CN1133983C - 光学记录介质初始化的方法与设备 - Google Patents

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Abstract

一种多记录层的光学记录介质，它具有一批待由曝光而初始化的记录层，而在各记录层之间有一透明层。用光同时照射各记录层而使这些记录层同时初始化。

Description

光学记录介质初始化的方法与设备
技术领域
本发明涉及应用光束使具有许多记录层的分层光学记录介质初始化的方法与设备。
背景技术
业已提出过一种多记录层的光学记录介质，它具有叠层于透明基片上的一批信息面，即许多可用光学方法再现的或加以记录的层。
要是这种多记录层的光学记录介质即多层光盘有n个记录层(n为≥2的整数)，则它的记录密度理论上会是单记录层光学记录介质的或是只有单记录层光盘的n倍。多记录层光学记录介质的各层都可包括具有ROM(只读存储器)特性的、WO(只写一次)存储特性的或具有可重写存储特性的存储介质。具有这些存储特性的某些层需要初始化。在那些能通过应用光强在一定水平之上的光束来改变光学特性而记录信息的各种存储息介质中，可重写存储介质可能是非常需要进行初始化的。例如，可重写型的相变光盘在由喷涂来形成它的膜层时属非晶态(amorphous state)。由于此相变光盘是在非晶态下记录而在晶态下空白，故能在它们的膜层形成后立即用于记录。为此，需要通过把相变光盘暴露在高于结晶温度的温度下而使其空白化。
普通的常规的初始化设备包括具有某个波长的单一的记录(register)光源和具有0.4或较大数值孔径N.A.的单一物镜，用来发射一激光束聚集到光盘的记录层即信息面上，由此来使光盘初始化。为了用上述初始化设备使具有n个记录层的多层光盘初始化，要是想把这n个记录层中的m(m为2≤m≤n的整数)层初始化，就需要使此初始化设备花费相当于初始化单一记录层光盘所需时间的m倍，这就显著地降低了初始化效率。
发明内容
本发明的目的之一在于提供用来初始化多记录层光学记录介质的方法与设备，而其中所花的时间大约与用来初始化单一记录层光学记录介质所需的时间相同。
本发明提供一种初始化两记录层光学记录介质的方法，包括步骤：提供具有一批记录层的两记录层的光学记录介质，在记录层之间插入一透明层；及然后，利用一个物镜把光同时照射到各记录层使各记录层同时初始化，其特征在于，所述物镜具有一个最大为(λ/d)1/2的数值孔径，其中d是透明层的厚度，而λ是光束的波长。
本本明还提供一种用于初始化两记录层光学记录介质的设备，该光学记录介质具有基片、设置在该基片上的第一记录层、设置在该第一记录层上的透明层、以及设置在该透明层上的第二记录层，该设备包括：光源，用于发射光束；以及物镜，用来把所述光源发射出的光束照射至所述第一记录层与所述第二记录层上，而使所述第一记录层与所述第二记录层同时初始化，其特征在于，所述物镜具有一个最大为(λ/d)1/2的数值孔径，其中d是透明层的厚度，而λ是光束的波长。
根据本发明，提出了一种初始化多记录层光学记录介质的方法，它包括下述步骤：提供具有一批将由曝光束初始化的记录层的多记录层光学介质，在各记录层之间插入一透明层，然后用光同时照射各记录层使各记录层同时初始化。
根据本发明，还提出初始化多记录层光学记录介质用的设备，这种记录介质具有的一批记录层可由曝光初始化，且在各记录层之间有透明层，此设备包括光照射装置，用于把光同时照射到各记录层上使它们同时初始化。
由于各记录层同时为光照射因而能同时初始化，这样就能在短时间内使大容量的光学记录介质初始化，从而可以在短时间内将信息记录到大容量的光学记录介质中。
上述透明层可以透射用来照射到光学记录介质上的光。
附图说明
本发明上述的和其它的目的、特点与优点可以通过结合附图阅读下面的本发明例释性的实施例所作的描述，获得理解，附图中以相同的参考标号表示相同或相似的物体。
