JPH0482033A

JPH0482033A - 光学的情報記録媒体

Info

Publication number: JPH0482033A
Application number: JP2194029A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Hoshi; 星　宏明
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-07-24
Filing date: 1990-07-24
Publication date: 1992-03-16

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】［産業上の利用分野］本発明は光学的多重干渉効果を利用して情報を記録する
光学的情報記録媒体に関する。

［従来の技術］近年、光ディスク、光カード、光テープなどの光メモリ
と呼ばれる光学的情報記録媒体や、それを使用した記録
再生装置の発展には目覚しいものがある。このような記
録再生装置は、光メモリが高密度記録という特長を有す
るため、ビット当りのコストが磁気ディスクなどに比較
して安く、また高い転送レートが得られるなどの利点が
ある。

そのため、更に光メモリの高密度化を行うべ（、研究開
発が盛んである。

光メモリの高密度化を目指すには、例えば最小ビットサ
イズの微小化、情報記録の多値化、情報の多重記録など
があり、それぞれ種々の方式が提案されている。このう
ち、従来公知の多値化技術に関しては、染料系媒体や相
変化型媒体の連続的な反射率変化を利用した技術の提案
がほとんどである。これらの提案は、基本的には、今ま
での２値情報に対応していた、コントラストの良い２つ
の異なる反射率のレベルの中間値をさらに細分化するも
のである。そのため、原理的にＳＮＲを犠牲にした多値
化であり、エラレートの劣化を招くものであった。

この反射率変化を利用した方式°では、最も単純には、
基板の複素屈折率Ｎ３、媒体の複素屈折率Ｎ、とすると
、反射率Ｒは次式で表わされる。

但しｎ　＋ａ　（ｍ＝　１．２）は屈折率、Ｋ、　（ｍ
＝１．２）は減衰係数でＮｆｆ１・ｎ　ｍ　−Ｉ　Ｋ　
ｍである。例えば、Ｔｅａ、系の相変化媒体の場合、ア
モルファス状態のとき、Ｎ　２＝３．５−０．８ｉ、結
晶状態ではＮ　２：３．９−１．３ｉであるから、Ｎ、
＝１．６とすると反射率の変化△Ｒは６％と小さい。さ
らに、このΔＲを細分化するのであるが、記録に要する
光エネルギに対するΔＲの変化は、非線形であるので等
分化が難しい上、記録に必要な光エネルギの制御も容易
ではない。

これに対して、多値化を目的としたわけではないが、Ｓ
ＮＲを上げる手法として、特公昭６３−２６４６３号に
示されるが如く、高反射率の金属ミラーを媒体裏面に設
け、薄膜の多重干渉効果により、２つの状態間での反射
率の差を広げ、コントラストを向上させる方法が提案さ
れている。この特公昭６３−２６４６３号には、特に吸
収係数の変化による反射率変化の増大について提案され
ているが、この方法により前記の多値化の問題点、非線
形性と光エネルギ制御の難しさが解決できるわけではな
い。むしろ多値化に適用しようとすると、吸収スペクト
ルの変化と多重干渉効果を組み合わせることにより、反
射率の変化の非線形性が増大する可能性が大きい。つま
り、このような２値に対応した２つの反射率の差を増大
し、コントラストを改善し、２値データとしてのＳＮＲ
を向上できるからといって、必ずしも多値化に適した特
性が得られるわけではない。

デジタルメモリにおいては、媒体レベルでの多値化レベ
ル数をＬとすると、２進数のデータを記録する際の情報
の記録ｂｉｔ数Ｍは、次式で表わされる。

Ｍ＝ｌｏｇ、Ｌ例えば、前記反射率変化による多値化において、媒体で
８レベルの多値（Ｌ＝８）を実現しても、記録できる情
報量は３ｂｉｔ（Ｍ＝３）なので、記録密度は３倍にし
か上がらない。デジタルメモリからのデータを受けとる
コンピュータ等の機器の信号処理、またメモリ内の変復
調等の処理系を考えると、多値化の効果が顕著となるの
は、８ｂｉｔの多値化からであろうから、媒体としては
２５６レベルの多値化を確保する必要がある。

