JP2003028774A - 近接場光を用いた光学装置 - Google Patents

近接場光を用いた光学装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】高空間分解能と高感度を両立する近接場光学装
置を提供する。 【解決手段】異方性のある形状をした金属パターン１０
６に発生する局在プラズモンを用いて高強度な近接場光
を狭領域に発生させ、被測定対象物を照明する。入射光
１０３の偏光方向１０４を変調し、信号光を同期検波す
ることにより背景光を除去して高感度化を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、近接場光を用いた
光学顕微鏡、光測定装置、分光装置、光記録／再生装
置、等の近接場光を用いた光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の光学顕微装置では、光はレンズを
用いて集光させる。この場合、空間分解能は光波長によ
り制限される。
【０００３】これに対して、近接場光学顕微装置では、
レンズの代わりに、寸法がナノメートルオーダーの微小
構造、例えば、径がナノメートルオーダーの微小開口を
有するプローブを用いる。微小構造に光を照射すると、
その近傍に近接場光と呼ばれる局在した光が発生する。
微小構造を試料に接近させて、対象物を近接場光で照明
すると、試料の複素屈折率に応じて、局在した近接場光
が伝播光に変わり、遠方の光検出器で観測することがで
きる。その強度は試料の光学特性に依存するので、微小
構造を試料表面上で走査すれば微小構造の寸法で決まる
空間分解能で試料の光学特性を測定することができる。
近年、この技術は、各種光学測定ならびに高密度光記
録、光加工など幅広い分野に応用され始めている。
【０００４】最も広く用いられている近接場光プローブ
は、先鋭化光ファイバを金属皮膜し、先端部分に光波長
より小さな開口を有するものである。しかし、その近接
場光の発生効率は低い。例えば、１００ｎｍの微小開口
を有する光ファイバの場合には、ファイバから出射する
光強度はファイバ入射光強度の０.００１％以下である
（「アプライド フィジックス レターズ（Applied Ph
ysics Letters）」、Vol. 68、pp 2612−2614、199
6）。この効率の低さが、近接場光技術を種々の分野へ
応用する場合の問題になっている。
【０００５】そこで、近接場光発生効率を上げるため
に、以下のような金属の局在プラズモン励起を利用する
方法が提案されている。すなわち、（１）走査型トンネ
ル顕微鏡の金属探針を用いるもの（「特開平６−１３７
８４７号公報」）、（２）微小開口ファイバープローブ
の開口中心に金属微小球を設けたもの（「特開平１１−
１０２００９号公報」）、（３）金属の散乱体をガラス
基板底面に設けたもの(「特開平１１−２５０４６０号
公報」)、（４）三角形の金属パターンを平面基板上に
設けたもの（本願と同一の出願人による「特願平２００
０−７３９２２号」）、（５）四角錐の２つの側面に金
属膜を設けたもの（「Technical Digest of 6th intern
ational conference on near field optics and relate
d techniques、the Netherlands、Aug. 27-31、2000、p
p100」）、などがある。上記従来技術の（１）から
（３）に比べて、（４）は強い近接場光を得ることがで
き、かつ作成も容易である。
【０００６】散乱型プローブを用いた場合には、後述す
るように背景光の除去が重要である。そのための手段と
して、（６）プローブを振動させ、振動に同期した光信
号のみを検出する方法が、「特開平０６−１３７８４７
号公報」に開示されている。また、別の手段として、
（７）直交する２つの偏光の振幅の差を取る方法が、
「特開２０００−２９８１３２号公報」に開示されてい
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の（１）
から（５）は、強い近接場光の発生を実現しているが、
金属面以外の部分から光が透過するため、それが背景光
となり、信号検出のＳ/Ｎ比が低下してしまうという課
題を有していた。
【０００８】局在プラズモン励起を利用することによ
り、近接場光の電場強度の絶対値の２乗、つまり単位面
積あたりの光子密度を局所的に大きくすることができ
る。しかし、空間分解能を上げるという目的のためその
面積は小さく、近接場光の全光子数、つまり前記光子密
度を近接場光の局在面積で積分した値はそれほど大きく
ならない。
【０００９】反面、背景光は、電場強度は小さくても回
折限界以上の面積を有するため、全光子数は無視できな
いほど大きくなる場合が多い。近接場光の面積が背景光
の面積（Ｓ）の１/Ｓであり、近接場光の電場強度の絶
対値の２乗が背景光のＧ倍であった場合、近接場光の全
光子数は背景光のＧ/Ｓ倍となる。例えば、上記従来技
術（４）の方式では、５ｎｍ×５ｎｍの領域に局在する
近接場光の電場強度の絶対値の２乗が入射光の５７００
倍になっているが、この近接場光の光子数と同じ光子数
に相当する背景光の面積は３８０ｎｍ×３８０ｎｍとな
る。
【００１０】これは、光源としてよく用いられる近赤外
レーザ光の回折限界以下であるため、通常の装置構成で
は近接場光よりも背景光の光子数が多くなってしまう。
光記録のように非線形な相互作用を利用する場合には、
全光子数ではなく単位面積あたりの光子数が効くので、
この背景光は問題にならないが、通常の光再生や近接場
光学顕微鏡など、近接場光の一部が試料により散乱され
て検出器に入射する量を観測する場合には、背景光も同
様に検出器に入射してしまうのでＳ/Ｎ比が１より小さ
くなってしまう。信号光として試料からの蛍光やラマン
光などの２次光を観測する場合も、前記背景光により発
生した２次光が背景信号となるため、同じ問題を有す
る。
【００１１】以上は試料近傍の光子数の単純な比較であ
ったが、上記従来技術の（１）、（３）、（５）では背
景光が伝播光であるため、非伝播光である近接場光が散
乱されて遠方に配置された検出器に入射する効率に比べ
て、背景光が検出器に入射する効率が一般に高いため、
Ｓ/Ｎ比は更に低下する。
【００１２】この問題を解決するために、上記従来技術
の（２）、（４）では、局在プラズモンを励起するため
の金属パターンの周辺を光波長以下の開口部を残して遮
光するにより背景光を抑制している。しかし、遮光材料
