专利名称：光盘和光盘的记录/再生方法
技术领域：
本发明涉及一种其上形成有纹间表面(land)和沟纹(groove)的光盘，以及一种该光盘的记录/再生方法。
作为通过激光束照射来记录和/或再生信息信号的光盘，已知的有磁光盘、相变型光盘、可写光盘、数字声频盘(所谓的紧致盘(CD))、光视频盘(所谓的激光盘)等等。这些光盘包括由诸如聚碳酸酯的树脂或具有记录层和反射层之类功能膜的玻璃制成的透明基片。而且，这些光盘象ROM(只读存储器)那样用来仅执行再生，如CD和激光盘，或者象RAM(随机存取存储器)那样能够再生、附加写和重写。
在这些光盘上形成沟纹，作为用来跟踪伺服的导向沟纹。而且，在这些光盘中，相邻沟纹之间的凸面部分叫做纹间表面。光盘可以划分成其中把信息信号记录在沟纹中的沟纹记录型、和其中把信息信号记录在纹间表面上的纹间表面记录型。
相变型光盘象RAM那样使用，并且不需要提供用来产生外部磁场的装置。因而，相变型光盘的记录/再生设备能制得尺寸较小，并且能容易地进行信息信号的重写，这在当前引起了特别注意。
在这种相变型光盘中，预定的激光束施加到记录层上，从而使构成经受激光束的记录层部分的材料可逆地改变其晶态和非晶态。通过检测在这些状态中光学常数的差别导致的反射率的变化，进行记录和再生。
更准确地说，在这种相变型光盘中，首先，把晶态记录层作为初始状态。当信息记录在这种相变型光盘上时，具有强大功率的激光束施加到记录层上。经受该激光束的部分把温度升高到熔点以上，并且在这之后，该部分冷却，成为非晶态。
而且，在这种相变型光盘中，当擦除记录在记录层上的信息信号时，施加比用来记录的激光束弱的激光束，从而使记录层把其温度升高到晶化温度以上但低于熔点。结果，不管以前的状态如何，经受该激光束的部分成为晶态。
另外，在这种相变型光盘中，当再生记录在记录层上的信息信号时，最弱的激光束施加到记录层上。这里，激光束的反射率随经受该激光束的部分是处于晶态还是非晶态而变。通过检测该反射率，再生信息信号。
现在，有一种直径与CD的直径相同且一侧具有4.7GB记录容量的DVD-ROM(数字视频盘-只读存储器)。与此不同，有一种使用一侧具有2.6GB容量的相变型盘的DVD-RAM(数字视频盘-随机存取存储器)。为用于与数据传送速率、调制方法、和错误校正方法有关的记录和/或再生，DVD-ROM和DVD-RAM具有相同的规格。
然而，使用上述相变型光盘的DVD-RAM采用纹间表面-沟纹方法，而DVD-ROM采用象CD中的凸起-凹坑方法。
为了再生使用沟纹记录方法的DVD-ROM，使用的DVD-ROM再生设备具有650nm波长的红半导体激光和数值孔径NA=0.6的物镜。这种DVD-ROM再生设备不能再生使用上述相变型光盘的DVD-RAM。
因而，常规光盘具有再生的问题，即，专用光盘再生设备不能再生可写光盘。
而且，在采用纹间表面-沟纹记录方法的上述DVD-RAM的情况下，凸起-凹坑形成在纹间表面与沟纹之间。这种凸起凹坑形成以在纹间表面与沟纹之间切换，并且应该以高精度形成。因而，上述可重写光盘在主步骤中需要高精度切削技术。因此，这样一种可重写光盘在生产过程中具有困难。
因此本发明的目的在于，提供一种采用沟纹记录方法且可与DVD-ROM再生设备交换的可重写光盘及其记录/再生方法。
根据本发明的光盘包括具有纹间表面和沟纹的记录层，通过具有预定波长的光向/从该记录层记录/再生信息信号，其中如果假定沟纹具有底宽W1和口宽W2，那么沟纹平均宽度X[μm]可表示为如下X=(W1+W2)/2并且如果沟纹具有深度Ynm，则X和Y满足如下关系Y≥4736X2-4764X+1239X≤-0.000127Y2+0.018624Y-0.075043X＞0.40。