このような光強度に対する反射率を用いて多値化を行う
場合、全く理想的に、０から１００％の反射率がリニア
に変化するものとして等分化したとしても、２５６レベ
ルの多値を行なうと、ルベルあたり０．３９１％の変化
となり、媒体の製造技術、光源強度の安定化技術、検出
技術等を考えると、実用化は非常に難しいものであるこ
とがわかる。

また、特公昭６３−２６４６３号と同じ、光吸収スペク
トルを用いた、フォトケミカルホールバーニング（以下
ＰＨＢ）効果を利用した多重記録方式も提案されている
。この多重記録方式は、原理的には多重記録により、多
値記録が可能となるはずである。しかしながら、ＰＨＢ
方式は現状では、極低温における原理確認実験が終了し
た段階であり、技術的に狭帯域の吸収スペクトルを多数
有する媒体を室温で安定に実現することは難しい。さら
に、情報の記録、再生、消去といったメモリとしての一
連の基本動作を行なう場合、光源は狭い各吸収スペクト
ル巾より十分狭いスペクトル巾を有する必要がある。ま
た、波長の掃引を同時に行う必要があること、しかも波
長の絶対値制御が必要であること等、媒体そのものの不
安定性以外にも解決すべき点が多いのが現状である。

［発明が解決しようとしている課題］前述したように、従来の多値化技術としては、多くの問
題点が残されており、特にＳＮＲが低いことや、多値化
度が低いことなどの問題があった。また、多値化度を高
めるための提案もなされているが、数多くの技術的課題
が残されているというのが実情であった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、その
目的は高いＳＮＲと高い多値度を実現でき、また再生を
効率的に行えるようにした光学的情報記録媒体を提供す
ることにある。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するため、各々で反射された光が多重干
渉を起すように、所定間隔で互いに平行に配置された第
１及び第２の反射層と、これらの反射層の間に設けられ
、その屈折率の変化として情報を配録する媒体層から成
り、かつ該媒体層の厚みと屈折率の積は、照射された光
束によって多重干渉を起す波長の略半波長の整数倍であ
ることを特徴とする光学的情報記録媒体が提供される。

［実施例］以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細
に説明する。第１図は本発明の光学的情報記録媒体の一
実施例を示す断面図である。

第１図において記録媒体１は、表、裏とも、記録、再生
を行える両面構造の媒体である。１１８゜１１ｂは透明
ポリカーボネートの基板であり、各基板上に反射層と媒
体層が交互が形成されている。

まず、基板１１ａ、ｌｌｂ上に、それぞれ第１の反射層
１２ａ、　１２ｂが形成されその表面に熱により屈折率
が変化する媒体層１３ａ、１３ｂが形成されている。ま
た、各媒体層１３ａ、１３ｂ上に第２の反射層１４ａ、
　１４ｂが形成され、これらが接着層１５により貼着さ
れている。各層は所定間隔で互いに平行に形成され、後
述するように多重干渉を起すようになっている。

媒体層１３ａ、１３ｂとしては、丁ｅＯ，，Ｉｎ５ｅＴ
Ａ　Ｃｏ。

ＧｅＴｅ５ｂＴｊ２、ＧｅＴｅＳｅなどの無機系媒体や
、アントラキノン誘電体、シオキケジン化合物、トリフ
エツジチアジン化合物などの有機系媒体が好適である。

また、多層膜反射層１２ａ、　１２ｂ及び１４ａ、　１
４ｂとしては、屈折率が高い層と低い層を交互に、波長
の１／４に相当する光路長厚で積み重ねることにより成
膜されている。各反射層の材質としては、Ｓ１０□、５
ｉＪ４．ＭｇＦ＜、Ａｌ。０３等の誘電体が用いられる
。

このような記録媒体１を作成するには、まず両面の各基
板１１ａ、　ｌｌｂ上に、スパッタ法や塗布法によりそ
れぞれ第１の反射層、媒体層、第２の反射層を順次成膜
する。そして、各基板１１ａ、ｌｌｂを第２の反射層同
志を対向させて接着剤（接着層１５）で接着することに
より、両面記録用の記録媒体が完成する。

