KR100525762B1 - 광디스크 및 그 정보 재생 장치 - Google Patents

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요코가와후미히코
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Abstract

광디스크는 소정의 트랙 피치를 갖는 피트열로 정보 기록을 갖는 정보 기록층과 상기 정보 기록층에 형성된 광투과층을 구비하고, 정보가 대물렌즈에 의해 상기 광투과층에서 상기 정보 기록층으로 조사된(illuminated) 광빔에 의해 재생될 수 있다. 광디스크는 트랙 피치가 TP, 최단 피트 길이가 Tmin, 광빔의 파장이 λ, 상기 대물렌즈의 개구수(numerical aperture)가 NA 일때, 0.194(/NA)2 ≤TP ×Tmin ≤0.264(/NA)2의 관계를 충족시키고, 트랙 피치의 0.280 ~ 0.325 ㎛ 범위에서 피트 폭이 120nm 이하인 것을 특징으로 한다.

Description

광디스크 및 그 정보 재생 장치{OPTICAL DISC AND INFORMATION REPRODUCING APPARATUS FOR SAME}
본 발명은 정보를 피트열의 형태로 기록한 광디스크 및 광디스크를 설치해 광빔을 이용하여 정보를 재생하는 정보 재생 장치에 관한 것이다.
종래, 고밀도에 정보를 기록한 광디스크로서 DVD(Digital Versatile Disc)가 개발되고 있다. 이 DVD는 파장 650nm의 광빔을 개구수 NA=0.6의 광학계에 의해 광디스크에 조사하고(illuminating), 편면에서 2.6MB의 데이터를 기록할 수 있다. 이 DVD 편면에서 1 홈(home)의 영상 신호를 기록하는 것이 가능하다.
그런데, 가정용 비디오 테이프 레코더는 기본의 녹화 시간이 2시간 정도이기 때문에, 비디오 테이프 레코더와 동일한 기록을 광디스크 및 연주 장치 즉 정보 재생 장치로 확보하기 위해서는 또한 많은 데이터를 광디스크에 기록 가능하게 할 필요가 있다. 또 광디스크의 특징인 랜덤 액세스 기능들을 유효하게 이용하고 편집등의 처리를 실행 가능하게 하기 위해서는 영상 신호를 3시간 정도 기록한 것이 필요해 진다.
게다가, 고밀도 재생 전용 광디스크가 시장으로부터 요구되고 있다. BS(broadcasting satellite) 디지털 텔레비젼 방송에서 제공된 디지털 HDTV(digital high definition television)의 전송율은 20 ~ 24Mbps가 된다고 예상된다. 이 디지털 HDTV 영상 영화 1개분 정도(약 2시간 반=150분)를 기록하기 위해서는, (20 ~ 25 Mbps)/8(bits)/1000 ×150(분) ×60(초)= 22.5 ~ 27GB가 필요하다. 기본적으로, 정보 재생 장치의 재생 능력은 대물 렌즈의 NA와 광빔의 파장 λ를 이용하고 NA/λ에 의해 결정된다. 따라서 NA를 크게하여 λ를 작게 한 것으로 광디스크의 기록 재생 밀도를 향상시키는 것이 가능하다. 현재의 DVD는 λ=650nm이면서 NA=0.6으로 광디스크 표면과 반사 기록면(정보 기록층)과의 사이의 두께가 0.6mm인 광투과층의 광디스크 시스템을 이용하고 있다.
예를들어, 일본 특허 제 2704107호는 재생용 광빔의 파장을 λ[㎛], 대물렌즈의 개구수를 NA로 했을때, 트랙 피트치가 (0.72 ~ 0.8) ×λ/NA/1.14㎛, 피트의 폭 즉 상부폭이 (0.3 ~ 0.45) ×λ/NA/1.14㎛, 피트의 바닥부폭 즉 하부폭이 (0.2 ~ 0.25) ×λ/NA/1.14㎛인 광디스크를 설명하고 있다. 이러한 광디스크에 의하고 상기 트랙 피치 범위의 아래로 특정 피트 형상을 선택한 것에 의해 인접 트랙(track)간의 크로스토크(crosstalk) 양을 억제하고 있다.
관계된 종래 기술로는 트랙 피치나 피트 폭을 결정하는 때에, 도1에 도시된 것과 같이, 단일 주파수의 피트열을 가정하고 재생용 광 스폿(spot)이 트랙 중심으로 부터 일정량 변이한 위치를 주사한 때 얻어지는 광검출기의 출력 신호의 기본 주파수 성분의 신호 진폭을 크로스토크로 평가하고 있다.
