JP4241963B2 - 情報記録再生装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高密度の情報を記録もしくは再生する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術について、例えばＳＮＯＭ（スキャンニング ニアーフィールド オプチカル マイクロスコープ(Scanning Near-Field Optical Microscope)）と呼ばれるホサカ(S.Hosaka)等によるJ.Vac.Sci.technol.B13(1995)2813に記載の 情報記録再生装置に基づいて説明する。図９は従来の情報記録再生装置の断面構成図である。高屈折率のコア２５と、それを取り巻く低屈折率のクラッド２６とで構成された光ファイバーは、コアの先端が円錐状に削り込まれ、それを取り巻くようにクラッド２６と反射膜２７とが形成されている。この円錐部の先端はわずかなギャップδを隔てて、ディスク基板１３上に形成された記録膜１４に対面している。
【０００３】
ギャップδは５０ｎｍ以下の微小量で、円錐先端部のコア直径は０．１μｍ程度である。この光ファイバーに放射光源の光を入力すると、円錐先端部からエバネッセント光２９がにじみ出る。円錐先端部が記録膜１４に近接しているため、例えば記録膜１４が相変化性の膜であれば、エバネッセント光２９の熱エネルギーにより記録膜上に周囲と異なる反射率の信号マーク１９を形成できる。また、記録膜１４からの反射散乱光３０を光検出器３１で検出することで、信号マーク１９の有無を判定できる。
【０００４】
以上の情報記録再生装置により、円錐先端部のコア直径に相当した信号記録と信号再生が可能となり、例えば信号マーク１９の直径を０．１μｍとすると、ディジタルビデオディスク（以下ＤＶＤと称す）（信号マークの直径は０．３〜０．４μｍ程度）に比べ１０倍以上の高密度の情報記録再生装置を提供できる。
【０００５】
このような従来の情報記録再生装置では、例えば図１０Ａ及び図１０Ｂに示すような問題点があった。図１０Ａは、従来の情報記録再生装置の主要部と、図１０Ｂは、同装置の光伝搬方向（−ｚ軸）に沿った光エネルギー分布図を示す。
【０００６】
図１０Ａにおいて、光ファイバーを伝搬する導波光２８は、円錐部の手前までは（ｚ＞ａ）ほとんど損失なく伝搬するが、円錐部では（ａ＞ｚ＞０）入射光２８ａが屈折光２８ｂと反射光２８ｃに分かれ、反射光２８ｃは再び屈折光と反射光に分かれ、以上のことを円錐部の長さａに渡って何度も繰り返すので、円錐部の先端から放出されるエバネッセント光２９は極めて弱くなる。
【０００７】
一般に円錐部の前での導波光の光エネルギーを１とすると、円錐部の先端から放出されるエバネッセント光２９の光エネルギーηは、１０-7〜１０-5程度と言われ、例えば図１０Ｂに示すように極めて光利用効率が低い。従って、記録膜１４を記録するためには長い時間を要し、情報記録装置として使うには記録の高密度化の反面、情報転送速度の大幅な低下という犠牲を払うことになる。
【０００８】
また、円錐部の先端（ヘッド）は、いわば空間に浮かんだ点のようなもので、熱集中が起こりやすく、熱損傷による劣化が起こりやすい。さらに、ヘッドを記録面１４に近接させながら安定に走査させるには、複雑なメカニズムが必要なうえ、記録面上のトラックを認識できないのでトラック方向の高密度化が困難である。
【０００９】
また、反射散乱光３０を用いた再生原理は空間的に広い広がりをなす反射散乱光のごく一部を検出することから、その再生感度は極めて悪い。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる問題点に鑑み、光利用効率を大幅に向上させ、熱損傷による劣化がなく、ヘッドを信号面に近接させながら安定に走査させることが可能で、信号面上のトラックを認識して制御でき、信号再生感度を大幅に高められる情報記録再生装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の第１番目の情報記録再生装置は、放射光源と、透明基板と、この透明基板の光源と反対側にある表面の上に構成された導波層と、導波層の界面上に形成され光軸を中心とする同心円状の周期構造を持つ光結合手段とからなり、導波層は周期構造の中心位置で断絶し、放射光源からの光は光結合手段により導波層内で周期構造の外周側から中心に伝搬する導波光を励起し、この導波光は導波層の断絶位置においてその一部が導波層に近接して置かれた平面基板上の信号面に漏れ出ることを特徴とする。
【００１２】
この構造により、透明基板は放射光源と同一構造体の上に固定され、この構造体は押圧手段により信号面に押さえつけられながら相対的に移動できる。
次に本発明の第２番目の情報記録再生装置は、放射光源と、前記放射光源から出射する光を平行光に変換する集光手段と、前記平行光の光軸を中心軸とする透明円錐体と、前記円錐体の低面部に形成された透明バッファー層と、前記バッファ層上に形成された導波層とからなり、前記導波層は前記円錐体の中心軸位置で断絶し、前記円錐体の屈折率と前記導波層の屈折率とバッファー層の屈折率とはこの順に小さくなる関係にあり、前記平行光は前記円錐体の円錐面を屈折して前記バッファー層を経て前記導波層に入射して、前記導波層内で外周側から中心軸側に伝搬する導波光を励起し、前記導波光は前記断絶位置においてその一部が前記導波層に近接して置かれた平面基板上の信号面に漏れ出ることを特徴とする。
【００１３】
この構造により、円錐体が放射光源及び集光手段と同一構造体の上に固定され、この構造体は押圧手段により信号面に押しつけられながら相対的に移動できる。
【００１４】
前記した本発明の第１番目の情報記録再生装置においては、前記透明基板が前記放射光源と同一構造体の上に固定され、前記構造体は押圧手段により前記信号面に押さえつけられながら相対的に移動し、この移動により前記導波層表面が前記信号面と対面しながら空気層を挟んで前記構造体が浮上することが好ましい。
【００１５】
前記した本発明の第２番目の情報記録再生装置においては、前記円錐体が、前記放射光源及び前記集光手段と同一構造体の上に固定され、前記構造体は押圧手段により前記信号面に押しつけられながら相対的に移動し、この移動により前記導波層表面が前記信号面と対面しながら空気層を挟んで前記構造体が浮上することが好ましい。
【００１６】
また前記した本発明の第１〜２番目の情報記録再生装置においては、前記導波層上には、前記導波層よりも低屈折率の第１の透明層が積層されていることが好ましい。
【００１７】
また前記装置においては、前記第１の透明層上には、前記断絶位置を除いた位置で反射層が積層されていることが好ましい。
また前記装置においては、前記第１の透明層上には、強い光の照射によって不透明から透明に変化するマスク層が積層されていることが好ましい。
【００１８】
また前記装置においては、前記断絶位置において、前記断絶部が前記導波層よりも高屈折率の第２の透明層で覆われ、前記第２の透明層を介して前記導波層内の導波光が前記信号面側に漏れ出ることが好ましい。
【００１９】
また前記装置においては、前記第２の透明層上には、強い光の照射によって不透明から透明に変化するマスク層が積層されていることが好ましい。
また前記装置においては、前記断絶部の形状が、前記光軸を中心軸とする円錐状及び円錐台状からえばれる少なくとも一つの形状であることが好ましい。
【００２０】
また前記装置においては、前記断絶位置において、前記導波層から前記信号面側に漏れ出る光により、前記信号面上に信号マークを記録することが好ましい。また前記装置においては、前記透明基板上又はその近傍に光検出器を形成し、前記断絶位置において前記導波層から前記信号面側に漏れ出る光が前記信号面を反射し、この反射光の一部を前記光検出器で検出し、前記信号面上に形成された信号を再生することが好ましい。
【００２１】
また前記装置においては、前記光検出器は、前記信号面の移動方向に直交する分割線で等分割されており、前記等分割間の差分信号を再生信号とすることが好ましい。
【００２２】
また前記装置においては、前記信号面上に前記信号面の移動方向に沿った凹凸構造が形成されており、前記光検出器は前記移動方向に沿った分割線で等分割されており、前記等分割間の差分信号をトラッキング制御信号とすることが好ましい。
【００２３】
また前記装置においては、前記透明基板上又はその近傍に光検出器を形成し、前記断絶位置において前記導波層から前記信号面側に漏れ出る光が前記信号面を反射して再び前記導波層内に取り込まれ、前記導波層内を周期構造の中心から外周側に伝搬する導波光となり、前記導波光または前記導波層から放出される光の少なくとも何れか一方を前記検出器で検出し、前記信号面上に形成された信号を再生することが好ましい。
【００２４】
また前記装置においては、前記光検出器は、前記信号面の移動方向に直交する直線を間に挟む２つの部分から構成され、この２つの検出器の差分信号を再生信号とすることが好ましい。
【００２５】
また前記装置においては、前記信号面上に前記信号面の移動方向に沿った凹凸構造が形成されており、前記光検出器は前記移動方向に沿った直線に関して対称な２つの部分から構成され、前記２つの検出器の差分信号をトラッキング制御信号とすることが好ましい。
【００２６】
また前記装置においては、前記断絶位置において前記導波層から前記信号面側に漏れ出る光が、前記信号面を反射して再び前記導波層内に取り込まれ、導波層内を周期構造の中心から外周側に伝搬する導波光となり、前記導波光が再び前記放射光源に帰還し、この帰還によって発生する前記放射光源の駆動特性の変化を検出し、前記信号面上に形成された信号を再生することが好ましい。
【００２７】
また前記装置においては、前記導波層を多層膜で構成し、導波層内を伝搬する導波光の等価屈折率がＴＥモードとＴＭモードとでほぼ等しくすることが好ましい。
【００２８】
また前記装置においては、前記導波層を構成する多層膜が、低屈折率の透明層の間に高屈折率の透明層を挟んだ３層構造で形成することが好ましい。
また前記装置においては、前記導波層を構成する多層膜が、高屈折率の透明層の間に低屈折率の透明層を挟んだ３層構造で形成することが好ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
前記した本発明において、外部入力による導波光の発生は、いわば共振条件（入力条件）を満たす場合に限られ、この条件を満たすときに入力光（放射光からの光）の一部が導波光に変換される。これを”励起する”という。
【００３０】
