KR100323018B1 - 광 자기 헤드, 광 자기 장치 및 광 자기 기록 재생 방법 - Google Patents

광 자기 헤드, 광 자기 장치 및 광 자기 기록 재생 방법 Download PDF

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Abstract

광원으로부터 출사한 빛은 대물 렌즈에 의해 집광되고, 보조 렌즈에 의해 실효적인 개구수가 증가되어 기록 매체에 조사된다. 기록 매체에 있어서 정보가 기록된 기록 마크는 빛의 조사에 의해 승온되고, 정보에 따른 포화 자화가 발생하여 자속을 발생시킨다. 보조 렌즈에 형성된 기록 마크보다 큰 재생용 자성층은, 기록 마크로부터 생긴 자속에 따라 전영역에서 자화가 정렬되고, 정보를 일시적으로 확대하여 전사한다. 재생용 자성층에 생긴 자화는, 재생용 자성층에서 반사하는 반사광의 편광 방향에 영향을 미친다. 재생용 자성층으로부터의 반사광은, 검광자를 통해 광검출기에 도달하고, 재생 신호를 형성한다. 이에 따라, 광 자기 기록 매체의 기록 마크를 작게 했을 때에, 재생 신호 진폭이 작아지는 것을 방지하고, 기록 밀도의 향상을 꾀한다.

Description

광 자기 헤드, 광 자기 장치 및 광 자기 기록 재생 방법{MAGNETO-OPTICAL HEAD AND MAGNETO-OPTICAL DEVICE AND MAGNETO-OPTICAL RECORDING/REPRODUCING METHOD}
본 발명은, 전자 계산기 등의 외부 기억 장치나, 음성·화상 신호 등의 녹음·녹화, 재생에 제공되는 광 자기 헤드, 광 자기 장치 및 광 자기 기록 재생 방법에 관한 것이다.
광 자기 기록 매체의 하나인 광 자기 디스크는, 이미 컴퓨터용 외부 기억 장치로서 실용화되고 있다.
광 자기 디스크의 기록 밀도는, 광 자기 디스크 상의 광 비임 스폿의 크기에 제약을 받는다. 즉, 기록 마크 지름 및 기록 마크의 간격이 광 비임 스폿의 크기에 비해 작게되면, 광 비임 스폿 중에 복수의 비트가 들어 가기 때문에, 각 기록 비트를 분리하여 재생할 수 없게 된다.
신호의 재생 분해 능력은, 거의 재생 광학계의 광원의 파장(λ)과, 대물 렌즈의 개구수(NA)로 결정되고, 공간 주파수(2NA/λ)가 재생 한계로 된다. 그래서,기록 밀도를 올리기 위해서는, 광원의 파장(λ)을 짧게 하는 것과, 고 NA 렌즈를 이용함으로써, 재생 장치의 광 비임 스폿 지름을 작게 하는 것을 생각할 수 있다.
그래서, 근년에서는, 광 자기 디스크의 기록 밀도를 올리기 위해서, 기록 재생에 이용하는 레이저광 파장을 짧게 하는 것과, 고 NA 렌즈를 이용함으로써, 재생 장치의 스폿 지름을 실질적으로 작게 하는 연구가 행하여지고 있다. 예를 들면, 레이저광 파장을 짧게 하는 기술로서는, 반도체 블루 레이저의 연구나, 제2 고조파 발생 소자(SHG)를 이용하여 레이저광 파장을 약800nm에서 400nm로 하는 연구가 행하여지고 있다. 이들은, 안정성·성능·가격등의 점에서, 현재는 아직 실용화할 수 있는 단계는 아니지만, 장래 실용화되면, 현재의 광 디스크 시스템보다도 고밀도로 정보를 기록하는 것이 가능해진다.
그러나, 현재 실용 레벨에 있는 반도체 레이저의 파장은 650nm 정도에 지나지 않는다.
또한, 고 NA 렌즈를 이용한 경우에는 초점 심도가 얕게 되기 때문에, 렌즈와 디스크와의 거리에 정밀도가 요구되고, 광 디스크의 제조 정밀도가 엄격하게 된다. 이 때문에, 렌즈의 NA는 너무 높게 할 수 없고, 실용화 가능한 렌즈(NA)는 겨우 0.6이다. 이와 같이, 광원의 단 파장화나 대물 렌즈의 고 NA 화에는 한계가 있고, 이들에 의해서 기록 밀도를 비약적으로 향상시키는 것은 어려운 것이 실정이다.
이에 대해, 예를 들면, Journal of The Magnetics Society of Japan, Vo1. 19, Supplement, No. S1(1995), pp. 421-424(문헌1)에는, 정자(靜磁) 결합한 2개의 자성막으로 구성된 광 자기 기록 매체와 광 비임 스폿 중의 온도 분포를 이용하여재생 분해 능력을 향상시켜, 기록 밀도를 향상시키는 방법, 즉 정전 자기 결합을 이용한 자기적 초해상 기술(Magnetically induced Super Resolution, 이하 MSR이라 칭한다)가 도시되고 있다.
또한, 예를 들면, Applied Physics Letter, No. 69(27), 30 December 1996, pp. 4257-4259(문헌2)에는, 정자 결합을 이용한 자기적 초해상 매체에, 번갈아 자계를 인가하면서 재생하는 것으로, 기록층의 기록 마크를 재생층에 전사할 때, 확대하여 전사함으로써, 재생 신호의 진폭을 크게하는 것이 도시되고 있다.
레이저 파장을 짧게하지 않고 기록 밀도를 크게하는 별도의 방법으로서는, 광학계의 개구수(NA)를 크게 하는 방법이 있다. 예를 들면, App1ied Physics Letter, No. 68(2), 8 January 1996, pp. 141-143(문헌3)에는, 솔리드 이머젼 렌즈를 이용함으로써 실효적인 NA를 크게 하고, 비임 스폿을 작게 조이는 기술이 개시되어 있다.
이하, 도13 및 도14을 이용하여, 문헌1에 관해서 상세히 설명한다.
도13은, 종래부터의 초해상 광 자기 기록 매체의 대표적인 구성이다. 투명 기판(61) 상에, 투명 유전체층(62), 재생층(63), 투명 유전체층(64), 기록층(65), 투명 유전체층(66)이 각각 적층 형성되어 있다.
기록층(65)에는 광자기 정보가 기록 마크 길이의 변화로서 기록되어 있지만, 도면에서는 최단의 기록 마크 길이에 대한 예를 도시하고 있다. 최단의 기록 마크 길이의 신호를 재생할 수가 있으면, 그것보다도 긴 기록 마크 길이의 신호를 재생하는 것은 당연히 가능하기 때문이다. 따라서, 기록 마크 길이는 전부 같게 하고,각 최단의 기록 마크 길이가 형성되어야 할 영역을 모식적으로 구획짓고 있다. 또한 이후, 해당 구획지어진 영역을 자구(磁區)라 칭하기로 한다.
각 자구 A 내지 I에는 도시한 바와 같이 각각 신호가 기록되어 있다. 재생층(63)은 기록층(65)과 다르고 복수의 자구로 분할되지 않지만, 설명 형편상(후술하는 도4의 (a), (b) 및 도14), 기록층(65)의 각 자구 A 내지 I의 위치적으로 대응하는 영역을 A' 내지 I'로 도시하도록 한다.
레이저광이 기록층(65)의 자구(E)를 중심으로, 또한 자구(E)보다도 큰 범위에 조사되어 있는 경우를 생각한다. 기록층(65)의 온도 분포로서는 기록 마크(E)의 부위에서 고온(예를 들면 150℃)으로 되고, 해당 자구(E)에서 멀어짐에 따라 저하한다. 또한, 포화 자화의 크기도 해당 온도 분포를 반영한 분포로 되고, 자구(E)에서 가장 크게 된다.
한편, 재생층(63)은, 실온 부근에서는 자화가 막면(지면에 수직방향)으로 평행한 면내 자화로 되고, 신호를 재생하지 않는 마스크 영역」을 형성하고 있다.
레이저광이 조사되어 재생층(63)이 고온이 되면, 재생층(63)의 자화가 감소하는 것으로 수직 자화로 되고, 기록층(65)의 자화를 정자력(靜磁力)으로 전사하는 「개구 영역」으로 된다.
