(57)【要約】【課題】精確に、回折限度より小さいピットスポットを読出して、超高密度で近接場光学記録の目的を達成することができる再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスクを提供する。【解決手段】ピットスポット１を有する透光基板２上に、透光の多層薄膜層４，６を覆って、局部近接場光学作用を発生する酸化亜鉛ナノ薄膜層５が、ビームを集光する作用により、局部の近接場光学作用を発生して、近接場距離内で、透光基板２上のピットスポット１アと互いに作用やカップリングする。【選択図】　　　　図１
2004014093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも
ピットスポットを有する透光基板と、
第１透光誘電体薄膜層と、
第２透光誘電体薄膜層と、
第１透光誘電体薄膜層と第２透光誘電体薄膜層との間に覆う、局部近接場光学作用を発生する酸化亜鉛ナノ薄膜層と、
ピットスポットを有する透光基板と、当該第１透光誘電体薄膜層との間に、や当該第２透光誘電体薄膜層の表面に覆う反射薄膜層とを有することを特徴とする再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスク。
【請求項２】
当該ピットスポットを有する透光基板が、シリカ（ＳｉＯ２）ガラス材や、様々の比例でナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、カルシウム（Ｃａ）、カリウム（Ｋ）、アルミニウム（Ａｌ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ホウ素（Ｂ）等をドーピングしたシリカ（ＳｉＯ２）ガラス材から構成されることを特徴とする請求項１記載の再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスク。
【請求項３】
当該ピットスポットを有する透光基板が、ポリカーボネート（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）やエポキシ樹脂等の透明の重合体から構成されることを特徴とする請求項１記載の再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスク。
【請求項４】
当該反射薄膜層３は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、や銅（Ｃｕ）等から構成されることを特徴とする請求項１記載の再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスク。
【請求項５】
当該反射薄膜層３は、多層構成であることを特徴とする請求項１または４記載の再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスク。
【請求項６】
当該第１透光誘電体薄膜層と第２透光誘電体薄膜層は、少なくとも、硫化亜鉛−シリカ（ＺｎＳ−ＳｉＯｘ）、シリカ（ＳｉＯｘ）、或いは窒化シリカ（ＳｉＮｘ）等のメディア材から構成されることを特徴とする請求項１記載の再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスク。
【請求項７】
当該第１透光誘電体薄膜層と第２透光誘電体薄膜層は、多層構成であることを特徴とする請求項１または６記載の再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスク。
【請求項８】
当該第１透光誘電体薄膜層と第２透光誘電体薄膜層のより良い厚さ範囲が５ｎｍ〜２００ｎｍであることを特徴とする請求項１または６記載の再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスク。
【請求項９】
当該局部近接場光学作用を発生する酸化亜鉛ナノ薄膜層が、酸化亜鉛化合物や酸化亜鉛及び亜鉛の混合材から構成されることを特徴とする請求項１記載の再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスク。
【請求項１０】
当該局部近接場光学作用を発生する酸化亜鉛ナノ薄膜層のより良い厚さ範囲が為５ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１または９記載の再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化亜鉛ナノ薄膜層の局部近接場光学作用により、超高密度近接場光学記録を達成する再生専用形光ディスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクが実用且つ普及な光学記録媒体の一つであり、有する、優れた記憶品質及び高安定特性が、データのバックアップ及び多媒体娯楽に広く適用されるとともに、関係する技術の高度発展に従って、多数の種類及び規格の光ディスクが登場し、大雑把に、再生専用形（Ｒｅａｄ　ｏｎｌｙ）や、追記形（Ｗｒｉｔｅ　ｏｎｃｅ）及び書換形（Ｒｅｗｒｉｔａｂｌｅ）の３種類に分けられる。