СИСТЕМА ПРИВОДА МНОГОСЛОЙНОГО ОПТИЧЕСКОГО ДИСКА С ФИКСИРОВАННОЙ КОРРЕКЦИЕЙ АБЕРРАЦИИ И ОПТИМАЛЬНЫМ МЕЖСЛОЕВЫМ РАССТОЯНИЕМ Российский патент 2002 года по МПК G11B7/135 G11B7/24 

Область изобретения
Изобретение относится к оптическим дискам, которые имеют многочисленные информационные слои, и к приводам оптических дисков, которые могут работать с такими дисками.

Уровень техники
Оптические системы хранения данных предусматривают средство для хранения большого количества информации. Доступ к данным осуществляется путем фокусировки лазерного излучения в небольшое пятно на информационный слой оптической среды и дальнейшего детектирования отраженного светового луча. Системы привода оптического диска со сменными оптическими дисками представляют собой наиболее распространенную форму оптического хранения информации. Известны различные типы таких систем. В системе ROM (постоянное запоминающее устройство), такой как система компактного диска (например/CD-ROM, CD-аудио/CD-видео), данные в виде меток формируют на диске в процессе изготовления без возможности дальнейшей перезаписи. Данные детектируются в зависимости от изменения коэффициента отражения лазерного излучения, который отражается от информационных меток. Система WORM (с однократной записью и многократным считыванием) позволяет пользователю записывать информацию путем создания меток, таких как выемки, в записывающем слое оптического диска. Информацию, однократно записанную на диск, нельзя стереть. Данные в системе WORM также детектируются в зависимости от значения коэффициента отражения. Существуют также оптические системы хранения данных со стиранием, такие как системы с изменением фазы и магнитооптические (МО) системы. Хотя в системах с изменением фазы данные также считываются путем регистрации изменения коэффициента отражения лазерного излучения, в МО системах данные считываются посредством измерения угла поворота плоскости поляризации падающей волны, вызванного воздействием МО-среды.

Для увеличения емкости хранения информации на оптическом диске, предложены системы с многочисленными информационными слоями. Доступ к различным слоям оптического диска с двумя или большим количеством информационных слоев может осуществляться за счет изменения фокусного расстояния линзы. В патенте США 5202875 фирмы IBM описана система привода оптического диска с многочисленными информационными слоями, в которой оптический диск содержит множество подложек, разделенных воздушным зазором, или множество информационных слоев, расположенных в твердотельной структуре. В патенте США 4450553 фирмы U. S. Fhilips использована твердотельная структура с многочисленными информационными слоями, в которой каждый слой представляет собой информационный слой типа CD. В таких системах привода оптического диска с многочисленными информационными слоями световой луч, выходящий из лазера, должен проходить через одну или несколько подложек диска, пропускающих свет, чтобы иметь доступ к информационным слоям, расположенным на различных подложках. При фокусировке светового луча через относительно тонкую подложку, пропускающую свет, он приобретает сферическую аберрацию. Отсутствие коррекции сферической аберрации светового луча препятствует достижению размера пятна, близкого к дифракционно-ограниченному. В случае известных однодисковых приводов оптических дисков, такую коррекцию можно выполнить с помощью незначительного изменения формы поверхности фокусирующей линзы с фиксированной толщиной подложки, так как толщина материала подложки, через которую должен проходить световой луч, остается неизменной. Однако в приводах оптических дисков с многочисленными информационными слоями, вследствие того, что требуемый световой луч будет фокусироваться через различное число подложек, имеющих определенную толщину, в зависимости от которых происходит доступ к информационному слою, требуется определенный вид регулируемой активной коррекции сферической аберрации. Например, в патенте США 5097464, фирмы Матсушита (Matsushita), описана система CD с многочисленными информационными слоями, в которой используется линза с коррекцией аберрации для самого дальнего от линзы информационного слоя и корректор оптической длины, который устанавливается на оптической траектории, когда лазерное пятно фокусируется на информационные слои, расположенных ближе к линзе. Также в патенте США 5202875 фирмы IBM описана система привода оптического диска с многочисленными информационными слоями с активным компенсатором аберраций.

Дополнительный недостаток систем с многочисленными информационными слоями заключается в необходимости совместимости с известными дисками с одиночным информационным слоем, такими как CD-диски. Например, в известных CD-дисках используется поликарбонатовая подложка с толщиной 1,20 мм. В приводе CD-диска с многочисленными информационными слоями необходимо обеспечить фокусировку светового луча в пятно, близкое к дифракционно-ограниченному, на информационный слой известного диска с одиночным информационным слоем, а также на многочисленные информационные слои более современных дисков с многочисленными информационными слоями.

Другой недостаток, характерный для систем с многочисленными информационными слоями, связан с перекрестными искажениями, которые возникают из-за паразитного наложения данных, ошибки фокусировки и сигналов ошибки трэкинга от соседних информационных слоев, интерферирующих с полезными сигналами от требуемого информационного слоя. Эти паразитные сигналы известны как межслоевые помехи. Для устранения этого недостатка необходимо иметь относительно большое расстояние между информационными слоями. Однако относительно большой промежуток между информационными слоями, которые разделяют между собой прокладками из твердотельного материала, увеличивает общую толщину диска и величину требуемой коррекции сферической аберрации, что в обоих случаях нежелательно.

