JP3157083B2 - 光記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、近接場光学効果を用
いて記録媒体に高密度でデータの書き込み及び読み出し
を行う光記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】データを記録再生する技術の一つとし
て、光を用いて記録媒体への書き込み、読み出しを行う
光記録なる方法がある。光記録の代表的な例としては、
磁性薄膜の磁化方向を局所的に変化させることで、デー
タの記録及び読み出しをする方法がある。この方法で
は、記録媒体として一般に希土類金属と遷移金属から成
るアモルファス合金の薄膜が用いられる。この磁性薄膜
を所定の磁界中に設置した状態で光を照射し、磁性薄膜
の局部をそのキュリー点または補償点より加熱すること
により、その局部の磁化方向を周囲の磁性薄膜の磁化の
方向と異なったものにすることができる。これにより、
デジタル信号の１ビットに相当するデータを磁性薄膜に
記録したことになる。

【０００３】記録されたビットを読み取るには、磁性材
料の透過光または反射光の偏光面が磁性材料の磁化方向
によって変化するというファラデー効果またはカー効果
を応用する。すなわち、光学レンズなどにより集光した
レーザー光を磁性薄膜上に照射し、その透過光または反
射光の偏光方向の変化を検出し、磁気ビットの存在の有
無を読み取るのである。ただし、このとき照射される光
の偏光面は予め所定の面に揃えられている。また、照射
する光のエネルギーは、光が照射されている磁性薄膜の
局所をそのキュリー点または補償点より加熱する事のな
い程度のものである。

【０００４】また磁気的な記録とは別の例として、特定
の高分子材料に所定の光を照射することでその分子構造
を変化させ、その結果として局所的に屈折率を変化させ
ることでデータ書き込みを行い、次に屈折率の変化を検
出することでデータの読み出しを行うという方法なども
ある。

【０００５】光記録において着目しなければならないこ
との一つは、記録媒体上に照射される光のスポット径で
ある。なぜならば、このスポット径が記録媒体に生成さ
れる記録ビットの大きさを決定し、さらには記録密度に
大きく影響を及ぼすからである。従来技術では、レーザ
ー光を光学レンズ系で集光したものを記録媒体に照射す
るのが一般的であったが、光の回折限界からこのような
方法ではスポット径を１ミクロン前後にまで絞るのが限
界であった。

【０００６】これに対し近年、近接場光学効果を応用す
ることにより光記録における記録ビットの大きさを光の
波長以下にできることが光磁気記録を例にして示された
（E.Betzig et al., Appl.Phys.Lett.61(2), pp.142-14
4, 13 July 1992、特開平4-291310)。この方法によれ
ば、まず光ファイバーの一端を円錐状に加工した上、そ
の表面に金属薄膜をコートし、さらに最先端の金属薄膜
に小さい開口（光学的開口）を設けている。開口の大き
さは、用いる光の波長より小さい。これにより、光ファ
イバー内を伝搬してきた光は、その開口を通してのみ外
界に照射されることになる。

【０００７】光ファイバーの先端をその波長より短い距
離まで磁性薄膜の表面に近づけ、磁性薄膜表面に光を照
射すると磁性薄膜は局所的に加熱され、その局部は開口
の大きさと同程度の大きさとなる。この状態で、光ファ
イバーを記録面と平行な面内においてスキャンしながら
アルゴンイオンレーザー光を間欠的に照射することで縦
横１２０ｎｍ間隔で径６０ｎｍの磁気ビットの配列の記
録が達成されている。光ファイバーのスキャンには、光
ファイバーの位置をナノメーターオーダーで制御しなけ
らばならないため、アクチュエータとして高い位置精度
が実現できるピエゾ素子を用い、ラスタースキャンが行
われている。

【０００８】また、記録した磁気ビットを読み出すのに
は、記録の場合と同じように光ファイバーの先端を磁性
薄膜の表面に近づけた状態でスキャンしながら、偏光面
を所定の方向に揃えた光を光ファイバーから磁性薄膜上
に照射し、磁性薄膜を透過した光の偏光面の変化を検出
する事により行なっている。

【０００９】ここで、近接場光学効果を用いる上で非常
に重要な点として、光ファイバーの磁性薄膜表面からの
距離を高精度で所定の値以下に制御しなければならない
ことがある。ここで所定の値とは、用いる光の波長の長
さのことをいう。これに対しては、光ファイバーを記録
面に対して平行な面内で振動させ、光ファイバーに作用
するせん断応力の変化を検出することにより、光ファイ
バーの位置制御を行うという方法が用いられている。
（E.Betzig et al., Appl. Phys. Lett. 60(20),pp.248
4-2486, 18 May 1992；特開平6-50750）。

