JPH01159831A - 情報の記録方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光９ｍ子線などのエネルギービーム照射によ
って情報の書き換えが可能な情報の記録用部材を用いた
情報の記録方法に係り、特に単一のビームスポットによ
り記録・消去を行なう、書き換え可能な相変化型光ディ
スクに有効な情報の記録方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の相変化型光デイスク記録媒体における記録・消去
方法は、特開昭５９−７１１４０号公報に示されている
ように、記録は光ビームスポットを十分収束させた微小
円形光スポットを短時間照射し、急熱急冷によって記録
膜を完全に非晶質状態にすることにより行ない、記録の
消去はトラック方向に長い長円光スポットなどを用い、
比較的長時間結晶化可能な温度に保つことによって非晶
質状態である記録部分を完全な結晶状態に戻すことによ
り行なっていた。このように、記録用と消去用では異な
る二つのビームスポットを用いていた。

ところが、最近になって情報記録時に要するレーザ照射
時間とほぼ同じ程度の時間で結晶化が行なえる、高速消
去が可能な記録膜が本発明者らによって開発された。「
光メモリシンポジコム１９８６年輪文集第８１〜８６頁
相変化型ディスクの単一ビームオーバライト特性Ｊ　１
９８６年。

１２月１８日発表、この膜を用いることにより。

レーザパワーを変化させただけで、光デイスク基板が一
回転する間に単一のビームスポットで情報の書き換えが
可能となった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術では、情報を書き換える場合、記＠膜の結
晶化速度が速いほど前に書かれていた情報の消え残りを
少なくできる可能性が有ることは明らかであるが、実際
に結晶化速度が速い記録膜を用いて書き換えを行うと次
のような問題点を生じた。すなねち、記録用エネルギー
ビームを照射された記録媒体上の点の昇温および冷却速
度は、熱伝導のために、その周辺（時間的には前後）に
。

どのようなエネルギービーム照射が行われたか。

また、行われるかの影響を受け、速くなったり遅くなっ
たりする。たとえば、照射位置が動きながら連続的にエ
ネルギービームが照射される部分の中央付近では、冷却
速度が特に遅い。そのため。

エネルギービームで結晶を−たん融解させても冷却中に
少なくとも部分的に結晶化する。エネルギービームのパ
ワーが低下する部分では、急冷され、結晶性が悪い状態
あるいは非晶質状態になる。このように記録媒体上の一
点の照射後の状態が、その前後の照射の影響を受けるの
で、記録膜の状態によって決まる光反射率を利用して読
み出した再生信号は、記録した情報信号に忠実でなくな
る。

また、記録の書き換えを行う場合、消え残りが生じやす
くなる。

従って本発明の目的は上記の従来技術の欠点を無くし、
信頼性の高い情報記録方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、記録用エネルギービームが薄膜上に１回照
射される時間よりも短い時間で赫＃イ唸抄件酔≠巷弁変
化が可能な薄膜を用い、かつ、記録時に設定されるエネ
ルギービームの２つ以上のパワーレベルのうちの２つに
ついて、一方のレベルに有る最短時間をＴとした時、最
長時間は４Ｔ以下であり、他方のレベルにある最短時間
はＴ以上、最長時間は４Ｔ以下であるようなレーザパワ
ーの変調方法とすることにより達成される。

一つのパワーレベルに有る最短時間が規定される方のレ
ベルにパワーが留まる最長時間はＴ以上で３Ｔ以下が好
ましく、２Ｔ以下が特に好ましい。

また、他方のレベルに留まる時間は１以上４Ｔ以下が好
ましく、１以上２Ｔ以下が特に好ましい。

なお、パワーが上下に少しずつ変動する場合でも、パワ
ーが少ししか違わない複数のレベルは、同一のレベルと
見なすものとする。また、例えば正弦波のような記録パ
ワー波形の場合は、パワーがその波形の半値より上に有
る時下のレベル、下に有る時下のレベルと考える。

さらに、エネルギービームのパワーを一定とする最長時
間４Ｔを、ビームスポットが通過する時間以下とするこ
と、すなわちビームスポットの半値直径をｒ（μｍ）、
ビームスポットと記録媒体との相対速度をＶｍ／秒とす
るとき。

