JP5342454B2 - 記録再生装置、記録再生方法および情報記録媒体 - Google Patents

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Description

本発明は、情報を光学的に記録・再生するための光学情報記録再生装置、記録再生方法、及び情報記録媒体に関する。
光学的な情報記録再生装置として、コンパクトディスク（ＣＤ）、ＤＶＤ、ＢＤ（Ｂｌｕ−Ｒａｙ）等の光ディスクや光カード等を情報記録媒体に用いた光メモリシステムが実用化されている。
記録情報量の大容量化を実現するために、記録層を複数層有する多層の情報記録媒体が有望視されている。しかしながら、記録層の層数を増やしていくと、記録層が下層（対物レンズから近い記録層を上層、遠い記録層を下層の記録層とする）になるに従って、記録光が通過する記録層の数だけ記録光量が減衰するために、良好に記録できない、もしくは記録層の層数を増やせないという課題があった。
その課題を解決するために、吸収スペクトルの吸収端が温度の上昇に従い長波長側に移動するという吸収端シフト現象が生じる可変吸収膜と、可変吸収膜に隣接した透明な記録膜とから記録層が構成された多層の光記録媒体、及びそのための記録再生装置が提案されている（特許文献１参照）。
複数の記録層のうちでターゲット層の記録層に対しては、記録光がその層に対して集光状態となるので、可変吸収膜の温度が上昇して記録光に対する吸収率が大きくなって発熱し、その熱が透明記録膜に伝わり感度良く記録できる。しかし、ターゲット層以外の記録層に対して記録光はデフォーカス状態のためにほとんど可変吸収膜の温度が上がらず、その結果記録層の透過率の低下が抑えられ、最下層の記録層でも記録可能な記録エネルギーが確保されて、層数が５〜１０層程度の多層の情報記録媒体でも良好に記録できるというものである。
国際公開第０３／１０２９４１号パンフレット
しかしながら、本願発明者らの詳細な検討の結果、特許文献１に記載の記録再生装置では、吸収端シフト現象を用いて情報記録媒体に記録を行うとき、光源部の温度が変化して記録光の波長が変動すると、それに応じて可変吸収膜を含んだ情報記録媒体の記録感度が変化することを見出した。また同時に、その情報記録媒体はそれ自体の温度変化が生じても、可変吸収膜の温度も同じく変化して、記録感度が変わることを見出した。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、吸収端シフト現象を利用した情報記録媒体への安定した記録および再生を実現する。
本発明の装置は、レーザ光を出射する光源と、前記レーザ光を情報記録媒体に集光するレンズと、前記情報記録媒体からの反射光を検出する光検出器とを備える装置であって、前記情報記録媒体の記録層は、温度の上昇に伴って、電子のバンド間遷移による光吸収スペクトルの吸収端が長波長に移動することにより、前記レーザ光の吸収率が増加する材料を含んでおり、前記装置は、前記レーザ光の波長および波長変動の少なくとも一方を検出する波長検出部と、前記情報記録媒体またはその周囲の、温度および温度変化の少なくとも一方を検出する温度検出部と、前記波長検出部および前記温度検出部それぞれの出力に基づいて前記光源のパワーを制御する制御部とをさらに備えることを特徴とする。
ある実施形態では、記録時において、基準状態からの前記レーザ光の波長変動量をΔλ、前記情報記録媒体またはその周囲の前記基準状態からの温度変化量をΔＴ、それぞれの比例係数をｋ１、ｋ２とし、前記基準状態時の前記光源のパワーをＰ０とするとき、前記制御部は、前記光源のパワーＰを０．９Ｐ０（ｋ１Δλ）／（ｋ２ΔＴ）≦Ｐ≦１．１Ｐ０（ｋ１Δλ）／（ｋ２ΔＴ）を満たすように制御する。
ある実施形態では、再生時において、基準状態からの前記レーザ光の波長変動量をΔλ、前記情報記録媒体またはその周囲の前記基準状態からの温度変化量をΔＴ、それぞれの比例係数をｋ１、ｋ２とし、前記基準状態時の前記光源のパワーをＰ０とするとき、前記制御部は、前記情報記録媒体がＬｔｏＨの特性である場合は、前記光源のパワーＰを０．９Ｐ０（ｋ１Δλ）／（ｋ２ΔＴ）≦Ｐ≦１．１Ｐ０（ｋ１Δλ）／（ｋ２ΔＴ）を満たすように制御し、前記制御部は、前記情報記録媒体がＨｔｏＬの特性である場合は、前記光源のパワーＰを０．９Ｐ０（ｋ２ΔＴ）／（ｋ１Δλ）≦Ｐ≦１．１Ｐ０（ｋ２ΔＴ）／（ｋ１Δλ）を満たすように制御する。
ある実施形態において、前記比例係数ｋ１およびｋ２は、ｋ１＝１．０８、ｋ２＝０．０５４を満たす。
ある実施形態において、前記波長検出部は、前記レーザ光を回折する波長検出用の回折光学素子と、少なくとも２つの分割された領域を有する波長検出用の光検出器とを備える。
ある実施形態において、装置は、フォーカス／トラッキング誤差信号検出用の光学素子をさらに備え、前記回折光学素子は、前記フォーカス／トラッキング誤差信号検出用の光学素子と同じ基板に形成されている。
ある実施形態において、装置は、フォーカス／トラッキング誤差信号検出用の光学素子と、フォーカス／トラッキング誤差信号検出用の光検出器とをさらに備え、前記フォーカス／トラッキング誤差信号検出用の光検出器と、前記波長検出用の光検出器とは、同じ基板上に設けられている。
ある実施形態において、前記波長検出部は、波長選択フィルタと、波長検出用の光検出器とを備える。
ある実施形態において、前記波長検出部は、前記光源またはその周囲の、温度および温度変化の少なくとも一方を検出する温度センサを備える。
ある実施形態において、前記温度検出部は、赤外線センサを備える。
ある実施形態において、前記波長検出部および前記温度検出部それぞれの出力に対する前記光源のパワーの制御方法を記憶した記憶部をさらに備え、前記制御部は、前記光源のパワーの制御方法に基づいて前記光源のパワーを制御する。
ある実施形態において、前記情報記録媒体は、レーザ光の波長変動と、前記情報記録媒体またはその周囲の温度変化とに応じた、記録感度または再生感度の変化に関連した感度情報を記録しており、前記制御部は、前記感度情報に基づいて前記光源のパワーを制御する。
本発明の情報記録媒体は、上記装置で用いることが可能な情報記録媒体であって、前記レーザ光の波長変動と、前記情報記録媒体またはその周囲の温度変化とに応じた、記録感度または再生感度の変化に関連した感度情報を記録している。
ある実施形態において、前記感度情報は、前記波長変動および前記温度変化に対して、前記記録感度または前記再生感度が変化するかどうかのみを示している。
ある実施形態において、前記感度情報は、前記波長変動および前記温度変化と、前記記録感度または前記再生感度の変化との関係を含んでいる。
ある実施形態において、情報記録媒体は、記録層と中間層とを交互に複数層備え、前記感度情報は前記レンズから最も離れる記録層に記録されている。
本発明の情報記録媒体は、上記装置で用いることが可能な情報記録媒体であって、前記情報記録媒体は、記録層と中間層を交互に複数層備え、前記レーザ光の波長λは、０．３９μｍ≦λ≦０．４２μｍを満たし、前記記録層は、２．７≦ｘ＜３または３＜ｘ≦３．３を満たすＢｉ2Ｏx、もしくはＢｉ2Ｏxを主成分とする材料で形成された記録膜を含む。
ある実施形態において、前記記録層は、前記記録膜より融点が高く、Ｓを含まない第１の誘電体膜と、ＺｎＳを含む第２の誘電体膜とをさらに備え、前記記録膜と前記第２の誘電体膜との間に前記第１の誘電体膜が配置されている。
ある実施形態において、前記第１の誘電体膜の主成分は、ＺｒＳｉＯ4、ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3、ＨｆＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＣｅＯ2、Ｄｙ2Ｏ3、ＭｇＯのうちの少なくとも１つである。
ある実施形態において、前記第２の誘電体膜の主成分は、ＺｎＳ-ＳｉＯ2である。
ある実施形態において、前記記録膜は、Ｇｅ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｓｉ、Iｒ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈのうちの少なくとも１つを添加物として含む。
