JP2000206411A - 光学素子、光学ヘッド及びそれらを用いた情報再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】微小スポットを集光させることができる光学素
子を提供する。 【解決手段】入射光Ｌは、光入射面１ｃから光学素子１
に入射され、第１ミラー面１ａで光路を放射状に分散さ
れ、第２ミラー面１ｂで反射されて円環ビームＬ’に変
換され、対物レンズ２に導かれる。円環ビームＬ’は、
対物レンズ２を経てＳＩＬ３の下側平面へ集光される。
このときＳＩＬ３へ導かれる円環状の集束光は、ＳＩＬ
３の平面に対して臨界角以上になるよう入射され、境界
面で全反射されて戻っていく。これにより、対物レンズ
２およぴＳＩＬ３の中央付近を透過する光がなくなり、
ＳＩＬ３の中央付近からは近接場光のみが滲み出る。例
えば、この近接場光をプローブによって検出する場合
は、プローブに導かれる近接場光以外の外部光がなくな
り、検出される光のノイズが低減される。加えて、超解
像の効果により、ビームスポットは通常の集光スポット
よりも小さくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、記録媒体に記録さ
れた情報の記録再生を行うための近接場光を形成する光
学素子、該近接場光を記録媒体に照射する光学ヘッド、
及びそれらを用いた情報再生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光源から放射される光は、通常、一様な
強度分布あるいは連続的な強度分布を有しており、単位
面積あたりの光強度を大きくする場合は、この光をレン
ズによって集光してから物体に照射することが多い。こ
れに対して単位面積当たりの光強度を大きくするため
に、意図的に不連続な強度分布を持つ光を形成し、この
光を利用することもある。円環ビームがその一例であ
る。

【０００３】例えば、実開昭６３−４９５１６号公報に
は、図１９（ａ），（ｂ）の円環レーザ光による円形加
工の応用技術が開示されている。図１９（ａ），（ｂ）
において、導光管１０２６の先端に環状集光レンズ１０
２７と直円錐状ミラー１０２８を配設し、これらの外側
に中空直円錐台状ミラー１０２９を設けてある。導光管
１０２６を伝わってきた円柱状の平行光束Ｈは、直円錐
状ミラー１０２８で反射され、環状集光レンズ１０２７
で集束光に変換され、この集束光が中空直円錐台状ミラ
ー１０２９で反射されて環状の焦点１０３０を結ぶ。こ
うして形成された円環レーザ光により板材を円形に切り
出すことができる。

【０００４】図１９（ａ），（ｂ）からわかるように、
導光管１０２６は中空直円錐台状ミラー１０２９の中空
部分をその軸線方向に移動可能となっており、円環ビー
ムの外径を変化させることができる。

【０００５】特開平１０−６８７００号公報には、図２
０の光ファイバーの表面欠陥検査装置への円環ビームの
応用技術が開示されている。図２０において、半導体レ
ーザ光源１０３２からの光をコリメートレンズ１０３３
で平行光に変換し、この平行光を第１円環レンズ１０３
４及び第２円環レンズ１０３５に通し、環状の検査光１
０４０を形成する。この環状の検査光１０４０を反射ミ
ラー１０３６で重ね合わせ、集光レンズ１０３７で集光
すれば、光ファイバー１０３１の全周にわたって死角な
く検査光を照射することができる。光ファイバー１０３
１の表面に欠陥１０３９があると、検査光１０４０は散
乱されるので、これを複数のフォトダイオード１０３８
を配置してなる乱反射光検出手段１０４１によって検出
する。レンズの組み合わせにより、損失なく円環ビーム
を形成することができる。

【０００６】特開平２−１５７８０８号公報には、図２
１（ａ），（ｂ）の放射ビーム収束装置が開示されてい
る。図２１（ｂ）は平面図、図２１（ａ）は、図２１
（ｂ）のαに沿う断面図である。この放射ビーム収束装
置１０５０は、回転放物面からなる中空体の反射体１０
４６及び中空の切頭円錐体の形状を持つ反射体１０４３
から構成される外側部材１０４７と、２つの円錐形の反
射体１０４８からなる内側部材１０４５とを備え、両者
が複数の薄いスパイダ・べーン１０４９によって連結固
定されている。平行放射ビーム１０４２は、装置内で環
状に変換され、再び焦点１０４４で収束する。ここで
は、レンズによる集光を利用しないため、光吸収がな
く、原子炉内部の検査の様な高放射線下や極度の熱勾配
下などでも使用することができる。

【０００７】特開平９−２８８２３７号公報には、図２
２の暗視野落射顕微鏡の光学系が開示されている。暗視
野落射顕微鏡は、被測定物を暗視野方式で照明するた
め、光学系のフレアーノイズが殆どなく、コントラスト
の非常に良い光学像が得られ、被測定物からの微弱な散
乱光や蛍光を観察することができる。図２２において、
光源１０５１からの光は、コレクタレンズ１０５２、開
口絞り１０５３、視野絞り１０５４、コリメータレンズ
１０５５、及び二重円錐鏡１０５６で平行輪帯光束に変
換され、この照明光Ａが輪帯リレーレンズ１０５７ａ、
輪帯反射鏡１０５８、輪帯リレーレンズ１０５７ｂ，１
０５７ｃを経てコンデンサーレンズ１０５９によって被
測定物１０６０表面に集光照射される。被測定物１０６
０に照明光Ａが照射されて発生した散乱光Ｂは対物レン
ズ１０６１で結像されて光検出器１０６２によって検出
される。

【０００８】図２３（ａ）は図２２の二重円錐鏡１０５
６を光の出射側から見た平面図であり、図２３（ｂ）は
二重円錐鏡１０５６を入射側から見た平面図であり、図
２３（ｄ）は二重円錐鏡１０５６を光軸に沿って切断し
た断面図であり、図２３（ｄ）は二重円錐鏡１０５６を
示す斜視図である。この二重円錐鏡１０５６は、光軸を
中心とする回転対称体であって、円錐形状の側面に形成
された反射鏡１０５６Ａと、それに対面する円錐台形状
の内壁に形成された反射鏡１０５６Ｂとからなる。入射
端１０５６ａに入射した照明光Ａは、まず反射鏡１０５
６Ａで反射され、続いて反射鏡１０５６Ｂで反射され
て、出射端１０５６ｂから平行輪帯光束として出射され
る。

【０００９】特開平９−７４８９５号公報には、図２４
のカセグレン式望遠鏡の光学系を応用した電界型全反射
測定装置が開示されている。図２４において、カセグレ
ン鏡１０６３は、中心部に穴１０６４ａが形成された凹
面鏡よりなるカセグレン主鏡１０６４と、これよりも径
の小さい凸面鏡よりなるカセグレン副鏡１０６５を対向
配置してなる。先端には、平頭部を有する略円錐状のプ
リズム１０６６が配置してあり、被測定液（図示せず）
に測定光を導き全反射光を再び前記光学系に導く。赤外
光源１０６７から出射された光束をマイケルソン干渉計
１０６８に導光して赤外干渉光を生成し、これを固定鏡
１０６９ａで反射させて入射光Ｉを形成する。入射光Ｉ
はカセグレン副鏡１０６５、カセグレン主鏡１０６４及
びプリズム１０６６を介して被測定液に照射され、該被
測定液とプリズム１０６６の臨界面からの全反射光Ｒが
形成される。該全反射光Ｒは、固定鏡１０６９ｂで反射
されてＭＣＴ検出器１０７０でその強度が検出される。
プリズム１０６６の先端は被測定液に接しており、入射
光Ｉはわずかに被測定液に侵入して全反射光Ｒとなるの
で、この全反射光Ｒから被測定液の惰報を検出すること
ができる。この装置の光学系では、光の進行方向を考慮
しなければ、一種の円環光路の利用といえる。

【００１０】特開平６−１４８５７５号公報には、図２
５（ａ），（ｂ）の超解像ビームを発生させる光学素子
が開示されている。この光学素子１０７３は、図２５
（ａ）に示すように第１円錐形状面１０７１からなる凹
部１０７４と、第１円錐形状面１０７１に平行に形成さ
れた第２円錐形状面１０７２からなる凸部１０７５とを
有している。この光学素子１０７３は、所定の屈折率を
有する透明なガラスなどの素材により形成される。第１
円錐形状面１０７１側から平行光を入射すると、光学素
子１０７３内部を通過する際屈折が起こり、図２５
（ｂ）に示すように光軸を中心とした円型遮光部が発生
するので、円環ビームが発生することになる。これを対
物レンズ１０７６で集光することにより、２次元の超解
像ビームを形成することができる。集光点では、メイン
スポットの周囲にサイドローブのスポットが形成され、
その分だけメインスポットのエネルギーが失われ、メイ
ンスポットのサイズが小さくなる。

【００１１】図２６は、光学素子１０７３内部での光の
進行方向を示している。光軸上の光ビームは、第１円錐
形状面１０７１からなる円錐形状の凹部１０７４の頂点
１０７４ａに入射されると、そこで外周方向に屈折を受
ける。そして、この屈折を受けた光ビームが第２円錐形
状面１０７２からなる円錐形状の凸部１０７５に入射さ
れると、そこで再び屈折を受け、光軸と平行な光ビーム
となって出射される。その結果、光軸を中心として実質
的に光ビームが存在しない領域（遮光部）が形成され
る。

【００１２】この超解像ビームによる微小スポットは、
光学的に情報を記録または再生する装置の高密度化に応
用される。

【００１３】一方、光ディスク装置による記録再生の更
なる高密度化を目指し、より微小な集光スポットを形成
することが試みられているが、回折現象のため波長より
も小さなスポットに光を集光することができず、これが
課題となっている。

【００１４】この様な光スポットの限界を打ち破り記録
密度を現状より２桁向上する方法として、近接場光学顕
微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｎｅａｒ−ｆｉｅ１ｄ Ｏｐ
ｔｉｃａ１ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ：ＳＮＯＭ 以下
ＳＮＯＭと略す）の構成を利用した光記録再生方法が注
目されている。この再生方法としては、Ｉｌｌｕｍｉｎ
ａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ（以下Ｉモードと略す）と呼ばれ
る微小開口から近接場光を放射する方式と、Ｃｏ１１ｅ
ｃｔｉｏｎｍｏｄｅ（以下Ｃモードと略す）と呼ばれる
試料表面に現れる近接場光をプローブで集光する方式が
一般に知られており、更には、両者の作用を兼ね備える
ハイブリッドモードと呼ばれる方式も知られている。

【００１５】図２７（ａ）は、Ｉモードの構成を示して
いる。プローブ１１２２は、光源１１２１に接続され、
その先端が記録媒体基板１１２３に対向している。プロ
ーブ１１２２は、光ファイバーを加熱伸長やエッチング
などで先鋭加工し、この光ファイバーに金属膜１１２２
ｂを形成し、その先端１１２２ａのみで金属膜を除去し
たものであり、該先端１１２２ａの光学的開口の直径が
数十ｎｍである。記録媒体基板１１２３は、樹脂やガラ
スからなる透明基板表面に例えば相変化材料などの記録
膜を成膜したものであり、この記録膜に記録マーク１１
２３ａが形成される。

