DE3789762T2

DE3789762T2 - Löschbares optisches Datenspeichermedium mit einer eingebetteten Servospur und einer unterflächigen Aufnahmeschnittstelle.

Info

Publication number: DE3789762T2
Application number: DE3789762T
Authority: DE
Inventors: Jonathan R Biles; Joseph M Halter; John S Hartman John S Hartman; Michael A Lind; W Eugene Skiens; John W Swanson
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1986-12-19
Filing date: 1987-09-30
Publication date: 1994-11-03
Anticipated expiration: 2007-10-01
Also published as: EP0271977A2; DE3789762D1; US4825430A; EP0271977A3; ATE105439T1; KR880008260A; EP0271977B1; JPS63164042A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung bezieht sich auf ein löschbares optisches Datenspeichermedium mit eingebetter Servo-Spur und insbesondere auf solch ein Medium mit einer ein gefärbtes Polymermaterial einschließenden Aufzeichnungszwischenfläche unter der Oberfläche.
Viele der bekannten optischen Datenspeichermedien entsprechen dem "air incident" Typ, wie er in der Comet US-Patentschrift Nr. 4.404.656, Howe US-Patentschrift Nr. 4.336.545 und Bell US-Patentschrift Nr. 4.285.056 exemplifiziert wird und wobei die optisch erfaßbare Markierung an der Oberfläche des Mediums auftritt. Da Kratzer, Schmutz oder ähnliches auf der Aufzeichnungsoberfläche des Mediums das Aufzeichnen und/oder Lesen und/oder Löschen von Daten auf der Aufzeichnungsoberfläche stören würde, besteht ein übliches Verfahren zum Schutz der Aufzeichnungsoberfläche des Mediums darin, eine feste transparente Abdeckung über der Aufzeichnungsoberfläche des Mediums und auf Abstand dazu anzubringen. Dieses Verfahren wird manchmal als "Staubdefokussierung" ("dust defocussing") bezeichnet, da es dazu dient, Staub und Schmutz von der Aufzeichnungsoberfläche und aus der Fokussierebene des betriebenen Laserstrahlbündels fernzuhalten. Nicht nur, daß der sich ergebende Luftzwischenraum und die Abdeckung die Ausmaße der Plattenanordnung vergrößern, das exakte und gleichmäßige auf Abstand Anbringen der Abdeckung über der Aufzeichnungsoberfläche des Mediums ist auch ein Herstellungsproblem, das beträchtlichen Aufwand und Sorgfalt erfordert.
Ein anderes Verfahren zum Schutz der Integrität der Aufzeichnungsoberfläche und zur Verschaffung einer staubdefokussierenden Struktur besteht in der Abdeckung der Aufzeichnungsoberfläche mit einer Schutzschicht, die nicht mit der Bildung einer optisch erfaßbaren Markierung interferiert. Beispiele für Medien, die eine von einer Schutzschicht bedeckte Aufzeichnungszwischenfläche unter der Oberfläche verwenden, sind in der Comet US-Patentschrift Nr. 4.398.203, 4.577.291, Willis US-Patentschrift Nr. 4.264.986 und einer Japanischen Patentanmeldung Nr. 55-136253 gezeigt. Wie in der japanischen Patentanmeldung gezeigt wird, kann die weiche Schutzschicht auch von einer harten Schutzschicht bedeckt sein.
In beiden Fällen können Format- und/oder Spurdaten in das Speichermedium oder die Speichervorrichtung aufgenommen werden. Die Praxis der Aufzeichnung solcher Format- und Spurdaten direkt auf das Medium ist trotz ihrer weiten Verbreitung sehr zeitaufwendig. Während Compact Discs (CD) harte transparente Substrate verwenden, in die ROM-Daten ("read only memory") eingeprägt oder eingeformt werden, ist dieses Verfahren für bedeckte beschreibbare Discs des "air incident" Typs gegenwärtig nicht geeignet, da der erforderliche Luftzwischenraum zwischen der Aufzeichnungsfläche und der Abdeckung nicht zuläßt, daß vorher aufgezeichnete Daten auf der Abdeckung gleichzeitig in der gleichen Fokussierebene ausgelesen werden wie die im Medium aufgezeichneten Daten.
Der Anmelderin ist ein von Ahn e.a. in US-Patentschrift Nr. 4.578.788 beschriebenes Medium bekannt, bei dem einige der obengenannten Probleme dadurch angegangen werden, daß ein Substrat verwendet wird, das eine vorformatierte, Servoinformationen enthaltende Servospur enthält, die in direkter Nähe zur Datenaufzeichnungsschicht in das Medium eingebettet ist. Das oder die zum "Lesen" und "Schreiben" verwendete(n) Laserstrahlenbündel fällt/fallen durch das Substrat hindurch auf die Datenaufzeichnungsschicht, wobei ein Teil des Lesestrahlenbündels von der eingebetteten Servospur reflektiert und zur Lieferung von Servo-Informationen detektiert wird. Solche Medien mit eingebetteten Servospuren werden manchmal als "substrate incident" Medien bezeichnet. Es sei erwähnt, daß das von Ahn e.a. beschriebene Medium kein löschbares Medium ist; die Datenmarkierung wird durch ein Vesikular- oder Ablativverfahren gebildet, das nicht umgekehrt werden kann, um die Datenmarkierung zu löschen. Auch sei erwähnt, daß Ahn e.a. sich zum Schreiben auf eine metallische oder Metallschicht stützen, wobei die metallische Schicht Lichtenergie vom Laserstrahl absorbiert, um eine anliegende Polymerschicht zu erhitzen, wodurch diese sich ausdehnt und die metallische Schicht verformt. Die metallische Schicht reflektiert ebenfalls das Licht des Lasers zum Lesen der Datenmarkierung.
Drei US-Patentanmeldungen und entsprechende europäische Patentanmeldungen EP-A-0136070, EP-A-0262960 und EP-A-0263641, allesamt im gemeinsamen Eigentum der Anmelderin, beschreiben löschbare optische Datenspeichermedien, die für das Schreiben und Löschen von "air incident" optisch erfaßbaren Verformungen auf eine nicht ablative, nicht vesikulare Weise vorgesehen sind. Wie bei der vorliegenden Erfindung beziehen sich diese Anmeldungen auf ein Medium, das gefärbte Polymermaterialien verwendet, um Zonen oder Schichten mit unterschiedlichen optischen und thermisch-mechanischen Eigenschaften zu bilden, auf die mit einem Laserstrahl mit einer vorbestimmten Wellenlänge eingewirkt werden kann, um Daten auf das Medium zu schreiben oder Daten vom Medium zu lesen, und auf die von einem anderen Laserstrahl mit vorbestimmter Wellenlänge eingewirkt wird, um Daten von diesem Medium zu löschen; diese Patentanmeldungen EP-A-0136070, EP-A-0262960 und EP-A-0263641 werden durch Nennung als in diese Anmeldung aufgenommen betrachtet, besonders unter Berücksichtigung der dort enthaltenen Darstellung des Standes der Technik und der dort beschriebenen Methoden und Verfahren. Insbesondere EP-A-0136070 beschreibt ein Medium mit dem gleichen Oberbegriff wie Anspruch 1.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERINDUNG

