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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zum Aufzeichnen von Informationen
auf einen aufzeichnungsfähigen
optischen Datenträger
durch Bestrahlen des Datenträgers
mit einem Lichtbündel,
um Marken und Zwischenräume
(Lands) zu bilden, welche die Informationen in Informationsaufzeichnungsrichtung
repräsentieren.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Aufzeichnungsverfahren,
einen optischen Datenträger
und ein Computerprogramm zum Durchführen des Verfahrens.
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Die
Gesamtspeicherkapazität
optischer Platten ist durch die radiale und tangentiale Datendichte bestimmt.
Die radiale Dichte ist durch den Datenspurabstand bestimmt, die
tangentiale Datendichte durch die kürzeste Marke, die geschrieben
werden kann. Bei wiederbeschreibbaren Phase-Change-Platten wird
eine Umkristallisation an der hinteren Kante einer Marke während des
Schreibens der nächsten
Marke genutzt, um eine Marke zu erhalten, deren Länge kleiner
als die Leuchtfleckgröße ist. Üblicherweise
wird die Hälfte
der Marke gelöscht,
sodass sie schließlich
halbmondförmig
ist. Bei der vor kurzem eingeführten
Blu-ray Disc (BD) kann eine Gesamtspeicherkapazität von 25
GByte auf einer einzigen Aufzeichnungsschicht einer Disc mit einem Durchmesser
von 12 cm aufgezeichnet werden. Die kleinste Länge beträgt 150 nm (Code d = 1), wobei der
Leuchtfleck eine Größe von 300
nm aufweist (der 1/e-Radius des Leuchtflecks beträgt 150 nm).
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Zusätzlich zu
dem (wiederbeschreibbaren) RW-Format wird ein aufzeichnungsfähiges (einmal beschreibbares)
BD-Format gefordert. Dieses so genannte BD-R-System sollte ebenfalls die hohe Speicherkapazität eines
BD-RW-Systems, d. h. 25 GB, erreichen, um Eins-zu-Eins-Kopien zu
ermöglichen. In
aufzeichnungsfähigen
Medien findet die Bildung einer Marke statt, wenn eine Schwellentemperatur überschritten
ist. Die Markenbildung entspricht einer nicht umkehrbaren Veränderung
in der Informationsschicht, und Effekte, die mit der Umkristallisierung
bei wiederbeschreibbaren Medien vergleichbar sind, treten grundsätzlich nicht
auf. Folglich spiegeln die Marken, die auf aufzeichnungsfähige Medien
aufgezeichnet wurden, im Wesentlichen das optische/thermische Profil
wider, das während
des Aufzeichnungsvorgangs vorhanden war. Um die Markenlänge zu verringern
und auf diese Weise die tangentiale Dichte zu erhöhen, kann
eine niedrige re Laserleistung verwendet werden, um eine kleinere
Marke zu schreiben. Als Folge wird auch die Modulation dieser kleineren
Marken und somit das Signal-Rausch-Verhältnis abnehmen. Dies kann in ähnlicher
Weise für einmal
beschreibbare Medien auf der Grundlage von Phasenwechselmaterial
als Aufzeichnungsmaterial diskutiert werden. Das abgeschiedene amorphe
Material kristallisiert zu kreisförmigen kristallinen Marken
um. Ein Verringern der Markenlänge
durch nachfolgendes Erwärmen
ist nicht möglich.
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US 5,673,246 offenbart eine
optische Abtasteinrichtung, die eine numerische Apertur einer Objektivlinse
in Radialrichtung einer optischen Platte geringer als in Tangentialrichtung
zu einer Spur auf der optischen Platte werden lässt. Somit wird während des
Auslesens der Leuchtfleckdurchmesser in Tangentialrichtung zur Spur
kleiner als jener in Radialrichtung. Dadurch ist es möglich, sowohl
eine Verschlechterung der Modulations-Übertragungsfunktion
zu vermeiden als auch die auf der Platte gespeicherten Daten fehlerfrei
zu lesen.
