JP4169466B2 - 記録再生方法及び記録再生装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、近接場光（エバネッセント光）を用いた記録再生方法及び記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＤ（Ｃompact Ｄisk）やＤＶＤ（Ｄigital Ｖersatile又はＶideo Ｄisk）に代表される光記録媒体は、大容量で小型化にするため、高密度化の方向に進歩している。この高密度化のためには、記録ピットの微小化が必要であり、入射する光の短波長化及び対物レンズの高ＮＡ化が図られている。
【０００３】
ところが、このような対策を講じても、光の性質としてその回折限界により、記録に関しては記録ピットの微小化に限界があり、再生に関しては微小化した記録ピットをクロストークのない状態で読取ることができない。
【０００４】
このようなことから、例えば、特開平９−９７４５７号公報によれば、高密度記録を可能とするため、シリコン基板上にバッファ層を介して強誘電体層を形成してなる記録媒体を用い、記録再生には、強誘電体層の分極の反転領域と非反転領域の表面電位の電位差を用いるようにした記録再生装置が提案されている。つまり、記録時には、強誘電体層に一定の電荷を印加してその分極方向を揃えた後、導電性を有するカンチレバーを用いて上記の印加電荷とは逆極性の電荷を印加することにより分極を反転させ、再生時には、強誘電体層の反転又は非反転した分極により発生する表面電位差を検知することで行うようにしている。即ち、原子分子レベルの空間分解能を持つ走査型プローブ顕微鏡等の技術を利用することで、高密度記録化を図ったものである。
【０００５】
また、株式会社東陽テクニカ アプリケーション・ノート９９／０４／０５（報告書）の走査型プローブ顕微鏡システムによれば、記録ピットの評価装置として、ＣＤ−ＲＷ（Ｒewritable）の相変化型記録媒体の表面電位を金属コートされたカンチレバーにより計測することにより、記録マーク形状を容易に観察し得ることが報告されている。
【０００６】
一方、光の回折限界を超える微小ピットを形成するための解決策の一つとして、近接場光を利用する方式がある。ここに、“近接場”とは、屈折率の異なる２つの媒質において、その媒質の一方の全反射領域から入射した光は境界面で全て反射されるが、この際、一部境界面を越え非伝播の電磁場のみが染み出した領域も形成される現象において、この非伝播の電磁場の染み出した領域を意味する。このような領域は、近接場光顕微鏡で用いられている光ファイバプローブでも形成することが可能である。この光ファイバプローブの場合、導入される光の波長よりも微小な開口を有し、この開口近傍に近接場が発生する。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ないと言われている。従って、微小開口の開口寸法を小さくすることにより、光の回折限界を超える微小ピットの形成が可能となる。
【０００７】
このような光ファイバプローブを用いた近接場光の検出には、イルミネーションモード、コレクションモード、イルミネーション／コレクションモードの３つのモードの何れかが用いられる。イルミネーションモードとは、光ファイバプローブ等の微小開口から出射される光を、試料に照射し、その試料を透過した光を検知する方法である。コレクションモードとは、イルミネーションモードの逆で、試料を透過してきた光を光ファイバプローブの微小開口で検知する方法である。イルミネーション／コレクションモードは、上記のイルミネーションモードとコレクションモードとを合わせた検出方法で、光ファイバプローブの微小開口から出射させた光を再びその微小開口を通じて検出する方法である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特開平９−９７４５７号公報例の場合、記録・再生に光を全く使用していないため、通常の書換え可能なＤＶＤやＣＤ等との互換性を有しない不具合がある。株式会社東陽テクニカ アプリケーション・ノート９９／０４／０５（報告書）の走査型プローブ顕微鏡システムの場合には、記録ピットの評価に関するものであり、その記録に関しては言及されておらず、従前の微小化程度（光の回折限界内）に留まるものである。
【０００９】
一方、近接場光を利用した方式に関しては、その検出において、イルミネーションモードとコレクションモードとはともにその検知される光の強度が入射される光の強度の１／１０００以下であることが知られており、イルミネーション／コレクションモードにあってはその２乗以下、つまり、１／１００００００以下と非常に微弱な信号しか検出できないとされている。即ち、近接場光は、光の回折限界を超える微小な領域を照射することができるが、その反面、その光強度が非常に弱くその検出方法に検討を要するものとなっている。
【００１０】
ちなみに、光記録媒体が相変化型の場合、記録層の相変化を起こすためには金属層が必須であり、光記録媒体が光透過性を有しないため、イルミネーションモードやコレクションモードでの検出（再生）は不可能である。この点、イルミネーション／コレクションモードの場合には理論上再生可能であるが、現実には不可能に近い。つまり、上述したように、検出強度が非常に弱い上に、検出する光は光ファイバプローブに入射する光と波長が同じで、かつ、同じ光路を通るため、２つの光（入射光と検出光）を分離検出しなければならないが、同じ波長の光の分離検出が非常に難しいためである。即ち、一般のＣＤやＤＶＤ用の光ピックアップでは、入射する光と検出する光との偏光方向の違いを利用し、λ／４板やビームスプリッタ等を用いることにより、周知の如く、半導体レーザからの出射光（入射する光）と光記録媒体からの反射光（検出する光）とを分離するようにしているが、このような偏光分離方式をイルミネーション／コレクションモードの場合に適用しようとしても、λ／４板を光ファイバプローブの先端位置に配置させることができず、かといって、光ファイバプローブの入射側に配設させても光ファイバプローブの曲げ等の応力により複屈折が生じ、偏光方向が乱されてしまい、偏光分離に適さないものとなってしまう。
【００１１】
そこで、本発明は、近接場光を利用することで従来の光記録媒体との互換性を保ちつつ高密度記録が可能で再生動作も確実な記録再生方法及び記録再生装置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】
請求項１記載の発明の記録再生方法は、基板上に金属層、誘電体層及び記録層を順に積層させてなる積層構造を有する相変化型の光記録媒体に、記録ヘッドを近接させて近接場光を照射して前記光記録媒体に情報を記録し、前記光記録媒体に近接させた再生ヘッドを用いて電圧を印加して前記光記録媒体の表面電位を検出しその電位の変化量に基づき前記光記録媒体上の情報を再生するようにした記録再生方法であって、前記光記録媒体の表面電位を検出する際、前記光記録媒体をアースするようにしたことを特徴とする。
【００１３】
従って、光記録媒体に対する記録に関しては、記録ヘッドから照射される近接場光を用いることにより光の回折限界を超える微小な記録ピットを高密度に形成することができるとともに従来の光記録媒体との互換性を維持でき、また、再生に関しては、記録ヘッドから照射される光を用いずに、再生ヘッドを用いて光記録媒体の表面電位を検知しその電位の変化量に基づくことにより微小ピットによる情報を確実に検出することができる。又、光記録媒体の表面電位を検出する際には光記録媒体をアースすることで、ノイズとなる他の浮遊電圧の影響を除去できる。特に、相変化型の光記録媒体の場合には、その記録層のアモルファス相とクリスタル相との各々の表面電位を一定に保つことができ、光記録媒体の再生信号検出を効果的に行なえる。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の記録再生方法において、前記光記録媒体を記録再生装置に固定するための固定治具を用いてアースするようにした。
【００１５】
従って、光記録媒体のアースをとる上で、光記録媒体を固定するための固定治具を利用することにより、固定作業を行なうだけで簡単にアースをとることができる。
【００２２】