Die vorliegende Erfindung richtet sich auf das oben erläuterte Problem, indem es ein optisches Datenspeichermedium mit eingebetter Servo-Spur und Aufzeichnungszwischenfläche unter der Oberfläche verschafft, wobei die Aufzeichnungszwischenfläche von der eingebetten Servo-Spur durch eine weiche Kompressionsschicht getrennt ist und wobei die Aufzeichnungszwischenfläche durch eine Kompressionsschicht und eine daran anliegende Aufzeichnungsstruktur gebildet wird, die ein gefärbtes Polymermaterial einschließt und zusammenwirkende Expansions- und Rückhalteschichten umfaßt.
Insbesondere verschafft die beanspruchte Erfindung ein optisches Datenspeichermedium mit:
(a) einem transparenten Substrat mit einer Servo-Spur, die vorab aufgezeichnete Daten enthält und
(b) einer von genanntem Substrat getragenen mehrlagigen Datenaufzeichnungsstruktur, die zur Bildung einer optisch erfaßbaren Verformung vorgesehen ist, wenn sie lokal erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
(c) die genannte Aufzeichnungsstruktur ein gefärbtes Polymermaterial einschließt und eine Expansionsschicht sowie eine daran anliegende im wesentlichen nicht metallische Rückhalteschicht umfaßt, die zueinander in übereinanderliegender Weise angeordnet sind, wobei diese Expansionsschicht aus einem Material besteht, das sich unter Hitzeeinwirkung ausdehnt, um eine genannte optisch erfaßbare Verformung in der genannten Rückhalteschicht zu bilden, wobei die genannte Rückhalteschicht die genannte Expansionsschicht in einem ausgedehnten Zustand hält,
(d) wobei die genannte Rückhalteschicht zwischen der Expansionsschicht und einer daran anliegenden Kompressionsschicht angebracht ist, die aus einem kompessiblen Material besteht, das zwischen dem genanntem Substrat und der Aufzeichnungsstruktur liegt, wobei die Rückhalteschicht und die Kompressionsschicht eine im wesentlichen nicht-metallische Aufzeichnungszwischenfläche unter der Oberfläche bilden und
(e) die genannte Kompressionsschicht und das genannte Substrat zusammen eine Servor-Spur-Zwischenfläche bilden.
In bevorzugten Ausführungsformen schließt die Aufzeichnungsstruktur zwei Schichten aus gefärbtem Polymermaterial ein, die die Rückhalteschicht beziehungsweise die Expansionsschicht bilden, und diese Schichten wirken zusammen, um löschbare nicht-vesikulare in die Kompressionsschicht hineinragende Ausbuchtungen zu bilden. Um die Reflexionsfähigkeit der Servo-Spur-Zwischenfläche und der Aufzeichnungszwischenfläche zu vergrößern, unterscheidet sich die Brechzahl der Kompressionsschicht wesentlich von den Brechzahlen des anliegenden Substrats und des gefärbten Polymermaterials der Rückhalteschicht. Die Aufzeichnungszwischenfläche ist im wesentlichen nicht metallisch, und das Medium verwendet verschiedene Färbungen, um die Aufzeichnungsstruktur auf die gewünschten spektralen Absorptionseigenschaften und die gewünschten Reflexionseigenschatten abzustimmen. Alle drei Schichten, die Kompressionsschicht, die Rückhalteschicht und die Expansionsschicht, können integral miteinander verbunden werden, um ein Aufblättern oder Verziehen der Schichten zu vermeiden.
Demgemäß ist es eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Datenspeichermedium mit vorab aufgezeichneten im Medium eingebetteten Servo/Format-Informationen und einer Aufzeichnungszwischenfläche unter der Oberfläche zu verschaffen.
Zum besseren Verständnis sind Ausführungsbeispiele der Erfindung in der Zeichnung dargestellt, die im folgenden näher beschrieben werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist eine Teilschnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Mediums, die eine unter einer Rille eines gerillten Substrats gebildete Ausbuchtung zeigt, und
