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JP3862845B2 - 近接場用光プローブ - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、近接場を利用して高密度な情報の再生及び記録を可能とする近接場用光プローブに関し、特にアレイ化された近接場用光プローブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
試料の光学特性分布を観察する通常の光学顕微鏡は、試料の照射に用いられる可視光、すなわち伝搬光の回折限界によって、その波長の１／２以下の分解能における構造観察は実現できない。よって、この光学顕微鏡においては、試料の構造を分析するための最小単位が数百ナノメートルに制限されてしまう。しかしながら、肉眼観察の延長となる像を得ることができるため、解析を簡単にすると共に顕微鏡の構成を簡略化することができた。
【０００３】
一方、より高分解能な試料表面観察を可能にした電子顕微鏡においては、観察対象となる試料の表面にエネルギーの高い電子線を照射するため、試料にダメージを与えたり、顕微鏡の構成が大型、複雑となる傾向があった。
【０００４】
また、更なる高分解像が得られる走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）に代表される走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）に至っては、試料表面の原子・分子像を得ることが可能であり、顕微鏡を構成する装置も比較的小型化することができた。しかしながら、検出している物理量は、トンネル電流や原子間力などのプローブと試料表面との間に生じる相互作用であり、得られる表面形状像の分解能はプローブ先端形状に依存されていた。
【０００５】
そこでいま、伝搬光を使用し、プローブと試料表面近接場との間に生じる相互作用を検出することで前述の光学顕微鏡における伝搬光の回折限界を打破し、且つＳＰＭの装置構成を取り入れた近接場光学顕微鏡が注目されている。
【０００６】
近接場光学顕微鏡においては、観察に用いられる伝搬光の波長以下の微小な開口を有するプローブによって、光の照射された試料の表面に生じる近接場を散乱させ、その散乱光を検出することで、上記光学顕微鏡の観察分解能を越えた、より微小な領域の観察を可能としている。また、試料表面に照射する光の波長を掃引することで、微小領域における試料の光学物性の観測をも可能としている。
【０００７】
近接場光学顕微鏡には、通常、光ファイバを先鋭化して周辺を金属でコーティングすることにより、その先端に微小開口を設けた光ファイバプローブが使用されており、近接場と相互作用することによって生じた散乱光をプローブ内部に通過させて光検出器に導く。
【０００８】
また、その光ファイバプローブを通して試料に向けて光を導入させることによって、光ファイバプローブ先端部に近接場を生じさせ、この近接場と試料表面の微細構造との相互作用によって生じた散乱光を更に付加された集光系を用いて光検出器に導くことも可能である。
【０００９】
更に、顕微鏡としての利用だけでなく、光ファイバプローブを通して試料に向けて光を導入させることによって、試料表面にエネルギー密度の高い近接場を局所的に生成でき、それによって試料表面の構造または物性を変えることができ、高密度メモリが実現される。その場合、前記した近接場の検出方法に、試料に照射する光の波長または強度の変調を含めることで、記録された情報の記録・再生を可能とする。
【００１０】
近接場光学顕微鏡に使用されるプローブとして、例えば米国特許第5,294,790号に開示されているように、フォトリソグラフィ等の半導体製造技術によってシリコン基板にこれを貫通する開口部を形成し、シリコン基板の一方の面には絶縁膜を形成して、開口部の反対側の絶縁膜の上に円錐形状の光導波層を形成したカンチレバー型光プローブが提案されている。このカンチレバー型光プローブにおいては、開口部に光ファイバを挿入し、光導波層の先端部以外を金属膜でコーティングすることで形成された微小な開口に光を透過させることができる。
【００１１】
更に、そのカンチレバー型光プローブの開口部には、挿入される光ファイバからの光を光導波層先端に集光するために、ボールレンズまたはレンズ形成用レジンを装填している。
