JPH0612570B2 - 情報記録構造体 - Google Patents

情報記録構造体

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JPH0612570B2
JPH0612570B2 JP1149744A JP14974489A JPH0612570B2 JP H0612570 B2 JPH0612570 B2 JP H0612570B2 JP 1149744 A JP1149744 A JP 1149744A JP 14974489 A JP14974489 A JP 14974489A JP H0612570 B2 JPH0612570 B2 JP H0612570B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は情報蓄積装置、特に消すことができそして再使
用が可能な加熱を利用する記録保管メモリーに関するも
ので、これは集中照射線、特に高度に集中化されたレー
ザー・ビームを記録、読み出し及び消去用に使用して記
録媒体に適用されうる。
本発明は異なった比容で関連づけられた二つの安定な固
体物理状態の間で可逆的に変換することのできる記録媒
体を使用する情報記録方法を提供するもので、これはそ
の表面に近接する媒体の局在化された明瞭規定容積を瞬
時的に加熱することを含んでなり、そしてこの容積は熱
される表面領域に対して十分に大きく、したがって媒体
の表面に、縦横比少なくとも１：１０を有する、変化す
る表面***の明瞭規定領域が得られる。
好ましい携帯では、パルス・レーザー・ビーム又はその
他の形態の集光された照射線が、熱エネルギーのパルス
をなめらかに表面処理された記録媒体中に放出し、そし
て表面曲率の明瞭に規定された変化の形態で、即ち明瞭
に規定された***又は明瞭に規定されたくぼみ又は孔と
して、記録媒体の表面に記録のしるしの残留を生じさせ
る。
これは制御された処理方法の加熱及び冷却処理にさらし
た際、密度変化が生じ得る媒体を使用することによって
達成される。そして媒体は、照射線が媒体を通して下方
に通過するように、照射線についての十分な透明度又は
伝達度を有する。そしてその媒体は、照射線の加熱効果
に依ってその容積を瞬時的に溶解されるが、その容積
は、媒体の表面で溶解されるスポットの直径に比較して
典型的に大きい深さを有する。
本方法の重要な利点は記録された情報のプレーバック又
は再生に際して高い信号雑音比を得ることができる点で
ある。変化された表面湾曲、即ち***又はくぼみの面積
の広さに匹敵する直径のスポットが記録媒体の表面上に
走査されると、良好な反射が、しるし付けされていなく
て平らな又は滑らかな記録媒体の領域から得られる。し
かし、スポットが縦横比少なくとも１：１０を有してい
るくぼみ又は***に当たると、光は表面の湾曲のため散
乱され、そしてそのため、適当な光センサーで測定され
るような反射光の強度の顕著な降下という形態で信号が
検出され得る。その上、光フィルターの新規な形態を採
用することによって、以下に更に詳しく説明するが、そ
れは媒体の表面から集められた反射光量を減量させ、そ
れにより、センサーによって受取られるすべての又は大
部分の光量は後方反射ビーム部分から選択されてビーム
の残部より大きく変調され、媒体の滑らかな表面から及
び***又は窪みのそれぞれから反射されるビーム強度の
間のコントラストの増大によって、検出信号の振幅の著
しい増大を得ることができる。
本出願の最も有利な用途では、レーザー針が記録媒体の
その鋭利に輪郭づけされた局在化容積を溶解するために
使用される。好都合ではないけれども、溶融可能の媒体
の局在化容積を急速にそして瞬時に加熱するいずれかの
装置例えばエレクトロンビーム又は非レーザー電磁照射
線ビームがあり、そしてこれらすべての装置の使用は本
発明の範囲内にある。
本発明を、更に詳わしく添付図面に関連して説明しよ
う。
第１図は、***状の表面湾曲の局在変化で形成された記
録媒体層の薄い垂直断面部の高解像度透過型電子顕微鏡
写真の表示である。
第２図は本発明に好適な記録及びプレーバック（再生）
装置の一例をダイヤグラムで示す。
第３図は温度と比容との間の関係を示すグラフであり、
典型的な固体記録媒体の各種の形態学的状態についての
ものである。
第１図について言及するが、層１１はそれぞれ異なった
比容（物質の比容がその密度の逆数であることは注意さ
れなければならない。）で関連づけられる第１及び第２
の状態を有する固体である記録媒体を含んでなる。この
媒体１１は媒体を溶融しそして選択された冷却速度でそ
の溶融状態からこれを冷却することによってそれらの状
態のいずれかに選択的に形成させることができる。参照
番号１２は記録媒体１１の光学的になめらかでかつ均一
な表面１３に集光されるレーザービームの境界を示す。
「光学的になめらかでかつ均一」とは、表面１３がその
表面形状の不規則性又は粒子の介在を示さないことを意
味し、又は、媒体のなめらかな非記録表面１３と、本発
明の技術によりその表面に作られる***又は凹みの記録
ピット及びバンプと、の間での光学的な識別の障害にな
るような、物質にそれ自体分布された顔料粒子等の介在
を示さないことを意味する。
レーザービーム１２は記録媒体１１の表面１３において
最小の可能な直径の光スポットに焦点を絞られる。達成
することのできるスポットの最小寸法は、回折則によ
り、与えられた波長のレーザービームの波長に介在する
或る大きさに制限され、そしてこの最小の可能な大きさ
のスポットはしたがって「回折制限スポット（回折限界
スポット）」と称される。実際上、表面１３でレーザー
ビームが最小直径となるような領域の近くのレーザービ
ームの側面１２は真直ぐではなく、曲がった、くびれた
形状を形成する。同様に、表面１３の下のビーム部分１
４ではレーザービームの側面も又第１図に示すように曲
げられる。
動作中において、記録媒体１１のなめらかに表面加工さ
れた層は集光レーザービーム１２のパルスが与えられ、
これにより、一定量の十分な強度のレーザー照射線を注
入して、ビームによって照射された媒体１１中の物質の
小容積を溶融温度に熱する。媒体１１を通るビーム１４
によって画定される様に、レーザービームによって熱さ
れる媒体１１の容積１５は非常に小さく作ることが可能
である。典型的には、表面１３の溶融されるスポットの
直径は約0.65μｍ（0.65ミクロン）以下であり、加熱パ
ルスの寿命は１００ナノ秒のオーダーであろう。照射さ
れる容積が微小であるためそしてレーザービームの鋭利
に画定される特性の故に、溶融容積１５中に放出される
熱量、及び達成される温度は精密に制御することができ
る。もしも、照射線のパルスが停止すると、その溶融さ
れた容積は溶融材料が上昇された温度に正確に依存する
冷却速度で冷却を始める。その物質が溶融温度よりわず
か上に上昇されると、層１１の周囲の記録媒体は比較的
冷たい状態にとり残され、そしてレーザー照射線を取り
除くと、溶融された容積１５は急速に冷える。一方溶融
容積１５がより高い温度に上昇されると周囲の媒体も又
対応して熱され、その結果レーザー照射線が取り除かれ
る時には遅い冷却速度がもたらされる。この様に、溶融
状態からの冷却速度は制御することができ、これによっ
て、溶融容積を固化させるに際して、媒体１１が存在す
ることの可能な第１又は第２の異なる比容の状態のいず
れかに選択的に形成することが可能である。
その上、上述の熱的に誘導された転移を受けることので
きる物質では以下のことが注意されるだろう。即ち、マ
ーク、例えば凹み又は***が記録媒体の表面に形成され
た場合、そのマークは望ならば、前に溶融された容積が
