(57)【要約】【課題】簡易な構成によって、エバネッセント光の偏光状態、浸み出し長さ、形状、および光強度を容易に操作することが可能な全反射型光照射装置を提供する。【解決手段】全反射型光照射装置１は、照射光Ｌ１を提供する光源と、照射光Ｌ１を入力し、レンズパターンＰ１を呈示することにより、照射光Ｌ１を集束し出力する空間光変調器４と、空間光変調器４により集束され出力された照射光Ｌ２を対象物用基板６に照射させる対物レンズ５と、エバネッセント光Ｌ３の所望の偏光状態、所望の浸み出し長さ、所望の形状、および所望の光強度のうちの少なくとも一つに対応するレンズパターンＰ１を空間光変調器４に提供する演算部４１とを備える。レンズパターンＰ１は、対物レンズ５の瞳面９に照射光Ｌ２を集束させる。【選択図】図１
2015082013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に光を照射してエバネッセント光を発生させる全反射型光照射装置において、
照射光を提供する光源と、
前記照射光を入力し、レンズパターンを呈示することにより、前記照射光を集束し出力する空間光変調器と、
前記空間光変調器により集束され出力された前記照射光を対象物面に照射して全反射させることにより、前記対象物に前記光を照射させる対物レンズと、
前記エバネッセント光の所望の偏光状態、所望の浸み出し長さ、所望の形状、および所望の光強度のうちの少なくとも一つに対応する前記レンズパターンを前記空間光変調器に提供する演算部と、
を備え、
前記レンズパターンは、前記対物レンズの瞳面に前記照射光を集束させるパターンである、
ことを特徴とする全反射型光照射装置。
【請求項２】
前記演算部が、前記エバネッセント光の前記所望の偏光状態、前記所望の浸み出し長さ、前記所望の形状、および前記所望の光強度のうちの少なくとも一つに対応する前記レンズパターンを作成して前記空間光変調器に提供する、
ことを特徴とする請求項１に記載の全反射型光照射装置。
【請求項３】
前記演算部が、前記エバネッセント光の偏光状態、浸み出し長さ、形状、および光強度のうちの少なくとも一つに対応しており、予め用意された複数の前記レンズパターンの中から、前記エバネッセント光の前記所望の偏光状態、前記所望の浸み出し長さ、前記所望の形状、および前記所望の光強度のうちの少なくとも一つに応じて一の前記レンズパターンを選択して前記空間光変調器に提供する、
ことを特徴とする請求項１に記載の全反射型光照射装置。
【請求項４】
前記レンズパターンは、前記対象物面に入射される前記照射光の光軸を含む入射面と、前記瞳面に直交する基準面とが、前記エバネッセント光の前記所望の偏光状態に対応する角度を成すようなパターンである、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の全反射型光照射装置。
【請求項５】
前記レンズパターンは、前記瞳面での前記照射光の集束位置と、前記瞳面の中心位置とが、前記エバネッセント光の前記所望の浸み出し長さ又は前記所望の光強度に対応する距離を成すようなパターンである、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の全反射型光照射装置。
【請求項６】
前記レンズパターンは、前記瞳面に前記照射光が点状に集束されるようなパターンである、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の全反射型光照射装置。
【請求項７】
前記レンズパターンは、前記瞳面に前記照射光が環状に集束されるようなパターンである、
ことを特徴とする請求項１〜３又は５のいずれか一項に記載の全反射型光照射装置。
【請求項８】
前記瞳面に前記照射光が集束される態様として、点状もしくは環状のうちのいずれかが選択される、
ことを特徴とする請求項１〜３又は５のいずれか一項に記載の全反射型光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全反射型光照射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光が全反射される際に生じるエバネッセント光は、全反射界面の近傍のみを選択的に照射することができるとともに、照射される領域以外からのバックグラウンド光を大幅に低減させることができる。このため、エバネッセント光を利用する全反射型光照射装置は、例えば、細胞などの極めて薄い対象物の顕微鏡観察に数多く適用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
