JPH0264932A - 情報記録媒体、それを用いた情報記録装置、及び情報記録方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、光ビームの照射により照射部分が相対的に
平滑化されて情報が記録される情報記録媒体、並びにこ
の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に
関する。

（従来の技術及び発明が 解決しようとする課題） 従来、光ビームを照射することにより照射部分の状態を
変化させて情報を記録する情報記録媒体としては、代表
的な例として以下に示す３種類の方式のものが知られて
いる。

すなわち、第１に記録層に光ビームを照射し、照射部分
を溶融又は蒸発させてピットを形成することにより情報
を記録するタイプのもの、第２に記録層に光ビームを照
射し、照射部分に相変化を生じさせて情報を記録するタ
イプのもの、第３に磁性材料からなる記録層に光ビーム
を照射し、照射部分の温度を上昇させることによりその
部分の保磁力を低下させ、外部磁界によりその部分に磁
化反転を生じさせて情報を記録するタイプのものである
。

しかしながら、これらの方式には以下に示すような欠点
がある。すなわち、第１の技術では、ビットを形成する
ため光ビーム照射部を溶融又は蒸発させなければならな
いので、高出力の光源が必要である。また、第２の技術
では記録マークが非晶質又は非平衡相であるから記録し
た情報の安定性に欠ける。更に、第３の技術では基本的
に外部磁界発生装置が必須であるため、記録装置の小型
化が困難である。

一方、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
あるが、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）１
０８ビツト／ｃＩ２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考えら
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注じる現
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。

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聞届が
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、
比較的低出力の光ビームにより情報を記録することがで
き、記録した情報が安定であり、情報記録装置の小型化
が可能な情報記録媒体、並びに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媒体は、基板と、光ビームの照
射により照射部分が相対的に平滑化されて情報が記録さ
れる記録層とを有することを特徴とする。

この発明に係る情報記録装置は、基板と、光ビームの照
射により照射部分が相対的に平滑化されて情報が記録さ
れる記録層とを有する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
に多段階の大きさの記録マークを形成することを特徴と
する。

この発明に係る情報記録方法は、基板と、光ビームの照
射により照射部分が相対的に平滑化されて情報が記録さ
れる記録層とを有する情報記録媒体に光ビームを照射し
、照射部分を相対的に平滑化し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、情報記
録媒体に多段階の大きさの記録マークを形成することを
特徴とする特 （作用） 表面に微細な起伏が存在する記録層に光ビームを照射す
ると、照射部分は光ビーム比照射部分よりも平滑化され
る。この場合に、光ビーム照射部と非照射部とでは反射
率が異なるため情報が記録されたことになり、この反射
率の差を検出することにより情報を再生することができ
る。また、光ビーム出力手段から出力される光ビームの
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、この光ビームを情報記録媒体に照射することによ
り、照射スポット、すなわち記録マークの大きさを多段
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
発明に係る情報記録媒体の一例を示す断面図である。情
報記録媒体１０は基板１と記録層２とから構成されてい
る。基板１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１の上には記録層２が形成
されている。記録層２は表面に多数の微細な起伏を有し
ており、この記録層２に対物レンズ３で集光された光ビ
ーム４が照射されることにより、その部分の微細起伏が
消失又は減少する。すなわち、光ビーム照射部分が非照
射部分よりも平滑化される。この平滑化により記録層表
面の反射率が変化するので、これを利用して情報を記録
することができる。このような記録層２に適用すること
ができる材料としては、Ｓｔ、Ｇｅ、Ｔｅ、Ｓｂ。

Ｂｉ、Ｓｅ等の半導体材料、ＡＩ、Ｉｎ、Ｚｎ。

Ａｇ、Ｍｇ、Ｐｄ等の金属材料、又は熱可塑性の宵機材
料等がある。このように、記録層２としてカルコゲナイ
ド以外の材料も用いることができるので、人体に対して
無害なものにすることが可能である。この記録層２は真
空蒸着法、スパッタリング法又はスピンコード法等で形
成することができる。また、表面の微細起伏はドライエ
ツチング又は湿式エツチング等で形成することができる
。

この記録層２の層厚としては、実用上数ｎｍ乃至数μ辺
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、基板
の両面に記録用を形成して両面の情報記録媒体とするこ
ともできる。

次に、上述の情報記録媒体を用いた多重記録方式の情報
記録装置について説明する。第２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２０は、後にその構造を詳細に説明するように、入
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２０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
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）１０
の記録層２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大きさの記録マークが
形成され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モ低パワーで一定のレーザビ
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１
０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。光電変換素子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。

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
て平行光束に変換され、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。半導
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
素子１２に導かれる。

光電素子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１９に導かれ、ビームの照射位置が適正化さ
れる。また、光電変換素子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ｇ！Ｊ装置１８に導かれ、これにより焦点制御される
。

なお、情報の記録及び再生は、・光ディスクである情報
記録媒体１０を図示しないモータにより回転させながら
行われる。

次に、記録信号処理装置２０について具体的に説明する
。第３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３図に示されているように記録
信号処理装置２０は、ｎ値化回路２０１と、Ｄ／Ａ変換
回路２０２と、半導体レーザドライブ回路２０３とを備
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２０１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２０２にてアナログ信号に
変換され、半導体レーザドライプロ路２０３に電圧とし
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１ｆ４０について具体的に説明
する。第４図は再生信号処理装置のの一例の概略構成を
示すブロック図である。この再生信号処理袋ｆｉｆｆｉ
４０は、第４図に示すようにＡ／Ｄ変換回路４０１と、
ｎ値化回路４０２と、２値化回路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にてデジタル化されて読取られ、次
いで、予め設定された基準電圧（又は基準電流）との比
較によりｎ値化される。その後、ｎ値化された信号は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、情報記録媒体１０への情報記録、及び記録された
情報の再生について詳細に説明する。