再生専用形の典型製品が、ＣＤ−ＤＡ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｉ、ＶＣＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ等で、追記形の典型製品がＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒ等であり、書換形の典型製品がＭＤ、ＭＯ、ＰＤ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＣＤ−ＲＡＭ等である。
【０００３】
再生専用形光ディスクは、リードオンリー形光ディスクとも言われ、その記録技術としての基本原理は、エッチ工程技術を利用して、予めマーク（Ｍａｒｋｓ）としてピット（ｐｉｔ）を書込んで、これは、いわゆるプリレコード（Ｐｒｅ−ｒｅｃｏｒｄｅｄ）動作であり、そして、スパッタリングやスピンコーティングの方法で反射層及び保護層等の薄膜を順番にコーティングして、また、ビデオディスクプレーヤーのレンズセットで、レーザビームをディスクのスポットにフォーカシングして、反射光信号の変化により、記録信号を読取る。
【０００４】
現在、一般な光ディスク記録技術の読み書き機制が遠距離場光学であるため、即ち、ビデオディスクプレーヤーのヘッド及びディスク上のスポットの距離が、光学読み書き作用を行うヘッドに使われる光源の波長より、かなり大きいので、光の変動特性による干渉や回折の光導電効果が避けられない。故に、読み書きのマークの大きさが回折限度（１．２２λ／２ｎｓｉｎθ、λが、使われる光の波長で、ｎがメディアの屈折率であり、θが光学半値角である）によって制限され、より高い光学記録密度が実現できない。言い換えれば、現在の、一般な光ディスクの記録容量を増大するには、下記の方法によることしか実現できない。
（１）より効率なデータコーディングと、
（２）記録ピット及び記録トラックピッチの縮小と、
（３）より短い波長の光源の使いと、
（４）レンズの開口数の向上と、
（５）多膜層（ｍｕｌｔｉ　−ｌａｙｅｒ）記録、ホログラフィー（ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ）記録のような容積測定（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ）記録技術とである。
【０００５】
上述の各方法では、回折限度の範囲内での最適化改善であるため、根本的に、回折限度によって限制され、有効に光学記録密度を高くするには、最も根本的な方法は、近接場光学の技術を応用し、回折限度の限制を避けて、目的とする超高密度の光学記録が達成できる。
【０００６】
光学回折限度により制限されることを避けるため、光学記録容量及び密度を、十分に高くする近接場光学の記録技術は、１９９２年、米ベル実験室（ＢｅｌｌＬａｂｓ）のＥｒｉｃ　Ｂｅｔｚｉｇによって、近接場光学プローブ（ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｐｒｏｂｅ）で近接場光学超高密度の記録が実現できることが確認された。その方法としては、波長よりかなり小さい距離範囲内（即ち、近接場内）の、端部に数十ナノ（ｎｍ）の大きさの光学穴を有する光ファイバープローブで、光磁気プラチナ・コバルト多層膜に対して、精密な近接場光学書込み及び読出しである技術である。近接場内であるため、回折限度の限制がないので、平方英寸ごとに４５　Ｇｂｉｔｓに相当する超高記録密度が実現できる。しかしながら、光ファイバープローブで集光及び光伝送を行う方法には、多数の問題が存在する。例えば、精密的にプローブと記録層の表面との距離（約数ナノ）を制御しなければならないし、光ファイバープローブが外力や振動により壊れやすいし、データ読取りや書込みの速度が遅すぎるし、光学メッセージがプローブを通す時の減衰率がかなり大きいし（約１０−６〜１０−３レベルの減衰）、また、光ファイバープローブの端部穴の大きさが制御しにくい等の問題がある。
【０００７】
一方、米国第５、１２５、７５０号特許公報には、米スタンフォード（Ｓｔａｎｆｏｒｄ）大学のＧ．　Ｓ．　Ｋｉｎｏ研究グループから、実質上可能な近接場ビデオディスクプレーヤーの原型としてのソリッドイマージョンレンズ（Ｓｏｌｉｄ　Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ　Ｌｅｎｓ、　ＳＩＬ）を提案した。その方法としては、高屈折率ｎの半球状及び超半球状透光固体から構成されるヘッドにより、有効に読み書きのスポットを縮小する。このような光学ヘッドにより、有効に近接場光学記録の読取り速度を早くするだけでなく、現在の、既存の光ディスク技術を持って、直接に、高光学記録密度の近接場ビデオディスクプレーヤーを開発することもできる。１９９５年、米カリフォルニアサンノゼのＴｅｒａＳｔｏｒ会社は、ソリッドイマージョンレンズを、近接場光学記録のビデオディスクプレーヤー浮動ヘッドとし、初めの高光学記録密度の近接場ビデオディスクプレーヤーを製造したが、高速浮動のヘッドが有効にディスクの近接場範囲内に制御されなければならないし、様々の技術問題に直面したから、当該会社は、すでに高光学記録密度の近接場ビデオディスクプレーヤーの研究及び開発を止めた。
