(57)【要約】【課題】ＳＩＬを備える再生装置において、比較的厚い保護層を備える光ディスクを、比較的良好な再生特性で再生する。【解決手段】光ディスク（１）は、再生光を出射可能な光源及びＳＩＬ（２０）を備える再生装置において、ＳＩＬを介した再生光により再生される。光ディスクは、ＳＩＬと対向する側の面である一の面に、位相ピットが形成された基板（１１）と、該一の面の上層に積層された金属膜（１２）と、該金属膜の上に積層された誘電体膜（１３）と、該誘電体膜の上層に積層された保護層（１４）とを備える。ここで特に、保護層は、その厚さがエバネッセント波の強度が１／ｅ２になる距離よりも大きくなるように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
再生光を出射可能な光源及びＳＩＬを備える再生装置において、前記ＳＩＬを介した再生光により再生される光ディスクであって、
前記ＳＩＬと対向する側の面である一の面に、位相ピットが形成された基板と、
前記一の面の上層に積層された金属膜と、
前記金属膜の上に積層された誘電体膜と、
前記誘電体膜の上層に積層された保護層と
を備え、
前記保護層の厚さをｄとすると、前記保護層は、
【数１】
2012069176.tif 000005
の関係を満たす（λ：再生光の波長、θｉ：マージナル光線の前記ＳＩＬの当該光ディスクに対向する面への入射角度、ｎ１：ＳＩＬの屈折率、ｎ２：保護層の屈折率）
ことを特徴とする光ディスク。
【請求項２】
３６Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ２より大きい記録面密度を有することを特徴とする請求項１に記載の光ディスク。
【請求項３】
前記金属膜及び前記誘電体膜各々が、交互に２層以上積層されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ディスク。
【請求項４】
前記金属膜の複素屈折率の実数部をｎ、虚数部をｋとすると、前記金属膜の複素屈折率が、ｎ＜１、ｋ＞１．５の関係を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光ディスク。
【請求項５】
前記金属膜が、銀、アルミニウム、又は、銀若しくはアルミニウムを主成分とする合金からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光ディスク。
【請求項６】
前記誘電体膜が、ＺｎＳ−ＳｉＯ２を含んでなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光ディスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスクに関し、特に、５０ＧＢ（ギガバイト）以上の記録容量を有する高密度光ディスクの技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の光ディスクとして、例えば、所謂ニアフィールド技術を用いて情報信号の記録再生を行うディスクであって、基板上に、反射膜と、該反射膜の上に積層された第２の誘電体膜と、該第２の誘電体膜の上に積層された信号記録層と、該信号記録層の上に積層された第１の誘電体膜と、該第１の誘電体膜の上に積層された第３乃至第５の誘電体膜と、を備えるディスクが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
ここでは特に、反射膜、第２の誘電体膜、信号記録層及び第１の誘電体膜により、基板に対する垂直入射光束成分に対するエンハンス条件が構成されており、第３乃至第５の誘電体膜により無反射コーティングが形成されていることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許４２０７３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
所謂ニアフィールド技術を用いて情報信号の記録再生を行う装置では、ＳＩＬ（Ｓｏｌｉｄ  Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  Ｌｅｎｓ）が用いられることが多い。このような装置では、ＳＩＬと光ディスクとが近接しているため、ＳＩＬが光ディスクに衝突し易く、光ディスクが損傷する可能性がある。
【０００６】
光ディスクの損傷を防止するための一つの方法として、光ディスクのＳＩＬと対向する側の面上に、厚さ数μｍ（マイクロメートル）の保護層（トップコート）を設ける方法が提案されている。しかしながら、保護層に起因して再生特性が劣化するという技術的問題点がある。
