JP5318851B2 - 近接場光検出素子及び情報記録媒体の再生方法 - Google Patents

Description

本発明は、記録される情報に応じて誘電率が変化する情報記録媒体から近接場光を用いて情報を再生する近接場光検出素子及び情報記録媒体の再生方法に関するものである。

情報技術分野の進歩に伴い、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＤＶＤ、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）等の光メモリの大容量化が求められている。現行の光記録方式では、光の回折限界から、これ以上の記録マークの微小化は困難であるが、近年、近接場光を用いた光記録方式がこの回折限界を打破する技術として大きな注目を集めている。この近接場光は、光の波長以下の寸法の開口や微粒子に光が入射したとき、それらのごく近傍に局在化した形で発生する光であり、近接場光の広がりは、入射光の波長には依らず、入射した物体の寸法で決まる。

従来、先鋭化したファイバプローブ等に光を入射し、その先端に設けた微小開口に近接場光を発生させる方法が多く採られてきたが、入射光に対する光の利用効率が低いという課題があった。近年、この光利用効率を大幅に向上させる技術として、金属の表面プラズモン共鳴を利用した近接場光発生素子が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。これらの技術は、微小な金属膜に適当な波長の光を照射して表面プラズモン共鳴を誘起し、金属膜近傍に近接場光を発生させて記録再生を行うものである。

上記のような従来の再生方法について、図１７を用いて説明する。図１７に示すように、例えば、扇形に加工した導電性の散乱体１０１にｘ方向に偏光した光１０２を＋ｚ方向から−ｚ方向へ入射する。ここで、入射光の波長を適当な波長に選び、散乱体１０１に表面プラズモン共鳴を誘起し、頂点１０３付近に近接場光を発生させる。また、記録マーク１０４が記録された情報記録媒体１０５を、散乱体１０１の近接場光が発生する領域まで近接させ、一定の距離を保ちつつ相対運動させる。このとき、散乱体１０１と記録マーク１０４との相対的な位置関係の違いから、散乱光１０６の強度変化を検出することにより、情報を再生することができる。このような再生方法は、いわゆる近接場光学顕微鏡の原理を用いた再生方法である。

特開２００３−１１４１８４号公報 特開２００３−１４９６９４号公報

ここで問題となるのが、再生時のＳ／Ｎ比である。すなわち、再生信号となる散乱光１０６は、散乱体１０１の頂点１０３近傍で発生する近接場光の一部が情報記録媒体１０５によって伝播光に変換されたものであり、効率よく受光素子に導くことが難しく、一般に検出できる光強度は弱い。

また、散乱光１０６の強度を強くするためには、入射光１０２の強度を大きくする方法があるが、特に情報記録媒体１０５の記録材料として書き換え可能な材料を用いた場合、再生時の近接場光による記録マーク１０４の変化を防ぐため、入射光１０２の強度の増大には、限度がある。

また、Ｓ／Ｎ比を向上させるために、散乱体１０１の周りに遮光膜を設けたり、入射光１０２とは異なる波長の光を発光する発光体を散乱体１０１の近接場光発生領域に設けたりする等の方法により、入射光１０２のうち散乱体１０１からはみ出して情報記録媒体１０５から直接反射される光の影響をなくすことも提案されているが、いずれも近接場光に起因した伝播光の変化を検出する点では上記と同様であり、信号強度を大幅に増大させることはできない。

本発明の目的は、散乱体近傍での近接場光の強度変化を光電変換素子の電気伝導率の変化として直接的に検出することにより、再生時に高いＳ／Ｎ比を確保することができる近接場光検出素子及び情報記録媒体の再生方法を提供することにある。

本発明の一局面に従う近接場光検出素子は、記録される情報に応じて誘電率が変化する情報記録媒体から近接場光を用いて情報を再生する近接場光検出素子であって、光源と、前記光源から出射される光を照射されて近接場光を発生させる導電性の散乱体と、前記散乱体近傍の近接場光発生領域に配置された光電変換素子とを備え、前記散乱体は、前記情報記録媒体に前記近接場光を照射し、前記情報記録媒体の誘電率の変化により発生する前記近接場光の強度変化を前記光電変換素子の電気伝導率変化により検出する。

この近接場光検出素子においては、記録される情報に応じて誘電率が変化する情報記録媒体に近接場光を照射し、光電変換素子が散乱体近傍の近接場光発生領域に配置され、情報記録媒体の誘電率の変化により発生する近接場光の強度変化を光電変換素子の電気伝導率変化により検出しているので、光電変換素子が近接場光に直接晒されて近接場光の出力変化を直接的に検出することができ、再生時に高いＳ／Ｎ比を確保することができる。

