CN1273416A - 光盘基片 - Google Patents

Abstract

具有深度为λ/4n到λ/2n的深凹槽的光盘基片,这里λ是光拾取器激光束波长,n是基片的折射率。光盘基片包括:多个具有预定深度的深凹槽,各个深凹槽具有以θ角倾斜的侧壁,和多个具有与基片表面相同水平面的凸面,其中用于最小串扰的凹槽深度D是由下述数学关系确定:D=0.4022—0.4574×A+0.6458×A²

Description

光盘基片

本发明涉及具有凸面(land)和凹槽的光盘基片，尤其涉及具有深度为λ/4n到λ/2n深凹槽的光盘基片，这里λ是从光拾取器射出的激光束波长，n是基片的折射率。

光盘是由盘播放器使用的信息记录媒体，其以非接触方式写入和/或读出信息。在有限数据记录部分上高记录密度的需要已经提出一种光盘基片，其使得数据能写入在其凸面和凹槽两者上。

图1是采用凸面和凹槽记录法的现有光盘基片的示意图。如图1所示，光盘基片1包含从光盘中心到外周螺旋形成的多个轨道，其交替形成了具有预定深度的多个凹槽3和具有与光盘基片表面相同水平面的多个凸面5。

特别是，2.6千兆字节DVD-RAM的格式薄提出凸面宽度和凹槽宽度的比应近似为50∶50。应用于这种具有上述结构的光盘的凸面和凹槽记录法的优点在于：凸面和凹槽之间的高度差减小了串扰，该串扰是从相邻轨道产生的噪声，以及在凸面和凹槽两者上的写入提高了记录密度。凸面和凹槽记录法的另一优点是：与允许在凸面或者凹槽写入的记录法相比，其有较大的推挽信号幅度。该较大的推挽信号幅度是因为引起该推挽信号的光轨道间距是数据轨道间距一半那样小。

对于具有上述结构光盘的高记录密度，轨道间距(TP)一定要减小。在这种情况下，写入射束点大小一定要减小以保持写入和读出特性。但是，随着光DVD记录容量的增加，相对于写入射束点大小的相关轨道间距降低了，其示于表1，其引起涉及在相邻轨道上擦除信号的“交叉擦除”，并且因此限制了记录密度的提高。

                        表1

项目	记录媒体类型
					2.6GBDVD-RAM	4.7GBDVD-RAM	15GBHD-DVD	18GBHD-DVD
	激光波长(nm)	650	650	400					400

数值孔径(NA)	0.6	0.6	0.6	0.65
					轨道间距(μm)	0.74	0.615	0.34	0.30
轨道间距对射束点大小的比率	0.68	0.57	0.51	0.49

交叉擦除原因可概括为二个因素。一个是因相邻轨道写入束的热吸收，另一个是在写入期间对相邻轨道的热传递。在光盘记录层之间的热传递能够通过将相邻轨道进一步隔开来避免，该热传递引起光盘的温度增加。

这样，已经提出了具有深凹槽的光盘。在诸如光盘的情况，通用光盘的凹槽深度大于凹槽深度Gd即λ/6n，这里λ是光拾取器激光束的波长，n是光盘基片的的折射率，其延伸方向了热导距离并且又抑制了交叉擦除和串扰的发生。但是，深凹槽光盘的问题是跟踪误差信号的相位反转，即所谓的在比预定深度低的深度的“推挽信号”。

图2表示相对于凹槽深度的关于4.7千兆字节DVD-RAM的推挽比率(PPR)，分开(divided)的推挽比率(DPP)和在线轨道(on-track)比率(OTR)。

推挽信号的相位反转意味着深凹槽是根据通用光盘凸面的跟踪条件来跟踪的，如图1所示。由于对凸面和凹槽的跟踪条件不能相同，参考图1说明的DVD-RAM格式界定了凹槽的深度小于或等于λ/4n，这里λ是光拾取器激光束波长，n是光盘基片的折射率，其使对于凸面和凹槽的推挽信号的相位相同。