【００１６】プローブ先端１１２２ａと記録媒体基板１
１２３の間隔は数十ｎｍに保たれる。記録媒体基板１１
２３を挟んで、プローブ１１２２の反対側には光検出器
１１２４が配置されている。

【００１７】光源１１２１で発生した光は、プローブ１
１２２に導かれ、該プローブ先端１１２２ａから近接場
光Ｎとして滲み出す。このプローブ先端１１２２ａの近
傍には記録媒体基板１１２３が配置されているため、滲
み出した光の一部は、近接場光ではなくなり、記録媒体
基板１１２３を通過する伝搬光となる。この近接場光Ｎ
から生じた伝搬光が記録マーク１１２３ａを通過すると
き、記録マーク１１２３ａが該伝搬光と相互作用し、光
の強度変化や位相変化などが起こるので、光検出器１１
２４によって該光の変化が信号として読み出される。

【００１８】図２７（ｂ）は、Ｃモードの構成を示して
いる。光源１１２１は、記録媒体基板１１２３の裏面に
対して臨界角以上の角度で光が入射されるように配置さ
れている。記録媒体基板１１２３を挟んで光源１１２１
の反対側には、光検出器１１２４に接続されたプローブ
１１２２が配置されている。プローブ先端１１２２ａと
記録媒体基板１１２３の間隔は数十ｎｍに保たれる。

【００１９】光源１１２１から照射された光は、記録媒
体基板１１２３の裏面から入射し、記録マーク１１２３
ａ付近で全反射して再び記録媒体基板１１２３の裏面側
から外部へ出射されていく。このとき、記録媒体基板１
１２３の表面には近接場光Ｎが滲み出ている。記録媒体
基板１１２３の近傍にはプローブ先端１１２２ａが配置
されているため、滲み出した光の一部は、近接場光では
なくなり、プローブ先端１１２２ａからプローブ１１２
２内部へと導かれる伝搬光となる。この近接場光Ｎから
生じた伝搬光が記録マーク１１２３ａを通過するとき、
記録マーク１１２３ａが該伝搬光と相互作用し、光の強
度変化や位相変化などが起こるので、光検出器１１２４
によって該光の変化が信号として読み出される。

【００２０】これら両モードを組み合わせたハイブリッ
ドモードは、例えば特開平６−２５９８２１号公報に開
示されている。

【００２１】図２８は、特開平６−２５９８２１号公報
の記録再生装置を示す斜視図である。この装置におい
て、カンチレバー１１２６の先端には透明探針１１２７
が設けられており、透明探針１１２７をディスク１１２
５の記録面１１２５ａに近接または接触させて情報の記
録または再生を行う。情報を記録する場合には、レーザ
光源１１３０から出射した平行光を偏光子または波長板
１１３１によって偏光または円偏光とし、この光を偏光
ビームスプリッタ１１３２及び１／２波長板１１３３を
経由させてカンチレバー１１２６に設けた光導波路膜１
１３８（図２９にて後述）に導き、透明探針１１２７を
経由させてディスク１１２５の記録面１１２５ａに照射
する。

【００２２】ディスク１１２５は、平滑なガラス基板ま
たはシリコン基板の表面に例えばコバルト、白金の多層
構造の磁性体薄膜をスパッタ蒸着したものである。磁石
１１３４によって透明探針１１２７の近傍にバイアス磁
界を印加しながら、上記のように透明探針１１２７の先
端から光を照射することにより、光照射領域に相当する
ディスク１１２５の微小部分を磁化して情報を記録する
ことができる。

【００２３】情報の再生は、記録時よりも小さな光量の
レーザ光を上記の光学系で照射し、その反射光を透明探
針１１２７で捕らえ、偏光ビームスプリッタ１１３２で
分岐させ、偏光子１１３５を通して光検出器１１３６で
検出することにより、ディスク１１２５の磁化に応じた
反射光の偏光角の回転（カー効果）を検知することがで
きる。

【００２４】図２９はカンチレバー１１２６の詳細を示
しており、図２９（ａ）は断面図、図２９（ｂ）は平面
図を示している。カンチレバー１１２６は酸化珪素膜１
１３７に窒化珪素からなる光導波路膜１１３８を設けた
ものであり、該カンチレバー１１２６の可動部には透明
探針１１２７が設けられている。ここで透明探針１１２
７には、その先端に光の波長に比べて十分小さな微小開
口部１１４４が設けられており、透明探針１１２７は前
記微小開口部１１４４を除いて遮光膜１１４５で覆われ
ている。これにより余分な光を透明探針１１２７の先端
部分以外に照射したり、逆に余分な光を検出するという
不都合を回避することができるので、高精度な記録再生
を行うことができる。なお、光導波路膜１１３８の厚み
及び屈折率は、使用する光の波長の波面が保存されるよ
う適切に選択される。

【００２５】カンチレバー１１２６の可動端には、光導
波路膜１１３８の表面に透明探針１１２７の軸１１３９
を中心として略同心円状のグレーティング１１４０が設
けられており、光導波路膜１１３８と透明探針１１２７
の間を結ぶカプラーを構成している。これにより、光導
波路膜１１３８を通過した光を効率よく透明探針１１２
７に導くことができるとともに、透明探針１１２７の先
端の近接視野部で検出した微弱光を効率よく光導波路膜
１１３８に導くことができる。また、使用する光の波長
に対してグレーティングピッチを適切に選択することに
より、透明探針１１２７の微小開口部１１４４に焦点を
結ばせることができるので、情報の高密度記録が可能と
なる。

【００２６】カンチレバー１１２６の固定端には、固定
のための透明ガラス基板１１４１が接着されており、こ
の部分に位置する光導波路膜１１３８の表面には、透明
探針１１２７の軸１１３９を中心とする略同心円状のグ
レーティングカプラー１１４２が設けられている。平行
光を光導波路膜１１３８に垂直な方向１１４３からグレ
ーティングカプラー１１４２に入射させると、この入射
光は波面を保ったまま透明探針１１２７の軸１１３９に
向かって集光する。そしてこの導波光は前記した透明探
針１１２７に導かれる。

【００２７】そのほかに、微小な集光スポットを形成す
る方法として、ＳＩＬ（ＳｏｌｉｄＩｍｍｅｒｓｉｏｎ
Ｌｅｎｓ）がある。これは光学顕微鏡の解像度を高め
る手法であり、ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ Ｖｏ
１．１８，Ｎｏ．４，ｐ３０５〜３０７（１９９３）に
示されている。

【００２８】図３０は、ＳＩＬを用いた光学系を示す。
この光学系においては、対物レンズ１２７７で光を集束
してから、入射面側が球面状で出射面側が平面とされて
いるＳＩＬ１２７８に、該光を入射させる。対物レンズ
１２７７からの入射光は、ＳＩＬ１２７８の球面に対し
て垂直に入射されるため、その光はディスク１２７９に
対向する出射側の平面１２７８ａの中心に向けて集束す
る。この様な構成において、ＳＩＬ１２７８の屈折率を
ｎとすると、対物レンズ１２７７のＮＡを実質的にｎ倍
にすることができ、集光スポットが１／ＮＡになる。

【００２９】更に、前述したＳＮＯＭの中のＣ（Ｃｏ１
１ｅｃｔｉｏｎ）モードには、試料裏面から光を斜めに
入射して全反射させ、試料表面に現れる近接場光を探針
で集光する方法がある。

【００３０】図３１に示すように、試料１２８０の裏面
から斜めに入射光１２８１を入射すると、試料表面に近
接場光Ｎが現れる。この状態で、光ファイバーなどを先
鋭化して作られ受光系として機能するプローブ１２８２
を試料１２８０に近づけていくと、両者の間隔が数十ｎ
ｍにまで近接したときに近接場光が伝搬光に変換され、
その光がプローブ１２８２の中へと伝わっていく。この
方式であれば、記録マークを数十ｎｍと微小にすること
が可能で、大容量のメモリー装置として期待されてい
る。

【００３１】近接場光を応用した別な例としては、ＯＤ
Ｓ’９８でＳａｍｓｕｎｇ Ｅ１ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
Ｃｏ.，ＬｔｄからＳＩＭ（Ｓｏｌｉｄ Ｉｍｍｅｒｓ
ｉｏｎ Ｍｉｒｒｏｒ）が発表されている。日経エレク
トロニクス６−１５，Ｐ．４５（１９９８）によると、
これは反射望遠鏡の原理を応用し、反射と屈折を組み合
わせた、ＳＩＬに近い集光素子である。

【００３２】図３２に示すように、図中上方から入射し
たレーザ光は球面状の屈折面１２８４を通過して広が
り、平面状の反射面１２８５に向かう。平面で反射した
レーザ光は、ＳＩＭの上面にある非球面の反射面１２８
６で中央に集光される。ＳＩＬと同じく高ＮＡとするこ
とにより、集光スポットを微小にしている。

【００３３】

【発明が解決しようとする課題】このように従来例とし
て、多種多様な方法もしくは装置を挙げることができ
る。しかしながら、図３１に示したＳＮＯＭにおいてＳ
／Ｎを大きくするにはプローブ１２８２に伝わる伝搬光
の強度を大きくする必要があり、このためには試料裏面
から入射する平行光の強度を大きくしなければならな
い。

【００３４】そこで、試料裏面から入射する光として、
図２７、図２８に示した超解像ビームや図３０に示した
ＳＩＬ及び図３２に示したＳＩＭによる微小集光スポッ
トを利用して、入射光の強度を大きくすることが考えら
れる。ところが、この場合は、集光ビームが平行光では
ないので、集光ビームの中心付近が臨界角以下で平凸レ
ンズの平面へ向けて導かれる。このため、透過光が常に
発生してプローブ（受光系）へ導かれることになり、検
出光の変調度が小さくなって、信号の検出が困難になる
という問題が発生する。

【００３５】この問題を避けるためには、円環ビームを
集光して、中心付近の光を除去した集光ビームを形成
し、集光ビームの全体が臨界角以上で入射するようにす
ればよいが、図１９から図２４までに示した構成では、
レンズや反射ミラーが一体化されておらず、光軸合わせ
の工程が必要となり、また経時変化による光軸ずれも問
題となっていた。特に、図２０の構成はレンズの組み合
わせであり、小型化に問題があった。

【００３６】同様に、図２７（ａ）のＩモードの構成に
おいては、プローブ１１２２と光検出器１１２４が一体
化されておらず、また図２７（ｂ）のＣモードの構成に
おいては、光源１１２１とプローブ１１２２が一体化さ
れておらず、更に図２８のハイブリッドモードの構成に
おいては、透明探針１１２７に至るまでの光路、レーザ
光源１１３０、光検出器１１３６が一体化されていな
い。このため、各部分や光路の相対的な位置合わせが困
難であり、また経時変化や環境変化によって該位置がず
れ、特性変化が発生するという問題があった。