В этом случае необходимо, чтобы привод оптического диска работал с дисками, которые имеют одиночный и многочисленные информационные слои, и который позволил бы минимизировать влияние сферической аберрации и межслоевые искажения.

Согласно настоящему изобретению разработана система хранения оптических данных, содержащая источник лазерного излучения, оптическую информационную среду, которая содержит первый информационный слой, частично пропускающий свет, второй информационный слой, отражающий свет, и промежуточный слой, пропускающий свет и расположенный между первым и вторым информационными слоями, разделяя их между собой, линзу, расположенную между источником лазерного излучения и первым информационным слоем среды, для фокусировки лазерного излучения в пятно, линзу, имеющую коррекцию сферической аберрации, для фокусировки излучения в пятно, которое имеет приблизительно минимально сферическую аберрацию, и расположенную между первым и вторым информационными слоями.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения, разработан оптический информационный диск такого типа, который считывается лазерным лучом, проходящим через линзу, имеющую коррекцию сферической аберрации, содержащий подложку, пропускающую свет и имеющую толщину t1, и первую поверхность, образующую внешнюю поверхность диска, на которую падает лазерный луч от линзы, первый информационный слой, частично пропускающий свет и расположенный на поверхности подложки напротив этой первой поверхности, второй информационный слой, отражающий свет, и промежуточный слой, пропускающий свет, который имеет толщину t2 и расположен между первым и вторым информационными слоями, разделяя их, толщину t1 материала подложки плюс половину толщины t2 материала промежуточного слоя, равную толщине материала, соответствующей упомянутой коррекции аберрации линзы.

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения разработана система привода оптического диска, содержащая источник лазерного излучения, оптический диск, который содержит (а) подложку, пропускающую свет и имеющую первую поверхность, образующую внешнюю поверхность диска, на которую падает лазерный луч, (b) первый информационный слой, частично пропускающий свет и расположенный на поверхности подложки напротив этой первой поверхности, (с) второй информационный слой, отражающий свет, и (d) промежуточный слой, пропускающий свет и расположенный между первым и вторым информационными слоями, разделяя их на величину своей толщины, двигатель, приспособленный к диску для вращения диска, линзу, расположенную между источником лазерного излучения и упомянутой первой поверхностью подложки, для фокусировки лазерного излучения в пятно, линзу, имеющую коррекцию сферической аберрации, которая вызвана общей толщиной подложки плюс приблизительно половиной толщины промежуточного слоя, и средство, подсоединенное к линзе, для перемещения линзы относительно диска так, чтобы сфокусированное пятно могло перемещаться от одного информационного слоя к другому информационному слою, таким образом, чтобы пятно располагаясь на первом информационном слое, обладало сферической аберрацией, так как общая толщина подложки и материала промежуточного слоя, который пересекает луч, меньше толщины коррекции сферической аберрации приблизительно на половину толщины промежуточного слоя, и располагаясь на втором информационном слое, пятно обладало сферической аберрацией, так как общая толщина подложки и материала промежуточного слоя, который пересекает луч, больше толщины коррекции сферической аберрации приблизительно на половину толщины промежуточного слоя.

Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения, разработана система привода оптического диска - компактного диска (CD), содержащая источник лазерного излучения, оптический диск CD, который содержит (а) подложку, пропускающую свет, имеющую толщину t1 и первую поверхность, которая образует внешнюю поверхность диска, на которую падает лазерный луч, (b) первый информационный слой, частично пропускающий свет, расположенный на поверхности подложки напротив упомянутой первой поверхности, (с) промежуточный слой, пропускающий свет и имеющий толщину t2 и расположенный на первом информационном слое, и (d) второй информационный слой, отражающий свет и расположенный на промежуточном слое и отделенный от первого информационного слоя приблизительно на толщину t2, двигатель, приспособленный к диску для вращения диска, линзу, расположенную между источником лазерного излучения и упомянутой первой поверхностью подложки, для фокусировки лазерного излучения в пятно, линзу, имеющую фиксированную коррекцию для сферической аберрации, и средство, подсоединенное к линзе, для перемещения линзы относительно диска так, чтобы сфокусированное пятно могло перемещаться от одного информационного слоя к другому информационному слою, фиксированную коррекцию сферической аберрации линзы, имеющую такое значение, при котором фокусируемое пятно излучения, близкое к дифракционно-ограниченному, находится приблизительно на расстоянии t1+t2/2 от упомянутой первой поверхности диска.

