(57)【要約】【課題】レーザ光の短波長化、集光光学系の高開口数化等の従来なされていた方法以外の技術を用いて高密度な光記録媒体を提供する。【解決手段】第１及び第２主面を有する基板２２と、この基板２２の第２主面に設けられた記録層２３と、第１主面に設けられた周期構造層２１とを備える。ここで、「第１主面」は、光ヘッドアセンブリ１側に位置する表面であり、「第２主面」は、第１主面に対向した基板２２の主面（裏面）である。「周期構造層２１」は、基板２２の屈折率とは異なる屈折率の材料からなる微細パターンを、第１主面に平行な面内において、光の波長程度のピッチで、２次元の周期的配置をして構成されている。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主面と、該第１主面に対向した第２主面とを有する基板と、
該基板の内部又は前記第２主面若しくはその上に設けられた記録層と、
前記第１主面若しくはその上に設けられ、前記基板の屈折率とは異なる屈折率の材料からなる微細パターンが周期的に配置されてなる周期構造層
とを備えることを特徴とする光記録媒体。
【請求項２】
前記周期構造層は、２次元フォトニック結晶からなることを特徴とする請求項１に記載の光記録媒体。
【請求項３】
前記周期構造層は、３次元フォトニック結晶からなることを特徴とする請求項１に記載の光記録媒体。
【請求項４】
前記微細パターンは、前記第１主面に平行な面内において、前記記録層に情報を書き込み若しくは読み出す光源の波長の５倍〜０．２倍のピッチで周期的に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光記録媒体。
【請求項５】
前記微細パターンは、前記第１主面から、前記記録層に情報を書き込み若しくは読み出す光源の波長の３倍〜０．３倍の深さに周期的に埋め込まれていることを特徴とする請求項１又は４に記載の光記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクなどの光記録媒体は、コンピュータの外部記憶装置用の記録媒体や音楽メディア用の記録媒体として、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（再生専用）、ＣＤ−Ｒ（追記型）、ＣＤ−ＲＷ（書換型）等が広く普及している。最近は更に映像記録媒体とし大容量のＤＶＤ（デジタル・ビデオ・ディスク）が広がりつつある。ＤＶＤにはＤＶＤ−ＲＯＭ（再生専用）、ＤＶＤ−Ｒ（追記型）、ＤＶＤ−ＲＡＭ（書換型）等がある。
【０００３】
光記録媒体の記録容量はＣＤの６５０ＭＢからＤＶＤの４．７ＧＢと増大し、更に増大する見込みである。光記録媒体の記録容量増大の一般的な方法は：
（イ）フォーマットの高効率化
（ロ）再生信号処理方法の向上
（ハ）媒体の材料・構造の最適化
（ニ）レーザ光の短波長化
（ホ）集光光学系（対物レンズ）の高開口数化
が上げられる。図５の物体空間の絶対屈折率をｎ、対物レンズ１４ａが規定する（入射ひとみの）半径が物点において張る角度ｕを用いると、開口数ＮＡは、
ＮＡ＝ｎ・ｓｉｎｕ　　　　　　　　　　　　　　・・・・・（１）
で表わされる。図５から分かるように、一般に「開口数ＮＡが大きい」とは「大きなレンズで角度をつけて強く集光する」こととほぼ同義である。
【０００４】
一般にコヒーレントな光の波長をλとすると、そのコヒーレントな光を光源とする光学システムの分解能εは、
ε＝０．７７λ／ＮＡ　　　　　　　　　　　　・・・・・（２）
で決まる。分解能εを高くするために、より小さなスポット径にコヒーレントな光を集光しようとすると、波長λを短くするか、開口数ＮＡ即ち集光角度ｕを大きくとることが主な手段となる。それ以外の手法で式（２）で示した分解能εを超える分解能εを得る技術が「超解像技術」と呼ばれる。
【０００５】
最近は「超解像技術」を用いた記憶記録容量増大技術が各研究機関で研究・開発がなされている。例えば、産業総合技術研究所次世代光工学研究ラボの富永らは、近接場光を利用した超解像技術を研究している（特許文献１参照。）。具体的には、アンチモンの微小溶融を利用した開口型や、酸化銀の表面プラズモン散乱を用いた散乱型の近接場効果で微小記録マークの読み取りを行っている。一方ビクターの上野らはサーモクロミック特性を持つロイコ染料を用いた超解像技術を研究開発している（特許文献２参照。）。上野らは記録光記録媒体の記録層面上のビームスポットの中心部がより高温になり、高温で透過特性が変化することを利用している。又、パイオニアの飯田ら、東芝の永瀬ら、ソニーの浅井らも非線形光学材料を用いた超解像技術を開発している（特許文献３，４，５参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２４２９６９号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２００１−３５０１１号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開平０６−２８７１３号公報
【０００９】
【特許文献４】
特開平１１−８６３４２号公報
【００１０】
【特許文献５】
特開平０６−２４３５０８号公報
【００１１】
【特許文献６】
特開２０００−２５１３０２号公報
【００１２】
【特許文献７】
特開平０７−９３７９７号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