請求項３記載の発明の記録再生装置は、微小開口を有する光プローブ構造からなり、記録情報に応じて基板上に金属層、誘電体層及び記録層を順に積層させてなる積層構造を有する相変化型の光記録媒体に対して近接させた前記微小開口から近接場光を出射する記録ヘッドと、この記録ヘッドの一部に一体化され、前記光記録媒体との間に電圧を印加して前記光記録媒体の表面電位を検出するための再生ヘッドと、前記再生ヘッドに光を照射する光源と、前記光源から出射される光の前記再生ヘッドにおける反射光を検知する光検知器と、を備える記録再生装置であって、前記光記録媒体をアースするアース手段を有することを特徴とする。
【００２３】
従って、光記録媒体に対する記録に関しては、記録ヘッドから照射される近接場光を用いることにより光の回折限界を超える微小な記録ピットを高密度に形成することができるとともに従来の光記録媒体との互換性を維持でき、また、再生に関しては、記録ヘッドから照射される光を用いずに、再生ヘッドを用いて光記録媒体の表面電位を検知しその電位の変化量に基づくことにより微小ピットによる情報を確実に検出することができる。ここに、再生ヘッドが記録ヘッドに一体化されているので、記録方式と再生方式とが光の利用の有無で全く異なるが、簡単に構成できる。又、光記録媒体の表面電位を検出する際にはアース手段により光記録媒体をアースすることで、ノイズとなる他の浮遊電圧の影響を除去できる。特に、相変化型の光記録媒体の場合には、その記録層のアモルファス相とクリスタル相との各々の表面電位を一定に保つことができ、光記録媒体の再生信号検出を効果的に行なえる。
【００２４】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の記録再生装置において、前記記録ヘッドの光プローブ構造は、光ファイバ先端に微小開口を有する近接場光プローブ構造からなり、前記再生ヘッドは前記微小開口部分を除く前記記録ヘッドの外面に形成された耐酸化性及び導電性を有する金属遮光膜よりなる。
【００２５】
従って、近接場光プローブ構造からなる記録ヘッドに対して、耐酸化性及び導電性を有する金属を近接場光プローブの金属遮光膜として用いることにより、近接場光プローブが有する微小開口を効果的に形成できるだけでなく、この金属遮光膜を通じて近接場光プローブ先端と光記録媒体との間に表面電位を検出するための電圧を効果的に印加させることができる。ちなみに、アルミニウムや銅などの金属を用いて金属遮光膜を形成することも可能であるが、空気中の酸素と反応して酸化されやすく、結果として、微小開口部分での金属酸化が遮光性を悪くし、実効的に開口を広げてしまう上に、酸化膜により近接場光プローブ先端に電圧を印加できなくなるため、金のような酸化しにくくて電気導電性のよい金属により金属遮光膜が形成される。
【００２６】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の記録再生装置における前記金属遮光膜は、前記微小開口の端面近傍に先細突起を一体に有する。
【００２７】
従って、微小開口の端面近傍に先細突起を有し、金属遮光膜を通じて電圧が印加されるので、光記録媒体に対して点接触的となるこの先細突起を通じて効果的に光記録媒体の微小領域の表面電位を検知し再生に供することができる。
【００２８】
請求項６記載の発明は、請求項３ないし５の何れか一に記載の記録再生装置において、前記アース手段は、前記光記録媒体を固定するための固定治具を含む。
【００２９】
従って、アース手段により光記録媒体のアースをとる上で、光記録媒体を固定するための固定治具を利用することにより、固定作業を行なうだけで簡単にアースをとることができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図１ないし図５に基づいて説明する。本実施の形態は、概略的には、図１を参照すれば、記録ヘッドとしての近接場光プローブ１を相変化型の光記録媒体２の表面に近接させて近接場光プローブ１の先端から記録情報に応じて近接場光を照射することにより、光記録媒体２に微小ピットを形成する記録動作を行い、光記録媒体２に記録された微小ピットの情報を近接場光プローブ１に一体化させてなる先端の再生ヘッド部分を利用した表面電位の検知によるその電位の変化量（電位差）に基づき再生することを基本とする。
【００４３】
まず、本実施の形態で用いられる相変化型の光記録媒体２の構成例について図２を参照して説明する。この光記録媒体２は、ポリカーボネイト基板等の基板４上に金属層５、誘電体層６及び記録層７を順に積層させた積層構造からなる。記録層７として、ＡｇＩｎＳｂＴｅ若しくはＧｅＳｂ2Ｔｅ5のみの材料からなり、記録層の一部として上記２つのものが使われてはいない。誘電体層６はＺｎＳ・ＳｉＯ2等の材料からなる。金属層５は後述するように銀（Ａｇ）等により形成されている。
【００４４】
次に、近接場光プローブ１の構造について図３及び図４を参照して説明する。この近接場光プローブ１はコア８とクラッド９とからなる光ファイバ１０をベースとし、先端に円錐状コア８ａを形成し、このような光ファイバ１０の外面全体を覆う金属遮光膜１１を形成し、円錐状コア８ａ部分の金属遮光膜１１の一部を切断することにより微小開口１２を形成してなる。金属遮光膜１１において、微小開口１２の端面近傍には先端の尖った先細突起１３が一体に形成されている。ここに、金属遮光膜１１、特に先細突起１３部分が再生ヘッドとして機能する。
【００４５】
図４により、このような近接場光プローブ１の作製工程を説明する。まず、光ファイバ１０を用意し（図４（ａ））、この光ファイバ１０の端面をフッ酸とフッ化アンモンとの混合水溶液を用いた化学ウェットエッチングによりエッチングすることにより円錐状コア８ａを形成する（図４（ｂ））。このような円錐状コア８ａの形成された光ファイバ１０の外面全体を酸性化しにくくて電気導電性に優れた金属、ここでは、金（Ａｕ）を例えば５００ｎｍの膜厚で成膜して金属遮光膜１１を形成する（図４（ｃ））。このような金属遮光膜１１の形成された円錐状コア８ａ部分の先端一部をＦＩＢ（Ｆocused Ｉon Ｂeam）を用いて切断することにより、円錐状コア８ａ部分が外部に露出する微小開口１２を形成する（図４（ｄ））。本実施の形態では、この微小開口１２の大きさ（直径）を１００ｎｍとしたが、１０〜１５００ｎｍ程度であれば支障なく、好ましくは、１０〜２００ｎｍ程度がよい。ここに、ＦＩＢによるイオンビームを照射する領域１４を図４（ｃ）に示すように中心に対してオフセットさせて設定することにより、金属遮光膜１１による先細突起１３が先端の一部に一体に形成される。
【００４６】
ここに、金属遮光膜１１の材料としては、金（Ａｕ）に限らず、白金（Ｐｔ）等でも問題ないが、例えば、アルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）などの金属の場合には空気により酸化されやすく、金属遮光膜１１を通じて近接場光プローブ１の先端に電圧を印加することができないので好ましくない。これは、遮光膜として有機物質を用いる場合も同様である。また、微小開口１２部分での金属酸化が遮光性を悪くし、実効的に微小開口１２を広げてしまう不具合がある。よって、金や白金のように、酸化しにくくて電気導電性のよい金属により金属遮光膜１１が形成される。
【００４７】
つづいて、このような相変化型の光記録媒体２と近接場光プローブ１とを用いた記録再生装置の構成例及びその記録再生方法について、図１を参照して説明する。光記録媒体２の記録層７面に対して先端が近接する状態で対向配置される近接場光プローブ１は、その基端側が基台１５に片持ち支持されてカンチレバーの如く上下方向に振動可能に設けられている。また、光記録媒体２は基台１６上に設けられて光記録媒体２と平行なｘ，ｙ方向（水平方向）と垂直なｚ方向（垂直方向）とに変位駆動可能なアクチュエータ１７上に搭載されており、近接場光プローブ１の先端に対する光記録媒体２の距離が可変で、かつ、近接場光プローブ１の先端に対して光記録媒体２を水平方向に移動又は回転自在とされている。即ち、光記録媒体２と近接場光プローブ１の先端との間の間隔が調整制御自在とされ、かつ、外周面に導電性の金属遮光膜１１を有してこの金属遮光膜１１と光記録媒体２との間に電圧印加が可能なため、光記録媒体２の表面電位の検出が可能とされている。
【００４８】
このような間隔の調整制御や表面電位の検出は、基本的には、走査マックスウェル応力顕微鏡の場合と同様な方式によるものである（この他、ケルビンフォース顕微鏡等の場合と同様な方式でもよい）。この原理も合わせて、以下に簡単に説明する。
【００４９】
