JPH07153116A - 光学的情報記録媒体およびその情報読み出し方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 凹凸の深さおよび屈折率の変化に情報を持た
せた光学的情報記録媒体と、それからの情報の読み出し
方法を提供する。 【構成】 光学的情報記録媒体は、少なくとも情報を記
録した記録層２３と、薄膜層２２と、光透過性材料で屈
折率の高い表面層２１の３つの層を積層した構造を有す
る。記録層２３には、凹凸の深さまたは屈折率の変化に
よって情報を記録する。この記録媒体の情報を読み出す
には、表面層２１から薄膜層２２に、表面層２１と薄膜
層２２または記録層２３の屈折率の関係で決まる全反射
の臨界角よりも大きい角度で光を入射させ、記録層２３
に記録された情報に依存する反射光または透過光を光検
出手段により検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ディスク等の光学的
記録媒体およびこの光学的記録媒体からの記録情報の読
み出し方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、大容量のメモリーとして、基材内
に光学的性質を変化させた部分を設け、それに情報を持
たせる記録媒体である光ディスクが注目されている。そ
のタイプには、再生専用型、追記型、記録／再生型のも
のがある。

【０００３】従来の光ディスクの構造とその情報の読み
出し方法を、再生専用タイプの光ディスクを例に図面を
用いて説明する。

【０００４】図４に示すように、従来の光ディスクは、
片面にスパイラル状に配した凹凸の有無で情報を記録し
た円盤状の光透過性基材４１と、情報を読み出す光の反
射率を高くする反射層４２、および表面保護層４３を積
層した構造を有している。そして、この基材４１の凹凸
部に、基材４１を通して光を集光して垂直に入射させ、
反射光の強度が凹凸の有無によって変化することから、
記録情報を凹凸が有るか無いかの二値的な情報として読
み出している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の光学的記録媒体
は、上記のようにトラック上の凹凸等のピットの有無で
情報を記録するものでり、１つのピットに、深さや屈折
率の変化によって、多値的に情報を持たせた媒体は無か
った。また、従来の情報の読み出し方法である、単に光
を絞って媒体の表面に垂直に照射する方法では、ピット
の有無の二値的情報と、ピットの長さの変化に対応した
情報しか適応できず、ピットの深さや屈折率の僅かな変
化は検出できないと言う課題を有していた。

【０００６】本発明は、上記従来の課題を解決し、記録
された情報が読み出し可能な、ピットあるいは溝の深
さ、またはピットあるいは筋の屈折率の変化で情報を持
たせた情報記録媒体と、その記録された情報を読み出す
方法の提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の光学的情報記録媒体は、光を入射させる光透
過性の材料の表面層の屈折率を、情報が記録された記録
層または表面層との間の薄膜層の屈折率よりも高くする
事で、少なくとも一つの界面で全反射が起こる構成を有
している。

【０００８】なお、好ましくは、情報記録媒体の表面ま
たは裏面に凹凸を設け、その斜面を通す事で、光が全反
射の臨界角を越える角度を持つように光を入射させるこ
とが可能な構成とするのがよい。

【０００９】この情報記録媒体に記録された情報を読み
出す方法としては、薄膜層が光透過性の材料である場合
は、表面層と薄膜層の屈折率の関係で決まる臨界角より
も大きく、表面層と記録層の屈折率の関係で決まる臨界
角よりも小さい角度で光を薄膜層との界面に入射させ、
また薄膜層が金属である場合は、表面層と記録層の屈折
率の関係で決まる臨界角よりも大きい角度で光を薄膜層
との界面に入射させ、反射光の強度の変化から、記録さ
れた情報を検出する。

【００１０】

【作用】上記の手段において、屈折率の高い表面層から
屈折率の低い薄膜層に光を入射させるとき、その入射角
が両者の屈折率の関係で決まる全反射の臨界角以上の角
度であれば、光は両媒質の界面で全反射し、低屈折率の
薄膜層中に、強度が界面からの距離に対して指数関数的
に減少する消滅波が形成される。この消滅波が存在する
領域に、薄膜層よりも屈折率が高い記録層が有り、入射
角が表面層から記録層の屈折率で決まる全反射の臨界角
よりも小さければ、入射光の一部が記録層中に透過し、
表面層への反射光が減少する。このときの反射光あるい
は透過光の強度は、低屈折率媒質である薄膜層の厚みに
大きく依存する。

