(57)【要約】      （修正有）【課題】光の透過率の窓を有せず、光の解像限界以下の微小な記録マークを記録再生できる光記録媒体の構成を提供する。また、高いコントラストを有する再生信号を得るための記録マークの形成が可能な光記録媒体を提供する。更に、光の解像限界以下の領域に、情報を多値記録再生する記録再生方法を提供する。【解決手段】支持基板上に、光を吸収して発熱し変形する第一変形材料と、光を透過して第一変形材料の発熱を受けて第一変形材料の形状にならって変形する第二変形材料を有し、情報を記録した後の記録マークの形態は光源側に突出し光を集中させる形状であり、該記録マークのサイズは光の解像限界以下であることを特徴とする光記録媒体。【選択図】図１
2007095246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板上に、光を吸収して発熱し変形する第一変形材料と、光を透過して第一変形材料の発熱を受けて第一変形材料の形状にならって変形する第二変形材料を有し、情報を記録した後の記録マークの形態は光源側に突出し光を集中させる形状であり、該記録マークのサイズは光の解像限界以下であることを特徴とする光記録媒体。
【請求項２】
前記記録マークの高さないしは形状が、記録時に照射するレーザー光の強度および照射時間に依存して変化す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】
再生時に照射するレーザー光による反射光強度が、前記記録マークの高さないしは形状に依存して変化することを特徴とする請求項１又は２に記載の光記録媒体。
【請求項４】
情報を記録した後の記録マークの形態は、各々の記録マークにおける第一変形材料が、隣接する記録マーク間で孤立した状態であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光記録媒体。
【請求項５】
前記第一変形材料と前記第二変形材料による光源側に突出した記録マーク形状を有することにより、再生時に照射するレーザー光のエネルギーが前記記録マーク内部の第一変形材料に集中し、第一変形材料の熱的な光学定数の変化を生じさせ、再生信号強度の変化を検出することにより光の解像限界以下の記録マークを再生することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光記録媒体を用いた光記録媒体の再生方法。
【請求項６】
前記第一変形材料と前記第二変形材料による光源側に突出した記録マーク形状を有することにより、再生時に照射するレーザー光のエネルギーが前記記録マーク内部の第一変形材料に集中し、第一変形材料の熱的な体積変化ないしは変形を生じさせ、再生信号強度の変化を検出することにより光の解像限界以下の記録マークを再生することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光記録媒体を用いた光記録媒体の再生方法。
【請求項７】
情報を記録するに際しては、照射するレーザー光の強度または照射時間を少なくとも２段階以上に設定することにより、前記第一変形材料および前記第二変形材料を少なくとも２段階以上の高さないしは形状を有するように変形させた記録マークを形成し、情報を再生するに際しては、再生時に照射するレーザー光のエネルギーが前記記録マーク内部の第一変形材料に集中し、第一変形材料の熱的な光学定数の変化及び/又熱的な体積変化ないしは変形を生じさせる再生方法により２段階以上の再生信号を検出することにより、情報を多値記録および多値再生できることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光記録媒体を用いた光記録媒体の記録再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の解像限界以下の高密度情報を記録再生する光記録媒体の構成に関するものであり、また、光の解像限界以下の高密度情報を記録再生するための技術に関するものであり、また、多重記録による記録情報の大容量化技術に関するものである。ここで、解像限界とは、光の波長をλ、対物レンズの開口数をＮＡとしたと場合、λ／２ＮＡで表わされる周期を示している。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、図１２に示すように、解像限界より小さい記録マーク、または、解像限界以上ではあるが解像限界に近い寸法をもつ記録マークを含む記録マーク列を記録／再生する際に、含まれる全ての記録マークにおいて高い再生出力が得られ、かつ、高い再生耐久性を実現するために、貴金属酸化物層（２４）を有する光記録媒体に対し、貴金属酸化物の分解によって貴金属酸化物層（２４）を変形させることにより記録マーク列を形成する技術が開示されている。ここで、（２３１）、（２３２）、（２３３）は誘電体層、（２５）は光吸収層である。記録マーク列が形成されている貴金属酸化物層において貴金属微粒子を不可逆的に析出させ、析出した貴金属微粒子に再生レーザービームを照射することにより記録マーク列を読み出し、また、薄膜材料の変形を利用して、解像限界以下の記録マークの読み出しを可能にするものであるが、この特許文献１に記載されている光記録媒体は、貴金属酸化物層が熱的に変形することにより光吸収層が押し上げられて薄くなり、光の透過率が局所的に変化することにより、光吸収層が近接場光を発生する窓として働き、光の解像限界よりも小さな記録情報を読み出している。記録密度を向上させるためには、より小さな記録マークを読み出す必要があり、この光の透過率の窓をより小さなものにする必要がある。その結果、ビームスポット径の大部分の領域が遮光されることとなり、信号強度が低下し検出できなくなる。
【０００３】
