(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光の方向を１次元方向に往復するように変化させて出射する第１の光学素子と、
上記１次元方向を長辺とする長方形状の開口となされ、上記第１の光学素子を介して入射光が入射される光入射開口と、
上記光入射開口から入射された光を集光して出射する光出射開口と、
上記光入射開口から入射された入射光を集光して上記光出射開口に入射する第２の光学素子と、
上記光入射開口と直交する面の断面が次第に小となるように形成されたガイド壁とを有し、
上記光出射開口は、複数の遮光材を上記１次元方向に略等間隔で複数個配設することで上記１次元方向に配列されて形成された複数の開口からなり、
上記光出射開口には、上記第１の光学素子により上記１次元方向に往復するように上記入射光の方向が変化されることにより、上記入射光が上記複数の開口に順次入射され、照射される入射光の熱により光透過率が変化する高屈折率材料が備えられている
ことを特徴とすることを特徴とする光プローブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の光出射開口を備え試料に近接して配設され光を照射することで、記録媒体に記録された信号の記録再生装置、試料の観察を行う顕微鏡等に用いられる光プローブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、近接場における光プローブを用いた記録再生装置では、当該光プローブをディスク上に配設し、光プローブの全面に光を照射してディスクのピット毎に光を照射していた。この光プローブは、複数の光出射開口を備え、内部に形成されたレンズで光を集光してディスクに照射するようになされている。
【０００３】
このような光プローブを備えた記録再生装置１００は、図９に示すように、光源１０１、光変調器１０２、光学素子１０３、光プローブ１０４、ディスク１０５、光学素子１０６、光検出器１０７を備えた構造となされている。
【０００４】
このように構成された記録再生装置１００は、光源１０１からの光を光変調器１０２により所定の変調周波数で変調し、光学素子１０３を用いて光の出射方向を変化させて、光プローブ１０４の各光入射開口１０４ａに光を入射させる。そして、この記録再生装置１００は、各光入射開口１０４ａに配設された球レンズ１０４ｂ、各光出射開口１０４ｃに配設された半球レンズ１０４ｄにより光を絞り、光出射開口１０ｃからディスク１０５に照射する。これにより、記録再生装置１００は、ディスク１０５に情報信号を記録することができる。
【０００５】
また、この記録再生装置１００は、ディスク１０５に記録された情報信号を再生するときには、ディスク１０５を透過した記録時よりも光強度が低い光を光学素子１０６で変形して光検出器１０７で検出することでディスク１０５に記録されている情報信号を再生する。
【０００６】
上述した記録再生装置１００に備えられる光プローブ１０４は、上述のように記録再生が行われるとき、図１０に示すようにサスペンション１０８で支持されてディスク１０５上に配設される。この光プローブ１０４には、２次元方向（縦、横）に光入射開口が設けられ、ディスク１０５のピット列１０５ａに対して所定角度θだけ傾けて配設されることで、各光出射開口１０４ｃがそれぞれ隣接するピット列１０５ａ上に配置されることになり、各ピット列１０５ａに光を照射することでスポットを形成する。
【０００７】
また、光プローブ１０４は、図１１に示すように、強度的な観点から、厚さＴとしたとき光入射開口１０４ａの大きさを約１．４４Ｔ以下として設計して作成されていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した光プローブ１０４は、縦方向と横方向との２次元に光入射開口１０４ａ及び光出射開口１０４ｃを配設してなるものであり、上述の図１１に示すように各光入射開口１０４ａ及び光出射開口１０４ｃの間隔が厚みＴにより制限されていたので、光入射開口１０４ａ及び光出射開口１０４ｃの間隔を小さくできても全体として小型化を図ることが困難という不都合があった。具体的には、機械的な強度を保持するためには、厚みＴを少なくとも約１０μｍ程度とする必要があり、これにより光出射開口１０４ｃを約１０μｍ以下とすることが困難であった。