【０００７】
本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、比較的厚い保護層を備える光ディスクであって、比較的良好な再生特性を得ることができる光ディスクを提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光ディスクは、上記課題を解決するために、再生光を出射可能な光源及びＳＩＬを備える再生装置において、前記ＳＩＬを介した再生光により再生される光ディスクであって、前記ＳＩＬと対向する側の面である一の面に、位相ピットが形成された基板と、前記一の面の上層に積層された金属膜と、前記金属膜の上に積層された誘電体膜と、前記誘電体膜の上層に積層された保護層とを備え、前記保護層の厚さをｄとすると、前記保護層は、
【０００９】
【数１】
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（１）
の関係を満たす（λ：再生光の波長、θｉ：マージナル光線の前記ＳＩＬの当該光ディスクに対向する面への入射角度、ｎ１：ＳＩＬの屈折率、ｎ２：保護層の屈折率）。
【００１０】
本発明の光ディスクによれば、当該光ディスクは、再生光を出射可能な光源及びＳＩＬを備える再生装置において、該ＳＩＬを介した再生光により（即ち、該ＳＩＬにより当該光ディスク上に集光された再生光により）再生される。
【００１１】
当該光ディスクは、ＳＩＬと対向する側の面である一の面に位相ピットが形成された基板と、該基板の上層に積層された金属膜と、該金属膜の上に積層された誘電体膜と、該誘電体膜の上層に積層された保護層とを備えて構成されている。
【００１２】
ところで、ＳＩＬを備えた再生装置では、フォトントンネリング効果を利用して、ＳＩＬ及び光ディスク間で光を伝播させている。ＳＩＬから光ディスクに伝播する光の強度は、ＳＩＬの光ディスクに対向する面と、該光ディスクの該ＳＩＬに対向する面との間の距離（以降、適宜“ギャップ”と称する）が狭い程強くなる。また、光ディスクで反射され、ＳＩＬへ伝播する光の強度もギャップが狭い程強くなる。つまり、ギャップに応じて、再生装置の信号検出用フォトディテクタへ戻る光量が変化する。
【００１３】
光ディスクに位相ピットが形成され、且つ保護層が設けられていない場合、位相ピットでの再生光の回折による信号検出用フォトディテクタへ戻る光量の変化に加えて、該光ディスクの再生時における位相ピットの凹凸に起因するギャップの変動によりフォトディテクタへの戻り光量が変化する。位相ピットの凹凸に起因するギャップの変動には、ギャップサーボが追従できない。このため、位相ピットの凸部では、信号検出用フォトディテクタへ戻る光量が比較的多くなる。他方、位相ピットの凹部では、信号検出用フォトディテクタへ戻る光量が比較的少なくなる。この結果、信号検出用フォトディテクタへ戻る光量の変調に基づいて、光ディスクに記録されている情報を読み取ることができる。
【００１４】
他方で、ＳＩＬが光ディスクに衝突することによる該光ディスクの損傷を防止するために、光ディスクに保護層が設けられている場合、ギャップ変動に起因する信号検出用フォトディテクタへ戻る光量の変調が無くなると共に、信号レベルが小さくなる。するとＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）が悪化し、ジッター及びエラーレートが悪化してしまう。尚、保護層の厚みは、光ディスクの損傷を確実に防止するために、数μｍとされることが多い。
【００１５】
本発明では、保護層は、上記（１）式の関係を満足する。ここで、（１）式の右辺は、エバネッセント波の強度が１／ｅ２となる距離を表わしている。つまり、（１）式の関係を満足すると、ＳＩＬの光ディスクに対向する面から浸み出したエバネッセント波の強度が微弱となるため、当該光ディスクは、エバネッセント波（即ち、所謂ニアフィールド技術）による再生には適さないこととなる。尚、当該光ディスクは、高ＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）の光により再生される。
【００１６】
上述の如く、光ディスクに保護層を設けただけでは、信号検出用フォトディテクタへ戻る光量の変調が無くなってしまう。しかるに本発明では、光ディスクに、金属膜と該金属膜の上に積層された誘電体膜とが設けられている。このように構成すれば、表面プラズモン共鳴により再生信号（即ち、信号検出用フォトディテクタへ戻る光量の変調）を増大することができることが、本願発明者の研究により判明している。
【００１７】
この結果、ジッターを低減することができるので、再生特性を向上させることができる。加えて、光ディスクに保護層が設けられているので、光ディスクの損傷を防止することができる。
