JPS61133043A - 情報記録及び再生方式 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、多量の情報を記録、再生する方法に係り、特
に書換えを可能とするメモリとして使用するに好適な情
報の記録及び再生方式に関する。

〔発明の背景〕

サブミクロンオーダに集光したレーザ光を用いて情報を
記録媒体に高密度に記録し、かつ再生する装置は、映像
や音声などの大容量の情報を記録でき、今後の情報化社
会には不可欠な装置になると予想される。このような光
記録再生装置に例えば、光デイスク装置がある。光デイ
スク装置には、（１）再生専用形、（２）追記、形、（
３）書換え可能形、の３つの形態があり、再生専用形、
追記形はほぼ実用の段階に達している。

しかしながら、書換え可能形については各種方法が提案
されている段階である。結晶と非晶質の相変化を利用す
る方法がその一つであり、特公昭。

５４−９００８にその内容が開示されている。

この方法は要約すると、メモリフィルムとして不定形（
非晶質：　ａｍｏｒｐｈｏｕｓ　）半導体物質を用いる
ものであって、この物質はレーザビームに応じて一般的
に不定形即ちディスオーダーな状態と結晶性即ちよりオ
ーダーな状態との間をスイッチされる。これら状態のそ
れぞれは異なった屈折率。

表面反射率、電磁気吸収及び伝達特性、及び粒子光散乱
特性を有している。これら電磁特性の１つ又はそれ以上
を感知することによって、半導体フィルムに記憶された
情報が検索されることができる。前記特公昭５４−９０
０８は、この原理を応用し、単一の電磁エネルギー源の
みで、メモリフィルムに書込み、消去及び読出しの３つ
の異なった機能を実現する方法を示している。

しかしながら、前記不定形半導体物には、ＳｅやＴｓ等
が含ま五でおり、これらは毒性を示すため、製造段階に
おける使用に注意を要し、また、非晶質の状態が必ずし
も安定な状態とは言えず、情報の安定な長期保存のため
には対策が必要であった。

〔発明の目的〕

以上のことから本発明においては、毒性を持たず、しか
も長期保存性に秀れている新規な金属材料を用いて、書
換え可能な情報記録及び再生方法を提供することを目的
としている。

〔発明の概要〕

本発明の記録材料は、固体状態で少なくとも２種類の結
晶構造を有し、一方の温度領域での結晶構造を他方の温
度領域で保持する金属又は合金を用いた記録再生媒体を
用いたものであり、周波数が異なる電磁ビームのうち、
高周波ビームを記録、消去用に、低周波ビームを再生用
に用い、ビーム制御手段によりビームの強度及び照射時
間を変えることによって情報の記録、消去及び再生を行
なうものである。

〔発明の実施例〕

まず、出願人の先願に係る特願昭５９−４２０７９号。

特願昭５９−１３０６１１号の新規の記録媒体がいかな
るものであるのか、合金組成、ノンバルクとその製造法
９組織、特性、用途について説明する。

（合金組成） 本発明の結晶量転移合金は、高温及び低温状態で異なっ
た結晶構造を有するもので、高温からの急冷によってそ
の急冷された結晶構造が形成される。

更に、この急冷されて形成された相は所定の温度での加
熱によって低温状態での結晶構造に変化する。このよう
に高温からの急冷によって低温での結晶構造と異なった
結晶構造を得るための冷却速度として１０２℃／秒以上
又は、１０３℃／秒以上で、このような結晶構造の変化
が生じるものが好ましい。

本発明の結晶量転移合金は、周期律表のＩｂ族元素の少
なくとも１種とｎｂ族、■ｂ族、ｌＶｂ族及びｖｂ族元
素から選ば九た少なくとも１種との合金からなるものが
好ましい、これらの合金のうち、鋼を主成分とし、Ａｎ
ｔ　Ｇａｐ　Ｉｎ、Ｇｅ及びＳｎとの合金が好ましく、
更にこれらの合金に第３元素としてＮｉ、Ｍｎ、Ｆｅ及
びＣｒを含む合金が好ましい。

