JP2004273025A - 光記録再生方法、光記録再生装置及び光記録媒体 - Google Patents
光記録再生方法、光記録再生装置及び光記録媒体 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】ビーム集光スポットのコントラストを顕著に高くすることにより、フォトンモードの記録再生方式を用いて記録密度を顕著に高くすることが可能な光記録再生方法、光記録再生装置及び光記録媒体を提供することを目的とする。
【解決手段】第１のエネルギ遷移と、前記第１のエネルギ遷移とは異なる第２のエネルギ遷移と、が可能な材料を含有するフィルタ（３０）を設け、前記第１のエネルギ遷移に対応する波長を有する第１の光▲２▼と前記第２のエネルギ遷移に対応する第２の光▲１▼とを前記フィルタ上で部分的に重なるように照射することにより、前記第１の光と前記第２の光とが重なった部分において前記第１の光に対する前記フィルタの吸収率を増加させ、前記フィルタを透過した前記第１の光を用いて情報を光学的に記録しまたは再生することを特徴とする光記録再生方法を提供する。
【選択図】 図１
【解決手段】第１のエネルギ遷移と、前記第１のエネルギ遷移とは異なる第２のエネルギ遷移と、が可能な材料を含有するフィルタ（３０）を設け、前記第１のエネルギ遷移に対応する波長を有する第１の光▲２▼と前記第２のエネルギ遷移に対応する第２の光▲１▼とを前記フィルタ上で部分的に重なるように照射することにより、前記第１の光と前記第２の光とが重なった部分において前記第１の光に対する前記フィルタの吸収率を増加させ、前記フィルタを透過した前記第１の光を用いて情報を光学的に記録しまたは再生することを特徴とする光記録再生方法を提供する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光記録再生方法、光記録再生装置及び光記録媒体関し、より詳細には、２種類の光を用いることにより超解像効果が得られる光記録再生方法、光記録再生装置及び光記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＤ（ｃｏｍｐａｃｔ ｄｉｓｃ）やＤＶＤ（ｄｉｇｉｔａｌ ｖｅｒｓａｔｉｌｅ ｄｉｓｃ）などのリムーバブルな光記録再生装置が情報化社会に必要不可欠な存在となっている。現行のＤＶＤの記録容量は、４．７ＧＢであるが、当然ながら記憶容量は大きいほど良く、多種多様な大容量化技術の開発が報告されている。そのひとつの方法は、記録再生光の短波長化であり、また他の方法として、「超解像技術」がある。
【０００３】
超解像とは、記録光あるいは再生光を、光の回折限界を超えた小さなスポットに集光する技術であり、▲１▼ＳＵＰＥＲ−ＲＥＮＺ、▲２▼溶融方式、▲３▼サーモクロミズム方式、▲４▼吸収飽和方式、などに分類することができる。
【０００４】
これらのうち、▲１▼、▲２▼、▲３▼は熱を介するいわゆる「ヒートモード（ｈｅａｔ ｍｏｄｅ）」であり、▲４▼は光のみの反応である「フォトンモード（ｐｈｏｔｏｎ ｍｏｄｅ）」である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
記録再生の速度や、記録再生を繰り返した場合の耐久性の点からは、フォトンモードの方が望ましいと考えられる。しかし、フォトンモードは、記録再生速度や耐久性の点で望ましいが、ビーム集光スポットのコントラストすなわち輪郭が明確にならず、高密度化が容易でないという点が問題である。
【０００６】
一方、ヒートモードの場合には、熱ビームのコントラストは比較的明瞭にすることができるが、加熱と冷却を繰り返すために、記録再生を繰り返した場合の耐久性の点で限界がある。
【０００７】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、ビーム集光スポットのコントラストを顕著に高くすることにより、フォトンモードの記録再生方式を用いて記録密度を顕著に高くすることが可能な光記録再生方法、光記録再生装置及び光記録媒体を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の光記録再生方法は、第１のエネルギ遷移と、前記第１のエネルギ遷移とは異なる第２のエネルギ遷移と、が可能な材料を含有するフィルタを設け、前記第１のエネルギ遷移に対応する波長を有する第１の光と前記第２のエネルギ遷移に対応する波長を有する第２の光とを前記フィルタ上で部分的に重なるように照射することにより、前記第１の光と前記第２の光とが重なった部分において前記第１の光に対する前記フィルタの吸収率を増加させ、前記フィルタを透過した前記第１の光を用いて情報の光学的な記録と情報の光学的な再生の少なくともいずれかを行うことを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、ビーム集光スポットのコントラストを顕著に高くすることにより、フォトンモードの記録再生方式を用いて記録密度を顕著に高くすることが可能な光記録再生が可能となる。
【００１０】
ここで、前記フィルタが含有する前記材料は、基底準位の上に、第１の励起準位と、第２の励起準位と、を有し、前記第１のエネルギ遷移は、前記第１の励起準位から前記第２の励起準位へのエネルギ遷移に対応し、前記第２のエネルギ遷移は、前記基底準位から前記第１の励起準位へのエネルギ遷移に対応するものとすることができる。
【００１１】
また、前記フィルタは、記録媒体に設けられたものとすることができる。
【００１２】
また、前記フィルタが含有する前記材料は、３価の希土類イオンを含有するものとすることができる。
【００１３】
一方、本発明の光記録再生装置は、第１の波長を有する第１の光を放出する第１の光源と、前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の光を放出する第２の光源と、情報の光学的な記録と情報の光学的な再生の少なくともいずれかが可能な光記録媒体を駆動させる駆動部と、前記第１の光と前記第２の光とが部分的に重なった状態で前記光記録媒体に照射されるように制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
上記構成によれば、ビーム集光スポットのコントラストを顕著に高くすることにより、フォトンモードの記録再生方式を用いて記録密度を顕著に高くすることが可能な光記録再生装置を提供することができる。
【００１５】
ここで、前記第１の光のうちの前記第２の光と重なった部分を、前記光記録媒体に対する記録または再生に実質的に利用しないものとすることができる。
【００１６】
一方、本発明の光記録媒体は、第１のエネルギ遷移と、前記第１のエネルギ遷移とは異なる第２のエネルギ遷移と、が可能な材料を含有するフィルタと、情報の光学的な記録と情報の光学的な再生の少なくともいずれかが可能な記録層と、を備え、前記第１のエネルギ遷移に対応する波長を有する第１の光と前記第２のエネルギ遷移に対応する波長を有する第２の光とが前記フィルタ上で部分的に重なるように照射されることにより、前記第１の光と前記第２の光とが重なった部分において前記第１の光に対する前記フィルタの吸収率が増加し、前記フィルタを透過した前記第１の光により前記記録層に対して情報の光学的な記録と情報の光学的な再生の少なくともいずれかが可能とされたことを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、ビーム集光スポットのコントラストを顕著に高くすることにより、フォトンモードの記録再生方式を用いて記録密度を顕著に高くすることが可能な光記録媒体を提供することができる。
【００１８】
ここで、前記フィルタが含有する前記材料は、基底準位の上に、第１の励起準位と、第２の励起準位と、を有し、前記第１のエネルギ遷移は、前記第１の励起準位から前記第２の励起準位へのエネルギ遷移に対応し、前記第２のエネルギ遷移は、前記基底準位から前記第１の励起準位へのエネルギ遷移に対応するものとすることができる。
【００１９】
また、前記フィルタが含有する前記材料は、３価の希土類イオンを含有するものとすることができる。
【００２０】
また、前記フィルタの厚みは、前記第１の光の波長の２．７倍以下であるものとすることができる。
【００２１】
