JP2005018964A - 光情報記録媒体、及びそれを用いた再生方法、光情報処理装置 - Google Patents

光情報記録媒体、及びそれを用いた再生方法、光情報処理装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 繰り返しの再生にも耐久性のある無機超解像膜を用いて媒体超解像効果を得るにおいて、無機超解像膜を含む積層膜の反射率変化を大きくして、より効果的に実効スポット径を縮小し、記録密度のさらなる向上を可能とし、また、記録層或いは記録面の多層化にも適している光情報記録媒体を提供する。
【解決手段】 基板４上の積層膜３は、入射光強度に応じて複素屈折率が変化する光透過性に優れた複素屈折率変化膜２を含み、情報を記録するための記録層を含む場合は、記録層を除く各薄膜が無機物により構成されている。光ビームとして所定強度以上の光が照射されると、複素屈折率変化膜２の複素屈折率が変化し、これにて積層膜３での光学多重干渉の変化が起こり、積層膜３の反射率が大きく変化する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光を用いて情報の記録及び再生、あるいは再生のみが可能な光情報記録媒体、特に回折限界光スポット径で決まる光学的分解能以下の記録マークを再生可能な超解像媒体技術を用いた光情報記録媒体と、それを用いた再生方法、及び光情報処理装置に関するものである。
近年の高度情報化、情報通信、マルチメディア技術の発展によって、光情報記録媒体の高密度化、大容量化の要求が高まっている。光情報記録媒体の記録密度の上限は、主に情報を記録または再生する光ビームのスポット径によって制限される。光スポット径は、光源の波長をλ、光スポットを形成するための対物レンズの開口数をＮＡとすると、ほぼλ／ＮＡで表される。光スポット径を縮小すれば記録密度の向上も可能である。
しかしながら、光源の波長λは、光学素子の吸収や検出器の感度特性の制限によって紫外線領域の波長が限界と考えられ、また、ＮＡの向上も、媒体の傾きの許容量によってほぼ制限される。そのため、光スポット径の縮小による記録密度向上には限界がある。
この限界を超える技術として、記録媒体の光学特性を利用して実効的な光スポット径を縮小する超解像媒体技術がある。このような超解像媒体技術では、光スポットによって生じる記録媒体上の温度分布や透過率の変化を利用して、記録マークをマスクする効果を生じさせ、記録再生に寄与する実効的なスポットを縮小することによって、記録再生密度の向上を図る。
図２１は、上記した媒体超解像効果を模式的に表したものである。光スポット１１１が、超解像媒体上を矢印１１３で示される方向に相対的に走査し、記録再生をおこなう。通常再生時、光スポット１１１内に存在する記録マーク１１２すべてが再生信号に寄与するが、超解像媒体の場合、光スポット１１１の光強度の強い中心領域１１１ａ以外はマスクされ、中心領域１１１ａ内の記録マーク１１２ａのみが再生される。このことは、再生に寄与する実効的な光スポット径が縮小したのと同等である。なお、図２１の例とは逆に、中心領域１１１ａがマスクされ、光スポット１１１内の外周領域１１１ｂの記録マーク１１２を検出することも可能である。
このような超解像媒体技術としては、
（１）有機色素を用いたマスクによる超解像読み出し技術
（２）フォトクロミックマスク層による超解像技術
（３）無機酸化物膜を用いた超解像技術
等が従来提案されている。
このうち、有機色素やフォトクロミックを用いた上記（１）、（２）の方法は、有機材料をマスク層として用いるために、熱によって破壊されやすく、読み出し可能回数が１万回以下程度であり、情報再生の信頼度が低いことから実用化には至っていない。また、熱によって破壊されてしまうため、書き換え型ディスクには適用することができない。
これに対し、上記（３）の無機酸化物膜を用いた超解像技術に関しては、非特許文献１に、無機酸化物超解像膜を用いたディスクについて、繰り返し読み出し可能回数が１０万回以上あり、また、この超解像膜を適用した相変化媒体が書き換え可能であると記載されている。これは、超解像膜として無機材料を用いているために、有機色素を用いたマスクやフォトクロミックマスク層等の有機材料に比べて熱によって破壊されにくいことを示している。このことから、上記（３）の無機酸化物超解像膜が、読み出し専用ディスクと書き換え型ディスクの両方に適用可能な超解像材料として期待されている。
また、特許文献１には、このような無機酸化物超解像膜として、Ｃｏ−Ｓｉ−Ｎａ−Ｃａ−Ｏ膜やＣｏ3Ｏ4膜を用い、積層膜の反射率が入射光強度の増加に伴って高くなる構成の光情報記録媒体が示されている。これは、無機酸化物超解像膜の複素屈折率変化によって反射率が低くなる構造では、実効再生スポットが広がり、記録密度向上を可能にする再生信号振幅特性が得られないといった問題に鑑みなされたものである。
また、上記特許文献１には、以下のことが記載されている。無機酸化物超解像膜（以下、無機超解像膜と略記する）は、あるしきい値を超える程度のレーザ光が照射されると複素屈折率が変化する性質を有している。この無機超解像膜を光ディスクに適用する場合、光ディスクは無機超解像膜を含む多層膜積層構造を取る。そのような構造の光ディスクを再生した場合に、温度が高くなっている光スポットの中心部で無機超解像膜の複素屈折率が変化し、積層膜で起きる光学多重干渉により複素屈折率変化領域の反射率が変化する。その結果、光スポットの一部分の信号を強調して読み出すことができ、再生に寄与する実効的なスポット径を縮小できる。
ところで、このような無機超解像膜を用いた積層膜の機能的改善手段としては、積層膜の反射率変化を大きくすることが有効である。積層膜における反射率変化を大きくするためには、積層膜における光学多重干渉を充分に利用することが有効である。
しかしながら、上記した特許文献１で使用されている無機超解像膜は、一例を挙げると膜厚５０ｎｍで、その複素屈折率（＝ｎ−ｋｉ；ｉは虚数単位）は、変化前の屈折率ｎ＝２．４８、消衰係数ｋ＝０．４８であり、入射光が強くなった時、ｎ＝２．４１、ｋ＝０．５７に変化するとあり、このような消衰係数ｋが大きな値をとる構成では、積層膜における反射率変化を効果的に大きくすることはできない。
つまり、消衰係数ｋがこのような大きな値をとる構成では、光が無機超解像膜を透過する際に吸収されるため、無機超解像膜は実際には半透明膜となる。無機超解像膜が半透明膜となると、光学多重干渉を繰り返す間に光が吸収されてしまい、光学多重干渉を充分に利用することができない。
たとえば、上記一例である膜厚５０ｎｍと消衰係数ｋ＝０．４８の無機超解像膜における光の吸収について考える。吸収について考慮するため、簡単のため多重干渉を無視した場合、この膜を透過する際の透過光強度は以下の式で表される。
Ｉ＝Ｉ0×ｅｘｐ（−αｘ）
ここでＩ0は入射光強度、Ｉは透過光強度、ｘは膜厚、αは吸収係数であり、
α＝４πｋ／λ
である。λは入射光の波長である。
この式によると、膜厚ｘが厚いほど、また、消衰係数ｋが大きいほど、指数関数的に透過光強度Ｉは減少する。
一例での光源波長λは６６０ｎｍなので、この式を利用すると透過率（＝透過光強度／入射光強度）は６３％となる。しかしながら、近年の光情報記録媒体の高密度化のため、光源波長は短波長化の傾向にあり、現在４００ｎｍの青色レーザを用いた光情報記録媒体が実用化を迎えている。上記一例に光源波長が４００ｎｍを適用した場合、透過率は４７％に減少する。
なお、この計算では吸収について考慮するために多重干渉を無視したが、多重干渉を考慮した場合には光が弱めあうために透過率は実際にはさらに低い値となる。
したがって、この一例の方式では近年の波長４００ｎｍでの光学系においては、無機超解像膜を透過するだけで光量が入射光の半分以下となり、多重干渉を利用するために充分であるとは言えない。かつ、光利用効率の点で不利である。
また、無機超解像膜の膜厚を厚くして屈折率変化による効果を大きくすることでも積層膜の反射率変化を大きくできるが、無機超解像膜が半透明膜の場合、膜厚を厚くすると光が透過できなくなるため、無機超解像膜の膜厚を厚くすることもできない。
たとえば、上記で示した式を利用すると、膜厚が１００ｎｍと２倍になった場合の透過率は、光源波長６６０ｎｍにおいて６３％から４０％へ、４００ｎｍにおいて４７％から２２％へと激減し、特に短波長においてその減少が大きく、多重干渉を利用するために充分であるとは言えない。かつ、光利用効率の点で不利である。
特に、無機超解像膜が半透明膜の場合、積層膜における光利用効率が低くなるため、情報を記録する記録層や、情報を凹凸形状にて記録している記録面を複数積層させるといった記録部多層化構造には対応できない。以下、本明細書中、記録層を含む積層膜（薄膜部）、及び記録面とこれに接する積層膜（薄膜部）とを、何れも記録部として扱う。
なお、無機超解像膜の膜厚を変化させずに反射率変化を大きくするためには、無機超解像膜における複素屈折率の変化量を大きくする必要があるが、複素屈折率の変化量は物質特有の性質であるため、この方法では大きな改善は望めない。
一方、特許文献２には、再生波長で反射率変化を最大とするために、超解像再生膜を調整し、初期の屈折率のときに光記録媒体の反射率が最低になるようにすること、消衰係数が０の超解像再生膜を用いること、光記録媒体内で多重反射・干渉を生じさせる積層干渉層（高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層した構成を有する）を超解像再生膜と反射膜との間に設けることを開示している。
ジャパン ジャーナル オブ アプライド フィジックス３８（１９９９年）１６５６頁（Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３８（１９９９）ｐ．１６５６） 特開２００１−８４６４３号公報（２００１，３，３０公開） 特開２００１−１８９０３３号公報（２００１，７，１０公開）
しかしながら、上記特許文献２に開示された光記録媒体の構成では、多重反射が積層干渉層を介して起こるため、積層干渉層内の各界面において屈折率差に起因する反射を伴う。これにより光利用効率が減少するだけでなく信号ノイズやサーボ不良の原因となる。したがって積層干渉層は信号品質を低下させることになる。
また、膜の屈折率や膜厚の調整が困難である。したがって、積層干渉層を設ける分、光記録媒体の製造プロセスが増え、コスト増を招来する。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、その目的は、超解像膜を含む薄膜部（積層膜）の反射率変化が大きく、かつ設計の自由度が大きい光情報記録媒体、及びそれを用いた光情報再生方法、光情報処理装置を提供することにある。
(1) 本発明の光情報記録媒体は、上記課題を解決するために、基板上に一層以上の薄膜からなる薄膜部を有し、上記薄膜部での光学多重干渉の変化に基づいて上記薄膜部の反射率が変化する光情報記録媒体において、上記薄膜部は、光学多重干渉を生じさせる単層の光学多重干渉膜を含み、上記薄膜部の光学多重干渉の変化は、入射光強度に応じて上記光学多重干渉膜の複素屈折率が変化することによって引き起こされると共に、上記薄膜部の室温における反射率の波長分布が、再生用の入射光の波長±８０ｎｍの範囲内にて極小値をとるように、上記光学多重干渉膜の組成および膜厚が設定されていることを特徴としている。
これによれば、光情報記録媒体に光ビームが照射されると、光スポット内における入射光強度が光学多重干渉膜（複素屈折率変化膜と言い換えてもよい）の閾値を超える部分にて複素屈折率の変化が生じ、この変化に基づいて薄膜部における光学多重干渉が変化し、薄膜部の反射率が変化することとなる。したがって、入射光強度に応じて光スポット内の一部領域の反射率が変化するので、該領域の反射光が増強される、あるいはマスクされる。これにより、光スポット中の光スポットよりも小さい領域の記録ビットを強調して読み取ることができ、結果として実効再生スポットを縮小して、超解像再生が可能となる。
ここで、光学多重干渉膜の入射光強度に応じた複素屈折率の変化は、入射光にて直接変化するものであってもよいし、入射光照射によって薄膜部の温度が上昇し、生じた温度変化にて複素屈折率が変化するものであってもよい。
また、薄膜部の薄膜に含まれた光学多重干渉膜は、単層なので、光学多重干渉が事実上上記光学多重干渉膜の光入射面およびその対向面間での繰り返し反射に起因して起こる。したがって、上記光学多重干渉膜中における光吸収効果が大きくなるので、複素屈折率の変化を大きくするのに有効である。特に、上記光学多重干渉膜の複素屈折率が温度に依存して変化する場合には、上記光学多重干渉膜での光吸収に伴う温度変化が大きく、有効に複素屈折率を変化させることができる。
また、光を繰り返して反射する透明膜を光学多重干渉膜以外に設けた場合に比べて、光学多重干渉膜を自由に厚く設定することができる。これにより、厚みを増すことによって、上記薄膜部の反射率変化を一層大きくすることができる。
さらに、光を繰り返して反射する透明膜を光学多重干渉膜以外に設けた場合に比べて、光学多重干渉状態を主に光学多重干渉膜の膜厚および屈折率の調整だけで制御することができる。したがって、光情報記録媒体の作製が容易であり、コスト的にも有利である。
上記理由により、光干渉状態の制御および媒体の作製が容易になる。また光利用効率が向上するので光パワー感度が向上するという効果を奏する。
また、室温で、つまり光学多重干渉膜の複素屈折率の変化のない状態（すなわち、光情報記録媒体から再生信号が得られるような集束光を光情報記録媒体に当てない状態）で、薄膜部の反射率の波長分布をとった時に、再生用の入射光の波長±８０ｎｍの範囲内にて極小値をとるように、上記光学多重干渉膜の組成および膜厚が設定されている。このことは、本発明の光情報記録媒体が、室温で反射率が最小となる反射防止構造に限定されないことを意味する。つまり、室温における薄膜部の反射率が、再生用の入射光の波長に対して極小値を取る場合、光情報記録媒体の構造は反射防止構造である。これに対し、室温における薄膜部の反射率が、再生用の入射光の波長に対して極小値を取らない場合、光情報記録媒体の構造は反射防止構造ではない。
