(57)【要約】非線形光データキャリアが提示される。非線形光データキャリアは、仮想データ層に配列され間隔をとり並ぶマークのパターンによって定義される情報を記録するように構成される。データキャリア媒体は、第１の状態から第２の状態への切り替えがなされるように第１の多光子プロセスによって励起されることが可能である物質を有しており、物質の第１及び第２の状態は、第２の多光子相互作用に異なる反応信号を提供する。物質は第１及び第２の状態にあるとき、実質的に重なり合う線形吸収波長ピークを有し、第１及び第２の多光子プロセスに含まれる第１及び第２の波長並びに反応信号の波長は、物質の第１及び第２の状態における物質の線形吸収スペクトルのピーク外にある。
2009517794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
仮想データ層に配列され間隔をとり並ぶマークのパターンによって定義される情報を記録する非線形光データキャリアであって、第１の状態から第２の状態への切り替えがなされるように第１の多光子プロセスによって励起されることが可能である物質を有する媒体を備えており、前記物質の第１及び第２の状態は、第２の多光子相互作用に異なる反応信号を提供し、前記物質は前記第１及び第２の状態にあるとき、実質的に重なり合う線形吸収波長ピークを有し、前記第１及び第２の多光子プロセスに含まれる第１及び第２の波長並びに前記反応信号の波長は、前記物質の第１及び第２の状態における前記物質の前記線形吸収スペクトルのピーク外にあり、前記非線形光記憶媒体はその内部に多重データ層の形成を可能にする非線形光データキャリア。
【請求項２】
前記反応信号は蛍光信号である、請求項１に記載の非線形光データキャリア。
【請求項３】
前記反応信号の波長は、前記媒体の線形吸収ピークの波長よりも少なくとも５０ｎｍ長い、請求項１または２に記載の非線形光データキャリア。
【請求項４】
前記反応信号の波長は、前記媒体の線形吸収ピークの波長よりも少なくとも７０ｎｍ長い、請求項１または２に記載の非線形光データキャリア。
【請求項５】
前記反応信号の波長は、前記媒体の線形吸収ピークの波長よりも少なくとも１００ｎｍ長い、請求項１または２に記載の非線形光データキャリア。
【請求項６】
上面と間隔をとり並ぶ複数の記録済みマークを含む多重データ層とを有し、記録済みマークは、前記多重データ層のどれでも実質的に同一の基本変調度を持つように構成される、請求項１乃至５の何れか１項に記載の非線形光データキャリア。
【請求項７】
上面と間隔をとり並ぶ複数の記録済みマークを含む多重データ層とを有し、記録済みマークは、前記データキャリアの前記上面の方から前記データ層における基本変調度を増加するように構成される、請求項１乃至５のうちの何れか１項に記載の非線形光データキャリア。
【請求項８】
前記多重層の前記記録済みマークと前記記録済みマークの間の間隔とは、（ａ）前記多重データ層のどれについても実質的に同一である前記記録済みマークの基本サイズ、及び読み出しビームにて露光される前記データキャリアの上面の方から増加する、前記多重データ層における状態濃度プロファイルのレベル、並びに（ｂ）前記多重データ層のどれについても実質的に同一である前記間隔の基本サイズのうちの少なくとも一方によって特徴づけられる、請求項７に記載の非線形光データキャリア。
【請求項９】
前記多重層の前記記録済みマークと前記記録済みマークの間の間隔とは、前記多重データ層のどれついても実質的に同一である前記記録済みマークの基本サイズと、前記多重データ層のどれついても実質的に同一である前記間隔の基本サイズとの少なくとも一方によって特徴づけられる、請求項５に記載の非線形光データキャリア。
【請求項１０】
少なくとも１つの第１の層での記録済みマークのパターン、及び前記媒体の上面に前記第１の層よりも近接している少なくとも１つの第２の層での記録済みマークのパターンは、前記第１のデータ層での前記マークの前記基本サイズが前記第２のデータ層のそれよりも大きいことと、前記第１のデータ層での前記間隔の前記基本サイズが前記第２のデータ層のそれよりも大きいこととの少なくとも一方によって特徴づけられる、請求項５に記載の非線形光データキャリア。
【請求項１１】
前記データ層は、複数のブロックの編成を有し、各ブロックは、前記多重データ層を含み、前記ブロック間の距離は、同一ブロックの前記データ層間の距離よりも大きい、請求項５乃至９のうちの何れか１項に記載の非線形光データキャリア。
【請求項１２】
約３５〜７０個の前記データ層を備える、請求項５乃至１０のうちの何れか１項に記載の非線形光データキャリア。
【請求項１３】
約７１〜１５０個の前記データ層を備える、請求項５乃至１０のうちの何れか１項に記載の非線形光データキャリア。
【請求項１４】
仮想データ層に配列され間隔をとり並ぶマークのパターンによって定義される情報を記録するための非線形光データキャリアであって、媒体は、第１の状態から第２の多光子プロセスとの物質の光学的相互作用において異なる第２の状態への切り替えがなされるように第１の多光子プロセスによって励起されることが可能である物質を有し、前記物質の前記第１及び第２の状態にあるときの吸光度の相違は小さい、非線形光データキャリア。
【請求項１５】
仮想データ層に配列され間隔をとり並ぶマークのパターンによって定義される情報を記録するための非線形光データキャリアであって、媒体は、第１の状態から第２の多光子プロセスとの物質の光学的相互作用において異なる第２の状態への切り替えがなされるように第１の多光子プロセスによって励起されることが可能である物質を有し、前記物質の前記第１及び第２の状態にあるときの吸光度の相違は小さく、前記非線形光記憶媒体は、多重の記録済みデータ層を有し、前記多重の記録済みデータ層は、多重データ層のどれでも基本変調度が実質的に同一であるように構成される、非線形光データキャリア。
【請求項１６】
仮想データ層に配列され間隔をとり並ぶマークのパターンによって定義される情報を記録するための非線形光データキャリアであって、少なくとも１つの第１の層での記録済みマークのパターンと、前記データキャリアが読み出しビームにて露光される媒体の上面に前記第１の層よりも近接している少なくとも１つの第２の層での記録済みマークのパターンは、前記第１の層でのマークの基本サイズが前記第２の層のそれよりも大きいことと、前記第１の層での間隔の基本サイズが前記第２の層のそれよりも大きいこととの少なくとも一方によって特徴づけられる、非線形光データキャリア。
【請求項１７】
多光子吸収プロセスによって記録可能な３次元光データ記憶媒体にデータを記録する方法であって、多重の仮想データ層に配列され間隔をとり並ぶマークのパターンを記録するために、前記媒体の上面から前記媒体へ入る記録光ビームによって前記媒体を照射し、その際に、特定の一般的な記録方向において前記記録ビームの焦点面の深さを概ね単調に変える工程を備える方法。
【請求項１８】
前記多重データ層の記録は、実質的に一定の強度の前記記録光ビームによって実行される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記多重データ層の記録は、前記多重データ層のどれについても実質的に同一の基本変調度を作り出す工程を備える、請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記多重データ層の記録は、前記上面の方から実質的に増加する、それぞれの多重データ層の基本変調度を作り出す工程を備える、請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記記録は、前記多重データ層における蛍光状態濃度プロファイルコントラストのレベルを前記上面の方から増加させる工程を備える、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記多重データ層の記録は、少なくとも１つの第１の層に少なくとも基本のマークを記録するために、前記第１の層よりも前記媒体の前記上面により近い少なくとも１つの第２の層に記録する場合よりもより長い記録イベントを設ける工程を備える、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記多重データ層の記録は、少なくとも１つの第１の層に少なくとも基本の間隔サイズを作り出すときに、前記第１の層よりも前記媒体の前記上面により近い少なくとも１つの第２の層にする場合よりも記録イベント間により大きな時間間隔を設ける工程を備える、請求項２０または２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記記録は、記録ビームと光媒体との間の相対的な移動の実質的に同じ速度を維持する工程を備える、請求項２２または２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記記録は、前記少なくとも１つの第１の層に記録するときには、前記少なくとも第２の層に記録する場合よりも、記録ビームと光媒体との間の相対的な移動の速度をより小さくして行う工程を備える、請求項２２または２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記多重データ層の記録は、前記データ層の複数のブロックを連続的に記録し、その際に前記一般的な記録方向に記録ビームの焦点面の深さをブロック間で単調に変える工程を備える、請求項１７乃至２５のうちの何れか１項に記載の方法。
【請求項２７】
前記多重データ層の記録は、記録方向を任意に変えつつ、ブロック内のデータ層を記録する工程を備える、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
各２つの局部的に隣接するブロック間の距離は、同一ブロック内の層間の距離よりも大きい、請求項２６または２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記多重データ層の記録は、ブロックからブロックへ記録ビームの焦点面の深さを変えつつ、収差補正光学素子を移動する工程を備える、請求項２６乃至２８のうちの何れか１項に記載の方法。
【請求項３０】
前記の焦点面の深さを単調に変える工程は、前記一般的な方向に焦点面の深さを単調に変える工程を備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項３１】
前記一般的な方向は、前記媒体の前記上面から下面へ向かう方向である、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記一般的な方向は、前記媒体の下面から前記上面へ向かう方向である、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記記録ビームの幅は、前記データ層を読み出すために使用されるビームの幅よりも大きくなるように選択される、請求項１７乃至３２のうちの何れか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、光データキャリアの分野に関係し、３次元非線形データキャリア及びこの媒体におけるデータ記録／読み出し方法に関係する。
【背景技術】