ｒ ４Ｔ≦□ ■ の関係を満たすようにすることが好ましく。

ｒ ４Ｔ≦□ ■ の関係とするのがさらに好ましい。

〔作用〕

記録膜の相状態は、記録膜の結晶化の度合いによって記
述できる。結晶化は、記録膜が結晶化温度（Ｔつ）以上
融点（Ｔ、）以下の温度にある間進行する。よって、結
晶化の度合いは、記録膜の温度変化に大きく依存する。

第１０図は、パワーレベルを変動させてエネルギービー
ムを照射した場合の、記録膜温度の時間的変化をシミュ
レーションによって求めた結果である。シミュレーショ
ンの方法は情報処理学会第３４回昭和６２年前期全国大
会６　Ｎ　−７ｒＤＥＱｓＯＬの相変化光デイスク熱解
析シミュレーションへの適用」に詳しいのでここでは省
略する。

パワーレベルが立ち下がる部分■ではエネルギービーム
通過中にパワーレベルが下がるため熱の流入が減少し、
高いパワーのエネルギービームが通過する部分■よりも
融けたあと急冷されるため。

はとんど結晶化しない間に固化する。ゆえに、エネルギ
ーパワーが立ち下がる付近で、最も非晶質状態になりや
すい。

一方エネルギーパワーレベルが立ち上がる部分■では、
エネルギービーム通過中にエネルギーパワー増加による
熱の流入によって加熱され、低いパワーのエネルギービ
ームが通過する部分■よりも、結晶化可能温度に長時間
係たれる。ゆえに、エネルギーパワーが立ち上る付近で
は、結晶化が最も進む。

このような記録媒体を用いても、先に述べたような条件
を満たすレーザパワーの変調方法とすることによって、
記録膜上の熱分布は狭い範囲で平均を取ってもその平均
値の変動が少なくなり、冷却速度の差が生じにくい。従
って記録した信号にかなり忠実な再生信号が得られ、消
え残りも少なくなる。

本発明の信号変調方式は、膜形状の変化をほとんど伴わ
ない原子配列変化による記録、たとえば納品−非晶質間
の相変化、結晶−結晶間、非晶質−非晶質間の原子配列
変化（広い意味の相変化）の他、光磁気記録、穴形成に
よる記録にも有効であるが、特に高速相変化が可能な記
録膜を持った記録媒体に対して適用した場合、利益が大
きい。

また、本発明はディジタルデータばかりでなく、音声信
号、ビデオ信号記録の場合にも適用可能である。

本発明が特に有効なのは、ディスク上の点の線速度をＸ
ｍ／秒、記録するデユティ５０％のパルス波形の繰り返
し周波数をＹ　Ｍ　Ｈｚとした時、Ｘ／Ｙ＞１０を満た
すパルス波形で記録すると、第２図に示したように記録
パルスの立ち上がり部と立ち下がり部でスパイク状にな
る再生信号が得られるような記録媒体を用いる場合であ
る。

安定に信頼度良く、オーバライドができるようになるた
めには、前の如く記録用のエネルギーを照射された記録
媒体上の点における熱の分布を狭い範囲で一定とすれば
良い。すなわち、このようにすることにより、記録媒体
上の昇温、及び冷却速度が前後の記録状態の影響を受け
ることなく記録する情報信号に忠実な記録点が記録され
る。

熱の分布を一定とする方法として、熱伝導の速さより速
く照射エネルギーを変化させ、その平均値を一定とする
方法がある。第３図において、記録時に設定されるパワ
ーレベルのうちの１つを熱伝導による熱の拡散の時定数
に反比例する短い時間ｔ１だけ継続したら１次にもう１
つのレベルを同じ時間ｔｓだけ継続する。このような方
法の変調方式としてＦＭ変調方式がある。このとき情報
信号“１”に対応して５幅ｔ１９周期２ｔｚのパルスを
選び、ｉｔ　ＯＩｔに対応して、幅ｔｚ、周期２ｔ２゜
のパルスを選ぶ。しかもｔｚ、ｔｔとも熱伝導による熱
拡散の時定数に反比例する短い時間に選ぶ。

