(57)【要約】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（３）は、記録層（１ａ〜１ｆ）を少なくとも１層含み、前記記録層（１ａ〜１ｆ）は、酸化チタンを含んでいる。酸化チタンは、アナターゼ型およびブルッカイト型のうちの少なくとも１種であることが好ましい。記録層（１ａ〜１ｆ）は、実質的に酸化チタンから形成されていてもよいし、酸化チタンと、酸化チタンよりも屈折率の小さい低屈折率材料とを含んでいてもよい。
2004036569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、記録層を少なくとも１層含み、
前記記録層は、酸化チタンを含むことを特徴とする情報記録媒体。
【請求項２】
前記酸化チタンは、アモルファスおよび結晶形のうちの少なくとも一種であり、前記結晶形は、アナターゼ型、ブルッカイト型、およびルチル型からなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１に記載の情報記録媒体。
【請求項３】
前記酸化チタンは、アナターゼ型およびブルッカイト型からなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１に記載の情報記録媒体。
【請求項４】
前記記録層は、実質的に酸化チタンからなる請求項１に記載の情報記録媒体。
【請求項５】
前記記録層は、前記酸化チタンと、前記酸化チタンよりも屈折率の小さい低屈折率材料とを含む請求項１に記載の情報記録媒体。
【請求項６】
前記記録層は、前記酸化チタンを５ｗｔ％以上１００ｗｔ％未満含む請求項５に記載の情報記録媒体。
【請求項７】
前記酸化チタンは粒状であり、前記酸化チタンの平均粒径は、記録光の波長および再生光の波長よりも短い請求項５に記載の情報記録媒体。
【請求項８】
前記酸化チタンの平均粒径は、前記記録光の波長および前記再生光の波長の１／４よりも短い請求項７に記載の情報記録媒体。
【請求項９】
前記低屈折率材料は、樹脂である請求項５に記載の情報記録媒体。
【請求項１０】
前記低屈折率材料は、無機材料である請求項５に記載の情報記録媒体。
【請求項１１】
前記記録層を複数含み、前記記録部は、記録光および再生光に対して実質的に透明な複数の中間層をさらに含み、前記記録層と前記中間層とが交互に積層された請求項１に記載の情報記録媒体。
【請求項１２】
記録光および再生光に対して実質的に透明な保護層をさらに含み、前記保護層が前記記録部の光の入射側に配置された請求項１に記載の情報記録媒体。
【請求項１３】
記録光および再生光に対して実質的に透明な保護層をさらに含み、前記保護層は、前記記録部の光の入射側に配置されており、前記低屈折率材料と同じ材料からなる請求項５に記載の情報記録媒体。
【請求項１４】
前記記録層は、前記酸化チタンと、前記酸化チタンよりも屈折率の小さい低屈折率材料とを含み、前記中間層は、前記低屈折率材料と同じ材料からなる請求項１１に記載の情報記録媒体。
【請求項１５】
前記記録層の一部に情報が記録され、前記情報を再生する再生光の波長をλとし、前記記録層のうちの前記情報が記録された部分の屈折率をｎ’とし、前記記録層のうちの前記情報が記録されていない部分の屈折率をｎとしたとき、前記記録層の厚さＬは、λ／（２ｎ）＜Ｌ＜３λ／（４ｎ’）、またはλ／ｎ＜Ｌ＜５λ／（４ｎ’）の関係を満たす請求項１に記載の情報記録媒体。
【請求項１６】
３次元的な情報の記録が可能な記録部を含み、前記記録部が記録層を少なくとも１層含み、前記記録層が酸化チタンを含む情報記録媒体の製造方法であって、
酸化チタンを含む塗料を塗布することにより前記記録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。
【請求項１７】
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、
前記記録層を形成する工程と前記中間層を形成する工程とを、所定の順序で、且つ所定の数だけ交互に繰り返す請求項１６に記載の情報記録媒体の製造方法。
【請求項１８】
３次元的な情報の記録が可能な記録部を含み、前記記録部が記録層を少なくとも１層含み、前記記録層が酸化チタンを含む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、
前記記録光を出射する光源および前記再生光を出射する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、
前記酸化チタンの構造変化により生じる前記酸化チタンの光学定数の変化を利用して前記記録部に情報を記録し、前記酸化チタンの光学定数の変化を利用して前記情報を再生することを特徴とする光学情報記録再生装置。
【請求項１９】
前記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１ピコ秒以上５ナノ秒以下である請求項１８に記載の光学情報記録再生装置。
【請求項２０】
前記記録光を出射する光源のピークパワーが、２Ｗ以上３００Ｗ以下である請求項１８に記載の光学情報記録再生装置。
【請求項２１】
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形成する請求項１８に記載の光学情報記録再生装置。
【請求項２２】
前記非線形現象が、２光子吸収または多光子吸収を含む請求項２１に記載の光学情報記録再生装置。
【請求項２３】
前記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項１８に記載の光学情報記録再生装置。
【請求項２４】
前記記録部内の対物レンズからより離れた位置から近い位置に向って、順に、情報ビットを記録する請求項２３に記載の光学情報記録再生装置。
【請求項２５】
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項１８に記載の光学情報記録再生装置。
【請求項２６】
前記再生光を出射する光源の波長が、０．３８８μｍ〜０．４１３μｍである請求項１８に記載の光学情報記録再生装置。
【請求項２７】
前記酸化チタンの構造変化は、アナターゼ型またはブッルカイト型からルチル型への変化である請求項１８に記載の光学情報記録再生装置。
【請求項２８】
前記酸化チタンの構造変化は、アモルファスからアナターゼ型、ブッルカイト型またはルチル型への変化である請求項１８に記載の光学情報記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、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９に示す記録媒体があった（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−ウレア共重合体を用いた記録層１０１ａ〜１０１ｄと、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）膜とポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）膜とからなる中間層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に情報を記録できる。
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が書き込まれる。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回書きをする場合、光源として、ピークパワーが非常に大きい（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。ピークパワーがそれより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（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、前記記録部が記録層を少なくとも１層含み、前記記録層が酸化チタンを含むことを特徴とする。
本発明の情報記録媒体の製造方法は、３次元的な情報の記録が可能な記録部を含み、前記記録部が記録層を少なくとも１層含み、前記記録層が酸化チタンを含む情報記録媒体の製造方法であって、酸化チタンを含む塗料を塗布することにより前記記録層を形成する工程を含むことを特徴とする。
本発明の光学情報記録再生装置は、３次元的な情報の記録が可能な記録部を含み、前記記録部が記録層を少なくとも１層含み、前記記録層が酸化チタンを含む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、前記記録光を出射する光源および前記再生光を出射する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、前記酸化チタンの構造変化により生じる前記酸化チタンの光学定数の変化を利用して前記記録部に情報を記録し、前記酸化チタンの光学定数の変化を利用して前記情報を再生することを特徴とする光学情報記録再生装置。
【図面の簡単な説明】  図１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る。
図２Ａおよび図２Ｂ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厚さと反射率との関係を示す図である。
図３Ａ〜図３Ｄ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４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略構成図ある。
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の拡大図である。
図６は、本発明の実施の形態２における情報記録媒体の記録層の厚さと反射率との関係を示す図である。
図７Ａ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７Ｂは、図７Ａに示す情報記録媒体の記録層の拡大図である。
図８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レーザ光のパルス幅との関係を示す図である。
図９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。
【発明を実施するための最良の形態】  本実施の形態の情報記録媒体は、記録層が所定の光を吸収して構造変化する酸化チタン（ＴｉＯ２）を含んでいるので、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できる。したがって、本実施の形態によれば、高感度で高速記録が可能な情報記録媒体を提供できる。
本実施の形態の情報記録媒体において、酸化チタンは、アモルファスおよび結晶形のうちの少なくとも一種であってもよいし、上記結晶形は、アナターゼ型、ブルッカイト型、およびルチル型からなる群から選ばれる少なくとも１種であってもよい。特に、酸化チタンは、安定、高感度、且つ高速で、ルチル型への構造変化が可能な、アナターゼ型およびブルッカイト型からなる群から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
本実施の形態の情報記録媒体において、記録層は、実質的に酸化チタン（ＴｉＯ２）からなることが好ましい。記録層が実質的に酸化チタンのみから形成されていると、例えば、記録層が酸化チタンと酸化チタンよりも屈折率の小さい低屈折率材料（樹脂、無機材料等）とを含む後述の情報記録媒体よりも、反射率が高く、読み出し光量が大きいため、再生信号の品質が良い。尚、本明細書において、記録層が実質的に酸化チタンからなるとは、記録層が、記録層の形成時に意図せずに混入した不純物質を除いて酸化チタンのみから形成されていることを意味する。具体的には、例えば記録層に、酸化チタンが９０ｗｔ％以上含まれていることが好ましい。
本実施の形態の情報記録媒体において、記録層は、酸化チタンと、酸化チタンよりも屈折率の小さい低屈折率材料とを含んでいることが好ましい。記録層に含まれる酸化チタンの含有量を制御することにより、反射率を所望の値へと小さくできるからである。反射率を所望の値へと小さくできれば、記録層の層数が多い（例えば、１０〜５０層の記録層を含む）情報記録媒体において、１層当たりの光の損失を減らして、各記録層へ入る光の量を互いに近づけることができる。
本実施の形態の情報記録媒体において、記録層は、酸化チタンを５ｗｔ％以上１００ｗｔ％未満含んでいることが好ましい。記録層における酸化チタンの含有量を５ｗｔ％以上とすることで、記録感度を実用レベルにまで向上させることができるからである。
酸化チタンは粒状であり、酸化チタンの平均粒径は、記録光の波長および再生光の波長よりも短いことが好ましい。酸化チタン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できるからである。さらに、酸化チタンの平均粒径は、記録光の波長および再生光の波長の１／４よりも短いことが好ましい。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からである。尚、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の波長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が、このように、微粒子が凝集している場合でも、上記みかけの粒径は、記録光の波長および再生光の波長よりも短いことが好ましい。
本発明の情報記録媒体において、低屈折率材料が樹脂である場合、記録層の形成が容易であり、樹脂の断熱効果により記録および再生の感度を高めることができる点において好ましい。低屈折率材料が無機材料である場合、記録層の安定性が高まり好ましい。アナターゼ型またはブルッカイト型の酸化チタンには光触媒作用があるため、紫外線の照射により有機材料を分解する可能性があるが、無機材料にはそのような問題が無いからである。