まず、再生動作について説明する。前述したように、本実施の形態の近接場光プローブ１は微小開口１２部分を除いて導電性のよい金属遮光膜１１により覆われており、再生ヘッドとして機能するように構成されている。そこで、電源１８及びアンプ１９を用いて、金属遮光膜１１を介して近接場光プローブ１と光記録媒体２との間に電圧Ｖを印加すると、静電結合により近接場光プローブ１の先端（特に、先細突起１３）と光記録媒体２との間に(１)式で表される力Ｆｚが働く。
【００５０】
Ｆｚ＝−（１／２）(∂Ｃ／∂ｚ）Ｖ2 …………（１）
（ただし、Ｃは近接場光プローブ１の先端と光記録媒体２との間の静電容量、
ｚは近接場光プローブ１の先端と光記録媒体２との間の距離）
ここで、光記録媒体２の表面電位をＶｓとし、近接場光プローブ１の金属遮光膜１１に電源１８により（２）式で表される交流電圧ＶACと制御用の直流電圧Ｖoffとを印加する。
【００５１】
Ｖ＝ＶACsinωｔ＋Ｖoff ……………………（２）
【００５２】
この光記録媒体２の表面電位Ｖｓと（２）式で表される電圧Ｖとを（１）式に代入すると、（３）（４）式のようになる。
【００５３】
【００５４】
ここで、（４）式は、図１に示す本実施の形態の記録再生装置の構成において、近接場光プローブ１と光記録媒体２との間に働く力を表している。つまり、近接場光プローブ１は（４）式で示される力Ｆｚで振動する。
【００５５】
そこで、光テコの原理により光源２０から出射される光を近接場光プローブ１の表面（金属遮光膜１１）で反射させ、その反射光を光検知器２１により検知することで、近接場光プローブ１に働く力をモニタすることができる。この光検知器２１で検知される信号Ａは（５）式で表される。
【００５６】
【００５７】
このような光検知器２１からの信号Ａは、２つのロックインアンプ２２，２３に入力され、各々ω又は２ω周波数成分の信号のみが取り出される。例えば、ロックインアンプ２２により検出される２ω成分の信号Ａ3は、（６）式で表される。
【００５８】
Ａ3＝−ａ3(∂Ｃ／∂ｚ) ＶAC 2………（６）
【００５９】
この検出信号Ａ3は、静電容量のｚ方向に対する微分信号であり、静電容量を固定するように制御を行い、ｚ方向、つまり、光記録媒体２と近接場光プローブ１の先端との距離を一定に保つことができる。このため、この検出信号Ａ3（ロックインアンプ２２の検知信号）はフィードバック回路２４に入力され、アンプ２５を介してアクチュエータ１７を制御することより、光記録媒体２と近接場光プローブ１の先端との距離制御が行われる。
【００６０】
また、ロックインアンプ２３により検出されるω成分の信号Ａ2は（７）（８）式で表される。
【００６１】
【００６２】
この検出信号Ａ2は、（８）式からも分かるように、光記録媒体２上の表面電位Ｖｓと∂Ｃ／∂ｚとに依存する。ここで、∂Ｃ／∂ｚの値を一定にし、かつ、検出信号Ａ2の値がゼロとなるように、Ｖoff制御回路２６により直流電圧Ｖoffの値をフィード制御することにより、光記録媒体２の表面電位Ｖｓを検知することができる。即ち、（８）式において、Ｖoff＋Ｖｓ＝０より、Ｖｓ＝−Ｖoffを得る。
【００６３】
このように、近接場光プローブ１の先端に金属遮光膜１１を介して電圧を印加することにより、光記録媒体２との間に力を作用させ、この力をモニタすることにより、近接場光プローブ１の先端と光記録媒体２との間の距離を制御できるだけでなく、光記録媒体２の表面電位Ｖｓを検知することができるので、この表面電位Ｖｓの変化量（電位差）から光記録媒体２に記録されている微小ピットによる記録情報を再生することができる。なお、光記録媒体２に対する近接場光プローブ１の２次元的走査はアンプ２７を介してアクチュエータ１７により光記録媒体２を２次元的に変位させることにより行われる。特に、本実施の形態では、金属遮光膜１１を利用して近接場光プローブ１の先端部分に先細突起１３が形成されているので、光記録媒体２上の微小領域の表面電位Ｖｓの検知が可能となり、高密度記録に対応した再生が可能となる。
【００６４】
次に、記録動作について説明する。近接場光プローブ１は本質的にその基部側から光を導入させることで、先端側の微小開口１２部分から近接場光を照射させることができる。つまり、光の回折限界を超えて、微小開口１２に対応するような微小な領域を照明することができるので、近接させた光記録媒体２に対して近接場光を照射させることによりその微小領域で記録層７における相変化材料の相を変化させて情報を微小ピットとして記録することができる。このため、例えば、図１中に示すように、半導体レーザ２８からの波長７８０ｎｍのレーザ光をレンズ２９により集光して近接場光プローブ１の基部側から導入させる。このとき、８０ｍＷのレーザ光を近接場光プローブ１中に導入させることにより、光記録媒体２の記録層７における相変化材料は融点付近まで熱せられた後、急冷されることにより、アモルファス相状態に相変化する。同様に、６０ｍＷのレーザ光を近接場光プローブ１中に導入させることにより、記録層７における相変化材料は結晶化温度付近まで熱せられた後、徐冷させることによりクリスタル相状態に相変化する。このように近接場光プローブ１の先端の微小開口１２から照射する近接場光を利用することより、記録層７中の相変化材料の相状態を変化させることにより、光の回折限界を超える微小ピット状態の記録が可能となる。
【００６５】
ここで、図１に示したような記録再生装置により再生した場合に得られた具体的な再生信号の結果例を光記録媒体２の構成に対応して説明する。図５（ａ）は厚さ０．６ｍｍのポリカーボネイト基板による基板４、厚さ１２０ｎｍの銀（Ａｇ）による金属層５、厚さ２０ｎｍのＺｎＳ・ＳｉＯ２による誘電体層６、厚さ２０ｎｍのＡｇＩｎＳｂＴｅによる記録層７からなる光記録媒体２を用いて再生した場合の結果を示し、図５（ｂ）は同様の構造において厚さ１２０ｎｍの銀（Ａｇ）による金属層５に代えて厚さ１２０ｎｍのアルミチタン（ＡｌＴｉ）による金属層を設けてなる光記録媒体を用いて再生した場合の結果を比較例として示している。このような２種類の光記録媒体に関して、反射層として機能する金属層のＡＦＭ測定により求めた表面粗さＲａは、銀（Ａｇ）の場合には０．５７ｎｍで平坦性がよいのに対して、アルミチタン（ＡｌＴｉ）の場合には１．４５ｎｍで平坦性の悪いものであった。また、これらの光記録媒体には、記録マーク長の異なるパターンがランダムに記録されているものとする。図５に示す再生信号の結果において、約＋０．０３Ｖはアモルファス状態の相を示しており、約−０．０３Ｖはクリスタル状態の相を示している。再生動作においては、これらのアモルファス状態の相とクリスタル状態の相との２つの相の表面電位の相違(電位差)を検出することで、光記録媒体に記録されている情報を再生することとなる。
【００６６】
図５（ａ）（ｂ）に示す結果によれば、検出される再生信号は、表面平坦性の悪いアルミチタンの場合には表面平坦性のよい銀を用いた構造の光記録媒体２の場合に比べ、信号のギザつきが多いことが分かる。これは、上述したような積層構造の光記録媒体においては、記録層７の平坦度は下層に位置する金属層５の表面平坦度に大きく影響される。このため、アルミチタンの表面平坦度の悪さが光記録媒体の表面電位に影響を与えた結果であると思われる。このように記録層の平坦度の悪さによる再生信号のギザつきは、信号検出のエラー発生要因となるため、金属層５としては本実施の形態のように表面平坦度のよい銀のような金属が好ましい。一般的には、金属層５の表面粗さＲａは１ｎｍ以下であればよく、好ましくは、０．５ｎｍ以下がよい。具体的には、白金（Ｐｔ）等でもよいが、上記のように銀（Ａｇ）を用いれば安価で済む。また、銀単体の場合の酸化やコロージョン等を抑制するために、パナジウムやチタン等を添加してなる銀を主成分とする化合物を用いてもよい。
【００６７】
なお、本実施の形態では、記録ヘッドとなる光プローブとして光ファイバ１０の先端に微小開口１２を形成してなる近接場光プローブ１の例で説明したが、この他、シリコン基板やガラス基板に微小開口を形成してなる平面型の光プローブを用いるようにしてもよい。また、本発明の記録再生方法を実施する上では、光記録媒体２の表面電位検出用の再生ヘッドを記録ヘッド（光プローブ）とは別個に設けてもよい。
【００６８】