【００１０】この方法では、まず光ファイバーは剛体か
らなるホルダーに固定され、光ファイバーの軸が磁性薄
膜表面に対して垂直となるよう（以下、磁性薄膜表面に
対して垂直となる軸をｚ軸と呼ぶ）、かつ光ファイバー
の開口が磁性材料表面に面するように設置される。これ
により、その光ファイバーのバネ定数は、磁性材料の表
面に平行な面（以下ｘｙ面と呼ぶ）内の方向に小さく、
ｚ軸方向に大きくなる。前記ホルダーの一部は、ピエゾ
素子から構成されており、このピエゾ素子を振動させる
ことにより光ファイバーの先端にｘｙ面内の振動運動を
発生させる。

【００１１】この振動運動の振動数は、光ファイバーの
共振振動数近辺に設定する。この状態で、光ファイバー
先端を磁性材料表面に近づけると、両者の間にせん断応
力が発生し、光ファイバーの振動の振幅Ｒ及び位相θが
変化を示す。このＲとθの変化の割合は、磁性材料表面
からの距離（以下ｚ軸距離とよぶ）に依存している。こ
のことを利用して、Ｒとθの値を検出し、さらにＸ＝Ｒ
ｃｏｓθで得られるＸの値が一定となるように光ファイ
バーのｚ軸距離が制御されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、光ファ
イバーのｚ軸距離の制御を行うのにせん断応力を検出す
る方法を用いる場合、光ファイバーがｚ軸方向に余分な
振動運動等を起こさないようにそのｚ軸方向のバネ定数
が非常に大きくなるように装置を構成する。このような
構成では、外界からの振動や記録面の凹凸等の影響で光
ファイバーが記録媒体に接触した場合に、光ファイバー
先端に全ての衝突エネルギーが集中し、光ファイバー先
端が機械的に破壊され易いという課題がある。

【００１３】また、近接場光学効果を用いた光記録にお
いては、高密度記録を行うためには光ファイバーを高精
度でスキャンしなければならない。その為、アクチュエ
ータとしてピエゾ素子を用い、ラスタースキャンをする
ことが最も一般的である。しかしながら、実用的なピエ
ゾ素子では、そのスキャンできる最大長さが１００μｍ
程度である。さらに、スキャンする速度は、ラスタース
キャンの振動周波数によって決まるが、これも実用的な
ピエゾ素子ではたかだか１０ｋＨｚ程度である。これら
のことから、単一の光ファイバーを用いて光記録を行う
場合には、取り扱うデータ量とデータの書き込み／読み
出し速度に限界がある。

【００１４】そこで本発明の目的は、光の近接場効果を
用いた光記録装置で、プローブの先端が機械的に破壊さ
れにくく、また実効的な書き込み／読み出し速度が速
く、かつ複数のプローブを使用した場合でも各々のプロ
ーブのｚ軸距離の制御方法が簡便で、しかもプローブの
集積効率が良い光記録装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では、光記録装置において記録媒体に光書き込
みまたは読み出しを行う為のプローブとして、その一部
に円錐または多角錐の突起部がある片持ち梁の形状をし
たプローブを用いた。但し、プローブは、突起部を含む
一部または全部が光導波路からなる。また、突起部の先
端には、所定の大きさの光学的開口があり、その光学的
開口を通して光が光導波路へ入射または光導波路から出
射できるようにした。また、必要に応じてプローブの一
部にプローブのたわみ量を検出する為の手段を取り付け
た。

【００１６】次に、プローブをそのバネ定数が最大とな
る軸線、すなわち片持ち梁形状のプローブの長手方向に
沿った軸線が、記録媒体の記録面に対し垂直とならない
方向、例えばその軸線が記録面と略平行となる方向で、
かつ光学的開口が記録面の方を向くように記録媒体の近
傍に支持体により保持した。また、この状態でプローブ
の光導波路を所定の光源または光検出用の手段へつなが
っている他の光導波路に光学的に接続した。

【００１７】次に、支持体を振動させることにより、プ
ローブを記録面に対して垂直な方向に振動させ、全ての
プローブと記録面の間の距離が間欠的に所定の値以下と
なるようにプローブと記録媒体の間の距離を調整した。
ここで所定の値とは、光書き込み及び読み出しで用いる
光の波長の１／１０程度である。

【００１８】プローブと記録面の間の距離を制御する手
段としては種々考えられる。第１の手段では、プローブ
のたわみ量を検出する手段によりプローブの振幅の変化
をモニターする。プローブと記録媒体の間の距離は、プ
ローブの振幅が所定の値より小さくなるように距離方向
の移動手段によって支持体を移動することによって制御
する。

【００１９】第２の手段では、まずプローブから記録媒
体に光を照射する。照射された光の内、記録媒体を透過
した光を光検出手段で検出し、その強度をモニターす
る。支持体と記録媒体の間の距離を、検出された光の強
度が間欠的に所定の値より大きくなるように距離方向の
移動手段によって支持体を移動することによって制御す
る。または、第２の手段は以下のようにしても実現でき
る。すなわち、プローブが位置するのと反対の側から記
録媒体に全反射する条件で光を照射する。照射された光
の内、記録媒体を透過した光をプローブで検出し、その
強度をモニターする。支持体と記録媒体の間の距離を、
検出された光の強度が間欠的に所定の値より大きくなる
ように距離方向の移動手段によって支持体を移動するこ
とによって制御する。

