JP4245117B2 - 光情報記録再生装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、近視野光を発生させる微小開口を有する近視野光発生素子を近視野光ヘッドとして利用し、高密度な情報の記録／再生を行う光情報記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光を用いた情報記録装置は、大容量化・小型化の方向へと進化しており、そのため記録容量の高密度化が要求されている。その対策として、青紫色半導体レーザーを用いた研究が行われているが、これらの技術では光の回折限界の問題により、現在の記録密度の数倍程度の向上しか望めない。これに対し、光の回折限界を超えた微小領域の光学情報を扱う技術として近視野光を利用した情報記録再生方法が期待されている。現在、近視野光を用いて、サンプルなどの光学的な観察を行う近視野光プローブが実用化されており、さらに情報記録装置の近視野光ヘッドとしての検討が進められている。
【０００３】
この技術では、近視野光発生素子である近視野光ヘッドに形成した光の波長以下のサイズの光学的開口近傍に発生する近視野光を利用する。これにより、従来の光学系において限界とされていた光の波長以下となる領域における光学情報を扱うことが可能となる。光学情報の再生方法としては、記録媒体表面に光を照射することで微小マークに局在する近視野光と微小開口との相互作用を発生させ、散乱光に変換する（コレクションモード）方法、あるいは微小開口より生成される近視野光を記録媒体表面に照射し、情報を微小な凹凸や屈折率などの光学定数の変化で記録した記録媒体表面との相互作用により変換される散乱光を別途設けた受光素子で検出する（イルミネーションモード）方法で可能である。記録は、微小開口より生成される近視野光を記録媒体表面に照射させ、メディア上の微小な領域の形状を変化させたり（ヒートモード記録）、微小な領域の屈折率あるいは透過率を変化させる（フォトンモード記録）ことにより行う。これら、光の回折限界を超えた光学的微小開口を有する近視野光ヘッドを用いることにより、従来の情報記録装置を超える高密度化が達成される。
【０００４】
こうしたなか、一般に近視野光を利用した情報記録装置の構成は、磁気ディスク装置とほぼ同様であり、磁気ヘッドに代わり、近視野光ヘッドを用いる。サスペンションアームの先端に取り付けた光学的微小開口をもつ近視野光ヘッドを、空気潤滑を利用して一定の高さに浮上させ、ディスク上に存在する任意のデータマークへアクセスする。高速に回転するディスクに近視野光ヘッドを追従させるため、ディスクのうねりに対応して姿勢を安定させる機能をもたせている。
【０００５】
このような構成の近視野光ヘッドにおいて、開口に光を供給する方法として、光ファイバーや光導波路を近視野光ヘッドに接続し、近視野光ヘッドに作成された微小開口に光源からの光束を照射する手段をとっていた。
【０００６】
このような情報記録装置においては、光導波路端面から照射されたある広がり角度を持つ光束をミラー等で反射させ、微小開口に光束を照射させるため、微小開口近傍での光のエネルギー密度が低くなり、微小開口から発生する近視野光強度が低くなってしまう。
【０００７】
そこで、光導波路端面と微小開口の間にレンズを設け、光導波路端面から照射された光束をレンズで微小開口近傍に集光させ、微小開口から発生する近視野光強度を強くし、光の利用効率を高くしている。高ＮＡのレンズを用いることで、集光スポットを小さくし、より微小な領域に光エネルギーを集中させることができる。この集光点に微小開口を配置することにより、微小開口近傍に発生する近視野光強度を強くし、光源からの光束を効率よく利用することが可能となる。
【０００８】
しかし、上記のような情報記録装置では、光導波路やミラー等部品点数が多くなり、調整箇所も増えることから性能低下や調整時間などによるコストアップの原因となる。
【０００９】
そこで、特開２０００−２１５４９４では、可とう性を有する略棒状の光導波路を用い、コア内を伝搬する光の少なくとも一部をクラッドへ反射する反射面を該光導波路の一端側に設けている。該反射面で反射された光が透過する部位を中心とするクラッド表面に、光の透過を遮断する遮光膜を形成する。その遮光膜の一部を削除して、使用する光の波長よりも小さな開口部を形成する。この開口部から近接場光を発生させることで片持ち梁状ピックアップを実現し、きわめてシンプルな構成の光情報記録装置を提供している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光導波路とミラー、レンズ等を個別に用意し組み立てる情報記録装置では、微小開口より十分強い近視野光を生成し、超高密度な情報の記録再生や高ＳＮ比を実現するために、光源から近視野光ヘッドに設けられた微小開口まで効率よく光束を導く必要がある。そのため、光導波路（薄膜光導波路や光ファイバー等）とミラー、レンズが必要となり、部品点数が増加してしまう。部品点数の増加は調整箇所を増やし、コストアップの要因となってしまうという課題があった。さらに増えた部品は近視野光ヘッドの質量を増大させるので、ヘッドを高速にシークさせた場合に残留振動が大きくなるため、高速な情報の記録再生が困難になるという課題があった。
【００１１】
また、特開２０００−２１５４９４の光ピックアップを用いた情報記録装置では、光導波路のコア内を伝搬する光束を、反射面でクラッドを通過する方向に反射させ、微小開口に導いている。そのため、反射された光束は広がり角をもち発散しながら微小開口に導かれるので、微小開口での光束のエネルギー密度が低下し、微小開口近傍に十分強い近視野光を生成できなくなってしまうという課題があった。そこで、微小開口に入射される光束の高ＮＡ化をはかり微小開口での光束のエネルギー密度を高くするために、微小開口と反射面が形成されたコアとの間に微小なボールレンズを挿入し、微小開口に導く光束のエネルギー密度を高くしようとしている。
【００１２】
微小開口に入射される光束の高ＮＡ化をはかるためには、レンズに入射される光束の径を大きくし、焦点距離の短いレンズを用いることで実現できる。レンズに入射される光束の径を大きくするには、コア端面からレンズの距離を十分に長くとる必要がある。
【００１３】
しかし、可とう性を有する略棒状の光導波路は通常１００μｍ程度以下の厚さであり、微小開口に入射される光束のエネルギー密度を上げるために高ＮＡ化することは困難である。光導波路を厚くし、反射面が形成されたコアとボールレンズとの距離を長くすることで微小開口に入射される光束の高ＮＡ化は可能であるが、そうすると光導波路の可とう性が損なわれ、かつ光ピックアップが厚くなり重心位置が高くなるので、高速なトラッキングが困難となるという課題があった。
【００１４】
従って本発明は、光源からの光束を効率よく微小開口に導きつつも部品点数の増加を防ぎ、近視野光ヘッドの質量を軽くし、微小開口近傍により強い近視野光を生成し、高速トラッキングを行い、超高密度で高速な情報の記録再生および再生信号の高ＳＮ比を実現する安価な情報記録装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
そこで、上記課題を解決するために本発明に係る第１の光情報記録再生装置は、光源と、近視野光ヘッドと、前記光源からの光を伝搬し、前記近視野光ヘッドを支持し、かつ可とう性を有する略棒状の光導波路と、前記光導波路内に設けられたコアと、前記光源側端面の相対面側に設けられ、かつ前記光導波路内を伝搬する光の少なくとも一部を前記近視野光ヘッド側に照射させる反射面と、前記反射面で反射された光を集光する集光構造と、前記近視野光ヘッドに設けられた光学的な微小開口部と、記録媒体と、受光部と、前記光導波路を支持するサスペンションアームと、前記微小開口部と前記記録媒体との相対位置を移動させるアクチュエータとから構成されている近視野光を利用した光情報記録再生装置において、前記コアの光伝搬方向と垂直な端面が前記光導波路の途中に設けられ、該端面が前記近視野光ヘッドとの固定部分にあるものである。
【００１６】
従って、近視野光を用いることで超高密度な情報記録・再生が可能になるだけでなく、近視野光ヘッドの微小開口にエネルギー密度の高い光束を集光できる。よって、微小開口近傍で生成される近視野光の強度が強くなり、光の利用効率を飛躍的に上げることができる。そのため、高出力なレーザーを使用する必要がなく、レーザーの発熱を抑えることができ、低消費電力化、装置の小型化がはかれ、再生信号の高ＳＮ比化、高速記録再生を実現する光情報記録再生装置を提供することができる。
【００１７】
さらに、反射面およびコア、光導波路は一体で作製可能であるため、相互の位置合わせが必要なく、部品点数を減らすことができる。また、光の出射端であるコア端を近視野光ヘッドとの接合領域に設けるため、近視野光ヘッドが光導波路に対して揺動しても、コア端および反射面、微小開口の相対位置が変化せず、一定光量の光を微小開口に導くことが容易になる。
【００１８】