在具有根据本发明的上述配置的光盘中，有具有满足Y≥4736X2-4764X+1239关系的沟纹平均宽度X和沟纹深度Y的沟纹，并因而能得到最佳的串道信号。而且，因为沟纹平均宽度X和沟纹深度Y满足X≤-0.000127Y2+0.018624Y-0.075043的关系，所以能够得到最佳的推挽信号。另外，因为沟纹平均宽度X限定在X＞0.40的范围内，所以相对于纹间表面沟纹较宽，并且能够得到最佳的串道信号。
而且，根据本发明的光盘记录和再生方法，向/从包括一个具有纹间表面和沟纹的记录层的光盘，记录和再生信息信号，通过具有预定波长的光向/从该记录层记录/再生信息信号。
其中如果假定沟纹具有底宽W1和口宽W2，那么沟纹平均宽度X[μm]可表示为如下X=(W1+W2)/2并且如果沟纹具有深度Ynm，则X和Y满足如下关系Y≥4736X2-4764X+1239X≤-0.000127Y2+0.018624Y-0.075043X＞0.40。
通过使用具有彼此限定为如下关系的数值孔径NA和波长λ[μm]的光学系统进行记录和再生0.997≤λ/NA≤1.250。
在具有根据本发明的上述配置的光盘记录和再生方法中，向/从具有限定在上述范围内的沟纹平均宽度X和沟纹深度Y的沟纹的光盘进行记录和再生。这里，用来记录和再生光盘的光学系统具有是如下关系的数值孔径NA和波长λ0.997≤λ/NA≤1.250。因而，用这种光盘记录和再生方法，能够得到最佳的串道信号和推挽信号。
图1是剖视图，表示根据本发明一种光盘的基本部分。
图2是剖视图，表示其上形成沟纹和纹间表面的基片上的基本部分。
图3示意地表示当高斯光束进入一个物镜时的光学系统。
图4是平面图，表示用来检测反射的衍射光的二分光量检测器的基本部分。
图5示意地表示根据由二分光量检测器测量的反射的衍射光的计算值。
图6表示当沟纹平均宽度X和沟纹平均深度Y变化时推挽信号的信号电平变化特性。
图7表示当沟纹平均宽度X和沟纹平均深度Y变化时串道信号的信号电平变化特性。
图8表示在其中推挽信号具有等于或高于0.6的信号电平、且串道信号具有等于或高于0.1的信号电平、及沟纹平均宽度X大于0.40的范围内的特性。
图9表示当沟纹平均宽度X和沟纹平均深度Y变化时的反射率变化特性。
下文，将对根据本发明一个具体实施例的光盘和其记录/再生方法进行描述。
图1表示根据本实施例的光盘1，包括经粘合层2粘结在一起的一对盘体1A和1B。盘体1A和1B的每一个具有120mm的直径和0.6mm的厚度。而且，盘体1A和1B的每一个包括一个透明基片3，由聚碳酸酯等制成；一个第一介电层4，由ZnS-SiO2等形成在基片3上；一个记录层5，由GeSbTe材料形成在第一介电层4上；一个第二介电层6，由ZnS-SiO2等形成在记录层5上；一个反射层7，由Al等形成在第二介电层6上；及一个保护层8，由紫外线硬化树脂等形成在反射层7上。
在这种光盘1中，一对盘体1A和1B使其保护层1A和1B彼此相对着经一个粘合层2粘结在一起。而且，在这种光盘1中，如图2中所示，基片3带有以同心圆形状或螺线形状形成的以便用作用于跟踪伺服的一条导向沟纹9、和形成在相邻沟纹之间的纹间表面10。在这种光盘1中，在带有沟纹9和纹间表面10的基片上，依次形成有一个第一介电层4、一个记录层5、一个第二介电层6、及一个反射层7。因而，在这种光盘1中，由沟纹9和纹间表面10产生的凸凹图案形成在第一介电层4、记录层5、第二介电层6、及反射层7中。
应该注意，使用经所谓的主步骤准备的压模通过注射模压的方法形成这种基片3。这里，压模具有对应于沟纹9和纹间表面10的凸凹图案，当进行注射模压时凸凹图案形成沟纹9和纹间表面10。