本発明の第二の実施の形態を図６ないし図８に基づいて説明する。前述の実施の形態で示した部分と同一部分は同一符号を用いて示し、説明も省略する（以降の実施の形態でも同様とする）。本実施の形態は、アクチュエータ１７上に載置された光記録媒体２をアース手段３１によりアースするようにしたものである。このアース手段３１は、光記録媒体２をアクチュエータ１７上に固定するための固定治具３２を利用して光記録媒体２をアースする構成とされている。
【００６９】
ここに、本実施の形態の光記録媒体２では、図７（ａ）に示すように外周部又は図７（ｂ）に示すように内周部に全周に渡るアース領域３３を有する構造とされている。断面構造的には、例えば、図８（ａ）に示すように表層の記録層７から金属層５に至る側面全域に渡ってアース領域３３が形成され、或いは、図８（ｂ）に示すように、金属層５のみに直接接続されるようにアース領域３３が形成されている。何れにしても、アース領域３３は金属層５と同じ材料により成膜形成するのがよい。固定治具３２はこのようなアース領域３３に電気的に接することにより光記録媒体２の金属層５をアースに落とすこととなる。
【００７０】
ちなみに、本実施の形態における光記録媒体２の層構成についで説明する。基本的には、図２で説明した場合と同様で、表面側から記録層７、誘電体層６、金属層５及び基板４の積層構造からなる。具体的には、記録層７としてはＡｇＩｎＳｂＴｅからなる４元素系相変化材料を２０ｎｍ膜厚、誘電体層６としてはＺｎＳとＳｉＯ2からなる材料を２０ｎｍ膜厚、金属層５としてはＡｇからなる材料を１２０ｎｍ膜厚、基板４としてはポリカーボネイトを０．６ｍｍ厚さに形成してなる。
【００７１】
従って、本実施の形態によれば、光記録媒体２の表面電位を検出する際には光記録媒体２をアースするようにしたので、ノイズとなる他の浮遊電圧の影響を除去することができる。特に、本実施の形態のように相変化型の光記録媒体２の場合には、その記録層７のアモルファス相とクリスタル相との各々の表面電位を一定に保つことができるので、光記録媒体２の再生信号検出を効果的に行なえる。また、光記録媒体２をアースするアース手段３１にこの光記録媒体２を固定するための固定治具３２を利用しているので、光記録媒体２を固定治具３２によりアクチュエータ１７上に固定する固定作業を行なうだけで簡単にアースをとることができる。
【００８３】
本発明の第三の実施の形態を図９及び図１０に基づいて説明する。本実施の形態は、光記録媒体２の構造に関するもので、図２に示したような構成に加えて、最表層に誘電体層６１をさらに設けたものである。即ち、誘電体層６１／記録層７／誘電体層６／金属層５／基板４の積層構造とされている。
【００８４】
より具体的な各層の層構成及び膜厚は、表層側から順にＺｎＳ・ＳｉＯ2（２０ｎｍ）／ＡｇＩｎＳｂＴｅ（１５ｎｍ）／ＺｎＳ・ＳｉＯ2（２０ｎｍ）／Ａｇ（１２０ｎｍ）／ポリカーボネイト基板である。このような層構成の光記録媒体２を用いて前述の場合と同様に位相差による再生信号を検出した結果を図１０に示す。本実施の形態の場合、図２に示した最表層に誘電体層のないものに比べ、検出信号は小さくなるものの、検出することはできていることが分かる。この結果、本実施の形態によれば、最表層に誘電体層６１を有することで、記録層７の空気酸化を防ぐことができ、記録層７に記録されたデータの保存性をよくすることができる。
【００８５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の記録再生方法によれば、光記録媒体に対する記録に関しては、記録ヘッドから照射される近接場光を用いることにより光の回折限界を超える微小な記録ピットを高密度に形成することができるとともに従来の光記録媒体との互換性を維持でき、また、再生に関しては、記録ヘッドから照射される光を用いずに、再生ヘッドを用いて光記録媒体の表面電位を検知しその電位の変化量に基づくことにより微小ピットによる情報を確実に検出することができる。又、光記録媒体の表面電位を検出する際には光記録媒体をアースするようにしたので、ノイズとなる他の浮遊電圧の影響を除去でき、特に、相変化型の光記録媒体の場合には、その記録層のアモルファス相とクリスタル相との各々の表面電位を一定に保つことができ、光記録媒体の再生信号検出を効果的に行なうことができる。
【００８６】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の記録再生方法において、光記録媒体のアースをとる上で、光記録媒体を固定するための固定治具を利用するようにしたので、固定作業を行なうだけで簡単にアースをとることができる。
【００９０】
請求項３記載の発明の記録再生装置によれば、光記録媒体に対する記録に関しては、記録ヘッドから照射される近接場光を用いることにより光の回折限界を超える微小な記録ピットを高密度に形成することができるとともに従来の光記録媒体との互換性を維持でき、また、再生に関しては、記録ヘッドから照射される光を用いずに、再生ヘッドを用いて光記録媒体の表面電位を検知しその電位の変化量に基づくことにより微小ピットによる情報を確実に検出することができる上に、再生ヘッドが記録ヘッドに一体化されているので、記録方式と再生方式とが光の利用の有無で全く異なるが、簡単に構成することができる。又、光記録媒体の表面電位を検出する際にはアース手段により光記録媒体をアースするようにしたので、ノイズとなる他の浮遊電圧の影響を除去でき、特に、相変化型の光記録媒体の場合には、その記録層のアモルファス相とクリスタル相との各々の表面電位を一定に保つことができ、光記録媒体の再生信号検出を効果的に行なうことができる。
【００９１】
請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の記録再生装置において、近接場光プローブ構造からなる記録ヘッドに対して、耐酸化性及び導電性を有する金属を近接場光プローブの金属遮光膜として用いることにより、近接場光プローブが有する微小開口を効果的に形成できるだけでなく、この金属遮光膜を通じて近接場光プローブ先端と光記録媒体との間に表面電位を検出するための電圧を効果的に印加させることができる。
【００９２】
請求項５記載の発明によれば、請求項４記載の記録再生装置において、微小開口の端面近傍に先細突起を有し、金属遮光膜を通じて電圧が印加されるので、光記録媒体に対して点接触的となるこの先細突起を通じて効果的に光記録媒体の微小領域の表面電位を検知し再生に供することができる。
【００９３】
請求項６記載の発明によれば、請求項３ないし５の何れか一に記載の記録再生装置において、アース手段により光記録媒体のアースをとる上で、光記録媒体を固定するための固定治具を利用するようにしたので、固定作業を行なうだけで簡単にアースをとることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の記録再生装置の第一の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】光記録媒体の積層構造を示す断面図である。
【図３】近接場光プローブの先端部分の構造を拡大して示す断面図である。
【図４】近接場光プローブの作製工程を順に示す断面図である。
【図５】（ａ）は本実施の形態による再生信号の結果を示すグラフ、（ｂ）は比較例としての再生信号の結果を示すグラフである。
【図６】本発明の記録再生装置の第二の実施の形態を示す概略構成図である。
【図７】光記録媒体のアース領域の割り当てを示す模式的平面図である。
【図８】その断面構造例を模式的に示す模式的断面図である。
【図９】本発明の第三の実施の形態として光記録媒体の積層構造を示す断面図である。
【図１０】その特性を示すグラフである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、近接場光（エバネッセント光）を用いた記録再生方法及び記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＤ（Ｃompact Ｄisk）やＤＶＤ（Ｄigital Ｖersatile又はＶideo Ｄisk）に代表される光記録媒体は、大容量で小型化にするため、高密度化の方向に進歩している。この高密度化のためには、記録ピットの微小化が必要であり、入射する光の短波長化及び対物レンズの高ＮＡ化が図られている。
【０００３】
ところが、このような対策を講じても、光の性質としてその回折限界により、記録に関しては記録ピットの微小化に限界があり、再生に関しては微小化した記録ピットをクロストークのない状態で読取ることができない。
【０００４】
