JPH05506530A - データ記憶媒体およびデータ記録読取方法 - 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】 データ記憶媒体およびデータ記録読取方法本発明は光データ記憶媒体および前記 媒体に対するデータの記録読取方法に関する。

より詳細には、フィッシュ、カードもしくはテープ等のデータキャリア上に光学 的に情報を記憶する概念について説明を行う。

データキャリアの表面は強い光線に曝されるとその光学的特性を変えることがで きる層に隣接する集束ミクロ構造により完全もしくは部分的に被覆されている。

（以降、この層を大概の場合簡略して“バーンフィルム”と呼ぶ。後記するよう に、この表現は可逆型もしくは非可逆覆とすることかできる、任意特定の層の実 施例を暗示するものではない。）データ記録中に、光を集束するミクロ構造を有 することにより層内にこのような局部変化か生成され、層上に高い光強度が得ら れる。データ読取中に、光ミクロ構造は読取装置を支援するアクティブ光要素と して作動することができる。

（代表的直径が１〜１００μｍの）透明ミクロスフェアを例えば光吸収膜上に配 置される集束素子として使用することにより、光吸収層上に直接集束する記録読 取システムにおいて必要とされる複雑さや費用を要することなくタイトな集束お よび高いデータ記憶容量が得られる。

ミクロスフェアを通る斜前光を使用すれば、ある場合にはデータ保護と共に、階 層構成データベースだけでなく、各ミクロスフェアにおける高データビット値の 記憶を行う可能性が生じる。量産されたデータキャリア上へ容易に予記録を行う ことが可能となる。データ読取中にミクロスフェアは補助光学系として機能して 、レーザを使用することなく例えば大きいデータブロックを読み取ることが可能 となる。

平服な基板上の薄膜の光学特性を局部的に変化させるレーザ光線によりデータを 記録することは、例えば、５ＰＩＦ第３２９巻（１９８２年）、’５ＰＩＥ第４ ９０巻（１９８４年）、５ＰＩＥ第６９５巻（１９８６年）、５ＰＩＥ第８９９ 巻（１９８８年）、５ＰＩＥ第１０７８巻（１９８９年）で良く知られている。

光学特性は可逆性として、記憶されたデータを削除したり新データと置換するこ とができる。

また、光学特性の変化を非可逆性として、削除および／もしくは新データと置換 できないようにすることもできる。後者のタイプの記憶媒体はしばしばＷＯＲＭ （Ｗｒｉｔｅ　０ｎｃｅ　Ｒｅａｄ　Ｍａｎｙ　ＴｉｍｅＳ）媒体と呼ばれる。

ＷＯＲＭ媒体の通常の製造方法はプラスチックディスクである基板上にＴｅ等の 低融点金属の薄膜を堆積することからなっている。データ記憶中に各ビットはそ のビットの記憶のために割当てられる特定膜エリア（そのアドレスを有する１デ ータ記憶セルエレメント）の物理的状態、すなわちそのエリアが露光により非可 逆的に変化したかもしくは変化しなかったか、により表わされる。

我々の知る限り、実用的な光データ記憶システムは全てバーンフィルムからの反 射に基いている。このような場合、非可逆変化は集束レーザ光線がバーンフィル ムを加熱する時の各セルの反射率の増減からなっている。したかって、光が通過 できる孔が膜内に生成されるか、もしくは膜が滑かとされてその反射率が増大す る。例えば反射率に影響を及ぼす基板の局部変形等の他のいくつかの工程を使用 することもできる。通常、読取りはデータキャリアの表面を規則正しく走査する 集束レーザ光線により各セルの反射率を調べて行われる。このレーザ光線は弱過 ぎて反射率に影響を及ぼすことはない。

ノルウェー国特許出願第８６．４０４１号（独国特許出願第３５３６７３９号） から光データ記憶媒体が公知であり、この媒体は集束光構造を具備しそれは媒体 内において照光により光学特性が変化する材料とその頂部で一体化されている。

しかしながら、この公知のデータキャリアは可視データ、すなわち視覚的に知覚 可能で像を生成するために一緒に解釈されるスポットからなる像、しか記憶でき ないようにされている。照光方向に従ってレンズはレンズ下方の小さな画定エリ アへ光を送ることができるため、光構造、すなわちレンズラスターもしくはアレ イ、により“チルト像“を生成することができる。

しかしながら、レンズは比較的大きく、レンズ径の変動範囲は１５０〜５００μ ｍ１好ましくはおよそ４００μｍ、に指示される。したがって記載された技術は 例えば独立的に解釈可能なデジタルデータビットの最適化された“クローズバッ キング用データ記憶媒体には無関係であり、直視型のスポット構造像記憶に関連 するに過ぎない。ノルウェー国特許出願第８６．４０４１号には非可逆データ記 録しか記載されていない。

磁気データ記憶媒体の替りに光データ記憶媒体を使用する主要目的は（例えば、 磁界の影響を受けない等の）良好な長時間安定性と共に非常に高密度の記憶を達 成できることである。しかしながら、光データ記憶装置に基本的および実用上の 制約があり、さまざまな所望機能間でトレードオフを行われなければならない。

前記所望機能の中で最も重要なのは次のものである。

ｌ）、単位エリア当りの記憶ビット数が大きい。

２）、各ビットを記録するレーザエネルギーが低い。

３）、情報読取時のコントラストが高い。

４）、記録および読取りが速い。

５）、“ランダムアクセス″時間が短い。

６）、データ記憶媒体が頑丈で安定している。

７）、データ記憶媒体が低廉である。

８）、記録および読取装置が低廉である。

９）、精密な集束（距離１ＩＩＮ御）に対する要求が厳しくない。

今日の技術にはさまざまな制約／問題点がある。最初に記録および読取システム について考へる。高いデータ記憶密度を所望する場合、データ記録にレーザ光線 を使用する必要かありそれは非常に高速の光学系（ｆナンバーの低いレンズ）に よりバーンフィルム上へ集束される理論上、光線は最適条件下において加えられ る光のおよそ波長に等しい直径へ集束される。焦点径０．５〜１μｍのそれに極 めて近い実用システムが実現されている。