このようにすると熱の分布を一定にできる。

もう１つの変調方式としては、第４図のようなＦＭ変調
方式を修正したＭＦＭ変調方式がある。

これはあるレベルをとる時間が３種類Ｄｌ＋ｔｚ、ｔｓ
）ある。

さらに、この変調方式を修正し、検出余裕度を向上させ
たＭ”ＦＭ方式という変調方式も選ぶことができる。こ
のときあるレベルをとる時間は４種類（ｔｚ＋　ｔ２＋
　ｔｓｇ　ｔａ）となる。Ｍ２ＦＭは完全に平均値が一
定であることから本発明には好適である。

今まで述べた変調方式では、最短時間ｔ１が決められる
と、記録できる情報の周期がｔ１以上となった。しかし
、さらに高密度化、すなわち、記録できる情報の周期を
ｔｌよりも短くする変調方式が存在する。このような例
として、磁気デイスり等で使用されているＲＬＬ　（ラ
ン　レングスリミテッド　コード：　Ｒｕｍ　Ｌｅｎｇ
ｔｈ　Ｌｉｎ＋１ｔｅｄ　Ｃｏｄｅ）変調方式がある。

これは、記録したいデータｍビットを実際にディスク面
上に記録するｎビットに対応させる。最小“０″の連続
側、数をｄ、最大“０″の連続個数をｋ、入力データの
周期をＴ。

データ検出の窓幅をＴｗとすると実際にディスク記録す
るパルスの最短時間Ｔ　ｌｌｌ１ｎと最長時間Ｔｍａｘ
は。

Ｔｍ１ｎ＝　（ｄ＋１）Ｔｗ Ｔｍａｘ＝　（ｋ＋１）Ｔｗ として表現でき、変調方式として、（ｄ、ｋ）ＲＬＬと
定義される。この変調方式で本発明に適用できるものは
、Ｔ　ｍｉｎをＴとするとＴｍａｘは最大でも４Ｔでな
くてはならない、従って Ｔｍａｘ □＜４ ｌｌｌ１ｎ を満足すれば良い。一般に（ｄ、ｋ）ＲＬＬで現在知ら
れているものを第６図に示す。上記の条件を第６図の実
線で示す。点線はＴ　ｗａｘ　／　Ｔ　ｌｌｌ１ｎの値
が２であり、これ以下のものはまだ知られていない、従
って、点線と実線で囲まれた部分にある変調方式が本発
明では適用可能となる。具体的な符号化については黒丸
印は【アイ・ビー・エム　ジャーナル　オブ　リサーチ
　アンド　デベロップメント（ＩＢＭ　　Ｊ、　Ｒｏｓ
、　Ｄｅｖｅｌｏｐ、）ｐ３７６〜３８１．６月　１９
７０年〕、白丸印は〔アイ・イー・イー・イー　トラン
ザクション　オブ　マグネティクス、エム・ニー・ジ−
１２巻、６号、“Ｉ　Ｅ　Ｅ　Ｅ　（Ｔｒａｎｓ、Ｍａ
ｇｎ、　ＭＡＧ　−１２，６）ｐ７’４０−７４２．１
１月、１９７６年〕の文献に詳しいのでここでは省略す
る。上述のＴ　ｗａｘ　、　Ｔ　ｗｉｎを満足する変調
方式で第５図のように記録する。第５図で、ｋがあまり
大になると、データを復調するときに必要となるクロッ
クをデータ自身から作成する（セルフクロッキングと称
す）ことが困難になりｋの値として１０程度が限界であ
る。この中で特に好適なのがＴ　＋ｍａｘ　／　Ｔ　ｗ
ｉｎの値が２となるものである。変調方式を決めるもう
１つの要因として、データを検出する許容時間幅Ｔｗと
生データの１ビツトに対応する時間Ｔｏに対する実際に
記録するパルスの最短時間長Ｔ　ｗｉｎとの比（高密度
化の比率を示す）との関係を第７図に示す。これより本
発明の高密度化に適した変調方式は（４゜９）ＰＬＬと
なる。横軸座標と縦軸座標との積が大きいものが好まし
いと考えられるので、（４゜９）ＰＬＬに次いで好まし
いのは（１、３）　ＰＬＬおよび（３，７）ＰＬＬであ
る。

