JP2006138633A - Optical system and optical device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical device of a near field microscope or the like having a long WD. <P>SOLUTION: This device is equipped with a light source 303, an optical fiber probe 904 for photodetection or for illumination, an optical element (negative refractive index medium 301) formed by a medium showing a negative refractive index and arranged between an object and the optical fiber probe 904, and a photomultiplier 908 for converting light detected by the optical fiber probe 904 into an electric signal. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光学系及びそれを用いた光学装置に関するものである。   The present invention relates to an optical system and an optical apparatus using the same.

光学素子、顕微鏡、リソグラフィー光学系、光ディスク光学系等の光学系並びに、それらを用いた光学装置には、以下のようなものがある。
近接場ナノフォトニクス入門、P7〜P14,P74〜75,P86〜P87 オプトロニクス社,2000年4月25日発行 上記の他、関連する文献として以下がある。 J.B.Pendry Phys. Rev.Lett., Vol85, 18(2000) 3966-3969 M. Notomi Phy.Rev.B.Vol 62(2000) 10696 US 2003/0227415 A1 US 2002/0175693 A1 図10は従来の近接場顕微鏡901の反射モードの構成を示す図である(非特許文献1参照)。光源303から出た光はハーフプリズム902、正の屈折率を有する物質でできた光学素子であるレンズ903を通り光ファイバプローブ904に入る。光ファイバプローブ904はコア910とクラッド909とからなるガラスファイバ905に金属コーティング906を施したものである。
Examples of optical systems such as an optical element, a microscope, a lithography optical system, and an optical disk optical system, and optical devices using them are as follows.
Introduction to near-field nanophotonics, P7 to P14, P74 to 75, P86 to P87, Optronics, April 25, 2000 JBPendry Phys. Rev. Lett., Vol85, 18 (2000) 3966-3969 M. Notomi Phy.Rev.B.Vol 62 (2000) 10696 US 2003/0227415 A1 US 2002/0175693 A1 FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a reflection mode of a conventional near-field microscope 901 (see Non-Patent Document 1). Light emitted from the light source 303 passes through a half prism 902 and a lens 903 which is an optical element made of a material having a positive refractive index, and enters an optical fiber probe 904. The optical fiber probe 904 is obtained by applying a metal coating 906 to a glass fiber 905 including a core 910 and a clad 909.

光ファイバプローブ904に入った光は開口部907から出て観察対象としての物体307にあたる。物体307で反射された、エバネッセント波を含む光は開口部907を経て、ハーフプリズム902で反射され受光素子としてのフォトマルチプライヤ908に入り電気信号に変換される。   Light entering the optical fiber probe 904 exits from the opening 907 and strikes an object 307 as an observation target. Light including the evanescent wave reflected by the object 307 passes through the opening 907, is reflected by the half prism 902, enters the photomultiplier 908 as a light receiving element, and is converted into an electric signal.

光ファイバプローブ904を主に横方向に走査することで電気信号から画像信号が得られる。   An image signal is obtained from an electrical signal by scanning the optical fiber probe 904 mainly in the lateral direction.

ここで開口部907と物体307の距離をWD(Working Distance)とする。開口部907の大きさは数ナノメートルから数十ナノメートルである。   Here, the distance between the opening 907 and the object 307 is defined as WD (Working Distance). The size of the opening 907 is several nanometers to several tens of nanometers.

しかしながら微弱なエバネッセント波を検出するために開口部907を物体307に数十ナノメータまで近づける必要があり、距離WDが小さく、物体の種類が制限される、物体を傷つける可能性がある等の欠点があった。   However, in order to detect a weak evanescent wave, it is necessary to bring the opening 907 close to the object 307 to several tens of nanometers, and the distance WD is small, the type of the object is limited, and the object may be damaged. there were.

本発明は、この点に鑑みるに、例えば本願は、WDの長い光学系及びそれを用いた近接場顕微鏡等の光学装置を提供するものである。   In view of this point, the present invention, for example, provides an optical system having a long WD and an optical device such as a near-field microscope using the optical system.

上記の目的を達成するために、本発明の第1の態様は光学系に関し、光源と、負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、光検出用あるいは照明用の開口部材またはプローブと、を具備する。   In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention relates to an optical system, a light source, an optical element formed of a medium exhibiting negative refraction, an opening member or a probe for light detection or illumination, It comprises.

また、本発明の第2の態様は光学装置に関し、光源と、光検出用あるいは照明用の開口部材またはプローブと、物体と、前記開口部材またはプローブとの間に配置され、負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、前記開口部材またはプローブにより検出された光を電気信号に変換する変換素子と、を具備する。   The second aspect of the present invention relates to an optical device, and is a medium that is disposed between a light source, a light detection or illumination opening member or probe, an object, and the opening member or probe, and exhibits negative refraction. And a conversion element that converts the light detected by the aperture member or the probe into an electrical signal.

また、本発明の第3の態様は光学系に関し、光源と、負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、光散乱用の微小物体と、を具備する。   A third aspect of the present invention relates to an optical system, and includes a light source, an optical element formed of a medium exhibiting negative refraction, and a minute object for light scattering.

また、本発明の第4の態様は光学装置に関し、光源と、光散乱用の微小物体と、物体と、前記微小物体との間に配置され、負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、前記微小物体により散乱された光を集光する光学系と、前記光学系により集光された光を電気信号に変換する変換素子と、を具備する。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an optical device, comprising: a light source; a light scattering minute object; an optical element disposed between the object and the minute object; And an optical system that collects the light scattered by the minute object, and a conversion element that converts the light collected by the optical system into an electrical signal.

本発明によれば、例えばWDの長い光学系及びそれを用いた近接場顕微鏡等の光学装置を提供することができる。   According to the present invention, for example, an optical system having a long WD and an optical apparatus such as a near-field microscope using the optical system can be provided.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る、負屈折率媒質301を用いた近接場顕微鏡401の反射モードの構成を示す図である。動作は次のとおりである。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a reflection mode of a near-field microscope 401 using a negative refractive index medium 301 according to an embodiment of the present invention. The operation is as follows.

水銀ランプ、レーザー、半導体レーザー等の光源303から出た光はハーフプリズム902、レンズ903を通り光ファイバプローブ904に入る。光ファイバプローブ904はガラスファイバ905に金属コーティング906を施したものである。   Light emitted from a light source 303 such as a mercury lamp, a laser, or a semiconductor laser passes through a half prism 902 and a lens 903 and enters an optical fiber probe 904. The optical fiber probe 904 is obtained by applying a metal coating 906 to a glass fiber 905.

光ファイバプローブ904に入った光は開口部907から出て負屈折率媒質301を通り物体307にあたる。物体307で反射された、エバネッセント波を含む光は図1の矢印のように進み結像点FFに結像する。結像点FFに結像した光は開口部907を経て、ハーフプリズム902で反射されフォトマルチプライヤ908に入り電気信号に変換される。   Light entering the optical fiber probe 904 exits from the opening 907 and passes through the negative refractive index medium 301 and strikes the object 307. The light including the evanescent wave reflected by the object 307 proceeds as shown by an arrow in FIG. 1 and forms an image at the image formation point FF. The light imaged at the imaging point FF passes through the opening 907, is reflected by the half prism 902, enters the photomultiplier 908, and is converted into an electrical signal.