재생시에는 레이저 스폿 내에 온도 분포가 생기기 때문에, 그 고온부에 형성된 개구 영역에서만 신호를 재생하게 된다. 즉, 자구(E)에서 발생하는 자속에 의해, 그것에 근접하는 재생층(63)의 일부 자구(E')는 자구(E)의 포화 자화의 방향에 따른 힘(정자력)을 받아, 자구(E)와 자구(E')의 포화 자화는 방향이 정렬되게 된다. 이와 같이, 기록층(65)의 기록 마크를 재생층(63)에 전사함에 있어, 재생층(63)으로의 신호의 전사는 자구(E)에서만 일어나고, 그 밖의 자구(A 내지 D 및 F 내지 I)에 형성된 기록 마크는 전사되지 않고 마스크 영역으로서 작용하기 때문에, 신호 재생 영역이 제한되어 재생 스폿을 실효적으로 작게 할 수가 있다.
따라서, 기록 마크가 비임 스폿 직경보다 작더라도, 이웃의 자구에 형성된 기록 마크와 간섭하지 않고 판독할 수 있고, 신호의 재생 분해 능력이 향상함과 동시에 고밀도 기록이 가능해진다. 또한 실온인 인접 트랙도 마스크 영역으로 되기 때문에, 인접 트랙으로부터의 신호의 혼신(크로스토크)이 거의 생기지 않는다. 이 때문에 기록 트랙의 간격도 작게 할 수 있다.
이것을 더욱 자세히 설명하는 것이 도14이다. 재생층(63)이나 기록층(65)에는 희토류·천이금속(RE-TM)합금이 이용된다. 기록층(65)및 재생층(63)에 평행한 면내에 x-y 좌표계를 설치하여, 재생층(63)의 면내로 향한 TM 자화와 같은 방향을 y축, 그리고 직각 방향을 x축으로 하고, 양축에 직각으로 층 형성 방향을 z축으로 한다. 기록층(65)에서는, TM 자화와 포화 자화의 방향은 z축으로 평행하고, 또한 기록층(65)의 조성이 TM-rich(실온에서의 천이금속의 부격자 자기 모멘트가 희토류금속의 부격자 자기 모멘트보다도 우세)로 되어 있기 때문에, TM 자화와 포화 자화는 동일한 방향으로 향하고 있다. 한편, 재생층(63)의 저온부에서는 TM 자화와 포화 자화의 방향은 x-y 평면 내에 있고, 또한 그 조성이 RE-rich(실온에서의 희토류금속의 부격자 자기 모멘트가 천이금속의 부격자 자기 모멘트보다도 우세)로 되어 있기 때문에 포화 자화와 TM 자화는 반대 방향을 향하고 있다.
재생시에 자구(E)에 레이저 스폿이 조사되면, 자구(E)에서 발생하는 자속에 의해, 고온으로 된 재생층(63)의 E'의 포화 자화가 자구(E)의 포화 자화의 방향을 따르게 된다. 재생층(63)의 E'이외의 부위는, 저온이기 때문에 자화는 면내 방향(x-y평면)을 향한 채이다.
그런데 자성체에 있어서는, 자화가 접하고 있으면 교환 상호 작용에 의해, TM 자화를 동일한 방향으로 향하고자 하는 힘(교환력)이 작용한다. 재생층(63)에 있어서도, A' 내지 I'의 각 TM 자화는, 인접한 TM 자화와 교환 결합하고 있고, E'의 TM 자화도 당연히 인접하는 D' 및 F'의 TM 자화와 교환 결합하고 있다. 즉 E'의 TM 자화는, D' 및 F'의 TM 자화로부터 그 방향을 면내 방향으로 하려는 힘을 받고 있다. 반대로, D' 및 F'의 TM 자화는 E'의 TM 자화로부터, 그 방향을 수직 방향으로 하는 힘이 작용하고 있지만, 이들 D' 및 F'의 TM 자화는, 각각 E'와는 역으로 인접한 C' 및 G'으로부터 면내 방향을 향하는 힘을 받고 있고, 그 힘이 크기 때문에 안정하게 면내 방향을 향하고 있다.
따라서, 기록층(65)으로부터 재생층(63)으로의 기록 마크의 전사는, 기록층과 재생층(63)사이의 정자력이, 재생층(63)내의 교환력으로 이겨낸 부위에서 발생하고 있기 때문이다. 즉 이 경우, 재생층(63) 내의 교환력의 존재는, 전사된 기록 마크가 작아지도록 작용하고 있다.
도15는 0.9㎛의 광 비임 스폿 직경을 갖는 광학계에서, 상기 종래의 초해상 광 자기 디스크를 재생했을 때의, 재생 신호 진폭의 기록 마크 길이 의존성을 도시하는 것이다. 비교로서, 초해상이 아닌 종래의 광 자기 디스크를 동일한 광학계에서 재생한 결과도 아울러 도시하고 있다. 초해상 광 자기 디스크에서는 재생 분해 능력이 향상되기 때문에, 종래의 광 자기 디스크에 비해 작은 기록 마크에서도 재생 신호 진폭이 커지고 있다.
그러나 상기의 종래 기술에서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
문헌1과 같은 자기 초해상 기술에서는 재생 분해 능력을 향상시키기 위해, 재생층에 마스크 영역을 형성하고 있고, 전사된 기록 마크는, 마스크 영역에서 기록 마크를 작게 하려는 힘을 받아 작아진다. 작은 기록 마크를 재생하면, 재생 신호 진폭도 작아지고, 그 결과 충분한 신호 진폭을 얻을 수 없다. 이것이, 종래의 초해상 광 자기 디스크를 재생할 때의, 판독 가능한 최소 기록 마크 길이의 한계를 결정하고 있었다. 그리고, 이 한계에 의해, 기록 밀도를 향상시킬 수 없다고 하는 문제점이 있었다.
또한, 재생 신호 진폭을 크게하려 하면, 문헌2와 같이 재생 동작중에 차례로 자계를 인가하는 등의 부가 에너지가 필요하게 되고, 소비 전력이 증대된다는 문제가 있었다.
또한, 문헌3과 같이 SIL을 이용하게 되면, 비임 스폿 직경을 작게 할 수 있지만, 그것을 초과하는 재생 분해 능력을 얻을 수는 없고, 또한, SIL과 자기 초해상 기술을 조합시키더라도, 기록 마크가 작아지면 재생 신호 진폭도 작아진다고 하는 문제와, 재생 신호 진폭을 크게하기 위해서는 부가 에너지가 필요하게 된다는 문제는 여전히 남아 있다.
본 발명의 목적은, 광 자기 기록 매체의 기록 마크를 작게 했을 때에, 재생 신호 진폭이 작아지는 것을 방지하고, 기록 밀도를 향상시킬 수 있는 광 자기 헤드를 제공하는 것이다.
본 발명자들은 예의 연구의 결과, 보조 렌즈에, 매체에 쓰여진 정보를 확대하여 전사하기 위한 자성막이 형성되어 있는 것을 특징으로 한 SIL을 이용함으로써 SIL에 의해 작게 조여진 비임 스폿 직경 보다도 더욱 작은 사이즈의 기록 마크를, 재생시의 인가 자계를 이용하지 않아도, 재생 신호 진폭을 작게 하지 않고 재생할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 이루게 되었다.
본 발명의 광 자기 헤드는, 상기의 목적을 달성하기 위해, 실온과 퀴리 온도의 사이에서 포화 자화의 극대치를 갖는 기록층을 갖춘 기록 매체에 대하여, 기록·재생하기 위해, 상기 기록층을 승온하기 위한 빛을 집광하는 대물 렌즈와, 해당 집광된 빛을, 실효적인 개구수를 증가시켜, 상기 기록층에 조사하기 위한 보조 렌즈와, 상기 보조 렌즈에 형성되어, 상기 기록층에 기록된 정보를 일시적으로 확대하여 전사함으로써 재생하기 위한 재생용 자성층을 포함하고, 상기 재생용 자성층이, 상기 집광된 빛에 조사되는 위치에 형성되어 있다.
상기의 구성으로서는, 보조 렌즈와 기록층과의 간격을 빛의 파장보다 작게 설정하면, 대물 렌즈에 의해 집광되고, 보조 렌즈에 의해 실효적인 개구수가 증가된 빛의 스폿이, 상기 설정에 의한 근접장 효과에 의해 기록층에 전파, 즉 기록층이 조사된다. 이 때, 대물 렌즈만에서 집광되는 경우보다, 더욱 작은 영역을 빛에 의해 조사할 수가 있다.