【０００２】
既存の光記憶媒体の取り組みは、反射性媒体の使用に基づいている。したがって、市販の光ディスクは、レーザービームの焦点深度に比較して相対的に大きい距離の間隔で２つの層が隔てられている二層構造を有する。
【０００３】
本出願の譲受人に譲渡された特許協力条約（ＰＣＴ）公報ＷＯ  ０１／７３７７９は、活性媒体からなる体積（ｖｏｌｕｍｅ）に情報を記憶するための非線形３次元メモリーを開示している。この活性媒体は、第１のしきい値エネルギーに実質的に等しいエネルギーを持つ光ビームの照射に対する反応として、第１の異性体から第２の異性体へ変化することができる。任意の体積部分における第１と第２の異性体の濃度比が、データ単位を表現する。このＰＣＴ公報は、ジアリールアルキン誘導体、トリエン誘導体、ポリエン誘導体またはこれらの混合物からなる光記憶媒体を開示している。光活性基を使用する光記憶媒体は、本出願の譲受人に譲渡されたいろいろなＰＣＴ公報、例えば、ＷＯ  ２００６／０１１７７９１、ＷＯ  ２００６／０７５３２６、ＷＯ  ２００１／０７３７７９、ＷＯ  ２００６／０７５３２８、ＷＯ  ２００３／０７０６８９、ＷＯ  ２００６／１１１９７３、ＷＯ  ２００６／０７５３２７、ＷＯ  ２００６／０７５３２９に開示されている。
【０００４】
非線形媒体は単体板で製造することができ、ＰＣＴ公報ＷＯ  ２００６／０７５３２９に記載されているように様々な添加物を有する。通常、記録処理は読み出し処理よりも非線形性が大きくなる。この機能の差を利用することも、ＰＣＴ公報ＷＯ  ２００６／０７５３２９に開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、多光子記憶媒体に情報を記録し（書き込み）、読み出す処理に向けられる。これらの処理は、一般に、媒体に情報を記憶するために間隔をとり並ぶマークのパターンを記録するためには大きなレーザーパワー密度を必要とする。さらに、記録済みマークから得られる読み出し信号の質は、記憶媒体の変調のばらつきに依存する。
【０００６】
記録及び／または読み出し処理を実行する光学系は、一般に，「理論的な（ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ）」可能最小スポット面に相当する、回折限界のスポットにレーザー走査ビームを集中させることを目標に構成される。実際には、光学系によって形成される最小スポットは、通常、光伝達関数によって測定される理論上の回折限界よりも少し大きい。したがって、「回折限界のスポット」という言い方は、レーザー走査ビームの焦点スポットの理論上の回折限界及びこの理論上の回折限界に大体近似のスポットを含むことを前提とする。高密度で配列される小さいマークを記録するために、かつ高いデータ伝送速度を実現するために、光記録システムは、多様なパワー分布パターンを持つ多種のレーザーを使用する。レーザーダイオードを含むレーザー源の多くは、ガウスパワー分布パターンの光を自然に発生する。ガウス分布パターンは、その後、例えば、従来のある種のＣＤで使用されるフラットトップビームなどのその他のパターンに変換可能であるが、このような変換は通常レーザーパワーの損失を伴う。２光子媒体などの非線形光媒体の場合には、特に、上記媒体の記録及び読み出しが、例えば、数１００万または数１０億ワット／ｃｍ２級の高いパワー密度を必要とするので、レーザーパワーの損失または無駄な消費は望ましくない。
【０００７】
回折限界のスポットによる記録または読み出しは、非線形相互作用断面積が非常に小さい場合には非常に重要であり、これはレーザービームまたはその波面が均質な媒体中を伝播するときに達成することができる。しかし、キャリア中に付けられたデータ及び／またはフォーマットのマーク（痕跡）は、空白の媒体とは異なる光学的特性（異なる屈折率、吸収及び／または反射プロファイルを含む）を持ち得る。これらの光学的特性の不均一性が、記録及び／または読み出しビームの光路と波面を変えてしまう。これは、光学系が回折限界のスポットを形成する能力並びに記録及び読み出し処理の性能に影響を及ぼす。通常、記録処理は読み出し処理よりも非線形性が大きいので、収差に影響されやすい。
【０００８】
焦点スポットの位置と焦点スポットの光エネルギー分布は両方とも、ビームの光路における屈折率の変化に影響される。ビームは、焦点スポットへ向けて伝播する多岐の光線からなるものとして表現できるので、これらの多岐の光線間の光路長のばらつきが波面を決定する。その結果生じる焦点スポットは、集束光学素子と光線が横断する媒体によって光線が受けた累積的影響に依存する。
【０００９】
一般的なケースとして、多岐の光線（光子）は、媒体の様々な量の記録済み領域と未記録領域を通過する。したがって、焦点を結んだスポットの累積収差は、光線の光路長のばらつきに関係する。発明者は、このばらつきを減少させようと模索し、規則的な（非ランダムな）記録ストラテジを用いることによって記録処理においてこれが可能であることを見出した。様々な非ランダムな記録ストラテジのうち、発明者は、焦点スポットの収差を許容範囲内にとどめると共に、便利に実現できる全体設定のパラメータを可能にするストラテジを選択する。
【００１０】
したがって、本発明は、非線形光媒体において、当媒体の仮想層に分布された間隔をとり並ぶマークの３次元パターンの形態でデータを記録し、読み出す新しい手法を提供する。本発明のこの手法は、効果的に記録可能、読み出し可能なデータ層の数の大幅な増加、ひいては記憶データ量の大幅な増加を可能にする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本文書で使用する「非線形媒体」という用語は、多光子吸収プロセス、好ましくは、同時の多光子（例えば、２光子）プロセスによってデータマークが記録可能である媒体を意味することを理解されたい。読み出し処理に関しては、当該媒体は、多光子吸収プロセスによって励起された媒体から、記録されたデータが蛍光信号を検出することによって読み出し可能であるような種類のものであればよい。
【００１２】
本発明に使用される光媒体は、呼びかけ（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｎｇ）光との光学的相互作用に関して、記録されたデータマークが媒体中のそのマークの周囲とは異なる状態を持つ、光切替え可能な、例えば、異性体化可能な物質からなる非線形媒体であり得る。好ましくは、媒体のデータマーク領域とその周囲は、重なり合う線形吸収プロセスの吸収ピークを持つ、すなわち、２つの異性体状態における媒体組成が重なり合う吸収ピークを持つように媒体は選択される。相互作用光（すなわち、記録及び読み出しの励起光）の波長は、媒体の主要な線形吸収スペクトル範囲からかけ離れているように選択される。読み出し（読み出し信号）を可能にする多光子吸収プロセスによって（特に好ましいケースでは、同時の２光子吸収プロセスによって）励起可能である、媒体反応光（蛍光）の波長のピークは、媒体の線形吸収ピークの波長よりも好ましくは５０ｎｍ、より好ましくは７０ｎｍ、さらに好ましくは１００ｎｍ長い。
【００１３】
本発明に使用される非線形媒体は、励起波長（ｅｘｃｉｔｉｎｇ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ）及び被励起波長（ｅｘｃｉｔｅｄ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ）（読み出し、記録及び蛍光の波長）に対して実質的に透明である。所望の変調度（ｄｅｐｔｈ  ｏｆ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）に記録されたデータマークの領域と当該領域の周囲（媒体の空白または未記録領域）との屈折率の差は非常に小さい。
【００１４】
媒体を適切に選択し、最適な記録ストラテジで動作させれば、媒体中に非常に多くのデータ層を作り出すことを実現する。多重データ層の各層で好ましくは実質的に同一である所定の充てん率（ｆｉｌｌ  ｆａｃｔｏｒ）において、例えば、１００個以上のデータ層を作り出す。
【００１５】
本発明によれば、個々のデータマークは、媒体の上面から媒体に入る記録ビーム（例えば、パルスビーム）によって媒体を照射し、特定の一般的な記録方向において記録ビームの焦点面の深さを概ね単調に変えることによってすべてのデータ層中に記録される。この一般的な記録方向は、媒体の上面から下面また反対側への方向であると言える。
【００１６】
「記録ビームの焦点面の深さを概ね単調に変える」という表現は、本発明での使用に適する非ランダムな記録ストラテジを言い表す。上記の記録ストラテジの使用は、記録及び読み出しビームの媒体内伝播中に焦点スポットの質に影響を与える様々な要因の理解に関連付けられる。これらの要因は、吸収によるビーム強度の損失、媒体と光学素子の界面での記録／読み出しビームの反射及び散乱、並びに媒体の不均一性、記録／読み出しビームの角度の偏差、情報が高密度に記録された層で起こり得るビームの回折、その他の収差の影響などを含む。これらの様々な要因は、焦点スポット強度の損失と焦点スポット収差を引き起こす可能性がある。
【００１７】
上記の非ランダムな記録ストラテジは、ビーム焦点の質を下げる影響を取り除くまたは少なくとも大幅に減少させることを促進する。一般的な記録方向において焦点面の深さを概ね単調に変えるという記録ストラテジは、少なくとも３つの可能な仕方により実現できる。そのうちの２つは、それぞれ反対の方向で焦点面の深さを実質的に単調に変えることである。すなわち、このとき、上面の方から及び下面の方からすべてのデータ層が１つずつ記録される。もう１つの記録ストラテジは、すべてのデータ層を多重のデータ層を含むブロック単位で記録するようにすることである。後者の場合、一般的な方向（上面からまたは上面へ向けて）での焦点面の深さを変えながら、連続するブロックを順次に記録し、ブロック内の連続する層を反対の方向または任意の方式で記録する。
【００１８】
データ層をブロック単位で記録することを考慮すると、各２つの局部的に隣接するブロック間の距離は、同一ブロック内の層間の距離よりも大きいことが好ましい。光記録／読み出しシステムは、ブロックからブロックへの記録ビームの焦点面の深さを変えながら、移動可能または切替え可能である収差補正光学素子を含むことができる。
【００１９】
本発明の記録ストラテジは、実質的に一定の強度の記録ビーム及び読み出しビームそれぞれによって多重データ層を記録することを可能にし、並びにある場合には、読み出すことを可能にする。これは、使用上の利便性がよい（例えば、パワーの無駄な消費を少なくする、照射源のパワーのダイナミックレンジに対する要求を減少させる、より小型で、安価で、信頼性の高い光源の使用を可能にする）だけでなく、読み出し処理中の記録の望ましくない影響（グレイ化の影響）を防止もする。
【００２０】
また、この記録ストラテジは、すべてのデータ層についてデータマークにおける所要変調度を実質的に同一の変調度にすることを可能にする。これに関連して、「データマークに対する所要変調度（ｒｅｑｕｉｒｅｄ  ｄｅｐｔｈ  ｏｆ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｄａｔａ  ｍａｒｋｓ）」という表現は、マーク及びその周囲で達成されるべき変調の所定の最小変調度を意味することに留意されたい。さらに詳しく後述するが、変調度は、記録処理の強度の分解能と読み出し処理の分解能に依存する。