しかしながら、このような強い集束の元ではレンズの機械的制御条件は非常に厳 しくなる。

レンズとバーンフィルム間距離は精密に制御しなければならない。焦点のどちら 側かでレーザ光線は非常に急速に発散し、焦点からＺ／２の距離では直径は２倍 となる（ガウス光線の場合、第１図参照）。Ｚは“被写体深度”と解釈され、次 式により焦点におけるビーム径Ｗおよび光の波長λと相関している。

Ｚ＝πＷｔ／λ　（１）。

ここではＷが非常に小さいため、Ｚは１〜１０μｍの範囲にすぎず、レンズと記 憶媒体の距離は対応する精度で制御しなければならないことを意味する。データ 記憶媒体の平面性の偏差およびバーンフィルムを被覆する保護膜の光学的厚さの 偏差により、記憶装置とレンズ間の高速相対移動中に実際上距離をサーボ制御し なければならない。

さらに、バーンフィルムの位置が重要となる。回転ディスク上にデータを記憶す る場合、代表的にバーンスポットはらせん状パターンもしくは同心状トラックと なり、カード上に記憶する場合は直線ストリップとなる。いずれの場合にも、高 記憶密度を得るにはバーンスポットは互いにできるだけ接近させなければならな ず、代表的なスポット間距離は数μｍからおよそ１μｍである。レンズの位置決 め条件も対応して厳しくなり実際上データ記憶媒体は予め光“案内トラック”を 受信し記録読取中に制御サーボがそれを追従できることを意味する。

データ読取中にも記録中と同じ対応する基本的制約が課される。小さなバーンス ポットを検出して他と識別できるようにするために、記録について前記した集束 特性および位置決めを有するレーザ光線もしくはイメージングシステムを使用す る必要がある。後者の場合、解像度条件によりレンズはレーザ光線を使用する場 合に対応する距離精度で位置決めしなければならない。

要約すると、およそ１μｍ以下のバーンスポット径で作動する記録読取システム は実際上データキャリアの機械的および光学的特性が良く制御されているだけで なく（後記）光源としてのレーザ、高品質光部品、精巧な機械的開園システムを 必要とする。市場競争に関して、恐らくこれにより制御された環境における大型 静止装置が生れることはなく、特に困難な環境（振動、はこり等）において小型 の移動記録読取装置が相当ハンディキャップとなることを表わす。

データ記憶媒体自体にも制約や問題点がある。バーンスポットサイズが小さいこ との欠点はほこり粒子等により記録読取りに干渉が生じることである。実際上、 この問題はバーンフィルム上に透明保護膜を堆積させて解決できる。充分厚い保 護膜であれば、レーザビームは集束が強いため小さな粒子はビームの小部分を暗 くするだけ（第２図）の大径を保護膜表面上に育している。しかしながら、これ には保護膜の光学特性を高品質とする必要があり、焦点変位を回避するために平 服度と屈折率の不変性に対する一般的条件が存在し、この条件はバーンスポット が小さい場合には一層厳しくなる。光テープ、フィッシュもしくはカード等の薄 い可撓性データキャリアには特に大きな問題がある。必要なスチフネス／平服度 をデータキャリア自体内に組み入れることはできず、（はこり）粒子によるシャ ドー効果は第２図に示す集束により相当低減することはできない。バーンフィル ムからの反射光測定に基ずくデータ記憶システムに対する記録読取りに対しては 通常偏光感知ビームスプリッタが適用される。これは保護膜が均質であるだけで なく、二重屈折があってはならないことを意味する。これにより、例えば圧延も しくは押出プラスチックフォイル等の多くの適格な材料群が除外される。

バーンフィルムからの反射により読取りにはさらに相当な反射能力を有すること も必要とされる。記録フェーズ中に膜は同時に充分な放射を吸収できなければな らないため、膜材と膜厚の選択はかなり制約され、製造工程中に反射／吸収を充 分良好に制御しなければならない。

前記問題点を回避して特殊な市場エッチに適応させるために、２．５〜２５μｍ の比較的大きいバーンスポットに基いた光データ記憶システムが導入された。米 国特許第４，５４２．２８８号および第４．２８４，７１６号において、ドレク スラＣＤｒｅｘ３ｅｒ）等はクレジットカードサイズの光データキャリアを開示 しており、そこではカードに固着されたバーンフィルムを有するフォイル上の一 連の直線のトラックに沿ってバーンスポットが記録される。代表的にバーンスポ ットサイズは直径が２．５〜７μｍ以上であり、バーントラック間距離は１２μ ｍである。これによりデータ記憶密度は明細書の序文に記載したものよりも著し く低くなり、カードの容量は僅か２〜４メガバイトとなる。一方、記録読取りは 比較的に重要ではなくなり、例えば、非コヒーレント光源（発光ダイオード）を 読取りに使用することができる。

それは通常のクレジットカードに匹敵するユーザ特性を得るのに充分堅固で低廉 な光データカードを導入しようとするものである。

大きいバーンスポットに付随する問題点は記録中にレーザによりかなり大きいエ リアを加熱する必要があることである。例えば、バーンスポット径を０．７μｍ から７μｍへ変えるとスポットエリアは１００倍増大する。

レーザパワーおよびパルスエネルギ条件が許容不能に劇的に増大するのを回避す るために、バーンフィルムの記録閾値（レーザ露光中の制御された熱損傷に対す る閾値）を強集束システムで許容される値に対して著しく低下させる必要かある 。ドレクスラ等は化学処理により最適表面反射に達しかつ記録閾値が非常に低い ゼラチン内の銀微粒子からなるバーンフィルムを開発した。

ドレクスラ等は特殊なバーンフィルムおよび大きなバーンスポットエリアを使用 して大きい重要な市場に適した技術的解決を達成したが、データ記憶容量は低下 して他の光データ記憶システムよりもおよそ２桁低くなった。

現在、データ記憶応用ではこのカード限界（例えば患者ジャーナル）の２〜４メ ガバイト容量以内を目標にしているように見えるが、このような低いデータ記憶 密度は将来一層の制約となって許容されなくなり、小型の分散型データシステム についてもそうなることは疑いない。

最後に、（熱、光、化学侵蝕等の）悪環境の強力な影響に曝された時に高感度で 化学的に特殊なバーンフィルムの安定性は例えばテルリウム製バーンフィルムに 較べてとの程度低下するのか現在のところはっきりしない。

