JP5793717B2 - 光学情報再生装置、光学情報再生方法及び情報記録媒体 - Google Patents

光学情報再生装置、光学情報再生方法及び情報記録媒体 Download PDF

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Description

本発明は、情報記録媒体に記録された情報を光学的に再生する光学情報再生装置及び光学情報再生方法、並びに少なくとも基板及び記録層を含む情報記録媒体に関するものである。
光学的な情報再生装置として、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＤＶＤ、ＢＤ（Ｂｌｕ−Ｒａｙディスク）等の光ディスク又は光カード等を情報記録媒体に用いた光メモリシステムが実用化されている。
従来の光メモリシステムの再生原理を単純化して図１０に示す。図１０は、従来の光学情報記録再生装置の構成の一部と、情報記録媒体から情報を再生する様子とを示す説明図である。
従来の光学情報記録再生装置では、光源（図示無し）からの再生光１０７が対物レンズ１１０により集光され、再生光１０７が、情報記録媒体１０３の基板１０１上に形成された記録膜１０２の、情報が記録された記録領域である記録マーク１０４に照射光１０５として照射される。そして、記録マーク１０４からの反射光１０６、１０８が検出されることにより、情報記録媒体１０３から情報が再生される。例えば、記録マーク１０４が記録状態であれば反射率が低くなり、未記録状態であれば反射率が高くなるようにしておけば、光学情報記録再生装置は、反射光１０６、１０８の光量を検出することにより、記録マーク１０４が記録状態か、未記録状態かを判断でき、情報記録媒体１０３の光学情報が再生可能となる。
しかしながら、これまでの光メモリシステムでは、再生可能な記録マークのサイズ（記録マーク長）が、対物レンズのＮＡ（開口数）と、再生光の波長で決まる回折限界と言われる光学限界サイズとで制限され、さらなる高密度化が困難であるという課題があった。
近年、回折限界を打ち破るために、スポット径が回折限界よりも小さくできる近接場光を用いた光メモリが提案されている。特許文献１には、金属の微小構造からなる近接場光プローブを用いた光記録再生装置が記載されている。
特許文献１の光記録再生装置では、近接場光プローブにより発生した近接場光により、相変化記録媒体の記録層を、結晶からアモルファスに相変化させることにより、記録マークを形成して記録が行われる。また、記録マークを形成した相変化記録媒体に近接場光が照射されて、相変化記録媒体から戻ってくる散乱光強度の変化を検出することにより再生が行われる。近接場光は、発生源から離れるほど急速に減衰する局在化する光（伝搬しない光）であるため、一般には取り出すことはできないが、記録マーク等の物体を近接させることにより、近接場光のごく一部を散乱光として取り出すことができる。すなわち、相変化記録媒体の記録マークに近接場光が照射された場合、その近接場光が記録マークの有無により散乱される割合が変化する。そのため、特許文献１の光記録再生装置では、記録マークからの散乱光の強度変化を検出することにより再生が行われる。
しかしながら、特許文献１の光記録再生装置では、近接場光の大きさ程度（例えば、数１０ｎｍ程度）の記録マークを形成して高密度記録はできるが、近接場光の大きさの記録マークを良好に再生することは困難であるという課題を本発明者らは検討の結果見いだした。
本発明者らの考察によると、再生光（伝搬光）から近接場光への変換効率が低い（一般には、たかだか１％程度）ことに加えて、記録マークのサイズｄが、回折限界より小さくなり、いわゆるレーリー散乱領域（波長λに対して、ｄ≦〜λ／１０、例えば、λ＝４０５ｎｍのとき、ｄ≦〜４０ｎｍ）の大きさになってくると、近接場光を記録マークのサイズｄの大きさ程度に集光して、記録マークに照射できたとしても、サイズｄが小さくなるほど、戻ってくる散乱光の光量は急激に低下してしまう。例えば、２０ｎｍ程度の記録マークでは、戻ってくる散乱光の光量は、照射した近接場光の光量に対して、例えば、０．００１％程度であり、再生光の光量に対しては、戻ってくる散乱光の光量は、たかだか、上記の値の１％程度の、つまり、せいぜい０．００００１％程度であると本発明者らは光学計算により見積もった。
その結果、記録マークの有無に対応して検出される散乱光の強度変化は、再生光量に対して例えば、０．００００１％未満であり、小さすぎて良好な情報の再生は困難であるという課題があった。
特開２００３−１１４１８４号公報
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、情報を記録している記録領域の大きさが光の回折限界より小さくても、良好に情報を再生することができる光学情報再生装置、光学情報再生方法及び情報記録媒体を提供することを目的とするものである。
本発明の一局面に係る光学情報再生装置は、少なくとも基板及び記録層を含む情報記録媒体に記録された情報を再生する光学情報再生装置であって、再生光を出射する光源と、前記記録層の記録領域に近接させて配置される共鳴部を有し、前記共鳴部は前記記録領域と前記共鳴部との間でプラズモン共鳴を生じさせるプラズモン共鳴素子と、前記再生光が照射された前記プラズモン共鳴素子からの反射光又は透過光を検出する光検出器と、前記光検出器からの検出信号に基づいて前記記録領域が記録状態及び未記録状態のいずれであるかを判断して、前記記録領域に記録された情報を再生する再生部とを備える。
この構成によれば、光源から出射された再生光が、プラズモン共鳴素子に照射され、プラズモン共鳴素子からの反射光又は透過光が検出され、検出信号に基づいて記録領域が記録状態及び未記録状態のいずれであるかが判断されて、記録領域に記録された情報が再生される。
本発明によれば、記録領域とプラズモン共鳴素子の共鳴部との間のプラズモン共鳴度合いが記録領域の状態に応じて変化することによって、プラズモン共鳴素子からの反射光量又は透過光量が変化することを利用して、記録領域の大きさが光の回折限界より小さくても、良好に情報を再生することができる。
また、プラズモン共鳴素子の大きさは空間的な制限を受けないため、プラズモン共鳴素子を記録領域よりも大きくすることができる。さらに、プラズモン共鳴素子に近接場光ではなく、再生光を直接照射してプラズモン共鳴素子からの反射光又は透過光が検出されるので、反射光量、透過光量、反射光量の光量変化又は透過光量の光量変化も十分大きくすることができ、再生信号の変調度を向上させることができる。
本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
本発明の実施の形態１における光学情報再生装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１における光学情報再生装置のプラズモン共鳴素子と、情報記録媒体から情報を再生する様子とを示す説明図である。 （Ａ）は、本発明の実施の形態１において、情報記録媒体の記録領域が記録状態であり、プラズモン共鳴度合いが大きい場合のプラズモン共鳴素子近傍の様子を示す図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面図であり、（Ｂ）は、本発明の実施の形態１において、情報記録媒体の記録領域が未記録状態であり、プラズモン共鳴度合いが小さい場合のプラズモン共鳴素子近傍の様子を示す図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面図である。 （Ａ）は、円錐形状の記録領域を含む情報記録媒体の一例を示す図であり、（Ｂ）は、円柱の先端部分に半球状に丸くなった形状を有する記録領域を含む情報記録媒体の一例を示す図である。 本発明の実施の形態２における情報記録媒体の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態３における光学情報再生装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態３における光学情報再生装置のプラズモン共鳴素子と、情報記録媒体から情報を再生する様子とを示す説明図である。 （Ａ）は、本発明の実施の形態３において、情報記録媒体の記録領域が記録状態であり、プラズモン共鳴度合いが大きい場合のプラズモン共鳴素子近傍の様子を示す図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線による断面図、（Ｂ）は、本発明の実施の形態３において、情報記録媒体の記録領域が未記録状態であり、プラズモン共鳴度合いが小さい場合のプラズモン共鳴素子近傍の様子を示す図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線による断面図である。 本発明の実施の形態４における光学情報再生装置の構成を示す図である。 従来の光学情報記録再生装置の構成の一部と、情報記録媒体から情報を再生する様子とを示す説明図である。
