JPWO2003085657A1 - 情報記録媒体およびその製造方法、並びに光学情報記録再生装置 - Google Patents
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- G11B7/258—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of layers other than recording layers of reflective layers
Abstract
本発明の情報記録媒体は、３次元的な情報の記録が可能な記録部を含んでおり、前記記録部は、所定の波長を有する光の少なくとも一部を吸収し、前記所定の波長よりも長い波長を有する記録光および再生光に対して実質的に透明である微粒子と、前記記録光および前記再生光に対して実質的に透明である微粒子保持材と、を含む微粒子含有層（記録層または記録補助層）を少なくとも一層含んでいる。微粒子の平均粒径は、記録光および再生光の波長よりも短いことが好ましい。
Description
技術分野
本発明は、３次元的な情報の記録が可能な情報記録媒体およびその製造方法、並びに光学的情報記録再生装置に関し、特に、高感度・高速記録が可能な情報記録媒体およびその製造方法、並びに光学的情報記録再生装置に関する。
背景技術
情報を３次元的に記録することが可能な情報記録媒体として、従来、図８に示す情報記録媒体があった（河田善正他：“多層膜構造を有する有機記録媒体を用いた３次元光メモリ”、Ｏｐｔｉｃｓ Ｊａｐａｎ ２０００講演予稿集ｐ．９５−９６、７ｐＢ１２（２０００年））。この情報記録媒体は、ガラス基板１０４上に、フォトンモード記録材料であるウレタン−ウレア共重合体材料を用いた記録層１０１ａ〜１０１ｄと、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）膜およびＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）膜からなる中間層１０２ａ〜１０２ｃとを、交互に積層したものである。
この情報記録媒体の記録層１０１ａ〜１０１ｄのうち、所望の記録層に、対物レンズ１０６でレーザ光１０８を集光する（収束光１０７を照射する）ことにより、情報を記録することができる。ここで用いられるレーザ光１０８は、パルス幅が約１００フェムト秒でピークパワーが非常に高いパルスレーザ光である。このようなパルスレーザ光を記録層１０１ａ〜１０１ｄに集光することにより、非線形吸収現象の１つである２光子吸収を利用して記録層１０１ａ〜１０１ｄに情報を記録する。具体的には、記録層１０１ａ〜１０１ｄにおける収束光１０７の照射領域のうち、収束光１０７のパワー密度の高い部分（集光点）で２光子吸収が起こり、実際に照射された光の波長の半分の波長を有する光が照射されたような現象が生じて情報ビット１０５を書き込む。また、情報ビット１０５に低パワーの光を集光し、その反射光を対物レンズ１０６を介して光検出器（図示せず）で検出することにより、信号再生を行うことができる。この情報記録媒体は、記録層が対物レンズの光軸方向（ｚ軸方向）に複数積層されているので、３次元的な情報の記録が可能となり、記録容量が増大する。
しかし、上記従来の情報記録媒体は、記録層の記録感度が良くないという問題があった。このため、１パルスで１つの情報ビットを形成する１回書きの方法の場合、光源として、ピークパワーの非常に大きい（約１００ｋＷ程度の）フェムト秒レーザを用いる必要があり、光源の構造が複雑になるという問題があった。また、ピークパワーがそれよりも小さい光源を用いる場合は、同じ場所を多数回（例えば数十〜数千回）繰り返し記録する必要があり（記録層にフォトンモード記録材料を用いているため蓄積記録が可能）、書き込み速度が遅くなるという問題が生じていた。
発明の開示
本発明の情報記録媒体は、３次元的な情報の記録が可能な記録部を含む情報記録媒体であって、前記記録部が、所定の波長を有する光の少なくとも一部を吸収し、前記所定の波長よりも長い波長を有する記録光および再生光に対して実質的に透明であり、且つ前記所定の波長の光に対する吸収率が前記記録光および前記再生光に対する吸収率よりも高い微粒子と、前記記録光および前記再生光に対して実質的に透明である微粒子保持材と、を含む微粒子含有層を少なくとも一層含むことを特徴としている。
本発明の情報記録媒体の製造方法は、本発明の情報記録媒体を製造する方法であって、微粒子と微粒子保持材とを含む塗料を形成して、前記塗料を塗布することにより微粒子含有層を形成する工程を含むことを特徴としている。
本発明の光学情報記録再生装置は、本発明の情報記録媒体に対して情報の記録および再生を行う光学情報記録再生装置であって、記録光を出射する光源と、再生光を出射する光源と、前記光源から出射された光を前記情報記録媒体に集光する対物レンズと、前記情報記録媒体で反射した光を検出する光検出器と、を備え、前記情報記録媒体の記録部の光学定数の変化を利用して、前記記録部に情報ビットを３次元的に記録することを特徴としている。
発明を実施するための最良の形態
本発明の情報記録媒体によれば、記録感度が向上するので、従来のように非常に高いピークパワーを有するレーザ光でなくても１パルスで１つの情報ビットを形成することができる。これにより、高感度で高速記録が可能な情報記録媒体を提供できる。なお、本明細書において、記録光および再生光に対して実質的に透明であるとは、記録光および再生光のうち散乱成分を除いてほとんどを吸収なしに透過させることをいう。具体的には、例えば微粒子含有層一層あたりについて透過率９５％以上であることが好ましく、透過率９９％以上であることがより好ましい。
本発明の情報記録媒体において、前記微粒子の平均粒径は、前記記録光の波長および前記再生光の波長よりも短いことが好ましく、前記記録光の波長および前記再生光の波長の１／４よりも短いことがより好ましい。記録部に微粒子含有層が複数含まれる場合等に、回折損失や散乱損失を抑制して光損失を防ぐためである。なお、この場合、微粒子の一部が凝集してみかけの粒径が記録光および再生光の波長よりも長い粒子（凝集塊）が存在する場合も含まれる。また、微粒子が凝集している場合でも、凝集した状態でみかけの粒径が記録光および再生光の波長よりも短いことがより好ましい。
本発明の情報記録媒体においては、前記微粒子含有層を記録層とし、前記微粒子保持材を所定の温度で光学定数が変化するように形成することができる。この場合、前記記録部に前記記録層が複数含まれており、前記複数の記録層を、前記記録光および前記再生光に対して実質的に透明な中間層を介して積層し、多層構造を実現することもできる。
また、本発明の情報記録媒体においては、前記記録部が記録層をさらに含み、前記微粒子含有層を前記記録層に接して配置される記録補助層とすることもできる。この場合、前記記録層および前記記録補助層からなる積層体を複数設け、互いに隣接する前記積層体間に、前記記録光および前記再生光に対して実質的に透明な中間層を設けて、多層構造を実現することもできる。
また、本発明の情報記録媒体においては、前記微粒子含有層が記録層で、前記微粒子保持材は所定の温度で光学定数が変化し、前記記録部全体を一つの前記記録層にて形成することもできる。
本発明の情報記録媒体において、前記記録部の光入射側に、前記記録光および前記再生光に対して実質的に透明な保護層が設けられていることが好ましい。記録部を傷やほこり等から防ぐためである。
また、前記保護層や前記中間層は、前記微粒子保持材と同じ材料からなることが好ましい。微粒子含有層との良好な境界面を形成でき、材料管理も容易となるからである。ここで、同じ材料とは同種類の物質という意味であり、例えば樹脂の場合に重合度の違いで分子量が異なる場合であっても同じ材料であるとする。
本発明の情報記録媒体においては、前記微粒子保持材の屈折率と前記微粒子の屈折率との差が０．５以下であることが好ましい。散乱損失を抑制するためである。
本発明の情報記録媒体においては、前記微粒子は無機材料または半導体材料からなることが好ましい。微粒子を無機材料にて形成すれば、微粒子含有層を安定化できる。微粒子を半導体材料にて形成すれば、ある波長範囲において透過率を急に低下させることができるので、非線形吸収現象を用いた情報の記録に好適である。このような半導体材料としては、エネルギーギャップが２．５ｅＶ以上８．３ｅＶ以下であることが好ましく、例えば酸化亜鉛、酸化スズ、硫化亜鉛、酸化チタン、酸化タングステン、チタン酸ストロンチウム、炭化シリコン、酸化インジウム、および硫化カドミウムからなる群から選択される少なくとも一つを含むことが好ましい。再生光の波長を５００ｎｍ以下に設定できるので、再生分解能および記録密度を向上させることができるからである。
複数の微粒子含有層を記録層または記録補助層として用いる情報記録媒体においては、前記微粒子含有層は、前記微粒子を１ｗｔ％以上９５ｗｔ％以下含むことが好ましい。この場合、微粒子の含有量を１ｗｔ％以上とすることで記録感度を実用レベルまで向上させることができ、また、９５ｗｔ％以下とすることで散乱等の光損失を実用レベルに抑えることができるからである。
微粒子含有層を記録層とし、且つ記録部全体を一つの記録層とする情報記録媒体においては、前記微粒子含有層は、前記微粒子を０．３ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下含むことが好ましい。この場合、微粒子の含有量を０．３ｗｔ％以上とすることで記録感度を実用レベルまで向上させることができ、また、１０ｗｔ％以下とすることで散乱等の光損失を実用レベルに抑えることができるからである。
また、本発明の情報記録媒体においては、前記微粒子保持材を樹脂にて形成することが好ましい。微粒子含有層の形成が容易となるからである。
本発明の情報記録媒体の製造方法によれば、本発明の情報記録媒体を容易に、且つ低コストで作製することができる。
本発明の情報記録媒体の製造方法においては、記録光および再生光に対して実質的に透明な材料からなる塗料を塗布することにより中間層を形成する工程をさらに含み、前記微粒子含有層を形成する工程において、前記微粒子保持材として所定の温度で光学定数が変化する材料を用い、前記微粒子含有層を形成する工程と前記中間層を形成する工程とを所定の数だけ交互に繰り返すことが好ましい。これにより、微粒子含有層を記録層とし、この記録層が複数積層された情報記録媒体を、容易に、且つ低コストで作製できる。
本発明の情報記録媒体の製造方法においては、記録光および再生光に対して実質的に透明な材料からなる塗料を塗布することにより中間層を形成する工程と、所定の温度で光学定数が変化する材料からなる塗料を塗布することにより記録層を形成する工程と、をさらに含み、前記微粒子含有層を形成する工程、前記記録層を形成する工程、および前記中間層を形成する工程を、所定の順序で、且つ所定の数だけ周期的に繰り返すこともできる。この方法によれば、記録層と微粒子含有層からなる記録補助層とを複数備えた情報記録媒体を、容易に、且つ低コストで作製できる。
本発明の光学情報記録再生装置によれば、本発明の情報記録媒体に対して高密度および高速で情報を記録できる。
本発明の光学情報記録再生装置においては、記録光を出射する光源がパルスレーザ光源であり、パルス幅が１００フェムト秒から１０ナノ秒であることが好ましく、パルス幅が１ピコ秒から１００ピコ秒であることがより好ましい。記録感度をさらに向上させることができるからである。
本発明の光学情報記録再生装置においては、再生光を出射する光源の波長が、記録光を出射する光源の波長よりも短いことが好ましい。再生分解能および記録密度の向上のためである。
本発明の光学情報記録再生装置においては、非線形吸収現象を利用して前記情報記録媒体の記録部に情報ビットを記録することが好ましく、非線形吸収現象が２光子吸収または多光子吸収を含むことが好ましい。
本発明の光学情報記録再生装置においては、記録部に記録されている情報ビットを通過しない順序で、前記情報記録媒体の記録部に情報ビットを３次元的に記録することが好ましく、例えば前記情報記録媒体の記録部中の対物レンズからより離れた位置から近い位置に向かって、順に、情報ビットを記録することが好ましい。このような順序で情報ビットを記録することにより、情報ビットによる散乱光や不要回折光等の迷光を減らすことができるからである。
本発明の光学情報記録再生装置においては、前記記録光を出射する光源と前記再生光を出射する光源とを共通にすることも可能である。光源が一つとなり、構成が簡単になるからである。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１の情報記録媒体およびその製造方法、並びに光学情報記録再生装置について、図面を用いて説明する。図１Ａおよび図１Ｂは、本実施の形態における情報記録媒体の断面構成および情報を記録／再生する様子を示している。図２Ａ〜図２Ｄは、本実施の形態における情報記録媒体の各製造工程における断面図を示している。図３は、本実施の形態における光学情報記録再生装置の光学ヘッドの概略構成を示している。図４は、本実施の形態の情報記録媒体の一例における記録層の分光透過率曲線を示している。
図１Ａに示すように、本実施の形態の情報記録媒体には、基板９上に記録部３および保護層４が形成されている。記録部３には、複数の記録層（微粒子含有層）が中間層を介して積層されている。すなわち、記録部３には、基板９側から、記録層１ａ、中間層２ａ、記録層１ｂ、…、記録層１ｅ、中間層２ｅ、および記録層１ｆが順に積層されている。本実施の形態の情報記録媒体は、記録部３に複数の記録層を含むことで、平面的な情報の記録に加えて、厚さ方向に複数層重ねて情報の記録を行うことが可能な、３次元的な記録を実現している。なお、以下、記録層１ａ〜１ｆのうち任意の記録層について述べるときは記録層１とし、中間層２ａ〜２ｅのうち任意の中間層について述べるときは中間層２とする。
図１Ａに示すように、本実施の形態の情報記録媒体においては、情報の記録および再生時に保護層４が光入射側となる。記録時には、レーザ光８を対物レンズ（組レンズ６ａ，６ｂ）により記録層１ａ〜１ｆの何れかに集光させて（収束光７）、情報ビット５を形成する。再生時には、レーザ光８を対物レンズ（組レンズ６ａ，６ｂ）により所望の記録層１ａ〜１ｆに集光させて（収束光７）、情報ビット５によって反射された光により情報を再生する。
図１Ｂは、記録層１（図１Ａに示す領域１２内）の拡大図である。図１Ｂに示すように、記録層１は、微粒子保持材１０に微粒子１１が分散されて形成されている。
微粒子１１は、記録光および再生光に対して実質的に透明であって、また、所定の波長を有する光の少なくとも一部を吸収する材料からなる。この所定の波長は、記録光の波長（記録波長）および再生光の波長（再生波長）よりも短く、微粒子１１におけるこの所定の波長の光に対する吸収率は、記録光および再生光に対する吸収率よりも高い。また、この所定の波長とは、微粒子１１の吸収スペクトル波長を含む所定の波長範囲（微粒子１１の透過率の低下がみられる波長範囲）内に含まれ、この所定の波長の光に対する微粒子１１による吸収率は、記録層一層あたり５％以上であることが好ましく、２０％以上であることがより好ましい。また、微粒子１１の平均粒径は、記録波長および再生波長よりも小さいことが好ましい。これは、微粒子１１による記録光および再生光の回折損失による光損失を抑制するためである。さらに、微粒子１１の平均粒径を記録波長および再生波長の１／４以下とすることにより、回折損失に加えて散乱損失も抑制できるので、記録光および再生光の光損失をより少なくすることができる。
微粒子保持材１０は、記録光および再生光に対して実質的に透明な材料からなる。また、微粒子保持材１０は記録材料として用いられるため、所定の温度で光学定数が変化する材料、例えば所定の温度で熱変形等が生じて屈折率が変化する材料等にて形成する。微粒子保持材１０には、例えばＰＭＭＡ、フォトポリマー樹脂、紫外線硬化樹脂、またはポリエステル等を用いることが可能である。
記録層１には、微粒子１１が１ｗｔ％〜９５ｗｔ％含まれていることが好ましい。一記録層の厚みが１μｍ程度と薄い場合、微粒子１１が１ｗｔ％程度含有されていれば記録感度を向上させることができ、９５ｗｔ％程度含有されていても散乱による光損失を抑制することができる。また、後述するように、微粒子保持材１０が記録材料として機能することから、微粒子保持材１０は３０ｗｔ％以上含まれていることが好ましい。従って、微粒子１１は７０ｗｔ％以下であることがより好ましい。また、十分な記録感度を得るためには、微粒子１１は３０ｗｔ％以上であることがより好ましい。
微粒子１１と微粒子保持材１０との屈折率差を０．５以下とすれば、入射光の散乱損失を抑制でき、光利用効率を高めることができる。
中間層２は、記録光および再生光に対して実質的に透明であればよく、例えばＰＭＭＡ、フォトポリマー樹脂、紫外線硬化樹脂、またはポリエステル等を用いることができる。中間層２は、記録層１の微粒子保持材１０と同様の材料にて形成してもよい。