再溶融されそしてある温度に上昇されるような強度の照
射線にそれをさらすことによって、消すことが可能であ
る。周囲媒体がそれによって上昇される温度のために、
このような温度から少なくともほぼ元の比容に復帰され
るような速度で材料が冷却されることになる。したがっ
て再度固化された容積の比容と記録媒体の周囲部分のそ
れとの間の相違はも早決して大きくなく、そしてそれ故
に記録媒体の表面の以前の不連続性を断言するものはも
早ない。
記録をする段階において、媒体が低い比容の状態から高
い比容の状態に変化する場合、溶融された容積１５は記
録媒体１１の不溶解残部によって側面及び底で制限され
るので、容積の増大の結果、ある量の溶融材料が記録媒
体の表面１３で溶融される開口を通って上方に押し出さ
れるということが生じ、それによってその材料が冷えた
時には表面１３の平面上に立上がったままの上昇し湾曲
している***を形成する。***１６の終端は表面１３の
面から明瞭に不連続を与える。***１６の形成方法は、
内容が凍結されているような牛乳ビンの首上方に凍結牛
乳の上方はみ出し部が得られる方法とかなり類似してい
る。この「牛乳ビン効果」が以下の場合に強化されるこ
とに注意されたい。つまり、材料１３の表面で溶解され
るスポットの直径、そしてそれ故に溶融材料が上方に押
し出される首部の直径が、記録媒体１１の層中で溶融さ
れる材料の容積に関連して出来るかぎり小に形成される
時は、***の高さは増大される。
したがって、そのビームが好ましくは回折制限スポット
として記録媒体１１の表面と一致する焦点にもって来ら
れることは有利であり、それによって最小直径のスポッ
ト部が表面１３で溶融される。
記録マークが光学的手段によって背景の平らな表面１３
から容易に区別されるようにするため、***１６の外形
比は少なくとも１：１０即ち***に垂直方向の広がりが
その幅に比較して少なくとも１：１０、好ましくは少な
くとも約１：５そして更に好ましくは約１：２であるこ
とが望ましい。
回折制限スポットが層１１の表面１３と合致する理想状
態では、得られる***の縦横比は３つの因子に依存す
る。第１に、この縦横比は入来するビーム１２の収斂角
度が増えると増大する。しかし、レーザーレコーダーで
使用することができる開口数の最大値に実際上の制限が
ある。実際上、使用することがでる開口の数の最大値は
第１図に示すように約１１６°の収斂角αに対応して約
0.85である。
第２には、***の縦横比は記録媒体の元の状態と変化後
の状態との間の転移で生ずる比容変化の増大で増大す
る。百分率比容変化ｄＶの語で比容変化に言及すること
は有用であり、これは と定義される。ここでＶ１は異なる比容の第１及び第２
の状態の間の比容の差異の大きさであり、Ｖ２はその媒
体１１の元の比容である。
第３に、この***の縦横比は溶融される媒体の容積１５
が増大すると増大し、これはつまり、レーザービームに
よって溶かされる容積の深さに依存する。媒体を溶かす
ことができる深さは、採用される特定のレーザー照射線
に関する媒体の透明度又は透過率によって支配される。
以下のことに注意されたく、即ち透明度又は透過率は波
長の変動で変わるが、しかし与えられたある波長の照射
線では、レーザー照射線に対する媒体の透過度は次の式
によって表わされ、 Ｐ（Ｘ）＝ＰＯｅ−Ｘ／Ｌ ここでＰＯは表面１３におけるレーザー照射線のパワー
又は強度であり、Ｐ（Ｘ）は表面以下深さＸにおけるパ
ワーであり、そしてＬはビームのパワーが表面における
その値に対して1/e（36.8％）に低下する距離である。
値Ｌは材料の1/e減衰長さと称されるが、これはいずれ
かの与えられた記録媒体についてのそして与えられた波
長のレーザー照射線についての定数である。実際上この
値は、与えられた記録媒体が与えられた波長の照射線に
よって溶かすことができる深さをほぼ示すことが見い出
されている。
したがって、集光されレーザービームの使用によって縦
横比少なくとも１：１０の***を達成するために、媒体
は少なくとも或る値を達成する積ｄＶ・Ｌによって特徴
づけられる。第１図に表わされるように溶かされた材料
の梨型の容積１５の形状を考慮すると、積ｄＶ・Ｌが少
なくとも約２μｍの値を持たなければならないことが容
易に計算される。但しここでＬはミクロンで測定され
る。理論上、積ｄＶ・Ｌの最大値に上限の必要はないけ
れども、実際におこるかもしれない最大百分率の比容変
化が約５０％を越えることは有りそうもなく、そして以
下に更に詳しく議論される理由から、減衰長さＬは約３
μｍを越えることは望ましくない、したがって、実際上
はｄＶ・Ｌの最大値は約１５０μｍを越えるべきではな
い。望ましくは積ｄＶ・Ｌは少なくとも約４μｍであ
る。本発明の現状における好ましい形態ではその積は約
７μｍである。
上記議論は比容の増加、即ち密度の減少を受けることの
できる記録媒体の層を主として取扱った。本記録方法は
しかし選択された速度の溶融及び冷却に際して比容の減
少を受けることのでる記録媒体の層にも応用することが
可能である。この様な場合、エネルギーの必要量が溶融
容積１５に注入され、これによって、レーザー照射線パ
ルスの終端で、その溶融容積はその他の物理的状態に転
移を達成するために選択された冷却速度で冷える。これ
に対応して、溶融ゾーン１５の容積に減少が生じ、した
がって第１図に参照番号１７によって破線で示すよう
に、押し下がった凹所が得られる。上に議論した持ち上
がった***を形成するための手順と同様に、記録媒体中
に注入されるレーザー照射線パルス強度の調整に際し、
その押し下がった領域は再溶融された所定の冷却速度が
得られる温度まで昇温される。このような冷却速度によ
り、再溶融された容積を元の比容の状態に戻して固化
し、これによって凹所は消されそして媒体の表面はその
元の滑らかな状態に戻される。
本発明の過程で記録媒体として使用される材料の選択に
おいては、1/e減衰長さの測定のための通常の方法は、
所望の小さな値の1/e減衰長さＬμｍの測定に採用する
ことができる。例えば、薄膜は試験される材料から作る
ことができ、この被膜の厚さは一端に向ってうすくな
り、その結果、媒体の透過率の変動の測定は被膜の厚さ
の変動で直接に行なうことができる。その上、適当な溶
剤中で溶液にすることができるような提案された記録媒
体の場合では、測定は濃度を変化させた溶液を用いてレ
ーザー照射線の吸収から行なうことができ、それによっ
て純固体の1/e減衰長さに相当する値は外挿によって得
ることができる。
レーザー光に対して比較的短かい減衰長さでそして光学
的になめらかで均一な表面を有するという必要条件を満
たす望ましい記録媒体は、標準的には黒い光沢のある外
観をする。そしてすべてのこれらの材料は本発明方法の
ための記録媒体として使用するため一応の候補品であ
る。
比容の二つの異なった状態の間で、材料は選択された速
度で溶融しそして冷却することによって切替可能である
が、これらの状態にとどまる与えちれた材料の可能性
は、レーザービーム針で材料を調べ（例えば１００ナノ
秒のオーダーの寿命のそして制御可能の強度のパルスで
パルス状に加えられるレーザービームを用いることによ
り、そしてそのレーザービームは提案された記録媒体の
表面で回折の制限されたスポットに焦点が絞られること
によって）又は試験される媒体の小容量を瞬時的に溶解
し、そして溶融材料が急速にクエンチングされ又はより
ゆっくり冷却される条件の下でそれを冷却させることの
できるその他の方法によって最も容易に調査することが
できる。提案された記録媒体の少量の試料上でそれらを
溶解しそして異なった冷却速度にそれらをすることによ
って、例えば溶融材料を周囲温度にさらして徐々に冷却
