JPS6326461B2

JPS6326461B2 -

Info

Publication number: JPS6326461B2
Application number: JP53104037A
Authority: JP
Inventors: Tadaoki Yamashita; Takeo Oota; Nobuo Akahira; Tatsushi Nakamura; Mutsuo Takenaga
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1978-08-25
Filing date: 1978-08-25
Publication date: 1988-05-30
Also published as: JPS5532238A; US4322839A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、映像、音響などの逐次信号を、記録
部材上に光学的に記録再生する方法に関するもの
である。

映像、音響などの逐次信号を、デイスク上に光
学的に記録再生する従来の方法としては、デイス
ク上に信号を機械的な凹凸パターンとして形成し
ておき、凹部及び凸部からの反射光の干渉によ
り、凹凸の有無を読み出す方法が知られている。
このような凹凸式ピツトデイスクは再生のみで書
込みは不可能である。また、この原盤作成には、
デイスク上にフオトレジストを塗布しておき、こ
れに細く集束したレーザー光線に信号を乗せて照
射し、つぎに、エツチングにより、光照射された
フオトレジストを取り除き、凹凸信号パターンを
形成する方式がとられている。この方式では、エ
ツチング操作が必要、表面皮覆をあらかじめ施し
得ないなどの理由で、家庭などにおいて実用に供
するには程遠い方式である。

また、レーザーによるデイスクへの書込みは別
の方法も試みられている。Biなどの金属または
半金属をデイスク基板に蒸着しておき、これに
Arレーザーを照射して、その熱によつて金属膜
を溶かすか、もしくは蒸発させて孔をあける方法
である。これも蒸着膜そのものを変形させるた
め、表面被覆ができないという欠点があり、ま
た、大型のレーザーを必要とした。

また、近年、アモルフアスカルコゲン化物が、
光記録材料として注目され、Arレーザーによる
ホログラム記録が試みられているが、このカルコ
ゲン化物は、赤外線領域で感度がなく、半導体レ
ーザーによる記録は不可能で、半導体レーザーに
よるビデオデイスクへの応用は試みられていな
い。

本発明は、半導体レーザーによつて記録と再生
が可能で、かつ半導体レーザー出力が少なくて実
用に供し得る新規な光学記録再生方法を提供する
ものである。すなわち、記録薄膜の厚さとその光
吸収率の適正値の追求から、連続発振半導体レー
ザーによる記録、再生方法を実現し得たものであ
る。

半導体レーザーは、近年、著しい進歩が見ら
れ、連続発振のもので30〜40mW出力で寿命が
1000時間以上という改良がなされてきた。しか
し、このようなものを用いても、画像等をデイス
クに即時記録することは困難であつた。

本発明は画像等をデイスクに即時に記録できる
光学記録再生方法を提供するものであり、以下に
その詳細について説明する。

第１図は、半導体レーザーによる光学記録再生
装置の概略を示している。第１図において、１は
半導体レーザーで、その発光波長が700mμから
900mμのものである。このレーザー光はレンズ２
及び２′によつて約1μmのスポツトに集束され、
デイスク３の記録面に照射される。この光により
デイスクの記録面には濃淡の信号が書き込まれ
る。再生には、同じ光学系により、やや弱い光を
記録面に照射し、この濃淡の信号を有した光ビー
ムを反射光または透過光として取り出す。４は、
ハーフミラーであつて反射方式で検出する場合の
例として示したものである。記録面により反射し
て戻つてきた光を曲げ、光検出器５に送り、ここ
で光信号が検出される。

第２図は、デイスクの構造説明図である。６は
透明な樹脂基板、７は記録部材、８は表面保護層
である。また、第３図は、デイスクの記録部材７
上に信号が書き込まれた場合の状態の説明図であ
る。記録部材としては、低酸化物薄膜が用いられ
る。この記録部材にレーザー光が照射されると、
そのエネルギーを熱として吸収し、その部分の温
度が上昇するが、このため、該部材は熱変態をお
こし、その部分の光学濃度または反射が変わる。
図は、そのような書込み状態を示している。記録
部材の代表的な例として酸化テルルの低酸化物が
ある（特開昭50−46317号）。

第４図は、酸化テルル低酸化物TeO₂（添加物と
して、PbO，V₂O₅を５％添加したもの）の赤外
域の分光吸収スペクトル図である。半導体レーザ
ーの発光波長は、800mμから900mμの間にある
が、この領域では、記録前の透過率が40〜50％で
あるのに対し、記録後では20〜25％となつてい
る。また、反射率に関しては、スペクトルの測定
が困難であり、曲線としては図には示していない
が、800mμの一点における反射率は、記録前に８
％であつたものが記録後には17％に増大してい
た。吸収率、透過率、反射率の間には、（吸収率）
＋（反射率）＋（透過率）＝100％の関係があり、本
例の800mμでの記録前吸収率は約50％になる。記
録は、後に詳述するように、半導体レーザーまた
は、フラツシユ光源などによる比較的強い光の短
パルス露光によつてなされる。記録状態は、幾何
学的な形状変化は伴なわれずに、単に光学的変化
のみを伴なう。このような変化により第３図に示
すような微小なパターンの記録がなされる。