なぜ、本発明の光情報記録媒体が反射防止構造に限定されないかというと、光学多重干渉膜が単層であることにより、反射防止構造を採用しなくても、反射率変化を大きくすることができるからである。これにより、光学多重干渉膜の組成および膜厚を設計する際の自由度が非常に大きくなる。
(2) 本発明の光情報記録媒体では、さらに、上記薄膜部の室温における反射率の波長分布が、再生用の入射光の波長±５０ｎｍの範囲内にて極小値をとることを特徴としている。
本来、光情報記録媒体の構造が、室温で反射防止構造となっていると、反射防止構造でない場合に比べると、光照射によって反射防止構造が崩れることによる反射率変化は大きく、かつ初期状態の反射率が小さいので、反射率の変化が相対的により大きく得られる。したがって、反射率の波長分布が極小値をとる範囲が狭い方が、反射率の変化が相対的に大きくなりやすい。これにより、光スポット中の光スポットよりも小さな領域の高い反射率が得られやすくなり、超解像再生のＣ／Ｎを高くしやすくなる。
また、再生波長にて反射増強構造になる場合に比べても、反射率変化は大きく、かつ初期状態の反射率が相対的に小さいので、反射率の変化が相対的により大きく得られる。それにより上記領域の反射光が増強される、あるいはマスクされるため、結果として実効再生スポットを縮小して、超解像再生が可能となる。なお、反射防止構造が上記反射率の波長分布において谷形状の底に対応するとみなした場合、上記反射増強構造は、その逆で山形状の頂上部分に対応する。すなわち、「反射増強構造」とは「反射防止構造」の対極に当たる構成である。
また、媒体内で多重干渉しているので、再生波長にて反射増強構造になる場合に比べると、繰り返し干渉によって媒体が光を吸収しやすい。したがって、複素屈折率が比較的変化しやすいので、より少ないレーザーパワーで超解像再生が可能となり、レーザーパワー感度が大きくなる。
さらに、上記薄膜部の室温における反射率の波長分布が、上記再生用の入射光の波長付近（例えば±１０ｎｍの範囲内）において極小値をとる、或いは略極小値に設定されてもよい。
これによれば、光情報記録媒体の構造が、室温でほぼ反射防止構造となっているので、光照射によって、光スポット中の光スポットよりも小さな領域の反射防止構造が崩れて高い反射率が得られる。再生波長にて反射防止構造でない場合に比べると、反射率変化は大きく、かつ初期状態の反射率が小さいので、反射率の変化が相対的により大きく得られる。その結果、その部分のピットを強調して読み出すことができ、結果として実効再生スポットを縮小して、超解像再生が可能となる。
また、超解像再生前の状態で反射防止構造となっているため媒体内で多重干渉の程度が大きく、媒体が光を比較的吸収しやすく、複素屈折率が比較的変化しやすい。従って再生波長にて反射防止構造でない場合に比べると、より少ないレーザーパワーで超解像再生が可能となり、レーザーパワー感度が大きくなる。
(3) 本発明の光情報記録媒体において、上記薄膜部の室温における反射率が、該反射率の波長分布の隣り合う極小値および極大値の間の値に設定されるように、上記光学多重干渉膜の膜厚が設定されていてもよい。
これにより、反射率の波長分布の隣り合う極小値および極大値の間の広い範囲を利用して薄膜部の室温における反射率を設定することができるので、光学多重干渉膜の設計が容易になる。これは、既に説明したように、本発明では、光学多重干渉膜が単層であることにより、反射防止構造を採用しなくても、反射率変化を大きくすることができるからである。
(4) 本発明の光情報記録媒体では、上記薄膜部の薄膜が無機物により構成されていることが好ましい。
これにより、基板上に設けられた薄膜部を構成する一層の薄膜、若しくは一層以上の薄膜の各々が、無機物により構成されているので、光照射によって発生する熱による破壊を受け難く、繰り返しの再生、記録再生に対する耐久性に優れた媒体を提供できる。
(5) 本発明の光情報記録媒体では、さらに、上記薄膜部の薄膜に情報を記録するための記録層が含まれており、該記録層を除く薄膜が無機物により構成されていてもよい。
これによると、基板上に設けられた薄膜部のうち、記録層を除く各層が無機物により構成されているので、熱による破壊を受け難く、繰り返しの再生、記録再生に対する耐久性がよい。
(6) 本発明の光情報記録媒体では、さらに、上記薄膜部における反射率は、上記入射光強度が所定の値以上となると変化するように設定されていることが好ましい。
これによれば、薄膜部の光学多重干渉を用いた反射率が、入射光強度が所定の値以上となると急激に変化する。したがって、該反射率が入射光強度に応じてなだらかに変化するものに比べて、光スポット内でのマスク領域と再生領域との境界である中間遷移領域を狭くすることができる。この結果、再生領域の記録ビットをより強調して読み取ることができ、結果としてノイズが小さくなり、信号品質が向上する。
(7) 本発明の光情報記録媒体では、さらに、上記光学多重干渉膜は、温度の変化にて複素屈折率が変化する温度感応膜であってもよい。
これによれば、光学多重干渉膜が、温度に応じて複素屈折率の変化する温度感応膜であるので、光スポット内の薄膜部の温度が入射光強度に応じて変化することによって、薄膜部での光学多重干渉を変化させることができる。温度を介して複素屈折率を変化させることで、光学多重干渉膜を選択しやすくする。さらに、温度にて薄膜部における光学多重干渉を制御して反射率を制御できるので、薄膜部の設計が容易となる。
(8) 本発明の光情報記録媒体では、上記温度感応膜の温度変化に伴って、上記温度感応膜の複素屈折率の屈折率ｎと消衰係数ｋの両方が変化し、かつ、上記ｎの変化に起因する上記薄膜部反射率の変化と、ｋの変化に起因する上記薄膜部反射率の変化とが増強関係にあることが好ましい。
これにより、屈折率ｎと消衰係数ｋの両方が変化してもよいため、温度感応膜材料の選択性の自由度が広がる。また、上記ｎの変化に起因する上記薄膜部反射率の変化と、ｋの変化に起因する上記薄膜部反射率の変化とが増強関係になるように、温度感応膜の膜厚および複素屈折率で多重干渉状態を調整すれば、同じ温度感応膜材料でより大きな反射率変化を得ることができる。
上記理由により、温度感応膜材料の選択性の自由度が広がり、さらにｎとｋの変化をより有効に利用して、より大きな反射率変化を得ることができるという効果を奏する。
(9) 本発明の光情報記録媒体では、さらに、上記光学多重干渉膜における室温での複素屈折率の消衰係数ｋが０．２以下であることが好ましい。
複素屈折率における消衰係数ｋが０．２以下の光学多重干渉膜を選択しておくことで、光学多重干渉の効果を充分に得ることのできる透明性の高い光学多重干渉膜（複素屈折率変化膜）の条件をほぼ満足することができる。すなわち、複素屈折率の変化がたとえ小さくとも、薄膜部の反射率の変化を大きくすることができる。また、光学多重干渉膜の厚みを厚くすることができるので、これによっても光学多重干渉による反射率変化を大きくすることができる。
したがって、このような基準を持って光学多重干渉膜を選択することで、上記の効果を奏する光情報記録媒体を容易に実現することができる。加えて、光学多重干渉膜として透明性の高いものを用いているので、記録面や記録層を含む薄膜部を複数積層した記録部多層化構造を持つ光情報記録媒体を容易に実現することもできる。
(10) また、本発明の光情報記録媒体では、上記温度感応膜として、Ｚｎを含有する酸化物薄膜からなるもの、Ｚｎを含有する硫化物薄膜からなるもの、Ｃｅを含有する酸化物薄膜からなるもの、或いはＳｎを含有する酸化物薄膜からなるものを用いることもできる。
このような薄膜を温度感応膜として用いることで、光学多重干渉の効果を充分に得ることのできる透明性の高い複素屈折率変化膜を実現することができ、それによって、上記の効果を奏する光情報記録媒体を容易に実現することができる。
(11) 本発明の光情報記録媒体では、さらに、上記薄膜部の薄膜には、上記光学多重干渉膜を透過した入射光を反射する反射膜が含まれていてもよい。
これによれば、反射膜が設けられているので、温度感応膜を透過した入射光を反射して反射率を高くすることができ、光利用効率の向上が可能となる。
(12) 本発明の光情報記録媒体では、さらに、上記薄膜部の薄膜には、入射光を吸収して熱を発生する光吸収膜が含まれていてもよい。
これによれば、光吸収膜が設けられているので、入射光を一部吸収して薄膜部の温度を上昇させることができ、温度感応膜の温度上昇を助けることができる。
この場合、光吸収膜は温度感応膜と接すると共に、光入射側から温度感応膜、光吸収膜の順となるように配されていることが好ましい。このような構成とすることで、温度感応膜を効率よく温度変化させることができる。
光吸収膜を設けた場合、光吸収膜の温度感応膜側とは反対の側に、温度感応膜を透過した入射光を反射する反射膜が備えられていることがより好ましい。そのような反射膜を設けると、温度感応膜を透過した入射光を反射して反射率を高くすることができ、光利用効率の向上が可能となる。
また、光吸収膜と反射膜を設ける構成の場合、光吸収膜と反射膜との間に光吸収膜から反射膜への熱拡散を抑制するための断熱膜を配することがより好ましい。これにより、断熱膜にて光吸収膜から反射膜への熱拡散を防ぐことができ、温度感応膜を効率よく温度変化させることができる。
さらに、光吸収膜を設けた場合、光吸収膜の温度感応膜側とは反対の側に、光吸収膜から温度感応膜側とは反対側への熱拡散を抑制するための断熱膜を配することがより好ましい。これにより、断熱膜にて光吸収膜から温度感応膜とは反対の側への熱拡散を防ぐことができ、温度感応膜を効率よく温度変化させることができる。
さらに、光吸収膜を設けた場合、光吸収膜の温度感応膜側とは反対の側に、保護膜を配することがより好ましい。光吸収膜は光を吸収して温度上昇するため、保護膜にて光吸収膜の劣化を防ぐことができる。なお、保護膜は、光吸収膜に隣接していることが望ましい。
この時、断熱膜、あるいは保護膜に透明膜を用いれば、透過光量が大きく、透過光をさらに利用することができるので、多層化の面で有利である。
(13) また、本発明の光情報記録媒体では、上記薄膜部が、上記基板よりも光入射側に配されていてもよい。
これによれば、薄膜部が、基板よりも光入射側に配されているため、基板の傾きや複屈折などによって生じる収差などを低減することができ、基板を介して光が入射される構成に比べて高密度化が可能となる。
また、この場合、温度感応膜が薄膜部の光入射面に配される構成とすることで、温度感応膜が空気と接することとなる。これにより、空気が断熱材として作用するので、温度感応膜から熱が放出されにくくなり、温度感応膜を効率よく温度変化させることができる。
本発明の光情報記録媒体では、さらに、上記薄膜部における光入射側に、薄膜部を保護する樹脂膜が配されていてもよい。これによれば、樹脂膜にて薄膜部を保護することができる。
本発明の光情報記録媒体では、前述の構成とは反対に、上記基板が、上記薄膜部よりも光入射側に配されていてもよい。
これによれば、基板が、薄膜部よりも光入射側に配されているため、薄膜部を保護することができる。また、基板に傷がついた場合でも読み取りエラーになりにくい。
本発明の光情報記録媒体では、さらに、上記薄膜部が２組以上設けられていてもよい。
これによれば、薄膜部が、基板上に２組以上構成されているため、同じサイズの光情報記録媒体でも記録層を、或いは凹凸形状にて情報が記録されている記録面を複数積層させることが可能となり、記録容量を大きくすることができる。
また、この場合、隣り合う薄膜部同士の間隔が、２μｍ〜２０μｍに設定されていてもよい。これにより、記録層或いは記録面の多層化が容易になり、精度も向上し、生産効率も向上する。
(14) 本発明の光情報再生方法は、上記した本発明の光情報記録媒体に対して光ビームを照射し、上記薄膜部における光学多重干渉を変化させてその反射率を変化させ、光ビームスポット径よりも短いマーク長の情報を再生することを特徴としている。
本発明の光情報処理装置は、上記した本発明の光情報記録媒体と、上記した本発明の光情報再生方法とを用いた情報の再生を少なくとも行うことを特徴としている。
これらによれば、現行装置に大きな変更を必要とすることなく、記録密度のさらなる向上を可能とする。また、記録層或いは記録面の多層化にも適している光情報記録媒体に対して、光ビームスポット径よりも短いマークから情報を再生することができる。
(15) また、本発明は、表現を変えれば、以下のような点を特徴としているとも言える。つまり、本発明の光情報記録媒体は、基板と、少なくとも記録層を有する積層膜とからなる光情報記録媒体であって、前記積層膜は２層以上の薄膜からなり、前記積層膜の記録層を除く各層が無機物により構成され、前記積層膜の光学多重干渉の変化にもとづいて前記積層膜の反射率が変化する。
また、本発明の光情報記録媒体は、基板と、積層膜を有する光情報記録媒体であって、前記積層膜は２層以上の薄膜からなり、前記積層膜のそれぞれの層が無機物により構成され、前記積層膜の光学多重干渉の変化にもとづいて前記積層膜の反射率が変化する。
上記した各光情報記録媒体において、前記反射率は、さらに、入射光強度を所定の値以上に強くしたときに、前記積層膜の光学多重干渉の変化に伴い大きく変化してもよい。
また、上記した各光情報記録媒体においては、さらに、前記積層膜のうちの少なくとも１層が入射光を透過する光透過膜であり、前記入射光の波長付近において前記積層膜は、光学多重干渉を用いた反射防止構造又は反射防止状態に近い構造であってもよい。
また、前記光透過膜は、入射光強度に伴う前記積層膜の温度の変化にもとづいて、複素屈折率の変化する温度感応膜であってもよい。
本発明の記録再生装置は、本発明の光情報記録媒体を用いることにより、記録再生装置の有する光学系解像限界より短いマークから信号を再生したり、その短いマークによって信号を記録したりすることを特徴としている。
本発明の再生装置は、本発明の光情報記録媒体を用いることにより、再生装置の有する光学系解像限界より短いマークから信号を再生することを特徴としている。
本発明の光情報記録媒体は、以上のように、基板上に一層以上の薄膜からなる薄膜部を有し、上記薄膜部での光学多重干渉の変化に基づいて上記薄膜部の反射率が変化する光情報記録媒体において、上記薄膜部は、光学多重干渉を生じさせる単層の光学多重干渉膜を含み、上記薄膜部の光学多重干渉の変化は、入射光強度に応じて上記光学多重干渉膜の複素屈折率が変化することによって引き起こされると共に、上記薄膜部の室温における反射率の波長分布が、再生用の入射光の波長±８０ｎｍの範囲内にて極小値をとるように、上記光学多重干渉膜の組成および膜厚が設定されていることを特徴としている。
