JP2001028136A - 光記録再生システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 情報の記録再生を高密度に行うことができる
とともに、記録再生に対する信頼性の高い光記録再生シ
ステムを提供する。 【解決手段】 上面に記録膜１２が設けられた光ディス
ク１０と、レーザー光源３１から射出された光を焦点位
置に集光する対物レンズ４１及びこの焦点位置に配設さ
れて微小な光スポットを形成する固体浸レンズ４２を有
して構成される光ヘッド３０とを備え、光ディスク１０
をスピンドル２１に固定して回転させた状態で光スポッ
トを記録膜１２上に形成させることにより、記録膜１２
に情報を記録し、又は記録膜１２に記録された情報を再
生することが可能な光記録再生システム１において、光
ディスク１０の回転が、固体浸レンズ４２の下面が光デ
ィスク１０の表面に接触した状態で行われるようになっ
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザー光を用い
て情報の記録再生を行う光記録再生システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】このような光記録再生システムは、光デ
ィスクなどのように表面に記録膜が形成された平板状の
光記録媒体と、レーザー光源からの光を絞り込んで微小
な光スポットを形成する光ヘッドとを備えて構成され、
光ディスクを回転軸周りに回転させた状態で光スポット
を記録膜に照射することにより、情報の記録や再生を行
うことがきるようになっている。

【０００３】このような光記録再生システムでは、記録
密度を高めるため従来より光スポット径を小さくするこ
とが試みられている。光スポット径はＫ・λ／ＮＡ
（λ：光波長、ＮＡ：対物レンズの開口数、Ｋ：比例定
数）で与えられ、この値を小さくするには光波長λを小
さくするか若しくは対物レンズのＮＡを大きくすればよ
いことが知られている。ここで光波長λは、小型の半導
体レーザーで４００ｎｍ程度のものも実用化されつつあ
るが、寿命が短いことや生産性の点で難点があり、現状
ではまだ装置に組み込めるほどのレベルには達していな
い。

【０００４】一方、ＮＡを大きくする手段として、図７
に示すように、対物レンズ８１の集光部に固体浸レンズ
８２（ＳＩＬ：Solid Immersion Lens）を設けることが
知られている。この場合、固体浸レンズ８２はその下面
が光ディスク９０上面の記録膜９１に近接するように位
置されるが、このような状態で対物レンズ８１からレー
ザー光が入射されると、固体浸レンズ８２の下面には、
固体浸レンズ８２の下面を透過した透過光と、レンズ底
面において全反射された光の成分がレンズ下方に浸み出
してなるエバネッセント光との相互作用（エバネッセン
トカップリング）により微小な光スポットが形成され
る。この光スポットのＮＡは固体浸レンズの屈折率が大
きいほど大きくなることが知られており、例えば対物レ
ンズ８１のみであれば０．４５〜０．６０しかないＮＡ
を１．２〜１．６程度にまで大きくすることが可能であ
る。

【０００５】また、試料表面に近接した位置に設けたピ
ンホールにレーザー光を導いて得られる微小スポットを
利用して高い分解能を得る顕微鏡が実用化されている
が、これを光記録に応用したものもある。”Near-field
magneto-optics and high density data storage”,E.
Betzig,J.K.Trautman, R.Wolfe, E.M.Gyorgy, P.L.Fin
n, M.H.Kryder, C.-H.Chang, Appl.Phys.Lett., Vol.6
1,page142,(1992)には、光ファイバーの開口部を先鋭化
し、その開口部において形成される光スポットを用いて
光記録再生を行うシステムが示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに微小な光スポットを用いて情報の記録再生を行う場
合、固体浸レンズと記録膜との間の距離を微小に保たな
ければ、エバネッセント光が記録膜に到達する前に広が
ってしまい、光スポット径が大きくなって高密度な情報
の記録再生ができないという不都合があった。また、固
体浸レンズ下面と光記録媒体表面とは微小ながらも離間
しているため、その分、光の利用効率が悪く、Ｓ／Ｎ
（信号／ノイズ）比の向上が図れず情報の記録再生に対
する信頼性の向上が妨げられるという課題も有してい
た。

