CN1145516A - 多层光盘及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供对于相同记录信号能够得到实质上相同的重放波形的单面读取型重放专用多层光盘及其制造方法。以根据应记录信息的信号调制的光脉冲串曝光，制造形成坑点列的原盘，以该原盘为基础分别制造具有该坑点列的复制坑点列的金属模具，根据金属模具制造复制品然后制造具有多层记录信息的信号层的光盘时，在各信号层改变原盘制造时的光脉冲串的强度或各脉冲的长度，从而改变坑点的宽度或长度，以此确保各层的重放波形的质量。

Description

多层光盘及其制作方法
本发明涉及单面读取型多层光盘，特别是重放专用的多层光盘及其制作方法的改良。
作为购入音乐软件时的媒介，唱片曾经是主流，但是进入1980年代，CD一上市，由于其小巧，使用方便，CD迅速取代唱片。进而，在最近，由于其记录容量大，在信息机器领域很受注意，作为CD-ROM(只读存储器)正在市场上普及。另一方面，能记录、重放信号的打字机光盘也已实用化。
在上述CD-ROM广泛使用信息记录于螺旋状排列的坑点(pit)列上的光盘，由于信息化社会的发展，希望有能够记录更多信息的高密度光盘。作为光盘高密度化的方法，提出了缩小坑点的尺寸，在物理上提高密度，同时具有多层信号记录层的光盘的方案。该多层光盘的读取方法，分为从光盘的一面读取的单面读取方式和从光盘的两面读取的两面读取方式，美国专利4450553提出了两种方式。
但是，多层光盘上的记录信息的读出，基本上是这样进行的：聚焦控制重放用的激光使其通过基材中，在信号记录层聚光，检测出光受信号记录层的凹凸或反射率和波面等的变化所调制的情况，从该信号复原出记录的信号。而为了使各信号记录层的信号确实得以重放，在各层之间需要将各层隔开的厚度，以便分离来自其他信号记录层的信号，因此，对各信号记录层进行重放的情况，和重放厚度等于使重放用的激光入射的基材的厚度与到该层为止的信号记录层间的厚度之和的光盘相同。
但是，重放的光学系统的结构只对于规定的光盘厚度有最佳的聚光，而且，为了重放高密度光盘，谋求使重放用的激光短波长化或重放装置的物镜的高数值孔径化，结果是，焦点深度在变短。因此，在各信号记录层重放用激光的光点大小因上述厚度之和而不同。另一方面，重放波形由重放光学系统的聚光点的大小和制造的光盘的坑点或条纹(mark)的大小所决定。因此，如果同样地制作各信号记录层的坑点或条纹，则在各层的重放用的激光的光点大小和坑点或条纹的大小的相对关系在每一层都不同，由于重放波形的变化，就有不能良好地重放所有层中记录的信号的问题。
又，单面读取方式时，因采用的信号记录层的结构和制造方法不同，有在各层坑点的凹与凸反转的情况。特别是，在各信号层用的具有坑点列的复制品上形成反射膜或半透明膜，使其信号层相向地将复制品贴在一起，形成一枚两层光盘的方法中，由于形成各层的坑点的凹凸，并在其上形成半透明膜或反射膜，坑点的大小因其形成状态而变化。从而，和上面所说的相同，在各层重放波形发生变化，记录在所有各层的信号不能很好重放。
这里本发明的目的在于提供在同一记录信号的情况下能够得到实质上相同的重放波形的多层光盘及其制造方法。
亦即，本发明的目的在于，提供具备考虑信号记录面对重放用的激光的重放特性、坑点形状合适从而能够在相同记录信号的情况下得到实质上相同的重放波形的多层光盘及其制造方法。
为了在各信号记录层形成具有最佳宽度和长度的坑点，有必要改变成为其基础的各信号记录层的原盘的坑点的形成条件。
本发明提供，在用迭层的方法将坑点列做成螺旋状或同心圆状形成的信号层多层迭层形成，从光盘的基材表面一侧将重放用的激光照射于某一信号层，读取反射光的重放波形的多层光盘的制作方法，其特征在于，具备：
