(57)【要約】  読取可能ディスクおよびそのための読取装置における要素は、ディスク上のトラックに対するπ／４を法とするディスク上のピット要素の方向における情報をエンコードし、それにより、記憶容量が増大する。記憶容量は、多くの更なる信号との多重化により更に増大することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
読み取りビームの偏光状態の変化を表わす第１の検出出力を生成するようになっている第１の検出器を備える、読取可能ディスク読取装置要素。
【請求項２】
第１の偏光状態を有する読み取りビームを生成するようになっている入射読み取りビーム源を更に備え、偏光状態の変化が、戻り読み取りビームの偏光の第１の状態に対する変化である、請求項１に記載の要素。
【請求項３】
前記第１の検出器は、偏光状態の変化を表わす強度信号を検出するようになっている、請求項１または２に記載の要素。
【請求項４】
前記第１の検出器が空間分布検出器を更に備えている、請求項３に記載の要素。
【請求項５】
前記第１の検出器が八分円検出器を備えている、請求項４に記載の要素。
【請求項６】
前記八分円検出器は、互いに対してπ／４だけ回転された２つの四分円検出器を備えている、請求項５に記載の要素。
【請求項７】
第２の空間分布検出器を更に含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の要素。
【請求項８】
読取可能ディスクを読み取る方法であって、第１の偏光状態を有する読み取りビームを生成し、読取可能ディスクから戻される読み取りビームの偏光状態の変化を検出する方法。
【請求項９】
ａ）第１の状態で偏光される入射読み取りビームを用いて、前記ディスク上の読み取り可能な要素を照射し、
ｂ）読み取り可能な要素から戻される読み取りビームの偏光状態の第１の状態に対する変化を検出し、
ｃ）前記変化によって表わされるビットシーケンスを決定する、
ことを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
ｄ）読み取り可能な要素の方向のセクタを検出し、
ｅ）前記セクタによって表わされるビットシーケンスを決定する、
ことを更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
読み取りビームの偏光状態の変化を第１の検出器が検出し、読み取り可能な要素から戻される読み取りビームの強度を第２の検出器が検出し、前記第２の検出器で強度を検出するステップと、その強度から前記第１の検出器のための同期信号を得るステップとを含む、請求項８から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
読取可能ディスクを読み取る方法であって、
ａ）ディスクの読み取り可能な要素から独立の情報を表わす信号を検出し、
ｂ）独立の成分を切り離し、
ｃ）切り離された成分によって表わされるビットシーケンスを決定する、
ことを含む方法。
【請求項１３】
第１の信号成分は、読み取り可能な要素から戻される戻り読み取りの偏光状態の、読み取り可能な要素に入射する入射読み取りからの変化を含み、第２の信号成分は、読み取り可能な要素の方向のセクタまたは読み取り可能な要素の共振波長を表わす信号を含んでいる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
切り離された第１の成分を、切り離された第２の成分のための同期信号として使用することを含む、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
複数の読み取り可能な要素を備える読取可能ディスクであって、前記読取可能な要素は、方向が規定されるように形成されるとともに、デジタルデータを表わすビットシーケンスをエンコードするようになっており、読み取り可能な要素のそれぞれが少なくとも３ビットをエンコードする読取可能ディスク。
【請求項１６】
読み取り可能な要素のそれぞれが少なくとも６ビットをエンコードする、請求項１５に記載の読取可能ディスク。
【請求項１７】
較正トラックまたはトラック区分を更に備えている、請求項１５または１６に記載のディスク。
【請求項１８】
前記較正トラックまたはトラック区分は、ディスク上に存在する読み取り可能な要素の各方向付けが前記較正トラックまたはトラック区分内で少なくとも１回生じるように読み取り可能な要素の組を備えている、請求項１７に記載のディスク。
【請求項１９】
それぞれの読み取り可能な要素が細長い形状部を備えている請求項１５から１８のいずれか一項に記載のディスク。
【請求項２０】
それぞれの読み取り可能な要素が細長いピットを備え、ピットは、協働してピットを画定する対向する略直線状の側壁と対向する湾曲端壁とを有し、ピットが好ましくはλ／４の深さを有している、請求項１５から１９のいずれか一項に記載のディスク。
【請求項２１】
読み取り可能な要素は、ディスクの表面から突出する第１および第２の突起を備えている請求項１５から１９のいずれか一項に記載のディスク。
【請求項２２】
前記各突起は、トラック上の２つの読み取り可能な要素間の距離間隔よりも実質的に短い距離だけ互いに離間する中心を規定している、請求項２１に記載のディスク。
【請求項２３】
前記各突起が半球を構成している、請求項２０または２２に記載のディスク。
【請求項２４】
読み取り可能な要素は、光ディスクの表面内に円筒形状部を備え、この形状部は、表面から第１の距離にある第１の部分と、段差を形成するように第２の距離で第１の部分に隣接する第２の基底部分とを有している請求項１５から１８のいずれか一項に記載のディスク。
【請求項２５】
前記第１の部分および第２の部分はそれぞれ、前記要素の投影された断面積が円形ディスクを構成するように半円状の表面を備えている、請求項２４に記載のディスク。
【請求項２６】
読取可能ディスクを読み取る方法であって、複数の周波数成分を有する読み取りビームを生成し、読取可能ディスクから戻される読み取りビームの優位周波数を検出することを含む方法。
【請求項２７】
前記優位周波数は、ディスク上の読み取り可能な要素の共振周波数である、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記共振周波数は、読み取り可能な要素との表面プラズモン（ｐｌａｓｍｏｎ）カップリングによって生じる、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
