(57)【要約】      （修正有）【課題】光ピックアップ（ＯＰ）の基本的アーキテクチャを整理・再構築し、コンピュータシミュレーションの精度を高め、ＣＤ／ＤＶＤ／ＢＤ用ＯＰの単純化・高機能化を図る。また、病巣診断・施術へＯＰ技術を適用し、医療用光ヘッド機構を提供。【解決手段】ＯＰのアーキテクチャ整理・再構築を、各構成要素の問題点洗い直しで行う。結果、光ディスク保護層厚が０．６ミリのＣＤ／ＤＶＤと０．１ミリのＢＤに整理し、６５０ｎｍと４０５ｎｍの二光源とする。光ビームのサイドローブを打ち消す手段を講じてレンズを共通化し、単一ＯＰを採用。受光用の微細化ＰＤアレーでトラック間及び同一トラックの符号間干渉を補正し、ＢＤをエンハンス（ＥＢＤ）して記録容量を増加する。他方、ＯＰで三次元にスポットが絞られることに着目し、病巣診断・施術へＯＰ技術を適用。【選択図】図７２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列に活性層が配置された３ストライプの端面発光ＬＤ（レーザーダイオード）の全発光チャンネルを電磁的に結合して位相同期させた放射光を対物レンズで絞ったときに、主ビームの両隣のサイドローブが各発光チャンネルの重み付け加算で1次元として打ち消されるようにすること。また３ｘ３の発光チャンネルを持つ面発光ＬＤを同様に電磁的に結合して位相同期させ、同様の２次元サイドローブ打消しを行うこと。また３ｘ３アレーの４隅のチャンネルは設けず、十字形の形で同様の２次元サイドローブ打消しを行うこと。
【請求項２】
光ディスクプレイヤーの寿命は、主としてＬＤのダークラインの格子欠陥成長で決められているのを救済するために、マルチストライプの端面発光ＬＤと、ＰＤアレーから４分割ＰＤの組み合わせを取るものを、光学的に対応させて列の中から選ぶことにより、ダークラインが数万時間で成長したものを捨てて隣の組み合わせに切り替えて行くようにしたもの。
【請求項３】
赤色レーザーポインターが端面発光ＬＤとレンズで構成されているものを、面発光ＬＤに切り替えて、光チャンネルを電磁的に結合して位相同期させ、レンズを用いなくても極細のスポットが形成され、また発熱の分散も十分になされるようにすること。
【請求項４】
発光チャンネルを位相同期させた面発光ＬＥＤアレーで、必要とされるＮＡ（開口数）とプログレッシブな位相差を与えて、集光レンズを用いなくても微小なスポットを形成できるようにし、また面発光ＬＥＤアレーのチップの上に微小のＰＤアレーチップかＰＤチップアレーをマウントして、その光軸を一致させたカプラーを形成すること。また面発光ＬＤアレーの電流分布を変化させて同期した発光の位相分布を変化させるか、前置した光透過可変誘電率素子アレーの誘電率を素子毎に可変して、集光ための非球面レンズの代替手段、フォーカスサーボ手段、トラッキングサーボ手段、スキューサーボ手段を全て電子的に行うようにしたＣＳＯＰ（チップサイズオプティカルピックアップ）を形成すること。またダークラインが発生した箇所を避けて光学的な特性をアダプティブに構成して行くこと。
【請求項５】
ＰＤアレーとＬＤの光路はハーフミラーで分離して鏡像関係を保つことは行わない光ディスクのＯＰ（オプティカルピックアップ）であって、ＰＤアレーとＬＤの光軸に沿った前後位置は必ずしも一致させず、ＰＤアレー列の間から細いＬＤ光が放射するようにすること。記録時に於いてはＬＤの放射光は相変化／色素反射率変化の記録層で最小スポットとなり、ＰＤアレーはプリグルーブからのトラッキングエラー／フォーカスエラー／スキューエラー情報を必ずしも記録面がＰＤ面にフォーカスしない形で検出し、再生時は記録面／ピット面の明暗像はＰＤアレー面にジャストフォーカスし、ＬＤの放射光は記録面／ピット面で必ずしもフォーカスせず領域の照射光として機能するようにすること。このＯＰの機構を現代形式と呼び、従来のＰＤとＬＤを鏡像関係に置きハーフミラーを必ず使う画一的な方法を古典形式と呼ぶ。従来存在したＯＰは全て古典形式である。
【請求項６】
ＬＤの放射光を鏡面の1次反射鏡、２次反射鏡の２回反射を経てピット面で色収差なく収束させ、ＰＤアレーは1次反射鏡の背後でディスク面に向けて配置し、レンズ・反射鏡を通すことなく記録面／ピット面からの反射光に含まれるＲＦ信号／トラッキングエラー／フォーカスエラー／スキューエラーを検出するようにした、小型・軽量・薄型・低い製造コスト・少ない部品点数が得られるＯＰの機構。これを近代形式と呼ぶ。また近代形式で、ディスクとＯＰの相対位置関係に於いて、２次反射鏡はおおむね固定し、主として1次反射鏡を動かすことによってトラッキングサーボ／フォーカスサーボ／スキューサーボがかけられるようにすること。また２次反射鏡を、パラボラ鏡だけに限らず、図４６に定義する平面反射鏡を用いること。
【請求項７】
Ｂｌｕｅ−Ｒａｙディスク（ＢＤ）と同じ光の波長４０５ｎｍ、とレンズのＮＡ（＝０．８５）を持ち、微細化ＰＤアレーでトラック間干渉と同一トラック内のシンボル間干渉を補正できるようにし、これをＥｎｈａｎｃｅｄ−ＢＤ（ＥＢＤ）と呼び、ＥＤが２５ＧＢであるのに対して、ＥＤＢは４０ＧＢが読み書きできるようにすること。ＢＤのトラックピッチは０．３２ｕｍであるのに対して、ＥＢＤのトラックピッチを０．２４ｕｍとすること。ＥＢＤのＯＰでＢＤが読み書きできるようにすること。再生時にトラック間干渉を補償するために、ＬＤの放射光を記録面／ピット面でデフォーカスさせて、５トラック分かそれ以上の範囲を領域照射すること。
【請求項８】
光ディスクの記録方式が多岐に亘っていて消費者を迷わせるのを解消するために、全ての種類の記録層を消去・書き込み可能にする、ツインピークスポットを２本ストライプの端面発光ＬＤで形成して、消去スポットの光強度を記録スポットの約半分にすること。またＭＯ（光磁気記録）を除く全てのタイプの相変化・色素反射率変化の層を持つ記録ディスクをそのままの構造に保ち、２本ストライプのツインピークスポットによって、同時消去・書き込み可能なものとして使うこと。
【請求項９】
光ディスクの記録方式時に書き損じが頻繁に起き、資源と時間の無駄遣いになるのを回避する目的で、３つのストライプを持つ端面発光ＬＤで３つのスポットを形成して、消去・記録・再生を連続して行うことにより、書き直しができるようにすること。
【請求項１０】
マルチストライプの端面発光ＬＤで複数のスポットを形成し、線速度に応じた遅延量を与えて読み書きすることで、速度変調による開口補正、Ｓ／Ｎの向上、光電流の低減、ダークラインの成長抑制に役立てること。
【請求項１１】
ＣＤ／ＤＶＤ／ＢＤ（／ＥＤＢ）を読み書きする単一のＯＰであって、波長６５０ｎｍと波長４０５ｎｍの２つの光源のみを使用し、その２つ光路はハーフミラーで分離し、６５０ｎｍの波長ではＤＶＤとＣＤを読み書きし、共通のレンズであるＮＡ＝０．８５をＣＤ／ＤＶＤ用途では６５０ｎｍのＬＤの放射角でＮＡ＝０．６５の範囲を照射し、ＣＤでは大きなスポットを得るためにＬＤ光が記録／ピットに結像するのをデフォーカスさせること。またディスクの保護膜がＣＤ／ＤＶＤでは０．６ｍｍであり、ＢＤ／ＥＢＤでは０．１ｍｍであるための非点収差量の対物レンズの反対側での補償は、それぞれハーフミラーの透過パスの非点収差量とＬＤの発光点の深さによる非点収差量の和に等しくなるようにして、従来の多くの非点収差補正板に相当するものを除去すること。
【請求項１２】
癌その他の病巣を、ＭＲＩ、ＣＴスキャン、レントゲン撮影、超音波、触診、内視鏡、ＰＥＴマーカーなどで発見・特定し、メス、レーザーメス、放射線照射、抗がん剤の投与などで施術する方法に置き換わって、早期から後期までを受け持ち、皆が癌にかかるが癌で死ぬ人はいないようにすることを目的とし、病巣の検知・施術を１ｍＳｅｃ以下の間で行うために光ピックアップを使い、医師の指示の元に家庭で微小癌を検出・処置できる、充電電池駆動の、携帯電話端末程度の大きさの、１００００万円以下で購入が可能な、医療器具である。従来は微細な癌の特定と、その位置に対して施術する２つの方法の手段が違い、また時間間隔のために位置の精度がでないのを、光ピックアップの基本原理で、光の復路で検知し、光の往路で施術するようにし、その時間間隔を１ｍＳｅｃより十分に短くすること。また従来のレーザーメスは細いビームであったために、患部に至る組織が全て損なわれるが、この方式では広い放射光であるために患部も前の組織や背後の組織には何ら影響がなく、患部のみを数十ｕｍの立体で検知・施術できる。また従来の放射線治療では、せいぜい照射を３次元のブロックで囲って他の正常な組織の損傷を軽減するしかなかったが、この方式では数十ｕｍの立方体の単位でアタックでき、これを３次元にスキャンして選択的に癌の組織にダメージを与えることができる。また従来の放射線治療は、中心から周辺に向かって３段階の影響、１）ＤＮＡを破断する、２）ＤＮＡの塩基をつけかえる、３）細胞を破壊する、を組織に与える。このうち、厄介なのは２）の塩基の付けかえであり、中央のＤＮＡは壊せても必ずその周辺は付け替えレベルになる。この方式では、３）の細胞破壊のみを点で行う積み重ねであり、癌化したＤＮＡが済んでいる家である細胞を奪う方法である。この細胞を奪う方法が理想的であることは以前から理解されていたが、体外からこれをやると人間は焼け死に、レーザーメスでは穴だらけになってしまう。この方法の特徴は広がった光を使うのである。光ディスクのピックアップはその原理で動作している。宇宙の全てものは広がり、そして位相が合う立体の1点に集中する。微細な点をスキャンして身体全体を終えるのは長い時間がかかるので、家庭でこれを行えるようにすること。また病巣の点の背後には蔵器があり、走査点を立体的な画像の次合わせて行くと、蔵器と身体の立体画像が得られ、これを基準としてチェック漏れの点が残っていないかの手段とすること。また充電乾電池駆動の検知・施術端末をワイヤレスでＰＣと結び、画像集積をＰＣで行うこと。また身体の表面から病巣までの組織の屈折率の濃淡で、光は1点に収束しなくなるので、照射光が病巣部の電磁再放射として帰って来たＰＤアレー上の画像の先鋭さを、光学的にインターセプトされた誘電率可変素子アレーの素子一つ一つを最適化する山登りアルゴリズムを行い、同じ誘電率配布パターンで照射すると、光は1点に収束する方法を使うこと。病巣部の照射光に対する電磁応答の違いで病巣が見分けられるか、またはＰＥＴなどのマーカーで区別ができるような、光／電磁波の波長を選ぶこと。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＣＤ／ＤＶＤ／ＢＤ／ＥＢＤ用の光ピックアップおよび局所的微細病巣の診断・除去のための病理的光ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２０世紀にレコードの置き換えから始まった光ディスクは、短波長化を追及し、コンピューター周辺機器としての位置も確立した。それは今後も半導体メモリに置き換わってしまうこと無く、主要メディアの一つとして生き残こるであろう。しかし２１世紀にはこれまでと違った形の光ディスクに転換行くと考えるものである。
本論はＣＤで確立されたＬＤとＰＤとレンズからなる光学系で構成されるか、またその短波長化であるＤＶＤ／ＢＤが統一化された、地上解としての光ディスクの光学系について述べる。これに対する天上解なるものとは、物理原理を見直し地球環境維持が究極的な解決策で実行される技術維新群として、人間社会の全ての科学技術が革新的な変貌を遂げる中で行われるものを言う。地上解は企業間の重複と競争があり、繰り返しと古いフォーマットの破棄があるが、天上解は最初から究極解が与えられ、技術の進化なるものを必要としない。天上解は創造主が初めから用意して置いたものに、地球上の誰かが何時かは行き着く類のものである。天上解は地上解の延長線上には無く、技術的な繋がりもない。多くの製品技術分野に於いて、現状から将来の姿は見えない。天上解は未来から今にやって来るものである。２０世紀中にも地上解として集大成されるべきであった光ディスクに不足していたものは
１）光学部品に透過率などの問題が出る４００ｎｍ以下の波長は追及しないという決意
２）２５ＧＢのＢＤと４０ＧＢのＥＢＤ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ−ＢＤ）を読み書きできること
３）ＯＰの製造を容易にしてコストを２／３に下げ、ＯＰを１．５倍長寿命化すること
４）ＣＤ／ＤＶＤ／ＢＤの３ＷａｙＯＰを０．１ｍｍ／０．６ｍｍの板厚に分けて簡単な構造に転換すること
５）ＯＰの薄型化、小電力化、高速化
６）２０１２年からの天上解へのスムーズでダイナミックな移行への準備
であり、集大成の目的はこれまでに生み出したフォーマットを、図１に示すように物理的に統一された形で再構成することになるであろう。
【０００３】
ＥＢＤの用途は、決して十分に精細とは言えない１９２０ｘ１０８０のＨＤＴＶの解像度と、ＭＰＥＧ２／４、Ｈ．２６４の画像圧縮、それに対応したＢＤでの２時間平面画像情報記録に画像のデテールに改良の余裕を与え、また天上解として既に解法が見つかっている真性の立体画像表示装置に対応させた、右眼撮像情報と左眼撮像情報の差分画像圧縮信号を挿入記録するための、ＢＤの１．６倍の記録容量を持たせるものである。これはまたＰＣプラットフォームの３Ｄ−ＧＵＩ化と一体のものである。３Ｄ−ＧＵＩとは立体表示空間に手を入れて３次元のハンドルでＧＵＩを行うものであり、臨場性ではなくＰＣの操作性を著しく向上するものである。
