(57)【要約】本発明は、光源からの光を効率よく伝搬させる構造を有する光照射ヘッド、およびそのような光照射ヘッドを用いて高密度記録が可能な情報記憶装置を提供することを目的とし、本発明の光照射ヘッドは、所定の対称軸に対して線対称な先細りの２次元形状を有する、光の電磁場を伝搬する第１種の材料からなる伝搬体と、上記対称軸を囲むように伝搬体を覆う、上記第１種の材料とは異なる第２種の材料からなる被覆体とを備え、更に、上記伝搬体が、上記対称軸上に存在する、その対称軸に対して線対称な凸形状あるいは凹形状の底縁と、上記対称軸上に存在する、底縁に対して相対的に狭い先縁と、上記対称軸を挟んで存在する、底縁側から先縁側に向かうにつれて間隔が狭まる一対の反射縁とを有する。
2004088650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の対称軸に対して線対称な先細りの２次元形状を有する、光の電磁場を伝搬する第１種の材料からなる伝搬体と、
前記対称軸を囲むように前記伝搬体を覆う、前記第１種の材料とは異なる第２種の材料からなる被覆体とを備え、
前記伝搬体を伝搬する光を該伝搬体の先から照射する光照射ヘッドであって、
前記伝搬体が、前記対称軸上に存在する、該対称軸に対して線対称な凸形状あるいは凹形状の底縁と、前記対称軸上に存在する、該底縁に対して相対的に狭い先縁と、前記対称軸を挟んで存在する、該底縁側から該先縁側に向かうにつれて間隔が狭まる一対の反射縁とを有するものであることを特徴とする光照射ヘッド。
【請求項２】
前記伝搬体が、直線で構成された底縁を有するものであることを特徴とする請求項１記載の光照射ヘッド。
【請求項３】
前記伝搬体が、曲線で構成された底縁を有するものであることを特徴とする請求項１記載の光照射ヘッド。
【請求項４】
前記伝搬体が、前記反射縁の延長線の間隔よりも広い底縁と、該底縁の端と該反射縁との間で電磁場を伝搬する伝搬補助部とを有するものであることを特徴とする請求項１記載の光照射ヘッド。
【請求項５】
前記伝搬体が、前記第１種の材料とは異なる、光の電磁場を伝搬する第３種の材料からなる光導波路に、前記底縁で接続されたものであることを特徴とする請求項１記載の光照射ヘッド。
【請求項６】
前記伝搬体が、前記光導波路に、該導波路の光軸と前記対称軸とが平行な状態で接続されたものであることを特徴とする請求項５記載の光照射ヘッド。
【請求項７】
前記伝搬体が、前記光導波路の幅よりも長い底縁を有するものであることを特徴とする請求項５記載の光照射ヘッド。
【請求項８】
前記伝搬体を複数有し、それら複数の伝搬体は、それぞれが誘電体材料からなる、互いに平行に配設されたものであり、
前記複数の伝搬体に対して交互に配設された、それぞれが金属材料からなる複数の金属層と、
前記伝搬体と前記金属層とに挟まれて配設された１つ以上の中間層とを有することを特徴とする請求項１記載の光照射ヘッド。
【請求項９】
所定の情報記憶媒体に光を照射し、その照射した光を情報再生と情報記録とのうち少なくともいずれか一方に用いる情報記憶装置であって、
所定の対称軸に対して線対称な先細りの２次元形状を有する、光の電磁場を伝搬する第１種の材料からなる伝搬体と、前記対称軸を囲むように前記伝搬体を覆う、前記第１種の材料とは異なる第２種の材料からなる被覆体とを備え、更に前記伝搬体が、前記対称軸上に存在する、該対称軸に対して線対称な凸形状あるいは凹形状の底縁と、前記対称軸上に存在する、該底縁に対して相対的に狭い先縁と、前記対称軸を挟んで存在する、該底縁側から該先縁側に向かうにつれて間隔が狭まる一対の反射縁とを有する光照射ヘッドと、
前記光照射ヘッドの前記伝搬体に前記底縁で接続された、前記第１種の材料とは異なる、光の電磁場を伝搬する第３種の材料からなる光導波路とを備えたことを特徴とする情報記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、光を伝搬して照射する光照射ヘッド、およびそのような光照射ヘッドを用いた情報記憶装置に関する。
【背景技術】  情報化社会の進展に伴い、情報量は増大の一途を辿っている。この情報量の増大に対応して、飛躍的に高い記録密度の情報記録方式及びそれに基づく記録再生装置が待望されている。
高密度記録実現のための記録方式として、入射光の波長よりも小さい微小開口を作製し、その開口部から発生する光を利用して、光の波長より小さいビームスポットを形成する光記録方式が注目されている。