また、本実施例の記録媒体１では、第１の反射層と第２
の反射層に挟まれた媒体層という構成により、いわゆる
ファプリーベローエタロンを実現している。つまり後述
するように入射した光は、２つの反射層の間で繰返し反
射し、多重干渉効果が生じる。本発明は、この多重干渉
効果を有効に利用し、詳しく後述するように情報の多値
記録を行うものである。

次に、前述した記録媒体１を用いた情報の記録、再生の
原理を説明する。まず、情報を再生するには、記録媒体
１に、通常の光ヘッドと同じようにピックアップレンズ
により、レーザ光を微小スポットに絞って照射し、エタ
ロン部からの反射光から情報を再生する。説明を簡単に
するために、２つの反射層１２ａ、　１４ａの両側は空
気で、両反射率ともＲと仮定すると、エタロンからの反
射率Ｒ９は（１）式で表わされる。

ψ 　５ｉｎ２Ｒｔ”　　　　　　　　　　　・・・　（１）ψ １＋Ｆｓｉｎ” ここで、Ｆはいわゆるフィネスに対応し、干渉縞の鮮鋭
度を表わすもので（２）式で得られる。

また、ψは次の（３）式で表わされる位相差である。

但し、ｎｔ＋は媒体層１３ａの屈折率、えは光の波長で
ある。

ここで、反射率Ｒ５を位相差ψの関数で表わすと、第２
図に示すようになる。第２図ではｍを整数として、（４
）式を満たすところで、鋭く暗い干渉縞が現われる。

ψ＝２πｍ　　　　　　　・・・　（４）位相差ψの変
化は、（３）式より一般に（５）式で表わされる。

この新しい多値記録方式は、多値に対応した情報を、屈
折率変化△ｎ２に直して、位相差変化△甲とし、て媒体
に記録する。そして再生においては、光の波長を掃引す
ることによって、△ｎＭにより生じた位相差△甲をちょ
うどキャンセルする位相差を与える△λに対応する波長
で、（４）式の条件が回復する。すなわち、波長を時間
的に掃引すると、記録した情報の値に対応した位相差に
マツチした波長において、鋭い干渉縞が現われ、時間波
形として、第２図に対応したパルスが得られる。このパ
ルスの時間軸上の位置Δｔが、多値情報を与える。屈折
圭、波長、時間の対応は、波長掃引がリニアであるとき
、（６）式で表わされる。

記録を行うには、（５）式で表わされる位相差の変化Δ
ψを、レーザによる加熱で生じる△ｎＩＩをコントロー
ルすることにより与える。再生は、その位相差変化をキ
ャンセルする波長変化を持った光を入射し、鋭く暗い縞
を検出する。つまり、前述のように波長を掃引し、媒体
の反射光強度に表われるパルスを検出すれば、その時の
波長が、前記位相差に対応した波長である。

この時、パルスが現われる条件は、（４）式であったか
ら、それに対応する波長は（３）式で与えられるが、当
然条件を満す波長も第２図に対応して離散的になる。

ｎｙｄん、＝　　　　　　　　　・・・　（７）従って、位相
差の変化Δ甲は、初期値として（４）式を満たすψゆか
らの変化であることが望ましい。この場合、初期値がψ
１から大きく外れていると、Δψをキャンセルするだけ
でなく、ψ。