本発明の主目的は高データ記憶密度にもかかわらずパワーおよび精度に関する記 録読取装置の条件が適度である光データキャリアおよび記録読取方法を提供する ことである。

本発明により、特許請求の範囲第１項〜第１５項に精密に定義されたタイプの光 データ記憶媒体を製造し、特許請求の範囲第１６項〜第２０項に精密に定義され た媒体上へのデータ記録および読取工程を適用することにより前記目的が達成さ れる。

次に実施例により本発明をさらに説明する。また、次の図面によっても説明を行 う。

第１図は前記集束度と被写体深度間の基本関係を示す略図。

第２図は前記バーンフィルムの頂面上の保護膜により表面上の不純物や欠陥の影 響か低減される様子を示す図。

第３図は従来の機構と較べた場合のバーンフィルム上の透明スフェア等の光構造 の影響を示す図。

第４図は入射光線の方向を変えることにより１個の透明スフェアの下側のさまざ まな位置においてバーンフィルム内に生成することができる孔の詳細図。

第５図は透明スフェアを使用して得られる実験的に生成したバーンパターン図。

第６図は別のタイプの光構造、すなわちバーンフィルムの下の反射ミクロスフェ アを示す図。

第７図は透明スフェアによるバーンフィルムからの逆反射を示す図。

第８図はデータ記憶媒体の底部から拡散光が与えられる読取方法の原理を示す略 図。

第９Ａ図は媒体頂部から指向光を与える別の読取方法を示す図。

第９Ｂ図は頂部に入射する光のさまざまな方向に対して媒体底部から取り出した 像を示す図。

第１０Ａ図はプレピット基板上へのスフェアの簡単な滴下の実験結果を示す図。

第１０８図はドライブラッシングによる堆積後の対応する結果を示す図。

第１１Ａ、Ｂ、Ｃ図は基板上のビット内へ透明スフェアを堆積するさまざまな方 法を示す図。

第１２図はビット内に透明スフェアのある完全なデータ記憶媒体の例を示す図。

第１３図は光学系への入口における光線のスクリーニングもしくは平行変位によ りいくつかの方向から１個のスフェアを介して記録を行う可能性を示す図。

第１４Ａ図は指向光により読取りを行う構成を示す略図。

！１４Ｂ、Ｃ，Ｄ図は第１４Ａ図の構成に使用する検出器システムの例を示す図 。

データ記憶媒体へ集束構造を組み込むことにより、高データ記憶密度を低下させ ることなく、大きなバーンスポットを適用する場合と同じ利点が得られる。同時 に、従来のデータ記憶媒体では達成できない技術的解決および応用が可能となる 。

第３図に本発明によるメモリ媒体を略示する。例えばプラスチックのキャリア層 に薄いバーンフィルムが塗布され、それは例えば小さな透明スフェアで被覆され ておりスフェアは膜頂部もしくはそれに隣接して好ましくはあるパターンで分布 されている。データ記録中に一時に１個のスフエアヘレーザビームが送られる。

ビームは１個のスフェアに衝突するように集束するだけで充分である。その後光 は実際のスフェアへ集束されスフェアの下側のバーンフィルムの小さなスポット へ照射され、それによりこのスポットのバーンフィルムの光学特性が変化し、例 えば光か通過できる孔（“バーンスポット”）がバーンフィルム内に生成される 。バーンスポットの存否が１情報ビツト（論理“０“もしくは“１″）を表わす 。

マイクロレンズの無い従来の媒体との比較により、“補助光学系”としての媒体 の役割りが主として図示されている。レーザビームに対するパワー／エネルギ条 件が低い小さなバーンスポットをビームの集束および位置決めがあまり重要でな い比較的大きなスフェアと結合できることが示されている。

それでも、大きなスフェアは前記した大きなバーンスポットと同様に、各スフェ アに１個のバーンスポットしか関連しない限りデータ記憶密度が低いという問題 が残る。しかしながら、スフェアを他の方向から照射することにより、１個の所 与スフェアの下側の多くの点にバーンスポットが発生する、第４図参照。したが ってスキュー角照射によるバーンスポットの書込みにより、各スフェアにどれだ けのバーンスポットを割り付けられるかに従って、各スフェアは数ビットを記憶 することができる。

各スフェアの平面座標がｘ、ｙでありスキュー角の極座標かθ、ψであれば、記 憶媒体上の各ビット位置の完全なアドレス（ｘＳｙ、θ、ψ）で表わされる。各 スフェアに対して可能なバーン方向（θ１、φ１）は“多重化係数”Ｎと解釈す ることかできる。実験により実際に達成可能なＮの値は２５もしくはそれ以上で あることか判った。

第５図の例では同じ平面内で５つの異なる角度を使用して多数のスフェアへ同様 に光か送られた。膜内の対応するバーンホールは一列に形成され（たまたまレー ザビームの強度か低かったため、一つのバーンホールは他よりも弱い）、個々の 解像度は良好であった。この結果から、各スフェアの下に例えばおよそ１７個の 解像度の高いバーンホールを作れることが判る（後記する２バイトプラスコント ロールホール）。

読取りはバーンスポットを育するアドレスを決定することであり、それはバーン フィルムの光反射もしくは透過特性の局部変化の決定を意味する。次に、それに 関連する原理および技術面について説明を行う。

集束ミクロ構造は多くの形式とすることができる。

光屈折構造は第４図に示すようにデータ記憶膜の前方／頂部に配置することがで きる。このような構造には例えば次のものが含まれる。

−データ記憶膜に対して固定された個別光素子（スフェア、凸レンズ、フレネル 構造）−透明層内にスタンプされた表面パターン−完全もしくは部分透明層内の 制御された屈折率変動 光反射構造はデータ記憶膜の背面／下面に配置して（部分透明の場合）膜を通過 した後の光が背面膜で反射して集束される、第６図参照。

バーンフィルムは非可逆変化型とするか、もしくは記録、消去および読取りに強 度の異なる光を使用する場合には可逆壓とすることができる。可逆光バーン材料 は例えば　Ａｐｐｌｉｅｄ　０ｐｔｉｃｓ、ｖｏｌ、２８゜ｐ１４１７〜１４２ １．１９８９のホフマン（Ｈｏｆｆｍａｎ）およびボーテンバ（Ｐｏｔｅｍｂｅ ｒ）の論文“可消去光記憶装置用有機金属材”に記載されている。