光記録媒体の記録容量の増大は上記（イ）〜（ホ）の方法によってなされてきたが、技術的な限界が近づきつつある。又、これらを克服とする特許文献１〜５に記載された方法は、開発費、製造費がかさむことが懸念される。このため、従来の方法とは別の超解像技術による記録容量増大技術が求められている。
【００１４】
本発明は、従来の方法とは異なる安価且つ簡易な記録容量増大技術を用いた高密度な光記録媒体を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、（イ）第１主面と、この第１主面に対向した第２主面とを有する基板と、（ロ）この基板の内部又は第２主面若しくはその上に設けられた記録層と、（ハ）第１主面若しくはその上に設けられ、基板の屈折率とは異なる屈折率の材料からなる微細パターンが周期的に配置されてなる周期構造層とを備える光記録媒体であることを要旨とする。
【００１６】
光は、光の波長のサイズ程度で屈折率の違う２つの物質を周期的に組み合わせた媒質（周期構造層）に入射すると、この周期構造層中では、古典的な一様な屈折率中の媒質中での反射・屈折・干渉などとは、異なる振る舞いをする。即ち、光記録媒体の第１主面に周期構造層を構成することにより、その周期の持つ運動量ベクトルｐを入射光に加えることが可能となる。このため、光記録媒体の記録層の面内方向成分に運動量ベクトルｐを増やすことができる。後述する式（３）で示されるような、位置を示すベクトル変数と運動量ベクトルｐとの不確定性原理を考慮すれば、運動量ベクトルｐを増やすことは、解像度が向上したことと等価である。したがって、光記録媒体の表面に周期構造層を加えることによって、超解像効果が得られることとなる。又、別な見方をすれば周期構造層の周期性により光を回折させ、集光角度を変えて実効的な開口数ＮＡを大きくしていると、捉えることもできる。
【００１７】
ここで、「周期構造層」は、２次元フォトニック結晶、若しくは３次元フォトニック結晶で構成できる。この周期構造層の微細パターンは、第１主面に平行な面内において、記録層に情報を書き込み若しくは読み出す光の波長のサイズ程度であればよい。具体的には、フォトニック結晶における光の回折効率をみた場合、屈折率差にもよるが、光源の波長の５倍〜０．２倍のピッチの微細パターンとすれば良い。屈折率差が小さければ光源の波長の１．２倍〜０．４倍程度のピッチの微細パターンにすれば良い。
【００１８】
又、周期構造層の微細パターンは、光の回折効率を考慮すれば、第１主面から記録層に情報を書き込み若しくは読み出す光源の波長程度の深さが必要である。しかし、多くの物理現象と同様に、ｅを自然対数の底として、最低光源の波長の１／ｅ程度あれば一定の光の回折効率は得られる。したがって、微細パターンを形成する部分の表面からの深さは、光源の波長の約０．３倍以上が好ましい。又、アスペクト比が大きくなりすぎると製造プロセスが困難になるので、微細パターンの深さは、光源の波長の３倍（約ｅ倍）程度以下が好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明の第１〜第３の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。又、以下に示す第１〜第３の実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００２０】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る光記録媒体２は、図１に示すように、第１及び第２主面を有する基板２２と、この基板２２の第２主面に設けられた記録層２３と、第１主面に設けられた周期構造層２１とを備える。ここで、「第１主面」は、光ヘッドアセンブリ１側に位置する表面であり、「第２主面」は、第１主面に対向した基板２２の主面（裏面）である。「周期構造層２１」は、基板２２の屈折率とは異なる屈折率の材料からなる微細パターンを、第１主面に平行な面内において、２次元な周期的配置をして構成されている。
【００２１】
具体的には、ポリカーボネート製の基板２２の裏面（第２主面）に、図４に示すようなピットＰｎ−２，Ｐｎ−１，Ｐｎ，Ｐｎ＋１，Ｐｎ＋２，Ｐｎ＋３，Ｐｎ＋４，・・・・・が設けられ、このピットＰｎ−２，Ｐｎ−１，Ｐｎ，Ｐｎ＋１，Ｐｎ＋２，Ｐｎ＋３，Ｐｎ＋４，・・・・・の表面に図１に示すように、アルミニウム（Ａｌ）反射膜２３ｒをスパッタして、記録層２３が設けられている。基板２２の材料としては、ポリカーボネートに限定されず、その他ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等のアクリル系樹脂よりなるプラスチック基板やガラス基板等の透明基板であれば使用可能である。又、アルミニウム（Ａｌ）反射膜２３ｒの代わりに金（Ａｕ）反射膜等の他の金属薄膜が使用可能である。
【００２２】
周期構造層２１は、図１に示すように、第１主面に平行な面内において、記録層２３に情報を書き込み若しくは読み出す光源の波長の５倍〜０．２倍のピッチで、酸化チタン（ＴｉＯ２）微細パターン２１ｉ，ｊ−１，２１ｉ，ｊ，２１ｉ，ｊ＋１，・・・・・を周期的に２次元配置すれば良い。特に、フォトニック結晶の周期は光源の波長の約半分前後で効果が大きくなる。又、周期構造層２１は、第１主面から、記録層２３に情報を書き込み若しくは読み出す光源の波長の３倍〜０．３倍の深さに周期的に埋め込まれていることが好ましい。又、２種類の材料の屈折率差が大きい方が、周期構造層２１の効果が期待できる。第１の実施の形態に係る光記録媒体２においては、第１主面に、図１に示すように、電子ビーム（ＥＢ）リソグラフィーと反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用い、ピッチ０．５７μｍで窪みをつけ、この窪みにポリカーボネートとは屈折率の異なる酸化チタン（ＴｉＯ２）微細パターン２１ｉ，ｊ−１，２１ｉ，ｊ，２１ｉ，ｊ＋１，・・・・・を埋め込んで、周期構造層２１を構成している。窪みの形状は、直径０．２μｍ、深さ０．６μｍの円筒形で、２次元フォトニック結晶を構成している。図３には、酸化チタン（ＴｉＯ２）微細パターン２１ｋ＋１，ｌ，２１ｋ，ｌ，２１ｋ−１，ｌ，・・・・・の正方格子状２次元的レイアウトを示す平面図を示す。