【００１８】
尚、金属膜は、該金属膜の複素屈折率の実数部をｎ、虚数部をｋとすると、該金属膜の複素屈折率が、ｎ＜１、ｋ＞１．５の関係を満たしていることが望ましい。このような金属膜は、例えばＡｇ（銀）、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｇ合金、Ａｌ合金等により構成すればよい。また、誘電体膜は、例えばＺｎＳ−ＳｉＯ２（硫化亜鉛−二酸化ケイ素）、ＴｉＯｘ（酸化チタン）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）等を含んで構成されていることが望ましい。このように構成すれば、比較的容易にプラズモン共鳴を起こすことができる。
【００１９】
本発明の光ディスクの一態様では、当該光ディスクは３６Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ２より大きい記録面密度を有する。
【００２０】
この態様によれば、当該光ディスクの記憶容量を５０ＧＢ以上とすることができる。
【００２１】
本発明の光ディスクの他の態様では、前記金属膜及び前記誘電体膜各々が、交互に２層以上積層されている。
【００２２】
この態様によれば、位相ピットにおける再生光（入射光）の回折効率を向上させることができ、もって、再生光の回折による信号検出用フォトディテクタへ戻る光量の変調を増大することができる。
【００２３】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る光ディスクの構成を示す部分断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る光ディスクを構成する各層の特徴を示す表である。
【図３】金属膜に係る複素屈折率と変調度との関係の一例を示す特性図である。
【図４】誘電体膜厚と変調度との関係の一例を示す特性図である。
【図５】誘電体膜厚とジッターとの関係の一例を示す特性図である。
【図６】オシロスコープの画面に表示された、本発明の実施形態に係る光ディスクを再生することにより得られる信号の一例（ａ）と、比較例に係る光ディスクを再生することにより得られる信号の一例（ｂ）とである。
【図７】オシロスコープの画面に表示された、本発明の実施形態に係る光ディスクを再生することにより得られる信号の他の例（ａ）と、比較例に係る光ディスクを再生することにより得られる信号の他の例（ｂ）とである。
【図８】本発明の実施形態の変形例に係る光ディスクの構成を示す部分断面図である。
【図９】誘電体膜厚と変調度との関係の他の例を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の光ディスクに係る実施形態を、図面に基づいて説明する。尚、以下で参照する各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材ごとに縮尺を異ならしめてある。
【００２６】
本実施形態に係る光ディスクの構成を、図１及び図２を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る光ディスクの構成を示す部分断面図であり、図２は、本実施形態に係る光ディスクを構成する各層の特徴を示す表である。
【００２７】
図１において、光ディスク１は、位相ピットが形成された基板１１と、該基板１１の上に積層された金属膜１２と、該金属膜１２の上に積層された誘電体膜１３と、該誘電体膜１３の上に積層された、本発明に係る「保護層」の一例としての、トップコート１４とを備えて構成されている。
【００２８】
図２に示すように、基板１１は、ポリカーボネート（ＰＣ）により形成されており、その屈折率は１．６３である。金属膜は、Ａｇ合金により形成されており、その屈折率は０．１５＋１．７３ｉである。誘電体膜は、ＺｎＳ−ＳｉＯ２により形成されており、その屈折率は２．２７である。トップコート１４は、樹脂により形成されており、その屈折率は１．８９である。
【００２９】
光ディスク１は、その記録面密度が３６Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ２より大きくなるように（即ち、片面１層で５０ＧＢ以上の記憶容量を有するように）構成されている。
【００３０】
本実施形態では特に、トップコート１４は、次式の関係を満たすように構成されている。
【００３１】
【数２】
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（２）