【００２０】第３の手段では、あらかじめプローブを記
録面にプローブの振幅可能な範囲内に近接して設置した
上で、プローブの支持体に取り付けられた励振手段に印
加する励振周波数および励振電圧を変化させることによ
って、プローブの共振にともなう振動の振幅を変化さ
せ、プローブと記録面の間の距離を間欠的に所定の値以
下に制御する。一方、光書き込みは、開口から記録面へ
所定の強度の光を照射することにより行った。

【００２１】また、データの読み出しは、開口から記録
媒体に光を照射し、その透過光を検出することにより行
った。また、開口から記録媒体に光を照射し、反射光を
検出することも可能である。さらに、記録媒体にプロー
ブが設置されているのと反対の側から光を照射し、その
透過光をプローブにより検出することにより行うことも
可能である。ここで、記録媒体に照射する光は、必用に
応じて、その偏光面が所定の面に予め揃えられたものを
用いた。

【００２２】但し、光書き込みのための光照射と、読み
出しのための光検出は、所定の条件の時のみに行った。
ここで所定の条件とは、プローブと記録面が所定の距離
以下であり、プローブと記録面の間の距離を上述した第
１の手段により調整するときはプローブのたわみ量が記
録媒体の方向へ最大となる時である。また、第２の手段
により調整するときは検出された光強度が所定の値より
大きい時である。第３の手段では、プローブの励振手段
に所定の励振信号を与えたときである。

【００２３】さらには、情報の書き込みまたは読み出し
を迅速に行うための有効な手段として、２本以上のプロ
ーブを所定の間隔で並べ、それらのプローブがそれぞれ
記録媒体の異なる位置において情報の書き込みまたは読
み出しを行うこともできる。この場合、上述のように単
一のプローブでスキャンが可能な領域が比較的小さいた
め、２本以上の複数のプローブを支持体と一体に集積形
成し、各プローブを同時並列的に書き込み、読み出しに
使用することにより、実効的に書き込み／読み出し速度
を高めることが可能となる。

【００２４】

【作用】本発明においては、プローブとして片持ち梁の
形状をしたものを用いている。そして、その片持ち梁と
してのバネ定数が最も大きくなる軸が記録媒体の記録面
に対して垂直とならないように支持体によって保持して
いる。さらに、支持体を記録面に対して垂直な方向に振
動させながら記録媒体に近接させている。

【００２５】このような構成において、プローブは記録
面に対して垂直な方向に比較的小さなバネ定数を有す
る。すなわち記録面とプローブが接触した場合、プロー
ブは容易にたわみ、接触面において生じた圧力をプロー
ブ全体のたわみにより吸収する。よって、接触面におい
てプローブを機械的に破壊するほどの力が集中すること
を防ぐことが可能となる。

【００２６】また、複数のプローブを使用した場合には
特に、支持体に取り付けた全てのプローブと記録面の間
の距離が、近接場光学効果が有効な距離となるまで支持
体を記録媒体まで近接させた場合、仮に記録媒体に凹凸
があっても、各プローブがその凹凸に沿うようにたわむ
ことが可能なため、個々のプローブの位置制御をするた
めの複数の機構を構成する必要がない。

【００２７】さらに本発明では、プローブと記録面の間
の距離を制御するために、プローブの振幅の変化を検出
する方法を用いている。この検出方法では、プローブが
自由に振動している時の振幅より小さな振幅を有するよ
うにプローブと記録面の間の距離が調整される。これに
より、プローブの突起部の先端が間欠的に記録媒体に接
触するようになる。

【００２８】また、プローブと記録面の間の距離を制御
するためは、プローブが設置されているのと反対の側か
ら記録媒体に全反射するように光を照射しながら、プロ
ーブで検出される光の強度をモニターする方法を用いる
こともできる。この方法では、プローブが振動中に記録
媒体の表面に照射している光の波長程度まで近接し、記
録媒体の表面に現れるエバネッセント光を検出し、その
結果モニターしている光強度が間欠的に所定の値より高
いピーク値を有するようにプローブと記録面の間の距離
が調整される。

【００２９】一方、プローブから記録面に光を照射する
場合には、プローブの微小開口からのエバネッセント光
は、プローブと記録面との距離が、波長分の距離以下に
なった場合により強く散乱されることから、記録面を透
過あるいは記録面で反射された光の強度をモニターする
ことによって、プローブと記録面の間の距離が調整され
る。

【００３０】以上、本発明では、近接場光学効果を用い
た光記録装置で、その構成及び記録媒体と支持体の間の
距離の制御方法が簡便でプローブの集積効率が高い装置
を提供することが可能となった。さらに、以上の距離制
御は、距離方向の移動装置を用いることによって達成さ
れるが、励振周波数と励振電圧を変化させることによっ
てプローブの振幅を変化させ距離制御を行う場合は、距
離方向の移動装置が不要となるため、装置の構成が簡略
化される。また、複数のプローブの長さや太さを少しづ
つ変化させることによって、このプローブの共振周波数
を変化させることができ、記録、読み出し等のチャンネ
ル選択をプローブ自身で行うことが可能である。さら
に、共振周波数の異なるプローブの使用は、個々のプロ
ーブの記録面との接触を最小限に抑える効果もある。