負屈折率媒質301と光ファイバプローブ904を一体で走査あるいは負屈折率媒質301を物体307に対して固定し、光ファイバプローブ904単独で走査することで電気信号から画像信号が得られる。この例では負屈折率媒質301を逆方向に計2回光が通過している。   An image signal can be obtained from an electrical signal by scanning the negative refractive index medium 301 and the optical fiber probe 904 integrally or by fixing the negative refractive index medium 301 to the object 307 and scanning the optical fiber probe 904 alone. In this example, light passes through the negative refractive index medium 301 twice in the opposite direction.

ここで開口部907と物体307の距離をWDとする。また、結像点FFと開口部907の距離をPとする。   Here, the distance between the opening 907 and the object 307 is WD. The distance between the imaging point FF and the opening 907 is P.

結像点FFからdだけ離れた位置には例えば平行平板状の負屈折率媒質301が配置されている。dは結像点FFと負屈折率媒質301の上面310との距離を表す。dの値は例えば50μmである。312は負屈折率媒質301の物体側の面である。   For example, a parallel plate-like negative refractive index medium 301 is disposed at a position separated by d from the imaging point FF. d represents the distance between the imaging point FF and the upper surface 310 of the negative refractive index medium 301. The value of d is, for example, 50 μm. Reference numeral 312 denotes an object side surface of the negative refractive index medium 301.

ここで、負屈折率媒質301の屈折率を−1、厚さをt(例えば、300μm)とする。近接場顕微鏡401の周囲の屈折率は1である。WDは負屈折率媒質301と物体307の距離である。WDについては後に詳述する。   Here, the negative refractive index medium 301 has a refractive index of −1 and a thickness of t (for example, 300 μm). The refractive index around the near-field microscope 401 is 1. WD is the distance between the negative refractive index medium 301 and the object 307. WD will be described in detail later.

負屈折率媒質301の屈折率が−1であるため、物体307で散乱された光線は図1の矢印で示すように通常と異なる屈折をする(非特許文献2参照)。   Since the refractive index of the negative refractive index medium 301 is −1, the light beam scattered by the object 307 is refracted differently from normal as shown by the arrow in FIG. 1 (see Non-Patent Document 2).

入射角をi、出射角をrとすれば
r=−i …式(0−3)
である。負屈折率媒質301の屈折率をnとすれば、屈折の法則により、
sin r=(1/n)sin i …式(0−4)
である。
If the incident angle is i and the output angle is r, then r = −i Equation (0-3)
It is. If the refractive index of the negative refractive index medium 301 is n, according to the law of refraction,
sin r = (1 / n) sin i Expression (0-4)
It is.

非特許文献2によれば
t=WD+d …式(1)
のとき、負屈折率媒質301は、物体307を結像点FFに完全結像する。ここで言う完全結像とは、回折限界の影響を受けない、放射光も、エバネッセント波も含めた全ての電磁場としての光を結像することを指す。このためFFに物体があるのと等価となる。
According to Non-Patent Document 2, t = WD + d (1)
In this case, the negative refractive index medium 301 forms a complete image of the object 307 at the image formation point FF. The term “complete imaging” as used herein refers to imaging light as an electromagnetic field including radiated light and evanescent waves that are not affected by the diffraction limit. This is equivalent to the presence of an object in the FF.

Pの値は、
0≦P≦λ …式(0)
であり、結像点FFは開口部907に非常に接近している。これはエバネッセント波を有効に利用するために望ましい条件である。実用的には
0≦P≦10λ …式(0−1)
でもよい場合がある。
The value of P is
0 ≦ P ≦ λ Formula (0)
The imaging point FF is very close to the opening 907. This is a desirable condition for effectively using the evanescent wave. Practically 0 ≦ P ≦ 10λ Formula (0-1)
But there is a case.

なお、λは用いる光の波長であり、可視光の場合λは0.4μm〜0.7μmである。   Note that λ is the wavelength of light used, and in the case of visible light, λ is 0.4 μm to 0.7 μm.

このようにして、エバネッセント波を含む結像が可能となるのである。そして、高解像度の近接場顕微鏡が実現できる。   In this way, imaging including evanescent waves becomes possible. A high-resolution near-field microscope can be realized.

なお、用途によっては、
0≦P≦1000λ …式(0−1−0)
でもよい。
Depending on the application,
0 ≦ P ≦ 1000λ Formula (0-1-0)
But you can.

仮にd=50μmとすれば式(1)よりWD=250μmとなり、WDの長いことは従来にないメリットであり、Pが0〜数十nmであれば、結像性能は図10の近接場顕微鏡とほぼ同等である。   If d = 50 μm, WD = 250 μm from equation (1), and a long WD is an unprecedented advantage. If P is 0 to several tens of nm, the imaging performance is as shown in FIG. Is almost equivalent.

本発明の一実施形態は、負屈折率媒質で形成された光学素子(301等)と光ファイバプローブ904とを組合せて配置したことを特徴とする。この実施形態では負屈折率媒質301の像側にファイバプローブ904を配置した構成となっている。   One embodiment of the present invention is characterized in that an optical element (such as 301) formed of a negative refractive index medium and an optical fiber probe 904 are arranged in combination. In this embodiment, a fiber probe 904 is arranged on the image side of the negative refractive index medium 301.

さらに、負屈折率媒質301によって結像された物体像をファイバプローブ904によって検出することも特徴の一つである。また、図1の例では、照明光と観察光とが逆方向に計2回、負屈折率媒質301を透過することも特徴の一つとなっている。   Further, one of the features is that an object image formed by the negative refractive index medium 301 is detected by the fiber probe 904. In addition, the example of FIG. 1 is also characterized in that the illumination light and the observation light are transmitted through the negative refractive index medium 301 twice in the opposite directions.

式(1)は厳密に守られなくてもよい。負屈折率媒質301による像位置は負屈折率媒質301の屈折率の製造誤差、面精度の誤差等で式(1)からずれる場合もあるからである。   Equation (1) may not be strictly followed. This is because the image position by the negative refractive index medium 301 may deviate from the equation (1) due to a manufacturing error of the refractive index of the negative refractive index medium 301, an error in surface accuracy, and the like.

0.5(WD+d)≦t≦1.5(WD+d) …式(2)
であればよい。
0.5 (WD + d) ≦ t ≦ 1.5 (WD + d) (2)
If it is.

条件によっては
0.1(WD+d)≦t≦3(WD+d) …式(3)
で許容される場合もある。
Depending on the conditions, 0.1 (WD + d) ≦ t ≦ 3 (WD + d) (3)
May be acceptable.

以上説明した考え方は本願の他の実施形態にも同様に適用される。他の実施形態でも負屈折率媒質301の屈折率は例えば−1である。   The concept described above is similarly applied to other embodiments of the present application. In other embodiments, the refractive index of the negative refractive index medium 301 is, for example, -1.

図2は、本発明の他の実施形態であり、負屈折率媒質301を用いた透過型の近接場顕微鏡315を示している。図2では照明光学系316と負屈折率媒質301の近傍のみを拡大して図示してある。   FIG. 2 shows another embodiment of the present invention, and shows a transmission type near-field microscope 315 using a negative refractive index medium 301. In FIG. 2, only the vicinity of the illumination optical system 316 and the negative refractive index medium 301 is shown enlarged.

