CZ286493B6 - Optical disk memory and process for producing glass matrix for such memory - Google Patents

Description

Optická disková paměť a způsob výroby skleněné matrice pro tuto paměť

Oblast techniky

Vynález se týká optické diskové paměti pro binární informaci, ukládanou sériově jako sled děr a ploch na spirálové stopě v hladkém optickém referenčním povrchu, kde délky děr a ploch, které jsou vzájemně nezávislé, reprezentují uložené binární hodnoty, které lze číst prostřednictvím sledovacího zaostřeného laserového paprsku s využitím principu interference. Vynález se také týká způsobu výroby tak zvané skleněné matrice, pomocí které mohou být vytvořeny formy, které dále slouží pro hromadnou výrobu této optické diskové paměti.

Dosavadní stav techniky

Jednou z nejznámějších pamětí výše uvedeného typuje kompaktní disk, jehož základní vlastnosti jsou definovány standardem IEC 908 a dokumentem „Compact Disc Digital Audio Systém Description“, June 1989, vydaným firmami Sony Corp. a N. V. Philips. Kromě jiného má kompaktní disk následující vlastnosti: informace je zaznamenána sériově ve formě spirálové stopy na hladkém referenčním povrchu a lze ji přečíst v odrazovém módu pomocí zaostřeného laserového paprsku. V rovině hladkého referenčního povrchu je zaostřovací průměr ekvivalentní šířce stopy, to jest přibližně 1 pm. Ve stopě je vytvořen sled průchozích vybrání, tak zvaných děr, které jsou vzájemně odděleny ve směru stopy a v radiálních směrech oblastmi hladkého referenčního povrchu. Oblasti referenčního povrchu, umístěné ve směru stopy mezi sousedními dírami, se nazývají plochy. Šířka děr je menší než polovina šířky stopy. Délky děr a ploch reprezentují uložené binární hodnoty, takže při pohledu ve směru stopy každý přechod mezi dírou a plochou nebo plochou a dírou je detekován jako logická jednička, zbývající oblasti děr a ploch jako logická nula. Pro detekci přechodů je využito principu destruktivní interference, známého z německého patentového spisu 22 08 379. Pro povrch kotouče s konzistentní reflexí je optimální, pokud na jedné straně odpovídá hloubka děr přesně čtvrtině vlnové délky čtecího světelného paprsku, a na druhé straně pokud je jedna polovina dopadajícího světla odražena oblastmi hladkého referenčního povrchu, obklopujícího odpovídající díru (včetně ploch), a druhá polovina je odražena dnem děr. Sled děr a ploch by pak měl poskytovat maximální amplitudovou modulaci odraženého světelného paprsku. Povinným požadavkem na bezkontaktní čtení optické paměti je ovšem také získání sledovacího signálu z odražené části čtecího světelného paprsku. Sledovací signál je ale pro hloubku díry λ/4 = 0, zatímco jeho maximum nastává při hloubce díry λ/8.

Tak ani u kompaktního disku, ani u jakékoliv jiné optické paměti, pracující na základě stejného čtecího principu, nemůže být vytvořena optimální hloubka díry λ/4 pro přijetí informačního signálu. Místo toho se hloubka díry vytváří přibližně 0,225.λ. Pro kompaktní disk sn = 1,46, který, jak je známo, je čten skrz transparentní polykarbonát, a při obvyklé vlnové délce 780 nm laserového světla, to jest při vlnové délce 534 nm v polykarbonátu, je tedy hloubka díry 120 nm.

Z německého patentového spisu č. 41 21 505 je známo další zlepšení optické paměti výše uvedeného typu, které zjednodušuje způsob výroby umožněním větších tolerancí v hloubce díry a zejména umožněním zrychlení činnosti formovacích zařízení, použitých pro výrobu pamětí, aniž by se ohrozila kompatibilita pamětí s pamětmi výše uvedeného typu. Pro tento účel je u dále zlepšené paměti místo sledu děr a ploch vytvořena kontinuální drážka s modulovanou hloubkou, přičemž se vytváří první oblasti s větší hloubkou, které odpovídají plochám, se skokovými přechody mezi těmito oblastmi. U tohoto uspořádání je hloubka prvních oblastí vytvořena přesně jako dříve uvedená optimální čtvrtina vlnové délky čtecího světelného paprsku, zatímco hloubka druhých oblastí odpovídá zhruba šestnáctině této vlnové délky.