【００３１】

【実施例】以下に、この発明の実施例を図に基づいて説
明する。図１は光記録装置の構成の一例を示した説明図
である。記録媒体９０に光書き込みまたは読み出しを行
うためのプローブ２０は、支持体１０により記録媒体９
０の近傍に保持されている。光源１３０からの光は、光
学系１４０及び光導波路８０を通してプローブ２０に伝
搬される。次にその光は、プローブ２０より記録媒体９
０上に照射される。記録媒体９０のプローブ２０と反対
側には、受光用の光学系１９０と光検出器２００を設置
した。光検出器２００の出力は、信号処理器２１０を経
てシステム全体の制御装置２２０に伝えられる。一方、
支持体１０には、振動体１５０が取り付けられており、
それによりプローブ２０が所定の周波数で振動するよう
になっている。

【００３２】また、プローブ２０には、プローブ２０の
たわみを検出するためのたわみ検出器７０が取り付けら
れており、そこからの信号は、信号処理器１６０を経て
制御装置２２０に伝えられる。記録媒体９０は、移動装
置１８０によって３次元的に粗動及び微動ができるよう
になっており、これによりプローブ２０と記録媒体９０
の相対的な移動が実現される。

【００３３】電磁コイル１７０は、記録媒体９０の近傍
に設置され、光書き込みをする際の記録媒体９０の周囲
の磁界の方向を制御する。振動体１５０、移動装置１８
０及び磁界発生器１７０は、制御装置２２０によって制
御する。次に、図２は本発明で用いるプローブの断面の
模式図である。支持体１０より片持ち梁の形状をしてい
るプローブ２０が張り出しており、その先端の一部は円
錐または多角錐の形状をした突起部３０を形成する。但
し、突起部３０の最先端は、鋭角であっても、図に示す
ようにその突起頂上が平坦な突起であっても良い。突起
部３０の内部には、光導波路５０が設けられており、２
つの光学的開口６０と１２０を有している。但し、光学
的開口６０の大きさは本発明で用いる光の波長より小さ
い。プローブ２０は、シリコンをエッチングすることに
より製作し、光導波路５０にはガラスをゾルゲル法によ
って形成することによって得た。

【００３４】プローブの一部には、プローブのたわみを
検出するためのたわみ検出器７０として電気抵抗素子を
取り付てある。プローブがたわんだときたわみ検出器７
０も伸縮するので、その結果生じる電気抵抗素子の抵抗
の変化をモニターすることでプローブのたわみ量を検出
することが可能となる。なお、電気抵抗素子の代わりに
ピエゾ素子または静電容量センサを用いることも可能で
ある。

【００３５】また、支持体１０には、図３に示すように
プローブ２０を複数取り付ける構成とした。このよう
に、複数のプローブを同時に用いることで、記録媒体へ
のデータの書き込み及び読み出しを並列的に高速に行う
ことを可能とした。図４は、本発明におけるプローブ２
０と、プローブへの光、またはプローブからの光を伝搬
するための光導波路８０と、記録媒体９０との位置関係
を示す説明図である。プローブ２０は、そのバネ定数が
最も大きくなる軸線１００、すなわちプローブ２０の長
手方向に沿う軸線が記録媒体９０の記録面１１０に対し
て垂直とならない角度、好ましくは水平に近い角度で設
置してある。この時、プローブ２０の光学的開口６０は
記録面１１０の方を向いている。また、例えば光フィア
バーなどの光導波路８０をプローブの光導波路５０と光
学的に接続されるように光学的開口１２０の近傍に設置
した。

【００３６】図１０は、本発明におけるプローブ２０の
他の実施例の説明図である。図１０においてプローブ２
４０は、光ファイバーを加熱しながらその加熱部が中央
で分離されるまで引き伸ばすか、またはエッチングによ
りその先端を円錐形に加工したものをさらに鈎型に曲げ
たものである。先端の円錐形部を含む光ファイバーの一
部の側面に、アルミ、チタン、白金、ＡｌＳｉ、クロム
または金など光が透過しない材質のコーティング２５０
をし、円錐形の頂点に所定の寸法の光学的開口２６０を
設けてある。これにより、光学的開口２６０以外の光フ
ァイバーの側面から光が光ファイバーに入射できないよ
うにしたものである。ここで、所定の寸法とは、本発明
において光書き込みまたは読み出しに用いる光の波長よ
り小さい寸法のことである。なお、プローブ２４０にお
いても突起部の最先端は、鋭角でも、図に示すようにそ
の突起頂上が平坦な突起部であっても良い。