本発明における光記録再生装置は、サーボ、トラッキングの他に、再生光（Ｌ１）とマスク光（Ｌ２）との重なり形状を調節維持する機構を有する点が特徴である。これらビームの重なり形状をモニタするためには、例えば、再生光（Ｌ１）の反射光をハーフミラー等で分け、それを分割光検出器（４つ以上の検出領域を有するものが好ましい）で検出すればよい。分割されたそれぞれの検出領域における検出光量から、ビームの重なり具合を判断できる。
【００２２】
また、本発明の光記録再生装置は、異なる波長で発振する２つのレーザ１０、２０を有する点も特徴である。マスク光Ｌ２の媒体２００上での、記録再生光Ｌ１に対するスポット位置は、マスク光専用のレンズやミラー、マスク光レーザ２０の位置、角度などを、スポットサイズや位置を確認しながら調整することができる。このようにして、再生光Ｌ１の形状を維持する機構を設けることが望ましい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
【００２４】
図１は、本発明の実施の形態にかかる光記録再生方法の原理を表す模式図である。すなわち、本実施形態においては、波長λ１の光Ｌ１を放出する光源１０と、波長λ２の光Ｌ２を放出する光源２０とを用いる。これら光源からの光Ｌ１、Ｌ２は、超解像効果を有するフィルタ３０上で部分的にビームが重なるように入射される。そして、このフィルタ３０を透過したビームが光記録媒体の記録層１００に照射され、記録または再生が行われる。本実施形態においては、フィルタ３０の材料として、「２準位励起材料」を用いることにより、光Ｌ１、Ｌ２のビームの重なり部の光吸収率を高くする。その結果として、透過ビームのサイズを縮小させ、高いコントラストの微少スポット光を得ることができる。
【００２５】
図２は、フィルタ３０の作用を説明するための概念図である。すなわち、同図（ａ）に表したように、フィルタ３０に対して光Ｌ１と光Ｌ２とが部分的に重なるように入射する。すると、フィルタ３０のうちで、光Ｌ１だけが照射された部分Ａの透過率は高いが、光Ｌ１と光Ｌ２とが重なって照射された部分Ｂの透過率は低くなる。その結果として、Ａの部分のみにおいて光Ｌ１が透過され、図２（ｂ）に表したように、光Ｌ１のビームが絞られる。
【００２６】
このような独特の作用は、フィルタ３０の材料として、例えば「２準位励起材料」を用いることにより実現できる。以下、このメカニズムについて説明する。
【００２７】
図３は、２準位励起材料におけるエネルギ遷移を表すエネルギダイアグラムである。
【００２８】
２準位励起材料は、基底準位Ｇの上に、第１励起準位Ｅ１と第２励起準位Ｅ２とを有する。
【００２９】
ここに、第１励起光▲１▼と第２励起光▲２▼をそれぞれ照射する場合を考える。ここで、第１励起光▲１▼は、基底準位Ｇから第１励起準位Ｅ１までのエネルギ差に相当するエネルギ（波長）を有する。また、第２励起光▲２▼は、第１励起準位Ｅ１から第２励起準位Ｅ２までのエネルギ差に相当するエネルギ（波長）を有するものとする。
【００３０】
第１励起光▲１▼を照射せずに、第２励起光▲２▼だけ照射した時には、基底準位にある電子を遷移させるエネルギ準位が存在しないため、電子の励起は生じない。つまり、第２励起光▲２▼吸収は生じない。
【００３１】
これに対して、第１励起光▲１▼を照射し、基底準位Ｇから第１励起準位Ｅ１に電子の励起が生じた場合には、第２励起光▲２▼をさらに照射すると、第１励起準位Ｅ１から第２励起準位Ｅ２へさらに電子を励起することができる。従って、第２励起光▲２▼に対する吸収が生ずる。つまり、第１励起光▲１▼と第２励起光▲２▼とを重ねた部分においてのみ、吸収が生ずることとなる。
【００３２】
光記録媒体に対して記録再生を実行する場合について考えると、記録再生光として第２励起光▲２▼を用いれば、その形状プロファイルやビームサイズを第１励起光▲１▼で変えることができる。すなわち、第１励起光▲１▼が照射された部分においては第２励起光▲２▼が吸収されるので、マスクされることとなる。すなわち、「超解像効果」を得ることができる。逆に言えば、マスクしたい部分に第１励起光▲１▼を集光すれば良い。
【００３３】
以上説明したように、本発明によれば、２準位励起材料におけるエネルギ遷移を利用して記録再生光のビームを絞るので、純粋な「フォトンモード」の超解像効果が得られるといえる。従って、ビームサイズが光強度に依存して変化しないという利点がある。
【００３４】
またさらに、ビームのコントラストが高く、応答速度も速い。さらにまた、繰り返しの耐久性が高い点でも有利である。
【００３５】
なおここで、記録再生光として、第２励起光▲２▼ではなく、第１励起光▲１▼を用いることも可能である。但し、記録再生の密度を上げるためには、記録再生光の波長は短いことが望ましい。従って、図３のようなエネルギダイアグラムの材料を用いる場合には、波長が短い第２励起光▲２▼を用いることが望ましい。
【００３６】
以上説明したメカニズムは、３準位以上の励起準位を有する材料を用いた場合にも可能である。
【００３７】
図４は、３準位の励起準位を有する材料におけるエネルギ遷移を表すエネルギダイアグラムである。
【００３８】
すなわち、基底準位Ｇの上に、第１励起準位Ｅ１、第２励起準位Ｅ２、第３励起準位Ｅ３をそれぞれ有する３準位励起材料をフィルタ３０の材料として用いる。
【００３９】
そして、第１励起光▲１▼として、基底準位Ｇから第２励起準位Ｅ２までのエネルギ差に相当するエネルギ（波長）を有する光を照射し、また、第２励起光▲２▼として、第１励起準位Ｅ１から第３励起準位Ｅ３までのエネルギ差に相当するエネルギ（波長）を有する光をそれぞれ用いるものとする。
【００４０】
この場合、第２励起光▲２▼のみを照射しても、基底準位Ｇから電子を励起することはできず、光の吸収は生じない。
これに対して、第１励起光▲１▼により基底準位Ｇから第２励起準位Ｅ２へ励起された電子が第１励起準位Ｅ１へ緩和している場合には、第２励起光▲２▼の照射によって第３励起準位Ｅ３へ励起させることができる。つまり、第２励起光▲２▼の吸収が生ずる。
【００４１】
その結果として、図３に例示した２準位励起材料の場合と同様に、第２励起光▲２▼を光記録媒体に対する記録再生光として用い、第１励起光▲１▼をそのマスク光として用いることができる。
【００４２】
同様のメカニズムは、４準位、５準位あるいはそれ以上の複数の励起準位を持つ材料においても同様に可能である。
【００４３】
このような複数の励起準位を有する材料は、光記録再生とは別の技術分野において開発されている。すなわち、主に長波長の励起光によって短波長の発光を生ずる発光素子や、レーザ発振素子のアップコンバージョン材料として研究開発が行われている。
【００４４】
ちなみに複数の励起準位を複数の光で励起した後、上位励起準位から下位準位へ発光あるいはレーザ発振するもの、すなわち、長波長の光で励起し短波長の光へ変換するものは「アップコンバージョン」と呼ばれ、短波長ＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ ｅｍｍｉｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）や短波長レーザの材料としての応用が検討されている。
【００４５】
本実施形態においては、このような「アップコンバージョン」が生ずる材料をフィルタ３０の材料として用いることができ、超解像効果を得ることが可能である。
【００４６】
２準位励起材料としては、希土類イオン（プラス３価）を含有した物質を用いることができる。「希土類イオン」としては、例えばＰｒ３＋、Ｎｄ３＋、Ｐｍ３＋、Ｓｍ３＋、Ｄｙ３＋、Ｈｏ３＋、Ｅｒ３＋、Ｔｍ３＋ を挙げることができる。例えば、これらイオンの少なくともいずれかを含有したガラスなどをフィルタ３０の材料として用いることができる。但し、本発明は、これらいずれかを用いた場合には限定されず、その他、２以上の励起準位を有する材料であれば、同様の作用効果を得ることが可能である。
【００４７】
２準位励起材料を短波長レーザに応用するような場合には、発光効率や発振効率が重要なポイントであるが、本発明においては、光を吸収することが重要なポイントとなる。そのため、物質の一般的な性質からみても、本発明におけるこれら２準位励起材料の機能効率は、発光や発振に用いる場合よりは高いと言える。
【００４８】
また、記録再生光（第２励起光▲２▼）のスポット形状は、マスク光（第１励起光▲１▼）のビームスポットの形状によって規定されるので、境界面は明確となる。つまり、高いコントラストを得ることができる。
【００４９】
