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JP3901867B2 - 近接場光記録再生装置 - Google Patents

近接場光記録再生装置 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小開口プローブから発せられる近接場光を利用して記録媒体に情報を記録するとともに、記録した情報を近接場光を利用して読み取る近接場光記録再生装置に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
光の波長よりも小さい試料の形状や構造を分析できる装置の１つとして、フォトン走査型トンネル顕微鏡等の近接場光学顕微鏡が知られている。この近接場光学顕微鏡は、例えば微小開口プローブから放射される近接場光（エバネッセント光）が試料表面と相互作用すること、すなわち、試料表面によって近接場（エバネッセント場）が乱されることにより生じる散乱光の強度を検出するとともに、微小開口プローブを試料表面上で走査させ、時系列の散乱光強度検出信号を微小開口プローブの位置の関数としてとらえることにより、試料表面の形状や構造を示す情報を得るように構成されている。
【０００４】
なお、上記微小開口プローブは多くの場合、光ファイバーの先端部をエッチングにより尖鋭化した後、そこに金属膜を蒸着し、次いで先端の金属膜を除去して開口とすることによって形成される。
【０００５】
また、上述のような近接場光学顕微鏡の応用技術として、微小開口プローブから放射される近接場光を利用して記録媒体に情報を記録する装置も提案されている。すなわち、微小開口プローブから放射される近接場光のパワーは極めて低いが、パワー密度はかなり高いので、この近接場光の加熱効果によってアブレーション材料の表面に穴をあけたり、相変化材料を結晶相からアモルファス相に変化させることが可能となっている。そして、光の波長よりも小さい微小開口から放射される近接場光を利用していることにより、光の回折限界に制限されないで、光波長よりも小さいサイズの穴やアモルファス部分からなるピットを形成可能となり、超高密度の記録が実現される。
【０００６】
以上のようにして形成されたピットは、記録情報を再生する上で、同様に微小開口プローブを利用して読み取ることができる。例えば、アブレーション材料に形成された穴は、近接場光学顕微鏡による微細形状測定の技術をそのまま適用して検出可能である。そこで、この微小開口プローブを備えて、情報記録および再生の双方を行なう近接場光記録再生装置も考えられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の近接場光記録装置や近接場光記録再生装置において、信頼性の高い記録を行なうためには、近接場光のパワーを、穴やアモルファス部分からなるピットを良好に形成するのに十分な値まで高める必要がある。そのためには、基本的に、高強度の記録光を微小開口プローブに供給すればよいが、そのようにして近接場光のパワーを高めると、プローブが破壊しやすいという問題がある。
【０００８】
そこで本発明は、近接場光のパワーを比較的低く設定しても、ピットを良好に形成して信頼性の高い記録を行なうことができる近接場光記録再生装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による近接場光記録再生装置は、
記録光を発する光源と、
前記記録光の波長よりも短い径の光通過開口を一端に有し、他端側から前記記録光が入力される微小開口プローブとを備えてなり、
前記光通過開口から放射される近接場光を記録媒体に照射して該記録媒体に情報を記録するとともに、この記録媒体に記録された情報を前記近接場光を照射することによって読み取る近接場光記録再生装置において、
記録媒体に近接場光が照射される際に、この記録媒体の少なくとも近接場光が照射される範囲を予熱しておく予熱手段が設けられるとともに、
この予熱手段を、情報の記録に際して駆動させ、情報の読み取りに際して駆動停止させる制御手段が設けられたことを特徴とするものである。
【００１１】
なお本発明において「近接場光が照射される際に記録媒体を予熱しておく」ということは、時間的には、近接場光照射と並行して、あるいは近接場光照射の前に記録媒体を加熱することを意味するものである。
【００１２】
したがって、本発明の近接場光記録再生装置において「予熱手段を、情報の記録に際して駆動させる」ということは、時間的に近接場光照射と並行して予熱手段を駆動させることと、一連の記録処理中に近接場光照射に先行して駆動させることの双方を意味するものとする。
【００１３】
【発明の効果】