また、銀を主成分とし、ＡＱ、Ｃｄ及びＺｎを含む合金
が好ましく、更にこれらの合金に第３元素としてＣｕ、
Ａｎ、Ａｕを含有する合金が好ましい。

金を主成分とし、ＡＭを含む合金が好ましい。

本発明合金は前記Ｉｂ族元素と■ｂ族、■ｂ族。

ＩＶｂ族及びｖｂ族元素との金属間化合物を有するもの
が好ましい。

（ノンバルクとその製造法） 本発明の結晶量転移合金は反射率の可変性を得るために
材料の加熱急冷によって過冷相を形成できるものが必要
である。高速で情報の製作及び記憶させるには材料の急
熱急冷効果の高い熱容量の小さいノンバルクが望まし、
い。即ち、所望の微小面積に対して投入されたエネルギ
ーによって実質的に所望の面積部分だけが深さ全体にわ
たって基準となる結晶構造と異なる結晶構造に変り得る
容積を持つノンバルクであることが望ましい、従って、
所望の微小面積によって高密度の情報を製作するには、
熱容量の小さいノンバルクである箔。

膜、細線あるいは粉末等が望ましい、記録密度として、
２０メガビット／ｄ以上となるような微小面積での情報
の製作には０．０１〜０．２μｍの膜厚とするのがよい
。一般に金属間化合物は塑性加工が難しい。従って、箔
、膜、細線あるいは粉末にする手法として材料を気相あ
るいは液相から直接急冷固化させて所定の形状にするこ
とが有効である。これらの方法にはＰＶＤ法（蒸着、ス
パッタリング法等）、ＣＶＤ法、溶湯を高速回転する高
熱伝導性を有する部材からなる、特に金属ロール円周面
上に注湯して急冷凝固させる溶湯急冷法。

電気メッキ、化学メッキ法等がある。膜あるいは粉末状
の材料を利用する場合、基板上に直接形成するか、塗布
して基板上に接着することが効果的である。塗布する場
合、粉末を加熱しても反応などを起こさないバインダー
がよい。また、加熱による材料の酸化等を防止するため
、材料表面、基板上に形成した膜あるいは塗布層表面を
コーティングすることも有効である。

箔又は細線は溶湯急冷法によって形成するのが好ましく
、厚さ又は直径０．１ｍ以下が好ましい。

特に０．１μ波以下の結晶粒径の箔又は細線を製造する
には０．０５ｍｍ以下の厚さ又は直径が好ましい。

粉末は、溶湯を気体又は液体の冷媒とともに噴震させて
水中に投入させて急冷するアトマイズ法によって形成さ
せることが好ましい、その粒径は０３１−以下が好まし
く、特に粒径１μｍ以下の超微粉が好ましい。

膜は前述の如く蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ電気メッ
キ、化学メッキ等によって形成できる。

特に、０．１μｍ以下の膜厚を形成するにはスパッタリ
ングが好ましい。スパッタリングは目標の合金組成のコ
ントロールが容易にできる。

（組ｌａ） 本発明の結晶量転移合金は、高温及び低温において異な
る結晶構造を有し、高温からの急冷によって高温におけ
る結晶構造を低温で保持される過冷相の組成を有するも
のでなければならない、高温では不規則格子の結晶構造
を有するが、過冷相は一例としてＣ５−Ｃｒ４型あるい
はＤｏ１型の規則格子を有する金属間化合物が好ましい
、光学的性質を大きく変化させることのできるものとし
て本発明合金はこの金属間化合物を主に形成する合金が
好ましく、特に合金全体が金属間化合物を形成する組成
が好ましい。この金属間化合物は電子化合物と呼ばれ、
特に３／２電子化合物（平均外殻電子濃度ｓ　／　ａが
３／２）の合金組成付近のものが良好である。

また、本発明の結晶量転移合金は固相変態、たとえば共
析変態又は包析変態を有する合金組成が好ましく、その
合金は高温からの急冷と非急冷によって分光反射率の差
の大きいものが得られる。

