JPH10172166A - Recording and reproducing optical memory head - Google Patents
Recording and reproducing optical memory headInfo
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- JPH10172166A JPH10172166A JP8328689A JP32868996A JPH10172166A JP H10172166 A JPH10172166 A JP H10172166A JP 8328689 A JP8328689 A JP 8328689A JP 32868996 A JP32868996 A JP 32868996A JP H10172166 A JPH10172166 A JP H10172166A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の所属する技術分野】本発明は、光メモリディス
ク装置における大容量の情報を垂直共振器表面発光半導
体レーザにより光記録媒体及び光磁気記録媒体に記録再
生する記録再生用光メモリヘッドに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a recording / reproducing optical memory head for recording / reproducing a large amount of information on an optical recording medium and a magneto-optical recording medium using a vertical cavity surface emitting semiconductor laser in an optical memory disk device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光記録再生装置における従来の光メモリ
ヘッドは、レーザダイオード，すなわち半導体レーザが
発振して放つレーザを、レンズのような収束光学素子を
用いて収束させることによってビームスポットを形成
し、該ビームスポットをＣＤやＤＶＤなどのＲＯＭディ
スクや光記録媒体又は光磁気記録媒体に照射し、又はそ
の反射光を検出して情報の再生あるいは記録を行うもの
である。具体的には、直径約１ [μm]程度の微小な前記
ビームスポットを形成することにより、107 〜108[bit/
cm2]程度の記録密度が実用化されている。2. Description of the Related Art A conventional optical memory head in an optical recording / reproducing apparatus forms a beam spot by converging a laser diode, that is, a laser emitted from a semiconductor laser by using a converging optical element such as a lens. The beam spot is irradiated onto a ROM disk such as a CD or DVD, an optical recording medium or a magneto-optical recording medium, or the reflected light is detected to reproduce or record information. Specifically, by forming the minute beam spot having a diameter of about 1 [μm], 107 to 108 [bit /
A recording density of about cm 2 ] has been put to practical use.
【０００３】前記光メモリヘッドは、前記光記録媒体信
号自身あるいは媒体に設けられたトラッキングガイドに
反射した反射光（トラッキング信号）を検出し、アクチ
ュエータ（ビーム位置を動かす装置）によって [O.1 μ
m]のオーダでトラッキング制御される。この場合、記録
再生で使用されるレーザダイオード等は主に１個であ
る。また、発光手段として、垂直共振器表面発光半導体
レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）が
電気通信分野に使用されている例はあるが、これを光メ
モリディスク記録再生装置に適用した例はない。これ
は、最近開発されたばかりであり主として価格が高いと
の理由のためである。従来の光メモリディスク記録再生
装置は、前記光記録媒体に非接触にて行うことを特徴と
する浮上式ヘッド方式が殆どであり、前記光記録媒体と
前記光メモリヘッドが潤滑剤を介して接触しながら記録
再生を行うコンタクトヘッド方式を利用したものはなか
った。The optical memory head detects the reflected light (tracking signal) reflected on the optical recording medium signal itself or a tracking guide provided on the medium, and [O.1 μm] by an actuator (device for moving a beam position).
m]. In this case, the number of laser diodes and the like used for recording and reproduction is mainly one. As a light emitting means, there is an example in which a vertical cavity surface emitting semiconductor laser (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) is used in the field of telecommunications, but there is no example in which this is applied to an optical memory disk recording / reproducing apparatus. This is mainly because they have been recently developed and are mainly expensive. Most of the conventional optical memory disk recording / reproducing devices employ a floating head system characterized in that the recording is performed in a non-contact manner with the optical recording medium, while the optical recording medium and the optical memory head are in contact with each other via a lubricant. There was no one that used a contact head system for recording and reproducing.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】従来の光メモリディス
ク記録再生装置は、前記ビームスポットの直径が小さい
程、多量の情報を光記録媒体等に記録することができる
が、しかし、収束光学素子を用いる従来の古典的な幾何
光学原理に従った光メモリヘッドであるため、光の波長
による回折限界の制限によって、使用される光の波長の
数分の一程度の直径までしか前記レーザ光を収束させる
ことができない。従って、日常最も使われる直径１２０
[mm]の光記録媒体においても、高々１０[GB]の記録容量
しか確保できず、今日のマルチメディア通信のメモリな
ど急進的技術的進歩を強力に支持するために更なる記録
容量を確保できる画期的な光メモリヘッドの登場が切望
されていた。The conventional optical memory disk recording / reproducing apparatus can record a large amount of information on an optical recording medium or the like as the diameter of the beam spot is smaller. However, a converging optical element is used. Because it is an optical memory head according to the conventional classical geometric optics principle, the laser beam converges only to a diameter that is about a fraction of the wavelength of the light used due to the limitation of the diffraction limit due to the wavelength of the light. Can not. Therefore, the most commonly used diameter of 120
Even with an optical recording medium of [mm], only a recording capacity of at most 10 [GB] can be secured, and further recording capacity can be secured in order to strongly support radical technological advances such as today's multimedia communication memory. The emergence of a revolutionary optical memory head has been eagerly desired.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】そこで発明者は、前記課
題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、その発明を、レ
ーザ光を照射するコアの超微細先端を有する光ファイバ
と、該光ファイバの下部を取付けたレーザ光送出部を有
する垂直共振器表面発光半導体レーザ素子とからなり、
該垂直共振器表面発光半導体レーザ素子を格子状に複数
配列して垂直共振器表面発光半導体レーザアレイとして
なる記録再生用光メモリヘッドとすることで、前記課題
を解決したものである。このように、本発明は、レンズ
に代表される前記収束光学素子には必須である光学原理
的限界を排除し、飛躍的な大容量光メモリディスク記録
再生装置を開発するため、垂直共振器表面発光半導体レ
ーザなる（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）
素子を従来のレーザダイオードに代えて採用し、記録媒
体との間隔を約１０[nm]に保つコンタクトヘッド方式と
することで、課題を解決したものである。The inventors of the present invention have conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, have found that the present invention provides an optical fiber having an ultra-fine tip of a core for irradiating a laser beam, the optical fiber, A vertical cavity surface emitting semiconductor laser device having a laser light transmitting portion with a lower portion attached thereto,
The object has been achieved by forming a vertical cavity surface emitting semiconductor laser array by arranging a plurality of the vertical cavity surface emitting semiconductor laser elements in a lattice to form a vertical cavity surface emitting semiconductor laser array. As described above, the present invention eliminates the optical principle limitation essential for the converging optical element represented by a lens, and develops a remarkable large-capacity optical memory disk recording / reproducing apparatus. Become a semiconductor laser (Vertical Cavity Surface Emitting Laser)
The problem has been solved by adopting a contact head method in which the element is used in place of a conventional laser diode and the distance from the recording medium is maintained at about 10 [nm].
