明的实施例6中厚度d₁和厚度d₂之间的关系图；

图9是示出结合了球面象差纠正元件的光头的例子的剖面图；

图10示出用结合了球面象差纠正元件的光头进行光盘上的记录或者从光盘中的再现；

图11示出本发明的光学信息记录/再现装置；

图12是常规光盘的构造的剖面图；

图13是常规光盘的折射率和厚度之间的关系图；

图14是常规光盘的构造的剖面图；

图15是高密度光盘的构造的剖面图；

图16是附着层厚度和球面象差之间的关系图；

图17(a)和17(b)是说明本发明的实施例1中方程式1和2的推导的图；以及

图18是本发明的实施例2中的光盘的构造的剖面图。

[符号的描述]

1，11，21    薄层

2            涂覆层

3，13，23    附着层

4，14，14    保护层

5，15，25    记录层

6，16，26    加固衬底

7，17，27    光盘

8，18，28    表面

9，19，29    物镜

10           球面象差纠正元件

30           半导体激光器

31           棱镜

32           聚光透镜

33           反射镜

34           球面象差纠正元件

35           物镜

36        物镜驱动器

37        光盘

38        圆柱形透镜

39        光电检测器

40        光头

41        物镜

42        电动机

43        轴

44        磁头控制电路

45        信号处理电路

具体实施方式

将参考附图来描述本发明的实施例。

(实施例1)

图1是光盘的剖面图，它是本发明的光学信息记录媒质的实施例。

参考图1，光盘7带有保护层4、记录层5和加固衬底6。波长为400到410nm的光通过物镜9被会聚，并且用这束光在保护层4的一侧照射记录层5，从而执行信息的记录和/或再现。

物镜9的数值孔径很大，约为0.85。因此使用两个透镜作为物镜9。物镜9被设计以便当波长为405nm的光通过光传输平板时所产生的波阵面象差的三次球面象差成分大致为零，该光传输平板由聚碳酸脂或类似物制成并且其折射率为1.62、厚度为100μm。

包含电介质的薄膜或反射薄膜被用作记录层5。加固衬底6防止光盘7被弯曲或折断。保护层4防止记录层5接触空气。同样，通过保护层4使光盘7的表面8与记录层5分开以防止由于表面8上的灰尘或划痕而导致的记录或再现性能的降级。

在光盘7中，通过附着层3把薄层1和带有记录层5的加固衬底6粘结在一起，涂覆层2形成以作为用来防止划痕的表面涂层。从而，保护层4由三层形成。

聚碳酸脂及类似物被用于薄层1，聚丙烯树脂及类似物被用于涂层2，紫外线固化树脂及类似物被用于附着层3。在波长为405nm处的薄层1的折射率为1.62，相同波长处的涂层2的折射率为1.50，相同波长处的附着层3的折射率为1.53。即使在保护层4的设计厚度100μm中不存在误差，由于这些折射率之间的差异也会产生球面象差。因为大的数值孔径和短的波长，该球面象差的数量很大并且不可忽略。

在本发明的光盘中，如果波长为405nm处的薄层1、涂层2和附着层3的折射率分别为n1、n2和n3；并且这些层的厚度为d1、d2和d3(μm)，则满足1.45≤n₁≤1.65，1.45≤n₂≤1.65，1.45≤n₃≤1.65，1.45≤n≤1.65以及-3μm≤d-f(n)≤3μm。

本发明的发明者最近介绍了组合折射率和组合厚度(即，等价于构成保护层的多层并且可替代这些层的一层的折射率和厚度)的概念，并且从而允许其中减轻球面象差的光盘的制造。

在该实施例中，组合折射率n可以通过下列方程式1来示出。

(方程式1)

n＝((n₁d₁+n₂d₂+...+n_mdm)/(d₁/n₁+d₂/n₂+...+d_m/n_m))^0.5

组合厚度d可以通过下列方程式2来表示。

(方程式2)

d＝((n₁d₁+n₂d₂+...n_md_m)×(d₁/n₁+d₂/n₂+...d|_m/n_m))^0.5

如上所述，这些值n和d表示通过用等价于多层的一层来代替该多层而获得的组合折射率和组合厚度。通过构成保护层的多层的光的象差和通过如上推导的一个等价层的光的象差大致相等。

