CN101335021A - 用于信息记录和再现的装置和方法,及光学信息记录介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于信息记录和再现的装置和方法以及光学信息记录介质。一种用于在具有记录材料的多层光学信息记录介质上记录信息的信息记录装置，记录材料具有光反应特性并由于被照射的光产生的热而改变性质，多层光学信息记录介质具有以多个层的形式交替存在的已变质层和未变质层，在已变质层中记录材料已经变质，在未变质层中记录材料尚未变质。该信息记录装置包括：光源，用于发射具有预定波长的记录光；聚焦位置控制单元，用于控制从光源发射的记录光的聚焦位置；物镜，设置在聚焦位置控制单元的后级用于收集记录光；其中，通过由记录光产生的热使聚焦位置处的记录材料发生变质，从而以记录标记的形式在光学信息记录介质上记录信息。

Description

用于信息记录和再现的装置和方法，及光学信息记录介质
技术领域
本发明涉及信息记录装置、信息再现装置、信息记录方法、信息再现方法和光学信息记录介质。
背景技术
过去，碟状光盘被广泛的用作光学信息记录介质，大体上，正在被使用的有CD(紧凑型盘)、DVD(数字通用型盘)、蓝光盘(注册商标，下文中称为BD)等。
在与这种光盘对应的光盘装置中，在光盘上记录了各种信息，所述信息例如各种内容或用于计算机的各种数据等，所述各种内容例如各种音乐内容、图片内容等。近年来，尤其是伴随着由于更高分辨率的图片、更高音质的音乐等，以及对一张光盘上要记录的内容量的增加的需求，需要更大容量的光盘。
已经提出了一种方法增加光盘容量的方法，在该方法中，通过使两个系统的光束干涉并在记录介质中形成微观全息图来记录信息(参见，例如日本专利申请公开No.2006-78834)。
发明内容
但是，在日本专利申请公开No.2006-78834描述的方法中，在旋转和振动的光盘上执行一种高级控制，该控制在期望记录信息的位置处将两种类型光束的聚焦位置同时对准，因此使用相关方法的光盘装置的构造会很复杂，稳定地记录或再现信息变得很困难。
考虑到上述问题，期望提供一种新颖和改进的信息记录装置、信息再现装置、信息记录方法、信息再现方法和光学信息记录介质，所述信息记录装置能稳定地记录或再现信息并能够获得满意的信噪比。
根据本发明的实施例，提供了一种用于在具有记录材料的多层光学信息记录介质上记录信息的信息记录装置，记录材料具有光反应特性和/或热化学反应特性，并由于被照射的光和/或由光产生的热而改变性质，多层光学信息记录介质包括以多个层的形式交替存在的已变质层和未变质层，在已变质层中记录材料已经变质，在未变质层中记录材料尚未变质；该信息记录装置包括：光源，用于发射具有预定波长的记录光；聚焦位置控制单元，用于控制从光源发射的记录光的聚焦位置；物镜，设置在聚焦位置控制单元的后级，用于收集记录光；其中，通过由记录光产生的热使聚焦位置处的记录材料发生变质，从而以记录标记的形式在光学信息记录介质上记录信息。
根据这种结构，光源发射具有预定波长的记录光，聚焦位置控制单元控制从光源发射的记录光的聚焦位置，物镜将记录光照射到光学信息记录介质上。在记录光的光收集位置处，光学信息记录介质的记录材料由记录光造成热变质，并以记录标记的形式记录信息。有关信息记录装置在具有所谓的阈值特性的光学信息记录介质上记录信息，因此能稳定的记录信息。
记录光的聚焦深度可以大于或等于已变质层和/或未变质层的厚度。
记录光的波长可以对于已变质层而言具有高吸收率。记录光的波长可以对于未变质层而言具有高吸收率。
在对于已变质层的吸收率与对于未变质层的吸收率之间，记录层的波长可以具有较大的差异。
聚集位置控制单元可以将记录光的聚焦位置控制在未变质层所在的位置；记录光可以使未变质层中的记录材料发生变质来记录记录标记。
聚焦位置控制单元可以将记录光的聚焦位置控制在已变质层所在的位置；记录光可以使已变质层中的记录材料发生变质来记录记录标记。
聚焦位置控制单元可以由一个或多个光学元件构成；可以通过改变这一个或多个光学元件的位置来控制记录光的聚焦位置。
聚焦位置控制单元可以由中继透镜或准直器透镜构成。
与不记录记录标记的层相比，要记录记录标记的层可以在记录光的波长处具有大的光学吸收率。
与不用于记录记录标记的层相比，要记录记录标记的层可以具有大的导热常数。
要记录记录标记的层的玻璃转化温度可以比不记录记录标记的层的玻璃转化温度低。
根据本发明的另一实施例，提供了一种用于从具有记录材料的光学信息记录介质读取和再现被记录的记录标记的信息再现装置，记录材料具有光反应特性和/或热化学反应特性并由于被照射的光和/或由光产生的热而改变性质，光学信息记录介质包括以多个层的形式交替存在的已变质层和未变质层，在已变质层中记录材料已经变质，在未变质层中记录材料尚未变质，光学信息记录介质还包括在已变质层或未变质层中随着热产生的变质而以记录标记的形式记录的信息；该信息再现装置包括：光源，用于发射具有预定波长的读取光；聚焦位置控制单元，用于控制从光源发射的读取光的聚焦位置；物镜，设置在聚焦位置控制单元的后级，用于收集读取光；以及光检测器，用于检测与来自记录标记的读取光对应的返回光。
根据这种结构，光源发射具有预定波长的读取光，聚焦位置控制单元控制从光源发射的读取光的聚焦位置，物镜将读取光收集在光学信息记录介质的记录标记上，光检测器检测与来自记录标记的读取光对应的返回光。有关信息再现装置基于所检测的返回光产生再现信号，并再现记录在光学信息记录介质上的信息。
读取光的聚焦深度可以大于或等于已变质层和/或未变质层的厚度。
读取光的波长可以与用于记录记录标记的记录光的波长相等。