【００１２】
また、上記した米国特許第5,294,790号によるカンチレバー型光プローブに挿入される光ファイバに代えて、光導波路を用いたカンチレバー型光導波路プローブが知られている。例えば米国特許第5,354,985号に開示されているカンチレバーは、開口に光を導入させる光導波路と共にＡＦＭ技術を利用できるようにキャパシタ層を形成し、カンチレバーの振動及び撓み量の検出ができるように構成されている。
【００１３】
更に、そのカンチレバー型光導波路プローブによれば、カンチレバー表面にレーザを照射して、その反射位置によってカンチレバーの撓み量を検出するタイプのＡＦＭ技術を利用するように、前記したキャパシタ層またはピエゾ抵抗層の形成を省き、更に光導波路上に開口方向に凹状のレンズ、またはフレネルゾーンプレートを形成して導波路から導入された光を開口に向かって集光させることができる。
【００１４】
更に、上述したプローブのような先鋭化された先端をもたない平面プローブの使用もまた提案されている。その平面プローブは、シリコン基板に異方性エッチングによって逆ピラミッド構造の開口を形成したものであり、特にその頂点が数十ナノメートルの径を有して貫通されている。そのような平面プローブは、半導体製造技術を用いて、同一基板上に複数作成すること、すなわちアレイ化が容易であり、特に近接場を利用した光メモリの再生記録に適した光ヘッドとして使用できる。この平面プローブの開口部に前述したボールレンズを装填することにより、平面プローブ表面に入射された光を開口先端部に集光することも可能である。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上に説明した光ファイバプローブにおいては、先鋭化された先端を有しているために機械的強度が十分でなく、大量生産及びアレイ化にも適していない。また、近接場を乱すことで得られる散乱光は非常に微弱であるため、光ファイバを通してその散乱光を検出する場合には、検出部において十分な光量を得るための工夫が必要になる。また、光ファイバを通して十分な大きさの近接場を生成する場合には、その開口に光を集光する工夫が必要となる。
【００１６】
また、以上に説明したカンチレバー型光プローブにおいては、その開口部に光ファイバを挿入して、光導波層からの散乱光の受光、または光導波層への伝搬光の導入を達成するため、光導波層と光ファイバとの間において十分な光量を損失なく伝搬することはできなかった。
【００１７】
更に、その開口部にボールレンズを装填した場合にあっても、ボールレンズは必ずしも光ファイバの光入出面または光導波層の先端部に焦点を合わせることはできず、最適な集光は行えない。
【００１８】
また、以上に説明したカンチレバー型光導波路プローブにおいても、光導波路と光検出器への伝搬光または光源からの伝搬光との間において、上記したカンチレバー型光プローブを使用した場合と同様の問題を有する。
【００１９】
カンチレバー型光プローブ及びカンチレバー型光導波路プローブは共に、アレイ化、特に２次元に配列するアレイ化の実現は困難である。また、これらは元来、顕微鏡としての利用を目的としているために光メモリの情報記録・再生を念頭においてはおらず、記録媒体上の高速な掃引は困難である。
【００２０】
以上に説明した平面プローブにおいては、大量生産及びアレイ化に適しており、突出した先鋭部をもたないために機械的強度も十分ではあるが、その開口部にボールレンズを装填することによって集光を実現しているので、上記したカンチレバー型光プローブにおけるボールレンズの使用と同様の問題を有する。
【００２１】
従って、本発明は、上記した従来の微小な開口を有するプローブにおいて、十分な近接場強度を検出及び生成できるプローブ、特に近接場を利用した光メモリの情報記録・再生を実現させるために、大量生産及びアレイ化に適した光メモリ用ヘッドとしての近接場用光プローブを提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る近接場用光プローブにおいては、近接場を生成及び／または散乱させる微小開口を有する近接場用光プローブにおいて、逆錐状の穴がその頂部を前記微小開口とするように貫通して形成された平面基板と、微小なレンズを有した平板レンズと、前記平板レンズに光を入射させる光源と、を含み、前記平面基板において、前記微小開口が形成された面と反対側の面上に、前記平板レンズをそのレンズの焦点が前記微小開口に位置するように配置し、前記平板レンズの面上に前記光源を配置したことを特徴としている。