光源303の光はプリズム317に入り、全反射をする角度でプリズム317の物体314側の面318に入射する。観察対象としての物体314はこのためエバネッセント波で照明されることになる。物体314からの散乱光は負屈折率媒質301で屈折され、結像点FF近傍に完全結像される。そして、ファイバプローブ904により走査されて観察される。   The light from the light source 303 enters the prism 317 and enters the surface 318 of the prism 317 on the object 314 side at an angle for total reflection. Therefore, the object 314 as the observation target is illuminated with an evanescent wave. Scattered light from the object 314 is refracted by the negative refractive index medium 301 and completely imaged in the vicinity of the imaging point FF. Then, it is scanned and observed by the fiber probe 904.

式(0)、(0−1)、(0−1−0)、(0−3)、(0−4)、…(1)、(2)、(3)はこの例でも同様にあてはまる。   Expressions (0), (0-1), (0-1-0), (0-3), (0-4), ... (1), (2), (3) apply in this example as well. .

図3は、本発明の他の実施形態であり、光散乱用の微小物体としてのカンチレバー911を用いた原子間力顕微鏡型近接場顕微鏡912である。カンチレバー911の代わりに微小球を用いてもよい。照明光学系316の構成は図2と同じである。   FIG. 3 shows another embodiment of the present invention, which is an atomic force microscope type near-field microscope 912 using a cantilever 911 as a minute object for light scattering. A microsphere may be used instead of the cantilever 911. The configuration of the illumination optical system 316 is the same as that in FIG.

結像点FFに完全結像した標本像はカンチレバー911の先端により散乱される。このときの散乱光がレンズ306に入り、図示していないフォトマルチプライヤに入射し、電気信号に変換される。   The sample image completely formed at the imaging point FF is scattered by the tip of the cantilever 911. The scattered light at this time enters the lens 306, enters a photomultiplier (not shown), and is converted into an electrical signal.

カンチレバー911を負屈折率媒質301と一体、あるいは別体で物体314に対して走査することで物体像が得られる。従来の原子間力顕微鏡型近接場顕微鏡に比べ作動距離(WD)を長くとれるのがメリットである。   An object image is obtained by scanning the cantilever 911 with the negative refractive index medium 301 integrally or separately with respect to the object 314. The advantage is that the working distance (WD) can be made longer than that of a conventional atomic force microscope type near-field microscope.

図4は、ピンホール915を有する板916(開口部材)と、負屈折率媒質301を併用した近接場顕微鏡918である。照明光学系316の構成は図2と同じである。   FIG. 4 shows a near-field microscope 918 in which a plate 916 (opening member) having a pinhole 915 and a negative refractive index medium 301 are used in combination. The configuration of the illumination optical system 316 is the same as that in FIG.

ピンホール915は図2の例では開口部907と同等の役割をはたし、板916を負屈折率媒質301と一緒に、あるいは負屈折率媒質301とは別に、物体314に対して主に横方向に走査することで画像が得られる。ピンホール915の大きさは数nm〜数十nmである。   The pinhole 915 plays the same role as the opening 907 in the example of FIG. 2, and the plate 916 is mainly used with respect to the object 314 together with the negative refractive index medium 301 or separately from the negative refractive index medium 301. An image is obtained by scanning in the horizontal direction. The size of the pinhole 915 is several nm to several tens of nm.

物体314から発した光は、結像点FFに完全結像し、ピンホール915を通過してフォトマルチプライヤ908に入り、電気信号に変換される。そしてそれを画像処理することで画像が得られる。   The light emitted from the object 314 forms a complete image at the image formation point FF, passes through the pinhole 915, enters the photomultiplier 908, and is converted into an electrical signal. Then, an image is obtained by image processing.

図5は、本発明の他の実施形態であり、負屈折率媒質301を用いたDVD等の光ディスク装置の例である。   FIG. 5 shows another embodiment of the present invention, which is an example of an optical disc apparatus such as a DVD using a negative refractive index medium 301.

光源としての半導体レーザー321から出た光はハーフプリズム902,レンズ903を通りガラスファイバ905に入射する。   Light emitted from the semiconductor laser 321 as a light source passes through the half prism 902 and the lens 903 and enters the glass fiber 905.

ガラスファイバ905に入った光は開口部907を経て負屈折率媒質301に入り、完全結像が実現されて微小な光スポットを光ディスク323上に結像させることにより、光ディスク323への書き込みが行なわれる。読み出しの場合は半導体レーザー321からの光で照明された光ディスク323は光を反射し、結像点FFに完全結像した光スポットをファイバプローブ904で拾い、ガラスファイバ905,レンズ903,ハーフプリズム902を経てフォトディテクター324により信号が検出される。   Light entering the glass fiber 905 enters the negative refractive index medium 301 through the opening 907, complete imaging is realized, and a minute light spot is formed on the optical disk 323, whereby writing to the optical disk 323 is performed. It is. In the case of reading, the optical disk 323 illuminated with the light from the semiconductor laser 321 reflects the light, picks up the light spot that is completely imaged at the image forming point FF with the fiber probe 904, glass fiber 905, lens 903, and half prism 902. After that, a signal is detected by the photodetector 324.

光ディスク323のピットが高密度でも読み書きできるのが特徴である。この例では読み出し時、負屈折率媒質301を逆方向に計2回光が通過している。図5の書き込み時の構造はフォトディテクター324を、フォトレジストを塗布したシリコンウェハーで置き換えれば走査型のリソグラフィー用の露光装置にも利用できる。   The feature is that the pits of the optical disk 323 can be read and written even at a high density. In this example, at the time of reading, light passes through the negative refractive index medium 301 in the opposite direction twice in total. The writing structure shown in FIG. 5 can be used in a scanning lithography exposure apparatus by replacing the photodetector 324 with a silicon wafer coated with a photoresist.

なお、負屈折率媒質301の形状についてであるが、図1,図2,図3,図4,図5の実施形態において、負屈折率媒質301の形状は平行平板でなくても良い。   In addition, although it is about the shape of the negative refractive index medium 301, in the embodiment of FIGS. 1, 2, 2, 3, 4 and 5, the shape of the negative refractive index medium 301 may not be a parallel plate.

図6に示すように負屈折率媒質で形成され、かつ物体側に凸面を有する負屈折率媒質レンズ301−3を用いても良い。WDを伸ばす効果に加えて収差補正の効果等が得られる。図6において負屈折率媒質レンズ301−2は片側が平面で、もう一方の面が凹の曲面であるが、両凸レンズ、平凸レンズ、両凹レンズ、メニスカス凸レンズ、メニスカス凹レンズ等の形状でも良い。   As shown in FIG. 6, a negative refractive index medium lens 301-3 formed of a negative refractive index medium and having a convex surface on the object side may be used. In addition to the effect of extending WD, an effect of aberration correction and the like can be obtained. In FIG. 6, the negative refractive index medium lens 301-2 is a curved surface having a flat surface on one side and a concave surface on the other surface, but may have a shape such as a biconvex lens, a plano-convex lens, a biconcave lens, a meniscus convex lens, or a meniscus concave lens.

