JPH02199630A - ３次元光メモリディスクの駆動システム - 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、データの書き込み、読み出し、書換えに純粋
な光電子プロセスを用いた、大量データ情報の蓄積方法
およびその装置に関するものである。

〔従来の技術〕

現在一般に知られている光蓄積装置は、磁気的な方式に
よるものより２〜３桁大きなデータが蓄積できる。この
ような光メモリはデータ大量蓄積の可能性を゛もち、大
きな対象マーケットが期待できるため、最近、種々の方
向で活発な開発が行われている。すなわち、上記のよう
な開発活動はＲＯＭ（読み出し専用メモリ）、ＷＯＲＭ
　（１度書き込み後多数回読み出し可能なメモリ）、あ
るいは書換え可能な光メモリに向けられている。そして
、ＲＯＭおよびＷＯＲＭは既に実用化されているが、書
換え可能な光メモリシステムは、蓄積媒体の特性に非常
に複雑な技術的課題が要求されるため、より大きな開発
上の困難に直面している。

ＣＤ−ＲＯＭのようなコンピュータ周辺機として用いら
れる光ＲＯＭ装置は、デジタル・オーディオＣＤの出現
により実用可能になってきた。このようなユニットのデ
ィスク・データ蓄積容量は、最近では２００〜６００Ｍ
ｂ（メガバイト）になっており、モールドプレスや金属
めっき技術を用いて工場で大量生産され、大容量のデー
タベース情報を安価に提供できるようになった。

ＷＯＲＭは１回限りだが、ディスクにユーザ自身のデー
タを書き込むことを可能にしている。データのビットは
、媒体にレーザで永久的に焼き付けることにより特定位
置に蓄積される。このような永久書き込みは何回も無限
に読み出すことができる。上記のようにＷＯＲＭ技術は
大容量データベースで、ランダムアクセス（任意読み取
り）が望まれる大量情報（デジタルイメージを含む）保
存文書記録に役立つものである。

光ディスク蓄積装置の第３部類に属するもの、すなわち
書換え可能な蓄積装置は、大容量蓄積の目的に最も利用
価値が大きいと信じられている。

上記蓄積装置は、現在の磁気テープや磁気ディスクに代
わるもので、将来のコンピュータ技術に大きなインパク
トをもたらすものであろう。

現在、書換え可能な光蓄積について行われている最も活
発なアプローチは、■光磁気材料システム、■高分子染
料、および■蓄積媒体が書き込まれた点で結晶構造ある
いは相の変態を起こさせる技術、の３つである。これら
のアプローチは、すべて書き込み、書換え時に、材料の
物理的、化学的構造変化を起こさせる熱を必要とする。

したがって、上記のシステムでは、データを書き込む時
間はデータを書き込まれる点が熱せられて、物理的ｔ；
変態を生じる停留時間（ｄｗｅｌｌ　ｔａｍｅ）に左右
される。

もう１つの欠点は、上記媒体の挙動が、不純物、不純物
拡散、酸化およびその他の不完全性や格子欠陥に非常に
敏感なことである。そしてそれは、多数回のスイッチン
グサイクル後、あるいは装置を製造検査した直後でなく
、後になってから現われる。上記３つのアプローチのう
ち、光磁気材料が最も進んでおり、この分野の実験結果
では数百ガロの書き込み、書換えサイクルに耐えるもの
が報告されている（例えば、Ｈ−Ｐ、　Ｄｓ　５ｈｉｅ
ｈのカーネギ−メロン大学（ピッツバーグ、ペンシルバ
ニア）の博士論文（１９８７年））。

大容量蓄積に書換え可能な光媒体を用いるためには、上
記光媒体が小パワーのレーザで、しかも高速に書き込み
できるものでなければならない。

また、少なくとも１０年間はコンピュータ工業規格の無
事故特性を保証するものでなければならない、上記のよ
うに、光ディスク蓄積システム等に用いる高速、高解像
度の光蓄積媒体において、書換え可能な物理現象を見出
すことは非常に困難であった。過去１０年間にわたる光
ディスク分野への開発努力は、上記のように主として光
磁気材料を用いることに向けられた。しかしながら、実
用性をもった書換え可能な光磁気蓄積は実際にまだ実現
されていないし、また、実現するという保証も得られて
はいない、残念なことではあるが、先に述べた２つのア
プローチはいずれもそれ以下である。

上記技術的問題点を解決し実用可能な光ディスク蓄積シ
ステムの基本を作り出すために、密度、速度、長寿命の
要求をみたす新しい光蓄積材料へのアプローチが進めら
れた。この開発は稀土類元素でドープしたアルカリ土類
結晶を包含する、−種の新材料における電子トラップ現
象を利用するものである。このような材料の結晶薄膜は
、いろいろな基板上につくられる０例えば、ガラス、研
摩サファイア、アルミナ、あるいは他の光学特性をもつ
材料等が用いられる。

トラップ現象は純粋な電子プロセスなので、書き込み、
読み呂し、書換えの操作は非常に高速で行うことができ
る。さらに、上記物理的な電子トラップ現象から媒体寿
命は実施的に半永久的と思われる。また、上記電子トラ
ップ特性は線形応答特性を持っており、アナログ量の蓄
積も可能である１例えば、１個の５１７４インチディス
クの可能な蓄積容量は数Ｇバイトにもなることができ、
明らかに蓄積情報の密度は非常に高いものである。

この光ディスク蓄積システムの媒体として用いられる材
料は、米国特許８願番号１８４，２６３号（１９８８，
４，２１受理）の主題になっており、米国特許番号８７
０，８７７号および ８７０．８０９号の続編である。上記蓄積媒体として有
効な他の材料は、−緒に出願している米国特許出願番号
０３４，３３２号および ０３４．３３４号（何れも１９８７，４．３受理）、米
国特許出願番号１４７，２１５号（１９８８゜１．２２
受理）および米国特許出願番号０７８．８２９号（１９
８７，６，２８受理）に記載しである。これらの特許出
願人は本発明の出願人と同一人である。

例えば、出語番号１８４，２６３号に記載されている材
料は、書き込み入力光強度と一定強度の命令で読み呂せ
る出力光との間に極めてよい直線関係が見られる。この
材料がアナログ的な、あるいは多重レベルのデジタル的
なメモリ媒体に使われる時は、情報蓄積密度を増大させ
ると同時に、二進法蓄積ではノイズに非常に強くなる。

多重レベルというのは次のようなものである。すなわち
、複数の強度が同じレーザビームで書き込みをするとき
、読み出しレーザビームで出てくる放出光の直線性によ
り、例えば、０．２，０．４，０，６゜０．８，１．０
といういくつかのｒレベル」強度で。

情報が蓄積され認知されることをいう、このような特殊
な媒体は薄膜の形をとり、光で電子を基底状態から上位
レベルに励起することにより、「書き込みｊおよびｒ読
み出し」が可能になる。特に可視光で照射すると、電子
は高いトラップレベルへ励起され、何時までもそこに留
まることができ。

その後、赤外線で照射されると、上記電子はトラップレ
ベルから放出されて新しい可視光線を放出する。このよ
うにして、上記材料によりデジタル的あるいはアナログ
的データが蓄積され、その後、低エネルギーのレーザに
より引き出されるが、その際、特定位置の電子が読み出
される。このような固体光電材料は、２つの安定状態を
有する電子を持っている。１つは基底状態にある電子、
もう１つは井戸状の特殊なエネルギー状態に「トラップ
」された電子である。上記電子は可視光の光子を吸収し
てより高いエネルギーレベルに励起され、トラップ点を
充たす、その励起されたエネルギーレベルにある電子は
、上記井戸から逃げ出すのに十分なエネルギーが与えら
れると、そのトラップ点から開放される。その時、電子
は基底状態に戻り、それに相当する可視光の光子を放出
する。その励起エネルギー状態にある電子の数は、書き
込みに用いられた可視光の強度に比例している。

このような特性によって、上記材料は光エネルギーを効
果的に蓄積することが可能になる。上記のような電子ト
ラップ材料の純光電子的な機構により、熱的問題を避け
ることができ、そのため、トラップされる電子の数は本
質的に線形特性を持ってくる。書き込み時の局所解像度
は、位置決めの光学系特性だけできまるので、直径１μ
ｍの書き込みスポットを用いれば、上記の単層薄膜材で
被覆された１３０＋ｏｍあるいは５１７４インチのディ
スクでは、少なくとも５５０Ｍバイトの蓄積が可能であ
ろう。多層薄膜材ではその数倍のデータ蓄積ができ、例
えば２層薄膜材は少なくとも２倍の１．１Ｇバイトの容
量となるであろう。