【００３７】そこで、本発明は、上記従来の問題に鑑み
なされたものであり、ＣモードＳＮＯＭの光照射系に適
しており、円環ビームを集光させることができ、小型
化、軽量化及び一体化が可能な光学素子、光学ヘッド及
びそれらを用いた情報再生装置を提供することを目的と
する。

【００３８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の光学素子は、一つの回転軸周りに回転され
たそれぞれの線の軌跡として定められ、かつ相互に対向
する第１反射面及び第２反射面が形成された透明部材を
備え、前記第１反射面は、前記透明部材への前記回転軸
に沿った入射光を該回転軸に対して９０°以上の角度を
なして前記第２反射面へと反射し、前記第２反射面は、
前記第１反射面からの反射光を更に反射して前記透明部
材から出射している。

【００３９】本発明の光学素子によれば、第１反射面
は、回転軸に沿った入射光を回転軸に対して９０°以上
の角度をなして第２反射面へと反射する。これによっ
て、入射光が放射状に分散される。第２反射面は、第１
反射面からの反射光、つまり放射状に分散された光を更
に反射して出射する。これによって、放射状に分散され
た光が環状の光となって出射される。

【００４０】また、第１反射面及び第２反射面を共に透
明部材に形成し、かつ第１反射面によって入射光を回転
軸に対し９０°以上の角度をなして反射しているので、
薄型の光学素子１つで円環ビームを発生することができ
る。

【００４１】一実施形態では、前記透明部材の光入射端
面から離間して、前記第１反射面が配置される。この場
合、加工時に第１ミラー面先端が破損するのを避けるこ
とができる。

【００４２】一実施形態では、前記透明部材の光入射端
面に最も近い前記第２反射面の端部は、前記第１反射面
によって反射された反射光の照射範囲内にある。これに
よって、第１ミラー面先端からの散乱光が第２ミラー面
で反射されなくなる。

【００４３】また、本発明の光学素子は、一つの回転軸
周りに回転されたそれぞれの線の軌跡として定められ、
かつ相互に対向する第１反射面及び第２反射面が形成さ
れた透明部材を備え、前記第１反射面は、前記透明部材
への前記回転軸に沿った入射光を該回転軸に対して９０
°以上の角度をなして前記第２反射面へと反射し、前記
第２反射面は、前記第１反射面からの反射光を更に反射
して前記透明部材から出射し、該出射光を該出射光の光
軸に対して垂直な平面に臨界角以上の角度をなして入射
させる。

【００４４】本発明の光学素子によれば、出射光を該出
射光の光軸に対して垂直な平面に臨界角以上の角度をな
して入射させるので、平面近傍に近接場光のみの微小ス
ポットを形成することができる。

【００４５】一実施形態では、前記透明部材の光出射側
に配置され、該光出射側の面が平面状に形成された透明
板と、該光出射側に配置された凸レンズを備え、前記第
２反射面及び前記凸レンズの少なくとも一方によって、
前記第１反射面からの反射光を集光する。

【００４６】また、本発明の情報再生装置は、光学素子
と、プローブとを備え、前記光学素子は、一つの回転軸
周りに回転されたそれぞれの線の軌跡として定められ、
かつ相互に対向する第１反射面及び第２反射面が形成さ
れた透明部材を備え、前記第１反射面は、前記透明部材
への前記回転軸に沿った入射光を該回転軸に対して９０
°以上の角度をなして前記第２反射面へと反射し、前記
第２反射面は、前記第１反射面からの反射光を更に反射
して前記透明部材から出射し、該出射光を記録媒体に臨
界角以上の角度をなして入射させ、前記プローブは、前
記記録媒体の近傍の光を入射する。

【００４７】本発明の情報再生装置によれば、出射光を
記録媒体に臨界角以上の角度をなして入射させるので、
記録媒体基板の表面近傍に近接場光のみの微小スポット
を形成することができる。

【００４８】また、本発明の光学素子は、一つの回転軸
周りに回転されたそれぞれの線の軌跡として定められ、
かつ相互に対向する第１反射面及び第２反射面が形成さ
れた透明部材と、前記透明部材の光出射側に配置され、
該光出射側の面が平面状に形成された透明板とを備え、
前記第１反射面は、前記回転軸に対して４５°以上傾斜
し、前記透明部材への前記回転軸に略沿った入射光を前
記第２反射面へと反射し、前記第２反射面は、凹面であ
り、前記第１反射面からの反射光を前記透明板へと更に
反射し、前記第２反射面からの反射光が前記透明板の光
出射側の平面に臨界角以上をなして入射されて該平面か
ら出射される。

【００４９】本発明の光学素子によれば、第１反射面
は、回転軸に沿った入射光を第２反射面へと反射する。
これによって、入射光が放射状に分散される。第２反射
面は、第１反射面からの反射光、つまり放射状に分散さ
れた光を更に反射する。これによって、放射状に分散さ
れた光が環状の光となる。更に、光源からの光を円環ビ
ームに変換した後、この光を透明板の光出射側の平面に
臨界角以上をなして入射させて該平面から出射させるの
で、近接場光のみによる微小スポットを集光することが
できる。

【００５０】一実施形態では、前記透明部材の光入射端
面に凹レンズを備え、前記光入射端面が前記凹レンズを
介して前記第１反射面に入射する。この場合、光路を長
くとらずに円環ビームの面積を大きくすることができ
る。

【００５１】また、本発明の光学ヘッドは、光学素子
と、光源と、光検出器とを備え、前記光学素子は、一つ
の回転軸周りに回転されたそれぞれの線の軌跡として定
められ、かつ相互に対向する第１反射面及び第２反射面
が形成された透明部材と、前記透明部材の光出射側に配
置され、該光出射側の面が平面状に形成された透明板と
を備え、前記第１反射面は、前記光源から前記透明部材
への入射光を前記第２反射面へと反射し、前記第２反射
面は、前記第１反射面からの反射光を前記透明板へと反
射し、前記第２反射面からの反射光が前記透明板の光出
射側の平面に臨界角以上をなして前記光学的開口部に入
射されて該光学的開口部から出射され、前記光検出器
は、前記光学的開口部の周辺に設けられている。

【００５２】本発明の光学ヘッドによれば、光は、光学
素子で一旦集光され、記録媒体基板内部の反射面で反射
された後、光検出器で検出される。

【００５３】一実施形態では、前記光検出器は、複数の
受光領域を有し、前記光学的開口部から出射され記録媒
体によって反射された光を該各受光領域で受光し、該各
受光領域の検出出力に基づいて前記光学ヘッドによる前
記記録媒体のトラッキングエラーを検出している。記録
媒体のトラッキングエラーを検出すれば、トラッキング
サーボを行うことができる。

【００５４】一実施形態では、前記光検出器は、前記光
学的開口部から出射され記録媒体によって反射された光
を受光し、当該光検出器の検出出力に基づいて前記光学
ヘッドと前記記録媒体間の距離を検出している。この場
合、記録媒体基板との間隔を制御できるとともに、深さ
方向に変調された記録マークの再生が可能となる。

【００５５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面を参照して説明する。

【００５６】（第１実施形態）図１は、本発明の第１実
施形態である集光ユニットを示す断面図である。この集
光ユニット５は、入射光Ｌを円環ビームＬ’に変換する
光学素子１と、対物レンズ２と、ＳＩＬ３によって構成
され、これらがフレーム４によって一体化固定されてい
る。

【００５７】入射光Ｌは、光入射面１ｃから光学素子１
に入射され、第１ミラー面１ａで光路を放射状に分散さ
れ、第２ミラー面１ｂで反射されて円環ビームＬ’に変
換され、対物レンズ２に導かれる。ここで第２ミラー面
１ｂの配置は、光学素子１の内部での散乱光の影響が集
光スポットに現れないよう、図５で後述するような工夫
が施してある。保持部１ｅは、光学素子１をフレーム４
で保持するために用いるもので、光学素子１の光学的な
作用には関係ない。

【００５８】円環ビームＬ’は、対物レンズ２を経てＳ
ＩＬ３の下側平面へ集光される。このときＳＩＬ３へ導
かれる円環状の集束光は、ＳＩＬ３の平面に対して臨界
角以上になるよう入射され、境界面で全反射されて戻っ
ていく。例えば屈折率２の材料からなるＳＩＬならば、
平面に対する入射角は３０°以上にする必要がある。こ
れにより、対物レンズ２およぴＳＩＬ３の中央付近を透
過する光がなくなり、ＳＩＬ３の中央付近からは近接場
光のみが滲み出る。このため、ＣモードのＳＮＯＭにお
いて、本実施形態の集光ユニットを適用し、この集光ユ
ニットのＳＩＬ３の中央付近の近接場光をプローブによ
って検出する場合は、プローブに導かれる近接場光以外
の外部光がなくなり、検出される光のノイズが低減され
る。加えて、超解像の効果により、ビームスポットは通
常の集光スポットよりも小さくなるので、より微小な領
域へ光を照射することができる。

【００５９】なお、対物レンズ２とＳＩＬ３を兼用し
て、１つの平凸レンズとしてもよい。

【００６０】図２は、光学素子１の基本的な構成を示す
斜視図である。この光学素子１は、二重の円錐ミラー面
で構成され、図中上方から入射した入射光Ｌを円環ビー
ムＬ’に変換する作用を有する。二重の円錐ミラー面
は、先端を有する円錐面からなる第１ミラー面１ａと、
その円錐と中心軸が同じ円錐台の曲面からなる第２ミラ
ー面１ｂとからなり、これらの２つのミラー面の中心軸
に対する角度は両者ともどちらも４５°、つまり直円錐
の円錐面となっている。また、対向する第１及び第２ミ
ラー面１ａ，１ｂ間の光通過部を透明材料で形成、つま
り透明材料の表面に第１及び第２ミラー面１ａ，１ｂを
形成している。

【００６１】第２ミラー面１ｂの径を変えることによ
り、光学素子の厚みを変えることなく、円環ビームの外
径を設定することができるので、図２０に示すレンズの
組み合わせで構成される従来の光学系に比べて、極めて
薄型軽量とすることができる。本実施形態によれば、例
えば直径３ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの光学素子を用いて、
直径０．４ｍｍの入射光を外径３ｍｍかつ内径２．６ｍ
ｍの円環ビームに変換することができる。

【００６２】この光学素子１は、従来例で示したような
複数の部品で構成される中空の構造ではなく、透明材料
の表面に第１及び第２ミラー面１ａ，１ｂを形成してい
るので、各ミラー面の位置合わせをする必要がなく、経
時変化による特性変動もほとんどない。また、この光学
素子１は、ミラーを用いているため、回折格子を利用し
たビーム径変換素子に比べると、波長変動によるビーム
出射方向の振れやビーム形の変形が生じないという特徴
がある。この光学素子１の基本的な働きは、入射光を円
環ビームに変換することであり、ミラーの形状や配置に
ついては図２の構成に限定されるものではない。