よって、さらなる装置の低コスト化と、微小開口近傍に生成される近視野光の強度の安定性をはかる事ができる情報記録再生装置を提供することができる。
【００１９】
また、本発明に係る第２の光情報記録再生装置は、前記集光構造が前記近視野光ヘッドに設けられたレンズ構造であるものである。
【００２０】
また、本発明に係る第３の光情報記録再生装置は、前記集光構造が前記光導波路に設けられたものである。
【００２１】
従って、本発明に係る第１の情報記録再生装置の効果に加え、集光構造と近視野光ヘッド、もしくは集光構造と光導波路を一体化できるので、部品点数をさらに削減できる。よって、更なる装置の小型化、安価に製造することができる。
【００２２】
また、本発明に係る第４の光情報記録再生装置は、前記光導波路に切り欠きを設け、少なくとも１つの両端支持梁を構成し、前記近視野光ヘッドを弾性支持するものである。
【００２３】
従って、本発明に係る第１から第３の光情報記録再生装置のいずれか１つの効果に加え、光導波路に設けた両端支持梁構造をバネとして作用させ、微小開口と記録媒体との距離を一定に保つ機能を持たせることで、更なる部品点数の削減ができ、低コスト化できる。
【００２４】
また、本発明に係る第５の光情報記録再生装置は、前記光導波路に設けられた両端支持梁構造内に、前記コアを形成したものである。
【００２５】
従って、本発明に係る第４の光情報記録再生装置の効果に加え、光導波路が光伝搬機能と微小開口と記録媒体との距離を一定に保つ機能を互いに損なうことなく形成できるため、更なる装置の小型化ができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１の光情報記録再生装置の構成を説明した図である。
【００２８】
本実施の形態に係る情報再生装置は、従来の磁気ディスク装置と類似の基本構成である。微小開口２０６が設けられた近視野光ヘッド１０４は光導波路１０３に取り付けられ、光導波路１０３はサスペンションアーム１０７に支持されている。ここで、微小開口２０６が記録媒体１０５に対面するよう、近視野光ヘッド１０４が配置されている。サスペンションアーム１０７はボイスコイルモータ（以下、ＶＣＭ）１０９に取り付けられ、さらに、ＶＣＭ１０９には、受光ヘッド１０６が記録媒体１０５を挟んで近視野光ヘッド１０４と常に対向するよう取り付けられている。
【００２９】
記録媒体１０５を高速に回転させると、近視野光ヘッド１０４は記録媒体１０５の表面から数十ナノメートル程度の非常に近接した距離で浮上する。また、近視野光ヘッド１０４は、ＶＣＭ１０９で記録媒体１０５の略半径方向に移動することができる。このとき、ＶＣＭ１０９に取り付けられた受光ヘッドも、同様に略半径方向に移動する。
【００３０】
レーザー１０１からの光束はレンズ１０２で集光され、コアとクラッドからなる光導波路１０３に導かれる。この光は光導波路１０３を経て近視野光ヘッド１０４に設けられた微小開口２０６に導かれ、近視野光を生成し、記録媒体１０５表面で散乱された散乱光を受光ヘッド１０６が検出する。ここで、必要に応じて、レーザー１０１は回路系１１０により強度変調などをかけることもできる。
【００３１】
次に、本実施の形態１の近視野光ヘッドの構成について説明する。
【００３２】
図２は本実施の形態１に係る光情報記録再生装置の光導波路１０３および近視野光ヘッド１０４について説明した図である。
【００３３】
まず、近視野光ヘッド１０４が記録媒体１０５と近接かつ一定距離に保つための構造について説明する。
【００３４】
近視野光ヘッド１０４には、エアーベアリングサーフェス（以下、ＡＢＳ）２０４が形成され、ＡＢＳ２０４の対面側で近視野光ヘッド１０４が光導波路１０３と接合されている。光導波路１０３には、切り欠き１０３２ａ、１０３２ｂが設けられ、細い両端支持梁構造１０３１ａ、１０３１ｂ、１０３１ｃを形成している。この両端支持梁構造１０３１ａ、１０３１ｂ、１０３１ｃの一端側に近視野光ヘッド１０４、他端側にサスペンションアーム１０７が取り付けられている。この際、光導波路１０３はサスペンションアーム１０７の略先端に設けられたディンプル１０７１に押され、両端支持梁構造１０３１ａ、１０３１ｂ、１０３１ｃのすべてが屈曲変形するため、光導波路１０３はディンプル１０７１と非常に小さな面積で加圧接触した状態になっている。さらに、両端支持梁構造１０３１ａ、１０３１ｂ、１０３１ｃは非常に弱いバネとして機能するため、光導波路１０３に取り付けられた近視野光ヘッド１０４がディンプル１０７１を中心として揺動できる構造となっている。例えば光導波路１０３を樹脂で作製し、両端支持梁構造の長さを４〜５ｍｍ程度、幅を数百μｍ、厚さを数十μｍとした場合、長手方向および幅方向の捻り剛性が数十μＮ・ｍ／ｒａｄ程度と低くなる。
【００３５】
このように支持された近視野光ヘッド１０４を記録媒体１０５に近接させ、記録媒体１０５を高速に回転させると、近視野光ヘッド１０４は記録媒体１０５表面から数十ｎｍ程度の高さで浮上する。さらに、回転時の記録媒体１０５がうねり等によって振動しても、両端支持梁構造１０３１ａ、１０３１ｂ、１０３１ｃの捻り剛性より、記録媒体１０５と近視野光ヘッド１０４間の空気流のバネ作用が強くなるため、近視野光ヘッド１０４の浮上姿勢がディンプル１０７１を中心に揺動し、微小開口２０６と記録媒体１０５との距離を一定に保つことができる。
【００３６】
次に、記録媒体１０５の情報を記録・再生する光学系の構成について説明する。
【００３７】
光導波路１０３にはコア２０１とクラッド２０２が構成され、光導波路１０３の一端面側に近視野光ヘッド１０４に光を照射するために形成された反射面２０３が形成されている。コア２０１は反射面２０３まで到達せず、光導波路１０３内部で中断され、端面を形成している。反射面２０３の手前にあるコア端面は、光導波路１０３と近視野光ヘッド１０４との接合領域内に設けられている。コア端面より反射面２０３までの領域はクラッド２０２と同じ材質で形成されている。
【００３８】
近視野光ヘッド１０４には、ＡＢＳ２０４面側に略円錐状構造先端に設けられた微小開口２０６、ＡＢＳ２０４の対向面側にマイクロレンズ２０５が形成され、それ以外は遮光膜（図示略）で覆われている。マイクロレンズ２０５は、光導波路１０３からの光束を微小開口２０６に集光している。この近視野光ヘッド１０４のマイクロレンズ２０５側の面にはコア２０１とクラッド２０２からなる光導波路１０３が固定されている。ここでは、透明なガラス基板上にマイクロレンズ２０５およびＡＢＳ２０４、微小開口２０６を一体形成している。また、近視野光ヘッド１０４を作成するための基板として使用するレーザー１０１の波長での光を透過するガラス基板を用いたが、例えば、シリコン基板等を用い、マイクロレンズ２０５と光束が透過する部分だけ使用する波長での光を透過する材料で作成してもよい。
【００３９】
マイクロレンズ２０５は、通常の球面あるいは非球面レンズ、屈折率分布形レンズ、フレネルレンズなどを用いる事ができる。特にフレネルレンズを用いると、平面形のレンズが作成可能であり、径の大きなレンズを作成しても、レンズ構造および近視野光ヘッドの厚さを薄くすることが可能である。フレネルレンズは、フォトリソグラフィ技術を用いて大量生産可能である。
【００４０】
記録媒体１０５の情報を記録・再生する光の挙動について説明する。
【００４１】
レーザー１０１からの光はレンズ１０２で集光された上で、コア２０１のレーザー側端面に照射され、コア２０１内を伝搬する。この伝搬してきた光束は、反射面２０３の手前にあるコア端面でクラッド２０２と同じ屈折率の媒質中に出射される。出射光はある広がり角を持った発散光束として反射面２０３で反射され、近視野光ヘッド１０４側へ進行する。このような広がりを持った発散光束は、近視野光ヘッド１０４に形成されたマイクロレンズ２０５により微小開口２０６に集光され、記録媒体１０５側の微小開口２０６近傍に近視野光を生成する。
【００４２】
このとき、光導波路１０３のコア２０１は中断し、コア端面からマイクロレンズ２０５を離しているため、マイクロレンズ２０５に照射される光束の半径を大きくすることができる。そして、マイクロレンズ２０５で微小開口２０６に光束を集光させることで、微小開口に入射される光束の高ＮＡ化がはかれる。このため、微小開口２０６に集光される光束のスポットサイズを小さくでき、微小開口によりエネルギー密度の高い光束を照射することができる。よって、微小開口２０６近傍に生成される近視野光の強度を強くすることができる。
【００４３】
たとえば、本実施の形態では、コア端面からマイクロレンズ２０５までの距離を１ｍｍ程度にすることができ、コア端面でコア２０１から出射される光速の広がり角がＮＡ＝０．１とすると、マイクロレンズ２０５で半径１００μｍ程度に光束は広げられる。近視野光ヘッド１０４の厚さを４００μｍ、近視野光ヘッドを作成するガラスの屈折率を１．７とすると、微小開口２０６に入射される光束のＮＡは０．４以上となり、微小開口２０６に光束が集光され、エネルギー密度が高くなり、微小開口２０６近傍に生成される近視野光の強度が強くなる。また、例えば、マイクロレンズ２０５としてフレネルレンズを用いた場合、レンズ径を大きくしても薄型の近視野光ヘッドが作成可能であり、レンズ表面と微小開口の距離を短くすることで、微小開口に入射される光束のさらなる高ＮＡ化が可能である。