【００２１】
したがって、本発明の１つの態様によれば、仮想データ層に配列され間隔をとり並ぶマークのパターンによって定義される情報を記録する非線形光データキャリアが提供され、当該データキャリアは、第１の状態から第２の状態への切り替えがなされるように第１の多光子プロセスによって励起されることが可能である物質を有する媒体を備えており、上記物質の第１及び第２の状態は、第２の多光子相互作用に異なる反応信号を提供し、上記物質は第１及び第２の状態にあるとき、実質的に重なり合う線形吸収波長ピークを有し、上記第１及び第２の多光子プロセスに含まれる第１及び第２の波長並びに反応信号の波長は、上記物質の第１及び第２の状態における上記物質の線形吸収スペクトルのピーク外にあり、上記非線形光記憶媒体はその内部に多重データ層の形成を可能にする。
【００２２】
反応信号は蛍光信号であり得る。好ましくは、（蛍光）反応信号の波長は、上記媒体の線形吸収ピークの波長よりも少なくとも５０ｎｍ長い、またはより好ましくは、上記媒体の線形吸収ピークの波長よりも少なくとも７０ｎｍ長い、またはさらに好ましくは、上記媒体の線形吸収ピークの波長よりも少なくとも１００ｎｍ長い。
【００２３】
データキャリアは、多重の記録済みデータ層を含むことができ、各層は間隔をとり並ぶ記録された複数のマークを含む。
【００２４】
本発明のいくつかの実施の形態では、記録済みマークは、多重データ層のどれでも実質的に同一の基本変調度を持つように構成される。
【００２５】
いくつかの実施の形態では、記録済みマークは、媒体の上面（媒体が読み出しビームにて露光される面）の方からデータ層における基本変調度を増加するように構成される。増加された基本変調度は、多重データ層のどれについても実質的に同一である記録済みマークの基本サイズと、読み出しビームにて露光されるデータキャリアの上面の方から増加する、多重データ層における蛍光状態濃度プロファイルコントラストのレベルと、多重データ層のどれについても実質的に同一である間隔の基本サイズとを有すると、実現することができる。代替的に、増加された基本変調度は、第１のデータ層でのマークの基本サイズが媒体の上面により近接した第２のデータ層でのそれよりも大きく、及び／または第１のデータ層での間隔の基本サイズが第２のデータ層でのそれよりも大きいような記録済みマークのパターンの形成によって実現することもできる。
【００２６】
データ層は、各ブロックが多重データ層を含む、複数のブロックの編成により構成されてもよい。この場合、ブロック間の距離は、同一ブロックのデータ層間の距離よりも大きい。
【００２７】
本発明の非線形光データキャリアは、約３５〜７０個のデータ層、または約７１〜１５０個のデータ層を含むことができる。
【００２８】
本発明の別の態様によれば、仮想データ層に配列され間隔をとり並ぶマークのパターンによって定義される情報を記録する非線形光データキャリアが提供され、媒体は、第１の状態から第２の多光子プロセスとの物質の光学的相互作用において異なる第２の状態への切り替えがなされるように第１の多光子プロセスによって励起されることが可能である物質を有し、上記物質の第１及び第２の状態にあるときの吸光度の相違は小さい。
【００２９】
本発明のさらに別の態様によれば、仮想データ層に配列され間隔をとり並ぶマークのパターンによって定義される情報を記録するための非線形光データキャリアが提供され、媒体は、第１の状態から第２の多光子プロセスとの物質の光学的相互作用において異なる第２の状態への切り替えがなされるように第１の多光子プロセスによって励起されることが可能である物質を有し、上記物質の第１及び第２の状態にあるときの吸光度の相違は小さく、上記非線形光記憶媒体は、多重のデータ層のどれでも基本変調度が実質的に同一であるように構成された多重の記録済みデータ層を有する。
【００３０】
本発明のさらにほかの態様によれば、仮想データ層に配列され間隔をとり並ぶマークのパターンによって定義される情報を記録するための非線形光データキャリアが提供され、ここで少なくとも１つの第１の層での記録済みマークのパターンと、データキャリアが読み出しビームにて露光される媒体の上面に上記第１の層よりも近接している少なくとも１つの第２の層での記録済みマークのパターンとは、第１の層でのマークの基本サイズが第２の層のそれよりも大きいことと、第１の層での間隔の基本サイズが第２の層のそれよりも大きいこととの少なくとも一方によって特徴づけられる。
【００３１】
本発明はまた、多光子吸収プロセスによって記録可能な３次元光データ記憶媒体にデータを記録する方法を提供し、当該方法は、多重の仮想データ層に配列され間隔をとり並ぶマークのパターンを記録するために、媒体の上面から媒体へ入る記録光ビームによって媒体を照射し、その際に、特定の一般的な記録方向において記録ビームの焦点面の深さを概ね単調に変える工程を備える。
【００３２】
好ましくは、多重データ層の記録は、実質的に一定の強度の記録光ビームによって実行される。
【００３３】
本発明のいくつかの実施の形態では、多重データ層の記録は、多重データ層のどれでも実質的に同一の基本変調度を作り出す工程を備える。ほかのいくつかの実施の形態では、多重データ層の記録は、多重データ層間で上面の方から実質的に増加する基本変調度を作り出す工程を備える。後者は、多重データ層における蛍光状態濃度プロファイルコントラストのレベルを上面の方から増加させることによって、またはデータ層におけるマーク／間隔の基本サイズを上面の方から増加させることによって実現することができる。蛍光状態濃度プロファイルコントラストのレベルの増加は、少なくとも１つの第１の層に記録するときに、少なくとも１つの第２の層に記録する場合と比べて、記録イベントをより長くしてかつ／または記録イベント間の時間間隔をより長くとって記録することにより、かつ記録ビームと光媒体との間の相対的な移動の速度を小さくして記録することにより、達成することができる。マーク／間隔の基本サイズの増加は、記録イベントをより長くしてかつ／または記録イベント間の時間間隔をより長くとって記録することにより、かつ記録ビームと光媒体との間の相対的な移動の実質的に同じ速度で記録することにより、達成することができる。
【００３４】
コーディングは、データ層の複数のブロックを連続的に記録し、その際に、上記一般的な記録方向に記録ビームの焦点面の深さをブロック間で単調に変えることによって実行することができる。多重データ層の記録は、記録方向を任意に変えつつ、ブロック内のデータ層を記録する工程を備えてもよい。好ましくは、収差補正光学素子が、ブロックからブロックへ記録ビームの焦点面の深さを変えつつ、移動（再調整）される。
【００３５】
焦点面の深さを概して単調に変えることは媒体の上面から下面に向かう方向、または媒体の下面から上面に向かう方向であり得る、一般的な記録方向に焦点面の深さを変えることを含んでもよい。好ましくは、記録ビームの幅は、データ層の読み出しに使用されるビームの幅よりも大きくなるように選択される。
【００３６】
本発明のさらに別の実施の形態では、前述したとおりのデータを記憶する光媒体と読み出しを可能にする同時の多光子吸収プロセスによって励起可能な蛍光光を検出するように構成された４カッド（４−ｑｕａｄ）ＡＰＤとを具備するシステムが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明を理解するために、及び発明が実際にどのように実施できるのかを知るために、非限定的な例のみを用いて、添付の図面を参照して好適な実施の形態を以下に説明する。
【００３８】
総じて１００と指定する、３次元光情報キャリアの例示的な実施の形態の断面図を示す図１を参照する。キャリア１００は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）並びにアクリレートモノマー及びメタクリレートモノマーを含む組成物などの透明なまたは半透明なポリマー材料１０２で作られたディスク状の単体または複数の板のアセンブリであり得る。レーザー照射１０４などの電磁エネルギーとの相互作用時にその状態を１つの異性体の形状から別の形状へ変化させることができる活性部分がポリマー１０２に結合されている。情報は、マーク１１０の３次元（３Ｄ）パターンとしてキャリア１００に記録される。マーク１１０は、球形または楕円形または楕円を斜めにした形状のマークを含み得る。情報を表わす光学的に記録されたデータマークに加えて、サーボまたはフォーマッティングマーク（図示しない）がキャリア１００に浮き出されるかまたは光学的に記録される。フォーマッティングマークの形状は、データマークと類似してもよいかまた時には同一であってもよい。
【００３９】
マーク１１０は、複数の「仮想（ｖｉｒｔｕａｌ）」層１０６に記録することが好都合であるが、キャリア１００の事実上どの位置にでも光学的に記録される。通常、マーク１１０は、環状またはらせん状のトラックであり得る、いわゆるデータトラック２０２（図２）に沿って記録される。同一トラック上に置かれたマーク１１０間には特定の距離があり、２つの隣接するトラック間にも特定の距離がある（トラックピッチ）。２つの隣接するトラック間の距離すなわちトラックピッチは、ミクロンの範囲内であればよい。記憶媒体１００の軸方向の寸法（厚さ）に沿って配置された記録層１０６間にも特定の距離が存在する。第１と最後の記録済み層間または記録可能な縁端層（ｍａｒｇｉｎａｌ  ｌａｙｅｒ）間の媒体の厚さＴは、有効厚さ（ａｃｔｉｖｅ  ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）と通常呼ばれる。
【００４０】
できるだけ多くのデータ層を効果的に記録することが望ましい（「効果的に」というのは、十分に高い信号対雑音比で、後でデータの読み出しができるようにする記録を意味する）。原理的には、数百の層を数ミリメートルの厚さの媒体（１〜６ｍｍ）に導入することが可能である。本発明は、データ層内に、様々なサイズのデータマークとデータマーク間の間隔とを記録することを利用する。マークの形に関しては、楕円形または斜めであり得る。データの記録は、いわゆるランレングス制限（ＲＬＬ）データ符号化技法（Ｒｕｎ  Ｌｅｎｇｔｈ  Ｌｉｍｉｔｅｄ  （ＲＬＬ）  ｄａｔａ  ｅｎｃｏｄｉｎｇ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）の原理を利用することができる。例えば、データマークは、２Ｔ，３Ｔ，．．．ｎＴのサイズ（ここでＴは時間単位または対応するクロック目盛りで計測される）を持つことができ、異なるビット列に対応できる。マークと間隔によって形成されたパターンは、情報を示す。すなわちマーク間の間隔も情報に寄与する。間隔は、例えば、サイズ２Ｔ’，３Ｔ’，．．．ｎＴ’を持つことができる。好ましくは、データマークのサイズが増加することは別のビット列のどれについても同様である。この増加は上の例ではＴに等しい。データ符号化は、Ｔ＝Ｔ’であることを意味する、いわゆる対称スキームを使用することができる。符号化スキームは、例えば、特定のサイズのマーク及び／または間隔の制御された統計的発生頻度を必要とするような、例えば、ＤＣフリー符号化（ＤＣ  ｆｒｅｅ  ｅｎｃｏｄｉｎｇ）などの特徴をさらに含んでもよい。