ところで、光記録再生装置に用いられるＣＤやＤＶＤなどの光記録媒体は、凹凸ピット、あるいは光学特性が周囲と異なる記録マークなどが形成された記録層（または反射層）を有する。そこで、本発明においては、これら記録層（反射層）から見て入射光の側にフィルタ３０を設置することが望ましい。フィルタ３０は、前述したような２準位励起材料（あるいは多準位励起材料）を含むガラスやポリマーなどからなる。
【００５０】
また一方、マスク光Ｌ２を照射しない時の透過率（図２における部分Ａの透過率）と、マスク光Ｌ２を照射した時の透過率（図２における部分Ｂの透過率）とを比較した時に、前者に対する後者の割合が１００％未満になると超解像効果が現れると言える。しかし、実質的には８０％以下にであることが望ましく、またさらに５０％以下であることがより望ましい。さらに、この透過率の割合が２０％以下になると、マスキング効果は極めて高く、超解像効果が非常に高くなる。
【００５１】
マスク光Ｌ２を照射した時の透過率（図２における部分Ｂの透過率）は、フィルタ３０の膜厚と希土類イオン等の濃度により決定される。フィルタ３０の膜厚は、記録再生光Ｌ１の波長の焦点深度内に収める必要がある。ＣＤやＤＶＤなどの現行の光ディスクの場合、光学開口数Ｎ．Ａ．は０．５以上である。従って、光の波長をλとすると、分解能の上限は、次式により表される。
ここで、光の入射角度をｕとすると、光学開口数Ｎ．Ａ．は、空気中では、次式により表される。
【００５２】
Ｎ．Ａ．＝ｓｉｎ（ｕ）
である。従って焦点深度は、次式により表される。
すなわち、フィルタ３０の厚みは、記録再生光Ｌ１の波長の２．７倍以下とすることが必要である。従って、この厚みの範囲において、記録再生光Ｌ１に対する吸収効果が生ずるように、２準位励起材料の添加濃度を調節することが望ましい。
【００５３】
（実施例）
以下、実施例を参照しつつ本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明する。
【００５４】
（第１の実施例）
まず、本発明の第１の実施例として、プラス３価のネオジウム（Ｎｄ３＋）を含有したガラスをフィルタとして用いた具体例について説明する。
【００５５】
図５は、本実施例において用いた光学系を表す模式図である。
フィルタ３０として、厚み１ｍｍのＮｄ３＋含有ガラス（濃度１ｍｏｌ％）を用意した。また、光源１０として、波長４１５ｎｍのレーザ光Ｌ１が得られるＫｒイオンレーザを用意した。レーザ光Ｌ１のビーム径は、１０ｍｍとした。また、光源２０として、波長２．６μｍのレーザ光Ｌ２が得られるＧａＩｎＡｓＳｂ系半導体レーザを用意した、そして、フィルタ３０を透過したレーザ光Ｌ１のビーム形状をビームプロファイラ３００で観察した。
【００５６】
図６は、Ｎｄ３＋の励起準位の一部を表したエネルギダイアグラムである。すなわち、波長４１５ｎｍのレーザ光Ｌ１は、第１励起準位Ａから第２励起準位までのエネルギ差に相当するエネルギを有する。また、波長２．６μｍのレーザ光Ｌ２は、基底準位から第１励起準位Ａまでのエネルギに相当するエネルギを有することが分かる。
【００５７】
まず、レーザ光Ｌ１のみをフィルタ３０に照射し、ビームプロファイラ３００によってピーク強度の１／ｅ２の強度のビーム形状を観察すると図７（ａ）に表したようになった。ここで、レーザ１０のパワーは１ｍＷとした。
次に、レーザ光Ｌ２をフィルタ３０の上でレーザ光Ｌ１のビームスポットに、半分程度重なるように照射した。このときレーザ光Ｌ２のビームは、ビームプロファイラ３００に入射しないように光学系を設定した。レーザ２０のパワーを５ｍＷとして照射したところ、レーザ光Ｌ１のビームプロファイルは図７（ｂ）に表したようになり、レーザ光Ｌ２の照射によってマスクされ、ビームスポットが小さくなることが確認された。
【００５８】
（第２の実施例）
次に、本発明の第２の実施例として、ネオジウム（Ｎｄ３＋）を含有したガラスをフィルタとして用い、レーザの波長を変えた具体例について説明する。
【００５９】
本実施例においても、図５に表したものと同様の光学系を用いた。但し、レーザ１０として波長３９０ｎｍのレーザ光Ｌ１が得られる色素レーザを用い、また、レーザ２０として波長５．３μｍのレーザ光Ｌ２が得られるＯＰＯ中赤外レーザを用いた。
【００６０】
図８は、本実施例におけるエネルギ遷移を表すエネルギダイアグラムである。波長５．３μｍのレーザ光Ｌ２は、基底準位から第１励起準位Ｂまでのエネルギ差に相当するエネルギを有する。また、波長３９０ｎｍのレーザ光Ｌ１は、第１励起準位Ｂから第２励起準位までのエネルギ差に相当するエネルギを有することが分かる。
【００６１】
第１実施例と同様の手順で実験を行った結果、フィルタ３０にレーザ光Ｌ１のみを照射した場合には、図７（ａ）に表したようなビームプロファイルが得られた。次に、その一部にレーザ光Ｌ２を重ねて照射したところ、その部分において吸収が生じ、図７（ｂ）に表したようにレーザ光Ｌ１のビームを絞ることができた。
【００６２】
（第３の実施例）
次に、本発明の第３の実施例として、厚み１ｍｍのＳｍ３＋含有ガラス（濃度約１％）をフィルタ３０として用い、図５に表したものと同様の光学系を用いて実験を行った。
【００６３】
Ｓｍ３＋イオンの励起準位のうちで、第１励起準位として６Ｆ３／２を用い、第２励起準位として４Ｐ３／２を用いた。この場合、レーザ光Ｌ１の波長は、約４００ｎｍであり、レーザ光Ｌ２の波長は約１．５μｍとなる。これらのレーザ光を発振する半導体レーザをそれぞれ用いて第１及び第２実施例と同様の手順でビーム形状を観察した。
【００６４】
その結果、レーザＬ１のみを照射した時には、図７（ａ）に表したようにビーム全体がフィルタ３０を透過した。次に、これにレーザＬ２を部分的に重ねて照射した時には、重なり部がマスクされ、図７（ｂ）に表したように、レーザＬ１の透過ビームが絞られる超解像効果が確認できた。
【００６５】
（第４の実施例）
次に、本発明の第４の実施例として、ＤＶＤ−ＲＯＭ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）媒体を用いた再生実験を行った。
図９は、本実施例において用いた光再生装置の要部構成を表す模式図である。
【００６６】
すなわち、レーザ１０および２０からはそれぞれレーザ光Ｌ１、Ｌ２が放出される。レーザ光Ｌ１の波長は４１５ｎｍ、Ｌ２の波長は２．６μｍとした。
【００６７】
レーザ光Ｌ１は、偏光ビーム・スプリッタ３１０、１／４波長板３２０、集光レンズ３３０を介して、ＤＶＤ−ＲＯＭ２００に入射する。
【００６８】
また、レーザ２０からは、マスク光Ｌ２が集光調整用レンズ３４０を介して照射される。
【００６９】
一方、ＤＶＤ−ＲＯＭ２００は、ダミー基板ＤＶＤディスク基板２１０、反射膜２２０、Ｎｄ３＋含有ガラス膜２３０、ポリカーボネート基板２４０がこの順に積層された構造を有する。ここで、Ｎｄ３＋含有ガラス膜２３０が、図１乃至図８が図１などに例示したフィルタ３０に相当する。
【００７０】
ＤＶＤ−ＲＯＭ２００に入射し、反射膜２２０よって反射されたレーザ光Ｌ１は、再び集光レンズ３３０、１／４波長板３２０を介して偏光ビーム・スプリッタ３１０により反射され、フォトダイオード４１０により検出され、信号再生処理装置４２０によって再生される。
【００７１】
まず、ピット長０．２２μｍ、０．４４μｍ、０．６６μｍ、０．８８μｍの４種類のピットが刻まれたＤＶＤ―ＲＯＭ２００を用意し、波長４１５ｎｍのレーザ光Ｌ１のみを用いて再生信号を読み取った。集光のＮ．Ａ．は０．６である。この結果、４種類のピットのうちで、０．８８μｍのピットのみ再生が可能であった。
【００７２】
次に、この再生光学系にレーザ光Ｌ１と共に波長２．６μｍのレーザ光Ｌ２を照射した。そして、レーザ光Ｌ２のビームスポット位置を調整しながら再生信号をモニタした結果、０．８８μｍのピットに加えて、０．６６μｍのピットも再生できる条件が存在することが確認できた。これは、ＤＶＤ−ＲＯＭ２００のＮｄ３＋含有ガラス膜２３０において、２準位励起による超解像効果が生じたことを裏付けるものである。
【００７３】
一方、比較例として、図９に表したＤＶＤ−ＲＯＭ２００の代わりに、Ｎｄ３＋含有ガラス膜２３０を設けない媒体を用いて同様の再生を試みた。その結果、レーザ光Ｌ２のビーム位置の調整如何に関わらず、０．８８μｍのピットのみしか再生できず、ビーム解像度は上がらなかった。
【００７４】
（第５の実施例）
次に、本発明の第５の実施例として、相変化型の光記録媒体を用いた記録実験を実施した。
【００７５】