【００３７】図１０に示すようにプローブ２４０は、前
述の支持体１０と実質的に同じ機能を果たす支持体２７
０により記録媒体９０の近傍に保持される。この時、プ
ローブ２４０のバネ定数が最大となる軸線２８０は記録
面１１０に対して垂直とならないように、すなわち図１
０における角度ａが、０度とならないように配置する。
角度ａは、好ましくは、４５〜８５度に設定する。ま
た、プローブ２４０の先端の曲がり角は、角度ａに等し
くなるようにする。なお、図１０に示す構成において、
プローブ２４０は図３で示した光導波路８０とプローブ
２０の機能を同時に果たす。

【００３８】また、プローブ２４０の一部には、必要に
応じてたわみ量を検出する手段７０が取り付けられる
（図示せず）。さらに、本発明によるデータの書き込み
及び読み出しを高速に行うことを目的として図３に示す
ように２つ以上のプローブを１つの支持体に保持させる
ことに関しては、プローブ２４０においても同様に可能
である。

【００３９】次に、本発明における光学系の構成につい
て説明する。図５は、本発明における光学系の構成の１
つの例を示す説明図である。光源１３０で発生した光は
走光用光学系１４０と光導波路８０および光学的開口１
２０を通って光導波路５０に伝搬され、光学的開口６０
より記録媒体９０に照射される。照射された光は、記録
媒体９０を透過した後記録媒体９０のプローブ２０に面
するのと反対側に設置された受光用光学系１９０および
光検出器２００により検出される。

【００４０】図６は、光の伝搬経路の別の例を示す説明
図である。記録媒体９０の下方に配置された光源１３０
で発生した光は走光用光学系１４０を通って記録媒体９
０の下面に光を照射する。記録媒体９０を透過した光
は、光学的開口６０からプローブ２０の光導波路５０に
侵入し、さらに光導波路８０及び受光用光学系１９０に
伝搬し、光検出器２００にて検出される。

【００４１】図７は、光の伝搬経路のさらに別の例を示
す説明図である。光源１３０で発生した光は、プローブ
２０が設置されている側と反対の側の記録媒体９０の下
面において、光が全反射するように走光用光学系１４０
を通って照射される。その結果記録媒体９０のプローブ
２０を設置してある側の表面にエバネッセント光が現れ
る。エバネッセント光の一部は、光学的開口６０からプ
ローブ２０の光導波路５０に侵入し、さらに光導波路８
０および受光用光学系１９０に伝搬し、光検出器２００
にて検出される。

【００４２】本発明においては光の近接場効果を利用す
るので、プローブ２０から記録面１１０へ光を照射する
とき、または、記録面１１０からの光をプローブ２０で
検出するときに、プローブの光学的開口６０と記録面１
１０の距離は、光の波長より小さくなるように制御する
必要がある。以下に、その距離制御方法について説明す
る。

【００４３】図８は、プローブ２０と記録面１１０の間
の距離を変化させたときのプローブ２０の振幅の変化の
様子を模式的に示す説明図である。この振幅は、プロー
ブの突起部先端４０が記録面１１０に接触していないと
きは一定値Ａを保つが、接触するようになると距離の減
少とともに振幅も減少するこという特長を有している。
従って、振幅が値Ａより小さいことを検出すれば、記録
面１１０とプローブの突起部先端４０が間欠的に接触し
ていると判別できる。ここで、振幅が値Ａより小さいか
どうかは、プローブ２０のたわみ量の最大値の変化を検
出することで判別できる。このたわみ量の検出は、図２
の説明の項で述べたように電気抵抗素子、ピエゾ素子ま
たは静電容量センサなどをプローブ２０に取り付けるこ
とで行うことができる。

【００４４】距離制御の方法としては、まず、プローブ
の支持体１０を記録媒体の記録面１１０に対して垂直な
方向に振動させ、その結果片持ち梁の形状をしたプロー
ブ２０がその共振周波数近傍で振動するようにした。次
に、プローブ２０の振幅が値Ａより小さくなるように記
録媒体９０と支持体１０の間の距離を制御した。図３に
示したように、支持体１０に複数のプローブが取り付け
てある場合は、全てのプローブの振幅が値Ａより小さく
なるように記録媒体９０と支持体１０の間の距離を移動
装置１８０によって制御した。

【００４５】この距離制御方法を用いると、プローブの
突起部先端４０が記録面１１０に接触した時、記録面１
１０に垂直な方向に対しプローブ２０が大きなバネ定数
を有していないことから、プローブ２０がたわみ、突起
部先端４０若しくはプローブ２０自身が破壊されるのを
防ぐことができる。このことは、図３の説明の項で述べ
たように複数のプローブを同時に用いるとき、例えば記
録媒体に凹凸があっても各プローブがその凹凸に沿うよ
うにたわむので、個々のプローブの位置をそれぞれ独立
に制御をするための複数の制御機構を設ける必要が無い
ことを意味する。その結果、全プローブ共通の支持体と
記録媒体の間の距離を適切に制御する単一の機構のみで
光記録装置を構成することが可能となる。