【０００６】なお、本明細書中においては、前述のレー
ザダイオード，すなわち半導体レーザが発振して放つレ
ーザ光、又は出力部に超微細先端を有する垂直共振器表
面発光半導体レーザが放つエバネッセント波等の、レー
ザ発振素子により生成された全てのレーザ波をレーザ光
と称することとする。[0006] In this specification, the above-mentioned laser diode, ie, a laser beam emitted by a semiconductor laser oscillating, or an evanescent wave emitted by a vertical cavity surface emitting semiconductor laser having an ultra-fine tip at an output portion is emitted. All the laser waves generated by the laser oscillation element will be referred to as laser light.
【０００７】[0007]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１は、光メモリヘッドとして用いる垂直
共振器表面発光半導体レーザなる VCSEL（Vertical Cav
ity SurfaceEmitting Laser :以下「VCSEL 」という）
素子１を格子状とした一部拡大斜視図である。該 VCSEL
素子１は、多層反射膜とレーザ活性層とを含む所定厚さ
の基板部２と、該基板部２の裏面側に、レーザ光が送出
されるレーザ光送出部３（突起状部を設けることがあ
る）とからなり、該レーザ光送出部３の直上部の基板部
２には、半球面状又は穴状の凹部４が形成されている。Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a vertical cavity surface emitting semiconductor laser VCSEL (Vertical Cav) used as an optical memory head.
ity SurfaceEmitting Laser: "VCSEL")
FIG. 2 is a partially enlarged perspective view in which an element 1 has a lattice shape. The VCSEL
The element 1 includes a substrate portion 2 having a predetermined thickness including a multilayer reflective film and a laser active layer, and a laser beam transmitting portion 3 (providing a projection portion) on a back surface side of the substrate portion 2 for transmitting a laser beam. A semi-spherical or hole-shaped concave portion 4 is formed in the substrate portion 2 immediately above the laser beam transmitting portion 3.
【０００８】５は光ファイバ片であって、僅かな高さを
有し、外部のクラッド６と、内部のコア７とからなり、
下端側は、コア７のみが露出され、上端側は、該コア７
の中央部には、円錐形状の超微細先端８が突出されてい
る。このように形成した光ファイバ片５の下端側のコア
７が、前記基板部２上の凹部４に埋設され、接着剤等に
よって固定されている。これによって、レーザ光送出部
３内から発生した只１本のエバネッセント光は垂直上方
を向き、前記超微細先端８を介して記録媒体に照射され
るように設けられている。Reference numeral 5 denotes an optical fiber piece having a slight height, comprising an outer cladding 6 and an inner core 7,
Only the core 7 is exposed at the lower end, and the core 7 is exposed at the upper end.
At the center of the, a conical ultra-fine tip 8 protrudes. The core 7 on the lower end side of the optical fiber piece 5 thus formed is embedded in the concave portion 4 on the substrate portion 2 and fixed by an adhesive or the like. Thus, only one evanescent light generated from the inside of the laser light transmitting section 3 is directed vertically upward, and is provided so as to irradiate the recording medium via the ultrafine tip 8.
【０００９】図２は、前記 VCSEL素子１の断面図であ
る。該 VCSEL素子１は、レーザ光送出部３と基板部２と
で構成されている。前記レーザ光送出部３の裏面には、
光が漏れないように１０[nm]から１００[nm]厚程度の金
薄膜がコーティングされている。ここで、コーティング
材料を含む該 VCSEL素子１を形成する材料はn-AlGaAs/G
aAs 及びp-AlGaAs/GaAs などの一般的なものであるが、
レーザ出力の改善等のため、これらと類似又は異なる物
性材料をもって形成されることもできるものとする。前
記超微細先端８は、レーザ発振光の真空中における波長
と同等又はこれ以下又はこれ以上となるように形成さ
れ、大きい場合は、前記コア７の直径と同等に形成され
ることもある（図１の二点鎖線部参照）。FIG. 2 is a sectional view of the VCSEL device 1. The VCSEL element 1 includes a laser beam transmitting section 3 and a substrate section 2. On the back surface of the laser beam transmitting unit 3,
A gold thin film having a thickness of about 10 [nm] to 100 [nm] is coated so as not to leak light. Here, the material forming the VCSEL device 1 including the coating material is n-AlGaAs / G
aAs and general ones such as p-AlGaAs / GaAs,
In order to improve the laser output and the like, it may be formed of a material having similar or different physical properties. The ultrafine tip 8 is formed so as to have a wavelength equal to or less than or greater than the wavelength of the laser oscillation light in a vacuum, and when it is large, it may be formed to have the same diameter as the core 7 (FIG. 1).
【００１０】前記 VCSEL素子１の複数が格子状に一定間
隔に配列されたものが、垂直共振器表面発光半導体レー
ザアレイＡであり、簡略して称すると、 VCSELアレイＡ
である。該 VCSELアレイＡを実際に製造するには、複数
の VCSEL素子１，１，…を接合して配列させるのではな
く、通常のエピタキシャル成長法等によって VCSEL素子
１，１，…を格子状に同時に形成する方法が取られてい
る。概念としては、 VCSELアレイＡは、複数の VCSEL素
子１，１，…が接合されて配列させるものである。A plurality of VCSEL elements 1 arranged at regular intervals in a lattice form are vertical cavity surface emitting semiconductor laser arrays A. In short, VCSEL arrays A
It is. In order to actually manufacture the VCSEL array A, a plurality of VCSEL elements 1, 1,... Are simultaneously formed in a lattice shape by a normal epitaxial growth method or the like, instead of joining and arranging a plurality of VCSEL elements 1, 1,. A way to be taken. Conceptually, the VCSEL array A is one in which a plurality of VCSEL elements 1, 1,.
