(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的に再生する情報を記録する試料に対し、光ビームを集光レンズにより集光して入射する照射手段と、
光ビームにおける試料に至る光路上に、光ビームの照射により電磁場を発生し、かつ、上記試料に近接して配置されたプラズモン部と、
光ビームが照射された試料からの光から情報を、上記電磁場の発生を利用して再生する再生手段と、
上記集光レンズからの光ビームを、その波長を空気中を伝搬するときより小さくして近接場効果により上記プラズモン部および試料に対し入射するための半球状レンズとを備え、
上記試料からの光のうちプラズモン励起に寄与した光成分を検出する第一の検出手段をさらに備えたことを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記第一の検出手段の出力信号に基づいて、プラズモン励起を制御するために、前記光ビームの光量、前記半球状レンズとプラズモン励起材料との間隔、あるいは前記光ビームと前記半球状レンズとの相対位置の、少なくとも何れか一つを制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の光学装置。
【請求項３】
前記再生手段は、試料の情報を再生するために、前記光ビームのうち、プラズモン励起に寄与した光以外の、試料からの光成分を検出する第二の検出手段を有していることを特徴とする請求項１または２記載の光学装置。
【請求項４】
前記第二の検出手段は、試料からの透過ビームあるいは反射ビームの中心部の光を検出する位置に配置されている一方、前記第一の検出手段は、試料からの上記中心部に対する外周部の光を検出する位置に配置されていることを特徴とする請求項３記載の光学装置。
【請求項５】
記録情報に基づく記録信号を前記照射手段に出力することにより、前記試料に対し、情報の記録を光学的に行うための記録手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし４の何れか一つに記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光の回折限界よりも高い分解能で記録媒体や試料の光学情報の状態検出、光学情報の記録あるいは再生を行う光学装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光ディスクの記録速度の向上に伴って、記録媒体の高感度化の研究が盛んである。例えば特開平４−６２０９０号公報には、いわゆるプラズモンを利用した記録層の高感度化の方法が開示されている。
【０００３】
プラズモンとは、金属あるい半導体における自由電子の振動量子であり、例えば、光の照射によってプラズモンを励起することが可能である。このプラズモンは、励起されたときに、周囲に強い電磁場を発生させるため、このエネルギーを利用した各種の応用が期待されている。
【０００４】
上記の従来例では、変性または溶融する記録材料と金属とからなる微小球を記録層に分散させ、微小球の金属部分にプラズモンをレーザ光の照射により励起して、発生した強い電磁場によって熱を発生させ、記録材料に記録を行うことにより、記録感度つまり記録効率を向上させていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来例では、記録時にプラズモンを利用して効率を向上させたものの、読み出し時にプラズモンを利用する方法は何ら開示も示唆もされておらず、よって、記録感度が向上するだけで、記録マークのサイズを小さくして高密度の記録再生を行う方法は開示も示唆もされていなかった。
【０００６】
したがって、上記従来例では、記録密度が上がるつれて、記録領域が小さくなるため、記録領域にレーザ光を照射して、上記記録領域からの読み出し信号の出力が減少するという問題点を生じている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、プラズモンを利用して高感度の光学的な再生を安定に行うことを目的とするものである。
【０００８】
