(57)【要約】【課題】信号記録層の多層化を容易に実現することができ、記録容量の飛躍的な増大を図ることができる光学的記録再生媒体、光学的再生装置及び光学的再生方法を提供すること。【解決手段】信号記録層１２の表面には、凸部１３が形成されている。これにより、信号記録層１２は第１の厚さｄ１を有する部分とこの第１の厚さｄ１よりも厚い第２の厚さｄ２を有する部分とを有する。例えば、信号記録層１２における第１の厚さｄ１をコヒーレント長Ｌｃとし、第２の厚さｄ２をコヒーレント長Ｌｃの２倍とすると、高調波光４４ａにおける累積光強度は最大となり高調波光４４ｂにおける累積光強度は最小となる。信号記録層１２の厚さ変化（ｄ１又はｄ２）を高調波光４４の光強度変化により識別することにより、非線形光学材料からなる信号記録層１２の厚さ変化（ｄ１又はｄ２）として記録された信号を再生することができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射される光に対して非線形光学効果により高調波光を発生する非線形光学材料からなり、前記照射光の照射方向に対する厚さが記録信号に応じて設定された信号記録層を具備することを特徴とする光学的記録再生媒体。
【請求項２】
請求項１に記載の光学的記録再生媒体であって、
前記信号記録層は、コヒーレント長と等しい厚さ又はコヒーレント長の整数倍の第１の厚さを有する部位を有することを特徴とする光学的記録再生媒体。
【請求項３】
請求項２に記載の光学的記録再生媒体であって、
前記信号記録層は、前記第１の厚さにコヒーレント長と等しい厚さ又はコヒーレント長の奇数倍の厚さを加算した第２の厚さを有する部位を有することを特徴とする光学的記録再生媒体。
【請求項４】
請求項１に記載の光学的記録再生媒体であって、
前記信号記録層を２以上積層したことを特徴とする光学的記録再生媒体。
【請求項５】
請求項４に記載の光学的記録再生媒体であって、
前記各信号記録層の間に介挿され、前記照射光及び前記高調波光に対して充分に高い透過率を有する中間部材を更に具備することを特徴とする光学的記録再生媒体。
【請求項６】
請求項１に記載の光学的記録再生媒体であって、
前記高調波光を透過し、前記照射光を遮蔽するフィルター層を更に具備することを特徴とする記録再生媒体。
【請求項７】
照射される光に対して非線形光学効果により高調波光を発生する非線形光学材料からなり、前記照射光の照射方向に対する厚さが記録信号に応じて設定された信号記録層を具備する光学的記録再生媒体を載置するステージと、
前記ステージに載置された前記光学的記録再生媒体に、前記信号記録層の最大の厚さより大きい焦点深度の距離を有する光を照射する光源と、前記ステージに載置された前記光学的記録再生媒体から発生した高調波光の強度を検出手段とを具備する再生系と
を具備することを特徴とする光学的再生装置。
【請求項８】
照射される光に対して非線形光学効果により高調波光を発生する非線形光学材料からなり、前記照射光の照射方向に対する厚さが記録信号に応じて設定された信号記録層を具備する光学的記録再生媒体に対し、前記信号記録層の最大の厚さより大きい焦点深度の距離を有する光を照射する工程と、
前記照射光の照射に対し、前記光学的記録再生媒体から発生した高調波光の強度を検出する工程と
を具備することを特徴とする光学的再生方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学的記録再生媒体、光学的再生装置及び光学的再生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の情報化社会を反映して、記録再生媒体の大容量化が進められている。記録再生媒体の中でも光学的な再生を行う光学的記録再生媒体は、大容量化が容易である。
【０００３】
光学的記録再生媒体の大容量化に際して、信号記録層を積層化する手法がある。信号記録層を積層することで、個々の信号記録層の記録容量を増やさずに、光学的記録再生媒体の記録容量を増大できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
光学的記録再生媒体に対する記録容量の増大化の要請は益々強っており、従来の各種方式では光学的記録再生層の多層化等に問題があり、記録容量の増大化を図ることができる新たな技術の開発が要望されている。
【０００５】