させ又は溶融試料を冷水のような適当な不活性冷却液の
容器に入れクエンチングすることによって、次いで比容
の変化を観察することによって、熱的に誘起された比容
変化を調べることが例えば可能である。
記録媒体の例には、高温溶融ビチューメン物質、即ち、
天然アスファルト、例えばギルソナイト（gilosnit
e）、アルベルタイト（albertite）及び、トリニダード
ピッチ及び、石油アスファルト或は石油精製分留残渣及
び、それらのすべての物質のフラクション、例えば、溶
媒分離或はクロラトグラフによって得られたフラクショ
ンがある。
現在までに調べられたそれらの中の好ましい記録媒体
は、商業的に入手できるシール用ワックスの被膜であ
り、これはシェル・インタナショナル・ケミカルCo.Lt
d.(London,England SE1 7PG)の商標名APIEZON Wで石油
精製分留残渣として入手できるビチューメン若しくはア
スファルト材である。その製造者によって用意されたAP
IEZON Wの物理的性質を下表で述べる。この材料の被膜
は有機溶媒例えばトルエン又はトリクロロエタン中に溶
解したAPIEZON W材料の溶液で基板をナイフ・コーティ
ング処理又はディップ・コーティング処理しそしてこの
溶剤を蒸発させることによって望ましく作ることがで
き、この方法で作られた被膜はバルクAPIEZON W材料よ
りも良好な記録特性を示す。その溶液は溶剤中にAPIEZO
N Wの粘度７００センチポアズ以上好ましくは７００〜
１０００センチポアズの高い粘度の濃厚溶液として作ら
れるのが望ましく、これらの濃厚溶液は良好な記録特性
を有する被膜をもたらす。これらの濃厚溶液から作られ
た被膜では小容量は容易に溶かすことができそしてそれ
へパルス・レーザー針を通用することにより増加した比
容の状態に切替えられる優秀な記録媒体を与える。した
がって、この材料は急速に溶解し冷却することができそ
して立上った表面レリーフの***を記録媒体の表面に得
ることができる。
記録媒体の立上がっている浮き上がり部分の再溶融に際
し、高強度のレーザービームを使用して、その上の溶融
材料はおそい速度で冷却されて低い比容のその元の状態
に戻されるので、***は平らにすることができ、それに
よって記録は消去することができる。
以下のことが示唆される。即ち、比容のこれらの変化は
低い比容に対応する結晶状態から、増加された比容に対
応する非結晶状態への変化と関係があり、そして溶融及
び急速な冷却又はクエンチングに際してその非結晶状態
が形成され、一方ゆっくりした冷却ではその溶融材料は
再結晶しそして元の高密度、低比容の結晶状態が達成さ
れる。
いずれにしても以下のことが見い出されている。即ち、
第１図の表示に示されるように、記録が溶液から沈積さ
れたAPIEZON W材料の被膜上に形成される場合、第１図
に示す梨形の溶融容積１５は、透過型電子顕微鏡中で、
周囲の暗く溶解していない領域より明るい外観を呈し、
そしてこれは低密度、高比容の状態を暗示している。AP
IEZON Wワックスの結晶性は前に報告した様に現われな
いけれども、材料の薄いセクションを通る透過型電子顕
微鏡写真は細かい微結晶粒構造の存在を暗示する外観を
与え、そして粘度は光の波長と比較して小さく、かくし
て媒体表面の光学的なめらかさに関係がない。その上、
この記録処理を受けて比容が増加するように切り換えら
れるた媒体領域は、非結晶状態と関係がある更に弾力性
のある状態への転移を示して、変化しないゾーンより物
理的に脆性が小である。
好ましいAPIEZON W材料に対して行なわれた試験は、典
型的なレーザー光源例えばアルゴン・イオン・レーザー
から得られる波長４８８０Åの青い放射線から得ること
のできるレーザー光に関して、そのAPIEZON W材料が約
１．０μｍの1/e減衰長さを表示することを示す。その
低い比容状態から高い比容状態への転移に際して、上に
延べたように約７％の百分率比容変化ｄＶがあり、した
がって、上述の積ｄＶ・Ｌは約７μｍの値を有する。
記録媒体の例には、更に、適当な熱処理によって色が黒
くなった熱暗化できる有機材料がある。一例として、レ
ーザービーム針にさらされた時の***の形の立上がり記
録マークを形成することのできる記録媒体の例は、長期
間蔗糖を加熱することによって得ることのできるカラメ
ル化砂糖の輝いている黒い残渣である。
APIEZON W材料と同様に、比較的低い強度のレーザー光
のパルスにさらすと、立上がっている***状マークを作
ることができ、そして高い強度のパルスへ***をさらす
と***を平らにすることができ、それによって記録を消
去することができる。カラメル化された砂糖の応答はし
かし形成することのできる***の高さが非常に低いので
大変に劣りしたがってこの材料は好まれない。
記録媒体の例は更に、ドープされた高分子樹脂材料、好
適には、硬化エポキシ材料（高分子樹脂材料を、光吸収
ドーパントで含浸せしめ、予定の程度の光吸収性を与え
ることによって得られる）を含む。記録媒体の例には、
更に、適当な熱処理によって色が暗くなった熱暗化でき
る有機材料がある。
レーザービーム針で加熱することにより比容積の減少を
受けることができ、そのため第１図に破線１７によって
示すような押し下がった凹所が得られる材料の例はヨウ
素をドープ処理することによって黒色化された硬化エポ
キシ樹脂材料である。この材料は硬化エポキシ樹脂被膜
を得るため、通常の二部分のエポキシ樹脂接着剤パック
例えばLEPAGEの５分間二成分エポキシ樹脂材料を混合す
ることによって得られる。次いで密封された容器中に被
膜を入れその中にヨウ素結晶を導入しその被膜が充分に
蒸気を吸収してそれが黒くなるまで放置することによっ
てヨウ素蒸気と接触させる。被膜の表面に回折制限スポ
ットに焦点の絞られた青色レーザー光（波長４８００
Å）のパルス（寿命１００〜２００ナノ秒）を、被膜表
面に強度約２〜３mWで、この被膜の表面に露光すると、
クレーター状の押し下がった凹所の形の記録を被膜の表
面に形成することができる。記録情報は低レベルの強度
（例えば約３００μＷ）で連続的にレーザーを操作して
被膜の表面に沿って凹所の上について光スポットをスイ
ープすることによって再生することができる。被膜表面
からのパルス状反射が得られる。その記録部分はそのス
ポットを約３mWの強度で連続的にレーザーで操作して、
その回折制限光スポットを記録部分に沿ってスイープす
ることによって消すことができる。消去後、パルス状の
反射は、低強度のレーザー光が前の記録部分のトラック
に沿ってスイープされた場合はも早得られない。
非結晶及び結晶状態の間で選択的に切替えることのでき
る記録媒体とは別に、選択された加熱システムに暴露す
ると、比容の変化を受けることのできるその他の材料が
存在する。例えば、或る材料は、材料が非結晶状態にと
どまっていても、急冷しそして除冷温度に加熱すると密
度の変化を受けるように作ることが可能でであり、そし
てレーザー針を使用して、材料の制限容積中に制御され
た量の熱エネルギーの注入をして密度又は比容の異なっ
た状態の間で選択的に切替えることができるこの様な材
料は、本発明で採用することができる。可変密度の非結
晶材料のこれ以上の説明のためにはターンブル外「非結
晶質半導体の構造」J.Non-CrystallineSolids Vol.８−
１０、１９−３５頁、１９７２年、を参照すべきであ
る。
本件の好ましい記録媒体は、しかし、比容の大きな増加
を伴う結晶及び非結晶状態の間で転移を受ける材料であ
る。本発明で使用するための好ましい記録媒体の望まし
い性質は、***の形成に導びくような、本来は低比容
（高密度）の状態にありそして高い比容状態に切替える
