DE3111328A1

DE3111328A1 - Verfahren zur aufzeichnung von daten mit laserstrahlen

Info

Publication number: DE3111328A1
Application number: DE19813111328
Authority: DE
Inventors: Noguchi Asaka Saitama Masaru
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1980-03-28
Filing date: 1981-03-23
Publication date: 1982-01-07
Also published as: US4383262A; JPS56136390A; JPS6338319B2

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufzeichnung von Daten mittels Laser-Strahlen bei dem die Daten auf ein Daten-Aufzeichnungsmaterial durch Abtastung und Modulation eines Laserstrahls aufgezeichnet werden.

In letzter Zeit sind verschiedene Ausführungsformen von Daten-Aufzeichnungseinrichtungen entwickelt worden, die mit Laserstrahlen arbeiten. Von diesen Einrichtungen bietet eine Laser-Datenaufzeichnungseinrichtung, die ein thermisches bzw. Wärme-Aufzeichnungsverfahren verwendet, besondere Vorteile, weil sie keine Verarbeitung benötigt und die Aufzeichnung mit dieser Einrichtung in "REAL TIME" durchgeführt werden kann. Eine solche Einrichtung kann beispielsweise zur Aufzeichnung von Original-Platten für ein Gerät, das mit Computer-Ausgäbe auf Mikrofilm mittels Laserstrahlen (Laser COM) arbeitet, oder für die Aufzeichnung von Videoplatten eingesetzt werden.

Beim Daten-Aufzeichnungsverfahren mittels Laserstrahlen durch Wärmeenergie absorbiert das Aufzeichnungsmedium einen Laserstrahl und wandelt seine Energie in Wärmeenergie um, die wiederum zu physikalischen oder chemischen Änderungen in dem Medium führt, so daß in dem Medium wahrnehmbare Änderungen, wie beispielsweise Schmelzen, Verdampfen, Verformen und Phasenänderungen, verursacht werden. Das wesentliche Merkmal eines solchen Daten-Aufzeichnungsverfahrens mittels Laserstrahlen liegt darin, daß es eine "Schwellen-Charakteristik" hat, d.h., es muß eine Mindest-Laserleistung zugeführt werden, um eine Änderung hervorzurufen. Da Aufzeichnungsmaterialien dieses, mit Wärmewirkung arbeitenden Typs im allgemeinen eine geringe Empfindlichkeit haben, muß ein Laserstrahl mit relativ großer Leistung verwendet werden.

Bekanntlich hängt die Energiemenge, die für die Aufzeichnung von Daten auf ein mit Wärmewirkung arbeitendes Auf zeichmmgs-

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material benötigt wird,- von der Aufzeichnungsgeschwindigkeit ab. Die Empfindlichkeit läßt sich verbessern, wenn das blattförmige Aufzeichnungsmaterial einer Belichtung mit hoher Beleuchtungsintensität für eine kurze Zeitspanne unterworfen wird. Ein Verfahren, das blattförmige Aufzeichnungsmaterial einer Belichtung mit hoher Beleuchtungsintensität für eine kurze Zeitspanne auszusetzen, liegt darin, den Durchmesser des Laserstrahls zu verringern und die Abtastgeschwindigkeit zu erhöhen.

Als Beispiel soll der folgende Sachverhalt erörtert werden:: Eine aufgezeichnete Abbildung wird durch 2000 Abtastzeilen mit einer Teilung bzw. einem Abstand von 5 μ hergestellt? eine zweite aufgezeichnete Abbildung wird mit 4000 Abtastzeilen mit einer Teilung von 2,5 μ hergestellt, wobei der Durchmesser des Laserstrahls auf die Hälfte verringert und die Abtastgeschwindigkeit in Bezug auf den zuerst erwähnten Fall verdoppelt wird; wenn in beiden Fällen die Laserleistung konstant ist, dann wird in beiden Fällen ein Punkt des Aufzeichnungsmaterials der gleichen Energie ausgesetzt. Im zuletzt erwähnten Fall wird jedoch die Bestrahlungsintensität auf das Vierfache erhöht und die Belichtungszeit auf ein viertel verringert.

Dementsprechend wird in dem zuletzt erwähnten Fall die Empfindlichkeit erhöht, so daß die Laserleistung entsprechen!der Erhöhung der Empfindlichkeit verringert werden kann.

Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß hierzu die optische Auflösung des optischen Systems für die Abtastung des Laserstrahls verbessert sowie die Abtastgeschwindigkeit erhöht werden müssen, so daß ein relativ kostspieliges optisches System erforderlich ist.

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Es ist deshalb ein Ziel" der vorliegenden Erfindung, die effiziente Aufzeichnung von Daten auf einem wärmeempfindlichen Aufzeichnungsmaterial mit einem Laserstrahl zu ermöglichen, ohne daß die oben beschriebenen wirtschaftlichen und/ oder technischen Schwierigkeiten auftreten.

Zu diesem Zweck wird ein mit Laserstrahlen arbeitendes Daten-Aufzeichnungsraaterial vorgeschlagen, bei dem die Daten auf ein Daten-Aufzeichnungsmaterial durch Abtastung und Modulation eines Laserstrahls aufgezeichnet werden, wobei gemäß der vorliegenden Erfindung die Schnittform des Laserstrahls auf dem Daten-Aufzeichnungsmaterial im wesentlichen kreisförmig ist und der Durchmesser des Laserstrahls, der bei einem Intensitätswert von 1/e² definiert ist, ungefähr doppelt so groß wie die Teilung der Abtastzeilen ist; dabei wird der Laserstrahl einer Intensitätsmodulation in der Weise unterworfen, daß das Verhältnis der Intensität des Laserstrahls im Zustand "EIN" zu der Intensität des Laserstrahls im Zustand "AUS" im Bereich von 1:0,25 bis 1:0,50 liegt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Ss zeigen

Fig. 1A - 1E Diagramme zur Erläuterung des herkömmlichen Modulationsverfahrens, im Einzelnen

Fig. 1A ein zur Erläuterung dienendes Diagramm einer Modulations-Wellenform,

Fig. 1B ein zur Erläuterung dienendes Diagramm

der Modulation-Wellenform in der Zuordnung zu einer Stelle auf dem Daten-Aufzeichnungsmaterial,

Fig. 1C ein zur Erläuterung dienendes Diagramm

des Laserstrahls auf dem Daten-Aufzeichnungsmaterial ,

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Pig. 1D ein zur Erläuterung dienendes Diagramm

der auf das Datenaufzeichnungsmaterial ausgeübten Energiedichte, und

Fig. 1E ein zur Erläuterung dienendes Diagramm der Form eines aufgezeichneten Punktes,

Fig. 2A-2C Diagramme zur Erläuterung des Modulationsverfahrens nach der vorliegenden Erfindung, im Einzelnen:

Fig. 2A ein zur Erläuterung dienendes Diagramm einer Modulations-Wellenform,

Fig. 2B ein zur Erläuterung dienendes Diagramm eines Laserstrahls auf einem Daten-Aufzeichnungsmaterial , und

Fig. 2C ein zur Erläuterung dienendes Diagramm der Form eines aufgezeichneten Punktes,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Größen Dx und Dy der Punkte, und

Fig. 4 ein zur Erläuterung dienendes Diagramm einer Abbildung, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufgzeichnet wird.

Die Erfindung wird im folgenden im Detail erläutert, wobei ein Laserstrahl mit einer Leistung P betrachtet wird, der in einer Richtung χ mit einer Geschwindigkeit ν in einem x-y-Koordinaten-System auf einem Aufzeichnungsmaterial abgetastet wird. Wenn die Intensitätsverteilung des Laser-Strahls einer Gauss-Verteilung folgt, wobei der Strahlradius an einem Punkt 1/e^a mit w definiert ist und der Laserstrahl einer Intensitätsmodulation et (t) entsprechend den aufzuzeichnenden Daten unterworfen wird, dann kann die Energiedichte, der ein beliebiger Punkt auf dem Aufzeichnungsmaterial ausgesetzt wird, durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

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Ε(χ, y) β JL e w² β w^{2 v} a(t)dt. (1)

TTW² J -eo

pabei handelt es sich um die allgemeine Gleichung für die Energiedichte, die auf einen beliebigen Punkt eines Aufzeichnungsmaterials bei der Datenaufzeichnung mittels Laserstrahlabtastung fällt.