他の公知の可逆バーンフィルムはとりわけ、磁気光学、位相変化、ブリスタ型で ある。

データ記憶媒体からデータを読み取るための主要な方法が他に２つあり、媒体か らの反射光もしくは透過光を測定することである。

反射：レーザビームがデータ記憶媒体上の関心のあるアドレスを走査する。スフ ェアの照射は記録中と同じ条件下で行われるが、ビーム強度はバーンフィルムに 影響を及ぼさないよう弱く調整される。適切に設計されたデータ記憶媒体では、 バーンフィルムからの反射光は底部からスフェアに衝突して光が入射方向へ戻る ように集束れる（第７図）。反射光はビームスプリッタにより入射光から分離さ れ、光検出器により強度が測定される。

これは既存の大部分の光データ記憶システムに使用されている公知の技術である 。バーンスポットのアドレスでは、反射は他よりも弱くなり（ある種のバーンフ ィルムでは強くなる）、各アドレスの論理状態“０”もしくは“ｌ”が決定され る。

透過：この場合、光はバーンスポットが存在する位置でしかバーンフィルムを通 過することができない。反射の場合と同様に、関心のあるアドレスをレーザビー ムで走査し、同時に背面／底部に配置された光検出器へ光を通すものを介して記 録を行うことができる（以降、前面／頂部はスフェアが配置されている側と定義 する）。

しかしながら、ここに開示された特殊データ記憶媒体は新しくしかも多くの場合 非常に簡単な読取方法を使用することができる。次に、２つの概念について説明 を行い、一方では背面照射が行われ他方では前面照射が行われる。

“フーリエ平面内の空間濾波”　（第８図参照）の元でデータ記憶媒体は広幅拡 散光線により背面照射される。

光源は例えばランプもしくは発光ダイオードとすることができる。次に、各バー ンスポットは各スフェアの下の光源として作用し、位置はスフェアを通過した後 の光が記録中のレーザビームの方向に従うようなスフェアに関連している。アド レスは２つのステップで決定される。

所与の方向（θ、ψ）で記録された全てのバーンスポットからの光がそのバーン 方向に対して特徴的な同じ点を通過する一つの平面（フーリエ平面）内に最初に レンズが光を集束する。次に、これらの各特徴点を通過する光が（例えば光電的 に時間制御された）ホールマーク、ミラー等により分離される。各光束に対して データ記憶媒体の像かフーリエ平面の後の面内に生成され、所与の方向（θ、ψ ）で記録されたバーンスポットが暗い背景に対して明るく現れる。したがって、 １個以上の光検出器によりエリア上の表面位置（ｘ、ｙ）を決定することができ る。このようにして、所与の媒体内のデータ記憶装置にアクセス可能な各方向（ θ１、ψ、）に対して完全なアドレスセット（ｘＳｙ、θ、ψ）が得られる。

別の読取方法は“指向照射”と呼ばれ、データ記憶媒体はスフェアが配置された 側から照射される。スフェアに対する入射角か記憶中の一つの方向に対応する光 だけがバーンスポットを通過することかできる、第９Ａ図参照。入射角（θ０、 φ１）を使用してデータ記憶媒体の大きいエリアを照射することにより、媒体背 面からそのアドレスにこの方向を育する媒体上のバーンスポット位置（ｘ、ｙ） を決定することができる。これを９Ｂ図に示し、いくつかの近隣スフェアの各々 の下で４個の一群の孔が焼成されている。図示するように、指向照射により４つ のバーン方向の各々に対応する孔へ選択的に光を通すことができる。アクセス可 能な全てのバーン方向で規則正しく照射を行うことにより、完全なアドレスセッ ト（ｘ、ｙ、θ、ψ）に対して論理状態“０”もしくは“１”を決定することが できる。

記録および（場合によっては）読取中に、レーザビームは各スフェアに正確に衝 突するような角度の位置および方位としなければならない。今日の光データ記憶 技術と同様に、これはバーンフィルム内の光制御トラックすなわち案内により（ バーンフィルムに影響を及ぼす程強くない）弱いレーザビームを所望のアドレス へ送ることにより達成される。

これらのトラックすなわち案内はスフェア位置に対してあいまいではない空間関 係てなければならず、残りのバーンフィルムよりも反射率は高かったり低かった りする。また、平面内で調整基準として作用できるようなパターンでスフェアが バーンフィルムに対して固定されるという事実を使用することもできる。バーン フィルムが充分反射性であれば、ビームがスフェアに衝突する時の弱いレーザビ ーム反射を修正して案内基準として適用することかできる。

このような技術の一つの欠点は、データキャリア内のバーンスポットを透過した 光に基くシステムに応用できないことである。我々の知る限り、現在市販されて いる光データ記憶システムで採用されているのは文里による読取方法だけである 。米国特許第４，５４２．２８８号において、ドレクスラは例えば自動集束を容 易に実施できるため反射媒体上へのデータ記憶が育利であると主張している。バ ーンフィルムは光を通さないため、これは驚くべきことではない。

しかしながら我々の場合、非常に簡単な方法で光案内マークを確立することかで き、これらのマークは反射および透過ベースシステムの両方に適用できる。デー タ記憶媒体は製造後その大きいエリアを同時に曝射するレーザもしくフラッシュ ランプからの強いフラッシュライトに曝射される。光は直角方向にスフェアが配 置されている平面に衝突し、各スフェアの下の小さな中心エリアにおいてバーン フィルム内でだけ変化が生じるように強度か制御される。したがって、スフェア のレンズ効果によりデータのレーザ記録中に得られるバーンスポットと同様に、 小さな高解像度バーンスポットが作られる（実験室の実験ではこれは比較的容易 に達成されることが判った）。したがって光フラツシユ中に生成されるバーンス ポットは各々がそのスフェアに対して正確に自動配置される。公称位置から幾分 離れた位置のスフェアでは、ノ５−ンスポットもそれに対応して変位する。デー タ記録媒体の所与の位置でスフェアが欠落しておれば、その点に位置決めバーン スポットは形成されない。

バーンスポットが光を通すことのできるバーンフィルム内の孔であるようなデー タ記憶媒体では、例えばバーンフィルムの反対側から媒体を照射することにより 各スフェアに関連する光解像度光源を生成することができ、それはデータの記録 および読取中に自動読取および集束に使用することができる。

