(57)【要約】【課題】  伝播光の損失を低減させた光マイクロカンチレバーを提供すること。【解決手段】  光マイクロカンチレバー１０は、支持部１と、光導波路２と、遮光膜３と、反射膜４と、先鋭化されたチップ部５と、そのチップ部５の先端の微小開口６と、光導波路２の光入射／出射端８から伝播してきた伝播光Ｈを微小開口６に導くように反射するミラー７と、から構成されている。【選択図】      図１
2010078618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査型近視野顕微鏡に用いる光マイクロカンチレバーにおいて、
片持ち梁状の光導波路と、
前記光導波路の自由端側に形成され、先端に微小開口を有するチップ部とからなり、
前記光導波路は、
固定端側の光入射／出射端と、
前記自由端と前記固定端との間に形成され前記固定端における前記光導波路の光軸に対して角度を有するノーズ部と、
前記ノーズ部の先に前記固定端における前記光導波路と略平行に延伸したヘッド部と、
前記光入射／出射端から伝播してきた伝播光を前記ノーズ部へ導き、または／および、前記微小開口によって検出し、前記ノーズ部を伝搬した光が、光入射／出射端に導くように反射する反射手段と
を具備したことを特徴とする光マイクロカンチレバー。
【請求項２】
前記光導波路の少なくとも一部は、コアと、前記コアの一方側または両側または前記コアの周囲に堆積されたクラッドとからなることを特徴とする請求項１に記載の光マイクロカンチレバー。
【請求項３】
前記光導波路上に、前記チップ部が形成されている側に遮光膜を設け、前記チップ部が形成されている側の反対側に反射膜を設けたことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の光マイクロカンチレバー。
【請求項４】
前記チップ部と前記反射手段との間に、レンズを有していることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の光マイクロカンチレバー。
【請求項５】
前記レンズは、凸レンズであることを特徴とする請求項４に記載の光マイクロカンチレバー。
【請求項６】
前記レンズは、フレネルレンズであることを特徴とする請求項４に記載の光マイクロカンチレバー。
【請求項７】
前記レンズは、屈折率分布レンズであることを特徴とする請求項４に記載の光マイクロカンチレバー。
【請求項８】
前記チップ部は、前記光導波路よりも高い屈折率を有する材料で形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光マイクロカンチレバー。
【請求項９】
走査型近視野顕微鏡に用いる光マイクロカンチレバーの製造方法において、
基板に、異方性エッチングを用いて光導波路の型に段差を形成する段差形成工程と、
前記基板上に反射膜を堆積する反射膜堆積工程と、
前記反射膜上に前記光導波路を堆積する光導波路堆積工程と、
前記光導波路を加工してチップ部を形成するチップ部形成工程と、
前記光導波路上に遮光膜を堆積する遮光膜堆積工程と、
前記チップ部の先端に微小開口を形成する微小開口形成工程と、
光入射／出射端となる側の前記基板を残して自由端となる側の前記基板を除去することにより支持部を形成する支持部形成工程とを含むことを特徴とする光マイクロカンチレバーの製造方法。
【請求項１０】
前記段差形成工程で形成した前記段差の角度を、前記反射膜堆積工程で堆積した前記反射膜により前記光入射／出射端から伝播してきた伝播光を前記微小開口に導くことができる角度、または前記微小開口から伝播してきた伝播光を前記光入射／出射端に導くことができる角度とすることを特徴とする請求項９に記載の光マイクロカンチレバーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝播光を効率良く伝播することができる光マイクロカンチレバーとその製造方法と、光マイクロカンチレバーとその光マイクロカンチレバーに入射させる光または、光マイクロカンチレバーから出射する光に作用する光学素子を固定する光マイクロカンチレバーホルダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、先端が先鋭化された光媒体からなるプローブを、光の波長以下まで測定試料に近づけることで、試料の光学特性や形状を測定する走査型近視野顕微鏡（以下、ＳＮＯＭと言う）が知られている。この走査型近視野顕微鏡では、試料に対して垂直に保持した直線状の光ファイバープローブの先端を、試料表面に対して水平に振動させ、試料表面と光ファイバープローブ先端のせん断力よって生じる振動の振幅の変化を検出している。なお、この振幅の変化は、光ファイバープローブの先端にレーザ光を照射してその影の変化により検出される。この走査型近視野顕微鏡では、光ファイバープローブの振動の振幅が一定となるように試料を微動機構で動かすことによって光ファイバープローブの先端と試料表面の間隔を一定に保ち、微動機構に入力した信号強度から表面形状を検出したり、試料の光透過性の測定を行う。
【０００３】
また、鈎状に形成した光ファイバープローブを原子間力顕微鏡（以下、ＡＦＭと言う）のカンチレバーとして使用し、ＡＦＭ動作すると同時に、光ファイバープローブに導入されたレーザ光により、その先端に近視野光を生成し、生成した近視野光と試料とを相互作用させることで、試料の表面形状を検出すると共に試料の光学特性の測定を行う走査型近視野原子間力顕微鏡が提案されている（特開平７−１７４５４２号公報）。図１２は、従来例の光導波路プローブの側断面図である。この光導波路プローブ１１０では、光導波路１０１として光ファイバーが用いられ、その光導波路１０１の周囲は金属膜１０２で覆われている。光導波路プローブ１１０の一端には先鋭化されたチップ部１０３が形成されており、チップ部１０３の先端には近視野光を生成するための微小開口１０４が設けられている。なお、チップ部１０３は、光導波路プローブ１１０の先端部を、図示しない試料に向けて湾曲されることにより形成されている。
【０００４】
更に、従来は、図１３に示したような光マイクロカンチレバーが知られている（T. Niwa et al., Journal of Microscopy, vol. 194, pt. 2/3, pp.388-392）。この光マイクロカンチレバー１２０では、光導波路１１１をコアとクラッドの積層により構成し、光導波路１１１の表面には金属膜１１２が設けられている。光マイクロカンチレバー１２０の一端には先鋭化されたチップ部１１９、他端には光マイクロカンチレバー１２０を固定するための支持部１１４が形成されている。チップ部１１９の先端には、近視野光を発生させるための微小開口１１３が設けられている。
【０００５】
なお、光マイクロカンチレバー１２０においては、チップ部１１９が形成されている端をカンチレバーの自由端、支持部１１４が形成されている光導波路の端を光入射端１１７と称する。そして、自由端は、微小開口１１３を図示しない試料に対して近接させるために湾曲している。また、光入射端１１７からは光導波路１１１に伝播光が入射される。
【０００６】
支持部１１４には、光ファイバーを固定するための光ファイバー用ガイド溝１１５が形成されている。図１４は、光ファイバー用ガイド溝１１５に光ファイバー１３０を固定した状態を示す。光ファイバー１３０からの伝播光は、光入射端１１７を介して光導波路１１１に入射され、光導波路１１１により微小開口１１３に導かれる。この微小開口１１３を通過しようとする伝播光により、微小開口１１３付近に近視野光が発生する。なお、逆に、試料表面に発生している近視野光を微小開口１１３で散乱させて伝播光を発生させると共に、この伝播光を微小開口１１３と光導波路１１１を介して、光入射端１１７側で検出することが可能である。支持部１１４に光ファイバー用ガイド溝１１５を設けているので、光ファイバー１３０の装着が容易となり、交換時などにおいて、光マイクロカンチレバー１２０と光ファイバー１３０のアライメントの手間が省ける。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記光ファイバープローブ１１０は、光ファイバー１０１を材料として多くの工程を手作業により製造しているため量産性が低い。更に、光ファイバー１０１が金属膜１０２で覆われているとしても、光ファイバー１０１が湾曲している個所に伝播光の損失が発生し、伝播光を効率良く伝播することができない問題点があった。この湾曲の角度が急なほど伝播光の損失が大きくなる。逆に、湾曲の角度が滑らかなほど光ファイバープローブが長くなってしまい、取り扱いが面倒になる問題点があった。
【０００８】