基板９は、例えばポリカーボネート、ＰＭＭＡ、ノルボルネン樹脂（例えば、「アートン」（ＪＳＲ株式会社製））、またはシクロオレフィン樹脂（例えば、「ゼオネックス」（日本ゼオン株式会社製））等にて形成できる。保護層４は透明材料にて形成でき、例えばポリカーボネート、ＰＭＭＡ、ノルボルネン樹脂（例えば、「アートン」（ＪＳＲ株式会社製））、またはシクロオレフィン樹脂（例えば、「ゼオネックス」（日本ゼオン株式会社製））等が使用可能である。
次に、本実施の形態の情報記録媒体に対する情報の記録について説明する。
微粒子１１および微粒子保持材１０は、記録光および再生光に対して実質的に透明である。従って、多層の記録層を有する本実施の形態の情報記録媒体において、光入射側の面から最も遠い層（図１では記録層１ａ）にまで記録光および再生光が大きく減衰されずに到達でき、３次元的に情報の記録および再生が可能となる。
記録光として比較的ピークパワーの高い光を記録層１上に集光すると、光パワー密度（光子密度）の高い集光部で、２光子吸収や多光子吸収等の非線形吸収現象が高い確率で誘起される。なお、ここでいう非線形吸収現象とは、記録層１の吸収感度が照射した光のエネルギーに比例しない現象のことであり、例えば、吸収感度に閾値がある場合（特に、本実施の形態では閾値が比較的大きい場合（例えば、エネルギー閾値が１０ｐＪ／μｍ２以上））、吸収感度が光のエネルギーのほぼ２乗特性となる２光子吸収や、ほぼｎ乗特性（ｎは３以上の整数）となる多光子吸収が発生する場合、２光子吸収や多光子吸収がきっかけとなりプラズマが生じる場合、およびこれらが組み合わされる場合等に生じる現象を含んでいる。例えば、記録光の集光部において記録層１に２光子吸収が発生する場合、集光部における記録層１は二つの光子を同時に吸収するので、あたかも記録波長の半分の波長の光が照射されたようになる。この場合、微粒子１１が記録波長の半分の波長の光の少なくとも一部を吸収する材料で形成されていれば（所定の波長を記録波長の半分の波長としておけば）、記録光の集光部で微粒子１１が記録光を吸収する。微粒子１１の光吸収により生じた熱で記録層の温度が上昇して所定の温度に達すると、微粒子保持材１０の光学定数が変化して情報ビット５が形成される。このように、記録の際、微粒子１１はそれ自体の光学定数は変化せず、触媒のように作用して、微粒子保持材１０の光学定数を変化させて情報ビット５を形成すると考えられる。
記録光の集光部においてこのような非線形吸収現象を誘起するためには、従来、非常に高いピークパワーのレーザ光を用いるか、ピークパワーがそれほど高くない場合は同じ場所に多数回繰り返して照射する必要があったが、本実施の形態の情報記録媒体によれば、ピークパワーが数１０〜数１００ｍＷ程度であってもこのような非線形吸収現象を誘起することができ、さらに、それほど高くないピークパワーのパルスレーザ光であっても１パルスで１つの情報ビット５を形成できる。これは、微粒子１１に光が吸収されることにより量子効果や熱変換効率が良い等の微粒子特有の効果が生じ、その結果、プラズマが発生する等の種々の非線形吸収現象がさらに引き起こされるためであると考えられる。これにより、比較的小さいピークパワーのパルスレーザ光を用いた高速記録が可能になる。
記録光のパルス幅は、１００フェムト秒〜１０ナノ秒であることが好ましく、１ピコ秒から１００ピコ秒であることがより好ましい。一般に、レーザ光のパルス幅が長くなるに従い、情報記録媒体に１ビットを記録するピークパワーの閾値は低下する傾向にある。これは、レーザ光のパルス幅が長くなるとその分エネルギーが大きくなるためと考えられる。比較的低いピークパワーで記録可能とすることにより、光源の半導体レーザの構造を簡単にできる。これは、ピークパワーがそれほど高くない半導体レーザは、出射端面破壊がされにくいからである。従って、実用上、ピークパワー閾値を３ｋＷ以下程度に抑えるために、パルス幅を１ピコ秒以上とすることが望ましい。一方、一般に、１ビットの記録に必要なエネルギー閾値は、数ピコ秒のパルス幅のレーザ光に対してが最も低く、それよりパルス幅が長くなると徐々に大きくなる傾向にある。そこで、実用上、エネルギー閾値を５ｎＪ以下程度に抑えるために、１００ピコ秒以下のパルス幅で記録することが望ましい。なお、エネルギー閾値は、レーザ光のパルス幅にピークパワー閾値を乗じた値で得られる。
以下に、微粒子１１を酸化亜鉛にて形成する場合を例として、より具体的に説明する。
酸化亜鉛からなる微粒子１１を約５５ｗｔ％、ポリエステルからなる微粒子保持材１０を約４５ｗｔ％含む厚み０．１３μｍの記録層１を中間層２を介して１０層積層させた記録部３が、基板９と保護層４との間に設けられた情報記録媒体の分光透過率曲線は、図４に示すようになる。なお、酸化亜鉛のエネルギーギャップは３．２ｅＶであり、吸収スペクトル波長は３８８ｎｍである。図４に示すように、この情報記録媒体は、波長４００ｎｍ以上で保護層４と基板９表面のフレネル反射率約１０％を含んでの透過率が約９０％であり、従って、記録層１での吸収がほとんどなく透明である。また、この情報記録媒体は、波長４００ｎｍ以下で透過率が急に低下し、波長３７０ｎｍで透過率は０％と不透明となる。従って、この情報記録媒体においては、透過率が急に低下する４００ｎｍ以下の波長範囲で所定の波長を決定することができる。好ましくは記録層一層あたり吸収率５％以上となる波長、より好ましくは吸収率１００％となる３７０ｎｍ付近で所定の波長を決定することである。この記録層１において２光子吸収による情報の記録を前提とする場合、決定された所定の波長の約２倍の波長を有する光を記録光として用い、集光部ではあたかも決定された所定の波長の光が照射されるようにすればよい。例えば所定の波長を３７０ｎｍに決定する場合、記録波長は７４０ｎｍに設定すればよい。また、再生波長は、記録層において実質的に透明となる４００ｎｍより大きい波長に設定すればよい。このような記録光および再生光は、微粒子１１にほとんど吸収されないので、記録層を通過してもほとんど減衰されることがない。なお、ｎ光子吸収等の多光子吸収による記録を想定した場合、記録光は所定の波長のｎ倍に設定すればよく、他は同様である。
微粒子１１には無機材料や半導体材料を用いることができる。微粒子１１に無機材料を用いることにより、記録層を安定化させることができる。また、微粒子１１に半導体材料を用いることにより、図４に示した分光透過率曲線のように、ある波長範囲で記録層の透過率を急に低下させることができる。この特性は、２光子吸収等の非線形吸収を利用した記録に、より適している。また、高い再生分解能を得るためには、１５０ｎｍ〜５００ｎｍの波長を有する再生光を用いることが好ましい。微粒子１１にエネルギーギャップが２．５ｅＶ以上８．３ｅＶ以下の半導体材料を用いることにより、所定の波長を５００ｎｍよりも小さく設定できるため、再生波長を５００ｎｍ以下に設定できる。これにより、再生分解能を向上でき、さらなる高密度記録が可能となる。このような半導体材料の例は、エネルギーギャップが３．２ｅＶ（吸収スペクトル波長３８８ｎｍ）の酸化亜鉛（ＺｎＯ）、エネルギーギャップが３．８ｅＶ（吸収スペクトル波長３２６ｎｍ）の酸化スズ（ＳｎＯ２）、エネルギーギャップが３．６ｅＶ（吸収スペクトル波長３４４ｎｍ）の硫化亜鉛（ＺｎＳ）、エネルギーギャップが３．２ｅＶ（吸収スペクトル波長３８８ｎｍ）の酸化チタン（ＴｉＯ２）、エネルギーギャップが３．２ｅＶ（吸収スペクトル波長３８８ｎｍ）の酸化タングステン（ＷＯ３）、エネルギーギャップが３．２ｅＶ（吸収スペクトル波長３８８ｎｍ）のチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、エネルギーギャップが３．０ｅＶ（吸収スペクトル波長４１３ｎｍ）の炭化シリコン（ＳｉＣ）、エネルギーギャップが２．８ｅＶ（吸収スペクトル波長４４３ｎｍ）の酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、エネルギーギャップが２．５ｅＶ（吸収スペクトル波長４９７ｎｍ）の硫化カドミウム（ＣｄＳ）等である。
次に、本実施の形態の情報記録媒体の製造方法について、図２Ａ〜図２Ｄを参照しながら説明する。
まず、基板９を用意し（図２Ａ参照。）、基板９上に、例えばスピンコート等の方法を用いて、微粒子１１および微粒子保持材１０を含む塗料を塗布して記録層１ａを形成する（図２Ｂ参照。）。さらにその上に、例えばスピンコート等の方法を用いて、中間層の材料を含む塗料を塗布することにより、中間層２ａを形成する（図２Ｃ参照。）。さらにその上に、同様に記録層１ｂ、中間層２ｂ、記録層１ｃ、…、記録層１ｆを繰り返し形成する。最後に、保護層４の材料を含む塗料を塗布する方法またはフィルム形成法等を用いて、保護層４を形成する（図２Ｄ参照）。このように材料を塗布して記録層１および中間層２を形成することにより、容易に、且つ低コストで本実施の形態の情報記録媒体を作製できる。
また、中間層または記録層を余剰に形成し、余剰に形成した部分（つまり記録部の一部であって、光が入射する側の部分）を保護層４としてもよい。すなわち、記録層１ｆ上に中間層２ａ〜２ｅと同様の層をさらに形成して保護層４とするか、または記録層１ｆを厚く形成してその一部を保護層４として機能させることも可能である。このようにすれば、記録部３と別工程で保護層４を形成する必要がなくなり、保護層４を記録部と実質的に同じ材料とすることができる。
次に、本実施の形態の光学情報記録再生装置について説明する。図３に示すように、本実施の形態の光学情報記録再生装置の光学ヘッドには、再生用と記録用の２種類の光源２０ａ，２０ｂが設けられ、光源２０ａ，２０ｂから情報記録媒体２２までの光路中に、ビームスプリッタ１８ａ，１８ｂ、コリメータレンズ１６、フォーカス／トラック誤差信号検出素子１５、立ち上げミラー１２１、球面収差補正素子１３、対物レンズ６（組レンズ６ａ、６ｂ）が配置されている。光源２０ａは、例えば波長４０５ｎｍの再生用の半導体レーザ光源であり、光源２０ｂは、例えば波長７４０ｎｍで、パルス幅が例えば１００フェムト秒〜１０ナノ秒の記録用の半導体パルスレーザ光源である。
記録時においては、光源２０ｂから出射されたレーザ光２１ｂは、ビームスプリッタ１８ａによりｙ軸方向に折り曲げられ、コリメータレンズ１６により略平行光となり、回折型のフォーカス／トラック誤差信号検出素子１５を透過（０次回折光利用）して、立ち上げミラー１２１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、球面収差補正素子１３を通過して、対物レンズ６によって情報記録媒体２２の記録部３に集光（収束光７）し、図１に示すような情報ビット５が記録される。情報ビット５は、記録層１の光学定数の変化を利用して形成されるが、本実施の形態では、記録層１の微粒子保持材１０の屈折率変化や透過率の変化等を利用して情報ビット５が形成されている。
再生時においては、光源２０ａから出射されたレーザ光２１ａは、ビームスプリッタ１８ａと１８ｂを透過して、コリメータレンズ１６により略平行光となり、回折型のフォーカス／トラック誤差信号検出素子１５を透過（０次回折光利用）して、立ち上げミラー１２１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、球面収差補正素子１３を通過して、対物レンズ６によって情報記録媒体２２の記録部３に集光（収束光７）する。記録層１に形成された情報ビット５によって反射された光は、逆方向に折り返し、対物レンズ６、球面収差補正素子１３、立ち上げミラー１２１を順に通過し、回折型フォーカス／トラック誤差信号検出素子１５によって、複数の光に分岐させて（１次回折光利用。ただし、図３においては簡略化のため、回折型フォーカス／トラック誤差信号検出素子１５からビームスプリッタ１８ｂまでの光路において分岐光は図示せず。）、コリメータレンズ１６により収束光となり、さらにビームスプリッタ１８ｂにより−ｚ軸方向に偏向される。−ｚ軸方向に偏向された複数の分岐光１７ａ〜１７ｃは、ピンホールアレイ１４のそれぞれのピンホール１４ａ〜１４ｃを透過して、光検出器１９ａ〜１９ｃで信号が検出される。
なお、本実施の形態の光学情報記録再生装置においては、記録用の光源と再生用の光源とを別に設けているが、記録用の光源および再生用の光源を一つの光源で兼用することも可能である。この場合、例えば波長７４０ｎｍの光源を用い、記録用にはパルス発振させてピークパワーの大きいレーザ光を出射し、再生用には連続発振させてピークパワーの小さいレーザ光を出射するように設定することにより実現可能である。これにより、光源が一つとなり、装置の構成をより簡単にできる。
また、本実施の形態においては複数のピンホールを有するピンホールアレイ１４を分岐光１７ａ〜１７ｃ全体のほぼ焦点の位置に設置しているが、別々のピンホールを分岐光１７ａ〜１７ｃのそれぞれの焦点に対応する位置に設置してもよい。ピンホール１４ａ〜１４ｃの大きさをそれぞれの収束光１７ａ〜１７ｃよりも小さくすることによって、収束光１７ａ〜１７ｃの中心部の光のみを検出し、収束光１７ａ〜１７ｃの周辺付近に分布する不要な高次収差光を除去することができる。これにより、再生信号だけでなくサーボの誤差信号のＳ／Ｎまでも向上させることができる。なお、分岐光１７ａ〜１７ｃの周辺光を削除すると光量が低下するため、この場合は光検出器１９にＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）を用いて信号強度を強めることが好ましい。なお、記録層が多層設けられている情報記録媒体の場合、材料の制限で検出光量が大きくとれないので、その理由からもＡＰＤを用いることが好ましい。
また、ピンホールアレイ１４の代わりに、それぞれの分岐光１７ａ〜１７ｃより小さい面積の光検出器１９ａ〜１９ｃで分岐光１７ａ〜１７ｃをそれぞれ検出するようにしても、同様の効果が得られる。
さらに、トラック誤差信号に対応する分岐光１７ｂ，１７ｃのみをピンホールアレイ１４のピンホール１４ｂ，１４ｃに通過させて光検出器１９ｂ，１９ｃで検出し、フォーカス誤差信号に対応する分岐光１７ａはピンホールを通さないで、例えば４分割の光検出器１９ａで直接検出するようにしてもよい。このような配置では、フォーカス検出法として例えば非点収差法を用いることができる。また、この時の光検出器１９ａの面積は、検出位置での分岐光１７ａの断面積より小さくすると高次収差成分を減らすことができる。
本実施の形態においては、対物レンズ６を２枚組にすることにより、開口率ＮＡを高くし、例えば０．８５にした。なお、１枚レンズでも開口率ＮＡを高くすることは可能である。
本実施の形態では、既に記録された情報ビット５を通過しない順序で、記録部３中に順次情報ビット５を３次元的に記録するようにした。このような順序で記録することにより、情報ビット５による、散乱光、不要回折光等の迷光を減らすことができる。具体的には、対物レンズ６から最も離れた位置に配置された記録層（図１では、記録層１ａ）から順に近い記録層に情報ビット５を形成することにより、上記順序が実現可能である。図１に示す情報記録媒体では、記録層１ａ、記録層１ｂ、記録層１ｃ、…というように、−ｚ軸方向に３次元的に記録すればよい。この時、収束光７が通過する記録層１の厚さが情報ビット５の記録深さにより異なるので、光源２０ａ，２０ｂ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１３で、記録深さに応じて球面収差量を制御しながら記録することが好ましい。これにより、良好な情報ビット５を形成できる。球面収差補正素子１３には、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等を利用できる。
なお、記録順については、情報ビット５の未記録部分が存在する場合は、収束光７が既に記録された情報ビット５を通過しないのであれば、常に−ｚ軸方向でなくともよい。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の情報記録媒体およびその製造方法について、図面を用いて説明する。図５Ａおよび図５Ｂは、本実施の形態における情報記録媒体の断面構成および情報を記録／再生する様子を示している。
図５Ａに示すように、本実施の形態の情報記録媒体には、基板３９上に記録部３３および保護層３４が形成されている。記録部３３には、記録層および記録補助層（微粒子含有層）の積層体が、中間層を介して複数積層されている。すなわち、記録部３３には、基板３９側から、記録補助層３７ａ、記録層３１ａ、中間層３２ａ、記録補助層３７ｂ、記録層３１ｂ、中間層３２ｂ、…、中間層３２ｅ、記録補助層３７ｆおよび記録層３１ｆが順に積層されている。本実施の形態の情報記録媒体は、記録部３３に複数の記録層を含むことで、平面的な情報の記録に加えて、厚さ方向に複数層重ねて情報の記録を行うことができる３次元的な記録を可能としている。なお、以下、記録層３１ａ〜３１ｆのうち任意の記録層について述べるときは記録層３１とし、中間層３２ａ〜３２ｅのうち任意の中間層について述べるときは中間層２とし、記録補助層３７ａ〜３７ｆのうち任意の記録補助層について述べるときは記録補助層３７とする。