これによれば、入射光強度に応じて光スポット内の一部の反射率が変化するので、光スポット中の光スポットよりも小さい領域の記録ビットを強調して読み取ることができ、結果として実効再生スポットを縮小して、超解像再生が可能となる。
また、光学多重干渉膜が単層なので、光学多重干渉膜中における光吸収効果が大きくなり、それによって複素屈折率の変化も大きくなる。したがって、本発明の光情報記録媒体は、室温で反射防止構造を取らなくても、大きな反射率変化を得ることができる。これにより、室温で、薄膜部の反射率の波長分布が、再生用の入射光の波長±８０ｎｍの範囲内にて極小値をとるように、上記光学多重干渉膜の組成および膜厚を設定することができるため、光学多重干渉膜の設計の自由度が非常に大きくなる。
また、光を繰り返して反射する透明膜を光学多重干渉膜以外に設けた場合に比べて、光学多重干渉膜を自由に厚く設定することができる。これにより、厚みを増すことによって、上記薄膜部の反射率変化を一層大きくすることができる。
さらに、光を繰り返して反射する透明膜を光学多重干渉膜以外に設けた場合に比べて、光学多重干渉状態を主に光学多重干渉膜の膜厚および屈折率の調整だけで制御することができる。したがって、光情報記録媒体の作製が容易であり、コスト的にも有利である。
上記理由により、光干渉状態の制御および媒体の作製が容易になる。また光利用効率が向上するので光パワー感度が向上するという効果を奏する。
本発明の光情報再生方法は、上記した本発明の光情報記録媒体に対して光ビームを照射し、上記薄膜部における光学多重干渉を変化させてその反射率を変化させ、光ビームスポット径よりも短いマーク長の情報を再生することを特徴としている。
本発明の光情報処理装置は、上記した本発明の光情報記録媒体と、上記した本発明の光情報再生方法とを用いた情報の再生を少なくとも行うことを特徴としている。
これらによれば、現行装置に大きな変更を必要とすることなく、記録密度のさらなる向上を可能とする。また、記録層或いは記録面の多層化にも適している光情報記録媒体に対して、光ビームスポット径よりも短いマークから情報を再生することができる。
本発明の実施の形態について図１ないし図２５に基づいて説明すれば、以下の通りである。
始めに、本発明の光情報記録媒体に対して情報の記録再生を行い得る、記録再生装置（光情報処理装置）について、その主な構成を説明する。
記録再生装置は、レーザ光源と、集光光学手段と、相対運動手段と、光電変換手段と、サーボ手段と、アドレス情報検出手段と、再生信号復調回路等を有する。
レーザ光源としては、例えば波長４０５ｎｍの光を発する半導体レーザ等を用いることができる。集光光学手段は、レーザ装置から発生されたレーザ光をビーム状にして光情報記録媒体上に集光するもので、集光レンズや、ビームスプリッタ等の光学部品を含んでいる。
相対運動手段は、集光光学手段と光情報記録媒体とを相対運動させるもので、リニアアクチュエータやスイングアームなどからなる。その運動は、光情報記録媒体が回転あるいは平行移動する運動と、上記集光光学手段に含まれる集光レンズが、その光軸に直角方向に移動する運動との少なくとも一方を含む。
光電変換手段は、光情報記録媒体からの反射光レベルの高低を電気信号に変換するもので、サーボ手段は、レーザ光のオートフォーカス及びトラッキングを行うものである。
アドレス情報検出手段は、光情報記録媒体上に設けられたアドレス情報マークを再生することにより得られる電気信号から、アドレス情報を検出するもので、再生信号復調回路は、光情報記録媒体の反射光より記録情報を再生するものである。
これら構成部材のうち、レーザ光源、集光光学手段、光電変換手段、及びサーボ手段は、上記した相対運動手段によって光情報記録媒体と相対運動を行う光学ヘッド内に収納されている。レーザ光源と光電変換手段を、集光光学手段とは別のケースに収めることも可能である。
また、記録再生装置においては、集光されるレーザ光と光情報記録媒体とのなす角度を調節するための手段をさらに備えておくことが好ましく、これによれば、収差の発生による光スポットの劣化をも防止することができる。
図２０に、このような記録再生装置に光学ヘッドとして搭載される、光情報記録媒体が円盤状の光ディスクである場合の一般的な光学系の構成図を示す。光学系は、半導体レーザ２１、コリメートレンズ２２、ビーム整形プリズム２３、ビームスプリッタ２４、対物レンズ２５、及び検出光学系２７を備えている。
光源である半導体レーザ２１からのレーザ光は、コリメートレンズ２２によってほぼ平行光に変換され、ビーム整形プリズム２３によって光強度の分布をほぼ円形に整形される。このほぼ円形の平行光はビームスプリッタ２４を透過した後、対物レンズ２５によって光情報記録媒体２６に集光される。この反射光はビームスプリッタ２４で分岐され、検出光学系２７に導かれる。
スピンドルモータ２８は、光情報記録媒体２６を回転させることにより、光スポットを光情報記録媒体２６上で走査させる。検出光学系２７は、反射光の偏光方向の変化や反射光強度の変化などから信号を識別し、光情報記録媒体２６上に記録された記録マークを読み取るのと同時に、光スポットの光情報記録媒体２６に対しての焦点ずれ信号とトラック位置ずれ信号とを検出し、対物レンズ２５の駆動系にフィードバックすることにより光スポットの位置ずれを補正する。対物レンズの開口数（ＮＡ）は例えば０．６５に設定する。
このような光情報記録再生装置においては、光情報記録媒体２６として、超解像媒体技術を採用した本発明の光情報記録媒体と、超解像媒体技術を用いない通常の光情報記録媒体との両方を記録再生できることが望ましい。そこで、上記光情報記録再生装置では、本発明の光情報記録媒体の場合と、通常の光情報記録媒体の場合とで、検出器のゲイン、再生光強度、記録光強度、記録波形、光情報記録媒体の回転数などをそれぞれ切り換え得るように構成されている。但し、これらは電気的に制御できる範囲であるため、通常媒体のみを記録再生する装置と比べて、光学系に大きな変更を施す必要はない。
次に、本発明に係る超解像媒体技術を用いた光情報記録媒体について説明する。
図１は、本発明の概念を示す光情報記録媒体の断面図である。ここで光情報記録媒体１は、基板４上に、一層以上の薄膜からなる薄膜部３を有する。後述する特別な場合を除き、薄膜部３は複数の薄膜が積層されてなる積層膜となるので、以降、積層膜３と称する。
上記積層膜３は、入射光強度に応じて複素屈折率が変化する光透過性に優れた複素屈折率変化膜２（光学多重干渉膜）を少なくとも１層含んでいる。ここで、初期状態（記録・再生用の光ビームが照射されていない状態）であっても、複素屈折率変化膜２の光入射面およびその対向面が屈折率の異なる薄膜部、基板、空気層のいずれかに面することにより反射のための界面となっており、複素屈折率変化膜２と屈折率が異なる上記のような部材との両界面間において、自然光等の光は反射を繰り返し、光学多重干渉が生じる構成である。さらに、上記積層膜３は、この複素屈折率変化膜２の複素屈折率の変化にて積層膜３での光学多重干渉の状態が変化し、これに基づいて、積層膜３の反射率が変化する。
これによれば、光情報記録媒体１に光ビームが照射されると、光スポット内の複素屈折率変化膜２の一部分であって、入射光強度が複素屈折率変化膜２の閾値を超える部分に複素屈折率の変化が生じ、この変化に基づいて積層膜３における光学多重干渉が変化し、その結果、積層膜３の反射率が変化することとなる。
これにより、入射光強度に応じて光スポット内の一部の反射率が変化するので、光スポット中の光スポットよりも小さい領域の記録ビットを強調して読み取ることができ、結果として実効再生スポットを縮小して、超解像再生が可能となり、ひいては、記録密度の向上が可能となる。
また、反射率の変化が光学多重干渉構造の変化に起因するため、従来ある再生装置、記録再生装置に大幅な変更を加える必要なく光情報記録媒体側の材料調整によって超解像再生が可能となる。
ここで、無機超解像膜として機能する複素屈折率変化膜２の入射光強度に応じた複素屈折率の変化は、入射光にて直接変化するものであってもよいし、入射光を熱に変換し、入射光強度に応じた温度変化にて複素屈折率が変化するものであってもよい。
複素屈折率変化膜２を、温度の変化にて複素屈折率が変化する温度感応膜とすると、入射光強度に応じた光スポット内の積層膜３の温度変化によって積層膜３での光学多重干渉を変化させることができる。この場合、複素屈折率変化膜２を選択しやすくなる。また、温度にて積層膜３における光学多重干渉を制御して反射率を制御できるので、積層膜３の設計が容易となる。
そして、複素屈折率変化膜２として重要なことは、光学多重干渉の効果を充分に得るべく、透明性の高いものを選択することである。透明性の高い複素屈折率変化膜２とすることで、複素屈折率変化膜内を繰り返し多重反射する間に起こる光吸収が抑えられ、光は幾度となく複素屈折率変化膜内を繰り返し多重反射することとなり、光学多重干渉の効果が高まる。その結果、入射光強度に応じた複素屈折率の変化がたとえ小さくとも、積層膜３（薄膜部）の反射率の変化を大きくすることができる。
つまり、複素屈折率変化膜内を繰り返し多重反射する間に光は、互いの光路の差による位相差をもって干渉し合う（位相が揃えば強め合い、位相が半波長ずれれば打ち消しあって弱め合う）結果、反射率が変化する。透明性が高ければ、複素屈折率変化膜内を繰り返し多重反射する光の光量が大きくなるので、光量が大きい程、強め合う或いは弱め合うといった光学多重干渉の効果を増大させることができる。従って、複素屈折率の変化量がたとえ同じか、それ以下の膜であっても、透明性が高ければ、低い場合に比べて結果として反射率の変化を大きくできる。
また、透明性を高くすることで、複素屈折率変化膜２の膜厚を厚くすることができ、複素屈折率変化膜内を繰り返し多重反射する光同士の光路差を大きくすることができる。その結果、位相差が大きくなるので、入射光強度に応じた複素屈折率の変化がたとえ小さくとも、光学多重干渉の効果を高めて薄膜部の反射率の変化を大きくすることができ、これによっても光学多重干渉による反射率変化を大きくすることができる。したがって、より効果的に実効再生スポットを縮小することができる。
複素屈折率変化膜２を温度感応膜とした場合、室温での複素屈折率の消衰係数ｋが０．２以下である温度感応膜を選択しておくことで、光学多重干渉の効果を充分に得ることのできる透明性の高い複素屈折率変化膜の条件をほぼ満足することができる。
また、このような高い透明性を有する、熱を利用する温度感応膜としては、複数の元素の組み合わせである酸化物、窒化物、硫化物、弗化物、炭化物、のうちのいずれかからなる薄膜、あるいはそれらからなる混合物または化合物からなる薄膜を用いることが可能である。特に、３元素以上を組み合わせた酸化物、窒化物、硫化物、弗化物、炭化物、のうちのいずれかを用いた温度感応膜は、記録時の高温に耐え、読み出し可能回数も多いという長所がある。
具体的には、Ｚｎを含有する酸化物薄膜からなるもの、Ｚｎを含有する硫化物薄膜からなるもの、Ｃｅを含有する酸化物薄膜からなるもの、或いはＳｎを含有する酸化物薄膜からなるものを用いることができる。より具体的には、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＣｅＯ2、ＳｎＯ2の薄膜を用いることができる。このうち、ＺｎＳに関しては、強度や靭性、隣接して用いられる媒体との兼ね合いから、ＳｉＯ2と混合されてＺｎＳ−ＳｉＯ2の透明膜として用いられるのが光情報記録媒体では一般的である。
そして、このような反射率の変化が光学多重干渉構造の変化に起因する構成では、従来ある再生装置、記録再生装置に大幅な変更を加える必要なく光情報記録媒体側の材料調整によって超解像再生が可能となる。したがって、既存の光ディスクとの互換性の点でも有利である。
また、上記光情報記録媒体１では、積層膜３における光学多重干渉を用いた反射率が、入射光強度が所定の値以上となると急激に変化するように設定されている。これにより、積層膜３の光学多重干渉を用いた反射率は、入射光強度が所定の値以上となると急激に変化するので、該反射率が入射光強度に応じてなだらかに変化するものに比べて、光スポット内でのマスク領域と再生領域との境界である中間遷移領域を狭くすることができる。これにより、再生領域の記録ビットをより強調して読み取ることができ、結果としてノイズが小さくなり、信号品質が向上する。
また、上記光情報記録媒体１は、積層膜３における、複素屈折率変化膜２の複素屈折率の変化がない状態での、言い換えれば室温での光学多重干渉を用いた反射率が、入射光の波長付近において極小値、或いは略極小値となる反射防止構造をとるように設定されている。これにより、光スポット中の光スポットよりも小さな領域の反射防止構造が、光照射によって崩れて高い反射率が得られ、その部分のピットを強調して読み出すことができ、結果として実効再生スポットを縮小して、超解像再生が可能となる。
該積層膜３は、光学多重干渉を用いた反射率が、基本的に上記のように設定される。該積層膜３は、さらに複素屈折率変化膜２以外の薄膜５・６として、積層膜３全体の光の利用効率を上げるための反射膜や、複素屈折率変化膜２の入射光強度に応じた複素屈折率変化を補助するための各種機能補助膜等を含むことができる。
なお、図１では、積層膜３を構成する薄膜が３層構成であるが、上述したように、複素屈折率変化膜２のみでもよく、また、複素屈折率変化膜２以外に何層の薄膜を有していてもよい。
反射膜は、温度感応膜や機能補助膜を透過した光ビームの光を反射して、再び温度感応膜及び機能補助膜へと戻すことで、積層膜３全体として光利用効率を向上させるためのものである。反射膜としては、Ａｌ膜、Ａｇ膜、Ａｕ膜や、これらを母体とした合金、これらに他の金属を添加した合金や、また、他の金属の純金属、あるいは合金からなる薄膜を用いることができる。本発明の目的から反射率の高い薄膜が望ましい。
上記の機能補助膜としては、複素屈折率変化膜２が、光を熱に変え、温度変化にて複素屈折率が変化する温度感応膜である場合は、温度感応膜の温度上昇を助ける光吸収膜や、光吸収膜による熱が温度感応膜以外の薄膜に拡散することを抑制する断熱膜等が考えられる。
