JP2007521594A - ブラッグ反射体を有する光情報担体 - Google Patents

Abstract

本発明は、光学ビーム（9）によって読み出される情報を担持する光情報担体であって、少なくとも1層の情報層（6）を有する光情報担体（1）に関する。本発明の課題は、捕集効率が改善された情報担体（1）を提供することである。この課題を達成するため、少なくとも1層の情報層（1）は、前記光学ビームによって反射率閾値温度を超える温度に加熱された際に、光学ビーム（9）の光を反射するブラッグ反射体を有する。

Description

本発明は、光情報記録担体、光情報担体の読み出し装置、および光情報担体に情報を記録する記録装置に関する。また本発明は、光情報担体から情報を読み出す方法、および前記光情報担体に情報を記録する方法に関する。

コンピュータ、ビデオシステム、マルチメディア等、デジタル情報用の信頼性のある光情報担体に対しては、絶えず高い需要がある。この情報担体は、高容量である必要がある。

現時点では、要求記憶容量を実現するためには、3次元記憶方式を使用する必要がある。現在の多層化技術では、例えば米国特許第6,099,065号に示されているように、記憶材料として蛍光材料が使用されている。情報層は、厚いスペーサ層によって分離される。これらの多層化ディスクでは、複数の情報層が積層される。多層化ディスクでは、記録および読み出しのため、情報層がアドレス処理され、選択される必要がある。前記層に記録／読み出し用レーザービームを集束させることにより、記録／読み出しのアドレス処理を行うことができる。記録場所の選択は、焦点スポットにおける記録用レーザービームの強度を非アドレス処理層よりも高くすることによって行われ、これにより、所望のスポットのみが閾値温度を超える温度に加熱され、蛍光活性材料が蛍光不活性材料に劣化する。

アドレス処理された層の読み出しは、その層に読み出し用レーザービームを集束させることにより行われる。一つの読み出し用集束レーザービームを用いて3D光データ担体からデータの読み出しを行った場合、読み出し用集束レーザービームの円錐表面に囲まれた非アドレス処理層内の多数の蛍光区画から蛍光が生じることは避けられない。読み出し部の選択は、検出信号を高低の両周波数成分に分離する電子フィルタ手段を用いて行われる。高周波数成分は、焦点化層からのデータ信号を表し、低周波数成分は、全ての非焦点化層からのバックグラウンドノイズに相当する。

蛍光発光は、捕集器によって検出される。前述の多層化技術の問題は、等方性発光の捕集効率が低いことである。別の問題は、追加の電子フィルタ手段を使用する必要があること、さらにはバックグラウンドノイズが大きいことである。
米国特許第6,099,065号明細書

本発明の課題は、より簡単に読み出すことの可能な、光情報担体を提供することである。また、本発明の課題は、捕集効率の高い読み出し装置および読み出し方法を提供すること、さらには前記光情報担体用の記録装置および記録方法を提供することである。

前述の課題は、光学ビームによって読み出される情報を担持する光情報担体であって、前記光学ビームによって反射率閾値温度を超える温度に加熱された際に、前記光学ビームの光を反射するブラッグ反射体特性を有する材料を有する少なくとも1層の情報層を有することを特徴とする光情報担体によって達成される。

本発明では、背景部で示した等方性蛍光発光の代わりに、光学的に活性な材料の反射率特性を利用する。反射された光は、高い指向性を示す。光情報担体にある入射角で入射した光学ビームは、ある反射角で光情報担体から反射する。ほぼ全ての反射光は、適当な捕集器によって容易に捕集することができる。これにより、開口数がNA=0.6の対物レンズを用いた場合、等方性発光の約4％程度しか捕集できない蛍光記憶式情報担体に比べて、捕集効率が改善される。

情報担体は、少なくとも1層の情報層を有する。ブラッグ反射特性を有する材料は、周囲温度では、光学ビーム波長に対して透明である。ブラッグ反射体は、熱反射材料である。前記ブラッグ反射体が、反射閾値温度を超える温度に加熱されると、ブラッグ反射体の反射率バンドは、光学ビームの波長に相当する位置にシフトする。その結果、加熱されたブラッグ反射体は、入射光学ビーム光を反射する。反射された光は、捕集され評価される。