このようなことから、例えば、特開平９−９７４５７号公報によれば、高密度記録を可能とするため、シリコン基板上にバッファ層を介して強誘電体層を形成してなる記録媒体を用い、記録再生には、強誘電体層の分極の反転領域と非反転領域の表面電位の電位差を用いるようにした記録再生装置が提案されている。つまり、記録時には、強誘電体層に一定の電荷を印加してその分極方向を揃えた後、導電性を有するカンチレバーを用いて上記の印加電荷とは逆極性の電荷を印加することにより分極を反転させ、再生時には、強誘電体層の反転又は非反転した分極により発生する表面電位差を検知することで行うようにしている。即ち、原子分子レベルの空間分解能を持つ走査型プローブ顕微鏡等の技術を利用することで、高密度記録化を図ったものである。
【０００５】
また、株式会社東陽テクニカ アプリケーション・ノート９９／０４／０５（報告書）の走査型プローブ顕微鏡システムによれば、記録ピットの評価装置として、ＣＤ−ＲＷ（Ｒewritable）の相変化型記録媒体の表面電位を金属コートされたカンチレバーにより計測することにより、記録マーク形状を容易に観察し得ることが報告されている。
【０００６】
一方、光の回折限界を超える微小ピットを形成するための解決策の一つとして、近接場光を利用する方式がある。ここに、“近接場”とは、屈折率の異なる２つの媒質において、その媒質の一方の全反射領域から入射した光は境界面で全て反射されるが、この際、一部境界面を越え非伝播の電磁場のみが染み出した領域も形成される現象において、この非伝播の電磁場の染み出した領域を意味する。このような領域は、近接場光顕微鏡で用いられている光ファイバプローブでも形成することが可能である。この光ファイバプローブの場合、導入される光の波長よりも微小な開口を有し、この開口近傍に近接場が発生する。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ないと言われている。従って、微小開口の開口寸法を小さくすることにより、光の回折限界を超える微小ピットの形成が可能となる。
【０００７】
このような光ファイバプローブを用いた近接場光の検出には、イルミネーションモード、コレクションモード、イルミネーション／コレクションモードの３つのモードの何れかが用いられる。イルミネーションモードとは、光ファイバプローブ等の微小開口から出射される光を、試料に照射し、その試料を透過した光を検知する方法である。コレクションモードとは、イルミネーションモードの逆で、試料を透過してきた光を光ファイバプローブの微小開口で検知する方法である。イルミネーション／コレクションモードは、上記のイルミネーションモードとコレクションモードとを合わせた検出方法で、光ファイバプローブの微小開口から出射させた光を再びその微小開口を通じて検出する方法である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特開平９−９７４５７号公報例の場合、記録・再生に光を全く使用していないため、通常の書換え可能なＤＶＤやＣＤ等との互換性を有しない不具合がある。株式会社東陽テクニカ アプリケーション・ノート９９／０４／０５（報告書）の走査型プローブ顕微鏡システムの場合には、記録ピットの評価に関するものであり、その記録に関しては言及されておらず、従前の微小化程度（光の回折限界内）に留まるものである。
【０００９】
一方、近接場光を利用した方式に関しては、その検出において、イルミネーションモードとコレクションモードとはともにその検知される光の強度が入射される光の強度の１／１０００以下であることが知られており、イルミネーション／コレクションモードにあってはその２乗以下、つまり、１／１００００００以下と非常に微弱な信号しか検出できないとされている。即ち、近接場光は、光の回折限界を超える微小な領域を照射することができるが、その反面、その光強度が非常に弱くその検出方法に検討を要するものとなっている。
【００１０】
ちなみに、光記録媒体が相変化型の場合、記録層の相変化を起こすためには金属層が必須であり、光記録媒体が光透過性を有しないため、イルミネーションモードやコレクションモードでの検出（再生）は不可能である。この点、イルミネーション／コレクションモードの場合には理論上再生可能であるが、現実には不可能に近い。つまり、上述したように、検出強度が非常に弱い上に、検出する光は光ファイバプローブに入射する光と波長が同じで、かつ、同じ光路を通るため、２つの光（入射光と検出光）を分離検出しなければならないが、同じ波長の光の分離検出が非常に難しいためである。即ち、一般のＣＤやＤＶＤ用の光ピックアップでは、入射する光と検出する光との偏光方向の違いを利用し、λ／４板やビームスプリッタ等を用いることにより、周知の如く、半導体レーザからの出射光（入射する光）と光記録媒体からの反射光（検出する光）とを分離するようにしているが、このような偏光分離方式をイルミネーション／コレクションモードの場合に適用しようとしても、λ／４板を光ファイバプローブの先端位置に配置させることができず、かといって、光ファイバプローブの入射側に配設させても光ファイバプローブの曲げ等の応力により複屈折が生じ、偏光方向が乱されてしまい、偏光分離に適さないものとなってしまう。
【００１１】
そこで、本発明は、近接場光を利用することで従来の光記録媒体との互換性を保ちつつ高密度記録が可能で再生動作も確実な記録再生方法及び記録再生装置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】
請求項１記載の発明の記録再生方法は、基板上に金属層、誘電体層及び記録層を順に積層させてなる積層構造を有する相変化型の光記録媒体に、記録ヘッドを近接させて近接場光を照射して前記光記録媒体に情報を記録し、前記光記録媒体に近接させた再生ヘッドを用いて電圧を印加して前記光記録媒体の表面電位を検出しその電位の変化量に基づき前記光記録媒体上の情報を再生するようにした記録再生方法であって、前記光記録媒体の表面電位を検出する際、前記光記録媒体をアースするようにしたことを特徴とする。
【００１３】
従って、光記録媒体に対する記録に関しては、記録ヘッドから照射される近接場光を用いることにより光の回折限界を超える微小な記録ピットを高密度に形成することができるとともに従来の光記録媒体との互換性を維持でき、また、再生に関しては、記録ヘッドから照射される光を用いずに、再生ヘッドを用いて光記録媒体の表面電位を検知しその電位の変化量に基づくことにより微小ピットによる情報を確実に検出することができる。又、光記録媒体の表面電位を検出する際には光記録媒体をアースすることで、ノイズとなる他の浮遊電圧の影響を除去できる。特に、相変化型の光記録媒体の場合には、その記録層のアモルファス相とクリスタル相との各々の表面電位を一定に保つことができ、光記録媒体の再生信号検出を効果的に行なえる。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の記録再生方法において、前記光記録媒体を記録再生装置に固定するための固定治具を用いてアースするようにした。
【００１５】
従って、光記録媒体のアースをとる上で、光記録媒体を固定するための固定治具を利用することにより、固定作業を行なうだけで簡単にアースをとることができる。
【００２２】
請求項３記載の発明の記録再生装置は、微小開口を有する光プローブ構造からなり、記録情報に応じて基板上に金属層、誘電体層及び記録層を順に積層させてなる積層構造を有する相変化型の光記録媒体に対して近接させた前記微小開口から近接場光を出射する記録ヘッドと、この記録ヘッドの一部に一体化され、前記光記録媒体との間に電圧を印加して前記光記録媒体の表面電位を検出するための再生ヘッドと、前記再生ヘッドに光を照射する光源と、前記光源から出射される光の前記再生ヘッドにおける反射光を検知する光検知器と、を備える記録再生装置であって、前記光記録媒体をアースするアース手段を有することを特徴とする。
【００２３】
従って、光記録媒体に対する記録に関しては、記録ヘッドから照射される近接場光を用いることにより光の回折限界を超える微小な記録ピットを高密度に形成することができるとともに従来の光記録媒体との互換性を維持でき、また、再生に関しては、記録ヘッドから照射される光を用いずに、再生ヘッドを用いて光記録媒体の表面電位を検知しその電位の変化量に基づくことにより微小ピットによる情報を確実に検出することができる。ここに、再生ヘッドが記録ヘッドに一体化されているので、記録方式と再生方式とが光の利用の有無で全く異なるが、簡単に構成できる。又、光記録媒体の表面電位を検出する際にはアース手段により光記録媒体をアースすることで、ノイズとなる他の浮遊電圧の影響を除去できる。特に、相変化型の光記録媒体の場合には、その記録層のアモルファス相とクリスタル相との各々の表面電位を一定に保つことができ、光記録媒体の再生信号検出を効果的に行なえる。