また、入力光（放射光からの光）の一部が導波光に変換されるので、外周面で入射光から変換された導波光の積分が、内周側の導波光となる。当然のことながら、現在導波している任意の位置でも入力光が導波光に変換されて、それまで伝搬していた導波光に加わる。
【００３１】
また、前記した本発明において、”光結合手段”は、入力光（放射光からの光）を導波光に変換する役割、または導波光を出力光（放射光）に変換する役割を果たす。
【００３２】
また、前記した本発明においては、導波層上には、導波層よりも低屈折率の第１の透明層が積層されており、第１の透明層上には強い光の照射によって不透明から透明に変化するマスク層や導波層の断絶位置を除いた位置で反射層が積層されていてもよい。前記において、強い光の照射によって不透明から透明に変化するマスク層とは、たとえば厚さ数十ｎｍ程度のアンチモン薄膜からなるマスクである。また強い光とは、たとえば数ｍＷ／μｍ2 を越える光強度をいう。
【００３３】
また、導波層の断絶位置において断絶部が導波層よりも高屈折率の第２の透明層で覆われており、断絶部の形状が光軸を中心軸とする円錐状または円錐台状としてもよい。また、前記のマスク層が第１の透明層上でなく、第２の透明層上にあってもよい。
【００３４】
透明基板上又はその近傍には光検出器が形成され、断絶位置において導波層から信号面側に漏れ出て信号面を反射する光や、導波層に帰還して周期構造の中心から外周側に伝搬する導波光を光検出器で検出することで、信号面上に形成された信号や信号面上の凹凸構造を識別する。
【００３５】
導波層は多層膜で構成され、導波層内を伝搬する導波光の等価屈折率がＴＥモードとＴＭモードとでほぼ等しくなることを特徴とする。例えば導波層を構成する多層膜が、低屈折率の透明層の間に高屈折率の透明層を挟んだ３層構造で形成され、または高屈折率の透明層の間に低屈折率の透明層を挟んだ３層構造で形成される。
【００３６】
円錐体底面上又はその近傍には光検出器が形成され、断絶位置において導波層から信号面側に漏れ出て信号面を反射する光や、導波層に帰還して中心から外周側に伝搬する導波光を光検出器で検出することで、信号面上に形成された信号や信号面上の凹凸構造を識別する。
【００３７】
導波層は多層膜で構成され、導波層内を伝搬する導波光の等価屈折率がＴＥモードとＴＭモードとでほぼ等しくなるように形成されていてもよい。例えば導波層を構成する多層膜が、低屈折率の透明層の間に高屈折率の透明層を挟んだ３層構造で形成され、または高屈折率の透明層の間に低屈折率の透明層を挟んだ３層構造で形成される。
【００３８】
【第１実施の形態】
以下本発明の第１実施の形態を、図１から図３に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施の形態における情報記録再生装置の断面構造を示す。
【００３９】
図１に於いて、半導体レーザー等の放射光源１が板バネ状の部材２の先端に設けられたホルダー３の内部に固定されている。この放射光源１からは、軸Ｌを光軸とする光４が放射される。ホルダー３には光軸Ｌに直交して、Ｓｉ基板や石英基板などの透明平行基板５（放射光４の波長が１．２μｍ以上の場合にはＳｉ基板も透明である）が固定されており、この基板の裏側表面には光検出器５Ｄが光軸Ｌとの交点Ｏを中心とする直径数十μｍ程度の円形領域に形成されており、これを取り巻く外周の領域には点Ｏを中心とする同心円状グレーティング５Ｇが形成されている。
【００４０】
基板５の表面には、ＳｉＯ2 等の低屈折率の透明層６を挟んで導波層７が成膜されている。透明層６の厚さは１μｍ程度なので、基板上のグレーティング５Ｇの凹凸形状が透明層６と導波層７との界面にも残って、グレーティング６Ｇを形成する。
【００４１】
導波層７上にはＳｉＯ2 等の低屈折率の透明層８を挟んで、Ｃｒなどの反射層９が成膜される。反射層９の光軸Ｌを中心とする微小な円形領域（例えば直径０．５μｍ以下）をエッチングにより抜いた後、下地の透明層８、導波層７をドライエッチング等の方法で抜いて、光軸Ｌを中心軸とする円錐台状の孔１０を形成する。さらに、反射層９上には、この円錐台孔１０を埋没させるようにＳｉ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ等の、導波層７よりも高屈折率の透明層１１が積層され、円錐台部１０を形成する。
【００４２】
透明層１１の表面は高い平面性を確保するために研磨が必要であり、円錐台部１０の部分だけが残るまでの研磨を加えてもよい。透明層１１は、厚さδの空気層１２を挟んでディスク基板１３上に形成された信号膜１４に近接している。いわゆる磁気ディスクで見られるフライングヘッドの技術と同様に、板バネ２を介してホルダー３を高速回転しているディスク基板１３上に押しあてることで、一定の空気ギャップ（例えば５０ｎｍ以下のδ）を保ちながら、透明層１１表面を安定して信号膜１４に近接させることができる。
【００４３】
平行基板５に入射し透過する光４は、透明層６を経て導波層７に入射し、同心円状のグレーティング６Ｇにより、外周側から中心に向かう導波光１５を励起する。この励起条件は、グレーティング６ＧのピッチをΛ、導波光の等価屈折率をＮ、波長をλ、入射角をθとして、下記式（数１）で与えられる。
【００４４】
【数１】
sinθ＝λ／Λ−Ｎ （式１）
前記式１において、ピッチΛは入射角θ、すなわち半径ｒの関数である。
【００４５】
また、入射光のうち導波層７を透過する成分は、反射層９を反射して導波層７に再入射してその一部が結合するので、全体の入力効率は高まる。導波層７はグレーティング６Ｇの中心位置で断絶する上、この位置で導波層よりも高い屈折率の透明媒質で形成される円錐台部１０に接するので、断絶位置に到達する導波光１５は導波層７から円錐台部１０の内部に吸い寄せられて光軸Ｌの周りに集まる光１６となり、その一部が円錐台部１０の底面の開口部９Ａ（反射層９のエッチング部）を経て透明層１１表面からエバネッセント光１７として外部に漏れ出る。エバネッセント光１７が信号膜１４の表面に近接すると、信号膜１４へ光エネルギーが流出したり、信号膜１４からの反射光１８という形で光エネルギーが流入する。信号膜１４が光や熱により反射率の変化する材料で形成されている場合は、このエバネッセント光１７により信号膜１４上に周りと反射率の異なる信号マーク１９を記録できる。なお、上記実施例では反射層９を用いたが、この代わりに強い光の照射によって不透明から透明へ変化する膜（マスク層）を透明層８上の全面に形成してもよい。また、マスク層上を前記実施例の透明層１１上に形成してもよい。いずれの場合も、中心から離れた領域では導波光１５の光量が小さく、そのエバネッセント光も弱いのでマスク層は不透明で反射層の働きをする。中心近傍では導波光１５の光量が強まり、そのエバネッセント光も強いので、マスク層は透明になりエバネッセント光１７を外部に導き出すことができる。
【００４６】
また、信号膜１４の状態の変化は、エバネッセント光１７の流出量を変化させ、信号膜１４からの反射光１８の光量も変化させる。この光エネルギーの流出入条件の変化は光検出器５Ｄの近傍での光を散乱させ、この散乱光が検出される。従って光検出器５Ｄにより信号マーク１９を検出することができ、閉じた空間内での光検出なので検出感度も高い。
【００４７】
図２Ｂは、本発明の第１実施の形態における、光利用効率を説明するための光強度分布図である。図２Ａは、グレーティング６Ｇを光源側から見た図で、グレーティング６Ｇの各位置に入射する光はそれぞれ外周から中心に向かう導波光１５（１５Ｅ，１５Ｍ等）を励起する。
【００４８】
入射光の導波光への変換効率（入射光量に対する中心位置での導波光量の比）は実験では２６％を越えており、反射層９での反射による入力効果も含めると、４０％以上の効率が見込める。これだけ高い効率が得られるのは、グレーティング６Ｇのピッチが位相整合条件（式１）を満たすので、入力した導波光が次のポイントに伝搬したときの位相と、そのポイントで入力した導波光の位相とが整合し、伝搬に伴って導波光量を増幅させるためである。この効果に加えて、外周側から中心に向かう収束性の伝搬であるので、導波光１５は中心に近づくごとにその光強度を増大さす。
【００４９】
図２Ｂには、中心を通る断面での導波光強度の分布を示す。最も光エネルギーが集中する中心位置(ｒ＝０)での導波光のうち、エバネッセント光１７として取り出せるのは約１０〜２０％程度と考えられるので、全体として１０-2〜１０-1程度の光利用効率が得られ、これは従来例と比べ千倍から万倍以上の高い効率である。また、第１実施の形態ではエバネッセント光放出部の構造が面的な広がりをなすので、熱集中が起こりにくく熱損傷に強い効果も合わせ持つ。
【００５０】
図３Ａは、本発明の第１実施の形態における光検出器と、図３Ｂは、信号面の構成図を光源側から見て示している。信号面には、凸部２０Ｇと凹部２０Ｌとによる凹凸状の溝が形成されており、凸部２０Ｇが透明層１１表面と近接している。エバネッセント光放出部の位置１７ａは凸部２０Ｇの中心に位置しており
、この位置１７ａはディスク基板１３の回転によって、図３Ｂに示す矢印２１Ｓの方向に移動する。
光検出器５Ｄは、中心Ｏを通り信号面上の溝と平行な線およびこれに直交する線で５Ｄａ，５Ｄｂ，５Ｄｃ，５Ｄｄに４等分割されている。各分割された検出器からはＡｌ等の金属膜によりパッド２２ａ、２２ｂ，２２ｃ、２２ｄへ配線されており、これらのパッドから外部へ検出信号が手渡される。
【００５１】
光検出器５Ｄの検出光量は、エバネッセント光放出部の位置１７ａと信号マーク１９の位置関係で決まり、位置１７ａが信号マーク１９ａや１９ｂの上を通過することで、５Ｄａ，５Ｄｂ，５Ｄｃ，５Ｄｄから出力される検出光量の総和が変化し、これを信号マークの再生信号とすることができる。また信号マークの位置により光検出器５Ｄへ入射する光の分布が変化することを利用して、（５Ｄａ＋５Ｄｂ）−（５Ｄｃ＋５Ｄｄ）を再生信号としてもよい。同様に光検出器５Ｄへの入射光の分布は、エバネッセント光の位置１７ａが矢印２１Ｔ方向に変位しても変化するので、（５Ｄａ＋５Ｄｄ）−（５Ｄｂ＋５Ｄｃ）を溝２０Ｇに対するトラッキング誤差信号とすることができる。
【００５２】
なお入射光４の偏光状態を直線偏光とし、その電気ベクトルが図２Ａの矢印４Ｅの方向を向いているものとすると、矢印４Ｅに直交する方向１５ＥにはＴＥモードが励起され、平行な方向１５ＭにはＴＭモードが励起され、それらの間の方向には両者が混在して励起される。
【００５３】
