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Die
Erfindung betrifft ein optisches Datenspeichermedium mit zwei Schichtenfolgen
(Dual-Stack-Datenspeichermedium) zumindest zum Auslesen, bei dem
ein fokussiertes Strahlenbündel mit
einer Wellenlänge λ zwischen
400 nm und 410 nm sowie eine numerische Apertur (NA) zwischen 0,84
und 0,86 verwendet werden, wobei das Strahlenbündel während des Auslesens durch eine
Eintrittsfläche
des Mediums eintritt und das Medium Folgendes umfasst:
- – ein
Substrat, auf dessen einer Seite Folgendes vorhanden ist:
- – eine
erste Schichtenfolge L0, die eine erste Informationsschicht umfasst,
- – eine
zweite Schichtenfolge L1, die eine zweite Informationsschicht umfasst,
wobei sich L1 in einer der Eintrittsfläche am nächsten gelegenen Position befindet
und L0 von der Eintrittsfläche
weiter entfernt ist als L1,
- – eine
für das
Strahlenbündel
transparente Abstandsschicht zwischen L0 und L1,
- – eine
für das
Strahlenbündel
transparente Deckschicht zwischen der Eintrittsfläche und
L1,
- – eine Übertragungsschichtenfolge
TSO mit einer Dicke dTS0 und einem effektiven
Brechungsindex nTS0, die alle Schichten
zwischen L0 und der Eintrittsfläche
enthält,
- – eine Übertragungsschichtenfolge
TS1 mit einer Dicke dTS1 und einem effektiven
Brechungsindex nTS1, die alle Schichten
zwischen L1 und der Eintrittsfläche
enthält.
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Die
Erfindung betrifft außerdem
die Verwendung eines derartigen Mediums.
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Eine
Ausführungsform
eines derartigen optischen Aufzeichnungsmediums ist bekannt aus
dem Artikel „New
Replication Process Using Function-assigned Resins for Dual-layered
Disc with 0.1 mm thick Cover layer" von K. Hayashi, K. Hisada und E. Ohno,
Technical Digest ISOM, Taipei/Taiwan, 2001. Dort wurde eine Mindestdicke
der Abstandsschicht von 30 μm
beschrieben.
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Es
existiert ein permanenter Drang nach optischen Speichermedien, die
für Aufzeichnung
und Wiedergabe geeignet sind und eine Speicherkapazität von 8
Gigabyte (GB) und mehr haben. Diese Anforderung wird von einigen
Formaten der Digital Video Disk, die manchmal auch als Digital Versatile Disk
(DVD) bezeichnet wird, erfüllt.
DVD-Formate können unterteilt
werden in DVD-ROM, das ausschließlich für die Wiedergabe vorgesehen
ist, in DVD-RAM, DVD-RW und DVD+RW, die auch für die Datenspeicherung mittels
Wiederbeschreiben verwendet werden können, und in DVD-R, bei dem
eine Aufzeichnung nur einmal vorgenommen werden kann. Gegenwärtig umfassen
die DVD-Formate Disks
mit Kapazitäten
von 4,7 GB, 8,5 GB, 9,4 GB und 17 GB.
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Das
Format 8,5 GB und insbesondere die Formate 9,4 GB (DVD-9) und 17
GB (DVD-18) weisen einen komplizierteren Aufbau auf und umfassen gewöhnlich mehrere
Informationsspeicherschichten. Das wiederbeschreibbare Einschicht-DVD-Format 4,7
GB ist im Vergleich z. B. mit einer herkömmlichen Compact Disk (CD)
leichter zu handhaben, bietet jedoch eine für Video-Aufzeichnungszwecke
unzureichende Speicherkapazität.
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Digital
Video Recording (DVR) ist ein Format mit hoher Speicherkapazität, welches
kürzlich
vorgeschlagen wurde. Gegenwärtig
werden zwei Formate entwickelt: DVR-Red und DVR-Blue, letzteres
auch als Blu-ray-Disk (BD) bezeichnet, bei denen sich die Farbe
Rot bzw. Blau auf die Wellenlänge
des Strahlenbündels
bezieht, das zum Aufzeichnen und Lesen verwendet wird. Die Kapazitätsprobleme
sind bei dieser Disk überwunden,
die in ihrer einfachsten Form ein aus einer einzelnen Speicherschicht
bestehendes Format aufweist, das für die digitale Videoaufzeichnung
und -speicherung mit hoher Dichte geeignet ist und eine Kapazität von über 22 GB
beim Format DVR-Blue hat.
