JP4835096B2 - 超解像光記録媒体及び超解像光記録媒体への情報記録方法 - Google Patents

Description

本発明は、記録層に形成されている記録マークに再生光を照射することによって情報を再生することができる光記録媒体、特に、再生光学系における解像限界以下の小さな記録マークを再生することができる超解像光記録媒体及び超解像光記録媒体への情報記録方法
に関する。

近年、例えば特許文献１に記載されるように、再生光学系における回折限界よりも小さい記録マーク列の再生が可能な超解像光記録媒体が提案されている。

一般的に、通常の光記録媒体の場合、光を用いた再生方法では、ある記録マーク列周期以下の周期の記録マーク列は読み取りが不可能になる。この記録マーク列周期の長さを回折限界という。波長λ、開口数ＮＡの再生光学系では、回折限界はλ／ＮＡ／２で与えられ、１周期の中で記録マーク部とブランク部の長さが同一だとすると、記録マーク長はλ／ＮＡ／４で与えられる。この記録マーク長を解像限界という。

従って、波長λを小さくし、及び／又は開口数ＮＡを大きくすれば、解像限界が小さくなるために記録密度が向上するが、これ以上の波長の短波長化や開口数の高開口数化は限界に達しつつある。上記のような超解像光記録媒体は、λ／ＮＡ／４よりも小さな記録マークを再生することが出来る技術であり、波長λを短く、且つＮＡを高くしなくても、更に、記録の高密度化を図るものである。

また、上記のような通常の光記録媒体では、例えば非特許文献１に示されるように、相変化記録膜を用いていて、記録によって、記録マーク及びその近傍に変形を生じることはない。

特開２００３−６８７２号公報 Scanning Probe Microscope Observation of Recorded Marks in Phase Change Disks: Takashi Kikukawa and Hajime Utsunomiya, Microsc. Microanal., 7 (2001)363-367

この発明は、更に記録密度を高くすることができる超解像光記録媒体及び超解像光記録媒体への情報記録方法を提供することを課題とする。

本発明者は、鋭意研究の結果、超解像光記録媒体において、変調信号中少なくとも最短の記録マークの，光透過層を除去したときに現れる表面の平面視でのＡＦＭ（原子間力顕微鏡）像が、先頭側が凸円弧、尾端側が凹円弧となる形状とすることによって高ＣＮＲ（Carrier to Noise Ratio）で情報を記録できることを見出した。

即ち、以下の各実施例により上記課題を解決することができる。

（１）基板と、光透過層と、これら基板と光透過層との間で、該基板上に形成された記録層及び超解像層とを有してなり、前記記録層には、開口数ＮＡ＝０．８５の再生光学系における解像限界以下のサイズであって、且つ、前記超解像層の存在のため、該再生光学系により再生可能な記録マークが、記録用レーザ光の照射による凹凸の変形によって形成されていて、変調信号中の記録マークのうち少なくとも最短マークの、前記光透過層を除去したときに現れる表面の平面視でのＡＦＭ像が、先頭側が凸円弧、尾端側が凹円弧となる形状であることを特徴とする超解像光記録媒体。

（２）前記ＡＦＭ像における前記最短マークの前後に、先頭側が凸円弧で尾端側が凹円弧の形状のスペースが形成されていることを特徴とする（１）に記載の超解像光記録媒体。

（３）基板と、光透過層と、これら基板と光透過層との間で、該基板上に形成された記録層及び超解像層と、を少なくとも有してなる超解像光記録媒体の前記記録層に、開口数ＮＡ＝０．８５の再生光学系における解像限界以下のサイズで、且つ、前記超解像層の存在のため、該再生光学系により再生可能な記録マークを、記録用レーザ光の照射による凹凸の変形によって形成する情報記録方法であって、変調信号中の記録マークのうち少なくとも最短マークを、光透過層を除去した状態での表面の平面視でのＡＦＭ像が、先頭側が凸円弧、尾端側が凹円弧となる形状に形成することを特徴とする超解像光記録媒体への情報記録方法。

（４）前記ＡＦＭ像における前記最短マークの前後に、先頭側が凸円弧で尾端側が凹円弧の形状のスペースを形成することを特徴とする（３）に記載の超解像光記録媒体への情報記録方法。

この発明においては、記録マークのうち、変調信号中少なくとも最短マークの、平面視でのＡＦＭ像が、先頭側が凸円弧、尾端側が凹円弧となる形状であるので、高ＣＮＲを保ったまま記録密度を更に向上させることができる。