本実施例において用いたシステムは、図９に表したものと類似した構成を有する。但し、その媒体２００としては、光入射側から順に、ポリカーボネート基板／Ｎｄ３＋含有ガラス／ＺｎＳ−ＳｉＯ２／ＧｅＳｂＴｅ／ＺｎＳ−ＳｉＯ２／Ａｌ反射膜が積層された ＤＶＤ−ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）を用いた。
【００７６】
そして、マスク光Ｌ２のスポット位置を調節しながら、記録光Ｌ１を用いてＧｅＳｂＴｅ記録層に記録マークを記録した。この時の記録光Ｌ１のピークパワー密度は、約１０ＭＷ／ｃｍ２、マスク光Ｌ２のピークパワー密度は５０ＭＷ／ｃｍ２とした。その結果、記録光Ｌ１のみを用いた場合と比較して記録マーク形状が変化し、また、線密度換算でマスク光Ｌ２を照射しない場合と比べて、約１．２倍の密度のマークが記録されたことが観測された。
【００７７】
（第６の実施例）
次に、本発明の第６の実施例として、再生光Ｌ１とマスク光Ｌ２との位置関係を制御する機構を設けた光再生装置について説明する。
【００７８】
図１０は、本実施例において用いた光再生装置の要部構成を表す模式図である。
【００７９】
すなわち、レーザ１０および２０からはそれぞれレーザ光Ｌ１、Ｌ２が放出される。レーザ光Ｌ１は、偏光ビーム・スプリッタ３１０、１／４波長板３２０、集光レンズ３３０を介して、光記録媒体２００に入射する。
【００８０】
また、レーザ２０からは、マスク光Ｌ２が集光調整用レンズ３４０を介して照射される。
【００８１】
光記録媒体２００から反射されたレーザ光Ｌ１は、再び集光レンズ３３０、１／４波長板３２０を介して偏光ビーム・スプリッタ３１０により反射され、ビーム・スプリッタ５１０、５２０、ミラー５３０に入射する。ビーム・スプリッタ５１０により分割された光の一部は、フォーカス検出部６１０においてモニタされ、フォーカス制御信号が生成される。また、ビーム・スプリッタ５２０により分割された光の一部は、トラッキング／再生信号検出部６２０においてモニタされ、トラッキング信号と再生信号が得られる。
【００８２】
またさらに、ミラー５３０により反射された光は、光重なり検出部６３０においてモニタされる。すなわち、本発明の光記録再生装置においては、フォーカスサーボ系とトラッキング系の他に、ＣＮＲを一定に保つために再生光Ｌ１とマスク光Ｌ２との位置関係を一定に保つ必要がある。従って、再生ビームをさらに分けて、再生光Ｌ１とマスク光Ｌ２との位置関係を制御するための検出部６３０に入射する。
【００８３】
また、再生光Ｌ１とマスク光Ｌ２とは波長が異なるため、再生光Ｌ１の集光レンズだけではディスク上に集光しない。そこで、さらにマスク光Ｌ２専用の補助集光レンズ３４０が必要である。このレンズ３４０を適宜移動させて、再生光Ｌ１とマスク光Ｌ２との位置関係を調節することができる。
【００８４】
光重なり検出部６３０では、例えば、４分割光検出器を用いてモニタすることができる。
【００８５】
図１１は、４分割光検出器を表す模式図である。すなわち、この光検出器は、上下左右に４分割された光検出領域Ａ〜Ｄを有する。これら光検出領域Ａ〜Ｄのそれぞれにおける検出量を比較することにより、光記録媒体２００から反射された光のビーム形状を判別できる。つまり、再生光Ｌ１とマスク光Ｌ２との位置関係を調べることができる。その判別結果を基に、ピックアップ内の補助レンズ３４０の位置を調整することによって、再生光Ｌ１とマスク光Ｌ２との位置関係を一定に制御することができる。但し、マスク光用の補助レンズ３４０は光ピックアップの部品でもあるので、トラッキング、フォーカスサーボによる光ピックアップの位置調整に際して補助レンズ３４０も同期させることが望ましい。
【００８６】
図１２は、４分割光検出器からの検出信号と、ビームの「ずれ」との関係を例示するグラフ図である。
すなわち、図１２（ａ）の縦軸は、検出領域ＡとＢにおける検出量の差、または検出領域ＣとＤにおける検出量の差を表す。また、横軸は、再生光Ｌ１に対するマスク光Ｌ２の左右方向「ずれ」（図１１において）を表す。このように、再生光Ｌ１に対してマスク光Ｌ２が左右方向にずれた場合には、差分信号は増大する。従って、この差分信号が最小になるように制御すれば、左右方向の「ずれ」を抑制できる。
【００８７】
また一方、図１２（ｂ）の縦軸は、検出領域ＡとＣにおける検出量の差、または検出領域ＢとＤにおける検出量の差分を表す。また、横軸は、再生光Ｌ１に対するマスク光Ｌ２の上下方向「ずれ」（図１１において）を表す。このように、再生光Ｌ１に対してマスク光Ｌ２が上方向にずれた場合には、差分信号はゼロに近づき、下方向にずれた場合には、差分信号は所定の上限値に近づく。従って、この差分信号が、ゼロと所定の上下値との間の最適な値となるように制御すれば、上下方向の「ずれ」を抑制できる。
【００８８】
以上説明したように、分割領域を有する分割型の光検出器を用いることにより、再生光Ｌ１とマスク光Ｌ２との位置関係を適宜調節して最適なビーム重なりを維持することができる。
【００８９】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、フィルタ３０を構成する具体的に材料やその膜厚などについては、２準位遷移が生ずるものであればよく、当業者が適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができるものも本発明の範囲に包含される。
【００９０】
その他、本発明の実施の形態として上述した光記録再生方法、光記録再生装置及び光記録媒体を基にして、当業者が適宜設計変更して実施しうるすべての光記録再生方法、光記録再生装置及び光記録媒体も同様に本発明の範囲に属する。
【００９１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、再生光または記録光の他に、マスク光を照射し、光記録媒体に２準位以上の励起材料を付設することにより、再生光または記録光の集光スポット径を小さくできる超解像効果が得られ、記録密度を上げることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の実施の形態にかかる光記録再生方法の原理を表す模式図である。
【図２】
フィルタ３０の作用を説明するための概念図である。
【図３】
２準位励起材料におけるエネルギ遷移を表すエネルギダイアグラムである。
【図４】
３準位の励起準位を有する材料におけるエネルギ遷移を表すエネルギダイアグ
ラムである。
【図５】
本発明の第１の実施例において用いた光学系を表す模式図である。
【図６】
Ｎｄ３＋の励起準位の一部を表したエネルギダイアグラムである。
【図７】
レーザ光Ｌ１のビームスポットを表す模式図である。
【図８】
本発明の第２の実施例におけるエネルギ遷移を表すエネルギダイアグラムであ
る。
【図９】
本発明の第４の実施例において用いた光再生装置の要部構成を表す模式図であ
る。
【図１０】
本発明の第６の実施例において用いた光再生装置の要部構成を表す模式図であ
る。
【図１１】
４分割光検出器を表す模式図である。
【図１２】４分割光検出器からの検出信号と、ビームの「ずれ」との関係を例示するグラフ図である。
【符号の説明】
１０、２０ 光源
３０ フィルタ
１００ 記録層
２００ 光記録媒体
２１０ ディスク基板
２２０ 反射膜
２３０ フィルタ
２４０ ポリカーボネート基板
３００ ビームプロファイラ
３１０ スプリッタ
３２０ 波長板
３３０ 集光レンズ
３４０ 集光調整用レンズ
４１０ フォトダイオード
４２０ 信号再生処理装置
５１０、５２０ スプリッタ
５３０ ミラー
６１０ フォーカス検出部
６２０ 再生信号検出部
６３０ 検出部
Ａ〜Ｄ 光検出領域
Ｅ１ 励起準位
Ｅ２ 励起準位
Ｅ３ 励起準位
Ｇ 基底準位
Ｌ１ 記録再生光
Ｌ２ マスク光
【発明の属する技術分野】
本発明は、光記録再生方法、光記録再生装置及び光記録媒体関し、より詳細には、２種類の光を用いることにより超解像効果が得られる光記録再生方法、光記録再生装置及び光記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＤ（ｃｏｍｐａｃｔ ｄｉｓｃ）やＤＶＤ（ｄｉｇｉｔａｌ ｖｅｒｓａｔｉｌｅ ｄｉｓｃ）などのリムーバブルな光記録再生装置が情報化社会に必要不可欠な存在となっている。現行のＤＶＤの記録容量は、４．７ＧＢであるが、当然ながら記憶容量は大きいほど良く、多種多様な大容量化技術の開発が報告されている。そのひとつの方法は、記録再生光の短波長化であり、また他の方法として、「超解像技術」がある。