与用于记录记录标记的记录光相比，读取光的波长可以对于未变质层具有低的吸收率或对于已变质层具有低的吸收率。
聚焦位置控制单元可以将读取光的聚焦位置控制在存在未变质层的位置；光检测器可以检测来自未变质层中的记录标记的返回光。
聚焦位置控制单元可以将读取光的聚焦位置控制在存在已变质层的位置；光检测器可以检测来自已变质层中的记录标记的返回光。
聚焦位置控制单元可以由一个或多个光学元件构成；可以通过改变一个或多个光学元件的位置来控制读取光的聚焦位置。
聚焦位置控制单元可以由中继透镜或准直器透镜构成。
光学信息记录介质可以被两个初始化光束初始化；两个初始化光束中的一者可以从光学信息记录介质一侧的表面进入光学信息记录介质；两初始化光束中的另一者可以从光学信息记录介质的另一侧的表面进入光学信息记录介质。
两个初始化光束相对于光学信息记录介质表面的入射角大小可以相等。
可以使用波长为λ[nm]的初始化光束执行初始化过程，使得已变质层和未变质层的厚度为ΔD[nm]；两个初始化光束的入射角θ的值可以由等式(1)得出。
θ = sin - 1 ( λ 2 ΔD ) (等式1)
可以由对于记录材料具有光学敏感性的波长的初始化光束对光学信息记录介质进行初始化。
初始化光束可以是平行光束。
初始化光束的光束直径可以具有用于对记录材料的整个表面进行照射的尺寸。
根据本发明的实施例，提供了一种用于在具有记录材料的多层光学信息记录介质上记录信息的信息记录方法，记录材料具有光反应特性和/或热化学反应特性，并由于被照射的光和/或由光产生的热而改变性质，多层光学信息记录介质包括以多个层的形式交替存在的已变质层和未变质层，在已变质层中记录材料已经发生变质，在未变质层中记录材料尚未发生变质；该信息记录方法包括以下步骤：对于从光源发射的具有预定波长的记录光，控制记录光的聚焦位置，并将记录光照射在光学信息记录介质的预定层上；以及通过由记录光产生的热来使被记录光照射的预定层中的记录材料变质，从而以记录标记的形式记录信息。
根据这种结构，在照射记录光的步骤中，控制从光源发射的具有预定波长的记录光的聚焦位置，并将记录光照射在光学信息记录介质的预定层上；在记录信息的步骤中，通过热使由记录光照射的记录材料发生改变并以记录标记的形式记录信息。根据这种信息记录方法，在光学信息记录介质上执行信息的记录，所述光学信息记录介质具有以多个层的形式交替存在的已变质层和未变质层，在所述已变质层中记录材料已经发生变质，在所述未变质层中记录材料未发生变质，因而信息能被稳定地记录。
根据本发明的另一实施例，提供了一种用于从具有记录材料的光学信息记录介质读取和再现被记录的记录标记的信息再现方法，记录材料具有光反应特性和/或热化学反应特性，并由于被照射的光和/或由光产生的热而改变性质，光学信息记录介质包括以多个层的形式交替存在的已变质层和未变质层，在已变质层中记录材料已经发生变质，在未变质层中记录材料尚未发生变质，光学信息记录介质还包括在已变质层或未变质层中随着热产生的变质而以记录标记的形式记录的信息；该信息再现方法包括以下步骤：对于从光源发射的具有预定波长的读取光，控制读取光的聚焦位置，并将读取光照射在光学信息记录介质的预定层中的记录标记上；检测来自记录标记的读取光的返回光；以及基于所检测的返回光产生信息的再现信号。
根据这种结构，在照射读取光的步骤中，控制从光源发射的具有预定波长的读取光的聚焦位置，并将读取光照射在光学信息记录介质的预定层上；在检测来自记录标记的读取光的返回光的步骤中，来自记录在光学信息记录介质上的记录标记的返回光被检测；在产生信息的再现信号的步骤中，基于所检测的返回光产生记录在光学信息记录介质上的信息的再现信号。根据这种信息再现方法，从光学信息记录介质执行信息的读取，所述光学信息记录介质具有以多个层的形式交替存在的已变质层和未变质层，在所述已变质层中记录材料已经发生变质，在所述未变质层中记录材料尚未发生变质，因此信息能被稳定地再现。
根据本发明的另一实施例，提供了一种具有记录材料的多层光学信息记录介质，记录材料具有光反应特性和/或热化学反应特性，并由于被照射的光和/或由光产生的热而改变性质，其中，以多个层的形式交替存在已变质层和未变质层，在已变质层中记录材料已经发生变质，在未变质层中记录材料尚未发生变质；信息在已变质层或未变质层中随着热产生的变质而以记录标记的形式被记录；并且，被记录在已变质层或未变质层中的记录标记接触与记录标记相邻的未变质层或已变质层。
根据本发明的上述各实施例，通过在具有所谓的阈值特性的光学信息记录介质上用一种光束执行信息的记录和再现，因而信息能够被稳定地记录和再现，并能获得满意的信噪比。
附图说明
图1的示意图描述了根据本发明一种实施例的光学信息记录介质；
图2的示意图描述了根据本实施例的光学信息记录介质；
图3的示意图描述了根据本实施例的信息记录装置；
图4的示意图描述了根据本实施例的聚焦位置控制单元的一种示例；
图5的示意图描述了根据本实施例的信息记录方法；
图6A的示意图描述了根据本实施例，记录光的聚焦深度与未变质层和已变质层的层厚之间的关系；
图6B的示意图描述了根据本实施例，记录光的聚焦深度与未变质层和已变质层的层厚之间的关系；
图6C的示意图描述了根据本实施例，记录光的聚焦深度与未变质层和已变质层的层厚之间的关系；
图7的示意图描述了根据本实施例的信息再现装置。
具体实施方式
下面，将结合附图详细描述本发明的优选实施例。注意，在说明书和附图中，具有大体上相同结构和功能的结构元件以相同的标号表示，并省略了关于这些结构元件的重复解释。
(第一实施例)
(关于光学信息记录介质10)