この最良の形態に係る超解像光記録媒体は、基板と、光透過層と、これら基板と光透過層との間で、該基板上に形成された少なくとも記録層及び超解像層とを有してなり、記録層には、少なくとも開口数ＮＡ＝０．８５の再生光学系における解像限界以下のサイズであって、且つ、超解像層の存在のため該再生光学系により再生可能となる記録マークが形成されている。本超解像光記録媒体には、そのふさわしい変調方式に応じて、単数あるいは複数の長さを持つマークとスペースが形成されるが、この記録マークのうち最短マークは、光透過層を除去したときに現れる表面の平面視でのＡＦＭ像が、先頭側が凸円弧、尾端側が凹円弧となる形状とされている。又、前記ＡＦＭ像における最短マークの前後に、先頭側が凸円弧で後端側が凹円弧の形状のスペースが形成されている。ここで、光透過層の除去は、物理的に剥いでもよく、光透過層を溶解する溶剤を用いても良い。

なお、記録マークの先端側・尾端側は、記録レーザーパワーの入射方向、記録時の媒体の回転方向、ＡＦＭ観察時の媒体の固定方向、およびＡＦＭの探針の走査方向により、あるいは先端・尾端を判断できるような、特定のマーク長・スペース長配列の信号を記録し観察することにより判断することが出来る。

以下本発明の実施例１について、図１乃至図３を参照して詳細に説明する。

図１に示されるように、本発明の実施例１に係る超解像光記録媒体１０は、基板１２上に第１の誘電体層１４、記録層１６、第２の誘電体層１８、超解像層２０、第３の誘電体層２２及び光透過層２４をこの順で積層した構成とされている。

前記基板１２は、例えばポリカーボネートから形成されている。又、前記第１の誘電体層１４、第２の誘電体層１８、及び、第３の誘電体層２２は、ＺｎＳ−ＳｉＯ₂、ＺｎＳ、ＺｎＯ等の、半導体や金属の酸化物、硫化物等から構成されている。

又、前記記録層１６は、ＰｔＯｘ等の、白金と酸素に熱分解した結果、その部分の凹凸の変形による記録マークが形成される材料から構成されているが、ＰｔＯｘに限定されるものでなく、記録用レーザ光の照射によって、凹凸の変形による記録マークが形成され、且つ、再生用レーザ光の照射において、前記超解像層２０の光学変化により記録マークが再生されるとともに記録層１６に形成された記録マークが消失しない材料であればよい。

前記超解像層２０は、１／４ＮＡ以下の長さの記録マークを再生可能とする，超解像能を有する材料からなり、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｔｅのいずれかの単体、あるいは、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｉのいずれかの化合物、たとえば、前記いずれかの単体を一方に含むＳｂ−Ｚｎ又はＴｅ−Ｇｅ、Ｓｂ−Ｔｅ、Ｓｂ−Ｂｉ、Ｂｉ−Ｔｅ、Ｓｂ−Ｂｉ−Ｔｅのいずれかの化合物、のうち一つの材料から構成されている。

なお、他の材料であっても、再生用レーザ光の波長に対して不透明であって、且つ熱伝導率が低い材料であればよい。

更に、超解像層２０の材料として、上記の材料に、Ａｇ、Ｉｎの少なくとも一方が含まれているものであってもよい。

実際には、前記基板１２上に形成した第１、第２、第３の誘電体層１４、１８、２２の材料を、例えば、それぞれ（ＺｎＳ）₈₅（ＳｉＯ₂）₁₅とし、更に、記録層１６をＰｔＯｘとし、超解像層２０を、Ｓｂ₇₅Ｔｅ₂₅として、超解像光記録媒体１０を構成した。

上記のような構成の超解像光記録媒体１０に対しては、図２に示されるような情報記録／再生装置３０により、情報の記録及び再生を行なう。

前記情報記録／再生装置３０は、超解像光記録媒体１０を回転させるためのスピンドルモータ３２、レーザビームを前記光記録媒体１０に照射するためのヘッド３４、このヘッド３４及び前記スピンドルモータ３２を制御するためのコントローラ３６、前記ヘッド３４からのレーザビームを、パルス列に変調制御するためのレーザ駆動信号を供給するレーザ駆動回路３８と、前記ヘッド３４にレンズ駆動信号を供給するレンズ駆動回路４０と、を備えて構成されている。

前記コントローラ３６は、フォーカスサーボ追従回路３６Ａ、トラッキングサーボ追従回路３６Ｂ及びレーザコントロール回路３６Ｃが含まれている。

前記レーザコントロール回路３６Ｃは、レーザ駆動回路３８により供給されるレーザ駆動信号を生成する回路であり、データの記録時においては、対象となる超解像光記録媒体に記録されている記録条件設定情報に基づいて適切なレーザ駆動信号の生成を行ない、データの再生時においては、対象となる光記録媒体の種類に応じ、レーザビームのパワーが予め定められたパワーとなるように、レーザ駆動信号の生成を行なうようにされている。

