JP2005322330A - 光記録媒体、光記録再生方法および光記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の光ディスクと同等の可搬性や信頼性を確保したまま、従来の光源と記録材料を使用する構成で従来よりも高い記録密度を実現する光記録媒体を提供する。また、上記光記録媒体を使用して、従来よりも装置の省エネルギー・小型化が可能で、さらに従来よりも高い記録密度を実現する光記録再生方法および光記録再生装置を提供する。
【解決手段】光の照射によって情報が記録再生される光記録層１３を備える光記録媒体１０において、光記録層１３に、照射レーザ光の波長より外形寸法が小であり導電性を有する構造体１２が複数配列されてなる。
【選択図】図３

Description

本発明は、超高密度で高容量の光記録・再生可能な光記録媒体、光記録再生方法および光記録再生装置に関するものである。

従来から、高密度で高容量の記録媒体および記録再生方法が求められている。とりわけ、光を用いた記録・再生について種々検討が行われており、例えば、次のような技術や知見が提供されている。

（１）従来技術１
微小開口型の近視野光発生素子、近視野光記録装置、および近視野光顕微鏡において、近視野光強度と解像度の両方を向上させることを目的として、図２８に示すように、入射光偏光を制御あるいは保存して微小開口４０６に入射させ、さらに、微小開口４０６の輪郭のうち一ヶ所が、入射光の偏光方向と略直交している構造および配置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

図２９（ｂ）は従来技術1による三角形微小開口４３２を示す。
また、図３０は計算機シミュレーションによって微小開口の真下２０ｎｍにおける電場エネルギー分布を求めた結果である。開口との相対位置を示すために、図２９（ａ），（ｂ）に示した開口形状と重ねて表示している。ここで、図３０（ａ）は円形微小開口の場合であり、図３０（ｂ）は三角形微小開口の場合である。入射光は図中に示したＸ方向の直線偏光を持つ。また、図３０（ａ）の場合はエネルギーが開口全体に広がって分布しているが、図３０（ｂ）の場合は三角形の右辺に局在している。これは偏光方向に垂直なエッジに光が局在するためである。

図３１は図３０（ａ），（ｂ）のそれぞれにおいての線分Ａ−Ａ´上のプロファイルを重ねて表示したものである。図３０（ａ）でのプロファイル４４１に比べて図３０（ｂ）でのプロファイル４４２は強度が約１０倍、半値全幅が０．８倍になっている。強度が大きくなっている理由は、図２９に示すように三角形開口の開口面積が円形開口より大きいことが考えられる。また、プロファイルの幅が狭くなっている理由は、図３０に示すように三角形開口の光が局在していることが考えられる。

上記従来技術１は、近接場光を用いて記録再生を行う高密度光記録の方式を提供しており、回折限界によらない近接場光を用いることにより従来の伝搬光を用いた方法よりも遙かに高い記録密度を実現することができる。ここでは、近接場光ヘッドの開口を三角形にして、この三角形の底辺に直交する方向の直線偏光を光源とすることにより前記底辺部分に強い電界が局所的に発生するため、近接場光ヘッドの開口を光記録媒体に数十ｎｍ以下に近づけて、前記電界(周波数は光源のそれと同じなので近接場光)が光記録媒体に及ぶようにし、光記録媒体上に情報を記録・再生することが可能である。

しかし、この場合、光記録媒体表面にゴミがあると近接場光ヘッドとの間に挟まり記録再生ができなくなる問題がある。また、僅かな振動などで光記録媒体表面と近接場光ヘッドが衝突し、双方が破損し記録再生ができなくなる。したがって、この方式の場合は光記録媒体を、近接場光ヘッドを含むいわゆるドライブと着脱することができる可搬性のある光ディスクを構成することができない。なぜなら着脱により外部のゴミなどが進入しやすいからである。また振動にも弱いので、従来の光ディスクの特徴である信頼性の高い情報記録システムを構築することができない。

（２）従来技術２
図３２に示すように、理想的金属遮光膜(厚さゼロの完全導体)に開口が空いている場合を考える。この遮光膜に直線偏光（ｘ方向）の平面波の伝搬光が照射され、この開口の大きさは現実的に作製できる大きさとして５０〜１００ｎｍ（可視光波長のλ／１０程度）とすると、この場合の金属遮光膜面内の電界分布はおおよそ図３３（ａ）のようになる。また、ｘ方向断面上での電場の様子を図３３（ｂ）に示す。開口のエッジ部分での金属自由電子の集中により、開口直下には、開口直径と同程度の範囲内でｘ方向に非常に強い電場が発生することが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。

（３）従来技術３
多値情報の記録再生のために、図３４に示すように、情報記録媒体５０１の記録層５０２は、レーザビーム５０６の照射による温度変化により記録マーク５０５を生じる構成が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。ここで、金属層５０３には、光の反射率及び電気抵抗のうちの少なくとも一方がその周辺部分に比較して異なっている特異部分５０４が周期的に形成されており、この特異部分５０４は反射率及び電気抵抗のうちの少なくとも一方が周辺部分と違うことにより金属層５０３の温度変化をアシストする構成となっている。これにより、マークの記録位置精度を高め、反射光量変化のダイナミックレンジを拡大し、高記録密度化を図ることが可能である。

すなわち、従来技術３においては、記録したい部分の場所で金属層５０３と反射率あるいは電気抵抗が異なる部分を設けている。反射率が異なるとこの部分が回りの金属層よりも熱の吸収が大きいため、この部分が他の部分よりも発熱量が多い。さらに、電気抵抗が高いつまり熱のキャリアを自由電子とすると、熱伝導が低いので、熱がこの部分にこもりやすい。したがって、特異部分５０４だけが周りの金属層５０３と比べて高い温度に早く到達するため、ヒートモードで記録する光ディスクの場合、この特異部分に対応する記録層５０２の部分のみに記録することが可能である。さらに、レーザ光スポットの強度分布における強度が強い中心部分を使った記録（俗に筆先記録といわれる方法）において、特異部分がない場合よりも安定して、小さいマークを記録することができる。