【００２３】
従って、微小開口の上方に位置した平板レンズの作用によって、光源からもたらされる光を効率よく微小開口に集束でき、生成される近接場の増大が図れると共にコンパクトな構成の光プローブを提供できる。
【００２４】
また、本発明に係る近接場用光プローブにおいては、前記平面基板は、前記微小開口を複数有し、前記平板レンズは、前記複数の微小開口に適合するべく複数の微小なレンズを有し、前記光源は、前記複数の微小レンズに適合するべく少なくとも１つであることを特徴としている。
【００２５】
従って、複数の微小開口の上方に、それに適合するように位置した複数の平板レンズの作用によって、光源からもたらされる光を効率よく微小開口に集束できると共に、本発明に係る近接場用光プローブを光メモリ用ヘッドとして使用する場合に、プローブの高速な掃引を必要としない情報の記録・再生が可能とした光プローブを提供できる。
【００２６】
また、本発明に係る近接場用光プローブにおいては、前記平板レンズが屈折率勾配を有していることを特徴としている。
【００２７】
従って、微小開口の上方に配置する平板レンズとして、平面状のレンズ部を有し、且つ大量生産に適したコンパクトな構成の光プローブを提供できる。
【００２８】
また、本発明に係る近接場用光プローブにおいては、前記平板レンズの表面の一部がレンズ球面となっていることを特徴としている。
【００２９】
従って、微小開口の上方に配置する平板レンズとして、通常のレンズ形状の効果を及ぼせる微小なレンズ部を有し、且つ大量生産に適したコンパクトな構成の光プローブを提供できる。
【００３０】
また、本発明に係る近接場用光プローブにおいては、前記平板レンズが回折を利用するレンズであることを特徴としている。
【００３１】
従って、微小開口の上方に配置する平板レンズとして、平らな表面を有するレンズ部を備え、且つ大量生産に適したコンパクトな構成の光プローブを提供できる。
【００３２】
また、本発明に係る近接場用光プローブにおいては、前記平板レンズが前記逆錐状の穴の内部に配置されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の近接場用光プローブ。
【００３３】
従って、微小開口の直前にレンズが配置され、大量生産に適したより一層コンパクトな構成の光プローブを提供できる。
【００３４】
また、本発明に係る近接場用光プローブにおいては、前記平面基板に代えて、突起部に前記微小開口を設けた光導波路の形成されたカンチレバーが配置され、前記平板レンズは、前記光導波路の光入射面に適合するように配置されたことを特徴としている。
【００３５】
従って、微小開口の上方に位置した平板レンズの作用によって、光源からもたらされる光を効率よく微小開口に集束でき、生成される近接場の増大が図れると共に、従来のカンチレバー型の光プローブを使用した技術を適用できる光プローブを提供できる。
【００３６】
また、本発明に係る近接場用光プローブにおいては、近接場を生成及び／または散乱させる微小開口を有する近接場用光プローブにおいて、逆錐状の穴がその頂部を前記微小開口とするように貫通して形成された平面基板と、入射された光を前記微小開口に導くミラーを複数有する集光層と、前記集光層に光を入射させる光源と、を含み、前記平面基板において、前記微小開口が形成された面と反対側の面上に、前記集光層をその集光点が前記微小開口に位置するように配置し、前記集光層の面上に前記光源を配置したことを特徴としている。
【００３７】
従って、微小開口の上方に位置した集光層の作用によって、光源からもたらされる光を効率よく微小開口に集束でき、生成される近接場の増大が図れると共にコンパクトな構成の光プローブを提供できる。
【００３８】
また、本発明に係る近接場用光プローブにおいては、前記平面基板に代えて、突起部に前記微小開口を設けた光導波路の形成されたカンチレバーが配置され、前記集光層は、前記光導波路の光入射面に適合するように配置されたことを特徴としている。
【００３９】
従って、微小開口の上方に位置した集光層の作用によって、光源からもたらされる光を効率よく微小開口に集束でき、生成される近接場の増大が図れると共に、従来のカンチレバー型の光プローブを使用した技術を適用できる光プローブを提供できる。
