(57)【要約】【課題】先願における伝搬光による光スポット特性を考慮した光プローブ構造に加え、近接場光による光スポット特性を向上させる構造を工夫することにより、近接場光を利用した高分解能測定において、更なる高分解能化と光利用効率向上を可能にすること。【解決手段】光源１１から射出された光を伝搬させるコア３１を有する光ファイバ２１において、該コアの先端面に通常伝搬光を射出する第１出射面２０ａと近接場光を滲出させる第２出射面とを同心面状に形成して成る光ファイバープローブであって、上記第１出射面が外周側に形成され、上記伝搬光の光軸に対する第１出射面及び第２出射面におけるそれぞれの法線の傾斜角が異なっていることである。【選択図】図１−１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から射出された光を伝搬させるコアを有する光ファイバーにおいて、該コアの先端面に通常伝搬光を射出する第１出射面と近接場光を滲出させる第２出射面とを同心面状に形成して成る光ファイバープローブであって、
上記第１出射面が外周側に形成され、上記伝搬光の光軸に対する第１出射面及び第２出射面における各法線の傾斜角が異なっていることを特徴とする光ファイバープローブ。
【請求項２】
光源から射出された光を伝搬させるコアを有する光ファイバーにおいて、該コアの先端面に近接場光を滲出させるための遮光性被覆層を形成し、かつ通常伝搬光を射出する第１出射面と近接場光を滲出させる第２出射面とを同心面状に形成して成る光ファイバープローブであって、
上記第１出射面が外周側に形成され、上記伝搬光の光軸に対する第１出射面及び第２出射面における各法線の傾斜角が異なっていることを特徴とする光ファイバープローブ。
【請求項３】
上記伝搬光の光軸に対する第１出射面における法線の傾斜角が、上記伝搬光における全反射角未満で、かつ０度より大きい角度であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光ファイバープローブ。
【請求項４】
上記伝搬光の光軸に対する第２出射面における法線の傾斜角が、上記伝搬光における全反射角以上で、かつ９０度未満の角度であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光ファイバープローブ。
【請求項５】
上記第２出射面が、第１の面と該第１の面の内周側にある第２の面から成り、
上記伝搬光の光軸に対する第１の面における法線の傾斜角が、伝搬光における全反射角以上で、かつ９０度未満の角度であり、
上記伝搬光の光軸に対する第２の面における法線の傾斜角が、上記第１の面における法線の傾斜角より大きく、かつ９０度未満の角度であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の光ファイバープローブ。
【請求項６】
光を射出する光源と、
上記光源から射出された光を伝搬させるコアを有する光ファイバーであって、該コアの先端に光を射出する光プローブが形成されて成る光ファイバープローブと、
上記コアを伝搬した伝搬光、又は上記コアの先端から滲出した近接場光の何れかによる光スポットが試料の被測定面に形成されるように、該被測定面と上記光ファイバープローブとを相対的に近接離間する方向へ移動させる移動制御手段と、
上記被測定面からの光を検出する検出手段とを備える光検出装置において、
上記光プローブが、上記コアの先端面に通常伝搬光を射出する第１出射面と近接場光を滲出させる第２出射面とを同心面状に有し、該第１出射面が外周側にあり、
上記伝搬光の光軸に対する第１出射面及び第２出射面における各法線の傾斜角が異なることを特徴とする光検出装置。
【請求項７】
光を射出する光源と、
上記光源から射出された光を伝搬させるコアを有する光ファイバーであって、該コアの先端に光を射出する光プローブが形成され、かつ近接場光を滲出させるための遮光性被覆層が形成されて成る光ファイバープローブと、
上記コアを伝搬した伝搬光、又は上記コアの先端から滲出した近接場光の何れかによる光スポットが試料の被測定面に形成されるように、該被測定面と上記光ファイバープローブとを相対的に近接離間する方向へ移動させる移動制御手段と、
上記被測定面からの光を検出する検出手段とを備える光検出装置において、
上記光プローブが、上記コアの先端面に通常伝搬光を射出する第１出射面と近接場光を滲出させる第２出射面とを同心面状に有し、該第１出射面が外周側にあり、
上記伝搬光の光軸に対する第１出射面及び第２出射面における各法線の傾斜角が異なることを特徴とする光検出装置。
【請求項８】
上記伝搬光の光軸に対する第１出射面における法線の傾斜角が、上記伝搬光における全反射角未満で、かつ０度より大きい角度であることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の光検出装置。
【請求項９】
上記伝搬光の光軸に対する第２出射面における法線の傾斜角が、上記伝搬光における全反射角以上で、かつ９０度未満の角度であることを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれかに記載の光検出装置。
【請求項１０】
上記第２出射面が、第１の面と該第１の面の内周側にある第２の面から成り、
上記伝搬光の光軸に対する第１の面における法線の傾斜角が、伝搬光における全反射角以上で、かつ９０度未満の角度であり、
上記伝搬光の光軸に対する第２の面における法線の傾斜角が、上記第１の面における法線の傾斜角より大きく、かつ９０度未満の角度であることを特徴とする請求項６〜請求項９のいずれかに記載の光検出装置。
【請求項１１】
上記光源から射出される光の波長を、上記遮光性被覆層の材質と厚さ、及び上記第１出射面と第２出射面における各法線の傾斜角に基づいて決定された波長に制御する波長制御手段を備えることを特徴とする請求項７〜請求項１０のいずれかに記載の光検出装置。
【請求項１２】
上記波長制御手段により制御された光の波長が、上記遮光性被覆層の表面における近接場光強度を最大、又はその近傍の値とする波長であることを特徴とする請求項１１に記載の光検出装置。
【請求項１３】
上記波長制御手段により制御された光の波長が、上記遮光性被覆層の光透過率を最大、又はその近傍の値とする波長であることを特徴とする請求項１１に記載の光検出装置。
【請求項１４】
上記第２出射面の遮光性被覆層表面における近接場光強度が、最大又はその近傍の値となるように、上記第２出射面における法線の傾斜角が設定されている光ファイバープローブを備えていることを特徴とする請求項７〜請求項１３のいずれかに記載の光検出装置。
【請求項１５】
上記第２出射面の遮光性被覆層表面における近接場光強度が、最大又はその近傍の値となるように、上記光の波長が制御される波長制御手段と、上記第２出射面における法線の傾斜角が設定されている光ファイバープローブを備えていることを特徴とする請求項７〜請求項１０のいずれかに記載の光検出装置。
【請求項１６】
上記光スポットの形状が所望の形状になるように、上記第１出射面における法線の傾斜角が設定されている光ファイバープローブを備えていることを特徴とする請求項６〜請求項１０のいずれかに記載の光検出装置。 