図５Ｂは、記録層３１および記録補助層３７（図５Ａに示す領域３６内）の拡大図である。図５Ｂに示すように、記録補助層３７が記録層３１に接して設けられており、記録補助層３７は、微粒子保持材４０に微粒子４１が分散されて形成されている。微粒子４１は、実施の形態１で説明した情報記録媒体の記録層１に含まれる微粒子１１と同様の性質および機能を有し、同様の材料にて形成することができる。また、微粒子保持材４０も、実施の形態１の情報記録媒体の記録層に含まれる微粒子保持材１０と同様に記録光および再生光に対して実施的に透明であることが必要とされるが、必ずしも所定の温度で光学定数が変化する材料である必要はなく、むしろ変化しない方が望ましい。これは、本実施の形態の情報記録媒体においては、微粒子保持材４０が記録材料として機能するのではなく記録層３１に記録するからである。
記録層３１は、所定の温度で屈折率や透過率の光学定数が変化する材料であればよく、樹脂、テルルガラス、カルコゲナイトガラス等を用いることができる。ただし、記録層が複数含まれる多層構造であるため、光の損失を減らすために記録光および再生光に対して実質的に透明であることが好ましい。
基板３９、保護層３４、および中間層３２は、実施の形態１の情報記録媒体における基板９、保護層４、および中間層２と同様の機能を有し、同様の材料にて形成できる。
次に、本実施の形態の情報記録媒体に対する情報の記録について説明する。
本実施の形態の情報記録媒体は、実施の形態１の情報記録媒体の記録層１のように、記録光の集光部で記録補助層３７に２光子吸収等の非線形吸収現象が誘起されて微粒子４１が記録光を吸収する。微粒子４１が光を吸収して発熱し、その熱が記録補助層３７に接して設けられている記録層３１に伝達されて記録層３１の温度が上昇する。記録層３１の温度が所定の温度に到達すると、記録層３１の光学定数が変化して情報ビット３５が形成される。この情報記録媒体によれば、従来の情報記録媒体よりも記録感度が向上する。これは、記録補助層３７に含まれる微粒子４１に光が吸収されることにより、量子効果や熱変換効率が良い等の微粒子特有の効果が生じ、さらに様々な非線形吸収現象が引き起こされるためであると考えられる。
記録光は、実施の形態１の場合と同様の理由から、ピークパワーが数１０〜数１００ｍＷ以上で数ｋＷ以下程度、パルス幅が１００フェムト秒〜１０ナノ秒（より好ましくは１ピコ秒から１００ピコ秒）であることが好ましい。
本実施の形態の情報記録媒体を製造する方法も、実施の形態１の場合と同様に、材料を順次塗布することにより各層を形成することが好ましい。容易に、且つ低コストで作製できるからである。
また、本実施の形態の情報記録媒体に対して情報の記録および再生を行う場合も、図３に示した光学情報記録再生装置を用いることができる。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３の情報記録媒体およびその製造方法について、図面を用いて説明する。図６Ａおよび図６Ｂは、本実施の形態における情報記録媒体の断面構成および情報を記録／再生する様子を示している。
図６Ａに示すように、本実施の形態の情報記録媒体には、基板４９上に記録部４３および保護層４４が形成されている。実施の形態１および２の情報記録媒体と異なるのは、記録部４３の全体が記録層（微粒子含有層）４１として機能している点である。記録層４１内のほぼ同一平面上に情報ビット４５の列を記録し、このような記録面（４１ａ〜４１ｆ）を記録層４１内に複数設けることで、３次元的な情報の記録を実現している。
図６Ｂは、記録層４１（図６Ａに示す領域４６内）の拡大図である。図６Ｂに示すように、記録層４１は、微粒子保持材５０に微粒子５１が分散されて形成されている。微粒子５１は、実施の形態１で説明した情報記録媒体の記録層１に含まれる微粒子１１と同様の性質および機能を有し、同様の材料にて形成することができる。ただし、本実施の形態の情報記録媒体では、微粒子５１の含有量は０．３ｗｔ％〜１０ｗｔ％であることが好ましい。これは、０．３ｗｔ％以上で記録感度が向上し、１０ｗｔ％以下で散乱損失を抑えて光効率を高めることができるからである。微粒子保持材５０は、実施の形態１の情報記録媒体の記録層１に含まれる微粒子保持材１０と同様の性質および機能を有し、同様の材料にて形成することができる。基板４９と保護層４４が記録層４３と同じ材料にて形成されている場合には、より構造が簡単となり、低コストで製造できる。
本実施の形態の情報記録媒体に対する情報の記録については、実施の形態１の場合と同様であるため、記録光は、実施の形態１の場合と同様の理由から、ピークパワーが数１０〜数１００ｍＷ以上で数ｋＷ以下程度、パルス幅が１００フェムト秒〜１０ナノ秒（より好ましくは１ピコ秒から１００ピコ秒）であることが好ましい。
本実施の形態の情報記録媒体を製造する方法としては、微粒子５１と微粒子保持材５０を含む塗料を基板４９上に塗布することにより形成する方法や、記録層４１を射出成型により形成する方法がある。これらの方法によれば、容易に、且つ低コストで作製できる。
また、本実施の形態の情報記録媒体に対して情報の記録および再生を行う場合も、図３に示した光学情報記録再生装置を用いることができる。
以上、実施の形態１〜３において本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、それぞれの実施の形態の情報記録媒体およびその製造方法、並びに光学情報記録再生装置の構成を組み合わせることも可能であり、同様の効果を奏することができる。また、本発明の情報記録媒体および光学情報記録再生装置には、追記型以外に書き換え型も含まれる。
また、実施の形態１および２においては、記録層を６層含む情報記録媒体について説明したが、積層数はこれに限定されず、記録層は２層以上１００層以下の範囲で積層可能である。
また、実施の形態１〜３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、カード状やドラム状、テープ状の製品に応用することも本発明の範囲に含まれる。
なお、上記実施の形態で用いた対物レンズとコリメータレンズは便宜上名付けたものであり、一般にいうレンズと同じである。
（実施例）
次に、本実施の形態の情報記録媒体の一実施例について説明する。本実施例の情報記録媒体は、実施の形態１で説明した図１に示す情報記録媒体の一例である。
表面にトラック溝（ピッチ０．３２μｍ、溝深さ約３０ｎｍのグルーブ記録用の溝）が形成された厚さ１．１ｍｍのポリカーボネートからなる基板９上に、厚さ０．１３〜１μｍの記録層と厚さ３μｍの中間層とを交互にスピンコート法で複数積層して記録部３を形成し（記録層１ａ〜１ｆ、中間層２ａ〜２ｅ）、さらに厚さ１００μｍのポリカーボネートからなる保護層４を形成した。記録層１ａ〜１ｆは、５５ｗｔ％の酸化亜鉛（平均粒径０．０３μｍ）からなる微粒子１１と、４５ｗｔ％の紫外線硬化樹脂からなる微粒子保持材１０とにより形成した。また、中間層２ａ〜２ｅは、紫外線硬化樹脂にて形成した。
本実施例の情報記録媒体における分光透過率曲線は、図４に示したものとほぼ同様であった。そこで、所定の波長を３７０ｎｍとし、記録波長は７４０ｎｍに設定した。
図７には、本実施例の情報記録媒体に対し、パルス幅を変化させて波長７４０ｎｍのパルスレーザ光を照射し、１ビット記録時のエネルギー閾値およびピークパワー閾値を測定した結果が示されている。パルスレーザ光のパルス幅が長くなるに従い、情報記録媒体に１ビットを記録するピークパワーの閾値が低下する傾向がみられた。パルス幅を１ピコ秒以上とすることにより、ピークパワー閾値を３ｋＷ以下に抑えることができた。一方、１ビットの記録に必要なエネルギー閾値は、数ピコ秒のパルス幅のレーザ光に対して最も低く、それよりパルス幅が長くなると徐々に大きくなる傾向がみられた。パルス幅を１００ピコ秒以下とすることにより、エネルギー閾値を５ｎＪ以下に抑えることができた。
以上の結果より、本実施例の情報記録媒体によれば、ピークパワーが３ｋＷ以下のレーザ光を用いて、１パルスで１つの情報ビットを形成できることが確認された。
産業上の利用の可能性
本発明の情報記録媒体およびその製造方法、並びに光学情報記録再生装置によれば、記録感度が向上し、従来のように非常に高いピークパワーを有するレーザ光でなくても１パルスで１つの情報ビットを形成することができる。従って、高感度および高速記録が可能な情報記録媒体および光学情報記録再生装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
図１Ａは、本発明の実施の形態１における情報記録媒体の断面構成および情報を記録／再生する様子を示す説明図であり、図１Ｂは、図１Ａに示す情報記録媒体の記録層の拡大図である。
図２Ａ〜図２Ｄは、本発明の実施の形態１における情報記録媒体の各製造工程における断面図である。
図３は、本発明の実施の形態１の光学情報記録再生装置の光学ヘッドを示す概略構成図である。
図４は、本発明の実施の形態１における情報記録媒体の記録層の分光透過率曲線を示す図である。
図５Ａは、本発明の実施の形態２における情報記録媒体の断面構成および情報を記録／再生する様子を示す説明図であり、図５Ｂは、図５Ａに示す情報記録媒体の記録層および記録補助層の拡大図である。
図６Ａは、本発明の実施の形態３における情報記録媒体の断面構成および情報を記録／再生する様子を示す説明図であり、図６Ｂは、図６Ａに示す情報記録媒体の記録層の拡大図である。
図７は、本発明の実施例の情報記録媒体における１ビット記録時のエネルギー閾値およびピークパワー閾値と記録レーザ光のパルス幅との関係を示す図である。
図８は、従来の情報記録媒体の断面構成および信号を記録／再生する様子を示す説明図である。
本発明は、３次元的な情報の記録が可能な情報記録媒体およびその製造方法、並びに光学的情報記録再生装置に関し、特に、高感度・高速記録が可能な情報記録媒体およびその製造方法、並びに光学的情報記録再生装置に関する。
背景技術
情報を３次元的に記録することが可能な情報記録媒体として、従来、図８に示す情報記録媒体があった（河田善正他：“多層膜構造を有する有機記録媒体を用いた３次元光メモリ”、Ｏｐｔｉｃｓ Ｊａｐａｎ ２０００講演予稿集ｐ．９５−９６、７ｐＢ１２（２０００年））。この情報記録媒体は、ガラス基板１０４上に、フォトンモード記録材料であるウレタン−ウレア共重合体材料を用いた記録層１０１ａ〜１０１ｄと、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）膜およびＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）膜からなる中間層１０２ａ〜１０２ｃとを、交互に積層したものである。
この情報記録媒体の記録層１０１ａ〜１０１ｄのうち、所望の記録層に、対物レンズ１０６でレーザ光１０８を集光する（収束光１０７を照射する）ことにより、情報を記録することができる。ここで用いられるレーザ光１０８は、パルス幅が約１００フェムト秒でピークパワーが非常に高いパルスレーザ光である。このようなパルスレーザ光を記録層１０１ａ〜１０１ｄに集光することにより、非線形吸収現象の１つである２光子吸収を利用して記録層１０１ａ〜１０１ｄに情報を記録する。具体的には、記録層１０１ａ〜１０１ｄにおける収束光１０７の照射領域のうち、収束光１０７のパワー密度の高い部分（集光点）で２光子吸収が起こり、実際に照射された光の波長の半分の波長を有する光が照射されたような現象が生じて情報ビット１０５を書き込む。また、情報ビット１０５に低パワーの光を集光し、その反射光を対物レンズ１０６を介して光検出器（図示せず）で検出することにより、信号再生を行うことができる。この情報記録媒体は、記録層が対物レンズの光軸方向（ｚ軸方向）に複数積層されているので、３次元的な情報の記録が可能となり、記録容量が増大する。
しかし、上記従来の情報記録媒体は、記録層の記録感度が良くないという問題があった。このため、１パルスで１つの情報ビットを形成する１回書きの方法の場合、光源として、ピークパワーの非常に大きい（約１００ｋＷ程度の）フェムト秒レーザを用いる必要があり、光源の構造が複雑になるという問題があった。また、ピークパワーがそれよりも小さい光源を用いる場合は、同じ場所を多数回（例えば数十〜数千回）繰り返し記録する必要があり（記録層にフォトンモード記録材料を用いているため蓄積記録が可能）、書き込み速度が遅くなるという問題が生じていた。
発明の開示
本発明の情報記録媒体は、３次元的な情報の記録が可能な記録部を含む情報記録媒体であって、前記記録部が、所定の波長を有する光の少なくとも一部を吸収し、前記所定の波長よりも長い波長を有する記録光および再生光に対して実質的に透明であり、且つ前記所定の波長の光に対する吸収率が前記記録光および前記再生光に対する吸収率よりも高い微粒子と、前記記録光および前記再生光に対して実質的に透明である微粒子保持材と、を含む微粒子含有層を少なくとも一層含むことを特徴としている。
本発明の情報記録媒体の製造方法は、本発明の情報記録媒体を製造する方法であって、微粒子と微粒子保持材とを含む塗料を形成して、前記塗料を塗布することにより微粒子含有層を形成する工程を含むことを特徴としている。
本発明の光学情報記録再生装置は、本発明の情報記録媒体に対して情報の記録および再生を行う光学情報記録再生装置であって、記録光を出射する光源と、再生光を出射する光源と、前記光源から出射された光を前記情報記録媒体に集光する対物レンズと、前記情報記録媒体で反射した光を検出する光検出器と、を備え、前記情報記録媒体の記録部の光学定数の変化を利用して、前記記録部に情報ビットを３次元的に記録することを特徴としている。
発明を実施するための最良の形態
本発明の情報記録媒体によれば、記録感度が向上するので、従来のように非常に高いピークパワーを有するレーザ光でなくても１パルスで１つの情報ビットを形成することができる。これにより、高感度で高速記録が可能な情報記録媒体を提供できる。なお、本明細書において、記録光および再生光に対して実質的に透明であるとは、記録光および再生光のうち散乱成分を除いてほとんどを吸収なしに透過させることをいう。具体的には、例えば微粒子含有層一層あたりについて透過率９５％以上であることが好ましく、透過率９９％以上であることがより好ましい。
本発明の情報記録媒体において、前記微粒子の平均粒径は、前記記録光の波長および前記再生光の波長よりも短いことが好ましく、前記記録光の波長および前記再生光の波長の１／４よりも短いことがより好ましい。記録部に微粒子含有層が複数含まれる場合等に、回折損失や散乱損失を抑制して光損失を防ぐためである。なお、この場合、微粒子の一部が凝集してみかけの粒径が記録光および再生光の波長よりも長い粒子（凝集塊）が存在する場合も含まれる。また、微粒子が凝集している場合でも、凝集した状態でみかけの粒径が記録光および再生光の波長よりも短いことがより好ましい。
本発明の情報記録媒体においては、前記微粒子含有層を記録層とし、前記微粒子保持材を所定の温度で光学定数が変化するように形成することができる。この場合、前記記録部に前記記録層が複数含まれており、前記複数の記録層を、前記記録光および前記再生光に対して実質的に透明な中間層を介して積層し、多層構造を実現することもできる。
また、本発明の情報記録媒体においては、前記記録部が記録層をさらに含み、前記微粒子含有層を前記記録層に接して配置される記録補助層とすることもできる。この場合、前記記録層および前記記録補助層からなる積層体を複数設け、互いに隣接する前記積層体間に、前記記録光および前記再生光に対して実質的に透明な中間層を設けて、多層構造を実現することもできる。
また、本発明の情報記録媒体においては、前記微粒子含有層が記録層で、前記微粒子保持材は所定の温度で光学定数が変化し、前記記録部全体を一つの前記記録層にて形成することもできる。
本発明の情報記録媒体において、前記記録部の光入射側に、前記記録光および前記再生光に対して実質的に透明な保護層が設けられていることが好ましい。記録部を傷やほこり等から防ぐためである。
また、前記保護層や前記中間層は、前記微粒子保持材と同じ材料からなることが好ましい。微粒子含有層との良好な境界面を形成でき、材料管理も容易となるからである。ここで、同じ材料とは同種類の物質という意味であり、例えば樹脂の場合に重合度の違いで分子量が異なる場合であっても同じ材料であるとする。
本発明の情報記録媒体においては、前記微粒子保持材の屈折率と前記微粒子の屈折率との差が０．５以下であることが好ましい。散乱損失を抑制するためである。