-1 CZ 286493 B6

Paměti výše uvedeného typu, zejména kompaktní disky, dosáhly značnou popularitu a odpovídající velký ekonomický význam. Výrobci v této oblasti jsou nyní stále častěji konfrontováni s problémem pašovaných výrobků a pirátských kopií. Protože způsob výroby těchto optických médií se stal obecně známým a dominantním, není ani trh, ani většina uživatelů schopna rozeznat pirátské výrobky od originálních výrobků.

Cílem vynálezu je tedy vytvořit diskovou paměť, která by měla trvanlivý identifikační znak (v zásadě jakéhokoliv tvaru a rozměru), který je zvláště obtížné napodobit a který může být snadno detekován optickými prostředky.

Podstata vynálezu

Podle vynálezu je žádaného cíle dosaženo tak, že v optickém referenčním povrchu je vytvořen vybraný počet z celkového počtu ploch jako prohlubně, které jsou mělké ve srovnání s hloubkou děr.

Bylo překvapivě zjištěno, že bez ohledu na počet ploch, zvýrazněných tímto způsobem z optického referenčního povrchu, není kompatibilita takové paměti narušena, dokonce ani když hloubka děr je ekvivalentní navržené hloubce 0,25.λ podle německého patentového spisu č. 41 21 505, namísto hloubky 0,225.λ, jinak uváděné v dosavadním stavu techniky. Návrh podle vynálezu tak umožňuje výrobcům opatřit každou paměť identifikačním znakem ve formě počtu ploch, upravených jako mělké prohlubně v jedné nebo více pozicích, a to bez jakýchkoliv dalších nákladů kdykoliv během výrobního postupu. V extrémním případě může být tento identifikační znak tak malý, to jest může využít tak málo ploch, že může být jednoduše viditelný pouze s použitím elektronového mikroskopu, což je ovšem v přiměřeném čase možné pouze, pokud je známo umístění tohoto identifikačního znaku.

Není samozřejmě nezbytné, aby plochy, snížené v optickém referenčním povrchu, které slouží pro identifikaci paměťového média, byly přímo ve sledu v dráze stopy, a mohou tedy také být odděleny více než jednou dírou a „normální“ plochou, umístěnou mezi těmito dírami. Navíc není nutné, aby všechny snížené plochy měly stejnou hloubku. Místo toho se mohou v předepsaném rozmezí hloubek lišit hloubky těchto ploch náhodně nebo podle daného vzoru.

Další neočekávaná výhoda spočívá v tom, že plochy, vytvořené podle vynálezu, přestože jsou sníženy v optickém referenčním povrchu pouze o zlomky vlnových délek čtecího světelného paprsku, vytvářejí účinek, který je vizuálně zjevný dokonce při osvětlení rozptýleným bílým světlem (například denním světlem) pouhým okem, pokud je vytvořen dostatečný počet takových ploch. Z tohoto důvodu jsou výhodná provedení, u kterých plochy, vytvořené postupně jako prohlubně ve směru sledování a/nebo sousedící v radiálním směru, tvoří makroskopický vzor. V závislosti na úhlu dopadu a pozorování světla je tento vzor zvýrazněn oproti zbývajícímu povrchu paměťového média v odstínech šedé, podobně jako tak zvaný vodoznak. Snadno lze nahlédnout, že vizuální vzor, vytvořený tímto způsobem, může být v zásadě jakéhokoliv typu, to jest že může reprodukovat jméno nebo logo výrobce, nebo například název uloženého programového materiálu a podobně.

Výhodná provedení uspořádání geometrie ploch, vytvořených jako prohlubně, jsou uvedena v patentových nárocích 3 až 5.