【００２４】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の記録再生装置において、前記記録ヘッドの光プローブ構造は、光ファイバ先端に微小開口を有する近接場光プローブ構造からなり、前記再生ヘッドは前記微小開口部分を除く前記記録ヘッドの外面に形成された耐酸化性及び導電性を有する金属遮光膜よりなる。
【００２５】
従って、近接場光プローブ構造からなる記録ヘッドに対して、耐酸化性及び導電性を有する金属を近接場光プローブの金属遮光膜として用いることにより、近接場光プローブが有する微小開口を効果的に形成できるだけでなく、この金属遮光膜を通じて近接場光プローブ先端と光記録媒体との間に表面電位を検出するための電圧を効果的に印加させることができる。ちなみに、アルミニウムや銅などの金属を用いて金属遮光膜を形成することも可能であるが、空気中の酸素と反応して酸化されやすく、結果として、微小開口部分での金属酸化が遮光性を悪くし、実効的に開口を広げてしまう上に、酸化膜により近接場光プローブ先端に電圧を印加できなくなるため、金のような酸化しにくくて電気導電性のよい金属により金属遮光膜が形成される。
【００２６】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の記録再生装置における前記金属遮光膜は、前記微小開口の端面近傍に先細突起を一体に有する。
【００２７】
従って、微小開口の端面近傍に先細突起を有し、金属遮光膜を通じて電圧が印加されるので、光記録媒体に対して点接触的となるこの先細突起を通じて効果的に光記録媒体の微小領域の表面電位を検知し再生に供することができる。
【００２８】
請求項６記載の発明は、請求項３ないし５の何れか一に記載の記録再生装置において、前記アース手段は、前記光記録媒体を固定するための固定治具を含む。
【００２９】
従って、アース手段により光記録媒体のアースをとる上で、光記録媒体を固定するための固定治具を利用することにより、固定作業を行なうだけで簡単にアースをとることができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図１ないし図５に基づいて説明する。本実施の形態は、概略的には、図１を参照すれば、記録ヘッドとしての近接場光プローブ１を相変化型の光記録媒体２の表面に近接させて近接場光プローブ１の先端から記録情報に応じて近接場光を照射することにより、光記録媒体２に微小ピットを形成する記録動作を行い、光記録媒体２に記録された微小ピットの情報を近接場光プローブ１に一体化させてなる先端の再生ヘッド部分を利用した表面電位の検知によるその電位の変化量（電位差）に基づき再生することを基本とする。
【００４３】
まず、本実施の形態で用いられる相変化型の光記録媒体２の構成例について図２を参照して説明する。この光記録媒体２は、ポリカーボネイト基板等の基板４上に金属層５、誘電体層６及び記録層７を順に積層させた積層構造からなる。記録層７として、ＡｇＩｎＳｂＴｅ若しくはＧｅＳｂ2Ｔｅ5のみの材料からなり、記録層の一部として上記２つのものが使われてはいない。誘電体層６はＺｎＳ・ＳｉＯ2等の材料からなる。金属層５は後述するように銀（Ａｇ）等により形成されている。
【００４４】
次に、近接場光プローブ１の構造について図３及び図４を参照して説明する。この近接場光プローブ１はコア８とクラッド９とからなる光ファイバ１０をベースとし、先端に円錐状コア８ａを形成し、このような光ファイバ１０の外面全体を覆う金属遮光膜１１を形成し、円錐状コア８ａ部分の金属遮光膜１１の一部を切断することにより微小開口１２を形成してなる。金属遮光膜１１において、微小開口１２の端面近傍には先端の尖った先細突起１３が一体に形成されている。ここに、金属遮光膜１１、特に先細突起１３部分が再生ヘッドとして機能する。
【００４５】
図４により、このような近接場光プローブ１の作製工程を説明する。まず、光ファイバ１０を用意し（図４（ａ））、この光ファイバ１０の端面をフッ酸とフッ化アンモンとの混合水溶液を用いた化学ウェットエッチングによりエッチングすることにより円錐状コア８ａを形成する（図４（ｂ））。このような円錐状コア８ａの形成された光ファイバ１０の外面全体を酸性化しにくくて電気導電性に優れた金属、ここでは、金（Ａｕ）を例えば５００ｎｍの膜厚で成膜して金属遮光膜１１を形成する（図４（ｃ））。このような金属遮光膜１１の形成された円錐状コア８ａ部分の先端一部をＦＩＢ（Ｆocused Ｉon Ｂeam）を用いて切断することにより、円錐状コア８ａ部分が外部に露出する微小開口１２を形成する（図４（ｄ））。本実施の形態では、この微小開口１２の大きさ（直径）を１００ｎｍとしたが、１０〜１５００ｎｍ程度であれば支障なく、好ましくは、１０〜２００ｎｍ程度がよい。ここに、ＦＩＢによるイオンビームを照射する領域１４を図４（ｃ）に示すように中心に対してオフセットさせて設定することにより、金属遮光膜１１による先細突起１３が先端の一部に一体に形成される。
【００４６】
ここに、金属遮光膜１１の材料としては、金（Ａｕ）に限らず、白金（Ｐｔ）等でも問題ないが、例えば、アルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）などの金属の場合には空気により酸化されやすく、金属遮光膜１１を通じて近接場光プローブ１の先端に電圧を印加することができないので好ましくない。これは、遮光膜として有機物質を用いる場合も同様である。また、微小開口１２部分での金属酸化が遮光性を悪くし、実効的に微小開口１２を広げてしまう不具合がある。よって、金や白金のように、酸化しにくくて電気導電性のよい金属により金属遮光膜１１が形成される。
【００４７】
つづいて、このような相変化型の光記録媒体２と近接場光プローブ１とを用いた記録再生装置の構成例及びその記録再生方法について、図１を参照して説明する。光記録媒体２の記録層７面に対して先端が近接する状態で対向配置される近接場光プローブ１は、その基端側が基台１５に片持ち支持されてカンチレバーの如く上下方向に振動可能に設けられている。また、光記録媒体２は基台１６上に設けられて光記録媒体２と平行なｘ，ｙ方向（水平方向）と垂直なｚ方向（垂直方向）とに変位駆動可能なアクチュエータ１７上に搭載されており、近接場光プローブ１の先端に対する光記録媒体２の距離が可変で、かつ、近接場光プローブ１の先端に対して光記録媒体２を水平方向に移動又は回転自在とされている。即ち、光記録媒体２と近接場光プローブ１の先端との間の間隔が調整制御自在とされ、かつ、外周面に導電性の金属遮光膜１１を有してこの金属遮光膜１１と光記録媒体２との間に電圧印加が可能なため、光記録媒体２の表面電位の検出が可能とされている。
【００４８】
このような間隔の調整制御や表面電位の検出は、基本的には、走査マックスウェル応力顕微鏡の場合と同様な方式によるものである（この他、ケルビンフォース顕微鏡等の場合と同様な方式でもよい）。この原理も合わせて、以下に簡単に説明する。
【００４９】
まず、再生動作について説明する。前述したように、本実施の形態の近接場光プローブ１は微小開口１２部分を除いて導電性のよい金属遮光膜１１により覆われており、再生ヘッドとして機能するように構成されている。そこで、電源１８及びアンプ１９を用いて、金属遮光膜１１を介して近接場光プローブ１と光記録媒体２との間に電圧Ｖを印加すると、静電結合により近接場光プローブ１の先端（特に、先細突起１３）と光記録媒体２との間に(１)式で表される力Ｆｚが働く。
【００５０】
Ｆｚ＝−（１／２）(∂Ｃ／∂ｚ）Ｖ2 …………（１）
（ただし、Ｃは近接場光プローブ１の先端と光記録媒体２との間の静電容量、
ｚは近接場光プローブ１の先端と光記録媒体２との間の距離）
ここで、光記録媒体２の表面電位をＶｓとし、近接場光プローブ１の金属遮光膜１１に電源１８により（２）式で表される交流電圧ＶACと制御用の直流電圧Ｖoffとを印加する。
【００５１】
Ｖ＝ＶACsinωｔ＋Ｖoff ……………………（２）
