(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性を有する高屈折率の媒質により主として形成されるソリッドイマージョンミラーであって、
放物線の対称軸に平行であって前記放物線の頂点から離れた位置にて前記放物線と交わる回転軸を中心に、前記放物線のうち前記回転軸に対して前記頂点とは反対側の部分を回転させて得られる曲面の一部である第１反射面と、
前記放物線を含む平面内において前記放物線と前記回転軸との交点と、前記放物線の焦点とを結ぶ線分に垂直な直線のうち前記回転軸に対して前記頂点とは反対側の部分を回転させて得られる円錐面の一部である第２反射面と、
を備え、
前記回転軸に沿って前記第２反射面側からコリメートされた光を前記媒質に入射させた際に、前記光が前記媒質内を伝播しつつ前記第１反射面および前記第２反射面により順次反射され、前記媒質の境界上の集光点に集光することを特徴とするソリッドイマージョンミラー。
【請求項２】
請求項１に記載のソリッドイマージョンミラーであって、
前記光が入射する前記媒質上の面が前記光の入射方向に垂直な平面であることを特徴とするソリッドイマージョンミラー。
【請求項３】
透光性を有する高屈折率の媒質により主として形成されるソリッドイマージョンミラーであって、
前記媒質の下部に設けられた第１反射面と、
前記媒質の上部に設けられた第２反射面と、
を備え、
前記上部から前記下部に向かう所定の方向に沿って光を前記媒質に入射させた際に、前記光の少なくとも一部が、前記第２反射面を透過した後、前記媒質内を伝播しつつ前記第１反射面および前記第２反射面により順次反射され、前記媒質の境界上の集光点に集光し、
前記第２反射面が前記媒質内に位置することを特徴とするソリッドイマージョンミラー。
【請求項４】
透光性を有する高屈折率の媒質により主として形成されるソリッドイマージョンミラーであって、
前記媒質の下部に設けられた第１反射面と、
前記媒質の上部に設けられた第２反射面と、
を備え、
前記上部から前記下部に向かう所定の方向に沿って光を前記媒質に入射させた際に、前記光の少なくとも一部が、前記第２反射面を透過した後、前記媒質内を伝播しつつ前記第１反射面および前記第２反射面により順次反射され、前記媒質の境界上の集光点に集光し、
前記第１反射面と前記第２反射面との間に透過する光の偏光状態を変更する部材をさらに備え、
前記第２反射面が、所定の偏光方向に偏光された光を透過するとともに、前記所定の偏光方向に垂直な方向に偏光された光を反射する面であり、
前記偏光状態を変更する部材により、前記第１反射面から前記第２反射面に入射する光が前記所定の偏光方向に垂直な方向に偏光された光とされることを特徴とするソリッドイマージョンミラー。
【請求項５】
請求項３または４に記載のソリッドイマージョンミラーであって、
前記第１反射面が、前記所定の方向に垂直な平面であり、
前記第２反射面が、前記所定の方向を向く対称軸を有する放物線を前記対称軸を中心に回転させて得られる曲面の一部であることを特徴とするソリッドイマージョンミラー。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載のソリッドイマージョンミラーであって、
前記集光点近傍において前記媒質の表面にマスクが施されており、前記集光点において前記マスクに微小開口が形成されていることを特徴とするソリッドイマージョンミラー。
【請求項７】
請求項６に記載のソリッドイマージョンミラーであって、
前記微小開口の直径が、前記光の波長以下であることを特徴とするソリッドイマージョンミラー。
【請求項８】
記録媒体の記録内容を読み取る再生装置であって、
光源と、
請求項１ないし７のいずれかに記載のソリッドイマージョンミラーと、
前記光源からの光を前記ソリッドイマージョンミラーへと導く光学系と、
前記ソリッドイマージョンミラーの前記集光点を前記記録媒体の記録面に対向させつつ前記ソリッドイマージョンミラーを前記記録面に沿って走査させる走査機構と、
前記記録面からの光を検出する検出器と、
を備えることを特徴とする再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光を用いて試料の観察を行う顕微鏡や光を用いて情報の記録、再生または消去を行う記録再生装置等に利用されるソリッドイマージョンミラーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ソリッドイマージョンレンズ(solid immersion lens)（以下、「ＳＩＬ」と略す。）を用いた光学顕微鏡が知られている。ＳＩＬは高屈折媒質により形成され、ＳＩＬに光を入射させるとＳＩＬ表面の所定の集光点へと光が集光する。また、ＳＩＬを用いることによりその媒質の屈折率分だけ開口数を大きくすることができる。したがって、ＳＩＬの集光点の近接場領域にまで観察対象を近接させることにより、集光したスポット径をより小さくすることが可能となる。
【０００３】
ＳＩＬのこのような特性を利用して光の微小スポットを形成し、光を用いた記録再生を実現することも提案されている。すなわち、ＳＩＬの集光点と記録媒体とを非常に近接させることにより、集光点近傍の近接場光（エバネッセント光のみならず、集光点の近接場領域に存在する光を含む。）を利用して、記録媒体の微小領域に対する記録や再生を行う技術が提案されている。
【０００４】
一方、高屈折媒質内にて光を反射させることにより、ＳＩＬと同様の機能を実現させるソリッドイマージョンミラー(solid immersion mirror)（以下、「ＳＩＭ」と略す。）も提案されている。ＳＩＭは光の反射を利用するため、光を集光させる際に波長による集光状態のずれ（すなわち、色収差）が発生しないという長所を有する。
【０００５】