また、磁気ディスク記録によく用いられているＭ　Ｆ　
Ｍ　（Ｍｏｄｆｆｉｅｄ　Ｆ　ｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｍｏ
ｄｕｌａｔｉｏｎ）、改良ＭＦＭあるいはＲＬ　Ｌ　（
Ｒｅｃｏｒｄ　ＬｅｎｇｔｈＬ　ｉｍｉｔｉｎｇ）とい
うエンコード技術を用いれば、蓄積容量はＦ　Ｍ　（Ｆ
ｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）あるいはＦ
ＭＣ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｃ
ｏｄｉｎｇ）を用いるより３桁増大させることができる
。書き込み、！ａみ出し、光パルスの立ち上がり、減衰
時間はナノ秒の範囲にある。上記のような電子トラップ
材料を用いた光ディスク駆動媒体において、書き込み、
読み出し速度は、少なくとも毎秒２００Ｍビットになる
ことが見出された。

回転ディスクメモリシステムは蓄積された情報を引き出
すのに、いくつかの使用法を要求している。その１つは
、どこにリクエスト情報が蓄積されているかをキャッチ
する駆動機構である。もう１つは、処理中における書き
込み、読み出し機構の並べ方である。その並べ方には、
集束、速度。

トラック、マーク位置等のパラメータがある。情報の書
き込みは書き込み専用、光磁気、高分子染料、相変化等
の用いられる媒体にそれぞれ依存しているが、すべての
場合において、書き込まれた点の反射パラメータの変化
を用いている。読み出し方法はディスク表面における反
射率の変化を検出することを基本にしている６ ＣＤ（コンパクト・ディスク）のような表面光反射ディ
スクにおいて、トラッキングに用いられる一般的な方法
は、トラックの中央に書き込み、読み出しヘッドを並べ
て集束する主モードのトラツク群に依存している。速度
情報はマークの繰り返しバタンから得られる。なお、現
在実用化されているその他のトラッキング法は、「サン
プル・サーボ・システムＪ　　（Ｓ　ａｍｐｌｅ　Ｓ　
ｅｒｖｏ　Ｓ　ｙｓｔｅｍ）として知られている。この
システムは、ディスク表面スポットの反射率変化に依存
している。上記スポットは、トラック位置、ディスクの
回転速度および集光が適正かどうかという情報が得られ
るように配置されている。

媒体として薄膜電子トラップ材を用いた本明細書の書換
え可能な光ディスクメモリシステムは、読み出すのに反
射特性には依存していない。その代わり、あらかじめ書
き込まれたトラッキング情報をディスクから読み出すの
に、赤外線刺戟による媒体からの光放出を用いている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のような進歩的成果にかかわらず、米国特許出願番
号２２５，８４６号に示された「２次元メモリシステム
」にはある限界があった。並列処理コンピュータの出現
およびその開発により、極端に高密度容量をもった高速
応答メモリシステムが求められてきた。２次元の書換え
可能光メモリに対する大きな関心と開発努力がされてき
たが。

この様なアプローチは、結局光の解像度の限界にぶつか
った。すなわち、光の集光ビームは、たとえレーザであ
っても、直径１μｍ程度のものしか得られない。上記制
限により単位面積に蓄積されるビット数もある限られた
ものしか得られなくなる。

本発明は、つぎに示すような種々の目的を有している。

■３次元書換え可能な光ディスク酩動システムを操作し
、構成する方法と装置を得る。ここで、書き込み、読み
出し、書換えの各機能が、高密度、高速、長寿命の諸特
性をもつように、その電子トラップ媒体層は多層になっ
ている。

■情報蓄積で特に書換え可能な３次元光ディスクメモリ
システムを得る。それは、誘導磁気媒体システム、ある
いは書換え可能な２次元光ディスクメモリシステムより
も数桁大きな蓄積容量をもつことかできる。

■データを光エネルギーとして蓄積し、ディスクの反射
特性を用いていない、書換え可能な３次元光ディスクメ
モリシステムを得るのが特記すべき目的である。

■データが平行した形でディスクに書き込まれ読み出さ
れるような、書換え可能な３次元光ディスクメモリシス
テムを得る。

■可視光が異なった波長を中心にもつ、１つあるいはそ
れ以上の書き込みレーザビームが用いられ、そのレーザ
ビームは、１つあるいはそれ以上の電子トラップ媒体層
に、それぞれ同時にデータを書き込むことができる３次
元ディスクメモリシステムを得る。

■それぞれの電子トラップ媒体層に蓄積されたデータは
、単一の読み出し用赤外線を用いて、同時に放出される
３次元ディスクメモリシステムを得る。

■複数の電子トラップ媒体層のそれぞれから放出される
データ光は、それぞれあらかじめ定められた波長の中心
をもち、容易に分離検出できる３次元ディスクメモリシ
ステムを得る。

■書換え可能な３次元ディスクシステムにおいて、光エ
ネルギーとしてデジタルあるいはアナログの形で蓄積さ
れているメモリシステムを得る。

〔課題を解決するための手段〕

光エネルギーの形でデジタル情報を蓄積する電子トラッ
ク媒体の、少なくとも２つの異なった層をもち、密閉容
器に固着された光ディスクを回転可能に保持し、上記光
ディスクを回転する手段と、少なくとも３つの光ビーム
を発生する手段とを有し、上記光ビームを光エネルギー
として情報の書き込みと読み出しを行うために、上記光
ビームを集束する手段を、上記光ディスク上の１つのト
ラックから次のトラックに移動させ得る位置決め手段を
備えた３次元光メモリシステムにおいて、上記課題を解
決するために、異なった波長の光に対応する。それぞれ
異なった電子トラップ材を少なくとも２層に重石化した
ものである。上記の方法により光ディスクメモリシステ
ム等の蓄積容量を飛躍的に増大させることができる。異
なった特性の電子トラップ材を積層して実用化するもう
１つの例として、２次元蓄積板の緩衝性をもった積層が
ある。電子トラップ材特性は、個別あるいは一諸に、あ
るいは一定の順序で制御することができ、電子トラップ
媒体層および光学層は両方とも用いられる。

〔作用〕

上記した本発明の目的群は、少なくとも２種類の薄膜電
子トラップ材を被覆したディスクを示すことにより、装
置の態様が明らかになる。そしてその材料は異なった光
感度特性を持っており、ウィンチエスタ型のディスク装
置として知られている、磁気ハードディスク駆動装置と
同様の方法で回転させられる。

データは任意の書き込みレーザの形でディスク上に読み
込まれる。上記レーザは任意の異なった波長の可視光（
４５０〜６０００ｍの間にピーク波長をもつものが用い
られる）で動作する。読み出しレーザは７００〜１４５
０ｎｍの間にピーク波長をもつ近赤外線（１０００ｎｍ
位がよく用いられる）が用いられ、ディスクを照射する
。近赤外線の読み出し光で励起されると、ある蓄積され
たビット（例えば２進法の１で表されるビット）から、
あらかじめ決められた特性の光が放出される。その光は
あらかじめ定められた波長１例えば約６２０ｎｍ（オレ
ンジ色）および４９０ｎｍ（青色）にピークを持ってい
る。このようにして検出された光は、それらの点に記録
されていた２進法の１に対応する。このような光の放出
がない時は２進法のＯに対応する。

本発明の光ディスクメモリ蓄積システムは、また、読み
出し用および複数の書き込み用レーザビームを、読み出
し、書き込みヘッドに送り込む光学的処理ユニットをも
っている。

また、同じくディスク上のヘッドを位置決めするために
、種々の検出電子回路および位置決め電子回路をもって
いる。データの出力および入力は、標準的なコンピュー
タ接続装置で処理されている。

上記ディスクは基板の上に、少なくとも２Ｈの電子トラ
ップ材料が薄膜媒体として積層されたものである。２つ
あるいはそれ以上の薄膜媒体層は、光学的被Ｎ層でそ九
ぞれ分けられている。この様にして、情報は多色の光信
号により書き込み、読み出し、書換えが可能になる。こ
れらの操作に必要な時間は約５ナノ秒程度である。上記
のような電子トラップ媒体材料を用いることにより、実
用的にはぼう大な情報を受は入れることができる６上記
電子トラップ媒体層は、電子銃による蒸発やスパッタリ
ングのような各種技術を用いて積層される。上記電子ト
ラップ層は、お互いの上に積層されるが、反応しない光
学的薄膜で分離されている。今までは２つの電子トラッ
プ媒体層についてだけ具体例を示してきたが、ｎ個の電
子トラップ媒体層をもつメモリシステムを作ることも勿
論可能であり望ましいものである。そしてそれらの各層
は、書き込み用の各波長の可視光に感度を持ち、読み出
し用赤外線レーザビームにより、それぞれ異なった波長
の出力光を出すものである。