【００５２】
この光記録媒体２の表面電位Ｖｓと（２）式で表される電圧Ｖとを（１）式に代入すると、（３）（４）式のようになる。
【００５３】
ここで、（４）式は、図１に示す本実施の形態の記録再生装置の構成において、近接場光プローブ１と光記録媒体２との間に働く力を表している。つまり、近接場光プローブ１は（４）式で示される力Ｆｚで振動する。
【００５５】
そこで、光テコの原理により光源２０から出射される光を近接場光プローブ１の表面（金属遮光膜１１）で反射させ、その反射光を光検知器２１により検知することで、近接場光プローブ１に働く力をモニタすることができる。この光検知器２１で検知される信号Ａは（５）式で表される。
【００５６】
このような光検知器２１からの信号Ａは、２つのロックインアンプ２２，２３に入力され、各々ω又は２ω周波数成分の信号のみが取り出される。例えば、ロックインアンプ２２により検出される２ω成分の信号Ａ3は、（６）式で表される。
【００５８】
Ａ3＝−ａ3(∂Ｃ／∂ｚ) ＶAC 2………（６）
【００５９】
この検出信号Ａ3は、静電容量のｚ方向に対する微分信号であり、静電容量を固定するように制御を行い、ｚ方向、つまり、光記録媒体２と近接場光プローブ１の先端との距離を一定に保つことができる。このため、この検出信号Ａ3（ロックインアンプ２２の検知信号）はフィードバック回路２４に入力され、アンプ２５を介してアクチュエータ１７を制御することより、光記録媒体２と近接場光プローブ１の先端との距離制御が行われる。
【００６０】
また、ロックインアンプ２３により検出されるω成分の信号Ａ2は（７）（８）式で表される。
【００６１】
この検出信号Ａ2は、（８）式からも分かるように、光記録媒体２上の表面電位Ｖｓと∂Ｃ／∂ｚとに依存する。ここで、∂Ｃ／∂ｚの値を一定にし、かつ、検出信号Ａ2の値がゼロとなるように、Ｖoff制御回路２６により直流電圧Ｖoffの値をフィード制御することにより、光記録媒体２の表面電位Ｖｓを検知することができる。即ち、（８）式において、Ｖoff＋Ｖｓ＝０より、Ｖｓ＝−Ｖoffを得る。
【００６３】
このように、近接場光プローブ１の先端に金属遮光膜１１を介して電圧を印加することにより、光記録媒体２との間に力を作用させ、この力をモニタすることにより、近接場光プローブ１の先端と光記録媒体２との間の距離を制御できるだけでなく、光記録媒体２の表面電位Ｖｓを検知することができるので、この表面電位Ｖｓの変化量（電位差）から光記録媒体２に記録されている微小ピットによる記録情報を再生することができる。なお、光記録媒体２に対する近接場光プローブ１の２次元的走査はアンプ２７を介してアクチュエータ１７により光記録媒体２を２次元的に変位させることにより行われる。特に、本実施の形態では、金属遮光膜１１を利用して近接場光プローブ１の先端部分に先細突起１３が形成されているので、光記録媒体２上の微小領域の表面電位Ｖｓの検知が可能となり、高密度記録に対応した再生が可能となる。
【００６４】
次に、記録動作について説明する。近接場光プローブ１は本質的にその基部側から光を導入させることで、先端側の微小開口１２部分から近接場光を照射させることができる。つまり、光の回折限界を超えて、微小開口１２に対応するような微小な領域を照明することができるので、近接させた光記録媒体２に対して近接場光を照射させることによりその微小領域で記録層７における相変化材料の相を変化させて情報を微小ピットとして記録することができる。このため、例えば、図１中に示すように、半導体レーザ２８からの波長７８０ｎｍのレーザ光をレンズ２９により集光して近接場光プローブ１の基部側から導入させる。このとき、８０ｍＷのレーザ光を近接場光プローブ１中に導入させることにより、光記録媒体２の記録層７における相変化材料は融点付近まで熱せられた後、急冷されることにより、アモルファス相状態に相変化する。同様に、６０ｍＷのレーザ光を近接場光プローブ１中に導入させることにより、記録層７における相変化材料は結晶化温度付近まで熱せられた後、徐冷させることによりクリスタル相状態に相変化する。このように近接場光プローブ１の先端の微小開口１２から照射する近接場光を利用することより、記録層７中の相変化材料の相状態を変化させることにより、光の回折限界を超える微小ピット状態の記録が可能となる。
【００６５】
ここで、図１に示したような記録再生装置により再生した場合に得られた具体的な再生信号の結果例を光記録媒体２の構成に対応して説明する。図５（ａ）は厚さ０．６ｍｍのポリカーボネイト基板による基板４、厚さ１２０ｎｍの銀（Ａｇ）による金属層５、厚さ２０ｎｍのＺｎＳ・ＳｉＯ２による誘電体層６、厚さ２０ｎｍのＡｇＩｎＳｂＴｅによる記録層７からなる光記録媒体２を用いて再生した場合の結果を示し、図５（ｂ）は同様の構造において厚さ１２０ｎｍの銀（Ａｇ）による金属層５に代えて厚さ１２０ｎｍのアルミチタン（ＡｌＴｉ）による金属層を設けてなる光記録媒体を用いて再生した場合の結果を比較例として示している。このような２種類の光記録媒体に関して、反射層として機能する金属層のＡＦＭ測定により求めた表面粗さＲａは、銀（Ａｇ）の場合には０．５７ｎｍで平坦性がよいのに対して、アルミチタン（ＡｌＴｉ）の場合には１．４５ｎｍで平坦性の悪いものであった。また、これらの光記録媒体には、記録マーク長の異なるパターンがランダムに記録されているものとする。図５に示す再生信号の結果において、約＋０．０３Ｖはアモルファス状態の相を示しており、約−０．０３Ｖはクリスタル状態の相を示している。再生動作においては、これらのアモルファス状態の相とクリスタル状態の相との２つの相の表面電位の相違(電位差)を検出することで、光記録媒体に記録されている情報を再生することとなる。
【００６６】
図５（ａ）（ｂ）に示す結果によれば、検出される再生信号は、表面平坦性の悪いアルミチタンの場合には表面平坦性のよい銀を用いた構造の光記録媒体２の場合に比べ、信号のギザつきが多いことが分かる。これは、上述したような積層構造の光記録媒体においては、記録層７の平坦度は下層に位置する金属層５の表面平坦度に大きく影響される。このため、アルミチタンの表面平坦度の悪さが光記録媒体の表面電位に影響を与えた結果であると思われる。このように記録層の平坦度の悪さによる再生信号のギザつきは、信号検出のエラー発生要因となるため、金属層５としては本実施の形態のように表面平坦度のよい銀のような金属が好ましい。一般的には、金属層５の表面粗さＲａは１ｎｍ以下であればよく、好ましくは、０．５ｎｍ以下がよい。具体的には、白金（Ｐｔ）等でもよいが、上記のように銀（Ａｇ）を用いれば安価で済む。また、銀単体の場合の酸化やコロージョン等を抑制するために、パナジウムやチタン等を添加してなる銀を主成分とする化合物を用いてもよい。
【００６７】
なお、本実施の形態では、記録ヘッドとなる光プローブとして光ファイバ１０の先端に微小開口１２を形成してなる近接場光プローブ１の例で説明したが、この他、シリコン基板やガラス基板に微小開口を形成してなる平面型の光プローブを用いるようにしてもよい。また、本発明の記録再生方法を実施する上では、光記録媒体２の表面電位検出用の再生ヘッドを記録ヘッド（光プローブ）とは別個に設けてもよい。
【００６８】
本発明の第二の実施の形態を図６ないし図８に基づいて説明する。前述の実施の形態で示した部分と同一部分は同一符号を用いて示し、説明も省略する（以降の実施の形態でも同様とする）。本実施の形態は、アクチュエータ１７上に載置された光記録媒体２をアース手段３１によりアースするようにしたものである。このアース手段３１は、光記録媒体２をアクチュエータ１７上に固定するための固定治具３２を利用して光記録媒体２をアースする構成とされている。
【００６９】
ここに、本実施の形態の光記録媒体２では、図７（ａ）に示すように外周部又は図７（ｂ）に示すように内周部に全周に渡るアース領域３３を有する構造とされている。断面構造的には、例えば、図８（ａ）に示すように表層の記録層７から金属層５に至る側面全域に渡ってアース領域３３が形成され、或いは、図８（ｂ）に示すように、金属層５のみに直接接続されるようにアース領域３３が形成されている。何れにしても、アース領域３３は金属層５と同じ材料により成膜形成するのがよい。固定治具３２はこのようなアース領域３３に電気的に接することにより光記録媒体２の金属層５をアースに落とすこととなる。
【００７０】