将根据应记录信息的信号调制的光脉冲串作为曝光的光，制作形成坑点列的各信号层用的原盘的工序，
根据上述原盘对各信号层至少各制造1个具有上述坑点列的复制坑点列的金属模具的工序，
以及根据所述金属模具制造复制品，将多个复制品多层迭合制造具有多个记录信息的信号层的光盘的工序，
所述原盘，使用具有设定的坑点的宽度或坑点的长度的原盘，该设定使得从各层得到的重放信号相对于同一记录信号能够得到实质上相同的重放波形。
在本发明中，原盘通常是在涂布感光材料的玻璃圆盘上成螺旋状地照射根据记录信号调制的记录光，然后将其显像形成坑点而制成。
圆盘上形成的坑点的宽度和长度由照射的记录光的强度和调制的光脉冲的长度及包括感光材料的组成或其显像条件的全部工艺条件对光的灵敏度决定。其中曝光的光强和光脉冲的长度的改变比较容易，效果也大。
亦即，照射的记录光的光强越大，形成的坑点越大，光强越弱形成的坑点越小。而光脉冲的长度越长形成的坑点越大，越短形成的坑点越小。
改变这些条件能够调整各层形成的坑点的大小，即宽度和长度，能够制造对于各层有大小最合适的坑点的原盘。
作为本发明的最理想的实施形态，在上述各信号层用的原盘的制作工序中，用根据应记录信息的信号调制的光脉冲串曝光时，以某一信号层的光脉冲串为基准考虑重放波形相对于该信号层的相对变化，改变各光脉冲的开始端或终端的时间提早或推迟的量，以此能够改变坑点的宽度或长度，按照对相同信号得到实质上相同的重放波形的要求制作原盘。
特别是，借助于改变根据应记录的信号调制的光脉冲串的各光脉冲开始端和终端的时间的提早量或延迟量，在改变坑点的宽度或长度制作各信号层用原盘时，全部所述光脉中的开始端和终端的时间提早量或推迟量取相同。
而作为其他实施形态，在制作上述各信号层用的原盘的工序中，用根据应记录的信息的信号调制的光脉冲串曝光时，以某一信号层的光脉冲串为基准考虑重放波形相对于该信号层的相对变化，借助于改变各光脉冲的强度，能够改变坑点的宽度或长度，按照对于相同的记录信号得到实质上相同的重放波形的要求制作原盘。
在这种情况下，借助于改变根据应记录的信号调制的光脉冲串的各光脉冲的强度，改变坑点的宽度或长度制作各信号层用的原盘时，用于上述各信号层曝光的光脉冲串的各脉冲的光强完全取相同。
从而，本发明提供，上述多层光盘具有多层信号层，从使重放用的激光入射的基材侧看最远的信号记录层上形成反射膜，除此以外的信号记录层上形成半透明膜的单侧读出型重放专用多层光盘，其特征在于，以某一信号层的光脉冲串为基准考虑重放波形相对于该信号层的相对变化，按照对于相同信号得到实质上相同的重放波形的要求调整各信号层的坑点的宽度或长度。特别是提供，以从使重放用的激光入射的基材侧看最近的信号记录层的光脉冲串为基准，考虑重放波形相对于该信号层的相对变化，按照对相同记录信号得到实质上相同的重放波形的要求调整各信号层的坑点的宽度或长度的多层光盘。
采用本发明使用上述原盘，可以得到能够将记录在多层信号记录层的信息很好地重放的光盘。特别是，在倒置的凹凸坑点列对向形成一对信号记录层，贴在一起制作成的多层光盘中，坑点的大小因各层的坑点的凹凸上形成的半透明膜或反射膜的形成状态而不同，但是由于做得能够对于相同的记录信号得到实质上相同的重放波形，各层上记录的信号能够很好重放，能够制作可读出信息的特性优良的多层光盘。
首先，对用于制作本发明使用的原盘的记录装置和多层光盘的制造方法加以说明。
本发明使用的记录装置，大而言之，是由使涂布感光材料的玻璃基板旋转，使在所要求的位置照射记录光的记录头移动的机械系统和根据应记录的信号做成调制的记录光加以照射的光学系统构成。
机械系统由使玻璃基板旋转的旋转机构、使记录头移动到任意半径位置的滑移机构、和综合控制这些机构的运动的控制系统构成。
旋转机构由吸附玻璃基板的转台和使其旋转的空气轴承的主轴构成。
