JPH02504196A - 三元的光学素子及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 三元的光学素子及び方法 本発明は、三元以上の情報を上部に記録した光学的配録素子及び該素子を用いて 記録する方法に関する。

光学的記録に関する現在の技術の状態では、光学的解像度は現論的限界近くまで 接近している。光学的解像度は、書き込み輻射線、代表的にはレーザの波長及び 対物レンズの開口数により決定される。現在、光学ヘッドに用いられているレン ズの開口数は、適度の作業距離と妥当なレンズ質量を共に保持したものでの最大 値に近い、光学的記録に現在使用されている半導体レーザは、十分なパワーとア クセス時間の要求を満たす最小波長を有する。

即ち、ディジタル記録に関しては、データ容量は最大値に近い、光学系がこのよ うに現論的限界に近いので、注目の焦点はデータを光学的記録素子に書き込む前 にデータをコード化するより効果的な方法の開発に向けられてきた０例えば、走 行長制限変調コード化法（ｒｕｎｉｅｏｇＬｈ−ＩｊｍｔＬｅｄ　ｍｏｎｄｕｌ ａｔｊｏｎ　ｅｎｃｏｄ−ｉＩＩｇ■ｅＬｂｏｄｓ　）は、ビット縁位置を決定 する細度の増大よる縁充填密度の改善を試みている。（シーゲル（Ｓｉｅｇｅｌ ）、−Ｒｅｃｏｒｄｋｎｚ　Ｃｏｄｅｓ　ｆｏｒ　Ｄｉｚｉｔａｌ　１ｉｌａｚ ｎｅＬｉｃ　５ｔｏｒａｚｅ”　（ディジタル磁気記憶用の記録コード）　、　 ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｍａｇｎｅ−Ｌｉｃｓ、Ｖｏｌ　 Ｍａｔ　２１　Ｎｏ、５．１３４４−１３４９　（１９８５年９月）；ヘームス ゲルクＯ１ｅｅｍｓｋｅｒｋ）及びイミンク（１＋ｎ＋１ｎｋ）、”Ｃｏｍｐａ ｃｔ　Ｄｉｓｃ：５ｙｓＬｅｓ＋　Ａｓｐｅｃｔｓ　ａｎｄ　Ｍｏｄｕｌａｔｉ ｏｎ”　（コンパクトディスク：システム特徴と変ｇ４　）　Ｐｈ１ｌ　ｔｉｐ ｓ　Ｔｅｃｈ　Ｒｅｖ、Ｖｏｌ　４０　Ｎｏ、６．１５７−１６４（１９８２） ）　　この方法は、全システムコンポネントに極めて高い要求を課するものであ り、その結果として装置費用が高くなる。

光学的記録素子の充填密度を向上させる一方法は、追加自由度を開発することで ある。二元記録（ｂｉｎａｒｙ　ｒｅｃｏｒｄｔｎｇ）では、情報は記録層の変 形の有無として記録される。変形の有無並びに別な強度の変形として情報を記録 できるならば、同量空間内に更に多くの情報を蓄積できるであろう０例えば三元 系（ｔｅｒｒ＋ａｒｙ　ｓｙｓｔｅｍ）により蓄積可能な情報の相対量は、二元 系（ｂｉｎａｒｙ　ｓｙｓｔｅｍ）で可能な量の１．６倍はどになるであろう。

米国特許第４，０９７，８９５号（１９７８年６月２７日公告）には、最適化さ れた記録素子が開示されている。この素子は、反射防止条件に達する厚みの記録 層を被覆することを特徴とする０日本特許出願公開昭６１−９４２４９号は、こ の条件を出発点として用いる多水率記録システムを開示している０本開示は、単 一パワー水準の書き込みビームを用いずに、低パワー水準の書き込みビームを用 いて記録層の一部のみを除去する旨を教示している０反射防止条件を有する層で 出発することにより、幾つかの信号水準が達成可能となる。この追加自由度は、 充填密度向上の機会を提供するものである。

日本特許出願公開昭６１−９４２４９号の系では、らどの層の四分波（ｑｕａｒ ｔｅｒ−ｗａｖｅ）条件の最小反射率に加え、二つの高反射率条件が使用される 二種のパワー水準に対応する。−条件は記録層を実質的に全て除去することに対 応し、それにより高反射性の基材を露出させる。残りの条件は両極端の中間であ り、層の一部除去に対応する。

