CN1154098C - 高密度光学记录媒体 - Google Patents

Abstract

一种高密度光学记录媒体及其读写装置。此种光学记录媒体具有单层或双层记录数据的反射层，在反射层上具有多个数据轨，各数据轨分别具有多个信号坑。各数据轨的轨距以及信号坑的最小长度介于CD与DVD规格之间，基板厚度与CD规格相同。此种光学记录媒体的读写装置具有单一激光光源以及单一物镜，激光光源的波长和物镜的数值孔径介于CD与DVD规格之间，或与CD规格相同。

Description

高密度光学记录媒体

本发明涉及一种高密度光学记录媒体，特别是涉及一种具有较短的信号坑最小长度、较密的数据轨轨距，以及超高密度、超大容量的特级影音光盘。

自从1982年荷兰菲利浦(Philips)公司及日本新力(Sony)公司共同发表红皮书，制定出光盘(Compact Disk，CD)规格后，音乐光盘(Compact Disk DigitalAudio，CD-DA)便成为光盘机系列产品的首创。因为CD光盘片具有数据存储容量大、保存容易与高传真音质等优点，所以迅速取代了传统式的塑料唱片及录音带，成为影音市场中的主流媒体。

由于电脑科技的发展及多媒体的流行，随着黄皮书、绿皮书、橘皮书、白皮书等规格相继发表后，CD光盘片在数据存储方面因而具有更广的应用范围，例如：只读型光盘(Compact Disk Read Only Memory，CD-ROM)、互动式光盘(Compact Disk-Interactive，CD-I)、影音光盘(Video Compact Disk，VCD)等。因此CD光盘片被大量运用在数字数据及图像数据的存储，而且运用光盘存储数据的技术也已使CD光盘片成为一种相当成熟的数字存储媒体，并占有绝大部分的光学记录媒体市场。

随着多媒体应用范围的日益推广，以及使用者对图像与音效的要求越来越高，导致所需存储的数据量也愈来愈多。然而目前CD光盘片的存储容量仅有650MB，播放音乐时最多仅能播放74分钟。但是通常一部电影至少有90分钟，因而造成多片装CD光盘片大量增加。而且在播放电影时，每至一个段落就必须中断放映以更换盘片，操作颇为不便，所以CD光盘片已渐渐不敷使用。

而超级影音光盘(Super Video Compact Disk，SVCD)的容量更是明显不足，由于超级影音光盘为了获得高分辨、高画质的视觉效果，采用2/3 D1的信号压缩影片，使得一片650MB的CD光盘片只能容纳37分钟的影片。而一般影片的播放时间大多在100分钟左右，若以目前现有的CD光盘片来记录影片数据，仍需要三片CD光盘片才能容纳如此庞大的数据量，因此在使用上十分不便，而且需要使用的物料较多、浪费资源。

由于对视听品质的要求不断提高，原有CD光盘片650MB的容量已无法配合新一代的影音需求。为了能将一部90分钟的电影收纳在直径12公分的盘片中，新型盘片所需的容量应为5GB，是CD光盘片的8倍。因此荷兰菲利浦公司/日本新力公司和日本东芝(Toshiba)公司达成协议，并与其他厂商共同在1996年4月提出了数字多功能光盘(Digital Versatile Disc，DVD)规格。

与影音光盘(VCD)相比，数字多功能光盘(DVD)其主要特性是具有更高的数据存储容量，所以必须使用波长较短的激光光源及口径较大的物镜，在盘片表面形成直径较小的光点(Spot)以读取/写入数据。因而连带引申出盘片厚度、循轨方法等问题，而且还必须考虑与CD光盘之间的相容性问题。

为使数字多功能光盘机达到DVD-CD相容，必须配置两种不同波长的光源，依照形成光点方式的不同，其读取头又可分成单物镜式和双物镜式两类，或者是使用双焦点物镜，其所需的读写机构则较为复杂。此外，为防止非法复制，由数字多功能光盘播放机输出的信号，将先经过保护处理再输出，此举虽然可以防止大部分的盗版情形，但也减缓了信息流通的速度，并降低了消费者的购买意愿。