複数の読み取り可能な要素を備える読取可能ディスクであって、読み取り可能な要素のそれぞれは、ディスクの表面から突出し且つ表面プラズモンカップリングにより共振周波数で信号を戻すようになっている第１および第２の突起を備えている、読取可能ディスク。
【請求項３０】
複数の周波数成分を有する読み取りビームを生成するようになっている入射読み取りビーム源を備える、読取可能ディスク読取装置要素。
【請求項３１】
前記読み取りビーム源がレーザまたはＬＥＤのうちの１つを備えている、請求項３０に記載の要素。
【請求項３２】
読み取り可能な要素の空間的特性に対応する、読み取り可能な要素から戻される読み取りビームの空間的特性を検出するようになっている検出器を備える、読取可能ディスク読取装置要素。
【請求項３３】
前記空間的特性が角度方向である、請求項３２に記載の読取可能ディスク読取装置。
【請求項３４】
読み取りビーム源と、読み取りビームの円偏光を与えるための光学素子とを備える、請求項３２または３３に記載の読取装置要素を含む、読取可能ディスク読取装置。
【請求項３５】
読取可能ディスクを読み取る方法であって、読み取りビームを生成するとともに、読取可能ディスクから戻される読み取りビームの空間的特性を検出して、読取可能ディスク上の読み取り可能な要素の対応する空間的特性を決定することを含む、方法。
【請求項３６】
前記空間的特性が角度方向である、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
請求項１から７のいずれか一項に記載の読取装置要素を含みおよび／または請求項８から１４または請求項２５から２７または請求項３４または３５のいずれか一項に記載の方法を実施する、読取可能ディスク読取装置。
【請求項３８】
添付図面を参照して本明細書中で実質的に説明したディスク読取要素、ディスク読取装置、光ディスクを読み取る方法または光ディスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスクおよび光ディスク読取装置に関し、特に、高い記憶容量を有する光ディスクおよびそのための読取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンパクトディスクなどの既知の光ディスクにおいて、情報は、光ディスクの表面に刻まれたピット内に記憶され、その場合、異なるピット長が異なるビットシーケンスをエンコードする。情報がピットの長さでエンコードされるため、分解できる最も小さいピット要素内には１ビットだけが記憶される。ピットは、ディスクに中心付けられた円形トラック上に配置されており、所定のピッチで離間されるとともに、レーザビームによって読み取られる。したがって、そのような光ディスクに記憶できる情報量は、分解できる最も小さいピット要素のサイズおよび最小ピッチによって制限され、それにより、レーザビームが所定のトラックを走査する際には、感知できるクロストークが隣接するトラックから全く拾い上げられない。
【０００３】
今までのところ、光ディスクの記憶容量を増大させる動きは、ピックアップシステムの分解能を高めることに焦点が合わされてきており、したがって、分解できる最小のピット要素のサイズを減らすことにより高い情報密度が可能になっている。しかしながら、この手法は、光学系の波長を減少させて分解能を高めるために益々高い開口数の光学素子を使用する必要性によって制限される。また、更に小さいピットサイズによって得られる更に高い記録密度は、更に高いデータ転送速度および新規なマスタリング技術を必要とする。
【０００４】
記憶容量を増大するために提案されてきた他の手法は、１つのピット要素内に記憶できるビット数を増やすことである。この対処法は、トラックに対するピット要素の方向でビットシーケンスをエンコードすることである。
【０００５】
欧州特許第０３７６６７３Ａ号は、トラックに対する細長いピットの４つの方向を分解するようになっているシステムを開示している。これにより、２ビットのシーケンスを各要素においてエンコードすることができる。欧州特許第０５５３５４８Ａ号は、ピット要素と、八分円検出器を使用してピット要素から反射される光の方向の変化を検出することにより異方形状ピット要素の８個の方向を分解できる対応する読取装置とを開示している。８個の分解可能な方向を用いると、３ビットのシーケンスをエンコードできる。しかしながら、この手法は、ピット寸法を増大させる必要があり、また、分解能を制限する。
【０００６】
欧州特許第０５５３５４８号は、ピット要素がπ／４の倍数で異なる方向で傾斜され或いはそれらの方向で段差要素を有する光ディスク再生装置を開示している。読み取りビームスポットは複数の読み取り可能な要素に重なり、また、読み取り可能な要素から反射されて回折されるビームは、複雑なアルゴリズムによって個々の読み取り可能な要素を分解できる空間位置検出器で受けられる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は独立請求項に明記されており、また、更なるオプションの特徴が従属請求項に規定されている。
【０００８】
ピット要素の方向は、例えばピット要素から反射される電磁放射線（例えばレーザビーム）の読み取りビームにおける偏光変換の大きさを検出することにより決定されるため、異方形状のピット要素の方向を細かいスケールで得ることができる。また、少なくともアナログ方向信号に関しては非常に大きなデータ転送が不要であり、この手法では、かなり小さいピット要素を有するディスクの大量製造の困難性が回避される。また、情報はピット長でエンコードされないため、全てのピット要素を同じサイズで形成して均等に離間させることができ、それにより、正確なマスターの製造が容易になる。また、これにより、ジッターが大幅に減少し、そのため、更に良好な信号が得られる。
【０００９】
偏光変換は、「形状複屈折」を有する対象物による散乱の結果であっても良く、それにより、電磁放射線が異方形状に入射するときに電磁放射線の偏光が回転される。その回転角度は、異方形状の軸と入射放射線の偏光面との相対的な方向によって決まる。読み取りビームは、任意の偏光可能な読み取りビームであっても良い。
【００１０】
