Nog meer op een CD

Er komt een compact disc waar meer op kan. Het nieuwe glimmende schijfje zal in uiterlijk niets verschillen van de plaatjes voor de huidige CD-, CDi en CD-ROM spelers. Ook de jongste vorm is twaalf centimeter in doorsnede, heeft de bekende zeepbelkleuren op de spiegelzijde en een gat in het midden. De vraag is nog hoe op deze CD met grotere opslagcapaciteit de gegevens in het doorzichtige kunststof zullen worden gegoten en hoe deze informatie weer van het spiegelende aluminium zal moeten worden gelezen. Twee kampen roepen nu al een half jaar om het hardst dat ze de beste aanpak hebben.

Sony en Philips hebben hun technieken gezamenlijk vastgelegd in een standaard die ze Multimedia-CD (MCD) noemen. Op hun schijfje past 3,7 gigabyte (3,7 miljard bytes), genoeg voor 3,7 miljard letters en cijfers. Van Dales groot woordenboek past er in digitale vorm ruim honderd keer op. Terwijl een CDi of CD-ROM nu nog maximaal 75 minuten (MPEG-1) videobeelden kan bevatten, past er 135 minuten video met nog betere broadcast (MPEG-2) kwaliteit op een Multimedia-CD. Er is dan nog voldoende ruimte voor minstens twee geluidskanalen, zodat een speelfilm naar keuze in twee verschillende talen is te beluisteren. Sony en Philips kunnen de capaciteit naar wens verdubbelen tot 7,4 gigabyte door een procédé van 3M toe te passen met twee recordinglagen.

Om aan de hoge eisen van de filmindustrie tegemoet te komen presenteerden Toshiba en Matsushita een schijf met nog grotere capaciteit op één recordinglaag. Op hun Super Density (SD) videodisc past 5 gigabyte. Door deze grote opslagdichtheid viel SD in de smaak van filmproducent Time Warner. Het gekrakeel rondom de beide standaarden verplaatste zich de laatste maanden van Hollywood naar Silicon Valley. Daar dringen computerindustrie en softwareproducenten er bij beide groepen op aan om tot één standaard te komen.

'De kampen hebben hun standaarden geoptimaliseerd om hun positie te versterken. Maar ze zijn niet tot elkaar gekomen', zegt Jan Verhoeven, strategisch manager bij ODME, een fabrikant van produktieapparaten voor CD's uit Veldhoven. Er staat dan ook veel op het spel, zoals de inkomsten uit licenties van producenten van CD-ROM's en videodiscs. Verhoeven heeft zijn 'technische' mening, maar spreekt geen voorkeur uit voor SD of MCD, 'want wij liggen met alle twee in bed.'

Naast het politieke loopgravengevecht en het nodige gelobby troefden beide kampen elkaar af met nieuwe technieken en mogelijkheden. Hoe is de huidige stand van zaken en welke kaarten hebben Philips en Sony en de groep van Matsushita, Toshiba en Time Warner achter de hand?

De fysica achter de informatieopslag op compact disc-spelers is de laatste 20 jaar nauwelijks veranderd. De techniek is nog dezelfde als bij de Videodisc-speler die Philips in 1975 voor het eerst in New York demonstreerde en die later bekend werd als Laservision. Het enige verschil zit hem in de signaalverwerking. Bij Laservision werden de analoog opgepikte signalen analoog verwerkt en vervolgens naar een tv gestuurd. In een CD-speler worden de analoge signalen eerst omgezet in digitale informatie, daarna bewerkt en op het eind vertaald in geluid.

In beide spelers is dit analoge signaal een eenvoudig knipperlicht. Zoals morse-signalen alfabetische letters coderen zo vertaalt een CD-speler de in stukjes weerspiegelde laserstraal in bits. In feite zit hem de informatie in de lengte van de gereflecteerde pulsen én de lengte van de donkerpauzes. Beide coderen voor enkele bits. Het uitdovende effect is te danken aan het reliëf in de aluminiumspiegel. Dit is een reflecterend oppervlak met afwisselend effen stukken en sleufjes. Deze laatste zorgen ervoor dat het gereflecteerde laserlicht grotendeels dooft. Dat komt doordat deze greppeltjes net zo diep zijn als een kwart van de gebruikte lasergolflengte. Het gefocusseerde laserlicht valt half over de putten; de helft weerkaatst vanaf de spiegelende putbodem, de andere helft vanaf het spiegelende oppervlak. Beide delen doven elkaar bij terugkaatsing uit, omdat ze een weglengteverschil hebben van een halve golflengte.

De eerste beeldplaatspelers waren allemaal uitgerust met helium-neonlasers, gasbuizen zo groot als de koker van een huishoudrol. Maar aan het eind van de jaren zeventig kwamen er bedrijfszekere halfgeleider- of diodelasers ter beschikking. Het laserende gedeelte van deze lichtbron is niet groter dan een potloodpunt, waardoor spelers voor optische discs nog compacter en goedkoper zijn te produceren.

Bij de overstap naar CD's met nog hogere dichtheid zal men gebruik gaan maken van halfgeleiderlasers met kortere golflengtes. Het licht daarvan is tot een kleinere spot te focusseren, waardoor de putjes kleiner mogen worden en de opslagdichtheid omhoog kan. De huidige diodelaser geeft infrarood licht van 780 nanometer. Philips en Sony kiezen in MCD voor een rode halfgeleiderlaser van 635 nm. De spoorsteek gaat daarmee terug van 1,6 micron naar 0,84 micron. De technologie voor rode lasers bevindt zich nu op hetzelfde niveau als de infrarode laser 12 tot 13 jaar geleden. Volgens Sony zullen rode lasers deze zomer van vijf verschillende fabrikanten in grote hoeveelheden beschikbaar komen.