本発明の実施の形態における再生ヘッドの概略構成を示す斜視図である。 図１に示すｙ方向から見た再生ヘッドの断面図である。 散乱体付近の光強度変化を求めるために用いた再生ヘッドの解析モデルの概略構成を示す斜視図である。 記録マークがない時の直線Ｌ上の光増強度を示す図である。 直線Ｌ上の点Ｐの光強度の変化率を示す図である。 記録マークがない時のｘ軸上の光増強度を示す図である。 記録マークがない時のｚ軸上の光増強度を示す図である。 記録マークがない時の直線Ｍ上の光増強度を示す図である。 直線Ｌ上の点Ｑの光強度の変化率を示す図である。 光電変換素子が散乱体に対して記録媒体側に設けられた再生ヘッドの概略構成を示す断面図である。 散乱体及び光電変換素子の周りに入射光を吸収する遮光層が設けられた再生ヘッドの概略構成を示す断面図である。 散乱体の膜面方向が記録媒体に対して傾斜された再生ヘッドの概略構成を示す斜視図である。 ２つの同一形状の散乱体が互いに向き合うように設けられた再生ヘッドの概略構成を示す斜視図である。 光電変換素子の電気伝導率変化を検出する回路として、光電変換素子と散乱体とが直列に接続されるよう配線された再生ヘッドの概略構成を示す斜視図である。 光電変換素子の電気伝導率変化を検出する回路として、光電変換素子と、その両側の２つの同一形状の散乱体とが直列に接続されるよう配線された再生ヘッドの概略構成を示す斜視図である。 微粒子化された記録媒体を用いる再生ヘッドの概略構成を示す斜視図である。 従来の再生ヘッドを示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同じ要素又は類似する要素には、同じ又は類似の符号を付しており、説明を省略する場合がある。

本発明の実施の形態に係る近接場光検出素子である再生ヘッドの形態について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態における再生ヘッドの概略構成を示す斜視図であり、図２は、図１に示すｙ方向から見た再生ヘッドの断面図である。なお、図２においては、説明を容易にするために、電源９、電流検出素子１０、制御部１２、反射光１３は省略されている。この点に関しては、後述する各図も同様である。

図１に示すように、本実施の形態の再生ヘッドは、導電性の散乱体１、半導体レーザ等からなる光源６、散乱体１の近接場光が発生する領域（近接場光発生領域）に設けられた光電変換素子７、散乱体１等を担持する透明基板８、光電変換素子７に電流を流すための電源９、光電変換素子７に流れる電流を検出する電流検出素子１０、及び散乱体１と記録媒体５との間隔を一定に保つ制御等を行う制御部１２を備える。

光源６から出射される入射光２は、レンズ等の集光素子（図示省略）を通り、透明基板８を経て散乱体１に達し、透明基板８は、光源６から出射された光を散乱体１に導く導波部材として機能する。ここで、散乱体１及び光電変換素子７を光源６の光の出射面近傍に配置した場合、集光素子や透明基板８が不要となる。また、情報記録媒体である記録媒体５が書換え可能な材料からなる場合、後述する近接場光により、記録マーク４が消去されることを防ぐため、入射光２の強度は、適宜調節する必要がある。

光源６は、ｘ方向に偏光した入射光２を散乱体１に照射し、一定強度の近接場光を散乱体１の近傍に発生させる。また同時に、電源９から光電変換素子７に一定のバイアス電圧を加えるとともに、記録マーク４が記録済みの記録媒体５に散乱体１を近接させて一定の距離を保ちながら、散乱体１を記録媒体５に対してｘ方向に相対的に移動させる。

また、透明基板８下面からの反射光１３の光量が再生ヘッド（散乱体１）と記録媒体５との距離により敏感に変化するので、この全反射光量を制御部１２内部の光検出器によりモニタし、制御部１２内部の制御回路にフィードバックすることにより、散乱体１と記録媒体５の距離を一定に保つことができる。なお、散乱体１と記録媒体５との距離の制御方法は、上記の例に特に限定されず、他の制御方法を用いてもよい。

このとき、記録媒体５では、記録される情報に応じて、すなわち、記録マーク４の位置に応じて、記録媒体５上の誘電率が変化し、この誘電率の変化により散乱体１から発生される近接場光の強度が変化する。したがって、散乱体１と記録マーク４との相対的な位置関係の違いにより、近接場光の強度が変化する。一方、光電変換素子７の電気伝導率は、近接場光の強度変化に応じて変化するので、その電気伝導率変化を、光電変換素子７を流れる電流の変化として電流検出素子１０により検出することにより、記録マーク４を検出することができ、記録媒体５から情報を高いＳ／Ｎ比で再生することができる。

また、本実施の形態では、図２に示すように、散乱体１及び光電変換素子７を透明基板８内に埋め込み、透明基板８及び散乱体１の双方の記録媒体５側の表面が同一平面になる構成とした。これにより、散乱体１の磨耗を防ぐことができる。

次に、散乱体１についてさらに詳細に説明する。散乱体１は、近接場光を発生する頂点３に向かい幅が狭くなる形状を有しており、具体的には、その頂点３の中心角の二等分線がｘ方向と一致する扇形膜とした。この散乱体１に、ｘ方向に偏光した、適当な波長を持つ光を入射すると、散乱体１に表面プラズモンが誘起され、特に、散乱体１の頂点３付近に強い近接場光を発生させることができる。ここで、散乱体１近傍の近接場光発生領域は、例えば、散乱体１から１００ｎｍ以内の領域であり、好ましくは、散乱体１から５０ｎｍ以内の領域であり、より好ましくは、散乱体１から４０ｎｍ以内の領域である。