【請求項１７】
上記コアを伝搬した伝搬光に基づく光スポットの形状が所望の形状になるように、上記光プローブのプローブ径が設定されている光ファイバープローブを備えていることを特徴とする請求項６〜請求項１０のいずれかに記載の光検出装置。
【請求項１８】
上記コアを伝搬した伝搬光に基づく光スポットの形状が所望の形状になるように、上記第１出射面における法線の傾斜角と上記光プローブの径が設定されている光ファイバープローブを備えていることを特徴とする請求項６〜請求項１０のいずれかに記載の光検出装置。
【請求項１９】
光源から光を射出し、
コアの先端面に通常伝搬光を射出する第１出射面と近接場光を滲出させる第２出射面とを同心面状に有し、該第１出射面が外周側にあり、かつ上記伝搬光の光軸に対する第１出射面及び第２出射面における各法線の傾斜角が異なる光プローブが形成されて成る光ファイバープローブのコアに対して、上記射出された光を伝搬させ、
上記コアを伝搬した伝搬光、又は上記コア表面から滲出した近接場光の何れかに基づく光スポットが試料の被測定面に形成されるように、上記光ファイバープローブと該被測定面とを相対的に近接離間する方向へ移動させ、
上記被測定面からの光を検出することを特徴とする光検出方法。
【請求項２０】
光源から光を射出し、
コアの先端面に通常伝搬光を射出する第１出射面と近接場光を滲出させる第２出射面とを同心面状に有し、該第１出射面が外周側にあり、かつ上記伝搬光の光軸に対する第１出射面及び第２出射面における各法線の傾斜角が異なる光プローブが形成され、かつ少なくとも第２出射面に近接場光を滲出させるための遮光性被覆層が形成されて成る光ファイバープローブのコアに対して、上記射出された光を伝搬させ、
上記コアを伝搬した伝搬光、又は上記コア表面から滲出した近接場光の何れかに基づく光スポットが試料の被測定面に形成されるように、上記光ファイバープローブと該被測定面とを相対的に近接離間する方向へ移動させ、
上記被測定面からの光を検出することを特徴とする光検出方法。
【請求項２１】
上記光源から射出される光の波長を、上記遮光性被覆層の材質と厚さ、及び上記第１出射面と第２出射面における各法線の傾斜角に基づいて決定された波長に制御することを特徴とする請求項２０に記載の光検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ナノオーダの計測・加工を目的とした走査型プローブ顕微鏡に適用される光ファイバープローブ、光検出装置及び光検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＳＴＭ（走査型トンネル顕微鏡）、ＡＦＭ（走査型原子間力顕微鏡）を初めとするＳＰＭ（走査型プローブ顕微鏡）技術により、ナノオーダの計測・加工が行われている。このＳＰＭの中にあって、回折限界以下の微小領域での光学的特性を検出することが可能な近接場光学顕微鏡は、バイオテクノロジーなど様々な分野での測定・評価装置として用いられている。また、上記近接場光学顕微鏡の技術を応用した、光記録装置や微細加工装置の研究開発も進められている。
この近接場光学顕微鏡では、回折限界以下の寸法の微細構造体をプローブとして用いて、該プローブ先端部を照明することにより、その近傍に近接場光を発生させる。この状態でプローブを試料面上で走査させることにより、プローブ近傍に局在している近接場光と試料面との電磁気的な相互作用により散乱、あるいは試料面を透過した近接場光を検出することにより、試料面の光学的情報（光強度、スペクトル、偏光等）を得ることができる。
【０００３】
近接場光学顕微鏡では、一般に、コア周囲にクラッドが設けられた光ファイバーの一端に先鋭化した上記コアを突出させた突出部を有し、当該突出部に例えばＡｕやＡｇ等の金属により被覆された光プローブを備え、光の波長を超えた分解能を有する光学像を得ることができる。
また、上記近接場光学顕微鏡により試料の微小領域における物性を測定する場合には、試料表面の光の波長より小さい領域に局在するエバネッセント光を検出して試料の形状を測定する。そして、全反射条件下で試料に光が照射されることにより生じたエバネッセント光を、上述した光プローブにより散乱させ散乱光に変換する。この散乱光は、光プローブが形成されている突出部を通じ光ファイバーのコアに導かれ、光ファイバーのもう一方の射出端に接続された検出器により検出される。即ち、この近接場光学顕微鏡は、光プローブにより散乱と検出の双方を行うことができる。
従来の近接場光学顕微鏡においては、高分解能で測定することができるものの、測定範囲が数十μｍ程度と非常に狭いというデメリットがある。 
【０００４】
近年、シリコンウエハの欠陥検査等の用途において、先に示した低分解能での測定の後、近接場光を利用した高分解能での測定へ切り替えて、同一試料の測定・検査を継続して行えるようにすることが求められており、このような要求に対して、対物レンズによる観察系を含む通常の光学顕微鏡装置において、近接場光検出用光プローブを組み込んだ構成の欠陥検査装置（例えば、特開２０００−５５８１８号公報参照）が提案されている。
上記公報の欠陥検査装置は、対物レンズによる広範囲測定により特定した物性測定を必要とする微小領域に対して、近接場光検出用の光プローブを位置合わせした上で、近接場光測定（高分解能測定）を実施するものであるが、上述した微小領域への位置合わせは非常に困難であり、長時間を要するものである。
【０００５】
本件出願人の先願に係る特願２００３−１９３６８０号出願は、上述の問題点を解決すべく提案されたものであり、通常の伝搬光を利用した広範囲測定と、近接場光を利用した高分解能測定の双方を同一の光プローブにより実施し得る構成とすることにより、困難な光プローブの位置合わせ工程が不要であり、測定・検査工程の高速化を実現し得るものである。
また、同じく先願に係る特願２００４−２０５２５４号出願では、開口を設けない光プローブから射出された伝搬光により光スポットを形成させる場合において、高強度でかつ任意の径を成す光スポットを得るためのプローブ形状が提案されている。
【特許文献１】特開２０００−５５８１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記特願２００４−２０５２５４号出願の光プローブ構造において、さらに改良を施したものであり、その課題は、上記先願における伝搬光による光スポット特性を考慮した光プローブ構造に加え、近接場光による光スポット特性を向上させる構造を工夫することにより、近接場光を利用した高分解能測定において、更なる高分解能化と光利用効率の向上を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題に対する解決手段は、光プローブのコアの先端面に通常伝搬光を射出する第１出射面と近接場光を滲出させる第２出射面とを同心面状に形成し、該第１出射面が外周側に形成され、上記伝搬光の光軸に対する第１出射面及び第２出射面における各法線の傾斜角が異なっていることが基本となっている。