또한 데이터를 고밀도에 기록하기 위해 예를들면, λ=405nm이면서 NA=0.85를 상정하고 상기의 종래 광디스크의 특정 피트 형상을 단순하게 환산하면 트랙 피치 TP = 0.301 ~ 0.334 ㎛, 피트의 상부 폭 Wm = 125 ~188 nm, 피트의 하부 폭 Wi = 80 ~ 100 nm로 된다. 이와 같이 종래 기술로 규정된 광디스크를 재생하면, 트랙 피치와 피트 폭의 관계가 최적치로부터 빗나가기 때문에 RF 신호 특성의 우열을 나타내는 크로스토크 신호 진폭 및 메인 신호 진폭이 실제상 문제되지 않는다. -9dB를 상회해 버리면 충분한 시스템 마진이 확보될 수 없는 문제가 있다.
도 1은 종래 기술에 인접 트랙(track)간의 크로스토크의 평가를 위해 이용한 광디스크 위의 피트 배열을 나타내는 모식도이다.
도 2는 광디스크 틸트(tilt)에 의해 생기는 코마 수차 계수(comma aberration coefficient)의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 광디스크에 있어서 디포커스(defocus) 양에 의존한 파면 수차 계수의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명에 의한 크로스토크 신호 진폭 / 메인 신호 진폭의 평가값에 있어서 메인 신호를 계산하기 위해 사용된 광디스크에 트랙에 신호 주기를 갖고 배열된 최단 길이 피트 길이를 갖는 피트들의 피트 배열을 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명에 의한 크로스토크 신호 진폭 / 메인 신호 진폭의 평가값에 있어서 메인 신호를 계산하기 위해 사용된 광디스크에 트랙에 신호 주기를 갖고 배열된 최장 길이 피트 길이를 갖는 피트들의 피트 배열을 나타내는 모식도이다.
도 6은 트랙 피치 TP와 최단 피트 길이 Tmin 와의 곱이 0.044㎛2 경우에 있어서 트랙 피치 및 피트 폭을 변화시켰던 때의 크로스토크 신호 진폭/ 메인 신호 진폭의 값의 변화를 나타내는 3차원 그래프이다.
도 7은 도 6에 대응한 2차원 그래프이다.
도 8은 트랙 피치 TP와 최단 피트 길이 Tmin 와의 곱이 0.050㎛2 경우에 있어서 트랙 피치 및 피트 폭을 변화시켰던 때의 크로스토크 신호 진폭 / 메인 신호 진폭의 값의 변화를 나타내는 3차원 그래프이다.
도 9는 트랙 피치 TP와 최단 피트 길이 Tmin 와의 곱이 0.060㎛2 경우에 있어서 트랙 피치 및 피트 폭을 변화시켰던 때의 크로스토크 신호 진폭 / 메인 신호 진폭의 값의 변화를 나타내는 3차원 그래프이다.
도 10은 도 8에 대응한 2차원 그래프이다.
도 11은 도 9에 대응한 2차원 그래프이다.
도 12는 트랙 피치 TP와 최단 피트 길이 Tmin 와의 곱이 0.194 (λ/NA)2 의 경우에 있어서 개구수를 0.78로 했을 때의 크로스토크 신호 진폭 / 메인 신호 진폭의 값의 변화를 나타내는 3차원 그래프이다.
도 13은 트랙 피치 TP와 최단 피트 길이 Tmin 와의 곱이 0.194 (λ/NA)2 의 경우에 있어서 개구수를 0.86로 했을 때의 크로스토크 신호 진폭 / 메인 신호 진폭의 값의 변화를 나타내는 3차원 그래프이다.
도 14는 트랙 피치 TP와 최단 피트 길이 Tmin 와의 곱이 0.194 (λ/NA)2 의 경우에 있어서 광빔 파장을 415nm로 했을 때의 크로스토크 신호 진폭 / 메인 신호 진폭의 값의 변화를 나타내는 3차원 그래프이다.
도 15는 트랙 피치 TP와 최단 피트 길이 Tmin 와의 곱이 0.194 (λ/NA)2 의 경우에 있어서 광빔 파장을 400nm로 했을 때의 크로스토크 신호 진폭 / 메인 신호 진폭의 값의 변화를 나타내는 3차원 그래프이다.
도 16은 도 12에 대응한 2차원 그래프이다.
도 17은 도 13에 대응한 2차원 그래프이다.
도 18은 도 14에 대응한 2차원 그래프이다.
도 19는 도 15에 대응한 2차원 그래프이다.
도 20은 본 발명의 한 실시예의 광디스크 위의 피트 형상을 설명하기 위한 모식도이다.
도 21은 본 발명의 한 실시예의 광디스크에 있어서 피트의 상부폭을 100nm에 고정하고 피트의 하부폭을 0 ~ 100nm에서 변화시킨 경우, 메인 신호 진폭 Main(Tmin), 크로스토크 신호 진폭 Cross Talk(Tmax) 및 크로스토크 신호 진폭 / 메인 신호 진폭의 값(Cross Talk/Main)의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 22는 본 발명의 한 실시예의 광디스크의 원반 단면의 모식도이다.