上記問題点を解決するために、本発明に係る光学装置は、光学的に再生する情報を記録する試料に対し、光ビームを集光レンズにより集光して入射する照射手段と、光ビームにおける試料に至る光路上に、光ビームの照射により電磁場を発生し、かつ、上記試料に近接して配置されたプラズモン部と、光ビームが照射された試料からの光から情報を、上記電磁場の発生を利用して再生する再生手段と、上記集光レンズからの光ビームを、その波長を空気中を伝搬するときより小さくして近接場効果により上記プラズモン部および試料に対し入射するための半球状レンズとを備えたことを特徴としている。
【０００９】
上記構成によれば、照射手段による光ビームを試料に集光レンズにより集光して照射することにより、上記光ビームに基づく、試料からの反射光または透過光から、上記試料に光学的に記録された情報、例えば試料の画像や、試料に記録された記録情報を、再生手段により再生できる。
【００１０】
このとき、上記構成では、半球状レンズを集光レンズから試料に至る光路上に設けたことにより、集光レンズによって試料上に集光されたビームスポット径より、小さなビームスポット径に半球状レンズによって設定できるので、試料における、より小さな領域となる記録領域の情報を、より確実に再生でき、試料における、画像の解像度の向上や、記録密度の向上に対応できる。
【００１１】
その上、上記構成においては、光ビームのビームスポットが照射されて、再生される試料部分に対応する、プラズモン部にも上記ビームスポットが照射されるので、その照射部分のプラズモン部を光ビームによってプラズモン励起することが可能となり、そのプラズモン励起による強力な電磁場を上記プラズモン部に発生させて、試料の対応する領域に上記電磁場による、例えば近接場光や熱を印加することができる。
【００１２】
このことから、上記構成では、例えば、試料における各記録領域の、垂直磁化の各方向によって情報を記録し、上記情報をカー回転角の変化により再生する記録光磁気記録媒体を用いた場合、上記カー回転角の変化を大きく設定するために、光磁気記録媒体における読み出し層のキュリー温度を高く設定しても、プラズモン部からの強力な電磁場、例えば強力な電磁場による電流の発生による発熱を内側からの迅速に発生させることができ、光ビームの照射による発熱だけではなく、プラズモン部からの発熱も利用し、上記読み出し層を効率よく、かつ迅速に加熱できて、試料から情報を、プラズモン部に発生した電磁場を利用して、従来より増幅して再生することができる。
【００１３】
さらに、上記光学装置では、上記試料からの光のうちプラズモン励起に寄与した光成分を検出する第一の検出手段を備えていてもよい。
【００１４】
上記構成によれば、上記試料からの光のうちプラズモン励起に寄与した角度の光成分を検出する第一の検出手段を備えているので、第一の検出手段による光成分の、例えば光量の減少量を検出することで、プラズモン部におけるプラズモン励起の状態を容易に検出できて、プラズモン励起を第一の検出手段によって制御することが可能となる。
【００１５】
これにより、上記構成では、第一の検出手段によりプラズモン励起を最適化できることから、プラズモン励起による電磁場を利用した、試料からの光学的な情報の再生を、第一の検出手段によって、さらに安定化できる。
【００１６】
上記光学装置は、さらに、前記第一の検出手段の出力信号に基づいて、前記光ビームの光量、前記半球状レンズとプラズモン部との間隔、および前記光ビームと前記半球状レンズとの相対位置の、何れか少なくとも一つを制御する制御手段を備えていることが好ましい。
【００１７】
上記構成によれば、制御手段を設けたことによって、常に、プラズモン部の励起状態を最適に制御できて、安定した光学的な情報の再生および／あるいは記録を行うことができる。
【００１８】
上記光学装置においては、さらに、前記再生手段は、試料の情報を再生するために、前記光ビームのうち、プラズモン励起に寄与した光以外の、試料からの光成分を検出する第二の検出手段を有していることが望ましい。
【００１９】
上記構成によれば、プラズモン励起に関与した光成分の光量が減少しても、上記光成分以外の光成分を検出する第二の検出手段を設けたことによって、光学的な情報を試料から安定して再生することができると共に、上記第二の検出手段からの検出信号に基づいて、集光レンズや半球状レンズの位置を、試料の情報記録位置に最適に制御するサーボ制御が可能となる。
【００２０】
上記光学装置は、さらに、前記第二の検出手段は透過ビームあるいは反射ビームの中心部の光を検出する位置に配置されている一方、前記第一の検出手段は、上記中心部に対する外周部の光を検出する位置に配置されていてもよい。