このような、情報記録／再生装置３０により記録パワーを３段階に変化させて（図３（Ａ）が最大パワー、図３（Ｃ）が最小パワー）、前記記録層１６に、記録マークを連続的に形成し、光透過層２４を除去した状態で、これを上からＡＦＭで観測したところ、図３に示されるように、平面視での表面のＡＦＭ像では、先頭側が凸円弧２６Ａ、尾端側が凹円弧２６Ｂとなる記録マーク２６が観測されている。

ＡＦＭ像は表面の凹凸を反映した像を表すことから、本実施例の超解像光記録媒体及び記録方法では、記録により変形が発生して記録マークが形成されることを示している。この記録マークは非特許文献１に示される従来の記録によって変形を生じない通常の相変化型媒体の場合とは明らかに異なることが分かる。

ここで、記録マーク２６の先頭側が凸円弧、尾端側が凹円弧となる理由は必ずしも明らかではないが、記録レーザ光のビームスポットは、記録層１６との相対的移動方向（図３において右方向）において、一部が順次重なり合うように照射されていて、先にビームスポットによって円形に記録されて変形した部分は、その後側の一部に次のビームスポットが重なった際に、この重なった部分が変形を埋め、その結果、図３に示されるような形状の記録マーク２６が形成されるものと考えられる。

又、各記録マーク２６間には、記録マーク２６と同様に、先頭側が凸円弧で後端側が凹円弧の三ヶ月形状のスペース２８が形成される。

図３は、λ＝４０５ｎｍ、ＮＡ＝０．８５の光学系を用いたときに、７５ｎｍ（＜λ／ＮＡ／４）の超解像マークを連続して形成した場合のものであるが、本発明はこれに限定されるものでなく、超解像光記録媒体１０は、当然、７５ｎｍ以上の記録マークを有していてもよい。例えば、（１、７）変調信号であれば、２Ｔ＝７５ｎｍとしたときに、２Ｔ（＝７５ｎｍ）、 ３Ｔ（＝１１３ｎｍ）、 …、 ８Ｔ（＝３００ｎｍ）の７種類の異なる長さの記録マークとスペースを同一媒体に有することになる。

なお、図３に示されるような形状の記録マーク２６及びスペース２８が形成されるのは、記録用レーザ光のパワーが一定範囲の場合のみであった。

［例１］
例１の超解像光記録媒体は、ポリカーボネート基板上に、厚さ４０ｎｍのＡｇ合金膜、厚さ９０ｎｍのＺｎＳ：ＳｉＯ ₂ ＝８５：１５からなる第１の誘電体層、厚さ４ｎｍのＰｔＯｘからなる記録層、厚さ４０ｎｍのＺｎＳ：ＳｉＯ₂＝８５：１５からなる第２の誘電体層、厚さ１０ｎｍのＳｂ ₇₅ Ｔｅ ₂₅ からなる超解像層、厚さ８０ｎｍのＺｎＳ：ＳｉＯ ₂ ＝８５：１５からなる第３の誘電体層、厚さ０．１ｍｍの光透過層を順に積層して構成したものである。

このような構成の媒体では記録によりＰｔＯｘ（記録層）がＰｔとＯ₂に分解することにより、変形を伴う記録マークを形成し、Ｓｂ₇₅Ｔｅ₂₅（超解像層）の光学変化により解像限界以下の記録マークの再生、つまり超解像再生が可能となると考えられる。なお、変形を伴う記録マークを形成し、超解像再生が可能となる媒体構成・材料は上記の媒体構造に限られるわけではなく、先頭が凸円弧、尾端が凹円弧となるような、変形記録が可能な記録膜と超解像が可能な超解像層を適宜採用すれば良い。

上記のような条件で作成した超解像光記録媒体に、７５ｎｍの記録マーク（ビームスポット径は約４８０ｎｍ）を、記録レーザ光のパワーを８段階に変えて連続的に形成し、そのときの、マーク列におけるＣＮＲ（ｄＢ）は表１及び図４に示されるようになった。

又、記録マークを形成した後に、超解像光記録媒体１０から前記光透過層２４を剥離した状態で残った部分をＡＦＭによって観測したところ、そのＡＦＭ像から得られる、記録マーク中心部を通る直線により得られる凹凸プロファイルが図５に示されるようになった。

又、この形成された記録マークの、各記録パワー毎の平面視でのＡＦＭ像は、図６（Ａ）〜（Ｇ）に示されるようになった。本実施例では、凸の部分がスペースであり凹の部分が記録マークとなるように超解像光記録媒体を設計し、記録マークを形成している。