上記事情に鑑み、本発明は、信号記録層の多層化を容易に実現することができ、記録容量の飛躍的な増大を図ることができる光学的記録再生媒体、光学的再生装置及び光学的再生方法を提供することを目的する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、使用する光源の波長において高い透過率を有する非線形光学材料を信号記録層として積層した媒体を用い、収束する光束により媒体内の所定の位置（媒体内の深さ方向）で発現する光学的非線形現象を検知することで、複数の信号記録層を有する光学的記録再生媒体による大容量化を実現する技術を提唱している。本発は、かかる技術に基づき創案されたものである。
（１）本発明の主たる観点に係る光学的記録再生媒体は、照射される光に対して非線形光学効果により高調波光を発生する非線形光学材料からなり、前記照射光の照射方向に対する厚さが記録信号に応じて設定された信号記録層を具備することを特徴とする。
【０００７】
照射される光である基本波光と信号記録層で発生していく高調波光とは、これらの光が進行する方向に対して屈折率が異なる、いわゆる波長分散を示す。信号記録層の照射光の照射方向に対する厚さが記録信号に応じて設定されているので、波長分散により生じる高調波光の強度干渉が上記の厚さ、即ち記録信号に応じて差異を生じる。従って、この光学的記録再生媒体に対して所定の光を照射し、高調波光の強度を検出することにより記録信号の光学的な読出しができる。信号記録層を多層化した場合に所望の信号記録層に照射光を集光させることで、所望の信号記録層から高調波光を発生させて記録信号の光学的な読出しができる。よって、信号記録層の多層化を容易に実現することができ、記録容量の飛躍的な増大を図ることができる。
【０００８】
ここで、前記信号記録層は、コヒーレント長と等しい厚さ又はコヒーレント長の整数倍の第１の厚さを有する部位を有することが好ましい。すなわち、信号記録層の厚さが、いわゆる波長分散によって生じる高調波光の強度干渉が最大もしくは最小となる距離と等しいかもしくはその整数倍となる厚さの部位を少なくとも１以上有してもよい。
【０００９】
照射する光である基本波光束の走査により変化する高調波光の強度の基準強度を得ることが可能となり、光強度の正規化を容易に行える。
【００１０】
更に、前記信号記録層は、前記第１の厚さにコヒーレント長と等しい厚さ又はコヒーレント長の奇数倍の厚さを加算した第２の厚さを有する部位を有することがより好ましい形態である。すなわち、信号記録層の厚み差が、いわゆる波長分散によって生じる高調波光の干渉による光強度低下が最小となる距離と等しいかあるいはその奇数倍であってもよい。
【００１１】
非線形光学材料により発生する高調波光の強度が最大および最小の２値をとることになり、識別性の高いデジタル化された信号を得ることができる。
【００１２】
前記信号記録層を２以上積層した構造もより好ましい形態である。
【００１３】
これにより、記録容量の飛躍的な増大を図ることができる。
【００１４】
この場合、前記照射光及び前記高調波光に対して充分に高い透過率を有する中間部材を各信号記録層の間に介挿するのが好ましい。
【００１５】
高調波光の強度検出による信号読出しにおいて、積層された信号記録層間の相互の影響を軽減することが可能となる。
【００１６】
前記高調波光を透過し、前記照射光を遮蔽するフィルター層を更に具備する構成も好ましい形態である。フィルター層は、信号記録層における照射光が入射する面と反対の面側に設けられる。
【００１７】
これにより高調波光の強度検出をより正確に行うことができる。また、媒体にフィルター層を設けることで、再生側にこうしたフィルターを設けることは不要となる。
（２）本発明の別の観点に係る光学的再生装置は、照射される光に対して非線形光学効果により高調波光を発生する非線形光学材料からなり、前記照射光の照射方向に対する厚さが記録信号に応じて設定された信号記録層を具備する光学的記録再生媒体を載置するステージと、前記ステージに載置された前記光学的記録再生媒体に、前記信号記録層の最大の厚さより大きい焦点深度の距離を有する光を照射する光源と、前記ステージに載置された前記光学的記録再生媒体から発生した高調波光の強度を検出手段とを具備する再生系とを具備するものである。
【００１８】
本発明のまた別の観点に係る光学的再生方法は、照射される光に対して非線形光学効果により高調波光を発生する非線形光学材料からなり、前記照射光の照射方向に対する厚さが記録信号に応じて設定された信号記録層を具備する光学的記録再生媒体に対し、前記信号記録層の最大の厚さより大きい焦点深度の距離を有する光を照射する工程と、前記照射光の照射に対し、前記光学的記録再生媒体から発生した高調波光の強度を検出する工程とを具備することを特徴とするものである。
【００１９】
即ち、光学的記録再生媒体に照射される光束（基本波光）が集束光であるとともに、集束部近傍において平面波とみなせる焦点深度の距離が、信号記録層の最大の厚さより大である。
【００２０】