つぎに、半導体レーザーの機能の詳細を説明す
る。半導体レーザーとしては、発光波長700mμか
ら900mμの連続発振のもので、かつ発光のパター
ンの単純なシングルモードのものが出現してき
た。発光ビームはやや広がりをもつているので、
レンズ系により集束して用いる、約１ないし2μ
程度にまでしぼれるが、本発明の方法に適用する
ためには、半導体レーザーの光出力に限界がある
のでこの程度にまで充分に集束して用いることが
必要で、そうでないと記録強度が不足する。単位
面積当りの光強度は集束したビーム径の２乗に逆
比例する。したがつて本発明では、このビーム径
が2μ以下にしぼられていることが条件となり、
以下の説明でもこの条件を前提としている。

次に記録する方法の詳細を説明する。連続発振
の半導体レーザーは、ガスレーザーとかパルス発
振の半導体レーザーと比べると、その発光出力が
弱く、前述した低酸化物薄膜を用いても、強度が
不足気味であり、最適の条件設定をしない限り書
き込むことができない。これらの条件を述べる。

記録層の微小面積に照射される光量は、デイス
クの回転速度によつて変る。すなわち、デイスク
が速く回転すれば、光ビームは相対的に高速で移
動し、したがつて、照射光量が減る。第５図は、
デイスクの回転速度と、書き込みに必要な照射光
量との関係を示している。記録材料として前述し
たTeO₂薄膜（0.15μm厚、光吸収率50％）のもの
を用いたときのものである。縦軸は、この記録面
に照射される半導体レーザーの光量であるが、半
導体レーザーから発する光量は、途中の光学系に
よる損失分があり、記録面に伝送される効率は25
〜40％であるので、この縦軸の2.5〜4.0倍が、半
導体レーザー出力となる。ふつう、ビデオデイス
クでは円板の１トラツクにテレビ面面の１フレー
ムまたは、２フレームの信号を入れる。これを即
時に記録または再生するためには、標準のテレビ
画面は１秒間30フレーム送像されるので、デイス
コ回転数を1800rpm（１フレーム／１トラツクの
場合）または900rpm（２フレーム／１トラツクの
場合）としなければならない。この場合、図から
分かるように、1800rpmでは照射光量が6mW必
要で、半導体レーザー出力に換算すると15mWな
いし、24mWとなり、また、900rpmでは照射光
量が、4.5mW必要で、これは、10mWないし
18mWとなる。また、PCM音響記録の場合にも
900rpmの回転数が必要であり、以下の記述では、
回転数は900rpmないし1800rpmの場合の例を記
述する。

このようなデイスクの設計に関して最も重要な
のは、記録層の膜厚である。膜厚が厚い場合、記
録部材の熱容量は大きくなり、昇温に必要な光量
が多く要る。また、逆に、薄すぎる場合には、光
学濃度または、反射率の変化が充分にとれない。
第６図は膜厚と20％の透過率変化を生ぜしめるに
必要な照射光量との関係を示したものである。透
過率に20％の変化が生じれば、比較的良好なＳ／
Ｎを有した再生信号が得られる。この図はパルス
発振の大出力半導体レーザーで試験した結果であ
る。図には、1800rpmの場合と900rpmの場合の
関係を示しているが、膜厚が厚くなるに従つて、
照射光量は比例よりもやゝゆるい曲線で上がつて
ゆく。0.3μmの膜厚の場合、1800rpmでは、照射
光量が10mW必要となり、連続発振の半導体レー
ザーは現実には適用がむつかしくなる。これ以下
の回転数では、照射光量は少なくて済み、連続発
振の半導体レーザーで充分適用できる。

しかし、膜厚が0.06μm以下の場合、薄すぎて
信号を再生するのに十分な光強度変化がとれな
い。すなわち、初期透過率または、初期反射率に
対する書込後の透過率変化または、反射率変化は
20％程度以上とれるが、膜が薄いために光が通つ
てしまい、入射光強度に対する変化率が小さくな
り、信号検出が困難になる。したがつてこの膜厚
の設計条件としては、0.3μm以下0.06μmまでとい
う結論が得られる。

