NL8302026A

NL8302026A - Werkwijze en inrichting voor optische registratie van een gedigitaliseerd informatiesignaal.

Info

Publication number: NL8302026A
Application number: NL8302026A
Authority: NL
Original assignee: Sony Corp
Priority date: 1982-06-07
Filing date: 1983-06-07
Publication date: 1984-01-02
Also published as: FR2528215A1; DE3320548C2; CA1212762A; JPS58215735A; NL192753C; GB2122408A; GB2122408B; FR2528215B1; GB8315551D0; DE3320548A1; NL192753B

Description

Λ * C/Ca/ar/1541

Werkwijze en inrichting voor optische registratie van een gedigitaliseerd informatiesignaal.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en een inrichting voor optische registratie door middel van een lichtbundel van een gedigitaliseerd informatie-signaal in de vorm van oppervlakoneffenheden, zoals putten, 5 op een registratiemedium.

Bij tot nog toe gebruikelijke registratie van digitale signalen op een registratiemedium door middel van een laserlichtbundel wordt meestal met 2-waardige digitale signalen gewerkt, waarbij de desbetreffende signaal-10 waarden of -niveau's als "O" en "1" kunnen worden aangeduid.

Voor opname van gedigitaliseerde videosignalen met hoge kwaliteit op een optische plaat, respectievelijk voor weergave van dergelijke signalen met hoge kwaliteit, dient een informatie-overdrachtssnelheid van circa 15 30-100 Mbit/sec te worden toegepast. Ter vergelijking wordt opgemerkt, dat een optische plaat van gebruikelijk- type voor opname van videosignalen in analoge vorm met 1800 omwentelingen per minuut wordt aangedreven, hetgeen het bereiken van de hiervoor genoemde informatie-overdrachtssnelheids-20 waarden bemoeilijkt.

Voorts kan worden opgemerkt, dat ter verkrijging van digitale videoregistratie opr een audioplaat met een diameter van bijvoorbeeld 20cm., waarbij zowel de video- als de audiosignalen voor opname en na weergave digi-25 taal worden verwerkt, op het oppervlak van de toegepaste plaat een registratiedichtheid dient te worden toegepast, welke 2-10 maal die bij een zogenaamde "compact disc" van bekend type bedraagt.

De genoemde registratiedichtheidó kan 30 worden weergegeven door de volgende uitdrukking:

η 2NA

O

\ Deze uitdrukking kan op de volgende wijze worden gevonden.

\ Indien de maximale diameter of buiteïl- diameter van het registreerbare gebied of oppervlak van een -------^ 8302026 « V ‘ -2- optische plaat de waarde heeft en de minimale diameter van het desbetreffende gebied de waarde r1 heeft, zal het beschikbare registratie-oppervlak S de volgende waarde hebben: S =/T(rQ2 - r^) 5 Bij een registratiespoorsteekwaarde P wordt dan voor de totale lengte van het beschikbare registratiespoor gevonden: * ί ^ :

^rl * P

Bij registratie met constante lineaire registratiesnelheid ter waarde V wordt voor de totale registratieduur T gevonden:

t S

10 T = * = —

V PV

Voorts wordt aangenomen, dat de golflengte van de bij optische signaalweergave toegepaste lichtbundel de waarde λ heeft, terwijl de numerieke apertuur van de daarbij toegepaste lens NA bedraagt? daaruit volgt voor 15 het weergegeven of uitgelezen signaal een afsnijdfrequentie f ter waarde: m , v ° λ

Het voorgaande leidt tot de uitdrukking: S S 2NA 1 sv. * ' A ’ f0 20 Het zal duidelijk zijn dat de mogelijke duur T van opname en weergave op een plaat wordt bepaald door de grootte van de plaatparameter S/P, de weergeefparameter NA/^ van het optische weergeefstelsel en door de afsnijdfrequentie f .