また、特許文献２には、薄膜材料の溶融状態を利用して記録密度を高める技術として、再生光の短波長化や再生装置の光学系の開口数の増大以外の方法で光記録媒体の高密度情報の記録および再生を可能とし、しかも、繰り返し再生に対する特性の劣化を防ぐために、図１３に示すように、低結晶性半導体合金により形成されるマスク層（３３２）を有し、記録光ビーム照射によりマスク層（３３２）の厚さが不可逆的に減少し、多重反射条件が変化することにより光透過率が増加した再生用窓（３３０）が形成されとともに、記録マークが記録層（３４）に形成することができ、再生時にマスク層を変化させる必要がないため、繰り返し再生に対する耐久性が良好となる技術が開示されているが、この特許文献２で述べた光記録媒体も同様に、低結晶性半導体合金の膜厚減少による光の透過率の窓が形成され、光の解像限界以下のサイズの記録マークを読み出しており、記録密度の増加にともなって信号強度が著しく低下してしまう。
【０００４】
また、特許文献３には、読み出し時に光スポットが作る温度分布を利用し、光スポットの中心付近から信号の寄与を強調することにより、読み出し時に起こる隣接したマークから得られる信号の重なりを押さえ、従来に比べて記録密度を高めた溶融マスク層を持つ高密度光記録媒体を提供するために、図１４に示すように、光を吸収して変質する光学定数が変化する記録層（４３）と、該記録層（４３）を挟む上地透明誘電層（４４）および下地透明誘電層（４２）と、反射層（４７）とを有し、上地透明誘電層（４４）または下地透明誘電層（４２）側に近接し、かつ融点が記録層（４３）に比べて低い溶融層（４５）を構成することにより、集光されたビームの強度分布に依存したによる溶融部分の反射率変化を利用して、読み出し時に記録マークに照射される光のスポットサイズを見かけ上小さくする技術が開示されているが、特許文献３に記載された光記録媒体においても、融点の低い溶融層による光の透過率の窓を形成し、光の解像限界以下のサイズの記録マークを読み出しており、同様の理由で信号強度が低下し、信号が検出できなくなってしまう。
【０００５】
さらにまた、特許文献４には、記録マークの高さの違いを利用した多値による記録再生を行う技術として、アゾベンゼン構造を含む高分子化合物の薄膜に光照射して、表面に凹凸パターンを形成させて情報記録を行う際に、情報密度を増大させる方法を提供するために、図１５に示すように、アゾベンゼンポリマー薄膜に直線偏波した円形のレーザー光、もしくは明暗の島を有する楕円（または矩形）のレーザーを照射すると、ｋ個の凹部と（ｋ＋１）個の凸部が交互に一直線上に配置されることによって特徴づけられる表面レリーフパターンが得られ、このパターンの異方性を利用することにより新しい情報記録再生方法を実現することができる技術が開示されているが、特許文献４に記載されている光記録媒体は、有機分子の異方性を持つ変形パターンと情報を記録する光の偏向方向との関係と、記録パターンの深度情報を利用することにより、情報の多値記録再生を実現しているが、偏光ならびに干渉効果を利用して信号のコントラストを検出おり、このような光の波動的な特性を利用する限りにおいては光の解像限界以下の記録マークを検出することは不可能であり、光の波長による記録密度の制限を受けてしまう。また、偏光方向を制御する必要から、従来の光ディスクとは異なる形態の再生光学系が必要となり、光ディスク装置との互換性が損なわれてしまう。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−８７０７３号公報
【特許文献２】特許第３６０２５８９号公報
【特許文献３】特開平５−７３９６１号公報
【特許文献４】特開２００４−１２７４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の目的は、上記従来技術に鑑み、光の解像限界以下の微小な記録マークを記録再生できる光記録媒体の構成を提供し、光の透過率の窓を有さない形態で記録再生が行える光記録媒体の構成を提供することにある。
また、高いコントラストを有する再生信号を得るための記録マークの形成が可能な光記録媒体を提供することにある。
また、光記録媒体における記録マークを、光の解像限界以下の分解能で検出するための再生方法を提供し、高いコントラストを有する再生信号を得られ、高い光利用効率を有する再生方法を提供することにある。
また、光の解像限界以下の領域に、情報を多値記録し、多値再生するための記録再生方法を提供し、記録情報の大容量化を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、本発明の（１）「支持基板上に、光を吸収して発熱し変形する第一変形材料と、光を透過して第一変形材料の発熱を受けて第一変形材料の形状にならって変形する第二変形材料を有し、情報を記録した後の記録マークの形態は光源側に突出し光を集中させる形状であり、該記録マークのサイズは光の解像限界以下であることを特徴とする光記録媒体」、
（２）「前記記録マークの高さないしは形状が、記録時に照射するレーザー光の強度および照射時間に依存して変化することを特徴とする前記第（１）項に記載の光記録媒体」、
（３）「再生時に照射するレーザー光による反射光強度が、前記記録マークの高さないしは形状に依存して変化することを特徴とする前記第（１）項又は第（２）項に記載の光記録媒体」、
（４）「情報を記録した後の記録マークの形態は、各々の記録マークにおける第一変形材料が、隣接する記録マーク間で孤立した状態であることを特徴とする前記第（１）項乃至第（３）項のいずれかに記載の光記録媒体」により達成される。