【００４０】
また、本発明に係る近接場用光プローブにおいては、前記光源を光検出器に代えて、前記微小開口において散乱される散乱光を検出することを特徴としている。
【００４１】
従って、微小開口の上方に位置した平板レンズまたは集光層の作用によって、微小開口からもたらされる散乱光を効率よく光検出器に供給でき、検出される散乱光の増大が図れると共にコンパクトな構成の光プローブを提供できる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る近接場用光プローブの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００４３】
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１に係る近接場用光プローブの一部の断面図を示している。
【００４４】
図１において、開口３を有するシリコン基板１上に平板マイクロレンズ５が設けられ、更にその平板マイクロレンズ５の上に面発光レーザ４が設けられている。
【００４５】
シリコン基板１はこれを貫通するようにテーパ部２が形成され、微小な開口３を有している。開口３は、テーバ部２から導入される光によって近接場が生成されるように、例えば５０ナノメートルの径を有している。テーバ部２は、従来のフォトリソグラフィやシリコン異方性エッチングなどを用いた微細加工によって形成される。例えば、（１００）平面を有するシリコン基板１の両面に、続いて行う異方性エッチングのマスクとなる熱酸化膜またはＡｕ／Ｃｒ金属膜などを設け、その一方の表面のマスクの開口窓となる部分を除去して（１００）平面を露出させる。続いて、開口窓が形成された面をエッチング溶液にさらし、シリコン基板１に逆ピラミッド構造をした四方面のテーパを形成し、同時にその先端が開口３となるように他方の面のマスク裏面が露出される。次にシリコン基板１の両面のマスク材料を除去することにより、所望の開口３を有してテーパ部２が形成されたシリコン基板１を得ることができる。
【００４６】
従って、以上のような半導体製造プロセスに用いられる技術によって微小な開口を形成できるため、このような開口を有するシリコン基板は、近接場を生成できる平面プローブとして活用でき、良好な再現性を伴った大量生産に適し、特に同一シリコン基板上に複数の開口を形成するアレイ化が容易となる。
【００４７】
平板マイクロレンズ５は、その平板の一方の表面から他方の表面に向かって屈折率が連続的に変化した屈折率勾配を有しており、平板の一方の表面に入射した光を他方の表面側に集光またはコリメートできるレンズとして機能する。
【００４８】
屈折率勾配を有する平板マイクロレンズ５は、同一平板上に複数形成でき、上述したシリコン基板上のアレイ化された開口にそれぞれ適合させることができる。
【００４９】
図２は、屈折率勾配を有する平板マイクロレンズ５の製法例を示している。先ず、図２（ａ）に示すように、ガラス基板２１上に真空蒸着またはスパッタリングにより金属膜２２を形成し、続いて、図２（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィによって円形開口２３を形成する。次に、図２（ｃ）に示すように、このガラス基板を溶融塩に浸すことにより選択イオン交換を行う。この時、ガラス基板中に拡散移入させるイオンは、電子分極率の大きいイオンを選び、円形開口２３という制限をうけた拡散は開口周辺にも回り込みながら３次元的な濃度分布を形成し、それに比例した屈折率勾配を生じ、図２（ｄ）に示すように、複数のレンズの形成が実現される。その一つ一つのレンズは円形開口の中心を最高屈折率として点対称に半球状の屈折率分布を有するレンズとなる。
【００５０】
このようにして複数のレンズ部を有する平板マイクロレンズ５に入射される光が、前述したシリコン基板のそれぞれの開口に集束するように、平板マイクロレンズ５をシリコン基板１上に設置する。この際、シリコン基板１と平板マイクロレンズ５との張り付けは、例えば有機接着剤を使用して行う。
【００５１】
なお、平板マイクロレンズ５の製法は上記した選択イオン交換によらず、他の方法、例えばＣＶＤ法であってもよい。
【００５２】