빛의 조사를 받음으로써, 기록층에 온도 분포가 생긴다. 그 결과, 기록층이 있는 온도 이상으로 되는 고온부에서는 포화 자화가 커지고, 미리 기록된 정보에 따라 자속이 발생한다. 여기서, 상기 고온부는, 적당한 파워를 갖는 빛을 이용함으로써 빛의 스폿 직경보다 작게 할 수가 있다. 따라서, 빛의 스폿 직경보다 작은 기록층의 영역에서, 기록된 정보에 따른 방향을 갖는 포화 자화로부터의 자속을 발생시킬 수 있다. 그래서, 상기 고온부를, 정보의 최소 단위가 기록된 기록층의 영역(이하, 기록 마크라 칭한다)와 동일한 크기로 설정함으로써, 각 기록 마크의 정보로부터 해당 정보에 따른 밀도가 큰 자속을 발생시켜, 해당 자속을 재생용 자성층에 도달시키도록 할 수가 있다.
적당한 면적을 갖는 재생용 자성층에서는, 상기 자속에 따라서 재생용 자성층 전체의 포화 자화가 정렬된다. 그래서, 재생용 자성층의 면적을, 기록 마크의 면적보다 크게함으로써, 기록 마크에 기록된 정보를 재생용 자성층에 확대하여 전사할 수 있다.
한편, 재생용 자성층이 상기 광의 스폿 위치에 형성되어, 빛이 조사됨으로써 반사광을 발생한다. 해당 반사광은, 재생용 자성층의 포화 자화의 방향에 의한 영향에 의해, 입사광에 대한 편광 방향의 회전을 받는다. 이 편광 방향의 회전에 기초하여, 재생신호를 형성한다. 여기서, 재생용 자성층에 자화가 확대하여 전사되어 있기 때문에, 정보를 포함한, 즉, 편광 방향의 회전(카 회전)을 받은 반사광의 광량이, 직접 기록 마크로부터의 반사광을 이용하는 경우보다 많아진다. 따라서, 재생 신호 진폭을 크게 할 수 있게 된다.
이상에 의해, 기록 마크가 작아지더라도 재생 신호 진폭이 작아지는 것을 막을 수 있고, 그 결과, 재생 신호 진폭을 크게 유지하면서 기록 밀도를 향상시킬 수 있게 된다.
그 결과, 상기 구성으로서는, 기록 마크를 보다 작게 하여 고밀도로 기록된 기록 매체을 판독하는 것이 가능해지기 때문에, 종래 이상으로 정보기록의 고밀도화를 실현할 수 있다.
본 발명의 광 자기 장치는, 상기의 광 자기 헤드를 갖고 있다.
상기의 구성에서는, 기록 매체에 대한 고밀도의 정보의 기록, 재생이 가능해지기 때문에, 종래부터 고밀도의 기록 매체를 이용할 수 있고, 장치에 삽입하는 기록 매체당 정보량을 증대시킬 수 있다. 이에 따라, 기록 매체 및 해당 기록 매체를 삽입하는 광 자기 장치의 소형화나 기록 매체의 사용 수량의 삭감을 꾀할 수 있다.
또한, 상기 구성에서는, 재생시에 외부 자계의 인가를 필요로 하지 않고, 정보 기록의 고밀도화를 실현하고 있기 때문에, 종래, 재생시에 외부 자계의 인가를 수반하는 고밀도화의 방법을 채용한 광 자기 장치와 비교하여, 전력 절약화를 꾀할 수 있다.
본 발명의 광 자기 기록 재생 방법은, 실온과 퀴리 온도의 사이에서 포화 자화의 극대치를 갖는 기록층을 갖춘 기록 매체에 대한 기록·재생을 위해, 상기 기록층을 승온하기 위한 빛을 집광하는 대물 렌즈와, 해당 집광된 빛을, 실효적인 개구수를 증가시켜, 상기 기록층에 조사하기 위한 보조 렌즈와, 상기 보조 렌즈에 형성되어, 상기 기록층에 기록된 정보를 일시적으로 확대하여 전사함으로써 재생하기 위한 재생용 자성층을 포함하여, 상기 재생용 자성층이, 상기 집광된 빛으로 조사되는 위치에 형성되어 있는 광 자기 헤드를 이용하고, 재생시에는, 상기 광을 상기 보조 렌즈에 형성된 상기 재생용 자성층을 통해 상기 기록층에 조사하여, 상기 기록층으로부터 발생하는 자속에 의해, 상기 기록층에 기록된 정보를 상기 재생용 자성층에 전사하여, 상기 재생용 자성층으로부터의 반사광을 이용하여 재생하고, 기록시에는, 상기 광을, 해당 광의 에너지를 상기 재생 시간과 변화시켜, 상기 기록층에 조사하여, 기록하는 정보에 기초하는 외부 자계를 인가하여 정보의 기록을 상기 기록층에 대하여 행한다.
상기의 방법에서는, 재생시와 기록시에 빛의 에너지를 변화시킴으로써, 구체적으로는 기록시에 재생시 보다 높은 에너지의 빛을 조사시켜, 기록 매체의 기록층을 퀴리 온도 부근까지 승온하여, 보자력이 저하된 부분에 코일등에 의해 외부 자계를 인가하는 것으로, 단일의 광 자기 헤드를 이용하여 고밀도의 정보를 기록, 재생하는 것이 가능해진다. 그 결과, 구조가 간소하고, 기록·재생 동작의 변경이 간단한 광 자기 장치를 제공할 수가 있다.
본 발명의 광 자기 헤드는, 상기의 목적을 달성하기 위해, 기록 매체의 기록층에 빛을 집광하기 위한 대물 렌즈와, 대물 렌즈의 개구수를 증가시켜, 상기 광을 상기 기록층에 대하여 근접장 효과에 의해 전파하기 위한 보조 렌즈와, 상기 기록층이 전파한 빛에 의해 승온됨으로써, 상기 기록층에 형성된 단일의 기록 마크로부터 생기는 자속만을, 상기 기록 마크보다 확대하여 전사하여, 상기 기록 마크의 정보를 재생하기 위한 재생용 자성층을 포함하고, 상기 재생용 자성층은, 상기 보조 렌즈에 있어서의 상기 광의 전파부측에 형성되어 있다.
상기의 구성으로서는, 기록 매체의 내부에서 정보를 자화로서 기록하고 있는 기록층이, 투명 부재와 충분히 가까운 위치에 형성되어 있으면, 렌즈 부재측에서 입사한 빛이, 투명 부재의 기록 매체측의 면부근의 재생용 자성층에 집광되면, 해당 기록층에도 근접장 효과에 의해 빛이 전파된다. 빛의 전파를 받은 기록층은, 승온되고, 기록된 자화에 따른 포화 자화를 발생한다.
여기서, 빛의 에너지가 적당하면, 기록층에 형성된 단일의 기록 마크의 영역 부근만을 승온할 수가 있다. 이로써, 주위의 기록 마크와 비교하여, 상기 단일의 기록 마크에 강한 포화 자화를 생기게 할 수 있다. 해당 포화 자화로부터 발생하는 자속은, 기록 마크보다 넓은 면적을 갖는 재생용 자성층에 확대하여 전사된다. 재생용 자성층은 상기 광에 의해 조사되고, 상기확대하여 전사된 자화의 영향을 받은 반사광을 이용하여, 재생 신호를 형성할 수 있다.
재생 신호의 형성에 관여하는 자화는, 기록 매체에 형성된 자화보다 확대되어 있기때문에, 재생 신호 진폭을 크게 할 수 있다. 즉, 기록 매체에 기록된 자화가 작아지더라도, 재생 신호 진폭이 작아지는 것을 막을 수 있다. 이 때문에, 기록 매체에 기록하는 정보의 고밀도 기록화가 실현된다.
본 발명의 또 다른 목적, 특징, 및 우수한 점은, 아래에 도시하는 기재에 의해서 충분히 알 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 이점은, 첨부 도면을 참조한 아래의 설명으로 명백하게 될 것이다.
도1는 본 발명 실시의 일 형태에 관한 광 자기 장치의 개념도이다.
도2은 본 발명 실시의 일 형태에 관한 광 자기 헤드 및 기록 매체의 모식도 및 기록층의 온도 분포를 도시하는 그래프이다.
도3은 본 발명 실시의 일 형태에 관한 기록 매체의 자기 특성을 도시하는 그래프이다.
도4의 (a)는 본 발명 실시의 일 형태에 관한 재생용 자성층의 자화를 도시하는 모식도이며, (b)는 기록층의 자화를 도시하는 모식도이다.
도5는 상기 광 자기 장치의 구성도이다.
도6은 본 발명 실시의 일 형태 및 종래 기술에 관한 재생 신호 진폭의 비교를 도시하는 그래프이다.
