JP3449210B2 - 光記録方法及び光記録システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光記録方法及び光記
録システムに関し、更に詳しくは、情報物体に対する光
照射によって生ずる近接場光の分布を利用した光記録方
法及び光記録システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、記録媒体に光学的に記録を行う方
法として、例えばレーザー光源からの記録光を集光して
記録媒体に照射し、記録媒体の光反射率等を変化させて
記録する方法等が知られている。

【０００３】しかしながら、レーザー光に限らず、気体
等を伝搬して来る伝搬光を利用する光学系は、本質的に
光の回折限界以下の領域では利用できないために、その
限界以下のスケールの記録密度を実現できないし、又、
その限界以下のサイズの物体に関する光記録を行うこと
もできない。

【０００４】そこで近年、いわゆる近接場光が注目され
ている。近接場光は、物質表面の光の波長よりも小さな
領域に局在するので、これを利用した高密度情報記録や
高分解能光学顕微鏡が提案されている。

【０００５】例えば「機械の研究 第４９巻第５号（１
９９７）」に掲載された大津元一氏の論文「近接場光学
顕微鏡の開発の現状と将来」には、下記のようなＣモ
ードと呼ばれる近接場光学顕微鏡と、下記のようなＩ
モードと呼ばれる近接場光学顕微鏡が紹介されている。

【０００６】光照射によって試料表面に生じたエバネ
ッセント光（近接場光）を、微細なプローブを走査させ
てピックアップすることにより、所定のデータ処理を通
じて試料表面の三次元像を得る。

【０００７】微細なプローブ自体に光を入射して、そ
の先端の端子に近接場光をしみ出させ、このプローブを
試料表面に沿って走査させることにより、近接場光を散
乱光に変換して試料表面の情報を得る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の近接場
光を利用する技術はいずれも、プローブを走査させるの
に長時間を要する点、微小プローブの使用から検出でき
る光強度が小さい点、プローブにより試料近傍の電場を
大きく乱してしまう点、等の不具合があった。

【０００９】又、試料等が例えばｎｍ〜μｍオーダーの
微小物体であると、照射光の反射、屈折によりフォトン
の持つ運動量が変化して物体移動を生ずる場合が知られ
ているが、プローブの走査中にかかる現象を来すと正し
い試料像を得られない。試料が自発的に運動し得る微生
物であっても、同様の不具合が起こり得る。

【００１０】そこで本発明は、かかる不具合を解消する
ことを、解決すべき課題とする。本願発明者は、情報物
体（観察用試料又は情報入力用物体）を感光材料面に位
置させてそのエリアを光照射すると、感光材料面におけ
る情報物体が位置する部分での近接場光による光反応
が、他部分での照射光による光反応よりも強く起こる、
と言う新規な知見に基づいて本発明を完成した。

【００１１】

【課題を解決するための手段】（第１発明の構成）上記
課題を解決するための本願第１発明（請求項１に記載の
発明）の構成は、保存及び検出が可能な任意の光反応を
起こし得る感光材料を用いて記録領域面を構成し、この
記録領域面に情報物体を接触状態で位置させたもとで、
前記記録領域面の少なくとも情報物体が位置するエリア
に光を照射して、前記情報物体に生じた近接場光の分布
を、前記感光材料に感光材料の光反応量として記録す
る、光記録方法である。

【００１２】（第２発明の構成）上記課題を解決するた
めの本願第２発明（請求項２に記載の発明）の構成は、
保存及び検出が可能な任意の光反応を起こし得る感光材
料を用いて記録領域面を構成し、この記録領域面に可動
体である情報物体を接触状態で位置させたもとで、前記
記録領域面の少なくとも情報物体が位置するエリアに光
を照射して情報物体に生じた近接場光の分布を前記感光
材料に感光材料の光反応量として記録する操作を、前記
情報物体の移動に対応して２回以上繰り返す、光記録方
法である。

【００１３】（第３発明の構成）上記課題を解決するた
めの本願第３発明（請求項３に記載の発明）の構成は、
保存及び検出が可能な任意の光反応を起こし得る感光材
料を用いて構成された、情報物体を接触状態で位置させ
るための記録領域面と、この記録領域面の少なくとも情
報物体が位置するエリアに光を同時照射できる光源とを
備える、光記録システムである。

【００１４】

【発明の作用・効果】（第１発明の作用・効果）第１発
明において、記録領域面における情報物体を含むエリア
を光照射すると、感光材料面における情報物体が位置す
る部分での近接場光による光反応が、他部分での照射光
による光反応よりも強く起こる。その結果、情報物体に
生じた近接場光の分布が感光材料の光反応量として、周
囲の部分とは異なるレベルで記録される。