上記光マイクロカンチレバー１２０は、量産性や均一性は優れているが、光導波路１１１の表面に金属膜１１２が設けられているとしても、光導波路１１１が湾曲している個所に伝播光の損失が発生し、伝播光を効率良く伝播することができない問題点があった。更に、製造の工程で、光入射端１１７と光ファイバー用ガイド溝１１５との間に、図１４に示すように、滑らかな斜面１１６が生じてしまい、光ファイバー１３０を光入射端１１７に十分に近づけることが困難であり、光の入射効率の悪化、すなわちカップリングロスの増大という問題点があった。また、光マイクロカンチレバー１２０において、光ファイバー１３０によって光入射端１１７に光が導入される際、光入射端１１７において散乱光が発生し、微小開口１１３の方向にも前記散乱光が伝搬する。したがって、走査型近視野顕微鏡の光像のS/N比が低下してしまう問題点があった。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであって、伝播光を効率良く入射および伝播させることができる光マイクロカンチレバーと、このような光マイクロカンチレバーを作成するための製造方法とを提供することを目的とする。また、光マイクロカンチレバーと光学素子を支持する光マイクロカンチレバーホルダを提供することを目的とする。また、走査型近視野顕微鏡の光像のS/N比を向上させることができる光マイクロカンチレバーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る光マイクロカンチレバーは、走査型近視野顕微鏡に用いる光マイクロカンチレバーにおいて、光入射／出射端と自由端とを有し、伝播光を伝播する光導波路と、前記自由端に形成され、先端に微小開口が設けられたチップ部と、前記光入射／出射端から伝播してきた伝播光を前記微小開口に導くように反射し、または前記微小開口から伝播してきた伝播光を前記光入射／出射端に導くように反射する反射手段と、を具備したことを特徴とする。
【００１１】
上記光マイクロカンチレバーでは、光入射／出射端からの伝播光を微小開口に導くように反射し、または微小開口からの伝播光を光入射／出射端に導くように反射する反射手段を設けている。この反射手段により、伝播光を効率良く反射させることができ、微小開口に導かれる伝播光の損失を低減することができる。
【００１２】
また、請求項２に係る光マイクロカンチレバーは、走査型近視野顕微鏡に用いる光マイクロカンチレバーにおいて、光入射／出射端と自由端と、かつ前記光入射／出射端を通過する伝播光の光軸に対して角度を有するノーズ部分とを有し、伝播光を伝播する光導波路と、前記自由端に形成され、先端に微小開口が設けられたチップ部と、前記光入射／出射端から伝播してきた伝播光を前記微小開口に導くように反射し、または前記微小開口から伝播してきた伝播光を前記光入射／出射端に導くように反射する反射手段と、を具備したことを特徴とする。
【００１３】
上記光マイクロカンチレバーでは、光入射／出射端からの伝播光を微小開口に導くように反射し、または微小開口からの伝播光を光入射／出射端に導くように反射する反射手段と、光入射／出射端を通過する伝播光の光軸に対して角度を有する部分とを設けている。反射手段により、伝播光を効率良く反射させることができ、微小開口に導かれる伝播光の損失を低減することができる。また、光入射／出射端を通過する伝播光の光軸に対して角度を有する部分の長さを調整することにより、大きな段差を有する試料の表面の観察が可能となる。
【００１４】
また、請求項３に係る光マイクロカンチレバーは、請求項１または請求項２に記載の光マイクロカンチレバーにおいて、前記光導波路の少なくとも一部は、コアと、そのコアの一方側または両側またはコアの周囲に堆積されたクラッドとからなることを特徴とする。
【００１５】
上記光マイクロカンチレバーでは、光導波路が、コアと、そのコアの一方側または両側またはコアの周囲に積層されたクラッドとからなるため、光導波路を伝播する伝播光が外部へ漏れてしまうことを防止でき、また、伝播光が全反射条件で光導波路内を伝播する。
【００１６】
また、請求項４に係る光マイクロカンチレバーは、請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の光マイクロカンチレバーにおいて、前記光導波路上に、前記チップ部が形成されている側に遮光膜を設け、前記チップ部が形成されている側の反対側に反射膜を設けたことを特徴とする。
【００１７】
上記光マイクロカンチレバーでは、光導波路上に、チップ部が形成されている側に遮光膜を設け、チップ部が形成されている側の反対側に反射膜を設けることにより、光導波路を伝播する伝播光が外部へ漏れてしまうことを防止できる。
【００１８】
また、上記の目的を達成するために、請求項５に係る光マイクロカンチレバーの製造方法は、走査型近視野顕微鏡に用いる光マイクロカンチレバーの製造方法において、基板に、光導波路の型とする段差を形成する段差形成工程と、前記基板上に反射膜を堆積する反射膜堆積工程と、前記反射膜上に光導波路を堆積する光導波路堆積工程と、前記光導波路を加工してチップ部を形成するチップ部形成工程と、前記光導波路上に遮光膜を堆積する遮光膜堆積工程と、前記チップ部の先端に微小開口を形成する微小開口形成工程と、光入射／出射端となる側の前記基板を残して自由端となる側の前記基板を除去することにより支持部を形成する支持部形成工程と、を含むことを特徴とする。
【００１９】
上記光マイクロカンチレバーの製造方法は、基板に、光導波路の型とする段差形成工程と、基板上に反射膜を堆積する反射膜堆積工程と、その反射膜上に光導波路を堆積する光導波路堆積工程と、光導波路を加工してチップ部を形成するチップ部形成工程と、光導波路上に遮光膜を堆積する遮光膜堆積工程と、チップ部の先端に微小開口を形成する微小開口形成工程と、光入射／出射端となる側の基板を残して自由端となる側の基板を除去することにより支持部を形成する支持部形成工程とを含む。これにより、光入射／出射端からの伝播光を微小開口に導くように反射し、または微小開口からの伝播光を光入射／出射端に導くように反射する反射膜を形成することができるから、伝播光を効率良く反射することができ、伝播光の損失を低減することができる。また、これらの工程は、シリコンプロセスを用いたバッチ処理が可能なため、量産性や均一性に優れた光マイクロカンチレバーを作成することができる。
【００２０】
また、請求項６に係る光マイクロカンチレバーの製造方法は、請求項５に記載の光マイクロカンチレバー製造方法において、前記段差形成工程で形成した前記段差の角度を、前記反射膜堆積工程で堆積した前記反射膜により前記光入射／出射端から伝播してきた伝播光を微小開口に導くことができる角度、または前記微小開口から伝播してきた伝播光を前記光入射／出射端に導くことができる角度とすることを特徴とする。
【００２１】
上記光マイクロカンチレバーの製造方法では、段差形成工程で形成した段差の角度を、反射膜堆積工程で堆積した反射膜により光入射／出射端から伝播してきた伝播光を微小開口に導くことができ、または微小開口から伝播してきた伝播光を光入射／出射端に導くことができる角度とする。このように形成された反射膜により、伝播光を効率良く反射させることができ、伝播光の損失を低減することができる。
【００２２】
また、上記の目的を達成するために、請求項７に係る光マイクロカンチレバーは、光導波路からなる片持ち梁と、前記片持ち梁の支持部と、前記光導波路の光入射／出射端と自由端とを有し、前記支持部に形成され、前記光導波路への入射光または、前記光導波路からの出射光に作用する光学素子の位置決めを行う光学素子用ガイドと、前記光入射／出射端と前記光学素子用ガイドとの間に設けられた溝を具備したことを特徴とする。
【００２３】
上記光マイクロカンチレバーでは、光導波路の光入射／出射端と光学素子用ガイドとの間に溝が形成されている。光導波路の光入射／出射端と光学素子用ガイドとの間に溝を形成することにより、光入射／出射端と前記光導波路に光を入射する光または、前記光導波路から出射する光に作用する光学素子の間に邪魔になっていた斜面を略垂直にすることができるから、光学素子を光入射／出射端に近づけることができる。
【００２４】
また、上記の目的を達成するために、請求項８に係る光マイクロカンチレバーの製造方法は、走査型近視野顕微鏡に用いる光マイクロカンチレバーの製造方法において、基板に、光導波路の型とする段差を形成する段差形成工程と、前記基板に、光学素子用ガイドを形成する光学素子用ガイド形成工程と、前記基板上に光導波路を堆積する光導波路堆積工程と、光入射／出射端を形成する入射端形成工程と、前記光入射／出射端と前記光学素子用ガイドとの間の前記基板を加工して溝を形成する溝形成工程と、前記光学素子用ガイド上の前記光導波路を除去して前記光学素子用ガイドを露出する光学素子用ガイド露出工程と、光入射／出射端となる側の前記基板を残して自由端となる側の前記基板を除去することにより支持部を形成する支持部形成工程と、を含むことを特徴とする。
【００２５】
上記光マイクロカンチレバーの製造方法は、基板に、光導波路の型とする段差を形成する段差形成工程と、基板に、光学素子用ガイド形成する光学素子用ガイド形成工程と、基板上に光導波路を堆積する光導波路堆積工程と、光導波路の光入射／出射端を形成する光入射／出射端形成工程と、光入射／出射端と光学素子用ガイドとの間の基板を加工して溝を形成する溝形成工程と、光学素子用ガイド上の光導波路を除去して光学素子用ガイドを露出する光学素子用ガイド露出工程と、光入射／出射端となる側の基板を残して自由端となる側の基板を除去することにより支持部を形成する支持部形成工程とを含む。これにより、前記光導波路に光を入射する光または、前記光導波路から出射する光に作用する光学素子を固定するためのガイドを形成することができると共に、光入射／出射端と光学素子との間に邪魔になっていた斜面を略垂直にすることができる。更に、これらの工程は、シリコンプロセスを用いたバッチ処理が可能なため、量産性や均一性に優れた光マイクロカンチレバーを作成することができる。