【００６３】図３は、本実施形態の変形例を示す断面図
である。図３において、破線は光束を示し、太線の部分
がミラー面を示している。第１及び第２ミラー面１Ａ
ａ，１Ａｂについては、その角度の表現を重視してお
り、光学素子１内部での散乱光を考慮したミラーの配置
は図５で後述する。第１ミラー面１Ａａが光軸に対して
４５°傾き、第１ミラー面１Ａａによる反射光が光軸に
対して９０°の方向のときが、光学素子１の厚みが最も
薄くなる。

【００６４】図３（ａ）に示す光学素子１Ａは、第１ミ
ラー面１Ａａの先端が光学素子１Ａの光入射面１Ａｃよ
りも下方に形成されている。この方が第１ミラー面１Ａ
ａが光入射面１Ａｃに接しているものよりも加工が容易
である。つまり、第１ミラー面１Ａａ先端と光入射面１
Ａｃとの間隔の公差を大きくとれるので、第１ミラー面
先端が破損するのを防ぐことができる。このような構造
にしても、光学素子１の厚さが大きくなるだけで、これ
による特性の変化はない。この構造は、以下の図３
（ｂ）及び図３（ｃ）の光学素子についても同様であ
る。

【００６５】図３（ｂ）に示す光学素子１Ｂは、光入射
面の部分にコリメートレンズ６を付加している。これに
より、半導体レーザなどからの発散光ｌを平行光に変換
した後、外径の大きな円環ビームに変換することができ
る。コリメートレンズを別に設ける場合に比べると、光
学素子とコリメートレンズの位置合わせを必要としない
という利点がある。レンズのパワーを大きくしてやれ
ば、集光素子としての機能も合わせることができる。

【００６６】図３（ｃ）に示した光学素子１Ｃは、円環
ビームの出射側にコンデンサーレンズ７を設けている。
これにより、半導体レーザなどからの発散光１を外径の
大きな円環ビームに変換した後、平行光に変換すること
ができる。レンズを別に設ける場合に比べて、位置合わ
せの必要がない。また、光の通過する部分のみにレンズ
があればよいので、これをコンデンサーレンズにするこ
とで、厚みや重量が大きくなるのを防ぐことができる。
レンズのパワーを大きくすれば、集光素子としての機能
も合わせることができる。

【００６７】このほか、図３（ｂ）と図３（ｃ）の構成
を組み合わせて光学素子１の両面にレンズを付加するこ
とも可能である。

【００６８】ミラー面は、臨界角を利用した全反射ミラ
ーでも、金属膜あるいは誘電体多層膜を形成した反射ミ
ラーでもどちらでもよい。膜を積層するミラーであれ
ば、必要な部分だけにミラーを形成することができ、散
乱光などの不要な光の影響を抑えることができる。ま
た、ミラーに偏光特性を持たせることも可能である。全
反射ミラーが空気との界面を利用したものである場合、
この全反射ミラーの界面に他の部品を接着すると、該界
面がなくなるので、界面を利用した全反射ミラーの利用
には注意を要する。パターニングミラーは、図５に後述
する構成への採用が好ましい。

【００６９】図４には、その他の変形例を示している。
破線は光束を示し、太線はミラー面を示している。

【００７０】図４（ａ）は、第１ミラー面８ａが光軸に
対して４５°よりも小さい光学素子８を示している。こ
れにより、第１ミラー面８ａの先端８ｄが先鋭化される
ので、この部分での光の散乱が少なくなる。図３に示し
た構造の光学素子に比べて、厚みは大きくなる。

【００７１】図４（ｂ）は、第１ミラー面８Ａａが双曲
線や放物線や楕円などの曲線を回転して得られる凹面の
曲面となる光学素子８Ａを示している。このような構造
とすることにより、半導体レーザなどの光源９からの発
散光１を、平行光として反射して第２ミラー面８Ａｂに
導くことができる。

【００７２】図４（ｃ）は、第２ミラー面８Ｂｂが双曲
線や放物線や楕円などの曲線を回転して得られる凹面の
曲面となる光学素子８Ｂを示している。このような構造
とすることにより、第１ミラー面８Ｂａで反射された光
源９からの発散光１を、平行光として反射することがで
きる。

【００７３】図５は、別の変形例を示している。破線は
光束を示し、太線はミラー面を示している。

【００７４】図５（ａ）に示す光学素子１０は、その稜
線が丸みを有している。実際の加工品においては、この
ような形状が避けられず、第１ミラー面１０ａの先端１
０ｄも変形してしまう。このため、第１ミラー面１０ａ
からの反射光は、本来設計した方向以外の散乱光を含
む。そこで、光学素子１０においては、第２ミラー面１
０ｂが第１ミラー面１０ａからの反射光のみを受けるよ
うに、第２ミラー面１０ｂをパターニングしている。第
１ミラー面１０ａの先端１０ｄでの散乱光は、第２ミラ
ー面１０ｂがパターニングされている領域よりも光入射
面１０ｃ寄りに散乱され、第２ミラー面１０ｂでは反射
されない。

【００７５】図５（ｂ）に示す光学素子１０Ａは、その
稜線が丸みを有し、第１ミラー面１０Ａａが光軸に対し
て４５°よりも小さい。実際の加工品においては、この
ような形状が避けられず、第１ミラー面１０Ａａの先端
１０Ａｄも変形してしまう。このため、第１ミラー面１
０Ａａからの反射光は、本来設計した方向以外の散乱光
を含む。そこで、光学素子１０Ａにおいては、第２ミラ
ー面１０Ａｂが第１ミラー面１０Ａａからの反射光のみ
を受けるように、第２ミラー面１０Ａｂをパターニング
している。第１ミラー面１０Ａａの先端１０Ａｄでの散
乱光は、第２ミラー面１０Ａｂがパターニングされてい
る領域よりも光入射面１０Ａｃ寄りに散乱され、第２ミ
ラー面１０Ａｂでは反射されない。

【００７６】図５（ｃ）に示す光学素子１０Ｂは、その
稜線が丸みを有し、第１ミラー面１０Ｂａが双曲線や放
物線や楕円などの曲線を回転して得られる凹面の曲面と
なっている。実際の加工品においては、このような形状
が避けられず、第１ミラー面１０Ｂａの先端１０Ｂｄも
変形してしまう。このため、光源９から発せられ第１ミ
ラー面１０Ｂａで反射された反射光は、本来設計した方
向以外の散乱光を含む。そこで、光学素子１０Ｂにおい
ては、第２ミラー面１０Ｂｂが第１ミラー面１０Ｂａか
らの反射光のみを受けるように、第２ミラー面１０Ｂｂ
をパターニングしている。第１ミラー面１０Ｂａの先端
１０Ｂｄでの散乱光は、第２ミラー面１０Ｂｂがパター
ニングされている領域よりも光入射面１０Ｂｃ寄りに散
乱され、第２ミラー面１０Ｂｂでは反射されない。

【００７７】図５（ｄ）に示す光学素子１０Ｃは、その
稜線が丸みを有し、第２ミラー面１０Ｃｂが双曲線や放
物線や楕円などの曲線を回転して得られる凹面の曲面と
なっている。実際の加工品においては、このような形状
が避けられず、第１ミラー面１０Ｃａの先端１０Ｃｄも
変形してしまう、このため、光源９から発せられ第１ミ
ラー面１０Ｃａで反射された反射光は、本来設計した方
向以外の散乱光を含む。そこで、光学素子１０Ｃにおい
ては、第２ミラー面１０Ｃｂが第１ミラー面１０Ｃａか
らの反射光のみを受けるように、第２ミラー面１０Ｃｂ
をパターニングしている。第１ミラー面１０Ｃａの先端
１０Ｃｄでの散乱光は、第２ミラー面１０Ｃｂがパター
ニングされている領域よりも光入射面１０Ｃｃ寄りに散
乱され、第２ミラー面１０Ｃｂでは反射されない。

【００７８】図６、図７を用いて、本実施形態の光学素
子の作製工程について説明する。図６は、ガラスのプレ
ス成型を行う例を示し、また図７は、熱可塑性材料の射
出成型を行う例を示している。

【００７９】まず、図６を参照して、ガラスのプレス成
型について説明する。

【００８０】図６（ａ）において、金型１１には素子型
１１’がはめ込まれ、金型１２には素子型１２’がはめ
込まれている。作製される光学素子１の形状は、素子型
１１’と素子型１２’によって決定されるため、これら
の素子型には高い精度が要求される。そこで、ここで
は、素子型を金型本体とは別に加工し、後で組み合わせ
る入れ子式としている。

【００８１】図６（ｂ）に示すように、これら金型の間
に既に加熱軟化されたガラス１３がセットされる。金型
の温度は、ガラス１３が急激に冷却されないように調整
されている。

【００８２】そして図６（ｃ）に示すように、各金型１
１，１２間でガラス１３をプレスし、ある程度温度が下
がったところで再び各金型を開くと、図６（ｄ）に示し
たような光学素子１が形成される。

【００８３】この後、更に必要に応じてミラー面に金属
膜あるいは誘電体多層膜を形成し、ミラーの配置や光学
特性を決定する。

【００８４】次に、図７を参照して、射出成型による光
学素子の作製について説明する。

【００８５】図７（ａ）において、金型１４には素子型
１４’が、金型１５には素子型１５’がそれぞれはめ込
まれており、入れ子式となっている。また金型１４には
導入口１４ａが設けられており、金型１５には加工品を
取り出すときに使用するイジェクターピン１７が設けら
れている。

【００８６】図７（ｂ）に示すように、両方の金型をあ
わせた状態で、導入口１４ａから加熱溶融された熱可塑
性材料１６が注入される。この例では、充填を均一に行
うため、２箇所からの注入を行っている。

【００８７】そして、図７（ｃ）に示すように、熱可塑
材料１６が冷却固化してから金型を開き、イジェクター
ピン１７で押し出してやると、図７（ｄ）のような成型
品１８が取り出される。成型品１８には、熱可塑性材料
１６を注入した部分にランナー１８’が残っているの
で、これを除去すると光学素子１が得られる。

【００８８】図７に示す金型を透明な型材とすれば、光
硬化性樹脂を注入し、光照射により効果させることがで
きる。光硬化性樹脂の場合は、加熱を必要としないの
で、短時間で光学素子を作製することができる。ある種
の光硬化性樹脂は、空気中の水分や酸素に侵されて表面
硬化が進まなくなることがあるので、硬化作業は乾燥窒
素雰囲気中などで行うのが好ましい。

【００８９】２つの金型の位置合わせは、光学素子１を
何度か作製しながら調整していき、最終的には±５μｍ
以上の精度を得る。また、円錐の素子型の先端はできる
だけ先鋭化する必要がある。現状、型の先端は１０μｍ
程度に先鋭化することが可能である。

【００９０】（第２実施形態）図８は、本発明の第２実
施形態である集光ユニットを示している。この集光ユニ
ット１０５は、光入射面にコリメートレンズ１０６が付
加された光学素子１０１と対物レンズ１０２とＳＩＬ１
０３によって構成され、これらがフレーム（図示せず）
によって一体固定されている。