【０００８】
米国特許第６、２２６、２５８号、第６、２４２、１５７号、第　６、３１９、５８２号及び第６、３４０、８１３号公報には、日本の富永淳二（Ｊｕｎｊｉ　Ｔｏｍｉｎａｇａ）博士は、近接場内の機能について、近接場光学走査プローブ顕微鏡の光ファイバープローブの代わりに、一般的な相変化光ディスクに、二つのナノレベルの薄膜を、即ち、２０ｎｍの窒化シリカ（ＳｉＮ）及び１５ｎｍのアンチモン（Ｓｂ）を増設して、回折限度より小さいサイズのマークを読み書くのを提案した。
【０００９】
この方法は、光ディスク上の薄膜構成を変更することにより、近接場超高密度信号の光学記録を達成する発想を提供し、また、ディスク上の膜層構成の改善により、アンチモン（Ｓｂ）及び窒化シリカ（ＳｉＮｘ）等の薄膜を主とする第１類構成から、酸化銀（ＡｇＯｘ）及び硫化亜鉛−シリカ（ＺｎＳ−ＳｉＯ２）等の膜層を主とする第２類構成に改良する。しかしながら、上述の両方の、局部近接場光学作用を発生するアンチモン（Ｓｂ）及び酸化銀（ＡｇＯｘ）のナノ薄膜層は、材料自身に不安定であるため、高温や水蒸気の吸着により破壊され、局部光学材料の特性を失う。
【００１０】
本発明において、非常に安定的な局部近接場光学作用を有する、酸化亜鉛（ＺｎＯ）及び硫化亜鉛−シリカ（ＺｎＳ−ＳｉＯ２）等の薄膜を主とする第３類構成で、ピットスポットを有する透光基板を合わせて、再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスクを製造し、有効に超高密度近接場光学記録の目的を実現する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、短い波長の光源のコストが高いし、一般ビデオディスクプレーヤーが読み書くスポットが回折限度により制限されるため、近接場光学しか回折限度に制限されないが、近接場走査プローブ式及びソリッドイマージョン式等の近接場光学記録技術には、多数の問題点が存在するから、近接場光学ディスクが、近接場光学記録技術の最適な選択になるが、既知のアンチモン及び酸化銀の両類の近接場光ディスクの材料自身が不安定であるため、本発明において、より安定且つ局部近接場光学作用の極上である、酸化亜鉛ナノ薄膜層で、再生専用形の酸化亜鉛型近接場光ディスクを製造する。この発明は、ピットスポットを有する透光基板上に、透光の多層薄膜層を覆って、局部近接場光学作用を発生する酸化亜鉛ナノ薄膜層が、ビームを集光する作用により、局部の近接場光学作用を発生して、近接場距離内で、透光基板上のピットスポットと互いに作用やカップリングすることにより、精確に、回折限度より小さいピットスポットを読出して、超高密度で近接場光学記録の目的を達成する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスクは、少なくとも、ピットスポットを有する透光基板と、第１透光誘電体薄膜層と、第２透光誘電体薄膜層と、第１透光誘電体薄膜層と第２透光誘電体薄膜層との間に覆う、局部近接場光学作用を発生する酸化亜鉛ナノ薄膜層と、ピットスポットを有する透光基板と、当該第１透光誘電体薄膜層との間に、や当該第２透光誘電体薄膜層の表面に覆う反射薄膜層とを有することを特徴とする。
請求項２に記載の、再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスクは、請求項１における、当該ピットスポットを有する透光基板が、シリカ（ＳｉＯ２）ガラス材や、様々の比例でナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、カルシウム（Ｃａ）、カリウム（Ｋ）、アルミニウム（Ａｌ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ホウ素（Ｂ）等をドーピングしたシリカ（ＳｉＯ２）ガラス材から構成されることを特徴とする。
請求項３に記載の再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスクは、請求項１における、当該ピットスポットを有する透光基板が、ポリカーボネート（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）やエポキシ樹脂等の透明の重合体から構成されることを特徴とする。
請求項４に記載の再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスクは、請求項１における、当該反射薄膜層３は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、や銅（Ｃｕ）等から構成されることを特徴とする。