【００４６】次に、図７に示した光の伝搬経路を有する
構成の場合の支持体１０と記録媒体９０の間の距離を制
御する方法について説明する。この場合も、まず支持体
１０を振動させることにより、プローブ２０をその共振
周波数近傍で振動させる。また、光源１３０及び走光用
光学系１４０によって、記録媒体９０へ光を照射する。
この状態で、支持体１０と記録面１１０の間の距離を十
分小さくすると、プローブ２０で検出される光の強度は
時間とともに図９に示すように変化する。図９に示され
るような周期的なピークは、プローブ２０が記録面１１
０の表面に存在しているエバネッセント光を検出してい
ることによる。そこで、検出される光強度のピーク値が
所定の値Ｂより大きいかどうかをモニターすることで、
支持体１０と記録媒体９０の間の距離を適切に制御する
ことが可能である。

【００４７】また、図５または図６に示した光の伝搬経
路を有する構成においても、検出された光の強度は時間
とともに図９に示すような変化を示す。これらの場合
も、光強度のピーク値がそれぞれの場合での適切な値よ
り大きいかどうかモニターすることで、支持体１０と記
録媒体９０の間の距離を適切に制御することが可能であ
る。以上の距離制御は、移動装置１８０によって、達成
させることができる。

【００４８】この他、励振周波数と励振電圧を変化させ
ることによって、プローブの振幅を変化させ、距離制御
を行うことが可能である。この励振周波数に対するプロ
ーブの振動の振幅は、図１１に示されるように、プロー
ブの片持ち梁としての共振周波数Ｆｓにおいて最大とな
り、これよりわずかにずれた周波数Ｆ１やＦ２では、ほ
とんど振動しない。また、励振電圧を変化させること
で、ほぼ励振電圧に比例して振幅が変化する。したがっ
て、励振周波数と励振電圧を適切に設定することで、距
離制御が可能である。直径１２５μｍ、長さ３ｍｍの光
ファイバープローブを用いた場合には、励振周波数を共
振周波数付近の２０ｋＨｚとし、励振用ピエゾ素子に５
Ｖの振幅で励振電圧を与えることによって、プローブの
突起部先端で０．５μｍの振幅を得ることができた。

【００４９】この距離情報については、上述した光強度
をモニターする手段によって、検出することができる
が、あらかじめこの振動特性を決定しておくことができ
るので、常にモニターする必要はない。励振電圧を制御
することにより、プローブの突起部先端と記録面の距離
を微調整できるため支持体全体を、距離方向に移動させ
る手段はこの場合不要となるが、移動装置は、プローブ
の待避等に利用することもできる。

【００５０】さらに、複数のプローブを同時に使用する
際に、個々の、プローブの長さや太さをわずかづつ変え
ることによって、個々のプローブの共振周波数を図１２
のように、少しづつ変えることができる。この場合は、
励振周波数を変化させるだけで記録、読み出し等のチャ
ンネルに対応したプローブを選択することが可能であ
る。さらに、この場合選択されていないプローブはほと
んど振動しないため、個々のプローブの突起部先端と記
録面との接触を最小限に抑えることができる。

【００５１】次に、本発明の光記録装置を用いてのデー
タの書き込みについて説明する。この場合は、図５に示
した光学系の構成を用いた。記録媒体９０としては、Ｃ
ｏ／Ｐｔの多層膜を用いたが、光磁気記録に用いられる
磁性薄膜であれば同様に用いることが可能である。ま
た、光源としては波長６７０ｎｍの半導体レーザーを用
いたが、これも一般の光磁気記録に用いることのできる
光源であれば同様に用いることができる。

【００５２】図１に示した光記録装置において、書き込
みは、電磁コイル１７０により記録媒体９０に一様な磁
界を加えた状態で、プローブ２０から記録面１１０へ光
を照射して行った。但し、光の照射は、プローブ２０が
記録面１１０に接しているか、記録面１１０から光の１
／１０波長より近接している時に行う。具体的には、プ
ローブのたわみ量が記録面１１０の方向へ最大となる
時、または、記録媒体９０の透過光強度が最大となると
きである。これにより、光学的開口６０と同程度の大き
さの局所領域に光を照射することができた。

【００５３】照射する光のエネルギーは、記録媒体９０
を構成する磁性体をそのキュリー点以上に加熱するのに
十分な量とした。その結果、記録媒体を局所的に加熱さ
せ、その加熱部の磁化方向を変えることができた。この
ように加熱により記録媒体の磁化方向を局所的に変化さ
せる方法は、光磁気記録で一般的に用いられる方法であ
る。なお、本実施例では、電磁コイル１７０による一様
な磁場がない状態でも書き込みを行うことができた。