この説明の残りの部分において、電磁放射線および光という用語は同義的に使用される。通例、光ディスク読取層装置は、レーザによって生成される可視スペクトルの光を使用するが、光および電磁放射線という用語が電磁放射線のスペクトル全体を包含することは言うまでもない。読み取り可能な要素から反射された光を引き合いに出すが、この用語が、入射光が要素から戻され或いは散乱される更に複雑な光学的現象を包含することは言うまでもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
ここで、一例として添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
図１を参照すると、本発明の一実施形態に係る光ディスク１００は、センター穴１２０を中心とする複数のトラック１１０を備えている。トラック１１０の拡大部１３０は、トラック１１０がそれに沿って並べられた複数のピット要素（すなわち、読み取り可能な要素）を備え、これらのピット要素が矢印で示される方向または軸を規定する異方形状を有していることを示している。以下で更に詳しく述べるように、ピット要素の方向は、細かいスケールで変えることができるとともに、ピットによる形状複屈折誘発偏光変換を検出することにより更に分解できる。各ピット要素の方向のアナログ値をデジタル化することにより、各ピット要素の方向を表わす一連のビットを得ることができる。例えば、以下で説明する実施形態では、角度を１．２％または０．０１ラジアンの分解能で０〜π／４の範囲にわたって分解することができる。したがって、０〜π／４の間隔にわたって８３個程度の信号レベルに分解することができ、これは、ピット要素１つ当たり７ビット以上に対応する。ここで、偏光変換を使用してこの程度の分解能すなわち情報密度を与えように構成された光ディスク読取装置について説明する。
【００１３】
本発明の一実施形態に係る光ディスク読取装置は、図２に概略的に示されており、ドライブ２２０に装着された図１に示されるタイプの光ディスクを照射する読み取りビームを経路２３０に沿って供給する平面偏光電磁放射線源２１０、例えばレーザからの平面偏光を与える光源を備えている。光源２１０とドライブ２２０との間を光ディスク読取要素３００が横切っている。複数の論理回路を備える中央プロセッサ２４０がドライブ２２０および光源２１０を制御する。また、中央プロセッサ２４０は、光ディスク読取要素３００も制御するとともに、当該読取要素から信号を受ける。
【００１４】
図３も参照すると、平面偏光源２１０は、ドライブ２２０上に置かれた光ディスクの表面２２２を照射するために読み取りビームを発生するようになっているレーザ２１２を備えている。特定の実施形態では、波長が４０５ナノメートルのレーザ読み取りビームが使用され、これはＢｌｕＲａｙ（登録商標）システムにおける場合と同じである。光源２１０は、ビーム成形器２１６と、第１の偏光器２１４、例えばレーザ２１２と表面２２２との間の光路２３０を横切る１０５の消光比（減衰率）を有するグラン・トムソン偏光器とを更に備えている。
【００１５】
セットアップは、読み取りビームの光路２３０に沿って延びるｚ方向と、ｚ方向に対して垂直で且つ光源２１０からの光の偏光面によって規定されるｘ方向（図の紙面の面内に位置する）と、ｘ方向およびｚ方向に対して垂直であり、したがって光源の偏光面に対して垂直なｙ方向とを有する座標系を規定する。光源２１０からの偏光はｘ偏光と称され、また、光源２１０の偏光面に対して垂直な面内で偏光される（すなわち、ｙ平面内で偏光される）偏光はｙ偏光と称される。
【００１６】
光ディスクは、そのトラックが光路２３０の焦点２２４でｘ方向と平行な接線を有するように、ドライブ２２０内に配置される。
【００１７】
光ディスク読取要素３００は、読み取りビームの方向で、第１および第２の非偏光ビームスプリッタ３１０，３２０と、例えば１の所定の倍率を有し且つ２つのレンズ３３２とこれらの２つのレンズの中間の面内にあるピンホール絞り３３４とを備えるビーム拡大器３３０と、照明光を表面２２２上に合焦させる対物レンズ３４０とを備えている。
【００１８】
ピンホール直径は、実際には、できる限り小さく選択され、例えば７５μｍである。ピンホールは、空間フィルタとしての機能を果たし、高い回折次数の戻り光を遮り、したがって、分解能を高める。小さいピンホールは、ピンホール３３４とディスク表面２２２との間にある光学部品の最も固有の偏光解消を効果的にフィルタリングし、非常に有益である。要素の方向は、反射光における偏光の変化を使用して測定されるため、フィルタリングしなければ、そのような任意の固有の偏光解消が測定信号を歪めてしまう。
【００１９】
光源２１０から発せられた光は、第１および第２のビームスプリッタ３１０，３２０とテレスコピックシステム３３０と対物レンズ３４０とを通過した後、表面２２２によって反射される。第２のビームスプリッタ３２０では、光の一部が調整フォトダイオード２５０へとそらされ、そのため、光源２１０から発せられる光の強度に比例する量が検出される。この測定値は、光源２１０の強度を一定のレベルに調整するために使用される。
【００２０】
反射光は、逆行してシステムを通過し、第２のビームスプリッタ３２０で分割されるとともに、第２のグラン・トムソン偏光器３５０を通過し、集束レンズ３５６を介して第１のセンサ３５２へと向かう。光路２３０に沿う残りの反射光は、第１のビームスプリッタ３１０により分割され、ビームがディスク上で合焦する状態を保つように対物レンズを制御するためのオートフォーカスユニット２４０に到達する。また、従来の光ディスクドライバおよび光データ記憶システムの場合と同様に、オートフォーカスユニットは、径方向トラッキングのための制御信号を供給する。
【００２１】
前述した座標系において、第１の偏光器２１４の軸は、それがｙ偏光を遮り且つｘ偏光を透過するように方向付けられている。第２の偏光器３５０は、（光路２３０の基準のフレーム内で）π／２だけ回転されており、そのため、ｙ偏光を透過して、ｘ偏光を遮る。第１および第２の偏光器は互いに交差しているため、光源２１０からの光が平面の表面から反射されると、第１のセンサ３５２によって検出される強度が実際にはゼロになってしまい、偏光器の限られた消光比および光学部品に起因する固有の偏光解消をもたらさない。しかしながら、入射光が表面２２２上の異方性ピット要素から反射される場合には、これにより、入射光に対する反射光の偏光方向が変化してしまう（偏光変換）。この変化はピット要素の方向に依存するものであり、これについては以下で更に詳しく説明する。回転された偏光面に伴う光は、偏光のｙ成分を有し、したがって第２の偏光器３５０によって部分的に透過されるため、反射光の偏光面内での任意の変化は、センサ３５２での非ゼロ強度読み取りによって検出される。したがって、検出器３５２の信号３５４は、反射光の偏光のｙ成分の指標、したがって偏光変換の大きさの指標を与える。平面偏光された光について論じているが、実際には、光は、システム中の光学素子によってもたらされる平面偏光されていない成分を含んでいることは言うまでもない。