【００２６】
また、上記の目的を達成するために、請求項９に係る光マイクロカンチレバーの製造方法は、走査型近視野顕微鏡に用いる光マイクロカンチレバーの製造方法において、基板に、光導波路の型とする段差を形成する段差形成工程と、前記基板に、光学素子用ガイドを形成する光学素子用ガイド形成工程と、前記基板上に反射膜を堆積する反射膜堆積工程と、前記反射膜上に光導波路を堆積する光導波路堆積工程と、前記光導波路を加工してチップ部を形成するチップ部形成工程と、前記光導波路上に遮光膜を堆積する遮光膜堆積工程と、前記チップ部の先端に微小開口を形成する微小開口形成工程と、前記光導波路の光入射／出射端となる部分の前記遮光膜と前記光導波路と前記反射膜とを除去して光導波路の光入射・出射端を形成する光入射／出射端形成工程と、前記光入射／出射端と前記光学素子用ガイドとの間の前記基板を加工して溝を形成する溝形成工程と、前記光学素子用ガイド上の前記遮光膜と前記光導波路と前記反射膜とを除去して前記光学素子用ガイドを露出する光学素子用ガイド露出工程と、光入射／出射端となる側の前記基板を残して自由端となる側の前記基板を除去することにより支持部を形成する支持部形成工程と、を含むことを特徴とする。
【００２７】
上記光マイクロカンチレバーの製造方法は、基板に、光導波路の型とする段差を形成する段差形成工程と、基板に、光学素子用ガイド形成する光学素子用ガイド形成工程と、基板上に反射膜を堆積する反射膜堆積工程と、反射膜上に光導波路を堆積する光導波路堆積工程と、光導波路を加工してチップ部を形成するチップ部形成工程と、光導波路上に遮光膜を堆積する遮光膜堆積工程と、チップ部の先端に微小開口を形成する微小開口形成工程と、前記光導波路の光入射／出射端となる部分の前記遮光膜と前記光導波路と前記反射膜とを除去して光導波路の光入射・出射端を形成する光入射／出射端形成工程と、前記光入射／出射端と前記光学素子用ガイドとの間の前記基板を加工して溝を形成する溝形成工程と、前記光学素子用ガイド上の前記遮光膜と前記光導波路と前記反射膜とを除去して前記光学素子用ガイドを露出する光学素子用ガイド露出工程と、光入射／出射端となる側の前記基板を残して自由端となる側の前記基板を除去することにより支持部を形成する支持部形成工程とを含む。これにより、光学素子を固定するためのガイドを形成することができると共に、光入射／出射端と光学素子との間に邪魔になっていた斜面を略垂直にすることができる。また、光入射／出射端からの伝播光を微小開口に導くように反射し、または微小開口からの伝播光を光入射／出射端に導くように反射する反射膜を形成することができるから、伝播光を効率良く反射することができ、伝播光の損失が発生することがなくなる。更に、これらの工程は、シリコンプロセスを用いたバッチ処理が可能なため、量産性や均一性に優れた光マイクロカンチレバーを作成することができる。
【００２８】
また、上記の目的を達成するために、光マイクロカンチレバーを支持する光マイクロカンチレバー用ガイドと、前記光マイクロカンチレバーへの入射光または、前記光マイクロカンチレバーからの出射光に作用する光学素子の位置決めを行う光学素子用ガイドと、を具備することを特徴とする。
【００２９】
上記光マイクロカンチレバーホルダでは、光マイクロカンチレバーを支持する光マイクロカンチレバー用ガイドと光マイクロカンチレバーに光学素子を支持する光学素子用ガイドが形成されている。光マイクロカンチレバー用ガイドに光マイクロカンチレバーを、光学素子用ガイドに光学素子をセットするだけで光マイクロカンチレバーと光学素子とをアライメントすることができる。
【００３０】
また、上記目的を達成するために、請求項１１に係る光マイクロカンチレバーは、片持ち梁状の光導波路と、前記光導波路の自由端側に形成され、先端に微小開口を有するチップ部からなり、前記光導波路は、固定端側の光入射／出射端と、自由端と固定端の間に形成され、固定端における前記光導波路の光軸に対して角度を有するノーズ部と、前記光入射／出射端から伝播してきた伝播光を前記ノーズ部へ導き、または／および、前記微小開口によって検出し、前記ノーズ部を伝搬した光が、光入射／出射端に導くように反射する反射手段と、を具備したことを特徴とする。
【００３１】
また、請求項１２に係る光マイクロカンチレバーは、請求項１１に記載の光マイクロカンチレバーにおいて、前記光導波路は、前記ノーズ部の先に前記固定端における前記光導波路と略平行に延伸したヘッド部を有し、前記チップ部が前記ヘッド部に形成されていることを特徴とする。
【００３２】
上記光マイクロカンチレバーは、ノーズ部を設けることによって段差の大きな試料の測定に適し、また、前記チップ部を形成しやすくなる。
【００３３】
また、上記目的を達成するために、請求項１３に係る光マイクロカンチレバーは、請求項１から請求項３および請求項１１から請求項１２のいずれか記載の光マイクロカンチレバーにおいて、前記チップ部と前記反射手段との間に、レンズを有していることを特徴とする。また、請求項１４に係る光マイクロカンチレバーは、請求項１３に記載の光マイクロカンチレバーにおいて、前記レンズが、凸レンズであることを特徴とする。また、請求項１５に係る光マイクロカンチレバーは、請求項１３に記載の光マイクロカンチレバーにおいて、前記レンズがフレネルレンズであることを特徴とする。また、請求項１６に係る光マイクロカンチレバーは、請求項１３に記載の光マイクロカンチレバーにおいて、前記レンズが、屈折率分布レンズであることを特徴とする。
【００３４】
上記光マイクロカンチレバーでは、前記レンズによって、前記微小開口にエネルギー密度の高い光を導入させることができるため、前記微小開口から照射される近視野光の強度を大きくすることができる。または／および、前記微小開口によって検出した光を、前記レンズによってコリメートすることによって、検出光を効率よく検出器に伝搬させることができる。
【００３５】
また、上記目的を達成するために、請求項１７に係る光マイクロカンチレバーは、請求項１から３および請求項１１から１６のいずれか一つに記載の光マイクロカンチレバーにおいて、前記チップ部が前記光導波路よりも高い屈折率を有する材料で形成されていることを特徴とする。
【００３６】
上記光マイクロカンチレバーでは、屈折率の高い材料によってチップが構成されているため、前記微小開口から照射または／および検出する近視野光の発生効率または／および検出効率を高くすることができる。
【００３７】
また、上記目的を達成するために、請求項１８に係る光マイクロカンチレバーは、基部と、前記基部に形成された片持ち梁状の光導波路と、先端に微小開口を有し、前記片持ち梁の自由端側に形成されたチップ部と、前記光導波路の固定端側に位置する光入射／出射端と、前記基部上の前記光入射／出射端となる側に形成され、前記光導波路への入射光または、前記光導波路からの出射光に作用する光学素子の位置決めを行う光学素子用ガイドからなり、前記光入射／出射端が前記光学素子用ガイド上に突出した形状となっていることを特徴とする。
【００３８】
上記光マイクロカンチレバーでは、前記光入射／出射端が前記光学素子用ガイド上に突出しているため、前記光入射／出射端と、光学素子との距離を短くすることができる。したがって、前記光導波路への入射光または／及び前記光導波路からの出射光を効率よく導入または／および検出することができる。
【００３９】
また、上記目的を達成するために、請求項１９に係る光マイクロカンチレバーは、基部と、前記基部に形成された片持ち梁状の光導波路と、前記光導波路の固定端側に位置する光入射／出射端と、前記片持ち梁の自由端側に設けられ、先端に微小開口を有するチップ部からなり、前記光入射／出射端における散乱光が、前記チップ部の方向に伝搬しないような遮光手段を備えていることを特徴とする。また、請求項２０に係る光マイクロカンチレバーは、請求項１９に記載の光マイクロカンチレバーにおいて、前記遮光手段が、前記基部および前記光導波路上に配置され、前記散乱光を遮光する壁であることを特徴とする。
【００４０】
また、請求項２１に係る光マイクロカンチレバーは、請求項１９に記載の光マイクロカンチレバーにおいて、前記遮光手段が、前記基部および前記光導波路上に形成された遮光剤と、前記遮光剤の上に形成された遮光フィルムからなり、前記遮光フィルムが、少なくとも前記光入射／出射端を覆うように配置されていることを特徴とする。
【００４１】
また、請求項２２に係る光マイクロカンチレバーは、請求項１９に記載の光マイクロカンチレバーにおいて、前記遮光手段が、前記基部および前記光導波路上に配置された遮光フィルムと、前記遮光フィルムの端の少なくとも一部を覆うように配置された遮光剤からなり、前記遮光フィルムが、少なくとも前記入射／出射端を覆うように配置されていることを特徴とする。また、請求項２３に係る光マイクロカンチレバーは、請求項２１から請求項２２のいずれか一つに記載の光マイクロカンチレバーにおいて、前記遮光フィルムが、可動であることを特徴とする。