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EP 0 814 464 A2 offenbart
eine optische Platte und ein Verfahren zur Herstellung derselben. Die
optische Platte ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Marken-Abfolge aufweist,
die mindestens eine kürzeste
Marke und mindestens eine weitere Marke umfasst, welche durch Anwenden
eines Lichtbündels
auf solche Weise aufgezeichnet sind, dass die kürzeste Marke der Marken-Abfolge
eine Breite aufweist, die größer als
die der anderen Marke ist. Dies wird insbesondere durch Verringern
der numerischen Apertur der Objektivlinse in Radialrichtung erreicht.
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Folglich
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Aufzeichnungsgerät und ein entsprechendes
Aufzeichnungsverfahren zum Aufzeichnen von Informationen auf einen
aufzeichnungsfähigen
optischen Datenträger
zu schaffen, durch welches Speicherkapazitäten erzielt werden können, die
den Speicherkapazitäten
von entsprechenden wiederbeschreibbaren optischen Datenträgern ähnlich sind.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Aufzeichnungsgerät
wie in Anspruch 1 beansprucht.
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Ferner
wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch
ein entsprechendes Aufzeichnungsverfahren wie in Anspruch 6 beansprucht.
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Die
vorliegende Erfindung beruht auf der Idee, ein nicht kreisförmiges Leuchtfleckprofil
für den Aufzeichnungsvorgang
zu verwenden. Wenn das Leuchtfleckprofil in Radialrichtung gestreckt
ist, wird ein ovalähnliches
Wärmeprofil
auf der Aufzeichnungsschicht erzielt, sodass Marken geschrieben werden
können,
die in Tangentialrichtung, verglichen mit ihrer radialen Ausdehnung,
schmal sind, wodurch die Auflösung
erhöht
wird. Solch ein ovales Leuchtfleckprofil wird gemäß der vorliegenden
Erfindung erzielt, indem während
des Aufzeichnungsvorgangs die (wirksame) numerische Apertur in der
Radialrichtung, d. h. in der Richtung orthogonal zur Richtung der
Informationsaufzeichnung auf einen optischen Datenträger, wo
die Informationen entlang spiralförmiger Spuren auf der Platte
aufgezeichnet werden, verringert wird.
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Die
vorgeschlagene Leuchtfleckmodifikation ist auch für ein einmaliges
Aufzeichnen bei hoher Geschwindigkeit vorteilhaft. Bei hohen Aufzeichnungsgeschwindigkeiten
können
thermische Störungen
innerhalb der Spur den Vorgang der Pit-Bildung behindern. Ein ellipsoider
Leuchtfleck, wie er mit der vorgeschlagenen Modifikation erhalten
wird, führt
zu einer geringeren direkten Erwärmung
der vorher geschriebenen Pits, womit thermische Störungen innerhalb der
Spur vermindert werden.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
definiert. Eine Erhöhung
der numerischen Apertur in Tangentialrichtung, d. h. in Informationsaufzeichnungsrichtung,
während
des Aufzeichnungsvorgangs ist ebenso vorteilhaft, jedoch in der
Praxis schwerer zu verwirklichen, da es ein geändertes Linsen-Design erfordert.
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Verschiedene
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung, die verschiedene Verfahren und Mittel zum Erzielen
der vorgeschlagenen Verringerung der numerischen Apertur definieren,
sind in den Ansprüchen
3 bis 4 beansprucht. Gemäß dieser
Ausführungsformen
können
beispielsweise „pupil
filling" (eine bestimmte
Intensitätsverteilung
in der Pupillenebene), welches keinen Strahlformer, jedoch eine exakte
Ausrichtung einer anisotropen Lichtintensität des Lasers erfordert, eine
ovale Pupille oder eine Maske/Blende im Strahlengang verwendet werden, um
die numerische Apertur zu verringern.