導波光の等価屈折率Ｎは導波モードによって異なり、一般にＴＥモード（導波光の電気ベクトルが導波面に平行な導波モード）の等価屈折率は、ＴＭモード（導波光の電気ベクトルが導波面に非平行な導波モード）の等価屈折率より大きい。従って、導波光の等価屈折率ＮがＴＥモードの等価屈折率に等しい時には１５Ｍ方向の導波光励起がなく、ＴＭモードの等価屈折率に等しい時に１５Ｅ方向の導波光励起がない。もし光入力効率を増大させるため全方位にわたって導波光を励起させるには、ＴＥモードとＴＭモードの等価屈折率を等しくさせることが好ましい。
【００５４】
【第２実施の形態】
図４Ａは、本発明の第２実施の形態における導波層の断面構造と、図４Ｂは、同導波層の等価屈折率を示した説明図であり、本実施の形態に限り光源の波長を０．７８μｍとしている。第２実施の形態は、導波層７の構成以外は全て第１実施の形態と同一であり、同一部の説明を省略する。
【００５５】
図４Ａにおいて、導波層７は２．１０の高屈折率の膜を１．７５の低屈折率の膜で挟み込んだ３層構造をなす。屈折率２．１０の膜は例えばＴａ2Ｏ5をターゲットとしてスパッタにより成膜できる。屈折率１．７５の膜は、例えばＴａ2Ｏ5とＳｉＯ2との混合ターゲットをスパッタすることにより成膜できる。
【００５６】
図４Ｂにおいて、縦軸は等価屈折率、横軸は屈折率２．１０の膜の厚さｄをとっており、透明層６及び８の屈折率を１．４５、屈折率１．７５の膜の厚さを上下とも０．２２３μｍとしている。ｄ＝０．１６μｍの時、ＴＥ１とＴＭ１とで等価屈折率が一致し（Ａ点参照）、ＴＥ１の曲線とＴＭ１の曲線が漸近する形で接するのでｄの誤差に対しても裕度がある。従って、本発明の第２実施の形態により、ＴＥモードとＴＭモードの等価屈折率を等しくさせることが可能となり
、第１実施の形態よりもさらに光利用効率を増大させることができる。
【００５７】
なお、低屈折率の膜を高屈折率の膜で挟み込んだ３層構造の導波層であってもよい。
【００５８】
【第３実施の形態】
次に本発明の第３実施の形態を、図５と図６Ａ及び図６Ｂを用いて説明する。図５は本発明の第３実施の形態における情報記録再生装置の断面構成を示している。第３実施の形態は第１実施の形態と比べて、グレーティングと光検出器の構成が変わるだけで、その他の構成については全く同じであり、同一部については説明を省略する。
【００５９】
図５に於いて、光検出器５Ｄが形成された透明平行基板５の表面には、ＳｉＯ２等の低屈折率の透明層６が形成され、光軸Ｌとの交点Ｏを中心とする同心円状のグレーティング６Ｇが、透明層６表面の点Ｏを取り巻く輪帯領域に形成されている。透明層６上には導波層７が成膜され、反射層９等その他の構成については第１実施の形態と同じである。
【００６０】
平行基板５に入射し透過する光４は、光検出器５Ｄが形成されている側では遮光されるが、形成されていない側では透明層６を経て導波層７に入射し、同心円状のグレーティング６Ｇにより、外周側から中心Ｏに向かう導波光１５を励起する。また入射光のうち導波層７を透過する成分は、反射層９を反射して導波層７に再入射してその一部が結合するので、全体の入力効率は高まる。
【００６１】
導波層７は、グレーティング６Ｇの中心位置で断絶する上、この位置で導波層よりも高い屈折率の透明媒質で形成される円錐台部１０に接するので、断絶位置に到達する導波光１５は導波層７から円錐台部１０の内部に吸い寄せられて、光軸Ｌの周りに集まる光１６となり、その一部が円錐台部１０の底面の開口部９Ａ（反射層９のエッチング部）を経て、透明層１１表面からエバネッセント光１７として外部に漏れ出る。
【００６２】
エバネッセント光１７が信号膜１４の表面に近接すると、信号膜１４へ光エネルギーが流出したり、信号膜１４からの反射光１８という形で光エネルギーが流入する。
【００６３】
信号膜１４が光や熱により反射率の変化する材料で形成されている場合は、このエバネッセント光１７により信号膜１４上に周りと反射率の異なる信号マーク１９を記録できる。また信号膜１４の状態の変化は、エバネッセント光１７の流出量を変化させ、信号膜１４からの反射光１８の光量も変化させる。この光エネルギーの流出入条件の変化は、断絶位置をすり抜け中心から外周側に向かう導波光１５Ａ（以下、帰還導波光と呼ぶ）の強度を変化させ、グレーティング６Ｇにより検出器５Ｄ側に放射する光１５Ｂの強度も変化する。従って光検出器５Ｄにより信号マーク１９を検出することができる。なお、上記実施例では反射層９を用いたが、この代わりに強い光の照射によって不透明から透明へ変化する膜（マスク層）を透明層８上の全面に形成してもよい。また、マスク層上を前記実施例の透明層１１上に形成してもよい。いずれの場合も、中心から離れた領域では導波光１５の光量が小さく、そのエバネッセント光も弱いのでマスク層は不透明で反射層の働きをする。中心近傍では導波光１５の光量が強まり、そのエバネッセント光も強いので、マスク層は透明になりエバネッセント光１７を外部に導き出すことができる。
【００６４】
図６Ａは、本発明の第３実施の形態における情報記録再生装置の光検出器を示し、図６Ｂは、信号面の構成図を光源側から見て示している。図６Ｂにおいて、ディスク基板１３上の信号面には、凸部２０Ｇと凹部２０Ｌによる凹凸状の溝が形成されており、凸部２０Ｇが透明層１１表面と近接している。透明層１１表面からのエバネッセント光放出部の位置１７ａは凸部２０Ｇの中心に位置しており、この位置１７ａはディスク基板１３の回転によって矢印２１Ｓの方向に移動する。
【００６５】
光検出器の形成される領域は図６Ａに示したように、中心Ｏを通る直線で等分割された６つの扇形のうち一つおきに配置された３つの扇形（５Ｄａ、５Ｄｂ、５Ｄｃ）上に限られ、各検出器からはＡｌ等の金属膜によりパッド２２ａ、２２ｂ，２２ｃへ配線されており、これらのパッドから外部へ検出信号が手渡される。光検出器の領域では入射光４が遮られるので、グレーティング６Ｇによる導波光の励起は、残された３つの扇形の領域で１５ａ，１５ｂ，１５ｃの如くなされる。
【００６６】
断絶部で導波層７から漏れ出ずに通過する導波光や信号面を反射して導波層７に取り込まれる帰還導波光は、中心位置Ｏを通過した後その位置でのグレーティング６Ｇにより光検出器５Ｄａ、５Ｄｂ、５Ｄｃに放射される。これらの放射光量、すなわち光検出器での検出光量は、エバネッセント光１７と信号マーク１９との位置関係で決まり、位置１７ａが信号マーク１９ａや１９ｂの上を通過することで、５Ｄａ，５Ｄｂ，５Ｄｃで検出される光量の総和が変化し、これを信号マークの再生信号とすることができる。また検出器の分割線の一つが矢印２１Ｓに直交するとして、信号マークの位置により帰還導波光の分布が変化することを利用して、５Ｄａ＋５Ｄｂ−５Ｄｃを再生信号としてもよい。同様に帰還導波光の分布はエバネッセント光の位置１７ａが矢印２１Ｔ方向に変位しても変化するので、５Ｄａ−５Ｄｂをトラッキング誤差信号とすることができる。
【００６７】
なお、第３実施の形態については、図６Ａに示す光検出器の形状に他の形態も考えられ、例えば中心Ｏを通る直線で等分割された１０個の扇形のうち一つおきに配置された５つの扇形であっても同様の効果が得られる。
【００６８】
第３実施の形態は、光検出器の形成された扇領域と導波光が励起される扇領域が分離しているので、第１実施の形態のように中心に向かう導波光からの散乱光が光検出器に入射して検出されることがなく、往路に於ける伝搬方向から偏向して外周側に向かう帰還導波光だけを検出できるので、第１実施の形態と比べて高品質の信号再生が可能である。
【００６９】
【第４実施の形態】
図７Ａは、本発明の第４実施の形態における情報記録再生装置の光検出器を示し、図７Ｂは、信号面の構成図を光源側から見て示している。第４実施の形態は、第３実施の形態と比べて光検出器の構成が変わるだけで、その他の構成については全く同じであり、断面構成図は第３実施の形態で示した図５を使い、同一部については説明を省略する。図７Ｂにおいて、ディスク基板１３上の信号面には凸部２０Ｇと凹部２０Ｌによる凹凸状の溝が形成されており、凸部２０Ｇが透明層１１表面と近接している。透明層１１表面からのエバネッセント光放出部の位置１７ａは凸部２０Ｇの中心に位置しており、この位置１７ａはディスク基板１３の回転によって矢印２１Ｓの方向に移動する。
【００７０】
光検出器の形成される領域は、中心Ｏを通る直線で等分割された８つの扇形のうち一つおきに配置された４つの扇形（５Ｄａ、５Ｄｂ、５Ｄｃ、５Ｄｄ）上に限られ、各検出器からはＡｌ等の金属膜によりパッド２２ａ、２２ｂ，２２ｃ，２２ｄへ配線されており、これらのパッドから外部へ検出信号が手渡される。光検出器の領域では入射光４が遮られるので、グレーティング６Ｇによる導波光の励起は残された４つの扇形の領域で１５ａ，１５ｂの如くなされる。
【００７１】
断絶部で導波層７から漏れ出た後、信号面を反射して導波層７に取り込まれる導波光（帰還導波光）は、中心位置Ｏを通過したのち外周側に向かう。特に光検出器５Ｄａ、５Ｄｂ、５Ｄｃ、５Ｄｄの方位に伝搬する帰還導波光は、その位置でのグレーティング６Ｇにより光検出器に放射される。帰還導波光の伝搬方位は、エバネッセント光１７と信号マーク１９の位置関係により変化するので、位置１７ａが信号マーク１９ａや１９ｂの上を通過することで、５Ｄａ，５Ｄｂ，５Ｄｃ、５Ｄｄで検出される光量の総和が変化し、これを信号マークの再生信号とすることができる。また５Ｄｃ、５Ｄｄの対称線が矢印２１Ｓの方位に並んだ位置関係であれば、信号マークの位置により帰還導波光の伝搬方位が変化することを利用して、５Ｄａ−５Ｄｂを再生信号としてもよい。同様に帰還導波光の伝搬方位はエバネッセント光の位置１７ａが矢印２１Ｔ方向に変位しても変化するので、５Ｄｃ−５Ｄｄをトラッキング誤差信号とすることができる。
【００７２】
なお、第４実施の形態については、図７Ａに示す光検出器の形状に他の形態も考えられ、例えば中心Ｏを通る直線で等分割された１２つの扇形のうち一つおきに配置された６つの扇形であっても同様の効果が得られる。第４実施の形態は、帰還導波光のうち伝搬方位の変化したもの（すなわち信号マークの影響をうけた成分）だけを検出するので、第３実施の形態と比べても高品質の信号再生が可能である。
【００７３】
【第５実施の形態】
図８は、本発明の第５実施の形態における情報記録再生装置の断面構成を示す。第５実施の形態は、第１実施の形態と比べて光結合手段の構成が変わるだけで、その他の構成については全く同じであり、同一部については説明を省略する。図８に於いて、半導体レーザー等の放射光源１が、板バネ上の部材２の先端に設けられたホルダー３の内部に固定されている。この放射光源１からは、軸Ｌを光軸とする光４が放射される。ホルダー３には光軸Ｌと同軸してコリメートレンズ２３と円錐レンズ２４とが取り付けられている。
【００７４】