Fig. 2 ist eine Teilschnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Mediums, die eine unter einem Steg eines gerillten Substrats gebildete Ausbuchtung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, schließt das löschbare optische Datenspeichermedium 10 ein transparentes Substrat 12 ein, in dem durch Bildung von Stegen 16 und Rillen 18 in einer der Flächen des Substrats eine Servo-Spur 14 gebildet wurde. Die Servo-Spur enthält im allgemeinen Positionsinformationen, kann aber auch andere vorab programmierte Informationen enthalten. Die Servo-Oberfläche des Substrats kann beliebige Arten vorformatierter Servo-Informationen oder andere Informationen enthalten, einschließlich - aber nicht darauf beschränkt - "Vorrillung".
Eine relativ dünne Kompressionsschicht 20 aus klarem, weichem, kompressiblem Polymermaterial ist integral mit der Servo-Spur-Oberfläche des Substrats verbunden, um mit dieser eine wenige Servo-Zwischenfläche zu bilden.
An der Kompressionsschicht 20 liegt eine Aufzeichnungsstruktur 21 an, die eine Rückhalteschicht 22 und eine Expansionsschicht 26 einschließt. Die relativ dünne Rückhalteschicht 22 besteht aus gefärbtem Polymermaterial und ist integral mit der Kompressionsschicht verbunden, um mit ihr eine planare Aufzeichnungszwischenfläche 24 zu bilden, die v& Beschreibung optisch glatt ist. Die Rückhalteschicht ist dafür verantwortlich, eine Datenmarkierung (Ausbuchtung) nach Verformung während des Schreibvorganges zu bewahren.
Mit der Rückhalteschicht ist die dickere, ebenfalls aus einem gefärbten Polymermaterial bestehende Expansionsschicht 26 integral verbunden. Das Polymermaterial der Expansionsschicht ist gefärbt, um verschiedene optische Eigenschaften von der Rückhalteschicht zu erhalten, und auch die Polymermaterialien der Expansionsschicht und der Rückhalteschicht haben verschiedene thermisch-mechanische Eigenschaften. Die Expansionsschicht ist für die Ausdehnung und Verformung der Rückhalteschicht bei Erhitzung durch einen örtlich festgelegten Schreib-Laserstrahl verantwortlich.
Daten werden im Medium in Form von optisch erfaßbaren Welligkeiten und Verformungen gespeichert, die an den verschiedenen Zwischenflächen unter der Oberfläche zwischen den das Medium bildenden Schichten auftreten. Im Medium gespeicherte Daten werden gelesen durch Detektierung und Messung von Veränderungen in einem "Lese"-Laserstrahl, der von den verschiedenen Zwischenflächen reflektiert wird. Da die Reflexionsfähigkeit ("R") einer Zwischenfläche in direkter Beziehung zu den relativen Brechzahlen der Materialien steht, die die Zwischenfläche umfaßt, ist es wünschenswert, anliegende Schichten vorzusehen, die im wesentlichen unterschiedliche Brechzahlen haben. Diese Beziehung kann in der Gleichung R = ((n&sub1;-n&sub2;)/n&sub1;+n&sub2;))² ausgedrückt werden, wobei n&sub1; und n&sub2; die jeweiligen Brechzahlen der an der Zwischenfläche anliegenden Materialien sind.
Diese Prinzipien berücksichtigend und zurückkommend auf Fig. 1 und 2, enthält die wenige Zwischenfläche, die die Servo-Spur 14 zwischen dem Substrat 12 und der Kompressionsschicht 20 bildet, vorformatierte im Medium gespeicherte Servo- Informationen. Um die Lesbarkeit dieser Informationen zu verbessern, ist es wünschenswert, daß das Material des Substrats und der Kompressionsschicht im wesentlichen unterschiedliche Brechzahlen haben, um das Reflexionsvermögen dieser Zwischenfläche zu verbessern.
Man wird feststellen, daß in der Aufzeichnungszwischenfläche zwischen der Rückhalteschicht 22 und der Kompressionsschicht 20 mehrere Ausbuchtungen 28 gezeigt sind. Entsprechende Ausbuchtungen 28' treten direkt unter Ausbuchtungen 28 in der Zwischenfläche zwischen der Rückhalteschicht und der Expansionsschicht 26 auf. Wie weiter unten erklärt, stellen die Ausbuchtungen 28 Informationen dar, die im Medium durch Einschreiben mit einem Laserstrahl gespeichert werden. Es ist daher vorzuziehen, daß die jeweiligen Brechzahlen der Kompressions- und Rückhalteschicht sich ebenfalls wesentlich unterscheiden, um das Reflexionsvermögen der Aufzeichnungszwischenfläche und damit die Sichtbarkeit der Ausbuchtungen zu erhöhen.
Eine Abwandlung der vorliegenden Erfindung bedient sich ebenfalls der Reflexion durch die Ausbuchtungen 28' in der Zwischenfläche zwischen der Rückhalte- und der Expansionsschicht, um die Reflexion durch die Ausbuchtungen 28 in der Aufzeichnungszwischenfläche zu erhöhen und zu verstärken. Folglich ist es in solch einer Abwandlung ebenfalls wünschenswert, daß die Rückhalte- und Expansionsschicht auf jeder Seite ihrer gemeinsamen Zwischenfläche im wesentlichen unterschiedliche Brechzahlen haben.
