专利名称：多阶只读光盘及其制法的制作方法
技术领域：
本发明涉及数字存储技术，更具体而言，涉及采用只读光盘的数字存储技术。
背景技术：
现有的数字光盘产品都是将信息转换成二进制数据，并将二进制数据以某种调制方式与存储介质记录符的两种不同物理状态相对应，实现数据存储，这类存储方式称为二值存储。目前的只读光盘存储技术所采用的都是二值存储方式，根据反射光光强的高低来判断当前所对应的位置是“坑”(Pit)或者“岸”(Land)，每个记录单元上可以记录两个状态数，也就是正好对应1位(bit)的信息。
多阶存储技术是相对二值存储提出的。如果将数据流调制成M进制数据(M＞2)，并将调制后的M进制数据与记录介质的M种不同物理状态相对应，即可实现M阶存储。M阶存储在一个信息记录斑的位置上可以存储log2(M)比特数据，因此当M大于2时，每个记录单元上可以记录超过1比特的信息，并且数据传输率同时得到了提高。多阶存储是在不改变激光波长和光学数值孔径的情况下，能显著提高存储容量和数据传输率的一种新型技术。因此多阶存储系统与目前的光存储系统具有很好的兼容性。
最基本的多阶只读光盘的例子是坑深调制的多阶方案，又称为PDM(Pit-Depth Modulation)。其原理是，对于只读光盘，按照标量衍射理论，反射光的光强与光盘的记录坑点深度有着对应关系从坑深为0开始，随着坑深的增加，反射光的光强随之减弱，在坑深为激光波长的1/4处，反射光光强达到极小值。利用了记录坑点深度与反射光强的这一关系，设置不同的坑深变化，即可实现多阶光盘存储。但光盘坑深的阶数过多，将导致很多技术问题，如盘片复制，信号检测等。因此，单纯靠增加坑深的阶数来提高只读光盘的存储容量受到较大的限制。
目前多阶光盘存储的编码都是采用幅度调制的方案，尚未发掘编码技术上的潜力。而常规的二值存储光盘都采用游程长度(简称游长)受限的编码方案，即RLL(Run Length Limited，游长受限)编码。RLL是指光盘所存储的通道序列满足以下条件在该序列的两个‘1’之间最少有d个‘0’，最多有k个‘0’。d和k这两个参数分别规定了可能出现在序列中的最小和最大的游程。参数d控制着最高传输频率，因此可能影响序列通过带限信道传输时的码间串扰。在二进制数据传输中，通常希望接收到的信号是能够自同步的。同步通常利用一个锁相环来再现。锁相环依照接收到的波形的跳变来调整检测时刻的相位。最大游程参数k确保适当的跳变频率以满足读取时钟同步的需要。
RLL编码相对于幅值调制编码而言，可以提高存储容量。在二值存储中，采用RLL编码，可以在一个最小记录符上存储超过1bit的信息，因此RLL编码在光存储中得到了普遍应用。比如用于CD的EFM编码(d＝2，k＝10)和用于DVD的EFM+编码(d＝2，k＝10)。DVD由于采用了RLL编码，获得了1.5(bit/最小记录符)的存储密度。
基于上述，需要有采用不同于现有技术的多阶只读光盘或母盘以及它们的制作方法。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的至少一个缺陷，本发明的目的在于提供一种在不改变激光波长和光学数值孔径的情况下，能显著提高只读光盘存储容量和数据传输率的一种新型存储技术。
该只读光盘采用游程受限的多阶存储技术，可在阶数较少的多阶只读光盘中获得较高的存储容量。
为了实现上述目的，本发明提供了一种多阶只读光盘，其道间距小于0.52微米，该多阶只读光盘具有多种记录坑(多个记录坑)，记录坑的纵截面为多阶任意形状，不同阶数(阶数不同)的记录坑的纵截面的面积各不相同，记录坑的纵截面的面积满足下式S＝∫h(x)dx，其中，S表示记录坑的纵截面的面积，x表示记录坑宽度方向的坐标，h(x)表示记录坑的纵截面上的坑深分布函数，积分区域为记录坑的整个纵截面。
在上述多阶只读光盘中，坑纵截面的面积S由母盘刻录激光的功率决定。
在上述多阶只读光盘中，其游长(Run Length，游程长度，简称游长)是受限的，也可称之为游程长度受限(Run Length Limited)，在多阶只读光盘的通道序列中，两个非“0”数据之间最少有d个“0”，最多有k个“0”，其中，k、d均为整数，k大于等于d，d大于等于0，参数d确定了可能出现在通道序列中的最小游长，参数k确定了可能出现在通道序列中的最大游长。
在上述多阶只读光盘中，每个记录符的存储容量为log2M比特数据，其中，M是大于2的整数，表示记录坑的阶数。
在上述多阶只读光盘中，不同阶数的记录坑的深度不同，不同阶数的记录坑的宽度相同；或者，不同阶数的记录坑的宽度不同，不同阶数的记录坑的深度相同；或者，不同阶数的记录坑的宽度不同，不同阶数的记录坑的深度也不同。
在上述多阶只读光盘中，通过调节母盘刻录激光的功率确定记录坑的深度和/或宽度。
在上述多阶只读光盘中，记录坑沿宽度方向的纵截面为等高的多阶梯形，母盘盘片采用(含有)光刻胶材料。
另外，记录坑沿宽度方向的纵截面也可以是不等高的多阶梯形，母盘盘片采用改性光刻胶材料，改性光刻胶是将生产母盘用的普通光刻胶经过物理改性或化学改性后得到的，其中，所述物理改性通过选自包括热处理、光处理、电处理、和磁处理的组的至少一种处理方式进行，所述化学改性通过增加选自包括引发剂、增感剂、和树脂的组的至少一种添加剂进行。
另外，记录坑沿宽度方向的纵截面也可以是任意形状，母盘盘片采用树脂材料。
在上述多阶只读光盘中，多阶只读光盘的游程长度是受限的，在多阶只读光盘的通道序列中，两个非“0”数据之间最少有d个“0”，最多有k个“0”，其中，参数d确定了可能出现在所述通道序列中的最小游长，参数k确定了可能出现在所述通道序列中的最大游长。
