JPWO2007055249A1 - 情報記録媒体及びその製造方法並びに光学情報記録再生装置 - Google Patents

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Abstract

本発明の情報記録媒体は、基板と、前記基板上に3次元的に記録ピットを記録可能な記録部とを有する情報記録媒体であって、前記記録部は、n層の記録層(nは4以上の整数)と、各記録層と交互に積層された複数の中間層とを有し、前記記録は集光された記録光により2光子吸収現象を用いて行われるものであり、前記複数の中間層はそれぞれ、記録光の波長λ1及び再生光の波長λ2において実質的に透明であり、前記基板に最も近い記録層に入射する記録光の光強度が前記基板から最も離れた記録層に入射する記録光の光強度の0.707倍以上であることを特徴とする。前記情報記録媒体は、フォーカスサーボ用の反射光を確保しつつ、対物レンズから離れた下層に位置する記録層においても、高精度で良好な記録精度を維持することができる情報記録媒体である。

Description

本発明は、情報ピットである記録ピットを、2光子吸収現象を用いて3次元的に記録することができる情報記録媒体及びその製造方法並びに光学情報記録再生装置に関する。特に、フォーカスサーボ用の反射光を確保しながら、対物レンズから離れた下層に位置する記録層において、2光子吸収現象を用いて高精度で良好な記録精度を維持することができる情報記録媒体、及びその製造方法並びに情報記録媒体の記録再生に用いられる光学情報記録再生装置に関する。
光学的な情報記録媒体として、CD(コンパクトディスク)、DVD(デジタル多用途ディスク)等の光ディスクや光カードメモリ等が利用されている。
記録情報のさらなる大容量化を実現するために、図13に示されるような、3次元的に複数の記録層101が積層形成された2光子吸収現象を用いて記録される情報記録媒体が非特許文献1に記載されている。
この情報記録媒体121は、ガラスの透明基板104と、該透明基板104上に、フォトンモード記録材料であるウレタン−ウレア共重合体材料を用いた記録層101a〜101dと、PVA(ポリビニルアルコール)膜とPMMA(ポリメチルメタアクリレート)膜からなる中間層102a〜102cとが交互に積層されて形成されている。
記録時においては、記録用光源120aのチタンサファイアレーザから出射された波長0.790μmのピークパワの大きな記録光122aが、ビームスプリッタ118aを通過し、ビームエキスパンダー123により、ビーム径を拡大され、さらに、ビームスプリッタ118bを通過し、対物レンズ106により、3次元的に記録再生可能な多層の情報記録媒体121の所望の記録層101cに集光される(収束光107)。このような収束光107が集光されると、2光子吸収過程により、光のパワ密度の高い部分(集光点及びその近傍)のみが記録光の波長が半分になったかのような吸収が生じ、記録ピット105が記録される。従って、記録層が増加しても、他の記録層は記録光に対して略透明であり、所定の記録位置のみで2光子吸収が生じるため、記録光の減衰が抑えられ、対物レンズ106から離れた下層に位置する記録層でも十分な記録が行なわれる。
一方、再生時においては、再生用光源120bのHe−Neレーザから出射された波長0.6328μmのピークパワの小さい再生光122bが、同じく対物レンズ106により、所望の記録層101cの記録ピット105に集光される(収束光107)。そして、反射された光はビームスプリッタ118bでY軸方向に曲げられて、検出レンズ111で集光され、検出レンズ111の集光点に配置されたピンホール114を通過して、光検出器119で検出されることにより、信号が再生される。
ところで、従来の1光子吸収現象を用いた光ディスク記録再生装置においては、記録時あるいは再生時において、光源からの記録光あるいは再生光が対物レンズを通してディスク上に正確に焦点を結ぶようにフォーカスサーボが行われている。非特許文献1では検討されていないが、非特許文献1に記載された情報記録媒体121において記録ピット105が記録再生される場合にも、フォーカスサーボが行なわれることが望ましい。具体的には、例えば、記録光122aあるいは再生光122bが情報記録媒体121に照射された際に、記録層101cから一定強度の反射光が得られれば、その反射光をフォーカスサーボ用の光として利用することにより正確に所望の記録層101cに記録光122aあるいは再生光122bを集光することができる。
しかしながら、本発明者等の検討によれば、上記のようなフォーカスサーボが非特許文献1に記載されているような情報記録媒体121で行なわれる場合、次のような問題があると考えられた。
すなわち、情報記録媒体121の記録時または再生時に正確に所望の記録層101cに記録光または再生光を集光するためには、記録光の波長と再生光の波長のどちらに対しても各記録層101で一定強度のフォーカスサーボ用の反射光が必要とされる。この反射光の光強度は大きければ大きいほど、フォーカスサーボしやすくなるために好ましい。
情報記録媒体121には、3次元的に記録ピットを形成するために複数の記録層101が積層されている。そして、記録光及び再生光は所望の記録層101cだけでなく、各記録層101a〜101dにおいて反射及び吸収される。従って、各記録層101a〜101dでの反射及び吸収により、対物レンズから最も離れた最下層(図13では101d)に至るまでに記録光及び再生光の光強度が低下する。特に、記録層の層数が4層以上になった場合には、光強度の低下は顕著になる。従って、記録光あるいは再生光を用いて各記録層のフォーカスサーボのために充分な反射光を得ようとすれば、記録光あるいは再生光の透過光が減少することになり、2光子吸収過程のような大きな光量を必要とする記録では下層の記録層に至るに従って良好な記録ピットが形成できないという問題が生じる。特に、2光子吸収記録の場合には、記録時に、1光子吸収記録の場合に比べて、光量の低下に伴って著しく記録感度が低下する。すなわち、1光子吸収記録の場合には、記録感度の低下は、光強度に比例するが、2光子吸収記録の場合には、記録感度の低下が光強度の2乗特性に比例する。具体的には、例えば、記録光の光量が0.5倍となると、1光子吸収記録では記録感度は0.5倍に低下するが、2光子吸収記録では、記録感度はその2乗の0.25倍に低下する。このため、非特許文献1のような従来の情報記録媒体ではフォーカスサーボ用の反射光を確保しながら、下層の記録層まで記録時に十分な光量を確保することが困難となる。非線形記録は、ピークパワの高い、例えば、数100mW〜1W以上のピークパワを有する半導体レーザを記録用光源として必要とするため、現実的に高出力方向への光源のパワ調整の余裕がほとんどない。従って、記録部に3次元的に記録ピットを記録するために下層の記録層を記録するとき、記録用光源のパワを上層の記録層を記録するときのパワより上げることは困難な場合が多い。
川田善正:"フェムト秒レーザを用いた3次元光メモリ"、 OPTRONICS No.11 pp.138−142(2001年)
本発明は上記従来技術における課題を解決するためになされたものであり、情報ピットである記録ピットを、2光子吸収現象を用いて3次元的に記録することができる情報記録媒体において、特に、フォーカスサーボ用の反射光を確保しつつ、対物レンズから離れた下層に位置する記録層においても、高精度で良好な記録精度を維持することができる情報記録媒体、及びその製造方法並びに情報記録媒体の記録再生に用いられる光学情報記録再生装置を提供することを目的とする。
本発明の一局面は、基板と、前記基板上に3次元的に記録ピットを記録可能な記録部とを有する情報記録媒体であって、前記記録部は、n層の記録層(nは4以上の整数)と、各記録層と交互に積層された複数の中間層とを有し、前記記録は集光された記録光により2光子吸収現象を用いて行われるものであり、前記複数の中間層はそれぞれ、記録光の波長λ1及び再生光の波長λ2において実質的に透明であり、前記基板に最も近い記録層に入射する記録光の光強度が前記基板から最も離れた記録層に入射する記録光の光強度の0.707倍以上であることを特徴とする情報記録媒体である。
このような構成により、2光子吸収現象を用いて記録ピットを3次元的に記録可能な情報記録媒体において、特に、対物レンズから離れた最下層の記録層に対しても記録光の光量の低下が抑えられるため、非線形現象による記録方法を用いても最下層の記録層に対しても実用範囲内の記録感度が確保され、また、どの記録層においてもフォーカスサーボをかけながら良好に記録することが可能な情報記録媒体を実現することができる。
本発明の目的、特徴、局面及び以下の利点は、以下の詳細な説明と添付図面によって、より明白となる。
(A)は本発明の実施の形態1における情報記録媒体の構成と信号を記録する様子を示す説明図であり、(B)は本発明の実施の形態1における情報記録媒体の構成と信号を再生する様子を示す説明図である。 本発明の実施の形態1における情報記録媒体の記録層1層あたりの透過率と記録層の層数との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態1における、記録層の材料であるジアリールエテンの透過率と波長の関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態1における情報記録媒体の所望の記録層に対する透過光及び反射光を説明する図である。 本発明の実施の形態1における情報記録媒体の製造工程を示す説明図である。 本発明の実施の形態1における光学情報記録再生装置の構成と情報記録媒体の信号を記録又は再生する様子を示す説明図である。 本発明の実施の形態2における情報記録媒体の構成と信号を再生する様子を示す説明図である。 本発明の実施の形態2における光学情報記録再生装置の構成と情報記録媒体の信号を記録又は再生する様子を示す説明図である。 本発明の実施の形態2における情報記録媒体の製造工程を説明する図である。 本発明の実施の形態2における情報記録媒体の製造工程のうち、塗布工程及び乾燥工程を説明する図である。 本発明の実施の形態2における別の実施の形態の情報記録媒体の製造工程のうち、塗布工程及び乾燥工程を説明する図である。 本発明の実施の形態3における情報記録媒体の構成と信号を再生する様子を示す説明図である。 従来の光学情報記録再生装置の構成と情報記録媒体の信号を記録又は再生する様子を示す説明図である。
本発明に係る情報記録媒体は、複数の記録層を有する情報記録媒体における記録ピットの記録方式として2光子吸収現象を用い、情報記録媒体の基板に最も近い記録層に入射する記録光の光強度が前記基板から最も離れた記録層に入射する記録光の光強度の0.707倍以上であることを特徴とするものである。なお、本明細書においては、情報記録媒体が備える複数の記録層において、基板に近い側の記録層を下層側の記録層、基板からより離れた側の記録層を上層側の記録層と方向付ける。
2光子吸収現象を用いた記録ピットの記録方式においては、記録時において、記録層の光のパワ密度が高い部分のみで波長が半分になったかのような吸収が生じ、記録層に屈折率等の光学定数の変化が生じて記録ピットが形成される。所定の記録位置のみのパワ密度を高めることにより、所定の記録位置のみで屈折率が変化し、記録層の他の部分は記録光に対して略透明であるために屈折率は変化しない。従って、4層以上のような記録層を有する多層の情報記録媒体においても、2光子吸収現象を用いた記録方式によれば、複数の記録層を通過しても記録光の減衰が抑えられ、最も下層に位置する記録層にも充分な記録が行なわれうる。
ところで、所定の記録位置のみのパワ密度を高めるためには、所定の記録層をフォーカスサーボする必要がある。このようなフォーカスサーボには、所定の記録層における記録光の反射光が用いられる。
記録方式として1光子吸収現象を用いる従来の多層情報記録媒体においては、記録ピットは記録波長の線形吸収により形成されるために、記録時には、記録光の高い吸収率が求められる。また、フォーカスサーボに用いられうる充分な反射光を確保することも必要である。従って、1光子吸収現象を用いる従来の多層情報記録媒体においては、記録時の記録光の吸収率とフォーカスサーボのための充分な反射光を確保することが重要であった。
本発明者らは、複数の記録層を備えた2光子吸収により記録される情報記録媒体において、前記基板から最も近い記録層(最下層)における記録感度を、記録光の入射側である前記基板から最も離れた記録層(最上層)における記録感度の略0.5倍以上維持させることにより、4層以上の記録層を有する情報記録媒体において、最下層の記録層にも充分に記録することができることを見出した。そして、前記最下層の記録層に入射する記録光の光強度を最上層の記録層に入射する記録光の光強度の0.707倍以上にすることにより、(0.707)=0.499倍以上の記録感度を達成できることを見出した。このような構成により、4層以上の記録層を有する情報記録媒体において、最下層の記録層にも充分に記録でき、かつ、フォーカスサーボやトラックサーボに用いられうるに充分な反射光を得ることができる。
なお、情報記録媒体において、前記最下層の記録層に入射する記録光の光強度を最上層の記録層に入射する記録光の光強度の0.707倍以上に形成されたことは、以下のように確認できる。
すなわち、情報記録媒体の表面の反射率がp1、裏面の反射率がp2、情報記録媒体の内部全体の透過率がt1、記録層の層数がnである場合に、記録光と同じ波長の平行光を情報記録媒体に垂直入射させて、出射光強度を測定し、情報記録媒体全体の透過率 t2を求めたとき、光学的に、
t2=(1−p1)t1(1−p2)が成立する。この式を展開すると、
t1=t2/{(1−p1)(1−p2)}となる。また、最下層に入る光強度はn−1層の透過率に等価になるために、その値は
t1/0.7071/(n−1)=t2/[{(1−p1)(1−p2)}0.7071/(n−1)]となりこの値が0.707以上であれば、前記最下層の記録層に入射する記録光の光強度を最上層の記録層に入射する記録光の光強度の0.707倍以上に形成されていると見なせる。なお、反射率p1は保護層を構成する材料(例えば、UV硬化樹脂)の屈折率、反射率p2は基板を構成する材料(例えば、ポリカーボネート)の屈折率から求めることができる。
さらに、2光子吸収現象を用いて層数nの記録層を有する情報記録媒体の記録ピットを記録する場合において、記録光の波長λ1における、記録層1層あたりの透過率Tが、T≧0.7071/(n−1)を満たすことにより、大幅な記録用光源のパワ調整を必要とせず、もしくはパワ調整なしに、いずれの記録層にもフォーカスサーボをかけながら、良好に記録することができる。なお、記録層の位置に応じて、記録用光源の出力パワを最大で3割程度調整することにより、記録感度を調整することもできる。なお、記録層の透過率Tは、各記録層への入射光強度に対する透過光強度の比率であり、下記に述べる未記録領域の透過率T1と記録済領域の透過率T2とを面積的に平均した値を意味する。
(第1実施形態)
図1は本発明に係る第1実施形態の情報記録媒体の構成と信号を記録再生する様子を示す説明図である。
図1(A)に示すように、本実施形態の情報記録媒体21は、例えば1.1mmの厚さで、例えば、直径が12cmの基板9と、上記基板9上に形成されたn層の記録層1(図1(A)では1a〜1eが図示されており、その各膜厚はtである)を含む記録部3を具備している。記録部3は、記録層1間に、例えば、t=3〜10μm厚の中間層2(図1(A)では2a〜2dの4層が図示されている)が設けられており、記録層1と中間層2とが交互に複数積層された構造を有している。そして、記録部3の記録光及び再生光の入射側には、例えば50〜100μmの厚さの保護層4がさらに設けられてもよい。保護層4が設けられることにより、情報記録媒体上の埃、ゴミ、傷等が多少存在しても記録及び再生が可能である。そして、記録部3に記録光7Aを照射して上記所望の記録層(例えば1e)の光学定数を変化させることにより3次元的に記録することが可能である。
本実施形態においては、それぞれの記録層1(図1(A)では1a〜1e)は、公知のプッシュプル法を用いてトラックサーボ用のトラック誤差信号を発生させるためのトラック溝32を有する。トラック溝32のトラックピッチTpは、例えば0.59μm程度であり、溝深さは、例えば0.05μm程度である。
情報記録媒体21は、図1(A)に示すように、記録時において、記録光7Aを対物レンズ6で集光した収束光が、ターゲット層である、例えば、記録層1eの記録領域であるトラック溝32に入射する。そして、トラック溝32からの反射光の回折光(以下単に回折光とも呼ぶ)8eを発生させて光検出器(図1(A)では図示なし)で検出すれば、回折光8eをフォーカスサーボやトラックサーボ用の誤差信号光として用いることができる。そして、この回折光8eを利用したフォーカスサーボやトラックサーボにより、記録時に、正確にターゲットの記録層1eのトラックに記録光7eが集光され、記録層の光学定数、好ましくは屈折率を変化させて記録ピット5が記録される。
また、再生時も同じく、図1(B)に示すように、再生光7Bを対物レンズ6で集光した収束光が、ターゲット層である、例えば、記録層1eに入射する。このとき、記録層1eのトラック溝32からの反射光の回折光8’eを光検出器(図1(B)では図示なし)で検出すれば、回折光8’eをフォーカスサーボやトラックサーボ用の誤差信号光としても用いることができる。そして、この回折光8’eを利用したフォーカスサーボやトラックサーボにより、再生時に正確にターゲットの記録層1eのトラック32に再生光が集光され、記録済領域である記録ピット5からの回折光8’eにより記録信号が再生される。
記録光7Aの波長λ1と再生光7Bの波長λ2は同一でも異なっていてもよいが、光源の小型化及び低コスト化を達成するためには半導体レーザを用いることが好ましい。記録光の波長λ1よりも再生光の波長λ2を小さくすることにより、再生光の波長に合わせた高密度化ができるために好ましい。具体的には、例えば、記録光の波長λ1が0.73μm≦λ1≦0.83μmを満たし、再生光の波長λ2が0.6μm≦λ2≦0.7μmを満たす記録光及び再生光を利用することが好ましい。このような波長を有する光源としては、具体的には、例えばλ1=0.78μm、λ2=0.66μmを出射する半導体レーザが挙げられる。
記録光の波長λ1=0.78μmの光源を用いる場合、記録層を形成するための記録材料としては、λ1=0.78μmの波長の吸収率に比べて、λ1の1/2波長またはその近傍波長(差は±0.03μm以内)である、0.39μmまたは0.36〜0.42μmの範囲の波長の場合の方が大きくなる材料を記録材料として用いることにより2光子吸収現象を用いて記録することができる。
そして、層数nがいずれの場合においても、各記録層1の透過率Tが、T≧0.7071/(n−1)の条件を満たす場合には、前記最下層の記録層1eに入射する記録光の光強度を最上層の記録層1aに入射する記録光の光強度の0.707倍以上にすることができる。そして、前記記録層1eにおける記録光7eの光強度の低下量が、最上層における記録光7aの光強度の約3割(0.293倍)以下に抑えられる。そして、この場合に2光子吸収記録を用いた場合には、最下層の記録層1eの記録感度が最上層の記録層1aにおける記録感度の半分以上になる。従って、全ての記録層においてフォーカスサーボをかけながら良好に記録することが可能になる。
ここで、層数nの記録層を有する記録部を備えた情報記録媒体において、記録波長λ1における、記録層1層あたりの透過率がT=0.7071/(n−1)となる場合の1層あたりの透過率と記録層の層数との関係を表したグラフを図2に示す。例えば、n=4の場合、T=0.8909、n=6の場合、T=0.9330、n=8の場合、T=0.9517、n=10の場合、T=0.9622、n=20の場合、T=0.9819、n=40の場合、T=0.9911、n=50の場合、T=0.9929、n=100の場合、T=0.9965、n=200の場合、T=0.9983、n=208の場合、T=0.9983、n=300の場合、T=0.9988、n=305の場合、T=0.9989である。
本実施形態においては、図1に示すように、記録層1にトラック溝32が形成されている。従って、0次の反射回折光と±1次の反射回折光の干渉効果を用いた公知のプッシュプル法により、トラックサーボ用の誤差信号が得られる。検出されうる光強度の基準となる、記録層1eにおける最大の反射率(0次の反射回折光と±1次の反射回折光との和)は、典型的には1−Tの60〜95%程度である。なお、前記最大の反射率は溝32の深さによっても調整しうる。
T≧0.7071/(n−1)の条件を満たす場合、1−Tは、n=4の場合、1−T=0.1091、n=6の場合、1−T=0.067、n=8の場合、1−T=0.0483、n=10の場合、1−T=0.0378、n=20の場合、1−T=0.0181、n=40の場合、1−T=0.0089、n=50の場合、1−T=0.0071、n=100の場合、1−T=0.0035、n=200の場合、1−T=0.0017、n=208の場合、1−T=0.0017、n=300の場合、1−T=0.0012、n=305の場合、1−T=0.0011である。最大の反射率は、前記各1−Tの値の5〜40%程度低下した値である。