【００１１】同一行に配置された前記 VCSEL素子１の超
微細先端８から発射される一列をなすレーザ光は、図示
されていない光記録媒体又は光磁気記録媒体の記録層上
に、その一列の素子の数だけビーム軌跡を形成する。本
明細書において、前記 VCSELアレイＡの行とは光記録媒
体の回転の接線の方向に沿った一列を、その列とは光記
録媒体の半径方向に沿った一列をそれぞれいうものとす
る。A row of laser light emitted from the ultrafine tip 8 of the VCSEL element 1 arranged on the same row is placed on a recording layer of an optical recording medium or a magneto-optical recording medium (not shown). Beam trajectories are formed by the number of elements. In this specification, the row of the VCSEL array A means one column along the direction of the tangent line of rotation of the optical recording medium, and the column means one column along the radial direction of the optical recording medium.
【００１２】また、その同列の VCSELアレイＡからは、
同列の数だけのレーザ光が紙面垂直上方に向かって発射
される、前記 VCSELアレイＡと対向して配置される図示
しない光記録媒体の記録層上に、同列の数だけビームス
ポットを形成する。該光記録媒体は回転して情報の記録
再生がなされるものであるから、その記録層上には前記
５本のレーザ光の軌跡が描かれる。しかし、前記光記録
媒体の回転の接線と前記 VCSELアレイＡにおける行方向
とが平行となるように、前記光記録媒体と前記VCSELア
レイＡが配置されている場合は、前記複数のビームスポ
ットが記録層上で描く軌跡は重なりあって１本になって
しまう。Further, from the same VCSEL array A,
The same number of beam spots are formed on the recording layer of an optical recording medium (not shown) which is arranged opposite to the VCSEL array A and emits the same number of laser beams vertically upward in the drawing. Since the optical recording medium rotates to record and reproduce information, the locus of the five laser beams is drawn on the recording layer. However, when the optical recording medium and the VCSEL array A are arranged such that the tangent of rotation of the optical recording medium and the row direction in the VCSEL array A are parallel, the plurality of beam spots are recorded. The trajectories drawn on the layers overlap and become one.
【００１３】そこで、前記 VCSELアレイＡを光記録媒体
の回転の接線に対して所定の微小角度傾ける。すると、
前記同列の複数のビームスポットは、同列かつ隣り合う
行に配置された２つの前記 VCSEL素子１が形成する２個
のビームスポットの間に難なく納めることができる。以
上の作用に基づき、前記 VCSELアレイＡにおける VCSEL
素子１の個数を更に増やして、同時に記録再生可能なト
ラック数を増大した実施例について、図面に基づいて以
下に述べる。なお、本明細書中における「光記録媒体」
とは、いわゆる一度のみ記録可能な光媒体であるライト
ワンスディスク（ＷＯ光ディスク）や読出専用光ディス
ク（ＣＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−ＲＯＭ）、書換可能な光記
録媒体である相変化光ディスク（ＰＣ）やフォトンモー
ド記録媒体を含む光ディスクの総称であり、光磁気記録
媒体とは、いわゆる光磁気ディスク（ＭＯ）等の総称と
する。Therefore, the VCSEL array A is inclined at a predetermined minute angle with respect to the tangent of rotation of the optical recording medium. Then
The plurality of beam spots in the same column can be easily placed between two beam spots formed by two VCSEL elements 1 arranged in the same column and adjacent rows. Based on the above action, the VCSEL in the VCSEL array A
An embodiment in which the number of elements 1 is further increased to increase the number of tracks that can be simultaneously recorded and reproduced will be described below with reference to the drawings. In this specification, “optical recording medium”
The term “write-once disk (WO optical disk)” or “read-only optical disk (CD-ROM, DVD-ROM)” which is a so-called once-recordable optical medium, “phase-change optical disk (PC)” which is a rewritable optical recording medium, or photon This is a generic term for optical disks including mode recording media, and a magneto-optical recording medium is a generic term for so-called magneto-optical disks (MO) and the like.
【００１４】次に、図５に示したものは、本発明の記録
用の VCSELアレイＡヘッドで記録された情報を再生する
ためのものであり、これは、前記 VCSEL素子１のレーザ
発振の有無を監視し、その有無を二値情報に対応させる
ことで前記光記録媒体に記録されている情報を読み取
る。具体的には、前記光記録媒体に記録された情報ビッ
トの有無に応じて、例えば該情報ビットが存在するとき
は、該情報ビットを高い反射率を有する結晶状態として
おけば、該情報ビットに反射した光が前記超微細先端８
を通じて前記 VCSELアレイＡ中に入射し、前記 VCSEL素
子１を励起させてレーザ発振ならしめる。反対に、前記
情報ビットが存在しないときは、該情報ビットを低い反
射率を有するアモルファス状態としておけば、該情報ビ
ットに反射した光が前記超微細先端８を通じて前記 VCS
EL素子１に入射しても該 VCSEL素子１をレーザ発振なら
しめる程の効果を生じない。したがって、前記レーザ発
振の有無を監視し、これらを二値情報に対応させること
で、記録用の VCSELアレイＡヘッドで記録された情報を
読み取ることができる。Next, FIG. 5 shows a structure for reproducing information recorded by the recording VCSEL array A head according to the present invention. Is read, and information recorded on the optical recording medium is read by associating the presence or absence thereof with binary information. Specifically, depending on the presence or absence of information bits recorded on the optical recording medium, for example, when the information bits are present, if the information bits are placed in a crystalline state having a high reflectance, The reflected light is reflected by the ultra-fine tip 8
Then, the light enters the VCSEL array A, and excites the VCSEL element 1 to cause laser oscillation. Conversely, when the information bit does not exist, the information bit is set in an amorphous state having a low reflectance, so that the light reflected on the information bit passes through the VCSEL through the ultrafine tip 8.
Even if the VCSEL element 1 is incident on the EL element 1, it does not have such an effect as to make the VCSEL element 1 perform laser oscillation. Therefore, the information recorded by the recording VCSEL array A head can be read by monitoring the presence / absence of the laser oscillation and making the information correspond to the binary information.
