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発明の名称 近視野光走査記録再生装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平7−192268
公開日 平成7年(1995)7月28日
出願番号 特願平5−336635
出願日 平成5年(1993)12月28日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】石原 勝
発明者 清松 智 / 河野 治彦 / 小島 光喜
要約 目的
記録媒体に回転可能なディスクを使用できるようにし、記録容量の増大と装置の薄型化を図る。

構成
半導体レーザ1から放射されたレーザ光はコリメータレンズ6で並行光線に変換され、透光性の記録媒体8に投与される。記録媒体8は導入した並行光線を相互に並行な表面8bおよび裏面8cのそれぞれで45度未満の入射角で全反射させる。記録媒体8の表面8bは記録面でもあり、ここに生成されたエヴァネッセント光は光ファイバからなる走査プローブ11に取り込まれる。走査プローブ11の先細の突端面に設けられた微小の開口13が記録媒体8の表面8bに沿った面内を光走査する。走査プローブ11に取り込まれたエヴァネッセント光は光検出器14で光電変換される。
特許請求の範囲
【請求項1】 所定波長のレーザ光を放射する半導体レーザと、レーザ光を並行光線に変換するコリメータレンズと、側面を通じてまたは裏面の一部分に設けられたホログラムを通じて導入した並行光線を相互に並行な表面および裏面のそれぞれにおいて45度未満の入射角で全反射させる透光性の記録媒体と、先細に形成された先端部の突端面に微小の開口を有し、この開口を記録媒体の表面に近接させて当該表面上に生成されるエヴァネッセント光を取り込む光ファイバ製の走査プローブと、走査プローブに取り込まれた光を光電変換する光検出器とを備えたことを特徴とする近視野光走査記録再生装置。
【請求項2】 記録媒体は円盤状である請求項1記載の近視野光走査記録再生装置。
【請求項3】 記録媒体の側面は表面または裏面で全反射する光の進行方向に沿って傾斜している請求項1記載の近視野光走査記録再生装置。
【請求項4】 記録媒体の側面は導入光を偏向させるためのホログラムを有している請求項1記載の近視野光走査記録再生装置。
【請求項5】 コリメータレンズと記録媒体との間の光路に並行光線補正用レンズが介在している請求項1または2記載の近視野光走査記録再生装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、エヴァネッセント光を利用して情報信号の記録または再生を行う近視野光走査記録再生装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザ等の光源から放射させた情報信号光をレンズで集束して記録媒体に照射し、記録媒体の反射率や偏光特性などを部分的に変化させて情報信号を記録することが一般に行われている。波長の短い光を使用したり、レンズの開口数を増したりして分解能を高めると、情報信号の記録または再生の密度を高めることができるものの、それには限度がある。レンズを用いた光の集束では回折現象を伴うので、可視光または近赤外光を記録媒体の記録面に結像させて生成し得る結像スポットの直径は1μm前後が下限となる。
【0003】しかし、このような回折現象を生じる進行波であっても、その波長よりも小さい微小領域に局在する局在波(エヴァネッセント光)を利用すれば、さらに径小の光スポットを得ることができる。
【0004】エヴァネッセント光は、波長よりも小さい微小領域に局在し、光エネルギーを外部へ伝ぱんしないという特性を有している。しかし、通常の進行波がその波長よりも小さい開口を通じて外部へ伝ぱんしないのに対し、エヴァネッセント光は波長程度またはそれ以下であれば開口を通じて外部へ伝ぱんできる。
【0005】したがって、使用するレーザ光の波長とほぼ同等かそれよりも小さい開口を波長程度またはそれ以下の距離で記録面に近接させると、光エネルギーを記録面の極小領域に集中させ得て、信号ピットの書き込みまたは読み出しを行うことができる。したがって、高屈折率媒体(基台)に入射させたレーザ光を基台の表面で全反射させ、低屈折率媒体(空気)たる基台表面上にエヴァネッセント光を生成させると、基台表面上の微小領域に記録されている信号ピットを検出することができる。また、微小の開口を通じて与えたエヴァネッセント光波によって信号ピットを書き込むこともできる。
【0006】このような技術は、フォトン走査トンネル顕微鏡(フォトンSTM)と呼ばれており、その透過型のものを図7とともに説明すると以下のとおりである。