串扰信号和推挽信号是受到凹槽倾斜角θ的影响。如图4中所示，凹槽的倾斜角θ指的是在凸面或凹槽横向延伸方向和凹槽侧壁延伸方向之间的角度。

图3表示采用数值孔径(NA)为0.6的物镜的光拾取器相对于当凹槽倾斜角θ为60°和80°时的凹槽深度的串扰和推挽信号。图3中，A和B分别表示在凹槽倾斜角θ为60°和80°时的串扰信号。C和D分别表示在凹槽倾斜角θ为60°和80°时的推挽信号。

对于图3的结果，凹槽深度已经基于入射激光束的波长(λ)和盘基片的折射率(n)做了归一化。图3中，推挽信号0处的水平面虚线表示λ/4n的光学凹槽深度。因此，可归纳为：对预定激光束波长的光学凹槽深度依赖于凹槽倾斜角度θ变化，甚至在相同实际凹槽深度时也是如此。另外，正如前述，推挽信号的相位在λ/4n光学凹槽深度附近反相。此外，深凹槽推挽信号依赖于凹槽的倾斜角θ变化。

图3示出当凹槽的实际深度小时，与凹槽深度的影响比较而言，凹槽倾斜角θ对推挽信号和串扰信号变化的影响是忽略不计的。但是，随着凹槽实际深度的增加，推挽信号和串扰信号相对于凹槽倾斜角θ即60°和80°的变化增加。

为解决上述问题，本发明的目的是提供具有深凹槽的光盘基片，该深凹槽具有λ/4n或更大的深度，这里λ是来自光拾取器激光束的波长，n是基片的折射率，其导致改善串扰和交叉擦除特性。

本发明的目的是通过利用凸面和凹槽记录的光盘基片实现的，包括：多个具有预定深度的深凹槽，各个深凹槽(individual deep grooves)具有以角度θ倾斜的侧壁；和多个具有与基片表面成相同水平面的凸面，其中用于最小串扰的凹槽的深度D是由下述数学关系[1]确定的：

D＝0.4022-0.4574×A+0.6458×A²         [1]这里D＝实际凹槽深度×n/λ $A=\frac{\mathrm{NA}\·\mathrm{TP}}{\mathrm{\λ}}\×\frac{1}{{\sin }^2\mathrm{\θ}}$

TR表示盘基片的轨道间距，

NA表示光拾取器物镜的数值孔径，

θ是凸面或凹槽的横向延伸方向和凹槽侧壁延伸方向之间的凹槽倾斜角，

λ是光拾取器激光束的波长；和

n是基片的折射率。

通过参考附图详细说明一优选实施例使本发明上述目的和优点将变得更为清楚。其中；

图1是采用凸面-凹槽记录法的传统光盘基片的剖视图；

图2表示对于4.7千兆字节DVD-RAM对于凹槽深度的推挽比率(PPR)，分离推挽比率(DPP)，在线轨道比率(OTR)；

图3表示当凹槽倾斜角θ为60°和80°时相对于凹槽深度的光学拾取器的串扰信号和推挽信号，该光学拾取器采用数值孔径(NA)为0.6的物镜；

图4表示当轨道间距在0.26，0.30，0.34和0.40μm变化及凹槽倾斜角为60°和80°时相对于凹槽深度的串扰信号；

图5表示当物镜数值孔径在0.60，0.63，0.65和0.67变化时相对于凹槽深度的串扰信号；

图6表示说明由示波器测量的具有浅凹槽之基片的抖动特性的波形；和

图7表示说明由示波器测量的根据本发明具有深凹槽之基片的抖动特性的波形。

类似于参考图1说明的传统光盘，根据本发明的基片包括多个具有预定深度的深凹槽和多个具有与基片表面相同水平面的凸面。凹槽具有按角θ倾斜的侧壁。

本发明涉及基于实验结果使用数学关系来界定基片深凹槽的深度和倾斜角θ，涉及在具有大于和等于λ/4n深度的深凹槽结构中改善串扰、交叉擦除和跟踪特性，这里λ是光学拾取器激光束的波长，n是基片的折射率。