本发明还提供了一种用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读母盘的方法，包括以下步骤a)将二进制的用户数据通过纠错编码和多阶调制编码形成多阶编码序列，生成控制母盘刻录的写入信号，并将多阶只读母盘的道间距设定为小于0.52微米；以及b)用步骤a)生成的写入信号控制激光器输出的刻录激光的功率，对母盘盘片进行刻录，生成多阶只读母盘。
在上述用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读母盘的方法中，不同阶数的记录坑的纵截面的面积各不相同，所生成的多阶只读母盘的记录坑的纵截面的面积满足下式S＝∫h(x)dx，其中，S表示所述记录坑的纵截面的面积，x表示记录坑宽度方向的坐标，h(x)表示所述记录坑的纵截面上的坑深分布函数，积分区域为所述记录坑的整个纵截面。
在上述用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读母盘的方法中，当激光器为半导体激光器时，通过调节半导体激光器的驱动电流来控制半导体激光器的激光刻录功率的大小；当激光器为气体激光器时，通过改变声光或电光调制器的调制幅度来控制激光器的激光刻录功率的大小。
在上述用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读母盘的方法中，多阶调制编码是多阶游长调制编码，所形成的多阶编码序列是多阶游长编码序列，所生成的多阶只读母盘是游长受限的多阶只读母盘。
在上述用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读母盘的方法中，通过调节母盘刻录激光器的曝光时间实现对游长的控制。
在上述用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读母盘的方法中，当激光器为半导体激光器时，通过调节半导体激光器驱动电流的脉冲宽度来调节母盘刻录的曝光时间；当激光器为气体激光器时，通过调节声光或电光调制器的调制脉冲宽度来调节母盘刻录的曝光时间。
在上述用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读母盘的方法中，记录坑沿宽度方向的纵截面为等高的多阶梯形，母盘盘片采用(含有)光刻胶材料。
在上述用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读母盘的方法中，记录坑沿宽度方向的纵截面为不等高的多阶梯形，所述母盘盘片采用改性光刻胶材料。
在上述用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读母盘的方法中，改性光刻胶是将生产母盘用的普通光刻胶经过物理改性或化学改性后得到的，其中，物理改性通过选自包括热处理、光处理、电处理、和磁处理的组的至少一种处理方式进行，化学改性通过增加选自包括引发剂、增感剂、和树脂的组的至少一种添加剂进行。
另外，记录坑沿宽度方向的纵截面也可以是任意形状，母盘盘片采用树脂材料。
本发明还提供了一种用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读光盘的方法，包括以下步骤
a)将二进制的用户数据通过纠错编码和多阶调制编码形成多阶编码序列，生成控制母盘刻录的写入信号，并将所述多阶只读母盘的道间距设定为小于0.52微米；b)用所述写入信号控制激光器输出的刻录激光的功率，对母盘盘片进行刻录，生成多阶只读母盘；c)以所述多阶只读母盘为模具，复制出金属制的压模；以及d)使用所述压模模压复制出多阶只读光盘。
可以看出，和上面提到的用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读母盘的方法相比，该方法多出了步骤c和d。
在上述用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读光盘的方法中，不同阶数的记录坑的纵截面的面积各不相同，所生成的多阶只读母盘和所生成多阶只读光盘的记录坑的纵截面的面积均满足下式S＝∫h(x)dx，其中，S表示记录坑的纵截面的面积，x表示记录坑宽度方向的坐标，h(x)表示记录坑的纵截面上的坑深分布函数，积分区域为记录坑的整个纵截面。
在上述用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读光盘的方法中，当激光器为半导体激光器时，通过调节半导体激光器的驱动电流来控制半导体激光器的激光刻录功率的大小；当激光器为气体激光器时，通过改变声光或电光调制器的调制幅度来控制激光器的激光刻录功率的大小。
在上述用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读光盘的方法中，多阶调制编码是多阶游长调制编码，所形成的多阶编码序列是多阶游长编码序列，所生成的多阶只读母盘是游长受限的多阶只读母盘，所生成的多阶只读光盘是游长受限的多阶只读光盘。
在上述用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读光盘的方法中，通过调节母盘刻录激光器的曝光时间实现对所述游长的控制。
在上述用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读光盘的方法中，当激光器为半导体激光器时，通过调节激光器驱动电流的脉冲宽度来调节所述母盘刻录的曝光时间；当激光器为气体激光器时，通过调节声光或电光调制器的调制脉冲宽度来调节所述母盘刻录的曝光时间。