【００２１】
上記構成によれば、光ビームの照射に基づく、試料からの反射光または透過光について、プラズモン励起に関与した光成分と、関与していない光成分とを、分離して、それぞれ検出信号（電気信号）に変換し、プラズモン励起の制御と、光学的な情報の再生とを互いに独立し、かつ、同期させて行うことできるので、上記制御と再生とを、より安定に行うことが可能となる。
【００２２】
上記光学装置は、さらに、記録情報に基づく記録信号を前記照射手段に出力することにより、前記試料に対し、情報の記録を光学的に行うための記録手段を備えていてもよい。上記構成によれば、記録手段を設けたことによって、照射手段からの光ビームの照射によるプラズモン部のプラズモン励起による電磁場を利用して、試料に対する高感度な記録が可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の光学装置としての光ディスク装置に係る実施の形態について図１ないし図８に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００２４】
上記光ディスク装置では、図１および図２に示すように、図示しないレーザ光源からのレーザビーム（光ビーム）１１を、光学的に情報を記録する光ディスク（試料）１４に対し、集光レンズ１２および半球状レンズ１３を介して入射するための光照射部１０と、上記レーザビーム１１に基づく上記光ディスク１４からの光によって情報を再生する再生回路１９とが設けられている。したがって、上記集光レンズ１２および半球状レンズ１３は、それら両者で対物レンズ手段を構成している。
【００２５】
上記光ディスク１４には、半球状レンズ１３に対面した表面に記録層１４ａが、プラズモン部としてのプラズモン励起材料を含んで設けられている。これにより、上記プラズモン励起材料は、半球状レンズ１３と光ディスク１４との間のレーザビーム１１の光路上に、上記光ディスク１４に近接して配置されていることになる。
【００２６】
光ディスク１４は、基板１４ｂ上に記録層１４ａを成膜したものである。記録層１４ａは、光学的に情報を記録できる光記録部と、特定の波長や光強度のレーザ光により容易に励起されるプラズモン励起材料とを含むものである。
【００２７】
上記光記録部としては、レーザやプラズモン励起による加熱により変性または溶融する有機色素、ポリマー、および光磁気記録媒体などを用いたものが挙げられる。光磁気記録媒体は、各記録領域に、垂直磁化の各方向により情報を記録できると共に、レーザ光のようなコヒーレント光が照射されたときに垂直磁化の各方向の変化によるカー回転角の変化により情報を再生できるものである。
【００２８】
上記有機色素や、ポリマーとしては、具体的には、シアニン色素、メロシアニン色素、フタロシアニン色素、ナフタロシアニン色素、およびそれらの金属錯体、スクアリリウム色素、ジチオール、ジアゾール、メルカプトナフトール等の金属錯体、縮合芳香族キノン色素、トリフェニルメタン系色素、アミニウム、ジインモニウム系色素、アゾ分散染料、インドアニリン系金属錯体色素や、顔料などが有色色素として、また、メタクリル樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂などを上記ポリマーとして挙げることができる。上記光磁気記録媒体としては、ＧｄＴｂＦｅやＴｂＦｅＣｏ、ＤｙＦｅＣｏ、ＴｂＤｙＦｅＣｏ等の希土類遷移金属薄膜などが挙げられる。
【００２９】
本願発明では、レーザビーム１１による加熱に加えて、レーザビーム１１によるプラズモン励起による、局所的な加熱により、記録層１４ａにおける、レーザビーム１１の照射部位を効率よく加熱できるので、記録層１４ａとして、例えば、室温にて面内磁化を有し、温度上昇に伴い垂直磁化に変化する読出用磁性層を、垂直磁化により情報を記録する記録用磁性層上に設けて用いることにより、上記読出用磁性層からの情報の読み出しを改善できる。
【００３０】
これは、本願発明では、記録層１４ａにおける読み出し部位の加熱温度を大きく設定できるので、上記読出用磁性層のキュリー温度や垂直磁化に変化する温度を高く設定できるので、カー回転角の変化を大きくでき、上記読出用磁性からの再生出力を増大化できて、記録層１４ａからの情報の読み出しを安定化および確実化できる。
【００３１】