【００１５】そのための手段として、各レーザ共振器の
Ｑ値を下げるため、前記レーザ光出力部のミラーに反射
防止膜をコーティングする。更に、光の透過を防ぐため
の金属薄膜等を前記超微細先端８以外の前記レーザ光出
力部３の下面にコーティングする。ここで前記超微細先
端８は、直径１０[nm]程度とし、前述の要領で設ける。
各 VCSEL素子１には注入電流を流しておく。前記超微細
先端８の上方に、光記録媒体等の記録層に記録された低
反射率情報ビットが位置しても、これによる反射光によ
って前記 VCSEL素子１が励起されない程度に前記注入電
流を調整しておけば、前述のメカニズムで光記録媒体に
記録された情報ビットを読み取ることが可能になる。な
お、ここでは説明のため記録用光メモリヘッドと再生用
光メモリヘッドを別個に記載したが、記録と再生とで前
記光メモリヘッドを共用することも可能である。As means for this purpose, an antireflection film is coated on the mirror of the laser light output section in order to lower the Q value of each laser resonator. Further, a lower surface of the laser light output unit 3 other than the ultrafine tip 8 is coated with a metal thin film or the like for preventing light transmission. Here, the ultrafine tip 8 has a diameter of about 10 [nm] and is provided as described above.
An injection current is applied to each VCSEL element 1. Even if a low-reflectance information bit recorded on a recording layer such as an optical recording medium is located above the ultrafine tip 8, the injection current is adjusted to such an extent that the VCSEL element 1 is not excited by the reflected light. If this is done, it becomes possible to read the information bits recorded on the optical recording medium by the mechanism described above. Although the recording optical memory head and the reproduction optical memory head are separately described here for the sake of explanation, the optical memory head can be shared for recording and reproduction.
【００１６】従来の発光ダイオード等を用いた光メモリ
ディスク記録再生装置において、従来のヘッド部を本発
明の前記記録再生用光メモリヘッドに代え、従来のアク
チュエータを１０[nm]の精度を有する従来のマイクロア
クチュエータに代え、従来技術の空気流浮上式ヘッドあ
るいは従来技術の電磁力・バネによる浮上式ヘッドを従
来技術のコンタクトヘッド方式として採用すれば、本発
明の実施の形態として、理想的な光メモリディスク記録
再生装置を構成することができる。ここで、コンタクト
ヘッド方式とは、記録再生用光メモリヘッドを、潤滑剤
を介して光記録媒体等に接触させてなる記録再生方式で
あり、その実施の形態の概念図を図５に示す。光記録媒
体等は、その光ディスク基板９上の記録面を上にして水
平に置かれる。その記録面なる光ディスク基板９の表面
には厚さ５〜１０[nm]程度の光記憶媒体層１０が設けら
れており、これらはSi3N4 やSiO2等で形成されているこ
とが望ましい。更に該光記憶媒体層１０の表面には厚さ
１[nm]以下のパーフロロポリエーテル等の潤滑剤による
薄膜１１が形成されている。前記光メモリヘッド部は、
前記レーザ光送出部３が上に向くように逆さまにされた
前記 VCSELアレイＡを有しており、底面に設けられた、
直径約１００ [μm]の、２箇所の円形リーディングパッ
ド１２及び１箇所の円形トレーリングパッド１３の計３
点のみによって、前記潤滑剤を介して光記録媒体上で支
持され、上方からは市販のものに穴空け加工を施したサ
スペンションによって軽く押えられている。このように
すると前記円形トレーリングパッド１３及び円形リーデ
ィングパッド１２の周囲に、前記潤滑剤の表面張力によ
って、所謂メニスカスが形成される。このメニスカスの
張力によって、前記光記録媒体等が回転する際の跳躍量
が逓減され、光記録再生が安定的に行われる。このよう
な記録再生方式をコンタクトヘッド方式という。In a conventional optical memory disk recording / reproducing apparatus using a light emitting diode or the like, a conventional head section is replaced with the recording / reproducing optical memory head of the present invention, and a conventional actuator having a precision of 10 [nm] is replaced with a conventional micro head. If, instead of the actuator, a conventional air-flow floating head or a conventional floating head using electromagnetic force / spring is adopted as the conventional contact head system, an ideal optical memory disk recording is achieved as an embodiment of the present invention. A playback device can be configured. Here, the contact head method is a recording / reproducing method in which an optical memory head for recording / reproducing is brought into contact with an optical recording medium or the like via a lubricant, and a conceptual diagram of the embodiment is shown in FIG. The optical recording medium or the like is placed horizontally with the recording surface on the optical disk substrate 9 facing up. An optical storage medium layer 10 having a thickness of about 5 to 10 [nm] is provided on the surface of the optical disk substrate 9 serving as the recording surface, and these are desirably formed of Si3N4, SiO2, or the like. Further, a thin film 11 made of a lubricant such as perfluoropolyether having a thickness of 1 [nm] or less is formed on the surface of the optical storage medium layer 10. The optical memory head unit includes:
The VCSEL array A having the laser light transmitting unit 3 turned upside down so as to face upward, and provided on a bottom surface;
A total of three circular reading pads 12 and one circular trailing pad 13 having a diameter of about 100 [μm].
It is supported on the optical recording medium via the above-mentioned lubricant only by the points, and is lightly pressed from above by a commercially available suspension machined with holes. In this way, a so-called meniscus is formed around the circular trailing pad 13 and the circular leading pad 12 due to the surface tension of the lubricant. Due to the tension of the meniscus, the jump amount when the optical recording medium or the like rotates is gradually reduced, and the optical recording / reproducing is stably performed. Such a recording / reproducing method is called a contact head method.