光気記録方式の従来の微小開口として、例えば特許文献１に記載されているように、先鋭化した光ファイバの先端に開口を設けたものが知られている。即ち、先端部を先鋭化した光ファイバを金属膜で被覆して、収束イオンビーム（ＦＩＢ）等の粒子ビームで被覆及び先鋭化した部分の一部を切除して開口を作製する。
他の従来技術として、平面板に斜面を持つ開口を作製する方法が特許文献２に開示されている。即ち、Ｓｉ基板をリソグラフィ技術でパターニングし、そのパターンを異方性エッチングして逆ピラミッド型の窪みを作製し、基板の最深部となる逆ピラミッドの頂点を基板裏面に貫通させたものである。貫通の方法は、Ｓｉ基板の裏面を研磨する方法や、エッチングを行う方法などが知られている。
また、非特許文献１には、光伝搬効率を改善するために、光ファイバの尖鋭化したコアの先端に金属を蒸着する方法が開示されている。
或いは、非特許文献２には、ビームスポットサイズと伝搬効率を共に向上させる光ファイバの形状が開示されている。
また光照射ヘッドの特許文献３に開示された例では、ヘッド内部の高屈折率誘電体材料が台形状となる対称な二次元パターンで作製した平面構造のヘッド形状をしており、台形状の傾斜面と平面構造でスポット径を縮小化する構造を開示している。
【特許文献１】        特開平１０−２０６６６０号公報
【特許文献２】        米国特許第５６８９４８０号明細書
【特許文献３】        特開２００２−１８８５７９号公報
【非特許文献１】        ”Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ”，１９９８，Ｖｏｌ５，Ｎｏ．６，ｐ３６９−３７３
【非特許文献２】        ”Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ”，Ｖｏｌ７３，Ｎｏ．１５
従来の、光ファイバ端部を先鋭化して微小開口を形成する方法は、金属膜の蒸着成膜にむらがあり、更にエッチング溶液の濃度や光ファイバの材料組成に起因するエッチング速度の不安定性の問題がある。
また光ファイバの円錐状に先鋭化した頂角の作製の不安定性及び、ＦＩＢによる先端部の切除制御の困難性といった、量産プロセスの問題がある。更に、光ファイバを利用しているため、高速データ転送化の手段であるマルチヘッド化が困難である。
半導体基板をエッチングして微小開口を形成する方法には、数十ｎｍの開口サイズに対するエッチングの進行速度の不安定性や、一定のエッチング量に対するＳｉ基板の厚みむらによる開口部サイズの不安定性や、半導体基板の切り出し時における結晶方位のずれによるエッチング部の形状の不安定性といった作製プロセス上の問題がある。また逆ピラミッド形状は半導体基板固有の結晶方位で決まるため、所望の最適な角度に制御できないことがある。更に、基板の剥離や溶解の工程が多いために材料の消費が激しくなり、コスト高になるという問題がある。
高密度記録でのトラックピッチは、今後は０．１μｍ以下となるが、そのような精度で光照射ヘッドと磁気センサヘッドを位置合わせすることは困難である。
一方、光ファイバを利用した従来の高効率化技術では、金属に囲まれた先端の円錐形状により、入射光は光ファイバ内部の円錐面でのレンズ効果により電場が集中する位置がある。
上記非特許文献２では、電場が集中する面に開口面を配置し、ビームスポットの縮小化と高効率化を行っている。この方法は有効ではあるが、極めて高い加工精度が必要であるので、上記と同様に加工上の問題を有している。
これらの問題点を鑑みて、上記特許文献３で開示された光照射ヘッドは、ヘッド先端部を二次元パターンで作製し、ヘッド内の光伝搬材料に高屈折率材料を使用して光または電場強度を縮小している。しかし光源からヘッドに光を伝搬させる導波路とヘッドとの接合部分の形状としては単純な直線形状が用いられており、よりよい形状についての考察はなされていない。
【発明の開示】
本発明は、上記事情に鑑み、光源からの光を効率よく伝搬させる構造を有する光照射ヘッド、およびそのような光照射ヘッドを用いて高密度記録が可能な情報記憶装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成する本発明の光照射ヘッドは、所定の対称軸に対して線対称な先細りの２次元形状を有する、光の電磁場を伝搬する第１種の材料からなる伝搬体と、
上記対称軸を囲むように伝搬体を覆う、上記第１種の材料とは異なる第２種の材料からなる被覆体とを備え、
