JP4184570B2 - 情報記録再生装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、近視野光を発生させる微小開口を有する近視野光発生素子を近視野光ヘッドとして利用し、高密度な情報の記録・再生を行う情報記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近視野光発生素子は、情報記録再生装置の近視野光ヘッドや、サンプルなどの光学的な観察を行うプローブとして現在利用あるいは検討が始められた。
【０００３】
光を用いた情報記録再生装置は、大容量化・小型化の方向へと進化しており、そのため記録ビットの高密度化が要求されている。その対策として、青紫色半導体レーザやSIL（Solid Immersion Lens）を用いた研究がおこなわれているが、これらの技術では光の回折限界の問題により、現在の記録密度の数倍程度の向上しか望めない。これに対し、光の回折限界を超えた微小領域の光学情報を扱う技術として近視野光を利用した情報記録再生方法が期待されている。
【０００４】
この技術では、微小領域と近視野光発生素子である近視野光ヘッドに形成した光の波長以下サイズの光学的開口との相互作用により発生する近視野光を利用する。これにより、従来の光学系において限界とされていた光の波長以下となる領域における光学情報を扱うことが可能となる。光学情報の再生方法としては、記録媒体表面に光を照射することにより微小マークに局在する多くの近視野光を微小開口との相互作用により散乱光に変換する（コレクションモード）方法、あるいは微小開口より生成される近視野光を記録媒体表面に照射し、記録媒体表面の情報が記録された微小な凹凸や屈折率等の光学定数の変化との相互作用により変換される散乱光を別途設けた受光素子で検出する（イルミネーションモード）方法で可能である。記録は、微小開口より生成される近視野光を記録媒体表面に照射させ、メディア上の微小な領域の形状を変化させたり（ヒートモード記録）、微小な領域の屈折率あるいは透過率を変化させる（フォトンモード記録）ことにより行う。これら、光の回折限界を超えた光学的微小開口を有する近視野光ヘッドを用いることにより、従来の光情報記録再生装置を超える記録ビットの高密度化が達成される。
【０００５】
こうしたなか、一般に近視野光を利用した記録再生装置の構成は、磁気ディスク装置とほぼ同様であり、磁気ヘッドに代わり、近視野光ヘッドを用いる。サスペンションアームの先端に取り付けた光学的微小開口をもつ近視野光ヘッドをフライングヘッド技術により一定の高さに浮上させ、ディスク上に存在する任意のデータマークへアクセスする。高速に回転するディスクに近視野光ヘッドを追従させるため、ディスクのうねりに対応して姿勢を安定させるフレクシャー機能をもたせている。
【０００６】
このような構成の近視野光ヘッドにおいて、開口に光を供給する方法として、光ファイバや光導波路を上方あるいは横方向より近視野光ヘッドに接続したり、近視野光ヘッドの上方に設けたレーザーからの光束を直接近視野光ヘッドに照射する手段をとっていた。
【０００７】
また、近視野光顕微鏡に代表される光ファイバを加工し開口部が先鋭化された光ファイバプローブやカンチレバー型光プローブを用いて、走査型プローブ顕微鏡におけるプローブとサンプル表面との間に生じるトンネル電流や原子間力などの相互作用によりメディアとの相対位置を保ちながら、情報の記録再生、観察を実現している。
【０００８】
また、シリコン基板に異方性エッチングにより逆ピラミッド構造の開口を形成した平面プローブの使用が提案されている。上方あるいは横方向より光を入射し、逆錐状のピラミッド内での反射によりその頂点に存在する開口より近視野光を発生させている。このプローブは上述した先鋭化された先端をもたないため、高速記録再生や高速な観察に適した光ヘッドやプローブなどの近視野光ヘッドとして使用できる。このような近視野光ヘッドは、基板上面と基板下面の加工に２枚以上のフォトマスクを用い、基板の両面で精密にアライメントし、フォトリソグラフィー技術により近視野光ヘッド構造を作製していた。しかしながら、フォトマスクの超高精度な両面アライメントは難しく、また、基板の厚さの誤差や基板の格子欠陥などにより、微小開口の形状を制御することは非常に困難である。そこで、微小開口や、微小開口まで光を導くための光導波路を基板の片面にのみ作製した近視野光ヘッドが考案されている。また、このような構造にすることでさらなる小型化・薄型化が可能となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような近視野光ヘッド構造では微小開口と、微小開口まで光を導くための光導波路が基板の同じ側で記録媒体側に面して作製されており、記録媒体と微小開口との距離を数十nm程度にする必要がある近視野光を利用した情報記録再生装置においては、光ファイバー等を直接近視野光ヘッド上の光導波路に接続するためのスペースがなく、近視野光ヘッドに外部より光を入射することができず、近視野光ヘッドを用いた近視野光の生成を行うための光を近視野光ヘッドに供給することが困難であるという課題があった。
【００１０】
従って本発明は、微小開口と微小開口に光を導く光導波路が同じ側に作製されている近視野光ヘッドを用いた情報記録再生装置において、近視野光の生成を行うための光を近視野光ヘッドに供給し、微小開口より十分大きな近視野光を生成し、超高分解能の再生記録・高速記録再生、高ＳＮ比化を実現する情報記録再生装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで、上記の目的を達成するために、本発明に係る第１の情報記録再生装置は、記録媒体と、光源と、サスペンションアームと、前記サスペンションアームに固定されたフレクシャーと、前記フレクシャーに固定され、前記記録媒体側に微小開口を有する近視野光ヘッドと、前記光源からの光束を前記近視野光ヘッドへ導く導光構造と、受光部と、から構成されている近視野光を利用した情報の記録あるいは再生を行う情報記録再生装置において、前記微小開口と微小開口に光を導く光導波が前記近視野光ヘッドの同じ側にあり、前記導光構造が、前記サスペンションアームに固定された光伝搬部と、前記近視野光ヘッドに固定された光結合部と、前記光伝搬部と前記光結合部とを光学的に接続する光接続部とから構成されていることを特徴とする。
