JP4852686B2 - 再生専用型酸化亜鉛型近接場光ディスク - Google Patents
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Description
【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
Claims (10)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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