散乱体１の材料としては、入射光２の周波数に対する誘電率の実数部が負である半導体材料が、表面プラズモン共鳴を誘起する上で望ましい。例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｉｒ等の材料では、可視光から赤外光までの周波数帯で誘電率の実数部が負になり、半導体レーザを光源として用いることができるので、好適である。

これらの材料の紫外域以下の周波数帯では、金属の誘電率の実数部が正となり、光に対し通常の誘電体として振舞うので、プラズモン共鳴が起こらない。また、中赤外域から遠赤外域以上の周波数帯では、表面プラズモンの波長と振動数との関係が、伝播光のそれとほぼ等しくなるため、光の局在効果及び増強効果が小さくなってしまう。以上のことを鑑みて、入射光の波長は、４００ｎｍ〜２μｍであることが好ましく、５００ｎｍ〜１μｍであることがより好ましい。

上記のようにして発生した近接場光の広がり寸法は、入射光の波長ではなく、散乱体１の形状及び寸法で決まる。本実施の形態では、近接場光の広がり寸法は、扇型膜の散乱体１の頂点３の先端径（直径）に依存しており、先端径を入射光の波長よりも小さくすることが好ましく、先端径を１０ｎｍ以下にすることがより好ましい。この場合、回折限界以下の近接場光スポットを形成することができ、かつ近接場光の高出力化を図ることができる。扇型膜の散乱体１の頂点３の寸法によっては、入射光２の強度に対して数百〜数千倍の近接場光を出力することも可能となる。

なお、散乱体１の形状は、近接場光を発生させるための頂点を持つ形状であればよく、例えば一つの頂点に向かい幅が小さくなる形状であることが好ましいが、ここに示した扇形に限るものではない。例えば、一つの頂点に向かい幅が同じであるロッド形状のものでもよいが、一つの頂点に向かい幅が小さくなる形状の方が、プラズモン共鳴を起こす波長域を広くする効果がある。また、その近接場光を発生させる頂点をできるだけ先鋭化することが、より広がりの小さな近接場光を発生させる上で望ましい。

また、散乱体１に効率よく近接場光を発生させるためには、入射光２の偏光方向を、散乱体１の頂点３の中心角の二等分線の方向、すなわちｘ方向に一致させ、また、その波長を、散乱体１の材料、形状及び寸法、並びに周囲の物質の誘電率で決まる表面プラズモンの共鳴条件を満たす周波数に対応させることが望ましい。なお、表面プラズモンの共鳴条件を満たす波長を持つ光源がない場合は、逆に所望の波長で共鳴条件を満たすように、散乱体１の材料、形状及び寸法、並びに周囲の物質の誘電率を調整すればよい。

次に、光電変換素子７について詳細に説明する。光電変換素子７は、照射される光の強度によりその電気伝導率が変化する材料、すなわち、近接場光の強度変化に応じて電気伝導率が変化する半導体材料からなることが好ましく、例えば、入射光２の波長が６３０ｎｍの場合、吸収端の波長が６３０ｎｍ以上のＩｎＳｂ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＩｎＡｓ、Ｇｅ、ＧａＳｂ、Ｓｉ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＣｄＴｅ、ＡｌＳｂ、ＣｄＳｅ等を用いることができる。

また、光電変換素子７は、入射光２の波長に対し実質的に透明で、かつ、多光子吸収過程（例えば、２光子吸収過程）による入射光２の吸収が可能である材料からなることがより好ましい。ここで、実質的に透明とは、光の吸収率が５%以下であり、望ましくは１％以下であることを意味する。例えば、入射光２の波長が６３０ｎｍの場合、吸収端の波長が３１５ｎｍから６３０ｎｍまでの間にある、ＧａＰ、ＣｄＳ、ＺｎＳ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｃｕ_２Ｏ_３、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＷＯ_３、Ｆｅ_２ＴｉＯ_３、ＰｂＯ、Ｖ_２Ｏ_５、ＦｅＴｉＯ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｒＴｉＯ_３、ＺｎＯ、ＢａＴｉＯ_３、ＣａＴｉＯ_３、ＫＴａＯ_３、ＳｎＯ_２等を用いると有効である。この場合、光電変換素子７のうち、光強度の強い部分でのみ電気伝導率が変化する。すなわち、散乱体１による強い近接場光の強度変化でのみ電気伝導率が変化するので、入射光２のうち光電変換素子７に直接入射した成分や、弱い散乱光、反射光等の背景光の影響を受けにくくなり、再生時のＳ／Ｎ比低下を防ぐことができる。

上記のように、散乱体１と記録マーク４との相対的な位置関係の違いから近接場光の強度が変化するので、それに伴い光電変換素子７に誘起される光キャリア濃度が変化し、結果的に電気伝導率が変化する。したがって、上記の材料からなる光電変換素子７の両端に、電源９により一定のバイアス電圧をかけておけば、その電気伝導率の変化を電流の変化として電流検出素子１０にて検出し、情報を再生することができる。

