JP2000149303A - 平面型プローブヘッド及び該ヘッドを用いた光記録媒体の記録・再生方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光記録媒体に効果的に記録・再生できる平面
型プローブヘッド及び該ヘッドを用いた光記録媒体の再
生・記録方法を提供する。 【解決手段】 基板に設けられた微小開口に光を照射し
て該微小開口の近傍に発生する近接場光（１９）により
光記録媒体（２０）に記録・再生を行う平面型プローブ
ヘッドにおいて、微小開口に対して光記録媒体（２０）
の記録または再生として用いる微小開口部（１２，２
３）を各々設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平面型プローブヘ
ッド及び該ヘッドを用いた光記録媒体の記録・再生方法
に関し、特に基板に設けられた微小開口の近傍に発生す
る近接場光により光記録媒体に記録・再生を行う平面型
プローブヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、平面型プローブアレーによる
記録再生について開発されおり、文献により提案されて
いる。その一つに、「近接場光学とその光メモリへの応
用」（大津 元一（東工大）ら，電子情報通信学会論文
誌，Ｊ８１−Ｃ−II Ｎｏ．３（１９９８年３月）Ｐ．
３２６〜Ｐ．３３３）があり、この文献によると、半導
体プロセス技術を用いて、シリコン基板上に２次元の微
小開口列を作り、上面から空間的に変調された空間伝播
光を、この平面プローブヘッドに照射することによって
微小開口に近接場光を発生させて記録する。また、同様
に、照射した光の記録媒体からの散乱光を平面プローブ
ヘッドを通して、半透鏡により反射した光を光検出器ア
レーに導入し再生している。詳細には、従来の文献によ
れば、図８に示しているようなマトリクス状の平面プロ
ーブヘッド１１を、１つのプローブの微小開口１２に対
して、１トラックが対応するように、斜めに配置してい
る。

【０００３】また、この文献によると、微小開口にガラ
ス球を填め込み、近接場光の強度を上げている。ＣＤや
ＤＶＤに代表される光記録媒体は、大容量で小型化にす
る高密度化の方向に進歩している。この高密度化には、
記録ビットの微小化が必要であり、入射する光の短波長
化およびレンズの高ＮＡ化が図られている。

【０００４】しかし、このままでは、光の回折限界によ
り、記録に関しては、記録ビットを微小化できない、ま
た、再生に関しては、微小化した記録ビットをクロスト
ークなしで読むことができなくなる。

【０００５】このような光の回折限界を越える微小ビッ
トの解決策の１つとして、近接場光を用いた光方式があ
る。この近接場とは、屈折率の異なる２つの媒体の一方
から全反射領域以上で入射した光は、境界面ですべて反
射されるが、一部境界面を越え非伝播の電磁場成分が染
み出した領域が形成される。この非伝播の電磁場成分が
染み出した領域のことを、近接場という。また、このよ
うな領域は、近接場光顕微鏡の光ファイバープローブの
ように、導入される光の波長よりも微細な開口を有する
光ファイバーでも形成できる。このような微小開口によ
る近接場は、開口寸法とほぼ同じ位しか横方向の広がり
を持たず、開口から離れるに従って指数関数的に強度が
減少し、開口と同程度以上に染み出さない。この近接場
領域に、微小な散乱体を挿入することにより、近接場が
散乱され伝播光の近接場光として変換される。

【０００６】このように近接場光を用いれば、光の回折
限界を超えた解像度が得られるが、一般の伝播光に比べ
近接場光は、非常に強度が弱く、効果的に近接場光を発
生および検出させる方法が模索されている。