【0007】半導体レーザ1から放射された所定波長のレーザ光は、コリメータレンズ2を透過して並行光線となる。これを再生動作用の参照光としてプリズム状誘電体の基台3にその傾斜下面から入射させると、入射光は基台3の上面に達するが、上面での光入射角は基台3の屈折率で決まる全反射臨界角よりも大きくとってあるので全反射する。全反射した光はそのまま利用されず捨てられるが、基台3の上面から波長程度までの空気層にエヴァネッセント光が局在するようになる。
【0008】このエヴァネッセント光を取り込むためのプローブ4は光ファイバからなり、先細の先端部の突端面にコア径が数10nmの開口を有している。そして、この開口が基台3の上面から約10nm隔たる平面内を一次元または二次元で走査するので、エヴァネッセント光は前記開口を通じてプローブ4に取り込まれ、取り込まれた光は光検出器5で光電変換される。つまり、基台3の上面に凹凸または濃淡のかたちで記録されていた情報信号を読み出すことができる。なお、エヴァネッセント光は光ファイバ内で通常の進行波に変換されるので、プローブ4は通常の光路として光エネルギーを伝達する。
【0009】情報信号を記録する場合は、プローブ4側から情報信号の光波を入射させる。
【0010】プローブ4の先端部の開口付近に生成したエヴァネッセント光を基台3の上面の微小領域に集中させることによって、凹凸または濃淡のかたちで信号ピットを記録することができる。
【0011】勿論、基台3の上面の偏光特性を情報信号光によって部分的に変化させる光磁気的な記録も可能である。プローブ4を二次元的に走査させると、エヴァネッセント光の反射強度の分布をマップにすることができるので、表面形状を直接観察できる高分解能の顕微鏡としての利用法もある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】上述のように構成される透過型フォトンSTMにおいては、情報信号の再生動作時に基台3の上面で入射光が全反射するように、基台3をプリズム状の誘電体で形成するので、記録媒体にディスク状(円盤状)のものを使用したり、記録媒体を回転させたりすることができず、記録容量の拡大を図り得ないという課題があった。
【0013】したがって本発明の目的は、記録媒体に回転可能な円盤状のものを使用でき、記録媒体の表面に広い記録面を設定し得る近視野光走査記録再生装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明によると、所定波長のレーザ光を放射する半導体レーザと、レーザ光を並行光線に変換するコリメータレンズと、側面を通じてまたは裏面の一部分に設けられたホログラムを通じて導入した並行光線を相互に並行な表面および裏面のそれぞれにおいて45度未満の入射角で全反射させる透光性の記録媒体と、先細に形成された先端部の突端面に微小の開口を有し、この開口を記録媒体の表面に近接させて当該表面上に生成されるエヴァネッセント光を取り込む光ファイバ製の走査プローブと、走査プローブに取り込まれた光を光電変換する光検出器とを備えたことを特徴とする近視野光走査記録再生装置が提供される。
【0015】
【作用】本発明においては、コリメータレンズによって並行光線化されたレーザ光が透光性記録媒体内で、表面および裏面で全反射を繰り返しながら進行するように構成されるので、再生動作時にプリズム状の誘電体を要せず、円盤状とくにドーナツ状円盤形状の記録媒体を使用したり、これを回転させたりすることができ、その広い表面に大容量の記録面を設定することが可能となる。
【0016】
【実施例】つぎに、本発明の実施例を図1ないし図6を用いて説明する。
【0017】図1に示す構成において記録情報を再生する場合、半導体レーザ1から放射された所定波長のレーザ光は、コリメータレンズ6で並行光線に変換されたのち、並行光線補正用レンズ7を経て透光性記録媒体8にその側面8aから入射する。
【0018】記録媒体8は互いに並行な表面8bおよび裏面8cを有し、記録媒体8内に入射した並行光線は表面8bおよび裏面8cで全反射を繰り返して進行していく。これによって、記録媒体8の表面8bに沿ったごく薄い空気層に、全域にわたりエヴァネッセント光が生成される。
【0019】図2に示すように、記録媒体8の表面8bたる記録面9には、レーザ光の波長(700nm前後)よりも小さい凹凸または透過率の濃淡によって形成された多数の記録ピット10が存在する。記録面9から約10nm隔てた位置に走査プローブ11の突端面が向き合っている。走査プローブ11は光ファイバからなり、先細に絞り込まれた先端部の突端面にエヴァネッセント光12を取り込むための微細な開口13を有している。開口13の直径(コア径)は数10nmである。
【0020】開口13を通じて取り込まれるエヴァネッセント光の強度は、記録面9の凹凸による散乱効果または透過率の濃淡の程度に依存して変化する。したがって、走査プローブ11を用いて記録面9を一次元または二次元で走査すると、記録面9の記録情報を時系列的に読み出すことができる。
