(57)【要約】【課題】  本発明の目的は光の回折限界以上の空間分解能を有する近接場旋光測定装置を提供することにある。【解決手段】  測定に使用する光の波長よりも小さい開口を先端に有し、該開口から直線偏光の近接場光を射出し、該近接場光を試料に照射する近接場プローブ１４と、前記試料を透過した光を検出する検出手段２２と、検出手段の前段に設置される検光子１８と、検光子を光軸を中心として回転させ、その透過軸の角度を変更する検光子回転手段２０と、を備え、検光子回転手段により検光子を回転させることで試料の旋光度を測定することを特徴とする近接場偏光測定装置１０。【選択図】      図６
2006300708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定に使用する光の波長よりも小さい開口を先端に有し、該開口から直線偏光の近接場光を射出し、該近接場光を試料に照射する近接場プローブと、
前記試料を透過した光を検光子を介して検出する検出手段と、
前記検光子を光軸を中心として回転させ、その透過軸の角度を変更する検光子回転手段と、を備え、
前記検光子回転手段により前記検光子を回転させることで前記試料の旋光度を測定することを特徴とする近接場偏光測定装置。
【請求項２】
請求項１の近接場偏光測定装置において、
前記検光子の前段に設置され、直線偏光の偏光面の向きを所定の変調周波数で変動させる偏光変調手段を備え、
前記検出手段からの検出信号のうち、前記偏光変調手段の変調周波数および／またはその高調波成分に対応する周波数成分に基き、前記検光子回転手段により前記検光子の透過軸を回転させ、該回転角の情報により試料の旋光度を測定することを特徴とする近接場偏光測定装置。
【請求項３】
試料に光を照射するための光照射手段と、
該光照射手段の後段に設置され、試料へ照射する光を直線偏光とする偏光子と、
測定に使用する光の波長よりも小さい開口を先端に有し、該開口から前記試料を透過した直線偏光を集光する近接場プローブと、
前記近接場プローブにて集光し得る直線偏光の角度を変更する集光方位回転手段と、
該近接場プローブにより集光された光を検出する検出手段と、
を備え、前記試料の旋光度を測定することを特徴とする近接場偏光測定装置。
【請求項４】
請求項３の近接場偏光測定装置において、
前記偏光子と前記検出手段との間の光路中に設置され、直線偏光の偏光面の方向を変動させる偏光変調手段を備え、
前記検出手段からの検出信号のうち、前記偏光変調手段の変調周波数および／またはその高調波成分に対応する周波数成分に基き、前記集光方位回転手段により、近接場プローブで集光し得る直線偏光の角度を変更し、該回転角の情報により試料の旋光度を測定することを特徴とする近接場偏光測定装置。
【請求項５】
請求項２または４に記載の近接場偏光測定装置において、
前記偏光変調手段は、ファラデーセルにより構成されることを特徴とする近接場偏光測定装置。
【請求項６】
請求項１から５に記載の近接場偏光測定装置において、
前記近接場プローブは直線偏光を選択的に発生もしくは集光するものであることを特徴とする近接場偏光測定装置。
【請求項７】
請求項６に記載の近接場偏光測定装置において、
前記近接場プローブは前記開口が楕円状もしくはスリット状であることを特徴とする近接場偏光測定装置。
【請求項８】
請求項１から７に記載の近接場偏光測定装置において、
試料に照射する光、もしくは前記検出手段にて検出する光を分光するための分光手段を備え、試料の旋光分散を測定することを特徴とする近接場偏光測定装置。
【請求項９】
請求項１から８に記載の近接場偏光測定装置において、
試料測定面に対して、その法線に垂直なＸ、Ｙ軸方向に前記近接場プローブ先端位置を移動する移動手段を備え、前記試料測定面のマッピング測定を行うことを特徴とする近接場偏光測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、旋光度、旋光分散を測定する偏光測定装置、特にその空間分解能の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの生体物質は、その物質を透過する直線偏光の偏光面を回転させる性質（旋光性）を持っている。旋光性の測定は物質の立体構造等を解析する目的で行われており、旋光性またはその波長依存性（旋光分散）を測定する装置は旋光計または旋光分散計と呼ばれている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭５５−１０３４３４号公報
