专利名称：Cd/dvd兼容光盘结构的制作方法
技术领域：
本发明属于高密度数字光存储技术领域，特别涉及具有兼容性的光盘结构设计。
与磁盘存储技术不同，光盘存储技术主要采用了光盘盘片与驱动器分离的方式，即光盘盘片制造和驱动器的设计都符合同一标准。这种方式的既保证了光盘盘片的互换性，又极大地提高了光盘灵敏性并降低了光存储的成本。但这种方式确存在着不同密度光盘之间兼容性的问题。在光盘提高密度的情况下，就会出现原有驱动器无法渎取新的高密度光盘，而新的高密度光盘的驱动器无法读取原先的光盘。目前，光盘存储技术正从CD级光盘向DVD级光盘的过渡阶段。盘片的兼容性问题表现得非常明显。CD级光盘和DVD级光盘的存储机理完全相同，都是通过盘片上的坑点形貌实现记录的，
图1(a)表示CD级光盘的坑点形貌而图1(b)表示DVD级光盘的坑点形貌。从图中可以看出两种光盘形貌上的不同只是在于DVD的坑点尺寸较CD的小，CD的道11间距是1.6μm，最小坑点12大小为0.84μm而DVD的道13间距是0.74μm，最小坑点14大小为0.4μm，从而提高了存储密度和容量。同时，CD与DVD两类光盘在结构上也是相似的。如图2(a)所示，CD的盘片的结构是有聚碳酸脂的盘基23，铝反射层22和由UV胶构成的保护层21。DVD光盘的结构如图2(b)所示，DVD光盘为了扩大容量采用了两面结构，有两个半盘片。每个半盘片的结构与CD相同，即由聚碳酸脂的盘基36，铝反射层35和由UV胶构成的保护层34构成，两个半盘片有一层树脂粘结层粘合。如果其中一个半盘片为白盘片，称为哑盘基24，这个光盘为单面DVD光盘(DVD5)，如果两个半盘片都具有如上的完整结构，这种DVD光盘的两面都可以被读取，称为双面DVD光盘(DVD10)。两种DVD光盘机理完全相同。为了读取相应的不同密度的光盘，CD和DVD光盘驱动器采用了不同的激光波长(λ)和物镜数值孔径(NA)。对于CD)级驱动器，采用的波长为780nm而数值孔径为0.45，对于DVD级驱动器，采用的波长为635/650nm，而数值孔径为0.6。这样CD级的驱动器不能读取DVD级光盘，同样DVD级的驱动器也不能读CD级的光盘。这样，在光存储中，不同代光盘之间的兼容性问题比较突出。
为了解决这种兼容性的问题，目前主要的途径是通过改变驱动器来实现的。这种方法的代表性的使用就是在目前的DVD驱动器中采用的双光学头方式，也就是采用二个完全独立的DVD、CD读取激光头，拥有二套完全独立的物镜，此种方案中两套光学系统相互独立，在读盘时通常是先用DVD光学头试读，如发现不是DVD盘片，则转动一个机械转换系统换CD光学头读取。这样使得DVD驱动器可以读取DVD和CD两类盘片。但这种方式有两个局限性，一个是价格方面，由于系统需要两套光学头，加大了成本；另一方面，在这种体系中CD盘盘片仍然是CD级的容量。
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，设计出一种CD/DVD兼容光盘结构，通过改变盘片，使盘片具有兼容性，可同时适应目前存在着的CD和DVD两种驱动器，且都可以获取高的密度。
本发明提出的一种CD/DVD兼容光盘结构，包括反射层与盘基构成的下半盘片，其特征在于，在所说的下半盘片的反射层与盘基之间加入一光致变色掩膜层，通过粘结层与另一个半盘片相粘结构成兼容光盘的结构，该光致变色掩膜层的材料在780nm波长附近有吸收峰，而对于650和635nm波长则是全透。
所说的另一个半光盘片可为哑盘基；也可与所说的下半盘片结构相同。
所说的光致变色掩膜层可采用了杂环取代的俘精酸酐衍生物做成。
本发明的基本工作原理对于DVD光盘播放系统来说，由于掩膜层对于它们所用的激光全透，所以这类盘片在DVD播放机中与普通的只读DVD光盘完全相同。而对于CD播放机来说，掩膜的存在使得在CD级光学系统下获取了DVD级“读出窗”，使得在CD播放机中也可以读取这种盘片。