また、上記課題は、本発明の（５）「前記第一変形材料と前記第二変形材料による光源側に突出した記録マーク形状を有することにより、再生時に照射するレーザー光のエネルギーが前記記録マーク内部の第一変形材料に集中し、第一変形材料の熱的な光学定数の変化を生じさせ、再生信号強度の変化を検出することにより光の解像限界以下の記録マークを再生することを特徴とする前記第（１）項乃至第（４）項のいずれかに記載の光記録媒体を用いた光記録媒体の再生方法」、
（６）「前記第一変形材料と前記第二変形材料による光源側に突出した記録マーク形状を有することにより、再生時に照射するレーザー光のエネルギーが前記記録マーク内部の第一変形材料に集中し、第一変形材料の熱的な体積変化ないしは変形を生じさせ、再生信号強度の変化を検出することにより光の解像限界以下の記録マークを再生することを特徴とする前記第（１）項乃至第（４）項のいずれかに記載の光記録媒体を用いた光記録媒体の再生方法」、
（７）「情報を記録するに際しては、照射するレーザー光の強度または照射時間を少なくとも２段階以上に設定することにより、前記第一変形材料および前記第二変形材料を少なくとも２段階以上の高さないしは形状を有するように変形させた記録マークを形成し、情報を再生するに際しては、再生時に照射するレーザー光のエネルギーが前記記録マーク内部の第一変形材料に集中し、第一変形材料の熱的な光学定数の変化及び/又熱的な体積変化ないしは変形を生じさせる再生方法により２段階以上の再生信号を検出することにより、情報を多値記録および多値再生できることを特徴とする前記第（１）項乃至第（４）項のいずれかに記載の光記録媒体を用いた光記録媒体の記録再生方法」により達成される。
【０００９】
即ち、上記（１）記載の光記録媒体では、第一変形材料と第二変形材料の変形特性が異なることを利用し、光源側に突出した記録マークを光の解像限界以下のサイズに形成することができ、情報を再生する際には、本記録マークの突出した形状により光が記録マーク内部に集中し、記録マークの状態を受けて散乱され、再生信号の強度が変化するため、光の透過率の窓を有さない形態で情報を記録再生が行える。
また、上記（２）記載の光記録媒体では、第一変形材料と第二変形材料の変形特性が異なることと、温度により変形の大きさが異なることを利用して、記録マークの高さないしは形状を制御することによって、高いコントラストを有する再生信号を得ることが可能となっている。
また、上記（３）記載の光記録媒体では、記録マークの高さないしは形状に依存して再生信号の強度が大きく変化することを利用して、高いコントラストを有する再生信号を得ることが可能となっている。
また、上記（４）記載の光記録媒体では、本記録媒体に形成される記録マークを、第一変形材料の状態が各々の記録マークで孤立するように形成することによって、高いコントラストを有する再生信号を得ることが可能となっている。
また、上記（５）記載の光記録媒体の再生方法では、本光記録媒体に光源側に突出した記録マーク形状を形成することにより、再生時に照射するレーザー光のエネルギーを局所領域に集中し、第一変形材料の熱的な光学特性の変化を効率的に生じさせることによって、光の解像限界以下の分解能で再生信号の変化を得ることが可能となっている。
また、上記（６）記載の光記録媒体の再生方法では、本光記録媒体に光源側に突出した記録マーク形状を形成することにより、再生時に照射するレーザー光のエネルギーを局所領域に集中し、第一変形材料の熱的な体積変化ないしは変形を効率的に生じさせることによって、光の解像限界以下の分解能で再生信号の変化を得ることが可能となっている。
さらにまた、上記（７）記載の光記録媒体の記録再生方法では、情報の記録に際しては、照射するレーザー光の強度および照射時間に依存して記録マークの高さないしは形状が変化することを利用して多段階に記録マークを形成し、情報の再生に関しては、記録マークの高さの違いによる再生信号強度の違いを多段階に読み取ることによって、情報の多値記録、および多値再生が可能となっている。
【発明の効果】
【００１０】
以下の詳細かつ具体的な説明から明らかなように、本発明の光記録媒体においては、二つの異なる変形材料の特性を利用することにより、変形による光の解像限界以下の記録マークを形成することができ、記録情報の高密度化、大容量化が可能な光記録媒体が提供できる。
また、記録マークの形状を記録時に照射するレーザー光の強度および照射時間で変調することができ、再生信号を高いコントラストを有する光記録媒体が提供できる。また、多段階に記録マークを形成することができ、多値情報の記録が可能な光記録媒体を提供できる。
また、記録マーク形状に依存して、再生信号のコントラストを自由に変化させられることから、高い光利用効率をもつ光記録媒体を提供することができる。
また、本発明の光記録媒体においては、記録マークの形状を閉殻構造に形成することにより、再生時のレーザー光のエネルギーを効率よく記録マークに集中させることができ、高い光利用効率を有する光記録媒体を提供できる。
本発明の光記録媒体の再生方法においては、記録マーク内部の材料における熱的な光学特性の変化、および体積変化を生じさせることにより、再生時に照射するレーザー光の反射強度を変化させることができる。その結果、光の解像限界以下のサイズを有する記録マークの読み出しが可能である。また、記録マークが光記録媒体の光源側に突出した構造を有することにより、光のエネルギーを記録マークに集中させることができ、高い光利用効率で再生信号を得ることが可能である。
また、本発明の光記録媒体の記録再生方法においては、記録時に照射するレーザー光の強度および照射時間を多段階に変調し情報の多値記録を行い、再生時に検出する信号強度を多数レベルで検出することができ、大容量の記録情報の利用が可能である効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に本発明を詳細に説明する。
（光記録媒体）