【００９１】光源１０９から放射された発散光１は、光
学素子１０１に入射され、第１ミラー面１０１ａで光路
を放射状に分散され、第２ミラー面１０１ｂで反射され
て円環ビームＬ’に変換され、対物レンズ１０２に導か
れる。円環ビームＬ’は、対物レンズ１０２を経てＳＩ
Ｌ１０３の下側平面へ集光される。このとき、ＳＩＬ１
０３へ導かれる円環状の収束光は、ＳＩＬ１０３の平面
に対して臨界角以上になるよう入射され、境界面で全反
射されて戻っていく。これより、対物レンズ１０２及び
ＳＩＬ１０３の中央付近を透過してレンズの外へ出てい
く光がなくなり、ＳＩＬ１０３の中央付近からは近接場
光のみが滲み出る。このため、ＣモードのＳＮＯＭにお
いて、本実施形態の集光ユニットを適用し、この集光ユ
ニットのＳＩＬ１０３の中央付近の近接場光をプローブ
によって検出する場合は、プローブに導かれる近接場光
以外の外部光がなくなり、検出される光のノイズが低減
される。加えて、超解像の効果により、ビームスポット
は通常の集光スポットよりも小さくなるので、より微小
な領域へ光を照射することができる。

【００９２】ＳＩＬ１０３の平面には、図示されない被
測定物が数十ｎｍの距離まで近接されており、被測定物
の表面に近接場光を照射することができる。図８に示し
た光学系を利用し、被測定物からの反射光を検出すれ
ば、ＳＩＬ１０３を用いた顕微鏡や記録情報再生装置を
構成することも可能である。

【００９３】しかし、ＣモードのＳＮＯＭとして用いる
場合を考えると、被測定物に対向して受光用プローブが
あり、被測定物の裏面から光が照射されるため、被測定
物の厚みを越えて表面付近に集光しなければならない。
同様に、ＣモードのＳＮＯＭの構成を高密度情報再生装
置に用いる場合、情報記録媒体基板の裏面から光を入射
し、情報の記録されている表面近傍に基板の厚みを越え
て集光しなけらばならない。このように裏面から光を入
射し、厚みを越えて表面に集光するような構成について
は、図１０、図１１で後述する。

【００９４】なお、対物レンズ１０２とＳＩＬ１０３を
兼用して１つの平凸レンズとしてもよい。保持部１０１
ｅは、光学素子１０１をフレーム（図示せず）で保持す
るために用いるもので、光学素子１０１の光学的な作用
には関係ない。

【００９５】（第３実施形態）図９（ａ）は、本発明の
第３実施形態である集光ユニットを示している。

【００９６】図９（ａ）に示す集光ユニット１２１は、
光学素子１１９と、これに固定された平板１２０から構
成されている。光学素子１１９と平板１２０の固定は、
例えば屈折率の等しい透明な接着剤による接着固定で達
成される。光学素子、平板、接着剤の屈折率が等しい場
合、固定面に光学的な界面が存在しなくなるので、光透
過率を高くすることができる。

【００９７】光学素子１１９には、第１ミラー面１１９
ａと第２ミラー面１１９ｂが形成されている。光学素子
１１９の光入射面１１９ｃから入射された入射光Ｌは、
第１ミラー面１１９ａで光路を放射状に分散され、第２
ミラー面１１９ｂから平板１２０へと反射される。ここ
で、第２ミラー面１１９ｂは凹面鏡となっており、その
反射光は下方の平板１２０の平面１２０ａへ向けて集光
される。

【００９８】平板１２０内部に導かれる円環状の収束光
は、平面１２０ａに対して臨界角以上になるよう入射さ
れ、境界面で全反射されて戻っていく。これにより、平
板１２０の外へ出ていく光がなくなり、平面１２０ａの
中央付近からは近接場光のみが滲み出る。このため、Ｃ
モードのＳＮＯＭにおいて、本実施形態の集光ユニット
を適用し、この集光ユニットの平面１２０ａの中央付近
の近接場光をプローブによって検出する場合は、プロー
ブに導かれる近接場光以外の外部光がなくなり、検出さ
れる光のノイズが低減される。加えて、超解像の効果に
より、ビームスポットは通常の集光スポットよりも小さ
くなっているので、より微小な領域へ光を照射すること
ができる。このような構造にすることにより、構成部品
数を少なくすることができ、小型軽量を図ることがで
き、かつ位置調整の手間が省ける。また、経時変化によ
る光学特性の変動も少ない。

【００９９】図９（ｂ）に示す集光ユニット１２１Ａ
は、本実施形態の変形例を示している。この集光ユニッ
ト１２１Ａは、光学素子１１９Ａと、これに固定された
平板１２０から構成されている。光学素子１１９Ａに
は、コリメートレンズ１０６Ａ、第１ミラー面１１９Ａ
ａ、第２ミラー面１１９Ａｂが形成されている。光源１
０９から放射された発散光１は、光学素子１１９Ａの光
入射面１１９Ａｃに形成されたコリメートレンズ１０６
Ａへ入射し、第１ミラー面１１９Ａａで光路を放射状に
分散され、第２ミラー面１１９Ａｂで平板１２０へと反
射される。第２ミラー面１１９Ａｂは凹面鏡となってお
り、下方の平板１２０の平面１２０ａへ向けて集光され
る。

【０１００】平板１２０に導かれる円環状の収束光は、
平面１２０ａに対して臨界角以上になるよう入射され、
境界面で全反射されて戻っていく。これにより、平板１
２０の外へ出ていく光がなくなり、平面１２０ａの中央
付近からは近接場光のみが滲み出る。このため、Ｃモー
ドのＳＮＯＭにおいて、本実施形態の集光ユニットを適
用し、この集光ユニットの平面１２０ａの中央付近の近
接場光をプローブによって検出する場合は、プローブに
導かれる近接場光以外の外部光がなくなり、検出される
光のノイズが低減される。加えて、超解像の効果によ
り、ビームスポットは通常の集光スポットよりも小さく
なっているので、より微小な領域へ光を照射することが
できる。このような構造にすることにより、構成部品数
を少なくすることができ、小型軽量を図ることができ、
かつ位置調整の手間が省ける。また、経時変化による光
学特性の変動も少ない。

【０１０１】平板１２０の平面１２０ａには、図示され
ない被測定物が数十ｎｍの距離まで近接されており、被
測定物の表面に近接場光を照射することができる。図９
に示した光学系を利用し、被測定物からの反射光を検出
すれば、顕微鏡や記録情報再生装置を構成することも可
能である。

【０１０２】しかし、ＣモードのＳＮＯＭとして用いる
場合を考えると、被測定物に対向して受光用プローブが
あり、被測定物の裏面から光が照射されるため、被測定
物の厚みを越えて表面付近に集光しなければならない。
同様に、ＣモードのＳＮＯＭの構成を高密度情報再生装
置生に用いる場合、情報記録媒体基板の裏面から光を入
射し、情報の記録されている表面近傍に基板の厚みを越
えて集光しなけらばならない。このように裏面から光を
入射し、厚みを越えて表面に集光するような構成につい
ては、図１０、図１１で後述する。

【０１０３】（第４実施形態）図１０は、図８に示す第
２実施形態の集光ユニット１０５とＣモードのＳＮＯＭ
を組み合わせて適用した第４実施形態の高密度情報再生
装置を示している。

【０１０４】集光ユニット１０５によって、情報記録媒
体基板１２２の裏面から円環ビームの集光スポットを照
射する。円環ビームは、報記媒体基板１２２を介して該
基板１２２に臨界角以上で入射し、その集光点が情報記
媒体基板１２２の表面に形成される。これにより、円環
ビームの集光スポットは、記録マーク１２４周辺に超解
像の効果による微小なスポットの近接場光Ｎ’を発生す
る。この状態で、情報記録媒体基板１２２にプローブ１
２３を数十ｎｍの距離まで近づけると、近接場光Ｎ’は
伝搬光に変換されプローブ１２３の中を伝わっていき、
図示されない光検出器で検出される。

【０１０５】情報記録媒体基板１２２とプローブ１２３
の間隔を保ちながらプローブ１２３をスキャンさせてい
くと、プローブ１２３から光検出器への伝搬光は、記録
マーク１２４の有無に応答して変化する。この光検出器
は、該伝搬光の変化に基づいて、記録マーク１２４の有
無を判別し、情報記録媒体基板１２２に記録された情報
を再生する。

【０１０６】（第５実施形態）図１１は、図９（ａ）に
示す第３実施形態の集光ユニット１２１とＣモードのＳ
ＮＯＭを組み合わせて適用した第５実施形態の高密度情
報再生装置を示している。

【０１０７】集光ユニット１２１によって、情報記録媒
体基板１２２の裏面から円環ビームの集光スポットを照
射する。円環ビームは、情報記録媒体基板１２２を介し
て該基板１２２に臨界角以上で入射し、その集光点が情
報記録媒体基板１２２の表面に形成される。これによ
り、円環ビームの集光スポットは、記録マーク１２４周
辺に超解像の効果による微小なスポットの近接場光Ｎ’
を発生する。この状態で、情報記録媒体基板１２２にプ
ローブ１２３を数十ｎｍの距離まで近づけると、近接場
光Ｎ’は伝搬光に変換されプローブ１２３の中を伝わっ
ていき、図示されない光検出器で検出される。

【０１０８】情報記録媒体基板１２２とプローブ１２３
の間隔を保ちながらプローブ１２３をスキャンさせてい
くと、プローブ１２３から光検出器への伝搬光は、記録
マーク１２４の有無に応答して変化する。この光検出器
は、該伝搬光の変化に基づいて、記録マーク１２４の有
無を判別し、情報記録媒体基板１２２に記録された情報
を再生する。

【０１０９】（第６実施形態）図１２は、本発明の第６
実施形態の光学ヘッドを示す断面図である。光学ヘッド
２０１は、光学素子２０２、半導体基板２０５が固定さ
れた平板２０３、及び半導体レーザ２０６で構成されて
いる。半導体基板２０５には、光検出器２０４が形成さ
れている。

【０１１０】この光学ヘッド２０１は、記録媒体基板２
０９に近接して使用される。この記録媒体基板２０９に
は記録マーク２０７が形成され、その内部に反射面８が
設けれている。

【０１１１】光学素子２０２は、半導体レーザ２０６か
らの光に対して透明な材料で形成されており、該透明材
料の底面中央に形成された円錐面からなる第１ミラー面
２１０と、これを取り囲むように形成された凹面鏡から
なる第２ミラー面２１１とを有する。第１ミラー面２１
０及び第２ミラー面２１１は、該各ミラー面の中心軸を
半導体レーザ２０６から出射され光学素子２０２に入射
してきた入射光Ｌの光軸に重ね合わせて配置されてい
る。また、特に第２ミラー面２１１は、第１ミラー面２
１０からの散乱光を受けないように（第１ミラー面から
の反射光のみを受けるように）、その位置が限定されて
おり、第２ミラー面２１１の上側範囲が特定されてい
る。これは、第１ミラー面の円錐先端で発生する散乱光
が迷光となって、記録媒体基板２０９へ導かれるのを防
ぐためである。第１ミラー面２１０によって、半導体レ
ーザ２０６からの入射光Ｌが円環ビームに変換され、続
いて第２ミラー面２１１により円環ビームが平板２０３
の光出射面２０３’に向けて集光されるようになってい
る。