由于这种光盘是以DVD光盘盘片为基础，所以在DVD播放系统中播放不存在问题。主要要保证这种光盘在CD级驱动器中可顺利读取。
DVD光盘的坑点尺寸较之CD级的光盘坑点减小很多。表1是CD和DVD盘片上不同8-14调制(EFM)下扫描长度的空间频率。
表1 CD与DVD光盘坑点尺寸空间频率对比表
表中CD级NAλ=0.45780nm=5.77×105,]]>DVD级NAλ=0.6650nm=9.23×105]]>从表1中可以看出，DVD最小坑点尺寸3T的长度在DVD级的光学系统中为1.3542NA/λ，在无像差光学传递函数中幅值为0.2093。考虑到光盘中的噪声情况，这一幅值可以满足要求但所留余量很小。在CD光学系统中，DVD盘片最小坑点的空间频率为2.1667 NA/λ，这一频率已经超过了空间截止频率2 NA/λ。所以CD级的光学系统无法读取DVD级光盘的坑点。空间截止频率是空间分辨率的重要标志，DVD级的光学系统的空间截止频率为CD级空间截止频率的1.6倍。通过计算，可以得出带有光致变色掩膜的光盘的最优光学传递函数MTF曲线，如图4中的虚线所示。图4中的横坐标fx的单位是CD级的NA/λ。图4中的实线是不带掩膜光盘系统的MTF，可见带有掩膜的光盘在空间分辨率上明显高于普通的只读光盘。带有掩膜的光盘的空间截止频率约为4.2NA/λ，所以通过加入光致变色掩膜，光盘的空间分辨能力最多可提高2.1倍，超过DVD系统较之CD系统提高的倍数。可见通过光致变色掩膜可以实现CD驱动器中读取这种具有DVD密度的掩膜光盘。
由于掩膜光盘的光学系统特性与读取时的转速和功率有关，所以只要控制读取时的速度和功率，使用光致变色掩膜使得在光盘读出面上产生适宜的“读出窗”，使得带有“读出窗”的光学系统传递函数在CD级的空间频率2.1667 NA/λ处有不小于DVD光学系统在这个空间频率上的幅值传递函数的值0.28，CD系统便可有效的读取这种光盘。
附图简要说明图1为一般的CD级与DVD级光盘坑点形貌比较示意图。
图2为只读CD和DVD的盘片结构示意3为本发明的CD/DVD兼容光盘结构示意图。
图4为通过光致变色掩膜能达到的光盘超分辨极限图5为实例采用的杂环取代的俘精酸酐衍生物光致变色反应通式图6为CD/DVD兼容光盘MTF与DVD系统的MTF本发明的一种CD/DVD兼容光盘实施例结合附图详细说明如下本实施例盘片的结构如图3所示，是在普通的DVD光盘的盘片的反射层34与盘基36之间加入一光致变色掩膜层35。由此构成的半盘片通过粘结层33与另一个半盘片1相粘结构成兼容光盘的结构。当另一个半光盘为哑盘基31时，这种兼容盘是与目前常用的单面DVD光盘DVD5相兼容，而当另一个半盘片是与下面的盘片结构相同时，是与双面DVD光盘DVD10相兼容的盘片。本实施例的CD/DVD兼容光盘的光致变色掩膜层35采用了杂环取代的俘精酸酐衍生物做成超分辨掩膜。这种掩膜材料的光致变色反应通式如图5所示，其中UV是紫外光(250~400nm)，Vis-IR是近红外光(600~850nm)。光致变色化合物A在紫外光照射下变为化合物B，B可以吸收红光和近红外光。当B受红光和近红外光辐射时，又可返回到A。这种循环过程可以多次往返。
为了保证DVD光盘的数据传输率，光盘的线速度为DVD的标准扫描速度3.49m/s。实验用光致变色掩膜材料的介质灵敏度Cdye，约为23000l/mol.cm。其初始透射率Tini=0.1，在其它介质吸收的条件下，充足曝光的最大透射率Tj=0.8。实验中，当最大透射率达到变化量的99％(透射率达到0.79)以上时，认为读出窗被完全开启。由此得出当入射功率大于10.2mW时，掩膜被开启，并可以读取盘片信息。这样，10.2mW是这种光盘读取的功率下限。