【０００７】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであり、情報の記録再生を高密度に行うことができ
るとともに、記録再生に対する信頼性の高い光記録再生
システムを提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため、本発明は、情報記録用の記録膜が設けられた平
板状の光記録媒体と、レーザー光源から射出された光を
焦点位置に集光する集光部材及び上記焦点位置に配設さ
れて微小な光スポットを形成する光スポット形成部材
（例えば、平坦面を光記録媒体の表面に対向させた半球
型若しくは超半球型の固体浸レンズ、或いは光記録媒体
の表面に向けて開口するピンホールを有する薄板部材な
ど）を有して構成される光ヘッドとを備え、光記録媒体
を光ヘッドに対して相対移動させた状態で光スポットを
記録膜上に形成させることにより記録膜に情報を記録
し、又は記録膜に記録された情報を再生することが可能
な光記録再生システムにおいて、光記録媒体の光ヘッド
に対する相対移動が、光スポット形成部材が光記録媒体
の表面に接触した状態で行われようになっている。

【０００９】このような光記録再生システムにおいて
は、光記録媒体の回転や光ヘッドのトラッキングにより
生じる光記録媒体の光ヘッドに対する相対移動が、光ス
ポット形成部材が光記録媒体の表面に接触した状態で行
われるようになっているので、光スポット部材により形
成された光スポットは記録膜に到達する前にその径が広
がることがない。このため従来よりも小径の光スポット
を記録膜上に形成することができることとなり、情報の
記録再生をより高密度に行うことができる。また、光ス
ポットの広がりがないために光の利用効率が向上しＳ／
Ｎ比が高められるので、記録再生の信頼性が向上する。
更には、光スポット形成部材と光記録媒体表面との間の
距離を微小に保たせるような高精度な装置を必要としな
いので構成が簡単になり、製作コストを下げることもで
きる。なお、上記システムにおいては、光記録媒体の表
面に保護膜を設けて記録膜を保護するようにすることが
好ましい。

【００１０】また、光スポット形成部材及び光記録媒体
の接触面のうち少なくとも一方に、透明且つ高屈折率な
潤滑材（例えば、ダイヤモンド・ライク・カーボンや油
帯ポーラスなど）が設けられていることが好ましい。こ
のように接触面に潤滑材を設けることにより、互いに接
触する両部材の摩擦を小さくすることができ、スムーズ
な動きと高い耐久性を確保することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
ましい実施形態について説明する。図１には書き換え可
能型の光磁気記録再生システムの構成の一例を示してお
り、これが本発明に係る光記録再生システム１に相当す
る。この光記録再生システム１は、光記録媒体である光
ディスク１０と、この光ディスク１０を固定保持して水
平面内に回転駆動させるディスク駆動装置２０と、図示
しない光ヘッド駆動機構により駆動されて光ディスク１
０にアクセス可能な光ヘッド３０とを有して構成されて
いる。

【００１２】光ディスク１０は、円盤状の基板１１の上
面に情報記録用の記録膜１２が設けられた構成をしてお
り、基板１１の中央には円孔１３ａの開いた金属ハブ１
３が取り付けられている（図１では断面で示してい
る）。この光ディスク１０は樹脂製のカートリッジに収
納されており、ごみ等の付着が防止される。このカート
リッジについては既に周知であるので図示による詳しい
説明は省略するが、カートリッジの上下面にはアクセス
窓が設けられており、このアクセス窓に設けられたスラ
イド扉を開状態にすることにより、外部から光ディスク
１０にアクセスすることが可能になる。なお、このスラ
イド扉はばねの部材により付勢されて通常は閉状態にな
っているが、この光記録再生システム１に設けられた所
定のドライブ装置（図示せず）にカートリッジごと装着
されたときには自動的に開状態に保持されるようになっ
ている。また、このようなスライド扉の開状態において
は、光ディスク１０の円孔１３ａ及び記録膜１２の一部
はアクセス窓から露出された状態となる。