【０１１２】第１ミラー面２１０は、その回転中心軸に
対して４５°よりも大きな角度で配置されており（円錐
の先端が９０°よりも大きい）、反射光はその回転中心
軸に対して垂直よりも小さい角度（やや半導体レーザ２
０６寄りの方向）に反射される。この様な光路を形成す
ることで、半導体レーザ２０６から第１ミラー面２１０
までの光路の大部分を光学素子２０２内に含ませること
ができ、光学ヘッド２０１の薄型化を図ることができ
る。

【０１１３】平板２０３には、半導体基板２０５が固定
されている。この固定には、アルゴンプラズマ処理によ
り活性化された表面同士が常温で固着する、いわゆる常
温接合などの手法が適用される。半導体基板２０５は、
厚さ４０μｍ程度のシリコン単結晶薄板が適している。
平板２０３を石英ガラスとすれば、これに極めて薄い半
導体基板２０５を接合しても、通常のＩＣプロセスによ
り半導体基板２０５上に光検出器２０４を形成すること
が可能である。

【０１１４】第２ミラー面１１からの円環ビームが集光
する平板２０３の領域には、光学的開口部Ａが設けられ
ており、これに隣接するように光検出器２０４が配置さ
れている。光学的開口部Ａには、誘電体材料２１２が充
填され、さらに研磨処理が施されており、平板２０３の
光出射面２０３’は、光学的開口部Ａ付近に段差のない
平滑な平坦面となっている。この平滑な平坦面は、光の
通過部分になるので、光検出器２０４を含む円形の領域
まで要求される。また、これよりも外側の領域では、円
形の平滑な平坦面よりも突出した形状があってはならな
い。

【０１１５】ここで誘電体材料２１２は、４０μｍ以上
の段差を埋め込む必要があるので、ＳＯＧ（ｓｐｉｎ
ｏｎ ｇｌａｓｓ）の塗布並びに焼成による膜や、ＴＥ
ＯＳ（珪酸エチル）をソースとしたＣＶＤによる二酸化
珪素膜などが適している。図１２では光検出器のみが形
成された構成となっているが、同時に信号処理用のＩＣ
も形成することができる。

【０１１６】記録媒体基板２０９は、その内部に反射面
２０８を有している。これは記録マーク２０７の形成さ
れた上側から入射した光を反射して、再び記録媒体基板
２０９の外部へ出射する働きがある。この反射面２０８
より奥には光は侵入しないので、反対側の面にも記録マ
ークが形成された両面基板を構成することが可能であ
る。

【０１１７】半導体レーザ２０６からの入射光Ｌは、光
学素子２０２によって光学的開口部Ａの光出射面２０
３’に円環ビームとして集光される。このときのビーム
スポット径は、超解像の効果により、通常のビーム径よ
りも小さくなる。ところで、集光される光の入射角は、
光出射面２０３’に対して臨界角以上となっており光出
射面２０３’で全反射を起こすので、この境界面を越え
て光の透過は起こらない。ところが、この境界面近傍に
は近接場光Ｎの滲み出しがあるので、記録媒体基板２０
９が数十ｎｍの間隔まで近接すると、近接場光Ｎは伝搬
光となって記録媒体基板２０９の中へと透過していく。
そして、光は、反射面２０８で反射されて記録媒体基板
２０９の表面に戻り、記録マーク２０７により散乱され
たり、一部は近接場光から伝搬光に変換されたりして、
光検出器２０４へと導かれる。光検出器２０４は、受光
した光を光電変換して、記録マーク２０７に対応する電
気信号を形成し、この電気信号を図示されない信号処理
回路に伝達する。この信号処理回路によって電気信号が
検出される。信号処理回路は、該電気信号に基づいて一
連の記録マーク２０７によって示される情報を再生す
る。

【０１１８】両側の光検出器２０４によって記録マーク
２０７を検知する。両側の光検出器２０４の出力の和か
ら記録マーク２０７の有無を検出することができ、記録
媒体基板２０９と光学ヘッド２０１との間隔を一定に保
ちながらトラック方向へ相対移動させていくと、検出さ
れた電気信号に基づいて記録されていた情報を再生する
ことができる。

【０１１９】記録媒体基板２０９と光学ヘッド２０１と
の間隔制御にも近接場光を利用することができる。記録
媒体基板２０９と光学ヘッド２０１間のギャップの光透
過率、つまり近接場光Ｎが伝搬光となつて記録媒体基板
２０９の内部へと透過していく効率は、光出射面２０
３’と記録媒体基板２０９の間隔に対して指数関数的に
変化する。従って、光検出器２０４の出力レベルに基づ
いてギャップの光透過率を求めれば、光出射面２０３’
と記録媒体基板２０９との間隔を検出することができ
る。

【０１２０】また、予め深さを規定した数種類の記録マ
ークを形成しておけば、多値記録情報の再生が可能であ
る。図１２では、記録マークを凹部として記してある
が、これを凸部としてもよい。

【０１２１】更に、図１２に示すように、記録マーク２
０７の配列（トラック）を挟んで両側にそれぞれの光検
出器４を配置しておけば、それらの出力の差動を得るこ
とでトラッキング信号を検出することができる。２つの
光検出器４の配置については図１３を用いて説明する。

【０１２２】図１３は、図１２に示す光学ヘッド２０１
を記録媒体基板２０９側から見た平面図を示している。
この平面の略全体が半導体基板２０５によって覆われて
いる。半導体基板２０５には、光学的開口部Ａを取り巻
くように光検出器２０４が形成されている。光検出器２
０４は、トラック方向の分割線に沿って２つの領域に分
割されている。光検出器２０４が形成されていない半導
体基板２０５の部分には、信号処理用のＩＣを形成する
ことが可能である。

【０１２３】光検出器２０４は、該伝搬光の変化に基づ
いて、記録マーク１２４の有無を判別し、情報記録媒体
基板１２２に記録された情報を再生する。信号処理用の
ＩＣは、光検出器２０４によって再生された情報を処理
する。

【０１２４】図１４を用いて光学素子２０２の作製工程
の１例について説明する。

【０１２５】図１４（ａ）に示すように、上部金型Ｔに
は第１ミラー面２１０、下部金型Ｂには第２ミラー面２
１１の形状が加工されている。この金型を加熱してお
き、図１４（ｂ）に示すように、光学素子２０２を構成
する透明材料Ｍを必要量だけ軟化させてセットする。続
いて、図１４（ｃ）に示すように、上部金型Ｔと下部金
型Ｂ間で透明材料Ｍをプレスし、冷却固化させて取り出
した後、反射膜を形成してパターニングすれば、図１４
（ｄ）に示したような光学素子２０２が得られる。反射
膜は、誘電体多層膜でも金属膜でもよい。これらの成膜
は蒸着やスパッタリングなどで行うことができる。

【０１２６】ここではプレス成型について説明したが、
射出成型や切削で加工してもよい。

【０１２７】次に、図１５を用いて、図１２に示した本
実施形態の光学ヘッドの作製工程について説明する。

【０１２８】図１５（ａ）に示す平板２０３は、光学特
性や機械特性にすぐれた石英ガラス板が望ましい、この
平板２０３の上に、図１５（ｂ）に示すように半導体基
板２０５を常温接合する。半導体基板２０５としては、
厚さ４０μｍ程度のシリコン単結晶薄板がふさわしい。
これは、例えば波長７８０ｎｍの光が９９％光電変換さ
れるまでに到達する深さが約４０μｍであり、これが活
性層深さとみなせることに起因する。そして、図１５
（ｃ）に示すように光検出器２０４を半導体基板２０５
中に形成する。図１５（ｃ）では、その表面を平坦に示
してあるが、光検出器２０４の受光部周辺には、配線や
絶縁層などにより通常数μｍ程度の突出部が形成されて
いる。

【０１２９】続いて、図１５（ｄ）に示すように、開口
部Ｃをエッチング等により形成し、平板２０３を露出さ
せる。開口部Ｃは光検出器２０４に隣接するので、この
工程はサイドエッチングの少ない方法で行うことがふさ
わしい。この開口部Ｃを埋め込むように誘電体材料２１
２を成膜し、研磨処理を施して平滑な平坦面を形成した
ものが図１５（ｅ）である。既に述べたように、この誘
電体材料２１２の膜は、ＳＯＧの塗布並びに焼成や、Ｃ
ＶＤ等で形成される。

【０１３０】そして、図１５（ｆ）に示すように、平板
２０３及び半導体基板２０５を必要な大きに切り出し、
図１５（ｇ）に示すように切り出した平板２０３を光学
素子２０２と一体固定して、光学ヘッド２０１を形成す
る。固定は透明接着剤による接着でよい。透明材料Ｍと
透明接着剤の屈折率は近いほど好ましい。

【０１３１】図１６は、本実施形態の光学素子の変形例
を示している。図中では、合わせて平板２０３も示して
いる。

【０１３２】図１６（ａ）に示す光学素子２０２Ａは、
その中央に凹レンズ２１３が形成されている。円環ビー
ムの単位面積当たりの光強度が大きい場合、表面粗度や
稜の変形などを原因とする第１及び第２ミラー面での光
の散乱の影響が大きい。この光損失を低減するには、円
環ビームの断面積を大きくし、単位面積当たりの光強度
を小さくすればよい。そこで、図１６（ａ）では、半導
体レーザ２０６からの光を凹レンズ２１３で拡げてい
る。この拡がったビームを受けるために、第１ミラー面
２１０Ａは、回転中心軸に垂直な平面への投影面積が大
きくなるようにしてある（例えば、ミラー面の角度が同
じであれば、ミラー面の面積を大きくする）。これによ
り、円環ビ一ムの外径が大きくなり（図１２と比較する
と第２ミラー面２１１のより外周まで光を受けることに
なる）、円環ビームの断面積が大きくなるので、表面粗
度や稜の変形などによる第１及び第２ミラー面での光の
散乱の影響が低減され、光利用効率が向上する。

【０１３３】図１６（ｂ）の光学素子２０２Ｂは、第１
ミラー面２１０Ｂを凸面鏡にして、半導体レーザ２０６
からの光を第２ミラー面２１１へ向けて拡げるようにし
ている。これにより、円環ビームの断面積が大きくな
り、表面粗度や稜の変形などによる第１ミラー面及び第
２ミラー面での光の散乱の影響が低減され、光利用効率
が向上する。