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、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１の光学情報再生装置、光学情報再生方法及び情報記録媒体について、図１、図２、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態１における光学情報再生装置の構成を示す図である。図２は、本発明の実施の形態１における光学情報再生装置のプラズモン共鳴素子と、情報記録媒体から情報を再生する様子とを示す説明図である。図３（Ａ）は、本発明の実施の形態１において、情報記録媒体の記録領域が記録状態であり、プラズモン共鳴度合いが大きい場合のプラズモン共鳴素子近傍の様子を示す図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面図である。図３（Ｂ）は、本発明の実施の形態１において、情報記録媒体の記録領域が未記録状態であり、プラズモン共鳴度合いが小さい場合のプラズモン共鳴素子近傍の様子を示す図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面図である。
本実施の形態１の光学情報再生装置は、少なくとも基板１及び記録層２を含む情報記録媒体３に記録された情報を再生する光学情報再生装置であって、再生光を出射する光源１４と、記録層２の記録領域４に近接させて配置される共鳴部２２を有し、共鳴部２２は記録領域４と共鳴部２２との間でプラズモン共鳴を生じさせるプラズモン共鳴素子９と、再生光が照射されたプラズモン共鳴素子９からの反射光６（又は透過光）を検出する光検出器１７ａと、光検出器１７ａからの検出信号に基づいて記録領域４が記録状態及び未記録状態のいずれであるかを判断して、記録領域４に記録された情報を再生する再生部２４とを備える光学情報再生装置である。
本実施の形態１の光学情報再生方法は、少なくとも基板１及び記録層２を含む情報記録媒体３から情報を再生する光学情報再生方法であって、光源１４から出射された再生光を、記録層２の記録領域４に近接させて配置される共鳴部２２を有し、共鳴部２２は記録領域４と共鳴部２２との間でプラズモン共鳴を生じさせるプラズモン共鳴素子９に照射（照射光５）するステップと、再生光が照射されたプラズモン共鳴素子９からの反射光６（又は透過光）を光検出器１７ａにより検出するステップと、光検出器１７ａからの検出信号に基づいて記録領域４が記録状態及び未記録状態のいずれであるかを判断して、記録領域４に記録された情報を再生するステップとを含む。
本実施の形態１における光学情報再生装置に関して詳細に説明する。図１に示す光学情報再生装置は、プラズモン共鳴素子９、対物レンズ１０、コリメータレンズ１１、光源１４、ビームスプリッタ１５、検出レンズ１６、光検出器１７ａ，１７ｂ、サーボ信号検出用光学素子１９、再生部２４及び駆動部２５を備える。
光源１４は、再生光を出射する。プラズモン共鳴素子９は、共鳴部２２を有している。共鳴部２２は、記録層２の記録領域４と共鳴部２２との間でプラズモン共鳴を生じさせる。共鳴部２２は、記録領域４に近接するように配置される。光検出器１７ａは、再生光が照射されたプラズモン共鳴素子９からの反射光を検出する。再生部２４は、光検出器１７ａからの検出信号に基づいて記録領域４が記録状態及び未記録状態のいずれであるかを判断して、記録領域４に記録された情報を再生する。
図１に示すように、実施の形態１の光学情報再生装置は、再生用の光源１４として半導体レーザ光源を備える。光源１４から情報記録媒体３までの光路中には、コリメータレンズ１１、ビームスプリッタ１５、対物レンズ１０及びプラズモン共鳴素子９が配置されている。ビームスプリッタ１５から光検出器１７ａ，１７ｂまでの復路の光路中には、サーボ信号検出用光学素子１９及び検出レンズ１６が配置されている。
情報記録媒体３は、少なくとも基板１及び記録層２を含む構成であり、基板１上に、記録層２として、情報が記録された複数の記録領域４を具備しており、１つの記録領域４は記録状態及び未記録状態のどちらかである。
プラズモン共鳴素子９の先端領域の共鳴部２２は、記録領域４との間の距離が、例えば、約１００ｎｍ以内、好ましくは５〜３０ｎｍ程度になるように、記録領域４に近接させて配置されている。プラズモン共鳴素子９は、記録領域４が記録状態及び未記録状態の少なくともどちらか一方である場合に、共鳴部２２とプラズモン共鳴が生じるような又はプラズモン共鳴の増強が生じるような位置に配置すれば良い。
光源１４から出射された再生光は、プラズモン共鳴素子９に照射される。本実施の形態１においては、光源１４からＹ軸方向に出射された、Ｚ軸方向の直線偏光（偏光方向８ｃ）のレーザ光（再生光の出射光）１２は、コリメータレンズ１１により略平行光１３（偏光方向８ｂ）となり、ビームスプリッタ１５を透過する。ビームスプリッタ１５を透過したレーザ光は、対物レンズ１０によって、先端の共鳴部２２付近を中心に、共鳴部２２に近い領域の記録領域４等も含むように、プラズモン共鳴素子９に、照射光５として集光される。なお、偏光方向８ａは、照射光５の光軸上での偏光方向を示す。
以上のように、再生光が、プラズモン共鳴素子９の共鳴部に近接する記録領域４にも照射される構成とすることにより、プラズモン共鳴がより強くなる。これにより、記録状態と未記録状態とでの反射光量の差が大きくなり、検出感度が良くなる。
プラズモン共鳴素子９によって反射された反射光６は、逆方向に折り返し、対物レンズ１０を通過する。対物レンズ１０を通過した反射光６は、ビームスプリッタ１５により光軸を−Ｚ軸方向に曲げられ、サーボ信号検出用光学素子１９に入射する。反射光６は、サーボ信号検出用光学素子１９によって、少なくとも２つの光に分岐され、検出レンズ１６により２種類の収束光１８ａ，１８ｂに分岐される。
再生信号光となる収束光１８ａは、光検出器１７ａに入射する。光検出器１７ａは、記録領域４に記録された信号を検出する。再生部２４は、光検出器１７ａからの検出信号に基づいて記録領域４が記録状態及び未記録状態のいずれであるかを判断して、記録領域４に記録された情報を再生する。収束光１８ｂは、別の光検出器１７ｂに入射する。光検出器１７ｂは、サーボ信号を検出する。本実施の形態における光学情報再生装置は、プラズモン共鳴素子９及び対物レンズ１０を一体に移動させる駆動部２５を備えている。駆動部２５は、光検出器１７ｂからのサーボ信号に基づきプラズモン共鳴素子９を移動させることにより、プラズモン共鳴素子９と記録層２との間隔等を含めた微小な位置制御を行う。
対物レンズ１０は、いわゆるオフアキシス型の集光レンズである。光軸がＹ軸方向に平行である略平行光１３が対物レンズ１０に入射すると、光軸がＹＺ面でＹ軸からＺ軸方向に角度θだけ傾いた出射光が集光される。オフアキシス型の対物レンズ１０を用いることにより、対物レンズ１０と情報記録媒体３との接触を防止し、プラズモン共鳴素子９の共鳴部２２付近に斜め横方向から再生光を集光しやすくする効果がある。
プラズモン共鳴素子９は、図２に示すように、Ａｕ等の金属から構成された先端が尖った三角柱形状を有している。プラズモン共鳴素子９は、先端にある共鳴部２２を記録層２の記録領域４に近接させた状態で、ＺＸ面に対して角度θ１だけ傾けて配置してある。
なお、プラズモン共鳴素子９は上記に示した三角形状以外にも、プラズモン共鳴が起こりやすいように先端が尖った形状を有していれば良く、全体の形にこだわらない。
プラズモン共鳴素子９は、平坦部を有することが望ましく、本実施の形態では、プラズモン共鳴素子９が有する三角形の平坦部が、照射光５の光軸に対して略垂直になるように、θ≒θ１とする。これにより、プラズモン共鳴素子９の平坦部への照射光５をほぼ同じ角度で逆向きに反射光６として反射することができ、光利用効率が大きくなり好ましい。また、プラズモン共鳴素子９の平坦部に、再生光である照射光５を照射し、反射光６を良好に取り出すために、例えば、平坦部の面積が１００〜数１０００ｎｍ２程度、もしくは数１０００ｎｍ２より大きな平坦部を有することが望ましい。
照射光５の照射により、プラズモン共鳴素子９内に存在する電子が照射光５と相互に作用して、（表面）プラズモン共鳴を誘起させ、それに伴って先端領域の共鳴部２２に近接場光７を発生させる。このとき、近接した記録領域４と共鳴部２２が相互に作用して、一層強く増強されたプラズモン共鳴を発生させる条件が存在し、プラズモン共鳴が増強されたとき、プラズモン共鳴素子９からの反射光６の光量が変化することを、本発明者らは発見した。