請求項５に記載の再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスクは、請求項１または４における、当該反射薄膜層３は、多層構成であることを特徴とする。
請求項６に記載の再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスクは、請求項１における、当該第１透光誘電体薄膜層と第２透光誘電体薄膜層は、少なくとも、硫化亜鉛−シリカ（ＺｎＳ−ＳｉＯｘ）、シリカ（ＳｉＯｘ）、或いは窒化シリカ（ＳｉＮｘ）等のメディア材から構成されることを特徴とする。
請求項７に記載の再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスクは、請求項１または６における、当該第１透光誘電体薄膜層と第２透光誘電体薄膜層は、多層構成であることを特徴とする。
請求項８に記載の再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスクは、請求項１または６における、当該第１透光誘電体薄膜層と第２透光誘電体薄膜層のより良い厚さ範囲が５ｎｍ〜２００ｎｍであることを特徴とする。
請求項９に記載の再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスクは、請求項１における、当該局部近接場光学作用を発生する酸化亜鉛ナノ薄膜層が、酸化亜鉛化合物や酸化亜鉛及び亜鉛の混合材から構成されることを特徴とする。
請求項１０に記載の再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスクは、請求項１または９における、当該局部近接場光学作用を発生する酸化亜鉛ナノ薄膜層のより良い厚さ範囲が為５ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスクの典型構成が、図１のようであり、ピットスポット１を有する透光基板２と、ピットスポット１を有する透光基板２上に覆う複数の薄膜構造から構成され、それらが、反射薄膜層３と、第１透光誘電体薄膜層４と、局部近接場光学作用を発生する酸化亜鉛ナノ薄膜層５と、第２透光誘電体薄膜層６とである。
【００１４】
ピットスポット１を有する透光基板２が、シリカ（ＳｉＯ２）ガラス材や、様々の比例でナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、カルシウム（Ｃａ）、カリウム（Ｋ）、アルミニウム（Ａｌ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ホウ素（Ｂ）等をドーピングしたシリカ（ＳｉＯ２）ガラス材、或いはポリカーボネート（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）やエポキシ樹脂等の透明重合体材から構成され、エッチ工程で予めにピットスポット１をプリレコードして、また、当該ピットスポット１のサイズが回折限度より小さい。また、当該反射薄膜層３は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、や銅（Ｃｕ）等、或いはそれに相当する高反射率を有する材質の合金から構成される。当該第１透光誘電体薄膜層４と第２透光誘電体薄膜層６は、少なくでも、硫化亜鉛−シリカ（ＺｎＳ−ＳｉＯ２）、硫化亜鉛−シリカ（ＺｎＳ−ＳｉＯｘ）、シリカ（ＳｉＯ２）、シリカ（ＳｉＯｘ）、或いは窒化シリカ（ＳｉＮｘ）等の材料グループのいずれかの一つを含むメディア材から構成され、また、当該第１透光誘電体薄膜層４と第２透光誘電体薄膜層６の自身が多層構成であり、また、当該第１透光誘電体薄膜層４と第２透光誘電体薄膜層６のより良い厚さ範囲が５ｎｍ〜２００ｎｍの間である。局部近接場光学作用を発生する酸化亜鉛ナノ薄膜層５は、酸化亜鉛化合物や酸化亜鉛及び亜鉛の混合材からなり、より良い厚さ範囲が５ｎｍ〜１００ｎｍである。
【００１５】
図２は、再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスクにマークを読出しする時の工作原理概念図であり、図のように、上述の構成により、光源から入出射するビーム７が、ビデオディスクプレーヤーの光学ヘッド８の光学レンズ９を介して、ピットスポット１を有する透光基板２及び反射薄膜層３及び第１透光誘電体薄膜層４を透過した後、局部近接場光学作用を発生する酸化亜鉛ナノ薄膜層５上にフォーカシングされ、薄膜及びフォーカシングスポット作用により回折限度より小さいサイズの局部近接場光学作用１０により、及び薄膜形成した後に存在するピットスポット１ａでの近接場光学作用により、薄膜形成した後に存在するピットスポット１ａの信号内容を読出して、薄膜形成した後に存在するピットスポット１ａにある内容が、透光基板２にあるピットスポット１と同じであり、ピットスポット１の信号内容が読み出される。
【００１６】