【００５４】書き込んだデータを読み出す場合は、図
５、６および７のいずれの光学系の構成を用いることも
可能である。この場合は、記録媒体９０に予めその偏光
面を揃えた光を照射し、記録媒体９０を透過した光の偏
光面の方向を光学系１９０及び光検出器２００により検
出する事で行う。この方法も、一般の光磁気記録で用い
る方法に同じである。但し、本実施例においては、偏光
面の方向の検出は、プローブ２０が記録面１１０に接し
ているか、記録面１１０から光の１／１０波長より近接
している時に限り行った。

【００５５】また、記録媒体９０としては、上記のもの
の他、SbTe、TeSeまたはGeSbTeなどの薄膜を用いること
も可能である。この場合、書き込みにおいては、光照射
で記録媒体を加熱、相転移させる。なお、電磁コイル１
７０はこの場合用いない。相転移した局所はその光透過
性が変化するので、読み出しはその透過光強度の変化を
検出することによって行う。

【００５６】これらの読み出し、および、書き込みの際
には、移動機構１８０によって、水平方向に２次元的に
スキャンが行われる。本実施例の場合このスキャンの精
度は、少なくとも０．００５μｍは必要で、スキャン範
囲は、縦横４００μｍ程度である。この場合、０．０４
μｍの記録ビットを用いて、１プローブ当たり、１００
メガビットの記録密度が得られ、１６プローブを構成し
た場合には、全体で、１．６ギガビットの記録を１ｃｍ
²の領域に構成できる。

【００５７】光学系に関しては、以上述べた実施例の他
に、図１における光導波路８０を用いずに、光源から発
生した光を直接プローブの光学的開口１２０に集光する
ことによって、導入することが可能である。複数のプロ
ーブを使用する場合には、光源からの光線を各々のプロ
ーブの光学的開口１２０を通るようにスキャンすること
によって、対応できる。

【００５８】また、図１３に示すように、光導波路５０
をプローブ２０の片持ち梁部まで延長して形成すること
によって、支持体１０上の導波路端から光を導入するこ
とができる。この方式は、図１４に示すように、支持体
１０内に集積形成された複数のプローブ２０の各々に対
して、光導波路３００を分岐させて接続することによっ
て、光の導入を１箇所で行うことができる。この際、個
々のプローブ２０の光導波路５０と分岐した光導波路３
００との間に、光スイッチ２９０を設けることによっ
て、信号の選択を行うこともできる。

【００５９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、近接場
光学効果を用いた光記録において、片持ち梁形状のプロ
ーブをその長手方向の軸線が記録媒体の記録面に対して
垂直とならない角度、すなわち略平行となる角度に設置
し、その突起部先端を垂直方向に振動させながら記録面
との距離制御を行うことにより、プローブの破損の恐れ
がなく、かつ微小な距離制御が可能な光記録装置を提供
できる。

【００６０】またプローブを、通常用いられている光フ
ァイバーの先端に尖鋭化加工を施し、鉤型に曲げて形成
することにより、微小な光学的開口を有するプローブを
安価に得ることができ、装置全体を安価なものとするこ
とができる。また、通常のシリコン加工技術等を用い
て、プローブを支持体と一体に複数同時に形成すること
により効率よく集積化できるため、多チャンネルの光記
録装置を容易に得ることができる。

【００６１】さらに、それら複数のプローブの弾性的共
振周波数をそれぞれ異なるように形成し、振動発生器の
励振周波数を適宜制御することによって、特定のプロー
ブを選択的に動作させることが可能となり、個々のプロ
ーブの為の個別の位置制御装置が不要な光記録装置を提
供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光記録装置の構成の概要を示す説明図
である。

【図２】本発明で用いたプローブの断面を模式的に示す
説明図である。

【図３】本発明で用いたプローブが２つ以上支持体に取
り付けてある状態を示す説明図である。

【図４】本発明におけるプローブと記録媒体および光導
波路の位置関係を示す説明図である。

【図５】本発明における光学系の構成と光の伝搬経路の
一例を示す説明図である。

【図６】本発明における光学系の構成と光の伝搬経路の
一例を示す説明図である。

【図７】本発明における光学系の構成と光の伝搬経路の
一例を示す説明図である。

【図８】本発明において、プローブと記録面の間の距離
を変化させたときのプローブの振幅の変化の様子を模式
的に示す説明図である。

【図９】本発明において、プローブで検出される光強度
の時間変化の様子を模式的に示す説明図である。

【図１０】本発明で用いたプローブの他の実施例を示す
説明図である。

【図１１】本発明における、プローブの振動の振幅の励
振周波数と励振電圧による変化を模式的に示す説明図で
ある。

【図１２】本発明における、複数の共振周波数の異なる
プローブの励振周波数に対する振動振幅の特性を模式的
に示す説明図である。

【図１３】本発明における光導波路を表面に形成したプ
ローブの断面を模式的に示す説明図である。

【図１４】本発明で用いた表面に光導波路を形成したプ
ローブを複数取り付けてある状態を模式的に示す説明図
である。

【符号の説明】

１０ 支持体 ２０ プローブ ３０ 突起部 ４０ 突起部先端 ５０ 光導波路 ６０ 光学的開口 ７０ たわみ検出器 ８０ 光導波路 ９０ 記録媒体 １００ バネ定数が最大となる軸線 １１０ 記録面 １２０ 光学的開口 １３０ 光源 １４０ 送光用光学系 １５０ 振動発生器 １６０ 信号処理器 １７０ 磁界発生器 １８０ 移動装置 １９０ 受光用光学系 ２００ 光検出器 ２１０ 信号処理器 ２２０ 制御装置 ２３０ ハーフミラー ２４０ プローブ ２５０ コーティング ２６０ 光学的開口 ２７０ 支持体 ２８０ バネ定数が最大となる軸線 ２９０ 光スイッチ ３００ 光導波路