【００１３】ディスク駆動装置２０は、垂直に延びて配
設されたスピンドル２１と、このスピンドル２１を回転
駆動するスピンドルモータ２２とを有して構成されてい
る。スピンドル２１の上端には上方に突出した突起２１
ａが設けられており、この突起２１ａの近傍には永久磁
石（図示せず）が取り付けられている。上述のように、
光ディスク１０のカートリッジを所定のドライブ装置に
装着すると、光ディスク１０の円孔１３ａはカートリッ
ジのアクセス窓から露出されるが、このとき突起２３ａ
が円孔１３ａに嵌入するとともに永久磁石が金属ハブ１
３を引きつけるので、光ディスク１０はスピンドル２１
に固定保持された状態となる。

【００１４】光ヘッド３０は、レーザー光源３１（例え
ば半導体レーザー）と、コリメータレンズ３２と、ビー
ムスプリッター３３と、ミラー３４と、絞り込みレンズ
部４０と、検出光用集光レンズ３５と、光検出器３６
と、電磁コイル３７とを有して構成されている。ここ
で、電磁コイル３７は、スピンドル２１に取り付けられ
た光ディスク１０を挟んで絞り込みレンズ部４０と対向
する位置に設けられており、図示しない励磁用回路によ
り励磁されたときには光ディスク１０の面に垂直な方向
（上下方向）に磁界を発生させる。

【００１５】絞り込みレンズ部４０は、図２に拡大して
示すように、集光部材である対物レンズ４１と光スポッ
ト形成部材である固体浸レンズ４２とを有して構成され
ており、これら両レンズ４１，４２は支持部材４３によ
り同一光軸（この光軸は上方から下方に向く）上に固定
保持されている。この固体浸レンズ４２は高屈折率ガラ
ス（例えば石英ガラス）からなって半球型に形成されて
おり、平坦面を光ディスク１０の上面（記録膜１２）に
対向させて（すなわち平坦面を下面として）配設されて
いる。

【００１６】図１に示すように、レーザー光源３１から
射出されたレーザー光はコリメータレンズ３２により平
行光にされ、ビームスプリッター３３を介してミラー３
４へ入射される。ミラー３４で反射された光は絞り込み
レンズ部４０に導入され、対物レンズ４１によりその焦
点位置に集光される。固体浸レンズ４２はこの対物レン
ズ４１の焦点位置に設けられており、対物レンズ４１に
より集光された光の径を更に小さくし、その下面に微小
な光スポットを形成させる。

【００１７】このように対物レンズ４１の焦点位置に半
球型の固体浸レンズ４２を設けることにより、対物レン
ズ４１単体でレーザー光を絞り込んだときよりも大きな
ＮＡを得ることができる。これは、対物レンズ４１と半
球型の固体浸レンズ４２とからなる合成ＮＡは（対物レ
ンズ４１のＮＡ）×（固体浸レンズ４２の屈折率ｎ）と
なるからである。このため、例えば対物レンズ４１のＮ
Ａが０．６であり固体浸レンズ４２の屈折率ｎが２．０
であれば合成ＮＡは１．２となる。また、このときの光
スポットの径はＫ・λ／ＮＡ（λ：光波長、ＮＡ：絞り
込みレンズ部の合成ＮＡ、Ｋ：比例定数）で与えられる
ことから、定数Ｋが０．６であれば、レーザー光の波長
が６３０ｎｍのときには約３２０ｎｍとなり、光波長が
４００ｎｍのときには約２００ｎｍとなる。

【００１８】次に、この光記録再生システム１を用いて
光ディスク１０に情報を記録するときの各部の動作につ
いて説明する。光ディスク１０のディスク駆動装置２０
への取り付けは、前述したように光ディスク１０のカー
トリッジを所定のドライブ装置に装着することにより行
われる。スピンドル２１に取り付けられた光ディスク１
０はスピンドルモータ２２により駆動されて水平面内で
回転する。

【００１９】光ディスク１０が回転を始めたら、光ヘッ
ド３０は光ヘッド駆動機構（前述）により光ディスク１
０に近接するように駆動され、固体浸レンズ４２の下面
が光ディスク１０の上面（記録面１２）に接触した位置
で固定保持される。これにより光ディスク１０は固体浸
レンズ４２と接触した状態で回転することになる。