ＳＩＭの従来例としては、例えば、特開平１１−３０５１３２号公報や特開平１１−２３８２３８号公報に記載されたものがある。特開平１１−３０５１３２号公報に記載されたＳＩＭでは、光源をＳＩＭに直接取り付け、光源からの発散光を集光させる。また、特開平１１−２３８２３８号公報に記載されたＳＩＭでは、コリメート光を側方からＳＩＭに入射させて集光させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光源をＳＩＭに直接取り付ける場合、ＳＩＭと光源との位置関係を調整することが困難となり、高い取り付け精度が要求される。また、いわゆるハードディスクと同様の浮上スライダにＳＩＭを取り付けて記録再生を行う場合、浮上スライダが重くなってしまうという問題も生じる。
【０００７】
一方、コリメート光を側方からＳＩＭに入射させる場合、集光点に対して光を均一に（すなわち、様々な方向から均一の強度で）入射させることができず、集光点に形成されるスポットが広がったり、楕円状になってしまう。集光点に対して光を均一に入射させるためには、入射させるコリメート光の強度分布を予め調整すること等が必要となるが、そのような光学的手段を設けることは実際には困難である。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、光源からの光を入射させた際に適切な集光スポットを形成することができるソリッドイマージョンミラーを提供することを主たる目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、透光性を有する高屈折率の媒質により主として形成されるソリッドイマージョンミラーであって、放物線の対称軸に平行であって前記放物線の頂点から離れた位置にて前記放物線と交わる回転軸を中心に、前記放物線のうち前記回転軸に対して前記頂点とは反対側の部分を回転させて得られる曲面の一部である第１反射面と、前記放物線を含む平面内において前記放物線と前記回転軸との交点と、前記放物線の焦点とを結ぶ線分に垂直な直線のうち前記回転軸に対して前記頂点とは反対側の部分を回転させて得られる円錐面の一部である第２反射面とを備え、前記回転軸に沿って前記第２反射面側からコリメートされた光を前記媒質に入射させた際に、前記光が前記媒質内を伝播しつつ前記第１反射面および前記第２反射面により順次反射され、前記媒質の境界上の集光点に集光する。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載のソリッドイマージョンミラーであって、前記光が入射する前記媒質上の面が前記光の入射方向に垂直な平面である。
【００２１】
請求項３の発明は、透光性を有する高屈折率の媒質により主として形成されるソリッドイマージョンミラーであって、前記媒質の下部に設けられた第１反射面と、前記媒質の上部に設けられた第２反射面と、を備え、前記上部から前記下部に向かう所定の方向に沿って光を前記媒質に入射させた際に、前記光の少なくとも一部が、前記第２反射面を透過した後、前記媒質内を伝播しつつ前記第１反射面および前記第２反射面により順次反射され、前記媒質の境界上の集光点に集光し、前記第２反射面が前記媒質内に位置する。
【００２２】
請求項４の発明は、透光性を有する高屈折率の媒質により主として形成されるソリッドイマージョンミラーであって、前記媒質の下部に設けられた第１反射面と、前記媒質の上部に設けられた第２反射面と、を備え、前記上部から前記下部に向かう所定の方向に沿って光を前記媒質に入射させた際に、前記光の少なくとも一部が、前記第２反射面を透過した後、前記媒質内を伝播しつつ前記第１反射面および前記第２反射面により順次反射され、前記媒質の境界上の集光点に集光し、前記第１反射面と前記第２反射面との間に透過する光の偏光状態を変更する部材をさらに備え、前記第２反射面が、所定の偏光方向に偏光された光を透過するとともに、前記所定の偏光方向に垂直な方向に偏光された光を反射する面であり、前記偏光状態を変更する部材により、前記第１反射面から前記第２反射面に入射する光が前記所定の偏光方向に垂直な方向に偏光された光とされる。
請求項５の発明は、請求項３または４に記載のソリッドイマージョンミラーであって、前記第１反射面が、前記所定の方向に垂直な平面であり、前記第２反射面が、前記所定の方向を向く対称軸を有する放物線を前記対称軸を中心に回転させて得られる曲面の一部である。
【００２４】
請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載のソリッドイマージョンミラーであって、前記集光点近傍において前記媒質の表面にマスクが施されており、前記集光点において前記マスクに微小開口が形成されている。
【００２５】
請求項７の発明は、請求項６に記載のソリッドイマージョンミラーであって、前記微小開口の直径が、前記光の波長以下である。
【００２６】
請求項８の発明は、記録媒体の記録内容を読み取る再生装置であって、光源と、請求項１ないし７のいずれかに記載のソリッドイマージョンミラーと、前記光源からの光を前記ソリッドイマージョンミラーへと導く光学系と、前記ソリッドイマージョンミラーの前記集光点を前記記録媒体の記録面に対向させつつ前記ソリッドイマージョンミラーを前記記録面に沿って走査させる走査機構と、前記記録面からの光を検出する検出器とを備える。
【００２７】
【発明の実施の形態】
＜１．  第１の実施の形態＞
＜1.1  記録再生装置の構成＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る記録再生装置１の構成の概略を示す斜視図である。記録再生装置１は、光ディスク等の記録媒体９を保持した状態で記録媒体９を矢印９１にて示すように所定方向に回転させる回転機構５、記録媒体９の記録面に対する信号の記録、読み取り（再生）、および消去を行う光ヘッド２、光ヘッド２および回転機構５に対して駆動制御信号を与えるコントローラ３、並びに、記録媒体９に対する記録信号（消去信号を含む）および記録媒体９からの再生信号を処理する信号処理部４を備える。
【００２８】
回転機構５はモータを含む回転駆動部５１と回転軸５２とを備えており、コントローラ３から与えられる駆動制御信号に基づいて回転駆動部５１が回転軸５２を所定方向に回転させる。回転軸５２に対して記録媒体９は着脱自在とされ、回転軸５２に装着された記録媒体９は回転軸５２と一体となって回転する。