しかしながら、この場合、レーザ光の交番電界が直接記録層の原子あるいは分子を振動させ温度を上昇させるため、レーザのエネルギーが熱に変換される効率が悪い。また、特異部分以外の部分でも熱が発生するので、特異部分とそれ以外の部分との温度分布のコントラストが悪く、記録マークの大きさを小さくすることができないという問題がある。

（４）従来技術４
図３５に示すように、情報ピットのトラック方向における幅と情報ピットの再生用光スポットに対するトラック方向のシフト量の組み合わせによって、多値情報を記録する。また、光学的情報記録媒体から反射または透過された再生用光束を検出するための多分割光検出器と、予め設定された情報ピットのトラック方向の幅と再生用光スポットに対するトラック方向のシフト量の組み合わせによる多値情報の各情報ピットに対応した全光量と光量分布を記憶するための記憶手段と、前記多分割光検出器で得られた情報ピットの全光量及び光量分布と前記記憶手段に記憶された全光量及び光量分布の相関をとってそれぞれの情報ピットの情報を認識するための情報認識手段とを設ける構成が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。これにより、情報の多値度を高めて記録媒体の記録容量を大きくとれるようにし、また情報の再生も高速で行なうことが可能である。

すなわち、従来技術４は、従来の光記録媒体と記録再生光ピックアップを用いたまま、記録するマークの大きさ、かつ／または、マーク位置を多値化し、記録密度を向上しようとする方法である。
しかしながら、１６値の多値記録をしても、実際は、信号が多値になることによるノイズマージンの低下や誤り訂正に必要な面積の増加などにより、従来の２値記録のせいぜい１．５倍程度の記録密度にしかならなかった。

（５）従来技術５
図３６に示すように、感光材料に対物レンズを用いてレーザを集光し、３次元的に一点一点データを屈折率変化として書き込み、その３次元的に記録されたデータを反射型の共焦点光学系を用いて読みだす構成が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。これにより、記憶装置の大容量化が可能となる。

ここで、上記従来技術５では、記録時に光記録媒体内で２光子吸収を生じさせるために、高出力のフェムト秒レーザが必要である。しかしながら、フェムト秒レーザの価格は数千万円以上であり、また、少なくとも数十ｃｍ立方程度の容積が必要で、従来の半導体レーザに比べると著しく高価かつ大型である。したがって、従来の光ディスクのようなパーソナルコンピュータの周辺機器として使用することは極めて困難である。また、高効率に２光子吸収を発生する高感度な記録材料が必要であるが、未だ実用的なものは開発されていない。

（６）従来技術６
ホログラフィを利用して情報の記録または再生を行うと共に、情報量を減少させることなく光学系を小さく構成できるようにするために、図３７に示す装置が提案されている（例えば、特許文献４参照。）。すなわち、記録時には、空間光変調器８２５によって情報光が生成され、位相空間光変調器８１７によって位相が空間的に変調された記録用参照光が生成される。また、情報光および記録用参照光は、光情報記録媒体８０１の情報記録層８０３に対して一方の面側より同軸的に且つ反射面上で収束するように照射される。情報の記録時には、Ｐ偏光の記録用参照光とＳ偏光の情報光が、２分割旋光板８２１によって、光束の断面を２分割した各領域毎に異なる方向に旋光される。情報記録層８０３では、反射面に入射する前の情報光と反射面で反射された後の記録用参照光との干渉による干渉パターンが記録されると共に、反射面に入射する前の記録用参照光と反射面で反射された後の情報光との干渉による干渉パターンが記録される構成となっている。

上記従来技術６は、いわゆる体積ホログラムメモリであるが、レーザ光の干渉を利用しているので、光源の波長シフトに対して特性が非常に敏感なため、発光波長が安定しない半導体レーザを使用するとエラーが発生しやすいなど、特性が安定しない問題があった。また、書き込み時に既に記録したデータを部分的に消去してしまうなどの問題があり、発明から数十年経た現在でも研究の域を出ていないのが現状である。

特開２００３-４６２２号公報 特開２００２−２９８４３２号公報 特開平５−１２８５３０号公報 特開平６−２８６７２号公報 特開２００２−１２３９４９号公報 斎木 敏治、大津 元一：「近接場光学の固体物性への応用」、固体物理 vol.33(1998)、NO.387、pp.395

本発明の目的は、従来の光ディスクと同等の可搬性や信頼性を確保したまま、上記従来技術１のようなスライダを使わずに、また上記従来技術５，６のような特殊な光源や記録材料を必要とせずに、従来の光源と記録材料を使用する構成で従来よりも高い記録密度を実現する光記録媒体を提供することである。また、本発明の目的は、上記従来技術３よりも高い光利用効率で、かつ、高い精度で小さいマークを記録することを可能とし、従来よりも高い記録密度を実現する光記録媒体を提供することである。

また、本発明の目的は、上記光記録媒体を使用して、従来よりも装置の省エネルギー・小型化が可能で、さらに従来よりも高い記録密度を実現する光記録再生方法および光記録再生装置を提供することである。

前記課題を解決するために本発明は、光の照射によって情報が記録再生される光記録層を備える光記録媒体において、前記光記録層に、前記照射光の波長より外形寸法が小であり導電性を有する構造体が複数配列されてなることを特徴とする光記録媒体である（請求項１）。

ここで、前記構造体の外形寸法は、前記照射光に対して該構造体内でプラズモン共鳴を生じる寸法であることが好ましい。

また、前記構造体は、金、銀、アルミニウム、銅、白金の少なくとも１種からなることが好適である。

前記構造体は粒子であることが好ましく、前記構造体の外形は、円形、四角形、三角形のいずれかであるとよい。

前記課題を解決するために提供する本発明は、光の照射によって情報が記録再生される光記録層を備える光記録媒体において、前記光記録層に、前記照射光の波長より開口寸法が小である開口部が複数設けられた導電性薄膜を備えることを特徴とする光記録媒体である（請求項６）。