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Außerdem werden,
wie im Anspruch 5 definiert, geeignete Steuermittel geschaffen,
um die schaltbaren Mittel zur Verringerung der numerischen Apertur
oder die schaltbaren Flüssigkristallmittel
ein- oder auszuschalten oder um die Mittel während des Aufzeichnens in den
Strahlengang zu bringen und sie danach zu entfernen, insbesondere
während
des Auslesens oder RW-Aufzeichnens, bei dem eine Leuchtfleckverformung
unerwünscht
ist.
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Ein
optischer Datenträger
gemäß der vorliegenden
Erfindung trägt
Marken, die ein im Wesentlichen ovales Profil aufweisen, dessen
Achse in der Informationsaufzeichnungsrichtung kürzer als in der dazu orthogonalen
Richtung ist.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun mit Bezug auf die Zeichnung ausführlicher
erläutert.
Es zeigen:
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1a, 1b lange
und kurze Marken, die auf wiederbeschreibbaren und aufzeichnungsfähigen Datenträgern mit
einem kreisförmigen
Leuchtfleckprofil aufgezeichnet wurden,
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2a, 2b lange
und kurze Marken, die auf aufzeichnungsfähigen Datenträgern mit
einem kreisförmigen
und einem ovalen Leuchtfleckprofil aufgezeichnet wurden,
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3a, 3b eine
optische Platte gemäß der vorliegenden
Erfindung,
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4 eine
erste Ausführungsform
eines Aufzeichnungsgeräts
gemäß der vorliegenden
Erfindung,
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5a-5c verschiedene Ausführungsformen von Blenden, die
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet werden,
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6 eine
zweite Ausführungsform
eines Aufzeichnungsgeräts
gemäß der vorliegenden
Erfindung,
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7 das
Leuchtfleckprofil, das zum Auslesen von Daten verwendet wird,
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8 das
Leuchtfleckprofil, das zum Aufzeichnen von Daten verwendet wird,
und
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9 die
Lichtintensitätsverteilung
eines ovalen Leuchtflecks in Radial- und Tangentialrichtung.
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Um
bei einmal beschreibbaren Systemen Speicherkapazitäten zu erzielen,
die den Speicherkapazitäten
entsprechender wiederbeschreibbarer Systeme ähnlich sind, müssen (in
Tangentialrichtung t) sehr schmale Marken mit kurzen Lauflängen geschrieben
werden, während
bei wiederbeschreibbaren Medien die kurzen Marken so breit (in Radialrichtung
r) wie die langen Marken sind. Bei aufzeichnungsfähigen Medien
sind die kürzesten
Marken so breit wie lang, d. h. sie sind kreisförmig. Somit nimmt die Breite
der kürzesten
Marken ab, wodurch sich eine schwächere Modulation während des
Auslesens ergibt. Dies ist in 1 veranschaulicht,
die eine schematische Darstellung langer (8T) und kurzer (2T) Marken
zeigt, die mit hoher Dichte auf einem wiederbeschreibbaren (RW)
Medium (1a) und einem aufzeichnungsfähigen (R)
Medium (1b) aufgezeichnet sind. Es sollte
beachtet werden, dass die kürzesten
Marken vergleichbar mit dem Leuchtfleckprofil oder kleiner als dieses
sind. Das hat zur Folge, dass während
des Auslesens die Lichtmodulation durch die kürzesten Marken in aufzeichnungsfähigen Medien
gegen null geht.
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Dieses
Problem kann auch veranschaulicht werden, indem die Auflösungen (=
2TppTpp) der 2T-Marken
für BD-RW
und BD-R bei einer Dichte von 23 GB miteinander verglichen werden.
Gemäß der BD-RW-Spezifikation
sollte die 2T-Auflösung
größer als
10 % sein, und dies wird in der Praxis erfüllt. Jedoch beträgt bislang
selbst bei den besten BD-R-Medien die Auflösung bei 23 GB höchstens
5 %. Diese niedrige Auflösung
hat eine wesentliche Verschlechterung des Jitters zur Folge. Die
vorliegende Erfindung schafft eine Lösung, um kleine, jedoch breite Marken,
d. h. Marken mit einer hohen Dichte in Tangentialrichtung, zu schreiben,
sodass eine starke Modulation erhalten bleibt.