ある実施形態において、前記添加物の量は、Ｂｉに対して、原子数比で１／４４から１／９の間である。
本発明の方法は、上記装置が前記情報記録媒体に対して記録または再生を行う方法であって、前記波長検出部および前記温度検出部それぞれの出力に基づいてパワーが制御された前記光源が出力する前記レーザ光を、前記情報記録媒体に照射して、情報の記録または再生を行う。
ある実施形態において、前記制御部は、前記情報記録媒体に試し書きを行った結果に基づいて基準状態の前記光源のパワーを決定し、前記波長検出部または前記温度検出部の出力が、前記基準状態時の出力に対して所定の値を超えた場合は、前記情報記録媒体に再び試し書きを行って前記光源のパワーを変更する。
ある実施形態では、記録方法において、前記情報記録媒体に試し書きを行った結果に基づいて基準状態の前記光源のパワーを決定し、前記波長検出部または前記温度検出部の出力が、前記基準状態時の出力に対して所定の値を超えた場合は、前記情報記録媒体に再び試し書きを行って前記光源のパワーを変更する。
本発明によれば、吸収端シフト現象を利用した情報記録媒体への安定した記録および再生を実現することができる。
本発明によれば、光学情報記録再生装置内の光源部の温度が変化して記録光または再生光の波長が変動しても、具備した波長検出部でその波長の変動量を検出する。また、情報記録媒体の温度が変化しても、同時に具備した媒体温度検出部でその温度の変化量を検出する。検出したそれぞれの変動量、変化量に基づいて、記録感度または再生感度がほぼ同じになるように光源のパワーを制御することにより、安定に記録再生できる光学情報記録再生装置、記録再生方法、および情報記録媒体を実現することができる。
本発明の実施形態１における光学情報記録再生装置の構成と情報記録媒体に対して信号を記録／再生する様子を示す説明図である。 （ａ）は本発明の実施形態１における光学情報記録再生装置の波長検出部の構成図、（ｂ）は本発明の実施形態１における光学情報記録再生装置の波長検出部のうちの光検出器の構成と、波長が変動した場合の集光スポットの位置移動を示す説明図である。 （ａ）は、本発明の実施形態１における光学情報記録再生装置が備える波長検出部を示す図であり、（ｂ）は、波長検出部が有する光検出器と、光検出器に入射した収束光（集光スポット）を示す図である。 （ａ）は、本発明の実施形態１における情報記録媒体を示す図であり、（ｂ）は情報記録媒体２１が有する記録層のうちの１つの構成を示す図であり、（ｃ）は、２層構造の記録層を示す図である。 本発明の実施形態１における情報記録媒体の温度と透過率との関係を示す図である。 本発明の実施形態１における情報記録媒体の温度と透過率との関係を示す図である。 本発明の実施形態１における情報記録媒体の温度と透過率との関係を示す図である。 本発明の実施形態１における情報記録媒体の温度と透過率との関係を示す図である。 本発明の実施形態１における情報記録媒体（単層）の温度と、記録光に対する吸収率との関係を示す図である。 本発明の実施形態１における情報記録媒体（単層）の吸収率、反射率及び透過率と、記録光または再生光の波長との関係を示す図である。 本発明の実施形態１の情報記録媒体における別の形態の情報記録媒体の吸収率、反射率及び透過率と、記録光または再生光の波長との関係を示す図である。 本発明の実施形態２における光学情報記録再生装置の構成と情報記録媒体に対して信号を記録／再生する様子を示す説明図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
（実施形態１）
まず、図１から図１１を参照して、本発明の実施形態１の光学情報記録再生装置、記録再生方法、及び情報記録媒体について、詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態１における光学情報記録再生装置１００の構成と、情報記録媒体２１に対して信号を記録／再生する様子を示す説明図である。図２（ａ）は、本発明の実施形態１における光学情報記録再生装置１００の波長検出部２６の構成を示す図である。図２（ｂ）は、本発明の実施形態１における波長検出部２６が有する光検出器１９ｃの構成と、波長が変動した場合の集光スポットの位置移動を示す図である。
図３（ａ）は、本発明の実施形態１における光学情報記録再生装置が備える波長検出部を示す図であり、図３（ｂ）は、波長検出部が有する光検出器と、光検出器に入射した収束光（光スポット）を示す図である。図４（ａ）は、本発明の実施形態１における情報記録媒体を示す図であり、図４（ｂ）は情報記録媒体２１が有する記録層のうちの１つの構成を示す図であり、図４（ｃ）は、２層構造の記録層を示す図である。
図５〜図８は、本発明の実施形態１における情報記録媒体の温度と透過率との関係を示す図である。
図９は、本発明の実施形態１における情報記録媒体（単層）の温度と、記録光に対する吸収率との関係を示す図である。図１０は、本発明の実施形態１における情報記録媒体（単層）の吸収率、反射率及び透過率と、記録光または再生光の波長との関係を示す図である。なお、単層とは、情報記録媒体が備える記録層が１層であることを指す。図１１は、情報記録媒体（単層）の吸収率、反射率及び透過率と、記録光または再生光の波長との関係の別の例を示す図である。
光学情報記録再生装置１００は、記録光または再生光を出射する光源２０と、上記光源２０からの出射光を情報記録媒体２１に集光する対物レンズ６と、上記情報記録媒体２１からの反射光を検出する光検出器１９ａ、１９ｂ、１９ｃと、上記記録光または再生光の、波長および波長変動の少なくとも一方を検出する波長検出部２６と、上記情報記録媒体２１またはその周囲の、温度および温度変化の少なくとも一方を検出する媒体温度検出部２７と、上記波長検出部２６と上記媒体温度検出部２７からのそれぞれの出力に基づいて上記光源２０のパワーを制御する光源パワー制御部２８とを具備している。本発明の記録再生方法としては、上記光学情報記録再生装置において、波長検出部２６と媒体温度検出部２７からのそれぞれの出力に基づいて光源２０のパワーを制御して記録又は再生を行う記録再生方法である。なお、情報記録媒体２１の周囲とは、光学情報記録再生装置１００内の情報記録媒体２１を設置するスペースを指し、温度変化が情報記録媒体２１とほぼ同等と見なせる範囲のことを意味している。例えば、設置された情報記録媒体２１とそれに隣接する部材との間の空間や、そのような隣接する部材のことである。
図１に示すように、光学情報記録再生装置１００は、記録用と再生用を兼ねる光源２０としてレーザ光を出射する半導体レーザ光源を設け、その光源２０から情報記録媒体２１までの光路中に、コリメータレンズ１６、ビームスプリッタ１８、立ち上げミラー１２、波長板１３、球面収差補正素子１０、対物レンズ６が配置されている。ビームスプリッタ１８として偏光ビームスプリッタを、波長板１３として１／４波長板を用いることにより、往復光路での光の利用効率を高くすることができるため望ましい。なお、以下では上記光学部品１８、１３は、それぞれ、偏光ビームスプリッタと１／４波長板として説明を行う。
ビームスプリッタ１８から光検出器１９までの復路の光路には、同一の光学素子用基板２５上にそれぞれ形成されたフォーカス／トラッキング誤差信号検出用光学素子１５と波長検出用の回折光学素子１４、検出レンズ１１が配置されている。
波長検出用の回折光学素子１４と光検出器１９ｃを組み合わせることにより、記録光または再生光の、波長またはその波長変動を検出する波長検出部２６を構成している。また、媒体温度検出部２７は、情報記録媒体２１またはその周囲の温度またはその温度変化を検出する。媒体温度検出部２７として、例えば、焦電素子、サーモパイル等の赤外線センサを用いて、いわゆる放射温度計を構成すれば、非接触で情報記録媒体２１の温度が検知できるため望ましい。また、情報記録媒体２１そのものの温度を測らなくても、その周囲の温度がほぼ同じ温度であると見なせる場合は、サーミスタ等を用いた温度センサによりその周囲の温度を計測すれば良い。
