JP3507881B2 - 光プローブアレイヘッド装置 - Google Patents

光プローブアレイヘッド装置

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optical
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、走査型近接場光顕
微鏡等に利用される光プローブアレイヘッド装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、光記録のさらなる高密度化をめざ
し、走査型近接場光顕微鏡（ScanningNear-field Optic
al Microscope : SNOM）を用いた近接場光記録を行う研
究が盛んに行われている。その中で、シリコン半導体微
細加工を用い作製された光プローブアレイを使い光記録
を行う方式は、SNOMを用いた記録方法の欠点である低い
データ伝送速度を補う技術として注目されている。（電
子情報通信学会論文誌,Vol.J81-C-1, P119 ,1998）
【０００３】しかしながら、従来の光プローブアレイ
は、シリコン基盤上に近接場光発生部すなわち開口だけ
を設けたものであり、光検出は従来と同様に光学レンズ
系を用いて集光し、半導体光検出器に導き信号を検出す
るという構成になっている。このように光検出、光導入
とも光学レンズを用いているため、レンズ系を組むため
の空間や焦点合わせ機構が必要となり、光記録の装置と
して大掛かりなものとなっている。
【０００４】また記録密度が増すにつれ記録マークは微
少なものとなり、それに伴い光信号強度は微弱なものと
なるが、従来の技術では光学レンズ系を用いているため
集光立体角は小さく、検出できる光信号はせいぜい全光
信号の１／１０程度である。
【０００５】さらに正確に記録マーク列をなぞるトラッ
キングや記録媒体に対し光プローブアレイが常に平行に
保つなどの位置制御技術が必要であるが、現在の光プロ
ーブアレイではそのような位置制御は不可能である。
【０００６】また、さまざまな制御に使われる信号を処
理する回路が必要であるが、従来はこれらを光プローブ
アレイとは別に設けており、大掛かりでかつ高コストと
なっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、光プロ
ーブアレイは高いデータ伝送速度を有するものの、従来
の光学レンズ系を用いるため大掛かりな装置となり、ま
た集光立体角はせいぜい1sr程度である。この集光立体
角の値は全集光立体角が4πsrであることを考えると検
出できる光信号は全信号の１／１０程度となることを示
しており、ほとんどの光信号が無駄に放出されているこ
とになる。
【０００８】また正確に記録マーク列をなぞるトラッキ
ングなどの光プローブアレイヘッドの位置制御技術が確
立されていない。信号処理系が光プローブアレイとは別
に設けられているため、大掛かりでかつ高コストなもの
になっている。
【０００９】要するに、従来の近接場光を用いた記録
は、SNOMを用いているため高い伝送速度を達成するのは
困難であった。その点を改良した光プローブアレイは高
い伝送速度が期待されるものの、実際に応用するために
はまだ様々な以下の問題がある。 １）光検出部や導入部は従来の技術である光学レンズ系
を用いているため、大掛かりな装置となる。 ２）記録密度があがるに伴い記録マークはさらに微細に
なっていくが、光学レンズ系を用いているため、そこか
らの微弱な光信号を高い効率で検出できない。 ３）トラッキング技術などの光プローブアレイの位置制
御が現在は不可能である。 ４）光信号の処理回路が、外部に設けられているため、
大掛かりで高コストな光プローブアレイヘッド装置とな
る。
【００１０】本発明は、これらの問題を解決することを
目的とし、従来の光プローブアレイと光検出部を一体型
とすることにより、光検出に必要な光学レンズ系の省略
し、さらに光検出部を複数に分割することにより正確に
記録マーク列をなぞるトラッキングなどの位置制御を可
能にする光プローブアレイヘッド装置を実現することを
課題とする。
【００１１】又、本発明では、信号処理回路をも光プロ
ーブアレイ上に設け、外部の回路を不要にすることによ
り、簡単で低コストな光プローブアレイヘッド装置を実
現しようとするものである。
【００１２】即ち、本発明は、光プローブアレイに光検
出部を設けることにより、従来の技術では光検出に必要
な光学レンズ系を省略し、さらに光検出部を複数に分割
することにより正確に記録マーク列をなぞるトラッキン
グなどの位置制御を可能にする光プローブアレイヘッド