なお、最大の反射率が0.001より大きい場合には、迷光(ノイズ光)の影響を減らす効果(SN比)を向上する効果が高い。このことから、記録層の層数が、層構造により異なるが、最大層数が208〜305層以下の場合には、記録層を充分に確保しながらSN比を向上させることができる。
記録層が上記透過率の条件(T≧0.7071/(n−1))を満たすためには層数が多くなるほど透過率が高くなる必要があるために、記録層の形成に用いられる記録材料としては、記録光の波長λ1及び再生光の波長λ2に対して記録層の未記録領域及び記録済領域においても実質的な吸収がない、実質的に透明な材料を用いることが好ましい。なお、実質的に透明であるとは、記録光の波長λ1及び再生光の波長λ2に対して、1層あたりの吸収率が0.005以下であり、好ましくは0〜0.001である。以下では、実質的に透明であるという定義はこれに従うものとする。
また、本実施形態における前記記録材料としては、記録光の照射により2光子吸収を起こして屈折率の実数部のみが変化し、未記録時も記録後も実質的に記録光の吸収損失がない屈折率の虚数部の変化が0の屈折率記録が可能な材料が用いられる。このような材料は、記録光の1/2の波長またはその近傍波長の方が、記録光の波長λ1の吸収率よりも大きくなる材料である。このような材料により2光子吸収現象による記録を行うことができる。
このような材料を用いた記録層には、記録光の吸収が無くても記録ピットを形成することができる。従って、記録層が4層以上、さらには10層以上を有するような情報記録媒体を得る場合には特に好ましい。そのような記録材料を用いることにより、各記録層における透過率と反射率とを向上させることができる。
なお、従来の相変化記録材料を用いた1光子吸収現象による記録の場合、記録層の層数が1〜3層であれば、記録層の膜厚を薄くすることにより、最下層にも記録ピットを形成することができた。しかし、薄くできる膜厚には限界があり、4層以上の層数の場合には、1光子吸収現象による記録では吸収損失が大きくなるために、最下層の記録層に良好に記録することができない。
前記記録材料の具体例としては、例えば、フォトクロミック材料の1つであるジアリールエテンまたはその誘導体と、必要により、全体の10〜50wt%の略透明な樹脂とを混入して形成される材料が挙げられる。前記フォトクロミック材料によれば、異性体の開環体と閉環体を記録モードとして用いることができる。この場合、開環体よりも閉環体の方が屈折率が高い。従って、例えば、開環体を未記録状態、閉環体を記録済状態に対応させて記録材料として用いた場合、記録することにより記録ピットの屈折率が増加する。そして、フォトンモードで一回記録できるライトワンス記録または記録消去が可能なリライタブル記録を実現できる。なお、用途に応じて、開環体を記録状態、閉環体を未記録済状態に対応させて記録材料として用いることも可能である。この場合、記録すると記録ピットの屈折率が低下する。
フォトンモードの記録材料を用いることにより、高速記録が可能である。しかも熱の影響がないために熱的に安定な記録を実現することができる。従って、熱拡散を考慮する必要がなく、記録層や中間層を単層で構成することができるために、層構造が単純になり低コスト化が実現できる。
例えば、cis−1,2−Dicyano−1,2−bis(2,4,5−trimethyl−3−thienyl)ethene(以下、単にジシアノ体ともいう)のジアリールエテンでは、記録波長λ2=0.78μmでは実質的に透明であり、また、その半分の波長0.39μmでは吸収率が大きく、半導体レーザ光源でも2光子吸収記録が充分に可能である。ジシアノ体の開環体は、2光子吸収記録により閉環体に変化する。このとき、1.55の屈折率が、最大で約1.6の屈折率に変化する。また、赤〜赤外光領域での再生波長では吸収はなく、屈折率のみが高くなるために、それを利用して光記録が可能になる。
なお、ジアリールエテンには色々の誘導体があり、具体的には、1,2−Bis[2−methylbenzo[b]thiophen−3−yl]−3,3,4,4,5,5−hexafluoro−1−cyclopentene、2,3−Bis(2,4,5−trimethyl−3−thienyl)maleic Anhydride、2,3−Bis(2,4,5−trimethyl−3−thienyl)maleimide、cis−1,2−Dicyano−1,2−bis(2,4,5−trimethyl−3−thienyl)ethene等が挙げられるが、本発明においてはジアリールエテンの骨格構造を有する材料であれば、特に限定されない。
また、ジアリールエテンまたはその誘導体と、例えば、PMMA(ポリメチルメタアクリレート)や紫外線硬化樹脂等の略透明な樹脂との混合により、屈折率等を調整するとともに、ジアリールエテンの再結晶化の防止効果やスピンコートでの塗布を容易にすることができる。
ここで、ガラス基板上に10μm厚の前記ジシアノ体からなる層を形成したときの波長と透過率の関係を図3のグラフに示す。前記透過率は、分光光度計で測定したものであり、表面及び裏面のフレネル反射を約10%程度含んでいる。図3のグラフに示すように、前記ジシアノ体からなる層においては、記録波長λ1=0.78μm及び再生波長λ2=0.66μmではジシアノ体の開環前後いずれにおいても実質的に透明である。なお、例えば0.1μm厚の記録層が100層の場合においても、同等のグラフになることは光学的に明らかである。
さらに、その他の記録材料としては、側鎖型液晶性高分子やフォトポリマー等のフォトンモードで記録できるその他の材料も使用できる。
側鎖型液晶性高分子を記録材料として用いた記録層は、記録後の記録ピット5の屈折率の変化量Δrが、例えば、Δr=0.2程度のように大きいという特徴がある。また偏光方向を記録することができるために、記録容量を略2倍に増やすことが可能である。
またフォトポリマーを記録材料として用いた記録層は、記録後の情報維持の安定性が高いためにライトワンス記録に適している。フォトポリマーは、例えば、2種類の光重合性モノマー、重合開始剤、増感色素から構成される。例えば、光重合性モノマーとして、メタクリル化合物及びアリル化合物、重合開始剤として、ベンジル、増感色素として、ミヒラーケトンを含有するフォトポリマー2おいては、記録時において、集光スポットの焦点では、2光子吸収により、光重合速度の速いメタクリル化合物が凝集してポリマー化し屈折率が上昇し、このとき、アリル化合物モノマーは拡散により記録ピット部から押しのけられて、記録ピットが形成される。
上記以外の記録材料としては、有機色素、ZnO等の超微粒子を混入した樹脂膜、ZnS膜、TeO膜等も好ましい。これら記録材料の屈折率変化を利用することにより、光の吸収損失が減少するため好ましい。本発明において、屈折率の変化量は記録光の照射方法により制御されてもよい。記録光として数W〜数10kWと比較的ピークパワの高いパルス光を用い、ボイドと呼ばれる空のピットを記録してもよい。ピットがボイドの場合には、屈折率が1であるので、記録膜の屈折率が、例えば1.7の場合、屈折率変化量はΔr=−0.7と大きくなり、絶対値が大きくなる。このため、コントラスト良く信号が再生される。
記録層1の間に形成される中間層2は、記録光の波長λ1及び再生光の波長λ2に対して実質的に透明な層である。中間層2を形成する材料としては、例えば、UV(紫外線)硬化樹脂、可視光硬化樹脂、PMMA、ノルボルネン樹脂、またはシクロオレフィン樹脂等の透明樹脂が挙げられる。これらは、求める屈折率、透過率、または反射率に応じて、好ましいものが選ばれる。
また、基板9を形成する材料としては、例えば、ポリカーボネートや、PMMA、ノルボルネン樹脂(例えば、「アートン」(JSR株式会社製)、またはシクロオレフィン樹脂(例えば、「ゼオネックス」(日本ゼオン株式会社製)等の樹脂が挙げられる。
また、必要に応じて設けられる、保護層4は、記録光7Aの波長λ1及び再生光7Bの波長λ2に対して実質的に透明な材料から構成される。具体的には、例えば、中間層2と同じ材料を用いることにより、製造が簡便になるが、中間層2と異なる他の透明な材料を用いてもよい。
次に、本実施形態における情報記録媒体21の透過光及び反射光と記録層の記録前後における屈折率の変化との関係について説明する。
図4に本実施形態における情報記録媒体21の記録部3を拡大した模式図を示す。図4中、記録層1a〜1eには、それぞれトラック溝32が複数列形成されている。そして、トラック溝32を形成することによりトラック42が形成される。トラック42は記録するための領域である。トラック42中の未記録領域11は記録ピット5が形成されていない状態を示し、記録済領域10は記録ピット5が形成された状態を示す。
そして、例えば、記録層1bの場合、未記録領域11へピークパワが記録光に比べて小さい再生光28bが入射すると、反射光25b、透過光26bが生じる。また、記録済領域10へピークパワが記録光に比べて小さい入射光28aが入射すると、反射光25a、透過光26aが生じる。
記録光の波長λ1において、記録層1の未記録領域11の屈折率(例えば、1.55)と中間層2の屈折率(例えば、1.65)との差(例えば、0.1)が、記録層1の記録済領域10の屈折率(例えば、1.60)と中間層2の屈折率(例えば、1.65)との差(例えば、0.05)よりも大きい場合は、未記録領域11の反射率は大きくなり、記録済領域10の反射率は小さくなる。従って、記録層1の未記録領域11における1層あたりの透過率をT1、記録層1の記録済領域10における1層あたりの透過率をT2とした場合、T2>T1となる。
すべてのトラック42が未記録時の記録層1の平均の透過率はT=T1になる。一方、トラック42の幅がトラックピッチの半分である一般的なトラックにおいて、DCフリーのPWM変調で記録したとき、すべてのトラック42が記録済の時の記録層1の透過率は、平均するとT=(3T1+T2)/4と近似できる。なお、記録ピット5による1層当たりの回折損失は0.001以下であるために無視できる。従って、記録後の透過率の方が高くなる。
よって、透過率が低い未記録領域11における透過率がT1≧0.7071/(n−1)を満たす場合には、ターゲット層1eの上層の記録層1a〜1dのトラック42がすべて未記録状態でも、光強度は最下層の記録層1eで約0.7倍(0.707倍)以上確保される。この場合、対物レンズ6に最も近い最上層1aから最下層1e方向に向かって順次3次元的に記録(ライトワンス記録)すれば、記録層1の透過率は記録により向上するため、光強度の減衰が抑制されるために、より好ましい。
一方、記録光の波長λ1において、記録層1の未記録領域11の屈折率(例えば、1.55)と中間層2の屈折率(例えば、1.50)との差(例えば、0.05)が、記録層1の記録済領域10の屈折率(例えば、1.60)と中間層2の屈折率(例えば、1.50)との差(例えば、0.10)よりも小さい場合には、未記録領域11の反射率は小さくなり、記録済領域10の反射率は大きくなる。従って、記録層1の未記録領域11における1層あたりの透過率をT1、記録層1の記録済領域10における1層あたりの透過率をT2とした場合、T2<T1となる。
すべてのトラック42が未記録時の記録層1の平均の透過率はT=T1である。一方、すべてのトラック42が記録済時の記録層1の透過率は、平均するとT=(3T1+T2)/4と近似できる。よって、記録後の透過率の方が低くなる。
よって、記録後の透過率が(3T1+T2)/4≧0.7071/(n−1)を満たす場合には、ターゲット層1eの上層の記録層1a〜1dのトラック42がすべて記録済状態でも、光強度は最下層の記録層1eで約0.7倍(0.707倍)以上確保される。この場合、対物レンズ6から最も遠い最下層1eから上層1aに向かって順次3次元的に記録(ライトワンス記録)すれば、ターゲット層1eより上層の記録層1a〜1dでは、記録による透過率の低減が抑制されるために、より好ましい。
次に、再生時の透過率について述べる。例えば、図1(B)において、記録ピット5に再生光7Bを入射させて、そこからの反射光8Bを検出する場合、記録層1透過の際に、再生光7Bは往路だけでなく復路でも記録層1での反射と吸収により光損失を受ける。記録層1の未記録領域11と記録済領域10は、再生光の波長に対して実質的に透明であることが好ましく、そのような記録材料を用いることにより、各記録層における透過率と反射率を向上させることができる。
記録層1にトラック溝32を形成した場合、再生時においても、0次の反射回折光と±1次の反射回折光の干渉効果を用いた公知のプッシュプル法により、トラックサーボ用の誤差信号が得られる。具体的には、例えば、再生時のターゲットの記録層の最大の反射率として、各記録層において1−Tの60〜95%程度が得られる。
ターゲット層が最上層1aの場合に得られる反射光強度を基準にすると、ターゲット層が最下層1eの場合に得られる反射光強度が、0.5倍以上であれば、再生用光源のパワ調整をそれほどしなくとも(数割〜5割程度)、もしくは全く無調整で実用的な再生信号が得られることが判明した。従って、再生光の波長において、記録層1の1層あたりの透過率TRを、記録層1の層数nに対して、TR≧0.7071/(n−1)となるようにすれば、ターゲット層が最下層1eの場合に得られる反射光強度は、最上層1aの場合の0.5倍以上を得ることができる。
さらには、再生光の波長λ2において、記録層1の未記録領域11の屈折率(例えば、1.55)と中間層2の屈折率(例えば、1.65)との差(例えば、0.10)が、記録層1の記録済領域10の屈折率(例えば、1.60)と中間層2の屈折率(例えば、1.65)との差(例えば、0.05)よりも大きい場合は、記録層1の未記録領域11における1層あたりの透過率をTR1、記録層1の記録済領域10における1層あたりの透過率をTR2(>TR1)とすると、すべてのトラック42が未記録時の記録層1の透過率はTR=TR1、すべてのトラック42が記録済時の記録層1の透過率は、記録ピット5による1層当たりの回折損失は0.001以下のためほとんど無視でき、平均してTR=(3TR1+TR2)/4となる。このとき、トラック42の幅はトラックピッチの半分とし、DCフリーのPWM変調で記録した場合である。従って、記録後の方が透過率TRは向上するため、TR1≧0.7071/(n−1)を満たすようにすれば、ターゲット層1eの上層の記録層1a〜1dのトラック42がすべて未記録状態でも、最下層1eからの反射光強度は半分以上確保できるので、より好ましい。
また、再生光の波長λ2において、記録層1の未記録領域11の屈折率(例えば、1.55)と中間層2の屈折率(例えば、1.50)との差(例えば、0.05)が、記録層1の記録済領域10の屈折率(例えば、1.60)と中間層2の屈折率(例えば、1.50)との差(例えば、0.10)よりも小さい場合は、記録層1の未記録領域11における1層あたりの透過率をTR1、記録層1の記録済領域10における1層あたりの透過率をTR2(<TR1)とすると、すべてのトラック42が未記録時の記録層1の透過率はTR=TR1になる。一方、トラック42の幅がトラックピッチの半分である一般的なトラックにおいて、DCフリーのPWM変調で記録したとき、すべてのトラック42が記録済時の記録層1の透過率は、平均すると、TR=(3TR1+TR2)/4と近似できる。なお、記録ピット5による1層当たりの回折損失は0.0数%程度であるためにほとんど無視できる。従って、記録後の方が透過率TRは低下するため、(3TR1+TR2)/4≧0.7071/(n−1)を満たすようにすれば、ターゲット層1eの上層の記録層1a〜1dのトラック42がすべて記録済状態でも、最下層1eからの反射光強度は半分以上確保できるので、より好ましい。
ただし、再生用光源は、記録用光源に比べて、必要なピークパワは小さく(例えば、1mW〜10mW程度)、最大出力には余裕があるため、所定の記録層における反射光強度が0.5倍よりも低下した場合、光源のパワを強くすることにより反射光強度を調整することが可能である。例えば、最下層の記録層1に近づくにつれて、再生用光源の出力パワを高めることにより、充分な量の反射光強度8Bを確保することが可能である。
本実施の形態では、記録光の波長λ1、再生光の波長λ2、未記録領域の屈折率r1、記録済領域の屈折率r2に対して、記録層1の厚さLは、0.63λ2/(4r2)≦L≦1.37λ2/(4r2)を満たすように設定した。0.63λ2/(4r2)≦L≦1.37λ2/(4r2)を満たすことにより、再生光の最大の反射率の7割以上の反射率が得られる。最大の反射率の7割以上の反射率が確保されれば、従来の光学情報記録再生装置で使用されている光検出器の検出回路のICの構成を変えることなく、良好な再生信号が得られることが確認されている。また、L=λ2/(4r2)のときには、再生光の波長λ2では、記録層1の最大の反射率が得られるため、再生信号のSN比が良くなり、良好に再生することができる。さらに、記録層1の厚さLを、0.63λ1/(4r2)≦L≦1.37λ1/(4r2)を満たすように設定すれば、記録光の波長λ1では、記録光の最大の反射率の7割以上が得られるため、記録時のサーボ用の誤差信号のSN比が良くなる。しかしながら、記録光7Aの強度は、再生光7Bの強度より、十分に大きいために、記録層1の厚さLは、0.63λ2/(4r2)≦L≦1.37λ2/(4r2)を満たす方が好ましい。
λ1=0.78μm、λ2=0.66μmにおいて、例えば、r1=1.55、r2=1.60、中間層2の屈折率が1.65(>r2)の場合、0.065μm≦L≦0.14μm、さらにはL=0.10μmであることが好ましい。この場合、記録光の波長λ1では、T1=0.9964、T2=0.9991となり、すべてのトラック42が未記録のときの透過率はT=T1=0.9964、すべてのトラック42が記録済のときの透過率は、平均してT=(3T1+T2)/4=0.9971となる。従って、すべてのトラック42が未記録のときでも、記録層1の層数はn=97が十分可能で、すべてのトラック42が記録済のときはn=120が可能となる。記録層1の屈折率は材料によりある程度決まるが、中間層2の材料は選択の余地が大きく、その結果中間層の屈折率はほぼ自由に選べるので、記録光の波長λ2において、中間層の屈折率を記録済領域10の屈折率r2に近づける(好ましくは差が0.1以内)ことにより記録済のときの透過率を増加させ、トータル的に層数nを増やす(例えば、100層程度)ことができる。
このとき、再生光の波長λ2では、TR1=0.9961、TR2=0.9991となり、すべてのトラック42が未記録のときの透過率はTR=TR1=0.9961、すべてのトラック42が記録済のときの透過率は、平均してTR=(3TR1+TR2)/4=0.9969となる。また、再生光波長λ2において、中間層の屈折率を記録済領域10の屈折率r2に近づける(好ましくは差が0.1以内)ことにより透過率TR2を増加させ、検出信号強度を増加させることができる。さらに再生光の波長λ2において、記録済領域10の屈折率r2と中間層の屈折率を実質的に同じにすることにより、ほぼTR2=1となり、再生信号の変調率(コントラスト)をほぼ100%にすることができる。
λ1=0.78μm、λ2=0.66μmにおいて、例えば、r1=1.55、r2=1.60、中間層2の屈折率が1.50(<r1)の場合、0.065μm≦L≦0.14μm、さらには、L=0.10μmであることが好ましい。この場合、記録光の波長λ1では、T1=0.9990、T2=0.9961となり、すべてのトラック42が未記録のときの透過率はT=T1=0.9990、すべてのトラック42が記録済のときの透過率は、平均してT=(3T1+T2)/4=0.9983となる。従って、すべてのトラック42が未記録のときは、記録層1の層数はn=347が可能で、すべてのトラック42が記録済のときは、記録層1の層数はn=204が可能となる。記録光波長λ1において、中間層の屈折率を未記録領域の屈折率r1に近づけることにより未記録領域のときの透過率はTRを増加させ、層数nを増やす(例えば、数100層程度)ことができる。この場合、中間層の屈折率と未記録領域の屈折率r1とを同じにすると、未記録状態では反射信号が得られなくなるので、中間層の屈折率と未記録領域の屈折率r1との差は、0.04〜0.1程度が好ましい。
このとき、再生光の波長λ2では、TR1=0.9989、TR2=0.9958となり、すべてのトラック42が未記録のときの透過率はTR=TR1=0.9989、すべてのトラック42が記録済のときの透過率は、平均してTR=(3TR1+TR2)/4=0.9981となる。また、再生光波長λ2において、中間層の屈折率を未記録領域10の屈折率r1に近づけることにより未記録時の透過率TR1を増加させ、検出信号強度を増加させることができる。この場合、中間層の屈折率を未記録領域10の屈折率r1と同じにすると、未記録状態では反射信号が得られなくなるので、中間層の屈折率と未記録領域10の屈折率r1の差は、0.04〜0.1程度であることが好ましい。