图1是拟依据本发明初始化的一种光学记录介质的局部剖面图；
图2是拟依据本发明初始化的另一种光学记录介质的局部剖面图；
图3是依据本发明的第一实施例的初始化设备的示意图；
图4是依据本发明的第二实施例的初始化设备的示意图；
图5是依据本发明的第三实施例的初始化设备的示意图；
图6是依据本发明的第四实施例的初始化设备的示意图；而
图7是依据本发明的第五实施例的初始化设备的示意图。
具体实施方式
首先对照图1与图2说明拟根据本发明初始化的光学记录介质。但是，依据本发明进行初始化的光学记录介质并不局限于图1与图2中所示结构。
图1以局部剖面示明了取相变光盘形式的光学记录介质的20，它具有设在透明基片24上的第一信息记录层21，和设在位于第一信息记录层21上的透明层23之上的第二信息记录层22。此第一与第二信息记录层21、22借助由相变而改变例如透射率或反射率等光学性质，来记录信息。
如图1所示，透明基片24例如是聚碳酸酯基片，在它的主表面上有小的表面凹坑25，例如是跟踪伺服纹道或类似的结构。这些小的表面凹坑25可在透明基片24注模成形时于此基片的主表面中产生，或可以用紫外固化树脂由光聚合在平面透明基片的主表面中确定出。
第一信息记录层21是这样形成的：在透明基片24的主表面上淀积ZnS与SiO2混合物的第一介质膜或保护膜26至130nm厚，在第一保护膜26上淀积二元合金Sb2Se3的第一相变材料膜27至20nm厚，然后在第一相变材料膜27上淀积ZnS和SiO2混合物的第二介质膜或保护膜28至100nm厚。
此后，通过光聚合，在第一信息记录层21上形成40μm厚的紫外固化树脂的透明层23。
之后，在透明层23上形成第二信息记录层22。具体地说，第二信息记录层22是这样形成的：在透明层23上淀积ZnS与SiO2混合物的第三介质膜或保护膜29至130nm厚，在第三保护膜29上淀积三元合金Ge2Sb2Tb5的第二相变材料膜30至22nm厚，再在第二相变材料膜30上淀积ZnS与SiO2混合物的第四介质膜或保护膜31至12nm厚。
在第二信息记录层22上淀积Al反射膜32至150nm厚，然后由旋转涂膜法覆盖上厚7μm的紫外固化树脂的保护层33。
图1所示的光学记录介质20具有第一与第二信息记录层21、22作为两个相变信息记录层。
图2以局部剖面示明了取相变光盘形式的光学记录介质20，它具有作为三个相变信息记录层的第一、第二与第三信息记录层21、22与53。此第一、第二与第三信息记录层21、22与53借助因相变引起的例如透射率或反射率等光学性质的变化，来记录信息。
如图2所示，透明基片24例如是聚碳酸酯基片，在它的主表面上有小的表面凹坑25，例如是跟踪伺服纹道或类似的结构。这些小的表面凹坑25可以在透明基片24注模成形时于此基片的主表面中产生，或可以用紫外固化树脂由光聚合在平透明基片的主表面中限定出。
第一信息记录层21是这样形成的，在透明基片24的主表面上淀积ZnS与SiO2混合物的第一介质膜或保护膜26至130nm厚，在第一保护膜26上淀积二元合金Sb2Se3的第一相变材料膜27至20nm厚，然后在第一相变材料膜27上淀积ZnS与SiO2混合物的第二介质膜或保护膜28至100nm厚。
此后通过光聚合，在第一信息记录层21上形成40μm厚的紫外固化树脂的透明层23。
之后，在透明层23上形成第二信息记录层22。具体地说，第二信息记录层22是这样形成的：在透明层23上淀积ZnS和SiO2混合物的第三介质膜或保护膜29至130nm厚，在第三保护膜29上淀积三元合金Ge2Sb2Tb5的第二相变材料膜30至20nm厚，再在第二相变材料膜30上淀积ZnS和SiO2混合物的第四介质膜或保护膜31至100nm厚。
再由光聚合，在第二信息记录层22上形成紫外固化树脂的厚40μm的透明层34。
