JPH0150971B2

JPH0150971B2 -

Info

Publication number: JPH0150971B2
Application number: JP3846682A
Authority: JP
Inventors: Michoshi Nagashima; Mutsuo Takenaga
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1982-03-10
Filing date: 1982-03-10
Publication date: 1989-11-01
Also published as: JPS58155522A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、光学式の記録媒体（デイスク）の記
録密度を向上させる方法を提供する事を目的とす
る。

レーザー等のコヒーレントな光を微小径のスポ
ツトに絞り、画像や音声等の情報が予め記録され
たデイスク上に照射し、情報の再生を行なう方法
が開発され、既に光学式「ビデオデイスク」とし
て発売されている。それらの情報は平面円盤上に
トラツク列を成す「穴ピツト」として記録されて
おり、ピツト内外で生じる光学的位相差を検出し
て信号としている。

又、上記の再生専用デイスクに対し、デイスク
上に感光性記録材料薄膜を設けて、光スポツトの
照射により、望む情報を記録し、更にこれを再生
する方法が研究、開発され、「データフアイル」
や次世代の「記録再生ビデオデイスク」としての
応用が有望である。その様な記録材料薄膜とし
て、Te等の金属薄膜、TeOx（ｏ＜ｘ＜２）等の
低酸化物薄膜、MnBi等の光磁気薄膜などが知ら
れている。これらの薄膜は従来平面円盤上に形成
されている。これらの記録の方法としては、光照
射エネルギーに依る、金属薄膜の局所的な蒸発、
TeOx膜の反射率と透過率の変化、光磁気材料で
は光の偏光角の回転が利用される。

市販されている再生専用の光学式ビデオデイス
クでは、コヒーレントな光源にHeNeレーザーを
用い、情報トラツク間隔が1.67μmであり、直径
30cmのデイスクを毎分1800回転させて、NTSC方
式で30分間の動画を再生できる。

しかし、実用上、30分の再生時間では不足であ
り、より長時間の再生が望まれていた。この為、
最近では情報トラツクとトラツクの間に、クロス
トークが顕著にならない様な方法で新しいトラツ
クを設け、再生時間を２倍にする工夫がいくつか
提案されている。例えば、特開昭54−12805及び、
特開昭54−136303では、となり合つたトラツクで
情報信号の「穴ピツト」の深さを互いに違えてい
る。しかし、これらの光デイスクは作製困難であ
り、たとえ製造できても再生専用にしか用いられ
ない。

実時間の記録再生デイスクでは、となり合つた
光デイスクで記録の状態を大きく違えるのは不可
能で、望む情報を記録再生できる光デイスクは、
現技術のままでは、直径30cmに30分の動画の録再
が限界である。最近では光源に小型である事や、
直接変調できる事から半導体レーザーが用いられ
る様になつてきたが、記録もできる高出力の半導
体レーザーは近赤外の波形であり、HeNeレーザ
ー（波形0.633μm）程には絞れない。レンズの開
口数（NA）を大きくし、よりレーザーを絞る事
も可能であるが、NAの大きさについても、デイ
スク基材の厚みムラ等に依る収差の影響より限界
があり、トラツクピツチを1μm以下にする事は不
可能である。従つて、記録再生デイスクの記録密
度の倍増には基本的な改良が必要である。

その為に、情報信号面として、光デイスクの半
径方向の断面が近似的にＶ字形又は逆梯形の溝の
斜面を用いることで、トラツクピツチを半減化し
て、記録密度を向上させ、かつ、となり合つたト
ラツクからのクロストークを小さく保つ方法が提
案されている。

例えば、特開昭56−58144では、レーザー光ビ
ームをレンズに斜めに入射させて、Ｖ溝又は逆梯
形溝の斜面にできるだけ垂直に照射させる方法が
提案されている。一般に、高NAのレンズに斜め
に入射された光ビームは収差の為に十分には絞れ
ない。特にNA0.5以上のレンズでは、光軸に対し
て２〜３度以上もレーザー光を傾けて入射させる
と収差の影響は大きく、上記の方法は全く実用性
がない。

一方、本発明者等は、記録密度を増加するため
の、より実用的な方法を以前に提案している（特
願昭55−180685）。この方法に関する要約を、断
面形状がＶ字形の溝で再生には光デイスクからの
反射光を用いる場合を例にとつて説明しておく。
この方法は、再生専用光デイスクだけでなく、記
録再生光デイスクにも適用できるものである。