在上述用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读光盘的方法中，记录坑沿宽度方向的纵截面为等高的多阶梯形，母盘盘片采用(含有)光刻胶材料。
在上述用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读光盘的方法中，母盘盘片由改性光刻胶制成。
在上述用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读光盘的方法中，改性光刻胶是将生产母盘用的普通光刻胶经过物理改性或化学改性后得到的，其中，物理改性通过选自包括热处理、光处理、电处理、和磁处理的组的至少一种处理方式进行，所述化学改性通过增加选自包括引发剂、增感剂、和树脂的组的至少一种添加剂进行。
另外，记录坑沿宽度方向的纵截面也可以是任意形状，母盘盘片采用树脂材料。
在本发明提出的多阶只读光盘中，其记录坑的道间距小于0.52微米。记录坑沿宽度方向的纵截面，简称坑纵截面，为以下三种情形之一1)等高多阶梯形，记录坑的深度相同，而宽度并不相同；2)不等高多阶梯形，记录坑的宽度和深度并不相同；3)多阶任意形，记录坑形状并不固定，不同阶数的记录坑的纵截面的面积各不相同，坑纵截面的面积可用S来定量表示S＝∫h(x)dx，其中，h(x)为坑纵截面上的坑深分布函数，x表示记录坑宽度方向的坐标，积分区域为整个记录坑。
本发明提出对以上三种情形都可通过改变母盘刻录激光的功率来获得不同阶次的多阶记录坑，从而实现多阶只读光盘。
本发明还提出在多阶只读光盘中采用RLL编码方案，可在多阶的基础上进一步提高只读光盘的存储密度。如采用RLL(d＝2，k＝8)的4阶光盘的存储密度可达2.6(bit/最小记录符)，这相当于采用幅值调制的8阶光盘的存储密度。因此采用RLL的多阶只读光盘可降低对多阶只读光盘记录坑阶数的要求，有利于只读光盘的复制和读出信号的检测。
根据本发明的多阶只读光盘在多阶只读光盘上，记录坑的道间距小于0.52微米，坑纵截面为以下三种情形之一1)等高多阶梯形，记录坑的深度相等，而宽度并不相同；2)不等高多阶梯形，记录坑的宽度和深度并不相同；
3)多阶任意形，记录坑形状并不固定，坑纵截面的面积可用S来定量表示S＝∫h(x)dx，其中，h(x)为坑纵截面上的坑深分布函数，x表示记录坑宽度方向的坐标，积分区域为整个记录坑。
在上述情形下，多阶记录坑的阶次由母盘刻录激光的功率决定。
多阶只读光盘的游长即游程长度(即游长)是受限的在所述多阶只读光盘的通道序列中，两个非“0”数据之间最少有d个“0”，最多有k个“0”，d、k这两个参数分别确定了可能出现在所述通道序列中的最小和最大的游长，其中，k、d均为整数，k大于等于d，d大于等于0。
根据本发明的方法依次包括以下步骤步骤1把二进制的用户数据通过纠错编码和多阶游程长度调制编码即多阶RLL调制编码形成多阶游长编码序列，生成控制母盘刻录写入的信号，并设定母盘刻录的道间距小于0.52微米；步骤2用步骤1生成的写入信号控制激光器输出的刻录激光的功率，对以下三种材料之一进行刻录1)对用光刻胶材料制成的母盘盘片进行刻录，生成等高多阶梯形的多阶母盘；2)对用改性光刻胶材料制成的母盘盘片进行刻录，生成不等高多阶梯形的多阶母盘；3)对用树脂材料制成的母盘盘片进行刻录，生成多阶任意形的多阶母盘；上述每种情形的游长是通过调节母盘刻录的曝光时间实现的对半导体激光器，通过调节激光器驱动电流的脉冲宽度；对气体激光器，通过改变声光或电光调制器的调制脉冲宽度；
对半导体激光器，激光刻录功率的大小是通过调节激光器的驱动电流来控制的，对于气体激光器，激光的刻录功率的大小是通过改变声光或电光调制器的调制幅度来控制的；步骤3以步骤2得到的母盘为模具，复制出金属制的压模；步骤4用步骤3得到的压模，通过模压复制出游长受限的多阶只读光盘。
综上，本发明提出游程受限的多阶只读光盘存储技术。多阶只读光盘的记录坑的宽度和深度并不相同。本发明提出通过改变母盘刻录激光的功率来获得纵截面为任意形状(宽度和深度均不同、宽度相同、深度不同，或者深度相同、宽度相同，等等)的多阶记录坑，从而实现了多阶只读光盘。
本发明还提出了在多阶只读光盘中采用RLL编码方案，可在多阶的基础上进一步提高只读光盘的存储密度。如采用RLL(d＝2，k＝8)的4阶光盘的存储密度可达2.6(bit/最小记录符)，这相当于采用幅值调制的8阶光盘的存储密度。因此采用RLL的多阶只读光盘可降低对多阶只读光盘记录坑阶数的要求，有利于只读光盘的复制和读出信号的检测。
本发明提出的游程长度受限的多阶只读光盘或母盘及其制作方法结合了多阶技术和RLL编码的优点，在不改变激光波长和光学数值孔径的情况下，能显著提高只读光盘存储容量和数据传输率，与目前的只读光盘系统保持了最大的兼容性。采用RLL编码方案降低了对多阶只读光盘阶数的要求，有利于只读光盘的复制和读出信号的检测。
需要说明的是，本文中所提到的术语“光盘”从本领域技术人员的角度理解，应当包括“子盘”(俗称光盘)和“母盘”。产品权利要求中的“光盘”是涵盖“子盘”和“母盘”的，原因在于，本发明所寻求保护的“子盘”和“母盘”的结构是相同的。然而，在方法权利要求中，由于“母盘”的制作方法和“子盘”的制作方法是不同的，具体而言，制作“子盘”首先需要制作“母盘”，所以，在方法权利要求中，“光盘”指的是“子盘”。
