光ディスク高密度化のための位相シフト法による超解像度遠隔場読み出し光学システム

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05555106
• Research Institution: Ibaraki National College of Technology
• Principal Investigator: 清水 勲 茨城工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (80042464)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 原 勉 浜松ホトニクス(株), 中央研究所, 室長代理 ; 富永 学 茨城工業高等専門学校, 機械工学科, 助手 (40237128) ; 山本 信雄 茨城工業高等専門学校, 電気工学科, 助教授 (70042489)
• Keywords: 超解像度光学顕微鏡 / 光ディスクのピット径 / 遠隔場読み出し光学系 / 逆位相光スポット / 位相光学マスク / 解像限界 / レーリー限界

Research Abstract

光ディスクの情報の大容量化とその高速転送性を達成するための基礎的研究として可視光を使って可視光の波長以下の極微小物体を遠隔場で識別可能にする超解像度レーザ顕微鏡システムの開発をめざして研究を行い、以下のような研究の途中結果を得た.
1)極微小スポット光群の照射光学系の検討:4×4mm^2中に4×4mum^2幅で、隣同士の位相差がpi市松模様の光学マスクにレーザ光を照射し、5倍対物レンズで、その光を収束して、エアリ円を越えた0.35mumの微細なスポット光群をつくることができた。
2)微細スポットの直径をエアリ円以下にするための照射光学系の構成要件が明らかになった。すなわち、マスク通過後の光のフーリエを変換光学系に顕微鏡対物レンズを使用して微細マスク格子からの回拆光を短焦点で集めてスポット光群の形状・位相を保存することが必要であるが、このため対物レンズの筒内の後焦点面のフーリエ変換回拆パターンが確実に捉えられるように凸レンズ2枚組の望遠鏡光学系をその後に設置することが必要であった。
3)照射スポット光の直径を更に小さくするためには、上記2)の後に置かれたウエハ上にスポット光を投射する逆フーリエ変換対物レンズの筒内に回拆パターンの1次回拆光が入ることが必要で重要であることが確認された。
4)ディスクを想定したウエハ上の1mum幅の標準パターン上に、エアリ円以下のサイズの照射スポット光群が遠隔場読み出し光学系で確実に捉えられ、逆位相光を隣同士に配列した効果が現われて、0.35mumスポット反射光を遠隔場で読み出せることが確認された。
5)高解像度画像処理装置をシステムに組み込み終わったので、大口径の対物レンズを組み込むことなどの照射光学系の改良に伴って、更に0.3mum以下のスポット光群が観測できることに照準を合せて研究をすすめている。

Research Products

• [Publications] 清水勲: "位相シフト型超解像度レーザ顕微鏡の開発に関する研究" 日本機械学会講演論文集. No.934-1. 171-173 (1993)
• [Publications] Isao SHIMIZU: "Super‐resolution optical microscope using phase‐shifting Laser spots array for shape measurement of submicron particles." Proc.of Intern.Congress on Optical Particle Sizing.Vol,3. 327-331 (1993)