ここで、前記開口部の開口寸法は、前記照射光に対して前記導電性薄膜内でプラズモン共鳴を生じる寸法であることが好ましい。

また、前記導電性薄膜は、金、銀、アルミニウム、銅、白金の少なくとも１種からなることが好適である。

前記開口部の形状は、円形、四角形、三角形のいずれかであるとよい。

前記課題を解決するために提供する本発明は、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光記録媒体を用い、前記照射光を直線偏光として、該照射光の偏光方向を変化させて前記光記録層に情報を多重記録することを特徴とする光記録再生方法である（請求項１０）。
ここで、前記記録時の偏光方向に合わせた直線偏光の光を照射して、前記光記録層に多重記録された情報の１つを再生することが好ましい。

前記課題を解決するために提供する本発明は、請求項１０または１１に記載の方法を用いて記録再生を行うことを特徴とする光記録再生装置である（請求項１２）。

本発明の光記録媒体によれば、導電性を有し、外形寸法（あるいは開口寸法）が光源の光の波長より小のナノサイズの構造体（あるいはナノサイズの開口部を有する導電性薄膜）を光記録層に設けてあるので、光源からの光照射により情報の記録および再生を行うと、従来技術３よりも高い光利用効率で、かつ、高い精度で小さいマークを記録することを可能とし、もって、省エネルギー・小型で、さらに従来技術５，６のように特殊な光源や記録材料を必要とせずに従来の光源と記録材料を使用しながら高い記録密度の光ディスクを実現することができる。とくに、前記構造体の外形寸法（あるいは導電性薄膜の開口部寸法）を調整することにより光源からの光を前記構造体（あるいは前記導電性薄膜）の共鳴周波数の光とすることで、より高記録密度の光ディスクとすることができる。
また、本発明の光記録再生方法によれば、上記光記録媒体に対して直線偏光の光を照射することにより生じる構造体直下およびその近傍（導電性薄膜の場合は、開口部直下およびその近傍）での電界の局在化を利用することで、該照射光の偏光方向を変化させて前記光記録層に情報を多重記録し、またその再生をすることが可能となる。すなわち、従来技術１のようにスライダを使わないため、従来の光ディスクと同等の可搬性や信頼性を確保でき、さらに従来技術５，６のように特殊な光源や記録材料を必要せず従来の光源と記録材料を使用しながら、従来よりも高い記録密度を達成することができる。
また、本発明の光記録再生装置によれば、上記光記録再生方法を採用することで従来の装置構成を利用しながら、従来よりも高い記録密度を達成することができる。

本発明者らは、上記課題に関して検討を行う中で、つぎのような知見を得た。
すなわち、図１に示すような、突起部を有する石英基板の突起部斜面にＡｌ遮光膜を形成してなる突起型の近接場光プローブを用い、該プローブの石英基板側から直線偏光のレーザ光を照射すると、プローブ先端開口周辺に近接場光が発生する。
この近接場光を走査型近接場光顕微鏡（ＳＮＯＭ）により観測すると、図２（ａ），（ｂ）に示すように、プローブ先端の石英とＡｌ遮光膜の境界部に、偏光方向に並んで電界が集中しており、導電性の構造体開口部のエッジに電界（ここでは近接場光）を強く集中させることが可能であることが確認された。
本発明者らは、この知見を基に上記課題を解決すべく、鋭意検討を行い、本発明を成すに至った。

以下に、本発明に係る光記録媒体の第１の実施の形態について説明する。
図３は、本発明に係る光記録媒体の第１の実施の形態における構成を示しており、図３（ａ）はその上面図、図３（ｂ）はその断面図である。
光記録媒体１０は、光記録層１３と、光記録層１３に複数配列されてなる構造体１２と、ランドグルーブ溝が形成された基板１１とを備える。

基板１１は、従来から広く使用されている材料を用いればよく、例えばポリカーボネートが挙げられる。

構造体１２は、導電性を有する材料からなる。その材料として金属材料や半導体材料であればよいが、記録再生時に照射する光の電界の周波数に応答できる自由電子の易動度を有する材料であることが好ましく、金、銀、アルミニウム、銅、白金のうち少なくとも１種からなることがとくに好ましい。なお図３においては、構造体１２として金からなる円盤状の粒子、すなわち金ドットの例を示している。

また、構造体１２の外形（上面から見た場合の形状）は、円形、四角形、三角形のいずれかであることが好ましい。しかし、構造体１２の外形はこれに限定されるわけではない。なお、図３では円形の場合を示している。

また、構造体１２の外形寸法は、記録再生のために照射されるレーザ光の波長より小であることが好ましく、例えば真空中での波長が４００ｎｍのレーザ光に対しては２００ｎｍ以下、より好ましくは１００ｎｍ以下である。ただし、レーザ光の波長はこれに限定されるわけではない。ここで、その外形寸法は、照射されるレーザ光に対して構造体１２内で光共鳴（プラズモン共鳴）を生じる寸法であることが好ましい。この場合、構造体１２の材質および構造（形状）、構造体１２の周囲にある材質（基板１１、光記録層１３）の屈折率、照射するレーザ光波長（周波数）などから設定するとよい。また、構造体１２の外形寸法の下限はとくになく、実際に製造可能な大きさであればよい。

ここで、光共鳴（プラズモン共鳴）とは、構造体１２内部に光（電磁波）を照射すると、その光のエネルギーにより構造体１２内部の電子が振動されるが、このとき照射する光のある周波数において電子の運動（振動）が共鳴する現象をいう。

また、構造体１２の厚みは、とくに制限はないが、例えば１０〜１００ｎｍである。

構造体１２は、例えば図３（ａ）に示すように、基板１１のランドグルーブそれぞれにおいて２次元平面上で構造体１２同士が一定の間隔を保ちながら最密充填の状態で配列され、光記録層１３の上あるいは下、もしくは光記録層１３に埋め込まれる状態で配置されるとよい。
なお、図３ではランドとグルーブの両方に構造体１２（金ドット）を配置した例を示したが、ランドだけあるいはグルーブだけの構成でも良い。また、特に構造体１２を２次元的に最密充填に配置する必要はなく、正方格子に配置しても良い。前記ランドグルーブはトラッキングエラー信号を得るために配置するものである。