上記プラズモン励起材料としては、レーザ光の照射によってプラズモン共鳴（プラズマ共鳴）してプラズモン振動を発生するものであれば、特に限定されないが、例えば自由電子を有する金属、合金、半導体、あるいは有機化合物が挙げられる。その素材としては、具体的には、金、銀、アルミニウム、銅などが挙げられる。
【００３２】
また、上記光磁気記録媒体としての各材料は、合金であり、導電性が高いため、プラズモンを励起する自由電子を備えている。したがって、光記録部とプラズモン励起材料とを兼用することができる。一方、有機色素、ポリマーの中には、絶縁体もあり、その場合には、光記録部の上層つまり上記光記録部と半球状レンズ１３との間にプラズモン励起材料を成膜すればよい（図示せず）。
【００３３】
上記プラズモン励起材料は、表面プラズマモン励起効果を、よりいっそう増大化し、また、光記録部と表面プラズモン励起効果との相互作用を強化させ、かつ、吸収されたレーザエネルギーを有効に、光記録部に伝達させるために、その表面積を大きく設定することが好ましいことから、多結晶材料などを用いる場合は、粒径３００nm以下、さらに好ましくは粒径１００nm以下の微粒子形状が好ましい。
【００３４】
前記半球状レンズ１３は、ＳＩＬ（Solid Immersion Lens）と呼ばれている凸レンズであり、半球状レンズ１３の屈折率が空気（屈折率が１）より大きいことを用いて、凸レンズである集光レンズ１２により記録層１４ａ上に集光される光の波長を小さく設定して、記録層１４ａ上に集光された光の解像度を向上させるものである。なお、半球状レンズ１３としては、半球状の他に、超半球状のものも含まれるが、説明の便宜上、本実施の形態では半球状のものについてのみ説明する。
【００３５】
上記集光レンズ１２および半球状レンズ１３は、上記両者の中心軸が、集光レンズ１２に入射する平行光束Ｐ1 の光軸とそれぞれ一致するように配置されている。また、集光レンズ１２および半球状レンズ１３は、集光レンズ１２に入射する平行光束Ｐ1 の進行方向に沿って設けられている。
【００３６】
半球状レンズ１３は、光の入射面が半球面であり、光の出射面が平坦面（半球状レンズ１３の中心軸に対し直交する）のものである。上記半球面は、集光レンズ１２により集光された光の焦点を中心とする球の面の一部となるように設定されている。本実施の形態では、集光レンズ１２の開口数をＮＡ、半球状レンズ１３の屈折率をＮ1 （＞１）とする。
【００３７】
このような光ディスク装置において、集光レンズ１２に入射した平行光束Ｐ１の光（波長＝λ）は、上記集光レンズ１２により集光される。その集光された光は、半球状レンズ１３の半球面に対し垂直に入射する。この入射光は、半球状レンズ１３内で開口数ＮＡで波長がλ／Ｎ1 の光束となり、そして、半球状レンズ１３の平坦面から出射し、一旦大気中に出た後、記録層１４ａに入射する。
【００３８】
ここにおいて、半球状レンズ１３の出射光は、記録層１４ａ上に集光されたビームスポット径を小さくするために開口数が大きくなると、半球状レンズ１３の平坦面や記録層１４ａへの入射角が大きくなるため、記録層１４ａの表面上や、半球状レンズ１３の平坦面において反射が生じてしまい、光量ロスが生じる。
【００３９】
そこで、本発明では、半球状レンズ１３の平坦面を記録層１４ａに近接させる、ギャップ１５の間隔（用いたレーザ光の波長λ以下、より好ましくはλ／４以下の距離、例えば数十nm以下）にて、半球状レンズ１３を記録層１４ａに対して配置している。このようなギャップ１５は、例えば、半球状レンズ１３に対し光ディスク１４を回転させて上記半球状レンズ１３を記録層１４ａに対し空気浮上させることにより形成することができる。
【００４０】
このように配置することにより、半球状レンズ１３の平坦面での全反射表面から、近接場光としてのエバネッセント（evanescent）光が、近接している記録層１４ａに伝わるようになる。すなわち、上記半球状レンズ１３の平坦面から出射する光束は、近接場（near field）効果により記録層１４ａと結合し、半球状レンズ１３内での進行方向と概ね同一方向に進行する。このため、半球状レンズ１３から大気中に出射するときに大きな反射を生じさせずに、集光された光束を記録層１４ａに導くことができる。
【００４１】
このとき、記録層１４ａに導かれる光束は、半球状レンズ１３内で伝搬する光と同様の性質のものとなる。このため、記録層１４ａに伝搬する光は、開口数ＮＡ、波長λ／Ｎ1 の光束となる。よって、記録層１４ａの表面には、波長がλ／Ｎ1 で開口数ＮＡの光束が入射することとなる。
