(57)【要約】【課題】  集光面に設けた金属薄膜に形成された複数の微小構造の位置を正確に検出することのできる近接場光発生用の光学素子及びその光スポット位置調整方法を得る。【解決手段】  入射光を集光して集光点付近に集光スポットＢより小さい近接場光を発生させる光学素子。光学素子の集光面には金属薄膜７４が形成され、かつ、金属薄膜７４には近接場光発生用の複数の開口（微小構造パターン）７１がマトリックス状に形成されるとともに、該開口７１の間を仕切る位置に開口７１の位置検出パターン７３が形成されている。光ビームでＸ，Ｙ方向に走査し、その反射光を検出することで開口７１の位置を検出する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を集光して集光点付近に集光スポットより小さい近接場光を発生させる光学素子において、
前記集光点付近に金属薄膜が形成され、かつ、該金属薄膜に近接場光発生用の複数の微小構造パターンと該微小構造パターンの位置を検出するための位置検出パターンとが形成されていること、
を特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記微小構造パターンはプラズモン共鳴を発生するものであることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記微小構造パターンは複数個がマトリックス状に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記位置検出パターンはマトリックス状に配置された前記微小構造パターンの間を仕切る位置に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の光学素子。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の光学素子に対して、光ビームを該光学素子の光軸とは直交する面上で走査し、その反射光を検出することで微小構造パターンの位置を検出することを特徴とする光スポット位置調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子及び光スポット位置調整方法、詳しくは、近接場光による情報の記録及び／又は再生に用いられる光学素子及び該光学素子における光スポット位置調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光記録再生技術において、微小な光スポットを得るために近接場光発生構造を用いることが種々提案されている。近接場光による記録／再生を実現するためには、固浸レンズ（Solid Immersion Lens）や固浸ミラー（Solid Immersion Mirror）を集光素子として用い、微小スポットと記録媒体とを近接させ、エバネッセント波と記録媒体とを相互作用させている。これにて、情報の記録又は再生における高密度化が図られる。
【０００３】
この種の固浸レンズや固浸ミラーなどの光学素子の集光面には近接場光を発生させるためにサイズが１μｍ以下の微小構造が形成されており、光ビームの集光スポットを微小構造に正確に一致させる必要がある。
【０００４】
そのために、特許文献１には、光学素子の集光面に設けた微小構造の周囲に複数のフォトダイオードを形成し、光学素子に光ビームを照射してフォトダイオードによる検出結果に基づいて光ビームの照射位置を調整することが開示されている。また、特許文献２には、光学素子の集光面に設けた金属薄膜に微小構造を形成し、光学素子に光ビームを照射してその反射光を検出し、反射光の強度が最小になるように調整することが開示されている。
【０００５】
ところで、近年では、光スポットの位置調整を容易にするため、集光面に設けた金属薄膜に複数の微小構造を形成し、光スポットをいずれか一つの微小構造に一致させるようにした光学素子が提案されている。
【０００６】
特許文献１に記載の調整方法では、微小構造の周囲に複数のフォトダイオードを形成するのであるが、複数の微小構造はそれぞれが１μｍ以下のサイズで間隔も２μｍ以下であるため、複数の微小構造の周囲にはフォトダイオードを形成するスペースがないという問題点を有している。
【０００７】
また、特許文献２に記載の調整方法では、一様に形成された金属薄膜に複数の微小構造を形成すると、薄膜部分と微小構造との間で反射光の強度差が出にくく、実際的に微小構造の位置を検出できないという問題点を有している。
【特許文献１】特開２０００−２９３８７７号公報
【特許文献２】特開２００２−２３６０８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明の目的は、集光面に設けた金属薄膜に形成された複数の微小構造の位置を正確に検出することのできる近接場光発生用の光学素子及びその光スポット位置調整方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の目的を達成するため、第１の発明に係る光学素子は、入射光を集光して集光点付近に集光スポットより小さい近接場光を発生させる光学素子において、前記集光点付近に金属薄膜が形成され、かつ、該金属薄膜に近接場光発生用の複数の微小構造パターンと該微小構造パターンの位置を検出するための位置検出パターンとが形成されていることを特徴とする。