本発明の情報記録媒体においては、前記微粒子は無機材料または半導体材料からなることが好ましい。微粒子を無機材料にて形成すれば、微粒子含有層を安定化できる。微粒子を半導体材料にて形成すれば、ある波長範囲において透過率を急に低下させることができるので、非線形吸収現象を用いた情報の記録に好適である。このような半導体材料としては、エネルギーギャップが２．５ｅＶ以上８．３ｅＶ以下であることが好ましく、例えば酸化亜鉛、酸化スズ、硫化亜鉛、酸化チタン、酸化タングステン、チタン酸ストロンチウム、炭化シリコン、酸化インジウム、および硫化カドミウムからなる群から選択される少なくとも一つを含むことが好ましい。再生光の波長を５００ｎｍ以下に設定できるので、再生分解能および記録密度を向上させることができるからである。
複数の微粒子含有層を記録層または記録補助層として用いる情報記録媒体においては、前記微粒子含有層は、前記微粒子を１ｗｔ％以上９５ｗｔ％以下含むことが好ましい。この場合、微粒子の含有量を１ｗｔ％以上とすることで記録感度を実用レベルまで向上させることができ、また、９５ｗｔ％以下とすることで散乱等の光損失を実用レベルに抑えることができるからである。
微粒子含有層を記録層とし、且つ記録部全体を一つの記録層とする情報記録媒体においては、前記微粒子含有層は、前記微粒子を０．３ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下含むことが好ましい。この場合、微粒子の含有量を０．３ｗｔ％以上とすることで記録感度を実用レベルまで向上させることができ、また、１０ｗｔ％以下とすることで散乱等の光損失を実用レベルに抑えることができるからである。
また、本発明の情報記録媒体においては、前記微粒子保持材を樹脂にて形成することが好ましい。微粒子含有層の形成が容易となるからである。
本発明の情報記録媒体の製造方法によれば、本発明の情報記録媒体を容易に、且つ低コストで作製することができる。
本発明の情報記録媒体の製造方法においては、記録光および再生光に対して実質的に透明な材料からなる塗料を塗布することにより中間層を形成する工程をさらに含み、前記微粒子含有層を形成する工程において、前記微粒子保持材として所定の温度で光学定数が変化する材料を用い、前記微粒子含有層を形成する工程と前記中間層を形成する工程とを所定の数だけ交互に繰り返すことが好ましい。これにより、微粒子含有層を記録層とし、この記録層が複数積層された情報記録媒体を、容易に、且つ低コストで作製できる。
本発明の情報記録媒体の製造方法においては、記録光および再生光に対して実質的に透明な材料からなる塗料を塗布することにより中間層を形成する工程と、所定の温度で光学定数が変化する材料からなる塗料を塗布することにより記録層を形成する工程と、をさらに含み、前記微粒子含有層を形成する工程、前記記録層を形成する工程、および前記中間層を形成する工程を、所定の順序で、且つ所定の数だけ周期的に繰り返すこともできる。この方法によれば、記録層と微粒子含有層からなる記録補助層とを複数備えた情報記録媒体を、容易に、且つ低コストで作製できる。
本発明の光学情報記録再生装置によれば、本発明の情報記録媒体に対して高密度および高速で情報を記録できる。
本発明の光学情報記録再生装置においては、記録光を出射する光源がパルスレーザ光源であり、パルス幅が１００フェムト秒から１０ナノ秒であることが好ましく、パルス幅が１ピコ秒から１００ピコ秒であることがより好ましい。記録感度をさらに向上させることができるからである。
本発明の光学情報記録再生装置においては、再生光を出射する光源の波長が、記録光を出射する光源の波長よりも短いことが好ましい。再生分解能および記録密度の向上のためである。
本発明の光学情報記録再生装置においては、非線形吸収現象を利用して前記情報記録媒体の記録部に情報ビットを記録することが好ましく、非線形吸収現象が２光子吸収または多光子吸収を含むことが好ましい。
本発明の光学情報記録再生装置においては、記録部に記録されている情報ビットを通過しない順序で、前記情報記録媒体の記録部に情報ビットを３次元的に記録することが好ましく、例えば前記情報記録媒体の記録部中の対物レンズからより離れた位置から近い位置に向かって、順に、情報ビットを記録することが好ましい。このような順序で情報ビットを記録することにより、情報ビットによる散乱光や不要回折光等の迷光を減らすことができるからである。
本発明の光学情報記録再生装置においては、前記記録光を出射する光源と前記再生光を出射する光源とを共通にすることも可能である。光源が一つとなり、構成が簡単になるからである。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１の情報記録媒体およびその製造方法、並びに光学情報記録再生装置について、図面を用いて説明する。図１Ａおよび図１Ｂは、本実施の形態における情報記録媒体の断面構成および情報を記録／再生する様子を示している。図２Ａ〜図２Ｄは、本実施の形態における情報記録媒体の各製造工程における断面図を示している。図３は、本実施の形態における光学情報記録再生装置の光学ヘッドの概略構成を示している。図４は、本実施の形態の情報記録媒体の一例における記録層の分光透過率曲線を示している。
図１Ａに示すように、本実施の形態の情報記録媒体には、基板９上に記録部３および保護層４が形成されている。記録部３には、複数の記録層（微粒子含有層）が中間層を介して積層されている。すなわち、記録部３には、基板９側から、記録層１ａ、中間層２ａ、記録層１ｂ、…、記録層１ｅ、中間層２ｅ、および記録層１ｆが順に積層されている。本実施の形態の情報記録媒体は、記録部３に複数の記録層を含むことで、平面的な情報の記録に加えて、厚さ方向に複数層重ねて情報の記録を行うことが可能な、３次元的な記録を実現している。なお、以下、記録層１ａ〜１ｆのうち任意の記録層について述べるときは記録層１とし、中間層２ａ〜２ｅのうち任意の中間層について述べるときは中間層２とする。
図１Ａに示すように、本実施の形態の情報記録媒体においては、情報の記録および再生時に保護層４が光入射側となる。記録時には、レーザ光８を対物レンズ（組レンズ６ａ，６ｂ）により記録層１ａ〜１ｆの何れかに集光させて（収束光７）、情報ビット５を形成する。再生時には、レーザ光８を対物レンズ（組レンズ６ａ，６ｂ）により所望の記録層１ａ〜１ｆに集光させて（収束光７）、情報ビット５によって反射された光により情報を再生する。
図１Ｂは、記録層１（図１Ａに示す領域１２内）の拡大図である。図１Ｂに示すように、記録層１は、微粒子保持材１０に微粒子１１が分散されて形成されている。
微粒子１１は、記録光および再生光に対して実質的に透明であって、また、所定の波長を有する光の少なくとも一部を吸収する材料からなる。この所定の波長は、記録光の波長（記録波長）および再生光の波長（再生波長）よりも短く、微粒子１１におけるこの所定の波長の光に対する吸収率は、記録光および再生光に対する吸収率よりも高い。また、この所定の波長とは、微粒子１１の吸収スペクトル波長を含む所定の波長範囲（微粒子１１の透過率の低下がみられる波長範囲）内に含まれ、この所定の波長の光に対する微粒子１１による吸収率は、記録層一層あたり５％以上であることが好ましく、２０％以上であることがより好ましい。また、微粒子１１の平均粒径は、記録波長および再生波長よりも小さいことが好ましい。これは、微粒子１１による記録光および再生光の回折損失による光損失を抑制するためである。さらに、微粒子１１の平均粒径を記録波長および再生波長の１／４以下とすることにより、回折損失に加えて散乱損失も抑制できるので、記録光および再生光の光損失をより少なくすることができる。
微粒子保持材１０は、記録光および再生光に対して実質的に透明な材料からなる。また、微粒子保持材１０は記録材料として用いられるため、所定の温度で光学定数が変化する材料、例えば所定の温度で熱変形等が生じて屈折率が変化する材料等にて形成する。微粒子保持材１０には、例えばＰＭＭＡ、フォトポリマー樹脂、紫外線硬化樹脂、またはポリエステル等を用いることが可能である。
記録層１には、微粒子１１が１ｗｔ％〜９５ｗｔ％含まれていることが好ましい。一記録層の厚みが１μｍ程度と薄い場合、微粒子１１が１ｗｔ％程度含有されていれば記録感度を向上させることができ、９５ｗｔ％程度含有されていても散乱による光損失を抑制することができる。また、後述するように、微粒子保持材１０が記録材料として機能することから、微粒子保持材１０は３０ｗｔ％以上含まれていることが好ましい。従って、微粒子１１は７０ｗｔ％以下であることがより好ましい。また、十分な記録感度を得るためには、微粒子１１は３０ｗｔ％以上であることがより好ましい。
微粒子１１と微粒子保持材１０との屈折率差を０．５以下とすれば、入射光の散乱損失を抑制でき、光利用効率を高めることができる。
中間層２は、記録光および再生光に対して実質的に透明であればよく、例えばＰＭＭＡ、フォトポリマー樹脂、紫外線硬化樹脂、またはポリエステル等を用いることができる。中間層２は、記録層１の微粒子保持材１０と同様の材料にて形成してもよい。
基板９は、例えばポリカーボネート、ＰＭＭＡ、ノルボルネン樹脂（例えば、「アートン」（ＪＳＲ株式会社製））、またはシクロオレフィン樹脂（例えば、「ゼオネックス」（日本ゼオン株式会社製））等にて形成できる。保護層４は透明材料にて形成でき、例えばポリカーボネート、ＰＭＭＡ、ノルボルネン樹脂（例えば、「アートン」（ＪＳＲ株式会社製））、またはシクロオレフィン樹脂（例えば、「ゼオネックス」（日本ゼオン株式会社製））等が使用可能である。
次に、本実施の形態の情報記録媒体に対する情報の記録について説明する。
微粒子１１および微粒子保持材１０は、記録光および再生光に対して実質的に透明である。従って、多層の記録層を有する本実施の形態の情報記録媒体において、光入射側の面から最も遠い層（図１では記録層１ａ）にまで記録光および再生光が大きく減衰されずに到達でき、３次元的に情報の記録および再生が可能となる。
記録光として比較的ピークパワーの高い光を記録層１上に集光すると、光パワー密度（光子密度）の高い集光部で、２光子吸収や多光子吸収等の非線形吸収現象が高い確率で誘起される。なお、ここでいう非線形吸収現象とは、記録層１の吸収感度が照射した光のエネルギーに比例しない現象のことであり、例えば、吸収感度に閾値がある場合（特に、本実施の形態では閾値が比較的大きい場合（例えば、エネルギー閾値が１０ｐＪ／μｍ２以上））、吸収感度が光のエネルギーのほぼ２乗特性となる２光子吸収や、ほぼｎ乗特性（ｎは３以上の整数）となる多光子吸収が発生する場合、２光子吸収や多光子吸収がきっかけとなりプラズマが生じる場合、およびこれらが組み合わされる場合等に生じる現象を含んでいる。例えば、記録光の集光部において記録層１に２光子吸収が発生する場合、集光部における記録層１は二つの光子を同時に吸収するので、あたかも記録波長の半分の波長の光が照射されたようになる。この場合、微粒子１１が記録波長の半分の波長の光の少なくとも一部を吸収する材料で形成されていれば（所定の波長を記録波長の半分の波長としておけば）、記録光の集光部で微粒子１１が記録光を吸収する。微粒子１１の光吸収により生じた熱で記録層の温度が上昇して所定の温度に達すると、微粒子保持材１０の光学定数が変化して情報ビット５が形成される。このように、記録の際、微粒子１１はそれ自体の光学定数は変化せず、触媒のように作用して、微粒子保持材１０の光学定数を変化させて情報ビット５を形成すると考えられる。
記録光の集光部においてこのような非線形吸収現象を誘起するためには、従来、非常に高いピークパワーのレーザ光を用いるか、ピークパワーがそれほど高くない場合は同じ場所に多数回繰り返して照射する必要があったが、本実施の形態の情報記録媒体によれば、ピークパワーが数１０〜数１００ｍＷ程度であってもこのような非線形吸収現象を誘起することができ、さらに、それほど高くないピークパワーのパルスレーザ光であっても１パルスで１つの情報ビット５を形成できる。これは、微粒子１１に光が吸収されることにより量子効果や熱変換効率が良い等の微粒子特有の効果が生じ、その結果、プラズマが発生する等の種々の非線形吸収現象がさらに引き起こされるためであると考えられる。これにより、比較的小さいピークパワーのパルスレーザ光を用いた高速記録が可能になる。
記録光のパルス幅は、１００フェムト秒〜１０ナノ秒であることが好ましく、１ピコ秒から１００ピコ秒であることがより好ましい。一般に、レーザ光のパルス幅が長くなるに従い、情報記録媒体に１ビットを記録するピークパワーの閾値は低下する傾向にある。これは、レーザ光のパルス幅が長くなるとその分エネルギーが大きくなるためと考えられる。比較的低いピークパワーで記録可能とすることにより、光源の半導体レーザの構造を簡単にできる。これは、ピークパワーがそれほど高くない半導体レーザは、出射端面破壊がされにくいからである。従って、実用上、ピークパワー閾値を３ｋＷ以下程度に抑えるために、パルス幅を１ピコ秒以上とすることが望ましい。一方、一般に、１ビットの記録に必要なエネルギー閾値は、数ピコ秒のパルス幅のレーザ光に対してが最も低く、それよりパルス幅が長くなると徐々に大きくなる傾向にある。そこで、実用上、エネルギー閾値を５ｎＪ以下程度に抑えるために、１００ピコ秒以下のパルス幅で記録することが望ましい。なお、エネルギー閾値は、レーザ光のパルス幅にピークパワー閾値を乗じた値で得られる。
以下に、微粒子１１を酸化亜鉛にて形成する場合を例として、より具体的に説明する。
酸化亜鉛からなる微粒子１１を約５５ｗｔ％、ポリエステルからなる微粒子保持材１０を約４５ｗｔ％含む厚み０．１３μｍの記録層１を中間層２を介して１０層積層させた記録部３が、基板９と保護層４との間に設けられた情報記録媒体の分光透過率曲線は、図４に示すようになる。なお、酸化亜鉛のエネルギーギャップは３．２ｅＶであり、吸収スペクトル波長は３８８ｎｍである。図４に示すように、この情報記録媒体は、波長４００ｎｍ以上で保護層４と基板９表面のフレネル反射率約１０％を含んでの透過率が約９０％であり、従って、記録層１での吸収がほとんどなく透明である。また、この情報記録媒体は、波長４００ｎｍ以下で透過率が急に低下し、波長３７０ｎｍで透過率は０％と不透明となる。従って、この情報記録媒体においては、透過率が急に低下する４００ｎｍ以下の波長範囲で所定の波長を決定することができる。好ましくは記録層一層あたり吸収率５％以上となる波長、より好ましくは吸収率１００％となる３７０ｎｍ付近で所定の波長を決定することである。この記録層１において２光子吸収による情報の記録を前提とする場合、決定された所定の波長の約２倍の波長を有する光を記録光として用い、集光部ではあたかも決定された所定の波長の光が照射されるようにすればよい。例えば所定の波長を３７０ｎｍに決定する場合、記録波長は７４０ｎｍに設定すればよい。また、再生波長は、記録層において実質的に透明となる４００ｎｍより大きい波長に設定すればよい。このような記録光および再生光は、微粒子１１にほとんど吸収されないので、記録層を通過してもほとんど減衰されることがない。なお、ｎ光子吸収等の多光子吸収による記録を想定した場合、記録光は所定の波長のｎ倍に設定すればよく、他は同様である。
微粒子１１には無機材料や半導体材料を用いることができる。微粒子１１に無機材料を用いることにより、記録層を安定化させることができる。また、微粒子１１に半導体材料を用いることにより、図４に示した分光透過率曲線のように、ある波長範囲で記録層の透過率を急に低下させることができる。この特性は、２光子吸収等の非線形吸収を利用した記録に、より適している。また、高い再生分解能を得るためには、１５０ｎｍ〜５００ｎｍの波長を有する再生光を用いることが好ましい。微粒子１１にエネルギーギャップが２．５ｅＶ以上８．３ｅＶ以下の半導体材料を用いることにより、所定の波長を５００ｎｍよりも小さく設定できるため、再生波長を５００ｎｍ以下に設定できる。これにより、再生分解能を向上でき、さらなる高密度記録が可能となる。このような半導体材料の例は、エネルギーギャップが３．２ｅＶ（吸収スペクトル波長３８８ｎｍ）の酸化亜鉛（ＺｎＯ）、エネルギーギャップが３．８ｅＶ（吸収スペクトル波長３２６ｎｍ）の酸化スズ（ＳｎＯ２）、エネルギーギャップが３．６ｅＶ（吸収スペクトル波長３４４ｎｍ）の硫化亜鉛（ＺｎＳ）、エネルギーギャップが３．２ｅＶ（吸収スペクトル波長３８８ｎｍ）の酸化チタン（ＴｉＯ２）、エネルギーギャップが３．２ｅＶ（吸収スペクトル波長３８８ｎｍ）の酸化タングステン（ＷＯ３）、エネルギーギャップが３．２ｅＶ（吸収スペクトル波長３８８ｎｍ）のチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、エネルギーギャップが３．０ｅＶ（吸収スペクトル波長４１３ｎｍ）の炭化シリコン（ＳｉＣ）、エネルギーギャップが２．８ｅＶ（吸収スペクトル波長４４３ｎｍ）の酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、エネルギーギャップが２．５ｅＶ（吸収スペクトル波長４９７ｎｍ）の硫化カドミウム（ＣｄＳ）等である。
