JP2000036133A

JP2000036133A - 光学式記録媒体、装置及び読み取り方法

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Publication number: JP2000036133A
Application number: JP10203023A
Authority: JP
Inventors: Kunio Ishida; 邦夫石田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-07-17
Filing date: 1998-07-17
Publication date: 2000-02-02
Anticipated expiration: 2018-07-17
Also published as: JP3455433B2

Abstract

(57)【要約】【課題】複数層の複合セルを有する記録媒体を用い、
単位面積当たりの記録密度が増大し、また、複数層の複
合セルの光学的変化を同時に読み取り、読み取り速度を
向上させる。【解決手段】第１光源と、前記第１光源の照射点を制
御する第１制御装置と、前記第１光源とは異なる方位か
ら照射する第２光源と、前記第２光源の照射点を制御す
る第２制御装置と、記録媒体面に対して垂直方向から入
射する第３光源と、前記第３光源からの照射光を記録媒
体を介して受ける分光装置とを具備し、前記第１光源の
発射光と前記第２光源の発射光の周波数の和が記録媒体
に含まれる半導体微粒子の二光子許容準位に共鳴するこ
とを特徴とする光学式記録装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学式記録装置及
びその媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光学式記録媒体は、光磁気ディス
ク（MO）のような基板に磁性体を塗布したり、光学式デ
ィスク（CD）のような基板上の金属薄膜表面に凹凸構造
を持たせたりして、その磁化や凹凸の連続・不連続によ
りデータを記録していた。また、光学式記録装置におい
ては、この記録媒体表面に対してレーザー光を照射し、
磁性状態あるいは表面の凹凸を反射光によって判別する
ことによって、記録読み取りを行なっていた。

【０００３】データ書き込み可能な記録装置および媒体
においては、媒体基板表面に塗布された磁性体の磁化の
方向を変化させることによって行なっていた。しかし、
このような装置においては、基本的には読み取りの際に
一ビットずつしか読むことができず、また、記録媒体の
表面状態を記録状態と対応させるため、回折限界によっ
て記録密度を十分に高めることができない。従って、多
ビットを同時に読みとって高速データ処理を行なうこと
はできないため、大容量記録装置からの大量のデータ読
み込みによって処理を行なう際には、媒体からの読み取
り時の動作速度が律速段階となっていた。

【０００４】最近では、単位面積当たりの記録密度を向
上させる方法として、CDの貼り合わせ技術を利用したDV
D 等が実用化されている。しかし、この技術は同一特性
を持ったディスクの貼り合わせによっているため、それ
ぞれのディスクに記録された情報を同時に読み出すこと
はできず、記録密度の向上に比して読み取り速度は従来
技術と変化がない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のとおり、従来の
光学式記録媒体及び装置では、容量を飛躍的に拡大する
ことが困難である。また、データの読み取りは1 ビット
ごとにシリアルに行われるため、読み取り速度の飛躍的
向上は困難である。

【０００６】特に、扱うデータ量が増加すればするほど
その処理速度が問題となるため、大容量記録装置を実用
化するにあたっては、記録密度の向上とデータ処理速度
の向上を同時に行なう必要がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】以上のような課題を解決
するため、本発明においては半導体微粒子を埋め込んだ
薄膜状有機分子を積層したもの、または規則的に配列さ
れた微粒子を用いる。本発明は、基板と、前記基板上に
形成された第１複合セルの層と、前記第１複合セルの層
上に形成され、且つ第１複合セルとは異なる第２複合セ
ルの層とを具備し、前記第１複合セル及び前記第２複合
セルは半導体微粒子及び絶縁性有機分子を含むことを特
徴とする光学式記録媒体である。

【０００８】また、第１光源と、前記第１光源の照射点
を制御する第１制御装置と、前記第１光源とは異なる方
位から照射する第２光源と、前記第２光源の照射点を制
御する第２制御装置と、記録媒体面に対して垂直方向か
ら入射する第３光源と、前記第３光源からの照射光を記
録媒体を介して受ける分光装置とを具備し、前記第１光
源の発射光と前記第２光源の発射光の周波数の和が記録
媒体に含まれる半導体微粒子の二光子許容準位に共鳴す
ることを特徴とする光学式記録装置である。