本発明の光記録媒体に関して、図１から図５に基づいて説明する。図１は本実施の光記録媒体における未記録状態の媒体構成を説明する断面図である。図１（ａ）に示すように、本実施の光記録媒体は、支持基板上に光を吸収し変形および発熱を生じる第一変形材料と、第一材料の発熱を受けて変形する第二変形材料を順に積層した構成を有している。また、より好ましくは図１（ｂ）に示すように、本第一変形材料を本第二変形材料で挟むような構成を有している。
図１（ａ）ないし図１（ｂ）における第一変形材料には、情報を記録する光の波長において、光を吸収し発熱する材料を用いる。また、発熱することで溶融し、変形する材料を用いる。このような特性を有する材料としては、Ｂｉ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂなどの低融点金属材料を用いることができる。また、ＢｉＴｅ，ＢｉＩｎ，ＧａＳｂ，ＩｎＰ，ＩｎＴｅ，ＳｂＳｎなどの低融点金属を含む金属間化合物材料を用いることができる。また、ＳｂとＴｅの組成比が１．５〜４の範囲にある２元系材料を用いることができる。また、ＳｂとＴｅの組成比が１．５〜４の範囲にあり、ＳｂとＴｅ以外の元素を含む、ＧｅＳｂＴｅなどの３元系材料や、ＡｇＩｎＳｂＴｅなどの４元系材料を用いることができる。このようなＳｂＴｅ系化合物は結晶構造とアモルファス構造を有する相変化材料として知られており、ＳｂとＴｅの組成比が１．５〜４の範囲にある場合には、δ相と呼ばれる晶系に属している。δ相組成を有するＳｂＴｅ系化合物は温度を上げた場合、相分離や相転移が起こらずに溶融状態となる。相分離や相転移が起こると、複数の信号レベルが発生することから信号品質の低下の原因となる。そのため単純な固相状態と溶融状態のみで変化する上記材料が本実施の光記録媒体には好ましい。第一変形材料により構成される薄膜の厚さは、変形量の大きさ程度であれば良く、１０ｎｍ〜３０ｎｍの間が好ましい。
【００１２】
図１（ａ）ないし図１（ｂ）における第二変形材料には、情報を記録する光の波長において光の透過率の高い材料を用いる。また、第一変形材料よりも融点が高く、第一変形材料の発熱を介して第一変形材料の変形形状にならって変形する、加熱状態において柔らかな材料を用いる。前述した第一変形材料の融点は１００〜７００℃であり、第二変形材料が溶融しないためには融点が７００℃以上の材料であれば良く、好ましくは融点が１０００℃以上の材料を用いる。また、より小さな記録マークを局所領域に書き込めるように、熱伝導率が低い材料が好ましい。このような特性を有する材料としては、ＳｉＯ２，ＳｉＯＮ，ＳｉＮなどのＳｉ化合物材料を用いることができる。また、ＺｎＳ，ＣａＳ，ＢａＳなどの硫化物材料を利用することができる。また、ＣａＦ２，ＢａＦ２などのフッ素化合物材料を利用することができる。また、ポリカーボネート、アクリル、ポリオレフィン、エポキシ、ビニルエステルなどの樹脂材料を用いることができる。また、ＺｎＳとＳｉＯｘを含有する複合酸化物材料を利用することができる。第二変形材料により構成される薄膜の厚さは、照射する光のエネルギーが十分に第一変形材料に達し、且つ本光記録媒体による光の反射率が検出器の測定感度内にあるように設定される必要があり、また、劣化の影響を受け難いようにある程度厚めに設定される必要がある。具体的には、使用する材料の光学特性、第一変形材料の膜厚、図１（ａ）および図１（ｂ）に示す薄膜構成などに依存するが、光の反射率が２０％程度であれば良く、４０ｎｍ〜１００ｎｍの膜厚を有するように設定する。第一変形材料および第二変形材料の成膜方法としては、スパッタリング法を用いることができる。
【００１３】
図１（ｂ）において、第二変形材料層を第一変形材料層の上下に配置しているが、これは第一変形材料による熱の拡散を防ぎ、熱の利用効率を上げるための構成である。また、本光記録媒体による反射率を調整する役割がある。また、支持基板への熱の拡散および支持基板の変形を抑制し、記録マークの形状を制御する効果もある。
【００１４】
図１（ａ）ないし図１（ｂ）における支持基板は、光記録媒体に一般的に使用される基板材料で良く、ポリカーボネート、アクリル、ポリオレフィン、エポキシ、ビニルエステル、ペットなどの樹脂基板を用いることができる。また、ガラス、石英などを用いることができる。また、シリコン、ＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）などの半導体製造に用いられる基板を用いることができる。また、Ａｌ、不透明ガラス基板などのハードディスク用基板を用いることができる。
【００１５】
（実施例１）
実施例１は、請求項１，２，３記載の光記録媒体および記録再生方法に関する。
次に、実施例１の光記録媒体における情報の記録原理について図２に基づいて説明する。図２は情報を記録した後の光記録媒体の状態を示す断面図である。情報の記録は、本光記録媒体の膜面からレーザー光を集光して照射することにより行う。光記録媒体の表面における光強度分布はビームスポットの中心ほど強度が高く、一般的にはガウス分布形状となる。この光強度分布によりビームスポットの中心付近の第一変形材料が光を吸収し、発熱することにより変形（隆起）する。変形を生じさせるために十分な温度を有する領域をビームスポット径よりも小さな領域となるように、照射する光の強度または照射時間を調整することにより、光の解像限界よりも小さな記録マークを形成することができる。第一変形材料の発熱の効果を受けて、第二変形材料の変形も起こり、これは第一変形材料の形状にならうように形成する。すなわち、図２に示すように、第一変形材料層の膜厚が記録マーク中心付近で厚く、記録マーク周囲部分では薄い、光記録媒体の光源側に突出した形状となる。第二変形材料は第一変形材料の形状にならって変形するため、その膜厚は記録前後で大きく変化しない。このようにして形成された記録マークは、記録マーク内部において光を集中させる効果があり、高いコントラストの再生信号を得ることができる。