前記反射特性を有する材料には、液晶が含まれる。コレステリック液晶およびいわゆるブルー相液晶は、反射率バンドを有する。反射率バンドの位置は、温度に依存する。反射率バンドは、選定されたコレステリック液晶に応じて、温度上昇とともに高波長側にシフトするか、あるいは温度上昇とともに低波長側にシフトする。反射率バンドの幅が温度によって変化するという特徴を示す液晶がある。

ブラッグ反射体は、屈折率が異なる層を交互に設置することによって得ることもできる。この場合、各層は、ブロック共重合体を有する。

液晶およびブロック共重合体からなる交互層は、従来技術であって、市販されている。

光情報担体は、少なくとも2つの情報層と、該少なくとも2層の情報層を分離する少なくとも1層のスペーサ層であって、光学ビームに対して透明なスペーサ層とを有することが好ましい。

本発明のこの実施例では、記憶容量が少なくとも2倍に増大する。複数の情報層を有する情報担体の場合、その容量は、これに対応して増大する。熱反射ブラッグ反射体は、読み出し用集束光学ビームと組み合わせた多層化情報担体に、特に適している。集束光学ビームの焦点スポットでは、十分に高温となり、ブラッグ反射体の反射率バンドがシフトし、反射率バンドに光学ビームの波長が含まれるようになる。焦点スポットの外側では、温度が十分に低いため、反射率バンドはシフトしない。周囲温度でのブラッグ反射体は、光学ビームに対して透明である。従って光学ビームは、それほど損失せずに全ての情報層を横断し、ビームの焦点スポット内の加熱されたブラッグ反射体によってのみ反射される。多層化光情報担体のスペーサ層は、情報層を相互に熱的に隔離するため、焦点スポット内のブラッグ反射体のみが、反射率閾値温度を超える温度に加熱され、従来技術に比べてバックグラウンドノイズが抑制される。

また前記課題は、光情報担体から情報を読み出す読み出し装置であって、前記光情報担体は、反射率閾値温度を超える温度に加熱された際に、光学ビームの光を反射するブラッグ反射体特性を有する材料を有する少なくとも1層の情報層を有し、当該読み出し装置は、前記光学ビームを放射する光源であって、前記光学ビームは前記光情報担体の方に誘導され、前記反射率閾値温度を超える温度が生じる、光源を有する読み出し装置によって達成される。

読み出し装置および情報担体は、相互に適合するように設計する必要がある。特に、一方では光学ビームの強度と波長が、また他方ではブラッグ反射体特性が、相互に適合される必要がある。周囲温度ではブラッグ反射体は、光学ビームに対して透明である。光学ビームの強度は、集束光学ビームによって、ブラッグ反射体が反射率閾値温度を超える温度まで、十分に加熱されるように選択する必要がある。焦点化は、適当な焦点化手段、例えば可調式対物レンズ等によって行われる。ブラッグ反射体の加熱により、ブラッグ反射体の反射率バンドのシフトが生じる。ブラッグ反射体の種類は、加熱され、さらには例えばシフトした反射率バンドが、光学ビーム波長に対応するように選定される。反射信号は、容易に検出することができる。本発明の情報担体は、何回も読み出すことができ、いわゆるROM用に利用することができる。

読み出しの場合、光情報担体は、該情報担体を容器内に収容することによって、位置を安定化させることができる。情報担体は、容器内で回転させることが好ましい。読み出し中は、読み出し用ビームは、情報担体の記録トラックに沿って走査され、反射と未反射の順序が検出器によって検出され、適切な評価装置によって評価される。

レーザービームには、光学ビームが選定されることが好ましい。レーザー光は、極めて小さなスペクトル幅を有する。ブラッグ反射体の種類は、加熱されたブラッグ反射体の反射率バンドに、レーザー波長が含まれるように選定される。

また本発明の課題は、光情報担体から情報を読み出す方法であって、前記光情報担体は、反射率閾値温度を超える温度に加熱された際に、光学ビームの光を反射するブラッグ反射体特性を有する材料を有する、少なくとも1層の情報層を有し、当該方法は、前記光学ビームを前記情報担体の方に誘導するステップであって、前記材料が、前記反射率閾値温度を越える温度まで加熱されるステップと、前記加熱された材料によって反射される信号を検出するステップと、検出された信号を評価するステップと、を有する方法によって達成される。