【００２９】
光ヘッド２は、記録媒体９の記録面に近接して信号の記録、再生および消去を行う光学ユニット２０を有し、光学ユニット２０に光を導入するとともに光学ユニット２０からの光を検出するための構成として、光源１１、コリメータレンズ１２、ビームスプリッタ１３および光検出器１４を有する。また、光学ユニット２０はアーム１８に保持され、アーム１８は矢印１８１にて示すようにアーム駆動部１９により記録媒体９の半径方向に対して進退可能とされる。
【００３０】
光源１１は、好ましくは半導体レーザ等の小型の光源であり、コントローラ３内に設けられた駆動回路によって発光制御される。光源１１から出射される光は、コリメータレンズ１２によりコリメートされ（すなわち、ほぼ平行光とされ）、ビームスプリッタ１３および光学ユニット２０を介して記録媒体９の記録面近傍に集光されて微小スポットを形成する。
【００３１】
図２は、光学ユニット２０の構成および光学ユニット２０に対する光の導出入を行う構成を示す図である。光学ユニット２０内にはミラー２１およびソリッドイマージョンミラー（ＳＩＭ）２０１が上下に配置されており、光源１１からの光はコリメータレンズ１２およびミラー２１により構成される光学系によりＳＩＭ２０１へと導かれる。ＳＩＭ２０１へと導入された光は、ＳＩＭ２０１内部（あるいは、境界）にて反射され、ＳＩＭ２０１の下面の所定の集光点に集光される。
【００３２】
ＳＩＭ２０１の下面と記録媒体９の記録面とは非常に近接するように位置決めされ、ＳＩＭ２０１の下面に形成される微小スポットの近接場領域に存在する光を利用して情報の記録、再生、消去が行われる。ＳＩＭ２０１は後述するように主として高屈折率の媒質により形成されることから、ＳＩＭ２０１を記録面に近接させることにより光学ユニット２０の開口数が増大し、下面に形成されるスポットは非常に微小なものとなる。これにより、高密度の記録が実現される。
【００３３】
一方、記録媒体９からの反射光（微小スポットの近接場領域にて拡散された光を含む）はＳＩＭ２０１からミラー２１へと導出されてビームスプリッタ１３へと入射し、ビームスプリッタ１３にて反射されて光検出器１４に入射する。これにより、記録媒体９に記録された情報が光検出器１４によって読み取られる。
【００３４】
光源１１、コリメータレンズ１２、ビームスプリッタ１３および光検出器１４はそれぞれ所定位置に固定され、アーム１８はコリメータレンズ１２によりコリメートされた光の光軸に沿って進退する。したがって、光学ユニット２０の移動に関わらず光学ユニット２０の所定位置に光源１１からの光が導入され、ＳＩＭ２０１へと導かれる。
【００３５】
また、図１に示すように、アーム１８の進退方向は円盤状の記録媒体９のおよそ半径方向とされ、コントローラ３の制御の下、記録媒体９を回転させながらアーム１８をアーム駆動部１９により移動させることにより、ＳＩＭ２０１の集光点を記録面に対向させつつＳＩＭ２０１が記録面の任意の領域にアクセス可能とされる。すなわち、アーム１８、アーム駆動部１９、回転駆動部５１により、ＳＩＭ２０１を記録面に沿って走査させる走査機構が構成される。なお、アーム１８は記録媒体９の回転中心に対して直進的に進退させるのではなく、所定長さのアームを記録媒体９の略半径方向に揺動動作させてもよいし、他の走査機構が利用されてもよい。
【００３６】
そして、記録媒体９の回転および光学ユニット２０の進退移動に合わせながら信号処理部４が記録媒体９に記録するための情報をコントローラ３を介してレーザ駆動回路に与えることにより、記録媒体９への情報の記録（または、消去）が行われる。また、光検出器１４で検出される信号をコントローラ３を介して信号処理部４が処理することにより、記録媒体９に記録された情報の読み取りが行われる。読み取られた情報は、適宜、他の情報処理機器に向けて出力される。
【００３７】
記録再生装置１における記録媒体９に対する情報の記録、再生および消去の手法としては光を利用する様々な手法が利用可能である。好ましい１つの手法としては、異なった波長の光によりフォトクロミック材料の光学特性を変化させるという手法が利用可能である。この手法では、記録媒体９の記録面にフォトクロミック材料で形成される記録層が設けられ、光源１１には、例えば、記録用、再生用、消去用の波長の光を発生する複数のレーザー発光素子が設けられる。記録用および消去用の波長の光としてはフォトクロミック材料の光学特性を変化させる波長の光が用いられ、再生用の光としてはフォトクロミック材料の光学特性に変化を与えない波長の光が利用される。
【００３８】
なお、記録再生装置１は、２種類の波長の光のみにより記録、消去および再生が行われるようになっていてもよく、光を用いて記録、消去および再生を行う他の原理が利用されてもよい。さらに、記録を別の装置により行い、図１に示す装置が再生専用の装置として利用されてもよい。
【００３９】
また、記録再生装置１では光の反射を利用するＳＩＭ２０１を用いることから、光の波長の相違による集光の度合いの相違、すなわち、色収差が生じず、様々な波長の光を適切に集光させることができる。したがって、記録再生装置１を他の記録媒体（例えば、ＣＤ、ＤＶＤ等）も利用できる装置とすることも可能である。
【００４０】
＜1.2  ソリッドイマージョンミラーの構造＞
図３は、光学ユニット２０に設けられるＳＩＭ２０１の構造を示す縦断面図である。
【００４１】
ＳＩＭ２０１は、透光性を有する高屈折率の媒質２１０により主として形成され、媒質２１０の上面２２０から下面２３０に向かう方向に沿ってコリメートされた光７が入射する。ＳＩＭ２０１の形状は軸２１１を中心とする回転体形状となっている。下面２３０の外周部には略環状の第１反射面２３１が形成されており、上面２２０の中央部には円状の第２反射面２２１が形成される。
【００４２】
これらの反射面は、下面２３０および上面２２０の一部に反射用のコーティングを施すことにより形成され、上面２２０の全体に照射される光７は中央部分の第２反射面２２１により遮光される。