【００２３】
光ヘッドアセンブリ１は、図１に示すようにコの字型の断面を有するアームと、このコの字型を構成するアームの空洞部１６に配置されたハーフミラー１３ａと、アームの空洞部１６に面して、アームの内壁に設けられた半導体レーザ１１ａ、受光素子１２ａ及び対物レンズ１４ａとを備える。半導体レーザ１１ａは、例えば、波長λ＝０．５８〜０．６９μｍの（ＡｌｘＧａ１−ｘ）Ｉｎ０．５Ｐレーザや波長λ＝０．４３〜０．５４μｍのＩｎｘＧａ１−ｘＮレーザが使用可能である。対物レンズ１４ａの開口数ＮＡは、例えば０．４である。
【００２４】
実際には、図２に示すように、ピットＰｎ−２，Ｐｎ−１，Ｐｎ，Ｐｎ＋１，Ｐｎ＋２，Ｐｎ＋３，Ｐｎ＋４，・・・・・は、複数の平行配置されたトラック２４ａ，２４ｂ，・・・・・，２４ｈ，・・・・・を構成するように設けられている。そして、複数のトラック２４ａ，２４ｂ，・・・・・，２４ｈ，・・・・・のそれぞれに対応して、アームの内壁に半導体レーザ１１ａ，１１ｂ，・・・・・，１１ｈ，・・・・・、受光素子１２ａ，１２ｂ，・・・・・，１２ｈ，・・・・・が配置されている。図示を省略しているが、複数のトラック２４ａ，２４ｂ，・・・・・，２４ｈ，・・・・・のそれぞれに対応して、複数の対物レンズ１４ａ，１４ｂ，・・・・・が配置されていることは勿論である。即ち、本発明の第１の実施の形態に係る光記録媒体２は、読み取り時の移動は水平移動のみで回転しない非回転平行移動記録媒体２である。
【００２５】
比較のため、第１の実施の形態に係る光記録媒体２と同一規格であるが、周期構造層が無い光記録媒体（比較例）を用意した。開口数ＮＡ＝０．４の対物レンズ１４ａで波長λ＝０．６３μｍの半導体レーザの光を集光し、反射光量を測定した。ピット長０．２２μｍの部分での反射率は比較例では約６％であったが、周期構造層２１のある第１の実施の形態に係る光記録媒体２では約０．３％であった。ピットの部分からの反射率とピットが内分の反射率の差が信号量になる。つまり、周期構造層がある第１の実施の形態に係る光記録媒体２では０．２２μｍのピットパターンまで判別できるが、約６％の反射率の比較例は、０．２２μｍのピットパターンが判別できない。即ち、第１の実施の形態に係る光記録媒体２により、光記録媒体２の高密度化が達成されたことが分かる。
【００２６】
式（２）で分かる通り、開口数ＮＡを大きくすれば、即ち図５に示す物点において張る角度ｕを大きくとれば、分解能εは向上する。しかし、これは不確定性原理を表わしているといえる。「不確定性原理」とは、例えば“位置座標と運動量という正準共役の関係にある２つの量がともに１つの値に確定しない“という定理である。ｘを位置を示すベクトル変数、ｐを運動量ベクトル、ｈをプランク定数とすると、不確定性原理は、
ｘ・ｐ≧ｈ／４π　　　　　　　　・・・・・（３）
と表わされる。ここで、Δｘは、分解能εを表わし、Δｐは運動量ベクトルｐの広がりを示す。Δｐは、大きさ（ベクトルの長さ）の不確定さでもいいし、角度の不確定さでも良い。
【００２７】
波数ベクトルｋの不確定さが小さい、言い換えれば波長半値幅の小さいレーザ光ではなく、波長半値幅が大きい白色光を用いれば、式（２）の係数０．７７は０．６１まで小さくなることが知られている。又、角度の広がりという観点でΔｐが大きいということは、開口数ＮＡが大きいということに対応している。したがって分解能εを上げるためには、その方向の運動量ベクトルｐの広がりを大きくすれば良い。又、波数ベクトルｋとは単位長さあたりの波の数であり、運動量ベクトルｐとは、
ｐ＝（ｈ／２π）・ｋ　　　　　　・・・・・・（４）
の関係がある。
【００２８】
さて、ビームスポットを小さくするためには、光記録媒体２の記録層２３の表面と平行な方向に運動量ベクトルの広がりΔｐを大きくすれば良いことが分かる。又、この様な方向に運動量ベクトルｐを与えるようにしても良い。例えばＳＩＬ（Ｓｏｌｉｄ　Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ　Ｌｅｎｓ）は、レンズ形状によって記録層２３の面内方向と平行な方向の運動量ベクトルｐを増やして解像度を上げている。
【００２９】
図７に示すように、複素屈折率の実部ｎ１を持つ材料と、これと異なる複素屈折率の実部ｎ２を持つ材料の界面において、低い屈折率（複素屈折率の実部）ｎ１の材料から高い屈折率（複素屈折率の実部）ｎ２の材料へ光が入射した時、その光の界面の垂直方向の成分に運動量ベクトルｐが与えられる。屈折率比ｎ２／ｎ１に対応する分だけ、波数ベクトルｋが増えるからである。
【００３０】
したがって、本発明の第１の実施の形態に係る光記録媒体２の第１主面に光の波長λと同程度、例えば光の波長λの５倍〜０．２倍程度の周期性を持たせた周期構造層２１を構成すれば、その周期の持つ運動量ベクトルｐを入射光に加えることにより、光記録媒体２の記録層２３の面内方向成分に運動量ベクトルｐを増やすことができる。