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Die
DVR-Disk umfasst im Allgemeinen ein scheibenförmiges Substrat, das auf einer
oder auf beiden Seiten eine Informationsspeicherschicht aufweist.
Die DVR-Disk umfasst ferner eine oder mehrere für Strahlenbündel durchlässige Schichten. Diese Schichten,
z. B. eine durchlässige
Deckschicht, die auf der Informationsspeicherschicht aufgetragen
ist, sind für
das Strahlenbündel
durchlässig,
das zum Lesen von der bzw. zum Schreiben auf die Disk verwendet
wird. Im Allgemeinen werden für
Disks mit hoher Dichte Linsen mit hoher numerischer Apertur (NA) – z. B.
höher als
0,60 – verwendet,
um ein solches Strahlenbündel
mit einer relativ niedrigen Wellenlänge zu fokussieren. Bei Systemen
mit numerischen Aperturen über
0,60 wird es wegen abnehmender Toleranzen z. B. bei Dickenschwankungen
und Neigung der Disk zunehmend schwierig, die Aufzeichnung mittels eines
auf das Substrat auftreffenden Strahls bei Substratdicken im Bereich
0,6–1,2
mm anzuwenden. Aus diesem Grund wird bei Disks, bei denen das Aufzeichnen
und Auslesen mit einer hohen numerischen Apertur stattfindet, die
Fokussierung auf eine Aufzeichnungsschicht einer ersten Aufzeichnungsschichtenfolge
von der dem Substrat gegenüberliegenden
Seite aus durchgeführt.
Da die erste Aufzeichnungsschicht vor Umwelteinflüssen geschützt werden
muss, wird mindestens eine relativ dünne, z. B. dünner als
0,5 mm, für
das Strahlenbündel
durchlässige
Deckschicht verwendet, durch die das Strahlenbündel fokussiert wird. Es ist
offensichtlich, dass das Substrat für das Strahlenbündel nicht mehr
durchlässig
sein muss und andere Materialien, z. B. Metalle oder Metalllegierungen,
verwendet werden können.
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Ein
optisches Dual-Stack-Datenspeichermedium hat zwei reflektierende
Informationsschichten, die von derselben Seite des Mediums aus ausgelesen
werden. Im Falle dieses Dual-Stack-Mediums, bei dem eine zweite
Aufzeichnungsschichtenfolge vorhanden ist, muss zwischen den Aufzeichnungsschichtenfolgen
eine für
das Strahlenbündel
durchlässige
Abstandsschicht vorhanden sein. Die erste Aufzeichnungsschichtenfolge
muss zumindest teilweise für
die Wellenlänge
des Strahlenbündels
transparent sein, damit von der Aufzeichnungsschicht der zweiten
Aufzeichnungsschichtenfolge gelesen werden kann. Die Dicke derartiger
Abstandsschichten beträgt üblicherweise
mehr als 30 μm.
Die für
das Strahlenbündel
durchlässige
Schicht bzw. Schichten, die sich zwischen der Quelle und der am
weitesten vom Substrat entfernten Aufzeichnungsschichtenfolge befinden,
werden üblicherweise
als Deckschicht bzw. Deckschichten bezeichnet. Werden vorgefertigte
Folien als durchlässige
Schichten verwendet, sind zusätzliche
durchlässige
Klebeschichten erforderlich, um Deckschichten miteinander zu verbinden.
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Bei
der DVR-Disk muss die Schwankung oder Ungleichmäßigkeit der Dicke der für das Strahlenbündel durchlässigen Schichten
in der Radialausdehnung der Disk sehr sorgfältig kontrolliert werden, um
die Schwankung der optischen Weglänge für die auftreffende Strahlung
auf ein Minimum zu beschränken.