【００１２】
従って、微小開口と微小開口に光を導く光導波路が同じ側に作製されている近視野光ヘッドを用いた情報記録再生装置においても、光源からの光束を光伝搬部と光接続部と光結合部により、近視野光の生成を行うための光を近視野光ヘッドに供給することが可能となり、十分大きな近視野光を近視野光ヘッドの微小開口近傍に生成し、超高分解能の再生記録・高速記録再生、高ＳＮ比化を実現する情報記録再生装置を提供することができる。
【００１３】
また、本発明に係る第２の情報記録再生装置は、前記光結合部がプリズムとギャップからなることを特徴とする。
【００１４】
従って、本発明に係る第１の情報記録再生装置の効果に加え、簡単な構成で近視野光ヘッドに光源からの光束を供給できるので、低コスト化がはかれる。
【００１５】
また、本発明に係る第３の情報記録再生装置は、前記光結合部が回折格子からなることを特徴とする。
【００１６】
従って、本発明に係る第１の情報記録再生装置の効果に加え、回折格子を用いて光束を導波路に結合するため、プリズムを用いる場合に比べ近視野光ヘッド周辺の質量を軽くすることができ、より高速なトラッキングが可能となり、より高速なデータ再生が可能となる。その上、光結合部が近視野光ヘッド作製プロセスと同様なプロセスのみで作製可能なため、大量生産可能であり、低コスト化が可能である。
【００１７】
また、本発明に係る第４の情報記録再生装置は、前記光結合部が少なくとも２段以上積み重ねた光導波路を含むことを特徴とする。
【００１８】
従って、上記の効果に加え、部品点数を減らすことにより調整が容易になり、且つ調整箇所も減り、より低コスト化が可能である。また、近視野光ヘッドの質量を軽くすることができるので、さらなる高速なトラッキングが可能となり、より高速なデータ再生が可能となる。
【００１９】
また、本発明に係る第５の情報記録再生装置は、前記光結合部と光接続部が少なくとも１つの光導波路からなることを特徴とする。
【００２０】
従って、本発明に係る第１の情報記録再生装置の効果に加え、近視野光ヘッド中に作製された光導波路のクラッド部分に加工をする必要が無いため製造プロセスを簡略化できる。さらに部品点数を減らすことができるので、プリズムや回折格子を用いた場合に比べ、光学調整が非常に簡単になり、部品点数が減ったことにより調整箇所も減り、より低コスト化が可能である。さらに近視野光ヘッドの質量を軽くすることができるので、さらなる高速なトラッキングが可能となり、より高速なデータ再生が可能となる。
【００２１】
また、本発明に係る第６の情報記録再生装置は、前記光伝搬部が光導波路と、前記光源からの光束を前記光導波路端面に集光するためのレンズからなることを特徴とする。
【００２２】
従って、上記の効果に加え、光接続部へ光束を伝播させるために、レンズと光導波路から構成されているので、サスペンションアームに光伝搬部を固定することができ、装置の薄型化が可能である。さらに記録媒体を重ね、それぞれの記録媒体に対応するサスペンションアームと近視野光ヘッドを配置することが可能となり、大容量化を実現できる。
【００２３】
また、本発明に係る第７の情報記録再生装置は、前記光伝搬部が前記光源からの光束を平行光束にするためのレンズからなることを特徴とする。
【００２４】
従って、本発明に係る第１から第４及び第６の情報記録再生装置の効果に加え、光伝搬部の光導波路を省略することができるので、部品点数の削減によりさらに調整が容易になり、小型軽量な情報記録再生装置を実現できる。
【００２５】
また、本発明に係る第８の情報記録再生装置は、前記光接続部が前記光伝搬部からの光束を前記光結合部に入射するように光路をかえるためのミラーからなることを特徴とする。
【００２６】
従って、本発明に係る第１から第４、及び第６と第７の情報記録再生装置の効果に加え、光伝搬部からの光束を光結合部に結合するためにミラーにより折り曲げ、近視野光ヘッドへの光束を空中伝搬を用いることができるので、フレクシャー構造が有効に働き、近視野光ヘッドを安定に浮上させるつづけつことができる。その上、空中伝搬の場所にはなにもない空間となるので、光伝搬部の質量を軽くすることができ、より軽量な情報記録再生装置を実現できる。
【００２７】
また、本発明に係る第９の情報記録再生装置は、前記光接続部が前記光伝搬部からの光束を前記光結合部に入射するように光路をかえるための回折格子からなることを特徴とする。
【００２８】
従って、本発明に係る第１から第４、及び第６から第８の情報記録再生装置の効果に加え、回折格子を自由に設計できるので、最適な光分布の光束を光結合部に入射することができるので、より有効に光エネルギーを利用することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の情報記録再生装置について、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１に本発明の実施の形態１に係る情報再生装置の概略を示す。情報記録再生装置の概略をわかりやすくするために、サスペンションアーム１０９とフレクシャー１１０と光結合部付き近視野光ヘッド１０６、サスペンションアーム１１１と受光ヘッド１０８はそれぞれ分解した形で示してあるが、実際には、それぞれは接続され必要に応じて固定されている。
【００３０】