本発明合金は超微細結晶粒を有する合金が好ましく、特
に結晶粒径は０．１μ醜以下が好ましい。

即ち、結晶粒は可視光領域の波長の値より小さいのが好
ましいが、半導体レーザ光の波長の値より小さいもので
もよい。

（特性） 本発明の記録材料は、可視光領域における分光反射率を
同一温度で少なくとも２種類形成させることができる。

即ち、高温からの急冷によって形成された結晶構造（組
織）を有するものの分光反射率が非急冷によって形成さ
れた結晶槽′造（組織）を有するものの分光反射率と異
なっていることが必要である。

また、急冷と非急冷によって得られるものの分光反射率
の差は５％以上が好ましく、特に１０％以上有すること
が好ましい。分光反射率の差が大きければ、目視による
色の識別が容易であり、後で記載する各種用途において
顕著な効果がある。

分光反射させる光源として、電磁波であれば可視光以外
でも使用可能であり、赤外線、紫外線なども使用可能で
ある。

本発明の結晶量転移合金のその他の特性として、電気抵
抗率、光の屈折率、光の偏光率、光の透過率なども分光
反射率と同様に可逆的に変えることができ、各種情報の
記録、記録された情報を再生することに利用することが
できる。

分光反射率は合金の表面あらさ状態に関係するので、前
述のように少なくとも可視光領域において１０％以上有
するように少なくとも目的とする部分において鏡面にな
っているのが好ましい。

（用途） 本発明の結晶量転移合金は、加熱急冷によって部分的又
は全体に結晶構造の変化による電磁波の分光反射率、電
気抵抗率、屈折率、偏光率、透過率等の物理的又は電気
的特性を変化させ、これらの特性の変化を利用して情報
の記録用素子に使用することができる。

情報の記録の手段として、電圧及び電流の形での電気エ
ネルギー、電磁波（可視光、輻射熱、赤外線、紫外線、
写真用閃光ランプの光、電子ビーム、陽子線、アルゴン
レーザ、半導体レーザ等のレーザ光線、高電圧火花放電
等）を用いることができ、特にその照射による分光反射
率の変化を利用して光ディスクの記録媒体に利用するの
が好ましい。光ディスクには、ディジタルオーディオデ
ィスク　（ＤＡＤ又はコンパクトディスク）、ビデオデ
ィスク、メモリーディスクなどがあり、これらに使用可
能である０本発明合金を光ディスクの記録媒体に使用す
ることにより再生専用型、追加記録型、書換型ディスク
装置にそれぞれ使用でき、特に書換型ディスク装置にお
いてきわめて有効である。記録方法はエネルギーを断続
的にパルス的に与えるやり方又は連続的に与えるやり方
のいずれでもよい。前者ではディジタル信号として記録
できる。

本発明者等は、この本発明の結晶量転移合金について種
々の実験を行ない、光デイスク装置に使用することを意
図して記、録前と記録後とで光の反射率がどのように変
化するかを調べてみた。具体的にどのようにして結晶量
転移合金を作成し、その特性がどのようであったか等に
ついては本出願人の出願した特願昭５９−４２０７９号
、特願昭５９−１３０６１１号に詳しく述べたので説明
を省略することとし、第２図にその典型的−例を示す、
この図でａが記録前、ｂが記録後を表わす、光デイスク
装置はこの特性を利用するものであり、例えば７８０（
ｎｍ）の波長の光ビームを用い、記録された所に光が当
ったときの反射量と、記録されない所に光が当ったとき
の反射量の差に応じて情報の有無を判定するものである
。この図から明らかなように、記録するときはＣのよう
に反射率が大きくなり、消去するときはｄのように反射
率が小さくなる。また、５５０　（ｎｍ）を選択したと
きは、記録するときはＣ′のように反射率が小さくなり
、消去するときはｄ′のように、反射率が大きくなる。