【００２２】
信号３５４は、反射光の偏光状態だけでなく、光源２１０からの入射光の強度にも依存している。偏光面の信頼できる測定値を得るため、信号３５４を、グラン・トムソン偏光器３５０により反射される光、すなわち基本的にはＸ偏光の強度に比例する強度を表わす第２のセンサ３６２での信号３６４に対して正規化することができる。
【００２３】
ここで、前述した光ディスク読取要素の機能を、図４および図５を参照して説明するピット要素の特定の実施形態に関して詳しく説明する。この実施形態において、ピット要素は、円筒状の凹部またはキャビティ４００によって画定されるカットシリンダを備えるとともに、キャビティ４００は、表面から第１の深さにある第１の基底部４１０と、この第１の基底部に隣接し且つ表面に対して第２の深さにある第２の基底部４２０とによって二分されており、これにより、キャビティ内に段差が形成されている。したがって、第１および第２の基底部はそれぞれ、それらの直線状端部４１２，４２２が立ち上がり部４３０によって接合される半円状の表面を備えている。キャビティは、表面２２２に対して垂直に延びる内側円筒壁４４０を形成している。第１の基底部の深さおよび第２の基底部の深さは、第１の基底部が表面２２２から距離ａだけ離間し且つ第２の基底部が表面２２２から距離２ａだけ離間するように設定されている。無論、段差の高さはピット深さの半分に限定されず、他の深さの基底部も考えられる。異方形状の円筒状段差ピット要素にすると、それにより、例えば立ち上がり部４３０によって規定される段差方向に対して垂直な軸４５０を規定することができる。そのような構造は、前述したような「形状複屈折」の形態を示す。特に、当該構造から反射された光の偏光面は、入射光の偏光面が形状の軸と平行に合わせられないとき或いは垂直に合わせられないときに、入射光の偏光面に対して回転される。回転量は相対的な角度によって決まる。この実施形態では、入射光の偏光面は、光ディスク上のトラックの接線方向に沿ってｘ方向に合わせられ（アライメントされ）、したがって、軸４５０がトラックの方向に対して平行または垂直である場合には、入射光および戻り光の両方がｘ方向で偏光され、センサ３５２で検出される信号が理想的にゼロになる。しかしながら、軸４５０がトラックとのアライメントから外れている場合には、ピット要素と入射光との間の相互作用により、反射光の偏光面が回転する。この効果は、軸４５０とトラックとの間の角度が増大されるにつれて高まり、それにより、第１のセンサ３５２で検出される光の強度が大きくなる。上記効果は、軸４５０とトラックとの間の角度がπ／４になるときにその最大に達し、軸４５０がトラックとの垂直アライメントに達すると対称的に低下する。
【００２４】
ここで、図６を参照しながら、ピット要素方向に応じた第１のセンサ３５２の出力３５４のシミュレーション結果について説明する。シミュレーションでは、光源の波長をλ＝４０５ナノメートル、ピット深さ２ａ＝λ／２、ピット直径を２．２μｍとしている。
【００２５】
前述したように、図６に示されるシミュレーションは、第１のセンサ３５２によって測定されるｙ偏光の強度が、要素がｘ方向またはトラック方向との平行なアライメントから離れるように回転するにつれて大きくなり、π／４でピークに達し、ピット要素がπ／２の垂直アライメントへと向かうように回転するにつれて減少することを裏付けている。π／２からπへと回転し続ける場合には、同じパターンが繰り返される。図６から明らかなように、ピット要素の軸４５０とｘ方向またはトラック方向との間の角度は、任意の幅間隔π／４で検出された強度から一意的に測定することができる。しかしながら、０からπの間隔にわたって、各測定強度に対応する４つの角度値が存在し、したがって、π／４を法として角度を決定できる。また、測定は、π／４を越える測定可能な角度の範囲を広げるように行なわれなければならず、以下、これについて説明する。
【００２６】
第１のセンサ３５２の構造は、第２の偏光器により伝えられる光の強度（偏光変換の指標、したがってπ／４を法とするピット要素の角度）を検出するようになっているだけでなく、０〜πの範囲のうちのどのπ／４セクタが測定可能な角度の範囲の許容できる広がりを占めるのかも検出するようになっている。他の考えにおいて、この更なる角度情報は、情報理論の意味で偏光変換信号に対して独立または直交する更なる信号と見なすことができる。図７を参照すると、第１のセンサ３５２は、中心７１５の周りに配置された８個の等角セクタ（扇形部分）７１０を備える八分円検出器７００である。実際には、検出器は、互いに対して４５°（π／４）だけ回転される２つの四分円検出器であって、読み取りビームの一部を各検出器へと方向付けるビームスプリッタに連結された２つの四分円検出器の複合体であっても良い。
【００２７】
八分円検出器３５２は、光路２３０の焦点における光ディスクのトラックの接線が２つのセクタ間を通るラインと一直線に合わせられ或いは当該ライン上に投影されるように配置される。図７において、セクタには反時計回りにＩからＶＩＩＩまで標示が付されており、また、トラック接線は、八分円ＩＩと八分円ＩＩＩとの間および八分円ＶＩと八分円ＶＩＩとの間を通るライン上に投影される。
【００２８】
測定可能な角度の範囲を広げるため、検出中に２つの信号Ｉ１＝ＩＩ＋ＩＩＩ＋ＩＶ＋ＩＶＩ−（ＩＩＩＩ＋ＩＩＶ＋ＩＶＩＩ＋ＩＶＩＩＩ），Ｉ２＝ＩＩＩ＋ＩＩＩＩ＋ＩＶＩ＋ＩＶＩＩ−（ＩＩ＋ＩＩＶ＋ＩＶ＋ＩＶＩＩＩ）が構成される。ここで、ローマ数字の下付き文字は、検出器の各八分円における測定強度を示している。そのため、以下の表にしたがって、ピット方向が０からπへと減少するπ／４セクタを一意的に決定することができる。
【表１】
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【００２９】
