JPH0214427A

JPH0214427A - 情報記録再生装置

Info

Publication number: JPH0214427A
Application number: JP16396288A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Kobayashi; 忠小林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-06-30
Filing date: 1988-06-30
Publication date: 1990-01-18
Anticipated expiration: 2012-08-20
Also published as: JP2642422B2

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、情報記録媒体に光ビームを照射して、照射
部分に多段階の情報を記録することができる情報記録装
置及び情報記録方法、並びにこの情報を再生する情報再
生装置に関する。

（従来の技術）将来の計算機の大容量化、高速処理化にとって、メモリ
の高密度化、大容量化が重要な技術課題の一つである。

しかしながら、現在使用されている光ディスク、光カー
ド等の光メモリでは一つの記録スポットに１段階の信号
しか書込めないため（即ち、記録の有・無に対応した信
号）、１０８ビツト／Ｃｍ２が限界であり、メモリ密度
は未だ不十分である。

このメモリ密度の限界を打破る方法として、一つの記録
スポット中に複数の信号を書込む多重記録方式が６えら
れる。このような多重記録方式としては、光化学ホール
バーニング（ＰＨＢ）による超高密度光メモリが知られ
ている（トビカルミーティング、オン、・オブティ力ル
データストレイジ、１９８７年３月１１〜１３日、ネバ
タ州ステートライン）。ここでＰＨＢとは、ホスト中に
分散させたゲストの吸収スペクトル中にホールが生じる
現象である。ホールは、レーザ光を吸収したゲストのみ
が光化学反応を起してレーザ光波長位置のエネルギ状態
のゲストが現象するために生ずる。ホールの有・無を０
，１の信号として用いれば、波長次元での多重記録が可
能である。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、このようなＰＨＢによる多重記録方式は
、ＰＨ８メモリ膜を数に乃至数十にの低温に保持するこ
とが必要であり、光メモリ装置として解決すべき問題が
多く、実用化に至っていない。

この発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、
実用的に高密度記録を達成することができる情報記録装
置及び情報記録方法、並びに情報再生装置を提供するこ
とを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）この発明に係る情報記録装置は、情報記録媒体に情報を
記録する情報記録装置であって、入力した情報信号を３
段階以上の信号に変換する信号処理手段と、この３段階
以上の処理信号に応じてエネルギが多段階に変調された
光ビームを出力する光ビーム出力手段と、光ビームを前
記情報記録媒体に集光照射する光学系とを有し、前記情
報記録媒体の照射部分に状態が異なる多段階の情報を記
録することを特徴とする。

この発明に係る情報記録方法は、情報記録媒体に光ビー
ムを照射し、照射部分に状態の変化を生じさせて情報を
記録する情報記録方法であって、記録しようとする情報
信号に応じて前記光ビームの照射エネルギを多段階に変
化させ、これにより情報記録媒体の光ビーム照射部分の
状態を多段階にして多重情報を記録することを特徴とす
る。

この発明に係る情報再生装置は、情報記録媒体に記録さ
れた多段階の記録情報を再生する情報再生装置であって
、情報の記録レベルが多段階の記録部位が形成された前
記情報記録媒体に光ビームを出力する光ビーム出力手段
と、光ビームを前記記録媒体に集光するための光学系と
、光ビーム照射によって得られる前記記録部位の多段階
の光学特性を検出して所定の再生信号を作成する再生信
号処理手段とを有することを特徴とする。

（作用）光ビーム出力手段から照射される光ビームのエネルギを
信号処理手段からの信号に基き多段階に変調させること
により、照射部分の状態を多段階に変化させることがで
きる。従って、一つの記録スポットに対し複数の信号を
記録し得るので、情報の記録密度を極めて高くすること
ができる。

［実施例］以下この発明について具体的に説明する。第１図はこの
発明の実施例に係る情報記録装置を示す概略構成図であ
る。情報処理装置１０は、後にその構造を詳細に説明す
るように、人力された情報信号を複数レベルに変換する
ものである。そして、この複数レベルの処理信号が半導
体レーザ１１に出力される。半導体レーザ１１は信号処
理装置１０から出力される複数レベルの信号に応じて多
段階のエネルギ又は波長の記録用レーザビームを照射す
る。ここでレーザビームのエネルギを多段階に変化させ
るためには、光ビームの強度若しくはパルス幅若しくは
これら両方を変化させるか、又は光ビームの波長を変化
させればよい。このような多段階の光学特性のレーザビ
ームが光学系３０を介して情報記録媒体（光ディスク）
２０の後述する記録層に照射されることにより、照射部
分においてレーザビームのエネルギに応じた状態変化が
生じ多段階の情報が記録される。