しかしながら２本特開の方法は、層上に別型記号を書き込むのに掻く僅かなパワ ー差しか必要としない、従って、この方法は調節が困難である。

本発明は、三元以上の多水率記録のための光学的記録素子及びその記録方法を提 供する。すなわち、読み出し波長に関しておよそその半波厚み（ｈａｌｆ−ｗａ ｖｅ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）に相当する厚みを持った変形可能な光学的記録層を 上部に有する反射性支持体を含む光学的記録素子であって、前記層がその内部に 、ａ）１！み出し波長に関しておよそ四分波厚み（ｑｕａｒｔｅｒ−ｗａｖｅｔ ｈｉｃｋｎｅｓｓ）の層を残すような深さを持った変形、及び前記変形の間に散 在する（ｉｎｔｅｒｓｐｅｒｓｅｄ　ｗｉｔｈ）ｂ）少なくとも実質的に該反射 性支持体まで貫通する変形の形態で情報を記録する光学的記録素子を提供する。

本発明の別特徴は、前記素子を用いる記録方法の提供である。

すなわち、前記素子の読み出しに用いる輻射線の波長に関しておよそその半波厚 みに相当する厚みを持った変形可能な光学的記録層を上部に有する反射性支持体 を含む光学的記録素子上に、輻射線の集中ビームを用いて情報を記録する方法は 、ａ）前記層と前記ビームとを相対的に運動させること、及びｂ）前記の読み出 し輻射線に関しておよそ四分手厚みの層を残すような深さの変形の形成に必要な パワーに対応する第一水準と、少なくとも実質的に反射性支持体まで貫通する変 形の形成に要するパワーに対応するパワーに対応する第二水準とのニバワー水準 間に記録される情報に従って前記ビームのパワー変調すること の工程を包含する。

本発明は前記の日本特許出願公開に記載された発明とは対照的である。該公開の 素子及び方法の未記録層は、極めて低い反射率を有する。情報は、各々未記録層 以上の反射率を有する二種以上の変形の形で記録される０本発明の未記録層は、 −左型の変形と他方型の変形との間の中間的な反射率を有する。すなわち、情報 は散在する「正」の変形すなわち未記録材料よりも低い反射率を有する変形と、 「負」の変形すなわち未記録層よりも高い反射率を有する変形として層内に存在 する。　本発明の方法では、別型記号の書き込みに要するパワー差が上記特開の 場合よりも大きい、従って、本発明の方法は調節が容易である。更に、本発明の 間隔をあけて配置される負及び正の記号は、焦点合せ及びトラッキング中のエラ ー存在下に、より高い信頼性で修復される。

第１図は、変形記録に用いられる代表的材料の反射率対厚みのプロットである。

第２図は、先行技術素子及び本発明素子の信号対時間のプロットである。

本発明を三元記録に関して詳細に説明する。前記特開に説明されているように、 光学的四分波厚みに丁度対応する反射率以外の反射率を持った変形も記録可能な ることは了解されよう。

すなわち、本発明は、任意形態の多水率情報の蓄積及び検索に適用可能である。

第１図を参照すると本発明のＪ３！埋が最もよく判る。第１図には、変形記録に 用いる材料の代表的な反射率対厚みの曲線を示している０曲線の作成に用いた波 長は、素子上の情報の読み出しに用いる波長である０点Ａは、高反射率を有する 未被覆基材に対応する。記録層の厚みが増すにつれて１反射率は、読み出し波長 に関して材料の四分波厚みに対応する厚みＢまで低下する。この点は当該技術分 野で反射防止条件（ａｎｔｉ−ｒｅｆ　１ｅｃｔｔｏｎｃｏｎｄｊｔｉｏｎ　） 　Ｊとも称される。更に層の厚みが増すにつれて反射率は増大し、層が半波厚み に近い点Ｃで最大となる。

本発明では、読み出し輻射線に関しておよそ半波厚みに相当する厚みの光学的記 録層を被覆する。記録時のパワー水準は、一部の変形が低下反射率点已に対応す るおよそ四分厚みを残し。