Согласно пятому аспекту настоящего изобретения разработан оптический диск для хранения информации типа диска, в котором информация считывается при помощи лазерного излучения, проходящего через линзу, имеющую коррекцию сферической аберрации, которая соответствует фиксированной толщине материала, пропускающего свет и имеющего известный коэффициент преломления, причем диск содержит подложку, частично пропускающую свет, первый информационный слой, частично пропускающий свет, второй информационный слой, отражающий свет, и промежуточный слой, пропускающий свет и расположенный между первым и вторым информационными слоями, разделяя их, толщину подложки, пропускающей свет, плюс половину толщины промежуточного слоя, равную фиксированной толщине материала, пропускающего свет и имеющего известный коэффициент преломления, для которой проводят коррекцию сферической аберрации линзы.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения разработана система привода многослойного информационного оптического диска, которая имеет фиксированную коррекцию аберрации и использует диск с максимальным межслоевым расстоянием для уменьшения межслоевых помех. В одном варианте осуществления многослойный информационный диск имеет подложку с толщиной, которая уменьшена приблизительно на половину толщины промежуточного слоя, который разделяет первый и последний информационные слои. Диск приспособлен для работы с линзой, которая имеет коррекцию сферической аберрации для компенсации толщины известного однослойного информационного диска. Это позволяет приводу диска работать с многослойными информационными дисками, а также быть совместимыми и, таким образом, работать с известными однослойными информационными дисками. Для коррекции сферической аберрации, толщина материала подложки плюс половина толщины материала промежуточного слоя (который может иметь отличный от материала подложки коэффициент преломления) равна толщине материала подложки, используемой в известном однослойном информационном диске. Фокусируемое пятно с минимальной сферической аберрацией, таким образом, располагается скорее посередине промежуточного слоя, чем на первом информационном слое. Толщину промежуточного слоя выбирают так, чтобы фокусируемое пятно, которое располагается на первом или на последнем информационном слое, имело заданную конструктивную сферическую аберрацию в допустимых пределах. В результате толщину промежуточного слоя можно значительно увеличить, и тем самым уменьшить межслоевые помехи. В другом варианте осуществления выбирают сначала толщину подложки и толщину промежуточного слоя, а затем линзой корректируют сферическую аберрацию, соответствующую толщине материала подложки плюс половине толщины материала промежуточного слоя.

Краткое описание чертежей
Сущность изобретения иллюстрируется ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает схематически систему привода оптического диска, согласно настоящему изобретению, в виде системы CD;
фиг.2 изображает схематически оптическую головку и двухслойный диск системы привода оптического диска;
фиг.3 изображает блок-схему системы привода оптического диска;
фиг. 4 изображает график зависимости интенсивности сфокусированного светового пятна от поперечного распределения излучения для двух случаев: кривая А - минимальная сферическая аберрация и кривая В - значительная сферическая аберрация;
фиг. 5 изображает график числа Штреля для двух материалов с различными коэффициентами преломления как функцию расстояния от положения, на котором сферическая аберрация минимальна для линз с N.A.=45;
фиг. 6 изображает поперечное сечение двухслойного диска и световое пятно с минимальной сферической аберрацией, расположенное в середине промежуточного слоя;
фиг. 7 изображает в сравнении число Штреля первого порядка, как функцию расстояния между информационными слоями (толщина промежуточного слоя) для двух систем привода оптического диска с линзой с N.A.=0,55, в первом случае пятно с минимальной сферической аберрацией располагается на первом информационном слое, и в другом случае пятно с минимальной сферической аберрацией располагается в середине промежуточного слоя; и
фиг. 8 изображает поперечное сечение двухслойного диска с тонким слоем пыли и пятно с минимальной сферической аберрацией, расположенной в середине промежуточного слоя.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
На фиг. 1 изображен схематический чертеж системы хранения данных на оптическом диске, которая, согласно настоящему изобретению, обозначается общей позицией 10. Система 10 в дальнейшем называется как система оптического диска CD. Система 10 включает в себя диск 12 хранения оптических данных, который установлен с возможностью перемещения на закрепленном валу 14 известным в технике способом. Вал 14 прикреплен к вращающемуся двигателю 16, который в свою очередь крепится к шасси 20 системы. Двигатель 16 вращает вал 14 и диск 12.

Оптическая головка 22 позиционируется под диском 12. Головка 22 закреплена на кронштейне 24, который в свою очередь подсоединяется к устройству привода, такому как двигатель 26 звуковой катушки. Двигатель 26 звуковой катушки прикрепляется к шасси 20 и перемещает кронштейн 24 и головку 22 в радиальном направлении с нижней стороны диска 12.

На фиг. 2 схематически изображен один предпочтительный вариант осуществления оптической головки 22 и диск 12 (фиг.1). Оптическая головка 22 включает в себя лазерный диод 200, который может представлять собой арсенид-галий-алюминиевый лазерный диод, генерирующий основной луч 22 лазерного луча, на длине волны приблизительно равной 780 нм. Луч 202 является первым дифракционным лучом решетки 201, которая в дополнение к основному информационному лучу формирует два дифракционных луча для трэкинга, и затем коллимируется линзой 203. Полученный в результате трехкомпонентный луч 204 затем проходит на оптический делитель 205 луча. Часть лазерного луча 204 после отражения от оптического делителя 205 попадает на линзу 206 и оптический детектор 207. Детектор 207 используется для контроля мощности лазерного излучения 204. Луч 204, выходящий из оптического делителя 205, затем отражается от зеркала 208. Луч 204 затем проходит через фокусирующую линзу 210 и фокусируется в дифракционно-ограниченное пятно. Линза 210 крепится в держателе 214, положение которой регулируется относительно диска 212 при помощи двигателя 216, управляющего положением фокуса, который может представлять собой двигатель со звуковой катушкой. Перемещение линзы 210 производится при помощи исполнительного механизма, предназначенного для регулировки фокуса и перемещения фокусируемого пятна между двумя информационными слоями 52 и 62 диска 12.