伝搬体を伝搬する光を伝搬体の先から照射する光照射ヘッドであって、
上記伝搬体が、上記対称軸上に存在する、その対称軸に対して線対称な凸形状あるいは凹形状の底縁と、上記対称軸上に存在する、底縁に対して相対的に狭い先縁と、上記対称軸を挟んで存在する、底縁側から先縁側に向かうにつれて間隔が狭まる一対の反射縁とを有するものであることを特徴とする。
但し、ここでいう「照射する」とは、光を波として出射することに限定する意味ではなく、いわゆる近接場光と称されるような振動電場のを伝達することも含む意味である。
また、上記伝搬体は、典型的には、伝搬する光に対して透明な誘電体からなるものであり、上記被覆体は、典型的には、金属からなるものである。
本発明の光照射ヘッドによれば、伝搬体の底縁が対称軸に対して線対称な凸形状あるいは凹形状を有するので、伝搬体の底縁から光が入射した際に、いわゆる屈折や回折によって光の電磁場の伝搬方向が変化し、伝搬体内で電磁場の多重干渉が生じて、光の伝搬効率が高いポイントが対象軸上に現れる。そのポイントの位置に先縁が設けられることによって、光照射ヘッドの伝搬効率は、単純な直線の底縁を有する場合に比べて向上する。このような屈折が生じる場合には、反射などによって伝搬効率が低下するというのが通常の考察であるが、コンピュータシミュレーションなどによる検証の結果、屈折が生じる場合の方が、むしろ効率のよいポイントが生じるという現象が確認されたことにより本発明に至った。
本発明の光照射ヘッドにおいて、上記伝搬体は、ダイヤモンドやＴｉＯ２などといった、いわゆる高屈折率材料からなるものであることが望ましい。
高屈折率材料中では光の波長が短いので、伝達効率が高いポイントのピークがより鋭くなる。
本発明の光照射ヘッドは、上記伝搬体が、直線で構成された底縁を有するものであるという形態であってもよく、あるいは、
上記伝搬体が、曲線で構成された底縁を有するものであるという形態であってもよい。
底縁が直線で構成されている場合には設計やシミュレーションが容易であり、改良による性能向上も図りやすい。一方、製造時には、角の部分は丸まってしまう可能性が高いため、底縁が曲線で構成されている方が、設計に近いものを製造することができる。
また、本発明の光照射ヘッドは、上記伝搬体が、反射縁の延長線の間隔よりも広い底縁と、底縁の端と反射縁との間で電磁場を伝搬する伝搬補助部とを有するものであることが望ましい。
典型的な伝搬体は高屈折率の材料からなるものであるが、光屈折率の材料中では、光の電磁場は減衰が激しいため、伝搬体の長さがなるべく短い方が伝搬効率は高くなる。そこで、単純に、先縁付近の構造を底縁側に引き寄せた構造を考えると、反射縁の延長線の間隔よりも広い底縁を有することとなるが、延長線の間隔からはみ出た部分に入射する光を無駄にしないために、伝搬補助部が設けられている。
本発明の光照射ヘッドは、上記伝搬体が、上記第１種の材料とは異なる、光の電磁場を伝搬する第３種の材料からなる光導波路に、底縁で接続されたものであることが好適であり、これによって、光導波路を伝搬されてくる光を先縁から効率よく照射することができる。
また、このように光導波路に接続された光照射ヘッドにおいて、上記伝搬体が、光導波路に、導波路の光軸と上記対称軸とが平行な状態で接続されたものであることが好ましく、これによって、光照射ヘッドによる伝搬効率が更に向上する。
さらに、光導波路に接続された光照射ヘッドにおいて、上記伝搬体は、光導波路の幅よりも長い底縁を有するものであってもよい。即ち、光照射ヘッドが光導波路の幅よりも大きいものであっても、高い伝搬効率を妨げることはない。
ところで、本発明の光照射ヘッドは、
「  上記伝搬体を複数有し、それら複数の伝搬体は、それぞれが誘電体材料からなる、互いに平行に配設されたものであり、
それら複数の伝搬体に対して交互に配設された、それぞれが金属材料からなる複数の金属層と、
伝搬体と金属層とに挟まれて配設された１つ以上の中間層とを有する」
という形態も好ましい形態である。
このように、誘電体材料からなる伝搬体と金属材料からなる金属層とが積層された構造によって、各伝搬体を伝搬される光の電磁場が互いに干渉し、最終的に照射される光のスポットサイズが縮小される。また、理想的には、伝搬体と金属層とが交互に積層された構造が望ましいことが多いが、誘電体材料と金属材料との組み合わせによっては金属材料が酸化する場合がある。そこで、中間層によって金属材料の酸化が防止された構造が望ましい。この中間層は、誘電体材料によって酸化されることのない金属材料からなるものであってもよいし、あるいは、金属層の金属材料がわざと酸化された酸化物からなるものであってもよい。