【0021】このように、回折限界を越えたエヴァネッセント光によって局在する光波エネルギーが開口13を通じて走査プローブ11に取り込まれるのであり、取り込まれたエヴァネッセント光は走査プローブ11内で通常の光波たる進行波に変換される。そして、走査プローブ11の基端側に設けた光検出器14に入射して光電変換される。なお、開口13を通じて光エネルギーを取り出すことによって、その分、反射光のエネルギーは減衰する。
【0022】再生動作時には、記録媒体8にその側面8aを通じて並行光線を入射させるので、プリズム状の誘電体を使用した従来の構成に比べて記録媒体の厚さを大幅に削減することができる。また、円盤状の記録媒体8を使用できるのみならず、これを回転させることもできるので、記録容量を大幅に増大させ得る。
【0023】情報信号の記録時には、走査プローブ11の開口13を再生動作時と同様に、記録媒体8の表面8bに近接した位置に配置する。そして、走査プローブ11の基端側の開口から光波エネルギーを供給して光走査をする。走査プローブ11内を通過する光波エネルギーは通常の進行波であるが、開口13を透過することによってエヴァネッセント光に変換され、エヴァネッセント光化した高密度の情報信号を記録媒体8の表面8bに照射して走査することになる。
【0024】再生動作時の記憶媒体8に与えられた並行光線は、記録媒体8内において表面8bおよび裏面8cでブランクなく、むらなく全反射を繰り返して進行していかなければならない。そこで、表面8bおよび裏面8cのそれぞれにおける光入射角θは、記録媒体8の屈折率をnとするとき Sin-1(1/n)<θ<π/4 ……………………(1) の条件を満たすように設定する。すなわち、光入射角θは全反射臨界角よりも大きく、かつ、45度未満という角度範囲内に納める。
【0025】もしも、光入射角θが45度以上であると、図3に示すように記録媒体8の表面8bに並行光線が届かないブランク領域Bを生じてしまうからである。また、Sin-1(1/n)以下であれば全反射の条件を満たさなくなり、表面8bで屈折透過した進行波が走査プローブ11の開口13に到達して、大きなノイズを発生させる結果を招く。
【0026】コリメータレンズ6からの並行光線を記録媒体8の側面8aに入射させるとき、記録媒体8がドーナツ状の円盤形状をしていると、その内周面側(中心軸側)および外周面側の各側面はいずれも曲面であるので、いずれの側から並行光線を入射させても記録媒体8内を進行する光の並行性が保てなくなる。表面8bおよび裏面8cに達する光の強度分布にむらが生じると再生信号にばらつきを生じるので、コリメータレンズ6から記録媒体8の側面8aにいたる光路中に、並行光線補正用レンズ7を介在させている。
【0027】図4および図5に示す実施例では、ドーナツ状円盤形状の記録媒体8の内周側から並行光線を入射させる構成をとっている。この場合、コリメータレンズ6からの並行光線が並行光線補正用レンズ7の平面状の入射面7aに入射したのち、並行状態を保って出射面7bに達する。しかし、出射面7bは記録媒体8の内周面に沿った円錐面または円筒面に形成されているので、出射面7bから出た直後の光は曲面による作用で並行度が損なわれるものの、記録媒体8の内周面で再び並行光線となって記録媒体8内に入射する。
【0028】ドーナツ状円盤形状の記録媒体8の外周面側から並行光線を入射させる場合においても、上述と同様の並行光線補正用レンズ7を使用することができる。しかしこの場合は出射面7bを記録媒体8の外周面に沿った凹の曲面にする必要がある。また、並行光線補正用レンズ7はコリメータレンズ6と一体に形成することもできる。並行光線補正用レンズ7の屈折率は、記録媒体8の屈折率と同等であるか近似していることが望ましい。
【0029】図6に示す実施例のものでは、記録媒体8の裏面8cの一部分にホログラム15を設け、半導体レーザ1からのレーザ光をコリメータレンズ6で並行光線に変換したのち、ホログラム15を通じて記録媒体8内に導入させる構成をとっている。ホログラム15のミクロ的な断面形状はブレーズと呼ばれる鋸状の回折格子によって形成されており、入射光に偏向作用を与えるので、入射光の角度に自由度が増す。また、ホログラム15を記録媒体8の側面8aに設け、該面を通じて並行光線を導入してもよい。この場合、記録媒体8の側面8aを表面8bに対して直角に形成することができるので、半導体レーザ1およびコリメータレンズ6を記録媒体8の側面8aに面して配置することができ、装置全体を薄型に構成することができる。
【0030】
【発明の効果】以上のように本発明によると、記録媒体を回転可能なディスク状に形成することができるので、記録容量の増大や装置の小型・軽量化を図ることができる。




 

 


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