【００１１】本発明では、記録層のピットおよび溝の凹
凸の深さの変化に対応した薄膜層の厚みの変化によっ
て、表面層への反射光または記録層への透過光の強度が
変化するのを検出し、各ピットおよび溝の各点の持つ深
さの情報を得ることができる。

【００１２】また、薄膜層が金属膜で、記録層が表面層
よりも屈折率が低いとき、表面層と記録層の屈折率の関
係で決まる全反射の臨界角よりも大きい角度となるよう
に、表面層から薄膜層との界面に光を入射させると、薄
膜層中に消滅波が形成され、薄膜層と記録層の界面での
表面プラズモンポラリトンによる異常吸収により、表面
層への反射光の強度が変化する。異常吸収は記録層の屈
折率および薄膜層の厚みに依存するため、このときの反
射光の強度は、記録層の屈折率と薄膜層の厚みに大きく
依存する。

【００１３】したがって、本発明では、記録層のピット
および筋の屈折率の変化と、薄膜層のピットおよび溝の
深さの変化に対応した表面層への反射光の強度変化を検
出し、各ピットおよび筋の各点の屈折率の変化、または
各ピットおよび溝の深さの変化による情報を得ることが
できる。

【００１４】以上のように、本発明は、光の全反射にお
いて形成される消滅波や表面プラズモンポラリトンの異
常吸収を利用するものであり、それが媒質の厚みや屈折
率と言った光学的性質に大きく依存するため、厚みや屈
折率の僅かな変化で記録された情報を、感度良く検出す
る事ができる。

【００１５】

【実施例】

（第１実施例）以下本発明の第１の実施例について、図
面を参照しながら説明する。

【００１６】図１は、本実施例における光学的情報記録
媒体の構造を示す断面図である。図１において、１１は
表面と斜面のなす角度が６０度の山型の溝を有した屈折
率が２．２のＺｎＳの表面層、１２は屈折率が１．４７
のＳｉＯ₂ の薄膜層、１３は情報を記録した凹凸をスパ
イラル状のトラック上に有する屈折率が１．９のソーダ
ガラスの記録層である。この構造では、表面層１１と薄
膜層１２の屈折率で決まる臨界角は４１．９度であり、
表面層１１と記録層１３との屈折率で決まる臨界角は５
９．７度であるため、上記両角度の間の角度で、光を山
形の溝を通して表面層１１の突起の斜面から薄膜層１２
に入射させる事が可能である。

【００１７】この光学的情報記録媒体に対し、波長６３
２．８ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザ光を、表面層１１の溝の
斜辺を通し、レンズ１４で集光して表面層１１から薄膜
層１２に入射させる。そして、その反射光を再度表面の
凹凸の斜辺を通して表面層１１外へ取り出し、レンズ１
５で集光し、検出器１６で検出する。

【００１８】本実施例における記録層１３の各点の深
さ、すなわち薄膜層１２の厚みに対する反射光の強度を
示す光の反射率を、表面層１１から薄膜層１２への入射
角が５０度と５５度の場合について、従来の読み出し方
法である平らな表面層に垂直に入射した場合と比較して
（表１）に示している。（表１）中の左欄の厚みの欄に
は、薄膜１２の厚みを示している。

【００１９】

【表１】

【００２０】この（表１）から明らかなように、本実施
例では、薄膜層１２の厚みが、入射角が５０度では０ｎ
ｍから１７５ｎｍ、入射角が５５度では０ｎｍから１２
５ｎｍの間で変化すると、入射光に対する反射光の比率
が約８割ほど増加する。しかし、従来の方法では、光は
ほとんど透過し、反射率は１割程度しか増加しない。

【００２１】以上のように本実施例によれば、表面の凹
凸を通して、表面層１１と薄膜層１２の界面に、その界
面での全反射の臨界角以上の角度で光を入射させる事に
より、薄膜層１２の厚みすなわち記録層１３の凹凸の深
さの変化に対する反射光強度変化の感度を高める事がで
きる。

【００２２】（第２実施例）以下、本発明の第２の実施
例について図面を参照しながら説明する。

【００２３】図２は、本実施例における情報記録媒体の
他の構造を示している。図２において、２１は平面に対
して斜辺が６０度の傾きを持つ台形の断面をした凹凸を
表面に有し、屈折率が２．２のＺｎＳの表面層、２２は
銀の金属薄膜層、２３は情報を記録した凹凸を有する屈
折率が１．４７のＳｉＯ₂ の記録層である。この構造で
は、表面層２１と記録層２３の屈折率の関係で決まる臨
界角は４１．９度であるため、表面層２１の凹凸を通し
て、表面層２１から金属薄膜層２２へ前記臨界角よりも
大きい角度で光を入射させる事が可能である。