为了更好地理解本发明，下面将参考附图进行说明根据本发明的具体实施例，在附图中图1示出多阶RLL母盘刻录过程及刻录后的母盘剖面图；图2示出多阶RLL编码及写入信号波形生成过程；图3a示出光刻胶材料的多阶RLL母盘刻录过程及刻录后的母盘俯视图；图3b示出光刻胶材料的多阶RLL母盘刻录过程及刻录后的母盘纵截面图(等高阶梯形)；图4a示出改性光刻胶材料的多阶RLL母盘刻录过程及刻录后的母盘剖面图；图4b示出改性光刻胶材料的多阶RLL母盘刻录过程及刻录后的母盘俯视图；图4c示出改性光刻胶材料的多阶RLL母盘记录坑纵截面(不等高阶梯形)；图5a示出树脂材料的多阶RLL母盘刻录过程及刻录后的母盘剖面图；
图5b示出树脂材料的多阶RLL母盘刻录过程及刻录后的母盘俯视图；图5c示出树脂材料的多阶RLL母盘记录坑纵截面(多阶任意形状)；图6a示出母盘为光刻胶材料的多阶RLL只读光盘复制过程的俯视图；图6b示出母盘为光刻胶材料的多阶RLL只读光盘复制过程的纵截面图；图7a示出母盘为改性光刻胶材料的多阶RLL只读光盘复制过程的剖面图；图7b示出母盘为改性光刻胶材料的多阶RLL只读光盘复制过程的俯视图；图7c示出母盘为改性光刻胶材料的多阶RLL只读光盘复制过程的纵截面图；图8a示出母盘为树脂材料的多阶RLL只读光盘复制过程的剖面图；图8b示出母盘为树脂材料的多阶RLL只读光盘复制过程的记录坑纵截面(多阶任意形)；图9示出母盘为光刻胶材料的多阶RLL只读光盘的读出波形(俯视图)；图10示出母盘为改性光刻胶材料的多阶RLL只读光盘的读出波形(剖面图)；
图11示出母盘为树脂材料的多阶RLL只读光盘的读出波形(剖面图)；图12示出母盘为光刻胶材料的4阶RLL只读光盘实施例的示意图(俯视图)；图13示出母盘为改性光刻胶材料的4阶RLL只读光盘实施例的示意图(剖面图)；图14示出母盘为树脂材料的4阶RLL只读光盘实施例的示意图(剖面图)；图15示出根据本发明的用于制作多阶只读母盘的方法的流程图；以及图16示出根据本发明的用于制作多阶只读光盘的方法的流程图。
具体实施例方式
在光盘的制作过程中，通常先制作母盘，制作母盘的步骤包括在玻璃基片上涂上一层母盘光刻胶(在本发明中，采用英国Rohm &Haas的型号为Microposit S1800-4的光刻胶)，使用母盘刻录系统(在本发明中，英格兰NIMBUS的∏ mastering System)对母盘进行刻录，采用日本Nichia的型号为NLHV 500C的激光器)使光刻胶曝光，进行显影，制作出母盘。
然后，以此母盘为模具，使用玻璃盘溅镀机(在本发明中，采用瑞士UNAXIS的型号为Pyramet的溅镀机)对玻璃基片进行溅镀(喷镀工艺)，镀上一层较薄的金属层，然后镀上相对较厚的金属层，获得金属的负像副盘，即可用作注塑复制的压模(Stamper)。在本发明中，采用了日本Panasonic公司出品的DVD光盘生产线。使用注塑机(在本发明中，采用日本Panasonic公司的DL0004型和DR0004型立式注塑机)压制盘片，然后使用瑞士UNAXIS的SWIVEL型或CUBLITE型溅镀机对压制出的盘片进行溅镀，最后，使用压模模压生成光盘。完成线采用的是日本Panasonic公司的GRBA-151型系统。在线检测仪采用的是德国BASLER的S3DVD在线检测仪。
另外，母盘/子盘检测仪采用的是瑞典Audio Dev的DVDStamper Pro或者ST3 Stamper Pro。盘片测试仪器采用的是日本Pulstec的O-PAS 1000或DDU 1000。
该多阶只读光盘的母盘刻录是通过改变刻录激光的功率来实现的。获得不同功率的刻录激光有两种方案方案1)对半导体激光器，可以通过调节激光器的驱动电流来获得不同输出功率；方案2)对气体激光器，可以通过改变声光(或电光)调制器的调制幅度，来获得不同输出功率。不同的激光功率在以下三种材料上可分别刻录出不同的多阶记录坑1)光刻胶材料，等高多阶梯形多阶记录坑；2)改性光刻胶材料，不等高多阶梯形记录坑；3)树脂材料，任意形多阶记录坑。
在控制刻录激光功率的同时，还通过调节曝光时间采获得不同游程长度的多阶记录坑，从而实现游程长度受限的多阶只读光盘。调节母盘刻录的曝光时间同样可有两种方案方案1)对半导体激光器，可以通过调节激光器驱动电流的脉冲宽度来获得不同曝光时间；方案2)对气体激光器，可以通过改变声光(或电光)调制器的调制脉冲宽度，来获得不同曝光时间。
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
图1为多阶RLL母盘刻录过程及刻录后的母盘剖面图，是本发明的原理图。
本发明提出的游长受限且道间距小于0.52微米的多阶只读光盘母盘的具体实现方案为设定记录坑的道间距小于0.52微米，选用以下三种材料之一，采用不同的刻录激光功率，可分别刻录出不同的多阶记录坑1)光刻胶材料，等高多阶梯形多阶记录坑，记录坑的深度相等，而宽度并不相同；2)改性光刻胶材料，不等高多阶梯形记录坑，记录坑的深度和宽度均不相同；3)树脂材料，任意形多阶记录坑，不同阶数的记录坑的纵截面的面积各不相同。
图2示出了多阶RLL编码及写入信号波形生成过程。
本发明中采用的调制编码是多阶RLL编码，从图2可看出，首先，将二进制的用户数据202输入纠错编码器204，生成包括用户数据和校验码的二进制序列206；然后将该二进制序列206输入多阶RLL编码器208，生成多阶(d，k)游程长度序列210，该序列满足以下条件在序列的两个非‘0’数据之间最少有d个‘0’，最多有k个‘0’，d和k这两个参数分别规定了可能出现在序列中的最小和最大的游程；最后，将该序列通过模M的NRZI转换运算212生成控制母盘刻录的写入信号波形214。
在光刻胶材料的母盘刻录中，刻录过程是通过材料的光化学效应实现的。在刻录激光的作用下，母盘上被曝光部分的光刻胶发生光化学反应，经显影和定影后，在曝光部分形成一个记录坑。刻录激光的功率受写入信号波形的幅值控制，不同的激光的功率，对应不同阶次记录坑的宽度不同，但坑深相同。光刻胶材料在目前母盘刻录系统中普遍应用，因此更适合目前的母盘制作系统。