滑移机构由空气悬浮的非接触式滑块和使其运动的线性电动机，测量移动量的长度测量系统构成。
滑块由固定的导轨部和沿着该导轨在1轴上可以移动的空气悬浮的平台部构成，附带有用于在玻璃基板的任意半径上照射记录光的记录头。
线性电动机安装在滑块的下面，将可动部接在滑块的平台部，以此驱动平台部。
在长度测量系统上带有激光长度测定器(由Hewlet Packard公司制造)能够以10毫微米的分辨率检测滑块的平台部的移动。
控制系统使上述旋转机构和滑动机构复合动作，能够指定转数和磁道间距以恒定的角速度动作，指定线速度和磁道间距以恒定的线速度动作。而主轴既能顺时针转也能反时针转，滑块的传送方向也是，既能够从玻璃板的内圆到外圆，也能够从外圆到内圆在指定的磁道间距传送。
再者，控制系统也具有开闭记录光的快门、和设定下述记录光强度调整装置的出射强度的电压设定功能，具有借助于输入记录动作的参数，自动进行记录动作的功能。
下面使用图7的结构图对光学系统加以说明。其基本机构是由，记录用的光源、光强度调整器、光调制器、光束扩大器、记录光强度监控器、包含焦点控制系统的移动照射头、玻璃基板来的反射光的监控器以及把这些零部件连接起来的反光镜类的东西构成的。
记录用的光源使用氩离子激光器-701(Coherent公司制造，In-nova307)，以457.9的毫微米的波长振荡。调整或更换激光反射镜也可使其在351毫微米或364毫微米的波长振荡。
光强度调整器使用利用电光效应的噪声吸收器702(Con Optics制造，LASS-II)，消除气体激光器的有代表性的输出变动，同时将透射光的光强调整到所希望的强度。诺依兹伊塔702由配备具有电光效应的结晶的头、根据波面的方向分离光的偏振光束分离器、反射一部分透射光的传感器(pick-off)、使用测定反射光光强的硅系光电二极管的探测器、以及控制这些的控制箱和电源构成。而将输入控制箱的电压和探测器的输出电压加以比较，用加在元件上的电压调整波面的旋转量，以改变偏振光束分离器的透射光光强，调整使两者的电压相等，以消除激光器的输出变动，同时调整出射强度。
光调制器也使用利用电光效应的调制器703(Con Optics公司制造，频带50MHz)。这是由配备具有电光效应的晶体的头、根据波面的方向分离光的偏振光束分离器、部分反射透射光的传感器和测定其强度的探测器、部分反射偏振光束分离器的反射光的传感器及测定其强度的探测器、在头上加电压的电源驱动器、和自动将其偏置点调整到最佳的自动配置控制(ABC)装置构成的。调制器根据高(HIGH)或低(LOW)两值的应记录信号，借助于加在头上的电压，进行透射光的通、断(ON、OFF)控制。除了有调整偏置点使元件的透射强度的平均值为一定的C-ABC和与调制信号同步、接受告知输入变低的时刻的消隐脉冲，在该脉冲的时刻调整偏置点使透射光或反射光的探测器输出为最小的B-ABC外，ABC装置还有判断调制信号变低，自动调整偏置点，使该时刻的探测器输出成为最小的功能。
光束扩大器705使用由两片的平凹透镜组和针孔构成的开普勒型光束扩大器，对于使用的物镜，调整倍率，使用扩大器时的透光率为不使用扩大器时的透光率的80％左右。而且用配在入射侧的透镜的焦点上的针孔对光束的波面加以整形。
再者，在扩大器的后面配置三面反射镜706，用来调整头的入射光轴。借助于此，可以操纵光束双轴(dual-axis)的平行移动和双轴的倾斜，可以对与下述的滑块的移动的平行度调整和向物镜入射的位置进行微调。而且，在这些反光镜反射的波面的紊乱对聚光时的光点大小有影响，因此，最好使用直径30毫米以上、厚度5毫米以上的基板制造反光镜。
而且，为了监控记录时的记录强度，采用对配置在入射调整反光镜706后面的偏振光束分离器(PBS)707和配置在光调制器的后面近处的半波长板704的旋转角度进行调整，以此取出一部分光，用透镜聚焦，用光探测器715接受、测定调制的光的平均强度的结构。