v

Wanneer de informatie-overdrachtssnel-25 heid de waarde a (in bit/sec.) heeft, kan de voor informatie-transmissie benodigde frequentiebandbreedte worden bepaald 0\ met behulp van het theorema van Nyquist. De verhouding van de informatietransmissiesnelheid tot de daarvoor noodzakelijke transmissiebandbreedte wordt wel als ,,overdrachtsrendementn 30 ^ aangeduid en heeft de volgende gedaante: 8302026 « 4 ·* -3- a v- 1 fc

Voor 100% "roll-off" bij het NRZ-trans-missiestelsel (Non-Return-to-Zero) geldt= 1, terwijl voor 50% "roll-off" ^ = 1,5 wordt gevonden. Voor een ideaal 5 Nyquist filter zou1£= 2 gelden? in dat geval dient echter met "partial response" tewerk te worden gegaan.

Zoals in het voorgaande is uiteengezet, wordt de afsnijdfrequentie van het optische weergeefstelsel bepaald door de informatietransmissiesnelheid a en het ge-10 noemde overdrachtsrendement . In verband daarmee kan voor de reeds genoemde registratieduur T van een plaat worden geschreven:

S 2NA 1 S 2NA

P X f P X a w

Indien nu wordt aangenomen, dat de op een plaat te registre-15 ren of op te nemen informatiehoeveelheid uit A; bits bestaat, geldt:

S 2NA

A = a . T = - . —— .*1 p Λ **

De reeds genoemde registratiedichtheid d zal derhalve bedragen:

A 2 NA

20 <*=- = -*.- s p Λ

Uit deze formule voor de registratiedichtheid, welke op het registratie-oppervlak van een plaat kan worden bereikt, blijkt dat voor vergroting van de registratiedichtheid in de eerste plaats de numerièke apertuur 25 NA van de bij het weergeefstelsel toegepaste lens zo groot mogelijk dient te zijn; in de tweede plaats dient de golflengte van het bij de weergave toegepaste licht zo klein mogelijk te zijn; in de derde plaats dient de registratie-spoorsteekwaarde zo klein mogelijk te zijn; in de vierde Z 30 plaats dient het overdrachtsrendement zo hoog mogelijk te .

V- liggen. De numerieke apertuur van de lens van het weergeef- 8302026

m V

-4- stelsel kan echter maximaal een waarde van 0,45-0,50 hebben, daar een verdere toename tot een (ontoelaatbare verkleining) van de schuinloophoektolerantie van de plaat leidt. Wat betreft de golflengte van de bij de weergave toegepaste half-5 geleiderlaserlichtbundel betreft, wordt opgemerkt, dat deze in het huidige tijdvak een minimale waarde van 0,74jm heeft. Omtrent de minimaal toepasbare registratiespoorsteekwaarde wordt opgemerkt, dat deze ter wille van een goede afspeelbaarheid van een plaat nauwelijks verder kan worden ver-10 kleind. Samenvattend kan worden gesteld, dat een verdere vergroting van enige omvang van de registratiedichtheid door wijziging van de hiervoor genoemde parameters en factoren moeilijk kan worden gerealiseerd- Als verdere mogelijkheid ter verbetering van het overdrachtsrendement zou kunnen wor-15 den gedacht aan de mogelijkheid om de informatiesignalen bij signaalweergave met de Nyquistfrequentie volgens "partial response" uit te lezen, waarbij - 2 zou worden verkregen. Zelfs bij toepassing van "partial response" blijkt het echter ónmogelijk een waarde-2 te bereiken.

20 Zoals in de vorige alinea is uiteenge zet, kan een verbetering van enige betekenis van de op een optische plaat bereikbare registratiedichtheid door beïnvloeding van de beschreven factoren niet worden bereikt; hetzelfde kan worden gesteld voor beïnvloeding van de combinatie 25 van deze factoren.

In verband daarmede zou kunnen worden overwogen, tot toepassing van meervoudige registratiesporen over te gaan, waardoor een aanzienlijke vermindering van de noodzakelijkë overdrachtssnelheid kan worden verkregen. Toe-30 passing van een dergelijke maatregel leidt echter tot een verkorting van de mogelijke registratie-/weergeefduur van een plaat.