次に、本実施の形態の情報記録媒体21の製造方法について説明する。本実施の形態の情報記録媒体21の製造方法としては、従来公知の製造方法を採用することができる。具体的には、図5に示されるように、トラック溝32を射出成形法により形成した基板9に、例えば、スピンコート法を用いることにより記録層1eを形成する(図5(B))。次に、その上に、同様にスピンコート法により中間層2dを形成する(図5(C))。次に、スタンパ等による転写手段を用いて中間層2dにトラック溝33を形成する(図5(D))。そして、トラック溝33が形成された中間層2d上に、同様にして、記録層1d、中間層2c、トラック溝、記録層1c、中間層2b、・・・、が繰り返し形成される。このようにして複数の記録層と中間層を有する記録部3が形成される。最後に、保護層4が、例えば塗布や、フィルム形成法により、記録部3上に形成される(図5(F))。スピンコート法等の塗布法を用いて、各記録層と各中間層が形成されることにより、情報記録媒体の作製が容易で、低コスト化が可能になる。
本実施の形態において、中間層2及び記録層1は余剰に形成されてもよい。そして、余剰に形成された部分(つまり記録部の一部であって、光が入射する側の部分)が保護層4として使用されてもよい。この記録部の構成によれば、別工程での保護層4の形成が不要となり、記録部3と実質的に同じ材料からなる保護層が形成される。
各記録層1の膜厚は実質的にそれぞれ等しくすることにより、塗布工程の条件が同じになり製造が容易になる。また、各中間層2の膜厚も実質的にそれぞれ等しくすることにより、同じく製造が容易になる。さらに、各記録層1及び各中間層2を単層構造にすることにより、製造が容易になるために好ましい。
次に、本実施の形態の情報記録媒体に記録ピットを記録再生するための光学情報記録再生装置が説明される。図6に示すように、本実施の形態の光学情報記録再生装置40は、記録用光源20aと再生用光源20bのそれぞれ波長が異なる2種類の光源を有している。そして、光源20a、20bから情報記録媒体21までの光路中に、ビームスプリッタ18a、コリメータレンズ16、ビームスプリッタ18b、立ち上げミラー12、波長板24、球面収差補正素子13、対物レンズ6が配置されている。
復路における、ビームスプリッタ18bから光検出器19の光路には、フォーカス/トラック誤差信号検出素子15、検出レンズ23、情報記録媒体21の層間クロストークを小さくするピンホール14が配置されている。
記録用光源20aは、波長がλ2=0.78μmの記録用の半導体パルスレーザ光源であり、記録時は記録ピットからなる記録マークの長さに応じてパルス幅を、例えば、1ナノ秒から100ナノ秒の間で変化させて出射させる。例えば、記録マークが長いほどパルス幅を長くすることが好ましい。再生用光源20bは、例えば、波長0.66μmの再生用の半導体レーザ光源である。半導体レーザ光源にすることにより、低コスト化が可能になる。2光子吸収記録においては、パルス光源を用いることによりピークパワの大きな記録光を出しやすくなり感度的に有利である。また、そのような記録では、記録ピットサイズは、その非線形現象により、通常の1光子吸収記録に比べて小さくできるため、再生光の波長で情報記録媒体21の記録容量が決まることになる。2光子吸収記録では、スポット径は0.7倍に微細化するためである。そのため、再生用光源20bの波長を、記録用光源20aの波長よりも短くすることにより、より高密度化することができる。なお、2光子吸収記録では、再生用光源20bの波長は、記録用光源20aの波長の約0.7倍がより望ましい。
なお、半導体レーザ光源であれば、ピークパワの大きなパルス光を出射させて記録用光源20aとし、ピークパワの小さな連続光を出射させて再生用光源20bとすることにより、記録用光源20aが再生用光源20bを兼ねることは可能であり、その場合はビームスプリッタ18a等の部品点数が減るため構成が簡単になるが、高密度化という点では、光源を別にする方が好ましい。
波長板24は、図6に示されるように、対物レンズ6と光源20までの記録再生光の共通光路に配置されている。この波長板24は、両波長の違いを利用して、記録光22aに対しては実質的にλ/4板か、またはそれに近くなるように設計され、再生光22bに対しては実質的にλ/2板もしくはλ板となるか、またはそれに近くなるように設計されている。また、ビームスプリッタ18aも、波長の違いを利用して、記録光22aは透過、再生光22bは反射し、さらに、ビームスプリッタ18bも、波長の違いを利用して、記録光22aに対しては偏光ビームスプリッタで、再生光22bに対しては、偏光方向にほとんど依存しない、ハーフミラーとして機能するように設計されている。
本実施の形態の光学情報記録再生装置40は、図6に示されるように、記録時においては、記録用光源20aからY軸方向に出射された直線偏光でピークパワの比較的大きなパルスレーザ光の記録光22aが、まずビームスプリッタ18aを通過する。そして、記録光22aはコリメータレンズ16により、略平行光となり、ビーム分岐素子であるビームスプリッタ18bを透過して、立ち上げミラー12によって光路を−Z軸方向に折り曲げられる。そして、−Z軸方向に折り曲げられた記録光22a(レーザ光7)は、波長板24で実質的に円偏光に変換され、球面収差補正素子13を通過して、例えば、開口数NA=0.85、焦点距離2mmの対物レンズ6によって、これまでに説明した構成を有する情報記録媒体21の保護層4を通過して記録部3の所望の記録層1eに集光する。そして、その反射光8を利用してフォーカスサーボ、及びトラックサーボを行いながら、2光子吸収過程を用いて、記録層1eに、記録ピット5の列が記録される。本実施の形態では、記録光の波長に対する記録層1の1層あたりの透過率を、記録層の層数n(nは4以上の整数)に対して、0.7071/(n−1)以上とすることにより、記録層1の最下層(図4では記録層1e)においても、記録パワの低下を低減し、記録用光源20aのパワ調整の必要がほとんどなく、その結果、波長飛びのないほぼ一定の波長の記録光22aの出射が可能となり、フォーカスサーボをかけながら各記録層1に良好に記録することができる。
記録光の波長において、記録層1の未記録領域の屈折率と中間層2の屈折率との差が、記録層1の記録済領域の屈折率と中間層2の屈折率との差よりも大きい場合は、対物レンズ6に最も近い記録層1aから記録ピットを3次元的に順次記録し、記録層1の未記録領域の屈折率と中間層2の屈折率との差が、記録層1の記録済領域の屈折率と中間層2の屈折率との差よりも小さい場合は、対物レンズ6から最も遠い記録層1eから記録ピットを3次元的に順次記録することにより、記録層1での透過率は向上するため好ましい。
このとき、対物レンズ6からの収束光が通過する記録部3の厚さが記録深さにより異なるので、光源20から対物レンズ6までの光路中に設けた球面収差補正素子13で記録部3中の記録される情報ピット5の記録深さに応じて、球面収差補正素子13で球面収差量を制御しながら記録するようにすれば、良好な記録ピット5が精度よく形成される。球面収差補正素子13は、屈折率分布が可変である液晶素子や、凹レンズと凸レンズを組み合わせてアクチュエータで両レンズの光軸方向の間隔を可変にしたビームエキスパンダー、または、光源20とコリメータレンズ16の間隔をアクチュエータ等で変えることができる可動コリメータレンズ等で構成される。
再生時においては、再生用光源20bから出射された直線偏光のレーザ光である再生光22bは、ビームスプリッタ18aによりY軸方向に折り曲げられ、同じく、コリメータレンズ16により、略平行光となり、ビームスプリッタ18bを透過して、立ち上げミラー12によって光路を−Z軸方向に折り曲げられる。そして、−Z軸方向に折り曲げられた再生光22b(レーザ光7)は、波長板24、球面収差補正素子13を通過して、直線偏光のまま、対物レンズ6によって情報記録媒体21の記録部3の所望の記録層1eの記録ピット5に集光する。
再生光の波長において、記録層1の1層あたりの透過率TRは、記録層1の層数n(nは4以上の整数)に対して、TR≧0.7071/(n−1)を満たすことにより、ターゲット層が最下層1eの場合に得られる反射光強度は、最上層1aの場合の0.5倍以上を得られるため、再生用光源20bのパワ調整をそれほどしなくとも(数割〜5割程度)、もしくは全く無調整で実用的な再生信号が得られることが可能となる。
記録ピット5によって反射されたレーザ光8は、逆方向に折り返し、対物レンズ6、球面収差補正素子13、波長板24、立ち上げミラー12を順に通過し、ビームスプリッタ18bにより光軸をZ軸方向に曲げられ、回折型フォーカス/トラック誤差信号検出素子15によって、複数の光に分岐され、検出レンズ23により検出収束光17、17’となる。再生信号光となる検出収束光17はピンホール14を通過して光検出器19aにより信号が検出される。分岐されたフォーカス/トラック誤差信号となる検出収束光17’は、ピンホールを通過させずに、別の光検出器19bで検出される。フォーカス/トラック誤差信号光となる検出収束光17’は、ピンホールを通過させない構成により、非点収差法やSSD法(スポット・サイズ・ディテクション法)によりフォーカス誤差信号が、3ビームトラッキング法や位相差法によりトラック誤差信号が検出される。すなわち反射光8を利用してフォーカスサーボ、及びトラックサーボを行いながら、記録層の光学定数の変化を利用することにより記録ピットが記録/再生される。
検出レンズ23の焦点距離は、例えば33mmであり、光検出器19側でのエアリーディスク径は、例えば、9.6μmである。ピンホール14は、検出収束光17の略焦点の位置に設置されているが、ピンホール14を設けることにより、所望の記録層1eではない光軸方向の上下の記録層1a〜1dに存在する記録ピット5が、対物レンズ6の収束光の照射により発生させる不要反射光であるクロストーク(層間クロストーク)光がピンホール14の外部に分布する。それらの光はピンホール14内に入らなくなるため、層間クロストークが減少する。また、ピンホール14の代わりに、光検出器の受光部がピンホール径の大きさを有する微小光検出器19aにより、検出収束光17を検出するようにしても同様の効果が得られる。
本実施の形態では、ピンホール14の大きさが再生信号光の検出収束光17のエアリーディスク径の5倍以下であれば、例えば、記録層1の層間隔Δd=5〜8μmでも問題ないレベル(層間クロストーク量≦30dB)まで再生信号の品質が向上された。ただし、ピンホール14の大きさを小さくすると、記録層1の間隔(中間層2厚さ)をより小さくすることが可能であるが、小さくし過ぎると、ピンホール14に入る光量が減少したり、環境温度により、光学系が歪んで、検出収束光17が、ピンホール14の中心からずれる傾向がある。層数nが大きくなるにつれて、検出光量が低下するために、APD(アバランシェフォトダイオード)を使用することにより信号強度が強められる。
(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2の情報記録媒体及びその製造方法、並びに光学情報記録再生装置について、図7から図11を用いて、実施の形態1と異なる点を中心に説明する。図7は実施の形態2における情報記録媒体の構成と信号を再生する様子を示す説明図、図8は実施の形態2における光学情報記録再生装置の構成と情報記録媒体の信号を記録/再生する様子を示す説明図、図9は本発明の実施の形態2における情報記録媒体の製造工程のうち、記録部と基板の接着工程を説明する図、図10は実施の形態2における情報記録媒体の製造工程のうち、塗布工程及び乾燥工程を説明する図、図11は、本発明の実施の形態2における情報記録媒体の他の製造工程の塗布工程及び乾燥工程を示す模式図である。
図7に示すように、実施の形態2の情報記録媒体21’と実施の形態1の情報記録媒体21との異なる点は、各記録層1’(図7では1’a〜1’dの4層が図示されている)は平坦であり、トラック溝を有さない。また、基板9と記録部3’との間にトラック溝32を具備するトラックガイド層31が形成されている。記録光7がターゲットの記録層1’cの記録領域であるトラック42’に入射し、未記録領域11’に記録ピット5を形成する。
記録層1’cのトラック42’から発せられる反射光8は、各記録層1’がトラック溝を有さないために、0次回折の反射光である。従って、トラック溝に記録光を照射することにより発生するような±1次以上の高次の回折光が発生しないために、迷光になる光損失が減少する。従って、透過光強度と透過率、及び反射光強度と反射率を大きくすることができる。そして、迷光が減少するために、反射信号である反射光8のSN比を向上させることができる。
記録光波長λ1または再生光波長λ2において記録層1’が実質的に透明な場合には、記録層1’cでの最大の反射率は、記録ピット5における回折損失が発生する分を除いて、記録層1’の透過率をTとした場合、典型的に1−Tとなる。なお、前記回折損失分は反射率に対して数%程度である。なお、実施の形態1の情報記録媒体21では、最大の反射率は1−Tの0.6〜0.95倍の値であった。トラック溝のない平坦な記録層1’のトラック42’からの反射光8を光検出器(図示無し)で検出することにより、SN比の良いフォーカスサーボ用の誤差信号と、再生光の場合は再生信号を同時に得ることができる。
本実施の形態の情報記録媒体21’でも、記録光波長λ1において、記録層1’の1層あたりの透過率Tが、T≧0.7071/(n−1)を満たすことにより、どの記録層1’においてもフォーカスサーボをかけながら、記録用光源のパワ調整をそれほど必要とせず、もしくはパワ調整なしに、2光子吸収等の非線形記録でも良好に記録することができる。なお、最大で3割程度のパワを強化する調整はできる。
情報記録媒体21’においては、各記録層はトラック溝を有さず、トラックガイド層31が有するトラック溝にトラックガイド照明光を照射することにより、トラックサーボが行われる。トラックガイド照明光33は、対物レンズ6でトラックガイド層31のトラック溝32に集光される。そして、その反射光の回折光であるトラックガイド反射光34を光検出器(図示無し)で検出することにより、再生光又は記録光7のトラックサーボ用の誤差信号を得ることができる。再生光又は記録光7は、トラックガイド照明光33と同期して、得られたトラックサーボ用誤差信号を用いてトラックピッチ方向(±Y方向)の最適な位置(トラック上)にアクチュエータ等で移動させればよい。
本実施の形態の光学情報記録再生装置60は、図8に示されるように、実施の形態1と同様の各構成要素に加えて、トラックガイド照明用光源20cとトラックガイド照明用集光レンズ43との組み合わせから構成されるトラックガイド照明光生成手段61をさらに備えている。
図8においては、トラックガイド照明用光源20cから出射したトラックガイド照明光33(22C)が、トラックガイド照明用集光レンズ43で集光状態が調整されたのち、ビームスプリッタ18cを通過する。そして、トラックガイド照明光33はコリメータレンズ16により、略平行光となり、ビームスプリッタ18bを透過して、立ち上げミラー12によって行路を−Z軸方向に折り曲げられる。そして、−Z軸方向に折り曲げられたトラックガイド照明光33は、波長板24、球面収差補正素子13を通過して、例えば、開口数NA=0.85、焦点距離2mmの対物レンズ6によって、トラックガイド層31に集光される。トラックガイド層31における反射光の回折光であるトラックガイド反射光34は、逆方向に折り返し、対物レンズ6、球面収差補正素子13、波長板24、立ち上げミラー12を順に通過し、ビームスプリッタ18bにより光軸をZ軸方向に曲げられる。Z軸方向に曲げられたトラック誤差信号であるトラック誤差信号光17”はトラック誤差信号光検出器19’cにより検出される。なお、光検出器19’aは再生信号用光検出器、19’bはフォーカス誤差信号検出用である。トラック誤差信号光17”は、ピンホールを通過させない構成により、3ビームトラッキング法や位相差法のような公知の方法でトラック誤差信号が検出される。そして、トラック誤差信号光17”を利用してトラックサーボを行いながら、記録光や再生光により記録ピットが記録/再生される。
図8に示した光学情報記録再生装置60においては、トラックガイド照明用光源20cとトラックガイド照明用光源20cからの出射されるトラックガイド出射光22cの集光状態を調整するための集光レンズ43を設けている。トラックガイド照明用光源20cと集光レンズ43とは、トラックガイド層31にトラックガイド照明光33を集光できるように、例えば、対物レンズ6へのトラックガイド照明光の入射光が発散光になるように、集光レンズ43の焦点位置よりも近くに光源20cを配置されている。
トラックガイド照明光の生成手段としては、トラックガイド照明用光源20cを設ける上記のような手段の他、再生時には記録用光源20aを用い、記録時には再生用光源20bを用いることにより、各光源の近くにそれぞれ専用の集光レンズを設けて対物レンズ6への入射光33が発散光になるようにしてもよい。
次に、本実施の形態の情報記録媒体21’の製造方法について図9を参照して説明する。情報記録媒体21’の各記録層1’はトラック溝を有さない。従って、実施の形態1の情報記録媒体の製造方法で説明したような、各記録層ごとにトラック溝を形成する転写工程等が不要であり、製造工程が簡略になる。
はじめに、トラック溝32を有する基板9を射出成形により成形する(図9(A))。そして、トラック溝32の表面に、基板9の材料とは異なる光学的特性、具体的には屈折率や吸収率を有する材料からなる薄膜からなるトラックガイド層を形成する。前記薄膜としては基板の材料と異なる光学特性を有するものであれば限定なく用いられる。その具体例としては、例えばTeOやZnS等の無機誘電体薄膜や、有機薄膜等が挙げられる。このような薄膜によりトラックガイド層31を形成する(図9(B))。なお、前記薄膜の形成方法は特に限定されず、例えば、スパッタリング法や、プラズマCVD法等の各種CVD法、または、真空蒸着等により前記誘電体を形成したり、塗布により形成してもよい。
一方、別に準備した、記録波長λ1及び再生波長λ2に対して実質的に透明であるフィルム29の表面に、記録部3’を形成する。
フィルム29としては、厚さ50〜100μmのポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ノルボルネン樹脂、またはシクロオレフィン樹脂等からなるフィルムが好ましい。なお、これらのフィルムは、光学情報記録媒体21’の保護層4としても用いられる。
フィルム29上にスピンコート法により記録層1’aを形成し、さらに、中間層2aを形成する。同様にして、さらに、記録層1’b、中間層2b、・・・、が繰り返し形成される。このようにして複数の記録層と中間層を有する記録部3’を備えた記録部付フィルム33が形成される(図9(C))。
そして、基板9に形成されたトラックガイド層31と記録部3’とを対向するようにして、接着剤30を用いて貼り合せる(図9(D)、(E))。接着剤30としては、例えば、トラックガイド照明光に対して実質的に透明であるUV硬化樹脂や熱硬化性樹脂を用いることができる。接着剤30を塗布する際にもスピンコート法が好ましく用いられる。接着剤30の塗布量は接着剤30が硬化して形成される接着層の厚みがトラック溝32の凹凸形状を平滑化する程度であることが好ましい。このような接着層を設けることにより、トラック溝32の凹凸形状が記録部3’へ転写することを抑制できる。記録部3’へ凹凸形状が転写された場合には記録光又は再生光の照射時に不要な回折光が発生するためにSN比が低下するおそれがある点から好ましくない。
なお、記録部付フィルム33は基板9の外形よりも大きく形成し、記録部付フィルム33と基板9とを貼り合わせた後、基板9の外形に合わせて、記録部付フィルム33を切り抜くことにより、情報記録媒体21’を得る方法は以下の点から好ましい。
多層の記録層を有する情報記録媒体を基板上にスピンコート法により各層を積み上げて形成していく場合、塗布した樹脂が基板9の周縁部において盛り上がり、得られる情報記録媒体21’の周縁部分が厚くなる現象が生じる。このような情報記録媒体21’の面内における厚みのバラツキは、記録再生特性を低下させる原因になる。前記製造方法によれば、厚い周縁部を切り落とすことができるために情報記録媒体21’の面内における厚みのバラツキが小さくなり、記録再生特性が高まる。また、記録部付フィルム33の大きさにより、複数枚分の情報記録媒体21’の記録部3’を一度に作れることになり生産コストを下げうる。
また、大きな面積の記録部付フィルム33は以下に説明する製造方法により、連続的且つ効率的に作製される。
図10は、大きな面積の記録部付フィルム33を連続的に製造するための装置80の構成の一例を示す。図10中、35cは記録層形成用材料ライン、36cは中間層形成用材料ライン、37aは第1の記録層形成用ノズル、37bは第2の記録層形成用ノズル、38aは第1の中間層形成用ノズル、38bは第2の中間層形成用ノズル、39a及び39bはフィルム移送用ローラ、41は温風ライン、40a〜40dは温風ノズルである。また29はフィルムである。
