(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソリッドイマージョンレンズを含む光学系からの収束光が入射される入射側から、
単一層または複数層を含む窒化珪素からなる無機誘電体層と、
ＺｎＳ−ＳｉＯ2 を含んで形成される第１の誘電体層と、
ＧｅＳｂＴｅからなる記録層と、
ＺｎＳ−ＳｉＯ2 を含んで形成される第２の誘電体層と、
が上記順序で形成されており、
前記収束光のうちで前記光学系の外縁部を通過した光が前記光記録媒体内の記録層に到達する振幅透過率が３０％以上または略３０％以上である、
光記録媒体。
【請求項２】
前記光記録媒体を構成する、前記単一層または複数層の無機誘電体層のうち、前記入射側の最外層の屈折率は、前記光学系の屈折率以上の値である
請求項１記載の光記録媒体。
【請求項３】
前記光学系は、
入射光を収束させる対物レンズと、
前記対物レンズの通過光を収束させて前記光記録媒体に照射する前記ソリッドイマージョンレンズと
を有し、
前記単一層または複数層の無機誘電体層のうち前記入射側の最外層の屈折率は、前記ソリッドイマージョンレンズの屈折率以上の値である
請求項１に記載の光記録媒体。
【請求項４】
前記収束光は、青色または青紫色のレーザ光からなり、
前記光学系は、近接場光学系であり、
前記光記録媒体の前記無機誘電体層は、窒化珪素の単一層を含んで形成されており、
当該光記録媒体は、相変化式の光ディスクである
請求項３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、光記録媒体と、光記録媒体に収束光を照射する光ピックアップと、光記録媒体に収束光を照射して信号の記録および／または再生を行う光記録再生装置とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学装置としては、例えば、光ディスク等の光記録媒体（光学記録媒体）を用いて情報の記録または再生を行う光記録再生装置、光学顕微鏡等がある。
光学装置におけるカットオフ空間周波数ｆc は、対物レンズの開口数（Numerical Aperture）ＮＡと光源の出力光の波長λとを用いて、一般に次式▲１▼で表される。
【０００３】
【数１】
ｆc ＝２ＮＡ／λ  …▲１▼
【０００４】
光源からの光の波長λが短いほど、また、対物レンズの開口数ＮＡが大きいほど、その分解能は高くなり、光記録再生装置では高密度の記録ができ、光学顕微鏡では詳細な観察が可能となる。
対物レンズの開口数ＮＡを大きくする手法として、ソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ：Solid Immersion Lens）を用いた近接場 (Near-field) 光学系が知られており、この手法により、開口数が１を越える光学系が実現されている。
【０００５】
近接場光学系およびソリッドイマージョンレンズに関する文献としては、例えば、 S. M. Mansfield, W. R. Studenmund, G. S. Kino, and K. Osato, "High-numerical-aperture lens system for optical storage," Opt. Lett. 18, pp.305-307 (1993) （以下、「参考文献１」という。）がある。
また、他の文献として、例えば、 H. J. Mamin, B. D. Terris, and D. Rugar, "Near-field optical data storage," Appl. Phys. Lett. 68, pp.141-143 (1996)（以下、「参考文献２」という。）がある。
【０００６】
なお、ＵＳＰ４１８３０６０とＵＳＰ４３００２２６には、光ディスクと電極との距離を静電容量センサにより検出することが開示されているが、近接場光学系およびソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）についての記載はない。
特開平８−２１２５７９号公報には、光ヘッドおよび記録媒体駆動装置の発明が開示されている。この公報には、対物レンズを第１のレンズホルダで保持し、ソリッドイマージョンレンズを第２のレンズホルダで保持し、第２のレンズホルダに導電性の素材を用いて第２のレンズホルダ・光ディスク間の静電容量に基づいてソリッドイマージョンレンズの位置制御を行うことが開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
光記録媒体に信号を光記録する場合または光記録された信号を再生する場合、光学系の開口数ＮＡが大きいときは、光束の光記録媒体へのカップリングが重要な役割を果たし、光記録媒体内の記録層での光スポット形成に密接に関連する。本発明の目的は、光学系からの収束光が光記録媒体内の記録層に光スポットを形成するときに、前記収束光の光スポット形成への寄与を向上可能な光記録媒体、光ピックアップ、および、光記録再生装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光記録媒体は、ソリッドイマージョンレンズを含む光学系からの収束光が入射される入射側から、
単一層または複数層を含む窒化珪素からなる無機誘電体層と、ＺｎＳ−ＳｉＯ2 を含んで形成される第１の誘電体層と、ＧｅＳｂＴｅからなる記録層と、
ＺｎＳ−ＳｉＯ2 を含んで形成される第２の誘電体層と、
が上記順序で形成されており、
前記収束光のうちで前記光学系の外縁部を通過した光が前記光記録媒体内の記録層に到達する振幅透過率が３０％以上または略３０％以上である。