【００４４】
以上のように、近視野光ヘッド１０４および光導波路１０３の構造により、微小開口２０６に常に一定かつ強度の強い光を導くことができ、安定かつ高強度の近視野光を生成できる。
【００４５】
次に、図１と図２を用いて記録媒体１０５に記録された情報の再生および情報の記録方法について説明する。
【００４６】
図１において、微小開口をもつ近視野光ヘッド１０４を一定の高さに浮上させ、記録媒体１０５の上に存在する任意のデータマークへアクセスする。このとき、レーザー１０１から出射された光束は、レンズ１０２、光導波路１０３のコア２０１を経て、コア端面からある広がり角を持って出射され、反射面２０３で反射される。その拡大した光束は、マイクロレンズ２０５で集光された上で、微小開口２０６に照射され、近視野光を生成する。この近視野光と記録媒体１０５との相互作用の結果、記録媒体１０５表面で発生した散乱光は、記録媒体を挟んで対向する位置に固定された受光ヘッド１０６で受光される。この光は電気信号に変換され、回路系（図示略）に伝送され、必要に応じて増幅し、情報の再生信号となる。
【００４７】
また、記録媒体１０５への情報の記録は、記録媒体１０５と微小開口を近接させながら記録媒体の所望の位置に微小開口を有する近視野光ヘッド１０４を移動させ、微小開口から近視野光を記録媒体１０５に照射し書き込み動作を行うことで実現される。
【００４８】
なお、本実施の形態においては、近視野光を発生させる近視野光ヘッド１０４と受光ヘッド１０６を個別に固定しているが、近視野光ヘッド１０４と受光ヘッド１０６を一体化し、１つのサスペンションアームで実施することも可能である。
【００４９】
次に、本実施の形態で用いた光導波路１０３の作成方法について説明する。
【００５０】
図３は本実施の形態１に係る光導波路の作成方法について説明した図である。
【００５１】
まずステップＳ４０１では、基板にはシリコン基板４０１を使用し、このシリコン基板４０１の上にクラッドとなる低屈折率層４０２として酸化シリコンや窒化シリコン等の石英系材料、ポリイミドやポリメタクリル酸といった高分子等の誘電体材料を堆積させる。誘電体材料である酸化シリコンの場合、スパッタリング法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、真空蒸着法によって容易に形成できる。また、ポリイミドやポリメタクリル酸等のプラスティック材料は、液状プラスティックを塗布して硬化積層させればよい。ここで、基板としてはシリコン基板４０１以外にガラス基板などを用いても良いが、基板の平坦性や入手の容易さ、コスト等を考え、半導体分野で一般に広く流通しているシリコン基板を用いた。
【００５２】
次にステップＳ４０２で、ステップＳ４０１で作成された低屈折率層４０２の上に低屈折率層４０２よりも屈折率の高いコアとなる高屈折率層４０３を低屈折率層４０２の形成と同様の方法で形成する。酸化シリコン等の石英系材料を用いた場合には、屈折率を大きくするには、成膜時にゲルマニウムをドープすればよい。さらに高屈折率層４０３の上に、レジスト膜４０４をスピンコート等の方法により形成する。
【００５３】
次にステップＳ４０３で、通常の半導体製造工程で用いられるフォトリソグラフィ技術を使用して、コア形状を形成するためのマスク材としてレジスト膜４０４をパターニングしてコア形状レジスト４０５を形成する。
【００５４】
次にステップＳ４０４で、コアを形成するためコア形状レジスト４０５を用いて高屈折率層４０３をエッチングし、その後マスク材であるコア形状レジスト４０５を除去することにより、コア２０１をパターニングする。
【００５５】
次にステップＳ４０５で、パターニングされたコア２０１を覆うように低屈折率層４０６を形成する。このようにして、光導波路の途中でコア端面を持つ光導波路が形成される。
【００５６】
次にステップＳ４０６で、光導波路とシリコン基板４０１を光導波路の端面が４５度の角度になるようにダイシングを行い、反射面を形成し、コア２０１とクラッド２０２からなる光導波路１０３が形成される。
【００５７】
最後にステップＳ４０７で、シリコン基板４０１を除去し、クラッド２０２の端面が４５度の角度を持ち、コア２０１が途中で終わっている光導波路１０３を作成する事ができる。必要に応じて４５度の反射面には反射膜を成膜する。
【００５８】
ここで、４５度の反射面を形成するのにダイシングを行ったが、この方法以外にもクラッド２０２をフォトリソグラフィ技術を用いて、等方エッチングすることでも作成可能である。
【００５９】
また、反射面の角度は４５度であることが望ましいが、必ずしも４５度である必要はない。しかし、反射面が４５度の場合には、反射面で反射した光束の光軸は近視野光ヘッドに作成されるマイクロレンズに垂直に入射するので、微小開口に収差なく集光することができ、微小開口近傍に生成される近視野光の強度が反射面の角度が４５度以外に場合に比べ強くなる。
【００６０】
従って以上説明したように、本実施の形態に係る光情報記録再生装置において、記録媒体からの情報の再生や記録に近視野光による相互作用を利用することで、光の回折限界を超える記録密度での記録や再生が実現できる。さらに、コアとクラッドからなる光導波路とコア端面から離れた位置にある反射面と、近視野光ヘッドに作成されたマイクロレンズとを組み合わせることにより、近視野光ヘッドの微小開口にエネルギー密度の高い光束を集光でき、微小開口近傍で生成される近視野光の強度を強くすることができ、光の利用効率を飛躍的に上げることができる。よって高出力なレーザーを使う必要が無くなり、レーザーでの発熱を抑える事ができ、低消費電力化、装置の小型化が可能となる。
【００６１】
さらに、受光ヘッドに入射される記録媒体との相互作用の結果発生する散乱光の強度を強くする事ができるので、再生信号の高ＳＮ比化、高速再生が可能となる。なお、本実施の形態は、記録媒体に記録された情報を透過で再生しているが、記録媒体に記録された情報を通常のＣＤやＤＶＤ等のように反射で情報を再生する場合にも適応可能である。その場合には、微小開口近傍に受光ヘッドを作成した近視野光ヘッドを用いるなどすることで実現可能である。
【００６２】
その上、コアとクラッドからなる光導波路とコア端面から離れた位置にある反射面は、光導波路のコアを途中で止め、反射面の手前にコア端面がある光導波路として一体で作成可能であるので、コア端面と反射面との位置合わせが必要なく、部品点数を減らすことができる。また、近視野光ヘッドの姿勢によって、コア端面および反射面、微小開口の相対位置が変化しないため、常に一定した強度の近視野光を生成できる。よって、さらなる装置の低コスト化、微小開口近傍に生成される近視野光の強度の安定化をはかる事ができ、記録媒体への高速な情報の記録が可能な情報記録再生装置を提供することができる。
【００６３】
また、反射面が４５度の斜面の場合には、反射面で反射した光束の光軸が近視野光ヘッドに作成されるマイクロレンズに垂直に入射するので、微小開口に微小開口に収差なく集光することができる。よって、微小開口近傍に生成される近視野光の強度が反射面の角度が４５度以外に場合に比べ強くなり、光の利用効率がよく、さらなる低消費電力化、装置の小型化、高ＳＮ比化、高速記録再生が可能となる。
【００６４】
さらに、近視野光ヘッドのヘッド用レンズ機能をマイクロレンズで実現する場合には、レンズ径を大きくしても薄型の近視野光ヘッドが作成可能であり、レンズ表面と微小開口の距離を短くすることで、微小開口に入射される光束のさらなる高ＮＡ化が可能であり、更なる低消費電力化、装置の小型化、高ＳＮ比化、高速記録再生が可能となる。その上、フレネルレンズは大量生産可能であり、低コスト化をはかれる。
【００６５】
さらに、光導波路に設けた両端支持梁構造をバネとして作用させ、微小開口と記録媒体との距離を一定に保つ機能を持たせることで、更なる部品点数の削減、組立て調整時間の短縮ができる。
【００６６】
（実施の形態２）
本実施の形態２に係る光情報記録再生装置の構成を説明する。
【００６７】
本実施の形態は、実施の形態１における光導波路の形状および近視野光ヘッドの支持構造を変更した構成である。よって、実施の形態１と同じ部分については、説明を省略する。
【００６８】
図４は、実施の形態２に係る光情報記録再生装置における近視野光ヘッドとその周辺構成について説明した図である。ここで、実施の形態１と異なるのは、近視野光ヘッド１０４はフレキシャ１０８に固定され、フレキシャ１０８はサスペンションアーム１０７に支持されている構成である。なお、光導波路１０３は、実施の形態１と同様に、反射面２０３側に近視野光ヘッド１０４を接続し、他端側にレーザー１０１およびレンズ１０２を設けている。
【００６９】
フレキシャ１０８は、略Ｕ字形状の切り欠きにより、二本の両端支持梁構造を設けてある。このフレキシャ１０８に設けられた両端支持梁構造がバネとして機能するため、実施の形態１の光導波路に設けられた両端支持梁構造と同様に、フレキシャ１０８が近視野光ヘッド１０４と記録媒体（図示略）の距離を一定に保つ役割を果たす。