【００１０】
第１の発明に係る光学素子においては、複数の微小構造のいずれかに光スポットを合致させればよく、金属薄膜に微小構造パターンとは別に位置検出用のパターンを形成したため、微小構造自体は薄膜部分との検出値の差が出なくても、位置検出パターンの検出値から微小構造の位置を正確に検出することができる。
【００１１】
第１の発明に係る光学素子において、前記微小構造パターンはプラズモン共鳴を発生するものであることが好ましい。表面励起プラズモンポラリトンによる電場増幅を起こし、微小な近接場光の発生でありながら非常に高効率の光記録／再生が可能となる。
【００１２】
また、この種の微小構造パターン及び位置検出パターンは、従来知られている微細プロセス加工にて複数個のものを同時に高精度にかつ容易に形成することができる。それゆえ、複数個の微小構造パターンをマトリックス状に配置することがプロセス加工の点で好ましい。このように微小構造パターンをマトリックス状に配置する場合、位置検出パターンは微小構造パターンの間を仕切る位置に形成すればよい。
【００１３】
第２の発明に係る光スポット位置調整方法は、前記光学素子に対して、光ビームを該光学素子の光軸とは直交する面上で走査し、その反射光を検出することで微小構造パターンの位置を検出することを特徴とする。
【００１４】
第２の発明に係る光スポット位置調整方法においては、光ビームを光学素子の光軸とは直交する面上で走査することにより、位置検出パターンと金属薄膜との境界が明確に検出され、該境界検出に基づいて複数個の微小構造の位置を正確に検出することができる。従って、検出された微小構造に光ビームを照射するように記録／再生用ヘッドを調整すればよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る光学素子及び光スポット調整方法の実施例について、添付図面を参照して説明する。
【００１６】
（光記録用光学装置、図１及び図２参照）
まず、本発明に係る光学素子を備えた光記録用光学装置について説明する。この光記録用光学装置１は、図１に示すように、光源であるレーザダイオード２と、コリメータレンズ３と、ビーム径変換光学系４と、平面ミラー５と、近接場光発生用の光学素子である集光素子６とで構成されている。
【００１７】
レーザダイオード２は所定波長の発散光を光軸方向Ｚに放射する。コリメータレンズ３はレーザダイオード２から放射された拡散光をほぼ平行光に変換する。ビーム径変換光学系４は凸レンズである第１レンズ４１と凸レンズである第２レンズ４２と絞り４３とで構成され、コリメータレンズ３から出射された平行光のビーム径を変換する。
【００１８】
平面ミラー５は前記ビーム径変換光学系４から出射されたビームを折り返して集光素子６に導くものである。集光素子６は、ミラー５で反射された平行ビームを集光して集光点付近に集光スポットより小さい近接場光を発生させるもので、その具体的な構成例は図３及び図４を参照して以下に説明する。
【００１９】
前記ビーム径変換光学系４において、第１及び第２レンズ４１，４２の距離は主点間隔がレンズ４１，４２の焦点距離の和になるようにする。倍率βの絶対値は焦点距離の比で決まり、倍率βは０．２＜｜β｜＜０．８の範囲に設定されており、光学系４は縮小光学系として構成されている。
【００２０】
（フォーカス調整）
さらに、図２に示すように、ビーム径変換光学系４の第１レンズ４１は圧電アクチュエータ４５によって光軸方向Ｚに位置調整可能とされている。また、第２レンズ４２はムービングコイル４６によって光軸方向Ｚと直交する方向Ｘ，Ｙに位置調整可能とされている。
【００２１】
第１及び第２レンズ４１，４２の間隔を変化させることで、出射光の波面の曲率半径をコントロールすることができる。この種のコントロールの必要性は、本光記録用光学装置１では単一（接合又は複合構造を含む）の集光素子６を用いているため、集光素子６自体にフォーカス機能がないことによる。つまり、集光素子６の製造誤差でフォーカス位置が若干変化して集光スポットが設計上の集光位置からずれた場合、単一構造の集光素子６ではフォーカス位置を変化させることができない。
【００２２】
そこで、ビーム径変換光学系４によって集光素子６の入射光をコントロールする必要がある。レンズ４１，４２の間隔の調整は第１レンズ４１を圧電アクチュエータ４５（図２参照）で光軸方向Ｚに駆動するようにしている。
【００２３】
集光素子６の集光スポットは単一素子であることから、ビームの入射角度によって決まる。本光記録用光学装置１では、ミラー５の角度や集光素子６の保持に誤差がある場合は集光スポットの位置が所定位置（集光素子６の光軸）からずれてしまう。