なお、本件明細書及び特許請求の範囲において使用している「同心面状」とは、例えば円錐面状、凸レンズの面形状等のような回転体の外周面形状を意味するものである。
【０００８】
〔解決手段１〕（請求項１〜３に対応）
上記課題を解決するために講じた解決手段１は、光源から射出された光を伝搬させるコアを有する光ファイバーにおいて、該コアの先端面に近接場光を滲出させるための遮光性被覆層を形成し、かつ通常伝搬光を射出する第１出射面と近接場光を滲出させる第２出射面とを同心面状に形成して成る光ファイバープローブであって、
上記第１出射面が外周側に形成され、上記伝搬光の光軸に対する第１出射面及び第２出射面における各法線の傾斜角が異なっており、上記伝搬光の光軸に対する第１出射面における法線の傾斜角が上記伝搬光における全反射角未満で、かつ０度より大きいことである。
〔作 用〕
光ファイバーから光プローブに伝搬した光を、全反射角未満でかつ０度より大きい入射角度で入射させて、通常の伝搬光として第１出射面から射出させ、また上記第１出射面への入射角度とは異なる入射角度で入射させて、近接場光として第２出射面から滲出させる。光プローブから射出する光量を増大させることにより、光プローブの先端から離れた位置において集光スポットを形成すると共に、光プローブの先端近傍において近接場光による光スポットを形成することができる。
【０００９】
〔実施態様１〕（請求項４に対応）
実施態様１は、上記解決手段１の光ファイバープローブにおいて、伝搬光の光軸に対する第２出射面における法線の傾斜角が、上記伝搬光における全反射角以上で、かつ９０度未満の角度であることである。
〔作 用〕
伝搬光の光軸に対する第２出射面における法線の傾斜角が、上記伝搬光における全反射角以上で、かつ９０度未満の角度に設定されているので、光プローブの先端近傍において高強度の近接場光による光スポットを形成することができる。
【００１０】
〔実施態様２〕（請求項５に対応）
実施態様２は、上記解決手段１又は実施態様１の光ファイバープローブにおいて、第２出射面が第１の面と該第１の面の内周側にある第２の面から成り、伝搬光の光軸に対する第１の面における法線の傾斜角が、伝搬光における全反射角以上で、かつ９０度未満の角度であり、上記伝搬光の光軸に対する第２の面における法線の傾斜角が、上記第１の面における法線の傾斜角より大きく、かつ９０度未満の角度であることである。
〔作 用〕
第２出射面において、第１の面とその内周側に第２の面を設け、この第２の面における法線の傾斜角を該第１の面における法線の傾斜角より大きく、かつ９０度未満の角度とすることにより、光プローブの先端部の曲率半径を小径化することができるので、光プローブの先端近傍に高強度の近接場光を発生させることができ、かつ近接場光測定において測定分解能を高くすることが可能である。
【００１１】
〔解決手段２〕（請求項６〜８に対応）
上記課題を解決するために講じた解決手段２は、光を射出する光源と、上記光源から射出された光を伝搬させるコアを有する光ファイバーであって、該コアの先端に光を射出する光プローブが形成され、かつ近接場光を滲出させるための遮光性被覆層が形成されて成る光ファイバープローブと、上記コアを伝搬した伝搬光、又は上記コアの先端から滲出した近接場光の何れかによる光スポットが試料の被測定面に形成されるように、該被測定面と上記光ファイバープローブとを相対的に近接離間する方向へ移動させる移動制御手段と、上記被測定面からの光を検出する検出手段とを備える光検出装置を前提として、上記光プローブが次の要件(イ)〜(ハ)を備えるものである。
(イ) 上記コアの先端面に通常伝搬光を射出する第１出射面と近接場光を滲出させる第２出射面とを同心面状に有し、該第１出射面が外周側にあること。
(ロ) 上記伝搬光の光軸に対する第１出射面及び第２出射面における各法線の傾斜角が異なること。
(ハ) 上記伝搬光の光軸に対する第１出射面における法線の傾斜角が、上記伝搬光における全反射角未満で、かつ０度より大きい角度であること。
【００１２】
〔作 用〕
この光検出装置における光ファイバープローブにおいては、光ファイバーから光プローブに伝搬した光は第１出射面から伝搬光として射出され、また第２出射面から近接場光として滲出されるので、光プローブから射出する光量を増大させて光プローブの先端から離れた位置において集光スポットを形成することができ、また光プローブの先端近傍において近接場光による光スポットを形成することが可能である。
このように光プローブの先端から離れた位置に集光スポットを形成し、かつ光プローブの先端近傍において近接場光スポットを形成する光ファイバープローブを適用することにより、伝搬光による広範囲測定と近接場光による高分解能測定の双方の測定を行うことが可能である。
【００１３】
〔実施態様３〕（請求項９に対応）
実施態様３は、上記解決手段２の光検出装置において、伝搬光の光軸に対する第２出射面における法線の傾斜角が、上記伝搬光における全反射角以上で、かつ９０度未満の角度であることである。
〔作 用〕
伝搬光の光軸に対する第２出射面における法線の傾斜角が、上記伝搬光における全反射角以上で、かつ９０度未満の角度であるので、光プローブの先端近傍において高強度の近接場光による光スポットを形成することが可能である。
【００１４】
〔実施態様４〕（請求項１０に対応）
実施態様４は、上記解決手段２又は実施態様３の光検出装置において、第２出射面が、第１の面と該第１の面の内周側にある第２の面から成り、伝搬光の光軸に対する第１の面における法線の傾斜角が、伝搬光における全反射角以上で、かつ９０度未満の角度であり、伝搬光の光軸に対する第２の面における法線の傾斜角が、上記第１の面における法線の傾斜角より大きく、かつ９０度未満の角度であることである。
〔作 用〕
この光検出装置における光ファイバープローブにおいては、第２出射面において、第１の面とその内周側に第２の面を設け、この第２の面における法線の傾斜角を該第１の面における法線の傾斜角より大きく、かつ９０度未満の角度とすることにより、光プローブの先端部の曲率半径を小径化することができるので、光プローブの先端近傍に高強度の近接場光を発生させることができ、かつ近接場光測定において測定分解能を高くすることが可能である。
【００１５】
〔実施態様５〕（請求項１１に対応）
実施態様５は、上記解決手段２、実施態様３、又は実施態様４の光検出装置において、光源から射出される光の波長を、遮光性被覆層の材質と厚さ、及び第１出射面と第２出射面における各法線の傾斜角に基づいて決定された波長に制御する波長制御手段を備えることである。
〔作 用〕
光プローブに入射する光の波長を制御する波長制御手段を備えており、遮光性被覆層の材質や厚さ、及び第１出射面や第２出射面における各法線の傾斜角に応じて、該光の波長を制御することができるので、伝搬光測定時における所望の光スポット径、光強度、及び集光位置を得ることができ、さらに近接場光測定時における高い近接場光強度を得ることができる。
【００１６】
〔実施態様６〕（請求項１２に対応）
実施態様６は、上記実施態様５の光検出装置において、波長制御手段により制御された光の波長が、遮光性被覆層の表面における近接場光強度を最大、又はその近傍の値とする波長であることである。