도7은 상기 광 자기 헤드 및 기록 매체의 단면도이다.
도8은 본 발명 실시의 일 형태에 관한 재생 신호 진폭을 도시하는 그래프이다.
도9의 (a) 내지 (d)는, 상기 광 자기 헤드의 제조 방법을 도시하는 모식도이고, 도9의 (a) 및 (c)는 각 공정도를 도시하는 평면도이고, (b) 및 (d)는 각각 (a)의 A-A'선 단면 및 (c)의 B-B'선 단면을 도시하는 단면도이고, (e)는 상기 광 자기 헤드를 도시하는 사시도이다.
도10의 (a)는 상기 광 자기 헤드의 별도의 제조 방법을 도시하는 평면도이고, (b)는 (a)의 C-C'선 단면을 도시하는 단면도이다.
도11은 비교에 이용한 광 자기 장치의 개념도이다.
도12는 비교에 이용한 광 자기 헤드 및 기록 매체의 단면도이다.
도13은 종래의 초해상 광 자기 기록 매체를 도시하는 모식도이다.
도14는 종래의 초해상 광 자기 기록 매체의 자화를 도시하는 모식도이다.
도15는 종래의 초해상 광 자기 디스크 및 비초해상 광 자기 디스크의 재생 신호 진폭을 도시하는 그래프이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 레이져 다이오드
2 : 시준기 렌즈
3 : 편광 비임 분할기
4 : 워라스톤 프리즘
5 : 대물 렌즈
6 : 보조 렌즈
7 : 재생용 자성층
8 : 코일
9 : 기록 매체
10 : 빛
10a : 평행광
10b : 광 비임
11 : 멀티 렌즈
12 : 포토디텍터
본 발명의 실시 일 형태에 관해서 도1 내지 도12에 기초하여 설명한다. 한편, 설명은,
①기본 장치 구성
②초해상 SIL
③기록 매체 및 초해상 재생 메카니즘
④트랙킹 방법과 포커싱 방법
의 순으로 행한다.
①기본 장치 구성
도1는, 본 실시의 형태에 관한 초해상 광 자기 기록 재생 장치(광 자기 장치)의 광학계를 도시한 도면이다. 레이저 다이오드(LD)(광원)(1)로부터 출사된 파장 635 nm의 빛(10)은 지면내 방향으로 직선 편광하고 있고, 시준기 렌즈(2)에 의해 평행광(10a)으로 된다. 편광 비임 분할기(PBS)(3)를 투과한 평행광(10a)은, NA 0.6의 대물 렌즈(광학계)(5)로 집광되어 광 비임(빛)(10b)으로 된다. 기록 매체(9)와 대물 렌즈(5)와의 사이에는, 보조 렌즈(6)가 배치되어 있고, 광 비임(10b)은 보조 렌즈(6) 매체측의 면상에 집광된다.
보조 렌즈(6)는, 구면 렌즈(렌즈 부재, 광학계)(6a)와, 재생용 자성층(7)이 제작된 투명 부재(6b)를 접합시킨 구성으로 되어 있다. 또한 보조 렌즈(6)는, 구면 렌즈(6a) 구면의 중심이, 대물 렌즈(5)의 초점 위치로 되도록 설치되어 있다.
보조 렌즈(6)와 기록 매체(9)는 미소한 틈을 갖고 배치되지만, 해당틈을 충분히 작게, 예를 들면 100 nm 전후로 설정하고 있기 때문에, 상기한 바와 같이 보조 렌즈(6)의 기록 매체(9) 측의 면상으로 집광하도록 하면, 근접장 효과에 의해 기록 매체(9) 상에 대하여 집광되는 것으로 된다. 따라서, 기록 매체(9)에는 보조 렌즈(6)가 없는 경우에 비하여 1/n 배[n은 보조 렌즈(6)의 굴절율]의 비임 스폿 직경()의 광 비임(10b)이 조사하게 된다.
또한, 보조 렌즈(6)의 주위에는 기록용의 코일(8)이 배치되어 있다. 재생 전용의 경우에는, 해당 코일(8)은 불필요하다.
재생용 자성층(7)이나 기록 매체(9)로 반사한 빛은, 대물 렌즈(5)를 통과하여 평행광으로 된 후, PBS(3)로 반사되어, 워라스톤 프리즘(검광자)(4)에 들어가고, 멀티 렌즈(11)에 의해, 포토디텍터(검출기)(광검출기)(12)에 집광된다.
이와 같이, 본 실시의 형태의 광 자기 기록 재생 장치는, 기록 매체의 한쪽 측에 빛과 자기의 복합 헤드[보조 렌즈(9), 기록용 코일(8)등]를 구비하고 있다.
②초해상 SIL(솔리드 이머젼·렌즈)
도2는 도1에 있어서 기록 매체(9)와 보조 렌즈(6)를 확대한 것이다. 보조 렌즈(6)는, 구면 렌즈(6a)와, 재생용 자성층(7)이 형성된 투명 부재(6b)를 접합시킨 구성으로 되어 있다. 구면 렌즈(6a)는, 적당한 반지름(r)(예를 들면, r-0.5 mm)의 구의 일부(예를 들면, 반구)의 형상이며, 고굴절율(예를 들면, 굴절율 n-1.5)의 재질로 형성되어 있다. 투명 부재(6b)는, 대향하는 평행한 면을 갖는 판형체이고, 구면 렌즈(6a)와 거의 같은 굴절율의 재질로 이루어지는 투명 기판(20)상에, 투명 유전체(21), 재생용 자성층(7), 투명 유전체(22)가 적층된 구조로 되어 있다. 재생용 자성층(7)은 비임 스폿 직경() 보다 조금 큰 정도의 면적을 갖도록 제작되고, 대물 렌즈(5)의 초점 위치 즉 보조 렌즈(6)에서의 빛의 초점 위치가 되도록 설정되어 있다. 투명 유전체(21, 22)는, 투명 부재(6b)의 기록 매체(9)에 대향하는 면 전체에 형성되어 있다.
또, 구면 렌즈(6a)와, 투명 부재(6b)는 일체로 되는 것으로 솔리드 이머젼 렌즈(SIL)인 보조 렌즈(6)를 구성한다. 이와 같이, 본 실시 형태로서는 초해상 SIL을 구성한다, 구면 렌즈(6a), 투명 기판(20), 투명 유전체(21, 22) 및 재생용 자성층(7)이 일체화되어 있기 때문에, 장치의 소형화를 꾀할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 광 자기 헤드는, 보조 렌즈(6)가, 재생용 자성층(7)이 형성된 투명 부재(6b)와, 해당 투명부재(6b)와 거의 굴절율이 같은 구면 렌즈(6a)와의 접합에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기의 구성으로서는, 보조 렌즈(6)에 있어서, 굴절율의 변화에 따르는 불필요한 반사를 막을 수 있기 때문에, 대물 렌즈(5)로부터 출사된 빛을 효율 좋게 이용할 수 있고, 미광에 의한 노이즈 등의 영향을 방지하고, 안정된 재생 신호를 얻을 수 있다. 또한, 상기 구성으로서는 접합에 의해 형성 하는 것으로, 제조 공정이 간소화되어, 제조 비용을 감소할 수도 있다.
③기록 매체 및 초해상 재생 메카니즘
이어서, 본 실시의 형태에 있어서 적당히 이용되는 기록 매체의 구조및 초해상 재생 메카니즘에 관해서, 도2을 이용하여 설명한다.
기록 매체(9)는, 유리 혹은 플라스틱 기판(26) 상에, 투명 유전체층(25), 기록층(24), 투명 유전체층(23)이 적층된 구성으로 되어 있다. 기록층(24)에는, 검은 화살표로 도시하는 기록이 되어 있고, 각 검은 화살표가 들어가 있는 영역이 자구(최단의 기록 마크 길이가 형성되어야 하는 영역을 모식적으로 구획짓은 부분)이다.
기록층(24)은 광 자기 기록 매체에 널리 사용되어 있는 TbFeCo를 이용하고 있다. 이것은 천이금속(Transition Metal; 이하 TM이라 칭한다)인 FeCo와, 희토류금속(Rare Earth Metal; 이하 RE라 칭한다)인 Tb의 비품질합금이다. 또한 TbFeCo는, TM 자화와 RE 자화가 반평행(각각의 부격자 자화의 방향이 역방향)에 결합하는 페리 자성체이다. 도2중, 검은 화살표는 TM 자화를 나타내고, 흰 화살표는 TM 자화와 RE 자화의 차이분인 포화 자화(Ms)를 나타내고 있다. 덧붙여서 말하면, NdFeCo 등의 펠로우 자성체로서는 각 원자의 자화는 평행하게 커플링한다.
