JP2006510141A - 光情報記録媒体 - Google Patents

Abstract

光情報記録媒体（１）は少なくとも１つの情報層（１００）を有し、該情報層は対称軸を持つ例えばナノチューブ等のナノエレメント（１０１）が埋め込まれた透明基体を有する。情報は、選択された領域（１１０，１２０）内のナノエレメントの軸を同一方向に配向することにより記録することができる。情報は当該媒体から、上記ナノエレメントの方向に対応する偏光方向（Ｐ１，Ｐ２）を持つ放射ビームにより吸収性情報領域（１１０，１２０）を生成することにより読み取ることができる。このようにして、高い情報密度を達成することができる。

Description

本発明は、少なくとも１つの情報層を有する光情報記録媒体に関する。

また、本発明は斯様な光媒体を記録する及び／又は読み取る方法及び装置にも関する。

種々の光情報記録媒体が、特にコンパクトディスク（ＣＤ）及びデジタル汎用ディスク（ＤＶＤ）媒体の形態で従来良く知られている。記録媒体に入射する変調されたレーザビームが情報層の光学特性の変化を生じさせ、該変化は後に読取動作の間において光学的に検出することができる。

例えばヨーロッパ特許出願公開第EP1199184A1号は情報記録層内に複数の芳香族化合物又はフラーレンの何れかを有し、これにより３７０nm以下のピーク吸収波長を持つ放射吸収化合物を提供するような光記録媒体を開示している。該情報層を変調されたレーザビームにより走査することにより、上記放射吸収化合物を選択的に消失させて、一連のピット及びランドを生成し、これによりデジタル情報を記録する。

異なる波長における放射吸収とは別に、直線偏光された放射の面内での回転の発生及び検出に依存してデジタル情報を記録し及び読み取ることも示唆されている。

該原理を利用した光情報記録媒体が米国特許第5,011,756号に開示されている。該媒体は光学異性体を有し、該異性体は円偏光された放射により選択的に光分解することができる。記録された情報の読み取りは、当該媒体を円偏光又は直線偏光された放射により照射し、該媒体の異なる位置での吸収の変化を検出することにより達成される。

同様に、米国特許第5,432,032号は、光情報記録媒体に光学的に活性な物質として本来的にキラルなオレフィン発色団（olefinic chromophore）を使用することを開示している。この発色団を円偏光された放射により照射することにより、該発色団はシストランス異性化を強制的に受け、これにより偏光方向の回転を得、この効果を記録情報を読み取るために使用することができる。

しかしながら、斯かる媒体上の情報密度を上昇させ、崩壊時間を増加させることにより斯かる媒体上に記録される情報の安定性を上昇させ、一層費用効率的及び使用が容易な媒体を広く見付けるために更なる開発が必要である。

本発明の目的は、高情報密度に適した光記録媒体を提供することにある。

本光記録媒体は、情報層が、対称軸を持つナノエレメントが埋め込まれた透明層により構成されることを特徴とする。

ナノエレメントは、ウイスカ及び小プリズムとも呼ばれるナノワイヤ及びナノチューブに対する一般用語である。ナノエレメントは、ナノメートル範囲の最小寸法（例えば、直径）を持った概ね中空（ナノチューブ）若しくは充填された（ナノワイヤ）円柱又は角柱形状を有する小物体である。これらの物体は対称軸を有し、該対称軸の向きは、これら物体が埋め込まれた材料の吸収特性等の電気的及び光学的特性を決定する。以下において斯かる対称軸の向きを参照する場合、これは、これらの中心円柱又は角柱軸の向きに関係するものである。

ナノエレメントは、種々の物質に関して述べられている。これらの材料のうちには、リン化インジウム(InP) (X. Duan et al.,ネイチャー409 (2001), 66; J. Wang et al., サイエンス293 (2001), 1455-1457)、酸化亜鉛(ZnO) (M. Huang et al.,サイエンス292 (2001), 1897-1899)、ヒ化ガリウム(GaAs)及びリン化ガリウム(GaP) (K. Haraguchi et al., Appl. Phys. Lett. 60 (1992), 745; X. Duan et al.,ネイチャー409 (2001), 66)、炭化シリコン(SiC) (S. Motojima et al., J. Crystal Growth 158 (1996), 78-83)、シリコン(Si) (B. Li et al., Physical Review B 59, 3, (1999) 1645)、窒化ホウ素(BN) (W. Han et al., Applied Physics Letters 73, 21 (1998) 3085)、二塩化ニッケル(NiCl₂) (Y. Rosenfeld Hacohen et al., Nature 395 (1998) 336)、二硫化モリブデン(MoS₂) (M. Remskar et al., Surface reviews and Letters, vol. 5 no. 1 (1998) 423)、二硫化タングステン(WS₂) (R. Tenne et al., Nature 360 (1992) 444)並びに炭素(C) (Iijima, S., Nature 354 (1991), 56-58; Ebbesen T W and Ajayan P M, Nature 358 (1992), 220)のナノチューブが含まれる。

特に、カーボン・ナノチューブはよく研究されている。これらは、基本的にグラファイト的（sp2-）構造の炭素からなる単及び／又は多層円柱状炭素構造体である。実験的に、金属的な及び半導体的な両者のナノチューブの存在が確認されている。更に、AlPO₄-5単結晶のチャンネル内に整列された単壁４Åカーボン・ナノチューブが光学的異方性を示すことが最近発見された。カーボン・ナノチューブは、１.５μｍから２００nmまでの範囲の波長を有し、チューブ軸に対して垂直な偏光方向を持つような放射に対して略透明である。これらナノチューブは、６００nmから少なくとも２００nmまでの範囲の波長を有し、チューブ軸に対して平行な偏光方向を持つ放射に対しては強い吸収を示す(Li Z M et al., Phys. Rev. Lett. 87 (2001), 127401-1 - 127401-4)。

炭素からなるもの以外のナノチューブ（又はナノワイヤ）に関しても同様の特性が発見されている。従って、ナノチューブは最も好都合には下記のフィーチャを組み合わせるものである。ナノチューブが放射の偏光方向に対するナノチューブの向きに依存して広い範囲の波長の放射を吸収し、ナノチューブの向きを化学的に及び／又は電界により指向させ及び／又は安定化させることができる。

従って、ナノチューブは光情報記録媒体の位置に種々の方法で情報を符号化するのを可能にする。

偏光方向を（事前）規定し、１以上のナノチューブを該方向に配向することにより、デジタル情報を記録（符号化）することができる。斯様にして配向されたナノチューブが、この方向を持つ放射により照射された場合、該放射は吸収されるであろう。或る符号化方法においては、デジタルの“１”情報ビットは、所定の偏光方向の偏光放射を吸収するナノチューブを存在させることにより記録され、デジタルの“０”情報ビットは斯様なナノチューブが存在しないようにすることにより記録される。他の符号化方法では、デジタルの“１”情報ビットは、所定の偏光方向を持つ放射を吸収するナノチューブを存在させないことにより記録され、デジタルの“０”情報ビットは該所定の偏光方向の偏光放射を吸収する前記ナノチューブを存在させるようにすることにより記録される。

同様に、ナノチューブを使用して光情報記録媒体に多レベル情報信号を符号化することもできる。符号化されるべき各レベルに対して、対応する偏光方向が予め規定される。この場合、或るレベルの情報信号は、対応する所定の方向に平行に配向された１以上のナノチューブを存在させる（又は存在させない）ことにより記録することができる。該レベル信号の読み取り及び復号は、従って、所与の向きのナノチューブが存在するか否かを決定することにより可能である。この符号化及び読み取り原理は、連続した範囲のナノチューブの配向を形成することによりアナログ情報にも適用することができる。

情報データのストリームは本発明による光記録媒体上に、上記情報データを個々の情報信号に分割し、当該媒体上の個々の位置を各情報データに割り当て、各位置に該位置に記録されるべき情報に従い且つ選択された符号化方法に従ってナノチューブを存在させる（又は存在させない）ことにより記録することができる。このようにして、記録されるべき情報に従って、直線偏光放射を吸収するナノチューブのパターンが生成される。

デジタル情報を記録する場合、各位置に関して、所定の向きのナノチューブの存在又は不存在が情報信号を、他の向きのナノチューブの存在又は不存在とは無関係に表すことができるということが特に注目に値する。従って、本発明による記録媒体は、当該位置が少なくとも２つのナノチューブを収容するほど充分に大きい限りにおいて、該媒体の各位置に２以上の情報信号（又は２以上の情報ストリームの情報信号）を記憶するのを可能にする。

例えば、第１情報ストリームの情報信号を、第１偏光方向を持つ直線偏光放射を吸収するナノチューブのパターンにより符号化することができる一方、第２情報ストリームの情報信号を、第２偏光方向を持つ直線偏光放射を吸収するナノチューブのパターンにより符号化することができる。上記第２方向の配向は、例えば、第１方向に垂直とすることができる。このようにして、第１及び第２情報ストリームに対応するパターンは実際には重畳されるが、光学的には依然として独立している。このように、本発明による光記録媒体は高情報密度を可能にする。