首先将参考附图1和2详细描述根据第一实施例的用于信息记录装置和信息再现装置的光学信息记录介质。附图1和2的示意图用于说明根据本实施例的光学信息记录介质10。
根据本实施例的光学信息记录介质10包括：记录材料101，其具有光反应特性和/或热化学反应特性，并由于被照射的光和/或由光产生的热而改变性质；设置在记录材料101两侧的覆盖层(未示出)。光学信息记录介质10可形成为正方形片状或矩形片状，也可以形成为盘状，如光盘。
记录材料101是由于各种改变而改变性质的化合物，所述改变是通过光能量的加热或者光能量本身引起的。发生在记录材料101中的改变包括：物理改变，如记录材料101等的硬度改变，以及记录材料101从结晶态到无定形态或从无定形态到结晶态的相改变；化学改变，包括记录材料101改变为新的化合物，或者新产生的化合物的沉淀物或聚合体(aggregation)，如单体到低聚物或聚合物的改变，和记录材料101中聚合物由于光化学反应的交联；等等。所述改变也包括记录材料101本身由于光能量的加热而升华消失的情况。
可能发生上述改变的记录材料101使用热塑性塑料(例如热固化树脂)；光敏聚合物(例如光聚合的光敏聚合物和光交联的光敏聚合物)；使用铁电材料晶体和顺电(paraelectric)材料的光折射晶体；全息记录材料等。记录材料101包含有机金属化合物或无机金属化合物，这样的有机金属化合物或无机金属化合物可以是根据温度改变而沉淀的记录材料。根据本实施例的记录材料不限于上述材料，而可以使用任意的材料，只要它是随光照射而改变性质的物质。下面描述的初始化过程和信号记录过程所需的时间取决于记录材料101的光敏感性等，通过使用具有令人满意的光敏性的记录材料，初始化所需的时间和记录时的转移速率(transfer rate)可以被增强。
覆盖层是用对于初始化光束的波长具有足够透射率的材料形成的层(换句话说，不吸收初始化光束的波长的光的材料)，覆盖层的厚度被适当地调整，以获得初始化光束所需的透射率。覆盖层可以用玻璃基板、聚碳酸酯制成的塑料树脂基板等形成。
如果由单独的记录材料101即可实现光信息记录介质10所需的性能和耐用性能，则可以不在记录材料101的两个表面设置覆盖层。
如图1所示，上述光学信息记录介质10的记录材料101被预定的初始化过程初始化，使得记录材料101尚未变质(alter)的层(未变质层)103和层(已变质层)105交替地以多层形式存在。未变质层103和已变质层105以多层形式交替存在，使得光学信息记录介质10用作具有所谓“阈值特性”的信息记录介质。
如图2所示，光学信息记录介质10的初始化过程使用两个初始化光束(初始化光束1和初始化光束2)执行。具有相干性并对于记录材料101具有光敏性的波长的平行光束被用于相应的初始化光束。如图2所示，初始化光束1从光学信息记录介质10一侧的表面进入，初始化光束2从光学信息记录介质10另一侧的表面进入。在此情况下，调整每个初始化光束的光路，以使初始化光束1相对于光学信息记录介质10的入射角大小和初始化光束2相对于光学信息记录介质10的入射角大小相等。初始化光束相对于光学信息记录介质的入射角定义为由初始化光的光轴与平行于光学信息记录介质10表面的基准轴12形成的角。初始化光束1和初始化光束2优选地具有能够对光学信息记录介质10的整个表面进行照射的光束直径。
当具有相干性的初始化光束1和初始化光束2进入光学信息记录介质10时，这些初始化光束在光学信息记录介质10中干涉，从而在记录材料101中产生驻波。光学信息记录介质10的记录材料101由于驻波的强度分布而以物理和/或化学的方式改变性质。结果，如附图1所示的未变质层103和已变质层105交替地形成在光学信息记录介质10内部。换句话说，初始化过程也可以被看成将预定波长的光照射在光学信息记录介质10上并在整个光学信息记录介质10上记录了大全息图的过程。当初始化光束1和初始化光束2的入射角相对于基准轴12为±θ时(即，当初始化光束1和初始化光束2的入射角关于基准轴12对称时)，未变质层103和已变质层105之间的分界面与基准轴12平行。
光学信息记录介质10的记录材料101中形成的未变质层103和已变质层105的厚度ΔD[nm]取决于光学信息记录介质10中产生的驻波。当进入光学信息记录介质10的初始化光束的波长为λ[nm]、初始化光束以入射角θ进入光学信息记录介质10时，层的厚度ΔD可以由下面的等式101表示。
ΔD ∝ λ 2 sin θ (等式101)
初始化光束的波长λ固定为对于光学信息记录介质10的记录材料101具有光敏性的波长，由此，未变质层103和已变质层105的厚度能够被控制为任意数值，并可以通过控制相对于光学信息记录介质10的入射角θ来控制所形成的未变质层103和已变质层105的数量。
换句话说，通过执行控制使得初始化光束相对于光学信息记录介质10的入射角θ成为由下面的等式102计算出的值，能够使未变质层103和已变质层105的厚度成为期望的厚度。
θ = sin - 1 ( λ 2 ΔD ) (等式102)
光学信息记录介质10的记录材料101中形成的未变质层103或已变质层105作为记录层，其上记录了各种信息。在这种情况下，根据记录材料101中发生的改变、下文所述记录过程所需的时间(记录时间)、记录标记的尺寸等，能够适当地选择使用未变质层103作为记录层还是使用已变质层105作为记录层。
当未变质层103和已变质层105中一者中存在的记录材料101的吸收率(absorptance)与另一者中存在的记录材料101的吸收率相比时，高吸收率的层用作记录层，而低吸收率的层用作非记录层。这是因为光学吸收率造成的热改变能在短时间内产生，通过用高吸收率的层作为记录层能够缩短记录时间。