移动照射头附有上述滑块的台面部的，由使用来自氦-氖激光器713的光的焦点控制光学系统712、为了将氦-氖激光和记录光加以合成，使记录光457.9毫微米透过，将632.8毫微米加以反射的立方体的二向色镜709、将反射两个波长的反光镜710和安装在聚焦执行装置的物镜711构成。
焦点控制光学系统712将光源氦氖激光器713配置在滑块外，调整光轴与台阶部的移动平行并导向台阶部，作为焦点控制法，可以对应斜入射法和像差法两种。
又，为了确认在玻璃基板716记录光的聚光状态，在偏振光束分离器707的后面配置反射率约为10％的光束分离器708，反射记录光在玻璃基板716的反射光当中的约10％，使CCD照相机714的受光面和玻璃基板716的表面成为共焦点地配置，用透镜使分离的光成象，由该光点的形状确认聚光状态。
下面用图5说明从用该装置制造的2个原盘出发制造具有2个信号层的多层光盘的工序。
首先，用上述记录装置制造各层用的两个原盘1和2。这时，原盘2和原盘1坑点列的螺旋方向反向形成。
其次，制造复制各原盘坑点的金属模具(stamper)1’和2’。然后使用这些模具用注射模塑成形方法制造分别为0.6毫米的单面复制有坑点的复制品1”和2”。一种复制品1”上用溅射法在有坑点的面上形成金的半透明膜，另一种复制品2”上，在有坑点的一面用溅射方法形成铝的反射膜。
然后，将两者以有坑点的面相对，用丙烯酸系的紫外线照射硬化的透明粘接剂贴合，使粘接层的厚度为50±10微米，制造能够从1”侧重放1”的信号层第1层和2”的信号层第2层两层的信息的光盘。
用上述工序制造的双层光盘的结构如图6所示，是由透明基板61、作为其信号层的第1层62、半透明膜63、透明的粘接层64、反射膜65、里面的透明基板67的信号层第2层66、还有里面的透明基板67迭层构成的。各信号层的读出从透明基板61一侧进行。这一光盘的结构，从透明基板61一侧看时，第1层62和第2层66凹凸倒置。
下面说明用这些记录装置及光盘的制造工序进行的，本发明的多层光盘的制造方法和多层光盘的实施例。
图1用于说明本发明实施例1的原盘记录时的光脉冲串的修正方法。
图2使本发明实施例1的多层光盘的重放波形图。
图3用于说明本发明实施例2的原盘记录时的光脉冲串的修正方法。
图4是本发明实施例2的多层光盘的重放波形图。
图5是本发明实施例的多层光盘的制造方法的工序图。
图6本发明实施例的双层光盘的结构图。
图7是本发明实施例使用的记录装置的光学系统结构图。
图8是已有的光盘的结构图。
图9是本发明实施例1的原信号、曝光脉冲串1和2、第1和第2重放波形的对比曲线。
图10是本发明实施例2的原信号、曝光脉冲串1和2、第1和第2重放波形的对比曲线。
实施例1
作为实施例1，如图1所示，使第2层用的原盘记录时的光强比第1层用的原盘还小(以第1层为1，则第2层为0.94)，借助于改变记录时的光强，使用改变了坑点的宽度和长度的原盘制造具有两层信号层的多层光盘A。记录强度的变更借助于改变光强度调整器的输入电压进行。
记录的信号是以基准时间Tw＝150毫微秒的2倍(2T)到9倍(9T)的长度构成的随机数字信号，以线速度1.5米/秒，磁道间距0.79微米记录成螺旋状，以此形成最短坑点为0.45微米，坑点列的磁道间距为0.79微米的螺旋状。
使用和该光盘A相同的工序，制造以相同的光强形成第2层用的原盘和第1层用的原盘的多层光盘B，使用680毫微米波长，数值孔径0.6的重放光学系统重放信号时的重放波形示于图2(通常称为眼模式)。
(a1)、(b1)为光盘A的、(a2)、(b2)为光盘B的重放波形，(a1)、(a2)为第1层，(b1)、(b2)为第2层。