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−15284（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−26855（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−65418（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−114755（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−291310（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−50750（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G11B 7/12 - 7/22 G01N 13/14

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 近接場光学効果を利用して情報を記録す
   る光記録装置において、 先端に記録媒体に照射する光の波長より小さな光学的開
   口を有するプロ−ブであり、一つの支持体に片持ち梁形
   状に延接し一体的に形成保持される複数の前記プローブ
   が、片持ち梁としての弾性的共振周波数が定間隔で異な
   り、かつ、1つの片持ち梁の共振時に隣接する共振周波
   数を持つ片持ち梁の振動振幅が十分小さくなるように構
   成されていることを特徴とするプロ−ブ。
2. 【請求項２】 前記複数のプローブの各々の光学的開口
   が、同時に前記記録媒体の記録面に対向するように配置
   されることを特徴とする請求項１に記載のプロ−ブ。
3. 【請求項３】 近接場光学効果を利用して情報を記録す
   る記録媒体と、 前記記録媒体に照射する光を発生する光源と、 先端に前記光源より発生される光の波長より小さな光学
   的開口を有する片持ち梁形状のプローブと、 前記片持ち梁形状のプローブをその長手方向の軸線が前
   記記録媒体の記録面に対して垂直とならない角度でかつ
   前記光学的開口が前記記録面の方向を向くように保持す
   る支持体と、 前記支持体に配置され前記プローブの先端を前記記録面
   に対して垂直な方向に振動させる振動手段と、 前記プローブと前記記録面の間の距離を制御するための
   距離制御手段と、 前記支持体と前記記録媒体を２次元的に相対移動するた
   めの移動手段と、 前記光源により発生された光を収束し前記記録媒体の記
   録面に導入する走光用光学手段と、 前記導入され照射された光により生じる前記記録媒体か
   らの光を受けて収束し伝搬する受光用光学手段と、 前記伝搬された光を受けて前記照射された光により生じ
   る前記記録媒体からの光学的情報を検出する光学的検出
   手段とを有し、 複数の前記プローブが、一つの前記支持体に片持ち梁形
   状に延接し一体的に形成保持され、前記複数のプローブ
   の各々の光学的開口が同時に前記記録媒体の記録面に対
   向するように配置され、前記複数のプローブは、片持ち
   梁としての弾性的共振周波数がそれぞれ異なるように形
   成され、前記振動手段は、励振周波数を制御することに
   よって前記複数のプローブのうちの特定のプローブを振
   動させて、前記特定のプローブが前記記録面と所定の距
   離となるように制御することによって、前記特定のプロ
   ーブが前記記録媒体との情報の記録および読み出しを行
   う構成であることを特徴とする光記録装置。
4. 【請求項４】 前記プローブの先端に、錐体の形状をし
   た突起部を有し、前記突起部が先端に前記光学的開口を
   有する光導波路を形成することを特徴とする請求項３に
   記載の光記録装置。
5. 【請求項５】 前記プローブが光ファイバーにより形成
   され、その先端が鈎型に曲げられ尖鋭化された円錐形を
   成し、前記円錐形部が先端に前記光学的開口を有するこ
   とを特徴とする請求項３に記載の光記録装置。
6. 【請求項６】 前記振動手段による前記プローブの先端
   の振動による振幅を検知するために、前記プローブのた
   わみを検出するたわみ検出手段を有し、前記距離制御手
   段は、前記たわみ検出手段から検知された前記プローブ
   と前記記録面の距離を所定の距離になるように制御する
   構成であることを特徴とする請求項３に記載の光記録装
   置。
7. 【請求項７】 前記光学的検出手段は、前記記録媒体を
   透過した光の強度を検出し、その検出結果を所定の値と
   比較することによって前記プローブと前記記録面の距離
   検出を行い、前記距離制御手段は、前記検出された前記
   プローブと前記記録面の距離を所定の距離になるように
   制御する構成であることを特徴とする請求項３に記載の
   光記録装置。
8. 【請求項８】 前記振動手段は、前記プローブの先端の
   振動による振幅を変化させるために、励振電圧と励振周
   波数の少なくとも一方の可変手段を有し、前記可変手段
   を制御することによって前記プローブの先端の振幅を制
   御し、前記プローブと前記記録面の距離を所定の距離に
   なるように微調整する構成であることを特徴とする請求
   項３に記載の光記録装置。