光源パワー制御部２８は、波長検出部２６と媒体温度検出部２７からのそれぞれの出力に基づいて光源２０のパワーを制御するが、後述するように、記録感度または再生感度がほぼ同じになるように光源２０のパワーを制御することにより、安定に記録再生できる光学情報記録再生装置が実現できる。
なお、再生の場合は反射率が重要なので、記録感度に対応して、検出できる反射率もしくは反射光の光量の大きさを再生感度と呼ぶことにする。再生感度がほぼ同じになるとは、再生光となる反射光の光量がほぼ同じになるという意味であり、情報記録媒体２１の再生光に対する反射率が同じになれば良い。
記録光または再生光の波長λは、光源の半導体レーザ化に適した波長として、０．３９μｍ≦λ≦０．４２μｍを満たし、光源２０としては青紫色半導体レーザ素子を用いており、例えば、室温の２５℃で記録光の波長はλ＝０．４０５μｍである。上記の青紫色半導体レーザは、ＧａＮ材料を用いており、レーザの温度が高くなると、ＧａＮ材料において、本発明の情報記録媒体と同様に、吸収端シフトが生じてバンドギャップが変わるので、発振波長が長くなる。その温度特性は、およそ０．０５ｎｍ／℃であり、温度が１℃高くなると発振波長が約０．０５ｎｍ長くなるので、例えば２０℃の温度変化（増加）で、波長変動（増加）の値は約１ｎｍである。この値は、赤色半導体レーザの波長変化率に比べて十分小さく、波長変動を小さくするという点では、上記青紫色の半導体レーザ素子を用いることは有利である。
光学情報記録再生装置においては、記録または再生を繰り返して連続使用をしていると、光源２０部分の発熱や、制御部の回路やモータ等のメカ回りの熱などで、装置内の温度が次第に上昇し、光学情報記録再生装置の外部温度とバランスが取れる温度で飽和をする。光源２０部分は、半導体レーザのチップが銅板やＳｉ等のヒートシンクにマウントされ、それを金属パッケージで覆うように構成されているが、半導体レーザのチップ部の熱はヒートシンク、さらには金属パッケージに放熱されほぼバランスが取れる温度で飽和する。従って、記録時または再生時の半導体レーザのチップ部のＤＣ的な温度変化は、光源２０部分（金属パッケージ）の温度変化と概ね一致すると考えられる。
また、上記の青紫色半導体レーザの発振波長の光出力依存性は０．０１６ｎｍ／ｍＷであり、例えば、光出力を１００ｍＷ変化させた場合では、波長が１．６ｎｍ変化するので、記録光の波長と再生光の波長を比較すると同一光源であったとしても、記録光の波長の方が、光出力に応じて、例えば１〜５ｎｍ程度長くなる傾向がある。
記録時には情報記録媒体２１の記録感度に応じて、光源２０から、例えば、５０〜３００ｍＷの比較的大きなピークパワー（対物レンズ６からの出射パワーでは、７〜５０ｍＷ）を出射して記録を行う。再生時には情報記録媒体２１に記録が行われない程度のパワー、例えば記録時の１／１０〜１／５０程度のパワーに下げて再生光を出射する。
情報記録媒体２１は、例えば、直径が１２ｃｍ、厚さ１．１ｍｍの情報記録媒体用基板９と、その情報記録媒体用基板９上に交互に複数層形成された記録層１（図１では１ａ〜１ｆの６層の場合を図示）と中間層２（図１では２ａ〜２ｅの５層の場合を図示）を含んでいる。情報記録媒体２１の光の入射側には、例えば０．１ｍｍの厚さの保護層４をさらに具備した構造で、保護層４を設けることにより、情報記録媒体上の埃やゴミや傷が多少存在しても再生可能になる。各記録層１は、トラックサーボ用のトラック溝３が形成された構造である。トラックピッチＴｐは、例えば０．３２μｍ、溝深さは０．１９μｍで、主にこの溝からの±１次回折光を光検出器１９ｂで検出することによりトラッキング誤差信号が得られ、正確にトラック上に沿って記録再生ができる。
図１に示すように、光学情報記録再生装置１００において、記録時の場合、光源２０からＹ軸方向に出射されて、直線偏光で前述した比較的大きなピークパワーを有するレーザ光２２は、コリメータレンズ１６により略平行光となり、ビームスプリッタ１８を透過して、立ち上げミラー１２によって光路を−Ｚ軸方向に折り曲げられる。
そして、−Ｚ軸方向に折り曲げられた略平行光８は、波長板１３で実質的に円偏光に変換され、球面収差補正素子１０を通過して、例えば、開口数ＮＡ＝０．８５、焦点距離２ｍｍ、有効径３．４ｍｍの対物レンズ６によって、情報記録媒体２１の保護層４を通過して複数の記録層１のうちの所望の記録層１ｅに集光（収束光７）する。再生時動作で後述するように、その記録層１ｅからの反射光を利用してフォーカスサーボ、及びトラックサーボをかけて、記録層１ｅの記録膜の光学定数を変化させて記録マーク５が形成される。
この時、収束光７が通過する情報記録媒体２１の厚さが記録深さにより異なるので、光源２０から対物レンズ６までの光路中に設けた球面収差補正素子１０により、記録する記録マーク５の記録深さに応じて、その球面収差量を制御しながら記録するようにすれば、良好な記録マーク５を形成可能となる。球面収差補正素子１０は、屈折率分布が可変である液晶素子や、凹レンズと凸レンズを組み合わせてアクチュエータで両レンズの光軸方向の間隔を可変にしたビームエキスパンダー、もしくはアクチュエータで光軸方向に動くようにした可動コリメータレンズ等で構成が可能である。なお、可動コリメータを用いた場合はコリメータレンズ１６と球面収差補正素子１０が１つで動作できるため光学部品の簡素化ができる。
再生時においては、光源２０から出射された、直線偏光のパワーの小さいレーザ光２２は、同様に、コリメータレンズ１６により略平行光となり、ビームスプリッタ１８を透過して、立ち上げミラー１２によって光路を−Ｚ軸方向に折り曲げられる。そして、−Ｚ軸方向に折り曲げられたレーザ光８は、波長板１３を通過して円偏光となり、球面収差補正素子１０を通過して、対物レンズ６によって情報記録媒体２１の所望の記録層１ｅの記録マーク５に集光（収束光７）する。
記録マーク５によって反射されたレーザ光は、逆方向に折り返し、対物レンズ６、球面収差補正素子１０、波長板１３を通過してレーザ光の偏光方向は往路の場合と直交する直線偏光になり、立ち上げミラー１２を通り、ビームスプリッタ１８により光軸をＺ軸方向に曲げられ、同一の光学素子用基板２５上に形成したフォーカス／トラッキング誤差信号検出用光学素子１５と波長検出用の回折光学素子１４に同時に入射し、それらの光学素子によって、複数の光に分岐（図１では６分岐）させて、検出レンズ１１により３種類の収束光１７ａ、１７ｂ（例えば４分岐）、１７ｃとなる。ここで、フォーカス／トラッキング誤差信号は、フォーカス誤差信号およびトラッキング誤差信号のことである。
再生信号光となる収束光１７ａは、例えば４分割の光検出器１９ａに入射して、記録された信号が検出され、同時に、例えば、非点収差法によりフォーカス誤差信号が検出される。一方、４分岐の収束光１７ｂは、別の例えば、４分割の光検出器１９ｂで、例えば公知のＡＰＰ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｕｓｈ Ｐｕｌｌ）法により、トラッキング誤差信号が検出される。波長検出用の回折光学素子１４に入射して回折することにより分岐した収束光１７ｃは、例えば少なくとも２分割された領域を有する波長検出用の光検出器１９ｃで、記録光または再生光の波長、またはその波長変動が検出される。なお、装置１００は再生専用装置であってもよい。
図２を用いて、記録光または再生光の波長の検出を行う波長検出部２６の説明を詳細に行う。波長検出部２６は、波長検出用の回折光学素子１４と少なくとも２分割（検出窓２４ａ、２４ｂ）の波長検出用の光検出器１９ｃを具備した構成である。波長検出用の回折光学素子１４は、フォーカス／トラッキング誤差信号検出用光学素子１５と同一の光学素子用基板２５上に構成されており、このような構成により素子同士の位置合わせが簡単化され、射出成形や２Ｐ法等により一度に生産できるので低コスト化が実現され望ましい。また、波長検出用の光検出器１９ｃは、再生信号とフォーカス誤差信号用の光検出器１９ａ、及びトラッキング誤差信号の検出用の光検出器１９ｂと同一の光検出器用基板２３上に設けられた構成で、このような構成により光検出器１９同士の位置合わせが簡単化され、集積構造にして一度に生産できるので低コスト化が可能となる。