依据超分辨掩膜光盘的特性，在“读出窗”被开启后，“读出窗”的尺寸随输入光功率的增大而线性平稳增大。实际有效光斑也就增大，光盘读出系统的分辨率也就逐渐的降低。由此，虽然掩膜层需要一定入射光功率来开启，但读盘时也不是入射光功率越大越好。当入射光功率增加时，保证光学系统传递函数在CD级的空间频率2.1667NA/λ处有不小于0.28的幅值传递函数。可求出CD/DVD兼容光盘读出系统的最大读取功率为16.7mW。
图6显示了本实施例的CD/DVD兼容盘片的两个极限功率下(由“读出窗“开启条件所确定了最小功率10.2mW和由DVD最小坑点尺寸处MTF值所确定的16.7mW)的MTF曲线与DVD级光学系统的MTF。图中的横坐标fx的单位是CD级的NA/λ。图中实线为DVD光学系统的MTF，虚线为带有掩膜CD/DVD兼容光盘在最大读取功率下的MTF，而点划线为CD/DVD兼容光盘在最小读出功率下的MTF。最小读出功率的条件下，与前面给出的掩膜盘片极限存储密度相符。此时的空间截止频率为4.2NA/λ，在工作频段内，MTF的幅值要优于DVD级光学系统很多。最大读取功率下，掩膜光盘系统与DVD级光学系统具有相似的MTF。它们在DVD最小坑点(3T坑长，2.1667NA/λ=0.4μm)处，具有相同的幅值。由系统的连续性，在工作功率范围内，MTF在两个极限功率下的MTF之间，其性能均优于DVD光学系统。由于DVD光学系统较之CD光学系统提高的倍数为1.6，低于掩膜盘片的所能提高密度极限2.1倍较多，所有工作的功率范围比较广。功率控制较为容易。
从实施例可以看出，光致变色掩膜的使用可以提高系统的分辨率，CD和DVD的兼容读取。但CD系统读取这种光盘时，入射光功率的需求则要大得多，通常的只读光盘光学头功率为一般小于1mW。但有机光致变色材料的灵敏度有很大的提高空间，最新的二菁基取代俘精酸酐的灵敏度就大为提高，可在1mW下实现超分辨读取。
由于有机光致变色染料的旋涂可以采用与CD-R和DVD-R光盘盘片有机染料旋涂相同的设备，而其它设备与只读光盘的制造设备相同，在制作上不存在任何困难。实际上，本实施例中就是借助实际生产线制成的。
可见，这种CD/DVD兼容光盘在材料上、实际制造和播放上面不存在任何理论上的障碍，是切实可行的光存储方案。
权利要求
1.一种CD/DVD兼容光盘结构，包括反射层与盘基构成的下半盘片，其特征在于，在所说的下半盘片的反射层与盘基之间加入一光致变色掩膜层，通过粘结层与另一个半盘片相粘结构成兼容光盘的结构，该光致变色掩膜层的材料在780nm波长附近有吸收峰，而对于650和635nm波长则是全透。
2.如权利要求1所述的CD/DVD兼容光盘结构，其特征在于，所说的另一个半光盘片为哑盘基。
3.如权利要求1所述的CD/DVD兼容光盘结构，其特征在于，所说的另一个半光盘与所说的下半盘片结构相同。
4.如权利要求1所述的CD/DVD兼容光盘结构，其特征在于，所说的光致变色掩膜层采用了杂环取代的俘精酸酐衍生物做成。
全文摘要
本发明属于高密度数字光存储技术领域,其特点是在下半盘片的反射层与盘基之间加入一光致变色掩膜层,通过粘结层与另一个半盘片相粘结构成兼容光盘的结构,该掩膜层的材料在780nm波长附近有吸收峰,而对于650和635nm波长则是全透。本发明是可被CD级和DVD级同时读取的兼容光盘的结构。使得CD和DVD级驱动器都可以读取这种光盘,并获得DVD级的密度。本发明将有助于提高光盘存储升级过程盘片的兼容性。
文档编号G11B7/24GK1289117SQ0012979
公开日2001年3月28日 申请日期2000年10月13日 优先权日2000年10月13日
发明者徐端颐, 马立军, 成先富 申请人:清华大学