【００４２】
上記光マイクロカンチレバーでは、前記遮光手段によって、前記光入射／出射端における散乱光が前記チップ部の方向に伝搬しないため、走査型近視野顕微鏡における光学像のＳ／Ｎ比を向上させることができる。したがって、走査型近視野顕微鏡の走査速度を向上させることができる。また、前記遮光フィルムが可動であるため、光学素子と前記導波路の光入射／出射端との位置決めを観察しながら行うことができる。したがって、精度良く、かつ、容易に光学素子の位置決めを行うことができる。
【発明の効果】
【００４３】
本願発明によれば、伝播光を効率良く入射および伝播させることができる光マイクロカンチレバーと、このような光マイクロカンチレバーを作成するための製造方法とを提供することを目的とする。また、光マイクロカンチレバーと光学素子を支持する光マイクロカンチレバーホルダを提供することを目的とする。また、走査型近視野顕微鏡の光像のS/N比を向上させることができる光マイクロカンチレバーを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光マイクロカンチレバーを示す側断面図である。
【図２】図１の光マイクロカンチレバーの製造工程を示す説明図である。
【図３】図１の光マイクロカンチレバーを用いた走査型近視野顕微鏡を示す構成図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る光マイクロカンチレバーを示す側断面図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る光マイクロカンチレバーを示す側断面図である。
【図６】図５の光マイクロカンチレバーの光学素子用ガイドに光ファイバーをセットした状態を示す説明図である。
【図７】図５の光マイクロカンチレバーの製造工程を示す説明図である。
【図８】図５の光マイクロカンチレバーの製造工程を示す説明図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係る光マイクロカンチレバーホルダを示す模式図である。
【図１０】図９の光マイクロカンチレバーホルダに光マイクロカンチレバーと光ファイバーをセットした状態を示す説明図である。
【図１１】図９の光マイクロカンチレバーホルダに光マイクロカンチレバーと光ファイバーをセットした状態を示す説明図である。
【図１２】従来の光ファイバープローブを示す側断面図である。
【図１３】光ファイバーガイド溝を有する従来の光マイクロカンチレバーを示す側断面図である。
【図１４】図１３の光マイクロカンチレバーの光ファイバー用ガイドに光ファイバーをセットした状態を示す説明図である。
【図１５】本発明の実施の形態５に係る光マイクロカンチレバーを示す構成図である。
【図１６】本発明の実施の形態５に係る光マイクロカンチレバーの製造方法を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態６に係る光マイクロカンチレバーを示す構成図である。
【図１８】本発明の実施の形態６に係る光マイクロカンチレバーの製造方法を示す図である。
【図１９】本発明の実施の形態７に係る光マイクロカンチレバーを示す構成図である。
【図２０】図１９の光マイクロカンチレバーに光ファイバーを固定した状態を示す図である。
【図２１】図１９の光マイクロカンチレバーの突出部を形成する方法を示す図である。
【図２２】図１９の光マイクロカンチレバーの突出部を形成する方法を示す図である。
【図２３】図１９の光マイクロカンチレバーの光ファイバー用溝のパターンを示す図である。
【図２４】本発明の実施の形態８に係る光マイクロカンチレバーへの光導入部を示す構成図である。
【図２５】本発明の実施の形態９に係る光マイクロカンチレバーを示す構成図である。
【図２６】本発明の実施の形態１０に係る光マイクロカンチレバーを示す構成図である。
【図２７】本発明の実施の形態１１に係る光マイクロカンチレバーを示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本発明の光マイクロカンチレバーとその製造方法および光マイクロカンチレバーホルダについて、添付の図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光マイクロカンチレバーの側断面図である。この光マイクロカンチレバー１０は、支持部１と、光導波路２と、遮光膜３と、反射膜４と、先鋭化されたチップ部５と、そのチップ部５の先端に形成された微小開口６と、ミラー７と、から構成されている。なお、光マイクロカンチレバー１０では、支持部１が形成されている端を光入射／出射端と言い、チップ部５が形成されている端を自由端と言う。
【００４６】
図１中Ｌで示す部分は、長さが例えば５０〜１０００μｍ、幅は例えば１０〜１００μｍ、厚さが例えば４〜１０μｍである。また、前記チップ部５の高さは、例えば５〜１０μｍである。チップ部５の先端半径は、ＡＦＭ用のカンチレバーのチップと同等で、５０ｎｍ以下である。また、微小開口６のサイズは、１００ｎｍ以下である。前記支持部１はシリコンやガラスや石英系材料など、前記光導波路２は二酸化ケイ素やポリイミドなど、前記遮光膜３はクロムやアルミやチタンなど、前記反射膜４は金やアルミなどの高反射率材料からなる。なお、前記ミラー７は、前記反射膜４の一部である。
【００４７】
図示しない光源により放出された伝播光は、前記光導波路２の光入射／出射端８から前記光導波路２に入射する。前記ミラー７は、前記光入射／出射端８から伝播してきた伝播光Ｈを前記微小開口６に導くように反射する。そして、前記微小開口６を通過しようとする伝播光Ｈにより、微小開口６付近に近視野光が発生する。このように、光マイクロカンチレバー１０では、伝播光Ｈの光路を変更するためにミラー７を用いているので、伝播光を効率良く微小開口６に向けて反射することができ、伝播光の損失を低減することができる。
【００４８】
次に、図２を用いて、上記光マイクロカンチレバー１０の製造方法について説明する。まず、図２（ａ）に示すように、シリコン基板５０を用意するが、モールドが形成できればガラスや石英基板でも良い。次に、図２（ｂ）に示すように、水酸化カリウム（ＫＯＨ）やテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）を用いた異方性エッチングにより、シリコン基板５０に段差を形成してモールドを作製する。次に、図２（ｃ）に示すように、シリコン基板５０上に、反射膜材料５１と導波路材料５２を堆積する。前記反射膜材料５１は例えば金やアルミなどの高反射率材料であり、前記導波路材料５２は例えば二酸化ケイ素やポリイミドなどである。
【００４９】
次に、図２（ｄ）に示すように、導波路材料５２上に、チップ部５となる個所にフォトレジスト材料のマスク５３を形成する。そして、導波路材料５２を、ドライエッチングまたはウェットエッチングを施すことにより、図中の点線に沿って除去する。これにより、図２（ｅ）に示すように、先鋭化されたチップ部５が形成される。また、前記反射膜材料５１の不要な部分はチップ形成とともに除去されてもよいし、後の工程で除去されてもよい。次に、図２（ｆ）に示すように、シリコン基板５０と反射膜材料５１と導波路材料５２とを覆うように、遮光膜材料５５を堆積する。前記遮光膜材料５５は例えばクロムやアルミやチタンなどである。
【００５０】
次に、図２（ｇ）に示すように、遮光膜材料５５上に、フォトレジスト材料のマスク５６を形成する。そして、ドライエッチングまたはウェットエッチングを施すことにより、チップ部５の先端の遮光膜材料５５を除去し、微小開口６（図２（ｈ）参照）を形成する。最後に、図２（ｈ）に示すように、光入射／出射端となる側のシリコン基板５０を残し、自由端となる側のシリコン基板５０をエッチングにより除去することで光マイクロカンチレバー１０を形成する。
【００５１】
前記チップ部５の先端の微小開口６は、導波路材料５２を伝播する伝播光がシリコン基板５０の段差に堆積されている反射膜材料５１において微小開口６に向けて反射される位置に形成する。
【００５２】
図３は、光マイクロカンチレバー１０を用いた走査型近視野顕微鏡の構成図である。この走査型近視野顕微鏡１０００は、光マイクロカンチレバー１０と、光源５０９と、光源５０９からの伝播光を集光して光マイクロカンチレバー１０の光導波路に照射するレンズ５１０と、試料５０１の下方に配置され光マイクロカンチレバー１０の先端で発生した近視野光が散乱されることで得られる伝播光を反射するプリズム５０２と、プリズム５０２からの伝播光を集光するレンズ５０５と、レンズ５０５により集光された伝播光を受光する光検出部５０６と、を備えている。
【００５３】