这以后，在透明层34上形成第三信息记录层53。具体地说，第三信息记录层53是这样形成的：在透明层34上淀积ZnS和SiO2混合物的第五介质膜或保护膜35至200nm厚，在第五保护膜35上淀积三元合金Ge2Sb2Tb5的第三相变材料膜36至24nm厚，而后在第三相变材料膜36上淀积ZnS和SiO2混合物的第六介质膜或保护膜37至30nm厚。
在第三信息记录层53上淀积Al反射膜32至150nm厚，然后由旋转涂膜方法覆以厚7μm的紫外固化树脂的保护层33。
为了在图1所示的光学记录介质20的第一与第二信息记录层21、22之上，以及在图2所示光学记录介质20的第一、第二与第三信息记录层21、22与53上记录信息，由例如下述的本发明的初始化方法与设备，通过结晶过程使上述第一与第二信息记录层21、22的相变材料27、30或上述第一、第二与第三信息记录层21、22与53的相变材料27、30与36初始化。
第一实施例
根据图3所示的第一实施例，使图1所示的具有第一与第二信息记录层21、22的光学记录介质20，通过同时加热例如晶化此第一与第二信息记录层21、22而初始化。
如图3所示，根据第一实施例的初始化设备具有光照射装置11，包括第一与第二光学头11A、11B，它们定位成与光学记录介质20成面对关系。
光学记录介质20依图3中箭头“a”方向转动或移动，使其得以相对于第一与第二光学头11A、11B运动。
第一与第二光学头11A、11B在光学记录介质20的运动方向上，沿着光学记录介质20的相同周边轨迹定位。
在此第一实施例中，第一与第二光学头11A、11B在结构上基本是一致的。具体地说，第一与第二光学头11A、11B具有各自的半导体激光器1A、1B，用来发射各自的激光束。由半导体激光器1A、1B发射出的激光束，通过各自的准直透镜2A、2B，各自的偏振光束分束器3A、3B，各自的四分之一波片4A、4B，以及各自的物镜5A、5B，而在第一与第二信息记录层21、22各自的相变材料27、30上会聚成各自的光束点6A、6B。
这两束激光然后从相变材料膜27、30反射，通过各自的物镜5A、5B和各自的四分之一波片4A、4B，到达各自的偏振光束分束器3A、3B。这两束激光再由各自的偏振光束分束器3A、3B反射，通过各自的聚光透镜7A、7B和各自的柱面透镜8A、8B所联合构成的各自像散聚焦伺服光学系统，到达各自的光探测元件例如光电二极管9A、9B。光电二极管9A、9B产生各自的探测后的输出信号，用来定位地控制物镜5A、5B，例如使来自光学头11A、11B的激光束分别聚焦到第一与第二信息记录层21、22的各自的相变材料27、30之上。
第一与第二信息记录层21、22的各自相变材料27、30由各自的光束点6A、6B加热到各自的预定温度，从而结晶化即初始化。
每个物镜的数值孔径N.A.都是0.5。各个半导体激光器1A、1B发射光波长为810nm的激光束。
光学记录介质20由主轴马达带动转动。光学头11A、11B由各自的驱动系统控制，将光束点6A、6B定位到例如第一与第二信息记录层21、22的待结晶化区的最内的周边端。此时，光学记录介质20由主轴马达带动以1000rpm的转速转动。然后激励半导体激光器1A、1B发出各自的激光束，作为光束点6A、6B而照射到第一与第二信息记录层21、22各自的相变材料27、30之上。光学头11A、11B由各自的驱动系统控制，在滑动伺服控制下，用光束点6A、6B以恒定的进给速率，从第一与第二信息记录层21、22的待初始化区域的最内至最外的周边端来扫描这些区域。
照射到第一与第二信息记录层21、22的激光束的功率分别为12mw与10mw。
第一与第二信息记录层21、22按上述方式同时初始化。
由半导体激光器1A、1B发出的激光束具有相同的波长和相同的功率，而物镜5A、5B可有相同的数值孔径。但是，半导体激光器1A、1B发出的激光波长与功率以及物镜5A、5B的数字孔径可以独立地选定。于是可以有广范围的初始化条件能用来初始化第一与第二信息记录层21、22，因而第一与第二信息记录层可在最优条件下初始化。
第二实施例