ここで、ｄはトップコート１４の厚さであり、λは入射光の波長であり、θｉはマージナル光線のＳＩＬ２０の底面への入射角度（図１参照）であり、ｎ１はＳＩＬ２０の屈折率であり、ｎ２はトップコート１４の屈折率である。
【００３２】
具体的には例えば、波長λを４０５ｎｍ（ナノメートル）、入射角度θｉを６７（即ち、ｓｉｎθｉが０．９２）、ＳＩＬ２０の屈折率ｎ１を２．０７とすると、トップコート１４の厚さｄは、２７６ｎｍより大きければ、上記（２）式を満たすことになる。
【００３３】
光ディスク１は、ＳＩＬ２０を備える再生装置（図示せず）により再生される。光ディスク１の再生時には、再生装置の光源（図示せず）から出射された再生光がＳＩＬ２０により、光ディスク１上に集光される。
【００３４】
光ディスク１の再生時には、ＳＩＬ２０の底面（即ち、ＳＩＬ２０の光ディスク１に対向する面）と、光ディスク１の表面（即ち、光ディスク１のＳＩＬ２０に対向する面）との間の距離（即ち、ギャップ）が、例えば２５ｎｍ等になるようにＳＩＬ２０が制御される。このため、ＳＩＬ２０が光ディスク１に比較的衝突し易い。しかしながら、光ディスク１は、例えば厚さ１μｍのトップコート１４を備えているので（図２参照）、ＳＩＬ２０が光ディスク１に衝突することによる該光ディスク１の損傷を防止することができる。
【００３５】
他方で、トップコート１４の厚さが比較的厚いため、ＳＩＬ２０の底面から浸み出したエバネッセント波では、光ディスク１に記録されている情報を読み取ることは極めて困難である。そこで、本実施形態では、光ディスク１に金属膜１２及び誘電体膜１３を設けることにより、金属膜１２及び誘電体膜１３の界面で生ずる表面プラズモンを利用して、光ディスク１に記録されている情報を読み取っている。
【００３６】
具体的には、光ディスク１に入射した光が基板１１上に形成された位相ピットで回折され、該回折された光のうち一部がエバネッセント波となる。該エバネッセント波の波数と、表面プラズモンの波数とが一致すると、プラズモン共鳴が起こり、再生装置のフォトディテクタ（図示せず）へ入射する戻り光の光量が増幅される。この結果、光ディスク１に記録されている情報を読み取ることが可能となる。ここで、プラズモン共鳴を起こすためには、金属膜１２及び誘電体膜１３各々の厚さを適切に設定すればよい。
【００３７】
次に、上述の如く構成された光ディスク１が、ＳＩＬ２０を備える再生装置で再生されている際における、再生装置のフォトディテクタへ入射する戻り光の光量の変調度、及びジッターを、実験により求めた結果を、図３乃至図５を参照して説明する。
【００３８】
図３は、金属膜に係る複素屈折率と変調度との関係の一例を示す特性図であり、図４は、誘電体膜厚と変調度との関係の一例を示す特性図であり、図５は、誘電体膜厚とジッターとの関係の一例を示す特性図である。図４及び図５における表は、図４及び図５各々に示される特性図を取得する際の実験条件である。尚、金属膜１２は、Ａｇ合金の一例としてのＡｇＰｄＣｕにより形成されており、金属膜１２の厚さは２５ｎｍであるとする。
【００３９】
図３に示すように、金属膜１２に係る複素屈折率の実数部ｎの値が、１より小さくなると変調度が顕著に変化することがわかる。また、金属膜１２に係る複素屈折率の虚数部ｋの値が、１．５より大きいと変調度が顕著に大きくなることがわかる。従って、金属膜１２を構成する材料としては、複素屈折率の実数部ｎが１より小さく（ｎ＜１）、複素屈折率の虚数部ｋが１．５より大きい（ｋ＞１．５）材料が望ましいことがわかる。
【００４０】
図４に示すように、誘電体膜１３が形成されている場合（誘電体膜厚１０〜５０ｎｍのデータ参照）、誘電体膜１３が形成されていない（即ち、プラズモン共鳴を利用しない）場合（誘電体膜厚０ｎｍのデータ参照）に比べて、変調度が向上していることがわかる。
【００４１】
また、図５に示すように、誘電体膜１３が形成されている場合（誘電体膜厚１０〜５０ｎｍのデータ参照）、誘電体膜１３が形成されていない場合（誘電体膜厚０ｎｍのデータ参照）に比べて、ジッターが低減していることがわかる。
【００４２】
ここで、図４及び図５各々に示される特性図を取得する際に用いられた光ディスクが再生された際に実際に得られた信号を図６に示す。図６（ａ）は、誘電体膜１３の厚さが３０ｎｍの光ディスク（即ち、本実施形態に係る光ディスク１に相当）が再生された際に得られた信号の一例である。他方、図６（ｂ）は、誘電体膜が形成されていない（即ち、誘電体膜の厚さがゼロの）光ディスク（以降、適宜“比較例に係る光ディスク”と称する）が再生された際に得られた信号の一例である。尚、図６において、「ＤＣＲＦ」はＲＦ信号を意味する。
【００４３】