装置を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、複数の開口を有した光プローブアレイに
光を検出する光検出器を各々のプローブに複数配置し、
試料や記録媒体からの信号を同時に多数検出する光プロ
ーブアレイヘッド装置を提供する。
【００１４】上記光プローブアレイに設けられた光検出
器は、微細加工技術によりブローブアレイと一体化され
たことを特徴とする。
【００１５】上記複数は位置された光検出器は、上記複
数の開口部を取り巻くように設置され、微弱な近接場光
散乱を効率よく検出するような構成としてもよい。
【００１６】上記光検出器を複数に分割し、該分割され
た検出器の出力信号を用いて信号処理を行うことにより
トラッキングを行うような構成としてもよい。
【００１７】上記光プローブアレイに、信号の処理に必
要な回路を微細加工技術を用いて設けてもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明に係る光プローブアレイヘ
ッド装置の実施の形態を実施例に基づいて図面を参照し
て説明する。
【００１９】（実施例１）図１は、本発明に係る実施例
１を示しており、光検出器一体型プローブアレイヘッド
装置と記録媒体の配置図である。１は光検出器一体型プ
ローブアレイヘッド装置 ２は開口部 ３は記録媒体
４はレーザー光 ５はレンズ、６はレーザー光を各開口
に導くための空間変調器、７は光検出器一体型プローブ
アレイヘッド装置を支える支持体である。
【００２０】光検出器一体型プローブアレイヘッドは記
録媒体上に置かれており、光検出器は光検出器一体型プ
ローブアレイヘッドの記録媒体に接している面側に設け
られている。光検出器一体型プローブアレイヘッドに入
射するレーザー光は各開口部に対して入射し、開口部で
近接場光を発生する。
【００２１】図２は、図１の拡大図である。光検出器一
体型プローブアレイヘッド装置の底面図(a)と断面図(b)
を示している。一つの開口について図示してあり、底面
図(b)中には説明のため記録媒体も描いてある。８は半
導体基盤、９は高ドープp型半導体、１０は低ドープp型
半導体、１１は高ドープn型半導体、１２は低ドープn型
半導体、１３は光遮断膜 １４は電気的絶縁部、１５は
配線部 １６は記録層、１７は記録層に書き込まれた記
録マーク、１８は保護潤滑膜、１９は記録媒体の基盤、
２０は近接場光、２１は散乱光 ２２は電圧源 ２３は
配線である。
【００２２】ここではpn接合を用いた光検出器について
示してある。開口部で発生した近接場光は記録媒体中の
記録マークにより散乱され、１０と１２で形成されてい
る光プローブアレイヘッドの底面に設けられたpn接合で
光から電気信号へと変換される。その電気信号は電気的
な絶縁体に囲まれさらに光プローブアレイヘッド内に埋
め込まれた配線部を通して外部へと取り出される。底面
図(b)からわかるように開口を取り巻くように光検出部
が配置されている。
【００２３】光検出器一体型プローブアレイヘッド装置
と記録媒体はnmのオーダーで接近しているか、もしくは
保護潤滑膜を介して接触しているかのどちらかである。
従って、光検出器の大きさを十分にとれば、記録マーク
からの散乱光はほぼ２πという集光立体角で光検出器に
取り込まれるため、信号強度が強くなる。また、pn接合
の深さは使用する光の波長や半導体種類を考慮に入れな
ければならないが、光が可視域で半導体がシリコンの場
合、光の侵入深さは数μmであるため、その程度の深さ
のpn接合が光検出器として高効率である。
【００２４】さらにpn接合の周りを高ドープ半導体を用
いて囲っているのは、 １）半導体と配線部とのオーミックコンタクトを形成す
るため、 ２）外部特に上部からの半導体基盤を透過してくる光を
ここで遮断し、透過光により生じるpn接合での雑音を抑
えるため、 ３）pn接合を透過してくる散乱光をここでもう一度反射
させ再びpn接合へと導き、信号強度を強くするため、で
ある。
【００２５】光遮断膜は光検出器一体型プローブアレイ
ヘッド装置の上部からの光が透過してpn接合光検出器に
入射しないように設けられたものである。ただし、ここ
に挙げたpn接合の構成以外にも様々な構成のpn接合が可
能である。半導体基盤には電圧が印加される。p型半導
体基盤の場合、負電圧を印加する。
【００２６】他の光検出器との間にはpnp構造のトラン
ジスターが形成されるため、光検出器で発生したキャリ
アが他の光検出器に入り込み雑音となる。これを防ぐた
めに電圧を印加しこのキャリアが他の光検出器入り込ま
ないようにする。なお電圧は高ドープ半導体を介してオ
ーミックコンタクトをとった配線により基盤に印加され
る。
【００２７】図３は、本発明による光検出部が２分割さ