平板マイクロレンズ５の表面、すなわち外部から光が入射される面の上には、光源となる面発光レーザ４が設けられている。この面発光レーザからもたらされる光は平板マイクロレンズ５へと入射し、入射された光は、平板マイクロレンズ５の有する屈折率勾配によってレンズ同様の効果が及ぼされ、平板マイクロレンズ５の下方に配置されたシリコン基板１の開口３に集光される。集光されることによって、局所的な高エネルギーの光が集められ、開口３に生じる近接場の強度を増大させる。
【００５３】
次に、以上に説明したシリコン基板１、平板マイクロレンズ５及び面発光レーザ４とを積層した構成を光メモリ用ヘッドとして記録媒体上に配置し、開口３に生成される近接場によって光記録を行う方法を説明する。
【００５４】
記録媒体として例えば円盤状の平面基板を用い、その上方にアレイ化された前記光メモリ用ヘッドを配置する。光メモリ用ヘッドの開口に生成される近接場を記録媒体に作用させるために、開口と記録媒体との間を開口径程度まで近接させなけらばならない。そこで、光メモリ用ヘッドと記録媒体の間に潤滑剤を充填し、光メモリ用ヘッドを十分に薄く形成することで、潤滑剤の表面張力を利用して光メモリ用ヘッドと記録媒体との間隔を十分に小さく維持できる。更には、記録媒体の撓みに対しても追従できる。
【００５５】
なお、光メモリヘッドと記録媒体との近接状態を上記した潤滑剤によらずに、ハードディスク技術に用いられているフライングヘッドと同様にエアベアリングによって制御してもよい。
【００５６】
記録媒体として用いられる材料を、例えば相変化記録方式を適用できる材料とした場合に、その記録は光エネルギーのヒートモードを用いるために、光の高密度化は重要なファクタとなる。従って、近接場を利用した光記録の場合も十分に大きな強度の近接場の生成が望まれ、本発明による光メモリ用ヘッドにおいては、平板マイクロレンズの作用効果によって、その近接場の強度増加を達成している。
【００５７】
上述した説明においては、光メモリ用ヘッドの開口に光を集光して近接場を生成させる、いわゆる近接場光学顕微鏡で言うイルミネーションモードであるが、他の光学系によって記録媒体面に光を照射し、記録媒体面上の微小な情報記録構造によって生じる近接場を微小な開口によって検出する、いわゆるコレクションモードに対しても本発明による近接場用光プローブは有効となる。その場合、開口で検出された近接場は散乱光に変換されて平板マイクロレンズ表面へと入射して、平板マイクロレンズはコリメートレンズとして機能されるため、平板マイクロレンズの上面には面発光レーザに代えて光検出器を配置しなければならない。
【００５８】
また、本発明による光メモリ用ヘッドとしての近接場用光プローブは、開口とそれに光を集光する平板マイクロレンズを複数個配列できるために、記録媒体上におけるヘッドの掃引を最小限に抑え、高速な光記録及び読み出しが可能となり、更には、前記配列間隔を記録媒体上の情報記録単位間隔に適合させることによってトラッキングレスが実現できる。
【００５９】
なお、上述した説明において、シリコン基板１の上面に平板マイクロレンズ５を配置するとしたが、シリコン基板１に形成されたテーパ部２内に、平板マイクロレンズ５のガラス基板に相当する、例えばSiO2を積層し、これに選択イオン交換法により屈折率勾配を与えてレンズ化してもよい。この場合、積層されるSiO2の表面はテーパ部２内に収まっている限り平面である必要はなく曲面であってもよい。また、通常のレンズ形状を有して、その形状によるレンズ効果と屈折率勾配によるレンズ効果とを併せ持っていてもよい。
【００６０】
［実施の形態２］
図３は、実施の形態２に係る光メモリ用ヘッドの一部の断面図を示している。
【００６１】
図３においては、実施の形態１を説明した図１の平板マイクロレンズ５に代えて、マイクロレンズ基板６を配置している。マイクロレンズ基板６は、実施の形態１に説明された選択イオン交換法おいて、ガラス基板中に拡散移入させるイオンとして半径の大きいイオンを選び、それら交換されるイオン半径の違いによって円形開口部に膨らみを生じさせている。従って、実施の形態１における選択イオン交換法の効果である屈折率勾配の生成と異なり、通常のレンズ形状によるレンズ化が施されている。この膨らみにより、マイクロレンズ基板６の表面は平坦でないため、その上に直接に面発光レーザ４を配置することはできない。従って、マイクロレンズ基板６と面発光レーザ４とは隔たりを設ける必要があり、図示しないスペーサによって固定される。
【００６２】