光吸収膜は、光を吸収して光吸収膜自体が昇温することで、温度感応膜の温度を上げるものである。上述したように、温度感応膜は、光透過性に優れた透明（ほぼ透明を含む）膜であるため、光吸収して自らが熱を発して十分に昇温することが難しい。そのため、このような光吸収膜が設けられていることが好ましく、温度上昇に有利である。光吸収膜としては、Ｓｉ膜、Ｇｅ膜などの半導体や半金属、相変化媒体膜、光磁気記録膜など、反射率は要求されないが、光吸収がある程度あって、光ビーム照射により昇温する薄膜を用いることが可能である。
また、機能補助膜として、光吸収膜を保護する保護膜を設けてもよい。光吸収膜は光を吸収して昇温する性質を持つため、高温になり易く、光吸収膜が直接基板上に形成されていると、破壊や劣化、あるいは酸化等を伴う場合があり、光吸収膜用の保護膜を有している構成が好ましい。
なお、保護膜は、基板と光吸収膜との間、反射膜と光吸収膜との間等に設ける。すなわち、光吸収膜を保護するためには保護膜は光吸収膜に隣接することが望ましい。
このように保護膜を設けると、光吸収膜の酸化や変形を防止する効果が得られ、さらに熱伝導によって基板が温度上昇することによる基板の変形等を防ぐといった基板保護の効果も得られる。
また、光情報記録媒体１が、基板４上に情報が凹凸形状にて形成されている場合は、この限りではないが、光情報記録媒体１が、情報を記録するための記録層を有する構成である場合は、記録層も積層膜３の一部となるように設ける。記録層としては追記記録膜、光磁気記録膜、相変化記録膜等を用いることができる。
特に、積層膜３にこのような記録膜（記録層）を含む構成の場合、再生時に記録膜が光を吸収して温度上昇し、光吸収膜の役割を兼ねることができる場合がある。この場合は、温度感応膜を昇温させるための上記した光吸収膜を別途設ける必要がなく、温度感応膜と記録膜との最小構成で本発明の所望する目的を達することができる。また、記録層を有する場合、積層膜３には記録層を保護するための保護膜が含まれる場合もある。
そして、積層膜３は、その構成膜として、記録層を含んでいる場合は、記録層と樹脂層とを除く全ての薄膜が、無機物より構成されている。これにより、熱による破壊を受け難く、繰り返しの再生、記録再生に対する耐久性がよい。
また、上記した積層膜３が単膜となる特別な場合とは、基板４上に情報が予め凹凸形状として記録されており、その上に、薄膜部として複素屈折率変化膜２のみが設けられている場合である。
基板４上に設ける積層膜３は、ひと組に限るものではなく、基板４上に複数組み積層して設けられていてもよく、このような反射率を入射光強度に応じて変化させ得る積層膜３の複数組を多層積層させることで、同じサイズの光情報記録媒体でも記録層或いは凹凸形状にて情報が記録されている記録面を複数積層させて、記録部多層構造とでき、記録容量を大きくすることができる。
この場合、隣り合う積層膜３・３同士の間隔は、２μｍ〜２０μｍとすることが好ましく、このような間隔とすることで、記録層或いは記録面の多層化が容易であり、精度も向上し、生産効率が向上する。より好ましい間隔は、１０μｍ〜２０μｍである。
また、図１では、光情報記録媒体１は、積層膜３が基板４よりも光入射側に配されている、積層膜３側より光ビームが照射される構成を例示しているが、積層膜３に対して基板４側より光が入射する構成としてもよい。
前者の構成では、積層膜３が、基板４よりも光入射側に配されているため、基板４の傾きや複屈折などによって生じる収差などを低減することができ、基板４を介して光が入射される構成に比べて高密度化が可能となる。
後者の構成では、基板４が、積層膜３よりも光入射側に配されているため、積層膜３を保護することができ、また、基板４に傷がついた場合でも読み取りエラーになりにくいといった利点がある。
基板４としては、光情報記録媒体１に適当な強度を付与し得るものであることが必要であり、積層膜３側から光ビームが照射されるのであれば、光学的特性は、特に限定されるものではなく、透明でも不透明でもよいが、基板側から光ビームが照射される場合は、透明性が高い程好ましい。
基板４を構成する材料としては、ポリカーボネートや、ガラス、アモルファスポリオレフィン、熱可塑型ポリイミド、ＰＥＴ（polyethylene terephthalate）、ＰＥＮ（polyethylenenaphthalate）、ＰＥＳ（polyether sulphone）等の熱可塑性透明樹脂、熱硬化型ポリイミド、紫外線硬化型アクリル樹脂等の熱硬化性透明樹脂、金属等、及びそれらの組み合わせを用いることができる。
また、積層膜３側より光が入射する構成で、かつ、複素屈折率変化膜２が温度感応膜である場合は、積層膜３の最も光入射側に温度感応膜を配することで、温度感応膜が空気と接することとなり、空気が断熱材として作用し、温度感応膜から熱が放出されにくく、温度感応膜を効率よく温度変化させることができる。
以下、実施例を例示しながら、本発明の光情報記録媒体についてさらに詳細に説明する。
〔実施例１〕
図２は、本発明の一実施例である実施例１の光情報記録媒体３０の断面図である。この光情報記録媒体３０は、再生専用の光情報記録媒体である。基板３１には、直径１２ｃｍ、厚さ１．１ｍｍのポリカーボネート製基板を用い、この基板３１の一方の面３１ａに、あらかじめ位相ピットで情報を記録しておく。この面３１ａが記録面となる。
次いで、この基板３１における面３１ａ上に、マグネトロンスパッタリング法にて、反射膜３４としてのＡｌ膜を３０ｎｍで形成し、その上に光吸収膜３３としてのＳｉ膜を５０ｎｍで形成し、さらにその上に温度感応膜３２としてのＺｎＯ膜を２２０ｎｍで形成した。これにより、光ビームが照射される光入射側より、温度感応膜３２、光吸収膜３３、及び反射膜３４の３層よりなる積層膜３７（薄膜部）を基板３１上に形成した。
上述したように、本発明では、無機超解像膜である複素屈折率変化膜（ここでは温度感応膜３２）を含む積層膜（ここでは積層膜３７）における光学多重干渉を利用するため、積層膜３７を構成する温度感応膜３２、光吸収膜３３、及び反射膜３４の各複素屈折率と各膜厚の調整が重要になる。各膜厚の複素屈折率と膜厚の調整は、以下のように行う。
すなわち、予めこれら各膜３２〜３４の光学特性を単膜状態でエリプソメータにて測定したところ、室温（３０℃）から２００℃に温度上昇させた時、温度感応膜３２を成すＺｎＯ膜の複素屈折率（＝ｎ−ｋｉ；ｉは虚数単位）は、室温でのｎ（屈折率）＝２．１６、ｋ（消衰係数）＝０．００から、２００℃ではｎ＝２．３２、ｋ＝０．０７に変化した。一方、光吸収膜３３を成すＳｉ膜は、室温及び２００℃共にｎ＝４．６６、ｋ＝１．６７であり、複素屈折率の温度による変化はなかった。同様に反射膜３４を成すＡｌ膜も、室温及び２００℃共にｎ＝０．４１、ｋ＝４．０６であり、複素屈折率の温度による変化はなかった。
図３に、３０℃と２００℃とにおける、上記ＺｎＯ膜（単膜）の透過率の入射光波長依存性を示す。図３より、温度の変化に伴って、複素屈折率が変化して透過率スペクトルが測定波長に対してシフトしていることがわかる。この時、ある波長に着目すると、ＺｎＯ膜（単膜）の光学多重干渉の条件となる複素屈折率が変化し、結果として透過率が変化していることがわかる。このＺｎＯ膜の場合、具体的には図中矢印で示したように、波長４１０ｎｍ近傍にて、温度の変化による大きな透過率変化が得られている。この透過率変化はＺｎＯ膜（単膜）の光学多重干渉の条件となる複素屈折率の変化によって得られるものである。また、光情報記録媒体においてはよく応用されているように、ＺｎＯ膜の膜厚を変えて多重干渉条件を変えることによって、変化する前の初期透過率も所望の値にある程度調整することができる。つまり、このことから、温度感応膜３２を成すＺｎＯ膜の膜厚の制御によって、所望の波長における透過率変化を制御できることがわかる。
ここで、温度感応膜３２の膜厚の制御とは、言い換えれば、温度感応膜３２内における入射光の光路長を調整することと同じである。さらには、光路長は膜厚と屈折率との積で表されるので、温度感応膜３２の屈折率を調整することでも同じ効果が得られる。また、温度感応膜３２の屈折率を調整するためには、温度感応膜３２の材料の組成を調整する、あるいは、温度感応膜３２作成時のスパッタ条件を調整する等といった方法がある。
さらに、この温度変化に対して、ＺｎＯ膜の複素屈折率変化すなわち透過率変化は可逆的であり、繰り返し温度変化させても劣化せず、もとの値に戻ることを確認している。
実施例１の光情報記録媒体３０は、温度感応膜３２側から光ビームを入射するタイプの光情報記録媒体であるので、積層膜３７を構成する３種の薄膜が、入射側から、温度感応膜３２、光吸収膜３３、反射膜３４の順に設置されており、光はこの順に各膜３２・３３・３４に到達する。
図４に、３０℃と２００℃とにおける、実施例１の光情報記録媒体３０の反射率の入射光波長依存性を示す。図４からわかるように、実施例１の光情報記録媒体３０の反射率は、波長に対して波型の依存性を持っている。該依存性は、温度感応膜３２を成すＺｎＯ膜を光が透過したことにより、積層膜３７において光学多重干渉が生じたことによるものであると考えられる。
そして、実施例１の光情報記録媒体３０では、室温である３０℃において、記録再生装置の測定光である波長４０５ｎｍ付近で、温度感応膜３２の複素屈折率が変化しない状態で積層膜３７で生じる光学多重干渉の谷の状態（反射率が略ゼロとなる状態）がくるように、つまり、上記積層膜３７が反射防止構造になるように、上記積層膜３７を構成する各膜３２・３３・３４の各複素屈折率及び膜厚が調整されている。
また、室温から２００℃に温度上昇した場合、反射率スペクトルが長波長側にシフトしており、前記再生波長４０５ｎｍに着目すると干渉が谷の状態からはずれ、反射率が高くなっている。
このことから、温度感応膜３２を成すＺｎＯ膜の複素屈折率が温度にて変化し、複素屈折率の変化にて積層膜３７の光学多重干渉状態が変化し、結果として積層膜３７が反射防止構造からずれて反射率が上昇していると考えることができる。なお、この時もＺｎＯ単膜の透過率と同様、積層膜３７は温度変化に対して反射率が可逆的に変化し、繰り返し温度変化させても劣化せず、もとの値に戻ることを確認している。
なお、光情報記録媒体の再生評価は、
１．ディスク評価機を用い
２．レンズで光を収束し（直径１μｍ以下）
３．併せて光の強度を制御することにより（温度を制御する必要があるため）
４．焦点における媒体の温度を適切な値まで上げて
行う。
これに対し、図４に示すような反射率の波長依存性は、
１．分光光度計を用い
２．光情報記録媒体に光強度が一定の平行光を照射し（直径はｍｍのオーダー）
３．平行光の照射のみでは媒体の温度が上がらないため、まず室温で反射率の波長依存性を測定し、次にヒーターで温度を上げてその時の波長依存性を改めて測定する。
このように、再生評価に用いる光と波長依存性の測定に用いる光とは、性質が違う。これは、波長依存性を測定する時には、再生用の入射光（レンズで収束）では温度が上がってしまうので、一定温度での波長分布を測定できないからである。
一方、再生時には再生光で媒体の温度を上げて温度感応膜の性質（屈折率）を変えることに意味がある。
要するに、反射率の波長依存性は一定温度で測定する必要があるので、温度の上がらない平行光を用いる。そしてヒーターで高温にしてその時の波長依存性を測定する。こうして室温と高温とで違う屈折率になることを確認しておいて、実際の再生のときはレンズで光を収束することにより、再生しながら同時に一部分だけ媒体の温度を上記高温付近まで上げる。この結果、一部分だけ屈折率が変化することを利用して、収束光の径よりさらに小さいピットを読むことができる。
また、積層膜３７を構成する温度感応膜３２、光吸収膜３３、及び反射膜３４が、それぞれ無機物で構成されていることは、温度変化の繰り返しに有利である。温度感応膜３２が有機物の場合、光を吸収して光学特性が変化するときに一般的に分子構造の変化を伴う。このため、繰り返し性および応答性が悪く劣化しやすく、耐久性や再生機能が問題になる。それに対し無機物では電子状態の変化のみで光学特性の変化が実現でき、大きな分子構造の変化を伴わないのが一般的であり、繰り返し性、耐久性が向上する。
実施例１の光学多重干渉状態においては、ほぼ透明（つまり、消衰係数ｋが０に近い）なのは温度感応膜３２のみなので、光学多重干渉を支配する繰り返し反射は温度感応膜３２内で起こる。具体的には温度感応膜３２の両端面すなわち空気界面と光吸収膜３３界面で繰り返し反射を起こす。事実上はそれ以外の膜の各界面における反射は光学多重干渉状態にとって支配的ではない。すなわち、他の条件を固定したままで温度感応膜３２の膜厚および複素屈折率を調整すれば、薄膜部（積層膜３７）の光学多重干渉を自由に制御することができる。
このことから媒体設計が容易であり、製造のしやすさの点でも、コストの点でも有利である。さらに、繰り返し反射が温度感応膜３２内で主に起こるため、温度感応膜３２中における光吸収効果が大きく有効である。また、繰り返し反射に寄与する透明膜を温度感応膜３２以外に設けた場合に比べて、温度感応膜３２を自由に厚く設定する事ができ、厚さの分だけ上記薄膜部の反射率変化を大きくする事ができる。また、繰り返し反射に寄与する透明膜を設けると、その透明膜に熱が伝導してしまうため、温度感応膜３２を加熱するための熱が無駄になる。
次に、もう少し詳細に、温度感応膜３２と光吸収膜３３の膜厚を調整する方法について述べる。すなわち、温度感応膜３２と光吸収膜３３の膜厚は、以下の３点を考慮して設計する。
（１）入射光は、温度感応膜３２を透過し、光吸収膜３３にて光吸収を生じる。
（２）光吸収することにより光吸収膜３３にて発生した熱により、温度感応膜３２の温度上昇が生じる。
（３）温度が上昇することで温度感応膜３２の複素屈折率が変化し、積層膜３７での光学多重干渉の状態が変化し、積層膜３７の光学多重干渉による反射率が変化する。
図５に、実施例１の光情報記録媒体３０のミラー部分（凹凸や溝形状のない平面部分）の入射光強度に対する反射光強度を、評価装置にて測定した結果を示す。また、基板３１にＡｌ膜３０ｎｍのみ形成した比較例の光情報記録媒体の結果も併せて示す。なお、反射光強度は、比較例のＡｌ膜のみを設けた光情報記録媒体の結果を基に入射光強度１ｍＷの時の反射光強度を１として規格化した規格値を示す。