【００４１】
非線形光媒体を考えると、データ記録及び読み出し処理は記録された同じデータの多数回の読み出しを可能にすべきである。読み出し処理に関しては、これは、例えば、短いパルスの列によって媒体を照射し、媒体の非線形蛍光反応を検出することによって実行される。記録処理は、データマークのサイズ（長さ）及び形並びに間隔のサイズを（符号化されるデータに対応するように）定義することを目的とする。読み出し処理は、記憶されたデータを識別するために、それらのサイズ及び形並びに間隔を識別することを目的とする。後者は、特に、検出された読み出し信号列における変調度によって決定される。マークの長さ（または間隔の長さ）は、読み出し信号の強度における２つの連続する上昇下降イベント（ｒｉｓｅ−ａｎｄ−ｆａｌｌ  ｅｖｅｎｔ）と下降上昇イベント（ｆａｌｌ−ａｎｄ−ｒｉｓｅ  ｅｖｅｎｔ）との間の時間距離によって決定される。記録ストラテジは、媒体中を伝播する際の光ビーム（記録ビーム及び読み出しビーム、並びに蛍光反応）の挙動の理解に基づいて、効果的な記録（すなわち、データ符号化とその後の読み出しを可能にする）をもたらすように選択される。記録ストラテジは、実質的には、すべてのデータ層についてデータマーク及び間隔を含む、同一である、媒体の所要基本変調度（ｒｅｑｕｉｒｅｄ  ｂａｓｉｃ  ｄｅｐｔｈ  ｏｆ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｍｅｄｉｕｍ）を生成することをもたらすべきである。これに関連して、以下のことを理解すべきである。
【００４２】
変調度は、典型的には、次の比として定義される。
【数１】
2009517794.tif 000003
ここで、ＰＭＡＸとＰＭＩＮは、それぞれ、記録されたデータマークと空白領域（間隔）からの蛍光反応の強度である。または、ある場合には、次の比として定義される。
【数２】
2009517794.tif 000004
これらの２つの定義の関係は、以下となる。
【数３】
2009517794.tif 000005
【００４３】
読み出し処理の変調度は、読み出し信号の検出の分解能と検出された読み出し信号の強度プロファイルなどのパラメータに依存する。検出された読み出し信号（蛍光信号）の強度プロファイルは、記録されたデータマークの形（サイズ及び幾何学的形状）、データマーク内の記録の局所効果の分布（状態濃度プロファイル）、並びに焦点での読み出しビームの強度の分布によって決定される。
【００４４】
変調度は、記録及び読み出し処理の特性、特にこれらの処理の非線形性によって特徴づけられ、光伝達関数（ＯＴＦ）によって探査される。蛍光信号コントラストは、光学系の回折限界付近のサイズ及び回折限界に満たないサイズのマークでは急激に減少する。これは、間隔に対するコントラストがより小さいような分解能に満たない、より小さなマークからの読み出し信号をＯＴＦが与えるからであり、このとき信号は周囲の間隔からも集められ始める。収差のない媒体及び光学系では、この限界は回折限界におよそ一致する。信号対雑音比（ＳＮＲ）は、変調度と単調な関係にある。より大きな（長い）マークを記録すれば、読み出し信号のＳＮＲを増加させることができる。
【００４５】
単体媒体に楕円または斜めのマークを記録することの特性の１つは、記録済みマークの屈折率の変化（もしあれば）が、（例えば、物理的な層間の変化のように）急激ではないことであることに留意すべきである。これは、マークとその周囲の間隔との間の少なくとも２つの状態の濃度比間の切り替わりが、楕円形のマークの場合には連続的であり、状態濃度プロファイルは典型的に略ガウス分布となり、よってマークからの反射及び散乱はごくわずかしかないからである。以下にさらに詳しく説明するが、楕円または斜めのマークを記録することは、読み出し信号に効果を生み出し得る。
【００４６】
蛍光信号のコントラストがＯＴＦ及びマーク・間隔パターン並びにＲＬＬ記録の原理に依存することの上記の説明を考慮し、発明者は、データ層中のマーク基本（最小）サイズのマークの変調度と間隔基本（最小）サイズの間隔の変調度とを制御することによって、媒体マークの変調度と媒体間隔の変調度とを制御することが適切であることを見出した。前述のとおり、有限で離散的な１組のサイズを使用したデータ符号化（並びにサーボシグナリング及びサーボシステム）の目的で様々なサイズのマークと様々なサイズの間隔が光記憶では使用される。上述の例を考慮すれば、基本的なマークのサイズと基本的な間隔のサイズとは、それぞれ、２Ｔと２Ｔ’になるだろう。マークがより長くまたはより大きくなるほど、回折限界から遠のくので、より高いＯＴＦを提供する。したがって、これらが、ある特定の層内の系により使用される最小のマーク及び最小の間隔であり、これらは、当該層で使用されるすべてのマークタイプ及び間隔タイプの中で最小の変調度（及び最低のＳＮＲ）を与える。これらの、最小の（基本の）マークの変調度及び最小の（基本の）間隔の変調度は、使用する系において、当該層での最小の所要変調度以上であるものとする。最小のマークとその変調度はまた、どれだけ多くの最小のマーク及び間隔がこの層に記録できるかに直接関係している、この層のチャネル容量（ｃｈａｎｎｅｌ  ｃａｐａｃｉｔｙ）を十分に反映する。
【００４７】
したがって、ある層における「データマークの所要変調度（ｒｅｑｕｉｒｅｄ  ｄｅｐｔｈ  ｏｆ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｄａｔａ  ｍａｒｋｓ）」は、いくつかの仕方で定義することができる。光データキャリアに、例えば、媒体の欠陥とデータ層周辺に形成される後述の固有の収差（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）とがある場合の、読み出しビーム及び読み出し信号の固有の収差を考慮して、このデータマークの所要変調度を、当該層で使用される基本の（最小の）マークの変調度と読み替えることは便利である。
【００４８】
ビームが１つ以上のデータ層を通過する読み出しを含む、多層光媒体における読み出し処理により、焦点での読み出しビームの強度の減少、ある場合には、読み出し分解能の減少（焦点での読み出しビームの幅の増加）が起こる。これらの影響は、使用される媒体の光学的特性（屈折率パターン、吸収、散乱など）に依存する。発明者は、データマーク領域と間隔領域の間の屈折率の差が非常に小さい（このため、層当りの収差は小さい）媒体では、焦点でのビーム強度の減少が読み出し処理の性能に影響を及ぼすより顕著な影響となることを発見した。
【００４９】
発明者は、読み出し中に、より上の層のビーム強度に比較してより下の層での読み出しビーム強度を増加することにより、上記の影響に対する部分的な補償を行うことが可能であることを発見した。しかし、記録ストラテジを適切に選択すれば、実質的に同じ強度の読み出しビームで読み出し処理を実行してもよい。
【００５０】
発明者はさらに、記録イベントの条件を媒体の上面から下面への方向に異ならせて記録処理を実行することによって、上記の影響を少なくとも部分的に補償することができることを見出した。これは、次の２つの仕方、すなわち、記録の局所効果を増加することによって、並びに「分解能を粗くする」つまり、前述したマーク及び／または間隔の基本サイズを増加することによって実現することができる。記録の局所効果（蛍光状態濃度プロファイルコントラスト）の増加は、同一データマークサイズ内である記録イベントの時間をより長くすることによって実現可能であり、これは異性体化した発色団の局所濃度の増加をもたらす。実際には、これは、媒体と記録ビームとの間の相対的な移動を適切に制御する（例えば、媒体の回転速度を減少させる）ことによって得ることができる。マーク及び／または間隔の基本サイズの増加は、マーク／間隔のサイズを増加することができるように記録イベントの時間を長くする（例えば、一定の媒体回転速度において記録イベントの時間を長くする）ことによって実現可能である。
【００５１】
記録処理に関して、媒体の上面から下面へそれが進む場合には、上述の影響（焦点での強度の減少、ある場合には、焦点での記録ビームの幅の増加）は、記録ビームにも関係する。したがって、一般に、記録の局所効果の増加（同じマークサイズで）は、記録ビームの強度を増加することによりなし得る。しかし、発明者は、適切な非ランダムな記録ストラテジ（以下により詳しく説明する）を使用すれば、実質的に一定の強度の記録ビームによって、重宝な、したがって好適な多重データ層の記録が可能になることを発見した。
【００５２】
記録処理は読み出し処理よりも非線形性の度合いが高くなり得るので、記録ビームは上記の影響により左右されやすいと言えることに留意すべきである。代替的に、記録処理が媒体の下面から上面への方向に進むこともある。
【００５３】
したがって、大まかに言えば、記録ストラテジは、特定の一般的な記録方向において焦点の深さを概ね単調に変えることを利用する。概ね単調な記録ストラテジの例は、下面から上面へ多重の層を１つずつ連続的に記録することである。
【００５４】
本非線形光媒体は、同時の多光子吸収プロセスによってデータを記録可能であり、好ましくは、同時の多光子吸収プロセスによってデータを読み出し可能な種類の媒体である。この媒体は、例えば、媒体中で記録されたデータマークがその周囲とは異なる異性化状態になるような異性体化可能物質を含み得る。２光子吸収が好適である、非線形に反応する材料に非線形にアクセスするメカニズムはいくつかあり、２光子吸収を励起された状態の追加吸収と組み合わせるなどのその他のプロセス（Ｈｅほか、Ｊ．  Ｐｈｙｓ．  Ｃｈｅｍ．  Ａ，  １０４，  ４８０５−４８１０，  ２０００）も当技術において知られている。本文書で記述される記録の方法と光媒体の構成は、このような材料にも適用される。本発明のある態様は、記録に使用される波長において光ビームの焦点スポットに対して記録済みの層によって引き起こされる上述した収差の問題を克服するために、予め設計した順序で（すなわち、予め決められた記録ストラテジによって）記録する能力を利用し、その後、１つ以上の読み出しビームが減少した／制御された収差量の影響を受ける状態で、記録時の波長と同じであってもよい第２の波長を使用した読み出しを行うことである。
【００５５】
最適な記録ストラテジを考慮すると、媒体中の記録ビーム伝播の様々な要因を考慮する必要がある。以下に、記録ビーム伝播に影響する可能性のある様々なメカニズムを説明する。
【００５６】
媒体の上面（すなわち、光記録装置により近い面）の方から進む記録処理を考えてみよう。この場合、現在記録されるデータ層は、その上にある既に記録されたデータ層を含む媒体の体積を通る記録ビームによってアクセスされる。
【００５７】
ポリマー材料１０２の記録済みの体積の屈折率またはマークの屈折率と、ポリマー材料１０２の未記録部分の屈折率または空白部分の屈折率とには差があるとみられる。図３に示すように、媒体１０２の記録済みの部分（マーク１１０）と空白部分の屈折率のこれらの差は、たとえ小さくても、記録及び／または読み出しビーム１０４の光路と波面を変化させる。光路（波面）の変化は、記録及び読み出し処理の性能に影響を及ぼす。