类似地，当未变质层103和已变质层105中一者中存在的记录材料101的玻璃转化温度与另一者中存在的记录材料101的玻璃转化温度相比时，低玻璃转化温度的层用作记录层，而高玻璃转化温度的层用作非记录层。这是因为，通过由低玻璃转化温度的层作为记录层，能够使记录材料变质所需的热改变的量较小。
当未变质层103和已变质层105中一者中存在的记录材料101的导热常数与另一者中存在的记录材料101的导热常数相比时，大导热常数的层用作记录层，而小导热常数的层用作非记录层。这是因为热不向小导热常数的层传导，通过以大导热常数的层作为记录层，热可以被局限在记录层中，从而能够缩短记录时间，并能够形成局限在记录光的光轴方向的记录标记。
通过在记录材料101中交替地形成未变质层103和已变质层105，执行过初始化的光学信息记录介质10被明确地分割为能够记录信息的层(记录层)和不能记录信息的层。因此，执行过初始化的光学信息记录介质10具有所谓的阈值特性。未变质层103和已变质层105的厚度ΔD优选为小于或等于下文描述的记录光学系统的聚焦深度。
图1中图示了两个未变质层103和两个已变质层105，但光学信息记录介质10的记录材料101中要形成的未变质层103和已变质层105的数目不限于此例，可以形成包括任意层数的多层结构。
如果在使用光聚合的光敏聚合物等作为记录材料101的光学信息记录介质10上执行初始化，则光聚合反应根据产生于光学信息记录介质10中的驻波的强度分布而发展，交替地形成记录材料101的单体以单体形式存在的层(未变质层103)和记录材料101中的单体聚合成聚合物的层(已变质层105)。在已变质层105中，除了光聚合反映外，还可能发展光交联反应。
如果在使用包含有机金属化合物等的材料作为记录材料101的光学信息记录介质10上执行初始化，并且该有机金属化合物根据温度改变而沉淀，则根据光学信息记录介质10中产生的驻波的强度分布而产生热，并在记录材料101中产生温度梯度。结果，交替地形成了记录材料101以不变质方式存在的层(未变质层103)以及记录材料101发生了变质并沉淀了有机金属化合物的层(已变质层105)。
如果在使用包含无机金属化合物等并具有光反应特性的树脂作为记录材料101的光学信息记录介质10上执行初始化，则根据光学信息记录介质10中产生的驻波的强度分布而产生热，并在记录材料101中产生温度梯度。结果，交替地形成了树脂未固化、无机金属化合物未发生变质的层(未变质层103)以及树脂被固化、无机金属化合物发生了变质的层(已变质层105)。
(关于信息记录装置20)
现在将参考图3和图4，详细描述根据本实施例的信息记录装置20。图3是描述根据本实施例的信息记录装置20的示意图，附图4是描述根据本实施例的聚焦位置控制单元一种示例的示意图。
根据本实施例的信息记录装置20被配置为通过记录装置控制单元(未示出)对整个主体进行综合控制，所述记录装置控制单元包括CPU(中央处理单元)、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)等，并能够通过读出各种程序(例如储存在未示出的ROM、存储单元等中的基本程序和信息记录程序)以及在RAM(未示出)中发展这些程序等，而在光学信息记录介质上执行信息记录过程。
如附图3所示，根据本实施例的信息记录装置20是所谓的热模式装置，包括光源201、聚焦位置控制单元203和物镜209，并在光学信息记录介质10上以上文描述的初始化过程记录信息。
光源201发射具有预定波长的光束。要发射的光束的波长、光功率等根据记录标记的尺寸等而取任意值，其中记录标记作为光学信息记录介质10上的信息而被记录。可以使用约405nm至780nm的可见光束，也可以使用可见光束或小于405nm的紫外光作为由光源201发射的光束的波长。要发射的光束的光功率是用于确定使光学信息记录介质10的记录材料101变质所需时间的一个因素，并可以根据信息记录装置20的规格、光学信息记录介质10的材料等而取任意值。
固体激光器，半导体激光器等能够用作光源201的一种示例。
根据本实施例的信息记录装置20使用从有关的光源201发出的光束(光通量)作为记录光，用于在光学信息记录介质10上记录信息。
记录光的波长可以是对于已变质层具有高吸收率的波长，也可以是对于未变质层具有高吸收率的波长。可选地，记录光的波长可以是这样的波长：该波长在对于已变质层的吸收率与对于未变质层的吸收率之间有较大差别。
聚焦位置控制单元203与下文所述的物镜209一起使用，并控制从光源201发射的光通量A或者记录光的聚焦位置。通常，光通量A的聚焦位置是由信息记录装置20中所用的物镜209的聚焦长度等确定为基准的位置，但根据本实施例的聚焦位置控制单元203能够用一个或多个光学元件来改变光通量A的聚焦位置。聚焦位置控制单元203将在下面详细描述。
物镜209设置在聚焦位置控制单元203的后级，在物镜209的聚焦长度的位置处收集从光源201发射的光通量A或者记录光。通过适当选择物镜209的数值孔径(NA)，能够控制光通量A的光斑直径。可以选择具有0.45至0.85之间数值孔径的物镜作为物镜209。图3和图4中图示了一个双凸透镜作为物镜209，但根据本发明的物镜209不限于此，也可以是非球面透镜，或者包括多个透镜的物镜。
(关于聚焦位置控制单元203)
诸如中继透镜(relay lens)或准直器透镜的光学元件可被用作聚焦位置控制单元203。在下面的描述中，将详细说明使用包括可动透镜205和固定透镜207的中继透镜的情况，即图4中所示的一种示例，但根据本实施例的聚焦位置控制单元203不限于此，而可以使用任意的类型，只要能够控制光学系统的聚焦位置即可。聚焦位置控制单元203设置在物镜209的前级，并通过用驱动装置(未示出)等改变可动透镜205的位置来改变由物镜209收集的光通量A的聚焦位置。