本发明的目的在于提供一种高密度光学记录媒体，其在与CD光盘相同的盘片面积下，具有较短的信号坑(Pit)最小长度、较密的数据轨轨距(Track Pitch)。此种光学记录媒体拥有较高的数据存储密度及容量，可以取代现有的影音光盘。而且可将其设计成具有双层结构的光学记录媒体，其数据容量倍增可达数字多功能光盘的标准。此种高密度光学记录媒体可以CD光盘生产线进行生产，在提高盘片数据存储密度及容量的同时，可以降低物料及生产成本，减少资源消耗。此外，本发明还提供一种光学记录媒体的读写装置，可由高密度光学记录媒体读取数据，或是将数据写入高密度光学记录媒体。只需使用单一光源及单一物镜即可读取高密度光学记录媒体与CD光盘的数据，具有较简单的系统结构。

本发明的目的是这样实现的，即提供一种高密度光学记录媒体，其中至少包括：多个数据轨，每一该各数据轨之间保持特定的一轨距，该轨距介于1.0微米与1.2微米之间；以及每一该各数据轨上具有多个信号坑，该各信号坑具有一信号坑最小长度，该信号坑最小长度介于0.55微米与0.62微米之间。

本发明还提供一种高密度光盘片，该高密度光盘片的厚度约为1.2毫米，其中至少包括：多个数据轨，每一该各数据轨之间保持特定的一轨距，该轨距约为1.06微米至1.13微米；以及每一该各数据轨上具有多个信号坑，该各信号坑具有一信号坑最小长度，该信号坑最小长度约为0.56微米至0.613微米。

本发明还提供一种高密度光盘片，该高密度光盘片的直径约为120毫米，厚度约为1.2毫米，其中至少包括：多个数据轨，每一该各数据轨之间保持特定的一轨距，该轨距约为1.13微米；以及每一该各数据轨上具有多个信号坑，该各信号坑具有一信号坑最小长度，该信号坑最小长度约为0.613微米。

本发明还提供一种高密度光盘片，该高密度光盘片的直径约为120毫米，厚度约为1.2毫米，其中至少包括：多个数据轨，每一该各数据轨之间保持特定的一轨距，该轨距约为1.06微米；以及每一该各数据轨上具有多个信号坑，该各信号坑具有一信号坑最小长度，该信号坑最小长度约为0.56微米。

本发明还提供一种光学读写装置，应用于一高密度光学记录媒体，用以写入/读取数据，其中至少包括：一光源，具有一光源波长，该光源波长介于650毫微米与780毫微米；一分光镜，与该光源光学耦接，用以接收该光源发出的光束；一物镜，与该分光镜光学耦接，用以将光束聚焦于该高密度光学记录媒体，该物镜具有一物镜数值孔径，该物镜数值孔径介于0.45与0.6之间；以及一检测器，与该分光镜光学耦接，用以接收由该高密度光学记录媒体反射，并通过该物镜，再由分光镜偏向光束。

本发明的高密度光学记录媒体，用以记录数据。此种光学记录媒体的基板厚度约为1.2毫米(Millimeter，mm)，直径约为120毫米或约为80毫米。在此种光学记录媒体中具有多个数据轨(Track)，各数据轨之间轨距的范围约为1.06微米(Micron，μm)至1.13微米；每一个数据轨中具有多个信号坑，而信号坑最小长度约为0.56微米至0.613微米。单层结构的光学记录媒体的数据存储容量约为2.0GB至2.35GB，双层结构的容量则可达约为4.0GB至4.7GB。此外，更提出的一种光学记录媒体读写装置，用以在高密度光学记录媒体上存取数据，具有一个激光光源与一个物镜，其中激光光源所提供的激光波长约为680毫微米(Nanometer，nm)至780毫微米，而物镜的数值孔径(Numerical Aperture，NA)约为0.5至0.52，可以读取高密度光学记录媒体及CD光盘的数据，具有CD相容性及简单的系统结构。