プラズモン共鳴素子９の共鳴部２２と、記録状態の記録領域４又は未記録状態の記録領域４との間でのプラズモン共鳴の度合いに応じて、プラズモン共鳴素子９からの反射光量が変化する。例えば、プラズモン共鳴素子９の共鳴部２２と、記録状態の記録領域４ａ又は未記録状態の記録領域４ｂとの間でのプラズモン共鳴の度合いの大きい方が、プラズモン共鳴素子９からの反射光量の変化が大きくなる。
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、未記録状態の記録領域４ｂよりも記録状態の記録領域４ａの方が、プラズモン共鳴の度合いが大きい例である。図３（Ａ）は、記録状態である記録領域４ａ上にプラズモン共鳴素子９の共鳴部２２が存在する場合を示している。図３（Ａ）において、共鳴部２２から記録領域４ａに至るまで近接場光７ａが発生し、プラズモン共鳴度合いが大きくなっている。その結果、反射光６ａの光量が変化（図３（Ａ）では低下）している。また、図３（Ｂ）は、未記録状態である記録領域４ｂ上にプラズモン共鳴素子９の共鳴部２２が存在する場合を示している。図３（Ｂ）において、共鳴部２２近傍のみに近接場光７ｂが発生し、プラズモン共鳴度合いが小さくなっている。その結果、反射光６ｂの光量はほとんど変化していない。
なお、プラズモン共鳴素子９と記録領域４とのプラズモン共鳴が増強すると、プラズモン共鳴素子９内で誘電損失（吸収）が増加すると考えられており、その結果、プラズモン共鳴素子９からの反射光量が変化するが、プラズモン共鳴素子９の設計によっては、プラズモン共鳴が増強すると、反射光量が小さくなる場合も、大きくなる場合もある。
また、プラズモン共鳴素子９からの反射光又は透過光の偏光角等の偏光状態がプラズモン共鳴度合いによって変化する場合もある。この場合、検光子等の光学素子を組み合わせることによって、反射光又は透過光の光量変化に変えることができるため、検光子等の光学素子からの出射光を光検出器で検出することによって、同様に情報を再生することができる。
記録領域４のサイズが、回折限界以下の大きさであっても、記録領域４が記録状態であるか未記録状態であるかで、プラズモン共鳴の度合いを変化させることができる。このため、反射光６が光検出器１７ａにより検出され、光検出器１７ａからの検出信号に基づいて記録領域４が記録状態及び未記録状態のいずれであるかが判断されることにより、記録領域４に記録された情報を再生することができる。なお、例えば、記録状態に対して“１”（又は“０”）が対応付けられ、未記録状態に対して“０”（又は“１”）が対応付けられており、“１”と“０”との組み合わせによって記録された情報が再生される。
プラズモン共鳴及びプラズモン共鳴の増強には、照射光５の偏光方向が重要であり、電子が存在するプラズモン共鳴素子９の長手方向と、照射光５の偏光方向８ａとが平行に近いほどプラズモン共鳴が良く生じることが知られている。そのため、図１の配置では、θ＝θ１とすることが好ましい。なお、θ１＝０又はθ≠θ１のとき等のように、プラズモン共鳴素子９の長手方向に対する照射光５の偏光成分が存在するのなら、プラズモン共鳴が生じる。
このとき、共鳴部２２が、記録領域４と相互に作用してプラズモン共鳴を増強させるためには、光源１４は、プラズモン共鳴素子９に照射された照射光５の光軸上において、記録層２の配置面（ＸＹ面）に対して垂直方向（Ｚ軸方向）に偏光する再生光の偏光成分の振幅は、他の偏光方向（Ｙ軸方向）に偏光する再生光の偏光成分の振幅よりも大きい特性を有するように配置されることが好ましい。例えば、対物レンズ１０に入射するレーザ光の光軸とプラズモン共鳴素子９に入射するレーザ光の光軸との角度θが０°≦θ＜４５°を満たすように、かつＺ軸方向に直線偏光を有する再生光をＹ軸方向に出射するように、光源１４が配置される（図１）。
本実施の形態１では、再生光が多少斜め成分を持つように（θ＞０°）、例えば、角度θは１０°〜３０°の範囲内としている。その結果、照射光５が共鳴部２２に近い領域の記録領域４等も含むように斜めから照射できるため、プラズモン共鳴の増強には好ましい。
また、光源１４と対物レンズ１０との間の光路中に、光源１４から出射された出射光１２又は１３の偏光状態を変換する、例えば、波長板のような偏光制御光学素子を配置してもよい。偏光制御光学素子は、記録層２の配置面（ＸＹ面）に対して垂直方向（Ｚ軸方向）に偏光する再生光の偏光成分の振幅を、他の偏光方向（Ｙ軸方向）に偏光する再生光の偏光成分の振幅よりも大きくする。例えば、光源１４からの出射光１２の偏光方向がＸ軸方向であるとき、例えば、１／２波長板等の波長板を光源１４と対物レンズ１０との光路中に配置すると良い。
記録領域４の一部又は全てが記録材料からなる。プラズモン共鳴を増強するには、記録領域４の記録材料が金属的な性質をもつことが望ましく、具体的には、記録材料の誘電率の実数部の符号がマイナスであることが望ましい。さらに、記録材料の比誘電率の実数部が−５以下になると、プラズモン共鳴の度合いが大きくなる。そのため、記録材料の比誘電率の実数部が−５以下であることが好ましい。例えば、実際の金属を例に説明すると、再生光が可視光の範囲内である場合、Ａｕでは波長が０．５４μｍ以上である場合に、Ａｇでは波長が０．４４μｍ以上である場合に、Ｃｕでは波長が０．５０６μｍ以上である場合に、比誘電率の実数部が−５以下となり、プラズモン共鳴度合いが上記の範囲で強くなっており、他の記録材料も比誘電率の実数部の値によって共鳴度合いの目安を判断できる。
例えば、記録領域４の記録材料が、記録状態及び未記録状態のどちらか一方では金属的な性質を示し、他方では非金属的な性質を示すなら、金属的な性質を示す記録材料の反射率の変化は、非金属的な性質を示す記録材料の反射率の変化よりも大きい。すなわち、記録状態である記録材料の誘電率の実数部と、未記録状態である記録材料の誘電率の実数部とのうち、誘電率の実数部が小さい方の記録材料の反射光量の変化は、誘電率の実数部が大きい方の記録材料の反射光量の変化よりも大きくなる。そのため、再生の変調度が大きくなり、良好な再生が期待できる。
すなわち、記録層２の記録領域４の一部又は全てが記録材料からなり、再生光の波長に対して、記録状態である記録材料の誘電率の実数部の符号と、未記録状態である記録材料の誘電率の実数部の符号とが互いに異なるようにすれば良い。さらに、再生光の波長に対して、記録状態である記録材料の比誘電率の実数部と、未記録状態である記録材料の比誘電率の実数部とのうち、一方が−５以下であり、他方が−５より大きくするようにすれば良い。この場合、記録状態である記録材料と、未記録状態である記録材料とのうちの一方のプラズモン共鳴度合いが強くなるので、さらに再生の変調度が良くなるという効果がある。
記録材料としては、相変化記録材料、酸化ビスマス又は酸化チタン等の無機材料、ジアリールエテン等のフォトクロミック材料、又は有機色素等が知られている。いずれの記録材料であっても、再生光の波長において上記の条件を満たせば、再生の変調度を大きくすることができる。
本実施の形態１では、記録材料の主成分として、例えば、ＧｅＴｅとＳｂ２Ｔｅ３とを２：１の割合で含むＧｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５のようなＧｅＴｅ−Ｓｂ２Ｔｅ３系のカルコゲナイド系相変化記録材料を用いており、記録状態が結晶に対応し、未記録状態がアモルファスに対応しているが、記録状態がアモルファスに対応し、未記録状態が結晶に対応しても良い。なお、主成分とは、記録領域４を構成する最も体積比の大きい材料の成分を指し、体積比で５０％以上であれば、再生の変調度が大きくなるので好ましい。
このように、記録領域４の一部又は全てが記録材料からなり、記録材料の主成分は相変化記録材料であり、記録状態及び未記録状態は、それぞれアモルファス及び結晶のどちらか一方に対応する。
一般的に、相変化記録材料は結晶になると、組成により波長範囲が異なるが、ある波長領域で、金属的な性質を示す特徴がある。
例えば、記録材料が、典型的な相変化材料であるＧｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５である場合、光源１４の半導体レーザ化に適した再生光の波長λは、例えば、０．３５μｍ≦λ≦０．４５μｍを満たすことが好ましい。例えば、青紫色半導体レーザの再生光の波長λが０．４１μｍである場合、結晶である記録材料の比誘電率の実数部が−８．７となり、アモルファスである記録材料の比誘電率の実数部が０．５７となる。この場合、結晶である記録材料の比誘電率の実数部は−５以下であり、アモルファスである記録材料の比誘電率の実数部は−５より大きいという条件を満たすため好ましい。