【００１５】このような現象が発現する理由について
は、例えば、照射光の伝搬媒体（空気等）に比較しての
情報物体の光屈折率の高さが関連するかも知れないし、
近接場光には特に強い光反応を起こす性質があるのかも
知れず、多様な推定が可能であって、現在の処、確定的
に把握してはいない。

【００１６】第１発明によれば、前記従来技術のＣモー
ドのように情報物体の近接場光のみをピックアップする
プローブも、前記従来技術のＩモードのように情報物体
のみに近接場光を作用させるためのプローブも、不要で
ある。従って、プローブを走査させる時間が不要で、光
の１回照射のみで記録を完了する。又、プローブの使用
に基づく前記のその他の不具合もない。

【００１７】光記録は光の１回照射で完了するため、情
報物体が微小物体あるいは生物（特に微生物）である場
合の、物体移動や屈折率分布の時間変動による記録不良
も生じない。更に、所定エリアの全体に光照射するた
め、当該エリアにランダムに配置された多種の情報物体
を同時に記録したり、所定の情報的意味を以て相互配置
された多数の情報物体を同時に記録したり、大型の情報
物体の全情報を一時に記録することができる。

【００１８】第１発明によって得られた光記録は、直ち
にあるいは保存後任意の時点で、光反応の種類に対応し
た任意かつ有利な観察／検出手段を利用して、観察／検
出に供することができる。

【００１９】第１発明は近接場光を利用する光記録であ
るため、光の回折限界以下の領域での高密度光情報記録
／高分解能光学解析／微細光加工が可能である。

【００２０】（第２発明の作用・効果）第２発明におい
ては、前記第１発明の効果を得られる他、情報物体が光
の放射圧により移動し得る微小粒子や自律的に運動する
微生物等の可動体であることを、むしろメリットとして
利用することができる。即ち、情報物体の移動に対応し
て光照射を繰り返すことにより、情報物体の形状等だけ
でなく、その移動や、形状もしくは性質等の変化をも情
報化して記録できる。

【００２１】例えば、微小な情報物体が光の放射圧を受
けて近接場光の電場分布に沿って配列する現象を光記録
したり、この現象を利用して情報物体の移動を制御しな
がら移動の軌跡を光記録するか又は移動部位において光
加工を施したりできる。又、情報物体が性質や形態の変
化を伴う場合に、その経時的変化像を得たりすることが
できる。更に、微生物の運動状態や細胞***あるいは細
胞の接合をトレースできる。

【００２２】又、これらの際に短パルス光を照射するこ
とにより、高速現象を連続的に記録して、後にゆっくり
観察することもできる。

【００２３】（第３発明の作用・効果）第３発明の光記
録システムによって、第１発明及び／又は第２発明の光
記録方法を有効に実施することができる。本システムで
はプローブ及びこれに関わる駆動／制御／光学系が不要
であるため、光記録システムが著しく簡素化され、かつ
コストダウンする。

【００２４】

【発明の実施の形態】次に、第１発明〜第３発明の実施
の形態について説明する。

【００２５】〔光記録〕第１発明〜第３発明において、
「光記録」とは、常識的な意味合いの「情報記録」より
も広義の意味を持つ。即ち、既知の情報を化体した情報
物体からその情報を保存するために記録する場合だけで
なく、近接場光顕微鏡におけるように情報物体そのもの
が解析対象であってその解析データとしての情報を記録
する場合も含まれ、更に、半導体リソグラフィーにおけ
るように情報物体を微細加工の加工情報及び加工手段と
して用い、感光材料に光加工を施す場合も含まれる。

【００２６】〔感光材料〕感光材料は、保存及び検出が
可能な任意の光反応を起こし得るものであれば、限定な
く使用することができる。

【００２７】例えば、光強度に応じて光異性化等を起こ
すことにより、結果的にその反応量に応じた凹凸を感光
材料面に生ずるもの、特に高分子材料を、好ましく使用
できる。光異性化反応は高速の光応答性を示す点でも望
ましい。

【００２８】感光材料面に凹凸を生じさせる場合には、
情報物体の情報が物理的な固定形状として光記録される
ので、例えば原子力間顕微鏡（ＡＦＭ）、走査型トンネ
ル顕微鏡（ＳＴＭ）、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等の
光学顕微鏡よりも圧倒的に高い空間分解能を有する手段
で記録情報を観察できる利点がある。