として誘電体を用いた場合には、十分な遮光性を得るこ
とが困難であり、更に熱が発生するなどの問題が生じ
る。
【００１３】これらを避けるために遮光性の高い金属を
用いた場合には、次の問題が生じる。局在プラズモンの
振動方向に平行な面を有する金属が存在すると、前記金
属内部に逆電場が生成してプラズモン励起を阻害する。
つまり、開口部を形成する遮光用金属を局在プラズモン
励起用金属に接近させると、局在プラズモンの励起が阻
害されて近接場光の強度が低下する。
【００１４】また、遮光金属の形状と入射光の偏光方向
によっては、遮光金属も局在プラズモンが励起されて空
間分解能を落とすことになる。そのため、開口部をあま
り小さくすることはできず、結果としてＳ/Ｎ比の向上
には限度があった。
【００１５】また、局在プラズモンの励起領域の大きさ
は金属の先鋭部の曲率で決まるので、空間分解能を向上
させるためには金属先端部の先鋭化が必要であり、その
ためには遮光用金属、局在プラズモン励起用金属の両者
共に先端部分の膜厚を厚くすることができない。よっ
て、この部分から光が透過して背景光となってしまい、
やはりＳ/Ｎ比が低下するという課題を有していた。
【００１６】さらに、上記従来技術の（７）では、直交
する２つの偏光の干渉を用いることにより背景光を除去
する方法が開示されている。しかし、散乱型プローブを
用いているので、構成上、背景光を遮光するための遮光
板等を設置することができないため背景光の絶対量が多
くなる上、背景光は、試料やプローブ全体による散乱の
影響で波面が乱れるため、干渉を用いるだけでは完全に
背景光を除去することは困難である。また、試料の表面
状態によって波面の乱れ方が変わるため、背景光の除去
率も試料の表面状態に大きく影響を受けることになる。
【００１７】本発明の目的は、近接場光を用いた光学装
置において、空間分解能を犠牲にすることなく、問題と
なる背景光を除去し、良好なＳ/Ｎ比の実現可能な光学
装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】近接場光強度を強くする
ためには、金属のプラズモン励起を用いることが効果的
である。微小な金属を用いると局在プラズモンを励起で
き、その周辺に強い近接場光が発生する。
【００１９】背景光を除去するためには、遮光用の金属
を設け、その開口部にプラズモン発生用の金属を設け
る。これは上記従来技術の（２）、（４）において開示
されているが、本発明は、より高いＳ/Ｎ比を実現する
ために、以下の手段を提供する。
【００２０】遮光用金属とプラズモン励起用金属は同じ
でもよいが、種類や厚みをそれぞれに選ぶことで、遮光
性と分解能を独立に制御することができるようになる。
更に、前記開口部および金属薄膜部から透過した背景光
は、下記の方法で除去する。
【００２１】上記従来技術の（４）、（５）に記載され
たような非対称形をなす金属に励起される局在プラズモ
ン強度、つまり近接場光強度は、入射光の偏光方向に大
きく依存する。反面、背景光強度は、容易に偏光依存性
を無くすことができる。平面プローブの場合には垂直入
射すれば偏光依存性は無くなり、多角錐プローブの場合
でも金属皮膜をし、その厚みを制御することで、偏光依
存性を大きく抑制することができる。また、背景光強度
の偏光依存性は、これと逆の偏光依存性を有する偏光補
償器を用いて打ち消すこともできる。そのため、入射光
の偏光方向を変調し、検出光強度を前記変調に同期検波
すれば、背景光による信号を除去し、近接場光信号のみ
を取り出すことができる。
【００２２】本発明では、プローブに遮光用金属を設け
てあらかじめ背景光を少なくしておく。更に、それでも
漏れてくる背景光は、光振幅ではなく光強度(光振幅の
２乗)の差をとることにより除去する。
【００２３】本発明では光干渉を利用しないため、波面
がいかに乱れても構わず、試料の表面状態の影響を受け
にくいので、試料に対して背景光の除去率を高くでき
る。
【００２４】また、本発明は、蛍光やラマン光などの試
料からの２次光観測についても適用できる。試料の蛍光
を観測する場合には、近接場光により励起された局所部
分からの信号蛍光以外に、入射背景光により励起された
部分からの蛍光が背景蛍光として観測されるため、Ｓ/
Ｎ比を悪化させる。蛍光は位相情報を失っているため、
干渉を用いて背景蛍光を除去することができない。本発
明では、干渉を使用しないため、蛍光試料などからの２
次光信号に対しても背景２次光信号を除去でき、顕微蛍
光分光装置や顕微ラマン分光装置などへの応用も可能で
ある。
【００２５】このようにして、本発明による近接場光を
用いた光学装置は、基板上に配置され尖端部を有する金
属部材と、偏光方向を変調するための光源装置と、光源
装置からの光を前記金属部材の尖端部に照射する光学部
材と、前記金属部材の尖端部から発生する近接場光で試
料を照明し、試料を透過した光、または試料に反射もし
くは散乱された光を検出する検出器と、検出器からの電
気信号より偏光変調に同期した信号を取り出すための分
離器とを有してなることを特徴とする。
【００２６】また、本発明による近接場光を用いた光学
装置は、偏光方向を変調するための光源装置と、尖端部
を有する一個以上の金属部材が設けられたプローブと、
試料を保持するための試料台と、試料とプローブの距離
を制御するための距離制御器と、光源装置からの光を前
記金属部材の尖端部に照射するための光学部材、プロー
ブから発生する近接場光で試料を照明し、試料から放出
される信号光を検出する一個もしくは複数個の検出器
と、検出器からの信号より光源装置の偏光変調に同期し
た信号を分離検出するための一個もしくは複数個の分離
器と、分離器からの信号を処理する信号処理器とを具備
してなることを特徴とする。
【００２７】また、本発明は、前記光学装置において、
前記光源装置により、前記金属部材の尖端部を照射する
光の偏光方向を、前記金属部材の尖端方向に平行な直線
偏光と、尖端方向に垂直な方向の直線偏光とに切り替え
可能に構成する。
【００２８】また、本発明は、前記光学装置において、
透過率もしくは反射率が偏向により異なる偏光補償器を
前記光学部材の光路上に設け、他の光学部品の偏光特性
を補償する。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施の形
態について、図面を参照して説明する。
【００３０】本発明で使用する近接場光プローブは、平
面形状のものと、角錐または円錐形状のものがある。光