前述の半導体レーザ１１は、情報を再生する場合には、
記録用のレーザビームよりも低強度で一定のレーザビー
ムを出力する。半導体レーザ１１から出力された再生用
レーザビームは、光学系３０を介して情報記録媒体２０
に照射され、その反射光が光学系３０介して光電変換素
子１２に導かれる。光電変換索子１２により変換された
信号は、処理回路１４を介して再生信号処理装置４０に
導かれ、後述するように多段階の情報に応じた再生信号
が出力される。なお、例えば情報記録媒体２０が相変化
型のものである場合には、半導体レーザ１１から光学系
３０を介して情報記録媒体２０の記録層の情報記録部分
に記録の際よりも低強度のレーザビームを出力してその
部分を元の相に相変化させ、情報を消去することができ
る。

光学系３０においては、半導体レーザ１１から出力され
た発散性のレーザビームがコリメータレンズ３１によっ
て−［乙行光束に変換され、ビームスプリッタ３２に導
かれる。ビームスプリッタ３２で反射したビームは集光
レンズ３６により情報記録媒体２０に集光照射される。

１（導体レーザ１１から出力されるレーザビームが再生
用の場合には、レーザビームが情報記録媒体２０で反射
し、その反射光がビームスプリッタ３２を直進してハー
フミラ−３４に導かれる。ハーフミラ−３３を直進した
ビームは、レンズ３５を介して光電変換素子１３に導か
れ、ハーフミラ−３３で反射した光はレンズ３４を介し
て光電索子１２に導かれる。

光電索子１２から出力された信号の一方は、前述したよ
うに処理回路１４を介して再生信号処理装置４０に出力
されるが、他方は更に増幅回路１６を介してトラッキン
グ制御装置１つに導かれ、ビームの照射位置が適正化さ
れる。また、光電変換索子１３から出力された信号は、
処理回路１５及び増幅回路１７を介してフォーカシング
制御装置１８に導かれ、これにより焦点制御される。

次に、記録信号処理装置１０について具体的に説明する
。第２図は記録信号処理装置の一例の概略構成を示すブ
ロック図である。この第２図に示されているように記録
信号処理装置１０は、ｎ値化回路１０１と、Ｄ／Ａ変換
回路１０２と、半導体現レーザドライブ回路とを緘えて
いる。入力データ（情報信号）は２値化された状態、即
ち２進数の信号として入力され、この信号は、先ず記録
情報の多重度に応じてｎ値化回路ｌＯ１にてｎビット単
位の情報、即ちｎ値化データに変換される。このｎ値化
データはＤ／Ａ変換回路［０２にてアナログ信号に変換
され、半導体レーザドライブ回路１０３に）Ｕ圧として
印加される。これにより、光ビームの強度等が記録信号
に応じてｎ段階に変調される。

なお、Ｄ／Ａ変換回路を用いずに、予め多段階の情報に
応じた半導体レーザドライブ回路への印加電圧を準備し
ておき、情報のビット値に応じて印加電圧のゲートを切
替えて記録パワー等を変調させてもよい。

次に、再生信号処理装置４０について具体的に説明する
。第３図は再生信号処理装置の一例の概略構成を示すブ
ロック図である。この１１■生信号処理装置４０は、第
３図に示すようにＡ／Ｄ変換回路４０１と、ｎｉ化回路
４０２と、２１ｉｉ化回路４０３とを備えている。処理
回路１４から出力された読出し信号は、先ず、Ａ／Ｄ変
換回路４０１にてディジタル化されて読取られ、次いで
、Ｐめ設定された基準電圧（又は基準電流）との比較に
よりｒｌ値化される。その後、ｎ（Ｉｉ化された信号は
２値化回路４０３にて２値化されて出力される。これに
より記録された多値情報が復調されたことになる。