次に、本実施の形態の情報記録媒体の製造方法について、図２Ａ〜図２Ｄを参照しながら説明する。
まず、基板９を用意し（図２Ａ参照。）、基板９上に、例えばスピンコート等の方法を用いて、微粒子１１および微粒子保持材１０を含む塗料を塗布して記録層１ａを形成する（図２Ｂ参照。）。さらにその上に、例えばスピンコート等の方法を用いて、中間層の材料を含む塗料を塗布することにより、中間層２ａを形成する（図２Ｃ参照。）。さらにその上に、同様に記録層１ｂ、中間層２ｂ、記録層１ｃ、…、記録層１ｆを繰り返し形成する。最後に、保護層４の材料を含む塗料を塗布する方法またはフィルム形成法等を用いて、保護層４を形成する（図２Ｄ参照）。このように材料を塗布して記録層１および中間層２を形成することにより、容易に、且つ低コストで本実施の形態の情報記録媒体を作製できる。
また、中間層または記録層を余剰に形成し、余剰に形成した部分（つまり記録部の一部であって、光が入射する側の部分）を保護層４としてもよい。すなわち、記録層１ｆ上に中間層２ａ〜２ｅと同様の層をさらに形成して保護層４とするか、または記録層１ｆを厚く形成してその一部を保護層４として機能させることも可能である。このようにすれば、記録部３と別工程で保護層４を形成する必要がなくなり、保護層４を記録部と実質的に同じ材料とすることができる。
次に、本実施の形態の光学情報記録再生装置について説明する。図３に示すように、本実施の形態の光学情報記録再生装置の光学ヘッドには、再生用と記録用の２種類の光源２０ａ，２０ｂが設けられ、光源２０ａ，２０ｂから情報記録媒体２２までの光路中に、ビームスプリッタ１８ａ，１８ｂ、コリメータレンズ１６、フォーカス／トラック誤差信号検出素子１５、立ち上げミラー１２１、球面収差補正素子１３、対物レンズ６（組レンズ６ａ、６ｂ）が配置されている。光源２０ａは、例えば波長４０５ｎｍの再生用の半導体レーザ光源であり、光源２０ｂは、例えば波長７４０ｎｍで、パルス幅が例えば１００フェムト秒〜１０ナノ秒の記録用の半導体パルスレーザ光源である。
記録時においては、光源２０ｂから出射されたレーザ光２１ｂは、ビームスプリッタ１８ａによりｙ軸方向に折り曲げられ、コリメータレンズ１６により略平行光となり、回折型のフォーカス／トラック誤差信号検出素子１５を透過（０次回折光利用）して、立ち上げミラー１２１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、球面収差補正素子１３を通過して、対物レンズ６によって情報記録媒体２２の記録部３に集光（収束光７）し、図１に示すような情報ビット５が記録される。情報ビット５は、記録層１の光学定数の変化を利用して形成されるが、本実施の形態では、記録層１の微粒子保持材１０の屈折率変化や透過率の変化等を利用して情報ビット５が形成されている。
再生時においては、光源２０ａから出射されたレーザ光２１ａは、ビームスプリッタ１８ａと１８ｂを透過して、コリメータレンズ１６により略平行光となり、回折型のフォーカス／トラック誤差信号検出素子１５を透過（０次回折光利用）して、立ち上げミラー１２１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、球面収差補正素子１３を通過して、対物レンズ６によって情報記録媒体２２の記録部３に集光（収束光７）する。記録層１に形成された情報ビット５によって反射された光は、逆方向に折り返し、対物レンズ６、球面収差補正素子１３、立ち上げミラー１２１を順に通過し、回折型フォーカス／トラック誤差信号検出素子１５によって、複数の光に分岐させて（１次回折光利用。ただし、図３においては簡略化のため、回折型フォーカス／トラック誤差信号検出素子１５からビームスプリッタ１８ｂまでの光路において分岐光は図示せず。）、コリメータレンズ１６により収束光となり、さらにビームスプリッタ１８ｂにより−ｚ軸方向に偏向される。−ｚ軸方向に偏向された複数の分岐光１７ａ〜１７ｃは、ピンホールアレイ１４のそれぞれのピンホール１４ａ〜１４ｃを透過して、光検出器１９ａ〜１９ｃで信号が検出される。
なお、本実施の形態の光学情報記録再生装置においては、記録用の光源と再生用の光源とを別に設けているが、記録用の光源および再生用の光源を一つの光源で兼用することも可能である。この場合、例えば波長７４０ｎｍの光源を用い、記録用にはパルス発振させてピークパワーの大きいレーザ光を出射し、再生用には連続発振させてピークパワーの小さいレーザ光を出射するように設定することにより実現可能である。これにより、光源が一つとなり、装置の構成をより簡単にできる。
また、本実施の形態においては複数のピンホールを有するピンホールアレイ１４を分岐光１７ａ〜１７ｃ全体のほぼ焦点の位置に設置しているが、別々のピンホールを分岐光１７ａ〜１７ｃのそれぞれの焦点に対応する位置に設置してもよい。ピンホール１４ａ〜１４ｃの大きさをそれぞれの収束光１７ａ〜１７ｃよりも小さくすることによって、収束光１７ａ〜１７ｃの中心部の光のみを検出し、収束光１７ａ〜１７ｃの周辺付近に分布する不要な高次収差光を除去することができる。これにより、再生信号だけでなくサーボの誤差信号のＳ／Ｎまでも向上させることができる。なお、分岐光１７ａ〜１７ｃの周辺光を削除すると光量が低下するため、この場合は光検出器１９にＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）を用いて信号強度を強めることが好ましい。なお、記録層が多層設けられている情報記録媒体の場合、材料の制限で検出光量が大きくとれないので、その理由からもＡＰＤを用いることが好ましい。
また、ピンホールアレイ１４の代わりに、それぞれの分岐光１７ａ〜１７ｃより小さい面積の光検出器１９ａ〜１９ｃで分岐光１７ａ〜１７ｃをそれぞれ検出するようにしても、同様の効果が得られる。
さらに、トラック誤差信号に対応する分岐光１７ｂ，１７ｃのみをピンホールアレイ１４のピンホール１４ｂ，１４ｃに通過させて光検出器１９ｂ，１９ｃで検出し、フォーカス誤差信号に対応する分岐光１７ａはピンホールを通さないで、例えば４分割の光検出器１９ａで直接検出するようにしてもよい。このような配置では、フォーカス検出法として例えば非点収差法を用いることができる。また、この時の光検出器１９ａの面積は、検出位置での分岐光１７ａの断面積より小さくすると高次収差成分を減らすことができる。
本実施の形態においては、対物レンズ６を２枚組にすることにより、開口率ＮＡを高くし、例えば０．８５にした。なお、１枚レンズでも開口率ＮＡを高くすることは可能である。
本実施の形態では、既に記録された情報ビット５を通過しない順序で、記録部３中に順次情報ビット５を３次元的に記録するようにした。このような順序で記録することにより、情報ビット５による、散乱光、不要回折光等の迷光を減らすことができる。具体的には、対物レンズ６から最も離れた位置に配置された記録層（図１では、記録層１ａ）から順に近い記録層に情報ビット５を形成することにより、上記順序が実現可能である。図１に示す情報記録媒体では、記録層１ａ、記録層１ｂ、記録層１ｃ、…というように、−ｚ軸方向に３次元的に記録すればよい。この時、収束光７が通過する記録層１の厚さが情報ビット５の記録深さにより異なるので、光源２０ａ，２０ｂ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１３で、記録深さに応じて球面収差量を制御しながら記録することが好ましい。これにより、良好な情報ビット５を形成できる。球面収差補正素子１３には、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等を利用できる。
なお、記録順については、情報ビット５の未記録部分が存在する場合は、収束光７が既に記録された情報ビット５を通過しないのであれば、常に−ｚ軸方向でなくともよい。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の情報記録媒体およびその製造方法について、図面を用いて説明する。図５Ａおよび図５Ｂは、本実施の形態における情報記録媒体の断面構成および情報を記録／再生する様子を示している。
図５Ａに示すように、本実施の形態の情報記録媒体には、基板３９上に記録部３３および保護層３４が形成されている。記録部３３には、記録層および記録補助層（微粒子含有層）の積層体が、中間層を介して複数積層されている。すなわち、記録部３３には、基板３９側から、記録補助層３７ａ、記録層３１ａ、中間層３２ａ、記録補助層３７ｂ、記録層３１ｂ、中間層３２ｂ、…、中間層３２ｅ、記録補助層３７ｆおよび記録層３１ｆが順に積層されている。本実施の形態の情報記録媒体は、記録部３３に複数の記録層を含むことで、平面的な情報の記録に加えて、厚さ方向に複数層重ねて情報の記録を行うことができる３次元的な記録を可能としている。なお、以下、記録層３１ａ〜３１ｆのうち任意の記録層について述べるときは記録層３１とし、中間層３２ａ〜３２ｅのうち任意の中間層について述べるときは中間層２とし、記録補助層３７ａ〜３７ｆのうち任意の記録補助層について述べるときは記録補助層３７とする。
図５Ｂは、記録層３１および記録補助層３７（図５Ａに示す領域３６内）の拡大図である。図５Ｂに示すように、記録補助層３７が記録層３１に接して設けられており、記録補助層３７は、微粒子保持材４０に微粒子４１が分散されて形成されている。微粒子４１は、実施の形態１で説明した情報記録媒体の記録層１に含まれる微粒子１１と同様の性質および機能を有し、同様の材料にて形成することができる。また、微粒子保持材４０も、実施の形態１の情報記録媒体の記録層に含まれる微粒子保持材１０と同様に記録光および再生光に対して実施的に透明であることが必要とされるが、必ずしも所定の温度で光学定数が変化する材料である必要はなく、むしろ変化しない方が望ましい。これは、本実施の形態の情報記録媒体においては、微粒子保持材４０が記録材料として機能するのではなく記録層３１に記録するからである。
記録層３１は、所定の温度で屈折率や透過率の光学定数が変化する材料であればよく、樹脂、テルルガラス、カルコゲナイトガラス等を用いることができる。ただし、記録層が複数含まれる多層構造であるため、光の損失を減らすために記録光および再生光に対して実質的に透明であることが好ましい。
基板３９、保護層３４、および中間層３２は、実施の形態１の情報記録媒体における基板９、保護層４、および中間層２と同様の機能を有し、同様の材料にて形成できる。
次に、本実施の形態の情報記録媒体に対する情報の記録について説明する。
本実施の形態の情報記録媒体は、実施の形態１の情報記録媒体の記録層１のように、記録光の集光部で記録補助層３７に２光子吸収等の非線形吸収現象が誘起されて微粒子４１が記録光を吸収する。微粒子４１が光を吸収して発熱し、その熱が記録補助層３７に接して設けられている記録層３１に伝達されて記録層３１の温度が上昇する。記録層３１の温度が所定の温度に到達すると、記録層３１の光学定数が変化して情報ビット３５が形成される。この情報記録媒体によれば、従来の情報記録媒体よりも記録感度が向上する。これは、記録補助層３７に含まれる微粒子４１に光が吸収されることにより、量子効果や熱変換効率が良い等の微粒子特有の効果が生じ、さらに様々な非線形吸収現象が引き起こされるためであると考えられる。
記録光は、実施の形態１の場合と同様の理由から、ピークパワーが数１０〜数１００ｍＷ以上で数ｋＷ以下程度、パルス幅が１００フェムト秒〜１０ナノ秒（より好ましくは１ピコ秒から１００ピコ秒）であることが好ましい。
本実施の形態の情報記録媒体を製造する方法も、実施の形態１の場合と同様に、材料を順次塗布することにより各層を形成することが好ましい。容易に、且つ低コストで作製できるからである。
また、本実施の形態の情報記録媒体に対して情報の記録および再生を行う場合も、図３に示した光学情報記録再生装置を用いることができる。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３の情報記録媒体およびその製造方法について、図面を用いて説明する。図６Ａおよび図６Ｂは、本実施の形態における情報記録媒体の断面構成および情報を記録／再生する様子を示している。
図６Ａに示すように、本実施の形態の情報記録媒体には、基板４９上に記録部４３および保護層４４が形成されている。実施の形態１および２の情報記録媒体と異なるのは、記録部４３の全体が記録層（微粒子含有層）４１として機能している点である。記録層４１内のほぼ同一平面上に情報ビット４５の列を記録し、このような記録面（４１ａ〜４１ｆ）を記録層４１内に複数設けることで、３次元的な情報の記録を実現している。
図６Ｂは、記録層４１（図６Ａに示す領域４６内）の拡大図である。図６Ｂに示すように、記録層４１は、微粒子保持材５０に微粒子５１が分散されて形成されている。微粒子５１は、実施の形態１で説明した情報記録媒体の記録層１に含まれる微粒子１１と同様の性質および機能を有し、同様の材料にて形成することができる。ただし、本実施の形態の情報記録媒体では、微粒子５１の含有量は０．３ｗｔ％〜１０ｗｔ％であることが好ましい。これは、０．３ｗｔ％以上で記録感度が向上し、１０ｗｔ％以下で散乱損失を抑えて光効率を高めることができるからである。微粒子保持材５０は、実施の形態１の情報記録媒体の記録層１に含まれる微粒子保持材１０と同様の性質および機能を有し、同様の材料にて形成することができる。基板４９と保護層４４が記録層４３と同じ材料にて形成されている場合には、より構造が簡単となり、低コストで製造できる。
本実施の形態の情報記録媒体に対する情報の記録については、実施の形態１の場合と同様であるため、記録光は、実施の形態１の場合と同様の理由から、ピークパワーが数１０〜数１００ｍＷ以上で数ｋＷ以下程度、パルス幅が１００フェムト秒〜１０ナノ秒（より好ましくは１ピコ秒から１００ピコ秒）であることが好ましい。
本実施の形態の情報記録媒体を製造する方法としては、微粒子５１と微粒子保持材５０を含む塗料を基板４９上に塗布することにより形成する方法や、記録層４１を射出成型により形成する方法がある。これらの方法によれば、容易に、且つ低コストで作製できる。
また、本実施の形態の情報記録媒体に対して情報の記録および再生を行う場合も、図３に示した光学情報記録再生装置を用いることができる。
以上、実施の形態１〜３において本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、それぞれの実施の形態の情報記録媒体およびその製造方法、並びに光学情報記録再生装置の構成を組み合わせることも可能であり、同様の効果を奏することができる。また、本発明の情報記録媒体および光学情報記録再生装置には、追記型以外に書き換え型も含まれる。
また、実施の形態１および２においては、記録層を６層含む情報記録媒体について説明したが、積層数はこれに限定されず、記録層は２層以上１００層以下の範囲で積層可能である。
また、実施の形態１〜３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、カード状やドラム状、テープ状の製品に応用することも本発明の範囲に含まれる。
なお、上記実施の形態で用いた対物レンズとコリメータレンズは便宜上名付けたものであり、一般にいうレンズと同じである。
（実施例）
次に、本実施の形態の情報記録媒体の一実施例について説明する。本実施例の情報記録媒体は、実施の形態１で説明した図１に示す情報記録媒体の一例である。
表面にトラック溝（ピッチ０．３２μｍ、溝深さ約３０ｎｍのグルーブ記録用の溝）が形成された厚さ１．１ｍｍのポリカーボネートからなる基板９上に、厚さ０．１３〜１μｍの記録層と厚さ３μｍの中間層とを交互にスピンコート法で複数積層して記録部３を形成し（記録層１ａ〜１ｆ、中間層２ａ〜２ｅ）、さらに厚さ１００μｍのポリカーボネートからなる保護層４を形成した。記録層１ａ〜１ｆは、５５ｗｔ％の酸化亜鉛（平均粒径０．０３μｍ）からなる微粒子１１と、４５ｗｔ％の紫外線硬化樹脂からなる微粒子保持材１０とにより形成した。また、中間層２ａ〜２ｅは、紫外線硬化樹脂にて形成した。
本実施例の情報記録媒体における分光透過率曲線は、図４に示したものとほぼ同様であった。そこで、所定の波長を３７０ｎｍとし、記録波長は７４０ｎｍに設定した。
図７には、本実施例の情報記録媒体に対し、パルス幅を変化させて波長７４０ｎｍのパルスレーザ光を照射し、１ビット記録時のエネルギー閾値およびピークパワー閾値を測定した結果が示されている。パルスレーザ光のパルス幅が長くなるに従い、情報記録媒体に１ビットを記録するピークパワーの閾値が低下する傾向がみられた。パルス幅を１ピコ秒以上とすることにより、ピークパワー閾値を３ｋＷ以下に抑えることができた。一方、１ビットの記録に必要なエネルギー閾値は、数ピコ秒のパルス幅のレーザ光に対して最も低く、それよりパルス幅が長くなると徐々に大きくなる傾向がみられた。パルス幅を１００ピコ秒以下とすることにより、エネルギー閾値を５ｎＪ以下に抑えることができた。