【００５８】
非線形光媒体上の、特に多光子（例えば２光子）媒体上の記録及び読み出しデータは、大きなレーザーパワー密度を必要とする。この密度に達するために、記録及び読み出し処理は、通常、回折限界のスポットによって、そしてガウスパワー分布を有するレーザービームによって行われる。回折限界のスポットの形成は、光子（光線）の光路または波面のディストーションが４分の１波長１／４λ未満であれば可能である。累積した波面誤差は、集束素子とレーザービームが通過する媒体１０２とによって生じる光路差（光子路差、光線路差）の和であるから、これらのそれぞれによって引き起こされる波面のディストーション誤差を小さくしなければならない。従来のやり方は、媒体１０２の引き起こすディストーションの限界として、０．２５λ未満またはさらに０．１λ未満、ここでλは記録／読み出しレーザーの波長である、を提案しているが、実際の考察は、非線形光記憶媒体では１λの限界が許容できることを示す。
【００５９】
一般に、媒体１０２（図１）のような空白の媒体では、この要件を満たすことができる。しかし、非線形光記憶媒体１００の記録済み部分の拡大図である、図３に示すように、読み出しまたは記録レーザービーム１０４が（ｍ＋１）番目の層に作用するとき、ビームはｍ個の数の記録済み層を通り伝播する。模式的に示す目的で、３個の層しか図には示していない。レーザービーム１０４は、媒体１０２の他の部分とは異なる屈折率を持つマーク１１０に当る。記録済みマークを通過する光線の光路長は、記録済みマークを通過しない光線の光路長とは異なる。光路長は、光線が進んだ幾何学的距離と屈折率の積である。
【００６０】
媒体１００の記録された部分またはマーク１１０の屈折率と、空白または未記録部分１０２の屈折率との差をΔｎとし、マーク１１０の該当有効寸法をｄとすれば、媒体の空白領域を通過する光子（光線）に比較して、単一のマークまたは層を通過する特定の光子（光線）３０４のその後の位相変化は、２πｄ＊Δｎ／（λ）として表わすことができる。この式で、ｄ＊Δｎはマークの有効光学的厚さである。光線３１４により例示されるような位相変化は、高開口数の光学素子では特に顕著になる。実際のケースでは、レーザー（光）ビーム１０４を（ｍ＋１）番目の層に集光するとき、光ビーム１０４はビーム伝播方向においてｍ＋１番目の層の前のｍ個の層を通過することになる。ｍ＋１番目の層へ向かう途上の各光子（光線）は、ｍ＋１番目の層に到着するまでに媒体１０２の記録済みマークと未記録部分を通過する。１つの層内で記録済みマークに当る光子（光線）の統計的確率をＰとすれば、各光子（光線）は、平均してｍ＊Ｐ個の記録済みマークを通過する。
【００６１】
すべての光子（光線）が、媒体１０２の同じの量の記録済み部分及び未記録済み部分を通過するのではない。したがって、記録済みマークを通過する光子の光路長の統計的偏差は、（ｍ＊Ｐ＊（ｌ−Ｐ））１／２に比例する第１近似以内となる。高密度な記録媒体では、１つの記録済み層の厚さは、記録済みマークの有効光学的厚さｄに近いまたは等しい。上記の式は、読み出し／記録ビームの若干の反射によって引き起こされるさらなる妨害、高密度に記録された情報の層に起因する回折、すべてのｍ個の層を通過する光子（または光線または波面）の位相のばらつきを少し大きくする可能性が非常にある、読み出し及び記録ビームの角度のばらつきを説明していない。（本出願の本文を通じて、光学的な波面の位相変化は、絶対的な位相変化単位で計測され、好都合な場合または従来確立されている場合、例えば、λ、１／４λ、０．１５λなどの波長の分数で計測される。これら２つの表示間の変換のために、絶対的位相変化にλ／２πを乗じる。２πの位相変化の変動は１λに相当する。）複数の記録済み層を有する媒体１０２中の回折限界のスポットを維持するためには、上記の式の値を１λ未満または０．２５λ未満にすべきであり、０．０５λ未満であればさらによい。その他の注目するディスク状のパラメータは、２つの隣接する記録済み層（例えば、ｍ−１とｍまたはｍとｍ＋１）間の距離Ｌであり、これは記録済みマーク１１０の寸法ｄと同等または同程度である。距離Ｌは記録済みマーク１１０の寸法ｄと等しいまたはｄよりも大きいと仮定することが妥当である。
【００６２】
媒体中を一般的な記録方向に記録ビームを走査しながら多重データ層を記録するために、多重データ層のどれでもマーク／間隔を実質的に同一の基本サイズにしてデータを記録するように記録ストラテジを選択することができる。この場合、基本サイズのデータマークと基本サイズの間隔を、すべての層において媒体の変調度が実質的に同じになるように符号化することができる。これは、多重の記録済みデータ層を有する光データキャリア１０００を示す図４Ａに例示され、この図には２つの上記の層Ｌ１と層Ｌ２が示され、層Ｌ２は媒体の上面により近い位置にある。図示のとおり、層Ｌ１のデータマークＭ１と間隔Ｓ１の基本サイズは、層Ｌ２のデータマークＭ２と間隔Ｓ２の基本サイズと実質的に同じであり、層Ｌ１とＬ２では実質的に同じ状態濃度プロファイル（記録の局所効果）である。この場合、読み出し処理における所望の変調度を得るために、読み出し処理時の強度は媒体の上面（光学系により近い面）から媒体の下面へ向かって増進しなければならない。このソリューションは、より下の層へ向けて強度を増加して記録することよりも好ましいと言えよう。
【００６３】
図４Ｂと図４Ｃは、より下の層へ向けて強度を増加して読み出す必要をなくすことに適合しているデータキャリアの構成を例示する。図４Ｂは、多重の記録済みデータ層を有する光データキャリア２０００を示す。この図には２つの層Ｌ’１と層Ｌ’２が示され、層Ｌ’２は（光源に対向する）媒体の上面により近い位置にある。この構成は図４Ａの構成と概ね同様である。すなわち、層Ｌ’１のデータマークＭ’１と間隔Ｓ’１の基本サイズは、層Ｌ’２の基本データマークサイズＭ’２と間隔Ｓ’２と実質的に同じである。しかし、デバイス２０００では、上述のデバイス１０００との相違として、層Ｌ’１中のマークは、より高い平均状態濃度プロファイル（記録の局所効果）で記録される。これは、層Ｌ’２のそれとは異なる記録条件で層Ｌ’１を記録することにより、すなわち、より長い記録イベントにより、及び媒体と記録ビームとの間の相対的移動速度を遅くする（例えば、媒体の回転速度を遅くする）ことにより実現可能な、いわゆる「強度を高めた記録」により実現することができる。
【００６４】
したがって、上記の図４Ｂの例では、媒体内により深く焦点を合わせる際の焦点における読み出しビームの強度の減少の影響は、より深い層内のより高い蛍光状態濃度プロファイルコントラストによる読み出し信号のコントラストの増加によって少なくとも部分的に補償される。
【００６５】
図４Ｃは、多重データ層間でマーク／間隔の基本サイズを異ならせてデータを記録するという異なる記録ストラテジによりもたらされる光データキャリア３０００を示す。多層の光データキャリア３０００が示され、この図には２つの層Ｌ”１と層Ｌ”２が示され、層Ｌ”２は媒体の上面により近い位置にある。ここでは、層Ｌ”１のデータマークＭ”１と間隔Ｓ”１の基本サイズは、層Ｌ”２のそれらＭ”２とＳ”２に比べてより大きい。これは、より長い記録イベントで、実質的に同じ媒体回転ｍの速度でより深い層を記録することにより実現できる。したがって、この場合、媒体内により深く焦点を合わせる際の焦点における読み出しビームの強度の減少の影響は、より大きなサイズのデータマークによる読み出し信号の強度ひいてはコントラストの増加によって少なくとも部分的に補償される。部分的に記録されたキャリアにおいては、より上の層のほうがデータの取り出しをしやすくするよりよい変調がなされることに留意されたい。
【００６６】
図４Ｂ〜図４Ｃで使用される記録ストラテジの原理を組み合わせることが可能である（すなわち、より大きな基本サイズとより高い局所記録効果の２つとも利用してより深い層を記録する）ことに留意されたい。これらの記録ストラテジのいずれかによって、読み出しは、より深い層の読み出しのために増加した強度を利用してもよい。発明者は、好適な最小変調度を約０．１に、好適には０．１５に、より好適には約０．３に、最も好適には０．５を超えるように、また変調度の変動を約５０％に、より好適には２５％に、さらに好適には１０％にするように選択した。
【００６７】
先に述べたように、媒体は記録可能なまたは浮き彫りされた参照層を間に挟んで互いに接合された２枚以上の単板によって形成され得る。その場合には、単板間の物理的インタフェースが、そこを通過するビームの収差の影響を急増させる可能性がある。これは、次には、変調度だけでなく、信号振幅にも依存するＳＮＲを減少させる可能性がある。発明者の記録及び読み出しストラテジ並びに媒体は、このようなケースにも適合可能である。特に、発明者は、各単板にその独自の所要変調度を設定することができ、これにより焦点での記録及び読み出しビームの強度の減少を補償する。このような適合された手法内で、発明は下面方向へ概ねブロックごとに増加する所要変調度プロファイルを提供する。ブロックは、例えば、２０層、５０層、及び１００層もの厚さにできる。
【００６８】
上記の記録条件を異ならせる効果のいずれも、一般的な記録方向において記録ビームの焦点面の深さを概ね単調に変えながら記録することに基づく様々な記録ストラテジによって実現することができる。これは、少なくとも１つの第１の層から少なくとも１つの第２の層へ―ここで、第２の層は第１の層よりも媒体の上面により近い―一般的な記録方向に多重データ層を記録するような記録ストラテジを用いて実現することができる。言い換えれば、記録処理は媒体の下面から上面へ進む。下から上へ記録された多重の層は、下から上へ焦点面の深さを単調に変えながら記録された媒体中の全層であってもよく、また複数の層ブロックであってもよく、この場合には各ブロックの多重の層はその下から上へ記録され、一方、連続するブロックは一般の記録方向とは反対の方向で記録される。これらは、焦点面の深さを概ね単調に変えることを利用する記録ストラテジである。
【００６９】
上記の記録ストラテジ（下から上へ）が、図５Ａと図５Ｂに例示されるが、ここではデータの記録はｍ＋１番目の層から始まり、ｍ番目、ｍ−１番目等へ進む。
【００７０】
読み出し処理に関しては、以下のことに注意する必要がある。読み出しは任意の記録済み層から実行されることになり、読み出しスポットサイズが５０％増加すると、データ読み出し処理の信頼性は大幅に減少する。さらに、読み出しメカニズムが高い光子密度を必要とする非線形光学プロセスを含む場合、スポットサイズの増加は有効な信号を減少させ、信号対雑音比を減少させる。
【００７１】
非線形光記憶媒体、特に２光子媒体は、多重データ消去／記録をサポートする。つまり、前に記録された層間に配置された１つの層または多数の層を消去し、消去された層の代わりに新しい（異なる）情報を記録することができる。その場合、記録レーザービーム１０４は、消去された部分の前にあって、異なる屈折率を有する多数の層を貫通することになる。
【００７２】
