JP4199731B2 - 光記録媒体、光情報処理装置および光記録再生方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ディスクや光カード等、情報が光学的に記録・再生される光記録媒体と、光記録媒体に対して情報を記録・再生するための光情報処理装置および光記録再生方法に関するものである。

近年、社会の情報化が進むにつれて、大容量な外部記憶装置が望まれている。光学的な情報の記録においては、光の波長と対物レンズの開口数で決まる回折限界が存在するため、従来、記録ピットのサイズの縮小による高密度化には限界があった。このような問題を解決するために、複数の記録層を有する多層光記録媒体が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、このような多層型の光記録媒体に使用される記録層には、光に対して一定の反射率および透過率を有する半透明な膜が用いられていたため、目的の記録層以外の記録層での光反射による光損失が生じていた。また、入射する光の進行方向上流側を上、下流側を下とした場合、目的の記録層よりも下層に位置する層にも透過光が達するため、さらに光損失が生じることとなっていた。

そこで、このような問題を解決するために、記録層に非線形光学特徴を有する非線形物質を用いた多層光記録媒体が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

図１１は、従来の多層光記録媒体の断面構成を示している。図１１の光記録媒体は、第１光透過膜１０と第２光透過膜１４の間に位置した第１記録層１２と、第２光透過膜１４をはさみ第１記録層１２と対向する位置に形成された第２記録層１６とを有する。さらに、第１記録層１２にはガイド溝１２Ａが設けられている。第１記録層１２は、光の強さが強くなるにつれて非線形的に大きくなる反射率を有する非線形反射物質で形成されている。このような性質を有する非線形反射物質としては、ａ−Ｓｉ、ＩｎＳｂ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳＳｅ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂなどがある。このような非線形反射物質で第１記録層１２を形成する場合、第１記録層１２は、｜（ｎ−ｎ_s）／（ｎ＋ｎ_s）｜²によって変わる反射率を有する。ここで、ｎ_sは光透過膜１０および光透過膜１４の屈折率であり、ｎは非線形反射物質である第１記録層１２の屈折率である。ここで用いている非線形反射物質とは、光強度によって屈折率が変化する現象が生じる材料、いわゆる非線型光学効果の大きな材料である。

このような光記録媒体の光学的特性を説明する。第１記録層１２がアクセスされる場合、光スポットが第１記録層１２に形成されるために第１記録層１２に照射される光ビームは比較的に強くなる。このときの第１記録層１２の反射率が、例えば４０％であるとする。一方、第２記録層１６がアクセスされる時には、照射される光スポットが第２記録層１６上に形成されるために第１記録層１２に照射される光は比較的弱くなる。このときの第１記録層１２の反射率を例えば３０％とすると、第１記録層１２は入射光の３０％を反射させ、７０％を第２記録層１６側に透過させることになる。従って、効率よく第２記録層１６のアクセスが行える。
特開平５−１５１５９１号公報 特開２０００−３５２９号公報

しかし、上記従来の技術では、その反射率変化は３０％から４０％と、わずか１０％の変化しかない。これは、第１記録層１２や第２記録層１６に非線型光学効果を有する材料を用いていることによる限界で、さらなる多層化に対しては光量が不足するという課題があった。また、上記従来の技術は、予め情報が記録された読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）についてのものである。従って、この技術を利用して情報の記録に必要なエネルギーを確保し、記録可能な多層光記録媒体を実現することは困難であった。

本発明の第１の光記録媒体は、波長λ０を有する光の照射により情報の記録または再生を行う記録層を複数含む多層の光記録媒体であって、前記複数の記録層のうち少なくとも一つの記録層が可変吸収膜を含んでおり、前記可変吸収膜は、電子のエネルギーがバンド構造を有し、電子のバンド間遷移による光吸収において吸収スペクトルの吸収端が温度の上昇に従い長波長側に移動する材料を含み、かつ、膜温度が第１の温度の時には波長λ０を有する光に対して第１の吸収率を有し、膜温度が前記第１の温度よりも高い第２の温度の時には、波長λ０を有する光に対して前記第１の吸収率よりも高い第２の吸収率を有することを特徴としている。

本発明の第２の光記録媒体は、波長λ０を有する光の照射により情報の記録または再生を行う記録層を複数含む多層の光記録媒体であって、前記複数の記録層のうち少なくとも一つの記録層が、可変吸収膜と、前記可変吸収膜の熱が伝達可能な程度に前記可変吸収膜に近接して配置された記録膜と、を含んでおり、前記可変吸収膜は、電子のエネルギーがバンド構造を有し、電子のバンド間遷移による光吸収において吸収スペクトルの吸収端が温度の上昇に従い長波長側に移動する材料を含み、かつ、膜温度が第１の温度の時には波長λ０を有する光に対して透明で、膜温度が前記第１の温度よりも高い第２の温度の時には波長λ０を有する光を吸収し、前記記録膜は、膜温度が前記第１の温度の時には波長λ０を有する光の少なくとも一部を吸収して発熱し、所定の温度で光学特性が変化することを特徴としている。