Demnach könnte ein Ausführungsbeispiel eines Mediums wie in Fig. 1 und 2 gezeigt ein Substrat mit einer Brechzahl (im folgenden nur noch als "Index" bezeichnet) von 1,56 haben, eine Kompressionsschicht mit einem Index von 1,79 und eine Expansionsschicht mit einem Index von 1,59. Auch wenn das Ausführungsbeispiel des Mediums mit einer Konfiguration "hoch/niedrig/hoch/niedrig" konfiguriert ist, entsprechen auch Medien mit einer Konfiguration "niedrig/hoch/niedrig/hoch" der Erfindungsidee.
Der Index des Materials hängt weitgehend von der Art des Materials ab, und der vorliegenden Erfindung gemäß kann der Index weiter eingestellt werden, indem das Material nach Wahl gefärbt wird, um den Unterschied benachbarter Schichten hinsichtlich ihrer Brechzahl zu vergrößern. Wie unten beschrieben werden wird, werden Farbstoffe nicht zur Abstimmung des Mediums auf maxiniales Reflexionsvermögen an den Zwischenflächen verwendet, sondern auch zur Einstellung des Spektralabsortpiongrades der Materialen, um die aktive Aufzeichnungsstruktur zu bilden.
Die Materialien, aus denen das Medium z. B. aus Fig. 1 und 2 zusammengesetzt ist, sind die folgenden:
Ein starres, klares, transparentes Polykarbonatsubstrat 12, das vorformatiert und/oder vorab gerillt wurde, bildet den ersten mechanischen Träger für das Medium. Dies ist ein bedeutender Vorteil gegenüber den "air incident" Medien, die typischerweise ein tragendes Substrat und eine feste Abdeckung benötigen. Die in Fig. 1 und 2 gezeigten Stege 16 und die Rillen 18 zeigen einen Teilquerschnitt einer Spritzguß-Polykarbonat-Disc mit rillenförmigen Spuren. Andere Materialien, die für das Substrat geeignet sind, enthalten Glas sowie andere Kunststoffe wie Polymethylmethacrylat, Epoxyd und andere transparente Polymere. Da der zum Schreiben, Lesen und Löschen verwendete Laserstrahl 30 polarisationsspezifisch ist und durch das Substrat hindurch übertragen werden muß, hat das Substrat vorzugsweise einen niedrigen Absorptionskoeffizienten und eine niedrige Doppelbrechung. Die Servo-Spur kann auch in das Material des Substrats eingeformt oder eingeprägt sein. Wie im Stand der Technik erläutert, verschafft die Verwendung eines Substrats, das vorformatiert und/oder vorab gerillt worden ist, deutliche Zeit- und Kostenersparnisse.
Die Kompressionsschicht 20 ist ein klares, weiches, hochelastisches Silikonharz wie beispielsweise Dow Corning Sylgard 184. Wie oben erläutert, muß die Kompressionsschicht den Ausbuchtungen 28 ermöglichen, sich auszudehnen und in die Kompressionsschicht hineinzuragen, ohne unelastische Beanspruchung des Kompressionsschichtmaterials.
Die Rückhalteschicht 22 ist aus polymerisiertem hitzehärtbarem Harz wie beispielsweise Dow Chemical DEN444 Epoxyd. Polymerisation erfolgt durch Hinzufügung von Vulkanisiermittel(n). Das Harz wird mit einem schmalbandig infrarotabsorbierenden Farbstoff gefärbt, wie beispielsweise 1,1',3,3,3',3'-Hexamethylindotrikarbocyaninjodid.
Die Expansionsschicht 26 ist ein Polyurethanmaterial wie beispielsweise Morton-Thiokol Solthan 113. Polymerisation erfolgt durch Hinzufügung von Vulkanisiermittel(n). Dieses Harz wird mit einem infrarotes Licht absorbierendem Material gefärbt, wie beispielsweise 1,1,5,5,-Tetrakis(p-Timethylaminophenyl)-2,4-Pentadien-1-ol Trifluoromethylsulfonat.
Die Eigenschaften der Expansions- und Rückhalteschicht und die wichtigen Dimensionsverhältnisse des Mediums werden in Verbindung mit einer Erklärung der Verfahren verstanden werden, bei denen Daten im Medium geschrieben, gelesen und gelöscht werden.