光ディスクプレイヤーの互換性を維持するためには、非点収差を決める表面層の厚み０．１ｍｍ／０．６ｍｍの切り替え、レンズのＮＡなどが維持されなければならない。従来の考え方と本論の考え方を図２で比較する。従来はこれまでのＣＤ／ＤＶＤ／ＢＤの３Ｗａｙ記録再生のそれぞれに波長の違うＬＤを使用し、また３５０ｎｍ程度の短波長光源が見つかればＸ−Ｄｉｓｃなる高密度記録性能が得られるという考え方であった。しかし既に光ディスクの天上解があり、万物の物理原理がこれまでと違った形で全て解明されている以上、光ディスクの地上解がなすべきことは、２０世紀型の研究開発・製品導入という悪循環を断ち切り、将来を含めた集大成を計って天上解にバトンタッチすることであろう。２０世紀型の光ディスクの集大成は、ピット高対応のための４０５ｎｍ／６５０ｎｍの切り替え、ＮＡ＝０．８５の単一レンズ、および板厚を切り替えた２系統ＬＤ／ＰＤアレーという光学系で、ＣＤ−ＥＢＤの間を数点の部品からなるＯＰでカバーすることである。
リチャードファインマンが明らかにしたように、プラスチックが屈折率を持ち、その屈折率が多少の分散（波長依存性）があるのは、媒質に分子構造の周波数共振点があり、それから離れた波長では屈折という現象になるからである。この分子構造の共振点より高い周波数では媒質は不透明である。共振点より低くても透過性が低下する。ＬＤの現実の発光の仕組みを含むこう言った２０世紀に既に分かっている基本事実をわきまえないで、徒らに短波長化と追い求めるのは、消費者・地球生活者に混乱を与える結果を生み、研究者に不満足な人生を送らせる。
【数１】
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【０００４】
２０世紀科学の落とし子
従来のＰｈｉｌｉｐｓ＝ＳｏｎｙタイプのＣＤ／ＤＶＤ／ＢＤの３ＷａｙのＯＰの代表例はＰｈｉｌｉｐｓタイプとＳｏｎｙタイプである。どちらもＯｒｔｈｏｄｏｘなものであるが、Ｐｈｉｌｉｐｓタイプは光学的経路でＬＤを３つに分け、３ＷａｙのＰＤは同じ場所に置く。Ｓｏｎｙタイプは３波長ＬＤを１箇所に置いて、ＰＤは光学的経路でＬＤを３つに分けている。これに対して新しい３．５ＷａｙのＰＤアレーはＬＤとＰＤの鏡像関係の位置合わせが必ずしも必要ではない。
従来方式は有体に言うならば、実験装置をそのまま製品に持ち込んだもので、古典形式と呼ぶことができる。実験を経ず製品を自在に設計できるには、光学原理が真なる正しい理論で理解され、コンピューターシミュレーションのみで２％の精度で光学システムが設計できなければならない。従来はそのための学問体系は十分できていなかったばかりでなく、多くの本質的な誤りを犯していた。それでも製品が出来上がっていたのは、技術者の努力のおかげである。
【０００５】
ＢＤの動作状態の検証
ＢＤはＨＤ−ＤＶＤを中止に追い込んだが、これはコップの中の嵐であり、この競争は本質的なものを何も含んでいない。競争し、また対峙しなければならないのは自然律である。２０世紀型光ディスクの集大成が行われるためには物理原理が正しく理解され直し、またＯＰの基本的なアーキテクチャーが根本から整理・再構築される必要がある。古典形式とは
１）点光源としてのＬＤで記録・再生する
２）対物レンズを通して再集光された反射光を４分割ＰＤで検出すること
３）ハーフミラーで４分割ＰＤの中心とＬＤの発光点を鏡像関係で一致させる
４）ＮＡ限界で使用し、サイドローブは無いことにする
５）可能なら多値記録をし、また記録時に超解像を使う
本論はこれらの絶対的に正しいと思われていた目標や原理の暗黙のルールが必ずしも正しくないことを同時に示すものである。図５はこれまでのＢＤの画一的なＯＰの構造である。コリメータレンズの使用は本質的な事柄ではない。本質的なことの一つは端面発光のＬＤの構造上、放射の指向性が楕円になることである。対物レンズで収束されたビームスポット径を小さくするためには、レンズへの照射を一様分布に近づけてスピルオーバーを許容する。行路長は長くなり、ＬＤの有限の発光点端面寸法はａ／ｂのスポット像として小さくなる。これがＡ体位である。Ｂ体位はその逆の特質となる。
図６は端面発光ＬＤの放射分布のシミュレーション結果を示す。縦方向の放射全角は４０度幅前後、横方向は２０度幅前後である。放射分布はレーズドコサイン分布ではなく、数式１に示すコサイン分布（図の中の点線部分）で近似できることが分かる。図の中の二重の円は、ＬＤの放射分布を照射すべき対物レンズの大きさをＡ体位とＢ体位で示したものである。
【数２】
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このＬＤの放射分布をＮＡ＝０．８５の対物レンズに体位Ａとして照射（イルミネート）した場合のスポット形状を図７に示す。横軸は波長単位である。これは周波数帯域幅が広ければ時間軸のパルス幅が狭くなるフーリエ変換の時間軸と周波数軸の関係のようなものである。通常はトラック方向がＬＤの活性層の幅に対応しており、ピット列方向は活性層の厚みに対応して、ピット列方向の分解能を優先させている。厚みが薄ければ放射角が広がり実効的なＮＡが大きくなるのでスッポト径は小さくなる。ＮＡが大きくなればサードローブ応答が大きくなるが、同じピット列のシンボル間干渉であれば、ＰＲＭＬでイコライズできる。
【数３】
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このＬＤの放射分布をＮＡ＝０．８５の対物レンズに体位Ｂとして照射（イルミネート）した場合のスポット形状を図８に示す。Ａ体位と比べてビームが細くなり、サイドローブが大きくなるのが分かる。Ｂ体位は照射の光量の一部をスピルオーバーによって捨てている。
【数４】
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ＬＤの活性層の長さＬの中での位相の分散を考慮しない、断面の位相の分散による等価的な開口ΔＷｘΔＨだけを考えると、スポット径が非点収差となって広がりサイドローブは少し緩和する。
【数５】
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ＬＤの活性層の長さＬそのものはピット面のスポットの大きさには寄与しない。つまりピット面の光軸に沿った前後で奥行きのある結像をしない性質がある。ＬＥＤの活性層の対物レンズを通した倒立像は奥行きを持つ３次元の像であるが、ＬＤの活性層の対物レンズを通した倒立像は奥行きと幅と高さが位相分散の分だけに縮まった点に近い像である。ΔＬの主要素はＧａＮの屈折率２．５のために生じる非点収差であるが、これはディスクの保護層の厚みによる非点収差と相殺させることができる。ΔＬの副要素は発光の位相が媒質内の光速度からずれる位相分散である。活性層の上下にクラッドを設けて光を閉じ込めようとするのはΔＬが大幅に増えるのでとんでもない間違いである。位相が揃えば光は前方にしか進行しない。クラッドを設ければ、ＬＥＤモードからＬＤモードに位相同期する閾値電流を低くすることができるが、その閾値付近を動作点にはしないのでクラッドは無意味である。
長さＬではなく、ΔＬだけが像の大きさに寄与しない仕組みは、図１０に於いて活性層の最前部から出た光と最深部から出た光の位相が、等価発光点から出た光の位相を挟んで正負が逆であるために、ベクトルＰ１とＰ２を足したものの位相はＰ０の位相に等しくなり、振幅に於いてはベクトル和として図６の放射分布として既に反映されているからである。即ちＬＤの特性として奥行きのない光源として見えるのである。また幅Ｗと高さＨはその位相分散ΔＷｘΔＨに像倍率ｂ／ａをかけた値で、開口としてピット面で寄与する。
【０００６】
ＬＤ光源の性質
光源にＬＤを使う場合の放射光はこれまでは理論が確立しておらず、レーザーとは発振であると言う間違いが通っていた。ＬＤの計算による設計は、せいぜい活性層の電流分布後追い解析程度であり、発光の機構の理解は進まず、専ら実験による試行錯誤で開発されて来た。また新しい素材でのＬＥＤでの発光の確認とＬＤの商品化までの間の過程で、信頼性の確認は除外しても遅れがあった。しかし本論述で突然に理論が確立し、光学系が単純に十分な精度で計算でき、また短波長ＬＥＤ発光の確認とＬＤモードへの以降は製品開発として同時進行となる。これは、これまでＬＤの動作について大きな誤認があったことを示している。活性発光層の中では両端の鏡面（碧解面）で反射した定在波が立ち、これで誘導放出をするのがＬＤの動作原理である。活性層の長さＬに屈折率ｎを掛けたｎＬが行路長であり、往復の行路長は発光波長の整数倍になる。この整数が変化する場合、発光は不安定になる。あるいは複数の整数のまま動作し、それに対応した複数の波長が現れる。
電磁波としての光が両端の鏡面で反射を繰り返すが、その定在波は２つの進行波の合成である。活性層とその上下の層は同じ屈折率にすると構造解析が簡明になる。２つの進行波のうち、戻り光は前面への放射には寄与しない。何故なら各原子の発光の位相に合成がなく、その総和はゼロとして取り扱えるからである。また光速で遠ざかるものを見ることができない。これに対して往き光は波の進行による励起の連鎖が、媒体の波の速度と同じに起こるので、位相の合成が同位相で積算されて行く。活性層は立方体のフェーズとアレー放射器と看做すことができる。即ち、ＬＤの放射パターンはＨｘＷｘＬの立方体に、（今の場合は計算の簡単のために）均一に発光放射点が分布し、その発光の位相が背面から前面への媒質中の光の速度の順になっている放射アンテナである。その上下・左右の指向性半値角は媒質の外に出る際にｎ倍になる。数式６にその２次元指向性を示す。
Ｘ軸上の指向性は数式７で、Ｙ軸上の指向性は数式８で表される。
【数６】
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【数７】
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【数８】
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通常のＬＤの放射指向性が縦長の楕円になるのはＨ＜Ｗから来ている。このように一度ＬＥＤの素材が完成すれば、ＬＤモードの発光とその放射パターンの形成は、今後自由自在にできるので議論の対象にはならない。放射光が媒質の外に出る際の屈折で、非点収差を生じる、光ディスクの保護層の非点収差を打ち消す。
ＬＤの放射指向性角は主に活性層の高さと幅に反比例し、活性層の長さにはあまり依存しない。図１６はＨ＝３波長、Ｗ＝１０波長でＬ＝２０波長とＬ＝８０波長を比べたものである。
【数９】
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ＬＤチップの屈折率をｎとすると、チップ内の指向性半値全角はチップ外に出てｎ倍の指向性半値全角になる。一方Ｌが長くなければ、指向性半値角はＷ及びＨに反比例する。チップ内では波長は１／ｎに短縮する。このことから、チップ外部から見た波長でＷ及びＨを見た指向性半値全角が実際に媒体の屈折率が存在して外部に放射される指向性半値角は一致する。本論はＬＤの放射パターンと活性層の関係を数式的に初めて明らかにする。これによりＬＤの設計が正確に行えるようになる。レーザーダイオードから、扇状に放射しても、平行光線で放射してもピット面で点になる能力に本来差がある訳ではない。平行光線ではレンズのＮＡが極端に小さくなり、点光源のつもりのスポットは巨大な円になる。扇状に放射はなくてはならないものである。活性層の発光分布は実際には一様ではないが、その計算は極めて簡単である。ここではＬＤの具体的な設計が主題ではないので詳細を割愛する。
ＬＤに於いて、Ｌを長くすることは、波長の精度と電流密度を上げないこと以外の意味は無く、碧解の出来る長さと、ウェーファーからの収率だけから決められる。Ｌが長くても、クラッド層を追加しない限り媒質内では点光源からのずれは概略加わらない。一般的に点光源は、平行光線で波面の位相が揃っていていれば点になると言えるが、ＬＤはＬ方向では進行波として位相はほぼ揃っていて、むしろＷｘＨ面内に多く位相の分散があると言える。外部から見た発光中心の深さは、活性層の長さの半分を屈折率で割った値である。ＬＤの点光源の大きさを生む大部分は、媒質の外に出る時の非点収差である。すでに述べたようにディスクの保護層の厚みに屈折率の１．５を掛けた値と、ＬＤの長さＬの半分に媒質の屈折率を掛けた値の比がａ：ｂの比に等しければ、対物レンズの両側で非点収差は打ち消し合う。
ＬＤ設計技術者は現在全員が、活性層の後方には放射はないが、上下方向には放射があり、クラッドでそれを閉じ込めなければならないと考えている。しかしそれは明確に誤りである。計算してみれば用意に理解できるが、活性層の立方体放射アレーは上下の方向には放射しないのである。これはオリバーヘビサイドが百数十年前に犯したエネルギー放射という誤りを、ＬＤ設計技術者全員が未だに信じ込まされているのである。最近６ｍ離れた場所に、８０％以上の効率で無線電力を送受信できるようになったのは、本人たちが気づいているかどうかは別にして、オリバーヘビサイドの嘘から開放された人々である。
ＬＤの活性層の屈折率による非点収差量と、ＷｘＨの開口内の位相分散による非点収差量と、ハーフミラーの斜め透過の非点収差量を加えたものが、対物レンズ反対側の保護層の板厚による非点収差量と等しければ、お互いに打ち消し合っているので、対物レンズに非点収差を補正させる必要がない。ａ／ｂを大きくすると非点性は小さくピット面に現れるが、対物レンズを照射しないスピルオーバーが増える。これを避けるために図１６に示すようにＬＤの活性層を長くすると、放射角が小さくなる。ＷとＨを変えることは照射角、即ちａと相殺するので意味が無い。ＬＤの発振については後述する。
【０００７】
コヒーレント性
コヒーレンシーを正しく理解するだけではなく、正しく定義できる人が今の所世界にはいないようである。コヒーレンスを誤解しても、光ディスクの設計はできるが応用ができない。コヒーレンスは無意味な表現であることを正しく理解すれば、その技術者には新しい世界が拓ける。学問・工業世界を観察するならば、レーザー光のために存在する用語、コヒーレンシーには５つ観点があるようである。