0\ De onderhavige uitvinding beoogt, dit probleem op te lossen en een werkwijze en inrichting voor 35 optische registratie van een gedigitaliseerd informatiesig-naal op een registratiemedium te verschaffen, waarbij de totale hoeveelheid geregistreerde informatie ten opzichte van 8302026 « · -5- de tot nog toe daartoe bestaande mogelijkheden is vergroot en toepassing voor registratie van videosignalen in digitale vorm mogelijk is.

Daarbij maakt de uitvinding gebruik van 5 de mogelijkheid om digitale signalen met meer dan twee verschillende digitale waarden op een registratiedrager te registreren, respectievelijk daaruit uit te lezen, en op die wijze de totale hoeveelheid registreerbare informatie te vergroten ten opzichte van de gebruikelijke gang van zaken, waar-10 bij registratie van twee-waardige digitale signalen wordt toegepast.

Uitgaande van een werkwijze voor optische registratie door middel van een lichtbundel van een gedigitaliseerd informatiesignaal in de vorm van oppervlakte-oneffen-15 heden, zoals putten, op een registratiemedium, komt de uitvinding tot registratie van het signaal met meer dan twee verschillende digitale waarden in de vorm van oneffenheden, zoals putten, waarvan de diepte met behulp van de belichtings-sterkte van de lichtbundel wordt gewijzigd.

20 Als inrichting voor toepassing van een dergelijke nieuwe registratiewijze verschaft de uitvinding een optische registratie-inrichting, welke op bekende wijze is voorzien van een laserlichtbundelbron, waaraan volgens de uitvinding zijn toegevoegd een modulator voor modulatie 25 van de door de bron afgegeven laserlichtbundel met meer dan twee verschillende digitale waarden van een op te nemen signaal, benevens een inrichting voor vorming van oneffenheden, respectievelijk putten, van onderling verschillende diepten op een aan rotatie onderworpen registratiemedium op basis 30 van de belichtingssterkte van de laserlichtbundel.

De uitvinding zal worden verduidelijkt in de nu volgende beschrijving aan de hand van de bijbehorende r tekening. Daarin tonen:

Fig. 1A-1D enige golfvormen van ver- \35 schillende meerwaardige digitale signalen, - Fig. 2 een schematische weergave van de uitvoering van het optische stelsel van een registratie- 8302026 ---_-*f -6- inrichting, waarbij de uitvinding kan worden toegepast,

Fig. 3 een karakteristiek van een regis-tratielaag, waarbij de uitvinding kan worden toegepast,

Fig. 4A-4D enige schematische weergaven 5 ter verduidelijking van de uitvinding voor het geval, waarin een te registreren signaal met een driehoekgolfvorm wordt gebruikt voor vorming van putten, welke twee verschillende digitale waarden vertegenwoordigen, en

Fig. 5A-5D enige schematische weergaven 10 ter verduidelijking van de uitvinding, waarbij een te registreren signaal met drie verschillende digitale waarden wordt gebruikt voor vorming van deze waarden respectievelijk vertegenwoordigende putten.

Volgens de uitvinding wordt een digitaal 15 signaal met drie verschillende digitale waarden 0,1 en 2 (zie Fig. 1B), vier verschillende digitale waarden (zie Fig.

1C) of vijf verschillende digitale waarden (zie Fig. 1D) aan registratie onderworpen, in plaats van de gebruikelijke registratiewijze, volgens welke een digitaal signaal slechts met 20 twee verschillende digitale waarden 0 en 1 wordt geregistreerd, zoals in Fig. IA is weergegeven. Voor registratie van het signaal met drie of meer verschillende digitale waarden, c.q. n waarden, is het mogelijk een hoeveelheid informatie 2 te registreren, welke ( log n) maal die bij registratie met 25 twee digitale waarden (Zie Fig. IA) bedraagt. Bij registratie met drie digitale waarden bedraagt deze informatie-inhoud 1,58 maal die bij registratie met twee waarden; bij registratie met vier waarden twee maal die bij registratie met twee waarden; en bij registratie met vijf waarden 2,3 maal 30 die bij registratie met twee waarden.