Wenn die Breite einer Aufzeichnungszeile, die erhalten wird, wenn ein wärmeempf-.indliches Daten-Aufzeichnungsmaterial mit einer Energiedichte-Schwelle E_T einer einfachen Abtastbelichtung unterworfen wird, durch D dargestellt wird, und wenn in der obigen Gleichung (1) E(x, y) = E_, y = D/2 und α(t) = gesetzt werden, dann ergibt sich die folgende Gleichung:

^ET ^β /Τ£·^{6 w2 2} . (2)

Die Gleichung (2) läßt sich in die folgende Gleichung (2') umformen:

Mit dD/dw = O wird der Strahlradius w_, bei dem die Breite D der Aufzeichnungszeile maximal ist, zu:

„ /X. O \/Tre vE_T

In diesem Fall ist die maximale Breite D der Aufzeichnungsmax

zeile:

^Dmax ⁼/Ü·^- V C4)

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■ - 8 -

Die folgenden Ausführungen werden aus der obigen Analyse verständlich. Wenn unter der Bedingung, daß die Abtastgeschwindigkeit ν und der Schwellenwert E„ des Aufzeichnungsmaterial konstant sind, der Radius w des Laserstrahls gleich D (D ist die angestrebte Aufzeichnungsbreite der Abtastzeile), d.h., wenn die Breite des Laserstrahls 2w gleich 2 χ D gemacht wird, dann ist die Laserleistung P minimal, die benötigt wird, um die Aufzeichnungsbreite D zu erhalten; das Ergebnis hiervon läßt sich die Aufzeichnung sehr efficient durchführen.

Andererseits kann es bei der Aufzeichnung von Daten durch Abtastung mittels Laserstrahlen mit einer Aufzeichnungsbreite für die Abtastzeile (oder der Teilung der Abtastzeile) von D erforderlich sein, in der Abtastrichtung Punkte aufzuzeichnen, deren Größe bei Minimum im wesentlichen gleich D ist. Bei der Aufzeichnung von Punkten mit dem minimalen Durchmesser an der Abtaststelle χ = O auf dem Aufzeichnungsmaterial kann der folgende Ausdruck als Modulations-Wellenform remäß Gleichung (1) angewandt werden:

a(t) -1

τ τ

(5)

Dabei ist T = D/v. (6)

Diese Modulations-Wellenform ist in Figur 1A dargestellt. Wenn die Modulations-Wellenform als α'(χ) entsprechend einer Stelle auf dem Aufzeichnungsmaterial durch eine Änderung der Variablen mit χ = ν t ausgedrückt wird, dann ergibt sich:

α ¹Cx)

1 · -^D < χ < ^D

. C7)

O ... x< -§ , χ >§ . 130061/0665

mm Q mm

Dies ist in Figur 1B angedeutet.

Andererseits ist in dem Fall/ daß ein Laserstrahl mit dem Durchmesser 2W- = 2D verwendet wird, um die Aufzeichnung efficient durchzuführen, die Intensitäts-Modulation nur für eine kurze Zeitspanne in dem Zustand "EIN" (d.h., ct'(x) = 1} d.h., nur für die Zeitspanne,in der sich der Laserstrahl von der Strahlstelle A (Strahlmitte x = -D/2) zu einer Strahlstelle B (Strahlmitte χ = D/2) bewegt, wie in Figur 1C dargestellt ist. Deshalb ist die Energiedichte E (x), die auf einen Punkt in der Abtastrichtung (d.h., der Richtung x) und auf der Mittellinie der Abtastzeile auf dem Aufzeichnungsmaterial einwirkt, nicht scharf, wie in Figur 1D angedeutet ist. Die Größe Dx eines Punktes, an dem die Energiedichte E(x)

die Schwelle e_t übersteigt, ist größer als die Breite D der Abtastzeile, und die Größe Dy in einer Richtung, die senkrecht zur Abtastrichtung ist, ist kleiner als die Größe Dx. Dementsprechend sollte ein Punkt die in Figur 1E dargestellte Form haben. Wenn Daten mit Punkten aufgezeichnet werden, die keine ausreichende Form haben, ist die Qualität der sich ergebenden Abbildung so gering, daß sie für die Praxis nicht eingesetzt werden kann.