여기서 이용한 TbFeCo는, 도3에 도시한 바와 같은 포화 자화(Ms)의 온도 의존성을 갖고 있다. 실온(R. T.)이 보상 온도로 되어있기 때문에, 실온에서의 포화 자화(Ms)는 0이다. 여기서, 상기 보상 온도와는, RE 부격자 자화의 크기와 TM 부격자 자화의 크기가 동일해지기 때문에, 외관상 포화 자화(Ms)가 0으로 되는 온도를 말하고, 그 전후의 온도로 RE 부격자 자화의 크기와 TM 부격자 자화의 크기가 역전한다. 또한, 상기 TbFeCo는, 150℃에서 포화 자화(Ms)가 최대치로 되어, 퀴리 온도(자화가 소실하는 온도)는 260℃이다.
재생시, 광 비임(10b)이 재생용 자성층(7)을 통해 기록층(24)을 조사하면, 기록층(24)에는 도2에 도시한 바와 같은 온도 분포를 발생한다. 재생시의기록층(24)의 고온부가 150℃ 정도로 되는 재생 레이저 파워를 이용하면, 도2에 도시한 바와 같이, 기록층(24)은 온도가 높아지고 있는 영역에서는 큰 포화 자화(Ms)를 갖는 한편, 온도가 낮은 영역에서는 Ms는 작아지게 되고, 실온 부근에서는 Ms는 0으로 된다.
기록층(24)에 있어서 온도가 높은 영역은, 비임 스폿 직경() 보다 작게 할 수 있고, 또한, 이 온도가 높은 영역에 생기는 포화 자화(Ms)에서는 자속이 발생하기 때문에, 비임 스폿 직경() 보다 작은 기록층(24) 영역의 포화 자화(Ms)의 정보가, 자속으로서 재생용 자성층(7)에 도달하게 된다.
여기서 재생용 자성층(7)은, 상기 재생층(63)(도13참조)과 같은 성질을 갖는 것이다. 즉, 재생용 자성층(7)은, 희토류·천이금속(RE-TM) 합금으로형성되어 있다. 또한, 재생용 자성층(7)의 저온(실온)부에서는 TM 자화와 포화 자화의 방향은 재생용 자성층(7) 면내에 있고, 또한 그 조성이 RE-rich(실온에서의 희토류 금속의 부격자 자기 모멘트가 천이 금속의 부격자 자기 모멘트보다도 우세)로 되어 있기 때문에 포화 자화와 TM 자화는 반대 방향을 향하고 있다. 그리고, 광 비임에 의해 승온됨으로써, 기록층(24)으로부터의 자속에 따라서 포화 자화의 방향이 정렬된다.
또한, 재생용 자성층(7)은 비임 스폿 직경(Ø) 보다 큰 직경으로 되어있다. 재생용 자성층(7)은 막전체로, 기록층(24)으로부터의 자속에 따라 자화의 방향이 정렬되기 때문에, 비임 스폿 직경(Ø) 보다 큰 영역에 기록 마크(27)의 정보가 전사되고, 해당 영역이 재생에 관여함으로써, 기록 마크(27)가 작아지더라도 재생 신호 진폭이 작아지는 것을 억제할 수 있다. 이러한 방식으로, 기록 밀도를 향상시킬 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명의 광 자기 헤드는, 재생용 자성층(7)이, 기록 매체(9)에 기록된 기록 마크(27)의 크기 보다도 커지도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기의 구성에서는, 기록 마크(27)보다 큰 면적의 자화가 기록 마크(27)로부터의 자속에 따라서 정렬되기 때문에, 기록 마크(27)의 정보에 따라 입사광의 편광 방향을 회전시켜 반사하는 영역의 면적이 커진다. 그 결과, 기록 마크(27)의 정보를 포함한 반사광의 광량이 많아지게 되고, 재생 신호 진폭을 크게 할 수 있다. 따라서, 기록 마크(27)를 작게 하더라도 안정된 재생이 가능해진다.
이어서, 재생용 자성층(7)의 면적이 기록 마크(27)의 면적보다 커지도록 재생용 자성층(7)을 형성하고 있는 이유, 및, 재생용 자성층(7) 전체가, 기록층(24)으로부터의 자속에 따라서 정렬되는 이유를 도4의 (a), (b) 및 도14를 이용하여 설명한다. 종래부터의 초해상 광 자기 기록 매체를 재생하는 경우의 문제점은, 도13 및 도14에 있어서 전술한 바와 같다.
그래서, 도4의 (a)에 도시한 바와 같이, 도14의 재생층(63)의 면적을 비임 스폿 직경()과 같은 정도까지 작게 한 경우를 생각하여 본다. 도4의 (a) 및 (b)에서는, 도14에 비교하여, 재생용 자성층(7)의 면적이 비임 스폿 직경()정도까지 작아지게 되고(재생용 자성층(7)의 면적이, 집광된 빛의 스폿의 면적과 거의 같게 되어 있고), TM 자화로서는 D', E' 및 F'만이 존재하고 있는 모습을 보이고 있다. E'의 포화 자화는, 도4의 (b)의 자구(E)의 포화 자화로부터의 자속에 따르고, 이 사정은 도14와 동일하다. 그에 대해, D' 및 F'의 TM 자화는, E'으로부터의 교환력에 의해 수직 방향으로 향하는 힘을 받고 있는 한편, 인접 자구(C', G')가 존재하지 않기 때문에, 이들을 면내 방향으로 향하고자 하는 힘이 없어져 있다. 따라서, D', F'의 TM 자화는, E'의 TM 자화와의 교환력으로 수직 방향을 향하게 된다.
이와 같이 재생용 자성층(7)의 면적을 비임 스폿 직경() 정도까지 충분히 작게 하면, 기록층(24)의 기록 마크가 재생용 자성층(7) 전체에 확대되어 전사되는 효과를 발휘할 수 있다.
④트랙킹 방법과 포커싱 방법
도5는 기록 재생의 실험에 이용한 장치의 모식도이다.
레이저 다이오드(광원)(1)로부터 나온 빛(10)은, 시준기 렌즈(2), 릴레이 렌즈(51, 52), PBS(3), 입상 밀러(53), 대물 렌즈(5), 보조 렌즈(6)를 통해, 기록 매체(9)의 기록층(24)(도2 참조)에 도달한다. 기록 매체(9)에 있어서 기록층(24)은 광 자기 헤드에 의한 기록 및 재생이 효과적으로 행하여지도록, 상면[보조 렌즈(6)가 위치하는 쪽] 근처에 형성되어 있다.
또한, 재생용 자성층(7) 및 기록 매체(9)로부터의 반사광은, PBS(3)을 통과한 후 월라스톤 프리즘(4)에 입사한다. 해당 월라스톤 프리즘(4)의 편광 분리 작용에 의해서, 기록 매체(9)로부터의 반사광은, 상호 직각 방향으로 진동하는 2개의 편광 성분(P편광 및 S편광)으로 분리되고, 소위 검광자로서 작용한다. 또한, 해당 2개의 편광 성분은 분리각(LD의 파장 635 nm에서 1 내지 수°)를 갖고 출사한다. 또한 상기 월라스톤 프리즘(4)을 출사한 반사광은, 해당 광 비임에 대하여 충분히 넓은 입사면을 갖는 멀티 렌즈(11)를 통과하여, 집광되면서 2개의 광 비임은, 2개에 분할된 포토디텍터(광 검출기)(12)로 각각 입사한다.
기록 매체(9)의 기록층(24)(도2 참조)에 기록된 광 자기 신호로부터, 확대 전사된 재생용 자성층(7)의 자화는, 반사광의 편광면을 입사광의 편광면에 대하여 회전시킨다. 이 작용에 의해, 반사광의 상호 직교하는 2개의 편광 성분의 빛 강도가 변동하고, 포토디텍터(검출기)(12)의 2개의 수광부의 출력에 차가 생긴다. 이 출력의 차동 출력을 측정함으로써, 광 자기 기록 정보를 재생할 수가 있다.
또, 이상의 설명으로서는 월라스톤 프리즘(4)은 2개의 편광 성분으로 분리하는 경우에 관해서 설명했지만, P편광, S편광, 및 P+S편광의 3개로 분리하여 해당 P+S 편광 성분을 포커싱 제어용에 이용하는 방법만으로도 좋다. 또한, 포토디텍터(검출기)(12)는 트랙킹 제어용, 포커싱 제어용에 2이상의 복수에 분할된 수광부를 갖는 것이라도 좋다.