【０００３】
超解像とは、記録光あるいは再生光を、光の回折限界を超えた小さなスポットに集光する技術であり、▲１▼ＳＵＰＥＲ−ＲＥＮＺ、▲２▼溶融方式、▲３▼サーモクロミズム方式、▲４▼吸収飽和方式、などに分類することができる。
【０００４】
これらのうち、▲１▼、▲２▼、▲３▼は熱を介するいわゆる「ヒートモード（ｈｅａｔ ｍｏｄｅ）」であり、▲４▼は光のみの反応である「フォトンモード（ｐｈｏｔｏｎ ｍｏｄｅ）」である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
記録再生の速度や、記録再生を繰り返した場合の耐久性の点からは、フォトンモードの方が望ましいと考えられる。しかし、フォトンモードは、記録再生速度や耐久性の点で望ましいが、ビーム集光スポットのコントラストすなわち輪郭が明確にならず、高密度化が容易でないという点が問題である。
【０００６】
一方、ヒートモードの場合には、熱ビームのコントラストは比較的明瞭にすることができるが、加熱と冷却を繰り返すために、記録再生を繰り返した場合の耐久性の点で限界がある。
【０００７】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、ビーム集光スポットのコントラストを顕著に高くすることにより、フォトンモードの記録再生方式を用いて記録密度を顕著に高くすることが可能な光記録再生方法、光記録再生装置及び光記録媒体を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の光記録再生方法は、第１のエネルギ遷移と、前記第１のエネルギ遷移とは異なる第２のエネルギ遷移と、が可能な材料を含有するフィルタを設け、前記第１のエネルギ遷移に対応する波長を有する第１の光と前記第２のエネルギ遷移に対応する波長を有する第２の光とを前記フィルタ上で部分的に重なるように照射することにより、前記第１の光と前記第２の光とが重なった部分において前記第１の光に対する前記フィルタの吸収率を増加させ、前記フィルタを透過した前記第１の光を用いて情報の光学的な記録と情報の光学的な再生の少なくともいずれかを行うことを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、ビーム集光スポットのコントラストを顕著に高くすることにより、フォトンモードの記録再生方式を用いて記録密度を顕著に高くすることが可能な光記録再生が可能となる。
【００１０】
ここで、前記フィルタが含有する前記材料は、基底準位の上に、第１の励起準位と、第２の励起準位と、を有し、前記第１のエネルギ遷移は、前記第１の励起準位から前記第２の励起準位へのエネルギ遷移に対応し、前記第２のエネルギ遷移は、前記基底準位から前記第１の励起準位へのエネルギ遷移に対応するものとすることができる。
【００１１】
また、前記フィルタは、記録媒体に設けられたものとすることができる。
【００１２】
また、前記フィルタが含有する前記材料は、３価の希土類イオンを含有するものとすることができる。
【００１３】
一方、本発明の光記録再生装置は、第１の波長を有する第１の光を放出する第１の光源と、前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の光を放出する第２の光源と、情報の光学的な記録と情報の光学的な再生の少なくともいずれかが可能な光記録媒体を駆動させる駆動部と、前記第１の光と前記第２の光とが部分的に重なった状態で前記光記録媒体に照射されるように制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
上記構成によれば、ビーム集光スポットのコントラストを顕著に高くすることにより、フォトンモードの記録再生方式を用いて記録密度を顕著に高くすることが可能な光記録再生装置を提供することができる。
【００１５】
ここで、前記第１の光のうちの前記第２の光と重なった部分を、前記光記録媒体に対する記録または再生に実質的に利用しないものとすることができる。
【００１６】
一方、本発明の光記録媒体は、第１のエネルギ遷移と、前記第１のエネルギ遷移とは異なる第２のエネルギ遷移と、が可能な材料を含有するフィルタと、情報の光学的な記録と情報の光学的な再生の少なくともいずれかが可能な記録層と、を備え、前記第１のエネルギ遷移に対応する波長を有する第１の光と前記第２のエネルギ遷移に対応する波長を有する第２の光とが前記フィルタ上で部分的に重なるように照射されることにより、前記第１の光と前記第２の光とが重なった部分において前記第１の光に対する前記フィルタの吸収率が増加し、前記フィルタを透過した前記第１の光により前記記録層に対して情報の光学的な記録と情報の光学的な再生の少なくともいずれかが可能とされたことを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、ビーム集光スポットのコントラストを顕著に高くすることにより、フォトンモードの記録再生方式を用いて記録密度を顕著に高くすることが可能な光記録媒体を提供することができる。
【００１８】
ここで、前記フィルタが含有する前記材料は、基底準位の上に、第１の励起準位と、第２の励起準位と、を有し、前記第１のエネルギ遷移は、前記第１の励起準位から前記第２の励起準位へのエネルギ遷移に対応し、前記第２のエネルギ遷移は、前記基底準位から前記第１の励起準位へのエネルギ遷移に対応するものとすることができる。
【００１９】
また、前記フィルタが含有する前記材料は、３価の希土類イオンを含有するものとすることができる。
【００２０】
また、前記フィルタの厚みは、前記第１の光の波長の２．７倍以下であるものとすることができる。
【００２１】
本発明における光記録再生装置は、サーボ、トラッキングの他に、再生光（Ｌ１）とマスク光（Ｌ２）との重なり形状を調節維持する機構を有する点が特徴である。これらビームの重なり形状をモニタするためには、例えば、再生光（Ｌ１）の反射光をハーフミラー等で分け、それを分割光検出器（４つ以上の検出領域を有するものが好ましい）で検出すればよい。分割されたそれぞれの検出領域における検出光量から、ビームの重なり具合を判断できる。
【００２２】
また、本発明の光記録再生装置は、異なる波長で発振する２つのレーザ１０、２０を有する点も特徴である。マスク光Ｌ２の媒体２００上での、記録再生光Ｌ１に対するスポット位置は、マスク光専用のレンズやミラー、マスク光レーザ２０の位置、角度などを、スポットサイズや位置を確認しながら調整することができる。このようにして、再生光Ｌ１の形状を維持する機構を設けることが望ましい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
【００２４】
図１は、本発明の実施の形態にかかる光記録再生方法の原理を表す模式図である。すなわち、本実施形態においては、波長λ１の光Ｌ１を放出する光源１０と、波長λ２の光Ｌ２を放出する光源２０とを用いる。これら光源からの光Ｌ１、Ｌ２は、超解像効果を有するフィルタ３０上で部分的にビームが重なるように入射される。そして、このフィルタ３０を透過したビームが光記録媒体の記録層１００に照射され、記録または再生が行われる。本実施形態においては、フィルタ３０の材料として、「２準位励起材料」を用いることにより、光Ｌ１、Ｌ２のビームの重なり部の光吸収率を高くする。その結果として、透過ビームのサイズを縮小させ、高いコントラストの微少スポット光を得ることができる。
【００２５】
図２は、フィルタ３０の作用を説明するための概念図である。すなわち、同図（ａ）に表したように、フィルタ３０に対して光Ｌ１と光Ｌ２とが部分的に重なるように入射する。すると、フィルタ３０のうちで、光Ｌ１だけが照射された部分Ａの透過率は高いが、光Ｌ１と光Ｌ２とが重なって照射された部分Ｂの透過率は低くなる。その結果として、Ａの部分のみにおいて光Ｌ１が透過され、図２（ｂ）に表したように、光Ｌ１のビームが絞られる。
【００２６】
このような独特の作用は、フィルタ３０の材料として、例えば「２準位励起材料」を用いることにより実現できる。以下、このメカニズムについて説明する。
【００２７】
図３は、２準位励起材料におけるエネルギ遷移を表すエネルギダイアグラムである。
【００２８】
２準位励起材料は、基底準位Ｇの上に、第１励起準位Ｅ１と第２励起準位Ｅ２とを有する。
【００２９】