【０００７】図９は従来例における平面型プローブヘッ
ドの記録時の構成を示す断面図である。同図における平
面型プローブヘッドは、微小開口１２を有するプローブ
ヘッド１１、入射光１４を発光する光源１３、半透鏡１
５、レンズ１６、記録媒体層１７及び反射層１８を有す
る光記録媒体２０を具備している。このような構成を有
する従来例における平面型プローブヘッドによる記録と
再生に関しては、同一の微小開口１２を用いて両者を行
っており、記録に関しては、平面プローブヘッド１１の
上面から空間的に変調された光源１３からの入射光１４
を、この平面プローブヘッド１１の微小開口１２に照射
することによって、微小開口近傍に近接場光を発生させ
て記録を行っている。また、図１０に示すように、再生
に関しては、記録時と同じように平面プローブヘッド１
１の上面から空間的に変調された入射光１４を平面プロ
ーブヘッド１１の微小開口１２に照射し、微小開口１２
の近傍に発生する近接場光１９が光記録媒体により散乱
させられる。この散乱光の一部である平面プローブヘッ
ド１１の開口へ戻る反射光２１を、レンズ１６および半
透明鏡１５により光検出器２２に導入し、検知してい
る。

【０００８】この方式を相変化材料で行った場合、記録
に関しては、平面プローブヘッド１１の上面から入射す
る入射光１４の光強度を大きくすることで平面プローブ
ヘッド１１から発生させる近接場光１９の強度を大きく
すれば問題はない。しかし、再生に関しては、記録した
相を変化させないようにするために、記録時に入射した
入射光１４よりも弱い光を平面プローブヘッド１１に入
射しなければならない。このため、微小開口１２に発生
する近接場光１９と光記録媒体２０との散乱光の強度は
小さい。この微弱な光記録媒体表面での散乱光を、再び
微小開口１２を通じて光検出系に導入する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この導入する
光路には、レンズ１６および半透鏡１５があるため光検
出器２２までの欠損が多く効率が悪い。さらに、平面プ
ローブヘッド１１に入射された入射光１４の大部分は、
平面プローブヘッド上面で反射されるため、この反射光
２１は、近接場光１９による散乱光に比べ非常に大き
く、ＳＮ比を上げることができない。

【００１０】このように、平面プローブヘッド１１によ
り発生させた近接場光１９を用いた従来の記録・再生方
式では、再生時の近接場光の検知の方法の効率および信
号成分とノイズ成分との分離（ＳＮ比向上）が大変問題
となる。

【００１１】本発明は、これらの問題点を解決するため
のものであり、平面プローブヘッドによる光記録媒体へ
の記録および再生を行う微小開口を異にし、光記録媒体
に効果的に記録・再生できる平面型プローブヘッド及び
該ヘッドを用いた光記録媒体の再生・記録方法を提供す
ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は前記問題点を解
決するために、基板に設けられた微小開口に光を照射し
て該微小開口の近傍に発生する近接場光により光記録媒
体に記録・再生を行う平面型プローブヘッドにおいて、
微小開口に対して光記録媒体の記録または再生として用
いる微小開口部を各々設けたことに特徴がある。よっ
て、記録・再生に用いられる各光導入系を分離できるの
で効率よく微小開口に光を入射でき、かつ光検知器に導
入することができる。

【００１３】また、光記録媒体の再生に用いる微小開口
部の上に光検出器を設けることにより、光記録媒体の表
面の近接場が再生用の微小開口部により散乱されて伝播
光となった成分をもれなく検知することができる。更
に、再生専用の光学系を組まずに省け、部品点数を少な
くできる。

【００１４】更に、光記録媒体の記録に用いる微小開口
部の上に発光素子を設けることにより、平面型プローブ
ヘッドの微小開口部に効率よく光を導入することができ
る。更に、記録専用の光学系を組まずに省け、部品点数
を少なくできると共に、小型化が図ることができる。ま
た、半導体装置の金属配線のように、平面型プローブヘ
ッドの上面に形成することにより、各素子を独立に制御
できるため、記録・再生時の並列信号処理が効果的に簡
単に行えられる。