光制御マークは必ずしも各スフェアの下の中央に配置する必要はなく斜照射によ り達成することもできる。あるデータはユーザが最初の記録を開始する前に記録 するのが育利なこともある。前記したように、データ記憶媒体がユーザに送り届 けられる時、代表的に記録および読取システムの集束および位置決め用の光制御 案内が具備されている。また、例えばアドレスもしくはコントロールコード等の 他のさまざまな種類の情報を記憶しておくこともできる。

例えば一種のデータカード等のある種の光データ記憶媒体の全てのユーザに対し てこの種の基本的予記録情報は共通とされる。しかしながら、さらに多数の同じ カード上に重複される特定ユーザ情報を予記録することは多くのユーザにとって 関心事である。このようなユーザはエンドユーザとしてのメンバーへ送られるカ ード上に有効期限、ユーザコード等を記憶したい機構や保険会社等である。また 、多数分散されるデータプログラムに関連することもある。

原則として、このような情報の記録は標準記録装置で行うことができ、それは直 接使用されたりカードの自動処理に関して修正される。しかしながら、これは非 常に時間を消費し高価となり、予記録を行うカード数は非常に大きくなり（数千 から数百万）、場合によってはかなりの量のデータ（例えば、データプログラム ）を同時に各カード上に記憶したいこともある。

こうしたことから、標準レーザ記録の低廉でより効率的な代替策が望まれる。我 々の知る限り、現在のところこの問題に対する技術的解答が載っている科学技術 文献はない。明らかに、ドレクスラはホトリソグラフィ、レーザ記録もしくは表 面成型によるカード上へのデータの予記録を米国特許第４．５４２，２８８号に 開示している。しかしながら、これはカードを針止してユーザへ送る前に行わな ければならず、大概の場合前記したように簡単な基本的情報へ限定される。

簡単と思われる代替策はホトリソグラフィにおける露光ステップと同様なマスキ ング技術を応用することである。バーンスポットの欲しい場所に孔を有するマス クがデータ記録媒体上にそれど見当合せして配置される（これはデータ記録媒体 に対して孔を正しい位置としてマスクを配置することを意味する）。次に、デー タ記憶媒体をマスクの孔を介して照光して正しい場所にバーンスポットを得る。

しかしながら、２つの問題が生じる。

第１に、光の波動性により孔の後で扇状に拡がり、シャドーパターンがぼやける 。幾何学的シャドーからの逸脱が大きくなる径孔は小さくなり、シャドニマスク からの距離が大きくなる。実用的な光データ記憶媒体は代表的に１５０〜５００ μｍ厚の保護膜を備えている。実際上、これは完全な製造工程を介した（すなわ ち、保護膜で被覆された）媒体上へのマスクを介した記録は、バーンスポット径 がおよそ４〜８μｍよりも充分小さい限り、マスク技術により実施することはで きないことを意味する。したかって、特にデータ記憶密度の低い媒体を除けば、 今日のデータ記憶媒体は全て除外される。我々の知る限り、この点について適切 なのはドレクスラテクノロジ社のレーザカードだけである。

他方の問題点は基本的なものではないが、実用上および経済的に重要である。デ ータの読取りにはバーンスポットを生成する点における光強度およびパルスエネ ルギを充分高くする必要がある。マスク技術を使用する場合、（全マスクを意味 する）大きいエリアが同時に露光されその全エリアにわたって光源は充分強いも のでなければならない。これはフラッシュランプの替りに比較的強力なレーザビ ームを必要とすることを意味し、各々が自分の装置を有するおびただしいユーザ （“分散ユーザ）のいる市場向けの記録装置における支配的かつ手の施しようの ないコスト要素となる。

本発明において、これらの問題点は次のように回避される。

−第１に光構造を集束するサイズの光スポットだけをマスクを介した照光中に画 定する必要がある。構造の寸法および保護膜の厚さは互いに調整され、前記した ように多くの方向で記録および読取りを行うことにより高いデータ記憶密度が維 持される。

−第２に、構造（例えばスフェア）がその断面の大部分にわたって光エネルギを 集めて著しく小さいエリア（バーンスポット）へ集中させる。

したかって、データ記憶媒体自体内の集束マイクロ光学系（例えば、スフェア） を光読取りおよび記録システムの一体部とみなすことができる。マイクロ光学系 は“支援ロール“を育して残りの光学および機械システム部品に対する条件を低 減することかできるが、光データ記憶装置の品質上の新しい可能性が得られるこ ともある。

以下に、利点／可能性の両方について要約する。

ａ）、記録および読取中の重要ではない位置決めおよび集束を組み合せた高デー タ記憶密度 バーンスポットではなくかなり大きな集束光学構造（スフェア）によって記録読 取装置の光学及び機械的条件が定義される。これにより、焦点深さが増大して位 置決め条件が低下し、（平面度等の）データ記憶媒体自体に対するものだけでな く記録読取システムの簡単化およびコスト低減が達成される。

代表的に困難な環境において、データ記憶媒体内の（スフェア等の）一体型光構 造に基づく光データ記憶システムは振動、温度変化その他の物理的外乱パラメー タに対する限界がゆるく耐性か高い。これは航空機および軍事用途において重要 となる。

ｂ）、マスク技術によるデータ予記録の可能性マスク内の孔を介して選択的に照 光されるデータ記憶媒体上の各光構造、例えば、スフェアは孔の後の回折を許容 できる程大きい。これには保護膜を有する実際の媒体が含まれる。同時に、構造 はバーンスポットエリアよりも相当大きいエリアから光を集め、それにより弱い 光源を使用することができる。

読取装置は記録中に定義された同じ角度（θ１、ψ、）に調整しなければならな い。異なるユーザ群にある角度でだけ読取りできる装置を提供することはできる が、記録中に使用される全装置を提供することはできない。

あるユーザ群がアクセスできない角度は、例えば、他のユーザ群によってのみ読 み取られる情報を記憶することができる。

角度（θ１、φＩ）は記録の前に定義する必要はない。

したがって、完全品媒体を工場から出荷してその後でユーザが指定する角度で記 録を行うことができる。読取りはその後で同じ角度でのみ行うことができる。こ れは“海賊装置″による読取りに対するある保護を表わす。