次に、情報記８媒体２０について詳細に説明する。第４
図はこの発明に適用される情報記録媒体の一例を示す断
面図である。基板２１は透明で経時変化が少ない材料、
例えばポリメチルメタクリレートのようなアクリル樹脂
、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂、スチレン樹脂
、又はガラス等で形成されている。基板２１には、保護
層２２、記録層２３、保護層２４及び表面保護層２５が
この順に形成されている。

記録層２″３は光ビームが照射されることにより状態が
変化する材料で形成されている。このような材料として
は例えば相変化型のものがある。この相変化型の記録層
においては、レーザビームの照射により、例えば結晶相
と非晶質相との間で相変化し、これらの相間で反射率又
は透過率等の光学特性が異なっており、この相変化を利
用して情報を記録・１１ｆ生する。このような相変化型
の材料としてはＧｅＴｅ系、ＴｅＳｅ系、Ｇｅ５ｂＳｅ
系、ＴｅＯｘ系、Ｉ　ｎ　Ｓ　ｅ系、Ｇｅ５ｂＴｅ系等
のカルコゲナイド系アモルファス半導体材料やＩｎＳｂ
系、ＧｅＳｂ系、Ｉｎ５ｂＴｅ系等の化合物半導体材料
等を用いることができる。この記録層２３は真空蒸管法
、又はスパッタリング法等で形成することができる。こ
の記録層２３の層厚としては、実用工数ｎ　ｒｎ乃至数
μｍの範囲であることが好ましい。

保護層２２．２４は、記録層２３を挟むように配設され
ており、レーザビームの照射により記録層２３が飛散し
たり、記録層２３に穴がおいてしまうことを防止する役
割を有している。この保：１１１？Ａ２２．２４は５ｉ
０２　５ｉＯ１ＡΩＮ１Ａｊ７２　　０４　　、　　Ｚ
ｒＯ２、Ｔ　　ｉ０２　　、　　Ｔａ　　２　０３　　
、ＺｎＳ、Ｓｉ、又はＧｅ等を真空蒸菅法やスパッタリ
ング法等で形成することができる。保護層２２．２４の
層厚は実用上数ｎｍ乃至数ｌｔ　１１１であることが好
ましい。

保護層２５は、情報記録媒体２０を取扱う上での傷、は
こり等を防止するために配設さされるものであり、通常
紫外線硬化樹脂等により形成される。この保護層２５は
、例えば紫外線硬化樹脂をスピンコード法により保護層
２４の表面に塗（’ｉｉ　Ｌ、紫外線を照射して硬化さ
せて形成する。この保護層２５の層厚としては、実用上
数μｍ乃至数百μｍの範囲であることが好ましい。

なお、以上は片面の情報記録媒体の一例であるが、この
片面の情報記録媒体を記録層２３を内側にして２枚張合
わせ、両面の情報記録媒体として用いることもできる。

次に、このような情報記録媒体２０の情報処理動作につ
いて、相変化型の情報記録媒体の場合を例にとって説明
する。

記録層２３は通常成膜直後に非晶質であり、例えばこの
非晶質状態を初期状態とする。なお、非晶質状態を安定
化させるために、アニール処理やエージング処理した状
態を初期状態としてもよい。

記録情報の記録は、前述したように半導体レーザ１１から光
学系３０を介して記録層２３にレーザビームを照射し、
照射部分を結晶化することによってなされる。この場合
に、前述したように２値の情報信号を記録信号処理装置
１０のｎ１ｉｉ化回路１０１によりｎ値化データ（ｎビ
ットデータ）に変換し、このデータに基いて半導体レー
ザ１１がら出力されるレーザビームのエネルギをｎ段階
に変化させることにより、照射部分、即ち記録スポット
の結晶化度をｎ段階に変化させることができる。

そして、このｎ段階の変化に対応して、記録スポットに
再生用レーザビームを照射した場合の反射率又は透過率
が変化する。レーザビームのエネルギＥは、レーザビー
ムの強度をＰ１パルス幅をＴとすると、Ｅ−ＰＸＴで表
わすことができるから、エネルギを変化させるためには
、レーザビームの強度を変化させるか、又はパルス幅を
変化させるか、あるいはこれら両方を変化させればよい
。なお、照射ビームのエネルギが変化することにより記
録スポット径も変化する。