도 23는 본 발명의 한 실시예의 광디스크의 원반 단면의 모식도이다.
도 24는 본 발명의 한 실시예의 광디스크의 원반 단면의 모식도이다.
도 25는 광디스크 정보 재생 장치의 재생 광학계의 모델이고 실시 형태의 한예의 광 픽업(pickup) 장치를 구비한 정보 기록 재생 장치를 나타내는 모식도이다.
본 발명은 이상의 점을 고려해 이루어진 것이다. 본 발명은 보다 단파장의 재생용 광빔과 동시에 보다 높은 개구수의 광학계를 이용하여 종래의 DVD에 비해 고밀도에 데이터를 기록할 수 있는 차세대의 광디스크 및 정보 재생 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 광디스크는 소정의 트랙 피치를 갖는 피트열로 정보 기록을 갖는 정보 기록층과 상기 정보 기록층에 형성된 광투과층을 구비하고, 정보가 대물렌즈에 의해 상기 광투과층에서 상기 정보 기록층으로 조사된(illuminated) 광빔에 의해 재생될 수 있는 광디스크로서, 트랙 피치는 TP, 최단 피트 길이는 Tmin, 광빔의 파장은 λ, 상기 대물렌즈의 개구수(numerical aperture)는 NA 일때, 0.194(λ/NA)2 ≤TP ×Tmin ≤0.264(λ/NA)2의 관계를 충족시키고, 트랙 피치의 0.280 ~ 0.325 ㎛ 범위에서 피트 폭이 120nm 이하인 것을 특징으로 한다.
발명에 따른 기록 매체의 한 관점에서, 피트의 바닥부폭이 40nm 이상인 것을 특징으로 한다.
발명에 따른 기록 매체의 다른 관점에서, 광빔은 파장 λ = 400 ~ 415 nm이고, 상기 대물렌즈의 개구수 NA는 0.78 ~ 0.86인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 광디스크 정보 재생 장치는 소정의 트랙 피치를 갖는 피트의 열로 정보 기록을 갖는 정보 기록층과 상기 정보 기록층상에 형성된 광투과층을 구비한 광디스크를 회전 자유롭게 지지하는 수단과, 광빔을 방사하는 광원, 상기 광디스크의 상기 광투과층을 통해 상기 정보 기록층을 향해 광빔을 초점을 맞추는 대물렌즈, 상기 광빔을 상기 대물렌즈에 유도하는 조사 광학계, 및 광검출 수단을 포함하여 상기 대물렌즈를 통해 상기 정보 기록층으로 부터 상기 광검출 수단으로 반사광을 유도하는 검출 광학계, 상기 광검출 수단으로 부터의 출력에 근거하고 상기 광디스크에 기록되고 있는 정보를 재생하는 수단을 구비한 정보 재생 장치로서, 상기 광디스크는 상기 트랙 피치를 TP, 최단 피트 거리를 Tmin, 상기 광빔의 파장을 λ, 상기 대물 렌즈의 개구수를 NA로 했을때, 0.194(λ/NA)2 ≤TP ×Tmin ≤0.264(λ/NA)2의 관계를 충족시키고, 상기 트랙 피치의 0.280 ~ 0.325 ㎛ 범위에서 피트 폭이 120nm 이하인 것을 특징으로 한다.
발명에 따른 정보 재생 장치의 한 관점에서, 피트의 바닥부폭이 40nm 이상인 것을 특징으로 한다.
발명에 따른 정보 재생 장치의 다른 관점에서, 상기 광원은 파장 λ = 400 ~ 415 nm의 청색 반도체 레이저이고, 상기 대물 렌즈의 개구수 NA는 0.78 ~ 0.86 인 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명자는 λ=405nm 부근, NA=0.85 부근의 시스템으로서 적당한 평가 방법을 고안하고 그것을 이용해 광디스크 시스템으로서 보다 안정된 트랙 피치 및 피트 폭의 범위를 알았다. 그 결과 트랙 피치를 0.280 ~ 0.325 ㎛이면서 피트 폭을 120nm 이하로 할 필요가 있다는 것을 알았다. 이와 같은 광디스크를 재생하면 RF 신호 특성의 우열을 나타내는 크로스토크 신호 진폭 / 메인 신호 진폭의 값이 실제상 문제되지 않는다. -9dB 이하가 되고 안정된 시스템을 실현할 수 있다.
먼저, 본 발명의 기본적인 사고 방식을 설명한다. 발명자는 폭이 좁은 피트를 제작하기 위해 전자 빔 레코더(이하 EBR 이라 한다)를 이용하여 광디스크를 제조했다.(Y.kojima, H.Kitahara, O.Kasono, M.Katsumura and Y.Wada : "High Density Electron Beam", Jpn.J.Appl.Phys.37(1998) p2137-2143) 또, 광학 시뮬레이션에 의하여 본 발명의 광디스크 시스템에 최적인 트랙 피치 및 피트 폭을 구했다.