１）干渉を性が高い
２）遠方まで細い平行ビームを維持できる
３）１点にスポットを絞れる
４）大きなエネルギーを持つ
５）位相が揃っている
光学の世界に身を置く人達は、光と電磁波は全く単一のものであることを完全に理解している。電磁波に関して、それが粒子性を持っていることを意識する人は皆無である。また光が粒子性を持っていることを疑う人も皆無である。その人達は奇妙に光と電磁波を使い分けていて、ダブルスタンダードになっている。上記１）〜５）を電波が達成しているのと同じ仕組みで光の仕組みとして理解している人は見当たらない。即ち何かのお題目を信じ込まされていて、それに異論を唱える見識はもっていない。
これらの漠然と理解されていることを１つ１つ明らかにしょう。先ずコヒーレント光の干渉性である。これは明確に誤りである。自然光は位相がまちまちであり、レーザー光は位相が揃っている。その事実とは全く無関係に、干渉は同じ程度に起こる。二重スリットの干渉はレーザー光と自然の単色光で全く差異が無い。油膜の干渉も、反射防止コーティングもレーザー光と自然の単色光で全く差異が無いことを皆はよく理解している。しかしコヒーレント光は干渉性が高いと信じていて、その点で先ず完全に論理性を失っている。
彼らは、コヒーレンシーに空間性のコヒーレンシーと時間的なコヒーレンシーがあると例外なく理解しているが、空間性のコヒーレンシーと時間的なコヒーレンシーの違いの具体例を挙げられる人は誰もいない。電波は通常、振動を波形として観測することができるが、光にはそのような検出器がなく、干渉した結果の光強度を知ることしかできない。電波は通常、位相が揃った形で利用されるが、光に関しては強度や偏波面を利用するしかないのに、位相が揃っている事を、何かの利点に違いないと期待するよう、教授達によってトレーニングされて来た。
同じ波長の自然光やレーザー光が反対方向から到来して交叉しても、干渉は全く起こらない。定在波が立つだけである。しかし自然光もレーザー光も大抵は同じ方向からやって来て干渉する。やって来る方向が多少違えば、干渉はある長さの範囲に限られる。コヒーレンシーという用語を学んだ光学者はそれに空間的のコヒーレンシーいう言葉を与えた。最初にコヒーレンシーという言葉を作った光学者が考えたことは、しかし後続の光学者とは全く違う。それはハイゼンベグの光子は存在確立としてその辺りにある、という気持ちを擁護しただけである。
正確に言うならば、６５０ｎｍのＬＥＤの測定波長が５０ｎｍの広がりがあるとすると、波束は６５０／５０／Ｐｉの長さであり、軌道遷移が電子の４周回で完了しているのに対応している。この約４サイクル分の波束は放射方向にはその長さの広がりを持っている。しかし方位方向には、水面に投じた石の波紋が広がるように放散するので、有限の広がりを言うのは無意味である。これはＬＤ光でも同じである。即ち、空間的なコヒーレンシーというのは言うだけ空虚な用語である。ＬＥＤ／ＬＤからの放射光が、２０ｍｍの先で対物レンズに当れば、その程度横に広がっており、２ｍ先で巨大な対物レンズに当ればその程度に広がっている。空間的なコヒーレンシーなどと言う必要はないのである。
これに対して、ＬＤからは２サイクルの波束が次々と位相を揃えて放射され、個々の単発的な波束の切れ目など見えず、巨大な長さの波束であると考えてもよい。それではその巨大な長さの空間的な広がりを持っていると考えてもよいが、そう考えた所で、何かが特別に実用になる訳ではない。ＬＥＤ光は４サイクル程度の波束であるから、ピット高が１／４でなく、１０と１／４であれば単発の軌道遷移の放射では干渉をしない。ＬＤ光なら干渉をする。だからと言って、そんな状態では使わないので意味があるとは言えない。ＬＥＤの２サイクル光では干渉しないのがＬＤでは干渉する経路長差を時間的コヒーレンシーと呼んで見ても、レーザー物差しに利用できるくらいで、工業的な意味はない。
一つの軌道遷移による発光が東の宇宙の果てで再放射を引き起こし、同時に西の宇宙の果てで再照射を引き起こし、その２つの再放射は再び出会って、２つの４５度に傾けた鏡で同じ方向に向かせれば完璧な干渉を起こす。ただ強度が弱くなっているだけである。また地球の空気の揺らぎ（すなわち空気の再放射）で干渉が不安定なだけである。この系で、空間的にも、時間的にもコヒーレンシーというだけ、話がややこしくなる。
次に遠方まで細い平行ビームが作れるのは、コヒーレンシーとは何ら直接的な関係がない。細い平行光線が作れるというのは、即ち点光源であるということである。点光源であれば、そこから広い角度で放射する光はレンズによって平行光線になる。それは自然光をレーザー光のどちらでも同じである。位相が揃っている事と、点光源であることは何の関係も無い。１点に光束を絞れるということは、平行光線であることと同じなので、２）と３）は同じ意味になる。
大きなエネルギーを持つというのは、大抵の場合１点に集まる単位面積当たりの光量を指している場合が殆どである。単位物体当たりの発光能力はＬＥＤとＬＤで同じであるが、前方に放射を集中する能力はＬＤの方が１００倍程度大きい。しかしこれはコヒーレンシーとは無関係である。位相が揃っていると言う点では、ＬＤ光は位相がほぼ１００％揃っておりＬＥＤは全くランダムである。
コヒーレンシーと言う言葉は、位相が揃っていることそのものではなく、可干渉性のことを言っている。しかし可干渉性は位相が揃っていることは関係が無く、自然光でも、１００％近く位相が揃ったレーザー光でも差は無い。即ちコヒーレンシーという用語は全く論理的な意味が無い。想像するに、コヒーレンシーという概念はアインシュタイン＝ハイゼンベルグの波動・粒子の二重性を持つという場合の、存在確率というものを意識して導入した曖昧な概念である。アインシュタインとハイゼンベルグは量子論で対立しているが、量子論を作ったのは光電効果と説明したアインシュタインそのものである。電波を量子論で扱う人はいない。従って光学を電波と同じに扱えれば、当面誰も傷つかない。人々がコヒーレンシーを持ち出した途端に、定量性を失う。光学が電波ならコヒーレンシーはやがて忘れ去られる。電波ではコヒーレンシーなどと言わないからである。そして量子論もやがて姿を消すであろう。なぜならば、半導体の構造も、雑音過程も、核融合も、ＤＮＡ解析も量子論を必要としないからである。
コヒーレンシーという役に立ったことがない用語は、光学をやる上で量子力学が何の貢献もしないにも関わらず、量子力学を擁護するために作り出された面がある。一つだけ明確なのは、レーザーダイオードというもので、位相が揃った発光を行えるが、それは位相が揃っていることを利用するのではなく、強い発光が行えることを利用しているに過ぎない。レーザー加工も、レーザーメスも同じである。天体からの光の観測も、コヒーレンシーなどは何の関係もない。干渉望遠鏡とは遠くの星の１つの原子の軌道電子が、地球上の２点の望遠鏡に位相差を与えるものである。一つの原子から出ているから、１００％相関がある。その望遠鏡間の距離には無関係であるので、空間的なコヒーレンシーなど存在しないことが分かる。一つの原子から発せられた光が違う経路を通って１点を通り過ぎる時に干渉する。また別々の原子からの光どうしも同じく干渉し、鏡で反射しても同じである。一つの原子から発する光は通常１０サイクル程度の波束であり、ＬＥＤの場合がこれである。この波束をフーリエ変換すると波長は広がって見える。これは別に雑音が介在して違う周波数のスペクトルが発せられているのではなく波束が短いので周波数領域で広がるのである。原子が軌道遷移に合った周波数の電磁界で励起されると、波束は遥かに長くなる。ＬＥＤの場合は直流電界の励起であるから一定の短い波束になる。一つの原子から発せられる光の波束は数サイクルから無限大の長さまであり、ｈｖに相当する値でまとまるというのはマックスプランクの単なる妄想である。ＬＥＤを直流駆動すればｈｖに近いサイクル数になる。
【０００８】
ＬＥＤ／ＬＤの雑音
もう一つ重要なことは、光に含まれる雑音である。同じ光量であれば、ＬＤの発光に含まれる白色雑音はＬＥＤ光や自然光の３０〜６０倍である。
【数１０】
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【数１１】
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発光が完全に不規則であるＬＥＤや自然光と比べ、ＬＤでは一つの自然放出が１０００〜４０００の誘導放出数を引き起こす形になっている。つまり単位電荷が１０００〜４０００個の塊で行動するので、ｑの代わりりにｍｑを代入するという理解でもよい。誘導放出は種の回りに赤信号族が追従し位相が揃うので、雑音の電力は１０００〜４０００倍になる。これはツエナーダイオードの直流電流に極めて大きな白色雑音電流が含まれるのと同じ原理である。フォトマルチプライヤーも同じ大きな過剰雑音原理を持つ。ＬＤの場合直流電流が小さいとＬＥＤ動作になる。ＬＥＤモードとＬＤモードの指向性係数は、４０度ｘ２０度の楕円放射では、ＧａＮの屈折率が２．５であるから１００である。電流増加分に対する光出力の増加分の比が、ＬＥＤをＬＤで１００倍違うということである。
ＬＥＤ動作でもＬＤ動作でも内部量子効率には変わりはないが、ＬＤは誘導放出によって放射が前方に位相合成されるので閾値を境にして前方への外部量子効率が変化する。ＬＤ動作をしているダイオードの駆動電流を減らすとＬＥＤ動作になり、電流の減少と放射が四方になるので、ピット面の照射は急に少なくなる。一方ＬＥＤ動作では雑音が少ないので、ｍ＝２５００とするとＬＤの方が光量は１００倍でもＣ／Ｎは１５ｄＢだけＬＥＤより悪い。ピット高による干渉の明暗パターンも、相変化反射率による明暗パターンも、ＬＥＤとＬＤ光の差はない。ＬＥＤでデフォーカスして参照光の役割に切り替え、ピットの結像がＰＤ面に来るようにすることができる。その場合の解像度の劣化はＮＡ限界に分割ＰＤの大きさによる開口分を加えたものである。一方古典形式では、ＮＡ限界にＬＤの活性層の大きさによる劣化をと加えたものである。この両者は同程度である。古典形式は必ずしも優位な方法とは言えない。
従来の光学・半導体技術者の説明は、活性層に空間的な負性抵抗を生じて、これが閾値電流を境にした反転分布による発振現象であるとしたが、とんでもない間違いである。具体的には光の往復の電磁界がバンドギャップを超えると各発光点からの放出が位相を揃えるが、閾値以下では発光の位相は完全に不規則になるのである。決して発振している訳ではなく、単に位相の揃う発光機構である。ダイオード自体がトンネルダイオードとして微分的な負性領域を持っている訳ではない。電流と発光量の総和の関係はただひたすら単調増加をし、発熱によって飽和に近づくことは、ＬＥＤとＬＤで全く同じである。
従って、レーザーが時折レーザー発振器と呼ばれるのは、用語として間違いである。ガスレーザーでも、半導体レーザーでも発振機構を持っていない。たとえば導波管や同軸ケーブルに乱れた波を入力しても伝播して行く中で斉一なモードになる。ＬＤは全く同じ原理で斉一な放射をする発光機構である。ＬＤはＬＥＤに比べて、雑音を犠牲にして点光源性を獲得したものである。ＬＥＤでは光源の大きさが活性層のＷｘＨｘＬそのものであるが、ＬＤでは位相同期モードでそれが遠方から見るとΔＷｘΔＨｘΔＬの大きさになるのである。ＬＤのでも干渉性に関しては、たとえば自然光でもＬＤ光でも無反射コーティングの恩恵を同じに受けるように、ＬＥＤ光とＬＤ光の間には全く差異がない。ＬＤ光がコヒーレントだから干渉するというのは全くの出鱈目であり、そのものはコヒーレントという言葉を間違って使っているのである。そればかりかコヒーレントという言葉が何の用途にも使えないのである。暫定案として考えられるのはコヒーレントという用語を廃絶しレーザーダイオード性と言い換えれば、間違いの機会は減る。
電流によってマルチスペクトルモードが変化する機構は単純明快である。発光による位相がほぼ揃った電磁界の往復が、活性層のＷｘＨの外側でバンドギャップを越える境界線が、電流の増加とともに広がって行くからである。これは量子井戸などではとても３次元解析はできないが、この方法により簡単に、極めて高精度の解析ができるのである。これにより、ＬＥＤ発光のダイオード開発とＬＤの開発には全く時間差はなくなり、ダイオード開発と平行してＬＤモードの動作解析をして置くだけの事になり、レーザー室温発振に成功したというニュースは意味がなくなる。
Ｎ倍速再生の光電流の帯域幅を１ＧＨｚとすれば、Ｃ／Ｎ３０ｄＢを与えるためのＬＤをＬＥＤにそれぞれ必要な直流電流は、ｍ＝２５００として数式１２である。ＬＥＤ光の場合は数式１３である。
【数１２】
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【数１３】
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ＮＡとＬＥＤチップの屈折率を考慮すると、ＬＥＤに必要な電流は３０ｕＡである。ＰＤの容量を２ｆＦとすると、１００ＭＨｚでのインピーダンスは８００Ｋオームである。これに信号電流０．１ｍＡ／ｒｍｓが流れて生じる起電力は十分に大きい。
ＰＤは入射した光を、表面の反射分を除いた分の８０％以上を電流に変換することができる。この電流がＰＤの対地容量に流れて電圧に変換される。従って信号電圧は周波数に反比例する。同時に雑音電流も周波数に反比例するので、ＰＤでのＣ／ＮはＰＤの静電容量値に依存しない。しかしながら初段増幅器の雑音は周波数に依存しないのでＰＤの容量を減らすことはが極めて重要である。負帰還によって光電圧の応答を周波数に対して平坦にした場合は、初段の増幅器の雑音が周波数に比例して増加する結果をもたらすので、Ｃ／Ｎに変化はない。従来の４分割ＰＤは不必要に面積が大きいので、雑音に関してはよくない方式である。分割ＰＤは像倍率の小さい場所に置くことが正しい設計である。