当可动透镜205处于预定的基准位置时，中继透镜将光通量A收集在成为物镜209的基准(基准聚焦位置)的聚焦位置处。当可动透镜205朝向基准位置的前侧移动并远离固定透镜207(即朝向光源201那侧移动可动透镜205)时，光通量A聚焦在基准聚焦位置的前面。相反，当可动透镜205朝向基准位置的远侧移动并靠近固定透镜207(即朝向物镜209那侧移动可动透镜205)时，光通量A聚焦在基准聚焦位置的后面。通过使用这样的方法，光通量A聚焦的位置能够被控制，光通量A能够被收集在信息将被记录到光学信息记录介质10中的位置。
相应的中继透镜只是聚焦位置控制单元203的一个例子，根据本发明的信息记录装置20中的聚焦位置控制单元203不限于此，也可以使用与用于改变透镜位置的驱动装置相连的准直器透镜等。
(关于信息记录方法)
下面将参考图5详细说明在多层光学信息记录介质10中以记录标记的方式记录信息的方法，所述记录介质10具有所谓的“阈值特性”。图5是用于描述根据本实施例的信息记录方法的示意图。
根据本实施例的信息记录装置20在光学信息记录介质10上通过下述方式记录信息：当二进制信息具有“1”的值时，记录标记被记录；当二进制信息具有“0”的值时，记录标记不被记录。
如图5所示，由聚焦位置控制单元203和物镜209控制以被收集在预定聚焦位置的光通量A(记录光)被收集在光学信息记录介质10的预定的未变质层103处。图5所示上边和下边的曲线是记录光的光斑的曲线。所收集的记录光通过记录光的光功率使焦点附近的温度剧烈上升，这种温度升高导致未变质层103的记录材料101在收集光的位置处变质并成为记录标记107。由于这种变质，取决于记录材料的类型而发生金属沉淀物的折射率改变、固态属性的改变、凹洞产生情况的改变等，由此，在未变质层103中存在记录标记107的部分与不存在记录标记107的部分之间，折射率和反射率都是不同的。
由于上述初始化过程使根据本实施例的光学信息记录介质10具有的未变质层103和已变质层105的各层厚度小于或等于记录光的聚焦深度，所以在记录时，未变质层103中被变质的记录材料101接触与该未变质层103相邻的已变质层105。根据本实施例，记录光的聚焦深度附近的部分也具有造成温度剧烈升高这种程度的光功率，但是由于在根据本实施例的光学信息记录介质10中，与未变质层103相邻的已变质层105变成难以由初始化过程造成热变质的固态属性，所以通过将诸如记录时间的条件选择到任意值，热改变就不发生。因此，用根据本实施例的信息记录装置20记录了信息的光学信息记录介质10具有局限于记录光光轴方向的记录标记，并且已变质部分和未变质部分能够被清楚地区分开。因此能够以令人满意的信噪比(SNR)执行信息的记录。在本实施例中，由收集的光在未变质层上执行信号记录，但是，如果已变质层与未变质层相比，已变质层具有更容易造成热吸收的固态属性，则可以对已变质层执行信号记录。
下面参考图6A至图6C详细说明记录光的聚焦深度与未变质层103和已变质层105的层厚之间的关系。图6A至图6C的示意图说明了根据本实施例的记录光的聚焦深度与未变质层103和已变质层105的层厚之间的关系，并展示了记录光被收集在未变质层103上的情形。在下面的说明中，记录光的焦深记为δ，未变质层103和已变质层105各自的层厚记为AD。
图6A图示了记录光的聚焦深度与未变质层103的层厚相等(δ＝AD)的情况。在根据本实施例的信息记录装置20中，记录光的聚焦深度内发生温度的剧烈升高，因此在收集了记录光的区域处，在整个未变质层103上发生由热量造成的变质，并在图6A所示的情况中产生了均匀的记录标记107。结果，记录标记107的沿记录光的光轴方向的边界与相邻的已变质层105接触。
图6B图示了记录光的聚焦深度大于或等于未变质层103的层厚(δ≥ΔD)的情况(换言之，当未变质层103的层厚小于或等于记录光的聚焦深度时的情况)。在这种情况下，记录光的聚焦深度内产生了更局部化的记录标记107。如果记录光的聚焦深度大于未变质层103和与该未变质层103相邻的两个已变质层105的层厚总和，则记录光有可能在两个或更多个未变质层103处同时产生记录标记107。因此，优选地满足关系式δ≤3AD。
图6C图示了记录光的聚焦深度小于未变质层103的层厚(δ＜ΔD)的情况(换言之，当未变质层103的层厚超过记录光的聚焦深度时的情况)。在图6C所示的情况下，由于未变质层103的层厚大于记录光的聚焦深度，所以未变质层103内记录光的光功率不均匀，并产生了梯度。结果，温度梯度在未变质层103内产生了温度升高，难以产生均匀的记录标记107。因此，记录光的聚焦深度优选地小于未变质层103和已变质层105的层厚。
(记录标记的具体示例)
下面通过记录材料101的具体示例来说明根据本实施例的记录标记107。例如，在将光聚合的光敏聚合物用于记录材料101时，与未变质层103对应的单体层和与已变质层105对应的聚合物层通过初始化过程而被交替地形成。当记录光被收集在未变质层103上时，在光收集位置发生温度的剧烈升高，光收集位置的单体变为聚合物并成为记录标记107。结果，在记录标记107处的记录材料101的折射率不同于不存在记录标记107处的未变质层103的记录材料101的折射率，能够清楚地确定记录标记107是否存在。