Insbesondere ist bei der BD- oder DVR-Blue-Version, bei der ein Strahlenbündel mit
einer Wellenlänge
von im Wesentlichen 405 nm und eine NA von im Wesentlichen 0,85
verwendet werden, die optische Qualität des Strahlenbündels im Brennpunkt
relativ empfindlich gegenüber
Dickenschwankungen der durchlässigen
Schichten. Die Gesamt-Schichtdicke hat einen optimalen Wert, um
eine minimale optische sphärische
Aberration des fokussierten Strahlenbündels auf z. B. der ersten
Informationsaufzeichnungsschicht zu erhalten. Eine Abweichung, z.
B. ± 5 μm, von dieser
optimalen Dicke führt bereits
zu einem erheblichen Ausmaß dieser
Art von Aberration. Aufgrund dieser geringen Spanne ist es wichtig,
dass die durchschnittliche Dicke der durchlässigen Schichten gleich der
optimalen Dicke der Schichten ist oder nahe diesem Wert liegt, um
die Toleranzen des Systems optimal zu nutzen und eine hohe Ausbeute
bei der Herstellung des Mediums zu erzielen. Unter der Annahme,
dass ein Dickenfehler der Gauß'schen Verteilung
um den Nominalwert der Dicke unterliegt, ist es klar, dass die Anzahl
hergestellter Disks, die nicht der oben genannten Spezifkation entsprechen,
minimal ist, wenn der Zielwert der Nominaldicke während der
Herstellung im Wesentlichen gleich der optimalen Dicke der Deckschicht
gemäß der Spezifikation
der DVR-Disk ist.
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Kürzlich wurden
zwei Studien über
die Abstandsschichtdicke von Dual-Layer-DVDs veröffentlicht. Es wurden dabei
eine numerische Apertur von 0,6, das Auslesen durch das Substrat
von 0,58 mm und Licht mit einer Wellenlänge von 405 nm verwendet. Von
Lee et al., Jpn. J. Appl. Phys., Bd. 40 (2001), S. 1643–1644, wurde
eine optimale Abstandsschichtdicke von 30 μm und von Higuchi und Koyanagi,
Jpn. J. Appl. Phys., Bd. 39 (2000), S. 933 [4], ein Wert von 40 μm herausgefunden.
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Bei
einem System mit einer 0,1 mm dünnen Deckschicht,
einer hohen NA von 0,85 und einer Wellenlänge von 405 nm ist eine zusätzliche
Korrektur der sphärischen
Aberration (proportional zu λ/NA4) erforderlich. Um die Interferenz von der
benachbarten Schicht vernachlässigen
zu können,
wurde eine Abstandsschicht von mindestens 30 μm als notwendig erachtet. Dies
hat den Nachteil, dass die Laufwerkskonstruktion zum Auslesen eines
derartigen Mediums in einem solchen Fall ziemlich kompliziert sein
muss, um die Korrektur der sphärischen
Aberration in dem notwendigen Bereich zu gewährleisten. Außerdem wird
die Deckschicht eines derartigen Mediums möglicherweise relativ dünn und die
darunterliegenden Schichten sind anfälliger für Beschädigungen.
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Die
Patentschrift EP-A-1172811 beschreibt ein Informationsaufzeichnungsmedium
mit einer ersten Informationsschicht und einer zweiten Informationsschicht.
Die Dicke eines ersten Substrates zwischen der ersten Informationsschicht
und einem Laserbündel
liegt im Bereich von 10 μm
bis 700 μm.
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Die
Patentschrift EP-A-1152406 beschreibt ein optisches Aufzeichnungsmedium
mit einer einzelnen Informationsaufzeichnungsschicht und einer Lichtübertragungsschicht,
bei der die Dickenabweichung kleiner als ±2,3 um ist.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein Medium der eingangs beschriebenen
Art zu schaffen, bei dem Daten zuverlässig von der ersten Informationsschicht und
von der zweiten Informationsschicht ausgelesen werden können.
