專利名稱：具有空間可變能量吸收率的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過響應(yīng)于光能量的吸收而記錄數(shù)據(jù)的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)，特別是解決關(guān)于在能量被吸收時使其聚集和把所記錄的信號集中在信號徑跡上的問題。
光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)這一技術(shù)涉及很多材料和信號機制(機理)，包括在媒質(zhì)生產(chǎn)前進行記錄的媒質(zhì)(“只讀”)、數(shù)據(jù)可直接記錄并永久固定在其上(“一次性寫入”)的媒質(zhì)、以及既可記錄又可消去的(“可擦或可抹去”)媒質(zhì)。光信號一般包括三類反射、透射和吸收。這些信號可以用各種方法產(chǎn)生，包括在媒質(zhì)的某些層上形成凹點(或凸點)或小孔，使用光學(xué)密度變化材料(如照相膠卷、光致抗蝕劑、以及光聚合物，這些材料在吸收光線時其光學(xué)密度發(fā)生變化)、相變材料(在吸收光線后發(fā)生從晶態(tài)至非晶態(tài)的轉(zhuǎn)變或相反)、磁-光材料(通過在磁場中進行局部加熱來改變磁化方向從而記錄信號)、以及燒蝕薄膜(其中所記錄的圖案導(dǎo)致光幅度調(diào)制)。
這些技術(shù)中的不少是熱-光記錄的例子，其中，來自激光器的光線聚焦在媒質(zhì)中特定深度處一個很小的、通常受衍射限制的點上，聚焦后的光線的能量加熱這一點，使之產(chǎn)生起存儲數(shù)據(jù)作用的變化。
媒質(zhì)的結(jié)構(gòu)將視所要記錄在其上或制造中所要制入結(jié)構(gòu)的信號的類型而有所不同，光學(xué)媒質(zhì)通常具有多層結(jié)構(gòu)，其中，有些在層與層之間具有一定輪廓線的(如凹槽或凹點)界面，以作為信號源或引導(dǎo)讀出或記錄光束使其保持在徑跡上的手段，另一些由不同吸收率的層構(gòu)成。
包括不同吸收率的層結(jié)構(gòu)的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)的例子見1985年4月3日公布的題為“可擦去的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)以及用于在該媒質(zhì)上記錄數(shù)據(jù)的方法和裝置”的歐洲專利申請出版物第136070號(光學(xué)數(shù)據(jù)公司)，另外，在與此同一天提交的美國專利申請第號，發(fā)明人為布·克拉克、簡·芬尼根和羅·格拉，讓與這里同一受讓人的題為“用于基片入射記錄的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)”一文中也有所敘述。在這些媒質(zhì)中，二進制的光學(xué)數(shù)據(jù)作為凹點或凸點出現(xiàn)在一個平的反射面上，該反射面可以是不同折射率的兩層之間的部分反射界面，或是一個完全反射表面，如金屬薄膜。通過使激光束經(jīng)過凹點或凸點并監(jiān)視反射光的強度來讀出數(shù)據(jù)，每一凹點或凸點改變光束的光路，由此當(dāng)與第二束光(不是經(jīng)凹點或凸點反射)混合時通過相消干涉或通過凹點或凸點彎曲部分引起的散射來降低反射光的強度。
數(shù)據(jù)記錄過程中這些凹點和凸點的形成與媒質(zhì)的結(jié)構(gòu)有關(guān)，媒質(zhì)結(jié)構(gòu)中有一層膨脹層同一保持層相結(jié)合，膨脹層從高強度的記錄光束中吸收能量，并隨著溫度的升高而膨脹，向一面凸起，保持層被加熱后從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變成橡膠態(tài)，冷卻后又回到玻璃態(tài)，這兩層是這樣設(shè)置的，即，保持層與膨脹層一起被加熱，變?yōu)橄鹉z態(tài)，并一起凸起，但在膨脹層冷卻到足以使凸起(凸點)縮回之前保持層就已因冷卻而回到其玻璃態(tài)，這樣，保持層就使該凸起(凸點)保持下來，作為構(gòu)成數(shù)據(jù)的凹點或凸點。數(shù)據(jù)的擦去是由一僅被保持層所吸收的擦去光束來實現(xiàn)的，被吸收的光束把保持層加熱至其橡膠態(tài)，由膨脹層中的彈性力和保持層中的粘彈性力使這兩層恢復(fù)平坦。
在這些或其他熱-光記錄媒質(zhì)上記錄數(shù)據(jù)的困難之一是，記錄器中受衍射限制的光學(xué)系統(tǒng)把媒質(zhì)中的光束限制得必須具有一定的寬度，在某些情形下，光束大于所希望的記錄徑跡，特別是在如上所述的多層媒質(zhì)時更是如此，在上述多層媒質(zhì)結(jié)構(gòu)中，相鄰兩層的光吸收率是不同的，因此，隨著層的深度的增加，較強吸收率的一層中發(fā)生能量的淀積(吸收)，而且，不僅是熱-光層中較大吸收率的一層，熱-光層中吸收率較小(或零)的一層，或媒質(zhì)中的其它層也是如此。在后一種情形下，吸收率較強的層次起著濾光器的作用。