また、光電変換素子７が導電性の高い材料からなる場合は、散乱体１の近接場光の発生を抑制する恐れがある。この場合は、図２に示すように、散乱体１と光電変換素子７との間に一定の間隔を設ければよい。

光電変換素子７を形成する領域は、散乱体１の近接場光発生領域のみとすることが望ましい。具体的には、散乱体１から３０ｎｍ以内に光電変換素子７を形成することが望ましく、散乱体１から１０ｎｍ以内に光電変換素子７を形成することがより望ましい。例えば、散乱体１から３０ｎｍ以内とは、散乱体１と光電変換素子７との最短距離が３０ｎｍ以下であることを意味する。この場合、光電変換素子７に照射される光のうち、散乱体１からの近接場光の強度が最も大きくなり、近接場光以外の光、すなわち入射光２のうち光電変換素子７に直接照射された成分や、入射光２のうち散乱体１からはみ出して散乱体１以外のもの（例えば記録媒体５）に照射されて散乱された光が、背景光となって再生時のＳ／Ｎ比が低下することを防ぐことができる。

次に、散乱体１と記録媒体５との距離と、再生信号との関係について詳細に説明する。散乱体１と記録媒体５との距離が近接しているほど、近接場光と記録マーク４との相互作用が大きくなり、それに伴う近接場光の強度変化も大きくなるので、散乱体１と記録媒体５とが近接していることが、再生時の高いＳ／Ｎ比を得る上で望ましい。しかし、近接するほど、その距離を一定に保つことが難しくなるだけでなく、再生時に近接場光により記録マーク４や未記録部が変化してしまう可能性があるので、散乱体１と記録媒体５の距離は、必要なＳ／Ｎ比と記録媒体５の特性とを考慮し、適宜決めればよい。

実際に、単一記録マークを散乱体１に対して相対運動させた時の、散乱体１付近の光強度変化を求めるため、ＦＤＴＤ法（時間領域差分法）を用いて電磁場解析を行った。まず、図３を用いて、その解析モデルを説明する。

図３に示すように、散乱体１の形状は、扇型形状であり、その半径、先端径、中心角及び膜厚をそれぞれｌ、ｄ、θ、ｔとすると、（ｌ，ｄ，θ，ｔ）＝（１００ｎｍ，１０ｎｍ，６０°，３０ｎｍ）とした。散乱体１は、透明基板８に埋め込まれ、散乱体１及び透明基板８の−ｚ側の面が同一平面となる構成とした。記録媒体５の膜厚を２０ｎｍとし、記録媒体５と散乱体１との距離を５ｎｍとした。記録マーク４の形状は、記録媒体５に埋め込まれた円柱状であるとし、その直径を２０ｎｍ、その膜厚を記録媒体５と同じ２０ｎｍとした。

散乱体１、透明基板８及び記録媒体５の材料は各々、金、ＳｉＯ_２、アモルファス状態のＧｅＳｂＴｅ相変化材料とし、記録マーク４は、結晶状態のＧｅＳｂＴｅとした。散乱体１の扇形の中心角の二等分線の方向にｘ軸をとり、散乱体１の扇形の頂点のうち、最も＋ｚ側にある点をｘ座標、ｙ座標、ｚ座標の原点とした。

入射光２は、ｘ方向に偏光した波長８３０ｎｍの平面波で、＋ｚ方向から−ｚ方向に向けて入射するものとした。また、ｘ軸を＋ｚ方向に３ｎｍ平行移動した直線をＬとした。すなわち、直線Ｌは、散乱体１の＋ｚ側の面の３ｎｍ上方の位置を通過する直線であり、この直線Ｌに沿って光電変換素子７の受光面となる−ｚ側の下面が位置することになる。

上記の条件において、まず、記録マークがない時（記録マーク４が無限遠にある時に相当）の直線Ｌ上の光増強度を図４に示す。ここで、光増強度とは、光強度の入射光強度に対する比である。図４から、特に、散乱体１の頂点（位置ｘ＝０ｎｍ）付近で、近接場光に伴う強い光強度が得られていることが分かる。

次に、単一の記録マーク４が形成された記録媒体５をｘ方向に移動したとき、直線Ｌ上の光強度の変化を考える。記録媒体５の移動中、単一の記録マーク４の中心位置（±ｚ面の円の中心）は、（ｘ，ｙ）＝（−１００ｎｍ，０ｎｍ）〜（６０ｎｍ，０ｎｍ）の範囲で−ｘ方向から＋ｘ方向へと移動する。記録媒体５の移動の間に、直線Ｌ上のｘ＝−１ｎｍの地点（点Ｐとおく）の光強度の変化を表した図が図５である。なお、図５において、横軸は、記録マーク４の中心のｘ方向位置座標、縦軸は、記録マーク４が各地点にある時の点Ｐにおける光強度の、記録マークがないときの点Ｐの光強度に対する変化率である。