【００４３】
光７は軸２１１と平行に媒質２１０に入射し、第１反射面２３１にて反射されて集束しつつ第２反射面２２１に入射し、下面２３０上の（すなわち、媒質２１０の境界上の）所定の集光点２３２に集光される。
【００４４】
図４は、第１反射面２３１および第２反射面２２１の形状および位置を設計上決定する際に利用された原理を説明するための図である。
【００４５】
放物線８３０の対称軸８１１と平行にコリメート光７を入射させ、光７が放物線８３０にて反射されるものと仮定した場合、反射された光は放物線８３０の焦点８３３に集光する。ここで、放物線８３０の焦点８３３と頂点８３２とを結ぶ線分を垂直２等分する直線８２１を設けると、焦点８３３と頂点８３２とは共役となる。したがって、直線８２１の下側にて光が反射されると仮定すると、反射された光は頂点８３２に集光する。
【００４６】
図３において、図４に示す放物線８３０を対称軸８１１を中心に回転させて得られる曲面を反射面としたものが第１反射面２３１に相当し、直線８２１を対称軸８１１を中心に回転させて得られる平面が第２反射面２２１に相当する。すなわち、第１反射面２３１は放物線８３０を対称軸８１１を中心に回転させて得られる曲面（凹面側が反射面として利用される。）の一部であり、第２反射面２２１は焦点８３３と頂点８３２とを垂直２等分する平面の一部となっている。
【００４７】
第１反射面２３１および第２反射面２２１の形状および配置を以上のように決定することにより、コリメート光７を軸２１１に沿って第２反射面２２１側から媒質２１０に入射させると、光が媒質２１０内を伝播しつつ第１反射面２３１および第２反射面２２１により順次反射され、頂点８３２に相当する集光点２３２に集光される。
【００４８】
なお、下面２３０は集光点２３２付近まで放物線を回転させて得られる形状とする必要はないため、集光点２３２近傍を平面等の形状にしてもよい。さらに、図４において、直線８２１の位置を上下方向に変更することにより、集光する点の位置を上下方向に移動させることもできる。すなわち、図５に示すように、第１反射面２３１と第２反射面２２１との距離を変えることにより、集光点２３２の位置を軸２１１に沿って変更したＳＩＭ２０１ａやＳＩＭ２０１ｂを設計することも可能である。
【００４９】
集光点２３２に集光された光は微小スポットを形成し、集光点２３２に記録媒体９の記録面を近接させることにより、近接場光を利用した情報の記録、再生および消去が可能となる。
【００５０】
また、ＳＩＭ２０１は軸２１１を回転の中心とする回転対称となっていることから、集光点２３２には周囲から均等に光が入射し、適切な円形のスポットが形成される。その結果、記録再生装置１における記録、再生および消去の動作も適切に行うことが実現される。
【００５１】
＜２．  第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態としてＳＩＭの他の形態について説明する。図６は第２の実施の形態に係るＳＩＭ２０２を示す縦断面図である。
【００５２】
ＳＩＭ２０２の形状は、第１の実施の形態に係るＳＩＭ２０１と同様に、軸２１１を中心とする回転体形状となっており、第１反射面２３１も略環状である。ただし、第２反射面２２１は頂点を下面２３０側に向ける円錐面となっている。
【００５３】
図７は、第１反射面２３１および第２反射面２２１の形状および位置を設計上決定する際に利用された原理を説明するための図である。
【００５４】
図４と同様に、放物線８３０の対称軸８１１と平行にコリメート光７を入射させ、光７が放物線８３０にて反射されるものと仮定した場合、反射された光は放物線８３０の焦点８３３に集光する。ここで、放物線８３０上の頂点８３２から離れた点８３４を設定し、さらに、焦点８３３と点８３４とを結ぶ線分を垂直２等分する直線８２１を設けて直線８２１の下側にて光が反射されると仮定すると、反射された光は点８３４に集光する。
【００５５】
図６に示すＳＩＭ２０２は、点８３４を通り対称軸８１１に平行な軸８１１ａに関して頂点８３２とは反対側の（すなわち、図７において軸８１１ａよりも右側の）部分を軸８１１ａを中心に回転させて得られる形状となっている。すなわち、下面２３０は放物線８３０の軸８１１ａよりも右側の部分を回転させて得られる曲面（凹面側が反射面として利用される。）の一部であり、上面２２０に形成される第２反射面２２１は直線８２１の軸８１１ａよりも右側の線分８２１ａを回転させて得られる円錐面の一部である。そして、媒質２１０の境界上の集光点２３２として点８３４に対応する点が設定される。
【００５６】
これにより、軸２１１に沿って第２反射面２３１側からコリメート光７を媒質２１０に入射させると、光が媒質２１０内を伝播しつつ第１反射面２３１および第２反射面２２１により順次反射され、集光点２３２に集光する。ＳＩＭ２０２においても集光点２３２には周囲から均等に光が入射することから、適切な円形のスポットが形成される。
【００５７】
なお、第２反射面２２１の外側の光７が入射する面（上面２２０のうち、第２反射面２２１以外の部分）は、色収差の発生を防止するために光７の入射方向に対して垂直な平面とされる。
【００５８】
ところで、ＳＩＭ２０２では、第２反射面２２１の外周近傍から入射する光が第１反射面２３１にて反射された後、図６に示すように、第２反射面２２１のほぼ中央にて反射されるようにすることも可能となる。すなわち、図７において、線分８２１ａの右端近傍を通過する光が放物線８３０にて反射された後、線分８２１ａの左端近傍（直線８２１と軸８１１ａとの交点近傍）にて反射され、軸８１１ａに沿って光を点８３４に入射させることも可能である。
【００５９】
第１反射面２３１と第２反射面２２１とをこのような形状および配置とすることにより、第１反射面２３１にて反射された光の一部が軸２１１と第２反射面２２１との交点近傍にて反射して集光点２３２へと向かい、入射角（軸２１１となす角）がほぼ０となる成分の光を集光点２３２に入射させることが可能となる。
【００６０】