【特許文献１】特開２００８−４１１７３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
解決すべき課題は以下である。
１）ＣＤ／ＤＶＤ／ＢＤの読み書き用ＯＰを大幅に単純化する
２）ＢＤの２５ＧＢの記録容量を立体テレビ情報がを挿入できる４０ＧＢにエンハンスする
３）８０ＧＢ、２５０ＧＢの天上解性の光ディスクを、現時点で波長４０５ｎｍの条件で明確に定義する
４）レーザーダイオードの寿命を３倍以上に延ばす
５）光ディスクの記録形態が多岐に亘るのを統一し、全て消去・再記録可能にする
６）ＯＰの機械的な制御部を電子的なものに置き換える
【課題を解決するための手段】
【００１０】
光ディスク、相変化、レーザーダイオードの物理学を根本から立て直すことが課題を解決するための手段である。その新しい物理原理の理解に基づいて、たとえば前述のように数式が明らかになり、コンピューターのシミュレーションで全ての動作が２％以内の精度で解析できるようにし、世界の設計技術者が到達し得るレベルを大幅に引き上げることができる。
【発明の効果】
【００１１】
ＯＰは革命的に簡単な構造になった。同時に今後１００年間有効であろう将来の光ディスクの仕様も明確になった。諸悪の根源となった領土に旗を立てる開拓者精神を破棄し、最再先端技術ではなく、創造主が用意しているものに気づくのが最終的な形である。本論術ではこれまでなし得なかった光ディスクの進展が一挙にもたらされ、同時に将来とも人類がなし得ないことを明確にした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
ＮＡ限界とサイドローブの減殺
古典光学でいうように解像度は１／ＮＡで決まる。しかし人間の眼球レンズのように物体からの放射光が一様分布でレンズに照射されるのが一般的であり、その場合はサードローブ群があらわれる。人間の視神経・画像認識には恐らくこのサイドローブを打ち消すような機構が備わっていると思われる。サイドローブを無くして、主ビームだけにするためにはコサイン分布より更になだらかな照射が必要である。しかしこれは主にレンズの中央を強調して使う訳であるから、ＮＡが等価的に小さくなり主ビームの幅は広くなってしまう。結局サイドローブは必要悪として共存して行くしかない。記録時はサイドローブがあっても、古典的説明で言うキューリ点を越える熱領域は小さいので、トラック間干渉は問題が起こらない。再生時には、人間の視神経のようにサイドローブを打ち消すようなＰＤアレーでのイコライズが行われればよい。
ここに、ＬＤの波長と対物レンズのＮＡで決まる解像度の限界則を少し修正させる方法が存在する。点光源と収差の無い対物レンズと照射分布で解像度が決まる。現実のＬＤは点光源ではなく位相分散の分だけスポット径はＮＡ限界よりも大きい。
マルチストライプのＬＤを調べると、２本のＬＤでは隣接の電磁界結合があり、同期が取れて放射の位相が同じになる。一列に並べた３本のＬＤでは、決まった対称的な位相に固定される。同じ４０５ｎｍの波長とＮＡ＝０．８５を使い、サイドローブのない小さいスポットを作るのに２つの方法がある。
１）中央のＬＤでコサイン分布を照射した対物レンズを通して結像されるスポットの強度分布の裾野を両側の反対位相のスポットで打ち消して、サイドローブを打ち消すこと
２）中央のＬＤで一様分布を照射した対物レンズを通して結像される小さいスポットのサイドローブを両側の反対位相のスポットで打ち消して全体のスポットを小さくすること
図２３は１次元のレンズでマルチストライプ補正を行ったスポットの形状である。その原理は放射の隣り合うサイドローブは逆位相なので、開口を広げればキャンセルし合うものである。この開口逆補正で主ビームが少し広がり、サイドローブは少なくなることが分かる。ＮＡが大きくなるとその効果はすくなくなる。実際の２次元のレンズでは、円形分布（一様照射でｃｏｔａｎ分布になる）であり、最初から主ビームは広く、またサイドローブは減っている。
【数１４】
2010092530.tif 000016
図２３に示した１次元のサイドローブ減殺術は、実際は図２４に示すように２次元で行われる。
【数１５】
2010092530.tif 000017
【００１３】
ダークラインの回避
光ディスクドライブの中で、耐久性を決めているのは
１）ＬＤのダークラインの成長
２）レンズにタバコの煙などが微小粒子が付着すること
の２点に絞られると言ってもよい。このうち煙の粒子の付着は清掃が可能であるが、ダークラインの成長に関しては、ドライブを買い換えるしか手が無い。ダークラインの成長はＬＤの初期エージングで予見できるので、ある程度は組み立ての前に排除ができる。ダークラインは過度の発光による熱の集中で格子欠陥が成長するものである。ハーフミラーを取り除くアーキテクチャーで、ダークラインの市場経年故障率は大幅に低下することが期待できる。また読み出し時は電流の大きいＬＤ動作から電流の少ないＬＥＤ動作に切り替えることで、大幅な故障率の低下が期待できる。しかしながら市場経年故障率をほぼゼロにするにはマルチストライプのＬＤ／ＰＤを切り替えて使うしか方法がない。ダークラインの成長が次の発光層まで成長する前に切り替えなければならない。この切り替えのシフト距離は、図６５に示す対物レンズのフォーカル域内である。
【００１４】
面発光ＬＤのポインター
レーザーは長い往復長で有効に狭いビームを作っていると考えるのは間違いである。この機構は縦列位相合成放射アレーであって、狭い指向性を持たせるのであれば並列位相合成放射アレーの方がより狭い指向性を持たせることができる。図２６は１０００波長の長さの縦列位相合成放射アレーと１０００波長の長さの並列位相合成放射アレーの放射指向性を示したものである。従来の赤色ＬＤポインターは、端面発光の縦列位相合成放射アレーであり広い放射指向性をエポキシパッケージレンズで細いビームに絞っている。面発光ＬＤの並列位相合成放射アレーのポインターは、同期面発光そのもので既にビームが絞られている
【数１６】
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【数１７】
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【００１５】
同期面発光ＬＤによるＣＳＯＰ
光学レンズか凹面鏡の集光部品が光ディスクのＯＰに欠かせない訳ではない。面発光ＬＤ２次元アレーの放射の位相が周辺に行くに従ってプログレッシブに進む活性層の相互電磁結合になっていれば、合成光はＯＰの動作距離の一点に集中する。焦点距離は電流分布調整、あるいは可変誘電率素子アレーを前置することによって、電子的に行うことができる。この場合ＬＤ放射光を集光する対物レンズはない。再生時はＰＤアレーを使う。具体例として、張り合わせＰＤの厚みが５０ｕｍ、ディスク表面層が１００ｕｍ（光学的に１５０ｕｍ）、動作距離を０．８ｍｍとすればｂ＝１ｍｍとなる。方形のアレー長を２ｍｍｘ２ｍｍとする。
【数１８】
2010092530.tif 000020
この半導体ＯＰは、アレーの電子的なコントロールによって、フォーカス距離だけでなく、トラキングとスキュー調整も行われる。従って半導体ＯＰをスレッドモーターに固定する以外の、ＶＣＭなどの機械的な構造を持たない。これはチップサイズＯＰ（ＣＳＯＰ）と呼ばれる。
【００１６】
反射について
ピット面のアルミ層の反射波とは、到来電磁界（光）によって引き起こされた再放射である。ＣＤが市場に導入された初期は、光ディスクにはコヒーレントなレーザー光源が欠かせない、ピットの明暗像はコヒーレント光によってのみ引き起こされると開発者達による間違った断言がなされ、世界の全員はそれを信じた。しかししばらくして平坦な層で反射率を変化させる記録方式のＣＤ−Ｒが実現され広く普及した。コヒーレント光が必要だとか、ピット光の干渉が唯一の方法であるという、ピット型ＣＤの開発者達は傲慢にも間違いを訂正せず、曖昧なまま今日に至っているのが光ディスクの歴史である。その曖昧さを保つのに使われたのがコヒーレント性という用語であった。しかしこれは記録時に於いても、再生時に於いても説明責任も任命責任も果たさない。スポット径の大きさはコヒーレント性とは無関係である。ＬＤが使われる唯一の利点は、前面放射能力がＬＥＤより格段に大きいことだけである。
高低差ピットや相変化ピットからの再放射光が対物レンズを通してどのようなパターンをＰＤ面に結像するか、レンズを通さずどのような明暗分布をＰＤ面に形成するのかは再放射だけで決まり、本論術によ選って極めて単純な計算で算出されるようになった。大いに活用して頂きたい。再放射を決めるのは到来光の位相と振幅である。ＬＤを光源に使った場合は到来光の位相は揃っている。ＬＥＤ光でも、波束は1波長より長いので、明暗の度合いはＬＤ光と同一である。
これまで人々が疑心暗鬼になるのは、一つの光子と呼ばれる単位が一体どのくらいの空間的な広がりを持っているのかと言う、これまでショレディンガーも誰も明らかにしてくれなかったことが分からなかったことである。ＬＥＤ光では、一つの光子がピットの程度には時間的・空間的に広がっていてくれなければ、明暗ができることが理解されない。ところが、光子がコヒーレント集団を形成していれば、そのような説明の困難性から逃避できるのである。これが歴史である。しかし、ＬＥＤとＬＤでピットの明暗に全く差がない事実を突きつけられると、今度はコヒーレント集団ではなく、技術者集団に逃げ込むのである。これが歴史である。
到来光が単純な領域照明の参照光であれば、対物レンズを通してピット面の像がＰＤ面に、ＮＡ限界の解像度で現れる。参照光が対物レンズを通してＮＡ限界で到来したことは直接関係がなくなる。参照光が領域ではなく、当該ピットのみを照明する場合は、ＰＤ面の像がマスクされることに相当する。ＰＤアレーに於いて、各微小素子がピット像を捉える場合は、ＰＤ面の像がマスクされていることは不必要であり、またマスクの強度分布が信号に変化を与えるので、マスク範囲は広い方がよい。その一方で、隣接トラックがマスクされていれば、その分ＰＤ面での隣接トラックからのクロストークが減ることになる。この機構が光ディスクの読み出しの全てを表している。
ＰＤで読み取られる前は、全ての動作は位相情報を含んでおり、正の光と負の光を足せばゼロになる。しかしＰＤで読み取られて直流電流になった後は、正の光も負の光も正の直流電流となりそれを足してもゼロにはならない。この光は足せばゼロになり得るという事実は、光学系の設計に於いて極めて重要である。全ての疑問が氷解するのは、反射とはアルミ層からの再放射だと聞かされたときである。光や電磁波など存在していないのだ。
【００１７】
光ディスク読み出しの物理原理
古典形式を含む光ディスクの地上解に於いて、ＬＤは本来スポットを選択する参照光であって、位相同期光はスポットを絞ることと可干渉性に於いてはＬＥＤと比べて優位性をも持ってはいないことは先に述べた。位相同期光である利点は唯一、前方への放射効率がＬＥＤと比べて１００倍ほど高くなることである。高低差ピットや書き込み可能な相変化ピットの反射光分布は、実は驚くべき簡単さでＰＣ−Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎできる。このＳｉｍｕｌａｔｉｏｎの簡単性・正確性・迅速性を知っていることが、地上解ピックアップの排他的な改善を約束させる。しかし、天上解の光ディスクは２０１２年から、ＢＤを置き換え、フラッシュメモリ、ＤＲＡＭ、ＨＤＤとの境界をなくす。天上解の光ディスクは新しい技術開発を必要とせず、ただ創造主が用意した原点に回帰するのである。
小さいビームスポットに絞られた光の反射は、周りの空間に強度パターンを作る。Ｐｈｉｌｉｐｓ＝Ｓｏｎｙ式ＯＰではこの強度パターンを対物レンズで再び集光させて、４分割ＰＤで検出し、ＥＦＭ変調信号の他、フォーカス情報、トラッキング情報、Ｓｋｅｗ情報を取り出している。反射光からこれらの情報を検出するのに、本当に対物レンズを通して行う必要があるかどうかは、周りの空間の強度パターンを知れば、誰にでも容易に想像がつく。従来はこのレンズに至る前の反射光ですら、算出することができなかった。それは光の原理が理解されていないからである。その背景は西暦１９００年の前後に主役であった物理学者たちの多くの間違いを今でも教え込まれているからである。
光ディスクドライブ内部では外光が遮断されており、またＬＤと対物レンズで絞られたビームスポットは、読み出し・書き込むピットにしか照射されていない。従ってドライブの内部空間の光は、ピット以外の情報が含まれていないという特徴がある。
対物レンズによって強度パターンをＰＤ面に結像するとＰＤの面積は小さくて済むので、ＰＮ接合の容量値が小さくなる。レンズを介さない場合は、反射光の空間の広がりを検出するので、ＰＤの面積は大きくなり、ＰＮ接合の容量値は大きくなり、高速化の障害になる。障害はまたこれを克服した時には差別化の機会を与えるのが常である。
図３１は対物レンズを通さないＹ方向の反射光の角度分布である。トラックピッチは０．３２ｕｍであり、屈折率の高い液体中で露光されたマスターディスクからスタンプされたピットの幅はトラックピッチの３０％から変化させている。スポットの照射はコサイン分布である。
【数１９】
2010092530.tif 000021
Ｐｈｉｌｉｐｓ＝Ｓｏｎｙの古典形式では４分割ＰＤはＬＤの発光点と鏡像の位置関係にあり、その位置合わせが１ｕｍ程度の精度を要した。近代形式と現代形式ではこの位置合わせは不必要である。古典形式では４分割ＰＤをトラックピッチ０．３２ｕｍ程度の大きさで作ることはできないので、ａ：ｂを大きくしなければならず、ＯＰを小さく作るのには限界があった。近代形式と現代形式にはその要件がない。