根据图4所示的第二实施例，是把具有第一与第二信息记录层21、22的在图1中所示的光学记录介质20，按第一实施例的相同方式，通过同时加热例如结晶化第一与第二信息记录层而初始化。但是如图4所示，具有各自的物镜5A、5B的第一与第二光学头5A、5B并不完全相互独立，而是具有某些共同的元件，包括半导体激光器。
如图4所示，光学记录介质20是依图3中箭头“a”的示向转动或移动，而使光学记录介质20相对第一与第二光学头11A、11B运动。第一与第二光学头11A、11B是在光学记录介质20运动的方向上，沿着光学记录介质20的相同周边轨迹定位。
根据此第二实施例，第一与第二光学头11A、11B共用半导体激光器1、准直透镜2、半波片10和偏振光束分束器3。半导体激光器1发出的激光束通过准直透镜2和半波片10，为偏振光束分束器3分成两束激光。这两束激光中之一为反射镜12反射，通过四分之一波片4A和物镜5A，而将这束激光在第一信息记录介质21的相变材料膜27上形成为光束点6A。反射镜12、四分之一波片4A以及物镜5A联合构成部分第一光学头11A。另一束激光则通过四分之一波片4B和物镜5B，在第二信息记录介质22的相变材料膜30上形成光束点6B。四分之一波片4B与物镜5B联合构成部分第二光学头11B。
从相变材料膜27、30上反射回的激光束则为偏振光束分束器3导引到光束分束器13，后者再导引这两束激光通过各自的聚光透镜7A、7B和各自的柱面透镜8A、8B联合组成的各自的像散聚焦伺服光学系统，到达各自的光探测元件例如光电二极管9A、9B。光电二极管9A、9B产生各自的探测后的输出信号，用来定位地控制物镜5A、5B，例如把来自光学头11A、11B的激光束聚焦到第一与第二信息记录介质21、22的各自的相变材料27、30之上。
半导体激光器1发射的激光束具有810nm的波长。各物镜5A、5B的数值孔径N.4.都是0.5。
光学记录介质20为主轴马达带动转动。光学头11A、11B为各自的自动系统控制，将光束点6A、6B定位到例如第一与第二信息记录层21、22的最内周边端。这时，光学记录介质20在主轴马达带动下以1000rpm的转速转动。之后，激励半导体激光器1A、1B发射出各自的激光束，作为光束点照射到第一与第二信息记录层21、22各自的相变材料27、30之上。光学头11A、11B为各自的驱动系统控制，在滑动伺服控制下用光束点6A、6B以恒定的进给速率，从第一与第二信息记录层21、22的待初始化区域的最内至最外的周边端来扫描这些区域。
照射到第一与第二信息记录层21、22的激光束的功率分别为12mw与10mw。
第一与第二信息记录层21、22是按前述方式同时实初始化。
这两束激光为各自的光电二极管9A、9B探测，可因反转聚焦伺服光学系统的极性而相互区分。
第一与第二信息记录层21、22的初始化条件例如所施加的激光束的功率，则可以通过控制半导体激光器1的功率和半波片10加以选择。
第三实施例
根据第三实施例，具有第一、第二与第三信息记录层21、22与53的图2所示的光学记录介质20，是通过同时加热例如结晶化此第一、第二与第三信息记录层21、22与53而初始化的。
图5示明根据第三实施例的初始化设备。此初始化设备中与图3所示一致的一部分用一致的标号指明，下面将不作详细说明。此第三实施例的初始化设备，除完全相互独立的第一与第二光学头11A、11B外，还有在结构上与各第一和第二光学头11A、11B一致的第三光学头11C。第三光学头11C的与各第一和第二光学头11A、11B中相对应的部件，则用一致的标号附以后缀C取代后缀A、B来指明。
各物镜的数值孔径N.A.都为0.5。半导体激光器1A、1B、1C都发出波长为810nm的激光束。
具有第一、第二与第三信息记录层21、22、53的光学记录介质20可旋转地定位于第一、第二与第三光学头11A、11B与11C之前。第一、第二与第三光学头11A、11B与11C依箭头“a”指示的光学记录介质20转动或移动的方向，在光学记录介质上沿着相同的周边轨迹定位。