ことができる材料に関連してここに説明するが、しかし
同じ原理は、記録媒体表面に押し下かった凹所の形成に
導びくような比容の減少がある記録過程に使用される材
料にも応用することが理解されるべきである。
好ましい材料では、ガラス転移温度Ｔｇは室温より十分
上であるべきで、そうすれば、その非結晶質の低密度状
態は周囲温度の全範囲で安定であり永続的であろう。好
ましくはＴｇは約５０℃より著しく低くなくあるべきで
ある。
その上、熱伝導度（又は等価的な熱「拡散能」）は多数
の重要な理由のため低くあるべきである。それは、***
形成過程の間、熱エネルギーの横方向の拡散をさたげ、
高い解像度の記録を許容する。それは、書込み及び消去
のためのスレッシホールド・パワーレベルを経済的レベ
ルに減少させる。そしてそれは、局部冷却時間を注入熱
量に対して敏感にし、それによって、クエンチング（記
録）他は徐冷（消去）を熱的に開始することが可能であ
る。
望ましくは、熱伝導度は約５mW/cm゜K以下で、更に望ま
しくは約３mW/cm゜K以下である。
除冷時間を短かくして、大きさ立方ミクロン以下の溶融
材料の容積は数マイクロ秒内でその最大密度に接近させ
るべきである。これは、高速の熱的な反転可能性のため
の要件である。更に、良好な感度を達成するために、溶
融過程は記録レーザーからできるだけ少しの熱を要求す
べきである。したがって、熱効率のための多数の条件が
満たされるべきである。結晶材料の場合、クエンチング
の際の完全非晶質化を達成するために、非結晶相のガラ
ス転移温度を越えて真の熱力学的溶融温度Ｔｍに基板を
熱することは必要である。これは溶融温度に達するまで
は結晶の最後の痕跡が見えなくならないからである。し
たがって、溶融温度は過剰に高くあるべきではない。し
かし、除冷過程で結晶化が望まれる場合、Ｔｇ及びＴｍ
は数十度はなれているべきである。したがって、Ｔｇが
約１００℃とすれば、Ｔｍは少なくとも１５０℃とすべ
きである。溶融を達成するためにどれくらいの熱が必要
であるかということを支配する二つの主要な因子は比熱
容量及び溶融の潜熱である。かくして、これらの二つの
値が低い材料を選択することが望ましい。その材料はま
た、結晶状態における鋭利に規定された溶解温度、及び
ガラス又は非結晶状態における比較的よく規定された軟
化温度を有すべきである。
選択されたレーザー波長のための材料の光学減衰長さ
は、表面で少なくとも１：１０の縦横比を有する容易に
検出できる***を得るために必要な正味体積膨張を生ず
るに十分な貫入深さを許容するに十分な長さであるべき
である。回折制限（即ち、波長サイズ）スポットに集光
されたプレーバックビームを使用して、高コントラスト
でプレーバック信号を形成するため、***の高さと幅は
そのプレーバックビームの波長と同等であるべきであ
る。前述のように、その材料がクエンチングに際して比
較的大きい百分率の比容変化又は膨張を受けるならば、
所望の全膨張を生ずるに必要な貫入深さは非率的に少な
かろう。例えば、波長λ＝４８００Åの青色光で記録し
ている十分に高い浮きぼりに対しては、百分率比容変化
が約５〜１０パーセントの場合、減衰長さは好ましくは
約１ミクロンであるべきである。好ましい形では、レー
ザービームは記録媒体の表面で回折制御スポットに集光
され、その1/e減衰長さは通常記録媒体の表面で溶融さ
れる面積の広さの約1/10〜約２倍の範囲にあるだろう。
低減衰長さの場合、十分な材料が溶融されることはほと
んどなく、適当にはっきりした縦横比の***を与えるこ
とができない。そして長い減衰長さでは、過剰の大きい
容積の媒体が加熱され、そして非常に高強度の光パルス
が記録媒体を溶融するために必要とされる。レーザーパ
ワーの高コストのため、これは受容できるレベルを越え
て記録過程のコストを増大させる。特に、その1/e減衰
長さは表面の溶融されたスポットの広さの約1/2〜２倍
であり、そして本発明の好ましい形では、その1/e減衰
の長さは上記広さの値の約２倍である。
上述の熱的、形態学的、及び光学的性質に加えて、好ま
しい材料は真空蒸着のような高価な方法にたよらないで
光学的になめらかで均一な大面積の記録媒体の製造を容
易にすべきである。
記録及びプレーバックに使用するレーザー記録方法及び
装置は第２図に更に詳細に説明する。
ターゲット２１は３層から成り、その第１の層は剛性の
もしくは柔軟な基板２２であり、その上に記録媒体層１
１が形成されている。第２の層は記録媒体層に隣接した
圧縮可能な層２３であり、この層は透明なシリコン・ゴ
ムの如き弾性を有する固体もしくは空気の如き気体の層
とすることができる。第３の層は硬くて透明なダストカ
バー層２４であり、圧縮可能な層２３に隣接してガラス
もしくはプラスチックのような耐引掻性の材料でつくら
れる。第２および第３の層は透明であるか又は記録媒体
を加熱するために使用されるエネルギー流を透すことの
できるものでなければならない。第２の層、すなわち圧
縮可能な層２３が空気の如き気体である場合、ダストカ
バー層２４は、他の種の記録媒体で周知の開閉式の装置
における如く除去自在なもの、すなわち退避自在なもの
とすることができる。このようにダストカバー層を退避
自在なものとする場合、このダストカバー層は記録用の
光もしくは他のエネルギーを透すことのできないもので
あっても良い。
レーザービームの入出力装置は可変強度の偏光連続状又
はパルス状レーザー光２６の光源、拡張コリメーター２
７、偏光ビームスプリッター２８、1/4波長板２９、高
開口数（例、0.65）顕微鏡対物レンズ３１、空間フィル
ターとして作用する可動及び可変開口虹彩形ダイヤフラ
ム３２、及び光検出器３３から成る。これらの要素はレ
ーザー光１２のビームを発生させそしてタッゲット２１
に焦点を合わしそして矢印３４で示される後方反射光の
各種の量を集める働きをしそしてそれを検出システム３
２、３３に向わせる。光源２６からのレーザー照射線及
び入射並びに反射ビームの偏光状態は通常の記号法によ
り第２図に示す。
この入射する集光レーザービームは記録媒体11の表面に
貫入しそして典型的には二つの光波長分の深さに吸収さ
れる。この貫入レーザービームは媒体１１を暖める熱に
変換されそしてそのパワー密度があるしきい値より高け
れば、局在的な溶融をもたらすことができる。
初期書込み操作の間に、レーザービーム１２の強度はタ
ーゲット２１の記録媒体層１１中の選択ビットの部分に
局在的な溶融をもたらすように、前述の溶融しきい以上
で短時間で（例１００nsec）パルスされる。この局在的
な溶融は、非結晶体積部分１５のような低密度の非結晶
領域を形成する***形成の場合、層１１の小さいポケッ
トを非結晶化するように作用する。包囲する不溶解材料
１１によって課される機械的抑制のために、非結晶領域
１５の密度減少は層１１の表面に明瞭に規定された***
１６として、又は比容の減少を受ける材料の場合、明瞭
に規定された凹所として表わされる。
読み出し操作の間では、レーザービームの強度は記録材
料の溶融のスレッシホールド以下に減少し、そしてビー
ム又はターゲット２１は動き、それにより層１１の表面
は集光されたレーザー光のスポットによって走査され
る。プレーバックスポットが記録表面上に動くと、入射
光の約７％は反射されてレンズに戻りそしてビームスプ
リッター２８によって後方反射光の強度を測定する光検
出器３３に向けられる。ビームが平らな領域に落下する
場合、反射光のすべてはレンズ３１によって集められそ
して比較的高い強度を測定する検出器３３に向けられ
る。しかし、ビームが***１６又は下方に凹んで曲がっ
た表面を有する凹所に落下する場合は、***のドーム状
表面又は凹所のクレーター状の表面の高度の局部的湾曲