【０００９】更に、基板と、前記基板上に形成された第
１複合セルの層と、前記第１複合セルの層上に形成さ
れ、且つ第１複合セルとは異なる第２複合セルの層とを
具備し、前記第１複合セル及び前記第２複合セルは半導
体微粒子及び絶縁性有機分子を含む光学式記録媒体表面
に対し垂直に光を照射する光源と、前記光源からの照射
光を記録媒体を介して受ける分光装置とを有し、前記分
光装置から得られる前記第１複合セル及び前記第２複合
セルの光学的状態を読み取ることを特徴とする光学式記
録読み取り方法である。

【００１０】この他、基板と、前記基板上に形成された
第１複合セルの層と、前記第１複合セルの層上に形成さ
れ、且つ第１複合セルとは異なる第２複合セルの層とを
具備し、前記第１複合セル及び前記第２複合セルは半導
体微粒子及び絶縁性有機分子を含む光学式記録媒体表面
に対しエネルギー光を照射する第１光源と、前記第１光
源とは異なる方位から前記光学式記録媒体表面光を照射
し、前記第１光源発射光の周波数との和が前記半導体微
粒子の二光子許容準位に共鳴する周波数を持つ光を発す
る第２光源とを有し、前記第１光源発射光と前記第２光
源発射光が同時に照射する点の半導体微粒子を二光子励
起することを特徴とする光学式記録書き込み方法であ
る。

【００１１】また、基板と、前記基板上に形成された第
１複合セルの層と、前記第１複合セルの層上に形成さ
れ、且つ第１複合セルとは異なる第２複合セルの層とを
具備し、前記第１複合セル及び前記第２複合セルは半導
体微粒子及び絶縁性有機分子を含むことを特徴とする光
学式記録媒体、並びに、第１光源と、前記第１光源の照
射点を制御する第１制御装置と、前記第１光源とは異な
る方位から照射する第２光源と、前記第２光源の照射点
を制御する第２制御装置と、記録媒体面に対して垂直方
向から入射する第３光源と、前記第３光源からの照射光
を記録媒体を介して受ける分光装置とを具備し、前記第
１光源の発射光と前記第２光源の発射光の周波数の和が
記録媒体に含まれる半導体微粒子の二光子許容準位に共
鳴することを特徴とする光学式記録装置とからなる光学
式記録システムである。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明においては、半導体微粒子
を内包する有機分子から成る層を積層したもの、また
は、半導体微粒子を内包する有機分子をポリスチレン膜
で包んだ微粒子を規則的に配列したものを媒体基板上に
設けるものである。以下、半導体微粒子を有機分子中に
埋め込んだ層の微小領域、または粒子の単位を複合セル
と呼ぶ。

【００１３】複合セルでは、半導体微粒子を二光子励起
すると、半導体微粒子から有機分子へのエネルギー移動
が起こる。その結果、有機分子の構造および電子状態に
永続的な変化が生じる。この変化は、有機分子の光学応
答の変化として現れる。即ち、半導体微粒子の二光子励
起の有無と有機分子の光学応答変化の有無とが対応づけ
られる。従って、半導体微粒子を二光子励起することで
書き込み、有機分子の光学応答の変化として読み取りを
行うことができる。

【００１４】半導体微粒子は、平均1-10nm程度、分散0.
3-0.5nm 程度の直径を持つものを用いることができる。
この程度の半導体微粒子を用いることで、大きな光学応
答係数が得られ、効率よく励起状態を生成することが可
能になる。

【００１５】本願発明においては、複合セルを三次元的
に規則配列させたものを記録媒体として用いる。この媒
体へのデータ書き込みは、半導体微粒子の二光子励起エ
ネルギーに共鳴する二本の単色または単色に近いレーザ
ー光を、異なる二方向より入射することにより行う。入
射レーザー光として、二本のレーザー光の周波数の和が
半導体微粒子の二光子許容準位に共鳴するものを選ぶ。
それらの波長は、一般には互いに異なるもので良いが、
いずれも半導体微粒子、有機分子の吸収帯とは異なる波
長のものを選ぶことが可能である。

【００１６】二本のレーザー光が同時に入射する複合セ
ル内の半導体微粒子に二光子励起が生じ、有機分子の光
学応答変化を起こす。このとき、二光子励起が起こる複
合セルには半導体微粒子が二光子励起が生じるに必要十
分な強度のエネルギーが供給されることが必要である。

【００１７】異なる方向から二本のレーザー光を入射す
ることにより、所望の一個の複合セルにのみ両入射光が
照射されるように調整することができるので、三次元的
に積層されている複合セルの内、所望の１個の複合セル
内の半導体微粒子のみを二光子励起することが可能であ
る。従って、三次元的に積層された複合セルの内の１つ
に書き込みが可能となる。