また、本実施の形態の情報記録媒体は、記録層を複数含み、記録部は、記録光および再生光に対して実質的に透明な複数の中間層をさらに含み、記録層と中間層とが交互に積層されており、多層構造を実現している。
また、本実施の形態の情報記録媒体は、記録光および再生光に対して実質的に透明な保護層をさらに含み、保護層が記録部の光の入射側に配置さ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ことができるからである。
また、本実施の形態の情報記録媒体は、記録光および再生光に対して実質的に透明な保護層をさらに含み、保護層は、記録部の光の入射側に配置され、記録層に含まれる低屈折率材料と同じ材料からなることが好ましい。また、記録層が、酸化チタンと、酸化チタンよりも屈折率の小さい低屈折率材料とを含む場合、中間層は、上記低屈折率材料と同じ材料からなることが好ましい。中間層や保護層を、記録層に含まれる低屈折率材料と同じ材料から形成すれば、例えば、侵食等の化学反応による問題が生じることがなく、中間層と記録層、保護層と記録層について良好な境界面を形成できるからである。また、情報記録媒体の低コスト化も実現できるからである。ここで、同じ材料とは同種類の物質という意味であって、例えば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。
本実施の形態の情報記録媒体においては、記録層の一部に情報が記録され、記録された情報を再生する光の波長をλとし、記録層のうちの上記情報が記録された部分の屈折率をｎ’とし、記録層のうちの上記情報が記録されていない部分の屈折率をｎとしたとき、記録層の厚さＬは、λ／（２ｎ）＜Ｌ＜３λ／（４ｎ’）、またはλ／ｎ＜Ｌ＜５λ／（４ｎ’）の関係を満たしていることが好ましい。記録層の厚さＬが、上記関係を満たしていると、反射率のコントラストまたは変調率が大きく、再生信号の品質が向上するからである。
本実施の形態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できる。
本実施の形態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、記録層を形成する工程と中間層を形成する工程とを、所定の順序で、か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、記録層と中間層とを複数備えた多層構造の情報記録媒体を、容易に、且つ低コストで作製できる。
本実施の形態の光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情報の記録および再生を行うことができる。
本実施の形態の光情報記録再生装置において、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１ピコ秒以上５ナノ秒以下であることが好ましい。また、記録光を出射する光源のピークパワーが、２Ｗ以上３００Ｗ以下であることが好ましい。本実施の形態の情報記録媒体に対して１パルスで１つの情報ビットを形成できるからである。
本実施の形態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情報記録媒体の記録部に情報ビットを形成することが好ましく、非線形現象は、２光子吸収または多光子吸収を含むことが好ましい。
本実施の形態の光情報記録再生装置においては、前記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、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、記録部内の対物レンズからより離れた位置から近い位置に向って、順に、情報ビットを形成することが好ましい。このような順序で情報ビットを形成することにより、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。
本実施の形態の光学情報記録再生装置において、記録光を出射する光源と、再生光を出射する光源とが共通であることが好ましい。光源が一つとなり光学情報記録再生装置の構成をより簡単にできるからである。
本実施の形態の光学情報記録再生装置において、再生光を出射する光源の波長は０．３８８μｍ〜０．４１３μｍであることが好ましい。
本実施の形態の光学情報記録再生装置を用いて情報記録媒体へ情報を記録する際に利用する酸化チタンの構造変化は、アナターゼ型またはブッルカイト型からルチル型への変化であることが好ましい。アモルファスからアナターゼ型、ブッルカイト型またはルチル型への変化であってもよい。
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１〜図４を用いて説明する。
図１は、本実施の形態の情報記録媒体の断面構成および情報を記録および再生する様子を示している。図２Ａおよび図２Ｂは、本実施の形態の情報記録媒体の記録層の膜厚と反射率との関係を示している。図３は、本実施の形態の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４は本実施の形態の光学情報記録再生装置の光ヘッドの概略構成を示している。
図１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は、複数の記録層１ａ〜１ｆと複数の中間層２ａ〜２ｅとを含み、記録層と中間層とが交互に積層されている。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がこの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、厚さ方向への情報の記録が可能である。尚、以下、記録層１ａ〜１ｆのうちの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のうちの任意の中間層について述べるときは中間層２とする。
図１に示すように、本実施の形態の情報記録媒体は、情報の記録時および再生時には、保護層４が光の入射側となる。記録時には、レーザ光を対物レンズ６により記録層１ａ〜１ｆのいずれかに集光して（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６により所望の記録層１ａ〜１ｆに集光し（収束光７）、情報ビット５によって反射された光を利用して情報を再生する。
本実施の形態の情報記録媒体は、記録層１が酸化チタン（ＴｉＯ２）を含んでいることを特徴としている。本発明者らは、比較的低パワーのレーザ光を照射することにより酸化チタンが構造変化することを見出し、その構造変化に伴う光学定数の変化を利用して情報が記録および再生される情報記録媒体を得た。
本実施の形態の情報記録媒体では、記録層１が実質的に酸化チタン（ＴｉＯ２）のみから形成されているため、例えば、記録層が酸化チタンと酸化チタンよりも屈折率の小さい低屈折率材料（樹脂、無機材料等）とを用いて形成された後述の情報記録媒体（実施の形態２）よりも、入射光の散乱損失または回折損失が少なく反射率が高い。すなわち、本実施の形態の情報記録媒体は、読み出し光量が大きく（光利用効率が高く）、再生信号の品質が良い点において実施の形態２よりも優れている。
尚、本明細書において、記録層が実質的に酸化チタンからなるとは、記録層が、記録層の形成時に意図せずに混入した不純物質を除いて酸化チタンのみから形成されていることを意味する。具体的には、例えば記録層に、酸化チタンが９０ｗｔ％以上含まれていることが好ましい。
酸化チタンは、アモルファスおよび結晶形のうちの少なくとも一種であり、前記結晶形は、アナターゼ型、ブルッカイト型、およびルチル型からなる群から選ばれる少なくとも１種であってもよい。
基板９は、例えば、ポリカーボネート、ＰＭＭＡ、ノルボルネン系樹脂（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。
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、その材料について特に制限はないが、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にて形成できる。
保護層４についても、記録光および再生光に対して実質的に透明であれば材料について特に制限はないが、例えば、ポリカーボネート、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にて形成できる。保護層４を設けることで、記録部３を傷やほこり等から防ぐことができる。
尚、上記中間層２および保護層４について、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しないで透過させることをいう。具体的には、例えば記録層一層あたりについて吸収率が１％以下であることが好ましく、０．１％以下であることがより好ましい。
保護層４は、中間層２と実質的に同じ材料から形成されていることが好ましい。同じ材料を選択することによって、情報記録媒体の低コスト化を実現できるからである。尚、ここで、同じ材料とは、同種類の物質という意味であって、例えば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。
本実施の形態の情報記録媒体では、基板９の厚さは、例えば１．１ｍｍであり、記録層１ａ〜１ｆの厚さは、それぞれが例えば１μｍ以下であり、中間層２ａ〜２ｅの厚さは、それぞれが例えば３μｍ〜５μｍ程度であり、保護層４の厚さは、例えば１００μｍ程度である。記録層１には、全ての層またはいずれかの層にトラックサーボ用のトラック溝が形成されている。
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。
記録層１に、記録層１に含まれる酸化チタンの吸収端波長（光の吸収が生じ始める波長）より短い波長の光を照射すると、酸化チタンが光を吸収する。この光吸収により生じた熱により記録層が所定の温度に達すると、酸化チタンが構造変化し、その構造変化に伴う光学定数の変化により、記録層１に情報ビット５が形成される。
例えば、アナターゼ型酸化チタン（屈折率ｎ＝２．５２）は、レーザ光を受けて凡そ７００℃に到達すると、ルチル型酸化チタン（屈折率ｎ＝２．７６）へと変化する。ブルッカイト型酸化チタン（屈折率ｎ＝２．６５）では凡そ７００℃に到達するとルチル型酸化チタン（屈折率ｎ＝２．７６）へと変化する。アモルファスの酸化チタンでは凡そ３００℃に到達すると、アナターゼ型酸化チタンまたはブルッカイト型酸化チタンへと変化し、凡そ７００℃にまで達すると、アナターゼ型またはブルッカイト型を経てルチル型酸化チタンへと変化する。すなわち、アモルファスからアナターゼ型またはブルッカイト型への構造変化は、比較的小さなレーザパワーで行え、アナターゼ型またはブルッカイト型からルチル型への構造変化は、上記レーザパワーよりもより大きなレーザパワーで行える。
ルチル型からアモルファス、アナターゼ型、ブルッカイト型への構造変化も可能であると考えられるが、ルチル型からアナターゼ型またはブルッカイト型へは、直接変化させることはできない。ルチル型酸化チタンを溶融（１８００℃以上）して一旦アモルファスとした後、アナターゼ型、ブルッカイト型へと構造変化させることとなるので、ルチル型をアナターゼ型またはブルッカイト型へと変化させるためには、レーザ光８にはより大きなレーザパワーのものが必要である。
記録層１は、上記構造変化に伴い大きな屈折率変化Δｎを生じる。例えば、アナターゼ型からルチル型への構造変化では、屈折率変化Δｎは０．２４である。情報記録媒体の記録層１に、例えば、アナターゼ型酸化チタンを用い、酸化チタンにレーザ光を照射して、アナターゼ型からルチル型へと構造変化させれば、この構造変化により屈折率変化を生じた微小領域（ルチル型酸化チタン）を情報ビット５とすることができるが、上記のとおり、情報ビット５（ルチル型酸化チタン）と情報ビット５が形成されていない記録層１の部分（アナターゼ型酸化チタン）との屈折率差が大きいため、良好なＳＮ比で情報を再生できる。
また、アナターゼ型またはブルッカイト型からルチル型への構造変化により形成された情報ビット５は、上記構造変化が準安定な結晶形から安定な結晶形への構造変化であるため、非常に安定で情報の長期保存性に優れている。また、比較的低パワーのレーザ光により上記構造変化が生じ、さらに、結晶形から結晶形への構造変化の速度、すなわち転位の速度は比較的速い。したがって、上記構造変化にともなう光学定数の変化を利用すれば、記録安定性に優れ、高速記録および高感度記録可能なｗｒｉｔｅ  ｏｎｃｅの情報記録媒体を実現できる。
尚、記録層１が、例えば、アモルファスと結晶形の混合物であっても、上記結晶形（アナターゼ型またはブルッカイト型）の酸化チタンを含む限り、安定、高感度、且つ高速記録が可能である。
ルチル型酸化チタンを含む情報ビット５は、上記のとおり、レーザ光８の照射により、アモルファスやアナターゼ型またはブルッカイト型への構造変化も可能であると考えられるため、Ｒｅｗｒｉｔａｂｌｅ記録可能な情報記録媒体も実現できる。
記録光を記録層１に集光すると、光パワー密度（光子密度）の高い集光部で、非線形現象が高い確率で誘起される。尚、ここでいう非線形現象とは、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、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）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、記録層１に、あたかも記録波長の半分の波長（所定の波長）の光が照射されたようになる。記録層１に含まれる酸化チタンが、上記所定の波長の光を吸収し、この光吸収により生じた熱により酸化チタンが構造変化すれば、その構造変化に伴う光学定数の変化によって情報ビット５が形成される。このような非線形現象を利用した情報の記録は、光の吸収の生じる領域を集光スポット程度の微小な領域に局在化できるので、情報ビット５を高密度に形成できる。
例えば、アナターゼ型酸化チタンまたはブルッカイト型酸化チタンの吸収端波長はいずれも０．３８８μｍであるので、記録層１がアナターゼ型またはブルッカイト型の酸化チタンを含む場合、例えば、波長が０．７６μｍ以下のパルスレーザを照射すると、２光子吸収現象を利用して情報を記録できる。