また、光マイクロカンチレバー１０の上方には、レーザ光を発振するレーザ発振器５１２と、光マイクロカンチレバー１０の自由端において反射されたレーザ光を反射するミラー５１３と、ミラー５１３において反射されたレーザ光を受光して光電変換する上下２分割した光電変換部５１１と、を備えている。更に、試料５０１およびプリズム５０２を３次元的に移動制御する微動機構５０３および粗動機構５０４と、これら微動機構５０３および粗動機構５０４を駆動するサーボ機構５０８と、装置全体を制御するコンピュータ５０７と、を備えている。この走査型近視野顕微鏡１０００は、ダイナミックモードまたはコンタクトモードの観察に適する。
【００５４】
次に、走査型近視野顕微鏡１０００の動作について説明する。レーザ発振器５１２から発振されたレーザ光は、光マイクロカンチレバー１０の自由端において反射される。光マイクロカンチレバー１０は、その先端と試料５０１との間の原子間力によって変移する。この変移と共に、光マイクロカンチレバー１０の自由端において反射されたレーザ光の反射角度が振れ、この振れを光電変換部５１１で検出する。
【００５５】
光電変換部５１１により検出した信号は、コンピュータ５０７に送られる。コンピュータ５０７は、試料５０１に対する光マイクロカンチレバー１０のアプローチや、表面の観察の際に光マイクロカンチレバー１０の撓みが設定値を超えないように、サーボ機構５０８により微動機構５０３および粗動機構５０４を制御する。
【００５６】
また、光源５０９から放出された伝播光は、レンズ５１０により集光され、光マイクロカンチレバー１０の光導波路を介して微小開口に照射される。これにより、光マイクロカンチレバー１０の微小開口付近に近視野光が発生する。一方、プリズム５０２により反射した試料５０１の光学的情報は、レンズ５０５により集光され、光検出部５０６に導入される。コンピュータ５０７は、光検出部５０６の信号を受け取り、その信号から試料５０１の光学的情報を検出してトポ像や光学像などを作成する。
【００５７】
このように、上記実施の形態１による光マイクロカンチレバー１０によれば、ミラー７により、光導波路２の光入射／出射端８から伝播してきた伝播光Ｈを微小開口６に導くように反射するから、伝播光Ｈを近視野光に効率良く変換することができ、伝播光の損失を低減することができる。また、チップ部５を鋭く、微小開口を小さくできるので高解像度のトポ像や光学像を得ることが可能となる。また、ミラー７から微小開口６までの距離が短いため、より伝播光の損失を低減することができ、強度の大きな近視野光を発生することができる。また、全体的にサイズが小さいため、取り扱いが容易である。
【００５８】
また、上記実施の形態１による光マイクロカンチレバー１０の製造方法によれば、光入射／出射端からの伝播光Ｈを微小開口６に導くように反射するミラー７を形成することができるから、伝播光の損失が低減された光マイクロカンチレバー１０を容易に製造することができる。また、図２に示した工程は、シリコンプロセスを用いたバッチ処理が可能なため、量産性や均一性に優れた光マイクロカンチレバーを作成することができる。
【００５９】
上記では、光導波路２が１層構造であるように図示したが、光導波路２を、屈折率の高いコアと屈折率の低いクラッドからなる２層または３層またはコアの周囲をクラッドで覆った構造とすることにより、伝播光が外部へ漏れてしまうことを防止できる。また、光導波路２の少なくとも一部が、屈折率の高いコアと屈折率の低いクラッドからなる２層または３層またはコアの周囲をクラッドで覆った構造であっても良い。光導波路２の構造は、以下の実施の形態においても同様である。また、上記では、ミラー７は光入射／出射端８から伝播してきた伝播光Ｈを微小開口６に導くように反射するように説明したが、微小開口６から伝播してきた伝播光Ｈを、ミラー７により、光入射／出射端８に導くように反射することも可能である。
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２に係る光マイクロカンチレバーの側断面図である。この光マイクロカンチレバー２０では、光導波路２の光入射／出射端８を伝播する伝播光の光軸に対して角度を有するノーズ部９が形成され、そのノーズ部９の先端にチップ部５が形成されている。なお、これ以外の構成に関しては、実施の形態１の上記光マイクロカンチレバー１０の構成と同じであるため、その説明は省略する。
【００６０】
前記ノーズ部９の長さは例えば１〜２００μｍであり、光マイクロカンチレバー２０のこれ以外の寸法は実施の形態１の上記光マイクロカンチレバー１０の寸法と同じである。このようなノーズ部９を形成するためには、厚めのシリコン基板５０を用意して、図２（ｂ）に形成した段差を長く形成すれば良く、それ以降の製造工程は図２（ｃ）〜図２（ｈ）に示した製造工程と同じである。この光マイクロカンチレバー２０を、図３の走査型近視野顕微鏡１０００の光マイクロカンチレバー１０に代えて用いることができる。
【００６１】
図示しない光源により発生された伝播光は、前記光導波路２の光入射／出射端８から前記光導波路２に入射される。前記ミラー７は、前記光入射／出射端８から伝播してきた伝播光Ｈを前記微小開口６に導くように反射する。前記微小開口６を通過しようとする伝播光Ｈにより、微小開口６付近に近視野光が発生する。このように、光マイクロカンチレバー２０では、伝播光Ｈの光路を変更するためにミラー７を用いているので、伝播光を効率良く微小開口６に向けて反射することができ、伝播光の損失を低減することができる。
【００６２】
このように、上記実施の形態２による光マイクロカンチレバー２０によれば、ミラー７により、光導波路２の光入射／出射端８から伝播してきた伝播光Ｈを微小開口６に導くように反射するから、伝播光Ｈを効率良く微小開口６に向けて反射することができ、伝播光の損失を低減することができる。また、長いノーズ部９を設けているため、大きな段差を有する試料の表面の観察が可能となる。
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３に係る光マイクロカンチレバーの側断面図である。この光マイクロカンチレバー３０は、支持部３１に、光ファイバーを支持するための光ファイバー用ガイド溝３２と、その光ファイバー用ガイド溝３２と光導波路２の光入射／出射端８との間に溝３３と、が形成されている。光ファイバー用ガイド溝３２は、例えばＶ溝である。なお、これ以外の構成は実施の形態１の上記光マイクロカンチレバー１０の構成と同じであるためその説明は省略する。なお、光ファイバーの他に光導波路に入射する光、または、光導波路から出射する光に作用する光学素子は例えば、発光ダイオードや半導体レーザやレンズやビームスプリッターやフォトダイオードなどがある。その場合、光ファイバー用ガイド溝３２は、それぞれの素子の形態にあわせた光学素子用ガイドとなる。
【００６３】
図６は、光マイクロカンチレバー３０の光ファイバー用ガイド溝３２に光ファイバー１３０を固定した状態を示す。光ファイバー１３０からの伝播光は、光入射／出射端８を介して光導波路２に入射され、光導波路２により微小開口６に導かれる。なお、光マイクロカンチレバー３０に光ファイバー用ガイド溝３２を形成することにより、交換時などにおいて、光マイクロカンチレバー３０と光ファイバー１３０のアライメントの手間が省ける。また、光入射／出射端８と光ファイバー用ガイド溝３２との間に深い溝３３が形成されているために、従来邪魔になっていた斜面（図１４参照）がなく、光ファイバー１３０を光入射／出射端８に近づけることができる。これにより、光ファイバー１３０と光導波路２とのカップリングロスが低減されて、光導波路２に入射する伝播光の強度が大きくなり、微小開口６からは強度の大きな近視野光を発生させることができる。
【００６４】
次に、図７および図８を用いて、上記光マイクロカンチレバー３０の製造方法について説明する。まず、図７（ａ）に示すように、シリコン基板７０を用意するが、モールド形成ができればガラスや石英基板でも良い。次に、図７（ｂ）に示すように、ＫＯＨやＴＭＡＨを用いた異方性エッチングにより、シリコン基板７０に２つの段差７１，７２と光ファイバー用ガイド溝３２を形成してモールドを作製する。次に、図７（ｃ）に示すように、シリコン基板７０上に、反射膜材料７４と導波路材料７５を堆積する。前記反射膜材料７４は例えば金やアルミなどの高反射率材料であり、前記導波路材料７５は例えば二酸化ケイ素やポリイミドなどである。
【００６５】
次に、図７（ｄ）に示すように、段差７１上に堆積されている導波路材料７５を、ドライエッチングまたはウェットエッチングを施すことにより除去し、先鋭化されたチップ部５を形成する。次に、図７（ｅ）に示すように、シリコン基板７０と反射膜材料７４と導波路材料７５とを覆うように、遮光膜材料７７を堆積する。また、ドライエッチングまたはウェットエッチングを施すことにより、チップ部５の先端の遮光膜材料７７を除去して微小開口６を形成する。次に、図７（ｆ）に示すように、段差７２上の遮光膜材料７７と導波路材料７５と反射膜材料７４とをドライエッチングまたはウェットエッチングを施すことにより除去して光入射／出射端８を形成する。
【００６６】