Um dieses Problem zu lösen, kann ein Verfahren eingesetzt werden, bei dem der Durchmesser des Laserstrahls auf dem Aufzeichnungsmaterial in eine Richtung, die '.< senkrecht zur Abtastrichtung verläuft, gleich 2D und in der Abtastrichtung kleiner als 2D gemacht wird. Durch dieses Verfahren wird die Energiedichte, die auf das Aufzeichnungsmaterial fällt, in der Abtastrichtung verbessert, so daß sich ein aufgezeichneter Punkt mit größerer Größe ergibt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß bei diesem Verfahren die optische Auflösung in Abtastrichtung verbessert werden muß; d.h. also, daß dieses Verfahren die gleichen wirtschaftlichen und technischen Schwierigkeiten bietet wie der oben erläuterte Fall.

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Kein Def Pcussierungs-Phänomen wird sogar dann verursacht, wenn ein Aufzeichnungsmaterial mit einer Schwellen-Charakteristik einer Vorbelichtung unterworfen wird, die geringer als die Schwelle ist. In Anbetracht dieser Tatsache ist die Größe der Punkte untersucht worden, die aufgezeichnet werden, wenn verschiedene Vorbelichtungskomponenten zu der Modulations· Wellenform α (t) hinzugefügt werden; dabei hat sich herausgestellt, daß durch die Hinzufügung von Vorbelichtungskomponenten in einem bestimmten Bereich die oben beschriebenen, effektiven Aufzeichnungsbedingungen erfüllt werden können und die aufgezeichneten Abbildungen eine wesentlich verbesserte Qualität haben.

Figur 2 A zeigt einen Modulations-Wellenform mit einer Vorbelichtungskomponente, die durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt werden kann:

1 ... -T/2 < t < T/2

«Ct)

(8)

... t < -T/2, t > T/2 .

Figur 2 B zeigt einen Schnitt durch die Intensitätsverteilung eines Laserstrahls, dessen Durchmesser durch die folgende Gleichung definiert ist:

2w - 2w₀ « 2D . (9)

Dieser Durchmesser wird für eine efficiente Aufzeichnung eingesetzt.

Wendet man die Gleichungen (8) und (9) auf die Gleichung (1) an, so erhält man eine Punktgröße, bei der die Energiedichte die durch die Gleichung (2) ausgedrückte Schwelle E^ übersteigt. Damit haben die Größen Dx bzw. Dy in der Abtastrichtung bzw. in einer Richtung senkrecht zur Abtastrichtung eines aufgezeichneten Punktes, wie in Figur 2C dargestellt ist, die in

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-π-

Figur 3 angedeutete Form. Die Punktform in Figur 1E entspricht α..= 0 in Figur 3.

Außerdem hat sich folgendes herausgestellt: Wenn die Größe Dx des Punktes in der Abtastrichtung die folgende Bedingung erfüllt, dann läßt sich die Qualität der aufgezeichneten Abbildung wesentlich verbessern:

D < Dx < 2D. C¹⁰)

Für die Bedingung (10) sollte die Vorbelichtungskomponente O₁ die Modulations-Wellenform in einem Bereich liefern, wie er durch die folgende Gleichung (11) definiert wird, nach einer bevorzugten Ausführungsform in dem Bereich gemäß Gleichung (1T):

0.24 < Ci₁ < 0.53 (11)

0.25 < O₁ < 0.50 (H¹)

Beispielsweise 1st für O₁ = 0.45 Dx = 1.60 D und Dy = 0.81D. Wie man in Figur 4 erkennen kann, läßt sich der Buchstabe"A" bilden, indem solche Punkte in Form einer 7x9 Matrix angeordnet werden. In diesem Muster hat ein einzelner Punkt eine Größe von Dx = 1.60 und Dy = 0.81. Es werden jedoch kontinuierlich drei oder sieben Punkte Seite an Seite aufgezeichnet, d.h. also, die Modulation ist kontinuierlich im Zustand "BIN". Dementsprechend ist sie bei einer einfachen Abtastbelichtung die Größe des Punktes in der Richtung senkrecht zur Abtastrichtung gleich D. Damit wird also die horizontale Zeile eines Zeichens bzw. Buchstabens als kontinuierliche Zeile aufgezeichnet, deren Breite in der Richtung senkrecht zur Abtastrichtung gleich D ist, während die vertikale Zeile des Zeichens als Folge von Punkten aufgezeichnet wird, die jeweils in der Abtastrichtung eine Breite von 1,60D haben. Dementsprechend hat das aufgezeichnete Zeichen insgesamt eine gute Balance und eine hohe Qualität.