以上の結果より、本実施例の情報記録媒体によれば、ピークパワーが３ｋＷ以下のレーザ光を用いて、１パルスで１つの情報ビットを形成できることが確認された。
産業上の利用の可能性
本発明の情報記録媒体およびその製造方法、並びに光学情報記録再生装置によれば、記録感度が向上し、従来のように非常に高いピークパワーを有するレーザ光でなくても１パルスで１つの情報ビットを形成することができる。従って、高感度および高速記録が可能な情報記録媒体および光学情報記録再生装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
図１Ａは、本発明の実施の形態１における情報記録媒体の断面構成および情報を記録／再生する様子を示す説明図であり、図１Ｂは、図１Ａに示す情報記録媒体の記録層の拡大図である。
図２Ａ〜図２Ｄは、本発明の実施の形態１における情報記録媒体の各製造工程における断面図である。
図３は、本発明の実施の形態１の光学情報記録再生装置の光学ヘッドを示す概略構成図である。
図４は、本発明の実施の形態１における情報記録媒体の記録層の分光透過率曲線を示す図である。
図５Ａは、本発明の実施の形態２における情報記録媒体の断面構成および情報を記録／再生する様子を示す説明図であり、図５Ｂは、図５Ａに示す情報記録媒体の記録層および記録補助層の拡大図である。
図６Ａは、本発明の実施の形態３における情報記録媒体の断面構成および情報を記録／再生する様子を示す説明図であり、図６Ｂは、図６Ａに示す情報記録媒体の記録層の拡大図である。
図７は、本発明の実施例の情報記録媒体における１ビット記録時のエネルギー閾値およびピークパワー閾値と記録レーザ光のパルス幅との関係を示す図である。
図８は、従来の情報記録媒体の断面構成および信号を記録／再生する様子を示す説明図である。
本発明は、３次元的な情報の記録が可能な情報記録媒体およびその製造方法、並びに光学的情報記録再生装置に関し、特に、高感度・高速記録が可能な情報記録媒体およびその製造方法、並びに光学的情報記録再生装置に関する。
情報を３次元的に記録することが可能な情報記録媒体として、従来、図８に示す情報記録媒体があった（非特許文献１参照。）。この情報記録媒体は、ガラス基板１０４上に、フォトンモード記録材料であるウレタン−ウレア共重合体材料を用いた記録層１０１ａ〜１０１ｄと、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）膜およびＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）膜からなる中間層１０２ａ〜１０２ｃとを、交互に積層したものである。
この情報記録媒体の記録層１０１ａ〜１０１ｄのうち、所望の記録層に、対物レンズ１０６でレーザ光１０８を集光する（収束光１０７を照射する）ことにより、情報を記録することができる。ここで用いられるレーザ光１０８は、パルス幅が約１００フェムト秒でピークパワーが非常に高いパルスレーザ光である。このようなパルスレーザ光を記録層１０１ａ〜１０１ｄに集光することにより、非線形吸収現象の１つである２光子吸収を利用して記録層１０１ａ〜１０１ｄに情報を記録する。具体的には、記録層１０１ａ〜１０１ｄにおける収束光１０７の照射領域のうち、収束光１０７のパワー密度の高い部分（集光点）で２光子吸収が起こり、実際に照射された光の波長の半分の波長を有する光が照射されたような現象が生じて情報ビット１０５を書き込む。また、情報ビット１０５に低パワーの光を集光し、その反射光を対物レンズ１０６を介して光検出器（図示せず）で検出することにより、信号再生を行うことができる。この情報記録媒体は、記録層が対物レンズの光軸方向（ｚ軸方向）に複数積層されているので、３次元的な情報の記録が可能となり、記録容量が増大する。
河田善正他："多層膜構造を有する有機記録媒体を用いた３次元光メモリ"、Optics Japan 2000 講演予稿集p.95-96、7pB12（2000年）
河田善正他："多層膜構造を有する有機記録媒体を用いた３次元光メモリ"、Optics Japan 2000 講演予稿集p.95-96、7pB12（2000年）
しかし、上記従来の情報記録媒体は、記録層の記録感度が良くないという問題があった。このため、１パルスで１つの情報ビットを形成する１回書きの方法の場合、光源として、ピークパワーの非常に大きい（約１００ｋＷ程度の）フェムト秒レーザを用いる必要があり、光源の構造が複雑になるという問題があった。また、ピークパワーがそれよりも小さい光源を用いる場合は、同じ場所を多数回（例えば数十〜数千回）繰り返し記録する必要があり（記録層にフォトンモード記録材料を用いているため蓄積記録が可能）、書き込み速度が遅くなるという問題が生じていた。
本発明の情報記録媒体は、３次元的な情報の記録が可能な記録部を含む情報記録媒体であって、前記記録部が、所定の波長を有する光の少なくとも一部を吸収し、前記所定の波長よりも長い波長を有する記録光および再生光に対して実質的に透明であり、且つ前記所定の波長の光に対する吸収率が前記記録光および前記再生光に対する吸収率よりも高い微粒子と、前記記録光および前記再生光に対して実質的に透明である微粒子保持材と、を含む微粒子含有層を少なくとも一層含むことを特徴としている。
本発明の情報記録媒体の製造方法は、本発明の情報記録媒体を製造する方法であって、微粒子と微粒子保持材とを含む塗料を形成して、前記塗料を塗布することにより微粒子含有層を形成する工程を含むことを特徴としている。
本発明の光学情報記録再生装置は、本発明の情報記録媒体に対して情報の記録および再生を行う光学情報記録再生装置であって、記録光を出射する光源と、再生光を出射する光源と、前記光源から出射された光を前記情報記録媒体に集光する対物レンズと、前記情報記録媒体で反射した光を検出する光検出器と、を備え、前記情報記録媒体の記録部の光学定数の変化を利用して、前記記録部に情報ビットを３次元的に記録することを特徴としている。
本発明の情報記録媒体およびその製造方法、並びに光学情報記録再生装置によれば、記録感度が向上し、従来のように非常に高いピークパワーを有するレーザ光でなくても１パルスで１つの情報ビットを形成することができる。従って、高感度および高速記録が可能な情報記録媒体および光学情報記録再生装置を提供できる。
本発明の情報記録媒体によれば、記録感度が向上するので、従来のように非常に高いピークパワーを有するレーザ光でなくても１パルスで１つの情報ビットを形成することができる。これにより、高感度で高速記録が可能な情報記録媒体を提供できる。なお、本明細書において、記録光および再生光に対して実質的に透明であるとは、記録光および再生光のうち散乱成分を除いてほとんどを吸収なしに透過させることをいう。具体的には、例えば微粒子含有層一層あたりについて透過率９５％以上であることが好ましく、透過率９９％以上であることがより好ましい。
本発明の情報記録媒体において、前記微粒子の平均粒径は、前記記録光の波長および前記再生光の波長よりも短いことが好ましく、前記記録光の波長および前記再生光の波長の１／４よりも短いことがより好ましい。記録部に微粒子含有層が複数含まれる場合等に、回折損失や散乱損失を抑制して光損失を防ぐためである。なお、この場合、微粒子の一部が凝集してみかけの粒径が記録光および再生光の波長よりも長い粒子（凝集塊）が存在する場合も含まれる。また、微粒子が凝集している場合でも、凝集した状態でみかけの粒径が記録光および再生光の波長よりも短いことがより好ましい。
本発明の情報記録媒体においては、前記微粒子含有層を記録層とし、前記微粒子保持材を所定の温度で光学定数が変化するように形成することができる。この場合、前記記録部に前記記録層が複数含まれており、前記複数の記録層を、前記記録光および前記再生光に対して実質的に透明な中間層を介して積層し、多層構造を実現することもできる。
また、本発明の情報記録媒体においては、前記記録部が記録層をさらに含み、前記微粒子含有層を前記記録層に接して配置される記録補助層とすることもできる。この場合、前記記録層および前記記録補助層からなる積層体を複数設け、互いに隣接する前記積層体間に、前記記録光および前記再生光に対して実質的に透明な中間層を設けて、多層構造を実現することもできる。
また、本発明の情報記録媒体においては、前記微粒子含有層が記録層で、前記微粒子保持材は所定の温度で光学定数が変化し、前記記録部全体を一つの前記記録層にて形成することもできる。
本発明の情報記録媒体において、前記記録部の光入射側に、前記記録光および前記再生光に対して実質的に透明な保護層が設けられていることが好ましい。記録部を傷やほこり等から防ぐためである。
また、前記保護層や前記中間層は、前記微粒子保持材と同じ材料からなることが好ましい。微粒子含有層との良好な境界面を形成でき、材料管理も容易となるからである。ここで、同じ材料とは同種類の物質という意味であり、例えば樹脂の場合に重合度の違いで分子量が異なる場合であっても同じ材料であるとする。
本発明の情報記録媒体においては、前記微粒子保持材の屈折率と前記微粒子の屈折率との差が０．５以下であることが好ましい。散乱損失を抑制するためである。
本発明の情報記録媒体においては、前記微粒子は無機材料または半導体材料からなることが好ましい。微粒子を無機材料にて形成すれば、微粒子含有層を安定化できる。微粒子を半導体材料にて形成すれば、ある波長範囲において透過率を急に低下させることができるので、非線形吸収現象を用いた情報の記録に好適である。このような半導体材料としては、エネルギーギャップが２．５ｅＶ以上８．３ｅＶ以下であることが好ましく、例えば酸化亜鉛、酸化スズ、硫化亜鉛、酸化チタン、酸化タングステン、チタン酸ストロンチウム、炭化シリコン、酸化インジウム、および硫化カドミウムからなる群から選択される少なくとも一つを含むことが好ましい。再生波長を５００ｎｍ以下に設定できるので、再生分解能および記録密度を向上させることができるからである。
複数の微粒子含有層を記録層または記録補助層として用いる情報記録媒体においては、前記微粒子含有層は、前記微粒子を１ｗｔ％以上９５ｗｔ％以下含むことが好ましい。この場合、微粒子の含有量を１ｗｔ％以上とすることで記録感度を実用レベルまで向上させることができ、また、９５ｗｔ％以下とすることで散乱等の光損失を実用レベルに抑えることができるからである。
微粒子含有層を記録層とし、且つ記録部全体を一つの記録層とする情報記録媒体においては、前記微粒子含有層は、前記微粒子を０．３ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下含むことが好ましい。この場合、微粒子の含有量を０．３ｗｔ％以上とすることで記録感度を実用レベルまで向上させることができ、また、１０ｗｔ％以下とすることで散乱等の光損失を実用レベルに抑えることができるからである。
また、本発明の情報記録媒体においては、前記微粒子保持材を樹脂にて形成することが好ましい。微粒子含有層の形成が容易となるからである。
本発明の情報記録媒体の製造方法によれば、本発明の情報記録媒体を容易に、且つ低コストで作製することができる。
本発明の情報記録媒体の製造方法においては、記録光および再生光に対して実質的に透明な材料からなる塗料を塗布することにより中間層を形成する工程をさらに含み、前記微粒子含有層を形成する工程において、前記微粒子保持材として所定の温度で光学定数が変化する材料を用い、前記微粒子含有層を形成する工程と前記中間層を形成する工程とを所定の数だけ交互に繰り返すことが好ましい。これにより、微粒子含有層を記録層とし、この記録層が複数積層された情報記録媒体を、容易に、且つ低コストで作製できる。
本発明の情報記録媒体の製造方法においては、記録光および再生光に対して実質的に透明な材料からなる塗料を塗布することにより中間層を形成する工程と、所定の温度で光学定数が変化する材料からなる塗料を塗布することにより記録層を形成する工程と、をさらに含み、前記微粒子含有層を形成する工程、前記記録層を形成する工程、および前記中間層を形成する工程を、所定の順序で、且つ所定の数だけ周期的に繰り返すこともできる。この方法によれば、記録層と微粒子含有層からなる記録補助層とを複数備えた情報記録媒体を、容易に、且つ低コストで作製できる。
本発明の光学情報記録再生装置によれば、本発明の情報記録媒体に対して高密度および高速で情報を記録できる。
本発明の光学情報記録再生装置においては、記録光を出射する光源がパルスレーザ光源であり、パルス幅が１００フェムト秒から１０ナノ秒であることが好ましく、パルス幅が１ピコ秒から１００ピコ秒であることがより好ましい。記録感度をさらに向上させることができるからである。
本発明の光学情報記録再生装置においては、再生光を出射する光源の波長が、記録光を出射する光源の波長よりも短いことが好ましい。再生分解能および記録密度の向上のためである。
本発明の光学情報記録再生装置においては、非線形吸収現象を利用して前記情報記録媒体の記録部に情報ビットを記録することが好ましく、非線形吸収現象が２光子吸収または多光子吸収を含むことが好ましい。
本発明の光学情報記録再生装置においては、記録部に記録されている情報ビットを通過しない順序で、前記情報記録媒体の記録部に情報ビットを３次元的に記録することが好ましく、例えば前記情報記録媒体の記録部中の対物レンズからより離れた位置から近い位置に向かって、順に、情報ビットを記録することが好ましい。このような順序で情報ビットを記録することにより、情報ビットによる散乱光や不要回折光等の迷光を減らすことができるからである。
本発明の光学情報記録再生装置においては、前記記録光を出射する光源と前記再生光を出射する光源とを共通にすることも可能である。光源が一つとなり、構成が簡単になるからである。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１の情報記録媒体およびその製造方法、並びに光学情報記録再生装置について、図面を用いて説明する。図１Ａおよび図１Ｂは、本実施の形態における情報記録媒体の断面構成および情報を記録／再生する様子を示している。図２Ａ〜図２Ｄは、本実施の形態における情報記録媒体の各製造工程における断面図を示している。図３は、本実施の形態における光学情報記録再生装置の光学ヘッドの概略構成を示している。図４は、本実施の形態の情報記録媒体の一例における記録層の分光透過率曲線を示している。
本発明の実施の形態１の情報記録媒体およびその製造方法、並びに光学情報記録再生装置について、図面を用いて説明する。図１Ａおよび図１Ｂは、本実施の形態における情報記録媒体の断面構成および情報を記録／再生する様子を示している。図２Ａ〜図２Ｄは、本実施の形態における情報記録媒体の各製造工程における断面図を示している。図３は、本実施の形態における光学情報記録再生装置の光学ヘッドの概略構成を示している。図４は、本実施の形態の情報記録媒体の一例における記録層の分光透過率曲線を示している。
図１Ａに示すように、本実施の形態の情報記録媒体には、基板９上に記録部３および保護層４が形成されている。記録部３には、複数の記録層（微粒子含有層）が中間層を介して積層されている。すなわち、記録部３には、基板９側から、記録層１ａ、中間層２ａ、記録層１ｂ、…、記録層１ｅ、中間層２ｅ、および記録層１ｆが順に積層されている。本実施の形態の情報記録媒体は、記録部３に複数の記録層を含むことで、平面的な情報の記録に加えて、厚さ方向に複数層重ねて情報の記録を行うことが可能な、３次元的な記録を実現している。なお、以下、記録層１ａ〜１ｆのうち任意の記録層について述べるときは記録層１とし、中間層２ａ〜２ｅのうち任意の中間層について述べるときは中間層２とする。
図１Ａに示すように、本実施の形態の情報記録媒体においては、情報の記録および再生時に保護層４が光入射側となる。記録時には、レーザ光８を対物レンズ（組レンズ６ａ，６ｂ）により記録層１ａ〜１ｆの何れかに集光させて（収束光７）、情報ビット５を形成する。再生時には、レーザ光８を対物レンズ（組レンズ６ａ，６ｂ）により所望の記録層１ａ〜１ｆに集光させて（収束光７）、情報ビット５によって反射された光により情報を再生する。
図１Ｂは、記録層１（図１Ａに示す領域１２内）の拡大図である。図１Ｂに示すように、記録層１は、微粒子保持材１０に微粒子１１が分散されて形成されている。
微粒子１１は、記録光および再生光に対して実質的に透明であって、また、所定の波長を有する光の少なくとも一部を吸収する材料からなる。この所定の波長は、記録光の波長（記録波長）および再生光の波長（再生波長）よりも短く、微粒子１１におけるこの所定の波長の光に対する吸収率は、記録光および再生光に対する吸収率よりも高い。また、この所定の波長とは、微粒子１１の吸収スペクトル波長を含む所定の波長範囲（微粒子１１の透過率の低下がみられる波長範囲）内に含まれ、この所定の波長の光に対する微粒子１１による吸収率は、記録層一層あたり５％以上であることが好ましく、２０％以上であることがより好ましい。また、微粒子１１の平均粒径は、記録波長および再生波長よりも小さいことが好ましい。これは、微粒子１１による記録光および再生光の回折損失による光損失を抑制するためである。さらに、微粒子１１の平均粒径を記録波長および再生波長の１／４以下とすることにより、回折損失に加えて散乱損失も抑制できるので、記録光および再生光の光損失をより少なくすることができる。