【特許文献２】特開２００２−１６２３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記の旋光計、旋光分散計では、通常の光学測定装置と同じく、測定に用いる光の波長より小さいスケールでの測定を行うことはできない。つまり、他の光学測定装置と同じく、光の回折限界による空間分解能の限界があった。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は測定に用いる光の回折限界以上の空間分解能を有する近接場旋光測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するため本発明者らが鋭意検討した結果、旋光度の測定に対し近接場の技術を適用できうることが判明した。
すなわち本発明の近接場偏光測定装置は、測定に使用する光の波長よりも小さい開口を先端に有し、該開口から直線偏光の近接場光を射出し、該近接場光を試料に照射する近接場プローブと、前記試料を透過した光を検光子を介して検出する検出手段と、前記検光子を光軸を中心として回転させ、その透過軸の角度を変更する検光子回転手段と、を備え、前記検光子回転手段により前記検光子を回転させることで前記試料の旋光度を測定することを特徴とする。
上記の近接場偏光測定装置において、前記検光子の前段に設置され、直線偏光の偏光面の向きを所定の変調周波数で変動させる偏光変調手段を備え、前記検出手段からの検出信号のうち、前記偏光変調手段の変調周波数および／またはその高調波成分に対応する周波数成分に基き、前記検光子回転手段により前記検光子の透過軸を回転させ、該回転角の情報により試料の旋光度を測定することが好適である。
また本発明の近接場偏光測定装置は、試料に光を照射するための光照射手段と、該光照射手段の後段に設置され、試料へ照射する光を直線偏光とする偏光子と、測定に使用する光の波長よりも小さい開口を先端に有し、該開口から前記試料を透過した直線偏光を集光する近接場プローブと、前記近接場プローブにて集光し得る直線偏光の角度を変更する集光方位回転手段と、該近接場プローブにより集光された光を検出する検出手段と、を備え、前記試料の旋光度を測定することを特徴とする。
上記の近接場偏光測定装置において、前記偏光子と前記検出手段との間の光路中に設置され、直線偏光の偏光面の方向を変動させる偏光変調手段を備え、前記検出手段からの検出信号のうち、前記偏光変調手段の変調周波数および／またはその高調波成分に対応する周波数成分に基き、前記集光方位回転手段により、近接場プローブで集光し得る直線偏光の角度を変更し、該回転角の情報により試料の旋光度を測定することが好適である。
上記の近接場偏光測定装置において、前記偏光変調手段はファラデーセルにより構成されることが好適である。
上記の近接場偏光測定装置において、前記近接場プローブは直線偏光を選択的に発生もしくは集光するものであることが好適である。
上記の近接場偏光測定装置において、前記近接場プローブは前記開口が楕円状もしくはスリット状であることが好適である。
上記の近接場偏光測定装置において、試料に照射する光、もしくは前記検出手段にて検出する光を分光するための分光手段を備え、試料の旋光分散を測定することが好適である。
上記の近接場偏光測定装置において、試料測定面に対して、その法線に垂直なＸ、Ｙ軸方向に前記近接場プローブ先端位置を移動する移動手段を備え、前記試料測定面のマッピング測定を行うことが好適である。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の近接場偏光測定装置によれば、近接場プローブを用いて試料の旋光度を測定することとしたため、空間分解能が非常に高い測定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