Das Basismedium und -verfahren im Mittelpunkt dieser Erfindung wird in der in gemeinschaftlichem Eigentum befindlichen US-Patentanmeldung Nr. 525813 mit dem Titel "An erasable Optical Data Storage Medium and Method an Apparatus for Recording Data on the Medium" vollständig beschrieben, wobei obengenannte Anmeldung durch Nennung als in diese Anmeldung aufgenommen betrachtet wird. Abwandlungen dieses Basismediums und -verfahrens werden in den in gemeinschaftlichem Eigentum befindlichen US-Patentanmeldungen Nr. 914461 und 916609 mit dem Titel "Medium and Method for Erasably Recording Data by Viscoelastic Shear Deformation" bzw. "Erasable Opticla Data Storage Medium Having a Zoned Integral Recording Layer" erklärt, wobei diese Anmeldungen durch Nennung als in diese Anmeldung aufgenommen betrachtet werden. Diese Anmeldungen beziehen sich alle auf "air incident" Medien.
Allgemein gesagt, verwenden die Medien und Verfahren Aufzeichnungsstrukturen mit Zonen oder Schichten aus gefärbtem(n) Polymermaterial(ien) mit unterschiedlichen optischen und thermo-mechanischen Eigenschaften. Nach den Ausführungsbeispielen in Fig. 1 und 2 sind die Polymermaterialien der Rückhalteschicht 22 gefärbt, um Licht in einem schmalen Wellenlängenband L2 zu absorbieren und im wesentlichen Licht mit einer Wellenlänge L&sub1; zu übertragen. Das Polymermaterial der Rückhalteschicht hat vorzugsweise eine Glasumwandlungstemperatur, die oberhalb der Umgebungstemperatur liegt, so daß das Material bei Umgebungstemperatur ein relativ hohes Kompressionsmodul hat.
Das Polymermaterial der Expansionsschicht ist gefärbt, um Licht innerhalb eines schmalen Wellenlängenbandes rechts und links von L&sub1; zu absorbieren. Das Material der Expansionsschicht ist typischerweise ein quervernetztes Elastomer wie Polyurethan, das eine Glasumwandlungstemperatur hat, die im wesentlich der Umgebungstemperatur entspricht oder unter ihr liegt, so daß das Material ein relativ niedriges Elastizitätsmodul bei Umgebungstemperaturen hat.
Wird die Rückhalteschicht einem fokussierten Laserstrahlenbündel 30 mit L&sub1; ausgesetzt, so überträgt sie im wesentlichen das Strahlenbündel zu der unterliegenden Expansionsschicht, wo der größte Teil der Energie des Lichtes im Expansionsschichtmaterial absorbiert wird und die Expansionsschicht lokal erhitzt wird, wodurch sie sich ausdehnt. Das Anschwellen der Expansionsschicht verformt die Rückhalteschicht, drückt sie in die Kompressionsschicht und bildet eine nicht-vesikulare nichtablative Ausbuchtung 28, die entweder viskoelastisch ist oder elastisch, wenn die Rückhalteschicht über ihre Glasumwandlungstemperatur erhitzt worden ist. Wenn die Rückhalteschicht unter ihre Glasumwandlungstemperatur abkühlt, "hält" es die Ausbuchtung 28 als im Medium gespeicherte Information "fest". Die durch eine Ausbuchtung oder eine Vielzahl von Ausbuchtungen dargestellten Daten werden detektiert oder gelesen, indem die Veränderung in dem von der Aufzeichnungszwischenfläche reflektierten Licht interpretiert wird, wenn das Medium einem fokussierten Lese-Laserstrahlenbündel mit L&sub1; niedriger Leistung ausgesetzt wird.
Zum Löschen wird das Medium einem fokussierten Laserstrahlenbündel mit L2 ausgesetzt, dessen Energie von der Rückhalteschicht absorbiert wird, wodurch die Rückhalteschicht über ihre Glasumwandlungstemperatur erhitzt wird, ohne das die unterliegenden Expansionsschicht wesentlich erhitzt wird, wodurch der ausgedehnten Expansionsschicht ermöglicht wird, die nun elastische Rückhalteschicht glattzuziehen und so die durch die Ausbuchtung dargestellte Information zu löschen.
Eine Verwendung dieses Mediums und Verfahrens in einer Aufzeichnungszwischenfläche unter der Oberfläche führt zu weiteren Erwägungen. Erstens muß das für die Kompressionsschicht verwendete Material ausreichend weich, elastisch und dick sein, um der Ausbuchtung 28 zu ermöglichen, sich auszudehnen und in die Kompressionsschicht hineinzuragen, ohne das Material der Kompressionsschicht inelastisch zu beanspruchen. Das Material der Kompressionsschicht muß außerdem klar oder zumindest selektiv gefärbt sein, um im wesentlichen das betriebene Laserstrahlenbündel L&sub1; und L2 zu übertragen. Da die Aufzeichnungszwischenfläche zwischen der Kompressionsschicht und der Rückhalteschicht die Hauptdatenaufzeichnungszwischenfläche ist, ist sie bei der Bildung und Löschung von Ausbuchtungen beträchtlichen Beanspruchungen ausgesetzt. Darum ist es entscheidend, daß die Verbindung zwischen der Kompressions- und der Rückhalteschicht stark ist und nicht aufblättert.