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Die
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
durch ein optisches Datenspeichermedium gelöst, das dadurch gekennzeichnet
ist, dass die Abstandsschicht eine Dicke hat, die aus dem Bereich
20–30 μm ausgewählt ist,
die Dicke dTS0 in Abhängigkeit vom Brechungsindex
nTS0 im oberen schraffierten Bereich in 1 liegt
und die Dicke dTS1 in Abhängigkeit
vom Brechungsindex nTS1 im unteren schraffierten
Bereich in 1 liegt. Die Spezifikationen
der Übertragungsschichtenfolge
(Transmission Stacks, TS) umfassen alle möglichen Schichten auf der betreffenden
Aufzeichnungsschichtenfolge, wie z. B. Klebeschichten im Falle von
Folien, die Abstandsschicht und die halbtransparente Aufzeichnungsschichtenfolge
von L1 im Falle von TS0, die Deckschicht und eventuell eine Schutzbeschichtung.
Aus der Patentschrift EP-A-1047055 ist bekannt, eine Polymerschicht
wie z. B. eine Polycarbonat-(PC)-Folie als lichtdurchlässige Deckschicht
oder als Abstandsschicht zu verwenden und eine solche Schicht mittels
einer durch Schleuderbeschichten aufgetragenen dünnen Schicht eines UV-härtenden
Flüssigharzes
oder mittels eines druckempfindlichen Klebers (pressure sensitive
adhesive, PSA) mit der Informationsspeicherschicht zu verkleben.
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Um
die minimale Dicke der Abstandsschicht beim blauen System mit hoher
NA zu ermitteln, wurde die Abhängigkeit
der Datenqualität
untersucht, wenn Daten als Funktion der Abstandsschichtdicke vom
Medium ausgelesen wurden. Man fand heraus, dass im Allgemeinen die
Abstandsschichtdicke oder die Größe des Abstands
zwischen der ersten Informationsschicht und der zweiten Informationsschicht von
der Größe des Fotodetektors
in der optischen Abtasteinheit (optical pick-up unit, OPU) des optischen
Laufwerks, der Vergrößerung vom
Fotodetektor zum Medium, dem Reflexionsverhältnis der ersten und zweiten
Informationsschicht und dem Abstand zwischen den beiden Schichten,
d. h. der Abstandsschichtdicke, abhängt. Eine stabile Konstruktion
der OPU beschränkt
die Größe des Fotodetektors sowie
die Vergrößerung von
Objektivlinse und Kollimatorlinse. Die Toleranz für Alterungs-
und Justierfehler erfordert eine Detektor-Mindestgröße von 100 μm und eine
Vergrößerung von
ca. 10. Zuerst wurde der Einfluss des Streulichts auf die Aufzeichnungsleistung
modelliert. Der Haupteinfluss entsteht aus der Reduzierung der Signalmodulation,
die zu einer Abnahme des Signal/Rausch-Verhältnisses führt (3). In ei nem
zweiten Schritt wird die Menge des Streulichts als Funktion der
Abstandsschichtdicke mittels Strahlverfolgung simuliert (4).
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In
einer Ausführungsform
betragen die Abweichungen von dTS0 und dTS1 von den Durchschnittswerten von dTS0 bzw. dTS1 zwischen
einem Radius von 23 mm und 24 mm des Mediums maximal ±2 um,
gemessen über
die gesamte Fläche
des Mediums. Dies hat den Vorteil, dass keine wesentliche Korrektur
der sphärischen
Aberration erforderlich ist, wenn die erste Informationsschicht
des Mediums oder die zweite Informationsschicht des Mediums vom
optischen Laufwerk abgetastet wird. Während des Abtastens bewegt
sich die OPU radial nach innen oder radial nach außen, während das
Medium rotiert. Wenn die Dickenschwankungen von TS0 und TS1 innerhalb dieser
Grenzen liegen, bleibt auch die sphärische Aberration über die
gesamte Fläche
des Mediums innerhalb akzeptabler Grenzen. Der einzige Moment, in dem
eine Korrektur erforderlich ist, tritt dann ein, wenn die OPU von
der Fokussierung auf die erste Informationsschicht zur Fokussierung
auf die zweite Informationsschicht umschaltet oder umgekehrt.