第１図の実施例ではモータによって一定速度で駆動され
る光ディスク３０をメモリとして用いている。第１の周
波数のレーザ源３からの出力ビーム２０は、変調器２に
より強度変調されており、又、カップリンクレンズ４に
より略円形に整形されている。該ビーム２０は、更に、
偏向ビームスプリッタ５．１／４波長板６、音響光変調
器８、偏向ビームスプリッタ１３、反射鏡１４、対物レ
ンズ１５を経て、光ディスク３０の記録膜３２上に焦光
される。ここで、光ディスク３０は、第３図に示す如く
、ガラス他の透明基板３１及び結晶量転移合金膜３２と
からなる。この膜３２は室温で少なくとも２つの安定な
結晶状態を持ち、可逆的にスイッチすることができるも
のである。

とζろで、この結晶量転移合金が情報を記録しあるいは
消去するためには、第４図に示すような温度θ１．θ２
まで加熱されねばならない。つまり、記録するときは、
温度０１以上に記録媒体が加熱されその機運やかに冷却
されることが必要であり、消去するときは温度０２以上
であって温度θ、以下の状態で十分な量のエネルギーを
記録媒体が受けることが必要である。

又、該レーザビーム２０は、制御器１による信号で動作
する変調器２により、０Ｎ１０ＦＦ及び強度が変調され
、更に音響光変調器８を通る際に、変調器７による音波
によりビームの向きが高周波で変えられる。このように
変調したビーム２１は、光デイスク３０上では、第５図
に示すような長楕円４０の形状となる。又、強度変調器
２と向きの変調器７の同期を取り、適切な制御をすれば
、ディスク３ｏ上では接線方向に対し第６図に示すよう
な光の強度分布を得ることができる。これらの光の強度
分布δ及びγにより情報を記録あるいは消去することが
できる。即ち、加熱徐冷でできる結晶を結晶ａ、加熱急
冷でできる結晶を結晶すで表わすと、第６図のδのパタ
ーンは結晶すを作るのに適し、γのパターンは結晶ａを
作るのに適する。

レーザ源３は例えばアルゴン又は混合ガス（例えばアル
ゴンとクリプトンの）如きガスレーザを含んでもよい。

レーザの周波数は、フィルム３８によって与えられる反
射特性に基づいて選択される。第２図は結晶量転移合金
の反射特性の典型的な例を示している。結晶量転移合金
に与えられる電磁エネルギーの波長は横軸に沿ってプロ
ットされ、反射される光のエネルギーのパーセンテージ
は縦軸に沿ってプロットされている０曲線ａ、ｂは本発
明に用いられるのに好適な典型的結晶量転移合金の反射
特性を表わしている。結晶量転移合金においては、結晶
構造の違いにより多少の差はあるが長波長領域は反射率
が高く、短波長領域の方の反射率は低い、一方、記録や
消去時には、ディスクの所定のエリアに熱を与える必要
があり反射率が低い方が良く、逆に再生時には、誤って
情報を記録や消去することがないようにするためには、
反射率が高い方が良い、従って、記録・消去用のレーザ
としては、短波長のレーザが適し、再生用としては、長
波長で第２図の曲線ａ、ｂの差が大きい領域の波長が適
すると言える。

第１図における記号９から１２及び１６から１９は、記
録した情報の再生のために用いられる。

即ち、レーザ源９から発射されたレーザ光２２は、カッ
プリングレンズ１ｏで略円形のビームとなり。

ビームスプリッタ１１．１／４波長板１２を経て、ビー
ムスプリッタ１３にて、記録及び消去用ビーム２１と合
流し光ディスク３０に送られる。又、光ディスク３０が
反射した光は、同じ光路を戻り、ビームスプリッタ１１
で９０度向きを変えられ。

シリンドリカルレンズ等を経て検出器１８に焦光される
。このようにして検出された光は、周知の方法で電気信
号に変えられオートフォーカスやトラッキング制御１９
に用いられると共に情報の再生信号として用いられる。