本発明の光情報処理装置は、本発明の第１または第２の光記録媒体と、波長λ０を有する光を出射する光源と、前記光源から出射された前記光を、前記光記録媒体に含まれる目的の記録層に集光する集光光学系と、前記光記録媒体で反射した光を検出する光検出器と、を含み、前記光源から出射された前記光の照射により前記可変吸収膜に光吸収増加部を形成し、前記光吸収増加部の温度を上昇させることにより情報の記録または再生を行うことを特徴としている。

本発明の光記録再生方法は、本発明の第１または第２の光記録媒体に対して情報の記録および再生を行う光記録再生方法であって、波長λ０を有する光を目的の記録層に集光し、前記記録層に含まれる可変吸収膜に光吸収増加部を形成し、前記光吸収増加部の温度を上昇させることにより、前記記録層に対して情報の記録再生を行うことを特徴としている。

本発明の第１および第２の光記録媒体、光情報処理装置および光記録再生方法によれば、記録層が複数含まれる多層光記録媒体であっても記録に必要なエネルギーを確保することができるので、大容量化が実現できる。さらに、記録された情報の再生時に、十分な再生光量を得ることもできる。

本発明の第１の光記録媒体においては、前記可変吸収膜は、前記第１の温度において、前記材料における電子のバンド間遷移による光吸収により波長λ０を有する光を吸収することが好ましいが、不純物による光吸収によって波長λ０を有する光を吸収しても構わない。

本発明の第１の光記録媒体においては、前記可変吸収膜を含む記録層が記録膜をさらに含んでおり、前記記録膜は、前記可変吸収膜の熱が伝達可能な程度に前記可変吸収膜に近接して配置されており、かつ、所定の温度で光学特性が変化することが好ましい。記録材料を適宜選択できるので、記録の安定性向上や、記録効率のさらなる向上および再生光量のさらなる増加を実現できるからである。

本発明の第１の光記録媒体においては、前記可変吸収膜が、所定の温度で光学特性が変化することが好ましい。可変吸収膜が記録膜としても機能できるため、別途記録膜を形成する必要がなくなるからである。

本発明の第１の光記録媒体においては、前記複数の記録層がｎ層（ｎは２以上の整数）含まれ、前記複数の記録層それぞれが前記可変吸収膜を含んでおり、光照射側から第ｍ層目（ｍは１＜ｍ≦ｎの整数）の記録層を第ｍ記録層とする場合、前記第１の温度において、波長λ０を有する光に対する前記第ｍ記録層の反射率Ｒ_mと前記第ｍ記録層に含まれる可変吸収膜の吸収率Ａ_mとが、以下の関係を満たすことが好ましい。

Ｒ_m＝Ｒ_n／（ｎ−ｍ＋１） …（１）
Ａ_m＝Ａ_n／（ｎ−ｍ＋１） …（２）
上記式（１）および式（２）を満たすことにより、記録層ごとに記録光の強度を変化させなくても、各記録層での吸収光量をほぼ同じにできるからである。

本発明の第１および第２の光記録媒体においては、前記可変吸収膜が、Ｂｉ₂Ｏ₃と、Ａｓ₂Ｓ₃と、ＴｅＯ₂およびＮａ₂Ｏを含む混合ガラスと、ＴｅＯ₂およびＷＯ₃を含む混合ガラスと、ＴｅＯ₂およびＦｅ₂Ｏ₃を含む混合ガラスと、ＴｅＯ₂およびＣｕＯを含む混合ガラスと、ＴｅＯ₂、ＣａＯ、およびＷＯ₃を含む混合ガラスと、アルミニウム・ガリウム・ヒ素（ＡｌＧａＡｓ）化合物半導体と、アルミニウム・ガリウム・インジウム・ヒ素（ＡｌＧａＩｎＡｓ）化合物半導体とからなる群から選択される少なくとも一つを含むことが好ましい。

本発明の第１および第２の光記録媒体においては、前記第１の温度が光記録媒体の使用環境温度であることが好ましい。

本発明の光情報処理装置によれば、本発明の第１または第２の光記録媒体に対して情報の記録が可能であり、かつ、記録された情報の再生時に、十分な再生光量を得ることもできる。

本発明の光情報処理装置においては、前記可変吸収膜に形成される前記光吸収増加部が集光される前記光のスポットサイズよりも小さくなるように、前記光源から出射される光の強度を制御する制御部をさらに含むことが好ましい。超解像再生を行うためである。