波長検出用の回折光学素子１４は、種々な設計が可能であるが、本実施例ではｘ方向に溝方向を有し、均一周期Λの直線状グレーティングとし、回折効率を向上させるため、断面をブレーズ化あるいはマルチレベル形状とし、１次回折光を２分割の光検出器１９ｃの検出窓２４ａ、２４ｂの中央部またはその付近に集光する配置とした。
１次回折光の回折角θは、光の波長λに対して、ｓｉｎθ＝λ／Λを満たすように回折し、波長変動Δλが生じれば、上記式を満たすように回折角θが変動する。例えば、Δλ＞０のときは回折角が大きくなるために、収束光１７ｃは点線で示した１７ｃ’の位置に移動する。逆に、Δλ＜０のときは回折角が小さくなるために、収束光１７ｃは１７ｃ”の位置に移動する。従って、光検出器１９ｃの出力として、（検出窓２４ａの出力）−（検出窓２４ｂの出力）を検出すれば、その出力値（出力値が０のときは、波長変動無し）から波長変動の値を推定することが可能となる。
例えば、波長検出用の回折光学素子１４と光検出器１９ｃのＺ方向の距離をｌ＝３３ｍｍ、波長検出用の回折光学素子１４の周期Λ＝５μｍとすると、波長λ＝０．４０５μｍの回折角はθ＝４．６４６°、波長λ＝０．４０６μｍの回折角はθ＝４．６５８°、波長λ＝０．４０４μｍの回折角はθ＝４．６３５°となるので、光検出器１９ｃ上では、波長変動が１ｎｍ生じるとＹ方向に集光スポット１７ｃが６．７μｍ移動する。上記の距離ｌの値を増やすか、または波長検出用回折光学素子の周期Λの値を小さくすることにより波長変動の検出感度を上げることができる。
さらに、例えば、波長λ＝０．４０５μｍで、図２（ｂ）に示すように、集光スポット１７ｃが検出窓２４ａ、２４ｂのちょうど中央位置になるように、波長検出用回折光学素子１４と光検出器１９ｃの配置を決めれば、波長変動の値だけでなく、波長そのものの値も推定することができる。
波長検出用の回折光学素子１４は、上記に述べた均一周期Λの直線状グレーティングだけでなく、グレーティング形状に微妙な曲率の変化、周期の変化を与えて、例えば、回折角度θが変化しても収差がそれほど変化しない、または、集光スポット１７ｃの移動距離と波長の変化がちょうど比例関係になるような設計も可能である。
また、波長検出部２６は、光の波長によって透過率が異なる波長選択フィルタを光路上に設けて、光検出器と組み合わせた構成とし、光検出器の出力値から記録光または再生光の波長を推定することも可能である。そのような構成の波長検出部２６’を、図３を参照して説明する。図３（ａ）は、光学情報記録再生装置１００が備える波長検出部２６’を示す図である。図３（ｂ）は、波長検出部２６’が有する光検出器１９ｃと、光検出器１９ｃに入射した収束光１７ｃ（集光スポット）を示す図である。
波長検出部２６’は、光路上に設けられた波長選択フィルタ２９と光検出器１９ｃとを備える。波長選択フィルタ２９は、光の波長によって透過率が異なる特性を有している。入射した収束光１７ｃに応じた光検出器１９ｃの出力値の大きさから、記録光または再生光の波長を推定することができる。この例では、光検出器１９ｃを複数の領域に分割して演算を行う必要がないため、収束光１７ｃとの位置合わせが容易になる。
記録層１には、温度の上昇に伴って、電子のバンド間遷移による光吸収スペクトルの吸収端が長波長に移動する吸収端シフト現象が生じて、レーザ光の吸収率が増加する材料が含まれている。例えば、記録層１は、吸収端シフト現象を生じる可変吸収膜と、それに隣接して配置された高透過率の記録膜とから構成される２層構成であってもよい。あるいは、記録層１は、可変吸収膜は含まずに、吸収端シフト現象が生じる記録膜を含む１層構成であってもよい。また、記録層１は、耐環境性や光学特性の向上等の目的で、そのような吸収端シフト現象が生じる膜の片側または両側をＺｎＳ−ＳｉＯ2膜やＡｌＮ膜等の誘電体膜で積層してもよい。
０．３９μｍ≦λ≦０．４２μｍを満たす波長λで吸収端シフトを生じる材料としては、ＺｎＯ、Ｂｉ2Ｏ3等のＢｉ−Ｏ系材料、ＣｅＯ2等のＣｅ−Ｏ系材料、もしくはそれを主成分とした材料が有望であり、スパッタや蒸着等の方法で薄膜化して用いることができる。なお、主成分とは、材料のうちで５０モル％以上含んでいる場合のことを言う。
特に、Ｂｉ−Ｏ系材料のなかでも、化学量論組成のＢｉ2Ｏ3は原理上最も透過率が高いので多層化を行う上では望ましいが、例えば、スパッタで成膜する場合は、多少その組成比がずれることもあり、きっちり化学量論組成にすることは難しい。
本願発明者らは、化学量論組成から多少ずれても、２．７≦ｘ＜３、または、３＜ｘ≦３．３を満たすＢｉ2Ｏxであれば、それを主成分とすることにより、透過率の低下は比較的少なく、１層あたりたかだか数％以内に収まることを見つけた。その結果、記録層１の一層あたりの透過率は、例えば、８０〜９５％程度の高い値を維持したまま、良好に吸収端シフト現象が生じて感度良く記録できた。このため、例えば、６〜２０層程度の層数が比較的多い多層の記録層材料として上記範囲のＢｉ2Ｏxは有効であった。
ｘ＞３．３のＢｉ2Ｏxでは膜の色が黄色みを帯びてきて上記波長０．３９μｍ〜０．４２μｍの透過率は、ｘが大きいほど急激に低下していく。一方、ｘ＜２．７のＢｉ2Ｏxでは膜の色が黒みを帯びて、ｘが小さいほど膜の透過率が急に低下していく。そのどちらの条件においても、化学量論組成から外れていくことに伴う吸収の増加により、吸収端シフト現象が生じることによる感度増加の効果は薄れていく結果となった。
また、Ｂｉ2Ｏ3もしくはＢｉ2Ｏx（２．７≦ｘ＜３、または、３＜ｘ≦３．３）か、またはそれを主成分にした材料は、２５０〜３５０℃の温度で多結晶化することも見出した。すなわち、上記に述べた１層構成（可変吸収膜と記録膜を１つの膜で兼ねる）が可能であるため、記録層１の構造を簡単化できるため望ましい。
次に、本実施形態の情報記録媒体２１の構成を詳細に述べる。図４（ａ）は、本実施形態の情報記録媒体２１を示す図であり、図４（ｂ）は情報記録媒体２１が有する記録層１のうちの１つ（図では記録層１ｂ）の構成を示す図である。
情報記録媒体２１は記録層１と中間層２を交互に複数層具備した多層構造（図では記録層１は６層構造）を有しており、各記録層１は、上述したように、２．７≦ｘ＜３、または、３＜ｘ≦３．３を満たすＢｉ2Ｏxか、もしくはそれを主成分とする材料からなる記録膜３３を含んでいる。
さらに、各記録層１は、記録膜３３より融点が高くＳを含まない第１の誘電体膜３２と、ＺｎＳを含む第２の誘電体膜３１とを具備し、上記記録膜３３、上記第１の誘電体膜３２、上記第２の誘電体膜３１の順に（図では収束光７の入射側の方向に向けて）配置している。記録膜３３に隣接して、誘電体膜３１、３２とは反対面に反射層３０を設けている。最下層の記録層１ｆでは、反射率を高くするために、例えば、ＡｇＢｉやＡｇＰｄＣｕ等のＡｇを主成分とする金属膜、それ以外の記録層１ａ〜１ｅでは、透明度を有するＡｌＮ等の誘電体膜を使った。特に、ＡｌＮは透明性が大きいだけでなく熱伝導率が大きいため、パワーマージン等の記録特性を向上させる効果がある。
記録膜３３の両側を、上述したような誘電体膜等ではさんだ構造にすることにより、耐環境性だけでなく、変調度などの記録特性も向上させることができる。
上記の誘電体膜として、ＺｎＳを主成分とした材料は、熱伝導率が低いため高感度化しやすく、高い透明度を有するため多層の誘電体膜として使いやすく、また、成膜速度も速いため、量産にも適しているため望ましい。
本願発明者らは、上記のようなＢｉ−Ｏ系材料を記録膜３３として用い、それを挟む誘電体膜として、ＺｎＳ等のＳを含む材料を用いた場合（片側または両側）、１つの記録層１に連続マーク記録した後の透過率が、平均で、例えば、１３％程度と大きく低下するという課題があることを見つけた。記録膜３３に記録したマーク自体では、その３〜４倍の３９〜５２％程度の大きな透過率低下があり、その下層に位置する記録層には良好に記録することはできなくなるため、記録後の透過率低下は小さい方が望ましい。
分析を行った結果、記録膜３３に形成された記録マークでは、Ｂｉ2Ｏ2Ｓの多結晶の生成が観測され、そのＢｉ2Ｏ2Ｓの透過率が悪いということが分かった。その結晶の生じた原因として、記録時に誘電体膜からＳが記録膜３３に流出して、Ｂｉ−Ｏ材料と結合して結晶化したためと推定された。