【００１７】次に、前記光メモリヘッドに、所謂λ／４
膜１５、及びファラデーローテータ膜１６を形成する
と、理想的な光磁気メモリヘッドを構成することができ
る。再生記録方法は従来技術と同じであるが、図６に基
づいて、前記 VCSELアレイＡを光磁気記録再生に応用し
た場合の概要を記す。前記 VCSEL素子１において、n-Al
GaAs/GaAs 多層反射ミラーとレーザ活性層とからなる基
板部２の間に、ECR スパッタ等によってコートされた、
配向性を有するいわゆるλ／４膜１５、及びファラデー
ローテータ膜１６を形成する。前記 VCSEL素子１でＴＥ
波が生成されたとすると、該ＴＥ波がλ／４膜を経て光
磁気記録媒体にて反射し、再びλ／４膜に入射してレー
ザ活性層に戻ったときに光波の電界成分はＴＥ波と９０
°振動方向が異なるＴＭ波となる。光磁気記録媒体に磁
化方向の向きの違いによる情報ビットが記録されていれ
ば、光ディスク媒体で反射された前記 VCSELアレイＡ内
で発生しているＴＥ，ＴＭ波間に位相差が現われる。こ
こで、該多層反射ミラーとGaAs基板の間にはショットキ
ーダイオードが挿入されており、光磁気膜の磁化方向に
応じて二つの光波のための周波数に相当する高周波が生
成される。従来技術と同様、この高周波を検出すること
により情報の記録再生を行うものである。なお、本光磁
気メモリヘッドを構成する場合は記録用に磁性体を必要
とするので、前記記録用及び再生用 VCSELアレイＡの側
周囲を、光磁気光学記録に必要な磁石又は磁性体で覆っ
ていてファラデー光学素子の磁界と光磁気光学記録用磁
界とを兼用にする。Next, a so-called λ / 4 is provided in the optical memory head.
When the film 15 and the Faraday rotator film 16 are formed, an ideal magneto-optical memory head can be formed. The reproducing / recording method is the same as that of the prior art, but an outline of the case where the VCSEL array A is applied to magneto-optical recording / reproducing will be described with reference to FIG. In the VCSEL device 1, n-Al
Between the substrate portion 2 composed of a GaAs / GaAs multilayer reflection mirror and a laser active layer, the substrate portion 2 is coated by ECR sputtering or the like.
A so-called λ / 4 film 15 having orientation and a Faraday rotator film 16 are formed. TE using the VCSEL element 1
Assuming that a wave is generated, the TE wave is reflected by the magneto-optical recording medium via the λ / 4 film, enters the λ / 4 film again, and returns to the laser active layer. And 90
° TM waves with different vibration directions. If information bits due to the difference in the direction of magnetization are recorded on the magneto-optical recording medium, a phase difference appears between the TE and TM waves generated in the VCSEL array A reflected on the optical disk medium. Here, a Schottky diode is inserted between the multilayer reflection mirror and the GaAs substrate, and a high frequency corresponding to the frequency for two light waves is generated according to the magnetization direction of the magneto-optical film. As in the prior art, information is recorded and reproduced by detecting this high frequency. When the present magneto-optical memory head is configured, a magnetic material is required for recording. Therefore, the periphery of the recording and reproducing VCSEL array A is covered with a magnet or a magnetic material necessary for magneto-optical recording. Therefore, the magnetic field of the Faraday optical element and the magnetic field for magneto-optical recording are shared.
【００１８】次に、本発明の前記光メモリヘッドにおけ
る故障素子補償アレイを設けたことを特徴とする光メモ
リヘッドの作用的概念図を図８に示す。前記 VCSELアレ
イＡにおいていくつかの VCSEL素子１が故障した場合、
新しい VCSELアレイＡに交換せずに、故障した素子を他
の VCSEL素子１で代替する。即ち、前記 VCSELアレイＡ
と同一の VCSELアレイＡを予備的にもう一つ設けてお
く。具体的には、第１の前記 VCSELアレイＡと、それと
同一な予備のものを第２の VCSELアレイＡとし、第１の
VCSELアレイＡにおける故障素子が第１行１０列目にあ
る場合を（１，１０）と表わすことにすれば、第２の
VCSELアレイＡにおいてそれと対応する補償素子は第１
行１０列目、すなわち（１，１０）と表わせる。第１
の VCSELアレイＡの（１，１０）のレーザ光が光記録
媒体上に描く軌跡は、第２の VCSELアレイＡの（１，
１０）のレーザ光の軌跡と同一であるから、図示されて
いない信号制御部等によって、第１の VCSELアレイＡの
（１，１０）の故障を検出すると同時に正常な第２の
VCSELアレイＡの（１，１０）の VCSEL素子１を補償
用に供するものである。Next, FIG. 8 shows an operational conceptual diagram of an optical memory head characterized in that a faulty element compensation array in the optical memory head of the present invention is provided. If some VCSEL elements 1 fail in the VCSEL array A,
The failed device is replaced with another VCSEL device 1 without replacing the new VCSEL array A. That is, the VCSEL array A
Another VCSEL array A identical to the above is provided in advance. Specifically, the first VCSEL array A and a spare same as the first VCSEL array A are referred to as a second VCSEL array A.
If the case where the faulty element in the VCSEL array A is in the first row and the tenth column is represented by (1, 10), the second
In the VCSEL array A, the corresponding compensating element is the first
It can be expressed in the 10th row, that is, (1, 10). First
The trajectory drawn by the (1,10) laser beam of the VCSEL array A of the second VCSEL array A is (1,1) of the second VCSEL array A.
Since it is the same as the trajectory of the laser beam of 10), the failure of (1, 10) of the first VCSEL array A is detected by a signal control unit or the like (not shown), and the normal second
The (1, 10) VCSEL element 1 of the VCSEL array A is provided for compensation.
【００１９】[0019]
【実施例】図４は、本発明の光メモリヘッドに供する V
CSELアレイＡであり、該 VCSELアレイＡは、複数の VCS
EL素子１と個別電極と共通電極からなり、該 VCSEL素子
１は、基板部２とレーザ光送出部３と超微細先端８付き
光ファイバ片５とで構成されている。前記 VCSEL素子１
は、光ファイバ片５の直径を１５０ [μm]、各光ファイ
バ片５，５の間隔１ [μm]とする格子状の正方行列をな
すことが理想的である。ここでは、最適な構成として、
図４に示すように、Ｘ軸方向に１００個の、Ｙ軸方向に
も１００個の格子状の正方行列となるように VCSEL素子
１を配列する。各 VCSEL素子１の光ファイバ片５の中央
には直径１０[nm]程度の超微細先端８が設けられてい
る。該超微細先端８は、シリコン−ナイトライド固体結
晶等をエッチングして複数の針状アレイを形成して設け
ることができる。該超微細先端８は、前記 VCSEL素子１
が生成するエバネッセント光波を光ビームとして外部に
発射するための先端窓として機能するものである。FIG. 4 is a schematic diagram showing the optical memory head according to the present invention.