【００１８】データの読み取りは、有機分子の吸収帯を
含む波長領域を持つレーザー光を媒体基板に照射し、分
光器によって得られた吸収変化量を電気信号に変換する
ことによって行う。

【００１９】また、記録内容の消去は、媒体にレーザー
光を照射するか、または媒体を加熱し、有機分子を励起
移動による光学的変化を起こす前の状態に戻すことによ
って行うことが可能である。

【００２０】さらに、上記構成によって得られた記録媒
体の読み出し速度を向上させるため、次のような方法を
採ることができる。一方の読み出し光の入射方向に有機
分子の種類・組成・分子量を異にした複数種の複合セル
を積層配列させる。ただし、半導体微粒子には同一物
質、同一サイズのものを全ての複合セルに用いる。

【００２１】複合セルの光吸収特性は、種類・組成・分
子量等によって異なる。従って、十分広いスペクトル幅
を持つ読み出し光を使用し、媒体の透過光出力を分光器
で解析すると、読み出し光の入射方向に積層される一連
のデータを一度に読み込むことが可能となる。換言する
と、本発明の媒体の構成は、第１の有機分子の層、第１
の有機分子の層、…という、複合セルが三次元的に積層
したものである。

【００２２】（実施例１）以下詳細に本発明に係る第一
の実施例を説明する。実施例１においては、半導体微粒
子を埋め込んだ有機分子からなる微粒子を複合セルとし
て、規則的に配列したものを用いる。

【００２３】まず、図1 に示すように、ポリスチレン球
３に、有機分子４として、例えば、ポリジアレチレン
と、平均3nm 程度、分散0.3nm 程度の直径を持つ半導体
微粒子２として、例えば、カドミウム（CdS ）微粒子を
封入し、複合セル１を形成する。

【００２４】図２に、本実施例の装置構成を示す。記録
媒体には、基板１０上に、半導体微粒子を含む４−ブト
キシカルボニルメチル−ウレタン（4BCMU ）ポリジアセ
チレンの第１複合セル層３１１が形成され、その上に、
半導体微粒子を含むポリトルエンスルフォネートジアセ
チレン（PTS ジアセチレン）の第２複合セル層３２１が
形成されている。ここに、複合セルの直径は約５００ｎ
ｍ程度である。コロイド溶液中において、ポリスチレン
球３表面を帯電させることによって整列させ、コロイド
溶液を媒体基板に塗布し、三次元的に積層された複合セ
ル層を形成するとができる。

【００２５】この記録媒体のための記録書き込み／読み
取り装置は、波長約440nm の光を出す第１レーザー光源
３２、波長約480nm の光を出す第２レーザー光源３３、
約580nm から約630nm までのスペクトル幅を持つ読み出
し光源３４を有する。第１レーザー光源32, 第２レーザ
ー光源33, 読み出し光源34は、それぞれ制御装置35,36,
37によって、光照射位置の精密な位置決めを行なうこと
ができる。また、記録媒体を挟んで、読み取り光源３４
の反対側には第１、第２複合セル層３２１、３２２を透
過する成分を分光する分光装置３８が設けられている。

【００２６】制御装置３５、３６により位置決めされた
第１レーザー光源32, 第２レーザー光源33からのレーザ
ー光の双方が照射されることによって、複合セル層31中
にある特定の一個または近接する複数個の複合セルが二
光子励起される。励起された半導体微粒子から有機分子
へエネルギー移動が起こり、有機分子の光学的特性が変
化する。

【００２７】図３は、ポリスチレン球中の有機分子の第
１複合セル、第２複合セルの吸収スペクトルを示す図で
ある。横軸上段の波長は第１複合セル、下段の波長は第
２複合セルに対応する。記録前の有機分子吸収スペクト
ルA は５９０ｎｍ程度をピークにもつが、レーザー光を
照射後の記録後の有機分子吸収スペクトルB においては
ピークが６９０ｎｍ程度の移ることがわかる。また、第
２複合セルにおいても、記録前には６２０ｎｍ程度に吸
収のピークがあるが、記録後には７２０ｎｍ程度に移
る。

【００２８】以上が書き込み過程である。読み出しを行
うときは、制御装置3 ５によって位置決めされた読み出
し光源34からの読み出し光を記録媒体に照射し、記録媒
体を透過する光を制御装置３７で位置決めされた分光装
置３８によって受ることで行なう。