【００２９】又、例えば、光強度に応じて光屈折率の変
化や光吸収率の変化を起こす感光材料を使用することも
できる。この場合も、屈折率あるいは吸収率変化の分布
として記録された情報を、公知の適当な手段で観察／検
出できる。

【００３０】感光材料としては一般的には高分子材料が
好適であるが、他種の材料も使用可能である。高分子材
料のうちでも、光異性化反応等の光反応性部位を多く導
入できるポリエステル，ポリアミド，ポリウレタン，ポ
リウレア等の縮合系高分子材料が特に好適である。

【００３１】〔記録領域面〕記録領域面としては、感光
材料が膜状に形成されてなる平坦面が、光記録時及び記
録情報の観察／検出時の便宜に適い易いが、情報物体を
接触状態で位置させ得る限りにおいてその面形状は限定
されない。光加工として行う光記録においては、対象物
の任意形状の加工面が記録領域面を構成する。記録領域
面は必要に応じて任意の面積に設定される。

【００３２】記録材料面は光記録時、通常は大気環境下
に置かれるが、必要により加圧もしくは減圧下に置いた
り、微生物生体を観察する場合等において記録材料面を
水滴で覆ったり、場合によりシステムの要部又は全体を
水等の液体中に設定することも可能である。

【００３３】〔情報物体〕情報物体は、光記録すべき既
知の情報を化体した物体である場合、それ自体が解析対
象物体である場合、微細光加工を施すための加工手段で
ある場合、等の多様な態様がある。

【００３４】情報物体は照射光により近接場光を生ずる
ものであって、その形状やサイズあるいは材質には本質
的な限定がない。但し、光情報記録や光加工に用いる場
合は精度の観点からその形状や透明性あるいは屈折率が
制御されていることが好ましい。又、照射光が情報物体
の一方向の面（例えば記録領域面と反対側の面）のみに
照射される場合には、情報物体がある程度以上の光透過
性を持つか、あるいはかかる光照射によっても記録領域
面と接する面にも近接場光を生ずる程度の微小なサイズ
であることが好ましい。

【００３５】情報物体のサイズは照射光の回折限界以下
であっても以上であっても良いが、特に光情報記録の場
合には、記録の高密度化の観点から、回折限界以下の領
域に一の記録ビットを形成することが望ましい。

【００３６】〔照射光〕照射光の波長は限定されず、記
録領域面を構成する感光材料に対応して適宜波長のもの
を選択使用すれば良い。照射光によって情報物体に発生
した近接場光が感光材料に吸収され、その吸収により所
定の光反応をおこすので、吸収効率の高い波長の選択が
好ましく、通常は紫外域から近赤外域の波長が選択され
る。

【００３７】照射光の光源も限定がなく、記録しようと
する近接場光に応じて適宜に選択できるが、記録形態と
して凹凸を形成する場合の再現性や、後の解析の容易性
等の点で、レーザー光がより好ましい。

【００３８】照射光の強度や照射時間も限定がなく、感
光材料の光反応性等に応じて適宜選択される。短時間露
光を繰り返して情報物体の高速の動きを記録する場合に
は、尖頭出力の高いパルス光を使用することもできる。

【００３９】照射光を照射する範囲に関し、「情報物体
が位置するエリア」とは、情報物体を含む記録領域面上
の面積範囲を言い、光記録の目的に応じて、必要又は有
益な範囲に任意に設定されるものである。

【００４０】〔近接場光の分布〕照射光によって情報物
体に生じた近接場光の分布は、第１発明においては主と
して情報物体の形状及び位置の情報を意味し、第２発明
においては更に情報物体の移動軌跡や形状もしくは性質
等の経時的変化の情報を意味する。

【００４１】

【実施例】次に、本発明の一実施例を説明する。

【００４２】〔実施例１〕記録領域面の準備 下記の「化１」に示す光反応性成分を含む、下記の「化
２」に示すポリウレタン系高分子化合物を用いて、厚さ
約１μｍの薄膜を作製し、その膜面を記録領域面とする
膜状の記録媒体を準備した。

【００４３】

【化１】

【００４４】

【化２】 これらの合成プロセスの説明は省略するが、上記「化
１」の光反応性成分の融点は１６９°Ｃ、上記「化２」
の高分子化合物のガラス転移温度は１４１°Ｃで、Ｎ−
メチル−２−ピロリドン中の３０°Ｃでの固有粘度は
０．６９ｄＬ／ｇ、吸収極大波長は４７５ｎｍであっ
た。