Pokud se týká rozměrů, to jest, že v nároku 1 jsou plochy, sloužící jako identifikační znak, označeny jako „mělké“ ve srovnání s hloubkou děr, a hloubka těchto ploch je v nároku 5 stanovena maximálně jako 30 % hloubky děr, týkají se tyto požadavky případu identifikačního

-2CZ 286493 B6 znaku, vytvořeného a umístěného v ploše paměťového média, která je určena pro čtení paměti. Tato plocha zahrnuje například na CD-vedle tak zvané programové oblasti - vstupní oblast a výstupní oblast. Plochy paměťového média, umístěné vně těchto oblastí, jsou zanedbatelné, pokud se týká čtení a tedy pro správnou funkci přehrávače. Zde také výše uvedená omezení hloubky speciálních ploch, použitých pro identifikaci paměťového média, to jest snížené v optickém referenčním povrchu, neplatí. To znamená, že pokud se týká děr a ploch umístěných vně paměťové plochy, nutné pro čtení paměťového média, hloubka těchto ploch, snížených v optickém referenčním povrchu, může být jakákoliv a může být tedy, například, optimalizována tak, že výsledný identifikační znak má výjimečně výrazný kontrast ve srovnání se zbývajícím povrchem paměťového média a je tedy zvláště snadno detekovatelný pouhým okem.

Dalšího cíle vynálezu, to jest vytvoření způsobu výroby skleněné matrice, pomocí které a prostřednictvím obvyklých mezikroků je možno vyrábět optickou paměť s navrženým identifikačním znakem, je dosaženo tak, že v oblasti ploch, které mají být upraveny jako prohlubně v optickém referenčním povrchu, je intenzita laserového paprsku snížena na hodnotu maximálně 50 % hodnoty intenzity, generující díry v paměťové oblasti, určené pro čtení paměti a vně této oblasti má hodnotu mezi technicky proveditelnou minimální hodnotou a 100% hodnotou intenzity generující díry. Jinými slovy je laserový paprsek slabý jako obvykle v oblasti normálních ploch, zatímco v oblasti ploch, vytvářených jako prohlubně v optickém referenčním povrchu, je přepnut na hodnotu intenzity, která je menší než intenzita, použitá pro generování děr. Pokud hloubka ploch, vytvořených jako prohlubně v optickém referenčním povrchu, se má takto měnit, je použito množství odlišných hodnot intenzity, odpovídající množství odlišných hloubek.

Vynález bude nyní popsán s odkazy na připojené výkresy.

Přehled obrázků na výkrese

Obr. 1 je pohled shora na kompaktní disk, který je opatřen identifikačním znakem „CD“, vytvořeným podle vynálezu; a

Obr. 2 je topografie povrchu, například v pozici „X“ na obr. 1, v šikmém pohledu zhruba 6000 krát zvětšeném.

Příklady provedení vynálezu

Kompaktní disk, ilustrovaný na obr. 1, který pouze reprezentuje optickou paměť typu podle výše uvedeného popisu, je znázorněn s vodoznakovým identifikačním znakem „CD“, rovněž uváděným pouze jako příklad, který je prezentován v celém reflexním povrchu jako modifikovaná (tmavší) hodnota šedé. V závislosti na úhlu pozorování všech tří identifikačních znaků, ale také v závislosti na okolnostech, jsou jeden nebo dva z těchto znaků viditelné.

Na obr. 2 je znázorněna topografie povrchu v šikmém pohledu, jak je viděna ze strany lisování. Stopy jsou očíslovány (postupně) na levém okraji. Oblasti stop 1 až 6 - které se kvůli velkému zvětšení zdají být přímé, ale při makroskopickém pohledu jsou ve spirále - ukazují sled děr 21 a ploch 22, které mají různé délky podle binární informace, která je uložena v této zobrazené oblasti. Plochy 22 jsou jinými slovy oblasti optického referenčního povrchu podél dané stopy.

Naproti tomu ve stopách 7 až 10 - v oblasti zobrazené v tomto případě - jsou v optickém referenčním povrchu vytvořeny plochy s prohlubněmi 23, které jsou mělké ve srovnání s hloubkou nezměněných děr 21. Je zřejmé, že plochy, vytvořené tímto způsobem, mají profil o průřezu tvaru písmene U a jsou pouze mírně užší než díry 21. Kde díry 21 a plochy 22 nebo

-3 CZ 286493 Β6 prohlubně 23 nejsou generovány známým laserovým opticko/fotografickým způsobem, ale například prostřednictvím řezacího hrotu na tak zvanou matrici, tvoří díry 21 a prohlubně 23 obrácený tvar průřezu řezacího hrotu, to jest mají profil průřezu ve tvaru písmene V. Díky své malé hloubce - výhodně menší než 20 % hloubky děr - mají pak plochy automaticky podstatně menší šířku než díry (nezobrazeno).