In tegenstelling tot MCD gebruikt Toshiba een rode laser van 654 nm. De golflengte is langer, maar toch bereiken ze een spoorsteek van 0,74 micron en dus een grotere opslagdichtheid.

Deze schijnbare tegenstrijdigheid ligt aan de optiek. Behalve de golflengte van de laser valt er namelijk ook met lenzen aan de grootte van de leesspot te sleutelen. Om de lichtbundel op het putjesspoor te focusseren kiezen Toshiba en Matsushita voor een lens met een hogere numerieke apertuur. De lichtconus is daarbij wat stomper, maar hij resulteert in een kleiner lichtvlekje. Dat gaat echter ten koste van de scherptediepte.

Minder scherptediepte betekent dat deze manier van uitlezen gevoeliger is voor afwijkingen die ontstaan in de lichtweg. Om de eigenschappen van laserlicht te behouden mogen er geen faseverschillen optreden op weg naar de spiegel. Het blijkt zeer moeilijk te zijn om met deze hoge numerieke apertuur een betrouwbaar uitleessysteem te maken voor de dikte van de huidige CD's (1,2 mm). Dit kan worden opgelost door een dun CD-plaatje te nemen. Dat heeft het team van Toshiba dan ook gedaan. Hun schijfdikte is 0,6 mm. Dat heeft het nadeel dat de optische pick-up door zogenaamde sferische aberratie een scherpe focus kan krijgen op 1,2 mm diepte. De huidige CD' s en CD-ROM's zijn dan niet te lezen.

Vooral de computerindustrie hamert erop dat de huidige CD-ROM's ook op de nieuwe spelers uit te lezen moeten zijn. Daarom beloofde partner Matsushita twee maanden geleden een oplossing. Een daarvan is spelers van een extra 'oude' optische kop voorzien. Een andere mogelijkheid is een holografisch raster plaatsen op de lens van de SD-speler. Daarmee wordt 40 procent van het laserlicht gefocusseerd op 1,2 millimeter diepte zodat ook oude CD-ROM's zijn te lezen (de focus mag bij oude plaatjes groter zijn). Het brandpunt van de rest van het licht valt op 0,6 mm diepte, zodat dezelfde kop twee soorten schijfjes kan lezen. 'Zo'n raster is nog niet in een produkt gedemonstreerd', zegt Verhoeven van ODME. Het systeem van Sony en Philips leest met dezelfde spot.

De eerste fabricagestap voor deze dunne schijfjes is hetzelfde als voor CD en MCD. Een spuitgietmachine injecteert vloeibaar polycarbonaat onder grote druk in een matrijs. Op de informatiedragende zijde spettert men aluminium. Daarna volgt een laklaag en label. Om de 0,6 mm dunne schijfjes voldoende stevigheid te geven moeten er twee op elkaar worden gelijmd. Als beide delen informatie dragen ontstaat er een dubbelzijdige CD met totaal 10 gigabyte. Maar, zo redeneren Philips en Sony, een tweezijdig bespeelbare CD moet je omdraaien, en dat is hetzelfde als een schijf verwisselen. Een label stempelen is ook niet mogelijk.

Het gevecht spitst zich toe op het lezen van één zijde. Ook de Toshiba-groep heeft intussen een systeem voorgesteld om de capaciteit op één kant te vergroten. Beide komen neer op het gebruik van meer informatielagen. Op het gespuitgiete plaatje brengt men eerst een gedeeltelijk doorlaatbare spiegel. Dat is de eerste informatielaag. Daarop komt een laagje doorzichtige UV-lak van ongeveer 40 micron waarop met een stempel een tweede hobbeltjesreliëf wordt aangebracht. Deze tweede dunne laag wordt weer afgedekt met een aluminiumspiegel.

Door de diepte van de laserfocus over 40 micron te laten verspringen zijn beide lagen te lezen. Bij MCD verdubbelt hiermee de opslagdichtheid tot 7,4 gigabyte. 'Het SD-meerlaagssysteem van Toshiba en Warner is te kritisch om 5 gigabyte op één laag te halen', zegt Verhoeven. 'Daarom gaan ze naar twee maal 4,5 Gbyte.'

Tot nu toe zijn Philips en Sony de enige die deze tweelaags-techniek in de praktijk demonstreerden. Als het aflezen van de ene laag eindigt, schakelt de pick-up over naar de tweede dieper liggende laag. Die sprong duurt 3 milliseconden, maar met behulp van geheugenchips is de overgang naadloos.

De consumenten zullen moeten uitmaken wat het beste systeem is, want geen van beide kampen lijkt van plan een strobreed toe te geven. Wat betreft fabricage-technologie hebben Philips en Sony een voordeel. Hun speler is eenvoudiger te maken. Ook de produktie van Multimedia-CD's met één recordinglaag zal makkelijker zijn, omdat daarvoor bestaande produktiesystemen voor CD's zijn te gebruiken.

Bij Philips hopen ze daarmee hun hoge dichtheid-CD sneller op de markt te kunnen brengen. Verhoeven: 'Ook vanwege de terugwaardse compatibiliteit zouden ze een snellere acceptatie in de markt kunnen krijgen.'

'Voor de produktie van de MCD- en SD-matrijzen zijn geen substantiële aanpassingen nodig. Er zijn wat hardware-aanpassingen, maar verder kan de technologie van onze mastering-apparaten hetzelfde blijven.' De 0,6 mm dikke plaatjes zijn op dezelfde manier te spuitgieten als CD's. Er zal echter wel een extra fabricagestap nodig zijn om twee schijfjes als stroopwafels op elkaar te lijmen.

    • Rene Raaijmakers