【数２０】
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先ず４０５ｎｍのＬＤのＮＡ＝０．８５のレンズによるビームスポットを吟味して見よう。この関係は従来明確な理論が存在していなかったが、ここに初めてそれが簡単な方法で明確にされた。それが正しい光ディスクの出発点であり、これによって光ディスクの開発が極めて短期間になることが期待できる。
【数２１】
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図３２は対物レンズにＬＤからコサイン分布の放射光が照射されたものである。諸説でビームスポット径と光の波長とＮＡの関係式の係数が異なるのは、それが光の照射分布に依存するからである。光ディスクの解像度はこの照射光で形成されるものだけで決まり、反射光を集めて光電流として検出する光学系に左右されてはならない。
これまでは経験則から求められていた、非点収差の無い非球面レンズで点光源光を収束させた時のビームスポット径を、正しい理論に基づき、省略の無い正確な数式２２で求める。
ＬＤは点光源ではなく活性層の実効的な大きさに像倍率を乗じた像が、図３３のＮＡ限界  に重畳されたスポット分布になる。ＢＤはこの形で動作している。スポット径の定義や、ＬＤ光の照射分布に左右されるが、強度半値全角で定義するなら、スポット径は波長の１．２倍をＮＡで割った値となる。
数式２３はスポット径とＮＡの経験式である。屈折率の媒質中では波長が１／ｎとなることを示すが、ピットの深さは１／ｎに浮き上がって上面から見えることになる。しかしスポット径は空気中に形成されるスポット径と同じＤである。何故であろうか？それは媒質中ではＮＡが１／ｎに小さくなるために、波長が１／ｎになる効果を打ち消してしまうからである。ＢＤのマスタリング工程のように屈折率の高い液体中で放射された光を結像して露光する場合は解像度が上がるのである。
【数２２】
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古典的光学理論が言うように、スポット径は波長とＮＡだけで決まり、レンズの径には無関係であることが計算式から分かる。図３４にＮＡ＝０．８５を保って、対物レンズとＬＤピット間の距離ｂを変化させた時のスポットの強度分布を示す。
【数２３】
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スポット形状はｂには依存せず、（１／ａ＋１／ｂ）、即ちＮＡだけで決まることが分かる。対物レンズに均一な照射を行った場合のスポットの２次元の強度分布の式を数式２４で示す。
【数２４】
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ＢＤのＮＡ＝０．８５ではなく、ＮＡ＝０．６５でもＬＤの照射を一様分布に近づければ、４０５ｎｍの波長で同等のスポット径が得られる。サイドローブは若干増加する。
ハーフミラーを使わず、中心軸上のレンズを通さない小さなＰＤで反射光を検出する場合にレンズや凹面反射鏡の中央にはＬＤの放射を照射できない。この中抜き照射はＮＡを更に大きくしたのと同等である。主ビームは細くなり、サイドローブが大きくなる。
【数２５】
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ピットのない鏡面部では、入射角に対する強度分布はそのままの分布で反射される。１／４波長の高さのピット部分では中心軸方向の強度が減殺され、両サイドの分布が増加する。ＢＤではトラックピッチは０．３２ｕｍであり、屈折率の高い液体中で露光されたマスターディスクからスタンプさたものである。
【数２６】
2010092530.tif 000028
【００１８】
トラッキングサーボ
レンズを通して反射光を検出するＰｈｉｌｉｐｓ＝Ｓｏｎｙの古典形式でも、レンズを通さない近代形式／現代形式でも、トラッキング検出のＰｕｓｈ−Ｐｕｌｌ法は等価ピット高が１／４波長ではエラー検出ができないので、検出信号振幅を多少犠牲にしてトラッキング検出を行うことができる。
【数２７】
2010092530.tif 000029
【００１９】
フォーカスサーボ
光ディスクの光学系が正常に動作している時は、光のビームスポットは最小であり、アンダーフォーカスの方向にずれても、オーバーフォーカスの方向にずれてもスポット径は大きくなるので、ゼロクロスするＳ字出力を得るために工夫が要る。どちらかにずらせてみてスポット径が大きくなったら、逆の方向に行き、どちらにずらせてもスポット径が大きくなるならそこが最適であるという収束論理は応答が遅い。ウォブリング信号を重畳するのは系に影響を与える。Ｐｈｉｌｉｐｓ＝Ｓｏｎｙの古典形式では、フォーカスサーボは２枚のかまぼこレンズを使う非点収差法によってＳ字出力を得る方法が一般的に用いられるが、これはスポット径のよさがかまぼこレンズによって少し損なわれる。現代形式ではＰＤとＬＤのフォーカルプレーンがずれているのを利用して、デフォーカスのＳ字が検出される。近代形式ではピットと対物レンズの間にあるＰＤに入る光量が対物レンズとディスクのピットの距離の変化に対して直線的に変わるのを検出してゼロクロスするＳ字出力とする情報を参照する。ゼロクロスの基準はピット部での反射光の光軸上の暗部が、ピット高干渉でも相変化反射でも最低になることで、決められる。形式によらず、線速度に対応したＲＦ信号の最高周波成分を見て確認が行われる。
【数２８】
2010092530.tif 000030
【００２０】
非点収差とＳｋｅｗエラー
非点収差はディスクの保護層の厚みと屈折率、及びＬＤの活性層の長さと屈折率によって、正負反対の向きで起こる。若しディスク保護層とＬＤの屈折率が同じで保護層の厚みとＬＤの発光点の深さが同じなら、両者の非点収差は丁度打ち消すことになる。実際には、非球面レンズ、保護層、ハーフミラー、ＬＤの４３者で非点収差はゼロになるように設計される。これに加えて非点収差補正レンズと追加するのは、冗長な設計である。
正しい３Ｗａｙ記録・再生のＯＰとは、光源波長４０５ｎｍで最適化されたＮＡ＝０．８５の対物レンズでＢＤの厚さ０．１ｍｍの保護層に対応し、同じレンズを使ってＣＤ／ＤＶＤに対応するために、０．１ｍｍの保護層と０．６ｍｍの保護層の差による非点収差の違いは、波長６５０ｎｍのＬＤのカバーの板厚と、４０５ｎｍ／６５０ｎｍのＬＤ光経路切り替えのハーフミラーの斜め板厚と、ＬＤの碧解面間距離Ｌとで埋め合わせ、対物レンズの非点性はニュートラルにするのがよい。
ＯＰが小型・軽量で、対物レンズ・ＰＤ・ＬＤを一体として駆動できる場合は、Ｓｋｅｗエラーとは、ＯＰの光軸とディスクのピット面が直角とならないために、０．１ｍｍの表面保護層の非点収差の光軸の回りの非対称が現れ、これを一般的には補正できないので、光軸に対して保護層の面が常に直角になるようにＸ−Ｙの２軸でＯＰの姿勢制御をしなければならないのと同義語になる。この他、ピット面が光軸に対して傾くと反射光が対物レンズから外れるがこれは大きな問題にはならない。表１に非点収差の対応を示す。
2010092530.tif 000031
【００２１】
ＯＰの現代形式
ＯＰの古典形式は
１）ＬＤからピット面の経路、ピット面からＰＤの経路の双方とも対物レンズを通る
２）ＬＤ端面の中心とＰＤ領域の中心が一致して、２つの経路は等しくジャストフォーカスする
３）ハーフミラーを使いＬＤの発光中心とＰＤの中心が鏡像関係にある
で定義され、従来のＯＰは画一的にこの方式である。しかしこの方法は冗長である。一方の現代形式ＯＰは
１）ＬＤからピット面の経路、ピット面からＰＤの経路の双方とも対物レンズを通るとは限らない
２）ＬＤ端面の中心とＰＤ領域の中心は一致せず、２つの経路は等しくジャストフォーカスしない
３）ハーフミラーを使うとは限らない
現代形式は軽量・小型であるために、対物レンズ・ＰＤ・ＬＤは一体であり、ピット面を光の収束点で捉えるようにトラッキングサーボとフォーカスサーボでこの光学ユニット全体が動く。この形式は実はＳｋｅｗ調整を必要としないが、簡単のために光軸がディスク面に直角であるとして説明を進める。この形式の特徴は、光軸上でＰＤとＬＤの位置が前後にずれていることである。またＡ／Ｂ／Ｃ／Ｄの４分割ＰＤでトラッキングサーボとフォーカスサーボとＳｋｅｗサーボを行う。現代形式は極度に無駄のない自然解の一つであると言える。
記録時は、図４０に於いてＬＤの発光点とディスクのピット面はジャストフォーカスの関係が保たれる。
a)フォーカス：鏡面部照射の（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）のＳ字出力
b)グルーブトラッキング：ピット部照射のＣ−Ｄ
c)Ｘ軸Ｓｋｅｗ：鏡面部照射のＡ−Ｂ
d)Ｙ軸Ｓｋｅｗ：鏡面部照射のＣ−Ｄ
再生時にはピット面とＰＤ面がジャストフォーカスの関係になる。ＬＤ光はピット面でオーバーフォーカスとなり領域の参照光となる。トラッキングエラーの明暗差はＣ−Ｄとして検出される。フォーカスエラーの信号は（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）でＳ字を出力する。ＲＦ信号の検出はＡを線速に反比例した遅延を与えてＢと足し合わせる。ＬＤへの戻り光は光束がデフォーカスして広がっているので、ＬＤの共振動作の擾乱は起きない。
現代形式の利点は
１）ハーフミラーを省略した場合、ＬＤの光量が半減されない
２）ＰＤ領域の中心と、ＬＤ端面の中心のＸ／Ｙ／Ｚ軸の位置合わせの高い精度を要求しない
３）Ｓｋｅｗエラーの影響が軽微である
ことであり、欠点は
４）ＰＤアレーを単一チップにできない
しかし図４１に示すようにｂを大きくできる場合は端面発光ＬＤを単一ＰＤアレーチップの上にピギーバックすることができる。
【００２２】
近代形式のレンズ
地上解は光源にＬＤと回転ディスクを使うがで、天上解は光源にＬＤかＬＥＤを使い、ディスクは必ずしも回転円盤ではない。現在出回っている光ディスク光学系は全てがＰｈｉｌｉｐｓ＝Ｓｏｎｙタイプの地上解・古典形式であり、且つＬＤとＰＤはハーフミラーを介した鏡像関係にある。これは地上解の内で最も原始的なものである。地上解は一方のＬＤがピット面でビームスポットがＮＡ限界まで絞られることを前提にしている。他方のＰＤ面では古典形式ではＬＤを参照光としたときのピット像を結像させることを前提にしているが、これは必ずしも必要ではなく、またＬＤとＰＤの鏡像関係の位置合わせも必ずしも必要ではない。またＰＤに関しては対物レンズが必要とは言えない。現代形式に対する近代形式とはＰＤアレーを対物レンズとディスクの間に置くものである。当然ハーフミラーはなく、ＬＤからの放射光はディスクの鏡面部では反射して全てＬＤの活性層に戻る。この形式のＯＰは極めて薄型である。
【００２３】
近代形式のＰＤアレー
ピット面からの反射光を、対物レンズを通す前で検出する近代形式のＰＤアレーは、ピット面からの反射光を対物レンズを通してピットが結像するのを検出する現代形式のそれとは多少異なる。近代形式では反射光は点としてのピットの情報しか持たないのに対して、現代形式では数トラックが領域として照明されているので、ＰＤ面ではピット像を結像してＣＣＤイメージャー的な微細な検出をすることになる。どちらの方法も、Ｃ／Ｎを決める光量は十分である。近代形式では結像するのは反射光ではなく、照明光としてのスポットである。
トラッキングエラー信号は図４４に示す形で、放射角度で分布がずれるので、大きな面積の２つのＰＤでも小さな面積のＰＤでもよく、Ａ−Ｂが検出されればよい。このエラー信号はマークピットがあるときに現れ、鏡面部では現れない。
ＲＦ信号は単純にＡ＋Ｂとして検出される。トラッキングがずれてもＡ＋Ｂは変化しないようなＰＤ対の配置が選ばれる。
フォーカスエラー信号検出は最も注意深く設計されなければならない。ＰＤが拾う鏡面部からの反射光はピット面とＰＤアレーの間の距離の二乗に反比例する。従ってＡ＋Ｂの光量の変化からＯＰがピット面に相対的に近づいているか、遠ざかっているかが分かる。しかし動作距離が１ｍｍの場合には、１０ｕｍの深さの変化は２％の光量変化をもたらすに過ぎない。ピット部では反射光が減りその底値は、スポットの大きさ、ピット高、ピット幅の関数である。ＶＣＭ駆動がジャストフォーカス点を通り過ぎるときに、底値の変化は折り返す。この２つのＡ＋Ｂ信号処理でフォーカスサーボが形成される。付加的に線速度に対応した高周波成分が検出され、折り返し情報として底値情報を助ける。
Ｓｋｅｗ調整を必要とする光学系では、反射光コーンの対物レンズからのスピルオーバーを４つの外側のＰＤ（Ｘ１／Ｘ２／Ｙ１／Ｙ２）の差分を取ることでＳｋｅｗエラーを検出できる。
【００２４】
近代形式１
ＯＰの近代形式は、Ｐｈｉｌｉｐｓ＝Ｓｏｎｙの古典形式を本質的なものと因習的なものに選り分け、因習的なものを廃絶するものである。
１）ＬＤの発光点と分割ＰＤの中心をレーザーカプラーのように数ｕの精度で合わせることに本質的な意味は無い。絞られたＬＤ光のスポットがトラックの中心にあるかどうかの情報がＰＤに反映されていればそれでよい。ピット面での反射光をＰＤに当てるのに、その中間にレンズを入れて再びスポットを作る利点が無い。ピット面にＬＤ光のスポットを当てたときに既に選択がされている。
２）ＬＤからのレーズドコサインの放射光分布をそのまま対物レンズに照射するのは、小さいスポットを作る上で最適ではない。外縁部を強調する方がよい。
３）ハーフミラーでＬＤ光を減じると、より大きな電流が必要であり、ダークラインの成長でＬＤの寿命が短くなる。
４）レンズには色収差があり、３ＷａｙＯＰの障害になる。
５）光学系全体を理想的に一体駆動するために、小型・軽量にしたい。
【００２５】
近代形式２