れた光検出器一体型プローブアレイヘッド装置の上部か
らの透視図とそれを利用したトラッキング方法を示した
図である。配線部は図記録マークはランド部に記録され
ているとし、ランド部をトラッキングするとしている。
２と同じとし、ここでは省略してある。２４はランド２
５はグルーブ ２６は２分割の光検出器である。
【００２８】図３中の(a)はランドに対して光検出器一
体型プローブアレイヘッド装置が左にずれた場合を示し
ている。近接場光は、ランドの角の部分によってより強
く散乱されるため、左側の光検出器に強い散乱光が入射
し、左側の光検出器の出力信号は強くなる。(b)はラン
ドに対しずれがない場合であるが、左右の光検出器には
同じ強度の散乱光が入射するため、その出力信号は同じ
となる。(c)はランドに対し右にずれた場合であるが、
これは左にずれの時とは逆になり右の光検出器の出力信
号が強くなる。
【００２９】以上のことより、左右の光検出器の出力信
号の差信号をとることにより開口のランドに対するずれ
が検出できることになる。この信号を元に光検出器一体
型プローブアレイヘッドの位置決めをおこなえばよい。
また、記録マークからの散乱光は左右の光検出器の出力
信号の和信号で判別できる。
【００３０】（実施例２）光プローブアレイヘッドの光
検出部の２分割について実施例１で述べたが、ここでは
４分割について述べる。光プローブアレイヘッドは記録
媒体に対して常に平行でなければならないが、２分割光
検出器ではその位置制御はできない。そこで光検出器を
４分割にしてその位置制御を行う方法について述べる。
【００３１】図４は４分割された光検出器一体型プロー
ブアレイヘッドと記録媒体を表している。それぞれの検
出器をA,B,C,Dとする。記録媒体が光プローブアレイヘ
ッドに対して傾いた場合、AとBの信号の和信号とCとDの
和信号には差が生じる。これは傾いたことにより、光検
出器一体型プローブアレイヘッドのAとBの光検出器とC
とDの光検出器の記録媒体との距離が異なるため、入射
する散乱光強度はより記録媒体に近付いた光検出器のほ
うが強くなるためである。
【００３２】この２つの和信号の差をとり、その信号で
光プローブアレイヘッドの位置制御を行う。また、Aと
C、BとDの信号のそれぞれの和信号は実施例１で述べた
信号と同じになるため、これを利用してトラッキングを
行えば良い。
【００３３】（実施例３）光プローブアレイヘッドの光
検出部の他の分割方法とそれを用いた位置制御、トラッ
キングについて述べる。図５は光検出部を円周方向に分
割した場合の光検出器一体型プローブアレイヘッドを表
している。このように光検出器を分割する利点について
述べる。開口に近い光検出器は、近接場光の直接の入射
などにより直流成分の雑音を出力する。
【００３４】雑音レベルは記録媒体種類やに検出器一体
型プローブアレイヘッドの開口の形などに依存するた
め、開口からどれだけ離れれば雑音が十分低下するのか
はわからない。そこで、実地例に述べたように円周方向
に光検出器を分割し、雑音レベルが十分低下する開口か
ら離れた光検出器を使用すればよい。
【００３５】（実施例４）図６は光プローブアレイヘッ
ドに信号処理に必要な回路を設けたものである。２７は
信号処理回路でここではCMOS回路を表している。この回
路は半導体工学でよく知られているプロセスを用いて作
られる。開口を作製すると同時に信号処理系も光プロー
ブアレイ上に作製できるため、外部に回路が不要となり
簡便で低コストな装置となる。
【００３６】以上本発明に係る光プローブヘッドを実施
例に基づいて説明したが、本発明は上記特許請求の範囲
記載の技術的事項の範囲であれば、上記実地例に限定さ
れることはなく、いろいろな実施の態様があることは言
うまでもない。
【００３７】例えば、光検出器はpn接合の形が最も簡便
であるが、電荷結合素子（CCD）などの光検出器でもよ
い。また、図２に示しているpn接合において、p型とn型
を入れ替えたpn接合の光検出器でも問題はない。光検出
器一体型光プローブアレイヘッドの位置制御では、一つ
の開口部に設けられた光検出器に注目して例をあげた
が、他の開口に設けられた光検出器からの出力信号との
和信号や差信号などの信号処理を行うことにより位置制
御が可能になる。
【００３８】また、光検出器の分割方法については、実
地例１と実地例３を組み合わせたような分割も可能であ
るし、もっと複数に分割して細かな位置制御を行うとい
うことも可能である。また、光導入では、光導波管を用
いた例をあげたが、開口上部に半導体レーザーなどの発
光体を設けてもよい。配線部は光プローブアレイヘッド
の底面に埋め込みとしたが、pn接合へ光プローブアレイ
ヘッド上面からコンタクトホールを設けそこを配線部と