本発明の光記録再生方法によれば、本発明の第１または第２の光記録媒体に対して情報の記録が可能であり、かつ、記録された情報の再生時に、十分な再生光量を得ることもできる。

本発明の光記録再生方法においては、前記可変吸収膜に形成される前記光吸収増加部が集光される前記光のスポットサイズよりも小さくなるように、前記光の強度を制御することが好ましい。超解像再生を行うためである。

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）
図１に、本発明の実施の形態１の光記録媒体の断面構成が示されている。この光記録媒体は、基板７０１に、光Ｌ０入射側から第１記録層７５１、第２記録層７５２、および最終記録層７５４がこの順に設けられた多層光記録媒体である。各記録層間には、分離層７３１，７３２が設けられている。光Ｌ０は波長λ０の光であり、本実施の形態の光記録媒体に対して情報の記録または再生を行う際に照射される光である。

第１記録層７５１と第２記録層７５２は同様の膜構成になっており、光Ｌ０入射側から、記録膜７２１（７２２）と可変吸収膜７９１（７９２）とがこの順に設けられている。

さらに、第２記録層７５２と分離層７３２をはさみ、記録膜７２３および反射膜７０２からなる最終記録層７５４が配置されている。

各記録層７５１，７５２，７５４には、凹凸形状からなるガイド溝が設けられており、このガイド溝は記録の位置を特定するために用いられる。

分離層７３１，７３２は光Ｌ０に対して透明な材料からなり、例えばＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）が使用できる。

第１記録層７５１および第２記録層７５２に含まれる記録膜７２１，７２２は、記録光および再生光として用いる波長λ０の光Ｌ０に対してほぼ透明であり、所定の温度で未記録状態から記録状態へと変化する性質を有する。ここで、記録状態とは、未記録状態から光学特性が変化した状態を示し、例えば屈折率の変化、消衰係数の変化、形状の変化等の物理的変化または化学的変化により光学特性が変化した状態をいう。記録膜７２１，７２２は、波長λ０の光Ｌ０に対してほぼ透明であって、かつ、所定の温度で光学特性が変化する材料にて形成されていればよく、有機色素、熱重合性樹脂、熱変形樹脂、および熱分解性樹脂等を用いることができる。具体的には、例えば波長λ０＝４０５ｎｍの場合には、例えば有機色素である２−［７−（１，３−ジハイドロ−５−メトキシ−１，３，３−トリメチル−２Ｈ−インドール−２−イリデン）−１，３，５−ヘプタトリエニル］−５−メトキシ−１，３，３−トリメチル−３Ｈ−インドリウム過塩素酸塩（例えば、（株）林原生物化学研究所製のＮＫ−２８８２）等を用いることができる。また、波長λ０＝６３０ｎｍの場合には、例えば２−［２−［４−（ジメチルアミノ）フェニル］エテニル］ナフト［１，２−ｄ］チアゾ−ル（例えば、（株）林原生物化学研究所製のＮＫ−１８８６）等を用いることができる。また、アクリル系の熱重合性樹脂、ＰＭＭＡやポリエステル等の熱変形樹脂、ベンゾトリアゾール等の熱分解性樹脂の場合は、波長４０５ｎｍおよび波長６３０ｎｍのどちらの光に対しても使用可能である。

第１記録層７５１および第２記録層７５２に含まれる可変吸収膜７９１，７９２は、電子のエネルギーがバンド構造を有し、電子のバンド間遷移による光吸収において吸収スペクトルの吸収端が、温度の上昇に従い長波長側（低エネルギー側）に移動する材料からなる。なお、吸収端とは、吸収スペクトルの低エネルギー側の端のことである。

図２には、本実施の形態における可変吸収膜７９１，７９２の分光吸収率曲線の一例が示されている。図２に示すように、可変吸収膜７９１，７９２は、吸収率の分光特性が温度に応じて変化する膜であり、膜温度が常温の場合は波長λ０の光に対して低い吸収率（第１の吸収率）を示し、膜温度が上昇すると、吸収端が長波長側に移動するため波長λ０の光に対する吸収率が上昇して高い吸収率（第２の吸収率）示す性質を有する材料にて形成されている。従って、可変吸収膜７９１，７９２は、記録光または再生光として波長λ０の光Ｌ０が照射された場合、まず小さな吸収率で光吸収し、この光吸収による温度上昇に伴って吸収率の増加が起こるので、常温よりも高い温度では高い吸収率で光を吸収することになる。なお、本明細書において、常温とは、光記録媒体が使用される温度、すなわち光記録媒体の使用環境温度のことである。また、可変吸収膜７９１，７９２における常温時の波長λ０の光吸収は、必ずしも可変吸収膜７９１，７９２に含まれる上記のような性質を有する材料の電子のバンド間遷移による吸収だけでなく、不純物による吸収を含んでいてもよい。