本発明の近接場光記録再生装置においては、近接場光が照射される際に記録媒体を予熱しておくように構成されたので、記録はこの予熱のエネルギーと近接場光のエネルギーの双方によってなされ得る。したがって、近接場光のパワーを比較的低く設定しても、ピットを良好に形成することができ、信頼性の高い記録が可能となる。
【００１４】
なお、アブレーション材料や相変化材料からなる記録媒体に光照射によって情報を記録し、またそこから記録情報を読み取る場合、記録と読取りに必要とされるエネルギーは、一般に後者よりも前者の方が高い。本発明の近接場光記録再生装置においては、予熱手段を、情報記録に際して駆動させ、情報読み取りに際して駆動停止させる制御手段が設けられたことにより、記録と読取りとで近接場光の強度は一定にしておいても、上記エネルギーの関係が自動的に実現される。そこで、記録光光源の出力を記録と読取りの場合で一々変える必要がなくなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態である近接場光記録装置を示すものである。この近接場光記録装置は、半導体レーザ等のレーザ10と、このレーザ10から発せられた記録光としてのレーザビーム11を平行光化するコリメーターレンズ12と、平行光となったレーザビーム11を集光する集光レンズ13と、一端側が微小開口プローブ14ａとされた光ファイバー14とを有している。記録光源であるレーザ10はレーザ駆動回路15によって駆動され、このレーザ駆動回路15の動作はコントローラ24によって制御される。
【００１６】
また上記微小開口プローブ14ａの先端部には、ピエゾ素子20が取り付けられている。またこの微小開口プローブ14ａの先端に近接した位置には、ターンテーブル21上に載置された記録媒体22が配されている。ターンテーブル21は記録媒体22を回転させるとともに、例えばピエゾ素子等からなるターンテーブル駆動手段23により、Ｘ、Ｙ、Ｚの３次元方向に移動自在とされている。このターンテーブル駆動手段23の動作は、コントローラ24によって制御される。
【００１７】
さらにこの近接場光記録装置は、ターンテーブル21のＺ方向位置を制御するためのレーザビーム25を発するレーザ26と、このレーザビーム25を微小開口プローブ14ａの先端において収束させる集光レンズ27と、このように収束した後に発散したレーザビーム25を集光する集光レンズ28と、集光されたレーザビーム25を検出する光検出器29とを有している。この光検出器29の出力は、上記コントローラ24に入力される。
【００１８】
なお上記微小開口プローブ14ａは、先端部つまり図中の下端部に、光の波長よりも短い径（一例として数ｎｍ程度）の微小開口を有するものである。このような微小開口は図２に詳しく示すように、例えば光ファイバー14のコア14ｃの先端を尖鋭化し、その上に不透明の金属膜14ｄを蒸着し、次いでその先端部のみ金属膜14ｄを除去する等によって形成されるものである。
【００１９】
また図２に示される通り、金属膜14ｄはそれとともに予熱手段を構成する直流電源30に、スイッチ31を介して接続されるようになっている。一方本例における記録媒体22は、支持体22ａの上に、熱によって穿孔されるアブレーション材料の薄膜からなる記録層22ｂが担持されてなるものである。
【００２０】
以下、上記構成の近接場光記録装置の作用について説明する。集光レンズ12により集光されて光ファイバー他端14ｂ上で収束したレーザビーム11は、該他端14ｂから光ファイバー14内に入射してそこを伝搬する。それにより、微小開口プローブ14ａの微小開口から、エバネッセント光11Ｅ（図２参照）が放射される。このエバネッセント光11Ｅが記録媒体22の記録層22ｂに照射されると、この記録層22ｂに穴（ピット）が形成される。
【００２１】
そこで、レーザ10の駆動をコントローラ24に入力される画像信号や音声信号等の信号Ｓに基づいて制御して、レーザビーム11の光ファイバー14への入力を制御することにより、上記信号Ｓをピットの有無や間隔等によって示すピットの集合を形成することができる。そしてこの場合、光の波長よりも小さい微小開口から放射されるエバネッセント光11Ｅを利用していることにより、光の回折限界に制限されないで、光波長よりも小さいサイズのピットを形成可能となり、超高密度の記録が実現される。
【００２２】
なお、以上のようにして情報記録を行なう際には、微小開口プローブ14ａの先端とターンテーブル21との間の距離を一定に保持する必要がある。以下、そのための制御について説明する。
【００２３】