本実施の形態に係る情報再生装置は、従来の磁気ディスク装置と基本構成は類似であり、近視野光を発生する微小開口（図示略）を有する光結合部付き近視野光ヘッド１０６を記録媒体１０７の表面に数十ナノメートルまで近接した状態で記録媒体１０７を高速に回転させ、光結合部付き近視野光ヘッド１０６が記録媒体１０７と常に一定の相対配置で浮上するために、フレクシャー１１０をサスペンションアーム１０９の先端部に形成している。サスペンションアーム１０９はボイスコイルモータ（図示略）によって記録媒体１０７の半径方向に移動可能である。ここで、光結合部付き近視野光ヘッドは、記録媒体１０７に微小開口が対面するように配置されている。
【００３１】
レーザー１０１からの光束をフレクシャー１１０近傍まで導く光伝搬部は、レンズ１０２とサスペンションアーム１０９に固定された光ファイバー１０３から構成されている。光伝搬部から光結合部付き近視野光ヘッド１０６とを光学的に接続する光接続部は、レンズ１０４とミラー１０５から構成されている。
【００３２】
ここで、光ファイバー１０３を用いたが、これは、光導波路や空中光伝搬を用いてもよい。また、必要に応じて、レーザー１０１は回路系１１２により強度変調などをかけることもできる。
【００３３】
図３に本実施の形態１に係る情報再生装置の断面図を示す。光結合部付き近視野光ヘッドは、近視野光ヘッド３０１と、この近視野光ヘッド３０１に固定された光結合部であるプリズム３０２から構成されている。また、受光ヘッド１０８は、微小開口で生成された近視野光と記録媒体１０７との相互作用との結果発生する散乱光を効率良く受光するために、レンズ３０３と受光素子３０４とから構成されている。
【００３４】
図４は、本実施の形態１に係る情報記録再生装置の近視野光ヘッド近傍の拡大図を示す。
【００３５】
近視野光ヘッド３０１は、微小開口２１３と微小開口２１３に光を導くための光導波路であるコア２０８とクラッド２０７がシリコン基板の同じ側に作成してある。このような近視野光ヘッド３０１の製造方法について説明する。
【００３６】
図２は、近視野光ヘッド３０１の製造方法を示している。
【００３７】
まずステップＳ２０１では、基板には、面方位(100)の単結晶のシリコン基板２０１を使用する。この基板の両面にマスク２０２、２０３となる熱酸化膜あるいは酸化珪素膜をCVD法あるいはスパッタ法により積層させる。マスク材としては、この他に窒化珪素あるいは非アルカリ溶解系金属を用いても良い。リソグラフィの手法を用いてこのマスク材に所望の大きさの窓を開け、エッチングを行う所のシリコンを露出させる。
【００３８】
この後ステップＳ２０２で、水酸化カリウム(KOH)、あるいはテトラメチルアンモミウムハイドロオキサイド(TMAH)を用いて、シリコン基板２０１にウェットエッチングを施すことにより段差を設け、(100)面に対し54.7°の角度を有する(111)面である斜面を形成し、マスク２０２、２０３を除去する。続けてこの作製された斜面の上面に横方向から伝搬してきた光を開口方向に供給できるようアルミニウム、銀、金等の金属膜や誘電体多層膜からなる反射膜２０４を積層形成する。
【００３９】
その後ステップＳ２０３で、この後段差の底部に光を伝搬させるための光導波路の材料として、低屈折率層２０５と高屈折率層２０６の酸化シリコンや窒化シリコン等の石英系材料、ポリイミドやポリメタクリル酸といった高分子等の誘電体材料を堆積させる。誘電体材料である酸化シリコンの場合、スパッタリング法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、真空蒸着法によって容易に形成できる。屈折率をより大きくするには、成膜時にゲルマニウムをドープすればよく、また屈折率をより小さくするには、クラッド成膜時にフッ素をドープすればよい。
【００４０】
その後ステップＳ２０４でフォトリソグラフィ技術とエッチングを用いて、光導波路の形状を調整する。通常の半導体製造工程で用いられるフォトリソグラフィ技術を使用して、光導波路上にエッチングを保護するマスク材を積層してパターニングを行なう。その後、光導波路材料をエッチングし、マスク材を除去することにより、光導波路をパターニングできる。
【００４１】
次にステップＳ２０５で斜面の反射層２０４および光導波路の上面にＴＥＯＳ( Tetraethoxysilane : Si(OC2H5)4 )膜をCVD法にて積層形成し、コア２０８とクラッド２０７からなる光導波路を形成する。他の誘電体材料を用いても問題ない。
【００４２】
そして、ステップＳ２０６では、段差のあるＴＥＯＳ膜の表面を研磨加工し、平坦化し、その上にレジスト膜２０９を成膜する。
【００４３】
ステップＳ２０７で、レジスト膜２０９を露光し、その後、フォトリソグラフィーの技術により、マスク２１０を作製する。ここでは図示していないが、ＨＤＤ等で一般的に利用されているフライングヘッドとして、この近視野光ヘッドを用いる場合には、フライングヘッドに必要な構造をフォトリソグラフィー技術を用いて表面に必要な構造のマスクを作製することで可能である。
【００４４】
ステップＳ２０７で作製したマスク２１０をもとに、化学エッチング法を用いてステップＳ２０８で凸形状部２１１を作製する。
【００４５】
ウェットエッチングを用いる場合は、マスク形状とマスク下のアンダーエッチングの速度を調整することによりTEOS膜の凸形状部２１１を作製できる。これは、ウェットエッチングの等方性を利用したものである。アンダーエッチングの速度を調節することにより任意のテーパ角度をもつ錘状の凸形状部２１１を形成することが可能となる。フォトレジストをマスクとして使用する場合は、TEOS膜表面粗さ、レジストの種類、コート方法あるいはベーキング温度の調整を行いTEOS膜とレジストの密着性を最適化することにより任意のテーパ角を作製する。ウェットエッチャントとして、弗化水素酸と弗化アンモニウムの混合液を使用する。
【００４６】
また、ドライエッチングを用いる場合は、マスクの形状が転写されながらTEOS膜のエッチングが進行するため、マスク自体にあらかじめ凸形状をもたせておく必要がある。また、ドライエッチングでもスパッタ系のエッチング法を用いる場合の作製方法はまた異なる。あらかじめTEOS膜を柱型あるいは台形に加工する。その後、スパッタ系エッチングを施すことにより、柱あるいは台形の角だけが削れていき、先端の尖った突起形状が作製される。
