ES2279116T3 - Medio optico de almacenamiento de datos de dos pilas y utilizacion de dicho medio. - Google Patents
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Abstract
Medio (20) óptico de almacenamiento de datos de dos pilas para al menos lectura de salida utilizando un haz (29) de radiación enfocado con una longitud de onda entre 400 nm y 410 nm y una apertura numérica (AN) entre 0, 84 y 0, 86 que se introduce a través de una cara (26) de admisión del medio (20) durante la lectura de salida, que comprende: - un sustrato (21) en un lado del cual están presentes: - una primera pila (L0, 22) de capas que comprende una primera capa de información, - una segunda pila (L1, 23) de capas, que comprende una segunda capa de información, encontrándose dicha segunda pila (L1, 23) de capas en una posición más próxima a la cara (26) de admisión y dicha primera pila (L0, 22) de capas más alejada de la cara (26) de admisión que la segunda pila (L1, 23) de capas, - una capa (24) espaciadora transparente de haz (29) de radiación entre dicha primera pila (L0, 22) de capas y dicha segunda pila (L1, 23) de capas, - una capa (25) de recubrimiento transparente de haz (29) deradiación entre la cara (26) de admisión y dicha segunda pila (L1, 23) de capas, - una pila (TS0) de transmisión con un espesor dTS0 y un índice nTS0 de refracción efectivo que contiene todas las capas entre dicha primera pila (L0, 22) de capas y la cara (26) de admisión, - una pila (TS1) de transmisión con un espesor dTS1 y un índice nTS1 de refracción efectivo que contiene todas las capas entre dicha segunda pila (L1, 23) de capas y la cara (26) de admisión, caracterizado porque la capa (24) espaciadora tiene un espesor seleccionado del intervalo 20-30 m, el espesor dTS0 que depende del índice nTS0 de refracción está en la zona sombreada superior de la Figura 1 y el espesor dTS1 que depende del índice nTS0 de refracción está en la zona sombreada inferior de la Figura 1.
Description
Medio óptico de almacenamiento de datos de dos
pilas y utilización de dicho medio.
La invención se refiere a un medio óptico de
almacenamiento de dos pilas para al menos lectura de salida
utilizando un haz de radiación enfocado con una longitud de onda
\lambda entre 400 nm y 410 nm y una apertura numérica (AN) entre
0,84 y 0,86 introduciéndose a través de una cara de admisión del
medio durante la lectura de salida, que comprende:
- un sustrato en un lado del cual están
presentes:
- -
- una primera pila L0 de capas que comprende una primera capa de información,
- -
- una segunda pila L1 de capas, que comprende una segunda capa de información, encontrándose L1 en una posición más próxima a la cara de admisión y L0 más alejado de la cara de admisión que L1,
- una capa espaciadora transparente de haz de
radiación entre L0 y L1,
- una capa de recubrimiento transparente de haz
de radiación entre la cara de admisión y L1,
- una pila TS0 de transmisión con un espesor
d_{TS0} y un índice n_{TS0} de refracción efectivo que contiene
todas las capas entre L0 y la cara de admisión,
- una pila TS1 de transmisión con un espesor
d_{TS1} y un índice n_{TS1} de refracción efectivo que contiene
todas las capas entre L1 y la cara de admisión.
La invención se refiere también a la utilización
de dicho medio.
Se conoce una realización de un medio grabador
óptico de este tipo a partir de un artículo "New Replication
Process Using Function-assigned Resins for
Dual-layered Disc with 0,1 mm thick Cover layer",
de K. Hayashi, K. Hisada y E. Ohno, Technical Digest ISOM 2001,
Taipei, Taiwán. Se dio a conocer un espesor de capa espaciadora
mínimo de 30 \mum.
Existe un impulso constante para obtener medios
ópticos de almacenamiento adecuados para la grabación y la
reproducción, que tienen una capacidad de almacenamiento de 8
Gigabyte (GB) o mayor. Este requisito lo cumplen algunos formatos
de Disco de Video Digital o a veces también de Disco Versátil
Digital (DVD). Los formatos DVD pueden dividirse en
DVD-ROM que es exclusivo para la reproducción,
DVD-RAM, DVD-RW y DVD+RW, que pueden
utilizarse también para el almacenamiento reescribible de datos, y
el DVD-R, que puede grabarse una sola vez.