第１の四分円検出器が出力Ｉａ１，Ｉａ２，Ｉａ３，Ｉａ４を有し且つ第２の四分円検出器が出力Ｉｂ１，Ｉｂ２，Ｉｂ３，Ｉｂ４を有することを前提とする２つの四分円検出器の場合には、四分円検出器の出力と図７に関して説明した八分円検出器の出力の組み合わせとの間で同値を形成することができる。例えば、信号Ｉ１およびＩ２を、２つの八分円検出器の出力に関して、Ｉ１＝Ｉａ４＋Ｉａ２−（Ｉａ１＋Ｉａ３）およびＩ２＝Ｉｂ１＋Ｉｂ３−（Ｉｂ２＋Ｉｂ４）と書き換えることができる。したがって、実際には、八分円検出器は、互いに対してπ／４だけ回転される２つの四分円検出器の出力を求積法で組み合わせることにより実施される。
【００３０】
八分円検出器によって、検出強度の空間的区別を使用して、ピット要素からの電磁放射線戻りの領域の像をセンサ３５２の表面上に形成するレンズ３５６により方向のセクタを決定することができる。図４および図５を参照して前述したピット要素において、この像は、ピット要素の軸４５０上に合わせられる２つの異なる強度領域を備えている。７２０におけるこの強度分布が図７に概略的に示されている。この図では、読み取りビームがピット要素上に中心付けられているものとしている。したがって、この像は、（強度像のπ回転対称に起因して）πを法とするピット要素の方向に関する情報を含んでおり、したがって、ピット要素の方向を０からπの間で決定するために使用できる。前述した八分円検出器の空間分解能は、方向の正確な角度を決定できるほど十分に高くはないが、先の表に係る符号信号およびＩ１，Ｉ２を解析することにより方向のセクタを決定できる程度に十分高い。その結果、第２の偏光器により伝えられる光の強度を測定する信号３５４から、方向の正確な角度が得られ、したがって、８つの強度ＩＩ〜ＩＶＩＩＩを合計することにより、偏光変換の大きさが形成される。無論、強度および角度分解信号を別個の検出器により測定することができる。
【００３１】
センサ３５２および正規化センサ３６２からの信号は、処理ユニット２４０内の電子回路により処理される。π／４を法としてピット要素の方向を表す偏光変換信号（信号３６９により正規化された信号３５４）は、任意の便利なアルゴリズム、例えばレベル検出を使用してデジタル化される。信号対雑音比における経験的結果に基づき、少なくとも８３個のレベルを識別することができ、したがって、これらのデジタルバージョンが少なくとも６ビット長のビットシーケンスを与えることができるが、読取要素を最適化して更に高い分解能すなわち更に高いレベルを得ることにより、例えば高精度の光学装置および高い開口数と小さな偏光収差とを組み合わせる改良された対物レンズを使用することにより、更に長いシーケンス長も可能である。無論、６ビットよりも少ないシーケンスも同様に考えられる。八分円検出器により、角度を０からπまで決定することができ、したがって、利用可能なレベルの数が３３２まで増大する。このように、偏光解消変換信号および八分円検出器により決定される方向のセクタに関する信号の両方を使用すると、偏光変換だけよりも４倍大きい記憶容量を得ることができ、これは、各ピット要素毎に更に２ビットをピットシーケンス内に記憶できることに対応している。
【００３２】
当業者であれば分かるように、「形状複屈折」による偏光変換、すなわち、入射光の偏光面または偏光状態に対する異方特徴の方向の結果としての反射光の偏光面の変化の効果の使用、または、他の形態の偏光変化または回転の効果の使用は、前述した特定の形状に限定されない。例えば明確に規定されたエッジを有し或いは軸を規定する任意の形状も「形状複屈折」を生じさせ得る。そのような他の形状のピット要素の例が図８および図９に示されている。また、ある場合には、等方形状が、戻り光の偏光状態の変化を引き起こす可能性があり、そのため、ここで説明したように、等方形状を検出することができる。
【００３３】
図８Ａに示されるピット要素は細長い長方形の溝を備えており、「形状複屈折」効果が配向エッジの存在に依存している。図８Ｂには、丸みを帯びた端部８０４を有する長方形ピット８０２を伴うデータセル８００の特定の例が概略的に示されている。データセルは、全体の寸法が３４０ｎｍ×２５０ｍｎであり、隣り合うピット間に９０ｎｍの隙間を有している結果、ピット長が２５０ｎｍとなっている。データセルは、２つの真っ直ぐな対向する側壁と２つの湾曲した対向する端壁とを有して長方形ピットを形成するピット要素を備えている。ピットの深さはλ／４であることが好ましい（λはカバー層における波長である）。
【００３４】
図９に示されるピット要素は、例えば図４または図８の要素におけるようなエッジを備えておらず、光ディスクの表面からの２つの半球突起により、各突起の中心をそれぞれ通る１つの軸を規定している。半球突起のサイズに加えて、このピット要素は、半球突起の２つのそれぞれの中心間の軸に沿う距離によっても規定される。半球突起の寸法および距離間隔の選択においては特定の大きさの設計自由度が存在するが、「形状複屈折」に関して、半球のサイズおよび半球の距離間隔は、光ディスク読取要素３００の分解能よりも小さくなければならない。
【００３５】
図９のピット要素は、表面プラズモンカップリングの共鳴現象を利用することにより更なる情報をエンコードできる更なる可能性を与える。図９のピット要素形状の場合、２つの半球突起の中心間の所定距離により、表面プラズモンカップリングに起因して、対応する波長の光の強い戻り信号が得られる。「共振波長」と隣り合う波長との間の戻り強度の差は、半球間距離が異なるピット要素同士の間の区別を行なうことができるかなりの大きさかもしれない。例えば、既存のＢｌｕＲａｙ光ディスク読取装置は、３つの異なるレーザを異なる周波数で既に供給している。したがって、３つの異なるレーザは、半球間の距離が異なる３つの異なるタイプのピット要素を区別するために使用することができる。無論、３つよりも多い或いは３つよりも少ない異なるレーザを伴うシステムも考えられる。あるいは、更に幅広いスペクトルを供給するＬＥＤ（発光ダイオード）も使用できる。異なる波長のどのレーザにより所定のピット素子で表面プラズモン共鳴が得られるのかを検出することにより、１つのピット要素で更なる情報が受けられても良く、それにより、更なる直交情報が与えられても良い。この概念の適用が、ピット要素の方向を検出するシステムとの併用の範囲を超え、更なる大きさの情報エンコーディングを光ディスクに対して与えるのに一般に役立ち得ることは言うまでもない。
【００３６】