また、同様に、光源１４の半導体レーザ化に適した、０．６μｍ≦λ≦０．７μｍを満たす赤色の再生光の波長λが例えば、０．６５μｍである場合、結晶である記録材料の比誘電率の実数部が−３．３となり、アモルファスである記録材料の比誘電率の実数部が１２となる。また、光源１４の半導体レーザ化に適した、０．７３μｍ≦λ≦０．８３μｍを満たす赤外の再生光の波長λが例えば０．７８μｍである場合、結晶である記録材料の比誘電率の実数部が５．９となり、アモルファスである記録材料の比誘電率の実数部が１７となる。
従って、記録材料がＧｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５である場合、赤色光から青色光の波長（０．３５μｍ≦λ≦０．７μｍ）では、結晶とアモルファスとで誘電率の実数部の符号が互いに異なるため、好ましい。特に、青色光の波長（０．３５μｍ≦λ≦０．４５μｍ）では、結晶である記録材料の比誘電率の実数部は−５以下であり、アモルファスである記録材料の比誘電率の実数部は−５より大きいため、より好ましい。ＧｅＴｅとＳｂ２Ｔｅ３との成分比を２２：１に変えたＧｅ２２Ｓｂ２Ｔｅ２５、又はその他の成分比で形成された記録材料でも同様の傾向を示し、青色光の波長での再生が好ましい。
また、記録材料がＧｅＴｅ−Ｂｉ２Ｔｅ３系のＧｅ３１Ｂｉ２Ｔｅ３４である場合、青色光の波長に対して、結晶である記録材料の比誘電率の実数部は−９．３となり、アモルファスである記録材料の比誘電率の実数部は３．９となり、赤色光の波長に対して、結晶である記録材料の比誘電率の実数部は−２．９となり、アモルファスである記録材料の比誘電率の実数部は１４となり、赤外光の波長に対して、結晶である記録材料の比誘電率の実数部は１５となり、アモルファスである記録材料の比誘電率の実数部は１５となる。Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５の場合と同様、Ｇｅ３１Ｂｉ２Ｔｅ３４でも、赤色光から青色光の波長では、結晶とアモルファスとで誘電率の実数部の符号が互いに異なるため、好ましい。特に、青色光の波長では、比誘電率の実数部は、結晶である記録材料の比誘電率の実数部は−５以下であり、アモルファスである記録材料の比誘電率の実数部は−５より大きいため、より好ましいと言える。成分比を変えた他のＧｅＴｅ−Ｂｉ２Ｔｅ３系の記録材料も同様の効果を示す。
また、他の相変化材料である、Ｔｅ６０Ｇｅ４Ｓｎ１１Ａｕ２５、Ａｇ４Ｉｎ４Ｓｂ７６Ｔｅ１６、ＧｅＴｅ、（Ｇｅ−Ｓｎ）Ｔｅ、（Ｇｅ−Ｓｎ）Ｔｅ−Ｓｂ２Ｔｅ３、（Ｇｅ−Ｓｎ）Ｔｅ−Ｂｉ２Ｔｅ３、ＧｅＴｅ−（Ｓｂ−Ｂｉ）２Ｔｅ３、（Ｇｅ−Ｓｎ）Ｔｅ−（Ｓｂ−Ｂｉ）２Ｔｅ３、ＧｅＴｅ−（Ｂｉ−Ｉｎ）２Ｔｅ３、（Ｇｅ−Ｓｎ）Ｔｅ−（Ｂｉ−Ｉｎ）２Ｔｅ３、Ｓｂ−Ｇａ、（Ｓｂ−Ｔｅ）−Ｇａ、Ｓｂ−Ｇｅ、（Ｓｂ−Ｔｅ）−Ｇｅ、Ｓｂ−Ｉｎ、（Ｓｂ−Ｔｅ）−Ｉｎ、Ｓｂ−Ｍｎ−Ｇｅ、Ｓｂ−Ｓｎ−Ｇｅ、Ｓｂ−Ｍｎ−Ｓｎ−Ｇｅ、及び（Ｓｂ−Ｔｅ）−Ａｇ−Ｉｎのいずれかを含む材料も、結晶になると、ある波長領域で、金属的な性質を示す特徴がある。そのため、比誘電率の実数部の値に注目して、上記好ましい条件を満たす波長の範囲で、上記のいずれかを含む材料を有効に用いることができる。
また、プラズモン共鳴素子９の材料として、Ａｕを例示したが、これに限定されず、使用する再生光の波長に合わせて、記録材料とプラズモン共鳴又はプラズモン共鳴の増強ができる他の材料を選んでもよい。
赤色光から赤外光の波長では、一般的に、プラズモン共鳴素子９をほぼどの金属で構成しても、再生光を照射するだけで、比較的プラズモン共鳴が生じ易い。そのため、記録領域４が記録状態及び未記録状態のいずれかに変化しても、記録材料とのプラズモン共鳴の増強度の変化が比較的起こりにくい。その結果、再生の変調度は低下する傾向にある。
しかしながら、本発明者らは、再生光の波長λが、０．３５μｍ≦λ≦０．４５μｍを満たす青色の波長である時、プラズモン共鳴素子９は、Ａｕ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｎｉ及びＡｇのうち少なくとも１つを主成分とすることが、再生の変調度を向上させるため、好ましいことを見いだした。上記材料は、青色の波長の再生光を照射するだけでは、プラズモン共鳴度が小さいため、近接場光７の発生が小さい。しかしながら、記録領域４の誘電率の実数部の符号が負になる場合、又は記録領域４の比誘電率の実数部が−５以下になる場合、プラズモン共鳴素子９と記録領域４とが相互作用してプラズモン共鳴の度合いが大幅に大きくなるため、再生の変調度を向上させることが可能になることが分かった。
情報記録媒体３の基板１としては、記録層２を形成する面の平坦性が高く、情報記録媒体３を回転させたときの安定性が高いことが好ましい。基板１の材料としては、例えば、ガラス基板、又はアルミニウム等の金属板が好ましく、さらには、ポリカーボネート、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）、ノルボルネン樹脂（例えば、「アートン」（ＪＳＲ株式会社製））、又はシクロオレフィン樹脂（例えば、「ゼオネックス」（日本ゼオン株式会社製））等の樹脂も用いることができる。
記録層２は、薄膜形状であり、記録領域４は、記録マークとしての形態でも良い。しかし、本実施の形態では、図２に示すように、記録層２の記録領域４は、厚さがｈであり、島状に配列され、一部又は全てが記録材料からなる微粒子を含んでいる。図２では、記録領域４ａが記録状態の微粒子を示し、記録領域４ｂが未記録状態の微粒子を示しており、微粒子の配列周期は、Ｘ軸方向にΛｘ、Ｙ軸方向にΛｙである。１つの微粒子が、従来の記録マークに対応しており、記録情報を有している。図２では、全ての微粒子は、規則的に配列されているが、必ずしもその必要はなく、記録する情報によって配列間隔又は配列の仕方を変えても良い。また、配列間隔又は配列の仕方を種々変えることにより、微粒子の位置情報等を含めることが可能となる。
記録層２が連続的につながっている薄膜形状の場合、記録材料に記録マーク等の記録領域４を形成する際に、記録材料中に熱が拡散してしまい、記録スポットを超える大きな記録マークが記録されてしまう。このような熱拡散によって記録マークの大きさの差が顕著になり始めるのは、記録マークが３０ｎｍ以下となる場合である。
したがって、記録層２の記録領域４は、島状に配列されるとともに、サイズが３０ｎｍ以下となる微粒子構造にする。これにより、それぞれの微粒子間は分離されているため、記録の際の熱拡散の影響を避けて良好に３０ｎｍ以下の記録領域４（微粒子）を有する情報記録媒体の作製が可能となる。
しかしながら、記録材料が３ｎｍ程度まで小さな粒子になってしまうと、粒子に含まれる原子数が少なくなり、融点が低くなりすぎて記録材料への記録の保持が熱的な揺らぎによって不安定になってしまう。よって、記録領域４（微粒子）のサイズは３ｎｍ以上であることが好ましい。
また、記録領域４である微粒子は、できるだけ微小化してサイズを小さくし、且つ、孤立した状態の微粒子同士をできるだけ近接して設けることが、記録の高密度化の面でより好ましい。ただし、微粒子同士の間隔が狭すぎると、各微粒子同士が接触し、微粒子の独立性（孤立状態）が担保できなくなる可能性がある。よって、これらの点を考慮して、微粒子同士の間隔を設計することが望ましい。
なお、記録領域４である微粒子は、本実施の形態では、図２に示すような微細な凸形状に加工されたものを指し、図２に示した円柱形状以外にも、円錐、３角錐、４角以上の多角錐、３角柱、又は４角以上の多角柱のような形状でも良い。
特に、図４（Ａ）に示すように、円錐、３角錐又は４角以上の多角錐等の先端が尖った形状の微粒子、さらには、図４（Ｂ）に示すように、円柱、３角柱又は４角以上の多角柱であっても、先端が丸まったり尖ったりした形状の微粒子は、近接場光が集光又は集中しやすいため、好ましいことを、本発明者らは発見した。
図４（Ａ）は、円錐形状の記録領域を含む情報記録媒体の一例を示す図であり、図４（Ｂ）は、円柱の先端部分に半球状に丸くなった形状を有する記録領域を含む情報記録媒体の一例を示す図である。
図４（Ａ）において、情報記録媒体３ａは、基板１及び記録層２を備え、記録層２は、円錐形状の記録領域４’を含む。また、記録領域４’は、記録状態の記録領域４ａ’と、未記録状態の記録領域４ｂ’とを含む。記録領域４’である微粒子の先端部分は、尖った断面を有している。より具体的には、微粒子は、円錐形状である。
また、図４（Ｂ）において、情報記録媒体３ｂは、基板１及び記録層２を備え、記録層２は、円柱の先端部分に半球状に丸くなった形状を有する記録領域４”を含む。また、記録領域４”は、記録状態の記録領域４ａ”と、未記録状態の記録領域４ｂ”とを含む。記録領域４”である微粒子の先端部分は、円弧状の断面を有している。より具体的には、微粒子は、円柱の先端部分に半球が形成された形状である。なお、記録領域４”である微粒子は、円柱の先端部分に円錐が形成された形状であってもよく、角柱の先端部分に角錐が形成された形状であってもよい。