【０００９】
本発明に係る光記録媒体では、より好適には、前記単一層または複数層の無機誘電体層のうち、前記入射側の最外層の屈折率は、前記光学系の屈折率以上の値である。
【００１２】
本発明に係る光記録媒体では、好適には、前記光学系は、入射光を収束させる対物レンズと、前記対物レンズの通過光を収束させて前記光記録媒体に照射するソリッドイマージョンレンズとを有し、前記単一層または複数層の無機誘電体層のうち前記入射側の最外層の屈折率は、前記ソリッドイマージョンレンズの屈折率以上の値である。
【００１３】
本発明に係る光記録媒体では、例えば、前記収束光は、青色または青紫色のレーザ光からなり、前記光学系は、近接場光学系であり、前記無機誘電体層は、窒化ケイ素（ＳｉＮ）の単一層を含んで形成されており、当該光記録媒体は、相変化式の光ディスクである構成としてもよい。
【００１５】
本発明に係る光ピックアップでは、好適には、前記光記録媒体は、前記光学系からの収束光が入射される入射側に、単一層または複数層からなる無機誘電体層を有し、前記光学系は、前記光源からの光を収束させる対物レンズと、前記対物レンズの通過光を収束させて前記光記録媒体に照射するソリッドイマージョンレンズとを有し、前記単一層または複数層の無機誘電体層のうち、前記入射側の最外層の屈折率は、前記ソリッドイマージョンレンズの屈折率以上の値である。
【００１６】
本発明に係る光ピックアップでは、例えば、前記光源は、青色または青紫色のレーザ光を出力するレーザであり、前記光学系は、近接場光学系であり、前記光記録媒体は、相変化式の光ディスクであり、前記無機誘電体層は、窒化ケイ素（ＳｉＮ）の単一層からなる構成としてもよい。
【００１８】
本発明に係る光記録再生装置では、好適には、前記光記録媒体は、前記光学系からの収束光が入射される入射側に、単一層または複数層からなる無機誘電体層を有し、前記単一層または複数層の無機誘電体層のうち前記入射側の最外層の屈折率は、前記光学系の屈折率以上の値である。
【００１９】
本発明に係る光記録再生装置では、好適には、前記光記録媒体は、前記光学系からの収束光が入射される入射側に、単一層または複数層からなる無機誘電体層を有し、前記光学系は、前記光源からの光を収束させる対物レンズと、前記対物レンズの通過光を収束させて前記光記録媒体に照射するソリッドイマージョンレンズとを有し、前記単一層または複数層の無機誘電体層のうち、前記入射側の最外層の屈折率は、前記ソリッドイマージョンレンズの屈折率以上の値である。
【００２０】
本発明に係る光記録再生装置では、例えば、前記光源は、青色または青紫色のレーザ光を出力するレーザであり、前記光学系は、近接場光学系であり、前記光記録媒体は、相変化式の光ディスクであり、前記無機誘電体層は、窒化ケイ素（ＳｉＮ）の単一層からなり、光ディスク装置である構成としてもよい。
【００２１】
光学系からの収束光のうちで光学系の外縁部を通過した光が光記録媒体内の記録層に到達する振幅透過率が３０％以上または略３０％以上とすることで、収束光の光スポット形成への寄与を向上させ、高密度記録が可能な光記録媒体を実現することが可能である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
本発明に係る光記録再生装置として、相変化式光ディスクからなる光記録媒体の光記録再生を行う光ディスク装置を例示して説明する。
【００２３】
光ヘッド
図１は、光ヘッドを示す概略的な構成図であり、この光ヘッドは、前記光ディスク装置の光ピックアップに取り付けてある。
光ヘッド１は、対物レンズ２と、ソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）３と、レンズホルダ４と、２軸電磁アクチュエータ５とを有する。
【００２４】
対物レンズ２は、前記光ピックアップ内の光源である半導体レーザからレーザビーム（レーザ光）ＬＢが供給され、このレーザビームＬＢを収束させてソリッドイマージョンレンズ３に供給する。
【００２５】
ソリッドイマージョンレンズ３は、対物レンズ２を通過したレーザビームＬＢを収束させ、レーザビームからなる収束光を光ディスク８０に供給する。
このソリッドイマージョンレンズ３は、球形レンズの一部を切り取った形状をしており、一般的に、「Super Sphere SIL」または「Hyper Sphere SIL」と呼ばれる。
ソリッドイマージョンレンズ３は、球面が対物レンズ３と対向し、球面とは反対側の面（底面）が光ディスク８０と対向するように配置されている。
【００２６】
レンズホルダ４は、対物レンズ２およびソリッドイマージョンレンズ３を所定の位置関係で一体に保持する。
ソリッドイマージョンレンズ３は、光軸と平行なレーザビームＬＢが対物レンズ２に入射された場合に、当該対物レンズ２からのレーザビームＬＢを収束させてソリッドイマージョンレンズ３の底面の中央部を通過させ、通過したレーザビームＬＢを光ディスク８０に照射するようになっている。
なお、対物レンズ２およびソリッドイマージョンレンズ３は光軸が一致するように配置され、この光軸上に前記中央部が位置している。
【００２７】
レンズホルダ４は導電性の部材を有しており、ソリッドイマージョンレンズ３の底面には後述するように導電膜が形成されており、前記底面の導電膜とレンズホルダ４の前記導電性の部材とが半田（ハンダ）等を介して電気的に接続されている。
【００２８】
電磁アクチュエータ５は、レンズホルダ４を移動させる。
この電磁アクチュエータ５は、フォーカシング・アクチュエータ５Ｆおよびトラッキング・アクチュエータ５Ｔを有する。