实验结果示于图4和5中。图4表示当轨道间距按0.26，0.30，0.34和0.40μm(微米)变化及凹槽倾斜角在60°和80°时相对于凹槽深度的串扰信号。对于该实验，波长为410nm(纳米)的激光束照射到盘上并且使用了数值孔径为0.65的物镜。

图5表示当物镜数值孔径按0.60，0.63，0.65和0 67变化时相对于凹槽深度的串扰信号。在观测时，辐射激光束波长为410nm，盘轨道间距(TP)为0.34μm，凹槽倾斜角θ为70°。

如图4和5所示，凹槽深度和倾斜角，轨道间距和NA影响着来自相邻轨道之串扰的发生。这些因素对串扰的影响将定性地概括如下。首先，对于凹槽深度，其为影响串扰的最大因素，如图4所示，串扰偏移(offset)点存在于各个相对浅和深凹槽范围。凹槽中，较小轨道间距和较大凹槽倾斜角移动最小串扰点向上接近基片表面。同时，较大的NA使最小串扰点趋于向下移动，并且对最小串扰要求较深的凹槽。另外，与较小NA比较，最小串扰的凹槽深度范围(margin)在较大NA时较宽。

凹槽深度、轨道间距、凹槽倾斜角和NA相对于串扰特别是对于最小串扰的上述定性关系可以表示为下面的数学关系[1]。对于数学关系[1]，NA从0.6变到0.67，轨道间距从0.26变到0.40μm，凹槽倾斜角从50变到88°以此确定深凹槽中的最小串扰深度。

D＝0.4022-0.4574×A+0.6458×A²         [1]这里

$A=\frac{\mathrm{NA}\·\mathrm{TP}}{\mathrm{\λ}}\×\frac{1}{{\sin }^2\mathrm{\θ}},$ 和

θ是在凸面或凹槽横向延伸方向和凹槽侧壁延伸方向之间的凹槽的倾斜角。

由于上述数学关系实际上并不适用于整个凹槽深度范围，希望定义一个有效凹槽深度Deff，在此深度至少不会发生推挽信号的相位反转，这些是以满足数量关系[1]的凹槽深度D为基础的。特别是，在推挽信号具有零值的凹槽深度和最小串扰深度之间的最小差值近似为15nm，按归一化单位的值近似为0.0844，因此来自最小串扰深度的在±0.0844·NA的凹槽深度区能被设定为深凹槽中的串扰偏移区。有效凹槽深度Deff能由下述数学关系[2]表示：

Deff＝D±0.844·NA                 [2]

凹槽的轨道间距和倾斜角范围按如下确定。首先，根据本发明基片的轨道间距下限一定要等于凸面或凹槽记录部分的宽度，其大于或等于记录标记的宽度。轨道间距的上限变化依赖于凹槽倾斜角θ。根据这一点，相对于最小记录标记宽度的轨道间距，以及凹槽的角度一定要满足下述关系[3]： $\tan \mathrm{\θ}\≥\frac{D}{\mathrm{TP}-\mathrm{Wm}}........\left[3\right]$ 这里Wm是最小记录标记的宽度。

对根据本发明的这种深凹槽结构的另一个考虑是串扰最小深度。串扰最小深度还受到轨道间距和凹槽倾斜角的影响。但是，如果串扰最小深度大于凹槽的预定深度，则推挽信号将变得太小而不能跟踪。例如，如果凹槽深度大于或等于135nm，则推挽信号降低到0.2或更小，其导致跟踪失效。对这种情况，考虑到由关系[2]确定的范围值，串扰最小深度确定为120nm。因此，轨道间距和凹槽的倾斜角最好要满足下述关系[4]： ${\sin }^2\mathrm{\θ}\≥1.25\×\frac{\mathrm{NA}\·\mathrm{TP}}{\mathrm{\λ}}......\left[4\right]$