可変吸収膜７９１，７９２は、波長λ０の光Ｌ０に対して上記のような性質を有する材料を含んでいることが必要であり、このような材料としては、波長λ０＝４０５ｎｍの場合は、Ｂｉ₂Ｏ₃、ＴｅＯ₂とＮａ₂Ｏとの混合ガラス、ＴｅＯ₂とＷＯ₃との混合ガラス、ＴｅＯ₂とＦｅ₂Ｏ₃との混合ガラス、ＴｅＯ₂とＣｕＯとの混合ガラス等が挙げられ、その中でもＢｉ₂Ｏ₃が好ましい。また、波長λ０＝６３０ｎｍの場合は、Ａｓ₂Ｓ₃、ＡｌＧａＡｓ化合物半導体、ＡｌＧａＩｎＡｓ化合物半導体等が挙げられ、その中でもＡｓ₂Ｓ₃が好ましい。

最終記録層７５４に含まれる記録膜７２３は波長λ０の光Ｌ０を吸収する材料からなり、波長λ０の光Ｌ０の吸収により未記録状態から記録状態へと変化する性質を有する。記録膜７２３の材料としては、例えば酸化テルル（ＴｅＯ_x）等が使用可能である。また、反射膜７０２には、Ａｌ等を含む金属膜が使用できる。

次に、本実施の形態の光記録媒体に対する情報の記録再生動作について説明する。

図１０に、本実施の形態の光記録媒体に対して情報の記録または再生を行うための光情報処理装置の一例が示されている。以下、この光情報処理装置を用いて、本実施の形態の光記録媒体に対して情報を記録再生する方法について説明する。

本実施の形態の光情報処理装置には、放射光源である半導体レーザ１０１が設けられ、半導体レーザ１０１から光記録媒体１０５までの光路中に、コリメートレンズ１０２と、偏光ビームスプリッタ１０７と、１／４波長板１１５と、アクチュエータ１１２に固定された対物レンズ１０３とが配置されている。記録時においては、半導体レーザ１０１からの出射光は、コリメートレンズ１０２により平行光となり、偏光ビームスプリッタ１０７を透過し、さらに１／４波長板１１５により円偏光に変換された後、対物レンズ１０３により光記録媒体１０５に集光し、情報が記録される。再生時においては、光記録媒体１０５に集光された光の反射光が利用される。光記録媒体１０５で反射された光は、対物レンズ１０３により平行光に変換され、１／４波長板１１５により直線偏光に変換されて、偏光ビームスプリッタ１０７で反射される。偏光ビームスプリッタ１０７で反射された光は、検出レンズ１０４で収束光に変換された後、ホログラム素子１８１により回折・分離され（Ｌ１，Ｌ２）、光検出器１９０で検出される。光検出器１９０は複数の検出領域の受光領域を持ち、それぞれの領域で検出される信号は電気回路５０４へ入力する。電気回路５０４は、入力された信号よりデータ信号を取り出す。これにより、情報の再生が行われる。さらに、電気回路５０４は、対物レンズ１０３の位置を制御するためのサーボ信号を得てアクチュエータ１１２を駆動する。なお、電気回路５０４は、得られたデータ信号の品質が最良になるように、半導体レーザの出力を制御している。

図１には、例えば第２記録層７５２に情報を記録（または再生）する場合の様子が示されている。光Ｌ０は波長λ０を有するレーザ光であり、光情報処理装置の対物レンズ１０３（図１０参照。）により光記録媒体の第２記録層７５２に集光される。対物レンズ１０３の位置はアクチュエータ１１２（図１０参照。）により制御される。

まず、情報を記録する場合の動作について、具体的に説明する。

光Ｌ０は、基板７０１、第１記録層７５１および分離層７３１を通過して第２記録層７５２に入射する。光Ｌ０は第１記録層７５１を通過する際に可変吸収膜７９１により少し吸収されるが、可変吸収膜７９１面上では集光されていないため発熱のエネルギー密度は低く、可変吸収膜７９１はほぼ常温に保たれる。従って、光Ｌ０は第１記録層７５１を効率よく透過し、さらに分離層７３１を透過して、第２記録層７５２に到達できる。