最短時間Ｔｗｊｎは光ディスクの場合、最短時間Ｔ　ｍ
ｉｎによって形成される記録点を再生ビームスポットに
よって読み出したときの信号の劣化の程度の許容値によ
って決められる。例えば、第８図に示したような記録点
を読み出す場合には、記録点１では再生スポットに対し
て、記録点長が十分に長いので信号振幅が十分にとれて
、Ｓ／Ｎが良いが、記録点２のようになるとスポットに
対して記録点長が短いため信号振幅が減少し、Ｓ／Ｎが
劣化する。このことから記録再生システムによって許容
できる限界値が求められると、最短記録点景、すなわち
、最短時間Ｔが決められる。一般にノイズ（Ｎ）が少な
ければ、記録点長はスポットサイズ（強度が１　／　ａ
　”となる直径）の１／２が限界である。例えば読出し
スポット径が１．６μｍの場合、０．８　μｍとなる。

また、熱伝導（熱拡散）の速さは第９図のような数値が
１つの目安となる。これは、記録材料をＩｎ５ｅＴＱＣ
ｏ、ＩｎＳｂ、ＡｕＳｎとして、照射パワー、吸収係数
、熱伝導率Ｋをパラメータとして静止状態で照射時間を
変えて、照射部分における温度上昇をシミュレーション
で求めたものである。

熱伝導による熱拡散の時定数として、第９図において、
温度上昇がほぼ止まり、温度が一定になる照射時間をと
れば良い。この時間が長いほど熱拡散が遅いのでＴを短
くする必要が有る。

Ｉｎ５ａＴ　Ｑ　Ｃｏの記録材料でに＝０．００２５Ｊ
／ｓｅｅ−ｃｍ　・ｄｅｇ光吸光重収率４６％射パワー
８．８ｍＷでは温度上昇が止まり、温度一定になるまで
の時間は６μｓｅｃ程度である。この時間をｔｏμｓｅ
ｃとした時、ｔｏ＞２の場合に本発明が特に有効である
。

シミュレーションの具体的な手法、モデルは以下に詳し
いのでここでは省略する。情報処理学会第３４回昭和６
２年前期全国大会６Ｎ−７ｒ　ＤＥＱＳＯＬの相変化光
デイスク熱解析シミュレーションへの適用」 本発明は、結晶質−非晶質間の相変化に伴なう反射率変
化を利用した記録膜のほか、精品−結晶間あるいは非晶
質−非晶質問相変化などの、膜の外形変化をほとんど伴
わない原子配列変化による反射率変化を利用して記録・
読み出し・消去を行なえる記録膜や、光磁気記録膜など
にも適用することができる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例によって詳細に説明する。

実施例１ 高速消去が可能なＩｎおよびＳｅを主成分とする記録膜
を用いた光ディスクにおいて、単一のビームスポットに
より情報の書き換え（１ビームオーバーライド）を行な
う場合について説明する。

第１図（ａ）に書き換え前の旧情報の再生出力波形、第
１図（ｂ）に記録情報書き換え時のレーザパワーの時間
的推移、第１図（ｃ）にそれに伴なう記録膜の反射率の
変化（再生出力電圧の変化）の例を示した。記録を行な
う前の記録膜の状態は結晶質でも非晶質でもよい。まず
、同図（ｂ）に示しであるように、低（再生）レベルか
ら高（非晶質化）レベルのパワーまで一気に上昇させ、
そのままのパワーで保持する。この間に情報があれば消
去される。そして、新しい情報記録場所に来ると、中（
結晶化）レベルのレーザパワーまでパワーをパルス的に
下降させる。そして、記録が終ると再び高レベルまでレ
ーザパワーを上げてから、既存の情報を消去して行く。

以上のように操作を繰り返して所定の情報を記録した。

この時、高レベルにレーザパワーがあった場所では記録
膜は非晶質状態であり、中レベルにレーザパワーがあっ
た場所では結晶状態になっている。なお、低レベルから
−たん中レベルにパワーを上げた後、中レベル、高レベ
ル間でパワーを変動させてもよい。