光学记录介质20由主轴马达带动转动。光学头11A、11B与11C由各自的驱动系统控制，将光束点6A、6B与6C定位到例如第一、第二与第三信息记录层21、22与53的最内的周边端。这时的光学记录介质20是在主轴马达带动下以1000rpm的转速转动。之后，激励半导体激光器1A、1B与1C发射出各自的激光束，作为光束点6A、6B与6C而照射到第一、第二与第三信息记录层21、22、53的各自的相变材料27、30与36上。光学头11A、11B与11C由各自的驱动系统控制，在滑动伺服控制下用光束点6A、6B与6C以恒定的进给速率，从第一、第二与第三信息记录层21、22与53的待初始化区域的最内到最外周边端来扫描这些区域。
照射到第一、第二与第三信息记录层21、22与53的激光束的功率分别为12mw、12mw与10mw。
第一、第二与第三信息记录层21、22与53是以前述方式同时初始化。
在以上各实施例中，初始化设备都具有多个光学头即物镜。但是可以用单一光学头即一个物镜来同时初始化两或多个信息记录层的。
第四实施例
根据图6所示的第四实施例，是用单一光学头使图1所示光学记录介质的第一与第二信息记录层21、22同时初始化的。
图6所示的这一光学头具有用来发射激光束的半导体激光器1。由半导体激光器1发射出的激光束通过准直透镜2、偏振光束分束器3、四分之一波片4与物镜5，而会聚成第一与第二信息记录层21、22各自的相变材料27、30上的光束点6A、6B。
然后从相变材料膜27、30上反射出一激光束，通过物镜5和四分之一波片4到达偏振光束分束器3。此激光束再由偏振光束分束器3反射，通过聚光透镜7与柱面透镜8联合组成的像散聚焦伺服光学系统，到达光探测元件例如光电二极管9。光电二极管9产生一探测后输出的光信号，用来定位地控制物镜5例如将光学头11的激光束同时聚焦到相变材料27与30之上。
物镜5的数值孔径N.A.由(λ/d)1/2表示，式中的d是第一与第二信息记录层21、22之间透明层23的厚度，而λ是半导体激光器1发射出的激光束的波长。物镜5的焦深表示为±(λ/2N.A.2)。物镜5的数值孔径N.A.选择成小于一般光学头的数值孔径N.A.(0.4～0.6)，以便把激光束同时照射通过其下的第一与第二信息记录层21、22。在第四实施例中，d＝40μm，λ＝810nm，物镜5的数值孔径N.A.是0.13。
光学记录介质20由主轴马达带动转动。光学头11由驱动系统控制，将光束点6A、6B定位到例如第一与第二信息记录层21、22的待初始化区域的最内周边端。这时的光学记录介质20为主轴马达带动以1000rpm的转速转动。然后激励半导体激光器1发射激光束，作为光束点6A、6B而照射到第一与第二信息记录层21、22各自的相变材料27、30上。光学头1由驱动系统控制，在滑动伺服控制下用光束点6A、6B以恒定的进给速率，从第一、第二信息记录层21、22的待初始化区域的最内到最外周边端来扫描这些区域。
第一与第二信息记录层21、22是依前述方式同时初始化。
选择半导体激光器1发出的激光束波长使满足关系式：N.A.≤(λ/d)1/2。此激光束的功率可选定为合适的值。
要是物镜5的数值孔径N.A.大于(λ/d)1/2，则焦深太小而不能同时初始化第一与第二信息记录层21、22。
第五实施例
根据图7所示的第五实施例，是用单一光学头来同时初始化图1所示光学记录介质的第一与第二信息记录层21、22。
如图7所示，此光学头无物镜，而是由准直透镜2将半导体激光器1发出的激光束变换为平行激光束，照射到光学记录介质20上来同时初始化第一与第二信息记录层21、22。
由主轴马达带动光学记录介质20转动。用驱动系统控制光学头，将激光束的光点定位到例如第一与第二信息记录层21、22的待初始化区域的最内周边端。这时的光学记录介质由主轴马达在1000rpm的转速下带动。然后激励半导体激光器1发出激光束，作为光束点而照射在第一与第二信息记录层21、22各自的相变材料27、30之上。光学头1由驱动系统控制，在滑动伺服控制下用光束点以恒定的进给速率，从第一、第二信息记录层21、22的待初始化区域的最内到最外周边端来扫描这些区域。