円錐レンズ２４の屈折率は、後述する導波層７の屈折率よりも高く、その底面には、光検出器５Ｄが光軸Ｌとの交点Ｏを中心とする直径数十μｍ程度の円形領域に形成されている。円錐レンズの低面には、ＳｉＯ2 等の低屈折率の透明層６を挟んで導波層７が成膜され、その他の構成は第１実施の形態と同じなので説明を省略する。
【００７５】
コリメートレンズ２３により平行光４ａとなった光は、円錐レンズ２４の円錐面を屈折して円錐状の波面をなす光４ｂとなり、透明層６を経て導波層７に入射し、透明層６が十分薄い場合に外周側から中心に向かう導波光１５を励起する。この励起条件は円錐レンズ２４の屈折率をｎ、導波光の等価屈折率をＮ、入射角をθとして、下記式（数２）で与えられる。
【００７６】
【数２】
ｎsinθ＝Ｎ （式２）
第５実施の形態は、光を導波層に入力する光結合手段が第１実施の形態と異なるだけで、第１実施の形態でグレーティング６Ｇであったものが、第５実施の形態では円錐状のレンズ２４に変わるだけである。従って第１実施の形態と同様に信号面上に信号を記録したり、再生したりでき、グレーティングによる光入力よりもプリズム（円錐レンズ）による光入力が一般に高効率であるので、第１実施の形態よりも高い光利用効率が得られる。
【００７７】
また、第１実施の形態と同様にエバネッセント光放出部の構造が面的な広がりをなすので、熱損傷に強い効果も合わせ持つ。当然、第１実施の形態と同じく反射層９の代わりにマスク層を用いてもよく、マスク層を透明層１１上に形成してもよい。さらに第２実施の形態で示した３層の導波層や第３、第４実施の形態で示した検出方式を採用することもでき、全く同様の効果が得られる。反対に第１実施の形態から第４実施の形態においては、第５実施の形態のようにコリメーターレンズで光を平行にしてグレーティングに入射する方式でもよい。
【００７８】
なお、信号の検出方法には光源への帰還光量の増減に伴う発光特性の変化を利用する方法もあり、この場合第１実施の形態から第５実施の形態において検出器５Ｄは不要であり、替わりに光源の発光特性（半導体レーザーの場合には駆動電流値の変動）をモニターすることで帰還光量の大小、すなわち信号の有無を判定できる。
【００７９】
また、等方的な光入力結合を果たすため、１／４波長板で光源の光を円偏光に変換して導波層に入力することも考えられ、工程を削減するために反射層９の形成を省いてもよく、グレーティング６Ｇは導波層表面に形成されてもよい。
【００８０】
また、導波層の断絶部は、外周側から中心に伝搬する導波光を信号面側に漏れ出させる機能さえあれば、上記実施の形態であげた以外の形態も考えられ、例えば円錐台部１０の形状は信号面側の方に狭まる形状でもよく、円錐台部を埋める媒質に導波層よりも低屈折率の材料を用いてもよい。
【００８１】
また、信号面には光磁気ディスクで用いられている膜で形成されてもよい。さらに、本発明の各実施の形態での構成を入れ替えたものであってもよい。
なお、第１実施の形態から第５実施の形態において、平面上に導波層を形成したもので説明をしたが、曲面上であってもよく、例えば円錐面上に導波層を形成し、円錐の頂点位置に断絶部を設けてもよい。
【００８２】
【発明の効果】
前記した本発明によれば、高効率に導波光を発生させる一方、導波モードに準じた状態で光を低損失に伝搬させながら集中させることができ、高屈折率の円錐台部の存在により高エネルギーの光をエバネッセント光として信号面上に効果的に導き出すさせることができるので光利用効率を大幅に向上させることができ、高い情報転送速度を維持したまま光の回折限界を超えた高密度の情報記録再生が可能となる。
【００８３】
また、押圧力の加わった状態での信号面との相対移動により、導波層表面が信号面との近接位置を保ったまま安定的に浮上走査でき、導波層近傍に設けられた検出手段により、信号面からの反射光や導波層内を中心から外周側に伝搬する導波光等の光量を効率よく検出できるので、信号の再生感度を大幅に高められ、差分検出により信号面上のトラックを認識できる。
【００８４】
また、エバネッセント光放出部の構造が面的な広がりをなすので熱集中が起こりにくく熱損傷による劣化がなく、空気層を挟んだ浮上走査方式によりエバネッセント光放出部を信号面に近接させながら安定に走査させることが可能で、装置としての構成が容易である。
【００８５】
さらに、エバネッセント光の流出条件の変化や反射光、帰還導波光の光量変化を導波層に近接した検出器で検知することができるので、信号再生感度を大幅に高めるとともに、エバネッセント光放出部の位置の変化が反射光、帰還導波光の分布や伝搬方位に影響することから検出信号の差分により信号面上の信号マークやトラックを認識できる、などの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施の形態における情報記録再生装置の断面構成図である。
【図２】 Ａは本発明の第１実施の形態におけるグレーティングの平面図であり、Ｂは同グレーティングの光利用効率を説明する光強度分布図である。
【図３】 Ａは本発明の第１実施の形態における光検出器の要部平面図であり、Ｂは信号面の構成平面図である。
【図４】 Ａは本発明の第２実施の形態における導波層の断面構成図であり、Ｂは同導波層を用いた等価屈折率を示した説明図である。
【図５】 本発明の第３実施の形態における情報記録再生装置の断面構成図である。
【図６】 Ａは本発明の第３実施の形態における情報記録再生装置の光検出器の要部平面図であり、Ｂは信号面の構成平面図である。
【図７】 Ａは本発明の第４実施の形態における情報記録再生装置の光検出器の要部平面図であり、Ｂは信号面の構成平面図である。
【図８】 本発明の第５実施の形態における情報記録再生装置の断面構成図である。
【図９】 従来の情報記録再生装置の断面構成図である。
【図１０】 Ａは従来の情報記録再生装置の要部断面図であり、Ｂは同装置における光伝搬方向に沿った光エネルギー分布図である。
【符号の説明】
１ 放射光源
２ 板バネ
３ ホルダー
４ 放射光
Ｌ 光軸
５ 透明平行基板
５Ｄ 光検出器
５Ｇ グレーティング
６ 透明層
６Ｇ グレーティング
７ 導波層
８ 透明層
９ 反射層
１０ 円錐台部
１１ 透明層
１２ 空気層
１３ ディスク基板
１４ 信号膜
１５ 導波光
１６ 集中光
１７ エバネッセント光
１８ 反射光
１９ 信号マーク
【発明の属する技術分野】
本発明は、高密度の情報を記録もしくは再生する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術について、例えばＳＮＯＭ（スキャンニング ニアーフィールド オプチカル マイクロスコープ(Scanning Near-Field Optical Microscope)）と呼ばれるホサカ(S.Hosaka)等によるJ.Vac.Sci.technol.B13(1995)2813に記載の 情報記録再生装置に基づいて説明する。図９は従来の情報記録再生装置の断面構成図である。高屈折率のコア２５と、それを取り巻く低屈折率のクラッド２６とで構成された光ファイバーは、コアの先端が円錐状に削り込まれ、それを取り巻くようにクラッド２６と反射膜２７とが形成されている。この円錐部の先端はわずかなギャップδを隔てて、ディスク基板１３上に形成された記録膜１４に対面している。
【０００３】
ギャップδは５０ｎｍ以下の微小量で、円錐先端部のコア直径は０．１μｍ程度である。この光ファイバーに放射光源の光を入力すると、円錐先端部からエバネッセント光２９がにじみ出る。円錐先端部が記録膜１４に近接しているため、例えば記録膜１４が相変化性の膜であれば、エバネッセント光２９の熱エネルギーにより記録膜上に周囲と異なる反射率の信号マーク１９を形成できる。また、記録膜１４からの反射散乱光３０を光検出器３１で検出することで、信号マーク１９の有無を判定できる。
【０００４】
以上の情報記録再生装置により、円錐先端部のコア直径に相当した信号記録と信号再生が可能となり、例えば信号マーク１９の直径を０．１μｍとすると、ディジタルビデオディスク（以下ＤＶＤと称す）（信号マークの直径は０．３〜０．４μｍ程度）に比べ１０倍以上の高密度の情報記録再生装置を提供できる。
【０００５】
このような従来の情報記録再生装置では、例えば図１０Ａ及び図１０Ｂに示すような問題点があった。図１０Ａは、従来の情報記録再生装置の主要部と、図１０Ｂは、同装置の光伝搬方向（−ｚ軸）に沿った光エネルギー分布図を示す。
【０００６】
図１０Ａにおいて、光ファイバーを伝搬する導波光２８は、円錐部の手前までは（ｚ＞ａ）ほとんど損失なく伝搬するが、円錐部では（ａ＞ｚ＞０）入射光２８ａが屈折光２８ｂと反射光２８ｃに分かれ、反射光２８ｃは再び屈折光と反射光に分かれ、以上のことを円錐部の長さａに渡って何度も繰り返すので、円錐部の先端から放出されるエバネッセント光２９は極めて弱くなる。
【０００７】
一般に円錐部の前での導波光の光エネルギーを１とすると、円錐部の先端から放出されるエバネッセント光２９の光エネルギーηは、１０-7〜１０-5程度と言われ、例えば図１０Ｂに示すように極めて光利用効率が低い。従って、記録膜１４を記録するためには長い時間を要し、情報記録装置として使うには記録の高密度化の反面、情報転送速度の大幅な低下という犠牲を払うことになる。
【０００８】
また、円錐部の先端（ヘッド）は、いわば空間に浮かんだ点のようなもので、熱集中が起こりやすく、熱損傷による劣化が起こりやすい。さらに、ヘッドを記録面１４に近接させながら安定に走査させるには、複雑なメカニズムが必要なうえ、記録面上のトラックを認識できないのでトラック方向の高密度化が困難である。
【０００９】
また、反射散乱光３０を用いた再生原理は空間的に広い広がりをなす反射散乱光のごく一部を検出することから、その再生感度は極めて悪い。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる問題点に鑑み、光利用効率を大幅に向上させ、熱損傷による劣化がなく、ヘッドを信号面に近接させながら安定に走査させることが可能で、信号面上のトラックを認識して制御でき、信号再生感度を大幅に高められる情報記録再生装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の第１番目の情報記録再生装置は、放射光源と、透明基板と、この透明基板の光源と反対側にある表面の上に構成された導波層と、導波層の界面上に形成され光軸を中心とする同心円状の周期構造を持つ光結合手段とからなり、導波層は周期構造の中心位置で断絶し、放射光源からの光は光結合手段により導波層内で周期構造の外周側から中心に伝搬する導波光を励起し、この導波光は導波層の断絶位置においてその一部が導波層に近接して置かれた平面基板上の信号面に漏れ出ることを特徴とする。