全反射型光照射装置が適用される顕微鏡として、回折拡散板の利用によって３次元すべての偏光方向を有するエバネッセント光が生成されることにより、試料の方向に依らず、その試料の観察が可能な光照射技術が開示されている（特許文献２）。また、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）などの利用によって環状の光を生成させ、エバネッセント光の効率的な利用が可能な光照射技術が開示されている（特許文献３および４）。さらに、空間光変調器とレンズとが組み合わされ、入射瞳面の任意の位置に２点の集光点を与えることによって、試料表面がストライプパターンで照射される光照射技術が開示されている（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３０９７８５号公報
【特許文献２】特開２００４−１３８７３５号公報
【特許文献３】特開２０００−８１３８３号公報
【特許文献４】特開２００６−２７５６８５号公報
【特許文献５】特開２００６−２７６３７７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】R.Fiolka et al., ”Structuredillumination in total internal  reflection fluorescence microscopy using a spatial light modulator”, Optics Letters, USA, Optical Society of America, July2008, Vol.33, No.14, pp.1629-1631.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
対象物に光を照射してエバネッセント光を発生させる全反射型光照射装置では、エバネッセント光の偏光状態や浸み出し長さ、形状、あるいは光強度を任意に制御できることが望ましい。これらが任意に制御されると、様々な照射態様が実現されるからである。しかしながら、従来の全反射型顕微鏡に適用される光照射技術において、例えば回折拡散板が利用される場合、回折拡散板にはメカニカルな機構が必要であり、構造が複雑になるとともに、エバネッセント光の照射条件の切り替えが困難である。
【０００７】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成によって、エバネッセント光の偏光状態、浸み出し長さ、形状、および光強度を容易に操作することが可能な全反射型光照射装置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】
【０００８】
上述した課題を解決するために、本発明に係る全反射型光照射装置は、対象物に光を照射してエバネッセント光を発生させる全反射型光照射装置において、照射光を提供する光源と、照射光を入力し、レンズパターンを呈示することにより、照射光を集束し出力する空間光変調器と、空間光変調器により集束され出力された照射光を対象物面に照射して全反射させることにより、対象物に光を照射させる対物レンズと、エバネッセント光の所望の偏光状態、所望の浸み出し長さ、所望の形状、および所望の光強度のうちの少なくとも一つに対応するレンズパターンを空間光変調器に提供する演算部とを備え、レンズパターンは、対物レンズの瞳面に照射光を集束させるパターンであることを特徴とする。
【０００９】
本発明者は、全反射型光照射装置において、対物レンズの瞳面に照射光を集束させた場合、その集束形状や集束位置を変化させると、エバネッセント光の偏光状態、浸み出し長さ、形状もしくは光強度が有意に変化することを見出した。また、この全反射型光照射装置では、演算部からの電子的な指令によって空間光変調器にレンズパターンを表示するので、対物レンズの瞳面における集束形状や集束位置を容易に変更することができる。従って、例えば、対象物の偏光依存性に応じ、Ｐ偏光もしくはＳ偏光のうちの所望の偏光を有するエバネッセント光を得ることができる。また、対象物の厚みや濃度などの状態に応じ、所望の浸み出し長さや形状、光強度を有するエバネッセント光を得ることができる。このように、上記の全反射型光照射装置によれば、簡易な構成によって、エバネッセント光の偏光状態、浸み出し長さ、形状、および光強度を容易に操作することができる。