下面结合附图，详细说明本发明的实施例，其中：

图1为本发明优选实施例一种高密度光学记录媒体的示意图；

图2A为本发明优选实施例一种高密度光学记录媒体的数据轨示意图；

图2B为本发明优选实施例一种高密度光学记录媒体的部分结构示意图；

图3A与图3B分别为本发明的优选实施例一种高密度光学记录媒体具有单层及双层结构的剖视图；

图4为波面像差与盘片厚度的关系图；

图5为本发明优选实施例一种高密度光学记录媒体读写装置的结构示意图；

图6与图7分别为由CD规格及DVD规格光学读取头所获得的眼形图；

图8与图9分别为本发明的优选实施例两种符合XVCD规格的光学读取头所获得的眼形图。

在现有的光盘规格中包括CD规格和DVD规格。其中CD光盘片的直径为120毫米(mm)，容量为650MB，基板厚度为1.2毫米，轨距为1.6微米(μm)，信号坑最小长度为0.833微米，光学读取头所使用的激光光源波长为780毫微米(nm)，物镜的数值孔径为0.45。而DVD光盘片的直径亦为120毫米，容量为4.7GB，基板厚度则为0.6毫米，轨距为0.74微米，信号坑最小长度为0.4微米，其光学读取头所使用的激光光源波长为650毫微米，物镜的数值孔径为0.6。

请参照图1，其所绘示的是依照本发明的优选实施例，一种高密度光学记录媒体的示意图。如图1所示，用以存储数据的数字光盘片100拥有圆形盘状外观，具有特定的直径102与基板厚度104。本发明的高密度光学记录媒体定名为特级影音光盘(Extra-Video Compact Disk，XVCD)。XVCD光盘片100的直径102约为120毫米，与CD光盘及DVD光盘相同，但是XVCD光盘片100的直径102亦可以是约为80毫米，而基板厚度104则约为1.2毫米，与CD光盘相同。

由于CD与DVD所使用的基板(Substrate)厚度不同，所以CD/VCD光盘生产线必须全面更换设备才能进行DVD光盘的制作。但是CD/VCD光盘的生产线不需要更换机具，即可直接进行XVCD光盘的批量生产，因此可以降低生产成本。

接着参照图2A，其所绘示的是依照本发明的优选实施例，一种高密度光学记录媒体的数据轨示意图，在数字光盘片200上具有多个数据轨(Track)202，位于用以存储数据的反射层，每一个数据轨202是由环绕盘片200中心一周的多个数据格所构成。再参照图2B，其所绘示的是依照本发明的优选实施例，一种高密度光学记录媒体的部分结构示意图，在数字光盘片200A中具有多个数据轨202A，各数据轨202A之间具有特定的轨距204，而每一个数据轨202A中分别具有多个信号坑206，各信号坑206具有不同的信号坑长度208。

如图2A及图2B所示，在本发明的高密度光学记录媒体一特级影音光盘(XVCD)中，其数据轨之间的轨距204介于CD规格(1.6微米)与DVD规格(0.74微)之间，优选的轨距204约为1.06微米至1.13微米，而信号坑206的最小长度亦介于CD规格(0.833微米)与DVD规格(0.4微米)之间，优选信号坑最小长度约为0.56微米至0.613微米。

请参照图3A与图3B，其所绘示的是依照本发明的优选实施例，一种高密度光学记录媒体，分别具有单层及双层结构的剖视图。如图3A所示，在XVCD光盘300A中，具有一层用以存储数据的反射层302，其表面的凹陷部分即为记录数据的数据轨或数据坑，而反射层302表面与光盘300A表面的距离约为1.2毫米。而在图3B的XVCD光盘300A中，具有两层反射层302A及302B，其表面与光盘300B表面的距离分别约为1.2毫米与1.15毫米。