【００３１】
この様な周期構造層２１は、２次元フォトニック結晶や３次元フォトニック結晶により容易に実現できる。周期構造層２１における運動量ベクトルｐを、図６に示す結晶運動量と考えれば、理解しやすい。したがって、光記録媒体２の表面にフォトニック結晶構造層（周期構造層）２１を加えることによって、超解像効果が得られることとなる。又、別な見方をすれば周期構造層２１の周期性により光を回折させ、集光角度を変えて実効的な開口数ＮＡを大きくしていると、捉えることもできる。
【００３２】
又、フォトニック結晶は非線形光学特性を増大させる効果を生むことも可能である。したがって、フォトニック結晶の間あるいは中にビームが細るような非線形光学材料を配せば、その超解像特性が増大し、集光ピット径が小さくなる。
【００３３】
図８は、波長λ＝０．４μｍのレーザ光が角度ｕ＝１７．５°で基板（ガラス）２２上へ入射する場合を示す。基板（ガラス）２２上にはピッチ０．３６μｍの周期の周期構造層（屈折率ｎ：約２．５）を付置させている。図８において、ｘ方向の１波長の長さは、入射側では１．３３μｍ（波数ベクトルｋ：約７５００ｃｍ−１）であるが、基板（ガラス）２２中では０．２８μｍ（波数ベクトルｋ：約３５０００ｃｍ−１）となっており、運動量ベクトルｐが増大していることが分かる。但しこの時ビームの回折角度は基板（ガラス）２２界面が与える運動量ベクトルｐも影響している。
【００３４】
図８から分かるように、周期構造層２１が与える結晶運動量成分の分だけ分解能εが上がる。記録層２３の表面内成分にこの様な周期構造層２１が無い場合はｘ方向成分は変化しない。角度位置によって集光する位置（記録層２３の表面とは垂直方向成分）がずれるが、対物レンズ１４ａによる集光条件、例えば対物レンズ１４ａの焦点位置や、開口数ＮＡ等を変えることが可能ならば、最も分解能εの高い角度成分を使うようにすれば良い。
【００３５】
図６に示すように、屈折率ｎの周期性による結晶運動量は入射光の面内成分と同程度の方が回折されやすい。又、回折される空間の屈折率をｎとすると、回折された面内成分の大きさは（ｎ／λ）以上の波数ベクトルｋにはなり得ない。
【００３６】
本発明の第１の実施の形態に係る光記録媒体２において、屈折率ｎの周期性を有する周期構造層２１を設置させるだけでなく、非線形光学材料を付置し、そこに複数のレーザビームを照射し、非線形光学的周期構造層を形成しても良い。この場合再生・記録光ビームの中心位置を中心とする円形の周期構造の非線形光学的周期構造層とするのが最も良い。これは波長の異なる２つのビームを記録・再生光ビームの外側から照射して形成するのが良い。更にフォトリフラクティブ材料を用いて周期性を形成しても良い。
【００３７】
本発明の第１の実施の形態の変形例に係る光記録媒体３は、図９に示すように、円筒形のドラムと、このドラムの内部に設けられた記録層と、ドラムの円筒面に設けられた周期構造層とを備える。ここで、「ドラムの円筒面」上には、ピックアップ１が配置される。
【００３８】
「周期構造層」は、ドラムを構成しているポリカーボネートの屈折率とは異なる屈折率を有する酸化チタン（ＴｉＯ２）微細パターンの周期的配置を備えている。酸化チタン（ＴｉＯ２）微細パターンは、ドラムの円筒面に、図３と同様に、ピッチ０．５７μｍで設けられた正方格子状に窪みに埋め込まれている。窪みは、直径０．２μｍ、深さ０．６μｍの円筒形である。
【００３９】
ピックアップ１は、図９と同様にコの字型の断面を有するアームと、このコの字型を構成するアームの空洞部に配置されたハーフミラーと、アームの空洞部に面して、アームの内壁に設けられた半導体レーザ、受光素子及び対物レンズとを備える。実際には、図２と同様に、複数のトラック２４ａ，２４ｂ，・・・・・，２４ｈ，・・・・・のそれぞれに対応して、アームの内壁に複数の半導体レーザ、受光素子及び対物レンズが配置されている。
【００４０】
第１の実施の形態の変形例に係る光記録媒体３は、読み取り時にはピックアップ１に対して、記録媒体３が相対的に回転する。第１の実施の形態の変形例においても、図１に示した光記録媒体２と同様なの高密度化が達成されることは、上述した説明から明らかであろう。
【００４１】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る光記録媒体４は、図１０に示すように、第１及び第２主面を有するポリカーボネート製の直径１２０ｍｍの基板４２と、この基板４２の第２主面に設けられた記録層４３と、第１主面に設けられた周期構造層４１とを備えるＣＡＶ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ　Ａｎｇｕｌａｒ　Ｖｅｌｏｃｉｔｙ）記録方式のＤＶＤ−ＲＯＭ（再生専用）である。ここで、「第１主面」は、光ヘッドアセンブリの対物レンズ１４側に位置する表面であり、「第２主面」は、第１主面に対向した基板４２の主面（裏面）である。基板４２の材料としては、ポリカーボネートの他に、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等のアクリル系樹脂よりなるプラスチック基板の透明基板が使用可能である。
【００４２】