ちなみに、本実施の形態における光記録媒体２の層構成についで説明する。基本的には、図２で説明した場合と同様で、表面側から記録層７、誘電体層６、金属層５及び基板４の積層構造からなる。具体的には、記録層７としてはＡｇＩｎＳｂＴｅからなる４元素系相変化材料を２０ｎｍ膜厚、誘電体層６としてはＺｎＳとＳｉＯ2からなる材料を２０ｎｍ膜厚、金属層５としてはＡｇからなる材料を１２０ｎｍ膜厚、基板４としてはポリカーボネイトを０．６ｍｍ厚さに形成してなる。
【００７１】
従って、本実施の形態によれば、光記録媒体２の表面電位を検出する際には光記録媒体２をアースするようにしたので、ノイズとなる他の浮遊電圧の影響を除去することができる。特に、本実施の形態のように相変化型の光記録媒体２の場合には、その記録層７のアモルファス相とクリスタル相との各々の表面電位を一定に保つことができるので、光記録媒体２の再生信号検出を効果的に行なえる。また、光記録媒体２をアースするアース手段３１にこの光記録媒体２を固定するための固定治具３２を利用しているので、光記録媒体２を固定治具３２によりアクチュエータ１７上に固定する固定作業を行なうだけで簡単にアースをとることができる。
【００８３】
本発明の第三の実施の形態を図９及び図１０に基づいて説明する。本実施の形態は、光記録媒体２の構造に関するもので、図２に示したような構成に加えて、最表層に誘電体層６１をさらに設けたものである。即ち、誘電体層６１／記録層７／誘電体層６／金属層５／基板４の積層構造とされている。
【００８４】
より具体的な各層の層構成及び膜厚は、表層側から順にＺｎＳ・ＳｉＯ2（２０ｎｍ）／ＡｇＩｎＳｂＴｅ（１５ｎｍ）／ＺｎＳ・ＳｉＯ2（２０ｎｍ）／Ａｇ（１２０ｎｍ）／ポリカーボネイト基板である。このような層構成の光記録媒体２を用いて前述の場合と同様に位相差による再生信号を検出した結果を図１０に示す。本実施の形態の場合、図２に示した最表層に誘電体層のないものに比べ、検出信号は小さくなるものの、検出することはできていることが分かる。この結果、本実施の形態によれば、最表層に誘電体層６１を有することで、記録層７の空気酸化を防ぐことができ、記録層７に記録されたデータの保存性をよくすることができる。
【００８５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の記録再生方法によれば、光記録媒体に対する記録に関しては、記録ヘッドから照射される近接場光を用いることにより光の回折限界を超える微小な記録ピットを高密度に形成することができるとともに従来の光記録媒体との互換性を維持でき、また、再生に関しては、記録ヘッドから照射される光を用いずに、再生ヘッドを用いて光記録媒体の表面電位を検知しその電位の変化量に基づくことにより微小ピットによる情報を確実に検出することができる。又、光記録媒体の表面電位を検出する際には光記録媒体をアースするようにしたので、ノイズとなる他の浮遊電圧の影響を除去でき、特に、相変化型の光記録媒体の場合には、その記録層のアモルファス相とクリスタル相との各々の表面電位を一定に保つことができ、光記録媒体の再生信号検出を効果的に行なうことができる。
【００８６】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の記録再生方法において、光記録媒体のアースをとる上で、光記録媒体を固定するための固定治具を利用するようにしたので、固定作業を行なうだけで簡単にアースをとることができる。
【００９０】
請求項３記載の発明の記録再生装置によれば、光記録媒体に対する記録に関しては、記録ヘッドから照射される近接場光を用いることにより光の回折限界を超える微小な記録ピットを高密度に形成することができるとともに従来の光記録媒体との互換性を維持でき、また、再生に関しては、記録ヘッドから照射される光を用いずに、再生ヘッドを用いて光記録媒体の表面電位を検知しその電位の変化量に基づくことにより微小ピットによる情報を確実に検出することができる上に、再生ヘッドが記録ヘッドに一体化されているので、記録方式と再生方式とが光の利用の有無で全く異なるが、簡単に構成することができる。又、光記録媒体の表面電位を検出する際にはアース手段により光記録媒体をアースするようにしたので、ノイズとなる他の浮遊電圧の影響を除去でき、特に、相変化型の光記録媒体の場合には、その記録層のアモルファス相とクリスタル相との各々の表面電位を一定に保つことができ、光記録媒体の再生信号検出を効果的に行なうことができる。
【００９１】
請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の記録再生装置において、近接場光プローブ構造からなる記録ヘッドに対して、耐酸化性及び導電性を有する金属を近接場光プローブの金属遮光膜として用いることにより、近接場光プローブが有する微小開口を効果的に形成できるだけでなく、この金属遮光膜を通じて近接場光プローブ先端と光記録媒体との間に表面電位を検出するための電圧を効果的に印加させることができる。
【００９２】
請求項５記載の発明によれば、請求項４記載の記録再生装置において、微小開口の端面近傍に先細突起を有し、金属遮光膜を通じて電圧が印加されるので、光記録媒体に対して点接触的となるこの先細突起を通じて効果的に光記録媒体の微小領域の表面電位を検知し再生に供することができる。
【００９３】
請求項６記載の発明によれば、請求項３ないし５の何れか一に記載の記録再生装置において、アース手段により光記録媒体のアースをとる上で、光記録媒体を固定するための固定治具を利用するようにしたので、固定作業を行なうだけで簡単にアースをとることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の記録再生装置の第一の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】光記録媒体の積層構造を示す断面図である。
【図３】近接場光プローブの先端部分の構造を拡大して示す断面図である。
【図４】近接場光プローブの作製工程を順に示す断面図である。
【図５】（ａ）は本実施の形態による再生信号の結果を示すグラフ、（ｂ）は比較例としての再生信号の結果を示すグラフである。
【図６】本発明の記録再生装置の第二の実施の形態を示す概略構成図である。
【図７】光記録媒体のアース領域の割り当てを示す模式的平面図である。
【図８】その断面構造例を模式的に示す模式的断面図である。
【図９】本発明の第三の実施の形態として光記録媒体の積層構造を示す断面図である。
【図１０】その特性を示すグラフである。
Claims (6)
- 基板上に金属層、誘電体層及び記録層を順に積層させてなる積層構造を有する相変化型の光記録媒体に、記録ヘッドを近接させて近接場光を照射して前記光記録媒体に情報を記録し、前記光記録媒体に近接させた再生ヘッドを用いて電圧を印加して前記光記録媒体の表面電位を検出しその電位の変化量に基づき前記光記録媒体上の情報を再生するようにした記録再生方法であって、
前記光記録媒体の表面電位を検出する際、前記光記録媒体をアースするようにしたことを特徴とする記録再生方法。 - 前記光記録媒体を記録再生装置に固定するための固定治具を用いてアースするようにした請求項１記載の記録再生方法。
- 微小開口を有する光プローブ構造からなり、記録情報に応じて基板上に金属層、誘電体層及び記録層を順に積層させてなる積層構造を有する相変化型の光記録媒体に対して近接させた前記微小開口から近接場光を出射する記録ヘッドと、
この記録ヘッドの一部に一体化され、前記光記録媒体との間に電圧を印加して前記光記録媒体の表面電位を検出するための再生ヘッドと、
前記再生ヘッドに光を照射する光源と、
前記光源から出射される光の前記再生ヘッドにおける反射光を検知する光検知器と、を備える記録再生装置であって、
前記光記録媒体をアースするアース手段を有することを特徴とする記録再生装置。 - 前記記録ヘッドの光プローブ構造は、光ファイバ先端に微小開口を有する近接場光プローブ構造からなり、前記再生ヘッドは前記微小開口部分を除く前記記録ヘッドの外面に形成された耐酸化性及び導電性を有する金属遮光膜よりなる請求項３記載の記録再生装置。
- 前記金属遮光膜は、前記微小開口の端面近傍に先細突起を一体に有する請求項４記載の記録再生装置。
- 前記アース手段は、前記光記録媒体を固定するための固定治具を含む請求項３ないし５の何れか一に記載の記録再生装置。
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