광디스크 틸트(tilt)가 있는 경우에 발생한 코마 수차 W31 은 이하의 식에서 주어진다.
여기에서, n은 광디스크 기판의 굴절율, Dth는 광디스크 기판의 두께, NA는 개구수, Dti는 디스크 틸트 각, λ는 광빔의 파장이다. 종래의 DVD는 재생용 광빔이 투과한 기판의 두께가 0.6mm였기 때문에 광디스크의 광빔의 광축에 대한 경사(이른바 틸트), 특히 래디얼(radial) 방향의 틸트에 의해 생기는 코마 수차가 시스템의 재생 마진을 결정하고 있다. 래디얼 틸트 특성이 가장 엄격한 시스템의 경우, 크로스토크가 충분히 작아지도록 트랙 피치 및 피트 폭을 최적화할 필요가 있다.
본 발명의 광디스크 시스템에서, 광디스크 틸트에 의해 생기는 코마 수차를 검토하면, 도 2에 도시된 0.1mm의 광투과층을 이용한 경우, 본 케이스의 광디스크 (NA,λ)=(0.85,405nm)와 종래의 DVD (NA,λ)=(0.60,650nm)와 비교하고 광디스크 틸트에 의해 생기는 코마 수차 W31 은 이하의 식에서 주어진다.
상기식으로부터 알 수 있듯이 동일한 디포커스 양 Ddef에 대해 발생한 수차량 W20은 본 케이스의 광디스크 (NA,λ)=(0.85,405nm)로 하는 것이 종래 DVD의 (NA,λ)=(0.60,650nm)의 경우에 약 3.8배가 된다(도 3 참조). 즉, 본 발명의 광디스크 시스템에서는 디포커스 특성이 시스템의 재생 마진을 결정하는 것이 된다. 디포커스 경우는, 크로스토크가 증가함과 동시에 부호간 간섭(접선 방향의 크로스토크라고 해석할 수 있다)도 증가한다. 따라서 디포커스 특성이 엄격한 광디스크 시스템에서는 크로스토크와 동시에 부호간 간섭이 충분히 작아지도록 트랙 피치 및 피트 폭을 최적화할 필요가 있다.
통상 부호간 간섭은 메인 신호 진폭을 크게하는 것으로 억제하는 것이 가능하다. 본 발명은 트랙 피치나 피트 폭을 결정할 때의 계산 모델을 다음과 같이 설정했다.
(1)트랙 피치 TP와 최단 피트 길이 Tmin과의 곱이 일정(즉, 기록 밀도가 일정)하다는 조건을 부가한다.(이하, 단지 TP ×Tmin이라고 기술한다)
(2) 평가된 값은 트랙중심에서 트랙포인트까지 시프트되는 재생 광 스폿(spot)으로 부터 얻어지는 신호 진폭으로 주어지는 것이 아니라 크로스토크 신호 진폭 / 메인 신호 진폭으로 주어진다.
(3) 메인 신호를 계산할 때에는, 도 4에 도시된 피트 길이에서 최단 피트를 트랙 위에 단일 주기로 배치한 경우의 값을 이용한다. 가장 부호간 간섭이 발생하기 쉬운 엄격한 조건이기 때문이다. 또, 크로스토크 신호를 계산할 때에는 도 5에 도시된 피트 길이에서 최장 피트를 트랙 위에 단일 주기로 배치한 경우의 값을 이용한다. 가장 크로스토크가 발생하기 쉬운 엄격한 조건이기 때문이다. 크로스토크 신호 진폭은 트랙 위에서 정확하게 트랙 피치만큼 떨어진 위치를 재생 빔이 주사한 때의 신호 진폭이다. 또한, 피트의 단면 형상은 그 측면의 사면폭이 제로, 즉 윗면에서 바닥면에 경사가 90도이다. 피트의 단면 사면의 각도가 있는 경우는 후술한다.
이 모델을 이용하고 (NA,λ)=(0.85,405nm), TP ×Tmin=0.044㎛2 의 경우 트랙피치(㎛) 및 피트 폭(nm)을 변화시켰던 때의 크로스토크 신호 진폭 / 메인 신호 진폭(dB)의 변화를 시뮬레이션에 의해 구하고 평가했다. TP ×Tmin=0.044㎛2 은 (1,7) RLL 변조의 경우에는 직경 12cm의 광디스크에 약 27GB의 데이터를 기록한 것에 상당한다. 이것은, 전술했던 것처럼 HDTV 영상을 2시간 30분 기록하는데도 충분한 밀도이다.
그 시뮬레이션 결과를 도 6의 3차원 그래프에 나타낸다. 도면으로부터 트랙 피치 0.24 ~ 0.36 ㎛로 피트 폭 10 ~ 190nm의 범위에서 트랙 피치 0.3㎛ 및 피트 폭 10 ~ 40nm 부근에서 바닥 시세를 나타내는 분포를 확인할 수 있다.