Часть светового луча 204 отражается от информационного слоя 52, 62 в виде луча 220. Отраженный луч 220 проходит обратно через линзу 210 и отражается зеркалом 208. Луч 220 направляется на оптический делитель 205 через астигматическую линзу 232 и на многоэлементный оптический детектор 234.

На фиг.3 изображена блок-схема системы привода оптического диска, которая обозначается общей позицией 300. Многоэлементный детектор 234 (фиг.2) вырабатывает выходные сигналы, которые вырабатывают сигнал данных, сигнал ошибки фокуса (FES) и сигнал ошибки трэкинга (TES). Эти сигналы усиливаются при помощи усилителя 236 сигнала и подаются непосредственно в контроллер 314. Пиковый детектор 310 также принимает сигнал FES, и пиковый детектор 312 также принимает сигнал TES от усилителя 236. Контроллер 314 также принимает входные сигнала от пикового детектора 310 FES, пикового детектора 312 TES и детектора 207 мощности лазерного излучения. Контроллер 314 представляет собой контроллер привода диска на основе микропроцессора. Контроллер 314 также подсоединяется с возможностью управления к лазеру 200, главному двигателю 206, двигателю 16 вала и двигателю 16 привода фокуса.

На фиг.2 показано поперечное сечение диска 12. Диск 12 содержит подложку 40, пропускающую свет и изготовленную, как правило, из поликарбоната. Первая поверхность 41 подложки 40 обращена своей лицевой поверхностью к линзе 210 и является боковой по отношению к свету, который на нее падает. Противоположная поверхность подложки 40, сформирована на ее первом информационном слое 52. Информационный слой 52 является контрольным слоем с выемками или углублениями, которые сформированы на поверхности подложки 40 и покрыты пленкой, выполненной из материала, частично пропускающей свет. Информационный слой 52 образуется при помощи известного способа инжекционного прессования, выдавливания или литья под давлением с использованием фотополимера. Подложка 40 и первый информационный слой 52 аналогичны известным CD-дисках, за исключением того, что пленка, покрывающая контрольный образец выемок на поверхности подложки частично пропускает свет в большей степени, чем отражает. Эту пленку или материал можно выполнить из любого известного полупроводникового материала (например, аморфные Si, SiC, GaSb), диэлектрических материалов (например, ZrO₂, SiN) или металлических материалов (например, Al, Au). Эти материалы можно получить в виде осажденного слоя при помощи известных в технике способов напыления или испарения с толщиной порядка 30-3000 Ангстрем. Промежуточный слой 44, пропускающий свет, сформирован над информационным слоем 52. Промежуточный слой можно сформировать из фотополимерного материала, который распыляется с помощью кругового вращения. С другой стороны, промежуточный слой 44 можно сформировать в процессе прокатки, то есть при помощи приклеивания тонкого пластмассового листа, который оттиснен информационным слоем 62, на пленочное покрытие информационного слоя 52, расположенного на подложке 40. Поверхность промежуточного слоя 44, расположенная напротив поверхности, которая находится в контакте с информационным слоем 52 и сформирована на этом втором информационном слое 62. Информационный слой 62 также содержит контрольный образец выемок, сформированный на поверхности промежуточного слоя 44 и пленочное покрытие из светоотражающего материала, такого как сплав алюминия. Пленочное покрытие из алюминиевого сплава является предпочтительно полностью отражающим в случае, если информационный слой 62 является последним информационным слоем в многочисленных информационных слоях диска и имеет типичную толщину порядка 100 - 1000 Ангстрем. Тисненый образец информационного слоя 62 можно сформировать в процессе фотополимеризации с помощью матрицы, контактирующей с полимером, который проходит термообработку при помощи ультрафиолетового излучения. Если промежуточный слой сформирован при помощи прокатки, информационный слой 62 можно предварительно оттеснить на пластмассовом листе перед приклеиванием листа к подложке 40. Типичная глубина ямок в тисненой картине в информационных слоях 52 и 62 составляет 1000-2000 Ангстрем. Окончательно, защитный слой 70 из фотополимера формируют на информационном слое 62 при помощи кругового вращении, которое следует за термообработкой. Двухслойный CD (фиг.2) представляет собой диск с двумя информационными слоями. Подложка 40 имеет толщину t1 и изготовлена из светопропускающего материала с коэффициентом преломления n1. Промежуточный слой 44 имеет толщину t2 и изготовлен из светопропускающего материала n2. В диске 12 могут использоваться дополнительные информационные слои. Например, дополнительно оттесненные образцы и пленки, частично пропускающие свет, можно сформировать между первым и вторым информационными слоями 52 и 62.