図５から、記録マーク４による、点Ｐにおける光強度の変調の割合は、記録マーク４の中心のｘ座標が散乱体１の頂点と一致するときに（記録マーク位置ｘ＝０ｎｍ）最大となり、約６％となることが分かる。これは、入射光２の強度の約５倍の変化量に相当する。これより、点Ｐ付近に光電変換素子７を配置すれば、それを流れる電流の変化により、図５のような信号が得られる。ただし、光電変換素子７の電気伝導率の変化は、光の強度に比例すると仮定し、また、光電変換素子７の存在による近接場光の強度及び分布の変化は考慮していない。

次に、光電変換素子７を配置する領域について説明する。記録マーク４がない時の、ｘ軸、ｚ軸に沿った光増強度をそれぞれ図６、図７に示す。図６、図７から、近接場光が入射光強度に対して大きいのは、ｘ方向、ｚ方向共に、散乱体１からの距離が３０ｎｍ以内の領域であることが分かる。よって、この場合、近接場光以外の光によるＳ／Ｎ比の低下を防ぐには、光電変換素子７と散乱体１との最短距離が３０ｎｍ以内となるよう光電変換素子７を配置することが望ましい。

上記のように、本実施の形態では、散乱体１の近傍、すなわち近接場光が発生する領域に光導電性の光電変換素子７を設け、散乱体１と記録マーク４との相対的な位置関係の違いにより生じる近接場光の変化を、光電変換素子７の電気伝導率の変化として直接検出することができる。この方法は、従来例と比較し、伝播光よりも信号強度の強い近接場光を支配的に検出できる点で、より直接的な検出方法であり、再生信号のＳ／Ｎ比を向上することができる。さらに、伝播光を受光素子へ導く再生光学系が不要となり、再生ヘッドの低コスト化に大きく貢献する。

なお、上記の説明では、光電変換素子７が散乱体１に対して光源６側にある場合を考えたが、散乱体１に対して記録媒体５側にある場合も考えられる。散乱体１に対して記録媒体５側でも、上記と同様に、記録マーク４による光強度の変調を同じＦＤＴＤ法により解析した。この例では、ｘ軸をｚ方向に−３２ｎｍ平行移動させた直線をＭとした。すなわち、直線Ｍは、散乱体１の−ｚ側の面のおよそ２ｎｍ下方の位置を通過する直線であり、この直線Ｍに沿って光電変換素子７の受光面となる＋ｚ側の上面が位置することになる。

まず、記録マーク４がない時の直線Ｍ上の光増強度を図８に示す。図８から、光電変換素子７が散乱体１に対して記録媒体５側にある場合でも、散乱体１の頂点（ｘ＝０ｎｍ）付近で、近接場光に伴う強い光強度が得られていることが分かる。

また、直線Ｍ上のｘ＝−１８ｎｍの地点を点Ｑとおき、記録媒体５の移動に伴い、単一の記録マーク４が（ｘ，ｙ）＝（−１００ｎｍ，０ｎｍ）〜（６０ｎｍ，０ｎｍ）の範囲で−ｘ方向から＋ｘ方向へと移動したときの点Ｑにおける光強度の、記録マークがないときの点Ｑにおける光強度に対する変化率を図９に示す。図９から、記録マーク４により、点Ｑにおける光強度が最大で１６％程度変調されていることが分かる。これは、入射光２の強度の２０倍もの変化量に相当する。これより、点Ｑ付近に光電変換素子７を配置すれば、それを流れる電流の変化により、図９のような信号が得られるはずである。ただし、光電変換素子７の抵抗の変化は、光の強度に比例すると仮定し、また、光電変換素子の存在による近接場光の強度及び分布の変化は考慮していない。

上記のように、光電変換素子７を散乱体１に対し記録媒体５側に設ける場合は、例えば、図１０に示すような再生ヘッドの構成を用いることができる。図１０に示す構成では、散乱体１は、近接場光を発生する頂点３を持つ略平板状であり、当該頂点３付近以外の部分が散乱体１の厚み方向に削り取られており、散乱体１の厚み方向に削り取った部分を含む空間内に光電変換素子７が配置される。

すなわち、散乱体１のうち、頂点３以外の領域を透明基板８側へ削り取り、その削り取った部分を含む領域に光電変換素子７が設けられる。これにより、光電変換素子７が記録媒体５の移動時に磨耗することを防ぐことができるだけでなく、散乱体１の頂点３が３次元的により先鋭化され、より小さな近接場光スポットを形成することができる。このように、近接場光を発生する頂点３付近以外の散乱体１の所定部分に凹部を形成し、光電変換素子７が凹部内に配置されることが好ましい。

さらに、再生ヘッドの構成は、上記の例に特に限定されず、例えば、図１１に示すように、散乱体１及び光電変換素子７の周りに、入射光２を吸収する遮光膜１１を設ければ、より背景光の影響を小さくすることができる。すなわち、入射光２のうち記録媒体５に直接照射し、反射した光が背景光となってＳ／Ｎ比が低下することを防ぐことができる。ここで、入射光２が記録媒体５に照射されることを防ぐため、散乱体１と遮光膜１１との最短距離ｗ及び光電変換素子７と遮光膜１１との最短距離ｗは、入射光２の波長以下にすることが望ましい。