フォーカシング・アクチュエータ５Ｆは、制御信号Ｓfeに基づき、光ディスク８０の記録面とは直交するフォーカス方向にレンズホルダ４を移動させ、ソリッドイマージョンレンズ３と光ディスク８０とを所定の距離に保持する。
トラッキング・アクチュエータ５Ｔは、制御信号Ｓteに基づき、レンズホルダ４を光ディスク８０の半径方向（またはトラッキング方向）に移動させ、ソリッドイマージョンレンズ３を通過したレーザビームＬＢを光ディスク８０のトラックの中央部に指向させる。
【００２９】
なお、ソリッドイマージョンレンズ３は、レーザビームＬＢを無収差に収束するように設計されており、Stigmatic Focusingの条件を満たすようになっている。このソリッドイマージョンレンズ３は、光ディスク８０の記録面に焦点が結ばれるように、対物レンズ２からのレーザビームＬＢを集光する。
光軸方向のソリッドイマージョンレンズ３の厚さｔは、前記球形レンズの半径ｒと屈折率ｎとを用いて、次式▲２▼で表される。
【００３０】
【数２】
ｔ＝ｒ×（１＋１／ｎ）  …▲２▼
【００３１】
また、前記参考文献２によれば、対物レンズ２およびソリッドイマージョンレンズ３からなる光学系の開口数ＮＡeff は、対物レンズ２の開口数ＮＡobj と、ソリッドイマージョンレンズ３の屈折率ｎとを用いて、次式▲３▼で表される。
【００３２】
【数３】
ＮＡeff ＝ｎ2 ×ＮＡobj   …▲３▼
【００３３】
本実施の形態では、一例として、対物レンズ２の開口数ＮＡobj ＝０．４５とし、ソリッドイマージョンレンズ３の屈折率ｎ＝１．８３とする。
この場合、上式▲３▼により、対物レンズ２およびソリッドイマージョンレンズ３からなる光学系の開口数ＮＡeff ≒１．５となる。この光学系の開口数は、例えば１以上３未満としてもよく、１よりも大きく２．５以下または２以下としてもよい。
また、レーザビームＬＢの波長λは一例として約４０５ｎｍとし、近接場を形成するためにエアギャップＡを一例として０＜Ａ≦１００ｎｍとし、好ましくはＡ≒４０ｎｍに維持する。
【００３４】
開口数が１を越える領域（高ＮＡ領域）の光はエバネッセント波となり、近接場のカップリングとなるため、その伝達効率は光ディスク８０とソリッドイマージョンレンズ３との距離（エアギャップ：Air Gap ）に応じて指数関数的に減少する。本例において、その開口数を有効に活用するために、エアギャップＡを光源波長λの１／１０倍程度、すなわち４０ｎｍ程度（Ａ≒４０ｎｍ）に制御することが望ましい。
【００３５】
ソリッドイマージョンレンズ
図２は、ソリッドイマージョンレンズの構成例を示す図である。
ソリッドイマージョンレンズ３が光ディスク８０と対向する対向面（底面）は、直径Ｄ≒１ｍｍであり、中央部３ａが突起していると共に、その周辺部３ｂは平坦になっている。
中央部３ａの突起は、高さが約１μｍであり、直径φ≒４０μｍである。
【００３６】
周辺部３ｂの平坦面は、アルミニウム等の導電膜３ｃが蒸着等により形成されて覆われており、この導電膜３ｃの膜厚は、前記突起の高さ（約１μｍ）よりも薄い。
この導電膜３ｃと光ディスク８０のアルミニウム等の反射膜（記録膜）は、ソリッドイマージョンレンズ３の平坦面と光ディスク８０との間隔ｈに応じた静電容量Ｃg を形成する。
【００３７】
この静電容量Ｃg は、周辺部３ｂと光ディスク８０との対向面積Ｓと間隔ｈとを用いて、次式▲４▼で表される。なお、導電膜３ｃの膜厚は、間隔ｈに比べて無視できる程度に小さいものとする。
【００３８】
【数４】
Ｃg ＝ε0 ×εr ×Ｓ／ｈ  …▲４▼
【００３９】
但し、ε0 は真空の誘電率であり、その値は、８．８５４×１０-12 Ｆ／ｍである。εr は比誘電率であり、その値は空気中ではほぼ１である。
【００４０】
対向面積Ｓは、前記底面の直径Ｄ≒１ｍｍであるので、Ｓ＝π×（Ｄ／２）2 ≒７．８５×１０-6ｍ2 となる。
間隔ｈは、中央部３ａの突起が光ディスク８０に接触するとき、すなわち対物レンズ２およびソリッドイマージョンレンズ３からなる光学系と光ディスク８０との距離（エアギャップ）Ａが０ｎｍのときに最小値１μｍとなる。
間隔ｈは、エアギャップＡが４０ｎｍ，８０ｎｍ，１２０ｎｍである場合に、それぞれ１．０４μｍ，１．０８μｍ，１．１２μｍとなる。
【００４１】
したがって、エアギャップＡが０ｎｍ，４０ｎｍ，８０ｎｍ，１２０ｎｍの場合の静電容量Ｃg は、上式▲４▼から、それぞれ約６．９５ｐＦ，約６．６９ｐＦ，約６．４４ｐＦ，約６．２１ｐＦとなり、単調減少する。
このように、エアギャップＡに応じて静電容量Ｃg が変化するので、この静電容量Ｃg を用いてエアギャップＡを検出することができ、静電容量Ｃg を用いて電磁アクチュエータ５のサーボ制御を行うことでエアギャップＡを近接場の領域内とすることが可能である。
【００４２】
また、ソリッドイマージョンレンズ３の対向面の中央部３ａを突起させ、その周辺部３ｂに突起の高さよりも薄く導電膜３ｃを形成しているので、導電膜３ｃが中央部３ａよりも光ディスク８０に近づいて光ディスク８０の表面に接触することを防止することができる。
また、図１に示したように、導電膜３ｃと導電性のレンズホルダ４とを電気的に接続しているので、導電膜３ｃに対する配線接続をレンズホルダ４を介して容易に行うことができる。
【００４３】
光記録再生装置
図３は、本発明に係る光記録再生装置の第１の実施の形態を示す概略的なブロック構成図であり、光記録再生装置として光ディスク装置を例示している。この光ディスク装置１００には、図１の光ヘッド１を光ピックアップ５０に取り付けてある。
【００４４】