Ниже будет описана работа оптической системы 10 хранения (фиг.1) со ссылками на фиг.2 и 3. Контроллер 314 управляет двигателем 16, который вращает диск 12 и двигатель 26, который перемещает оптическую головку 22 в правильное положение с нижней стороны диска 12. Лазер 200 вводится в рабочее состояние для считывания информации с диска 12. Луч 214 фокусируется линзой 210 в пятно излучения, с близкой к дифракционной расходимостью, и это сфокусированное пятно располагается на требуемом одном из информационных слоев 52 и 62. Отраженный луч 220 возвращается обратно и направляется на многоэлементный детектор 214 при помощи астигматической линзы 232. Сигналы FES и TES, а также сигналы данных выводятся детектором 234 и усиливаются при помощи усилителя 236 (фиг.3). Сигнал FES используется контроллером 314 в известной методике управления сервоприводом для управления двигателем 216 привода, чтобы линза 210 фокусировала луч в пятно на требуемый информационный слой (например, на информационный слой 52) во время вращения диска 12. Когда необходимо считать данные из информационного слоя 62, контроллер 314 вырабатывает сигнал для двигателя 216 привода фокуса, чтобы перемещать линзу, а следовательно, и пятно из информационного слоя 52 в информационный слой 62, когда световой луч, прошедший через линзу 210 пересекает внутреннюю подложку 40 с толщиной t1 и промежуточный слой 44 с толщиной t2.

В системе привода оптического диска также необходимо иметь диаметр фокусируемого пятна по возможности меньше и иметь минимальные сферические аберрации. Поскольку свет фокусируется через подложку, коэффициент преломления и толщина подложки должны учитываться в конструкции объектива линзы. Линзу конструируют таким образом, чтобы коррекция сферической аберрации соответствовала бы фиксированной толщине материала, пропускающего свет и имеющего известный коэффициент преломления. На фиг.4 представлен график зависимости интенсивности излучения сфокусированного светового пятна от отклонения от центра пятна для двух различных пятен: в первом случае имеющего минимальную сферическую аберрацию и в другом случае имеющего значительную сферическую аберрацию из-за не оптимальной толщины подложки. Кривая А (фиг.4) соответствует пятну с минимальной сферической аберрацией и имеет по существу Гауссово распределение интенсивности светового пучка. Диаметр дифракционно-ограниченного пятна определяется как ширина распределения по уровню 0,5 от максимальной амплитуды интенсивности и показан на кривых А (фиг.4). Кривая В (фиг. 4) соответствует пятну со сферической аберрацией и изображает наиболее низкий максимум интенсивности и присутствие боковых лепестков. В приводе оптического диска в случае, если линза не имеет коррекции в соответствии с правильной толщиной подложки, пятно на информационном слое будет обладать сферической аберрацией. Это нежелательно, потому что все сигналы данных, ошибки фокуса и ошибки трэкинга влияют на максимальное оптическое разрешение.

Отношение максимальной интенсивности пятна с аберрацией к максимальной интенсивности пятна излучения с расходимостью, близкой к дифракционной, без аберрации, называется числом Штреля. Фиг.5 изображает график числа Штреля, как функцию изменения толщины подложки, на которой выполнена линза для двух материалов, имеющих различные коэффициенты преломления для линз с N.A.=0,45. Непрерывная линия представляет собой число Штреля для материала с коэффициентом преломления 1,57 (например, поликарбонат), и штрихпунктирная линия представляет собой число Штреля для материала, который имеет коэффициент преломления 1,10. При девиации толщины, близкой к нулю, свет смещается на точное расстояние, для которого линза имеет коррекцию сферической аберрации, при этом число Штреля теоретически равно 1,0. Однако, если световой луч проходит через материал, то пятно будет обладать сферической аберрацией. В случае известной CD-системы с n=1,57 и линзы, имеющей числовую апертуру N.A. =0,45, минимально допустимое число Штреля составляет приблизительно 0,9. Это соответствует отклонению толщины материала приблизительно на +/-0,125 мм. Для системы с двухслойными данными, подобно той, которая рассмотрена и описана на фиг. 2, это означает, что если промежуточный слой 44 является также материалом с коэффициентом преломления, близким к 1,57, то промежуточный слой не может быть толще приблизительно 0,125 мм, или пятно будет иметь недопустимо высокую сферическую аберрацию, когда оно фокусируется на информационный слой 62. Для линзы с N.A.=0,55 с тем же самым требованием для отношения числа Штреля, равным 0,9 толщина промежуточного слоя, не может быть больше приблизительно 0,05 мм. Таким образом, проблема сферической аберрации в системах привода многослойных оптических дисков решается при помощи создания промежуточного слоя с минимальной по возможности толщиной. Однако недостатком разделения в системах привода с многослойными оптическими дисками являются межслоевые искажения от соседних информационных слоев в случае, когда пятно располагается на требуемом информационном слое. Этот недостаток устраняется лучше всего путем создания промежуточного слоя по возможности более толстого.

В настоящем изобретении система привода многослойного информационного оптического диска означает то, что фокусируемое пятно с минимальной сферической аберрацией располагается не на информационном слое, а предпочтительно, в средних точках между двумя ближайшими слоями и по возможности дальше от линзы. В случае системы привода оптического диска CD с двумя слоями (фиг. 2), привод диска конструируют так, чтобы пятно с минимальной сферической аберрацией располагалось в середине промежуточного слоя 44.