请参照图4，其所绘示的是波面像差(Wavefront Aberration)与盘片厚度的关系图。图中的横轴所代表的是反射层与盘片表面的距离，纵轴是代表波面均方根值(Root-Mean-Square Value)ΔRMS。在本发明中，具有双层反射层结构的XVCD，经由理论分析所得到的波面均方根值约为入射波长的0.017倍，亦即ΔRMS＝0.017λ。与波面像差的关系图对比，此一波面均方根值是在数据读写可允许的范围之内，因此在本发明的XVCD光盘可以制作两层数据层。如图4所示，其所对应的反射层与盘片表面距离约为1.15毫米。

根据本发明前述的XVCD规格，可以计算出具有单层结构的XVCD光盘的容量约为2.0GB至2.35GB，与现有技术的CD光盘仅具有650MB容量相比之下，本发明的高密度光学记录媒体的数据存储容量增加了三倍以上。现有以3片VCD光盘存储的影音数据，仅需使用一片XVCD光盘即可存储及播放，因此可以节省生产所需的物料成本，并可减少资源的消耗与浪费。而具有双层结构的XVCD光盘容量则更高达约为4.0GB至4.7GB，与现有技术的DVD光盘的容量相当。

图5所绘示的是依照本发明的优选实施例，一种高密度光学记录媒体的读写装置的结构示意图。如图5所示，高密度光学记录媒体(XVCD光盘)的读写装置例如是光盘机或光学读写头等，其中光源502例如是激光光源，激光光束由激光光源502发出，透过分光镜(Splitter)504，将其导向准直镜(Collimator)506。光束经准直镜506校准后，再由转折镜(Folding Mirror)508将其方向偏转，使其经过物镜510后，聚焦在光盘片500上。光束经光盘片500反射后，经物镜510、转折镜508及准直镜506，由分光镜504将光束导向检测器(Photo Detector)514，以读取光盘片500的数据。在本发明的XVCD规格中激光光源502所提供的激光波长的范围介于CD规格(780毫微米)与DVD规格(650毫微米)，优选的波长范围约为680毫微米至780毫微米，而物镜510的数值孔径的范围亦介于CD规格(0.45)与DVD规格(0.6)之间，优选的物镜数值孔径则约为0.5至0.52。

现有的DVD读取头需要配置两个具有不同波长的激光光源及/或两个物镜，其承载及机械结构较为复杂。相比之下，本发明符合XVCD规格的光学读写头，仅需使用一个激光光源(780毫微米)及一个物镜，即可读取CD/VCD光盘及XVCD光盘中的数据，具有简单的系统结构，且与CD/VCD读取头完全相容。此外，在本发明的XVCD规格中，其调变码(Modulation Code)及错误修正码(Error Correction Code，ECC)数据格式是与DVD规格相同，而且和CD规格相容。

读写装置运作正常即可读出光盘片上的数据，计算光学读写头所形成的光点，并以光点对光盘进行扫描，其原始的类比信号经重复扫描后，所得到的波形即是一般所谓的眼形图(Eye-Pattern)。请参照图6及图7，其所绘示的是分别由CD规格及DVD规格光学读取头所获得的眼形图；图8与图9绘示依照本发明的优选实施例，由两种XVCD规格的光学读取头(XVCD-1及XVCD-2)所分别获得的眼形图。

其中图6至图9的横轴所代表的是时间，纵轴代表信号振幅，这些信号分布由3T至11T，其中T为单位时间。比较图8、图9与图6和图7可知，依照本发明的光学读写头(XVCD-1和XVCD-2)对所读取的信号的灵敏度及鉴别能力，介于CD规格与DVD规格之间。

