JP4000365B2 - 平板型レンズを用いた結像方法及び該結像方法を利用した高密度光記録方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光を利用した情報の記録または再生において、光源から記録層または記録層から光検出器に至る光路の中で用いることができる平板型レンズによる結像方法、及び該結像方法を用い、平板型レンズ上の任意の位置に於いて均質な結像性能を有する高密度光記録方法を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光記録媒体は高度情報社会における記録媒体の中心的役割の担い手として注目され、積極的に研究が進められており、特に最近では、光記録方式を用いて、高密度の情報を高速で記録再生できる光記録媒体が広く利用されるようになってきた。近年では記録密度が向上し、ＤＶＤ−ＲＡＭやＤＶＤ−Ｒ、ＲＷなどが実用化されている。
【０００３】
このような光記録においては、使用する光の波長によって定まる回折限界により、記録再生できる情報密度に限界がある。
【０００４】
近年この限界を超える技術として近接場光を用いた光記録が注目されている。しかし、近接場光は近接場光発生源の数十ｎｍの極近傍のみしか存在せず、発生源から離れると急激に減少する。これが近接場光を用いた光記録における大きな制約となっている。
【０００５】
近接場光発生源を光記録材料の中に組み込み、記録マークの直径６０ｎｍという高密度情報記録を可能にしたスーパーレンズが提唱されいる［特開平１１−２５０４９３、「Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．」，第７３巻，第２０７８ページ（１９９８年）］。しかし、近接場光発生源と情報記録層の距離は保護層で離れているとはいえ、１０数ｎｍと近いため、近接場光発生源で生じた熱が記録層に悪影響を及ぼすなどの問題がある。
【０００６】
この問題に対し、近接場光発生源の写像を得る方法として、屈折率が−１の材料を用いるパーフェクトレンズが提唱されいる［「Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．」，第８５巻，第３９６６ページ（２０００年）］。しかし、屈折率が−１あるいは負の材料を光記録に用いる波長領域で実現することは難しい。
【０００７】
また、近接場光発生源をホログラム記録し、その再生像を用いる研究も行われている［「Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔ．」，第２６巻，第１８００ページ（２００１年）］。
しかしながら、実際の光記録に組み込まれるまでの道のりは遠い。
【０００８】
このように、光を用いて情報を記録、再生する際に、例えば直径１００ｎｍ以下の光像を結像出来るレンズはこれまで実現されていないのが実状である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情のもとで、光を利用した情報の記録または再生において、光源から記録層または記録層から光検出器に至る光路の中で用いる直径１００ｎｍ以下の分解能を有する平板型レンズを用いた結像方法を提供する。さらに、平板型レンズ上の任意の位置に於いて均質な結像性能を有する高密度光記録方法を可能とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、高密度の情報を記録再生できる光記録方法の研究の一環として、ホログラムの像再生特性を利用したレンズについて鋭意研究を重ねた結果、周期構造を有する薄膜において、周期に対応した波長より若干短い波長の光を入射すると優れた結像特性を有することを見出した。構造周期や波長の関係、光源と平面型レンズとの距離、その結像特性などを仔細に調べることにより、前記目的を達成しうることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、光を利用した情報の記録または再生において、光源から記録層または記録層から光検出器に至る光路の中で用いることができる平板型レンズに関するものである。平板型レンズは、使用波長に比して若干長い波長に対応する周期構造を有する薄膜層により構成される。この平板型レンズ近傍に置かれた光源や光像の写像を、周期構造を介して結像させるものである。周期構造を有する薄膜を薄膜全面に渡って均質に形成することにより、平板型レンズのどの部分を用いても、例えば像の直径１００ｎｍ以下の、高い分解能の結像特性を発現できる。本発明による平板型レンズの使用により、高密度光記録方法及びそれを用いた光記録媒体を提供する物である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態における平板型レンズを用いた結像方法及び高密度光記録方法について、図を参照しながら説明する。本発明においては、周期構造の作成が要点となる。通常、基板の上に屈折率の異なる材料を積層させるか、基板上に塗布した感光材料を用いてホログラム記録により作成する。基板については特に制限はなく、表面が滑らかなものであれば、透明、不透明のいずれも用いることができる。例えばポリプロピレン、アクリル樹脂、ポリカーボネート、スチレン系樹脂、塩化ビニル系樹脂などのプラスチック基板、ガラス基板やガラス基板上に光硬化性樹脂層を設けたもの、さらにはアルミニウム基板やＧａＡｓ基板などが挙げられる。
【００１３】
平板型レンズとしては、周期構造のみで機能するが、周期構造部のみで支持が難しい場合、支持基板上に周期構造を設けることになる。また、高密度光記録方法及びそれを用いた光記録媒体を構成する場合や、平板型レンズの特性評価に際しては、支持基板上や周期構造の上に、相変化型記録材料等の記録層や予め情報を記録したマークがある層、あるいはスーパーレンズに於けるマスク層などを設けておくことにより、光源や光像を平板型レンズ近傍に配置でき、結像の確認も容易となる。
【００１４】
これらの基板上に設けられる記録層を構成する記録材料としては特に制限はなく、従来公知のもの、例えば一般に広く利用されているＧｅＳｂＴｅ合金、結晶化エネルギーがより低いＡｇ−Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ合金、結晶化速度をコントロールすることができ、結晶成長を阻害できるＡｇ−Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ−Ｖ合金などが用いられる。
【００１５】
予め情報を記録したマークがある層とは、前記記録材料に予め情報を記録した物、ＲＯＭディスクに見られるような基板上に微細な凹凸により情報を記録した物など、光照射により記録したマーク情報に応じて光波面が変化するものなら特に制限はない。スーパーレンズに於けるマスク層のように、収束光を照射した時に光照射部のみ透過率が上がるアンチモン蒸着膜、あるいは光照射部のみ銀微量子が生成し光散乱体を形成する酸化銀膜などもこの目的に使用できる。