前述したピット要素の実施形態が、数ビットの情報を１つのピット要素に多重化することにより高容量光ディスク記憶に対する新規な解決策となる場合であっても、当業者に良く知られた既存のＢｌｕＲａｙディスク製造技術を使用することにより、対応する光ディスクを容易に製造することができる。図４，５および図８の実施形態を構成するディスクのためのマスターは、任意の適当なタイプの相転移マスタリングを使用して製造できる。図９の実施形態を構成する光ディスクは、遠ＵＶマスタリング（Ｓａｍｓｕｎｇ（登録商標））によって製造することができる。
【００３７】
本発明の実施形態に係る光ディスクの全体構造は、ＢｌｕＲａｙディスクに類似しており、したがって、引っかき抵抗性および指紋保護を確保するために保護最上層を備えている。ＢｌｕＲａｙディスクの場合と同様に、ハードコーティングの後に、データピットを備えるデータ層を覆うカバー層が施され、データ層は基板上に支持される。最上層およびカバー層は極端に低い複屈折（λ＝４０５ナノメートルで＜１ナノメートル）を有しているため、望ましくない偏光解消効果を概ね回避することができる。ディスクには１つ以上のデータ層が設けられていても良く、このデータ層は、個別に形成することができ、また、低複屈折ＵＶ硬化可能な樹脂によって結合することができる。
【００３８】
デジタル情報をエンコードする光ディスク上におけるピット要素の分布に加え、較正トラックまたはトラックの区分がディスク上に設けられても良い。このトラックは、光ディスク上で使用されるピット要素のうちの１つのピット要素を各方向に含んでいる。例えば、ピット要素の３００個の異なる方向によって情報がエンコードされた場合、較正トラックは、各方向毎に１つずつ、３００個の要素を備える。ディスクの全記憶容量と比べて、較正トラックを設けることによる全記憶容量への影響はごく僅かであり、方向検出の精度を高める点から見て非常に有益であるのが容易に分かる。
【００３９】
前述した較正トラックを備える光ディスクが適切に構成された光ディスク内に挿入されると、読取装置は、較正トラック上のピット要素を読み取り、したがって、新たなディスクが挿入される度に、測定信号から、ディスク上に存在する要素の方向の最新の較正を確立する。この較正データは、その後、測定信号を方向値および／または対応するデジタル化レベルへ変換するために再生中に使用される。この簡単な較正手続きは、経時的な変化およびシステム部品および／または異なるピット方向がエンコードされたディスクの使用に対してシステムを頑強にする。また、プロセッサ２４０が測定信号の解釈の誤りを検出する場合には、更新された較正を得るために、較正トラックが再び読み取られても良い。
【００４０】
高レベルの分解能を同様に達成する本発明の他の実施形態が考えられることは言うまでもない。
【００４１】
図１０に概略的に示される第１の更なる実施形態において、光源１０１０は、読み取りビームをリニア偏光器１０２０を介して読み取り可能なディスク１０３０へと供給する。なお、図１０にはシステムの基本的な構成要素のみが表わされているが、例えば図３に示される更なる構成要素を必要に応じて組み入れることができることは言うまでもない。ディスク１０３０上の読み取り可能な要素によって戻される光は、例えば半透鏡ビームスプリッタまたは回折要素またはホログラムであっても良いビーム分割要素１０４０を通り過ぎる。ビームの第１の部分は、第１の偏光器１０２０と交差される第２の偏光器１０５０を通過して、強度検出器１０６０に入射する。測定された強度は、偏光の変化を表わしており、したがって、先に詳しく説明したように、読み取られる個々のピット要素のそれぞれの方向を表わしている。ビームの残りの部分は、先に詳しく説明したように読み取り可能な要素の方向に関する更なる情報を与えるために、図７を参照して前述したタイプの八分円検出器１０７０に入射する。その結果、八分円検出器での信号が第２の偏光器１０５０により消し去られる可能性が除去され、それにより、改善された信号対雑音比が得られる。また、読取要素を通り過ぎる読み取りビームにより効果的に変調される八分円検出器１０７０上の信号は、強度検出器上の強度信号のどの部分が読取要素との読み取りビームのアライメントに対応しているのかを識別するための同期信号またはゲート信号として使用することができ、それにより、読み取り可能な要素の角度方向のデコーディングにおいて更なる精度が得られる。強度検出器および八分円検出器は、偏光器が適切に位置決めされているビーム経路のいずれか一方の部分中にあっても良いことは言うまでもなく、また、ビーム分割要素１０４０は、必要に応じて上記部分のうちの一方における偏光器、例えばその偏光軸に沿って偏光されない光を退けるグラン・トムソン偏光器であっても良いことは言うまでもない。
【００４２】
ここで、図１１を参照すると、ディスクから戻される読み取りの角度方向から直接に読取装置要素の方向が検出される第２の更なる実施形態が示されている。戻された信号の一般的な形態は、図７において参照符号７２０で見ることができ、２つの対称に分布された強度領域を対称軸の両側に備えている。この形態の信号は、強度領域を分割する対称軸すなわち検出器で検出される強度領域の角度方向がピット要素の２つの領域を分割する段差の角度方向に対応するように読み取り可能な要素で生じる干渉効果および偏光によって引き起こされると考えられる。その結果、図７を参照して説明した強度測定手法を実施することにより、強度領域の正確な角度位置、したがって、ピット要素の方向および対称軸の位置を、高レベルの分解能をもって得ることができる。特に、強度領域は一般に検出器の隣接する八分円に重なるため、各八分円で検出される強度から、強度領域の特定の空間位置を識別できる。これが両方の強度領域に関して行なわれると、それらのそれぞれの中心を識別することができるとともに、その垂直二等分線を、任意の適当な数学または計算技術を使用して、例えば前述したＩ１，Ｉ２の全体の値（符号のみが反対）を使用して得ることができる。垂直二等分線の方向は、読み取り可能な要素の段差の方向に対応しており、したがって、エンコーディング情報全体を与える。
【００４３】