在采用有槽的界面作為跟蹤手段的多層媒質(zhì)中還遇到另一些困難。這些媒質(zhì)中，是通過監(jiān)視由界面反射回來的光線強度來實現(xiàn)跟蹤的。槽的深度是這樣考慮的從槽的頂部反射的光線和從槽的底部反射的光線組成一總的反射，并采用重疊槽的兩邊的寬光束或用在槽上和偏離槽的一組光束，使總的反射強度隨這(些)光束在徑跡上集中的程度如何而改變。在界面兩側(cè)的折射率非常接近的媒質(zhì)中，反射是很微弱的，因此跟蹤機構(gòu)的靈敏度相應(yīng)受到限制。
本發(fā)明是對上述各類媒質(zhì)的改進。本發(fā)明使界面高度變化(即，界面兩側(cè)的兩層的相對厚度的變化)與該兩層在光吸收率之間的差異相結(jié)合。這一結(jié)合有許多優(yōu)點，具體取決于應(yīng)用本發(fā)明的媒質(zhì)的類型，以及高度變化本身的類型和構(gòu)造。
例如，高度變化可以采取重迭在徑跡上的槽或隆起部分的形式。在具有不同吸收率的層的媒質(zhì)中，高度變化可以在徑跡區(qū)域的較強吸收率的熱-光活性層中形成隆起，使該層增厚以產(chǎn)生更大的光吸收，由此在這些區(qū)域中產(chǎn)生更大的能量吸收。這樣，就增大了信號能量在徑跡中聚焦的程度。在較強吸收率層是濾光器而不是熱-光活性的媒質(zhì)中，也可得到類似的結(jié)果高度變化將形成在槽中而不是在隆起處，使徑跡上的區(qū)域較薄，允許更多的能量經(jīng)槽而達到熱-光活性層，同樣賦予了附加的空間控制。在具有不止一層熱-光活性層且每一層中的能量都被吸收的媒質(zhì)中，隆起或槽提供了一種控制手段。在已經(jīng)具有用于跟蹤的槽但吸收率相同的媒質(zhì)中，附加的吸收率的差異增大了徑跡區(qū)域和非徑跡區(qū)之間反射光強度的差異，由此提高了跟蹤的靈敏度。
或者，高度變化可以采取沿一段徑跡的一系列不連續(xù)的隆起或下凹的形式。這些隆起或下凹可被安排成不同的序列以為該媒質(zhì)提供記錄期間所用的格式，并且當(dāng)媒質(zhì)上在記錄其它數(shù)據(jù)時作為一種引導(dǎo)或樣板以便在媒質(zhì)上產(chǎn)生類似的數(shù)據(jù)序列。由這些隆起或下凹產(chǎn)生的數(shù)據(jù)序列可在記錄數(shù)據(jù)的重放期間以與標(biāo)準密紋唱片的格式序列同樣的方式作為格式使用。
此外，兩類高度變化也可以包含在同一媒質(zhì)中。
本發(fā)明進一步的優(yōu)點和實施例將通過下列描述而變得更為明顯。


圖1是一光盤的平面圖，作為一種可采用本發(fā)明的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)的例子;
圖2是圖1中媒質(zhì)沿徑向截下的橫截面圖;
圖3a是表示已有技術(shù)的媒質(zhì)的放大的橫截面圖，也是沿圖1中標(biāo)出的徑向截下;
圖3b是與圖3a相同的視圖，所不同的是其中的媒質(zhì)是本發(fā)明范圍內(nèi)的媒質(zhì);
圖4是圖1中的媒質(zhì)沿數(shù)據(jù)徑跡之一的圓周形方向截下的截面圖;
圖5與圖4是同一媒質(zhì)和同一圖，不同的是記錄光束已通過媒質(zhì)。
作為實踐和本發(fā)明用途的一個例子，將給出本發(fā)明如何用于一特定類型光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)的詳細說明，該媒質(zhì)是上面仔細敘述過的媒質(zhì)。
在本發(fā)明的這一特定實施例中，膨脹層離開保持層的一邊的面上是有槽而不是平坦的，槽位于長的徑跡的每一邊，凸點和凹點沿徑跡形成。當(dāng)然，在光存儲盤中，徑跡成螺線形曲線，類似于唱片中的槽。槽沿著徑跡螺線的長度上伸展，形成了它自己的螺線，當(dāng)沿存儲盤的徑向截下時，就形成了交替出現(xiàn)的槽。
這些槽的作用是按記錄光束聚焦在槽上還是徑跡上來區(qū)分記錄光束通過膨脹層的距離。較厚的徑跡區(qū)域比較薄的槽區(qū)吸收更多的光能。相應(yīng)地，任何通過徑跡區(qū)域或從徑跡區(qū)域反射的光(雙程)都比通過槽區(qū)的透射光和反射光的強度要小。
這一強度差別在好幾方面是有用的。例如，可用作跟蹤的引導(dǎo)，以使記錄光束在記錄期間集中在徑跡上。它還許可在徑跡區(qū)域使用較厚的膨脹層(這樣可有較大的吸收)，當(dāng)使用寬于徑跡的記錄光束時總反射無任何損失。這在跟蹤和聚焦控制兩方面都是很有用的。而且，它還有助于記錄期間在反射面(界面或金屬薄膜)上形成小而顯著的標(biāo)記。
本發(fā)明特別適合用于上述也包括反射層的媒質(zhì)，以及適合于各層按下列次序排列的媒質(zhì)基板、膨脹層、保持層、反射層。在該媒質(zhì)上，數(shù)據(jù)記錄和讀出兩者都是通過射進基板的光束來實現(xiàn)的。但是，本發(fā)明也適合于其它安排，包括那些光束不是從基板入射的安排。
還可以包括如上所述的沿徑跡上的一段段的格式型序列，當(dāng)記錄光束通過其上時，這些隆起或下凹可以轉(zhuǎn)化為反射光層中的變形。
這些特點以及工作情形在附圖中有詳細的說明。