光ディスク装置１００は、光ピックアップ５０と、モータ１１と、電圧制御発振器（ＶＣＯ）１３と、参照用の電圧制御発振器（ＲＶＣＯ）１４と、比較回路１５と、位相補償回路１６，２０と、増幅回路１７，１８，２１と、トラッキングマトリクス回路１９と、中央処理装置（ＣＰＵ）２２と、半導体レーザ駆動回路２５と、モータ駆動回路２６と、情報検出回路（検出回路）２７と、フォーカス誤差検出回路２９とを有する。
半導体レーザ駆動回路２５は、自動パワーコントロール（ＡＰＣ）回路２３および強度変調回路（変調回路）２４を有する。
【００４５】
光ディスク装置１００は、光ピックアップ５０を用いて波長約４０５ｎｍのレーザ光を光ディスク８０に照射し、信号の光記録または光再生を行う。
光ディスク装置１００に装着された光ディスク８０は、モータ１１により所定の回転速度で回転する。この光ディスク８０は、一例としてＣＬＶ（Constant Linear Velocity：線速度一定記録）方式により信号が記録される。
【００４６】
フォーカスサーボ用の信号処理系は、以下のように構成されている。
ＶＣＯ（ Voltage Controlled Oscillator）１３は、内部にインダクタを備えて外部にキャパシタを備えたＬＣ発振回路を有する。
前記外部のキャパシタの一方の電極は、光ヘッド１のソリッドイマージョンレンズ３の平坦面に形成された導電膜３ｃであり、他方の電極は光ディスク８０の反射膜または記録膜であり、このキャパシタは、前記平坦面と光ディスク８０との間隔ｈに応じた静電容量Ｃg を有する。
このＶＣＯ１３の発振周波数ｆは、前記外部のキャパシタの静電容量Ｃg と、回路の浮遊容量Ｃf と、前記内部のインダクタのインダクタンスＬとを用いて、次式▲５▼で表される。
【００４７】
【数５】
ｆ＝１／〔２π×｛Ｌ×（Ｃg ＋Ｃf ）｝1/2 〕  …▲５▼
【００４８】
エアギャップＡと、間隔ｈと、静電容量Ｃg と、発振周波数ｆとの対応を、図４に示す。ここでは、一例としてインダクタンスＬ＝２２μＨとし、浮遊容量Ｃf ＝５ｐＦとした。
すなわち、エアギャップＡが０ｎｍ，４０ｎｍ，８０ｎｍ，１２０ｎｍの場合に、発振周波数ｆは上式▲５▼から、それぞれ約９．８２ＭＨｚ，約９．９２ＭＨｚ，約１０．０３ＭＨｚ，約１０．１３ＭＨｚとなる。
【００４９】
電圧制御発振器（ＲＶＣＯ：Reference Voltage Controlled Oscillator またはReference Voltage Controlled Crystal Oscillator ）１４は、参照信号を生成する。
参照信号の周波数ｆr は、例えば９．９２ＭＨｚであり、この周波数はエアギャップＡ＝４０ｎｍの場合のＶＣＯ１３の発振周波数と等しい。
なお、ＲＶＣＯ１４は例えばバラクタ・ダイオードを有し、このバラクタ・ダイオードの印加電圧をＣＰＵ２２から制御することにより、参照信号の周波数ｆr を設定可能となっている。
【００５０】
比較回路１５は、例えば、周波数位相弁別器（Frequency and Phase Discriminator ）により構成され、ＶＣＯ１３からの周波数ｆの出力信号と、ＲＶＣＯ１４からの周波数ｆr の出力信号とが供給される。
この比較回路１５は、ＶＣＯ１３の出力信号の周波数および位相と、ＲＶＣＯ１４の出力信号の周波数および位相とを比較し、両者の周波数および位相の差に応じた信号（誤差信号）を生成する。
【００５１】
位相補償回路（Phase Compensator ）１６は、比較回路１５の出力信号が供給され、この比較回路１５の出力信号を補償（位相補償および／または周波数補償）した補償信号を生成して増幅回路１７に供給する。
増幅回路１７は、前記補償信号を増幅し、エアギャップＡを調整する制御信号Ｓfeとして電磁アクチュエータ５のフォーカシング・アクチュエータ５Ｆに供給する。
【００５２】
フォーカシング・アクチュエータ５Ｆは、増幅回路１７からの制御信号Ｓfeに基づいてレンズホルダ４をフォーカス方向に移動させ、エアギャップＡを近接場が形成される領域内に保つ。このようにして、エアギャップＡは０＜Ａ≦１００ｎｍに維持されると共にＡ≒４０ｎｍに調節され、前記間隔ｈは約１．０４μｍに調節され、フォーカスサーボが実現される。
【００５３】
中央処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit ）２２は、光ディスク装置１００の全体の制御を司るコントローラであり、例えば１チップマイクロコンピュータ（１チップマイコン）で構成する。
このＣＰＵ２２は、比較回路１５の出力信号が供給され、この比較回路１５の出力信号に基づき、エアギャップＡが近接場の領域（近接場が形成される領域）内に維持されていることを検出する。
また、ＣＰＵ２２は、開始信号ＳＴを生成し、この開始信号ＳＴをモータ駆動回路２６に供給し、光ディスク８０の回転後に光ピックアップ５０からレーザビームＬＢを出力させる。ＣＰＵ２２は、モータ１１または光ディスク８０の回転数もしくは回転速度を示す信号が供給されるようになっている。
トラッキングサーボおよびフォーカスサーボは、ＣＰＵ２２の制御下で行われる。
【００５４】
モータ駆動回路２６は、モータ１１に電源を供給してモータ１１の回転駆動を行い、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御またはＰＬＬ（Phase Locked Loop ）制御により、回転制御を行う。
このモータ駆動回路２６は、ＣＰＵ２２から開始信号ＳＴが供給された場合に、モータ１１の回転駆動を開始する。
【００５５】