光記録層１３は、従来から広く使用されている材料を用いればよく、例えばフタロシアニンやアニリンなどの有機色素などが挙げられる。また特に有機色素でなくても熱による記録ができる材料であってもよく、あるいはポリカーボネートのような可視光をほとんど吸収しない材料でもよい。

図４に、本発明に係る光記録媒体の第１の実施の形態のバリエーションを示す。
光記録媒体２０は、光記録層２３と、光記録層２３の記録再生用の光であるレーザ光が照射される面上に複数配列されてなる構造体２２と、ランドグルーブ溝のない基板２１とを備え、基板２１にランドグルーブが形成されていない点を除いて、図３の光記録媒体１０と構成が同じである。

光記録媒体２０では、構造体２２（金ドット）列の間隔が離れており(図４（ａ）では判りやすくするために点線で構造体２２（金ドット）列の並びを示してある。)、これが実質上のトラックとなり、トラッキングエラー信号を得ることができる。これは既に実用化されているＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭなどの光ディスクのトラッキング動作と同様である。これらの光ディスクでは情報を記録しているピット列がトラッキングエラー信号を与えることになる。

なお、図３，４では、基板１１，１２側から記録再生用のレーザ光が照射されている例を示しているが、構成材料や媒体構成によっては光記録層１３，２３側からレーザ光を照射してもよい。

つぎに、本発明に係る光記録媒体の第２の実施の形態について説明する。
図５は、本発明に係る光記録媒体の第２の実施の形態における構成を示しており、図５（ａ）はその上面図、図１１（ｂ）はその断面図である。
光記録媒体３０は、光記録層３４と、光記録層３４に開口部３３が複数設けられた導電性薄膜３２と、ランドグルーブ溝が形成された基板３１とを備える。これは、図３に示した光記録媒体１０において、構造体１２に代えて導電性薄膜３２とした構成である。

導電性薄膜３２は、導電性を有する材料からなる薄膜であり、その構成材料として金属材料や半導体材料であればよいが、記録再生時に照射する光の電界の周波数に応答できる自由電子の易動度を有する材料であることが好ましく、金、銀、アルミニウム、銅、白金のうち少なくとも１種からなることがとくに好ましい。

また、導電性薄膜３２に設けられる開口部３３の形状（上面から見た場合の形状）は、円形、四角形、三角形のいずれかであることが好ましい。しかし、構造体１２の外形はこれに限定されるわけではない。なお、図５においては円形の場合を示している。

また、開口部３３の開口寸法は、記録再生のために照射されるレーザ光の波長より小であることが好ましく、例えば真空中での波長が４００ｎｍのレーザ光に対しては２００ｎｍ以下、より好ましくは１００ｎｍ以下である。ただし、レーザ光の波長はこれに限定されるわけではない。ここで、その開口寸法は、照射されるレーザ光に対して導電性薄膜３２内でプラズモン共鳴を生じる寸法であることが好ましい。この場合、導電性薄膜３２の材質および開口部３３の構造（形状）、開口部３３の周囲にある材質（基板３１、光記録層３４）の屈折率、照射するレーザ光波長（周波数）などから設定するとよい。また、開口部３３の開口寸法の下限はとくになく、実際に製造可能な大きさであればよい。

また、導電性薄膜３２の厚みは、とくに制限はないが、例えば１０〜１００ｎｍである。

また、開口部３３は、例えば図５（ａ）に示すように、基板３１のランドグルーブそれぞれにおいて２次元平面上で開口部３３同士が一定の間隔を保ちながら最密充填の状態で配列され、光記録層３４の上あるいは下、もしくは光記録層３４に埋め込まれる状態で配置されるとよい。
なお、図５ではランドとグルーブの両方に開口部３３を配置した例を示したが、ランドだけあるいはグルーブだけの構成でも良い。また、特に開口部３３を２次元的に最密充填に配置する必要はなく、正方格子に配置しても良い。

つぎに、本発明の光記録再生装置について説明する。
図６は、本発明の光記録再生装置の全体図を示す。光記録媒体１０は回転モータ軸７０に接合され、回転モータにより光記録媒体１０は高速（線速にして数ｍ／秒）に回転する。また、光記録媒体１０表面に対向して光ピックアップ６０が配置され、光ピックアップ６０から光記録媒体１０に対して記録再生を行うためのレーザ光が照射される。また、光ピックアップ６０は、図示しない直線運動をするアクチュエータにより光記録媒体１０の動径方向(放射方向)に移動され、光ピックアップ６０内にある微動のアクチュエータとともに、いわゆるトラッキング動作をする構成となっている。なお、光記録媒体１０は、回転モータ軸７０から簡単に取り外しができるようになっており、可搬性のある、いわゆるリムーバブルメディアである。

図７に、本発明の光記録媒体１０の記録再生を実現する光ピックアップ６０の光学系の構成例を示す。
半導体レーザ６１から発せられたレーザ光は、偏光子６３により直線偏光になり、λ／４板６４を通ることにより円偏光になり、ついで無偏光なビームスプリッタ６５を通過する。

回転偏光子６６は、偏光子が偏光子板面に垂直な軸を中心に回転できるようになっていて、ここでは偏光方向がトラッキング方向に対してなす角度が０度、６０度、１２０度で止まるようになっている。この角度調整は、例えば回転モータとエンコーダにより、電気信号により、前記角度に合わせられるようになっている。この回転偏光子６６には円偏光の光が入るので、これを通った光は０度、６０度、１２０度の何れかの偏光角の直線偏光になる。