마찬가지로, 도 7에 시뮬레이션 결과의 등고선 그래프를 나타낸다. 크로스토크 신호 진폭 / 메인 신호 진폭이 -8 ~ -9dB(메인 신호에 대해 크로스토크 신호가 약 1/3)이하라면 실제상 대부분 문제가 없다고 생각된다. 일반적으로 넓은 피트 폭의 쪽이 메인 신호의 절대 진폭이 크게 얻어지기 때문에 S/N의 억제에 유리해 진다. 일반적으로 넓은 트랙 피치의 쪽이 트래킹 서보(tracking servo)에 있어 유리하다. 즉 도 7에 있어 크로스토크 신호 진폭 / 메인 신호 진폭이 -9dB 이하에서 또한 가능한한 오른쪽 위가 바람직하다.
이상의 내용으로부터, 실제상 문제가 없다고 생각된 트랙 피치와 피트 폭을 선택한다면 도 7에 있어서 A에 나타내는 태선내(bold square) 즉 트랙 피치 0.27 ~ 0.325㎛와 피트 폭 120㎛이하의 범위가 된다.
다음에, TP ×Tmin의 값을 크게 한 경우(즉 기록 용량을 작게 한 경우)에 관하여 확인 계산을 행했다.
TP ×Tmin이 0.050㎛2 및 0.060㎛2 의 경우의 시뮬레이션 결과를 도 8 및 도 9의 3차원 그래프에 나타낸다. 이들 3차원 그래프로부터 크로스토크 신호 진폭 / 메인 신호 진폭의 값이 낮은 트랙 피치 및 피트 폭의 범위의 분포가 확산된 것이 밝혀진다. 마찬가지로, 도 8 및 도 9에 각각 대응한 도 10 및 도 11의 등고선 그래프로부터 명확한 것처럼 TP ×Tmin를 크게 하여도 도 10 및 도 11에 있어서 A로 나타내는 태선내 즉 트랙 피치 0.27 ~ 0.325㎛와 피트 폭 120㎛ 이하의 범위라면 크로스토크 신호 진폭 / 메인 신호 진폭의 값은 작게 유지할 수 있는 것이 밝혀진다. 즉, TP ×Tmin=0.044㎛2 의 때(기록 용량 27GB 상당히)의 선택 범위로 한정해 두면, TP ×Tmin를 크게 한 경우(즉 기록 용량을 작게 한 경우)는 전혀 문제가 없는 것이 밝혀진다.
여기에서, TP ×Tmin의 값을 (λ/NA)2를 이용해 나타내면 TP ×Tmin = 0.44 ~ 0.060㎛2 의 범위는 0.194 (λ/NA)2 ~ 0.264 (λ/NA)2 으로 된다. 이상의 내용으로부터, TP ×Tmin = 0.194(λ/NA)2 ~ 0.264(λ/NA)2 의 경우에는 트랙 피치 범위가 0.270 ~ 0.325㎛인 동시에 피트폭 범위가 120nm 이하로 한 것으로 크로스토크와 부호간 간섭을 실제상 문제가 없는 정도로 작게 억제하는 것이 가능하다. (1,7) RLL 변조를 이용하면, 상기 범위는 직경 12cm의 광디스크에 약 27.1 ~ 19.9GB의 데이터를 기록한 것에 상당한다.
다음에, 개구수 NA 및 광빔 파장 λ가 변화한 때의 영향을 검토했다. 이 때, TP ×Tmin은 상기의 검토로 가장 엄격한 조건이였다. 0.194(λ/NA)2 라고 했다.
개구수 NA가 0.78 및 0.86의 경우 즉, (NA,λ)=(0.78,405nm) 및 (NA,λ)=(0.86,405nm)의 경우의 시뮬레이션 결과를 도 12 및 도 13의 3차원 그래프에 나타낸다. 또, 광빔 파장 λ가 415nm 및 400nm의 경우 즉, (NA,λ)=(0.85,415nm) 및 (NA,λ)=(0.85,400nm)의 경우의 시뮬레이션 결과를 도 14 및 도 15의 3차원 그래프에 나타낸다. 이들 3차원 그래프로부터, 크로스토크 신호 진폭 / 메인 신호 진폭의 값이 낮은 트랙 피치 및 피트 폭의 범위의 분포가 개구수 NA 및 광빔 파장 λ가 변화해도 거의 채워지는 것이 밝혀진다. 마찬가지로, 도 12 ~ 도 15에 각각 대응한 도 16 ~ 도 19의 등고선 그래프로부터 명확하고 특히 도 16에 도시된 NA=0.78일때, 트랙 피치의 하한을 0.27㎛으로부터 0.28㎛로 좁힐 필요가 있다는 것을 알았다. 그 밖의 것은 상기의 트랙 피치 및 피트 폭의 범위에서 문제가 없는 것이 밝혀진다.