はレンズ３１の開口に対する角度よりも幅広い角度にわ
たって後方反射光３４を拡げる様に作用する。かくし
て、後方反射光の大部分はレンズ開口の外側にとどき、
そして検出器３３は非常に減少した強度を測定する。プ
レーバックスポットが記録表面上を走査されると、後方
反射強度の突然の降下は情報の１ビットに相当する***
又は凹所の存在を意味する。
実質上はレンズ３１及び検出器３３の間に設置された可
変開口の虹彩３２を使用することによってこれらの降下
の振幅を増大することができる。それは、***または凹
所が走査スポット中を動く場合、パターンの残部により
も大きい強度変化を受ける後方反射ビームパターン３４
が生じる前述の***又は凹所からの光反射によって得ら
れる応答の特性である。後方反射ビームに垂直な面にそ
の位置を調整され機械的に配置されている可変寸法開口
の虹彩３２を取付けることによって、そしてその位置及
び開口の大きさを調整することによって、走査スポット
が***又は凹所を横切って動く時高度に変調されるビー
ム部分を選択することは可能である。この方法は典型的
には出力信号コントラスト中において２又は３倍の因子
の改善を達成し、そして記録パワーレベルが記録スレッ
シホールド上に良好に置かれれば、この方法は変調深さ
が１００％に接近する出力信号を容易に得ることができ
る。即ち、開口３２が適当に調整された場合、***の存
在は検出器３３によって、レーザービームがオフされた
場合に見られるレベルに強度を減少するだろう。この虹
彩３２のような可調整空間フィルターの使用は新規と考
えられ、そして従来技術で越えられないプレーバック信
号のコントラスト・レベルに導びく。
記録中に立上がった***を形成する材料の場合、消去は
記録のためのスレッシホールドの上に２倍の因子につい
てレーザービーム１２の強度を引き上げ、そして選ばれ
た外形上にスポットを走査することによって達成され
る。この測度は関連する***を平らにして非結晶の溶融
されそして固化された体積部分１５を再結晶するように
作用する。表面が露光パルスの間多く動かないのに十分
な程度に遅い速度でAPIEZON Wの記録表面が動かされる
場合については、その記録スレッシホールドはアルゴン
・イオン・レーザーからの青色光（λ＝4880Å）の0.5
μｍの直径のスポットについて典型的には約1.5mWであ
る。同条件下での消去のスレッシホールドは約３mWであ
る。
再び第１図を参照すると、収斂するレーザービームの
「境界」は、双曲線体の表面を輪郭づける曲線ＣＤ及び
ＥＦによって表わされ、その中の光強度が記録媒体１１
の溶融スレッシホールドを越えている。ピークのある対
称曲線３６はエアリ（Airy）パターンを表わし、そして
記録表面１３に近いビームの相対的な半径方向の強度分
布を表わす。ビームのパワー密度がその最大値の半分に
落ちた半径方向の位置は半パワー点３７によってマーク
づけられ、それは記録表面におけるレーザービームの半
パワー直径を定義する。記録材料の鋭利な溶融スレッシ
ホールド値の故に、記録材料の溶融温度に対応する強度
分布高さの降下のため溶融が生じない半径がある。レー
ザービームの全強度が下げられ又は上げられると、この
水平線は各分布曲線上で上げられ又は下げられ、分布曲
線とこの線との交点は得られる***の半径方向境界を示
す。したがって、ビームの強度を溶融スレッシホールド
に匹敵する適当なレベルに下げることによって、半パワ
ー・スポット・サイズより狭い***を作ることは可能で
あり、ビーム強度を上げることによって、より大きい隆
起を形成することが可能である。第１図は溶融スレッシ
ホールドが半パワー点に対応している特別の場合を示し
ており、直径が正確にビームの半パワー幅である***を
もたらす。
ビームの「有効スポット・サイズ」を溶融体積部分１５
の直径（表面１３で）として定義することは有用であ
る。勿論、与えられた溶融温度をもつ与えられた材料に
ついて、その有効スポット寸法はビームの全強度が上げ
られると増大するだろう。この事実は次の方法の記録過
程に強く関係する。幾何学的理由のため、小さく溶かさ
れた容積は大きく溶かされたものより急速に冷える。隆
起の形成に導びく非結晶化過程は、体積部分１５の急冷
を生じさせる高速の冷却に依存するので、その有効スポ
ット寸法は記録時、最小に保持されるべきである。勿
論、これはビット・パッキング密度を最大限にするとい
う目的と調和する。かくして、レーザ・ビームの全強度
は、記録時に最良の結果を得るためにはある臨界レベル
以下に保持されるべきである。この臨界レベルは消去の
ためのスレッシホールドである。
前述のように、非常に低い熱伝導度の記録媒体で、溶融
過程の間、レーザービームによって注入される熱量を変
えることによって典型的な記録「セル」すなわち体積部
分１５の冷却速度を制御することは可能である。この材
料はさらに高速でクエンチングされないかぎり、高速で
安全な低い比容状態の方法に濃縮化する傾向があり、高
速でクエンチングされた場合これは高い比容の永久的な
準安定状態で凍結される。記録過程に相当する後者の条
件は、最小の可能な容積が露光をうけ（小さい有効スポ
ット寸法に相当する）そして体積部分１５中の材料を溶
解するに丁度十分な熱が与えられた場合にのみ得られる
だろう。この場合、溶融エネルギーは急速に拡散し、高
い比容状態へのクエンチング生じ、これにともなって隆
起が付随的に形成される。しかし、消去過程に対応する
前者の条件は、溶融過程の間に過大な熱ショットを注入
することにより、溶融されたセルすなわち体積部分の冷
却期間が延長される場合に生ずる。その過大な熱は該体
積部分の熱的境界条件を変えて、その材料が低比容に濃
縮化することのできる点まで冷却期間が延長され、そし
てこれは該体積部分面をその平らな状態に戻させる。熱
の大きい注入は記録のためのレベル以上にビーム強度を
上げることによって行なわれ、そしてさらにこれは有効
スポット寸法が多少増大する降下を有しているだろう。
溶融領域の容積が大きいスポット寸法の結果として増大
されれば、その冷却速度も同様にこの因子によって減少
する。
非結晶状態で光学的になめらかな層として付着すること
の可能な材料で、正確に正反対の記録及び消去機構を生
じる。すなわち、低比容の結晶状態への転移をもたらす
多量の熱の注入で凹所状の記録マークが形成され、そし
て少量の注入は高比容の非結晶状態への材料の再変換を
もたらし、これによって、記録を消去することは考えら
れるべきである。
記録過程の間に記録媒体の局部的体積部分が結晶から非
結晶状態に変換される過程は、保存記録システムのデー
タ安全性の観点からすぐれているので、変換が非結晶か
ら結晶であるような方法よりも好まれるが、これは消去
操作が記録操作と少なくとも同様のパワー密度を必要と
するからである。これは低いパワーの読み出しビームに
よる事故消去に対する最大の最大安全余裕を与える。対
照的に、非結晶から結晶状態への変換を包含する記録過
程で、消去は、プレーバックに使用されるレベル以上で
あるが、実質上記録に必要とされるレベル以下の連続レ
ーザービームに記録領域をさらすことによって達成され
る。したがって、この後者の過程に基づくメモリーシス
テムでは、長期のドリフト又はシステムの故障によっ
て、プレーバックビーム強度は消去スレッシホールドの
上に浮遊しそしてデータ・ファイルのカタストロフ的な
損失をもたらす可能性がある。
記録媒体がAPIEZON W又はドープ処理のエポキシ材料で
ある本発明の好ましい形態は、消去がぎりぎりのスレッ
シホールドでの記録に必要なパワーレベルより高くそし
てピーク振幅記録に対するパワー・レベルに等しいパワ