近代形式２でも凹面反射鏡を使う近代形式１と同様の趣旨を持つが、平面レンズを使うのでより薄型軽量化が可能である。平面レンズと言っても縮退した反射鏡であり、色収差を持たない。平面型レンズは屈折を使うレンチキュラーレンズではない。これが実現できるキーポイントは、反射が離散的な小面積で行われた集合でも、点光源から集光点への２次元のインパルス応答が、通常の連続的なレンズと同じになるからである。ＬＤから放射される光は円錐形ディフーザーへのスピルオーバーを除いて全て集光点に集まる。近代形式２の平面レンズはプラスチックの成型にアルミ膜張ったものである。微細化ミラーはアライアスを生じない図４６に示す程度に同芯円かスパイラルで分割される。
【００２６】
Ｅｎｈａｎｃｅｄ−ＢＤ
Ｅｎｈａｎｃｅｄ−ＢＤ（ＥＢＤ）はＢＤの動作条件を最適化したものでＢＤと同じ波長４０５ｎｍを使う。レンズは円形ではなく方形で、ＮＡ＝０．８０である。トラックピッチはＢＤが０．３２ｕｍであるのに対して０．２４ｕｍである。長手方向はＢＤの１／１．２のマーク長であるので、記録容量はＢＤが２５ＧＢであるのに対してＥＢＤの記録容量は４０ＧＢである。
ＢＤからＥＢＤの間で進歩があったのは、物理原理の初歩が正しく理解され、系の最適化と動作の余裕度が単純な計算で実現できるようになったことである。ＢＤでは物理的なクロストーク補償は深く追及されずＰＲＭＬに頼って来た。ＥＢＤではビームの分布が正確に短時間で求められ、物理層の最適化が行われた。結論を言えばＢＤは６０％の未開の余裕があり、やるべきことがやり尽くされなかったと言える。ＥＢＤはＢＤが読み書きできるので、両者は対立するものではない。
記録時にはＬＤの放射光はピット面でジャストフォーカスし、ＰＤはＲＦ信号の他にプシュプル法のトラッキングエラー信号と、フォーカスエラー信号を検出する。再生時にはＬＤ放射光はピット面ではエリアを照射する参照光となり、ピット列がＰＤ面に結像する。純粋に物理層で行われるＥＢＤの長手方向の再生時のシンボル間干渉補償は、ＰＲＭＬより遥かに強力であるが、記録時にも強力な干渉の補償が行われている。それはＬＣＤの残像補正のために、時間遅れの信号を負にして本来の信号に加える方法に類似する。予め分かっているシンボル間干渉を負にして、主ＰＤの出力に加える場合に、ＬＣＤの残像補正では明るさのＤＣバイアスは黒が浮き上がり掛けられないので、レベルの不動区間を生じる。これに対して、本方式はＤＣバイアスを掛けられるので、小さいし大きさでも干渉の補正ができる。
ＥＢＤでは再生時のピット領域照射の参照光は、記録時に絞れていたビームを照射領域分だけデフォーカスさせて行われる。この場合ＮＡが大きいと、元々記録時に絞られていた主ビームの回りのサイドローブの影響が残り、領域照射光は多少の凹凸を生じる。この凹凸は再生時のイコライザーの重み付けに反映されなければならない。
ＥＢＤではＰＤ面でのピット像の主応答ピークの回りの問題となるサイドローブ応答を２次元的に全て打ち消す。従来は、これらのサイドローブ情報は全て切り捨てられ、ＰＲＭＬが幾ら努力をしても切り捨てられた情報は回復できなかった。ＢＤは受け取った情報にくらべて６０％の情報を切り捨てていた。ＢＤとＥＢＤの動作安定性は同程度である。
１次元ＰＤアレーを隣接トラックに対応させた位置に配し、図５２に示すように可変遅延線を通した複数出力を線形結合し、遅延量をディスクの線速度の逆数に比例させる、即ちＧｙｒａｔｏｒで構成された遅延回路の電流を線速度に比例させる。全サイドローブ応答の大きさの合計は、主ビーム応答の大きさを越えてはならない。
【００２７】
相変化記録の仕組み
これまで相変化記録の原理は不正確に説明されて来た。その仕組みを明らかにしなければ２１世紀の光ディスクには移行できない。それは光のスポットの照射により相変化薄膜や基板はエネルギーを受け取って加熱され、その場所の温度がキューリ点以上になれば急冷する時にアモルファス状態になるという説明である。
基板との間の熱抵抗が大きく配置されたと仮定した相変化膜が、若しエネルギーを受け取って高温になれば、その熱は容易には伝導・放射・対流して下がることはできない。従って急冷はできない。急冷という緩和時間が、スポットが最短ピット長を行き過ぎる程度の時間なのか、トラック一周分の時間なのか、それよりも長くディスク全体が温まるような時間なのか、記録可能なディスクの設計者は答えることができない。また結晶状態にある相変化薄膜は反射率が高く、熱エネルギーなるものを受け取ることができない。緩和時間が長いのであれば記録時のトラック間干渉を生じてしまう。
基板との間の熱抵抗が小さく配置された相変化膜が、基板とともにも暖められると仮定した場合も、同じく伝導・放射・対流する放熱はすぐにはできないか、また熱の伝導によってキューリ点を越えるスポットの形状が広がってしまう。記録現象を急冷と想像しているのは、実験室で材料を試しているときの性質でしか理解していないからである。光記録は熱過程とは言えない。電子レンジの中に水分を含んだものを入れると温まる。この場合熱が出るのは結果であって、起こっているのは分子のつなぎが電磁波によって振動することは誰もが理解し合意することである。相変化とは分子構造のバンドギャップを越えることである。温度とは分子のつなぎが電磁波によって振動していることそのものであって、他の事柄ではない。熱容量のない微小な温度計を光のスポットの中に入れると温度が上がり、スポットの外に出すと温度は下がる。温度計の熱容量がゼロなら、温度の上がり下がりに時間遅れはない。即ち、温度が高いとか低いとか言えるのは、主として空気や基板や相変化膜ではなくて、光のスポットそのものある。恐らく１８世紀の人達はこのことを容易に理解し、現代では技術者も子供も容易に理解ができないであろう。それはそのように教育されているからである。
結晶状態にある相変化薄膜の反射率が１００％であれば、照射された光は全て反射され、エネルギー理論では熱エネルギーなるものを受け取ることができない。せいぜい光のスポットが周辺の基板を温め、それが伝導して相変化膜を暖めるしかできない。これでは記録スポットが小さな円形には形成されない。
光ディスクのアルミ反射層や相変化材料の結晶状態が、ほぼ１００％光を反射するから殆どエネルギーを受け取らないと考えるのは、俺は高価な原油をいっぱい持っているから金持ちだ、核弾頭がいっぱいあるから偉いんだと威張っているのと同じくらい馬鹿げている。反射とは金属膜や結晶状態からの再放射であり、１００％反射する状態が金属膜や結晶が最も強く光の照射の影響を受けているのである。これに対して光を全て吸収している場合は、膜が光の照射の影響を受けている割合は５０％である。これが相変化膜の記録に対して、消去は５０％の光の強さで行われる背後のからくりである。
もう少し精細に記録・消去過程をおさらいして置こう。先ず、消去レベルの光の強度のスポットが層変化膜に照射された場合、それまで結晶状態であったかアモルファス状態であったかに関わらず、光を照射された領域は整列して到来した光の電磁化を打ち消すように分子のつながり（−電子−電子−陽子−陽子−）が振動する。何故整列するかと言えば、整列した方が大きな打消しの電磁界を発生できるからである。そのまま光のスポットが去れば、もう到来電磁界を打ち消す必要はなく、振動を回りに伝えながら一定の振動に落ち着いていく。この場合、結合様態が変化できない振動レベルの閾値までの大きさと、周辺のランダムな振動からの伝わりと、斉一だった振動が周辺に伝わる大きさの相互関係で、結晶構造で落ち着くのである。
一方記録レベルの光の強さのスポットが照射されると、この光の電磁界を打ち消すように分子のつなぎが振動を始めるが、スポットの照射時間に応じて温度なるものが上昇していくのではなく、光のスポットの電磁界と分子のつなぎの電磁界が打ち消し合う形で平衡する。この平衡状態から光のスポットが去ると、消去レベルの照射時より大きな斉一な振動レベルからスタートし、周辺のランダムな振動からの伝わりと、斉一だった振動が周辺に伝わる大きさの相互関係は、周辺のランダムな振動の影響を受ける割合が大きくなるので、アモルファス状態で落ち着くのである。これは光の照射による相変化であって、地殻の中でダイヤモンドができる過程とは無関係である。
【００２８】
二子山による相変化膜の消去・記録
図５３に示す２ストライプのＬＤを使うことによって消去・記録を行うことができる。記録時に有効なスポット径は、バンドギャップを越える部分であるから、４０５ｎｍの波長の光で形成されるスポットは再生時のスポット径と比べれば合理的に小さい。またサイドローブの大きさは主ビームの半分以下でなければならない。消去は先行する副ピークで行われる。また副ピークは隣接するトラックを消去してもよい。
また図５４に示すトリプルピークで消去・記録・再生が同時に行われる。
【００２９】
Ｖｅｌｏｃｉｔｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ
記録時にビームスポットに長手方向のベロシティモジュレーションを掛けて、ディスクの回転によりスポットが流れることにより、分解能が低下するのを防ぐことが可能である。図５５は位相同期した２つの活性層からなるＬＤに於いて、２つの共振チャンネルの位相ではなく強度を変調してビームを振り、ディスクの回転を追いかけることで、照射の強度を等価的に上げるものである。また、記録・再生のＮ倍速度の回転数を上げたいが、書き込みピット当たりの光の照射が不足す場合は、ＬＤの活性層のチャンネル数を増やして行き、Ｎ倍速度の回転数を上げることができ、またＬＤのダークラインの発生を抑制することができる。
【００３０】
現代形式の３Ｗａｙ方式化
ピット高の可干渉性と板圧の非点収差の打消しの２点で、ＬＤを４０５ｎｍと６５０ｎｍの２つの波長に分けなければ、光源波長では３Ｗａｙ記録・再生は実現できない。単一とは共通のＮＡ＝０．８５のレンズを使うという定義になる。ＬＤからの照射角がレンズより小さければ、ＮＡも小さくなる。対物レンズは４０５ｎｍの波長とＮＡ＝０．８５に最適化されているが、ＣＤ／ＤＶＤで最適とは言えなくてもスポット径が大きいので問題は無い。
現代形式の３Ｗａｙ化では、Ａ／Ｂ／Ｃ／ＤのＰＤアレーはＣＤとＤＶＤで共通に使用される。フォーカスエラー信号（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）をコンパレータに入力するときの閾値によってデフォーカス量、即ちスポットサイズが決定される。
【００３１】
ＢＤ用近代形式の実際
近代形式は凸面の１次反射鏡と凹面の２次反射鏡の組み合わせである。光学プラスチックレンズは波長による屈折率の分散（色収差）があるが、反射のみを使う近代形式には波長依存性がない。図５８はＢＤ用の光学システムの形態寸法図である。近代形式では、２次反者放射器をディスク面との相対関係として概ね固定し、1次反射器を可動にして、フォーカスサーボ、トラッキングサーボ、Ｓｋｅｗサーボを掛けることができる。
【００３２】
近代形式の３Ｗａｙ化
短縮光軸の反射鏡を用いる近代形式ＯＰのＣＤ／ＤＶＤとＢＤ対応の３Ｗａｙ化は、波長６５０ｎｍと４０５ｎｍの２つのＬＤを使う。ＢＤでは波長４０５ｎｍ／ＮＡ＝０．８５のスポットをジャストフォーカスさせる。ＤＶＤでは波長６５０ｎｍ／ＮＡ＝０．６０照射のスポットをジャストフォーカスさせ、ＣＤでは必要なデフォーカス量でスポットサイズはビット部の切れ込みの深さが一定になるように決められる。ＰＤは対物レンズとディスクの間の共通の領域に置かれる。
図６１はコサイン分布照射のスポットをデフォーカスさせたビームである。実際には近代形式は中抜きコサインである。
【数２９】
2010092530.tif 000032
【００３３】
ＥＢＤの実際
ＥＢＤは波長＝４０５ｎｍ、ＮＡ＝０．８０の方形レンズで、ＬＤの発光端の断面積を小さくして放射角を広げて照射のスピルオーバーを許容し、ＢＤの非対称コサイン分布から均一分布に近づけている。それによって生じるサイドローブ応答は、再生時は領域照射に切り替える現代形式の採用によって等化している。これによって４０ＧＢの記録密度が安定して達成される。記録時はサイドローブがキューリ点に達しないので、十分な余裕を持って微細ある。ＢＤと同じ波長で同様のＮＡを持ちながら１．６倍の記録密度となるのは、再生時に領域照射に切り替えて等化を行うからである。ＥＢＤはハーフミラーを使用せず、その分ＬＤとＰＤの距離を長くしてスピルオーバーを作って照射を一様分布に近づけている。戻り光擾乱は記録時も再生時もデフォーカスされており問題にはならない。ハーフミラーを使わないために、ＰＤアレーの中央からＬＤ光が放射され、このため主ビームのＲＦ信号検出は、ＰＤを２つに分けてＰ１・Ｐ２としている。
ＥＢＤは互換性を保ちながら、ＢＤの記録容量を６０％増量しているうちの３３％増量は、微細ＰＤアレーでトラック間クロストークをキャンセルしている。線速度の方向は主ビームを細くしてサイドローブが大きくなった分を、イコライズすることで２０％増量にしている。
【００３４】
ＥＢＤの３．５Ｗａｙ化
４０５ｎｍの波長でＥＢＤ用に最適化されたＬＤ／ＰＤ／非球面レンズやＥＢＤ用の等化器を、等化器を持たないＢＤに使うには、再生時にはピット面とＰＤアレー面の間を僅かにデフォーカスすればほぼＢＤと同じ応答が得られる。記録時にも同じくデフォーカスすればよい。
ＤＶＤとＣＤは、６５０ｎｍの波長を使いＤＶＤ対応としたものを、ＣＤでは必要な量だけデフォーカスを行えばよい。
ＢＤとＥＢＤの関係はＶＨＳとＳ−ＶＨＳの関係に対比できるが、ブランクディスクのＰｒｅ−Ｇｒｏｏｖｅが２４０ｎｍのトラックピッチでなければ、ＥＢＤにはならない。ＬＤが３ストライプであれば、テープレコーダーのような消去・記録・再生が可能になる。
【００３５】
非球面レンズのＸＹ平面内のジャストフォーカスエリア