下面将给出这些方程式1和2的描述。

下面的方程式3中示出的表达式f(n)是经过基于光线踪迹的象差计算中球面象差大致为零的离散点的三次近似曲线。f(n)的值对应于组合厚度d。

(方程式3)

f(n)＝-109.8n³+577.2n²-985.5n+648.6

保护层的厚度被指定在从由该曲线f(n)表示的值开始的±3μm的范围内。

满足该条件的组合折射率n和组合厚度d在由图2中的曲线和直线围绕的区域内。虚线是曲线f(n)，其上的球面象差大致为零，即，保护层4的组合厚度的设计准则。

如果从构成保护层的多层的厚度和折射率获得的组合折射率n和组合厚度d由上述方程式1和2在该区域内(图2中实线包围的区域)确定，则可以制造其中的球面象差大致在30mλrm内的光盘。

例如，如果光盘设计为n₁＝1.62，d₁＝-50.0μm，n₂＝1.50，d₂＝5.0μm，n₃＝1.53以及d₃＝44.2μm，则可以通过方程式1和2获得组合折射率n＝1.57和组合厚度d＝99.2μm。通过以此方式获得的组合折射率和组合厚度而确定的点成为图2所示的曲线f(n)上的点Z，因此初始残留球面象差大致为零。在这种情况下，即使可以容忍厚度在±3μm内的变化，也可以制造其中的球面象差被限制在30mλrm的光盘。

由此，根据本发明的该实施例的光盘可以通过考虑构成保护层的多层的厚度和折射率而被设计，并因此可以被制造从而限制球面象差的产生。

现在将进一步描述考虑构成保护层的多层的厚度和折射率的意义。

也就是说，如上所述，满足方程式3的组合折射率n和组合厚度d分布在图2所示的虚线上。因此在理论上，举例来说，满足方程式3的组合折射率和组合厚度有无穷多个组合。同样，理论上来说，满足方程式1和2之间关系的每层的折射率n_i和厚度d_i(i＝1，2，3)也有无穷多个组合。

只要从满足这些方程式的许多候选组合中选择每层的折射率n_i和厚度d_i的适合的可实现的组合，则初始残留球面象差大致为零。从而，至于制造其总球面象差大致在30mλrm之内的光盘，则可以容忍保护层的厚度有±3μm的变化。

由此，根据本发明，提供了与常规光盘不一样的基于新颖的设计技术的光盘，常规光盘只从考虑保护层厚度的变化的观点并使该变化最小以便减少球面象差而被制造。

也就是说，根据本发明，从满足预定方程式(本实施例中的方程式1到方程式3)的许多候选组合中选择每层的折射率n_i和厚度d_i的组合以允许±3μm的偏差，该偏差是当前的制造技术中保护层的厚度变化的容限值。

同样，包括每层的折射率n_i和厚度d_i的各种参数的选择范围被扩展以提高设计自由度。

现在将参考图17(a)和17(b)描述上述方程式的推导过程。

图17(a)示出通过多层的光的折射条件，图17(b)示出通过一层的光的折射状态。为了使通过多层的象差和通过一层的象差相等，关于以角度φ入射的光线同时满足表示光通道长度的等式的条件方程式a和表示出射光位置的等式的条件方程式b。

(条件方程式a)

n₁d₁/cosθ₁+n₂d₂/cosθ₂+n₃d₃/cosθ₃＝nd/cosθ

(条件方程式b)

d₁tanθ₁+d₂tanθ₂+d₃tanθ₃＝dtanθ

通过根据斯涅耳定律用sinφ/sinφ₁＝n₁，sinφ/sinφ₂＝n₂，sinφ/sinφ₃＝n₃略微改变这两个方程式a和b可以关于n和d同时建立和解出这两个方程式，而下列条件方程式c旁轴地建立，从而获得上述的组合折射率n和组合厚度d。

(条件方程式c)

φ＝0

虽然已根据薄层1是聚碳酸脂层的情况描述了本实施例，然而薄层1也可以是聚丙烯树脂层、降冰片烯树脂层、紫外线固化树脂层等类似物。同样，虽然已描述了保护层由三层构成的情况，然而相同的描述也可以应用在保护层由两层或四层构成的情况下。