【００２９】複合セル層31を透過した読み出し光のう
ち、波長約620nm および約590nm の光の強度を調べ、光
電子増倍管39によって電気信号として取り出す。透過光
強度が、それぞれの波長について記録のない状態に比べ
て50% 以上の場合は“１”、それ以下の場合は“０”と
対応させることにより、二層に記録された情報をデジタ
ル信号として同時に読み出すことができる。

【００３０】これが、読み出し過程である。ここでは、
透過光を読み出しに用いたが、基板１０が読み出し光を
反射するものを用いれば、反射光を以って読み出しを行
うことも可能である。

【００３１】（実施例２）以下、第２の実施例を説明す
る。図４は、第１の実施例記載の複合セル層を三次元的
に配列し、円盤状に加工した記録媒体51と、中心軸回り
に回転する機構を持たせた装置を示す。

【００３２】図２と同じ部分には同じ番号を付し、その
説明を略する。この例の装置は、円盤の半径方向に位置
決めを行なう共通の制御機構55を持っており、第１レー
ザー光源３２、第２レーザー光源３３、読み出し光源３
４が載置されている。第１レーザー光源３２、読み出し
光源３４は記録媒体５１に対して常に垂直に入射する。

【００３３】さらに、第２レーザー光源53はあおり角の
変化によって照射位置を変化させる角度調整機構56も併
せ持つ。分光装置３８によって、読み取り時に読み出し
光源３4 からの照射光のうち記録媒体51を透過した成分
を検出する。分光装置57は制御装置３７によって位置決
めされ、読み出し光源３４と連動制御される。

【００３４】書き込みは第１レーザー光源３２と第２レ
ーザー光源３３からの光によって行う。第１レーザー光
源３２と第２レーザー光源３３との光が照射された粒子
内の半導体微粒子は二光子励起される。この半導体微粒
子から有機分子へのエネルギー移動が起こり、有機分子
の光学的特性に変化が起こり、この変化を以ってデータ
を記録することができる。即ち、第１レーザー光源３２
及び第２レーザー光源３３の双方の光が照射した複合セ
ルは、有機分子の吸収特性が図2 に示されたように変化
する。

【００３５】この実施例においては、微粒子は円盤上に
層構造をなすので、記録位置、即ち書き込み対象の複合
セルの特定は、円盤51の回転と制御装置55による半径方
向の位置決め、および第２レーザー光源３３の照射角変
化によって行なう。第２レーザー光源３３の照射角調整
は角度調整機構５６によって行う。

【００３６】一方、読み出しは、制御装置５５により半
径方向の位置決め、及び円盤51の回転によって円盤周方
向の位置決めを行い、読み出し光源３４からの入射光を
円盤に照射して行う。円盤を挟み、読み出し光源３４と
反対側に、分光器３８および光電子増倍管３９を設け
る。これらによって円盤を透過する読み出し光を分光し
て、波長約620nm 、約590nm の出力光強度を“０”、
“１”と対応させることによって、電気信号に変換す
る。

【００３７】第１の実施例、第２の実施例において、記
録媒体に対して読み出し光照射装置の反対側にCCD によ
る光検出装置を配置し、読み出しを行うことも可能であ
る。この時、CCD は、それぞれ約620nm 、約590nm の光
を選択的に透過させるフィルターを用いて感度に波長選
択性を与えておくとよい。

【００３８】（実施例３）以下、第３の実施例を説明す
る。本実施例においては、図５に示すように、第１の実
施例において、CCD による光検出装置を配置した基板６
２上に複合セル層３１を形成する。

【００３９】第１の実施例と同様の部分については、同
じ番号を付し、その説明を省略する。複合セル層３１に
は、半導体微粒子を内包した有機分子からなり、２つの
レーザー光源からの光が同時に照射した領域で半導体微
粒子が二光子励起を起こす。この励起した半導体微粒子
からエネルギー移動が生じ、周囲の有機分子に光学的変
化を起こす。この時、図２に示すような光学的特性の変
化をきたす。このようにして、第１の実施例同様、書き
込みが行われる。