〔実施例〕

つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する。

第１図は本発明による３次元光メモリシステムのディス
ク表面に使われる薄膜蓄積媒体の動作原理を示す図、第
２図は本発明に用いる特殊電子トラップ膜のトラップを
電子で満たす効率（相対値）を示す図、第３図は上記ト
ラップ材の読み出し、書換え機能に関する赤外線波長感
度特性を示す図、第４図は上記電子トラップ材について
、ディスクに赤外線を照射した場合の放出光の波長特性
を示す図、第５図は上記電子トラップ材において書き込
みエネルギーの函数として読み出された出力光の相対値
を示す図、第６図は本発明の書換え可能な光ディスクメ
モリシステムに用いた光ディスクの構成図、第７図はデ
ィスクにデータを書き込み、読み出し、書換えに必要な
電子回路および光学的ブロックの概略を示す図、第８図
は上記光ディスクメモリシステムの部分断面図、第９図
は光ディスク邪動メモリシステムにおけるトラッキング
回路の概略ブロック図で、Ａは位置制御を示す図、Ｂは
速度制御をそれぞれ示す図、第１０図は光ディスク駆動
メモリシステムに用いた光学的処理装置および駆動集合
体の概略ブロック図である。

第１図において、広いエネルギーバンド幅をもった主役
の材料は、エネルギーレベルＥおよびＴをつくる特定の
不純物をもっている。狭いＥバンドは電子がそこで相互
に作用し合うので、連絡バンドと呼ぶ、トラップレベル
Ｔにおけるトラップ位置は、電子の相互作用が許されな
い程度に離れ離れになっているので、電子の相互交流は
行われない。

第１図に示すように、可視光の書き込み光が照射される
と、電子（ｃａｒｒｉｅｒｓ）が励起され、トラップ点
（ｓｉｔｅ）が充たされる。トラップの深さはこのＩＩ
−ＶＩ族燐酸塩では１．２ｅＶ位で、それは熱エネルギ
ーより十分大きく、熱擾乱では電子が抜は出せない、ま
た、トラップ密度を適当に制御することにより、トラッ
プレベルＴのトンネル効果による電子の移動は抑制する
ことができる。このような条件下ではトラップされた電
子は相互に作用しあうことなく、再結合の可能性もない
。書き込み光の照射が終わると、電子トラップ材はエネ
ルギーを与えられた状態になり、トラップ点は電子で充
たされる。連絡バンドＥは空で、トラップレベルＴから
原子価バンドＧへの再結合は起きない。その結果、トラ
ップレベルＴの電子はそのまま残り、数年間もそこに蓄
積されている。その後、上記書き込まれた電子トラップ
材が赤外線あるいは近赤外線にさらされると、トラップ
レベルＴと連絡レベルＥとのエネルギー差に相当するエ
ネルギーが与えられ、トラップレベルＴの電子は相互に
作用し合い、基底状態すなわち原子価バンドＧに戻って
行く。しかし、その電子が連絡バンドＥから原子価バン
ドＧに戻って行く時に、Ｅ−Ｇに相当するエネルギーの
光子が放出される。適当な稀土類元素を選んで添加する
ことにより、上記光の波長が決まってくる。このような
放出光を検出することにより、ディスク表面の特定の点
が、ビットあり（１で表す）あるいはビットなしく０で
表す）で表される（２進法の表現は逆もある）。

書換え可能な光蓄積システム等に書き込みレーザ光がよ
く用いられているが、その場合の物理的変化（熱的な変
化）と違って、本発明の電子トラップ材表面スポットへ
の書き込み、書換えは、上記スポットの電子エネルギー
状態を変えるだけである。熱が発生しないので、書き込
み、読み出し、書換えによる劣化を起こさない、この結
果、上記電子トラップ材のスイッチサイクル寿命は本質
的に無限となり、実鹸結果では、上記薄膜の書き込み、
書換えサイクルは１００００万回を超えても劣化が見ら
れていない。

トラップレベルＴを満たすためには、ある閾エネルギー
を超えることが必要である。本発明で記録メディアとし
て用いた電子トラップ材の特性曲線の１例を第２図に示
した。この材料は米国特許出願番号０７８，８２９　（
１９８７，７，２８受理）に示されている。第２図に示
したようにトラップレベルＴを満たすために越えねばな
らない閾値エネルギーは６００ｎｍより短い可視光の波
長ではじまっている。トラップレベルＴのトラップ点が
満たされた後、近赤外線を照射することにより電子が放
出される。赤外線照射のピーク値に対する相対的な感度
曲線を第３図に示した。なお、第２図ないし第５図の材
料は、すべて第２図で示したのと同じ材料によるもので
ある。第３図に示したように、上記実施例で用いた材料
では、最も効率的な放出速度特性は１０００ｎｍ付近の
波長で得られている。

第４図に示したように本実施例に用いた燐酸塩薄膜が、
第３図の波長にピークをもつ赤外線で励起された時、そ
の燐酸塩薄膜は約６２０ｎｍにピークをもちオレンジ色
光を放出する特性を示している。しかし、第２図ないし
第５図は１つの代表例で、添加稀土類元素を変えること
により、ピーク波長は変えられて他の放出特性を持つよ
うになる。さらに、応答特性の波長幅もある範囲内で変
えることができる。

高いエネルギー状態にトラップされるトラップレベルＴ
の電子の数は、薄膜電子トラップ材の表面に照射される
書き込みエネルギーの量に比例する。そして第５図に示
したように、上記薄膜材料に対しては５ｍＪ／ａｍ”程
度のレベルで飽和しているが、それ以下のレベルでは数
桁にわたって直線性を示している。さらに読み出し光も
また書き込み光の強度に比例している。この電子トラッ
プ材の直線的比例特性は、上記光ディスク駆動システム
に用いられた材料を、ビデオあるいはアナログデータ処
理のような、アナログ信号の振幅変調による記録および
再生に用いられることを示している。

トラップレベルＴにあるトラップがトンネル効果をおこ
す距離以上に離れていれば、相互に影響することもなく
、自己放電することもない。このような条件は、励起電
子密度が最高約１０”／ａ１３の桁になるまで保たれる
。

第２図ないし第５図に示された電子トラップ層に赤外線
信号が加えられると、オレンジ色の光放射が起きる。も
ちろん光子が放出されると、トラップレベルＴに残る電
子の数は減少する。この材料の場合は６２０ｎｍの検出
感度で、トラップが空になるまで多数回の読み出しが可
能であった。

本実施例の場合は、直径１μｍのビット蓄積点で完全に
無くなる（空になる）まで、約ＩＰＪの赤外線エネルギ
ーが必要であった。もちろん、より低い強度レベルで読
み出せば空になることはない。

周期的なデータの再生、あるいはすぐに再書き込みする
ことは共に可能である。

以上簡単に記したように、光の形で受は取ったエネルギ
ーを蓄積し、その後、別の光に応答してそのエネルギー
を放出する上記電子トラップ材の能力は１本発明の蓄積
媒体を用いたデジタルスイッチも可能にさせる。蓄積媒
体表面のデータのある点は、励起状態に電子をトラップ
した時はｒＯＮＪあるいは２進法の１となり、一方、電
子をトラップしない時はｒＯＦＦＪあるいは２進法の０
となる。逆にトラップした時を０、トラップしない時を
１とすることもできる。また、ディスクを可視光で完全
に充電したのち、赤外線ビームでデータを書き込むこと
もできる。この場合に。

１は赤外線により放電された点でディスク上に記録され
、０はその逆になる。この様な各スポットでは、エネル
ギー状態をスイッチするのに十分な電子があるので、本
発明ではスイッチを切り換えることなしに、上記スポッ
トは２進法のＯか１に光学的に決められる。ここで、ス
ポットが２進法の１かＯを決めるのに十分な電子エネル
ギーのほんの一部を放出するために、小さな強度の赤外
線をスポットにあてている。実際問題として、上記スポ
ットに蓄積された励起電子の在庫を０にしてしまうよう
な電子放出は行われていない、蓄積媒体として、ここに
記したような特殊な電子トラップ薄膜材を用いれば、５
ナノ秒かそれ以下のスイッチング速度あるいは書き込み
、書換え速度が得られる。

前記のように本発明は種々添加剤を加えた電子トラップ
材の多層膜を用いることをねらいとしており、その多層
膜はある層が他の層あるいは下地層の上に形成されてい
る。そして各層は異なった波長の放出特性をもっている
から、読み出し光信号を分離することが可能である。

上記した３次元光メモリシステムは、２つの異なった添
加剤を用いた媒体膜について記載したが、複数の異なっ
た添加剤を含んだ媒体膜を用いることももちろん可能で
ある。例えば、本出願人は少なくとも４つの異なった添
加剤を含んだ媒体を開発した。それは４つの異なった光
応答特性をもっている。２つあるいはそれ以上の媒体層
を用いた３欣元光メモリシステムに蓄積され、そこから
放出される情報は、多色の光信号により書き込み、読み
出し、書換えが可能になる。ここで用いた媒体材料は、
書き込み入力光強度と出力光強度との間に、非常によい
直線性が示されており、データはデジタルな形だけでな
くアナログの形でも蓄積することができる。さらに１本
発明の書き込み、読み出し、書換えのエネルギーは小さ
いものである。書き込みエネルギーはＩＰＪ／μｍ３の
数分の１、例えば０．５ＰＪ／μｍ３で十分である。読
み出しエネルギーはＩＰＪ／μｍ３程度である。