【００１０】
また、全反射型光照射装置は、演算部が、エバネッセント光の所望の偏光状態、所望の浸み出し長さ、所望の形状、および所望の光強度のうちの少なくとも一つに対応するレンズパターンを作成して空間光変調器に提供することを特徴としてもよい。この全反射型光照射装置では、対物レンズの瞳面における集束形状や集束位置を変更するようなレンズパターンが、演算部からの電子的な指令によって空間光変調器に作成される。このため、例えば、対象物の偏光依存性に応じ、Ｐ偏光もしくはＳ偏光のうちの所望の偏光を有するエバネッセント光を得ることができる。また、対象物の厚みや濃度などの状態に応じ、所望の浸み出し長さや形状、光強度を有するエバネッセント光を得ることができる。
【００１１】
また、全反射型光照射装置は、演算部が、エバネッセント光の偏光状態、浸み出し長さ、形状、および光強度のうちの少なくとも一つに対応しており、予め用意された複数のレンズパターンの中から、エバネッセント光の所望の偏光状態、所望の浸み出し長さ、所望の形状、および所望の光強度のうちの少なくとも一つに応じて一のレンズパターンを選択して空間光変調器に提供することを特徴としてもよい。
【００１２】
この全反射型光照射装置は、エバネッセント光の偏光状態、浸み出し長さ、形状、および光強度のうちの少なくとも一つに対応した複数のレンズパターンが予め用意される。その予め用意されたレンズパターンの中から、演算部からの電子的な指令によって、所望のパターンが選択される。例えば、対象物の偏光依存性に合わせ、Ｐ偏光もしくはＳ偏光のうちの所望の偏光を有するエバネッセント光が得られるようなレンズパターンが選択される。また、対象物の厚みや濃度などの状態に応じ、所望の浸み出し長さや形状、光強度を有するエバネッセント光が得られるようなレンズパターンが選択される。
【００１３】
また、レンズパターンが、対象物面に入射される照射光の光軸を含む入射面と、瞳面に直交する基準面とが、エバネッセント光の所望の偏光状態に対応する角度を成すようなパターンであってもよい。本発明者の知見によれば、対象物面に入射される照射光の光軸を含む入射面と、瞳面に直交する基準面とが成す角度は、照射光の偏光状態に一義的に対応する。従って、この角度の変更によって、エバネッセント光の偏光成分を容易に操作することができる。
【００１４】
また、全反射型光照射装置は、レンズパターンが、瞳面での照射光の集束位置と、瞳面の中心位置とが、エバネッセント光の所望の浸み出し長さ又は所望の光強度に対応する距離を成すようなパターンであることを特徴としてもよい。瞳面での照射光の集束位置と瞳面の中心位置との距離を変化させると、照射光が全反射する際に、照射光の入射角と臨界角との関係が変化する。照射光の入射角と臨界角との関係は、エバネッセント光の浸み出し長さおよび光強度に結びつく。従って、瞳面での照射光の集束位置と瞳面の中心位置との距離の操作によって、エバネッセント光の所望の浸み出し長さおよび光強度とが容易に得られる。
【００１５】
また、全反射型光照射装置は、レンズパターンが、瞳面に照射光が点状に集束されるようなパターンであることを特徴としてもよい。このレンズパターンによって生じるエバネッセント光は、後述の環状の集束態様と比較して、対象物の広い面積に照射されることができる。
【００１６】
また、全反射型光照射装置は、レンズパターンが、瞳面に照射光が環状に集束されるようなパターンであることを特徴としてもよい。このレンズパターンによって生じるエバネッセント光は、対象物に対して点状に照射されるので、微細な領域に集中して照射されることができる。
【００１７】