【００４２】
このため、記録層１４ａに対し、集光レンズ１２によりレーザビーム１１を集光する、通常の場合と比べて、記録層１４ａ上に集光されるレーザビーム１１のビームスポット径を、１／Ｎ1 に小さく設定できるので、記録層１４ａに対し、光学的に記録できる情報の密度を、上記半球状レンズ１３によって、さらに高めることができる。
【００４３】
また、上記光学ディスク装置では、半球状レンズ１３を設けたことにより、反射を抑制して充分な光量を記録層１４ａに対して照射できるので、上記記録層１４ａから情報を、さらに、高密度にて記録および／または再生することが可能となる。
【００４４】
なお、ギャップ１５の代わりに、光学的に同じ厚みを持つ保護層（図示せず）を記録層１４ａの上方か、あるいは半球状レンズ１３の底面か、あるいは両方に設け（この場合は厚みの和をギャップ１５と同じに設定する。）、半球状レンズ１３と光ディスク１４とを保護層を介して互いに接触させてもよい。このとき、保護層の屈折率は、前述の半球状レンズ１３の屈折率をＮ1 と同一に設定することが好ましい。
【００４５】
レーザビーム１１のうち、外側の環状となる光成分１１ｂは、後述するように、プラズモン共鳴を励起しない場合、記録層１４ａによって全反射する一方、上記光成分１１ｂの内側の、円形状の光成分１１ａは、記録層１４ａの光学特性によって透過、吸収、反射が起こる。
【００４６】
また、上記の外側の光成分１１ｂは、記録層１４ａにてプラズモン共鳴を励起する波長や入射角を有するように設定できるので、半球状レンズ１３への外側の光成分１１ｂの入射角を、例えば、集光レンズ１２と半球状レンズ１３との距離を調整することにより、プラズモン共鳴を励起する光強度となるように設定できてプラズモン共鳴を適切に、かつ確実に励起して、より強い近接場光を発生させることができる。
【００４７】
この入射角は、例えば集光レンズ１２と半球状レンズ１３との距離に依存して変化する。図３に示すように、この距離がプラズモンを励起する距離ｘ１となったとき、レーザビームの外側の光成分１１ｂは記録層１４ａにて、上記プラズモンの励起によって吸収され、プラズモン共鳴が生じる。この距離は集光レンズ１２の、光軸方向への駆動装置によって容易に調節することができる。
【００４８】
また、図４に示すように記録層１４ａと半球状レンズ１３との間のギャップ１５の間隔がｘ２となるか、あるいは図５に示すようにレーザの出射光量がＰｏとなるように調整することによって、記録層１４ａにおけるプラズモン励起を、最も適切に発生させることもできる。
【００４９】
このようにプラズモン励起には、斜めから光が入射することが好ましく、さらに、半球状レンズ１３内の入射光の波長と、プラズモン励起のための波数とが互いに一致する必要がある。このことから、上記プラズモン励起は、半球状レンズ１３から光の入射角度にも、上記光の波長にも依存することから、上記のように入射角度や、上記光の波長の各設定により、的確に制御されるものである。
【００５０】
図１に示すように、記録層１４ａにおいて励起したプラズモン励起部１４ｃは、通常の近接場光の数十倍〜数百倍の電磁場強度を有しており、前述したように、記録層１４ａの光学情報を増幅したり、あるいは記録のための電磁場として使用できる。また、半球状レンズ１３により、その励起領域を、極めて小さく設定できる。
【００５１】
したがって、プラズモン励起による強い電磁波の発生によって、強い近接場光を発生させて、その強い近接場光を、通常の伝搬光と同様に、直接、記録層１４ａにおける記録再生に関与させたり、上記近接場光が記録層１４ａに相互作用して伝搬光や熱に変換された後に、上記記録再生に関与させたりして、記録層１４ａにおいて高感度（高Ｓ／Ｎ比）および高密度で光学情報を再生したり、記録したりすることが、上記の強い近接場光を用いて可能となる。
【００５２】
なお、上記では、プラズモンを励起するプラズモン励起層を記録層１４ａ上に別途成膜して、電磁場増強の機能と、記録や再生のための機能をそれぞれ分離してもよい。
【００５３】
さて、記録層１４ａにおいてプラズモン励起材料が励起されると、外側の光成分１１ｂは記録層１４ａのプラズモン励起材料によって吸収されるため、その部分からの反射光は減少する。そこで、常に反射光または透過光の内側の光成分１１ａによって光学情報を記録層１４ａから再生する方が実用的である。また、レーザビーム１１のトラッキングサーボ等の位置決めも内側の光成分１１ａの反射光あるいは透過光に基づいて行う方がよい。