【００７０】
また、光学的な構成は、実施の形態１と同様である。近視野光ヘッド１０４と固定した領域にコア端を設けてあるため、光導波路１０３内を伝搬した光は、近視野光ヘッド１０４との固定領域内にあるコア端から、広がり角を持って出射、マイクロレンズ２０５で集光し、微小開口２０６に照射され、微小開口２０６近傍に近視野光を生成する。
【００７１】
このように、近視野光ヘッド１０４と記録媒体の距離を一定に保つバネ機能を、光導波路１０３から分離することで、光導波路１０３が屈曲しない構成になる。光導波路１０３は屈曲すると光伝搬効率が悪くなるため、本実施の形態のように光導波路１０３が屈曲しない構成では、更に強い光を微小開口２０６に入射でき、生成する近視野光の光強度を強くできる。その上、コア端から微小開口２０６までの相対位置関係は、実施の形態１と同様に、変動しない構成であるため、近視野光ヘッド１０４の姿勢に関わらず、常に一定かつ高強度の近視野光を生成することが可能となり、高ＳＮ比化、高速信号記録・再生が可能となる。
【００７２】
（実施の形態３）
本実施の形態３に係る光情報記録再生装置の構成を説明する。
【００７３】
本実施の形態は、実施の形態１もしくは２における光導波路の構造を変更した構成である。よって、実施の形態１および２と同じ部分については、説明を省略する。
【００７４】
図５は、実施の形態３に係る光情報記録再生装置における光導波路１０３の構造、特に近視野光ヘッド（図示略）と接続する部分の構造を示す。図６（ａ）は光導波路１０３の上面図、図６（ｂ）は図６（ａ）Ａ−Ａ’での断面図である。
【００７５】
ここで、実施の形態１もしくは２と異なるのは、光導波路１０３内に、略鼓型の集光用切り欠き９９９を設けてある点である。この集光用切り欠き９９９は、コア端２０１１と反射面２０３との間に設けられている。
【００７６】
光導波路１０３のコア２０１内を伝搬してきた光は、光導波路１０３内のコア端２０１１から、広がり角をもって出射すると、集光用切り欠き９９９に入射する。入射した光は、集光用切り欠き９９９で光導波路１０３の幅方向にのみ集光される。その他の方向に対しては、広がって伝搬する。さらに、光は反射面２０３により垂直に光路を曲げられた上で、マイクロレンズ２０５で光導波路１０３の長手方向のみに集光され、近視野光ヘッド（図示略）に設けられた微小開口（図示略）に照射される。集光用切り欠き９９９による集光方向と、マイクロレンズ２０５による集光方向とは、互いに直交しているため、微小開口に光束を絞って照射することができる。このように二次元形状を二つ重ねることで、三次元的なレンズと同様に微小開口に集光できる。なお、集光用切り欠き９９９とマイクロレンズ２０５の集光作用は、曲面の曲率とクラッドの屈折率によって左右されるため、微小開口までの距離やクラッドの屈折率を設計する段階で曲率半径を決定する。さらに、近視野光ヘッドに別途マイクロレンズを設けて集光してもよい。この場合、光学系のＮＡが大きくできるので、近視野光への変換効率をより高くすることができる。
【００７７】
また、本実施の形態における光導波路１０３を作成するには、実施の形態１の図３で示した作成方法とほぼ同じ方法で作成することが出来る。ただし、マイクロレンズ２０５を形成するには、基板に用いたシリコン基板４０１にあらかじめ、マイクロレンズ２０５の構造と凹凸逆の構造を形成し、その上からクラッドとなる低屈折率層４０２を形成する。低屈折率層４０２が基板の凹凸構造を転写することで、マイクロレンズ２０５の構造を形成できる。また、集光用切り欠き９９９を作成するには、光導波路１０３の外形をエッチングする際に、同時に形成できる。このため、二次元形状加工を用いても、三次元形状のレンズと同様の機能を実現できるので、安価かつ大量生産ができる。
【００７８】
このように、実施の形態１ないし２の効果に加えて、集光用切り欠き９９９とマイクロレンズ２０５を組み合わせて集光することで、三次元形状のレンズと同様に、光導波路の伝搬光を集光して微小開口に導くことが出来る。このため、二次元形状加工を用いても、三次元形状のレンズと同様の機能を実現できるので、安価かつ大量生産ができる。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る第１の光情報記録再生装置によれば、近視野光を用いることで超高密度な情報記録・再生が可能になる。また、コア端面から微小開口までの光学系の相対位置が変動しないため、記録媒体上を浮上している際の近視野光ヘッドの姿勢変動によらず、一定光量の光束を微小開口に導くことができる。さらに、拡大した光束をマイクロレンズで集光するため、近視野光ヘッドの微小開口にエネルギー密度の高い光束を集光できる。よって、微小開口近傍で生成される近視野光の強度が安定かつ強くなり、光の利用効率を飛躍的に上げ、かつ安定化させることができる。そのため、高出力なレーザーを使う必要が無く、レーザーでの発熱を抑える事ができ、低消費電力化、装置の小型化がはかれ、再生信号の高ＳＮ比化、高速記録再生を実現する情報記録再生装置を提供することができる。
【００８０】
さらに、コア端面から離れた位置にある反射面と光導波路は一体で作成可能であるので、コア端面と反射面との位置合わせが必要なく、部品点数を減らすことができる。よって、さらなる装置の低コスト化、微小開口近傍に生成される近視野光の強度の安定性をはかる事ができる光情報記録再生装置を提供することができる。
【００８１】
以上説明したように本発明に係る第２の光情報記録再生装置によれば、本発明に係る第１の情報記録再生装置の効果に加え、近視野光ヘッドと集光構造を一体構造で形成できる。
【００８２】
また、以上説明したように本発明に係る第３の光情報記録再生装置によれば、本発明に係る第１の光情報記録再生装置の効果に加え、光導波路と集光構造を一体構造で形成できる。これにより、更なる装置の小型化、部品点数の削減、組立て調整時間の短縮化、低コスト化が可能となる。
【００８３】
また、以上説明したように本発明に係る第４の光情報記録再生装置によれば、本発明に係る第１から第３の光情報記録再生装置の効果に加え、光導波路が近視野光ヘッドを弾性支持し、光導波路に設けた両端支持梁構造をバネとして作用させ、微小開口と記録媒体との距離を一定に保つ機能を持たせることができるので、更なる部品点数の削減ができ、低コスト化できる。
【００８４】
また、以上説明したように本発明に係る第５の光情報記録再生装置によれば、本発明に係る第４の光情報記録再生装置の効果に加え、光導波路が光伝搬機能と微小開口と記録媒体との距離を一定に保つ機能を互いに損なうことなく形成できるため、更なる部品点数の削減ができ、低コスト化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光情報記録再生装置の構成ついて説明した図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る光情報記録再生装置の近視野光ヘッドおよび光導波路について説明した図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る光導波路の作製方法について説明した図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る光情報記録再生装置の近視野光ヘッドおよび光導波路について説明した図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る光情報記録再生装置の光導波路について説明した図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る光情報記録再生装置の光導波路について説明した図である。
【符号の説明】
１０１ レーザー
１０２ レンズ
１０３ 光導波路
１０４ 近視野光ヘッド
１０５ 記録媒体
１０６ 受光ヘッド
１０７ サスペンションアーム
１０８ フレキシャ
１０９ ボイスコイルモーター
１１０ 回路系
２０１ コア
２０２ クラッド
２０３ 反射面
２０４ エアーベアリングサーフェス
２０５ マイクロレンズ
２０６ 微小開口
９９９ 集光用切り欠き
１０３１ 両端支持梁構造
１０３２ 切り欠き
１０７１ ディンプル
２０１１ コア端
【発明の属する技術分野】
本発明は、近視野光を発生させる微小開口を有する近視野光発生素子を近視野光ヘッドとして利用し、高密度な情報の記録／再生を行う光情報記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光を用いた情報記録装置は、大容量化・小型化の方向へと進化しており、そのため記録容量の高密度化が要求されている。その対策として、青紫色半導体レーザーを用いた研究が行われているが、これらの技術では光の回折限界の問題により、現在の記録密度の数倍程度の向上しか望めない。これに対し、光の回折限界を超えた微小領域の光学情報を扱う技術として近視野光を利用した情報記録再生方法が期待されている。現在、近視野光を用いて、サンプルなどの光学的な観察を行う近視野光プローブが実用化されており、さらに情報記録装置の近視野光ヘッドとしての検討が進められている。