Actualmente, los formatos DVD comprenden discos con capacidades de
4,7 GB, 8,5 GB, 9,4 GB y 17 GB.
Los formatos de 8,5 GB y, en particular, el de
9,4 GB (DVD-9) y el de 17 GB
(DVD-18) muestran construcciones más complicadas y
normalmente comprenden múltiples capas de almacenamiento de
información. El formato DVD de 4,7 GB reescribible de una única
capa se maneja fácilmente en comparación con, por ejemplo, un disco
compacto (CD) convencional pero ofrece una capacidad de
almacenamiento insuficiente para fines de grabación de vídeo.
Un formato de alta capacidad de almacenamiento
que se ha sugerido recientemente es el de Grabación de Vídeo
Digital (Digital Video Recording, DVR). Se están desarrollando
actualmente dos formatos: DVR-rojo y
DVR-azul, este último también llamado Disco de Rayo
Azul (Blue-ray Disc, BD), donde el rojo y el azul se
refieren a la longitud de onda del haz de radiación para grabación
y lectura. Este disco supera el problema de capacidad y, en su
forma más simple, tiene un formato de una única capa de
almacenamiento que es adecuado para el almacenamiento y la
grabación de vídeo digital de alta densidad que tiene una capacidad
por encima de 22 GB en el formato DVR-azul.
El disco DVR comprende generalmente un sustrato
en forma de disco que muestra en una o ambas superficies una capa
de almacenamiento de información. El DVR además comprende una o más
capas de transmisión del haz de radiación. Estas capas son
transmisivas para el haz de radiación que se usa para leer de o
escribir en el disco. Por ejemplo una capa de recubrimiento de
transmisión, que se aplica a la capa de almacenamiento de la
información. Generalmente, para discos de alta densidad, las lentes
con una alta apertura numérica (AN), es decir, superior a 0,6, se
utilizan para enfocar dicho haz de radiación con una longitud de
onda relativamente pequeña. Para sistemas con AN por encima de 0,60
se hace cada vez más difícil aplicar una grabación incidente de
sustrato con espesores de sustrato en el intervalo de
0,6-1,2 mm debido al descenso de las tolerancias en,
por ejemplo, variaciones del espesor e inclinaciones del disco. Por
esta razón cuando se utilizan discos que se graban y se leen con
una alta AN, el enfoque sobre una capa de grabación de una primera
pila de grabación, se lleva a cabo desde el lado opuesto al
sustrato. Debido a que la primera capa de grabación tiene que
protegerse del ambiente, se utiliza al menos una fina capa de
recubrimiento de transmisión del haz de radiación, por ejemplo, más
fina de 0,5 mm, a través de la cual se enfoca el haz de radiación.
Evidentemente, la necesidad de que el sustrato transmita el haz de
radiación ya no existe y pueden utilizarse otros materiales de
sustrato, por ejemplo metales o aleaciones de los mismos.
Un medio óptico de almacenamiento de dos pilas
tiene dos capas de información reflectoras, que se leen desde el
mismo lado del medio. En el caso de este medio de dos pilas, donde
está presente una segunda pila de grabación, se requiere una capa
espaciadora de transmisión del haz de radiación, entre las pilas de
grabación. La primera pila de registros debe ser al menos
parcialmente transparente a la longitud de onda del haz de radiación
para hacer posible la lectura desde la capa de grabación de la
segunda pila de grabación. El espesor de dichas capas espaciadoras
es típicamente superior a 30 \mum. La capa o capas de transmisión
del haz de radiación presentes entre la fuente del haz de radiación
y la pila de grabación que está más alejada del sustrato se llaman
normalmente capas de recubrimiento. Cuando se utilizan láminas
prefabricadas como capas de transmisión, se requieren capas
adicionales adhesivas de transmisión para unir las capas de
recubrimiento entre sí.