この方法は、前述の読み出し装置を用いて実施することができる。光学ビームは、前記情報層の一つに集束されることが好ましく、これにより前記材料が反射率閾値温度を超える温度に加熱される。集束ビームは、焦点スポット内にある材料のみを前記閾値よりも高い温度に加熱し、他の層からのバックグラウンドノイズが抑制される。

さらに本発明の課題は、光情報担体に情報を記録する記録装置であって、前記光情報担体は、ブラッグ反射体特性を有する材料を有する少なくとも1層の情報層を有し、当該記録装置は、光学ビームを放射する光源であって、前記光学ビームは前記光情報担体の方に誘導され、前記材料の反射特性が変化する、光源を有する記録装置によって達成される。

意外なことに、ブラッグ反射体を有する光情報担体への記録は、前記ブラッグ反射体に光学ビームを誘導することで可能となり、その反射特性は、恒久的に変化することが明らかとなっている。

ブラッグ反射体として使用されるコレステリック液晶に、UV光を誘導して、前記材料のピッチを変化させることにより、反射特性を変化させることができる。

光学ビームによって、前記ブラッグ反射体の劣化閾値温度を超える温度が得られるようにして、前記ブラッグ反射体を劣化させることが好ましい。

本発明による未記録光情報層は、ブラッグ反射体材料を有する溝を有しても良い。情報層に情報を記録する場合、溝の区画は、前記ブラッグ反射体の劣化温度閾値を超える温度に加熱される。劣化温度を超える加熱により、反射特性が変化する。一旦劣化したブラッグ反射体は、そのブラッグ反射体特性を恒久的に喪失する。劣化したブラッグ反射体は、光学ビーム光に対して透明になる。

前述の情報担体は、1回の書き込みおよび多数回の読み出しが可能である。これは、前述の発明をWORMに適用した例である。

さらに本発明の課題は、光情報担体に情報を記録する方法であって、前記光情報担体は、ブラッグ反射体特性を有する材料を有する少なくとも1層の情報層を有し、前記光情報担体の方に光学ビームを誘導して、前記材料の反射特性を変化させるステップを有することを特徴とする方法によって達成される。

前記材料は、該材料の劣化温度閾値を超える温度に加熱されることが好ましい。

添付図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。

図1に示す情報担体は、本発明によるディスク（CDまたはDVD）1である。中央孔2は、差込部（図示されていない）を受ける形状になっており、回転中のディスクの位置が安定化される。ディスクは、ディスク1の回転軸に沿って、相互に平行に積層された情報層を有する。各情報層は、トラック3を有し、このトラックは、孔2と同軸状態で、孔2を取り囲んでいる。図1の拡大断面には、3つのトラック3の3つの平行区画が示されている。トラック3は、光学的に活性な材料4と、光学的に不活性な材料5とを有する。2進法の情報は、これらの分布によって、より正確には、光学的に活性な材料のスポット4と光学的に不活性な材料の領域5の配列によって保管される。

ディスク1は、複数の積層された情報層6を有する。図2aでは、ディスク1は、8層の情報層6を有し、各層は、7層のスペーサ層7で分離されていることが示されている。最上部の情報層は、被覆層（図示されていない）で被覆される。底部層は、基板層8である。保管された情報は、図2のように、焦点化情報層11における焦点スポット10上の集束レーザービーム9で読み出される。焦点スポット10は円状であり、その径は、トラックの幅とほぼ等しい寸法である。焦点スポット10での集束レーザービーム9の強度は、光学的に活性な材料のスポット4が活性化されるように選定される。非焦点化情報層内にある光学的に活性な材料のスポットは、強度が不十分なため、十分に活性化されない。