在本发明的这个实施例中，-3μm≤d-f(n)≤3μm。然而，在用结合了球面象差纠正元件的光头执行的记录或再现的情况下，设置-10μm≤d-f(n)≤10μm是有效的。图9示出球面象差纠正元件的使用的例子。诸如日本专利揭示号为2000-131603的专利中所揭示的球面象差纠正元件10被放置在光头的光通道中。

如果光盘厚度的变化在10μm的范围内，可以提高光盘的设计容限、改进产量和生产率、并且有助于其中很难把厚度变化限制在很小的值的表面涂覆。如果厚度根据10μm变化，产生约为100mλrm的球面象差。然而，这样的象差通过球面象差纠正元件10来纠正。例如，如果光盘上的一个光道中的厚度变化在3μm的范围内且如果表面中的厚度变化在10μm的范围内，则可以使用其中用球面象差纠正元件来进行径向厚度误差的DC纠正的方法。

(实施例2)

现在将参考图18描述本发明的实施例2。

光盘7带有保护层4和4d、两个记录层5和5d以及加固衬底6。波长为400到410nm的光通过物镜9会聚，记录层5和5d在保护层4的一侧被这束光照射，从而执行信息的记录和/或再现。带有两个记录层的光盘被实现为DVD。从而信息量大致可以被翻倍。

物镜9的数值孔径很大，约为0.85。因此用两个透镜作为物镜9。物镜9被设计以使当波长为405nm的光通过由聚碳酸脂及类似物制成并且折射率为1.62、厚度为100μm的光传输平板时，产生波阵面象差的三次球面象差成分。诸如日本专利揭示号为2000-131603的专利中所揭示的球面象差纠正元件10被放置在光头的光通道中，以纠正由于保护层4和4d的厚度中的误差而产生的球面象差，它大约为100μm。

记录层5和5d是包含电介质或反射薄膜的薄膜。加固衬底6防止光盘7被弯曲或折断。保护层4防止记录层5接触空气。同样，光盘7的表面8由保护层4与记录层5分开以防止由于表面8上的灰尘或划痕而产生的记录或再现性能的降级。

与记录层5相关的保护层4由薄层1和涂覆层2构成。与记录层5d相关的保护层4d由薄层1、涂覆层2和附着层3构成。

聚碳酸脂及类似物被用于薄层1，聚丙烯树脂及类似物被用于涂覆层2，紫外线固化树脂及类似物被用于附着层3。波长为405nm处的薄层1的折射率为1.62，相同波长处的涂覆层2的折射率为1.50，相同波长处的附着层3的折射率为1.53。

在本发明的光盘中，如果波长为405nm处薄层1、涂覆层2和附着层3的折射率分别为n₁、n₂和n₃；并且这些层的厚度分别为d₁、d₂和d₃(μm)，则满足1.45≤n₁≤1.65，1.45≤n₂≤1.65，1.45≤n₃≤1.65，1.45≤n≤1.65，以及f(n)-10(μm)≤d≤g(n)+10(μm)。

关于保护层4，组合折射率n和组合厚度d可以由下列方程式4和5来表示。

(方程式4)

n＝((n₁d₁+n₂d₂)/(d₁/n₁+d₂/n₂))^0.5

(方程式5)

d＝((n₁d₁+n₂d₂)×(d₁/n₁+d₂/n₂))^0.5

关于保护层4d，组合折射率n和组合厚度d可以由下列方程式6和7来表示。

(方程式6)

n＝((n₁d₁+n₂d₂+n₃d₃)/(d₁/n₁+d₂/n₂+d₃/n₃))^0.5

(方程式7)

d＝((n₁d₁+n₂d₂+n₃d₃)×(d₁/n₁+d₂/n₂+d₃/n₃))^0.5

组合折射率n和组合厚度d是本发明特有的组合折射率和组合厚度，它们通过用等价于多层的一层来替代多层而获得。通过多层的光的象差和通过等价于多层的一层的光的象差大致相等。

这些方程式4到7的推导可能与实施例1的说明中描述的推导方法相同。

下列方程式8和9所示的表达式f(n)和g(n)的每个都是经过离散点的三次近似曲线，当基于光线踪迹的象差计算中-15μm和15μm的组合厚度误差被球面象差纠正元件纠正时，在这些离散点处所获得的球面象差大致为零。方程式8和9是保护层4和4d的组合厚度的设计准则。