이상의 결과를 정리하면 다음과 같은 것이 밝혀진다.
NA= 0.78 ~ 0.86인 동시에 λ=400 ~ 415nm를 이용한 시스템에 있어서, TP ×Tmin= 0.194(λ/NA)2 ~ 0.264(λ/NA)2 의 범위에서는 트랙 피치= 0.280 ~ 0.325㎛인 동시에 피트 폭= 120nm 이하의 범위로 하는 것으로 크로스토크와 부호간 간섭을 실제상 문제가 없는 정도로 작게 억제할 수 있다.
한편, 재생 전용 광디스크 제조에 있어서 피트를 렌더링(rendering)하는데 사용된 레이저 빔 레코더(이하 LBR 이라고함)를 이용하고 있지만, LBR로는 피트 폭=200nm 정도의 피트밖에 렌더링할 수 없다.
그러나, EBR을 이용하면 상기 피트 폭을 실현하는 것이 가능하다. EBR을 이용하여 제작한 피트는 LBR로 제작한 피트보다도 피트 사면부의 폭을 꽤 좁게 하는 것이 가능하다. 그렇지만, 상기의 검토로 이용한 모델과 같이 엄밀하게는 피트의 상부폭(개구폭)과 하부폭(바닥부폭)을 동일하게 하는 것은 가능하지 않다.
그러면, 피트의 상부폭을 고정한 때에 피트의 하부폭이 좁아지는 것의 영향을 검토했다. 도 20은 본 발명의 광디스크에 있어서 피트 형상을 설명하기 위한 도면이다. 이 경우, 피트 10의 주연(peripheral edge)은 하강 경사의 경사부가 있고 바닥부는 거의 평탄하게(flat) 되어있다. 도면 부호 11은 피트 10의 광디스크 반경 방향(트랙 폭 방향)의 단면, 도면 부호 12는 광디스크 원주 방향(트랙 방향)의 단면이고, Wm은 피트 10의 상부 개구의 트랙 폭 방향의 길이(상부폭), Wi는 피트 10의 바닥부의 트랙 폭 방향의 길이(하부폭) 이다. (NA,λ)=(0.85,405nm)이면서 TP ×Tmin=0.194(λ/NA)2 로 하여 도 20에 피트의 상부 폭 Wm를 100nm에 고정하고 피트의 하부폭 Wi를 0 ~ 100 nm로 변화시켰다. 이 광디스크는 트랙 피치=0.30㎛이면서 최단 피트 길이 =0.147㎛의 광디스크가 대응한다.
이 시뮬레이션 결과를 도 21의 그래프에 나타낸다. 도면으로부터 알 수 있듯이, 피트의 상부폭이 고정되어 있으면 메인 신호 진폭 Main(Tmin) 및 크로스토크 신호 진폭 CrossTalk(Tmax)이 마찬가지로 변화하기 때문에 피트의 하부폭이 좁아져도 크로스토크 신호 진폭 / 메인 신호 진폭의 값(CrossTalk/Main)은 대부분 변화하지 않는 것이 밝혀진다.
즉, 상기의 트랙 피치 및 피트 폭의 범위는 피트의 하부폭의 값에 의존하지 않고 유효한 것이 밝혀진다. 그렇지만 피트의 하부폭을 너무 좁게 하면 재생 전용 광디스크 제조에 있어서 피트 렌더링시에 고르지 않은 상태가 생기고 재현성이 좋은 피트 형상을 얻기 어렵게 된다. 즉, 원반 작성상 홈부 바닥 측면의 경사각도의 제어가 레지스트 재료의 종류, 막두께 분포, 현상 조건에 의해 변화하기 때문에 어렵게 피트 홈부 바닥의 바닥부가 형성되지 않는 경우가 생긴다.
이하에 피트의 하부폭을 좁게 하면 안정된 피트를 형성하는 것이 어려운 이유를 상술한다.
EBR에 의한 광디스크의 마스터링(mastering)에 있어서는, 레지스트가 마스터 디스크에 적용된다. 이것은 마스터 디스크에 전자 빔을 조사(illuminating)하고 노출(exposure)하고 회전된다. 그 후에, 레지스트는 현상되고(developed) 노출에서 피트에 상당하는 홈부를 형성한다.
도 22 및 도 23의 원반 단면의 모식도에 나타나듯이 피트 홈부 바닥은 통상 깊이 방향에 각도를 갖고 형성된다. 이 각도는 레지스트의 종류뿐만 아니라 노출(exposure) 강도 분포나 현상(developing) 프로세스 등에 의해서도 변화하기 때문에 정밀하게 컨트롤하는 것이 어렵고 어느 정도의 고르지 않은 상태가 생기는 것은 피할 수 없다. 도 22 및 도 23은 모두 피트 깊이 64nm로 피트의 상부폭은 110nm로서 홈부 바닥 측면의 경사가 변화한 경우를 나타내고 있다.