次に、６ビツトデータを記録する場合を例にとって記録
について詳細に説明する。先ず、結晶化度変化に若口す
る場合、照射部分を完全に結晶化するためのレーザビー
ムエネルギをＥ５とし、その中間段階のエネルギを小さ
い順からＥｌ乃至Ｅ４と４段階とすると、Ｅｌ乃至Ｅ４
のレーザビーム照射部分では一部が結晶で残部が非晶質
となり、結晶と非晶質とが混在した相変化の中間状態で
ある。そして、エネルギがＥｌからＥ４と増加するにつ
れて結晶化度が高くなる。また、再生用ビームを照射し
た場合の反射率は、記録スポットの結晶化度が増加する
に従って増加又は減少する。

他方、記録スポットの径は、レーザビームのエネルギが
ＥｌからＥ５まで増加するに従い、順次増加する。そし
て、第５図に示すように、再生用レーザビームのスポッ
ト径は一定であるから、再生用レーザビームスポット径
に対する記録スポット径が占める割合が変化し、結果と
して反射率が変化する。従って、結晶化度及び記録スポ
ット径の重畳作用により大きな反射率変化を得ることが
できる。この場合に、情報のビット数をレーザビーム非
照射、及び前述のエネルギＥ１乃至Ｅ、のレザビーム照
射に対応させることにより、一つの記録スポットに６ビ
ツトの情報を多重記録をすることができる。レーザビー
ム非照射部分の反射率をＲＯｓレーザビームエネルギが
Ｅ１〜Ｅ５の場合に対応する反射率をＲ３−Ｒ５とする
と、レーザビームエネルギと反射率とビット数との関係
は第１表に示すようになる。

ｊ表この場合のレーザビームのエネルギと反射率との関係を
第６図に示す。

このような多重記録は、情報信号に基いて半導体レーザ
１１から出力されるレーザビームの波長を多段階に変化
させることによっても可能である。

即ち、この発明では光源として前述した半導体レーザ、
又はＨｅＮｅレーザ等を好適に用いることができるが、
このような光源のレーザ光束はＴＥＭｏｏｇ本モードの
発光パターンをＨしており、断面強度骨ｌ′Ｉｉがガウ
ス分（ｌｉを示すものである。

このような光束をレンズで収束させる際には、光の回折
作用のため、ある半径までしか収束させることができな
い。この最小半径をＤ（ビームウェスト）とすると、以
下に示す式が成立する。

Ｄ　−Ｋ弓／ＮＡここでＫは定数であり、Ｋλ０．４１である。

また、λは光の波長、ＮＡはレンズの開口数である。

この式から明らかなように、レーザビームの波長λを小
さくする程、収束スポット直径が小さくなる。従って、
レーザビームの強度、パルス幅を一定として波長のみを
変化させることにより、ビーム照射部の直径が変化し、
投入されるエネルギ密度が変化するので、多段階に波長
変調することにより、前述の場合と同様に、照射部分の
反射率を多段階に変化させることができ、多重記録が可
能となる。また、スポット径の大きさ自体も変化するの
で、これによっても反射率が変化する。

再生多重記録した情報は、レーザビーム照射部分、即ち記録
スポットの反射率に応じて前述した光電変換素子１２で
電気信号に変換され、この信号が再生信号処理装置４０
で処理されて再生される。

なお、反射率に限らず、透過率を検出して情報を再生す
ることもできる。

再生における反射率の値と情報ビットの対応については
、例えば前述した第１表に示すように、多重記録された
レーザ照射部分の反射率を検出し、その反射率の値と情
報ビットとを１：１で対応させる方法がある。また、第
２表に示すように夫々の反射率の近傍の値で対応させて
もよいし、第３表に段階的に対応させてもよい。

第　　　２　　　表第表消去記録層２３が相変化型の場合には、レーザビームの照射
条件によって可逆的に相変化させることができる。この
実施例の場合には、多重記録部分の一部又は全部が結晶
化しているから、この部分にレーザビームを照射して溶
融・急冷させ、結晶を非晶質に相変化させて情報を消去
する。