【０１３４】（第７実施形態）図１７は、本発明の第７
実施形態の光学ヘッドを示す断面図である。光学ヘッド
３１４は、光学素子３０２、半導体基板３１７が貼り付
けられた平板３１５、及び半導体レーザ３０６から構成
されている。半導体基板３１７には、光検出器３１８が
形成されている。この光学ヘッド３１４は、記録マーク
１９が形成された記録媒体基板３２０に近接して使用さ
れる。

【０１３５】半導体レーザ３０６及び光学素子３０２
は、図１２に示した光学素子２０２と同一である。つま
り、光学素子３０２は、半導体レーザ３０６からの光に
対して透明な材料で形成されており、底面中央に形成さ
れた円錐面からなる第１ミラー面３１０と、これを取り
囲むように形成された凹面鏡からなる第２ミラー面３１
１とが設けられている。第１ミラー面３１０及び第２ミ
ラー面３１１は、該各ミラー面の中心軸を半導体レーザ
３０６からの入射光Ｌの光軸に重ね合わせて配置されて
いる。また、特に第２ミラー面３１１は第１ミラー面３
１０からの散乱光を受けないよう（第１ミラー面からの
反射光のみを受けるよう）ミラーの位置が限定されてい
る。これは、第１ミラー面の円錐先端で発生する散乱光
が迷光となって、記録媒体基板３２０へ導かれるのを防
ぐためである。第１ミラー面３１０によって、半導体レ
ーザ３０６からの入射光Ｌが円環ビームに変換され、続
いて第２ミラー面３１１により円環ビームが誘電体材料
３１６の光出射面３１６’に向けて集光されるようにな
っている。

【０１３６】平板３１５の下側面には、半導体基板３１
７が接合されている。この半導体基板３１７には、光検
出器３１８が形成され、かつその光学的開口部Ａ’が誘
電体材料３１６で充填されて平面加工が施されている。
この平面加工による平滑な平坦面は、光学的開口部Ａ’
を含む円形領域に要求される。これより外側の領域で
は、円形の平滑な平坦面よりも突出した形状があっては
ならない。

【０１３７】平板３１５を光学素子３０２に固定するに
は、透明な接着剤が用いられる。半導体基板３１７は厚
さ４０μｍ程度のシリコン単結晶薄板が適している。図
１７では光検出器３１８だけが形成された構成となって
いるが、同時に信号処理用のＩＣも形成することができ
る。

【０１３８】本実施形態の光学ヘッド３１４は、図１４
及び図１５に示した工程とほぼ同じ作製工程で作製でき
るため、作製方法の説明は省略する。

【０１３９】半導体レーザ３０６からの入射光Ｌは、光
学素子３０２によって光学的開口部Ａ’を通って円環ビ
ームとして光出射面３１６’に集光される。このときの
ビームスポット径は、超解像の効果により、通常のビー
ム径よりも小さくなる。ところで、集光される光の入射
角は、光出射面３１６’に対して臨界角以上となってお
り光出射面３１６’で全反射を起こすので、この境界面
を越えて光の透過は起こらない。ところが、この境界面
近傍には近接場光Ｎの滲み出しがあるので、記録媒体基
板３２０が数十ｎｍの間隔まで近接すると、近接場光Ｎ
は伝搬光となって記録媒体基板３２０の中へと透過して
いく。このとき、光の一部が記録マーク３１９によって
散乱されるため、その直上に形成された光検出器３１８
によって散乱された光が受光される。光検出器３１８
は、受光した光を光電変換して、記録マーク３１９に対
応する電気信号を形成し、この電気信号を図示されない
信号処理回路に伝達する。この信号処理回路は、電気信
号を検出し、電気信号を処理する。

【０１４０】両側の光検出器３１８によって記録マーク
３１９を検知する。両側の光検出器３１８の出力の和か
ら記録マーク３１９の有無が検出され、記録媒体基板３
２０と光学ヘッド３１４との間隔を一定に保ちながらト
ラック方向へ相対移動させていくと、検出された電気信
号に基づいて記録されていた情報を再生することができ
る。

【０１４１】記録媒体基板３２０と光学ヘッド３１４と
の間隔制御にも、近接場光を利用することができる。記
録媒体基板３２０と光学ヘッド３１４間のギャップの光
透過率、つまり近接場光が伝搬光となつて記録媒体基板
３２０の内部へと透過していく効率は、光出射面３１
６’と記録媒体基板３２０の間隔に対して指数関数的に
変化する。従って、光検出器３１８の出力レベルに基づ
いてギャップの光透過率を求めれば、光出射面３１６’
と記録媒体基板３２０との間隔を検出することができ
る。

【０１４２】また、予め深さを規定した数種類の記録マ
ークを形成しておけば、多値記録情報の再生が可能であ
る。図１７では、記録マークは凹部として記してある
が、これを凸部としてもよい。

【０１４３】更に、図１７に示すように、記録マーク３
１９の配列（トラック）を挟んで両側にそれぞれの光検
出器３１８を配置しておけば、それらの出力の差動を得
ることでトラッキング信号を検出することができる。２
つの光検出器３１８の配置については図１８を用いて説
明する。

【０１４４】図１８は、図１７に示す光学ヘッド３１４
を記録媒体基板３２０側から見た平面図を示している。
この平面の略全体が半導体基板３１７によって覆われて
いる。半導体基板３１７の中央に光検出器３１８が形成
され、その外側には光学的開口部Ａ’が形成されてい
る。光検出器３１８は、トラック方向に沿って２つの領
域に分割されている。また、中央の光検出器３１８から
の出力をその外側の半導体基板３１７の部分に導くた
め、トラックに沿った方向に配線用の短絡部３１７’が
設けられている。光検出器３１８の形成されていない部
分の半導体基板３１７には、信号処理用のＩＣを形成す
ることができる。

【０１４５】また、光検出器３１８をトラックに沿った
方向に３分割し、中央の領域で再生信号、両脇の領域で
サーボ信号を再生することもできる。

【０１４６】

【発明の効果】本発明の光学素子は、一つの回転軸周り
に回転されたそれぞれの線の軌跡として定められ、かつ
相互に対向する第１反射面及び第２反射面が形成された
透明部材を備え、前記第１反射面は、前記透明部材への
前記回転軸に沿った入射光を該回転軸に対して９０°以
上の角度をなして前記第２反射面へと反射し、前記第２
反射面は、前記第１反射面からの反射光を更に反射して
前記透明部材から出射している。

【０１４７】本発明の光学素子によれば、第１反射面
は、回転軸に沿った入射光を回転軸に対して９０°以上
の角度をなして第２反射面へと反射する。これによっ
て、入射光が放射状に分散される。第２反射面は、第１
反射面からの反射光、つまり放射状に分散された光を更
に反射して出射する。これによって、放射状に分散され
た光が環状の光となって出射される。

【０１４８】また、第１反射面及び第２反射面を共に透
明部材に形成し、かつ第１反射面によって入射光を回転
軸に対し９０°以上の角度をなして反射しているので、
薄型の光学素子１つで円環ビームを発生することができ
る。

【０１４９】一実施形態では、前記透明部材の光入射端
面から離間して、前記第１反射面が配置される。この場
合、加工時に第１ミラー面先端が破損するのを避けるこ
とができる。

【０１５０】一実施形態では、前記透明部材の光入射端
面に最も近い前記第２反射面の端部は、前記第１反射面
によって反射された反射光の照射範囲内にある。これに
よって、第１ミラー面先端からの散乱光が第２ミラー面
で反射されなくなる。

【０１５１】また、本発明の光学素子は、一つの回転軸
周りに回転されたそれぞれの線の軌跡として定められ、
かつ相互に対向する第１反射面及び第２反射面が形成さ
れた透明部材を備え、前記第１反射面は、前記透明部材
への前記回転軸に沿った入射光を該回転軸に対して９０
°以上の角度をなして前記第２反射面へと反射し、前記
第２反射面は、前記第１反射面からの反射光を更に反射
して前記透明部材から出射し、該出射光を該出射光の光
軸に対して垂直な平面に臨界角以上の角度をなして入射
させる。

【０１５２】本発明の光学素子によれば、出射光を該出
射光の光軸に対して垂直な平面に臨界角以上の角度をな
して入射させるので、平面近傍に近接場光のみの微小ス
ポットを形成することができる。

【０１５３】一実施形態では、前記透明部材の光出射側
に配置され、該光出射側の面が平面状に形成された透明
板と、該光出射側に配置された凸レンズを備え、前記第
２反射面及び前記凸レンズの少なくとも一方によって、
前記第１反射面からの反射光を集光する。

【０１５４】また、本発明の情報再生装置は、光学素子
と、プローブとを備え、前記光学素子は、一つの回転軸
周りに回転されたそれぞれの線の軌跡として定められ、
かつ相互に対向する第１反射面及び第２反射面が形成さ
れた透明部材を備え、前記第１反射面は、前記透明部材
への前記回転軸に沿った入射光を該回転軸に対して９０
°以上の角度をなして前記第２反射面へと反射し、前記
第２反射面は、前記第１反射面からの反射光を更に反射
して前記透明部材から出射し、該出射光を記録媒体に臨
界角以上の角度をなして入射させ、前記プローブは、前
記記録媒体の近傍の光を入射する。

【０１５５】本発明の情報再生装置によれば、出射光を
記録媒体に臨界角以上の角度をなして入射させるので、
記録媒体基板の表面近傍に近接場光のみの微小スポット
を形成することができる。

【０１５６】また、本発明の光学素子は、一つの回転軸
周りに回転されたそれぞれの線の軌跡として定められ、
かつ相互に対向する第１反射面及び第２反射面が形成さ
れた透明部材と、前記透明部材の光出射側に配置され、
該光出射側の面が平面状に形成された透明板とを備え、
前記第１反射面は、前記回転軸に対して４５°以上傾斜
し、前記透明部材への前記回転軸に略沿った入射光を前
記第２反射面へと反射し、前記第２反射面は、凹面であ
り、前記第１反射面からの反射光を前記透明板へと更に
反射し、前記第２反射面からの反射光が前記透明板の光
出射側の平面に臨界角以上をなして入射されて該平面か
ら出射される。

【０１５７】本発明の光学素子によれば、第１反射面
は、回転軸に沿った入射光を第２反射面へと反射する。
これによって、入射光が放射状に分散される。第２反射
面は、第１反射面からの反射光、つまり放射状に分散さ
れた光を更に反射する。これによって、放射状に分散さ
れた光が環状の光となる。更に、光源からの光を円環ビ
ームに変換した後、この光を透明板の光出射側の平面に
臨界角以上をなして入射させて該平面から出射させるの
で、近接場光のみによる微小スポットを集光することが
できる。

【０１５８】一実施形態では、前記透明部材の光入射端
面に凹レンズを備え、前記光入射端面が前記凹レンズを
介して前記第１反射面に入射する。この場合、光路を長
くとらずに円環ビームの面積を大きくすることができ
る。