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2 zeigt eine schematische Darstellung langer
(8T) und kurzer (2T) Marken, die beide auf ein aufzeichnungsfähiges Medium
aufgezeichnet sind. Die in 2a gezeigten
Marken wurden unter Verwendung eines kreisförmigen Leuchtflecks wie rechts
gezeigt aufgezeichnet, während
die in 2b gezeigten Marken unter Verwendung
eines ovalen Leuchtflecks wie rechts gezeigt aufgezeichnet wurden,
wobei der ovale Leuchtfleck in der Tangentialrichtung t eine kürzere Achse
als in der Radialrichtung r aufweist. Wie ersichtlich ist, sind
die in 2b gezeigten Marken in der Tangentialrichtung
t schmal, verglichen mit ihrer radialen Ausdehnung und verglichen
mit den in 2a gezeigten Marken. Folglich kann
die angestrebte Erhöhung
der Auflösung
erzielt werden.
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3 zeigt eine aufzeichnungsfähige optische
Platte gemäß der vorliegenden
Erfindung in einer Draufsicht (3a) und
in einer Querschnittansicht (3b). Die
Platte 2 umfasst eine Anzahl von Führungsrillen 13, welche
die Richtung angeben, in der die Informationen auf der Platte 2 aufgezeichnet sind,
d. h., die Informationen sind entlang der spiralförmig verlaufenden
Rillen 13 aufgezeichnet. Ferner sind in 3 die
Tangentialrichtung t und die Radialrichtung r angegeben.
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3b zeigt
eine Querschnittdarstellung der verschiedenen Schichten der Platte 2,
die im Allgemeinen eine Substratschicht 2a, eine Aufzeichnungsschicht
oder einen Aufzeichnungsstapel 2b und eine Deckschicht 2c umfasst.
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Eine
erste Ausführungsform
eines Aufzeichnungsgeräts
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in 4 schematisch dargestellt. Während des
Aufzeichnens oder Auslesens wird die Platte 2 durch Drehmittel 1 gedreht.
Ein Lichtbündel,
das von einer Lichtquelle, insbesondere einer Laserdiode 8,
erzeugt ist, wird nach Durchlaufen einer Kollimatorlinse 7,
eines polarisierenden Strahlteilers 6, eines Lambda-Viertel-Plättchens 5 und
einer Blende 4 durch eine Objektivlinse 3 auf
die Platte fokussiert. Während
des Auslesens reflektiert der polarisierende Strahlteiler 6 von
der Platte 2 reflektiertes Licht durch eine Linse 9 auf
einen Fotodetektor (Foto-Array) 10 für die Analyse des reflektierten
Lichts. Die allgemeine Funktionsweise eines solchen Aufzeichnungsgeräts ist weithin bekannt
und wird deshalb hier nicht weiter erläutert. Ein Wechseln der Blendenöffnungsform
kann mechanisch oder elektrisch erfolgen, insbesondere durch elektroabsorptives
Material oder andere Mittel. Dies wird durch entsprechende Steuermittel 15 angezeigt.
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5 zeigt
verschiedene Ausführungsformen
der Blende, die in dem in 4 gezeigten
Aufzeichnungsgerät
verwendet wird. 5a zeigt eine kreisförmige Blende 4a,
die zum Lesen von Daten verwendet wird. 5b zeigt
eine Blende 4b, die im Wesentlichen eine Kreisform aufweist,
jedoch zwei parallele, gerade Seiten hat, d. h. bei der seitliche Kreissegmente
abgeschnitten wurden. 5c zeigt eine weitere Ausführungsform
einer Blende 4c, die eine ovale Form aufweist. Die Blenden 4b und 4c werden
während
des Aufzeichnens von Daten verwendet. Eine Verringerung der radialen
numerischen Apertur wird folglich erreicht, indem eine nicht kreisförmige Blendenöffnung verwendet
wird, wobei die radiale Ausdehnung x der Blenden 4b, 4c ein
Bruchteil der tangentialen Ausdehnung y ist und insbesondere 0,7
y < x < y gilt.