一部の変形が点Ａに対応する少なくとも実質的に支持体まで貫通するよう選択さ れる。

厚みによる反射率の変化は当該技術分野では極めて周知のことであり、光学的素 子上の二元記録に有利に適用されている。

スボング（Ｓｐｏｎｇ　）の米国特許第４，０９７，８９５号＜　１９７８年６ 月２７日告示）、特にその第４図及び同口に係わる説明を引用する。

しかしながら、本発明の三元記録については開示されてない。

周知のように、正確な反射率対厚みの曲線は、記録層に使用される材料及び反射 率の測定に使用される波長により決定される。従って、未記録層の厚み又はおよ そ四分波厚みに相当する厚みを選択する際には、記録波長及び読み出し波長を考 慮しなければならない。

本発明では、未記録層の厚みは「およそ」半波厚みであり。

変形の一部は「およそ」四分波厚みを残すような変形である。

層は半波厚みに対応する正確なピークとは異なる厚みで被覆され、四分波変形の 残りの厚みは四分波厚みに正確に等しくはないと考えられる。これらのパラメー タは、必要に応じて素子をｆ＆適化するよう調節可能である。

例えばある特定の厚みに関し、未記録層と負の変形との反射率差は、その記録部 分の信号／雑音比（ＳＮＲ＞がｉ適ＳＮＲに必要な反射率差よりも大となり、一 方、未記録層と正の変形との反射率差が最適ＳＮＲに必要な差よりも小となるこ ともある。材料によっては、変形を別様にするのに必要なパワー差を最小にする よう、厚みを僅かに変えることが望ましいこともある。従って、厚みを僅かに変 えることにより、記録の総括性能を最適にすることができる。一般に、四分波厚 み及び半波厚みの約２０％以内の厚みを有することが好ましい。

本発明の記録素子の１ｌｉｌ製に使用可能な光学的記録素子は、光学的記録層と して成る厚みを要することを除き従来通りのものである。この光学的記録素子は １代表的には、反射性支持体と輻射線に有感な光学的記録層を包含する。

好適な光学的記録素子は、アルミニウム支持体、平滑化層、金属反射層及び光学 的記録層をその順序で包含する。亦この素子は、当該技術分野たとえば米国特許 第４．５２７．１７３号で知られているように、オーバーコート層を含有しても よい。

アルミニウム支持体は、反射層及び記録層の被覆前に平滑化層配合物で被覆され る。好適な平滑化層組成物は、前記の米国特許第４．４４６．２２３号及び同第 ４．６１９４９０号に記載されている。

実施Ｒ様によっては、ｒＯＰＴＩｃＡＬ　ＲＥＣＯＲＤＩＮＧ　ＥＬＥＭＥＮＴ 　）ＩＡＶＩＮＧＡＮ　ＡＮＴＩＲＥＦＬＥＣＴＩＶＥ　ＬＡＹＥＲ（反射防止 層を有する光学的記録素子〉」なる名称のＥＰＣ出願第８９１０１１９０．０号 （１９８９年１月２４日出願）に記載されているように、アルミニウム支持体を 先ず反射防止層で被覆することが望ましい場合もある。

被覆後に流体を重合させると、支持体上に平滑な表面が形成される。斯く形成さ れた平滑化層は、その平滑面の真空金属化により反射性にされる。この目的に有 用な金属には、金及びアルミニウムが包含される。

有用な記録層、好ましくは染料と結合剤を合む記録層を、広範な諸法の何れかに より被覆する。染料と結合剤の被覆は、共通溶剤又は別法として混和性溶剤の混 合物を用いて行なうのが最も便利である。この洗剤−結合剤組成物は、スプレー コーティング、エアナイフコーティング、ホワール（ｗｈｉｒｌ）コーティング 又はその他の適当な方法により被覆される。有用な染料及び結合剤は米国特許第 ４．３８０，７６９号及び同第４．４９９．１６５号に開示されており、これら の特許は記録層の製造方法も詳しく記載している。その他の有用な記録層には、 金属層又は合金層がある。

現今好適な光学的記録層は、米国特許第４，４９９，１６５号に記載の染料−結 合剤層である。該特許は、結合剤混合物が（ａ）高い染料／結合剤比の際に非晶 質であり、（ｂ）単一の熱転移を示して、アニーリング後にも相分離がなく、（ ｃ）約２０℃で固体であって（ｄ）各々、多価の一存機核を二種以上の有機核に 接合する二種以上の結合成分を有し、その際、該多価有機核と該有機核の少なく とも一種が多環芳番族核であるような二種以上の相異なる化合物を含有すること を該層の特徴とする結合剤混合物と染料とを含有する光学的記録層につき記載し ている。