【００４７】
その後ステップＳ２０９で不要なマスク２１０を除去し、表面に遮光膜２１２として金属膜を積層形成する。光反射率の高い金、銀、アルミ等の金属膜を真空蒸着法にて成膜する。デポレートの高い蒸着条件により、グレインサイズの小さい成膜が可能となる。被覆方法として、スパッタリング法やイオンプレーティング法を用いて成膜しても良い。その後、凸形状部２１１の先端部の遮光膜２１２を加工し、微小開口２１３を形成する。遮光膜２１２の成膜で、方向依存性の高い成膜条件にて基板の斜め方向からデポすることにより、凸形状部２１１斜面の厚みに対し、先端部での厚みが薄くなる傾向がある。このような厚み分布をもった遮光膜２１２をエッチングすることにより先端部に微小開口２１３を形成することが可能となる。また、別の方法として、先端部に微小開口２１３の大きさに相当する穴をもつマスク材を遮光膜２１２上面に形成し、先端部の遮光膜２１２だけを選択的にエッチングすることにより微小開口を作製することも可能である。この場合エッチングのマスクとして、スピンコートすることにより先端部だけ塗布されないで遮光膜２１２が露出された状態のフォトレジストを使用したり、あるいはCVD法により先端部のみ薄く形成された誘電体をエッチングすることにより微小開口２１３に相当する大きさの穴が形成されたものを使用することができる。
【００４８】
また、別の微小開口作製方法として、遮光膜２１２より硬い材料から成る表面が滑らかな平板を、凸形状部２１１先端部の上方より遮光膜２１２に押し当て、一定の負荷荷重を加えることにより、遮光膜２１２先端部の形状を平板の型にあうよう平らに変化させ、下層のTEOS膜を露出させることにより微小開口を作製しても良い。この場合、平板で押し当てず、先端の尖った形状のもの、あるいは球状のものを先端部に押し当てて、遮光膜２１２をその型にはめ込んだ形状に加工することにより微小開口２１３を作製することも可能である。その後、遮光膜２１２の上面に保護膜となる誘電体膜（図示略）を形成する。保護膜は30nm以下の厚みに形成する。誘電体膜の形成により、遮光膜２１２の経時的な酸化による反射率の低下あるいは光の漏れ、あるいは媒体との接触に起因する剥離による光漏れを抑制することが可能となる。なお、このステップは省略できる場合もある。
【００４９】
ステップＳ２０１と同様な異方性エッチングの技術をもちいてステップＳ２１０で、テーパー部２１４を作成し、クラッド２０７の一部をシリコン基板２０１より露出させる。この露出させたクラッド２０７は、必要に応じて、さらに化学的エッチング法を用いて加工する。本実施の形態においては、クラッド２０７の一部をエッチングし、コア２０８をさらに露出させた。
【００５０】
次に、図４を用いてレーザー１０１から近視野光ヘッド３０１の微小開口２１３近傍に近視野光を生成する方法を説明する。
【００５１】
上記に説明した製造方法により作製された近視野光ヘッド３０１を上下反転させ、プリズム３０２をコア２０８が露出した上に固定する。その際、露出したコア２０８とプリズム３０２の間に適切な高さのエアーギャップ４０２をもたせる。このプリズム３０２が固定された近視野光ヘッド３０１は、フレクシャー１１０に固定されている。
【００５２】
光ファイバー１０３から出射された拡散光束は、レンズ１０４により平行光束に変換され、ミラー１０５により光束４０３の進行方向が曲げられ、プリズム３０２の斜面に入射する。プリズム３０２の斜面に入射された光束は、プリズム内で屈折し、プリズム底面で反射する。このとき、プリズム３０２の底面の外側には近視野光が存在し、これがコア２０８の導波路の伝搬モードと結合し、導波路に光エネルギーが移行する。プリズム３０２の中を伝搬する光の横方向伝搬速度とプリズム下の導波路を伝搬する光の速度が一致するときに、プリズム３０２側からコア２０８の導波路に光が移動する。
【００５３】
よって、コア２０８中を光束４０５が伝搬していき、反射膜２０４で下方向に反射し、微小開口２１３に光束４０６が入射され、微小開口２１３近傍に近視野光が生成される。
【００５４】
このような構成の近視野光ヘッドはコア２０８とクラッド２０７からなる光導波路の出射端と近視野光ヘッド３０１の微小開口２１３との光路距離を短くできる。例えば積層する酸化珪素膜の厚みを10μｍ程度にすることにより、その距離を10μｍ以下に設定できる。この結果、出射端が離れるほど大きくなる伝搬光のビームスポット径を小さいまま微小開口２１３に照射でき、多くの近視野光の生成が可能となる。
【００５５】
たとえば、レーザーからの光束を近視野光ヘッドの微小開口に直接入射すると、近視野光ヘッドがフレクシャーにより姿勢を変化したときに、入射された光束と微小開口の位置関係がずれてしまい微小開口近傍に生成される近視野光が急激に変化する。しかし、本実施の形態１のようにレーザーからの光束を近視野光ヘッド３０１に作製されたコア２０８、クラッド２０７からなる光導波路にいったん入射することにより、フレクシャー１１０によって近視野光ヘッド３０１が姿勢を変えても、微小開口と微小開口に照射される光束の位置関係は変化せず安定した近視野光が微小開口近傍に生成される。
【００５６】
次に、図１を用いて記録媒体１０７に記録された情報の再生および情報の記録方法について説明する。サスペンションアーム１０９の先端に取り付けた光学的微小開口をもつ光結合部付き近視野光ヘッド１０６をフライングヘッド技術により一定の高さに浮上させ、記録媒体１０７の上に存在する任意のデータマークへアクセスする。高速に回転する記録媒体１０７に光結合部付き近視野光ヘッド１０６を追従させるため、記録媒体１０７のうねりに対応して姿勢を安定させるフレクチャ１１０機能をもたせている。レーザー１０１から出射された光束は光伝搬部と光接続部により光結合部付き近視野光ヘッド１０６に入射される。その後、光結合部付き近視野光ヘッド１０６の微小開口まで導かれ、微小開口近傍に近視野光が生成される。この近視野光と記録媒体１０７との相互作用の結果発生した散乱光は、サスペンションアーム１１１に固定された受光ヘッド１０８によって受光されて電気信号に変換され、回路系１１２に伝送される。これを必要に応じて増幅し、情報の再生信号とする。また、記録媒体１０７への情報の記録は、記録媒体１０７と微小開口を近接させながら記録媒体の所望の位置に微小開口を有する光結合部付き近視野光ヘッド１０６を移動させ、微小開口から近視野光を記録媒体１０７に照射し書き込み動作を行うことで実現される。