ｄ）、媒体は透過による読取りに良く適している。

光案内マークを容易に確立するタスクは光が集束された光構造か位置する場所に はバーンスポットだけか生成されるようにデータ記憶媒体を照光することにより 解決できる。さらに、集束および像形成条件が厳しくない（前記ａ）参照）こと は、透過による読取り中に期待すべき、データ記憶媒体中の比較的長い光路長が 許容されることを意味する。

反射の替りに透過を吏用することの大きな利点はバーンフィルム選択の自由度が 高いことである。制御された反射能力を所育する必要はなくなり、それとは無関 係にバーン閾値、安定性および製造コストを最適化できる。

さらに、例えば可逆バーンフィルム、記録中にバーンスポットエリア内で漂白さ れる蛍光染料、もしくは一つ以上の指定波長でのみ記録もしくは読み取られる染 料等の特殊な特性を有する膜を使用する可能性が生じる。

透過による潜在的に重要な利点は、問題点として前記した、データ記憶媒体内の 二重屈折はあまりないしは全く重要でないことである。

ｅ）、簡単な高速読取り 特殊な特性により、スフェアを有するデータ記憶媒体は後記する多数の単体検出 器素子を含む電子走査マトリクスとすることができる検出システム内のイメージ ングと組み合せて媒体の拡張表面照光（すなわち、レーザ走査ではない）に基い た新型の読取装置に使用できる。このような読取システムは非常に簡単かつコン パクトであり、データ記憶媒体上のいくつかのエリアから同時に平行読取りを行 うことができる。大型検出器マトリクスを使用するような場合、高速読取りおよ び短時間“ランダムアクセス″は可能となる（今日のデータ記憶システムはレー ザ、データ記憶システムおよび／もしくは光学系を読取中に機械的に移動させる 必要があるためランダムアクセスが遅いという欠点がある）。

例えば光学構造としての透明スフェアを育するタイプの本発明によるデータ記憶 媒体を製造するのはささいな仕事ではない。スフェアはバーンフィルム上に単層 として配置するかもしくはそこから僅かな明確な距離内に配置しなければならず 、したがってその後定着して保護しなければならない。また、実際上スフェアは 所定のパターンで高精度で配置しなければならない。

後記するように、関心のある位置決め制御技術がいくつかある。実用テストの結 果からスフェアの位置決めに関する問題は技術的にうまく解決できそうである。

例えばバーンフィルム上の透明層中へスタンプされる半球立面等の集束ミクロス フェアをスフェアと置換することができる。例えばコンパクトディスク（ＣＤ） の製造工程と同様に、このような構造をマスターにより多数スタンプすることが できた。しかしながら、さらに研究した結果、スタンプもしくはプレスした構造 を使用するには後記するある種の問題を解決しなければならないことが判った。

スタンプもしくはプレス構造に較べてスフェアによる解決方法が好ましい要因は 集束に関連しており、一部データ記録中のエネルギ状況に関連している。

−各集束素子へ割り付けられる記録方向（θ３、φ１）の数Ｎは本質的要因であ る。Ｎが大きいことは集束素子の形状およびその表面品質の条件が厳しいことを 意味する。ここで、より重要なのは集束素子とバーンフィルム間の距離公差が小 いことであり（μｍ以下）、それはマクロ的距離（数ａｎ）にわたって観察しな ければならない。プラスチック材上に載置されたバーンフィルムの頂部の透明層 にスタンプもしくはプレスを行う場合、実際上データ記憶媒体全体にわたってバ ーンフィルムまでの正確な距離を得るのは困難である。さらに、たとえ（フエミ スフェア等の）作成される構造がバーンフィルムまでの距離に匹敵するプロフィ ール高さを有する場合でも、バーンフィルムは局部変形してはならない。

しかしながら、スフェアを使用する場合、スフェアが単散乱であり完全球形から の偏差が小さければ、焦点条件を完全に制御することは比較的容易である。

−一般的に被記録データビット当りのパワー／エネルギは最低とすることが望ま しい。スタンプ／プレスされた半球エリアの焦点距離は対応するサイズのスフェ アのおよそ２倍であり、バーンスポットエリアはおよそ４倍である。代替スフェ アはおよそ４倍育利である。スタンプ／プレス集束構造に関連したバーンフィル ムは両側で固体材と接触しており、スフェアベースデータ記憶媒体は代表的にバ ーンフィルムの一面が空気で他面は固体材であるため、この状況はさらに２倍向 上する。要約すれば、スタンプ／プレス集束素子を有するデータ記憶媒体はスフ ェア媒体よりも多くの電力／エネルギを必要とする。

記録レーザのディメンジヨニングの他に、これは最小バーンスポットサイズ、各 ビットの最高速記録等を達成するのに重要である（読取中のバーンフィルム内の “ダメージ”工程はエネルギもしくは電力密度に関して極めて非線型となること がある）。

本発明の実際的なフィーシビリテイを示すために、以下にいくつかの例を示し重 要な特徴を実際のテストで検証する。

例えばポリカーボネートからなる透明基板の表面上に金型（“マスター”）によ りビットパターンがスタンプ／プレスされる。コンパクトディスク（ＣＤレコー ド）の製造と同様に、マスターはホトリソグラフィにより製造され、続いて真空 蒸着、電解コーティングが行われる。

また、スタンプ／ブレス工程自体もＣＤＩ！造と同様に実施することができ、大 規模製造技術は進んだ開発段階に達している。

ビットを基板上にスタンプ／プレスした後、スタンプ／プレスされた表面上ヘバ ーンフィルムが施される。これは、例えば、真空下でテルリウムを堆積して行う ことかでき、各ビットの底部に均一な不透明層が得られる。

液相からの滴下もしくはドライブラッシングにより各ビット内に１個のスフェア を配置することができる。これは、ささいな仕事でないか、ここではこれ以上検 討しない。これまでのテストにより実用上のフィーシビリテイか示されたことだ けを述べるにとどめる。１〜２μｍの深さと２〜１５μｍの範囲の直径のビット を有する基板をフォトリソグラフィにより製造した。第１０Ａ図に各々がおよそ ５μｍ径のビットマトリクスへ液相からの滴下により堆積させた７、１μｍ径の スフェアを示す。簡単な最適化されていない工程にもかかわらず、高い充填率が 得られた。対応する結果がドライブラッシュ法によっても得られ、第１０Ｂ図参 照、同じビットパターンの６．４μｍ径スフェアが示されている。