本発明による光情報記録媒体上に符号化された情報を読み取るためには、直線偏光又は円偏光された放射の読取ビームを使用することができる。直線偏光された放射は、適切に配向されたナノチューブによってのみ吸収され、他のナノチューブによっては影響されない。読み取りが円偏光放射ビームにより実行される場合、記録媒体の照射された位置における当該ナノチューブの配向に対応する偏光方向を持つビーム成分は吸収されるであろう。この吸収は測定することができ、該媒体上に記録された情報を再生及び復号するために使用することができる。両方の場合において、当該光情報記録媒体からの放射の強度は、当該放射ビームにより走査される情報層の領域に存在するナノチューブのシーケンスに従って変調される。吸収は、信号プロセッサにおいて、上記の変調された信号を入力する検出器の信号を電気的基準信号と比較することにより決定することができる。当該光学装置における妨害の影響を除去するために、情報層により反射され又は該情報層を介して透過された放射の強度が、該情報層に入力する放射の強度と共に使用される。好ましくは、当該装置は情報層からのビーム及び該層に入射するビームの異なる偏光成分の間を区別するのを可能にする。これは、例えば、前述したような異なる情報ストリームに対応する重畳された情報領域のパターンの間を区別することを可能にする。

光記録媒体の情報密度は、なかでも、読取専用媒体におけるピット又は記録媒体における相変化材料の粒子サイズのような情報担持主体の最小の可能なサイズにより制限される。ナノチューブは１つの次元において非常に小さいので（例えば、カーボン・ナノチューブは０.３nmから約１００nmまでの寸法を有している）、大きな密度まで詰めることができ、これらナノチューブのサイズは記録媒体の情報密度に対する主たる制限要因ではない。

更に、ナノチューブ、特にカーボン・ナノチューブは、チューブ方向（異方性の軸）に対して各々垂直及び平行に偏光された放射間で非常に大きな吸収コントラストを提供する。例えば、読取ビームのための４０５nmの波長の場合、４−８ＯＤの吸収コントラスト（光学密度：ＯＤに関して表される）を得ることができるのに対し、通常の相変化材料は１ＯＤのコントラストを有する。更に、情報層におけるナノチューブの既に小さな濃度で、有効な光記録媒体を生じる。

異なるように配向されたナノチューブの吸収コントラストは、広い範囲の波長に対して高くなる。更に、２以上の情報ストリームの情報信号又は情報層の同じ領域における２以上の情報信号の記録及び読み取りは、大きなナノチューブ配向選択性によって、単一の波長の放射により実行することができる。各情報信号に対して、個々の波長の放射を放出する放射源を設ける必要はない。これは、記録及び読取装置の構成を大幅に単純化させる。

何らかの光学的に活性な化合物による偏光方向の回転に依拠することなく、むしろ吸収特性を利用するような光情報記録媒体を提供することも本発明の利点である。このようにして、本発明による光情報記録媒体に記録された情報を読み取る場合に（下記の情報を記録する方法に関して）、最早、当該記録媒体により生じる読取ビームの偏光方向の変化を検出する必要はない。本発明の媒体から情報を読み取るためには、当該記録媒体を介して透過された又は斯かる記録媒体により反射された放射強度を検出するだけでよい。これは、放射偏光効果に依存する光情報記録媒体の使用を非常に容易化する。

加えて、ナノチューブ自体は安価、軽量、並びに製造及び再利用が容易である。光情報記録媒体の情報層にナノチューブを含めることにより、これらの利点が該媒体に移転される。

また、ナノチューブは非常に安定で、光情報記録媒体の日常の使用条件下で容易に崩壊又は光学的に不活性化することがない。このように、本発明による光情報記録媒体に一旦記録された偏光放射の吸収体のパターンは、非常に安定であり、容易に崩壊することがない。

当該光情報記録媒体の形状は任意であり、特に該記録媒体はディスク状、テープ状及びカード状とすることができる。“層”なる用語は、当該情報層の形状をテープ及びディスクにとり普通であるようなシート状の形状に限定することを意味するものではなく、情報を担持するのに有効な如何なるブロック又は形状をも広く指すものである。

当該光記録媒体が、本質的に、当該媒体が最も優勢に延在する面を有するようなディスク若しくはカード状媒体であるか又は他の形状のものである場合、ナノチューブは該面内に位置するか又は該面に垂直に配向されることができる。Li他(サイエンス274 (1996), 1701)及びRen他(サイエンス282 (1998), 1105)は、カーボン・ナノチューブが表面に対して垂直に成長され得ることを示している。カーボン・ナノチューブは表面上に化学的に固定することもできる(Z. Liu他, Langmuir 16, no. 8 (2000), 3569)。他のナノチューブのタイプに関しては、表面に対して垂直な製造及び／又は塗布も記載されている（上記文献参照）。更に、ナノチューブは表面に噴霧ジェット被着により塗布することもでき、所望ならば、後にフローアライメント（flow-alignment）により配向することもできる(B. Vigolo他, サイエンス290 (2000), 1331; H. Shimoda他, "Self assembly of CNTs", Advanced Materials 14 no. 12 (2002), 899)。ナノチューブに対して利用可能な別の塗布又は被着方法は、光情報記録媒体の表面に対してカーボン・ナノチューブを垂直に、特には該媒体を照射する放射の方向に平行に配向することを可能にする。

前記透明基体は、少なくとも通常の光情報記録媒体と共に使用される波長において、即ち約７８５nm、６５０nm及び／又は４０５nmにおいて光学的に透明である。しかしながら、好ましくは、該基体は紫外線範囲における一層短い波長において、例えば２９０〜２３０nmにおいても透明とする。この波長範囲では、一層小さな読取及び／又は書込ビームスポットを情報層に形成することができ、これは一層小さな情報担持領域が書き込まれ又は読み取られるのを可能にし、かくして、より高い情報密度に到達するのを可能にする。

好ましくは、前記ナノチューブはカーボン・ナノチューブとする。カーボン・ナノチューブは、ナノチューブを光記録媒体に使用することにより推論される上記利点を最も都合良く組み合わせる。以下においては、ナノチューブに対する全ての言及は、明示的に述べない限り、カーボン・ナノチューブに対する言及と入れ替え、又はその逆とすることができる。

本発明の好ましい実施例においては、情報層のナノチューブは単壁のナノチューブ、特には単壁のカーボン・ナノチューブである。単壁ナノチューブ、特に単壁カーボン・ナノチューブは、特別に顕著な光学的異方性を示し、本発明の光情報記録媒体に固有な利点を向上させる。

情報層のナノチューブは、隣接するナノチューブに対して整列させることができるか、又はランダムに配向することができる。更に、情報層は、各隣接ナノチューブに対して２又はそれ以上の向きの何れかを有するようなナノチューブからなることができる。これは、上記情報層の１つの位置に２又はそれ以上の情報信号を記録するのに特に有効である。

当該情報層の所定の情報領域にナノチューブを平行に配列することも好ましい。この構造は、記録又は読取ヘッドに沿って移動されるような帯状又はテープ状記録媒体に使用するのに特に好適である。上記記録及び読取ヘッドの視野内では、ナノチューブの向きは実質的に変化しない。このように、専用の記録及び／又は読取装置の構築及び保守が容易になる。

或る光情報記録媒体においては、ナノチューブは該光情報記録媒体の中心（回転）軸に対して放射状に配列することができる。斯様な媒体においては、半径方向に偏光された放射は強く吸収される一方、該半径方向に対して垂直に偏光された放射は実質的に吸収されない。このような光記録媒体は、光ディスク読取及び／又は書込装置と共に使用するのに特に適している。斯様な装置においては、異なる情報トラック及び斯かるトラック内の連続する領域をアドレス指定するために、放射源及び／又は検出器が当該媒体にわたって半径方向に移動され、及び／又は当該媒体が前記軸の廻りに回転される。該媒体が回転される場合、又は上記放射源及び／又は検出器が半径方向に移動される場合、該放射源及び／又は検出器の視野内のナノチューブの向きは変化しないままである。このようにして、単一偏光方向の放射により、情報を記録及び／又は読み取ることができる。これは、光情報記録及び／又は読取装置の構築及び保守を容易にする。

他の実施例においては、本光情報記録媒体は、各々がナノチューブを有するような２以上の別個の情報層を有する。この場合、これら情報層の各々が上述したような情報層となる。これら情報層の各々は、２以上の情報のパターンを記録するために使用することができる。

他の実施例においては、各情報層のナノチューブは個々の情報層に固有な方向に配向される。この場合、一つの情報層は、記録及び／又は読取ビームの偏光方向を選択することによりアドレス指定することができる。例えば、２つの情報層を有する光記録媒体では、第１情報層のナノチューブは第１方向に整列させることができる一方、第２情報層のナノチューブは該第１方向に垂直な第２方向に整列することができる。斯様な媒体の第１情報層からは又は第１情報層へは、第１方向に平行な偏光方向を有し、かくして第１情報層のナノチューブのみが最も高い吸収を示し、第２情報層のナノチューブは僅かな又は零の吸収しか有さないような放射ビームにより情報が読み取られ又は記録される。第２情報層から情報を読み取り又は第２情報層へ情報を記録するために、第２情報層のナノチューブに平行な、即ち第１情報層をアドレス指定するのに要する方向に対して垂直な偏光方向を有し、かくして第２情報層のナノチューブのみが最も高い吸収を示し、第１情報層のナノチューブは僅かな又は零の吸収しか有さないような放射ビームが使用される。従って、第１及び第２情報層は、光学的に互いに独立しているものとして扱うことができる。異なる層の間のクロストークが１つの層におけるコントラストより小さい限りにおいて、更なる層を導入することもできる。情報層に入射するビームの焦点面を調整することにより、情報層間のクロストークを更に制限することができる。