フィルム29がフィルム移送用ローラ39a,39bにより、図10中の右方から左方に向かって移送される。このとき、フィルム29は実質的にたるみのない状態で移送される。そして、フィルム29上に、第1の記録層形成用ノズル37aを用いた噴霧塗布工法等により記録層形成用材料35が連続的に塗布される。前記塗布された記録層形成用材料35を温風ノズル40aからの温風に接触させることにより樹脂成分を硬化させ、第1の記録層1’aが形成される。次に、第1の記録層1’a上に、第1の中間層形成用ノズル38aにより中間層形成用材料36が連続的に塗布される。前記塗布された中間層形成用材料36を温風ノズル40bからの熱風に接触させて溶剤成分を除去することにより、第1の中間層2’aが形成される。なお、記録層形成用材料35及び中間層形成用材料36は、有機溶剤溶液またはエマルジョンの形態で所定の濃度に調製されている。そして、同様の方法により、さらに、第2の記録層2’a及び第2の中間層2’bが形成される。図10においては、記録層及び中間層がそれぞれ2層ずつ形成された場合を示しているが、記録層形成用ノズル、中間層形成用ノズル、及び温風ノズルの数をさらに増やすことにより、さらに層数を増すことができる。なお、各記録層の厚さ及び各中間層の厚さは、ノズルのサイズを変えることにより記録層形成用材料35及び中間層形成用材料36の塗布量を調整したり、材料の濃度を変えることにより、容易に調整しうる。具体的には、例えば、同じ粘度で同じ濃度の材料を用いる場合、記録層の厚さを0.1μm、中間層の厚さを5μmにしたい場合には中間層形成用ノズルの断面積を記録層形成用ノズルの断面積の50倍程度にすることにより、膜厚を略50倍にすることができる。
また、記録層または中間層の材料として、無溶媒タイプのUV硬化樹脂またはそれを混入して用いる場合には、温風ノズル40a〜40dに代えて、UV光照射装置を配設してもよい。UV光照射装置によりUV光を照射させて硬化させることにより、記録層及び中間層を形成することができる。
また、大きな面積の記録部付フィルム33をさらに連続的且つ効率的に作製しうる製造装置の模式図を図11に示す。
図11中、35cは記録層形成用材料ライン、36cは中間層形成用材料ライン、37aは第1の記録層形成用ノズル、38aは第1の中間層形成用ノズル、37bは第2の記録層形成用ノズル、38bは第2の中間層形成用ノズル、39a及び39bはフィルム移送用ローラ、40aは温風ノズルである。また29はフィルムである。
フィルム29がフィルム移送用ローラ39a,39bにより、図11中の右方から左方に向かって移送される。そして、フィルム29上に、第1の記録層形成用ノズル37aを用いた噴霧塗布工法等により記録層形成用材料35が連続的に塗布される。次に、前記塗布された記録層形成用材料35上に、第1の中間層形成用ノズル38aにより中間層形成用材料36が連続的に塗布される。そして、前記塗布された中間層形成用材料36上に、同様にして、第2の記録層形成用ノズル37bにより記録層形成用材料35が、さらに、第2の中間層形成用ノズル38bにより中間層形成用材料36が連続的に塗布される。
そして、フィルム29上に層状に記録層形成用樹脂と中間層形成用樹脂がそれぞれ2層ずつ塗布された記録層形成用材料35及び中間層形成用材料36からなる複合層を温風ノズル40aからの温風に接触させて溶剤成分を除去することにより、中間層及び記録層が形成される。このような製造装置によれば、記録層と中間層を複数セット同時に形成することができる。複数層セットの層を一度に形成することができるために、製造工程がより簡略化される。なお、前記塗布において、記録層形成用材料35と中間層形成用材料36とが混ざる場合には、記録層形成用材料35と中間層形成用材料36の層の間に、それらが混ざることを抑制するための界面分離層を設けてもよい。このような、界面分離層としては塗布可能なPMMAやPVA等の透明樹脂が用いられる。
(実施の形態3)
次に、本発明の実施の形態3の情報記録媒体について、実施の形態1及び実施の形態2の情報記録媒体と異なる点を中心に説明する。
実施の形態3の情報記録媒体と実施の形態1及び実施の形態2の情報記録媒体との異なる点は、記録層を構成する記録材料が記録光の波長及び/又は再生光の波長における吸収をごくわずかに有することである。
以下に記録材料の特性以外は図7に示した実施の形態2の情報記録媒体と同様の構成である情報記録媒体について図12を用いて説明する。なお、各記録層にトラック溝が形成された図1に記載されたような情報記録媒体についても同様に適用することができる。図1に記載されたような情報記録媒体については説明の重複を避けるために具体的な説明は省略する。
本実施の形態の情報記録媒体21’’は、記録光の波長λ1において、記録層1の未記録領域11’ ’の屈折率(例えば、1.55)と中間層2の屈折率(例えば、1.65)との差(例えば、0.1)が、記録層1の記録済領域10’’の屈折率(例えば、1.60)と中間層2の屈折率(例えば、1.65)との差(例えば、0.05)よりも大きい場合は、記録層1の未記録領域11’’における1層あたりの透過率をT1、記録層1の記録済領域10’’における1層あたりの透過率をT2、記録層1の未記録領域11’’における1層あたりの吸収率をA1、記録層1の記録済領域10’’における1層あたりの吸収率をA2とする場合、T1≧0.7071/(n−1)を満たし、さらに、A1<A2≦1−T2を満たすことを特徴とする。実施の形態1で説明したように、T1≧0.7071/(n−1)を満たす場合には、最下層(1’’d)においても、その上層の記録層(1’’a〜1’’c)のトラック42’’がすべて未記録状態であっても、最下層の記録層1’’dの光強度が最上層の記録層1’’aにおける光強度の約0.7倍(0.707倍)以上確保される。
そして、A1<A2≦1−T2を満たす場合、記録層1’’に記録すると、記録材料の記録波長における吸収率が高くなる。そして、記録の進行にともない記録光の吸収率が高くなるために、記録層の温度が高くなる。そして、この温度上昇により、記録感度が増大する。本実施形態の情報記録媒体のように、ジアリールエテン等のフォトンモード材料からなる記録層を用いて2光子吸収現象で記録する場合、記録層の温度が高くなれば、量子収率が向上し、記録感度が増大する。
さらに、記録済領域10’’における1層あたりの吸収率A2が未記録領域11’’における1層あたりの吸収率A1よりも大きいために、記録済領域10の透過率T2は低下する。そして、透過率T2は未記録領域11’’の透過率T1に近づき、T1とT2の差が小さくなる。この場合、記録済領域10及び未記録領域11’’の透過率に実質的に差がなくなるためにSN比が向上し、読み出し特性に優れた情報記録媒体が得られる。この場合、未記録領域11’’は実質的に透明であり、未記録領域11’’における1層あたりの吸収率A1は0.001以下であることが好ましい。なお、吸収率と透過率の定義から、A2+T2≦1、すなわち、A2≦1−T2である。また、記録光のピークパワにより異なるが、ピークパワが1W程度の場合、吸収率A2が0.5%(0.005)〜数%を超えると、2光子吸収とともに1光子吸収が生じやすくなる傾向があるために、吸収率A2は最大0.5%〜数%であることが好ましい。
さらに、情報記録媒体が、記録光7の波長λ1において、記録層1’’の記録済領域10’’の屈折率(例えば、1.60)と中間層2の屈折率(例えば、1.62)との差(例えば、0.02)が0.05以下であり、記録層1’’の記録済領域10’’における1層あたりの吸収率A2と1−T2の差は0.002以下である場合には、T1とT2の差が非常に小さくなる。この場合も、記録済領域10及び未記録領域11の透過率に実質的に差がなくなるために記録ピットの影響を殆ど受けないことになり、その結果、SN比が向上し、読み出し特性に優れた情報記録媒体が得られる点から好ましい。
一方、記録光の波長λ1において、記録層1の未記録領域11の屈折率(例えば、1.55)と中間層2の屈折率(例えば、1.50)との差(例えば、0.05)が、記録層1の記録済領域10の屈折率(例えば、1.60)と中間層2の屈折率(例えば、1.50)との差(例えば、0.10)よりも小さい場合には、記録層1’’の未記録領域11’’における1層あたりの透過率をT1、記録層1の記録済領域10’’における1層あたりの透過率をT2、記録層1’’の未記録領域11’’における1層あたりの吸収率をA1、記録層1’’の記録済領域10’’における1層あたりの吸収率をA2とする場合、(3T1+T2)/4≧0.7071/(n−1)、且つ、A2<A1≦1−T1を満たすことを特徴とする。
A2<A1≦1−T1を満たす場合、記録層1’’に記録すると、記録材料の記録波長における吸収率が低下するために透過率が高くなる。そして、記録済領域の透過率T2がT1に近づき、T1とT2の差が小さくなる。この場合、記録済領域10及び未記録領域11の透過率に実質的に差がなくなるためにSN比が向上し、読み出し特性に優れた情報記録媒体が得られる。この場合、記録済領域10’’は実質的に透明で、記録済領域10’’における1層あたりの吸収率A2が0.001以下であることが好ましい。なお、吸収率と透過率の定義から、A1+T1≦1、すなわち、A1≦1−T1である。
また、再生光7の波長λ2において、記録層1の未記録領域11’’の屈折率(例えば、1.55)と中間層2の屈折率(例えば、1.65)との差(例えば、0.10)が、記録層1’’の記録済領域10’’の屈折率(例えば、1.60)と中間層2の屈折率(例えば、1.65)との差(例えば、0.05)よりも大きい場合には、記録層1’’の未記録領域11’’における1層あたりの透過率をTR1、記録層1’’の記録済領域10’’における1層あたりの透過率をTR2、記録層1’’の未記録領域11’’における1層あたりの吸収率をA3、記録層1’’の記録済領域10における1層あたりの吸収率をA4とする場合、TR1≧0.7071/(n−1)を満たし、A3<A4≦1−TR2を満たすことを特徴とする。実施の形態1で説明したように、TR1≧0.7071/(n−1)を満たす場合には、最下層(1’’d)においても、その上層の記録層(1’’a〜1’’c)のトラック42’’がすべて未記録状態であっても、最下層の記録層1’’dの反射光強度が最上層の記録層1’’aにおける反射光強度の約0.5倍以上確保できる。
A3<A4≦1−TR2を満たす場合、記録済領域10の再生光7の吸収率A4が未記録領域11の再生光7の吸収率A3よりも大きいために、記録済領域10の透過率TR2は低くなる。そして透過率TR2は未記録領域11’’の透過率TR1に近づき、TR1とTR2との差が小さくなる。この場合、記録済領域10及び未記録領域11の透過率に実質的に差がなくなるためにSN比が向上し、読み出し特性に優れた情報記録媒体が得られる点から好ましい。なお、吸収率と透過率の定義から、A4+TR2≦1、すなわち、A4≦1−TR2である。なお、未記録領域11は実質的に透明であることが好ましく、吸収率A3は0.001以下であることが2光子吸収が生じやすい点から好ましい。また、記録済領域10における1層あたりの吸収率をA4が0.005を超えると再生光による1光子吸収が生じやすくなり、再生光が劣化する傾向があるために、吸収率A4は0.005以下であることが好ましい。
さらに、情報記録媒体が、再生光7の波長λ2において、記録層1’’の記録済領域10’’の屈折率(例えば、1.60)と中間層2の屈折率(例えば、1.62)の差(例えば、0.02)が0.05以下であり、記録層1’’の記録済領域10における1層あたりの吸収率A4と1−TR2の差が0.2%以下である場合には、TR1とTR2との差が非常に小さくなる。この場合、記録済領域10’’における再生光の透過率TR2と未記録領域11’’における再生光の透過率TR1との差が小さいために、記録済領域10’’及び未記録領域11’’の透過率に実質的に差がなくなるために記録ピットの影響を殆ど受けないことになり、その結果、SN比が向上し、読み出し特性に優れた情報記録媒体が得られる点から好ましい。
また、再生光の波長λ2において、記録層1’’の未記録領域11’’の屈折率(例えば、1.55)と中間層2の屈折率(例えば、1.50)との差(例えば、0.05)が、記録層1’’の記録済領域10’’の屈折率(例えば、1.60)と中間層2の屈折率(例えば、1.50)との差(例えば、0.10)よりも小さい場合は、記録層1’’の未記録領域11’’における1層あたりの透過率をTR1、記録層1’’の記録済領域10’’における1層あたりの透過率をTR2、記録層1’’の未記録領域11’’における1層あたりの吸収率をA3、記録層1’’の記録済領域10’’における1層あたりの吸収率をA4とする場合、(3TR1+TR2)/4≧0.7071/(n−1)を満たし、且つ、A3とA4はA4<A3≦1−TR1を満たすことを特徴とする。
A4<A3≦1−TR1を満たす場合、未記録領域11’’の再生光7の吸収率A3が記録済領域10’’の再生光7の吸収率A4より大きいために、記録層1’’に記録すると、記録材料の再生波長λ2における吸収率が低下する。そして、記録済領域10’’の透過率TR2が未記録領域11’’の透過率TR1に近づき、TR1とTR2との差が小さくなる。この場合、記録済領域10’’と未記録領域11と透過率の差が小さいために、記録済領域10’’及び未記録領域11’’の透過率に実質的に差がなくなるためにSN比が向上し、読み出し特性に優れた情報記録媒体が得られる点から好ましい。なお、吸収率と透過率の定義からA3+TR1≦1、すなわち、A3≦1−TR1である。この場合、記録済領域10’’では実質的に透明であることが望ましく、A2は0.001以下であることが望ましい。
なお、本実施の形態の情報記録媒体の製造方法、光学情報記録再生装置の構成は、実施の形態1、2の場合と同じである。
以上、実施の形態1〜実施の形態3の情報記録媒体及びその製造方法並びに光学情報記録再生装置およびその製造方法について説明してきたが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、それぞれの実施の形態の情報記録媒体及びその製造方法並びに光学情報記録再生装置との構成を組み合わせた情報記録媒体及びその製造方法並びに光学情報記録再生装置も本発明に含まれ、同様の効果を奏することができる。また、上記の情報記録媒体は追記型以外に書き換え型も含まれる。
なお、上記実施の形態で用いた対物レンズとコリメータレンズ、検出レンズ、集光レンズは便宜上名付けたものであり、一般にいうレンズと同じである。
また、上記実施の形態においては、情報記録媒体として光ディスクを例に挙げて説明したが、同様の情報記録再生装置で厚みや記録密度など複数の仕様の異なる媒体を再生することができるように設計されたカード状やドラム状、テープ状の製品に応用することも本発明の範囲に含まれる。
本発明の情報記録媒体によれば、記録ピットを3次元的に記録可能な情報記録媒体に関し、特に、対物レンズから離れた下層の記録層に対しても記録光の光量の低下が小さく、どの記録層においてもフォーカスサーボをかけながら、2光子吸収を用いて良好に記録することが可能な情報記録媒体を提供できる。
本発明は、情報ピットである記録ピットを、2光子吸収現象を用いて3次元的に記録することができる情報記録媒体及びその製造方法並びに光学情報記録再生装置に関する。特に、フォーカスサーボ用の反射光を確保しながら、対物レンズから離れた下層に位置する記録層において、2光子吸収現象を用いて高精度で良好な記録精度を維持することができる情報記録媒体、及びその製造方法並びに情報記録媒体の記録再生に用いられる光学情報記録再生装置に関する。
光学的な情報記録媒体として、CD(コンパクトディスク)、DVD(デジタル多用途ディスク)等の光ディスクや光カードメモリ等が利用されている。
記録情報のさらなる大容量化を実現するために、図13に示されるような、3次元的に複数の記録層101が積層形成された2光子吸収現象を用いて記録される情報記録媒体が非特許文献1に記載されている。
この情報記録媒体121は、ガラスの透明基板104と、該透明基板104上に、フォトンモード記録材料であるウレタン−ウレア共重合体材料を用いた記録層101a〜101dと、PVA(ポリビニルアルコール)膜とPMMA(ポリメチルメタアクリレート)膜からなる中間層102a〜102cとが交互に積層されて形成されている。
記録時においては、記録用光源120aのチタンサファイアレーザから出射された波長0.790μmのピークパワの大きな記録光122aが、ビームスプリッタ118aを通過し、ビームエキスパンダー123により、ビーム径を拡大され、さらに、ビームスプリッタ118bを通過し、対物レンズ106により、3次元的に記録再生可能な多層の情報記録媒体121の所望の記録層101cに集光される(収束光107)。このような収束光107が集光されると、2光子吸収過程により、光のパワ密度の高い部分(集光点及びその近傍)のみが記録光の波長が半分になったかのような吸収が生じ、記録ピット105が記録される。従って、記録層が増加しても、他の記録層は記録光に対して略透明であり、所定の記録位置のみで2光子吸収が生じるため、記録光の減衰が抑えられ、対物レンズ106から離れた下層に位置する記録層でも十分な記録が行なわれる。
一方、再生時においては、再生用光源120bのHe−Neレーザから出射された波長0.6328μmのピークパワの小さい再生光122bが、同じく対物レンズ106により、所望の記録層101cの記録ピット105に集光される(収束光107)。そして、反射された光はビームスプリッタ118bでY軸方向に曲げられて、検出レンズ111で集光され、検出レンズ111の集光点に配置されたピンホール114を通過して、光検出器119で検出されることにより、信号が再生される。
ところで、従来の1光子吸収現象を用いた光ディスク記録再生装置においては、記録時あるいは再生時において、光源からの記録光あるいは再生光が対物レンズを通してディスク上に正確に焦点を結ぶようにフォーカスサーボが行われている。非特許文献1では検討されていないが、非特許文献1に記載された情報記録媒体121において記録ピット105が記録再生される場合にも、フォーカスサーボが行なわれることが望ましい。具体的には、例えば、記録光122aあるいは再生光122bが情報記録媒体121に照射された際に、記録層101cから一定強度の反射光が得られれば、その反射光をフォーカスサーボ用の光として利用することにより正確に所望の記録層101cに記録光122aあるいは再生光122bを集光することができる。
しかしながら、本発明者等の検討によれば、上記のようなフォーカスサーボが非特許文献1に記載されているような情報記録媒体121で行なわれる場合、次のような問題があると考えられた。
すなわち、情報記録媒体121の記録時または再生時に正確に所望の記録層101cに記録光または再生光を集光するためには、記録光の波長と再生光の波長のどちらに対しても各記録層101で一定強度のフォーカスサーボ用の反射光が必要とされる。この反射光の光強度は大きければ大きいほど、フォーカスサーボしやすくなるために好ましい。
情報記録媒体121には、3次元的に記録ピットを形成するために複数の記録層101が積層されている。そして、記録光及び再生光は所望の記録層101cだけでなく、各記録層101a〜101dにおいて反射及び吸収される。従って、各記録層101a〜101dでの反射及び吸収により、対物レンズから最も離れた最下層(図13では101d)に至るまでに記録光及び再生光の光強度が低下する。特に、記録層の層数が4層以上になった場合には、光強度の低下は顕著になる。従って、記録光あるいは再生光を用いて各記録層のフォーカスサーボのために充分な反射光を得ようとすれば、記録光あるいは再生光の透過光が減少することになり、2光子吸収過程のような大きな光量を必要とする記録では下層の記録層に至るに従って良好な記録ピットが形成できないという問題が生じる。特に、2光子吸収記録の場合には、記録時に、1光子吸収記録の場合に比べて、光量の低下に伴って著しく記録感度が低下する。すなわち、1光子吸収記録の場合には、記録感度の低下は、光強度に比例するが、2光子吸収記録の場合には、記録感度の低下が光強度の2乗特性に比例する。具体的には、例えば、記録光の光量が0.5倍となると、1光子吸収記録では記録感度は0.5倍に低下するが、2光子吸収記録では、記録感度はその2乗の0.25倍に低下する。このため、非特許文献1のような従来の情報記録媒体ではフォーカスサーボ用の反射光を確保しながら、下層の記録層まで記録時に十分な光量を確保することが困難となる。非線形記録は、ピークパワの高い、例えば、数100mW〜1W以上のピークパワを有する半導体レーザを記録用光源として必要とするため、現実的に高出力方向への光源のパワ調整の余裕がほとんどない。従って、記録部に3次元的に記録ピットを記録するために下層の記録層を記録するとき、記録用光源のパワを上層の記録層を記録するときのパワより上げることは困難な場合が多い。