ここで遮光膜１１は、入射光２を吸収する材料を含むことが望ましい。吸収するとは、入射光２に対する遮光膜１１の吸収率が８０％以上、望ましくは９０％以上であることを意味する。例えば、入射光２の波長が６３０ｎｍの場合、吸収端の波長が６３０ｎｍ以上のＩｎＳｂ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＩｎＡｓ、Ｇｅ、ＧａＳｂ、Ｓｉ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＣｄＴｅ、ＡｌＳｂ、ＣｄＳｅ等を用いることができる。遮光膜の形態として、これらの材料を含む材料をスパッタリング等の方法で薄膜化したもの、あるいはこれらの材料を含む微粒子を樹脂等の担体に分散させて薄膜化したものが可能である。

また、散乱体１は、その膜面方向が記録媒体５に対して必ずしも平行である必要はなく、例えば、図１２に示すように、その膜面方向が記録媒体５に対して傾斜した構成も可能である。この場合、近接場光を発生させる頂点３が記録媒体５に最も近接するように散乱体１を配置すれば、散乱体１のうち、頂点３以外の部分で発生した近接場光が記録媒体を変化させることを防ぐことができる。このとき、入射光２の偏光方向は、散乱体１の頂点３の中心角の二等分線の方向に一致させることが、広がりが小さくかつ強い近接場光を発生させる上で望ましい。また、入射光２の入射方向を散乱体１の膜厚方向に一致させるようにしてもよい。

また、散乱体１は、単独ではなく、複数組み合わせて使用することもできる。例えば、図１３に示すように、同じ形状の２つの散乱体１を、扇形の頂点が互いに向き合うように設けると、双方の散乱体１の電磁的な相互作用により、より広がりが小さくかつより強い近接場光を発生させることができる。

また、図１では、光電変換素子７の電気伝導率変化を検出するために、光電変換素子７の両端に配線し、バイアス電圧を加えていたが、図１４のように、電流検出素子１０からの一方の配線を散乱体１に接続し、電源９からの他方の配線を光電変換素子７の一端に接続することにより、光電変換素子７及び散乱体１が直列となるよう配線する形態で、光電変換素子７の電気伝導率変化を検出するようにしてもよい。また、散乱体１を複数組み合わせる場合、例えば、２つの散乱体１を用いる場合は、図１５に示すように、散乱体１同士に配線し、すなわち、電流検出素子１０からの一方の配線を一方の散乱体１に接続し、電源９からの他方の配線を他方の散乱体１に接続し、一方の散乱体１、光電変換素子７及び他方の散乱体１が直列となるよう配線する形態で、光電変換素子７の電気伝導率変化を検出するようにしてもよい。これらの形態では、散乱体１を近接場光発生源としてだけでなく、電気伝導率変化を検出する回路の電極としても用いることができるので、光ヘッドの構造をより簡素化することができる。

また、図１４及び図１５に示す例では、散乱体１を、電気伝導率変化を検出する回路の電極としても機能させているので、散乱体１が光電変換素子７に直接接触するように配置してもよい。また、散乱体１と光電変換素子７との間にトンネル電流が流れる程度の空隙を作るようにしてもよい。この場合、散乱体１と光電変換素子７との間に微小な空隙を設けた状態で、トンネル電流によって散乱体１から光電変換素子７へ電流を流すことができるので、散乱体１から強い近接場光を発生させながら、散乱体１を、電気伝導率変化を検出する回路の電極としても機能させることができる。

また、記録媒体は、必ずしも均一な膜状でなく、例えば、図１６に示すように、微粒子化させて配置し、その一つ一つの記録状態を１ビットに対応させる微粒子化記録媒体１４でもよい。このように記録媒体を微粒子化することで、記録や再生の際に発生する熱が所望の記録領域又は再生領域以外の部分まで拡散することを防ぐことができる。また、隣接する記録部分（微粒子化記録媒体の記録マーク１５）と未記録部分（未記録の微粒子化記録媒体１４）とが相互作用して記録情報が失われることを防ぐこともできる。

なお、散乱体１の材料、形状や寸法、記録媒体５の材料や膜厚、散乱体１と記録媒体５との間の距離は、プラズモン共鳴条件を満たす組み合わせであればよく、上記の例に、特に限定されない。

上記の各実施の形態から本発明について要約すると、以下のようになる。すなわち、本発明に係る近接場光検出素子は、記録される情報に応じて誘電率が変化する情報記録媒体から近接場光を用いて情報を再生する近接場光検出素子であって、光源と、前記光源から出射される光を照射されて近接場光を発生させる導電性の散乱体と、前記散乱体近傍の近接場光発生領域に配置された光電変換素子とを備え、前記散乱体は、前記情報記録媒体に前記近接場光を照射し、前記情報記録媒体の誘電率の変化により発生する前記近接場光の強度変化を前記光電変換素子の電気伝導率変化により検出する。