【００１２】
この構造により、透明基板は放射光源と同一構造体の上に固定され、この構造体は押圧手段により信号面に押さえつけられながら相対的に移動できる。
次に本発明の第２番目の情報記録再生装置は、放射光源と、前記放射光源から出射する光を平行光に変換する集光手段と、前記平行光の光軸を中心軸とする透明円錐体と、前記円錐体の低面部に形成された透明バッファー層と、前記バッファ層上に形成された導波層とからなり、前記導波層は前記円錐体の中心軸位置で断絶し、前記円錐体の屈折率と前記導波層の屈折率とバッファー層の屈折率とはこの順に小さくなる関係にあり、前記平行光は前記円錐体の円錐面を屈折して前記バッファー層を経て前記導波層に入射して、前記導波層内で外周側から中心軸側に伝搬する導波光を励起し、前記導波光は前記断絶位置においてその一部が前記導波層に近接して置かれた平面基板上の信号面に漏れ出ることを特徴とする。
【００１３】
この構造により、円錐体が放射光源及び集光手段と同一構造体の上に固定され、この構造体は押圧手段により信号面に押しつけられながら相対的に移動できる。
【００１４】
前記した本発明の第１番目の情報記録再生装置においては、前記透明基板が前記放射光源と同一構造体の上に固定され、前記構造体は押圧手段により前記信号面に押さえつけられながら相対的に移動し、この移動により前記導波層表面が前記信号面と対面しながら空気層を挟んで前記構造体が浮上することが好ましい。
【００１５】
前記した本発明の第２番目の情報記録再生装置においては、前記円錐体が、前記放射光源及び前記集光手段と同一構造体の上に固定され、前記構造体は押圧手段により前記信号面に押しつけられながら相対的に移動し、この移動により前記導波層表面が前記信号面と対面しながら空気層を挟んで前記構造体が浮上することが好ましい。
【００１６】
また前記した本発明の第１〜２番目の情報記録再生装置においては、前記導波層上には、前記導波層よりも低屈折率の第１の透明層が積層されていることが好ましい。
【００１７】
また前記装置においては、前記第１の透明層上には、前記断絶位置を除いた位置で反射層が積層されていることが好ましい。
また前記装置においては、前記第１の透明層上には、強い光の照射によって不透明から透明に変化するマスク層が積層されていることが好ましい。
【００１８】
また前記装置においては、前記断絶位置において、前記断絶部が前記導波層よりも高屈折率の第２の透明層で覆われ、前記第２の透明層を介して前記導波層内の導波光が前記信号面側に漏れ出ることが好ましい。
【００１９】
また前記装置においては、前記第２の透明層上には、強い光の照射によって不透明から透明に変化するマスク層が積層されていることが好ましい。
また前記装置においては、前記断絶部の形状が、前記光軸を中心軸とする円錐状及び円錐台状からえばれる少なくとも一つの形状であることが好ましい。
【００２０】
また前記装置においては、前記断絶位置において、前記導波層から前記信号面側に漏れ出る光により、前記信号面上に信号マークを記録することが好ましい。また前記装置においては、前記透明基板上又はその近傍に光検出器を形成し、前記断絶位置において前記導波層から前記信号面側に漏れ出る光が前記信号面を反射し、この反射光の一部を前記光検出器で検出し、前記信号面上に形成された信号を再生することが好ましい。
【００２１】
また前記装置においては、前記光検出器は、前記信号面の移動方向に直交する分割線で等分割されており、前記等分割間の差分信号を再生信号とすることが好ましい。
【００２２】
また前記装置においては、前記信号面上に前記信号面の移動方向に沿った凹凸構造が形成されており、前記光検出器は前記移動方向に沿った分割線で等分割されており、前記等分割間の差分信号をトラッキング制御信号とすることが好ましい。
【００２３】
また前記装置においては、前記透明基板上又はその近傍に光検出器を形成し、前記断絶位置において前記導波層から前記信号面側に漏れ出る光が前記信号面を反射して再び前記導波層内に取り込まれ、前記導波層内を周期構造の中心から外周側に伝搬する導波光となり、前記導波光または前記導波層から放出される光の少なくとも何れか一方を前記検出器で検出し、前記信号面上に形成された信号を再生することが好ましい。
【００２４】
また前記装置においては、前記光検出器は、前記信号面の移動方向に直交する直線を間に挟む２つの部分から構成され、この２つの検出器の差分信号を再生信号とすることが好ましい。
【００２５】
また前記装置においては、前記信号面上に前記信号面の移動方向に沿った凹凸構造が形成されており、前記光検出器は前記移動方向に沿った直線に関して対称な２つの部分から構成され、前記２つの検出器の差分信号をトラッキング制御信号とすることが好ましい。
【００２６】
また前記装置においては、前記断絶位置において前記導波層から前記信号面側に漏れ出る光が、前記信号面を反射して再び前記導波層内に取り込まれ、導波層内を周期構造の中心から外周側に伝搬する導波光となり、前記導波光が再び前記放射光源に帰還し、この帰還によって発生する前記放射光源の駆動特性の変化を検出し、前記信号面上に形成された信号を再生することが好ましい。
【００２７】
また前記装置においては、前記導波層を多層膜で構成し、導波層内を伝搬する導波光の等価屈折率がＴＥモードとＴＭモードとでほぼ等しくすることが好ましい。
【００２８】
また前記装置においては、前記導波層を構成する多層膜が、低屈折率の透明層の間に高屈折率の透明層を挟んだ３層構造で形成することが好ましい。
また前記装置においては、前記導波層を構成する多層膜が、高屈折率の透明層の間に低屈折率の透明層を挟んだ３層構造で形成することが好ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
前記した本発明において、外部入力による導波光の発生は、いわば共振条件（入力条件）を満たす場合に限られ、この条件を満たすときに入力光（放射光からの光）の一部が導波光に変換される。これを”励起する”という。
【００３０】
また、入力光（放射光からの光）の一部が導波光に変換されるので、外周面で入射光から変換された導波光の積分が、内周側の導波光となる。当然のことながら、現在導波している任意の位置でも入力光が導波光に変換されて、それまで伝搬していた導波光に加わる。
【００３１】
また、前記した本発明において、”光結合手段”は、入力光（放射光からの光）を導波光に変換する役割、または導波光を出力光（放射光）に変換する役割を果たす。
【００３２】
また、前記した本発明においては、導波層上には、導波層よりも低屈折率の第１の透明層が積層されており、第１の透明層上には強い光の照射によって不透明から透明に変化するマスク層や導波層の断絶位置を除いた位置で反射層が積層されていてもよい。前記において、強い光の照射によって不透明から透明に変化するマスク層とは、たとえば厚さ数十ｎｍ程度のアンチモン薄膜からなるマスクである。また強い光とは、たとえば数ｍＷ／μｍ2 を越える光強度をいう。
【００３３】
また、導波層の断絶位置において断絶部が導波層よりも高屈折率の第２の透明層で覆われており、断絶部の形状が光軸を中心軸とする円錐状または円錐台状としてもよい。また、前記のマスク層が第１の透明層上でなく、第２の透明層上にあってもよい。
【００３４】
透明基板上又はその近傍には光検出器が形成され、断絶位置において導波層から信号面側に漏れ出て信号面を反射する光や、導波層に帰還して周期構造の中心から外周側に伝搬する導波光を光検出器で検出することで、信号面上に形成された信号や信号面上の凹凸構造を識別する。
【００３５】
導波層は多層膜で構成され、導波層内を伝搬する導波光の等価屈折率がＴＥモードとＴＭモードとでほぼ等しくなることを特徴とする。例えば導波層を構成する多層膜が、低屈折率の透明層の間に高屈折率の透明層を挟んだ３層構造で形成され、または高屈折率の透明層の間に低屈折率の透明層を挟んだ３層構造で形成される。
【００３６】
円錐体底面上又はその近傍には光検出器が形成され、断絶位置において導波層から信号面側に漏れ出て信号面を反射する光や、導波層に帰還して中心から外周側に伝搬する導波光を光検出器で検出することで、信号面上に形成された信号や信号面上の凹凸構造を識別する。
【００３７】
導波層は多層膜で構成され、導波層内を伝搬する導波光の等価屈折率がＴＥモードとＴＭモードとでほぼ等しくなるように形成されていてもよい。例えば導波層を構成する多層膜が、低屈折率の透明層の間に高屈折率の透明層を挟んだ３層構造で形成され、または高屈折率の透明層の間に低屈折率の透明層を挟んだ３層構造で形成される。
【００３８】
【第１実施の形態】
以下本発明の第１実施の形態を、図１から図３に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施の形態における情報記録再生装置の断面構造を示す。
【００３９】
図１に於いて、半導体レーザー等の放射光源１が板バネ状の部材２の先端に設けられたホルダー３の内部に固定されている。この放射光源１からは、軸Ｌを光軸とする光４が放射される。ホルダー３には光軸Ｌに直交して、Ｓｉ基板や石英基板などの透明平行基板５（放射光４の波長が１．２μｍ以上の場合にはＳｉ基板も透明である）が固定されており、この基板の裏側表面には光検出器５Ｄが光軸Ｌとの交点Ｏを中心とする直径数十μｍ程度の円形領域に形成されており、これを取り巻く外周の領域には点Ｏを中心とする同心円状グレーティング５Ｇが形成されている。
【００４０】
基板５の表面には、ＳｉＯ2 等の低屈折率の透明層６を挟んで導波層７が成膜されている。透明層６の厚さは１μｍ程度なので、基板上のグレーティング５Ｇの凹凸形状が透明層６と導波層７との界面にも残って、グレーティング６Ｇを形成する。
【００４１】
導波層７上にはＳｉＯ2 等の低屈折率の透明層８を挟んで、Ｃｒなどの反射層９が成膜される。反射層９の光軸Ｌを中心とする微小な円形領域（例えば直径０．５μｍ以下）をエッチングにより抜いた後、下地の透明層８、導波層７をドライエッチング等の方法で抜いて、光軸Ｌを中心軸とする円錐台状の孔１０を形成する。さらに、反射層９上には、この円錐台孔１０を埋没させるようにＳｉ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ等の、導波層７よりも高屈折率の透明層１１が積層され、円錐台部１０を形成する。
【００４２】