本光情報記録媒体は、情報層を介して透過された放射を反射し、この放射が当該情報層を２回通過し、吸収領域からの放射と該吸収領域の周囲からの放射との間のコントラストが増加されるようにするような反射層を有することができる。上記光情報記録媒体における情報層の数が１より大きい場合、これら情報層のうちの最後のものの背後に反射層を含み、放射が全ての情報層により２回透過されるようにするのが好ましい。

反射層が２つの情報層の間に配置されて、一方の情報層を照射する放射が他方の情報層を照射するのを制限又は妨害するようにすることもできる。これにより、実際的に２つの面を備える光記録媒体が生成され、一方の面の情報層（又は複数の層）が該反射層により他方の面の情報層（又は複数の層）から遮蔽される。

上記反射層は偏光感知性のものとする、即ち所定の偏光方向を持つ放射のみを反射するようにすることもできる。この様な反射層は、例えば銀のナノ粒子から形成することができる。該偏光依存性反射層は、２つの情報層の間に所与の偏光方向を持つ放射のみを反射するように配置することができる。これは、隣接する情報層がナノチューブを有し、これらナノチューブが上記反射層により反射されるタイプの放射を吸収するように配向される場合に特に有効である。このようにして、単一の情報層の吸収コントラストが向上される。偏光感知性反射層は、各情報層に対して個別に使用することもできる。

実用的配慮により、光情報記録媒体は好ましくは透明カバー層を有する。該カバー層は、情報層又は複数の情報層を機械的損傷に対して保護するのを可能にすると共に、塵埃粒子、指紋等を当該情報層（又は複数の情報層）から充分な距離離れて維持し、これらが情報の読み取り及び記録に影響し得ないようにする。

本発明の光情報記録媒体の特別に好ましい実施例においては、情報層の材料は３０℃より低い温度において本質的に固体である。これは、上記ナノチューブの向きの安定性を向上させる。この様に、ナノチューブは実際には固化され、偶発的に向きを変えることが防止される。本光情報記録媒体の全ての情報層は、該媒体が１より多い情報層を有する限り、３０℃より低い温度で本質的に固体であることが更に好ましい。該固体性を得るために、当該情報層に対して３０℃より低い温度において本質的に固体であるような透明材料を使用することができる。固体性は、情報層のナノチューブを固体表面上に配置し、これらナノチューブを該固体表面にファンデルワールス力又は接着剤により固定することにより達成することもできる。本発明の範囲内において、情報層は、３０℃以下において該情報層の粘度が少なくとも１０Pa s（１００Poise）、より好ましくは２０Pa sより高く、更に好ましくは５０Pa s（５００Poise）より高い場合に本質的に固体であると考えられる。１０Pa sより低い粘度では、当該情報層は本質的に液化されたと見なすことができる。好ましくは、当該情報層は８０℃の温度まで、より好ましくは１００℃の温度まで本質的に固体であるとする。これは、光情報記録媒体の通常の使用条件の間において情報層のナノチューブの向きの安定性を向上させる。

或る温度において実質的に固体であると共に他の温度において液化可能であるような情報層は、以下に説明するようにナノチューブの再配向を可能にすることにより、当該光情報記録媒体を書換動作用に使用することを可能にする。

他の好ましい実施例においては、情報層は、ナノチューブが実質的に破壊されないような他の温度において液化可能である。透明層を有する情報層は、透明層がそれ以外では固体であるならば、該透明層の粘度を減少させることにより液化することができる。従って、情報層のナノチューブの構造的完全状態を液化し、さもなければ変化させる必要はない。通常、ナノチューブは１００℃の温度に耐えることができ、例えばカーボン・ナノチューブは８００〜１０００℃で実質的に破壊される。液化は、液化された情報層のナノチューブを再配向することを可能にし、これにより、情報層の液化された領域を消去し及び書き換えることを可能にする。特別に好ましい実施例においては、情報層（又は複数の情報層）は、ナノチューブの向きの安定性を再獲得するために、液化後に再び固化することができる。

当該情報層の透明材料は、８００℃より低い融解（又はガラス化）温度を持つガラス、アクリル熱可塑性プラスチック及びパラフィンからなる群から選択される。このような透明な基体は、３０℃より低い温度において実質的に固体であるような情報層を実現するのを容易にする。これら透明基体は、ナノチューブ（特にはカーボン・ナノチューブ）が実質的に破壊されないような温度で液化可能であると共に斯様な液化の後に再固化することが可能であるような情報層を実現することも可能にする。

幾つかの応用例に関しては、当該光情報記録媒体が１以上のヒートシンク層（特には金属ヒートシンク層及び誘電体層）を更に有することが推奨される。好ましくは、上記ヒートシンク層のうちの１つ、又は該ヒートシンク層のみが、当該光情報記録媒体の表面に又は表面の近くに配置される。該ヒートシンク層は情報層を収束された放射ビームにより照射することにより生じ得る熱を放散させるように作用し、これにより加熱を情報層の小さな位置に収束させる一方、隣接する位置は余り加熱されないようにする。該ヒートシンク層は前記反射層と同一とすることができる。

１以上の情報層内にカーボン・ナノチューブが存在するような光情報記録媒体は、好ましくは、ナノチューブの近くに配置された酸化剤成分も有するようにする。この様にして、所定の偏光方向の放射を吸収した情報層のナノチューブは容易に局部的に消失され得る。この実施例は、消失されたナノチューブの領域が当該記録媒体から情報を読み取るために使用される偏光放射を最早吸収しないので、ライトワンス型光情報記録媒体に特に適している。好適なのは、硝酸、酸化物、過酸化物、スルホキシド、BaO₂及びAg₂Oからなる群から選択される酸化剤成分である。ナノチューブの燃焼から生じる如何なるガスも当該媒体から逃がすために、前記透明基体及びカバー層（もし存在するなら）が多孔性である場合が更に好ましい。

ナノチューブを消失させる代わりに、ナノチューブは合金化して、金属層に溶かし込むこともできる。従って、本発明による光情報記録媒体に金属層を設けることが有利である。特に好適な金属は、鉄（Ｆｅ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）及びマンガン（Ｍｎ）である。該金属層は前記反射層と同一とすることができる。合金を形成するための金属の代わりに、シリコンも同様に使用することができる。

カーボン・ナノチューブは、これらカーボン・ナノチューブを通常のsp2構造からダイヤモンド状のsp3構造に転換させることにより局部的に除去することもできる(B. Wei他，Journal of Materials Science Letters 13, 5 (1997), 402; B. Wei他, Carbon 36, 7-8 (1998), 997)。sp3構造においては、カーボン・ナノチューブは、最早、顕著な放射吸収を示さない。
本発明の他の態様によれば、光情報記録媒体上に情報を記録する光情報記録装置であって、該装置が、
放射ビームを供給する放射源と、
前記情報層に記録されるべき情報に従って、前記放射ビームを変調する手段と、
を有するような光情報記録装置が提供される。この装置は、情報トラックの選択された領域におけるナノエレメントを、斯かる情報トラックに情報領域が作製されるように変化させる手段であって、これら領域が記録されるべき情報により決定されるような手段を特徴とする。

上記装置は、本発明による光情報記録媒体によってもたらされる利点を利用することを可能にする。この装置が異なる偏光方向を持つビームを供給する手段を有する場合、該装置は上記ビームの偏光方向をナノチューブの異なる向きに適応させることを可能にするであろう。例えば、前述したように当該記録媒体は２つの情報層を有することができ、これら層はナノチューブが異なる向きを有する点で互いに相違する。特定の情報層をアドレス指定するために、当該ビームには、該情報層におけるナノチューブの向きに対応する偏光方向が付与される。

前記放射源により供給される放射ビームは、ナノチューブを消失させるために充分なエネルギを有することができる。このようにして、情報層の選択された位置における特定の向きを有するナノチューブを除去することにより、記録されるべき情報に従った吸収領域のパターンを当該情報層に形成することができる。

所与の偏光方向を持つ放射ビームが使用されるので、この偏光方向の放射を吸収するナノチューブのみが除去される一方、結果として同一の位置に存在する他のナノチューブは影響を受けることがない。

本記録装置の他の好ましい実施例は、前記情報層を加熱して該情報層の液化を可能にする手段を更に有する。このような装置によれば、当該情報層の加熱された領域におけるナノチューブを再配向することにより記録を実行することができる。好ましくは、上記加熱手段は、上記液化を実行するのに充分な出力を持つ放射を供給するような放射源により構成される。上記情報層を加熱する手段が、該情報層の選択された位置を液化するのを可能にする一方、他の領域は液化しないまま残す場合が特に好ましい。