この近接場光検出素子においては、記録される情報に応じて誘電率が変化する情報記録媒体に近接場光を照射し、光電変換素子が散乱体近傍の近接場光発生領域に配置され、情報記録媒体の誘電率の変化により発生する近接場光の強度変化を光電変換素子の電気伝導率変化により検出しているので、光電変換素子が近接場光に直接晒されて近接場光の出力変化を直接的に検出することができ、再生時に高いＳ／Ｎ比を確保することができる。

前記光電変換素子は、前記散乱体から３０ｎｍ以内に配置されることが好ましい。

この場合、光電変換素子に照射される光のうち、散乱体からの近接場光の強度が最も大きくなり、近接場光以外の光、すなわち入射光のうち光電変換素子に直接照射された成分や、入射光のうち散乱体からはみ出して散乱体以外のもの（例えば情報記録媒体）に照射されて散乱された光が、背景光となって再生時のＳ／Ｎ比が低下することを防ぐことができる。

前記光電変換素子は、前記近接場光の強度変化に応じて電気伝導率が変化する半導体材料を含むことが好ましい。

この場合、光電変換素子に照射される近接場光の出力変化を、光電変換素子の電気伝導率の変化を用いて、電気的に検出することができる。

前記光電変換素子は、前記光源から出射される光の波長に対して実質的に透明で、かつ、多光子吸収過程により前記光源から出射される光の吸収が可能な材料を含むことが好ましい。

この場合、光電変換素子のうち光強度の強い部分でのみ電気伝導率が変化するので、弱い散乱光や反射光等の背景光による再生時のＳ／Ｎ比低下を防ぐことができる。

前記光電変換素子は、ＩｎＳｂ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＩｎＡｓ、Ｇｅ、ＧａＳｂ、Ｓｉ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＣｄＴｅ、ＡｌＳｂ、ＣｄＳｅ、ＧａＰ、ＣｄＳ、ＺｎＳ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｃｕ_２Ｏ_３、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＷＯ_３、Ｆｅ_２ＴｉＯ_３、ＰｂＯ、Ｖ_２Ｏ_５、ＦｅＴｉＯ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｒＴｉＯ_３、ＺｎＯ、ＢａＴｉＯ_３、ＣａＴｉＯ_３、ＫＴａＯ_３、ＳｎＯ_２のうちいずれかを含むことが好ましい。

この場合、散乱体による強い近接場光の強度変化でのみ電気伝導率が変化するので、入射光のうち光電変換素子に直接入射した成分や、弱い散乱光、反射光等の背景光の影響を受けにくくなり、再生時のＳ／Ｎ比低下を防ぐことができる。

前記散乱体は、前記光源から出射される光の周波数に対する誘電率の実数部が負である材料であることが好ましい。

この場合、散乱体を透明基板で担持する構成では、透明基板として用いられる誘電体は、一般に、光源から出射される光の周波数に対する誘電率の実数部が正であり、このような材料と、誘電率の実数部が負である材料との界面でプラズモン共鳴が起こり、近接場光を高出力化でき、効率良く情報記録媒体に近接場光を照射することができる。

前記散乱体は、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｉｒのうちいずれかを含むことが望ましい。この場合、可視光から赤外光までの周波数帯で誘電率の実数部が負になり、半導体レーザを光源として用いることができる。

前記散乱体は、前記近接場光を発生する頂点に向かい幅が狭くなり、その先端径は前記光源から出射される光の波長よりも小さいことが好ましい。この場合、近接場光を発生する頂点を先鋭化することができるので、回折限界以下の近接場光スポットを形成し、かつ近接場光の高出力化を図ることができる。

前記散乱体は、前記光電変換素子の電気伝導率変化を検出するための電極であることが好ましい。この場合、より光学ヘッドの構造を簡素化することができる。

前記散乱体の材料及び寸法、前記光源から出射される光の波長、並びに前記散乱体の周囲の物質は、プラズモン共鳴条件を満たすように設定されることが好ましい。この場合、より強い近接場光を発生させることができる。

前記近接場光を発生する頂点付近以外の前記散乱体の所定部分に凹部が形成され、前記光電変換素子は、前記凹部内に配置されることが好ましい。

この場合、光電変換素子が情報記録媒体の移動時に磨耗することを防止することができるとともに、散乱体の頂点が３次元的に先鋭化され、より広がりの小さな近接場光を形成することができる。

前記散乱体付近に配置された、前記光源から出射される光を吸収する遮光膜をさらに備え、前記散乱体と前記遮光膜との距離又は前記光電変換素子と前記遮光膜との距離は、前記光源から出射される光の波長以下であることが好ましい。

この場合、光源から出射される光が散乱体と遮光膜との間又は光電変換素子と遮光膜との間を通って情報記録媒体に直接照射されることを抑制することができるので、再生時にＳ／Ｎ比の低下を招く背景光となる、情報記録媒体からの反射光を減少することができる。