ー・レベルで行なわれなければならないという顕著な特
徴を示す。しかも、この消去過程は純粋に熱的であり、
そのため消去速度はレーザーから与えられるパワーによ
ってのみ制限される。
第３図に言及すると、これは結晶−非結晶転移を受ける
好ましい記録媒体に対する比容と温度の変化を示す。点
Ａは、周囲温度Ｔａにおけるその低比容（高密度）（例
えば結晶）状態の記録材料の記録前の動作点を示す。記
録過程では、光パルス動作点を溶融曲線３８に沿って点
Ｂ又は液相線を表わすセグメント３９の少し上の点に押
し上げるに十分な熱を注入する。この作用は選択された
記録体積部分１５の急速な溶融をもたらす。
光パルスの終端で、急速な冷却又はクエンチングは動作
点が曲線４１に沿ってＢからガラス転移温度にあるＴｇ
にあるＣにそして曲線４２に沿って点Ｄに動くようにさ
せる。このセルの温度がＴｇ以下に降下すると、この材
料は点Ｄで準安定な非結晶状態に凍結される。材料が硬
くそして安定であるような常温Ｔａに比較して、ガラス
転移温度Ｔｇが十分上方に離れていれば、この準安定状
態は、常温Ｔａ（室温）で永続的である。第３図から次
のことが明らかであり、即ちセル体積部分材料がＡの結
晶状態からＤの非結晶状態に切り替えられる場合、永続
的な正味体積部分膨張がある。この露光容積１５を通し
て蓄積されたこの膨張は、第１図に示すような***１６
のための立上がりを与える。消去過程は、動作点を液相
線３９上でＤから点Ｂを越えたところにある点Ｅまで押
し進めるような大きい熱パルスに傍張されたセル体積部
分を露光することによってもたらされる。パルスの終端
で、動作点はゆっくりＢにすべり戻り、次いで結晶化曲
線３８にそって元の状態Ａに戻り下がる。セル体積部分
１５を通しての得られた正味体積損失は***をくぼま
せ、セルの頂点を周囲材料とほぼ同様に平らにする。Ａ
の高密度状態からＤの低密度状態への百分率容積変化は
材料から材料で顕著に変わるが、しかし微結晶ポリマー
である記録媒体の場合ではその変動は典型的には５〜１
０パーセントである。
記録過程の好ましき形態の本質は高密度の安定状態から
低密度の安定状態への熱的に誘起されたスイッチングに
あり、***として表わされる付随的な正味容積増大を伴
なう。逆の転移も熱的に誘起され、これは消去過程の基
礎である。第１図の実施例は一具体例を示し、この様な
二安定性の密度変化は高度の結晶化材料中に誘起され
る。即ち、記録過程に必要とされる容積増加は、高度の
秩序を有する結晶状態から秩序を失っているか又は非結
晶の状態への転移に関わる。しかし、上に指摘したよう
に、このような二安定の密度変化をまた示すが構造的秩
序を伴なわない材料もまたある。しかし、高度の結晶化
材料は好まれ、それらが結晶材料のより鋭利に規定され
た溶融転移の故により、鋭利に規定された***を得るこ
とができることを期待されるからである。
記録層１１の暑さが、少なくとも１：１０の縦横比で検
出可能の***を形成するために溶解されるに必要な深さ
より大きければ、そしてヒートシンクのような高い熱伝
導度の基板を用いることによって溶融体積部分１５の冷
却速度を強化することが望まれなければ、層の暑さは重
要ではない。APIEZON Wのような材料に大きいスポット
（例えば、ダイオードレーザーからの１μｍスポット）
を用いて記録することが望ましければ、このような測度
が必要とされるが、この材料は0.7μｍ以下のスポット
寸法でその最良の応答を与える。この場合、記録媒体の
層１１は記録セル体積部分１５の深さより厚くなくある
べきで、したがってセル体積部分１５の低は基板との良
好な熱的接触にある。しかし、セル体積部分の深さは、
顕著な応答への影響なしに、約１μｍの好ましい深さか
ら約２０又は３０パーセントまで変わることができるの
で、この薄い層の厚さは厳密に制限される必要はない。
大抵の他のビーム番地付け可能のレーザー記録システム
と同様に、本発明のメモリー懸念の重要な利点は記録媒
体の作用部が無構造であることであり、その意味でビッ
ト位置が被膜の構造中にいずれかの工夫によって予め規
定されないことに注意されるべきである。この特徴は磁
気バブルメモリのような固体状態電子システムよりもビ
ット当りのコストにおいてメモリーを莫大に経済的にす
る。
本発明の記録方法に基づくメモリ・シシテムはすべての
既知のビーム番地付け可能メモリと同様に、入出力手段
として作用するレーザー光の集光されたスポットと記録
媒体の表面との間の相対的な運動をもたらす手段を含ま
なければならない。かくして、レーザービームは相対的
に固定されて維持されたままでもよく、そしてその媒体
はディスク、ドラム、又はテープ系として移動すること
ができ、又は、媒体は相対的に静止維持することができ
そしてそのビット位置はレーザースポットをその表面上
に走査することによって読み出される。
記録媒体表面に対してレーザースポットを走査するため
の適当な装置の用意は技術に精通している者の能力内で
行なえば十分であり、そして本発明の一部を形成しな
い。
上述の開示は本発明を使用した記録方法の操作を許容す
るための技術精通者に対する十分な情報を与えるけれど
も、疑義をさけるため、ここに使用される記録方法及び
装置の操作の詳わしい実施例をここに与えよう。
この実施例において、レーザー２６はスペクトラ・フィ
ジックスからのモデル１６５／２６５アルゴン・イオン
・レーザーであり、λ＝４８８０Åのアルゴン・イオン
・レーザーの強い青色の放射を与えそして次の特性を有
する。
出力偏光：垂直 ビーム直径（1/e2点）：1.5mm(5154Å) ビーム・ダイバージェンス：0.5ミリラジアン ノイズ定格（標準）：パワー安定化オンで： １０Hz〜２MHz-0.2％rms典型 最大パワー（λ＝４８８０で入手可能）：〜1.5ワット このレーザーは典型的出力パワーレベル１０mWで運転さ
れてレーザーと記録表面の間の損失を考慮すると、その
パワーは３mW付近である。レーザー２６からのビーム
は、コヒーレント・アソシエイツから得られるモデル２
０の電子−光変調器であるこの実施例の変調器に送られ
る。この装置は交差している入力出力偏光器を有するポ
ッケルス効果変調器であり、したがって外に出る光は水
平面に配内されたその電界を有する。これは以下に述べ
るような偏光ビームスプリッターを使用して、変調レー
ザー光が十分に記録表面に結合され、そして又後方反射
光を検出器に十分に再び向けるようにする。この変調器
はコヒーレント・アソシエイツのモデル３０駆動装置を
経て駆動され、この装置はＤＣ〜１０MHzにわたる公称
バンド幅を有する。この変調器駆動装置は高速パルス・
ジェネレーター即ちテクトロニクスからのモデル2101の
パルス・ジェネレーター（１０−９０％の公称パルス立
上がり時間、５nsec）によって制御される。この装置は
幅４０nsec〜４０msecのパルスを与える様に調整するこ
とができる。
マスター・スレーブＪＫフリップ・フロップ；即ちＲＣ
ＡのＣＤ４０２７ＡＥ ＣＭＯＳフリップフロップはパ
ルスジェネレーターのための「１及び１のみ」のトリガ
ー源として使用され、そしてＲＣＡのＣＤ４０４７ＡＥ
ＣＭＯＳ単安定マルチバイブレーターは、パルス・ジ
エネレーターをゲートするか又はトリガーするパルスを
生成するため、ＪＫフリップフロップによってトリガー
される。したがって、レーザー２６からの出力はパルス
発生器のパルス寿命によって制御される寿命のパルスを
形成することができる。
変調器からのビームは拡張コリメーター２７に送られ
る。これはレンズ３１の直径よりかなり大きい直径に即
ち約0.7cmにビームを拡げる。この拡張コリメーターは
二つの顕微鏡対物レンズからなり、これの一つは空間フ