기록 매체(9)는 스핀들 모터(55)로 회전하고, 회전 방향은 지면에 수직이다. 입상 밀러(53)를 놓은 대(56)와, 대물 렌즈(5) 및 보조 렌즈(6)를 고정한 지지통(58)은, 스프링(짐벌)(57)을 사용하여 연결되어 있고, 보조 렌즈(6)부는, 기록 매체(9)상을 부상 주행한다. 대물 렌즈(5)의 각도는, 평행광(10a)이 대물 렌즈(5)에 입사했을 때에, 보조 렌즈(6)에 형성된 재생용 자성층(7)에 집광되도록, 조정되고, 지지통(58)으로 고정되어 있다. 입상 밀러(53)를 놓은 대(56)는, 샤프트(59)를 사용하여, 기록 매체(9)에 놓은 디스크의 반지름 방향으로 이동한다.
이와 같이, 본 실시의 형태에 있어서 광학계는, 광원(LD)(1), PBS(3), 월라스톤 프리즘(4) 및 포토디텍터(검출기)(12)등으로 이루어지는 고정 광학계(F)와,대(56)에 배역된 입상 밀러(53), 대물 렌즈(5) 및 보조 렌즈(6) 등으로 이루어지는 이동 광학계(M)로 구성된다.
이어서, 상기 장치의 트랙킹 동작에 관해서 설명한다.
기록 매체(9)의 편심량이 수마이크론 이상으로 큰 경우, 또한, 트랙 점프 동작에 있어서 이동 트랙 거리가 큰 경우에는, 우선 입상 밀러(53)를 놓은 대(56)를 샤프트(59)에 따라서 이동시킨다. 이에 따라 대충 제어를 행한 후, 지지통(58)을 도시하지 않는 작동기로 구동함으로써, 기록 매체(9) 상의 광 비임(10b) 위치를 정확히 제어한다.
또한, 기록 매체(9)의 편심량이 매우 작은 경우(예를 들면 1 마이크론이하)로서, 또한 트랙 점프 동작에 있어서 이동 트랙 거리가 큰 경우에는, 우선 입상 밀러를 얹은 다이(56)를 샤프트(59)에 따라서 이동시킨 후, 릴레이 렌즈(52)를 작동기(구동수단)(44)으로 구동함으로써, 도면 중 화살표 d 방향(지면에 평행 방향)으로 제어하여 트랙킹을 행하는 것도 가능하다. 이 방법으로서는, 구동 부하가 릴레이 렌즈(52)만이기 때문에, 대물 렌즈(5), 보조 렌즈(6) 및 기록용 코일(8)이 고정되어 있는 지지통(58)을 도시하지 않는 작동기로 구동함으로써 트랙킹 제어를 하는 경우에 비해, 고속화에 대하여 유리하게 진다.
이 경우, 주의해야 할 점은, 이미 진술한 바와 같이 비임 조사 영역이 재생용 자성층(7)으로부터 빠지면 반사 광량이 감소하기 때문에, 릴레이 렌즈(52)를 구동함으로써 광 비임(10b)의 비임 스폿 위치를 변화시키는 범위는, 재생용 자성층(7) 영역 내에 한정된다는 것이다.
한편, 기록 매체(9)의 편심이 매우 작은 경우로, 또한 트랙 점프 동작에 있어서 이동 트랙 거리가 작은 경우(수개 정도), 또는 현재 주사중인 트랙이 계속적인 추종, 소위 트랙킹의 경우에는, 릴레이 렌즈(52)의 구동만 행하면 된다.
어쨌든, 지지통(58)을 구동하든지, 혹은 릴레이 렌즈(52)를 구동하는지는, 상정되는 기록 매체(9)의 편심량을 기초로 결정하면 된다.
한편, 상기 설명으로서는 릴레이 렌즈(52)의 이동에 의해 트랙킹 제어를 하도록 했지만, 시준기 렌즈(2)를 도면 중 화살표 d방향으로 이동시킴으로써, 동일한 효과를 얻을 수 있다. 이 경우, 릴레이 렌즈(51, 52)는 특별한 필요없다. 다만, 시준기 렌즈(2)의 이동에 의해 포커싱 및 트랙킹 제어를 행하도록 하면, 다른 광학계의 정렬이 곤란하다는 문제가 있다. 따라서, 본 실시의 형태에서는 시준기 렌즈(2)에 의해서 LDr에서의 발산 광을 시준한 후, 양자의 위치 관계를 접착제 등으로 고정하여, 해당 시준 광을 이용하여 각종 광학계의 위치 조정 및 릴레이 렌즈(52)의 위치 제어에 의해 포커싱 및 트랙킹 제어를 하도록 하고 있다.
또한, 포커싱은 원리적으로는 행할 필요는 없지만, 투명 부재(6b)의 기판 두께의 진동을 흡수하기 위해, 릴레이 렌즈(52)를 화살표 c의 방향(광축에 평행)으로 이동시키는 것으로 행한다. 즉, 릴레이 렌즈(52)가 기본 위치에 있는 경우에는, 릴레이 렌즈(52)로부터의 출사광은 시준광으로 되어, 대물 렌즈(5) 및 보조 렌즈(6)에 의해 소정의 결상 위치에 촛점을 연결한다. 한편, 릴레이 렌즈(52)가 해당 기본 위치로부터 전후하면, 릴레이 렌즈(52)로부터의 출사광은 수속 혹은 발산광으로 되기 때문에, 대물 렌즈(5) 및 보조 렌즈(6)에 의해 결상되는 위치는 상기 소정 위치로부터 전후하게 된다. 이에 따라 포커싱 제어를 할 수 있다.
이와 같이, 광학계를 분리 광학계로서 이동 광학계를 경량화하는 것으로, 필요로 하는 이동 거리를 유지한 채로 고속인 이동성을 얻을 수 있다.
이들의 제어는, 제어 컨트롤러(제어수단)(42)에 의해서 행한다. 또한, 이 때의 제어 프로그램은 불휘발성 메모리등에 미리 기억해 둔다.
이와 같이, 본 발명의 광 자기 장치는, 상기의 광 자기 헤드를 갖는 이동 광학계 M과, 빛을 출사하는 레이저 다이오드(1), 빛의 광축에 설치된 릴레이 렌즈(52), 해당 릴레이 렌즈(52)의 광축상에 대한 위치를 변화시키기 위한 작동기(44) 및 빛을 기록층(24)에 조사함으로써 생기는 정보를 포함하는 반사광을 수광하기 위한 포토디텍터(광 검출기)(12)를 갖는 고정 광학계 F와, 기록 매체(9)상에서의 빛의 조사 위치를 이동함에 있어서, 빛이 이동할 곳이 재생용 자성층(7)의 영역내에 있는 경우는 작동기(44)를 구동함으로써 릴레이 렌즈(52)의 위치 제어에 의해 행하고, 빛이 이동할 곳이 재생용 자성층(7)의 영역 밖으로 되는 경우는 이동 광학계 M의 위치 제어에 의해 행하는 제어 컨트롤러(42)를 포함하는 것이 바람직하다.
상기의 구성에서는, 조사 위치의 이동량이 비교적 작은 경우에는, 릴레이 렌즈(52)만의 이동으로 조사 위치를 이동시키기 때문에, 작동기(44)의 부하가 작음으로써, 고속 제어가 가능해 진다. 또한, 조사 위치의 이동량이 비교적 큰 경우에는, 이동 광학계 M의 위치 제어를 함으로써, 빛이 재생용 자성층(7)으로부터 떨어짐에 의한 재생 신호 진폭의 감소를 피할 수 있다.
이상, 서술한 바와 같이 본 실시의 형태의 초해상 SIL을 이용함으로써 기록층(24)(도2 참조)의 기록 마크를 확대하여 재생용 자성층(7)에 전사할 수 있기 때문에, 작은 기록 마크를 재생할 때에도 재생 신호 진폭이 작아지는 것을 억제할 수가 있다. 따라서, 고밀도인 기록 재생을 실현할 수가 있게 된다.
또, 본 실시의 형태에서는, 설명을 생략했지만 보조 렌즈(6)에 제작된 재생용 자성층(7)이나, 투명 유전체(21, 22)의 재료나 막 두께는, 재생광의 카회전각이 커지도록 설계되어 있고, 또한, 기록층(24)으로부터 발생하는 자속을 받기 쉽도록, 되도록이면 기록층(24)과 재생용 자성층(7)이 근접하도록 한다는 배려가 이루어져, 선택된 것이다. 그러나, 이들은, 본 발명의 주지에 따르면 본 실시 형태에서 이용한 재료나 막 두께에 한정되는 것이 아니다.