比較例の光情報記録媒体の結果１５１（□印）は、入射光強度と反射光強度が比例関係にあることを示している。つまり、入射光強度を強くしても反射率は変化しない。これに対し、実施例１の光情報記録媒体３０の結果１５２（◆印）は、比例関係が崩れており、入射光強度が弱いときには反射光強度がほぼ一定で低い値であるが、入射光強度が所定の値以上に強くなると、反射率が高くなり反射光強度が増加している。その反射率の変化率｛Ｒ（変化後）−Ｒ（変化前）｝／Ｒ（変化前）は、２以上であり、３に近い値となっている。
また、図６に、上記実施例１の光情報記録媒体３０及び比較例のＡｌ膜のみを形成した光情報記録媒体の再生信号の搬送波雑音比（以下、Ｃ／Ｎ）を測定した結果を示す。このとき、記録マークは、単一周波数繰り返し位相ピット（マーク・スペース比１：１）であり、信号振幅は反射光レベルで規格化した。位相ピットは基板３１上に、物理的な凹凸によって形成し、その深さは８０ｎｍ程度となるようにした。測定は、波長４０５ｎｍ、対物レンズＮＡ０．６５の光ディスク評価器で行った。測定条件は、線速１．８ｍ／ｓ、再生パワー４．０ｍＷ、スペクトルアナライザＲＢＷ３０ｋＨｚである。
比較例の光情報記録媒体の結果１６１では、光学的カットオフ（マーク長０．１５７μｍ）に近いマーク長０．１６μｍのＣ／Ｎはほぼ０に落ちている。これに対し、実施例１の光情報記録媒体３０の結果１６２では、４０ｄＢを超えている。
また、一般に実用化可能な信号レベルと考えられている４０ｄＢを満足する最低マーク長が、比較例の光情報記録媒体では０．３０μｍ、実施例１の光情報記録媒体３０では０．１４μｍとなっていることは、実施例１の光情報記録媒体３０では、比較例の光情報記録媒体の半分以下の長さのマークを判別可能であることを示している。
しかも、この測定範囲内では実施例１の光情報記録媒体３０のＣ／Ｎ値が比較例の光情報記録媒体のＣ／Ｎ値を下回ることはなく、実施例１の光情報記録媒体３０は、比較例の光情報記録媒体に比べ信号品質が改善されていると言える。
したがって、線密度２倍の密度、すなわち記録面密度で、従来の４倍の記録密度を実現することができる。さらに繰り返し再生を行って耐久性を試験したところ、１０万回の再生でも信号品質の劣化が起こらないことを確認している。
この結果は、膜全体を温度変化させた際に積層膜３７の反射率で得られた結果と矛盾しない。すなわち、この温度感応膜３２を成すＺｎＯ膜は、あるしきい値を超える程度の光ビームが照射されると複素屈折率が変化する性質を有する。光スポットの照射により、温度が高くなっている領域の温度感応膜３２の複素屈折率が変化し、積層膜３７における光学多重干渉の結果、この領域の反射率が高くなり、高反射率領域の記録マークのみが再生される。基板３１上に形成されている記録マークの再生分解能は、温度感応膜３２で複素屈折率変化を起こした部分と、光スポットの重なりとの大きさで決まる。すなわち光スポットの一部分の信号を強調して読み出すことができ、再生に寄与する実効的なスポット径を縮小することにより高密度化が可能である。このような効果が、既に説明したように、媒体超解像効果と称される。
さらにＺｎＯ膜単膜の透過率においても、また、実施例１の光情報記録媒体３０の反射率においても、温度変化に対して可逆的に変化するため、劣化することなく媒体超解像効果が動作し、耐久性が確保できる。
また、図２の実施例１の光情報記録媒体３０において、反射率が高くなる構造を実現するためには、温度感応膜３２の複素屈折率（＝ｎ−ｋｉ；ｉは虚数単位）の変化が次のように変化する材料を用いればよい。屈折率ｎ（変化前）＝２．２±０．７、０≦ｋ（変化前）≦０．２から、ｎについてはｎ（変化後）とｎ（変化前）の差が絶対値で０．０２以上（大きければ大きいほどよい）、すなわち｜ｎ（変化後）−ｎ（変化前）｜＞０．０２に変化するような温度感応膜３２を用いる。
一方、消衰係数ｋについては、本発明において温度感応膜３２は、積層膜３７内での光学多重干渉を利用するため透明性に優れた透明膜であることが望ましいため、ｋは０付近の小さい値であることが望ましく、変化後の透過率も高くなるように、０≦ｋ（変化後）≦ｋ（変化前）であることが望ましい。但し、ｋの変化よりｎの変化の方が光学多重干渉に与える影響が大きいため、ｋについては必ずしも上記変化をする必要はなく、一定値のまま変化しなくても構わない。
すでに説明したように、実施例１では温度上昇によりｎが増加して薄膜部の反射率が大きくなる。この時の温度上昇でｋが減少するほうが、温度感応膜の透過率が大きくなるので、上記薄膜部の反射率を大きくすることにとって望ましい。実施例１では温度感応膜のｋは温度上昇により増加するので薄膜部の反射率は小さくなり不利であるが、この場合はｎの変化による薄膜部の反射率上昇の方が大きいため本願の効果は得られる。
温度感応膜材料の複素屈折率の温度変化は、材料や作製条件に固有であるのが一般的なので、ｎとｋの温度変化が薄膜部の反射率変化を増強し合うような光学干渉条件あるいは材料を選択することが望ましい。
図３に示したＺｎＯ単膜の透過率について、入射光の波長４１０ｎｍ付近では、昇温後の２００℃における透過率の方が昇温前の３０℃における透過率より低くなっている。実際には、この透過率の大小関係が逆になるようにＺｎＯ単膜の膜厚を設計する。つまり、昇温後の透過率の低下は主に屈折率ｎの変化に起因するものであるから、ＺｎＯの膜厚調整によって透過率を高く変化させる方向に変えることができる。なお、図３の透過率曲線の山の高さを比べると、３０℃より２００℃の方が山の高さがやや低い。この変化量がｋの変化に起因している。
すでに［発明が解決しようとする課題］で数式を交えて記述したように、特に光源波長が短波長化したり、膜厚を厚くして多重干渉効果を大きくしようとすると、ｋは小さい値をとることが望ましい。
実施例１で使用したＺｎＯは波長４００ｎｍ付近から短波長側で吸収が始まり、スパッタ条件（具体的にはスパッタガス圧やアルゴン・酸素ガス導入比）に応じて、形成した薄膜の波長４００ｎｍにおける光学定数をある程度制御することができる。具体的には酸素過剰で透明（ｋ＝０）に、酸素欠損で不透明（ｋ＝０．２５程度まで）にすることができる。
実施例１と同様の試料を種々のｋの値を持つ温度感応膜に応じて作製し比較してみた結果を表１に示す。この時、光源波長において反射率は極小またはほぼ極小となるように設定した。なお、反射率変化率とは、前述した｛Ｒ（変化後）−Ｒ（変化前）｝／Ｒ（変化前）の値であり、Ｃ／Ｎは光学的カットオフ（マーク長０．１５７μｍ）に近い０．１６μｍ長連続ピットでの値である。
すでに示した比較例（Ａｌ；３０ｎｍ）ではこのピット長でのＣ／Ｎはほぼ０に落ちていた（図６）。すなわち、この時Ｃ／Ｎが得られない場合は超解像再生が行われていないことを意味する。
Figure 2005018964
この結果によるとｋが０．２まではある程度の超解像効果が得られるが、ｋが０．２５になるとＣ／Ｎはほとんど０となり、比較例と同じように超解像再生が行われていないと言える。Ｃ／Ｎの値からはｋが０であることが最も望ましいが、０．２以下であれば望ましいといえる。
この原因は以下のように説明できる。ｋが大きくなるにつれて温度感応膜３２内で光の吸収が大きくなり、温度感応膜３２単独での透過率が下がって透過光量が減少する。従って積層膜３７トータルとしての反射光量が下がるのに加え、多重干渉効果も有効に利用できなくなるため反射率変化も減少する。その結果として比較例のような通常膜との差が小さくなり、超解像効果が得られなくなるものと考えられる。
なお、図４においては３０℃と２００℃での温度変化を示したが、実際の再生では図５のように急激に反射率が上昇していることから、温度上限が２００℃を超えている可能性がある。その場合、反射率スペクトルの波形は、さらに長波長側にシフトするため、図４に示した以上の反射率上昇が考えられる。
また、記録密度をさらに高めるためには、温度感応膜３２を成すＺｎＯ膜の組成に、光スポットによって生じる温度分布のピーク温度の６０％から８５％の間の値をしきい値として、複素屈折率変化が急峻に変化するものを用いることが好ましい。これにより、反射率変化を起こす領域が光スポットの中心部のみに限定され、より実効再生スポットを縮小することができ、記録密度をさらに高めることができる。
このような調整は、上記のように温度感応膜３２の組成による光学特性調整でも対応可能であるが、積層膜３７における干渉構造の調整でも対応が可能である。具体的には図４において、波長４０５ｎｍにおいては３０℃での反射率は光学多重干渉の谷の左側に位置しているが、必ずしもこの位置に限定されるものではなく、谷の底に位置していても、谷の右側に位置していても構わない。
例えば、波長４０５ｎｍにおいて、３０℃での反射率が谷の右側に位置している構成とすることで、温度上昇を始めて谷が右に移動しても、初期においては再生波長の反射率は一旦さらに低下してその後谷を越えてから上昇することになる。これにより事実上、反射率上昇のしきい値温度を高くすることが可能となり、上記同様、実効再生スポットをより縮小することができ、記録密度をさらに高めることができる。
なお、実施例１の光情報記録媒体３０では、光ビームが入射する光入射側から順に、温度感応膜３２、光吸収膜３３、反射膜３４が積層されてなる積層膜３７を例示したが、本発明の光情報記録媒体の構成はこれに限るものではなく、以下に他の膜構成について説明する。
〔実施例２〕
図７は、実施例２の光情報記録媒体４１の断面図であり、光入射側から、温度感応膜３２、光吸収膜３３がこの順に積層された２層構成の積層膜３８を有する。実施例２の光情報記録媒体４１は、実施例１の光情報記録媒体３０と同様に、直径１２ｃｍ、厚さ１．１ｍｍのポリカーボネート基板からなる基板３１を有し、その記録面３１ａにはあらかじめ位相ピットで情報が記録されている。そして、この情報が記録された記録面３１ａ上に、実施例１の光情報記録媒体３０と同じマグネトロンスパッタリング法を用い、同じスパッタ条件で、光吸収膜３３としてのＳｉ膜が５０ｎｍで形成され、その上に同様に温度感応膜３２としてのＺｎＯ膜が２２０ｎｍで形成されている。つまり、実施例２の光情報記録媒体４１は、実施例１の光情報記録媒体３０において、光吸収膜３３と基板３１との間の反射膜３４を除いた構成であると言える。
〔実施例３〕
図８は、実施例３の光情報記録媒体４２の断面図であり、光入射側から、温度感応膜３２、光吸収膜３３、及び透明膜３５がこの順に積層された３層構成の積層膜３９を有する。実施例３の光情報記録媒体４２は、実施例１の光情報記録媒体３０と同様に、情報が記録された記録面３１ａ上に、実施例１と同じマグネトロンスパッタリング法を用い、ＳｉＮ膜よりなる透明膜３５が２０ｎｍで形成され、その上に実施例１と同様にＳｉ膜よりなる光吸収膜３３が５０ｎｍで、さらにその上にＺｎＯ膜よりなる温度感応膜３２が２２０ｎｍでそれぞれ形成されている。つまり、実施例３の光情報記録媒体４２は、実施例１の光情報記録媒体３０における光吸収膜３３と基板３１との間のＡｌ膜からなる反射膜３４に代えて、ＳｉＮよりなる透明膜３５が形成されている構成であり、換言すれば、実施例２の光情報記録媒体４１における光吸収膜３３と基板３１との間に透明膜３５を設けた構成である。
〔実施例４〕
図９は、実施例４の光情報記録媒体４３の断面図であり、光入射側から、温度感応膜３２、光吸収膜３３が、透明膜３５、反射膜３４が順に積層された４層構成の積層膜４０を有する実施例４の光ディスク（光情報記録媒体）の断面図である。実施例１の光情報記録媒体３０と同様に、基板３１の情報が記録された記録面３１ａ上に、実施例１と同じマグネトロンスパッタリング法を用いて、Ａｌ膜よりなる反射膜３４が３０ｎｍで形成され、その上に同様にしてＳｉＮ膜よりなる透明膜３５が２０ｎｍで形成され、その上に同様にＳｉ膜よりなる光吸収膜３３が５０ｎｍで形成され、さらにその上にＺｎＯ膜よりなる無機超解像膜としての温度感応膜３２が２２０ｎｍで形成されている。つまり、実施例４の光情報記録媒体４３は、実施例１の光情報記録媒体３０における光吸収膜３３と反射膜３４との間にさらに透明膜３５が形成されている構成であり、換言すれば、実施例３の光情報記録媒体４２に反射膜３４を設けた構成である。

図１０に、実施例１〜４の各光情報記録媒体３０・４１〜４３の入射光強度に対する反射光強度を評価装置にて測定した結果を示し、各実施例の効果を以下に説明する。
実施例２の光情報記録媒体４１においては、実施例１の光情報記録媒体３０にあった反射膜３４が存在しないため、実施例１の光情報記録媒体３０に比べて反射率は低下する。しかしながら、熱伝導率の高い反射膜３４が光吸収膜３３に隣接していないことで、光吸収膜３３が光照射されて昇温した際に、実施例１の光情報記録媒体３０のように熱が反射膜３４に選択的に伝導していくことがなく、温度感応膜３２への熱伝導が起こりやすい。
したがって、温度感応膜３２が温度上昇しやすく、実施例１の光情報記録媒体３０に比べて低い再生パワー（３．５ｍＷ）にて反射率の上昇が得られている。すなわち再生パワー感度が高くなる。但し、前述したように光吸収膜３３が直接基板３１上に形成されており、光吸収膜３３を保護する無機膜が存在しないため、再生パワーが高くなった時や繰り返し再生などの耐久性の面で不利な点を有する。
実施例３の光情報記録媒体４２においては、換言すれば、実施例２の光情報記録媒体４１における光吸収膜３３と基板３１との間に透明膜３５を設けた構成であるため、光吸収膜３３が保護され、実施例２の光情報記録媒体４１に比べて耐久性が向上する。しかも、実施例１の光情報記録媒体３０に比べると実施例２の光情報記録媒体４１と同様の理由で温度感応膜３２が温度上昇しやすく、実施例１の光情報記録媒体３０に比べて低い再生パワー（３．５ｍＷ）にて反射率の上昇が得られている。すなわち再生パワー感度が高くなる。
なお、実施例３の光情報記録媒体４２においては、光吸収膜３３の保護膜として透明膜３５を用いたが、該透明膜３５が上記のように光吸収膜３３の保護と断熱の効果を果たすことができればよいので、必ずしも透明である必要はない。もし透明であれば、透過光を利用することが可能となるため、多層化の面で有利である。
実施例４の光情報記録媒体４３においては、実施例１の光情報記録媒体３０における反射膜３４と光吸収膜３３との間に透明膜３５を設けた構成であり、換言すれば、実施例３の光情報記録媒体４２に反射膜３４を設けた構成であるともいえる。そのため、実施例１の光情報記録媒体３０に比べると実施例３の光情報記録媒体４２と同様に、光吸収膜３３が直接には反射膜３４に接しないため再生パワー感度が高くなる。かつ、実施例２の光情報記録媒体４１に比べると光吸収膜３３を保護することができ耐久性が向上する。