在这种光盘1中，如图2中所示，如果假定沟纹具有底宽W1和口宽W2，那么沟纹平均宽度X[μm]可表示为如下X=(W1+W2)/2并且如果上述沟纹具有深度Y[nm]，则X和Y满足如下关系。
Y≥4736X2-4764X+1239……(公式1)X≤-0.000127Y2+0.018624Y-0.075043……(公式2)X＞0.40……(公式3)这些公式(1)、(2)和(3)基于下面将要详述的试验数据。
在下面解释的试验中，在改变沟纹平均宽度X和沟纹深度Y的同时，用0.8μm的固定纹道间距得到一个推挽信号和一个串道信号，并且通过基于标量衍射理论的计算确定推挽信号和串道信号。应该注意，通过使用限定为如下的光学系统进行推挽信号和串道信号的计算。
波长λ=650nm数值孔径NA=0.6A/W=(0.83,0.83)这里，A/W是限定照射表面上光强度分布的光学系统的参数之一。当使用的激光能近似为指示高斯分布的光束时，A/W用作由物镜接收多少激光的一个标志。更准确地说，如图3中所示，A代表一个物镜的有效半径，而W代表当假定光束中心处的光强度是1时等于或大于1/e2的光强度范围中的光束半径。这里，假定WX是在进入光盘1的光束中在光盘半径方向的光束半径；而WY是在进入光盘1的光束中在光盘圆周方向的光束半径。就是说，A/W能表示为(A/WX、A/WY)。
在这个试验中，通过使用一个带有图4中所示两个光电管12A和12B的二分光量检测器13来检测推挽信号。就是说，通过检测施加到光电管12A和12B上的反射衍射光14的光量，取出推挽信号作为光量输出差。在这个二分光量检测器13中，根据施加的反射衍射光14与沟纹9之间的相对位置，改变反射衍射光14的分布。两个光电管12A与12B之间的输出差反映了反射衍射光14的分布。因而，通过检测两个光电管12A与12B之间的输出差，能够检测激光点位置误差，即跟踪误差信号。
更准确地说，如果假定I1是来自光电管12A的输出，而I2是来自光电管12B的输出，则如图5中所示，检测(I1+I2)pp和(I1-I2)pp。根据检测的这些值，计算(I1+I2)max和(I1+I2)min。由这些值，按如下确定推挽信号。
(I1-I2)pp/{[(I1+I2)max+(I1+I2)min]/2}因而，对于其中沟纹平均宽度X和沟纹深度Y改变的光盘得到推挽信号。图6表示结果。这里，一般地说，如果推挽信号具有低于0.6的信号电平，则跟踪伺服非常不稳定。因而，推挽信号应该等于或大于0.6。
而且，在这个试验中，通过使用用于跟踪伺服信号的上述二分光量检测器13，得到了串道信号。在相对于光盘1的纹道方向的竖直方向或倾斜方向上移动施加的激光束，并且检测返回的激光以得到串道信号。根据这种串道信号，能够计算在所谓的检索期间激光移动时跳过的沟纹9的数量以及激光束移动速度。
更准确地说，通过使用图5中所示的(I1+I2)pp、(I1-I2)pp、(I1+I2)max和(I1+I2)min，能得到串道信号如下。
(I1+I2)pp/{[(I1+I2)max+(I1+I2)min]/2}在其中沟纹平均宽度X和沟纹深度Y改变的光盘中得到了串道信号。图7表示结果。这里，一般地说，如果串道信号具有低于0.1的信号电平，就不能计算在检索期间通过由激光束移动跳过的沟纹数量。因而，串道信号应该具有等于或高于0.1的信号电平。
而且，如由图7理解的那样，当沟纹平均宽度X接近0.40μm时，串道信号的信号电平接近0。在具有0.8μm纹道间距的光盘中，如果沟纹平均宽度X是0.40μm，则串道信号的信号电平理论上为0。