次に、本実施の形態の情報記録媒体に対する情報の再生について説明する。
アナターゼ型酸化チタンまたはブルッカイト型酸化チタンの吸収端波長はいずれも０．３８８μｍであり、ルチル型酸化チタンの吸収端波長は０．４１３μｍである。したがって、記録層１が実質的にアナターゼ型酸化チタンまたはブルッカイト型酸化チタンからなり、特に３次元方向により多くの情報ビット５（ルチル型酸化チタン）が形成された情報記録媒体に対しては、再生光として、それらの吸収端波長（０．４１３μｍ）よりも長い波長（例えば、０．６５μｍ）の光を用いる事が好ましい。複数の記録層１を通過しても光の損失が少ないからである。
再生時に、アナターゼ型酸化チタンまたはブルッカイト型酸化チタンの吸収端波長と、ルチル型酸化チタンの吸収端波長との間の波長（０．３８８μｍ〜０．４１３μｍ）の光、例えば、０．４０５μｍの半導体レーザを用いると、アナターゼ型酸化チタンおよびブルッカイト型酸化チタンは、その光に対して透明であるが、ルチル型酸化チタン（情報ビット５）については光の吸収が生じる。この点を生かせば、屈折率変化と吸収係数変化とを利用して読み出しのコントラストを高めることができる。ただし、上記波長の半導体レーザを用いた情報の再生は、３次元方向により多くの情報ビット５が形成された情報記録媒体に対しては光の吸収が生じるため適さず、記録層１の層数が比較的少ない情報記録媒体に適している。
また、０．４０５μｍを含む０．５μｍ以下の波長の光であれば、情報が高密度に記録された記録媒体、例えば、２光子吸収現象を利用して情報ビット５が高密度に形成された情報記録媒体の情報を再生できる。
次に、図２を用いて、記録層の厚さ（複数の記録層１ａ〜１ｆのうちから選ばれるいずれか１層の記録層の厚さ（図１参照））と反射率との関係について説明する。
ただし、図２に示した例では、中間層２の屈折率は１．６であり、照射した光の波長は０．６５μｍである。図２における破線は、アナターゼ型酸化チタン（未記録状態、屈折率ｎ＝２．５２）の反射率を示し、実線は、ルチル型酸化チタン（記録状態、屈折率ｎ’＝２．７６）の反射率を示している。すなわち、実線は、情報ビット５における反射率を示している（図１参照）。
図２に示すように、本実施の形態の情報記録媒体では、酸化チタンの構造変化に伴い、光学定数の一種である反射率が変化しているので、記録層１における未記録部分（アナターゼ型酸化チタン）の反射率と、記録部分（ルチル型酸化チタン）の反射率との差を利用して情報を再生できる。また、未記録部分の酸化チタン、すなわち、情報ビット５が形成されていない記録層についての反射率は、フォーカス誤差信号として、フォーカスサーボに用いることができる。
図２Ａおよび図２Ｂに示すように、記録層１における未記録部分および記録部分（情報ビット５）の反射率は、それぞれ、その厚さとの関係で周期的に変化している。記録層１における未記録部分の反射率は、厚さ（ｍ−０．５）λ／（２ｎ）において１８％と大きく、記録部分の記録層（情報ビット５）の反射率は、厚さ（ｍ−０．５）λ／（２ｎ’）において２５％と大きい。ただし、ｍは整数である。
記録層の厚さを、未記録部分（アナターゼ型酸化チタン）の反射率と記録部分（ルチル型酸化チタン）の反射率との差が大きい厚さとすれば、良好なＳＮ比で情報を再生できる点において、好ましい。例えば、記録層の層数が少ない（例えば、４〜９層の記録層を含む）の情報記録媒体では、記録層の厚さを、例えば、反射率のピークがあらわれる、λ／４ｎ〜λ／４ｎ’程度とすればよい。一方、記録層の層数が多い（例えば、１０〜５０層の記録層を含む）情報記録媒体では、記録層の厚さを上記厚さよりも薄くして、１層あたりの光の反射率を減らし、各層に入射する光の割合を近くすることが好ましい。この場合、記録層の厚さは、層数に応じて、例えば、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲で設定すればよい。
また、図２Ａに示すように、未記録部分（アナターゼ型酸化チタン）と記録部分（ルチル型酸化チタン）とでは、反射率変化の周期（周期はそれぞれλ／（２ｎ）、λ／（２ｎ’））が若干異なるため、例えば、２周期目や３周期目、すなわち、図２Ａにおける第２番目の山形曲線が描かれた厚さ領域や第３番目の山形曲線が描かれた厚さ領域では、第１番目の山形曲線の厚さ領域より、コントラストまたは変調率が大きくなる厚さ領域が存在する。したがって、記録層の厚さを、上記コントラストまたは変調率が大きくなる厚さ領域のうちから選択すれば、再生信号の品質を高めることができる。
上記コントラストまたは変調率が大きい厚さＬの領域は、２番目の山形曲線では、λ／（２ｎ）＜Ｌ＜３λ／（４ｎ’）であり、３番目の山形曲線ではλ／ｎ＜Ｌ＜５λ／（４ｎ’）である。ただし、Ｌは記録層の厚さであり、λは再生光の波長であり、ｎ’は記録層のうちの情報が記録された部分（記録部分）の屈折率であり、ｎは記録層のうちの情報が記録されていない部分（未記録部分）の屈折率である。尚、記録層の厚さが厚すぎると、膜厚の精度が悪くなるので、記録層の厚さは上記範囲内であることが望ましい。
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３Ａ〜図３Ｄを用いて説明する。
まず、基板９を用意し（図３Ａ参照）、基板９上に、例えばスピンコート等の方法を用いて、酸化チタンを含む塗料を塗布して記録層１ａを形成する（図３Ｂ参照）。さらにその上に、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３Ｃ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、記録層１ｆに塗布して保護層４を形成するか、またはフィルム形成法等を用いて記録層１ｆ上に保護層４を形成する（図３Ｄ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、か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３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。
酸化チタンを含む塗料としては、例えば、アナターゼ型酸化チタンまたはブルッカイト型酸化チタンの微粒子（平均粒径５ｎｍ〜５０ｎｍ）が水等の分散媒に分散した懸濁液を用いることができる。酸化チタンの結晶は、結晶軸をもつため、屈折率について偏光異方性があるが、酸化チタンの微粒子が分散された上記懸濁液を用いて作製された記録層１においては、結晶軸の方向がランダムとなるので、記録層における偏光異方性を抑制できる。
次に、本実施の形態の光学情報記録再生装置および情報記録再生方法について説明する。
図４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２１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、フォーカス誤差信号／トラック誤差信号検出素子１５、立ち上げミラー１２、球面収差補正素子１３、対物レンズ６が配置されている。光源２０ａは、例えば、波長０．４０５μｍ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０．７６μｍで、パルス幅が例えば１ピコ秒〜１０ナノ秒の記録用の半導体パルスレーザ光源である。
尚、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６５０ｎｍ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、本実施の形態の情報記録媒体の記録および再生を実現できる。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。
記録時においては、光源２０ｂから出射されたレーザ光２２ｂ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誤差信号／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１２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２１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が形成される。情報ビット５は、記録層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、酸化チタンの構造変化に伴う記録層１の屈折率変化や反射率変化等を利用して情報ビット５が形成される。
従来の情報記録媒体に対して情報を記録する光学情報記録再生装置においては、１パルスで１情報ビット５を形成する１パルス書きをするためには、情報の書き込み光源（記録光を出射する光源）として、パルス幅が約１００フェムト秒で、ピークパワーが約１００ｋＷの大出力パルスレーザを出力可能な光源が必要であったが、例えば、記録層が実質的にアナターゼ型酸化チタンからなる本実施の形態の情報記録媒体に対して情報を記録する、本実施の形態の光学情報記録再生装置おいては、書き込みエネルギーが１パルス当たり２５０ｐＪ〜１０ｎＪ程度であるとすれば、パルス幅が例えば１ピコ秒以上５ナノ秒以下と比較的長パルスであり、ビークパワーが、例えば２Ｗ以上３００Ｗ以下と比較的小さいパルスレーザを、記録光を出射する光源として用いることができる。このように、比較的低いピークパワーで情報を記録可能とすることにより、光源である半導体レーザの構造を簡単にできる。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。
尚、低パワーで情報を記録できる理由については明らかではないが、本実施の形態の情報記録媒体においては、２光子吸収または多光子吸収のみにより情報が記録されるのではなく、この２光子吸収または多光子吸収がきっかけで強電界によりプラズマが発生して、酸化チタンの構造変化が誘発され、記録が促進されているためと思われる。
再生時においては、光源２０ａから出射されたレーザ光２２ａ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誤差信号／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１２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２１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１２を順に通過し、回折型フォーカス誤差信号／トラック誤差信号検出素子１５によって、複数の光に分岐され（１次回折光利用。ただし、図４においては簡略化のため、回折型フォーカス誤差信号／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を通過して光検出器１９ａ〜１９ｃで検出される。
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配置してもよい。ピンホール１４ａ〜１４ｃの大きさをそれぞれ分岐光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。
尚、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１９ａ〜１９ｃ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。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、分岐光１７ｂ、１７ｃを光検出器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。
本実施の形態では、既に記録された情報ビット５を通過しない順で、記録部３内に、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からもっと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、近い記録層へと情報ビット５を形成することにより、上記順序は実現可能である。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、光源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、または凹レンズと凸レンズと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。
尚、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た図５および図６を用いて説明する。図５Ａ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記録／再生する様子を示しており、図５Ｂは、図５Ａに示す情報記録媒体の記録層の拡大図であり、図６は、本実施の形態における情報記録媒体の記録層の厚さと反射率との関係を示している。
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。図５Ａにおいて、３１ａ〜３１ｆは記録層であり、３２ａ〜３２ｅは中間層である。尚、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のうちの任意の中間層について述べるときは中間層３２とする。
実施の形態２の情報記録媒体が実施の形態１の情報記録媒体と異なるのは、図５Ｂに示すように記録層３１が、酸化チタン３１１と、酸化チタン３１１よりも屈折率の小さい低屈折率材料３１０との混合体であり、上記酸化チタン３１１が粒状であり、上記低屈折率材料３１０中に分散している点である。酸化チタン３１１と低屈折率材料３１０との混合比をかえて、記録層３１に含まれる酸化チタン３１１の含有量を制御することにより、屈折率、および記録層における記録前後の屈折率変化量を制御することができる。