透明層１１の表面は高い平面性を確保するために研磨が必要であり、円錐台部１０の部分だけが残るまでの研磨を加えてもよい。透明層１１は、厚さδの空気層１２を挟んでディスク基板１３上に形成された信号膜１４に近接している。いわゆる磁気ディスクで見られるフライングヘッドの技術と同様に、板バネ２を介してホルダー３を高速回転しているディスク基板１３上に押しあてることで、一定の空気ギャップ（例えば５０ｎｍ以下のδ）を保ちながら、透明層１１表面を安定して信号膜１４に近接させることができる。
【００４３】
平行基板５に入射し透過する光４は、透明層６を経て導波層７に入射し、同心円状のグレーティング６Ｇにより、外周側から中心に向かう導波光１５を励起する。この励起条件は、グレーティング６ＧのピッチをΛ、導波光の等価屈折率をＮ、波長をλ、入射角をθとして、下記式（数１）で与えられる。
【００４４】
【数１】
sinθ＝λ／Λ−Ｎ （式１）
前記式１において、ピッチΛは入射角θ、すなわち半径ｒの関数である。
【００４５】
また、入射光のうち導波層７を透過する成分は、反射層９を反射して導波層７に再入射してその一部が結合するので、全体の入力効率は高まる。導波層７はグレーティング６Ｇの中心位置で断絶する上、この位置で導波層よりも高い屈折率の透明媒質で形成される円錐台部１０に接するので、断絶位置に到達する導波光１５は導波層７から円錐台部１０の内部に吸い寄せられて光軸Ｌの周りに集まる光１６となり、その一部が円錐台部１０の底面の開口部９Ａ（反射層９のエッチング部）を経て透明層１１表面からエバネッセント光１７として外部に漏れ出る。エバネッセント光１７が信号膜１４の表面に近接すると、信号膜１４へ光エネルギーが流出したり、信号膜１４からの反射光１８という形で光エネルギーが流入する。信号膜１４が光や熱により反射率の変化する材料で形成されている場合は、このエバネッセント光１７により信号膜１４上に周りと反射率の異なる信号マーク１９を記録できる。なお、上記実施例では反射層９を用いたが、この代わりに強い光の照射によって不透明から透明へ変化する膜（マスク層）を透明層８上の全面に形成してもよい。また、マスク層上を前記実施例の透明層１１上に形成してもよい。いずれの場合も、中心から離れた領域では導波光１５の光量が小さく、そのエバネッセント光も弱いのでマスク層は不透明で反射層の働きをする。中心近傍では導波光１５の光量が強まり、そのエバネッセント光も強いので、マスク層は透明になりエバネッセント光１７を外部に導き出すことができる。
【００４６】
また、信号膜１４の状態の変化は、エバネッセント光１７の流出量を変化させ、信号膜１４からの反射光１８の光量も変化させる。この光エネルギーの流出入条件の変化は光検出器５Ｄの近傍での光を散乱させ、この散乱光が検出される。従って光検出器５Ｄにより信号マーク１９を検出することができ、閉じた空間内での光検出なので検出感度も高い。
【００４７】
図２Ｂは、本発明の第１実施の形態における、光利用効率を説明するための光強度分布図である。図２Ａは、グレーティング６Ｇを光源側から見た図で、グレーティング６Ｇの各位置に入射する光はそれぞれ外周から中心に向かう導波光１５（１５Ｅ，１５Ｍ等）を励起する。
【００４８】
入射光の導波光への変換効率（入射光量に対する中心位置での導波光量の比）は実験では２６％を越えており、反射層９での反射による入力効果も含めると、４０％以上の効率が見込める。これだけ高い効率が得られるのは、グレーティング６Ｇのピッチが位相整合条件（式１）を満たすので、入力した導波光が次のポイントに伝搬したときの位相と、そのポイントで入力した導波光の位相とが整合し、伝搬に伴って導波光量を増幅させるためである。この効果に加えて、外周側から中心に向かう収束性の伝搬であるので、導波光１５は中心に近づくごとにその光強度を増大さす。
【００４９】
図２Ｂには、中心を通る断面での導波光強度の分布を示す。最も光エネルギーが集中する中心位置(ｒ＝０)での導波光のうち、エバネッセント光１７として取り出せるのは約１０〜２０％程度と考えられるので、全体として１０-2〜１０-1程度の光利用効率が得られ、これは従来例と比べ千倍から万倍以上の高い効率である。また、第１実施の形態ではエバネッセント光放出部の構造が面的な広がりをなすので、熱集中が起こりにくく熱損傷に強い効果も合わせ持つ。
【００５０】
図３Ａは、本発明の第１実施の形態における光検出器と、図３Ｂは、信号面の構成図を光源側から見て示している。信号面には、凸部２０Ｇと凹部２０Ｌとによる凹凸状の溝が形成されており、凸部２０Ｇが透明層１１表面と近接している。エバネッセント光放出部の位置１７ａは凸部２０Ｇの中心に位置しており
、この位置１７ａはディスク基板１３の回転によって、図３Ｂに示す矢印２１Ｓの方向に移動する。
光検出器５Ｄは、中心Ｏを通り信号面上の溝と平行な線およびこれに直交する線で５Ｄａ，５Ｄｂ，５Ｄｃ，５Ｄｄに４等分割されている。各分割された検出器からはＡｌ等の金属膜によりパッド２２ａ、２２ｂ，２２ｃ、２２ｄへ配線されており、これらのパッドから外部へ検出信号が手渡される。
【００５１】
光検出器５Ｄの検出光量は、エバネッセント光放出部の位置１７ａと信号マーク１９の位置関係で決まり、位置１７ａが信号マーク１９ａや１９ｂの上を通過することで、５Ｄａ，５Ｄｂ，５Ｄｃ，５Ｄｄから出力される検出光量の総和が変化し、これを信号マークの再生信号とすることができる。また信号マークの位置により光検出器５Ｄへ入射する光の分布が変化することを利用して、（５Ｄａ＋５Ｄｂ）−（５Ｄｃ＋５Ｄｄ）を再生信号としてもよい。同様に光検出器５Ｄへの入射光の分布は、エバネッセント光の位置１７ａが矢印２１Ｔ方向に変位しても変化するので、（５Ｄａ＋５Ｄｄ）−（５Ｄｂ＋５Ｄｃ）を溝２０Ｇに対するトラッキング誤差信号とすることができる。
【００５２】
なお入射光４の偏光状態を直線偏光とし、その電気ベクトルが図２Ａの矢印４Ｅの方向を向いているものとすると、矢印４Ｅに直交する方向１５ＥにはＴＥモードが励起され、平行な方向１５ＭにはＴＭモードが励起され、それらの間の方向には両者が混在して励起される。
【００５３】
導波光の等価屈折率Ｎは導波モードによって異なり、一般にＴＥモード（導波光の電気ベクトルが導波面に平行な導波モード）の等価屈折率は、ＴＭモード（導波光の電気ベクトルが導波面に非平行な導波モード）の等価屈折率より大きい。従って、導波光の等価屈折率ＮがＴＥモードの等価屈折率に等しい時には１５Ｍ方向の導波光励起がなく、ＴＭモードの等価屈折率に等しい時に１５Ｅ方向の導波光励起がない。もし光入力効率を増大させるため全方位にわたって導波光を励起させるには、ＴＥモードとＴＭモードの等価屈折率を等しくさせることが好ましい。
【００５４】
【第２実施の形態】
図４Ａは、本発明の第２実施の形態における導波層の断面構造と、図４Ｂは、同導波層の等価屈折率を示した説明図であり、本実施の形態に限り光源の波長を０．７８μｍとしている。第２実施の形態は、導波層７の構成以外は全て第１実施の形態と同一であり、同一部の説明を省略する。
【００５５】
図４Ａにおいて、導波層７は２．１０の高屈折率の膜を１．７５の低屈折率の膜で挟み込んだ３層構造をなす。屈折率２．１０の膜は例えばＴａ2Ｏ5をターゲットとしてスパッタにより成膜できる。屈折率１．７５の膜は、例えばＴａ2Ｏ5とＳｉＯ2との混合ターゲットをスパッタすることにより成膜できる。
【００５６】
図４Ｂにおいて、縦軸は等価屈折率、横軸は屈折率２．１０の膜の厚さｄをとっており、透明層６及び８の屈折率を１．４５、屈折率１．７５の膜の厚さを上下とも０．２２３μｍとしている。ｄ＝０．１６μｍの時、ＴＥ１とＴＭ１とで等価屈折率が一致し（Ａ点参照）、ＴＥ１の曲線とＴＭ１の曲線が漸近する形で接するのでｄの誤差に対しても裕度がある。従って、本発明の第２実施の形態により、ＴＥモードとＴＭモードの等価屈折率を等しくさせることが可能となり
、第１実施の形態よりもさらに光利用効率を増大させることができる。
【００５７】
なお、低屈折率の膜を高屈折率の膜で挟み込んだ３層構造の導波層であってもよい。
【００５８】
【第３実施の形態】
次に本発明の第３実施の形態を、図５と図６Ａ及び図６Ｂを用いて説明する。図５は本発明の第３実施の形態における情報記録再生装置の断面構成を示している。第３実施の形態は第１実施の形態と比べて、グレーティングと光検出器の構成が変わるだけで、その他の構成については全く同じであり、同一部については説明を省略する。
【００５９】
図５に於いて、光検出器５Ｄが形成された透明平行基板５の表面には、ＳｉＯ２等の低屈折率の透明層６が形成され、光軸Ｌとの交点Ｏを中心とする同心円状のグレーティング６Ｇが、透明層６表面の点Ｏを取り巻く輪帯領域に形成されている。透明層６上には導波層７が成膜され、反射層９等その他の構成については第１実施の形態と同じである。
【００６０】
平行基板５に入射し透過する光４は、光検出器５Ｄが形成されている側では遮光されるが、形成されていない側では透明層６を経て導波層７に入射し、同心円状のグレーティング６Ｇにより、外周側から中心Ｏに向かう導波光１５を励起する。また入射光のうち導波層７を透過する成分は、反射層９を反射して導波層７に再入射してその一部が結合するので、全体の入力効率は高まる。
【００６１】
導波層７は、グレーティング６Ｇの中心位置で断絶する上、この位置で導波層よりも高い屈折率の透明媒質で形成される円錐台部１０に接するので、断絶位置に到達する導波光１５は導波層７から円錐台部１０の内部に吸い寄せられて、光軸Ｌの周りに集まる光１６となり、その一部が円錐台部１０の底面の開口部９Ａ（反射層９のエッチング部）を経て、透明層１１表面からエバネッセント光１７として外部に漏れ出る。
【００６２】
エバネッセント光１７が信号膜１４の表面に近接すると、信号膜１４へ光エネルギーが流出したり、信号膜１４からの反射光１８という形で光エネルギーが流入する。
【００６３】
信号膜１４が光や熱により反射率の変化する材料で形成されている場合は、このエバネッセント光１７により信号膜１４上に周りと反射率の異なる信号マーク１９を記録できる。また信号膜１４の状態の変化は、エバネッセント光１７の流出量を変化させ、信号膜１４からの反射光１８の光量も変化させる。この光エネルギーの流出入条件の変化は、断絶位置をすり抜け中心から外周側に向かう導波光１５Ａ（以下、帰還導波光と呼ぶ）の強度を変化させ、グレーティング６Ｇにより検出器５Ｄ側に放射する光１５Ｂの強度も変化する。従って光検出器５Ｄにより信号マーク１９を検出することができる。なお、上記実施例では反射層９を用いたが、この代わりに強い光の照射によって不透明から透明へ変化する膜（マスク層）を透明層８上の全面に形成してもよい。また、マスク層上を前記実施例の透明層１１上に形成してもよい。いずれの場合も、中心から離れた領域では導波光１５の光量が小さく、そのエバネッセント光も弱いのでマスク層は不透明で反射層の働きをする。中心近傍では導波光１５の光量が強まり、そのエバネッセント光も強いので、マスク層は透明になりエバネッセント光１７を外部に導き出すことができる。