この光記録装置は、１以上の情報層のナノチューブを再配向して、該情報層における吸収領域のパターンを生成及び／又は消去するのを可能にするような、ナノエレメントを配向する手段も有する。ナノチューブは、斯かるナノチューブに直に力を印加することにより、又は１以上のナノチューブを固体母材の粒子内に封入（encase）すると共に、内部に配置されたナノチューブを備える斯かる粒子を配向するように力を印加することにより再配向することができる。特に、情報層のナノチューブはゼオライト粒子内に配置することができる。

この記録装置の一実施例において、前記ナノチューブを配向する手段は情報層に電界を供給する手段を有する。カーボン・ナノチューブは直流電界内及び交流電界内において電気泳動的に配向することができることが、最近示されている（Yamamoto K 他, J. Phys. D: Appl. Phys 31 (1998): L34-L36）。情報層のナノチューブが固体母材の粒子内に（例えば、ゼオライト粒子内に）封入される場合、電界は、ナノチューブが内部に配された粒子を配向するために使用することができる。

前記記録装置の他の実施例では、前記ナノチューブを配向する手段は、情報層を直線偏光された放射により照明する手段を有する。この放射は、上記情報層を局部的に加熱して該情報層の液化を可能にするために使用することもできる。放射ビーム（特には、レーザビーム）は情報層内に局部的電界を形成することができ、これにより該情報層の照射された領域のナノチューブに電気双極子モーメントを誘起することができる。従って、該照射された領域のナノチューブは、照射する放射の偏光の方向に対して整列するであろう。好ましくは、上記直線偏光された放射を供給する手段は、該放射の偏光方向を変化させることも可能にする。これは、ナノチューブを如何なる方向へも配向することを可能にする。

液化された情報層内のナノチューブを再配向する場合、該情報層の再固化の間においても再配向力（特には電界）を供給することが有利である。このようにして、当該情報層の再固化の前のナノチューブのランダムな配向が防止される。

他の態様によれば、本発明は前述した光情報記録媒体から情報を読み取る光情報読取装置であって、
読取放射ビームを供給する放射源と、
上記読取ビームを情報層の読取スポットに収束させる手段と、
上記情報層からの読取放射ビームを電気信号に変換する検出器手段と、
有するような光情報読取装置も提供する。この装置は、上記放射源が直線偏光されたビームを供給すると共に、上記検出器手段が偏光感知的であることを特徴とする。

読み取られるべき情報層内のナノチューブの向きが事前に分からない場合（例えば、多レベル情報が情報層に符号化されている場合）、当該媒体は円偏光された放射により照射することができる。

トラック方向に読取スポットより小さなサイズを有するような情報領域を有する情報層から情報を読み取るために、検出手段が、上記領域のサイズに等しい距離にわたり上記読取スポット及び当該記録媒体を相対的に移動させるのに要する時間間隔に少なくとも等しいような時間間隔により隔てられた順次の時点において得られる検出器信号を比較するための比較手段を有することを特徴とするような読取装置を使用することができる。

この読取装置は、グレイレベル読み取り及び情報層の上にある位置の吸収又は反射特性の比較に依存する。従って、該装置は照射される位置よりも小さな情報領域を有するようなナノエレメントにより表される情報を復号することができる。

更に他の態様によれば、本発明は、情報を記録するために上述したような光情報記録媒体を準備する方法を提供する。この方法は、情報層の材料を該情報層の表面全体にわたって該情報層を横切る電界の存在の下で連続的に加熱することにより、全てのナノエレメントの対称軸を同一方向に整列させるステップを有する。

また、本発明は上述したタイプの何れかの光情報記録媒体に情報を記録する方法であって、該方法が、情報トラックの選択された領域（これら領域は記録されるべき情報により決定される）におけるナノエレメントを、上記トラックに情報領域が生成されるように変化させるようなステップを有する。

この方法を使用する場合、特定の偏光方向を有する放射を吸収するような第１（情報）領域のパターンであって、これら領域が上記放射を吸収しない第２領域と交互となるようなパターンが上記情報層に形成され、このパターン内に当該情報が符号化される。

このパターンの領域において、特定の偏光方向を持つ放射を吸収するナノチューブのみが消去又は除去され、他の偏光方向を持つ放射を吸収するナノチューブは維持される。このように、斯様な領域は１より多いパターンを有することができ、これにより、各パターンには異なる信号、又は同一の信号若しくはプログラムの異なる部分（例えば、ビデオ、オーディオ又はデータ）が記憶される。各パターンは、吸収領域が異なる偏光の放射を吸収する点で互いに相違する。

他の例として、情報層の１つの領域における全てのタイプのナノチューブを、これらの各吸収特性とは無関係に選択的に除去することができる。このように符号化されたパターンは、読取ビームの偏光方向の精度に関する要件をかなり低くすることができるので、読み取るのが非常に容易である。更に、記録するためには、ナノチューブを斯かるナノチューブの向きに基づいて選択的に除去するよりは、所与の領域内の全てのナノチューブを除去する方が容易である。整列されたナノチューブ（例えば半径方向に又は平行に整列されたカーボン・ナノチューブ）を持つ光情報記録媒体が使用される場合、所与の領域における全ナノチューブを除去するのが特に容易である。というのは、これらナノチューブは実質的に全て１つの方向に配向されているからである。

吸収するナノチューブは、これらナノチューブを破壊することにより（例えば、これらナノチューブを消失させることにより）、変化させる（消去する）ことができる。この目的のために、情報層には適切な酸化剤を含めることができると共に、透明層の材料の温度特性及び軟度（consistency）を容易に選択することができる。好ましくは、酸化剤成分は、消失過程を最大限に支援することができるように、ナノチューブに近接するようにする。

特定の偏光方向を持つ放射を吸収するナノチューブは、これらナノチューブを再配向することによっても変化させることができる。この場合、他の偏光方向を持つ放射を吸収するナノチューブは概ね影響されないままとなり得る。記録のためにナノチューブの再配向を使用することは、光情報記録媒体を書き換える、即ち該媒体を多数回記録及び消去することを可能にするが、ナノチューブを破壊することにより記録される媒体においては、情報は１度だけしか書き込むことができない。ナノチューブは、これらナノチューブ自体に又は斯かるナノチューブを有する粒子に再配向力を付与することにより再配向することができる。

記録されるべき情報に従ったナノチューブの再配向は、好ましくは、情報層に電界を印加することにより実行される。この場合、ナノチューブは当該電界のベクトルの方向に配列される。

記録されるべき情報に従ったナノチューブの再配向は、直線偏光された放射のビームによっても実行することができ、斯かる（電磁）放射は当該ナノチューブに電界を誘起し、これらナノチューブを上記ビームの偏光の方向に対応して整列させる。

ナノチューブの再配向により情報を記録する方法の非常に実用的な実施例は、
ａ）ナノチューブを含む情報層を有するような光情報記録媒体を準備するステップであって、該層の材料が３０℃より低い温度において固体であるようなステップと、
ｂ）記録されるべき情報に従い上記情報層を局部的に加熱して、前記ナノチューブの再配向を可能にするべく前記情報層の加熱された領域内での局部的液化を行うステップと、
ｃ）加熱された領域におけるナノチューブを再配向して、直線偏光された放射を吸収するような領域のパターンを形成するステップと、
を有する。

この方法は、液化可能な情報層によりもたらされる利点を、ナノチューブの再配向に固有な利点と組み合わせる。情報層の液化された位置を、対応する位置のナノチューブの再配向が実行された後に冷却し、該情報層が該冷却された位置で実質的に固体となるようにすることが特に有効である。この付加的ステップは、ナノチューブを再配向された位置で固化させ、ナノチューブの向きのランダムな変化を防止することにより、当該情報層に記録された情報の安定性を向上させる。

また、本発明は、ナノチューブを含む情報層を有するような光情報記録媒体から、上記情報層における読取スポットに収束される読取放射ビームにより情報を読み取る方法であって、上記情報層からの変調された放射を検出するような方法にも関するものである。この方法は、所定の方向に直線偏光された読取ビームが使用され、上記情報層からの上記所定の偏光方向を持つ放射の強度変化が検出されることを特徴とする。

トラック方向において上記読取スポットよりも小さな寸法を有するような情報領域を読み取るために、この方法は、上記領域の寸法に等しい距離にわたり上記読取スポット及び当該媒体を相対的に移動させるのに要する時間間隔に少なくとも等しいような時間間隔だけ隔てられた順次の時点において得られる検出器信号値が、互いに比較されることを更に特徴とすることができる。

このようなグレイレベル復号は、照射される場所より小さな配向されたナノチューブの領域により表された情報を復号するのを可能にする。ここで上述した読取装置は、この読み取り方法を実行するのを可能にする。

本発明の、これら及び他の態様は、以下に記載する実施例から明らかとなり、斯かる実施例を参照して非限定的例として解説されるであろう。尚、図面の各図における対応する構成要素は同一の符号により示されている。

図１に示す光情報記録媒体１は、ディスク状であり、中央孔５を有する。図１には、当該媒体の一方の面２のみが示されている。該光情報記録媒体１は情報層を有し、該情報層は上側３により示されると共に、透明材料のカバー層の下に位置されている。当該媒体の面２は、上記カバー層の前面を示している。該カバー層は、上記情報層に対する基体として作用すると共に、塵埃粒子、こすり、傷等を当該情報層から充分な距離に維持し、これらが当該媒体の読み取り及び記録に影響し得ないようにするために、充分な厚さを有することができる。情報層３は、多数のカーボン・ナノチューブ４を含む透明層により構成されるが、図１には斯かるカーボン・ナノチューブの僅かしか示されていない。ナノチューブの全て及びこれらナノチューブの間の中間領域が、当該情報層の情報構造を構成する。