焦点スポット10が、光学的に活性な材料を有するスポット4と一致した場合、活性化された光学的に活性な材料は、放射線を反射する。この放射線は、検出器（図示されていない）によって検出され、評価装置（図示されていない）で評価することができる。一方焦点スポット10が、光学的に不活性な材料の領域5に一致した場合、検出可能な反射は生じない。レーザービーム9は、可調対物レンズ12によって情報層6に焦点化され、当該情報層6は、焦点化された情報層11となる。この本発明の実施例では、可調対物レンズ12は、光学的に活性な材料のスポット4で反射された光の捕集器としても機能する。対物レンズ12の開口数NAは、約0.6である。スペーサ層7は、情報層6を相互に熱的に絶縁する。これらのスペーサ層は、レーザー光の波長に対して透明である。ディスク1を読み出す場合、ディスク1は、適当な容器（図示されていない）内に回転可能な状態で設置される。

本発明では、スポット4内の光学的に活性な材料は、ブラッグ反射体特性を有する。ブラッグ反射体は、熱反射性である。これらのブラッグ反射体の反射率バンドの位置は、材料温度に依存する。周囲温度では、ブラッグ反射体は、レーザービームを反射せず、あるいは反射率バンドは、レーザービームの波長と重複しない。ブラッグ反射体が加熱されると、反射率バンドがシフトし、レーザー波長と重なるようになる。本発明のこの実施例では、ブラッグ反射体は、周囲温度でレーザービーム9に対して透明になるように選定される。集束レーザービーム9の焦点スポット10内のブラッグ反射体は、反射閾値温度を超える温度に加熱され、加熱されたブラッグ反射体は、レーザービームの波長でレーザービームを反射するようになる。非焦点化情報層は、反射率バンドがシフトしないため、レーザー波長では透明なままである。従って、反射された光は、あまり消失せずに全ての層6、7を透過し、強い反射信号が検出される。別のブラッグ反射体の特徴は、以下に示す。

本発明のある実施例では、ブラッグ反射体は、図3aのコレステリック相である。コレステリック液晶相は、ネマチック液晶をいわゆるキラル分子でドープすることで得ることができる。キラル分子は、不斉の置換分子であり、ミラー像とは異なる。液晶は、棒状分子13で構成される。矢印で示す捩れは、分子13の平均配向方向を示している。コレステリック相は、螺旋超構造により定められる。コレステリック相内では、反射バンドの位置は、温度の変化によって変化することが示されている。コレステリック相では、捩れは、螺旋の周囲を回転する。図3aと3bには、捩れAの回転方向が示されており、単一螺旋のピッチ長pは、捩れが360゜回転する距離として定められる。n_oとn_eは、それぞれ、一軸配向相の非常光および常光の屈折率である。

反射率バンド14は、図4に示されている。透過率は、反射率と補完的な関係にある。反射率バンドの上部λ_maxと下部λ_minの境界は、それぞれλ_min=p・n_o、λ_max=p・n_eである。従って反射率バンド幅Δλは、Δλ＝λ_min−λ_max＝p・(n_e−n_o)で与えられる。

本発明の本質は、反射率バンド14が温度依存することにある。図5には、異なる材料温度、すなわち30℃、35℃および55℃での、入射光の波長に対してプロットされた透過率を示す。コレステリックは、単量体の混合物であり、25％のCB15と、20％のCC6を含むBL59として市販されている。30℃では、約450から約500nmの間のほぼ全ての光が、コレステリック液晶によって反射される。35℃では、前記波長の光は材料を透過し、約500から約550nmの間の波長の光が、反射される。55℃では、約570から約630nmの間の波長の光が反射され、他の全ての波長の光は、コレステリック液晶を透過する。

本発明の本質は、レーザービーム9の波長が、一方では、焦点スポット10でのレーザービーム9の強度に対して、他方ではコレステリック相内の液晶の種類に対して、相互に関連して選定されることにある。使用可能な読み出しパワーは、405nmのレーザーの場合、5mWである。周囲温度では、コレステリック相は、レーザービーム9の波長では透明である必要がある。レーザービーム9は、焦点スポット10に集束される。光学的に活性な材料のスポット4内のコレステリック相は、焦点スポット10に照射され、反射閾値温度を超える温度に加熱される。その温度域では、コレステリック相は、レーザービーム9を反射する。反射されたレーザー光は、検出され、評価される。

十分な反射強度を得るため、コレステリック相は、できるだけ厚いほうが良い。図6には、異なる屈折率での層の厚さの関数としてプロットされた、最大反射率のグラフを示す。図6から、厚さが約800nmの試料の場合、40％以上の反射率が得られることがわかる。グラフの計算結果は、回転偏向状態にある光では変化する。無偏向状態の光を使用した場合、反射率は約1／2倍に低下する。