【００１６】
次に、記録時に照射するレーザー光のパワーと記録マーク形状との関係について、図３に基づいて説明する。図３はレーザー光を照射した際の記録形状をＡＦＭ観察した結果を示している。図３は基板を上面から見た凹凸像であり、図２に示すように第二変形材料（ＺｎＳ−ＳｉＯ２層）／第一変形材料（ＡｇＩｎＳｂＴｅ層）／第二変形材料（ＺｎＳ−ＳｉＯ２層）の順に積層されている。図には、この構造に加え、基板のランド・グルーブ構造が見えている。作製した光記録媒体は、ポリカーボネート基板上に基板側から、ＺｎＳ−ＳｉＯ２，ＡｇＩｎＳｂＴｅ，ＺｎＳ−ＳｉＯ２の順に、それぞれ５０ｎｍ，２０ｎｍ，４６ｎｍの膜厚を有しており、スパッタリング法により成膜を行なった。スパッタリングターゲットの組成比は、Ｓｂ／Ｔｅ＝２．２、ＺｎＳ／ＳｉＯ２＝４である。記録条件は、レーザー波長４０５ｎｍのＧａＮ半導体レーザーを使用し、開口数ＮＡ＝０．８５の対物レンズを用いて連続光による照射を行なった。記録線速度は、４．５ｍ／ｓであり、レーザーパワーをＰ１＝１．６ｍＷ，Ｐ２＝１．８ｍＷ，Ｐ３＝２．０ｍＷの３水準で変調した。図３（ａ）はレーザーパワーをＰ３に設定した場合のＡＦＭ像を示しており、連続光による照射のため、ストライプ状の変形が観測されている。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すＡＦＭ像を複数領域測定し、照射したレーザーパワーに対するストライプ状のパターンの高さを複数点プロットした図である。照射レーザーパワーにほぼ比例して、記録パターンの高さが５５ｎｍ〜７０ｎｍ程度の範囲で変化していることが確認できた。
【００１７】
次に、再生時に照射するレーザー光のパワーと信号として得られる反射光強度の関係について、数値シミュレーションを行なった結果を示す。記録マークの高さに依存した反射光強度の変化を、電磁界の運動を記述するＭａｘｗｅｌｌ方程式を有限時間領域差分法（ＦＤＴＤ法）により解く数値シミュレーションを行うことにより確認した。図４に計算に用いたシミュレーションモデルの一部を示す。ＦＤＴＤ法は、時空間における電磁界の振る舞いを記述するＭａｘｗｅｌｌ方程式（微分方程式）を数値的に解く手法で、連続的に変化する時間と空間を離散化して差分方程式に近似して解くことにより三次元空間の電磁界分布を得るもので、空間の離散化は、微小な立方体（セル）に区切ることにより行うため、複雑な構造体に対する電磁界解析に有効な手段である。この結果、例えば後述の実施例４では、記録光の強度を変化させることにより変形による記録マークの高さ１０〜１５ｎｍ程度の幅をもって変化することを図３（ａ）、（ｂ）で示しており、このような高さの異なるマークを読み取る際の反射光強度が０〜数１０ｎｍの高さの違いで、大きくは１０％程度変化することを図５に示している。マーク高さが２水準で変化すると、０，１，２の３値が１つのマークに記録できる。
図４（ａ）は、記録マークのない平坦な光記録媒体（記録マーク高さ０ｎｍ）の場合であり、図４（ｂ）は記録時に照射するレーザー光のビームスポット内の光強度分布を反映したガウス分布形状の記録マーク（記録マーク高さ２０ｎｍ）を有する場合である。照射するレーザー光は、波長４０５ｎｍを仮定し、ビーム径４００ｎｍのガウスビームが膜面に集光されているものと仮定した。また、光記録媒体は、支持基板側からＺｎＳ−ＳｉＯ２（５０ｎｍ），ＡｇＩｎＳｂＴｅ（２０ｎｍ），ＺｎＳ−ＳｉＯ２（４６ｎｍ）の順に構成し、これらの材料の光学定数（屈折率ｎ、消衰係数ｋ）は、ＺｎＳ−ＳｉＯ２をｎ＝２．３３，ｋ＝０．００、ＡｇＩｎＳｂＴｅをｎ＝１．７３，ｋ＝２．９１のように設定した。ここで、ＡｇＩｎＳｂＴｅが第一変形材料に対応し、ＺｎＳ−ＳｉＯ２が第二変形材料に対応している。図４（ｂ）に示す記録後の光記録媒体のシミュレーションモデルにおいては、記録マークのピッチを２００ｎｍとし、ＡｇＩｎＳｂＴｅの変形部分に対して、半値全幅を５０ｎｍ、記録マーク高さを３０ｎｍに設定した。光記録媒体表面のＺｎＳ−ＳｉＯ２の形状は、２０ｎｍの膜厚のままＡｇＩｎＳｂＴｅの形状にならうように構成した。支持基板は、ポリカーボネート（ｎ＝１．５８，ｋ＝０）とし、計算領域境界において吸収境界条件を採用することにより、支持基板の背面側からの反射光の影響は無視した。また、支持基板および支持基板に隣接する第二変形材料層の変形は無視した。
「計算領域境界に吸収条件を採用する」とは、ＦＤＴＤ法を用いる場合、計算機のメモリの制約から光記録媒体の全膜厚を含む計算ができず、そのため、近似として例えば図４に示すように、ポリカーボネート基板が計算領域の下方境界に接している。この部分から計算領域の外側に向かう電磁波を全て吸収させていることを意味する。これは、計算領域外に本来存在するはずの基板下側端面からの反射光の影響を無視していることにはなる。
しかし、ＦＤＴＤ法は、凸形状など、複雑な形状のモデル化が、有限要素法などに比べると容易であるため、光記録媒体の場合には特に好適である。
【００１８】