【００２４】この情報記録媒体に対し、波長６３２．８
ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザ光をレンズ２４で集光し、表面
層２１の溝の斜辺へ表面層２１と金属薄膜層２２の界面
に平行な面に対して入射角２７．８度でｐ偏光で入射さ
せると、表面層２１から金属薄膜層２２への入射角は４
６度である。その反射光を再度斜辺を通して表面層外へ
取り出し、レンズ２５で集光し、検出器２６で検出す
る。

【００２５】本実施例における記録層２３の各点の深
さ、すなわち金属薄膜層２２の厚みに対する反射光の強
度を示す光の反射率を、従来の方法である平らな表面層
に垂直に入射させた場合と比較して（表２）に示してい
る。

【００２６】

【表２】

【００２７】この（表２）から明らかなように、本実施
例では、金属薄膜層の厚みが４０ｎｍから８０ｎｍの間
で変化すると、入射光に対する反射光の比率が約８割ほ
ど増加する。しかし、従来の方法では、この膜の厚さの
範囲で反射率は１割程度しか増加しない。膜の厚さを薄
くすれば、従来の方法でも変化の大きい領域が期待でき
るが、その領域は金属が一様な膜とは成らず、実現は難
しい。

【００２８】以上のように本実施例によれば、表面層２
１と金属薄膜層２２の界面に、表面の凹凸を通して、表
面層２１と記録層２３の屈折率の関係で決まる臨界角以
上の角度で光を入射させる事により、金属薄膜層２２の
厚みすなわち記録層３３の凹凸の深さの変化に対する反
射光強度変化の感度を高める事ができる。

【００２９】（第３実施例）以下、本発明の第３の実施
例について図面を参照しながら説明する。

【００３０】図３は、本実施例における情報記録媒体の
構造を示している。図３において、３１は表面に断面が
半円型の凸部を有する屈折率が２．２のＺｎＳの表面
層、３２は膜厚３０ｎｍの金の金属薄膜層、３３は屈折
率１．５程度で変化している情報記録部、３４は記録部
３３を含む記録層である。この構造では、表面層３１と
記録層３２の屈折率で決まる臨界角は約４３度であり、
表面層３１から金属薄膜層３２へ前記臨界角以上の角度
で光を入射できる。

【００３１】この情報記録媒体に対し、表面層３１の凸
部の中心にレンズ３４の光軸を合わせ、表面層３１と金
属薄膜層３２の界面への入射角が４３度と成るように、
波長６３２．８ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザ光をｐ偏光でレ
ンズ３５の光軸から離れた部分に入射させる。この場
合、屈折率に分布を持たせた記録部３３の内、屈折率が
１．５に対する臨界角は約４３度であるから、屈折率が
１．５よりも大きい部分では、光は全反射条件を満た
す。この反射光はレンズ３５の光軸に対し、入射光と対
称となるため、再度レンズ３５を通して集めることがで
き、それを検出する。

【００３２】本実施例における記録部３３の屈折率変化
に対する光の反射率を（表３）に示す。

【００３３】

【表３】

【００３４】（表３）から明らかなように、記録部３３
の屈折率が１．５００から１．５２０という０．０２の
範囲で変化すると、反射光は入射光の約８割の範囲で変
化する。

【００３５】以上のように本実施例によれば、表面層３
１と金属薄膜層３２の界面に、表面層３１と記録層３４
の間での全反射の臨界角以上の角度で光を入射させる事
により、記録部３３の屈折率の変化による情報を反射光
の強度変化として感度良く読み出す事ができる。

【００３６】なお、第１〜第３実施例で用いた、情報記
録媒体における記録層の構造と表面層の凹凸の形状との
組み合わせについては、任意の組み合わせでも同様の効
果が得られる。また第１実施例については、記録層の裏
面もしくはそれに付ける層に、表面層と同様の溝を設
け、それを通して透過光を検出することによっても同様
の効果を得ることができる。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明の光学的情報記録媒
体およびその情報読み出し方法によれば、光透過性の表
面層から薄膜層へ、表面層と各層の屈折率で決まる臨界
角以上の角度で入射させる事ができる構造を有した情報
記録媒体を提供することにより、凹凸の深さおよび屈折
率の僅かな変化に情報を持たせることができるととも
に、記録した情報記録媒体の情報を、感度良く読み出す
ことが実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の情報記録媒体の第１の実施例の構成を
示す断面図