記録層４３は、第２主面に複数の凸部（ランド）Ｌｊ−１，Ｌｊ，Ｌｊ＋１，Ｌｊ＋２，・・・・・と、これらのランドＬｊ−１，Ｌｊ，Ｌｊ＋１，Ｌｊ＋２，・・・・・の間の凹部（グルーブ）Ｇｊ−１，Ｇｊ，Ｇｊ＋１，Ｇｊ＋２，・・・・・を用いて構成している。記録ピットは、グルーブＧｊ−１，Ｇｊ，Ｇｊ＋１，Ｇｊ＋２，・・・・・に設けられている。隣接するグルーブＧｊ−１，Ｇｊ，Ｇｊ＋１，Ｇｊ＋２，・・・・・の間隔は、例えば０．５８μｍ〜０．７４μｍである。トラック配置方式は、１本のグルーブ・トラックを蚊取り線香のようにそれぞれ隣り合うように、螺旋状に形成する蚊取り線香タイプでも、１周ごとにランドからグルーブ，グルーブからランドと次々に切り替えながらディスク全体で１本の螺旋状トラックを作る方法でも構わない。図示を省略しているが、記録層にはアルミニウム（Ａｌ）反射膜が用いられる。記録層４３の最短ピット長は、例えば０．２２μｍ、最長は０．８８μｍである。なお、アルミニウム（Ａｌ）反射膜の代わりに金（Ａｕ）反射膜等の他の金属薄膜が使用可能である。
【００４３】
「周期構造層４１」は、基板４２の屈折率（ｎ＝１．５５）とは異なる屈折率の材料からなる図１１に示すような微細パターンを、第１主面に平行な面内において、２次元周期的配置して構成されている。この周期構造層４１は、２次元フォトニック結晶を構成するようにすれば良い。このため、周期構造層４１は、第１主面に平行な面内において、記録層４３に情報を書き込み若しくは読み出す光源の波長の５倍〜０．２倍のピッチで周期的に２次元配置するのが好ましい。特に、第１の実施の形態で説明したように、周期構造層４１の周期が光源の波長の約半分程度になると効果が大きくなる。
【００４４】
このため、ポリカーボネートの基板４２のカバー層上に、図１０に示すように、銀パラジウム銅（Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ）微細パターン４１ｉ，ｊ−１，４１ｉ，ｊ，４１ｉ，ｊ＋１，・・・・・を形成している。銀パラジウム銅（Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ）微細パターン４１ｉ，ｊ−１，４１ｉ，ｊ，４１ｉ，ｊ＋１，・・・・・は、例えば、ポリカーボネートの基板４２のカバー層上にレジストをスピン塗布し、このレジストをＥＢリソグラフィーでパターニングし、銀パラジウム銅（Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ）膜をスパッタし、スパッタ後下地のレジストを剥離する、いわゆるリフトオフ法により形成できる。又、ＲＩＥ法で窪みを付け、この窪みの中に銀パラジウム銅（Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ）膜を埋め込んでも良い。図１１には、銀パラジウム銅（Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ）微細パターン４１ｋ＋１，ｌ，４１ｋ，ｌ，４１ｋ−１，ｌ，・・・・・からなる蜂の巣構造２次元的レイアウトを示す平面図を示す。図１１の矢印方向のピッチは約０．３６μｍである。
【００４５】
又、周期構造層４１は、第１主面から、記録層４３に情報を書き込み若しくは読み出す光源の波長の３倍〜０．３倍の深さに周期的に埋め込まれていることが好ましい。特に、銀パラジウム銅（Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ）微細パターン４１ｉ，ｊ−１，４１ｉ，ｊ，４１ｉ，ｊ＋１，・・・・・の場合は、光に対して不透明であるので、その消衰係数ｋを考慮して、周期構造層４１の深さが決定される。
【００４６】
例えば、波長λ＝０．４μｍの半導体レーザの光を集光して再生する場合を考える。このとき、銀パラジウム銅（Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ）膜の波長λ＝０．４μｍにおける消衰係数ｋは約１．６９であるので、吸収係数αは
α＝４πｋ／λ＝５３／μｍ　　　・・・・・・（５）
となる。透過率Ｔは、周期構造層４１の厚みを０．２μｍとすると、
Ｔ＝ｅｘｐ（−５３×０．２）＝２．５×１０−５・・・・・・（６）
となり、透過率Ｔはゼロとみなしていい。周期構造層４１における銀パラジウム銅（Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ）微細パターン４１ｉ，ｊ−１，４１ｉ，ｊ，４１ｉ，ｊ＋１，・・・・・の全体に対する面積比は約２０％である。更に、回折光があり、その効率を約半分と見積もると、透過率Ｔは大まかには約４０％と見積もれる。
【００４７】
なお、図示を省略しているが、基板４２の第２主面の記録層４３には接着層を介してダミー基板が設けられている。したがって、実際には、記録層４３は基板４２とダミー基板の間に位置する。ダミー基板は、透明基板である必要はない
図１２は、本発明の第２の実施の形態に係る光記録媒体４を用いた再生装置の概略を示す模式図である。即ち、第２の実施の形態に係る再生装置は、スピンドルモータ４５と、このスピンドルモータ４５の上面に配置された円形状ディスク型の光記憶媒体４と、この光記憶媒体４の上方に配置されたピックアップ４７と、このピックアップ４７とスピンドルモータ４５に電気的に接続する制御及び信号処理回路４６とを備える。スピンドルモータ４５は、光記憶媒体４を回転駆動させる。ピックアップ４７は、光記憶媒体４にレーザ光を照射し反射光を読み取り、出力信号に変換する。制御及び信号処理回路４６は、ピックアップ４７の出力信号をデータとして読み取り、スピンドルモータ４５による光記憶媒体４の回転駆動を制御する。
【００４８】