ここに、第１励起光▲１▼と第２励起光▲２▼をそれぞれ照射する場合を考える。ここで、第１励起光▲１▼は、基底準位Ｇから第１励起準位Ｅ１までのエネルギ差に相当するエネルギ（波長）を有する。また、第２励起光▲２▼は、第１励起準位Ｅ１から第２励起準位Ｅ２までのエネルギ差に相当するエネルギ（波長）を有するものとする。
【００３０】
第１励起光▲１▼を照射せずに、第２励起光▲２▼だけ照射した時には、基底準位にある電子を遷移させるエネルギ準位が存在しないため、電子の励起は生じない。つまり、第２励起光▲２▼吸収は生じない。
【００３１】
これに対して、第１励起光▲１▼を照射し、基底準位Ｇから第１励起準位Ｅ１に電子の励起が生じた場合には、第２励起光▲２▼をさらに照射すると、第１励起準位Ｅ１から第２励起準位Ｅ２へさらに電子を励起することができる。従って、第２励起光▲２▼に対する吸収が生ずる。つまり、第１励起光▲１▼と第２励起光▲２▼とを重ねた部分においてのみ、吸収が生ずることとなる。
【００３２】
光記録媒体に対して記録再生を実行する場合について考えると、記録再生光として第２励起光▲２▼を用いれば、その形状プロファイルやビームサイズを第１励起光▲１▼で変えることができる。すなわち、第１励起光▲１▼が照射された部分においては第２励起光▲２▼が吸収されるので、マスクされることとなる。すなわち、「超解像効果」を得ることができる。逆に言えば、マスクしたい部分に第１励起光▲１▼を集光すれば良い。
【００３３】
以上説明したように、本発明によれば、２準位励起材料におけるエネルギ遷移を利用して記録再生光のビームを絞るので、純粋な「フォトンモード」の超解像効果が得られるといえる。従って、ビームサイズが光強度に依存して変化しないという利点がある。
【００３４】
またさらに、ビームのコントラストが高く、応答速度も速い。さらにまた、繰り返しの耐久性が高い点でも有利である。
【００３５】
なおここで、記録再生光として、第２励起光▲２▼ではなく、第１励起光▲１▼を用いることも可能である。但し、記録再生の密度を上げるためには、記録再生光の波長は短いことが望ましい。従って、図３のようなエネルギダイアグラムの材料を用いる場合には、波長が短い第２励起光▲２▼を用いることが望ましい。
【００３６】
以上説明したメカニズムは、３準位以上の励起準位を有する材料を用いた場合にも可能である。
【００３７】
図４は、３準位の励起準位を有する材料におけるエネルギ遷移を表すエネルギダイアグラムである。
【００３８】
すなわち、基底準位Ｇの上に、第１励起準位Ｅ１、第２励起準位Ｅ２、第３励起準位Ｅ３をそれぞれ有する３準位励起材料をフィルタ３０の材料として用いる。
【００３９】
そして、第１励起光▲１▼として、基底準位Ｇから第２励起準位Ｅ２までのエネルギ差に相当するエネルギ（波長）を有する光を照射し、また、第２励起光▲２▼として、第１励起準位Ｅ１から第３励起準位Ｅ３までのエネルギ差に相当するエネルギ（波長）を有する光をそれぞれ用いるものとする。
【００４０】
この場合、第２励起光▲２▼のみを照射しても、基底準位Ｇから電子を励起することはできず、光の吸収は生じない。
これに対して、第１励起光▲１▼により基底準位Ｇから第２励起準位Ｅ２へ励起された電子が第１励起準位Ｅ１へ緩和している場合には、第２励起光▲２▼の照射によって第３励起準位Ｅ３へ励起させることができる。つまり、第２励起光▲２▼の吸収が生ずる。
【００４１】
その結果として、図３に例示した２準位励起材料の場合と同様に、第２励起光▲２▼を光記録媒体に対する記録再生光として用い、第１励起光▲１▼をそのマスク光として用いることができる。
【００４２】
同様のメカニズムは、４準位、５準位あるいはそれ以上の複数の励起準位を持つ材料においても同様に可能である。
【００４３】
このような複数の励起準位を有する材料は、光記録再生とは別の技術分野において開発されている。すなわち、主に長波長の励起光によって短波長の発光を生ずる発光素子や、レーザ発振素子のアップコンバージョン材料として研究開発が行われている。
【００４４】
ちなみに複数の励起準位を複数の光で励起した後、上位励起準位から下位準位へ発光あるいはレーザ発振するもの、すなわち、長波長の光で励起し短波長の光へ変換するものは「アップコンバージョン」と呼ばれ、短波長ＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ ｅｍｍｉｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）や短波長レーザの材料としての応用が検討されている。
【００４５】
本実施形態においては、このような「アップコンバージョン」が生ずる材料をフィルタ３０の材料として用いることができ、超解像効果を得ることが可能である。
【００４６】
２準位励起材料としては、希土類イオン（プラス３価）を含有した物質を用いることができる。「希土類イオン」としては、例えばＰｒ３＋、Ｎｄ３＋、Ｐｍ３＋、Ｓｍ３＋、Ｄｙ３＋、Ｈｏ３＋、Ｅｒ３＋、Ｔｍ３＋ を挙げることができる。例えば、これらイオンの少なくともいずれかを含有したガラスなどをフィルタ３０の材料として用いることができる。但し、本発明は、これらいずれかを用いた場合には限定されず、その他、２以上の励起準位を有する材料であれば、同様の作用効果を得ることが可能である。
【００４７】
２準位励起材料を短波長レーザに応用するような場合には、発光効率や発振効率が重要なポイントであるが、本発明においては、光を吸収することが重要なポイントとなる。そのため、物質の一般的な性質からみても、本発明におけるこれら２準位励起材料の機能効率は、発光や発振に用いる場合よりは高いと言える。
【００４８】
また、記録再生光（第２励起光▲２▼）のスポット形状は、マスク光（第１励起光▲１▼）のビームスポットの形状によって規定されるので、境界面は明確となる。つまり、高いコントラストを得ることができる。
【００４９】
ところで、光記録再生装置に用いられるＣＤやＤＶＤなどの光記録媒体は、凹凸ピット、あるいは光学特性が周囲と異なる記録マークなどが形成された記録層（または反射層）を有する。そこで、本発明においては、これら記録層（反射層）から見て入射光の側にフィルタ３０を設置することが望ましい。フィルタ３０は、前述したような２準位励起材料（あるいは多準位励起材料）を含むガラスやポリマーなどからなる。
【００５０】
また一方、マスク光Ｌ２を照射しない時の透過率（図２における部分Ａの透過率）と、マスク光Ｌ２を照射した時の透過率（図２における部分Ｂの透過率）とを比較した時に、前者に対する後者の割合が１００％未満になると超解像効果が現れると言える。しかし、実質的には８０％以下にであることが望ましく、またさらに５０％以下であることがより望ましい。さらに、この透過率の割合が２０％以下になると、マスキング効果は極めて高く、超解像効果が非常に高くなる。
【００５１】
マスク光Ｌ２を照射した時の透過率（図２における部分Ｂの透過率）は、フィルタ３０の膜厚と希土類イオン等の濃度により決定される。フィルタ３０の膜厚は、記録再生光Ｌ１の波長の焦点深度内に収める必要がある。ＣＤやＤＶＤなどの現行の光ディスクの場合、光学開口数Ｎ．Ａ．は０．５以上である。従って、光の波長をλとすると、分解能の上限は、次式により表される。
【００５２】
Ｎ．Ａ．＝ｓｉｎ（ｕ）
である。従って焦点深度は、次式により表される。
【００５３】
（実施例）
以下、実施例を参照しつつ本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明する。
【００５４】
（第１の実施例）
まず、本発明の第１の実施例として、プラス３価のネオジウム（Ｎｄ３＋）を含有したガラスをフィルタとして用いた具体例について説明する。
【００５５】
図５は、本実施例において用いた光学系を表す模式図である。
フィルタ３０として、厚み１ｍｍのＮｄ３＋含有ガラス（濃度１ｍｏｌ％）を用意した。また、光源１０として、波長４１５ｎｍのレーザ光Ｌ１が得られるＫｒイオンレーザを用意した。レーザ光Ｌ１のビーム径は、１０ｍｍとした。また、光源２０として、波長２．６μｍのレーザ光Ｌ２が得られるＧａＩｎＡｓＳｂ系半導体レーザを用意した、そして、フィルタ３０を透過したレーザ光Ｌ１のビーム形状をビームプロファイラ３００で観察した。
【００５６】
図６は、Ｎｄ３＋の励起準位の一部を表したエネルギダイアグラムである。すなわち、波長４１５ｎｍのレーザ光Ｌ１は、第１励起準位Ａから第２励起準位までのエネルギ差に相当するエネルギを有する。また、波長２．６μｍのレーザ光Ｌ２は、基底準位から第１励起準位Ａまでのエネルギに相当するエネルギを有することが分かる。