第６図は光ディスクの断面図で基板１２の上に電子をト
ラップする光学層が積層されている。上記ディスク基板
１２にはＡＱ２０３材がよく用いられる、しかし、ガラ
スのような他の材料も用いられる。ガラスは薄膜材で容
易に被覆することができ、薄膜材の結晶構造を得るのに
必要な温度にも耐えるものである。ディスク基板１２上
に最初に積層される材料は、オプシミンの中間層光学材
料１４で、数１００人の厚さをもっている。上記中間層
１４の目的は、最初の電子トラップ層１６のため１３結
晶表面構造を作ることである。また、電子トラップ層１
６に基板材料が浸入するのを防ぐ化学的障壁の役目も果
たしている。Ｃａｂ。

Ｍ　ｏ　Ｏ、あるいはＺｎＳのような適当な材料が用い
られるが、ＺｎＳがよく使用される。その際、適当な積
層プロセスが用いられる。中間Ｍ１４の上に積層される
第２の層は、第１電子トラップ層である。この層の厚さ
は約５μｍがよく用いられる。

ここに引用しである出願中米国特許に記載された積層プ
ロセスが、中間層１４上に上記電子１ヘラツブ層１６を
積層するのに用いられる。

第３番目の保護層１８は、第１電子トラップ層１６の上
に、スパッタリング化学蒸着、電子ビーム蒸着等により
最適に積層される。保護層１８は電子トラップ層１６を
化学的に密閉して、化学汚染から守るのに役立つ、保護
層１８はまた電子トラップ層１６上の光学的に透明な被
覆となっている。この層にはＡＱ、０３あるいは他の適
当な材料が用いられる。保護層１８の上に積層されるつ
ぎの層は、もう１つの中間層２０である。この層は必要
に応じて用いられるが、用いる場合には上記第１の中間
層１４と同じ機能をもたせる。第２電子トラップ層２２
は中間層２０の上に（中間層が用いられない時は保護層
１８の上に）物理的に蒸着される。この屡は第１電子ト
ラップ層１６と異なった添加剤をもち、読み出す際に異
なった波長の可視光を放出する。保護層２４は保護層１
８と同じ特性をもっており、第２電子トラップ層２２の
上に作られる。プラスチックあるいは他の光学的に透明
な密閉材である被覆層２６は、オーディオ、コンパクト
ディスクの被覆層と同様に、環境汚染に対する障壁の役
目をもっている。第６図に示した構成のディスク１０は
、レーザを用いてフォーマットが作られる。レーザ光は
電子トラップ層２２を焼き、求められるフォーマットお
よび情報を示すトラックのパタンを永久的に焼き付ける
。

通常のウィンチエスタ型ディスク装置あるいはＷＯＲＭ
等で用いられる情報体系に示されたフォーマットおよび
トラックは、上記光ディスク關動システムにも同様に用
いることができる。この際第１電子トラップ層１６は、
常に第２電子トラップ層２２とある関係をもっているの
で、別のフォーマットを必要としない。

電子トラップ層２２を損傷する方法はつぎのような機能
をもっている。ここで用いられる電子トラップ材は、可
視光書き込みレーザで照射したとき、トラップレベルＴ
に蓄積電子を作ると同時に光を放出する。この放出光は
ディスクのフォーマットおよびトラック部分で蓄えられ
ているフォーマットおよびトラック情報を引き出すのし
；用いられる。読み取り、書換えレーザビームに用いら
れている５ｍＷ位の、通常の出力よりもかなり大きな出
力で書き込むことにより、損傷されたビット部は、書き
込みレーザビームが当てられた時、電子を蓄積せず瞬時
光も放出しないであろう。

２ｉ！法の１あるいは０は、上記の強いレーザを用いて
形成されるため、光を放出しない損傷領域は２進法の０
となる。ディスクのフォーマットおよびトラックの情報
部分の損傷していないビットは、２進法の１を示す光を
放出する。このようにして、ウィンチエスタ型ディスク
装置あるいはＷＯＲＭで用いられたフォーマットあるい
はトラック形式は、この光ディスク酩動システムにおい
ても用いられる。

また、トラック情報を用いるような他の周知な方法も、
基板ディスクに適用される。ウィンチエスタ型ハードデ
ィスク駆動装置に似た方法で、光ディスクを回転するス
ピンドルモータにつけられたホール効果素子によって、
インデックス信号が得られる。この２つの装置は１通常
冗長性を持たせる目的のために用いられる。インデック
ス信号をつくる他の周知の方式もまた用いられる。

第７図にはデータをディスクに書き込み、ディスフから
読み取り、さらにホストコンピュータに送り込む電子回
路および光学系を示した。ホストコンピュータからのデ
ータは接続装置［ｔ２０を通して与えられる。上記接続
装装置２０には、ウィンチエスタ型ディスク駆動装置あ
るいはＷＯＲＭで通常用いられている標準接続装置５Ｔ
５０６、または他の適当な装置がある。データは上記コ
ンピュータ接続装置から出て駆動用デジタル入力電子回
路２２に入る。この回路２２は電源および制御回路２４
のマイクロプロセッサ制御をうけ、書き込みレーザ２８
Ａ、２８Ｂを制御するために、書き込み電子回路２６に
適した形にフォーマットを作る役割を持っている。

デジタル入力電子回路２２の機能の１つは、コンピュー
タ接続回路２０からうけたデータを一連の形に変換し、
書き込みレーザ２８Ａ、２８Ｂを制御点滅する制御回路
２６で用いることができるようにすることである。

２つのそれぞれ異なった添加剤をもった電子トラップ材
が１本発明の実施例で用いられているので、２つの異な
った波長の書き込みレーザ２８Ａ。

２８Ｂが必要になる１例えば２つの電子トラップ媒体層
（第６図の１６．２２）はそれぞれ２つの波長の可視光
に感度を持つ、赤外線レーザ３８の照射を受け、それぞ
れの層は異なった波長の光信号を放呂する。この様な２
つの媒体材料は、同時出願の米国特許出願番号０３４，
３３３　（青色光）、０３４．４９７　（青色光）およ
び０３４，３３２（オレンジ光）で公表されている。赤
い波長の光を放出する媒体は米国特許出頭番号 １４７．２１５　（１９８８，１，２２受理）で公表さ
れ、呂願人も共通である。

２つの媒体層システムの場合、その層は、例えば波長約
６２０ｎｍのオレンジ光と波長約４９５ｎｍの青色光を
放出することができる。この様な媒体材料は放出光波長
より短い書き込み光波長に敏感である。３層システムの
場合は、波長約６５０ｎｍの赤色光放出する層がもう１
つの層として用いられる。書き込みレーザ２８Ａ、２８
Ｂを振幅変調したビームは、光学的処理装置３０によっ
て作られる。上記光学的処理装置３０はヘッド３２に書
き込みビームを送り込み、ディスク１０上にビームを集
束させる。集束電子回路３４は直径約１μｍのデータ書
き込み用各波長のビームを作るために用いられる。各書
き込みレーザ２８Ａ、２８Ｂとは、ある時間いずれか一
方だけが動作して、１つの媒体層（１６か２２）にデー
タが書き込まれる。書き込みレーザにはアルゴンガスレ
ーザのようなガスレーザが用いられる。しかし、レーザ
、レーザ電源およびその関連駆動・制御電子回路を含む
光ディスク駆動システム全体を、標準の５．２５インチ
翻助動装置大きさのパッケージ（すなわち、５．７５イ
ンチ幅×８インチ奥行Ｘ１５／８インチ高さ、あるいは
５．７５インチ幅×８インチ奥行×３．５インチ高さ）
にまとめるためには、固体素子が用いられなければなら
ない、現在、赤の可視光にピークを持つ固体レーザは手
に入らないので、本発明では２倍あるいはそれ以上に周
波数を倍増したダイオードを用いている。それは日本の
検子電工（株）から入手できる８４０ｎｍのダイオード
レーザで、それは集束光学系と倍増器とをもっている。

書き込み電子回路２６は少なくとも２つの異なった出力
波長を持つダイオードレーザで作られる。デジタル入力
電子回路２２はウィンチエスタ型ディスク装置、あるい
はＷＯＲＭに用いられるのと同様な電子回路である。デ
ィスク上に書き込まれたデータおよび書式やトラッキン
グ情報を読み出すために、電源および制御ユニット２４
に組み込まれたマイクロ・プロセッサが、レーザ電子回
路３６を通じて読み出し光３８を発生させ、ハード搭載
光学系３１に送られる赤外線ビームを振幅制御あるいは
点滅制御させる。