도 22는 측면 경사가 각도 75도를 중심으로 ±10도 변화한 모습을 나타낸다. 피트의 하부폭은 측면 경사가 각도 75도의 경우 76nm이고, 65도로는 50nm이고, 85도로는 99nm로 경사에 따라 변화한다.
한편, 도 23은 측면 경사가 각도 50도를 중심으로 ±10도 변화한 모습을 나타낸다. 측면의 경사각도가 50도의 경우 피트의 하부폭은 2.6nm로 거의 삼각형상의 단면이 되기 때문에 경사 각도가 60도의 경우는 피트의 하부폭이 36nm로 되지만 40도의 경우는 필요한 64nm(/6.25)의 깊이까지 피트가 형성되고 있지 않다. 이상으로부터, 원반 제조에 있어 피트의 하부폭을 너무 좁게 하면, 필요한 깊이의 피트를 안정되게 제작하는 것이 어려워진다.
원반으로부터 제작한 스탬퍼를 이용해 수지를 사출 성형하는 공정도 피트 폭이 좁아지는 것에 따라 어려워진다. 그 한계를 실험에서 조사한 결과 피트의 깊이 60nm(λ/6.66)로 경사각도가 거의 90도의 경우 최소폭은 40nm였다. 따라서, 피트의 하부폭은 40nm 이상으로 피트의 상부폭이 그 이상이라면 성형은 가능하다고 생각된다. 이제부터, 피트의 하부폭을 40nm라고 가정하고 원반 단면을 생각해 본다. 이 경우는 61도이고, 그것을 중심으로 경사가 ±10도 흐트러진 경우를 상정하면 도 24와 같이 된다. 이와 같이 피트의 하부폭이 40nm의 경우는 제조의 고르지 않은 상태로 경사가 10도 완만하게 되고도 홈부 바닥이 얕게 되지 않는다.
이상의 실험을 반복한 결과로부터, 광디스크에 있어서 피트의 하부폭은 40nm이상일 필요가 있다는 것을 알았다.
지금까지의 검토를 전부 정리하면, 다음과 같은 것이 밝혀진다.
NA= 0.78 ~ 0.86, λ= 400 ~ 415nm를 이용한 시스템에 있어서, TP ×Tmin= 0.194(λ/NA)2 ~ 0.264(λ/NA)2 의 범위에서는 트랙 피치= 0.280 ~ 0.325 ㎛이면서 피트의 폭= 120nm 이하이면서 피트의 하부폭= 40nm 이상이면, 크로스토크와 부호간 간섭을 실제상 문제가 없는 정도로 작게 억제한 재생 전용 광디스크를 안정되게 제조하는 것이 가능하다. 피트의 폭은 피트의 최대폭이다.
도 25는 본 발명에 의한 광디스크 정보 재생 장치의 재생 광학계의 모델이고, 실시 형태의 일례의 광 픽업(pickup) 장치를 구비한 광학식 기록 재생 장치의 대략을 나타낸다. 광 픽업은 파장이 400nm ~ 415nm 바람직한 것은 405nm 부근의 단파장의 청색을 사출하는 청색 반도체 레이저 LD1을 구비하고 있다.
광 픽업은 편광빔 스플리터(13), 콜리메이터 렌즈(14), 1/4 파장 판(15) 및 2군 렌즈 유닛(16)을 구비하고 있다. 이상의 광조사 광학계에 의하고, 반도체 레이저 LD1으로부터의 레이저 빔은 콜리메이터 렌즈(14)로 평행 광빔으로 되고, 편광빔 스플리터( 13)를 거치고 1/4 파장 판(15)을 투과하고 대물렌즈 유닛(16)에 의하고 그 초점 부근에 놓여지고 있는 광디스크(5)로 향하고 집광되고 광디스크(5)의 정보 기록면의 피트열 상에 광 스폿(spot)을 형성한다.
이상의 광조사 광학계에 부가해 광 픽업이 검출렌즈(17)와 같은 광검출 광학계를 갖는다. 대물렌즈 유닛 (16), 1/4 파장 판(15) 및 편광빔 스플리터(13)는 광검출 광학계에도 이용되고 있다. 광디스크(5)로부터의 반사광은 대물렌즈 유닛(16)으로 모아지고 1/4 파장 판(15)을 이용하고 편광빔 스플리터(13)에 의하고 검출용 집광렌즈(17)로 향해진다. 검출렌즈(17)로 집광된 집속광은 예를들면, 원통렌즈 또는 멀티렌즈등의 비점 수차(astigmatism) 발생 소자(도시하지 않음)를 통과하고 광검출기의 수광면(19) 중심 부근에 광 스폿을 형성한다.
또, 광검출기의 수광면(19)은 복조 회로(30) 및 에러 검출 회로(31)에 접속되고 있다. 에러 검출 회로(31)는 대물렌즈 유닛의 트래킹 제어 및 포커스 제어용의 액추에이터(26)를 포함하는 기구를 구동하는 구동 회로(33)에 접속되고 있다.