先ず、記録再生デイスクについて述べる。第１
図はレーザー光で記録し、次にこの信号を同じレ
ーザー光で再生が可能なデイスクの一例を説明し
た図である。図において、１はデイスクの基材、
２はその基材の上に設けられた断面形状が「Ｖ」
字の溝を形成した紫外線硬化樹脂（UV樹脂）
層、３は記録材料薄膜であり、４は３にレーザー
光の照射で書き込まれた信号ピツトである。この
部分の屈折率及び光学濃度が変わつているか、或
いは蒸発により穴状にへこんでいる。第１図で
は、基材Ｙ側よりレーザービームを入射させて情
報の記録又は再生を行なつている。従つてこの場
合、基材１やUV樹脂２等は透明なものが用いら
れる。

しかし、基材側と反対方向から記録又は再生も
可能である。光ビームスポツトをＶ字形の斜面の
片方、例えば第１図のＣ面に沿つて照射させ、情
報ピツト４を記録する。2P（第１図）を従来のト
ラツクピツチと等しくしておけば、Ｃ面の再生時
は、従来専用ビデオデイスクに用いられる再生光
学系に依つても、Ａ面及びＥ面からの信号混入
（クロストーク）は小さい。

しかし、記録密度の倍増の為、Ｂ面やＤ面にも
消去が記録されているから、Ｃ面再生時のＢ面や
Ｄ面から信号のクロストークが、信号品質劣化さ
せない程に小さくなる様に、Ｖ溝の断面形状が決
定され、それに関する新たな記録及び再生の方法
の詳細が特願昭55−180685に記載されている。

レンズに入射した光ビームは、デイスク上に絞
られ、デイスクは２次元の回折格子として働き、
デイスクからの反射光、或いは透過光は多くの回
折光に分離される。反射光の場合については、第
２図を用いて説明しよう。レンズ５面上におい
て、デイスクの半径方向にｘ軸をとり、紙面に垂
直、即ち、デイスク円周の接線方向にｙ軸をと
る。レンズ５に入射する光ビームI₁の電場の分布
をＡ（ｘ、ｙ）とする。但し、入射光ビームの拡
がりの半径はＷであり、x²＋y²W²である。ｘ
及びｙ軸に平行にデイスク面上にξ及びη軸を設
定して、デイスク面の光電場振幅に対する複素反
射率の分布をＲ（ξ、η）とする。レンズ５面上
における反射光に対する座標系として、ｘ軸及び
ｙ軸に各々一致させてｕ軸及びｖ軸を設定する。

このような場合、一般に次の事が言える。反射
光は多くの回折光に分離され、El（ｌ＝０、±１、
±２、……）はuv平面でのｌ次の回折光電場で
ある。全ての回折光電場Elは、入射光電場Ａ（ｘ、
ｙ）とは同じ拡がり半径Ｗを持ち、又、相似的な
強度分布を持つ。各々の回折光のuv面上での隔
たりはλr／2Pであり、第３図はその様子を示している。又、各々の反射回折光Elの振幅と位相は、ξ
軸方向に周期2PのＲ（ξ、η）のフーリエ級数展
開の複素係数Rlに依り決まる。一般に、複素反
射率分捧布Ｒ（ξ、η）はη軸方向にも周期構造
を持ち、回折光や複素係数も２次元で扱う必要が
ある。しかし、溝の断面形状の説明にはη軸方向
は均一とすることができ、ξ軸方向のみの一次元
的扱いで十分である。

反射率分布Ｒ（ξ、η）として、第２図の「Ｖ
溝」を考える。トラツク斜面の傾斜角がθで、ト
ラツクピツチがＰである。又、斜面Ｃの光強度に
対する反射率が｜γ₁｜²で、斜面ＢとＤの反射率
が｜γ₂｜²とする。光電場振幅に対する反射率は
一般に複素数で、各々r₁とr₂である。即ち、反射
率が｜γ₁｜²の斜面と｜γ₂｜²の斜面が交互に同期
的に並んでいる。実際には、斜面ＢやＤには異な
る情報が入つている。しかし、トラツク斜面Ｃの
情報の再生において、他の斜面、に斜面ＢとＤの
情報のクロストークを最小にする事を考える為、
斜面ＢとＤの反射率を同じとして、r₂の影響を最
小となる条件を探せば十分である。