図１３は、図１２のピックアップ４７の光学系の詳細を示す。即ち、本発明の第２の実施の形態に係るビックアップ４７は、半導体レーザ１１と、この半導体レーザ１１の前方に配置されたコリメータ１５と、このコリメータ１５の前方に配置されたビームスプリッター１６と、このビームスプリッター１６の下方に配置された受光素子１２と、ビームスプリッター１６の前方に配置されたリレイレンズ１７と、このリレイレンズ１７の前方に配置されたイメージレンズ１８と、このイメージレンズ１８の前方に配置された反射鏡１９と、この反射鏡１９の下方でピックアップ４７の先端に配置された対物レンズ１４とを備えている。
【００４９】
半導体レーザ１１から発したレーザ光がコリメータ１５により平行光線となり、コリメータ１５を透過した平行光線がビームスプリッター１６を透過し、ビームスプリッター１６を透過した平行光線は、リレイレンズ１７により一度集光され更に、イメージレンズ１８により平行光線にされる。イメージレンズ１８を出射した平行光線は、反射鏡１９により９０度下方に反射され、
反射鏡１９により９０度下方に反射された平行光線は、対物レンズ１４により光記憶媒体４の周期構造層４１を介して、記録層４３に集光される。そして、対物レンズ１４により光記憶媒体４の記録層４３から反射した戻り光が、周期構造層４１を介して対物レンズ１４により平行な戻り光となる。対物レンズ１４を透過した平行な戻り光は、反射鏡１９により９０度後方に反射され、反射鏡１９により９０度後方に反射された平行な戻り光がイメージレンズ１８により集光され、リレイレンズ１７により平行光線にされる。リレイレンズ１７を出射した戻り光は、ビームスプリッター１６により下方に分離され、ビームスプリッター１６により下方に分離された平行な戻り光が受光素子１２により受光し出力信号に変換される。
【００５０】
図１２に示す制御及び信号処理回路４６の詳細を図１４に示す。記録媒体４の周期構造層４１の上部に配置されたピックアップ４７によって、記録層４３から読み出された信号は、高周波増幅器（ＲＦＡｍｐ）１１５で増幅される。そして、高周波増幅器１１５からトラッキングエラー信号ＴＥ、フォーカスエラー信号ＦＥ、情報信号であるＲＦ信号が出力される。トラッキングエラー信号ＴＥはトラッキングサーボ制御回路１１６に入力される。トラッキングサーボ制御回路１１６では、ゲインと位相が補償されると共に、シーク制御等も行われる。このトラッキングサーボ制御回路１１６の出力は、送りモータ制御回路１１７及び加算器１３１に入力される。送りモータ制御回路１１７は、モータドライバ１１８を介して送りモータ４８を制御する。加算器１３１においては、レンズ駆動信号発生回路１２２ａの出力が、トラッキングサーボ制御回路１１６の出力と加算される。加算器１３１の出力はアクチュエータドライバ１２０を介して送りモータ４８に入力される。フォーカスエラー信号ＦＥはフォーカスサーボ制御回路１１９に入力される。フォーカスサーボ制御回路１１９の出力は加算器１３２において、フォーカスサーチ時にレンズを駆動する為のレンズ駆動信号発生回路１２２ｂの出力と加算される。そしてアクチュエータドライバ１２１を通じてピックアップ４７の内部のフォーカスアクチュエータを駆動する。ＲＦ信号は、再生時においては、ＤＶＤデータ信号処理回路１２６で復調・誤り訂正後のデータ信号はＭＰＥＧ２規格に基づくビデオ・オーディオエンコーダ／デコーダ１２８のデコーダ部で復号される。そして元のビデオ信号及びオーディオ信号が再生される。本発明の第２の実施の形態に係る再生装置はＣＡＶ制御であるので、スピンドルモータ４５からのＦＧ信号がディスクモータ制御回路１２３に入力される。この結果ディスクモータドライバ１２４を介して角速度、即ち光記録媒体４の回転速度が一定となるようにスピンドルモータ４５の回転速度が制御される。システムコントローラ１２５は、各制御回路の制御タイミングやシステム全体の動作を制御する。
【００５１】
比較のため、第２の実施の形態に係る光記録媒体４と同一規格であるが、周期構造層４１が無いＣＡＶ記録方式のＤＶＤ−ＲＯＭ（比較例）を用意した。比較例も最短ピット長は０．２２μｍ、最長は０．８８μｍである。
【００５２】
開口数ＮＡ＝０．３の対物レンズ１４で０．４μｍの半導体レーザの光を集光し、対物レンズ１４の焦点サーボが十分動作する回転数で再生したところ、比較例では０．７７μｍのピットまでしか判別できなかった。しかし、周期構造層４１がある第２の実施の形態に係る光記録媒体４では０．２２μｍのピットパターンまで判別できるので、光記録媒体４の高密度化が達成されたことが分かる。
【００５３】
（第３の実施の形態）
周期構造層の周期性を、ディスクのラジアル方向とタンジェンシャル方向を考慮すると、角度位置による集光条件の変化は無くすることができる。この時ＣＬＶ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ　Ｌｉｎｅａｒ　Ｖｅｌｏｃｉｔｙ）の様に、外周部と内周部で周期性が大きく変わらないようにすることが望ましい。ＤＶＤ−ＲＡＭ（書換形）等においては、集光サイズが小さいため、ビームスポット内ではラジアル方向、タンジェンシャル方向の周期の差は小さくなり、回折が起こることになる。
【００５４】
本発明の第３の実施の形態に係る光記録媒体５は、図１５に示すような第１及び第２主面を有するポリカーボネート製の直径１２０ｍｍの基板と、この基板の第２主面に設けられた記録層と、第１主面に設けられた周期構造層とを備えるＣＡＶ記録方式のＤＶＤ−ＲＡＭ（書換形）である。ここで、「第１主面」は、光ヘッドアセンブリの対物レンズ側に位置する表面であり、「第２主面」は、第１主面に対向した基板の主面（裏面）である。