川田善正:"フェムト秒レーザを用いた3次元光メモリ"、 OPTRONICS No.11 pp.138−142(2001年)
本発明は上記従来技術における課題を解決するためになされたものであり、情報ピットである記録ピットを、2光子吸収現象を用いて3次元的に記録することができる情報記録媒体において、特に、フォーカスサーボ用の反射光を確保しつつ、対物レンズから離れた下層に位置する記録層においても、高精度で良好な記録精度を維持することができる情報記録媒体、及びその製造方法並びに情報記録媒体の記録再生に用いられる光学情報記録再生装置を提供することを目的とする。
本発明の一局面は、基板と、前記基板上に3次元的に記録ピットを記録可能な記録部とを有する情報記録媒体であって、前記記録部は、n層の記録層(nは4以上の整数)と、各記録層と交互に積層された複数の中間層とを有し、前記記録は集光された記録光により2光子吸収現象を用いて行われるものであり、前記複数の中間層はそれぞれ、記録光の波長λ1及び再生光の波長λ2において実質的に透明であり、前記基板に最も近い記録層に入射する記録光の光強度が前記基板から最も離れた記録層に入射する記録光の光強度の0.707倍以上であることを特徴とする情報記録媒体である。
本発明の目的、特徴、局面及び以下の利点は、以下の詳細な説明と添付図面によって、より明白となる。
このような構成により、2光子吸収現象を用いて記録ピットを3次元的に記録可能な情報記録媒体において、特に、対物レンズから離れた最下層の記録層に対しても記録光の光量の低下が抑えられるため、非線形現象による記録方法を用いても最下層の記録層に対しても実用範囲内の記録感度が確保され、また、どの記録層においてもフォーカスサーボをかけながら良好に記録することが可能な情報記録媒体を実現することができる。
本発明に係る情報記録媒体は、複数の記録層を有する情報記録媒体における記録ピットの記録方式として2光子吸収現象を用い、情報記録媒体の基板に最も近い記録層に入射する記録光の光強度が前記基板から最も離れた記録層に入射する記録光の光強度の0.707倍以上であることを特徴とするものである。なお、本明細書においては、情報記録媒体が備える複数の記録層において、基板に近い側の記録層を下層側の記録層、基板からより離れた側の記録層を上層側の記録層と方向付ける。
2光子吸収現象を用いた記録ピットの記録方式においては、記録時において、記録層の光のパワ密度が高い部分のみで波長が半分になったかのような吸収が生じ、記録層に屈折率等の光学定数の変化が生じて記録ピットが形成される。所定の記録位置のみのパワ密度を高めることにより、所定の記録位置のみで屈折率が変化し、記録層の他の部分は記録光に対して略透明であるために屈折率は変化しない。従って、4層以上のような記録層を有する多層の情報記録媒体においても、2光子吸収現象を用いた記録方式によれば、複数の記録層を通過しても記録光の減衰が抑えられ、最も下層に位置する記録層にも充分な記録が行なわれうる。
ところで、所定の記録位置のみのパワ密度を高めるためには、所定の記録層をフォーカスサーボする必要がある。このようなフォーカスサーボには、所定の記録層における記録光の反射光が用いられる。
記録方式として1光子吸収現象を用いる従来の多層情報記録媒体においては、記録ピットは記録波長の線形吸収により形成されるために、記録時には、記録光の高い吸収率が求められる。また、フォーカスサーボに用いられうる充分な反射光を確保することも必要である。従って、1光子吸収現象を用いる従来の多層情報記録媒体においては、記録時の記録光の吸収率とフォーカスサーボのための充分な反射光を確保することが重要であった。
本発明者らは、複数の記録層を備えた2光子吸収により記録される情報記録媒体において、前記基板から最も近い記録層(最下層)における記録感度を、記録光の入射側である前記基板から最も離れた記録層(最上層)における記録感度の略0.5倍以上維持させることにより、4層以上の記録層を有する情報記録媒体において、最下層の記録層にも充分に記録することができることを見出した。そして、前記最下層の記録層に入射する記録光の光強度を最上層の記録層に入射する記録光の光強度の0.707倍以上にすることにより、(0.707)=0.499倍以上の記録感度を達成できることを見出した。このような構成により、4層以上の記録層を有する情報記録媒体において、最下層の記録層にも充分に記録でき、かつ、フォーカスサーボやトラックサーボに用いられうるに充分な反射光を得ることができる。
なお、情報記録媒体において、前記最下層の記録層に入射する記録光の光強度を最上層の記録層に入射する記録光の光強度の0.707倍以上に形成されたことは、以下のように確認できる。
すなわち、情報記録媒体の表面の反射率がp1、裏面の反射率がp2、情報記録媒体の内部全体の透過率がt1、記録層の層数がnである場合に、記録光と同じ波長の平行光を情報記録媒体に垂直入射させて、出射光強度を測定し、情報記録媒体全体の透過率 t2を求めたとき、光学的に、
t2=(1−p1)t1(1−p2)が成立する。この式を展開すると、
t1=t2/{(1−p1)(1−p2)}となる。また、最下層に入る光強度はn−1層の透過率に等価になるために、その値は
t1/0.7071/(n−1)=t2/[{(1−p1)(1−p2)}0.7071/(n−1)]となりこの値が0.707以上であれば、前記最下層の記録層に入射する記録光の光強度を最上層の記録層に入射する記録光の光強度の0.707倍以上に形成されていると見なせる。なお、反射率p1は保護層を構成する材料(例えば、UV硬化樹脂)の屈折率、反射率p2は基板を構成する材料(例えば、ポリカーボネート)の屈折率から求めることができる。
さらに、2光子吸収現象を用いて層数nの記録層を有する情報記録媒体の記録ピットを記録する場合において、記録光の波長λ1における、記録層1層あたりの透過率Tが、T≧0.7071/(n−1)を満たすことにより、大幅な記録用光源のパワ調整を必要とせず、もしくはパワ調整なしに、いずれの記録層にもフォーカスサーボをかけながら、良好に記録することができる。なお、記録層の位置に応じて、記録用光源の出力パワを最大で3割程度調整することにより、記録感度を調整することもできる。なお、記録層の透過率Tは、各記録層への入射光強度に対する透過光強度の比率であり、下記に述べる未記録領域の透過率T1と記録済領域の透過率T2とを面積的に平均した値を意味する。
(第1実施形態)
図1は本発明に係る第1実施形態の情報記録媒体の構成と信号を記録再生する様子を示す説明図である。
図1(A)に示すように、本実施形態の情報記録媒体21は、例えば1.1mmの厚さで、例えば、直径が12cmの基板9と、上記基板9上に形成されたn層の記録層1(図1(A)では1a〜1eが図示されており、その各膜厚はtである)を含む記録部3を具備している。記録部3は、記録層1間に、例えば、t=3〜10μm厚の中間層2(図1(A)では2a〜2dの4層が図示されている)が設けられており、記録層1と中間層2とが交互に複数積層された構造を有している。そして、記録部3の記録光及び再生光の入射側には、例えば50〜100μmの厚さの保護層4がさらに設けられてもよい。保護層4が設けられることにより、情報記録媒体上の埃、ゴミ、傷等が多少存在しても記録及び再生が可能である。そして、記録部3に記録光7Aを照射して上記所望の記録層(例えば1e)の光学定数を変化させることにより3次元的に記録することが可能である。
本実施形態においては、それぞれの記録層1(図1(A)では1a〜1e)は、公知のプッシュプル法を用いてトラックサーボ用のトラック誤差信号を発生させるためのトラック溝32を有する。トラック溝32のトラックピッチTpは、例えば0.59μm程度であり、溝深さは、例えば0.05μm程度である。
情報記録媒体21は、図1(A)に示すように、記録時において、記録光7Aを対物レンズ6で集光した収束光が、ターゲット層である、例えば、記録層1eの記録領域であるトラック溝32に入射する。そして、トラック溝32からの反射光の回折光(以下単に回折光とも呼ぶ)8eを発生させて光検出器(図1Aでは図示なし)で検出すれば、回折光8eをフォーカスサーボやトラックサーボ用の誤差信号光として用いることができる。そして、この回折光8eを利用したフォーカスサーボやトラックサーボにより、記録時に、正確にターゲットの記録層1eのトラックに記録光7eが集光され、記録層の光学定数、好ましくは屈折率を変化させて記録ピット5が記録される。
また、再生時も同じく、図1(B)に示すように、再生光7Bを対物レンズ6で集光した収束光が、ターゲット層である、例えば、記録層1eに入射する。このとき、記録層1eのトラック溝32からの反射光の回折光8’eを光検出器(図1(B)では図示なし)で検出すれば、回折光8’eをフォーカスサーボやトラックサーボ用の誤差信号光としても用いることができる。そして、この回折光8’eを利用したフォーカスサーボやトラックサーボにより、再生時に正確にターゲットの記録層1eのトラック32に再生光が集光され、記録済領域である記録ピット5からの回折光8’eにより記録信号が再生される。
記録光7Aの波長λ1と再生光7Bの波長λ2は同一でも異なっていてもよいが、光源の小型化及び低コスト化を達成するためには半導体レーザを用いることが好ましい。記録光の波長λ1よりも再生光の波長λ2を小さくすることにより、再生光の波長に合わせた高密度化ができるために好ましい。具体的には、例えば、記録光の波長λ1が0.73μm≦λ1≦0.83μmを満たし、再生光の波長λ2が0.6μm≦λ2≦0.7μmを満たす記録光及び再生光を利用することが好ましい。このような波長を有する光源としては、具体的には、例えばλ1=0.78μm、λ2=0.66μmを出射する半導体レーザが挙げられる。
記録光の波長λ1=0.78μmの光源を用いる場合、記録層を形成するための記録材料としては、λ1=0.78μmの波長の吸収率に比べて、λ1の1/2波長またはその近傍波長(差は±0.03μm以内)である、0.39μmまたは0.36〜0.42μmの範囲の波長の場合の方が大きくなる材料を記録材料として用いることにより2光子吸収現象を用いて記録することができる。
そして、層数nがいずれの場合においても、各記録層1の透過率Tが、T≧0.7071/(n−1)の条件を満たす場合には、前記最下層の記録層1eに入射する記録光の光強度を最上層の記録層1aに入射する記録光の光強度の0.707倍以上にすることができる。そして、前記記録層1eにおける記録光7eの光強度の低下量が、最上層における記録光7aの光強度の約3割(0.293倍)以下に抑えられる。そして、この場合に2光子吸収記録を用いた場合には、最下層の記録層1eの記録感度が最上層の記録層1aにおける記録感度の半分以上になる。従って、全ての記録層においてフォーカスサーボをかけながら良好に記録することが可能になる。
ここで、層数nの記録層を有する記録部を備えた情報記録媒体において、記録波長λ1における、記録層1層あたりの透過率がT=0.7071/(n−1)となる場合の1層あたりの透過率と記録層の層数との関係を表したグラフを図2に示す。例えば、n=4の場合、T=0.8909、n=6の場合、T=0.9330、n=8の場合、T=0.9517、n=10の場合、T=0.9622、n=20の場合、T=0.9819、n=40の場合、T=0.9911、n=50の場合、T=0.9929、n=100の場合、T=0.9965、n=200の場合、T=0.9983、n=208の場合、T=0.9983、n=300の場合、T=0.9988、n=305の場合、T=0.9989である。
本実施形態においては、図1に示すように、記録層1にトラック溝32が形成されている。従って、0次の反射回折光と±1次の反射回折光の干渉効果を用いた公知のプッシュプル法により、トラックサーボ用の誤差信号が得られる。検出されうる光強度の基準となる、記録層1eにおける最大の反射率(0次の反射回折光と±1次の反射回折光との和)は、典型的には1−Tの60〜95%程度である。なお、前記最大の反射率は溝32の深さによっても調整しうる。
T≧0.7071/(n−1)の条件を満たす場合、1−Tは、n=4の場合、1−T=0.1091、n=6の場合、1−T=0.067、n=8の場合、1−T=0.0483、n=10の場合、1−T=0.0378、n=20の場合、1−T=0.0181、n=40の場合、1−T=0.0089、n=50の場合、1−T=0.0071、n=100の場合、1−T=0.0035、n=200の場合、1−T=0.0017、n=208の場合、1−T=0.0017、n=300の場合、1−T=0.0012、n=305の場合、1−T=0.0011である。最大の反射率は、前記各1−Tの値の5〜40%程度低下した値である。
なお、最大の反射率が0.001より大きい場合には、迷光(ノイズ光)の影響を減らす効果(SN比)を向上する効果が高い。このことから、記録層の層数が、層構造により異なるが、最大層数が208〜305層以下の場合には、記録層を充分に確保しながらSN比を向上させることができる。
記録層が上記透過率の条件(T≧0.7071/(n−1))を満たすためには層数が多くなるほど透過率が高くなる必要があるために、記録層の形成に用いられる記録材料としては、記録光の波長λ1及び再生光の波長λ2に対して記録層の未記録領域及び記録済領域においても実質的な吸収がない、実質的に透明な材料を用いることが好ましい。なお、実質的に透明であるとは、記録光の波長λ1及び再生光の波長λ2に対して、1層あたりの吸収率が0.005以下であり、好ましくは0〜0.001である。以下では、実質的に透明であるという定義はこれに従うものとする。
また、本実施形態における前記記録材料としては、記録光の照射により2光子吸収を起こして屈折率の実数部のみが変化し、未記録時も記録後も実質的に記録光の吸収損失がない屈折率の虚数部の変化が0の屈折率記録が可能な材料が用いられる。このような材料は、記録光の1/2の波長またはその近傍波長の方が、記録光の波長λ1の吸収率よりも大きくなる材料である。このような材料により2光子吸収現象による記録を行うことができる。
このような材料を用いた記録層には、記録光の吸収が無くても記録ピットを形成することができる。従って、記録層が4層以上、さらには10層以上を有するような情報記録媒体を得る場合には特に好ましい。そのような記録材料を用いることにより、各記録層における透過率と反射率とを向上させることができる。
なお、従来の相変化記録材料を用いた1光子吸収現象による記録の場合、記録層の層数が1〜3層であれば、記録層の膜厚を薄くすることにより、最下層にも記録ピットを形成することができた。しかし、薄くできる膜厚には限界があり、4層以上の層数の場合には、1光子吸収現象による記録では吸収損失が大きくなるために、最下層の記録層に良好に記録することができない。
前記記録材料の具体例としては、例えば、フォトクロミック材料の1つであるジアリールエテンまたはその誘導体と、必要により、全体の10〜50wt%の略透明な樹脂とを混入して形成される材料が挙げられる。前記フォトクロミック材料によれば、異性体の開環体と閉環体を記録モードとして用いることができる。この場合、開環体よりも閉環体の方が屈折率が高い。従って、例えば、開環体を未記録状態、閉環体を記録済状態に対応させて記録材料として用いた場合、記録することにより記録ピットの屈折率が増加する。そして、フォトンモードで一回記録できるライトワンス記録または記録消去が可能なリライタブル記録を実現できる。なお、用途に応じて、開環体を記録状態、閉環体を未記録済状態に対応させて記録材料として用いることも可能である。この場合、記録すると記録ピットの屈折率が低下する。
フォトンモードの記録材料を用いることにより、高速記録が可能である。しかも熱の影響がないために熱的に安定な記録を実現することができる。従って、熱拡散を考慮する必要がなく、記録層や中間層を単層で構成することができるために、層構造が単純になり低コスト化が実現できる。
例えば、cis−1,2−Dicyano−1,2−bis(2,4,5−trimethyl−3−thienyl)ethene(以下、単にジシアノ体ともいう)のジアリールエテンでは、記録波長λ2=0.78μmでは実質的に透明であり、また、その半分の波長0.39μmでは吸収率が大きく、半導体レーザ光源でも2光子吸収記録が充分に可能である。ジシアノ体の開環体は、2光子吸収記録により閉環体に変化する。このとき、1.55の屈折率が、最大で約1.6の屈折率に変化する。また、赤〜赤外光領域での再生波長では吸収はなく、屈折率のみが高くなるために、それを利用して光記録が可能になる。
なお、ジアリールエテンには色々の誘導体があり、具体的には、1,2−Bis[2−methylbenzo[b]thiophen−3−yl]−3,3,4,4,5,5−hexafluoro−1−cyclopentene、2,3−Bis(2,4,5−trimethyl−3−thienyl)maleic Anhydride、2,3−Bis(2,4,5−trimethyl−3−thienyl)maleimide、cis−1,2−Dicyano−1,2−bis(2,4,5−trimethyl−3−thienyl)ethene等が挙げられるが、本発明においてはジアリールエテンの骨格構造を有する材料であれば、特に限定されない。
また、ジアリールエテンまたはその誘導体と、例えば、PMMA(ポリメチルメタアクリレート)や紫外線硬化樹脂等の略透明な樹脂との混合により、屈折率等を調整するとともに、ジアリールエテンの再結晶化の防止効果やスピンコートでの塗布を容易にすることができる。
ここで、ガラス基板上に10μm厚の前記ジシアノ体からなる層を形成したときの波長と透過率の関係を図3のグラフに示す。前記透過率は、分光光度計で測定したものであり、表面及び裏面のフレネル反射を約10%程度含んでいる。図3のグラフに示すように、前記ジシアノ体からなる層においては、記録波長λ1=0.78μm及び再生波長λ2=0.66μmではジシアノ体の開環前後いずれにおいても実質的に透明である。なお、例えば0.1μm厚の記録層が100層の場合においても、同等のグラフになることは光学的に明らかである。
さらに、その他の記録材料としては、側鎖型液晶性高分子やフォトポリマー等のフォトンモードで記録できるその他の材料も使用できる。
側鎖型液晶性高分子を記録材料として用いた記録層は、記録後の記録ピット5の屈折率の変化量Δrが、例えば、Δr=0.2程度のように大きいという特徴がある。また偏光方向を記録することができるために、記録容量を略2倍に増やすことが可能である。
またフォトポリマーを記録材料として用いた記録層は、記録後の情報維持の安定性が高いためにライトワンス記録に適している。フォトポリマーは、例えば、2種類の光重合性モノマー、重合開始剤、増感色素から構成される。例えば、光重合性モノマーとして、メタクリル化合物及びアリル化合物、重合開始剤として、ベンジル、増感色素として、ミヒラーケトンを含有するフォトポリマー2おいては、記録時において、集光スポットの焦点では、2光子吸収により、光重合速度の速いメタクリル化合物が凝集してポリマー化し屈折率が上昇し、このとき、アリル化合物モノマーは拡散により記録ピット部から押しのけられて、記録ピットが形成される。
上記以外の記録材料としては、有機色素、ZnO等の超微粒子を混入した樹脂膜、ZnS膜、TeO膜等も好ましい。これら記録材料の屈折率変化を利用することにより、光の吸収損失が減少するため好ましい。本発明において、屈折率の変化量は記録光の照射方法により制御されてもよい。記録光として数W〜数10kWと比較的ピークパワの高いパルス光を用い、ボイドと呼ばれる空のピットを記録してもよい。ピットがボイドの場合には、屈折率が1であるので、記録膜の屈折率が、例えば1.7の場合、屈折率変化量はΔr=−0.7と大きくなり、絶対値が大きくなる。このため、コントラスト良く信号が再生される。
記録層1の間に形成される中間層2は、記録光の波長λ1及び再生光の波長λ2に対して実質的に透明な層である。中間層2を形成する材料としては、例えば、UV(紫外線)硬化樹脂、可視光硬化樹脂、PMMA、ノルボルネン樹脂、またはシクロオレフィン樹脂等の透明樹脂が挙げられる。これらは、求める屈折率、透過率、または反射率に応じて、好ましいものが選ばれる。
また、基板9を形成する材料としては、例えば、ポリカーボネートや、PMMA、ノルボルネン樹脂(例えば、「アートン」(JSR株式会社製)、またはシクロオレフィン樹脂(例えば、「ゼオネックス」(日本ゼオン株式会社製)等の樹脂が挙げられる。
また、必要に応じて設けられる、保護層4は、記録光7Aの波長λ1及び再生光7Bの波長λ2に対して実質的に透明な材料から構成される。具体的には、例えば、中間層2と同じ材料を用いることにより、製造が簡便になるが、中間層2と異なる他の透明な材料を用いてもよい。
次に、本実施形態における情報記録媒体21の透過光及び反射光と記録層の記録前後における屈折率の変化との関係について説明する。