情報層３のカーボン・ナノチューブ４は、中心孔５の中心軸である回転軸、即ち当該媒体の対称軸、に対して半径方向に整列されている。更に、隣接するカーボン・ナノチューブ４は概ね平行に整列され、これにより、局部的に（所定の領域において）平行に配列されたカーボン・ナノチューブのアレイを形成する。

図２は、光情報記録媒体１の小部分の概略断面図を示している。この及び図３〜５の記録媒体１は任意のタイプの、例えば円いディスク又はテープのものである。記録媒体１は前面１１を有し、保護層として作用する透明基体１２と、情報層１００とを有している。上記情報層の下には反射層１８を配設することができる。背面１５を有する保護層１９が、この層即ち情報層を被覆するこができる。上記情報層は複数の領域１１０及び１２０を有し、これらはコンパクトディスク（ＣＤ）又はデジタル汎用ディスク（ＤＶＤ）のような従来の記録担体におけるピット及び中間領域と比肩され得るものである。情報は、領域１１０、１２０の走査方向（図２に矢印１７により示される）の連続に符号化される。連続した領域１１０、１２０におけるナノチューブの向きは、図２においては短い線及び点により示されている。線は、これらナノチューブの軸が図の面に対して平行であることを示し、点は、斯かる軸が上記面に対して垂直であることを示している。

放射源（図示略）からの直線偏光された放射のビーム５０は、単一レンズ２０により表された対物系により情報層１００上の走査スポットへと収束される。放射ビーム５０は、強度の大きな損失又は偏光方向の変化をうけることなく基体１２を通過し、情報層１００の領域１１０に入射する。放射ビーム５０が、領域１１０のナノチューブが整列された方向に平行な偏光方向Ｐ１を有するなら、これらのナノチューブは該ビームの放射を吸収する。整列の方向が上記偏光方向Ｐ１に対して垂直な領域１２０のナノチューブは、ビーム５０の放射を吸収することはない。放射ビーム５０が、領域１１０内のナノチューブの整列方向に垂直な偏光方向Ｐ２を有するなら、これらのナノチューブはビーム５０の放射を吸収することはないが、領域１２０のナノチューブは放射を吸収する。領域１１０及び１２０を横切ってビーム５０を走査させることにより、該ビームの強度は斯かる２つのタイプの領域の連続に従って変調される。当該情報層に符号化された信号を表すような該ビームの変調は、該情報層の下に配置された放射感知検出器により検出することができる。

しかしながら、好ましくは反射層１８が当該情報層の下に配設される。この層は、情報層１００を透過した放射ビーム５０を、該層に戻るように反射する。該反射された放射は、入射ビーム５０の経路に沿って戻る。この構成は、上記放射源及び検出器が当該記録担体の同じ側に配置され、且つ、上記対物レンズのような当該読取装置の光学エレメントが入射ビームと反射ビームとの両者に使用されるという利点を提供する。光情報記録媒体を反射により読み取る装置の設計は従来良く知られており、ここでは説明を要しないであろう。本発明の記録担体を反射で読み取る、従って当該媒体に反射層１８を含めることの重要な利点は、放射が情報層を２回通過し、かくしてナノチューブの吸収効果が向上される点にある。このようにして、反射され変調された放射を入力する上記検出器により出力される電気信号の変調深度は増加され、このことは、信号対雑音比が向上されることを意味する。

前述したように、反射性又は透過性の何れかの媒体である当該記録媒体からの変調された放射ビームは放射感知検出器に入射し、該検出器は該変調されたビームを情報層に符号化された信号を表すような電気信号に変換する。この信号は良く知られた方法により処理されて、当該媒体に記憶された例えばビデオ又はオーディオのプログラム又はデータを再生することができる。前記放射源から供給されるビームの強度を参照として使用することができる。その場合、上記変調されたビームを入力する上記検出器からの信号は比較デバイスに供給され、該比較デバイスは上記放射源により出力されるビームの一部を入力するような第２検出器にも結合される。

図３〜５に示す光記録媒体も、図２の媒体と同様の方法で読み取ることができる。

図３は、２つの情報層１００、１００’を持つ光記録媒体１０の一部の概略断面図を示している。ここで、情報層１００及び１００’のカーボン・ナノチューブ１０１及び１０１’は、第１情報層１００のカーボン・ナノチューブ１０１が第２情報層１００’のカーボン・ナノチューブ１０１’により吸収される放射を吸収しないように相対的に配向されている。個々の情報層１００、１００’は、読み取り又は書き込み目的のために、当該記録媒体１０を照射する放射ビームの偏光方向を選択することにより選択することができる。例えば、ケース（ａ）における放射ビーム５０’の偏光方向は、該放射が第２情報層１００’のカーボン・ナノチューブ１０１’のみにより吸収され、第１情報層１００によっては実質的に影響されることなく通過されるようなものである（Ｐ２；図の面に垂直である）。ケース（ｂ）における放射ビーム５０の偏光方向は、該放射が第１情報層１００のカーボン・ナノチューブ１０１のみにより吸収され、第２情報層１００’によっては実質的に影響されることなく通過されるようなものである（Ｐ１；図の面に平行である）。

図４は、ナノチューブを有する光記録媒体に書き込む又は斯かる媒体を読み取る方法の第１実施例を概念的に図示している。この媒体の情報層は、ナノチューブが埋め込まれた透明層１０５を有している。この透明層は室温において及び１００℃までは実質的に固体であるが、より高い温度において液化することができる。当該層において、ナノチューブ及び斯かるナノチューブの軸の方向は固定されている。当該情報層に情報を書き込み又は書き換えるために、層１０５は当該ナノチューブが局部的に移動可能となるように局部的に液化されねばならない。そして、これらナノチューブは配向され又は再配向されねばならない。

層１０５を情報ビットが書き込まれるべき領域において液化するために、好ましくはレーザビームであるような放射ビーム５０を使用することができる。（再）書き込みに使用される放射ビームの強度は、通常、読み取りのためよりも大きい。何故なら、前者のビームは当該情報層を加熱しなければならないからである。ビーム５０は対物系２０により当該情報層における小さな書込スポットに収束され、該スポットは１ミクロンより大幅に小さな直径を有することができる。このスポットにおいては、エネルギが吸収されるとして、当該情報層を加熱するのに充分なエネルギが集中される。該吸収は、当該情報層に埋め込まれたナノチューブにより実現される。該ビームの放射は当該ナノチューブの軸に平行な偏光方向を持つような成分を有していなければならない。これら軸の初期方向が既知であるなら、ビーム５０の偏光方向を該初期方向に適合させ、該ビーム５０の全ての放射を当該情報層の加熱のために使用することができるようにすることができる。ビーム５０の初期方向が未知の場合には、少なくとも所要の方向の偏光成分を有するような円偏光されたビーム５０を使用することができる。

放射ビーム５０により当該情報層の小さな領域に供給された熱は、該情報層１００に隣接するヒートシンク層６０、６１により放散される。このようにして、当該熱は透明基体１０５を介して放散することはなく、照射された領域１１０に位置されたままとなる。該熱は当該領域における基体材料の液化を生じさせ、該液化はナノチューブが自由になるのを可能にし、かくして斯かるナノチューブの軸方向を変化させることができる。当該書き込み方法の該実施例においては、この変化も当該加熱ビーム５０に類似した指向放射ビームにより実現される。これによれば、上記指向ビームの放射が電界ベクトルを有する電磁放射であるという事実が利用される。このベクトルに関連する電界は、当該照射された領域内の各ナノチューブに電気双極子モーメントを誘起する。かくして、上記ナノチューブの各々は上記電界ベクトルに、即ち上記指向ビームの偏光方向に整列するように強制される。

上記領域が充分に加熱された後、上記書込ビームの強度は、例えば書き込まれた記録媒体を読み取るための読取ビームの強度に等しいような、より低いレベルへと切り換えることができる。そして、上記情報層の材料は冷却して再固化し、かくして、ナノチューブの新たな配向が当該材料中で固定される。上記電界、従って所要の偏光方向を持つビームは、ナノチューブが最早動くことができない程度に当該材料が固化するまで存在したままにすべきである。

上記加熱ビーム及び指向ビームは１つのビームにより構成することができ、該１つのビームの偏光方向は、当該情報層を加熱するためのナノチューブの初期方向に対応する第１の向きと、該加熱された領域におけるナノチューブを指向させる、即ち配向する第２の向きとの間で切り換えられる。該第２の向きは当該媒体を読み取るために使用される放射ビームの偏光方向に対応する。