〔作 用〕
近接場光測定において、Ｓ／Ｎの高い検出信号を得ることができる。
【００１７】
〔実施態様７〕（請求項１３に対応）
実施態様７は、上記実施態様５の光検出装置において、波長制御手段により制御された光の波長が、遮光性被覆層の光透過率を最大、又はその近傍の値とする波長であることである。
〔作 用〕
伝搬光測定において、高い強度の光スポットを得ることができ、Ｓ／Ｎの向上に伴う高コントラストの測定結果を得ることができる。
【００１８】
〔実施態様８〕（請求項１４に対応）
実施態様８は、上記解決手段２、又は実施態様３〜実施態様７のいずれかの光検出装置において、第２出射面の遮光性被覆層表面における近接場光強度が、最大又はその近傍の値となるように、上記第２出射面における法線の傾斜角が設定されている光ファイバープローブを備えていることである。
〔作 用〕
遮光性被覆層の材質や入射光の波長等を考慮して、第２出射面の遮光性被覆層表面における近接場光強度がなるべく大きくなるように第２出射面における法線の傾斜角が所定の値に設定された光ファイバープローブを用いることにより、高強度の近接場光を発生させることができる。
【００１９】
〔実施態様９〕（請求項１５に対応）
実施態様９は、上記解決手段２、実施態様３、又は実施態様４の光検出装置において、第２出射面の遮光性被覆層表面における近接場光強度が、最大又はその近傍の値となるように、光の波長が制御される波長制御手段と、上記第２出射面における法線の傾斜角が設定されている光ファイバープローブを備えていることである。
〔作 用〕
遮光性被覆層の材質や入射光の波長等を考慮して、第２出射面の遮光性被覆層表面における近接場光強度がなるべく大きくなるように、波長制御手段により入射光の波長を選択すると共に、第２出射面における法線の傾斜角が所定の値に設定された光ファイバープローブを用いることにより、高強度の近接場光を発生させることができる。
【００２０】
〔実施態様１０〕（請求項１６に対応）
実施態様１０は、上記解決手段２、実施態様３、又は実施態様４の光検出装置において、光スポットの形状が所望の形状になるように、第１出射面における法線の傾斜角が設定されている光ファイバープローブを備えていることである。
〔作 用〕
光プローブの第１出射面における法線の傾斜角が所定の値に設定された光ファイバープローブを用いることにより、所望の光スポット径や集光位置を得ることができる。
【００２１】
〔実施態様１１〕（請求項１７に対応）
実施態様１１は、上記解決手段２、実施態様３、又は実施態様４の光検出装置において、コアを伝搬した伝搬光に基づく光スポットの形状が所望の形状になるように、光プローブのプローブ径が設定されている光ファイバープローブを備えていることである。
〔作 用〕
光プローブのプローブ径が所定の値に設定された光ファイバープローブを用いることにより、所望の光スポット径や集光位置を得ることができる。
【００２２】
〔実施態様１２〕（請求項１８に対応）
実施態様１２は、上記解決手段２、実施態様３、又は実施態様４の光検出装置において、コアを伝搬した伝搬光に基づく光スポットの形状が所望の形状になるように、第１出射面における法線の傾斜角と上記光プローブの径が設定されている光ファイバープローブを備えていることである。
〔作 用〕
光プローブの第１出射面における法線の傾斜角とプローブ径が所定の値に設定された光ファイバープローブを用いることにより、所望の光スポット径や集光位置を得ることができる。
【００２３】
〔解決手段３〕（請求項１９、２０に対応）
上記課題を解決するために講じた解決手段３は、光源から光を射出し、
コアの先端面に通常伝搬光を射出する第１出射面と近接場光を滲出させる第２出射面とを同心面状に有し、該第１出射面が外周側にあり、かつ上記伝搬光の光軸に対する第１出射面及び第２出射面における各法線の傾斜角が異なる光プローブが形成され、かつ少なくとも第２出射面に近接場光を滲出させるための遮光性被覆層が形成されて成る光ファイバープローブのコアに対して、上記射出された光を伝搬させ、
上記コアを伝搬した伝搬光、又は上記コア表面から滲出した近接場光の何れかに基づく光スポットが試料の被測定面に形成されるように、上記光ファイバープローブと該被測定面とを相対的に近接離間する方向へ移動させ、
上記被測定面からの光を検出する光検出方法である。
【００２４】
〔作 用〕
この光検出方法に用いる光ファイバープローブにおいては、光ファイバーから光プローブに伝搬した伝搬光は第１出射面から射出され、また伝搬光の光軸に対する法線の傾斜角が第１出射面とは異なる第２出射面から近接場光として滲出されるので、光プローブの先端から離れた位置において集光スポットを形成することができ、また光プローブの先端近傍において高強度の近接場光による光スポットを形成することが可能である。そして、上記伝搬光又は近接場光のいずれかによる光スポットが試料の被測定面に形成されように、光ファイバープローブと該被測定面とを相対的に近接離間する方向へ移動させて、被測定面からの光を検出することにより試料の測定を行っている。
【００２５】
〔実施態様１３〕（請求項２１に対応）
実施態様１３は、上記解決手段３の光検出方法において、光源から射出される光の波長を、遮光性被覆層の材質と厚さ、及び第１出射面と第２出射面における各法線の傾斜角に基づいて決定された波長に制御することである。
〔作 用〕
遮光性被覆層の材質と厚さ、及び第１出射面と第２出射面における各法線の傾斜角に応じて、光プローブに入射する光の波長を制御することにより、伝搬光測定において所望の光スポット径、光強度及び集光位置を変化させることができ、また近接場光測定において高い近接場光強度を得ることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の効果を主な請求項毎に整理すると、次ぎのとおりである。
(１) 請求項１〜請求項３に係る発明
光プローブにおいて、通常伝搬光を射出する第１出射面と、近接場光を滲出させる第２出射面の両方を設けることにより、光プローブから射出する光量を増大させて光プローブの先端から離れた位置に集光スポットを形成することができ、また光プローブの先端近傍に近接場光による光スポットを形成することができるので、１つの光プローブにより伝搬光による広範囲測定と近接場光による高分解能測定を行うことができる。
(２) 請求項４に係る発明
光プローブの先端近傍において高強度の近接場光による光スポットを形成することができるので、近接場光による高分解能測定においても、伝搬光による広範囲測定と同様に、高いＳＮ比での信号取得が可能となる。
【００２７】
(３) 請求項５に係る発明
第２出射面における伝搬光の光軸側において、第２の近接場光を滲出させる第２の面を備えることにより、光プローブの先端部の曲率半径を小径化することができるので、光プローブの先端近傍において高強度の近接場光を発生させることができると共に、近接場光測定の測定分解能を高くすることが可能になる。これにより、高強度の近接場光を得ることと、測定の高分解能化とを両立することができ、近接場光による高分解能測定において超高分解能測定が可能となる。
(４) 請求項６〜請求項８に係る発明