その他の好適な染料−結合剤組成物は、米国特許第４．４４６．２２３号（１９ ８４年５月１日公告）に記載のような、結合剤とオキソインドリジン又はオキソ インドリジニウム染料との非晶質層を含有する。この染料の！ＩＩ！製法は、米 国特許第４，５７７．０２４号（１９８６年３月１８日公告）に記載されている 。

この好適な染料−結合剤の光学的記録層中の染料は、特に限界的ではない、多数 の染料が入手可能かつ周知である。好適結合剤混合物と特に相溶可能な好適集材 群は、ビス−［シス−１゜２−ビス−（アルキル、水素、アリール又は複素環式 ）エチレンージチェン］の金属錯体である。この金属錯体は、一般に金属ジチェ ン鱈体と称されている。これら染料の混合物も使用可能である。

本発明の方法では、情報は記録層内に散在（ｉｎｔｅｒｓｐｅｒｓｅ）された変 形の形態でコード化される。この記録法の実行に使用できる方法には幾つかある 。好適方法は、記録輻射線の入射パワーを変調することである。この変調は、入 射輻射線のパワー水準を変えて、或いは高周波で変調されたレーザの負荷サイク ルを変えることにより達成可能である。このいずれの方法も、変形のため記録層 に供給するエネルギーを変形基準で変えることに使用可能である。

書き込み情報をコード化するアルゴリズム及びコード化された情報を読み出すア ルゴリズムは当該分野の技術に属する。三元記録は磁性材料では既に示されてお り、それに類似する情報の書き込み及び読み出し法は本発明に適用可能である。

デイクソン（Ｄｔｘｏｎ　）　、フレンチ（Ｆｒｅｒｌｃｈ　）及びウオルフ（ ？１ｏｌｆ、Ｊ）の１９８７１ｎｔｅｒ＋ｓａｇ、Ｃｏｎｆ、Ｐｒｏｃｅｅｄｉ ｎｇｓ　ニヤコピ（Ｊａｃｏｂｙ）のＩＥＥＥＴｒａｎｓ、Ｍａｚ、−１７，す ３３２６（１９１１１１）　　：ヴインディング（Ｖｉｎｄｉｎｇ　）のＩＥＥ Ｅ　Ｔｒａｎｓ、１４ａｇ、−１８，６，１２５６（１９ｇ２）及びチー（Ｃｈ ｉ）及びフレイ（Ｆｒｅｙ　）のＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ、Ｍａｇ、−１８，６， １２５９（１９８２）を引用する。

上述の三元記録は、走行長制限コード化法と併せて使用可能である。

本発明の方法では、光学的記録素子と記録輻射線源とを相対的に運動させねばな らない８代表的一方法では、代表的ディスク系の場合のように、固定輻射線源に 相対的に素子を移動させる。光学的記録素子を定常に保持して輻射線源を移動さ せる別法も、本発明の範囲に属する。

本発明が更に理解できるよう以下に実施例を提示する。

実施例 光ディスクの形態で光学的記録素子をｖ８製した。ダイヤモンドで回転切断した １３．３ＣＩｌ　（５１／４”）径のアルミニウム基板に。

前記米国特許第４．６１９，８９０号実施例１に記載のものに類似じた平滑化層 組成物を被覆した。この平滑化層は、溶剤がプロピオンはブチルであって、該実 施例の「モノマー１ｊを１．２．４−ベンゼントリカルボン酸、トリス（２−（ １−オキソ−２−１０ベニル）オキシ）エチル）エステルと２−プロペン！！− ２−（ペンゾルオキン）エチルエステルの８０：２０混合物に変えたことを除き 同一であった。この平滑化層組成物を、該特許に記載のように硬化させた。

次にこの平滑化層に２０Ｏｒ＋＋ｃの金の反射層を被覆した。

続いてこのディスクを、染料と結合剤４：６重量比及び固形分２％の溶液で被覆 した。この被覆組成物の溶剤は、トリクロロプロパン２０％とブロモベンゼン８ ０％との混合物であった。結合剤は、米国特許第４，１６９，８９０号に記載の ような混合物で、該特許第２１及び２２欄のＮＯ，１１に類似したものであった 。この混合物は、１．１．３−トリメチル−５−アミノ−３（ｐ−アミノフェニ ル）インゲンと塩化ｌ−ナフトイル（５０，００モル％）；塩化Ｐ−ブロモベン ゾイル（１６，６７モル％）；及び塩化Ｐ−メトキシベンゾイル（３３，３３モ ル％）との反応混合物で、非重合体の非晶質ガラス状混合物であった。