【００４０】また、複合セル層３１の下には、２つのレ
ーザー光源からの光が照射する領域の大きさに対応する
ように、画素を有するCCD を設けている。この時、CCD
は、それぞれ約620nm 、約590nm の光を選択的に透過さ
せるフィルターを用いて感度に波長選択性を与えておく
とよい。即ち、記録媒体は、2 層に積層されたポリスチ
レン球３１と、選択的に２種の光に感じる2 画素のCCD
をから成る記録単位を、二次元的に規則配列したことに
なる。

【００４１】読み出しを行うときは、データ読み出し時
には、読み出し光源67より読み出し光を媒体全体に一様
縦方向に照射する。この時、各CCD 画素の出力とポリス
チレン球へのデータ記録内容とが対応しているので、一
度に記録内容を読み出すことができる。

【００４２】また、第１の実施例と同様にして、読み出
し光源を記録媒体上を移動させ、その透過光をCCD を配
置した基板６２によって読み取ることが可能である。複
合セルは、粒子によって構成される必要性はなく、層構
造をしていても良い。

【００４３】この場合、約５００ｎｍ程度の半導体微粒
子を含む有機分子の層を基板上に形成し記録媒体を構成
する。ここで、複合セルの大きさは、励起に使用するレ
ーザー光の幅に依存する。即ち、二方向から入射するレ
ーザー光の交わる領域が複合セルとして機能するのであ
る。その他の点では、粒子によって構成した場合と同様
である。

【００４４】本発明は、上記実施例によって限定される
ものではなく、半導体微粒子として、例えば、CdS(硫化
カドミウム) の代わりにCuCl（塩化銅（I ））、CdSe(
セレン化カドミウム) 、Si、Ge、InAs( ヒ化インジウ
ム) などを用いることも可能である。

【００４５】また、有機分子としては上記実施例に挙げ
られたポリジアセチレン以外の側鎖の異なるポリジアセ
チレンを始め、ポリアセチレン、フォトクロミック有機
分子や光誘起相転移を起こす電荷移動錯体(TTF-CA 等)
を用いることも可能である。

【００４６】更に、実施例は、２層の積層構造から成る
記録媒体を説明したが、層毎に光学的特性の異なる有機
分子を用いることにより、多層構造とすることが可能で
ある。

【００４７】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、複数層の
複合セルを有する記録媒体を用いるので、単位面積当た
りの記録密度が増大する。また、複数層の複合セルの光
学的変化を同時に読み取ることができるので、読み取り
速度が向上する。即ち、高記録密度かつデータ転送速度
が飛躍的に向上した光学式記録装置を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ポリスチレン膜中に封入された半導体微粒子お
よび有機分子を用いた記録媒体の図。

【図２】実施例1 に係わる記録装置の構成を示す図。

【図３】記録前後におけるPTS ジアセチレンおよび4BCM
U ポリジアセチレンの吸収スペクトルの変化を表す図。

【図４】実施例2 に係わる記録装置の構成を示す図。

【図５】実施例3 に係わる記録装置の構成を示す図。

【符号の説明】

１０基板３１複合セル層３２第１のレーザー光源３３第２のレーザー光源３５、３６、３７制御装置３８分光装置３９光電子増倍管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、前記基板上に形成された第１複合
セルの層と、前記第１複合セルの層上に形成され、且つ
第１複合セルとは異なる第２複合セルの層とを具備し、
前記第１複合セル及び前記第２複合セルは半導体微粒子
及び絶縁性有機分子を含むことを特徴とする光学式記録
媒体。
【請求項２】第１光源と、前記第１光源の照射点を制御
する第１制御装置と、前記第１光源とは異なる方位から
照射する第２光源と、前記第２光源の照射点を制御する
第２制御装置と、記録媒体面に対して垂直方向から入射
する第３光源と、前記第３光源からの照射光を記録媒体
を介して受ける分光装置とを具備し、前記第１光源の発
射光と前記第２光源の発射光の周波数の和が記録媒体に
含まれる半導体微粒子の二光子許容準位に共鳴すること
を特徴とする光学式記録装置。
【請求項３】基板と、前記基板上に形成された第１複合
セルの層と、前記第１複合セルの層上に形成され、且つ
第１複合セルとは異なる第２複合セルの層とを具備し、
前記第１複合セル及び前記第２複合セルは半導体微粒子
及び絶縁性有機分子を含む光学式記録媒体表面に対し垂
直に光を照射する光源と、前記光源からの照射光を記録
媒体を介して受ける分光装置とを有し、前記分光装置か
ら得られる前記第１複合セル及び前記第２複合セルの光
学的状態を読み取ることを特徴とする光学式記録読み取
り方法。