上記目的を達成する本発明の情報記憶装置は、所定の情報記憶媒体に光を照射し、その照射した光を情報再生と情報記録とのうち少なくともいずれか一方に用いる情報記憶装置であって、
所定の対称軸に対して線対称な先細りの２次元形状を有する、光の電磁場を伝搬する第１種の材料からなる伝搬体と、上記対称軸を囲むように伝搬体を覆う、上記第１種の材料とは異なる第２種の材料からなる被覆体とを備え、更に上記伝搬体が、上記対称軸上に存在する、対称軸に対して線対称な凸形状あるいは凹形状の底縁と、上記対称軸上に存在する、底縁に対して相対的に狭い先縁と、上記対称軸を挟んで存在する、底縁側から先縁側に向かうにつれて間隔が狭まる一対の反射縁とを有する光照射ヘッドと、
光照射ヘッドの伝搬体に底縁で接続された、上記第１種の材料とは異なる、光の電磁場を伝搬する第３種の材料からなる光導波路とを備えたことを特徴とする。
なお、本発明の情報記憶装置については、ここではその基本形態のみを示すのにとどめるが、これは単に重複を避けるためであり、本発明の情報記憶装置には、上記の基本形態のみではなく、前述した光照射ヘッドの各形態に対応する各種の形態が含まれる。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の情報記憶装置の一実施形態を示す図である。
図２は、本発明の光照射ヘッドの第１実施形態を示す斜視図である。
図３は、光照射ヘッドの比較例を示す図である。
図４は、光照射ヘッドの比較例における光の電磁場の伝搬状態を示すシミュレーション画像である。
図５は、本発明の光照射ヘッドの第１実施形態を示す平面図である。
図６は、本発明の光照射ヘッドの第１実施形態における光の電磁場の伝搬状態を示すシミュレーション画像である。
図７は、本発明の光照射ヘッドの第２実施形態を示す図である。
図８は、本発明の光照射ヘッドの第２実施形態における光の電磁場の伝搬状態を示すシミュレーション画像である。
図９は、本発明の光照射ヘッドの第３実施形態を示す図である。
図１０は、本発明の光照射ヘッドの第３実施形態における光の電磁場の伝搬状態を示すシミュレーション画像である。
図１１は、本発明の光照射ヘッドの第４実施形態を示す図である。
図１２は、本発明の光照射ヘッドの第４実施形態における光の電磁場の伝搬状態を示すシミュレーション画像である。
図１３は、本発明の光照射ヘッドの第５実施形態を示す図である。
図１４は、本発明の光照射ヘッドの第５実施形態における光の電磁場の伝搬状態を示すシミュレーション画像である。
図１５は、本発明の光照射ヘッドの第６実施形態を示す図である。
図１６は、本発明の光照射ヘッドの第６実施形態における光の電磁場の伝搬状態を示すシミュレーション画像である。
図１７は、本発明の光照射ヘッドの第７実施形態を示す図である。
図１８は、本発明の光照射ヘッドの第８実施形態を示す図である。
図１９は、本発明の光照射ヘッドの第８実施形態における光の電磁場の伝搬状態を示すシミュレーション画像である。
図２０は、光照射ヘッドの比較例と本発明の光照射ヘッドの実施形態それぞれにおける照射スポットのプロファイルを比較したグラフである。
図２１は、本発明の光照射ヘッドの第９実施形態を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の情報記憶装置の一実施形態を示す図である。
ここには、ヘッド１と情報記憶媒体２とを備え、ヘッド１で情報記憶媒体２に情報の記録および再生を行う光アシスト型の情報記憶装置が示されている。但し、この図１に図示されているのは情報記憶装置のヘッド１近辺のみであり、それ以外の構成部分については、周知の光アシスト型の情報記憶装置と同等であるので説明は省略する。
この情報記憶装置のヘッド１は、リソグラフィ技術によって、光照射ヘッド１０と再生磁気センサヘッド２０と記録磁気ヘッド３０とが一体に形成されたものであり、矢印Ｒの方向に回転する情報記憶媒体２に近接して配置されている。
光照射ヘッド１０と再生磁気センサヘッド２０は、記録磁気ヘッド３０の下部コアを兼ねた上部磁気シールド３２と、下部磁気シールド３１との間に形成されており、光照射ヘッド１０は、光源からの光を導く光導波路１５に接続されている。光照射ヘッド１０は、光導波路１５によって導かれてきた光を情報記憶媒体２上に照射するものである。但し、ここでは、光は波として出射されるのではなく、光照射ヘッド１０の近傍に振動電場として存在しており、その振動電場に情報記憶媒体２が十分に接近することにより、その振動電場が、波としての光と同様に作用する。