したがって、先に述べた方法により、設定した偏光方向に並ぶ方向の構造体１２（金ドット）の縁部分に情報が記録されるようになる。ここで、例えば偏光角０度の記録が終わったら、回転偏光子６６の偏光角を６０度にして同じ場所に別な情報を記録する。さらに偏光角１２０度についても同様に同じ場所に別な情報を記録することができる（この多重記録については実施例で詳述する）。

再生の場合はレーザ光の発光強度を記録時よりも小さくし、再生したい偏光角に回転偏光子６６の角度を合わせると記録の時と同じように、設定した偏光角の直線偏光の光が光記録媒体１０に照射される。光記録媒体１０からの反射光の偏光は、照射した光の偏光と同じになるので、対物レンズ６７で拾われた反射光はほとんど損失無く回転偏光子６６を通る。そして反射光は、ビームスプリッタ６５によりフォトダイオード６９の方に反射され、集光レンズ６８によりフォトダイオード６９上に到達し、情報が読み取られる。以上の動作により、光記録媒体１０上の特定の偏光角に対応する情報のみを再生することができる。

図８に、本発明の光記録媒体１０の記録再生を実現する光ピックアップ７０の光学系の別の構成例を示す。
図８は、光記録媒体１０からの透過光を使って再生をする構成である。反射光をビームスプリッタによりフォトダイオード方向に向ける構成を除いて図７における構成および動作と同じであるため、詳しい動作説明は省略する。但し、透過光は偏光子やビームスプリッタをまったく通らないので、これによる光の損失が少なく高効率である。

以上のように、本発明では光記録再生装置において従来の光源(半導体レーザ６１，７１)、光学素子(偏光子など)、光記録媒体において従来の記録材料(基板、光記録層（有機色素やポリカーボネートなどの透明樹脂）)を用いるので、従来技術５，６のような高価で大型な装置や、特殊な部品や材料を必要としない。すなわち小型化が容易で商業的に実用化が可能な方式である。また達成できる記録容量は従来のＢｌｕ−ｒａｙディスクに本実施例を適用した場合は、約８５ＧＢ(φ１２ｃｍディスクにおいて)を達成できる。また、再生用レーザ光を光記録媒体１０または３０に照射した際に、構造体１２または開口部３３の周期のタイミングで信号をサンプリングすれば、レーザ光のスポット内に含まれる構造体１２または開口部３３の光学特性によって信号レベルが変化する。構造体１２または開口部３３の光学特性は事前の記録動作の結果である。また、スポット内に複数の構造体１２または開口部３３が存在するので、信号は多値レベルになる。この信号について２次元多値信号処理による判定を行い、２値情報の再生を行えば、さらに記録容量が向上し、１００〜３００ＧＢの記憶容量を達成できる。

なお、上記図６〜図８では光記録媒体１０を用いた例を示したが、光記録媒体２０，３０を用いても同様の効果を得ることができる。

（実施例１）
本発明の中核となる、構造体（金ドット）の光共鳴（プラズモン共鳴）の現象を予測するため、本発明の光記録媒体１０を前提としたＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｉｍｅ−Ｄｏｍａｉｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ；時間領域差分法)シミュレーションを行った。図９には本実施例のシミュレーションモデルを示す。ここで、構造体１２は膜厚４０ｎｍの金ドットである。

使用するレーザ光（伝送光）Ｌ１の真空中での波長は５００ｎｍであり、構造体１２（金ドット）の直径は、この波長よりも充分小さい６２．５ｎｍとした。この大きさの金ドットが共鳴を起こす周波数に前記レーザ光Ｌ１の周波数が設定されている。

構造体１２（金ドット）の直径をレーザ光Ｌ１の波長よりも小さくする理由は、伝搬光を用いる場合、スポット径は波長とほぼ等しくなるので、スポット径よりも外形寸法の小さい構造体１２（金ドット）を使わないと記録密度の点で不利になるためである。また、構造体１２（金ドット）と使用するレーザ光Ｌ１の波長との関係を言えば、構造体１２（金ドット）の外形寸法は、レーザ光Ｌ１の波長よりも小さく、かつ、レーザ光Ｌ１の波長で構造体１２（金ドット）がプラズモン共鳴を生じさせるように設定する。

レーザ光Ｌ１のスポット中の強度分布はガウシアン分布とし、中心強度の１／ｅ^２になるところの直径を５００ｎｍとした。また、レーザ光Ｌ１の偏光は、直線偏光で紙面上左右の方向にした。
また、隣接する構造体１２（金ドット）同士の間隔は図９に示した通り１２５ｎｍ、Ｔ．Ｐ．１０９ｎｍとし、この間隔を保ったまま２次元平面上で最密充填となるように構造体１２（金ドット）を配置した。

図１０にシミュレーション結果を示す。これからわかるように、金ドットがレーザ光Ｌ１により共鳴を起こすことにより、金ドット内に光強度が集中している。特に、金ドットの縁の部分で偏光方向に並ぶ方向で光強度が強く集中していることが認められた。

この部分の光強度面密度(単位面積あたりの光強度)は光記録媒体直上でのレーザ光の強度密度の１００倍程度になる。このような状態では金ドット内で電子がレーザ光により共鳴を起こして振動しているために、金ドットそのものにジュール熱が発生する。その値は前記光強度と前記レーザ光周波数での金の電気伝導度の積である。したがって、ジュール熱が発生する分布は図１０における光強度分布と同じとなる。また、発生するジュール熱も非共鳴の場合の１００倍程度になる。つまりヒートモードでの記録を行うとすると、感度が約百倍になる、つまり著しく高感度になる。また、半導体レーザの発光強度が同じであれば、記録に要する時間が１／１００で済むことになるので、高速記録が実現できる。あるいは、半導体レーザの発光強度を小さくすることができるので、省エネルギーになり地球環境保護の効果がある。

発生したジュール熱は金ドット周辺の光記録層の温度を上昇させ、光記録層の変質あるいは変形(溶融などによる)を生じさせ、情報を記録することができる。あるいは光記録層そのものが金ドット周辺に集中した光強度を吸収し、変質あるいは変形を生じ、情報を記録することができる。