또한, 레이저를 조사하면서 코일(8)에, 정보에 기초를 둔 변조 신호를 입력하는 것으로, 정보의 기록을 할 수 있고, 이 방법은, 종래부터의 광 자기 디스크에의 기록과 마찬가지이다. 구체적으로는, 광원(1)으로부터의 빛(10)을 보조 렌즈(6)를 통해서 기록 매체(9)에 조사하여, 기록층(24)을 퀴리 온도 근처까지 승온하여, 보자력이 저하된 부위에 코일(8)에 의해 외부 자계를 인가하는 것으로 기록한다.
이와 같이, 본 발명의 광 자기 헤드는, 보조 렌즈(6)의 주위에 형성되어, 정보의 기록시에, 기록하는 정보에 따른 자속을 발생하는 코일(8)을 포함하는 것이 바람직하다.
이 구성으로서는, 기록층(24)에 조사하는 빛의 에너지를 올리는 등으로, 기록 마크로 되는 부분의 온도를, 보자력이 충분히 약해지는 정도까지 올린 상태로, 코일(8)에 의해 기록하고 싶은 정보에 따른 방향을 갖는 자계를 인가하는 것으로, 기록 매체(9)에 정보의 기록을 행할 수 있다. 그 결과, 단일의 광 자기 헤드로, 종래부터 고밀도인 정보의 기록·재생이 가능하다.
〔실시예1〕
도6은, 재생 신호 진폭과 기록 마크 길이의 관계를, 종래의 SIL로 초해상 기록 매체(9')(후술하는 도12 참조)를 재생한 경우와, 본 발명의 자기 초해상을 이용한 초해상 SIL에서 비초해상 기록 매체(9)를 재생한 경우로 비교한 것이다.
비임 스폿 직경()은 같이, 0.6㎛, 초해상 SIL의 재생용 자성층(7) (도2 참조)의 직경은 0.8㎛ 이다. 재생 신호 진폭은 0.6㎛ 장의 기록 마크를 재생했을 때의 진폭으로 규격화하여 도시하고 있다. 본 발명의 초해상 SIL을 이용함으로써 보다 작은 기록 마크를 재생할 수 있는 것을 알 수 있다.
또한, 여기서 비교에 이용한 종래의 SIL 광학계는 도11에 도시하는 것이고, 보조 렌즈(6')에 재생용 자성층(7)이 형성되어 있지 않은 점을 제외하면, 도1과 동일한 구성으로 되어 있다. 또한, 사용한 다른 광학 부품도 그림1과 같은 것이며, 동일한 번호를 붙이고 있다.
종래의 SIL에서 초해상 기록 매체를 재생한 실험으로 이용한 기록 매체(9')와 보조 렌즈(6')의 구성을 도12에 도시한다. 유리 기판(115) 상에, 투명 유전체층(114), 기록층(113), 투명 유전체층(112), 재생층(111), 투명 유전체층(110)이 적층되어 있다. 각 층의 재료와 막 두께는, 투명 유전체층(114)이 40nm의 AlN, 기록층(113)이 40nm의 TbFeCo, 투명 유전체층(112)이 10nm의 AlN, 재생층(111)이 40nm의 GdFeCo, 투명 유전체층(110)이 30nm의 AlN 이다. 이것은, 재생층(111)이 기록 매체(9') 중에 형성된, 종래부터의 초해상 광 자기 기록 매체의 구조이다.
한편, 본 발명의 초해상 SIL에서 비초해상 매체를 재생한 실험으로 이용한 기록 매체(9)와 보조 렌즈(6)의 구성을 도7에 도시한다. 이것은 도2을 간략화하여 도시한 것이지만, 플라스틱 기판(26)상에 투명 유전체층(25), 기록층(24),투명 유전체층(23)이 적층되어 있다. 투명 유전체층(25)은 20nm의 AlN, 기록층(24)은 40nm의 TbFeCo, 투명 유전체층(23)은 10nm의 AlN 이다. 7은 재생용 자성층이며, 보조 렌즈(6)에 형성되어 있다. 상기 구성에 의해, 기록 매체(9)의 기록층(24)에 기록한 기록 마크를 보조 렌즈(6)의 매체측에 일체 형성한 재생용 자성층(7)에 전사시켜 재생하고 있다.
도8은, 본 발명의 초해상 SIL에서, 보조 렌즈(6)에 형성한 재생용 자성층(7)의 직경과, 0.1㎛ 기록 마크의 재생 신호 진폭의 관계를 나타내는 그래프이다. 재생용 자성층(7)의 직경을 0.8㎛로 했을 때의 재생 신호 진폭으로 규격화하여 나타내고 있다.
재생용 자성층(7)의 직경이 1.5㎛을 넘으면, 도14에서 설명한 바와 같이, 전사 마크가 축소되기 때문에, 마크는 거의 전사되어 있지 않다. 재생용 자성층(7)의 직경이 1.5㎛ 이하가 되면, 전사 마크를 축소시키는 힘이 작아지고, 전사가 시작, 또한 직경이 작아지면, 전사 마크는 확대되어 간다. 그리고, 직경 0.8㎛ 정도로 기록 마크는 완전히 재생용 자성층(7)에 전사된다. 또한 재생용 자성층(7)의직경이 작아지고 0.5㎛ 이하가 되면, 비임 스폿 직경()에 비해, 재생용 자성층(7)의 직경쪽이 작아져, 재생에 관여하는 광량이 작아진다. 이 때문에, 이 영역에서는 재생 신호 진폭이 작아져 간다. 따라서, 재생용 자성층(7)의 직경은, 비임 스폿 직경()과 같은 정도 혹은 그 이상이며, 또한 기록 마크의 크기(직경)의 10배 이하가 바람직하다.
〔실시예2〕
이어서, 본 발명의 초해상 SIL의 제작방법에 관해서 도9의 (a) 내지 (e)에 의해 설명한다.
우선 도9의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 투명 기판(20)으로서의 굴절율 1.5의 평탄한 유리 기판 위에, 스퍼터링으로 투명 유전체(21)인 AlN을 30 nm 형성한다. 이어서 마스크를 놓고 직경 0.8㎛의 원판형의 재생용 자성층(7)인 GdFeCo를 40nm 형성하고, 마스크를 벗겨, 다시 투명 유전체(22)인 AlN을 10nm 형성한다.
이어서 도9의 (c) 및 (d)에 도시한 바와 같이, 이 기판을 절단하여, 초해상 SIL의 보조 렌즈(6)의 일부인 투명 부재(6b)가 된다. 투명 부재(6b)의 A 면은 매체에 대향하는 면이고, B면에는 도9의 (e)와 같이, 굴절율 1.5의 구면 렌즈(6a)가 접착된다. 이 때, 구면 렌즈(6a)와 투명 부재(6b)를, 이들과 같은 정도의 굴절율(여기서는 약1.5)의 수지 등으로 접착하면, 불필요한 반사등을 억제 할 수 있다. 이러한 방식으로, 초해상 SIL의 보조 렌즈(6)가 얻어진다.
〔실시예3〕
이어서, 본 발명의 별도의 초해상 SIL의 제작 방법에 관해서 설명한다.
도1에 있어서는, 기록을 위한 자장을 발생시키는 코일(8)은, 보조 렌즈(6)의 외주면에 감겨져 있다. 본 실시예로 이용한 초해상 SIL에서는, 이 코일(8)을 보조 렌즈(6) 내에 제작했다. 이에 따라, 외관상 도5에 있어서 코일(8)을 삭감할 수가 있게 되고, 코일(8)이나 보조 렌즈(6)를 포함한, 지지통(58)에 지지되어 있는 부품의 중량이 가벼워져, 트랙킹을 행하기 쉽다고 하는 효과를 얻을 수 있다.