Zoals de golfvorm volgens Fig. 1B laat zien, treedt bij toepassing van driewaardige digitale regis-

Otratiesignalen tussen de minimale waarde 0 en de maximale waarde 2 geen rechtstreekse waarde-overgang op, doch wordt % 35 een zodanige signaaldefinitie toegepast, dat tussen de beide tt 1 \ extreme waarden 0 en 2 steeds de middenwaarde 1 voorkomt.

8302026

Deze signaaldefinitie is in het bijzonder van belang voor t -7- vervormingsvrije weergave van de golfvormen van de uit te lezen signalen.

Zoals reeds is opgemerkt, toont Fig. 2 een schematische weergave van het optische stelsel van een 5 registratie-inrichting, waarbij de uitvinding kan worden toegepast. Daarbij is sprake van een laserlichtbundelbron 1, bijvoorbeeld bestaande uit een gaslaserbron, welke een laser-lichtbundel via een spiegel 2 op een acousto-optische modulator 3 richt; deze laatstgenoemde ontvangt via een aansluiting 10 4 een te registreren signaal. De door de uit de modulator 3 tredende, gemoduleerde laserlichtbundel gevolgde baan wordt door een spiegel 5 afgebogen naar een convergentielens 6.

Vervolgens wordt de daaraan uittredende laserlichtbundel door een spiegel 7 en een objectieflens 8 op de registratielaag 15 10 van een schijfvormige plaat 9 geprojecteerd.

De plaat 9 wordt bij een voorafbepaalde hoeksnelheid in rotatie aangedreven door middel van een motor 12. De registratielaag 10 van de plaat 9 is als laag aangebracht op het bovenoppervlak van een steunplaat 11 van glas.

20 In de registratielaag 10 wordt een aantal putten met van de laserlichtbundel-belichtingssterkte afhankelijke diepten gevormd, waarbij als oorspronkelijke registratielaag 10 bijvoorbeeld een fotoresistieve laag van het positieve type wordt gebruikt. Als voorbeeld van een dergelijk type kan bijvoor-25 beeld AZ-1350 van Shipley Corporation worden genoemd; bij dit type is lichtgevoelig materiaal toegevoegd aan een "novolak"-hars.

Fig. 3 toont de relatie tussen het be- , lichtingsniveau L van een dergelijke registratielaag 10 en 30 de diepte D van een daarbij gevormde put; de waarde t langs de ordinaat vertegenwoordigt daarbij de dikte van de registratielaag 10. Het belichtingsniveau L vertegenwoordigt de bij een lineaire rotatiesnelheid van lm/sec. van de plaat 9 aan \ de registratielaag 10 toegevoerde laserlichtenergie.

35 De golfvormen volgens de Fig. 4A-4D .

ü* hebben betrekking op het geval, waarin een te registreren signaal met driehoekgolfvorm,* bijvoorbeeld van de gedaante ----^ 8302026 -8- volgens Fig. 4A, aan de aansluiting 4 van de acousto-optische modulator 3 wordt toegevoerd; de uit de modulator 3 tredende laserlichtbundel vertoont dan een geleidelijk veranderende belichtingsenergie van de gedaante volgens Fig. 4D; deze is 5 het gevolg van de niet-lineaire werking van de modulator 3.

In Fig. 4B vertegenwoordigt L1 die drempelwaarde van de belichtingsenergie, welke nodig is voor vorming van een gat (als begin van een put) in de registratielaag 10, terwijl L2 de belichtingsenergie vormt, waarbij een in de registratie-10 laag 10 gevormde put het bovenoppervlak van de steunplaat 11 van glas bereikt.