(方程式8)

f(n)＝-105.8n³+551.5n²-936.9n+605.2

(方程式9)

g(n)＝-138.7n³+723.7n²-1228.7n+796.0

满足这些条件中的每个的组合折射率n和组合厚度d处于由图3中的曲线和直线所围绕的区域中。每根虚线都是曲线f(n)或g(n)，通过球面象差纠正元件纠正了±15μm的厚度误差而使这些曲线上的球面象差大致为零。

如果在该区域(由图3中的实线围绕的区域)内确定了从构成每个保护层的多层的厚度和折射率所获得的折射率n和厚度d，则可以制造出结合了球面象差纠正元件的光盘，其球面象差大致被限制在30mλrm。

如果光盘上的一根光道中的厚度变化在3μm的限制范围内并且如果用球面象差纠正元件通过DC纠正来纠正径向厚度误差，则球面象差大致被限制在30mλrm。厚度中大约±20μm的纠错能力可以容易地被实现为球面象差纠正元件的纠错能力。

如果第一记录层和第二记录层之间的层的组合厚度被设置为20μm或更大，则该层起到用来分开两个记录层的焦距误差信号的分离层的作用。同样也能获得减少由另一个记录层的折射造成的漫射光的数量的作用。

由此，在本发明的实施例中，考虑构成保护层的多层的每一层的厚度和折射率以允许其中限制了球面象差的产生的光盘的制造。

虽然本说明书的情况中薄层1是聚碳酸脂层，然而薄层1也可以是聚丙烯树脂层、降冰片烯树脂层、紫外线固化树脂层等类似物。同样，虽然本说明书中保护层由三层构成，然而相同的描述也可以应用在保护层由两层或四层构成的其它情况中。

(实施例3)

现在将参考图9描述本发明的实施例3。该实施例中的光盘7与本发明的实施例1中的光盘具有相同的构造。

在本发明的光盘7中，如果在波长为405nm处薄层1、涂覆层2和附着层3的折射率分别为n₁、n_2a和n_2b；薄层1的厚度为d₁(μm)；保护层4的厚度为d₁+d₂(μm)，则满足1.45≤n₁≤1.65，1.50≤n_2a≤1.55，1.50≤n_2b≤1.55，1.45≤n≤1.65，以及-3μm≤d₁+d₂-f(n₁)≤3μm。

在该表达式中， $f\left(n_1\right)=A\·n_1^3+B\·n_1^2+C\·n_1+D,$ A＝1.280d₂-109.8，B＝-6.652d₂+577.2，C＝11.27d₂-985.5，D＝-6.257d₂+648.6。

表达式f(n₁)是用系数A、B、C和D表示的n₁的三次表达式，系数A、B、C和D的每个都用d₂作为参数来表示。表达式f(n₁)表示了经过离散点的三次近似曲线，在基于光线踪迹的象差计算中，这些离散点处的球面象差大致为零。厚度被预先规定在离开这条曲线的3μm的范围内。

满足该条件的折射率n₁和厚度d₁+d₂处于由图4中的曲线和直线所围绕的区域中。虚线是沿着其上的球面象差大致为零的曲线f(n₁)。本发明的这个实施例的特征在于，通过考虑附着层3和涂覆层2对球面象差的影响来改变用厚度d₂作为参数的曲线f(n₁)。如果在该区域内确定了折射率n₁和厚度d₁+d₂，则可以制造其中的球面象差被大致限制在30mλrm的光盘。

图5示出当d₂的值改变时的曲线d₁+d₂＝f(n₁)。同样，画出了在基于光线踪迹的象差计算中球面象差大致为零的点。其间的误差为0.1μm或更小，并且可以认可其间的良好匹配。

因此，在本发明的实施例中，考虑构成保护层的多层的每一层的厚度和折射率以允许其中限制了球面象差的产生的光盘的制造。

虽然本说明书的情况中薄层1是聚碳酸脂层，然而薄层1也可以是聚丙烯树脂层、降冰片烯树脂层、紫外线固化树脂层等类似物。同样，虽然本说明书中保护层由三层构成，然而相同的描述也可以应用在保护层由两层或四层或更多层构成的其它情况中。