記録の媒体や半導体ウェハーなど、試料の平坦性が良い
場合には、平面型プローブを用いればよい。光記録／再
生装置もこれに同じである。汎用の顕微装置のように試
料の凹凸があるために近接場光が試料に接近できないこ
とが問題になる場合には、プローブを錐形状（例えば、
多面錐体形状、もしくは円錐形状）とし、先端を試料形
状に沿って走査する。
【００３１】まず初めに、平面型プローブとそれを用い
た光記録／再生装置について説明する。平面型プローブ
としては、上記従来技術の（４）で示されたものと同様
の金属パターンを有する平面型プローブを用いる。
【００３２】図１（ｂ）は、その一例である平面基板上
に３角形形状金属パターンを有するの近接場光プローブ
である。但し、図の縮尺は無視している。５ｍｍ角のガ
ラス基板１０１に、その先端部の曲率が２０ｎｍであ
り、厚みが３０ｎｍである直角３角形の形状の金属パタ
ーン（例えば、アルミニウム（Ａｌ）パターン）1０６
を、全体が平面になるように設けた。対向する２つの３
角形頂点の間隔ｇは１０ｎｍとした。
【００３３】入射光の照射面積は回折限界以上になるの
で、３角形のパターンだけでは、それ以外の部分から光
が透過してきて大きな背景光となる。これを遮光するた
めに全体を、例えば、Ａｌで覆い、３角形頂点付近に非
被膜領域１０７を設けている。非被膜領域１０７が光波
長よりも小さくなると透過率が減り、半波長以下になる
と激減するため、これ以下にする。逆に小さくしすぎる
と、折角３角形頂点付近に励起されたプラズモンを遮光
し減衰させるので、近接場光の広がりよりは大きくする
必要がある。ここでは非被膜領域１０７は一辺が５０ｎ
ｍの二等辺三角形とした。
【００３４】基板１０１は、入射光に対して透過性があ
る材料ならばガラスでなくてもよい。また、金属パター
ン１０６は、使用する光波長でプラズモン共鳴が可能な
材料を選べばよい。ここでは、金属パターン１０６はプ
ローブリソグラフィにて作成したが、これに限らず、従
来の別の作製方法であってもよい。
【００３５】入射光１０３の偏光方向１０４が、図１の
（ａ）および（ｂ）に示すＡ方向の場合には、対向する
２つの３角形頂点近傍に局在プラズモンが励起されて、
それらの間隙に強い近接場光が発生する。しかし、入射
光偏光が、図１の（ａ）および（ｂ）に示すＢ方向の場
合には、局在プラズモンの励起は少なく、間隙に発生す
る近接場光強度は小さい。この場合は、Ａ方向の近接場
光強度はＢ方向の約１０００倍となっている。
【００３６】試料を載せた基板あるいは記録媒体１０２
は、プローブの金属パターンに対向して置かれ、プロー
ブと試料あるいは記録媒体１０２の距離はｇより小さく
制御する。対向する２つの３角形頂点近傍に発生した近
接場光は、試料あるいは記録媒体１０２と相互作用し
て、伝播光１０５となる。伝播光１０５には、近接場光
の散乱光以外に、非被膜領域１０７から漏れ出た光、つ
まり背景光も含まれている。近接場光の散乱光は、試料
あるいは記録媒体１０２の微小領域の光学的性質を反映
している。偏光方向１０４をＡとＢの方向で変調する
と、近接場光の散乱光は大きく変化するが、背景光は変
化しないため、偏光変調に同期して伝播光１０５を観測
して、近接場光の散乱光のみを分離観測する。
【００３７】ここでは、２つの３角形が対向した金属パ
ターンについて示しているが、本発明は、他のプローブ
および装置についても同様に適用可能である。
【００３８】図２は、本発明を光記録／再生装置に適用
した一つの実施例である。図１で示した本発明による平
面型プローブ２０1は、サスペンション２０２に取り付
けられており、記録ディスク２０３に押し付けられる。
アクチュエータ２０４はトラッキングのための位置微調
整に用いる。半導体レーザ２０５より出射した光は、コ
リーメートレンズ２０６、ビーム整形プリズム２０７を
通った後、偏光変調器２０８に導かれ、直線偏光の向き
が、図１で示したＡ方向とＢ方向で切り替えられる。そ
の後、半透鏡２０９と対物レンズ２１０により平面型プ
ローブ２０１上に集光される。
【００３９】対物レンズの焦点方向の位置調整は、アク
チュエータ２１１により行う。記録ディスク２０３を除
く上記部品は全て光ヘッドとしてスライダー上に配置さ
れ、通常の光ヘッドと同様に粗動トラッキング用アクチ
ュエータにて位置制御される。
【００４０】記録時には、半導体レーザ２０５の強度を
直接変調することにより、記録ディスク２０１上に記録
マークを形成する。この時、偏光変調器２０８による偏
光変調は停止して直線偏光をＡ方向に固定しておく。別
の記録法として、記録信号によって偏光変調器２０８で
偏光方向を変えることにより、近接場光強度を変調して
もよい。つまり、記録マークを書きたい時に直線偏光の
向きをＡ方向とし、書かないときにＢ方向とする。
【００４１】再生時は、記録ディスク２０３上の記録マ
ークの有無により、近接場光の散乱効率が変化し、反射
方向に戻る光強度が変化する。この光を、集光レンズ２
１２を用いて光検出器２１３で検出し、電気信号に変換
した後、ロックインアンプ２１４に入力する。この時、
参照信号として、偏光変調器２０８の駆動信号を用い
る。近接場光強度は偏光変調に同期して変調されるの
で、記録マークによる近接場光の散乱光強度もこれに同
期して変化し、同期検波により信号として検出される。
しかし、背景光は垂直入射の場合、偏光方向によらない
ため、反射光信号に含まれる背景光の成分は、同期検波
により除去される。
【００４２】このようにして、再生信号のみを抽出した
後、信号処理回路２１５に信号を送る。実際には半透鏡
２０９を初めとした各光学部品の透過率の偏光依存性を
有するため、同期検波だけでは完全には背景光信号を除
去できない。そこで、偏光補償器２１６を設けて、背景
光信号が最小になるようにその傾きを設定した。光軸に
傾けて配置したガラス板の透過率はｓ偏光とｐ偏光で異
なり、その差は入射角によるので、適切な入射角を選ぶ
ことにより前記各光学部品の透過率もしくは反射率の偏
光依存性を打ち消すことができ、偏光補償器として働
く。
【００４３】ここでは、偏光補償器として傾斜配置した
ガラス板を用いたが、通常偏光フィルターとして用いら
れる誘電体多層膜や偏光方向により吸収率が異なる物
質、例えば色素をドープし、一方向に延伸した膜などを
用いても良い。上述の入射光の偏光変調に同期させて信
号光を分離検出する方式を、以降、偏光変調・同期検波
方式と呼ぶ。
【００４４】図１に示したプローブの３角形の尖端部の
頂角は広くするほうが、近接場光強度は強くなる傾向が