【００５７】
まず、レーザ光Ｌ１のみをフィルタ３０に照射し、ビームプロファイラ３００によってピーク強度の１／ｅ２の強度のビーム形状を観察すると図７（ａ）に表したようになった。ここで、レーザ１０のパワーは１ｍＷとした。
次に、レーザ光Ｌ２をフィルタ３０の上でレーザ光Ｌ１のビームスポットに、半分程度重なるように照射した。このときレーザ光Ｌ２のビームは、ビームプロファイラ３００に入射しないように光学系を設定した。レーザ２０のパワーを５ｍＷとして照射したところ、レーザ光Ｌ１のビームプロファイルは図７（ｂ）に表したようになり、レーザ光Ｌ２の照射によってマスクされ、ビームスポットが小さくなることが確認された。
【００５８】
（第２の実施例）
次に、本発明の第２の実施例として、ネオジウム（Ｎｄ３＋）を含有したガラスをフィルタとして用い、レーザの波長を変えた具体例について説明する。
【００５９】
本実施例においても、図５に表したものと同様の光学系を用いた。但し、レーザ１０として波長３９０ｎｍのレーザ光Ｌ１が得られる色素レーザを用い、また、レーザ２０として波長５．３μｍのレーザ光Ｌ２が得られるＯＰＯ中赤外レーザを用いた。
【００６０】
図８は、本実施例におけるエネルギ遷移を表すエネルギダイアグラムである。波長５．３μｍのレーザ光Ｌ２は、基底準位から第１励起準位Ｂまでのエネルギ差に相当するエネルギを有する。また、波長３９０ｎｍのレーザ光Ｌ１は、第１励起準位Ｂから第２励起準位までのエネルギ差に相当するエネルギを有することが分かる。
【００６１】
第１実施例と同様の手順で実験を行った結果、フィルタ３０にレーザ光Ｌ１のみを照射した場合には、図７（ａ）に表したようなビームプロファイルが得られた。次に、その一部にレーザ光Ｌ２を重ねて照射したところ、その部分において吸収が生じ、図７（ｂ）に表したようにレーザ光Ｌ１のビームを絞ることができた。
【００６２】
（第３の実施例）
次に、本発明の第３の実施例として、厚み１ｍｍのＳｍ３＋含有ガラス（濃度約１％）をフィルタ３０として用い、図５に表したものと同様の光学系を用いて実験を行った。
【００６３】
Ｓｍ３＋イオンの励起準位のうちで、第１励起準位として６Ｆ３／２を用い、第２励起準位として４Ｐ３／２を用いた。この場合、レーザ光Ｌ１の波長は、約４００ｎｍであり、レーザ光Ｌ２の波長は約１．５μｍとなる。これらのレーザ光を発振する半導体レーザをそれぞれ用いて第１及び第２実施例と同様の手順でビーム形状を観察した。
【００６４】
その結果、レーザＬ１のみを照射した時には、図７（ａ）に表したようにビーム全体がフィルタ３０を透過した。次に、これにレーザＬ２を部分的に重ねて照射した時には、重なり部がマスクされ、図７（ｂ）に表したように、レーザＬ１の透過ビームが絞られる超解像効果が確認できた。
【００６５】
（第４の実施例）
次に、本発明の第４の実施例として、ＤＶＤ−ＲＯＭ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）媒体を用いた再生実験を行った。
図９は、本実施例において用いた光再生装置の要部構成を表す模式図である。
【００６６】
すなわち、レーザ１０および２０からはそれぞれレーザ光Ｌ１、Ｌ２が放出される。レーザ光Ｌ１の波長は４１５ｎｍ、Ｌ２の波長は２．６μｍとした。
【００６７】
レーザ光Ｌ１は、偏光ビーム・スプリッタ３１０、１／４波長板３２０、集光レンズ３３０を介して、ＤＶＤ−ＲＯＭ２００に入射する。
【００６８】
また、レーザ２０からは、マスク光Ｌ２が集光調整用レンズ３４０を介して照射される。
【００６９】
一方、ＤＶＤ−ＲＯＭ２００は、ダミー基板ＤＶＤディスク基板２１０、反射膜２２０、Ｎｄ３＋含有ガラス膜２３０、ポリカーボネート基板２４０がこの順に積層された構造を有する。ここで、Ｎｄ３＋含有ガラス膜２３０が、図１乃至図８が図１などに例示したフィルタ３０に相当する。
【００７０】
ＤＶＤ−ＲＯＭ２００に入射し、反射膜２２０よって反射されたレーザ光Ｌ１は、再び集光レンズ３３０、１／４波長板３２０を介して偏光ビーム・スプリッタ３１０により反射され、フォトダイオード４１０により検出され、信号再生処理装置４２０によって再生される。
【００７１】
まず、ピット長０．２２μｍ、０．４４μｍ、０．６６μｍ、０．８８μｍの４種類のピットが刻まれたＤＶＤ―ＲＯＭ２００を用意し、波長４１５ｎｍのレーザ光Ｌ１のみを用いて再生信号を読み取った。集光のＮ．Ａ．は０．６である。この結果、４種類のピットのうちで、０．８８μｍのピットのみ再生が可能であった。
【００７２】
次に、この再生光学系にレーザ光Ｌ１と共に波長２．６μｍのレーザ光Ｌ２を照射した。そして、レーザ光Ｌ２のビームスポット位置を調整しながら再生信号をモニタした結果、０．８８μｍのピットに加えて、０．６６μｍのピットも再生できる条件が存在することが確認できた。これは、ＤＶＤ−ＲＯＭ２００のＮｄ３＋含有ガラス膜２３０において、２準位励起による超解像効果が生じたことを裏付けるものである。
【００７３】
一方、比較例として、図９に表したＤＶＤ−ＲＯＭ２００の代わりに、Ｎｄ３＋含有ガラス膜２３０を設けない媒体を用いて同様の再生を試みた。その結果、レーザ光Ｌ２のビーム位置の調整如何に関わらず、０．８８μｍのピットのみしか再生できず、ビーム解像度は上がらなかった。
【００７４】
（第５の実施例）
次に、本発明の第５の実施例として、相変化型の光記録媒体を用いた記録実験を実施した。
【００７５】
本実施例において用いたシステムは、図９に表したものと類似した構成を有する。但し、その媒体２００としては、光入射側から順に、ポリカーボネート基板／Ｎｄ３＋含有ガラス／ＺｎＳ−ＳｉＯ２／ＧｅＳｂＴｅ／ＺｎＳ−ＳｉＯ２／Ａｌ反射膜が積層された ＤＶＤ−ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）を用いた。
【００７６】
そして、マスク光Ｌ２のスポット位置を調節しながら、記録光Ｌ１を用いてＧｅＳｂＴｅ記録層に記録マークを記録した。この時の記録光Ｌ１のピークパワー密度は、約１０ＭＷ／ｃｍ２、マスク光Ｌ２のピークパワー密度は５０ＭＷ／ｃｍ２とした。その結果、記録光Ｌ１のみを用いた場合と比較して記録マーク形状が変化し、また、線密度換算でマスク光Ｌ２を照射しない場合と比べて、約１．２倍の密度のマークが記録されたことが観測された。
【００７７】
（第６の実施例）
次に、本発明の第６の実施例として、再生光Ｌ１とマスク光Ｌ２との位置関係を制御する機構を設けた光再生装置について説明する。
【００７８】
図１０は、本実施例において用いた光再生装置の要部構成を表す模式図である。
【００７９】
すなわち、レーザ１０および２０からはそれぞれレーザ光Ｌ１、Ｌ２が放出される。レーザ光Ｌ１は、偏光ビーム・スプリッタ３１０、１／４波長板３２０、集光レンズ３３０を介して、光記録媒体２００に入射する。
【００８０】
また、レーザ２０からは、マスク光Ｌ２が集光調整用レンズ３４０を介して照射される。
【００８１】
光記録媒体２００から反射されたレーザ光Ｌ１は、再び集光レンズ３３０、１／４波長板３２０を介して偏光ビーム・スプリッタ３１０により反射され、ビーム・スプリッタ５１０、５２０、ミラー５３０に入射する。ビーム・スプリッタ５１０により分割された光の一部は、フォーカス検出部６１０においてモニタされ、フォーカス制御信号が生成される。また、ビーム・スプリッタ５２０により分割された光の一部は、トラッキング／再生信号検出部６２０においてモニタされ、トラッキング信号と再生信号が得られる。
【００８２】
またさらに、ミラー５３０により反射された光は、光重なり検出部６３０においてモニタされる。すなわち、本発明の光記録再生装置においては、フォーカスサーボ系とトラッキング系の他に、ＣＮＲを一定に保つために再生光Ｌ１とマスク光Ｌ２との位置関係を一定に保つ必要がある。従って、再生ビームをさらに分けて、再生光Ｌ１とマスク光Ｌ２との位置関係を制御するための検出部６３０に入射する。
【００８３】
また、再生光Ｌ１とマスク光Ｌ２とは波長が異なるため、再生光Ｌ１の集光レンズだけではディスク上に集光しない。そこで、さらにマスク光Ｌ２専用の補助集光レンズ３４０が必要である。このレンズ３４０を適宜移動させて、再生光Ｌ１とマスク光Ｌ２との位置関係を調節することができる。
【００８４】
光重なり検出部６３０では、例えば、４分割光検出器を用いてモニタすることができる。
【００８５】