圖1表示尺寸和形狀類似于傳統(tǒng)密紋唱片的存儲盤形式的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)，其后的附圖表示該盤的截面，沿徑向12和圓周方向13的截面。從這些附圖可以看出，存儲盤由平行于圖1平面的各層形成，圖中截面圖未按比例畫出。
圖2表示沿圖1線條12的徑向截面。圖中畫出的各層是基板21、膨脹層22、保持層23、反射層24、以及保護層25。箭頭26表示激光束入射的方向，對記錄、讀出和抹去光束來說方向都是相同的。這些層的厚度可以不同。不過，典型地，基板21為密紋唱片規(guī)格所要求的厚度，保護層25為幾十微米數(shù)量級的厚度，而膨脹層22、保持層23和反射層24均為1微米的數(shù)量級或更小。
本發(fā)明的槽出現(xiàn)在基板21和膨脹層22之間的界面27上。槽的取向當(dāng)然取決于觀察它們的角度，但每一槽28可被看作是具有一個凸起部和一個凹下部，按照圖2的取向，凸起部是向下的，凹下部是向上的。換句話說，槽28的凸起部伸入膨脹層22，槽間界面較高的區(qū)域29可看作是徑跡區(qū)域，因為它們與數(shù)據(jù)將沿其記錄的反射面24的區(qū)域垂直對準。
在本發(fā)明的另一實施例中，界面較低的區(qū)域28可作為徑跡區(qū)域，數(shù)據(jù)記錄在緊貼其下位于反射面24上的區(qū)域，而不是對那些緊貼著高界面區(qū)域29下的區(qū)域。在低界面區(qū)域下記錄的好處是，區(qū)域29下膨脹層22的鄰近區(qū)域中所出現(xiàn)的較大吸收可阻礙橫向熱傳輸，由此有助于把數(shù)據(jù)記錄聚集在反射面上較窄的區(qū)域內(nèi)。
數(shù)據(jù)記錄期間這些槽的作用可從各個層次的性質(zhì)來理解。
基板是硬質(zhì)的透明材料，基本上能允許來自所有三束-記錄、讀出和抹去的光束全部透過，基板足夠厚和硬，以便為媒質(zhì)提供結(jié)構(gòu)的牢度，并在記錄和重放期間溫度的全部范圍內(nèi)保持不變。特別是，基板要在膨脹層中膨脹力的作用下基本不變形。
膨脹層22由能吸收記錄光束波長的光的材料形成。膨脹層僅部分地吸收該波長由此允許記錄光束兩次通過。吸收的程度可以不同，但一般來說，兩次通過約吸收40%或更多將會得到最好的結(jié)果，在較好的實施例中，兩次通過(雙程)吸收至少約40%，但少于90%，在最佳實施例中，吸收率約從50%至85%。此外，膨脹層對擦去光束波長至少是部分可透過的。盡管這也是變化很大的，但在大多數(shù)應(yīng)用中，對該波長的透過率至少為約60%，最好是至少約80%，這樣會得到最好的結(jié)果。約50%的兩次通過(雙程)吸收有助于在膨脹層中產(chǎn)生一幾乎恒定溫度的材料柱，消除了單次通過記錄時膨脹層中出現(xiàn)的高的溫度梯度，這就增進了標(biāo)記的形成和清晰度。
膨脹層可進一步按高熱膨脹系數(shù)分類，特別是當(dāng)與媒質(zhì)的其它層次比較時是如此。20℃時約1×10-4℃-1以上的系數(shù)是較好的，更好的是大于5×10-4℃-1，大于約7.5×10-4℃-1則是最好的。
此外，膨脹材料在室溫或近于室溫下呈橡膠狀態(tài)，即，彈性系數(shù)高到可在記錄期間易于膨脹而不超過其膨脹上限的程度，當(dāng)處于環(huán)境溫度時，膨脹層材料接近其玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度，該溫度最好低于30℃，由于基板的剛性，膨脹層只能在離開基板的方向上膨脹，形成向下延入保持層的凸起點。
保持層23具有一系列與膨脹層不同的特性。保持層能吸收擦去光束波長的光，擦去光束與記錄光束的波長是互不重迭的。保持層對擦去光束波長的吸收一般至少約40%，較好地為至少約50%。此外，保持層材料能透過記錄光束的波長，通常至少約60%。在某些較好的實施例中，保持層材料也部分地吸收記錄光束，最好是至少吸收約20%。
保持層也有玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度，此溫度大于室溫。它可以低于膨脹層在數(shù)據(jù)記錄期間達到的溫度。但是，保持層直接加熱時(通過吸收記錄光束的光)，也可以不要求這一點。通常，這一玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度的范圍約從50℃至200℃，最好是從約75℃至約125℃。在大于這一玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度時，材料呈橡膠狀態(tài)，具有足夠的彈性，足以使其按照膨脹層中產(chǎn)生的形變發(fā)生變形，而不超過其彈性限度。
在本發(fā)明再一個實施例中，保持層具有大的熱傳導(dǎo)系數(shù)，使其通過來自膨脹層的傳導(dǎo)升溫至其玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度以上，大的熱傳導(dǎo)系數(shù)還有助于迅速地向外散熱，這樣，保持層將在膨脹層中形成凹點之后但尚未回到其未膨脹狀態(tài)之前冷卻而回到其玻璃態(tài)。在大多數(shù)應(yīng)用中，熱傳導(dǎo)系數(shù)至少是約2.5×10-4cal/cm2/℃/sec/cm，最好是至少約5×10-4cal/cm2/℃/sec/cm。