【００５５】
記録層は、図１０と同様に、第２主面に複数の凸部（ランド）と、これらのランドの間の凹部（グルーブ）を用いて構成している。第３の実施の形態に係る光記録媒体５においては、記録ピットは、ランドとグルーブの両方に設けている。隣接するグルーブの間隔は、例えば０．５８μｍ〜０．７４μｍである。トラック配置方式は、蚊取り線香タイプでも、１周ごとにランドからグルーブ，グルーブからランドと次々に切り替えながらディスク全体で１本の螺旋状トラックを作る方法でも構わない。図示を省略しているが、記録層にはゲルマニウム・アンチモン・テルル（Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ）合金膜等の相変化媒体膜が用いられる。記録層の最短ピット長は、例えば０．２２μｍ、最長は０．８８μｍである。
【００５６】
「周期構造層」は、基板の屈折率（ｎ＝１．５５）とは異なる屈折率の材料からなる微細パターンを、第１主面に平行な面内において、２次元周期的配置して構成されている。即ち、基板にエッチングで、窪みをつけ、この窪みに基板とは屈折率の異なる酸化チタン（ＴｉＯ２）微細パターンをスパッタで埋め込んで、周期構造層を構成している。この際、図１５（ｃ）に示すように、ラジアル方向とタンジェンシャル方向に周期性を持たせるように埋め込んでいる。ここで図１５（ｃ）は、図１５（ｂ）の拡大図で、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のＡ部の拡大図である。図１５（ｃ）に示すビームスポットＢの直径の範囲ではほぼ周期性は格子状となる。この時ＣＬＶの様に、外周部と内周部で周期性が大きく変わらないようにしている。ラジアル方向、タンジェンシャル方向共に周期を０．３５μｍとしている。このようにして、第３の実施の形態に係る光記録媒体５の表面の周期構造層は、２次元フォトニック結晶を構成している。
【００５７】
周期構造層の深さは、記録層４３に情報を書き込み若しくは読み出す光源の波長の３倍〜０．３倍に設定すれば良い。特に、波長の半分程度あれば光は判別できるため、第３の実施の形態に係る光記録媒体５においては、周期構造層の深さを、０．２μｍとしている。
【００５８】
比較のため、第３の実施の形態に係る光記録媒体５と同一規格であるが、周期構造層が無いＣＡＶ記録方式のＤＶＤ−ＲＡＭ（比較例）を用意した。比較例も最短ピット長は０．２２μｍ、最長は０．８８μｍである。開口数ＮＡ＝０．３の対物レンズで０．４μｍの半導体レーザの光を集光し、対物レンズの焦点サーボが十分動作する回転数で再生したところ、比較例では０．７７μｍのピットまでしか判別できなかった。しかし、周期構造層がある第３の実施の形態に係る光記録媒体５では０．３３μｍのピットパターンまで判別できるので、光記録媒体５の高密度化が達成されたことが分かる。
【００５９】
第３の実施の形態に係る光記録媒体５においては、ディスク形状で説明したが、これに限らず、シート状の形状でも良く、又、ピックアップを移動させる方式であっても記録シートを移動させて読み出す方式でも良い。
【００６０】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１〜第３の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００６１】
既に述べた第１〜第３の実施の形態の説明においては、２次元フォトニック結晶となる周期構造層を説明したが、フォトニック結晶は、２種類の材料の屈折率差が大きい方が効果が大きいので、基板の屈折率との差が大きい材料であれば、酸化チタン（ＴｉＯ２）微細パターンや銀パラジウム銅（Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ）微細パターン以外の膜の微細パターンが使用可能である。
【００６２】
２次元フォトニック結晶ではなく、３次元フォトニック結晶を用いても良い。
【００６３】
例えば、３次元フォトニック結晶からなる周期構造層は以下のようにすれば作成できる。
【００６４】
（イ）　先ず、Ｈｅ−Ｃｄレーザ等の光源からレーザ光（Ｈｅ−Ｃｄレーザでは波長λ＝４４２ｎｍ）を照射し、ビームスプリターにより、３本のレーザ光に分割する。分割された３本のレーザ光を複数のミラーを用いて反射し、ガラスセル中の光記録媒体の基板上の光硬化性樹脂に、所定の時間、例えば、３０秒間照射する。照射され３本のレーザ光がガラスセル中の光硬化性樹脂中で干渉することにより、光硬化性樹脂中に干渉縞が形成される。３本のレーザ光とガラスセル中の光硬化性樹脂との衝突角を調節することで得られる格子の周期が設定される。
【００６５】
（ロ）　３本のレーザ光によって干渉縞を形成した部分が硬化される。光硬化性樹脂の周囲の液体樹脂がエタノール等の溶媒で洗い流される。洗い流された液体樹脂は乾燥される。なお、液体樹脂の除去に使用される溶媒は光硬化性樹脂との関連で適宜調整できる。
【００６６】
（ハ）　３本のレーザ光の干渉縞によって、２次元方向（干渉縞の水平方向）にロッド（平面に対して垂直方向に延びた柱構造）を周期的に配列した格子構造に対応する像が形成される。
【００６７】
（ニ）　２次元格子構造に対応する像の側方（ガラスセルの側方）から２本のレーザ光が入射し干渉される。２本のレーザ光の干渉縞によって、２次元格子構造の垂直方向に１次元周期構造に対応する像が形成される。
【００６８】
（ホ）　３次元フォトニック結晶構造を構成する格子構造に対応する像が光記録媒体の基板上の光硬化性樹脂層中に形成される。