ところで、再生時にビームスポットをデフォーカスして数トラック分を領域照射し、解像度はピットとＰＤの間のＮＡ限界にのみ依存する形式では、物体と実像の関係に於いて、物体は点ではなく点の広がりである。この広がりが光軸から離れた場合、ＮＡ限界の強度分布が非球面レンズでどのくらい歪を受けるかを図６５に示す。ＮＡの大きな顕微鏡がピントの合う領域は広く、決して光軸の回りだけではないように、数トラック分の広がりでは歪は全く起きない。
【数３０】
2010092530.tif 000033
世界の生きとし生けるものは皆このフォーカスエリアでサイドローブ付きの像を網膜で捉え、脳で認識している。原始の地球で植物が現れ、そこから珊瑚虫のような動物が派生した。最初は触手に触れるものを捕食していたが、やがて触手と捕食の連鎖機構が神経伝達になり、浅瀬では触手の根元が網膜になり、その表面が突起して集光ができるようになった。この場合触手による認識に対して、網膜上の認識は倒立した。そして集光を２系統持つ変異が現れ、獲物までの距離も分かるようになった。この土台の上に脳なる情報処理器官が遅れて緩やかに発達して行ったのである。この過程で、１）視神経が脳との間で交叉しなければならないこと、２）右脳・左脳に分かれていなければならないこと、が変わることは論理的になかった。生物の発生の過程で眼が先に形成されるのはこのためである。脳とは２眼の根元にある検出器に過ぎない。ＰＲＭＬは貧弱な眼球の背後にある、ゴージャスな空想器官である。我々は立派な眼球を先ず備えていなければならない。眼球のＮＡは大きくない。眼球は２つあった方が視差でピット面との距離を的確に知ることができる。
【００３６】
Ａｌｌ−Ｆｏｒｍａｔ−Ｏｐｔｉｃａｌ−Ｐｉｃｋｕｐ
表１に地上解光ディスクの諸元を示す。ＥＢＤのＯＰでＢＤを読み書きするのは全く問題が無い。従来のＢｌｕｒａｙレコーダーでＥＢＤディスクを読み書きすることはできない。ＥＢＤのＡＦＯＰで、ＤＶＤとＣＤを読み書きするときの問題点はピット高である。ＤＶＤとＣＤの再生のピット高が記録のＰｒｅ−Ｇｒｏｏｖｅの深さが４０５ｎｍの波長で干渉を起こさなければお手上げである。ピット高は各社の自由にまかされたつけがここに回ってきている。従ってＡＦＯＰでは６５０ｎｍと４０５ｎｍの２波長を使わざるを得ない。
2010092530.tif 000034
【００３７】
光と電磁波の狭間にて
本論述は光と電磁波の間の壁を製品レベルで取り去る。光は粒子でもなく、波動でもない。謂わんや波動＝粒子の二重性などない。光を粒子だと考えたのは英国のアイザックニュートンであり、時代を下って波動と考えたのはオランダのクリスティアンホイヘンスである。光を粒子として扱っても、また光を波動として扱っても光ディスクは正しく設計できず、２０世紀型の古典形式に止まり、ただ短波長化という退屈な活動になる。光ディスクの設計も、電波送受信アンテナの設計も、波動や粒子や二重性から開放された時に２１世紀型の全く違ったものになる。２０世紀とは仮説の説明に新しい仮説が用意され、それが増殖していった１００年間であった。間違いの創始者はニュートンであるが、連鎖は光量子説から始まったのである。
図６６に示すように、光や電磁波の放射パターンが遠くと中間で、遠方界として変わらないことはよく知られている。これをホイヘンスの波動理論で説明することはできない。波源が次の波源を生むのでは放射パターンは維持されないからである。従って波動論は間違っている。一方ＯＰのＮＡ限界やビル影での電波の回り込みは粒子説では説明ができない。従って粒子説は間違っている。光と電波は粒子でもなく波動でもない。光と電波は素粒子と素粒子の遅延項を持つ遠隔的相互作用である。ビオ＝サバール則は幸い波動説に立たなくても現象を定量的に説明できるので、これを使うと間違いではなくなる。それに比べるとショレディンガーの波動方程式やマックスウェルの微分形式は間違っているか有用ではない。それらは存在確立の説明のために用意されていたり、またホイヘンスの言うことを定式化しているだけであった、物事の本質を表していないのである。ビル影で電波が回り込むのは、到来電界によってビルを構成する物体に流れた電流からの再放射のためである。リチャードファインマンはこれを知っていた。
【数３１】
2010092530.tif 000035
【数３２】
2010092530.tif 000036
放射分布が遠くになっても維持される、これまで誰にも明らかにされることがなかった不思議のからくりは、図６６に示す通りである。これから光を粒子だと思い込むのは無理からぬことではある。この数式のからくりで、雲から漏れる陽の光が筋になるのである。
二重スリットによる光の干渉縞や、二重スリットによる電子線の干渉縞は、光子なるものや電子が分身の術を使って２つのスリットを不確定に通り抜けるからではない。それはスリットで連続性が途切れる衝立からの再放射に過ぎない。これはスロットアンテナとしてはよく理解されているのに、エルヴィンシュレディンガーの催眠術に掛かった光学者は電波学者とは交流しない。リチャードファインマンもこれに気づかなかった。
アイザックニュートンが粒子説を思いついたのは木漏れ陽が筋をなすのを見たからである。物体と物体の相互作用は、１３７億光年を往復する２７４億年の遅れがあるので、ニュートンの作用・反作用の法則は間違いである。作用に対する反作用（電圧を印加する作用に対する電流という反作用）があって初めてエネルギーが定義できる。反作用が２７４億年遅れるのでは、エネルギーは存在し得ない。エネルギーとは、産業革命に始まった損得・貸借・欲得・貯蓄の観念である。しかし実際の宇宙の原理は、催促なしのある時払いである。宇宙の果てから誰かが放射した電波を集めて電球を点灯できる。それが１３７億年であれば、借金を返したくてもその人はもういないかも知れない。エネルギーの保存則とは現象の一面を我流に解釈しているだけである。
英国のオリバーヘビサイドはエネルギーの流れであるポインティングベクトルが放射すると説明したが、これは粒子説に分類できる。エネルギーを等価断面積で受け取り、そこから有能電力が引き出せると唱えたが、微小なアンテナも大きなアンテナも有能電力に変わりはなく、ポインティングベクトル説は誤りである。また磁気と電気は１つのものの別の側面である。
ニュートンの力学は慣性の法則を除いて誤りである。作用・反作用の法則だけではなく、Ｆ＝ｍαも誤りであり、万有引力の法則も誤りである。万有引力常数Ｇは数式３３で正確に算出することができる。ｒＢはボーア半径、ｒＵはビッグバン球半径（１３７億光年）である。
【数３３】
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引力は架空のヒッグス粒子で引き起こされるのではなく、ビッグバン球内の１０の８０乗の陽子・電子対の膨張によるドブロイ波を、引力による物体の動きのドブロイ波で打ち消そうとする力であることが正確に導かれている。ハッブス宇宙望遠鏡で計測されたビッグバン年齢は１３７億年±２億年と推定されているが、ＬＨＣや望遠鏡の打ち上げに血税を浪費せず地球環境維持に資金を回すべきである。何故なら地上で知ることができる万有引力定数から正確に宇宙年齢が計算できるからである。Ｇは毎年１３７億分の１の割合で減少している。米国がリニアコライダーであるデバトロンを中止したのは賢明である。ＬＨＣの淡い期待の一つはダークマターの手掛かりである。しかしそれは想像が作り出した悪夢である。
これまで早とちりの天文宇宙学者がダークマターを仮定せざるを得なかったのは、天体の運動が、万有引力の距離の逆二乗則に合致しないからである。それで宇宙を埋める見えないダークマターを持ち出して赤信号を集団で渡っているのが今の天文学のレベルである。これに異を唱えたのがイスラエルのモデルハイミルグロムのＭＯＮＤ仮説であり、二乗則のベキ数２を変えればダークマター仮説は不要であると計算した。しかし、これは湯川秀樹のごとく仮説を新しい仮説で埋め合わせした者でしかない。創造主の摂理はもっと単純であり、Ｇが毎年１３７億分の１の割合で減少しているだけの話である。それで数字が符合し、ダークマターはブラックジョークになる。
ガリレイまでは正しかった物理科学は錬金術師ニュートンから間違いの連鎖を始めていた。アインシュタインのＥ＝ｍＣ２は右辺と左辺が同じことを繰り返して言っており誤りと言える。フェインマンはアインシュタインのｍを電磁的質量と呼び真実に一歩近づいたが、あと９９歩の距離を残した。リニアコライダーで光速の９９．９９％まで東向きに加速した陽子と、光速の９９．９９％まで西向きに加速した反陽子を衝突させる時の相対速度は光速の１９９．９８％である。ビッグバン球の境界は光速で地球から遠ざかっているが、大半の天文物理学者はその外側は超光速で遠ざかっているが我々とは関わりがないと、超光速を肯定している。アインシュタインの相対性原理は一体何処に行ってしまえばいいのか？葬り去るときは、きちんとした引導を渡さなければならない。
アインシュタインの光量子説は誤りである。軌道電子も自由電子も到来電磁界によって等しく振動を受けているのであり、到来した空間電界がバンドギャップを越えたら、ポンピングされるのではなく、原子核に拘束されているとは言えないと言うだけの話である。到来電界が去れば、原子核から遊離していないと言えるだけの話である。量子過程などは絵空事である。宇宙で量子過程があるなら雑音だらけになり、電波通信など行うことができない。光量子概念では軌道にいる限り電子が遮蔽されているという認識である。ベルナーハイゼンベルグの不確定性原理も当然誤りである。ＰＤは不確定に到来光を捕捉している訳ではない。これは雑音量を計測すれば明らかである。量子的な振る舞いをするのは、到来する光や電磁波ではなく、原子核の周りの軌道電子の安定点はフガングパウリが示したように幾つか存在するというだけの話である。何れにせよ物理学は既に２１世紀用にほぼ完全に精度よく解き明かされている。それは驚くほど単純なアナログ量の１と−１だけが森羅万象を作り出す、見事な創造主の世界であった。その上創造主は悠久の物語を宇宙に埋め込んでいるのである。
光ディスクを扱うものは、これらの原理を正しく理解しなければ、正しい設計はできないのである。本来創造主が与えた極めて単純な原理に沿ったものが天上解である。人は自ら発明・発見をする必要などなく、原理の正しい理解で自然解が信ずるものの前に自ずと姿を現すのである。
【００３８】
ＢＤ／ＥＢＤの応用
画像表示装置が、あたかも自然の中に人間がいるような感覚を与えるには、７６８０ｘ４３２０程度の画素数が必要である。これを仮にナチュラルビジョンと呼び、３８４０ｘ２１６０をスーパービジョン、１９２０ｘ１０８０を従来通りハイビジョンと呼ぶ。それぞれに２時間記録できる光ディスクが必要である。スーパービジョン対応の光ディスクは１２ｃｍ径のディスクで天上解の多値記録である。ナチュラルビジョン対応の光ディスクは１５ｃｍｘ２５ｃｍの再生紙ディスクの天上解である。天上解は別出願で公知され、本論術では言及されない。技術とは進展するのではなく、自然に回帰し、創造主の定めた摂理に従うのである。
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現在の１９２０ｘ１０８０のハイビジョンの表示装置は大きな問題点を抱えている。それはＭＰＥＧでもＨ．２６４でも必要な情報量が不足しているために、画質が自然さを欠いていることである。ＥＢＤはＢＤの１．６倍の記録容量を持っているので、ＤＣＴの互換性を維持しながら見直した情報量の増加分にＥＢＤの６０％分の一部を当てることができる。
一方、メガネの着用や視点の固定を求めない立体表示装置が別出願で公知される。これは２００インチを１０万円で市場に供給することができる。この場合左右の目の与える情報を２倍の５０ＧＢとするのではなく、また左右交互に表示して２５ＧＢに収めるのでもなく、左右の視差分の１５ＧＢを加えた２５ＧＢ＋１５ＧＢ＝４０ＧＢとして、ＥＢＤに記憶させるものである。また従来の２つのスピーカー、５−１の音響システム、ヘッドフォンによるバイノーラルシステム、ドルビーサラウンドは何れも真の新の臨場感に欠けていた。この問題は既に解決し、自然解としてすでに出願されている。
【００３９】
ＢＤ／ＥＢＤ／ＳＢＤ／ＮＢＤ
既に製造方法の原理設計が完了している天上解の画像表示装置では、製造コストは画素数や画面サイズに依存せず供給価格として１０万円以下であり、必然的に壁掛けのロールペーパーである。対角の標準サイズは２００インチであり、壁照明としては、白熱球３％、ＦＬ管１５％の照明効率に対して４０％の効率を持ち、寿命は１００年程度である。
立体表示の地上解は、視点固定方式（ＮＴＴかＳａｎｙｏ）かメガネ方式（ＬＣＤ２枚メガネかか松下方式）である。空中解は視点追跡方式である。天上解はこれらとは異なる。天上解立体音像は、１０Ｗ＋１０Ｗの５．１チャンネルを１００ｍＷ＋１００ｍＷでの真性３Ｄの個別音場に変え、家族間で音が分離される。指向性とは方向ではなく、一点集中である。この場合ＲＦＩＤマーカーで視聴者が追尾されるので視点追跡型の空中解立体テレビとは組み合わせられる。地球環境維持の観点から、これらの生活必需ＡＶ製品は、２０世紀型の消費電力の１／１０以下に、製造コストの１／５以下に、製品寿命（また陳腐化）が５倍以上にならないものは生き残れないと言える。
【００４０】
光学部品一覧
図７０に古典形式、現代形式、ＣＳＯＰの光学部品構成を示す。古典形式では姿勢制御のフォーカスＶＣＭ、トラッキングコイル、Ｓｋｅｗコイルを除いて、１０点をＢｌｕｒａｙだけのＯＰで必要としていたが、現代形式では３．５Ｗａｙの読み書きをして３点であり、ＣＳＯＰではそれが１点である。
【００４１】
ピット側で絞るかＰＤ側で絞るかの比較