さらに、光強度が金ドットの縁の部分で偏光方向に並ぶ方向で強く集中していることを利用して、同一記録場所での多重記録が可能である。すなわち、図１１に示すように偏光方向を、例えばトラック方向に対する角度として０度、６０度、１２０度に変化させることで、それぞれ金ドット周辺の光記録層の異なる部分Ｒ_０，Ｒ_６０，Ｒ_１２０に情報を記録することができる。つまり偏光の方向により情報を多重(ここでは三重)に記録でき、同じ場所に多重数倍(三倍)の情報が記録できるので、記録密度を高くすることができる。

この記録された情報を再生する際には、記録したときよりも半導体レーザの発光強度を低くして、読み出すことができる。光記録媒体内の光強度は照射したレーザ光強度に全て比例するので、記録が生じない程度にレーザ強度を下げれば非破壊に再生ができる。この場合も光強度の分布は図１０と同じである(絶対値は小さい)。

このとき、記録時の偏光方向と再生時の偏光方向を一致させれば、金ドット周辺の読み出したい部分だけに光強度を集中できるので、その部分からの反射光または透過光を検出すれば、所望の偏光の情報だけを再生することができる。よって、再生光の偏光方向と同じ偏光方向で記録した情報のみを再生することができる。つまり多重化して記録した情報の内の一つを分離して再生することができる。なお、本実施例では多重数を三重にしたが、構造体１２の粒子形状の工夫によりさらに局所的に電界を集中することができれば多重数を増やし、さらに高密度な記録再生を実現することができる。

本シミュレーションに基づいて上記構成の光記録媒体１０を用いた実験を行ったところ、構造体１２（金ドット）の周辺に偏光方向に並んで光記録層１３が変成していることが確認された。また、再生も上記のように可能であった。

（実施例２）
つぎに、本発明の光記録媒体３０を前提としたＦＤＴＤシミュレーションを行った。図１２に本実施例のシミュレーションモデルを示す。ここでは、シミュレーションモデルの前提となる光記録媒体の構成として、実施例１で使用した光記録媒体１０（図３）に代えて光記録媒体３０（図５）に変更しており、それ以外の条件は実施例１（図９）と同じとしている。すなわち、光記録媒体３０において、導電性薄膜３２は膜厚４０ｎｍの金薄膜であり、開口部３３は開口直径６２．５ｎｍとした。また、隣接する開口部３３同士の間隔は図１２に示した通り１２５ｎｍ、Ｔ．Ｐ．１０９ｎｍとし、この間隔を保ったまま２次元平面上で最密充填となるように開口部３３を配置した。また、使用するレーザ光（伝送光）を、真空中での波長が５００ｎｍ、スポット中の強度分布はガウシアン分布として、その中心強度の１／ｅ^２になるところの直径が５００ｎｍであり、紙面上左右の方向に直線偏光となるレーザ光Ｌ１とした。

図１３にシミュレーション結果を示す。ここでも導電性薄膜３２内でプラズモン共鳴が生じている。特に、開口部３３の縁の部分で偏光方向に並ぶ方向で光強度が強く集中している。したがって、実施例１の場合と同じく記録密度の向上が可能である。また、光強度が集中している部分の光強度面密度（単位面積あたりの光強度）は光記録媒体３０直上でのレーザ光の強度密度の１００倍程度になる。したがって、実施例１で示した図７と同じように偏光多重による記録密度の向上、記録・再生スピードの高速化が可能である。
本シミュレーションに基づいて上記構成の光記録媒体３０を用いた実験を行ったところ、上記方式での記録再生が可能であることを確認した。

（実施例３）
図１４に、本実施例の構成と寸法図及びシミュレーションモデルを示す。実施例１と同様、構造体１２ａとして金ドットが基板上にある構成になっている。但しここで使用するレーザ光の真空中での波長は４００ｎｍであり、金ドットの直径は、この波長よりも充分小さい４０ｎｍとした。なお、この大きさの金ドットが共鳴を起こす周波数に前記レーザ光の周波数は設定されてはいない。

図１５にシミュレーション結果を示す。特に、金ドットの縁の部分で偏光方向に並ぶ方向で光強度が強く集中している。また光強度の分布傾向は実施例１と同様である。プラズモン共鳴は生じていないので、この部分の光強度面密度(単位面積あたりの光強度)は光記録媒体直１０上でのレーザ光の強度密度の数倍程度にしかならない。しかし、先に述べたように金ドットの縁の部分で偏光方向に並ぶ方向で光強度が強く集中しているので、実施例１と同じように偏光多重による記録密度の向上が可能である。
本シミュレーションに基づいて上記構成の光記録媒体１０を用いた実験を行ったところ、上記方式での記録再生が可能であることを確認した。

（実施例４）
図１６に、本実施例の構成と寸法図及びシミュレーションモデルを示す。実施例２と同様の構成で、導電性薄膜３２ａに開口部３３ａが設けられた構成になっている。但しここで使用するレーザ光の真空中での波長は４００ｎｍであり、開口部３３ａの直径は、この波長よりも充分小さい４０ｎｍとした。この開口部３３ａの大きさでは導電性薄膜３２ａ内でプラズモン共鳴を起こす周波数に前記レーザ光の周波数が設定されてはいない。

図１７にシミュレーション結果を示す。導電性薄膜３２ａ中の開口部３３ａの縁の部分で偏光方向に並ぶ方向で光強度が強く集中している。また光強度の分布傾向は実施例２と同様である。プラズモン共鳴は生じていないので、この部分の光強度面密度(単位面積あたりの光強度)は記録媒体直上でのレーザ光の強度密度の数倍程度にしかならない。しかし、先に述べたように導電性薄膜３２ａ中の開口部３３ａの縁の部分で偏光方向に並ぶ方向で光強度が強く集中しているので、実施例１と同じように偏光多重による記録密度の向上が可能である。
本シミュレーションに基づいて上記構成の光記録媒体３０を用いた実験を行ったところ、上記方式での記録再生が可能であることを確認した。