【００１６】
積層により周期構造を形成する場合、屈折率が異なる材料としては、使用波長に対して出来るだけ透過率が高い材料が望まれる。また積層化が容易な材料であることも重要である。そのような屈折率が異なる材料の一例として、屈折率２．３５のＺｎＳと屈折率１．３８のフッ化マグネシウムがある。これらを用いた場合、公知の方法として真空スパッタリング蒸着により、基板上に多層薄膜形成することができる。この際、光が感じる実効的膜厚は、膜厚に屈折率を掛けた値となるので、各層の実効的膜厚を一周期分（２π分）足し合わせた膜厚を周期構造に対応した波長と一致させることにより、希望の波長に対応した周期構造が形成できる。
【００１７】
基板上に塗布した感光材料を用いてホログラム記録により作成する場合、感光材料としては、ボリューウム型ホログラムが記録できる材料なら使用可能であるが、使用波長に対して出来るだけ透過率が高い材料で、安定に記録された周期構造が保持される材料が望ましい。平行平面波の可干渉性のレーザー光を感光材料に垂直に両面から入射させ干渉させ、あるいは一方から入射させて裏面に置かれた反射鏡による反射光と干渉させることにより、厚さ方向に周期構造を有するホログラムが記録される。
【００１８】
本発明においては、ホログラム記録に用いたレーザー光の波長と平板型レンズ特性を示す波長は異なるので、そのような２波長のレーザーの組み合わせ使用が困難な場合が多い。ボリューウム型ホログラムの再生波長の調整に用いられる既知の方法として、例えば、記録後のホログラムに高級アルコールなどの膨潤材を浸透させ、希望の周期構造が得られるように膨潤させる手法が適用できる。
【００１９】
上記ホログラム記録の記述からも容易に類推できるように、本発明における平面型レンズの周期構造部は、周期に対応した波長光が平行平面波として垂直に入射した場合、高い反射率で反対方向に進む平行平面波を再生する。したがって、周期に対応した波長を垂直透過させ難くする。すなわち、周期に対応した波長を中心波長とし、鋭い波長選択性を有する干渉フィルターとなる。
【００２０】
平行平面波に代わり、すなわち無限遠からの光に代わり、遠方から光源を近づけた場合、収差は増えるものの、周期構造の反対側、同距離の所からの出てきたような反射再生光あるいはそこへ収束する回折光が僅かながら観測されると考えられる。
【００２１】
一方、ボリューム型ホログラム記録材料の両面の極近傍に対向して置かれた点光源により記録されるホログラム干渉縞を考えると、厚さ方向に出来る干渉縞の間隔は、点光源に近いほど狭く、離れるに従って広くなる。記録時と同じ位置に置かれた点光源によって、一方の点光源が精度良く再生できるが、元の位置から光源が離れるに従って、再生光強度とその精度は著しく低下していくこととなる。
【００２２】
本発明をなすに至った発想の原点は、この点光源に近いほど狭く、離れるに従って広くなる干渉縞の間隔を場所に依らず均一にした場合、誤差が最小になる波長や点光源の位置はどうなるかを考察したことに始まる。その結果、周期構造に対応する波長よりも若干短い波長の点光源がこの周期構造の極近傍に置かれたとき、点光源と再生点像がなす干渉と周期構造との差異を最小にすることができ、その点像を効率良く再生できることを見いだした。
【００２３】
本発明の平板型レンズを用いることにより、通常の伝搬光のみならず、平板型レンズ近傍に存在する近接場光を平板型レンズの対向側に導くことができる。この際、平板型レンズが無い場合に比して、遠方まで近接場光を伝搬させることができ、点像の広がりも小さいまま伝搬できる。
【００２４】
本発明の平板型レンズは、光を利用した情報の記録または再生において、光源から記録層または記録層から光検出器に至る光路の中で用いることができ、新たな高密度光記録方法及びそれを用いた光記録媒体を提供する。
【００２５】
１周期分の構造をｋ層の積層薄膜で現した場合、ｉ番目の屈折率をｎｉ、膜厚をｄｉと現すと、周期構造に対応する波長λとは、
λ／２＝ｎ１ｄ１＋ｎ２ｄ２＋・・・＋ｎｋｄｋ
で現されるものである。
【００２６】
厚さｄ、屈折率ｎの薄膜へ垂直に入射する光の入射前後での電磁場をそれぞれＥ０，Ｈ０，Ｅ，Ｈとすると、次の数式２がが成立する。ここで、ｋ＝ω／ｃ＝２π／λである。
【数２】
【００２７】
ここで、次の数式３と置くと、このマトリックス（Ｍ）はこの薄膜に固有のもので、特性マトリックスと呼ばれる。
【数３】
【００２８】
１周期分の屈折率分布をｋ層の積層薄膜で表した場合、ｊ番目の薄膜の特性マトリックスを（Ｍｊ）として、１周期前後の電場は、次の数式４で与えられる。
【数４】
【００２９】
次の数式５に示すように、マトリックスの積も同じ形式のマトリックスで表せ、これが１周期分の積層薄膜の特性マトリックスとなる。
【数５】
【００３０】
周期数をｍとすると、ｍ周期の積層膜の特性マトリックスは、１周期分の特性マトリックス（Ｍ）をｍ乗したもの（Ｍ）ｍで表される。この特性マトリックスをもちいれば、容易に減衰帯の短波長端を正確に計算できる。本発明の平板型レンズの使用波長は、この減衰帯の短波長端の極近傍で、透過率が高くなった処の波長となる。
【００３１】
なお、１周期分の特性マトリックス（Ｍ）を次の数式６で表すとき、減衰帯の短波長端は近似的に、式（Ａ＋Ｄ）＝−２を満たす波長として周期数に関係ない値として求められる。
【数６】
【００３２】
周期構造が屈折率ｎ１厚さｄ１の層と屈折率ｎ２厚さｄ２の２層からなる場合、（ｎ２×ｄ２）／（ｎ１×ｄ１）の比がおよそ０．１〜１０の範囲では、前項記載の１周期分の特性マトリックスからの近似式で概ね正確な減衰帯の短波長端の値が得られる。しかし、０．０１以下では、周期構造に対応する波長λに対し、０．９５λ、１００以上では、１．０１λが、より緻密な計算から得られる。ただし、この様に２層の内の一層が極端に薄いという条件は現実的ではない。図１は種々条件下での減衰帯の短波長端の波長を周期構造に対応する波長λに対する比で表したグラフである。
【００３３】
図２は、本発明の平板型レンズを用いた光記録媒体の１例の構造を示す断面拡大図であって、基板１上に、保護層２，記録層３、保護層２ａ，平板型レンズ層４、保護層２ｂ，透過率制御層５及び保護層２ｃが順次積層された構造を示している。この光記録媒体は、透明又は不透明基板上に保護層で挟まれた非晶質材料からなる記録層があり、その上に平板型レンズ層、保護層で挟まれた透過率制御層を有する場合の例である。透過率制御層に光を照射することにより形成される微細な光透過部からの光を平板型レンズにより記録層に結像させこれを記録する。
【００３４】