在本发明的这个实施例中，-3μm≤d₁+d₂-f(m₁)≤3μm。然而，记录或再现是用结合了球面象差纠正元件的光头所执行时，设置-10μm≤d₁+d₂-f(n₁)≤10μm是有效的。图9示出了使用球面象差纠正元件的一个例子。诸如日本专利揭示号为2000-131603的专利中所揭示的球面象差纠正元件10被放置在光头的光通道中。

如果光盘厚度的变化在10μm的限制范围内，则提高了光盘设计容限、改进了产量和生产率、并且有助于其中很难把厚度变化范围限制在很小的值的表面涂覆。如果厚度变化为10μm，则产生大约100mλrm的球面象差。然而，这样的象差被球面象差纠正元件10所纠正。例如，如果光盘上的一个光道中的厚度变化在3μm的范围内且如果表面中的厚度变化在10μm的范围内，则可以使用其中用球面象差纠正元件来进行径向厚度误差的DC纠正的方法。

(实施例4)

现在将参考图9描述本发明的实施例4。本实施例的光盘7具有与本发明的实施例1中的光盘相同的构造。

在本发明的光盘7中，如果在波长为405nm处薄层1、涂覆层2和附着层3的折射率分别为n₁、n_2a和n_2b；薄层1的厚度为d₁(μm)；保护层4的厚度为d₁+d₂(μm)，则满足1.61≤n₁≤1.63，1.50≤n_2a≤1.55，1.50≤n_2b≤1.55，以及-3μm≤d₂-f(d₁)≤3μm。表达式f(d₁)是f(d₁)＝-0.986d₁+98.6，它是经过离散点的近似直线，在基于光线踪迹的象差计算中这些点处的球面象差大致为零。

满足该条件的厚度d₁和d₂处于图6中的阴影区域中。如果厚度d₁和d₂被确定在该区域内，则可以制造其中球面象差大致被限制在30mλrm的光盘。

在聚碳酸脂及类似物被用于薄层1的情况下，本发明的这个实施例是有效的。虽然本说明书中保护层由三层构成，然而相同的描述也可以应用在保护层由两层或四层或更多层构成的其它情况中。

在本发明的这个实施例中，-3μm≤d₂-f(d₁)≤3μm。然而，记录或再现是用结合了球面象差纠正元件的光头所执行时，设置-10μm≤d₂-f(d₁)≤10μm是有效的。

(实施例5)

现在将参考图9描述本发明的实施例5。本实施例的光盘7具有与本发明的实施例1中的光盘相同的构造。

在本发明的光盘7中，如果在波长为405nm处薄层1、涂覆层2和附着层3的折射率分别为n₁、n_2a和n_2b；薄层1的厚度为d₁(μm)；保护层4的厚度为d₁+d₂(μm)，则满足1.49≤n₁≤1.51，1.50≤n_2a≤1.55，1.50≤n_2b≤1.55，以及-3μm≤d₂-f(d₁)≤3μm。表达式f(d₁)是f(d₁)＝-1.002d₁+98.6，它是经过离散点的近似直线，在基于光线踪迹的象差计算中这些点处的球面象差大致为零。

满足该条件的厚度d₁和d₂处于图7中的阴影区域中。如果在该区域内确定厚度d₁和d₂，则可以制造其中球面象差大致被限制在30mλrm的光盘。

在聚炳烯树脂及类似物被用于薄层1的情况下，本发明的这个实施例是有效的。虽然本说明书中保护层由三层构成，然而相同的描述也可以应用在保护层由两层或四层或更多层构成的其它情况中。

在本发明的这个实施例中，-3μm≤d₂-f(d₁)≤3μm。然而，记录或再现是用结合了球面象差纠正元件的光头所执行时，设置-10μm≤d₂-f(d₁)≤10μm是有效的。

(实施例6)

现在将参考图9描述本发明的实施例5。本实施例的光盘7具有与本发明的实施例1中的光盘相同的构造。

在本发明的光盘7中，如果在波长为405nm处薄层1、涂覆层2和附着层3的折射率分别为n₁、n_2a和n_2b；薄层1的厚度为d₁(μm)；保护层4的厚度为d₁+d₂(μm)，则满足1.51≤n₁≤1.54，1.50≤n_2a≤1.55，1.50≤n_2b≤1.55，以及-3μm≤d₂-f(d₁)≤3μm。