また、全反射型光照射装置は、瞳面に照射光が集束される態様として、点状もしくは環状のうちのいずれかが選択されることを特徴としてもよい。これにより、対象物の照射面積を操作者が自在に変えることが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明による全反射型光照射装置によれば、簡易な構成によって、エバネッセント光の偏光状態、浸み出し長さ、形状、および光強度を容易に操作することが可能な全反射型光照射装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本実施形態に係る全反射型光照射装置の構成を示す図である。
【図２】図２（ａ）および図２（ｂ）は、照射光が瞳面に点状に集束される際の照射光Ｌ２の様子を示す図である。
【図３】図３（ａ）および図３（ｂ）は、照射光が瞳面に環状に集束される際の照射光Ｌ２の様子を示す図である。
【図４】図４（ａ）および図４（ｂ）は、面照射と点照射の照射面積を比較する図である。
【図５】図５は、フレネルレンズパターンの一例として、面照射のためのフレネルレンズパターンを示す図である。
【図６】図６（ａ）および図６（ｂ）は、面照射における照射光の全反射の態様を表す図である。
【図７】図７（ａ）および図７（ｂ）は、照射光の偏光操作の原理を示す図である。
【図８】図８は、瞳面上における角度と照射光の偏光面との関係を視覚的に示す図である。
【図９】図９（ａ）〜図９（ｄ）は、エバネッセント光の光強度および浸み出し長さと、瞳面上での集束点の位置との関係を示す図である。
【図１０】図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、瞳面上に２つの集束点がある場合の形態を示す図である。
【図１１】図１１は、瞳面９上に２つの集束点を与えるフレネルレンズパターンを示す図である。
【図１２】図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、瞳面９上に２つの集束点がある場合の干渉縞の観察結果を示す図である。
【図１３】図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は、瞳面上に集束点が８つある場合のエバネッセント光の干渉縞の観察結果を示す図である。
【図１４】図１４は、照射光の入射角θが０度の場合に、対象物用基板を通過する照射光の観察結果を示す図である。
【図１５】図１５は、環状の集束態様の点照射のためのフレネルレンズパターンの一例として、トロイダル−フレネルレンズパターンを示す図である。
【図１６】図１６（ａ）および図１６（ｂ）は、環状の集束態様による点照射の観察結果である。
【図１７】図１７は、エバネッセント光の光強度のＮ．Ａ．値依存性を示す図である。
【図１８】図１８（ａ）〜図１８（ｆ）は、環状の集束態様による点照射におけるエバネッセント光のビーム整形について説明する図である。
【図１９】図１９は、面照射および点照射におけるフレネルレンズパターンの決定手順を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照しながら本発明による全反射型光照射装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２１】
図１は、本実施形態に係る全反射型光照射装置の構成を示す図である。全反射型光照射装置１は、照射光Ｌ１を提供する光源２、集光レンズ３、空間光変調器４、対物レンズ５、対象物用基板６、演算部４１を備える。空間光変調器４は、光源２と光学的に結合されており、集光レンズ３は、光源２と空間光変調器４との間の光軸上に配置されている。対象物用基板６は、照射光受光面６aと対象物設置面６ｂとを有し、照射光受光面６aは対物レンズ５に面し、対象物設置面６ｂは、照射光受光面６aの反対側に位置する。対象物用基板６は、空間光変調器４と光学的に結合されており、対物レンズ５は、対象物用基板６と空間光変調器４との間に配置されている。演算部４１は、入力部４２および表示部４３を有し、入力部４２および表示部４３は、演算部４１の本体部と電気的に接続されている。演算部４１は、空間光変調器４と電気的に接続されている。対物レンズ５と対象物用基板６との間には、対象物用基板６と同程度の屈折率を有する油浸オイル７が設けられる。対象物設置面６ｂ上には、対象物８が配置される。図中の破線は、対物レンズ５の瞳面９を表す。
【００２２】