ビットを有するデータ記憶媒体はさまざまなレベルの精巧度で製造することがで き、第１１Ａ図はバーン層直上のビット内にスフェアがある簡単なケースを示す 。第１１８図ではビット径はスフェアサイズへ適合され、後者はビット底部にお いてバーン層に対して最適集束距離に維持される。これには単散乱スフェアを使 用する必要がある。第１ＩＣ図では、ビット底は、スフェアと同心状に、スフェ ア表面の一部のように形成される。したがって、反射読取に基づくシステムに対 する完全逆反射だけでなく、あらゆる入射角に対してバーン層上への理想的な集 束が行われる。

スフェアの堆積後、媒体は例えば透明ポリカーボネートの保護膜で封止される、 第１２図参照。メモリ媒体の適切な全体厚は０．８Ｂであり、クレジットカード のＩＳＯ標準である。実際上、斜行記録は必ずしも技術的な複雑化を意味するも のではない。各方向の光線を調整することなく多くの方向から１個の同じスフェ アを照光できる簡単な技術の原理を第１３図に示す。

互いに平行な全ての入射光線が、照光光学系を通過した後、屈折してさまざまな 方向から同じ点（スフェア中心）へ衝突する。各方向に対して照光光学系の一部 だけか使用される。これは、スフェアに向う所望の光線方向に従って、径が制限 されたレーザビームを開口上のさまざまな位置へ衝突させて行われる。

また、完全照光開口の部分スクリーニングを適用することもできる。いずれの場 合にも、（ここではこれ以上検討しない）部品の機械的移動を行うことなく方向 選定か可能となる。

第１３１Ｍの解決法ではパラメータおよび部品を妥当に選択する必要があり、光 学系のｆナンバーおよび開口はスフェア径、照射角、およびそれらの公差に適合 される。

ここでも、スフェアが大きいと容易に実際的な解決が得られることが判った。

指向性照射による読取りに関して、透過光による読取りに関して前記した技術の 一つについて検討を行う。

ＬＥＤ等の簡単な光源が一つの読取り角に対応する方向（θ１、φＩ）からデー タ記憶媒体を照光する、第９Ａ図、第９Ｂ図および第１４Ａ図参照。多くのスフ ェアを有する媒体上の大きいエリアがバーンフィルム上のスフェアが配置されて いる側から同時に照光される。光は各スフェアにおいてほぼ平面波特性を育し、 スフェア内の集束はレーザビームによる前の記録中の集束から僅んと逸脱しない 。スフェア内に集束した後、データ記録中にその方向へ予めバーンスポット（” 孔“）が生成されておれば、光はバーンフィルムを通過する。

バーンフィルム内の孔を通過する光は各孔を解像する必要のない簡単な光学系に より記録される。照光を行う方向（θ１、ψ１）か公知であるため、とのスフェ ア位置（ｘ、ｙ）で光が透過するかを決定すれば充分であるこれは、例えば、“ 近接“　（第１４　Ｂ図）、光ファイバ（第１４Ｃ図）もしくはイメージング（ 第１４Ｄ図）により各スフェアに割り付けられた１個以上の検出器素子を有する 検出器マトリクスにより行うことができる。

マトリクス当りの検出器素子数は大きくすることができる（■カメラ用ＣＣＤマ トリクスは数十万個の素子を含んでいる）。したがって、データ記憶媒体の大き なブロックを電子走査により迅速に読み取ることができ、媒体全体を少数の機械 的変位によりカバーすることができる。中間的な解決方法も考へられる。“凝視 ”する大きな検出器マトリクスの代替品として、例えば、走査を行う検出器アレ イがある。広幅すぎる媒体（例えば、テープ）でなければ、マトリクスはその全 幅をカバーすることができる。その場合、機械的変位は媒体を一方向に好ましく は連続的に引くことにより得られる。しかしながら、大型マトリクスの場合には 読取システムおよびデータ記憶媒体の条件が一層厳しくなり、ブロック内の全位 置についてスフェア位置と割り付けられた検出器素子間の見当合せが例えば−Ｎ ｉ困難になる。これに関して、本発明によるデータ記憶システムは特別な利点を 提供する。

従来の光データ記憶媒体における多数の小さなデータスポットよりも少数の比較 的大きな集束構造（スフェア）の方か見当合せは遥かに容易である。事実、簡単 なイメージング分析により、多くの場合、一方が実際に達成され他方は達成され ないという***のあることが判る（データ記憶媒体上の各集束構造やバーンスポ ットへいくつかの検出器素子を割り付ける）冗長性もしくは公称位置に近い高速 走査に基づく解決方法ではこの基本的状況はほとんど変らない。

所与の方向（θ１、ψ、）で照光した後、このＬＥＤはオフとしてもう１個のＬ ＥＤをオンとし、問題とする全方向をカバーするまで新しい方向（θ、、φｌ） での読み取りを行う。これは、照光サイクル中にデータ記憶媒体が固定されてい る間に、非常に速いシーケンスで行われる。実際上、照光サイクル中の媒体およ び読取装置間の相対変位が、たとえ数ｍ／ｓの相対速度であっても、無視できる ような速度でオンオフする光源を使用することができる。

互いにスペクトルが適合された光源／検出器素子対を使用すれば、いくつかの方 向でデータを同時に並行読取りできる可能性が生じる。

各カテゴリーが少数の読取方向でしか照光できない、多くのサブカテゴリーによ る読取装置も容易に製造することができる（データアクセス制御に関する０節参 照）。

最後に、本発明の本質的特徴であるデータ記憶技術は原則として別々に読取り解 釈される読取り不能データスポットに関するものであるが、同じ技術を使用して 可視表示を行うこともできる。この場合、データ点の相関によりマクロエリア内 に可視フィーチュアが生成され、“協働”により可視像が生成される。このよう な像は全方向もしくは限定された方向だけから見ることができる。