また、結晶質状態と非晶質状態のどちらを記録状態また
は消去状態、情報の１またはＯｌあるいは高レベルまた
は低レベルに対応させるかは任意である。レーザパワー
の中レベルは高レベルの５５％以上９０％以下の範囲が
好ましく、６５％以上８５％以下の範囲が特に好ましい
。中レベルのパワーが高過ぎても低過ぎても照射中に十
分相変化させることができなかった。

本発明の信号変調方式で記録した例を第１図〜第３図に
示した。いずれの例でも信号の単位時間Ｔの僅か２〜４
倍の時間内の平均値を取ると、どこを中心として平均し
ても平均レーザパワーは一定であり、各点の昇温・冷却
時間にバラツキが生じにくいことがわかる。そのために
図かられかるように再生信号波形は記録波形にほぼ忠実
となった。また、前に書かれていた情報の消え残りによ
るエラーの発生率はＩ　Ｘ　１０−”以下であった。

一方、従来の信号変調方式で同様なディジタル信号を記
録した場合、記録波形に忠実な再生波形が得られず、何
も書かれていなかった場所に初めて記録した場合でもエ
ラーレートはｌＸｌ０３、　　・既に記録してあった場
所にオーバーライドした場合は５×１０″″８以上とな
つフ≧ぜ−ド情報を記録する場合にはデータの区切りを
示すセクタ毎に記録を行なう。そこで、データの記録開
始時には、温度分布が一定でないため、直ちにデータを
記録すると忠実な再生波形が得られない。そこで温度分
布を一定にするように、データ以外の信号を記録する。

そのような信号としては、例えばクロック信号を発生す
るＰＬＬ　（フェーズ　ロック　ループ：　Ｐｈａｓｅ
　Ｌｏｃｋｅｄ　Ｌｏｏｐ）の引き込みのために設けら
れた同期信号がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、再生信号のエラーレートとして十分低
い値が得られ、またオーバーライドが可能であって消え
残りが生じにくいため、高転送レート、記録・再生の高
い信頼性が得られる。また、本発明はディスク状の記録
媒体ばかりでなく、カード状、テープ状などの他の形態
の記録媒体を用いる場合にも有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例における記録レーザパワーの
波形および再生出力波形を示す図、第２図は従来例にお
ける再生出力波形を示す図、第３図〜第５図は本発明の
実施例における記録信号の変調方式を示す説明図、第６
図および第７図は本発明に含まれる種々の変調方式を示
す説明図、第８図は本発明の実施例における記録点と光
スポットとの関係を示す平面図、第９図は、各種材料の
レーザ光照射時の温度上昇特性図、第１０図はレーザの
パワーとレーザ照射された点の温度変化を￥ｌＩ　　ｉ
　　図 舅　２　図 第　３　図 兎　４　図 冨　５　　図 →を夕貿にで！ｔｅａ仁！ｆト（＝：＝＝＝＝＝）　　
　　　　　　　　　　　０　　　　　　　　　　（二二
二二）￥Ｊ　６　図 に 罵　　７　　国 ￥Ｊ３図 不　９　　図 冨１０図 Ｐｏ５ｉｔｉｏｎ　ａｌｏｎｇ　ｔｚ　ＴｒａｃＫ　（
μｍ２埒間（ｎｓ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、エネルギービームの照射による発熱を利用して情報
   の記録が可能な情報記録媒体を用いた情報の記録方法に
   おいて、情報記録用薄膜として、記録用エネルギービー
   ムが薄膜上に１回照射される時間よりも短い時間で変化
   が可能 な薄膜を用い、かつ、記録時に設定されるエネルギービ
   ームの２つ以上のパワーレベルのうちの２つについて、
   一方のレベルにある最短時間をＴとした時、最長時間は
   ４Ｔ以下であり、他方のレベルにある最短時間はＴ以上
   、最長時間は４Ｔ以下であるようなレーザパワーの変調
   方式によつて記録することを特徴とする情報の記録方法
   。 ２、特許請求の範囲第１項において、上記エネルギービ
   ームスポット直径（半値幅）がγ（μｍ）であり、該ビ
   ームスポットと該情報記録媒体との相対速度をＶ（ｍ／
   秒）とするとき、該最長時間４Ｔ（秒）を ４Ｔ≦４γ／Ｖ とすることを特徴とする情報の記録方法。