【００４５】上記の薄膜は、ピリジンに「化２」の高分
子化合物を溶解して６．５ｗｔ％の溶液を調製し、これ
を０．２μｍのフィルターでろ過した後、回転数１００
０ｒｐｍの条件でスライドガラス上にスピンコートし
て、８０°Ｃで２０時間真空乾燥させて作製したもので
ある。

【００４６】情報物体近傍の近接場光の分布の観察 直径５ｍｍの孔の空いた円板を、超音波洗浄で清浄にし
た後に上記記録媒体上に乗せ、前記の孔の中に直径５０
０ｎｍのポリスチレン製微小球を多数分散させた水を数
滴垂らした。そして自然乾燥により水が蒸発するまで放
置した後、空冷式アルゴンレーザー（出力２０ｍＷ）を
用いて、波長４８８ｎｍ、ビーム径約３ｍｍのレーザー
光をそのまま、記録領域面即ち記録媒体上のポリスチレ
ン製微小球が配置されたエリアに照射した。

【００４７】照射後の記録媒体を水で洗浄して前記微小
球の一部を取除いた後、原子力間顕微鏡（セイコー電子
製ＳＰＩ−３７００）を用いて記録媒体の記録領域面を
観察した。その観察像を図１及び図２に示す。図１と図
２は同一像の異なるアングルからの観察像であって、い
ずれの図からも、記録媒体１上に残存する情報物体たる
微小球２と、取除かれた微小球の形状に対応した凹み３
とを観察できる。

【００４８】〔実施例２〕ポリスチレン製微小球として
直径１００ｎｍのものを用いた点以外は全て実施例１と
同様に行った。本実施例は、照射光の波長の約１／５の
大きさである微小球を情報物体とすることにより、凹み
の形成が情報物体に生じた近接場光によるものであるこ
とを確認するために行った。その観察像を図３及び図４
に示す。図３と図４は同一像の異なるアングルからの観
察像であって、いずれの図からも、記録媒体４上におけ
る取除かれた微小球の形状に対応した凹み５を観察する
ことができる。

【００４９】なお、比較例として、記録媒体上に微小球
を配置せずに、実施例１と同様にして原子力間顕微鏡に
よる観察を行ったが、当然ながら記録媒体面に別段の凹
凸は観察されなかった。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例における原子力間顕微鏡の観察像を示す
図である。

【図２】実施例における原子力間顕微鏡の観察像を示す
図である。

【図３】実施例における原子力間顕微鏡の観察像を示す
図である。

【図４】実施例における原子力間顕微鏡の観察像を示す
図である。

【符号の説明】

１，４ 記録媒体 ２ 微小球 ３，５ 凹み

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江上 力 静岡県浜松市和合町154−100 (72)発明者 杉原 興浩 静岡県浜松市上島５丁目15番地 (72)発明者 岡本 尚道 静岡県浜松市増楽町2578番地 (72)発明者 中村 收 大阪府高槻市日吉台四番町17−11 (56)参考文献 特開 平11−312335（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−250495（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−248621（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−7935（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−179493（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−160564（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01J 1/48 - 1/52 G01N 21/88 B30M 5/26 G03C 1/00 G03F 7/004 521 G11B 7/24

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 保存及び検出が可能な任意の光反応を起
   こし得る感光材料を用いて記録領域面を構成し、この記
   録領域面に情報物体を接触状態で位置させたもとで、前
   記記録領域面の少なくとも情報物体が位置するエリアに
   光を照射して、記録領域面における情報物体が位置する
   部分での近接場光による光反応が記録領域面における他
   部分での照射光による光反応よりも強く起こる現象に基
   づき、前記情報物体に生じた近接場光の分布を、前記感
   光材料に感光材料の光反応量として記録することを特徴
   とする光記録方法。
2. 【請求項２】 保存及び検出が可能な任意の光反応を起
   こし得る感光材料を用いて記録領域面を構成し、この記
   録領域面に可動体である情報物体を接触状態で位置させ
   たもとで、前記記録領域面の少なくとも情報物体が位置
   するエリアに光を照射して、記録領域面における情報物
   体が位置する部分での近接場光による光反応が記録領域
   面における他部分での照射光による光反応よりも強く起
   こる現象に基づき、情報物体に生じた近接場光の分布を
   前記感光材料に感光材料の光反応量として記録する操作
   を、前記情報物体の移動に対応して２回以上繰り返すこ
   とを特徴とする光記録方法。