もちろん、実際のデータ記憶媒体（カード）にはさらにプリンティングにより生 成される可視表示を備えることもできる。

浄書（内容に変更なし） 実験バーンパターン これ１１２次元へ板張て“ぎる １７スポツト＝２バイト＋コントＯ−ルスフェア径２０ミクロン。

残りの絵、４つのバーン方向と同様なシーケンシャル読取り。

ビットのある基板、トライブラシＩ４布された６、４ｐｍ径スフェア。

浄書（内容に変更なし） 要　約　書 膜内のホールバーニングによる充分強い照光の結果、例えば、可変反射率等の可 変光学特性を有するバーンフィルムを有する光データ記憶媒体には個別に解釈可 能なデータビット（スポット）の記録および読取中に集束および位置決めを行う バーンフィルムに近い光構造が設けられている。好ましくは、光構造は１〜１０ ０μｍの範囲の直径を有する単散乱、透明スフェアである。照光は記録および読 取り中にいくつかの所定の角度（θ１、ψ、）から選択的に行われ、各スフェア の下の個別データスポットの数はほぼ角度の数に対応する。

手続補正書（目地 １、事件の表示 データ記憶媒体およびデータ記録読取方法ダイノ　パーティクルズ　アクチス力 ベット４、代理人 ５、補正命令の日付 ６、ネ甫正により上曽カロする８青積項の数７−補正の対象 ８−　ネ…正の内容　別紙のとおり 明細書、請求の範囲及び要約書翻訳文の浄書（内容に変更なし）手　続　補　正 　書（方式） ％式％ １ｏ事件の表示 データ記憶媒体およびデータ記録読取方法ダイノ　パーティクルズ　アクチス力 ベツト６−補正により増加する請求項の数 ７−補正の対象 図面の翻訳文 国際調査報告 国際調査報告

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. １．個別に読取り解釈される局所化エリアの形状でいくつかのエレメントセル内 へデータを記憶する光データ記憶媒体において、該媒体はここでバーンフィルム と呼ぶ全体もしくは部分的光吸収膜を含み、前記バーンフィルムは強い局部照光 の影響の元でその光学的特性を局部的かつ恐らくは可逆的に変えることができ、 前記能力は前記媒体上へのデータ記録に応用され、少くとも２つの互いに直角な 方向における特性寸法が１００μｍよりも小さい光構造がバーンフィルムに近接 配置されていてバーンフィルムに向う照光により屈折および／もしくは制御され 、前記光構造がデータ記憶媒体の一部を構成することを特徴とする、光データ記 憶媒体。
2. ２．請求項１に記載の光媒体において、光構造はバーンフィルム上の本質的に透 明な膜内の構造調整により構成される、光データ記憶媒体。
3. ３．請求項２に記載の光媒体において、調整は機械的／幾何学的特性の表面調整 である、光媒体。
4. ４．請求項２に記載の光媒体において、調整は膜の画定された局部エリア内にイ オンもしくは分子を導入もしくは除去することによる複屈折率のバルク調整であ る、光媒体。
5. ５．請求項１に記載の光媒体において、光構造はバーンフィルム下側の調整され た距離に配置された反射層からなり、前記バーンフィルムは前記照光に対して部 分的に透明であり、前記反射層は幾何学的調整が行われる、光媒体。
6. ６．前記いずれかの項記載の光媒体において、光構造はバーンフィルム上に入射 光線を集中すなわち集束させるように設計されている、光媒体。
7. ７．請求項１に記載の光媒体において、光構造はバーンフィルム上に配置された 複数個の別々の、完全もしくは部分的に透明な光学的屈折体により構成される、 光媒体。
8. ８．請求項７に記載の光媒体において、光学的屈折体はスフェアである、光媒体 。
9. ９．請求項８に記載の光媒体において、スフェアは本質的に同じ直径およびバル ク特性を有する、光媒体。
10. １０．請求項８または請求項９に記載の光媒体において、スフェアはバーンフィ ルムと接触している、光媒体。
11. １１．請求項８または請求項９に記載の光媒体において、スフェアは基板内の凹 みすなわちピット上に配置されバーンフィルムが凹みの底部を被覆している、光 媒体。
12. １２．請求項１１に記載の光媒体において、凹みの寸法はバーンフィルム上に照 光を集束させるようにスフェア径に対して適合されている、光媒体。
13. １３．請求項１１または請求項１２に記載の光媒体において、各凹みの底部は凹 み頂部の安定な位置にあるスフェアに対して同心状の形状とされている、光媒体 。
14. １４．請求項８〜１３のいずれか一項に記載の光媒体において、スフェア径は１ 〜１００μｍの範囲である、光媒体。
15. １５．前記いずれかの項に記載の光媒体において、バーンフィルムの光学的特性 は強い予照光により局部的に変化されており、それは光構造を介して各光構造へ 割り付けられたバーンフィルムエリアの特定領域へ局所化され、前記予照光は所 定数の前記構造に均一に衝突するようにされており、前記特定バーンフィルム領 域は前記媒体に対するその後のデータ記録および読取りに関して案内および制御 の目的で発生される、光媒体。
16. １６．前記いずれかの項に記載の光データ記憶媒体上へデータを記録する方法に おいて、いくつかの異なる方向から媒体へ向けて選択的に強い照光を送り、照光 された各光構造は各光構造に関連する対応する数の局所化エリア内で選択的に前 記バーンフィルムの前記光学的特性を可逆的もしくは非可逆的に変化させる、デ ータ記録方法。
17. １７．請求項１６に記載の方法において、媒体はマスクを介して照光され、前記 光構造のいくつかにのみ光を通させる、データ記録方法。
18. １８．請求項１６に記載の方法において、さまざまな方向の照光は一つの同じ集 束系の入口側のさまざまな部分へ光線を並進させ、永久配置された別々の光源を 選択的に励起し、あるいは入口側で広幅光線を選択的かつ部分的に阻止し、集束 系のさまざまな部分を光が通るようにして行われる、データ記録方法。
19. １９．請求項１〜１５のいずれか一項に示す光データ記憶媒体からデータを読み 取る方法において、バーンフィルム内の可逆的もしくは非可逆的に変化された局 所化エリアの位置の決定は前記データ記憶媒体に向って拡散照光を行い、前記媒 体の外側に配置された光変換系から間隔をとったエリア内の前記媒体から発する 光を空間濾波し、前記光構造からの別々の所定の方向に対応する光により光変換 系の焦点面内に前記媒体をイメージングして行われる、データ読取方法。