実際のデータ記録の考察は、記録方法を制限する屈折率変化の理解を可能にし、隣接する記録済み層間の最適な距離と非線形光データキャリアの有効厚さを規定する。自由な、特定の記録層に束縛されない、２光子媒体への記録は、記録済みマーク１１０（図３）の該当寸法よりも２〜４倍大きな層厚さとなる。０．５〜１５ミクロンであり得る、記録済みマーク１１０の物理的サイズは、記録光ビームの波長と同程度であり、一般に、層の厚さに制限を課さない媒体における記録層の厚さは、ｄ／λ＝１〜２０である。しかし、２または５などのより低い比で機能することが望ましい。非線形光記憶媒体は高密度に記録される媒体であり、レーザービームが記録済みマークに当たる確率は、記録されたデータ量によりＰ＝０．１〜０．７（層当り）の範囲であり、より典型的には、この確率は記録済み層につき０．２〜０．４の範囲である。本開示の文脈では、記録済みマークは、必ずしも記録トラック上に位置づけらないが、データマークによって形成された同一の仮想層（または表面）に位置づけられるデータまたはサーボマークを意味する（例えば、ＷＯ２００５０１５５５２及びＷＯ／２００６１１１９７２を参照）。この文脈において、Ｐをディスクの薄い体積中の記録済みマークを通過する機会として考えるのが妥当である。ただし、ディスクの構成は単純な層構成よりも複雑になる場合もあり、基本論理単位が、数層、例えば、２、４、または６層の厚さとなり得る厚さからなるブロックであることもある。
【００７３】
最適な媒体にとって許容可能な屈折率変化の条件は、ここに、２π＊（ｄ／l）＊（ｍ＊Ｐ＊（１−Ｐ））１／２＊Δｎ＜１＊２πとして一般的な形式で定式化することができる。ここで、右辺は絶対的位相変化であり、２π因子は無効化してもよい。ｄ／l比の範囲が１〜２０、１つの層中で記録済みマークに当たる確率Ｐ＝０．１〜０．７と仮定すると、ｍ個の層の記録を可能にする屈折率変化は、１＊（ｍ＊０．７（１−０．７）１／２＊Δｎ＜１よりも大きくなってはならない。前述したように、よりよい結果のためには、波面（光子路）のディストーションが、０．２５λを超えないこと、または０．１５λさえも超えないこと、または０．０５λさえも超えないことが望ましい。
【００７４】
この関係は、非線形光記憶媒体中の記録済み層１０６の最大可能数をサポートする屈折率変化の制限を取り除くことを可能にする。したがって、リストされたパラメータの極限値を選択すると、屈折率変化は最大許容値となり、媒体中の記録済み層の数は最小となる。より低い屈折率変化の値が波面のディストーションをより小さくすることが実現可能であるならば、記録済み層１０６の数を増加させることができる。
【００７５】
屈折率変化の測定または原材料中の同測定を含む空白のディスク状媒体の光学的特性の測定は、どの空白が他の空白よりも高い容量を有するかを決定することができる。媒体中で記録可能な最大の層数は、媒体の容量を明確にする。当該方法は、製造品質制御工程でも使用可能である。
【００７６】
したがって、媒体１００の記録済み部分（マーク１１０）と媒体１０２の未記録部分の屈折率の差が１／（Ｋ＊（記録済み層の最大数）１／２）―ここでＫは、屈折率の変化、記録済み層の数、記録済みマークに当たる確率、非均質材料中を伝播する光に影響するその他の要因／特性に比例する定数である―を超えないように媒体は好ましくは選択される。
【００７７】
最小化された屈折率変化によってサポートされる媒体中の層数と層間距離が既知になるので、当該方法は、第１と最後（縁端）の記録済み層間の距離である、３次元光記憶媒体１００の有効厚さＴの決定をさらにサポートする。２つの隣接する記録済み層１０６間の距離は記録済みマーク１１０の該当寸法に等しいと仮定すると、有効厚さＴは、層数ｍと２つの隣接する記録済み層１０６間の距離Ｌの積となる。したがって、有効厚さＴ、すなわち縁端層間の距離は、（Ｋ＊（媒体の記録済み部分と未記録部分の屈折率の差））２とＬとの積以下である。
【００７８】
上述したとおり、非ランダムな記録ストラテジの適切な選択は、媒体中を伝播する記録ビームに影響を及ぼす様々な影響並びに読み出し処理の性能をひいては決定づけるデータマークのパターンに対するその影響の理解に基づく。
【００７９】
多数のデータ層によって引き起こされる収差の影響を理解し、記録及び読み出しのための方法と多層非線形媒体の構成を作り上げるために、コンピュータシミュレーションを実施した。第１に、発明者は、光ビーム（記録ビーム）の光路における大きな位相マスクの影響を検討した。ここで、上記マスクはビーム伝播方向に対して集束レンズの上流または下流のいずれかに置かれる。発明者により実施されたシミュレーションでは、開口数ＮＡ＝０．５の集束レンズを使用した。シミュレーションはＮＡに対して比較的感度がよくなかったことと、規則的な回折格子においてＮＡがより小さいのは、規則的な回折格子からの最も効率のよい回折が平行ビームの使用によって生じるようなより悪いケースのシナリオであることとに留意されたい。シミュレーションでは、強度分布の変化だけを散乱として考慮に入れたが、媒体中の反射はごくわずかである。半径１５００μｍのビーム開口を使用し、強度を周縁部から中心へ向けて約２．５倍変動させ（すなわち、レンズにぶつかる前はビームの全断面積中で強度の変動は比較的小さい）、すべての例をシミュレートした。位相マスクは、開口とレンズの間に置かれた。ビーム波面のランダムな位相変形の大きな斑点（ｐａｔｃｈｅｓ）の状態をシミュレートするために、異なるサイズの位相マスク、異なる位相シフト及びビームに対する異なる位置を考えて、これらを重ね合わせた。結果は、対象とする多層の構造で観測される影響を示したものと見られる。図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、いくつかの上記シミュレーション実行の結果の焦点ピーク画像を示す。
【００８０】
位相シフトマスクは、例えば、集束レンズに付けられた凸や凹の欠陥の影響に実効的に相当するものとなり得る。レンズ上に、このような凸や凹の部分があると、様々な位置に集中させられる強度が主ピークから有限距離それることが起こり得る。
【００８１】
図６（Ａ）〜図６（Ｂ）と著しく類似する図６（Ｄ）と図６（Ｅ）は、多層構成物のシミュレーション（５０個のランダム層）の結果を示す。
【００８２】
上記は、以下のことを示す。巨視的にランダムなシステムでは、障害とその影響は中間スケールの有限相関長によって特徴づけられる。完全にランダムな散乱をするシステムにおいても、大きな有限伝播相関長がなおもある。同様に、ビーム波面のランダムな位相変形では、特徴的な相関長がある。もっと簡単な言い方をすれば、変動の速度に応じて連続的な変形が常にある。変動が小さいメソスケール（マイクロスケールよりも大きい）もある。
【００８３】
多層ディスク構成物中の伝播により生じるビーム直径にわたる位相シフト変形の結果を考慮すると、次のことに注目すべきである。多層構成物は、例えば、一定の組のマークサイズの使用、層間距離及びトラックピッチなどの内部秩序を持つので、位相シフトは大きな相関長を持ち、その顕著な影響は有限サイズの位相シフトマスクをビームの経路に導入することの影響と同等である。
【００８４】
シミュレーション結果は、第１のランダムな小さい多数のサブピークが中心の焦点ピークから散らされて、その結果、中心の焦点ピークの強度が減少し、後になるほど（媒体中でより深くなるほど）中心ピークの広がりが顕著になることを示した。このことは、図６（Ａ）〜図６（Ｅ）に見てとれる。
【００８５】
多層構成物の上記のシミュレーションでは、各回折格子が異なる周期と向きを持つ、４個の回折格子の組み合わせから各層を構成した。例えば、５０層のシステムは２００個の異なる格子の組み合わせを使用してシミュレートされる。
【００８６】
より詳しくは、シミュレーションでは、パラメータξ＝（ｄ／l１）Δｎを使用した。有効マーク厚さｄに対して、ビームによって累積された位相は、ｅｘｐ［ｉ２πｄ／l］＝ｅｘｐ［ｉ２πｄｎ／l０］、ここでl＝l０／ｎ、である。層上の媒体を通過するビーム波面の各部分間の相対的位相シフトは、ｅｘｐ［ｉ２πξ］によって十分に近似される。シミュレーションに使用された当該光媒体に当てはまるξの値は、０．００５〜０．０５の範囲にある。
【００８７】
シミュレートされたビームが通過する層の数が増加するにつれて、次のことが観測される。（ｉ）焦点での強度が層数と共に指数関数的に減少していく。（ｉｉ）最初は、ピーク幅は大体一定のままであるが、後になるにつれ、顕著な位相変形が累積するにつれて、焦点の中心ピークが広がり始め、広く散らばった分布に分解する。これは、ピーク強度が初期強度の５０％未満に減少される前には観測されない。したがって、同一の分解能を持つ数百もの層を可能にする媒体を得るには、記録済みマークとその周囲との間には非常に小さな屈折率変化が要求される。しかし、非常に小さな屈折率変化でさえも、多重の層において同等のデータ密度が要求される場合、焦点での読み出し強度損失に対する補償は十分でない可能性もあることに留意されたい。概して言えば、実際の層数の評価のためには、その他方のシステムである収差の累積や焦点における強度損失を補償するために利用可能な記録のためのパワーなどのさらなる要素を考慮に入れる必要がある。指数関数的減衰要因は次のとおりに評価した。
【数４】
2009517794.tif 000006
これにより、次の式が見出せる。
【数５】
2009517794.tif 000007
ここで、位相シフトξの数個の異なる値に対して層因子「ｕ」を推定するために、１０層についてのシミュレーション結果を使用することにより、ＰＮは初期強度Ｉ０に対するＩＮ焦点スポットでの強度（ＦＷＨＭ）の比である。次にｕの各値は、３０層及び５０層を透過後のピーク高さを予想するために使用され、３０層及び５０層の実際のシミュレーションと比較された。これを表１にまとめる（層数は上付き数字で示す）。
【表１】
2009517794.tif 000008
【００８８】
表１に示した結果は、首尾一貫性について１０％より良い正確度を示したとともに、以下に示すように、実験に対する妥当なフィットを示す。したがって、ピーク高さの減少が層数に指数関数的に依存することが、第１近似として確認される。一般的公式ｕＮは、任意の層数の場合のピーク高さを予測するために使用できる。表は１００層及び３００層についてのこの予測を示す。
【００８９】
したがって、焦点ピーク強度が層数と共に指数関数的に減衰することは明らかである。Δｎ＝０．００８を有する媒体材料の場合、３００層でも大きな問題を伴わずに利用することができる。しかし、１００層においてすでに強度は１／２倍に減少される。したがって、できるだけ多量のデータ層を有するように光データキャリアを設計する際には、具体的に望まれる任意の層数Ｎに対して制御された材料特性Δｎの大きさの実際の限度を特定するために、層当たりの「ｕ」の値を決定することが望ましい。
【００９０】
媒体の屈折率変化は非常に小さいので、より強力で測定可能な仕方で、屈折率変化または層当たりの強度損失を反映する別の測定方法を用いることが好ましい。
【００９１】