あった。しかし、この頂角は、以下に示す理由により９
０度の時が最もＳ/Ｎ比が高くなる。
【００４５】局在プラズモンが励起される３角形頂点以
外の金属のエッジ部分でも、表面プラズモンによる近接
場光増強が生じる。偏光がエッジに垂直方向の時、この
増強は最大になり、平行方向の時、ゼロになる。エッジ
部分の近接場光強度は、頂点の近接場光強度よりも何桁
も小さいが、やはり面積が広く、しかも偏光方向依存性
を有するため、一般にはその散乱光成分は上記同期検波
で除去しきれない。ところが、３角形の頂角を９０度に
しておけば、図１のＡ方向とＢ方向の両方の偏光につい
て、そのエッジに垂直な方向への射影成分が等しくなる
ため、エッジ部近接場光強度も等しくなり、同期検波で
これを除去することが可能になる。よって、３角形のエ
ッジ部分に発生する近接場光が邪魔な場合には、３角形
頂角を９０度にすればよい。
【００４６】本実施例では光記録方式への適用を示した
が、本発明は光磁気融合方式にも適用できる。また、本
実施例では正反射方向に光検出器を設けたが、透過方
向、横方向に設けても良い。
【００４７】プローブの金属パターンと記録媒体の間に
は、潤滑剤を塗布してもよい。また、プローブの金属パ
ターンを設けた面に、入射光を透過する誘電体や半導
体、例えばガラスなどの薄膜層を設けることにより、ヘ
ッドの保護ならびに記録媒体と金属パターンの距離の制
御が可能である。
【００４８】次に、錐型プローブについて説明する。図
１では平面基板上に３角形の金属パターンを設けたが、
試料の凹凸に対応するためには、同様のパターンを針状
部材の尖端部に設ければよい。かかる針状部材として
は、光ファイバーを化学エッチングや熱延伸の方法を用
いて先端を先鋭化した円錐形状のもの、或いは原子間力
顕微鏡の探針のように角錐形状（多面錐体形状）のもの
を用いればよい。顕微蛍光分光装置や顕微ラマン分光装
置など、一般には顕微装置は入射光と信号光の波長が必
ずしも一致しない。前記針状部材としては、入射光か信
号光の少なくとも一方の波長に対し透過性を有した材料
を用いる。
【００４９】図３は、ＳｉＮ製の原子間力顕微鏡用カン
チレバー３００の先端部３０１に金属３０２を蒸着した
ものである。金属としてはＡｌを用いた。ここでは、２
方向からの蒸着により、対向する２面にのみ金属膜を設
けたが、一面だけでもよい。また、図３では対向する２
面の金属膜の先端部分に間隙が無い構造としているが、
これでも頂点近傍側面に強い近接場光が発生する。勿
論、図１と同様に頂点に間隙を設けてもよい。
【００５０】ここまでの構成は、従来技術（５）に記載
されている角錐プローブと同等である。しかし、このま
までは、金属で覆われていない面から透過する光が大き
な背景光となってしまい、十分なＳ/Ｎ比を得ることが
困難である。
【００５１】もっとも単純な解決法として、図４に示す
ように他の面を遮光用金属４０１で被う方法がある。但
し、遮光用金属は励起されたプラズモンの電場振動方向
に平行になるため、これを弱めてしまうので、少なくと
もプラズモンの励起範囲より離さなければならない。そ
のため、図４では遮光用金属の先端部に非被膜部分４０
２を設けている。この部分から光が透過すると背景光に
なるので、これを抑えるためには、非被膜部分４０２は
当該光の半波長よりも小さくする。このような手段を講
じても、開口部がある以上、光は必ず透過するので、背
景光は完全には除くことはできない。
【００５２】更に、針状プローブの場合には、次に示す
ような背景光を除ききれない別の要因がある。装置の空
間分解能を向上させるためには、探針先端の金属部の曲
率を小さくする必要があるが、そのためには先端部の金
属膜厚を曲率に比べて同等かそれ以下にする必要があ
る。金属膜厚が薄いと十分な遮光性能が得られず、金属
部から透過してくる光が背景光になる。
【００５３】そこで、図５に示すように、金属膜厚を２
段階とする。つまり、先端部５０１のみ金属膜厚を薄く
し、先端部以外の部分５０２は十分な遮光性が得られる
ような膜厚を確保する。膜厚の薄い先端部５０１の長さ
は、背景光を抑える目的からはなるべく短いほうがよ
く、当該波長の半波長以下が望ましい。しかし、被観測
試料の凹凸に探針が追随するためには、膜厚の薄い先端
部５０１の長さは試料凹凸より長く設定しなければなら
ないため、背景光を必ずしも十分には抑圧できない。
【００５４】以上に示したように、背景光はプローブの
構造により抑えることはできるものの、完全に除くこと
はできない。当然、上記プローブ構造の工夫だけで十分
である用途も存在する。しかし、特に高空間分解能が要
求される用途や、凹凸の激しい試料に適用する場合に
は、十分なＳ/Ｎ比を実現できないことがあるので、前
述の平面プローブと同様に、偏光変調・同期検波方式を
用いるとよい。
【００５５】また、偏光変調・同期検波方式と、図４お
よび図５で示したプローブ構造の工夫とを組み合わせれ
ば、より高いＳ/Ｎ比を実現することができる。但し、
針状部材の透過率はｓ偏光とｐ偏光とで異なるので、背
景光を完全に抑えるためにはこれを補償する必要があ
る。これは、針状部材に設けた金属膜の膜厚を制御する
ことでも実現できる。
【００５６】図６は、針状部材としてＳｉＮを用い、金
属膜として金（Ａｕ）を用いた場合の、ｐ偏光時の透過
散乱光強度（Ｔｐ）とｓ偏光時の透過散乱光強度（Ｔ
ｓ）との差（Ｔｐ−Ｔｓ）の金属膜厚依存性を示してい
る。この場合、金の膜厚を７ｎｍか１５ｎｍにすれば、
透過散乱強度の偏光依存性が無くなり、当該同期検波方
式で除去可能となる。この膜厚は、針状部材と金属の複
素屈折率に依存するため、用いる材料により適切に選
ぶ。例えば、針状部材としてＳｉＮを用い、金属にＡｌ
を用いた場合の最適値は約３ｎｍとなる。上述のプラズ
モン励起用金属、ならびに遮光用金属の膜厚を当該膜厚
に設定すれば、背景光を同期検波方式にて除去できるた
め、プローブ構造を簡単にできるという効果がある。よ
り高いＳ/Ｎ比を得るためには、上述の２段階膜厚プロ
ーブの先端部５０１の薄い部分を当該膜厚に設定すると
よい。または、これらと独立に、或いは組み合わせて前
記偏光補償器を用いてもよい。
【００５７】図５のような構造にした場合、Ａ方向の偏
光により先端部のプラズモン励起用金属先端部５０５に
プラズモンが励起される。一方、Ｂ方向の偏光の場合
は、遮光用に設けた金属の先端部５０６にプラズモンが
励起されてしまう。このプラズモンにより信号光が発生
すると偏光変調・同期検波方式の検出信号が減ることに