【００１５】また、光記録媒体の記録または再生として
用いられる各微小開口部の内部に、高屈折率材料を充填
することにより、記録時記録として用いられる微小開口
に入射され、更に高屈折率材料の中を直進する光が見た
目上短い波長になり、当該微小開口近傍まで伝播光成分
が多く到達でき、よって微小開口の裏面の近接場の強度
を大きくすることができる。そして、再生時に関しても
高効率に近接場を取り込むことができる。また、光検出
器直下の微小開口部による空間を充填することにより空
間に汚染物やゴミが取り込まれる可能性がなくなる。

【００１６】更に、光記録媒体の記録または再生として
用いられる各微小開口部を一対にし、該一対の微小開口
部を等間隔で形成することにより、並列処理による記録
・再生を効率的に行うことができる。

【００１７】次に、別の発明として、基板に設けられた
微小開口に光を照射して該微小開口の近傍に発生する近
接場光により光記録媒体に記録又は再生を行う各微小開
口部を有する平面型プローブヘッドを用いた光記録媒体
の記録・再生方法において、光記録媒体に情報を記録す
る際、基板の表面に堆積形成されている記録媒体層の表
面に、記録として用いられる微小開口部からの近接場光
を用いて記録し、光記録媒体に記録された情報を再生す
る際、光記録媒体の裏面から基板に対し全反射領域以上
の方向から光を照射し、記録媒体層の表面から発生した
近接場光を、再生として用いられる微小開口部を用いて
検知することに特徴がある。よって、記録時には、光記
録媒体の表面から、記録として用いられる微小開口部に
空間変調した光もしく発光素子による光を入射すること
により光記録媒体に記録することができる。再生時に
は、光記録媒体の裏面から全反射領域で入射される光に
より、記録媒体層の表面に形成される近接場を、平面型
プローブヘッドの再生として用いられる微小開口部で再
生することにより、高効率に検出できる。また、伝播光
成分は全て光記録媒体の表面部の裏面で反射されている
ので、記録媒体の表面に発生する近接場のみの情報を再
生するため、ＳＮ比も上げることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】基板に設けられた微小開口に光を
照射して該微小開口の近傍に発生する近接場光により光
記録媒体に記録・再生を行う平面型プローブヘッドにお
いて、微小開口に対して光記録媒体の記録または再生と
して用いる微小開口部を各々設けた。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１及び図２は本発明の第１の実施例に係る平
面型プローブヘッドの構成を示す断面図である。図１に
示す第１の実施例における平面型プローブヘッドでは、
上記従来の再生時の問題を、平面プローブヘッド１１に
記録専用の微小開口１２と再生専用の微小開口２３を別
々に設けることにより、記録・再生が効果的に行うこと
ができる。

【００２０】一般的に近接場は、以下に示すような方法
で発生させることができる。 １．全反射による近接場の発生 ２．回折格子による近接場の発生 ３．微小開口による近接場の発生

【００２１】本発明では、記録時には、３．の微小開口
１２により近接場を形成し、この近接場光を用いて光記
録媒体２０に書き込んでいる。一方、再生時には、１．
の記録媒体裏面から全反射領域で入射した光により記録
媒体表面に発生する近接場光を、再生専用の微小開口２
３を用いて、光記録媒体２０に記録されている情報を検
知するようにしている。また、再生の別の方法として
は、光記録媒体の基板を、２．の回折格子状にすること
により、光記録媒体表面に近接場光を発生させてもよ
い。

【００２２】次に、本発明の第１の実施例における平面
型プローブヘッドを用いた光記録媒体の記録方法を説明
する。

【００２３】空間変調された光を平面プローブヘッド１
１の記録専用の微小開口１２に導入し、開口裏面に非伝
播の近接場を形成する。この近接場に、微小開口１２と
同じ距離まで光記録媒体２０を近づけることにより、近
接場が結合し伝播光を発生する。この伝播光に変換され
た近接場光は、微小開口１２とほぼ同じサイズの範囲を
照射し、この部分の記録媒体層の相を結晶化温度以上に
加熱後、急冷によりアモルファス状態２４に、徐冷によ
りクリスタル状態２５に変化させることで記録ビットを
描くことを可能にする。