【００５７】
本実施の形態においては、近視野光を発生させる近視野光ヘッド１０９と受光ヘッド１０８をそれぞれサスペンションアームにとりつけているが、近視野光ヘッド１０６と受光ヘッド１０８を一体化し、1つのサスペンションアームで実施することも可能である。
【００５８】
さらに、近視野光を微小開口から発生させて記録媒体で散乱させるイルミネーションモードを実施したが、記録媒体表面に近視野光を発生させて、微小開口によって散乱した光を集光するコレクションモードでも本発明の実施は同様に行うことができる。
【００５９】
記録媒体からの情報の再生や記録に近視野光による相互作用を利用していることから、光の回折限界を超える記録密度での記録や再生が実現される。微小開口から発生する近視野光は、微小開口からの距離に強く依存して減衰するが、本実施の形態におけるフレクシャー構造によって近視野光ヘッドが記録媒体の動きに追従するために、常に安定した相互作用が起き、情報の記録・再生中常に安定した信号出力が得られる。
【００６０】
従って以上説明したように、本実施の形態に係る情報記録再生装置において、微小開口と微小開口に光を導く光導波路が同じ側に作製されている近視野光ヘッドを用いた情報記録再生装置においても、近視野光の生成を行うための光を近視野光ヘッドに供給することが可能となり、近視野光ヘッドの微小開口より十分大きな近視野光を生成し、超高分解能の再生記録・高速記録再生、高ＳＮ比化を実現する情報記録再生装置を提供することができる。
【００６１】
また、光接続部であるミラーへ光束を伝搬させるために、光伝搬部がレンズと光ファイバーから構成されているので、サスペンションアームに光伝搬部を固定することができ、装置の薄型化が可能である。さらに記録媒体を重ね、それぞれの記録媒体に対応するサスペンションアームと近視野光ヘッドを配置することが可能となり、大容量化を実現できる。
【００６２】
さらに、レーザーからの光束をレンズにより平行光束にし、空中伝搬させることで、光接続部であるミラーへ光束を伝搬させる場合には、光伝搬部の光ファイバーを省略することができるので、部品点数の削減によりさらに調整が容易になり、小型軽量な情報記録再生装置を実現できる。
【００６３】
その上、光伝搬部からの光束を光結合部に結合するために、ミラーにより折り曲げ、空中伝搬を用いることができるので、フレクシャー構造が有効に働き、近視野光ヘッドを安定して浮上させつづけることができる。さらに、空中伝搬の場所にはなにもない空間となるので、光伝搬部の質量を軽くすることができ、より軽量な情報記録再生装置を実現できる。
（実施の形態２）
図５に本発明の実施の形態２に係る情報再生装置の近視野光ヘッド近傍の拡大図を示す。本実施の形態は、実施の形態１における光結合部のプリズムを回折格子に置き換えたものであるので、基本的構成は実施の形態１と同じであるので、説明を一部省略あるいは簡単にする。
【００６４】
近視野光ヘッド５０１の製造方法は、実施の形態１で説明した製造方法とほとんど同じである。本実施の形態においては、微小開口とは異なる側の光導波路のクラッド部分を化学的エッチング法を用いて回折格子５０２を作製した。
【００６５】
次に、近視野光ヘッド５０１の微小開口２１３近傍に近視野光を生成する方法について説明する。
【００６６】
光ファイバー１０３から出射された拡散光束は、レンズ１０４により平行光束に変換され、ミラー１０５により光束４０３の進行方向を曲げられ、フレクシャー１１０に固定された近視野光ヘッド５０１に作製された回折格子５０２に入射する。回折格子５０２に入射された光束により、コア２０８の導波路に導波光が励振し、コア２０８内部を伝搬する光束４０５が得られる。
【００６７】
よって、コア２０８中を光束４０５が伝搬していき、反射膜２０４で下方向に反射し、微小開口２１３に光束４０６が入射され、微小開口２１３近傍に近視野光が生成される。
【００６８】
回折格子５０２による光の結合効率は、回折格子の形状できまり、正弦波型の回折格子で５０％前後、鋸歯状形の回折格子では１００％近くの結合効率が得られる。
【００６９】
また、本実施の形態では、クラッド部を化学的エッチング法により加工することで、回折格子形状を作製したが、転写等他の方法を用いて、導波路に回折格子を作成しても良い。
【００７０】
このような近視野光ヘッド５０１を用いた情報記録再生装置の記録・再生方法については、実施の形態１とまったく同じであるので、説明を省略する。
【００７１】
従って以上説明したように、本実施の形態２に係る情報記録再生装置は、実施の形態１に係る情報記録再生装置の効果に加え、回折格子を用いて光束を導波路に結合するため、プリズムを用いる場合に比べ光結合部付き近視野光ヘッドの質量を軽くすることができ、より高速なトラッキングが可能となり、より高速なデータ再生が可能となる。その上、光結合部が近視野光ヘッド作製プロセスと同様なプロセスのみで作製可能なため、大量生産可能であり、低コスト化が可能である。
（実施の形態３）
図６に本発明の実施の形態３に係る情報再生装置の近視野光ヘッド近傍の拡大図を示す。本実施の形態は、実施の形態２における光接続部のレンズとミラーを回折格子に置き換えたものであるので、基本的構成は実施の形態２と同じであるので、説明を一部省略あるいは簡単にする。
【００７２】
光ファイバー１０３から出射された拡散光束は、サスペンションアーム１０９に固定された回折格子６０１により、平行光束に変換されると同時に、その進行方向が折り曲げられ、近視野光ヘッド５０１に作製された回折格子５０２に入射される。その後は、実施の形態２とまったく同様にして、微小開口２１３近傍に近視野光が生成される。