なお、本実施の形態１においては、光源１４から出射された再生光は、対物レンズ１０によって、プラズモン共鳴素子９に照射されている。しかし、光源１４から出射された再生光は、例えば、光導波路又は光ファイバーなどによって、プラズモン共鳴素子９に照射されても良い。
また、記録領域（微粒子）４は、基板１から突出した部分の全てが記録材料で形成されていてもよく、また、基板１から突出した部分の先端部分のみが記録材料で形成されていてもよい。
上記に説明した本実施の形態１の情報記録媒体３は、少なくとも基板１及び記録層２を備え、記録層２の記録領域４は、島状に配列され、記録領域４は、一部又は全てが記録材料からなる微粒子を含み、再生光の波長に対して、記録状態である記録材料の誘電率の実数部の符号と、未記録状態である記録材料の誘電率の実数部の符号とが異なることを特徴とした情報記録媒体である。
また、本実施の形態１の情報記録媒体３は、少なくとも基板１及び記録層２を備え、記録層２の記録領域４は、島状に配列され、記録領域４は、一部又は全てが記録材料からなる微粒子を含み、再生光の波長に対して、記録状態である記録材料の比誘電率の実数部と、未記録状態である記録材料の比誘電率の実数部とのうち、一方が−５以下であり、他方が−５より大きいことを特徴とした情報記録媒体である。
本実施の形態１の光学記録再生装置では、プラズモン共鳴素子９が、例えば、Ａｕから構成され、平坦部の面積が２５００ｎｍ２であり、再生波長λが０．４０５μｍであり、記録領域４がＧｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５から構成された微粒子であり、微粒子の直径が２０ｎｍであり、記録層２の厚みｈが１００ｎｍであり、共鳴部２２と記録領域４との間隔が１５ｎｍである。このとき、記録領域４が結晶の場合の反射率は１．００％であり、記録領域４がアモルファスの場合の反射率は１．４４％であり、反射率の変化量は０．４４％となり、再生の変調度は３１％となり、それぞれ良い値が得られた。なお、再生の変調度は、反射率の変化量を、結晶及びアモルファスのうちの大きい方の反射率で除算することにより（＝０．４４／１．４４）、計算できる。
また、プラズモン共鳴素子９の大きさは空間的な制限を受けないため、記録マーク等の記録領域よりもプラズモン共鳴素子９を大きくすることが可能である。本実施の形態１の光学記録再生装置は、プラズモン共鳴素子９に、近接場光ではなく、再生光を直接照射してプラズモン共鳴素子９からの反射光を検出するため、反射光量又は光量変化も十分大きくすることができる。
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における情報記録媒体について説明する。図５は、本発明の実施の形態２における情報記録媒体３ｃの構成を示す断面図である。実施の形態１の情報記録媒体３と異なる点は、基板１上に形成された記録層２の記録領域４の上層に、誘電率の実数部の符号が正である保護層２３を形成したことである。すなわち、情報記録媒体３ｃは、記録領域４の上層に、誘電率の実数部の符号が正であり、記録領域４を保護するための保護層２３をさらに備える。保護層２３を設けることにより、記録材料で形成された記録領域４である微粒子の耐環境性を向上させることができ、プラズモン共鳴素子９の先端部の共鳴部２２との接触による記録領域４のダメージを低減することができる。また、保護層２３の誘電率の実数部の符号が正であることにより、保護層２３と共鳴部２２との間に余計なプラズモン共鳴が生じることを防ぎ、その結果、保護層２３からの悪影響による再生の変調度の低下を防ぐことができる。
誘電率の実数部の符号が正である保護層２３としては、例えば、ＺｒＳｉＯ４、（ＺｒＯ２）２５（ＳｉＯ２）２５（Ｃｒ２Ｏ３）５０、ＳｉＣｒ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＳｎＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＣｅＯ２、及びＴｅＯ２等から選ばれる１又は複数の酸化物等の無機材料を用いることができる。
また、保護層２３としては、Ｃ−Ｎ、Ｔｉ−Ｎ、Ｚｒ−Ｎ、Ｎｂ−Ｎ、Ｔａ−Ｎ、Ｓｉ−Ｎ、Ｇｅ−Ｎ、Ｃｒ−Ｎ、Ａｌ−Ｎ、Ｇｅ−Ｓｉ−Ｎ、及びＧｅ−Ｃｒ−Ｎ等から選ばれる１又は複数の窒化物を用いることもできる。また、保護層２３としては、ＺｎＳなどの硫化物、ＳｉＣなどの炭化物、又はＬａＦ３、ＣｅＦ３もしくはＭｇＦ２などの弗化物を用いることもできる。また、保護層２３は、上記材料から選ばれる１又は複数の材料の混合物を用いて形成しても構わない。さらに、保護層２３は樹脂等の有機材料で構成しても良く、この場合、衝突時の衝撃を上記の無機材料よりも減らすことができる。また、保護層２３は、有機材料と無機材料との混合材料で構成しても良い。
また、保護層２３の表面を光学的に平坦にすることにより、表面の凹凸が無くなるため、表面の凹凸に起因するプラズモン共鳴素子９との接触を低減することができる。
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３の光学情報再生装置について、図６、図７、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）を用いて、上記実施の形態１の光学情報再生装置と異なる点を中心に説明する。
図６は、本発明の実施の形態３における光学情報再生装置の構成を示す図である。図７は、本発明の実施の形態３における光学情報再生装置のプラズモン共鳴素子と、情報記録媒体から情報を再生する様子とを示す説明図である。図８（Ａ）は、本発明の実施の形態３において、情報記録媒体の記録領域が記録状態であり、プラズモン共鳴度合いが大きい場合のプラズモン共鳴素子近傍の様子を示す図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線による断面図である。図８（Ｂ）は、本発明の実施の形態３において、情報記録媒体の記録領域が未記録状態であり、プラズモン共鳴度合いが小さい場合のプラズモン共鳴素子近傍の様子を示す図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線による断面図である。
実施の形態３の光学情報再生装置が、実施の形態１の光学情報再生装置と異なる点は、プラズモン共鳴素子９’の形状と対物レンズ１０’の形状とである。さらには、実施の形態３における光学情報再生装置は、光源１４とプラズモン共鳴素子９’との間の光路中のビームスプリッタ１５と対物レンズ１０’との光路間に、ラジアル偏光発生素子２０と立ち上げミラー２１とを備える。
プラズモン共鳴素子９’は、底面以外の面に金属膜が被覆された円錐プリズムであり、円錐プリズムは、頂点近傍に共鳴部２２’を有している。また、対物レンズ１０’は、入射光の光軸と出射光の光軸とが一致する通常のインライン型のレンズである。
ラジアル偏光発生素子２０は、光源１４とプラズモン共鳴素子９’との間の光路中に配置され、プラズモン共鳴素子９’に集光する再生光にラジアル偏光を含める。ラジアル偏光発生素子２０が配置されることにより、対物レンズ１０’によってプラズモン共鳴素子９’に集光される照射光５’にラジアル偏光を含めることができる。ラジアル偏光を含む照射光５’がプラズモン共鳴素子９’である円錐プリズムの底面に入射すると、側面にコートされた金属膜と円錐プリズムとの界面に伝搬型の表面プラズモンが伝搬し、先端の共鳴部２２’に、偏光方向がＺ軸方向である近接場光７’が発生する。
従って、記録領域４が記録状態及び未記録状態のいずれであるかにより、共鳴部２２’と記録領域４とのプラズモン共鳴の増強度が変わる。このため、プラズモン共鳴素子９’からの反射光６’を検出することにより、実施の形態１の光学情報再生装置と同様に、記録領域４が記録状態及び未記録状態のいずれであるかを判断して、記録領域４に記録された情報を再生することができる。
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、未記録状態の記録領域４ｂよりも記録状態の記録領域４ａの方が、プラズモン共鳴の度合いが大きい例である。図８（Ａ）は、記録状態である記録領域４ａ上にプラズモン共鳴素子９’の共鳴部２２’が存在する場合を示している。図８（Ａ）において、共鳴部２２’から記録領域４ａに至るまで近接場光７ａ’が発生し、プラズモン共鳴度合いが大きくなっている。その結果、反射光６ａ’の光量が変化（図８（Ａ）では低下）している。また、図８（Ｂ）は、未記録状態である記録領域４ｂ上にプラズモン共鳴素子９’の共鳴部２２’が存在する場合を示している。図８（Ｂ）において、共鳴部２２’近傍のみに近接場光７ｂ’が発生し、プラズモン共鳴度合いが小さくなっている。その結果、反射光６ｂ’の光量はほとんど変化していない。