また、本実施の形態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、酸化チタン３１１の平均粒子径が、入射光の波長（例えば、０．４０５μｍ）の１／４より小さい、例えば、５ｎｍ〜５０ｎｍの微粒子であることによって、量子サイズ効果や、微粒子表面の不純物準位が増えて熱変換効率が良くなる、という微粒子に特有の効果により、容易に非線形現象が引き起こされるからであると考えられる。
酸化チタン３１１の平均粒径は、入射光（記録光および再生光）の波長よりも小さいことが好ましい。これは、酸化チタン３１１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。特に、酸化チタン３１１の平均粒径を、入射光（記録光および再生光）の波長の１／４以下とすることが好ましい。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からである。さらには、酸化チタン３１１の平均粒径を、入射光（記録光および再生光）の波長の１／１０以下とすることが好ましい。より一層、散乱損失を少なくすることができるからである。
酸化チタン３１１の微粒子は、記録層において重量比で５ｗｔ％〜１００ｗｔ％未満含まれていることが好ましい。記録層３１が、例えば約１μｍ以下の薄膜である場合、記録層３１に酸化チタン３１１が５ｗｔ％以上含まれていれば、記録層３１において実用レベルの記録感度を実現できる。
低屈折率材料３１０は、記録光および再生光に対して実質的に透明な材料であれば、樹脂または無機材料のいずれであってもよい。ここで、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、例えば記録層一層あたりについて吸収率が１％以下であることが好ましく、吸収率０．１％以下であることがより好ましい。
低屈折率材料３１０として樹脂を用いる場合、中間層３２は、低屈折率材料３１０と実質的に同じ材料から形成されていることが好ましい。さらに保護層３４についても、低屈折材料３１０と実質的に同じ材料から形成されていることが好ましい。情報記録媒体の低コスト化を実現でき、また、中間層３２と記録層３１、保護層３４と記録層３１との境界面において、化学反応、例えば侵食等の問題が生じることを抑制できるからである。ここで、同じ材料とは同種類の物質という意味であって、例えば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。
また、低屈折率材料３１０として樹脂を用いる場合、その断熱効果により記録および再生の感度を高める効果が生じる。樹脂としては、例えば、ＰＭＭＡ、フォトポリマー樹脂、紫外線硬化樹脂、ポリエステル等の屈折率が１．５前後のものが使用可能である。
無機材料としては、例えば、ＳｉＯ２、ＣａＯ２、またはＭｇＦ等を用いることができる。記録層３１（未記録状態）がアナターゼ型またはブルッカイト型の酸化チタンを含む場合には、低屈折率材料３１０としてＳｉＯ２、ＣａＯ２、およびＭｇＦからなる群から選ばれる少なくとも１種の無機材料等を用いると、記録層を安定化でき好ましい。アナターゼ型またはブルッカイト型の酸化チタン３１１には光触媒作用があるため、紫外線の照射により有機材料を分解する可能性があるが、無機材料ではそのような問題が生じないからである。
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。記録層３１は、例えば、平均粒径が５ｎｍ〜５０ｎｍの酸化チタン３１１の微粒子を５０ｗｔ％と、低屈折率材料３１０を５０ｗｔ％とを含んでいてもよい。
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、記録層３１の集光部で２光子吸収等の非線形現象が誘起されて、記録層３１に含まれる酸化チタン３１１が所定の波長の光を吸収する。酸化チタン３１１が光を吸収して所定の温度に達すると、酸化チタン３１１について構造変化が生じ、その構造変化に伴う光学定数の変化によって情報ビット３５が形成される。
尚、低屈折率材料３１０については、例えば、低屈折率材料３１０が融点が高いＳｉＯ２等である場合、記録光を受けても変化しにくいが、低屈折率材料３１０が樹脂である場合、樹脂は熱により変形しやすいため、記録光を受けて熱変形し、酸化チタンと相俟って情報ビット３５を形成する。
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の場合と同様に、書き込みエネルギーが１パルス当たり２５０ｐＪ〜１０ｎＪ程度であるとすれば、ピークパワーが例えば２Ｗ以上３００Ｗ以下程度、パルス幅が例えば１ピコ秒以上５ナノ秒以下であることが好ましい。
次に、図６を用いて、記録層３１の厚さ（複数の記録層３１ａ〜３１ｆのうちから選ばれるいずれか１層の記録層の厚さ（図５Ａ参照））と反射率との関係について説明する。ただし、図６に示した例では、中間層３２の屈折率は１．６であり、照射した光の波長は０．６５μｍである。図６における破線は、アナターゼ型酸化チタン５０ｗｔ％と低屈折率材料（ＳｉＯ２）５０ｗｔ％とを含む記録層３１の未記録部分（屈折率ｎ＝２．０６）の反射率を示し、実線は、記録部分（屈折率ｎ’＝２．１６、アナターゼ型酸化チタンが全てルチル型酸化チタンに変化していれば、記録部分は、ルチル型酸化チタン５０ｗｔ％と低屈折率材料（ＳｉＯ２）を５０ｗｔ％含む）の反射率を示している。すなわち、実線は、情報ビット５における反射率を示している（図５参照）。
図６に示すように、未記録部分については６％、記録部分については８％の反射率を得ることができる。記録層における低屈折材料の重量比を増やせば屈折率が小さくなるため、反射率のピーク値も小さくなる。例えば、記録層の層数が比較的少ない（例えば、４〜９層の記録層を含む）情報記録媒体では、低屈折率材料３１０の重量比を少なくして、反射率を高くする方が、再生信号の品質が良くなるが、記録層の層数が多い（例えば、１０〜５０層の記録層を含む）情報記録媒体では、低屈折率材料３１０の重量比を増やして、１層当たりの光の損失を減らす方が好ましい。
本実施の形態の情報記録媒体の製造方法も、実施の形態１の場合と同様に、材料を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。酸化チタン３１１の微粒子と低屈折材料３１０を含む記録層３１についても、例えば、平均粒径が５ｎｍ〜５０ｎｍの酸化チタン３１１の微粒子と低屈折材料３１０とが例えば、水や、トルエンまたはイソプロピルアルコール等に分散された懸濁液（塗料）を塗布して形成すればよい（図５参照）。
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４に示した光学情報記録再生装置を用いることができ、記録再生方法についても、実施の形態１の場合と同様である。
（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７を用いて説明する。図７Ａ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記録／再生する様子を示し、図７Ｂは、図７Ａに示す情報記録媒体の記録層を示している。
図７Ａに示すように、本実施の形態の情報記録媒体は、基板４９上に記録部４１および保護層４４が形成されている。本実施の形態の情報記録媒体が実施の形態１および２の情報記録媒体と異なるのは、記録部４１の全体が記録層として機能している点である。記録層（記録部４１）内のほぼ同一平面上に情報ビット４５を記録し、このような記録面（４１ａ〜４１ｆ）を記録層（記録部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。
本実施の形態の情報記録媒体は、図７Ｂに示すように、記録層４１は、低屈折率材料４１０に酸化チタン４１１の微粒子が分散された構造をしている。酸化チタン４１１の微粒子は、実施の形態２で説明した情報記録媒体の記録層３１に含まれる酸化チタン３１１の微粒子と同様の性質および機能を有している。ただし、本実施の形態の情報記録媒体では、酸化チタン４１１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％で散乱損失を抑えて光利用効率を高めることができるからである。低屈折率材料４１０は、実施の形態２の情報記録媒体の記録層３１に含まれる低屈折率材料３１０と同様の性質および機能を有し、同様の材料を用いることができる。基板４９と保護層４４とを記録層４１に含まれる低屈折率材料４１０と同じ材料にて形成する場合には、材料管理が容易であり、低コストで製造できる。また、保護層４４と記録層（記録部４１）との境界面において、化学反応、例えば侵食等の問題が生じることを抑制できる。
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の場合と同様に、書き込みエネルギーが１パルス当たり２５０ｐＪ〜１０ｎＪ程度であるとすれば、ピークパワーが例えば２Ｗ以上３００Ｗ以下程度、パルス幅が例えば１ピコ秒以上５ナノ秒以下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、実施の形態２の場合と同様に、酸化チタン４１１の微粒子と低屈折率材料４１０とを含む塗料を基板４９上に塗布することにより形成する方法や、記録層４１（記録部）を射出成形により一度に形成する方法がある。これらの方法によれば、容易に、且つ低コストで情報記録媒体を作製できる。
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４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もできる。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、追加型以外に書き換え型も含まれる。
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。
尚、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づけたものであり、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０．２μｍ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０．０１μｍ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形成して記録部３を形成し（記録層１ａ〜１ｆ、中間層２ａ〜２ｅ）、さらに厚さ７５μｍ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、実質的にアナターゼ型酸化チタンからなり、中間層２ａ〜２ｅは、紫外線硬化樹脂からなる。
図８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６５０ｎｍ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見られた。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３００Ｗ以下に抑えることができた。パルス幅を５ナノ秒としたときには、ピークパワー閾値２Ｗで情報ビットを形成できた。
一方、１ビットの記録に必要なエネルギー閾値は、１ピコ秒〜１０ピコ秒のレーザ光に対して最も低く２５０ｎＪであり、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５ナノ秒以下とすることにより、エネルギー閾値を１０ｎＪ以下に抑えることができた。
【産業上の利用の可能性】
本発明の光情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できる。したがって、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１】
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【図４】
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【図６】
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2004036569.tif 000009
【図８】
2004036569.tif 000010
【図９】
2004036569.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成16年10月12日(2004.10.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、記録層を少なくとも１層含み、
前記記録層は、酸化チタンを含むことを特徴とする情報記録媒体。
【請求項２】
前記酸化チタンは、アモルファスおよび結晶形のうちの少なくとも一種であり、前記結晶形は、アナターゼ型、ブルッカイト型、およびルチル型からなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１に記載の情報記録媒体。
【請求項３】
前記酸化チタンは、アナターゼ型およびブルッカイト型からなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１に記載の情報記録媒体。
【請求項４】
前記記録層は、実質的に酸化チタンからなる請求項１に記載の情報記録媒体。
【請求項５】
前記記録層は、前記酸化チタンと、前記酸化チタンよりも屈折率の小さい低屈折率材料とを含む請求項１に記載の情報記録媒体。
【請求項６】
前記記録層は、前記酸化チタンを５ｗｔ％以上１００ｗｔ％未満含む請求項５に記載の情報記録媒体。
【請求項７】
前記酸化チタンは粒状であり、前記酸化チタンの平均粒径は、記録光の波長および再生光の波長よりも短い請求項５に記載の情報記録媒体。
【請求項８】
前記酸化チタンの平均粒径は、前記記録光の波長および前記再生光の波長の１／４よりも短い請求項７に記載の情報記録媒体。
【請求項９】
前記低屈折率材料は、樹脂である請求項５に記載の情報記録媒体。
【請求項１０】