記録磁気ヘッド３０は、下部コアを兼ねた上部磁気シールド３２と、磁場発生用のコイル３３と、上部コア３４とで構成されており、下部コアと上部コア３４との隙間に磁場が発生する。
情報記憶媒体２の回転に伴って、情報記憶媒体２上の、所望の情報が記録されあるいは再生される場所は、再生磁気センサヘッド２０、光照射ヘッド１０、記録磁気ヘッド３０の順で通過していく。情報記録時には、光照射ヘッド１０による光照射によって情報記憶媒体２上の所望の位置が熱せられ、直後に記録磁気ヘッド３０によって磁場が印加される。これにより、小さな磁界強度での情報記録が可能となる。また、情報再生時には、再生磁気センサヘッド２０によって所望の場所における磁化の方向が検出されて情報が再生される。
次に光照射ヘッド１０の構造の詳細について説明する。
図２は、本発明の光照射ヘッドの第１実施形態を示す斜視図である。
光照射ヘッド１０は、基板１３上に作成されており、上述したように光導波路１５に接続されている。光導波路１５は、例えばＳｉＯ２やＭｇＦ２などといった誘電体材料をコアにして作成されたものである。
この光照射ヘッド１０は、例えばダイヤやＴｉＯ２やＺｎＳなどといったような、正の誘電率を有する誘電体からなる伝搬体１００と、その伝搬体１００を覆う、例えばアルミや銀などといった金属からなる被覆体２００とで構成されている。伝搬体１００は、全体として、所定の対称軸に対して線対称な先細りの２次元形状を有しており、伝搬体１００を構成する誘電体は光の電磁場を伝搬する。
伝搬体１００は、本発明にいう伝搬体の一例に相当し、誘電体は、本発明にいう第１種の材料の一例に相当する。また、被覆体２００は、本発明にいう被覆体の一例に相当し、アルミや銀などといった金属は、本発明にいう第２種の材料の一例に相当する。
この光照射ヘッド１０は、光導波路１５を伝搬されてきた光の電磁場を伝搬体１００で伝達し、先から光を照射する。なお、光照射ヘッド１０のサイズは、１μｍ程度のサイズであるため、伝搬体１００による光の電磁場の伝搬は、光の波としての伝搬ではなく、電磁場の振動の伝搬となるが、波の伝搬に似た伝搬と考えることにより、作用効果を考察することができる。なお、電磁場の振動の伝搬による正確な効果は、コンピュータシミュレーションを駆使することによって確認することができる。
ここで、光照射ヘッドの比較例を提示する。
図３は、光照射ヘッドの比較例を示す図であり、図４は、光照射ヘッドの比較例における光の電磁場の伝搬状態を示すシミュレーション画像である。
この図では、説明の便宜上、被覆体は図示が省略されている。
ここに示す比較例の光照射ヘッドは、光導波路１５に接続された伝搬体１００’を備えており、伝搬体１００’は、直線状の底縁１０１’と、底縁１０１’よりも狭い先縁１０２’と、底縁１０１’側から先縁１０２’側へと向かうに連れて間隔が狭まる一対の反射縁１０３’とを有している。伝搬体１００は光導波路１５に底縁１０１’で接続されで接続されている。
この比較例における伝搬体１００’に光導波路１５から入射した光の電磁場は、伝搬体１００’内を伝搬し、一対の反射縁１０３’で反射されて互いに干渉する。この結果、先縁１０２’のところで、電磁場の強度が強まったスポットを生じる（図４参照）。このようなスポットにおける電磁場の強度分布を表すプロファイルは、一対の反射縁１０３’の傾き（頂角）に依存しており、頂角が小さいほど先縁１０２’でのスポットのプロファイルは小さい。光照射ヘッドにおいて、プロファイルは小さいほど望ましい。
しかし、頂角が小さいほど伝搬体１００’は長く、伝搬距離も長い。このため吸収や波長限界に起因した電磁場の減衰が大きく、伝搬体１００’による電磁場の伝搬効率は小さい。光照射ヘッドにおいて、伝搬効率は大きいほど望ましい。
つまり、プロファイル形状と伝搬効率という２種類の性能評価が相反する傾向を示すので、それらの妥協によって頂角が決定されている。
このような比較例に対する本発明の各種の実施形態について以下説明する。
図５は、本発明の光照射ヘッドの第１実施形態を示す平面図であり、図６は、本発明の光照射ヘッドの第１実施形態における光の電磁場の伝搬状態を示すシミュレーション画像である。
ここでも、被覆体は図示が省略されている。