従って、実施の形態３の光学情報再生装置では、通常のインライン型の対物レンズ１０’を用いることによって、情報記録媒体３の基板１又は記録層２の形成面（ＸＹ面）に対して垂直に集光する光学系を用いることができる。このため、設計の自由度が大きくなり、光学系の配置が容易になる。また、対物レンズ１０’も高ＮＡ化しやすくなり、その結果、共鳴部２２’から発生する近接場光７’の強度を大きくすることができる。
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、プラズモン共鳴素子９’は、頂角が２θ２であり、例えば、ガラス又はプラスチック製の円錐プリズムに、例えば、Ａｕ又はＡｌ等の金属膜がコートされている。プラズモン共鳴素子９’の形状は、いわゆるクレッチマン配置にすることにより、ラジアル偏光の照射光５’を効率よく表面プラズモンに変えることが可能である。例えば、再生波長λが０．４０５μｍであるとき、角度θ２が４３．４°であり、厚さｔが１６．３ｎｍであるＡｌをプリズムにコートすることが好ましい。このとき、ほぼ１００％の照射光５’を伝搬型表面プラズモンに変えることができる。
また、例えば、２θ２＝８°にして頂角を小さくすると、いわゆる超集束というモ−ドが存在できるようになる。このとき、伝搬型表面プラズモンが、先端の共鳴部２２’の方向に伝搬するに従い、伝搬型表面プラズモンの波長が短くなることが知られており、より微小な記録領域４とのプラズモン共鳴及びプラズモン共鳴の増強が可能となる。したがって、より微小な記録領域４に対する再生の変調度が良好であるため、高密度の情報記録媒体の再生という点で好ましい。
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４の光学情報再生装置について、図９を用いて、上記実施の形態１の光学情報再生装置と異なる点を中心に説明する。
図９は、本発明の実施の形態４における光学情報再生装置の構成を示す図である。実施の形態１における光学情報再生装置では、プラズモン共鳴素子９からの反射光を検出しているが、実施の形態４における光学情報再生装置では、プラズモン共鳴素子９からの透過光を検出する。
実施の形態４における光学情報再生装置は、プラズモン共鳴素子９、対物レンズ１０、コリメータレンズ１１、光源１４、ビームスプリッタ１５、検出レンズ１６、光検出器１７ａ’，１７ｂ、サーボ信号検出用光学素子１９、再生部２４及び駆動部２５を備える。
光検出器１７ａ’は、プラズモン共鳴素子９の光入射側の面に対向する面に接して配置され、再生光が照射されたプラズモン共鳴素子９からの透過光１８ａ’を検出する。再生部２４は、光検出器１７ａ’からの検出信号に基づいて記録領域４が記録状態及び未記録状態のいずれであるかを判断して、記録領域４に記録された情報を再生する。
プラズモン共鳴素子９の共鳴部２２と、記録状態の記録領域４又は未記録状態の記録領域４との間でのプラズモン共鳴の度合いに応じて、透過光量が変化する。例えば、プラズモン共鳴素子９の共鳴部２２と、記録状態の記録領域４ａ又は未記録状態の記録領域４ｂとの間でのプラズモン共鳴の度合いの大きい方が、透過光量の変化が大きくなる。
なお、プラズモン共鳴素子９と記録領域４とのプラズモン共鳴が増強すると、プラズモン共鳴素子９内で誘電損失（吸収）が増加すると考えられており、プラズモン共鳴素子９からの透過光量が、一般的には小さくなる。
このように、透過光１８ａ’が光検出器１７ａ’により検出され、光検出器１７ａ’からの検出信号に基づいて記録領域４が記録状態及び未記録状態のいずれであるかが判断されることにより、記録領域４に記録された情報を再生することができる。
なお、実施の形態４において、透過光１８ａ’を検出することにより、記録領域４に記録された情報を再生する構成以外は、実施の形態１の構成と同じであるので、詳細な説明は省略する。
本実施の形態４の光学記録再生装置は、プラズモン共鳴素子９に、近接場光ではなく、再生光を直接照射してプラズモン共鳴素子９からの透過光を検出するため、透過光量又は光量変化も十分大きくすることができる。
なお、本実施の形態４では、光検出器１７ａ’は、プラズモン共鳴素子９の光入射側の面に対向する面に接して配置されているが、本発明は特にこれに限定されず、プラズモン共鳴素子９から離れた位置に光検出器１７ａ’を設け、プラズモン共鳴素子９と光検出器１７ａ’との間にプラズモン共鳴素子９を透過した光を光検出器１７ａ’へ導くレンズを設けてもよい。
以上、実施の形態１〜４の光学情報再生装置、光学情報再生方法及び情報記録媒体について説明してきたが、これらの実施の形態に限定されるものではない。それぞれの実施の形態の光学情報再生装置、光学情報再生方法及び情報記録媒体の構成を組み合わせた光学情報再生装置、光学情報再生方法及び情報記録媒体も本発明に含まれ、同様の効果を奏することができる。
なお、上記実施の形態１〜４で用いた対物レンズ、コリメータレンズ及び検出レンズは便宜上名付けたものであり、一般にいうレンズと同じである。
また、上記実施の形態１〜４においては、情報記録媒体として光ディスクを例に挙げて説明したが、実施の形態１〜４と同様の光学情報再生装置によって厚み又は記録密度などの複数の仕様の異なる媒体を再生することができるように設計されたカード状、ドラム状又はテープ状の製品に応用することも本発明の範囲に含まれる。
なお、上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が主に含まれている。
本発明の一局面に係る光学情報再生装置は、少なくとも基板及び記録層を含む情報記録媒体に記録された情報を再生する光学情報再生装置であって、再生光を出射する光源と、前記記録層の記録領域に近接させて配置される共鳴部を有し、前記共鳴部は前記記録領域と前記共鳴部との間でプラズモン共鳴を生じさせるプラズモン共鳴素子と、前記再生光が照射された前記プラズモン共鳴素子からの反射光又は透過光を検出する光検出器と、前記光検出器からの検出信号に基づいて前記記録領域が記録状態及び未記録状態のいずれであるかを判断して、前記記録領域に記録された情報を再生する再生部とを備える。
この構成によれば、光源から出射された再生光が、プラズモン共鳴素子に照射され、プラズモン共鳴素子からの反射光又は透過光が検出され、検出信号に基づいて記録領域が記録状態及び未記録状態のいずれであるかが判断されて、記録領域に記録された情報が再生される。
したがって、記録領域とプラズモン共鳴素子の共鳴部との間のプラズモン共鳴度合いが記録領域の状態に応じて変化することによって、プラズモン共鳴素子からの反射光量又は透過光量が変化することを利用して、記録領域の大きさが光の回折限界より小さくても、良好に情報を再生することができる。
また、プラズモン共鳴素子の大きさは空間的な制限を受けないため、プラズモン共鳴素子を記録領域よりも大きくすることができる。さらに、プラズモン共鳴素子に近接場光ではなく、再生光を直接照射してプラズモン共鳴素子からの反射光又は透過光が検出されるので、反射光量、透過光量、反射光量の光量変化又は透過光量の光量変化も十分大きくすることができ、再生信号の変調度を向上させることができる。
また、上記の光学情報再生装置において、前記再生光は、前記共鳴部に近接する前記記録領域にも照射されることが好ましい。
この構成によれば、再生光が、プラズモン共鳴素子の共鳴部に近接する記録領域４にも照射されるので、プラズモン共鳴がより強くなり、記録状態と未記録状態とでの反射光量又は透過光量の差が大きくなり、検出感度が良くなる。
また、上記の光学情報再生装置において、前記プラズモン共鳴素子の共鳴部と、記録状態の前記記録領域又は未記録状態の前記記録領域との間でのプラズモン共鳴の度合いに応じて、前記プラズモン共鳴素子からの反射光量又は透過光量が変化することが好ましい。
この構成によれば、プラズモン共鳴素子の共鳴部と、記録状態の記録領域又は未記録状態の記録領域との間でのプラズモン共鳴の度合いに応じて、プラズモン共鳴素子からの反射光量又は透過光量が変化するので、プラズモン共鳴素子からの反射光又は透過光を検出することにより、記録領域が記録状態及び未記録状態のいずれであるかを判断することができる。
また、上記の光学情報再生装置において、前記記録領域の一部又は全てが記録材料からなり、前記再生光の波長に対して、記録状態である前記記録材料の誘電率の実数部の符号と、未記録状態である前記記録材料の誘電率の実数部の符号とが互いに異なることが好ましい。
この構成によれば、再生光の波長に対して、記録状態である記録材料の誘電率の実数部の符号と、未記録状態である記録材料の誘電率の実数部の符号とが互いに異なるので、記録状態である記録材料と、未記録状態である記録材料とのうちの一方のプラズモン共鳴度合いが強くなり、さらに再生の変調度を向上させることができる。