これにより、基本波光から高調波光への励起効率を最大にするとともに、媒体材料層以外からの外乱を最小にして信号検出の精度を向上することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
（光学的記録再生媒体）
図１は本発明の一実施形態に係る光学的記録再生媒体の構成を表す斜視図、図２はその断面図である。
【００２２】
図１に示すように、光学的記録再生媒体１０は、基板１１上に信号記録層１２、更にその上にカバー層１４を積層して構成される。
【００２３】
信号記録層１２は、非線形光学材料からなる。非線形光学材料としては、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、ヨウ素酸リチウム（ＬｉＩＯ３）、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４）等の非線形光学結晶薄板あるいは薄膜、もしくはメトロシアニン錯塩、ニトロアニリン系・ニトロピリジン系有機結晶、アゾ色素とポリマーの重合体等の有機非線形光学材料の薄板あるいは薄膜、もしくはキラリティー（掌性）を付与した非線形光学液晶ポリマーなどが挙げられるが、本発明の主旨に沿った非線形光学材料であればこれらに限定するものではない。
【００２４】
信号記録層１２の表面には、凸部１３が形成されている。これにより、信号記録層１２は第１の厚さｄ１を有する部分とこの第１の厚さｄ１よりも厚い第２の厚さｄ２を有する部分とを有する。なお、凹状として信号記録層１２の厚さに差異を設けるようにしてもかまわない。
【００２５】
基板１１とカバー層１４は照射される光束（基本波光）と高調波光に対して透明で、かつ不要な高調波光を発生しない材料から成ることが好ましい。
【００２６】
ここで、上記信号記録層１２における凹凸は、記録信号が転写された母材を用いて例えば金型を用いた射出成形またはキャスティングあるいは転写成形、もしくはフォトマスクを用いたエッチングあるいは堆積法などで効率的に大量複製できることはもちろん、例えばレーザ光あるいは電子線などにより直接加工することも可能である。
（再生装置）
図３は本発明に係る再生装置の構成を示す模式図である。
【００２７】
光源２１は、例えば半導体レーザであり、光学的記録再生媒体１０の再生のための光束４１（波長λ）を放射する。
【００２８】
ステージ１６は、光学的記録再生媒体１０を載置して移動可能である。
【００２９】
光検出器２５は、入射する光束４２の光量を検出することにより、光学的記録再生媒体１０からの再生信号を出力する再生手段として機能する。
【００３０】
コリメータレンズ２６、２８は光束をコリメートし平行光束とする。集光レンズ２７、２９は、光束を集束するための光集束手段として機能する。光源２１から発した光束４１は集光レンズ２７によって光学的記録再生媒体１０に集束し、信号記録層１２で高調波光を励起する。
【００３１】
光学的記録再生媒体１０を透過した光束には波長λの基本波光と高調波の次数をｎとして波長λ／ｎの高調波光が含まれている。
【００３２】
色分離フィルター２２は、光源２１から出射される基本波光で高調波光励起に関与せずに媒体１０を透過する光束を分離遮断するフィルターである。
（光学的再生原理の詳細）
▲１▼信号記録層の厚さの決定
図２に示した信号記録層１２における第１の厚さｄ１及び第２の厚さｄ２は、例えば以下のように決定される。
【００３３】
一般に光学媒体の屈折率は透過光の波長によって異なるが、非線形光学材料からなる信号記録層１２に照射された基本波光は、透過領域の全て（信号記録層１２における厚さ方向の領域全て）で高調波光を励起するため基本波光束の伝播によって励起される高調波光の位相に不整合が生じる。
【００３４】
この位相不整合は、基本波光と高調波光の媒体での屈折率と媒体における伝播距離、すなわち光束透過方向の媒体厚みに依存する。
【００３５】
図４はこの位相不整合を模式的に表したもので、横軸に光束の伝播距離、縦軸に伝播後に累積された高調波光の相対強度をとっている。
【００３６】
累積高調波光の強度が最初に極大値を示す伝播距離はコヒーレント長Ｌｃと呼ばれ以下のように求められる。
【００３７】
Ｌｃ＝λ／［４Δｎ］＝λ／［４（ｎ（２ω）−ｎ（ω））］　……　式（１）
ここで、λは光源１１の波長、ｎ（ω）、ｎ（２ω）は基本波および高調波それぞれにおける媒体の屈折率である。
【００３８】
上記のことから、信号記録層１２における第１の厚さｄ１と第２の厚さｄ２とは、図４に示した累積された高調波光の強度が等しくならないように決定する必要がある。累積強度が等しくなる組み合わせの場合は信号記録部分とそれ以外の信号記録層１２で励起され累積した高調波光の強度差すなわち記録信号の検知ができないことになるからである。