【００２４】
集光スポットの光軸上からのずれに対処するには、集光素子６に対するビームの入射角度を調整すればよい。具体的には、第１又は第２レンズ４１，４２を光軸に対して直交するＸ方向及びＹ方向に移動させればよい。つまり、第１レンズ４１（又は第２レンズ４２）を光軸と垂直方向に移動させることで集光素子６への入射角度を調整することができる。この移動量（偏心量）をｙとすると、ｙ＝ｆ・ｔａｎθの式（ｆは移動させるレンズの焦点距離）で角度θが決定される。
【００２５】
（集光素子の構成、図３及び図４参照）
集光素子６としては、固浸ミラーや固浸レンズを単独で用いたり、これらのレンズやミラーと透光性平板との接合素子として用いる。ミラータイプの集光素子６に関してその具体的構成例を図３（Ａ）〜（Ｄ）に示し、レンズタイプの集光素子６に関してその具体的構成例を図４（Ａ），（Ｂ）に示す。なお、図３の各図において、１００は記録媒体である。
【００２６】
図３（Ａ）に示す集光素子６は、固浸ミラー６ａであり、平面状の第１面輪帯部分からの入射光を非球面である第２面で反射させ、さらに、第１面の反射面で反射させて集光スポット６１に集光させて近接場光を発生させる。
【００２７】
図３（Ｂ）に示す集光素子６は、固浸ミラー６ｂと透光性平板６５を接合したもので、正のパワーを有する第１面を透過した入射光を正のパワーを有する第２面で反射させ、さらに第１面で反射させて第２面の中央平面部に接合された透光性平板６５の第２面付近の集光スポット６１に集光させて近接場光を発生させる。
【００２８】
図３（Ｃ）に示す集光素子６は、固浸ミラー６ｃと透光性平板６５を接合したもので、第１面の凹所（非球面）からの入射光を該凹所で屈折させ、平面である第２面で反射させるとともに第１面（非球面）で反射させ、第２面の中央部に接合された透光性平板６５の第２面付近の集光スポット６１に集光させて近接場光を発生させる。
【００２９】
図３（Ｄ）に示す集光素子６は、固浸ミラー６ｄであり、垂直平面である第１面を透過した入射光を、例えば放物面として形成された反射面で反射させ、水平平面である第２面の集光スポット６１に集光させて近接場光を発生させる。このような固浸ミラー６ｄを用いれば、ミラー５が不要である。
【００３０】
図４（Ａ）に示す集光素子６は、入射面が凸形状の連続非球面であり、出射面が平面である固浸レンズ（非球面レンズ）６ｅと、該固浸レンズ６ｅの平面に接合された透光性平板６５とで構成されている。固浸レンズ６ｅに入射したビームは入射面（非球面）で屈折され、接合面である平面を透過し、透光性平板６５の出射面付近の集光スポット６１に集光し、近接場光を発生する。
【００３１】
図４（Ｂ）に示す集光素子６は、固浸レンズ６ｆと透光性平板６５を接合したものである。固浸レンズ６ｆは、屈折率Ｎ１を有する第１の材料からなる第１レンズ６ｆ1と、屈折率Ｎ２を有する第２の材料からなる第２レンズ６ｆ2とで構成され、レンズ６ｆ1，６ｆ2の対向面は同形状で接合されている。第１レンズ６ｆ1に入射したビームは入射面（非球面）で屈折され、第２レンズ６ｆ2を透過するとともに透光性平板６５の出射面付近の集光スポット６１に集光し、近接場光を発生する。
【００３２】
集光素子６をレンズ又はミラーと透光性平板６５との接合タイプとすれば、接合されているので外乱に強いという利点を有する。また、集光素子６を無限遠物体に対して設計すれば、入射光との相対的な位置ずれに対して、フォーカス位置が変動しにくいという利点も生じる。
【００３３】
レンズ又はミラーと平板６５とを接合する目的は、微小構造の量産が可能な点にある。即ち、平板６５の出射面には以下に説明するように近接場光発生のための微小構造が形成されており、この種の微小構造はウエハに対する微細プロセス加工が一般的であり、マザー基板上にプロセス加工で微小構造を形成し、所定サイズの平板６５にカットすることで安価に量産が可能となる。
【００３４】
（近接場光発生構造、図５参照）
ところで、前記集光素子６の集光スポット６１には、入射波長以下の寸法を有する近接場光発生用の微小構造が形成されている。このような微小構造は表面励起プラズモンを発生させる微小構造であること、特に、プラズモン共鳴を発生する金属により作製されることが好ましい。
【００３５】
波長以下の寸法を有する微小構造であっても、効率よく微小スポットにエネルギーを集める必要があり、表面励起プラズモン共鳴による電場増幅効果を利用すると、良好な集光効率を得ることができる。例えば、波長７８０ｎｍでは金や銀が、波長４０５ｎｍではアルミニウムやマグネシウムが大きな電場増幅効果を有することが知られている。そこで、入射波長に応じた金属材料と微小構造パターン、その厚みを選択することで、プラズモン共鳴を有効に利用することができ、効率よく微小スポットを得ることができる。
【００３６】