また、上記の光学情報再生装置において、前記記録領域の一部又は全てが記録材料からなり、前記再生光の波長に対して、記録状態である前記記録材料の比誘電率の実数部と、未記録状態である前記記録材料の比誘電率の実数部とのうち、一方が−５以下であり、他方が−５より大きいことが好ましい。
この構成によれば、再生光の波長に対して、記録状態である記録材料の比誘電率の実数部と、未記録状態である記録材料の比誘電率の実数部とのうち、一方が−５以下であり、他方が−５より大きいので、記録状態である記録材料と、未記録状態である記録材料とのうちの一方のプラズモン共鳴度合いがより一層強くなり、さらに再生の変調度を向上させることができる。
また、上記の光学情報再生装置において、記録状態である前記記録材料の誘電率の実数部と、未記録状態である前記記録材料の誘電率の実数部とのうち、前記誘電率の実数部が小さい方の前記記録材料の反射光量又は透過光量の変化は、前記誘電率の実数部が大きい方の前記記録材料の反射光量又は透過光量の変化よりも大きくなることが好ましい。
この構成によれば、記録状態である記録材料の誘電率の実数部と、未記録状態である記録材料の誘電率の実数部とのうち、誘電率の実数部が小さい方の記録材料の反射光量又は透過光量の変化は、誘電率の実数部が大きい方の記録材料の反射光量又は透過光量の変化よりも大きくなるので、再生の変調度が大きくなり、良好に情報を再生することができる。
また、上記の光学情報再生装置において、前記記録領域の一部又は全てが記録材料からなり、前記記録材料の主成分は相変化記録材料であり、前記記録状態及び前記未記録状態は、それぞれアモルファス及び結晶のどちらか一方に対応することが好ましい。
この構成によれば、結晶とアモルファスとでは誘電率が互いに異なるため、記録状態である記録材料と、未記録状態である記録材料とのうちの一方のプラズモン共鳴度合いが強くなり、再生の変調度を向上させることができる。
また、上記の光学情報再生装置において、前記再生光の波長λは、０．３５μｍ≦λ≦０．４５μｍを満たすことが好ましい。
この構成によれば、波長λが０．３５μｍ≦λ≦０．４５μｍを満たす再生光に適用可能である。
また、上記の光学情報再生装置において、前記プラズモン共鳴素子は、前記再生光の光軸に対して略垂直に配置される平坦部を有し、前記平坦部に前記再生光が照射されることが好ましい。
この構成によれば、プラズモン共鳴素子が有する平坦部に照射される再生光をほぼ同じ角度で逆向きに反射光として反射することができ、光利用効率を大きくすることができる。
また、上記の光学情報再生装置において、前記光源は、前記プラズモン共鳴素子に照射された前記再生光の光軸上において、前記記録層の配置面に対して垂直方向に偏光する前記再生光の偏光成分の振幅が、他の偏光方向に偏光する前記再生光の偏光成分の振幅よりも大きい特性を有することが好ましい。
この構成によれば、プラズモン共鳴素子に照射された再生光の光軸上において、記録層の配置面に対して垂直方向に偏光する前記再生光の偏光成分の振幅を、他の偏光方向に偏光する再生光の偏光成分の振幅よりも大きくすることにより、記録領域と相互に作用してプラズモン共鳴素子の共鳴部のプラズモン共鳴を発生させることができる。
また、上記の光学情報再生装置において、前記光源から出射された前記再生光の偏光状態を変換する偏光制御光学素子をさらに備え、前記偏光制御光学素子は、前記記録層の配置面に対して垂直方向に偏光する前記再生光の偏光成分の振幅を、他の偏光方向に偏光する前記再生光の偏光成分の振幅よりも大きくすることが好ましい。
この構成によれば、記録層の配置面に対して垂直方向に偏光する再生光の偏光成分の振幅を、他の偏光方向に偏光する再生光の偏光成分の振幅よりも大きくすることにより、記録領域と相互に作用してプラズモン共鳴素子の共鳴部のプラズモン共鳴を生じさせることができる。
また、上記の光学情報再生装置において、前記偏光制御光学素子は波長板を含むことが好ましい。この構成によれば、波長板により容易に偏光方向を変化させることができる。
また、上記の光学情報再生装置において、前記再生光を前記プラズモン共鳴素子に照射するオフアキシス型の集光レンズをさらに備えることが好ましい。
この構成によれば、オフアキシス型の集光レンズを用いることにより、集光レンズと情報記録媒体との接触を防止し、プラズモン共鳴素子の共鳴部付近に斜め横方向から再生光を集光させることができる。
また、上記の光学情報再生装置において、前記光源と前記プラズモン共鳴素子との間の光路中に配置され、前記プラズモン共鳴素子に集光する前記再生光にラジアル偏光を含めるラジアル偏光発生素子をさらに備えることが好ましい。この構成によれば、ラジアル偏光を含む再生光をプラズモン共鳴素子に照射することができる。
また、上記の光学情報再生装置において、前記プラズモン共鳴素子は、底面以外の面に金属膜が被覆された円錐プリズムであり、前記円錐プリズムは、頂点近傍に前記共鳴部を有していることが好ましい。
この構成によれば、ラジアル偏光を含む再生光がプラズモン共鳴素子である円錐プリズムの底面に入射すると、底面以外の面に被覆された金属膜と円錐プリズムとの界面に伝搬型の表面プラズモンが伝搬し、円錐プリズムの頂点近傍の共鳴部に近接場光が発生する。
したがって、記録領域が記録状態及び未記録状態のいずれであるかにより、共鳴部と記録領域とのプラズモン共鳴の増強度が変化するため、プラズモン共鳴素子からの反射光を検出することにより、記録領域が記録状態及び未記録状態のいずれであるかを判断して、記録領域に記録された情報を良好に再生することができる。
また、上記の光学情報再生装置において、前記再生光の波長λは０．３５μｍ≦λ≦０．４５μｍを満たし、前記プラズモン共鳴素子の主成分は、Ａｕ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｎｉ及びＡｇのうち少なくとも１つであることが好ましい。
この構成によれば、プラズモン共鳴素子の主成分としてＡｕ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｎｉ及びＡｇのうち少なくとも１つが用いられ、記録領域の誘電率の実数部の符号が負になる場合、又は記録領域の比誘電率の実数部が−５以下になる場合、プラズモン共鳴の度合いが大幅に大きくなるため、再生の変調度を向上させることができる。
本発明の他の局面に係る光学情報再生方法は、少なくとも基板及び記録層を含む情報記録媒体から情報を再生する光学情報再生方法であって、光源から出射された再生光を、前記記録層の記録領域に近接させて配置される共鳴部を有し、前記共鳴部は前記記録領域と前記共鳴部との間でプラズモン共鳴を生じさせるプラズモン共鳴素子に照射するステップと、前記再生光が照射された前記プラズモン共鳴素子からの反射光又は透過光を光検出器により検出するステップと、前記光検出器からの検出信号に基づいて前記記録領域が記録状態及び未記録状態のいずれであるかを判断して、前記記録領域に記録された情報を再生する。
この構成によれば、光源から出射された再生光が、プラズモン共鳴素子に照射され、プラズモン共鳴素子からの反射光又は透過光が検出され、検出信号に基づいて記録領域が記録状態及び未記録状態のいずれであるかが判断されて、記録領域に記録された情報が再生される。
したがって、記録領域とプラズモン共鳴素子の共鳴部との間のプラズモン共鳴度合いが記録領域の状態に応じて変化することによって、プラズモン共鳴素子からの反射光量又は透過光量が変化することを利用して、記録領域の大きさが光の回折限界より小さくても、良好に情報を再生することができる。
また、プラズモン共鳴素子の大きさは空間的な制限を受けないため、プラズモン共鳴素子を記録領域よりも大きくすることができる。さらに、プラズモン共鳴素子に近接場光ではなく、再生光を直接照射してプラズモン共鳴素子からの反射光又は透過光が検出されるので、反射光量、透過光量、反射光量の光量変化又は透過光量の光量変化も十分大きくすることができ、再生信号の変調度を向上させることができる。
本発明の他の局面に係る情報記録媒体は、少なくとも基板及び記録層を備え、前記記録層の記録領域は、島状に配列され、前記記録領域は、一部又は全てが記録材料からなる微粒子を含み、再生光の波長に対して、記録状態である前記記録材料の誘電率の実数部の符号と、未記録状態である前記記録材料の誘電率の実数部の符号とが互いに異なる。
この構成によれば、再生光の波長に対して、記録状態である記録材料の誘電率の実数部の符号と、未記録状態である記録材料の誘電率の実数部の符号とが互いに異なるので、記録状態である記録材料と、未記録状態である記録材料とのうちの一方のプラズモン共鳴度合いが強くなり、さらに再生の変調度を向上させることができ、良好に情報を再生することができる。
本発明の他の局面に係る情報記録媒体は、少なくとも基板及び記録層を備え、前記記録層の記録領域は、島状に配列され、前記記録領域は、一部又は全てが記録材料からなる微粒子を含み、再生光の波長に対して、記録状態である前記記録材料の比誘電率の実数部と、未記録状態である前記記録材料の比誘電率の実数部とのうち、一方が−５以下であり、他方が−５より大きい。