モータ１１は、例えばスピンドルモータにより構成され、モータ１１の回転軸上には不図示のターンテーブルが取り付けてあり、光ディスク８０が搭載されたターンテーブルを回転させて光ディスク８０を回転させる。なお、ターンテーブルとスピンドルモータとを一体化してモータ１１を構成してもよい。
【００５６】
図５は、光ピックアップ５０の構成例を示す図である。
光ピックアップ５０は、半導体レーザ３１と、コリメータレンズ３２と、回折格子３３と、１／２波長板３４と、偏光ビームスプリッタ３５と、１／４波長板３６と、集光レンズ３７，３９と、光検出器３８，４０と、対物レンズ２と、ソリッドイマージョンレンズ３とを有する。
この光ピックアップ５０には光ヘッド１が取り付けてあり、この光ヘッド１は、対物レンズ２およびソリッドイマージョンレンズ３からなる光学系１０を有する。
【００５７】
半導体レーザ３１は、コヒーレント光を放射する光源および発光素子の一例である。半導体レーザ３１は、青色または青紫色の波長約４０５ｎｍの直線偏光のレーザビームＬＢを生成し、このレーザビームＬＢをコリメータレンズ３２に供給する。
コリメータレンズ３２は、半導体レーザ３１からのレーザビームＬＢを平行光にして回折格子３３に供給する。
【００５８】
回折格子３３は、コリメータレンズ３２からのレーザビームＬＢを主ビーム（第０次回折光）と副ビーム（第１次回折光）とに分離し、主ビームおよび副ビームを１／２波長板３４に供給する。
１／２波長板３４は、回折格子３３からの主ビームおよび副ビームの偏光面を回転させて偏光ビームスプリッタ３５に供給する。
【００５９】
偏光ビームスプリッタ３５は、１／２波長板３４からの入射レーザビームの大部分を通過させて１／４波長板３６に供給し、前記入射レーザビームの一部分を反射して集光レンズ３９に供給する。
【００６０】
集光レンズ３９は、偏光ビームスプリッタ３５からの反射レーザビームを収束して光検出器４０に供給する。
光検出器４０は、集光レンズ３９からのレーザビームを光電変換し、レーザビームの光量に応じた信号ＳＰを生成する。この光検出器４０は、半導体レーザ３１の発光強度のモニタ用または光ディスク８０の記録面（記録膜）上におけるビーム強度のモニタ用に利用される。
なお、光検出器４０への入射レーザビームの光量は、１／２波長板３４を回転させる回転角により調整可能となっている。
【００６１】
１／４波長板３６は、偏光ビームスプリッタ３５の通過レーザビームの偏光面を回転させて円偏光にし、この円偏光のレーザビームを光ヘッド１の対物レンズ２に供給する。
対物レンズ２は、１／４波長板３６からのレーザビームを収束させてソリッドイマージョンレンズ３に供給する。
ソリッドイマージョンレンズ３は、対物レンズ２からのレーザビームを収束させて前記中央部３ａを通過させ、この通過レーザビームを光ディスク８０の信号記録面に供給する。
【００６２】
光ディスク８０の信号記録面（記録膜）で反射したレーザビームは、ソリッドイマージョンレンズ３および対物レンズ２を経て、１／４波長板３６に供給される。
１／４波長板３６は、対物レンズ２からのレーザビームの偏光面を回転させて直線偏光にし、この直線偏光のレーザビームを偏光ビームスプリッタ３５に供給する。
なお、偏光ビームスプリッタ３５から１／４波長板３６に供給される入射レーザビームの偏光面と、１／４波長板３６から偏光ビームスプリッタ３５に供給される反射レーザビームの偏光面とが、直交するようになっている。
【００６３】
偏光ビームスプリッタ３５は、１／４波長板３６からのレーザビームを反射して集光レンズ３７に供給する。
集光レンズ３７は、偏光ビームスプリッタ３５からの反射レーザビームを収束させて光検出器３８に供給する。
光検出器３８は、集光レンズ３７からのレーザビームを光電変換して信号ＳＡ〜ＳＨを生成する。この光検出器３８は、トラッキングエラー信号ＴＥおよび再生信号等の検出用に利用される。
【００６４】
光検出器３８は、図６に示すように、中央部に主ビーム受光用の第１の受光部３８１が配置されており、この第１の受光部３８１の両側に、副ビーム受光用の第２および第３の受光部３８２，３８３が配置されている。
第１の受光部３８１は、４個の受光部３８Ａ〜３８Ｄに等分割または略等分割されている。
第２の受光部３８２は、２個の受光部３８Ｅ，３８Ｆに等分割または略等分割されている。
第３の受光部３８３は、２個の受光部３８Ｇ，３８Ｈに等分割または略等分割されている。
この光検出器３８は、受光部を８分割した受光素子で形成してもよい。
【００６５】
光検出器３８の各受光部３８Ａ〜３８Ｈの出力信号ＳＡ〜ＳＨは、図３中の増幅回路（ヘッドアンプ）１８で増幅されてトラッキングマトリクス回路（トラッキング誤差検出回路）１９および情報検出回路２７等に供給される。
トラッキングマトリクス回路１９は、増幅された前記出力信号ＳＡ〜ＳＨに基づいて次式▲６▼の演算を行い、差動プッシュプル法を用いてトラッキングエラー信号（トラッキング誤差信号）ＴＥを生成する。なお、式中のｋは主ビームと副ビムの光量差に応じた定数である。
【００６６】
【数６】
ＴＥ＝（ＳＡ＋ＳＤ）−（ＳＢ＋ＳＣ）＋ｋ×｛（ＳＥ−ＳＦ）＋（ＳＧ−ＳＨ）｝  …▲６▼
【００６７】
位相補償回路２０は、前記トラッキングエラー信号ＴＥが供給され、このトラッキングエラー信号ＴＥを補償（位相補償および／または周波数補償）した補償信号を生成して増幅回路２１に供給する。
増幅回路２１は、前記補償信号を増幅し、制御信号Ｓteとして電磁アクチュエータ５のトラッキング・アクチュエータ５Ｔに供給する。
トラッキング・アクチュエータ５Ｔは、増幅回路２１からの制御信号Ｓteに基づいてレンズホルダ４を光ディスク８０の半径方向（またはトラッキング方向）に移動させ、その結果、トラッキングサーボが実現される。