光盘B中，重放波形中的对应于最短的坑点的波形高度的位置，第2层的(b2)要比第1层的(a2)高。但是，在光盘A，两层的重放波形大致相等。
本实施例制造的双层光盘，如图6所示，在第1层和第2层坑点的凹凸倒置，再者，第2层在凹凸上形成铝反射膜，从铝反射膜侧重放，因此，第2层坑点的形状因形成的A1膜的生成形状等的状态而变化，所以，实质上坑点的大小不同。
图2的(a2)、(b2)的波形意味着在本实施例使用的条件下第2层的坑点实质上比第1层的大。
因此，在光盘A，在第2层的原盘记录时使光强减小，使其形成比第1层小的坑点，如图2的(a1)、(b1)所示，可以使两层的重放波形大致相等。
与原信号对比研究上述作用效果就会更加清楚。
对应于图9所示的2T凸、3T凹、4T凸、2T凹、3T凸、4T凹、6T凸的原信号，曝光脉冲串1和曝光脉冲串2设定为上述比率(1∶0.94)，一旦用曝光脉冲串1形成第1信号层和第2信号层，即变成重放信号(1)和重放信号(2)那样不一致。而用曝光脉冲串2形成第1信号层和第2信号层也变成重放信号(1)’和(2)’那样不一致。但是，将重放信号(1)、(2)、(1)’和(2)’加以比较就可以明白，(1)和(2)’实质上是一致的信号。
基于这些重放波形测定起伏(jitter)的结果示于表一。所谓起伏是重放的信号长度和正规的信号长度的差，用其标准偏差σ除以Tw所得的值(σ/Tw)表示。表1
   起伏(σ/Tw)(％)
   第1层    第2层
光盘A     6.3     7.3
光盘B     6.3     9.0
从表1可知，使用本发明的记录方法，重放时的起伏提高，重放信号的质量得以提高。
而且，光盘A与光盘B相比，可以说是能够从各层很好地读出信息的特性优异的光盘。
而且，在本实施例，第2层用的原盘记录时把强度取得小，但是，由于光盘的制造条件和重放光学系统的特性等原因，第2层的重放波形中对应于最短坑点的的波形的位置，在比第1层低的情况下，提高第2层的原盘记录时的光强可以取得同样的效果。
实施例2
实施例2在曝光的脉冲串的发生电路上附加调整电路，用来调整各脉冲的前沿和后沿，分别调整长度5毫微秒，如图3所示，第2层用的原盘记录时曝光的光脉冲串各脉冲比第1层用原盘记录时的前沿更为延迟而后沿更为提早，借助于实际照射的脉冲长度缩短(记录时各脉冲削除量第1层为50毫微秒(相当于光盘上的长度75毫微米)时，第2层取80毫微秒(相当于光盘上的长度120毫微米))，使用在各层改变曝光脉冲串的长度的两个原盘，制造具有各层坑点的大小不同的两层信号层的多层光盘C。
光盘的制造工序如上述图5所示。
该光盘C和实施例1使用的光盘B用和实施例1相同的重放光学系统重放时的波形示于图4。光盘C记录的信号也和光盘B相同。(a1)、(b1)是光盘C的重放波形，(a2)、(b2)是光盘B的重放波形，(a1)、(a2)表示第1层，(b1)、(b2)表示第2层。
光盘C，可见各层的重放波形大致相等，缩短曝光脉冲的长度，可以和实施例1一样缩小第2层的坑点的实际大小，可以使两层的重放波形大致相等。
与原信号对比研究上述作用效果就会更加清楚。
与图10所示的2T凸、3T凹、4T凸、2T凹、3T凸、4T凹、6T凸的原信号相对应，将曝光脉冲串1和曝光脉冲串2设定于削除量比例(50毫微秒：80毫微秒)，用曝光脉冲串1形成第1信号层和第2信号层，即如重放信号(1)和(2)那样不一致。而用曝光脉冲串2形成第1信号层和第2信号层也像重放信号(1)’和(2)’那样不一致。但是比较重放信号(1)、(2)、(1)’和(2)’，就会发现(1)和(2)’实质上是一致的信号。
更有，基于这些重放波形测定起伏，结果示于表2。
               表2
    起伏(σ/Tw)(％)
   第1层   第2层
光盘A     6.3     7.3
光盘B     6.3     9.0
