(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から発射される光ビームが入射する側とは反対側の面にプリレコードされた回折限界より小さいサイズのピットを有する透光基板と、
前記透光基板の側とは反対側の面を覆って形成されると共に上記ビットに対応して形成されるピットスポットを有する反射薄膜層と、
前記反射薄膜層の表面を覆って形成された第１透光誘電体薄膜層と、
前記第１透光誘電体薄膜層の表面を覆って形成されると共に、該第１透光誘電体薄膜層を透過した光ビームにより局部近接場光学作用を発生する酸化亜鉛ナノ薄膜層と、
前記酸化亜鉛ナノ薄膜層の表面を覆って形成された第２透光誘電体薄膜層と、
を少なくとも備えていることを特徴とする再生専用型酸化亜鉛型近接場光ディスク。
【請求項２】
前記透光基板が、シリカ（ＳｉＯ２）ガラス材や、様々の比率でナトリウム（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記載の再生専用型酸化亜鉛型近接場光ディスク。
【請求項３】
前記透光基板が、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記載の再生専用型酸化亜鉛型近接場光ディスク。
【請求項４】
前記反射薄膜層３は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、または銅（Ｃｕ）、或いはそれら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ことを特徴とする請求項１記載の再生専用型酸化亜鉛型近接場光ディスク。
【請求項５】
前記反射薄膜層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記載の再生専用型酸化亜鉛型近接場光ディスク。
【請求項６】
前記第１透光誘電体薄膜層と前記第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）等の透明誘電体材料から構成されることを特徴とする請求項１記載の再生専用型酸化亜鉛型近接場光ディスク。
【請求項７】
前記透光基板の一方の面に形成された第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記載の再生専用型酸化亜鉛型近接場光ディスク。
【請求項８】
前記第１透光誘電体薄膜層と前記第２透光誘電体薄膜層の厚さ範囲が５ｎｍ〜２００ｎｍであることを特徴とする請求項１または６記載の再生専用型酸化亜鉛型近接場光ディスク。
【請求項９】
前記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記載の再生専用型酸化亜鉛型近接場光ディスク。
【請求項１０】
前記酸化亜鉛ナノ薄膜層の厚さ範囲が５ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１または９記載の再生専用型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、酸化亜鉛のナノ薄膜層（膜厚がナノメータ（ｎｍ）のスケールの厚さを有する薄膜の層）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型光ディスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクは、実用化され且つ普及している光学記録媒体の一つであり、これが有する優れた記録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、主に、再生専用型(Read only)や、追記型(Write once)及び書換型(Rewritable)の３種類に分けられる。再生専用型の典型製品が、CD-DA、CD-ROM、CD-I、VCD、DVD-ROM、DVD-Video等で、追記型の典型製品がCD-R、DVD-R等であり、書換型の典型製品がMD、MO、PD、CD-RW、DVD-RW、CD-RAM等である。
【０００３】
再生専用型光ディスクは、リードオンリー型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、エッチング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、レーザビームを光ディスクの上記ピ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、一般的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界(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用と、
(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、回折限界の範囲内での最適化改善であるため、根本的に、回折限界によって規制される。従って、有効に光学記録密度を高くするための最も根本的な方法は、近接場光学の技術を応用し、回折限界の規制を避けることにより、目的とする超高密度の光学記録が達成できる。
【０００６】
光学回折限界により規制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技術である。近接場内であるため、回折限界の規制がないので、平方インチごとに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)が提案されている。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号公報において、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、回折限界より小さいサイズのマークを読み書く方法を提案した。
【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、材料自身が不安定であるため、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。
上述のように、短い波長の光源はコストが高いし、一般ビデオディスクプレーヤーが読み書くスポットは、回折限界により制限され、近接場光学しか回折限界に制限されない。しかし、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。
【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、ピットを有する透光基板を合わせて、再生専用型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】
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（膜厚がナノメータ（ｎｍ）のスケールの厚さを有する薄膜の層）で、再生専用型の酸化亜鉛型近接場光ディスクを製造する。この発明は、ピットを有する透光基板の上面を、透光性の多層薄膜層で挟まれると共に、局部近接場光学作用を発生する酸化亜鉛ナノ薄膜層により覆って、この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に作用することにより、透光基板にプリレコードされた回折限界より小さいサイズのピットを正確に読出して、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に記載の再生専用型酸化亜鉛型近接場光ディスクは、光源から発射される光ビームが入射する側とは反対側の面にプリレコードされた回折限界より小さいサイズのピットを有する透光基板と、
前記透光基板の側とは反対側の面を覆って形成されると共に上記ビットに対応して形成されるピットスポットを有する反射薄膜層と、
前記反射薄膜層の表面を覆って形成された第１透光誘電体薄膜層と、
前記第１透光誘電体薄膜層の表面を覆って形成されると共に、該第１透光誘電体薄膜層を透過した光ビームにより局部近接場光学作用を発生する酸化亜鉛ナノ薄膜層と、
前記酸化亜鉛ナノ薄膜層の表面を覆って形成された第２透光誘電体薄膜層と、
を少なくとも備えていることを特徴とする。