光プローブの先端から離れた位置に集光スポットを形成し、かつ光プローブの先端近傍において近接場光スポットを形成する光ファイバープローブを適用することより、伝搬光による広範囲測定と近接場光による高分解能測定を行うことができる。
【００２８】
(５) 請求項９に係る発明
光プローブの先端近傍において高強度の近接場光スポットを形成する光ファイバープローブを適用することより、近接場光による高分解能測定においても、伝搬光による広範囲測定と同様に、高いＳＮ比での信号取得が可能となる。
(６) 請求項１０に係る発明
第２出射面における伝搬光の光軸側において、第２の近接場光を滲出させる第２の面を備えることによって、光プローブの先端部の曲率半径を小径化することができるので、光プローブの先端近傍に高強度の近接場光を発生させることができ、かつ近接場光測定の測定分解能を高くすることが可能である。これにより、伝搬光による広範囲測定と近接場光による高分解能測定の双方において、高いＳＮ比で信号取得が可能となる。さらに、近接場光による高分解能測定において超高分解能測定が可能である。
【００２９】
(７) 請求項１１〜請求項１３に係る発明
遮光性被覆層の材質や厚さ、及び第１出射面や第２出射面における各法線の傾斜角に応じて、光プローブに入射する光の波長を制御し得るので、伝搬光測定時において所望の光スポット径、光強度、及び集光位置を得ることができ、さらに近接場光測定時において高い近接場光強度を得ることができる。これにより、伝搬光測定時においてＳ／Ｎの向上に伴う高コントラストの測定結果を得ることができると共に、適切な測定分解能を選択することができる。また、近接場光測定時において検出信号の高Ｓ／Ｎ化が可能となる。
(８) 請求項１４に係る発明
第２出射面の遮光性被覆層表面における近接場光強度がなるべく大きくなるように第２出射面における法線の傾斜角が所定の値に設定された光ファイバープローブを用いることにより、高強度の近接場光を発生させることができるので、近接場光測定において高いＳ／Ｎを有する検出信号を得ることができる。
【００３０】
(９) 請求項１５に係る発明
第２出射面の遮光性被覆層表面における近接場光強度がなるべく大きくなるように、波長制御手段により入射光の波長が選択されると共に、第２出射面における法線の傾斜角が所定の値に設定された光ファイバープローブを用いることにより、高強度の近接場光を発生させることができるので、近接場光測定において高いＳ／Ｎを有する検出信号を得ることができる。
(１０) 請求項１６に係る発明
光プローブの第１出射面における法線の傾斜角が所定の値に設定された光ファイバープローブを用いることにより、所望の光スポット径や集光位置を得ることができるので、適切な測定分解能の選択が可能である。
【００３１】
(１１) 請求項１７に係る発明
光プローブのプローブ径が所定の値に設定された光ファイバープローブを用いることにより、所望の光スポット径や集光位置を得ることができるので、適切な測定分解能の選択が可能である。
(１２) 請求項１８に係る発明
光プローブの第１出射面における法線の傾斜角とプローブ径が所定の値に設定された光ファイバープローブを用いることにより、所望の光スポット径や集光位置を得ることができるので、適切な測定分解能の選択が可能である。
【００３２】
(１３) 請求項１９〜請求項２０に係る発明
光プローブの先端から離れた位置に集光スポットを形成し、かつ光プローブの先端近傍において高強度の近接場光スポットを形成する光ファイバープローブを用いることより、伝搬光による広範囲測定と近接場光による高分解能測定の双方において、高いＳＮ比での信号取得が可能である。
また、伝搬光による広範囲測定において、試料からの光を効率的に取得することができ、測定時間を短縮することができる。さらに、上記伝搬光による広範囲測定と近接場光による高分解能測定を一本の光ファイバープローブにより実施することが可能である。
【００３３】
(１４) 請求項２１に係る発明
遮光性被覆層の材質と厚さ、及び第１出射面と第２出射面における各法線の傾斜角に応じて、光プローブに入射する光の波長を制御することにより、伝搬光測定において所望の光スポット径、光強度及び集光位置を変化させることができるので、適切な測定分解能の選択が可能である。また、近接場光測定において高い近接場光強度を得ることができるので、検出信号の高Ｓ／Ｎ化が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
伝搬光による光スポット特性を考慮した光プローブ構造に加え、近接場光による光スポット特性を向上させる構造を工夫することにより、近接場光を利用した高分解能測定において、更なる高分解能化と光利用効率向上を可能にするという目的を、光プローブのコアの先端面において、通常伝搬光を射出する第１出射面と、その内周側に近接場光を滲出させる第２出射面を同心面状に形成し、伝搬光の光軸に対する第１出射面及び第２出射面における各法線の傾斜角を異ならせることによって実現した。
【実施例】
【００３５】
本発明の実施例について、図１−１〜図５−２を参照しながら説明する。
最初に、光検出装置１の概要及び測定過程について、図１−１に示された光検出装置に基づいて説明する。
光検出装置１は、例えば、試料の微小領域における光学物性を測定する近接場光学顕微鏡等に適用されるものであり、光を射出する光源１１と、この光源１１から射出された光の光路中に配置された偏光ビームスプリッタ１２と、この偏光ビームスプリッタ１２を透過した光の光路中に配置された１／４波長板１８と、この１／４波長板１８を通過した光を集光して試料２の被測定面２ａに照射する光プローブ１３と、該被測定面２ａからの戻り光を検出する光検出器（検出手段）１４とを備えている。
【００３６】
上記光源１１は、図示されていない電源装置を介して受給した駆動電源により光を発振する。また、光波長変換部（波長制御手段）１７は、該光源１１から射出される光の波長を切り替えることが可能であり、後で述べるように波長を変更することによって光スポット径を制御する際に使用することができる。
上記偏光ビームスプリッタ１２は、光源１１から射出された光を透過させて、試料２の被測定面２ａへ導くと共に、該被測定面２ａからの戻り光を反射させて光検出器１４へ導く働きをする。この偏光ビームスプリッタ１２を透過した光は１／４波長板１８へ入射される。
上記光源１１から射出された直線偏光の光は、１／４波長板１８を通過して円偏光となり、上記光プローブ１３のコア３１へ入射される。また、試料２の被測定面２ａで反射して戻ってくる円偏光の光が、再び１／４波長板１８を通過した場合には、光源から射出された光の偏光方向と異なる直線偏光となるため、上記偏光ビームスプリッタ１２では反射されることになる。
因みに、この偏光ビームスプリッタ１２の代替として、通常のビームスプリッタを用いても良い。
【００３７】
上記光プローブ１３は、光導波部２１と遮光性被覆層３３で覆われた突出部２２とを備えている。この光導波部２１は、コア３１の周囲にクラッド３２が設けられた光ファイバーにて構成される。該コア３１及びクラッド３２は、それぞれ二酸化シリコン系ガラスから成り、ゲルマニウムやリン等を添加することにより、コア３１よりもクラッド３２の屈折率が低くなるように組織制御されている。