なお、トラッキング誤差信号としては、上記差動プッシュプル方式の他に、１スポットプッシュプル法、３スポット法、位相差法等を用いることができ、これらの各誤差信号の検出方法に応じた光検出器を用いればよい。
【００６８】
情報検出回路２７は、増幅回路（ヘッドアンプ）１８で増幅された前記出力信号ＳＡ〜ＳＤに基づき、次式▲７▼の演算を行って反射光量に応じた再生信号ＲＦを生成する。そして、この再生信号ＲＦに基づいて復調等を行って光ディスク８０の記録信号Ｓｏを再生する。
【００６９】
【数７】
ＲＦ＝ＳＡ＋ＳＢ＋ＳＣ＋ＳＤ  …▲７▼
【００７０】
半導体レーザ駆動回路２５は、強度変調回路２４とＡＰＣ回路２３とを有し、光ピックアップ５０内の半導体レーザ３１を駆動する。
強度変調回路２４は、光ディスク８０に記録する信号Ｓｉがメモリまたは外部装置等から供給され、この信号Ｓｉに応じて変調制御信号ＳＭを生成する。
【００７１】
ＡＰＣ（Automatic Power Control ）回路２３は、光ピックアップ５０内のモニター用の光検出器４０の出力信号ＳＰが増幅回路１８を介して供給されると共に、強度変調回路２４から変調制御信号ＳＭが供給される。ＡＰＣ回路２３は、前記出力信号ＳＰおよび変調制御信号ＳＭに基づき、半導体レーザ３１を駆動する駆動信号ＳＬを生成する。
【００７２】
このＡＰＣ回路２３は、信号記録時には、変調制御信号ＳＭに基づいて半導体レーザ３１の駆動電圧または駆動電流を変化させてレーザビームＬＢを強度変調し、また、光検出器４０の出力信号ＳＰに基づいて半導体レーザ３１の発光強度を第１の設定範囲Ｒ１内に保ち、半導体レーザ３１のレーザ光出力を調節する。一方、ＡＰＣ回路２３は、信号再生時には、光検出器４０の出力信号ＳＰに基づいて半導体レーザ３１の発光強度を第２の設定範囲Ｒ２（＜Ｒ１）内に保ち、半導体レーザ３１のレーザ光出力を調節する。
【００７３】
カップリング
ソリッドイマージョンレンズ３を用いて開口数ＮＡが１を超える光学系１０を構成し、光ディスク８０に信号を光記録する場合または記録された信号を光再生する場合、光束の光ディスク８０へのカップリングが重要な役割を果たす。
ソリッドイマージョンレンズ３と光ディスク８０との距離（エアギャップ）を小さく保つことは重要であり、同時に、光ディスク８０のソリッドイマージョンレンズ３側にコーティングを施すことで、光ディスク８０へのカップリング効率を改善することが可能である。
【００７４】
図７は、光ディスクの構造の参考例を示す概略的な構成図である。
この光ディスク８９は、例えばディジタルビデオディスク（ＤＶＤ）であり、ディスク基板８５１と、誘電体層８５２，８５４と、記録層８５３と、アルミニウム層８５５とを有する。
記録層８５３は、ＧｅＳｂＴｅからなり、約２０ｎｍ〜約３０ｎｍの一定または略一定の厚さを有する。記録層８５３は、結晶状態と非結晶状態とをレーザ光の照射熱により作り出し、結晶状態と非結晶状態との光の反射率の違いを利用して信号の光記録を行う。
【００７５】
ディスク基板８５１は、例えばプラスチック基板からなり、約０．６ｍｍの一定または略一定の厚さを有する。
誘電体層８５２，８５４は、ＺｎＳ−ＳｉＯ2 からなり、記録層８５３を挟んでいる。誘電体層８５２は、約１００ｎｍの一定または略一定の厚さを有し、誘電体層８５４は、約２０ｎｍ〜約３０ｎｍの一定または略一定の厚さを有する。アルミニウム層８５５は、約１５０ｎｍの一定または略一定の厚さを有する。
【００７６】
ソリッドイマージョンレンズ３からのレーザビームＬＢは、光透過保護層であるディスク基板８５１と、誘電体層８５２とを介して、記録層８５３へと集光される。
光ディスク８９の最下部にはアルミニウム層８５５を配置し、この層８５５は反射膜として、また、ヒートシンクとして機能する。
これらの多層膜は、スパッタリング法によって積層され、各層８５２〜８５５の厚さはディスク構造や記録条件に対して最適化される。
【００７７】
図８は、光ディスク装置１００で用いられる光ディスク８０の構造を示す概略的な構成図である。
光ディスク８０は、無機誘電体層８６１と、誘電体層８６２，８６４と、記録層８６３と、アルミニウム層８６５と、ディスク基板８６６とを有する。
無機誘電体層８６１は、約９０ｎｍの一定または略一定の厚さを有する。
記録層８６３は、ＧｅＳｂＴｅからなり、約２０ｎｍ〜約３０ｎｍの一定または略一定の厚さを有する。記録層８６３は、結晶状態と非結晶状態とをレーザ光の照射熱により作り出し、結晶状態と非結晶状態との光の反射率の違いを利用して信号の光記録を行う。
【００７８】
誘電体層８６２，８６４は、ＺｎＳ−ＳｉＯ2 からなり、記録層８６３を挟んでいる。誘電体層８６２は、約１００ｎｍの一定または略一定の厚さを有し、誘電体層８６４は、約２０ｎｍ〜約３０ｎｍの一定または略一定の厚さを有する。アルミニウム層８６５は、約１５０ｎｍの一定または略一定の厚さを有する。ディスク基板８６６は、例えばプラスチック基板からなり、約１ｍｍ〜約１．２ｍｍの一定または略一定の厚さを有する。
【００７９】
光ディスク装置１００では、近接場光学系１００を用いて近接場光記録または近接場光再生を行う。このとき、ソリッドイマージョンレンズ３の近傍に光ディスク８０を配置し、両者間の距離（エアギャップ）を４０ｎｍ程度に保ちながら信号の記録再生（記録および／または再生）を行う。
図８に示す近接場記録用光ディスク８０では、図７の光ディスク８９における光透過保護層の代わりに第１の誘電体層８６１が配置されている。この誘電体層８６１は、記録層８６４を挟む比較的柔らかい誘電体層８６２，８６４が、光記録時のレーザ光の照射熱によって飛散するのを防ぐ働きをする。