【０１５９】また、本発明の光学ヘッドは、光学素子
と、光源と、光検出器とを備え、前記光学素子は、一つ
の回転軸周りに回転されたそれぞれの線の軌跡として定
められ、かつ相互に対向する第１反射面及び第２反射面
が形成された透明部材と、前記透明部材の光出射側に配
置され、該光出射側の面が平面状に形成された透明板と
を備え、前記第１反射面は、前記光源から前記透明部材
への入射光を前記第２反射面へと反射し、前記第２反射
面は、前記第１反射面からの反射光を前記透明板へと反
射し、前記第２反射面からの反射光が前記透明板の光出
射側の平面に臨界角以上をなして前記光学的開口部に入
射されて該光学的開口部から出射され、前記光検出器
は、前記光学的開口部の周辺に設けられている。

【０１６０】本発明の光学ヘッドによれば、光は、光学
素子で一旦集光され、記録媒体基板内部の反射面で反射
された後、光検出器で検出される。

【０１６１】一実施形態では、前記光検出器は、複数の
受光領域を有し、前記光学的開口部から出射され記録媒
体によって反射された光を該各受光領域で受光し、該各
受光領域の検出出力に基づいて前記光学ヘッドによる前
記記録媒体のトラッキングエラーを検出している。記録
媒体のトラッキングエラーを検出すれば、トラッキング
サーボを行うことができる。

【０１６２】一実施形態では、前記光検出器は、前記光
学的開口部から出射され記録媒体によって反射された光
を受光し、当該光検出器の検出出力に基づいて前記光学
ヘッドと前記記録媒体間の距離を検出している。この場
合、記録媒体基板との間隔を制御できるとともに、深さ
方向に変調された記録マークの再生が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態である集光ユニットを示
す断面図である。

【図２】図１の光学素子の基本的な構成を示す斜視図で
ある。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は図１の光学素子の変形例を示
す断面図である。

【図４】（ａ）〜（ｃ）は図１の光学素子の他の変形例
を示す断面図である。

【図５】（ａ）〜（ｄ）は図１の光学素子の別の変形例
を示す断面図である。

【図６】（ａ）〜（ｄ）は図１の光学素子の作製工程を
示す図である。

【図７】（ａ）〜（ｅ）は図１の光学素子の他の作製工
程を示す図である。

【図８】本発明の第２実施形態である集光ユニットを示
す断面図である。

【図９】（ａ）は本発明の第３実施形態である集光ユニ
ットを示す断面図であり、（ｂ）は該集光ユニットの変
形例を示す断面図である。

【図１０】図８の集光ユニットとＣモードのＳＮＯＭを
組み合わせて適用した第４実施形態の高密度情報再生装
置を示す断面図である。

【図１１】図９（ａ）の集光ユニットとＣモードのＳＮ
ＯＭを組み合わせて適用した第５実施形態の高密度情報
再生装置を示す断面図である。

【図１２】本発明の第６実施形態の光学ヘッドを示す断
面図である。

【図１３】図１２の光学ヘッドを記録媒体基板側から見
た平面図である。

【図１４】（ａ）〜（ｄ）は図１２の光学素子の作製工
程を示す図である。

【図１５】（ａ）〜（ｇ）は図１２の光学素子の他の作
製工程を示す図である。

【図１６】（ａ），（ｂ）は図１２の光学素子の変形例
を示す断面図である。

【図１７】本発明の第７実施形態の光学ヘッドを示す断
面図である。

【図１８】図１７の光学ヘッドを記録媒体基板側から見
た平面図である。

【図１９】（ａ）は従来の円環レーザ光による円形加工
用装置を示す図であり、（ｂ）は該装置の動作を示す図
である。

【図２０】従来の光ファイバーの表面欠陥検査装置を示
す図である。

【図２１】（ａ）は放射ビーム収束装置を示す断面図で
あり、（ｂ）は該装置を示す平面図である。

【図２２】従来の暗視野落射顕微鏡の光学系を示す図で
ある。

【図２３】（ａ）は図２２の二重円錐鏡を光の出射側か
ら見た平面図であり、（ｂ）は二重円錐鏡を入射側から
見た平面図であり、（ｃ）は二重円錐鏡を光軸に沿って
切断した断面図であり、（ｄ）は二重円錐鏡を示す斜視
図である。

【図２４】従来の電界型全反射測定装置を示す概略構成
図である。

【図２５】（ａ）は超解像ビームを発生させる従来の光
学素子の部分斜視図であり、（ｂ）は該光学素子の作用
を示す図である。

【図２６】図２５（ａ）の光学素子を示す断面図であ
る。

【図２７】（ａ）は近接場光学顕微鏡を応用した従来の
光記録再生装置を示す断面図であり、（ｂ）は従来の他
の光記録再生装置を示す断面図である。

【図２８】従来の他の記録再生装置を示す斜視図であ
る。

【図２９】（ａ）は図２８の装置におけるカンチレバー
の断面図であり、（ｂ）はカンチレバーの平面図であ
る。

【図３０】ＳＩＬを用いた光学系を応用した別の従来の
光記録再生装置を示す断面図である。

【図３１】近接場光学顕微鏡を応用した更に他の従来の
光記録再生装置を示す断面図である。

【図３２】近接場光学顕微鏡を応用した更に別の従来の
光記録再生装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１，１０１，１１９ 光学素子 １ａ，１０１ａ，１１９ａ 第１ミラー面 １ｂ，１０１ｂ，１１９ｂ 第２ミラー面 １ｃ 光入射面 ２，１０２ 対物レンズ ３，１０３ ＳＩＬ（Ｓｏｌｉｄ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ
Ｌｅｎｓ） ４ フレーム ５ 集光ユニット １２０，２０３，３１５ 平板 ２０１，３１４ 光学ヘッド ２０２，３０２ 光学素子 ２０４ 光検出器 ２０５ 半導体基板 ２０６，３０６ 半導体レーザ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H087 KA13 LA21 TA01 TA04 TA06 5D118 AA03 BA01 BB02 BF02 BF03 CA13 CD03 CD08 DA00 DC03 5D119 AA11 AA22 AA43 BA01 CA06 CA09 CA10 DA01 DA05 EA02 FA05 JA06 JA44 JA49 KA02 9A001 BB03 BB05 JJ49 JJ50 KK16 KK31 KK35 KK36 KK37 LL02 LL05

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一つの回転軸周りに回転されたそれぞれ
   の線の軌跡として定められ、かつ相互に対向する第１反
   射面及び第２反射面が形成された透明部材を備え、 前記第１反射面は、前記透明部材への前記回転軸に沿っ
   た入射光を該回転軸に対して９０°以上の角度をなして
   前記第２反射面へと反射し、 前記第２反射面は、前記第１反射面からの反射光を更に
   反射して前記透明部材から出射する光学素子。
2. 【請求項２】 前記透明部材の光入射端面から離間し
   て、前記第１反射面が配置される請求項１に記載の光学
   素子。
3. 【請求項３】 前記透明部材の光入射端面に最も近い前
   記第２反射面の端部は、前記第１反射面によって反射さ
   れた反射光の照射範囲内にある請求項１又は２に記載の
   光学素子。
4. 【請求項４】 一つの回転軸周りに回転されたそれぞれ
   の線の軌跡として定められ、かつ相互に対向する第１反
   射面及び第２反射面が形成された透明部材を備え、 前記第１反射面は、前記透明部材への前記回転軸に沿っ
   た入射光を該回転軸に対して９０°以上の角度をなして
   前記第２反射面へと反射し、 前記第２反射面は、前記第１反射面からの反射光を更に
   反射して前記透明部材から出射し、該出射光を該出射光
   の光軸に対して垂直な平面に臨界角以上の角度をなして
   入射させる光学素子。
5. 【請求項５】 前記透明部材の光出射側に配置され、該
   光出射側の面が平面状に形成された透明板と、該光出射
   側に配置された凸レンズを備え、 前記第２反射面及び前記凸レンズの少なくとも一方によ
   って、前記第１反射面からの反射光を集光する請求項４
   に記載の光学素子。
6. 【請求項６】 光学素子と、プローブとを備え、 前記光学素子は、一つの回転軸周りに回転されたそれぞ
   れの線の軌跡として定められ、かつ相互に対向する第１
   反射面及び第２反射面が形成された透明部材を備え、 前記第１反射面は、前記透明部材への前記回転軸に沿っ
   た入射光を該回転軸に対して９０°以上の角度をなして
   前記第２反射面へと反射し、 前記第２反射面は、前記第１反射面からの反射光を更に
   反射して前記透明部材から出射し、該出射光を記録媒体
   に臨界角以上の角度をなして入射させ、 前記プローブは、前記記録媒体の近傍の光を入射する情
   報再生装置。
7. 【請求項７】 一つの回転軸周りに回転されたそれぞれ
   の線の軌跡として定められ、かつ相互に対向する第１反
   射面及び第２反射面が形成された透明部材と、 前記透明部材の光出射側に配置され、該光出射側の面が
   平面状に形成された透明板とを備え、 前記第１反射面は、前記回転軸に対して４５°以上傾斜
   し、前記透明部材への前記回転軸に略沿った入射光を前
   記第２反射面へと反射し、 前記第２反射面は、凹面であり、前記第１反射面からの
   反射光を前記透明板へと更に反射し、 前記第２反射面からの反射光が前記透明板の光出射側の
   平面に臨界角以上をなして入射されて該平面から出射さ
   れる光学素子。
8. 【請求項８】 前記透明部材の光入射端面に凹レンズを
   備え、 前記光入射端面が前記凹レンズを介して前記第１反射面
   に入射する請求項７に記載の光学素子。
9. 【請求項９】 光学素子と、光源と、光検出器とを備
   え、 前記光学素子は、一つの回転軸周りに回転されたそれぞ
   れの線の軌跡として定められ、かつ相互に対向する第１
   反射面及び第２反射面が形成された透明部材と、前記透
   明部材の光出射側に配置され、該光出射側の面が平面状
   に形成された透明板とを備え、 前記第１反射面は、前記光源から前記透明部材への入射
   光を前記第２反射面へと反射し、 前記第２反射面は、前記第１反射面からの反射光を前記
   透明板へと反射し、 前記第２反射面からの反射光が前記透明板の光出射側の
   平面に臨界角以上をなして前記光学的開口部に入射され
   て該光学的開口部から出射され、 前記光検出器は、前記光学的開口部の周辺に設けられた
   光学ヘッド。
10. 【請求項１０】 前記光検出器は、複数の受光領域を有
    し、前記光学的開口部から出射され記録媒体によって反
    射された光を該各受光領域で受光し、該各受光領域の検
    出出力に基づいて前記光学ヘッドによる前記記録媒体の
    トラッキングエラーを検出する請求項９に記載の光学ヘ
    ッド。
11. 【請求項１１】 前記光検出器は、前記光学的開口部か
    ら出射され記録媒体によって反射された光を受光し、当
    該光検出器の検出出力に基づいて前記光学ヘッドと前記
    記録媒体間の距離を検出する請求項９に記載の光学ヘッ
    ド。