在改性光刻胶材料的母盘刻录中，刻录过程是通过材料的光化学效应实现的。在刻录激光的作用下，母盘上被曝光部分的改性光刻胶发生光化学反应，经显影和定影后，在曝光部分形成一个记录坑。未改性的光刻胶光化学反应速度快，曝光部位的光刻胶全部发生反应，因此记录坑的深度相同；改性后的光刻胶光化学反应速度变慢，曝光部位发生反应的改性光刻胶的深度决定于曝光功率，不同曝光功率可获得不同深度的记录坑。刻录激光的功率受写入信号波形的幅值控制，不同的激光的功率，对应不同阶次记录坑的宽度和深度均不相同，这样增加了不同阶次记录坑之间的分辨率，有利于只读光盘的复制和读出信号的检测。光刻胶材料在目前母盘刻录系统中普遍应用，在此基础上的改性光刻胶也很容易实现，因此改性光刻胶比较适合目前的母盘制作系统。
在树脂材料的母盘刻录中，刻录过程是通过激光的热效应实现的。在刻录激光的热效应作用下，母盘上被曝光部分的树脂材料气化，从而直接形成一个记录坑。刻录激光的功率受写入信号波形的幅值控制，不同的激光的功率，对应不同阶次记录坑的宽度和深度都不同，这样增加了不同阶次记录坑之间的分辨率，有利于只读光盘的复制和读出信号的检测。
在写入信号波形(写入波形)的幅值控制激光功率的同时，写入信号波形的长度控制激光器或调制器的开关时间，从而获得不同游程长度的多阶记录坑。也就是说，写入信号波形的幅值和长度分别控制着刻录激光的功率和曝光时间，并最终控制着记录坑的阶次和游程长度，从而实现游程长度受限的多阶只读光盘的母盘(Master)的刻录。此多阶RLL母盘刻录过程及刻录后的母盘示意图见图3a-b、图4a-c、图5a-c。
在获得多阶RLL母盘后，以此母盘为模具，经过喷镀工艺，获得金属的负像副盘，即可用作注塑复制的压模(Stamper)，以此Stamper作为压模，通过注塑模压，就可以复制出多阶RLL的只读光盘。此复制过程见图6a-b、图7a-c、以及图8a-b。
多阶RLL只读光盘的读出过程见图9、图10、图11。多阶RLL只读光盘的光学读出系统与常规只读光盘的光学读出系统完全兼容，因此可以采用常规只读光盘的光学读出系统对多阶RLL只读光盘进行读取。多阶RLL只读光盘的读出波形见图9、图10、图11，读出信号的幅值决定于记录坑的阶次(又称阶数)，从阶次为0开始，随着记录坑阶次的增加，反射光的光强随之减弱，在阶次最高的记录坑处，反射光的光强达到极小值。特定幅值的读出信号的长度决定于不同阶次记录坑的游程长度。根据此读出波形，通过特定的模运算，就可将图1中写入的多阶(d，k)序列恢复。此多阶RLL只读光盘的读出波形见图9、图10、图11。
下面将通过实施例进一步说明本发明的内容，但本发明内容不受限于实施例所述根据本发明提出的游程长度受限的多阶只读光盘技术，我们设计了4阶RLL只读光盘，其示意图见图12、图13、以及图14。首先将二进制的用户数据通过纠错编码后生成的二进制序列输入到4阶RLL调制编码器，生成4阶(d，k)序列，这里我们选取(d＝2，k＝10)。
该序列通过[a(n-1)+b(n)]mod 4＝a(n)运算生成控制母盘刻录的写入信号波形，其中a(n)是第n个序列的写入电平，b(n)是4阶RLL序列中第n个数据，M是多阶光盘的阶数。例如，图中写入信号波形第4个序列的电平a(4)为0，而4阶RLL序列的第5个数据b(5)＝2，通过模预算(0+2)mod4＝2，可获得写入信号波形第5个序列的电平a(5)为2。
在此写入信号波形的控制下，写入激光在以下三种材料上可分别刻录出不同的多阶记录坑1)光刻胶材料，等高多阶梯形多阶记录坑，记录坑的深度相同，而宽度并不相同；2)改性光刻胶材料，不等高多阶梯形记录坑，记录坑的深度和宽度均不相同；3)树脂材料，任意形多阶记录坑，坑纵截面的面积不同。
参看图12、图13、以及图14，写入信号波形同时还控制着这些多阶记录坑的游程长度。在获得4阶RLL母盘后，以此母盘为模具，经过喷镀工艺，获得金属的压模(Stamper)，以此压模Stamper作为压模，通过注塑模压，就可以复制出4阶RLL只读光盘。
采用常规只读光盘的读出系统对4阶RLL只读光盘进行读取。读出信号的幅值决定于记录坑的阶次，读出信号的长度决定于不同阶次记录坑的游程长度。根据此读出波形，通过以下的模运算，就可将写入的多阶(d，k)序列恢复。
b(n)=Δa,Δa≥0Δa+M,Δa<0,]]>其中Δa＝a(n-1)-a(n)
例如，图中读出波形的第4个电平a(4)＝3，第5个电平a(5)＝1，通过模运算2＝(3-1)，即可推算出b(5)＝2，这正与写入的(d，k)序列中第5个数据吻合。
通过图12、图13、以及图14的整个过程就实现了多阶RLL只读光盘的数据生成、母盘刻录、复制及信号读取的全过程。
通过上述，本发明总结出了多阶只读光盘和母盘的制作方法，分别如图15和图16所示出的。
图15示出了根据发明的用于制作多阶只读母盘的方法的流程图。该方法包括如下顺序步骤步骤1502，将二进制的用户数据通过纠错编码和多阶调制编码形成多阶编码序列，生成控制母盘刻录的写入信号；以及步骤1504，用写入信号控制激光器输出的刻录激光的功率，对母盘盘片进行刻录，生成多阶只读母盘。
在上述用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读母盘的方法中，所生成的多阶只读母盘的记录坑的纵截面的面积满足下式S＝∫h(x)dx，其中，S表示所述记录坑的纵截面的面积，x表示记录坑宽度方向的坐标，h(x)表示所述记录坑的纵截面上的坑深分布函数，积分区域为所述记录坑的整个纵截面。本领域技术人员应当理解，坑深分布函数可以任意选取，所以，本文不再给出例示。