反射層24用來把通過膨脹層的光反射回去，用于記錄及數(shù)據(jù)檢測。反射層是高反射性的，最好是至少反射約85%在記錄和讀出期間到達它的光線，反射層也可以形變，這樣它可以形成代表所記錄的數(shù)據(jù)的凹點的形狀，作散射光線之用。
某些這類媒質(zhì)還包括一個位于凹點下側(cè)的保護層，以避免它們由于同外部物體的接觸而造成損壞，保護層的特性是柔軟，這樣它允許凹點下部的凸起點突入其中。此外，這一柔性層與膨脹層、保持層和反射層相比是較厚的，這樣，凸點不致經(jīng)保護層到達其外表面。保護層最好還具有大的熱傳導(dǎo)系數(shù)，以使其起到散熱片的作用，達到在凸點形成之后立即迅速地冷卻保持層的目的。在大多數(shù)應(yīng)用中，至少約5×10-4cal/cm2/℃/sec/cm的熱傳導(dǎo)系數(shù)可以提供最好的結(jié)果。
各層次的厚度將按照系統(tǒng)的光學(xué)特性加以選擇，包括記錄、讀出和擦去功能。例如為了在數(shù)據(jù)記錄期間保持最小的標(biāo)記尺寸，激光束在通過膨脹層時應(yīng)保持盡可能地小。而且，膨脹層的大部分應(yīng)當(dāng)處于記錄光束的聚焦深度(焦深)中，對具有類似于標(biāo)準密紋唱機中光學(xué)參數(shù)的記錄系統(tǒng)來說，記錄光束受衍射限制，聚焦深度為約1.0-1.5微米。
在這種情形下，膨脹層在徑跡區(qū)域29中厚度約1微米可獲得最好的結(jié)果。而且，在保持層處于膨脹層和反射層之間的情形下，如圖2所示，保持層應(yīng)盡可能地薄，因為它位于聚焦深度的中心。保持層的典型厚度是約0.5微米。但是，通常，膨脹層和保持層將盡可能地薄而仍然分別保持其膨脹和保持特性。
基板和保護層要厚得多，基板可以是1毫米數(shù)量級或更大，保護層是幾十微米數(shù)量級，任何給定情形下的實際厚度將取決于各層的相應(yīng)功能-例如，基板層要足夠厚以賦予該媒質(zhì)以剛性，保護層要足夠厚以保護數(shù)據(jù)突起部分，避免外部損壞。
基板和膨脹層之間界面中形成的槽的尺寸大小視所使用的材料、系統(tǒng)的構(gòu)造和記錄器的光學(xué)特性而定，但是，一般來說，槽的深度范圍是膨脹層厚度的約0.1至約0.9倍，最好是從約0.3至0.6倍，這樣可得到最好的結(jié)果。槽的最深處至少約0.15微米是較好的，最好是約0.3微米至0.6微米。槽的幾何形狀，即橫截面的輪廓，可以有所不同，但具有銳角(鮮明的角)的槽是較佳的。徑跡區(qū)域和一典型槽的壁及底部之間的角度可以不同，但最好是近于90℃。至于槽的寬度，也可以有所不同，但寬度范圍在徑跡寬度的約0.2至約0.6倍之間是較好的，在約0.3至0.5倍之間則更好。
再次參見圖2。在該實施例中槽28代表媒質(zhì)的非徑跡區(qū)域，而槽間的區(qū)域29代表徑跡區(qū)域。當(dāng)記錄光束沿箭頭26指出的方向進入媒質(zhì)時，它通過基板21、膨脹層22和保持層23，在反射層24處被反射回來，通過保持層、膨脹層和基板從媒質(zhì)中出射，供監(jiān)視之用。穿過非徑跡區(qū)域(槽28中)的光線在出射之前穿過一段通過膨脹層22的距離b6，即穿過徑跡區(qū)域29的光線穿過一段通過膨脹層的距離(2a′2b)，因為膨脹層能吸收記錄光束的波長的光，從徑跡區(qū)域29出射的反射光的強度就小于非徑跡區(qū)域出射的反射光的強度，這使得槽28可以以一種類似于在標(biāo)準密紋唱機中所實現(xiàn)的方法用于跟蹤記錄光束，即，使其在記錄期間保持集中在徑跡上。
根據(jù)強度差別進行跟蹤的技術(shù)對本領(lǐng)域中的技術(shù)人員來說是熟知的。作為這種技術(shù)的一個例子，來自記錄激光器的光束可被分為三束-一條主光束和兩條側(cè)光束，彼此分開一段距離，典型值為20微米數(shù)量級。一條側(cè)光束在前(沿徑跡方向)，略微偏向主光束的一邊，另一條在其后面，略微偏向另一邊。這一技術(shù)可用于本發(fā)明的范圍，把主光束集中在徑跡上，側(cè)光束則部分處于徑跡上，部分處于該徑跡每一邊的槽上，當(dāng)側(cè)光束通過膨脹層反射回來時，由于吸收的差別，其強度將根據(jù)每一光束在槽上和徑跡上的多少而變化。這些反射光束被導(dǎo)入光電探測器，該探測器帶有一差動放大器，產(chǎn)生一表示這些光束強度之差的控制信號。
控制信號則控制一個跟蹤伺服機構(gòu)。當(dāng)三條光束的位置使得側(cè)光束重迭徑跡的部分相等時，其強度也相等，控制信號為零?？墒?，一旦這三個一組的光束偏向一邊時，側(cè)光束和徑跡的重迭之差就會出現(xiàn)，控制信號根據(jù)需要變?yōu)檎幕蜇摰?，使伺服機構(gòu)橫向移動光束，把主光束恢復(fù)到徑跡之上。
徑跡和槽之間用來在光束漂移時產(chǎn)生可檢測的變化的反射強度之差不是嚴格的，可按照所用的系統(tǒng)改變，但是，在大多數(shù)應(yīng)用中，當(dāng)從槽區(qū)出射的反射光強度比從徑跡區(qū)域出射的反射光強度至少高約25%時，可得到最好的結(jié)果。