表达式f(d₁)是f(d₁)＝-d₁+98.6，它是经过离散点的近似直线，在基于光线踪迹的象差计算中这些点处的球面象差大致为零。

满足该条件的厚度d₁和d₂处于图8中的阴影区域中。如果厚度d₁和d₂被确定在该区域内，则可以制造其中球面象差大致被限制在30mλrm的光盘。

在降冰片烯树脂及类似物被用于薄层1的情况下，本发明的这个实施例是有效的。虽然本说明书中保护层由三层构成，然而相同的描述也可以应用在保护层由两层或四层或更多层构成的其它情况中。

在本发明的这个实施例中，-3μm≤d₂-f(d₁)≤3μm。然而，记录或再现是用结合了球面象差纠正元件的光头所执行时，设置-10μm≤d₂-f(d₁)≤10μm是有效的。

毋庸置疑，本发明的实施例1到6中的薄层1可以是紫外线固化层。

(实施例7)

图10示出通过使用结合了球面象差纠正元件的光头根据实施例1到6之一从光盘进行记录或再现方法的例子。

从半导体激光器30发射的并且波长为405nm的光的大约一半通过棱镜31并且被聚光透镜32照准以成为大约平行的光束。该平行光束由反射镜33进行反射，通过球面象差纠正元件34，被数值孔径为0.85的物镜35会聚，并且在本发明的光盘37的记录层上形成光点。

由记录层反射的光再次通过物镜35和球面象差纠正元件34，被反射镜33反射，并且由聚光透镜32聚焦。大约一半的聚焦光被棱镜31反射，通过圆柱形棱镜38并且被光电检测器39检测到。

光电检测器39被安排以检测再现信号、允许物镜35通过象散的方法跟随光盘37的记录层的聚焦控制信号、以及允许物镜35通过相位差方法或推挽方法跟随光盘37上的光道的跟踪控制信号。物镜35基于这些控制信号以聚焦方向和跟踪方向被物镜驱动器36驱动。

举例来说，球面象差纠正元件34是诸如日本专利揭示号为2000-131603的专利中所揭示的元件。球面象差纠正元件34通过纠正由于光盘37的保护层中的厚度误差和折射率误差产生的球面象差而使形成在光盘37的记录层上的光点最佳。通过球面象差纠正元件34可以容易地实现±20μm的厚度误差的纠正。如果光盘上一条光道中的厚度变化在3μm的范围内，则球面象差纠正元件34可以通过执行径向厚度误差的DC纠正把产生的球面象差限制在30mλrm。

球面象差纠正元件34由两个透镜构成。以光轴的方向改变这两个透镜间的距离以减少物镜35上的入射光的发散和会聚的程度，从而纠正球面象差。

通过引用日本专利揭示号为2000-131603的专利的整体揭示使其结合于此。

因此，当用结合了球面象差纠正元件的光头执行在本发明的光盘上的记录或再现时，球面象差可大致被限制在30mλrm，从而实现了以前从不可能实现的信息密度的改进。

根据本发明，提高了关于光盘的厚度和折射率的设计容限并且改进了产量和生产率。

同样，也有助于其中很难把厚度变化限制在很小的值的表面涂覆。

此外，可以通过提供两个记录层来达到进一步提高密度的作用。

(实施例8)

图11是示出本发明的光学信息记录/再现装置的实施例的示意图。

光盘37是根据实施例1到6之一的光盘。光盘37由电动机42转动。光头40沿着轴43在光盘37的径向移动。

为了信息的记录或再现，从光头的半导体激光器出射的光通过物镜41被会聚到光盘37的记录层。光头40的光电检测器检测允许物镜41跟随光盘37的表面的聚焦控制信号、以及允许物镜41跟随光盘37上的信息光道的跟踪控制信号。

光头控制电路44根据这些控制信号对光头40执行聚焦控制和跟踪控制。

信号处理电路45在记录的时候通过光头40在光盘37上记录信息，并且在再现的时候从来自光头40的光电检测器的信号中再现记录在光盘37的信息光道上的光学信息。

本发明的记录/再现装置充分地减少了形成在光盘37的记录层上的点中的球面象差来达到信息密度的增加。

即使光盘的保护层厚度方面有大的变化或者具有两个记录层，诸如日本专利揭示号为2000-131603的专利中揭示的球面象差纠正元件仍被结合在光头40中以有效地减少球面象差，从而允许正常的信息记录和再现。