次に、記録・消去用のレーザビームの波長λ。

と再生用の波長λ、の決め方について説明する。

対物レンズ１５の開口数をＮＡとすると、記録面におけ
る記録・消去用及び再生光のスポット径ｃＬ　、ｄ、は
１次式で示される。

この様子を示したのが、第７図である。一般に。

この種の情報を読取るに際し、記録スポット４３の径ｄ
、より小さい部分を検出装置上に結像させることが提案
されている。これは記録媒体上に微小放射スポットを照
射し、照射された部分を検出装置上に結像させることに
より達成することができる。このかわりに、より大きい
放射スポットを記録媒体上に照射することもでき、この
場合媒体の照射された部分のごく小部分のみが検出装置
上に結像される。記録キャリア上に記録される情報量は
大きくするのが望ましいので、記録スポット寸法を非常
に小さくすることが望ましい０例えば、４５分間のビデ
オプログラムを外径３０（！ｌの円板記録キャリアに記
録する場合に、ブロックおよび区域の寸法を１μｍのオ
ーダーとすることが望ましい、これは、上述した読取方
法においては太きな開口数のレンズを使用すべきことを
意味する。

しかしながら、「大きな開口数のレンズは高価である。

しかも、レンズの焦点深さは使用される光の波長を開口
数の２乗で験したものに比例するので、この種のレンズ
は小さい焦点深さを持つことになる。」ことが知られて
おり、特公昭５３−３０４５３では、再生光４４のビー
ム断面積寸法が、トラック４１幅より大きく、かつトラ
ックの幅と２個のトラック闇の情報の記録されない区域
４２の幅ｄ、の２倍との和より小さくなるように記録媒
体から検出装置へのビームの通路内に制限開口を挿入す
ることを提案している。

ところが、本発明のように、記録・消去用と再生用の対
物レンズを共用する場合は、そのまま適用することは難
しい。そこで、本発明では、記録・消去用のレーザビー
ムの波長λ、と再生光の波長λ、を規定する方法を採る
。再生光が隣りのトラックの情報の影響を受けないため
には、再生光のスポット径ｄ、は ｄ、（ｄ＝＋２ｄ、　　　　　　　　　　　・・・（２
）である。これに、（１）式を代入し、整理するとλ、
くλ、＋２ｄ、ＮＡ　　　　　　　　　・・・（３）一
方、前述の如く、再生光の波長λ２は、記録・消去用の
波長λ、より大きいのが望ましいので、（３）式とまと
めると、 λ１くλ、くれ＋２ｄ、・ＮＡ　　　　　　・・・（４
）となる。

又、ビームスプリッタ５及び１７４波長板６は、光ディ
スク３０からの反射光がレーザ源３に戻り雑音源になる
のを防止するものである６勿論、ビームスプリッタ５で
９０度向きを変えられた光２５は、モニタ用として使用
しても良い。

第８図は、光学情報記録方式の他の実施例を示す、光の
ＸＹ偏向器５１及びその制御器５２を除けば、第１図と
同−又は類似物である。第１図においては、記＠媒体３
０は円形で回転していたが、第８図では、必ずしも円形
である必要はなく、方形であっても良く、又、静止して
いても良い。このことは、以下に示す偏向器５１及びそ
の制御器５２の説明から明らかになる。

偏向制御器５２は、制御器１からの指令に応じて動作し
、レーザビーム２３を記録媒体３０のある領域に与える
ＸＹ偏向器５２を作動させる。即ち、レーザビーム２３
は、ＸＹ偏向器５２で向きを変えられ、記録媒体上の指
定された任意の点を照射することができる。これにより
、記録媒体３０は、ｘ−Ｙによる２次元で表わしつるも
のであれば良く、方形をしていても良いことが分る。

又、第３図においである結晶状態を他の結晶状態に変え
るために加えるレーザ光は、透明基板３１の方から加え
るのが適している。一般に、光学情報記録装置において
は、「数ミクロン又はそれ以下の程度の小さなスポット
の形態で記録媒体にデータビットが記憶される。ちり、
はこり等の粒子又は他の飛散体がこれらデータビットを
記録又は検出するための光の性能に影響を及ぼし、従っ
て誤りを生じさせる。この状態は特に、記録媒体が異概
によって汚染される機会を与える置き換え可能又は携帯
可能であった場合一層悪影響を及ぼす。」ことが知られ
ている。この解決手段として、レーザ光を透明基板３１
の方から加える方法が有効である。即ち、レーザビーム
は記録媒体上では、数ミクロン、又はそれ以下の程度の
小さなスポットに絞られているが、透明基板３１の外表
面上では透明基板３１の厚さにもよるが、ビームの面積
は記録面のそれと比べ、　１０００〜１０，０００倍の
大きさとなる。従って、レーザ光を透明基板３１から加
えることによって、ちりやほこり等の粒子又は他の飛散
体の影響を１　／１０００〜１　／１０．ＯＯＯニ下げ
ることができる。