このような選択イオン交換法によって製作されるマイクロレンズ基板６は、レンズ部のアレイ化が容易であり、同じくアレイ化されたシリコン基板の開口に適合させることができる。
【００６３】
なお、このような膨らみを有する通常のレンズ形状によるレンズ化は、上述した選択イオン交換法によらずに、他の方法、例えば感光性ガラスに紫外線照射して結晶化部と微小な球面を形成してレンズ化する結晶化ガラス法であってもよい。
【００６４】
以上のように作成されたマイクロレンズ基板６は、実施の形態１における平板マイクロレンズによる効果と同じく、イルミネーションモードとした場合に、面発光レーザ４からもたらされる光をシリコン基板１の開口３に集光でき、面発光レーザ４を光検出器に代えてコレクションモードとした場合に、開口３からもたらされる散乱光を光検出器にコリメートできる。
【００６５】
従って、生成及び検出される近接場の強度の増大を図ることができ、特にアレイ化されてシリコン基板１とこのマイクロレンズ基板６、及び面発光レーザ４（または光検出器）からなる構成を光メモリ用ヘッドとして使用した場合に、実施の形態１において説明された効果と同様に、近接場を利用した高効率な再現性の高い光情報記録・再生が達成される。
【００６６】
なお、マイクロレンズ基板６を、実施の形態１で説明した電気分極率の大きいイオンを選ぶ選択イオン交換法と実施の形態２で説明したイオン半径の大きいイオンを選ぶ選択イオンを組み合わせ、表面にレンズ形状を有し、且つガラス基板内部に屈折率勾配を有したものとしてもよい。
【００６７】
［実施の形態３］
図４は、実施の形態３に係る近接場用光プローブの一部の断面図を示している。
【００６８】
図４においては、実施の形態１を説明した図１の平板マイクロレンズ５に代えて、フレネルゾーンプレート７を配置している。フレネルゾーンプレート７は、ガラス基板上の微細なパターンにより回折光を作り、レンズ作用を生じさせるものであり、面発光レーザ４からのコヒーレントな光に対して無収差で開口３に集光することができる。フレネルゾーンプレート７の微細加工については電子ビーム加工や、レーザ干渉法、ドライエッチング法及び精密機械加工法など種々の方法を用いることができるが、マスタを作成すればスタンピングなどで大量に作成することが可能である。
【００６９】
フレネルゾーンプレートを光源である面発光レーザと開口の間に設けることにより、開口において生成または検出される近接場の強度を増大させることが可能になる。
【００７０】
なお、上記フレネルゾーンプレート７に代えて、図５に示すようにホログラフィックレンズ８を使用してもよい。ホログラフィックレンズ８は、回折スポットが開口３に対応するように作成されたホログラムであり、光源からの光、好ましくはコヒーレント光９から入射された光を開口３に集光することができる。このホログラフィックレンズにおいても、マスタを作成すればスタンピングなどで大量生産が可能である。
【００７１】
更に、上述した説明において、シリコン基板１の上面にフレネルゾーンプレート７またはホログラフィックレンズ８を配置するとしたが、シリコン基板１に形成されたテーパ部２内に、それぞれが形成されていてもよい。この場合、シリコン基板１の上面に光源、例えば面発光レーザが配置される。
【００７２】
［実施の形態４］
図６は、実施の形態４に係る近接場用光プローブの一部の断面図を示している。
【００７３】
図６においては、実施の形態１を説明した図１の平板マイクロレンズ５に代えて、パラボラミラー１０、ミラー１１及び光透過材１２からなる構成が配置されている。光透過材１２に入射された光はパラボラミラー１０においてミラー１１に向けて効率良く反射され、更にミラー１１に向けられた光は、開口３に向けて集光される。これによって、開口に生成させる近接場の強度を増大させることができる。
【００７４】
［実施の形態５］
図７は、実施の形態５に係る近接場用光プローブの断面図を示している。
【００７５】
図７においては、実施の形態１を説明した図１のシリコン基板１に代えて、カンチレバー型光導波路プローブの光導波路が配置されている。光導波路１３の光入射面に実施の形態１において説明した平板マイクロレンズ５が接して配置され、その平板マイクロレンズ５の上面に、光源となる面発光レーザ４が配置されている。これにより、通常のレンズ光学系によって行われていた従来の構成と比較して、高強度な集光及び損失のない光導波路への光の導入が達成され、開口３における近接場の発生が効率よく行われる。この場合、アレイ化を行い、光メモリ用ヘッドとして使用するよりもむしろ、近接場光学顕微鏡の光プローブとしての使用に適している。