負屈折率媒質レンズ301−3の曲面の形状は、球面でも、非球面でも、自由曲面でも回転非対称面、拡張曲面等でも良い。   The shape of the curved surface of the negative refractive index medium lens 301-3 may be a spherical surface, an aspherical surface, a free curved surface, a rotationally asymmetric surface, an extended curved surface, or the like.

なお、負屈折率媒質レンズ301−3の屈折率は−1でなくともよい。   The refractive index of the negative refractive index medium lens 301-3 may not be -1.

以下、本発明に共通して言える内容を述べる。負屈折率媒質301の具体的な物質としてはフォトニック結晶が挙げられる。図7は、フォトニック結晶340の第1の具体例を示し、図8は、フォトニック結晶340の第2の具体例を示している。図7,図8に示すように、フォトニック結晶340はλ〜数分の1λ程度の周期的な構造を持つ物質で、リソグラフィー等によって作られる。材質はSiO2 ,アクリル、ポリカーボネート等の合成樹脂などの誘電体、GaAs等である。ここでλは使用する光の波長である。図中のX,Y,Z方向の繰返しの周期Sx ,Sy ,Sz の値がλ〜数分の1λ程度の値を持つ。フォトニック結晶のバンド端近傍で負屈折率を実現することができることが知られている(非特許文献3を参照のこと)。図のz方向を光学系の光軸とするのが良い。   The following is a description common to the present invention. A specific material of the negative refractive index medium 301 is a photonic crystal. FIG. 7 shows a first specific example of the photonic crystal 340, and FIG. 8 shows a second specific example of the photonic crystal 340. As shown in FIGS. 7 and 8, the photonic crystal 340 is a substance having a periodic structure of about λ to a fraction of λ, and is made by lithography or the like. The material is a dielectric such as a synthetic resin such as SiO2, acrylic or polycarbonate, GaAs or the like. Here, λ is the wavelength of light used. The values of the repetitive periods Sx, Sy, Sz in the X, Y, and Z directions in the figure have a value of λ to a fraction of 1λ. It is known that a negative refractive index can be realized in the vicinity of the band edge of a photonic crystal (see Non-Patent Document 3). The z direction in the figure is preferably the optical axis of the optical system.

Sx ,Sy ,Sz は次式のいずれかを満すことが望ましい。   It is desirable that Sx, Sy, and Sz satisfy any of the following expressions.

λ/10<Sx <λ …式(5−1)
λ/10<Sy <λ …式(5−2)
λ/10<Sz <λ …式(5−3)
Sx ,Sy ,Sz の値が上限を越えても下限を下回ってもフォトニック結晶として機能しなくなる。
λ / 10 <Sx <λ Formula (5-1)
λ / 10 <Sy <λ Formula (5-2)
λ / 10 <Sz <λ Formula (5-3)
Even if the values of Sx, Sy, and Sz exceed the upper limit or fall below the lower limit, they do not function as a photonic crystal.

用途によっては、
λ/30<Sx <4λ …式(5−4)
λ/30<Sy <4λ …式(5−5)
λ/30<Sz <4λ …式(5−6)
のいずれかを満せばよい。
Depending on the application,
λ / 30 <Sx <4λ Formula (5-4)
λ / 30 <Sy <4λ Formula (5-5)
λ / 30 <Sz <4λ Formula (5-6)
Any of the above should be satisfied.

負屈折率媒質についてであるが、媒質の誘電率εが−1で、かつ、媒質の透磁率μが−1のとき、媒質の屈折率が−1になることが知られている。   As for the negative refractive index medium, it is known that when the dielectric constant ε of the medium is −1 and the magnetic permeability μ of the medium is −1, the refractive index of the medium is −1.

また、負屈折率媒質としては、負屈折を示す物質、近似的に負の屈折を示す物質、例えば銀、金、銅等の薄膜、特定の偏光方向について負屈折率を示す物質、誘電率εがほぼ−1の物質の薄膜等を用いてもよい。   Further, the negative refractive index medium includes a material exhibiting negative refraction, a material exhibiting negative refraction approximately, such as a thin film of silver, gold, copper, etc., a material exhibiting a negative refractive index with respect to a specific polarization direction, and a dielectric constant ε May be a thin film or the like of a substance having an approximate -1.

また、負屈折率媒質のことを左手系材料(Left handed material)と呼ぶこともある。本願ではこれら負屈折率媒質、左手系材料、近似的に負の屈折を示す物質、特定の偏光方向について負屈折率を示す物質、誘電率εがほぼ−1の物質の薄膜等をすべて含めて負屈折を示す媒質と呼ぶことにする。完全結像を示す物質も負屈折を示す媒質に含まれる。また、誘電率εがほぼ−1の物質の薄膜の場合、
−1.2<ε<−0.8 …式(5−7)
を充たすとよい。用途によっては、
−1.6<ε<−0.5 …式(5−8)
でもよい。
Further, the negative refractive index medium may be referred to as a left handed material. In this application, all of these negative refractive index media, left-handed materials, substances that exhibit negative refraction, substances that exhibit a negative refractive index in a specific polarization direction, and thin films of substances having a dielectric constant ε of approximately −1 are included. This is called a medium exhibiting negative refraction. Substances exhibiting complete imaging are also included in the medium exhibiting negative refraction. In the case of a thin film of a substance having a dielectric constant ε of approximately −1,
−1.2 <ε <−0.8 Formula (5-7)
Should be satisfied. Depending on the application,
−1.6 <ε <−0.5 Formula (5-8)
But you can.

用いる光の波長としては単色光の光源のほか、連続スペクトルの光源、白色光源、複数の単色光の和、スーパールミッセントダイオード等の低コヒーレンス光源等を用いてもかまわない。   As the wavelength of light to be used, in addition to a monochromatic light source, a continuous spectrum light source, a white light source, a sum of a plurality of monochromatic lights, a low coherence light source such as a superluminescent diode, or the like may be used.

波長としては空気中でも伝送可能なこと、光源が入手しやすいことから等から、0.1μm〜3μmを用いるのがよい。可視波長ならばさらに利用しやすいので良い。   The wavelength is preferably 0.1 μm to 3 μm because it can be transmitted in the air and the light source is easily available. Visible wavelengths are easier to use.

以下にWDについて詳述する。   The WD will be described in detail below.

WDの値は
100nm≦WD≦20mm …式(7)
とするのが良い。
The value of WD is 100 nm ≦ WD ≦ 20 mm (7)
It is good to do.

式(7)の下限を下回ると作動距離が小さくなりすぎ、扱いにくい。式(7)の上限を上回ると負屈折率媒質が大きくなりすぎ、コスト、加工上、不利である。また光学装置としての寸法が大きくなりすぎる点も問題となってくる。   If the lower limit of Expression (7) is not reached, the working distance becomes too small and is difficult to handle. If the upper limit of Expression (7) is exceeded, the negative refractive index medium becomes too large, which is disadvantageous in terms of cost and processing. Another problem is that the size of the optical device becomes too large.

製品によっては
5nm≦WD≦200mm …式(8)
でも許容できる。
Depending on the product, 5 nm ≦ WD ≦ 200 mm (8)
But it is acceptable.

また
WD>d …式(8−1)
を満すことが望ましい。
WD> d (Formula (8-1))
It is desirable to satisfy

tの値が同じなら式(1)により、dの値は小さいほどWDを大きくできるからである。   This is because, if the value of t is the same, WD can be increased as the value of d is smaller according to the equation (1).