【００２０】光ディスク１０に情報を記録するときに
は、この状態でレーザー光源３１からレーザー光を照射
する。レーザー光源３１から照射されたレーザー光は前
述のように絞り込みレンズ部４０に入射され、固体浸レ
ンズ４２の下面には微小な光スポットが形成される。こ
の光スポットは記録膜１２の温度をキュリー温度以上に
昇温するが、これに合わせて電磁コイル３７を励磁し記
録膜１２に磁界を印加すると、その磁界の方向（すなわ
ち電磁コイル３７に通電する電流の方向）に応じて記録
膜１２の磁化が反転する。このような記録膜１２の磁化
の反転により、記録膜１２に情報が記録される。なお、
このような情報の記録は、光ディスク１０を上記のよう
にスピンドル２１により回転させ、且つ光ヘッド１０を
水平面内で移動（トラッキング）させることにより、記
録膜１２全域に対して行なうことが可能である

【００２１】一方、光ディスク１０に記録された情報を
再生するときには、情報の記録時と同様にレーザー光源
３１からレーザー光を照射し、固体浸レンズ４２の下面
に微小な光スポットを形成させる。但し、情報記録時と
異なり記録膜１２の温度はキュリー温度以下になるよう
に設定される。光スポットの光は記録膜１２において反
射し、入射時と同じ光路を戻ってビームスプリッター３
３から検出光用集光レンズ３５及び光検出器３６へと至
る。ここで、記録膜１２において反射された光はその偏
光角が記録膜１２の磁化の反転方向に応じて異なるため
（カー効果）、光検出器３６においてその偏光角を検出
することにより、記録された情報を再生することが可能
である。なお、この情報の再生も、光ディスク１０の回
転と光ヘッド１０のトラッキングにより、記録膜１２全
域に対して行うことが可能である。

【００２２】情報の記録及び再生はこのようにして行う
ことができるが、本発明に係る光記録再生システム１に
おいては、光ディスク１０の回転や光ヘッド３０のトラ
ッキングにより生じる光ディスク１０の光ヘッド３０に
対する相対移動が、固体浸レンズ４２が光ディスク１０
の表面（すなわち記録膜１２）に接触した状態で行われ
るようになっているので、固体浸レンズ４２の下面に形
成された光スポットは記録膜１２に到達する前にその径
が広がることがない。このため従来よりも小径の光スポ
ットを記録膜１２上に形成できることとなり、情報の記
録再生をより高密度に行うことができる。また、光スポ
ットの広がりがないために光の利用効率が向上しＳ／Ｎ
比が高められるので、記録再生の信頼性が向上する。更
には、固体浸レンズ４２と光ディスク１０表面との間の
距離を微小に保たせるような高精度な装置を必要としな
いので構成が簡単になり、製作コストを下げることもで
きる。

【００２３】なお、図３に示すように光ディスク１０の
表面（上面）には保護膜１４（厚さは数ｎｍ程度）を設
けて記録膜１２を保護するようにすることが好ましい。
また、このように保護膜１４を設けた場合には、その保
護膜１４の厚さ分だけ光スポットと記録膜１２との距離
が大きくなるので、光スポットは記録膜１２に到達する
前に若干径が広がってしまう。この保護膜１４の厚さは
微小であるのでその影響は小さいが、このような点を改
善するために、上記保護膜１４を固体浸レンズ４２とほ
ぼ同等の屈折率をもつ材料から作製するか、或いは、こ
の保護膜１４の屈折率及び厚さを考慮して固体浸レンズ
４２の厚さを減じ、保護膜１４により発生する収差を対
物レンズ４１で補正するように設計することで、この図
（図３）にも示すように、光スポットが保護膜１４を通
して記録膜１２上に形成される（保護膜１４の下面に光
スポットが形成される）ようにしてもよい。