ィルターの開口に変調器から落下するビームの焦点を合
わす。この空間フィルターはオプティメーション社から
得られる１０ミクロンの銅のピンホール孔である。これ
はビームよりかなり小さく、このビームは孔に焦点が合
わされる。その他の顕微鏡対物レンズはその銅ピンホー
ルから現される光を集めそしてそれを直径約0.7cmのコ
リメータービームに再び収斂させる。この拡張コリメー
ターの効果はパワーで約４０％の損失があり、ビームプ
ロフィールの高次フーリエ成分が削られて非常になめら
かな分布が得られることである。
拡張コリーメーターからのビームはパーキンエルマー社
の偏光ビーム・スプリッター・キューブ２８に送られ
る。
このビームスプリッターは次の特性を有する。
最大伝達、Ｔ〜“Ｐ”状態偏光：９５±５％ 最大反射、Ｒ〜“Ｓ”状態偏光：９９±１％ （入口及び出口面は最小Ｒのため被覆される） 波長範囲：４８８０Å−５１４５Å 開口角 ：法線入射 ±１° 開口 ：中心 １２mm この装置のビームスプリット面は特別の多層コーティン
グを有し、そしてこの面の垂直軸に平行な電界で偏光さ
れる光（“Ｓ”状態にある）は99％反射され（±１
％）、それにより、この軸と垂直偏光面を有する光
（“Ｐ”状態にある）は９５％透過される（±５％）。
このビームは平行な入出力面を有するガラスの斜方六面
体（フレネルの斜方六面体）である1/4波長板２９に送
られる。この装置で、二つの内部反射により、その入力
で平面偏光光がその出力で円偏光光に変換される。
このレンズ３１はカール・ツアイス・カナダ社の＃4620
97、Ｌ．Ｄ．エピプラン４０／0.60レンズであり、次の
特性を有する。
開口数α：0.60 作業距離：4.5mm 倍率 ：４０Ｘ 分解能 ：〜0.5μｍ（λ＝４８８０Å） レーザー２６は実際上無限遠の供給源であるので〜１６
０mmの実際上の供給源を生じさせるため陰性の補償レン
ズをレンズ３１と結合わせて使用することが必要であ
る。陰性レンズはエドムンド・サイエンティフィック・
プロダクツの＃95,425レンズ（直径：１２mm；焦点長：
−１４８mm）である。
トルエン中のその濃縮された粘性液からガラス・スライ
ド上に被覆され、そして１ミクロン以上の厚さに乾燥さ
れたAPIEZON Wワックスの層１１の表面上の回折制限ス
ポットに、レンズ３１はビームの焦点をしぼる。
マイクロメータ段の粗い焦点制限はレンズ３１をその軸
に沿って動かし記録表面上にその焦点面の略位置させる
ために使用され、そして細かい焦点制御もまた使用され
る。これはジョドン・エンジニアリング・アソシエイツ
社（ミシガン・アンアーボー）のモデルＥＤ−２５の圧
電変換器（１００Ｖ当り1.3μｍ膨張、3.3μｍの全膨
張）であり、レンズ３１のレンズ焦点面の位置の超微量
調整に使用され、それによってビーム１２は正確に層１
１の表面１３に焦点が合わされる。高圧電力の供給装置
（ケプコ・モデルＡＢＣ４２５Ｍ、５００Ｖのプログラ
マブル電力供給装置）は圧電微小焦点調整を駆動するた
めに使用される。この電力供給装置は「抵抗によりプロ
グラム可能」の方式として説明されており、ブアンス１
０ΩＫマルチターン・ポテンショメータはプログラミン
グ抵抗を変えるために使用され、そしてこれによって微
小な焦点調整をする。
記録媒体１１の被膜を含んでいるターゲット２１は秒当
り約２ｍの表面速度で固定レーザービーム１２に対して
ターゲットを動かすことのできるターンテーブル上に取
り付けられ、これによって、レーザービーム１２は被膜
１１上のトラックに沿ってスイープする。これは半マイ
クロ秒に１回生ずる一連の２００nsecパルスで、秒当り
２メガビットで記録するために必要とされる、ほぼ最小
の表面速度である。即ち、パルス間の３００nsec中に、
このターゲットは記録スポットの0.5μｍ回折制限幅よ
りわずか多く動き、これは新しい未記録ゾーン上に再配
置された。
これらの条件の下で、高さ約0.25μｍそして幅約0.5μ
ｍの***形状の細かい記録マークはほとんど又は全く融
合しないで記録トラックに沿って近接配置される。この
表面速度で高振幅記録を達成するため記録表面の前記回
折制限スポットで必要とする光のパワーレベルは約３mW
である（平方ミクロン当り約１５mWの強度に対応す
る）。
レーザーが連続的に動作され、回折制限スポットはパワ
ーレベルが約３mW（平方ミクロン当り約１５mWに相当す
る）に維持されて、記録トラックに沿って走査されれ
ば、その***は消去されそして高さ約0.1μｍ、幅約0.5
μｍの低いリッジ（畝）によって置き換えられる。上方
はレーザーをパルスすることによって消去トラック上に
再び記録することができ、これによってリッジ（畝）の
表面に対して約0.2μｍの標高を有する立上がり***を
もう一度形成することができる。消去及び記録のサイク
ルは多数繰り返すことができる。
出力信号を与えるために使用される検出システムは偏光
ビームスプリッター２８からなり、これにより表面から
反射されたビーム３４は出力空間フィルターに送られ、
このフィルターはエドムンド・サイエンティフィックの
可変虹彩開口３２（開口：１mm〜１cm）である。この装
置３２には二つの直行して取り付けられた並進ステージ
の垂直面内にその開口が取り付けられ、それにより開口
の寸法及び後方反射ビーム３４における開口の位置の両
者は細かく調整することができる。
光検出器３３はＲＣＡの８６４４／２Ｂ１０段の特別ラ
イン光増倍管であり、次の特性を有する。
スペクトル応答 Ｓ−２０ 最大応答の波長 ４２００Å 感度（１５００Ｖカソード−アノード）： カソード ６５mA／Ｗ アノード 5.1×１０３A/W 電流利得（１５００Ｖ）： ８×１０４ アーノド暗電流（１３８０Ｖ）：1.5nA 量子効率（１５００Ｖ、 λ＝4880Å）：１４％ 立上がり時間（１５００Ｖ）： １０nsec バンド幅： 〜３５MHZ この高利得光センサーは出力空間フィルターを経て到来
する弱い光ビームの強度変化（典型的にはプレーバック
時１μＷ）を一連の電流パルスに変換し、電流−電圧変
換器として接続された高速ビデオ増幅器によって次いで
電圧パルスに変換する検出システムを操作する（即ち、
記録情報を読み出す）時、このレーザーは被覆の表面の
回折制限スポットの強度が少なくとも３００μＷである
ようなパワーレベルで連続に動作することができ、それ
で高い信号−雑音比を得ることができる。
使用されるビデオ増幅器はテレダイン・フィルブリック
社のモデル１４３０ＦＥＴオペアンプであり、次の特性
を有する。
利得バンド幅積 １００MHZ １％へのセトリング時間 ７０nsec （１０Ｖ ステップ） スルーレイト（Slew Rate）500V/μsec 出力電流範囲 ±５０mA 入力バイアス電流（25℃） −５００pA 入力インピーダンス（dc） １０μΩ３pG ノイズ（入力に関して）： 中間バンド電流（1.6〜16HZ）２pA ワイドバンド電圧（1.6HZ〜160MHZ）９μＶ 出力信号は、ビームが層１１のあめらかな表面１３から
反射される場合に得られる出力と比較して、レーザービ
ームが***１６に入射する場合ビデオ増幅器からの出力
の降下として得られる。
２５％〜１００％の範囲の出力信号の変調深さが達成さ
れる。
上述のように、クレーター状の凹所の形の記録マークは
よう素ドープ処理の硬化エポキシ樹脂材料の表面に、添
付図面の第２図を参照して上に詳わしく述べたような装
置及び手続きを用いて、そして硬化エポキシ樹脂をよう
素ドープ処理によて黒化されたAPIEZON被膜に置き換え
ることによって、形成することができる。これらのクレ
ーター状凹所はエポキシ樹脂の表面で約３mVのパワーレ
ベルをもつ回折制限スポット光に焦点の合わされたパル