図６（ａ）及び（ｂ）を比較すると、図６（ａ）に示した光ディスク１から得られたアイパターンは、図６（ｂ）に示した比較例に係る光ディスクから得られたアイパターンよりも波形が鮮明である。これは、信号の揺らぎ（即ち、ジッター）が少ないことを意味している。つまり、光ディスク１から得られるＲＦ信号は、比較例に係る光ディスクから得られるＲＦ信号よりもジッターが低減されていることがわかる。
【００４４】
また、図６（ａ）に示したＲＦ信号の振幅は、図６（ｂ）に示したＲＦ信号の振幅よりも大きい。つまり、誘電体膜１３が形成されることによって、ＲＦ信号の振幅が増大されることがわかる。
【００４５】
上記の特性は、他の実験条件下においても得られた。具体例を図７に示す。図７（ａ）は実験条件を示している。図７（ｂ）は、誘電体膜１３の厚さが５０ｎｍの光ディスク（即ち、本実施形態に係る光ディスク１に相当）が再生された際に得られた信号の一例である。図７（ｃ）は、誘電体膜が形成されていない光ディスク（比較例に係る光ディスクに相当）が再生された際に得られた信号の一例である。
【００４６】
図７（ｂ）及び（ｃ）を比較すると、図６と同様に、図７（ｂ）に示したアイパターンは、図７（ｃ）に示したアイパターンよりも波形が鮮明である。また、図７（ｂ）に示したＲＦ信号の振幅は、図７（ｃ）に示したＲＦ信号の振幅よりも大きい。
【００４７】
以上の結果、本実施形態に係る光ディスク１によれば、外部からの衝撃による光ディスク１の損傷を防止しつつ、良好な再生特性を得ることができる。
【００４８】
尚、光ディスク１を構成する物質等は、図２に示された物質等に限られない。金属膜１２には、例えばＡｇ、Ａｌ、Ａｌ合金、ＳｂＴｅ（アンチモン・テルル）、Ｓｉ（ケイ素）等も適用することができる。誘電体膜１３には、例えばＴｉＯｘ、ＡｌＮ等も適用することができる。
【００４９】
＜変形例＞
次に、本実施形態に係る光ディスクの変形例について、図８及び図９を参照して説明する。図８は、図１と同趣旨の、本変形例に係る光ディスクの構成を示す部分断面図である。
【００５０】
図８において、光ディスク２は、誘電体膜１３の上に金属膜１５が積層されており、該金属膜１５の上に誘電体膜１６が積層されている。つまり、光ディスク２では、金属膜及び誘電体膜各々が、交互に２層積層されている。
【００５１】
このように構成された光ディスク２が、ＳＩＬ２０を備える再生装置で再生されている際における、再生装置のフォトディテクタへ入射する戻り光の光量の変調度を、シミュレーションにより求めた結果を、図９を参照して説明する。図９は、誘電体膜厚と変調度との関係の他の例を示す特性図である。
【００５２】
ここで、金属膜１２及び１５は、Ａｇ合金の一例としてのＡｇＰｄＣｕにより形成されており、金属膜１２及び１５各々の厚さは２０ｎｍであるとする。図９において、「４層構造」とは、光ディスク２（即ち、金属層１２及び１５、並びに誘電体膜１３及び１６の４層）を意味し、「２層構造」とは、光ディスク１（即ち、金属層１２及び誘電体膜１３の２層）を意味する。
【００５３】
図９に示すように、誘電体膜の厚さにもよるが、金属膜１５及び誘電体膜１６を設けたことにより、変調度を向上させることができることがわかる。尚、金属膜及び誘電体膜各々を交互に３層以上積層してもよい。
【００５４】
尚、図９における「２層構造」に係るシミュレーション結果と、図４に示した実験結果とは、最適な誘電体膜１３の厚さ（即ち、変調度が最大となる誘電体膜１３の厚さ）が互いに異なっているが、傾向は一致しており、シミュレーション結果は妥当であると言える。最適な誘電体膜１３の厚さに差異が生じる原因は、光ディスクのピットの側面へのスパッタ膜の厚みに起因していると推測される。
【００５５】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う光ディスクもまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５６】
１、２…光ディスク、１１…基板、１２、１５…金属膜、１３、１６…誘電体膜、１４…トップコート、２０…ＳＩＬ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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【図９】
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【図６】
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【図７】
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