前記したように、読み出しレーザは約１μｍの波長にピ
ークをもつものが用いられる。光学的処理ユニット３ｏ
のハード搭載光学系３１は、集束回路３４とヘッド３２
により操作された読み出しレーザビームを送り込む、デ
ィスク１０の表面には、書き込みレーザにより２進法の
１（あるいはアナログ信号）として書き込まれた蓄積電
子が生じ、その結果、電子トラップ層Ｔが残り、光子が
放出される。ヘッド３２で光子を受け、その信号を光学
的処理ユニットに送る。異なる波長に感度を調整処理さ
れた媒体層に、読み出しレーザ３８を当てると、それぞ
れ異なった波長の光が放出される。６５０ｎｍおよび４
９５ｎｍ近傍の波長にピークをもつ２つの光は、ハード
搭載光学系３１で処理されたのち、検出装置４０に送ら
れ、さらに検出回路４２に至る。そこでこれらの光ビー
ムは、電気信号に変換される。その信号はディスクの媒
体層１６．２２における光子のパタンにそれぞれ対応し
ている。検出回路４２から出た出力は、出力電子回路４
４に送られる。そこで、ディスクからの一連のデータの
流れを並列的なデータの流れに変えるが、上記データは
コンピュータ接続装置２０を通してホストコンピュータ
に帰される。ここで、ウィンチエスタ型ディスク装置あ
るいはＷＯＲＭで用いられているような出力電子回路が
よく用いられている。検出装置４０は、また、ディスク
の読み出し、書き込みレーザ光をヘッドに集める集束電
子回路３４へ信号をフィードバックする機能を持ってい
る。読み出し、集束レーザとしてはｒＧＡＬＡ」レーザ
ダイオードがよく用いられる。　Ｄ　、　Ｏ、Ｉ　ｎｄ
ｕｓｔｒｉｅｓのモデルＮｏ、１−９１０７が入手可能
である。それは波長８３０ｎｍにピークをもつ赤外レー
ザ光を出す、その他に読み出し・集束レーザ３８、レー
ザ電子回路３６、検出装置４０、検出電子回路４２、集
束電子回路３４およびハード搭載光学系３１の多くの部
品のうち、Ｐ　ｅｎｃｏ鳳ホログラフィ光学ヘッド（モ
デルＮＯ，０２）およびＰ　ｅｎｃｏ層レーザ駆動・集
束電子回路（モデルＮｏ、１８００）はＰ　ｅｎｃｏｍ
ｌ　ｎｊｅｒｎａｔｉｏｎａ１社から入手できる。ヘッ
ド３２には日本のオリンパス社からＯｌｙｍｐｕｓ　ｒ
　Ｔ　Ａ　ＯＨ８Ｊ（モデルＮｏ、Ｐ３７）のようなア
クロマチイック（色消）で自動焦点のものが得られる。

駆動電源および制御回路２４はウィンチエスタ型ディス
ク装置やＷＯＲＭで用いられている周知の方法で、光デ
ィスクを一定速度で回転させる。

光ディスクは少なくとも４０００ｒρ皇の回転速度が選
ばれている０本発明の光ディスク駆動システムは、ディ
スク回転が止まったときディスク表面に休止するような
ヘッドを用いていないので、駆動停止時に回転からディ
スクを保護する必要がない、しかし、電源および制御回
路２４は、磁気式ウィンチエスタ型ディスク装置やＷＯ
ＲＭで通常行われている。ゆらぎが少ない一定速度の回
転が行われている。これらの機能は周知の方法で得られ
るものである。

第８図には本発明で用いられる光ディスク駆動システム
の切断図を示した。上記駆動システムには、少なくとも
１つのディスク１０が固定されている主軸５０を駆動す
るスピンドルモータ１１がある。ディスク１０は判り易
くするために実際より小さく描かれている０本発明のデ
ィスク駆動システムは、５．２５インチのウィンチエス
タ型ディスク装置、フロッピ駆動装置あるいはＷＯＲＭ
等に用意されている標準パーソナルコンピュータの溝穴
に入る大きさである。光ディスク自身は内径４０鳳凰、
外径１３０ｍ鳳のものが用いられ、これは標準の５．２
５インチ磁気ディスクと同じ一般的なサイズである。駆
動装置はまたディスクｌ。

上にヘッド５４を位置決めするために、リニアアクチュ
エータ（線形駆動袋Ｍ）として周知の駆動モータ５２を
持っている。第８図にはアクチュエータ駆動モータとし
て、リニアアクチュエータが示されているが、回転位置
決め機構をもった回転型モータを代わりに使うこともで
きる。

本発明の光ディスク駆動システムの仕様をつぎに示す。

駆動装置仕様 〔ディスク〕 トラック数（片面）　　　　　　　　１９，７００トラ
ツク・ピッチ　　　　　　　　　１．６μｍ記録材料　
　　　　　　　　　　ＥＴＯＭ（２層）データ転送速度
　　　　　２００Ｍビット／秒記録容量　　　　　　　
　　　　１．１Ｇバイト〔駆動部〕 回転法　　　　　　　　　　　ＣＡＶ（定角速度）ディ
スク回転速度　　　　　　＞４０００ｒｐ鳳書き込みレ
ーザパワ　　　　　　　　Ｑ　、　１　ｍ　Ｗ書き′込
みレーザ波長　　４５０ｏｍ、　４８８ｎｍ読み出しレ
ーザパワ　　　　　　　　０．５ｍＷ読み出しレーザ波
長　　　　　　　８３０ｎｍ書換えパワ　　　　　　　
　　　　　２．０ｍＷ可動部質量　　　　　　　　　　
　　く１０ｇ〔システム〕 ディスク直径　　　　　　　　　　　１３０ａｕ＋デ一
タ転送速度　　　　　＞４０Ｍビット／秒平均アクセス
タイム　　　　　　　　２０ｍ５Ｃ／Ｎ比（バンド幅３
０　ＫＨｚ）　　　　５７ｄＢ誤差率（ＥＣＣなし）　
　　　　　　　１０−’誤差率（ＥＣＣあり）　　　　
　　　　１０−”書き込み後直接読み出し　　　　　　
　ＯＫ書き込み確認　　　　　　　　　　　　ＯＫ第７
図に関連して簡単に記したように、本発明のディスク駆
動装置は、第１０図を用いて詳しく説明する光学的処理
ユニット３０を用いている。

上記光学的処理ユニット３０と平行した面に、電子回路
ボードを支えているカード・ケージ（電板）３ｏが構成
の中に含まれている。上記ディスク駆動システムを正し
く動かすために、外光と埃が外部から入らないように全
体が密閉されている。このようなことはウィンチエスタ
型ディスク装置等で一般に用いられており、その塵埃濾
過装置は本発明の駆動装置にも用いられている。

第８図は本発明の１つのディスクをもつ光ディスク駆動
装置の具体例を示したものであるが、上記ディスク１０
の底面を利用するために、もう１つのヘッドを追加でき
ることを注記する。また、第８図は１つの媒体層を用い
た光学的処理ユニット３０を示しているが、２つの媒体
層ディスク用の光学的処理回路について、その詳細を第
１０図に示した。同様に、光ディスク駆動システムの蓄
積容量を増大させるために、複数のヘッドとディスクを
用いることができる。上記ディスク１０はまた２つ以上
の電子トラップ層が追加して被覆される。

本発明の書換え可能光ディスク駆動システムは、周知Ｗ
ＯＲＭＩ＠動で用いられているものと類似の、あるいは
同じトラッキングシステムが用いられている０本発明で
特に回転闘動機構を動かすために設計された代わりのト
ラッキングシステムが、第９図Ａと第９図Ｂとに示され
ている。第９図Ａの回路は、機能に応じてトラックを決
めるトラック位置決めサーボシステムである。第９図Ｂ
の回路はトラック探索用の速度フィードバック信号を用
意する。第９図Ａには、回転アクチュエータによる粗い
位置決め機構およびガルバノメータによる精密トラッキ
ング機構を用いるための、トラック位置決めサーボシス
テムのブロック図を示した。

上記回転アクチュエータ機構は、周知のように、高周波
域でガルバノメータが動いている時の、共振周波数以下
の低周波域で動作する。この回転アクチュエータ／ガル
バノメータシステムは、２つのシステム間のクロスオー
バ（重なり）周波数は、回転腕アクチュエータから機構
的に分離しているガルバノメータの動きが無視できる程
高いので、ちょうど共振しないアクチュエータとして機
能している。