【０００９】
また、上述の光プローブ１０４は、図１０に示すように、ディスク１０５上に配設され、トラッキングを取って記録再生を行うとき、各光出射開口１０４ｃの相対的な位置の高い精度が要求される。すなわち光プローブ１０４を用いて記録再生を行うとき、図１０に示すようにピット列１０５ａに対して角度θを以て配置されることで各光出射開口１０４ｃが配設されており、角度θからずれて配設されると各光出射開口１０４ｃの位置が大幅にずれてしまう。このように光入射開口１０４ａ及び光出射開口１０４ｃが２次元において配設されている光プローブ１０４では、各光出射開口１０４ｃの位置精度が電子ビームによるエッチング装置を用いた場合であっても、サスペンション１０８等の機械的な精度によって制限されてしまう。
【００１０】
更に、上述の光プローブ１０４では、２次元方向において開口が形成されているため、カットオフ径以下での光出射開口１０４ｃの径では光を伝搬するモードが存在しないため、伝達効率を高くすることが困難であった。
【００１１】
そこで、本発明は、上述したような実情に鑑みて提案されたものであり、軽量化及び小型化が容易に実現でき、精度の高いトラッキング制御ができ高い光効率を有する複数の光出射開口を備えた光プローブを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決する本発明に係る光プローブは、入射光の方向を１次元方向に往復するように変化させて出射する第１の光学素子と、上記１次元方向を長辺とする長方形状の開口となされ、上記第１の光学素子を介して入射光が入射される光入射開口と、上記光入射開口から入射された光を集光して出射する光出射開口と、上記光入射開口から入射された入射光を集光して上記光出射開口に入射する第２の光学素子と、上記光入射開口と直交する面の断面が次第に小となるように形成されたガイド壁とを有し、上記光出射開口は、複数の遮光材を上記１次元方向に略等間隔で複数個配設することで上記１次元方向に配列されて形成された複数の開口からなり、上記光出射開口には、上記第１の光学素子により上記１次元方向に往復するように上記入射光の方向が変化されることにより、上記入射光が上記複数の開口に順次入射され、照射される入射光の熱により光透過率が変化する高屈折率材料が備えられていることを特徴とする。
【００１３】
このような光プローブは、光入射開口から光を入射し、開口断面積が次第に小となされていることに応じて光を集光して光出射開口から出射する。このとき、この光プローブは、光出射開口を構成する複数の開口が一次元に配列されてなることに応じて光の方向を変化させることで、一次元的に配列されてなる開口に順次光を入射して出射させる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
本発明は、例えば図１に示すように構成された記録再生装置１に備えられる。この記録再生装置１は、光を出射する光源２と、光源２からの光を所定の変調周波数に変調する光変調器３と、光変調器３からの光を所定の方向に出射する光学素子４と、光学素子４からの光を集光して出射する光学素子５と、光学素子５からの光を絞ってディスクＤに出射する光プローブ６と、ディスクＤを透過した光を所定の方向に出射する光学素子７と、光学素子７からの光を検出する光検出部８とを備える。ここで、上記ディスクＤは、図示しない回転駆動機構に回転自在に支持されて着脱可能となされている。そして、このディスクＤは、例えば記録再生装置１がユーザからの指示に応じて所定の回転数で回転駆動され、情報信号の記録再生がなされる。
【００１８】
光源２は、例えばレーザダイオード等の発光素子を備えてなる。この光源２は、所定の波長を有するレーザ光を光変調器３に出射する。
【００１９】
光変調器３は、光源２からのレーザ光を所定の変調周波数に変調する。これにより、光変調器３は、ディスクＤに記録するときの周波数に応じて光を変調する。そして、この光変調器３は、変調した光を光学素子４に出射する。
【００２０】
光学素子４は、例えばシリンドリカルレンズからなり、光変調器３で変調された光が入射される位置に配されている。この光学素子４は、光変調器３からの光の方向を一次元方向に往復するように変化させて出射する。このとき、光学素子４は、例えば所定の速度で一次元方向に光の出射方向を変化させるとともに、所定の角度の範囲内で変化させて出射する。