CSEL array A, wherein the VCSEL array A comprises a plurality of VCSELs.
The VCSEL element 1 includes an EL element 1, individual electrodes, and a common electrode. The VCSEL element 1 includes a substrate 2, a laser beam transmitting section 3, and an optical fiber piece 5 with an ultrafine tip 8. The VCSEL element 1
Ideally, the diameter of the optical fiber pieces 5 is 150 [μm], and the interval between the optical fiber pieces 5 and 5 is 1 [μm]. Here, as the optimal configuration,
As shown in FIG. 4, the VCSEL elements 1 are arranged so as to form a lattice matrix of 100 in the X-axis direction and 100 in the Y-axis direction. An ultrafine tip 8 having a diameter of about 10 [nm] is provided at the center of the optical fiber piece 5 of each VCSEL element 1. The ultrafine tip 8 can be provided by etching a silicon-nitride solid crystal or the like to form a plurality of needle-like arrays. The VCSEL element 1
Function as a tip window for emitting the evanescent light wave generated by the light source to the outside as a light beam.
【００２０】図４の１００行１００列の VCSELアレイＡ
が光記録媒体に情報を記録する作用図でもある。前記 V
CSELアレイＡは、前述のように前記超微細先端８を上に
して水平の状態にされ、その微小距離上方に光記録媒体
が、記録層が平行かつ対向するように配置されているも
のとする。前記１００行１００列の VCSELアレイＡが垂
直上方に発射する合計１００００本のレーザ光は、前記
光記録媒体の記録層に幅約１５０００ [μm]に亘って合
計１００００個のビームスポットを形成する。ただし、
図４に示されるように、前記 VCSELアレイＡの横方向１
本あたりの VCSEL素子１の数は１００であるから、これ
らがなす１００本の光ビ−ムの幅はおよそ１０[nm]×１
００、即ち１[ μm]となり、光ファイバ片５の直径に比
して極めて狭いものである。従って、１群にまとまった
１００本の光ビ−ムが約１[ μm]の幅を形成し、それが
約１４９[ μm]の間隔で配置されることになるので、ト
ラック間隔は疎になる。なお、該ビームスポットが当た
った点は、通常の光記録媒体における記録方法と同様
に、その記録層の材料によって反射率の変化あるいは変
色が生じるので、これを２値信号に対応させる周知方法
にて情報を記録する。A VCSEL array A of 100 rows and 100 columns in FIG.
Is an operation diagram for recording information on the optical recording medium. Said V
As described above, the CSEL array A is set to be horizontal with the ultrafine tip 8 facing upward, and the optical recording medium is arranged above the small distance so that the recording layers are parallel and opposed. . A total of 10,000 laser beams emitted vertically upward by the 100 rows and 100 columns VCSEL array A form a total of 10,000 beam spots over a width of about 15000 [μm] on the recording layer of the optical recording medium. However,
As shown in FIG.
Since the number of VCSEL elements 1 per line is 100, the width of 100 light beams formed by these is approximately 10 [nm] × 1.
00, that is, 1 [μm], which is extremely narrower than the diameter of the optical fiber piece 5. Therefore, a group of 100 light beams forms a width of about 1 [μm] and is arranged at an interval of about 149 [μm], so that the track interval becomes small. . The point where the beam spot hits changes the reflectance or discoloration depending on the material of the recording layer in the same manner as in the recording method in the ordinary optical recording medium. To record information.
【００２１】ここで、図４のように、前記 VCSELアレイ
Ａを前記光記録媒体の回転の接線（タンジェンシャル方
向）に対して微小角度傾けて設置すると、前記光記録媒
体の記録層上に、重ならない連続した１００００個のビ
ームスポットによる１００００本の軌跡を描くことが可
能になる。具体的には、幅１５０００ [μm]をなす１０
０００本のビームスポットを形成する前記１００行１０
０列の VCSELアレイＡを、前記光記録媒体の回転の接線
方向（タンジェンシャル方向）に対してθ＝arctan( １
５１／１５０９９) ＝約０．５７３度傾けて設置する。
すると、前記光記録媒体の記録層上に、、重ならない連
続した１００００本の軌跡を描くことができる。この状
態で各 VCSEL素子１の入出力信号を個別に高速パルス変
調すれば、一度に１００００トラック分、即ち１０００
０[bit] の情報を同時に記録再生することができる。し
たがって、前記光記録媒体等の記録層に照射された幅１
５０００ [μm]をなす１００００本の前記レーザビーム
は、ディスク接線速度が１０[mm/sec]の場合で、１トラ
ックで１〔Ｍbit/s]、すなわち１００００トラックであ
るから１０Ｇ [bit/s]のデータ転送速度を実現する。結
果として直径１２０[mm]の光記録媒体においては合計で
約１ [ＴByte] の情報を記録することができる。Here, as shown in FIG. 4, when the VCSEL array A is installed at a small angle with respect to the tangent (tangential direction) of rotation of the optical recording medium, the VCSEL array A is placed on the recording layer of the optical recording medium. It becomes possible to draw 10,000 trajectories by continuous 10,000 beam spots that do not overlap. Specifically, 10 having a width of 15000 [μm]
100 rows 10 forming 000 beam spots
The VCSEL array A having 0 rows is arranged such that θ = arctan (1) with respect to the tangential direction (tangential direction) of rotation of the optical recording medium.
51/15099) = Install at an angle of about 0.573 degrees.
Then, it is possible to draw 10,000 non-overlapping continuous loci on the recording layer of the optical recording medium. In this state, if the input / output signals of each VCSEL element 1 are individually subjected to high-speed pulse modulation, 10,000 tracks, that is, 1000
Information of 0 [bit] can be recorded and reproduced at the same time. Therefore, the width 1 applied to the recording layer of the optical recording medium or the like can be reduced.
The 10,000 laser beams forming 5000 [μm] have a disc tangential speed of 10 [mm / sec], and each track has 1 [Mbit / s], that is, 10000 tracks, so that 10 G [bit / s]. Data transfer speed. As a result, in an optical recording medium having a diameter of 120 [mm], a total of about 1 [TByte] of information can be recorded.