図4に本実施形態における情報記録媒体21の記録部3を拡大した模式図を示す。図4中、記録層1a〜1eには、それぞれトラック溝32が複数列形成されている。そして、トラック溝32を形成することによりトラック42が形成される。トラック42は記録するための領域である。トラック42中の未記録領域11は記録ピット5が形成されていない状態を示し、記録済領域10は記録ピット5が形成された状態を示す。
そして、例えば、記録層1bの場合、未記録領域11へピークパワが記録光に比べて小さい再生光28bが入射すると、反射光25b、透過光26bが生じる。また、記録済領域10へピークパワが記録光に比べて小さい入射光28aが入射すると、反射光25a、透過光26aが生じる。
記録光の波長λ1において、記録層1の未記録領域11の屈折率(例えば、1.55)と中間層2の屈折率(例えば、1.65)との差(例えば、0.1)が、記録層1の記録済領域10の屈折率(例えば、1.60)と中間層2の屈折率(例えば、1.65)との差(例えば、0.05)よりも大きい場合は、未記録領域11の反射率は大きくなり、記録済領域10の反射率は小さくなる。従って、記録層1の未記録領域11における1層あたりの透過率をT1、記録層1の記録済領域10における1層あたりの透過率をT2とした場合、T2>T1となる。
すべてのトラック42が未記録時の記録層1の平均の透過率はT=T1になる。一方、トラック42の幅がトラックピッチの半分である一般的なトラックにおいて、DCフリーのPWM変調で記録したとき、すべてのトラック42が記録済の時の記録層1の透過率は、平均するとT=(3T1+T2)/4と近似できる。なお、記録ピット5による1層当たりの回折損失は0.001以下であるために無視できる。従って、記録後の透過率の方が高くなる。
よって、透過率が低い未記録領域11における透過率がT1≧0.7071/(n−1)を満たす場合には、ターゲット層1eの上層の記録層1a〜1dのトラック42がすべて未記録状態でも、光強度は最下層の記録層1eで約0.7倍(0.707倍)以上確保される。この場合、対物レンズ6に最も近い最上層1aから最下層1e方向に向かって順次3次元的に記録(ライトワンス記録)すれば、記録層1の透過率は記録により向上するため、光強度の減衰が抑制されるために、より好ましい。
一方、記録光の波長λ1において、記録層1の未記録領域11の屈折率(例えば、1.55)と中間層2の屈折率(例えば、1.50)との差(例えば、0.05)が、記録層1の記録済領域10の屈折率(例えば、1.60)と中間層2の屈折率(例えば、1.50)との差(例えば、0.10)よりも小さい場合には、未記録領域11の反射率は小さくなり、記録済領域10の反射率は大きくなる。従って、記録層1の未記録領域11における1層あたりの透過率をT1、記録層1の記録済領域10における1層あたりの透過率をT2とした場合、T2<T1となる。
すべてのトラック42が未記録時の記録層1の平均の透過率はT=T1である。一方、すべてのトラック42が記録済時の記録層1の透過率は、平均するとT=(3T1+T2)/4と近似できる。よって、記録後の透過率の方が低くなる。
よって、記録後の透過率が(3T1+T2)/4≧0.7071/(n−1)を満たす場合には、ターゲット層1eの上層の記録層1a〜1dのトラック42がすべて記録済状態でも、光強度は最下層の記録層1eで約0.7倍(0.707倍)以上確保される。この場合、対物レンズ6から最も遠い最下層1eから上層1aに向かって順次3次元的に記録(ライトワンス記録)すれば、ターゲット層1eより上層の記録層1a〜1dでは、記録による透過率の低減が抑制されるために、より好ましい。
次に、再生時の透過率について述べる。例えば、図1(B)において、記録ピット5に再生光7Bを入射させて、そこからの反射光8Bを検出する場合、記録層1透過の際に、再生光7Bは往路だけでなく復路でも記録層1での反射と吸収により光損失を受ける。記録層1の未記録領域11と記録済領域10は、再生光の波長に対して実質的に透明であることが好ましく、そのような記録材料を用いることにより、各記録層における透過率と反射率を向上させることができる。
記録層1にトラック溝32を形成した場合、再生時においても、0次の反射回折光と±1次の反射回折光の干渉効果を用いた公知のプッシュプル法により、トラックサーボ用の誤差信号が得られる。具体的には、例えば、再生時のターゲットの記録層の最大の反射率として、各記録層において1−Tの60〜100%程度が得られる。
ターゲット層が最上層1aの場合に得られる反射光強度を基準にすると、ターゲット層が最下層1eの場合に得られる反射光強度が、0.5倍以上であれば、再生用光源のパワ調整をそれほどしなくとも(数割〜5割程度)、もしくは全く無調整で実用的な再生信号が得られることが判明した。従って、再生光の波長において、記録層1の1層あたりの透過率TRを、記録層1の層数nに対して、TR≧0.7071/(n−1)となるようにすれば、ターゲット層が最下層1eの場合に得られる反射光強度は、最上層1aの場合の0.5倍以上を得ることができる。
さらには、再生光の波長λ2において、記録層1の未記録領域11の屈折率(例えば、1.55)と中間層2の屈折率(例えば、1.65)との差(例えば、0.10)が、記録層1の記録済領域10の屈折率(例えば、1.60)と中間層2の屈折率(例えば、1.65)との差(例えば、0.05)よりも大きい場合は、記録層1の未記録領域11における1層あたりの透過率をTR1、記録層1の記録済領域10における1層あたりの透過率をTR2(>TR1)とすると、すべてのトラック42が未記録時の記録層1の透過率はTR=TR1、すべてのトラック42が記録済時の記録層1の透過率は、記録ピット5による1層当たりの回折損失は0.001以下のためほとんど無視でき、平均してTR=(3TR1+TR2)/4となる。このとき、トラック42の幅はトラックピッチの半分とし、DCフリーのPWM変調で記録した場合である。従って、記録後の方が透過率TRは向上するため、TR1≧0.7071/(n−1)を満たすようにすれば、ターゲット層1eの上層の記録層1a〜1dのトラック42がすべて未記録状態でも、最下層1eからの反射光強度は半分以上確保できるので、より好ましい。
また、再生光の波長λ2において、記録層1の未記録領域11の屈折率(例えば、1.55)と中間層2の屈折率(例えば、1.50)との差(例えば、0.05)が、記録層1の記録済領域10の屈折率(例えば、1.60)と中間層2の屈折率(例えば、1.50)との差(例えば、0.10)よりも小さい場合は、記録層1の未記録領域11における1層あたりの透過率をTR1、記録層1の記録済領域10における1層あたりの透過率をTR2(<TR1)とすると、すべてのトラック42が未記録時の記録層1の透過率はTR=TR1になる。一方、トラック42の幅がトラックピッチの半分である一般的なトラックにおいて、DCフリーのPWM変調で記録したとき、すべてのトラック42が記録済時の記録層1の透過率は、平均すると、TR=(3TR1+TR2)/4と近似できる。なお、記録ピット5による1層当たりの回折損失は0.0数%程度であるためにほとんど無視できる。従って、記録後の方が透過率TRは低下するため、(3TR1+TR2)/4≧0.7071/(n−1)を満たすようにすれば、ターゲット層1eの上層の記録層1a〜1dのトラック42がすべて記録済状態でも、最下層1eからの反射光強度は半分以上確保できるので、より好ましい。
ただし、再生用光源は、記録用光源に比べて、必要なピークパワは小さく(例えば、1mW〜10mW程度)、最大出力には余裕があるため、所定の記録層における反射光強度が0.5倍よりも低下した場合、光源のパワを強くすることにより反射光強度を調整することが可能である。例えば、最下層の記録層1に近づくにつれて、再生用光源の出力パワを高めることにより、充分な量の反射光強度8Bを確保することが可能である。
本実施の形態では、記録光の波長λ1、再生光の波長λ2、未記録領域の屈折率r1、記録済領域の屈折率r2に対して、記録層1の厚さLは、0.63λ2/(4r2)≦L≦1.37λ2/(4r2)を満たすように設定した。0.63λ2/(4r2)≦L≦1.37λ2/(4r2)を満たすことにより、再生光の最大の反射率の7割以上の反射率が得られる。最大の反射率の7割以上の反射率が確保されれば、従来の光学情報記録再生装置で使用されている光検出器の検出回路のICの構成を変えることなく、良好な再生信号が得られることが確認されている。また、L=λ2/(4r2)のときには、再生光の波長λ2では、記録層1の最大の反射率が得られるため、再生信号のSN比が良くなり、良好に再生することができる。さらに、記録層1の厚さLを、0.63λ1/(4r2)≦L≦1.37λ1/(4r2)を満たすように設定すれば、記録光の波長λ1では、記録光の最大の反射率の7割以上が得られるため、記録時のサーボ用の誤差信号のSN比が良くなる。しかしながら、記録光7Aの強度は、再生光7Bの強度より、十分に大きいために、記録層1の厚さLは、0.63λ2/(4r2)≦L≦1.37λ2/(4r2)を満たす方が好ましい。
λ1=0.78μm、λ2=0.66μmにおいて、例えば、r1=1.55、r2=1.60、中間層2の屈折率が1.65(>r2)の場合、0.065μm≦L≦0.14μm、さらにはL=0.10μmであることが好ましい。この場合、記録光の波長λ1では、T1=0.9964、T2=0.9991となり、すべてのトラック42が未記録のときの透過率はT=T1=0.9964、すべてのトラック42が記録済のときの透過率は、平均してT=(3T1+T2)/4=0.9971となる。従って、すべてのトラック42が未記録のときでも、記録層1の層数はn=97が十分可能で、すべてのトラック42が記録済のときはn=120が可能となる。記録層1の屈折率は材料によりある程度決まるが、中間層2の材料は選択の余地が大きく、その結果中間層の屈折率はほぼ自由に選べるので、記録光の波長λ2において、中間層の屈折率を記録済領域10の屈折率r2に近づける(好ましくは差が0.1以内)ことにより記録済のときの透過率を増加させ、トータル的に層数nを増やす(例えば、100層程度)ことができる。
このとき、再生光の波長λ2では、TR1=0.9961、TR2=0.9991となり、すべてのトラック42が未記録のときの透過率はTR=TR1=0.9961、すべてのトラック42が記録済のときの透過率は、平均してTR=(3TR1+TR2)/4=0.9969となる。また、再生光波長λ2において、中間層の屈折率を記録済領域10の屈折率r2に近づける(好ましくは差が0.1以内)ことにより透過率TR2を増加させ、検出信号強度を増加させることができる。さらに再生光の波長λ2において、記録済領域10の屈折率r2と中間層の屈折率を実質的に同じにすることにより、ほぼTR2=1となり、再生信号の変調率(コントラスト)をほぼ100%にすることができる。
λ1=0.78μm、λ2=0.66μmにおいて、例えば、r1=1.55、r2=1.60、中間層2の屈折率が1.50(<r1)の場合、0.065μm≦L≦0.14μm、さらには、L=0.10μmであることが好ましい。この場合、記録光の波長λ1では、T1=0.9990、T2=0.9961となり、すべてのトラック42が未記録のときの透過率はT=T1=0.9990、すべてのトラック42が記録済のときの透過率は、平均してT=(3T1+T2)/4=0.9983となる。従って、すべてのトラック42が未記録のときは、記録層1の層数はn=347が可能で、すべてのトラック42が記録済のときは、記録層1の層数はn=204が可能となる。記録光波長λ1において、中間層の屈折率を未記録領域の屈折率r1に近づけることにより未記録領域のときの透過率はTRを増加させ、層数nを増やす(例えば、数100層程度)ことができる。この場合、中間層の屈折率と未記録領域の屈折率r1とを同じにすると、未記録状態では反射信号が得られなくなるので、中間層の屈折率と未記録領域の屈折率r1との差は、0.04〜0.1程度が好ましい。
このとき、再生光の波長λ2では、TR1=0.9989、TR2=0.9958となり、すべてのトラック42が未記録のときの透過率はTR=TR1=0.9989、すべてのトラック42が記録済のときの透過率は、平均してTR=(3TR1+TR2)/4=0.9981となる。また、再生光波長λ2において、中間層の屈折率を未記録領域10の屈折率r1に近づけることにより未記録時の透過率TR1を増加させ、検出信号強度を増加させることができる。この場合、中間層の屈折率を未記録領域10の屈折率r1と同じにすると、未記録状態では反射信号が得られなくなるので、中間層の屈折率と未記録領域10の屈折率r1の差は、0.04〜0.1程度であることが好ましい。
次に、本実施の形態の情報記録媒体21の製造方法について説明する。本実施の形態の情報記録媒体21の製造方法としては、従来公知の製造方法を採用することができる。具体的には、図5に示されるように、トラック溝32を射出成形法により形成した基板9に、例えば、スピンコート法を用いることにより記録層1eを形成する(図5B)。次に、その上に、同様にスピンコート法により中間層2dを形成する(図5C)。次に、スタンパ等による転写手段を用いて中間層2dにトラック溝33を形成する(図5D)。そして、トラック溝33が形成された中間層2d上に、同様にして、記録層1d、中間層2c、トラック溝、記録層1c、中間層2b、・・・、が繰り返し形成される。このようにして複数の記録層と中間層を有する記録部3が形成される。最後に、保護層4が、例えば塗布や、フィルム形成法により、記録部3上に形成される(図5F)。スピンコート法等の塗布法を用いて、各記録層と各中間層が形成されることにより、情報記録媒体の作製が容易で、低コスト化が可能になる。
本実施の形態において、中間層2及び記録層1は余剰に形成されてもよい。そして、余剰に形成された部分(つまり記録部の一部であって、光が入射する側の部分)が保護層4として使用されてもよい。この記録部の構成によれば、別工程での保護層4の形成が不要となり、記録部3と実質的に同じ材料からなる保護層が形成される。
各記録層1の膜厚は実質的にそれぞれ等しくすることにより、塗布工程の条件が同じになり製造が容易になる。また、各中間層2の膜厚も実質的にそれぞれ等しくすることにより、同じく製造が容易になる。さらに、各記録層1及び各中間層2を単層構造にすることにより、製造が容易になるために好ましい。
次に、本実施の形態の情報記録媒体に記録ピットを記録再生するための光学情報記録再生装置が説明される。図6に示すように、本実施の形態の光学情報記録再生装置40は、記録用光源20aと再生用光源20bのそれぞれ波長が異なる2種類の光源を有している。そして、光源20a、20bから情報記録媒体21までの光路中に、ビームスプリッタ18a、コリメータレンズ16、ビームスプリッタ18b、立ち上げミラー12、波長板24、球面収差補正素子13、対物レンズ6が配置されている。
復路における、ビームスプリッタ18bから光検出器19の光路には、フォーカス/トラック誤差信号検出素子15、検出レンズ23、情報記録媒体21の層間クロストークを小さくするピンホール14が配置されている。
記録用光源20aは、波長がλ2=0.78μmの記録用の半導体パルスレーザ光源であり、記録時は記録ピットからなる記録マークの長さに応じてパルス幅を、例えば、1ナノ秒から100ナノ秒の間で変化させて出射させる。例えば、記録マークが長いほどパルス幅を長くすることが好ましい。再生用光源20bは、例えば、波長0.66μmの再生用の半導体レーザ光源である。半導体レーザ光源にすることにより、低コスト化が可能になる。2光子吸収記録においては、パルス光源を用いることによりピークパワの大きな記録光を出しやすくなり感度的に有利である。また、そのような記録では、記録ピットサイズは、その非線形現象により、通常の1光子吸収記録に比べて小さくできるため、再生光の波長で情報記録媒体21の記録容量が決まることになる。2光子吸収記録では、スポット径は0.7倍に微細化するためである。そのため、再生用光源20bの波長を、記録用光源20aの波長よりも短くすることにより、より高密度化することができる。なお、2光子吸収記録では、再生用光源20bの波長は、記録用光源20aの波長の約0.7倍がより望ましい。
なお、半導体レーザ光源であれば、ピークパワの大きなパルス光を出射させて記録用光源20aとし、ピークパワの小さな連続光を出射させて再生用光源20bとすることにより、記録用光源20aが再生用光源20bを兼ねることは可能であり、その場合はビームスプリッタ18a等の部品点数が減るため構成が簡単になるが、高密度化という点では、光源を別にする方が好ましい。
波長板24は、図6に示されるように、対物レンズ6と光源20までの記録再生光の共通光路に配置されている。この波長板24は、両波長の違いを利用して、記録光22aに対しては実質的にλ/4板か、またはそれに近くなるように設計され、再生光22bに対しては実質的にλ/2板もしくはλ板となるか、またはそれに近くなるように設計されている。また、ビームスプリッタ18aも、波長の違いを利用して、記録光22aは透過、再生光22bは反射し、さらに、ビームスプリッタ18bも、波長の違いを利用して、記録光22aに対しては偏光ビームスプリッタで、再生光22bに対しては、偏光方向にほとんど依存しない、ハーフミラーとして機能するように設計されている。
本実施の形態の光学情報記録再生装置40は、図6に示されるように、記録時においては、記録用光源20aからY軸方向に出射された直線偏光でピークパワの比較的大きなパルスレーザ光の記録光22aが、まずビームスプリッタ18aを通過する。そして、記録光22aはコリメータレンズ16により、略平行光となり、ビーム分岐素子であるビームスプリッタ18bを透過して、立ち上げミラー12によって光路を−Z軸方向に折り曲げられる。そして、−Z軸方向に折り曲げられた記録光22a(レーザ光7)は、波長板24で実質的に円偏光に変換され、球面収差補正素子13を通過して、例えば、開口数NA=0.85、焦点距離2mmの対物レンズ6によって、これまでに説明した構成を有する情報記録媒体21の保護層4を通過して記録部3の所望の記録層1eに集光する。そして、その反射光8を利用してフォーカスサーボ、及びトラックサーボを行いながら、2光子吸収過程を用いて、記録層1eに、記録ピット5の列が記録される。本実施の形態では、記録光の波長に対する記録層1の1層あたりの透過率を、記録層の層数n(nは4以上の整数)に対して、0.7071/(n−1)以上とすることにより、記録層1の最下層(図4では記録層1e)においても、記録パワの低下を低減し、記録用光源20aのパワ調整の必要がほとんどなく、その結果、波長飛びのないほぼ一定の波長の記録光22aの出射が可能となり、フォーカスサーボをかけながら各記録層1に良好に記録することができる。
記録光の波長において、記録層1の未記録領域の屈折率と中間層2の屈折率との差が、記録層1の記録済領域の屈折率と中間層2の屈折率との差よりも大きい場合は、対物レンズ6に最も近い記録層1aから記録ピットを3次元的に順次記録し、記録層1の未記録領域の屈折率と中間層2の屈折率との差が、記録層1の記録済領域の屈折率と中間層2の屈折率との差よりも小さい場合は、対物レンズ6から最も遠い記録層1eから記録ピットを3次元的に順次記録することにより、記録層1での透過率は向上するため好ましい。
このとき、対物レンズ6からの収束光が通過する記録部3の厚さが記録深さにより異なるので、光源20から対物レンズ6までの光路中に設けた球面収差補正素子13で記録部3中の記録される情報ピット5の記録深さに応じて、球面収差補正素子13で球面収差量を制御しながら記録するようにすれば、良好な記録ピット5が精度よく形成される。球面収差補正素子13は、屈折率分布が可変である液晶素子や、凹レンズと凸レンズを組み合わせてアクチュエータで両レンズの光軸方向の間隔を可変にしたビームエキスパンダー、または、光源20とコリメータレンズ16の間隔をアクチュエータ等で変えることができる可動コリメータレンズ等で構成される。
再生時においては、再生用光源20bから出射された直線偏光のレーザ光である再生光22bは、ビームスプリッタ18aによりY軸方向に折り曲げられ、同じく、コリメータレンズ16により、略平行光となり、ビームスプリッタ18bを透過して、立ち上げミラー12によって光路を−Z軸方向に折り曲げられる。そして、−Z軸方向に折り曲げられた再生光22b(レーザ光7)は、波長板24、球面収差補正素子13を通過して、直線偏光のまま、対物レンズ6によって情報記録媒体21の記録部3の所望の記録層1eの記録ピット5に集光する。
再生光の波長において、記録層1の1層あたりの透過率TRは、記録層1の層数n(nは4以上の整数)に対して、TR≧0.7071/(n−1)を満たすことにより、ターゲット層が最下層1eの場合に得られる反射光強度は、最上層1aの場合の0.5倍以上を得られるため、再生用光源20bのパワ調整をそれほどしなくとも(数割〜5割程度)、もしくは全く無調整で実用的な再生信号が得られることが可能となる。