ａ駕 例えば、第１図に示すように、記録層２側から、集光レ
ンズ３を介してレーザビーム４を記録層２に集光照射す
ることにより、照射部分（記録マーク）５の表面におけ
る微細起伏が消失又は減少して情報が記録される。この
場合に、照射部分５のパワー密度は、第５図に示すよう
にガウス分布をしており、記録マークを形成するのに必
要な、すなわち微細起伏を消失又は有効に記録できる程
度に減少させるのに必要なパワー密度をＰｏとすれば、
記録マークの径は２ｒ□となる。情報を多重記録する場
合は、前述した装置を用い、半導体レーザ１１から光学
系３０を介して記録層２にレーザビームを照射し、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ｎ
値化回路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から出
力されるレーザビームのパワーをｎ段階に変化させるこ
とにより、照射部分、即ち記録マークの大きさをｎ段階
に変化させることができる。つまり、例えば４ビツトデ
ータを記録する場合には第６図に示すように、記録用レ
ーザビームのパワーがＰ１〜Ｐ４と増加するに従い、記
録マークの径がＲ１−Ｒ４と増加する。そして、この記
録マークの大きさに対応して、再生用レーザビームの反
射率又は透過率が変化する。なお、記録マークの大きさ
を変化させるためには照射部分のエネルギが変化すれば
よいので、前述のようにレーザビームのパワーを変化さ
せるばかりでなく、レーザビームのパルス幅、又はパワ
ーとパルス幅の両方を変化させることによっても記録マ
ークの大きさを変化させることができる。なぜならば、
レーザビームのエネルギＥは、レーザビームのパワーを
Ｐ１パルス幅をＴとすると、Ｅ−ＰＸＴで表わすことが
できるからである。

前述した第６図に示す例では、情報を４ビット単位に変
換しておき、そのビット数に対応したエネルギの光ビー
ムを照射して記録を行なうものであり、一つのレーザビ
ーム照射スポットに４ビツトの情報を多重記録すること
ができる。

レーザビームエネルギがＥ、−Ｅ４の場合に対応する記
録マーク径をＲ１〜Ｒ４ｓ反射率をｗ１〜Ｗ４すると、
レーザビームエネルギ、記録マークの径、反射率、及び
ビット数の関係は第１表に示すようになる。

第１表 この場合の記録マーク径と反射率との関係を第７図に示
す。

なお、上述のように情報ビットが全て記録マークに対応
している必要はなく、記録マークが形成されていない状
態をひとつの情報状態（すなわち情報ビット）とするこ
とも可能である。

匹ユ 記録された情報は、再生用レーザビーム照射部分の表面
反射率又は透過率等の光学的変化を検出することにより
再生される。情報が多重記録されている場合には、前述
した第２図に示す装置により再生される。すなわち、記
録マークの大きさの違いによる再生用レーザビーム照射
部の反射率変化が光電変換素子１２（例えばフォトダイ
オード）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。例えば、第８図に
示すように、記録マークの径を小さい方から順にＲ１−
Ｒ４とし、再生用レーザビームの径を最も大きいＲ４よ
りも若干大きくして反射率を検出すると、前述した第７
図に示すように、記録マークの径が大きくなるに従って
、記録マークの反射率が増加する。なお、再生用レーザ
ビームの径を調節するためには、フォーカス位置をずら
せばよい。

再生における反射率の値と情報ビットとの対応について
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が、これ
らに限定されるものではない。

第２表 第３表 なお、以上の実施例においては、４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ビツト以上の任意のビット情報を記録再生する場
合に適用することができる。

［発明の効果］ この発明に係る情報記録媒体によれば、光ビーム照射部
分を相対的に平滑化することにより情報を記録するので
、比較的低出力の光ビームにより情報を記録することが
でき、記録した情報が安定であり、情報記録装置を小型
化することができる。

また、この発明に係る情報記録装置及び記録方法によれ
ば、従来の情報記録装置を基本にして、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媒体を示す断
面図、第２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３図は記録信号処理装置を示すブロ
ック図、第４図は再生信号処理装置を示すブロック図、
第５図は記録用レーザビーム照射部分のレーザスポット
中心からの距離とレーザパワー密度との関係を示す図、
第６図はレーザパワーと記録マークの径との関係を示す
図、第７図は記録マーク径と反射率との関係を示す図、
第８図は記録マークの大きさによる再生用レーザビーム
の反射率変化を説明するための図。 １；基板、２；記録層、１０；情報記録媒体、１１；半
導体レーザ、２０；記録信号処理装置、３０；光学系、
４０；再生信号処理装置。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板と、光ビームの照射により照射部分が相対的
   に平滑化されて情報が記録される記録層とを有すること
   を特徴とする情報記録媒体。
2. （２）基板と、光ビームの照射により照射部分が相対的
   に平滑化されて情報が記録される記録層とを有する情報
   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、前記情報記録媒体に多段階の大きさの記録マ
   ークを形成することを特徴とする情報記録装置。
3. （３）基板と、光ビームの照射により照射部分が相対的
   に平滑化されて情報が記録される記録層とを有する情報
   記録媒体に光ビームを照射し、照射部分を相対的に平滑
   化し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、情報記録媒体に多段階の大きさの
   記録マークを形成することを特徴とする情報記録方法。