前記低屈折率材料は、無機材料である請求項５に記載の情報記録媒体。
【請求項１１】
前記記録層を複数含み、前記記録部は、記録光および再生光に対して実質的に透明な複数の中間層をさらに含み、前記記録層と前記中間層とが交互に積層された請求項１に記載の情報記録媒体。
【請求項１２】
記録光および再生光に対して実質的に透明な保護層をさらに含み、前記保護層が前記記録部の光の入射側に配置された請求項１に記載の情報記録媒体。
【請求項１３】
記録光および再生光に対して実質的に透明な保護層をさらに含み、前記保護層は、前記記録部の光の入射側に配置されており、前記低屈折率材料と同じ材料からなる請求項５に記載の情報記録媒体。
【請求項１４】
前記記録層は、前記酸化チタンと、前記酸化チタンよりも屈折率の小さい低屈折率材料とを含み、前記中間層は、前記低屈折率材料と同じ材料からなる請求項１１に記載の情報記録媒体。
【請求項１５】
前記記録層の一部に情報が記録され、前記情報を再生する再生光の波長をλとし、前記記録層のうちの前記情報が記録された部分の屈折率をｎ'とし、前記記録層のうちの前記情報が記録されていない部分の屈折率をｎとしたとき、前記記録層の厚さＬは、λ／（２ｎ）＜Ｌ＜３λ／（４ｎ'）、またはλ／ｎ＜Ｌ＜５λ／（４ｎ'）の関係を満たす請求項１に記載の情報記録媒体。
【請求項１６】
３次元的な情報の記録が可能な記録部を含み、前記記録部が記録層を少なくとも１層含み、前記記録層が酸化チタンを含む情報記録媒体の製造方法であって、
酸化チタンを含む塗料を塗布することにより前記記録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。
【請求項１７】
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、
前記記録層を形成する工程と前記中間層を形成する工程とを、所定の順序で、且つ所定の数だけ交互に繰り返す請求項１６に記載の情報記録媒体の製造方法。
【請求項１８】
３次元的な情報の記録が可能な記録部を含み、前記記録部が記録層を少なくとも１層含み、前記記録層が酸化チタンを含む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、
前記記録光を出射する光源および前記再生光を出射する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、
前記酸化チタンの構造変化により生じる前記酸化チタンの光学定数の変化を利用して前記記録部に情報を記録し、前記酸化チタンの光学定数の変化を利用して前記情報を再生することを特徴とする光学情報記録再生装置。
【請求項１９】
前記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１ピコ秒以上５ナノ秒以下である請求項１８に記載の光学情報記録再生装置。
【請求項２０】
前記記録光を出射する光源のピークパワーが、２Ｗ以上３００Ｗ以下である請求項１８に記載の光学情報記録再生装置。
【請求項２１】
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形成する請求項１８に記載の光学情報記録再生装置。
【請求項２２】
前記非線形現象が、２光子吸収または多光子吸収を含む請求項２１に記載の光学情報記録再生装置。
【請求項２３】
前記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項１８に記載の光学情報記録再生装置。
【請求項２４】
前記記録部内の対物レンズからより離れた位置から近い位置に向って、順に、情報ビットを記録する請求項２３に記載の光学情報記録再生装置。
【請求項２５】
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項１８に記載の光学情報記録再生装置。
【請求項２６】
前記再生光を出射する光源の波長が、０．３８８μｍ〜０．４１３μｍである請求項１８に記載の光学情報記録再生装置。
【請求項２７】
前記酸化チタンの構造変化は、アナターゼ型またはブッルカイト型からルチル型への変化である請求項１８に記載の光学情報記録再生装置。
【請求項２８】
前記酸化チタンの構造変化は、アモルファスからアナターゼ型、ブッルカイト型またはルチル型への変化である請求項１８に記載の光学情報記録再生装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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関する。
【背景技術】
【０００２】
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９に示す記録媒体があった（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ーウレア共重合体を用いた記録層１０１ａ〜１０１ｄと、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）膜とポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）膜とからなる中間層１０２ａ〜１０２ｃとを交互に積層したものである。
【０００３】
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に情報を記録できる。
【０００４】
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が書き込まれる。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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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回書きをする場合、光源として、ピークパワーが非常に大きい（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。ピークパワーがそれより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（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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、前記記録部が記録層を少なくとも１層含み、前記記録層が酸化チタンを含むことを特徴とする。
【０００７】
本発明の情報記録媒体の製造方法は、３次元的な情報の記録が可能な記録部を含み、前記記録部が記録層を少なくとも１層含み、前記記録層が酸化チタンを含む情報記録媒体の製造方法であって、酸化チタンを含む塗料を塗布することにより前記記録層を形成する工程を含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明の光学情報記録再生装置は、３次元的な情報の記録が可能な記録部を含み、前記記録部が記録層を少なくとも１層含み、前記記録層が酸化チタンを含む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、前記記録光を出射する光源および前記再生光を出射する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、前記酸化チタンの構造変化により生じる前記酸化チタンの光学定数の変化を利用して前記記録部に情報を記録し、前記酸化チタンの光学定数の変化を利用して前記情報を再生することを特徴とする光学情報記録再生装置。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本実施の形態の情報記録媒体は、記録層が所定の光を吸収して構造変化する酸化チタン（ＴｉＯ2）を含んでいるので、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できる。したがって、本実施の形態によれば、高感度で高速記録が可能な情報記録媒体を提供できる。
【００１０】
本実施の形態の情報記録媒体において、酸化チタンは、アモルファスおよび結晶形のうちの少なくとも一種であってもよいし、上記結晶形は、アナターゼ型、ブルッカイト型、およびルチル型からなる群から選ばれる少なくとも１種であってもよい。特に、酸化チタンは、安定、高感度、且つ高速で、ルチル型への構造変化が可能な、アナターゼ型およびブルッカイト型からなる群から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
【００１１】
本実施の形態の情報記録媒体において、記録層は、実質的に酸化チタン（ＴｉＯ2）からなることが好ましい。記録層が実質的に酸化チタンのみから形成されていると、例えば、記録層が酸化チタンと酸化チタンよりも屈折率の小さい低屈折率材料（樹脂、無機材料等）とを含む後述の情報記録媒体よりも、反射率が高く、読み出し光量が大きいため、再生信号の品質が良い。尚、本明細書において、記録層が実質的に酸化チタンからなるとは、記録層が、記録層の形成時に意図せずに混入した不純物質を除いて酸化チタンのみから形成されていることを意味する。具体的には、例えば記録層に、酸化チタンが９０ｗｔ％以上含まれていることが好ましい。
【００１２】
本実施の形態の情報記録媒体において、記録層は、酸化チタンと、酸化チタンよりも屈折率の小さい低屈折率材料とを含んでいることが好ましい。記録層に含まれる酸化チタンの含有量を制御することにより、反射率を所望の値へと小さくできるからである。反射率を所望の値へと小さくできれば、記録層の層数が多い（例えば、１０〜５０層の記録層を含む）情報記録媒体において、１層当たりの光の損失を減らして、各記録層へ入る光の量を互いに近づけることができる。
【００１３】
本実施の形態の情報記録媒体において、記録層は、酸化チタンを５ｗｔ％以上１００ｗｔ％未満含んでいることが好ましい。記録層における酸化チタンの含有量を５ｗｔ％以上とすることで、記録感度を実用レベルにまで向上させることができるからである。
【００１４】
酸化チタンは粒状であり、酸化チタンの平均粒径は、記録光の波長および再生光の波長よりも短いことが好ましい。酸化チタン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できるからである。さらに、酸化チタンの平均粒径は、記録光の波長および再生光の波長の１／４よりも短いことが好ましい。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からである。尚、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の波長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が、このように、微粒子が凝集している場合でも、上記みかけの粒径は、記録光の波長および再生光の波長よりも短いことが好ましい。
【００１５】
本発明の情報記録媒体において、低屈折率材料が樹脂である場合、記録層の形成が容易であり、樹脂の断熱効果により記録および再生の感度を高めることができる点において好ましい。低屈折率材料が無機材料である場合、記録層の安定性が高まり好ましい。アナターゼ型またはブルッカイト型の酸化チタンには光触媒作用があるため、紫外線の照射により有機材料を分解する可能性があるが、無機材料にはそのような問題が無いからである。
【００１６】
また、本実施の形態の情報記録媒体は、記録層を複数含み、記録部は、記録光および再生光に対して実質的に透明な複数の中間層をさらに含み、記録層と中間層とが交互に積層されており、多層構造を実現している。
【００１７】
また、本実施の形態の情報記録媒体は、記録光および再生光に対して実質的に透明な保護層をさらに含み、保護層が記録部の光の入射側に配置さ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ことができるからである。
【００１８】
また、本実施の形態の情報記録媒体は、記録光および再生光に対して実質的に透明な保護層をさらに含み、保護層は、記録部の光の入射側に配置され、記録層に含まれる低屈折率材料と同じ材料からなることが好ましい。また、記録層が、酸化チタンと、酸化チタンよりも屈折率の小さい低屈折率材料とを含む場合、中間層は、上記低屈折率材料と同じ材料からなることが好ましい。中間層や保護層を、記録層に含まれる低屈折率材料と同じ材料から形成すれば、例えば、侵食等の化学反応による問題が生じることがなく、中間層と記録層、保護層と記録層について良好な境界面を形成できるからである。また、情報記録媒体の低コスト化も実現できるからである。ここで、同じ材料とは同種類の物質という意味であって、例えば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。
【００１９】
本実施の形態の情報記録媒体においては、記録層の一部に情報が記録され、記録された情報を再生する光の波長をλとし、記録層のうちの上記情報が記録された部分の屈折率をｎ'とし、記録層のうちの上記情報が記録されていない部分の屈折率をｎとしたとき、記録層の厚さＬは、λ／（２ｎ）＜Ｌ＜３λ／（４ｎ'）、またはλ／ｎ＜Ｌ＜５λ／（４ｎ'）の関係を満たしていることが好ましい。記録層の厚さＬが、上記関係を満たしていると、反射率のコントラストまたは変調率が大きく、再生信号の品質が向上するからである。
【００２０】
本実施の形態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できる。
【００２１】
本実施の形態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、記録層を形成する工程と中間層を形成する工程とを、所定の順序で、か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、記録層と中間層とを複数備えた多層構造の情報記録媒体を、容易に、且つ低コストで作製できる。
【００２２】