【００２４】次に、本実施例における平面型プローブヘ
ッドを用いた光記録媒体の再生方法を説明する。

【００２５】光記録媒体の裏面から全反射領域で入射さ
れた入射光１４は、光記録媒体１１の表面に近接場を発
生させる。この近接場に、再生専用の微小開口２３を近
づけることにより、近接場が微小開口２３で散乱され、
伝播光が発生する。この時、光記録媒体１１の表面に発
生している近接場光の大きさは、記録層の相状態を反映
しており、アモルファス状態２４とクリスタル状態２５
で異なる。この近接場光の大きさにより、発生する伝播
光強度の違いを検知して、２つの相の違いを区別し、光
記録媒体に記録されているデジタルの情報を得ることが
できる。

【００２６】以上説明した第１の実施例の方法により、
効果的に光記録媒体への記録・再生を行うことができ
る。特に再生時には従来問題となっていた光情報媒体か
らの反射光強度の微弱さと検出効率、更には、信号成分
とノイズ成分との分離（ＳＮ比向上）に対して効果を奏
す。

【００２７】また、記録専用及び再生専用の開口の断面
形状については、第１の実施例ではシリコンの壁界面を
用いたウェットエッチングにより形成したため、逆三角
状にしているが、開口形状を、半導体のドライエッチン
グを用いて、記録専用では、高効率に平面プローブヘッ
ド裏面に近接場光を形成する形状に、再生専用では、光
記録媒体に発生した近接場光を高効率に取り込めるよう
な形状にすることが望ましい。

【００２８】本発明の第２の実施例の構成を示す図３か
らわかるように、光検出器２２を平面プローブヘッド１
１の再生専用の微小開口２３上に形成することにより、
光記録媒体表面の近接場光と再生専用の微小開口２３で
伝播光となった成分をもれなく検知することができる。
更に、再生専用の光学系を組まずに済むため部品点数を
少なくできる。図４には、この平面プローブヘッドの上
面からの構成を示している。

【００２９】また、本発明の第３の実施例の構成を示す
図５からわかるように、平面プローブヘッドでは、発光
素子２６を平面プローブヘッドの記録専用の微小開口１
２上に形成することにより、平面プローブヘッドの微小
開口１２に光を導入することができる。よって、平面プ
ローブヘッド１１に記録・再生の光路が組み込まれた形
となるため、小型化が図られ、かつ並列信号処理が簡単
に、効率よく行える。また、上記第２の実施例と同様に
記録専用の光学系を組まずに済むため部品点数を少なく
できる。更に、図５に示したように光検出器と共に構成
しておくことにより、平面プローブヘッドに記録・再生
部の光路が組み込まれた形となるため、小型化を図るこ
とができる。なお、光学素子２６は、発光ダイオードを
用いている。図６には、更に、この平面プローブヘッド
の上面からの構成を示している。各開口に対して、独立
に操作できる発光素子２６と光検出器２２を形成するこ
とにより、記録もしくは再生時の並列処理を効率よく、
簡単に行える。この実施例では、図７に示すように、平
面プローブヘッドをハードディスクのフライングヘッド
のように、光記録媒体の回転駆動部２７によって生じる
高速回転による浮力を用いて平面プローブヘッドと光記
録媒体の距離を制御している。また、図示していない
が、光発光素子と光検出器等の配線は平面プローブヘッ
ド上面に半導体装置のような金属配線で形成されてお
り、これを用いて制御されている。

【００３０】次に、第４の実施例おける平面プローブヘ
ッドでは、上記第１及び第２の実施例のように平面プロ
ーブヘッドの再生専用の開口部において、光検出器直下
の再生専用の開口が形成されている平面プローブヘッド
の空間部を高屈折率材料を充填することで、第１及び第
２の実施例の平面プローブヘッドの利点を生かし、更に
記録に関しては、開口部に入射される入射光の光の波長
を高屈折率材料中で実効的に短くし、微小開口部近くま
でに伝播光成分が多く到達でき、開口部裏面の近接場光
の強度を大きくすることができる。再生に関しても、高
効率に近接場光を取り込むことができる。また、光検出
器直下の開口による空間部を充填することにより、空間
部に渡ると思われるゴミに対する問題も解消する。