【００２２】ここで、前記 VCSELアレイＡを傾ける際の
微小角度の求め方について説明する。前記 VCSELアレイ
Ａにおいて、光記録媒体の半径方向（列方向）に並んだ
VCSEL素子１の数をＮ、光記録媒体の回転の接線方向
（行方向）に並んだ VCSEL素子１の数をＭとして、前記
VCSELアレイＡ素子の光ファイバ片５の直径をＤ、列方
向における隣接するコア７，７の内間隔をＥ、行方向に
おける隣接するコア７，７の内間隔をＦとすれば、前記
VCSELアレイＡの行方向の外端間の長さは、ＭＤ＋（Ｍ
−１）Ｆと、列方向の外端間の長さはＮＤ＋（Ｎ−１）
Ｅと表わされる。また、列方向の隣接するコア７，７の
１つの内間隔は、Ｅ＋Ｄとなる。これより、前記 VCSEL
アレイＡの放射するＭ×Ｎ本のレーザ光全てが連続して
重なることなく軌跡を描くことができるときの、前記光
記録媒体等の回転の接線となす角度θは、最大で、θ=a
rctan ｛（Ｄ＋Ｅ）／〔ＭＤ＋（Ｍ−１）Ｆ〕｝とな
る。ただしθは、前記 VCSELアレイＡの行方向と、前記
光記録媒体の回転の接線方向とがなす角とする。特に、
図７の場合には、光ファイバ片５，５，…を千鳥状に束
ねたものであり、この場合の列方向における隣接するコ
ア７，７の垂直方向の内間隔をＥとすると、斜めの列方
向の外端間の長さはＮＤ−（Ｎ−１）Ｅとなり、行方向
及びただし書き等は前述と同じであり、この場合の光記
録媒体等の回転の接線となす角度θは、最大で、θ=arc
tan ｛（Ｄ−Ｅ）／〔ＭＤ＋（Ｍ−１）Ｆ〕｝となる。Here, a method of obtaining a small angle when the VCSEL array A is tilted will be described. In the VCSEL array A, the optical recording media are arranged in the radial direction (row direction).
Assuming that the number of VCSEL elements 1 is N and the number of VCSEL elements 1 arranged in the tangential direction (row direction) of rotation of the optical recording medium is M,
If the diameter of the optical fiber piece 5 of the VCSEL array A element is D, the internal space between adjacent cores 7 in the column direction is E, and the internal space between adjacent cores 7 in the row direction is F,
The length between the outer ends of the VCSEL array A in the row direction is MD + (M
-1) The length between F and the outer end in the column direction is ND + (N-1)
Expressed as E. Further, the inner space between one of the adjacent cores 7 in the column direction is E + D. From this, the VCSEL
When all the M × N laser beams emitted from the array A can draw a trajectory without continuously overlapping, an angle θ that forms a tangent to the rotation of the optical recording medium or the like is a maximum, θ = a
rctan {(D + E) / [MD + (M-1) F]}. Here, θ is the angle between the row direction of the VCSEL array A and the tangential direction of rotation of the optical recording medium. Especially,
In the case of FIG. 7, the optical fiber pieces 5, 5,... Are bundled in a staggered manner. In this case, if the vertical inner space between adjacent cores 7, 7 in the row direction is E, The length between the outer ends in the column direction is ND- (N-1) E, and the row direction and proviso are the same as described above. In this case, the angle .theta. Where θ = arc
tan {(DE) / [MD + (M-1) F]}.
【００２３】[0023]
【発明の効果】請求項１の発明では、レーザ光を照射す
るコア７の超微細先端８を上部に有する光ファイバ片５
と、該光ファイバ片５の下部を取付けたレーザ光送出部
３を有する垂直共振器表面発光半導体レーザ素子１とか
らなり、該垂直共振器表面発光半導体レーザ素子１を格
子状に複数配列して垂直共振器表面発光半導体レーザア
レイＡとしてなる記録再生用光メモリヘッドとしたこと
で、光学素子における理論的限界値以下のサイズのビー
ムスポットを複数形成することができるようになり、従
来の光メモリヘッドを使用したときに比べて飛躍的大容
量の情報を光記録媒体又は光磁気記録媒体に記録再生で
きる効を奏する。特に、レーザ光を照射するコア７の超
微細先端８を上部に有する光ファイバ片５としたことに
より、製法も簡単であり、これを光記録媒体又は光磁気
記録媒体に記録再生できるような構成であり、確実に情
報を記録再生できる利点がある。According to the first aspect of the present invention, an optical fiber piece 5 having an ultrafine tip 8 of a core 7 for irradiating a laser beam on an upper portion thereof.
And a vertical cavity surface emitting semiconductor laser device 1 having a laser light transmitting section 3 to which a lower portion of the optical fiber piece 5 is attached. A plurality of the vertical cavity surface emitting semiconductor laser devices 1 are arranged in a grid. The use of the optical memory head for recording / reproduction as the vertical cavity surface emitting semiconductor laser array A makes it possible to form a plurality of beam spots having a size equal to or less than the theoretical limit value in the optical element. This has the effect of recording and reproducing a vast amount of information on an optical recording medium or a magneto-optical recording medium as compared with when it is used. In particular, since the optical fiber piece 5 having the ultrafine tip 8 of the core 7 for irradiating the laser beam is provided on the upper portion, the manufacturing method is simple, and the recording and reproduction can be performed on the optical recording medium or the magneto-optical recording medium. This has the advantage that information can be recorded and reproduced reliably.
【００２４】次に、請求項２の発明では、請求項１にお
いて、前記垂直共振器表面発光半導体レーザアレイＡは
光記録媒体の回転の接線方向に対して所定の微小角度傾
いてなる記録再生用光メモリヘッドとしたことで、複数
の光ファイバ片５の超微細先端８からのレーザ光が、光
記録媒体又は光磁気記録媒体の記録層上に多くの記録再
生トラックを極めて簡易に形成することができる利点が
ある。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the vertical cavity surface emitting semiconductor laser array A is tilted at a predetermined minute angle with respect to a tangential direction of rotation of the optical recording medium for recording and reproducing. With the use of the optical memory head, the laser beam from the ultra-fine tip 8 of the plurality of optical fiber pieces 5 can easily and easily form many recording / reproducing tracks on the recording layer of the optical recording medium or the magneto-optical recording medium. There are advantages that can be done.