【００３９】
他方、信号記録層１２における第１の厚さｄ１と第２の厚さｄ２とが異なる累積強度となるように設定されてあれば高調波光の強度に基づいた信号検出が可能である。
▲２▼基準強度信号の設定
ここで、再生信号の識別品位を向上するために、信号の基準となる累積高調波光強度発生部が媒体内にあることが好ましい。
【００４０】
基準となる光強度信号を識別し、その他の強度信号を基準強度信号との相対比較により弁別することで例えば光源強度変化あるいは媒体透過率変化などの外乱による信号の識別品位低下を防止することができる。
【００４１】
基準となりえる光強度発生部としては、図４において縦軸の値が極大もしくは極小となる光束伝播距離の部分（Ｌｃ、２Ｌｃ、３Ｌｃ・・・）となることは明らかである。
【００４２】
すなわち、信号記録層１２における例えば第１の厚さｄ１を、図４におけるコヒーレント長Ｌｃもしくはその整数倍の伝播距離に相当するように設定するとともに、その部分で励起される累積高調波光強度を基準値とすることで、再生信号の識別品位を向上させることができる。なお、信号記録層１２における第２の厚さｄ２をコヒーレント長Ｌｃもしくはその整数倍の伝播距離に相当するように設定しても勿論かまわない。
▲３▼２値化
記録再生信号を離散化したデジタル信号として取り扱う場合においては、離散を識別さえできれば多値化することも可能であるが、最も識別品位を確保するためにはデータ信号を２値化することが一般的である。
【００４３】
本発明の再生方法で２値化信号で光強度検出による識別の品位を最大にするには、図４に示した累積高調波光強度が最大値と最小値をもつ伝播距離となるように信号記録層１２における第１の厚さｄ１と第２の厚さｄ２を設定すればよい。
【００４４】
すなわち、基準となる高調波光強度の発生部分の厚さ（第１の厚さｄ１）に対して図４におけるコヒーレント長Ｌｃもしくはその奇数倍の伝播距離の厚さを加算した厚さ（第２の厚さｄ２）を有する部分を配設することで、２つの部分の累積高調波光強度の差を最大にすることができる。
▲４▼再生原理
図５は本発明における光学的再生原理を説明するための模式図である。
【００４５】
図５において、再生用光束４３ａ、４３ｂはそれぞれ媒体１０の信号記録層１２における第１の厚さｄ１の部位と第２の厚さｄ２の部位に照射される集束光を表し、その焦点深度ｄは集束光学部品の開口数ＮＡと光源の波長λから次のように表される。
【００４６】
ｄ＝λ／ＮＡ２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　……　式（２）
ここで信号記録層１２における第１の厚さｄ１と第２の厚さｄ２は焦点深度距離Ｚよりも小であることが好ましい。焦点深度内においては集束光であってもその波面を平面波とみなすことができるため、材料への光束入射角度による高調波光励起の状態変化を生じないことから再生信号の識別品位を維持することができる。
【００４７】
再生用光束４３ａ、４３ｂはそれぞれ媒体１０の信号記録層１２における第１の厚さｄ１の部位と第２の厚さｄ２の部位に照射されて高調波光４４ａ、４４ｂを励起する。
【００４８】
ここで、信号記録層１２における第１の厚さｄ１をコヒーレント長Ｌｃとし、第２の厚さｄ２をコヒーレント長Ｌｃの２倍とすると、高調波光４４ａにおける累積光強度は最大となり高調波光４４ｂにおける累積光強度は最小となる。
【００４９】
図６は、図５の構成で再生用光束４３を信号記録層１２に集束して矢印のように走査した場合の、高調波光４４の強度変化を示した模式図である。
【００５０】
光束の走査に従い、信号記録層１２の厚さ変化（ｄ１又はｄ２）を高調波光４４の光強度変化により識別することにより、非線形光学材料からなる信号記録層１２の厚さ変化（ｄ１又はｄ２）として記録された信号を再生することができる。
（光学的記録再生媒体の多層化）
図７は信号記録層１２を積層し多層化した光学的記録再生媒体の構造を示す断面図である。
【００５１】
図７に示すように、各信号記録層１２の間には中間層１５が介在され、これにより各信号記録層１２は任意の距離だけ離間して設けられている。
【００５２】
最上層の信号記録層１２の上には、カバー層１３が設けられ、最下層の信号記録層１２の下には、基板１１が設けられている。
【００５３】
また、最下層の信号記録層１２と基板１１との間には、光波長分離フィルター２３が介挿されている。
【００５４】
中間層１５はその内部および界面での光損失を低減するため、光源２１より照射される光束（基本波光）と信号記録層１２で励起される高調波光に対して透明であり、さらに非線形光学材料の屈折率と略同一の屈折率を持つことが好ましい。