【００２１】
光学素子５は、例えばシリンドリカルレンズからなり、光学素子４で方向が変化された光が入射される大きさを有して配されている。また、この光学素子５は、光プローブ６の直上に配設され、入射された光を光プローブ６の各開口に出射する。なお、この光学素子５は、上記シリンドリカルレンズに限らず、入射された光を集光する集光効果を有し、光学素子４からの光を回折限界程度まで集光して光プローブ６に出射するものであっても良い。
【００２２】
なお、記録再生装置１においては、上記光学素子４及び光学素子５に代えて、集光効果を有する単一の球レンズとしても良い。このような記録再生装置１は、光変調器３からの変調された光を入射して、回折限界程度まで光を集光して光プローブ６に出射する構成となる。
【００２３】
光プローブ６は、光学素子５からの光を図１及び図２に示すように、光学素子４から光を入射するように略長方形状に開口した光入射開口６ａと、光学素子５からの光を出射するように開口した複数の光出射開口６ｂとを備えている。そして、この光プローブ６は、上記光入射開口６ａと光出射開口６ｂとを接続するとともに、光入射開口６ａと直交する面の断面が次第に小となるように形成された内壁６ｃを有している。図２においては（ａ）として光プローブ６の断面図を示し、（ｂ）として光プローブ６を上面から見た図を示す。
【００２４】
この光プローブ６は、単一の光入射開口６ａが図２（ｂ）中のＡ方向を長辺とした矩形状に形成され、当該光入射開口６ａから入射された光が光学素子５を介してＡ方向に配列された複数の光出射開口６ｂに入射されるように構成されている。
【００２５】
上記光入射開口６ａは、光プローブ６の内壁６ｃを傾斜させて形成することで光学素子４側から光学素子５側に向かって開口が次第に小となるように形成されている。そして、この光プローブ６は、このように光入射開口６ａが形成されることにより、複数の遮光材が当該一次元方向において複数個配設された光出射開口６ｂを形成する。上記光出射開口６ｂは、Ａ方向において一次元方向に約５０ｎｍ程度の間隔Ｌで複数個配列されてなる。また、この光プローブ６は、図２（ａ）に示すように光学素子４側の上面がＳｉ（１００）面で構成され、光入射開口６ａから光出射開口６ｂを接続する内壁６ｃがＳｉ（１１１）面で構成されている。
【００２６】
このような光プローブ６は、光学素子４からの光を光入射開口６ａで入射し、内壁６ｃで入射された光を乱反射させるように次第に光出射開口６ｂに向かって図２（ｂ）中のＢ方向において集光し、光学素子５に光を導く。そして、光プローブ６は、光学素子５に入射した光を光出射開口６ｂに導き、各光出射開口６ｂから光を出射させる。この結果、光プローブ６からは、光学素子４で１次元のＡ方向において方向が変化されたことに応じて各光出射開口６ｂから順次光をディスクＤに出射する。
【００２７】
なお、この光プローブ６の光出射開口６ｂには、図３に示すように、光出射開口６ｂと光学素子５との間に光透過材料６ｄが配されていても良い。この光透過材料６ｄは、光源２から出射される光による熱により光透過率が変化する性質を有するとともに、高屈折率な性質を有する。このような光透過材料６ｄは、光学素子５からの光が入射された部分のみ光を透過するとともに、光を更に集光して更に光プローブ６に入射する光の分解能を向上させることができる。したがって、光透過材料６ｄを透過して光プローブ６から出射されてディスクＤに照射される光は更に小さなピット径で集光されることになる。
【００２８】
また、上記光透過材料６ｄは、図３に示すように光出射開口６ｂと光学素子５との間に配されている一例に限らず、上記光出射開口６ｂを長方形状の単一の開口とし、上述したように光出射開口６ｂを構成する複数の開口を設けた位置に配されていても良い。この光プローブ６は、光学素子５から光が照射された光透過材料６ｄの一部のみが開口として機能し、更に集光してディスクＤに光を照射する。
【００２９】
光学素子７は、ディスクＤを介して上述した光プローブ６の光出射開口６ｂが設けられた面と対向して配設される。この光学素子７は、例えば入射された光を集光して出射する集光レンズから構成され、上述した光プローブ６の各光出射開口６ｂから出射されディスクＤを透過した光を集光して光検出部８の所定位置にに出射する。
【００３０】