【００７３】
このような回折格子６０１を用いた場合の情報記録再生装置の記録・再生方法については、実施の形態２とまったく同じであるので、説明を省略する。
【００７４】
従って、以上説明したように、本実施の形態３に係る情報記録再生装置は、実施の形態２に係る情報記録再生装置の効果に加え、２つの部品（レンズとミラー）の代わりに、１つの部品（回折格子）を用いて光を導波路に結合するため、さらに近視野光ヘッドの質量を軽くすることができ、さらなる高速なトラッキングが可能となり、より高速なデータ再生が可能となる。その上、部品点数が減ったことにより調整箇所も減り、より低コスト化が可能である。
【００７５】
さらに、回折格子６０１は自由に設計できるので、最適な光分布の光束を光結合部に入射することができるので、より有効に光エネルギーを利用することができる。
（実施の形態４）
図７に本発明の実施の形態４に係る情報記録再生装置の断面図を示す。本実施の形態は、図３の実施の形態１における光結合部であるプリズムと、光接続部であるレンズとミラーの代わりに、導波路基板７０２と光導波路７０３に置き換えたものであるので、実施の形態１と同じ部分については説明を一部省略あるいは簡単にする。
【００７６】
レーザー１０１から出射された光束はレンズ１０２によりサスペンションアーム１０９に固定された光ファイバー１０３に入射される。光ファイバー１０３は、サスペンションアームに固定された光導波路基板７０２上に作製された光導波路７０３と接続され、光ファイバー１０３を伝搬した光束は光導波路７０３を伝搬して、フレクシャー１１０に固定された近視野光ヘッド７０１に入射される。ここで、フレクシャー１１０はサスペンションアーム１０９に固定されている。また光導波路７０３は、屈折率の高いコアとコアよりも屈折率の低いクラッドから構成されている。ここでは、クラッドは屈折率＝１である空気とした。もちろん、屈折率が１よりも大きなクラッドからなる光導波路を用いても良いことは言うまでもない。
このような光導波路基板７０２上に作製された光導波路７０３の製造方法を次に説明する。まず、シリコン基板の上に光を伝搬させるための光導波路の材料として、酸化シリコンや窒化シリコン等の石英系材料、ポリイミドやポリメタクリル酸といった高分子等の誘電体材料を堆積させる。誘電体材料である酸化シリコンの場合、スパッタリング法、CVD法、真空蒸着法によって容易に形成できる。この光導波路を屈折率の異なるコア、クラッドにより形成してもよい。コアの屈折率をクラッドの屈折率より大きくするには、コア成膜時にゲルマニウムをドープすればよく、またクラッドの屈折率をコアの屈折率より小さくするには、クラッド成膜時にフッ素をドープすればよい。このような場合、光はコアを全反射して伝搬していくため、伝搬ロスを減少させることができる。
【００７７】
その後、フォトリソグラフィ技術とエッチングを用いて、光導波路の形状を調整する。通常の半導体製造工程で用いられるフォトリソグラフィ技術を使用して、光導波路上にエッチングを保護するマスク材を積層してパターニングを行なう。その後、光導波路材料をエッチングし、マスク材を除去することにより、光導波路をパターニングできる。その後、光導波路基板７０２以外のシリコンをエッチングにより取り除き、光導波路基板７０２上に作製された光導波路７０３を作製し、サスペンションアーム１０９に立てて固定する。ここで、コアの周りにクラッドで取り囲むような３層構造の光導波路を作成するには、さらに、屈折率の低い層をＴＥＯＳ膜をCVD法にて積層形成し、フォトリソグラフィー技術を利用して光導波路の形状を調整する。また、他の誘電体材料を用いても問題ない。
【００７８】
また、近視野光ヘッド７０１は、実施の形態１で用いた近視野ヘッドと同様に作製することができる。近視野光ヘッド７０１は、実施の形態１で説明したような、近視野光ヘッド中に作製された光導波路のクラッド部分への加工が必要なく、クラッド部分は平らなままである。
【００７９】
図８は、本発明の実施の形態４に係る情報再生装置の近視野光ヘッド近傍の拡大図を示す。なお、図８は、説明を容易にするために、図７におけるサスペンションアーム１０９とフレクシャー１１０を省略している。光導波路７０３は、近視野光ヘッド７０１中に作製されたコア２０８とクラッド２０７からなる光導波路に接続されている。これら２つの導波路は、一定の長さの領域でお互いに近接し、導波路間で伝搬する光束のエネルギーを交換することできる。
【００８０】
この現象の原理を以下に説明する。３層構造の光導波路にTE0モードの光束が伝搬してくると仮定する。簡単のためにテーパー部の影響を無視すると、２つの導波路が接近して配置されている部分は、５層光導波路に突然変化していると考えられる。３層光導波路から５層光導波路になる場所をｚ＝０、その後５層光導波路から３層光導波路になる場所をｚ＝Lとする。すると、３層構造の光導波路のTE0モードは、０＜ｚ＜L区間である５層光導波路部分において、振幅の等しいTE0モードとTE1モードを励振し、この時の両モードの位相関係は、もう１方の３層光導波路の側に電磁波が存在しないように決定される。５層光導波路を伝搬するTE0、TE1両モードは位相速度が異なるために相対的な位相のずれを生じる。この位相ずれがｚ＝Lでπになるとすれば、両モードの重ね合わせによる電磁界分布は、ｚ＞Lにおける３層光導波路のTE0モードとほとんど一致する。結果として、導波路を伝搬してきた光束のエネルギーは、もう１方の光導波路の導波モードに移動したことになり、２つの導波路間で伝搬する光束のエネルギーを交換することができる。
【００８１】
よって、光ファイバー１０３を出射した光束８０１は、近視野光ヘッド７０１中に作製された光導波路のコア２０８を伝搬する光束８０３となる。その後、反射膜２０４で下方向に反射し、微小開口２１３に光束４０６が入射され、微小開口２１３近傍に近視野光が生成される。