上記突出部２２は、光導波部２１の一端においてクラッド３２から突出させた円錐形状のコア３１から成り、第１テーパ部２０ａ（通常伝搬光を射出する第１出射面）と第２テーパ部２０ｂ（近接場光を滲出させる第２出射面）にて構成されている。
上記光プローブ１３は、プローブ制御部（移動制御手段）１５に装着されており、このプローブ制御部１５は、例えば３軸アクチュエータ等により構成され、光プローブ１３を被測定面２ａに対して近接離間させる方向に移動させたり、又は水平方向に走査させる。なお、このプローブ制御部１５は、光プローブ１３を被測定面２ａに対して近接離間する方向に移動させる代わりに、試料２の被測定面２ａを光プローブ１３に対して近接離間する方向へ移動させても良い。
【００３８】
上記光検出器１４は、被測定面２ａからの戻り光を受光して光電変換することにより、輝度信号を生成する。この光検出器１４により生成された輝度信号を基に作成した画像は、図示されていない表示装置上に表示される。ユーザは、この表示装置上に表示される画像に基づいて、被測定面２ａの詳細を測定し観察することができる。
但し、該被測定面２ａからの戻り光の検出に関して、試料２が光透過性を有している場合には、光検出器１４を光プローブ１３に対して、試料２を隔てて対向配置することによって、光を検出する構成にしても良い。
【００３９】
以下、光プローブ１３の構成について、図１−２を参照しながら説明する。図１−２は、図１−１における光プローブ１３の拡大図である。
先ず、光プローブ１３の第１テーパ部２０ａ（通常伝搬光を射出する第１出射面）の構成と、通常伝搬光により形成される光スポットの特性について説明する。
コア３１内を伝搬する光４１（以下、伝搬光という）は、光プローブ１３の第１テーパ部２０ａに達した後、この第１テーパ部２０ａから光プローブ外に射出される。ここで、光プローブ１３の第１テーパ部２０ａの表面２２ａは円錐テーパ形状であり、この表面２２ａの法線４３ａと伝搬光の光軸４２との成す角θ１（以下、傾斜角θ１という）が、伝搬光４１における全反射角未満で、かつ０度より大きい形状である。このことにより、光プローブ１３に入射した伝搬光４１の大部分が、遮光性被覆層３３を透過した後、屈折光として光プローブ１３の外部に射出され、この射出された光は光プローブ１３の先端から数百ｎｍ〜数μｍ程度離れた位置で集光し、高い光強度を有する光スポットを形成する。
因みに、第１テーパ部２０ａが図１−２のような円錐テーパ形状を成す光プローブ１３の代替として、図１−３に示すような曲面形状を成す第１テーパ部２０ａ’を有する光プローブ１３ａとしても良い。
【００４０】
光プローブ１３の先端から離れた位置において集光し、高い光強度を有する光スポットを形成する現象は、傾斜角θ１が伝搬光における全反射角未満である場合の固有の現象である。傾斜角θ１が全反射角以上に形成されてなる従来の光プローブにおいては、光強度は光プローブの先端部近傍において最も高く、光プローブの先端から離れるにつれ急速に低下し、光強度の低い光スポットしか形成し得ない。
光プローブ先端−集光スポット間の距離は、第１テーパ部２０ａの傾斜角θ１により制御することができる。
図２−１において、第１テーパ部の傾斜角θ１に対する、光プローブ先端−集光スポット間の距離の推移についてその一例を示している。同図においては、第１テーパ部２０ａの屈折率が１.５３、射出媒質が空気である場合であり、全反射角４０°を境にそれを下回る入射角度（傾斜角）において、光プローブ１３の先端から数百ｎｍ〜数μｍ程度離れた位置において集光していることを表している。
【００４１】
また、集光スポットを光プローブ１３の先端から離れた位置に形成するには、第１テーパ部２０ａと第２テーパ部２０ｂの直径比（図１−２中のＢをＡで除したもの）を比較的小さい値に留める必要がある。
図２−２において、上記直径比（Ｂ／Ａ）を変化させた際の、光プローブ先端−集光スポット間の距離の推移についてその一例を示している。同図によれば、直径比を０.２５以下とすることにより、集光スポットを光プローブの先端から離れた位置に形成できることが分かる。
【００４２】
上記光スポット径は、第１テーパ部２０ａの根元の径Ｄ、傾斜角θ１、及び伝搬光４１の波長によって制御することができる。このことを利用して、必要な測定分解能と同程度の光スポット径となるように第１テーパ部２０ａの根元の径Ｄ、傾斜角θ１、及び伝搬光の波長を決定する。
光スポット径を小さくする場合は、第１テーパ部２０ａの根元の径Ｄを小さくすること、傾斜角θ１を大きくすること、及び伝搬光４１に波長の短い光を用いることにより実現することができる。逆に、光スポット径を大きくする場合には、第１テーパ部２０ａの根元の径Ｄを大きくすること、傾斜角θ１を小さくすること、及び伝搬光４１に波長の長い光を用いれば良い。
【００４３】
図３において、第１テーパ部２０ａの傾斜角θ１が１０°の場合において、伝搬光の波長を変化させたときの光スポット径の推移を示している。
任意のスポット径を形成する一例として数値の具体例を示すと、屈折率が１.５３である第１テーパ部２０ａから空気中に光が射出される場合において、光スポット径を０.４μｍ (半値全幅)に制御する際は、第１テーパ部２０ａの根元径Ｄを２μｍ、傾斜角θ１を２０°、伝搬光の波長を０.４μｍとすれば良い。因みに、この場合において、光プローブ先端−集光スポット間の距離は１.２μｍとなる。
【００４４】
ここで、光プローブ１３に設けられた遮光性被覆層３３は、後に述べる近接場光測定（高分解能測定）の際の近接場光スポットを形成するためにのみ必要なものであるので、図１−４に示されているように、第２テーパ部２０ｂにのみ遮光性被覆層３３を有している光プローブ１３ｂとしても良い。
一般に、図１−２に示された光プローブ１３では、図１−４に示されたものと比較して射出光強度の低下を招くが、遮光性被覆層３３の材質、層厚さ、及び光源１１から射出される光の波長を選定することにより、伝搬光を用いた測定が可能である。
例えば、遮光性被覆層３３の材質をＡｕとし、層厚さを８０ｎｍ以下とした場合、遮光性被覆層が無い場合と比較して多少の光強度の低下は伴うものの、光プローブ１３の先端から数百ｎｍ〜数μｍ程度離れた位置での集光、及び高い光強度を有する光スポットの形成を確認することができる。
【００４５】
さらに、遮光性被覆層３３の複素屈折率の分散特性を考慮して、光透過率を最大値、又はその近傍の値とする波長を選択することにより、光プローブ１３から射出される光の光強度を向上させることができる。一般に、光透過率の分布は、図４に示されているように凸形状を示している。ここで、光透過率を最大値の近傍の値とする波長（請求項１３を参照）とは、光透過率が最大値Ｔ０の１／２の値（Ｔ１）となる波長をλ１１、λ１２とした場合の、λ１１以上λ１２以下の波長帯（図４の網掛け部）に収まる波長のことをいう。
例えば、Ａｕの場合には４８０〜７００ｎｍ程度の波長帯に収まる波長の光を選択することが望ましい。
【００４６】