なお、この場合も、実施例３の光情報記録媒体４２と同様に、光吸収膜３３の保護膜としての機能を果たすだけであれば、透明膜３５とする必要はないが、実施例４の光情報記録媒体４３では、反射膜３４を設けているため、透明膜３５は透明である必要があり保護と断熱、そして光透過の役割を担うこととなる。実施例２、３の光情報記録媒体４１・４２に比べると反射膜３４が設けられている分透過光を反射して利用でき、光利用効率が向上し反射光強度が大きくなる。
なお、実施例１〜４の各光情報記録媒体３０・４１〜４３について以上に述べた現象は、入射光強度が強くなって温度感応膜３２が昇温した時に顕著に現れる。一方、入射光強度が低い室温付近の状態では、本実施例１〜４の光情報記録媒体は反射防止構造をとるように調整されているため、それぞれの各光情報記録媒体３０・４１〜４３において、反射光強度に顕著な差は見られない（図１０参照）。
また、実施例２〜４の各光情報記録媒体４１〜４３については、温度の上昇に伴って反射率が高くなる構造を実現するための温度感応膜３２の複素屈折率（＝ｎ−ｋｉ；ｉは虚数単位）の変化の条件や、記録密度をさらに高めるべく、温度感応膜３２の組成による光学特性を調整したり、各積層膜３８〜４０における多重干渉構造を調整したりすることなどについては、記載しないが、実施例１の光情報記録媒体３０の積層膜３７において説明したと同じである。
また、上記した各実施例１〜４では、あらかじめ記録マークが基板３１上に位相ピットとして記録された読み出し専用ディスクについて記述してあるが、それに限られず、基板上にデータを記録するための記録層を有する、ライトワンス型の光情報記録媒体、相変化型の光情報記録媒体、光磁気型の光情報記録媒体についても同様の効果が期待できる。
例えば、追記型、あるいは書き換え型の光情報記録媒体に、上記各実施例１〜４で示した温度感応膜３２を利用して、入射光強度が強くなった時に反射率が高くなる積層膜を実現するには、記録層や、熱的特性を制御する膜を含めた多層膜構造での反射率変化を計算し、設計する必要がある。
ところで、入射光強度が強くなった時に反射率が高くなる構造にすると、記録時には、再生時の３〜１０倍の強度の光パルスが照射されるため、光情報記録媒体の反射率が高くなるのに伴って、光吸収が減少し、記録マークがうまく形成されない可能性がある。
しかしながら、温度感応膜３２の複素屈折率変化は、パワーを強くしていくのに伴って際限なく変化していくのではなく、６．０ｍＷ以上の光を照射すると変化は飽和する。６．０ｍＷ以上では入射光強度に対する反射光強度の変化は比例関係を示す直線上にのることを確認している。すなわち、６．０ｍＷ以上で反射率は一定になって、これ以上入射光強度を強くしても反射率は変化しない。光情報記録媒体の積層膜の構造によらず、ほとんどの無機超解像膜を用いた光情報記録媒体の反射率変化が、６．０ｍＷ〜８．０ｍＷあたりで飽和する性質を示す。従って記録時には従来と同様に記録を行い、再生時のみ超解像効果により超解像再生を実現できる。
ここで、図１１〜図１３を用いて、記録層を備えたタイプの光情報記録媒体の構成を具体的に説明する。図１１は、本発明の光情報記録媒体の構成を追記型光情報記録媒体であるライトワンス型に適用した場合の光情報記録媒体４４の断面図である。光入射側から見て温度感応膜３２、追記記録膜５１、反射膜３４の順に、基板３１の上に積層され、積層膜５２を構成している。積層膜５２における各薄膜は、上記した温度感応膜３２の複素屈折率変化に応じて光学多重干渉が変化し、反射率が変化するように調整されている。
この図においては追記記録膜５１が光吸収し、温度感応膜３２の温度上昇に寄与するので光吸収膜３３を設けていない構成を図示しているが、場合によっては温度感応膜３２の動作補助のために光吸収膜３３を設けても構わない。その場合、温度感応膜３２の動作補助の目的を達することができれば、温度感応膜３２と追記記録膜５１の間でも、追記記録膜５１と反射膜３４の間のどちらに設けても構わない。
この構成によれば、追記記録動作を行って追記記録した追記記録膜５１の記録ビットを再生専用媒体にて説明したのと同様に、温度感応膜３２の温度変化を用いて超解像再生することが可能となる。
同様に、図１２は、本発明の光情報記録媒体の構成を光磁気型の光情報記録媒体に適用した光情報記録媒体４５の断面図である。光入射側から見て温度感応膜３２、第一保護膜５３、光磁気記録膜５６、第二保護膜５４、反射膜３４の順に、基板３１の上に積層され、積層膜５５を構成している。
この図においては、光磁気記録膜５６が酸化しやすいため、酸化防止膜として第一保護膜５３、第二保護膜５４で保護する構成としている。光磁気記録膜５６は光吸収するため、温度感応膜３２の温度上昇に寄与するので光吸収膜３３を設けていない構成を図示しているが、場合によっては温度感応膜３２の動作補助のために光吸収膜３３を設けても構わない。その場合、温度感応膜３２の動作補助の目的を達することができれば、いずれの膜の間に設けても構わない。
この構成によれば、光磁気記録動作を行って光磁気記録した光磁気記録膜５６の記録ビットを再生専用媒体にて説明したのと同様に温度感応膜３２の温度変化を用いて超解像再生することが可能となる。
同様に、図１３は、本発明の光情報記録媒体の構成を相変化型の光情報記録媒体に適応した光情報記録媒体４６の断面図である。光入射側から見て温度感応膜３２、第一保護膜５３、相変化記録膜５７、第二保護膜５４、反射膜３４の順に、基板３１の上に積層され、積層膜５８を構成している。
この図においては、相変化記録膜５７が変質・酸化・形状変化・応力ひずみなど起こさないように保護膜として第一保護膜５３、第二保護膜５４で保護する構成としている。相変化記録膜５７は光吸収するため、温度感応膜３２の温度上昇に寄与するので光吸収膜３３を設けていない構成を図示しているが、場合によっては温度感応膜３２の動作補助のために光吸収膜３３を設けても構わない。その場合、温度感応膜３２の動作補助の目的を達することができれば、いずれの膜の間に設けても構わない。
この構成によれば、相変化記録動作を行って相変化記録した相変化記録膜５７の記録ビットを再生専用媒体にて説明したのと同様に温度感応膜３２の温度変化を用いて超解像再生することが可能となる。
また、実施例１〜４の各光情報記録媒体３０・４１〜４３ではそれぞれ、温度感応膜３２が各積層膜３７・３８・３９・４０の表面に位置し、空気と接する構成となっていたが、上述したように、積層膜３７〜４０の保護膜として、各積層膜３７・３８・３９・４０の表面に紫外線硬化樹脂膜を設けてもよい。
図１４に、一例として、実施例１の光情報記録媒体３０における積層膜３７の表面に紫外線硬化樹脂膜３６が形成されている構成の光情報記録媒体４７の断面図を示す。このように、積層膜３７の最表面に紫外線硬化樹脂膜３６を設けた構成では、光ヘッドなどとの衝突によって積層膜が破壊されることを防ぐことができる。この光情報記録媒体４７では、光ビームは紫外線硬化樹脂膜３６を通して積層膜３７に到達する。
また、実施例１の光情報記録媒体３０では、積層膜３７が基板３１の光入射側に設けられているが、この位置関係が逆転し、光入射が基板３１を通して積層膜３７に到達する構成とすることもできる。
図１５に、このような光ビームの入射が基板３１を通して積層膜３７に到達する構成の光情報記録媒体４８の断面図を示す。この場合、実施例１の光情報記録媒体３０とは成膜順序が逆になり、基板３１上に温度感応膜３２、光吸収膜３３、反射膜３４の順序で成膜していく。なお、図１５では、積層膜３７の表面（基板３１のある側とは反対の側）に、上記した積層膜３７の保護膜としての紫外線硬化樹脂膜３６も形成されている。
このような光情報記録媒体４８の構成では、基板３１を通して光読み出しを行うため、光情報記録媒体４７の読み取り面（基板表面）に傷がついた場合でも読み取りエラーになりにくい。
但し、これら図１４及び図１５の光情報記録媒体４７・４８においては、実施例１の光情報記録媒体３０とは膜構成が異なり、各膜の熱伝導に伴って熱構造が変化する。温度感応膜３２の動作は、光情報記録媒体の温度状態に敏感であるため、各膜の膜厚や材料の最適化が必要となる。
実施例１の光情報記録媒体３０のように、温度感応膜３２が積層膜３７の表面に位置し、空気と接している構成の場合、温度感応膜３２が基板３１やその他の無機材料膜（反射膜３４や透明膜３５）や紫外線硬化樹脂膜３６に接している場合と比べて、温度感応膜３２からの放熱が抑えられる。したがって低い再生パワーにて温度上昇が得られるため、再生パワー感度が良好となる。
また、温度感応膜３２の代わりに、光にて直接複素屈折率が変化する複素屈折率変化膜が、最も光入射側に配されている場合であっても、入射光を最大に利用できるので、複素屈折率変化に有効である。
〔実施例５〕
さらに、１枚の光情報記録媒体において記録面或いは記録層を多層に形成することにより、記録容量を向上した記録部多層構造の記録媒体に、上記した実施例１〜４の光情報記録媒体３０・４１〜４３における反射率が高くなる構造を組み合わせると、超解像効果による各記録層の記録密度向上効果が得られるだけでなく、オートフォーカスやトラッキングが安定するという大きな効果が得られる。これは、各記録層に焦点が合ったときにだけ反射率が高くなるからである。
記録部多層構造の記録媒体の場合、光入射側の各記録部（記録層を含む積層膜、或いは記録面とこれに接する積層膜）での反射率が高いと、その次にある記録部に光が到達しなくなり、記録再生が不可能となる。このため、なるべく光入射側の各記録部の反射率は低く抑え、各記録部の記録再生が可能となるように設計する必要がある。しかし反射率が低いとオートフォーカスやトラッキングが安定しないという問題があり、各積層膜の反射率の設定が非常に難しい。
上記実施例１〜４で述べた光情報記録媒体３０・４１〜４３において、入射光強度を強くしたときに反射率が変化する効果（図５の結果）は、ジャストフォーカスの位置から、焦点の位置を２μｍ（焦点深度の２倍程度の量）ずらすと生じない。つまり、この効果は、光のパワー密度が十分に強いときに生じる効果である。
通常、記録部多層構造の記録媒体の各記録部の間隔は２０μｍ〜５０μｍである。上記実施例１〜４で示した、温度感応膜３２の複素屈折率変化によって反射率が高くなる積層膜３７〜４０の構造を、記録部多層構造の記録媒体の各記録部に組み合わせたとき、隣り合う温度感応膜３２同士は、反射率変化に影響を与え合わないと考えられる。なぜなら、ひとつの記録部がジャストフォーカスされていても、隣の記録部との距離は焦点深度よりも十分に大きいからである。
このため、ある記録部が焦点から外れている時の反射率は低く抑えても支障は無い。要するに、ある記録部に焦点を合わせた時の反射率は十分に得られるため、オートフォーカスやトラッキングが安定する。また、このことを利用して逆に記録部多層構造の記録媒体の各記録部の間隔を２μｍ〜２０μｍと短くすることも可能である。
但し、記録部多層構造の記録媒体において、記録部の数を増やしていくと、球面収差によるスポットの劣化が生じるため、記録部を２層としたものが現実的である。
図１６に、本発明の実施例５として、２層の記録部を有する、記録部多層構造の光情報記録媒体６３の断面図を示す。すでにＢｌｕ−ＲａｙＤｉｓｃなどで提案されている、あらかじめ位相ピットで情報を記録された構成に本発明を適用すると以下の通りになる。
光情報記録媒体６３では、基板３１−２上に、光入射側から、紫外線硬化樹脂６２の面である記録面６２ａとこれに接する第１層目の積層膜６０とからなる第１の記録部と、基板３１−２の面である記録面３１−２ａとこれに接する第２層目の積層膜６１とからなる第２の記録部との２層が積層されている。
第１層目の積層膜６０は、光入射側から温度感応膜３２−１（ＺｎＯ膜）２２０ｎｍ、光吸収膜３３−１（Ｓｉ膜）３０ｎｍ、透明膜３５−１（ＳｉＮ）２０ｎｍがそれぞれ積層されてなる。そして、紫外線硬化樹脂６２の２０μｍを挟んで、第２層目の積層膜６１として、第１層目と同様の、温度感応膜３２−２（ＺｎＯ膜）約２２０ｎｍ、光吸収膜３３−２（Ｓｉ膜）約３０ｎｍ、反射膜３４−２（Ａｌ膜）約１００ｎｍが設けられている。
このような構成は一般的に、基板３１−２に予め位相ピットで凹凸形状にて情報を記録しておき、この基板３１−２における記録面３１−２ａ上に、上記した反射膜３４−２、光吸収膜３３−２、温度感応膜３２−２をそれぞれマグネトロンスパッタリング法にて上記膜厚にて形成し、その後、紫外線硬化樹脂６２を塗布する。次いで、紫外線透過性の転写型スタンパによって基板３１−２と同様な凹凸の形の位相ピットで情報が記録された状態で、紫外線硬化樹脂６２をスタンパ側から紫外線照射することにより紫外線硬化し、その後、スタンパを取り外す。これにて、紫外線硬化樹脂６２上に、記録面６２ａが形成される。この後、紫外線硬化樹脂６２の記録面６２ａ上に、上記した透明膜３５−１、光吸収膜３３−１、温度感応膜３２−１を、マグネトロンスパッタリング法にて上記膜厚で上記と同様に形成する。
再生は第１層目の積層膜６０の温度感応膜３２−１側から再生光を入射して行う。温度構造が異なるため膜厚は異なるが、第１層目の積層膜６０が実施例３の光情報記録媒体４２における積層膜３９と、また、第２層目の積層膜６１が、実施例１の光情報記録媒体３０における積層膜３７と、膜構成的には同様である。
ここで、光入射側に近い第１層目の積層膜６０にてすべての光を反射しないように、積層膜６０における透明膜３５−１としては、第２層目の積層膜６１における反射膜３４−２に比べて光透過性の高い光透過膜を用いている。ここで透明膜３５−１は、光吸収膜３３−１の保護と断熱と、第２層目の積層膜６１へと光を通過させる光透過の役割を同時に果たすことができる。結果として、透明膜３５−１は光吸収層の保護、第１層目の積層膜６０の再生パワー感度の向上、多層化に有利な構成となっている。
通常の記録部を２層有する光情報記録媒体では、第１層目の積層膜６０の反射率が低くなるため、オートフォーカスやトラッキングが安定せず、再生時の外乱に弱い。