【００７６】
また、図８に示すように先端に開口となる突起１５を設けたカンチレバー型光プローブにおいても、その突起１５の上方に平板マイクロレンズ５及び面発光レーザ４からなる構成を配置させることにより、カンチレバー型光導波路プローブの場合と同様に、高強度な集光及び損失のない突起１５への光の導入が達成され、開口における近接場の発生が効率よく行われる。この場合も、アレイ化を行い、光メモリ用ヘッドとして使用するよりもむしろ、近接場光学顕微鏡の光プローブとしての使用に適している。
【００７７】
なお、実施の形態５において、平板マイクロレンズ５を、マイクロレンズ基板６、フレネルゾーンプレート７、ホログラフィックレンズ8、または実施の形態４において説明されたパラボラミラー１０、ミラー１１及び光透過材１２からなる構成としてもよい。
【００７８】
以上に説明した実施の形態１〜５において、光源を面発光レーザとしているが、下面に位置するレンズ基板上にレーザダイオードやＬＥＤを従来のシリコンプロセスによって順次積層することも可能である。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に係わる発明によれば、微小開口の上方に位置した平板レンズによって、光源からもたらされる光を効率よく微小開口に集束でき、従来の光プローブと比較して強度の大きな近接場が生成できると共にコンパクトな構成とした近接場用光プローブを提供できる。
【００８０】
以上説明したように請求項２に係わる発明によれば、微小開口及びその上方に位置した平板レンズのレンズ部を複数備えることにより、請求項１における効果に加え、近接場を利用した光メモリの情報記録、特に高速な掃引をすることなく、且つトラッキングレスが実現される光メモリ用ヘッドとしての使用に適した近接場用光プローブを提供できる。
【００８１】
以上説明したように請求項３に係わる発明によれば、請求項１または２に係る近接場用光プローブにおいて、平板レンズを屈折率勾配を有したものにすることで、請求項１における効果に加え、平板レンズの表面の平坦化が提供され、その上方に配置される光源を近接して配置することができるためによりコンパクトで大量生産可能な光プローブを提供できる。
【００８２】
以上説明したように請求項４に係わる発明によれば、請求項１または２に係る近接場用光プローブにおいて、平板レンズをレンズ球面を有したものにすることで、通常のレンズ効果を微小な領域において提供でき、請求項１における効果に加え、コンパクトで大量生産可能な光プローブを提供できる。
【００８３】
以上説明したように請求項５に係わる発明によれば、請求項１または２に係る近接場用光プローブにおいて、平板レンズを回折を利用するレンズにすることで、請求項１における効果に加え、該平板レンズの設置後は光軸の調整を省くことができ、且つその上方に配置される光源を近接して配置することができるためによりコンパクトで大量生産可能な近接場用光プローブを提供できる。
【００８４】
以上説明したように請求項６に係わる発明によれば、請求項１における効果に加え、更なるコンパクト化が図れた近接場用光プローブを提供できる。
【００８５】
以上説明したように請求項７に係わる発明によれば、請求項１における効果に加え、従来のカンチレバー型光プローブにおいて培われた技術を利用できる。
【００８６】
以上説明したように請求項８に係わる発明によれば、微小開口の上方に位置した集光層によって、光源からもたらされる光を効率よく微小開口に集束でき、従来の光プローブと比較して強度の大きな近接場が生成できる近接場用光プローブを提供できる。
【００８７】
以上説明したように請求項９に係わる発明によれば、請求項８における効果に加え、従来のカンチレバー型光プローブにおいて培われた技術を利用できる。
【００８８】
以上説明したように請求項１０に係わる発明によれば、微小開口の上方に位置した平板レンズまたは集光層によって、微小開口からもたらされる散乱光を効率よく光検出器に供給でき、従来の光プローブと比較して効率良くクロストークの少ない近接場の検出ができると共にコンパクトな構成とした近接場用光プローブを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１による近接場用光プローブの断面図である。