次に、図１−２に基づいて、光プローブ１３の第２テーパ部２０ｂ（近接場光を滲出させる第２出射面）の構成について説明する。
コア３１内を伝搬する伝搬光４１のうちファイバ光軸近傍の成分は、光プローブ１３の第２テーパ部２０ｂに達した後、この第２テーパ部２０ｂに入射する。ここで、該第２テーパ部２０ｂの表面２２ｂは円錐テーパ形状であり、この表面２２ｂの法線４３ｂと伝搬光の光軸４２との成す角θ２（以下、傾斜角θ２という）が、伝搬光４１における全反射角以上で、かつ９０°未満となる形状である。このことにより、光プローブ１３に入射した伝搬光４１の大部分が、遮光性被覆層３３と光プローブのコア３１との界面で反射するが、この際、一部の光は遮光性被覆層３３の表面に滲出して、該遮光性被覆層３３に沿って光プローブ１３の先端部に向けて伝搬し、この先端部に局在する表面プラズモンとなる。以上の過程で得られた表面プラズモンにより、光プローブ１３の先端部近傍において近接場光スポットを形成することができる。
【００４７】
ここで、遮光性被覆層３３は如何なる材質であってもよいが、表面プラズモンによる近接場光の増強効果が得られること、及び化学的安定性に優れていることから、Ａｕ薄膜とすることが望ましい。
例えばＡｕ薄膜の場合、図５−１に示されているように、近接場光強度の波長依存性があり、この波長依存性に基づいて入射光波長を選択することにより、光プローブ１３から滲出される近接場光強度を向上させることができる。一般に、近接場光強度は図５−１に示されているような凸形状を示す。ここで、近接場光強度を最大値の近傍の値とする波長（請求項１２を参照）とは、近接場光強度が、最大値Ｐ０の１／２の値（Ｐ１）となる波長をλ１１、λ１２とした場合の、λ１１以上λ１２以下の波長帯（図５−１の網掛け部）に収まる波長のことをいう。
例えばＡｕ薄膜の場合には、４８０〜７００ｎｍ程度の波長帯に収まる波長の光を選択することが望ましい。
【００４８】
また、近接場光スポットの光強度は、上述のような光波長依存性と同様に、図５−２に示すような上記第２テーパ部２０ｂの傾斜角θ２に対する依存性を有する。この依存性を考慮して傾斜角θ２を選択することにより、発生する近接場光強度を向上させることができる。ここで、近接場光強度を最大値の近傍の値とする傾斜角（請求項１４を参照）とは、近接場光強度が最大値Ｐ０の１／２の値（Ｐ１）となる傾斜角をθａ、θｂとした場合の、θａ以上θｂ以下の範囲（図５−２の網掛け部）に収まる傾斜角のことをいう。例えば、遮光性被覆層３３がＡｕ薄膜で、入射光波長が５３２ｎｍの場合には、４５°〜５５°程度の傾斜角θ２とすることが望ましい。
【００４９】
さらに、先に挙げた図１−２〜図１−４の光プローブ１３,１３ａ,１３ｂのように、第２テーパ部２０ｂ（近接場光を滲出させる第２出射面）が遮光性被覆層３３によって全て覆われるのではなく、図１−５に示されているように、光プローブの先端（第２テーパ部２０ｂの先端）に遮光性被覆層３３が付けられていない微小開口２３を有する光プローブ１３ｃとしても良い。
このような第２テーパ部２０ｂの構成により、高強度の近接場光スポットが得られるので、高ＳＮ比での測定が可能となる。
【００５０】
次に、図１−６に基づいて、光プローブ１３の第３テーパ部２０ｃの構成について説明する。
上述の近接場光スポットによる高分解能測定の際の測定分解能は、概ね光プローブ１３における先端部の曲率半径により決定される。この先端部の曲率半径が小さい程、より高分解能での測定が可能となる。
一般に、先端部の曲率半径を小径化するためには、光プローブ１３の先鋭度の高いことが必要となるが、先に示した第２テーパ部２０ｂは近接場光強度を最大とする値を選択した場合に、必ずしも高い先鋭度の光プローブとはならないため、図１−２に示された光プローブ１３の構成では、高強度の近接場光を得ることと、測定の高分解能化の両立は難しい。
このような問題を解決する目的で、図１−６に示された光プローブ１３ｄでは、図１−２の構成要素に加えて、第３テーパ部２０ｃが設けられている。
この第３テーパ部２０ｃでは、図示されていない傾斜角が、上記第２テーパ部２０ｂにおける傾斜角θ２以上で、かつ９０°未満の角度を成しているが、先に述べたようにこの傾斜角は大きい程（プローブの先鋭度が高い程）望ましい。
【００５１】
以上のような構成からなる光検出装置１における測定過程について、図１−１を参照しながら説明する。
先ず、伝搬光測定（広範囲測定）の測定過程を説明する。
光源１１から射出された直線偏光成分を有する波長λの光は、偏光ビームスプリッタ１２を透過して、１／４波長板１８により偏光成分を制御された上で、光プローブ１３へ入射される。この光プローブ１３に入射された光は、そのままコア３１内を伝搬し、該光プローブ１３から射出され、光プローブ１３の先端から離れた位置において集光し、光スポットを形成する。
ここで、プローブ制御部１５により光プローブ１３を被測定面２ａに対して近接離間させる方向に移動させ、前述した集光により形成された光スポットの位置に被測定面２ａの位置を一致させる。この際に用いられる光プローブ先端−集光スポット間の距離の情報については、予め実験等により取得しておくものとする。
次に、プローブ制御部１５により、光プローブ１３を被測定面２ａに対して水平方向に走査し、その際に、先に説明したように光プローブ１３から射出された光が被測定面２ａから戻されるが、その戻り光を光検出器１４で受光することにより、被測定面２ａの詳細な光学物性情報を表示装置（図示を省略）上に表示される画像から得ることができる。
【００５２】
なお、光プローブ１３を被測定面２ａに対して水平方向に走査する際に、光プローブ１３の被測定面２ａに対する高さを一定とすることにより、かかる測定中において近接離間方向への制御が不要となる。先に示した光プローブ先端−集光スポット間の距離の長さ（数百ｎｍ〜数μｍ程度）と相俟って、より高速な走査が可能となり、測定時間の大幅な短縮につながる。さらに、従来の近接場光測定時と比較した場合、測定点一点当たりの測定範囲が広いので、同じ測定点数や測定ライン（走査ライン）数によって広範囲の測定を実現できる。
更に、光プローブ１３からの射出光が集光していない場合と比較して、より多くの被測定面２ａからの戻り光を得ることができ、その結果、Ｓ／Ｎの向上に伴う高コントラストの測定結果を得ることが可能である。
以上のことにより、伝搬光測定（広範囲測定）時における効率的な光検出と高速化が可能な光検出装置を実現することができる。
【００５３】
次に、近接場光測定（高分解能測定）の測定過程について、図１−１を参照しながら説明する。
光源１１から射出された直線偏光成分を有する光は、偏光ビームスプリッタ１２を透過し、１／４波長板１８により偏光成分を制御された上で、光プローブ１３へ入射される。光プローブ１３に入射された光はそのままコア３１内を伝搬し、光プローブ１３の遮光性被覆層３３に入射する。このとき、遮光性被覆層３３の射出端側にエバネッセント波としての近接場光が滲出する。近接場光が滲出している状態で、プローブ制御部１５により、光プローブ１３を被測定面２ａに対し近接する方向に移動させる。このとき、光プローブ１３の先端と被測定面２ａとの距離が、光源から射出される光の波長λの１／４以下となる場合において、光プローブ１３から滲出した近接場光が被測定面２ａ上に照射され、被測定面２ａ上には近接場光による微小な光スポットが形成される。光スポットを形成した近接場光は、遮光性被覆層３３を透過してコア３１を経て光検出器１４に導かれる。このようにして、被測定面２ａの高分解能測定を行うことができる。