記録ピット5によって反射されたレーザ光8は、逆方向に折り返し、対物レンズ6、球面収差補正素子13、波長板24、立ち上げミラー12を順に通過し、ビームスプリッタ18bにより光軸をZ軸方向に曲げられ、回折型フォーカス/トラック誤差信号検出素子15によって、複数の光に分岐され、検出レンズ23により検出収束光17、17’となる。再生信号光となる検出収束光17はピンホール14を通過して光検出器19aにより信号が検出される。分岐されたフォーカス/トラック誤差信号となる検出収束光17’は、ピンホールを通過させずに、別の光検出器19bで検出される。フォーカス/トラック誤差信号光となる検出収束光17’は、ピンホールを通過させない構成により、非点収差法やSSD法(スポット・サイズ・ディテクション法)によりフォーカス誤差信号が、3ビームトラッキング法や位相差法によりトラック誤差信号が検出される。すなわち反射光8を利用してフォーカスサーボ、及びトラックサーボを行いながら、記録層の光学定数の変化を利用することにより記録ピットが記録/再生される。
検出レンズ23の焦点距離は、例えば33mmであり、光検出器19側でのエアリーディスク径は、例えば、9.6μmである。ピンホール14は、検出収束光17の略焦点の位置に設置されているが、ピンホール14を設けることにより、所望の記録層1eではない光軸方向の上下の記録層1a〜1dに存在する記録ピット5が、対物レンズ6の収束光の照射により発生させる不要反射光であるクロストーク(層間クロストーク)光がピンホール14の外部に分布する。それらの光はピンホール14内に入らなくなるため、層間クロストークが減少する。また、ピンホール14の代わりに、光検出器の受光部がピンホール径の大きさを有する微小光検出器19aにより、検出収束光17を検出するようにしても同様の効果が得られる。
本実施の形態では、ピンホール14の大きさが再生信号光の検出収束光17のエアリーディスク径の5倍以下であれば、例えば、記録層1の層間隔Δd=5〜8μmでも問題ないレベル(層間クロストーク量≦30dB)まで再生信号の品質が向上された。ただし、ピンホール14の大きさを小さくすると、記録層1の間隔(中間層2厚さ)をより小さくすることが可能であるが、小さくし過ぎると、ピンホール14に入る光量が減少したり、環境温度により、光学系が歪んで、検出収束光17が、ピンホール14の中心からずれる傾向がある。層数nが大きくなるにつれて、検出光量が低下するために、APD(アバランシェフォトダイオード)を使用することにより信号強度が強められる。
(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2の情報記録媒体及びその製造方法、並びに光学情報記録再生装置について、図7から図11を用いて、実施の形態1と異なる点を中心に説明する。図7は実施の形態2における情報記録媒体の構成と信号を再生する様子を示す説明図、図8は実施の形態2における光学情報記録再生装置の構成と情報記録媒体の信号を記録/再生する様子を示す説明図、図9は本発明の実施の形態2における情報記録媒体の製造工程のうち、記録部と基板の接着工程を説明する図、図10は実施の形態2における情報記録媒体の製造工程のうち、塗布工程及び乾燥工程を説明する図、図11は、本発明の実施の形態2における情報記録媒体の他の製造工程の塗布工程及び乾燥工程を示す模式図である。
図7に示すように、実施の形態2の情報記録媒体21’と実施の形態1の情報記録媒体21との異なる点は、各記録層1’(図7では1’a〜1’dの4層が図示されている)は平坦であり、トラック溝を有さない。また、基板9と記録部3’との間にトラック溝32を具備するトラックガイド層31が形成されている。記録光7がターゲットの記録層1’cの記録領域であるトラック42’に入射し、未記録領域11’に記録ピット5を形成する。
記録層1’cのトラック42’から発せられる反射光8は、各記録層1’がトラック溝を有さないために、0次回折の反射光である。従って、トラック溝に記録光を照射することにより発生するような±1次以上の高次の回折光が発生しないために、迷光になる光損失が減少する。従って、透過光強度と透過率、及び反射光強度と反射率を大きくすることができる。そして、迷光が減少するために、反射信号である反射光8のSN比を向上させることができる。
記録光波長λ1または再生光波長λ2において記録層1’が実質的に透明な場合には、記録層1’cでの最大の反射率は、記録ピット5における回折損失が発生する分を除いて、記録層1’の透過率をTとした場合、典型的に1−Tとなる。なお、前記回折損失分は反射率に対して数%程度である。なお、実施の形態1の情報記録媒体21では、最大の反射率は1−Tの0.6〜0.95倍の値であった。トラック溝のない平坦な記録層1’のトラック42’からの反射光8を光検出器(図示無し)で検出することにより、SN比の良いフォーカスサーボ用の誤差信号と、再生光の場合は再生信号を同時に得ることができる。
本実施の形態の情報記録媒体21’でも、記録光波長λ1において、記録層1’の1層あたりの透過率Tが、T≧0.7071/(n−1)を満たすことにより、どの記録層1’においてもフォーカスサーボをかけながら、記録用光源のパワ調整をそれほど必要とせず、もしくはパワ調整なしに、2光子吸収等の非線形記録でも良好に記録することができる。なお、最大で3割程度のパワを強化する調整はできる。
情報記録媒体21’においては、各記録層はトラック溝を有さず、トラックガイド層31が有するトラック溝にトラックガイド照明光を照射することにより、トラックサーボが行われる。トラックガイド照明光33は、対物レンズ6でトラックガイド層31のトラック溝32に集光される。そして、その反射光の回折光であるトラックガイド反射光34を光検出器(図示無し)で検出することにより、再生光又は記録光7のトラックサーボ用の誤差信号を得ることができる。再生光又は記録光7は、トラックガイド照明光33と同期して、得られたトラックサーボ用誤差信号を用いてトラックピッチ方向(±Y方向)の最適な位置(トラック上)にアクチュエータ等で移動させればよい。
本実施の形態の光学情報記録再生装置60は、図8に示されるように、実施の形態1と同様の各構成要素に加えて、トラックガイド照明用光源20cとトラックガイド照明用集光レンズ43との組み合わせから構成されるトラックガイド照明光生成手段61をさらに備えている。
図8においては、トラックガイド照明用光源20cから出射したトラックガイド照明光33(22C)が、トラックガイド照明用集光レンズ43で集光状態が調整されたのち、ビームスプリッタ18cを通過する。そして、トラックガイド照明光33はコリメータレンズ16により、略平行光となり、ビームスプリッタ18bを透過して、立ち上げミラー12によって行路を−Z軸方向に折り曲げられる。そして、−Z軸方向に折り曲げられたトラックガイド照明光33は、波長板24、球面収差補正素子13を通過して、例えば、開口数NA=0.85、焦点距離2mmの対物レンズ6によって、トラックガイド層31に集光される。トラックガイド層31における反射光の回折光であるトラックガイド反射光34は、逆方向に折り返し、対物レンズ6、球面収差補正素子13、波長板24、立ち上げミラー12を順に通過し、ビームスプリッタ18bにより光軸をZ軸方向に曲げられる。Z軸方向に曲げられたトラック誤差信号であるトラック誤差信号光17”はトラック誤差信号光検出器19’cにより検出される。なお、光検出器19’aは再生信号用光検出器、19’bはフォーカス誤差信号検出用である。トラック誤差信号光17”は、ピンホールを通過させない構成により、3ビームトラッキング法や位相差法のような公知の方法でトラック誤差信号が検出される。そして、トラック誤差信号光17”を利用してトラックサーボを行いながら、記録光や再生光により記録ピットが記録/再生される。
図8に示した光学情報記録再生装置60においては、トラックガイド照明用光源20cとトラックガイド照明用光源20cからの出射されるトラックガイド出射光22cの集光状態を調整するための集光レンズ43を設けている。トラックガイド照明用光源20cと集光レンズ43とは、トラックガイド層31にトラックガイド照明光33を集光できるように、例えば、対物レンズ6へのトラックガイド照明光の入射光が発散光になるように、集光レンズ43の焦点位置よりも近くに光源20cを配置されている。
トラックガイド照明光の生成手段としては、トラックガイド照明用光源20cを設ける上記のような手段の他、再生時には記録用光源20aを用い、記録時には再生用光源20bを用いることにより、各光源の近くにそれぞれ専用の集光レンズを設けて対物レンズ6への入射光33が発散光になるようにしてもよい。
次に、本実施の形態の情報記録媒体21’の製造方法について図9を参照して説明する。情報記録媒体21’の各記録層1’はトラック溝を有さない。従って、実施の形態1の情報記録媒体の製造方法で説明したような、各記録層ごとにトラック溝を形成する転写工程等が不要であり、製造工程が簡略になる。
はじめに、トラック溝32を有する基板9を射出成形により成形する(図9(A))。そして、トラック溝32の表面に、基板9の材料とは異なる光学的特性、具体的には屈折率や吸収率を有する材料からなる薄膜からなるトラックガイド層を形成する。前記薄膜としては基板の材料と異なる光学特性を有するものであれば限定なく用いられる。その具体例としては、例えばTeOやZnS等の無機誘電体薄膜や、有機薄膜等が挙げられる。このような薄膜によりトラックガイド層31を形成する(図9(B))。なお、前記薄膜の形成方法は特に限定されず、例えば、スパッタリング法や、プラズマCVD法等の各種CVD法、または、真空蒸着等により前記誘電体を形成したり、塗布により形成してもよい。
一方、別に準備した、記録波長λ1及び再生波長λ2に対して実質的に透明であるフィルム29の表面に、記録部3’を形成する。
フィルム29としては、厚さ50〜100μmのポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ノルボルネン樹脂、またはシクロオレフィン樹脂等からなるフィルムが好ましい。なお、これらのフィルムは、光学情報記録媒体21’の保護層4としても用いられる。
フィルム29上にスピンコート法により記録層1’aを形成し、さらに、中間層2aを形成する。同様にして、さらに、記録層1’b、中間層2b、・・・、が繰り返し形成される。このようにして複数の記録層と中間層を有する記録部3’を備えた記録部付フィルム33が形成される(図9(C))。
そして、基板9に形成されたトラックガイド層31と記録部3’とを対向するようにして、接着剤30を用いて貼り合せる(図9(D)、(E))。接着剤30としては、例えば、トラックガイド照明光に対して実質的に透明であるUV硬化樹脂や熱硬化性樹脂を用いることができる。接着剤30を塗布する際にもスピンコート法が好ましく用いられる。接着剤30の塗布量は接着剤30が硬化して形成される接着層の厚みがトラック溝32の凹凸形状を平滑化する程度であることが好ましい。このような接着層を設けることにより、トラック溝32の凹凸形状が記録部3’へ転写することを抑制できる。記録部3’へ凹凸形状が転写された場合には記録光又は再生光の照射時に不要な回折光が発生するためにSN比が低下するおそれがある点から好ましくない。
なお、記録部付フィルム33は基板9の外形よりも大きく形成し、記録部付フィルム33と基板9とを貼り合わせた後、基板9の外形に合わせて、記録部付フィルム33を切り抜くことにより、情報記録媒体21’を得る方法は以下の点から好ましい。
多層の記録層を有する情報記録媒体を基板上にスピンコート法により各層を積み上げて形成していく場合、塗布した樹脂が基板9の周縁部において盛り上がり、得られる情報記録媒体21’の周縁部分が厚くなる現象が生じる。このような情報記録媒体21’の面内における厚みのバラツキは、記録再生特性を低下させる原因になる。前記製造方法によれば、厚い周縁部を切り落とすことができるために情報記録媒体21’の面内における厚みのバラツキが小さくなり、記録再生特性が高まる。また、記録部付フィルム33の大きさにより、複数枚分の情報記録媒体21’の記録部3’を一度に作れることになり生産コストを下げうる。
また、大きな面積の記録部付フィルム33は以下に説明する製造方法により、連続的且つ効率的に作製される。
図10は、大きな面積の記録部付フィルム33を連続的に製造するための装置80の構成の一例を示す。図10中、35cは記録層形成用材料ライン、36cは中間層形成用材料ライン、37aは第1の記録層形成用ノズル、37bは第2の記録層形成用ノズル、38aは第1の中間層形成用ノズル、38bは第2の中間層形成用ノズル、39a及び39bはフィルム移送用ローラ、41は温風ライン、40a〜40dは温風ノズルである。また29はフィルムである。
フィルム29がフィルム移送用ローラ39a,39bにより、図10中の右方から左方に向かって移送される。このとき、フィルム29は実質的にたるみのない状態で移送される。そして、フィルム29上に、第1の記録層形成用ノズル37aを用いた噴霧塗布工法等により記録層形成用材料35が連続的に塗布される。前記塗布された記録層形成用材料35を温風ノズル40aからの温風に接触させることにより樹脂成分を硬化させ、第1の記録層1’aが形成される。次に、第1の記録層1’a上に、第1の中間層形成用ノズル38aにより中間層形成用材料36が連続的に塗布される。前記塗布された中間層形成用材料36を温風ノズル40bからの熱風に接触させて溶剤成分を除去することにより、第1の中間層2’aが形成される。なお、記録層形成用材料35及び中間層形成用材料36は、有機溶剤溶液またはエマルジョンの形態で所定の濃度に調製されている。そして、同様の方法により、さらに、第2の記録層2’a及び第2の中間層2’bが形成される。図10においては、記録層及び中間層がそれぞれ2層ずつ形成された場合を示しているが、記録層形成用ノズル、中間層形成用ノズル、及び温風ノズルの数をさらに増やすことにより、さらに層数を増すことができる。なお、各記録層の厚さ及び各中間層の厚さは、ノズルのサイズを変えることにより記録層形成用材料35及び中間層形成用材料36の塗布量を調整したり、材料の濃度を変えることにより、容易に調整しうる。具体的には、例えば、同じ粘度で同じ濃度の材料を用いる場合、記録層の厚さを0.1μm、中間層の厚さを5μmにしたい場合には中間層形成用ノズルの断面積を記録層形成用ノズルの断面積の50倍程度にすることにより、膜厚を略50倍にすることができる。
また、記録層または中間層の材料として、無溶媒タイプのUV硬化樹脂またはそれを混入して用いる場合には、温風ノズル40a〜40dに代えて、UV光照射装置を配設してもよい。UV光照射装置によりUV光を照射させて硬化させることにより、記録層及び中間層を形成することができる。
また、大きな面積の記録部付フィルム33をさらに連続的且つ効率的に作製しうる製造装置の模式図を図11に示す。
図11中、35cは記録層形成用材料ライン、36cは中間層形成用材料ライン、37aは第1の記録層形成用ノズル、38aは第1の中間層形成用ノズル、37bは第2の記録層形成用ノズル、38bは第2の中間層形成用ノズル、39a及び39bはフィルム移送用ローラ、40aは温風ノズルである。また29はフィルムである。
フィルム29がフィルム移送用ローラ39a,39bにより、図11中の右方から左方に向かって移送される。そして、フィルム29上に、第1の記録層形成用ノズル37aを用いた噴霧塗布工法等により記録層形成用材料35が連続的に塗布される。次に、前記塗布された記録層形成用材料35上に、第1の中間層形成用ノズル38aにより中間層形成用材料36が連続的に塗布される。そして、前記塗布された中間層形成用材料36上に、同様にして、第2の記録層形成用ノズル37bにより記録層形成用材料35が、さらに、第2の中間層形成用ノズル38bにより中間層形成用材料36が連続的に塗布される。
そして、フィルム29上に層状に記録層形成用樹脂と中間層形成用樹脂がそれぞれ2層ずつ塗布された記録層形成用材料35及び中間層形成用材料36からなる複合層を温風ノズル40aからの温風に接触させて溶剤成分を除去することにより、中間層及び記録層が形成される。このような製造装置によれば、記録層と中間層を複数セット同時に形成することができる。複数層セットの層を一度に形成することができるために、製造工程がより簡略化される。なお、前記塗布において、記録層形成用材料35と中間層形成用材料36とが混ざる場合には、記録層形成用材料35と中間層形成用材料36の層の間に、それらが混ざることを抑制するための界面分離層を設けてもよい。このような、界面分離層としては塗布可能なPMMAやPVA等の透明樹脂が用いられる。
(実施の形態3)
次に、本発明の実施の形態3の情報記録媒体について、実施の形態1及び実施の形態2の情報記録媒体と異なる点を中心に説明する。
実施の形態3の情報記録媒体と実施の形態1及び実施の形態2の情報記録媒体との異なる点は、記録層を構成する記録材料が記録光の波長及び/又は再生光の波長における吸収をごくわずかに有することである。
以下に記録材料の特性以外は図7に示した実施の形態2の情報記録媒体と同様の構成である情報記録媒体について図12を用いて説明する。なお、各記録層にトラック溝が形成された図1に記載されたような情報記録媒体についても同様に適用することができる。図1に記載されたような情報記録媒体については説明の重複を避けるために具体的な説明は省略する。
本実施の形態の情報記録媒体21’’は、記録光の波長λ1において、記録層1の未記録領域11’ ’の屈折率(例えば、1.55)と中間層2の屈折率(例えば、1.65)との差(例えば、0.1)が、記録層1の記録済領域10’’の屈折率(例えば、1.60)と中間層2の屈折率(例えば、1.65)との差(例えば、0.05)よりも大きい場合は、記録層1の未記録領域11’’における1層あたりの透過率をT1、記録層1の記録済領域10’’における1層あたりの透過率をT2、記録層1の未記録領域11’’における1層あたりの吸収率をA1、記録層1の記録済領域10’’における1層あたりの吸収率をA2とする場合、T1≧0.7071/(n−1)を満たし、さらに、A1<A2≦1−T2を満たすことを特徴とする。実施の形態1で説明したように、T1≧0.7071/(n−1)を満たす場合には、最下層(1’’d)においても、その上層の記録層(1’’a〜1’’c)のトラック42’’がすべて未記録状態であっても、最下層の記録層1’’dの光強度が最上層の記録層1’’aにおける光強度の約0.7倍(0.707倍)以上確保される。
そして、A1<A2≦1−T2を満たす場合、記録層1’’に記録すると、記録材料の記録波長における吸収率が高くなる。そして、記録の進行にともない記録光の吸収率が高くなるために、記録層の温度が高くなる。そして、この温度上昇により、記録感度が増大する。本実施形態の情報記録媒体のように、ジアリールエテン等のフォトンモード材料からなる記録層を用いて2光子吸収現象で記録する場合、記録層の温度が高くなれば、量子収率が向上し、記録感度が増大する。
さらに、記録済領域10’’における1層あたりの吸収率A2が未記録領域11’’における1層あたりの吸収率A1よりも大きいために、記録済領域10の透過率T2は低下する。そして、透過率T2は未記録領域11’’の透過率T1に近づき、T1とT2の差が小さくなる。この場合、記録済領域10及び未記録領域11’’の透過率に実質的に差がなくなるためにSN比が向上し、読み出し特性に優れた情報記録媒体が得られる。この場合、未記録領域11’’は実質的に透明であり、未記録領域11’’における1層あたりの吸収率A1は0.001以下であることが好ましい。なお、吸収率と透過率の定義から、A2+T2≦1、すなわち、A2≦1−T2である。また、記録光のピークパワにより異なるが、ピークパワが1W程度の場合、吸収率A2が0.5%(0.005)〜数%を超えると、2光子吸収とともに1光子吸収が生じやすくなる傾向があるために、吸収率A2は最大0.5%〜数%であることが好ましい。
さらに、情報記録媒体が、記録光7の波長λ1において、記録層1’’の記録済領域10’’の屈折率(例えば、1.60)と中間層2の屈折率(例えば、1.62)との差(例えば、0.02)が0.05以下であり、記録層1’’の記録済領域10’’における1層あたりの吸収率A2と1−T2の差は0.002以下である場合には、T1とT2の差が非常に小さくなる。この場合も、記録済領域10及び未記録領域11の透過率に実質的に差がなくなるために記録ピットの影響を殆ど受けないことになり、その結果、SN比が向上し、読み出し特性に優れた情報記録媒体が得られる点から好ましい。
一方、記録光の波長λ1において、記録層1の未記録領域11の屈折率(例えば、1.55)と中間層2の屈折率(例えば、1.50)との差(例えば、0.05)が、記録層1の記録済領域10の屈折率(例えば、1.60)と中間層2の屈折率(例えば、1.50)との差(例えば、0.10)よりも小さい場合には、記録層1’’の未記録領域11’’における1層あたりの透過率をT1、記録層1の記録済領域10’’における1層あたりの透過率をT2、記録層1’’の未記録領域11’’における1層あたりの吸収率をA1、記録層1’’の記録済領域10’’における1層あたりの吸収率をA2とする場合、(3T1+T2)/4≧0.7071/(n−1)、且つ、A2<A1≦1−T1を満たすことを特徴とする。