一般に、入射角の大きい光を集光点２３２に入射させると光学系の開口数が大きくなることから、形成されるスポットの強度分布を中央の微小領域で強くすることができる。しかしながら、入射角の大きい光のみが集光点２３２に入射し、入射角の小さい光が集光点２３２に入射しない場合には、スポットの周辺部においてもリング状に明るい領域（いわゆる、サイドローブ）が形成されてしまう。以下の説明において、このような光の入射状態を「中抜け」と呼ぶ。
【００６１】
中抜けが生じる場合、中央において最も強度が高く、周辺部に向かって強度が漸次減少するという理想的なスポットが形成されず、光の利用効率も低下する。
【００６２】
ＳＩＭ２０２では、集光点２３２の直上から、すなわち、第２反射面２２１の中央近傍から集光点２３２へと光を導くことができるため、中抜けを防止することができ、適切なスポットを形成することが実現される。
【００６３】
なお、入射角の小さい光（すなわち、開口数が小さい成分の光）は、集光点２３２において大きなスポットを形成することから、中抜けの程度を調節したい場合も考えられる。図７において、線分８２１ａの右端を延長するほど中抜けが生じることから、線分８２１ａの右端の位置を調節することにより、すなわち、図６における第２反射面２２１の大きさを調節することにより、中抜けの程度を制御することが可能となる。これにより、理想的なスポットを適宜形成することが実現される。
【００６４】
また、下面２３０は集光点２３２付近まで放物線を回転させて得られる形状とする必要はないため、集光点２３２近傍を平面等の形状にしてもよい。さらに、図７において、直線８２１の位置を上下方向に変更することにより、集光する点の位置を上下方向に移動させることもできる。すなわち、図８に示すように、第１反射面２３１と第２反射面２２１との距離を変えることにより、集光点２３２の位置を軸２１１に沿って変更したＳＩＭ２０２ａやＳＩＭ２０２ｂを設計することも可能である。
【００６５】
＜３．  第３の実施の形態＞
次に、第３の実施の形態としてＳＩＭのさらに他の形態について説明する。図９は第３の実施の形態に係るＳＩＭ２０３の構造を示す縦断面図である。
【００６６】
ＳＩＭ２０３は、軸２１１を回転中心とする回転体形状となっている。ＳＩＭ２０３では、下面２３０は頂点を下方に向ける円錐面の一部となっており、第１反射面２３１は略環状である。第２反射面２２１は媒質２１０内部へと向かって突出する局面となっており、ＳＩＭ２０３では断面において第２反射面２２１が集光に寄与する。
【００６７】
図１０は、第１反射面２３１および第２反射面２２１の形状および位置を設計上決定する際に利用された原理を説明するための図である。
【００６８】
図１０では、放物線８２１ｂの焦点８３３を通る直線８３０ａによりコリメート光７が反射されるものと仮定した場合、直線８３０ａからの反射光が放物線８２１ｂの対称軸８１１と平行とされる。これにより、直線８３０ａおよび放物線８２１ｂにより反射されるものと仮定した光は焦点８３３に集光する。
【００６９】
図９に示すＳＩＭ２０３は、放物線８２１ｂと直線８３０ａとのうち、焦点８３３を通り光７の進行方向に平行な軸８１１ｂに関して頂点８３２とは反対側の部分を軸８１１ｂ周りに回転させて得られるものである。すなわち、下面２３０および第１反射面２３１は直線８３０ａを軸８１１ｂを中心に回転させて得られる円錐面（回転軸が光７の入射方向に平行であり、頂点が下方を向く円錐の側面）の一部であり、第２反射面２２１は放物線８２１ｂを軸８１１ｂを中心に回転させて得られる曲面（焦点８３３側が反射面として利用される。）の一部である。
【００７０】
なお、第２反射面２２１の外側の光７が入射する面（上面２２０のうち第２反射面２２１以外の部分）は、色収差の発生を防止するために光７の入射方向に対して垂直な平面とされる。
【００７１】
ＳＩＭ２０３においても、第２の実施の形態と同様に、第２反射面２２１の外周近傍から入射する光７が、第１反射面２３１にて反射された後、第２反射面２２１のほぼ中央、すなわち、集光点２３２の真上から集光点２３２に入射するようにすることが可能であり、中抜けの防止（あるいは、中抜けの程度の調節）を行うことができる。これにより、中抜けを防止しつつ集光点２３２の周囲から均等に光を入射させることができ、適切なスポットを形成することができる。
【００７２】
＜４．  第４の実施の形態＞
第１および第２の実施の形態では、軸２１１を含む平面による第１反射面２３１の断面形状を放物線とし、第３の実施の形態では、第２反射面２２１の断面形状を放物線としている。すなわち、断面において第１反射面２３１または第２反射面２２１のいずれかが光を集光させる役割を果たしている。これらの実施の形態では断面を放物線とすることにより、集光点２３２と反射面との関係を容易に設計することができる。
【００７３】
これらの実施の形態と異なり、断面における集光を第１反射面２３１および第２反射面２２１の双方が行うように設計が行われてもよい。図１１は、軸２１１を含む平面による断面内において、第１反射面２３１および第２反射面２２１の双方がコリメート光７を集光点２３２に集光させる役割を果たす例を示す図である。図１１に示すＳＩＭ２０４において、第１反射面２３１および第２反射面２２１は断面形状が曲線となる曲面、すなわち、軸２１１を中心として曲線を回転させて得られる曲面の一部とされ、媒質２１０の上面２２０のうち、第２反射面２２１以外の部分は光７が垂直に入射する平面とされる。これにより、設計の自由度が向上する。
【００７４】
図１１に示すＳＩＭ２０４においても、第２および第３の実施の形態と同様に、中抜けを防止しつつ集光点２３２の周囲から均等に光を入射させることが可能であり、適切なスポットを形成することができる。
【００７５】
なお、第１ないし第４の実施の形態における第１反射面２３１および第２反射面２２１は、媒質２１０の表面に反射コーティングを施すことにより形成されたものとして図示しているが、媒質２１０の屈折率が十分に高いのであるならば、反射コートを不要とすることもできる。また、第１反射面２３１と下面２３０とは滑らかに連続的する面である必要はなく、不連続であってもよい。