微粒子保持材１０は、記録光および再生光に対して実質的に透明な材料からなる。また、微粒子保持材１０は記録材料として用いられるため、所定の温度で光学定数が変化する材料、例えば所定の温度で熱変形等が生じて屈折率が変化する材料等にて形成する。微粒子保持材１０には、例えばＰＭＭＡ、フォトポリマー樹脂、紫外線硬化樹脂、またはポリエステル等を用いることが可能である。
記録層１には、微粒子１１が１ｗｔ％〜９５ｗｔ％含まれていることが好ましい。一記録層の厚みが１μｍ程度と薄い場合、微粒子１１が１ｗｔ％程度含有されていれば記録感度を向上させることができ、９５ｗｔ％程度含有されていても散乱による光損失を抑制することができる。また、後述するように、微粒子保持材１０が記録材料として機能することから、微粒子保持材１０は３０ｗｔ％以上含まれていることが好ましい。従って、微粒子１１は７０ｗｔ％以下であることがより好ましい。また、十分な記録感度を得るためには、微粒子１１は３０ｗｔ％以上であることがより好ましい。
微粒子１１と微粒子保持材１０との屈折率差を０．５以下とすれば、入射光の散乱損失を抑制でき、光利用効率を高めることができる。
中間層２は、記録光および再生光に対して実質的に透明であればよく、例えばＰＭＭＡ、フォトポリマー樹脂、紫外線硬化樹脂、またはポリエステル等を用いることができる。中間層２は、記録層１の微粒子保持材１０と同様の材料にて形成してもよい。
基板９は、例えばポリカーボネート、ＰＭＭＡ、ノルボルネン樹脂（例えば、「アートン」（ＪＳＲ株式会社製））、またはシクロオレフィン樹脂（例えば、「ゼオネックス」（日本ゼオン株式会社製））等にて形成できる。保護層４は透明材料にて形成でき、例えばポリカーボネート、ＰＭＭＡ、ノルボルネン樹脂（例えば、「アートン」（ＪＳＲ株式会社製））、またはシクロオレフィン樹脂（例えば、「ゼオネックス」（日本ゼオン株式会社製））等が使用可能である。
次に、本実施の形態の情報記録媒体に対する情報の記録について説明する。
微粒子１１および微粒子保持材１０は、記録光および再生光に対して実質的に透明である。従って、多層の記録層を有する本実施の形態の情報記録媒体において、光入射側の面から最も遠い層（図１では記録層１ａ）にまで記録光および再生光が大きく減衰されずに到達でき、３次元的に情報の記録および再生が可能となる。
記録光として比較的ピークパワーの高い光を記録層１上に集光すると、光パワー密度（光子密度）の高い集光部で、２光子吸収や多光子吸収等の非線形吸収現象が高い確率で誘起される。なお、ここでいう非線形吸収現象とは、記録層１の吸収感度が照射した光のエネルギーに比例しない現象のことであり、例えば、吸収感度に閾値がある場合（特に、本実施の形態では閾値が比較的大きい場合（例えば、エネルギー閾値が１０ｐＪ／μｍ2以上））、吸収感度が光のエネルギーのほぼ２乗特性となる２光子吸収や、ほぼｎ乗特性（ｎは３以上の整数）となる多光子吸収が発生する場合、２光子吸収や多光子吸収がきっかけとなりプラズマが生じる場合、およびこれらが組み合わされる場合等に生じる現象を含んでいる。例えば、記録光の集光部において記録層１に２光子吸収が発生する場合、集光部における記録層１は二つの光子を同時に吸収するので、あたかも記録波長の半分の波長の光が照射されたようになる。この場合、微粒子１１が記録波長の半分の波長の光の少なくとも一部を吸収する材料で形成されていれば（所定の波長を記録波長の半分の波長としておけば）、記録光の集光部で微粒子１１が記録光を吸収する。微粒子１１の光吸収により生じた熱で記録層の温度が上昇して所定の温度に達すると、微粒子保持材１０の光学定数が変化して情報ビット５が形成される。このように、記録の際、微粒子１１はそれ自体の光学定数は変化せず、触媒のように作用して、微粒子保持材１０の光学定数を変化させて情報ビット５を形成すると考えられる。
記録光の集光部においてこのような非線形吸収現象を誘起するためには、従来、非常に高いピークパワーのレーザ光を用いるか、ピークパワーがそれほど高くない場合は同じ場所に多数回繰り返して照射する必要があったが、本実施の形態の情報記録媒体によれば、ピークパワーが数１０〜数１００ｍＷ程度であってもこのような非線形吸収現象を誘起することができ、さらに、それほど高くないピークパワーのパルスレーザ光であっても１パルスで１つの情報ビット５を形成できる。これは、微粒子１１に光が吸収されることにより量子効果や熱変換効率が良い等の微粒子特有の効果が生じ、その結果、プラズマが発生する等の種々の非線形吸収現象がさらに引き起こされるためであると考えられる。これにより、比較的小さいピークパワーのパルスレーザ光を用いた高速記録が可能になる。
記録光のパルス幅は、１００フェムト秒〜１０ナノ秒であることが好ましく、１ピコ秒から１００ピコ秒であることがより好ましい。一般に、レーザ光のパルス幅が長くなるに従い、情報記録媒体に１ビットを記録するピークパワーの閾値は低下する傾向にある。これは、レーザ光のパルス幅が長くなるとその分エネルギーが大きくなるためと考えられる。比較的低いピークパワーで記録可能とすることにより、光源の半導体レーザの構造を簡単にできる。これは、ピークパワーがそれほど高くない半導体レーザは、出射端面破壊がされにくいからである。従って、実用上、ピークパワー閾値を３ｋＷ以下程度に抑えるために、パルス幅を１ピコ秒以上とすることが望ましい。一方、一般に、１ビットの記録に必要なエネルギー閾値は、数ピコ秒のパルス幅のレーザ光に対してが最も低く、それよりパルス幅が長くなると徐々に大きくなる傾向にある。そこで、実用上、エネルギー閾値を５ｎＪ以下程度に抑えるために、１００ピコ秒以下のパルス幅で記録することが望ましい。なお、エネルギー閾値は、レーザ光のパルス幅にピークパワー閾値を乗じた値で得られる。
以下に、微粒子１１を酸化亜鉛にて形成する場合を例として、より具体的に説明する。
酸化亜鉛からなる微粒子１１を約５５ｗｔ％、ポリエステルからなる微粒子保持材１０を約４５ｗｔ％含む厚み０．１３μｍの記録層１を中間層２を介して１０層積層させた記録部３が、基板９と保護層４との間に設けられた情報記録媒体の分光透過率曲線は、図４に示すようになる。なお、酸化亜鉛のエネルギーギャップは３．２ｅＶであり、吸収スペクトル波長は３８８ｎｍである。図４に示すように、この情報記録媒体は、波長４００ｎｍ以上で保護層４と基板９表面のフレネル反射率約１０％を含んでの透過率が約９０％であり、従って、記録層１での吸収がほとんどなく透明である。また、この情報記録媒体は、波長４００ｎｍ以下で透過率が急に低下し、波長３７０ｎｍで透過率は０％と不透明となる。従って、この情報記録媒体においては、透過率が急に低下する４００ｎｍ以下の波長範囲で所定の波長を決定することができる。好ましくは記録層一層あたり吸収率５％以上となる波長、より好ましくは吸収率１００％となる３７０ｎｍ付近で所定の波長を決定することである。この記録層１において２光子吸収による情報の記録を前提とする場合、決定された所定の波長の約２倍の波長を有する光を記録光として用い、集光部ではあたかも決定された所定の波長の光が照射されるようにすればよい。例えば所定の波長を３７０ｎｍに決定する場合、記録波長は７４０ｎｍに設定すればよい。また、再生波長は、記録層において実質的に透明となる４００ｎｍより大きい波長に設定すればよい。このような記録光および再生光は、微粒子１１にほとんど吸収されないので、記録層を通過してもほとんど減衰されることがない。なお、ｎ光子吸収等の多光子吸収による記録を想定した場合、記録光は所定の波長のｎ倍に設定すればよく、他は同様である。
微粒子１１には無機材料や半導体材料を用いることができる。微粒子１１に無機材料を用いることにより、記録層を安定化させることができる。また、微粒子１１に半導体材料を用いることにより、図４に示した分光透過率曲線のように、ある波長範囲で記録層の透過率を急に低下させることができる。この特性は、２光子吸収等の非線形吸収を利用した記録に、より適している。また、高い再生分解能を得るためには、１５０ｎｍ〜５００ｎｍの波長を有する再生光を用いることが好ましい。微粒子１１にエネルギーギャップが２．５ｅＶ以上８．３ｅＶ以下の半導体材料を用いることにより、所定の波長を５００ｎｍよりも小さく設定できるため、再生波長を５００ｎｍ以下に設定できる。これにより、再生分解能を向上でき、さらなる高密度記録が可能となる。このような半導体材料の例は、エネルギーギャップが３．２ｅＶ（吸収スペクトル波長３８８ｎｍ）の酸化亜鉛（ＺｎＯ）、エネルギーギャップが３．８ｅＶ（吸収スペクトル波長３２６ｎｍ）の酸化スズ（ＳｎＯ2）、エネルギーギャップが３．６ｅＶ（吸収スペクトル波長３４４ｎｍ）の硫化亜鉛（ＺｎＳ）、エネルギーギャップが３．２ｅＶ（吸収スペクトル波長３８８ｎｍ）の酸化チタン（ＴｉＯ2）、エネルギーギャップが３．２ｅＶ（吸収スペクトル波長３８８ｎｍ）の酸化タングステン（ＷＯ3）、エネルギーギャップが３．２ｅＶ（吸収スペクトル波長３８８ｎｍ）のチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3）、エネルギーギャップが３．０ｅＶ（吸収スペクトル波長４１３ｎｍ）の炭化シリコン（ＳｉＣ）、エネルギーギャップが２．８ｅＶ（吸収スペクトル波長４４３ｎｍ）の酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、エネルギーギャップが２．５ｅＶ（吸収スペクトル波長４９７ｎｍ）の硫化カドミウム（ＣｄＳ）等である。
次に、本実施の形態の情報記録媒体の製造方法について、図２Ａ〜図２Ｄを参照しながら説明する。
まず、基板９を用意し（図２Ａ参照。）、基板９上に、例えばスピンコート等の方法を用いて、微粒子１１および微粒子保持材１０を含む塗料を塗布して記録層１ａを形成する（図２Ｂ参照。）。さらにその上に、例えばスピンコート等の方法を用いて、中間層の材料を含む塗料を塗布することにより、中間層２ａを形成する（図２Ｃ参照。）。さらにその上に、同様に記録層１ｂ、中間層２ｂ、記録層１ｃ、…、記録層１ｆを繰り返し形成する。最後に、保護層４の材料を含む塗料を塗布する方法またはフィルム形成法等を用いて、保護層４を形成する（図２Ｄ参照）。このように材料を塗布して記録層１および中間層２を形成することにより、容易に、且つ低コストで本実施の形態の情報記録媒体を作製できる。
また、中間層または記録層を余剰に形成し、余剰に形成した部分（つまり記録部の一部であって、光が入射する側の部分）を保護層４としてもよい。すなわち、記録層１ｆ上に中間層２ａ〜２ｅと同様の層をさらに形成して保護層４とするか、または記録層１ｆを厚く形成してその一部を保護層４として機能させることも可能である。このようにすれば、記録部３と別工程で保護層４を形成する必要がなくなり、保護層４を記録部と実質的に同じ材料とすることができる。
次に、本実施の形態の光学情報記録再生装置について説明する。図３に示すように、本実施の形態の光学情報記録再生装置の光学ヘッドには、再生用と記録用の２種類の光源２０ａ，２０ｂが設けられ、光源２０ａ，２０ｂから情報記録媒体２２までの光路中に、ビームスプリッタ１８ａ，１８ｂ、コリメータレンズ１６、フォーカス／トラック誤差信号検出素子１５、立ち上げミラー１２１、球面収差補正素子１３、対物レンズ６（組レンズ６ａ、６ｂ）が配置されている。光源２０ａは、例えば波長４０５ｎｍの再生用の半導体レーザ光源であり、光源２０ｂは、例えば波長７４０ｎｍで、パルス幅が例えば１００フェムト秒〜１０ナノ秒の記録用の半導体パルスレーザ光源である。
記録時においては、光源２０ｂから出射されたレーザ光２１ｂは、ビームスプリッタ１８ａによりｙ軸方向に折り曲げられ、コリメータレンズ１６により略平行光となり、回折型のフォーカス／トラック誤差信号検出素子１５を透過（０次回折光利用）して、立ち上げミラー１２１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、球面収差補正素子１３を通過して、対物レンズ６によって情報記録媒体２２の記録部３に集光（収束光７）し、図１に示すような情報ビット５が記録される。情報ビット５は、記録層１の光学定数の変化を利用して形成されるが、本実施の形態では、記録層１の微粒子保持材１０の屈折率変化や透過率の変化等を利用して情報ビット５が形成されている。
再生時においては、光源２０ａから出射されたレーザ光２１ａは、ビームスプリッタ１８ａと１８ｂを透過して、コリメータレンズ１６により略平行光となり、回折型のフォーカス／トラック誤差信号検出素子１５を透過（０次回折光利用）して、立ち上げミラー１２１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、球面収差補正素子１３を通過して、対物レンズ６によって情報記録媒体２２の記録部３に集光（収束光７）する。記録層１に形成された情報ビット５によって反射された光は、逆方向に折り返し、対物レンズ６、球面収差補正素子１３、立ち上げミラー１２１を順に通過し、回折型フォーカス／トラック誤差信号検出素子１５によって、複数の光に分岐させて（１次回折光利用。ただし、図３においては簡略化のため、回折型フォーカス／トラック誤差信号検出素子１５からビームスプリッタ１８ｂまでの光路において分岐光は図示せず。）、コリメータレンズ１６により収束光となり、さらにビームスプリッタ１８ｂにより−ｚ軸方向に偏向される。−ｚ軸方向に偏向された複数の分岐光１７ａ〜１７ｃは、ピンホールアレイ１４のそれぞれのピンホール１４ａ〜１４ｃを透過して、光検出器１９ａ〜１９ｃで信号が検出される。
なお、本実施の形態の光学情報記録再生装置においては、記録用の光源と再生用の光源とを別に設けているが、記録用の光源および再生用の光源を一つの光源で兼用することも可能である。この場合、例えば波長７４０ｎｍの光源を用い、記録用にはパルス発振させてピークパワーの大きいレーザ光を出射し、再生用には連続発振させてピークパワーの小さいレーザ光を出射するように設定することにより実現可能である。これにより、光源が一つとなり、装置の構成をより簡単にできる。
また、本実施の形態においては複数のピンホールを有するピンホールアレイ１４を分岐光１７ａ〜１７ｃ全体のほぼ焦点の位置に設置しているが、別々のピンホールを分岐光１７ａ〜１７ｃのそれぞれの焦点に対応する位置に設置してもよい。ピンホール１４ａ〜１４ｃの大きさをそれぞれの収束光１７ａ〜１７ｃよりも小さくすることによって、収束光１７ａ〜１７ｃの中心部の光のみを検出し、収束光１７ａ〜１７ｃの周辺付近に分布する不要な高次収差光を除去することができる。これにより、再生信号だけでなくサーボの誤差信号のＳ／Ｎまでも向上させることができる。なお、分岐光１７ａ〜１７ｃの周辺光を削除すると光量が低下するため、この場合は光検出器１９にＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）を用いて信号強度を強めることが好ましい。なお、記録層が多層設けられている情報記録媒体の場合、材料の制限で検出光量が大きくとれないので、その理由からもＡＰＤを用いることが好ましい。
また、ピンホールアレイ１４の代わりに、それぞれの分岐光１７ａ〜１７ｃより小さい面積の光検出器１９ａ〜１９ｃで分岐光１７ａ〜１７ｃをそれぞれ検出するようにしても、同様の効果が得られる。
さらに、トラック誤差信号に対応する分岐光１７ｂ，１７ｃのみをピンホールアレイ１４のピンホール１４ｂ，１４ｃに通過させて光検出器１９ｂ，１９ｃで検出し、フォーカス誤差信号に対応する分岐光１７ａはピンホールを通さないで、例えば４分割の光検出器１９ａで直接検出するようにしてもよい。このような配置では、フォーカス検出法として例えば非点収差法を用いることができる。また、この時の光検出器１９ａの面積は、検出位置での分岐光１７ａの断面積より小さくすると高次収差成分を減らすことができる。
本実施の形態においては、対物レンズ６を２枚組にすることにより、開口率ＮＡを高くし、例えば０．８５にした。なお、１枚レンズでも開口率ＮＡを高くすることは可能である。