再生時は、記録層の記録像を平板型レンズにより透過率制御層に結像させ、光を照射することにより形成される微細な光透過部を介してこの情報を読みとる。平板型レンズを除く、各透過率制御層、保護層、記録層の働きや情報記録・再生原理は、前述のスーパーレンズ［特開平１１−２５０４９３、「Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．」，第７３巻，第２０７８ページ（１９９８年）］と同様である。
【００３５】
次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
【００３６】
（実施例１）
平面精度のよい表面をもつプラスチックや金属の板を基板として用いる。本実施例では、厚さ０．５ｍｍの銅板を用いた。銅面表面を鏡面研磨し、この鏡面上に、厚さ１００ｎｍのＳｉＮ保護層を形成したのち、厚さ６０ｎｍのＭｇＦ２層とＺｎＳ層を交互に１０層づつ成膜した。さらにこの上に厚さ１００ｎｍのＳｉＮ保護層を形成した。これらの操作は、すべて真空成膜装置により、連続して行った。ＭｇＦ２層とＺｎＳ層は、それぞれＭｇＦ２とＺｎＳをターゲットとして成膜した。成膜時の不活性ガス圧力は０．５Ｐａとした。ＳｉＮ層はＳｉターゲットを用いてアルゴンと窒素ガスを導入し、反応性スパッタリング法で成膜した。
【００３７】
次に、銅板裏面の一部を塩化第二鉄水溶液で溶かし、積層部を露出させる。露出部の大きさ形状を制御するために、ホトレジストによるマスキングを行った。積層による平板型レンズ部を残したまま、数ミクロンから１００ミクロンサイズの窓明き部が容易に形成できる。図３に本実施例における平板型レンズの拡大断面図を示した。
【００３８】
次に、チタンサファイアレーザーからの波長７８０ｎｍ光の倍波３９０ｎｍ光を用いて、窓部表面に付着した微少物体の近接場像を、平板型レンズを介して反対側に結像させ、光プローブにより走査検出する。あるいは、光プローブから射出する近接場光を、平板型レンズを介して反対側に結像させ、走査検出することにより、窓部表面に付着した微少物体の詳細情報が得られる。
【００３９】
この実施例のように、平面精度のよい表面をもつプラスチックや金属の板を基板として用いることにより、堅牢な支持基板上に平板型レンズが作られ、支持基板上に開けられた開口を通して、平板型レンズ単体としての機能が使用可能となる。また前項で記載したように、窓部表面に付着した微少物体を観測する場合、物体側が真空や溶液等、プローブ走査検出に不向きな環境にあっても、平板型レンズを介して遠隔から走査検出が可能となる。
【００４０】
本実施例におけるＳｉＮ保護層は、物体と平板型レンズ、あるいは光プローブと平板型レンズとの距離を一定に保つための隔離層の役目を果たす。隔離層の膜厚を制御することにより、平板型レンズの結像特性を調整することができるが、製膜後に膜厚を変えることは困難である。チタンサファイアレーザーのように波長可変のレーザーを用いる場合は、光プローブと平板型レンズとの距離は一定のまま、波長を微調整することにより、平板型レンズの結像特性を最適化調整する方が簡便である。
【００４１】
（実施例２）
平面精度のよい厚さ１ｍｍのガラス基板上に、厚さ１００ｎｍのＳｉＮ保護層を形成したのち、厚さ１５ｎｍのＳｂからなるマスク層を形成し、さらにこの上に厚さ１０ｎｍのＳｉＮ保護層を形成した。その上に、厚さ６０ｎｍのＭｇＦ２層とＺｎＳ層を交互に１０層づつ成膜した。さらにこの上に厚さ１０ｎｍのＳｉＮ保護層を形成した。これらの操作は、すべて真空成膜装置により、連続して行った。ＭｇＦ２層とＺｎＳ層は、それぞれＭｇＦ２とＺｎＳをターゲットとして成膜した。成膜時の不活性ガス圧力は０．５Ｐａとした。ＳｉＮ層はＳｉターゲットを用いてアルゴンと窒素ガスを導入し、反応性スパッタリング法で成膜した。図４に本実施例における平板型レンズの拡大断面図を示した。
【００４２】
次に、チタンサファイアレーザーからの波長７８０ｎｍ光の倍波３９０ｎｍ光を、基板側からＳｂマスク層に集光結像させる。結像部は熱せられ、中心部のＳｂは融解して高透過率を示すようになる。融解部の大きさは集光結像部の大きさより１／５〜１／１０ほど小さくすることができ、この融解部の穴から漏れ出る光が近接場光となる。集光結像を走査移動させることにより、新しい場所が融解し、前の融解部は冷却とともに元の高い反射率の金属状態に戻る。この走査手法により、実施例１における光プローブの走査と同様の効果を作り出すことができる。
【００４３】
すなわち、Ｓｂマスク層の融解部の穴から漏れ出る近接場光を、平板型レンズを介して反対側に結像させ、表層面のＳｉＮ保護層上に付着した微少物体の結像部位に対応した情報を検出する。集光結像部位を走査移動させることにより新しい場所を融解させ、走査検出することにより、微少物体の走査範囲全域の詳細情報が得られる。
【００４４】
情報の検出には、融解部の穴から漏れ出た近接場光が平板型レンズによりＳｉＮ保護層表層部に導かれ、表層部に付着した微少物体との相互作用により生じる透過ファーフールド光を物体後方で検出する方法と、反射光を再び平板型レンズと融解部の穴を介して通過してくる光を基板側から検出する方法がある。
【００４５】
(実施例３)
基板上に予め情報を記録したマークがある基板を用いる。予め情報を記録したマークとは、記録材料に予め情報を記録した物、ＲＯＭディスクに見られるような基板上に微細な凹凸により情報を記録した物など、光照射により記録したマーク情報に応じて光波面が変化するものなら何でもよい。本実施例では記録マークとして、平面精度のよい石英ガラス基板上に電子線リソグラフィー技術により形成されたビットマーク凹凸像を基に、ポリカーボネート基板上に射出転写させたものを用いる。
【００４６】
マークはおよそ２０ｎｍの凹凸で形成される。この凹凸が均質にならされるように１００ｎｍのＳｉＮ保護層を成膜した。その上に、厚さ７５ｎｍのＭｇＦ２層とＺｎＳ層を交互に１０層づつ成膜した。この上に厚さ１００ｎｍのＳｉＮ保護層と、厚さ１５ｎｍのＳｂからなるマスク層を形成し、さらにこの上に厚さ１００ｎｍのＳｉＮ保護層を形成した。
【００４７】
これらの操作は、すべて真空成膜装置により、連続して行った。ＭｇＦ２層とＺｎＳ層は、それぞれＭｇＦ２とＺｎＳをターゲットとして成膜した。成膜時の不活性ガス圧力は０．５Ｐａとした。ＳｉＮ層はＳｉターゲットを用いてアルゴンと窒素ガスを導入し、反応性スパッタリング法で成膜した。図５に本実施例における平板型レンズの拡大断面図を示した。
【００４８】
こうして作られた、予め情報を記録したマークがある基板上に形成された平板型レンズとマスク層のある基板を線速度６ｍ／ｓで回転させながら、保護層側からＡｒイオンレーザーの４８８ｎｍ光を入射させる。この時、レンズの開口数（ＮＡ）を０．６として、Ｓｂマスク層に結像させる。Ｓｂマスク層の融解部の穴から漏れ出る近接場光を、平板型レンズを介して情報記録マークに結像させる。マーク情報に応じて変調された反射光は再びＳｂマスク層の融解部の穴を通って検出される。１．０ｍＷの入射に際して、１００nmのマークサイズに相当する３０ＭＨｚの信号がＣ／Ｎ＞３０ｄｂで観測された。