第２記録層７５２に入射した光Ｌ０は、記録膜７２２を透過して可変吸収膜７９２に入射する。可変吸収膜７９２は波長λ０を有する光Ｌ０に対して低い吸収率を有するため、入射した光Ｌ０の一部を吸収し、発熱する。光Ｌ０は可変吸収膜７９２では集光されているので、発熱のエネルギー密度が高い。このため、可変吸収膜７９２の光Ｌ０入射部分の温度が局所的に上昇する。この温度上昇により可変吸収膜７９２の光Ｌ０に対する吸収率が増加し、可変吸収膜７９２に光吸収増加部７４１が形成される。光吸収増加部７４１は、光Ｌ０の吸収が増加することによりさらに温度上昇する。最終的には、可変吸収膜７９２の光吸収増加部７４１での発熱と記録膜７２２等への熱の拡散量が平衡になったときに光吸収増加部７４１の温度上昇が停止する。

可変吸収膜７９２の光吸収増加部７４１で生じた熱は、記録膜７２２に拡散する。この拡散した熱による記録膜７２２の温度上昇により、記録膜７２２に情報が記録される。すなわち、この熱拡散により記録膜７２２の温度が記録膜７２２の光学特性を変化させる所定の温度（以下、記録温度という。）に達し、記録温度に達した部分に光学特性が変化した部分（記録マーク）が形成される。

次に、第２記録層７５２の記録膜７２２に記録された情報を再生する動作について説明する。

入射する光Ｌ０により可変吸収膜７９２の温度および吸収率を増大させることは、記録時と同じである。記録時と異なる点は、可変吸収膜７９２の発熱による記録膜７２２の温度上昇を記録温度未満に抑えるように、光Ｌ０の強度を制御することである。本実施の形態の光記録媒体に記録された情報の読み出し原理は以下のとおりである。

記録膜７２２と可変吸収膜７９２との界面における光Ｌ０の反射率Ｒは以下の式で表される。なお、以下の式において、ｎ０は記録膜７２２の屈折率、ｎは可変吸収膜７９２の屈折率、ｋは可変吸収膜７９２の消衰係数である。

Ｒ＝（（Ｎ−ｎ０）／（Ｎ＋ｎ０））² …（３）
Ｎ＝（ｎ²＋ｋ²）^1/2 …（４）
可変吸収膜７９２は、常温から温度が上昇すると光Ｌ０に対する吸収率が増加する、すなわち消衰係数が増加する。その結果、式（３）および式（４）より、反射率Ｒが増加して反射光量が増加する。この反射光は記録膜７２２の記録マークにより変調されて情報の検出に用いられるため、この反射光量の増加により高効率な信号検出が可能となる。

なお、上記では第２記録層７５２への情報の記録再生について説明したが、第１記録層７５１への情報の記録再生は、光Ｌ０の集光位置を第１記録層７５１とすることにより、同様に情報の記録再生を行うことができる。

また、最終記録層７５４への情報の記録再生は、光Ｌ０の集光位置を最終記録層７５４とすることにより行われる。光Ｌ０は最終記録層７５４に到達する前に第１記録層７５１および第２記録層７５２に入射するが、可変吸収膜７９１，７９２では光Ｌ０は集光されていないため発熱領域が分散され温度上昇は小さい。このため光吸収増加部は形成されず、光Ｌ０が透過する。情報の記録時は、記録膜７２３が光Ｌ０を吸収することにより温度上昇が起こり記録マークが形成される。情報の再生時は、反射膜７０２で反射した反射光を検出することにより行われる。

次に、本実施の形態の光記録媒体の可変吸収膜７９１，７９２に使用可能な材料であるＢｉ₂Ｏ₃の特性について、さらに詳しく説明する。図３は、５０℃および２５０℃におけるＢｉ₂Ｏ₃の吸収率の分光特性を測定した結果を表す図である。石英ガラス表面に真空蒸着法によってＢｉ₂Ｏ₃の薄膜（厚み８００Å）を形成したサンプルに、分光器により分光された光を照射して、その吸収率を測定した。この測定結果から、膜温度が５０℃から２５０℃に上昇すると吸収端が長波長側に移動することが確認でき、記録光および再生光の波長λ０を例えば４０５ｎｍに設定することにより、情報の記録および再生が可能であることが確認できる。

さらに、この測定用のＢｉ₂Ｏ₃膜に波長４０５ｎｍの光を入射させて吸収率の温度特性を測定した結果を図４に示す。この結果より、温度の上昇に従い吸収率が増加して、５００℃で約８０％の吸収率を示すことが確認できた。

以上の結果から、このような材料を用いて可変吸収膜７９１，７９２が形成された場合、光スポット照射開始時の常温においては可変吸収膜７９１，７９２が低い吸収率により入射光の一部を吸収し、その光吸収に伴い温度上昇が起こる。この温度上昇により吸収率が増加し、さらなる光吸収により温度が上昇する。このように、可変吸収膜７９１，７９２の光スポットが照射された領域に光吸収増加部７４１が形成されるので、この領域での発熱が記録膜に拡散されて記録膜に記録マークを形成できる。このような記録方法によれば、多層光記録媒体であっても記録に必要なエネルギーを確保することができ、大容量化が実現できる。また、可変吸収膜７９１，７９２に形成される光吸収増加部７４１は消衰係数が大きくなっているので、記録膜７２１，７２２との界面での反射率も増加し、十分な再生光量も得ることができる。