【００８２】
このような光導波路７０３を用いた場合の情報記録再生装置の記録・再生方法については、実施の形態１等とまったく同じであるので、説明を省略する。
【００８３】
従って以上説明したように、本実施の形態４に係る情報記録再生装置は、実施の形態１に係る情報記録再生装置の効果に加え、近視野光ヘッド中に作製された光導波路のクラッド部分に加工をする必要が無いため製造プロセスを簡略化できる。さらに２つの部品（レンズとミラー）の代わりに、１つの部品（光導波路付きの光導波路基板）を用いて光を近視野光ヘッドに作製された導波路に結合するため、プリズムを用いた場合に比べ、光学調整が非常に簡単になり、部品点数が減ったことにより調整箇所も減り、より低コスト化が可能である。さらに近視野光ヘッドの質量を軽くすることができるので、さらなる高速なトラッキングが可能となり、より高速なデータ再生が可能となる。
（実施の形態５）
図９に本発明の実施の形態５に係る情報再生装置の近視野光ヘッド近傍の拡大図を示す。本実施の形態は、実施の形態４における光ファイバーと光導波路付きの光導波路基板を１つの多層光導波路に置き換えたものであり、基本的構成は実施の形態４と同じであるので、説明を一部省略あるいは簡単にする。図８の実施の形態４の場合と同様に、図９においても説明を容易にするためにサスペンションアームとフレクシャーを省略している。
【００８４】
多層光導波路９０２中に作製されているコア９０３は、フレクシャーに固定されている近視野光ヘッド９０１の近傍まで光源であるレーザーから出射された光束を伝搬させる。その後、コア９０４，９０５，９０６，９０７を階段状に配置し、その間をコアよりも屈折率の低いクラッド９０８で覆っている。このような多層光導波路は、実施の形態４で説明した光導波路の製造方法と同様な方法により作製可能である。
【００８５】
このような多層光導波路９０２は、サスペンションアーム（図示略）に固定されている。レーザーから出射された光束は、レンズにより多層光導波路９０２の光導波路のコア９０３に入射される。コア９０３を伝搬した光束は、実施の形態４で説明したように、一定の長さの領域でお互いに近接し配置された導波路に光束のエネルギーが結合され、コア９０４に伝搬光が得られる。その後つぎつぎと、コア９０５、コア９０６、コア９０７へと光束が移り、最終的に、実施の形態４とまったく同様にして近視野光ヘッド９０１のコア２０８とクラッド２０７からなる光導波路を伝搬する光束となる。その後、実施の形態４と同様にして、微小開口２１３近傍において近視野光が生成される。
【００８６】
このような多層光導波路９０２を用いた場合の情報記録再生装置の記録・再生方法については、実施の形態１等とまったく同じであるので、説明を省略する。
【００８７】
従って以上説明したように、本実施の形態５に係る情報記録再生装置は、実施の形態４に係る情報記録再生装置の効果に加え、２つの部品（光ファイバーと光導波路付き光導波路基板）の代わりに１つの部品（多層光導波路）を用いて光近視野光ヘッド中に作製された導波路に結合するため、さらに光学調整が非常に簡単になり、さらに部品点数が減ったことにより調整箇所も減り、より低コスト化が可能である。また、近視野光ヘッドの質量を軽くすることができるので、さらなる高速なトラッキングが可能となり、より高速なデータ再生が可能となる。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る第１の情報再生記録装置によれば、微小開口と微小開口に光を導く光導波路が同じ側に作製されている近視野光ヘッドを用いた情報記録再生装置においても、光源からの光束を光伝搬部と光接続部と光結像部により、近視野光の生成を行うための光を近視野光ヘッドに供給することが可能となり、十分大きな近視野光を近視野光ヘッドの微小開口近傍に生成し、超高分解能の再生記録・高速記録再生、高ＳＮ比化を実現する情報記録再生装置を提供することができる。
【００８９】
以上説明したように本発明に係る第２の情報再生記録装置によれば、本発明に係る第１の情報記録再生装置の効果に加え、簡単な構成で近視野光ヘッドに光源からの光束を供給できるので、低コスト化がはかれる。
【００９０】
以上説明したように本発明に係る第３の情報再生記録装置によれば、本発明に係る第１の情報記録再生装置の効果に加え、回折格子を用いて光束を導波路に結合するため、プリズムを用いる場合に比べ近視野光ヘッド周辺の質量を軽くすることができ、より高速なトラッキングが可能となり、より高速なデータ再生が可能となる。その上、光結合部が近視野光ヘッド作製プロセスと同様なプロセスのみで作製可能なため、大量生産可能であり、低コスト化が可能である。
【００９１】
以上説明したように本発明に係る第４の情報再生記録装置によれば、上記の効果に加え、部品点数を減らすことにより調整が容易になり、且つ調整箇所も減り、より低コスト化が可能である。また、近視野光ヘッドの質量を軽くすることができるので、さらなる高速なトラッキングが可能となり、より高速なデータ再生が可能となる。
【００９２】
以上説明したように本発明に係る第５の情報再生記録装置によれば、本発明に係る第１の情報記録再生装置の効果に加え、近視野光ヘッド中に作製された光導波路のクラッド部分に加工をする必要が無いため製造プロセスを簡略化できる。さらに部品点数を減らすことができるので、プリズムや回折格子を用いた場合に比べ、光学調整が非常に簡単になり、部品点数が減ったことにより調整箇所も減り、より低コスト化が可能である。さらに近視野光ヘッドの質量を軽くすることができるので、さらなる高速なトラッキングが可能となり、より高速なデータ再生が可能となる。
【００９３】
以上説明したように本発明に係る第６の情報再生記録装置によれば、上記の効果に加え、光接続部へ光束を伝播させるために、レンズと光導波路から構成されているので、サスペンションアームに光伝搬部を固定することができ、装置の薄型化が可能である。さらに記録媒体を重ね、それぞれの記録媒体に対応するサスペンションアームと近視野光ヘッドを配置することが可能となり、大容量化を実現できる。