【００４９】
なお、本実施例のように、ポリカーボネート等のプラスチック基盤を使用する場合には、レーザー光照射による発熱から基板を保護するために、基板と保護層との間に薄い金属層を挿入してもよい。また、反射信号光を増やすためにも、基板と保護層との間に薄い金属層を設けることは有効である。
【００５０】
（実施例４）
実施例３に於ける予め情報を記録したマークに代わり、記録層を設けることにより、光記録媒体を構成した実施例である。平面精度のよい厚さ１ｍｍのガラス基板上に、厚さ１００ｎｍのＳｉＮ保護層を形成したのち、厚さ５０ｎｍのＧｅＳｂＴｅ（原子比２：２：５）合金からなる記録層を形成し、この上に厚さ１０ｎｍのＳｉＮ保護層を形成した。その上に、厚さ７５ｎｍのＭｇＦ２層とＺｎＳ層を交互に１０層づつ成膜した。この上に厚さ１０ｎｍのＳｉＮ保護層と、厚さ１５ｎｍのＳｂからなるマスク層を形成し、さらにこの上に厚さ１００ｎｍのＳｉＮ保護層を形成した。
【００５１】
これらの操作は、すべて真空成膜装置により、連続して行った。ＭｇＦ２層とＺｎＳ層は、それぞれＭｇＦ２とＺｎＳをターゲットとして成膜した。成膜時の不活性ガス圧力は０．５Ｐａとした。ＳｉＮ層はＳｉターゲットを用いてアルゴンと窒素ガスを導入し、反応性スパッタリング法で成膜した。図６に本実施例における光記録媒体の拡大断面図を示した。
【００５２】
こうして出来た光記録媒体を、いったん結晶化温度を少し超える１５０℃まで加熱し、１０分間放置したのち、室温まで冷却して、記録層が結晶状態に変化したことを反射率の変化により確認した。次いで、基板側から１ＷのＡｒイオンレーザーの４８８ｎｍ光をパルス状に照射して、当該記録層を瞬時に融点を超える温度まで加熱して溶融状態を形成したのち、パルスのオフ時間を利用することで過冷却させ、結晶状態から非晶質状態へと記録層を再び相転移させた。再相転移後、記録層は、反射率の違いから非晶質状態になっていることを確認した。この際の反射率は、記録媒体を作製した直後のアズデポ状態の反射率よりも高く、前記結晶状態の反射率よりも低い値であった。
【００５３】
この光記録媒体を、線速度６ｍ／ｓで回転させながら、保護層側からＡｒイオンレーザーの４８８ｎｍ光を入射させる。この時、レンズの開口数（ＮＡ）を０．６として、Ｓｂマスク層に結像させる。Ｓｂマスク層の融解部の穴から漏れ出る近接場光を、平板型レンズを介して記録層に結像させる。レーザーパワーを３０ＭＨｚの単一信号（マーク長１００ｎｍ相当）で変調させ記録した。レーザーパワーはパルスがオン時、１０．０ｍＷで記録した。
【００５４】
こうしてマークを記録した光記録媒体を線速度６ｍ／ｓで回転させながら、保護層側からＡｒイオンレーザーの４８８ｎｍ光を入射させる。この時、レンズの開口数（ＮＡ）を０．６として、Ｓｂマスク層に結像させる。Ｓｂマスク層の融解部の穴から漏れ出る近接場光を、平板型レンズを介して記録層の情報記録マークに結像させる。マーク情報に応じて変調された反射光は再びＳｂマスク層の融解部の穴を通って検出される。１．０ｍＷの入射に際して、１００nmのマークサイズに相当する３０ＭＨｚの信号がＣ／Ｎ＞３０ｄｂで観測された。
【００５５】
（実施例５）
平面精度のよい厚さ１ｍｍのガラス基板上に、厚さ１００ｎｍのＳｉＮ保護層を形成したのち、厚さ５０ｎｍのＧｅＳｂＴｅ（原子比２：２：５）合金からなる記録層を形成し、この上に厚さ１０ｎｍのＳｉＮ保護層を形成した。別の平面精度のよい厚さ１ｍｍのガラス基板上に、厚さ１００ｎｍのＳｉＮ保護層と、厚さ１５ｎｍのＳｂからなるマスク層を形成し、この上に厚さ１０ｎｍのＳｉＮ保護層を形成した。これらの操作は、すべて真空成膜装置により、連続して行った。
【００５６】
Ｓｂからなるマスク層を成膜した基板の上に、ゼラチン水溶液を塗布した。乾燥させ、１００℃で１０分間硬膜化した後のゼラチン膜の膜厚がおよそ１０μｍになるように調整する。重クロム酸水溶液に浸して、重クロム酸を十分に染みこませて、軽く水洗後、乾燥させ感光性のある重クロム酸ゼラチン膜とした。
【００５７】
これに、Arレーザーからの４８８ｎｍ光の平行光束を垂直に入射させ、Ｓｂ層からの反射光とで、ボリューム型ホログラム（リップマン型）を露光記録する。露光後、１００℃で３０分間ゼラチン層を再硬膜化させる。5分間流水で膨潤させた後、イソプロパノール７０％水溶液に１０分間浸して現像する。１００℃で６０分ほど十分に乾燥させる。
【００５８】
ホログラム記録に用いた４８８ｎｍ光を平板型レンズによる結像にも用いる場合、Ｄ−Ｓｏｒｂｉｔｏｌ水溶液に浸して膨潤させる。Ｄ−Ｓｏｒｂｉｔｏｌ水溶液濃度を変えることにより、ホログラム格子間隔を調製する。具体的には、４８８ｎｍ光を垂直入射させ、高反射の状態から、高透過率の状態へ変化するところを、Ｄ−Ｓｏｒｂｉｔｏｌ水溶液濃度を徐々に上げながら見つけ出す。
【００５９】
こうして出来たホログラムの上に、先に作成した記録層のある基板を密着させる。ホログラム格子間隔を長期間安定に保つために、基板周辺部を接着剤で固める。こうして、実施例４と同様の光記録媒体が作成できる。図７に本実施例における光記録媒体の拡大断面図を示した。
【００６０】
【発明の効果】
本発明は以上の構成であるから、本発明の平板型レンズを用いれば、平板型レンズのどの部分を用いても、高い分解能の結像特性を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】種々条件下での減衰帯の短波長端の波長を周期構造に対応する波長λに対する比で表したグラフ。
【図２】本発明の光記録媒体の１例の拡大断面図。
【図３】実施例１における平板型レンズの拡大断面図。
【図４】実施例２における平板型レンズの拡大断面図。
【図５】実施例３における平板型レンズの拡大断面図。
【図６】実施例４における光記録媒体の拡大断面図。
【図７】実施例７における光記録媒体の拡大断面図。
【符号の説明】
１、 １ａ 基板
２、 ２ａ、 ２ｂ、 ２ｃ 保護層
３ 記録層
４ 平板型レンズ層
５ 透過率制御層
６ 窓
７ ビットマークの凹凸
８ ボリューム型ホログラム
９ 接着剤
１０ 接合部
【発明の属する技術分野】
本発明は、光を利用した情報の記録または再生において、光源から記録層または記録層から光検出器に至る光路の中で用いることができる平板型レンズによる結像方法、及び該結像方法を用い、平板型レンズ上の任意の位置に於いて均質な結像性能を有する高密度光記録方法を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光記録媒体は高度情報社会における記録媒体の中心的役割の担い手として注目され、積極的に研究が進められており、特に最近では、光記録方式を用いて、高密度の情報を高速で記録再生できる光記録媒体が広く利用されるようになってきた。近年では記録密度が向上し、ＤＶＤ−ＲＡＭやＤＶＤ−Ｒ、ＲＷなどが実用化されている。