【図２】 本発明の実施の形態１における平板マイクロレンズの製法を説明する図である。
【図３】 本発明の実施の形態２による近接場用光プローブの断面図である。
【図４】 本発明の実施の形態３におけるフレネルゾーンプレートを配置した近接場用光プローブの断面図である。
【図５】 本発明の実施の形態３におけるホログラフィックレンズを配置した近接場用光プローブの断面図である。
【図６】 本発明の実施の形態４による近接場用光プローブの断面図である。
【図７】 本発明の実施の形態５におけるカンチレバー型光導波路プローブを使用した近接場用光プローブの断面図である。
【図８】 本発明の実施の形態５におけるカンチレバー型光プローブを使用した近接場用光プローブの断面図である。
【符号の説明】
１ シリコン基板
２ テーパ部
３ 開口
４ 面発光レーザ
５ 平板マイクロレンズ
６ マイクロレンズ基板
７ フレネルゾーンプレート
８ ホログラフィックレンズ
９ コヒーレント光
１０ パラボラミラー
１１ ミラー
１２ 光透過材
１３ 光導波路
１４ カンチレバー
１５ 突起
２１ ガラス基板
２２ 金属膜
２３ 円形開口

Claims (10)

  1. 近接場を生成及び／または散乱させる微小開口を有する近接場用光プローブであって、
    逆錐状の穴が貫通して形成され、前記逆錐状の穴の頂部を前記微小開口とする平面基板と、
    微小なレンズを有した平板レンズと、
    前記平板レンズに光を入射させる光源と、を含み、
    前記平面基板において、前記微小開口が形成された面と反対側の面上に、前記平板レンズをそのレンズの焦点が前記微小開口に位置するように配置し、
    前記平板レンズの面上に前記光源を配置したことを特徴とする近接場用光プローブ。
  2. 前記平面基板は、前記微小開口を複数有し、
    前記平板レンズは、前記複数の微小開口に適合するべく複数の微小なレンズを有し、
    前記光源は、前記複数の微小レンズに適合するべく少なくとも１つであることを特徴とする請求項１記載の近接場用光プローブ。
  3. 前記平板レンズは、屈折率勾配を有していることを特徴とする請求項１または２記載の近接場用光プローブ。
  4. 前記平板レンズは、表面の一部がレンズ球面となっていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の近接場用光プローブ。
  5. 前記平板レンズは、回折を利用するレンズであることを特徴とする請求項１または２記載の近接場用光プローブ。
  6. 前記平板レンズは、前記逆錐状の穴の内部に配置されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の近接場用光プローブ。
  7. 前記平面基板に代えて、突起部に前記微小開口を設けた光導波路の形成されたカンチレバーが配置され、
    前記平板レンズは、前記光導波路の光入射面に適合するように配置されたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の近接場用光プローブ。
  8. 近接場を生成及び／または散乱させる微小開口を有する近接場用光プローブであって、
    逆錐状の穴がその頂部を前記微小開口とするように貫通して形成された平面基板と、
    入射された光を前記微小開口に導くミラーを複数有する集光層と、
    前記集光層に光を入射させる光源と、を含み、
    前記平面基板において、前記微小開口が形成された面と反対側の面上に、前記集光層をその集光点が前記微小開口に位置するように配置し、
    前記集光層の面上に前記光源を配置したことを特徴とする近接場用光プローブ。
  9. 前記平面基板に代えて、突起部に前記微小開口を設けた光導波路の形成されたカンチレバーが配置され、
    前記集光層は、前記光導波路の光入射面に適合するように配置されたことを特徴とする請求項８記載の近接場用光プローブ。
  10. 前記光源に代えて光検出器を配置し、前記微小開口において散乱される散乱光を検出することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１つに記載の近接場用光プローブ。
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