本実施の形態では、既に記録された情報ビット５を通過しない順序で、記録部３中に順次情報ビット５を３次元的に記録するようにした。このような順序で記録することにより、情報ビット５による、散乱光、不要回折光等の迷光を減らすことができる。具体的には、対物レンズ６から最も離れた位置に配置された記録層（図１では、記録層１ａ）から順に近い記録層に情報ビット５を形成することにより、上記順序が実現可能である。図１に示す情報記録媒体では、記録層１ａ、記録層１ｂ、記録層１ｃ、…というように、−ｚ軸方向に３次元的に記録すればよい。この時、収束光７が通過する記録層１の厚さが情報ビット５の記録深さにより異なるので、光源２０ａ，２０ｂ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１３で、記録深さに応じて球面収差量を制御しながら記録することが好ましい。これにより、良好な情報ビット５を形成できる。球面収差補正素子１３には、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等を利用できる。
なお、記録順については、情報ビット５の未記録部分が存在する場合は、収束光７が既に記録された情報ビット５を通過しないのであれば、常に−ｚ軸方向でなくともよい。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の情報記録媒体およびその製造方法について、図面を用いて説明する。図５Ａおよび図５Ｂは、本実施の形態における情報記録媒体の断面構成および情報を記録／再生する様子を示している。
本発明の実施の形態２の情報記録媒体およびその製造方法について、図面を用いて説明する。図５Ａおよび図５Ｂは、本実施の形態における情報記録媒体の断面構成および情報を記録／再生する様子を示している。
図５Ａに示すように、本実施の形態の情報記録媒体には、基板３９上に記録部３３および保護層３４が形成されている。記録部３３には、記録層および記録補助層（微粒子含有層）の積層体が、中間層を介して複数積層されている。すなわち、記録部３３には、基板３９側から、記録補助層３７ａ、記録層３１ａ、中間層３２ａ、記録補助層３７ｂ、記録層３１ｂ、中間層３２ｂ、…、中間層３２ｅ、記録補助層３７ｆおよび記録層３１ｆが順に積層されている。本実施の形態の情報記録媒体は、記録部３３に複数の記録層を含むことで、平面的な情報の記録に加えて、厚さ方向に複数層重ねて情報の記録を行うことができる３次元的な記録を可能としている。なお、以下、記録層３１ａ〜３１ｆのうち任意の記録層について述べるときは記録層３１とし、中間層３２ａ〜３２ｅのうち任意の中間層について述べるときは中間層２とし、記録補助層３７ａ〜３７ｆのうち任意の記録補助層について述べるときは記録補助層３７とする。
図５Ｂは、記録層３１および記録補助層３７（図５Ａに示す領域３６内）の拡大図である。図５Ｂに示すように、記録補助層３７が記録層３１に接して設けられており、記録補助層３７は、微粒子保持材４０に微粒子４１が分散されて形成されている。微粒子４１は、実施の形態１で説明した情報記録媒体の記録層１に含まれる微粒子１１と同様の性質および機能を有し、同様の材料にて形成することができる。また、微粒子保持材４０も、実施の形態１の情報記録媒体の記録層に含まれる微粒子保持材１０と同様に記録光および再生光に対して実質的に透明であることが必要とされるが、必ずしも所定の温度で光学定数が変化する材料である必要はなく、むしろ変化しない方が望ましい。これは、本実施の形態の情報記録媒体においては、微粒子保持材４０が記録材料として機能するのではなく記録層３１に記録するからである。
記録層３１は、所定の温度で屈折率や透過率の光学定数が変化する材料であればよく、樹脂、テルルガラス、カルコゲナイトガラス等を用いることができる。ただし、記録層が複数含まれる多層構造であるため、光の損失を減らすために記録光および再生光に対して実質的に透明であることが好ましい。
基板３９、保護層３４、および中間層３２は、実施の形態１の情報記録媒体における基板９、保護層４、および中間層２と同様の機能を有し、同様の材料にて形成できる。
次に、本実施の形態の情報記録媒体に対する情報の記録について説明する。
本実施の形態の情報記録媒体は、実施の形態１の情報記録媒体の記録層１のように、記録光の集光部で記録補助層３７に２光子吸収等の非線形吸収現象が誘起されて微粒子４１が記録光を吸収する。微粒子４１が光を吸収して発熱し、その熱が記録補助層３７に接して設けられている記録層３１に伝達されて記録層３１の温度が上昇する。記録層３１の温度が所定の温度に到達すると、記録層３１の光学定数が変化して情報ビット３５が形成される。この情報記録媒体によれば、従来の情報記録媒体よりも記録感度が向上する。これは、記録補助層３７に含まれる微粒子４１に光が吸収されることにより、量子効果や熱変換効率が良い等の微粒子特有の効果が生じ、さらに様々な非線形吸収現象が引き起こされるためであると考えられる。
記録光は、実施の形態１の場合と同様の理由から、ピークパワーが数１０〜数１００ｍＷ以上で数ｋＷ以下程度、パルス幅が１００フェムト秒〜１０ナノ秒（より好ましくは１ピコ秒から１００ピコ秒）であることが好ましい。
本実施の形態の情報記録媒体を製造する方法も、実施の形態１の場合と同様に、材料を順次塗布することにより各層を形成することが好ましい。容易に、且つ低コストで作製できるからである。
また、本実施の形態の情報記録媒体に対して情報の記録および再生を行う場合も、図３に示した光学情報記録再生装置を用いることができる。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３の情報記録媒体およびその製造方法について、図面を用いて説明する。図６Ａおよび図６Ｂは、本実施の形態における情報記録媒体の断面構成および情報を記録／再生する様子を示している。
本発明の実施の形態３の情報記録媒体およびその製造方法について、図面を用いて説明する。図６Ａおよび図６Ｂは、本実施の形態における情報記録媒体の断面構成および情報を記録／再生する様子を示している。
図６Ａに示すように、本実施の形態の情報記録媒体には、基板４９上に記録部４３および保護層４４が形成されている。実施の形態１および２の情報記録媒体と異なるのは、記録部４３の全体が記録層（微粒子含有層）４１として機能している点である。記録層４１内のほぼ同一平面上に情報ビット４５の列を記録し、このような記録面（４１ａ〜４１ｆ）を記録層４１内に複数設けることで、３次元的な情報の記録を実現している。
図６Ｂは、記録層４１（図６Ａに示す領域４６内）の拡大図である。図６Ｂに示すように、記録層４１は、微粒子保持材５０に微粒子５１が分散されて形成されている。微粒子５１は、実施の形態１で説明した情報記録媒体の記録層１に含まれる微粒子１１と同様の性質および機能を有し、同様の材料にて形成することができる。ただし、本実施の形態の情報記録媒体では、微粒子５１の含有量は０．３ｗｔ％〜１０ｗｔ％であることが好ましい。これは、０．３ｗｔ％以上で記録感度が向上し、１０ｗｔ％以下で散乱損失を抑えて光効率を高めることができるからである。微粒子保持材５０は、実施の形態１の情報記録媒体の記録層１に含まれる微粒子保持材１０と同様の性質および機能を有し、同様の材料にて形成することができる。基板４９と保護層４４が記録層４３と同じ材料にて形成されている場合には、より構造が簡単となり、低コストで製造できる。
本実施の形態の情報記録媒体に対する情報の記録については、実施の形態１の場合と同様であるため、記録光は、実施の形態１の場合と同様の理由から、ピークパワーが数１０〜数１００ｍＷ以上で数ｋＷ以下程度、パルス幅が１００フェムト秒〜１０ナノ秒（より好ましくは１ピコ秒から１００ピコ秒）であることが好ましい。
本実施の形態の情報記録媒体を製造する方法としては、微粒子５１と微粒子保持材５０を含む塗料を基板４９上に塗布することにより形成する方法や、記録層４１を射出成型により形成する方法がある。これらの方法によれば、容易に、且つ低コストで作製できる。
また、本実施の形態の情報記録媒体に対して情報の記録および再生を行う場合も、図３に示した光学情報記録再生装置を用いることができる。
以上、実施の形態１〜３において本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、それぞれの実施の形態の情報記録媒体およびその製造方法、並びに光学情報記録再生装置の構成を組み合わせることも可能であり、同様の効果を奏することができる。また、本発明の情報記録媒体および光学情報記録再生装置には、追記型以外に書き換え型も含まれる。
また、実施の形態１および２においては、記録層を６層含む情報記録媒体について説明したが、積層数はこれに限定されず、記録層は２層以上１００層以下の範囲で積層可能である。
また、実施の形態１〜３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、カード状やドラム状、テープ状の製品に応用することも本発明の範囲に含まれる。
なお、上記実施の形態で用いた対物レンズとコリメータレンズは便宜上名付けたものであり、一般にいうレンズと同じである。
次に、本実施の形態の情報記録媒体の一実施例について説明する。本実施例の情報記録媒体は、実施の形態１で説明した図１に示す情報記録媒体の一例である。
表面にトラック溝（ピッチ０．３２μｍ、溝深さ約３０ｎｍのグルーブ記録用の溝）が形成された厚さ１．１ｍｍのポリカーボネートからなる基板９上に、厚さ０．１３〜１μｍの記録層と厚さ３μｍの中間層とを交互にスピンコート法で複数積層して記録部３を形成し（記録層１ａ〜１ｆ、中間層２ａ〜２ｅ）、さらに厚さ１００μｍのポリカーボネートからなる保護層４を形成した。記録層１ａ〜１ｆは、５５ｗｔ％の酸化亜鉛（平均粒径０．０３μｍ）からなる微粒子１１と、４５ｗｔ％の紫外線硬化樹脂からなる微粒子保持材１０とにより形成した。また、中間層２ａ〜２ｅは、紫外線硬化樹脂にて形成した。
本実施例の情報記録媒体における分光透過率曲線は、図４に示したものとほぼ同様であった。そこで、所定の波長を３７０ｎｍとし、記録波長は７４０ｎｍに設定した。
図７には、本実施例の情報記録媒体に対し、パルス幅を変化させて波長７４０ｎｍのパルスレーザ光を照射し、１ビット記録時のエネルギー閾値およびピークパワー閾値を測定した結果が示されている。パルスレーザ光のパルス幅が長くなるに従い、情報記録媒体に１ビットを記録するピークパワーの閾値が低下する傾向がみられた。パルス幅を１ピコ秒以上とすることにより、ピークパワー閾値を３ｋＷ以下に抑えることができた。一方、１ビットの記録に必要なエネルギー閾値は、数ピコ秒のパルス幅のレーザ光に対して最も低く、それよりパルス幅が長くなると徐々に大きくなる傾向がみられた。パルス幅を１００ピコ秒以下とすることにより、エネルギー閾値を５ｎＪ以下に抑えることができた。
以上の結果より、本実施例の情報記録媒体によれば、ピークパワーが３ｋＷ以下のレーザ光を用いて、１パルスで１つの情報ビットを形成できることが確認された。
本発明の情報記録媒体およびその製造方法、並びに光学情報記録再生装置によれば、記録感度が向上し、従来のように非常に高いピークパワーを有するレーザ光でなくても１パルスで１つの情報ビットを形成することができる。従って、高感度および高速記録が可能な情報記録媒体および光学情報記録再生装置を提供できる。
Claims (31)
- ３次元的な情報の記録が可能な記録部を含む情報記録媒体であって、
前記記録部は、
所定の波長を有する光の少なくとも一部を吸収し、前記所定の波長よりも長い波長を有する記録光および再生光に対して実質的に透明であり、且つ前記所定の波長の光に対する吸収率が前記記録光および前記再生光に対する吸収率よりも高い微粒子と、
前記記録光および前記再生光に対して実質的に透明である微粒子保持材と、
を含む微粒子含有層を少なくとも一層含むことを特徴とする情報記録媒体。 - 前記微粒子の平均粒径は、前記記録光の波長および前記再生光の波長よりも短い請求の範囲１に記載の情報記録媒体。
- 前記微粒子の平均粒径は、前記記録光の波長および前記再生光の波長の１／４よりも短い請求の範囲２に記載の情報記録媒体。
- 前記微粒子含有層が記録層であり、前記微粒子保持材は所定の温度で光学定数が変化する請求の範囲１に記載の情報記録媒体。
- 前記記録部に前記記録層が複数含まれており、前記複数の記録層は、前記記録光および前記再生光に対して実質的に透明な中間層を介して積層されている請求の範囲４に記載の情報記録媒体。
- 前記記録部が記録層をさらに含み、前記微粒子含有層は、前記記録層に接して配置される記録補助層である請求の範囲１に記載の情報記録媒体。
- 前記記録層および前記記録補助層からなる積層体が複数設けられており、互いに隣接する前記積層体間には、前記記録光および前記再生光に対して実質的に透明な中間層が設けられている請求の範囲６に記載の情報記録媒体。
- 前記微粒子含有層が記録層で、前記微粒子保持材は所定の温度で光学定数が変化し、前記記録部全体が一つの前記記録層からなる請求の範囲１に記載の情報記録媒体。
- 前記記録部の光入射側に、前記記録光および前記再生光に対して実質的に透明な保護層が設けられている請求の範囲１に記載の情報記録媒体。
- 前記保護層は、前記微粒子保持材と同じ材料からなる請求の範囲９に記載の情報記録媒体。
- 前記中間層は、前記微粒子保持材と同じ材料からなる請求の範囲５または７に記載の情報記録媒体。
- 前記微粒子保持材の屈折率と前記微粒子の屈折率との差が０．５以下である請求の範囲１に記載の情報記録媒体。
- 前記微粒子は無機材料からなる請求の範囲１に記載の情報記録媒体。
- 前記微粒子は半導体材料からなる請求の範囲１に記載の情報記録媒体。
- 前記半導体材料は、エネルギーギャップが２．５ｅＶ以上８．３ｅＶ以下である請求の範囲１４に記載の情報記録媒体。
- 前記微粒子は、酸化亜鉛、酸化スズ、硫化亜鉛、酸化チタン、酸化タングステン、チタン酸ストロンチウム、炭化シリコン、酸化インジウム、および硫化カドミウムからなる群から選択される少なくとも一つを含む請求の範囲１５に記載の情報記録媒体。
- 前記微粒子含有層は、前記微粒子を１ｗｔ％以上９５ｗｔ％以下含む請求の範囲５または７に記載の情報記録媒体。
- 前記微粒子含有層は、前記微粒子を０．３ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下含む請求の範囲８に記載の情報記録媒体。
- 前記微粒子保持材が樹脂である請求の範囲１に記載の情報記録媒体。
- 請求の範囲１に記載の情報記録媒体を製造する方法であって、
微粒子と微粒子保持材とを含む塗料を形成して、前記塗料を塗布することにより微粒子含有層を形成する工程を含むことを特徴とする情報記録媒体の製造方法。 - 記録光および再生光に対して実質的に透明な材料からなる塗料を塗布することにより中間層を形成する工程をさらに含み、
前記微粒子含有層を形成する工程において、前記微粒子保持材として所定の温度で光学定数が変化する材料を用い、
前記微粒子含有層を形成する工程と前記中間層を形成する工程とを、所定の数だけ交互に繰り返す請求の範囲２０に記載の情報記録媒体の製造方法。 - 記録光および再生光に対して実質的に透明な材料からなる塗料を塗布することにより中間層を形成する工程と、所定の温度で光学定数が変化する材料からなる塗料を塗布することにより記録層を形成する工程と、をさらに含み、
前記微粒子含有層を形成する工程、前記記録層を形成する工程、および前記中間層を形成する工程を、所定の順序で、且つ所定の数だけ周期的に繰り返す請求の範囲２０に記載の情報記録媒体の製造方法。 - 請求の範囲１に記載の情報記録媒体に対して情報の記録および再生を行う光学情報記録再生装置であって、
記録光を出射する光源と、
再生光を出射する光源と、
前記光源から出射された光を前記情報記録媒体に集光する対物レンズと、
前記情報記録媒体で反射した光を検出する光検出器と、を備え、
前記情報記録媒体の記録部の光学定数の変化を利用して、前記記録部に情報ビットを３次元的に記録することを特徴とする光学情報記録再生装置。 - 記録光を出射する光源がパルスレーザ光源であり、パルス幅が１００フェムト秒から１０ナノ秒である請求の範囲２３に記載の光学情報記録再生装置。
- パルス幅が１ピコ秒から１００ピコ秒である請求の範囲２４に記載の光学情報記録再生装置。
- 再生光を出射する光源の波長が、記録光を出射する光源の波長よりも短い請求の範囲２３に記載の光学情報記録再生装置。
- 非線形吸収現象を利用して前記情報記録媒体の記録部に情報ビットを記録する請求の範囲２３に記載の光学情報記録再生装置。
- 前記非線形吸収現象は、２光子吸収または多光子吸収を含む請求の範囲２７に記載の光学情報記録再生装置。
- 記録部に記録されている情報ビットを通過しない順序で、前記情報記録媒体の記録部に情報ビットを３次元的に記録する請求の範囲２３に記載の光学情報記録再生装置。
- 前記情報記録媒体の記録部中の対物レンズからより離れた位置から近い位置に向かって、順に、情報ビットを記録する請求の範囲２９に記載の光学情報記録再生装置。
- 前記記録光を出射する光源と前記再生光を出射する光源とが共通である請求の範囲２３に記載の光学記録再生装置。
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