図５は、本シミュレーションにより得られた結果であり、光記録媒体の光源側の計算領域端面における平均強度を反射強度と定義して、図４（ａ）に示す未記録状態の反射強度からの差を未記録状態の反射強度で規格化した変化率をプロットしている。「計算領域端面における平均強度」とは、図４（ａ）上端における電界の２乗（瞬時強度）を光の波の１周期に渡って時間平均を取ったものである。この平均強度（反射強度）に関し、図４（ａ）の未記録状態と（ｂ）の記録状態の２つの場合を計算し、（（記録状態の反射強度）−（未記録状態の反射強度））／（未記録状態の反射強度）を変化率（反射率）と定義している。ここで定義された反射強度は、本シミュレーションの計算領域と光記録媒体の膜面からの距離から換算して、開口数ＮＡ＝０．６程度の対物レンズで集光した場合に相当している。横軸の記録マークは、記録マーク中心におけるＡｇＩｎＳｂＴｅの高さであり、０ｎｍから３０ｎｍの範囲で反射強度を算出した。図５から、本光記録媒体において、記録マークの高さが０ｎｍから約１３ｎｍまでは反射強度が僅かに増加し、それ以上の高さでは大きく減衰することがわかった。記録マークの高さが３０ｎｍの場合には、反射強度の変化は約１４％程度に達する。反射強度が減衰するのは、記録マークが突出した形状を取ることにより、再生時に照射されるレーザー光が記録マークにより散乱され、対物レンズの開口内において検出される光強度が減少するためである。この結果から、記録マークの高さに依存して、反射強度を１４％程度の範囲で変調できることがわかる。
【００１９】
以上の結果から、本実施の光記録媒体を用いることにより、光の解像限界以下の記録マークを形成することができ、記録マークは照射するレーザー光の強度および照射時間を調整することにより、その高さまたは形状を変調できることが確認できた。また、記録マークの高さの違いが本実施の光記録媒体おける光の反射率を大きく変化させることが確認できた。したがって、本実施の光記録媒体を用いることにより、光の解像限界以下に高密度に情報を記録することができ、再生信号を高いコントラストで検出できる。また、ビーム径内領域（中心強度（Ｉ）の（Ｉ／ｅ２）の強度になり、全光量の約８６．５％が含まれる領域）においても、内部領域と外周領域とは、光反射の方向が違うことにもよって、後ほど具体例で示されるような各種有利な記録・再生法が可能になる。
【００２０】
（実施例２）
実施例２は、請求項５記載の光記録媒体の再生方法に関する。
本発明の光記録媒体の再生方法に関して、図２、図６、図７に基づいて説明する。本実施の再生方法に用いる光記録媒体は、実施例１において図２を用いて説明したとおりであり、光記録媒体基板上に光を吸収し、変形をともない発熱する第一変形材料層と、第一変形材料層の変形にならって熱的に変形する第二変形材料層を有し、レーザー光を照射することにより第一および第二変形材料を変形させて、光記録媒体の光源側に突出した記録マークが形成されている。本実施例では、記録マークが光源側に突出した形状を有していることにより、再生光の光エネルギーを、記録マークを中心とした局所領域に集中でき、第一変形材料の光学特性を熱的に変化させ、高い光利用効率で情報の再生を行う。
【００２１】
本実施の光記録媒体の再生原理について、図６に基づいて説明する。図６（ａ）は本光記録媒体の上面図と、再生信号レベルの時間発展を示した図であり、記録マークのない領域にレーザー光が照射された状態を示した概念図である。レーザー光によるビームスポットはディスクが回転することによりトラック方向へ移動しているため、ビームスポット中心と光を吸収し発熱する領域はずれている。図６の斜線の領域は第一変形材料が発熱し状態が変化している領域を表している。記録マークがない場合は、ビームスポットから反射される光は光記録媒体上のどの位置においても一定であり、再生信号レベルは一定値となる。これに対し、図６（ｂ）は、記録マークを有する場合の光記録媒体の上面図と、再生信号レベルの時間発展を示した図である。図６（ｂ）の上面図において、実線で表されるビームスポットが突出した記録マークの真上にある場合、ビームスポットが通過した領域の記録マークにおける第一変形材料の熱的な状態が変化を受けるが、ビームスポットの先端側にある記録マークは加熱前の状態である。この状態の違いにより、照射された光が両記録マークの状態を反映して散乱されるため、再生信号レベルは低下する。また、図６（ｂ）の上面図において、点線で表されるビームスポットが２つの記録マークの中心位置にある場合（再生光ビームの強度中心が２つの記録マークの中間位置にある場合）には、真上にある場合と比べ、記録マークの状態の変化した領域がビームスポット内に存在する割合が低下し、状態の変化した領域による散乱の影響を受け難くなるために再生信号レベルは高くなる。このようにして、再生信号のコントラストが得られることにより、光の解像限界以下の記録マークを記録マーク１つのサイズの分解能で検出でき、情報の再生が可能になる。
【００２２】
次に、本光記録媒体の記録マークにより再生光の光エネルギーが局所領域に集中できることを、実施例１で用いたＦＤＴＤ法に基づく数値シミュレーションを行うことにより確認した。図７は、光記録媒体断面における光強度分布の数値シミュレーション結果である。シミュレーションモデルは、図４で説明したとおりであり、光記録媒体の構成および使用する光源波長、ビーム形状も同様のものを使用した。図７（ａ）は、記録マークのない平坦な薄膜の場合の光強度分布であり、図７（ｂ）は、ガウス分布形状の記録マークを有する場の光強度分布を示している。図７（ａ）に示すように、記録マークがない場合には、膜面へ照射された光は、表層のＺｎＳ−ＳｉＯ２層におおよそ等方的に広がった空間分布を有する。一方、図７（ｂ）に示すように記録マークが形成されている場合には、記録マーク中心部分に光強度が集中する。また、ＺｎＳ−ＳｉＯ２層とＡｇＩｎＳｂＴｅ層の境界部分に光強度が集中し、ＡｇＩｎＳｂＴｅが高い光の吸収率をもつことから、発熱が生じ第一変形材料の状態変化が誘起されることがわかる。
【００２３】
再生光は、ＺｎＳ−ＳｉＯ２または実施例１で説明したような第二変形材料に変形を与えない程度のレーザーパワーで照射しており、この際にＡｇＩｎＳｂＴｅまたは実施例１に述べた第一変形材料は、熱的な光学特性の変化を受ける。熱的な光学特性の変化とは、溶融、金属元素の析出、結晶−アモルファス層転移、電子状態の遷移などに起因した屈折率と消衰係数の変化である。この結果、光の解像限界以下の記録マークによる散乱光が選択的に起こり、記録マークの有無により反射光強度に大きな変化が現れ、信号強度が高いコントラストで検出できる。