本願発明者らは、Ｂｉ−Ｏ系材料からなる記録膜３３とＺｎＳ等のＳを含む誘電体膜（第２の誘電体膜３１）の間に、記録膜３３より融点が高くＳの含まない誘電体膜（第１の誘電体膜３２）を、例えば、３〜１０ｎｍ程度の薄い膜厚で設けることにより、Ｓの流出を防止して、しかも記録特性も良くなることを発見した。Ｓの流出を防いだことにより、連続マーク記録後の透過率の低下量は平均で２〜３％以下と大幅に低減できた。第１の誘電体材料の融点が記録膜の融点（例えばＢｉ−Ｏ系では８００〜９００℃）より高ければ、記録膜３３中への記録マーク形成時に誘電体膜３２の変形等を防ぐ効果があり、記録特性も良くなった。
なお、第１の誘電体膜３２と第２の誘電体膜３１の間に、別の誘電体膜を設けても良いが、第１の誘電体膜３２と記録膜３３は隣接して積層する方が、記録特性は良くなるため、望ましい。
なお、記録膜３３として、図４（ｃ）に示すような可変吸収膜３３ａと、それに隣接して配置された高透過率の記録膜３３ｂとから構成される２層構成が採用されてもよい。
図４（ｂ）に示す構成の説明を続ける。本実施形態の情報記録媒体の第１の誘電体膜３２として、融点が２５００℃と十分高く、しかも透明度の大きなＺｒＳｉＯ4を用いたが、他にはＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3、ＨｆＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＣｅＯ2、Ｄｙ2Ｏ3、ＭｇＯ等の材料は、いずれも透明度が良く、融点が２０００℃以上と、記録膜３３の融点よりも十分高いため、これらの材料のいずれか少なくとも一つを主成分とした材料もより好ましく用いることができる。
また、第２の誘電体膜３２は、ＺｎＳに、ＳｉＯ2を、例えば、１０〜３０モル％入れたＺｎＳ−ＳｉＯ2を主成分とすることにより、ＺｎＳ自体の結晶化を防ぐことができ、耐環境性が向上するので望ましい。
さらに、本願発明者らは、Ｂｉ2Ｏ3もしくはＢｉ2Ｏx（２．７≦ｘ＜３、または、３＜ｘ≦３．３）材料に適当な量のＧｅを添加して記録膜３３とすることにより、吸収端の波長が短波長側になり、透過率が向上し、また結晶化の揃いが良くなることも見つけた。同じく、Ｇｅを添加した材料はＢｉ、ＧｅとＯを含む材料の多結晶化により記録されることも分かった。Ｇｅの添加量を変えることにより、添加量に応じて、特性の違いが現れた。Ｇｅの添加量が多いほど結晶化温度は高くなったため、感度は低くなるが耐環境性は向上する。添加物Ｇｅの量はＢｉに対して、原子数比（原子の数の比）で１／２４〜１／９の間であれば、透明性は向上したが、それより多くなると吸収率が増加して不透明になった。また、Ｇｅの添加量が原子数比で１／４４〜１／２４では、透明度はあまり変わらないが、結晶化速度が速くなることは確認できた。例えば、Ｇｅの添加量が、原子数比でＢｉに対して、１／４４、１／２４の場合では、それぞれ、Ｂｉ44ＧｅＯ68、Ｂｉ24ＧｅＯ38の多結晶ができていることが分析により確認された。
また、本願発明者らは、Ｂｉ2Ｏ3もしくはＢｉ2Ｏx（２．７≦ｘ＜３、または、３＜ｘ≦３．３）材料に適当な量のＧｅを添加して記録膜３３とすることにより、記録後の透過率低下が低減できることも発見した。
図５〜図８は、ガラス基板上に、本実施形態の情報記録媒体と同じ積層構成の膜（ＺｎＳ−ＳｉＯ2／ＺｒＳｉＯ4／Ｂｉ2Ｏ3−Ｍ／ＡｌＮ）を形成して作製したサンプルに、その温度を上げながら０．３９μｍ≦λ≦０．４２μｍを満たす波長、例えば０．４０７μｍの光を照射して、透過率を測定した結果である。なお、Ｍは添加物である。この実験により、情報記録媒体２１の記録層１に形成した記録マークの透過率低下が推定できる。
図５は、記録膜３３の材料がＢｉ2Ｏ3のみ（添加物なし）の場合の測定結果である。温度の増加とともに、室温で、例えば８５．５％だった透過率は少しずつ減り（吸収端シフト現象により吸収が増えていくため）、２７０℃程度で記録膜３３の結晶化による、例えば５％程度の透過率の低下が確認できる。この温度で、記録膜はアモルファス状態から結晶状態に変化して記録する（記録マークが形成）ものと考えられる。この後、記録温度と同等な４００℃まで温度を上げてその後ほぼ室温まで冷却すると、透過率は、例えば、ΔＴ＝９．５％だけ低下している。従って、記録マークの透過率は９．５％低下すると考えられ、情報記録媒体での連続記録マーク形成後の透過率低下は、平均で２．４〜３．２％と換算される。
図６は、記録膜３３として、Ｂｉ2Ｏ3にＧｅを添加して（Ｇｅ添加量は原子数比でＢｉに対して、例えば、１／２４程度）形成した場合の測定結果である。温度の増加とともに、３００℃近傍で記録膜３３の結晶化による、透過率の低下が同じく確認できたが、この後４００℃まで温度を上げると徐々に上昇して結晶化による透過率低下分をある程度取り戻し、その後ほぼ室温まで冷却すると、透過率低下量は、図のように、ΔＴ＝０．９％となり、無添加の場合に比べて大幅に低減できることが分かった。
情報記録媒体での連続記録マーク形成後の透過率低下は、平均で０．数％と換算され、記録マーク形成による透過率低下の悪影響はほとんど無くなる。Ｇｅの添加量は多いほど、結晶化した後の温度上昇による透過率上昇が大きくなったため、結晶化による低下を取り戻す適量が存在する。記録層の膜構成により異なるが、概ね、原子数比でＢｉに対して、例えば、１／２４〜１／１２程度が良かった。
また、添加物として、色々実験した結果、Ｎｂ、Ｔａ、Ｉｒを添加した場合は、その透過率は、図６と同じ曲線の形になることが判明し、多層用の記録材料としては有望である。なお、上記材料の望ましい添加量としては、Ｂｉに対して概ね原子数比で１／４４〜１／９の間にあった。
図７は、記録膜３３として、Ｂｉ2Ｏ3にＣｕを添加して（Ｃｕ添加量は原子数比でＢｉに対して、例えば、１／１２程度）して形成した場合の測定結果である。この場合は温度の増加とともに、記録膜３３の結晶化による、透過率の低下が現れず、この後４００℃まで温度を上げて、その後ほぼ室温まで冷却すると、透過率低下量は、図のように、ΔＴ＝０．５％となり、さらに無添加の場合に比べて大幅に低減できることが分かった。情報記録媒体での連続記録マーク形成後の透過率低下は、平均で０．１〜０．２％程度と換算され、記録マーク形成による透過率低下の悪影響はほとんど無くなる。Ｃｕの添加量は、記録層の膜構成により異なるが、概ね、原子数比でＢｉに対して、例えば、１／２４〜１／１２程度が良かった。この場合、耐環境性も向上することが加速試験により確認できた。
また、添加物として、色々実験した結果、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ、Ｎｉを添加した場合は、その透過率は、図７と同じ曲線の形になることが判明し、多層用の記録材料としては有望である。なお、上記材料の望ましい添加量としては、やはりＢｉに対して概ね原子数比で１／４４〜１／９の間にあった。
図８は、記録膜３３として、Ｂｉ2Ｏ3にＡｌを添加して（Ａｌ添加量は原子数比でＢｉに対して、例えば、１／１２程度）して形成した場合の測定結果である。この場合は温度の増加とともに、記録膜３３の結晶化による、透過率の低下が小さく（例えばＧｅを添加物とした場合の半分程度）、この後４００℃まで温度を上げて、その後ほぼ室温まで冷却すると、透過率低下量は、図のように、ΔＴ＝１．７％となり、無添加の場合に比べて低減できることが分かった。情報記録媒体での連続記録マーク形成後の透過率低下は、平均で０．４〜０．６％程度と換算され、記録マーク形成による透過率低下の悪影響は小さくなる。Ａｌの添加量は、記録層の膜構成により異なるが、概ね、原子数比でＢｉに対して、例えば、１／２４〜１／１２程度が良かった。
また、添加物として、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈを添加した場合は、その透過率は図８とほぼ同じ曲線の形になることが判明し、多層用の記録材料としては有望である。なお、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈの望ましい添加量としては、Ｂｉに対して概ね原子数比で１／４４〜１／９の間にあった。