凹槽倾斜角和轨道间距最好被确定在满足关系[3]和[4]两者条件的范围内。

另外，凹槽倾斜角上限不能大于或等于90°。根据光记录系统条件例如为记录容量和编码条件来确定轨道间距的上限，其由下式[5]表示：

这里光盘上可记录区面积是π(Ro²-Ri²)

和

要求数据总量是用户数据×冗余数据×备用区(spare region)，并且这里Ro和Ri是光盘上可记录区的外半径和内半径，m是每个最小标记信道位数，k是每个字节信道位数。

对于具有每个扇区2697字节之扇区结构的4.7千兆字节DVD-RAM标准，记录直径为24100到57500μm和备用区为3％，假定对于数学关系[4]，激光束波长是400nm，数值孔径是0.6，对于15千兆字节数据存储，轨道间距能被加宽到0.473μm。另外，如果激光束波长是400nm和NA是0.65，则对18千兆字节数据存储该轨道间距能够被增加到0.427μm。

图6和7是表示由示波器测量的在80°倾斜角时分别对浅凹槽和深凹槽的抖动特性的波形。

表2表示抖动特性在与凹槽相同角度倾斜的浅凹槽和深凹槽之间是类似的。

                                       表2

	浅凹槽		深凹槽
				λ/6n，60°	λ/6n，80°	λ/3n，80°
	抖动(平均后)	12.92％	11.97％				11.69％

仅仅通过改变首部坑(header pit)位置由深凹槽避免推挽信号相位反转，根据本发明具有深凹槽的基片能够与4.7千兆字节DVD-RAM兼容。

在根据本发明的基片中，使用数学关系[1]到[4]来界定凹槽的深度和倾斜角，使得对于15千兆字节或18千兆字节光盘，最大轨道间距能被增加到近似为0.42μm或更多，并具有改善的串扰、交叉擦除和跟踪特性。

尽管是参考其优选实例已经表示和说明了本发明，但本领域技术人员会理解，在不脱离如所附权利要求限定的本发明构思和范围的情况下，可对其中的形式和细节进行各种变化。

Claims (3)

1.一种用于凸面和凹槽记录的光盘基片，包括：多个具有预定深度的深凹槽，各个深凹槽具有按θ角倾斜的侧壁；和具有与基片表面相同水平面的多个凸面；其中用于最小串扰的凹槽深度D是由下述数学关系[1]确定的：D＝0.4022-0.4574×A+0.6458×A²         [1]这里

$A=\frac{\mathrm{NA}\·\mathrm{TP}}{\mathrm{\λ}}\×\frac{1}{{\sin }^2\mathrm{\θ}}$

TR表示盘基片的轨道间距，

NA表示光拾取器物镜的数值孔径，

θ是在凸面或凹槽的横向延伸方向和凹槽侧壁延伸方向之间凹槽倾斜角，

λ是光拾取器激光束波长；和

n是基片的折射率。

2.如权利要求1所述的光盘基片，其中有效凹槽深度Deff是由下述数学关系[2]确定的；

Deff＝D±0.844·NA                [2]

3.如权利要求1或2所述的光盘基片，其中轨道间距TR和凹槽倾斜角θ满足下述关系[3]和[4]： $\tan \mathrm{\θ}\≥\frac{D}{\mathrm{TP}-\mathrm{Wm}}.......\left[3\right]$ 这里Wm是最小记录标记的宽度，和 ${\sin }^2\mathrm{\θ}\≥1.25\×\frac{\mathrm{NA}\·\mathrm{TP}}{\mathrm{\λ}}........\left[4\right]$

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