WD>0.1d …式(8−2)
でも製品によっては許容できる。
WD> 0.1d Formula (8-2)
But some products are acceptable.

また、dの値は解像度を良くするためには、
d≧0 …式(8−2−1)
を満たすことが望ましいが、用途によっては、
d<0 …式(8−2−2)
でもよい。
In addition, the value of d is used to improve the resolution.
d ≧ 0 Formula (8-2-1)
It is desirable to satisfy
d <0 Formula (8-2-2)
But you can.

また、WDの値は、光学装置の機械的構造を工夫すること等で、可変できるようにしておくことが望ましい。顕微鏡のステージ等はその一例である。   Further, it is desirable that the value of WD can be varied by devising the mechanical structure of the optical device. One example is a microscope stage.

また、負屈折率媒質301とファイバプローブ904とが密着あるいは接着されていてもよい。   Further, the negative refractive index medium 301 and the fiber probe 904 may be in close contact or bonded.

あるいは、負屈折率媒質301を透明な平板上に形成し、この透明な平板が結像に用いるレンズの一部をなすように配置してもよい。   Alternatively, the negative refractive index medium 301 may be formed on a transparent flat plate, and the transparent flat plate may be arranged to form a part of a lens used for image formation.

基板として用いるレンズ、あるいは平板は正の屈折率を有する材料で作れば低コストで製作できるので良い。   If the lens or flat plate used as the substrate is made of a material having a positive refractive index, it can be manufactured at low cost.

以上のように基板上に負屈折率媒質301を設ける場合でもWD,dの値は負屈折率媒質301の表面から計測するものとする。   As described above, even when the negative refractive index medium 301 is provided on the substrate, the values of WD and d are measured from the surface of the negative refractive index medium 301.

図9に正の屈折率を有する材料でできた平板350を基板としてその上に形成した負屈折率媒質301を用いた近接場顕微鏡401の例を示した。このような構成の光学系は、図2、図3、図4、図5の例にも適用できる。   FIG. 9 shows an example of a near-field microscope 401 using a negative refractive index medium 301 formed on a flat plate 350 made of a material having a positive refractive index as a substrate. The optical system having such a configuration can also be applied to the examples of FIGS. 2, 3, 4, and 5.

また完全結像の条件、式(1)からのずれについてであるが、
WD+d−t=Δ …式(8−3)
とした時、|Δ|の値が大きいほど結像状態は悪くなる。
Also, regarding the condition of complete imaging, the deviation from the equation (1),
WD + dt = Δ Expression (8-3)
In this case, the larger the value of | Δ |, the worse the image formation state.

|Δ|<λ …式(8−4)
であればある程度の結像状態の低下でおさえられる。
| Δ | <λ Formula (8-4)
If so, the image formation state can be reduced to some extent.

実用的には製品によっては
|Δ|<10λ …式(8−5)
まで許容できる。
Practically, depending on the product, | Δ | <10λ (8-5)
Up to acceptable.

条件によっては、λ≦|Δ|<20λ …式(8−5−1)としてもよい場合もある。   Depending on conditions, there may be a case where λ ≦ | Δ | <20λ (8-5-1).

また、負屈折率媒質301の屈折率をnとすると、n<0である。これまで述べた実施形態のうちのほとんどではn=−1であった。負屈折率媒質301が平行平板の場合、理想的にはn=−1である。しかし実際には負屈折率媒質301の製作誤差、使用波長のズレなどでn=−1にできないこともあり、この時次式を満すことが望ましい。   Further, when the refractive index of the negative refractive index medium 301 is n, n <0. In most of the embodiments described so far, n = -1. When the negative refractive index medium 301 is a parallel plate, ideally n = -1. However, in reality, there are cases where n = −1 cannot be achieved due to manufacturing errors of the negative refractive index medium 301, deviations in the wavelength used, and the like, and it is desirable to satisfy the following equation at this time.

−1.1<n<−0.9 …式(9)
nの値が上記をはずれると、完全結像が成り立たなくなり、解像度が低下する。製品によっては
−1.5<n<−0.5 …式(10)
であれば良い。
−1.1 <n <−0.9 Formula (9)
If the value of n deviates from the above, complete image formation is not realized and the resolution is lowered. Depending on the product: -1.5 <n <-0.5 Formula (10)
If it is good.

WDを大きく取るためだけなどの用途では
−3<n<−0.2 …式(11)
でも良い場合がある。
-3 <n <-0.2 (Equation (11))
But sometimes it ’s okay.

平板350の屈折率をNとすると、Nは小さいほど解像度が上がるので良い。   If the refractive index of the flat plate 350 is N, the smaller the N, the better the resolution.

N≦2 …式(12)
とすれば、広い用途に利用できる。
N ≦ 2 Formula (12)
If so, it can be used for a wide range of purposes.

N≦1.6 …式(13)
とすればなお良い。
N ≦ 1.6 Formula (13)
And that's even better.

上記した実施形態によれば、WDの長い光学系及びそれを用いた近接場顕微鏡等の光学装置を提供することができる。   According to the above-described embodiment, an optical system having a long WD and an optical device such as a near-field microscope using the optical system can be provided.

なお、本願の実施形態に共通して言えることであるが、負屈折率媒質301の周囲は空気または真空であると考えている。   As can be said in common with the embodiments of the present application, the periphery of the negative refractive index medium 301 is considered to be air or vacuum.

そのため、負屈折率物質301の屈折率nは周囲が空気の場合には空気に対する屈折率を表すものとし、周囲が真空の場合には真空に対する屈折率を表すものとする。周囲を真空にすると空気のゆらぎによる解像度の低下がなくより良い結像性能が得られる。周囲を空気とすれば光学装置が作りやすく、取り扱いも容易となるので良い。光学装置のうち、負屈折率媒質301の周辺の光路だけを真空とし、光学装置の残りの部分は空気中に置いてもよい。取り扱いが容易で結像性能の良い光学装置が得られる。   Therefore, the refractive index n of the negative refractive index substance 301 represents the refractive index with respect to air when the surrounding is air, and represents the refractive index with respect to vacuum when the surrounding is vacuum. When the surroundings are evacuated, there is no reduction in resolution due to air fluctuations and better imaging performance can be obtained. If the surroundings are air, it is easy to make an optical device and it is easy to handle. Of the optical device, only the optical path around the negative refractive index medium 301 may be evacuated, and the rest of the optical device may be placed in the air. An optical device that is easy to handle and has good imaging performance can be obtained.

負屈折率物質301の真空に対する屈折率をnV 、空気の真空に対する屈折率をnA とする。   The refractive index of the negative refractive index material 301 with respect to vacuum is nV, and the refractive index of air with respect to vacuum is nA.

1気圧、波長500nm(ナノメートル)のとき、nA=1.0002818である。   At 1 atmosphere and a wavelength of 500 nm (nanometer), nA = 1.0002818.

光学装置の周囲が空気の場合の理想的な完全結像のための必要条件は
nV =−nA 式(15)である。
The requirements for ideal perfect imaging when the environment around the optical device is air
nV = -nA Equation (15).

光学装置の周囲が真空の場合の理想的な完全結像のための必要条件は
nV =−1.0 式(16)である。
The requirements for ideal perfect imaging when the surroundings of the optical device are vacuum are
nV = -1.0 Equation (16).