請求項２に記載の、再生専用型酸化亜鉛型近接場光ディスクは、請求項１における、前記透光基板が、シリカ（ＳｉＯ２）ガラス材や、様々の比率でナトリウム（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に記載の再生専用型酸化亜鉛型近接場光ディスクは、請求項１における、前記透光基板が、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に記載の再生専用型酸化亜鉛型近接場光ディスクは、請求項１記載における、前記反射薄膜層３は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、または銅（Ｃｕ）、或いはそれら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ことを特徴とする。
請求項５に記載の再生専用型酸化亜鉛型近接場光ディスクは、請求項１または４記載における、前記反射薄膜層３は、多層構成であることを特徴とする。
請求項６に記載の再生専用型酸化亜鉛型近接場光ディスクは、請求項１における、前記第１透光誘電体薄膜層と前記第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）等の透明誘電体材料から構成されることを特徴とする。
請求項７に記載の再生専用型酸化亜鉛型近接場光ディスクは、請求項１または６記載における、前記透光基板の一方の面に形成された第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に記載の再生専用型酸化亜鉛型近接場光ディスクは、請求項１または６記載における、前記第１透光誘電体薄膜層と前記第２透光誘電体薄膜層の厚さ範囲が５ｎｍ〜２００ｎｍであることを特徴とする。
請求項９に記載の再生専用型酸化亜鉛型近接場光ディスクは、請求項１記載における、前記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に記載の再生専用型酸化亜鉛型近接場光ディスクは、請求項１または９記載における、前記酸化亜鉛ナノ薄膜層の厚さ範囲が５ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の再生専用型酸化亜鉛型近接場光ディスクは、図１に示すように、光源から発射される光ビームが入射する側とは反対側の面にプリレコードされた回折限界より小さいサイズのピット１を有する透光基板２と、前記透光基板の側とは反対側の面を覆って形成されると共に上記ビット１に対応して形成されるピットスポット１ａを有する反射薄膜層３と、前記反射薄膜層３の表面を覆って形成された第１透光誘電体薄膜層４と、前記第１透光誘電体薄膜層４の表面を覆って形成されると共に、該第１透光誘電体薄膜層４を透過した光ビームにより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、前記酸化亜鉛ナノ薄膜層５の表面を覆って形成された第２透光誘電体薄膜層６と、を少なくとも備えてなる。
【００１４】
透光基板２は、シリカ（ＳｉＯ２）ガラス材や、様々の比率でナトリウム（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ている。
また、前記反射薄膜層３の材料は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）あるいは銅（Ｃｕ）等の各金属、或いはそれらの合金から選択される。上記反射薄膜層３には、薄膜形成した後にピットスポット１ａが、上記ピット１に起因して形成される。
前記第１透光誘電体薄膜層４と第２透光誘電体薄膜層６は、少なくとも、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）の透光誘電体のグループから選択される多層構造である。
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は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、本発明によるディスクの酸化亜鉛型近接場光作用を持った再生専用型媒体の作動原理を示す図である。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、上記透光基版２のピット１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る。フォーカスされたレーザ光と上記酸化亜鉛ナノ薄膜層５との相互作用によって発生する局部近接場光学作用１０は、薄膜形成した後に存在するピットスポット１ａと相互作用して、該薄膜形成した後に存在するピットスポット１ａの信号内容を読出す。すなわち、上記薄膜形成した後に存在するピットスポット１ａの内容は、上記透光基板２にあるピット１の内容と同じであり、ピット１の信号内容が読み出される。
【００１６】
従って、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に伴って、超高密度の再生専用形ディスクの信号内容の読み出しが、実行される。上記第１透光誘電体薄膜層4および第２透光誘電体薄膜層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を保護および安定にする。そのため、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との近接場距離は一定に維持される。
【００１７】
図３は、本発明の再生専用型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を示すものである。該ビデオディスクプレーヤー光学ヘッド8は、上記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、上記再生専用型酸化亜鉛型近接場光ディスク11の同一平面及び同一トラック上の読み出しフォーカシングを維持し、そして、再生専用型酸化亜鉛型近接場光ディスク11はディスクプレーヤーの回転方向１２に回転する。上記局部近接場光学作用10は、上記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との間を結び付けて、上記再生専用型酸化亜鉛型近接場光ディスク11にある透光基板2に形成されたピット1を読み出すことができる。
【００１８】
図４は、本発明の再生専用型酸化亜鉛近接場光ディスク１１の実験的読み出し結果の一例を示している。６７３ナノメーター（ｎｍ）の光源波長と０．６のピックアップヘッドレンズの開口数（ＮＡ：numerical aperture）のディスクテスト機（Pulstec Industrial Co.,Ltd.製のDDU-1000モデル）が、本発明の再生専用型酸化亜鉛近接場光ディスク１１にプリレコードされた１００ｎｍのピットを読み出すために使用された。この光ディスク１１は、一定の線速度３．５ｍ／ｓで回転し、そして、ピックアップヘッドの読み出しレーザー光の出力は４ｍＷである。分光分析器（Spectrum analyzer）によって測定された読み出し結果は、図４に示されている。プリレコードされた１００ｎｍのピットの測定された搬送波対雑音比（ＣＮＲ）値は、３１．８２ｄＢ、ピーク周波数は１７．５ＭＨｚである。本発明に記載されている再生専用型酸化亜鉛近接場光ディスク１１が、回折限界より小さいプリレコードされたピットやマークを記録することが出来ることを明らかに証明している。
【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】本発明の再生専用型酸化亜鉛型近接場光ディスクの構成図である。
【図２】本発明の再生専用型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】本発明の再生専用型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】本発明の再生専用型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
１ａ  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  回折限界より小さいサイズの局部近接場光学作用
１１  再生専用型酸化亜鉛型近接場光ディスク
１２  回転方向
【図１】
0004852686.tif 000002
【図２】
0004852686.tif 000003
【図３】
0004852686.tif 000004
【図４】
0004852686.tif 000005