【００２４】
（実施例３）
実施例３は、請求項６記載の光記録媒体の再生方法に関する。
本発明の光記録媒体の再生方法に関して、図２、図８、図９に基づいて説明する。本実施の再生方法に用いる光記録媒体は、実施例１において図２を用いて説明したとおりであり、光記録媒体基板上に光を吸収し、変形をともない発熱する第一変形材料層と、第一変形材料層の変形にならって熱的に変形する第二変形材料層を有し、レーザー光を照射することにより第一および第二変形材料を変形させて、光記録媒体の光源側に突出した記録マークが形成されている。本実施例では、記録マークが光源側に凸状の形状を有していることにより、再生光の光エネルギーを、記録マークを中心とした局所領域に集中でき、第一変形材料の熱的な体積変化または変形を可逆的に生じさせることにより、高い光利用効率で情報の再生を行うことができる。ここで、熱的な体積変化または変形とは、第一変形材料の熱膨張や、電子状態の変化にともなう変形、または熱化学反応による変形などである。
【００２５】
再生光の光エネルギーが局所領域に集中される原理は、実施例２の数値シミュレーションの結果と同様である。本実施例では、体積変化または変形により光の反射率が大きく変わることを、同様にＦＤＴＤ法に基づく数値シミュレーションにより確認した。図８は、シミュレーションモデルを説明する図であり、再生光の照射により局所的に加熱され、ビームスポットの通過した記録マークのＡｇＩｎＳｂＴｅ層の高さまたは体積が増加した形状を有している。以下ではこの体積変化と高さの変化を含めて、体積変化と呼ぶことにする。ビームが通り過ぎた領域が熱的な体積変化を受けているため、トラック方向を示す矢印とは反対の向きに位置する記録マークが数個に渡って体積変化が受けているようにモデル化した。記録マークの高さは、体積変化前が２０ｎｍ、体積変化後が３０ｎｍに設定した。図９は、このような状況で再生光を照射した場合の、ビームスポットの中心位置を体積変化のない記録マーク中心を基準（０ｎｍ）にして、隣接する体積変化のある記録マークの中心位置（２００ｎｍ）まで移動させた場合の、反射光強度の変化率を示した図である。熱的な体積変化を受けた記録マークの直上にビームスポットがある場合と、隣接する体積変化の生じていない記録マークの直上にピームスポットがある場合とを比較すると、反射強度に約８％の変化が確認できた。
【００２６】
以上の結果から、再生光の照射により、本発明による記録マークが存在する場合には、第一変形材料層に局所的な体積変化が生じ、光の反射率に変化をもたらすことにより、光の解像限界以下の記録マークを選択的に再生することが可能となっている。また、本シミュレーションでは実施例２で説明した第一変形材料の光学特性の変化は考慮していないが、本実施の体積変化による効果と、光学特性の変化が同時に生じるような材料を選択することにより、さらに高い信号コントラストが得られる。
【００２７】
（実施例４）
実施例４は、請求項７記載の光記録媒体の記録再生方法に関する。
本発明の光記録媒体の記録再生方法に関して、図２、図４、図５に基づいて説明する。本実施の記録再生方法に用いる光記録媒体は、実施例１において図２を用いて説明したとおりであり、光記録媒体基板上に光を吸収し、変形をともない発熱する第一変形材料層と、第一変形材料層の変形にならって熱的に変形する第二変形材料層を有し、レーザー光を照射することにより第一および第二変形材料を変形させて、光記録媒体の光源側に突出した記録マークが形成されている。本実施例の記録再生方法では、高さまたは形状の異なる記録マークを２水準以上に形成することによる、情報の多値記録および多値再生が実現できる。
【００２８】
情報の記録においては、図３（ｂ）に示すように、記録時に照射されるレーザー光のパワーを２水準以上に変化させることにより、高さの異なる記録マークを形成することができる。情報の多値化のレベルは、再生信号に強度差が十分に読み取れる必要があり、１つの記録マークにおける高さの違いによる再生信号の強度の変化が、本実施の光記録媒体の構成では１５％程度と見込まれることから、５％程度の差が検出可能である場合、２〜４レベルの情報を多値記録できる。高さの違いによる信号強度の変化をより大きく取れるような材料または多層膜構成を選択することにより、多値化のレベルはさらに高くできる。
【００２９】
情報の再生は、図５に示すように、記録マークの高さに依存した反射強度の変化を利用して行う。また、実施例２，３で説明したように、第一変形材料の熱的な光学特性の変化および熱的な体積変化を利用することにより、記録マーク１つに情報を選択的に得ることができる。例えば、図５の数値シミュレーションに用いた光記録媒体の構成の場合には、記録マーク高さ２２ｎｍと２６ｎｍに記録なしの状態を加えた３レベルで情報が記録されている場合、記録なしの場合に対して５％と１０％の反射強度の変化を情報として読み出すことができる。
【００３０】
以上のように、請求項１乃至４に記載の光記録媒体を用い、記録時に照射するレーザー光のパワーを少なくとも２水準以上に最適に選択することにより、情報の多値記録再生が可能であり、記録情報の大容量化が可能である。
【００３１】
（実施例５）
実施例５は、請求項４記載の光記録媒体に関する。
本発明のこの光記録媒体に関して、図２、図１０、図１１に基づいて説明する。本実施の光記録媒体の未記録状態における構成は、実施例１で説明したもの同様であり、光記録媒体基板上に光を吸収し、変形をともない発熱する第一変形材料層と、第一変形材料層の変形にならって熱的に変形する第二変形材料層を有している。一方、記録後の光記録媒体の構成においては、第一変形材料が各々の記録マークにおいて孤立するように記録マークを形成する。このような形状を有する記録マークは、光エネルギーを記録マークの第一変形材料に強く集中することができ、実施例２に説明した第一変形材料の熱的な光学特性の変化や、実施例３に説明した第一変形材料の熱的な体積変化を利用した再生方法において、高い光利用効率で情報の再生を行うことができる。