光検出部８は、光学素子７により集光される位置に配されている。この光検出部８は、光学素子７からの光を検出し、検出信号を生成するフォトディテクタ等を含んで構成される。そして、この光検出部８は、生成した検出信号を図示しないトラッキング・フォーカス回路、記録再生処理回路等に出力する。
【００３１】
このように構成された記録再生装置１でディスクＤに光を照射して情報信号の記録再生を行うとき、光プローブ６は、図４に示すように配設される。このとき、光プローブ６は、少なくとも一部がサスペンション等からなる支持機構９に支持されてディスクＤ上に配設される。この光プローブ６は、各光出射開口光６ｂがディスクＤの各ピット列Ｐに対して角度θを以て配設される。すなわち、光プローブ６の各光出射開口６ｂは、支持機構９に支持されてディスクＤに対して角度θを以て配設されることで、出射した光をピット列Ｐに照射する。そして、この記録再生装置１は、回転駆動機構により所定の回転数でディスクＤを回転させるとともに、上記所定の回転数に応じた変調周波数で光変調器３で光源２からの光を変調し、光学素子４により光プローブ６の図２に示すＡ方向において往復させるように出射方向を変化させて光プローブ６の光出射開口６ｂから光を出射させることでディスクＤに光を出射する。
【００３２】
このとき、記録再生装置１は、記録する情報信号に応じて光変調器３を制御することによりディスクＤに情報信号を記録し、ディスクＤを透過し光学素子７を介して光検出部８に入射された光に基づいて生成した検出信号を再生処理することによりディスクＤに記録された情報信号を再生する。
【００３３】
したがって、このように構成された記録再生装置１は、ディスクＤの各ピット列に対応して上述したような光プローブ６の光出射開口６ｂを図４に示すように配設して情報信号の記録再生を行うことができるので、トラッキングの精度を向上させることができる。すなわち、この記録再生装置１によれば、図５に示すように、従来の２次元方向に光出射開口が配設された光プローブ１０４と比較して、角度θを小さくしてディスクＤに形成されるピット列Ｐに対して配設することができる。従って、この記録再生装置１によれば、従来の光プローブ１０４と比較して光プローブ６がずれることによるトラッキングの誤差を小さくすることができる。
【００３４】
更に、上述の光プローブ６は、一次元方向に複数の光出射開口６ｂを配列した構造となっているので、小型化及び軽量化を容易に実現することができる。
【００３５】
更にまた、上述の光プローブ６は、図２に示すように１次元方向に複数の光出射開口６ｂが配列形成されているので、ＴＥモードを励起させることができ、カットオフ径のないモードが存在可能であるため、光伝達効率を高くすることができる。
【００３６】
なお、上述の記録再生装置１により情報信号が記録再生されるディスクＤには、スーパレンズ（super resolation near field structure）が備えられていても良い。このスーパレンズは、ディスクＤと一体として形成され、光源２から出射され光プローブ６から照射される光による熱により光透過性が変化する性質を有する。このスーパレンズは、例えば光学素子５からの光が照射された部分のみ光を透過するので、光出射開口６ｂよりも更に小さい開口径で光を照射することができる。
【００３７】
つぎに、上述した光プローブ６の製造方法について説明する。この光プローブ６を製造するときには、先ず、図６に示すように、Ｓｉ基板１０の表面１０ａ及び裏面１０ｂを酸化処理する。これにより、表面１０ａ及び裏面１０ｂがＳｉＯ2層１１ａ，１１ｂとなされたＳｉ基板１０を作成する。そして、ＳｉＯ2層１１ｂとなされた裏面１０ｂ側からリソグラフィー技術を用いレジスト膜を形成して露光処理することで上述の光入射開口６ａ及び内壁６ｃを形成するためのレジスト膜のマスクパターンを形成する。なお、上記リソグラフィー技術としては、例えばフォトリソグラフィー技術を用いることができる。
【００３８】
次に、上述したレジスト膜を形成した裏面１０ｂ側からエッチング処理を行う。このエッチング処理は、化学的な手法を用いる異方的なエッチングを行うことで上記光出射開口６ａ及び内壁６ｃを形成する。このとき、エッチング処理は、裏面１０ｂに形成したＳｉＯ2層１１ｂから開始して、表面１０ａのＳｉＯ2層１１ａが出現するまで行う。これにより、図２中におけるＢ方向に相当する光出射開口６ｂの長さＳは、Ｓｉ基板１０とマスクパターンの幅Ｔにより１００ｎｍ以下に制御可能である。