【００２４】また、固体浸レンズ４２と光ディスク１０
との接触面のうち少なくとも一方に、透明且つ高屈折率
を有する潤滑材（厚さ１０ｎｍ程度）が設けられていれ
ばより好ましい。このように接触面に潤滑材を設けるこ
とにより、互いに接触する両部材４２，１０の摩擦を小
さくすることができ、スムーズな動きと高い耐久性を確
保することができる。このような潤滑材としては、ダイ
ヤモンド・ライク・カーボンや油帯ポーラスなどの固体
潤滑材が適当である。図４はこのような潤滑材５０が固
体浸レンズ４２の下面に設けられた例を示している。な
お、この潤滑材５０は厚さ数ｎｍでも潤滑の効果が得ら
れるので、できる限り薄くして光スポット径が大きくな
らないようにすることが好ましい。或いは、この潤滑材
５０の厚さを考慮して固体浸レンズ４２の厚さを減じ、
潤滑材５０の存在で発生する収差を対物レンズ４１で補
正するように設定しておけばなお好ましい。

【００２５】また、この光記録再生システム１において
は、固体浸レンズ４２は半球型のものであったが、これ
を図５に示すように超半球型の固体浸レンズ４２ａに置
き換えてもよい。但し、この場合も固体浸レンズ４２ａ
は平坦面を光ディスク１０の上面に対向させて（すなわ
ち平坦面を下面として）配設される。このように超半球
型の固体浸レンズ４２ａを用いた場合には、対物レンズ
４１との合成ＮＡは（対物レンズのＮＡ）×（固体浸レ
ンズの屈折率ｎ）^２となるので、より一層大きなＮＡを
得ることができ、またこれにより光スポットの径を更に
小さくすることができる。これを具体的に示すと、例え
ば対物レンズ４１のＮＡが０．６であり固体浸レンズ４
２ａの屈折率ｎが２．０であれば、合成ＮＡは２．４と
なる。また、このときの光スポット径は定数Ｋが０．６
であれば、レーザー光の波長が６３０ｎｍのときには約
１６０ｎｍとなり、光波長が４００ｎｍのときには約１
００ｎｍとなる。

【００２６】図６は、上述の光記録再生システム１にお
いて、固体浸レンズ４２を、光ディスク１０の表面に向
けて開口するピンホール４４ａ（直径５０ｎｍ程度）を
有する薄板部材４４（厚さ１μｍ程度）に置き換えて絞
り込みレンズ部４０ａを構成したものである。このよう
な構成では、ピンホール４４ａが対物レンズ４１により
集光された光の径を小さくし、その薄板部材４４の下面
には微小な光スポットが形成されるようになるので、上
記固体浸レンズ４２を用いた場合と同様の効果が得られ
る。このため、例えば直径５０ｎｍのピンホール４４ａ
を有する絞り込みレンズ部４０ａを用いれば直径約５０
ｎｍの光スポットで光記録を行うことができ、従来と比
較して約１００倍の記録密度を得ることも可能である。

【００２７】また、このような絞り込みレンズ部４０ａ
は上記の光記録再生システム１における絞り込みレンズ
部４０と同様に扱うことができるので、光ディスク１０
表面に保護膜１２を設け、或いは薄板部材４４と光ディ
スク１０との接触面のうち少なくとも一方に、透明且つ
高屈折率を有する潤滑材（厚さ１０ｎｍ程度）が設けら
れることが好ましい。なお、図６では薄板部材４４の下
面に潤滑材５０（厚さ１０ｎｍ程度）を設けた場合の例
を示している。

【００２８】これまで本発明に係る光記録再生システム
の実施形態について、書き換え可能型の光磁気記録再生
システムを例に説明してきたが、本発明の範囲はこれま
で述べたものに限られるものではない。例えば、情報の
記録再生方式は上述のような光磁気型のものに限られ
ず、穴開け型や相変化型等であってもよい。また、本シ
ステムは書き換え可能型のものにのみ適用が可能である
わけではなく、追記型或いは再生専用等のものに対して
も適用可能であることはいうまでもない。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る光記
録再生システムにおいては、光記録媒体の回転や光ヘッ
ドのトラッキングにより生じる光記録媒体の光ヘッドに
対する相対移動が、光スポット形成部材（例えば、平坦
面を光記録媒体の表面に対向させた半球型若しくは超半
球型の固体浸レンズ、或いは光記録媒体の表面に向けて
開口するピンホールを有する薄板部材など）が光記録媒
体の表面に接触した状態で行われるようになっているの
で、光スポット部材により形成された光スポットは記録
膜に到達する前にその径が広がることがない。このため
従来よりも小径の光スポットを記録膜上に形成すること
ができることとなり、情報の記録再生をより高密度に行
うことができる。また、光スポットの広がりがないため
に光の利用効率が向上しＳ／Ｎ比が高められるので、記
録再生の信頼性が向上する。更には、光スポット形成部
材と光記録媒体表面との間の距離を微小に保たせるよう
な高精度な装置を必要としないので構成が簡単になり、
製作コストを下げることもできる。なお、上記システム
においては、光記録媒体の表面に保護膜を設けて記録膜
を保護するようにすることが好ましい。