本実施の形態の光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情報の記録および再生を行うことができる。
【００２３】
本実施の形態の光情報記録再生装置において、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１ピコ秒以上５ナノ秒以下であることが好ましい。また、記録光を出射する光源のピークパワーが、２Ｗ以上３００Ｗ以下であることが好ましい。本実施の形態の情報記録媒体に対して１パルスで１つの情報ビットを形成できるからである。
【００２４】
本実施の形態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情報記録媒体の記録部に情報ビットを形成することが好ましく、非線形現象は、２光子吸収または多光子吸収を含むことが好ましい。
【００２５】
本実施の形態の光情報記録再生装置においては、前記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、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、記録部内の対物レンズからより離れた位置から近い位置に向って、順に、情報ビットを形成することが好ましい。このような順序で情報ビットを形成することにより、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。
【００２６】
本実施の形態の光学情報記録再生装置において、記録光を出射する光源と、再生光を出射する光源とが共通であることが好ましい。光源が一つとなり光学情報記録再生装置の構成をより簡単にできるからである。
【００２７】
本実施の形態の光学情報記録再生装置において、再生光を出射する光源の波長は０．３８８μｍ〜０．４１３μｍであることが好ましい。
【００２８】
本実施の形態の光学情報記録再生装置を用いて情報記録媒体へ情報を記録する際に利用する酸化チタンの構造変化は、アナターゼ型またはブッルカイト型からルチル型への変化であることが好ましい。アモルファスからアナターゼ型、ブッルカイト型またはルチル型への変化であってもよい。
【００２９】
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。
【００３０】
（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１〜図４を用いて説明する。
【００３１】
図１は、本実施の形態の情報記録媒体の断面構成および情報を記録および再生する様子を示している。図２Ａおよび図２Ｂは、本実施の形態の情報記録媒体の記録層の膜厚と反射率との関係を示している。図３は、本実施の形態の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４は本実施の形態の光学情報記録再生装置の光ヘッドの概略構成を示している。
【００３２】
図１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は、複数の記録層１ａ〜１ｆと複数の中間層２ａ〜２ｅとを含み、記録層と中間層とが交互に積層されている。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がこの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、厚さ方向への情報の記録が可能である。尚、以下、記録層１ａ〜１ｆのうちの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のうちの任意の中間層について述べるときは中間層２とする。
【００３３】
図１に示すように、本実施の形態の情報記録媒体は、情報の記録時および再生時には、保護層４が光の入射側となる。記録時には、レーザ光を対物レンズ６により記録層１ａ〜１ｆのいずれかに集光して（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６により所望の記録層１ａ〜１ｆに集光し（収束光７）、情報ビット５によって反射された光を利用して情報を再生する。
【００３４】
本実施の形態の情報記録媒体は、記録層１が酸化チタン（ＴｉＯ2）を含んでいることを特徴としている。本発明者らは、比較的低パワーのレーザ光を照射することにより酸化チタンが構造変化することを見出し、その構造変化に伴う光学定数の変化を利用して情報が記録および再生される情報記録媒体を得た。
【００３５】
本実施の形態の情報記録媒体では、記録層１が実質的に酸化チタン（ＴｉＯ2）のみから形成されているため、例えば、記録層が酸化チタンと酸化チタンよりも屈折率の小さい低屈折率材料（樹脂、無機材料等）とを用いて形成された後述の情報記録媒体（実施の形態２）よりも、入射光の散乱損失または回折損失が少なく反射率が高い。すなわち、本実施の形態の情報記録媒体は、読み出し光量が大きく（光利用効率が高く）、再生信号の品質が良い点において実施の形態２よりも優れている。
【００３６】
尚、本明細書において、記録層が実質的に酸化チタンからなるとは、記録層が、記録層の形成時に意図せずに混入した不純物質を除いて酸化チタンのみから形成されていることを意味する。具体的には、例えば記録層に、酸化チタンが９０ｗｔ％以上含まれていることが好ましい。
【００３７】
酸化チタンは、アモルファスおよび結晶形のうちの少なくとも一種であり、前記結晶形は、アナターゼ型、ブルッカイト型、およびルチル型からなる群から選ばれる少なくとも１種であってもよい。
【００３８】
基板９は、例えば、ポリカーボネート、ＰＭＭＡ、ノルボルネン系樹脂（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。
【００３９】
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、その材料について特に制限はないが、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にて形成できる。
【００４０】
保護層４についても、記録光および再生光に対して実質的に透明であれば材料について特に制限はないが、例えば、ポリカーボネート、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にて形成できる。保護層４を設けることで、記録部３を傷やほこり等から防ぐことができる。
【００４１】
尚、上記中間層２および保護層４について、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しないで透過させることをいう。具体的には、例えば記録層一層あたりについて吸収率が１％以下であることが好ましく、０．１％以下であることがより好ましい。
【００４２】
保護層４は、中間層２と実質的に同じ材料から形成されていることが好ましい。同じ材料を選択することによって、情報記録媒体の低コスト化を実現できるからである。尚、ここで、同じ材料とは、同種類の物質という意味であって、例えば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。
【００４３】
本実施の形態の情報記録媒体では、基板９の厚さは、例えば１．１ｍｍであり、記録層１ａ〜１ｆの厚さは、それぞれが例えば１μｍ以下であり、中間層２ａ〜２ｅの厚さは、それぞれが例えば３μｍ〜５μｍ程度であり、保護層４の厚さは、例えば１００μｍ程度である。記録層１には、全ての層またはいずれかの層にトラックサーボ用のトラック溝が形成されている。
【００４４】
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。
【００４５】
記録層１に、記録層１に含まれる酸化チタンの吸収端波長（光の吸収が生じ始める波長）より短い波長の光を照射すると、酸化チタンが光を吸収する。この光吸収により生じた熱により記録層が所定の温度に達すると、酸化チタンが構造変化し、その構造変化に伴う光学定数の変化により、記録層１に情報ビット５が形成される。
【００４６】
例えば、アナターゼ型酸化チタン（屈折率ｎ＝２．５２）は、レーザ光を受けて凡そ７００℃に到達すると、ルチル型酸化チタン（屈折率ｎ＝２．７６）へと変化する。ブルッカイト型酸化チタン（屈折率ｎ＝２．６５）では凡そ７００℃に到達するとルチル型酸化チタン（屈折率ｎ＝２．７６）へと変化する。アモルファスの酸化チタンでは凡そ３００℃に到達すると、アナターゼ型酸化チタンまたはブルッカイト型酸化チタンへと変化し、凡そ７００℃にまで達すると、アナターゼ型またはブルッカイト型を経てルチル型酸化チタンへと変化する。すなわち、アモルファスからアナターゼ型またはブルッカイト型への構造変化は、比較的小さなレーザパワーで行え、アナターゼ型またはブルッカイト型からルチル型への構造変化は、上記レーザパワーよりもより大きなレーザパワーで行える。
【００４７】
ルチル型からアモルファス、アナターゼ型、ブルッカイト型への構造変化も可能であると考えられるが、ルチル型からアナターゼ型またはブルッカイト型へは、直接変化させることはできない。ルチル型酸化チタンを溶融（１８００℃以上）して一旦アモルファスとした後、アナターゼ型、ブルッカイト型へと構造変化させることとなるので、ルチル型をアナターゼ型またはブルッカイト型へと変化させるためには、レーザ光８にはより大きなレーザパワーのものが必要である。
【００４８】
記録層１は、上記構造変化に伴い大きな屈折率変化Δｎを生じる。例えば、アナターゼ型からルチル型への構造変化では、屈折率変化Δｎは０．２４である。情報記録媒体の記録層１に、例えば、アナターゼ型酸化チタンを用い、酸化チタンにレーザ光を照射して、アナターゼ型からルチル型へと構造変化させれば、この構造変化により屈折率変化を生じた微小領域（ルチル型酸化チタン）を情報ビット５とすることができるが、上記のとおり、情報ビット５（ルチル型酸化チタン）と情報ビット５が形成されていない記録層１の部分（アナターゼ型酸化チタン）との屈折率差が大きいため、良好なＳＮ比で情報を再生できる。
【００４９】
また、アナターゼ型またはブルッカイト型からルチル型への構造変化により形成された情報ビット５は、上記構造変化が準安定な結晶形から安定な結晶形への構造変化であるため、非常に安定で情報の長期保存性に優れている。また、比較的低パワーのレーザ光により上記構造変化が生じ、さらに、結晶形から結晶形への構造変化の速度、すなわち転位の速度は比較的速い。したがって、上記構造変化にともなう光学定数の変化を利用すれば、記録安定性に優れ、高速記録および高感度記録可能なｗｒｉｔｅ  ｏｎｃｅの情報記録媒体を実現できる。
【００５０】
尚、記録層１が、例えば、アモルファスと結晶形の混合物であっても、上記結晶形（アナターゼ型またはブルッカイト型）の酸化チタンを含む限り、安定、高感度、且つ高速記録が可能である。
【００５１】
ルチル型酸化チタンを含む情報ビット５は、上記のとおり、レーザ光８の照射により、アモルファスやアナターゼ型またはブルッカイト型への構造変化も可能であると考えられるため、Ｒｅｗｒｉｔａｂｌｅ記録可能な情報記録媒体も実現できる。
【００５２】
記録光を記録層１に集光すると、光パワー密度（光子密度）の高い集光部で、非線形現象が高い確率で誘起される。尚、ここでいう非線形現象とは、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、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）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、記録層１に、あたかも記録波長の半分の波長（所定の波長）の光が照射されたようになる。記録層１に含まれる酸化チタンが、上記所定の波長の光を吸収し、この光吸収により生じた熱により酸化チタンが構造変化すれば、その構造変化に伴う光学定数の変化によって情報ビット５が形成される。このような非線形現象を利用した情報の記録は、光の吸収の生じる領域を集光スポット程度の微小な領域に局在化できるので、情報ビット５を高密度に形成できる。
【００５３】
例えば、アナターゼ型酸化チタンまたはブルッカイト型酸化チタンの吸収端波長はいずれも０．３８８μｍであるので、記録層１がアナターゼ型またはブルッカイト型の酸化チタンを含む場合、例えば、波長が０．７６μｍ以下のパルスレーザを照射すると、２光子吸収現象を利用して情報を記録できる。
【００５４】
次に、本実施の形態の情報記録媒体に対する情報の再生について説明する。
【００５５】
アナターゼ型酸化チタンまたはブルッカイト型酸化チタンの吸収端波長はいずれも０．３８８μｍであり、ルチル型酸化チタンの吸収端波長は０．４１３μｍである。したがって、記録層１が実質的にアナターゼ型酸化チタンまたはブルッカイト型酸化チタンからなり、特に３次元方向により多くの情報ビット５（ルチル型酸化チタン）が形成された情報記録媒体に対しては、再生光として、それらの吸収端波長（０．４１３μｍ）よりも長い波長（例えば、０．６５μｍ）の光を用いる事が好ましい。複数の記録層１を通過しても光の損失が少ないからである。
【００５６】
再生時に、アナターゼ型酸化チタンまたはブルッカイト型酸化チタンの吸収端波長と、ルチル型酸化チタンの吸収端波長との間の波長（０．３８８μｍ〜０．４１３μｍ）の光、例えば、０．４０５μｍの半導体レーザを用いると、アナターゼ型酸化チタンおよびブルッカイト型酸化チタンは、その光に対して透明であるが、ルチル型酸化チタン（情報ビット５）については光の吸収が生じる。この点を生かせば、屈折率変化と吸収係数変化とを利用して読み出しのコントラストを高めることができる。ただし、上記波長の半導体レーザを用いた情報の再生は、３次元方向により多くの情報ビット５が形成された情報記録媒体に対しては光の吸収が生じるため適さず、記録層１の層数が比較的少ない情報記録媒体に適している。
【００５７】
また、０．４０５μｍを含む０．５μｍ以下の波長の光であれば、情報が高密度に記録された記録媒体、例えば、２光子吸収現象を利用して情報ビット５が高密度に形成された情報記録媒体の情報を再生できる。
【００５８】