次に、この発明に基いて実験した実験例について具体的
に説明する。先ず、６（ｉｉｆｆ化回路によって記録信
号を０．１，２，３．４．５の５段階の信号に変換した
。次に、半導体レーザドライブ回路にて、６つの信号に
応じてレーザパワーを夫々ＯｍＷ、６ｍＷ、８ｍＷ、１
０ｍＷ、１２ｍＷｓ１４　ｍ　Ｗの６段階に食調して情
報記録媒体に照射した。情報記録媒体としては、ポリカ
ーボネート基板上に１０００人のＳｉＯ□保護層、１０
００人の（Ｉ　ｎ　４ＪＩＳ　ｂ　８２）　ｏａＴ　ｅ
　２記録層及び１０００人の５ｉ０２保護層を順次成膜
したものを用いた。

記録層は初期状態で非晶質であり、レーザビーム照射に
より相変化した。６〜１２ｍＷの照射では照射部分の結
晶化が途中まで進んだ中間段階となり、９ｍＷではほぼ
完全に結晶化していた。また、各ビットの記録スポット
の反射率は第４表に示すようになった。

第４表この第４表に示すように、レーザビーム非照射部分の反
射率が３７％であり、レーザパワーが６゜８．１０．１
２．１４ｍＷと増加するに従って、３５〜２５％まで順
次減少した。

このようにして記録された情報を以下のように再生した
。先ず、半導体レーザから０．５ｍＷの連続光を記録媒
体の記録層に照射した。記録層で反射した反射光は、再
生信号処理装置のＡ／Ｄ変換回路により、夫々の反射率
に応じた０、１，２゜３．４．５の６つの信号に変換さ
れ、６値化回路により６値化され、更に２値化回路によ
り２値化されて再生情報として出力された。この場合に
、第５表に示すように、検出された反射率の値及びその
近傍の値と情報ビットとを対応させた。

第　　　５　　　表このようにして記録媒体の１つの記録スポット部から、
６種類の情報を読取ることができた。

なお、以上の実施例においては、６ビツトの情報を多重
記録した場合について示したが、この発明はこれに限ら
ず、３ビツト以上の情報を記録再生する場合に適用する
ことができる。また、記録層として相変化型のものを使
用した場合について示したが、これに限らず、照射する
光ビームのエネルギにより状態が多段階に変化するもの
であればよい。このようなものとしては、例えば光ビー
ムを照射してビットを形成するタイプのものがある。こ
の場合には、光ビームのエネルギを変化させることによ
りビットの大きさが変化し、これにより多重記録するこ
とができる。

Ｃ発明の効果］この発明によれば、従来の情報記録装置を基本にして、
一つの記録スポットに多段階の情報を記録することがで
きるので、極めて実用的に高密度記録を達成することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例に係る情報記録装置を示す概
略構成図、第２図は記録信号処理装置を示すブロック図
、第３図は再生信号処理装置を示すブロック図、第４図
はこの発明に使用する情報記録媒体の一実施例を示す断
面図、第５図は記録スポットの大きさが異なる場合の反
射率変化を説明するための図、第６図はレーザビームの
エネルギとビーム照射部分の反射率との関係を示すグラ
フ図である。１０；記録信号処理装置、１１；半導体レーザ、２０；
情報記録媒体、３０；光学系、４０；再生信号処理装置
。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第図第区第区／′− 第図（ａ）第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）情報記録媒体に情報を記録する情報記録装置であ
って、入力した情報信号を３段階以上の信号に変換する
信号処理手段と、この３段階以上の処理信号に応じてエ
ネルギが多段階に変調された光ビームを出力する光ビー
ム出力手段と、光ビームを前記情報記録媒体に集光照射
する光学系とを有し、前記情報記録媒体の照射部分に状
態が異なる多段階の情報を記録することを特徴とする情
報記録装置。
（２）情報記録媒体に光ビームを照射し、照射部分に状
態の変化を生じさせて情報を記録する情報記録方法であ
って、記録しようとする情報信号に応じて前記光ビーム
の照射エネルギを多段階に変化させ、これにより情報記
録媒体の光ビーム照射部分の状態を多段階にして多重情
報を記録することを特徴とする情報記録方法。
（３）情報記録媒体に記録された多段階の記録情報を再
生する情報再生装置であって、情報の記録レベルが多段
階の記録部位が形成された前記情報記録媒体に光ビーム
を出力する光ビーム出力手段と、光ビームを前記記録媒
体に集光するための光学系と、光ビーム照射によって得
られる前記記録部位の多段階の光学特性を検出して所定
の再生信号を作成する再生信号処理手段とを有すること
を特徴とする情報再生装置。