多層化ディスク1の場合、深い位置に設置されている層の信号強度は信号分散されるため、焦点化情報層11と非焦点化情報層の吸収率および透過率に対して、いくつかの要求がされる。非焦点化情報層の吸収率は、＜2％であり、焦点化情報層の吸収率は、焦点化情報層が、反射閾値温度、例えば200℃を超える温度まで加熱されるのに十分な値である必要がある。別の要求仕様は、トラック幅に関するものである。405nmのレーザー光を使用する場合であって、対物レンズ12の開口数がNA=0.6の場合、トラック幅は、400nmである必要がある。

コレステリック相を有するディスク1を製作する別の方法がある。ピットが所要な状態に分散された基板が使用できる。スピンコート法を用いて、ピットを充填することができる。

コレステリック相が所要な状態に分散されたディスク1を製作する第2の方法は、図9aおよび9bに示す表面処理を行うものである。図9aに示すように、表面の予め定められた領域17を選択し、表面処理を行う。表面処理が完了後、処理表面にコレステリック相を設置し、未処理領域で成膜を行い、図9bに示すように、必要なコレステリック相スポット4を形成する。

さらに図10a、10b、10cのように、UV放射線および／または加熱によって、ピッチ長が変化したコレステリック相を使用することができる。基板18には、コレステリック相の層19が設置され、型板20によって、成膜されたコレステリック相の層19が被覆される。UV放射線またはUVの熱が型板に照射され、図10bに示すように、型板21の透明領域の下側のコレステリック相のピッチ長が変化する。最後に図10Cに示すように、処理されたコレステリック相の層19は、流体の露光によって固定化される。

コレステリック相が充填された溝を有する未記録ディスクは、所定の領域を劣化させることのできる強度の記録用レーザービームでディスクを照射することにより、記録することができる。劣化したコレステリック相は、恒久的にそのブラッグ特性を喪失する。405nmのレーザーの場合、利用可能な記録ビームパワーは、20mWである。その結果、コレステリック相を有する区画および劣化した材料を有する区画のトラックが得られ、このトラックは、該トラックに沿ってコレステリック相と劣化した材料の配列に保管された情報を有する。

本発明の第2の実施例では、ブラッグ反射体は、異なる屈折率n₁とn₂を有する、交互に積層された層15、16で構成される。図7に示すように、屈折率がn₁の層15と、屈折率がn₂の隣接層16の厚さは、dである。そのようなブラッグ反射体は、ラメラ相を示すブロック共重合体を用いることによって、得ることができる。負の反射係数を有するブラッグ反射体の場合、図8aに示すように、反射率バンド14の位置は、温度の上昇とともに高波長側から低波長側に移動する。正の反射率を有するブラッグ反射体では、図8bに示すように、逆の特性が得られる。反射率バンド14は、温度が低くなる程、高波長側から低波長側に移動する。レーザービームの好適な選定波長は、2つの矢印λ_laserで示されている。

現在の多層化ディスクでは、情報の保管に蛍光材料が用いられる。蛍光発光は等方性であるため、そのようなシステムでは捕集効率が低い。捕集効率を向上させるため、記憶材料としてブラッグ反射体が用いられる。ブラッグ反射体は、入射光を吸収せず信号を反射し、異なる波長の光を放射する。反射された信号は、誘導されより高強度となり、捕集効率が改善される。

多層化ディスクの斜視図と、記録トラック部の断面拡大図である。 図1の多層化ディスクの断面図である。 コレステリック相の螺旋を示す図である。 図3aに対応する螺旋のイメージ図である。 図3によるコレステリック相の反射および透過特性を示す図である。 温度に依存するコレステリック相の透過率／波長の関係を示す図である。 コレステリック相の反射率／相厚さの関係を示す図である。 交互に積層された層からなるブラッグ反射体を示す図である。 図7のブラッグ反射体の透過率に及ぼす温度の影響を示す図である。 図7のブラッグ反射体の透過率に及ぼす温度の影響を示す図である。 本発明によるディスクを製作する際の、表面処理方法のステップを示す図である。 本発明によるディスクを製作する際の、表面処理方法のステップを示す図である。 本発明によるディスクを製作する照射方法を示す図である。 本発明によるディスクを製作する照射方法を示す図である。 本発明によるディスクを製作する照射方法を示す図である。