第一与第二信息记录层21、22依前述方式同时初始化。
半导体激光器1发出的激光束的波长与功率选定为合适的值。
在第五实施例中，光学头的光学系统只包括准直透镜2。但是，此光学系统并不限于准直透镜，而是可以用只要能把半导体激光器1发出的激光束变换为平行激光束照射到光学记录介质20上的任何装置。
在上面的第一至第五实施例中，光学记录介质20是在光束点从第一与第二信息记录层21、22待初始化的区域的最内到最外周边端扫描时而初始化的。但是，也可用光束点从第一与第二信息记录层21、22待初始化的区域的最外到最内周边端进行扫描的。光学记录介质20可以在它的任何径向区域中的任何两个所需半径的范围内初始化。
在图3至图6所示的第一至第四实施例中，可以省去四分之一波片4A、4B、4C与4。要是省去四分之一波片4A、4B、4C与4，则用光束分束器来替换各个偏振光束分束器3A、3B、3C与C。
在第一至第五各实施例中，光学记录介质与光学头不限于所示布局而是可以按任何形式的布局定位。例如，光学记录介质与光学头可以在垂直方向上交换其位置。
聚焦伺服光学系统也不限于采用所述的像散原理，而是可用其它任何类型例如刀口法。
在第一至第五的各实施例中，并不要求光学记录介质的所有信息记录层都是需初始化的可重写的信息记录层。要是此光学记录介质的某些信息记录层不需要初始化，则这些记录层就不需从光学头用激光束照射。
根据本发明的初始化的光学记录介质不限于具有可重写信息记录层的光学记录介质。本发明的原理可用于具有一批在制造时不需初始化的ROM或WO信息记录层的光学记录介质。可重写的和WO信息记录层不限于相变信息记录层，而可以是下述种种材料的信息记录层：磁光材料、光致变色材料、合金材料或类似的材料，它们可以在曝露于光强大于给定水平的光下改变其光学性质，由此来记录信息，而这类材料是需要初始化的。
光学记录介质不限于盘形，而是可在取任意的形状例如卡片形成类似的形状。光学记录介质可以是任何种类的ROM光学记录介质，这类介质在记录坑上具有相变记录层，不需要为读出而初始化，例如日本(公开)专利公告3-292632与5-819511号中所公开的。
上面业已对照附图描述了本发明的最佳实施例，但应认识到，本发明并不局限于这些特别具体的实施例，而在不偏离本发明如后附权利要求书所规定的精神或范围的前提下，内行的人可以对此做出种种变更与改进的。

Claims (4)

1.一种初始化两记录层光学记录介质的方法，包括步骤：
提供具有一批记录层的两记录层的光学记录介质，在记录层之间插入一透明层；及
然后，利用一个物镜把光同时照射到各记录层使各记录层同时初始化，其特征在于，
所述物镜具有一个最大为(λ/d)1/2的数值孔径，其中d是透明层的厚度，而λ是光束的波长。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述各记录层都是由相变材料构成。
3.一种用于初始化两记录层光学记录介质的设备，该光学记录介质具有基片、设置在该基片上的第一记录层、设置在该第一记录层上的透明层、以及设置在该透明层上的第二记录层，该设备包括：
光源，用于发射光束；以及
物镜，用来把所述光源发射出的光束照射至所述第一记录层与所述第二记录层上，而使所述第一记录层与所述第二记录层同时初始化，其特征在于，
所述物镜具有一个最大为(λ/d)1/2的数值孔径，其中d是透明层的厚度，而λ是光束的波长。
4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述各记录层都是由相变材料构成。
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