【００８０】
光ディスク８０は、図７の光ディスク８９の製法とは異なり、ディスク基板８６６上にアルミニウム層８６５、誘電体層８６４、記録層８６３、誘電体層８６２、無機誘電体層８６１の順に、逆順のスパッタリングの手法を用いて製造される。
【００８１】
光ディスク８０に入射して記録膜８６３に到達する光は、積層薄膜の透過率を計算することによって求めることができる。
図９は、光ディスク８０において、レーザ光からなる収束光が供給された場合に、無機誘電体層８６１および誘電体層８６２を通過して記録層８６３に到達する光の振幅透過率を示す特性図である。
この特性図は、無機誘電体層８６１が二酸化ケイ素ＳｉＯ2 （屈折率ｎ≒１．４７）である場合における、記録層８６３に至る光線のｐ偏光（ＴＭ波）およびｓ偏光（ＴＥ波）の振幅透過率（Ampulitude Transmittance）を示している。
【００８２】
図９において、横軸は光線の入射角度（ｎsin θ）に対応しており、例えばｎsin θ＝０は垂直入射の光線に対応しており、ｎsin θ＝１．５は外縁部の光線（Marginal Ray）に対応していると共に、対物レンズ２およびソリッドイマージョンレンズ３からなる光学系１０の実効的な開口数ＮＡeff に対応している。
振幅透過率の算出では、実際の使用状態と同一または略同一の条件としており、エアギャップＡを４０ｎｍとし、無機誘電体層８６１の厚さを９０ｎｍとして透過率を求めている。
図９の特性図において、外縁部を通過する光の振幅透過率は、ｐ偏光成分では約３５％であり、ｓ偏光成分では約３０％である。
【００８３】
図１０は、図９での光ディスク８０に対して無機誘電体層８６１の材質のみを窒化ケイ素ＳｉＮ（屈折率ｎ≒２．０）に変更した場合における振幅透過率を示す特性図である。
図１０の特性図において、外縁部を通過する光の振幅透過率は、ｐ偏光成分では約５９％であり、ｓ偏光成分では約６４％であり、図９の特性図に比べて透過率が改善されている。
【００８４】
このように、無機誘電体層８６１としては、ＳｉＯ2 よりも屈折率ｎが大きいＳｉＮを用いたほうが、ソリッドイマージョンレンズ３からのレーザ光が記録層８６３に到達し易い。また、無機誘電体層８６１としては、屈折率の高いＳｉＮを用いるほうが、高い入射角度の光線に対して良好なカップリング（またはカップリング効率）が得られる。なお、図１０の場合では、無機誘電体層８６１の屈折率（ｎ≒２．０）は、ソリッドイマージョンレンズ３の屈折率（ｎ≒１．８３）以上の値となっている。
【００８５】
また、図９および図１０に示すように、外縁部を通る光線の振幅透過率は、約３０％以上とすることが望ましく、透過光束の強度は振幅透過率を２乗して得られるため、強度透過率は約１０％以上とすることが望ましい。このように振幅透過率を設定することで、収束光の光スポット形成への寄与を向上させ、高密度記録が可能な光記録媒体を実現することが可能である。
【００８６】
図８の光ディスク８０の無機誘電体層８６１にＳｉＯ2 を用いた図９の場合と、無機誘電体層８６１にＳｉＮを用いた図１０の場合とについて、両者のカップリングの違いを光記録再生における光学伝達関数（ＭＴＦ： Modulation Transfer Function ）に置き換えたものを図１１に示す。
図１１の縦軸は、正規化された光信号振幅（Normalized Signal Amplitude ）であり、横軸は正規化された空間周波数（Normalized Spatial Frequency）であり、空間周波数が２である場合はカットオフ空間周波数ｆｃに対応する。
図１１の特性図では、カットオフ空間周波数の近傍では、無機誘電体層８６１にＳｉＮを用いた図１０の場合のほうがＭＴＦが大きくなっている。高ＮＡ領域の振幅透過率が高い図１０の場合のほうが良好な周波数特性を示し、高密度記録再生に適している。
【００８７】
図９〜図１１では、光軸上の垂直入射光から外縁部の光線までの各光線の積層薄膜透過率を計算することによって光ディスク８０の構成を最適化することを例示したが、透過率を実測することによって同様に最適化することも可能である。更に、単一層（単層）ではなく複数層からなる無機誘電体層を用いることで同様の改善を行うことも可能である。前記単一層または複数層の無機誘電体層のうち、収束光の入射側の最外層の屈折率は、光学系１０の屈折率以上の値とすることが望ましく、ソリッドイマージョンレンズ３の屈折率以上の値とすることが望ましい。
【００８８】
上記実施の形態では、対物レンズ２とソリッドイマージョンレンズ３とにより光学系１０を形成し、開口数が約１．５である光学系１０を光ヘッド１に設けている。
しかしながら、対物レンズ２とソリッドイマージョンレンズ３とを一体化した単一の光学素子からなる光学系を光ヘッド１に設けてもよい。
このような単一の光学素子として、例えば、Chul Woo Lee, Kun Ho Cho, Chong Sam Chung, Jang Hoon Yoo, Yong Hoon Lee, "Feasibility study on near field optical memory using a catadioptric optical system," Digest of Optical Data Storage, pp.137-139, Aspen, CO. (1998)に開示されている反射型集光素子を用いてもよい。
また、対物レンズ２の機能を持つ光学素子とソリッドイマージョンレンズ３の機能を持つ光学素子として、３個以上の光学素子を光ヘッド１に設けてもよく、ホログラム素子を光ヘッド１に設けてもよい。