第１０図の検出器Ｄ１からの出力は第９図Ａの位相補償
器９０に入る。上記位相補償器から出た出力は、低周波
フィルタ９２および高周波フィルタ９４にそれぞれ入る
。低周波フィルタ９２がらの出力はアクチュエータ５４
ａに入り、一方高周波フィルタ９４からの出力はガルバ
ノメータ９６に入る。よく知られているように、トラッ
キング誤差信号がアクチュエータとガルバノメータから
作られ、その後、それが位相補償器９０にフィードバッ
クされる。このようにして第９図Ａのフィードバックル
ープは、回転アクチュエータ５４ａの脱トラッキング誤
差を０．１μｍの範囲に減少させ、ガルバノメータ９６
は誤差を０．０１μｍの範囲に低減させる。ガルバノメ
ータの動作角範囲は秒のオーダにある故、光束の曲がり
によるトラックずれは無視できるものである。第９図Ｂ
は本発明で用いたトラッキング速度サーボシステムのブ
ロック図である。トラック探索操作は周知の速度プロフ
ィールシステムで行われる。あるトラックから出発した
レーザビームスポットは、加速後等速運動を行いそして
最後に減速されである目標トラックに着く。加速フェー
ズの間に、速度はＲＯＭＩＯ２にメモリされた距離・速
度関係表によって制御される。この表はアクチュエータ
５４ａの速度が目標トラックでほとんどゼロになるよう
にプログラムされている。トラックのスタート点から目
標点までの距離は、トラックを横切る信号で測られ、ト
ラック・カウンタ１００で計測される。高速領域の速度
は各トラック信号の経過時間から得られる。一方低速領
域の速度は、ゼロ点通過時の信号の微分値から求められ
る。トラックカウンタ１００からの出力はＲＯＭＩＯ２
に入り、その出力のディジタル信号はＤ／Ａコンバータ
１０４でアナログ信号に変換され、微分増幅器１０６に
入る。つぎに、その出力は低周波および高周波フィルタ
９２．９４に入る。それらのフィルタの出力はアクチュ
エータ５４ａおよびガルバノメータ９６を酩動するのに
用いられる。上記微分増幅器１０６は、また、アクチュ
エータが高速モード、低速モードのどちらで動作してい
るかを示す信号を、受は取るように接続されている。

第１０図は２つの電子媒体層１６．２２をもつディスク
用の光学的処理ユニット３０に用いられた具体例を示す
ブロック図である。アクチュエータ・アセンブリ５４も
同時に示しである。最初の書き込みレーザ２８ａの変調
されたビームは、１番目の広帯域ミラーＭ１で反射され
、２番目のミラーＭ３を通りさらに２つのレンズＬ１．
　Ｌ、を通過して、偏光ビーム分離器ＰＢＳ２に至り約
４５０＋＋＋履の波長にピークをもつレーザ出力になる
。

上記偏光ビーム分離器ＰＢＳ、には４８８ｎｍの偏光ビ
ーム分離器（モデルＮｏ、０３　　ＰＢＳＯ１３゜Ｍａ
ｌｌｓｓ　Ｇｒｉｏｔ社製）が用いられる。レンズＬ１
には５０ｍ５＋精密最適無収差ダブレツトレンズ（Ｍａ
ｌｌｅｓ　Ｇｒｉｏｔ社製）が用いられ、レンズＬ２に
は２００重重精密最適無収差ダブレットレンズ（Ｍ　ｅ
ｌｌｅｓ　Ｇ　ｒｉｏｔ社製）が用いられる。偏光ビー
ム分離器ＰＢＳ、によって反射されたのち、書き込みレ
ーザ光は８５０ｎｍ反射ミラーＭ、を通過したのち、６
５０ｎｍ反射ミラーＭ、を通すレンズＬ６に到る。上記
レンズＬ６は先に記したオリンパスｒＴＡＯＨ８Ｊ自動
焦点レンズである。

４５０ｎｍの書き込みビームは、その後広域ミラーＭ７
で反射、９０°曲げられて光ディスク１０の表面に投射
される。レンズＬ、と広域ミラーＭ、は、アクチュエー
タ集合体５４の上に取り付けられる。

上記のように、２つの媒体層１６．２２に対しそれぞれ
異なった波長感度をもつ２つの書き込みレーザが、単独
あるいは同時に用いられる。この際、特殊な書き込みレ
ーザ波長に感度をもつ媒体層だけにデータは書き込まれ
る。６５０ｎｍミラーＭ、には６３２８誘電反射器（モ
デルＮｏ、０２ＭＦＧＯＯ７／２７９．Ｍｅｌｌａｓ　
Ｇｒｉｏｔ社製）が用いられる。それはオレンジ色のよ
うな波長６２０ｎｍ付近にピークをもつ光、あるいは読
み出しレーザ光に対応するディスクの第１電子トラップ
層１６から放出される、データだけを反射する機能をも
っている。入射する書き込み、読み出し光を９０度反射
し、レンズＬ６によって集束させるミラーＭ７には、広
帯域反射器（モデルＮ　ｏ。

１０　　ＤＩＯＢＤ−１，Ｎｓｗｐｏｒｔ社製）が用い
られる。またミラーＭ工１Ｍ２にはミラーＭ、と同じも
のが用いられており、ミラーＭ７はオレンジ色光の形で
ディスク上に蓄積されたデータを入射光路から９０度反
射させ、レンズＬ６でミラーＭ、上に集束させる機能を
持っている。このような「光ビーム」は正にオレンジ色
光、あるいは読み出された「ビット」の流れである。ア
クチュエータアームの集合体はよく知られた構造のもの
で、周知のＷＯＲＭ［動に用いられているものである。

２番目の変調された書き込みレーザビーム２８６は、波
長約４９５ｎｍに中心ピークを持つ出力レーザビームが
用いられる。第２書き込みレーザ２８ｂは第１書き込み
レーザ２８ａに対し直角に偏光ビーム分離器ＰＢＳ、に
入り、さらにミラーＭ、、Ｍ、を通過してレンズＬ、に
到達する。

４９５ｎｍの第２書き込みレーザビームは広帯域ミラー
Ｍ７によって反射され、９０度曲げられて光ディスク１
０の表面に到る。前記したように、第１電子トラツプ媒
体層１６のオレンジ色光と同様に、第２電子トラップ層
２２は青色光が関連し、書き込みレーザ２８ｂはディス
クで反射して戻り、レンズＬ６によりミラーＭ７上に集
束される。この様な「光ビーム」は正に青色光、あるい
は第２媒体層２２から読み出された「ビット」の流れで
ある。読み出し／集束レーザ３８は波長８００〜１１０
０ｎｍ付近に中心ピークをもつ赤外線で、最初広帯域ミ
ラーＭ４で９０°反射され、つぎに第２広帯域ミラーＭ
３でもう１回９０度反射される。上記読み出し／集束レ
ーザ光は、波長８３０ｎｍ付近に中心をもつ偏光ビーム
分離器ＰＢＳ工の背面に入る０図面と平行な面に偏光さ
れた読み出し／集束光は分離器ＰＢＳ、を出て、１／４
波長板（λ４＝モデルＮｏ、０２　ＵＲＱＯＯ１。

Ｍｅｌｌｅｓ　Ｇｒｉｏｔ社製）を通過する。この１／
４波長板は読み出し光を円偏光に変換する。その後、こ
の読み出しビームは８５０ｎｍの反射ミラーＭ。

に入り、９０度反射して６５０ｎｍの誘電反射ミラーＭ
、に入る。読み出し／集束ビームは書き込みレーザビー
ムと同様に、ミラーＭ９を通過してアクチュエータ集合
体５４にあるヘッド３２のレンズＬ６およびミラーＭ１
に入り、ディスク表面に集束される。

読み出し／集束ビームの一部はディスク１０の表面で反
射され、レンズＬいミラーＭ１、ミラーＭ、を経てミラ
ーＭ１に到る。この表面反射により集束ビームの偏光は
、読み出し／集束ビームの円偏光とは反対の方向の円偏
光となる。集束ビームはミラーＭ、で９０度反射され、
図面に対し垂直（直角）方向に偏光を変える１／４波長
板λ４を通過する。その後、偏光ビーム分離器ＰＢＳ工
に入るが、上記分離器としては８３０ｎｍ偏光ビーム分
離管（モデルＮｏ、Ｕ　３　　Ｐ　Ｂ　Ｓ　Ｏ６３、Ｍ
ｅｌｌｅｓＧｒｉｏｔ　＠製）が用いられる。ビーム分
離器ＰＢＳ工は集束ビームを９０°反射し、ミラーＭ、
に入射光を導く。このミラーはダイオードレーザ反射体
（モデルＮｏ、　１０　　Ｄ　１０　Ｂ　Ｄ　−２、Ｎ
ｅｗｐｏｒｔ社製）が用いられ、ミラーＭ、、Ｍ４にも
同じ部品が用いられる。ミラーＭｓにより集束ビームは
９０度方向を変えられ、読み出し／集束レーザ３８から
のビームと逆並行の通路を通って行く。