最後に、本実施形態で用いられた技術用語の定義を述べておく。   Finally, definitions of technical terms used in this embodiment will be described.

光学装置とは、光学系あるいは光学素子を含む装置のことである。光学装置単体で機能しなくてもよい。つまり、装置の一部でもよい。   An optical device is a device including an optical system or an optical element. The optical device alone may not function. That is, it may be a part of the apparatus.

光学装置には、撮像装置、観察装置、表示装置、照明装置、信号処理装置、光情報処理装置、投影装置、投影露光装置、等が含まれる。   The optical device includes an imaging device, an observation device, a display device, an illumination device, a signal processing device, an optical information processing device, a projection device, a projection exposure device, and the like.

撮像装置の例としては、フィルムカメラ、デジタルカメラ、PDA用デジタルカメラ、ロボットの眼、レンズ交換式デジタル一眼レフカメラ、テレビカメラ、動画記録装置、電子動画記録装置、カムコーダ、VTRカメラ、携帯電話のデジタルカメラ、携帯電話のテレビカメラ、電子内視鏡、カプセル内視鏡、車載カメラ、人工衛星のカメラ、惑星探査機のカメラ、宇宙探査機のカメラ、監視装置のカメラ、各種センサーの眼、録音装置のデジタルカメラ、人工視覚、レーザ走査型顕微鏡、投影露光装置、ステッパー、アライナー、光プローブ型顕微鏡等がある。デジカメ、カード型デジカメ、テレビカメラ、VTRカメラ、動画記録カメラ、携帯電話のデジタルカメラ、携帯電話のテレビカメラ、車載カメラ、人工衛星のカメラ、惑星探査機のカメラ、宇宙探査機のカメラ、録音装置のデジタルカメラなどはいずれも電子撮像装置の一例である。   Examples of imaging devices include film cameras, digital cameras, PDA digital cameras, robot eyes, interchangeable lens digital single lens reflex cameras, television cameras, video recording devices, electronic video recording devices, camcorders, VTR cameras, and mobile phones. Digital camera, mobile phone TV camera, electronic endoscope, capsule endoscope, in-vehicle camera, satellite camera, planetary explorer camera, space probe camera, surveillance camera, various sensor eyes, recording There are digital cameras, artificial vision, laser scanning microscopes, projection exposure apparatuses, steppers, aligners, optical probe microscopes, and the like. Digital camera, card-type digital camera, TV camera, VTR camera, video recording camera, mobile phone digital camera, mobile phone TV camera, in-vehicle camera, artificial satellite camera, planetary probe camera, space probe camera, recording device These digital cameras are examples of electronic imaging devices.

観察装置の例としては、顕微鏡、望遠鏡、眼鏡、双眼鏡、ルーペ、ファイバスコープ、ファインダー、ビューファインダー、コンタクトレンズ、眼内レンズ、人工視覚等がある。   Examples of the observation apparatus include a microscope, a telescope, glasses, binoculars, a loupe, a fiberscope, a viewfinder, a viewfinder, a contact lens, an intraocular lens, and artificial vision.

表示装置の例としては、液晶ディスプレイ、ビューファインダー、ゲームマシン(ソニー社製プレイステーション)、ビデオプロジェクター、液晶プロジェクター、頭部装着型画像表示装置(head mounted display:HMD)、PDA(携帯情報端末)、携帯電話、人工視覚等がある。   Examples of the display device include a liquid crystal display, a viewfinder, a game machine (Sony PlayStation), a video projector, a liquid crystal projector, a head mounted display (HMD), a PDA (personal digital assistant), Mobile phones, artificial vision, etc.

ビデオプロジェクター、液晶プロジェクター、等は投影装置でもある。   Video projectors, liquid crystal projectors, etc. are also projection devices.

照明装置の例としては、カメラのストロボ、自動車のヘッドライト、内視鏡光源、顕微鏡光源等がある。   Examples of the illumination device include a camera strobe, an automobile headlight, an endoscope light source, and a microscope light source.

信号処理装置の例としては、携帯電話、パソコン、ゲームマシン、光ディスクの読取・書込装置、光計算機の演算装置、光インターコネクション装置、光情報処理装置、光LSI、光コンピュータ、PDA等がある。   Examples of signal processing devices include mobile phones, personal computers, game machines, optical disk reading / writing devices, computing devices for optical computers, optical interconnection devices, optical information processing devices, optical LSIs, optical computers, PDAs, etc. .

情報発信装置とは、携帯電話、固定式の電話、ゲームマシン、テレビ、ラジカセ、ステレオ等のリモコンや、パソコン、パソコンのキーボード、マウス、タッチパネル等の何らかの情報を入力し、送信することができる装置を指す。   An information transmission device is a device that can input and transmit any information such as a remote control such as a mobile phone, a fixed phone, a game machine, a TV, a radio cassette, a stereo, a personal computer, a keyboard of a personal computer, a mouse, a touch panel, etc. Point to.

撮像装置のついたテレビモニター、パソコンのモニター、ディスプレイも含むものとする。   It shall also include a television monitor with an imaging device, a personal computer monitor, and a display.

情報発信装置は、信号処理装置の中に含まれる。   The information transmission device is included in the signal processing device.

撮像素子は、例えばCCD、撮像管、固体撮像素子、写真フィルム等を指す。また、平行平面板はプリズムの1つに含まれるものとする。観察者の変化には、視度の変化を含むものとする。被写体の変化には、被写体となる物体距離の変化、物体の移動、物体の動き、振動、物体のぶれ等を含むものとする。撮像素子、ウエハー、光ディスク、銀塩フィルム、等は結像部材の例である。   The imaging device refers to, for example, a CCD, an imaging tube, a solid-state imaging device, a photographic film, and the like. The plane parallel plate is included in one of the prisms. The change of the observer includes the change of the diopter. The change in the subject includes a change in the object distance as the subject, movement of the object, movement of the object, vibration, blurring of the object, and the like. Imaging elements, wafers, optical disks, silver salt films, etc. are examples of imaging members.

拡張曲面の定義は以下の通りである。   The definition of the extended surface is as follows.

球面、平面、回転対称非球面のほか、光軸に対して偏心した球面、平面、回転対称非球面、あるいは対称面を有する非球面、対称面を1つだけ有する非球面、対称面のない非球面、自由曲面、微分不可能な点、線を有する面等、いかなる形をしていても良い。反射面でも、屈折面でも、光になんらかの影響を与えうる面ならば良い。   In addition to spherical surfaces, flat surfaces, and rotationally symmetric aspheric surfaces, spherical surfaces that are decentered with respect to the optical axis, flat surfaces, rotationally symmetric aspheric surfaces, aspheric surfaces that have a symmetric surface, aspheric surfaces that have only one symmetric surface, and non-symmetrical surfaces Any shape such as a spherical surface, a free-form surface, a non-differentiable point, or a surface having a line may be used. It may be a reflective surface or a refractive surface as long as it can have some influence on light.

本発明では、これらを総称して拡張曲面と呼ぶことにする。   In the present invention, these are collectively referred to as an extended curved surface.

結像光学系とは、撮像光学系、観察光学系、投影光学系、投影露光光学系、表示光学系、信号処理用光学系等を指す。   The imaging optical system refers to an imaging optical system, an observation optical system, a projection optical system, a projection exposure optical system, a display optical system, a signal processing optical system, and the like.