Таким образом, сфокусированное световое пятно (фиг.6) с минимальной сферической аберрацией изображается в качестве располагающегося приблизительно в середине промежуточного слоя 44 (т.е., t2/2 расстояние от обоих слоев 52 и 62 данных). Толщина материала, которую пересекает световой луч в этой точке, равна приблизительно толщине t1 подложки 40 с коэффициентом преломления n1 и половине толщины промежуточного слоя 44 (t2/2) с коэффициентом преломления n2. В предпочтительном варианте осуществления линза 210 подобна той, которая используется в известной системе диска с однослойным диском, то есть, корректируется для толщины подложки из поликарбоната (n=1,57), равной 1,20 мм. Однако в предпочтительном варианте осуществления подложка 40 имеет толщину, не равную известной толщине подложки, но равную известной толщине, которая составляет t2/2 толщины промежуточного слоя 44. В варианте осуществления привода CD настоящего изобретения с линзой, имеющей значение N.A.=0,45 толщина t1 подложки 40 составляет приблизительно 1,075 мм и толщина t2 промежуточного слоя 44 представляет приблизительно 250 мм. Для линз со значением N. A. = 0,55 толщина t1 подложки 40 будет составлять приблизительно 1,15 мм, и толщина t2 промежуточного слоя 44 будет составлять приблизительно 0,10 мм. Материал промежуточного слоя 44 представляет собой предпочтительно полимер, который имеет коэффициент преломления, достаточно близкий к коэффициенту преломления поликарбоната, что представляет собой эффект второго порядка коррекции сферической аберрации и не является необходимым фактором в выборе толщины t1 подложки, однако, если коэффициент преломления промежуточного слоя отличается от коэффициента преломления подложки, то толщину t1 подложки регулируют так, чтобы толщина t1 материала подложки с коэффициентом преломления n1 и толщина t2/2 материала промежуточного слоя с коэффициентом преломления n2 вместе были бы равны толщине материала, в котором линза имеет коррекцию сферической аберрации.

Толщину t2 промежуточного слоя 44 выбирают на основе минимально допустимого числа Штреля, которое в свою очередь зависит от N.A. линзы и коэффициента преломления материала подложки. Толщину t2 выбирают так, чтобы t2/2 соответствовало максимальному изменению толщины, за счет которой все еще происходит сферическая аберрация. Для привода CD с двухслойными данными с N.A., равными 0,45, составляет t2/2 равняется 0,125 мм (число Штреля равно 0,9) или t2= 0,250 мм. В результате получается удвоение толщины промежуточного слоя по сравнению с той, которая будет в случае, если фокусируемое пятно с минимальной сферической аберрацией размещается на первом информационном слое. Эффект межслоевых помех существенно уменьшается, хотя величина сферической аберрации на обоих информационных слоях все еще имеет место.

Преимущество этого варианта осуществления настоящего изобретения заключается в том, что поскольку линза остается с коррекцией сферической аберрации для известной толщины подложки оптического диска с одним информационным слоем, привод оптического диска может также работать с известным однослойным информационным диском. Таким образом, в случае системы привода оптического диска CD, привод работает с двухслойным информационным диском (толщина подложки t1=1,75 мм и толщина промежуточного слоя t2=0,250 мм) и является совместимым с существующими однослоевыми CD (толщина подложки 1,20 мм).

В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения толщины подложки и промежуточного слоя выбирают с возможностью оптимизации процесса изготовления многослойного информационного диска и линза имеет коррекцию сферической аберрации для выбранной толщины t1 подложки с коэффициентом преломления n1, и толщиной t2 промежуточного слоя с коэффициентом преломления n2. В случае CD-дисков, известные подложки с толщиной, равной 1,20 мм, можно использовать для систем с двухслойными данными и промежуточный слой может иметь толщину 0,250 мм. Линзу далее будут корректировать на 1,325 мм [1,20 (t2/2= 0,125)] материала (полагая N.A.=0,45 и промежуточный слой изготовливают из материала с коэффициентом преломления достаточно близким к 1,57 для того, что иметь незначительный эффект сферической аберрации).

Способ коррекции линз для известной сферической аберрации в системах, имеющих плоскую параллельную подложку, представляет собой хорошо известную методику. Длина волны светового луча и коэффициент преломления материала, через который свет должен проходить, используются для выработки полиномного уравнения, который представляет собой форму линзы. Этот способ описан, например, Р. Кингслейком в работе "Основы конструирования линз" (R. Kingslake, "Lens Design Fundmentals", pp. 119-122 и 205-208, Academic press, 1978), и который не является частью настоящего изобретения.

На фиг. 7 изображен увеличенный размер промежутка информационного слоя, который достигается в настоящем изобретении для линз с N.A.=0,55. Например, при N. A. =0,55 и допустимом числе Штреля, равным 0,9 (число Штреля первого порядка, равное 0,1 на фиг.7), система привода диска с пятном с минимальной сферической аберрацией, расположенной на первом информационном слое, показывает, что промежуточный слой не может быть толще приблизительно 0,065 мм. Однако с помощью настоящего изобретения, где система привода сконструирована так, чтобы пятно с минимальной сферической аберрацией располагалось в середине промежуточного слоя, толщина промежуточного слоя может быть удвоена до 0,13 мм. В предпочтительном изобретении используется число Штреля, равное 0,9. Однако могут потребоваться более высокие или более низкие значения отношения числа Штреля в зависимости от конкретных параметров системы привода дисков, таких как N.A. линзы и коэффициент преломления подложки и промежуточного слоя.