次に、図８（ｇ）に示すように、光入射／出射端８と光ファイバー用ガイド溝３２との間のシリコン基板７０をドライエッチングまたはウェットエッチングを施すことにより除去して、光ファイバー用ガイド溝７３より深い溝３３を形成する。次に、図８（ｈ）に示すように、光ファイバー用ガイド溝３２上の反射膜材料７４と導波路材料７５と遮光膜材料７７とをドライエッチングまたはウェットエッチングを施すことにより除去して、光ファイバー用ガイド溝３２を露出する。最後に、図８（ｉ）に示すように、光入射／出射端となる側のシリコン基板７０を残し、自由端となる側のシリコン基板７０をエッチングにより除去することで光マイクロカンチレバー３０を形成する。
【００６７】
このように、上記実施の形態３による光マイクロカンチレバー３０によれば、光ファイバー用ガイド溝３２を形成することにより、交換時などにおいて、光マイクロカンチレバー３０と光ファイバー１３０のアライメントにかかる手間を省くことができる。また、光入射／出射端８と光ファイバー用ガイド溝３２との間に深い溝３３が形成されているために、光ファイバー１３０を光入射／出射端８に近づいて、光導波路２にカップリングロスが低減された強度の大きな伝播光を入射させることができ、微小開口６から強度の大きな近視野光を発生させることができる。
【００６８】
この光マイクロカンチレバー３０を、図３の走査型近視野顕微鏡１０００の光マイクロカンチレバー１０に代えて用いることができる。この場合は、レンズ５１０で集光した伝播光を、光ファイバーを介して、光マイクロカンチレバー３０の光導波路に導くことになる。
【００６９】
また、上記実施の形態３による光マイクロカンチレバー３０の製造方法によれば、光入射／出射端８と光ファイバー用ガイド溝３２との間に深い溝３３が形成されている光マイクロカンチレバー３０を容易に製造することができる。また、図７および図８に示した製造工程は、シリコンプロセスを用いたバッチ処理が可能なため、量産性や均一性に優れた光マイクロカンチレバーを作成することができる。
（実施の形態４）
図９は、本発明の実施の形態４に係る光マイクロカンチレバーホルダの模式図である。この光マイクロカンチレバーホルダ４０では、シリコンやステンレスやプラスチック製の基板４１に、Ｖ字型のガイド溝４２とガイド溝４３が形成されている。なお、ガイド溝４３は、ガイド溝４２より深い。
【００７０】
図１０および図１１は、上記光マイクロカンチレバーホルダ４０に、実施の形態１の光マイクロカンチレバー１０および光ファイバー１３０をセットした状態を示す。図１０では、ガイド溝４２に光マイクロカンチレバー１０の光導波路がセットされ、ガイド溝４３に光ファイバー１３０がセットされている。一方、図１１では、ガイド溝４２に光ファイバー１３０がセットされ、ガイド溝４３に光マイクロカンチレバー１０の支持部１がセットされている。なお、図１１に示した状態では、光マイクロカンチレバー１０のチップ部が光マイクロカンチレバーホルダ４０と反対側に位置しているので、試料とチップ部との間に基板４１が存在しない分、チップ部を試料表面に接近させることが図１０に示した状態よりも容易である。なお、なお、光ファイバー１３０の他に光導波路に入射する光、または、光導波路から出射する光に作用する光学素子は、例えば、発光ダイオードや半導体レーザやレンズやビームスプリッターやフォトダイオードなどがある。その場合、ガイド溝４２または、ガイド溝４３はそれぞれの素子の形態にあわせた光学素子用ガイドとなる。
【００７１】
このように、上記実施の形態４による光マイクロカンチレバーホルダ４０によれば、２つのガイド溝を設け、一方のガイド溝に光マイクロカンチレバーをセットし、他方のガイド溝に光ファイバーをセットすることにより、交換時などに、光マイクロカンチレバーと光ファイバーのアライメントにかかる手間を省くことができる。
（実施の形態５）
である。光マイクロカンチレバー８０は、本発明の実施の形態２で説明した光マイクロカンチレバー２０におけるノーズ部９の先に、ヘッド部８１を有している。ヘッド部８１は、チップ部５を有している。チップ部５の先端には、微小開口６が形成されている。ヘッド部８１の長さは、１０〜１００μｍである。なお、これ以外の構成に関しては、実施の形態１の上記光マイクロカンチレバー１０の構成と同じであるため、その説明は省略する。
【００７２】
図示しない光源により発生した伝播光は、光入射／出射端８から光導波路２に入射される。ミラー７は、光入射／出射端８から伝播してきた伝播光Ｈをヘッド部８１に導くように反射する。ヘッド部８１に導かれた伝播光のうち微小開口６を通過しようとする成分により、微小開口６付近に近視野光が発生する。このように、光マイクロカンチレバー２０では、伝播光Ｈの光路を変更するためにミラー７を用いているので、伝播光を効率良く微小開口６に向けて反射することができ、伝播光の損失を低減することができる。
【００７３】
図１６は、光マイクロカンチレバー８０の製造方法を説明する図である。ヘッド部８１を有する光カンチレバー８０の製造方法は、図１６（ａ）に示すように、シリコン基板５０に形成した段差に反射膜材料５１および導波路材料52を堆積する。次に、図１６（ｂ）に示すように、シリコン基板５０に形成した段差の上側にマスク５３を形成し、ウェットエッチングによって、チップ部５を形成する。それ以降の製造工程は図２（ｅ）〜図２（ｈ）に示した製造工程と同じである。この光マイクロカンチレバー８０を、図３の走査型近視野顕微鏡１０００の光マイクロカンチレバー１０に代えて用いることができる。
【００７４】
以上説明したように、光マイクロカンチレバー８０によれば、実施の形態２で説明した効果の他に、製造工程において、チップ部５をシリコン基板５０に形成した段差の上側に形成できるため、フォトリソグラフィーにおけるフォトマスクの形状を正確に転写することができる効果がある。したがって、光マイクロカンチレバー８０のチップ部５の形状制御性が良い。
（実施の形態６）
図１７は、本発明の実施の形態６に係る光マイクロカンチレバー９０の構成図である。光マイクロカンチレバー９０のチップ部５は、光導波路２を構成する材料よりも高い屈折率を有するチップ材料９１からなっており、光導波路２とチップ材料９１の界面に、レンズ９２が設けられている。レンズ９２は、図１７に示すような凸レンズやフレネルレンズなどである。また、光マイクロカンチレバー９０は、支持部１上に光導波路２が直接形成されている。光マイクロカンチレバー９０は、光マイクロカンチレバー１０と同様に、支持部１と光導波路２との間に、反射膜７が形成されていても良い。支持部１と光導波路２間の反射膜７の有無は、前述の実施の形態および後述の実施の形態においても同様である。なお、これ以外の構成は、光マイクロカンチレバー１０と同じであるため、説明を省略する。
【００７５】
図１８は、光マイクロカンチレバー９０の製造工程を説明した図である。図２（ａ）〜（ｂ）で説明した方法によって、段差を形成したシリコン基板５０上に、図１８（ａ）に示すように、導波路材料５２を堆積する。次に、図１８（ｂ）に示すように、研磨、研削、エッチング等の方法によって、導波路材料５２を平坦化する。次に、図１８（ｃ）に示すように、フォトレジストをはじめとするマスク５８を形成し、ウェットエッチングなどの方法によって、導波路材料に凸レンズを形成するための凹形状を形成する。次に、図１８（ｄ）に示すように、チップ材料９１をＣＶＤ、スパッタ、スピンコートなどの方法によって堆積し、チップ部５を形成する位置に、マスク５３を形成し、ウェットエッチングやドライエッチングなどの等方性エッチングによって、チップ材料９１からなるチップ部５を形成する。なお、図１８（ｃ）で説明した工程において、導波路材料５２上に、フレネルレンズの形状を形成することによって、チップ部５と光導波路２の界面にフレネルレンズを形成することができる。また、図１８（ｃ）で説明した工程において、導波路材料５２にイオン注入などの方法によって、導波路材料５２の表面近傍に屈折率分布を持たせることによって、屈折率分布レンズを形成することができる。これ以後の工程は、図２（ｅ）〜(ｈ)で説明した製造方法と同じであるため、説明を省略する。最後に、図２（ｈ）で説明した工程の後、支持部１側から、スパッタや真空蒸着などの方法によって、反射膜７を形成する。
【００７６】
図１７において、図示しない光源により発生した伝播光は、光入射／出射端８から光導波路２に入射される。ミラー７は、光入射／出射端８から伝播してきた伝播光Ｈをレンズ９２に導くように反射する。伝搬光Ｈは、レンズ９２によって微小開口６近傍で集光され、微小開口６を通過しようとする伝播光Ｈにより、微小開口６付近に近視野光が発生する。このように、光マイクロカンチレバー８０では、レンズ９２による集光によって高エネルギー密度の光を微小開口６に導入することができるため、微小開口６から照射される近視野光の強度を大きくすることができる。
【００７７】
この光マイクロカンチレバー９０を、図３の走査型近視野顕微鏡１０００の光マイクロカンチレバー１０に代えて用いることができる。
【００７８】
以上説明したように、光マイクロカンチレバー９０によれば、実施の形態１で説明した効果の他に、微小開口６から照射される近視野光の強度を光マイクロカンチレバー１０よりも大きくできるため、走査型近視野顕微鏡１０００で取得される光信号のＳ／Ｎ比が向上する。したがって、走査型近視野顕微鏡１０００の走査速度を大きくすることができる。