【００８９】
また、エアギャップに関しては、２軸電磁アクチュエータ５ではなく、浮上スライダに搭載して約４０ｎｍの微小間隔を実現することも可能である。
相変化式の光ディスク８０を光記録媒体として例示したが、光磁気ディスクや色素材料を用いた光ディスク等、光記録再生（特に近接場光記録再生）を行う種々の光記録媒体に対して適用することが可能である。
【００９０】
回転するディスク形状の光記録媒体に対して、近接場光記録または近接場光再生を行う手法に関して以上に説明したが、例えば、カード状の光記録媒体、固体（バルク）状の光記録媒体に信号を光記録、もしくは、カード状の光記録媒体、固体（バルク）状の光記録媒体から信号を光再生する場合にも同様の手法が適用可能である。
【００９１】
ソリッドイマージョンレンズ等の光学素子を用いて、近接場光記録再生を行う場合、特に光束の高ＮＡ成分の光記録媒体へのカップリングが重要な役割を果たす。
光記録媒体の入射光側に単一層または複数層の構成からなる無機誘電体層を付加することにより、光記録再生、特に近接場光記録再生における光束の高ＮＡ成分の光スポット形成への寄与を高め、より高密度・大容量の光記録媒体を実現することが可能となる。
【００９２】
光記録媒体として相変化材料を用いた場合、無機誘電体層８６１は、光記録媒体の記録層を挟み込む、比較的柔らかい誘電体層８６２，８６４が、光記録時の照射熱によって飛散するのを防ぐ働きもする。
また、無機誘電体層８６１に光学素子の屈折率と同等またはそれ以上の値を持つ材料を使用することで、光束の高ＮＡ成分のカップリング効率を高めることが可能である。
特に、外縁部の光線（Marginal Ray）に対する振幅透過率が３０％以上または略３０％以上となるように光記録媒体の層構成を最適化することで、高密度記録再生に適した光記録媒体を実現可能である。
【００９３】
なお、上記実施の形態は本発明の例示であり、本発明は上記実施の形態に限定されない。
【００９４】
【発明の効果】
本発明に係る光記録媒体、光ピックアップおよび光記録再生装置によれば、光学系からの収束光が記録層に光スポットを形成するときに、前記収束光の光スポット形成への寄与を向上させることができ、高密度記録が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  光ヘッドを示す概略的な構成図である。
【図２】  ソリッドイマージョンレンズの構成例を示す図である。
【図３】  本発明に係る光記録再生装置の第１の実施の形態を示す概略的なブロック構成図であり、光記録再生装置として光ディスク装置を例示した図である。
【図４】  図３の光記録再生装置における、エアギャップＡと、間隔ｈと、静電容量Ｃgと、発振周波数ｆとの対応を示す説明図である。
【図５】  図３の光記録再生装置内の光ピックアップの構成例を示す図である。
【図６】  図５の光ピックアップ内の光検出器の構成を示す概略的な構成図である。
【図７】  光ディスクの構造の参考例を示す概略的な構成図である。
【図８】  光ディスク装置で用いられる光ディスクの構造を示す概略的な構成図である。
【図９】  図８の光ディスクにおいて、レーザ光からなる収束光が供給された場合に、無機誘電体層および誘電体層を通過して記録層に到達する光の振幅透過率を示す特性図であり、無機誘電体層としてＳｉＯ2 を用いた場合の特性図である。
【図１０】  図８の光ディスクにおいて、レーザ光からなる収束光が供給された場合に、無機誘電体層および誘電体層を通過して記録層に到達する光の振幅透過率を示す特性図であり、無機誘電体層としてＳｉＮを用いた場合の特性図である。
【図１１】  図８の光ディスクにおいて、無機機誘電体層にＳｉＯ2 を用いた場合と、無機誘電体層にＳｉＮを用いた場合とについて、両者のカップリングの違いを光学伝達関数（ＭＴＦ）により示す説明図である。
【符号の説明】
１…光ヘッド、２…対物レンズ、３…ソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）、３ａ…中央部、３ｂ…周辺部、３ｃ…導電膜、４…レンズホルダ、５…２軸電磁アクチュエータ、５Ｆ…フォーカシング・アクチュエータ、５Ｔ…トラッキング・アクチュエータ、１０…光学系、１１…モータ、１３…電圧制御発振器（ＶＣＯ）、１４…電圧制御発振器（ＲＶＣＯ）、１５…比較回路、１６，２０…位相補償回路、１７，２１…増幅回路、１８…増幅回路（ヘッドアンプ）、１９…トラッキングマトリクス回路、２２…中央処理装置（ＣＰＵ）、２５…半導体レーザ駆動回路、２６…モータ駆動回路、２７…情報検出回路（検出回路）、３１…半導体レーザ（光源）、３２…コリメータレンズ、３３…回折格子、３４…１／２波長板、３５…偏光ビームスプリッタ、３６…１／４波長板、３７，３９…集光レンズ、３８，４０…光検出器、５０…光ピックアップ、８０…光ディスク（光記録媒体）、８９…光ディスク、１００…光ディスク装置（光記録再生装置）、３８１〜３８３…第１〜第３の受光部、８５１，８６６…ディスク基板、８５２，８５４，８６２，８６４…誘電体層、８５３，８６３…記録層、８５５，８６５…アルミニウム層、８６１…無機誘電体層、ＬＢ…レーザビーム（レーザ光）。
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0004269471.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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