また、Ｂｉ2Ｏ3にＳｉを添加物として用いた場合は、記録膜の透過率が、例えば数％向上し、より記録層の層数を増やすことができる。Ｓｉの望ましい添加量としては、やはりＢｉに対して概ね原子数比で１／４４〜１／９の間にあった。
上述したように、記録膜３３は、Ｇｅ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｓｉ、Iｒ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈのうちの少なくとも１つを添加物として含み、添加物の量としては、Ｂｉに対して原子数比で１／４４から１／９の間であることが望ましい。
なお、上記に述べた添加物の効果は、記録膜としてＢｉ2Ｏ3だけでなくＢｉ2Ｏx（２．７≦ｘ＜３、または、３＜ｘ≦３．３）でもほぼ同様に有効であることも確認できている。
また、実際に添加物を添加した上記記録膜で、６層程度の情報記録媒体を形成して記録再生を行ったが、良好に記録再生できることを確認した。
また、図４（ｂ）に示した記録膜３３と第２の誘電体膜３１との間に第１の誘電体膜３２が配置されている構成を採用した場合は、Ｂｉ2Ｏxが２．７≦ｘ＜３および３＜ｘ≦３．３の条件を満たさない場合であっても、良好な記録再生特性が得られることが分かった。
次に、本実施形態の情報記録媒体の温度と吸収率の関係について、図９を用いて説明する。説明を分かりやすくするために、記録光の波長は一定（波長変動無し）で、情報記録媒体２１は中間層２で挟み込まれた記録層１が１層の単層構成とする。１層の記録層１は、入射側（対物レンズ６に近い側）から順に、例えば、厚さ５０ｎｍのＺｎＳ−ＳｉＯ2（８：２）の誘電体膜、厚さ８０ｎｍのＢｉ2Ｏ3記録膜、厚さ２０ｎｍのＺｎＳ−ＳｉＯ2（８：２）の誘電体膜が配置された薄膜の３層構成（記録膜を誘電体膜で挟み込んだ構成）である。中間層としては、例えばＵＶ硬化樹脂を用いている。この情報記録媒体２１は、記録すると記録部分の反射率が低下するＨｔｏＬ構成である。
なお、図９に示した吸収率の変化は、主に、吸収端シフト現象を示すＢｉ2Ｏ3記録膜内で生じるものであるので、透過率の高い誘電体層の構成や中間層の材料が変わっても、吸収端シフト現象を示す材料がほぼ同じであれば、その材料の消衰係数の値の変化はほぼ同じになるので情報記録媒体２１はほぼ同じ吸収率の増加率を示すと言える。
具体的に説明を行う。まず、室温の、例えば２５℃では、情報記録媒体２１の吸収率が、例えば８．２％であった。このような初期段階の状態を基準状態として、情報記録媒体２１に試し書きを行い、光源パワー制御部２８は、それに基づいて光源２０の記録パワーＰ０を決める。光学情報記録再生装置内の熱により、情報記録媒体２１の温度が全体的に向上するにつれて、吸収端シフトが生じて吸収率は増加（例えば、約１３０℃までは線形増加）し、例えば、４５℃の温度で吸収率は８．８％となった。すなわち、ΔＴ＝２０℃の温度変化で、吸収率が１．０７倍となった。吸収率の増大により、記録感度が概ねその分だけ増加することになる。情報記録媒体２１の記録感度をほぼ一定にするためには、記録パワーＰを１／１．０７＝０．９３倍、すなわち、Ｐ＝０．９３Ｐ０にすれば良いということになる。このように、情報記録媒体２１の温度変化を検出すれば、その記録感度の変化が推定でき、その分だけ、光源パワー制御部２８により、光源２０のパワーを減らすことにより、情報記録媒体２１の記録感度をほぼ一定にすることができる。
記録材料としてＢｉ2Ｏ3だけでなくＢｉ2Ｏx（２．７≦ｘ＜３、または、３＜ｘ≦３．３）材料についても、またはそれを主成分として記録膜に使用した場合でも、ΔＴ＝２０℃の温度変化で吸収率の増加はほぼ１．０７であったので、比例係数はｋ２＝１．０７／２０＝０．０５４となり、光源２０のパワーが１／（ｋ２ΔＴ）倍になる、すなわち、Ｐ＝Ｐ０／（ｋ２ΔＴ）となるように制御すれば良い。
実際は、記録パワーにはパワーマージンがあり、それが１０％以内であれば、ジッタやマルス等の光学特性は実用的な範囲とされている。従って上記、記録パワーの制御は、逐次行わなくとも、パワーマージンに入る範囲０．９Ｐ０／（ｋ２ΔＴ）≦Ｐ≦１．１Ｐ０／（ｋ２ΔＴ）で行えば、実用の範囲と言える。
次に、本実施形態の情報記録媒体の吸収率、反射率、透過率のそれぞれの波長依存性について、図１０を用いて説明を行う。説明を分かりやすく行うために、情報記録媒体２１の温度変化は無し（例えば、室温のまま）とし、情報記録媒体２１は上述した同じ単層構成とする。
波長が長くなると、情報記録媒体２１の記録層１の吸収率は低下し、透過率と反射率は増加する。従って、吸収率の低下により記録感度は悪くなるが、一方で、反射率の増加により再生感度は良くなると言える。
例えば、室温の、例えば２５℃では、情報記録媒体２１の吸収率が、例えば８．２％であったが、このような初期段階の状態を基準状態として、情報記録媒体２１に試し書きを行い、光源パワー制御部２８は、それに基づいて光源２０の記録パワーＰ０を決める。波長が１ｎｍ長くなる（光学情報記録再生装置内の光源２０部の温度が約２０°上昇した場合に相当）と吸収率は、例えば７．６％に、波長が２ｎｍ長くなる場合では７．１％に低下した。すなわち、波長が１ｎｍ長くなると概ね記録感度が７．６／８．２＝０．９３倍に低下するので、比例係数はｋ１＝１／０．９３＝１．０８となり、情報記録媒体２１の記録感度をほぼ一定にするためには、記録パワーをｋ１Δλ倍にする、すなわち、Ｐ＝Ｐ０ｋ１Δλにすれば良いということになる。
光源２１の波長変動量Δλを検出すれば、情報記録媒体２１の記録感度の変化が推定でき、その分だけ、光源パワー制御部２８によって光源２０のパワーを増やすことにより、情報記録媒体２１の記録感度をほぼ一定にすることができる。例えば、検出した波長変動量をΔλとすれば、波長変動量が約１ｎｍ近傍では吸収率の変化はほぼ線形になるので光源２０のパワーがほぼｋ１Δλ倍になる、すなわち、Ｐ＝Ｐ０ｋ１Δλとなるように制御すれば良い。波長変動量が数ｎｍより大きいときは、図１０の吸収曲線に従って吸収量がほぼ一定になるようにｋ１の値を決め、光源２０のパワーを制御すれば良い。
このときも実際は、１０％のパワーマージン以内の範囲０．９Ｐ０ｋ１Δλ≦Ｐ≦１．１Ｐ０ｋ１Δλで行えば、実用の範囲と言える。
以上では情報記録媒体２１の温度変化と、記録光または再生光の波長変動を別々に説明したが、実際は、情報記録媒体２１の温度変化と波長変動は同時に起こるので、波長検出部２６と媒体温度検出部２７からのそれぞれの出力をトータルに考慮して、光源パワー制御部２８により光源２０のパワーを制御すれば良いことになる。実用的には１０％のパワーマージンの範囲に入れば良い。ここで、記録時において、基準状態からの記録光の波長変動量をΔλ、情報記録媒体またはその周囲の上記基準状態からの温度変化量をΔＴ、それぞれの比例係数をｋ１、ｋ２とし、上記基準状態時の光源のパワーＰ０とする。そして、上記光源のパワーＰを０．９Ｐ０（ｋ１Δλ）／（ｋ２ΔＴ）≦Ｐ≦１．１Ｐ０（ｋ１Δλ）／（ｋ２ΔＴ）を満たすように制御することにより、記録感度がほぼ一定になり安定に記録ができることになる。
情報記録再生装置を比較的長い時間連続的に記録または再生に使用している場合を想定すると、情報記録再生装置は１つのケース内に入っている場合、ケース内の温度は上昇して一定の温度（例えば４５℃）に飽和する。このときでは、使い始め（基準状態）から連続使用中までの光源２０部の温度変化（例えば２０℃）と情報記録媒体２１の温度変化（例えば２０℃）はほぼ同じになるとすると、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏx（２．７≦ｘ＜３、または、３＜ｘ≦３．３）材料、またはそれを主成分として記録膜に使用した場合、上記に説明したように、例えば２０℃の光源２０部の温度増加（１ｎｍの長波長化）により、記録パワーを１．０８倍増加にし、また、例えば２０℃の情報記録媒体２１の温度増加により、記録パワーを０．９３倍にすることをトータルで考えると、理想的な記録パワーの変化は（ｋ１Δλ）／（ｋ２ΔＴ）＝１．０８Δλ／０．０５４ΔＴ＝１となって、全く変化させる必要がないことが分かった。