（実施の形態７）
図１９は、本発明の実施の形態７に係る光マイクロカンチレバー１００の側断面図である。この光マイクロカンチレバー１００は、支持部３１に、光ファイバーを支持するための光ファイバー用ガイド溝３２が形成され、光導波路２は、光ファイバー用ガイド溝３２上に飛び出した突出部７７７を有している。光ファイバー用ガイド溝３２は、例えばＶ溝である。なお、これ以外の構成は実施の形態１の光マイクロカンチレバー１０の構成と同じであるためその説明は省略する。なお、光ファイバーの他に光導波路に入射する光、または、光導波路から出射する光に作用する光学素子は例えば、発光ダイオードや半導体レーザやレンズやビームスプリッターやフォトダイオードなどがある。その場合、光ファイバー用ガイド溝３２は、それぞれの素子の形態にあわせた光学素子用ガイドとなる。
【００７９】
図２０は、光マイクロカンチレバー１００の光ファイバー用ガイド溝３２に光ファイバー１３０を固定した状態を示す。光ファイバー１３０からの伝播光は、光入射／出射端８を介して光導波路２に入射し、光導波路２により微小開口６に導かれる。なお、光マイクロカンチレバー１００に光ファイバー用ガイド溝３２を形成することにより、光マイクロカンチレバー１００の交換時などにおいて、光マイクロカンチレバー１００と光ファイバー１３０のアライメントの手間が省ける。また、光入射／出射端８が突出部７７７によって、従来邪魔になっていた斜面（図１４参照）上に位置しているために、光ファイバー１３０を光入射／出射端８に近づけることができる。これにより、光ファイバー１３０と光導波路２とのカップリングロスが低減されて、光導波路２に入射する伝播光の強度が大きくなり、微小開口６からは強度の大きな近視野光を発生させることができる。
【００８０】
図２１および図２２は、光マイクロカンチレバー１００の突出部７７７を形成する方法を説明した図である。図２（ａ）〜（ｅ）で説明した方法によって、図２１（ａ）に示す状態まで工程を進める。なお、反射膜７が光導波路２と支持部１との間に無い場合は、反射膜材料５１を堆積せずに、工程を進めればよい。以下では、反射膜７が光導波路２と支持部１との間に無い場合について説明する。次に、フォトリソグラフィーと異方性ドライエッチングによって、導波路材料５２を図２１（ｂ）に示すようにパターニングする。次に、マスク材１０１を図２１（ｃ）に示すように形成する。マスク材１０１は、例えば、窒化珪素や二酸化珪素である。図２１(ｃ)中点線で囲んだ部分の拡大上面図を図２２（ａ）に、図２２（ａ）のＡ−Ａ’で示す断面図を図２２（ｂ）に示す。次に、ＴＭＡＨやＫＯＨによる結晶異方性ウェットエッチングによって、図２１（ｄ）に示すように光ファイバー用ガイド溝３２を形成し、同時に、光導波路２からなるカンチレバーのリリースを行う。図２１（ｄ）中、点線で囲んだ部分の拡大上面図を図２２（ｃ）に、図２２（ｃ）のＡ−Ａ’で示す断面図を図２２（ｄ）に示す。図２２（ａ）に示すようにマスク材１０１をパターニングし、結晶異方性エッチングを行うことによって、突出部７７７を形成することができる。次に、図２１（ｅ）に示すように、遮光膜材料５５および反射膜材料５１をスパッタや真空蒸着によって形成し、チップ部５の先端に微小開口を形成する。最後に、光ファイバー用溝３２の不要な部分を取り除くことによって、光マイクロカンチレバー１００を形成することができる。図２３は、光ファイバー用溝３２の上面図である。図２２（ｃ）で説明した光ファイバー用溝３２のパターンの他に、図２２（ａ）のマスク材１０１のパターンを変えることによって、図２３（ａ）や図２３（ｂ）のような光ファイバー用溝３２を、図２１（ｄ）で説明した工程によって形成することができる。図２３（ａ）に示す構造によれば、光ファイバー用溝３２の不要な部分を取り除く必要がないため、工程が簡略化できる。また、図２３（ｂ）に示す構造によれば、図中Ｙで示す部分がガイドとなるため、光ファイバーを光ファイバー用溝３２に導入しやすくなる。
【００８１】
この光マイクロカンチレバー１００を、図３の走査型近視野顕微鏡１０００の光マイクロカンチレバー１０に代えて用いることができる。
【００８２】
以上説明したように、本発明の光マイクロカンチレバー１００によれば、光ファイバー用ガイド溝３２を形成する工程だけで、実施の形態３で述べた効果を得ることができる。したがって、製造工程を簡略化することができるため、安価な光マイクロカンチレバー１００を提供することができる。また、図２３（ｂ）に示す構造によれば、光ファイバーを容易にセットすることができるため、取扱が簡単になる。
（実施の形態８）
図２４は、本発明の実施の形態８に係る光マイクロカンチレバーへの光導入部の構成図である。
【００８３】
光マイクロカンチレバーの光導入部は、支持部１上に形成された光導波路２のコア２ａとクラッド２ｂと、光導波路２に光を導入するための光伝搬体のコア１１０とクラッド１１１からなる。コア２ａとコア１１０は、Ｌ１の長さで接触している。コア２ａとコア１１０の間隔は、数１０〜数１００ｎｍである。Ｌ１の長さは、５００〜３０００μｍである。図には示していない光源から伝搬光Ｈをコア１１０に導入すると、Ｌ１の部分でコア１１０からの浸み出し光がコア２ａに結合する。したがって、コア２ａ中を伝搬光Ｈが伝搬することができる。図２４（ｂ）は、図２４（ａ）の状態における斜視図である。簡単のため、コア２ａおよびコア１１０のみを示している。コア２ａの幅Ｗ１は、５〜１００μｍであり、コア１１０の幅Ｗ２は、Ｗ１よりも小さく、３〜５０μｍである。したがって、通常のマイクロメータの精度によって高い結合効率でコア２ａに光を導入することができる。
【００８４】
また、図２４（ｃ）に示すように、コア１１０の厚さを徐々に薄くした場合、図２４（ａ）に示す光導入部よりも高い結合効率を得ることができる。
【００８５】
以上説明したように、本発明の実施の形態８に係る光導入部によれば、簡単に、高い結合効率を有する光導入部を得ることができる。
（実施の形態９）
図２５は、本発明の実施の形態９に係る光マイクロカンチレバー２００の構成図である。光マイクロカンチレバー２００は、光マイクロカンチレバー１００の構成要素の他に、遮光壁７５８を有している。遮光壁７５８は、シリコーンゴムをはじめとする樹脂や粘土からなる。遮光壁７５８の高さは、数１００μｍ〜数ｍｍであり、厚さは、数１０μｍ〜数ｍｍである。
【００８６】
この光マイクロカンチレバー２００を、図３の走査型近視野顕微鏡１０００の光マイクロカンチレバー１０に代えて用いることができる。
【００８７】
遮光壁７５８によって、光ファイバー１３０と光導波路２との結合部で生じる散乱光を、チップ部５の方向に漏れないようにすることが可能である。したがって、光マイクロカンチレバー１０００によれば、走査型近視野顕微鏡において、Ｓ／Ｎ比の高い光学像を得ることができる。また、測定試料が蛍光物質の場合、ブリーチングをはじめとする試料の損傷を防ぐことができる。さらに、Ｓ／Ｎ比の高い光信号を得られることから、走査型近視野顕微鏡の走査速度を大きくすることができる。
（実施の形態１０）
図２６は、本発明の実施の形態１０に係る光マイクロカンチレバー３００の構成図である。光マイクロカンチレバー３００は、光マイクロカンチレバー１００の構成要素の他に、遮光材７５９と遮光フィルム７６０を有している。遮光材７５９は、遮光膜３上に形成されている。遮光フィルム７６０は、遮光材７５９によって固定され、遮光フィルム７６０の他端は、光ファイバー１３０の出射端を覆っている。
【００８８】
遮光材７５９は、シリコーンゴムをはじめとする樹脂や粘土からなる。遮光フィルム７６０は、アルミニウムや銅などの金属やシリコーンゴムをはじめとする樹脂からなる。遮光材７５９の厚さは、数１０μｍ〜１ｍｍ程度である。遮光フィルム７６０の厚さは、数１０〜数１００μｍである。したがって、遮光フィルム７６０は、塑性変形または／および弾性変形によって、移動可能である。
【００８９】
この光マイクロカンチレバー３００を、図３の走査型近視野顕微鏡１０００の光マイクロカンチレバー１０に代えて用いることができる。
【００９０】
光マイクロカンチレバー３００によれば、薄い遮光材７５９と遮光フィルム７６０によって実施の形態９で述べた効果を得られる。したがって、光マイクロカンチレバー３００は、光マイクロカンチレバー２００よりも薄型化が可能である。また、遮光フィルム７６０が可動なため、光ファイバー１３０の位置決めを行うときは、光入射／出射端８が見える状態にすることができる。したがって、光ファイバー１３０の位置決めを正確に行うことができる。
（実施の形態１１）
図２７は、本発明の実施の形態１０に係る光マイクロカンチレバー４００の構成図である。光マイクロカンチレバー４００は、光マイクロカンチレバー１００の構成要素の他に、遮光材７５９と遮光フィルム７６０を有している。遮光フィルム７６０は、遮光材７５９によって遮光膜３上に直接固定されている。
【００９１】
遮光材７５９は、シリコーンゴムをはじめとする樹脂や粘土からなる。遮光フィルム７６０は、アルミニウムや銅などの金属やシリコーンゴムをはじめとする樹脂からなる。遮光材７５９の厚さは、数１０μｍ〜１ｍｍ程度である。遮光フィルム７６０の厚さは、数１０〜数１００μｍである。