なる。そのため、先端部５０１の長さを十分に取り、試
料から遮光用金属を十分離すようにする必要がある。そ
れでも試料の凹凸により両者が接近することが避けられ
ないことがある。
【００５８】この問題を解決するためには、遮光用金属
として、当該光波長におけるプラズモンの生成効率がプ
ラズモン励起用金属にくらべて低い特性を有する材料を
選べばよい。例えば、波長４００ｎｍの光に対して、プ
ラズモン励起用金属としてＡｌを用い、遮光用金属とし
てＡｕを用いればよい。当然、上記問題が無視できるよ
うな用途に対しては、プラズモン励起用金属と遮光用金
属に同一の金属を用いることは可能であり、その場合は
プローブの作成が比較的容易になるためコストを抑える
ことができるという効果を有する。
【００５９】図７と図８は、針状プローブの他の実施例
である。図７は、前述の四角錐の一方のみにプラズモン
励起用金属７０１を設けたものであり、図８は先鋭化光
ファイバーの片面のみにプラズモン励起用金属８０１を
蒸着したものである。それぞれ、遮光用金属７０２と８
０２が前述の２段階膜厚構造で設けられている。
【００６０】図７、図８で示した構造は一例であり、角
錐形、円錐形、共に図４に示すようにプラズモン励起用
金属２面を対向させて設けてもよいし、図８のように錐
形の頂点まで金属が覆っていてもよいし、図７のように
僅かな間隙があっても良い。また、すべての構造につい
て、遮光用金属とプラズモン励起用金属の種類や厚みを
変えてもよいし、変えなくてもよい。これらは、使用用
途とコストに応じて使い分ければよい。
【００６１】次に上記プローブの作成方法を説明する。
針状部材の片面のみに金属を設ける時には一方向からの
み金属蒸着を行った。先端近傍に非被膜部を設ける際、
および２段階膜厚を実現する際は以下の手順を用いた。
【００６２】まず、針状部材の目的の面に前記方法で金
属薄膜を作成する。その上にフォトレジストを塗布して
先端部を上にして放置すると先端部のレジスト膜厚が薄
くなる。その後、ベーキング処理をしてドライエッチン
グを行うと、レジスト膜厚の薄い先端部から金属がエッ
チングされ始める。エッチング時間を適切に選べば、非
金属皮膜部の長さを制御できる。２段階膜厚にする場合
には、あらかじめ当該光波長でプラズモン励起用金属を
つけておき、別の種類の遮光用金属をその上から蒸着す
る。その後、上述と同じ方法でレジスト-エッチング処
理を行う。この時、遮光用金属に対するエッチング速度
が速く、プラズモン励起用金属に対しては遅い特性を持
つエッチングガスを用いると、先端部分では遮光用金属
のみが取り除かれ、２段階膜厚が実現できる。最初にプ
ラズモン励起用金属を着けた面とは別の面にも遮光用金
属を着けておき、上記方法で２種類の金属の膜厚とエッ
チング時間を適切に選べば、２段階膜厚と非被膜部を併
せ持つ、図５で示した構造が作成できる。
【００６３】ここでは、針状部材としてＳｉＮ製の原子
間力顕微鏡用カンチレバーを用い、その対向する２面に
プラズモン励起用金属として最初にＡｌを１０ｎｍ、全
ての面に遮光用金属としてＷを１００ｎｍ蒸着し、ＣＦ
4ガスを用いて上記手順にて図５の構造を作製した。
【００６４】次に、図９を用いて、偏光変調・同期検波
方式を近接場光学顕微装置に適用した一つの実施例につ
いて説明する。３次元位置制御可能な走査ステージ９０
１に配置された透明基板９０２上に被測定試料９０３が
置かれている。試料に面して、前述の先端部に金属部を
有するカンチレバー型プローブ９０４が配置される。こ
こでは、位置制御にプローブ顕微鏡で一般に使用されて
いるダイナミックフォース方式を用いて、試料９０３と
プローブ９０４の距離は約５ｎｍに制御している。その
ため、プローブ９０４はディザー用ピエゾ９０５を用い
て上下に振動させている。但し、プローブ振動を観測す
るためのレーザと分割フォトダイオード、およびそれに
付随する光学系は既知のものなので図示していない。
【００６５】試料−プローブ間距離は、近接場光の染出
し長以下に設定する必要があり、接触させてもかまわな
い。距離制御方式は、一般にプローブ顕微鏡で用いられ
る他の方式、例えば，トンネル電流制御方式、光てこ方
式などを用いてもよい。特に、本発明では、従来技術
（６）のように背景光を除くためにプローブを振動させ
る必要がないため、距離制御もプローブを振動させない
方式を採用すれば、プローブの振動に伴う分解能の低下
や擬似信号の混入に伴う観察像の複雑化を回避すること
ができるという効果がある。
【００６６】半導体レーザ９０７の出力光をレンズ９０
８でコリメートし、偏光変調器９０９で偏光方向を図５
で示したＡ方向とＢ方向とに周期的に切り替え、偏光補
償器９１０を通した後、対物レンズ９１１用いて、プロ
ーブ９０４の先端に導く。プローブ先端に発生した強い
近接場光により試料９０３が照明され、信号光が放射さ
れる。
【００６７】ここでは、試料の透過光を信号光として検
出する例を示す。透過光は、レンズ９２０で光検出器９
２１に導かれ、電気信号に変換されてロックインアンプ
９３０にて同期検波される。この時の参照信号は、偏光
変調器９０９より得る。ロックインアンプ９３０の出力
はコントローラ９３１に導かれる。走査ステージ９０１
にて試料面内を走査しながら、位置ごとにロックインア
ンプ９３０の出力を測定し、画像処理装置を兼ねたコン
トローラ９３１を用いて画像化することにより、試料の
光信号像を得ることができる。偏光変調の周波数をｆ、
および同期検波の時定数をＴとすると、ｆが１/Ｔより
十分大きくなるように設定する。
【００６８】尚、図９には試料位置を観察する機構は省
略されているが、通常の顕微鏡で用いるような照明系、
および目視又はテレビカメラ等の観察系を適宜具備させ
る。光路中に設けた光学部品とその配置によっては、光
が楕円偏光になってしまい、本方法の感度を低下させる
場合がある。その場合には、バビネ板等の位相補償板を
用いればよい。
【００６９】本実施例では、信号光として透過光を用い
たが、その他の顕微装置にも適用できる。信号光が反
射、散乱、蛍光、ラマン光などでも、一般に用いられる
光学部品や分光器等を付加すれば同様の測定が可能であ
る。また、試料が巨視的に異方性を有し、背景光蛍光の
強度が偏光によって異なる場合には、これを最小にする
ように偏光補償器を調整することもできる。
【００７０】更に、試料の光導電性を測定する場合に
は、導電信号をロックインアンプ９３０で同期検波すれ
ばよい。
【００７１】本実施例では、入射光をプローブに導入し
て試料を照射し、透過方向に伝播する信号光を検出した