【００７６】
＜５．  第５の実施の形態＞
次に、第５の実施の形態に係るＳＩＭ２０５として、媒質２１０の上面２２０全体を光７の入射領域として利用するものについて説明する。
【００７７】
図１２に示すＳＩＭ２０５は、軸２１１を中心とする回転体形状であり、媒質２１０の上面２２０が平面となっており、下面２３０が対称軸を中心に放物線を回転させて得られる曲面の一部となっている。上面２２０と下面２３０との関係は第１の実施の形態に係るＳＩＭ２０１と同様である。
【００７８】
上面２２０は、上方から軸２１１に平行に入射するコリメート光７を透過し、下面２３０は光７を反射する第１反射面となっている。一方、上面２２０全体は、下面２３０にて反射された光を反射する第２反射面としての役割も有する。したがって、上面２２０を透過した光７は、下面２３０および上面２２０にて順次反射され、集光点２３２に集光される。
【００７９】
ＳＩＭ２０５では図３に示すＳＩＭ２０１と異なり、上面２２０全体が光７を入射させる面となっていることから、入射光を効率よく利用して集光点２３２にスポットを形成することができる。また、集光点２３２には様々な方向から様々な入射角にて光が入射するため、中抜けのない適切なスポットが形成される。
【００８０】
上面２２０としては、外部からの光７を入射し、下面２３０にて反射された光を反射する特性を有する面が利用される。外部から入射する光７は上面２２０に対して垂直に入射し、内部からの光はある程度大きさの入射角にて上面２２０に入射することから、図１３に示すように、入射角が０°に近い場合にのみ透過率が１００％に近づく特性を有する面が利用可能である。このような入射角の小さい光を選択的に透過する特性を有する面としては、誘電体の多層膜のコーティングを施すことにより容易に得ることができる。
【００８１】
また、外部からの入射光を透過し、内部からの光を反射するという選択的反射（透過）特性を有する面は、光の偏光を利用しても実現することができる。
【００８２】
図１４は、偏光方向の相違を利用する場合の上面２２０近傍の構造を示す図である。図１４において偏光分離反射面２２２が実質的に上面２２０となっており、上面２２０と下面２３０との間には波長板２２３が設けられる。偏光分離反射面２２２は、所定の偏光方向に偏光された光を透過し、透過する偏光光の偏光方向に垂直な偏光方向を有する偏光光を反射する特性を有する。波長板２２３は、互いに垂直な振動方向を有する偏光成分の位相に１／４の波長だけ光路差を与えることにより、透過する光の偏光状態を変更する。なお、偏光分離反射面２２２と波長板２２３とは直接貼り合わされてもよく、間に媒質が介在してもよい。
【００８３】
偏光分離反射面２２２としては、例えば、特開平５−１９２０８号公報に記載された偏光ビームスプリッタアレイ、特開平５−２１５９１９号公報に記載された平板偏光分離装置、特表平９−５０６９８５号公報に記載された反射偏光子等が利用可能である。具体的製品としては、例えば、商品名「ＤＢＥＦ」（住友スリーエム株式会社）の薄膜反射型偏光フィルムを用いることができる。
【００８４】
図１４において、媒質２１０に入射する光７が例えば、紙面に平行な偏光方向（振動方向）を有する直線偏光の光であり、偏光分離反射面２２２がこのような偏光光を透過するものとした場合、光７が波長板２２３を透過することにより円偏光となる。下面２３０にて光７が反射されると再び波長板２２３を透過し、紙面に垂直な偏光方向を有する偏光光となる。これにより、下面２３０からの光は偏光分離反射面２２２にて反射され、その後、集光点２３２へと向かう。その結果、上面２２０から入射した光は、下面２３０および上面２２０により順次反射され、効率よく集光点２３２に集光される。
【００８５】
以上のように、ＳＩＭ２０５では、上面２２０に誘電体多層コーティングを施すことにより、あるいは、偏光分離反射面２２２および波長板２２３を設けることにより、上面２２０全体に入射する光７を集光点２３２に効率よく集光することができる。また、ＳＩＭ２０５においても、入射角の小さい光がスポット形成に利用されることから、中抜けを防止することができ、適切なスポットを形成することができる。
【００８６】
図１５は、図１２に示すＳＩＭ２０５の下面２３０に反射コーティングを施して第１反射面２３１を形成したＳＩＭ２０５ａを示す図である。ＳＩＭ２０５ａでは、下面のほぼ全体にコーティングを施すことにより、第１反射面２３１が形成されるが、集光点２３２では光を導出するための微小開口２３１ａが形成される。
【００８７】
集光点２３２近傍において微小開口２３１ａ以外の領域のコーティングは、集光点２３２以外の位置から光が放出されないようにするためのマスクとしての役割も果たす。この場合、微小開口２３１ａの直径としては約１μｍ以下とすることが好ましい。さらに、微小開口２３１ａから集光点２３２の近接場領域の光のみを導出して記録および再生に利用する場合には、微小開口２３１ａの直径は光の波長以下とすることが好ましい。
【００８８】
なお、集光点２３２近傍のマスクは第１反射面２３１と兼用されなくてもよく、専用のマスクが集光点２３２近傍の媒質２１０の表面に別途形成されてもよい。また、他のいずれの実施の形態においても集光点２３２近傍にマスクが形成されてよい。
【００８９】
＜６．  第６の実施の形態＞
図１４では、上面２２０が所定の偏光方向を有する偏光光を透過し、透過光の偏光方向に垂直な偏光方向を有する偏光光を反射する選択的反射面となっているが、図１６に示すように第２反射面２２１である選択的反射面は媒質２１０内に存在してもよい。これにより、第２反射面２２１の形状を上面２２０の形状に依存しないようにすることができる。
【００９０】
図１６に示すＳＩＭ２０６では上面２２０および下面２３０はコリメート光７の進行方向に垂直な平面である。上面２２０を平面とするのは色収差の発生を防止するためである。そして、第２反射面２２１は光７の進行方向に平行な対称軸（軸２１１に相当）を有する放物線を軸２１１を中心に回転させて得られる曲面の一部であり、下面２３０上の集光点２３２は放物線の焦点に相当する。