なお、本実施の形態では、記録層が３層積層された光記録媒体について説明したが、記録層の数はこれに限定されず、少なくとも２層含まれていればよい。また、最終記録層７５４の膜構成もこれに限定されず、第１記録層７５１および第２記録層７５２と同様の膜構成であってもよい。

また、本実施の形態の光記録媒体においては、各記録層の吸収光量が光入射側からの層数に関係なく全ての記録層でほぼ同じになるように、各記録層の反射率および可変吸収膜の吸収率を設定することが好ましい。目的とする記録層ごとに記録光の強度を変化させなくてもすむからである。例えば、本実施の形態の光記録媒体において、最終記録層７５４が、第１記録層７５１および第２記録層７５２と同様に可変吸収膜７９１，７９２を有する膜構成である場合、各記録層７５１，７５２の反射率および各可変吸収膜７９１，７９２の吸収率は、以下のような関係を有することが好ましい。なお、以下の関係式において、第１記録層７５１の反射率をＲ₁、可変吸収膜７９１の吸収率をＡ₁とし、第２記録層７５２の反射率をＲ₂、可変吸収膜７９２の吸収率をＡ₂とし、最終記録層７５４の反射率をＲ₃、可変吸収膜の吸収率をＡ₃とする。

Ｒ₁＝Ｒ₃／３
Ａ₁＝Ａ₃／３
Ｒ₂＝Ｒ₃／２
Ａ₂＝Ａ₃／２
以上の関係をほぼ満たすように各記録層および可変吸収膜を形成すれば、記録層に関係なく記録光の強度をほぼ一定にできる。

また、本実施の形態においては、可変吸収膜７９１，７９２が常温時に波長λ０の光Ｌ０をわずかに吸収する材料にて形成されているが、常温時に波長λ０の光Ｌ０に対して透明な材料（図５に示すような分光吸収率特性を有する材料）にて形成してもよい。この場合、記録膜７２１，７２２を、常温において波長λ０の光Ｌ０に対しわずかな吸収を示す材料（例えばＴｅＯｘやＴｅ−Ｏ−Ｐｄ等）にて形成することにより、光スポット照射開始時の発熱を記録膜７２１，７２２で行い、この発熱により可変吸収膜７９１，７９２の温度を上昇させて可変吸収膜７９１，７９２の吸収率を増加させ、可変吸収膜７９１，７９２に吸収増加部７４１を形成する。可変吸収膜７９１，７９２および記録膜７２１，７２２をこのように形成すれば、波長λ０の光の吸収率を急激に変化させることができるので、各記録層の選択をより確実に行うことができる。

また、本実施の形態の光記録媒体によれば、回折限界以下の記録マークの再生、いわゆる超解像再生も可能となる。以下に、本実施の形態の光記録媒体に対する超解像再生について説明する。

図８は、本実施の形態の光記録媒体を用いて超解像再生を行う方法を説明する断面図である。なお、図８には、第１記録層７５１に集光する様子が示されている。本実施の形態の光記録媒体においては、可変吸収膜７９１に形成される吸収増加部７４１を光Ｌ０のスポットサイズよりも小さくすることが可能である。図９に、光強度および可変吸収膜の消衰係数と光スポット領域との関係が示されている。本実施の形態の光記録媒体に光が照射される場合、通常の集光状態での光強度分布は図９に示すようなガウス関数に近い単峰形状になる。従って、可変吸収膜７９１において消衰係数が飽和していない状態、つまり温度上昇により消衰係数が増加する状態では、可変吸収膜７９１の消衰係数は、光強度の大きい光スポットの中心部ほど大きく，周辺部で小さくなる。そこで、消衰係数が大きくなる部分に形成される光吸収増加部７４１が光Ｌ０のスポットサイズよりも小さく形成されるように光強度を制御することにより、図８に示すような超解像再生が実現できる。

（実施の形態２）
図６に、本発明の実施の形態２の光記録媒体の断面構成が示されている。この光記録媒体は、基板７０１に、光Ｌ０入射側から第１記録層として機能する可変吸収膜７９３、第２記録層として機能する可変吸収膜７９４、および最終記録層７５４がこの順に設けられた多層光記録媒体である。各記録層間には、分離層７３１，７３２が設けられている。可変吸収膜７９３，７９４は、実施の形態１の光記録媒体（図１参照。）の記録膜７２１と可変吸収膜７９１、記録膜７２２と可変吸収膜７９２を、それぞれ一つの膜で実現するものである。なお、分離層７３１，７３２および最終記録層７５４は実施の形態１の光記録媒体と同様であるので、ここでは説明を省略する。