が、一般に近接場光学顕微鏡で用いられる他の照明・検
出器配置を用いても良い。つまり、入射光をプローブに
導入して試料を照射し、反射方向に放出される信号光を
検出する配置、または、入射光をプローブに導入して試
料を照射し、プローブに戻る信号光を検出する配置、ま
たは、プローブの先端を外側から照明し、プローブに入
る信号光を検出する配置を用いてもよい。入射光をプロ
ーブに導入して試料を照射し、プローブに戻る信号光を
検出する配置では、一般にプローブの色々な面からの反
射光が大きな背景光となるため、本発明は特に有効であ
る。
【００７２】また、プローブを試料の凹凸に追随させな
い測定の場合には、図１で示した平面型プローブを用い
ることもできる。
【００７３】次に、本発明の別の実施例について説明す
る。本発明で用いるプローブは、熱延伸法などに比べ
て、作製法が容易で再現性も高い。よって、多数のプロ
ーブを配置することが容易にできる。
【００７４】図１０（ａ）は、平面型プローブを４個配
置した例である。基板１０００上に、図１で示したパタ
ーンを４個配置する。この時、プローブの中心１００１
から１００４、つまり近接場光が発生する場所は、回折
限界よりも離して配置する。入射光１００５は偏光変調
されており、プローブ中心が一様に照射されるように照
射し、光学系１００６を用いてプローブ面の像を結像面
１００７上に拡大結像させる。得られたそれぞれのプロ
ーブ中心像の中心に光検出器１０１１から１０１４を置
き、それぞれの出力をロックインアンプを用いて同期検
波する。図では省略しているが、被測定対象物は基板１
０００と光学系１００６の間に設置されている。他は上
記実施例と同様である。
【００７５】ここでは、一つの入射光１００５を用い
て、全てのプローブを照明する配置としたが、プローブ
毎に別の入射光で照明してもよいし、複数のプローブの
組毎に別の入射光で照明してもよい。また、入射光を走
査してプローブを順次、照明してもよい。ここでは、４
つのプローブについて実施例を示したが、用途に応じて
もっと多数のプローブを形成し、同数の光検出器を用意
すればよい。
【００７６】図１０（ａ）の光検出器１０1１から１０1
４は一つの撮像管で置き換えてもよい。これにより各プ
ローブ中心からの信号光を同時に検出できる。この時、
入射照明光の偏光変調用の制御信号を、撮像管の垂直同
期信号に同期させると、フレーム毎に交互に直交する入
射偏光による信号が検出されるため、フレーム間の差を
演算することにより、背景光を除去できる。これはロッ
クインアンプを用いた場合に比べてＳ/Ｎ比の改善効果
は少ないが、装置の簡便化とコスト低減が可能となる。
【００７７】図１０（ｂ）に、複数のプローブを用いた
場合の別の装置構成の例を示す。ここでは図が簡単にな
るように２つのプローブの場合を示している。光源(図
示しない)からの光が偏光変調器１０６１から１０６２
を用いて、別々の変調周波数で偏光変調される。これに
より各プローブで励起されるプラズモンは各々別の周波
数で強度変調されることになる。この時光源は別々でも
よいし、一つでもよい。プローブが多数の場合には、一
つの光源を用い、偏光変調器として液晶空間変調器を用
いればプローブ毎に偏光変調を行うことができるので構
成が簡単になる。
【００７８】被測定対象物１０６６からの光信号は一つ
の光検出器１０７０により光電変換された後に分岐さ
れ、ロックインアンプ１０８１と１０８２にて同期検波
する。ここで、被測定対象物とは、例えば試料そのも
の、或いは試料を載せた基板を指す。各ロックインアン
プはそれぞれ対応する偏光変調器からの参照信号を用い
て同期検波を行うため、ロックインアンプ１０８１から
１０８４の出力は、プローブ中心１００１から１００４
からの光信号にそれぞれ対応する。これにより、検出器
を一つにすることができ、装置の小型化が可能となる。
【００７９】ここでは、２つのプローブについて実施例
を示したが、前記実施例と同様に用途に応じてもっと多
数のプローブを形成すればよい。
【００８０】複数のプローブを一つのスライダー上に配
置すれば、光再生の高速化が可能となる。光記録も高速
にするには、入射光源もプローブと同数用意し、各プロ
ーブ中心をそれぞれ独立に照射できるようにすれば独立
の書き込みができる。
【００８１】また、本実施例で示した多数プローブを顕
微装置に応用した場合には、広面積を短時間で測定観測
することが可能となる。例えば、これは、顕微鏡、顕微
分光装置、光リソグラフィ、光加工装置などに利用され
る。この場合の位置制御の方式を、図１１に示す。
【００８２】図１１（ａ）において、多数プローブを配
した基板１０００を支持板１１５０に固定する。支持板
１１５０の３点には金属針１１５１から１１５３を設け
る。これらの針はトンネル顕微鏡の探針でできており、
図示しないがそれぞれにトンネル電流を印加、測定でき
るようにしてある。これらの針はピエゾ素子１１６１か
ら１１６３に配置され、独自に基板から突出する長さを
微調することができる。
【００８３】図１１（ｂ）において、初めに、金属針１
１５１から１１５３は基板１０００の底面から飛び出さ
ないようにしておき、平坦試料１１７０の上に基板１０
００を密着させる。この状態で金属針１１５１から１１
５３に流れるトンネル電流が一定になるようにピエゾ素
子１１６１から１１６３に印加する電圧を調整する。次
に、ピエゾ素子１１６１から１１６３に印加する電圧に
一定のバイアスを加えて、金属針を基板から突き出す。
先に定めたトンネル電流を設定値として、各金属針１１
５１から１１５３のトンネル電流が常に設定値となるよ
うにピエゾ素子１１８１から１１８３に印加する電圧を
制御する。ピエゾ素子１１８３は図示していないが、ピ
エゾ素子１１６１から１１６３と同様の配置をしてい
て、３点の支持部を用いてあおり角を調整することがで
きるようになっている。試料と基板間の距離は、前記バ
イアス電圧とトンネル電流の設定値で調整する。これに
より、平坦試料１１７０と基板１０００の距離と平行性
を保ったまま、試料を乗せたステージ１１７１を走査す
ることができる。ステージ１１７１には、透過光を集光
するために、穴１１７２が空いており、対物レンズ９２
０が接近できるようにしてある。
【００８４】ここでは、ピエゾ素子１１６１から１１６
３を用いて金属針１１５１から１１５３の長さを調整し
たが、金属針の代わりに一様な粒径を有する金属球など
を用いれば、ピエゾ素子１１６１から１１６３は不要に
なる。また、本実施例では、平面プローブについて述べ