このビームは、その後第ルンズＬ、（７５ｍ＋ａ精密最
適無収差ダブレットレンズ）によって集束され、その後
第２レンズＬ４（５０ｓｓ　ｐｉａｎｏ円筒凸レンズ、
モデル８５０−５０　、０ｐｔｉｃ＋　Ｐｌｕｓ社製）
を通り、集束トラッキング光検出器Ｄエヘ入る。この検
出器は第７図の検出装置４０の一部を構成しており、四
分値検出器（モデルＰＩＮ−８Ｐ　ＯＴ　−４ＤＭ　Ｉ
　、　Ｕｎｉｔｅｄ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ　Ｔｅｃｈ−ｎ
ｏｌｏｇｙ社製）が用いられる。検出器Ｄ１からの出力
の一部は、検出装置４０により集束電子回路への帰還信
号が作られる。上記帰還信号により、書き込み、読み出
しビームの集束を維持している。

検出器からの出力は、また検出器電子回路３２へ送られ
る。

ハード搭載光学系３１は第１０図に示された各種光学部
品（除＜２８．３８．Ｄユ、　Ｄ、、　Ｄ３およびアク
チュエータ集合体）で構成されている。

ディスク１０の表面に読み出しビームが入射された時、
今までとは別の「光子セット」が放出され、レンズＬ、
を通すミラーＭ７で曲げられ、反射体Ｍ、の背面に入っ
てくる。この反射体は２つのデータビームを９０度曲げ
て反射し、レンズＬ。

（１２０ａ＋ｍ精密最適無収差ダブレットレンズ）Ｍｅ
ｌｌｅｓ　Ｇｒｉｏｔ社製）に向かわせる。レンズＬ。

を出たデータビームは２色干渉性ミラーあるいは２つの
カラーミラーＭ６に入る。上記ミラーはオレンジ色光を
９０度曲げ、６２０ｍｍの光学干渉フィルタｆ１を通し
てデータ読み取り検出器Ｄ２へ導く。この検出器も第７
図に示す検出装置４０の一部を構成している。２色干渉
性ミラーＭ、にはモデルＮｏ、０７　　Ｄ　１０　ＤＭ
４　　Ｎｅｗｐｏｒｔ社製が用いられる。

一方、低温半透明銀膜ミラー（ｃｏｌｄ　ｈａｌｆ　−
５ｉｌｖａｒｄ　ｍ１ｒｒｏｒ）　Ｍ、に入った青色光
は、まっすぐ４５０１１Ｉｌ光干渉フイルタｆ２を通過
し、第２データ読み取り検出器り、に到達する。この検
出器り、も第７図に示す検出装置！４０の一部を構成し
ている。上記のように「データの流れ」はオレンジ色光
と青色光とに分離され、別々に処理されて、２つの「デ
ータの流れ」が２つのデータ読み取り検出器Ｄｉ、Ｄ、
から作られる。これらのデータの流れは検出装置４０か
ら並行して出力され、多重的なコンピュータ接続装置２
０へそれぞれ分離して送られる。

本実施例は、上記のように特殊な具体例を図面とともに
説明したが、本発明の主旨から離れないで、特許請求の
範囲に対する記載内で、多くの修飾・変形されたものが
可能であることは、いうまでもない。