En el disco DVR la variación o irregularidad del
espesor de las capas de transmisión del haz de radiación sobre la
extensión radial del disco tiene que controlarse muy cuidadosamente
para minimizar la variación de la longitud de camino óptico para la
radiación incidente. Especialmente la calidad óptica del haz de
radiación en el punto focal en la versión BD O
DVR-azul, que utiliza un haz de radiación con una
longitud de onda sustancialmente igual a 405 nm y una AN
sustancialmente igual a 0,85, es relativamente sensible a
variaciones del espesor de las capas de transmisión. El espesor
total de las capas tiene un valor óptimo para obtener una mínima
aberración esférica óptica del haz de radiación enfocado sobre, por
ejemplo, la primera capa de grabación de información. Una
desviación, por ejemplo de +/- 5 \mum, de este espesor óptimo ya
introduce una cantidad considerable de este tipo de aberración.
Debido a este pequeño intervalo es importante que el espesor medio
de las capas de transmisión sea igual o próximo a su espesor óptimo
para realizar una utilización óptima de las tolerancias del sistema
y para tener un rendimiento alto en la fabricación del medio.
Suponiendo que un error en el espesor se distribuye según una
campana de Gauss alrededor del ajuste nominal del espesor, queda
claro que el número de discos fabricados que no cumple con la
especificación anterior es mínimo cuando el ajuste objetivo del
espesor nominal durante la fabricación es sustancialmente igual al
espesor óptimo de la capa de recubrimiento como en la especificación
del disco DVR. Se han publicado recientemente dos estudios del
espesor de la capa espaciadora para discos de doble capa DVD. Se
utilizaron una apertura numérica de 0,6, una lectura de salida a
través del sustrato de 0,58 mm y una luz de longitud de onda 405
nm. Lee et al. Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 40 (2001) pp
1643-1644 descubrieron un espesor de la capa
espaciadora óptimo de 30 \mum y Higuchi y Koyanagi, Jpn. J. Appl.
Phys. Vol. 39 (2000) 933 [4] descubrieron uno de 40 \mum.
Para un sistema con una capa de recubrimiento
fina de 0,1 mm y una AN alta de 0,85 y una longitud de onda de 405
mm se requiere una corrección adicional de la aberración esférica
(proporcional a \lambda/AN^{4}). Para despreciar la
interferencia con la capa adyacente se ha considerado necesario una
capa espaciadora de 30 \mum como mínimo. Esto tiene la desventaja
de que el diseño del controlador ("drive") para la lectura de
salida de un medio como éste en tal caso tiene que ser bastante
complicado para cubrir el intervalo necesario de corrección de la
aberración esférica. Además la capa de recubrimiento de un medio de
este tipo puede volverse relativamente fina y las capas subyacentes
son más vulnerables a sufrir daños.
El documento
EP-A-1172811 da a conocer un medio
de grabación de información que tiene una primera capa de
información y una segunda capa de información. El espesor de un
primer sustrato entre la primera capa de información y un rayo
láser está dentro de un intervalo de 10 \mum a 700 \mum.
El documento
EP-A-1152406 da a conocer un medio
óptico de grabación que tienen una única capa de información y una
capa de transmisión de luz que tiene una desviación de espesor
inferior a +/- 2,3 \mum.
Es un objetivo de la invención proporcionar un
medio del tipo como el que se ha descrito en el párrafo inicial con
una lectura de salida de datos fiable desde la primera capa de
información y desde la segunda capa de información.
Este objetivo se consigue según la invención
mediante un medio óptico de almacenamiento de datos que se
caracteriza porque la capa espaciadora tiene un espesor
seleccionado del intervalo 20 - 30 \mum, estando el espesor
d_{TS0} que depende del índice n_{TS0} de refracción dentro de
la zona sombreada superior de la Figura 1 y estando el espesor
d_{TS1} que depende del índice n_{TS1} de refracción en la zona
sombreada inferior de la Figura 1. Las especificaciones de las
Pilas de Transmisión (Transmission Stacks, TS) incluyen todas las
capas posibles por encima de la pila de grabación relacionada, como
por ejemplo las capas adhesivas en el caso de láminas metálicas, la
capa espaciadora y la pila de grabación semitransparente de L1 en el
caso de TS0, la Capa de Recubrimiento y posiblemente una Capa
Protectora). Del documento
EP-A-104705 se conoce la
utilización de una capa de polímero como, por ejemplo, una lámina de
policarbonato (PC) como capa espaciadora o de recubrimiento de
transmisión de la luz o capa y la adhesión de dicha capa a la capa
de almacenamiento de información mediante una capa fina recubierta
por centrifugado ("spin coating") de una resina líquida que
puede curarse por UV, o un adhesivo sensible a la presión (pressure
sensitive adhesive,
PSA).