На фиг. 6 изображена система с многослойным информационным диском в качестве твердотельной структуры, где внешние слои представляют собой подложку 40 и защитный слой 70. В случае системы CD подложка 70 представляет собой поликарбонат с толщиной 1,20 мм или 1,20 мм меньше толщины 2t/2 в зависимости от варианта осуществления. Однако диск с многослойными данными можно также изготовить при помощи совмещения двух внутренних дисков с однослойными данными. В этом типе структуры защитный слой 70 является второй подложкой, идентичной подложке 40. Например, в случае системы CD, две подложки толщиной 0,60 мм, и каждая из которых имеет информационный слой совмещены вместе с материалом, пропускающим свет, таким как известный фотополимер, который в этом случае служит в качестве промежуточного слоя. Информационный слой на ближайшей подложке к линзе 210 имеет пленку с покрытием, частично пропускающим свет, над своим образцом выемок, и информационный слой, расположенный на ближайшей от линзы 210 подложке, имеет общую пленку с покрытием, отражающим свет на своем образце выемок.

Фиг. 8 изображает изобретение с альтернативным типом многослойного информационного диска 90. Диск 90 включает в себя заготовку 91 алюминиевого диска, ближайший от линзы 210 информационный слой 92, сформированный на заготовке 91 диска, промежуточный слой 93, расположенный на информационном слое 92 и ближайший к линзе 210 информационный слой 94, сформированный на промежуточном слое 93. Пластмассовое кольцо 95 связано с заготовкой 91 алюминиевого диска и расположено по периметру заготовки 91 диска. Кольцо 95 защищает прозрачное пластмассовое покрытие 96 от пыли. Покрытие 96 от пыли имеет обычно толщину порядка 100 мкм и расположено поперек и связано с кольцом 95. Защитное покрытие 96 образует воздушный зазор, равный 0,2 - 2,0 мм между ним и информационным слоем 94. Оба информационных слоя 92 и 94 являются информационными слоями WORM с изменяемой записываемой фазой, обычно формируемой из IN-SB-SN. Ближайший к линзе 210 первый информационный слой 94 имеет толщину, равную 60-120 Ангстрем, и является, таким образом, благодаря своей толщине, частично пропускающим свет. Наиболее далеко расположенный от линзы 210 второй информационный слой 92 имеет толщину 400 - 2000 Ангстрем, и таким образом, имеет повышенную отражательную способность информационного слоя 94. Промежуточный слой 93 имеет круговое покрытие и проходит термообработку полимерной пленки с типичной толщиной 0,5-0,15 мм. Сфокусированное пятно с минимальной сферической аберрацией расположено в середине промежуточного слоя 93 (фиг.8). В этом варианте осуществления изобретения "подложка", через которую проходит свет к информационным слоям 92, 94 является покрытием 96, защищающим от попадания пыли. Таким образом, коррекция сферической аберрации для линзы 210 представляет собой коррекцию, необходимую из-за прохождения светового луча через толщину антипылевого покрытия 96 (со своим показателем преломления n1) и через половину толщины промежуточного слоя 93 (со своим коэффициентом преломления n2). Прохождение светового луча через воздух не вводит дополнительную сферическую аберрацию, так как воздушный зазор между антипылевым покрытием 96 и первым информационным слоем 94 не вносит сколь заметного искажения в картину коррекции сферической аберрации для линзы 210. Изобретение описывает двухслойный диск, однако изобретение также может использоваться там, где используются дополнительные информационные слои, расположенные между первым информационным слоем (ближайший к линзе информационный слой) и второй или последний информационный слой (самый дальний от линзы информационный слой). Например, в восьмислойном информационном диске, где промежуточный слой соответствует толщине между ближайшим и самым дальним информационными слоями, привод будет конструироваться так, чтобы линза имела коррекцию сферической аберрации для t1+t2/2, где t2 - это толщина твердого материала, пропускающего свет, между ближайшим и самым дальним информационными слоями) и пятно с излучением, с близкой к дифракционной расходимостью, будет располагаться между четвертым и пятым информационными слоями относительно линзы.

Изобретение описано также в отношении системы CD. Однако изобретение полностью может использоваться с любым многослойным информационным оптическим диском, таким как магнитооптический, с изменением фазы или диски с однократной записью и многократным считыванием (WORM).