【００５４】
以上のことから、光検出装置１においては、装着された一つの光プローブ１３を被測定面２ａに対して近接離間する方向に移動させることにより、伝搬光による光スポット又は近接場光による光スポットを選択的に切り替えて被測定面２ａ上に形成させることができるため、一つの光プローブ１３により、伝搬光を利用した広範囲測定と、近接場光を利用した高分解能測定の双方を実現することができる。
上述のように、近接場光を利用した高分解能測定を実現し得る測定システムにおいて、広範囲測定のみに使用する光プローブを別途配置する必要がなくなるので、装置規模又は台数の縮減を図ることが可能であり、ひいては製造コストを大幅に削減することが可能となる。
【００５５】
次に、伝搬光を利用した広範囲測定から近接場光を利用した高分解能測定へ切り替えて、同一試料の測定を継続して実施する過程について、図１−１を用いて説明する。
光源１１から射出された直線偏光成分を有する波長λの光は、偏光ビームスプリッタ１２を透過し、１／４波長板１８により偏光成分を制御された上で、光プローブ１３へ入射される。この光プローブ１３に入射された光は、そのままコア３１内を伝搬して該光プローブ１３から射出され、光プローブ１３の先端から離れた位置において集光し、光スポットを形成する。
ここで、プローブ制御部１５により光プローブ１３を被測定面に対して近接離間させる方向に移動させ、前述した集光により形成された光スポットの位置に被測定面２ａの位置を一致させる。この際に用いられる光プローブ先端−集光スポット間の距離の情報については、予め実験等にて取得しておく。
【００５６】
そして、プローブ制御部１５により光プローブ１３を被測定面２ａに対して水平方向に走査し、その際に、先に説明したように光プローブ１３から射出された光が被測定面２ａから戻されるが、その戻り光を光検出器１４で受光することにより、被測定面２ａの詳細な光学物性情報を表示装置（図示を省略）上に表示される画像から得ることができる。
ユーザは、上記表示装置上の画像から得られた被測定面２ａの光学物性情報から、より詳細な物性測定を望む微小領域を特定し、当該領域へ光プローブ１３を水平方向に走査させて位置合わせを行い、当該領域のみを対象として、先に説明した近接場光測定（高分解能測定）を実施することができる。
【００５７】
以上の動作により、伝搬光を利用した広範囲測定から近接場光を利用した高分解能測定へ切り替えて、同一試料の測定を継続して行う場合において、利用する光プローブを付け替えることなく、広範囲測定と同軸での高分解能測定が可能となるため、ユーザは煩雑な作業を強いられることなく、所望の微小領域に対して既に位置合わせした光プローブの位置における高分解能測定を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１−１】は、近接場光学顕微鏡等に適用される光検出装置の模式図である。
【図１−２】は、光プローブを拡大した模式図であり、第１テーパ部が円錐テーパ形状のものである。
【図１−３】は、光プローブを拡大した模式図であり、第１テーパ部が曲面形状のものである。
【図１−４】は、光プローブを拡大した模式図であり、第２テーパ部にのみ遮光性被覆層を有するものである。
【図１−５】は、光プローブを拡大した模式図であり、第２テーパ部の先端だけ遮光性被覆層が付けられていない（微小開口を有している）ものである。
【図１−６】は、光プローブを拡大した模式図であり、第３テーパ部を備えるものである。
【図２−１】は、光プローブの第１テーパ部の傾斜角を変化させたときの、光プローブ先端−集光スポット間の距離の変化を説明する図である。
【図２−２】は、光プローブの第１テーパ部と第２テーパ部の直径比を変化させたときの、光プローブ先端−集光スポット間の距離の変化を説明する図である。
【図３】は、光プローブの第１テーパ部の傾斜角が１０°の場合において、伝搬光の波長を変化させたときの光スポット径の変化を説明する図である。
【図４】は、光の波長に対する光透過率の変化を説明する図である。
【図５−１】は、光の波長に対する近接場光強度の変化を説明する図である。
【図５−２】は、第２テーパ部の傾斜角に対する近接場光強度の変化を説明する図である。
【符号の説明】
【００５９】
１‥‥光検出装置                          ２‥‥試料
２ａ‥‥被測定面
１１‥‥光源                              １２‥‥偏光ビームスプリッタ
１３,１３ａ,１３ｂ,１３ｃ,１３ｄ‥‥光プローブ
１４‥‥光検出器(検出手段)
１５‥‥プローブ制御部(移動制御手段)      １７‥‥光波長変換部(波長制御手段)
１８‥‥１／４波長板
２０ａ,２０ａ'‥‥第１テーパ部（通常伝搬光を射出する第１出射面）
２０ｂ‥‥第２テーパ部（近接場光を滲出させる第２出射面）
２０ｃ‥‥第３テーパ部                    ２１‥‥光導波部
２２‥‥突出部                            ２２ａ‥‥第１テーパ部の表面
２２ｂ‥‥第２テーパ部の表面              ２３‥‥微小開口
３１‥‥光導波部のコア                    ３２‥‥光導波部のクラッド
３３‥‥遮光性被覆層  
４１‥‥光（伝搬光）                      ４２‥‥伝搬光の光軸
４３ａ‥‥第１テーパ部の法線              ４３ｂ‥‥第２テーパ部の法線
【図２−１】
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【図２−２】
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【図３】
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【図４】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図１−１】
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【図１−２】
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【図１−３】
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【図１−４】
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【図１−５】
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【図１−６】
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