PSA).
Para hallar el espesor mínimo de la capa
espaciadora para el sistema azul con una alta AN, se estudió la
dependencia de la calidad de los datos durante la lectura de salida
desde el medio en función del espesor de la capa espaciadora. Se
descubrió que en general, el espesor de la capa espaciadora o la
separación entre la primera y la segunda capas de información
depende del tamaño del fotodetector en la unidad óptica de captación
(optical pick-up unit, OPU) del controlador del
medio óptico, la amplificación desde el fotodetector al medio, la
proporción de reflectividad de la primera y la segunda capa de
información y la distancia entre las dos capas, es decir, el
espesor de la capa espaciadora. Un diseño estable de la OPU
restringe el tamaño del fotodetector y la amplificación de la lente
del objetivo y de la lente del colimador. Las tolerancias por
antigüedad y por errores de alineación requieren un tamaño mínimo
del detector de 100 m y una amplificación de alrededor de 10.
Primero se ha modelado la influencia de la luz parásita en la
ejecución de la grabación. La principal influencia viene de la
reducción de la modulación de la señal que produce un descenso de
la relación señal-ruido (Figura 3). En una segunda
etapa, se simula la cantidad de luz parásita en función del espesor
de la capa espaciadora utilizando trazado de rayos (Figura 4).
En una realización las máximas desviaciones de
d_{TS0} y d_{TS1} de los valores medios respectivos de
d_{TS0} y d_{TS1} entre un radio de 23 mm y 24 mm del medio no
excede en \pm 2 \mum medidos respecto al área total del medio.
Esto tiene la ventaja de que no se requiere ninguna corrección de la
aberración esférica cuando la primera capa de información del medio
o la segunda capa de información del medio se barre mediante el
controlador del medio óptico. Durante el barrido la OPU se moverá
radialmente hacia adentro o hacia fuera mientras el medio gira.
Cuando las variaciones de espesor de TS0 y TS1 están dentro de
dichos límites la aberración esférica también permanece dentro de
límites aceptables respecto al área total del medio. En el único
caso en el que se requiere la corrección es cuando la OPU pasa de
enfocar en la primera capa de información a enfocar en la segunda
capa de información y
viceversa.
viceversa.
En otra realización n_{TS0} y n_{TS1} tienen
un valor de 1,6 y se cumplen las siguientes condiciones 95 \mum
\leq d_{TS0} \leq 105 \mum y 70 \mum \leq d_{TS1}
\leq 80 \mum. La mayoría de los materiales plásticos utilizados
como capas transparentes tienen un índice de refracción de 1,6 o
sustancialmente próximo al mismo. En este caso una lectura de
salida fiable es posible cuando los espesores están dentro de los
intervalos mencionados.
En otra realización el espesor de la capa
espaciadora es de 25 \mum o sustancialmente próximo a 25 \mum y
el espesor de la capa de recubrimiento es de 75 \mum o
sustancialmente próximo a 75 \mum. Es ventajoso desde el punto de
vista de la fabricación utilizar un valor sustancialmente fijo de
los espesores de la capa espaciadora y de la de recubrimiento. Por
ejemplo, un método de fabricación comprende la aplicación de un
adhesivo sensible a la presión (pressure sensible adhesive, PSA)
con un espesor predeterminado que se cura por UV después de ponerse
en contacto con otras capas del medio. Este material se suministra
normalmente como una lámina metálica con el PSA en una o ambos
lados y dichas láminas se fabrican con un determinado espesor.
La invención se aclarará en mayor detalle en
referencia a los dibujos adjuntos en los que
La figura 1 muestra el área permisible de
espesores de las pilas TS0 y TS1 de transmisión en función del
índice de refracción.
La figura 2 muestra esquemáticamente un diagrama
de un medio de grabación de dos pilas según la invención.
La figura 3 muestra una simulación de
fluctuación de datos a reloj
(data-to-clock) durante la lectura
de salida en función de la luz parásita de la capa de información
adyacente desenfocada.