【０００３】
この技術では、近視野光発生素子である近視野光ヘッドに形成した光の波長以下のサイズの光学的開口近傍に発生する近視野光を利用する。これにより、従来の光学系において限界とされていた光の波長以下となる領域における光学情報を扱うことが可能となる。光学情報の再生方法としては、記録媒体表面に光を照射することで微小マークに局在する近視野光と微小開口との相互作用を発生させ、散乱光に変換する（コレクションモード）方法、あるいは微小開口より生成される近視野光を記録媒体表面に照射し、情報を微小な凹凸や屈折率などの光学定数の変化で記録した記録媒体表面との相互作用により変換される散乱光を別途設けた受光素子で検出する（イルミネーションモード）方法で可能である。記録は、微小開口より生成される近視野光を記録媒体表面に照射させ、メディア上の微小な領域の形状を変化させたり（ヒートモード記録）、微小な領域の屈折率あるいは透過率を変化させる（フォトンモード記録）ことにより行う。これら、光の回折限界を超えた光学的微小開口を有する近視野光ヘッドを用いることにより、従来の情報記録装置を超える高密度化が達成される。
【０００４】
こうしたなか、一般に近視野光を利用した情報記録装置の構成は、磁気ディスク装置とほぼ同様であり、磁気ヘッドに代わり、近視野光ヘッドを用いる。サスペンションアームの先端に取り付けた光学的微小開口をもつ近視野光ヘッドを、空気潤滑を利用して一定の高さに浮上させ、ディスク上に存在する任意のデータマークへアクセスする。高速に回転するディスクに近視野光ヘッドを追従させるため、ディスクのうねりに対応して姿勢を安定させる機能をもたせている。
【０００５】
このような構成の近視野光ヘッドにおいて、開口に光を供給する方法として、光ファイバーや光導波路を近視野光ヘッドに接続し、近視野光ヘッドに作成された微小開口に光源からの光束を照射する手段をとっていた。
【０００６】
このような情報記録装置においては、光導波路端面から照射されたある広がり角度を持つ光束をミラー等で反射させ、微小開口に光束を照射させるため、微小開口近傍での光のエネルギー密度が低くなり、微小開口から発生する近視野光強度が低くなってしまう。
【０００７】
そこで、光導波路端面と微小開口の間にレンズを設け、光導波路端面から照射された光束をレンズで微小開口近傍に集光させ、微小開口から発生する近視野光強度を強くし、光の利用効率を高くしている。高ＮＡのレンズを用いることで、集光スポットを小さくし、より微小な領域に光エネルギーを集中させることができる。この集光点に微小開口を配置することにより、微小開口近傍に発生する近視野光強度を強くし、光源からの光束を効率よく利用することが可能となる。
【０００８】
しかし、上記のような情報記録装置では、光導波路やミラー等部品点数が多くなり、調整箇所も増えることから性能低下や調整時間などによるコストアップの原因となる。
【０００９】
そこで、特開２０００−２１５４９４では、可とう性を有する略棒状の光導波路を用い、コア内を伝搬する光の少なくとも一部をクラッドへ反射する反射面を該光導波路の一端側に設けている。該反射面で反射された光が透過する部位を中心とするクラッド表面に、光の透過を遮断する遮光膜を形成する。その遮光膜の一部を削除して、使用する光の波長よりも小さな開口部を形成する。この開口部から近接場光を発生させることで片持ち梁状ピックアップを実現し、きわめてシンプルな構成の光情報記録装置を提供している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光導波路とミラー、レンズ等を個別に用意し組み立てる情報記録装置では、微小開口より十分強い近視野光を生成し、超高密度な情報の記録再生や高ＳＮ比を実現するために、光源から近視野光ヘッドに設けられた微小開口まで効率よく光束を導く必要がある。そのため、光導波路（薄膜光導波路や光ファイバー等）とミラー、レンズが必要となり、部品点数が増加してしまう。部品点数の増加は調整箇所を増やし、コストアップの要因となってしまうという課題があった。さらに増えた部品は近視野光ヘッドの質量を増大させるので、ヘッドを高速にシークさせた場合に残留振動が大きくなるため、高速な情報の記録再生が困難になるという課題があった。
【００１１】
また、特開２０００−２１５４９４の光ピックアップを用いた情報記録装置では、光導波路のコア内を伝搬する光束を、反射面でクラッドを通過する方向に反射させ、微小開口に導いている。そのため、反射された光束は広がり角をもち発散しながら微小開口に導かれるので、微小開口での光束のエネルギー密度が低下し、微小開口近傍に十分強い近視野光を生成できなくなってしまうという課題があった。そこで、微小開口に入射される光束の高ＮＡ化をはかり微小開口での光束のエネルギー密度を高くするために、微小開口と反射面が形成されたコアとの間に微小なボールレンズを挿入し、微小開口に導く光束のエネルギー密度を高くしようとしている。
【００１２】
微小開口に入射される光束の高ＮＡ化をはかるためには、レンズに入射される光束の径を大きくし、焦点距離の短いレンズを用いることで実現できる。レンズに入射される光束の径を大きくするには、コア端面からレンズの距離を十分に長くとる必要がある。
【００１３】
しかし、可とう性を有する略棒状の光導波路は通常１００μｍ程度以下の厚さであり、微小開口に入射される光束のエネルギー密度を上げるために高ＮＡ化することは困難である。光導波路を厚くし、反射面が形成されたコアとボールレンズとの距離を長くすることで微小開口に入射される光束の高ＮＡ化は可能であるが、そうすると光導波路の可とう性が損なわれ、かつ光ピックアップが厚くなり重心位置が高くなるので、高速なトラッキングが困難となるという課題があった。
【００１４】
従って本発明は、光源からの光束を効率よく微小開口に導きつつも部品点数の増加を防ぎ、近視野光ヘッドの質量を軽くし、微小開口近傍により強い近視野光を生成し、高速トラッキングを行い、超高密度で高速な情報の記録再生および再生信号の高ＳＮ比を実現する安価な情報記録装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
そこで、上記課題を解決するために本発明に係る第１の光情報記録再生装置は、光源と、近視野光ヘッドと、前記光源からの光を伝搬し、前記近視野光ヘッドを支持し、かつ可とう性を有する略棒状の光導波路と、前記光導波路内に設けられたコアと、前記光源側端面の相対面側に設けられ、かつ前記光導波路内を伝搬する光の少なくとも一部を前記近視野光ヘッド側に照射させる反射面と、前記反射面で反射された光を集光する集光構造と、前記近視野光ヘッドに設けられた光学的な微小開口部と、記録媒体と、受光部と、前記光導波路を支持するサスペンションアームと、前記微小開口部と前記記録媒体との相対位置を移動させるアクチュエータとから構成されている近視野光を利用した光情報記録再生装置において、前記コアの光伝搬方向と垂直な端面が前記光導波路の途中に設けられ、該端面が前記近視野光ヘッドとの固定部分にあるものである。
【００１６】
従って、近視野光を用いることで超高密度な情報記録・再生が可能になるだけでなく、近視野光ヘッドの微小開口にエネルギー密度の高い光束を集光できる。よって、微小開口近傍で生成される近視野光の強度が強くなり、光の利用効率を飛躍的に上げることができる。そのため、高出力なレーザーを使用する必要がなく、レーザーの発熱を抑えることができ、低消費電力化、装置の小型化がはかれ、再生信号の高ＳＮ比化、高速記録再生を実現する光情報記録再生装置を提供することができる。
【００１７】
さらに、反射面およびコア、光導波路は一体で作製可能であるため、相互の位置合わせが必要なく、部品点数を減らすことができる。また、光の出射端であるコア端を近視野光ヘッドとの接合領域に設けるため、近視野光ヘッドが光導波路に対して揺動しても、コア端および反射面、微小開口の相対位置が変化せず、一定光量の光を微小開口に導くことが容易になる。
【００１８】
よって、さらなる装置の低コスト化と、微小開口近傍に生成される近視野光の強度の安定性をはかる事ができる情報記録再生装置を提供することができる。
【００１９】
また、本発明に係る第２の光情報記録再生装置は、前記集光構造が前記近視野光ヘッドに設けられたレンズ構造であるものである。
【００２０】
また、本発明に係る第３の光情報記録再生装置は、前記集光構造が前記光導波路に設けられたものである。
【００２１】
従って、本発明に係る第１の情報記録再生装置の効果に加え、集光構造と近視野光ヘッド、もしくは集光構造と光導波路を一体化できるので、部品点数をさらに削減できる。よって、更なる装置の小型化、安価に製造することができる。
【００２２】
また、本発明に係る第４の光情報記録再生装置は、前記光導波路に切り欠きを設け、少なくとも１つの両端支持梁を構成し、前記近視野光ヘッドを弾性支持するものである。
【００２３】