ディスクの回転及びビデオディスクプレーヤーの高速光学ヘッドの走査を合わせて、超高密度の再生専用形ディスクの信号内容を読み出す。また、局部近接場光学作用を発生する酸化亜鉛ナノ薄膜層５の上、下にある、第１、第２透光誘電体薄膜層４、６は、局部近接場光学作用を発生する酸化亜鉛ナノ薄膜層５を保護及び安定する外、薄膜形成した後に存在するピットスポット１ａと、局部近接場光学作用を発生する酸化亜鉛ナノ薄膜層５との近接場距離を一定に維持する。
【００１７】
図３は、本発明の再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスク１１とビデオディスクプレーヤー光学ヘッド８との組み合わせの実施例であり、再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスク１１が、回転方向１２に従い回転し、ビデオディスクプレーヤー光学ヘッド８が、ビデオディスクプレーヤーのトラッキング及びフォーカシング技術により、読み書きスポットを同一平面及び同一トラック上にフォーカシングする。局部近接場光学作用を発生する酸化亜鉛ナノ薄膜層５と、薄膜形成した後に存在するピットスポット１ａとの間が回折限度より小さいサイズの局部近接場光学作用１０で、再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスク１１にある、透光基板２にプリレコードされた回折限度より小さいサイズのピットスポット１内の信号が読出される。
【００１８】
図４は、本発明の再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスクについて、光ディスクテスト機での実験結果の一つであり、方法としては、波長が６３７ナノ（ｎｍ）、ＮＡ値が０．６であるビデオディスクプレーヤー光学ヘッドと、光ディスクテスト機（ＤＤＵ−１０００、　Ｐｕｌｓｔｅｃ　Ｉｎｃ．）とで、再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスクに１００ｎｍのスポットを読出しし、実験において、ディスクの回転の定線速度（Ｃｏｎｓｔａｎｔ　ｌｉｎｅａｒ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ）が３．５　ｍ／ｓで、プリレコードしたスポットが１００ｎｍの大きさで、読出しパワーが４ｍＷであり、また、エネルギー分析器（Ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ａｎａｌｙｚｅｒ）で測定し、再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスクに書き込まれた１００ｎｍスポットの搬送波対雑音比（ＣＮＲ）は、実験結果により、スポットのサイズが１００ｎｍである時、搬送波対雑音比（ＣＮＲ）が３１．８２ｄＢに達するのは、再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスクに回折限度より小さいサイズ（１００ｎｍ）のスポットを読出しすることができることを表し、本発明の可能性が実験によって証明される。
【００１９】
前述したのは、ただ本発明のより良い実施例であり、本発明の特許請求の範囲内での様々の設計変更は、例えば、構成順番の変更、フォーカシングビームの読出し方向及び角度の変更等は、本発明の技術と認められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスクの構成図である。
【図２】本発明の再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスクにおいてのマークの読出し時の工作原理概念図である。
【図３】本発明の再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスク及びビデオディスクプレーヤーヘッドの組み合わせの実施例を説明する図である。
【図４】本発明の再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスクについて、光ディスクテスト機で実際にスポットの書込みと読出しをする実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１　ピットスポット
１ａ　薄膜形成した後に存在するピットスポット
２　透光基板
３　反射薄膜層
４　第１透光誘電体薄膜層
５　局部近接場光学作用を発生する酸化亜鉛ナノ薄膜層
６　第２透光誘電体薄膜層
７　入出射ビーム
８　ビデオディスクプレーヤー光学ヘッド
９　光学レンズ
１０　回折限度より小さいサイズの局部近接場光学作用
１１　再生専用形酸化亜鉛型近接場光ディスク
１２　回転方向
【図１】
2004014093.tif 000003
【図２】
2004014093.tif 000004
【図３】
2004014093.tif 000005
【図４】
2004014093.tif 000006