本実施の形態における可変吸収膜７９３，７９４は、実施の形態１の光記録媒体における可変吸収膜７９１，７９２の特性に加えて、さらに、所定の温度まで温度上昇すると光学特性が変化する性質を有する材料にて形成されている。このような材料の具体例として、例えばＡｓ₂Ｓ₃が挙げられる。図７は、Ａｓ₂Ｓ₃吸収率の分光特性を測定した結果を表す図である。石英ガラス表面に真空蒸着法によってＡｓ₂Ｓ₃の薄膜（厚み１０μｍ）を形成したサンプルに、分光器により分光された光を照射して、その吸収率を測定した。

この測定結果から、膜温度が３０℃から２００℃に上昇すると、吸収端が長波長側に移動することが確認できる。Ａｓ₂Ｓ₃を用いて可変吸収膜７９３，７９４を形成する場合、記録光および再生光の波長を例えば６３０ｎｍとすると、３０℃においては吸収率が約５％であるが、２００℃では吸収率が約６０％まで増加する。これにより、実施の形態１の場合と同様に、可変吸収膜７９３，７９４の光スポットが照射された領域に光吸収増加部７４１が形成され、この領域で発熱が起こる。また、情報の記録は、可変吸収膜７９３，７９４の温度をＡｓ₂Ｓ₃の融点（３００℃）以上に上昇させて急冷し、アモルファス相部分を形成することにより行う。このアモルファス相の部分が記録マークとなる。情報の消去は、可変吸収膜７９３，７９４の温度をＡｓ₂Ｓ₃結晶化温度まで上昇させてこれを除冷し、アモルファス相を結晶相に相転移することにより行う。可変吸収膜７９３，７９４に記録された情報の再生は、可変吸収膜７９３，７９４に記録マークが形成されない程度のパワーの光を用いて、実施の形態１の場合と同様に行う。

以上のように、本実施の形態の光記録媒体によれば、多層光記録媒体であっても記録に必要なエネルギーを確保することができ、大容量化が実現できる。また、光吸収増加部７４１は消衰係数が大きくなっているので反射率が増加し、十分な再生光量も得ることができる。

なお、本実施の形態においては、記録光および再生光の波長λ０の例として６３０ｎｍを用いる場合について説明したが、この限りでなく、他の波長であっても可変吸収膜７９３，７９４の材料を適宜選択することにより実現可能である。例えば波長λ０を４０５ｎｍとする場合は、ＴｅＯ₂−ＣａＯ−ＷＯ₃の混合ガラス等を用いて可変吸収膜７９３，７９４を形成できる。

また、本実施の形態の光記録媒体においても、実施の形態１の光記録媒体と同様に超解像再生が可能である。

また、本実施の形態においては記録層が３層の場合について説明したが、少なくとも２層含まれていればよく、さらなる多層化も可能である。

本発明の光記録媒体、光情報処理装置および光記録再生方法によれば、記録層が複数含まれる多層光記録媒体であっても記録に必要なエネルギーを確保することができるので、大容量化が実現できる。さらに、記録された情報の再生時に、十分な再生光量を得ることもできる。

本発明の実施の形態１における光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。 本発明の実施の形態１における光記録媒体に含まれる可変吸収膜の分光吸収率曲線の一例を示す図である。 Ｂｉ₂Ｏ₃の分光吸収率曲線を示す図である。 Ｂｉ₂Ｏ₃の吸収率の温度特性を示す図である。 本発明の実施の形態１における光記録媒体に含まれる可変吸収膜の分光吸収率曲線の別の一例を示す図である。 本発明の実施の形態２における光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。 Ａｓ₂Ｓ₃の分光吸収率曲線を示す図である。 本発明の実施の形態１における光記録媒体の一記録層に対し、超解像再生を行う様子を示す説明図である。 光強度および可変吸収膜の消衰係数と光スポット領域との関係を示す図である。 本発明の一実施形態である光情報処理装置の概略構成を示す説明図である。 従来の多層記録媒体の断面図である。

Claims (11)