し、上部で配線を行ってもよい。
【００３９】
【発明の効果】以上のような構成の本発明によれば、光
プローブアレイと光検出部を一体型とし、光検出に必要
な光学レンズ系を省略し、さらに光検出部を複数に分割
することにより正確に記録マーク列をなぞるトラッキン
グなどの位置制御を可能にし、光学レンズ系の省略、光
信号検出の高効率化、位置制御を可能とし問題を解決す
ることができる。
【００４０】また信号処理回路を光プローブアレイ上に
設け、外部の回路を不要にすることにより、簡便で低コ
ストな光プローブアレイヘッド装置を提供することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係わる光検出器一体型プ
ローブアレイヘッドを用いた一つの光記録方法を示した
概念図である。従来の光記録方式と同様に回転する光記
録媒体上に本発明の光検出器一体型プローブアレイヘッ
ドが位置している。
【図２】本発明の第１実施例に係わる光検出器一体型プ
ローブアレイヘッドの構造を表している。光検出器を底
面に設け、散乱光を直接光検出器に導くことが可能であ
る。従来のプローブアレイヘッドにくらべ、光を導く光
学レンズ系が不要となる。
【図３】本発明の第１実施例に係わる光検出器一体型プ
ローブアレイヘッドで、光検出器を２分割にしトラッキ
ングを行う方法を示した図である。トラッキングずれが
起きた場合、左右の光検出器に入射する光強度が異なる
ことを利用している。
【図４】本発明の第２実施例に係わる光検出器一体型プ
ローブアレイヘッドの光検出部を４分割した図である。
４分割光検出器の出力信号を処理することにより光プロ
ーブアレイヘッドのトラッキングや傾き制御などが可能
となる。
【図５】本発明の第３実施例に係わる光検出器一体型プ
ローブアレイヘッドの光検出部を円周方向に分割した図
である。これらの分割された光検出器の出力信号を組み
合わせて雑音レベルの低い信号を外部に取り出すことが
可能である。
【図６】本発明の第４実施例に係わる信号処理回路を組
み込んだ光検出器一体型プローブアレイヘッドの断面図
である。信号処理回路を組み込むことにより、外部回路
のが不要で低コストの光プローブアレイの装置を提供す
るものである。
【符号の説明】
１ 光検出器一体型プローブアレイヘッド ２ 開口部 ３ 記録媒体 ４ レーザー光 ５ レンズ ６ 空間変調器 ７ 支持体 ８ 半導体基盤 ９ 高ドープp型半導体 １０ 低ドープp型半導体 １１ 高ドープn型半導体 １２ 低ドープn型半導体 １３ 光遮断膜 １４ 電気的絶縁部 １５ 配線部 １６ 記録層 １７ 記録層に書き込まれた記録マーク １８ 保護潤滑膜 １９ 記録媒体の基盤 ２０ 近接場光 ２１ 散乱光 ２２ 電圧源 ２３ 配線 ２４ ランド ２５ グルーブ ２６ ２分割の光検出器 ２７ 信号処理回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｇ０２Ｂ 21/06 Ｇ０２Ｂ 21/06 Ｇ１１Ｂ 7/09 Ｇ１１Ｂ 7/09 Ｃ 7/135 7/135 Ｚ 7/22 7/22 (72)発明者 富永 淳二 茨城県つくば市東１丁目１番４ 工業技 術院 産業技術融合領域研究所内 (72)発明者 阿刀田 伸史 茨城県つくば市東１丁目１番４ 工業技 術院 産業技術融合領域研究所内 (56)参考文献 特開2000−164915（ＪＰ，Ａ) 特開2000−36127（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−161338（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G11B 7/13 G01N 13/14 G02B 21/06 G11B 7/09 G11B 7/135 G11B 7/22

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数の開口を有した光プローブアレイに光
    を検出する光検出器を各々のプローブに複数配置し、試
    料や記録媒体からの信号を同時に多数検出する光プロー
    ブアレイヘッド装置において、 上記光検出器を複数に分割し、該分割された光検出器の
    出力信号を用いて信号処理を行うことによりトラッキン
    グを行うことを特徴とする光プローブアレイヘッド装
    置。
  2. 【請求項２】上記光プローブアレイに、信号の処理に必
    要な回路を微細加工技術を用いて一体化して設けたこと
    を特徴とする請求項１記載の光プローブアレイヘッド装
    置。
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