【００３２】
図１０は、本実施の光記録媒体における、情報記録後の断面図を示している。図２に示した、実施例１の記録マーク形状では、隣接する記録マークにおいて第一変形材料が連続して存在しているが、本実施例では各々の記録マークにおける第一変形材料が孤立して存在し、第二変形材料により被覆された閉殻構造を有している。このような記録マークは、図２（ｂ）に示すような、第二変形材料を第一変形材料の上下に配置した多層膜構成を有する未記録状態の光記録媒体に、レーザー光を集光して照射することにより、記録マークにおける第一変形材料の周囲部分が中心部分に移動し形成される。そのためには、第二変形材料として、柔らかく、大きな変形が可能な材料を選択する必要がある。このようにして形成された記録マーク形状を有する光記録媒体に対して、再生光を集光して照射すると、より効率的に光エネルギーを記録マーク内に集中できる。また、第二変形材料に被覆されているために、周囲への熱の拡散が抑制され、高い光利用効率での記録再生が可能となる。
【００３３】
本実施の光記録媒体における記録マークに再生光のエネルギーが効率よく集中することを確認するために、ＦＤＴＤ法に基づく数値シミュレーションを行なった。シミュレーションモデルは実施例１の光記録媒体において行なったものと同様であり、ポリカーボネート基板上に、ＺｎＳ−ＳｉＯ２（５０ｎｍ），ＡｇＩｎＳｂＴｅ（２０ｎｍ），ＺｎＳ−ＳｉＯ２（４６ｎｍ）の順に積層した構成を用いた。また、記録マークの高さは、第一変形材料のＡｇＩｎＳｂＴｅの記録マーク中心における高さを３０ｎｍに設定した。ただし、隣接する記録マーク間においてＡｇＩｎＳｂＴｅ部分は孤立して存在している。このような記録マークの構成を有する光記録媒体に再生用のレーザー光を照射した場合の光強度の分布が、図１１のように得られた。光強度は表面のＺｎＳ−ＳｉＯ２層とＡｇＩｎＳｂＴｅ層の境界面に集中し、また、図７（ｂ）の記録マーク間の第一変形材料が連続的に存在している場合に比べ、光強度が強く偏在していることが確認できた。したがって、ＡｇＩｎＳｂＴｅ層における光の吸収が効率良く起り、発熱することにより実施例２で説明した熱的な光学特性の変化や、実施例３で説明した熱的な体積変化を、低いエネルギーで誘起することができる。
以上のように、記録マークの形状を、第一変形材料を第二変形材料で被覆するような閉殻構造とすることにより、光のエネルギーを集中させるとともに、発熱する部分を孤立化させることにより、熱の拡散を抑えることができ、より低いレーザーパワーで情報の再生が可能であり、高い光利用効率をもつ光記録媒体を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明を適用した未記録状態の光記録媒体の断面図である。（ａ）二層構造（ｂ）三層構造。
【図２】本発明を適用した情報記録後の光記録媒体の断面図である。
【図３】（ａ）記録パターンの状態を説明するＡＦＭ観察像である。（ｂ）記録レーザーパワーに対する記録パターンの高さの形状を説明する図である。
【図４】数値シミュレーションのモデルを説明する図である。（ａ）未記録状態のモデル。（ｂ）記録後状態のモデル。
【図５】記録マークの高さに対する反射強度の変化率を説明する数値シミュレーション結果である。
【図６】本発明を適用した光記録媒体の再生方法を説明する図である。
【図７】本発明を適用した光記録媒体の断面における光強度分布を説明する数値シミュレーション結果である。（ａ）未記録状態。（ｂ）記録後の状態。
【図８】数値シミュレーションのモデルを説明する図である。
【図９】記録マークの体積変化にともなう反射強度の変化を説明するシミュレーション結果である。
【図１０】本発明を適用した情報記録後の光記録媒体の断面図である。
【図１１】本発明を適用した光記録媒体の断面における光強度分布を説明する数値シミュレーション結果である。
【図１２】特許文献１を説明する図である。
【図１３】特許文献２を説明する図である。
【図１４】特許文献３を説明する図である。
【図１５】特許文献４を説明する図である。
【符号の説明】
【００３５】
２２  基板
２４  貴金属酸化物層
２５  光吸収層
２３１  誘電体層
２３２  誘電体層
２３３  誘電体層
３２  基板
３４  記録層
３５  誘電体層
３６  反射層
３７  保護層
３３０  再生用窓
３３１  下部誘電体層
３３２  マスク層
３３３  上部誘電体層
３４０  記録マーク
４１  基板
４２  下地透明誘電層
４３  記録層
４４  上地透明誘電層
４５  溶融層
４６  保護層（ＺｎＳ＋ＳｉＯ２）
４７  反射層
４８  エポキシ樹脂封止層
【図１】
2007095246.tif 000003
【図２】
2007095246.tif 000004
【図３】
2007095246.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2007095246.tif 000009
【図８】
2007095246.tif 000010
【図９】
2007095246.tif 000011
【図１０】
2007095246.tif 000012
【図１１】
2007095246.tif 000013
【図１２】
2007095246.tif 000014
【図１３】
2007095246.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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