この構成によれば、再生光の波長に対して、記録状態である記録材料の比誘電率の実数部と、未記録状態である記録材料の比誘電率の実数部とのうち、一方が−５以下であり、他方が−５より大きいので、記録状態である記録材料と、未記録状態である記録材料とのうちの一方のプラズモン共鳴度合いが一層強くなり、さらに再生の変調度を向上させることができ、良好に情報を再生することができる。
また、上記の情報記録媒体において、前記微粒子の先端部分は、尖った断面、又は円弧状の断面を有することが好ましい。
この構成によれば、微粒子の先端部分が、尖った断面、又は円弧状の断面を有するので、微粒子に近接場光が集光又は集中しやすくなり、プラズモン共鳴度合いを増強させることができる。
また、上記の情報記録媒体において、前記記録領域の上層に、誘電率の実数部の符号が正である保護層をさらに備えることが好ましい。
この構成によれば、誘電率の実数部の符号が正である保護層が記録領域の上層に配置されるので、記録材料で形成された記録領域である微粒子の耐環境性を向上させることができ、プラズモン共鳴素子の先端部の共鳴部との接触による記録領域のダメージを低減することができる。
なお、発明を実施するための形態の項においてなされた具体的な実施態様又は実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と特許請求事項との範囲内で、種々変更して実施することができるものである。
本発明に係る光学情報再生装置、光学情報再生方法及び情報記録媒体によれば、情報を記録している記録マーク等の記録領域の大きさが、光の回折限界より小さくても、良好に情報を再生することができ、情報記録媒体に記録された情報を光学的に再生する光学情報再生装置及び光学情報再生方法、並びに少なくとも基板及び記録層を含む情報記録媒体に有用である。

Claims (23)

  1. 少なくとも基板及び記録層を含む情報記録媒体に記録された情報を再生する光学情報再生装置であって、
    再生光を出射する光源と、
    前記記録層の記録領域に近接させて配置される共鳴部を有し、前記共鳴部は前記記録領域と前記共鳴部との間でプラズモン共鳴を生じさせるプラズモン共鳴素子と、
    前記再生光が照射された前記プラズモン共鳴素子からの反射光又は透過光を検出する光検出器と、
    前記光検出器からの検出信号に基づいて前記記録領域が記録状態及び未記録状態のいずれであるかを判断して、前記記録領域に記録された情報を再生する再生部とを備える光学情報再生装置。
  2. 前記再生光は、前記共鳴部に近接する前記記録領域にも照射される請求項１に記載の光学情報再生装置。
  3. 前記プラズモン共鳴素子の共鳴部と、記録状態の前記記録領域又は未記録状態の前記記録領域との間でのプラズモン共鳴の度合いに応じて、前記プラズモン共鳴素子からの反射光量又は透過光量が変化する請求項１又は２記載の光学情報再生装置。
  4. 前記記録領域の一部又は全てが記録材料からなり、
    前記再生光の波長に対して、記録状態である前記記録材料の誘電率の実数部の符号と、未記録状態である前記記録材料の誘電率の実数部の符号とが互いに異なる請求項１〜３のいずれかに記載の光学情報再生装置。
  5. 前記記録領域の一部又は全てが記録材料からなり、
    前記再生光の波長に対して、記録状態である前記記録材料の比誘電率の実数部と、未記録状態である前記記録材料の比誘電率の実数部とのうち、一方が−５以下であり、他方が−５より大きい請求項１〜４のいずれかに記載の光学情報再生装置。
  6. 記録状態である前記記録材料の誘電率の実数部と、未記録状態である前記記録材料の誘電率の実数部とのうち、前記誘電率の実数部が小さい方の前記記録材料の反射光量の変化又は透過光量の変化は、前記誘電率の実数部が大きい方の前記記録材料の反射光量の変化又は透過光量の変化よりも大きくなる請求項４記載の光学情報再生装置。
  7. 前記記録領域の一部又は全てが記録材料からなり、
    前記記録材料の主成分は相変化記録材料であり、
    前記記録状態及び前記未記録状態は、それぞれアモルファス及び結晶のどちらか一方に対応する請求項１〜６のいずれかに記載の光学情報再生装置。
  8. 前記再生光の波長λは、０．３５μｍ≦λ≦０．４５μｍを満たす請求項１〜７のいずれかに記載の光学情報再生装置。
  9. 前記プラズモン共鳴素子は、前記再生光の光軸に対して略垂直に配置される平坦部を有し、
    前記平坦部に前記再生光が照射される請求項１〜８のいずれかに記載の光学情報再生装置。
  10. 前記光源は、前記プラズモン共鳴素子に照射された前記再生光の光軸上において、前記記録層の配置面に対して垂直方向に偏光する前記再生光の偏光成分の振幅が、他の偏光方向に偏光する前記再生光の偏光成分の振幅よりも大きい特性を有する請求項１〜９のいずれかに記載の光学情報再生装置。
  11. 前記光源から出射された前記再生光の偏光状態を変換する偏光制御光学素子をさらに備え、
    前記偏光制御光学素子は、前記記録層の配置面に対して垂直方向に偏光する前記再生光の偏光成分の振幅を、他の偏光方向に偏光する前記再生光の偏光成分の振幅よりも大きくする請求項１〜１０のいずれかに記載の光学情報再生装置。
  12. 前記偏光制御光学素子は波長板を含む請求項１１に記載の光学情報再生装置。
  13. 前記再生光を前記プラズモン共鳴素子に照射するオフアキシス型の集光レンズをさらに備える請求項１〜１２のいずれかに記載の光学情報再生装置。
  14. 前記光源と前記プラズモン共鳴素子との間の光路中に配置され、前記プラズモン共鳴素子に集光する前記再生光にラジアル偏光を含めるラジアル偏光発生素子をさらに備える請求項１〜８のいずれかに記載の光学情報再生装置。
  15. 前記プラズモン共鳴素子は、底面以外の面に金属膜が被覆された円錐プリズムであり、
    前記円錐プリズムは、頂点近傍に前記共鳴部を有している請求項１４記載の光学情報再生装置。
  16. 前記再生光の波長λは０．３５μｍ≦λ≦０．４５μｍを満たし、
    前記プラズモン共鳴素子の主成分は、Ａｕ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｎｉ及びＡｇのうち少なくとも１つである請求項１〜１５のいずれかに記載の光学情報再生装置。
  17. 少なくとも基板及び記録層を含む情報記録媒体から情報を再生する光学情報再生方法であって、
    光源から出射された再生光を、前記記録層の記録領域に近接させて配置される共鳴部を有し、前記共鳴部は前記記録領域と前記共鳴部との間でプラズモン共鳴を生じさせるプラズモン共鳴素子に照射するステップと、
    前記再生光が照射された前記プラズモン共鳴素子からの反射光又は透過光を光検出器により検出するステップと、
    前記光検出器からの検出信号に基づいて前記記録領域が記録状態及び未記録状態のいずれであるかを判断して、前記記録領域に記録された情報を再生するステップとを含む光学情報再生方法。
  18. 前記情報記録媒体は、少なくとも基板及び記録層を備え、
    前記記録層の記録領域は、島状に配列され、
    前記記録領域は、一部又は全てが記録材料からなるとともに、プラズモン共鳴を利用して記録状態又は未記録状態に変化する微粒子を含み、
    再生光の波長に対して、記録状態である前記記録材料の誘電率の実数部の符号と、未記録状態である前記記録材料の誘電率の実数部の符号とが互いに異なる請求項１に記載の光学情報再生装置。
  19. 前記情報記録媒体は、少なくとも基板及び記録層を備え、
    前記記録層の記録領域は、島状に配列され、
    前記記録領域は、一部又は全てが記録材料からなるとともに、プラズモン共鳴を利用して記録状態又は未記録状態に変化する微粒子を含み、
    再生光の波長に対して、記録状態である前記記録材料の比誘電率の実数部と、未記録状態である前記記録材料の比誘電率の実数部とのうち、一方が−５以下であり、他方が−５より大きい請求項１に記載の光学情報再生装置。
  20. 前記微粒子の先端部分は、尖った断面、又は円弧状の断面を有する請求項１８又は１９記載の光学情報再生装置。
  21. 前記情報記録媒体は、前記記録領域の上層に、誘電率の実数部の符号が正である保護層をさらに備える請求項１８〜２０のいずれかに記載の光学情報再生装置。
  22. 前記共鳴部は、前記プラズモン共鳴素子の先端領域である請求項３記載の光学情報再生装置。
  23. 前記平坦部は、前記情報記録媒体の表面に垂直な面に対して所定の角度θ（θ＞０度）を有する請求項９記載の光学情報再生装置。
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