図１１には特定の好ましい実施形態が示されており、この実施形態において、光源１１１０は、読み取りビームを、１／４波長板１１２０などの円形偏光器を介して読み取り可能なディスク１１３０へ発する。読み取り可能なディスク１１３０から戻されるビームは、前述したタイプの八分円検出器１１４０によって受けられ、また、読み取り可能な要素の段差のそれぞれの方向が前述したようにして得られる。読み取りビームを読み取り可能なディスク１１３０への入射前に円偏光すると、特に質が良好な変調／戻り読み取りビームが検出器１１４０へ与えられ、それにより、検出された読み取りビームの空間位置を高精度に決定することができ、それに応じて、検出された読み取りビームの角度方向、したがって、読み取り可能な要素の方向の高レベルな分解能が得られるのが分かる。
【００４４】
第２の更なる実施形態においては、読み取りビームに対して円偏光を加えることが好ましいが、線形な或いはその他の偏光された光または偏光されていない光を、検出器１１４０で受けた信号を処理するための更なる信号フィルタリング要素と併せて使用できることは言うまでもない。
【００４５】
当業者であれば分かるように、前述した読取装置要素は、光ディスクを装着して回転させ且つ読み取りビームをアライメントして合焦さっせるための既知の手段を有する読取装置と併せて使用することができる。そのような読取装置は従来の読み取り技術を使用しても良い。明細書本文中の読み取り可能な要素はピットと称されていたが、隆起物も同様に考えられる。したがって、前述した光ディスクおよび光学読取装置要素は、当業者に知られた従来の技術を使用して製造されても良い。任意の適当な材料の光学素子およびＣＣＤ検出器などの検出器が使用されても良く、また、任意の適当なエンコーディング方式またはピット形状を使用できることは言うまでもない。
【００４６】
また、言うまでも無く、ピット要素の他の空間的特性を使用して情報をエンコードする場合には、情報をデコードするために、戻される読み取りビームの対応する空間的特性が検出される。
【００４７】
また、入射光の任意の適当な偏光、例えば平面偏光された或いは回転偏光された光を使用することができ、また、それぞれの実施形態からの特徴を必要に応じて交換し或いは並べることができることも認識できる。
【００４８】
更に、当業者であれば前述したピット要素のパラメータおよび寸法を最適化する方法を知っていることは言うまでもない。例えば、偏光変換の信号の質と方向のセクタを表わす信号との間の良好なトレードオフは、カットシリンダピット要素におけるピット深さを１／２λにすることであるのがシミュレーションにより分かった。
【００４９】
本発明の特定の実施形態の詳細な説明を行なってきたが、当業者であれば分かるように、開示された装置および方法に関しては、本発明の範囲から逸脱しない多くの変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施形態に係る光ディスクの概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る光ディスク読取要素を備える光ディスク読取装置のブロック図である。
【図３】本発明に係る光ディスク読取要素の概略図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るピット要素の斜視図である。
【図５】図４のピット要素の概略側断面図である。
【図６】偏光変換の角度依存性を示す、強度とピット要素角度との関係のプロットである。
【図７】本発明の一実施形態に係る多重化方式にしたがって測定信号を検出する検出器の概略図を示している。
【図８Ａ】本発明の実施形態に係る他のピット要素を示している。
【図８Ｂ】本発明の実施形態に係る他のピット要素を示している。
【図９】本発明の実施形態に係る他のピット要素を示している。
【図１０】本発明の更なる実施形態を示すブロック図である。
【図１１】本発明の更なる実施形態を示すブロック図である。
【図１】
2008507806.tif 000004
【図２】
2008507806.tif 000005
【図３】
2008507806.tif 000006
【図４】
2008507806.tif 000007
【図５】
2008507806.tif 000008
【図６】
2008507806.tif 000009
【図７】
2008507806.tif 000010
【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
2008507806.tif 000012
【図９】
2008507806.tif 000013
【図１０】
2008507806.tif 000014
【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年3月29日(2007.3.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
読み取りビームの偏光状態の変化を表わす第１の検出出力を生成するようになっている第１の検出器を備える、読取可能ディスク読取装置要素。
【請求項２】
第１の偏光状態を有する読み取りビームを生成するようになっている入射読み取りビーム源を更に備え、偏光状態の変化が、戻り読み取りビームの偏光の第１の状態に対する変化である、請求項１に記載の要素。
【請求項３】
前記第１の検出器は、偏光状態の変化を表わす強度信号を検出するようになっている、請求項１または２に記載の要素。
【請求項４】
前記第１の検出器が空間分布検出器を更に備えている、請求項３に記載の要素。
【請求項５】
前記第１の検出器が八分円検出器を備えている、請求項４に記載の要素。
【請求項６】
前記八分円検出器は、互いに対してπ／４だけ回転された２つの四分円検出器を備えている、請求項５に記載の要素。
【請求項７】
第２の空間分布検出器を更に含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の要素。
【請求項８】
読取可能ディスクを読み取る方法であって、第１の偏光状態を有する読み取りビームを生成し、読取可能ディスクから戻される読み取りビームの偏光状態の変化を検出する方法。
【請求項９】
ａ）第１の状態で偏光される入射読み取りビームを用いて、前記ディスク上の読み取り可能な要素を照射し、
ｂ）読み取り可能な要素から戻される読み取りビームの偏光状態の第１の状態に対する変化を検出し、
ｃ）前記変化によって表わされるビットシーケンスを決定する、
ことを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
ｄ）読み取り可能な要素の方向のセクタを検出し、