これに対し、実施例５の光情報記録媒体６３では、第１層目及び第２層目の各積層膜６０・６１の反射率は、入射光強度を強くすると反射率が高くなる性質を示し、かつ、この反射率が高くなる性質は、再生光の焦点深度内に温度感応膜３２−１が存在する時のみ生じる。
つまり、第１層目の積層膜６０を用いて記録面６２ａを再生する時は、第１層目の積層膜６０を有する第１の記録部に合焦することにより、第１層目の積層膜６０の反射率が増加するため、オートフォーカスやトラッキングが安定する。
第２層目の積層膜６１を有する第２の記録部を再生する時は、第２の記録部に合焦することにより、第２層目の積層膜６１の反射率が増加する。一方、第１層目の積層膜６０の超解像層に対し焦点の位置が大きく外れているために反射率が高くなる効果は第１層目６０には生じず、第２の記録部の再生に悪影響を及ぼさない。
したがって、隣り合う第１の記録部と第２の記録部との間隔を通常の記録部多層構造の記録媒体よりも狭くすることができる。具体的には通常の記録部多層構造の記録媒体であれば２０μｍ〜５０μｍとされるのが一般的であるが、本願の発明では２μｍ〜２０μｍと短くすることも可能である。また、記録部間の紫外線硬化樹脂６２の厚さを調整することで、隣り合う第１の記録部と第２の記録部との間隔を狭くすることができる。
また、第１の記録部（光入射側に近い方）、第２の記録部（光入射側から見て、第１層の次の記録部）ともに、複素屈折率変化が起こる膜と組み合わせて反射率が高くなる構造にしてもよいが、第２の記録部の次には記録部が存在しないので、温度感応膜３２と組み合わせずにもともとの反射率を高くしておいても構わない。すなわち、光入射側の第１の記録部だけ、もともとの反射率を低く設定しておいて、第１の記録部にスポットがフォーカスされたときにだけ反射率が高くなるように、上記実施例１〜４にある温度感応膜３２と同様な材料の膜を用いて反射率が高くなる構造にしてもよい。あるいは、複数の記録部の内、光入射側から最も遠い記録部だけ、温度感応膜３２を持たせず、もともとの反射率を高く設定しておいてもよい。第１の記録部のみに複素屈折率変化膜を適用することにより、反射率設計の困難さが低減され、記録部を２層有する記録部多層構造の記録媒体の実現性が高くなる。
記録部の層数によらず、読み出し時には上記のように反射率が高くなって相対的に吸収率が低くなるが、記録時の非常に強いレーザーパワーが照射された時には反射率が低くなるように各層の膜厚を決めれば、記録感度を低くせずに読み出し光によるデータ破壊を防ぐことができる。
また、無機超解像膜としての温度感応膜としては、上記で述べたＺｎＯ膜以外に、複数の元素の組み合わせである酸化物、窒化物、硫化物、弗化物、炭化物、のうちのいずれかからなる薄膜、あるいはそれらからなる混合物または化合物からなる薄膜を用いた温度感応膜が使用可能である。
最後に、上記したＺｎＯ膜と同様に温度感応膜を成すＺｎＳ−ＳｉＯ2膜、ＣｅＯ2膜、及びＳｎＯ2膜各単膜での透過率の温度変化を、図１７（ＺｎＳ−ＳｉＯ2）、図１８（ＣｅＯ2）、図１９（ＳｎＯ2）にそれぞれ示す。
それぞれ、図３の場合と同様に、温度変化によって透過率スペクトルが測定波長に対してシフトし、ある測定波長に着目すると透過率が変化していることが確認できる。従ってこれらの材料をＺｎＯと同様に温度感応膜として用いれば、すでに述べた実施例１〜実施例５の光情報記録媒体３０・４１〜４３に適応可能である。その際には、所望の測定波長における最適変化が得られるように膜厚や光学定数を調整することが必要であり、また、すでに述べたように積層膜の熱構造も最適化することが必要となる。
これらの温度感応膜（ＺｎＯ、ＺｎＳ−ＳｉＯ2、ＣｅＯ2、ＳｎＯ2など）では、屈折率ｎの変化の割合に比べて消衰係数ｋの変化の割合が十分小さいので、屈折率の変化が反射率変化に大きく影響している。しかも消衰係数ｋの絶対値も０付近であるため、透過率を高く維持することができる。これにより、光利用効率を高くすることが可能である。
また、上述した光情報記録媒体においては、積層膜側より光照射する構成であれば、同じ構造のもう一枚の光情報記録媒体と、基板同士を接着剤を介して貼り合わせてもよい。これによれば、光情報記録媒体としての強度を保ち、光情報記録媒体の両面に情報を記録することができる。
〔実施例６〜１０〕
以上の実施例１〜実施例５では、ほぼ反射防止構造におけるそれぞれの実施例について説明してきた。これに対し、本実施例６〜１０では、実施例１〜実施例５の各媒体構造において、光干渉構造が反射防止構造でない状態においても超解像再生効果を得られる例について以下に説明する。
本発明の実施例６〜１０の媒体構造は温度感応膜３２の膜厚以外、実施例１および図２と共通である。薄膜形成方法も実施例１と共通であり、反射膜３４としてＡｌ膜３０ｎｍ、光吸収膜３３としてＳｉ膜５０ｎｍ、温度感応膜３２としてＺｎＯ膜を形成した。以上を共通条件として、光干渉構造を異ならせるために温度感応膜３２（ＺｎＯ膜）の膜厚をそれぞれ変化させて実施例６〜１０の媒体を得た。
表２に各実施例における温度感応膜３２の膜厚を示す。各実施例では、温度感応膜３２の膜厚以外の構成が共通であるにも関わらず、該膜厚が各々異なるため光干渉構造が異なる。従って、光情報記録媒体３０の反射率やその波長依存性がそれぞれ異なったものとなる。
図２２に、実施例６における光情報記録媒体３０の反射率の波長依存性を示し、図２３に実施例９の、図２４に実施例１０の反射率の波長依存性を示す。それぞれにおいて反射率の波長依存性が異なることが分かる。これらの比較のために、図２５に実施例６〜１０の反射率の波長依存性をすべて同グラフ上に示す。これによると、実施例６〜１０が、各試料の反射率が極小となる波長で分類比較することが可能であることが見て取れる。
そこで、再生波長である４０５ｎｍ付近にて、各反射率が極小となる波長（以下簡単のため「極小となる波長」と表記する）を表２にあわせて示した。また、その時の再生パワー４．０ ｍＷにおけるマーク長０．１４μｍの連続ピットのＣ／Ｎ値を併せて示す。
Figure 2005018964
実施例１で示したように本光学系では光学的カットオフはマーク長０．１５７μｍであるので、実施例６〜１０までのすべての光情報記録媒体において０．１４μｍ長のピットについてＣ／Ｎ値が得られていることは、超解像再生が実現できている、すなわち本発明の目的が達せられていると言える。これに比べ、実施例１の図６に示したように、比較例の光情報記録媒体の結果１６１では、光学的カットオフ（マーク長０．１５７μｍ）に近いマーク長０．１６μｍのＣ／Ｎはほぼ０に落ちている。
なお、表２では実施例６〜９に関してＣ／Ｎの数値を見ると、いずれも充分な超解像動作を示しているが、数値を比較すると実施例６が最も低く、実施例９が最も高い数値を示している。以下にその理由について説明する。あとで説明するように、光学多重干渉状態が実施例６〜９において異なっているため、同じ再生光が照射されても温度感応膜３２の到達温度が各実施例によって異なっている。すなわち媒体の再生パワーに対する感度がそれぞれ異なり、最適再生パワーが実施例ごとに異なる。表２では比較のために、再生パワーを４．０ｍＷに固定して各実施例について評価を行ったため、実施例９が最も高いＣ／Ｎ値を示しているが、異なる再生パワー条件では実施例６において最も高いＣ／Ｎ値を示す場合もある。実施例６〜９の各実施例でそれぞれ最もＣ／Ｎ値が高くなる最適パワーで再生したＣ／Ｎ値を比較すると、いずれも３５〜４０ｄＢ付近の値を示すことを確認している。ただし、実施例１０においては、繰り返し反射が最も少ない干渉構造であり、実施例６〜実施例９に比較すると、Ｃ／Ｎ値が低くなる。
以下、各実施例について詳細に説明する。
上記の実施例６〜１０の様に、各反射率が極小となる波長が再生波長（例えば４０５ｎｍ）に対して±８０ｎｍの範囲にあれば、本願の効果が得られる。さらに、Ｃ／Ｎ値が３０ｄＢ以上得られれば実用化が可能であると一般的に言われていることを考慮すると、実施例６〜９の様に各反射率が極小となる波長が、再生波長（例えば４０５ｎｍ）に対して±５０ｎｍの範囲にあれば、より望ましい。
実際には反射率が極小となる波長は再生波長に比べ、実施例９で＋４０ｎｍ程度、実施例１０にて＋７０ｎｍ程度であるが、実施例６〜１０は代表点として実験結果の一部を示したものである。すでに示した実際の反射率スペクトルを見ても分かるように、再生波長における初期の干渉状態は、極小となる波長が多少前後しても極端に変わることはなく、閾値を持つ訳でもない。評価結果によるとスペクトル形状の変化が連続的で緩やかなことを反映して、光情報記録媒体の信号品質を表すＣ／Ｎ値も連続的に緩やかに変化していく。例えば、極小となる波長が１０ｎｍ程度変化した程度ではＣ／Ｎ値も数ｄＢの変化にしかならないことを確認している。従って、各実施例６〜１０に対しては、極小となる波長が１０ｎｍ程度前後した場合でも、信号品質はほぼ同等であると言える。
また、反射率スペクトルには多重干渉の効果が現れていることが瞭然であり、山谷が周期的に繰り返していることが分かる。谷を中心と考えた場合、波長が前後すると言うことは光学的な位相が前後するということであり、位相差の絶対値で考慮すると短波長側も長波長側も同等であり、その時の反射率もまたほぼ同等である。すなわち谷を中心として両側を同等に取り扱うことができる。以上のことから、反射率が極小となる波長が再生波長（例えば４０５ｎｍ）に対して±８０ｎｍの範囲にあれば本願の効果が得られ、±５０ｎｍの範囲にあればより望ましい、と考えられる。
実施例１０では、本再生条件においては実施例６〜９に比べると充分なＣ／Ｎ値は得られていない。実施例６〜９において超解像再生が可能であるのに、ＺｎＯ膜の厚みが異なる以外同構成の実施例１０でＣ／Ｎ値が充分に得られない理由は以下の様に考えられる。図２４に示す実施例１０の反射率スペクトルによれば、ほぼ再生波長４０５ｎｍにおいて干渉の山が表れている。この場合、すでにこれまでの実施例で示したようなスペクトルのシフトに伴って生じる反射率の変化があまり大きくは得られない。
さらに、実施例６〜９の場合に比べ、再生波長４０５ｎｍにおける反射率の初期値が比較的大きいため、反射率変化の絶対値が得られても、反射率の変化率としては相対的に小さいものとなり、超解像再生には不利になると考えられる。また、実施例６〜９の場合に比べて、スペクトルが干渉の山の位置にあることは、多重干渉の程度を小さくするとともに、光照射および吸収によって温度を上昇させることにも不利な影響をもたらす。したがって、実施例１０では、スペクトルのシフト量も小さくなり、反射率変化も比較的小さくなる。
これに対し、実施例７では、再生波長４０５ｎｍに近い値で反射率スペクトルの極小値が表れている、言い換えれば干渉構造が反射防止構造である。このため、実施例１にて説明したように反射率の変化率も大きくなる上、反射防止構造であるため光の吸収も効率的で温度が上がりやすい。このことは、本願の超解像再生に有利に働く。
一方、実施例６、８、９においては、再生波長４０５ｎｍでは反射防止構造ではない、つまりスペクトルが極小値を示さないし、干渉の山の位置にも対応しない。このため、再生波長４０５ｎｍでは、傾斜が比較的急なスペクトル形状となっている。このスペクトルの急峻さが、媒体および温度感応膜３２が温度上昇して反射率スペクトルがシフトした際に、大きな反射率変化につながる。また、スペクトルが干渉の山の位置に対応する状態に比べると、多重干渉の程度は大きくなる上、光の吸収も効率的で温度が上がりやすくなる。このことは、本願の超解像再生に有利に働く。
なお、実施例７〜９については、実施例１で述べたような媒体の温度上昇によって、反射率スペクトルが長波長側へシフトすることにより、再生波長４０５ｎｍにおいては、反射率が増加する方向の変化を生じる。従って、図２１の光スポット１１１内の光強度の強い中心領域１１１ａの反射率が増加することになり、１１１ａ内の記録マーク１１２ａのみが再生される。
しかしながら、図２２に示すように、実施例６については同様なスペクトルのシフトによって、再生波長４０５ｎｍにおいては反射率は減少する方向の変化となる。この場合は光強度の強い中心領域１１１ａの反射率が減少してマスクとして働く。このため、中心領域１１１ａ以外の領域１１１ｂにおいて記録マーク１１２を検出することができる。すなわち、スペクトルシフトによって反射率が増加する、あるいは減少する、その方向によってマスク領域が異なってくるものの、いずれの場合であっても超解像再生を実現することができる。
これまで実施例６〜９の有利な点を述べてきたが、実施例１０においても大きなＣ／Ｎ値ではないものの、光学的カットオフ以下のサイズのピットを読み出せる超解像再生効果は得られている。表２の数値は、比較のために再生パワーを４．０ｍＷに固定して測定されたものであり、実施例６〜１０の最適再生パワーはそれぞれ異なるものである。実施例１０においても、例えばさらに再生パワーを５．０ｍＷ程度に増強して温度上昇を促進し、スペクトルのシフト量を大きくしてやれば、反射率の変化量は表２の条件（再生パワー４．０ｍＷ）に比べて大きくなり、さらに大きなＣ／Ｎ値（３０．４ｄＢ）を示すことを確認している。すなわち、実施例１０においては実施例６〜９には劣るものの、比較例に比べるとより高い記録密度が実現できる。従って、実施例１０も本発明の技術思想を実現できるものであり、実施例６〜１０の様に各反射率が極小となる波長が再生波長（例えば４０５ｎｍ）に対して±８０ｎｍの範囲内にあれば、本発明の効果を得ることができる。
これらの効果により、表２の如く実施例６〜１０においては超解像再生が可能となっている。すなわち、実施例１において反射防止構造を例に示したが、本発明の技術思想として、反射防止構造に限定するものではない。実施例６〜１０に示したように複素屈折率変化膜の複素屈折率の変化がない状態における、積層膜の光学多重干渉を用いた反射率は、波長分布をとった時に、再生波長±８０ｎｍの範囲内にて極小値をとる状態であれば、本発明の効果を得ることができる。再生波長±５０ｎｍの範囲内にて極小値をとる状態であれば、より望ましい。
これまでは、反射率スペクトルの極小値が再生波長からみてどの範囲にあるかという観点で実施例６〜１０を例に説明してきた。具体的には再生波長±８０ｎｍの範囲内に極小があれば本発明の効果を得た。これに対応して以下に膜厚の観点から論じる。