この第１実施形態は、上述したように伝搬体１００を備えており、伝搬体１００は、対称軸に対して線対称な凸形状の底縁１０１と、底縁１０１よりも狭い先縁１０２と、底縁１０１側から先縁１０２側へと向かうに連れて間隔が狭まる一対の反射縁１０３とを有している。伝搬体１００は光導波路１５に底縁１０１で接続されており、ここでは底縁１０１は２直線で構成されている。また、伝搬体１００は、光導波路１５に、光導波路１５の光軸と対称軸とが平行な状態で接続されている。
このように構成された第１実施形態では、光導波路１５を伝搬されてきた光が底縁１０１に入射する際に屈折されて進行方向が変化し、更に伝搬体１００内を伝搬して一対の反射縁１０３で反射され、互いに干渉して電磁場の強度が強まったスポットを生じる（図６参照）。光の干渉位置とスポットのプロファイル形状は、底縁１０１における屈折の方向と反射縁１０３における反射の方向とに依存しており、底縁１０１の凸形状によってある程度の屈折を生じさせて、干渉時における電磁場の伝搬方向の交差角度を大きな角度とすることにより、伝搬体１００内には、比較例で生じているスポットにおける伝搬効率よりも高い伝搬効率を示すスポットが生じる。そのようなスポットの位置に先縁１０２が形成されることにより、伝搬効率が高い光照射ヘッドが得られる。あるいは、伝搬体１００の長さが十分に抑えられて比較例の伝搬効率と同様な伝搬効率を有し、比較例のプロファイル形状よりも小さいプロファイル形状を有する光照射ヘッドを得ることもできる。
なお、底縁１０１が、対称軸に対して線対称な形状を有することにより、上述したスポットは対称軸上に生じ易く、光照射ヘッドの設計や製造が容易である。
図７は、本発明の光照射ヘッドの第２実施形態を示す図であり、図８は、本発明の光照射ヘッドの第２実施形態における光の電磁場の伝搬状態を示すシミュレーション画像である。
この第２実施形態における伝搬体１１０は、対称軸に対して線対称な凸形状の底縁１１１と、底縁１１１よりも狭い先縁１１２と、底縁１１１側から先縁１１２側へと向かうに連れて間隔が狭まる一対の反射縁１１３とを有している。また、ここでは底縁１１１は４直線で構成されており、伝搬体１００の底縁１１１の長さは光導波路１５の幅よりも長い。
このような構成の光照射ヘッドでは、伝搬体１１０を伝搬して先縁１１２から照射される光の電磁場には、伝搬距離に応じたフィルタリングがかかるため、第２実施形態におけるプロファイル形状（図８参照）は、第１実施形態におけるプロファイル形状よりも小さい。
図９は、本発明の光照射ヘッドの第３実施形態を示す図であり、図１０は、本発明の光照射ヘッドの第３実施形態における光の電磁場の伝搬状態を示すシミュレーション画像である。
この第３実施形態における伝搬体１２０は、対称軸に対して線対称な凸形状の底縁１２１と、底縁１２１よりも狭い先縁１２２と、底縁１２１側から先縁１２２側へと向かうに連れて間隔が狭まる一対の反射縁１２３とを有している。また、底縁１２１は、反射縁１２３の延長線の間隔よりも広く、伝搬体１２０は、底縁１２１の両端と反射縁１２３との間で光の電磁場を伝搬する伝搬補助部１２４も有している。この第３実施形態でも、底縁１２１は２直線で構成されている。
この第３実施形態では、伝搬距離の縮小によって伝搬効率の更なる向上が図られている（図１０参照）。また、伝搬補助部１２４が設けられていることによって、底縁１２１の両端付近から入射した光も一対の反射縁１２３の間に到達するので、光の無駄が回避されている。
この第３実施形態では、第１実施形態における電磁場の干渉パターン（図６参照）と同様な干渉パターンを得ることができ、この結果、第１実施形態におけるスポットのプロファイル形状と同様なプロファイル形状を有するスポットを第３実施形態で得ることができる。
なお、この第３実施形態では伝搬補助部１２４が角張っているが、後述するように、本発明にいう伝搬補助部の形状は丸みがあってもよい。
図１１は、本発明の光照射ヘッドの第４実施形態を示す図であり、図１２は、本発明の光照射ヘッドの第４実施形態における光の電磁場の伝搬状態を示すシミュレーション画像である。
この第４実施形態における伝搬体１３０は、全体として矢尻型の形状をなしており、対称軸に対して線対称な凹形状の底縁１３１と、底縁１３１よりも狭い先縁１３２と、底縁１３１側から先縁１３２側へと向かうに連れて間隔が狭まる一対の反射縁１３３とを有している。また、底縁１３１は２直線で構成されている。
この第４実施形態では、伝搬体１３０が凹形状の底縁１３１を有しているため、電磁場の伝搬距離が短く、伝搬効率が高いスポットが生じる（図１２参照）。また、光照射ヘッドの矢尻型形状は十分に大きくすることができるので製造が容易である。