Gerade auf diesem Gebiet bietet die vorliegende Erfindung wesentliche Vorteile gegenüber bisherigen Medien, die typischerweise eine metallische oder Metallschicht an der Aufzeichnungszwischenfläche verwendeten, um Energie vom Laserstrahlenbündel zu absorbieren und das Reflexionsvermögen der Zwischenfläche zu erhöhen. Eines der Probleme bei einer metallischen Schicht ist, daß es schwierig ist, sie mit anliegenden nicht-metallischen Schichten zu verbinden. Die Erfindung der Anmelderin verwendet nicht-metallische vorzugsweise polymere Materialien, die integral miteinander verbunden sind, um Aufblätterung oder "Verziehen" auch nach zahlreichen Schreib- und Löschvorgängen zu verhindern.
Wie oben erwähnt, unterscheidet sich die Brechzahl der Kompressionsschicht vorzugsweise wesentlich von dem Index der Rückhalteschicht, um das Reflexionsvermögen der Aufzeichnungszwischenfläche zu vergrößern.
Die Kompressionsschicht muß auch ausreichend dünn sein, damit die Servo-Spur-Zwischfläche und die Aufzeichnungszwischenfläche gleichzeitig in derselben Fokussiertiefe von einem Laser mit vorbestimmter Wellenlänge und Feldtiefe erfaßt werden kann. Diese Erwägung gerät grundsätzlich in Konflikt mit der vorher erläuterten Forderung, daß die Kompressionsschicht ausreichend dick sein muß, um zu ermöglichen, daß eine optisch erfaßbare Ausbuchtung in die Kompressionsschicht hineinragt, ohne daß das Material der Kompressionsschicht inelastisch beansprucht wird. Für das hier erläuterte Ausführungsbeispiel stellte sich heraus, daß eine Kompressionsschicht mit einer ungefähren Dicke von entweder 590 oder 150 nm unter den Stegen zur Verwendung mit einem Laserstrahlenbündel (Wellenlänge L&sub1;) mit 840 nm und einer Linse mit einer numerischen Öffnung von 0,45 geeignet ist.
Es ist wünschenswert, daß die Abmessungen der Kompressionsschicht ebenso wie die Abmessungen der Rückhalteschicht, die Tiefe der Rillen und die Höhe der Ausbuchtungen so gewählt werden, daß die Interferenzeigenschaften des vom Medium reflektierten Lichts, die durch die Phasenverschiebungen des Lichts verursacht werden, wenn es die verschiedenen Materialien passiert und die verschiedenen Zwischenflächen durchquert, konstruktiv eingesetzt werden. Beispielsweise kann bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel die Dicke der Kompressionsschicht unter einem Steg so gewählt werden, daß eine Phasenverschiebung um eine geradzahlige Anzahl Wellenlängen (im Medium) auftritt. Dies wird dazu führen, daß das Licht von einem Lesestrahl, das durch einen Stegabschnitt der Servo-Spur-Zwischenfläche hindurchgeht und von der Servo-Spur-Zwischenfläche reflektiert wird, dem von der Aufzeichnungszwischenfläche direkt unter dem Steg reflektierten Licht hinzugefügt wird oder konstruktiv mit ihm interferiert. Die zwei zueinander addierten reflektierten Teile würden zu einem reflektierten Lichtsignal mit maximaler Helligkeit unter dem Steg führen. Eine Ausbuchtung auf der Aufzeichnungszwischenfläche würde deswegen als ein dunkler Punkt in einem Gebiet mit maximaler Helligkeit erscheinen.
Umgekehrt kann, wie in Fig. 2 gezeigt, die Tiefe der Rille im Substrat und die Dicke der Kompressionsschicht unter einer Rille so gewählt werden, daß die von den oben erwähnten Zwischenflächen reflektierten Lichtstrahlen um eine halbe Wellenlänge (im Medium) oder um ein ungeradzahliges Vielfaches davon gegeneinander phasenverschoben werden, wodurch sie sich auslöschen oder gegenseitig destruktiv interferieren, was zu einem Gebiet mit minimaler Helligkeit über einer Rille führt.