La figura 4 muestra una simulación por trazado
de rayos de la luz reflejada en el fotodetector en función del
espesor de la capa espaciadora.
En la figura 1 se indican los intervalos de
espesores permitidos de TS0 y TS1. El espesor d_{TS0} que depende
del índice n_{TS0}de refracción está dentro de la zona 1 sombreada
superior y el espesor d_{TS1} que depende del índice n_{TS1} de
refracción está dentro de la zona 2 sombreada inferior. La capa 24
espaciadora (figura 2) tiene un espesor seleccionado del intervalo
de 20 - 30 \mum.
En la figura 2 se muestra una realización del
medio 20 óptico de almacenamiento de datos de dos pilas según la
invención. Un haz 29 de láser enfocado con una longitud de onda
\lambda de 405 nm y una apertura numérica (AN) de 0,85 se
introduce a través de la cara 26 de admisión del medio 20 durante la
lectura de salida. En un lado de un sustrato 21 fabricado en
policarbonato se encuentran presentes: una primera pila 22 de capas
denominada L0 que comprende una primera capa de información, una
segunda pila 23 de capas denominada L1, que comprende una segunda
capa de información. L1 se encuentra en una posición más próxima a
la cara 26 de admisión y L0 se encuentra más alejado de la cara 26
de admisión que L1. Una capa 24 espaciadora transparente fabricada
en una resina curada por UV, por ejemplo, SD 694 fabricada por DIC,
se encuentra entre L0 y L1. Una capa 25 de recubrimiento
transparente se encuentra entre la cara 26 de admisión y L1 y puede
fabricarse del mismo material o de una lámina de PC o PMMA con un
adhesivo sensible a la presión (PSA). La capa espaciadora puede ser
también una lámina combinada con PSA. La pila de transmisión
denominada TS0 tiene un espesor d_{TS0} de 100 \mum y un índice
n_{TSO} de refracción efectivo = 1,6 y contiene todas las capas
entre L0 y la cara 26 de admisión. La pila 23 L1 tiene un espesor
relativamente pequeño como máximo de varios cientos de nm cuya
influencia puede despreciarse. Naturalmente L1 afecta a la
transmisión óptica pero este aspecto no se trata aquí. La pila de
transmisión denominada TS1 tiene un espesor d_{TS1} de 75 \mum y
un índice n_{TS1} de refracción efectivo de 1,6 y contiene todas
las capas entre L1 y la cara (26) de admisión. La capa (24)
espaciadora tiene un espesor de 25 \mum. El espesor d_{TS0} =
100 \mum en un índice n_{TS0} de refracción = 1,6 está dentro de
la zona sombreada superior de la figura 1 y el espesor d_{TS1} =
75 \mum en un índice n_{TS0} de refracción = 1,6 está dentro de
la zona sombreada inferior de la figura 1.
En la figura 3 el modelo de fluctuación de datos
a reloj en % durante la lectura de la primera capa de información
de L0 en función de la luz parásita de la capa de información
desenfocada, por ejemplo, la segunda capa de información de L1, se
representa en el gráfico 30. La fluctuación sin la luz parásita se
ha seleccionado para ser del 5,8%. En un nivel de luz parásita del
15% la fluctuación ha aumentado del 5,8% al 6,5% lo que es
tolerable.
En la figura 4 la simulación de trazado de rayos
de la luz reflejada sobre el fotodetector en función del espesor de
la capa espaciadora se representa en el gráfico 40. Un límite
superior del 15% en la luz parásita se representa mediante la
línea 41 discontinua. La luz parásita en función del espesor de la
capa espaciadora se calculó para un tamaño de detector de OPU de
100 \mum y un factor de amplificación de 10. El espesor mínimo de
la capa 24 espaciadora (figura 2) para garantizar una luz parásita
inferior al 15% es de 20 \mum.
Según la invención un medio óptico de
almacenamiento de datos de dos pilas se describe para la lectura de
salida utilizando un haz de radiación enfocado con una longitud de
onda de 400 - 410 nm y un apertura numérica (AN) de 0,84 - 0,86. El
medio tiene un sustrato y una primera pila de capas denominada L0
que comprende una primera capa de información y una segunda pila de
capas denominada L1, que comprende una segunda capa de información.