従って、本発明に係る第１から第３の光情報記録再生装置のいずれか１つの効果に加え、光導波路に設けた両端支持梁構造をバネとして作用させ、微小開口と記録媒体との距離を一定に保つ機能を持たせることで、更なる部品点数の削減ができ、低コスト化できる。
【００２４】
また、本発明に係る第５の光情報記録再生装置は、前記光導波路に設けられた両端支持梁構造内に、前記コアを形成したものである。
【００２５】
従って、本発明に係る第４の光情報記録再生装置の効果に加え、光導波路が光伝搬機能と微小開口と記録媒体との距離を一定に保つ機能を互いに損なうことなく形成できるため、更なる装置の小型化ができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１の光情報記録再生装置の構成を説明した図である。
【００２８】
本実施の形態に係る情報再生装置は、従来の磁気ディスク装置と類似の基本構成である。微小開口２０６が設けられた近視野光ヘッド１０４は光導波路１０３に取り付けられ、光導波路１０３はサスペンションアーム１０７に支持されている。ここで、微小開口２０６が記録媒体１０５に対面するよう、近視野光ヘッド１０４が配置されている。サスペンションアーム１０７はボイスコイルモータ（以下、ＶＣＭ）１０９に取り付けられ、さらに、ＶＣＭ１０９には、受光ヘッド１０６が記録媒体１０５を挟んで近視野光ヘッド１０４と常に対向するよう取り付けられている。
【００２９】
記録媒体１０５を高速に回転させると、近視野光ヘッド１０４は記録媒体１０５の表面から数十ナノメートル程度の非常に近接した距離で浮上する。また、近視野光ヘッド１０４は、ＶＣＭ１０９で記録媒体１０５の略半径方向に移動することができる。このとき、ＶＣＭ１０９に取り付けられた受光ヘッドも、同様に略半径方向に移動する。
【００３０】
レーザー１０１からの光束はレンズ１０２で集光され、コアとクラッドからなる光導波路１０３に導かれる。この光は光導波路１０３を経て近視野光ヘッド１０４に設けられた微小開口２０６に導かれ、近視野光を生成し、記録媒体１０５表面で散乱された散乱光を受光ヘッド１０６が検出する。ここで、必要に応じて、レーザー１０１は回路系１１０により強度変調などをかけることもできる。
【００３１】
次に、本実施の形態１の近視野光ヘッドの構成について説明する。
【００３２】
図２は本実施の形態１に係る光情報記録再生装置の光導波路１０３および近視野光ヘッド１０４について説明した図である。
【００３３】
まず、近視野光ヘッド１０４が記録媒体１０５と近接かつ一定距離に保つための構造について説明する。
【００３４】
近視野光ヘッド１０４には、エアーベアリングサーフェス（以下、ＡＢＳ）２０４が形成され、ＡＢＳ２０４の対面側で近視野光ヘッド１０４が光導波路１０３と接合されている。光導波路１０３には、切り欠き１０３２ａ、１０３２ｂが設けられ、細い両端支持梁構造１０３１ａ、１０３１ｂ、１０３１ｃを形成している。この両端支持梁構造１０３１ａ、１０３１ｂ、１０３１ｃの一端側に近視野光ヘッド１０４、他端側にサスペンションアーム１０７が取り付けられている。この際、光導波路１０３はサスペンションアーム１０７の略先端に設けられたディンプル１０７１に押され、両端支持梁構造１０３１ａ、１０３１ｂ、１０３１ｃのすべてが屈曲変形するため、光導波路１０３はディンプル１０７１と非常に小さな面積で加圧接触した状態になっている。さらに、両端支持梁構造１０３１ａ、１０３１ｂ、１０３１ｃは非常に弱いバネとして機能するため、光導波路１０３に取り付けられた近視野光ヘッド１０４がディンプル１０７１を中心として揺動できる構造となっている。例えば光導波路１０３を樹脂で作製し、両端支持梁構造の長さを４〜５ｍｍ程度、幅を数百μｍ、厚さを数十μｍとした場合、長手方向および幅方向の捻り剛性が数十μＮ・ｍ／ｒａｄ程度と低くなる。
【００３５】
このように支持された近視野光ヘッド１０４を記録媒体１０５に近接させ、記録媒体１０５を高速に回転させると、近視野光ヘッド１０４は記録媒体１０５表面から数十ｎｍ程度の高さで浮上する。さらに、回転時の記録媒体１０５がうねり等によって振動しても、両端支持梁構造１０３１ａ、１０３１ｂ、１０３１ｃの捻り剛性より、記録媒体１０５と近視野光ヘッド１０４間の空気流のバネ作用が強くなるため、近視野光ヘッド１０４の浮上姿勢がディンプル１０７１を中心に揺動し、微小開口２０６と記録媒体１０５との距離を一定に保つことができる。
【００３６】
次に、記録媒体１０５の情報を記録・再生する光学系の構成について説明する。
【００３７】
光導波路１０３にはコア２０１とクラッド２０２が構成され、光導波路１０３の一端面側に近視野光ヘッド１０４に光を照射するために形成された反射面２０３が形成されている。コア２０１は反射面２０３まで到達せず、光導波路１０３内部で中断され、端面を形成している。反射面２０３の手前にあるコア端面は、光導波路１０３と近視野光ヘッド１０４との接合領域内に設けられている。コア端面より反射面２０３までの領域はクラッド２０２と同じ材質で形成されている。
【００３８】
近視野光ヘッド１０４には、ＡＢＳ２０４面側に略円錐状構造先端に設けられた微小開口２０６、ＡＢＳ２０４の対向面側にマイクロレンズ２０５が形成され、それ以外は遮光膜（図示略）で覆われている。マイクロレンズ２０５は、光導波路１０３からの光束を微小開口２０６に集光している。この近視野光ヘッド１０４のマイクロレンズ２０５側の面にはコア２０１とクラッド２０２からなる光導波路１０３が固定されている。ここでは、透明なガラス基板上にマイクロレンズ２０５およびＡＢＳ２０４、微小開口２０６を一体形成している。また、近視野光ヘッド１０４を作成するための基板として使用するレーザー１０１の波長での光を透過するガラス基板を用いたが、例えば、シリコン基板等を用い、マイクロレンズ２０５と光束が透過する部分だけ使用する波長での光を透過する材料で作成してもよい。
【００３９】
マイクロレンズ２０５は、通常の球面あるいは非球面レンズ、屈折率分布形レンズ、フレネルレンズなどを用いる事ができる。特にフレネルレンズを用いると、平面形のレンズが作成可能であり、径の大きなレンズを作成しても、レンズ構造および近視野光ヘッドの厚さを薄くすることが可能である。フレネルレンズは、フォトリソグラフィ技術を用いて大量生産可能である。
【００４０】
記録媒体１０５の情報を記録・再生する光の挙動について説明する。
【００４１】
レーザー１０１からの光はレンズ１０２で集光された上で、コア２０１のレーザー側端面に照射され、コア２０１内を伝搬する。この伝搬してきた光束は、反射面２０３の手前にあるコア端面でクラッド２０２と同じ屈折率の媒質中に出射される。出射光はある広がり角を持った発散光束として反射面２０３で反射され、近視野光ヘッド１０４側へ進行する。このような広がりを持った発散光束は、近視野光ヘッド１０４に形成されたマイクロレンズ２０５により微小開口２０６に集光され、記録媒体１０５側の微小開口２０６近傍に近視野光を生成する。
【００４２】
このとき、光導波路１０３のコア２０１は中断し、コア端面からマイクロレンズ２０５を離しているため、マイクロレンズ２０５に照射される光束の半径を大きくすることができる。そして、マイクロレンズ２０５で微小開口２０６に光束を集光させることで、微小開口に入射される光束の高ＮＡ化がはかれる。このため、微小開口２０６に集光される光束のスポットサイズを小さくでき、微小開口によりエネルギー密度の高い光束を照射することができる。よって、微小開口２０６近傍に生成される近視野光の強度を強くすることができる。
【００４３】
たとえば、本実施の形態では、コア端面からマイクロレンズ２０５までの距離を１ｍｍ程度にすることができ、コア端面でコア２０１から出射される光速の広がり角がＮＡ＝０．１とすると、マイクロレンズ２０５で半径１００μｍ程度に光束は広げられる。近視野光ヘッド１０４の厚さを４００μｍ、近視野光ヘッドを作成するガラスの屈折率を１．７とすると、微小開口２０６に入射される光束のＮＡは０．４以上となり、微小開口２０６に光束が集光され、エネルギー密度が高くなり、微小開口２０６近傍に生成される近視野光の強度が強くなる。また、例えば、マイクロレンズ２０５としてフレネルレンズを用いた場合、レンズ径を大きくしても薄型の近視野光ヘッドが作成可能であり、レンズ表面と微小開口の距離を短くすることで、微小開口に入射される光束のさらなる高ＮＡ化が可能である。
【００４４】
以上のように、近視野光ヘッド１０４および光導波路１０３の構造により、微小開口２０６に常に一定かつ強度の強い光を導くことができ、安定かつ高強度の近視野光を生成できる。
【００４５】
次に、図１と図２を用いて記録媒体１０５に記録された情報の再生および情報の記録方法について説明する。
【００４６】
図１において、微小開口をもつ近視野光ヘッド１０４を一定の高さに浮上させ、記録媒体１０５の上に存在する任意のデータマークへアクセスする。このとき、レーザー１０１から出射された光束は、レンズ１０２、光導波路１０３のコア２０１を経て、コア端面からある広がり角を持って出射され、反射面２０３で反射される。その拡大した光束は、マイクロレンズ２０５で集光された上で、微小開口２０６に照射され、近視野光を生成する。この近視野光と記録媒体１０５との相互作用の結果、記録媒体１０５表面で発生した散乱光は、記録媒体を挟んで対向する位置に固定された受光ヘッド１０６で受光される。この光は電気信号に変換され、回路系（図示略）に伝送され、必要に応じて増幅し、情報の再生信号となる。