書込ビームの強度及び偏光方向は、瞬間的に走査される当該情報層のトラックを横切る書込スポットの走査速度に対して大きな周波数で切り換えることができる。該切換周波数は、切換期間の間において、即ち加熱すると共に加熱された領域内のナノチューブを配向するのに要する期間の和の間において、上記走査スポットが走査方向１７に当該書込スポットの寸法より小さな距離しか移動されないように高く選定される。これは、走査方向において書込スポットの該方向の寸法より小さな情報領域の書き込みを、即ち斯かる領域におけるナノチューブの配向を可能にする。情報を光磁気記録媒体に書き込むことができる（磁界を高速で切り換えることによる）方法に幾らか類似している斯かる方法により、情報密度（面積又は長さ単位当たりの情報領域の数）を大幅に増加させることができる。高速ビーム切換書込方法が図４に図示されており、該図においてはシェル形状を持つ情報領域が符号１３０、１３１により示されている。

このような情報領域は、少なくとも走査方向において上記書込スポットよりも小さな読取スポットにより読み取ることができる。斯かる小さな読取スポットは、読み取りの間において、書き込みの間に各々使用された開口数及び波長よりも大きな開口数の対物レンズ及び／又は小さな波長のビームを使用することにより得ることができる。好ましくは、記録媒体を読み取るために、図４に示すように前記書込スポットの寸法と同等の又は等しい寸法を持つ読取スポットが使用される。読み取りの間の如何なる時点においても、読取スポットは複数の情報領域１３０、１３１をカバーし、反射された放射の強度が、当該読取スポットによりカバーされる領域内のタイプ１３０の領域及びタイプ１３１の領域の分布により決定される。何れかの時点において、上記読取ビームの強度、即ち当該検出器により出力される信号のレベルを、これらパラメータの前の時点における値と比較することにより、当該記録媒体の高密度情報構造に符号化された信号を取り出すことができる。読み取りの間においては、特に前記放射源及び上記検出器を有する光ヘッドと、当該記録媒体とは相対的に移動されるので、上記何れかの時点は当該情報層の面内の何れかの位置に対応する。

図５は、ナノチューブを有する記録担体に情報を書き込む又は書き換える方法の第２実施例を示している。この方法においても、放射ビーム５０が情報層の領域１１０を該領域の材料が液化されるように加熱するために使用され、上記液化がナノチューブの再配向を可能にする。この場合、ナノチューブの再配向は、例えば図５に示す４つの電極８１、８２、８３及び８４（四重極）の構造のような適用された電極構造により供給される外部電界によって実現される。この電界は、加熱された領域のナノチューブを電気力線に整列するようにさせ、これにより、該整列方向（従って、局部的電界方向）が当該情報を読み取るのに使用されるであろうビームの偏光方向に対応するようになる。図４に示した方法におけるのと同様に、図５に示す方法においても、情報の符号化はビーム５０の強度を切り換えることにより実行される。上記電界は静止的であり、全書き込み期間にわたり存在することができる。この電界の広がりは臨界的ではない。何故なら、この電界は加熱された領域のナノチューブのみを再配向し、他の加熱されない領域におけるものは再配向しないからである。

図５には、当該書込スポットの寸法を持つ領域内の全ナノチューブが同時に同一の方向に再配向されるような状況が図示されている。第１領域におけるナノチューブが再配向された後、書込ビーム５０は第２の領域のものに切り換えられるか又は該第２の領域へ移動され、ここで加熱及び再配向するステップが繰り返される。そうこうするうちに、上記情報層の第１領域の材料は冷却して固化し、これにより新たなナノチューブ配向が固定される。このような領域毎の書き込みは図４に示した方法によっても実行することができる。一方、図５に示した方法は、上記外部電界を高速で切り換えることによるシェル状情報領域（図４に示す）の書き込みも可能にする。この場合、電界が所定の方向を持つ期間は、書込スポットが該スポットの寸法と等しい距離を移動するのに要する期間より大幅に小さく選定される。

図６は、本発明による光情報記録／読取装置の一実施例の非常に概略的な図を示す。該装置は、好ましくはレーザである放射源５５０に作用して該放射源により供給される放射ビーム５０の強度を制御する制御ユニット５００を有している。上記ビームの偏光状態は、偏光制御ユニット５４４により制御することができる。放射ビーム５０はビームスプリッタ５５２に向けられ、該ビームスプリッタは放射ビームを記録媒体１に向けて反射する。この媒体はディスク状であり、回転装置５１０上に取り付けられる。前述したような態様で当該光情報記録媒体から反射された放射は、ビームスプリッタ５５２を通過して、放射感知検出器５５５に入射し、この検出器は該入射した放射を電気信号に変換する。

記録媒体１に情報を記録するために、制御ユニット５００は例えばコンピュータからのデータストリーム、ビデオプログラム又はオーディオプログラム等の情報ストリーム（図示略）を入力し、このストリームを放射源５５０に適した信号に変換する。例えば、レーザダイオードを介して送られる電流、従って該レーザにより供給される放射ビームの強度が上記情報ストリームに従って変調される。必要なら、該ビームの偏光を変化させることができる。例えば、偏光制御ユニット５５４は四分の一波長板を有し、該四分の一波長板は、未知のナノチューブの初期配向を持つ記録媒体に書き込まなければならない場合、直線偏光されたビームを円偏光されたビームに変換する。ユニット５５４は偏光ローテータも有し、該偏光ローテータは直線偏光されたビームの偏光方向を９０℃回転させる。

適切な偏光方向を有すると共に強度が変調された（即ち、時間的に交互となるような高パワーレベル及び低パワーレベルを示す）書込ビームは、前述したように当該記録媒体の情報層の領域内に存在するナノチューブの向きを消去又は変化させる。当該記録媒体を回転装置５１０により回転させる、即ち書込スポットを接線（走査）方向に移動させることにより、情報トラックを書くことができる。上記書込スポットと当該記録媒体とを半径方向に相対的に移動させることにより、全情報層に書き込むことができる。

記録装置においては、上記ビームスプリッタは書込過程の検証を可能にするために使用される。当該記録媒体により反射された書込ビーム放射は、加熱期間の間に強度の低下を示す。この放射がビームスプリッタ５５２を介して検出器５５５に到達することが可能とされるならば、どの様な時間間隔で、従って当該情報層における何の位置で、情報層を加熱してナノチューブを再配向するのを可能にするために充分なエネルギが吸収されるかを制御することができる。これらの時間間隔は、装置５００に供給されるデータストリームの対応する間隔と、又は放射源５５０に供給される信号の斯様な時間間隔と比較することができる。正に書き込まれた領域の最終状態を制御するために、一定の強度レベル及び適切な偏光方向を持つ放射ビームを使用することができる。

光情報記録媒体１上に記録された情報を読み取るために、上記書込ビームよりも大幅に低い強度を持つ読取ビーム５０が使用され、該読取ビームにより情報層に形成される読取スポットは情報層を加熱し得るものではない。該読取ビームの偏光方向は情報担持領域のナノチューブの配向に一致しなければならない。該読取ビームが斯様な領域に入射した場合、該ビームの放射の一部が吸収され、かくして斯様な領域の位置において当該記録媒体により反射される該読取ビームの強度はかなり低下される。この強度低下は放射感知検出器５５５により検出することができる。上記読取スポットと当該媒体とを接線（走査）及び半径方向に相対的に移動させることにより、或る情報トラックにおける及び全情報トラックにおける吸収性及び非吸収性領域の連続を、各々、決定することができる。この様にして、上記連続における信号又はプログラムを取り出すことができる。斯かる情報の取り出しは、瞬時的に走査される吸収性及び非吸収性領域の連続に従って変化する信号を供給するような検出器５５５及び関連する電子回路により実行することができるが、これらは、それ自体が従来既知であるので、ここでは説明を要しないであろう。

状況によっては、前記放射源により供給されるビームの突然の低下又は当該放射強度の長期の低下につながる該放射源の経年変化のような当該読取装置において発生し得る任意の事象により上記読出信号が影響されることを防止するために、検出器５５５からの信号を参照信号と比較することが有効であろう。

図７は、このような比較を可能にする読取装置の一実施例を示している。この実施例は図６に示したものとは、比較ユニット５６０を有している点のみで相違する。検出器５５５からの信号は該ユニット５６０の第１入力端子に供給される一方、ビーム５０の実際の強度を表す信号は該ユニットの第２入力端子に供給される。該比較ユニットが上記信号間の差を検出した場合、この差は、該検出器信号を更に処理される前に補正するために使用することができる。

トラック方向に情報密度を増加させることに加えて、本発明は、半径方向に、即ちもっと一般的にはトラック方向に対して垂直な方向に情報密度を増加させることも可能にする。図８は、ＣＤ情報構造（上側部分）及びＤＶＤ情報構造（下側部分）の各々の小部分のＳＥＭ写真を示している。読取専用構造は位相構造であって、媒体基体におけるピット（即ち、窪み）からなり、これらピットはＣＤ構造及びＤＶＤ構造におけるトラックｔ_１及びｔ_２に各々沿って配列されている。ＣＤ情報構造の場合、トラックピッチｄ_１、即ち隣接するトラックのハートライン（hart line）間の距離は現在のところ１.６μｍであり、ＤＶＤ構造の場合、トラックピッチｄ_２は０.７４μｍである。また、最小ピット長は、ＣＤ構造の場合、約０.８μｍであり、ＤＶＤ構造の場合は約０.４μｍである。両情報構造とも、トラック間に無情報ランドを有している。斯かるランドは、隣接するトラック間のクロストークを防止するために必要である。所与の幅を持つトラックなしでは、このようなクロストークが発生するであろう。何故なら、情報領域（即ち、ピット）は全て同一のタイプであると共に同一のタイプの読取ビームにより読み取られ、読取スポットはトラック幅より広い領域にわたって広がるような強度分布を有しているからである。