Изобретение относится к оптическим дискам, которые имеют многочисленные информационные слои. Система привода оптического диска содержит источник лазерного излучения, оптический диск, содержащий светопропускающую подложку, первый и второй информационные слои, соответственно, пленку из частично светопропускающего материала и пленку из светоотражающего материала, покрывающие соответственно первый и второй информационные слои, и светопропускающий промежуточный слой, расположенный между первым и вторым информационными слоями, двигатель для вращения оптического диска, линзу для фокусировки лазерного луча в пятно, имеющую фиксированную коррекцию сферической аберрации. Особенность системы состоит в том, что фокусируемое пятно имеет приблизительно минимальную сферическую аберрацию, когда оно располагается в промежуточном слое между первым и вторым информационными слоями. Это позволяет, при приемлемой сферической аберрации, увеличить толщину промежуточного слоя и уменьшить межслоевые помехи, причем сохраняется совместимость привода диска с традиционными однослойными информационными дисками. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Система привода оптического диска, содержащая источник лазерного излучения для генерации лазерного излучения, оптический диск, содержащий светопропускающую подложку, имеющую первую поверхность, на которую падает лазерный луч, первый информационный слой, расположенный на поверхности подложки напротив первой поверхности, пленку из частично светопропускающего материала, покрывающую первый информационный слой, второй информационный слой, пленку из светоотражающего материала, покрывающую второй информационный слой, и светопропускающий промежуточный слой, расположенный между первым и вторым информационными слоями, разделяющий их на свою толщину, двигатель для вращения оптического диска, линзу, расположенную между источником лазерного излучения и первой поверхностью подложки диска, для фокусировки лазерного луча в пятно, причем линза имеет коррекцию сферической аберрации с величиной коррекции, соответствующей фиксированной толщине светопропускающего материала, отличающаяся тем, что фокусируемое пятно имеет приблизительно минимальную сферическую аберрацию, когда оно располагается в промежуточном слое между первым и вторым информационными слоями. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что фиксированная толщина светопропускающего материала, которая соответствует величине коррекции сферической аберрации линзы, по существу, равна толщине подложки плюс приблизительно половина толщины промежуточного слоя, и средство, соединенное с линзой, для перемещения линзы относительно диска с возможностью перемещения фокусируемого пятна от одного информационного слоя к другому, в результате чего, когда пятно располагается на первом информационном слое, оно обладает сферической аберрацией, так как общая толщина подложки и промежуточного слоя, которую пересекает свет, меньше толщины материала, соответствующей величине коррекции сферической аберрации, приблизительно на половину толщины промежуточного слоя, и когда пятно располагается на втором информационном слое, оно обладает сферической аберрацией, так как общая толщина подложки и промежуточного слоя, которую пересекает свет, больше толщины материала, соответствующей величине коррекции сферической аберрации, приблизительно на половину толщины промежуточного сдоя. 3. Система по п.2, отличающаяся тем, что фиксированная толщина светопропускающего материала, соответствующая величине коррекции сферической аберрации линзы, по существу, равна толщине tl подложки о коэффициентом преломления n1, при этом подложка диска выполнена из материала, имеющего коэффициент преломления n1 и толщину приблизительно tl-t2/2, где t2 - толщина промежуточного слоя. 4. Система по п.2, отличающаяся тем, что подложка диска выполнена из материала, имеющего коэффициент преломления n1 и толщину приблизительно t1, и промежуточный слой выполнен из материала, имеющего коэффициент преломления n2 и толщину приблизительно t2, при этом фиксированная толщина светопропускающего материала, которая соответствует величине коррекции сферической аберрации линзы, по существу, равна толщине t1 материала подложки плюс толщине t2/2 материала промежуточного слоя. 5. Система по п.2, отличающаяся тем, что фиксированная толщина светопропускающего материала, которая соответствует величине коррекции сферической аберрации линзы, составляет приблизительно 1,20 мм поликарбоната, при этом подложка диска выполнена из поликарбоната и имеет толщину приблизительно 1,20 мм минус половина толщины промежуточного слоя. 6. Система по п.2, отличающаяся тем, что фиксированная толщина оветопропускающего материала, которая соответствует величине коррекции сферической аберрации линзы, составляет приблизительно 0,60 мм поликарбоната, при этом подложка диска выполнена из поликарбоната и имеет толщину приблизительно 0,60 мм минус половина толщины промежуточного слоя. 7. Оптический диск для хранения данных, выполненный с возможностью считывания лазерным лучом, проходящим через линзу, имеющую коррекцию сферической аберрации, содержащий светопропускающую подложку, имеющую первую поверхность, на которую падает лазерный луч, первый информационный слой, расположенный на поверхности подложки напротив первой поверхности, пленку из частично светопропускающего материала, покрывающую первый информационный слой, второй информационный слой, пленку из светоотражающего материала, покрывающую второй информационный слой, светопропускающий промежуточный слой, расположенный между первым и вторым информационными слоями и разделяющий их на толщину светопропускающего промежуточного слоя, отличающийся тем, что толщина светопропускающей подложки плюс половина толщины светопропускающего промежуточного слоя, по существу, эквивалентна толщине светопропускающего карбоната, соответствующей величине коррекции сферической аберрации линзы. 8. Оптический диск по п.7, отличающийся тем, что толщина светопропускающей подложки плюс половина толщины светопропускающего промежуточного слоя, по существу, равна 1,2 мм. 9. Оптический диск по п.7, отличающийся тем, что толщина светопропускающей подложки плюс половина толщины промежуточного светопропускающего слоя, по существу, равна 0,6 мм. 10. Оптический диск по одному из п.8 или 9, отличающийся тем, что на поверхности второго информационного слоя, удаленной от промежуточного слоя, расположен защитный слой.