〔発明の効果〕

上記のように本発明による３次元光メモリディスクの駆
動システムは、光エネルギーの形でデジタル情報を蓄積
する電子トラップ媒体の少なくとも２つの異なる層を持
ち、密閉容器に固着された光ディスクと、該光ディスク
を保持して回転する手段と、少なくとも３つの光ビーム
を発生する手段とを有し、光エネルギーとしての情報を
、上記光ディスクに書き込み上記光ディスクから読み出
すために、光ビームを集束する手段とを備え、上記ディ
スク上の１つのトラックからつぎのトラックに、移動さ
せうる位置決め手段を有することにより、異なった可視
光波長感度をもつ少なくとも２つの電子トラップ被覆層
の３次元光メモリシステムが得られ、多色の光信号によ
り書き込み、読み出し、書換えが高速で可能になり、実
用的にぼう大な情報を受は入れることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による３次元光メモリシステムのディス
ク表面に使われる薄膜蓄積媒体の動作原理を示す図、第
２図は本発明に用いる特殊電子トラップ膜のトラップを
電子で満たす効率（相対値）を示す図、第３＠は上記ト
ラップ材の読み出し、書換え機能に関する赤外線波長感
度特性を示す図、第４図は上記電子トラップ材について
、ディスクに赤外線を照射した場合の放出光の波長特性
を示す図、第５図は上記電子トラップ材において書き込
みエネルギーの函数として読み出された出力光の相対値
を示す図、第６図は本発明の書換え可能な光ディスクメ
モリシステムに用いた光ディスクの構成図、第７図はデ
ィスクにデータを書き込み、読み出し、書換えに必要な
電子回路および光学的ブロックの概略を示す図、第８図
は上記光ディスクメモリシステムの部分断面図、第９図
は光ディスク駆動メモリシステムにおけるトラッキング
回路の概略ブロック図で、Ａは位置制御を示す図、Ｂは
速度制御をそれぞれ示す図、第１０図は光ディスク駆動
メモリシステムに用いた光学的処理装置および助動集合
体の概略ブロック図である。 １０・・・ディスク　　　　１２・・・ディスク基板１
６・・・第１電子トラップ層 １８．２４・・・保護層　　２０・・・中間層２８・・
・書込みレーザ　　３４・・・集束電子回路３８・・・
読出し集束レーザ ４０・・・検出装置 Ｆ１Ｇ、　　１ 代理人弁理士　　中　村　純之助 Ｆ１Ｇ、　２ Ｆ１Ｇ、　５ １込叶工＞ＩＬギ一（祠／ｃｍ町 １−１（ｊ ジ！長ｉｎｒ＋１１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光エネルギーの形でデジタル情報を蓄積する電子ト
   ラップ媒体の少なくとも２つの異なる層を持つ、密閉容
   器に固着された光ディスクと、該光ディスクを保持して
   回転する手段と、少なくとも３つの光ビームを発生する
   手段とを有し、光エネルギーとしての情報を、上記光デ
   ィスクに書込み上記光ディスクから読出すために、光ビ
   ームを集束する変換手段を備え、上記集束装置を上記デ
   ィスク上の１つのトラックからつぎのトラックに、移動
   させうる位置決め手段を有する３次元メモリ光ディスク
   の駆動システム。 ２、上記密閉容器に固着された少なくとも１つの光ディ
   スクを有し、上記光ディスクは、光エネルギーの形で情
   報を蓄積・再放出する少なくとも２つの異なった特性の
   媒体層をもち、上記光ディスクを保持し回転させる手段
   を有し、少なくとも３つの光ビームを発生させ、上記光
   ディスクに光エネルギーとしての情報を、書込み読出す
   ために光ビームを集束する変換手段を備え、上記集束装
   置を光ディスク上の１つのトラックからつぎのトラック
   に、移動させる位置決め手段を有する書換え可能な３次
   元メモリディスクの駆動システム。 ３、特許請求の範囲第２項において、少なくとも上記光
   ディスク、変換手段および位置決め手段を収納した密閉
   容器を備えたことを特徴とする書換え可能な３次元メモ
   リディスクの駆動システム。 ４、特許請求の範囲第３項において、上記密閉容器は光
   ディスクの直径と実質的に同じ幅をもっていることを特
   徴とする書換え可能な３次元メモリディスクの駆動シス
   テム。 ５、特許請求の範囲第３項において、上記密閉容器は、
   幅５．７５インチ、奥行８インチ、高さ３．５インチの
   寸法をそれぞれもっていることを特徴とする書換え可能
   な３次元メモリディスクの駆動システム。 ６、特許請求の範囲第２項において、上記３つの光ビー
   ムを発生させる手段は、１つの回路カード（板）の上に
   収められていることを特徴とする書換え可能な３次元メ
   モリディスクの駆動システム。 ７、特許請求の範囲第２項において、上記３つの光ビー
   ムを発生させる手段の１つは、近赤外線か赤外線のどち
   らかの波長をもつ光ビームであることを特徴とする書換
   え可能な３次元メモリディスクの駆動システム。 ８、特許請求の範囲第２項において、上記３つの光ビー
   ムを発生させる手段のうちの２つは、可視光スペクトル
   に異なった波長をもつ２つの光ビームを発生しているこ
   とを特徴とする書換え可能な３次元メモリディスクの駆
   動システム。 ９、特許請求の範囲第７項において、上記近赤外線か赤
   外線の波長をもつ光ビームは、上記光ディスクからの情
   報を読出すためのものであることを特徴とする書換え可
   能な３次元メモリディスクの駆動システム。 １０、特許請求の範囲第８項において、上記可視光スペ
   クトルに異なった波長をもつ２つのビームは、光ディス
   クに情報を書込むためのものであることを特徴とする書
   換え可能な３次元メモリディスクの駆動システム。 １１、特許請求の範囲第１項において、上記密閉容器は
   、少なくとも前記の光ディスク、変換手段および位置決
   め手段とを持っていることを特徴とする３次元メモリデ
   ィスクの駆動システム。 １２、特許請求の範囲第１１項において、上記密閉容器
   は、幅５．７５インチ、奥行８インチ、高さ３．５イン
   チの寸法をそれぞれもっていることを特徴とする３次元
   光メモリディスクの駆動システム。 １３、特許請求の範囲第１項において、少なくとも上記
   ３つの光ビームを発生させる手段は、１つの印刷回路カ
   ードの上に収容されていることを特徴とする３次元光メ
   モリディスクの駆動システム。 １４、特許請求の範囲第１項において、少なくとも上記
   ３つの光ビームを発生させる手段の１つは、近赤外線あ
   るいは赤外線のいずれかに波長をもつ光ビームを発生し
   ていることを特徴とする３次元光メモリディスクの駆動
   システム。 １５、特許請求の範囲第１項において、少なくとも上記
   ３つの光ビームを発生させる手段の中の２つは、可視光
   スペクトルに異なった波長をもつ２つの光ビームを発生
   していることを特徴とする３次元光メモリディスクの駆
   動システム。 １６、特許請求の範囲第１４項において、上記近赤外線
   あるいは赤外線のいずれかに波長をもつ光は、上記光デ
   ィスクから情報を読出すためのものであることを特徴と
   する３次元光メモリディスクの駆動システム。 １７、特許請求の範囲第１５項において、可視光スペク
   トルに異なった波長をもつ２つの光ビームは、光ディス
   クに情報を書込むためのものであることを特徴とする３
   次元光メモリディスクの駆動システム。 １８、特許請求の範囲第１項において、上記光ディスク
   上の電子トラップ媒体被覆層は、励起された電子エネル
   ギーレベルで情報を蓄積するものであることを特徴とす
   る３次元光メモリディスクの駆動システム。 １９、特許請求の範囲第１項において、上記光ディスク
   上の電子トラップ媒体被覆層は、特定の波長にピークを
   もつ光エネルギーの形で、その蓄積された情報を放出す
   ることを特徴とする３次元光メモリディスクの駆動シス
   テム。 ２０、特許請求の範囲第１項において、上記光ディスク
   上にデジタル情報を書込むのに用いた光ビーム発生手段
   は、異なった特定の波長をもつ光ビームを発生し、一方
   、上記光ディスクからデジタル情報を読出すために用い
   る光ビーム発生手段は、別の異なった特定波長の光ビー
   ムを発生することを特徴とする３次元光メモリディスク
   の駆動システム。 ２１、特許請求の範囲第２０項において、上記光ディス
   クに読出し光ビームを入射すると、少なくとも２つの異
   なった特定波長の光を放出することを特徴とする３次元
   光メモリディスクの駆動システム。 ２２、特許請求の範囲第１項において、上記デジタル情
   報は、少なくとも３つの光ビーム発生手段の振幅変調に
   より、上記光ディスクに書込まれ光ディスクから読出さ
   れることを特徴とする３次元光メモリディスクの駆動シ
   ステム。 ２３、特許請求の範囲第２項において、上記光ディスク
   上の電子トラップ媒体被覆層は、励起された電子エネル
   ギーレベルで、情報を蓄積するものであることを特徴と
   する書換え可能な３次元メモリディスクの駆動システム
   。 ２４、特許請求の範囲第２項において、上記光ディスク
   上の電子トラップ媒体被覆層は、特定の波長にピークを
   もつ２つの異なった波長の光エネルギーの形で、その蓄
   積された情報を放出することを特徴とする書換え可能な
   ３次元メモリディスクの駆動システム。 ２５、特許請求の範囲第２項において、上記光ディスク
   上にデジタル情報を書込むために用いた光ビーム発生手
   段は、異なった特定の波長をもつ光ビームを発生し、一
   方、上記光ディスクから情報を読出すために用いる光ビ
   ーム発生手段は、また別の異なった特定波長の光ビーム
   を発生することを特徴とする書換え可能な３次元メモリ
   ディスクの駆動システム。 ２６、特許請求の範囲第２５項において、上記光ディス
   クに読出し光ビームが入射すると、少なくとも２つの異
   なった特定波長の光を放出することを特徴とする書換え
   可能な３次元メモリディスクの駆動システム。 ２７、特許請求の範囲第２項において、上記デジタル情
   報は、少なくとも３つの光ビーム発生手段の振幅変調に
   より、光ディスクに書込まれ、光ディスクから読出され
   ることを特徴とする書換え可能な３次元メモリディスク
   の駆動システム。 ２８、光エネルギーの形で情報を蓄える少なくとも２つ
   の電子トラップ媒体層をもつ光ディスク表面被覆法と、
   上記光ディスクの回転可能な固定保持法と、あらかじめ
   決められた一定の回転速度で、上記光ディスクを回転さ
   せる方法と、上記光ディスクに情報を書込み読出すため
   に、あらかじめ決められた少なくとも３つの異なった波
   長の光ビームを集束し、上記ディスク表面に投射する方
   法と、要求された情報を書込み読出せるように、光ディ
   スク上のトラックからつぎのトラックに移動する集束光
   を位置決めする方法とを、ステップとして含む３次元光
   メモリディスクの駆動方法。 ２９、特許請求の範囲第２８項において、上記ステップ
   には、光ディスク上に書込まれた情報を消去するため、
   上記情報を読出す時に用いる光より大きなパワーをもつ
   、異なった特定波長の少なくとも３つの集束光ビームの
   中の１つを投射するステップを含むことを特徴とする３
   次元光メモリディスクの駆動方法。 ３０、特許請求の範囲第１項において、上記駆動システ
   ムは、少なくとも５００Ｍバイトの情報をディスクに蓄
   積する容量をもっていることを特徴とする３次元光メモ
   リディスクの駆動システム。 ３１、特許請求の範囲第２項において、上記駆動システ
   ムは、少なくとも５００Ｍバイトの情報をディスクに蓄
   積する容量をもっていることを特徴とする書換え可能な
   ３次元メモリディスクの駆動システム。 ３２、光エネルギーの形で情報を蓄積するために、異な
   った特定波長に感度特性をもつ、少なくとも２つの電子
   トラップ材被覆層をもつ基板からなる３次元光メモリデ
   ィスク。 ３３、特許請求の範囲第３２項において、上記基板表面
   には、化学的汚染から守るために、上記電子トラップ材
   の上に形成された保護層を有することを特徴とする３次
   元光メモリディスク。 ３４、特許請求の範囲第３２項において、上記基板表面
   には、上記電子トラップ材の１つを形成するために設け
   た中間層を含むことを特徴とする３次元光メモリディス
   ク。 ３５、特許請求の範囲第３２項において、上記基板はＡ
   ｌ＿２Ｏ＿３を含むものであることを特徴とする３次元
   光メモリディスク。 ３６、特許請求の範囲第１項において、上記駆動システ
   ムは、ディスク面に少なくとも１Ｇバイトの情報を蓄え
   る容量を持っていることを特徴とする３次元光メモリデ
   ィスクの駆動システム。 ３７、特許請求の範囲第２項において、上記駆動システ
   ムは、ディスク面に少なくとも１Ｇバイトの情報を蓄え
   る容量を持っていることを特徴とする書換え可能な３次
   元メモリディスクの駆動システム。 ３８、光エネルギーの形で情報を蓄積するために、可視
   光の異なった波長に特定の感度特性をもつ、少なくとも
   ２つの異なった蓄積層を被覆した基板を有する光ディス
   クと、該光ディスクを回転可能に保持する手段および回
   転する手段と、書込み、読出し光ビームを集束する手段
   を用いて、光ディスク上少なくとも２つの異なる蓄積媒
   体に同時に情報を書込み、また、上記媒体層から同時に
   蓄積情報を読出す変換手段と、上記光ディスク上で、１
   つのトラックからつぎの隣接トラックに光ビームを集束
   させる手段を移動する位置決め手段とを有する書換え可
   能な光ディスク駆動システム。 ３９、特許請求の範囲第３８項において、上記変換手段
   は同時に少なくとも１つの蓄積媒体層に情報を書込み、
   一方、他の媒体層から蓄積情報を読出すものであること
   を特徴とする書換え可能な光ディスク駆動システム。 ４０、特許請求の範囲第３８項において、上記異なった
   それぞれの媒体層は、あらかじめ定められた異なった波
   長の光を、それぞれ放出し読出すことを特徴とする書換
   え可能な光ディスク駆動システム。 ４１、特許請求の範囲第４０項において、上記駆動シス
   テムは、あらかじめ定められた異なる波長の光を検討す
   る手段、および検出された光を電気信号に変換する手段
   を含むことを特徴とする書換え可能な光ディスク駆動シ
   ステム。 ４２、特許請求の範囲第４１項において、上記あらかじ
   め定められた異なる波長の光の検出と、その信号変換と
   が同時に行われることを特徴とする書換え可能な光ディ
   スク駆動システム。 ４３、特許請求の範囲第４１項において、上記あらかじ
   め定められた異なる波長の光の検出と、その信号変換と
   が並行して行われることを特徴とする書換え可能な光デ
   ィスク駆動システム。