因而，推挽信号具有0.6或以上信号电平且串道信号具有0.1或以上信号电平的沟纹平均宽度X和沟纹深度Y，如图8中所示，在沟纹平均宽度X大于0.40且由曲线P和Q包围的范围内。
这里，曲线P代表用于推挽信号信号电平0.6的边界，推挽信号能按如下近似。
X=-0.000127Y2+0.018624Y-0.075043而且，曲线Q代表串道信号信号电平0.1的边界，串道信号可按如下近似。
Y=4736X2-4764X+1239根据这些近似公式，把沟纹9和纹间表面10形成在光盘1上，以便满足上述公式(1)、(2)、和(3)，因而能够得到最佳的推挽信号和串道信号。
而且，在这种光盘1中，当改变沟纹平均宽度X和沟纹深度Y时，测量了反射率。假定对于没有凸或凹的平区域(部分)的反射率作为基准值，作为相对值计算了反射率。图9表示结果。
如由图9所示的反射率变化能理解的那样，当沟纹9的深度Y减小时，反射率增大。因而，在光盘1中，为了得到最佳的反射率，沟纹9最好具有在Y≤70范围内的深度Y。在这种光盘1中，通过使沟纹9的深度Y等于或低于70nm，能够得到最佳的推挽信号和串道信号，以及得到最佳的反射率。因此，在这种光盘1中，当通过使用一种预定的光学系统进行相对于沟纹9的记录/再生时，能够得到更好的记录/再生特性。
而且，在上述光盘1中，最好纹道间距(Tp)是0.8+0.01μm。在这种情况下，因为沟纹9具有在X＞0.4范围内的平均宽度X，所以能够使纹间表面10与沟纹9之间的间隔适于高密度记录。
另外，在上述光盘1中，最好由数值孔径NA与波长λ之间的关系限定为如下的光学系统进行记录和再生0.997≤λ/NA≤1.250。更准确地说，最好使用具有约0.6数值孔径NA和约650nm波长λ的光学系统，即λ/NA约为1.083。通过使用这样一种光学系统，能够以高密度把信息信号记录在光盘1上。
而且，因为这种光学系统与用来再生常规DVD-ROM的光学系统相同，所以能够把常规的再生设备用来再生常规的DVD-ROM。就是说，光盘1与常规的DVD-ROM兼容。
另外，上述光盘1最好能采用沟纹记录方法。就是说，通过采用沟纹记录方法，能够以高密度把信息信号记录在这种光盘上。更准确地说，在具有约120mm直径的光盘1中，能够在盘体1A和1B的每一个上记录约3.0GB的信息信号。
而且，在这种光盘1中，通过采用沟纹记录方法，不必在沟纹9与纹间表面10之间形成凸起凹坑。因而，在生产这种光盘时，简化了主步骤中的切削。因此，这种光盘1能容易地生产。
实例作为一个实例实际生产了上述光盘，并且评估了其特性。作为由上述公式(1)、(2)和(3)限定范围之外的一个比较例，还生产了另一种光盘，以便与该实例比较。
实例1以0.46μm的沟纹平均宽度X和53nm的沟纹深度Y制备了作为实例1的一种光盘A。这种光盘通过经一个粘合层粘结具有120mm直径的两个盘体制备。盘体的每一个包括一个具有120mm直径和0.6mm深度的聚碳酸酯基片，在该基片上依次形成一个第一介电层、一个记录层、一个第二介电层、一个反射层、及一层保护膜。这里，记录层通过使用具有25 nm厚度的GeSbTe形成。另外，第一介电层和第二介电层分别通过使用分别具有120nm和15nm厚度的ZnS-SiO2形成。而且，保护层通过使用紫外线硬化树脂形成。
实例2除沟纹平均宽度X是0.49μm外，以与实例1的光盘A相同的方式制备作为实例2的一种光盘B。
实例3除沟纹平均宽度X是0.52μm外，以与实例1的光盘A相同的方式制备作为实例3的一种光盘C。
实例4除沟纹平均宽度X是0.55μm外，以与实例1的光盘A相同的方式制备作为实例4的一种光盘D。