塗料−結合剤混合物中の染料は、米国特許第４，５７７．０２４号（前述）の第 ４５１１ｉ！の第二部分に記載された染料であった。この染料の化学名は、２． ３−ジ（２，４，６−トリメチルフェニル）−７−［２−（１゜２−ジメチル− １，２，３，４−テトラヒドロ−６−キラリニル）−１−エチニル］−１−オキ ソーＩＨ−インドリジニウムトリフルオロメタンスルホネートである。　このデ ィスクを染料−結合剤の光学的記録層の厚みが２１３ｒｖになるよう被覆した。

この厚みは、読み出し波長７８０ｎ簡に対して、木理の半波厚みに近いものであ る。

（半波厚みは約２３５） このディスクを評価するため、波長８ＢＯｎ＋ｍで作動するダイオードレーザを 用いて、その光学的記録層上に試験トラックを記録した。７８０　ｎ　ｍで作動 する同様なダイオードレザーを用いて、記録されたトラックを読み戻した。レー ザパワー水準を種々変えて試験トラックを記録し、各パワー水準でキアリアー／ 雑音比（ＣＮＲ）を測定した。記録点での記録層の速度は９．４メ一トル／秒で あった。

高記録パワー例えば１０ｍＷでの再生振幅は、高反射率記号に対応する波形を示 した。低記録パワー例えば５＋ａｌｌでの再生振幅は、低反射率に対応する波形 を示した。得られたトラックを検査した結果、　１０ａＷ録パワーを用いて作っ た記録層の変形は該層の末記録域よりも高い反射率を有し、一方の５１記録パワ ーを用いて作った記録層の変形は、末記録層より低い反射率を有した。

５＋１１及び１０ｍＷの双方におけるＣＮＲは、５５ｄＢ以上であった（解像帯 幅（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｂａｎｄｗｉｄｔｈ）　３０ｋＨｚ）、このＣＮＲ 性能は、通常データレートでの実際的データ記録には十分である。

高反射率変形の反射率は未被覆基材の反射率に近く、該変形が実質的に支持体ま で貫通していることを示した。低反射率変形の反射率は、四分波厚みの反射率に おおよそ相当した。

第二試験では、レーザー記録パワーを高パワーと低パワーの間で変更した。再生 すると、高反射率高パワー変形及び散在された低パワー低反射率の変形は共に、 高パワー変形が低パワー変形に隣接する時でも識別可能であった。

ＦＩＧ、　１ ＦＩＧ、　２ａ ＦＩＧ、　２ｂ 国際調査報告

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．読み出し波長に関しておよそ半波厚みに相当する厚みの変形可能な光学的記 録層を上部に有する反射性支持体を包含する光学的記録素子であって、前記の層 がａ）読み出し波長に関しておよそ四分波厚みの層を残すような深さの変形及び 、前記の変形の間に散在するｂ）少なくとも実質的に該反射性支持体まで貫通す る変形の形態で内部に記録された情報を有することを特徴とする光学的記録素子 。
2. ２．前記の変形可能な光学的記録層が、前記四分波厚みの約２０％以内の厚みを 有し、かつ、前記の変形が前記四分波厚みの約２０％以内の厚みを残すような深 さを有する請求項１記載の光学的記録素子。
3. ３．前記の光学的記録層が、染料−結合剤の層である請求項１記載の光学的記録 素子。
4. ４．平滑化層、光反射性層、前記の光学的記録層及びオーバーコート層をその順 序で上部に有する支持体を包含する請求項１記載の光学的記録素子。
5. ５．素子の読み出しに用いる輻射線の波長に関しておよそ半波厚みに相当する厚 みの変形可能な光学的記録層を上部に有する反射性支持体を包合する光学的記録 素子上に、輻射線の集中ビームを用いて情報を記録する方法であって、前記の方 法がａ）前記の層と前記ビームとを相対的に運動させること、及び ｂ）前記の読み出し輻射線に関しておよそ四分波厚みの層を残すような深さの変 形を形成するのに必要なパワーに対応する一水準及び少なくとも実質的に該反射 性支持体まで貫通する変形を形成するのに必要なパワーに対応する第二水準のパ ワー水準の間で、前記ビームのパワーを記録すべき情報に従って変調すること の工程を包含することを特徴とする光学的記録素子上に情報を記録する方法。