Claims (18)

1. 光学ビームによって読み出される情報を担持する光情報担体であって、
   前記光学ビームによって反射率閾値温度を超える温度に加熱された際に、前記光学ビームの光を反射するブラッグ反射体特性を有する材料を有する少なくとも1層の情報層を有することを特徴とする光情報担体。
2. 前記材料は、液晶を有することを特徴とする請求項1に記載の光情報担体。
3. 前記材料は、コレステリック液晶を有することを特徴とする請求項1に記載の光情報担体。
4. 前記材料は、ブルー相に液晶を有することを特徴とする請求項1に記載の光情報担体。
5. 前記材料は、交互に積層された屈折率の異なる層を有することを特徴とする請求項1に記載の光情報担体。
6. 各層は、ブロック共重合体を有することを特徴とする請求項5に記載の光情報担体。
7. 少なくとも2層の情報層と、前記少なくとも2層の情報層を分離する、少なくとも1層のスペーサ層であって、前記光学ビームに対して透明なスペーサ層とを有することを特徴とする請求項1に記載の光情報担体。
8. 光情報担体から情報を読み出す読み出し装置であって、前記光情報担体は、反射率閾値温度を超える温度に加熱された際に、光学ビームの光を反射するブラッグ反射体特性を有する材料を有する少なくとも1層の情報層を有し、
   前記光学ビームを放射する光源であって、前記光学ビームは前記光情報担体の方に誘導され、前記反射率閾値温度を超える温度が生じる、光源を有する読み出し装置。
9. 集束手段が、前記少なくとも1層の情報層上の、前記反射率閾値を超える温度になる焦点スポットに、前記光学ビームを集束させることを特徴とする請求項8に記載の読み出し装置。
10. 少なくとも一つの検出器が、ブラッグ反射体特性を有する前記材料によって反射された光を検出することを特徴とする請求項8に記載の読み出し装置。
11. 光情報担体に情報を記録する記録装置であって、前記光情報担体は、ブラッグ反射体特性を有する材料を有する少なくとも1層の情報層を有し、
    光学ビームを放射する光源であって、前記光学ビームは前記光情報担体の方に誘導され、前記材料の反射特性が変化する光源を有する、記録装置。
12. 前記光学ビームは、前記材料の劣化温度閾値を超える温度を発生させ、前記ブラッグ反射体を劣化させることを特徴とする請求項11に記載の記録装置。
13. 集束手段が、前記少なくとも1層の情報層上の焦点スポットに、前記光学ビームを集束させることを特徴とする請求項11に記載の記録装置。
14. 光情報担体から情報を読み出す方法であって、前記光情報担体は、反射率閾値温度を超える温度に加熱された際に、光学ビームの光を反射するブラッグ反射体特性を有する材料を有する少なくとも1層の情報層を有し、
    当該方法は、
    前記光学ビームを前記情報担体の方に誘導するステップであって、前記材料が、前記反射率閾値温度を越える温度まで加熱されるステップと、
    前記加熱された材料によって反射される信号を検出するステップと、
    検出された信号を評価するステップと、
    を有する方法。
15. 前記1層の情報層の焦点スポットに光学ビームを集束させるステップによって、前記材料が、前記反射率閾値温度を越える温度まで加熱されることを特徴とする請求項14に記載の方法。
16. 光情報担体に情報を記録する方法であって、前記光情報担体は、ブラッグ反射体特性を有する材料を有する少なくとも1層の情報層を有し、
    前記光情報担体の方に光学ビームを誘導して、前記材料の反射特性を変化させるステップを有することを特徴とする方法。
17. 前記材料を該材料の劣化温度閾値を超える温度に加熱するステップによって、前記材料が劣化することを特徴とする請求項16に記載の方法。
18. 前記少なくとも1層の情報層上の焦点スポットに、前記光学ビームを集束させるステップによって、前記材料が、劣化温度閾値を超える温度に加熱されることを特徴とする請求項16に記載の方法。

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