からの初期値のシフトもキャンセルしなければならない
ので、パルスが表われるまでに必要な波長掃引量が大幅
に大きくなる。（７）式よりであるから、最も極端には
記録媒体１の媒体層の屈折率ｎｉｉを小さく、厚みｄも
小さ（、干渉縞の次数ｍ＝１である場合、つまり（７）
式より往復光路長２　ｎ　Ｍ　ｄが１λ１のとき、ｍ＝
２の干渉縞を出すには、となる。従って、波長λ１を半波長１／２え、まで掃引
する必要があり、位相の初期値が甲２と甲の中間であっ
たとすると、波長を５０％程掃引しなければならな（な
る。実際には、ｎ２＝５でｄ＝０．６μｍとすると、ｍ
＝６でえ、＝０．８、ｄ＝１．０μｍでｍ＝１３、え、
　＝０．７６μｍといった値になるので、以下のように
現実的に掃引できる波長範囲と、媒体の光路長ｎｖｄを
マツチングさせることが可能である。つまり、位相差の
初期値ψＩＮＴを（３）　、　（４）式より、を満たす
ように設定しておけばよく、また（ｌＯ）式％式％（１
１）を満たす（ｎｖｄ）近傍に媒体を作成すればよい。ここ
で言う近傍という意味は、正確には次のような意味であ
る。一般に、加熱による屈折率変化は媒体により、正も
しくは負のどちらか一方向であるため、可能な波長掃引
方向と範囲に合わせ、多値情報記録後の屈折率変化の方
向と範囲の分だけ、初期値（ｎＭ、ｄ）＋ｓアをシフト
しておくということである。

次に、前述のような光学的情報記録媒体を用いた具体的
な情報記録再生装置の一例について、第３図を参照して
説明する。

第３図において、１は前述の多値情報を記録する記録媒
体、２は情報記録用の第１の光源である半導体レーザ、
３はその半導体レーザ２のレーザ光を平行光とするコリ
メータレンズである。４は情報再生用の第２の光源であ
る半導体レーザ、５はその半導体レーザ４のレーザ光を
平行光とするコリメータレンズである。また、６．７は
ビームスプリッタ、８はピックアップレンズ、９はセン
サレンズ、１０は光ディテクタである。

各コリメータレンズ３，５で平行光に変換された光は、
ビームスプリッタ６で合成される。また媒体１は、不図
示のモータによって駆動され、上記光源から発した光束
でこの媒体が走査されるように構成されている。

記録用の半導体レーザ２ば、比較的高出力のレーザであ
り、記録レーザ駆動回路３１によって駆動される。端子
３０からは、多数のビット（例えば８ビツト）の２値信
号で表されるワードが次々に入力される。入力されたワ
ードは変調回路３２において、予め定められたテーブル
に従って、対応した信号レベルに変換される。例えば、
１ワードが８ビツトから成る場合には、２５６通りのワ
ードが存在することになり、各々のワードに対応して２
５６通りのレベルに変調された記録信号が変調回路から
出力される。この記録信号は、記録レーザ駆動回路３１
に入力され、半導体レーザ２からは、その信号レベルに
応じた強度の記録用光束が出射される。

前記記録用光束は、コリメータレンズ３で平行化され、
ビームスプリッタ６および７を透過してピックアップレ
ンズ８で媒体１の媒体層上に微小スポットとして結像さ
れる。媒体層は、この記録光束の照射によって加熱され
、屈折率の変化した微小記録領域の連続として信号が記
録される。ここで、各微小記録領域は、照射された光束
の強度に対応した屈折率を示す。即ち、１つの記録領域
に１つのワードが記録されたことになる。前記変調回路
３２からの信号の出力は、クロック信号発生回路３３か
ら出力されるクロック信号に基づいて、一定周期で行な
われる。従って、記録媒体ｌ上には、光束の走査方向に
、一定のピッチで微小記録領域が形成される。

一方、再生用の半導体レーザ４としては、比較的低出力
のレーザが用いられる。この半導体レーザ４は、再生レ
ーザ駆動回路３４によって駆動される。再生レーザ駆動
回路３４は、クロック信号発生回路３３から入力される
クロック信号に同期させて、半導体レーザ４から発する
再生用光束の波長を一定周期で掃引させる。このような
波長の掃引は、例えば、通常のＤＨレーザを用いて、こ
のレーザに注入される電流量を変化させることによって
行なうことが出来る。また、特開昭６３−３２９８５号
等で提案されているタンデム電極型の波長可変半導体レ
ーザを用いれば、更に広範囲で高速な掃引が可能である
。クロック信号発生回路３３は、例えば、媒体に予め記
録された同期マークの検圧によって、媒体上の微小記録
領域とクロック信号との同期をとっている。そして、こ
のクロック信号に基づいて、半導体レーザ４は、微小記
録領域内で少なくとも一度の波長の掃引を行なうように
制御される。