【０００３】
このような光記録においては、使用する光の波長によって定まる回折限界により、記録再生できる情報密度に限界がある。
【０００４】
近年この限界を超える技術として近接場光を用いた光記録が注目されている。しかし、近接場光は近接場光発生源の数十ｎｍの極近傍のみしか存在せず、発生源から離れると急激に減少する。これが近接場光を用いた光記録における大きな制約となっている。
【０００５】
近接場光発生源を光記録材料の中に組み込み、記録マークの直径６０ｎｍという高密度情報記録を可能にしたスーパーレンズが提唱されいる［特開平１１−２５０４９３、「Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．」，第７３巻，第２０７８ページ（１９９８年）］。しかし、近接場光発生源と情報記録層の距離は保護層で離れているとはいえ、１０数ｎｍと近いため、近接場光発生源で生じた熱が記録層に悪影響を及ぼすなどの問題がある。
【０００６】
この問題に対し、近接場光発生源の写像を得る方法として、屈折率が−１の材料を用いるパーフェクトレンズが提唱されいる［「Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．」，第８５巻，第３９６６ページ（２０００年）］。しかし、屈折率が−１あるいは負の材料を光記録に用いる波長領域で実現することは難しい。
【０００７】
また、近接場光発生源をホログラム記録し、その再生像を用いる研究も行われている［「Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔ．」，第２６巻，第１８００ページ（２００１年）］。
しかしながら、実際の光記録に組み込まれるまでの道のりは遠い。
【０００８】
このように、光を用いて情報を記録、再生する際に、例えば直径１００ｎｍ以下の光像を結像出来るレンズはこれまで実現されていないのが実状である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情のもとで、光を利用した情報の記録または再生において、光源から記録層または記録層から光検出器に至る光路の中で用いる直径１００ｎｍ以下の分解能を有する平板型レンズを用いた結像方法を提供する。さらに、平板型レンズ上の任意の位置に於いて均質な結像性能を有する高密度光記録方法を可能とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、高密度の情報を記録再生できる光記録方法の研究の一環として、ホログラムの像再生特性を利用したレンズについて鋭意研究を重ねた結果、周期構造を有する薄膜において、周期に対応した波長より若干短い波長の光を入射すると優れた結像特性を有することを見出した。構造周期や波長の関係、光源と平面型レンズとの距離、その結像特性などを仔細に調べることにより、前記目的を達成しうることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、光を利用した情報の記録または再生において、光源から記録層または記録層から光検出器に至る光路の中で用いることができる平板型レンズに関するものである。平板型レンズは、使用波長に比して若干長い波長に対応する周期構造を有する薄膜層により構成される。この平板型レンズ近傍に置かれた光源や光像の写像を、周期構造を介して結像させるものである。周期構造を有する薄膜を薄膜全面に渡って均質に形成することにより、平板型レンズのどの部分を用いても、例えば像の直径１００ｎｍ以下の、高い分解能の結像特性を発現できる。本発明による平板型レンズの使用により、高密度光記録方法及びそれを用いた光記録媒体を提供する物である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態における平板型レンズを用いた結像方法及び高密度光記録方法について、図を参照しながら説明する。本発明においては、周期構造の作成が要点となる。通常、基板の上に屈折率の異なる材料を積層させるか、基板上に塗布した感光材料を用いてホログラム記録により作成する。基板については特に制限はなく、表面が滑らかなものであれば、透明、不透明のいずれも用いることができる。例えばポリプロピレン、アクリル樹脂、ポリカーボネート、スチレン系樹脂、塩化ビニル系樹脂などのプラスチック基板、ガラス基板やガラス基板上に光硬化性樹脂層を設けたもの、さらにはアルミニウム基板やＧａＡｓ基板などが挙げられる。
【００１３】
平板型レンズとしては、周期構造のみで機能するが、周期構造部のみで支持が難しい場合、支持基板上に周期構造を設けることになる。また、高密度光記録方法及びそれを用いた光記録媒体を構成する場合や、平板型レンズの特性評価に際しては、支持基板上や周期構造の上に、相変化型記録材料等の記録層や予め情報を記録したマークがある層、あるいはスーパーレンズに於けるマスク層などを設けておくことにより、光源や光像を平板型レンズ近傍に配置でき、結像の確認も容易となる。
【００１４】
これらの基板上に設けられる記録層を構成する記録材料としては特に制限はなく、従来公知のもの、例えば一般に広く利用されているＧｅＳｂＴｅ合金、結晶化エネルギーがより低いＡｇ−Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ合金、結晶化速度をコントロールすることができ、結晶成長を阻害できるＡｇ−Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ−Ｖ合金などが用いられる。
【００１５】
予め情報を記録したマークがある層とは、前記記録材料に予め情報を記録した物、ＲＯＭディスクに見られるような基板上に微細な凹凸により情報を記録した物など、光照射により記録したマーク情報に応じて光波面が変化するものなら特に制限はない。スーパーレンズに於けるマスク層のように、収束光を照射した時に光照射部のみ透過率が上がるアンチモン蒸着膜、あるいは光照射部のみ銀微量子が生成し光散乱体を形成する酸化銀膜などもこの目的に使用できる。
【００１６】
積層により周期構造を形成する場合、屈折率が異なる材料としては、使用波長に対して出来るだけ透過率が高い材料が望まれる。また積層化が容易な材料であることも重要である。そのような屈折率が異なる材料の一例として、屈折率２．３５のＺｎＳと屈折率１．３８のフッ化マグネシウムがある。これらを用いた場合、公知の方法として真空スパッタリング蒸着により、基板上に多層薄膜形成することができる。この際、光が感じる実効的膜厚は、膜厚に屈折率を掛けた値となるので、各層の実効的膜厚を一周期分（２π分）足し合わせた膜厚を周期構造に対応した波長と一致させることにより、希望の波長に対応した周期構造が形成できる。
【００１７】