図１３は、本発明の光照射ヘッドの第５実施形態を示す図であり、図１４は、本発明の光照射ヘッドの第５実施形態における光の電磁場の伝搬状態を示すシミュレーション画像である。
この第５実施形態における伝搬体１４０は、対称軸に対して線対称な凹形状の底縁１４１と、底縁１４１よりも狭い先縁１４２と、底縁１４１側から先縁１４２側へと向かうに連れて間隔が狭まる一対の反射縁１４３とを有しており、底縁１４１は４直線で構成されている。また、底縁１４１の長さは光導波路の幅よりも長い。
この第５実施形態の光照射ヘッドでも、伝搬体１４０を伝搬して先縁１４２から照射される光の電磁場には、伝搬距離に応じたフィルタリングがかかるため、第５実施形態におけるプロファイル形状（図１４参照）は、第４実施形態におけるプロファイル形状よりも小さい。
図１５は、本発明の光照射ヘッドの第６実施形態を示す図であり、図１６は、本発明の光照射ヘッドの第６実施形態における光の電磁場の伝搬状態を示すシミュレーション画像である。
この第６実施形態における伝搬体１５０は、対称軸に対して線対称な凸形状の底縁１５１と、底縁１５１よりも狭い先縁１５２と、底縁１５１側から先縁１５２側へと向かうに連れて間隔が狭まる一対の反射縁１５３とを有しており、底縁１５１は、凸レンズのような曲線で構成されている。この底縁１５１は光を１点に集光するものではないが、先縁１５２から照射される光のプロファイルに寄与する電磁場が増加するため、伝搬効率が非常に高いスポットが得られる（図１６参照）。
図１７は、本発明の光照射ヘッドの第７実施形態を示す図である。
この第７実施形態における伝搬体１６０は、対称軸に対して線対称な凹形状の底縁１６１と、底縁１６１よりも狭い先縁１６２と、底縁１６１側から先縁１６２側へと向かうに連れて間隔が狭まる一対の反射縁１６３とを有しており、底縁１６１は、凹レンズのような曲線で構成されている。
この第７実施形態の場合には、第６実施形態のように電磁場を集める効果はないが、電磁場の干渉時における伝搬方向の交差角度を増大させる効果は、上述した他の実施形態同様に得られる。また、伝搬距離を縮めて伝搬効率を向上させる効果も得られる。
図１８は、本発明の光照射ヘッドの第８実施形態を示す図であり、図１９は、本発明の光照射ヘッドの第８実施形態における光の電磁場の伝搬状態を示すシミュレーション画像である。
この第８実施形態における伝搬体１７０は、対称軸に対して線対称な凸形状の底縁１７１と、底縁１７１よりも狭い先縁１７２と、底縁１７１側から先縁１７２側へと向かうに連れて間隔が狭まる一対の反射縁１７３とを有している。また、底縁１７１は、反射縁１７３の延長線の間隔よりも広く、伝搬体１７０は、底縁１７１の両端と反射縁１７３との間で光の電磁場を伝搬する伝搬補助部１７４も有している。この第８実施形態では、底縁１７１は曲線と直線の組み合わせで構成されている。
この第８実施形態は、上述した第３実施形態における伝搬体１２０の形状をいわば曲線化したものと観念することができ、実際に伝搬体が作成されるときに結果として得られる形状は、第３実施形態の形状で設計されて作成された場合であっても、第８実施形態の形状に近い形状となる。これは、伝搬体全体のサイズが小さいために、製造時に角がなまってしまうことによる。
この第８実施形態でも第３実施形態と同様に、伝搬距離の縮小による伝搬効率向上の効果が得られる（図１９参照）。また、第８実施形態で設けられている伝搬補助部１７４は形状が丸まっているが、この伝搬補助部１７４が設けられていることにより、第３実施形態と同様に光の無駄が回避されている。
図２０は、光照射ヘッドの比較例と第１実施形態それぞれにおける照射スポットのプロファイルを比較したグラフである。
この図の横軸はプロファイルサイズを表しており、縦軸は相対的な電磁場強度を表している。
ここでは、波長が４００ｎｍの光が用いられ、ＭｇＦ２からなる３０ｎｍ厚の伝搬体と、アルミからなる２０ｎｍ厚の被覆体とを有し、更に頂角が共通であるという前提で、図５に示す第１実施形態の形状を有した光照射ヘッドと、図３に示す比較例の形状を有した光照射ヘッドとのそれぞれについて、先縁から２０ｎｍの位置における電磁場の強度分布（プロファイル）が求められ、そのプロファイルが比較されている。