半導体レーザ４から発した再生用光束は、ビームスプリ
ッタ６で反射され、ビームスプリッタ７を透過して、ピ
ックアップレンズ８で媒体１の媒体層上に微小スポット
として結像される。媒体１で反射され、記録された情報
に応じて変調された光は、ビームスプリッタ７でレーザ
からの入射光と分離され、センサレンズ９で集光されて
、光デイテクタ１０で受光される。

光デイテクタ１０の出力はピーク検知回路３５に入力さ
れ、ここで検圧信号のピークが検知される。そして、計
時回路３６は、クロック信号発生回路３３から入力され
るクロック信号に基づき、再生用光束の波長の掃引の開
始時点からピークの検知時点までの時間をカウントする
。後述するように、本発明は、媒体１の媒体層の屈折率
変化として記録された情報を、光学的多重干渉効果を用
いて、干渉が起る波長の変化に変換して検出するもので
ある。そして、第３図の装置では、波長を一定のレート
で掃引させている為、上記波長の変化は、掃引開始から
の時間として現われる。従って、情報再生回路３７ば、
計時回路３６で計時された時間から、媒体１に記録され
た情報を再生し端子３８より出力する。

なお、上記記録用光束および再生用光束は、図示しない
が、オートフォーカス、オートトラッキング制御により
、光スポットの焦点位置は３次元的に制御される。また
、前述の両方の半導体レーザとも、必要に応じて楕円分
布の光出力をビーム整形プリズムなどで真円分布に近い
ものに変換することも可能である。

前記記録再生装置においては、多値情報の記録は、記録
用半導体レーザ２からの光で、媒体を加熱し、その屈折
率ｎｉｉを変化させることにより行なう。よって、屈折
率変化による反射率の変化を記録の原理とした従来の方
法と異なり、本発明は、屈折率の変化をエタロンの位相
差の変化に対応させて記録する。一方再生は、再生用半
導体レーザ４の波長を掃引し、記録した位相差の変化分
に対応する波長の変化分を、光パルスの時間変化として
、光デイテクタ１０により検出する。

この波長掃引による情報再生動作のタイムチャートを第
４図に示す。第４図（ａ）は記録媒体１のトラック方向
における微小記録領域（以下、セルと呼ぶ）の配列状態
を示した図である。

この例では、セルＣｉ　（ｉ：１，２・・・）はトラッ
ク方向に一列に配列され、かつ空間的あるいは時間的に
等ピッチで配列されている。ここで言うセルは、コンパ
クトディスクでいうビット、光磁気ディスクでいうドメ
インに相当し、従来のマーク間記録やマーク長記録とは
根本的に異なる。即ち、同右の位置に多値化された情報
を記録でき、各セルの間隔や長さは記録される情報とは
無関係である。

第４図（ｂ）は、再生用半導体レーザ４の波長掃引波形
１６を示し、横軸は時間、縦軸は波長である。波長掃引
波形１６は、図示の如く鋸歯状波となっており、時間と
波長の関係をリニヤとしている。従って、時間の測定に
よって波長を検出できるので、再生系を簡単に構成する
ことができる。第４図（ｃ）は同図（ｂ）の波長掃引波
形１６で同図（ａ）の各セルの情報を読出した場合の反
射光強度、即ち光デイテクタ１０の出力波形１７である
。同図（ｃ）に示す出力パルスは、記録された位相差△
ψをキャンセルする波長で出力されるもので、このパル
スは第２図に示したパルスに相当するものである。パル
スの出力される時間はｔ　ｅ、　（ｉ＝１．２．３＞で
あり、これらの時間が間接的に波長を表わす。一方、初
期値に対応する波長λ５の時間ｔ　、（ｉ＝１．２．３
）が得られるので、Δｔ＝１　ｃ、−１、を求めること
により、各セルごとの干渉縞条件（６）式を満たす波長
が得られる。また、（３）　、　（６１式より記録され
た位相差、屈折率変化を求めることができ、記録した多
値情報を再生することができる。第４図（ｄ）はｔ、と
ｔｅ＋から生成したパルス波形１８であり、その各々の
パルス幅△ｔが各セルの多値情報を表わす。