【００６９】
（ヘ）　光硬化性樹脂の周囲の液体樹脂（未硬化光硬化性樹脂）がエタノール等の溶媒で洗い流される。以上のようにして、光記録媒体の基板上に細密な３次元フォトニック結晶の最密格子構造が得られる。
【００７０】
第１〜第３の実施の形態においては、基板の第２主面に記録層がある場合を例示したが、記録層は、基板の内部又は第２主面の上に設けられていても良い。又、第１〜第３の実施の形態においては、周期構造層は、第１主面に埋め込まれて設けられていたが、第１主面の上に設けても構わない。
【００７１】
この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【００７２】
【発明の効果】
本発明によれば、基板の屈折率とは異なる屈折率の材料からなる微細パターンを配置した周期構造層の存在により、対物レンズの開口数で決められる再生分解能以上の分解能εを得ることが可能となるので、安価且つ簡易な高密度な光記録媒体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光記録媒体と光ヘッドアセンブリの構造を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る光記録媒体のトラックと光ヘッドアセンブリの関係を示す模式的な上面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る光記録媒体の２次元的な周期構造層を示す模式的な平面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る光記録媒体の記録層を示す模式的な平面図である。
【図５】開口数ＮＡを説明するために対物レンズが物点において張る角度ｕを示す図である。
【図６】結晶運動量のベクトルと、入射光及び回折光のベクトルの関係を示す図である。
【図７】低い屈折率ｎ１の材料から高い屈折率ｎ２の材料へ光が入射した時、その光の界面の垂直方向の成分に運動量ベクトルが与えられることを説明する図である。
【図８】レーザ光が周期構造層を付置した基板（ガラス）上へ入射することにより、基板（ガラス）中で運動量ベクトルが増大することを示す図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態の変形例に係る光記録媒体と光ヘッドアセンブリの関係を示す模式的な鳥瞰図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る光記録媒体の構造を示す模式的な断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る光記録媒体の２次元的な周期構造層を示す模式的な平面図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る光記録媒体を用いた再生装置の概略を示す模式図である。
【図１３】図１２のピックアップの光学系の詳細を示す図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る光記録媒体を用いた再生装置の制御及び信号処理回路の概略を示す図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態に係る光記録媒体において、ラジアル方向とタンジェンシャル方向に周期性を持たせた周期構造層を説明する平面図である。
【符号の説明】
１　ピックアップ（光ヘッドアセンブリ）
２，３，４，５　光記録媒体
１１，１１ａ，１１ｂ，　半導体レーザ
１２，１２ａ，１２ｂ，　受光素子
１３ａ　ハーフミラー
１４，１４ａ，１４ｂ，　対物レンズ
１５　コリメータ
１６　ビームスプリッター
１６　空洞部
１７　リレイレンズ
１８　イメージレンズ
１９　反射鏡
２１，４１　周期構造層
２２，４２　基板
２３ｒ　アルミニウム反射膜
２３，４３　記録層
２４ａ，２４ｂ，　トラック
４５　スピンドルモータ
４６　信号処理回路
４７　ビックアップ
１１５　高周波増幅器
１１６　トラッキングサーボ制御回路
１１７　モータ制御回路
１１８　モータドライバ
１１９　フォーカスサーボ制御回路
１２０，１２１　アクチュエータドライバ
１２２ａ，１２２ｂ　レンズ駆動信号発生回路
１２３　ディスクモータ制御回路
１２４　結果ディスクモータドライバ
１２５　システムコントローラ
１２６　ＤＶＤデータ信号処理回路
１２８　デコーダ
１３１，１３２　加算器
Ｂ　ビームスポット
Ｇｊ−１，Ｇｊ，Ｇｊ＋１，Ｇｊ＋２，・・・・・　グルーブ
Ｌｊ−１，Ｌｊ，Ｌｊ＋１，Ｌｊ＋２，・・・・・　ランド
Ｐｎ−２，Ｐｎ−１，Ｐｎ，Ｐｎ＋１，Ｐｎ＋２，Ｐｎ＋３，Ｐｎ＋４，・・・・・　ピット
【図１】
2004127391.tif 000003
【図２】
2004127391.tif 000004
【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】
2004127391.tif 000010
【図９】
2004127391.tif 000011
【図１０】
2004127391.tif 000012
【図１１】
2004127391.tif 000013
【図１２】
2004127391.tif 000014
【図１３】
2004127391.tif 000015
【図１４】
2004127391.tif 000016
【図１５】
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