【００９１】
図１７は第２反射面２２１近傍の構造を説明するための図である。図１７に示すように、偏光分離反射面２２２が実質的に第２反射面２２１となっており、第２反射面２２１と下面２３０との間には１／４波長板２２３（図１４に示したものと同様の波長板）が設けられる。偏光分離反射面２２２は、所定の偏光方向に偏光された光を透過し、この偏光方向に垂直な偏光方向を有する偏光光を反射する。図１７では、紙面に平行な偏光方向（振動方向）を有する偏光光が偏光分離反射面２２２を透過し、紙面に垂直な偏光方向を有する偏光光が偏光分離反射面２２２にて反射されるものとして図示している。
【００９２】
第２反射面２２１を媒質２１０の内部に設ける場合であっても、図１７において紙面に平行な偏光方向を有する光７が上面２２０、偏光分離反射面２２２および波長板２２３を透過して円偏光とされ、下面２３０に反射される。その後、さらに、波長板２２３を透過して紙面に垂直な偏光方向を有する偏光光となり、偏光分離反射面２２２により反射される。その結果、ＳＩＭ２０６の上面全体から入射する光７は集光点２３２に集光され、入射光を効率よく利用してスポットを形成することができる。
【００９３】
また、ＳＩＭ２０６においても、入射角の小さい光もスポット形成に利用されることから、中抜けを防止することができ、適切なスポットを形成することができる。
【００９４】
さらに、ＳＩＭ２０６では、ＳＩＭ２０５よりも入射角の大きい光、すなわち、開口数の大きくする成分の光を集光点２３２に入射させることができ、集光点２３２に形成されるスポットをさらに微小なものとすることができる。
【００９５】
なお、図１６に示すＳＩＭ２０６は、媒質２１０が第２反射面２２１の上下に存在するため、例えば、上下２つの媒質２１０の形状をガラスモールド等で作成し、一方に波長板２２３および偏光分離反射面２２２を設けた後、光学的マッチングが図られた接着剤等により接着して作成される。もちろん、第２反射面２２１において偏光分離反射面２２２と波長板２２３とが接している必要はなく、これらの間に他の媒質が存在してもよい。波長板２２３の形状も偏光分離反射面２２２に沿う形状に限定されない。
【００９６】
＜７．  変形例＞
以上、本発明に係る実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【００９７】
例えば、第１ないし第３、並びに、第５および第６の実施の形態に係るＳＩＭでは、反射面の断面として放物線を利用することにより、コリメート光を容易かつ適切に集光させるようにしているが、入射光を漸次集束する光、あるいは、漸次発散する光とするとともに反射面の断面曲線を適宜変更してもよい。このような変更を図６または図９に示すＳＩＭに行っても、いわゆる中抜けの防止あるいは調節が可能なＳＩＭを得ることができ、図１２または図１６に示すＳＩＭに同様の変更を行っても入射光を効率よく集光させることが実現される。
【００９８】
また、第６の実施の形態を除く実施の形態では、第１反射面２３１および第２反射面２２１が媒質２１０の表面に形成されるが（あるいは、表面自体が反射面とされるが）、第１反射面２３１および第２反射面２２１は媒質２１０内部に位置してもよい。すなわち、光７の入射側を媒質２１０の上面と捉えると、第１反射面２３１および第２反射面２２１はそれぞれ相対的に媒質２１０の下部および上部内に位置させてもよい。
【００９９】
また、第５および第６の実施の形態では、断面において第１反射面２３１または第２反射面２２１が集光に寄与する面となっているが、断面において集光に寄与する面は第１反射面２３１および第２反射面２２１の双方であってもよい。
【０１００】
また、既述のように、第１反射面２３１および第２反射面２２１（選択的反射面である場合を除く。）は、媒質２１０の表面の一部であってもよいが、この場合、媒質２１０の屈折率を十分に高くすることが好ましい。例えば、反射面に入射する光の大部分について入射角が４５°以上である場合には、屈折率を１．５以上とすることが好ましい。
【０１０１】
また、上記第１ないし第４の実施の形態では、第２反射面２２１の外周部から光７を入射させるようになっているが、この場合、図１８や図１９に示すように、コリメート光７をリング状にする構成を追加して光の有効利用が図られてもよい。図１８では、略環状の反射面２６１ａを有するリング状の部材２６１、および、反射面２６２ａを有する円錐状の部材２６２により、光７がリング状の光へと変換されてＳＩＭ２０１に入射する。図１９では、図１８における反射面２６１ａを媒質２１０の表面に形成し、反射面２６２ａを媒質２１０内に設けることにより、光７をリング状にする構成と集光を行う構成とが一体となったＳＩＭ２０１ａとなっている。このように、光７をリング状にする構成はＳＩＭの外部に存在しても実質的に内部に存在してもよい。さらに他の手法により光７がリング状にされてもよい。
【０１０２】
また、偏光分離反射面２２２を利用するＳＩＭでは、入射する光７は偏光光に限定されない。すなわち、入射光の少なくとも一部が第２反射面２２１を透過すればよい。波長板も１／４波長だけ偏光状態を変更するものに限定されるものではなく、偏光分離反射面２２２を透過する光と反射後に入射する光との偏光方向を９０°変化させることができる手段であればどのようなものが利用されてもよい。
【０１０３】
また、第１の実施の形態における記録再生装置１では、ＳＩＭ２０１はアーム１８に固定されていてもよく、いわゆるハードディスクの磁気ヘッドと同様に浮上スライダ式としてアーム１８に取り付けられてもよい。
【０１０４】
また、上記実施の形態では、記録再生装置１において記録媒体９の記録面からの光がＳＩＭを介して光検出器１４に入射すると説明したが、集光点２３２近傍の近接場光が記録面にて散乱されて放出される光を検出する光検出器を光ヘッド２の外部に設けて情報の読み取りが行われてもよい。
【０１０５】