Zoals Fig. 4C vervolgens laat zien, ontstaat in de registratielaag 10 van de plaat 9 een schuin verlopend gedeelte of helling, waarlangs de diepte van een ge-15 vormd gat, respectievelijk gevormde put, binnen het belich-tingsenergiegebied l^-I^ geleidelijk toeneemt, evenals de breedte van de desbetreffende put, welke tenslotte practisch gelijk is aan de diameter van de laserbundeltrefvlek. In het gebied, waarin de belichtingsenergie of meer bedraagt, 20 wordt een gat of put gevormd, dat tot het bovenoppervlak van de steunplaat 11 reikt. Fig. 4C toont boven elkaar respectievelijk een bovenaanzicht en een verticale doorsnede door een dergelijke put met schuin verlopende gedeelten.

Voor de dikte t van de registratielaag 25 10 wordt een waarde gekozen, welke in geringe mate groter is dan Λ/4, waarbij λ de golflengte van de bij signaalweer-. gave gebruikte uitleeslaserlichtbundel is. Wanneer een dergelijke plaat 9 als "moederplaat" voor vorming van replicaplaten met een reflecterend filmoppervlak van aluminium wordt ge-30 bruikt, wordt voor de diepte van iedere put in de moederplaat eveneens een waarde gekozen, welke in geringe mate groter dan λ/4 is. Aangezien de toegepaste putdiepte van te-—^ voren wordt bepaald, zoals zojuist beschreven, treedt bij IJ de uitlezing een faseverschil van X/2 tussen de door de put \ 35 weerkaatste laserlichtbundel en de door het materiaal rondom \ „ de put weerkaatste laserlichtbundel op, zodat vereffening op- 1 treedt en geen signaal wordt weergegeven. Wanneer de uitlees- 8302026 -9- β » laserlichtbundel zijn trefvlek op het een put omringende materiaal heeft, zal de weerkaatste lichtbundel uit licht van eenzelfde fase bestaan, zodat een signaal wordt uitgelezen. Dit heeft tot gevolg, dat bij signaalweergave uit een 5 plaat met daarin gevormde putten volgens Fig. 4C een uitgelezen signaal wordt verkregen, waarvan de golfvorm de gedaante volgens Fig. 4D heeft.

Zoals in het voorgaande is uiteengezet, is het bij registratie en daarop volgende weergave van een 10 signaal met driehoekgolfvorm mogelijk om voor het bij signaalweergave verkregen, uitgelezen signaal eenzelfde golfvorm-hellingshoek als bij het te registreren signaal te verkrijgen.

Deze hellingshoek wordt veroorzaakt door het feit, dat de putten tussen hun bodem en hun bovenrand een schuin verlopend 15 gedeelte of helling vertonen, respectievelijk de putbreedte langs deze helling verandert. Als gevolg daarvan is signaal-registratie met meer dan twee digitale signaalwaarden mogelijk.

Bij signaalregistratie met drie digitale 20 waarden wordt bijvoorbeeld het met het "werkpunt" van een transistor of electronenbuis vergelijkbare "instelmidden" (bias centre) van de belichtingsenergie van de laserlicht-bundel in het midden L·^ gekozen van het gebied, waarin de belichtingsenergie zoveel mogelijk evenredig met de diepte 25 D van een te vormen put variëert (zie de karakteristiek volgens Fig. 3); de belichtingsenergiewaarden, waarbij respectievelijk een diepe put en "geen put" worden gevormd, liggen dan ter weerszijden van dit instelmidden.

Fig. 5A toont een voorbeeld van de op-3Q name van een te registreren signaal met drie digitale waarden.

Voor de centrale waarde Vj van dit registratiesignaal wordt een laserlichtbundel, waarvan de belichtingsenergie de hier- C"v voor genoemde instelmiddenwaarde heeft, gekozen. Voor de * lage signaalwaarde Vg wordt de laserlichtbundel onderbroken \ 35 of tot een belichtingsenergieniveau teruggebracht, dat de V genoemde drempelwaarde volgens Fig. 4B niet bereikt. Voor het hoge niveau V2 of hoger dan dit niveau gebruikt (zie ____4 8302026 t -10-

Fig. 4B). Zoals Fig. 5B laat zien, zullen dan in de regis-tratielaag 10 van de plaat voor de minimale waarde VQ van het te registreren signaal geen putten worden gevormd, voor de centrale waarde van het te registreren signaal "tussen-5 putten" worden gevormd en voor de hoge niveauwaarde van het te registreren signaal diepe putten worden gevormd.