撮像光学系の例としてはデジタルカメラの撮像用レンズがある。   An example of the imaging optical system is an imaging lens for a digital camera.

観察光学系の例としては顕微鏡光学系、望遠鏡光学系等がある。   Examples of the observation optical system include a microscope optical system and a telescope optical system.

投影光学系の例としてはビデオプロジェクターの光学系、リソグラフィー用の光学系、光ディスクの読み出し、書き込み光学系、光ピックアップの光学系等がある。   Examples of the projection optical system include a video projector optical system, a lithography optical system, an optical disk read / write optical system, and an optical pickup optical system.

投影露光光学系の例としてはリソグラフィー用の光学系がある。   As an example of the projection exposure optical system, there is an optical system for lithography.

表示光学系の例としてはビデオカメラのビューファインダーの光学系がある。   An example of the display optical system is a viewfinder optical system of a video camera.

信号処理光学系の例としては光ディスクの読み出し、書き込み光学系、光ピックアップの光学系がある。   Examples of the signal processing optical system include an optical disk read / write optical system and an optical pickup optical system.

光学素子とはレンズ、非球面レンズ、鏡、ミラー、プリズム、自由曲面プリズム、回折光学素子(DOE)、不均質レンズ等を指すものとする。平行平板も光学素子のひとつである。   An optical element refers to a lens, an aspheric lens, a mirror, a mirror, a prism, a free-form surface prism, a diffractive optical element (DOE), a heterogeneous lens, and the like. A parallel plate is also an optical element.

(付記)
1.光源と、
負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、
光検出用あるいは照明用の開口部材またはプローブと、
を具備することを特徴とする光学系。
(Appendix)
1. A light source;
An optical element formed of a medium exhibiting negative refraction;
An aperture member or probe for light detection or illumination; and
An optical system comprising:

1−1.光源と、
光検出用あるいは照明用のプローブと、
物体と前記開口部材またはプローブとの間に配置された負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、
を具備することを特徴とする光学系。
1-1. A light source;
A probe for light detection or illumination;
An optical element formed of a medium exhibiting negative refraction disposed between an object and the aperture member or the probe;
An optical system comprising:

2.光源と、
光検出用あるいは照明用の開口部材またはプローブと、
物体と、前記開口部材またはプローブとの間に配置され、負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、
前記開口部材またはプローブにより検出された光を電気信号に変換する変換素子と、
を具備することを特徴とする光学装置。
2. A light source;
An aperture member or probe for light detection or illumination; and
An optical element disposed between an object and the aperture member or the probe and formed of a medium exhibiting negative refraction;
A conversion element that converts light detected by the aperture member or probe into an electrical signal;
An optical device comprising:

3.光源と、
負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、
光散乱用の微小物体と、
を具備することを特徴とする光学系。
3. A light source;
An optical element formed of a medium exhibiting negative refraction;
A small object for light scattering,
An optical system comprising:

3−1.光源と、
光散乱用の微小物体と、
物体と、前記微小物体との間に配置され、負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、
を具備することを特徴とする光学系。
3-1. A light source;
A small object for light scattering,
An optical element disposed between an object and the minute object and formed of a medium exhibiting negative refraction;
An optical system comprising:

4.光源と、
光散乱用の微小物体と、
物体と、前記微小物体との間に配置され、負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、
前記微小物体により散乱された光を集光する光学系と、
前記光学系により集光された光を電気信号に変換する変換素子と、
を具備することを特徴とする光学装置。
4). A light source;
A small object for light scattering,
An optical element disposed between an object and the minute object and formed of a medium exhibiting negative refraction;
An optical system for collecting the light scattered by the minute object;
A conversion element that converts light collected by the optical system into an electrical signal;
An optical device comprising:

5.前記物体に対して前記開口部材またはプローブまたは前記微小物体を走査することを特徴とする1〜4のいずれか1つに記載の光学装置。 5). 5. The optical apparatus according to claim 1, wherein the opening member, the probe, or the minute object is scanned with respect to the object.

5−1.前記物体に対して前記開口部材またはプローブまたは微小物体を、前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子と共に走査することを特徴とする1〜4のいずれか1つに記載の光学装置。 5-1. 5. The optical apparatus according to claim 1, wherein the aperture member, the probe, or the minute object is scanned with the optical element formed of the medium exhibiting negative refraction with respect to the object.

6.前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子は平行平板であることを特徴とする1〜5−1のいずれか1つに記載の光学装置。 6). The optical device according to any one of 1 to 5-1, wherein the optical element formed of a medium exhibiting negative refraction is a parallel plate.

7.屈折率が正の材料で形成された光学素子を有し、前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子は、前記屈折率が正の材料で形成された光学素子を基板として前記基板上に形成されていることを特徴とする1〜6のいずれか1つに記載の光学装置。 7). An optical element having an optical element formed of a material having a positive refractive index and formed of a medium exhibiting negative refraction is formed on the substrate using the optical element formed of a material having a positive refractive index as a substrate. The optical device according to any one of 1 to 6, wherein the optical device is formed.

8.屈折率が正の材料で形成された透明平板を有し、前記負屈折を示す媒質で形成された光学素子は、前記屈折率が正の材料で形成された透明平板を基板として前記基板上に形成されていることを特徴とする1〜6のいずれか1つに記載の光学装置。 8). An optical element having a transparent flat plate formed of a material having a positive refractive index and formed of a medium exhibiting negative refraction is formed on the substrate using the transparent flat plate formed of a material having a positive refractive index as a substrate. The optical device according to any one of 1 to 6, wherein the optical device is formed.

9.実施形態の式(0-1-0)を満たすことを特徴とする1〜6のいずれか1つに記載の光学装置。 9. 7. The optical device according to any one of 1 to 6, wherein the optical device satisfies Formula (0-1-0) of the embodiment.

10.実施形態の式(3)を満たすことを特徴とする1〜6のいずれか1つに記載の光学装置。 10. The optical apparatus according to any one of 1 to 6, wherein the optical apparatus satisfies Formula (3) of the embodiment.

11.実施形態の式(8)を満たすことを特徴とする1〜6のいずれか1つに記載の光学装置。 11. The optical apparatus according to any one of 1 to 6, wherein the expression (8) of the embodiment is satisfied.

12.実施形態の式(8−2)を満たすことを特徴とする1〜6のいずれか1つに記載の光学装置。 12 The optical apparatus according to any one of 1 to 6, wherein the expression (8-2) of the embodiment is satisfied.

13.実施形態の式(8−2−1)を満たすことを特徴とする1〜6のいずれか1つに記載の光学装置。 13. The optical apparatus according to any one of 1 to 6, wherein the expression (8-2-1) of the embodiment is satisfied.

14.実施形態の式(8−5)を満たすことを特徴とする1〜6のいずれか1つに記載の光学装置。 14 The optical apparatus according to any one of 1 to 6, wherein the expression (8-5) of the embodiment is satisfied.

15.前記負屈折を示す媒質の屈折率が式(11)を満たすことを特徴とする1〜6のいずれか1つに記載の光学装置。 15. The optical apparatus according to any one of 1 to 6, wherein a refractive index of the medium exhibiting negative refraction satisfies the formula (11).