Una capa espaciadora transparente del haz de radiación se encuentra
entre L0 y L1. Una pila de transmisión denominada TS0 con un
espesor d_{TS0} y un índice n_{TS0} de refracción efectivo
contiene todas las capas entre L0 y L1. Una pila de transmisión
denominada TS0 con un espesor d_{TS0} y un índice n_{TS0} de
refracción efectivo que contiene todas las capas entre L0 y la cara
de admisión del medio. Una pila TS1 de transmisión con un espesor
d_{TS1} y un índice n_{TS1} de refracción efectivo que contiene
todas las capas entre L1 y la cara de admisión. La capa espaciadora
tiene un espesor seleccionado del intervalo de 20 - 30 \mum, el
espesor d_{TS0} que depende del índice n_{TS0} de refracción y
el espesor d_{TS1} que depende del índice n_{TS1} de refracción
están dentro de una zona especificada. De este modo se consigue una
lectura de salida fiable tanto de la primera como de la segunda
capa de información respectivamente.
Claims (5)
1. Medio (20) óptico de almacenamiento de datos
de dos pilas para al menos lectura de salida utilizando un haz (29)
de radiación enfocado con una longitud de onda \lambda entre 400
nm y 410 nm y una apertura numérica (AN) entre 0,84 y 0,86 que se
introduce a través de una cara (26) de admisión del medio (20)
durante la lectura de salida, que comprende:
- un sustrato (21) en un lado del cual están
presentes:
- -
- una primera pila (L0, 22) de capas que comprende una primera capa de información,
- -
- una segunda pila (L1, 23) de capas, que comprende una segunda capa de información, encontrándose dicha segunda pila (L1, 23) de capas en una posición más próxima a la cara (26) de admisión y dicha primera pila (L0, 22) de capas más alejada de la cara (26) de admisión que la segunda pila (L1, 23) de capas,
- una capa (24) espaciadora transparente de haz
(29) de radiación entre dicha primera pila (L0, 22) de capas y
dicha segunda pila (L1, 23) de capas,
- una capa (25) de recubrimiento transparente de
haz (29) de radiación entre la cara (26) de admisión y dicha
segunda pila (L1, 23) de capas,
- una pila (TS0) de transmisión con un espesor
d_{TS0} y un índice n_{TS0} de refracción efectivo que contiene
todas las capas entre dicha primera pila (L0, 22) de capas y la cara
(26) de admisión,
- una pila (TS1) de transmisión con un espesor
d_{TS1} y un índice n_{TS1} de refracción efectivo que contiene
todas las capas entre dicha segunda pila (L1, 23) de capas y la cara
(26) de admisión,
caracterizado porque
la capa (24) espaciadora tiene un espesor
seleccionado del intervalo 20-30 \mum, el espesor
d_{TS0} que_{ }depende del índice n_{TS0} de refracción está
en la zona sombreada superior de la Figura 1 y el espesor d_{TS1}
que depende del índice n_{TS0} de refracción está en la zona
sombreada inferior de la Figura 1.
2. Medio (20) óptico de almacenamiento de datos
según la reivindicación 1, en el que las máximas desviaciones de
d_{TS0} y d_{TS1} de los valores medios respectivos de d_{TS0}
y d_{TS1} entre un radio de 23 mm y 24 mm del medio (20) no
excede \pm 2 \mum medidos respecto al área total del medio
(20).
3. Medio (20) óptico de almacenamiento de datos
según las reivindicaciones 1 o 2, en el que tanto n_{TS0} como
n_{TS1} tienen un valor de 1,6 y se cumplen las siguientes
condiciones: 95 \mum \leq d_{TS0} \leq 105 \mum y 70
\mum \leq d_{TS1} \leq 80 \mum.
4. Medio (20) óptico de almacenamiento de datos
según las reivindicaciones 1 a 3, en el que el espesor de la capa
(24) espaciadora es de 25 \mum o sustancialmente próximo a 25
\mum y el espesor de la capa (25) de recubrimiento es de 75
\mum o sustancialmente próximo a 75 \mum.
5. Utilización de un medio óptico de
almacenamiento de datos según una cualquiera de las reivindicaciones
anteriores.
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