【００２５】次に、請求項３の発明では、請求項２にお
いて、同一行に配置された前記垂直共振器表面発光半導
体レーザ素子１から発射されるレーザ光のなす複数のビ
ームスポットは、同列かつ隣り合う行に配置された２つ
の垂直共振器表面発光半導体レーザ素子１，１の間に納
まってなる記録再生用光メモリヘッドとしたことで、極
めて多くの記録再生トラックであっても、交差したり、
重なることなく、光記録媒体又は光磁気記録媒体の記録
層上に、確実に形成することができ、且つ最小単位面積
内にての多数のビームスポット構成にすることができる
大きな効果がある。Next, according to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the plurality of beam spots formed by the laser beams emitted from the vertical cavity surface emitting semiconductor laser elements 1 arranged in the same row are in the same column. By using a recording / reproducing optical memory head that is housed between two vertical cavity surface emitting semiconductor laser elements 1 and 1 arranged in adjacent rows, even a very large number of recording / reproducing tracks may intersect. ,
There is a great effect that it can be reliably formed on a recording layer of an optical recording medium or a magneto-optical recording medium without overlapping, and a large number of beam spots can be formed within a minimum unit area.
【００２６】次に、請求項４の発明では、請求項３にお
いて、前記垂直共振器表面発光半導体レーザアレイＡに
並列して、別個に、故障した素子を補償するための垂直
共振器表面発光半導体レーザアレイＡを設けてなり、相
互間において、同行同列の超微細先端８が同一トラック
上に存在するようにしてなる記録再生用光メモリヘッド
としたことで、補償光メモリヘッドが確保できると共
に、従来の光メモリヘッドを使用したときに比べて、飛
躍的大容量の情報を光記録媒体又は光磁気記録媒体に、
極めて高い確実性及び信頼性において記録再生できる等
の効を奏する。Next, according to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect, the vertical cavity surface emitting semiconductor for compensating for a failed element is separately provided in parallel with the vertical cavity surface emitting semiconductor laser array A. A recording / reproducing optical memory head in which the laser array A is provided and the ultra-fine tips 8 in the same row and the same row are present on the same track between each other, so that a compensating optical memory head can be secured and the conventional optical memory head can be secured. Compared to the case where an optical memory head is used, a tremendously large amount of information can be stored on an optical recording medium or a magneto-optical recording medium.
The recording and reproduction can be performed with extremely high reliability and reliability.
【図１】本発明の要部拡大斜視図FIG. 1 is an enlarged perspective view of a main part of the present invention.
【図２】本発明の要部拡大断面図FIG. 2 is an enlarged sectional view of a main part of the present invention.
【図３】本発明を裏面側から見た要部斜視図FIG. 3 is a perspective view of a main part of the present invention viewed from the back side.
【図４】光記録媒体に対して平面的に本発明を設置する
状態図FIG. 4 is a state diagram in which the present invention is installed in a plane with respect to an optical recording medium.
【図５】コンタクトヘッド方式による記録再生用光メモ
リヘッドの要部拡大状態図FIG. 5 is an enlarged view of a main part of an optical memory head for recording / reproducing by a contact head system.
【図６】光磁気ヘッドの単素子の状態図FIG. 6 is a state diagram of a single element of the magneto-optical head.
【図７】本発明の別の実施の形態の平面図FIG. 7 is a plan view of another embodiment of the present invention.
【図８】補償用にした本発明の平面図FIG. 8 is a plan view of the present invention for compensation.
Ａ…垂直共振器表面発光半導体レーザアレイ １…垂直共振器表面発光半導体レーザ素子 ３…レーザ光送出部 ５…光ファイバ片 ７…コア ８…超微細先端 A: Vertical cavity surface emitting semiconductor laser array 1: Vertical cavity surface emitting semiconductor laser element 3: Laser beam transmitting section 5: Optical fiber piece 7: Core 8: Ultra fine tip
Claims (4)
上部に有する光ファイバ片と、該光ファイバ片の下部を
取付けたレーザ光送出部を有する垂直共振器表面発光半
導体レーザ素子とからなり、該垂直共振器表面発光半導
体レーザ素子を格子状に複数配列して垂直共振器表面発
光半導体レーザアレイとしてなることを特徴とする記録
再生用光メモリヘッド。1. A vertical cavity surface emitting semiconductor laser device having an optical fiber piece having an ultrafine tip of a core for irradiating a laser beam at an upper portion thereof and a laser beam transmitting portion to which a lower portion of the optical fiber piece is attached. An optical memory head for recording / reproducing, wherein a plurality of the vertical cavity surface emitting semiconductor laser elements are arranged in a lattice to form a vertical cavity surface emitting semiconductor laser array.
発光半導体レーザアレイは、光記録媒体の回転の接線方
向に対して所定の微小角度傾いてなることを特徴とする
記録再生用光メモリヘッド。2. The recording / reproducing optical memory head according to claim 1, wherein the vertical cavity surface emitting semiconductor laser array is inclined at a predetermined minute angle with respect to a tangential direction of rotation of the optical recording medium.
前記垂直共振器表面発光半導体レーザ素子から発射され
るレーザ光のなす複数のビームスポットは、同列かつ隣
り合う行に配置された２つの垂直共振器表面発光半導体
レーザ素子の間に納まってなることを特徴とする記録再
生用光メモリヘッド。3. A plurality of beam spots formed by laser beams emitted from the vertical cavity surface emitting semiconductor laser devices arranged in the same row, wherein the plurality of beam spots are arranged in the same row and adjacent rows. An optical memory head for recording / reproducing, which is provided between vertical cavity surface emitting semiconductor laser elements.
発光半導体レーザアレイに並列して、別個に、故障した
素子を補償するための垂直共振器表面発光半導体レーザ
アレイを設けてなり、相互間において、同行同列の超微
細先端が同一トラック上に存在するようにしてなること
を特徴とする記録再生用光メモリヘッド。4. The vertical cavity surface emitting semiconductor laser array according to claim 3, wherein a vertical cavity surface emitting semiconductor laser array for compensating for a failed element is provided separately in parallel with said vertical cavity surface emitting semiconductor laser array. 3. The recording / reproducing optical memory head according to claim 1, wherein the ultrafine tips in the same row and the same row are present on the same track.
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