请参照图1，其所列出的是现有技术中的CD规格及DVD规格，以及本发明的XVCD规格(XVCD-1及XVCD-2)的设定特性比较。

由上述本发明优选实施例可知，应用本发明具有下列优点：

1.本发明的读写装置是使用一个激光光源及一个物镜即可读取CD/VCD光盘与XVCD光盘中的数据，具有较简单的盘机系统结构。

2.本发明的XVCD光盘的基板厚度(1.2mm)与CD/VCD光盘相同，不需改变光盘的基板厚度即可提高数据存储容量，因此CD/VCD光盘的生产线不需要更换机具，即可进行本发明的XVCD光盘的批量生产，以降低生产成本。

3.本发明可将光盘容量由CD/VCD光盘的650MB提高至单层结构的XVCD光盘的2.0GB-2.35GB，使用XVCD光盘一片即可存储以往需要3片SVCD光盘的数据，可以节省物料成本，减少资源的浪费。

4.具有单面双层结构的XVCD光盘，其数据容量可以更进一步提高至4.0GB-4.7GB，与一般单面单层的DVD光盘片相当，可用以取代单面单层结构的DVD光盘。

                       表1现有技术与本发明的光盘规格设定

	CD	DVD	XVCD-1	XVCD-2
					物镜数值孔径	0.45	0.6	0.5	0.5
激光光源波长(毫微米)	780	650	780	780
					数据轨轨距(微米)	1.6	0.74	1.13	1.06
信号坑最小长度(微米)	0.833	0.4	0.613	0.56
					盘片直径(毫米)	120	120	120	120
基板厚度(毫米)	1.2	0.6	1.2	1.2
					数据容量	650MB	4.7GB	2.0GB/4.0GB	2.35GB/4.7GB

虽然结合以上优选实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当视为附上的权利要求所界定的为准。

Claims (11)

1.一种高密度光学记录媒体，该高密度光学记录媒体的厚度约为1.2毫米，其中至少包括：

多个数据轨，每一该各数据轨之间保持特定的一轨距，该轨距约为1.06微米至1.13微米；以及

每一该各数据轨上具有多个信号坑，该各信号坑具有一信号坑最小长度，该信号坑最小长度约为0.56微米至0.613微米；

该高密度光学记录媒体的数据格式为与DVD盘片相同规格的调变码与错误修正码，该高密度光学记录媒体至少具有一反射层时，该高密度光学记录媒体的数据存储容量约为2.0GB至2.35GB。

2.如权利要求1所述的高密度光学记录媒体，其中该高密度光学记录媒体的直径约为120毫米。

3.如权利要求2所述的高密度光学记录媒体，其中该高密度光学记录媒体中具有二反射层。

4.如权利要求3所述的高密度光学记录媒体，其中该高密度光学记录媒体的数据容量约为4.0GB至4.7GB。

5.如权利要求1所述的高密度光学记录媒体，其中该高密度光学记录媒体的直径约为80毫米。

6.一种高密度光盘片，该高密度光盘片的直径约为120毫米，厚度约为1.2毫米，其中至少包括：

多个数据轨，每一该各数据轨之间保持特定的一轨距，该轨距约为1.13微米；以及

每一该各数据轨上具有多个信号坑，该各信号坑具有一信号坑最小长度，该信号坑最小长度约为0.613微米。

7.如权利要求6所述的高密度光盘片，其中该高密度光盘片中具有一反射层，且该高密度光盘片的数据容量约为2.0GB。

8.如权利要求6所述的高密度光盘片，其中该高密度光盘片中具有二反射层，且该高密度光盘片的数据容量约为4.0GB。

9.一种高密度光盘片，该高密度光盘片的直径约为120毫米，厚度约为1.2毫米，其中至少包括：

多个数据轨，每一该各数据轨之间保持特定的一轨距，该轨距约为1.06微米；以及

每一该各数据轨上具有多个信号坑，该各信号坑具有一信号坑最小长度，该信号坑最小长度约为0.56微米。

10.如权利要求9所述的高密度光盘片，其中该高密度光盘片中具有一反射层，且该高密度光盘片的数据容量约为2.35GB。

11.如权利要求9所述的高密度光盘片，其中该高密度光盘片中具有二反射层，且该高密度光盘片的数据容量约为4.7GB。

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