以下は、非線形媒体中の多重層を記録する実験結果とマークの変調度に対する収差の影響の測定のいくつかの例である。１０％ｗのＭｅＡＡ（アクリル酸３−｛４−［ｌ，２−ジシアノ−２−（４−メトキシ−フェニル）−ビニル］−フェノキシ｝−プロピルエステル）、２０％ｗのｅＭＭＡ（２−メチル−アクリル酸３−｛４−［ｌ，２−ジシアノ−２−（４−エトキシ−ファニル）−ビニル］−フェノキシ｝−プロピルエステル）、５０％ｗのＴＣＬＰ（２−メチル−アクリル酸３−（２，４，６−トリクロロ−フェノキシ）−プロピルエステル）、１０％ｗのＥＤＧＭＡ（ポリ（エチレングリコール）ジメタクリル酸）、１０％ｗのＴＢＥＣ（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ２−エチルヘキシル炭酸塩）及び１０％ｗのＭｅＭＭＡ（２−メチル−アクリル酸３−｛４−［ｌ，２−ジシアノ−２−（４−メトキシ−フェニル）−ビニル］−フェノキシ｝−プロピルエステル）の単体板からなる媒体を使用した。
【００９２】
記録スキームは、ごくわずかな量の欠陥しかないように記録するように最適化された。以下に示すパラメータを使用した。ＮＡは０．７、ピークパワー（ＰＰ）２１Ｗ及び半値全幅（ＦＷＨＭ）２２ｎｓで６７１ｎｍを放射するダイオード励起された固体レーザー（クリスタレーザー（ｃｒｙｓｔａＬａｓｅｒ））、パルスエネルギー（ＰＥ）は４６０ｎＪ、マーク記録速度は６６マーク／ｓ、マーク間隔は１．５ミクロンであった。マークのＦＷＨＭは、以下に示すとおり、約０．６ミクロン以下であった。これは層の横方向寸法の各々で約１６％（０．６μｍマーク直径（ＦＷＨＭ）／１．５μｍ周期）の実質的に固定の記録充てん率（ブロック中の記録済み層において）を提供する。層分離は４−５μｍとし、複数のブロックを記録するときのブロック間の距離は１０μｍとした。
【００９３】
ブロックからブロックへ記録処理を移すとき、光学装置の球面収差補正器を適切に調整した。ｚ−プロファイル（媒体へ向けて伝播するときの記録ビームの光軸）の最適な位置近くの焦点スポットに対する球面収差の影響の変動は小さく、各側で最適にした深さまで３層を記録可能にし、それにより、球面収差補正器を再調節せずに各ブロック内で７層の記録を可能にする。正確な圧電アクチュエータを使用して、各記録ブロックの横方向寸法を１００ミクロン×１００ミクロンに制限した。
【００９４】
１つのブロック（７層）を記録するための各種のパラメータについて、記録処理が繰り返し可能になるまで記録処理を最初に試験した。
【００９５】
実験１−  ２ブロック（１４層）の記録
図７Ａ〜図７Ｃを参照する。図７Ａは、各ブロックが７層を含む、２ブロックにより構成された光データキャリアを示す。図７Ｂは、これらの層を記録するための記録スキームを模式化して示す。図７Ｃは、各個別の層に対する記録スキームを示す。本実験では、約１．５の屈折率ｎを持つ上述した媒体を使用した。
【００９６】
光学素子のＮＡは０．７であり、媒体の屈折率は約１．５であるので、媒体中に焦点を結ぶ記録ビームは、ｔａｎθ＝０．５の集束角度θを持つ（図７Ｂを参照）。これに関連して、開口数の大きい光学素子によって作り出された集束記録ビームを使用してマークを記録することが好ましいことに留意されたい。これは、ビームはその焦点スポットまで伝播する間にかなり焦点をぼかすようになるべくすべきであるからであり、そうしないと好ましくない記録になる可能性がある。多光子プロセスの使用は、焦点スポットからはずれた、または、例えば、効率のよい回折格子によって形成された同等の大きさのスポットの焦点からはずれた照射が媒体に影響を及ぼさないことを実質的に確実にする。
【００９７】
したがって、記録ビームが一番下の層に焦点を合わされるときには、焦点スポットに集束する記録ビームのすべての光線は、現在ビームが焦点を結んでいる上記層の上の約１０個の記録済み層を通過し、一部の光線のみ（すなわち、中心の光線）は３個の上側層を通過する。言い換えれば、これらの１０層では、このビームについての層の断面の充てん率が記録済み層の充てん率である。記録ビームが一番下の層の中心に焦点を結ぶときには、さらに３層がビームを部分的に覆う。
【００９８】
したがって、本実験の記録手順を使用して、０〜１３個の層を通して連続的な記録によって生じた変調度の変化を試験することが可能である。
【００９９】
１４個の層の上記の記録の結果を表２にまとめる。
【表２】
2009517794.tif 000009
【０１００】
この表に示されるように、一番下の（最後に記録された）層は、８％の変調度と０．４６μｍのデータマークサイズを持つ。統計的に、変調度は層ごとに０．２２％のゆるやかな減少が見られる。
【０１０１】
実験２−  ２１層（深さ３ブロック分）の記録
図８Ａと図８Ｂを参照する。図８Ａは、８ブロックの編成（各ブロックは７層を含む、１００μｍ×１００μｍ）と８ブロック編成の下に中央に置かれた１つのブロックにより構成された光データキャリアを示す。図８Ｂは、このブロックの構成と当該データキャリアを作り出すための記録スキームをより詳しく示す。この構成は、記録ビームが一番下の層に焦点を合わせられ、より下側のブロックの真ん中より下側の層を中心にして記録されるとき、ビーム集束に伴いそれより上のすべての層を光線が通過することになることを示す。記録処理は４個の上側のブロックから開始し、次に対象設定を変更して次の４個のブロックを記録する。この後、対象設定を再度変更して最後のブロックを記録する。
【０１０２】
２１層の上記の記録の結果とサンプル読み出しを表３に示す。
【表３】
2009517794.tif 000010
【０１０３】
この表に示されるように、最後の層は８．６％の変調度を持つ。統計的に、層当たり約０．１４％の変調度のゆるやかな減少がある。
【０１０４】
実験３−  １００層の実験
本実験では、１４個の７層ブロックとさらに２層が媒体の上面の方から順次記録された。各ブロック中の少なくとも１つの層が、記録されたデータの完全性を確認するために記録後に読み出された。
【０１０５】
記録済み層がサンプル抽出された。変調度とマークサイズの結果を表４に示す。変調度の変化は図９にグラフ化して示される。
【表４】
2009517794.tif 000011
【０１０６】
この表に示されるように、変調度は、最初は媒体の深さと共に減少し、〜２０層の後には１０％付近で安定化されるようである。多数の層を通過する記録が１００番目の層の記録へ向けて進むとき、より上側のブロック／層により光線が遮られることはごくわずかになるが、それは光線の大部分は、記録済み層同士が側面で重なったものを通過することにより焦点スポットへ到着するからである。ビームが焦点スポットへ向けて伝播する間にビームが受ける妨害の量は、一定値に近づいてゆく。妨害は、横から焦点スポットへ到達する光線よりも垂直方向の光線ではより大きい。この実験から２つの結論を引き出すことができる。第１は、上から下への記録の場合、それを防止するための特別な対策（より長い記録パルスの使用、より高いレーザーパワーの使用など）をとらなければ、変調度の減少があるということである。第２は、下から上への記録の場合、異なる層の記録に同じまたは近似のレーザーパワー及びレーザーパルス幅を使用しても、適切に選択された材料では変調度は一定になり得るということである。上記の２つの結論は、実験の２つの段階、すなわち初期と安定の段階を評価することによって裏づけられる。前者は上から下への記録に相当する。このような記録ではビーム妨害は各層と共に増加するからである。後者は下から上への記録に相当する。このような記録ではビーム妨害は各層で同等なるからである。
【０１０７】
したがって、本発明は、データ層の、ひいては媒体に記憶する情報量の大幅な増加を可能にする、新規な光データキャリアとそこへのデータ記録方法を提供する。
【０１０８】
上述のすべての記録ストラテジは、基本的な光学的特性が読み出しを可能にする効果的な多重層記録を可能にする媒体に関係することに留意すべきである。特に、データマークが記録された媒体においては、記録済みマークとその周囲の間隔との間の屈折率の差が小さいという特徴を持つ。また、読み出し焦点位置から発せられる蛍光は、蛍光信号は一般に弱いので、強度の損失を十分小さく抑え、最小の収差で検出器へ到達する必要がある。したがって、媒体は好ましくは蛍光信号の吸収を最小に抑える必要がある。すなわち、多数の記録済み層中を蛍光信号が通過することによって生じる収差を減少するために、媒体は、その蛍光信号波長が媒体の（線形）吸収ピークから遠いという特徴を備えるものとする。受ける収差が少ない蛍光信号は、４カッドＡＰＤ（四方形または円形に配置された４つの独立した部分からなるアバランシェフォトダイオード）またはその他の位置感知型検出器などのイメージング検出器によって検出することができる。ＡＰＤは低信号を検出することができる。イメージング検出または位置感知型検出器は、焦点エラー信号の追跡のために使用することができる。
【０１０９】
放射と吸収の波長差は、ストークス（Ｓｔｏｋｅｓ）シフトから識別可能である。後者は、蛍光を生じさせる線形吸収波長のピークと蛍光のピークとの差である。放射と吸収の差は、本文脈では、蛍光と振動子強度が０．１より高い何れかの線形吸収波長ピークとの波長差を意味する。
【０１１０】
呼びかけ（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｎｇ）波長、放射及び吸収の間の関係の適正な基準について述べる。
【０１１１】
特定の波長における記録済みマークと周囲の間隔の間の低い屈折率変化は、屈折率の変化にそれぞれが寄与するいくつかの構造的及び組成的因子によって特徴づけられる。
【０１１２】
光媒体内の光活性材料の要件は、クラマース−クローニッヒ（Ｋｒａｍｅｒｓ−Ｋｒｏｎｉｇ）の関係に基づく測定可能な基準によって特徴づけられる。この基準は、いくつかの特定の波長とより近い吸光度ピークとを対象とし、以下のものからなる。
【０１１３】
読み出し波長は、最も近い吸光度ピークから遠く、好ましくは振動子強度が０．１より大きい吸光度ピークから１５０ｎｍを超えて離れている。より好ましくはこの吸光度ピークから２００ｎｍを超えて離れている。少なくとも２つの状態（未記録である間隔と様々なマーク）を持つ複数の光活性材料の吸収スペクトルの間には高程度の重なりがある。蛍光は、最も近い吸光度ピークから遠く、好ましくは振動子強度が０．１より大きい吸光度ピークから５０ｎｍを超えて離れている、より好ましくはこの吸光度ピークから７０ｎｍを超えて離れている、さらにより好ましくはこの吸光度ピークから１００ｎｍを超えて離れている。
【０１１４】
吸光度の重なり（ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ  ｏｖｅｒｌａｐ）は、この吸光度の重なりと相補的である吸光度の相違（ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ  ｄｉｓｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ）によって定量化できることを理解されたい。本開示の目的では、この吸光度の相違は、特定の呼びかけ（励起）波長を基準にして、呼びかけ波長を中心にどちらの方向にも３５０ｎｍの波長範囲において、次の式により有効に定義される。
【数６】
2009517794.tif 000012