なお、この凹凸は、図５に示されるように、記録用レーザ光の記録パワーが６ｍＷ付近から、パワー増加と共に変形量が増加しているが、１０ｍＷ近傍では、断面の深さ（凹凸）が飽和状態となっている。これは、後方の記録マークを前方の記録マークが埋めていくためである。記録マーク２６の部分は、一定以上のパワーのレーザ光照により掘下げられ、それとほぼ同様の体積が周囲に積上げられることにより、記録マーク２６よりも高く、スペースが形成されている。

また、図６に見られるように、平面視でのＡＦＭ像で先端が凸円弧、尾端が凹円弧となるような記録をした場合に、特に高いＣＮＲ（７ｍＷ及び８ｍＷで４５ｄＢ以上）が得られていることが分かり、本発明の効果は明らかである。なお、図６のＡＦＭ像観察においては、記録レーザーパワーの入射方向、記録時の媒体の回転方向、ＡＦＭ像観察時の媒体の固定方向、およびＡＦＭの探針の走査方向を調整することにより、記録レーザーの移動方向は図の左側から右側であること、すなわち図の左側が先端部で右側が尾端部であることが確かめられている。

［例２］
例２に係る超解像光記録媒体は、ＰＣ基板上に、厚さ４０ｎｍのＡｇ合金膜からなる反射膜、厚さ４５ｎｍのＺｎＳ：ＳｉＯ ₂ ＝８５：１５からなる第１の誘電体層、厚さ４ｎｍのＰｔＯｘからなる記録層、厚さ４５ｎｍのＺｎＳ：ＳｉＯ₂＝８５：１５からなる第２の誘電体層、厚さ１５ｎｍのＳｎ ₅₈ Ｓｂ ₄₂ からなる超解像層、厚さ８０ｎｍのＺｎＳ：ＳｉＯ ₂ ＝８５：１５からなる第３の誘電体層、厚さ０．１ｍｍの光透過層をこの順で積層して構成し、前記例１と同様に記録パワーを段階的に切替えて記録マークを連続的に形成したところ、その再生時のＣＮＲが最大になるときの記録マークの形状は殆ど例１の場合と同一であった。又、このＣＮＲ＞３５ｄＢで、ＡＦＭにより変形が観測された。

本発明の実施の形態の例に係る超解像光記録媒体を模式的に示す断面図 同超解像光記録媒体に情報を記録し、且つ再生するための情報記録再生装置を示すブロック図 同超解像光記録媒体の記録層に形成された最短の記録マークを模式的に示す平面図 例１の超解像光記録媒体に記録したマーク列における記録パワーとＣＮＲとの関係を示す線図 同マーク列の断面における凹凸を示す線図 同超解像光記録媒体に記録パワーを段階的に変えて記録したマーク列の、平面視でのＡＦＭ像を示す線図

符号の説明

１０…超解像光記録媒体
１２…基板
１６…記録層
２０…超解像層
２４…光透過層
２６…記録マーク
２６Ａ…凸円弧
２６Ｂ…凹円弧
２８…スペース

Claims (4)

1. 基板と、光透過層と、これら基板と光透過層との間で、該基板上に形成された記録層及び超解像層とを有してなり、前記記録層には、開口数ＮＡ＝０．８５の再生光学系における解像限界以下のサイズであって、且つ、前記超解像層の存在のため、該再生光学系により再生可能な記録マークが、記録用レーザ光の照射による凹凸の変形によって形成されていて、変調信号中の記録マークのうち少なくとも最短マークの、前記光透過層を除去したときに現れる表面の平面視でのＡＦＭ像が、先頭側が凸円弧、尾端側が凹円弧となる形状であることを特徴とする超解像光記録媒体。
2. 請求項１において、
   前記ＡＦＭ像における前記最短マークの前後に、先頭側が凸円弧で尾端側が凹円弧の形状のスペースが形成されていることを特徴とする超解像光記録媒体。
3. 基板と、光透過層と、これら基板と光透過層との間で、該基板上に形成された記録層及び超解像層と、を少なくとも有してなる超解像光記録媒体の前記記録層に、開口数ＮＡ＝０．８５の再生光学系における解像限界以下のサイズで、且つ、前記超解像層の存在のため、該再生光学系により再生可能な記録マークを、記録用レーザ光の照射による凹凸の変形によって形成する情報記録方法であって、
   変調信号中の記録マークのうち少なくとも最短マークを、光透過層を除去した状態での表面の平面視でのＡＦＭ像が、先頭側が凸円弧、尾端側が凹円弧となる形状に形成することを特徴とする超解像光記録媒体への情報記録方法。
4. 請求項３において、
   前記ＡＦＭ像における前記最短マークの前後に、先頭側が凸円弧で尾端側が凹円弧の形状のスペースを形成することを特徴とする超解像光記録媒体への情報記録方法。

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