まず、本発明者らは近接場光を用いた旋光度測定が可能であるかどうかを確認するため、近接場プローブの偏光伝達特性を調べるための試験を行った。ここで用いた近接場プローブは図１、２に示すような楕円もしくはスリット形状の開口を有するものを用いた。（特許文献２参照）。なお、図１（Ａ）は楕円開口を持つ近接場プローブの先端近傍を拡大した斜視図、図１（Ｂ）はその上面図である。図２はスリット状の開口を有する近接場プローブの斜視図である。図１、２に示す近接場プローブ５０は、楕円状（スリット状）のコアをもつ光ファイバの一端を略円錐状に先鋭化し、先鋭化部５２を構成している。近接場プローブ５０の表面にはマスク５４として金（Ａｕ）皮膜が形成されている。この略円錐状の先鋭化部５２の最先端には、所定の振動方向の直線偏光を得るための楕円状（もしくはスリット状）の開口５６が作成されている。上記のような構成をとっているため、図１、２の近接場プローブ５０は、所定方向の偏光方向（長軸方向に垂直）を有する直線偏光を選択的に発生、もしくは集光することができる。
【０００７】
図３に試験に用いた装置構成を示す。図３の装置は、ＨｅＮｅレーザーからのレーザ光を偏光子、１／２波長板、対物レンズを通して、上記の近接場プローブの開口部へ照射し、該開口部にて集光した光を検出器にて検出するものである。近接場プローブで集光された光は検出器にて検出される。試験に用いた近接場プローブは、短軸が５０ｎｍ、長軸が５００ｎｍの楕円状開口を有するもの（図１参照）である。１／２波長板を光軸を中心に回転することで、偏光プローブの開口の長軸に対しての偏光面の角度を変えて、そのときの集光効率を測定した。図４が偏光面を０°、３０°、６０°、９０°とした場合のプローブにより集光された光のスペクトルである。図５は同じく偏光面を０°〜１°の範囲で変えたときの、スペクトル（同図（ａ））およびその面積強度をしめしたグラフ（同図（ｂ））である。これらの図から明らかなように、上記の近接場プローブは良好な偏光選択性を有することが分かる。つまり、上記のような近接場プローブを用いることで近接場光においても良好な旋光度測定が行えることが理解される。
また、上記の近接場プローブを照射モードで使用した場合の実験も行ったが、この場合も良好な偏光選択性を有することが分かった。
【０００８】
本発明は上記の知見に基いてなされたものであり、以下に図面を参照して好適な実施形態について説明を行う。
図６は本発明の第１の実施形態にかかる近接場偏光測定装置の概略構成図である。図６の近接場偏光測定装置１０は、光照射手段１２と、近接場プローブ１４と、偏光変調手段１６と、検光子１８と、検光子回転手段２０と、検出手段２２とを備える。光照射手段１２から出射された直線偏光は、近接場プローブ１４の入射端から入射し、該プローブ１４内に導光される。近接場プローブ１４に導光された光は、プローブ先端の開口より近接場光として出射される。この直線偏光の近接場光は試料に照射され、試料を透過した直線偏光は対物レンズ２４によって集光され、ダイクロイックミラー２６、レンズ２８を通って偏光変調手段１６へと向う。偏光変調手段１６を透過した直線偏光は、その偏光面の向きが所定の変調周波数で変調され、検光子１８を通って検出手段２２にて検出される。ここで、検光子１８は検光子回転手段２０によって、その透過軸が光軸に対して回転可能に構成されている。
【０００９】
光照射手段１２は、光源３０と、分光器３２とで構成されている。分光器３２にて光源３０からの光を分光し、波長走査を行って旋光度のスペクトル依存性（旋光分散）を測定する。また、偏光子３４は光照射手段１２の後段に設置され、近接場プローブ１４に導光する光を直線偏光とする。本実施形態では、分光器を光照射側に設置した例を示したが、検出手段２２側に配置し試料を透過したのうち所定波長の光のみを検出手段２２にて検出する構成としてもよい。
【００１０】
近接場プローブとして本実施形態では図１、２に示すような楕円（もしくはスリット）状の開口を有する偏光プローブを用いた（特許文献２参照）。ここでは、直線偏光を選択的に発生させ得る近接場プローブを使用した例を示したが、導光された光の偏光状態を損なわずに近接場光を発生させ得る近接場プローブを用いれば、光照射手段からの光を偏光子を通してプローブに導光するという構成としてもよい。ただし、通常の光ファイバーではファイバーの曲げ、長さなどその状態が変化する事でレーザー光の持つ偏波状態が壊れてしまうため、本実施形態のような偏光プローブを用いることが望ましい。