【００４７】
また、記録媒体１０５への情報の記録は、記録媒体１０５と微小開口を近接させながら記録媒体の所望の位置に微小開口を有する近視野光ヘッド１０４を移動させ、微小開口から近視野光を記録媒体１０５に照射し書き込み動作を行うことで実現される。
【００４８】
なお、本実施の形態においては、近視野光を発生させる近視野光ヘッド１０４と受光ヘッド１０６を個別に固定しているが、近視野光ヘッド１０４と受光ヘッド１０６を一体化し、１つのサスペンションアームで実施することも可能である。
【００４９】
次に、本実施の形態で用いた光導波路１０３の作成方法について説明する。
【００５０】
図３は本実施の形態１に係る光導波路の作成方法について説明した図である。
【００５１】
まずステップＳ４０１では、基板にはシリコン基板４０１を使用し、このシリコン基板４０１の上にクラッドとなる低屈折率層４０２として酸化シリコンや窒化シリコン等の石英系材料、ポリイミドやポリメタクリル酸といった高分子等の誘電体材料を堆積させる。誘電体材料である酸化シリコンの場合、スパッタリング法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、真空蒸着法によって容易に形成できる。また、ポリイミドやポリメタクリル酸等のプラスティック材料は、液状プラスティックを塗布して硬化積層させればよい。ここで、基板としてはシリコン基板４０１以外にガラス基板などを用いても良いが、基板の平坦性や入手の容易さ、コスト等を考え、半導体分野で一般に広く流通しているシリコン基板を用いた。
【００５２】
次にステップＳ４０２で、ステップＳ４０１で作成された低屈折率層４０２の上に低屈折率層４０２よりも屈折率の高いコアとなる高屈折率層４０３を低屈折率層４０２の形成と同様の方法で形成する。酸化シリコン等の石英系材料を用いた場合には、屈折率を大きくするには、成膜時にゲルマニウムをドープすればよい。さらに高屈折率層４０３の上に、レジスト膜４０４をスピンコート等の方法により形成する。
【００５３】
次にステップＳ４０３で、通常の半導体製造工程で用いられるフォトリソグラフィ技術を使用して、コア形状を形成するためのマスク材としてレジスト膜４０４をパターニングしてコア形状レジスト４０５を形成する。
【００５４】
次にステップＳ４０４で、コアを形成するためコア形状レジスト４０５を用いて高屈折率層４０３をエッチングし、その後マスク材であるコア形状レジスト４０５を除去することにより、コア２０１をパターニングする。
【００５５】
次にステップＳ４０５で、パターニングされたコア２０１を覆うように低屈折率層４０６を形成する。このようにして、光導波路の途中でコア端面を持つ光導波路が形成される。
【００５６】
次にステップＳ４０６で、光導波路とシリコン基板４０１を光導波路の端面が４５度の角度になるようにダイシングを行い、反射面を形成し、コア２０１とクラッド２０２からなる光導波路１０３が形成される。
【００５７】
最後にステップＳ４０７で、シリコン基板４０１を除去し、クラッド２０２の端面が４５度の角度を持ち、コア２０１が途中で終わっている光導波路１０３を作成する事ができる。必要に応じて４５度の反射面には反射膜を成膜する。
【００５８】
ここで、４５度の反射面を形成するのにダイシングを行ったが、この方法以外にもクラッド２０２をフォトリソグラフィ技術を用いて、等方エッチングすることでも作成可能である。
【００５９】
また、反射面の角度は４５度であることが望ましいが、必ずしも４５度である必要はない。しかし、反射面が４５度の場合には、反射面で反射した光束の光軸は近視野光ヘッドに作成されるマイクロレンズに垂直に入射するので、微小開口に収差なく集光することができ、微小開口近傍に生成される近視野光の強度が反射面の角度が４５度以外に場合に比べ強くなる。
【００６０】
従って以上説明したように、本実施の形態に係る光情報記録再生装置において、記録媒体からの情報の再生や記録に近視野光による相互作用を利用することで、光の回折限界を超える記録密度での記録や再生が実現できる。さらに、コアとクラッドからなる光導波路とコア端面から離れた位置にある反射面と、近視野光ヘッドに作成されたマイクロレンズとを組み合わせることにより、近視野光ヘッドの微小開口にエネルギー密度の高い光束を集光でき、微小開口近傍で生成される近視野光の強度を強くすることができ、光の利用効率を飛躍的に上げることができる。よって高出力なレーザーを使う必要が無くなり、レーザーでの発熱を抑える事ができ、低消費電力化、装置の小型化が可能となる。
【００６１】
さらに、受光ヘッドに入射される記録媒体との相互作用の結果発生する散乱光の強度を強くする事ができるので、再生信号の高ＳＮ比化、高速再生が可能となる。なお、本実施の形態は、記録媒体に記録された情報を透過で再生しているが、記録媒体に記録された情報を通常のＣＤやＤＶＤ等のように反射で情報を再生する場合にも適応可能である。その場合には、微小開口近傍に受光ヘッドを作成した近視野光ヘッドを用いるなどすることで実現可能である。
【００６２】
その上、コアとクラッドからなる光導波路とコア端面から離れた位置にある反射面は、光導波路のコアを途中で止め、反射面の手前にコア端面がある光導波路として一体で作成可能であるので、コア端面と反射面との位置合わせが必要なく、部品点数を減らすことができる。また、近視野光ヘッドの姿勢によって、コア端面および反射面、微小開口の相対位置が変化しないため、常に一定した強度の近視野光を生成できる。よって、さらなる装置の低コスト化、微小開口近傍に生成される近視野光の強度の安定化をはかる事ができ、記録媒体への高速な情報の記録が可能な情報記録再生装置を提供することができる。
【００６３】
また、反射面が４５度の斜面の場合には、反射面で反射した光束の光軸が近視野光ヘッドに作成されるマイクロレンズに垂直に入射するので、微小開口に微小開口に収差なく集光することができる。よって、微小開口近傍に生成される近視野光の強度が反射面の角度が４５度以外に場合に比べ強くなり、光の利用効率がよく、さらなる低消費電力化、装置の小型化、高ＳＮ比化、高速記録再生が可能となる。
【００６４】
さらに、近視野光ヘッドのヘッド用レンズ機能をマイクロレンズで実現する場合には、レンズ径を大きくしても薄型の近視野光ヘッドが作成可能であり、レンズ表面と微小開口の距離を短くすることで、微小開口に入射される光束のさらなる高ＮＡ化が可能であり、更なる低消費電力化、装置の小型化、高ＳＮ比化、高速記録再生が可能となる。その上、フレネルレンズは大量生産可能であり、低コスト化をはかれる。
【００６５】
さらに、光導波路に設けた両端支持梁構造をバネとして作用させ、微小開口と記録媒体との距離を一定に保つ機能を持たせることで、更なる部品点数の削減、組立て調整時間の短縮ができる。
【００６６】
（実施の形態２）
本実施の形態２に係る光情報記録再生装置の構成を説明する。
【００６７】
本実施の形態は、実施の形態１における光導波路の形状および近視野光ヘッドの支持構造を変更した構成である。よって、実施の形態１と同じ部分については、説明を省略する。
【００６８】
図４は、実施の形態２に係る光情報記録再生装置における近視野光ヘッドとその周辺構成について説明した図である。ここで、実施の形態１と異なるのは、近視野光ヘッド１０４はフレキシャ１０８に固定され、フレキシャ１０８はサスペンションアーム１０７に支持されている構成である。なお、光導波路１０３は、実施の形態１と同様に、反射面２０３側に近視野光ヘッド１０４を接続し、他端側にレーザー１０１およびレンズ１０２を設けている。
【００６９】
フレキシャ１０８は、略Ｕ字形状の切り欠きにより、二本の両端支持梁構造を設けてある。このフレキシャ１０８に設けられた両端支持梁構造がバネとして機能するため、実施の形態１の光導波路に設けられた両端支持梁構造と同様に、フレキシャ１０８が近視野光ヘッド１０４と記録媒体（図示略）の距離を一定に保つ役割を果たす。
【００７０】
また、光学的な構成は、実施の形態１と同様である。近視野光ヘッド１０４と固定した領域にコア端を設けてあるため、光導波路１０３内を伝搬した光は、近視野光ヘッド１０４との固定領域内にあるコア端から、広がり角を持って出射、マイクロレンズ２０５で集光し、微小開口２０６に照射され、微小開口２０６近傍に近視野光を生成する。
【００７１】
このように、近視野光ヘッド１０４と記録媒体の距離を一定に保つバネ機能を、光導波路１０３から分離することで、光導波路１０３が屈曲しない構成になる。光導波路１０３は屈曲すると光伝搬効率が悪くなるため、本実施の形態のように光導波路１０３が屈曲しない構成では、更に強い光を微小開口２０６に入射でき、生成する近視野光の光強度を強くできる。その上、コア端から微小開口２０６までの相対位置関係は、実施の形態１と同様に、変動しない構成であるため、近視野光ヘッド１０４の姿勢に関わらず、常に一定かつ高強度の近視野光を生成することが可能となり、高ＳＮ比化、高速信号記録・再生が可能となる。