当該情報領域が、第１偏光方向を持つ読取ビームにより読み取られる領域であって、第１方向に整列されたナノチューブを持つような第１タイプの領域により構成されるならば、第２方向に整列されたナノチューブを持つような第２タイプの情報領域を以前のランドに形成することができる。該第２のタイプの領域は、第２偏光方向を持つ読取ビームにより読み取られねばならない。この思想が図９に示されている。この図の左側部分は、トラックｔ_２及び斯かるトラックの間のランドＬを持つような従来のＤＶＤ構造を示している。図９の右側部分は新しい情報構造を示し、該構造においては、上記トラックは第１種類の情報領域ＩＡ_１を有する。ここで、以前のランドは第２種類の情報領域ＩＡ_２を有し、情報トラックｔ_３となる。ＩＡ_２領域はＩＡ_１領域とは、ナノチューブが他の方向に整列されると共に、ＩＡ_１領域により吸収される放射の偏光方向とは異なる偏光方向を持つような放射を吸収する点で相違する。

異なるタイプの情報領域を持つような隣接するトラックを設ける該思想は、
− 上述したように既存のトラックの間に追加の情報トラックを挿入することにより情報密度を増加させる、
− 隣接する情報トラック間の距離が読取スポットの強度分布に対して小さく且つ厳しいような情報構造におけるクロストークを低減させる、
− ２以上の情報層を持つ記録媒体における或る情報層にアドレス指定された放射ビームの、アドレス指定されていない情報層（又は複数の情報層）による吸収を減少させる、
ために使用することができる。

本発明は、２以上のタイプの情報領域を持つような記録媒体を読み取ることが可能なデータレートを上昇させるために使用することもできる。これらのタイプの情報領域が、各タイプの情報領域におけるナノチューブの向きが他のタイプにおける向きとは相違するという点で互いに異なる場合、これらタイプの情報領域は、読取ビームが情報領域のタイプ数に対応する数の偏光成分を有するならば、互いに独立に且つ無視可能なクロストークで読み取ることができる。各偏光成分は、これらタイプの情報領域のうちの異なる１つのタイプの情報領域のナノチューブの向きに対応するようにし、この１つのタイプの情報領域のみを読み取ることができるようにしなければならない。このオプションが利用される場合、当該記録媒体からの変調された読取ビームは、例えば偏光フィルタ等により異なる偏光成分に分割されねばならない。これらの成分の各々は、当該成分に属するタイプの全情報領域に符号化された情報により変調されている。各読取ビーム成分に対して、別個の検出器が使用されて、光変調を電気信号に変換する。異なる検出器からの信号は、並列に処理されて、最終的に１つの信号に統合される。

異なるタイプの情報領域は１つの情報面に存在することができ、これにより隣接するトラックは異なるタイプの情報領域を有するようになる。複数の情報層を各層が対物系の焦点深度内に留まるように短い相互距離で有するような記録担体においては、各情報層に、異なるタイプの情報領域を、即ちこの領域内に異なる向きのナノチューブを設けることができる。これら情報層は、例えば円偏光された読取ビームにより並列に、即ち同時に読み出すことができる。

上記説明においては、本発明はナノチューブに基づいて説明した。しかしながら、本発明はナノワイヤによっても実施化することができる。ナノチューブは、円柱状の且つ通常は中空のチューブである。ナノチューブは、殆どは六角形型面の曲げられた二次元結晶構造を有している。吸収特性を決定するナノチューブの電子的構造は、主に該ナノチューブのキラルさ（chirality）、材料、シェル（壁）の数、チューブ径及び結晶構造の欠陥により決定される。“キラルさ”なる用語は化合物の分子内に存在する非対称性に関係するものである。キラルな分子は、自身の鏡像上には重畳することはできない。ナノフィラメント又はウィスカとも呼ばれるナノワイヤは、三次元結晶構造を有すると共に通常は優先的成長方向を示すような細い中実のワイヤである。ナノワイヤの吸収特性を決定する電子的特性は、ワイヤ径及びワイヤ材料の化学的組成の選択により制御することができる。全体の組成が結晶構造を決定し、当該ナノワイヤの電気的及び光学的特性は材料の化学的ドーピング及び起こり得る構造的欠陥により決定される。

直径より大きな波長を持つ放射に対してナノチューブ及びナノワイヤの両者が示す吸収は、該放射の偏光に依存する。ナノワイヤの吸収に関する偏光コントラスト比は８０程度に高い可能性がある。

複数の斯様な層を持つ光記録媒体の或る情報層がアドレス指定された場合、全ての情報層が同様の吸収動作を示すならば、アドレス指定されていない層による放射ビームの吸収が問題となり得る。この問題は、多数の情報層を得るために、記録媒体内で異なる吸収動作を持つ情報層の重なりが繰り返されるような場合にも発生し得る。該問題は、例えば異なる情報層に対して異なる直径を持つナノワイヤを使用することにより解決することができる。直径は、ナノワイヤが吸収的となる波長帯の中心波長を決定するパラメータの１つである。この中心波長は、当該ナノワイヤ材料の電気的禁止帯幅（electrical band gap）に依存する。例えば、下記の材料は下記の中心波長（括弧内にnmで）を持つ。InAs (3400), GaAs (919), GaN (371), InP (984), CdSe (730), CdS (517), ZnS (335), ZnSe (460)及びZnO (338)。このように、ナノワイヤの材料組成は、斯かるナノワイヤの吸収波長を決定するパラメータの１つであり、従って、この波長を選択するために使用することができる。

ナノワイヤの吸収波長を選択するために使用することが可能な他のパラメータは、斯かるナノワイヤの直径であり、実際には、より小さな直径のナノワイヤは、より大きな吸収波長を有する。情報層の各々に、他の直径又は他の化学的組成又は広く他の吸収波長を有するようなナノワイヤを含めることにより、複数の斯様な層を光記録媒体内に重ねることができ、これにより、各情報層は他の情報層による吸収の過度の影響を受けないような放射ビームによりアドレス指定することができる。異なる情報層にナノチューブが使用される場合、特定の情報層をアドレス指定するビームの他の情報層による吸収の問題は、異なる情報層のナノチューブに対して異なる材料を使用することにより解決することができる。

カーボン・ナノチューブによる放射の吸収は、当該放射の波長とは独立である。これは、この材料を、赤から紫外線（例えば、２９０nm）へと常に減少するような波長を使用する数世代の光記録システムに対して使用することができることを意味する。更に、カーボン・ナノチューブ材料は安価であり、製造が容易であり、軽量であり、純粋であるので環境に優しい。

本発明は、記録媒体に記憶される若しくは記憶されるべき特定の種類の情報にも、又は特定の波長にも限定されるものではない。

図１は、ディスク状光情報記録媒体の概略斜視図を示す。 図２は、読取動作中の光情報記録媒体の概略断面図を示す。 図３は、２つの情報層を有する光情報記録媒体の概略断面図を示す。 図４は、直線偏光された放射ビームによる書込動作中の光情報記録媒体の概略断面図を示す。 図５は、電界による書込動作中の光情報記録媒体の概略断面図を示す。 図６は、本発明による光情報記録及び読取装置のブロック図を示す。 図７は、本発明による光情報読取装置のブロック図を示す。 図８は、ＣＤ及びＤＶＤ情報構造の小部分の上面図である。 図９は、ＤＶＤ構造及び隣接する情報トラックに異なるタイプのナノエレメントを有する情報構造の小部分の上面図を示す。

Claims (44)