次に、図２を用いて、記録層の厚さ（複数の記録層１ａ〜１ｆのうちから選ばれるいずれか１層の記録層の厚さ（図１参照））と反射率との関係について説明する。
【００５９】
ただし、図２に示した例では、中間層２の屈折率は１．６であり、照射した光の波長は０．６５μｍである。図２における破線は、アナターゼ型酸化チタン（未記録状態、屈折率ｎ＝２．５２）の反射率を示し、実線は、ルチル型酸化チタン（記録状態、屈折率ｎ'＝２．７６）の反射率を示している。すなわち、実線は、情報ビット５における反射率を示している（図１参照）。
【００６０】
図２に示すように、本実施の形態の情報記録媒体では、酸化チタンの構造変化に伴い、光学定数の一種である反射率が変化しているので、記録層１における未記録部分（アナターゼ型酸化チタン）の反射率と、記録部分（ルチル型酸化チタン）の反射率との差を利用して情報を再生できる。また、未記録部分の酸化チタン、すなわち、情報ビット５が形成されていない記録層についての反射率は、フォーカス誤差信号として、フォーカスサーボに用いることができる。
【００６１】
図２Ａおよび図２Ｂに示すように、記録層１における未記録部分および記録部分（情報ビット５）の反射率は、それぞれ、その厚さとの関係で周期的に変化している。記録層１における未記録部分の反射率は、厚さ（ｍ−０．５）λ／（２ｎ）において１８％と大きく、記録部分の記録層（情報ビット５）の反射率は、厚さ（ｍ−０．５）λ／（２ｎ'）において２５％と大きい。ただし、ｍは整数である。
【００６２】
記録層の厚さを、未記録部分（アナターゼ型酸化チタン）の反射率と記録部分（ルチル型酸化チタン）の反射率との差が大きい厚さとすれば、良好なＳＮ比で情報を再生できる点において、好ましい。例えば、記録層の層数が少ない（例えば、４〜９層の記録層を含む）の情報記録媒体では、記録層の厚さを、例えば、反射率のピークがあらわれる、λ／４ｎ〜λ／４ｎ'程度とすればよい。一方、記録層の層数が多い（例えば、１０〜５０層の記録層を含む）情報記録媒体では、記録層の厚さを上記厚さよりも薄くして、１層あたりの光の反射率を減らし、各層に入射する光の割合を近くすることが好ましい。この場合、記録層の厚さは、層数に応じて、例えば、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲で設定すればよい。
【００６３】
また、図２Ａに示すように、未記録部分（アナターゼ型酸化チタン）と記録部分（ルチル型酸化チタン）とでは、反射率変化の周期（周期はそれぞれλ／（２ｎ）、λ／（２ｎ'））が若干異なるため、例えば、２周期目や３周期目、すなわち、図２Ａにおける第２番目の山形曲線が描かれた厚さ領域や第３番目の山形曲線が描かれた厚さ領域では、第１番目の山形曲線の厚さ領域より、コントラストまたは変調率が大きくなる厚さ領域が存在する。したがって、記録層の厚さを、上記コントラストまたは変調率が大きくなる厚さ領域のうちから選択すれば、再生信号の品質を高めることができる。
【００６４】
上記コントラストまたは変調率が大きい厚さＬの領域は、２番目の山形曲線では、λ／（２ｎ）＜Ｌ＜３λ／（４ｎ'）であり、３番目の山形曲線ではλ／ｎ＜Ｌ＜５λ／（４ｎ'）である。ただし、Ｌは記録層の厚さであり、λは再生光の波長であり、ｎ'は記録層のうちの情報が記録された部分（記録部分）の屈折率であり、ｎは記録層のうちの情報が記録されていない部分（未記録部分）の屈折率である。尚、記録層の厚さが厚すぎると、膜厚の精度が悪くなるので、記録層の厚さは上記範囲内であることが望ましい。
【００６５】
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３Ａ〜図３Ｄを用いて説明する。
【００６６】
まず、基板９を用意し（図３Ａ参照）、基板９上に、例えばスピンコート等の方法を用いて、酸化チタンを含む塗料を塗布して記録層１ａを形成する（図３Ｂ参照）。さらにその上に、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３Ｃ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、記録層１ｆに塗布して保護層４を形成するか、またはフィルム形成法等を用いて記録層１ｆ上に保護層４を形成する（図３Ｄ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、か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。
【００６７】
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３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。
【００６８】
酸化チタンを含む塗料としては、例えば、アナターゼ型酸化チタンまたはブルッカイト型酸化チタンの微粒子（平均粒径５ｎｍ〜５０ｎｍ）が水等の分散媒に分散した懸濁液を用いることができる。酸化チタンの結晶は、結晶軸をもつため、屈折率について偏光異方性があるが、酸化チタンの微粒子が分散された上記懸濁液を用いて作製された記録層１においては、結晶軸の方向がランダムとなるので、記録層における偏光異方性を抑制できる。
【００６９】
次に、本実施の形態の光学情報記録再生装置および情報記録再生方法について説明する。
【００７０】
図４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２１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、フォーカス誤差信号／トラック誤差信号検出素子１５、立ち上げミラー１２、球面収差補正素子１３、対物レンズ６が配置されている。光源２０ａは、例えば、波長０．４０５μｍ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０．７６μｍで、パルス幅が例えば１ピコ秒〜１０ナノ秒の記録用の半導体パルスレーザ光源である。
【００７１】
尚、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６５０ｎｍ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、本実施の形態の情報記録媒体の記録および再生を実現できる。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。
【００７２】
記録時においては、光源２０ｂから出射されたレーザ光２２ｂ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誤差信号／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１２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２１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が形成される。情報ビット５は、記録層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、酸化チタンの構造変化に伴う記録層１の屈折率変化や反射率変化等を利用して情報ビット５が形成される。
【００７３】
従来の情報記録媒体に対して情報を記録する光学情報記録再生装置においては、１パルスで１情報ビット５を形成する１パルス書きをするためには、情報の書き込み光源（記録光を出射する光源）として、パルス幅が約１００フェムト秒で、ピークパワーが約１００ｋＷの大出力パルスレーザを出力可能な光源が必要であったが、例えば、記録層が実質的にアナターゼ型酸化チタンからなる本実施の形態の情報記録媒体に対して情報を記録する、本実施の形態の光学情報記録再生装置おいては、書き込みエネルギーが１パルス当たり２５０ｐＪ〜１０ｎＪ程度であるとすれば、パルス幅が例えば１ピコ秒以上５ナノ秒以下と比較的長パルスであり、ビークパワーが、例えば２Ｗ以上３００Ｗ以下と比較的小さいパルスレーザを、記録光を出射する光源として用いることができる。このように、比較的低いピークパワーで情報を記録可能とすることにより、光源である半導体レーザの構造を簡単にできる。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。
【００７４】
尚、低パワーで情報を記録できる理由については明らかではないが、本実施の形態の情報記録媒体においては、２光子吸収または多光子吸収のみにより情報が記録されるのではなく、この２光子吸収または多光子吸収がきっかけで強電界によりプラズマが発生して、酸化チタンの構造変化が誘発され、記録が促進されているためと思われる。
【００７５】
再生時においては、光源２０ａから出射されたレーザ光２２ａ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誤差信号／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１２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２１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１２を順に通過し、回折型フォーカス誤差信号／トラック誤差信号検出素子１５によって、複数の光に分岐され（１次回折光利用。ただし、図４においては簡略化のため、回折型フォーカス誤差信号／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を通過して光検出器１９ａ〜１９ｃで検出される。
【００７６】
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配置してもよい。ピンホール１４ａ〜１４ｃの大きさをそれぞれ分岐光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。
【００７７】
尚、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１９ａ〜１９ｃ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。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。
【００７８】
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。
【００７９】
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、分岐光１７ｂ、１７ｃを光検出器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。
【００８０】
本実施の形態では、既に記録された情報ビット５を通過しない順で、記録部３内に、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からもっと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、近い記録層へと情報ビット５を形成することにより、上記順序は実現可能である。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、光源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、または凹レンズと凸レンズと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。
【００８１】
尚、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。
【００８２】
（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５および図６を用いて説明する。図５Ａ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記録／再生する様子を示しており、図５Ｂは、図５Ａに示す情報記録媒体の記録層の拡大図であり、図６は、本実施の形態における情報記録媒体の記録層の厚さと反射率との関係を示している。
【００８３】
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。図５Ａにおいて、３１ａ〜３１ｆは記録層であり、３２ａ〜３２ｅは中間層である。尚、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のうちの任意の中間層について述べるときは中間層３２とする。
【００８４】
実施の形態２の情報記録媒体が実施の形態１の情報記録媒体と異なるのは、図５Ｂに示すように記録層３１が、酸化チタン３１１と、酸化チタン３１１よりも屈折率の小さい低屈折率材料３１０との混合体であり、上記酸化チタン３１１が粒状であり、上記低屈折率材料３１０中に分散している点である。酸化チタン３１１と低屈折率材料３１０との混合比をかえて、記録層３１に含まれる酸化チタン３１１の含有量を制御することにより、屈折率、および記録層における記録前後の屈折率変化量を制御することができる。
【００８５】
また、本実施の形態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、酸化チタン３１１の平均粒子径が、入射光の波長（例えば、０．４０５μｍ）の１／４より小さい、例えば、５ｎｍ〜５０ｎｍの微粒子であることによって、量子サイズ効果や、微粒子表面の不純物準位が増えて熱変換効率が良くなる、という微粒子に特有の効果により、容易に非線形現象が引き起こされるからであると考えられる。
【００８６】
酸化チタン３１１の平均粒径は、入射光（記録光および再生光）の波長よりも小さいことが好ましい。これは、酸化チタン３１１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。特に、酸化チタン３１１の平均粒径を、入射光（記録光および再生光）の波長の１／４以下とすることが好ましい。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からである。さらには、酸化チタン３１１の平均粒径を、入射光（記録光および再生光）の波長の１／１０以下とすることが好ましい。より一層、散乱損失を少なくすることができるからである。