在上述用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读母盘的方法中，当激光器为半导体激光器时，通过调节半导体激光器的驱动电流来控制半导体激光器的激光刻录功率的大小；当激光器为气体激光器时，通过改变声光或电光调制器的调制幅度来控制激光器的激光刻录功率的大小。
在上述用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读母盘的方法中，多阶调制编码是多阶游长调制编码，所形成的多阶编码序列是多阶游长编码序列，所生成的多阶只读母盘是游长受限的多阶只读母盘。
在上述用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读母盘的方法中，通过调节母盘刻录激光器的曝光时间实现对游长的控制。
在上述用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读母盘的方法中，当激光器为半导体激光器时，通过调节半导体激光器驱动电流的脉冲宽度来调节母盘刻录的曝光时间；当激光器为气体激光器时，通过调节声光或电光调制器的调制脉冲宽度来调节母盘刻录的曝光时间。
在上述用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读母盘的方法中，记录坑沿宽度方向的纵截面为不等高的多阶梯形，母盘盘片由改性光刻胶制成。
在上述用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读母盘的方法中，改性光刻胶是将生产母盘用的普通光刻胶经过物理改性或化学改性后得到的，其中，物理改性通过选自包括热处理、光处理、电处理、和磁处理的组的至少一种处理方式进行，化学改性通过增加选自包括引发剂、增感剂、和树脂的组的至少一种添加剂进行。
在上述用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读母盘的方法中，记录坑沿宽度方向的纵截面为等高的多阶梯形，所述母盘盘片采用普通光刻胶材料。
在上述用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读母盘的方法中，记录坑沿宽度方向的纵截面为任意形状，所述母盘盘片采用树脂材料。
图16示出了根据发明的用于制作多阶只读光盘的方法的流程图。该方法包括如下顺序步骤步骤1602，将二进制的用户数据通过纠错编码和多阶调制编码形成多阶编码序列，生成控制母盘刻录的写入信号；步骤1604，用写入信号控制激光器输出的刻录激光的功率，对母盘盘片进行刻录，生成多阶只读母盘；步骤1606，以多阶只读母盘为模具，复制出金属制的压模；以及步骤1608，使用压模，通过模压复制出多阶只读光盘。
通过和图15中示出的多阶只读母盘的制作方法相比，图16示出的多阶只读光盘的制作方法多出了步骤1606和步骤1608。
在上述用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读光盘的方法中，所生成的多阶只读母盘和所生成多阶只读光盘的记录坑的纵截面的面积均满足下式S＝∫h(x)dx，其中，S表示记录坑的纵截面的面积，h(x)表示记录坑的纵截面上的坑深分布函数，x表示记录坑宽度方向的坐标，积分区域为记录坑的整个纵截面。
在上述用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读光盘的方法中，当激光器为半导体激光器时，通过调节半导体激光器的驱动电流来控制半导体激光器的激光刻录功率的大小；当激光器为气体激光器时，通过改变声光或电光调制器的调制幅度来控制激光器的激光刻录功率的大小。
在上述用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读光盘的方法中，多阶调制编码是多阶游长调制编码，所形成的多阶编码序列是多阶游长编码序列，所生成的多阶只读母盘是游长受限的多阶只读母盘，所生成的多阶只读光盘是游长受限的多阶只读光盘。
在上述用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读光盘的方法中，通过调节母盘刻录激光器的曝光时间实现对所述游长的控制。
在上述用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读光盘的方法中，当激光器为半导体激光器时，通过调节激光器驱动电流的脉冲宽度来调节所述母盘刻录的曝光时间；当激光器为气体激光器时，通过调节声光或电光调制器的调制脉冲宽度来调节所述母盘刻录的曝光时间。
在上述用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读光盘的方法中，记录坑沿宽度方向的纵截面为不等高的多阶梯形，母盘盘片由改性光刻胶制成。
在上述用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读光盘的方法中，改性光刻胶是将生产母盘用的普通光刻胶经过物理改性或化学改性后得到的，其中，物理改性通过选自包括热处理、光处理、电处理、和磁处理的组的至少一种处理方式进行，所述化学改性通过增加选自包括引发剂、增感剂、和树脂的组的至少一种添加剂进行。
在上述用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读光盘的方法中，记录坑沿宽度方向的纵截面为等高的多阶梯形，所述母盘盘片采用普通光刻胶材料。