【００１１】
偏光変調手段１６は、ファラデーセル等の変調器および該ファラデーセルを所定の変調周波数で発振させるための発振部、等で構成され、直線偏光の偏光面の向きを所定の変調周波数で振動させる。
検光子回転手段２０は、ギア、サーボモータ等で構成され、検光子１８を光軸を中心として回転させ、その透過軸方向を変更する。また、検光子１８の回転量はデータ処理手段（図示せず）に送られる。
【００１２】
検出手段２２では検光子１８透過した光を検出し、検出信号をデータ処理手段（図示せず）に送る。検出手段１８からの検出信号を基いて検光子を回転させることで試料の旋光度の測定を行う。
さらに、本実施形態では試料とプローブの位置関係を制御するためのＸＹＺステージ３６（移動手段）を備える。このため、試料測定面に対して、その法線に垂直なＸ、Ｙ軸方向に前記近接場プローブ先端位置を移動させ、試料測定面上の測定位置を変更することにより、旋光度および旋光分散に対するマッピング測定を行うことができる。
【００１３】
旋光度の測定は次のように行われる。まず検光子回転手段２０により検光子１８の透過軸の方位を調整し、偏光子、検光子の互いの透過軸が直交した状態にする。すなわち、試料非設置の状態で検出光が最小となる配置にする。次に試料を設置し、近接場プローブ１４先端から生じる直線偏光の近接場光を試料に照射する。試料を透過した光は対物レンズ２４で集光され、偏光変調手段１６へと導かれる。偏光変調手段１６により所定の変調周波数で偏光変調を受けた光は検光子１８を通り、検出手段２２にて検出される。そして、検出手段２２からの検出信号のうち偏光変調手段１６の変調周波数に等しい周波数成分が消失するように、検光子回転手段２０により検光子１８の透過軸を回転させる。そのときの透過軸の角度により旋光角が測定される。
【００１４】
以上のように本実施形態の近接場偏光測定装置によれば、近接場光技術を利用して試料の旋光度または旋光分散を測定しているため、光の回折限界を超えた空間分解能で旋光度または旋光分散の測定を行うことが可能となった。
また本実施形態では直線偏光の偏光面を所定の変調周波数で振動する偏光変調手段を光照射手段と検出手段の間の光路上に備え、対称角振動方式光学ゼロ位法にて試料の旋光度または旋光分散を測定する構成となっている。この構成によって旋光度の測定で±０．１度という精度を達成できた。
【００１５】
また上記実施形態では偏光変調手段１６を光路中に設置して、対称角振動方式光学ゼロ位法にて試料の旋光度または旋光分散を測定する場合を示したが、偏光変調手段を設置せずに検光子の回転角より旋光度または旋光分散を測定する構成でもよい（クロスニコル法）。つまり、試料非設置の状態における検出光が最小となるように偏光子、検光子の透過軸を配置（互いの透過軸が直交した状態）した状態を基準として、試料を設置した状態における検出光が最小となる検光子の回転角から旋光度を求めてもよい。もしくは検光子を回転もしくは振動させて、その角周波数の２倍の周波数に対応する検出信号成分より旋光度を求めてもよい。ただし、測定精度を考慮すると上記実施形態のように対称角振動法を適用することが好適である。通常のクロスニコル法の測定精度が±０．５°程度であるのに対し、上記実施形態では±０．１°の測定精度まで保証される。
【００１６】
第１の実施形態では近接場プローブを光照射用に使用した場合を示したが、近接場プローブを集光用に用いて装置を構成してもよい。図７に近接場プローブを集光用に用いた場合の第２の実施形態の光路図を示す。
図７の近接場偏光測定装置１１０は、試料に光を照射するための光照射手段１１２と、光照射手段１１２の後段に設置され、試料へ照射する光を直線偏光とする偏光子１１４と、偏光子１１４の後段に設置され、直線偏光の偏光面の向きを変動させる偏光変調手段１１６と、試料を透過した直線偏光を集光する近接場プローブ１１８と、近接場プローブ１１８を光軸を中心として回転させ、その透過軸の角度を変更するプローブ回転手段１２０（集光方位回転手段）と、近接場プローブ１１８により集光された光を検出する検出手段１２２とを備えている。本実施形態においても近接場プローブ１１８として、図１、２に示した楕円もしくはスリット形状の開口を持ったものを用いている。
【００１７】