1. 波長λ０を有する光の照射により情報の記録または再生を行う記録層を複数含む多層の光記録媒体であって、
   前記複数の記録層のうち少なくとも一つの記録層が可変吸収膜を含んでおり、
   前記可変吸収膜は、電子のエネルギーがバンド構造を有し、電子のバンド間遷移による光吸収において吸収スペクトルの吸収端が温度の上昇に従い長波長側に移動する材料を含み、前記材料は、Ｂｉ ₂ Ｏ ₃ と、Ａｓ ₂ Ｓ ₃ と、ＴｅＯ ₂ およびＮａ ₂ Ｏを含む混合ガラスと、ＴｅＯ ₂ およびＷＯ ₃ を含む混合ガラスと、ＴｅＯ ₂ およびＦｅ ₂ Ｏ ₃ を含む混合ガラスと、ＴｅＯ ₂ およびＣｕＯを含む混合ガラスと、ＴｅＯ ₂ 、ＣａＯ、およびＷＯ ₃ を含む混合ガラスと、ＡｌＧａＡｓ化合物半導体と、ＡｌＧａＩｎＡｓ化合物半導体とからなる群から選択される少なくとも一つを主成分とし、
   前記可変吸収膜は、膜温度が第１の温度の時には波長λ０を有する光に対して第１の吸収率を有し、膜温度が前記第１の温度よりも高い第２の温度の時には、波長λ０を有する光に対して前記第１の吸収率よりも高い第２の吸収率を有し、
   前記可変吸収膜は、所定の温度で光学特性が変化して情報が記録される
   ことを特徴とする光記録媒体。
2. 前記可変吸収膜は、前記第１の温度において、前記材料における電子のバンド間遷移による光吸収により波長λ０を有する光を吸収する請求項１に記載の光記録媒体。
3. 前記第１の温度が光記録媒体の使用環境温度である請求項１に記載の光記録媒体。
4. 前記複数の記録層がｎ層（ｎは２以上の整数）含まれ、前記複数の記録層それぞれが前記可変吸収膜を含んでおり、光照射側から第ｍ層目（ｍは１＜ｍ≦ｎの整数）の記録層を第ｍ記録層とする場合、前記第１の温度において、波長λ０を有する光に対する前記第ｍ記録層の反射率Ｒ_mと前記第ｍ記録層に含まれる可変吸収膜の吸収率Ａ_mとが、
   Ｒ_m＝Ｒ_n／（ｎ−ｍ＋１）
   Ａ_m＝Ａ_n／（ｎ−ｍ＋１）
   の関係を満たす請求項１に記載の光記録媒体。
5. 請求項１に記載の光記録媒体と、
   波長λ０を有する光を出射する光源と、
   前記光源から出射された前記光を、前記光記録媒体に含まれる目的の記録層に集光する集光光学系と、
   前記光記録媒体で反射した光を検出する光検出器と、を含み、
   前記光源から出射された前記光の照射により前記可変吸収膜に光吸収増加部を形成し、前記光吸収増加部の温度を上昇させることにより情報の記録または再生を行うことを特徴とする光情報処理装置。
6. 前記可変吸収膜に形成される前記光吸収増加部が集光される前記光のスポットサイズよりも小さくなるように、前記光源から出射される光の強度を制御する制御部をさらに含む請求項５に記載の光情報処理装置。
7. 請求項１に記載の光記録媒体に対して情報の記録および再生を行う光記録再生方法であって、
   波長λ０を有する光を目的の記録層に集光し、前記記録層に含まれる可変吸収膜に光吸収増加部を形成し、前記光吸収増加部の温度を上昇させることにより、前記記録層に対して情報の記録再生を行うことを特徴とする光記録再生方法。
8. 前記可変吸収膜に形成される前記光吸収増加部が集光される前記光のスポットサイズよりも小さくなるように、前記光の強度を制御する請求項７に記載の光記録再生方法。
9. 波長λ０を有する光の照射により情報の記録または再生を行う記録層を複数含む多層の光記録媒体であって、
   前記λ０は３５０≦λ０≦４１５ｎｍを満たし、
   前記複数の記録層のうち少なくとも一つの記録層がＢｉ₂Ｏ₃を主成分とする膜を含んでおり、
   前記膜温度が第１の温度の時には波長λ０を有する光に対して第１の吸収率を有し、前記膜温度が前記第１の温度よりも高い第２の温度の時には、波長λ０を有する光に対して前記第１の吸収率よりも高い第２の吸収率を有することを特徴とする光記録媒体。
10. 請求項９に記載の光記録媒体と、
    波長λ０を有する光を出射する光源と、
    前記光源から出射された前記光を、前記光記録媒体に含まれる目的の記録層に集光する集光光学系と、
    前記光記録媒体で反射した光を検出する光検出器と、を含み、
    前記光源から出射された前記光の照射により前記Ｂｉ₂Ｏ₃を主成分とする膜に光吸収増加部を形成し、前記光吸収増加部の温度を上昇させることにより情報の記録または再生を行うことを特徴とする光情報処理装置。
11. 前記光検出器で検出された信号より得られたデータ信号に応じて、光源の出力を制御する請求項５または１０に記載の光情報処理装置。

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