（実施例５）
図１８に、本実施例の構成と寸法図及びシミュレーションモデルを示す。実施例１と同様、構造体１２ｂとして金ドットが基板上にある構成になっている。但しここで使用するレーザ光の真空中での波長は４００ｎｍである。また、金ドットの外形は円形ではなく正方形になっており、その一辺の長さは、この波長よりも充分小さい４０ｎｍとした。この大きさの金ドットが共鳴を起こす周波数に前記レーザ光の周波数が設定されてはいない。

図１９にシミュレーション結果を示す。特に、構造体１２ｂである金ドットの縁の部分で偏光方向に並ぶ方向、すなわち偏光方向に直交する辺の集辺で光強度が強く集中している。また光強度の分布傾向は実施例１と同様である。プラズモン共鳴は生じていないので、この部分の光強度面密度(単位面積あたりの光強度)は記録媒体直上でのレーザ光の強度密度の数倍程度にしかならない。しかし、先に述べたように金ドットの縁の部分で偏光方向に並ぶ方向で光強度が強く集中しているので、図２０に示すように０度偏光と９０度偏光の２方向に偏光多重化ができる。つまり同一の記録場所で異なる部分Ｒ_０，Ｒ_９０の２つの記録が可能であり、記録密度が２倍になる。

なお、ここでは非共鳴の状態での実施例を示したが、使用する光の波長(周波数)や構造体の材料、記録材料などの種類によりドットに共鳴を生じさせることができる。この状態では記録密度は本実施例と同じであるが、共鳴による感度上昇により高速な記録・再生が可能となる。
本シミュレーションに基づいて上記構成の光記録媒体１０を用いた実験を行ったところ、上記方式での記録再生が可能であることを確認した。

（実施例６）
図２１に、本実施例の構成と寸法図及びシミュレーションモデルを示す。実施例２と同様の構成で、導電性薄膜３２ｂに開口部３３ｂが設けられた構成になっている。但しここで使用するレーザ光の真空中での波長は４００ｎｍである。また、開口部３３ｂの形状は円形ではなく正方形になっており、その一辺の長さは、この波長よりも充分小さい４０ｎｍとした。この開口部３３ｂの大きさでは導電性薄膜３２ｂ内でプラズモン共鳴を起こす周波数に前記レーザ光の周波数が設定されてはいない。

図２２にシミュレーション結果を示す。導電性薄膜３２ｂ中の開口部３３ｂの縁の部分で偏光方向に並ぶ方向、すなわち偏光方向に直交する辺の集辺で光強度が強く集中している。また光強度の分布傾向は実施例２と同様である。プラズモン共鳴は生じていないので、この部分の光強度面密度(単位面積あたりの光強度)は記録媒体直上でのレーザ光の強度密度の数倍程度にしかならない。しかし、先に述べたように導電性薄膜３２ｂ中の開口部３３ｂの縁の部分で偏光方向に並ぶ方向で光強度が強く集中しているので、実施例５と同じように０度偏光と９０度偏光の２方向に偏光多重化ができる。つまり同一の記録場所で異なる部分Ｒ_０，Ｒ_９０の２つの記録が可能であり、記録密度が２倍になる。

なお、ここでは非共鳴の状態での実施例を示したが、使用する光の波長(周波数)や構造体の材料、記録材料などの種類により導電性薄膜に共鳴を生じさせることができる。この状態では記録密度は本実施例と同じであるが、共鳴による感度上昇により高速な記録・再生が可能となる。
本シミュレーションに基づいて上記構成の光記録媒体３０を用いた実験を行ったところ、上記方式での記録再生が可能であることを確認した。

（実施例７）
図２３に、本実施例の構成と寸法図及びシミュレーションモデルを示す。実施例１と同様、構造体１２ｃとして金ドットが基板上にある構成になっている。但しここで使用するレーザ光の真空中での波長は４００ｎｍである。また、金ドットの外形は円形ではなく正三角形になっており、その一辺の長さは、この波長よりも充分小さい４０ｎｍとした。この大きさの金ドットが共鳴を起こす周波数に前記レーザ光の周波数が設定されてはいない。

図２４にシミュレーション結果を示す。特に、構造体１２ｃである金ドットの縁の部分で偏光方向に並ぶ方向、すなわち偏光方向に直交する辺の集辺で光強度が強く集中している。また光強度の分布傾向は実施例１と同様である。プラズモン共鳴は生じていないので、この部分の光強度面密度(単位面積あたりの光強度)は記録媒体直上でのレーザ光の強度密度の数倍程度にしかならない。しかし、先に述べたように金ドットの縁の部分で偏光方向に並ぶ方向で光強度が強く集中しているので、図２５に示すように０度偏光、６０度偏光と１２０度偏光の３方向に偏光多重化ができる。つまり同一の記録場所で異なる部分Ｒ_０，Ｒ_６０，Ｒ_１２０の３つの記録が可能であり、記録密度が３倍になる。

なお、ここでは非共鳴の状態での実施例を示したが、使用する光の波長(周波数)や構造体の材料、記録材料などの種類によりドットに共鳴を生じさせることができる。この状態では記録密度は本実施例と同じであるが、共鳴による感度上昇により高速な記録・再生が可能となる。
本シミュレーションに基づいて上記構成の光記録媒体１０を用いた実験を行ったところ、上記方式での記録再生が可能であることを確認した。