【００６４】
図６Ａは、本発明の第３実施の形態における情報記録再生装置の光検出器を示し、図６Ｂは、信号面の構成図を光源側から見て示している。図６Ｂにおいて、ディスク基板１３上の信号面には、凸部２０Ｇと凹部２０Ｌによる凹凸状の溝が形成されており、凸部２０Ｇが透明層１１表面と近接している。透明層１１表面からのエバネッセント光放出部の位置１７ａは凸部２０Ｇの中心に位置しており、この位置１７ａはディスク基板１３の回転によって矢印２１Ｓの方向に移動する。
【００６５】
光検出器の形成される領域は図６Ａに示したように、中心Ｏを通る直線で等分割された６つの扇形のうち一つおきに配置された３つの扇形（５Ｄａ、５Ｄｂ、５Ｄｃ）上に限られ、各検出器からはＡｌ等の金属膜によりパッド２２ａ、２２ｂ，２２ｃへ配線されており、これらのパッドから外部へ検出信号が手渡される。光検出器の領域では入射光４が遮られるので、グレーティング６Ｇによる導波光の励起は、残された３つの扇形の領域で１５ａ，１５ｂ，１５ｃの如くなされる。
【００６６】
断絶部で導波層７から漏れ出ずに通過する導波光や信号面を反射して導波層７に取り込まれる帰還導波光は、中心位置Ｏを通過した後その位置でのグレーティング６Ｇにより光検出器５Ｄａ、５Ｄｂ、５Ｄｃに放射される。これらの放射光量、すなわち光検出器での検出光量は、エバネッセント光１７と信号マーク１９との位置関係で決まり、位置１７ａが信号マーク１９ａや１９ｂの上を通過することで、５Ｄａ，５Ｄｂ，５Ｄｃで検出される光量の総和が変化し、これを信号マークの再生信号とすることができる。また検出器の分割線の一つが矢印２１Ｓに直交するとして、信号マークの位置により帰還導波光の分布が変化することを利用して、５Ｄａ＋５Ｄｂ−５Ｄｃを再生信号としてもよい。同様に帰還導波光の分布はエバネッセント光の位置１７ａが矢印２１Ｔ方向に変位しても変化するので、５Ｄａ−５Ｄｂをトラッキング誤差信号とすることができる。
【００６７】
なお、第３実施の形態については、図６Ａに示す光検出器の形状に他の形態も考えられ、例えば中心Ｏを通る直線で等分割された１０個の扇形のうち一つおきに配置された５つの扇形であっても同様の効果が得られる。
【００６８】
第３実施の形態は、光検出器の形成された扇領域と導波光が励起される扇領域が分離しているので、第１実施の形態のように中心に向かう導波光からの散乱光が光検出器に入射して検出されることがなく、往路に於ける伝搬方向から偏向して外周側に向かう帰還導波光だけを検出できるので、第１実施の形態と比べて高品質の信号再生が可能である。
【００６９】
【第４実施の形態】
図７Ａは、本発明の第４実施の形態における情報記録再生装置の光検出器を示し、図７Ｂは、信号面の構成図を光源側から見て示している。第４実施の形態は、第３実施の形態と比べて光検出器の構成が変わるだけで、その他の構成については全く同じであり、断面構成図は第３実施の形態で示した図５を使い、同一部については説明を省略する。図７Ｂにおいて、ディスク基板１３上の信号面には凸部２０Ｇと凹部２０Ｌによる凹凸状の溝が形成されており、凸部２０Ｇが透明層１１表面と近接している。透明層１１表面からのエバネッセント光放出部の位置１７ａは凸部２０Ｇの中心に位置しており、この位置１７ａはディスク基板１３の回転によって矢印２１Ｓの方向に移動する。
【００７０】
光検出器の形成される領域は、中心Ｏを通る直線で等分割された８つの扇形のうち一つおきに配置された４つの扇形（５Ｄａ、５Ｄｂ、５Ｄｃ、５Ｄｄ）上に限られ、各検出器からはＡｌ等の金属膜によりパッド２２ａ、２２ｂ，２２ｃ，２２ｄへ配線されており、これらのパッドから外部へ検出信号が手渡される。光検出器の領域では入射光４が遮られるので、グレーティング６Ｇによる導波光の励起は残された４つの扇形の領域で１５ａ，１５ｂの如くなされる。
【００７１】
断絶部で導波層７から漏れ出た後、信号面を反射して導波層７に取り込まれる導波光（帰還導波光）は、中心位置Ｏを通過したのち外周側に向かう。特に光検出器５Ｄａ、５Ｄｂ、５Ｄｃ、５Ｄｄの方位に伝搬する帰還導波光は、その位置でのグレーティング６Ｇにより光検出器に放射される。帰還導波光の伝搬方位は、エバネッセント光１７と信号マーク１９の位置関係により変化するので、位置１７ａが信号マーク１９ａや１９ｂの上を通過することで、５Ｄａ，５Ｄｂ，５Ｄｃ、５Ｄｄで検出される光量の総和が変化し、これを信号マークの再生信号とすることができる。また５Ｄｃ、５Ｄｄの対称線が矢印２１Ｓの方位に並んだ位置関係であれば、信号マークの位置により帰還導波光の伝搬方位が変化することを利用して、５Ｄａ−５Ｄｂを再生信号としてもよい。同様に帰還導波光の伝搬方位はエバネッセント光の位置１７ａが矢印２１Ｔ方向に変位しても変化するので、５Ｄｃ−５Ｄｄをトラッキング誤差信号とすることができる。
【００７２】
なお、第４実施の形態については、図７Ａに示す光検出器の形状に他の形態も考えられ、例えば中心Ｏを通る直線で等分割された１２つの扇形のうち一つおきに配置された６つの扇形であっても同様の効果が得られる。第４実施の形態は、帰還導波光のうち伝搬方位の変化したもの（すなわち信号マークの影響をうけた成分）だけを検出するので、第３実施の形態と比べても高品質の信号再生が可能である。
【００７３】
【第５実施の形態】
図８は、本発明の第５実施の形態における情報記録再生装置の断面構成を示す。第５実施の形態は、第１実施の形態と比べて光結合手段の構成が変わるだけで、その他の構成については全く同じであり、同一部については説明を省略する。図８に於いて、半導体レーザー等の放射光源１が、板バネ上の部材２の先端に設けられたホルダー３の内部に固定されている。この放射光源１からは、軸Ｌを光軸とする光４が放射される。ホルダー３には光軸Ｌと同軸してコリメートレンズ２３と円錐レンズ２４とが取り付けられている。
【００７４】
円錐レンズ２４の屈折率は、後述する導波層７の屈折率よりも高く、その底面には、光検出器５Ｄが光軸Ｌとの交点Ｏを中心とする直径数十μｍ程度の円形領域に形成されている。円錐レンズの低面には、ＳｉＯ2 等の低屈折率の透明層６を挟んで導波層７が成膜され、その他の構成は第１実施の形態と同じなので説明を省略する。
【００７５】
コリメートレンズ２３により平行光４ａとなった光は、円錐レンズ２４の円錐面を屈折して円錐状の波面をなす光４ｂとなり、透明層６を経て導波層７に入射し、透明層６が十分薄い場合に外周側から中心に向かう導波光１５を励起する。この励起条件は円錐レンズ２４の屈折率をｎ、導波光の等価屈折率をＮ、入射角をθとして、下記式（数２）で与えられる。
【００７６】
【数２】
ｎsinθ＝Ｎ （式２）
第５実施の形態は、光を導波層に入力する光結合手段が第１実施の形態と異なるだけで、第１実施の形態でグレーティング６Ｇであったものが、第５実施の形態では円錐状のレンズ２４に変わるだけである。従って第１実施の形態と同様に信号面上に信号を記録したり、再生したりでき、グレーティングによる光入力よりもプリズム（円錐レンズ）による光入力が一般に高効率であるので、第１実施の形態よりも高い光利用効率が得られる。
【００７７】
また、第１実施の形態と同様にエバネッセント光放出部の構造が面的な広がりをなすので、熱損傷に強い効果も合わせ持つ。当然、第１実施の形態と同じく反射層９の代わりにマスク層を用いてもよく、マスク層を透明層１１上に形成してもよい。さらに第２実施の形態で示した３層の導波層や第３、第４実施の形態で示した検出方式を採用することもでき、全く同様の効果が得られる。反対に第１実施の形態から第４実施の形態においては、第５実施の形態のようにコリメーターレンズで光を平行にしてグレーティングに入射する方式でもよい。
【００７８】
なお、信号の検出方法には光源への帰還光量の増減に伴う発光特性の変化を利用する方法もあり、この場合第１実施の形態から第５実施の形態において検出器５Ｄは不要であり、替わりに光源の発光特性（半導体レーザーの場合には駆動電流値の変動）をモニターすることで帰還光量の大小、すなわち信号の有無を判定できる。
【００７９】
また、等方的な光入力結合を果たすため、１／４波長板で光源の光を円偏光に変換して導波層に入力することも考えられ、工程を削減するために反射層９の形成を省いてもよく、グレーティング６Ｇは導波層表面に形成されてもよい。
【００８０】
また、導波層の断絶部は、外周側から中心に伝搬する導波光を信号面側に漏れ出させる機能さえあれば、上記実施の形態であげた以外の形態も考えられ、例えば円錐台部１０の形状は信号面側の方に狭まる形状でもよく、円錐台部を埋める媒質に導波層よりも低屈折率の材料を用いてもよい。
【００８１】
また、信号面には光磁気ディスクで用いられている膜で形成されてもよい。さらに、本発明の各実施の形態での構成を入れ替えたものであってもよい。
なお、第１実施の形態から第５実施の形態において、平面上に導波層を形成したもので説明をしたが、曲面上であってもよく、例えば円錐面上に導波層を形成し、円錐の頂点位置に断絶部を設けてもよい。
【００８２】
【発明の効果】
前記した本発明によれば、高効率に導波光を発生させる一方、導波モードに準じた状態で光を低損失に伝搬させながら集中させることができ、高屈折率の円錐台部の存在により高エネルギーの光をエバネッセント光として信号面上に効果的に導き出すさせることができるので光利用効率を大幅に向上させることができ、高い情報転送速度を維持したまま光の回折限界を超えた高密度の情報記録再生が可能となる。
【００８３】
また、押圧力の加わった状態での信号面との相対移動により、導波層表面が信号面との近接位置を保ったまま安定的に浮上走査でき、導波層近傍に設けられた検出手段により、信号面からの反射光や導波層内を中心から外周側に伝搬する導波光等の光量を効率よく検出できるので、信号の再生感度を大幅に高められ、差分検出により信号面上のトラックを認識できる。
【００８４】
また、エバネッセント光放出部の構造が面的な広がりをなすので熱集中が起こりにくく熱損傷による劣化がなく、空気層を挟んだ浮上走査方式によりエバネッセント光放出部を信号面に近接させながら安定に走査させることが可能で、装置としての構成が容易である。
【００８５】