在将包含有机金属化合物的记录材料用于记录材料101时，已变质层105(即沉淀了有机金属化合物的层)与未变质层103(即未沉淀有机金属化合物的层)通过初始化的过程交替地形成。当记录光被收集在未变质层103上时，在光收集位置发生温度的剧烈升高，光收集位置处的记录材料改变性质。由于这种变质，光收集位置处通过温度升高而发生了有机金属化合物的沉淀和凹洞的形成，并成为记录标记107。由于金属有机化合物的沉淀和凹洞的形成，与不存在记录标记的区域相比，记录标记107导致折射率的剧烈改变，因而能够清楚地确定记录标记107是否存在。
类似地，在将包含无机金属化合物和具有光响应特性的树脂用于记录材料101时，树脂发生了变质并且沉淀了无机金属化合物的层(已变质层105)与树脂未发生变质并且未沉淀无机金属化合物的层(未变质层103)通过初始化的过程交替地形成。当记录光被收集在未变质层103上时，在光收集位置发生温度的剧烈升高，光收集位置的记录材料改变性质。由于这种变质，光收集区域通过温度升高而发生树脂的固化、无机金属化合物的沉淀和凹洞的形成，并成为记录标记107。由于无机金属化合物的沉淀和凹洞的形成，所以与不存在记录标记的区域相比，记录标记107导致折射率的剧烈改变，因而能够清楚地确定记录标记107是否存在。
(关于信息再现装置30)
下面将参考图7详细说明根据本实施例的信息再现装置30。图7是用于描述根据本实施例的信息再现装置30的示意图。
根据本实施例的信息再现装置30被配置为通过再现装置控制单元(未示出)对整个主体进行综合控制，所述再现装置控制单元包括CPU(中央处理单元)、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)等，并能够通过读出各种程序(例如储存在未示出的ROM、存储单元等中的基本程序和信息再现程序)以及在RAM(未示出)中发展这些程序等，而从光学信息记录介质读取和再现信息。
如图7所示，根据本实施例的信息再现装置30包括光源301、作为光束分支单元的分束器303、聚焦位置控制单元305、物镜307、光收集透镜309和光检测器311，信息再现装置30对执行了初始化过程的光学信息记录介质10上记录的信息(记录标记)进行读出和再现。
光源301发射具有预定波长的光束。要发射的光束的波长、光功率等根据记录标记的尺寸等而取任意值，所述记录标记作为信息被记录在光学信息记录介质10上。可以使用约405nm到780nm的可见光束，也可以使用可见光束或者小于405nm的紫外光用于光源301发射的光束的波长。要发射的光束的光功率优选地小于记录光的光功率，以免使光学信息记录介质10的记录材料101变质。由光源301发射的光束的波长可以是与记录光相同的波长。
固体激光器，半导体激光器等能够用作光源301的一种示例。
根据本实施例的信息再现装置30使用从有关光源301发射的光束(光通量)作为读取光，用于从光学信息记录介质10读出信息。
与记录光相比，读出光的波长可以是对于未变质层具有低吸收率的波长，也可以是对于已变质层具有低吸收率的波长。
作为光束分支单元的分束器303使从光源301发射的读取光向光学信息记录介质10那侧透射，使从记录在光学信息记录介质10上的记录标记返回的光分支并将其导向下文所述光检测器311那侧。
聚焦位置控制单元305与下文所述物镜307一起使用，并控制从光源301发射的光通量A或读取光的聚焦位置。通常，光通量A的聚焦位置具有由信息再现装置30中所用的物镜307的聚焦长度等确定为基准的位置，但根据本实施例的聚焦位置控制单元305能够用一个或多个光学元件来改变光通量A的聚焦位置。聚焦位置控制单元305具有与根据本实施例的聚焦位置控制单元203相同的功能并展示出相同的效果，因而其具体说明将被省略。
物镜307设置在聚焦位置控制单元305的后级，并将从光源301发射的光通量A或读取光收集在物镜307的聚焦长度位置处。光通量A的光斑直径能够通过适当选择物镜307的数值孔径来控制。可以选择具有0.45到0.85之间的数值孔径的物镜用于物镜307。图7中图示了一个双凸透镜作为物镜307，但是根据本实施例的物镜307不限于此，也可以是非球面透镜或包括多个透镜的物镜。
光收集透镜309设置成收集由分束器303分支的光束，并将来自光学信息记录介质10的返回光收集在光检测器311上，所述光检测器311设置在光收集透镜309的后级。图7中图示了一个双凸透镜作为收集透镜309，但是根据本实施例的光收集透镜309不限于此，也可以是非球面透镜或包括多个透镜的物镜。
光检测器311检测由光收集透镜309收集的从光学信息记录介质10返回的光。可以用光接收元件例如CCD(电荷耦合器件)或PIN光电二极管作为光检测器311。在光检测器311中，基于检测到的光量差异，来确定返回光是否存在。例如，如果由光检测器311检测到的光量大于或等于预定光量，则判定为返回光存在；如果由光检测器311检测到的光量小于预定光量，则判定为返回光不存在。这样，在光检测器311中，能够通过检测光量差异而确定返回光是否存在，即记录标记是否存在。
图7所示的构造不仅可以用于信息再现装置30，也可以用作信息记录和再现装置。
(关于信息再现方法)
现在，将参考图5和图7详细说明根据本实施例的一种信息再现方法。
根据本实施例的信息再现装置30在由光检测器311观察到了返回光时判定为不存在记录标记，而在没有观察到返回光时，判定为存在记录标记。在观察到记录标记时，二进制信息具有“1”的值，而在没有观察到记录标记时，二进制信息具有“0”的值，通过这种对应关系，能够从光学信息记录介质10读取信息。
以上述方式检测到的二进制信息行(line)被作为再现信号呈现，并由再现装置控制单元的CPU等(未示出)执行，以再现记录在光学信息记录介质10上的信息。