Hoewel zulks niet uit de tekening blijkt, heeft een foto-resistieve laag van het als registratielaag 10 gebruikte type een uitstekende signaal/ruis-karakteristiek? als gevolg 10 daarvan is het ook mogelijk om registratie van een digitaal signaal met vijf verschillende digitale signaalwaarden uit te voeren; de daarvoor benodigde, enigszins meer nauwkeurige besturing van de belichtingsenergie van de toegepaste laser-lichtbundel levert geen speciale problemen.

15 De uitvinding kan eveneens worden toe gepast in geval van gelijktijdige vorming van twee signaal-registratiesporen door middel van twee laserlichtbundels. Daarbij kan de overdrachtssnelheid van de digitale signale-aanzienlijk worden vergroot? aangezien de registratiedicht-20 heid niet op nog andere wijze behoeft te worden vergroot, wordt daarbij een gemakkelijke mogelijkheid tot extractie van bitklokimpulssignalen bij afspeling van een desbetreffende plaat verkregen.

De uitvinding beperkt zich niet tot de 25 in het voorgaande beschreven en in de tekening weergegeven uitvoeringsvormen. Verschillende wijzigingen kunnen in de beschreven details en in hun onderlinge samenhang worden aangebracht, zonder dat daarbij het kader van de uitvinding wordt overschreden.

8302026

Claims

1. Werkwijze voor optische registratie door middel van een lichtbundel van een gedigitaliseerd informatiesignaal in de vorm van oppervlakoneffenheden, zoals putten, op een registratiemedium, gekenmerkt 5 door registratie van het signaal met meer dan twee verschillende digitale waarden in de vorm van oneffenheden, zoals putten, waarvan de diepte met behulp van de belichtings-sterkte van de lichtbundel wordt gewijzigd.

2. Registratiewijze volgens conclusie 1, 10 met het kenmerk, dat een registratielichtbundel met meer dan twee digitale signaalwaarden wordt gemoduleerd en dat in een roterend registratiemedium putten van met de belichtingssterkte van de registratielichtbundel variërende diepten worden gevormd.

3. Registratiewijze volgens conclusie 1, waarbij als registratielichtbundel een laserlichtbundel met een golflengte X wordt gebruikt, met het kenmerk, dat de gevormde putdiepte maximaal Λ/4 bedraagt.

4. Inrichting voor toepassing bij een 20 registratiewijze volgens één of meer van de voorafgaande conclusies, voorzien van een bron voor afgifte van een registratielichtbundel , gekenmerkt door middelen voor modulatie van een registratielichtbundel met meer-dan-twee-waardige digitale signalen en door middelen voor vorming van 25 putten, in een roterend registratiemedium, met van de belichtingssterkte van de registratielichtbundel afhankelijke diepten.

4 -11- CONCIiUSIES «

5. Registratie-inrichting volgens conclusie 4, waarbij de bron voor afgifte van een registratie- 30 lichtbundel een laserbron is en de daardoor afgegeven registratie laserlichtbundel een golflengte X heeft, met het kenmerk, dat voor X een waarde is gekozen, welke al-J thans tenminste nagenoeg viermaal die van de maximale diepte van de oneffenheden of putten bedraagt. \\ '35

6. Optische plaat van het lichtweer- ---Λ 8302026 f -12- kaatsende type, als vervaardigd onder toepassing van een registratiewijze volgens één of meer der conclusies 1-3, gekenmerkt door geometrische patronen met oppervlak-oneffenheden, zoals putten, met onderling verschillende 5 diepten. O \ 8302026