これは物理的に考えると、光源２０の波長の変化も、情報記録媒体２１の記録層の吸収率の変化もどちらも原理的に吸収端シフトが生じているために起こったものであり、うまく打ち消しあっていると推定できる。拡大するならば、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏx（２．７≦ｘ＜３、または、３＜ｘ≦３．３）材料だけでなく、別の吸収端シフトを示す材料を情報記録媒体２１に用いたとしても、原理が同じであるなら同様の結果になるだろうと推定できる。
しかしながら、情報記録再生装置を短い時間しか使用していない場合は、光源２０の温度変化の方が情報記録媒体２１の温度変化よりも大きい傾向を示すと考えられ、その場合ではそれをトータルで考えると、記録パワーを増やす傾向にあると言える。また、情報記録再生装置を比較的長時間使用していて、新しい情報記録媒体２１と交換した場合（そのときを基準状態とする）は、光源２０の温度変化の方が情報記録媒体２１の温度変化よりも小さい傾向を示すと考えられ、その場合ではそれをトータルで考えると、記録パワーを減らす傾向にあると言える。
次に、再生を行う場合について述べる。この場合も、記録の場合と同様に、再生感度が一定になるように、光源２０のパワーを制御すればよい。図示はしていないが、情報記録媒体２１の温度が上昇するとＨｔｏＬの設計では反射率が低下するので、再生パワーをその分増やし、再生光の波長が長くなると、図１０から反射率が増加するので、その分再生パワーを減らせば良いが、通常は情報記録媒体２１の温度変化と再生光の波長変動は同時に起こるのでトータルに再生光のパワーを１０％のパワーマージン内に入るように制御すれば良い。
次に、本発明の実施形態１の情報記録媒体における別の形態の情報記録媒体として、記録するとその記録部分の反射率が上がるＬｔｏＨの設計に情報記録媒体２１がなっている場合について説明する。図１１は、本発明の実施形態１の情報記録媒体における別の形態の情報記録媒体の吸収率、反射率及び透過率と、記録光または再生光の波長との関係を示すグラフである。情報記録媒体２１は上下を中間層２で挟み込まれた記録層１が１層の単層構成とする。１層の記録層１は、例えば、厚さ８０ｎｍのＢｉ2Ｏ3記録膜のみの構成で、中間層としては、例えばＵＶ硬化樹脂を用いている。
記録の場合で記録感度の変化はＨｔｏＬの場合と同じになるので、上述したように光源のパワーを制御すれば良い。再生の場合は異なるので、下記に述べる。図示はしていないが、情報記録媒体２１の温度が上昇するとＬｔｏＨの設計では反射率が増加するので、再生パワーをその分減らし、再生光の波長が長くなると、図１１に示すように、反射率は逆に低下する傾向なので、再生パワーをその分増やし、通常は情報記録媒体２１の温度変化と再生光の波長変動は同時に起こるのでトータルで再生光のパワーを１０％のパワーマージン内に入るように制御する必要がある。
ここで、再生時において、基準状態からの再生光の波長変動量をΔλ、情報記録媒体またはその周囲の上記基準状態からの温度変化量をΔＴ、それぞれの比例係数をｋ１、ｋ２とし、上記基準状態時の光源のパワーＰ０とする。上記情報記録媒体がＬｔｏＨの特性である場合は、上記光源のパワーＰを０．９Ｐ０（ｋ１Δλ）／（ｋ２ΔＴ）≦Ｐ≦１．１Ｐ０（ｋ１Δλ）／（ｋ２ΔＴ）を満たすように制御する。また、上記情報記録媒体がＨｔｏＬの特性であるときは、上記光源のパワーＰを０．９Ｐ０（ｋ２ΔＴ）／（ｋ１Δλ）≦Ｐ≦１．１Ｐ０（ｋ２ΔＴ）／（ｋ１Δλ）を満たすように制御する。このように制御することにより、再生感度をほぼ一定にすることができる。なお、図１０ではｋ１＝１．１となっており、また、再生時も記録時の場合と同じ値のｋ１＝１．０８、ｋ２＝０．０５４に設定することも可能であった。
別の望ましい記録再生方法としては、まず、初期に、情報記録媒体２１に試し書きを行い、光源パワー制御部２８は、それに基づいて基準状態の光源２０のパワーを決める。ここで、基準状態の波長検出部２６および媒体温度検出部２７からのそれぞれの出力を基準出力１、基準出力２とする。上記波長検出部２６および上記媒体温度検出部２７からの出力のどちらかが、上記基準出力に対してある一定の所定値、例えば、１０％以内のパワーマージンを超えたときに、上記情報記録媒体２１に再び試し書きを行い、光源パワー制御部２８は、それに基づいて光源のパワーを変更する。この方法によれば、情報記録媒体２１の感度変化を正確に補正して、安定に記録再生できる。
本実施形態の光学情報記録再生装置の光源パワー制御部２８は、波長検出部２６と媒体温度検出部２７からのそれぞれの出力に対する光源２０のパワーの制御の方法を記憶した記憶部３４を有し、上記光源２０のパワーの制御の方法に基づいて上記光源２０のパワーを制御するようにしている。例えば、上記に述べた比例係数ｋ１、ｋ２や、パワーの制御の範囲等を記録部３４に記憶させると効果的である。
本実施形態の情報記録媒体２１は、レーザ光の波長変動と、情報記録媒体２１またはその周囲の温度変化とに応じた、記録感度または再生感度の変化に関連した感度情報を記録している。例えば、対物レンズから最も遠い記録層（図１では１ｆ）にディスク情報の１つとして、感度情報を記録している。このようにすることにより、波長検出部２６と媒体温度検出部２７からのそれぞれの出力に対して情報記録媒体２１の感度が変化することが分かり、他の情報記録媒体と区別して、光源パワー制御部２８で光源２０のパワーを制御して記録再生が安定にできる。また、対物レンズから最も遠い記録層１ｆに記録することにより、環境変化に対しても読み取りが安定にできる。
感度情報として、レーザ光の波長変動と情報記録媒体またはその周囲の温度変化に対して、記録感度または再生感度が変化するかしないかについてのみを示す情報を記録させておいても良い。このようにすることにより、感度が変化しない他の情報記録媒体との区別がつけられる。さらに、感度情報は、レーザ光の波長変動と、情報記録媒体またはその周囲の温度変化とに対する、記録感度または再生感度の変化の関係、つまり、比例係数ｋ１、ｋ２やパワーの制御の範囲等を含むようにしても良い。情報記録媒体２１に、比例係数ｋ１、ｋ２やパワーの制御の範囲を記憶させることにより、吸収端シフトを示す材料が変わっても、その材料に合わせて正確に光源２０のパワーを制御できるという効果を有する。
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２の光学情報記録再生装置について、図１２を用いて、上記実施形態１の光学情報記録再生装置と異なる点を中心に説明する。図１２は、本発明の実施形態２における光学情報記録再生装置１００ａの構成と、情報記録媒体２１に対して信号を記録／再生する様子を示す説明図である。
実施形態１の光学情報記録再生装置１００と異なる点は、波長検出部の構成である。実施形態２における光学情報記録再生装置１００ａの波長検出部２６ａは、光源２０またはその周囲の温度または温度変化を検出するサーミスタ等の温度センサを、光源２０部に熱的に密接させて設けられた構成を有している。波長検出部２６ａは、記録光または再生光の波長またはその波長変動を直接検出するのではなくて、光源２０またはその周囲の温度を検出することにより、波長変動の値を推定する。
前述したように、ＧａＮ材料を用いた青紫色半導体レーザは、温度が１℃高くなると波長が約０．０５ｎｍ長くなるので、例えば、温度変化の値をΔｔとすると、波長変動の値は０．０５Δｔで表され、例えば、Δｔ＝２０℃であれば、波長変動の値は１ｎｍと推定できるため、温度変化を検出することにより、波長変動の値を推定することができる。
本実施形態の光学情報記録再生装置１００ａでは、波長検出部は温度センサだけで良いので、実施形態１の光学情報記録再生装置１００における波長検出用の回折光学素子と波長検出用の光検出器が不要となり、光学的な構成は簡単になる。