基板上に塗布した感光材料を用いてホログラム記録により作成する場合、感光材料としては、ボリューウム型ホログラムが記録できる材料なら使用可能であるが、使用波長に対して出来るだけ透過率が高い材料で、安定に記録された周期構造が保持される材料が望ましい。平行平面波の可干渉性のレーザー光を感光材料に垂直に両面から入射させ干渉させ、あるいは一方から入射させて裏面に置かれた反射鏡による反射光と干渉させることにより、厚さ方向に周期構造を有するホログラムが記録される。
【００１８】
本発明においては、ホログラム記録に用いたレーザー光の波長と平板型レンズ特性を示す波長は異なるので、そのような２波長のレーザーの組み合わせ使用が困難な場合が多い。ボリューウム型ホログラムの再生波長の調整に用いられる既知の方法として、例えば、記録後のホログラムに高級アルコールなどの膨潤材を浸透させ、希望の周期構造が得られるように膨潤させる手法が適用できる。
【００１９】
上記ホログラム記録の記述からも容易に類推できるように、本発明における平面型レンズの周期構造部は、周期に対応した波長光が平行平面波として垂直に入射した場合、高い反射率で反対方向に進む平行平面波を再生する。したがって、周期に対応した波長を垂直透過させ難くする。すなわち、周期に対応した波長を中心波長とし、鋭い波長選択性を有する干渉フィルターとなる。
【００２０】
平行平面波に代わり、すなわち無限遠からの光に代わり、遠方から光源を近づけた場合、収差は増えるものの、周期構造の反対側、同距離の所からの出てきたような反射再生光あるいはそこへ収束する回折光が僅かながら観測されると考えられる。
【００２１】
一方、ボリューム型ホログラム記録材料の両面の極近傍に対向して置かれた点光源により記録されるホログラム干渉縞を考えると、厚さ方向に出来る干渉縞の間隔は、点光源に近いほど狭く、離れるに従って広くなる。記録時と同じ位置に置かれた点光源によって、一方の点光源が精度良く再生できるが、元の位置から光源が離れるに従って、再生光強度とその精度は著しく低下していくこととなる。
【００２２】
本発明をなすに至った発想の原点は、この点光源に近いほど狭く、離れるに従って広くなる干渉縞の間隔を場所に依らず均一にした場合、誤差が最小になる波長や点光源の位置はどうなるかを考察したことに始まる。その結果、周期構造に対応する波長よりも若干短い波長の点光源がこの周期構造の極近傍に置かれたとき、点光源と再生点像がなす干渉と周期構造との差異を最小にすることができ、その点像を効率良く再生できることを見いだした。
【００２３】
本発明の平板型レンズを用いることにより、通常の伝搬光のみならず、平板型レンズ近傍に存在する近接場光を平板型レンズの対向側に導くことができる。この際、平板型レンズが無い場合に比して、遠方まで近接場光を伝搬させることができ、点像の広がりも小さいまま伝搬できる。
【００２４】
本発明の平板型レンズは、光を利用した情報の記録または再生において、光源から記録層または記録層から光検出器に至る光路の中で用いることができ、新たな高密度光記録方法及びそれを用いた光記録媒体を提供する。
【００２５】
１周期分の構造をｋ層の積層薄膜で現した場合、ｉ番目の屈折率をｎｉ、膜厚をｄｉと現すと、周期構造に対応する波長λとは、
λ／２＝ｎ１ｄ１＋ｎ２ｄ２＋・・・＋ｎｋｄｋ
で現されるものである。
【００２６】
厚さｄ、屈折率ｎの薄膜へ垂直に入射する光の入射前後での電磁場をそれぞれＥ０，Ｈ０，Ｅ，Ｈとすると、次の数式２がが成立する。ここで、ｋ＝ω／ｃ＝２π／λである。
【数２】
ここで、次の数式３と置くと、このマトリックス（Ｍ）はこの薄膜に固有のもので、特性マトリックスと呼ばれる。
【数３】
１周期分の屈折率分布をｋ層の積層薄膜で表した場合、ｊ番目の薄膜の特性マトリックスを（Ｍｊ）として、１周期前後の電場は、次の数式４で与えられる。
【数４】
次の数式５に示すように、マトリックスの積も同じ形式のマトリックスで表せ、これが１周期分の積層薄膜の特性マトリックスとなる。
【数５】
周期数をｍとすると、ｍ周期の積層膜の特性マトリックスは、１周期分の特性マトリックス（Ｍ）をｍ乗したもの（Ｍ）ｍで表される。この特性マトリックスをもちいれば、容易に減衰帯の短波長端を正確に計算できる。本発明の平板型レンズの使用波長は、この減衰帯の短波長端の極近傍で、透過率が高くなった処の波長となる。
【００３１】
なお、１周期分の特性マトリックス（Ｍ）を次の数式６で表すとき、減衰帯の短波長端は近似的に、式（Ａ＋Ｄ）＝−２を満たす波長として周期数に関係ない値として求められる。
【数６】
周期構造が屈折率ｎ１厚さｄ１の層と屈折率ｎ２厚さｄ２の２層からなる場合、（ｎ２×ｄ２）／（ｎ１×ｄ１）の比がおよそ０．１〜１０の範囲では、前項記載の１周期分の特性マトリックスからの近似式で概ね正確な減衰帯の短波長端の値が得られる。しかし、０．０１以下では、周期構造に対応する波長λに対し、０．９５λ、１００以上では、１．０１λが、より緻密な計算から得られる。ただし、この様に２層の内の一層が極端に薄いという条件は現実的ではない。図１は種々条件下での減衰帯の短波長端の波長を周期構造に対応する波長λに対する比で表したグラフである。
【００３３】
図２は、本発明の平板型レンズを用いた光記録媒体の１例の構造を示す断面拡大図であって、基板１上に、保護層２，記録層３、保護層２ａ，平板型レンズ層４、保護層２ｂ，透過率制御層５及び保護層２ｃが順次積層された構造を示している。この光記録媒体は、透明又は不透明基板上に保護層で挟まれた非晶質材料からなる記録層があり、その上に平板型レンズ層、保護層で挟まれた透過率制御層を有する場合の例である。透過率制御層に光を照射することにより形成される微細な光透過部からの光を平板型レンズにより記録層に結像させこれを記録する。
【００３４】
再生時は、記録層の記録像を平板型レンズにより透過率制御層に結像させ、光を照射することにより形成される微細な光透過部を介してこの情報を読みとる。平板型レンズを除く、各透過率制御層、保護層、記録層の働きや情報記録・再生原理は、前述のスーパーレンズ［特開平１１−２５０４９３、「Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．」，第７３巻，第２０７８ページ（１９９８年）］と同様である。
【００３５】
次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
【００３６】
（実施例１）
平面精度のよい表面をもつプラスチックや金属の板を基板として用いる。本実施例では、厚さ０．５ｍｍの銅板を用いた。銅面表面を鏡面研磨し、この鏡面上に、厚さ１００ｎｍのＳｉＮ保護層を形成したのち、厚さ６０ｎｍのＭｇＦ２層とＺｎＳ層を交互に１０層づつ成膜した。さらにこの上に厚さ１００ｎｍのＳｉＮ保護層を形成した。これらの操作は、すべて真空成膜装置により、連続して行った。ＭｇＦ２層とＺｎＳ層は、それぞれＭｇＦ２とＺｎＳをターゲットとして成膜した。成膜時の不活性ガス圧力は０．５Ｐａとした。ＳｉＮ層はＳｉターゲットを用いてアルゴンと窒素ガスを導入し、反応性スパッタリング法で成膜した。