スビーム光を用いて、約１００−２００ナノ秒のパルス
寿命で形成することができそして同じパワーレベルで連
続的に動作されるレーザーで記録トラックに沿ってスポ
ットをスイープすることによって消去すとことができ
る。
上に述べた好ましい記録媒体、例えば高温溶融性のビチ
ューメン物質、ドープ処理の重合樹脂及びカラメル化蔗
糖は、高いカラー強度いよって特徴づけられ、それ故に
レーザーの熱記録方法の既知の形で新しい記録媒体とし
て使用するためにも適しており、この場合、例えば凹所
が除去によって又は表面張力の影響の下での記録媒体の
表面に非可逆的に形成され、又は変化される屈折率ゾー
ンが形成される。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の記録媒体層の垂直断面の電子顕微鏡
写真的に表わしたものであり、第２図は、本発明によに
記録及びプレーバック装置の一例のダイヤグラムであ
り、第３図は、固体記録媒体の各種の形態学的状態につ
いての温度と比容との関係を示すグラフである。

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】記録媒体と該記録媒体の表面上に延在する
    保護遮断層とを有する情報記録構造体において、 前記記録媒体は、異なる比容の二つの安定した固体物理
    状態の間で可逆的に変換可能で前記媒体の局部的な体積
    部分を瞬時的に加熱することで或る固体状態から他の固
    体状態に変換され、前記状態の間の変換に際し、前記体
    積部分にわたる表面の曲率に十分な変化が得られ、前記
    体積部分が周囲の媒体から直接かつ即座に識別されるよ
    うに構成され、 前記遮断層は、退避自在であるか、又は記録用もしくは
    該記録の再生用に使用される光もしくは他のエネルギー
    流を透過可能であることを特徴とする情報記録構造体。
  2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項の情報記録構造体に
    おいて、 前記媒体は、該媒体の表面近傍の局部的な体積部分（１
    ５）に熱パルスを加えることによって、ある固体状態か
    ら他の固体状態に変換され、該局部的な体積部分が加熱
    を受ける表面領域に比して充分大きいために、媒体（１
    ３）の表面に少なくとも１：１０の縦横比を有する変化
    した湾曲表面（１６）の明瞭な画定領域が形成されるこ
    とを特徴とする情報記録構造体。
  3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項の情報記録構造体に
    おいて、或る状態から他の状態へのその変換が、加熱さ
    れた前記容積を選択された冷却速度で冷却することによ
    って得られることを特徴とする情報記録構造体。
  4. 【請求項４】特許請求の範囲第２項の情報記録構造体に
    おいて、その記録媒体は約２μｍ〜約１５０μｍの特性
    値ｄＶ・Ｌ（ここでＬは記録媒体中の前記照射線の1/e
    減衰長（ミクロン）であり、百分率比容変化ｄＶは、 ｄＶ＝Ｖ１／Ｖ２×１００ （ここでＶ１は記録媒体の第１及び第２の状態の間の比
    容の差の大きさであり、そしてＶ２は媒体の本来の比容
    で）で与えられる）を有することを特徴とする情報記録
    構造体。
  5. 【請求項５】特許請求の範囲第４項の情報記録構造体に
    おいて、その特性値が少なくとも４μｍであることを特
    徴とする情報記録構造体。
  6. 【請求項６】特許請求の範囲第４項の情報記録構造体に
    おいて、その減衰長Ｌが熱される媒体の表面領域の幅の
    約1/10〜約２倍であることを特徴とする情報記録構造
    体。
  7. 【請求項７】特許請求の範囲第６項の情報記録構造体に
    おいて、前記減衰長が前記幅とほぼ同じであることを特
    徴とする情報記録構造体。
  8. 【請求項８】特許請求の範囲第４項の情報記録構造体に
    おいて、その百分率比容変化ｄＶが少なくとも約４％で
    あることを特徴とする情報記録構造体。
  9. 【請求項９】特許請求の範囲第１項から第８項までのい
    ずれか一項に記載の情報記録構造体において、前記媒体
    の熱伝導度が約5mW/cm゜K以下であることを特徴とする情
    報記録構造体。
  10. 【請求項１０】特許請求の範囲第１項から第９項までの
    いずれか一項に記載の情報記録構造体において、前記二
    つの状態が結晶状態と非結晶状態とであることを特徴と
    する情報記録構造体。
  11. 【請求項１１】特許請求の範囲第１０項の情報記録構造
    体において、前記媒体は、前記非結晶及び結晶状態の間
    での点に温度が少なくとも約５０℃であることを特徴と
    する情報記録構造体。
  12. 【請求項１２】特許請求の範囲第１項から第１１項の情
    報記録構造体において、その記録媒体の材料が結晶であ
    りそして非結晶状態への転移に際して比容の増大を示
    し、これによって記録媒体の表面に明瞭に画定された隆
    起（１６）が得られることを特徴とする情報記録構造
    体。
  13. 【請求項１３】特許請求の範囲第１項に記載の情報記録
    構造体において、前記記録媒体は、アスファルト若しく
    はビチューメン材料の樹脂であるか又はこれらの部分を
    有するものであることを特徴とする情報記録構造体。
  14. 【請求項１４】特許請求の範囲第１３項に記載の情報記
    録構造体において、前記媒体が基板上に付着されたAPIE
    ZONＷワックス（商標名）のその濃厚溶液からのコーテ
    ィングからなることを特徴とする情報記録構造体。
  15. 【請求項１５】特許請求の範囲第１０項又は第１１項の
    情報記録構造体において、前記媒体が結晶状態への転移
    に際して比容の減少を示す非結晶固体であり、これによ
    って明瞭に画定された凹所が前記媒体の表面に得られる
    ことを特徴とする情報記録構造体。
  16. 【請求項１６】特許請求の範囲第１項の情報記録構造体
    において、前記媒体は、硬化されたエポキシ樹脂材料を
    光吸収ドーパントで含浸し、所定の程度の光吸収性を与
    えることによって作られたドープ処理の硬化エポキシ樹
    脂層からなることを特徴とする情報記録構造体。
  17. 【請求項１７】特許請求の範囲第１項から第１１項まで
    のいずれか一項の情報記録構造体において、前記媒体
    は、ポリマー樹脂材料に光吸収ドーパントを含浸し、充
    分なドーパントを樹脂中に吸収させて所定の程度の光吸
    収を与えることによって作られたドープ処理のポリマー
    樹脂材料であることを特徴とする情報記録構造体。
  18. 【請求項１８】特許請求の範囲第１項から第１７項まで
    のいずれか一項の情報記録構造体において、前記媒体が
    二つの固体状態の間の変換に際して溶融状態を通過する
    ことを特徴とする情報記録構造体。
  19. 【請求項１９】特許請求の範囲第１項に記載の情報記録
    構造体において、前記記録媒体は、ドープ処理されたポ
    リマー物質であることを特徴とする情報記録構造体。
  20. 【請求項２０】特許請求の範囲第１項に記載の情報記録
    構造体において、前記記録媒体は、熱を用いて暗色化で
    きる有機物質であることを特徴とする情報記録構造体。
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