以上、実施形態１〜実施形態２の光学情報記録再生装置、記録再生方法、及び情報記録媒体について説明してきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、それぞれの実施形態の光学情報記録再生装置、記録再生方法、及び情報記録媒体を組み合わせた構成も本発明に含まれ、同様の効果を奏することができる。
なお、上記実施形態で用いた対物レンズとコリメータレンズ、検出レンズは便宜上名付けたものであり、一般にはレンズと称され得る。
また、上記実施形態においては、情報記録媒体として光ディスクを例に挙げて説明したが、吸収端シフト現象を利用した媒体であればよく、カード状やドラム状、テープ状の媒体であってもよい。また、それらの媒体などの、厚さや記録密度など仕様の異なる複数種類の媒体に対して記録再生を行う情報記録再生装置も本発明の範囲に含まれる。
本発明は、吸収端シフト現象を利用した記録再生を行う光学情報記録再生装置および記録再生方法や、吸収端シフト現象が生じる材料を含んだ情報記録媒体の分野において、特に有用である。
１ 記録層
２ 中間層
３ トラック溝
４ 保護層
５ 記録マーク
６ 対物レンズ
７ 収束光
８ 略平行光
９ 情報記録媒体用基板
１０ 球面収差補正素子
１１ 検出レンズ
１２ 立ち上げミラー
１３ 波長板
１４ 波長検出用の回折光学素子
１５ フォーカス／トラッキング誤差信号検出用光学素子
１６ コリメータレンズ
１７ａ 収束光（再生信号用とフォーカス誤差信号用）
１７ｂ 収束光（トラッキング誤差信号用）
１７ｃ 収束光（波長検出用）
１８ ビームスプリッタ（分波素子）
１９ａ 光検出器（再生信号用とフォーカス誤差信号用）
１９ｂ 光検出器（トラッキング誤差信号用）
１９ｃ 光検出器（波長検出用）
２０ 光源
２１ 情報記録媒体
２２ 出射光
２３ 光検出器用基板
２４ 受光部
２５ 光学素子用基板
２６ 波長検出部
２７ 媒体温度検出部
２８ 光源パワー制御部
２９ 波長選択フィルタ
３０ 反射層
３１ 第２の誘電体
３２ 第１の誘電体
３３ 記録膜
３４ 記憶部

Claims (19)

  1. レーザ光を出射する光源と、
    前記レーザ光を情報記録媒体に集光するレンズと、
    前記情報記録媒体からの反射光を検出する光検出器と、
    を備える装置であって、
    前記情報記録媒体の記録層は、温度の上昇に伴って、電子のバンド間遷移による光吸収スペクトルの吸収端が長波長に移動することにより、前記レーザ光の吸収率が増加する材料を含んでおり、
    前記装置は、
    前記レーザ光の波長および波長変動の少なくとも一方を検出する波長検出部と、
    前記情報記録媒体またはその周囲の、温度および温度変化の少なくとも一方を検出する温度検出部と、
    前記波長検出部および前記温度検出部それぞれの出力に基づいて前記光源のパワーを制御する制御部と、
    をさらに備え、
    記録時において、基準状態からの前記レーザ光の波長変動量をΔλ、前記情報記録媒体またはその周囲の前記基準状態からの温度変化量をΔＴとしたとき、Δλ／ΔＴがある一定の範囲に入るように、前記制御部は前記光源のパワーを制御する装置。
  2. 記録時において、基準状態からの前記レーザ光の波長変動量をΔλ、前記情報記録媒体またはその周囲の前記基準状態からの温度変化量をΔＴ、それぞれの比例係数をｋ１、ｋ２とし、前記基準状態時の前記光源のパワーをＰ０とするとき、前記制御部は、前記光源のパワーＰを０．９Ｐ０（ｋ１Δλ）／（ｋ２ΔＴ）≦Ｐ≦１．１Ｐ０（ｋ１Δλ）／（ｋ２ΔＴ）を満たすように制御する、請求項１に記載の装置。
  3. 再生時において、基準状態からの前記レーザ光の波長変動量をΔλ、前記情報記録媒体またはその周囲の前記基準状態からの温度変化量をΔＴ、それぞれの比例係数をｋ１、ｋ２とし、前記基準状態時の前記光源のパワーをＰ０とするとき、
    前記制御部は、前記情報記録媒体がＬｔｏＨの特性である場合は、前記光源のパワーＰを０．９Ｐ０（ｋ１Δλ）／（ｋ２ΔＴ）≦Ｐ≦１．１Ｐ０（ｋ１Δλ）／（ｋ２ΔＴ）を満たすように制御し、
    前記制御部は、前記情報記録媒体がＨｔｏＬの特性である場合は、前記光源のパワーＰを０．９Ｐ０（ｋ２ΔＴ）／（ｋ１Δλ）≦Ｐ≦１．１Ｐ０（ｋ２ΔＴ）／（ｋ１Δλ）を満たすように制御する、請求項１に記載の装置。
  4. 前記比例係数ｋ１およびｋ２は、ｋ１＝１．０８、ｋ２＝０．０５４を満たす、請求項２または３に記載の装置。
  5. 前記波長検出部は、
    前記レーザ光を回折する波長検出用の回折光学素子と、
    少なくとも２つの分割された領域を有する波長検出用の光検出器と、
    を備える、請求項１に記載の装置。
  6. フォーカス／トラッキング誤差信号検出用の光学素子をさらに備え、
    前記回折光学素子は、前記フォーカス／トラッキング誤差信号検出用の光学素子と同じ基板に形成されている、請求項５に記載の装置。
  7. フォーカス／トラッキング誤差信号検出用の光学素子と、
    フォーカス／トラッキング誤差信号検出用の光検出器と、
    をさらに備え、
    前記フォーカス／トラッキング誤差信号検出用の光検出器と、前記波長検出用の光検出器とは、同じ基板上に設けられている、請求項５に記載の装置。
  8. 前記波長検出部は、波長選択フィルタと、波長検出用の光検出器とを備える、請求項１に記載の装置。
  9. 前記波長検出部は、前記光源またはその周囲の、温度および温度変化の少なくとも一方を検出する温度センサを備える、請求項１に記載の装置。
  10. 前記温度検出部は、赤外線センサを備える、請求項１に記載の装置。
  11. 前記波長検出部および前記温度検出部それぞれの出力に対する前記光源のパワーの制御方法を記憶した記憶部をさらに備え、
    前記制御部は、前記光源のパワーの制御方法に基づいて前記光源のパワーを制御する、請求項１に記載の装置。
  12. 前記情報記録媒体は、レーザ光の波長変動と、前記情報記録媒体またはその周囲の温度変化とに応じた、記録感度または再生感度の変化に関連した感度情報を記録しており、
    前記制御部は、前記感度情報に基づいて前記光源のパワーを制御する、請求項１に記載の装置。
  13. 請求項１に記載の装置で用いることが可能な情報記録媒体であって、
    前記レーザ光の波長変動と、前記情報記録媒体またはその周囲の温度変化とに応じた、記録感度または再生感度の変化に関連した感度情報を記録している、情報記録媒体。
  14. 前記感度情報は、前記波長変動および前記温度変化に対して、前記記録感度または前記再生感度が変化するかどうかのみを示している、請求項１３に記載の情報記録媒体。
  15. 前記感度情報は、前記波長変動および前記温度変化と、前記記録感度または前記再生感度の変化との関係を含んでいる、請求項１３に記載の情報記録媒体。
  16. 記録層と中間層とを交互に複数層備え、前記感度情報は前記レンズから最も離れる記録層に記録されている、請求項１３に記載の情報記録媒体。
  17. 請求項１に記載の装置が前記情報記録媒体に対して記録または再生を行う方法であって、
    前記波長検出部および前記温度検出部それぞれの出力に基づいてパワーが制御された前記光源が出力する前記レーザ光を、前記情報記録媒体に照射して、情報の記録または再生を行う方法。
  18. 前記制御部は、前記情報記録媒体に試し書きを行った結果に基づいて基準状態の前記光源のパワーを決定し、
    前記波長検出部または前記温度検出部の出力が、前記基準状態時の出力に対して所定の値を超えた場合は、前記情報記録媒体に再び試し書きを行って前記光源のパワーを変更する、請求項１に記載の装置。
  19. 前記情報記録媒体に試し書きを行った結果に基づいて基準状態の前記光源のパワーを決定し、
    前記波長検出部または前記温度検出部の出力が、前記基準状態時の出力に対して所定の値を超えた場合は、前記情報記録媒体に再び試し書きを行って前記光源のパワーを変更する、請求項１７に記載の方法。
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