【００３７】
次に、銅板裏面の一部を塩化第二鉄水溶液で溶かし、積層部を露出させる。露出部の大きさ形状を制御するために、ホトレジストによるマスキングを行った。積層による平板型レンズ部を残したまま、数ミクロンから１００ミクロンサイズの窓明き部が容易に形成できる。図３に本実施例における平板型レンズの拡大断面図を示した。
【００３８】
次に、チタンサファイアレーザーからの波長７８０ｎｍ光の倍波３９０ｎｍ光を用いて、窓部表面に付着した微少物体の近接場像を、平板型レンズを介して反対側に結像させ、光プローブにより走査検出する。あるいは、光プローブから射出する近接場光を、平板型レンズを介して反対側に結像させ、走査検出することにより、窓部表面に付着した微少物体の詳細情報が得られる。
【００３９】
この実施例のように、平面精度のよい表面をもつプラスチックや金属の板を基板として用いることにより、堅牢な支持基板上に平板型レンズが作られ、支持基板上に開けられた開口を通して、平板型レンズ単体としての機能が使用可能となる。また前項で記載したように、窓部表面に付着した微少物体を観測する場合、物体側が真空や溶液等、プローブ走査検出に不向きな環境にあっても、平板型レンズを介して遠隔から走査検出が可能となる。
【００４０】
本実施例におけるＳｉＮ保護層は、物体と平板型レンズ、あるいは光プローブと平板型レンズとの距離を一定に保つための隔離層の役目を果たす。隔離層の膜厚を制御することにより、平板型レンズの結像特性を調整することができるが、製膜後に膜厚を変えることは困難である。チタンサファイアレーザーのように波長可変のレーザーを用いる場合は、光プローブと平板型レンズとの距離は一定のまま、波長を微調整することにより、平板型レンズの結像特性を最適化調整する方が簡便である。
【００４１】
（実施例２）
平面精度のよい厚さ１ｍｍのガラス基板上に、厚さ１００ｎｍのＳｉＮ保護層を形成したのち、厚さ１５ｎｍのＳｂからなるマスク層を形成し、さらにこの上に厚さ１０ｎｍのＳｉＮ保護層を形成した。その上に、厚さ６０ｎｍのＭｇＦ２層とＺｎＳ層を交互に１０層づつ成膜した。さらにこの上に厚さ１０ｎｍのＳｉＮ保護層を形成した。これらの操作は、すべて真空成膜装置により、連続して行った。ＭｇＦ２層とＺｎＳ層は、それぞれＭｇＦ２とＺｎＳをターゲットとして成膜した。成膜時の不活性ガス圧力は０．５Ｐａとした。ＳｉＮ層はＳｉターゲットを用いてアルゴンと窒素ガスを導入し、反応性スパッタリング法で成膜した。図４に本実施例における平板型レンズの拡大断面図を示した。
【００４２】
次に、チタンサファイアレーザーからの波長７８０ｎｍ光の倍波３９０ｎｍ光を、基板側からＳｂマスク層に集光結像させる。結像部は熱せられ、中心部のＳｂは融解して高透過率を示すようになる。融解部の大きさは集光結像部の大きさより１／５〜１／１０ほど小さくすることができ、この融解部の穴から漏れ出る光が近接場光となる。集光結像を走査移動させることにより、新しい場所が融解し、前の融解部は冷却とともに元の高い反射率の金属状態に戻る。この走査手法により、実施例１における光プローブの走査と同様の効果を作り出すことができる。
【００４３】
すなわち、Ｓｂマスク層の融解部の穴から漏れ出る近接場光を、平板型レンズを介して反対側に結像させ、表層面のＳｉＮ保護層上に付着した微少物体の結像部位に対応した情報を検出する。集光結像部位を走査移動させることにより新しい場所を融解させ、走査検出することにより、微少物体の走査範囲全域の詳細情報が得られる。
【００４４】
情報の検出には、融解部の穴から漏れ出た近接場光が平板型レンズによりＳｉＮ保護層表層部に導かれ、表層部に付着した微少物体との相互作用により生じる透過ファーフールド光を物体後方で検出する方法と、反射光を再び平板型レンズと融解部の穴を介して通過してくる光を基板側から検出する方法がある。
【００４５】
(実施例３)
基板上に予め情報を記録したマークがある基板を用いる。予め情報を記録したマークとは、記録材料に予め情報を記録した物、ＲＯＭディスクに見られるような基板上に微細な凹凸により情報を記録した物など、光照射により記録したマーク情報に応じて光波面が変化するものなら何でもよい。本実施例では記録マークとして、平面精度のよい石英ガラス基板上に電子線リソグラフィー技術により形成されたビットマーク凹凸像を基に、ポリカーボネート基板上に射出転写させたものを用いる。
【００４６】
マークはおよそ２０ｎｍの凹凸で形成される。この凹凸が均質にならされるように１００ｎｍのＳｉＮ保護層を成膜した。その上に、厚さ７５ｎｍのＭｇＦ２層とＺｎＳ層を交互に１０層づつ成膜した。この上に厚さ１００ｎｍのＳｉＮ保護層と、厚さ１５ｎｍのＳｂからなるマスク層を形成し、さらにこの上に厚さ１００ｎｍのＳｉＮ保護層を形成した。
【００４７】
これらの操作は、すべて真空成膜装置により、連続して行った。ＭｇＦ２層とＺｎＳ層は、それぞれＭｇＦ２とＺｎＳをターゲットとして成膜した。成膜時の不活性ガス圧力は０．５Ｐａとした。ＳｉＮ層はＳｉターゲットを用いてアルゴンと窒素ガスを導入し、反応性スパッタリング法で成膜した。図５に本実施例における平板型レンズの拡大断面図を示した。
【００４８】
こうして作られた、予め情報を記録したマークがある基板上に形成された平板型レンズとマスク層のある基板を線速度６ｍ／ｓで回転させながら、保護層側からＡｒイオンレーザーの４８８ｎｍ光を入射させる。この時、レンズの開口数（ＮＡ）を０．６として、Ｓｂマスク層に結像させる。Ｓｂマスク層の融解部の穴から漏れ出る近接場光を、平板型レンズを介して情報記録マークに結像させる。マーク情報に応じて変調された反射光は再びＳｂマスク層の融解部の穴を通って検出される。１．０ｍＷの入射に際して、１００nmのマークサイズに相当する３０ＭＨｚの信号がＣ／Ｎ＞３０ｄｂで観測された。
【００４９】
なお、本実施例のように、ポリカーボネート等のプラスチック基盤を使用する場合には、レーザー光照射による発熱から基板を保護するために、基板と保護層との間に薄い金属層を挿入してもよい。また、反射信号光を増やすためにも、基板と保護層との間に薄い金属層を設けることは有効である。
【００５０】
（実施例４）
実施例３に於ける予め情報を記録したマークに代わり、記録層を設けることにより、光記録媒体を構成した実施例である。平面精度のよい厚さ１ｍｍのガラス基板上に、厚さ１００ｎｍのＳｉＮ保護層を形成したのち、厚さ５０ｎｍのＧｅＳｂＴｅ（原子比２：２：５）合金からなる記録層を形成し、この上に厚さ１０ｎｍのＳｉＮ保護層を形成した。その上に、厚さ７５ｎｍのＭｇＦ２層とＺｎＳ層を交互に１０層づつ成膜した。この上に厚さ１０ｎｍのＳｉＮ保護層と、厚さ１５ｎｍのＳｂからなるマスク層を形成し、さらにこの上に厚さ１００ｎｍのＳｉＮ保護層を形成した。
【００５１】