在上述用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读光盘的方法中，记录坑沿宽度方向的纵截面为任意形状，所述母盘盘片采用树脂材料。
综上，本发明提出的游程长度受限的多阶只读光盘或母盘及其制作方法结合了多阶技术和RLL编码的优点，在不改变激光波长和光学数值孔径的情况下，能显著提高只读光盘存储容量和数据传输率，与目前的只读光盘系统保持了最大的兼容性。采用RLL编码方案降低了对多阶只读光盘阶数的要求，有利于只读光盘的复制和读出信号的检测。
另外，本领域技术人员应当理解，当本发明用于制作蓝光光盘时，可以将道间距限定为小于0.52微米，也可以限定为小于0.5微米或更小，例如小于0.45微米或0.4微米。
需要说明的是，本文中所提到的术语“光盘”从本领域技术人员的角度理解，应当包括“子盘”(俗称光盘)和“母盘”。产品权利要求中的“光盘”是涵盖“子盘”和“母盘”的，原因在于，本发明所寻求保护的“子盘”和“母盘”的结构相同。然而，在方法权利要求中，由于“母盘”的制作方法和“子盘”的制作方法不同，具体而言，制作“子盘”首先需要制作“母盘”，所以，在方法权利要求中，“光盘”指的是“子盘”。
再者，出于说明目的，本文披露了用于实现本发明的很多装置、设备、或者系统的具体生产厂商和型号，但是，本领域技术人员应当理解，这并不用于限定本发明，采用其它厂商的其它型号的产品同样可以实现本发明。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.多阶只读光盘，其特征在于，所述多阶只读光盘的道间距小于0.52微米，所述多阶只读光盘具有多种记录坑，所述记录坑的纵截面为多阶任意形状，不同阶数的记录坑的纵截面的面积各不相同，所述记录坑的纵截面的面积满足下式S＝∫h(x)dx，其中，S表示所述记录坑的纵截面的面积，x表示记录坑宽度方向的坐标，h(x)表示所述记录坑的纵截面上的坑深分布函数，积分区域为所述记录坑的整个纵截面。
2.根据权利要求1所述的多阶只读光盘，其特征在于，所述坑纵截面的面积S由母盘刻录激光的功率决定。
3.根据权利要求1所述的多阶只读光盘，其特征在于，所述多阶只读光盘的游长是受限的，在所述多阶只读光盘的通道序列中，两个非“0”数据之间最少有d个“0”，最多有k个“0”，其中，k、d均为整数，k大于等于d，d大于等于0，参数d确定了可能出现在所述通道序列中的最小游长，参数k确定了可能出现在所述通道序列中的最大游长。
4.根据权利要求1所述的多阶只读光盘，其特征在于，不同阶数的记录坑的深度不同。
5.根据权利要求1所述的多阶只读光盘，其特征在于，不同阶数的记录坑的宽度不同。
6.根据权利要求1所述的多阶只读光盘，其特征在于，不同阶数的记录坑的宽度不同，不同阶数的记录坑的深度也不同。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的多阶只读光盘，其特征在于，通过调节母盘盘片刻录激光的功率确定所述记录坑的深度和/或宽度。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的多阶只读光盘，其特征在于，所述记录坑沿宽度方向的纵截面为等高的多阶梯形，所述母盘盘片采用光刻胶材料。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的多阶只读光盘，其特征在于，所述记录坑沿宽度方向的纵截面为不等高的多阶梯形，所述母盘盘片采用改性光刻胶材料。
10.根据权利要求9所述的多阶只读光盘，其特征在于，所述改性光刻胶是将生产母盘用的普通光刻胶经过物理改性或化学改性后得到的，其中，所述物理改性通过选自包括热处理、光处理、电处理、和磁处理的组的至少一种处理方式进行，所述化学改性通过增加选自包括引发剂、增感剂、和树脂的组的至少一种添加剂进行。
11.根据权利要求1至6中任一项所述的多阶只读光盘，其特征在于，所述记录坑沿宽度方向的纵截面为任意形状，所述母盘盘片采用树脂材料。
12.根据权利要求1至6中任一项所述的多阶只读光盘，其特征在于，所述多阶只读光盘的游长是受限的，在所述多阶只读光盘的通道序列中，两个非“0”数据之间最少有d个“0”，最多有k个“0”，其中，参数d确定了可能出现在所述通道序列中的最小游长，参数k确定了可能出现在所述通道序列中的最大游长。
13.一种用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读母盘的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤a)将二进制的用户数据通过纠错编码和多阶调制编码形成为多阶编码序列，生成用于控制母盘刻录的写入信号，并将所述多阶只读母盘的道间距设定为小于0.52微米；以及b)用所述写入信号控制激光器输出的刻录激光的功率，对母盘盘片进行刻录，生成多阶只读母盘。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，不同阶数的记录坑的纵截面的面积各不相同，所生成的多阶只读母盘的记录坑的纵截面的面积满足下式S＝∫h(x)dx，其中，S表示所述记录坑的纵截面的面积，x表示记录坑宽度方向的坐标，h(x)表示所述记录坑的纵截面上的坑深分布函数，积分区域为所述记录坑的整个纵截面。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述坑纵截面的面积S由母盘刻录激光的功率决定，当所述激光器为半导体激光器时，通过调节所述半导体激光器的驱动电流来控制所述半导体激光器的激光刻录功率的大小；当所述激光器为气体激光器时，通过改变声光或电光调制器的调制幅度来控制激光器的激光刻录功率的大小。