A2<A1≦1−T1を満たす場合、記録層1’’に記録すると、記録材料の記録波長における吸収率が低下するために透過率が高くなる。そして、記録済領域の透過率T2がT1に近づき、T1とT2の差が小さくなる。この場合、記録済領域10及び未記録領域11の透過率に実質的に差がなくなるためにSN比が向上し、読み出し特性に優れた情報記録媒体が得られる。この場合、記録済領域10’’は実質的に透明で、記録済領域10’’における1層あたりの吸収率A2が0.001以下であることが好ましい。なお、吸収率と透過率の定義から、A1+T1≦1、すなわち、A1≦1−T1である。
また、再生光7の波長λ2において、記録層1の未記録領域11’’の屈折率(例えば、1.55)と中間層2の屈折率(例えば、1.65)との差(例えば、0.10)が、記録層1’’の記録済領域10’’の屈折率(例えば、1.60)と中間層2の屈折率(例えば、1.65)との差(例えば、0.05)よりも大きい場合には、記録層1’’の未記録領域11’’における1層あたりの透過率をTR1、記録層1’’の記録済領域10’’における1層あたりの透過率をTR2、記録層1’’の未記録領域11’’における1層あたりの吸収率をA3、記録層1’’の記録済領域10における1層あたりの吸収率をA4とする場合、TR1≧0.7071/(n−1)を満たし、A3<A4≦1−TR2を満たすことを特徴とする。実施の形態1で説明したように、TR1≧0.7071/(n−1)を満たす場合には、最下層(1’’d)においても、その上層の記録層(1’’a〜1’’c)のトラック42’’がすべて未記録状態であっても、最下層の記録層1’’’dの反射光強度が最上層の記録層1’’aにおける反射光強度の約0.5倍以上確保できる。
A3<A4≦1−TR2を満たす場合、記録済領域10の再生光7の吸収率A4が未記録領域11の再生光7の吸収率A3よりも大きいために、記録済領域10の透過率TR2は低くなる。そして透過率TR2は未記録領域11’’の透過率TR1に近づき、TR1とTR2との差が小さくなる。この場合、記録済領域10及び未記録領域11の透過率に実質的に差がなくなるためにSN比が向上し、読み出し特性に優れた情報記録媒体が得られる点から好ましい。なお、吸収率と透過率の定義から、A4+TR2≦1、すなわち、A4≦1−TR2である。なお、未記録領域11は実質的に透明であることが好ましく、吸収率A3は0.001以下であることが2光子吸収が生じやすい点から好ましい。また、記録済領域10における1層あたりの吸収率をA4が0.005を超えると再生光による1光子吸収が生じやすくなり、再生光が劣化する傾向があるために、吸収率A4は0.005以下であることが好ましい。
さらに、情報記録媒体が、再生光7の波長λ2において、記録層1’’の記録済領域10’’の屈折率(例えば、1.60)と中間層2の屈折率(例えば、1.62)の差(例えば、0.02)が0.05以下であり、記録層1’’の記録済領域10における1層あたりの吸収率A4と1−TR2の差が0.2%以下である場合には、TR1とTR2との差が非常に小さくなる。この場合、記録済領域10’’における再生光の透過率TR2と未記録領域11’’における再生光の透過率TR1との差が小さいために、記録済領域10’’及び未記録領域11’’の透過率に実質的に差がなくなるために記録ピットの影響を殆ど受けないことになり、その結果、SN比が向上し、読み出し特性に優れた情報記録媒体が得られる点から好ましい。
また、再生光の波長λ2において、記録層1’’の未記録領域11’’の屈折率(例えば、1.55)と中間層2の屈折率(例えば、1.50)との差(例えば、0.05)が、記録層1’’の記録済領域10’’の屈折率(例えば、1.60)と中間層2の屈折率(例えば、1.50)との差(例えば、0.10)よりも小さい場合は、記録層1’’の未記録領域11’’における1層あたりの透過率をTR1、記録層1’’の記録済領域10’’における1層あたりの透過率をTR2、記録層1’’の未記録領域11’’における1層あたりの吸収率をA3、記録層1’’の記録済領域10’’における1層あたりの吸収率をA4とする場合、(3TR1+TR2)/4≧0.7071/(n−1)を満たし、且つ、A3とA4はA4<A3≦1−TR1を満たすことを特徴とする。
A4<A3≦1−TR1を満たす場合、未記録領域11’’の再生光7の吸収率A3が記録済領域10’’の再生光7の吸収率A4より大きいために、記録層1’’に記録すると、記録材料の再生波長λ2における吸収率が低下する。そして、記録済領域10’’の透過率TR2が未記録領域11’’の透過率TR1に近づき、TR1とTR2との差が小さくなる。この場合、記録済領域10’’と未記録領域11と透過率の差が小さいために、記録済領域10’’及び未記録領域11’’の透過率に実質的に差がなくなるためにSN比が向上し、読み出し特性に優れた情報記録媒体が得られる点から好ましい。なお、吸収率と透過率の定義からA3+TR1≦1、すなわち、A3≦1−TR1である。この場合、記録済領域10’’では実質的に透明であることが望ましく、A3は0.001以下であることが望ましい。
なお、本実施の形態の情報記録媒体の製造方法、光学情報記録再生装置の構成は、実施の形態1、2の場合と同じである。
以上、実施の形態1〜実施の形態3の情報記録媒体及びその製造方法並びに光学情報記録再生装置およびその製造方法について説明してきたが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、それぞれの実施の形態の情報記録媒体及びその製造方法並びに光学情報記録再生装置との構成を組み合わせた情報記録媒体及びその製造方法並びに光学情報記録再生装置も本発明に含まれ、同様の効果を奏することができる。また、上記の情報記録媒体は追記型以外に書き換え型も含まれる。
なお、上記実施の形態で用いた対物レンズとコリメータレンズ、検出レンズ、集光レンズは便宜上名付けたものであり、一般にいうレンズと同じである。
また、上記実施の形態においては、情報記録媒体として光ディスクを例に挙げて説明したが、同様の情報記録再生装置で厚みや記録密度など複数の仕様の異なる媒体を再生することができるように設計されたカード状やドラム状、テープ状の製品に応用することも本発明の範囲に含まれる。
本発明の情報記録媒体によれば、記録ピットを3次元的に記録可能な情報記録媒体に関し、特に、対物レンズから離れた下層の記録層に対しても記録光の光量の低下が小さく、どの記録層においてもフォーカスサーボをかけながら、2光子吸収を用いて良好に記録することが可能な情報記録媒体を提供できる。
(A)は本発明の実施の形態1における情報記録媒体の構成と信号を記録する様子を示す説明図であり、(B)は本発明の実施の形態1における情報記録媒体の構成と信号を再生する様子を示す説明図である。 本発明の実施の形態1における情報記録媒体の記録層1層あたりの透過率と記録層の層数との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態1における、記録層の材料であるジアリールエテンの透過率と波長の関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態1における情報記録媒体の所望の記録層に対する透過光及び反射光を説明する図である。 本発明の実施の形態1における情報記録媒体の製造工程を示す説明図である。 本発明の実施の形態1における光学情報記録再生装置の構成と情報記録媒体の信号を記録又は再生する様子を示す説明図である。 本発明の実施の形態2における情報記録媒体の構成と信号を再生する様子を示す説明図である。 本発明の実施の形態2における光学情報記録再生装置の構成と情報記録媒体の信号を記録又は再生する様子を示す説明図である。 本発明の実施の形態2における情報記録媒体の製造工程を説明する図である。 本発明の実施の形態2における情報記録媒体の製造工程のうち、塗布工程及び乾燥工程を説明する図である。 本発明の実施の形態2における別の実施の形態の情報記録媒体の製造工程のうち、塗布工程及び乾燥工程を説明する図である。 本発明の実施の形態3における情報記録媒体の構成と信号を再生する様子を示す説明図である。 従来の光学情報記録再生装置の構成と情報記録媒体の信号を記録又は再生する様子を示す説明図である。

Claims (42)

  1. 基板と、前記基板上に3次元的に記録ピットを記録可能な記録部とを有する情報記録媒体であって、
    前記記録部は、2光子吸収現象を用いて情報が記録されるn層の記録層(nは4以上の整数)と、各記録層と交互に積層された複数の中間層とを有し、
    前記複数の中間層はそれぞれ、記録光の波長λ1及び再生光の波長λ2において実質的に透明であり、
    前記基板に最も近い記録層に入射する記録光の光強度が前記基板から最も離れた記録層に入射する記録光の光強度の0.707倍以上であることを特徴とする情報記録媒体。
  2. 前記記録光の波長λ1における、前記記録層の1層あたりの透過率Tが、下記式(1)の条件を満たす請求項1に記載の情報記録媒体。
    T≧0.7071/(n−1) (1)
    (ただし、nは記録層の層数を示す4以上の整数である。)
  3. 前記記録光の波長λ1における、前記記録層の未記録領域の屈折率と前記中間層の屈折率との差が、前記記録層の記録済領域の屈折率と前記中間層の屈折率との差よりも大きく、
    前記記録光の波長λ1における前記未記録領域の1層あたりの透過率T1が、下記式(2)の条件を満たす請求項1に記載の情報記録媒体。
    T1≧0.7071/(n−1) (2)
    (ただし、nは記録層の層数を示す4以上の整数である。)
  4. 前記記録光の波長λ1における、前記記録層の未記録領域の屈折率と前記中間層の屈折率との差が、前記記録層の記録済領域の屈折率と前記中間層の屈折率との差よりも小さく、
    前記記録光の波長λ1における、前記未記録領域の1層あたりの透過率T1と前記記録済領域の1層あたりの透過率T2とが、下記式(3)の条件を満たす請求項1に記載の情報記録媒体。
    (3T1+T2)/4≧0.7071/(n−1) (3)
    (ただし、nは記録層の層数を示す4以上の整数である。)
  5. 前記記録層の未記録領域と記録済領域はいずれも、前記記録光の波長λ1に対して実質的に透明である請求項1に記載の情報記録媒体。
  6. 前記記録層の未記録領域と記録済領域とはいずれも、前記再生光の波長λ2に対して実質的に透明である請求項1に記載の情報記録媒体。
  7. 前記記録光の波長λ1における前記記録層の未記録領域の1層あたりの吸収率が、1/2λ1及びその近傍の波長における前記未記録領域の1層あたりの吸収率よりも小さい請求項1に記載の情報記録媒体。
  8. 前記再生光の波長λ2における前記記録層の1層あたりの透過率TRが、下記式(4)の条件を満たす請求項1に記載の情報記録媒体。
    TR≧0.7071/(n−1) (4)
    (ただし、nは記録層の層数を示す4以上の整数である。)
  9. 前記再生光の波長λ2における、前記記録層の未記録領域の屈折率と前記中間層の屈折率との差が、前記記録層の記録済領域の屈折率と前記中間層の屈折率との差よりも大きく、
    前記再生光の波長λ2における前記未記録領域の1層あたりの透過率TR1が、下記式(5)の条件を満たす請求項8に記載の情報記録媒体。
    TR1≧0.7071/(n−1) (5)
    (ただし、nは記録層の層数を示す4以上の整数である。)
  10. 前記再生光の波長λ2における、前記記録層の未記録領域の屈折率と前記中間層の屈折率との差が、前記記録層の記録済領域の屈折率と前記中間層の屈折率との差よりも小さく、
    前記再生光の波長λ2における、前記未記録領域の1層あたりの透過率TR1と前記記録済領域の1層あたりの透過率TR2とが、下記式(6)の条件を満たす請求項8に記載の情報記録媒体。
    (3TR1+TR2)/4≧0.7071/(n−1) (6)
    (ただし、nは記録層の層数を示す4以上の整数である。)
  11. 前記各記録層の膜厚がそれぞれ実質的に等しい請求項1に記載の情報記録媒体。
  12. 前記各中間層の膜厚がそれぞれ実質的に等しい請求項1に記載の情報記録媒体。
  13. 前記各記録層及び前記各中間層はそれぞれ単層である請求項1に記載の情報記録媒体。
  14. 前記記録光の波長λ1における、前記記録層の未記録領域の屈折率及び前記記録層の記録済領域の屈折率と前記中間層の屈折率との差が0.1以下である請求項1に記載の情報記録媒体。
  15. 前記再生光の波長λ2における、前記記録層の未記録領域の屈折率及び前記前記記録層の記録済領域の屈折率と前記中間層の屈折率との差が0.1以下である請求項8に記載の情報記録媒体。
  16. 前記再生光の波長λ2における、前記記録済領域の屈折率と前記中間層の屈折率とが実質的に同じである請求項9に記載の情報記録媒体。
  17. 前記記録層は、フォトンモードの記録材料を含む請求項1に記載の情報記録媒体。
  18. 前記フォトンモードの記録材料が、ジアリールエテン、ジアリールエテンの誘導体、及びフォトポリマーからなる群から選ばれる何れか1つである請求項17に記載の情報記録媒体。
  19. 前記記録層の厚さLが、前記記録層の記録済領域の屈折率r2に対して、下記式(7)の条件を満たす請求項1に記載の情報記録媒体。
    0.63λ2/(4r2)≦L≦1.37λ2/(4r2) (7)
    (ただし、λ2は再生光の波長である。)
  20. 前記基板が少なくとも一面にトラック溝が形成されたトラック溝形成基板であり、
    前記トラック溝表面に前記基板の材料とは異なる光学特性を有する材料からなる薄膜層を有し、
    前記記録層がトラック溝を備えない請求項1に記載の情報記録媒体。
  21. 前記記録層において、前記記録光の波長λ1における、前記未記録領域の1層あたりの吸収率A1と前記記録済領域の1層あたりの吸収率A2とが、下記式(8)の条件を満たす請求項3に記載の情報記録媒体。
    A1<A2≦1−T2 (8)
    (ただし、T2は前記記録光の波長λ1における前記記録済領域の1層あたりの透過率である。)
  22. 前記再生光の波長λ2における前記未記録領域の1層あたりの吸収率A3と前記記録済領域の1層あたりの吸収率A4とが、下記式(9)の条件を満たす請求項21に記載の情報記録媒体。
    A3<A4≦1−TR2 (9)
    (ただし、TR2は前記再生光の波長λ2における前記記録済領域の1層あたりの透過率である。)
  23. 前記記録光の波長λ1における、前記未記録領域の1層あたりの吸収率A1と前記記録済領域の1層あたりの吸収率A2とが、下記式(10)の条件を満たす請求項4に記載の情報記録媒体。
    A2<A1≦1−T1 (10)
    (ただし、T1は前記記録光の波長λ1における前記未記録領域の1層あたりの透過率である。)
  24. 前記再生光の波長λ2における、前記未記録領域の1層あたりの吸収率A3と前記記録済領域の1層あたりの吸収率A4とが、下記式(11)の条件を満たす請求項23に記載の情報記録媒体。
    A4<A3≦1−TR1 (11)
    (ただし、TR1は前記再生光の波長λ2における前記未記録領域の1層あたりの透過率である。)
  25. 前記未記録領域の1層あたりの吸収率A1が0.001以下である請求項21に記載の情報記録媒体。
  26. 前記未記録領域の1層あたりの吸収率A3が0.001以下である請求項22に記載の情報記録媒体。
  27. 前記記録済領域の1層あたりの吸収率A2が0.001以下である請求項23に記載の情報記録媒体。
  28. 前記記録済領域の1層あたりの吸収率A4がそれぞれ0.001以下である請求項24に記載の情報記録媒体。
  29. 前記記録光の波長λ1における、前記記録済領域の屈折率と前記中間層の屈折率との差が0.05以下であり、前記吸収率A2と1−T2との差|A2−(1−T2)|が0.002以下である請求項3に記載の情報記録媒体。ただし、T2は前記記録光の波長λ1における前記記録済領域の1層あたりの透過率である。
  30. 前記記録層の層数nは、10≦n≦305を満たす請求項1に記載の情報記録媒体。
  31. フィルム表面に記録層と中間層とを交互に形成することにより記録部を形成する記録部付フィルム形成工程と、
    表面に基板の材料とは異なる光学特性を有する材料からなる薄膜層が形成されたトラック溝を有する基板の前記薄膜層の表面に、得られた前記記録部付フィルムを貼合わせる貼合わせ工程と、
    を含む請求項20に記載の情報記録媒体の製造方法。
  32. 前記記録部付フィルムが前記基板の外形よりも大きく形成されており、
    前記貼合わせ工程の後、前記基板の外形に合わせて前記記録部付フィルムを切り抜く工程をさらに含む請求項31に記載の情報記録媒体の製造方法。
  33. 前記記録部付フィルム形成工程が、前記フィルム表面に記録層形成用材料又は中間層形成用材料を塗布する第1工程と、
    前記塗布された材料を乾燥または硬化させる第2工程と、
    前記乾燥または硬化させることにより形成された記録層または中間層表面にさらに、前記記録層形成用材料又は中間層形成用材料を塗布する第3工程と、
    前記塗布された何れかの材料を乾燥または硬化させる第4工程を含み、
    前記第3工程〜前記第4工程を複数回繰り返すことにより記録層及び中間層をそれぞれ交互に複数層形成する請求項31に記載の情報記録媒体の製造方法。
  34. 前記記録部付フィルム形成工程が、前記フィルム表面に記録層形成用材料又は中間層形成用材料を塗布する第1工程と、
    前記塗布された記録層形成用材料又は中間層形成用材料の表面にさらに、前記記録層形成用材料又は中間層形成用材料を塗布する第2工程と、
    前記第2工程で塗布された記録層形成用材料又は中間層形成用材料の表面にさらに、前記記録層形成用材料又は前記中間層形成用材料を交互に複数回塗布する第3工程と、
    前記第3工程の後、塗布された前記記録層形成用材料及び前記中間層形成用材料を乾燥または硬化させる第4工程とを備える請求項31に記載の情報記録媒体の製造方法。
  35. 前記第1工程及び前記第2工程で塗布された前記記録層形成用材料又は前記中間層材料の表面に、前記記録層形成用材料と前記中間層材料との界面を維持するための界面分離層をさらに、塗布する工程を含有する請求項34に記載の情報記録媒体の製造方法。
  36. 記録光を出射する記録光光源と、再生光を出射する再生光光源と、前記記録光光源及び前記再生光光源から出射された記録光及び再生光を請求項1に記載の情報記録媒体の所定の記録層に集光するための対物レンズと、前記記録層からの反射光を検出するための光検出器とを備え、
    記録時に、前記記録光光源から出射された記録光を、前記情報記録媒体の所定の記録層に集光して入射させることにより発生する反射光を利用してフォーカスサーボを行い、且つ、2光子吸収現象を用いることにより記録ピットを記録し、
    再生時に、前記再生光光源から出射された再生光を、前記情報記録媒体の所望の記録層に集光して入射させることにより発生する反射光を利用してフォーカスサーボを行い、前記記録層の光学定数の変化に基づく反射率の違いを利用して記録ピットを再生することを特徴とする光学情報記録再生装置。
  37. 前記記録光光源は、パルス光を発する半導体レーザ光源であり、パルス幅は記録マークに合わせて1ナノ秒から100ナノ秒の間で変化させる請求項36に記載の光学情報記録再生装置。
  38. 前記記録光光源と前記再生光光源とが同じ光源である請求項36に記載の光学情報記録再生装置。
  39. 前記再生光の波長よりも前記記録光の波長の方が大きい請求項36に記載の光学情報記録再生装置。
  40. 前記記録光の波長における、前記情報記録媒体の前記未記録領域の屈折率と前記中間層の屈折率との差が、前記記録済領域の屈折率と前記中間層の屈折率との差よりも大きい場合には、前記対物レンズに最も近い記録層から順次記録ピットを3次元的に記録し、
    前記前記未記録領域の屈折率と前記中間層の屈折率との差が、前記記録済領域の屈折率と前記中間層の屈折率との差よりも小さい場合には、前記対物レンズから最も遠い記録層から記録ピットを3次元的に順次記録する請求項36に記載の光学情報記録再生装置。
  41. さらにトラックガイド照明光生成手段を備え、
    前記トラックガイド照明光生成手段から生成されたトラックガイド照明光を、前記情報記録媒体のトラック溝に集光し、前記トラック溝からの反射光の回折光を利用して、再生光または記録光のトラックサーボを行う請求項36に記載の光学情報記録再生装置。
  42. 前記情報記録媒体における、前記対物レンズから離れた記録層になるほど、記録光又は再生光の出力パワを大きくする請求項36に記載の光学情報記録再生装置。
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