光照射手段１１２から出射した光は、偏光子１１４を通り所定方向の偏光面を有する直線偏光とされる。この直線偏光は偏光変調手段１１８により、その偏光面が所定の周波数で変調され、変調を受けた直線偏光は対物レンズ等（図示せず）により集光され、試料に照射される。試料を透過した光は近接場プローブ１１８にて集光され、検出手段１２２によって検出される。近接場プローブ１１８は所定方向の直線偏光を選択的に集光するものであり、図６の実施形態の検光子と同様の働きをする。そのため、近接場プローブ１１８にて集光し得る直線偏光の角度を変更するための集光方位回転手段として、プローブ回転手段１２０を設けている。集光方位回転手段の他の形態として、試料からの光を検光子を介して近接場プローブで集光するように構成し、この検光子を光軸を中心に回転するといった構成も考えられる。
【００１８】
旋光度の測定は図６の実施形態と同様に行う。まず、試料非設置の状態における検出光が最小となるように偏光子１１４の透過軸、近接場プローブ１２０の透過軸が直交した配置となるように、プローブ回転手段１２０により近接場プローブ１１８の透過軸の方位を調整しておく。本実施形態においては、近接場プローブ１１８として楕円もしくはスリット形状の開口を有するものを用いており、この開口の長軸方向に垂直な方向がプローブの透過軸方向となり、該透過軸方向の直線偏光を選択的に集光する。そこで、プローブ回転手段１２０により、光軸を中心として近接場プローブ１１８を回転させることで透過軸方位を変更している。次に試料を設置し、近接場プローブ１１８によって試料を透過した光を集光する。そして、検出手段１２２からの検出信号のうち偏光変調手段１１６の変調周波数に等しい周波数成分が消失するように、プローブ回転手段１２０により近接場プローブ１１８の透過軸（開口の短軸方向）を回転させる。そのときの透過軸の角度により旋光角が測定される。
【００１９】
このように、近接場プローブを集光モードで使用した場合も良好な旋光度測定を行うことが可能である。また、開口型の近接場プローブでは一般に透過効率が弱いため、照射モードでは透過性の悪い試料の場合、検出器にまで光が届かない可能性がある。しかしながら、第２の実施形態の構成では試料に光を強く照射できるため、透過性の悪い試料に対しても好適に測定を行うことができる。
【００２０】
以上の第１および第２の実施形態において、開口がスリット状もしくは楕円状の偏光プローブを用いた（図１、２参照）。この偏光プローブを用いることで直線偏光を安定した状態で入射・検出することができる。レーザー光の持つ可干渉性を応用する際に通常の光ファイバーではファイバーの曲げ、長さなどその状態が変化する事でレーザー光の持つ偏波状態が壊れてしまう。微小開口から出射される近接場光は直線偏光に近いほど検出感度が向上するが、通常のプローブでは近接場光が楕円偏光になっており、感度が低下してしまう。一方、本実施形態のような偏光プローブを用いると、レーザー光の偏波状態を壊すことなく、安定した偏光状態で近接場光を照射、検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】偏光近接場プローブの概略構成の説明図
【図２】偏光近接場プローブの概略構成の説明図
【図３】近接場プローブの偏光特性試験に用いた装置の説明図
【図４】偏光特性試験の結果を示すグラフ
【図５】偏光特性試験の結果を示すグラフ
【図６】本発明の第１の実施形態にかかる近接場偏光測定装置（照射型）の概略構成の説明図
【図７】本発明の第２の実施形態にかかる近接場偏光測定装置（集光型）の説明図
【符号の説明】
【００２２】
１０        近接場偏光測定装置
１２        光照射手段
１４        近接場プローブ
１６        偏光変調手段
１８        検光子
２０        検光子回転手段
２２        検出手段
【図１】
2006300708.tif 000003
【図２】
2006300708.tif 000004
【図３】
2006300708.tif 000005
【図４】
2006300708.tif 000006
【図５】
2006300708.tif 000007
【図６】
2006300708.tif 000008
【図７】
2006300708.tif 000009