【００９４】
以上説明したように本発明に係る第７の情報再生記録装置によれば、本発明に係る第１から第４、及び第６の情報記録再生装置の効果に加え、光導波路を減らすことができるので、部品点数の削減によりさらに調整が容易になり、小型軽量な情報記録再生装置を実現できる。
【００９５】
以上説明したように本発明に係る第８の情報再生記録装置によれば、本発明に係る第１から第４、及び第６と第７の情報記録再生装置の効果に加え、光伝搬部からの光束を光結合部に結合するために、ミラーにより折り曲げ、空中伝搬を用いることができるので、フレクシャー構造が有効に働き、近視野光ヘッドを安定して浮上させつづけることができる。さらに、空中伝搬の場所にはなにもない空間となるので、光伝搬部の質量を軽くすることができ、より軽量な情報記録再生装置を実現できる。
【００９６】
以上説明したように本発明に係る第９の情報再生記録装置によれば、本発明に係る第１から第４、及び第６から第８の情報記録再生装置の効果に加え、回折格子を自由に設計できるので、最適な光分布の光束を光結合部に入射することができるので、より有効に光エネルギーを利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る情報記録再生装置の概略を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る情報再生装置の近視野光ヘッドの作製方法を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る情報記録再生装置を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る情報再生装置の近視野光ヘッド近傍を示す拡大図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る情報再生装置の近視野光ヘッド近傍を示す拡大図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る情報再生装置の近視野光ヘッド近傍を示す拡大図である。
【図７】本発明の実施の形態４に係る情報記録再生装置を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態４に係る情報再生装置の近視野光ヘッド近傍を示す拡大図である。
【図９】本発明の実施の形態５に係る情報再生装置の近視野光ヘッド近傍を示す拡大図である。
【符号の説明】
１０１ レーザー
１０２、１０４ レンズ
１０３ 光ファイバー
１０５ ミラー
１０６ 光結合部付き近視野光ヘッド
１０７ 記録媒体
１０８ 受光ヘッド
１０９、１１１ サスペンションアーム
１１０ フレクシャー
１１２ 回路系
２０１ シリコン基板
２０２ マスク
２０３ マスク
２０４ 反射膜
２０５ 低屈折率層
２０６ 高屈折率層
２０７ クラッド
２０８ コア
２０９ レジスト膜
２１０ マスク
２１１ 凸形状部
２１２ 遮光膜
２１３ 微小開口
２１４ テーパー部
３０１ 近視野光ヘッド
３０２ プリズム
３０３ レンズ
３０４ 受光素子
４０２ エアーギャップ
４０３、４０４、４０５、４０６ 光束
５０１ 近視野光ヘッド
５０２ 回折格子
６０１ 回折格子
７０１ 近視野光ヘッド
７０２ 導波路基板
７０３ 光導波路
８０１、８０２、８０３ 光束
９０１ 近視野光ヘッド
９０２ 多層光導波路
９０３、９０４、９０５、９０６、９０７ コア
９０８ クラッド

Claims (9)

  1. 記録媒体と、
    光源と、
    サスペンションアームと、
    前記サスペンションアームに固定されたフレクシャーと、
    前記フレクシャーに固定され、前記記録媒体側に微小開口を有する近視野光ヘッドと、
    前記光源からの光束を前記近視野光ヘッドへ導く導光構造と、
    受光部と、から構成されている近視野光を利用した情報の記録あるいは再生を行う情報記録再生装置において、
    前記微小開口と前記微小開口に光を導く光導波路が前記近視野光ヘッドの同じ側にあり、前記導光構造が、
    前記サスペンションアームに固定された光伝搬部と、
    前記近視野光ヘッドに固定された光結合部と、
    前記光伝搬部と前記光結合部とを光学的に接続する光接続部とから構成されていることを特徴とする情報記録再生装置。
  2. 前記光結合部がプリズムとギャップからなることを特徴とする請求項１記載の情報記録再生装置。
  3. 前記光結合部が回折格子からなることを特徴とする請求項１記載の情報記録再生装置。
  4. 前記光結合部が少なくとも２段以上積み重ねた光導波路を含むことを特徴とする請求項１に記載の情報記録再生装置。
  5. 前記光結合部と前記光接続部が少なくとも１つの光導波路からなることを特徴とする請求項１記載の情報記録再生装置。
  6. 前記光伝搬部が光導波路と、前記光源からの光束を前記光導波路端面に集光するためのレンズからなることを特徴とする請求項１から３、５のいずれか一項に記載の情報記録再生装置。
  7. 前記光伝搬部が前記光源からの光束を平行光束にするためのレンズからなることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の情報記録再生装置。
  8. 前記光接続部が前記光伝搬部からの光束を前記光結合部に入射するように光路をかえるためのミラーからなることを特徴とする請求項１から請求項３、請求項６、請求項７のいずれか一項に記載の情報記録再生装置。
  9. 前記光接続部が前記光伝搬部からの光束を前記光結合部に入射するように光路をかえるための回折格子からなることを特徴とする請求項１から請求項３、請求項６、請求項７のいずれか一項に記載の情報記録再生装置。
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