本發(fā)明中槽的進一步作用是把膨脹層中產(chǎn)生的熱聚集在狹窄的范圍內(nèi)。這有助于形成一較小的、更明顯清晰的突起點，這一現(xiàn)象顯示在圖3a和3b中。
圖3a中所示的橫截面表示沒有槽的媒質(zhì)，即，在基板/膨脹層界面中的徑跡和非徑跡區(qū)域之間無高度差。圖中的讀出光束的方向也由箭頭26表示。因為當(dāng)光首次進入膨脹層22時其強度是最強的，膨脹層中的熱能集中在界面27附近。圖中所示的曲線30是分級的溫度的等溫線，最高處31最接近中心。
中心能量頂峰(最高等溫線31內(nèi))與保持層23之間的距離造成了保持層23中較慢的溫度升高速率和通常要在膨脹層22中建立壓力的較長的時間內(nèi)才能使保持層達到其玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度，這樣，當(dāng)保持層23變?yōu)橄鹉z狀態(tài)時，膨脹層22中的壓力分布范圍已相當(dāng)寬，最終的結(jié)果是在保持層和反射層中的凸起部分都較寬較淺。
在圖3b所示結(jié)構(gòu)中，膨脹層22具有與徑跡區(qū)29相同的厚度，但在徑跡兩側(cè)形成槽28處的厚度較小。來自記錄光束記錄箭頭26方向到達的光在膨脹層22中產(chǎn)生與圖3a同樣數(shù)量的熱，速度也相同，因為膨脹層22的厚度是相同的。但是，槽28使能量集中在較接近保持層23的地方，這樣，保持層的升溫非常迅速，在膨脹層如圖3a中那樣建立壓力之前就到達其玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度。結(jié)果是在保持層和反射層中形成的是非常清晰的凸起點32。
增強這一效果的另一個因素是基板21和膨脹層22之間在熱膨脹性上的差異，后者具有高得多的熱膨脹系數(shù)。這樣，所建立的壓力被限制在一個狹窄的、由槽的形狀限定的非常清晰的柱中，由此形成一狹窄的、非常清晰的區(qū)域。
這些效果總的結(jié)果是更明顯地聚集和清晰的代表數(shù)據(jù)位的標(biāo)記，進而增強了記錄的精確性和速度，以及減少了重放中的錯誤。
圖4和5表示沿著徑跡的格式型序列形式的界面高度變化應(yīng)用于這類媒質(zhì)的情況。這些圖是沿圖1中循著徑跡的線條13得到的盤的一部分的截面圖，圖未按比例畫出。和圖2及3中一樣，圖4和5中的記錄光束也是由箭頭26表示的。
在記錄過程中，光存儲盤按箭頭40方向朝左旋轉(zhuǎn)，但是，在這些圖中，存儲盤本身是參考系，由此，圖4表示某一時刻當(dāng)記錄光束26入射在圖中所示位置時的存儲盤部分，圖5表示當(dāng)存儲盤轉(zhuǎn)動一小段時間后記錄光束入射在圖中新的位置上時同一存儲盤部分。
這些圖中所顯示的特點是，在徑跡的一段41中，基板21和膨脹層22之間的界面27包含延伸入基板的突起部分42，在這些突起部分和在它們之間的凹陷部分以序列的形式沿著徑跡具有不同的長度。這種序列對應(yīng)于在記錄期間由記錄系統(tǒng)讀出和使用的格式信息，同時也可以轉(zhuǎn)換成在重放期間能夠被閱讀檢測系統(tǒng)讀出和使用的形式。該序列是二進制比特序列，其中，突起部分被轉(zhuǎn)換成“開”信號，凹陷部分被轉(zhuǎn)換成“關(guān)”信號。
如上所述，基板21對記錄和讀出光束都是透明的，膨脹層22包含能部分吸收記錄光束的染料。在記錄期間，記錄光束通過所有三層(基板21、膨脹層22和保持層23)，在反射層24上反射回來，穿過所有三層從基板出射，由于光被吸收而其強度較進入時為小。但是，從凹陷43出射的光束其強度大于同一光束從突起部分42出射的強度，因為光束所通過的膨脹層22具有較大的深度，導(dǎo)致更多的光被吸收，一個探測出射光束強度的檢測器在光存儲盤的這一段41轉(zhuǎn)過記錄光束26時錄下了此強度變化序列。借助于適當(dāng)?shù)木幊?，記錄系統(tǒng)可以把這些序列用作引導(dǎo)同步和在媒質(zhì)上附加上數(shù)據(jù)時進行控制之用。
可是，當(dāng)入射的光束是讀出光束時，基板和膨脹層對之都是透明的，圖4中的序列不能被檢測出來，因為反射的光束顯示不出強度的變化。為了得到在這種讀出光束下的可讀性，該序列必須轉(zhuǎn)換成在反射層24中散射入射光束的下陷44，由閱讀檢測系統(tǒng)作為標(biāo)識讀出。
為做到這一點，記錄系統(tǒng)可編一程序，以便按照檢測到的光束反射中的變化來改變低(無記錄)和高(記錄)之間的記錄光束的強度，這種光束反射的變化是在光束從突起部分42到凹陷43時出現(xiàn)的，反之亦然。例如，記錄光束檢測器在記錄光束(處于低強度)從凹陷54進到突起部分53時記錄到強度的下降，在檢測到這一下降后，系統(tǒng)提高記錄光束強度至記錄電平，這樣就會引起膨脹層22的膨脹和保持層及反射層中相應(yīng)的形變，如同上述數(shù)據(jù)記錄時那樣。相反，記錄光束檢測器在記錄光束從突起部分進至凹陷時記錄到強度的增大，系統(tǒng)就相應(yīng)地降低記錄光束強度以終止膨脹和形變。這樣，在基板/膨脹層界面27處的突起序列就作為一種在反射層中形成格式引導(dǎo)的樣板，可在通常的重放期間由檢測系統(tǒng)讀出。