前記遮光膜は、ＩｎＳｂ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＩｎＡｓ、Ｇｅ、ＧａＳｂ、Ｓｉ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＣｄＴｅ、ＡｌＳｂ、ＣｄＳｅのうちいずれかを含むことが好ましい。

この場合、不要な伝播光を吸収することができるので、再生時にＳ／Ｎ比の低下を招く背景光となる、情報記録媒体からの反射光を十分に減少することができる。

本発明に係る情報記録媒体の再生方法は、記録される情報に応じて誘電率が変化する情報記録媒体から情報を再生する情報記録媒体の再生方法であって、前記情報記録媒体に対して導電性の散乱体を相対的に移動させながら、前記散乱体に光を照射して近接場光を発生させ、前記情報記録媒体の誘電率の変化により発生する前記近接場光の強度変化を、前記散乱体近傍の近接場光発生領域に配置された光電変換素子の電気伝導率変化により検出する。

本発明の近接場光検出素子及び情報再生方法によれば、散乱体と記録マークとの相対的な位置関係の違いにより生じる散乱体近傍での近接場光の強度変化を、光電変換素子の電気伝導率の変化として直接検出するので、再生時に高いＳ／Ｎ比が確保できる。また、再生光学系が不要となり、近接場光検出素子の低コスト化に大きく貢献するものである。

Claims (14)

1. 記録される情報に応じて誘電率が変化する情報記録媒体から近接場光を用いて情報を再生する近接場光検出素子であって、
   光源と、
   前記光源から出射される光を照射されて近接場光を発生させる導電性の散乱体と、
   前記散乱体近傍の近接場光発生領域に配置された光電変換素子とを備え、
   前記散乱体は、前記情報記録媒体に近接場光を照射し、
   前記情報記録媒体の誘電率の変化により発生する近接場光の強度変化を前記光電変換素子の電気伝導率変化により検出することを特徴とする近接場光検出素子。
2. 前記光電変換素子は、前記散乱体から３０ｎｍ以内に配置されることを特徴とする請求項１に記載の近接場光検出素子。
3. 前記光電変換素子は、前記近接場光の強度変化に応じて電気伝導率が変化する半導体材料を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の近接場光検出素子。
4. 前記光電変換素子は、前記光源から出射される光の波長に対して実質的に透明で、かつ、多光子吸収過程により前記光源から出射される光の吸収が可能な材料を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の近接場光検出素子。
5. 前記光電変換素子は、ＩｎＳｂ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＩｎＡｓ、Ｇｅ、ＧａＳｂ、Ｓｉ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＣｄＴｅ、ＡｌＳｂ、ＣｄＳｅ、ＧａＰ、ＣｄＳ、ＺｎＳ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｃｕ_２Ｏ_３、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＷＯ_３、Ｆｅ_２ＴｉＯ_３、ＰｂＯ、Ｖ_２Ｏ_５、ＦｅＴｉＯ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｒＴｉＯ_３、ＺｎＯ、ＢａＴｉＯ_３、ＣａＴｉＯ_３、ＫＴａＯ_３、ＳｎＯ_２のうちいずれかを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の近接場光検出素子。
6. 前記散乱体は、前記光源から出射される光の周波数に対する誘電率の実数部が負である材料であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の近接場光検出素子。
7. 前記散乱体は、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｉｒのうちいずれかを含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の近接場光検出素子。
8. 前記散乱体は、前記近接場光を発生する頂点に向かい幅が狭くなり、その先端径は前記光源から出射される光の波長よりも小さいことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の近接場光検出素子。
9. 前記散乱体が、前記光電変換素子の電気伝導率変化を検出するための電極であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の近接場光検出素子。
10. 前記散乱体の材料及び寸法、前記光源から出射される光の波長、並びに前記散乱体の周囲の物質は、プラズモン共鳴条件を満たすように設定されることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の近接場光検出素子。
11. 前記近接場光を発生する頂点付近以外の前記散乱体の所定部分に凹部が形成され、前記光電変換素子は、前記凹部内に配置されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の近接場光検出素子。
12. 前記散乱体付近に配置された、前記光源から出射される光を吸収する遮光膜をさらに備え、
    前記散乱体と前記遮光膜との距離又は前記光電変換素子と前記遮光膜との距離は、前記光源から出射される光の波長以下であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の近接場光検出素子。
13. 前記遮光膜は、ＩｎＳｂ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＩｎＡｓ、Ｇｅ、ＧａＳｂ、Ｓｉ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＣｄＴｅ、ＡｌＳｂ、ＣｄＳｅのうちいずれかを含むことを特徴とする請求項１２に記載の近接場光検出素子。
14. 記録される情報に応じて誘電率が変化する情報記録媒体から情報を再生する情報記録媒体の再生方法であって、
    前記情報記録媒体に対して導電性の散乱体を相対的に移動させながら、前記散乱体に光を照射して近接場光を発生させ、前記情報記録媒体の誘電率の変化により発生する前記近接場光の強度変化を、前記散乱体近傍の近接場光発生領域に配置された光電変換素子の電気伝導率変化により検出することを特徴とする情報記録媒体の再生方法。

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