ここでＤは吸光度の相違であり、εｉ（ω）は光活性材料の溶液を光が通過する間に測定された各材料の波長に依存する吸収係数であり、Ωは呼びかけ周波数（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｎｇ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）であり、ＬとＵは該当する波長範囲のそれぞれ上限と下限である。
【０１１５】
上記の有効な定義は、測定された吸光度スペクトルから吸光度の相違を数値評価することにより様々な材料の比較を可能にする。
【０１１６】
各材料のスペクトル間の多層光記憶のための吸光度の相違は、実質的に０．４未満、好ましくは０．２５未満、最も好ましくは、０．１５未満とする。
【０１１７】
上述した基準は、多数の層を通過した蛍光信号の検出によって生じた収差の補正を促進することができ、読み出しビームの収差の量を先ず減少し、蛍光信号の収差の量を次に減少することによって読み出し能力を向上でき、位置感知型検出器に信号をよりよく集めてイメージングすることを可能にする読み出しシステムでは重要である。
【０１１８】
例Ａ１
ペンディング状態であるか、ポリマー骨格中にあるポリマーマトリクスにフォトクロミック基が結びついているポリマーを作る。本発明のある実施の形態によれば、当該ポリマーは、重合可能な活性発色団単量体からなる単独重合体または共重合体である。
【０１１９】
好ましくは、当該ポリマーは、活性クロモフォリック基が下記の化学式（Ｉ）のスチルベン誘導体であるポリマーを基にしたポリメチルメタクリレートである。
Ａｒ１Ｃ（Ｒ１）＝Ｃ（Ｒ２）Ａｒ２    （Ｉ）
【０１２０】
ここでＡｒ１及びＡｒ２は選択的に単独に置き換えられるフェニル基であり、ここでＲ１及びＲ２はＩＲを強く吸収する。またはここでＡｒ１及びＡｒ２は、−Ｃ１−６アルキル、−ＯＣ１−６アルキル、−ＳＣ１−６アルキル並びに−Ｃ１−６ＯＨ、チオール及びその塩、Ｒ’、Ｒ”が単独に水素またはＣ１−６アルキルであるＮＲ’Ｒ”から選択される１つ以上の基に単独に置き換えられるフェニル基である。Ｒ１及びＲ２は、ｎが０、１または２である−（ＣＨ２）ｎＣＮから選ばれる２トリル、ハロゲン化物、カルボン酸、そのエステル、またはｎが０、１または２である−（ＣＨ２）ｎＮＯ２から選ばれるニトロ化合物から選択される置換基である。Ｃ１−６アルキルは、直鎖アルキルまたは分岐アルキルのどちらでもよいが、好ましくは、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、ｓｅｃ−ブチルまたはｔｅｒｔ−ブチル及びペンチル基がよい。２トリルは、好ましくは−ＣＮ基であり、ニトロ化合物は、好ましくは−ＮＯ２基である。
【０１２１】
代替的に、各化合物は化学式（ＶＩＩ）のものであり得る。
【化１】
2009517794.tif 000013
ここでｎは単独に０、１または２である。Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３及びＸ４は共役基であり、これらの各々は、（ｉ）Ｎ、ＯまたはＳから選ばれる１、２、または３個のヘテロ原子を含んでもよい５または６員環の芳香族部分、及び（ｉｉ）Ｃ２−Ｃ５アルケニレンまたはＣ２−Ｃ５アルキニレンまたはＮ、ＯまたはＳ原子をその鎖に選択的に含み得るこれらのヘテロ原子鎖類似物から単独に選択される。上記Ｘ１及びＸ２の１つまたは両方は、フェニル環の３、４または５の位置に結合され得る。または上記Ｘ１及びＸ２の１つまたは両方は、３−４または４−５の位置でフェニル環との縮合環を形成し得る。Ｄ１及びＤ２は、−Ｃ１−４アルキル、−ＯＣ１−４アルキル、−ＳＣ１−４アルキル並びに−Ｃ１−４ＯＨ、チオール及びその塩、Ｒ’、Ｒ”が単独に水素またはＣ１−４アルキルであるＮＲ’Ｒ”、ビフェニル、並びにＮ、ＯまたはＳから選ばれる１または２個のヘテロ原子を持つ５または６員環から選ばれる複素環式芳香族化合物から単独に選択される電子供与体部分である。Ａは、ピリジニウム、アンモニウム塩、Ｃ２−５アルキル若しくはＣ２−５アルキル基、アゾベンゼン、Ｃ１−４ＣＮ、ハロゲン化物、Ｃ１−６ＣＯＯＨ若しくはそのＣ１−６エステル、またはＣ１−４ＮＯ２化合物から単独に選択される電子受容体部分である。
【０１２２】
本発明により有用な重合可能な活性発色団単量体は、好ましくは、下記の化学式（ＩＩ）の化合物である。
Ａｒ１Ｃ（Ｒ１）＝Ｃ（Ｒ２）Ａｒ２−Ｍ    （ＩＩ）
ここで、Ａｒ１、Ａｒ２、Ｒ１及びＲ２は上に定義したとおりであり、Ｍは重合可能な単量体部分である。Ｍの具体例は、メチルメタクリレート（ＭＭＡ）及びメチルアクリレート（ＭＡ）誘導体などのアクリル単量体またはスチレン系単量体である。
【０１２３】
一例のフォトクロミック変性単量体は下記の化学式（ＩＩＩ）のものである。
【化２】
2009517794.tif 000014
ここで、Ｘはメチルまたは水素である。ｎは２〜７のある整数である。Ｙは、ハロゲンまたはハロゲンと選択的に置き換えられる１〜８個の炭素原子を持つ直鎖若しくは分岐アルキル部分である。
【０１２４】
具体例は、下記の化学式（ＩＶ）及び（Ｖ）の重合可能な活性発色団単量体である。（本文書では、これらはそれぞれ、「ｅＭＭＡ」と「ｅＡＡ」とも表記する）。
【化３】
2009517794.tif 000015
【０１２５】
別の例は、下記の化学式（ＶＩ）のスチレン系単量体である。
【化４】
2009517794.tif 000016
ここでＹは上に定義したとおりである。好適なスチレン誘導体は、Ｙがエチルであるものである。
【０１２６】
化学式（Ｉ）の化合物の誘導体、とりわけ、本発明により好適に使用される化合物（ｅＭＭＡ）は、トランス配列とシス配列の間で光異方体化可能である。トランス配列は、（ｉ）シスよりも蛍光性がずっと高い、（ｉｉ）トランス配列は２光子吸収断面を持つ、（ｉｉｉ）類似の１光子吸収によって特徴づけられる。これらの特徴は、２光子励起による３次元メモリーでのその使用を可能にする。
【０１２７】
上記の化合物は、６５０ｎｍ付近に２光子吸収ピークを持ち、ＤＶＤ用途に使用されるものと同等のレーザーダイオードの使用によって６５０ｎｍ付近の波長で呼びかけられる（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｅｄ）。この材料を有する媒体は、５００ｎｍから約１０００ｎｍまで実質的に透明であり、３７０ｎｍ付近に実質的な吸収ピークを持ち（図１０）、吸光度スペクトル（３７５ｎｍで最大）と放射スペクトル（４８５ｎｍで最大）の重なりの差はごくわずかであり、吸光度の相違は０．１５であり、１００ｎｍを超える高いストークス（Ｓｔｏｋｅｓ）シフトを有する（蛍光ピークは５００ｎｍ付近である）。これは、当該媒体が、読み出しビームの収差または放射が重大な問題になる前に多数の層を通過してデータを読み出すことに使用できることを意味する。
【０１２８】
本方法の例示的な実施の形態を図示し説明したが、当然のことながら、本方法の精神と範囲を損なわずに様々な変更が可能である。当該方法の範囲は、したがって、特許請求の範囲を参照することによって定義される。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】ディスク形状の非線形光記憶媒体の断面の概略図
【図２】図１のディスク形状の非線形光データキャリアの上面図
【図３】非線形光データキャリアの記録済み部分の拡大図
【図４Ａ】データマークがそこに記録された本発明の光データキャリアの例を示す図
【図４Ｂ】データマークがそこに記録された本発明の光データキャリアの例を示す図
【図４Ｃ】データマークがそこに記録された本発明の光データキャリアの例を示す図
【図５Ａ】本発明による非線形光データキャリアにおける記録ストラテジを例示する図
【図５Ｂ】本発明による非線形光データキャリアにおける記録ストラテジを例示する図
【図６】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）及び（Ｅ）は、記録済みデータ層を有する媒体中の光伝播に関係するいくつかの影響のシミュレーションの結果をそれぞれ示す図
【図７Ａ】実験に使用した光媒体構造を概略的に示す図
【図７Ｂ】実験に使用した光媒体構造を概略的に示す図
【図７Ｃ】実験に使用した光媒体構造を概略的に示す図
【図８Ａ】実験に使用した光媒体構造を概略的に示す図
【図８Ｂ】実験に使用した光媒体構造を概略的に示す図
【図９】本発明の手法により実現された変調度についての実験結果を示す図
【図１０】本発明のデータキャリアに使用されるのに適した媒体の光学的特性を示す図
【図１】
2009517794.tif 000017
【図２】
2009517794.tif 000018
【図３】
2009517794.tif 000019
【図４Ａ】
2009517794.tif 000020
【図４Ｂ】
2009517794.tif 000021
【図４Ｃ】
2009517794.tif 000022
【図５Ａ】
2009517794.tif 000023
【図５Ｂ】
2009517794.tif 000024
【図６】
2009517794.tif 000025
【図７Ａ】
2009517794.tif 000026
【図７Ｂ】
2009517794.tif 000027
【図７Ｃ】
2009517794.tif 000028
【図８Ａ】
2009517794.tif 000029
【図８Ｂ】
2009517794.tif 000030
【図９】
2009517794.tif 000031
【図１０】
2009517794.tif 000032
【手続補正書】
【提出日】平成19年12月24日(2007.12.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１４】
吸光度の重なり（ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ  ｏｖｅｒｌａｐ）は、この吸光度の重なりと相補的である吸光度の相違（ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ  ｄｉｓｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ）によって定量化できることを理解されたい。本開示の目的では、この吸光度の相違は、特定の呼びかけ（励起）波長を基準にして、呼びかけ波長を中心にどちらの方向にも３５０ｎｍの波長範囲において、次の式により有効に定義される。
【数１】
2009517794.tif 000033
ここでＤは吸光度の相違であり、第１及び第２の光活性材料のｅｊのそれぞれの値ｅｍｉｎ及びｅｍａｘにより決定され、この材料の光学的特性を示し、εｉ（ω）は光活性材料の溶液を光が通過する間に測定された各材料の、光波の周波数に依存する吸収係数であり、Ωは呼びかけ周波数（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｎｇ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）であり、ＬとＵは該当する光波の周波数の範囲のそれぞれ上限と下限である。
【国際調査報告】
2009517794.tif 000034
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