這些突起部分的高度可按照檢測系統(tǒng)的靈敏度來選擇，因此是隨不同系統(tǒng)而改變的。對它們的要求在其它方面并不嚴格。但是，突起部分的高度范圍一般應(yīng)等于膨脹層厚度的0.1-0.9倍，最好是從約0.3至0.6倍，可得到最佳結(jié)果。突起部分的深度以至少約0.15微米為好，最好是約0.3至約0.6微米深。
由突起部分形成的二進制序列可用作記錄和重放的格式，例如它們可以安排成類似于標(biāo)準密紋唱片上所用的同步和控制數(shù)據(jù)那樣，這種數(shù)據(jù)通常是一個38比特的序列出現(xiàn)在每一密紋唱片的開端，它們也可以作為盤首紋和盤尾紋信號、沿徑跡長度指示距離的時間信息碼、以及記錄在媒質(zhì)上的索引信息。對專業(yè)人員來說，種種可能性都是顯而易見的。
用于形成光盤層的材料可根據(jù)上面指出的特性來選取，即，透明度、反射率、吸收率、玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度、彈性和熱膨脹系數(shù)。對反射層以外所有各層來說，較好的材料是非晶體聚合物，這類材料的例子是，橡膠，如丁基橡膠、硅橡膠、天然橡膠和苯乙烯聚丁橡膠;聚合物如醋酸纖維、醋酸-丁酸纖維素、聚苯乙烯、聚砜酰胺、聚碳酸酯、硝酸纖維素、聚(甲基丙烯酸乙酯)、聚(丁乙烯)、芳香聚脂、聚酰胺、丙烯酸聚合物、聚乙烯醋酸、硅樹脂、醇酸樹脂、苯乙烯丁二烯共聚物、乙烯-氯乙烯醋酸共聚物、硝化纖維素、乙基纖維素以及聚乙烯乙醇;以及如明膠、酪朊、卵清蛋白和二氫樅醇。膨脹層應(yīng)當(dāng)由高彈性系數(shù)的材料構(gòu)成，如伸長度大于15%的彈性體和聚合物，最好是伸長度從15%至130%、玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度從室溫以下至45℃的柔化環(huán)氧樹脂。保持層應(yīng)當(dāng)由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度較高的材料構(gòu)成，即明顯地大于50℃，同時伸長度大于5%。最好是玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度從75℃至145℃、伸長度從5%至20%的環(huán)氧樹脂。
反射層可由任何具有足夠彈性和可延展的反射材料構(gòu)成，以便和從膨脹層突入的凸起點一起膨脹。該材料不應(yīng)當(dāng)過份地壓迫凸點，以及不要在數(shù)次寫入和擦去循環(huán)后就顯得疲勞。這類材料的例子是鋁、銅、金和銦，其它例子是各種合金，特別是鉍與錫或鎘的共晶合金。
各層次的吸收特性可以以傳統(tǒng)方法賦予，最好是通過摻入按所吸收波長選擇的染料或顏色料，對目標(biāo)波長的要求不是很嚴格的，可按照可以得到的激光器的種類而定。波長通常被選擇得使記錄和擦去波長彼此分開而不重迭。但各媒質(zhì)層則可以在吸收特性上有部分重合，例如，保持層中的擦去染料可對記錄波長有輕微的吸收，這可以導(dǎo)致在記錄及擦去期間保持層的直接加熱，可獲得的激光器的典型波長是680nm、780nm和830nm。可用的染料或顏色料的例子是尼洛辛藍、苯胺藍、卡爾科油藍(CalcoOil)、佛青藍、亞甲藍氯化物、單星藍、孔雀綠奧茲萊特(Zalate)、蘇丹黑BM、Tricon藍、麥克洛勒斯綠G(MacrolexGreenG.)、DDCI-4和IR26。
各層次按照傳統(tǒng)的工藝接合在一起，相鄰層之間最好是彼此光學(xué)耦合，這樣，通過一層傳播的光乎全部進入相鄰層，只有反射層是例外，反射層把到達其上的大部分光反射出去。
本發(fā)明的媒質(zhì)可按傳統(tǒng)工藝制作，各層依次涂覆在基板上，刮刀散布工藝、旋轉(zhuǎn)涂覆工藝和金屬蒸汽沉積是可被采用的工藝的例子。
上述內(nèi)容主要是作說明之用。顯然，熟悉本領(lǐng)域的專業(yè)人員可以對材料、實際的布局、以及各種系統(tǒng)參數(shù)進行種種變化，但這些變化都仍然落在本發(fā)明的精神實質(zhì)和范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種包括多層的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)，其中，相鄰的第一和第二透光層由一有輪廓的界面分開，以形成所述第一和第二層相對厚度的變化，對該媒質(zhì)的改進在于，所述的第二層在預(yù)先選擇的波長范圍內(nèi)具有比所述的第一層更大的每單位深度光吸收率。
2.一種包括多層的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)，其中，相鄰的第一和第二透光層由一界面分開，所述的第二層在預(yù)先選擇的波長范圍內(nèi)具有比所述的第一層更大的每單位深度光吸收率，對該媒質(zhì)的改進在于，所述的界面的輪廓形成所述的第一和第二層相對厚度的變化。
3.按照權(quán)利要求1或2的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)，其特征在于，進一步包括一個被用作存儲光學(xué)數(shù)據(jù)并形成一徑跡的延伸區(qū)域，其中，所述的變化形成一重迭于上述徑跡上的、在所述第二層上的延伸隆起部分。