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6 zeigt
eine weitere Ausführungsform
eines Aufzeichnungsgeräts
gemäß der vorliegenden Erfindung.
In dieser Ausführungsform
ist ein schaltbarer Strahlformer 14 im Strahlengang zwischen
der Kollimatorlinse 7 und dem polarisierenden Strahlteiler 6 vorgesehen.
In dieser Ausführungsform
wird ein an sich elliptisches Laser-Ausgangsbündel in Kombination mit dem
schaltbaren Strahlformer 14, der das ovale Bündel mehr
oder weniger kreisförmig
machen kann, verwendet. Im Fall des Aufzeichnens kann der Strahlformer 14 (teilweise),
zum Beispiel elektrisch oder mechanisch, durch geeignete Steuermittel 16 deaktiviert
sein, wodurch sich eine niedrigere radiale Randzonenintensität, bezogen
auf die tangentiale Randzonenintensität, ergibt, was gleichbedeutend mit
einer reduzierten radialen numerischen Apertur ist.
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Die
Laserdiode 8, die verwendet wird, um die Platte 2 zu
bestrahlen, weist typischerweise keine gleichmäßige Lichtintensitätsverteilung,
sondern eine Gauß-Verteilung auf. Folglich
ist die Lichtintensität
am Rand der Objektivlinse 3 gewöhnlich geringer als die Lichtintensität in der
Mitte der Objektivlinse 3. Der Betrag der relativen Randzonenintensität, bezogen
auf die Mitte, wird auch als „pupil
filling" angegeben,
d. h. er gibt an, mit wie viel Licht die Apertur der Linse 3 gefüllt ist.
Eine hohe Randzonenintensität bedeutet
folglich einen hohen Ausfüllungsgrad.
Außerdem
weisen typische Halbleiterlaser unterschiedliche Ausdehnungen der
Gauß-Verteilung
in orthogonalen Richtungen auf.
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Um
eine nahezu gleiche Randzonenintensität bei einer kreisförmigen Blendenöffnung zu
erhalten, wird ein so genannter Strahlformer verwendet.
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Das
Profil des fokussierten Leuchtflecks und die Marken/Pits, die durch
das Aufzeichnungsverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung in einer Rille G (13), die von einer weiteren
Rille G durch einen Land-Bereich L getrennt ist, erhalten werden,
sind in 7 gezeigt. Während des Lesens in Informationsaufzeichnungsrichtung
t (= Tangentialrichtung) wird ein kreisförmiges Leuchtfleckprofil 11a verwendet. Außerdem sind
die aufgezeichneten Marken 12 mit ovalem Profil gezeigt.
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8 zeigt
das Leuchtfleckprofil 11b, das zum Aufzeichnen von Daten
verwendet wird. Wie zu sehen ist, wird ein ovales Leuchtfleckprofil 11b verwendet,
wodurch sich ovale Marken 12 ergeben. In 9 ist
die Lichtintensität
eines solchen ovalen Leuchtflecks 11b, der zum Aufzeichnen
verwendet wird und vom Halbleiterlaser 8 erzeugt ist, gezeigt. Wie
zu sehen ist, zeigt die Lichtintensität sowohl in Radial- als auch
in Tangentialrichtung eine Gauß-Verteilung.
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Die
vorliegende Erfindung schafft eine Lösung, um höhere Speicherkapazitäten zu erzielen, wenn
insbesondere auf aufzeichnungsfähige
optische Datenträger
aufgezeichnet wird. Die numerische Apertur der optischen Mittel,
um während
des Aufzeichnens ein Lichtbündel
auf den optischen Datenträger
zu lenken, ist gemäß der vorliegenden
Erfindung verringert, damit während
des Aufzeichnens ein Lichtbündel
erhalten wird, das ein im Wesentlichen ovales Leuchtfleckprofil,
insbesondere mit einer Ausdehnung, die in Tangentialrichtung geringer
als in Radialrichtung ist, aufweist.
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Text in den
Figuren
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2a
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5
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- reading auslesen
- recording aufzeichnen