たが、角錐または円錐型のプローブを複数配置してもよ
い。
【００８５】平坦度があまり良くない試料の多点観測に
は、多数のプローブを配置する基板としてＳｉの薄膜基
板が適している。これは、可視光領域の光を透し、かつ
柔軟であるので試料との密着性を良くすることができる
という利点を持つ。測定の時には、プラズモン励起用金
属および遮光用金属パターンと試料の間に電圧を印加し
て両者を密着させる。後に印加電圧を切り、試料を走査
して位置を変え、次の測定を行う。他の構成、手順は前
述の実施例と同様であるので説明は省略する。
【００８６】更に、より平坦度が悪い試料の多点観測に
は、図３、図４、図５、図７、図９で示したような角錐
または円錐型のプローブを有するカンチレバー、或い
は、錐形部先端を平坦にして、当該平坦部に図１で示し
た平面パターンを有するカンチレバーを複数個配置し
て、各々のカンチレバーと試料の距離制御を独立に行う
構成とすればよい。個々のカンチレバーと試料の距離制
御は、光てこ方式、ダイナミックフォース方式等よく知
られた方法を用いればよい。但し、この場合には、上記
実施例のように距離制御のために試料を動かすのではな
く、カンチレバー側を動かす構成となる。また、積極的
に距離制御しなくても、試料をカンチレバーに押し付け
れば、試料に凹凸がある場合でも、個々のカンチレバー
が撓ることにより、全てのカンチレバーと試料を接触さ
せることもできる。また、試料凹凸を吸収する部材とし
ては、特にカンチレバーでなくてもよく、ばね機構を有
する部材なら何でも良い。
【００８７】多点プローブを用いた場合、試料あるいは
基板を走査しなくても、各プローブ間の距離程度、つま
り今の場合は光の回折限界程度の空間分解能を有する画
像データを得ることができる。よって、あらかじめ低い
分解能で試料を観察できるので、興味のある部分を簡単
に探すことが可能になるという効果を有する。
【００８８】これまでに説明した実施例では、入射光の
偏光を変調するために、電気光学効果を用いた偏光変調
器を使用したが、光弾性変調器や回転する半波長板な
ど、他によく知られた方法でもよい。また、偏光変調は
直線偏光の２つの向きを断続的に切り替えたが、直線偏
光を連続的に回転させてもよい。
【００８９】しかし、これらの偏光変調器は一般にサイ
ズが大きく、また高電圧印加や駆動装置が必要となる。
そのため、コスト高になり装置の小型化も困難となり、
特に光記録／再生装置に用いる場合には問題となる場合
がある。図１２を用いて、コストを抑え省スペースを実
現するための偏光変調手段の一例を説明する。
【００９０】半導体レーザ１２０１と半導体レーザ１２
1１が、それぞれの出力光の直線偏光方向１２０４，１
２１４が直交するように配置されている。それぞれの出
力光はコリーメートレンズ１２０２、１２１２とビーム
整形プリズム１２０３、１２１３を介した後、偏光ビー
ムスプリッタ１２２０により同一光路に導かれる。半導
体レーザ１２０１の駆動信号１２０５と半導体レーザ１
２１１の駆動信号１２１５の位相を１８０度ずらして、
半導体レーザ１２０１と半導体レーザ１２１１を交互に
点灯させることにより、偏光方向を切り替えることが可
能となる。
【００９１】ここでは半導体レーザを用いたが、出力を
点灯できるレーザおよび外部強度変調器やシャッターに
より出力を点灯する機構を付加したレーザなら何でも良
い。その例を、図１３に示す。
【００９２】ここでは、レーザは複数台用意する代わり
に１つの直線偏光のレーザ１３００を用いた。レーザ１
３００の出力光をビームスプリッタ１３０１で２つに分
け、半波長板１３０２を用いて片方の変更を９０度回転
させ、偏光ビームスプリッタ１２２０を用いて同軸上に
重ね合わせる。光チョッパー１３０３は、一方のビーム
が透過するときには、もう一方のビームを遮断し、交互
にビームを透過させるような羽根配置にしておく。本実
施例を用いれば、安価な測定装置を構成することができ
る。
【００９３】さらに、互いに直交する直線偏光を有し、
同期した繰り返し周波数で発振する２つのモードロック
レーザからのパルス光列を、交互にパルスが来るように
重ね合わせても、同様に偏光方向が変調された光を得る
ことができる。
【００９４】更に、以上記述した実施例では、偏光変調
に同期した信号成分を抽出するためにロックインアンプ
を用いているが、簡便に変調周波数を通す周波数フィル
ターを用いて抽出し、増幅、整流してもよい。特に、低
コストと省スペースが要求される光記録／再生装置には
有効である。
【００９５】
【発明の効果】本発明によれば、近接場光を用いた光学
装置において、一般に相反関係にある高分解能化と高Ｓ
/Ｎ化との両立が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明におけるプローブと偏光変調法
の概念図、（ｂ）は微小間隙を有する異方性金属パター
ンを具備した平面型近接場光プローブの概念図。
【図２】本発明を光記録／再生装置に適用したときの装
置構成の一例を示す斜視図。
【図３】（ａ）はプラズモン励起用金属パターンを有す
るカンチレバーの斜視図、（ｂ）はその先端四角錐部を
示す図。
【図４】遮光用金属部を有するプラズモン励起用金属パ
ターンの先端四角錐部を示す図。
【図５】２段階膜厚の四角錐プローブの側面図。
【図６】ｐ偏光入射時にＳｉＮ製四角錐プローブの非遮
光部より透過散乱する光強度（Ｔｐ）とｓ偏光入射時の
同光強度（Ｔｓ）との差の被膜Ａｕ膜厚依存性を示す
図。
【図７】１面のみにプラズモン励起用金属を有する２段
階膜厚の四角錐プローブ先端を示す図。
【図８】２段階膜厚構造を有する先鋭化光ファイバープ
ローブの斜視図。
【図９】本発明を近接場光学顕微鏡に適用したときの装
置構成の一例を示す図。
【図１０】（ａ）はプローブを多数化したときの構成を
示す概念図、（ｂ）はプローブを多数化したときの別の
構成を示す概念図。
【図１１】（ａ）はプローブを多数化したときの基板の
部分を示す図、（ｂ）は基板―試料間距離制御を説明す
る概念図。
【図１２】偏光変調手段を実現する構成例を説明する概
念図。
【図１３】偏光変調を実現する別の構成例を説明する概
念図。
【符号の説明】
１０１…ガラス基板、１０２…試料あるいは記録媒体、
１０３…入射光、１０４…偏光方向、１０５…伝播光、
１０６…直角三角形形状Ａｌパターン、１０７…非被膜
領域、２０１…平面プローブ、２０２…サスペンショ
ン、２０３…記録ディスク、２０４…アクチュエータ、
２０５…半導体レーザ、２０６…コリーメートレンズ、