4.按照權(quán)利要求1或2的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)，其特征在于，進一步包括一個用于存儲光學(xué)數(shù)據(jù)并形成一徑跡的延伸區(qū)域，其中，所述的變化形成一重迭于上述徑跡的、在所述第二層中的延伸的槽。
5.按照權(quán)利要求1或2的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)，其特征在于，進一步包括一用于存儲光學(xué)數(shù)據(jù)并且形成為一徑跡的延伸區(qū)域，其中，所述的變化在重迭于上述徑跡的所述第二層中形成一延伸的隆起部分。
6.按照權(quán)利要求1或2的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)，其特征在于，進一步包括一用于存儲光學(xué)數(shù)據(jù)并且形成為一徑跡的螺線形區(qū)域，其中，所述的變化在重迭于上述徑跡上的所述第二層上形成一螺線形隆起部分。
7.按照權(quán)利要求1或2的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)，其特征在于，進一步包括一用于存儲光學(xué)數(shù)據(jù)并形成一徑跡的螺線形區(qū)域，其中，所述的變化在重迭于上述徑跡的所述第二層中形成一螺線形槽。
8.按照權(quán)利要求1或2的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)，其特征在于，進一步包括用于存儲光學(xué)數(shù)據(jù)并形成為一徑跡的延伸區(qū)域，其中，所述的變化形成一系列從所述第二層凸出的不連續(xù)的突起部分，并沿徑跡排成預(yù)先選定的序列。
9.按照權(quán)利要求1或2的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)，其特征在于，所述的第二層是熱-光活性層。
10.按照權(quán)利要求1或2的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)，其特征在于，所述的第一層是硬質(zhì)基極，所述的第二層當(dāng)加熱后可膨脹，在其對著所述界面的表面上形成突起的部分，所述的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)進一步包括用來在所述膨脹層冷卻之后保持所形成的突起部分的裝置。
11.一種光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)，其中，一形成為徑跡的延伸區(qū)域用于以線狀排列形式存儲所述光學(xué)數(shù)據(jù)，所述的媒質(zhì)包括一硬質(zhì)基板，一膨脹層，沿著與所述基板之間的界面同所述基板按光學(xué)要求接合在一起并可在加熱下膨脹以在其對著所述界面的表面上形成突起部分，用于在所述膨脹層冷卻之后保持所形成的突起部分的裝置，對該媒質(zhì)的改進在于，所述的界面的輪廓可以改變所述的基板和所述的膨脹層在所述徑跡和徑跡相鄰區(qū)域之間的相對厚度。
12.按照權(quán)利要求11的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)，其特征在于，所述的硬質(zhì)基板是透明的，所述的媒質(zhì)進一步包括一在與所述硬質(zhì)基板對著的、膨脹層的一側(cè)的反射層，該反射層可以與表面的輪廓形狀相一致。
13.按照權(quán)利要求11的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)，其特征在于，所述的界面的輪廓在所述膨脹層中、所述徑跡的每一側(cè)形成一個槽。
14.按照權(quán)利要求13的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)，其特征在于，所述槽的深度范圍為所述膨脹層厚度的約0.1至0.9倍。
15.按照權(quán)利要求13的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)，其特征在于，所述槽的深度范圍為所述膨脹層厚度的約0.3至約0.6倍。
16.按照權(quán)利要求13的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)，其特征在于，所述槽的深度至少約0.15微米。
17.按照權(quán)利要求13的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)，其特征在于，所述槽的深度約0.3微米至約0.6微米。
18.按照權(quán)利要求13的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)，其特征在于，所述槽的寬度范圍約等于所述徑跡的寬度的0.2至約0.6倍。
19.按照權(quán)利要求13的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)，其特征在于，所述槽的寬度范圍約等于所述徑跡的寬度的0.3至約0.5倍。