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In
einer anderen Ausführungsform
haben nTS0 und nTS1 jeweils
einen Wert von 1,6 und die folgenden Bedingungen sind erfüllt: 95 μm ≤ dTS0 ≤ 105 µm und 70 µm ≤ dTS1 ≤ 80 µm. Die
meisten Kunststoffmaterialien, die als transparente Schichten verwendet
werden, haben einen Brechungsindex von 1,6 oder einen im Wesentlichen
sehr ähnlichen
Wert. In diesem Fall ist ein zuverlässiges Auslesen möglich, wenn
die Dicke innerhalb der erwähnten
Bereiche liegt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
beträgt die
Dicke der Abstandsschicht 25 µm
oder liegt im Wesentlichen nahe 25 µm und die Dicke der Deckschicht
beträgt
75 µm
oder liegt im Wesentlichen nahe 75 µm. Aus der Sicht der Herstellung
ist es vorteilhaft, einen im Wesentlichen festen Wert für die Dicke
von Abstandsschicht und Deckschicht zu verwenden. Zum Beispiel umfasst
ein Herstellungsverfahren das Auftragen eines druckempfindlichen
Klebers (PSA) in einer vorgegebenen Dicke, der UV-gehärtet wird,
nachdem er in Berührung
mit anderen Schichten des Mediums gebracht wurde. Dieses Material
wird gewöhnlich
als Folienbahn geliefert, mit dem PSA auf einer Seite oder auf beiden
Seiten, und diese Bahnen werden mit einer vorgegebenen Dicke hergestellt.
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Die
Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen
detaillierter erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
zulässigen
Dickenbereich der Übertragungsschichtenfolgen
TS0 und TS1 als Funktion des Brechungsindex,
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2 ein
schematisches Layout eines Dual-Stack-Aufzeichnungsmediums gemäß der Erfindung,
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3 eine
Simulation des Daten-zu-Takt-Jitters beim Auslesen als Funktion
des Streulichts von der angrenzenden Informationsschicht außerhalb des
Brennpunktes,
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4 eine
Strahlverfolgungssimulation des auf den Fotodetektor reflektierten
Lichts als Funktion der Abstandsschichtdicke.
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In 1 sind
die zulässigen
Dickenbereiche von TS0 und TS1 gezeigt. Die Dicke dTS0 in
Abhängigkeit
vom Brechungsindex nTS0 liegt in der oberen schraffierten
Fläche 1 und
die Dicke dTS1 in Abhängigkeit vom Brechungsindex
nTS1 in der unteren schraffierten Fläche 2.
Die Abstandsschicht 24 (2) hat eine
Dicke, die aus dem Bereich 20–30 µm ausgewählt ist.
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In 2 ist
eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen optischen
Dual-Stack-Datenspeichermediums 20 gezeigt.
Ein fokussiertes Laserbündel 29 mit
einer Wellenlänge λ von 405
nm und einer numerischen Apertur (NA) von 0,85 tritt während des Auslesens
durch die Eintrittsfläche 26 des
Mediums 20 ein. An einer Seite eines aus Polycarbonat hergestellten
Substrates 21 befinden sich: eine erste Schichtenfolge 22 mit
der Bezeichnung L0, die eine erste Informationsschicht umfasst,
und eine zweite Schichtenfolge 23 mit der Bezeichnung L1,
die eine zweite Informationsschicht umfasst. L1 befindet sich in
einer der Eintrittsfläche 26 am
nächsten
gelegenen Position und L0 ist von der Eintrittsfläche 26 weiter entfernt
als L1. Eine transparente Abstandsschicht 24 aus UV-gehärtetem Harz,
z. B. SD 694 von DIC, befindet sich zwischen L0 und L1. Eine transparente Deckschicht 25 befindet
sich zwischen der Eintrittsfläche 26 und
L1 und kann aus demselben Material oder aus einer Folie aus PC oder
PMMA mit einem druckempfindlichen Kleber (PSA) hergestellt sein. Die
Abstandsschicht kann ebenfalls eine mit PSA kombinierte Folie sein.
Die mit TSO bezeichnete Übertragungsschichtenfolge
hat eine Dicke dTS0 von 100 µm und einen
effektiven Brechungsindex nTS0 = 1,6 und
enthält
alle Schichten zwischen L0 und der Eintrittsfläche 26. Die L1-Schichtenfolge 23 hat
eine relativ geringe Dicke von maximal einigen wenigen hundert nm,
deren Einfluss vernachlässigt
werden kann. Normalerweise beeinflusst L1 die optische Übertragung
nicht, aber dieser Aspekt wird hier nicht behandelt. Die mit TS1
bezeichnete Übertragungsschichtenfolge
hat eine Dicke dTS1 von 75 µm und einen
effektiven Brechungsindex nTS1 von 1,6 und
enthält
alle Schichten zwischen L1 und der Eintrittsfläche 26. Die Abstandsschicht 24 hat
eine Dicke von 25 µm.