同じ膜厚でも、書込み前の膜の光吸収率によつ
て照射光量が変る。第７図は、膜の光吸収率と書
き込みに要する照射光量の関係を示したものであ
る（デイスクの回転数が1800rpmの場合の結果で
ある。）。膜厚をパラメータとしている。膜の組成
が一定の場合、光の吸収率は、膜厚によつて変る
が、この実験の場合には、一定の膜厚のものにつ
いて、光の吸収率が変化するように、組成を変え
ている。TeO₂の場合、添加物であるPbO，V₂O₅
の量を増やすと、光の吸収率が大きくなる。図に
おいて、膜厚が0.3μmで、光の吸収率が50％の場
合、照射光量は10mW、半導体レーザーの光出力
に換算して、25mWより40mWが必要となる。ま
た、膜厚が0.15μmでも光の吸収率が50％のとき、
照射光量は6mWで半導体レーザー出力は、
15mWより24mWのものが必要となる。さらに、
膜厚が0.06μmの場合には半導体レーザー出力が
10mWから16mWですむようになる。また当然な
がら、デイスク回転数が1800rpm以下になると、
半導体レーザー出力は少なくてすむ。従つて、総
じて言えば膜の光吸収率は50％以上が必要とな
る。一方、光の吸収率は95％以上とることはでき
ない。その理由は、光は膜面で多少の反射を行な
い、また、この反射光を用いて、フオーカツシン
グの信号を取り出すようになつているからであ
る。従つて、光の吸収率は、50％以上95％以下が
適切ということになる。

以上のように、光照射による昇温で、膜の光学
濃度または反射率が変るような部材を用い、現実
の連続発振半導体レーザーを用いて記録する場
合、照射光量が10mW以下すなわち、半導体レー
ザー出力にして15ないし40mWの範囲のものが必
要となる。また、このように小さい光量で書き込
むには、デイスクの最適条件があり、これは膜厚
が、0.3mμ以下でかつ、その膜自身の光吸収率が
50％以上は必要である。

以上、書込みについての詳細を述べたが、つぎ
に、書込んだパターンの再生の方法について述べ
る。再生は、記録時と全く同じ光学系が用いられ
る。

第１図は記録・再生の両用装置であり、１個の
半導体レーザー１を用い、記録と再生を行う。記
録時には出力を上げ、再生時には記録されないよ
うな弱い出力の光を照射する。光検出器５によ
り、デイスクの記録信号を含んだ光ビームを受光
する。再生光はあまり弱ければ、光検出器のＳ／
Ｎが悪くなる。良質の画像（低域変換法）を得る
ためには、半導体レーザーの2mW以上の光出力
が必要であつた。また一方、強すぎた場合、その
光によつて書込まれてしまうということになる。
この上限は、以前に述べた書込み領域以下である
ところの5mWと考えられる。第８図は、連続発
振半導体レーザーの光出力対電流特性で横軸は半
導体レーザーに流れる直流電流縦軸はそれにとも
なう光出力を示している。半導体レーザーは
50mAで急に発光を始める。

図に、その記録領域と再生領域を分かりやすく
説明するためにそれぞれ領域Ａ，Ｂで示してい
る。記録領域が10mWより40mW、再生領域が
2mWより10mWが適切である。

以上のように本発明によれば、小さな半導体レ
ーザーにより、記録と再生の両方が可能な光学記
録再生装置を得ることができる。これは、記録部
位の機械的な変形を伴なわないので記録面に被覆
が可能であり、被覆のまま、記録と再生が可能で
ある。このような装置は取扱いが便利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光学記録再生方法を実施した
装置の概略図、第２図は本発明方法に用いるデイ
スクの一部を切欠にて示す斜視図、第３図は同デ
イスクの記録パターンを示す図、第４図は同デイ
スクの記録前後の透過率を示す図、第５図は本発
明方法における記録に必要な半導体レーザーの記
録面における照射光量とデイスクの回転数との関
係を示す図、第６図は本発明方法における記録に
必要な光量と記録層の膜厚との関係を示す図、第
７図は本発明方法における記録に必要な光量と記
録層の光吸収率の関係を示す図、第８図は本発明
方法における半導体レーザーの出力特性図であ
る。１……半導体レーザー、２，２′……レンズ系、
３……デイスク、４……ハーフミラー、５……光
検出器、６……基板、７……記録部材、８……表
面保護層。

Claims

【特許請求の範囲】

１映像、音響などの逐次信号を、記録部材上に
レーザー光線により記録再生する光学記録再生方
法において、１個の記録、再生兼用の半導体レー
ザーと、この半導体レーザーからのレーザー光を
集束させる光学系を有し、そのレーザー光による
熱を吸収して昇温することによりその光学濃度ま
たはその反射率が変化する記録部材とを有し、記
録時には上記半導体レーザーの出力を大きくし、
再生時にはその出力を記録時より小さくすること
を特徴とする光学記録再生方法。