図５に微小構造の具体例を示す。この微小構造は、素子６の集光領域７０に厚さ５０ｎｍ程度の金属薄膜を形成し、この金属薄膜にバタフライ形状の複数の開口（微小構造パターン）７１をマトリックス状に形成したものである。開口７１において対向する微小突部７２，７２の間隔は、例えば、２０〜５０ｎｍであり、微小突部７２，７２の対向部分に集光するとこの対向部分付近のみに強い電場が生じ、近接場光が発生する。
【００３７】
さらに、この集光領域７０には、マトリックス状に配置された開口（微小構造パターン）７１の間を仕切る位置に位置検出パターン７３が形成されている。即ち、開口（微小構造パターン）７１と位置検出パターン７３は金属薄膜を微細プロセス加工で除去することにより形成され、残された金属薄膜を符号７４で示す。
【００３８】
（微小構造の位置検出、図６参照）
集光領域７０に形成する金属薄膜７４の厚みと開口７１のパターンを最適化することで、微小な領域に電場を効率よく集中させることができ、近接場光を利用した微小領域での光記録／再生を行うことが可能になる。微小構造は一つだけ形成してもよいが、前述の如く複数個をマトリックス状に配置することで、いずれかの微小構造に集光スポット位置を調整すればよく、調整が容易になる。
【００３９】
そのためには、予め、集光させるべき開口７１の位置を正確に検出しておく必要がある。そこで、図６に示すように、前記光記録用光学装置１の光路中にハーフミラー７と集光レンズ８とフォトダイオード９を設け、集光素子６からの反射光を検出し、フォトダイオード９の出力値に基づいて開口７１の位置を検出する。
【００４０】
具体的には、前述の如く、ビーム径変換光学系４のレンズ４２を光軸方向Ｚと垂直なＸ方向及びＹ方向に移動させてレーザダイオード２から放射された光ビームをＸ，Ｙ方向に走査し、その反射光をハーフミラー７から集光レンズ８を介してフォトダイオード９にて検出し、サンプリングする。
【００４１】
光ビームのスポットＢの概略サイズは図５に示すとおりであり、該スポットＢでＸ，Ｙ方向に走査すると、フォトダイオード９の出力αは、光ビームが金属薄膜７４を照射する場合には相対的に高くなり、位置検出パターン（ガラス部分）を照射する場合には相対的に低くなる。開口７１を照射する場合には金属薄膜７４の照射時よりも若干低くなる。
【００４２】
図５の左側及び下側に記載した波形は、それぞれ、Ｘ方向及びＹ方向への走査時のフォトダイオード９の出力を示す。位置検出パターン７３と金属薄膜７４との境界において、出力αが急峻に立ち上がり（符号ａ参照）、かつ、急峻に立ち下がる（符号ｂ参照）。また、高出力部分で出力αの若干の落ち込み部分（符号ｃ参照）は開口７１に相当する。
【００４３】
従って、落ち込み部分ｃを有する波形の走査線上に開口７１が存在することになり、その走査線上で出力αの立ち上がる部分ａと立ち下がり部分ｂとの間の中間点を演算すれば、開口７１の位置を正確に検出することができる。落ち込み部分ｃはその全てが正確に位置検出できるとは限らないが、立ち上がり部分ａと立ち下がり部分ｂは正確に検出でき、この検出に基づいて開口７１の位置を高精度に検出できる。開口７１の位置が検出されれば、その位置に光スポットが集光するように、前記ビーム径変換光学系４のレンズ４２をＸ方向及び／又はＹ方向に移動させる。
【００４４】
（他の実施例）
なお、本発明に係る光学素子及び光スポット位置調整方法は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。
【００４５】
特に、コリメータレンズやビーム径変換光学系の詳細な構成は任意であり、集光素子としても種々の構成のものを用いることができる。また、図５に示した近接場光を発生させる微小構造パターンや位置検出パターンはあくまで例示であり、その構造、パターンの詳細は任意である。さらに、微小構造は透光性平板に形成する以外に、固浸レンズや固浸ミラーの集光面上に直接形成したものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る光学素子を備えた光記録用光学装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】前記光記録用光学装置におけるビーム径変換光学系を示す説明図である。
【図３】集光素子の第１例〜第４例を示す説明図である。
【図４】集光素子の第５例及び第６例を示す説明図である。
【図５】微小構造パターン及び位置検出パターンの一例を示す説明図である。
【図６】微小構造パターンの位置検出を説明するための概略構成図である。
【符号の説明】
【００４７】
１…光記録用光学装置
４…ビーム径変換光学系
６…集光素子
６１…集光スポット
７０…集光領域
７１…開口（微小構造パターン）
７３…位置検出パターン
７４…金属薄膜
【図１】
2006107584.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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