【００３９】
次に、上述した工程により処理が施されることにより図６に示すように作成されたＳｉ基板１０について、図７に示すように、上述のエッチング処理により形成された部分に保護材１２を裏面１０ｂ側から形成する。また、Ｓｉ基板１０には、例えば電子ビーム描画装置を用いることで、表面１０ａに光出射開口６ｂを形成するためのレジスト膜からなるマスクパターン１３を形成する。
【００４０】
次に、図８に示すように、例えばフッ素酸緩衝溶液を用いてマスクパターン１３を除去する処理を行い、レジスト膜を除去するとともに、保護材１２を除去することにより、一次元方向に配列された光出射開口１４を形成する。
【００４１】
このような製造方法によれば、光出射開口のパターンニングを行うときに電子ビーム描画装置を用いるので、約５０ｎｍ以下の間隔で光出射開口を形成することができる。これにより、上述した製造方法によれば、光プローブ６の小型化及び軽量化を容易に実現することができる。
【００４２】
更に、このような製造方法によれば、光プローブ６の光を入射する面及び内壁６ｃの面精度を結晶面Ｓｉ（１１１）により決定するので、各光出射開口６ｂの相対的な位置を原子オーダで制御することができる。
【００４３】
なお、上述した本発明を適用した光プローブ及びその製造方法の説明おいては、光プローブがディスクＤに情報信号を記録再生するための記録再生装置に備えられたときの適用した一例について説明したが、記録再生装置に限らず、上述の光プローブを試料上に配設し、試料の表面物性を検出する近接場光学顕微鏡に用いても良い。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る光プローブでは、入射光の方向を１次元方向に往復するように変化させて出射する第１の光学素子と、上記１次元方向を長辺とする長方形状の開口となされ、上記第１の光学素子を介して入射光が入射される光入射開口と、上記光入射開口から入射された光を集光して出射する光出射開口と、上記光入射開口から入射された入射光を集光して上記光出射開口に入射する第２の光学素子と、上記光入射開口と直交する面の断面が次第に小となるように形成されたガイド壁とを有し、上記光出射開口は、複数の遮光材を上記１次元方向に略等間隔で複数個配設することで上記１次元方向に配列されて形成された複数の開口からなり、上記光出射開口には、上記第１の光学素子により上記１次元方向に往復するように上記入射光の方向が変化されることにより、上記入射光が上記複数の開口に順次入射され、照射される入射光の熱により光透過率が変化する高屈折率材料が備えられているので、例えばディスク上に配されて情報信号の記録再生を行うときのトラッキング制御を容易に行うことができるとともに、ディスクに入射する光の効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した光プローブが備えられる記録再生装置の構成を示す図である。
【図２】本発明を適用した光プローブを示す図であり、（ａ）が断面図、（ｂ）が上面図である。
【図３】光透過材料を備えた光プローブを示す断面図である。
【図４】ディスクに形成されるピット列と光プローブとの位置関係について説明するための図である。
【図５】本発明を適用した光プローブ及び従来の光プローブと、ディスクに形成されるピット列との位置関係について説明するための図である。
【図６】Ｓｉ基板の表面及び裏面を酸化し、光入射開口を形成することを説明するための図である。
【図７】光入射開口に保護材を形成し、表面にレジスト膜をパターンニングすることを説明するための図である。
【図８】エッチングを施すことにより、光出射開口を形成するための図である。
【図９】従来の光プローブを備えた記録再生装置を示す図である。
【図１０】従来の光プローブとディスクに形成されるピット列との関係について説明するための図である。
【図１１】従来の光プローブを示す断面図である。
【符号の説明】
１  記録再生装置、６  光プローブ、６ａ  光入射開口、６ｂ  光出射開口、６ｃ  内壁
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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