図１１は、４分割光検出器を表す模式図である。すなわち、この光検出器は、上下左右に４分割された光検出領域Ａ〜Ｄを有する。これら光検出領域Ａ〜Ｄのそれぞれにおける検出量を比較することにより、光記録媒体２００から反射された光のビーム形状を判別できる。つまり、再生光Ｌ１とマスク光Ｌ２との位置関係を調べることができる。その判別結果を基に、ピックアップ内の補助レンズ３４０の位置を調整することによって、再生光Ｌ１とマスク光Ｌ２との位置関係を一定に制御することができる。但し、マスク光用の補助レンズ３４０は光ピックアップの部品でもあるので、トラッキング、フォーカスサーボによる光ピックアップの位置調整に際して補助レンズ３４０も同期させることが望ましい。
【００８６】
図１２は、４分割光検出器からの検出信号と、ビームの「ずれ」との関係を例示するグラフ図である。
すなわち、図１２（ａ）の縦軸は、検出領域ＡとＢにおける検出量の差、または検出領域ＣとＤにおける検出量の差を表す。また、横軸は、再生光Ｌ１に対するマスク光Ｌ２の左右方向「ずれ」（図１１において）を表す。このように、再生光Ｌ１に対してマスク光Ｌ２が左右方向にずれた場合には、差分信号は増大する。従って、この差分信号が最小になるように制御すれば、左右方向の「ずれ」を抑制できる。
【００８７】
また一方、図１２（ｂ）の縦軸は、検出領域ＡとＣにおける検出量の差、または検出領域ＢとＤにおける検出量の差分を表す。また、横軸は、再生光Ｌ１に対するマスク光Ｌ２の上下方向「ずれ」（図１１において）を表す。このように、再生光Ｌ１に対してマスク光Ｌ２が上方向にずれた場合には、差分信号はゼロに近づき、下方向にずれた場合には、差分信号は所定の上限値に近づく。従って、この差分信号が、ゼロと所定の上下値との間の最適な値となるように制御すれば、上下方向の「ずれ」を抑制できる。
【００８８】
以上説明したように、分割領域を有する分割型の光検出器を用いることにより、再生光Ｌ１とマスク光Ｌ２との位置関係を適宜調節して最適なビーム重なりを維持することができる。
【００８９】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、フィルタ３０を構成する具体的に材料やその膜厚などについては、２準位遷移が生ずるものであればよく、当業者が適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができるものも本発明の範囲に包含される。
【００９０】
その他、本発明の実施の形態として上述した光記録再生方法、光記録再生装置及び光記録媒体を基にして、当業者が適宜設計変更して実施しうるすべての光記録再生方法、光記録再生装置及び光記録媒体も同様に本発明の範囲に属する。
【００９１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、再生光または記録光の他に、マスク光を照射し、光記録媒体に２準位以上の励起材料を付設することにより、再生光または記録光の集光スポット径を小さくできる超解像効果が得られ、記録密度を上げることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の実施の形態にかかる光記録再生方法の原理を表す模式図である。
【図２】
フィルタ３０の作用を説明するための概念図である。
【図３】
２準位励起材料におけるエネルギ遷移を表すエネルギダイアグラムである。
【図４】
３準位の励起準位を有する材料におけるエネルギ遷移を表すエネルギダイアグ
ラムである。
【図５】
本発明の第１の実施例において用いた光学系を表す模式図である。
【図６】
Ｎｄ３＋の励起準位の一部を表したエネルギダイアグラムである。
【図７】
レーザ光Ｌ１のビームスポットを表す模式図である。
【図８】
本発明の第２の実施例におけるエネルギ遷移を表すエネルギダイアグラムであ
る。
【図９】
本発明の第４の実施例において用いた光再生装置の要部構成を表す模式図であ
る。
【図１０】
本発明の第６の実施例において用いた光再生装置の要部構成を表す模式図であ
る。
【図１１】
４分割光検出器を表す模式図である。
【図１２】４分割光検出器からの検出信号と、ビームの「ずれ」との関係を例示するグラフ図である。
【符号の説明】
１０、２０ 光源
３０ フィルタ
１００ 記録層
２００ 光記録媒体
２１０ ディスク基板
２２０ 反射膜
２３０ フィルタ
２４０ ポリカーボネート基板
３００ ビームプロファイラ
３１０ スプリッタ
３２０ 波長板
３３０ 集光レンズ
３４０ 集光調整用レンズ
４１０ フォトダイオード
４２０ 信号再生処理装置
５１０、５２０ スプリッタ
５３０ ミラー
６１０ フォーカス検出部
６２０ 再生信号検出部
６３０ 検出部
Ａ〜Ｄ 光検出領域
Ｅ１ 励起準位
Ｅ２ 励起準位
Ｅ３ 励起準位
Ｇ 基底準位
Ｌ１ 記録再生光
Ｌ２ マスク光
Claims (10)
- 第１のエネルギ遷移と、前記第１のエネルギ遷移とは異なる第２のエネルギ遷移と、が可能な材料を含有するフィルタを設け、前記第１のエネルギ遷移に対応する波長を有する第１の光と前記第２のエネルギ遷移に対応する波長を有する第２の光とを前記フィルタ上で部分的に重なるように照射することにより、前記第１の光と前記第２の光とが重なった部分において前記第１の光に対する前記フィルタの吸収率を増加させ、前記フィルタを透過した前記第１の光を用いて情報の光学的な記録と情報の光学的な再生の少なくともいずれかを行うことを特徴とする光記録再生方法。
- 前記フィルタが含有する前記材料は、基底準位の上に、第１の励起準位と、第２の励起準位と、を有し、
前記第１のエネルギ遷移は、前記第１の励起準位から前記第２の励起準位へのエネルギ遷移に対応し、
前記第２のエネルギ遷移は、前記基底準位から前記第１の励起準位へのエネルギ遷移に対応することを特徴とする請求項１記載の光記録再生方法。 - 前記フィルタは、記録媒体に設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の光記録再生方法。
- 前記フィルタが含有する前記材料は、３価の希土類イオンを含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光記録再生方法。
- 第１の波長を有する第１の光を放出する第１の光源と、
前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の光を放出する第２の光源と、
情報の光学的な記録と情報の光学的な再生の少なくともいずれかが可能な光記録媒体を駆動させる駆動部と、
前記第１の光と前記第２の光とが部分的に重なった状態で前記光記録媒体に照射されるように制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする光記録再生装置。 - 前記第１の光のうちの前記第２の光と重なった部分を、前記光記録媒体に対する記録または再生に実質的に利用しないことを特徴とする請求項５記載の光記録再生装置。
- 第１のエネルギ遷移と、前記第１のエネルギ遷移とは異なる第２のエネルギ遷移と、が可能な材料を含有するフィルタと、
情報の光学的な記録と情報の光学的な再生の少なくともいずれかが可能な記録層と、
を備え、
前記第１のエネルギ遷移に対応する波長を有する第１の光と前記第２のエネルギ遷移に対応する波長を有する第２の光とが前記フィルタ上で部分的に重なるように照射されることにより、前記第１の光と前記第２の光とが重なった部分において前記第１の光に対する前記フィルタの吸収率が増加し、前記フィルタを透過した前記第１の光により前記記録層に対して情報の光学的な記録と情報の光学的な再生の少なくともいずれかが可能とされたことを特徴とする光記録媒体。 - 前記フィルタが含有する前記材料は、基底準位の上に、第１の励起準位と、第２の励起準位と、を有し、
前記第１のエネルギ遷移は、前記第１の励起準位から前記第２の励起準位へのエネルギ遷移に対応し、
前記第２のエネルギ遷移は、前記基底準位から前記第１の励起準位へのエネルギ遷移に対応することを特徴とする請求項７記載の光記録媒体。 - 前記フィルタが含有する前記材料は、３価の希土類イオンを含有することを特徴とする請求項７または８記載の光記録媒体。
- 前記フィルタの厚みは、前記第１の光の波長の２．７倍以下であることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１つに記載の光記録媒体。
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