如图5所示，由聚焦位置控制单元305和物镜307控制以被收集在预定聚焦位置的光通量A(读取光)被收集在光学信息记录介质10的预定的未变质层103处。读取光的光功率优选为低于记录光的光功率以免使未变质层103变质。如果读取光被收集的位置是被信息记录装置20进行了信号记录的位置(即存在记录标记107的位置)，则由于存在记录标记的位置与其他位置之间强烈的折射率的改变而导致光反射。如果读取光被收集的位置不是被信息记录装置20进行了信号记录的位置(即不存在记录标记107的位置)，则由于折射率几乎不存在改变而不会产生反射光。
返回光经过物镜307后被转换为平行光，由分束器303分支的返回光被光收集透镜309收集并进入光检测器311，从而被光检测器311检测。
根据本实施例的光学信息记录介质10通过上述初始化过程在未变质层103与已变质层105之间具有清楚的界面，此外，还在被形成为与相邻已变质层105接触的未变质层103上具有记录标记107。因此根据本实施例，即使在由信息再现装置30读出记录标记时，存在记录标记的部分与不存在记录标记的部分之间的界面也是清楚的，能够降低由于界面处的杂散光导致的读取错误。因此，根据本实施例的信息再现装置30能以满意的信噪比(SNR)再现信息。
如上所述，在根据本实施例的信息记录装置20和信息再现装置30中，对于具有所谓的阈值特性的光学信息记录介质，用一种光束执行信息的记录和再现，因而能够稳定地执行信息的记录和再现。
此外，由于信息记录装置和信息再现装置能够配置为与现有技术中通过简单的光初始化装置初始化的记录材料和光盘类似的系统，所以信息记录装置和信息再现装置能够被便宜地制造，并且容易地与现有技术的光盘兼容。
此外，由于根据本实施例的光学信息记录介质没有复杂的结构，所以能够制造便宜的光学信息记录介质。
本领域的技术人员应当明白，根据设计需要和其他因素进行的修改、组合、子组合和替换形式均包含于所附权利要求或等同的范围中。
在上述实施例中，描述了信息以记录标记的形式记录在未变质层上的情况，但是信息也能以记录标记的形式记录在已变质层中。
相关申请的交叉引用
本申请包含与2007年6月26日向日本专利局提交的日本专利申请JP2007-167270有关的内容，该申请的全部内容通过引用而结合于此。

Claims (36)

1.一种用于在具有记录材料的多层光学信息记录介质上记录信息的信息记录装置，所述记录材料具有光反应特性和/或热化学反应特性，并由于被照射的光和/或由所述光产生的热而改变性质，所述多层光学信息记录介质包括以多个层的形式交替存在的已变质层和未变质层，在所述已变质层中所述记录材料已经变质，在所述未变质层中所述记录材料尚未变质；所述信息记录装置包括：
光源，用于发射具有预定波长的记录光；
聚焦位置控制单元，用于控制从所述光源发射的记录光的聚焦位置；
物镜，设置在所述聚焦位置控制单元的后级，用于收集所述记录光；其中，
通过由所述记录光产生的热使所述聚焦位置处的所述记录材料发生变质，从而以记录标记的形式在所述光学信息记录介质上记录信息。
2.根据权利要求1所述的信息记录装置，其中，所述记录光的聚焦深度大于或等于所述已变质层和/或所述未变质层的厚度。
3.根据权利要求1所述的信息记录装置，其中，所述记录光的波长对于所述已变质层而言具有高吸收率。
4.根据权利要求1所述的信息记录装置，其中，所述记录光的波长对于所述未变质层而言具有高吸收率。
5.根据权利要求1所述的信息记录装置，其中，所述记录光的波长对于所述已变质层的吸收率与对于所述未变质层的吸收率具有大的差异。
6.根据权利要求2所述的信息记录装置，其中，
所述聚焦位置控制单元将所述记录光的聚焦位置控制在所述未变质层所在的位置；并且
所述记录光使所述未变质层中的记录材料发生变质以记录所述记录标志。
7.根据权利要求2所述的信息记录装置，其中，
所述聚焦位置控制单元将所述记录光的聚焦位置控制在所述已变质层所在的位置；并且
所述记录光使所述已变质层中的记录材料发生变质以记录所述记录标志。
8.根据权利要求1所述的信息记录装置，其中，
所述聚焦位置控制单元由一个或多个光学元件构成；并且
所记录光的聚焦位置通过改变所述一个或多个光学元件的位置而被控制。
9.根据权利要求8所述的信息记录装置，其中，所述聚焦位置控制单元由中继透镜或准直器透镜构成。
10.根据权利要求1所述的信息记录装置，其中，与不记录所述记录标记的层相比，要记录所述记录标记的层在所述记录光的波长下具有大的光学吸收率。
11.根据权利要求1所述的信息记录装置，其中，与不记录所述记录标记的层相比，要记录所述记录标记的层具有大的导热常数。
12.根据权利要求1所述的信息记录装置，其中，与不记录所述记录标记的层的玻璃转化温度相比，要记录所述记录标记的层的玻璃转化温度更低。
13.根据权利要求1所述的信息记录装置，其中，
所述光学信息记录介质由两个初始化光束进行初始化；
所述两个初始化光束中的一者从所述光学信息记录介质一侧的表面进入所述光学信息记录介质；并且
所述两个初始化光束中的另一者从所述光学信息记录介质的另一侧的表面进入所述光学信息记录介质。
14.根据权利要求13所述的信息记录装置，其中，所述两个初始化光束相对于所述光学信息记录介质表面的入射角的大小相等。
15.根据权利要求14所述的信息记录装置，其中，使用波长为λ[nm]的初始化光束执行初始化过程，使所述已变质层和所述未变质层的厚度成为ΔD[nm]；并且
所述两个初始化光束的入射角θ的值由等式1得出：
θ = sin - 1 ( λ 2 ΔD ) (等式1)。
16.根据权利要求1所述的信息记录装置，其中，所述光学信息记录介质由对于所述记录材料具有光敏感性的波长的初始化光束进行初始化。
17.根据权利要求16所述的信息记录装置，其中，所述初始化光束是平行光束。