20.按照權(quán)利要求13的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)，其特征在于，所述的媒質(zhì)進一步包括一反射層，該反射層位于所述槽的凸面的一側(cè)，并與所述表面的輪廓基本一致，所述膨脹層可通過吸收被預(yù)先選定為記錄波長的光而膨脹，所述的槽具有如下深度，即當(dāng)記錄波長沿所述槽通過所述膨脹層并被所述反射層反射回去，經(jīng)由所述膨脹層出射時，其光線強度至少比沿著所述徑跡處經(jīng)由所述膨脹層出射的光線強度平均高約25%。
21.一種光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)，其中，形成為徑跡的延伸區(qū)域用于以線狀排列形式存儲所述的光學(xué)數(shù)據(jù)，所述的媒質(zhì)包括一硬質(zhì)透明基板，一膨脹層，沿著與所述基板之間的界面同所述基板按光學(xué)要求接合在一起，并可因吸收預(yù)先選定為記錄波長的光被加熱而膨脹，在其對著所述界面的表面上形成突起的部分，一在所述表面上與所述膨脹層按光學(xué)要求接合在一起并在被加熱至室溫以上時從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變成橡膠態(tài)以形成與所述膨脹層輪廓一致形狀的保持層，以及，一貼緊所述保持層并可變形以基本上形成與保持層一致輪廓形狀的反射層，對該媒質(zhì)的改進在于，所述界面在所述徑跡每一側(cè)上有一伸入所述膨脹層至如下深度的槽，即所述記錄波長在所述槽處進入所述膨脹層，由此通過所述保持層并在所述反射層處反射經(jīng)由所述保持層和膨脹層從膨脹層出射的光線，其強度至少比在所述徑跡處進入所述膨脹層并由此透過、反射和出射的光線的強度平均高約25%。
22.按照權(quán)利要求11的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)，其特征在于，所述界面沿所述徑跡中一段的部分被形成進入所述基板的突起部分，以沿所徑跡段，在所述界面內(nèi)形成二進制序列的高度變化。
23.按照權(quán)利要求22的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)，其特征在于，所述的一段的部分的高度范圍等于所述膨脹層厚度的約0.1至約0.9倍。
24.按照權(quán)利要求22的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)，其特征在于，所述的一段部分的高度范圍等于所述膨脹層厚度的約0.3至0.6倍。
25.按照權(quán)利要求22的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)，其特征在于，包括多個沿所述徑跡具有一定間距的所述二進制序列。
26.按照權(quán)利要求22的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)，其特征在于，所述徑跡由一系列小段組成，每一小段相當(dāng)于一標(biāo)準密紋唱片的一個單元(小段，每一單元(小段)具有一引導(dǎo)端和一結(jié)束端，每一所述的小段的引導(dǎo)端具有一個所述的預(yù)先選定的二進制序列。
27.按照權(quán)利要求22的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)，其特征在于，沿所述徑跡有多個二進制序列，所述二進制序列代表用于使所述徑跡的運動與檢測系統(tǒng)同步的編碼指令。
28.按照權(quán)利要求22的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)，其特征在于，沿所述徑跡包括多個所述二進制序列，所述的二進制序列代表沿所述徑跡長度的所述二進制序列的距離的編碼信息。
29.按照權(quán)利要求22的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲媒質(zhì)，其特征在于，它包括沿所述徑跡的二進制序列，所述的二進制序列代表要記錄在所述徑跡上的數(shù)據(jù)的編碼索引。
全文摘要
各種工藝的光學(xué)數(shù)據(jù)存貯媒質(zhì)，包括具有多層不同光吸收率和具有用來幫助跟蹤的槽的媒質(zhì)層，都通過光吸收率差別與各層間界面的高度變化(從而各層的相對厚度)相結(jié)合而得到改進，結(jié)果是一種在媒質(zhì)中以空間方式改變它們吸收能量的手段。這種改進對記錄和讀出都帶來了一系列的好處，包括有助于聚集入射記錄光束所產(chǎn)生的熱量、提高記錄和讀出的跟蹤靈敏度、以及使媒質(zhì)具有一定的格式以引導(dǎo)記錄和讀出。
文檔編號G11B7/244GK1036652SQ8910059
公開日1989年10月25日 申請日期1989年1月30日 優(yōu)先權(quán)日1988年2月5日
發(fā)明者克拉克·布賴恩·凱, 格拉·羅伯特 申請人:檀帝公司