【図２】本発明の情報記録媒体の第２の実施例の構成を
示す断面図

【図３】本発明の情報記録媒体の第３の実施例の構成を
示す断面図

【図４】従来の光ディスクの構成を示す断面図

【符号の説明】

１１、２１、３１ 光透過性材料の表面層 １２ 光透過性材料の薄膜層 １３、２３ 光透過性材料の記録層 １４、１５、２４、２５ レンズ １６、２６ 光検出器 ２２、３２ 金属薄膜層 ３３ 情報記録部 ３４ 記録層 ３５ 対物レンズ

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光学的特性の差異で情報を記録する記録層
   の片面に、薄膜層と、前記薄膜層よりも屈折率の高い光
   透過性の表面層を積層した構造を有する光学的情報記録
   媒体。
2. 【請求項２】記録層が光透過性の基材で、片面に情報を
   記録した凹凸を有し、薄膜層が前記記録層よりも屈折率
   の低い光透過性材料で、前記記録層の凹凸を埋める凹凸
   を有する請求項１記載の光学的情報記録媒体。
3. 【請求項３】記録層が表面層よりも屈折率の低い光透過
   性の基材で、片面に情報を記録した凹凸を有し、薄膜層
   が金属で、前記記録層の凹凸を埋める凹凸を有する請求
   項１記載の光学的情報記録媒体。
4. 【請求項４】凹凸が離散的に分布したピットまたは連続
   の溝であり、深さが複数または連続的に変化している請
   求項２または３記載の光学的情報記録媒体。
5. 【請求項５】記録層が表面層よりも屈折率の低い材料
   で、情報を記録した屈折率の異なる部分を有し、薄膜層
   が金属である請求項１記載の光学的情報記録媒体。
6. 【請求項６】記録層における屈折率の異なる部分の分布
   が離散的または連続した筋であり、屈折率が複数または
   連続的に変化している請求項５記載の光学的情報記録媒
   体。
7. 【請求項７】薄膜層の金属が金または銀の少なくとも一
   方を含むこと特徴とする請求項３または５記載の光学的
   情報記録媒体。
8. 【請求項８】表面層、または記録面の裏面層あるいは裏
   面に付けた保護層に、前記記録層と前記表面層または薄
   膜層と前記表面層の間の屈折率の関係から得られる全反
   射の臨界角以上の角度で、光を前記表面層に入射可能と
   なる形状の凹凸の溝を設けた請求項１記載の光学的情報
   記録媒体。
9. 【請求項９】溝の断面形状が略山型の凹凸である請求項
   ８記載の情報記録媒体。
10. 【請求項１０】溝の断面形状が長方形または台形の凹凸
    である請求項８記載の光学的情報記録媒体。
11. 【請求項１１】溝の断面形状が略半円型の凹凸である請
    求項８記載の光学的情報記録媒体。
12. 【請求項１２】表面層と薄膜層の屈折率の関係から得ら
    れる光の全反射の臨界角以上で、かつ前記表面層と記録
    層との屈折率の関係から得られる光の全反射の臨界角以
    下の角度で、前記表面層から前記薄膜層との界面に光を
    入射させ、その反射光または前記記録層への透過光を光
    検出手段を用いて検出し、記録情報を得る事を特徴とす
    る、請求項２記載の情報記録媒体からの情報読み出し方
    法。
13. 【請求項１３】表面層と記録層との屈折率の関係から得
    られる光の全反射の臨界角以上の角度で、前記表面層か
    ら薄膜層との界面に光を入射させ、その反射光を光検出
    手段を用いて検出し、記録情報を得る事を特徴とする、
    請求項３または５記載の情報記録媒体からの情報読み出
    し方法。
14. 【請求項１４】表面層に凹凸を有する情報記録媒体にお
    いて、前記表面層の凹凸を通して光を入射させ、前記表
    面層の凹凸を通して反射光、または記録層裏面の凹凸を
    通して透過光を検出する、請求項８記載の情報記録媒体
    からの情報読み出し方法。
15. 【請求項１５】表面層の凹凸の溝の凸部の中心と、光を
    照射する対物レンズの光軸を一致させる事により、一つ
    の対物レンズで光の照射および反射光の検出を行う事を
    特徴とする請求項１２、１３、１４の何れかに記載の情
    報読み出し方法。