２０７…ビーム整形プリズム、２０８…偏光変調器、２
０９…半透鏡、２１０…対物レンズ、２１１…アクチュ
エータ、２１２…集光レンズ、２１３…光検出器、２１
４…ロックインアンプ、３００…原子力顕微鏡用カンチ
レバー、３０１…先端部、３０２…金属、４０１…遮光
用金属、４０２…非被膜部分、５０１…先端部、５０２
…先端部以外の部分、５０５…プラズモン励起用金属先
端部、５０６…遮光用金属先端部、７０１…プラズモン
励起用金属、７０２…遮光用金属、８０１…プラズモン
励起用金属、８０２…遮光用金属、９０１…走査ステー
ジ、９０２…透明基板、９０３…被測定試料、９０４…
先端部に金属部を有するカンチレバー型プローブ、９０
５…ディザー用ピエゾ、９０７…半導体レーザ、９０８
…レンズ、９０９…偏光変調器、９１０…偏光補償器、
９１１…対物レンズ、９２０…レンズ、９２１…光検出
器、９３０…ロックインアンプ、９３１…コントロー
ラ、１０００…基板、１００１、１００２、１００３、
１００４ …プローブ中心、１００５…入射光、１００
６…光学系、１００７…結像面、１０１１、１０１２、
１０１３、１０１４…光検出器、１０６１、１０６２…
偏光変調器、１０６６…被測定対象物、１１５０…支持
板、１１５１、１１５２、１１５３…金属針、１１６
１、１１６２、１１６３…ピエゾ素子、１１７０…平坦
試料、１１７１…ステージ、１１７２…穴、１１８１、
１１８２、１１８３…ピエゾ素子、１２０１…半導体レ
ーザ、１２０２…コリーメートレンズ、１２０３…ビー
ム整形プリズム、１２０４…偏光方向、１２０５…半導
体レーザ駆動信号、１２１１…半導体レーザ、１２１２
…コリーメートレンズ、１２１３…ビーム整形プリズ
ム、１２１４…偏光方向、１２１５…半導体レーザ駆動
信号、１２２０…偏光ビームスプリッタ、１３００…レ
ーザ、１３０１…ビームスプリッタ、１３０３…光チョ
ッパ、１３０４…プリズム。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋詰 富博 埼玉県比企郡鳩山町赤沼2520番地 株式会 社日立製作所基礎研究所内 (72)発明者 織田 勇 東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地 株式会社日立製作所内 Ｆターム(参考） 5D119 AA22 BA01 JA34

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板上に配置され尖端部を有する金属部材
    と、偏光方向を変調するための光源装置と、前記光源装
    置からの光を前記金属部材の尖端部に照射する光学部材
    と、前記金属部材の尖端部から発生する近接場光で試料
    を照明し、前記試料を透過した光、または前記試料に反
    射もしくは散乱された光を検出する検出器と、前記検出
    器からの電気信号より前記偏光変調に同期した信号を取
    り出すための分離器とを有してなることを特徴とする近
    接場光を用いた光学装置。
  2. 【請求項２】偏光方向を変調するための光源装置と、尖
    端部を有する一個以上の金属部材が設けられたプローブ
    と、試料を保持するための試料台と、前記試料と前記プ
    ローブの距離を制御するための距離制御器と、前記光源
    装置からの光を前記プローブの金属部材の尖端部に照射
    するための光学部材と、前記プローブから発生する近接
    場光で前記試料を照明し、前記試料から放出される信号
    光を検出する一個もしくは複数個の検出器と、前記検出
    器からの信号より前記光源装置の偏光変調に同期した信
    号を分離検出するための一個もしくは複数個の分離器
    と、前記分離器からの信号を処理する信号処理器とを具
    備してなることを特徴とする近接場光を用いた光学装
    置。
  3. 【請求項３】請求項１又は２に記載の光学装置におい
    て、前記光源装置により、前記金属部材の尖端部を照射
    する光の偏光方向を、前記金属部材の尖端方向に平行な
    直線偏光と、尖端方向に垂直な方向の直線偏光とに切り
    替え可能に構成したことを特徴とする近接場光を用いた
    光学装置。
  4. 【請求項４】請求項１又は２に記載の光学装置におい
    て、前記金属部材の尖端部の頂角が９０度であることを
    特徴とする近接場光を用いた光学装置。
  5. 【請求項５】請求項１又は２に記載の光学装置におい
    て、透過率もしくは反射率が偏向により異なる偏光補償
    器を前記光学部材の光路上に設け、他の光学部品の偏光
    特性を補償してなることを特徴とする近接場光を用いた
    光学装置。
  6. 【請求項６】請求項５に記載の光学装置において、前記
    偏光補償器を、前記光学部材の光軸に対して傾斜配置し
    たガラス板で構成したことを特徴とする近接場光を用い
    た光学装置。
  7. 【請求項７】請求項２に記載の光学装置において、前記
    プローブが、多面錐体形状もしくは円錐形状を有し、そ
    の１つの面、もしくは対向する２面に前記金属部材を設
    けてなることを特徴とする近接場光を用いた光学装置。
  8. 【請求項８】請求項１に記載の光学装置において、前記
    試料は記録媒体であり、かつ、前記基板に配置された尖
    端部を有する前記金属部材は平面形状で構成したことを
    特徴とする近接場光を用いた光学装置。
  9. 【請求項９】請求項７に記載の光学装置において、前記
    プローブにおける、前記金属部材が設けられた面以外の
    面を、その尖端部に前記光源装置の光の波長の半波長よ
    り小さな間隙を設けて所定の金属で被覆してなることを
    特徴とする近接場光を用いた光学装置。
  10. 【請求項１０】請求項９に記載の光学装置において、被
    覆される前記所定の金属が、前記金属部材とは異なる金
    属であることを特徴とする近接場光を用いた光学装置。
  11. 【請求項１１】請求項７に記載の光学装置において、前
    記プローブに設ける前記金属部材の厚みを所定の厚みに
    制御し、前記プローブから伝播光として透過し前記検出
    器で検出される光の信号を抑制するよう構成したことを
    特徴とする近接場光を用いた光学装置。
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