【００５４】
図６は上記の外側の光成分１１ｂと内側の光成分１１ａとを検出するための検出器を示す図である。検出器は、円形状の中心検出部（第二の検出手段）３０ａと、その中心検出部３０ａの外周を覆うように円環状の外周検出部（第一の検出手段）３０ｂとの各フォトディテクタをそれぞれ有している。
【００５５】
上記中心検出部３０ａは、さらに十文字に区切られた４分割ディテクタとすれば、非点収差法によるフォーカスサーボ、プッシュプル法によるトラックサーボを行うことができる。
【００５６】
外周検出部３０ｂは、光ディスク１４からの透過光あるいは反射光の内、上記レーザビーム１１による上記プラズモン部のプラズモン励起に寄与した入射角の光成分を検出するためのものである。
【００５７】
中心検出部３０ａでは反射光の内側の光成分１１ａを受光して電気信号３１に変換し、外周検出部３０ｂでは反射光の外側の光成分１１ｂを受光して電気信号３２に変換する。これにより、レーザビーム１１における、プラズモンの励起に寄与した、外側の光成分１１ｂと、それ以外の内側の光成分１１ａとを、互いに分離、独立して、電気信号３２、３１にそれぞれ変換できる。
【００５８】
なお、各フォトディテクタである中心検出部３０ａおよび外周検出部３０ｂの形状は上記の円形状や円環状に限らず、直線上に配置した３つのディテクタとし、真ん中のディテクタを内側の光成分１１ａを検出するために使用し、両側の２つのディテクタを外側の光成分１１ｂを検出する構造にしてもよい。
【００５９】
図２は上記光ディスク１４に情報を記録再生する装置のブロック図を示したものである。記録回路１８から出された記録信号がレーザ駆動回路１７に送られ、光学ピックアップ１６内の半導体レーザ等のレーザ光源から出射された、上記記録信号により変調されたレーザビーム１１が半球状レンズ１３を介して光ディスク１４に照射されて、情報が記録される。
【００６０】
再生時は、記録時より弱い光量の再生用のレーザビーム１１を光ディスク１４に照射する。光ディスク１４からの反射光は光ピックアップ１６内のフォトディテクタである中心検出部３０ａおよび外周検出部３０ｂにて電気信号３１、３２に変換される。反射光のうち、内側の光成分１１ａからの電気信号３１は再生回路１９に送られ情報を再生するために用いられる。
【００６１】
外側の光成分１１ｂからの電気信号３２は信号処理回路２４に送られる。信号処理回路２４では、図３ないし図５に示したように反射光量が最低となるように、あるいは反射光量が、予め設定された閾値よりも下回るように、サーボ回路２０、レーザ駆動回路１７、および回転制御回路２５が、制御信号３３によりフィードバック制御される。
【００６２】
サーボ回路２０は光学ピックアップ１６内の集光レンズ１２を駆動するものである。レーザ駆動回路１７は光ピックアップ１６内の半導体レーザの出射光量を調節するものである。また回転制御回路２５は、半球状レンズ１３と光ディスク１４との間隔つまり空気浮上の浮上量が適切となるように光ディスク１４の回転数を制御するものである。
【００６３】
また、上述の図１に記載の光ディスク１４に代えて、図７に示すように、光透過性を有する基板２２ｂを挟んで半球状レンズ２１と、前述のプラズモン励起材料を含む記録層２２ａとを配置した光ディスク２２を用いてもよい。この場合は、半球状レンズ２１と基板２２ｂの厚みの和が、前述の半球状の半球状レンズ１３の光学的な厚さ（つまり半球状レンズ１３の平坦面と半球面の頂点との距離）と等価となるように設定されていることが望ましい。
【００６４】
このような構成では、光ディスク２２上を半球状レンズ２１が基板２２ｂ上を滑走するので、万一、滑走が失敗つまり滑走により基板２２ｂをクラッシュしても記録層２２ａを傷つけないため、記録層２２ａにおいて、それに含まれるプラズモン励起材料をプラズモン励起部２２ｃとして半永久的に安定して励起することができる。
【００６５】
また、図１に示す構成に代えて、図８に示すように半球状レンズ１３の底面に、前述のプラズモン励起材料を含むプラズモン励起層２３を成膜してもよい。このプラズモン励起層２３は、ギャップ１５を隔てて光ディスク１４に対面するようになっている。ギャップ１５は、用いたレーザ光の波長λ以下、より好ましくはλ／４以下となる数十nm以下となるように、例えば、上記半球状レンズ１３が光ディスク１４に対し空気浮上されている。これにより、プラズモン励起層２３のプラズモン励起部１４ｃに、レーザビーム１１の集光によって発生した近接場１４ｄはギャップ１５を介して、記録層１４ａに達し、前述と同様の効果を奏する。