さらに、エバネッセント光の流出条件の変化や反射光、帰還導波光の光量変化を導波層に近接した検出器で検知することができるので、信号再生感度を大幅に高めるとともに、エバネッセント光放出部の位置の変化が反射光、帰還導波光の分布や伝搬方位に影響することから検出信号の差分により信号面上の信号マークやトラックを認識できる、などの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施の形態における情報記録再生装置の断面構成図である。
【図２】 Ａは本発明の第１実施の形態におけるグレーティングの平面図であり、Ｂは同グレーティングの光利用効率を説明する光強度分布図である。
【図３】 Ａは本発明の第１実施の形態における光検出器の要部平面図であり、Ｂは信号面の構成平面図である。
【図４】 Ａは本発明の第２実施の形態における導波層の断面構成図であり、Ｂは同導波層を用いた等価屈折率を示した説明図である。
【図５】 本発明の第３実施の形態における情報記録再生装置の断面構成図である。
【図６】 Ａは本発明の第３実施の形態における情報記録再生装置の光検出器の要部平面図であり、Ｂは信号面の構成平面図である。
【図７】 Ａは本発明の第４実施の形態における情報記録再生装置の光検出器の要部平面図であり、Ｂは信号面の構成平面図である。
【図８】 本発明の第５実施の形態における情報記録再生装置の断面構成図である。
【図９】 従来の情報記録再生装置の断面構成図である。
【図１０】 Ａは従来の情報記録再生装置の要部断面図であり、Ｂは同装置における光伝搬方向に沿った光エネルギー分布図である。
【符号の説明】
１ 放射光源
２ 板バネ
３ ホルダー
４ 放射光
Ｌ 光軸
５ 透明平行基板
５Ｄ 光検出器
５Ｇ グレーティング
６ 透明層
６Ｇ グレーティング
７ 導波層
８ 透明層
９ 反射層
１０ 円錐台部
１１ 透明層
１２ 空気層
１３ ディスク基板
１４ 信号膜
１５ 導波光
１６ 集中光
１７ エバネッセント光
１８ 反射光
１９ 信号マーク
Claims (35)
- 放射光源と、透明基板と、前記透明基板の光源と反対側の表面の上に構成された導波層と、導波層表面または透明基板と導波層との間の界面の何れかの上に形成され、前記光源の光軸を中心とする同心円状の周期構造を持つ光結合手段とからなり、前記導波層は前記周期構造の中心位置で断絶し、前記放射光源からの光は、前記光結合手段により導波層内で周期構造の外周側から中心に伝搬する導波光を励起し、前記導波光は、前記断絶位置においてその一部が前記導波層に近接して置かれた平面基板上の信号面に漏れ出ることを特徴とする情報記録再生装置。
- 前記透明基板が前記放射光源と同一構造体の上に固定され、前記構造体は押圧手段により前記信号面に押さえつけられながら相対的に移動し、この移動により前記導波層表面が前記信号面と対面しながら空気層を挟んで浮上する請求項１に記載の情報記録再生装置。
- 前記導波層上には、前記導波層よりも低屈折率の第１の透明層が積層されている請求項１に記載の情報記録再生装置。
- 前記第１の透明層上には、前記断絶位置を除いた位置で反射層が積層されている請求項３に記載の情報記録再生装置。
- 前記断絶位置において、前記断絶部が前記導波層よりも高屈折率の第２の透明層で覆われ、前記第２の透明層を介して前記導波層内の導波光が前記信号面側に漏れ出る請求項１に記載の情報記録再生装置。
- 前記第２の透明層上には、強い光の照射によって不透明から透明に変化するマスク層が積層されている請求項５に記載の情報記録再生装置。
- 前記断絶部の形状が、前記光軸を中心軸とする円錐状及び円錐台状から選ばれる少なくとも一つの形状である請求項５に記載の情報記録再生装置。
- 前記断絶位置において、前記導波層から前記信号面側に漏れ出る光により、前記信号面上に信号マークを記録する請求項１に記載の情報記録再生装置。
- 前記透明基板上又はその近傍に光検出器を形成し、前記断絶位置において前記導波層から前記信号面側に漏れ出る光が前記信号面を反射し、この反射光の一部を前記光検出器で検出し、前記信号面上に形成された信号を再生する請求項１に記載の情報記録再生装置。
- 前記光検出器は、前記信号面の移動方向に直交する分割線で等分割されており、この等分割間の差分信号を再生信号とする請求項９に記載の情報記録再生装置。
- 前記信号面上に前記信号面の移動方向に沿った凹凸構造が形成されており、前記光検出器は前記移動方向に沿った分割線で等分割されており、この等分割間の差分信号をトラッキング制御信号とする請求項９に記載の情報記録再生装置。
- 前記透明基板上又はその近傍に光検出器を形成し、前記断絶位置において前記導波層から前記信号面側に漏れ出る光が前記信号面を反射して再び前記導波層内に取り込まれ、前記導波層内を周期構造の中心から外周側に伝搬する導波光となり、前記導波光または前記導波層から放出される光の少なくとも何れか一方を前記検出器で検出し、前記信号面上に形成された信号を再生する請求項１に記載の情報記録再生装置。
- 前記光検出器は、前記信号面の移動方向に直交する直線を間に挟む２つの部分から構成され、この２つの検出器の差分信号を再生信号とする請求項１２に記載の情報記録再生装置。
- 前記信号面上に前記信号面の移動方向に沿った凹凸構造が形成されており、前記光検出器は前記移動方向に沿った直線に関して対称な２つの部分から構成され、この２つの検出器の差分信号をトラッキング制御信号とする請求項１２に記載の情報記録再生装置。
- 前記断絶位置において前記導波層から前記信号面側に漏れ出る光が、前記信号面を反射して再び前記導波層内に取り込まれ、導波層内を周期構造の中心から外周側に伝搬する導波光となり、前記導波光が再び前記放射光源に帰還し、この帰還によって発生する前記放射光源の駆動特性の変化を検出し、前記信号面上に形成された信号を再生する請求項１に記載の情報記録再生装置。
- 前記導波層を多層膜で構成し、導波層内を伝搬する導波光の等価屈折率がＴＥモードとＴＭモードとでほぼ等しくする請求項１に記載の情報記録再生装置。
- 前記導波層を構成する多層膜が、低屈折率の透明層の間に高屈折率の透明層を挟んだ３層構造で形成される請求項１６に記載の情報記録再生装置。
- 前記導波層を構成する多層膜が、高屈折率の透明層の間に低屈折率の透明層を挟んだ３層構造で形成される請求項１６に記載の情報記録再生装置。
- 放射光源と、前記放射光源から出射する光を平行光に変換する集光手段と、前記平行光の光軸を中心軸とする透明円錐体と、前記円錐体の低面部に形成された透明バッファー層と、前記バッファ層上に形成された導波層とからなり、前記導波層は前記円錐体の中心軸位置で断絶し、前記円錐体の屈折率と前記導波層の屈折率とバッファー層の屈折率とはこの順に小さくなる関係にあり、前記平行光は前記円錐体の円錐面を屈折して前記バッファー層を経て前記導波層に入射して、前記導波層内で外周側から中心軸側に伝搬する導波光を励起し、前記導波光は前記断絶位置においてその一部が前記導波層に近接して置かれた平面基板上の信号面に漏れ出ることを特徴とする情報記録再生装置。
- 前記円錐体が、前記放射光源及び前記集光手段と同一構造体の上に固定され、前記構造体は押圧手段により前記信号面に押しつけられながら相対的に移動し、この移動により前記導波層表面が前記信号面と対面しながら空気層を挟んで浮上する請求項１９に記載の情報記録再生装置。
- 前記導波層上には、導波層よりも低屈折率の第１の透明層が積層されている請求項１９に記載の情報記録再生装置。
- 前記第１の透明層上には、前記断絶位置を除いた位置で反射層が積層されている請求項２１に記載の情報記録再生装置。
- 前記断絶位置において断絶部が前記導波層よりも高屈折率の第２の透明層で覆われ、前記第２の透明層を介して前記導波層内の導波光が前記信号面側に漏れ出る請求項１９に記載の情報記録再生装置。
- 前記断絶部が、前記光軸を中心軸とする円錐状または円錐台状の形状の何れかをなす請求項２３に記載の情報記録再生装置。
- 前記断絶位置において、前記導波層から前記信号面側に漏れ出る光により、前記信号面上に信号マークを記録する請求項１９に記載の情報記録再生装置。
- 前記円錐体の低面部上又はその近傍に光検出器を形成し、前記断絶位置において前記導波層から前記信号面側に漏れ出る光が前記信号面を反射し、前記反射光の一部を前記光検出器で検出し、前記信号面上に形成された信号を再生する請求項１９に記載の情報記録再生装置。
- 前記光検出器は、前記信号面の移動方向に直交する分割線で等分割され、前記等分割間の差分信号を再生信号とする請求項２６に記載の情報記録再生装置。
- 前記信号面上には前記信号面の移動方向に沿った凹凸構造が形成され、前記光検出器は前記移動方向に沿った分割線で等分割され、前記等分割間の差分信号をトラッキング制御信号とする請求項２６に記載の情報記録再生装置。
- 前記円錐体の低面部上又はその近傍に光検出器を形成し、前記断絶位置において前記導波層から前記信号面側に漏れ出る光が前記信号面を反射して再び前記導波層内に取り込まれ、前記導波層内を中心から外周側に伝搬する導波光となり、前記導波光または前記導波層から放出される光の少なくとも何れか一方を前記検出器で検出し、前記信号面上に形成された信号を再生する請求項１９に記載の情報記録再生装置。
- 前記光検出器は前記信号面の移動方向に直交する直線を間に挟む２つの部分から構成され、この２つの検出器の差分信号を再生信号とする請求項２９に記載の情報記録再生装置。
- 前記信号面上に前記信号面の移動方向に沿った凹凸構造が形成され、前記光検出器は前記移動方向に沿った直線に関して対称な２つの部分から構成され、この２つの検出器の差分信号をトラッキング制御信号とする請求項２９に記載の情報記録再生装置。
- 前記断絶位置において前記導波層から前記信号面側に漏れ出る光が前記信号面を反射して再び前記導波層内に取り込まれ、前記導波層内を中心から外周側に伝搬する導波光となり、前記導波光が再び前記放射光源に帰還し、この帰還によって発生する前記放射光源の駆動特性の変化を検出し、前記信号面上に形成された信号を再生する請求項１９に記載の情報記録再生装置。
- 前記導波層を多層膜で構成し、前記導波層内を伝搬する導波光の等価屈折率をＴＥモードとＴＭモードとでほぼ等しくする請求項１９に記載の情報記録再生装置。
- 前記導波層を構成する多層膜が、低屈折率の透明層の間に高屈折率の透明層を挟んだ３層構造で形成する請求項３３に記載の情報記録再生装置。
- 前記導波層を構成する多層膜が、高屈折率の透明層の間に低屈折率の透明層を挟んだ３層構造で形成する請求項３３に記載の情報記録再生装置。
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