第１１！ｌ及び第８＠の記録装置は、再生光学系の一部
の改造により記録及び消去時に同時に動作の確認をする
ことができる。即ち、ビームスプリッタ１３に偏光ビー
ムスプリッタを使用すれば、記録・消去用ビームが再生
系に入ることを防止できる。従って、記録・消去と同時
に再生系を生が−しておけば、記録・消去と同じその確
認をすることができる。

又、第９図に示す如く、記録・消去ビームの周波数と再
生ビームの周波数が違うことに着目し、再生系の光路に
干渉フィルタ６ｏを設けることにより、再生系の検出器
１８に記録・消去ビーム光が入るのを防止するのも有効
である。

又、記録・消去用のビー、ム２１と再生用のビーム２２
の光軸をわずかにずらし、記録・消去が完全に終了して
から再生することも可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、情報記録媒体として毒性を持たず
、しかも長期保存性に秀れている新規な金属材料を使用
することにより、書換え可能な情報記録及び再生が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例を示す光学系統図、第２図
は本発明に使用するに好適な結晶面転移金属の反射率特
性の例、第３図は記録媒体の１構成例、第４図は結晶量
転移金属における記録・消去の原理を示す図、第５図は
記録媒体に照射された記録・消去ビームの形状、第６図
は記録・消去ビームの光の強度分布、第７図は再生ビー
ムの波長決定のための説明図、第８図、第９図は本発明
の他の実施例。 １・・・ビーム制御器、２，７．５２・・・ビーム変調
制御器、３，９・・・レーザ源、５，１１．１３・・・
偏向ビームスプリッタ、４，１０・・・コリメーション
レンズ、６，１２・・・１／４波長板、８・・・音響光
偏向器、１４・・・ミラニ、１５・・・対物レンズ、１
６゜１７・・・光検出器シリンドリカルレンズ、１８・
・・センサ、１９・・・トラッキング、自動焦点制御系
、３０・・・記Ｓ媒体、５１・・・光偏向器、６ｏ・・
・干渉フィルタ。 翳３図 囚 □−１２ もω図 も５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光ビーム等の電磁波を記録媒体に照射して情報を記
   録及び再生する方式において、 （１）少なくとも第１の周波数及び第２の周波数のエネ
   ルギーを発生することができる電磁放射源、（２）メモ
   リ物質の層、該メモリ物質の層は、固体状態で少なくと
   も２種類の結晶構造を持つ金属または合金からなり、そ
   れに与えられる前記第１の周波数のエネルギー量に応じ
   て２つの安定状態の間をスイッチすることができ、かつ
   前記メモリ物質はそれに前記第２の周波数が与えられる
   時前記物質のその安定状態により異なつた効果を生じる
   こと、 （３）前記電磁放射源から前記メモリ物質のある領域に
   電磁放射を与えるためのビーム制御手段、（４）前記ビ
   ーム制御手段によつて前記メモリ物質に与えられる前記
   第１の周波数のエネルギー量及び照射時間を変え、前記
   メモリ物質のある領域に対しそれに情報を記録するよう
   に前記２つの安定状態間を選択的にスイッチせしめる制
   御手段、 （５）前記第２の周波数のエネルギーが前記ビーム制御
   手段によつて前記メモリ物質のある領域に与えられる時
   に生じる前記メモリ物質の効果に応じ、前記ある領域で
   前記メモリ物質のその安定状態を検出しそれによつて前
   記メモリ物質に記録された情報を再生する手段、 とからなることを特徴とする情報記録及び再生方式。