この図２０に示された４本のグラフ曲線Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のうち、点線で表されたグラフ曲線Ｐ１，Ｐ３は、比較例におけるプロファイルを表しており、実線で表されたグラフ曲線Ｐ２，Ｐ４は第１実施形態におけるプロファイルを表している。また、４本のグラフ曲線Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のうち、２本のグラフ曲線Ｐ１，Ｐ２は、伝搬体の層内方向におけるプロファイルを表しており、他の２本のグラフ曲線Ｐ３，Ｐ４は、伝搬体の層厚方向におけるプロファイルを表している。
頂角が共通であるために、伝搬体の層内方向におけるプロファイルは、比較例と第１実施形態とでほぼ同様となっており、若干第１実施形態の方が小さくなっている。これに対し、伝搬体の層厚方向におけるプロファイルは、比較例において生じていた裾野部分（エンベロープ）が第１実施形態では見られず、大幅に改善されている。
図２１は、本発明の光照射ヘッドの第９実施形態を示す図である。
この第９実施形態では、光照射ヘッド１１が多層化されており、ＳｉＯ２からなる第１の伝搬体１８０ａと、ＴｉＯ２からなる第２の伝搬体１８０ｂが備えられており、第１の伝搬体１８０ａを中心とした対称な積層構造となっている。また、これらの伝搬体１８０ａ、１８０ｂと交互に、被覆体の一部をなすアルミ層１９０が備えられている。このアルミ層１９０は、本発明にいう金属層の一例に相当する。更に、第１の伝搬体１８０ａとアルミ層１９０との間、および第２の伝搬体１８０ｂとアルミ層１９０との間にクロム層１９１も設けられている。このクロム層１９１は、本発明にいう中間層の一例に相当し、このクロム層１９１が設けられていることにより、アルミ層１９０の酸化防止や、光照射ヘッドの強度向上や、光照射ヘッドの摩耗や破損の防止が図られている。
なお、本発明にいう中間層として、ここではクロム層１９１が例示されているが、本発明にいう中間層は、例えば、アルミ層１９０の表面をあえて酸化させて得られたアルミナの層であってもよい。
また、本発明の光照射ヘッドでは、上述したアルミ層１９０に替えて、アルミに例えばマンガンなどがドーピングされた合金の層が設けられてもよい。このような合金の層は、上述したアルミ層１９０よりも耐腐食性に優れている。
更に、本発明の光照射ヘッドでは、上述したＳｉＯ２やＴｉＯ２からなる伝搬体に替えて、異なる誘電体材料が混合されて屈折率が調整された伝搬体が用いられてもよい。
さらにまた、上記説明した各実施形態では、誘電体のコアを有する光導波路が例示されているが、本発明にいう光導波路は、コアが空気や真空の光導波路であってもよい。
なお、上記説明した各実施形態では、本発明による光照射ヘッドへの光の入射角は、積層面に平行に入射する例を示したが、本発明は平行に限定されるものではなく、金属表面を伝搬する光の電磁場の効率を上げるために、積層面に対して斜めに入射させてもよいことは言うまでもない。
また、誘電体操に挟まれた金属層は、被覆体の金属とは異なっていてもよい。
【図１】
2004088650.tif 000003
【図２】
2004088650.tif 000004
【図３】
2004088650.tif 000005
【図４】
2004088650.tif 000006
【図５】
2004088650.tif 000007
【図６】
2004088650.tif 000008
【図７】
2004088650.tif 000009
【図８】
2004088650.tif 000010
【図９】
2004088650.tif 000011
【図１０】
2004088650.tif 000012
【図１１】
2004088650.tif 000013
【図１２】
2004088650.tif 000014
【図１３】
2004088650.tif 000015
【図１４】
2004088650.tif 000016
【図１５】
2004088650.tif 000017
【図１６】
2004088650.tif 000018
【図１７】
2004088650.tif 000019
【図１８】
2004088650.tif 000020
【図１９】
2004088650.tif 000021
【図２０】
2004088650.tif 000022
【図２１】
2004088650.tif 000023
【国際調査報告】
2004088650.tif 000024
2004088650.tif 000025
2004088650.tif 000026
2004088650.tif 000027