Ve znázorněném provedení jsou plochy, tvořené mělkými prohlubněmi 23, generovány nebo zapisovány do povrchových oblastí kompaktního disku, znázorněného na obr. 1, na kterém je jako vodoznak upraven identifikační znak „CD“, zatímco na všech ostatních povrchových oblastech zůstávají plochy 22 stejné jako obvykle. Pokud má být disková optická paměť místo makroskopického identifikačního znaku „CD“, vybraného v tomto případě, opatřena „skrytým“ identifikačním znakem, to jest neviditelným pouhým okem a dokonce nedekovatelným světelným (optickým) mikroskopem, pak pro tento účel počet prohlubní 23, vytvořených podle vynálezu, jednoduše potřebuje být odpovídajícím způsobem zmenšen a vytvořen v pozicích, známých pouze výrobci paměťového média. Navíc, pokud je to žádoucí, běžné plochy 22 a prohlubně 23, vytvořené podle vynálezu, mohou být upraveny do sledu ve stejné stopě, tento sled pak reprezentuje binární informaci.

Počátečním bodem výroby diskových optických pamětí tohoto typu je obvykle skleněná matrice, která je potažena fotorezistem a exponována ve stopě laserovému paprsku. Kdekoliv je fotorezist exponován, vytvoří se po následném vyvolání skleněné matrice vybrané plochy, nazývané dírami. Pokud mají být zapsány prohlubně 23 podle vynálezu, nesníží se intenzita ozařovacího laserového paprsku v odpovídajících oblastech na nulu, ale na hodnotu odpovídající několika 10 % hodnoty intenzity, generující díry.

Claims (6)

1. Optická disková paměť pro binární informaci, ukládanou sériově jako sled děr a ploch na spirálové stopě v hladkém optickém referenčním povrchu, kde délky děr a ploch, které jsou vzájemně nezávislé, reprezentují uložené binární hodnoty, které lze číst prostřednictvím sledovacího zaostřeného laserového paprsku s využitím principu interference, vyznačující se tím, že vybraný počet z celkového počtu ploch je vytvořen jako prohlubně (23), které jsou mělké ve srovnání s hloubkou děr (21).

2. Optická disková paměť podle nároku 1, vyznačující se tím, že plochami, upravenými jako prohlubně (23) ve sledu v dráze stopy a/nebo sousedící v radiálním směru, je vytvořen makroskopický vzor.

3. Optická disková paměť podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že plochy, upravené jako prohlubně (23), mají průřez profilu ve tvaru písmene U a šířku zhruba odpovídající šířce děr (21).

4. Optická disková paměť podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že plochy, upravené jako prohlubně (23), mají průřez profilu ve tvaru písmene V a šířku menší než je šířka děr (21).

5. Optická disková paměť podle nároků laž4, vyznačující se tím, že hloubka ploch, upravených jako prohlubně (23), je menší než 30 % hloubky děr (21).

-4CZ 286493 B6

6. Způsob výroby skleněné matrice pro diskovou optickou paměť, popsanou kterýmkoliv z nároků 1 až 5, stopovou expozicí fotorezistu na skleněné matrici prostřednictvím laserového paprsku v oblasti, kde mají být generovány díry a následným vyvoláním skleněné matrice, dokud se na fotorezistu neobjeví prohlubně v exponovaných pozicích, vyznačující se tím, 5 že v oblasti ploch, které mají být upraveny jako prohlubně v optickém referenčním povrchu, se intenzita laserového paprsku sníží na hodnotu maximálně 50 % hodnoty intenzity, generující díry v paměťové oblasti, určené pro čtení paměti a vně této oblasti má hodnotu mezi technicky proveditelnou minimální hodnotou a 100% hodnotou intenzity, generující díry.