Die Dicke dTS0 = 100 µm bei einem Brechungsindex
nTS0 = 1,6 liegt in der oberen schraffierten
Fläche
in 1 und die Dicke dTS1 =
75 µm
bei einem Brechungsindex nTS1 = 1,6 liegt
in der unteren schraffierten Fläche
in 1.
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In 3 ist
der modellierte Daten-zu-Takt-Jitter, der beim Lesen der ersten
Informationsschicht von L0 entsteht, als Funktion des Streulichts
von außerhalb
der im Brennpunkt befindlichen Schicht, z. B. von der zweiten Informationsschicht von
L1, durch den Graph 30 in % dargestellt. Der Wert des Jitters
ohne Streulicht wurde zu 5,8 % bestimmt. Bei einem Streulichtpegel
von 15 % erhöhte sich
der Jitter von 5,8 % auf 6,5 %, was toleriert werden kann.
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In 4 ist
die Simulation der Strahlverfolgung des Lichts, das als Funktion
der Abstandsschichtdicke auf den Fotodetektor reflektiert wird, durch
den Graph 40 dargestellt. Eine Obergrenze des Streulichts
von 15 % ist durch die gestrichelte Linie 41 dargestellt.
Das Streulicht als Funktion der Abstandsschichtdicke wurde für eine Größe des OPU-Detektors von 100 µm und einen
Vergrößerungsfaktor
von 10 berechnet. Die Mindestdicke der Abstandsschicht 24 (2),
bei der sichergestellt ist, dass das Streulicht unter 15 % liegt,
beträgt
20 µm.
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Gemäß der Erfindung
ist ein optisches Dual-Stack-Datenspeichermedium zum Auslesen mittels
eines fokussierten Strahlenbündels
mit einer Wellenlänge
von 400–410
nm und einer numerischen Apertur (NA) von 0,84–0,86 beschrieben. Das Medium
hat ein Substrat und eine mit L0 bezeichnete erste Schichtenfolge,
die eine erste Informationsschicht umfasst, sowie eine mit L1 bezeichnete
zweite Schichtenfolge, die eine zweite Informationsschicht umfasst.
Eine für
Strahlenbündel
transparente Abstandsschicht befindet sich zwischen L0 und L1. Eine mit
TS0 bezeichnete Übertragungsschichtenfolge
mit einer Dicke dTS0 und einem effektiven
Brechungsindex nTS0 enthält alle Schichten zwischen
L0 und einer Eintrittsfläche
des Mediums. Eine mit TS1 bezeichnete Übertragungsschichtenfolge mit
einer Dicke dTS1 und einem effektiven Brechungsindex
nTS1 enthält alle Schichten zwischen
L1 und der Eintrittsfläche des
Mediums. Die Abstandsschicht hat eine Dicke, die aus dem Bereich
20–30 µm ausgewählt ist;
die Dicke dTS0 in Abhängigkeit vom Brechungsindex
nTS0 und die Dicke dTS1 in
Abhängigkeit
vom Brechungsindex nTS1 liegen innerhalb
eines vorgegebenen Bereiches. Auf diese Weise wird ein zuverlässiges Auslesen
sowohl der ersten als auch der zweiten Informationsschicht von L0
bzw. L1 erreicht.
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Texte zu den
Figuren
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1
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- Thickness of the transmission stack (µm) – Dicke der Übertragungsschichtenfolge
(µm)
- Refractive index of the Transmission Stack – Brechungsindex der Übertragungsschichtenfolge
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3
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- Jitter (%) – Jitter
(%)
- Stray Light – Streulicht
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4
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- Light Reflected onto Detector [%] – Auf den Detektor reflektiertes
Licht [%]
- Spacer Thickness [µm] – Abstandsschichtdicke
[µm]