从表2可以了解到，采用本发明的方法，重放时的起伏提高，重放信号的质量也得以提高。
而且，与光盘B相比，光盘C是能够从各层很好地读出信息的性能优异的光盘。
本实施例中，通过改变第2层用的原盘记录时各曝光脉冲的前沿和后沿位置来改变各原盘坑点的大小，但是在所有脉冲都改变相同的长度的情况下，也可以只改变前沿或后沿。
还有，在本实施例中第2层用的原盘的曝光脉冲串比第1层用的短，但是借助于光盘的制造条件和重放光学系统的特性等，第2层的重放波形中对应于最短坑点的波形的位置，在比第1层低的情况下，使第2层在原盘记录时的曝光脉冲串加长可以得到同样的效果。
再则，不采用本实施例的双层光盘的制造工序和结构的双层光盘或具有更多的信号记录层的多层光盘，只要是具有各层以某一厚度隔开，各层重放时实质上的基板厚度不同的结构的多层光盘，本发明的多层光盘的制造方法也是有效的，而且，其结果是，制造的光盘是能够很好地重放各层的信息的优异的多层光盘。

Claims (7)

1.一种多层光盘的制作方法，用迭层的方法将坑点列做成螺旋状或同心圆状形成的信号层多层迭层形成，从光盘的基材表面一侧将重放用的激光照射于某一信号层，读取反射光的重放波形的多层光盘的制作方法，其特征在于，具备：
将根据应记录信息的信号调制的光脉冲串作为曝光用的光，制作形成坑点列的各信号层用的原盘的工序，
根据上述原盘对各信号层至少各制造1个具有上述坑点列的复制坑点列的金属模具的工序，
以及根据所述金属模具制造复制品，将多个复制品多层迭合制造具有多个记录信息的信号层的光盘的工序，
所述原盘，使用具有设定的坑点宽度或坑点长度的原盘，该设定使得从各层得到的重放信号的相同信号能够得到实质上相同的重放波形。
2.根据权利要求1所述的多层光盘的制作方法，其特征在于，在制造上述各信号层用的原盘的制造工序中，根据应记录的信息的信号调制的光脉冲串曝光时，以某一信号层的光脉冲串为基准考虑重放波形相对于该信号层的相对变化，改变各光脉冲的前沿或后沿的时间提早或延迟的量，以此改变坑点的宽度或长度，按照能够相对于相同信号得到实质上相同的波形的要求制造原盘。
3.根据权利要求2所述的多层光盘的制作方法，其特征在于，用改变根据应记录信号调制的光脉冲串的各光脉冲的前沿和后沿的时间的提早或延迟的量的方法改变坑点的宽度或长度，制造各信号层用的原盘时，对全部所述光脉冲，前沿和后沿的时间提早或延迟的量取相同。
4.根据权利要求1所述的多层光盘的制作方法，其特征在于，在制造上述各信号层用的原盘的工序中，在根据应记录的信息信号调制的光脉冲串曝光时，以某一信号层的光脉冲串为基准考虑重放波形相对于该信号层的相对变化，改变各光脉冲的强度，以此改变坑点的宽度或长度，按照对于相同的记录信号得到实质上相同的波形的要求制造原盘。
5.根据权利要求4所述的多层光盘的制作方法，其特征在于，改变根据应记录的信号调制的光脉冲串各光脉冲的强度，以此改变坑点的宽度或长度制造各信号层用的原盘时，各所述信号层曝光的光脉冲串的各光脉冲的光强完全取相同。
6.一种多层光盘，是用权利要求1所述的方法制造的，从重放光入射的基板一侧看，最远的信号记录层上形成反射膜，在别处，信号记录层上形成半透明膜的单侧读出型重放专用多层光盘，其特征在于，以某一信号层的光脉冲串为基准考虑重放波形相对于该信号层的相对变化，按照对于相同的信号得到实质上相同的重放波形的要求调整各信号层的坑点的宽度或长度。
7.根据权利要求6所述的多层光盘，其特征在于，以从重放光入射的基板侧看最近的信号记录层上的光脉冲串为基准考虑重放波形相对于该信号层的相对变化，按照对于相同的记录信号得到实质上相同的重放信号的要求调整各信号层的坑点的宽度或长度。
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