그 제작 방법을 도10의 (a) 및 (b)에 도시한다. 즉, 투명 기판(20)인 유리 기판상에 웨이퍼 프로세스를 이용하여 코일(8)을 제작한 후, 투명 유전체(21), 재생용 자성층(7), 투명 유전체(22)를 제작한다. 그 후, 도9의 (c)와 같이 기판을 절단하여, 도9의 (e)와 같이 구면 렌즈(6a)와 접합시킴으로써 보조 렌즈(6)를 완성한다. 이렇게 해서 제작된 보조 렌즈(6)를 이용하더라도 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이상, 발명의 상세한 설명의 항에 있어서 이루어진 구체적인 실시 양태 또는 실시예는, 어디까지나, 본 발명의 기술 내용을 밝히는 것이고, 그와 같은 구체예에만 한정하여 좁은 의미로 해석해야 되는 것이 아니라, 본 발명의 정신과 다음에 기재하는 특허 청구 사항과의 범위내에서, 다양하게 변경하여 실시할 수가 있는 것이다.
본 실시의 형태의 초해상 SIL을 이용함으로써 기록층의 기록 마크를 확대하여 재생용 자성층에 전사할 수 있기 때문에, 작은 기록 마크를 재생할 때에도 재생 신호 진폭이 작아지는 것을 억제할 수가 있다. 따라서, 고밀도인 기록 재생을 실현할 수가 있게 된다.

Claims (22)

  1. 기록 매체에 대하여, 기록·재생하기 위해서,
    상기 기록 매체에 구비되고, 실온과 퀴리 온도의 사이에서 포화 자화의 극대치를 갖는 기록층을 승온하기 위해 빛을 집광하는 대물 렌즈와,
    상기 집광된 빛을, 실효적인 개구수를 증가시켜, 상기 기록층에 조사하기 위한 보조 렌즈와,
    상기 보조 렌즈에 형성되어, 상기 기록층에 기록된 정보를 일시적으로 확대하여 전사함으로써 재생하기 위한 재생용 자성층을 포함하고,
    상기 재생용 자성층이, 상기 집광된 빛에 조사되는 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 자기 헤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보조 렌즈의 주위에 형성되고, 정보의 기록시에, 기록하는 정보에 따른 자속을 발생하는 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 자기 헤드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 보조 렌즈가, 상기 재생용 자성층이 형성된 투명 부재와, 상기 투명 부재와 거의 굴절율이 같은 렌즈 부재와의 접합에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 자기 헤드.
  4. 제3항에 있어서, 상기 렌즈 부재가 구면 렌즈이고, 상기 구면 렌즈에 있어서의 구면의 중심이 상기 대물 렌즈의 초점 위치가 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 광 자기 헤드.
  5. 제4항에 있어서, 상기 재생용 자성층이, 상기 대물 렌즈의 초점 위치에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광 자기 헤드.
  6. 제3항에 있어서, 상기 투명 부재는, 상기 렌즈 부재가 접합되는 투명 기판과, 상기 투명 기판에 있어서의 상기 렌즈 부재가 접합되는 면과 대향하는 면에 적층된 2층의 투명 유전체로 구성되어 있고,
    상기 재생용 자성층이, 상기 2층의 투명 유전체의 사이에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 자기 헤드.
  7. 제6항에 있어서, 상기 투명 유전체가 AlN으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 자기 헤드.
  8. 제1항에 있어서, 상기 재생용 자성층이, 상기 기록 매체에 기록된 기록 마크의 크기보다도 커지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 자기 헤드.
  9. 제1항에 있어서, 상기 재생용 자성층의 면적이, 상기 집광된 빛의 스폿의 면적과 거의 같은 것을 특징으로 하는 광 자기 헤드.
  10. 제1항에 있어서, 상기 재생용 자성층의 포화 자화의 방향이, 실온에 있어서 상기 재생용 자성층의 면내에 있는 것을 특징으로 하는 광 자기 헤드.
  11. 제1항에 있어서, 상기 재생용 자성층이, 희토류 금속과 천이 금속의 합금으로부터 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 자기 헤드.
  12. 제11항에 있어서, 상기 재생용 자성층이, GdFeCo로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 자기 헤드.
  13. 제11항에 있어서, 실온에 있어서, 상기 천이 금속의 자화의 방향이 상기 재생용 자성층의 면내에 있고, 또한 상기 재생용 자성층의 포화 자화의 방향과 상기 천이 금속의 자화의 방향이 반대 방향을 향하고 있는 것을 특징으로 하는 광 자기 헤드.
  14. 제1항에 있어서, 상기 기록 매체를 재생할 때에, 상기 기록층으로부터의 자속에 따라 상기 재생용 자성층의 자화의 방향이 정렬되는 것을 특징으로 하는 광 자기 헤드.
  15. 제1항에 기재된 광자기 헤드를 갖는 것을 특징으로 하는 광 자기 장치.
  16. 제1항에 기재된 광 자기 헤드를 갖는 이동광학계와,
    광을 출사하는 광원, 광축상에 설치된 릴레이 렌즈, 상기 릴레이 렌즈의 상기 광축에 대한 위치를 변화시키기 위한 구동수단, 및 상기 광을 상기 기록층에 조사함으로써 생기는 정보를 포함하는 반사광을 수광하기 위한 빛검출기를 갖는 고정 광학계와,
    상기 기록 매체상에서의 상기 광의 조사 위치를 이동함에 있어서, 상기 광이 이동할 곳이, 상기 재생용 자성층의 영역내인 경우는 상기 구동 수단을 구동함으로써 상기 릴레이 렌즈의 위치 제어에 의해 행하고, 상기 광이 이동할 곳이 상기 재생용 자성층의 영역 밖으로 되는 경우는 상기 이동 광학계의 위치 제어에 의해 행하는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 자기 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 구동 수단이 작동기인 것을 특징으로 하는 광 자기 장치.
  18. 실온과 퀴리 온도의 사이에서 포화 자화의 극대치를 갖는 기록층을 갖춘 기록 매체에 대하여 기록·재생하기 위해, 상기 기록층을 승온하기 위한 빛을 집광하는 대물 렌즈와, 상기 집광된 빛을, 실효적인 개구수를 증가시켜 상기 기록층에 조사하기 위한 보조 렌즈와, 상기 보조 렌즈에 형성되어 상기 기록층에 기록된 정보를 일시적으로 확대하여 전사함으로써 재생하기 위한 재생용 자성층을 포함하고, 상기 재생용 자성층이, 상기 집광된 빛에 조사되는 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 자기 헤드를 이용하고,
    재생시에는, 상기 광을 상기 보조 렌즈에 형성된 상기 재생용 자성층을 통해 상기 기록층에 조사하여, 상기 기록층으로부터 발생하는 자속에 의해, 상기 기록층에 기록된 정보를 상기 재생용 자성층에 전사하여, 상기 재생용 자성층으로부터의 반사광을 이용하여 재생을 행하고,
    기록시에는 상기 광을, 상기 광의 에너지를 상기 재생 시간으로 변화시켜 상기 기록층에 조사하고, 기록하는 정보에 기초하는 외부 자계를 인가하여 정보의 기록을 상기 기록층에 대하여 행하는 것을 특징으로 하는 광 자기 기록 재생 방법.
  19. 기록 매체의 기록층에 빛을 집광하기 위한 대물 렌즈와,
    상기 대물 렌즈의 개구수를 증가시켜, 상기 광을 상기 기록층에 대하여 근접장 효과로 전파하기 위한 보조 렌즈와,
    상기 기록층이 전파한 빛에 의해서 승온됨으로써, 상기 기록층에 형성된 단일의 기록 마크로부터 생기는 자속만을 상기 기록 마크보다 확대하여 전사하여 상기 기록 마크의 정보를 재생하기 위한 재생용 자성층을 포함하고,
    상기 재생용 자성층은, 상기 보조 렌즈에 있어서 상기 광의 전파부측에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 자기 헤드.
  20. 제19항에 있어서, 상기 재생용 자성층의 직경이, 상기 집광된 빛의 비임 스폿 직경 이상이고, 또한, 상기 기록 마크의 직경의 10배 이하인 것을 특징으로 하는 광 자기 헤드.
  21. 기록 매체에 대향함으로써, 상기 기록 매체에 기록된 정보를 재생하기 위해,
    승온됨으로써 기록된 정보에 기초하는 자속을 발생하는 상기 기록 매체에 대향하는 면에 빛을 집광시키는 광학계와,
    상기 집광된 빛에 조사되는 위치에 형성되어 있고, 상기 대향하는 기록 매체로부터의 자속에 따라 포화 자화의 방향이 정렬되는 재생용 자성층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 자기 헤드.
  22. 제21항에 있어서, 상기 광학계가, 상기 기록 매체에 대향하는 면에 빛을 집광하는 대물 렌즈와, 상기 렌즈의 초점 위치를 중심으로 한 구면을 갖는 구면 렌즈인 것을 특징으로 하는 광 자기 헤드.
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