광검출기는 그 수광면(19) 중심 부근에 결상된 광 스폿 상에 응한 전기 신호를 복조 회로(30) 및 에러 검출 회로(31)에 공급한다. 복조 회로(30)는 그 전기 신호에 근거하고 기록 신호를 생성한다. 에러 검출 회로(31)는 그 전기 신호에 근거하고 포커스 에러 신호나 트래킹 에러 신호나 그 밖에 서보 신호등을 생성하고 액추에이터의 구동 회로(33)를 걸쳐 각 구동 신호를 각 액추에이터에 공급하고 이들이 각 구동 신호에 응해 대물렌즈 유닛(16)등을 서보(servo) 제어해 구동한다.
다음에, 본 발명에 의한 광디스크의 구조에 관해서는 상기와 같이 규정된 엠보스(emboss) 피트를 갖는 플리카보네이트나 아크릴등의 투광성의 수지로 된 원형 기판의 한편의 면에, 알루미늄등의 반사막이 피착되고(deposited) 이러한 위에 광투과층이 0.1mm의 두께로 형성되고 있다. 광투과층측에서 판독이 행해진다. 또, 기판측을 대향시키고 열 경화형등 접착층에 의해 접합하고 양면 디스크로 하는 것도 가능하다. 광디스크의 중앙에는 클램핑을 위한 심공(bore)이 열려 있고, 그 주위에 클램핑 존이 마련되어 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 광디스크는 재생된 RF 신호 특성의 우열을 나타내는 크로스토크 신호 진폭 / 메인 신호 진폭을 -9dB 이하로 줄이기 위한 트랙 피치 및 폭이 최적인 피트 형상을 갖기 때문에 충분한 시스템 마진을 확보할 수 있고 DVD에 비해 정보 기록 밀도를 비약적으로 높이는 것이 가능하다.

Claims (6)

  1. 소정의 트랙 피치를 갖는 피트열로 정보 기록을 갖는 정보 기록층과 상기 정보 기록층에 형성된 광투과층을 구비하고, 정보가 대물렌즈에 의해 상기 광투과층에서 상기 정보 기록층으로 조사된(illuminated) 광빔에 의해 재생될 수 있는 광디스크에 있어서,
    트랙 피치는 TP, 최단 피트 길이는 Tmin, 광빔의 파장은 λ, 상기 대물렌즈의 개구수(numerical aperture)는 NA 일때,
    0.194(λ/NA)2 ≤TP ×Tmin ≤0.264(λ/NA)2의 관계를 충족시키고,
    트랙 피치의 0.280 ~ 0.325 ㎛ 범위에서 피트 폭이 120nm 이하인 것을 특징으로 하는 광디스크.
  2. 제 1항에 있어서, 피트의 바닥부폭이 40nm 이상인 것을 특징으로 하는 광디스크.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 광빔은 파장 λ = 400 ~ 415 nm이고, 상기 대물렌즈의 개구수 NA는 0.78 ~ 0.86인 것을 특징으로 하는 광디스크.
  4. 소정의 트랙 피치를 갖는 피트의 열로 정보 기록을 갖는 정보 기록층과 상기 정보 기록층상에 형성된 광투과층을 구비한 광디스크을 회전되게 지지하는 수단과; 광빔을 방사하는 광원과; 상기 광디스크의 상기 광투과층을 통해 상기 정보 기록층을 향해 광빔을 초점을 맞추는 대물렌즈와; 상기 광빔을 상기 대물렌즈에 유도하는 조사 광학계와; 및 광검출 수단을 포함하여 상기 대물렌즈를 통해 상기 정보 기록층으로부터 상기 광검출 수단으로 반사광을 유도하는 검출 광학계와; 를 포함하는 정보 재생 장치에 있어서,
    상기 광검출 수단으로부터의 출력에 근거하고 상기 광디스크에 기록되고 있는 정보를 재생하는 수단은,
    상기 광디스크가 상기 트랙 피치를 TP, 최단 피트 거리를 Tmin, 상기 광빔의 파장을 λ, 상기 대물 렌즈의 개구수를 NA로 했을때,
    0.194(λ/NA)2 ≤TP ×Tmin ≤0.264(λ/NA)2의 관계를 충족시키고,
    상기 트랙 피치의 0.280 ~ 0.325 ㎛ 범위에서 피트 폭이 120nm 이하인 것을 특징으로 하는 정보 재생 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 피트의 바닥부폭이 40nm 이상인 것을 특징으로 하는 정보 재생 장치.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    광원은 파장 λ = 400 ~ 415 nm의 청색 반도체 레이저이고, 상기 대물 렌즈의 개구수 NA는 0.78 ~ 0.86 인 것을 특징으로 하는 정보 재생 장치.
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