本論はこれまで光ディスクの再生時に、レコードのサファイヤ針の如くできるだけ細い検出器で、１本のトラックをなぞることを決して踏み外すことのなかったこれまでの画一的な方式に対して、数本のトラックを含む小領域を照らし、その像をＰＤ面に写して信号処理を行うという対立する概念を持ち込むものである。
先ずどちらが微細な検出であるかという議論がある。レンズのＮＡで決まる回折限界と言う点では、点光源がピット面でスポットを形成する広がりと、ピット面内の点がＰＤ面に結像した点の広がりは全く同一でａ：ｂの関係である。従ってＬＤが点光源と看做せない大きさと、ＰＤが持つ大きさの比較になるが、これはレンズのＮＡと波長で決まる回折限界の解像度に比べれば両者とも小さいので問題にならず、どちらにも軍配が上がらない。
軍配が上がるのは、トラック間干渉とシンボル間干渉の程度である。細い検出器が１本のトラックをなぞる形式の従来方式の針は、実はサイドローブ波紋が広がって針にくっついている。このサイドローブは記録時にはキューリ点以下に相変化膜を持ち上げないので影響がないが、再生時にはそのままトラック間干渉とシンボル間干渉を引き起こす。これはＰＤアレーで検出する方式も全く同様である。
細い針方式では、シンボル間干渉は自己トラック干渉なのでＰＲＭＬである程度補償することができる。しかし隣接トラックからのクロストークは補償することができない。これに対して、ＰＤアレーで検出する本論の方式では、隣接トラックを同時に検出しているので補償することができる。この差が１．６倍の記録密度の差になっている。両者の量産時の安定性は同程度である。
再生時にピットをスポットで照射するか、小領域を照射するかの差がＣ／Ｎに与える影響は皆無である。
ＢＤは既に保護層の厚みをＤＶＤの０．６ｍｍから一挙に０．１ｍｍとして、ディスクの誇りや引っかき傷への耐性を放棄してキャディに収納する形式になっている。しかし今後はこのような消費者の実用性を妨げて短波長・高密度かを無理に追及することは慎まなければならない。堅牢で使いやすいことを第一に考えるのが２１世紀の商品のあり方である。
【００４２】
遠隔病巣診断・処置装置
光ピックアップを病理的な目的に使うことができる。レーザーの使い方に２つの方法がある。１）レーザー加工ビーム、レーザーポインター、レーザーメスのように細い平行なビームに絞ること。これはターゲットに到達する線上の全てを等しく破壊して行く。２）ＯＰのように奥行きの中の一点にのみ収束させる。これはターゲットに集中するまでは単に組織を透過するだけである。携帯電波は空中に広がっているが、携帯電話は耳元に集中している。電波を怖がっているひとが、携帯電話で通話するのは滑稽である。
レーザーポインターは扇状にスプレーされる端面発光の放射に、放射直後の位置で小さい対物レンズをつけて平行光線にしたものである。一方ＯＰでは端面発光の放射に、離れた位置で大きな対物レンズをつけて、ターゲットで再び収束させる。電磁波の波長領域でも、光の波長領域でも、Ｘ線の波長領域でも、素粒子線の波長領域でも、３次元の一点でピンポイントに収束させる方が圧倒的に他の組織に対するダメージが少ない。レーザーメスは開腹手術であるが、ＯＰ方式では身体の外から開腹せず行うことが出来る。
従来は全て平行ビームで考えていた。各種の放射線治療やレーザーメスである。
一方のビーム型の施術側に対して、他方の診断側では、１）Ｘ線撮影、２）超音波診断、３）ＣＴスキャン、４）ＭＲＩ撮像、などは逆にスプレー型になっている。施術側をスプレー型にしないのは、うっかりである。うっかりさせたのは、１００年ほど前に光量子という虚構を作ったものの責任ではないだろうか？
先ず重要なことは、診断側も施術側もピンポイントでターゲットを絞れるスプレー型とし、診断側と施術側を共通化することである。ＯＰの場合、記録する場合ピンポイントにターゲットを絞って光を照射し、再生する場合はピンポイントにターゲットの像をＰＤで検出するのである。この場合記録と再生が同じ光学系で行われることは極めて重要である。またＯＰではディスクの表面の引っかき傷は影響が無いように光は分散している。医療の診断と施術も同様に、患部とレンズの間の組織には影響されない仕組みになっている。
ＯＰ方式を病理診断・施術に使った場合、マーカーからの電磁応答や病巣からの応答で明確に消去が適当だと分かる場合、それは診断から２日後に除去するのは無意味である。人体組織で数ミクロンの解像度で診断のターゲットを特定した場合、全く同一の光学系で身体が動かぬうちに、数ｕＳ以内に除去すべきである。
各国の医療費の高騰や、村での過疎地医療問題の主原因はＭＲＩなどの高額な医療器具である。ＯＰ方式の診断・施術器具は携帯端末程度の大きさで、医師の管理のもとで、極端に言えば家庭にいながら、診断・施術を継続して行ける。人体の組織全体を数十ミクロンの解像度で３Ｄスキャンするには、病院では出来ないからである。
薬で発症を抑制できるようになったＡＩＤＳに対して、癌は不治の病である。出アフリカ以来、数万年で人類が極北の脱色素人種と、赤道直下の濃厚メラニン人種に分かれて適応できたのは、皮膚癌とビタミンＤの欠乏のどちらで死ぬかの、人間に自然に備わった選択をして来たからである。癌はそこでは必要なものであった。だから癌と闘ってはならない。人間に出来ることは、癌を受け流し、癌を生き抜くことである。
癌は幾ら出来てもよい。また幾ら転移してもよい。数十ミクロンの段階で、片っ端から診断し、片っ端から焼き切ればきよい。その大きさなら組織が焼け残りを固定してくれるので、開腹して除去しなくてもよい。
光束が広がった箇所で、人体の組織の屈折率（誘電率）の分布を補正して、ビームの非点性補償する可変誘電率移相器アレーが機能する波長が選ばれなければならない。可視光・紫外では人体の組織は不透明であるが、ミリ波までのラジオ周波数、赤外、Ｘ線、ＭＲＩ周波数では透過する。スポットを２０ｕｍに絞れるなら、ＮＡ＝０．７の場合患部から１ｃｍ離れた光軸上では、２５万分の１の電磁波・光の強度であるから人体の他の組織は影響を受けない。血管の中の癌でも除去できる。
医療用ＯＰは乾電池で駆動できる。１立方ｃｍ（約1グラム）当たりの野診断・施術のスキャン時間は１２５秒である。体重８０Ｋｇの人が身体全体をスキャンするには1千万秒である。1日は８万秒であるから、寝ている間の自動スキャンを行わなければ、２００日ほどかかる。この器具は１万円ほどで市販ができるので、家庭で行うことが肝要である。
身体のあらゆる方向からスキャンされたポイントの診断データは、背景の臓器を規準として集積し、スキャン漏れが起こらないようにする。
キーポイントはＰＥＴマーカーのようなもので部位の電磁応答を区別できるか、あるいは癌が正常な組織と違う電磁応答をする波長を発見できるかどうかである。さもなければ、スキャンの結果を集積して大きなかたまりで画像診断して、全体を焼き切ったあと、内視鏡孔から焼き切った組織を吸引する間接的な方法とするかである。これは地上解である。
現在の放射線によるＤＮＡの破断は、周辺部にＤＮＡの塩基の転換を与え新たな癌を作る。これは地獄解である。天上解はあくまでも、癌と共に生き、数十ｕｍの段階で細胞を熱的に破壊して、細胞の増殖の機会を奪うことである。
診断の現時応答が区別できれば、不治の病である癌は不治のままであるが、結核で死ぬ人が戦後いなくなったように、癌で死ぬ人は殆どいなくなるであろう。図７１にＯＰ機構を示す。
小さな癌がいつも見つかれば、人は皆謙虚でいられる。その謙虚さと揺るぎない寛容があれば、小さな癌の発生確率は大きく低下する。人のことを考える上で、限度というものはないのである。
【００４３】
本発明のＯＰ製品の成果
図７２に本発明のＯＰ製品の成果を示す。それらの特徴は
１）ＥＢＤでＢＤ互換のまま４０ＧＢを読み書きでき、立体画像ハイビジョン情報を記録することができる。
２）従来のＯＰの構造が革新的に簡単になる。
３）３ＷａｙのＯＰが簡単に製造できる。
というものである。
【実施例】
【００４４】
本発明の製品としての実施例群を図７２に示す。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
光ディスクの１００年先を原理的に可能なものと不可能なものに選り分け、ＤＲＡＭ、Ｆｌａｓｈメモリ、ハードディスク、放送／ワイヤレスによる直接配信等と正しい棲み分けを現時点で行い、正しい在り方を決めて行く。光ディスクはプラスチックの塊であり、これを使い捨てにすることは許されない。究極的には土に返る紙で作ることが望ましい。本発明はそれに道を拓くものである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】はＣＤ／ＤＶＤ／ＢＤ／ＥＢＤの３．５Ｗａｙのディスクドライブの系統を表したものである。
【図２】は従来の光学系のコンパチビリティと、本論術による光学系のコンパチビリティを対比させたものである。
【図３】は古典形式の３Ｗａｙのうち、Ｐｈｉｌｉｐｓ形式の光学系のＰｒｅｆｅｒｅｎｃｅを示したものである。
【図４】は古典形式の３Ｗａｙのうち、Ｓｏｎｙ形式の光学系のＰｒｅｆｅｒｅｎｃｅを示したものである。
【図５】はＢＤの光学系のＰｈｉｌｉｐｓ＝Ｓｏｎｙ形式のアーキテクチャーである。
【図６】はＢＤのＬＤ放射角の対物レンズへの照射の具体例を示したものである。
【図７】は点光源からＡ体位照射でのＢＤのＮＡ限界を具体的に示したものである。
【図８】は点光源からＢ体位照射でのＢＤのＮＡ限界を具体的に示したものである。
【図９】はＬＤ光源の位相分散による点光源の大きさＷｘＨの広がりを加味したＢ体位照射でのＢＤのスポットの形状を示す。
【図１０】は活性層の長さＬがＬＤモードではスポットの大きさに寄与しない仕組みを現している。
【図１１】はＬＤの活性発光層の立ち姿である。
【図１２】はＬＤの多波長モードの仕組みである。
【図１３】はＬＤの前方放射位相合致の仕組みである。
【図１４】はＬＤの放射指向性の数値原理である。
【図１５】はＬＤの放射パターンの代表例である。
【図１６】はＬＤの活性層の長さＬと放射指向性の関係である。
【図１７】はＬＤの指向性半値角と屈折率の関係を示す。
【図１８】はＬＤの点光源の位置である。
【図１９】はスポットを小さくするためのＷｘＨｘＬの最良設計である。
【図２０】はＬＥＤ動作とＬＤ動作の切り替わりを示す。
【図２１】はＯＥＩＣにおけるＰＤと初段増幅器の要点を示す。
【図２２】はＬＤの端面発光と上面発光のマルチストライプである。
【図２３】はスポットの形状のサイドロープのマルチストライプ補正である。
【図２４】は２次元的ストライプによるサイドロープの減殺である。
【図２５】はダークライン回避のための使い切りＬＤ／ＰＤ列である。
【図２６】は赤色ＬＤポインターの仕組みである。
【図２７】はチップサイズＯＰの構造である。
【図２８】はＣＳＯＰのＬＤスポットサイズである。
【図２９】はアルミピット層の行路差反射を示す。
【図３０】は読み出し専用ピットと書き込み可能層を示す。
【図３１】は対物レンズの前のＹ軸方向の反射光分布を示す。
【図３２】はＬＤの対物レンズへのコサイン分布照射とスポット形状を示す。
【図３３】はビームスポットとＮＡを示す。
【図３４】はｂの長さとスポット形状の関係を示す。
【図３５】はＮＡとスポット径である。
【図３６】は中央部１／４径を照射しない中抜き照射のスポット形状である。
【図３７】はレンズを通さない反射光の２分割ＰＤによる検出である。
【図３８】はＰｕｓｈ−Ｐｕｌｌ法によるトラッキングＳｅｒｖｏを示す。
【図３９】は近代形式のフォーカスエラーのゼロクロス性を示す。
【図４０】は現代形式の記録時動作である。
【図４１】は現代形式の再生時動作示す。
【図４２】はハーフミラーなしのレーザーカプラーを示す。
【図４３】は近代形式／地上解を示す。
【図４４】は近代形式／地上解のＰＤを示す。
【図４５】は近代形式１（凹面鏡）を示す。
【図４６】は近代形式２（平面レンズ）を示す。
【図４７】はＥｎｈａｎｃｅｄ−ＢＤを示す。
【図４８】は一様照射分布でのスポット平面形状を示す。
【図４９】はＥｎｈａｎｃｅｄ−ＢＤの記録・再生を示す。
【図５０】はＢＤ／ＥＢＤの一様照射分布でのスポット平面形状を示す。
【図５１】はデフォーカス時の領域照明の強度分布を示す。
【図５２】はＥＢＤのＰＤアレーとイコライザーを示す。
【図５３】は二子山による同時消去・記録を示す。
【図５４】は三つ峠による同時消去・記録・再生を示す。
【図５５】はＶｅｌｏｃｉｔｙ−Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎを示す。
【図５６】は３ＷａｙＯＰのピット高、ＬＤ光波長、保護層、ＮＡ照射を示す。
【図５７】はデフォーカスに対応した３Ｗａｙ記録・再生のＰＤアレーを示す。
【図５８】は中抜き反射鏡と中抜き平面レンズによる近代形式ＯＰを示す。
【図５９】は中抜き反射鏡によるビームスポットとＰＤ−Ａｒｒａｙを示す。
【図６０】は近代形式の３Ｗａｙ読み書きＯＰを示す。
【図６１】はコサイン分布照射の３ＷａｙＬＤのデフォーカスビームを示す。
【図６２】はトラッキングエラーと２分割ＰＤアレーを示す。
【図６３】は現代形式によるハーフミラーなしＥＢＤ用ＯＰの実際を示す。
【図６４】はＣＤ／ＤＶＤ／ＢＤ／ＥＢＤの３．５ＷａｙのＯＰ構成を示す。
【図６５】は光軸の周りのピント領域（フォーカルエリア）を示す。
【図６６】は波動でも粒子でもない光・電磁波の大原則を示す。
【図６７】は二重スリットによる干渉を示す。
【図６８】は壁新聞用の壁画像を示す。
【図６９】は個別立体音像を示す。
【図７０】は各形式ＯＰの光学部品構成を示す。
【図７１】は微小癌診断と癌細胞熱破壊施術の光ヘッドの構成図である。
【図７２】は本発明のＯＰ群を示したものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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