比较例1除沟纹平均宽度X是0.43μm外，以与实例1的光盘A相同的方式制备作为比较例1的一种光盘E。
特性的评估对于这些实例1至4和比较例1，上述光学系统用来测量推挽信号和串道信号。这里，记录标志长度设置为0.525μm。测量结果表示在表1中。
从表1可清楚看出，当沟纹平均宽度X和沟纹深度Y在由上述公式(1)、(2)和(3)限定的范围内时，得到了最佳的推挽信号和串道信号以及高C/N值。与此不同，比较例1的光盘呈现出较低的串道信号和较低的C/N值。
如以上详述的那样，根据本发明的光盘具有在预定范围内的沟纹平均宽度和沟纹深度，并且能够得到最佳的推挽信号、串道信号和再生信号。因而，这种光盘能够通过使用沟纹记录方法进一步增大记录密度。
而且，根据本发明的光盘记录/再生方法通过使用一种预定光学设备，向/从具有预定范围内的沟纹平均宽度和沟纹深度的光盘进行记录和再生。这种方法能够进行对于这样一种光盘的高密度记录。
权利要求
1．一种光盘，包括一个具有纹间表面和沟纹的记录层，通过具有预定波长的光向/从该记录层记录/再生信息信号，其中如果假定所述沟纹具有底宽W1和口宽W2，那么沟纹平均宽度X[μm]可表示为如下X=(W1+W2)/2并且如果所述沟纹具有深度Ynm，则X和Y满足如下关系Y≥4736X2-4764X+1239X≤-0.000127Y2+0.018624Y-0.075043X＞0.40。
2．根据权利要求1所述的光盘，其中所述沟纹深度Ynm在Y≤70的范围内。
3．根据权利要求1所述的光盘，其中纹道之间的纹道间距在0.8±0.01μm的范围内。
4．根据权利要求1所述的光盘，其中信息信号记录在所述沟纹上。
5．根据权利要求1所述的光盘，其中所述记录层由可在晶态与非晶态之间逆变换的相变材料制成。
6．根据权利要求1所述的光盘，其中通过使用具有彼此限定为如下关系的数值孔径NA和波长λ[μm]的光学系统进行向/从所述光盘的记录和再生0.997≤λ/NA≤1.250。
7．根据权利要求1所述的光盘，其中所述光盘包括两个粘结在一起的盘体，每一个具有120mm的直径和6mm的厚度。
8．一种光盘记录和再生方法，用来向/从包括一个具有纹间表面和沟纹的记录层的光盘记录和再生信息信号，通过具有预定波长的光向/从该记录层记录/再生信息信号，其中如果假定所述沟纹具有底宽W1和口宽W2，那么沟纹平均宽度X[μm]可表示为如下X=(W1+W2)/2，并且如果所述沟纹具有深度Ynm，则X和Y满足如下关系Y≥4736X2-4764X+1239X≤-0.000127Y2+0.018624Y-0.075043X＞0.40，通过使用具有彼此限定为如下关系的数值孔径NA和波长λ[μm]的光学系统进行所述记录和再生0.997≤λ/NA≤1.250。
9．根据权利要求7所述的光盘记录和再生方法，其中信息信号记录在所述光盘的所述沟纹上。
10．根据权利要求7所述的光盘记录和再生方法，其中向/从可在晶态与非晶态之间逆变换的记录层记录和再生信息信号。
全文摘要
本发明提供了一各可重写光盘,该光盘与DVD－ROM再生设备兼容,并且采用沟纹记录方法。光盘具有一个带有纹间表面10和沟纹9的记录层,预定波长的光向/从该记录层记录和再生信息信号,其中如果假定沟纹具有底宽W1和口宽W2,那么沟纹平均宽度X[μm]可表示为如下:X=(W1+W2)/2,并且如果沟纹具有深度Ynm,则X和Y满足如下关系:Y≥4736X
文档编号G11B7/24GK1208921SQ9811845
公开日1999年2月24日 申请日期1998年8月18日 优先权日1997年8月18日
发明者菊地稔, 秋元义浩, 高桥史则, 香川正毅, 齐藤喜浩 申请人:索尼株式会社