【００８７】
酸化チタン３１１の微粒子は、記録層において重量比で５ｗｔ％〜１００ｗｔ％未満含まれていることが好ましい。記録層３１が、例えば約１μｍ以下の薄膜である場合、記録層３１に酸化チタン３１１が５ｗｔ％以上含まれていれば、記録層３１において実用レベルの記録感度を実現できる。
【００８８】
低屈折率材料３１０は、記録光および再生光に対して実質的に透明な材料であれば、樹脂または無機材料のいずれであってもよい。ここで、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、例えば記録層一層あたりについて吸収率が１％以下であることが好ましく、吸収率０．１％以下であることがより好ましい。
【００８９】
低屈折率材料３１０として樹脂を用いる場合、中間層３２は、低屈折率材料３１０と実質的に同じ材料から形成されていることが好ましい。さらに保護層３４についても、低屈折材料３１０と実質的に同じ材料から形成されていることが好ましい。情報記録媒体の低コスト化を実現でき、また、中間層３２と記録層３１、保護層３４と記録層３１との境界面において、化学反応、例えば侵食等の問題が生じることを抑制できるからである。ここで、同じ材料とは同種類の物質という意味であって、例えば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。
【００９０】
また、低屈折率材料３１０として樹脂を用いる場合、その断熱効果により記録および再生の感度を高める効果が生じる。樹脂としては、例えば、ＰＭＭＡ、フォトポリマー樹脂、紫外線硬化樹脂、ポリエステル等の屈折率が１．５前後のものが使用可能である。
【００９１】
無機材料としては、例えば、ＳｉＯ2、ＣａＯ2、またはＭｇＦ等を用いることができる。記録層３１（未記録状態）がアナターゼ型またはブルッカイト型の酸化チタンを含む場合には、低屈折率材料３１０としてＳｉＯ2、ＣａＯ2、およびＭｇＦからなる群から選ばれる少なくとも１種の無機材料等を用いると、記録層を安定化でき好ましい。アナターゼ型またはブルッカイト型の酸化チタン３１１には光触媒作用があるため、紫外線の照射により有機材料を分解する可能性があるが、無機材料ではそのような問題が生じないからである。
【００９２】
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。記録層３１は、例えば、平均粒径が５ｎｍ〜５０ｎｍの酸化チタン３１１の微粒子を５０ｗｔ％と、低屈折率材料３１０を５０ｗｔ％とを含んでいてもよい。
【００９３】
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。
【００９４】
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、記録層３１の集光部で２光子吸収等の非線形現象が誘起されて、記録層３１に含まれる酸化チタン３１１が所定の波長の光を吸収する。酸化チタン３１１が光を吸収して所定の温度に達すると、酸化チタン３１１について構造変化が生じ、その構造変化に伴う光学定数の変化によって情報ビット３５が形成される。
【００９５】
尚、低屈折率材料３１０については、例えば、低屈折率材料３１０が融点が高いＳｉＯ2等である場合、記録光を受けても変化しにくいが、低屈折率材料３１０が樹脂である場合、樹脂は熱により変形しやすいため、記録光を受けて熱変形し、酸化チタンと相俟って情報ビット３５を形成する。
【００９６】
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の場合と同様に、書き込みエネルギーが１パルス当たり２５０ｐＪ〜１０ｎＪ程度であるとすれば、ピークパワーが例えば２Ｗ以上３００Ｗ以下程度、パルス幅が例えば１ピコ秒以上５ナノ秒以下であることが好ましい。
【００９７】
次に、図６を用いて、記録層３１の厚さ（複数の記録層３１ａ〜３１ｆのうちから選ばれるいずれか１層の記録層の厚さ（図５Ａ参照））と反射率との関係について説明する。ただし、図６に示した例では、中間層３２の屈折率は１．６であり、照射した光の波長は０．６５μｍである。図６における破線は、アナターゼ型酸化チタン５０ｗｔ％と低屈折率材料（ＳｉＯ2）５０ｗｔ％とを含む記録層３１の未記録部分（屈折率ｎ＝２．０６）の反射率を示し、実線は、記録部分(屈折率ｎ'＝２．１６、アナターゼ型酸化チタンが全てルチル型酸化チタンに変化していれば、記録部分は、ルチル型酸化チタン５０ｗｔ％と低屈折率材料（ＳｉＯ2）を５０ｗｔ％含む)の反射率を示している。すなわち、実線は、情報ビット５における反射率を示している（図５参照）。
【００９８】
図６に示すように、未記録部分については６％、記録部分については８％の反射率を得ることができる。記録層における低屈折材料の重量比を増やせば屈折率が小さくなるため、反射率のピーク値も小さくなる。例えば、記録層の層数が比較的少ない（例えば、４〜９層の記録層を含む）情報記録媒体では、低屈折率材料３１０の重量比を少なくして、反射率を高くする方が、再生信号の品質が良くなるが、記録層の層数が多い（例えば、１０〜５０層の記録層を含む）情報記録媒体では、低屈折率材料３１０の重量比を増やして、１層当たりの光の損失を減らす方が好ましい。
【００９９】
本実施の形態の情報記録媒体の製造方法も、実施の形態１の場合と同様に、材料を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。酸化チタン３１１の微粒子と低屈折材料３１０を含む記録層３１についても、例えば、平均粒径が５ｎｍ〜５０ｎｍの酸化チタン３１１の微粒子と低屈折材料３１０とが例えば、水や、トルエンまたはイソプロピルアルコール等に分散された懸濁液（塗料）を塗布して形成すればよい（図５参照）。
【０１００】
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４に示した光学情報記録再生装置を用いることができ、記録再生方法についても、実施の形態１の場合と同様である。
【０１０１】
（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７を用いて説明する。図７Ａ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記録／再生する様子を示し、図７Ｂは、図７Ａに示す情報記録媒体の記録層を示している。
【０１０２】
図７Ａに示すように、本実施の形態の情報記録媒体は、基板４９上に記録部４１および保護層４４が形成されている。本実施の形態の情報記録媒体が実施の形態１および２の情報記録媒体と異なるのは、記録部４１の全体が記録層として機能している点である。記録層（記録部４１）内のほぼ同一平面上に情報ビット４５を記録し、このような記録面（４１ａ〜４１ｆ）を記録層（記録部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。
【０１０３】
本実施の形態の情報記録媒体は、図７Ｂに示すように、記録層４１は、低屈折率材料４１０に酸化チタン４１１の微粒子が分散された構造をしている。酸化チタン４１１の微粒子は、実施の形態２で説明した情報記録媒体の記録層３１に含まれる酸化チタン３１１の微粒子と同様の性質および機能を有している。ただし、本実施の形態の情報記録媒体では、酸化チタン４１１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％で散乱損失を抑えて光利用効率を高めることができるからである。低屈折率材料４１０は、実施の形態２の情報記録媒体の記録層３１に含まれる低屈折率材料３１０と同様の性質および機能を有し、同様の材料を用いることができる。基板４９と保護層４４とを記録層４１に含まれる低屈折率材料４１０と同じ材料にて形成する場合には、材料管理が容易であり、低コストで製造できる。また、保護層４４と記録層（記録部４１）との境界面において、化学反応、例えば侵食等の問題が生じることを抑制できる。
【０１０４】
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の場合と同様に、書き込みエネルギーが１パルス当たり２５０ｐＪ〜１０ｎＪ程度であるとすれば、ピークパワーが例えば２Ｗ以上３００Ｗ以下程度、パルス幅が例えば１ピコ秒以上５ナノ秒以下であることが好ましい。
【０１０５】
本実施の形態の情報記録媒体を製造する方法としては、実施の形態２の場合と同様に、酸化チタン４１１の微粒子と低屈折率材料４１０とを含む塗料を基板４９上に塗布することにより形成する方法や、記録層４１（記録部）を射出成形により一度に形成する方法がある。これらの方法によれば、容易に、且つ低コストで情報記録媒体を作製できる。
【０１０６】
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４に示した光学情報記録再生装置を用いることができる。
【０１０７】
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もできる。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、追加型以外に書き換え型も含まれる。
【０１０８】
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。
【０１０９】
尚、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づけたものであり、一般にいうレンズと同じである。
【実施例】
【０１１０】
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。
【０１１１】
表面にトラック溝（ピッチ０．３２μｍ、溝深さ０．２μｍ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０．０１μｍ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形成して記録部３を形成し（記録層１ａ〜１ｆ、中間層２ａ〜２ｅ）、さらに厚さ７５μｍ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、実質的にアナターゼ型酸化チタンからなり、中間層２ａ〜２ｅは、紫外線硬化樹脂からなる。
【０１１２】
図８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６５０ｎｍ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見られた。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３００Ｗ以下に抑えることができた。パルス幅を５ナノ秒としたときには、ピークパワー閾値２Ｗで情報ビットを形成できた。
【０１１３】
一方、１ビットの記録に必要なエネルギー閾値は、１ピコ秒〜１０ピコ秒のレーザ光に対して最も低く２５０ｎＪであり、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５ナノ秒以下とすることにより、エネルギー閾値を１０ｎＪ以下に抑えることができた。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明の光情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できる。したがって、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】
【０１１５】
【図１】図１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る。
【図２】図２Ａおよび図２Ｂ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厚さと反射率との関係を示す図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｄ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４】図４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略構成図ある。
【図５】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の拡大図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２における情報記録媒体の記録層の厚さと反射率との関係を示す図である。
【図７】図７Ａ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７Ｂは、図７Ａに示す情報記録媒体の記録層の拡大図である。
【図８】図８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レーザ光のパルス幅との関係を示す図である。
【図９】図９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。
【手続補正書】
【提出日】平成16年11月24日(2004.11.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１３】
一方、１ビットの記録に必要なエネルギー閾値は、１ピコ秒〜１０ピコ秒のレーザ光に対して最も低く２５０ｐＪであり、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５ナノ秒以下とすることにより、エネルギー閾値を１０ｎＪ以下に抑えることができた。
【国際調査報告】
2004036569.tif 000012
2004036569.tif 000013
2004036569.tif 000014
2004036569.tif 000015