本发明的光学信息记录媒质可以相同的方式被应用在任一能进行光学信息的记录和再现的类型以及仅仅再现的类型中。

虽然本发明的实施例的描述所涉及的情况中预定波长为405nm，然而也可以使用除此之外的波长，例如，在400到410nm的范围内的波长，或者任何其它的波长。

同样，虽然本发明的实施例的描述所涉及的情况中配备了两个记录层，然而，通过根据记录层的数量修改配备了两个记录层的情况，也可以使上述发明被应用在以类似方法配备的两个或多个记录层的情况下。

同样，虽然在已描述的实施例的情况中关于表示经过球面象差大致为零处的点的近似曲线的表达式f(n)、表达式g(n)等被用作与保护层的组合厚度相关的设计准则，然而代表近似曲线的表达式的系数、次数等等不应被限于上面所描述的情况。简而言之，经过基于光线踪迹的象差计算中球面象差大致为零的点的近似曲线或直线可以足够作为被用作设计准则的相关表达式。可以根据目的来自由地选择近似程度等等。

如上所述，提供了一种设计带有记录层和保护层的光学信息记录媒质的方法，所述保护层包括至少第一到第m层(m≥2)，其中如果i是满足1≤i≤m的整数；预定波长处的保护层中的第i层的折射率为n_i；并且第i层的厚度为d_i，则(a)大致等价于构成保护层的多层并且替代这多层的一层的组合折射率n被指定为n＝((n₁d₁+n₂d₂+...+n_mdm)/(d₁/n₁+d₂/n₂+...+d_m/n_m))^0.5，(b)这一层的组合厚度d被指定为d＝((n₁d₁+n₂d₂+...n_md_m)×(d₁/n₁+d₂/n₂+...d_m/n_m))^0.5，以及(c)使球面象差大致为零的表示组合折射率n和组合厚度d之间的关系的相关表达式f(n)被指定为与光学信息记录媒质的组合厚度相关的设计准则，其中根据该相关表达式f(n)来确定每一层的折射率n_i和厚度d_i。该光学信息记录媒质设计方法具有下列的作用。

也就是说，根据上述的设计方法，可以容易地从满足如上所述被规定为设计准则的预定关系表达式的许多n_i和d_i的候选组合中选择每层的折射率n_i和厚度d_i的组合，从而把初始残留球面象差大致减少为零。因此，即使可以容忍保护层厚度有±3μm的变化，也可以把光盘中的球面象差大致限制在30mλrm。

还有，包括每层的折射率n_i和厚度d_i的各种参数的选择范围从而被扩展以提高设计自由度。

工业应用

如上所述，本发明的优点在于进一步减少了带有由与常规技术相比的多层构成的保护层的光学信息记录媒质中的球面象差，并且从而允许正常的记录和/或再现。

Claims (2)

1.一种光学信息记录媒质，包括记录层，和包括至少第一到第m层的保护层，其中m≥2，该光学信息记录媒质的特征在于，

当i是满足1≤i≤m的整数时，对于波长为405nm的光，保护层中的第i层的折射率为n_i；第i层的厚度为d_i，并且当(a)等价于组成保护层的多层并能替代这多层的一层的组合折射率n被指定为n＝((n₁d₁+n₂d₂+...+n_md_m)/(d₁/n₁+d₂/n₂+...+d_m/n_m))^0.5；(b)所述这一层的组合厚度被指定为d＝((n₁d₁+n₂d₂+...n_md_m)×(d₁/n₁+d₂/n₂+...d_m/n_m))^0.5；以及(c)表达式f(n)：f(n)＝-109.8n³+577.2n²-985.5n+648.6被指定为与该保护层的组合厚度有关的一种设计准则时，

第i层的折射率n_i和组合折射率n等于或大于1.45并且等于或小于1.65，组合厚度和设计准则之间的差异d-f(n)等于或大于-10μm并且等于或小于10μm。

2.如权利要求1所述的光学信息记录媒质，其特征在于d-f(n)的值等于或大于-3μm并且等于或小于3μm。

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