【００３１】また、第５の実施例による平面プローブヘ
ッドでは、記録・再生専用の微小開口の配列を図４もし
くは図６に示すように、それぞれの専用開口を一対とし
て等間隔で配置することにより、並列処理での記録及び
再生が行うことができる。これは、相変化型の光記録媒
体等の書き換え可能な光記録媒体に平面プローブヘッド
で記録を行った際、この平面プロ−ブヘッドの記録専用
の開口の配置により、光記録媒体に書き込まれるビット
の位置が決められてしまう。この光記録媒体に書き込ま
れているビットを並列処理で再生するには、並列処理で
書き込まれたビットの数だけ、つまり、記録専用の微小
開口と同じ配置にしておくと、効果的に記録・再生する
ことが可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板に設けられた微小開口に光を照射して該微小開口の
近傍に発生する近接場光により光記録媒体に記録・再生
を行う平面型プローブヘッドにおいて、微小開口に対し
て光記録媒体の記録または再生として用いる微小開口部
を各々設けたことに特徴がある。よって、記録・再生に
用いられる各光導入系を分離できるので効率よく微小開
口に光を入射でき、かつ光検知器に導入することができ
る。

【００３３】また、光記録媒体の再生に用いる微小開口
部の上に光検出器を設けることにより、光記録媒体の表
面の近接場が再生用の微小開口部により伝播光となった
成分をもれなく検知することができる。更に、再生専用
の光学系を組まずに省け、部品点数を少なくできる。

【００３４】更に、光記録媒体の記録に用いる微小開口
部の上に発光素子を設けることにより、平面型プローブ
ヘッドの微小開口部に効率よく光を導入することができ
る。更に、記録専用の光学系を組まずに省け、部品点数
を少なくできると共に、小型化が図ることができる。ま
た、光発光素子と光検出器等の配線は平面プローブヘッ
ド上面に半導体装置のような金属配線で形成することに
より、各素子を独立に制御できるため、記録・再生時の
並列信号処理が効果的に簡単に行えられる。

【００３５】また、光記録媒体の記録または再生として
用いられる各微小開口部の内部に、高屈折率材料を充填
することにより、記録時記録として用いられる微小開口
に入射される光の波長を高屈折率材料中で実効的に短く
し、当該微小開口近傍まで伝播光成分が多く到達でき、
よって微小開口の裏面の近接場の強度を大きくすること
ができる。そして、再生時に関しても高効率に近接場を
取り込むことができる。また、光検出器直下の微小開口
部による空間を充填することにより空間に汚染物やゴミ
が取り込まれる可能性がなくなる。

【００３６】更に、光記録媒体の記録または再生として
用いられる各微小開口部を一対にし、該一対の微小開口
部を等間隔で形成することにより、並列処理による記録
・再生を効率的に行うことができる。

【００３７】次に、別の発明として、基板に設けられた
微小開口に光を照射して該微小開口の近傍に発生する近
接場光により光記録媒体に記録又は再生を行う各微小開
口部を有する平面型プローブヘッドを用いた光記録媒体
の記録・再生方法において、光記録媒体に情報を記録す
る際、基板の表面に堆積形成されている記録媒体層の表
面に、記録として用いられる微小開口部からの近接場光
を用いて記録し、光記録媒体に記録された情報を再生す
る際、光記録媒体の裏面から基板に対し全反射領域以上
の方向から光を照射し、記録媒体層の表面から発生した
近接場光を、再生として用いられる微小開口部を用いて
検知することに特徴がある。よって、記録時には、光記
録媒体の表面から、記録として用いられる微小開口部に
空間変調した光もしく発光素子による光を入射すること
により光記録媒体に記録することができる。再生時に
は、光記録媒体の裏面から全反射領域で入射される光に
より、記録媒体層の表面に形成される近接場を、平面型
プローブヘッドの再生として用いられる微小開口部で再
生することにより、高効率に検出できる。また、伝播光
成分は全て光記録媒体の表面部の裏面で反射されている
ので、記録媒体の表面に発生する近接場のみの情報を再
生するため、ＳＮ比も上げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る平面型プローブヘ
ッドの記録時の構成を示す断面図である。