【００６６】
なお、ギャップ１５の代わりに、光学的に同じ厚みを有する保護層（図示せず）を記録層１４ａの上方か、あるいはプラズモン励起層２３の下方か、あるいは両方に設け（この場合は厚みの和をギャップ１５と同じに設定する）、半球状レンズ１３と光ディスク１４を接触、つまり半球状レンズ１３を保護層上を滑走するように設定してもよい。
【００６７】
レーザビーム１１のうち外側の光成分１１ｂはプラズモン励起層２３を励起しし、内側の光成分１１ａはプラズモン励起層２３を透過して記録層１４ａの光学特性によって透過、吸収、反射が起こる。なお、この場合は、記録層１４ａを、プラズモン励起を考慮せずに自由に選ぶことができるため、プラズモンを励起できない他の材料を選ぶことも可能である。
【００６８】
また、記録層１４ａを、その他の観察試料に置き換えて、フォトディテクタに、例えばＣＣＤを用いることにより、高感度、高解像度の光学顕微鏡も光学装置として実現できる。
【００６９】
ところで、従来、近接場の発生については、プラズモンを用いることに限定されず、通常、回折限界よりも小さい（数十nm）屈折率の相異なる領域（開口）があれば、その周囲に近接場が発生する。このときの電場（電磁場でもよい）は非常に小さく、近接場光学顕微鏡は、これを利用しているため、Ｓ／Ｎ比が低く、明確な像が得難いという欠点があった。
【００７０】
一方、本願発明では、プラズモンを利用したため、上記の通常の近接場に比べて、数十〜数百倍の強度の近接場が発生させることができて、その強い近接場による光を用いて、Ｓ／Ｎ比を高くできて、より明確な像を得ることができる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明の光学装置は、以上のように、光学的に再生する情報を記録する試料に対し、光ビームを集光レンズにより集光して入射する照射手段と、光ビームにおける試料に至る光路上に、光ビームの照射により電磁場を発生し、かつ、上記試料に近接して配置されたプラズモン部と、光ビームが照射された試料からの光から情報を、上記電磁場の発生を利用して再生する再生手段と、上記集光レンズからの光ビームを、その波長を空気中を伝搬するときより小さくして近接場効果により上記プラズモン部および試料に対し入射するための半球状レンズとを備えた構成である。
【００７２】
それゆえ、上記構成は、プラズモン部と半球状レンズとを、集光レンズから試料に至る光ビームの光路上に設けたことにより、半球状レンズによりビームスポット径を、より小さく設定できることと、プラズモン部のプラズモン励起による強力な電磁場の発生とによって、試料における記録密度の向上に対応できると共に、試料からの情報再生を、より確実化、安定化できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学装置の模式図である。
【図２】上記光学装置における、情報の記録再生を行うためのブロック図である。
【図３】上記光学装置において、プラズモン部を励起するための集光レンズと半球状レンズとの距離の関係を説明するグラフである。
【図４】上記光学装置において、プラズモン部を励起するための記録層と半球状レンズとの距離の関係を説明するグラフである。
【図５】上記光学装置において、プラズモン部を励起するためのレーザビームの出射光量の関係を説明するグラフである。
【図６】上記光学装置における反射光の外側の光成分と内側の光成分をそれぞれ検出する検出器の概略平面図である。
【図７】上記光学装置の他の変形例を示す模式図である。
【図８】上記光学装置のさらに他の変形例を示す模式図である。
【符号の説明】
１１    光ビーム
１２    集光レンズ
１３    半球状レンズ
１４    光ディスク（試料）
１４ａ  記録層（試料）
１４ｂ  基板
３０ａ  フォトディテクタ（第二の検出手段）
３０ｂ  フォトディテクタ（第一の検出手段）
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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