【００７２】
（実施の形態３）
本実施の形態３に係る光情報記録再生装置の構成を説明する。
【００７３】
本実施の形態は、実施の形態１もしくは２における光導波路の構造を変更した構成である。よって、実施の形態１および２と同じ部分については、説明を省略する。
【００７４】
図５は、実施の形態３に係る光情報記録再生装置における光導波路１０３の構造、特に近視野光ヘッド（図示略）と接続する部分の構造を示す。図６（ａ）は光導波路１０３の上面図、図６（ｂ）は図６（ａ）Ａ−Ａ’での断面図である。
【００７５】
ここで、実施の形態１もしくは２と異なるのは、光導波路１０３内に、略鼓型の集光用切り欠き９９９を設けてある点である。この集光用切り欠き９９９は、コア端２０１１と反射面２０３との間に設けられている。
【００７６】
光導波路１０３のコア２０１内を伝搬してきた光は、光導波路１０３内のコア端２０１１から、広がり角をもって出射すると、集光用切り欠き９９９に入射する。入射した光は、集光用切り欠き９９９で光導波路１０３の幅方向にのみ集光される。その他の方向に対しては、広がって伝搬する。さらに、光は反射面２０３により垂直に光路を曲げられた上で、マイクロレンズ２０５で光導波路１０３の長手方向のみに集光され、近視野光ヘッド（図示略）に設けられた微小開口（図示略）に照射される。集光用切り欠き９９９による集光方向と、マイクロレンズ２０５による集光方向とは、互いに直交しているため、微小開口に光束を絞って照射することができる。このように二次元形状を二つ重ねることで、三次元的なレンズと同様に微小開口に集光できる。なお、集光用切り欠き９９９とマイクロレンズ２０５の集光作用は、曲面の曲率とクラッドの屈折率によって左右されるため、微小開口までの距離やクラッドの屈折率を設計する段階で曲率半径を決定する。さらに、近視野光ヘッドに別途マイクロレンズを設けて集光してもよい。この場合、光学系のＮＡが大きくできるので、近視野光への変換効率をより高くすることができる。
【００７７】
また、本実施の形態における光導波路１０３を作成するには、実施の形態１の図３で示した作成方法とほぼ同じ方法で作成することが出来る。ただし、マイクロレンズ２０５を形成するには、基板に用いたシリコン基板４０１にあらかじめ、マイクロレンズ２０５の構造と凹凸逆の構造を形成し、その上からクラッドとなる低屈折率層４０２を形成する。低屈折率層４０２が基板の凹凸構造を転写することで、マイクロレンズ２０５の構造を形成できる。また、集光用切り欠き９９９を作成するには、光導波路１０３の外形をエッチングする際に、同時に形成できる。このため、二次元形状加工を用いても、三次元形状のレンズと同様の機能を実現できるので、安価かつ大量生産ができる。
【００７８】
このように、実施の形態１ないし２の効果に加えて、集光用切り欠き９９９とマイクロレンズ２０５を組み合わせて集光することで、三次元形状のレンズと同様に、光導波路の伝搬光を集光して微小開口に導くことが出来る。このため、二次元形状加工を用いても、三次元形状のレンズと同様の機能を実現できるので、安価かつ大量生産ができる。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る第１の光情報記録再生装置によれば、近視野光を用いることで超高密度な情報記録・再生が可能になる。また、コア端面から微小開口までの光学系の相対位置が変動しないため、記録媒体上を浮上している際の近視野光ヘッドの姿勢変動によらず、一定光量の光束を微小開口に導くことができる。さらに、拡大した光束をマイクロレンズで集光するため、近視野光ヘッドの微小開口にエネルギー密度の高い光束を集光できる。よって、微小開口近傍で生成される近視野光の強度が安定かつ強くなり、光の利用効率を飛躍的に上げ、かつ安定化させることができる。そのため、高出力なレーザーを使う必要が無く、レーザーでの発熱を抑える事ができ、低消費電力化、装置の小型化がはかれ、再生信号の高ＳＮ比化、高速記録再生を実現する情報記録再生装置を提供することができる。
【００８０】
さらに、コア端面から離れた位置にある反射面と光導波路は一体で作成可能であるので、コア端面と反射面との位置合わせが必要なく、部品点数を減らすことができる。よって、さらなる装置の低コスト化、微小開口近傍に生成される近視野光の強度の安定性をはかる事ができる光情報記録再生装置を提供することができる。
【００８１】
以上説明したように本発明に係る第２の光情報記録再生装置によれば、本発明に係る第１の情報記録再生装置の効果に加え、近視野光ヘッドと集光構造を一体構造で形成できる。
【００８２】
また、以上説明したように本発明に係る第３の光情報記録再生装置によれば、本発明に係る第１の光情報記録再生装置の効果に加え、光導波路と集光構造を一体構造で形成できる。これにより、更なる装置の小型化、部品点数の削減、組立て調整時間の短縮化、低コスト化が可能となる。
【００８３】
また、以上説明したように本発明に係る第４の光情報記録再生装置によれば、本発明に係る第１から第３の光情報記録再生装置の効果に加え、光導波路が近視野光ヘッドを弾性支持し、光導波路に設けた両端支持梁構造をバネとして作用させ、微小開口と記録媒体との距離を一定に保つ機能を持たせることができるので、更なる部品点数の削減ができ、低コスト化できる。
【００８４】
また、以上説明したように本発明に係る第５の光情報記録再生装置によれば、本発明に係る第４の光情報記録再生装置の効果に加え、光導波路が光伝搬機能と微小開口と記録媒体との距離を一定に保つ機能を互いに損なうことなく形成できるため、更なる部品点数の削減ができ、低コスト化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光情報記録再生装置の構成ついて説明した図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る光情報記録再生装置の近視野光ヘッドおよび光導波路について説明した図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る光導波路の作製方法について説明した図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る光情報記録再生装置の近視野光ヘッドおよび光導波路について説明した図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る光情報記録再生装置の光導波路について説明した図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る光情報記録再生装置の光導波路について説明した図である。
【符号の説明】
１０１ レーザー
１０２ レンズ
１０３ 光導波路
１０４ 近視野光ヘッド
１０５ 記録媒体
１０６ 受光ヘッド
１０７ サスペンションアーム
１０８ フレキシャ
１０９ ボイスコイルモーター
１１０ 回路系
２０１ コア
２０２ クラッド
２０３ 反射面
２０４ エアーベアリングサーフェス
２０５ マイクロレンズ
２０６ 微小開口
９９９ 集光用切り欠き
１０３１ 両端支持梁構造
１０３２ 切り欠き
１０７１ ディンプル
２０１１ コア端
Claims (5)
- 光源と、
近視野光ヘッドと、
前記光源からの光を伝搬し、前記近視野光ヘッドを支持し、かつ可とう性を有する略棒状の光導波路と、
前記光導波路内に設けられたコアと、
前記光導波路の前記光源側端面の相対面側に設けられ、かつ前記光導波路内を伝搬する光の少なくとも一部を前記近視野光ヘッド側に照射させる反射面と、
前記反射面で反射された光を集光する集光構造と、
前記近視野光ヘッドに設けられた光学的な微小開口部と、
記録媒体と、
受光部と、
前記光導波路を支持するサスペンションアームと、
前記微小開口部と前記記録媒体との相対位置を移動させるアクチュエータとから構成されている近視野光を利用した光情報記録再生装置において、
前記コアの光伝搬方向と垂直な端面が前記光導波路の途中に設けられ、該端面が前記近視野光ヘッドとの固定部分にあることを特徴とする光情報記録再生装置。 - 前記集光構造が前記近視野光ヘッドに設けられたレンズ構造であること特徴とする請求項１に記載の光情報記録装置。
- 前記集光構造が前記光導波路に設けられたこと特徴とする請求項１に記載の光情報記録装置。
- 前記光導波路に切り欠きを設け、少なくとも１つの両端支持梁を構成し、前記近視野光ヘッドを弾性支持することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光情報記録装置。
- 前記光導波路に設けられた両端支持梁構造内に、前記コアを形成したことを特徴とする請求項４に記載の光情報記録装置。
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