デイスクが回転し、光ビームスポツト点での反
射率が記録された情報に従つて時間変化するか
ら、r₁及びr₂は時間ｔ関数である。

第２図の、「Ｖ溝」の傾斜角θと、トラツクピ
ツチＰ、及びレーザー波形λの関係が tanθ＝λ／4Pη (1) を満たす時、即ちＶ溝の深さがλ4ηの時には次の
事が言える。この式中のηは、Ｖ溝が接するレー
ザー（波長λ）の入射側の透明媒質の屈接率であ
る。斜面Ｃに沿つた再生時には、（−１）次反射
回折光E_-1はＣ面の反射率r₁だけの情報を含み、
Ｂ及びＤ面の反射率r₂には依存しない。０次回折
光はr₁及びr₂の両方に同程度影響され、（−２）
次回折光もr₁とr₂両方に依存するが、r₂の影響は
小さい。又、（−１）次回折光は０次回折光と同
位相であり、（＋１）次回折光は０次回折光と位
相が180度異なつていて、これらの各回折光が互
いに干渉し合つて、uv面での反射光強度分布は
形成される。こ光強度の適当な領域での積分値が
受光量となる。第２図には、均一反射率（r₁＝
r₂）での、各回折光（実線）とレンズを通過する
反射光の強度分布の形（破線）を示している。即
ち、(1)式を満たす時は、（−１）次回折光は斜面
Ｃの情報のみを含み、斜面Ｃの再生には（−１）
次回折光を中心に受光すれば、Ｂ面及びＤ面から
のクロストークを低下できる。

よりクロストークの低下を計る為には、０次回
折光がＢ面やＤ面の情報を含んでいるので、（−
１）次回折光を中心に受光する際に、（−１）次
回折光と０次回折光を干渉させない方がよい。レ
ンズ５の全面に入射光I₀が入射すると、各次の反
射光の拡がりは入射光と同じであるから、レンズ
を通過する反射回折光は全て０次反射光と干渉し
てしまう。従つて、入射光I₀をレンズ外周部には
入射させなければ、０次反射光はその外周部を通
過せず、そのレンズ外周部を反射してくる回折光
を受光すれば良い。第２，３図はその様な場合を
示している。第２図のＦ，Ｇ部、即ち、入射光が
存在しない部分の反射光には、（−２）次回折光
の中のわずかのクロストーク成分を含むだけであ
る。

具体的には、第４図で示した様な、少なくとも
２つの部分ＭとＮに分割された光検出器を反射光
路中に、ｕ軸の光検出器面上への投影軸に平行
に、かつ、レンズ５の光検出器面上への投影像
（第４図の破線）の中心０に対称に設置する。し
かもこの時、レンズ投影像のうち外周面、即ち前
述のわずかな（±２）次回折光を含む（±１）次
回折光のみが、前述の光検出器Ｍ或いはＮへ入射
する様に反射光路の倍率を設定する。

第１図の情報ピツト４が、反射率や透過率が変
化した「濃淡ピツト」の場合は、第２図γ，γ₂は
共に実数とできる。これは、記録材料薄膜３にテ
ルルの低酸化物薄膜を用い、レーザー光スポツト
を照射して実現できる。（特願昭53−118468号）情報ピツト４が、ピツトの内外で光に位相差を
生じさせる「穴ピツト」の場合は、第２図のγ₁，
γ₂は複素数で表わされる。例えばピツトの深さが
ｄ、ピツト内外で反射率が等しくγ₀の時は、複素
反射率は γ＝γ₀exp（2ikd）と表わされる。（ｋ＝2π／λ）この様な「穴ピツ
ト」は記録材料薄膜３にテルル金属を用い、レー
ザー光照射に依る蒸発でできる。（第５図）更に、第５図の様な記録済みの光デイスクから
の複製に依り、第６図の構造の様な再生専用光デ
イスクも作る事ができ、これについても本発明者
等の先の出願・特願昭55−18085に記載された発
明は適用できる。

今迄はＶ字形の場合について述べてきたが、Ｖ
溝の山の頂、及び谷の厳密な形状は重要ではな
い。従つて、今迄の説明は、山や谷が微かに両率
を持つ略Ｖ字形溝、或いは山の部分が平担な透梯
形溝にも適用できる。

以上の様な方法で光デイスクの記録密度を倍増
できる。例えばビデオデイスクでは、直径30cmの
光デイスクで、トリツク再生が可能な等角速度回
転で裏表両面で２時間、等線速度回転では両面４
時間の動画再生が可能となる。

光デイスク上へのレーザー光の絞り径は、レー
ザー波長をλとして、レンズの開口数NAを用い
て、良い近似で（λ／NA）に比例する。レーザ
ー波長を一定とすれば、絞りの面からは、できる
だけレンズ全面に均一にレーザー光を入射させ、
レンズのNAを大きく用いる事が望ましい。しか
し、本発明者等による先の出願・特願昭55−
180685号に記載された発明では、レンズの外周部
にはレーザーを入射させない為、レンズのNAを
有効に利用しておらず、レーザーの絞りの観点か
らは効率が良くない。