An dieser Stelle sei erwähnt, daß die hier erläuterten beispielhaften Ausmaße nicht nur von der Wellenlänge des betriebenen Laserstrahlenbündels abhängen, sondern auch vom genauen Material des Mediums, den spezifischen zum Einfärben des Materials verwendeten Farbstoffen und dem gewünschten Kontrast. Dies kommt daher, daß die Wellenlänge eines Laserstrahls im Medium durch die Brechzahl des Mediums beeinflußt wird. Dementsprechend würde eine Veränderung des Materials oder des Farbstoffes, der die Brechzahl ändern würde, auch die Wellenlänge des Strahls im Material verändern und die optimalen Abmessungen der verschiedenen Schichten beeinflussen.
Ebenso sei erwähnt, daß bei gleicher Ausbuchtungshöhe mit Ausbuchtungen unter der Oberfläche ein besserer Kontrast erzielt wird als mit Ausbuchtungen auf der Oberfläche, da die durch die Ausbuchtungshöhe hervorgerufene relative Phasenverschiebung des reflektierten Lichtbündels durch die Brechzahl des darüberliegenden Materials verstärkt wird.
Die Indexkonfiguration des Mediums kann ebenfalls die Abmessungen der Lagen beeinflussen, da das Lichtbündel immer eine sofortige Phasenverschiebung um eine halbe Wellenlänge erfährt, wenn es von einer Zwischenfläche reflektiert wird, bei dem das Einfallsmaterial einen niedrigen Index hat und das folgende Material einen hohen Index. Darum kann ein Medium mit einer Indexkonfiguration "niedrig/hoch/niedrig/hoch" anders bemessen sein als ein Medium mit einer Indexkonfiguration "hoch/niedrig/hoch/niedrig".
Die bevorzugte Dicke der Rückhalteschicht wird durch verschiedene Faktoren bestimmt. Erstens muß sie dick genug sein, um die Ausbuchtungsstruktur gegen die Regenerierungskraft der eingedrückten Kompressionsschicht und gegen die Zugkraft der gedehnten Expansionsschicht mechanisch auszuhalten. Zweitens ist es wünschenswert die Dicke dieser Schicht so zu wählen, daß das Reflexionsvermögen ihrer Zwischenfläche unter Anwendung der obengenannten Interferenzprinzipien zu maximieren. Beispielsweise ist es wünschenswert, die Rückhalteschicht so zu konstruieren, daß das von der Zwischenfläche zwischen Rückhalteschicht und Expansionsschicht reflektierte ist sich zu dem von der Aufzeichnungszwischenfläche reflektierten Licht addiert (d. h. konstruktiv mit ihm interferiert), wodurch die Ausbuchtung sowohl unter einem Steg als unter einer Rille besser sichtbar wird.
Auch wenn das oben beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Aufzeichnungsstruktur mit getrennten und diskreten Rückhalte- und Expansionsschichten hat, entspricht der Erfindungsidee auch eine Aufzeichnungsstruktur mit Zonen mit verschiedenen optischen und thermisch-mechanischen Eigenschaften in einer integralen Schicht aus einem Material, wie es in der im gemeinschaftlichen Eigentum der Anmelderin befindlichen US-Patentanmeldung Nr. 916609 beschrieben wird.
In einer Abwandlung der vorliegenden Erfindung kann das Reflexionsvermögen der verschiedenen Daten enthaltenden Zwischenflächen auf der Lese-Wellenlänge durch Hinzufügung eines extrem dünnen Films von weniger als 100 nm aus Farbstoff mit hohem Index oder gefärbtem Polymermaterial mit hohem Index vergrößert werden. Das Hinzufügen dieser Schicht erhöht die Komplexität der Herstellung und kann die Schwierigkeit vergrößern, eine dauerhafte Adhäsion der an der Zwischenfläche anliegenden Materialien zu erreichen, ist jedoch metallischen oder Metallschichten, die sehr schwierige Adhäsions- und Absorptionsprobleme darstellen, immer noch vorzuziehen.
Neue Disc-Strukturen können als Folge der Erfindung verfügbar werden. Beispielsweise könnte ein doppelseitiges Medium gebaut werden, indem das Spiegelbild von Fig. 1 dem Medium von Fig. 2 hinzugefügt wird. Eine solche doppelseitige Disc würde nur zwei anstatt drei oder-vier Substrat- und Abdeckungselemente enthalten, was zu wesentlichen Kosten- und Herstellungsvorteilen führen und eine sehr kompakte Disc- Anordnung liefern würde.
Die in der vorstehenden Spezifikation verwendeten Termini und Ausdrücke werden dort zur Beschreibung und nicht zur Einschränkung verwendet, und mit der Verwendung solcher Termini und Ausdrücke wird nicht beabsichtigt, Äquivalente der gezeigten und beschriebenen Merkmale oder Teile davon auszuschließen, wobei darauf hingewiesen sei, daß der Erfindungsgedanke nur durch die folgenden Patentansprüche definiert und abgegrenzt wird.