また、以上に説明したＳＩＭは、記録媒体９に対する情報の記録、再生または消去を行う装置以外にも利用可能であり、例えば、光ディスクの原盤作成を行う原盤露光装置や試料の観察を行う顕微鏡に利用することも可能である。
【０１０６】
なお、上記説明ではＳＩＭの上面２２０から光７が導入された際の媒質２１０内の光の伝播の様子を用いてＳＩＭの形態を説明したが、ＳＩＭが利用される際には必ずしも光が第２反射面２２１側から導入される必要はない。例えば、透光性を有する試料を透過モードにて観察する近接場光学顕微鏡にＳＩＭを利用する際には、観察側とは反対側から照明を行って試料表面近傍の近接場光をＳＩＭにより取得し、上面２２０から取り出される。
【０１０７】
【発明の効果】
請求項１または２の発明では、第１反射面が放物線を回転させて得られる曲面の一部とすることにより、第１反射面および第２反射面の形状を容易に設計することができるとともに集光点に適切な光のスポットを形成することができる。
【０１０９】
また、請求項２の発明では、色収差の発生を防止することができる。
【０１１３】
請求項３ないし５の発明では、第２反射面を透過して光を入射させることができ、光を効率よく利用することができる。
【０１１６】
また、請求項３の発明では、第２反射面の形状を媒質の上面の形状に依存しないようにすることができ、請求項５の発明では、放物線を回転させて得られる曲面の一部を第２反射面とすることにより、第２反射面の形状を容易に設計できるとともに集光点に適切な光のスポットを形成することができる。
【０１１７】
また、請求項４の発明では、偏光方向の相違を利用して第２反射面を選択的に光を透過する面とすることができる。
【０１１８】
また、請求項６の発明では、集光点近傍において集光点以外の位置から光が放出されないようにすることができ、請求項７の発明では、集光点の近接場領域の光を適切に利用することができる。
【０１１９】
また、請求項８の発明では、請求項１ないし７のいずれかに記載のソリッドイマージョンミラーを用いることにより、適切な光のスポットを用いて、あるいは、光を有効に利用しつつ記録媒体の記録内容を読み取ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】記録再生装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】光学ユニットの構成および光学ユニットに対する光の導出入を行う構成を示す図である。
【図３】第１の実施の形態に係るＳＩＭ（ソリッドイマージョンミラー）の構造を示す縦断面図である。
【図４】図３に示すＳＩＭにおいて、第１反射面および第２反射面の形状および位置を設計上決定する際に利用された原理を説明するための図である。
【図５】図３に示すＳＩＭの集光点の位置を変更したものを例示する図である。
【図６】第２の実施の形態に係るＳＩＭの構造を示す縦断面図である。
【図７】図６に示すＳＩＭにおいて、第１反射面および第２反射面の形状および位置を設計上決定する際に利用された原理を説明するための図である。
【図８】図６に示すＳＩＭの集光点の位置を変更したものを例示する図である。
【図９】第３の実施の形態に係るＳＩＭの構造を示す縦断面図である。
【図１０】図９に示すＳＩＭにおいて、第１反射面および第２反射面の形状および位置を設計上決定する際に利用された原理を説明するための図である。
【図１１】第４の実施の形態に係るＳＩＭの構造を示す縦断面図である。
【図１２】第５の実施の形態に係るＳＩＭの構造を示す縦断面図である。
【図１３】図１２に示すＳＩＭにおいて、上面が入射角の相違を利用した選択的反射面である場合の上面の透過率特性を示すグラフである。
【図１４】図１２に示すＳＩＭにおいて、上面が偏光方向の相違を利用した選択的反射面である場合の上面近傍の構造を示す図である。
【図１５】図１２に示すＳＩＭの下面に反射コーティングを施して第１反射面を形成したものを示す図である。
【図１６】第６の実施の形態に係るＳＩＭの構造を示す縦断面図である。
【図１７】図１６に示すＳＩＭの第２反射面近傍の構造を説明するための図である。
【図１８】光をリング状の光へと変換する構成とＳＩＭとを示す図である。
【図１９】光をリング状の光へと変換する構成とＳＩＭとが一体となった構造を示す図である。
【符号の説明】
１  記録再生装置
７  光
９  記録媒体
１１  光源
１２  コリメータレンズ
１４  光検出器
１８  アーム
１９  アーム駆動部
２１  ミラー
５１  回転駆動部
２０１〜２０６，２０５ａ  ＳＩＭ
２１０  媒質
２１１  軸
２２０  上面
２２１  第２反射面
２２２  偏光分離反射面
２２３  波長板
２３０  下面
２３１  第１反射面
２３１ａ  微小開口
２３２  集光点
８１１  対称軸
８１１ａ，８１１ｂ  軸
８２１  直線
８２１ｂ，８３０  放物線
８３２  頂点
８３３  焦点
８３４  点
【図１】
0004151206.tif 000002
【図２】
0004151206.tif 000003
【図３】
0004151206.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004151206.tif 000008
【図８】
0004151206.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0004151206.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0004151206.tif 000016
【図１６】
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【図１７】
0004151206.tif 000018
【図１８】
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【図１９】
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