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Die Vorbelichtungskomponente ct.. der Modulations-Wellenform kann leicht durch Änderung des Modulationsfaktors eines elektrischen Signals variiert werden, das einen optischen Modulator (dabei kann es sich um einen akusto-optischen Typ oder einen elektro-optischen Typ handeln) oder eine Laserquelle (wie beispielsweise einen Halbleiter-Laser oder einen Laser mit interner Modulation) treibt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können also auf ein wärmeempfindliches Daten-Aufzeichnungsmaterial Daten mit einem Laserstrahl ohne wirtschaftliche und/oder technische Schwierigkeiten bei der Erhöhung der optischen Auflösung und der Abtastgeschwindigkeit aufgezeichnet werden, wie es bei den herkömmlichen Verfahren auftrat. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt im folgenden: Obwohl ein Laserstrahl verwendet wird, dessen Durchmesser ungefähr doppelt so groß wie die Breite der Abtastzeile oder die Teilung der Abtastzeile ist, tritt nie eine Verschlechterung der Gesamtqualität der aufgezeichneten Abbildung aufgrund einer Verringerung der Größe jedes Punktes auf; statt dessen hat die aufgezeichnete Abbildung insgesamt eine gute Balance und eine hohe Qualität.

Diese Aufzeichnung von Daten auf eine wärmeempfindliches Datenaufzeichnungsmaterial mit einem Laserstrahl nach der vorliegenden Erfindung kann mit dem Verfahren nach der US-PS 4125842 kombiniert werden, bei dem sich die Daten in dem Beugungslicht nullter Ordnung "/on einem akusto-optischen Modulator befinden? dann läßt sich ein mit Laserstrahlen arbeitendes Daten-Aufzeichnungsverfahren anwenden, bei dem die Ausnutzung des Lichtes einen sehr hohen Wirkungsgrad hat.

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Claims

A. GRÜNECTCEF

PATENTANW-ALTE-

ran.-»»

H. KINKELDEY

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W. STOCKMAIR

DA-MG Λ«Ε ICALTECMI

K. SCHUMANN

P. H. JAKOB

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G. BEZOLD

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

23. März 1981 P 16 034-ag

RIJI PHOTO I¹IIiM CO., IffiD.

No. 210, Nakanuma, Minami Ashigara-shi

Kanagawa, Japan

Verfahren zur Aufzeichnung von Daten mit
La s er s trahlen

Patentansprüche

Verfahren zum Aufzeichnen von Daten mit Laserstrahlen, bei dem die Daten durch Abtasten und Modulieren eines Laserstrahls auf ein Daten-Aufzeichnungsmaterial aufgezeichnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Daten-Aufzeichnungsmaterial ein abtastender
Laser-Strahl erzeugt wird, der im wesentlichen Kreisform und bei einem Intensitätswert von 1/e² des Laserstrahls
einen Durchmesser von näherungsweise dem Doppelten der Abtastzeilen-Teilung bzw. -Steigung auf dem Daten-Aufzeichnungsmaterial hat, und daß der Abtast-Laserstrahl in der Weise intensitätsmoduliert wird, daß das Verhältnis der
Intensität eines Laserstrahls im Zustand "EIN" zu der Intensität des Laser-Strahls im Zustand "AUS" im Bereich von 1:0,24 bis 1:0,53 liegt.

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TELEFON (Ο8Θ) 20 38152 TELEX OB-SSSaO TSLKaRAMMK MONAPAT TELEKOPIERER
2. Verfahren zum Aufzeichnen von Daten mit Laserstrahlen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Intensität des Laserstrahls im Zustand "EIN" zu der Intensität des Laserstrahls im Zustand "AUS" im Bereich von 1:0,25 bis 1:0,50 liegt.
3. Verfahren zum Aufzeichnen von Daten mit Laserstrahlen nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beziehung D < Dx < 2D gilt, wobei Dx die Punktgröße in der Abtastrichtung und D die Aufzeichnungsbreite sind, die dann erhalten werden, wenn die Abtastbelichtung kontinuierlich zwischen benachbarten Punktstellen auf dem Aufzeichnungsmaterial durchgeführt wird.
4. Verfahren zum Aufzeichnen von Daten mittels Laserstrahlen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe Dy eines Punktes in einer zur Abtastrichtung des Laserstrahls senkrechten Richtung kleiner als die Größe Dx dieses Punktes in der Abtastrichtung ist.

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