【００３０】また、光スポット形成部材及び光記録媒体
の接触面のうち少なくとも一方に、透明且つ高屈折率な
潤滑材（例えば、ダイヤモンド・ライク・カーボンや油
帯ポーラスなど）が塗布されていることが好ましい。こ
のように接触面に潤滑材を設けることにより、互いに接
触する両部材の摩擦を小さくすることができ、スムーズ
な動きと高い耐久性を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光記録再生システムの構成図であ
る。

【図２】上記システムにおける絞り込みレンズ部近傍を
示す図である。

【図３】光ディスクの表面に保護膜が設けられたときの
絞り込みレンズ部近傍を示す図である。

【図４】固体浸レンズの下面に潤滑材が設けられたとき
の固体浸レンズを示す図である。

【図５】超半球型の固体浸レンズを用いた絞り込みレン
ズ近傍を示す図である。

【図６】光ディスクの表面に向けて開口するピンホール
を有する薄板部材を用いた絞り込みレンズ部の近傍を示
す図である。

【図７】従来の光記録再生システムにおける対物レンズ
の近傍の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ 光記録再生システム １０ 光ディスク（光記録媒体） １２ 記録膜 １４ 保護膜 ２０ ディスク駆動装置 ３０ 光ヘッド ３１ レーザー光源 ３６ 光検出器 ３７ 電磁コイル ４０ 絞り込みレンズ部 ４１ 対物レンズ（集光部材） ４２ 固体浸レンズ（光スポット形成部材） ５０ 潤滑材

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 情報記録用の記録膜が設けられた平板状
   の光記録媒体と、 レーザー光源から射出された光を焦点位置に集光する集
   光部材及び前記焦点位置に配設されて微小な光スポット
   を形成する光スポット形成部材を有して構成される光ヘ
   ッドとを備え、 前記光記録媒体を前記光ヘッドに対して相対移動させた
   状態で前記光スポットを前記記録膜上に形成させること
   により前記記録膜に情報を記録し、又は前記記録膜に記
   録された情報を再生することが可能な光記録再生システ
   ムにおいて、 前記光記録媒体の前記光ヘッドに対する相対移動が、前
   記光スポット形成部材が前記光記録媒体の表面に接触し
   た状態で行われるようになっていることを特徴とする光
   記録再生システム。
2. 【請求項２】 前記光記録媒体の表面に保護膜が設けら
   れていることを特徴とする請求項１記載の光記録再生シ
   ステム。
3. 【請求項３】 前記光スポット形成部材が、平坦面を前
   記光記録媒体の表面に対向させた半球型若しくは超半球
   型の固体浸レンズであることを特徴とする請求項１又は
   ２記載の光記録再生システム。
4. 【請求項４】 前記光スポット形成部材が、前記光記録
   媒体の表面に向けて開口するピンホールを有する薄板部
   材であることを特徴とする請求項１又は２記載の光記録
   再生システム。
5. 【請求項５】 前記光スポット形成部材及び前記光記録
   媒体の接触面のうち少なくとも一方に、透明且つ高屈折
   率を有する潤滑材が設けられていることを特徴とする請
   求項１〜４のいずれかに記載の光記録再生システム。
6. 【請求項６】 前記潤滑材が、ダイヤモンド・ライク・
   カーボン若しくは油帯ポーラスであることを特徴とする
   請求項５記載の光記録再生システム。