実施例６〜１０の温度感応膜３２の膜厚は１２０ｎｍ〜１６５ｎｍである。しかしながら、膜厚が上記範囲に限定されるものではない。本発明の機能する理由は、温度感応膜３２の複素屈折率変化と多重干渉によって生じる薄膜部の反射率の変化にあるため、温度感応膜３２の膜厚だけでなく複素屈折率も含めた光路長が重要となる。従って実施例６〜１０の温度感応膜３２の複素屈折率条件、すなわち室温でｎ（屈折率）＝２．１６、ｋ（消衰係数）＝０．００では１２０ｎｍ〜１６５ｎｍの範囲内で本発明の効果を得る。では、上記と同じ複素屈折率条件の場合、１２０ｎｍ以下や１６５ｎｍ以上の膜厚では本発明は機能しないかというとそうではない。
たとえば実施例１では、膜厚２２０ｎｍにて本発明の効果が得られたことをすでに示しているし、詳細は示さないが膜厚５０ｎｍでも同様の超解像再生が実現できることをすでに確認している。膜厚５０ｎｍ、１３５ｎｍ、２２０ｎｍに付随する条件は、いずれもすべて反射率スペクトルの極小値がほぼ再生波長４０５ｎｍ付近にあることである。すなわち、上記複素屈折率条件のとき、膜厚が１２０ｎｍ〜１６５ｎｍに限定されるものではなく、膜厚が１２０ｎｍ以下や１６５ｎｍ以上であっても、反射率スペクトルが極小値をとる波長が再生波長４０５ｎｍ±８０ｎｍの範囲に入っていれば、本発明の効果を得ることができる。すなわち、膜厚は、反射率スペクトルが極小値を示す波長の観点で選択されるものであり、上記範囲に限定されるものではない。
以上のように、温度感応膜３２の膜厚を除いて実施例１と共通の構成でありながら、光干渉構造の異なる構成（実施例６〜１０）においても、超解像再生効果が得られることを説明してきたが、実施例２〜５においても同様な検討を行い、超解像再生効果が得られることを確認している。
すなわち、実施例２〜５は光干渉がほぼ反射防止構造をとる例として記載したが、実際には反射防止構造に限定されるものではなく、実施例６、８、９、１０と同様な反射防止構造でない場合においても超解像再生効果が得られる。具体的に記すと、実施例２〜５においても、複素屈折率変化膜の複素屈折率の変化がない状態における、積層膜の光学多重干渉を用いた反射率は、波長分布をとった時に、再生波長±８０ｎｍの範囲内にて極小値をとる状態であれば、本発明の効果を得ることができる。再生波長±５０ｎｍの範囲内にて極小値をとる状態であれば、より望ましい。
実施例６〜１０については、温度感応膜３２の膜厚をそれぞれ変えた構成について説明してきた。これはすでに実施例１において説明したように、光学多重干渉が事実上温度感応膜３２の両端面（光入射面及びその対向面）の繰り返し反射にて決定される。言い換えると、温度感応膜３２以外のすべての膜内での繰り返し反射が事実上無視できる。このため、温度感応膜３２の膜厚を調整するだけで薄膜部の光学多重干渉状態を制御することが可能となる。また、繰り返し反射は事実上、温度感応膜３２中においてのみ起こるため、光学多重干渉状態を変えればその影響が温度感応膜３２に最も反映されるので、そのまま光吸収や温度上昇に影響する。これを利用すれば、光強度に対する媒体感度に代表される媒体の特性も温度感応膜３２の膜厚で制御する事ができる。
また、実施例１で説明したように、温度感応膜の複素屈折率の屈折率ｎと消衰係数ｋの変化を利用して反射率変化を増強することを、実施例６〜１０に利用することができる。例えばスペクトルが極小になる波長が３８０ｎｍとなり、再生光波長よりも小さくなる実施例６を例に取る。温度感応膜３２に用いるＺｎＯでは、すでに示したように複素屈折率（＝ｎ−ｋｉ；ｉは虚数単位）は、室温でのｎ（屈折率）＝２．１６、ｋ（消衰係数）＝０．００から、２００℃ではｎ＝２．３２、ｋ＝０．０７に変化した。つまり温度上昇に伴いｎ、ｋともに数値が上昇している。ｎの上昇により温度感応膜３２の光路長は大きくなるので、実施例６の反射率スペクトルは長波長側にシフトする。再生波長に対して実施例６の極小値が短波長側にあるため、このシフトによって媒体の反射率は低下する。一方ｋが上昇すると、温度感応膜３２の透過率が小さくなるので、実施例６の反射率も低下する。すなわち、実施例６では、ＺｎＯのｎ、ｋの温度変化が、ともに反射率を低下させる方向に働く。つまり、ｎ、ｋそれぞれの変化に起因する反射率の変化が増強する関係にあるため、温度感応膜３２の複素屈折率変化が有効に反射率変化に反映され、良好な超解像動作を行うことができ、望ましい。
上述した光情報記録媒体として、積層膜に記録層を有するタイプであれば、情報記録可能なライトワンス型光ディスク、相変化光ディスク、光磁気ディスク、具体的にはMD、MO、DVD-RAM、DVD-RW、DVD-R、CD-Rなどに本発明を適用できる。また、予め情報が記録されている記録面を有するタイプとして、再生専用ディスク、具体的にはCD、CD-ROM、DVD、DVD-ROMなどにも本発明を適用することができる。
本発明にかかる、複素屈折率変化膜を用いた媒体超解像効果を奏する光情報記録媒体の構造を概念的に示す断面図である。 本発明にかかる実施例１の媒体超解像効果を奏する光情報記録媒体の構造を示す断面図である。 複素屈折率変化膜であるＺｎＯ膜単膜の透過率の測定波長に対する分光スペクトルを示す図である。 実施例１の光情報記録媒体の反射率の測定波長に対する分光スペクトルを示す図である。 実施例１の媒体の入射光強度に対する反射光強度変化（規格値）を示す図である。 実施例１のピット長に対する搬送波雑音比（Ｃ／Ｎ）変化を示す図である。 本発明の実施例２の媒体超解像効果を奏する光情報記録媒体の構造を示す断面図である。 本発明の実施例３の媒体超解像効果を奏する光情報記録媒体の構造を示す断面図である。 本発明の実施例４の媒体超解像効果を奏する光情報記録媒体の構造を示す断面図である。 実施例１〜４の光情報記録媒体の入射光強度に対する反射光強度変化（実測値）を示す図である。 本発明の実施の形態である媒体超解像効果を奏する光情報記録媒体の構造を示す断面図である。 本発明の一実施の形態である媒体超解像効果を奏する光情報記録媒体の構造を示す断面図である。 本発明の一実施の形態である媒体超解像効果を奏する光情報記録媒体の構造を示す断面図である。 本発明の一実施の形態である媒体超解像効果を奏する光情報記録媒体の構造を示す断面図である。 本発明の一実施の形態である媒体超解像効果を奏する光情報記録媒体の構造を示す断面図である。 本発明の実施例５の媒体超解像効果を奏する光情報記録媒体の構造を示す断面図である。 複素屈折率変化膜であるＺｎＳ−ＳｉＯ2膜単膜の透過率の測定波長に対する分光スペクトルを示す図である。 複素屈折率変化膜であるＣｅＯ2膜単膜の透過率の測定波長に対する分光スペクトルを示す図である。 複素屈折率変化膜であるＳｎＯ2膜単膜の透過率の測定波長に対する分光スペクトルを示す図である。 本発明の光情報記録媒体を用いて情報の記録再生可能な記録再生装置の光学系の模式図である。 超解像媒体技術による実効再生スポット縮小効果の模式図である。 実施例６の光情報記録媒体の反射率の測定波長に対する分光スペクトルを示す図である。 実施例９の光情報記録媒体の反射率の測定波長に対する分光スペクトルを示す図である。 実施例１０の光情報記録媒体の反射率の測定波長に対する分光スペクトルを示す図である。 実施例６乃至実施例１０の光情報記録媒体の反射率の測定波長に対する分光スペクトルを示す図である。
符号の説明
１，３０，４１〜４８，６３ 光情報記録媒体
２ 複素屈折率変化膜（光学多重干渉膜）
３，３７〜４０，５２，５５，５８、６０，６１ 積層膜（薄膜部）
４，３１，３１−２ 基板
５ 薄膜
６ 薄膜
２１ 半導体レーザ
２２ コリメートレンズ
２３ ビーム整形プリズム
２４ ビームスプリッタ
７，２５ 対物レンズ
２６ 光情報記録媒体
２７ 検出光学系
２８ スピンドルモータ
３２，３２−１，３２−２ 温度感応膜（光学多重干渉膜）
３３ ３３−１，３３−２光吸収膜
３４，３４−２ 反射膜
３５，３５−１ 透明膜
３６ 紫外線硬化樹脂膜
６２ 紫外線硬化樹脂

Claims (30)

  1. 基板上に一層以上の薄膜からなる薄膜部を有し、上記薄膜部での光学多重干渉の変化に基づいて上記薄膜部の反射率が変化する光情報記録媒体において、
    上記薄膜部は、光学多重干渉を生じさせる単層の光学多重干渉膜を含み、上記薄膜部の光学多重干渉の変化は、入射光強度に応じて上記光学多重干渉膜の複素屈折率が変化することによって引き起こされると共に、
    上記薄膜部の室温における反射率の波長分布が、再生用の入射光の波長±８０ｎｍの範囲内にて極小値をとるように、上記光学多重干渉膜の組成および膜厚が設定されていることを特徴とする光情報記録媒体。
  2. 上記薄膜部の室温における反射率の波長分布が、再生用の入射光の波長±５０ｎｍの範囲内にて極小値をとることを特徴とする請求項１に記載の光情報記録媒体。
  3. 上記薄膜部の室温における反射率が、該反射率の波長分布の隣り合う極小値および極大値の間の値に設定されるように、上記光学多重干渉膜の膜厚が設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光情報記録媒体。
  4. 上記薄膜部の薄膜は無機物により構成されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の光情報記録媒体。
  5. 上記薄膜部の薄膜に情報を記録するための記録層が含まれており、
    該記録層を除く薄膜が無機物により構成されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の光情報記録媒体。
  6. 上記薄膜部における反射率は、上記入射光強度が所定の値以上となると変化するように設定されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の光情報記録媒体。
  7. 上記光学多重干渉膜は、温度の変化にて複素屈折率が変化する温度感応膜であることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の光情報記録媒体。
  8. 上記温度感応膜の温度変化に伴って、上記温度感応膜の複素屈折率の屈折率ｎと消衰係数ｋの両方が変化し、かつ、上記ｎの変化に起因する上記薄膜部反射率の変化と、ｋの変化に起因する上記薄膜部反射率の変化とが増強関係にあることを特徴とする請求項７に記載の光情報記録媒体。
  9. 上記光学多重干渉膜における室温での複素屈折率の消衰係数ｋが０．２以下であることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の光情報記録媒体。
  10. 上記温度感応膜が、Ｚｎを含有する酸化物薄膜からなることを特徴とする請求項７に記載の光情報記録媒体。
  11. 上記温度感応膜が、Ｚｎを含有する硫化物薄膜からなることを特徴とする請求項７に記載の光情報記録媒体。
  12. 上記温度感応膜が、Ｃｅを含有する酸化物薄膜からなることを特徴とする請求項７に記載の光情報記録媒体。
  13. 上記温度感応膜が、Ｓｎを含有する酸化物薄膜からなることを特徴とする請求項７に記載の光情報記録媒体。
  14. 上記薄膜部の薄膜には、上記光学多重干渉膜を透過した入射光を反射する反射膜が含まれていることを特徴とする請求項１から１３の何れか１項に記載の光情報記録媒体。
  15. 上記薄膜部の薄膜には、入射光を吸収して熱を発生する光吸収膜が含まれていることを特徴とする請求項７から１４の何れか１項に記載の光情報記録媒体。
  16. 上記光学多重干渉膜が、温度の変化にて複素屈折率が変化する温度感応膜である場合に、上記光吸収膜は上記温度感応膜と接すると共に、光入射側から温度感応膜、光吸収膜の順となるように配されていることを特徴とする請求項１５に記載の光情報記録媒体。
  17. 上記薄膜部の薄膜には、上記光吸収膜の上記温度感応膜側とは反対の側に配されると共に上記温度感応膜を透過した入射光を反射する反射膜が含まれていることを特徴とする請求項１６に記載の光情報記録媒体。
  18. 上記薄膜部の薄膜には、上記光吸収膜と上記反射膜との間に配されると共に上記光吸収膜から上記反射膜への熱拡散を抑制するための断熱膜が含まれていることを特徴とする請求項１７に記載の光情報記録媒体。
  19. 上記薄膜部の薄膜には、上記光吸収膜の上記温度感応膜側とは反対の側に配されると共に上記光吸収膜から上記温度感応膜側とは反対側への熱拡散を抑制するための断熱膜が含まれていることを特徴とする請求項１６に記載の光情報記録媒体。
  20. 上記薄膜部の薄膜には、上記光吸収膜の上記温度感応膜側とは反対の側に配されると共に上記光吸収膜の劣化を抑制するための保護膜が含まれていることを特徴とする請求項１６に記載の光情報記録媒体。
  21. 上記断熱膜が透明、もしくは光透過性に優れていることを特徴とする請求項１８または１９に記載の光情報記録媒体。
  22. 上記保護膜が透明、もしくは光透過性に優れていることを特徴とする請求項２０に記載の光情報記録媒体。
  23. 上記薄膜部が、上記基板よりも光入射側に配されていることを特徴とする請求項１から２２の何れか１項に記載の光情報記録媒体。
  24. 上記光学多重干渉膜が上記薄膜部における最も光入射側に配されることを特徴とする請求項２３に記載の光情報記録媒体。
  25. 上記薄膜部における光入射側に、薄膜部を保護する樹脂膜が配されていることを特徴とする請求項１から２４の何れか１項に記載の光情報記録媒体。
  26. 上記基板が、上記薄膜部よりも光入射側に配されていることを特徴とする請求項１から２２の何れか１項に記載の光情報記録媒体。
  27. 上記薄膜部が２組以上設けられていることを特徴とする請求項１から２６の何れか１項に記載の光情報記録媒体。
  28. 隣り合う薄膜部同士の間隔が、２μｍ〜２０μｍに設定されていることを特徴とする請求項２７に記載の光情報記録媒体。
  29. 請求項１から２８の何れか１項に記載の光情報記録媒体に対して光ビームを照射し、上記薄膜部における光学多重干渉を変化させてその反射率を変化させ、光ビームスポット径よりも短いマーク長の情報を再生する光情報記録媒体の再生方法。
  30. 請求項１から２８の何れか１項に記載の光情報記録媒体と、請求項２９に記載の再生方法とを用いた情報の再生を少なくとも行うことを特徴とする光情報処理装置。
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