18.根据权利要求16所述的信息记录装置，其中，所述初始化光束的光束直径具有适于对所述记录材料的整个表面进行照射的尺寸。
19.一种用于从具有记录材料的光学信息记录介质读取和再现被记录的记录标记的信息再现装置，所述记录材料具有光反应特性和/或热化学反应特性并由于被照射的光和/或由所述光产生的热而改变性质，所述光学信息记录介质包括以多个层的形式交替存在的已变质层和未变质层，在所述已变质层中所述记录材料已经变质，在所述未变质层中所述记录材料尚未变质，所述光学信息记录介质还包括在所述已变质层或所述未变质层中随着热产生的变质而以记录标记的形式记录的信息；所述信息再现装置包括：
光源，用于发射具有预定波长的读取光；
聚焦位置控制单元，用于控制从所述光源发射的读取光的聚焦位置；
物镜，设置在所述聚焦位置控制单元的后级，用于收集所述读取光；以及
光检测器，用于检测与来自所述记录标记的读取光对应的返回光。
20.根据权利要求19所述的信息再现装置，其中，所述读取光的聚焦深度大于或等于所述已变质层和/或所述未变质层的厚度。
21.根据权利要求19所述的信息再现装置，其中，所述读取光的波长与用于记录所述记录标记的记录光的波长相同。
22.根据权利要求19所述的信息再现装置，其中，与用于记录所述记录标记的记录光相比，所述读取光的波长对于所述未变质层具有低吸收率。
23.根据权利要求19所述的信息再现装置，其中，与用于记录所述记录标记的记录光相比，所述读取光的波长对于所述已变质层具有低吸收率。
24.根据权利要求20所述的信息再现装置，其中，
所述聚焦位置控制单元将所述读取光的聚焦位置控制在存在所述未变质层的位置；并且
所述光检测器检测来自所述未变质层中的记录标记的返回光。
25.根据权利要求20所述的信息再现装置，其中，
所述聚焦位置控制单元将所述读取光的聚焦位置控制在存在所述已变质层的位置；并且
所述光检测器检测来自所述已变质层中的记录标记的返回光。
26.根据权利要求19所述的信息再现装置，其中，
所述聚焦位置控制单元由一个或多个光学元件构成；并且
所述读取光的聚焦位置通过改变所述一个或多个光学元件的位置而被控制。
27.根据权利要求26所述的信息再现装置，其中，所述聚焦位置控制单元由中继透镜或准直器透镜构成。
28.根据权利要求19所述的信息再现装置，其中，
所述光学信息记录介质由两个初始化光束进行初始化；
所述两个初始化光束中的一者从所述光学信息记录介质一侧的表面进入所述光学信息记录介质；并且
所述两个初始化光束中的另一者从所述光学信息记录介质的另一侧的表面进入所述光学信息记录介质。
29.根据权利要求28所述的信息再现装置，其中，所述两个初始化光束相对于所述光学信息记录介质表面的入射角的大小相等。
30.根据权利要求29所述的信息再现装置，其中，
使用波长为λ[nm]的初始化光束执行初始化过程，使得所述已变质层和所述未变质层的厚度为ΔD[nm]；并且，
所述两个初始化光束的入射角θ的值由等式(1)得出：
θ = sin - 1 ( λ 2 ΔD ) (等式1)。
31.根据权利要求19所述的信息再现装置，其中，所述光学信息记录介质由对于所述记录材料具有光学敏感性的波长的初始化光束进行初始化。
32.根据权利要求19所述的信息再现装置，其中，所述初始化光束是平行光束。
33.根据权利要求19所述的信息再现装置，其中，所述初始化光束的光束直径具有适于对所述记录材料整个表面进行照射的尺寸。
34.一种用于在具有记录材料的多层光学信息记录介质上记录信息的信息记录方法，所述记录材料具有光反应特性和/或热化学反应特性，并由于被照射的光和/或由所述光产生的热而改变性质，所述多层光学信息记录介质包括以多个层的形式交替存在的已变质层和未变质层，在所述已变质层中所述记录材料已经发生变质，在所述未变质层中所述记录材料尚未发生变质；所述信息记录方法包括以下步骤：
对于从光源发射的具有预定波长的记录光，控制所述记录光的聚焦位置，并将所述记录光照射在所述光学信息记录介质的预定层上；
通过由所述记录光产生的热来使被所述记录光照射的预定层中的所述记录材料变质，从而以记录标记的形式记录信息。
35.一种用于从具有记录材料的光学信息记录介质读取和再现被记录的记录标记的信息再现方法，所述记录材料具有光反应特性和/或热化学反应特性，并由于被照射的光和/或由所述光产生的热而改变性质，所述光学信息记录介质包括以多个层的形式交替存在的已变质层和未变质层，在所述已变质层中所述记录材料已经发生变质，在所述未变质层中所述记录材料尚未发生变质，所述光学信息记录介质还包括在所述已变质层或所述未变质层中随着热产生的变质而以记录标记的形式记录的信息；所述信息再现方法包括以下步骤：
对于从光源发射的具有预定波长的读取光，控制所述读取光的聚焦位置，并将所述读取光照射在所述光学信息记录介质的预定层中的记录标记上；
检测来自所述记录标记的所述读取光的返回光；以及
基于所检测的返回光产生所述信息的再现信号。
36.一种具有记录材料的多层光学信息记录介质，所述记录材料具有光反应特性和/或热化学反应特性，并由于被照射的光和/或由所述光产生的热而改变性质，其中，
以多个层的形式交替存在已变质层和未变质层，在所述已变质层中所述记录材料已经发生变质，在所述未变质层中所述记录材料尚未发生变质；
信息在所述已变质层或所述未变质层中随着热产生的变质而以记录标记的形式被记录；并且
被记录在所述已变质层或所述未变质层中的记录标记接触与所述记录标记相邻的未变质层或已变质层。
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