【図２】本発明の第１の実施例に係る平面型プローブヘ
ッドの再生時の構成を示す断面図である。

【図３】本発明の第２の実施例に係る平面型プローブヘ
ッドの構成を示す断面図である。

【図４】図３の平面図である。

【図５】本発明の第３の実施例に係る平面型プローブヘ
ッドの構成を示す断面図である。

【図６】図５の平面図である。

【図７】本発明の適用例を示す断面図である。

【図８】従来例におけるマトリクス状の平面プローブヘ
ッドを示す平面図である。

【図９】従来の平面型プローブヘッドの記録時の構成を
示す断面図である。

【図１０】従来の平面型プローブヘッドの再生時の構成
を示す断面図である。

【符号の説明】

１１ 平面プローブヘッド １２ 微小開口 １３ 光源 １４ 入射光 １５ 半透鏡 １６ レンズ １７ 記録媒体層 １８ 反射層 １９ 近接場光 ２０ 光記録媒体 ２１ 反射光 ２２ 光検出器 ２３ 微小開口 ２４ アモルファス状態 ２５ クリスタル状態 ２６ 発光素子 ２７ 回転駆動部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川崎 俊之 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 豊島 伸朗 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 工藤 宏一 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 大津 元一 神奈川県大和市つきみ野１−15−42 (72)発明者 興梠 元伸 神奈川県横浜市旭区若葉台２−８−302 Ｆターム(参考） 5D119 AA11 AA22 AA43 BA01 CA09 CA20 DA01 JA36 LB04 LB06 NA05

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板に設けられた微小開口に光を照射し
   て該微小開口の近傍に発生する近接場光により光記録媒
   体に記録・再生を行う平面型プローブヘッドにおいて、 前記微小開口に対して前記光記録媒体の記録または再生
   として用いる微小開口部を各々設けたことを特徴とする
   平面型プローブヘッド。
2. 【請求項２】 前記光記録媒体の再生に用いる前記微小
   開口部の上に光検出器を設ける請求項１記載の平面型プ
   ローブヘッド。
3. 【請求項３】 前記光記録媒体の記録に用いる前記微小
   開口部の上に発光素子を設ける請求項１に記載の平面型
   プローブヘッド。
4. 【請求項４】 前記光記録媒体の記録または再生として
   用いられる前記各微小開口部の内部に、高屈折率材料を
   充填する請求項１〜３のいずれか１項に記載の平面型プ
   ローブヘッド。
5. 【請求項５】 前記光記録媒体の記録または再生として
   用いられる前記各微小開口部を一対にし、該一対の微小
   開口部を等間隔で形成する請求項１〜４のいずれか１項
   に記載の平面型プローブヘッド。
6. 【請求項６】 基板に設けられた微小開口に光を照射し
   て該微小開口の近傍に発生する近接場光により光記録媒
   体に記録又は再生を行う各微小開口部を有する平面型プ
   ローブヘッドを用いた光記録媒体の記録・再生方法にお
   いて、 前記光記録媒体に情報を記録する際、前記基板の表面に
   堆積形成されている記録媒体層の表面に、記録として用
   いられる前記微小開口部からの近接場光を用いて記録
   し、 前記光記録媒体に記録された情報を再生する際、前記光
   記録媒体の裏面から基板に対し全反射領域以上の方向か
   ら光を照射し、前記記録媒体層の表面から発生した近接
   場光を、再生として用いられる前記微小開口部を用いて
   検知することを特徴とする平面型プローブヘッドを用い
   た光記録媒体の記録・再生方法。