【００５５】
中間層１５の厚みは隣接する非線形光学材料相互の影響がなければ、特に限定されるものではない。
【００５６】
光波長分離フィルター２３は、例えば誘電体多層膜あるいは色素含有高分子膜からなり、光源２１から出射される基本波光で高調波光励起に関与せずに媒体１０を透過する光束を分離遮断するために媒体１０と一体に設けられている。
【００５７】
なお、信号記録層１２は、光源２１より照射される光束（基本波光）と信号記録層１２で励起される高調波光において高い透過率をもつことが好ましく、さらに媒体としての最外面に空気との屈折率差による境界反射を低減するための無反射コートを施しても良い。
【００５８】
ここで、信号記録層１２での凹凸の付与は前述したように記録信号が転写された母材を用いて容易に行うことができ、中間部材１５を介して配置した後に例えば熱圧着などで積層された多層光学的記録再生媒体とすることができる。
【００５９】
さらに、図には示していないが例えば再生すべき信号記録層１２を識別し焦点を合わせたり、あるいは検出すべき信号の位置を特定するために集束光のスポットを制御する、焦点サーボを行うための参照用信号層を別途設けてもよい。
（多値化記録再生）
図８は本発明における光学的再生方式で、デジタル信号を２値を超える多値（例えば４値）で記録した場合の媒体の模式的断面図、及び再生用光束４３を集束し矢印のように走査した場合の高調波光４４の強度変化を示した模式図である。
【００６０】
ここで１７及び１８は、信号記録層１２における第１の厚さｄ１と第２の厚さｄ２の間に設定された厚さを有する多値記録部分（第３の厚さｄ３、第４の厚さｄ４）である。第３の厚さｄ３、第４の厚さｄ４は例えば以下のように設定される。
【００６１】
ｄ３＝ｄ１＋（ｄ２−ｄ１）／３
ｄ４＝ｄ１＋２（ｄ２−ｄ１）／３
再生用光束４３により発生する高調波光４４において個々の光強度から離散が識別できれば、多値の離散数および厚み差は任意に設定することが可能である。
【００６２】
光束の走査によって、例えば信号記録層１２の厚みの変化（ｄ１、ｄ２、ｄ３又はｄ４）を高調波光４４の光強度変化により識別することにより、非線形光学材料からなる信号記録層１２の厚さ変化として多値記録された信号を再生することができる。
【００６３】
なお、本発明によれば、４値に限らず更なる多値の記録再生が可能であり、更に例えばアナログ記録再生も可能である。従って、本発明は情報量に関しても飛躍的な量の記録再生が期待できる。
【００６４】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、非線形光学材料からなる信号記録層の厚さを記録信号に応じて設定したので、高調波光の強度を検出することにより記録信号の光学的な読出しができる。信号記録層を多層化した場合に所望の信号記録層に照射光を集光させることで、所望の信号記録層から高調波光を発生させて記録信号の光学的な読出しができ、信号記録層の多層化を容易に実現することができ、記録容量の飛躍的な増大を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光学的記録再生媒体の構成を表す斜視図である。
【図２】図１に示した光学的記録再生媒体の断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る再生装置の構成を示す模式図である。
【図４】本発明の光学的記録再生媒体に係る位相不整合を表した模式図である。
【図５】本発明における光学的再生方式の原理を表す模式図である。
【図６】本発明における光学的再生方式の原理を説明する模式図である。
【図７】本発明の係る多層化された光学的記録再生媒体の構成を表す断面図である。
【図８】本発明における多値化された信号の光学的再生方式の原理を説明する模式図である
【符号の説明】
１０　　光学的記録再生媒体
１１　　基板
１２　　信号記録層
１３　　凸部
１４　　カバー層
１５　　中間層
１６　　ステージ
２１　　光源
２２　　色分離フィルター
２３　　光波長分離フィルター
２５　　光検出器
２６、２８　　コリメータレンズ
２７、２９　　集光レンズ
４１　　光源からの出射光束
４２　　光検出器への入射光束
４３、４３ａ、４３ｂ　　再生用集束光束
４４、４４ａ、４４ｂ　　励起された高調波光束
ｄ１　　第１の厚さ
ｄ２　　第２の厚さ
Ｚ　　再生用集束光束の焦点深度距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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