Claims

1. Löschbares optisches Datenspeichermedium mit:

(a) einem transparenten Substrat (12) mit einer Servospur (14), die vorab aufgezeichnete Daten enthält und

(b) eine von dem genannten Substrat getragene mehrschichtige Datenaufzeichnungsstruktur (21) die zur Schaffung von optisch erfaßbaren Verformungen (28) vorgesehen ist, wenn sie lokal erhitzt wird,

(c) die außerdem ein gefärbtes Polymermaterial einschließt und eine Expansionsschicht (26) sowie eine anliegende im wesentlichen nicht metallische Rückhalteschicht (22) umfaßt, die zueinander in übereinanderliegender Weise angeordnet sind, wobei genannte Expansionsschicht (26) aus einem Material zusammengesetzt ist, das sich unter Hitzeeinwirkung ausdehnt, um genannte optisch erfaßbare Verformung (28) zu bilden, wobei genannte Rückhalteschicht (22) die genannte Expansionsschicht nach Beendigung der genannten Erhitzung und Abkühlung der genannten Expansionsschicht (26) in einem ausgedehnten Zustand hält, dadurch gekennzeichnet, daß

(d) genannte Rückhalteschicht (22) zwischen genannter Expansionsschicht (26) und einer aus einem kompressiblen Material gebildeten Kompressionsschicht (20) angeordnet ist, die zwischen genanntem Substrat (12) und der Aufzeichnungsstruktur (21) liegt, wobei genannte Rückhalteschicht (22) und Kompressionsschicht (20) eine im wesentlichen nicht-metallische Aufzeichnungszwischenfläche (24) unter der Oberfläche bilden und

(e) genannte Kompressionsschicht (20) und genanntes Substrat (12) zusammen eine Servor-Spur-Zwischenfläche bilden.

2. Medium nach Anspruch 1, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß die Brechzahl des genannten Substrats (12) sich wesentlich von der Brechzahl der genannten Kompressionsschicht (20) unterscheidet.

3. Medium nach Anspruch 1 oder 2, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß genannte Aufzeichnungszwischenfläche (24) im wesentlichen planar und nahe genug zur genannten Servor-Spur-Zwischenfläche ist, um gleichzeitig von einem darauf fokussierten Laserstrahlenbündel (30) mit einer vorbestimmten Wellenlänge erfaßt zu werden.

4. Medium nach Anspruch 1 oder 2, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß genannte Aufzeichnungszwischenfläche (24) im wesentlichen planar und weniger als ungefähr 1 um von genannter Servo-Spur-Zwischenfläche entfernt ist.

5. Medium nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem genannte Aufzeichnungszwischenfläche (24) im wesentlichen planar ist und genannte Aufzeichnungsstruktur (21) vorgesehen ist, um eine genannte optisch erfaßbare Verformung (28) an genannter Aufzeichnungszwischenfläche zu bilden und zurückzuhalten, wobei die Verformung in genannte Kompressionsschicht (20) hineinragt.

6. Medium nach Anspruch 5, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß genannte Verformung nicht-vesikular ist.

7. Medium nach Anspruch 5 oder 6, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß genannte Aufzeichnungsstruktur (21) so konstruiert ist, daß die optisch erfaßbare Verformung (28) entfernt werden kann, wenn sie einem fokussierten Laserstrahlbündel (30) mit vorbestimmter Wellenlänge ausgesetzt wird.

8. Medium nach einem der Ansprüche 5 bis 7, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß genannte Rückhalteschicht (22) dafür vorgesehen ist, im wesentlichen Licht mit einer ersten vorbestimmten Wellenlänge zu übertragen.

9. Medium nach Anspruch 8, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß genannte Rückhalteschicht (22) dafür vorgesehen ist, im wesentlichen Licht mit einer zweiten vorbestimmten Wellenlänge zu absorbieren.

10. Medium nach Anspruch 8 oder 9, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß genannte Expansionsschicht (22) dafür vorgesehen ist, im wesentlichen Licht mit einer genannten ersten vorbestimmten Wellenlänge zu übertragen.

11. Medium nach einem der vorstehenden Ansprüche, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß genannte Kompressionsschicht (20) ein Polymermaterial einschließt.

12. Medium nach Anspruch 11, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß genannte Kompressionsschicht (20) mit genannter Rückhalteschicht integral verbunden ist.

13. Medium nach einem der vorstehenden Ansprüche, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß die Brechzahl der genannten an der Kompressionsschicht anliegenden Aufzeichnungsstruktur (21) sich von der Brechzahl der genannten Kompressionsschicht (20) wesentlich unterscheidet.

14. Medium nach einem der vorstehenden Ansprüche, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß genannte Rückhalteschicht (22) und genannte Expansionsschicht (26) jeweils gefärbtes Polymermaterial mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften einschließen.

15. Medium nach Anspruch 14, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß genanntes gefärbtes Polymermaterial Farbstoff zur selektiven Erhöhung des Reflexionsvermögens an genannter Aufzeichnungsstruktur (24) enthält sowie zur Erhöhung der Lichtenergieabsorption von Licht mit vorbestimmten Wellenlängen in genannter Aufzeichnungsstruktur (21).

16. Medium nach einem der vorstehenden Ansprüche, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß genannte Rückhalteschicht (22) und genannte Expansionsschicht (26) zusammen eine zweite Aufzeichnungszwischenfläche unter der Oberfläche bilden, wobei die Dicke der genannten Rückhalteschicht (22) so ist, daß jeweilige Reflexionsgrade der genannten zwei Aufzeichnungszwischenflächen unter der Oberfläche bei Licht mit einer vorbestimmten Wellenlänge konstruktiv miteinander interferieren.

17. Medium nach Anspruch 16, außerdem genannte Rückhalteschicht (22) eine Brechzahl hat, die sich ausreichend von der Brechzahl der genannten Expansionsschicht (26) unterscheidet, um zu einer deutlichen Reflexion an genannter zweiter Aufzeichnungszwischenfläche unter der Oberfläche zu führen.