これらの操作は、すべて真空成膜装置により、連続して行った。ＭｇＦ２層とＺｎＳ層は、それぞれＭｇＦ２とＺｎＳをターゲットとして成膜した。成膜時の不活性ガス圧力は０．５Ｐａとした。ＳｉＮ層はＳｉターゲットを用いてアルゴンと窒素ガスを導入し、反応性スパッタリング法で成膜した。図６に本実施例における光記録媒体の拡大断面図を示した。
【００５２】
こうして出来た光記録媒体を、いったん結晶化温度を少し超える１５０℃まで加熱し、１０分間放置したのち、室温まで冷却して、記録層が結晶状態に変化したことを反射率の変化により確認した。次いで、基板側から１ＷのＡｒイオンレーザーの４８８ｎｍ光をパルス状に照射して、当該記録層を瞬時に融点を超える温度まで加熱して溶融状態を形成したのち、パルスのオフ時間を利用することで過冷却させ、結晶状態から非晶質状態へと記録層を再び相転移させた。再相転移後、記録層は、反射率の違いから非晶質状態になっていることを確認した。この際の反射率は、記録媒体を作製した直後のアズデポ状態の反射率よりも高く、前記結晶状態の反射率よりも低い値であった。
【００５３】
この光記録媒体を、線速度６ｍ／ｓで回転させながら、保護層側からＡｒイオンレーザーの４８８ｎｍ光を入射させる。この時、レンズの開口数（ＮＡ）を０．６として、Ｓｂマスク層に結像させる。Ｓｂマスク層の融解部の穴から漏れ出る近接場光を、平板型レンズを介して記録層に結像させる。レーザーパワーを３０ＭＨｚの単一信号（マーク長１００ｎｍ相当）で変調させ記録した。レーザーパワーはパルスがオン時、１０．０ｍＷで記録した。
【００５４】
こうしてマークを記録した光記録媒体を線速度６ｍ／ｓで回転させながら、保護層側からＡｒイオンレーザーの４８８ｎｍ光を入射させる。この時、レンズの開口数（ＮＡ）を０．６として、Ｓｂマスク層に結像させる。Ｓｂマスク層の融解部の穴から漏れ出る近接場光を、平板型レンズを介して記録層の情報記録マークに結像させる。マーク情報に応じて変調された反射光は再びＳｂマスク層の融解部の穴を通って検出される。１．０ｍＷの入射に際して、１００nmのマークサイズに相当する３０ＭＨｚの信号がＣ／Ｎ＞３０ｄｂで観測された。
【００５５】
（実施例５）
平面精度のよい厚さ１ｍｍのガラス基板上に、厚さ１００ｎｍのＳｉＮ保護層を形成したのち、厚さ５０ｎｍのＧｅＳｂＴｅ（原子比２：２：５）合金からなる記録層を形成し、この上に厚さ１０ｎｍのＳｉＮ保護層を形成した。別の平面精度のよい厚さ１ｍｍのガラス基板上に、厚さ１００ｎｍのＳｉＮ保護層と、厚さ１５ｎｍのＳｂからなるマスク層を形成し、この上に厚さ１０ｎｍのＳｉＮ保護層を形成した。これらの操作は、すべて真空成膜装置により、連続して行った。
【００５６】
Ｓｂからなるマスク層を成膜した基板の上に、ゼラチン水溶液を塗布した。乾燥させ、１００℃で１０分間硬膜化した後のゼラチン膜の膜厚がおよそ１０μｍになるように調整する。重クロム酸水溶液に浸して、重クロム酸を十分に染みこませて、軽く水洗後、乾燥させ感光性のある重クロム酸ゼラチン膜とした。
【００５７】
これに、Arレーザーからの４８８ｎｍ光の平行光束を垂直に入射させ、Ｓｂ層からの反射光とで、ボリューム型ホログラム（リップマン型）を露光記録する。露光後、１００℃で３０分間ゼラチン層を再硬膜化させる。5分間流水で膨潤させた後、イソプロパノール７０％水溶液に１０分間浸して現像する。１００℃で６０分ほど十分に乾燥させる。
【００５８】
ホログラム記録に用いた４８８ｎｍ光を平板型レンズによる結像にも用いる場合、Ｄ−Ｓｏｒｂｉｔｏｌ水溶液に浸して膨潤させる。Ｄ−Ｓｏｒｂｉｔｏｌ水溶液濃度を変えることにより、ホログラム格子間隔を調製する。具体的には、４８８ｎｍ光を垂直入射させ、高反射の状態から、高透過率の状態へ変化するところを、Ｄ−Ｓｏｒｂｉｔｏｌ水溶液濃度を徐々に上げながら見つけ出す。
【００５９】
こうして出来たホログラムの上に、先に作成した記録層のある基板を密着させる。ホログラム格子間隔を長期間安定に保つために、基板周辺部を接着剤で固める。こうして、実施例４と同様の光記録媒体が作成できる。図７に本実施例における光記録媒体の拡大断面図を示した。
【００６０】
【発明の効果】
本発明は以上の構成であるから、本発明の平板型レンズを用いれば、平板型レンズのどの部分を用いても、高い分解能の結像特性を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】種々条件下での減衰帯の短波長端の波長を周期構造に対応する波長λに対する比で表したグラフ。
【図２】本発明の光記録媒体の１例の拡大断面図。
【図３】実施例１における平板型レンズの拡大断面図。
【図４】実施例２における平板型レンズの拡大断面図。
【図５】実施例３における平板型レンズの拡大断面図。
【図６】実施例４における光記録媒体の拡大断面図。
【図７】実施例７における光記録媒体の拡大断面図。
【符号の説明】
１、 １ａ 基板
２、 ２ａ、 ２ｂ、 ２ｃ 保護層
３ 記録層
４ 平板型レンズ層
５ 透過率制御層
６ 窓
７ ビットマークの凹凸
８ ボリューム型ホログラム
９ 接着剤
１０ 接合部
Claims (4)
- 使用波長に対して若干長い波長に対応する厚さ方向に屈折率の周期構造を有する薄膜層を備えた平板型レンズを用いた結像方法であって、
上記周期構造に対応する波長をλとするとき、平板型レンズに垂直入射光を入射して該入射光に対して透過率が減少し、該透過率が減少して低くなる波長域が前記波長λを中心として幅を有する減衰帯を形成し、平板型レンズの使用波長は、前記減衰帯の短波長端近傍にあり、透過率が前記減衰帯を脱して高くなる処の波長であり、
上記減衰帯の短波長端は、１周期分の特性マトリックス（Ｍ）を下記の数式１で表すとき、（Ａ＋Ｄ）＝−２を満たす波長で近似的に求めることが出来ることを特徴とする平板型レンズを用いた結像方法。
但し、周期構造に対応する波長λとは、１周期分の構造をｋ層の積層薄膜で現した場合、ｉ番目の屈折率をｎ ｉ 、膜厚をｄ ｉ と現すと、
λ／２＝ｎ １ ｄ １ ＋ｎ ２ ｄ ２ ＋・・・＋ｎ ｋ ｄ ｋ
で現されるものである。
厚さｄ、屈折率ｎの薄膜へ垂直に入射する光の入射前後での電磁場をそれぞれＥ ０ ，Ｈ ０ ，Ｅ，Ｈ、ｋ＝２π／λとすると、下記の数式２が成立する。
- 前記平板型レンズを用い、該平板型レンズの近傍に置かれた物体や光源あるいは該光源の光像を、上記平板型レンズの反対側に結像させることを特徴とする請求項１記載の結像方法。
- 前記平板型レンズ近傍に置かれた物体や光源あるいは該光源の光像を、この平板型レンズからの反射光を用い、あるいは反対側に反射層を設けて反射光を増加させて、物体や光源あるいはその光像と同一側に結像させる請求項１記載の結像方法。
- 請求項１、２または３記載の結像方法を利用した高密度光記録方法。
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