（実施例８）
図２６に、本実施例の構成と寸法図及びシミュレーションモデルを示す。実施例２と同様の構成で、導電性薄膜３２ｃに開口部３３ｃが設けられた構成になっている。但しここで使用するレーザ光の真空中での波長は４００ｎｍである。また、開口部３３ｃの形状は円形ではなく正三角形になっており、その一辺の長さは、この波長よりも充分小さい４０ｎｍとした。この開口部３３ｃの大きさでは導電性薄膜３２ｃ内でプラズモン共鳴を起こす周波数に前記レーザ光の周波数が設定されてはいない。
図２７にシミュレーション結果を示す。導電性薄膜３２ｃ中の開口部３３ｃの縁の部分で偏光方向に並ぶ方向、すなわち偏光方向に直交する辺の集辺で光強度が強く集中している。また光強度の分布傾向は実施例２と同様である。プラズモン共鳴は生じていないので、この部分の光強度面密度(単位面積あたりの光強度)は記録媒体直上でのレーザ光の強度密度の数倍程度にしかならない。しかし、先に述べたように導電性薄膜３２ｃ中の開口部３３ｃの縁の部分で偏光方向に並ぶ方向で光強度が強く集中しているので、実施例７と同じように０度偏光、６０度偏光と１２０度偏光の３方向に偏光多重化ができる。つまり同一の記録場所で異なる部分Ｒ_０，Ｒ_６０，Ｒ_１２０の３つの記録が可能であり、記録密度が３倍になる。なお、ここでは非共鳴の状態での実施例を示したが、使用する光の波長(周波数)や構造体の材料、記録材料などの種類によりドットに共鳴を生じさせることができる。この状態では記録密度は本実施例と同じであるが、共鳴による感度上昇により高速な記録・再生が可能となる。
本シミュレーションに基づいて上記構成の光記録媒体３０を用いた実験を行ったところ、上記方式での記録再生が可能であることを確認した。

突起型近接場光プローブの構成を示す図である。 突起型近接場光プローブによる近接場光の強度分布を示す図である。 本発明に係る光記録媒体の第１の実施の形態を示す構成図である。 本発明に係る光記録媒体の第１の実施の形態のバリエーションを示す構成図である。 本発明に係る光記録媒体の第２の実施の形態を示す構成図である。 本発明に係る光記録再生装置の実施の形態を示す構成図である。 本発明に係る光記録再生装置における光ピックアップの光学系構成例を示す断面図である。 本発明に係る光記録再生装置における光ピックアップの他の光学系構成例を示す断面図である。 実施例１のシミュレーションモデル図である。 実施例１のシミュレーション結果を示す図である。 実施例１における多重記録の概略図である。 実施例２のシミュレーションモデル図である。 実施例２のシミュレーション結果を示す図である。 実施例３のシミュレーションモデル図である。 実施例３のシミュレーション結果を示す図である。 実施例４のシミュレーションモデル図である。 実施例４のシミュレーション結果を示す図である。 実施例５のシミュレーションモデル図である。 実施例５のシミュレーション結果を示す図である。 実施例５における多重記録の概略図である。 実施例６のシミュレーションモデル図である。 実施例６のシミュレーション結果を示す図である。 実施例７のシミュレーションモデル図である。 実施例７のシミュレーション結果を示す図である。 実施例７における多重記録の概略図である。 実施例８のシミュレーションモデル図である。 実施例８のシミュレーション結果を示す図である。 従来技術１の構成図（１）である。 従来技術１の構成図（２）である。 従来技術１の分析図（１）である。 従来技術１の分析図（２）である。 従来技術２の構成図（１）である。 従来技術２の構成図（２）である。 従来技術３の構成図である。 従来技術４の構成図である。 従来技術５の構成図である。 従来技術６の構成図である。

符号の説明

１０，２０，３０ 光記録媒体
１１，２１，３１ 基板
１２，２２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 構造体
１３、２３，３４ 光記録層
３２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ 導電性薄膜
３３，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ 開口部
６０ 光ピックアップ
６１，７１ 半導体レーザ
６２，７２ コリメータレンズ
６３,７３ 偏光子
６４，７４ λ／４板
６５ ビームスプリッタ
６６，７５ 回転偏光子
６７，７６ 対物レンズ
６８，７７ 集光レンズ
６９，７８ フォトダイオード
７０ モータ軸
１００ 光記録再生装置
Ｌ１，Ｌ２ レーザ光
Ｒ_０，Ｒ_６０，Ｒ_９０，Ｒ_１２０ 記録部分

Claims (12)

1. 光の照射によって情報が記録再生される光記録層を備える光記録媒体において、
   前記光記録層に、前記照射光の波長より外形寸法が小であり導電性を有する構造体が複数配列されてなることを特徴とする光記録媒体。
2. 前記構造体の外形寸法は、前記照射光に対して該構造体内でプラズモン共鳴を生じる寸法であることを特徴とする請求項１に記載の光記録媒体。
3. 前記構造体は、金、銀、アルミニウム、銅、白金の少なくとも１種からなることを特徴とする請求項１に記載の光記録媒体。
4. 前記構造体は粒子であることを特徴とする請求項１に記載の光記録媒体。
5. 前記構造体の外形は、円形、四角形、三角形のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の光記録媒体。
6. 光の照射によって情報が記録再生される光記録層を備える光記録媒体において、
   前記光記録層に、前記照射光の波長より開口寸法が小である開口部が複数設けられた導電性薄膜を備えることを特徴とする光記録媒体。
7. 前記開口部の開口寸法は、前記照射光に対して前記導電性薄膜内でプラズモン共鳴を生じる寸法であることを特徴とする請求項６に記載の光記録媒体。
8. 前記導電性薄膜は、金、銀、アルミニウム、銅、白金の少なくとも１種からなることを特徴とする請求項６に記載の光記録媒体。
9. 前記開口部の形状は、円形、四角形、三角形のいずれかであることを特徴とする請求項６に記載の光記録媒体。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の光記録媒体を用い、
    前記照射光を直線偏光として、該照射光の偏光方向を変化させて前記光記録層に情報を多重記録することを特徴とする光記録再生方法。
11. 前記記録時の偏光方向に合わせた直線偏光の光を照射して、前記光記録層に多重記録された情報の１つを再生することを特徴とする請求項１０に記載の光記録再生方法。
12. 請求項１０または１１に記載の方法を用いて記録再生を行うことを特徴とする光記録再生装置。
    

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