【００９２】
この光マイクロカンチレバー４００を、図３の走査型近視野顕微鏡１０００の光マイクロカンチレバー１０に代えて用いることができる。
【００９３】
光マイクロカンチレバー４００によれば、実施の形態１１でのべた効果の他に、薄い遮光フィルム７６０を薄い遮光材７５９によって固定しているため、実施の形態１０で説明した光マイクロカンチレバー３００よりも小型化が可能である。また、遮光材７５９が、直接空気と接触するため、遮光材７５９の乾燥が容易であるため、遮光フィルム７６０の固定を短時間で行うことができる。
【００９４】
また、請求項２に係る光マイクロカンチレバーによれば、光入射／出射端を通過する伝播光の光軸に対して角度を有する部分を設けているため、大きな段差を有する試料の表面の観察が可能となる。
【００９５】
また、請求項３に係る光マイクロカンチレバーによれば、光導波路が、コアと、そのコアの一方側または両側またはコアの周囲に堆積されたクラッドとからなるため、光導波路を伝播する伝播光は外部に漏れなくなり、また、伝播光が全反射条件で光導波路内を伝播するため、伝播光を効率良く伝播することができる。
【００９６】
また、請求項４に係る光マイクロカンチレバーによれば、光導波路上に、チップ部が形成されている側に遮光膜を設け、チップ部が形成されている側の反対側に反射膜を設けているため、光導波路を伝播する伝播光は外部に漏れなくなり、伝播光を効率良く伝播することができる。
【００９７】
また、請求項５に係る光マイクロカンチレバーの製造方法によれば、基板に、所定の角度の段差を形成する段差形成工程と、基板上に反射膜を堆積する反射膜堆積工程と、その反射膜上に光導波路を堆積する光導波路堆積工程と、反射膜と光導波路とを加工してチップ部を形成するチップ部形成工程と、光導波路の上に遮光膜を堆積する遮光膜堆積工程と、チップ部の先端に微小開口を形成する微小開口形成工程と、光入射／出射端となる側の基板を残して自由端となる側の基板を除去することにより支持部を形成する支持部形成工程とを含むため、伝播光の損失を低減させた、量産性や均一性に優れた光マイクロカンチレバーを容易に製造することができる。
【００９８】
また、請求項６に係る光マイクロカンチレバーの製造方法によれば、段差形成工程で形成した段差の角度を、反射膜堆積工程で堆積した反射膜により光入射／出射端から伝播してきた伝播光を微小開口に導くことができる角度、または微小開口から伝播してきた伝播光を光入射／出射端に導くことができる角度としたため、近視野光を生成するための伝播光を効率良く反射することができ、伝播光の損失を低減させた光マイクロカンチレバーを容易に製造することができる。
【００９９】
また、請求項７に係る光マイクロカンチレバーによれば、光導波路の光入射／出射端と光学素子用ガイドとの間に溝を形成することにより、光学素子を光入射／出射端に近づいて、伝播光の損失を低減させることができるので、強度の大きな近視野光を発生させることができる。
【０１００】
また、請求項８に係る光マイクロカンチレバーの製造方法によれば、基板に、少なくとも光導波路の光入射／出射端となる個所付近に段差を形成する段差形成工程と、基板に、光学素子用のガイドを形成するガイド形成工程と、基板上に光導波路を堆積する光導波路堆積工程と、段差形成工程で段差を形成した個所の光導波路を除去して光導波路の光入射／出射端を形成する入射端形成工程と、光入射／出射端と光学素子用のガイドとの間の基板を加工して溝を形成する溝形成工程と、光学素子用のガイド上の光導波路を除去して光学素子用のガイドを露出する光学素子用ガイド露出工程と、光入射／出射端となる側の基板を残して自由端となる側の基板を除去することにより支持部を形成する支持部形成工程とを含むため、伝播光の損失を低減させた、量産性や均一性に優れた光マイクロカンチレバーを容易に製造することができる。
【０１０１】
また、請求項９に係る光マイクロカンチレバーの製造方法によれば、基板に、少なくとも光導波路の光入射／出射端となる個所付近に段差を形成する段差形成工程と、基板に、光学素子用のガイド形成する光学素子用ガイド形成工程と、基板上に反射膜を堆積する反射膜堆積工程と、反射膜上に光導波路を堆積する光導波路堆積工程と、光導波路を加工してチップ部を形成するチップ部形成工程と、光導波路上に遮光膜を堆積する遮光膜堆積工程と、チップ部の先端に微小開口を形成する微小開口形成工程と、前記段差形成工程で段差を形成した個所の前記遮光膜と前記光導波路と前記反射膜とを除去して光導波路の光入射／出射端を形成する入射端形成工程と、前記光入射／出射端と前記光学素子用のガイドとの間の前記基板を加工して溝を形成する溝形成工程と、前記光学素子用のガイド上の前記遮光膜と前記光導波路と前記反射膜とを除去して前記光学素子用のガイドを露出する光学素子用ガイド露出工程と、光入射／出射端となる側の前記基板を残して自由端となる側の前記基板を除去することにより支持部を形成する支持部形成工程とを含むので、光学素子とのアライメントが容易で、量産性や均一性に優れた光マイクロカンチレバーを得ることができる。
【０１０２】
また、請求項１０に係る光マイクロカンチレバーホルダによれば、光マイクロカンチレバーを支持する光マイクロカンチレバー用ガイドと光マイクロカンチレバーに光を入射させるための光学素子を支持する光学素子用ガイドが形成されているため、光マイクロカンチレバー用ガイドに光マイクロカンチレバーを、光学素子用ガイドに光学素子をセットするだけで光マイクロカンチレバーと光学素子をアライメントすることができ、アライメントにかかる手間を省けることが可能となる。
【０１０３】
また、請求項１１に係る光マイクロカンチレバーによれば、前記ノーズ部によって、大きな段差を有する試料の表面観察が可能となる。さらに、請求項１２に係る光マイクロカンチレバーによれば、平坦なヘッド部にチップ部を形成することができるため、チップ部の形成が容易となる。
【０１０４】
また、請求項１３から請求項１６に係る光マイクロカンチレバーによれば、レンズによって、エネルギー密度の高い光を微小開口に導くことができるため微小開口から照射される近視野光の強度を大きくすることができる。また、微小開口によって検出した光をレンズによってコリメートすることができるため、効率よく検出光を検出器に導くことができる。
【０１０５】
また、請求項１７に係る光マイクロカンチレバーによれば、屈折率の高い材料によってチップが構成されているため、前記微小開口から照射または／および検出する近視野光の発生効率または／および検出効率を高くすることができる。
【０１０６】
したがって、走査型近視野顕微鏡において、光像のS/N比が大きくなり、走査速度を大きくすることができる。また、近視野光の発生および／または検出効率が大きいため、加工や分析といった応用分野に適した光マイクロカンチレバーを提供できる。
【０１０７】
また、請求項１８に係る光マイクロカンチレバーによれば、光入射／出射端が光学素子用ガイド上に突出しているため、光入射／出射端と、光学素子との距離を短くすることができる。したがって、光導波路への入射光または／及び光導波路からの出射光を効率よく導入または／および検出することができる。
【０１０８】
また、請求項１９から請求項２３に係る光マイクロカンチレバーによれば、遮光手段によって、光入射／出射端における散乱光がチップ部の方向に伝搬しないため、走査型近視野顕微鏡における光学像のＳ／Ｎ比を向上させることができる。したがって、走査型近視野顕微鏡の走査速度を向上させることができる。また、遮光フィルムが可動であるため、光学素子と光導波路の光入射／出射端との位置決めを観察しながら行うことができる。したがって、精度良く、かつ、容易に光学素子の位置決めを行うことができる。
【符号の説明】
【０１０９】
１  支持部
２  光導波路
３  遮光膜
４  反射膜
５  チップ部
６  微小開口
７  ミラー
８  光入射／出射端
９  ノーズ部
１０  光マイクロカンチレバー
２０，３０，８０，９０，１００，２００，３００，４００  光マイクロカンチレバー
３１  支持部
３２  ファイバー用ガイド溝
３３  溝
４１  基板
４２，４３  ガイド溝
５０  シリコン基板
５１  反射膜材料
５２  導波路材料
５３  マスク
５５  遮光膜材料
５６  マスク
５８  フォトレジスト
７０  シリコン基板
７１，７２  段差
７４  反射膜材料
７５  導波路材料
７７  遮光膜材料
８１  ヘッド部
９１  チップ材料
９２  レンズ
１３０  光ファイバー
５０１  試料
５０２  プリズム
５０３  微動機構
５０４  粗動機構
５０５  レンズ
５０６  光検出部
５０７  コンピュータ
５０８  サーボ機構
５０９  光源
５１０  レンズ
５１１  光電変換部
５１２  レーザ発振器
５１３  ミラー
７５８  遮光壁
７５９  遮光剤
７６０  遮光フィルム
１０００  走査型近視野顕微鏡
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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