本発明は、Ｖ溝又は逆梯形溝の斜面に情報の記
録又は再生を行なう為に既述の方法を用いるに際
し、記録再生周波数特性を向上させ得る様に、レ
ーザー光をより小さく絞つて光デイスク上に照射
させる方法を提供することを目的としたものであ
る。

以下に、本発明について詳細に説明する。

（±１）次反射光回折光と０次反射回折光をで
きるだけ干渉させない為に、情報トラツクと垂直
な方向ではレーザー光をレンズ全巾に入射させら
れない。しかし、記録トラツクと平行な方向はレ
ンズ全巾に入射させてもかまわない。その様子を
第７図ａに示す。破線６はレンズ外周縁で、レー
ザー入射光束７は楕円形（斜線）をしている。楕
円外では光強度は非常に小さい。情報トラツクと
垂直方向に有効なレンズのNAは第７図ｂより
NA₁＝Sinφ₁、又、情報トラツクと平行方向に有
効なのは第７図ｃよりNA₂＝sinφ₂であり、NA₂
＞NA₁である。光デイスク上のレーザー絞り径
はNAに近似的に反比例するので、情報トラツク
と平行方向の絞りは、垂直方向の約（NA₁／
NA₂）となる。第８図にその様子を示す。楕円
形の光スポツト８は、例えば、中心０の光強度の
１／ｅとなる部分を示している。情報トラツクと
垂直方向では特願昭55−180685号と同じであり、
クロストークに関しては同じ性能が期待でき、ト
ラツク方向には絞り径を小さくして周波数特性を
向上させる事ができる。

具体例を述べよう。市販されている「光学式ビ
デオデイスク」では、波長0.63μmのレーザーを
NA0.4のレンズに入射させ、毎分1800回転の光デ
イスクの径の55mm位置でNTSC方式のテレビジヨ
ン信号、即ち、最高13MH_jの信号を十分高い
Ｓ／Ｎ比で再生できる。これは、長さ0.4μm以上
の「穴ビツト」の識別可能を意味する。記録され
た最外径を145mmとして片面30分の動画再生がで
きる。特願昭55−1806685号の方式の採用で片面
60分の動画再生は可能となる。次に本発明の更な
る高密度化をえてみる。NA0.6のレンズを用い、
トラツクと垂直にはNA0.4に相当する巾で、トラ
ツクと平行にはレンズ全巾のNA0.6の部分に、楕
円形状のレーザー光束を入射させる。この時、光
デイスク上では、トラツクと平行方向のレーザー
光絞り径は、平行方向の約2/3となり、長さ
0.27μm以上の「穴ビツト」は識別できる。従つ
て半径37mmより外側でテレビジヨン信号を再生で
き、片面70分の特殊再生可能な動画が再生でき
る。

以上の様に、本発明は、レンズ面上にトラツク
方向に細長い楕円形レーザー光束を入射させる事
で、情報信号の記録及び再生における周波数特性
を向上させて、より高密度化を達成する方法を提
供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はＶ字形溝を設けた光デイスクの構造を
示す切欠斜視図、第２図はＶ字形溝からの反射光
の様子を示す図、第３図はレンズ面上での反射回
折光の様子を示す図、第４図は光検出器の一例を
示す平面図、第５図は金属薄膜の蒸発により記録
するデイスクの記録状態を示す断面図、第６図は
穴ビツトにより予め情報が記録された光デイスク
の断面図、第７図はレンズへ楕円形レーザー光束
が入射した時の様子を示す図、第８図は楕円形レ
ーザー光束の際の光デイスク上の光スポツトの図
である。１……基材、２……紫外線硬化樹脂、３……感
光性記録材料、４……記録ピツト、５……レン
ズ、６……レンズ外周、７……楕円形レーザー光
束、８……光スポツト。

Claims

【特許請求の範囲】

１光デイスク上にその半径方向の断面がＶ字形
または逆梯形である溝を設け、光ビームをレンズ
で絞り前記溝のＶ字形または逆梯形を成す両傾斜
面の各々に沿つて照射し、主として前記レンズ外
周部を通過する反射光を受光して再生する方式で
あつて、前記光ビームを、前記溝と垂直方向には
前記レンズ径より小さい径を有し、かつ前記溝と
平行方向に長軸を有する略楕円形の光ビーム光束
として前記レンズに入射させることを特徴とする
光デイスク再生方式。