JP2642422B2

JP2642422B2 - 情報記録再生装置

Info

Publication number: JP2642422B2
Application number: JP63163962A
Authority: JP
Inventors: 忠小林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-06-30
Filing date: 1988-06-30
Publication date: 1997-08-20
Anticipated expiration: 2012-08-20
Also published as: JPH0214427A

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、並びにここの情報を再生する情
報再生装置に関する。

（従来の技術）従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ビット/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（トピカルミーティング，オン，オプティカルデ
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、PHBメモリ膜を数Ｋ乃至十Ｋ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、第１に、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照射する光学手段とを有
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。第２に、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種ジャ
ンと、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照射する光学手段と
を有し、前記情報記録媒体の照射部分に記録領域の大き
さ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、第１に、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
３段階以上の多段階に変化させ、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記
録することを特徴とする。第２に、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３段階以
上の多段階に変化させ、これにより情報記録媒体の光ビ
ーム照射部分の大きさを多段階にして多重情報記録する
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、第１に、情報の記録レベルが３段階以上の記録部位
が形成された前記情報記録媒体に光ビーム出力手段と、
光ビームを前記記録媒体に照射する光学手段と、光ビー
ムの照射によって得られる前記記録部位の３段階以上の
光学特性を検出して前記記録情報を再生するための再生
信号を作製する再生信号処理手段とを有することを特徴
とする。第２に、記録情報に応じ３段階以上の大きさの
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
照射する光学手段と、光ビームの照射によって得られる
前記記録部位の大きさに基づいて３段階以上の光学特性
を検出して前記記録情報を再生するための再生信号を作
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、例えば大きさを３段階以上
の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、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。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ー34に導かれる。ハ
ーフミラー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、ハーフミラー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、ビームの照射第１図が適正化される。
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10
2と、半導体理レーザドライブ回路とを備えている。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101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102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変換回路に用いずに、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。この再生信号処理装置40は、第３図
に示すようにA/D変換回路401と、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にてディジタル
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2
2、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23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相に
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・再生する。このような相変化型の材料
としてはGeTe系、TeSe系、GeSbSe系、TeO_X系、InSe系、
GeSbTe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、InSbTe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は真空蒸着法、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、実用上数nm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に穴があいてしまうことを防止する役割を有し
ている。この保護層22,24はSiO₂、SiO、AlN、Al₂O₃、Zr
O₂、TiO₂、TaO₃、ZnS、Si、又はGe等を真空蒸着法やス
パッタリング法等で形成することができる。保護層22,2
4の層厚は実用上数nm乃至数μｍ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、ほこ
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ト法により保護層24の
表面に塗布し、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μ
ｍ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
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デーザ11から出力
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Ｐ、パルス
幅をＴとすると、Ｅ＝Ｐ×Ｔ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ビッ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、結晶化度変化に着目
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E₁乃至E₄と４段階とすると、E₁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E₁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E₁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E₅のレ
ー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ビッ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R₀、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R₁〜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。

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
させられ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TEM₀₀第９図基本モードの発光パターンを有
しており、断面強度分布がガウス分布を示すものであ
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（ビームウエスト）とする
と、以下に示す式が成立する。

Ｄ＝Ｋ・λ/NA ここでＫは定数であり、Ｋ0.41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、ビーム照射部の直系が変化
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。

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
条件によって可逆適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値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0mW、6mW、8mW、10mW、12mW、14mWの６段階に
変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1000ÅのSiO₂保護層、10
00Åの（In₄₈Sb₅₂）₉₈Te₂記録層及び1000ÅのSiO₂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。

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6,8,10,12,14mW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。

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ビットの情報を多
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ビッ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
ームを照射してピ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
よりピ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。

［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。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】記録すべき信号を少なくとも３レベルを有
する処理信号に変換する手段と、前記処理信号のレベル
に応じて多値レベルに光ビームのエネルギーを変調する
手段と、前記光ビームのエネルギーに応じて変化するビ
ームサイズを有する光ビームを相変化記録媒体に照射
し、照射された光ビームのエネルギーレベルに応じて、
相変化記録媒体に、結晶化度および大きさの異なる多数
の状態変化部分を形成することにより記録を行う記録手
段と、記録時よりも光ビームのエネルギーが小さく、記
録時よりも大きな一定なビームサイズを有する光ビーム
を照射し、前記状態変化部分の反射率の変化により再生
を行う再生手段とを具備する情報記録再生装置。