1. 少なくとも１つの情報層を有する光情報記録媒体において、前記情報層が、対称軸を有するナノエレメントが埋め込まれた透明層により構成されることを特徴とする光情報記録媒体。
2. 請求項１に記載の光情報記録媒体において、前記ナノエレメントがナノワイヤであることを特徴とする光情報記録媒体。
3. 請求項１に記載の光情報記録媒体において、前記ナノエレメントがナノチューブであることを特徴とする光情報記録媒体。
4. 請求項３に記載の光情報記録媒体において、前記ナノチューブがカーボン・ナノチューブであることを特徴とする光情報記録媒体。
5. 請求項４に記載の光情報記録媒体において、前記ナノチューブが単壁ナノチューブであることを特徴とする光情報記録媒体。
6. 請求項３、４又は５に記載の光情報記録媒体において、前記情報層の材料が３０℃より低い温度において実質的に固体であることを特徴とする光情報記録媒体。
7. 請求項３、４、５又は６に記載の光情報記録媒体において、前記情報層の材料が、前記ナノチューブが破壊される温度より低い温度において液化可能であることを特徴とする光情報記録媒体。
8. 請求項３ないし７の何れか一項に記載の光情報記録媒体において、前記情報層の材料が、８００℃より低い融解又はガラス化温度を持つガラス、アクリル熱可塑性プラスチック及びパラフィンからなる群から選択されることを特徴とする光情報記録媒体。
9. 請求項３ないし８の何れか一項に記載の光情報記録媒体において、前記情報層の材料が、前記ナノチューブの近くに配置された酸化剤成分を有することを特徴とする光情報記録媒体。
10. 請求項９に記載の光情報記録媒体において、前記酸化剤成分が硝酸、酸化物、過酸化物、スルホキシド、ＢａＯ_２及びＡｇ_２Ｏからなる群から選択されることを特徴とする光情報記録媒体。
11. 請求項１ないし１０の何れか一項に記載の光情報記録媒体であって、前記情報層の面が情報トラックに分割され、各情報トラックが複数の連続する領域を有するような光情報記録媒体において、複数のナノエレメントを有する領域において、全てのナノエレメントの対称軸が１つの方向に整列されることを特徴とする光情報記録媒体。
12. 請求項１ないし１１の何れか一項に記載の光情報記録媒体であって、ディスク形状を有するような光情報記録媒体において、情報トラックの半径方向に整列された領域の前記ナノエレメントが半径方向に整列されることを特徴とする光情報記録媒体。
13. 請求項１ないし１２の何れか一項に記載の光情報記録媒体であって、情報領域に符号化された情報を有するような光情報記録媒体において、隣接する情報トラックの間にランドが存在し、これらトラックの前記情報領域が同一のタイプのナノエレメントを有することを特徴とする光情報記録媒体。
14. 請求項１ないし１２の何れか一項に記載の光情報記録媒体であって、情報領域に符号化された情報を有するような光情報記録媒体において、隣接する情報トラックの前記情報領域が異なるタイプのナノエレメントを有することを特徴とする光情報記録媒体。
15. 請求項１ないし１４の何れか一項に記載の光情報記録媒体であって、少なくとも２つの情報層を有するような光情報記録媒体において、各情報層の情報トラックにおける情報領域が、他の情報層の対応する情報トラックにおける情報領域に存在するナノエレメントのタイプとは異なるタイプのナノエレメントを有することを特徴とする光情報記録媒体。
16. 請求項１４又は１５に記載の光情報記録媒体において、前記異なるタイプのナノエレメントが、異なる向きの対称軸を有する点で互いに相違することを特徴とする光情報記録媒体。
17. 請求項１４又は１５に記載の光情報記録媒体において、前記異なるタイプのナノエレメントが、異なる化学的組成を有する点で互いに相違することを特徴とする光情報記録媒体。
18. 請求項１４又は１５に記載の光情報記録媒体において、前記異なるタイプのナノエレメントが、前記対称軸に垂直な方向の寸法が異なる点で互いに相違することを特徴とする光情報記録媒体。
19. 請求項１に記載の光情報記録媒体に情報を記録する光記録装置であって、
    放射ビームを供給する放射源ユニットと、
    前記ビームを記録されるべき情報に従って変調する手段と、
    を有するような光記録装置において、
    情報トラックにおける前記記録されるべき情報により決定されるような選択された領域内のナノチューブを、前記トラックに情報領域が生成されるように変化させる手段を有することを特徴とする光記録装置。
20. 請求項１９に記載の光記録装置において、前記変化させる手段が、前記選択された領域におけるナノエレメントを破壊する手段を有していることを特徴とする光記録装置。
21. 請求項１９に記載の光記録装置において、前記放射源ユニットが、放射源と前記放射ビームの偏光を変更する手段とを有することを特徴とする光記録装置。
22. 請求項１９又は２１に記載の光記録装置において、前記変化させる手段が、前記光情報記録媒体の情報層を加熱して該情報層の液化を可能にするような加熱する手段を有していることを特徴とする光記録装置。
23. 請求項２２に記載の光記録装置において、前記加熱する手段が前記放射ビームにより構成されることを特徴とする光記録装置。
24. 請求項１９及び請求項２１ないし２３の何れか一項に記載の光記録装置において、前記変化させる手段が、ナノエレメントを再配向する手段を有していることを特徴とする光記録装置。
25. 請求項２４に記載の光記録装置において、前記ナノエレメントを再配向する手段が、前記光情報記録媒体の情報層に電界を印加する手段を有していることを特徴とする光記録装置。
26. 請求項２４に記載の光記録装置において、前記ナノエレメントを再配向する手段が、直線偏光されたビームであるような前記放射ビームにより構成されることを特徴とする光記録装置。
27. 請求項１に記載の光情報記録媒体から情報を読み取る光読取装置であって、
    読取放射ビームを供給する放射源ユニットと、
    前記読取放射ビームを情報層における読取スポットに収束する手段と、
    前記情報層からの読取ビーム放射を電気信号に変換する検出器手段と、
    を有するような光読取装置において、
    前記放射源ユニットが直線偏光された放射を供給し、前記検出器手段が偏光感知的であることを特徴とする光読取装置。
28. トラック方向において前記読取スポットよりも小さな寸法を有するような情報領域を読み取る請求項２７に記載の光読取装置において、前記検出器手段は、前記読取スポットと前記記録媒体とを前記領域の寸法に等しい距離だけ相対的に移動させるのに要する時間間隔に少なくとも等しいような時間間隔により隔てられた順次の時点において得られる検出器信号を比較する手段を有することを特徴とする光読取装置。
29. 請求項１に記載の光情報記録媒体を、情報を記録するように準備する方法において、全てのナノエレメントの対称軸が、情報層の材料を該情報層の表面全体にわたり該情報層を横切る電界の存在の下で順次加熱することにより同一の方向に整列されることを特徴とする方法。
30. 請求項１に記載の光情報記録媒体に情報を、記録されるべき該情報に従って変調された放射ビームにより記録する方法において、情報トラックにおける前記記録されるべき情報により決定されるような選択された領域内のナノエレメントを、前記トラックに情報領域が生成されるように変化させるステップを有することを特徴とする記録する方法。
31. 請求項３０に記載の記録する方法において、前記変化させるステップが、前記選択された領域におけるナノエレメントを破壊するステップを有していることを特徴とする記録する方法。
32. 請求項３０に記載の記録する方法において、前記変化させるステップが、前記選択された領域におけるナノエレメントを再配向するステップを有していることを特徴とする記録する方法。
33. 請求項３２に記載の記録する方法において、前記ナノエレメントを再配向するステップが、
    ａ）前記選択された領域を加熱して、前記情報層の材料の液化を可能にするような加熱するステップと、
    ｂ）各液化された領域に存在する全ナノチューブの対称軸を同一方向に整列させるステップと、
    を有することを特徴とする記録する方法。
34. 請求項３３に記載の記録する方法において、前記加熱するステップが前記放射ビームにより実行されることを特徴とする記録する方法。
35. 請求項３３又は３４に記載の記録する方法において、前記ナノエレメントを再配向するステップが、前記情報層を横切る電界により実現されることを特徴とする記録する方法。
36. 請求項３３又は３４に記載の記録する方法において、前記ナノエレメントを再配向するステップが、直線偏光されたビームであるような前記放射ビームにより実現されることを特徴とする記録する方法。
37. 請求項１に記載の光情報記録媒体から、該媒体の情報層における読取スポットに収束される読取放射ビームを用いると共に前記情報層からの変調された放射を検出することにより情報を読み取る方法において、所定の方向に直線偏光された読取ビームが使用され、前記情報層からの前記所定の偏光方向を持つ放射の強度変化が検出されることを特徴とする読み取る方法。
38. 交互の異なるタイプの情報トラックを有する情報面を読み取るための請求項３７に記載の読み取る方法であって、前記トラックが異なるタイプのナノエレメントを各々有する点で互いに相違するような読み取る方法において、前記異なるタイプのトラックを読み取るために異なるタイプの読取放射が使用され、異なるタイプの変調された放射が別個に検出されることを特徴とする読み取る方法。
39. 異なるタイプの情報層を有する記録媒体を読み取るための請求項３７に記載の読み取る方法であって、前記情報層が異なるタイプのナノエレメントを各々有する点で互いに相違するような読み取る方法において、前記異なるタイプの情報層を読み取るために異なるタイプの読取放射が使用され、異なるタイプの変調された放射が別個に検出されることを特徴とする読み取る方法。
40. 請求項３８又は３９に記載の読み取る方法において、前記異なるタイプの読取放射が同時に使用され且つ検出されることを特徴とする読み取る方法。
41. 請求項３８、３９又は４０に記載の読み取る方法において、前記異なるタイプの読取放射が、異なる直線偏光方向を有する点で互いに相違することを特徴とする読み取る方法。
42. 請求項３８、３９又は４０に記載の読み取る方法において、前記異なるタイプの読取放射が、異なる波長を有する点で互いに相違することを特徴とする読み取る方法。
43. 請求項４０に記載の読み取る方法において、円偏光された読取放射が使用されることを特徴とする読み取る方法。
44. トラック方向において前記読取スポットよりも小さな寸法を有するような情報領域を読み取るための請求項３７ないし４３の何れか一項に記載の読み取る方法において、前記読取スポットと前記記録媒体とを前記領域の寸法に等しい距離だけ相対的に移動させるのに要する時間間隔に少なくとも等しいような時間間隔により隔てられた順次の時点において得られる検出器信号値が互いに比較されることを特徴とする読み取る方法。
    

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