また、第４図（ｂ）において、波長掃引の有効領域はえ
、≦λ≦λ、とじている。即ち、波長掃引波形１６の山
と谷の各ピーク付近は波長変化が急峻で不安定になりや
すいので、掃引波長の両側は使用せず、ある程度のマー
ジンをとっである。本実施例では、加熱により屈折率が
減少する記録媒体を用いており、屈折率の初期値ｎ　Ｍ
ｌ、アに対応する干渉縞条件（１）式を満たす波長がえ
、であり、ｎ　ＭｌＮＴｄ　：　ｍ　’え、／２　　　
　・（１２）が成立する。加熱による位相差の変化は、
（３）。

（５）式よりλ１に対して、であるので、加熱後の位相差は（１０）、　（１３）式
よりとなる。この位相差の変化をキャンセルして、再び
干渉縞のピークが現われる波長ん、°は、（３）。

（４）式より、となる。波長の変化は（１１）、　（１５）式より、と
なり、（７）式からもわかるように、△ｎ２に対し異符
号である。また、最大の１△ｎｖｌに対する波長はえ。

どなる。つまり、この場合初期値として、ｎＭ＋Ｎｔ、
　ｃｉ、　　ん、としておくことにより、λ８で加熱に
よる記録で減少する最大の１△ｒ１Ｍをキャンセルする
ことが可能となる。

このように波長の掃引範囲λ８≦λ≦え３、即ち屈折率
変化範囲ｎ、、ＮＴ≦０８≦ｎ□に対し、その変化の方
向を考慮し、位相差の初期値ψ１Ｎア２πｍとなるよう
に、ｎ　１．ｌＩ　ＮＴ　ｄ　＝　ｍ　’λ５／２の条
件を満たす屈折率と厚みを有する記録媒体により、余分
な波長掃引が不要となり、最適な多値情報の再生が可能
となる。なお、以上の実施例では、反射型の記録媒体を
示したが、透過型であってももちろん適用可能である。

［発明の効果］以上説明したように本発明の光学的情報記録媒体は、高
いＳＮＲが得られるばかりでなく、高い多値度で情報の
記録を行える効果がある。また、情報を再生する場合に
、再生用光束の波長を必要最小限の幅で掃引すればよく
、無駄な波長掃引を行うことなく、効率的に多値情報を
再生できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光学的情報記録媒体の一実施例を示す
断面図、第２図は記録媒体の光学的多重干渉効果を示す
特性図、第３図は前記記録媒体を用いた情報記録再生装
置の一例を示す構成図、第４図はその記録再生装置の情
報再生動作を示すタイムチャートである。１：記録媒体　　　２．記録用の半導体レーザ３．５：
コリメータレンズ４：再生用の半導体レーザ６．７：ビームスブリツタ８：ビックアップレンズ９：センサレンズ　　１０：光ディスク１１ａ、ｌｌｂ
：基板　　　　１２ａ、１２ｂ：第１の反射層１３ａ、
１３ｂ：媒体層　　　１４ａ、　１４ｂ：第２の反射Ｍ
１５：接着層　　　　　３１：記録レーザ駆動回路３２
：変調回路３３：クロツタ信号発生回路３４：再生レーザ駆動回路３５、ピーク検知回路　３６・時計回路３７、情報再生
回路代理人　　弁理士　　山　下　　積　平第１図第２図／“″″″４１粍ゑｒ

Claims

【特許請求の範囲】

　各々で反射された光が多重干渉を起すように、所定間
隔で互いに平行に配置された第１及び第２の反射層と、
これらの反射層の間に設けられ、その屈折率の変化とし
て情報を記録する媒体層から成り、かつ該媒体層の厚み
と屈折率の積は、照射された光束によって多重干渉を起
す波長の略半波長の整数倍であることを特徴とする光学
的情報記録媒体。