前述のピエゾ素子20により微小開口プローブ14ａの先端部を共振振動させつつ、ターンテーブル駆動手段23によりターンテーブル21を上下させて、プローブ先端と記録媒体22の表面との距離を変化させる。このときプローブ先端と記録媒体表面との距離がある程度近接すると両者の間にファンデルワールス力が働きはじめ、これにより微小開口プローブ14ａに対してシアーフォース（せん断応力）が働く。このせん断応力に伴って微小開口プローブ14ａの振動振幅が変化するので、プローブ先端においてレーザビーム25を収束させて、その回折光を光検出器29で検出することによりプローブ14ａの振動振幅を測定する。この振動振幅はプローブ先端と試料表面との距離に依存するので、振動振幅を所定値に保つようにコントローラ24によりターンテーブル駆動手段23を制御すれば、プローブ先端と試料表面との距離が一定に保持される。
【００２４】
次に、記録媒体22の予熱について説明する。記録媒体22に記録を行なう一連の処理中は、前述したスイッチ31が閉じられ、プローブ14ａの金属膜14ｄが直流電源30に接続される。すると金属膜14ｄが発熱し、熱伝導および熱輻射（主に熱伝導）によって記録媒体22が加熱される。
【００２５】
そこで、記録媒体22の記録層22ｂの所定部分にエバネッセント光11Ｅが照射される際には、この記録層22ｂが予熱されている状態となる。このようにして記録層22ｂが予熱されていれば、情報記録はこの予熱のエネルギーとエバネッセント光11Ｅのエネルギーの双方によってなされ得る。したがって、エバネッセント光11Ｅのパワーを（つまり、光ファイバー14に入力するレーザビーム11のパワーを）比較的低く設定しても、ピットを良好に形成することができ、信頼性の高い記録が可能となる。
【００２６】
なお、上述のように一連の記録処理中にずっと記録媒体22を予熱しておく他、記録媒体22に対するエバネッセント光11Ｅの照射と同期させてプローブ14ａを加熱し、エバネッセント光照射と記録媒体22の予熱が並行してなされるようにしてもよい。この場合も、エバネッセント光11Ｅの照射が終了する前の少なくとも一時期において記録媒体22が加熱されるのであるから、これも「記録媒体を予熱する」ということに含まれるものとする。
【００２７】
次に、図３を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。なおこの図３において、図２中のものと同等の要素については同番号を付し、それらについての説明は特に必要の無い限り省略する。
【００２８】
この実施形態においては予熱手段として、レーザビーム40を発するレーザ41が設けられている。このレーザビーム40は集光レンズ42により集光されて、記録媒体22のエバネッセント光11Ｅが照射される領域よりもやや大きい領域を照射し、この領域が予熱されるようになっている。
【００２９】
以上、本発明による近接場光記録装置の実施形態について説明したが、アブレーション材料や相変化材料からなる記録媒体に近接場光照射によって情報を記録し、またそこから近接場光照射によって情報を読み取る近接場光記録再生装置において図２や図３に示した予熱手段を適用しても、同様の効果を得ることができる。
【００３０】
その場合、予熱手段を、情報記録に際して駆動させ、情報読み取りに際して駆動停止させる制御手段を設けておけば、前述した通り、記録光光源の出力を記録と読取りの場合で前者がより大となるように一々変える必要がなくなって便利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による近接場光記録装置の側面図
【図２】図１の近接場光記録装置の要部を示す一部破断側面図
【図３】本発明の第２の実施形態による近接場光記録装置の要部を示す一部破断側面図
【符号の説明】
10 レーザ（記録光源）
11 レーザビーム（記録光）
11Ｅ エバネッセント光
14 光ファイバー
14ａ 微小開口プローブ
14ｃ 光ファイバーのコア
14ｄ 金属膜
15 レーザ駆動回路
21 ターンテーブル
22 記録媒体
30 直流電源
31 スイッチ
40 レーザビーム
41 レーザ（予熱手段）
42 集光レンズ

Claims (1)

  1. 記録光を発する光源と、
    前記記録光の波長よりも短い径の光通過開口を一端に有し、他端側から前記記録光が入力される微小開口プローブとを備えてなり、
    前記光通過開口から放射される近接場光を記録媒体に照射して該記録媒体に情報を記録するとともに、この記録媒体に記録された情報を前記近接場光を照射することによって読み取る近接場光記録再生装置において、
    前記記録媒体に前記近接場光が照射される際に、この記録媒体の少なくとも近接場光が照射される範囲を予熱しておく予熱手段と、
    この予熱手段を、前記情報の記録に際して駆動させ、前記情報の読み取りに際して駆動停止させる制御手段とが設けられたことを特徴とする近接場光記録再生装置。
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