ｅ）前記セクタによって表わされるビットシーケンスを決定する、
ことを更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
読み取りビームの偏光状態の変化を第１の検出器が検出し、読み取り可能な要素から戻される読み取りビームの強度を第２の検出器が検出し、前記第２の検出器で強度を検出するステップと、その強度から前記第１の検出器のための同期信号を得るステップとを含む、請求項８から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
読取可能ディスクを読み取る方法であって、
ａ）ディスクの読み取り可能な要素から独立の情報を表わす信号を検出し、
ｂ）独立の成分を切り離し、
ｃ）切り離された成分によって表わされるビットシーケンスを決定する、
ことを含む方法。
【請求項１３】
第１の信号成分は、読み取り可能な要素から戻される戻り読み取りの偏光状態の、読み取り可能な要素に入射する入射読み取りからの変化を含み、第２の信号成分は、読み取り可能な要素の方向のセクタまたは読み取り可能な要素の共振波長を表わす信号を含んでいる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
切り離された第１の成分を、切り離された第２の成分のための同期信号として使用することを含む、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
複数の読み取り可能な要素を備える読取可能ディスクであって、前記読取可能な要素は、方向が規定されるように形成されるとともに、デジタルデータを表わすビットシーケンスをエンコードするようになっており、読み取り可能な要素のそれぞれが少なくとも３ビットをエンコードする読取可能ディスク。
【請求項１６】
読み取り可能な要素のそれぞれが少なくとも６ビットをエンコードする、請求項１５に記載の読取可能ディスク。
【請求項１７】
較正トラックまたはトラック区分を更に備えている、請求項１５または１６に記載のディスク。
【請求項１８】
前記較正トラックまたはトラック区分は、ディスク上に存在する読み取り可能な要素の各方向付けが前記較正トラックまたはトラック区分内で少なくとも１回生じるように読み取り可能な要素の組を備えている、請求項１７に記載のディスク。
【請求項１９】
それぞれの読み取り可能な要素が細長い形状部を備えている請求項１５から１８のいずれか一項に記載のディスク。
【請求項２０】
それぞれの読み取り可能な要素が細長いピットを備え、ピットは、協働してピットを画定する対向する略直線状の側壁と対向する湾曲端壁とを有し、ピットが好ましくはλ／４の深さを有している、請求項１５から１９のいずれか一項に記載のディスク。
【請求項２１】
読み取り可能な要素は、ディスクの表面から突出する第１および第２の突起を備えている請求項１５から１９のいずれか一項に記載のディスク。
【請求項２２】
前記各突起は、トラック上の２つの読み取り可能な要素間の距離間隔よりも実質的に短い距離だけ互いに離間する中心を規定している、請求項２１に記載のディスク。
【請求項２３】
前記各突起が半球を構成している、請求項２０または２２に記載のディスク。
【請求項２４】
読み取り可能な要素は、光ディスクの表面内に円筒形状部を備え、この形状部は、表面から第１の距離にある第１の部分と、段差を形成するように第２の距離で第１の部分に隣接する第２の基底部分とを有している請求項１５から１８のいずれか一項に記載のディスク。
【請求項２５】
前記第１の部分および第２の部分はそれぞれ、前記要素の投影された断面積が円形ディスクを構成するように半円状の表面を備えている、請求項２４に記載のディスク。
【請求項２６】
読取可能ディスクを読み取る方法であって、複数の周波数成分を有する読み取りビームを生成し、読取可能ディスクから戻される読み取りビームの優位周波数を検出することを含む方法。
【請求項２７】
前記優位周波数は、ディスク上の読み取り可能な要素の共振周波数である、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記共振周波数は、読み取り可能な要素との表面プラズモン（ｐｌａｓｍｏｎ）カップリングによって生じる、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
複数の読み取り可能な要素を備える読取可能ディスクであって、読み取り可能な要素のそれぞれは、ディスクの表面から突出し且つ表面プラズモンカップリングにより共振周波数で信号を戻すようになっている第１および第２の突起を備えている、読取可能ディスク。
【請求項３０】
複数の周波数成分を有する読み取りビームを生成するようになっている入射読み取りビーム源を備える、読取可能ディスク読取装置要素。
【請求項３１】
前記読み取りビーム源がレーザまたはＬＥＤのうちの１つを備えている、請求項３０に記載の要素。
【請求項３２】
読み取り可能な要素の空間的特性に対応する、読み取り可能な要素から戻される読み取りビームの空間的特性を検出するようになっている検出器を備える、読取可能ディスク読取装置要素。
【請求項３３】
前記空間的特性が角度方向である、請求項３２に記載の読取可能ディスク読取装置。
【請求項３４】
読み取りビーム源と、読み取りビームの円偏光を与えるための光学素子とを備える、請求項３２または３３に記載の読取装置要素を含む、読取可能ディスク読取装置。
【請求項３５】
読取可能ディスクを読み取る方法であって、読み取りビームを生成するとともに、読取可能ディスクから戻される読み取りビームの空間的特性を検出して、読取可能ディスク上の読み取り可能な要素の対応する空間的特性を決定することを含む、方法。
【請求項３６】
前記空間的特性が角度方向である、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
請求項１から７のいずれか一項に記載の読取装置要素を含みおよび／または請求項８から１４または請求項２５から２７または請求項３４または３５のいずれか一項に記載の方法を実施する、読取可能ディスク読取装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【国際調査報告】
2008507806.tif 000016
2008507806.tif 000017
2008507806.tif 000018