16.根据权利要求13所述的方法，所述多阶调制编码是多阶游长调制编码，所形成的多阶编码序列是多阶游长编码序列，所生成的多阶只读母盘是游长受限的多阶只读母盘。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，通过调节母盘刻录激光器的曝光时间实现对所述游长的控制，当所述激光器为半导体激光器时，通过调节激光器驱动电流的脉冲宽度来调节所述母盘刻录的曝光时间；当所述激光器为气体激光器时，通过调节声光或电光调制器的调制脉冲宽度来调节所述母盘刻录的曝光时间。
18.根据权利要求13至17中任一项所述的方法，其特征在于，所述记录坑沿宽度方向的纵截面为不等高的多阶梯形，所述母盘盘片采用改性光刻胶材料。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述改性光刻胶是将生产母盘用的普通光刻胶经过物理改性或化学改性后得到的，其中，所述物理改性通过选自包括热处理、光处理、电处理、和磁处理的组的至少一种处理方式进行，所述化学改性通过增加选自包括引发剂、增感剂、和树脂的组的至少一种添加剂进行。
20.根据权利要求13至17中任一项所述的方法，其特征在于，所述记录坑沿宽度方向的纵截面为等高的多阶梯形，所述母盘盘片采用光刻胶材料。
21.根据权利要求13至17中任一项所述的方法，其特征在于，所述记录坑沿宽度方向的纵截面为任意形状，所述母盘盘片采用树脂材料。
22.一种用于制作道间距小于0.52微米的多阶只读光盘的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤a)将二进制的用户数据通过纠错编码和多阶调制编码形成多阶编码序列，生成控制母盘刻录的写入信号，并将所述多阶只读母盘的道间距设定为小于0.52微米；b)用所述写入信号控制激光器输出的刻录激光的功率，对母盘盘片进行刻录，生成多阶只读母盘；c)以所述多阶只读母盘为模具，复制出金属制的压模；以及d)使用所述压模模压复制出多阶只读光盘。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，不同阶数的记录坑的纵截面的面积各不相同，所生成的多阶只读母盘和所生成多阶只读光盘的记录坑的纵截面的面积均满足下式S＝∫h(x)dx，其中，S表示所述记录坑的纵截面的面积，x表示记录坑宽度方向的坐标，h(x)表示所述记录坑的纵截面上的坑深分布函数，积分区域为所述记录坑的整个纵截面。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述坑纵截面的面积S由母盘刻录激光的功率决定，当所述激光器为半导体激光器时，通过调节所述半导体激光器的驱动电流来控制所述半导体激光器的激光刻录功率的大小；当所述激光器为气体激光器时，通过改变声光或电光调制器的调制幅度来控制激光器的激光刻录功率的大小。
25.根据权利要求22所述的方法，所述多阶调制编码是多阶游长调制编码，所形成的多阶编码序列是多阶游长编码序列，所生成的多阶只读母盘是游长受限的多阶只读母盘，所生成的多阶只读光盘是游长受限的多阶只读光盘。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，通过调节母盘刻录激光器的曝光时间实现对所述游长的控制，当所述激光器为半导体激光器时，通过调节激光器驱动电流的脉冲宽度来调节所述母盘刻录的曝光时间；当所述激光器为气体激光器时，通过调节声光或电光调制器的调制脉冲宽度来调节所述母盘刻录的曝光时间。
27.根据权利要求22至26中任一项所述的方法，其特征在于，所述记录坑沿宽度方向的纵截面为不等高的多阶梯形，所述母盘的盘片采用改性光刻胶材料。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述改性光刻胶是将生产母盘用的普通光刻胶经过物理改性或化学改性后得到的，其中，所述物理改性通过选自包括热处理、光处理、电处理、和磁处理的组的至少一种处理方式进行，所述化学改性通过增加选自包括引发剂、增感剂、和树脂的组的至少一种添加剂进行。
29.根据权利要求22至26中任一项所述的方法，其特征在于，所述记录坑沿宽度方向的纵截面为等高的多阶梯形，所述母盘盘片采用光刻胶材料。
30.根据权利要求22至26中任一项所述的方法，其特征在于，所述记录坑沿宽度方向的纵截面为任意形状，所述母盘盘片采用树脂材料。
全文摘要
本发明涉及多阶只读光盘及其制法，该多阶只读光盘具有多种记录坑，多种记录坑的、沿记录坑的宽度方向的纵截面为多阶任意形状，不同阶数的记录坑的纵截面的面积各不相同，记录坑的纵截面的面积满足下式S＝∫h(x)dx，其中，S表示所述记录坑的纵截面的面积，x表示记录坑宽度方向的坐标，h(x)表示所述记录坑的纵截面上的坑深分布函数，积分区域为所述记录坑的整个纵截面。另外，还可以对多阶只读光盘的游长进行限制。本发明提供的游程长度受限的多阶只读光盘及其制法结合了多阶技术和游长受限编码的优点，在不改变激光波长和光学数值孔径的情况下，能显著提高只读光盘存储容量和数据传输率，与目前的只读光盘系统保持了最大的兼容性。
文档编号G11B7/007GK1664940SQ200510053509
公开日2005年9月7日 申请日期2005年3月8日 优先权日2005年3月8日
发明者徐端颐, 倪屹, 潘龙法, 陈垦, 熊剑平, 陆达, 胡恒, 马建设, 裴京, 张启程 申请人:清华大学