16.前記負屈折を示す媒質を光が複数回通過することを特徴とする1〜6のいずれか1つに記載の光学装置。 16. The optical apparatus according to any one of 1 to 6, wherein light passes through the medium exhibiting negative refraction a plurality of times.

17.受光素子を有することを特徴とする1〜16のいずれか1つに記載の光学装置。 17. The optical device according to any one of 1 to 16, further comprising a light receiving element.

18.前記負屈折を示す媒質と、前記物体までの距離は可変である1〜17のいずれか1つに記載の光学装置。 18. The optical device according to any one of 1 to 17, wherein a distance between the negative refraction medium and the object is variable.

19.使用する光は単色光であることを特徴とする1〜17のいずれか1つに記載の光学装置。 19. The optical device according to any one of 1 to 17, wherein the light to be used is monochromatic light.

20.使用する光の波長は0.1μm以上かつ3μm以下であることを特徴とする1〜17のいずれか1つに記載の光学装置。 20. The optical device according to any one of 1 to 17, wherein a wavelength of light to be used is 0.1 μm or more and 3 μm or less.

21.前記負屈折を示す媒質はフォトニック結晶であることを特徴とする1〜17のいずれか1つに記載の光学装置。 21. The optical device according to any one of 1 to 17, wherein the medium exhibiting negative refraction is a photonic crystal.

21−1.式(5−4)、(5−5)、(5−6)のいずれか1つを満たすことを特徴とする21に記載の光学装置。 21-1. The optical apparatus according to 21, wherein any one of formulas (5-4), (5-5), and (5-6) is satisfied.

22.前記負屈折を示す媒質は負屈折率媒質であることを特徴とする1〜15のいずれか1つに記載の光学装置。 22. The optical device according to any one of 1 to 15, wherein the medium exhibiting negative refraction is a negative refractive index medium.

23.1、1−1、3、3−1のいずれか1つに記載の光学系を備えたことを特徴とする近接場顕微鏡。 A near-field microscope comprising the optical system according to any one of 23.1, 1-1, 3, 3-1.

23−1.前記光学装置は近接場顕微鏡であることを特徴とする2、4のいずれか1つに記載の光学系を備えたことを特徴とする光ディスク装置。 23-1. An optical disc apparatus comprising the optical system according to any one of 2 and 4, wherein the optical apparatus is a near-field microscope.

24.1、1−1のいずれか1つに記載の光学系を備えたことを特徴とする光ディスク装置。 24. An optical disc apparatus comprising the optical system according to any one of 24.1 and 1-1.

24−1.前記光学装置は光ディスク装置であることを特徴とする2記載の光学装置。 24-1. 3. The optical device according to 2, wherein the optical device is an optical disk device.

25.1、1−1のいずれか1つに記載の光学系を備えたことを特徴とする露光装置。 An exposure apparatus comprising the optical system according to any one of 25.1 and 1-1.

25−1.前記光学装置は露光装置であることを特徴とする2に記載の光学装置。 25-1. 3. The optical apparatus according to 2, wherein the optical apparatus is an exposure apparatus.

26.さらに正の屈折率を有する物質で形成された光学素子を有することを特徴とする1〜4のいずれか1つに記載の光学装置。 26. Furthermore, it has an optical element formed with the substance which has a positive refractive index, The optical apparatus as described in any one of 1-4 characterized by the above-mentioned.

本発明の一実施形態に係る、負屈折率媒質301を用いた近接場顕微鏡401の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the near field microscope 401 using the negative refractive index medium 301 based on one Embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態であり、負屈折率媒質301を用いた透過型の近接場顕微鏡315を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a transmission near-field microscope 315 using a negative refractive index medium 301 according to another embodiment of the present invention. 本発明の他の実施形態であり、光散乱用の微小物体としてのカンチレバー911を用いた原子間力顕微鏡型近接場顕微鏡912を示す図である。It is another embodiment of the present invention, and is a view showing an atomic force microscope type near-field microscope 912 using a cantilever 911 as a light scattering minute object. ピンホール915を有する板916と負屈折率媒質301を併用した近接場顕微鏡318を示す図である。It is a figure which shows the near field microscope 318 which used together the board 916 which has the pinhole 915, and the negative refractive index medium 301. FIG. 本発明の他の実施形態であり、負屈折率媒質301を用いたDVD等の光ディスク装置の例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of an optical disc apparatus such as a DVD using a negative refractive index medium 301 according to another embodiment of the present invention. 物体側に凸面を有する負屈折率媒質レンズ301−3を用いた実施形態を示す図である。It is a figure which shows embodiment using the negative refractive index medium lens 301-3 which has a convex surface on the object side. 負屈折率媒質301の具体的な物質としてのフォトニック結晶340の第1の具体例を示す図である。It is a figure which shows the 1st specific example of the photonic crystal 340 as a specific substance of the negative refractive index medium 301. FIG. フォトニック結晶340の第2の具体例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd specific example of the photonic crystal 340. FIG. 正の屈折率を有する材料でできた平板350を基板としてその上に形成した負屈折率媒質301を用いた近接場顕微鏡401の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the near-field microscope 401 using the negative refractive index medium 301 formed on it using the flat plate 350 made from the material which has a positive refractive index as a board | substrate. 従来の近接場顕微鏡901の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional near field microscope 901. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

301 負屈折率物質
303 光源
307 物体
401 近接場顕微鏡
902 ハーフプリズム
903 レンズ
904 光ファイバプローブ
907 開口部
908 フォトマルチプライヤ
FF 結像点
301 Negative Refractive Index Material 303 Light Source 307 Object 401 Near Field Microscope 902 Half Prism 903 Lens 904 Optical Fiber Probe 907 Opening 908 Photomultiplier FF Imaging Point

Claims (4)

光源と、
負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、
光検出用あるいは照明用の開口部材またはプローブと、
を具備することを特徴とする光学系。
A light source;
An optical element formed of a medium exhibiting negative refraction;
An aperture member or probe for light detection or illumination; and
An optical system comprising:
光源と、
光検出用あるいは照明用の開口部材またはプローブと、
物体と、前記開口部材またはプローブとの間に配置され、負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、
前記開口部材またはプローブにより検出された光を電気信号に変換する変換素子と、
を具備することを特徴とする光学装置。
A light source;
An aperture member or probe for light detection or illumination; and
An optical element disposed between an object and the aperture member or the probe and formed of a medium exhibiting negative refraction;
A conversion element that converts light detected by the aperture member or probe into an electrical signal;
An optical device comprising:
光源と、
負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、
光散乱用の微小物体と、
を具備することを特徴とする光学系。
A light source;
An optical element formed of a medium exhibiting negative refraction;
A small object for light scattering,
An optical system comprising:
光源と、
光散乱用の微小物体と、
物体と、前記微小物体との間に配置され、負屈折を示す媒質で形成された光学素子と、
前記微小物体により散乱された光を集光する光学系と、
前記光学系により集光された光を電気信号に変換する変換素子と、
を具備することを特徴とする光学装置。
A light source;
A small object for light scattering,
An optical element disposed between an object and the minute object and formed of a medium exhibiting negative refraction;
An optical system for collecting the light scattered by the minute object;
A conversion element that converts light collected by the optical system into an electrical signal;
An optical device comprising:
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