照射光Ｌ１は、光源２から照射された後、集光レンズ３を通過して空間光変調器４に達する。照射光Ｌ１は、空間光変調器４において変調され、変調後の照射光Ｌ２は、対物レンズ５を通過後、対象物用基板６に対して所定の角度をもって入射される。変調後の照射光Ｌ２は、対象物用基板６によって全反射され、対象物設置面６ｂからは、エバネッセント光Ｌ３が浸みだし対象物８に照射される。対象物８は対象物設置面６ｂ上に配置されるので、対象物用基板６への照射光Ｌ２の入射は、対象物８面への照射光Ｌ２の直接入射と同じ役割を有する。
【００２３】
空間光変調器４に対しては、演算部４１から、レンズパターンＰ１が提供される。レンズパターンＰ１は、レンズ効果をもつパターンであり、例えば、フレネルレンズパターンやトロイダルレンズパターン、トロイダル−フレネルレンズパターンなどである。また、フレネルレンズパターンに所望のパターンを重畳したレンズパターンでもよい。以下、レンズパターンＰ１としてフレネルレンズパターンを用いた場合で説明する。フレネルレンズパターンＰ１は、座標（ｘ，ｙ）における位相値がφ（ｘ，ｙ）と表記されると、式（１）に示される通りとなる。
【数１】
2015082013.tif 000003
ここで、ｘ０およびｙ０は、対物レンズ５の中心に対応する座標（以下、中心座標という）を表す。また、ｆおよびλは、それぞれ対物レンズ５の焦点距離および照射光Ｌ２の波長を表す。式(1)から、フレネルレンズパターンＰ１が生成され、そのフレネルレンズパターンＰ１が空間光変調器４に呈示されることにより、照射光Ｌ１が集束されつつ出力される。本実施形態では、照射光Ｌ２が瞳面９に集束され、その集束態様として、例えば、点状と環状とがある。
【００２４】
図２（ａ）および図２（ｂ）は、照射光Ｌ２が瞳面９に点状に集束される際の照射光Ｌ２の様子を示す図である。図２（ａ）は、図１に示された全反射型光照射装置１の構成を示しており、図２（ｂ）は、照射光Ｌ２の光軸方向から見た瞳面９と、瞳面９に含まれる領域９Ａとを示している。領域９Ａは、全反射が生じるための照射光Ｌ２の通過範囲を示す。点状の集束態様では、図２（ｂ）に示される瞳面９上の或る位置に、照射光Ｌ２が点状に集束される。以下、照射光Ｌ２の光路と瞳面９とが交差する点を、集束点Ｆ１という。照射光Ｌ２は、瞳面９での集束後、対物レンズ５によって平行光となり、対象物用基板６に照射される。対象物用基板６から浸みだすエバネッセント光Ｌ３は、後述の環状の集束態様と比較すると、対象物８の広い面積を照射する。以下、点状の集束態様でのエバネッセント光Ｌ３による照射を、面照射という。
【００２５】
図３（ａ）および図３（ｂ）は、照射光Ｌ２が瞳面９に環状に集束される際の照射光Ｌ２の様子を示す図である。図３（ａ）は、図１に示された全反射型光照射装置１の構成を示しており、図３（ｂ）は、照射光Ｌ２の光軸方向から見た瞳面９と、瞳面９に含まれる領域９Ａとを示している。環状の集束態様では、図３（ｂ）に示される瞳面９上の或る位置に、照射光Ｌ２が環状に集束される。以下、照射光Ｌ２の光路と瞳面９とが交差する環を、集束環Ｆ２という。照射光Ｌ２は、瞳面９上での集束後、対物レンズ５によって環状の平行光となり対象物用基板６に照射される。このとき、環状の平行光は、その外径が対象物用基板６に近づくほど小さくなり、その円周方向の各部分が対象物用基板６上で互いに重畳される。このため、干渉による打ち消しが生じ、点状の集束態様の場合に比べて、照射面積が小さくなる。以下、環状の集束態様でのエバネッセント光Ｌ３による照射を、点照射という。
【００２６】
図４（ａ）および図４（ｂ）は、面照射と点照射の照射面積を比較する図である。図４（ａ）は、面照射での照射領域Ｒ１を示し、図４（ｂ）は、点照射での照射領域Ｒ２を示している。図４（ａ）の面照射では、対象物８の広い領域に一度にエバネッセント光Ｌ３が照射される。空間分解能は、数ミクロン程度である。一方、図４（ｂ）の点照射では、一度にエバネッセント光Ｌ３が照射される領域は面照射と比較すると狭いが、スペックルノイズの影響が低減され、空間分解能は数百ナノ程度に達する。対象物８の状態に応じて、面照射（すなわち点状の集束態様）と点照射（すなわち環状の集束態様）とのうち何れかが、例えば入力部４２からの入力に応じて選択される。
【００２７】
図５は、フレネルレンズパターンＰ１の一例として、面照射のためのフレネルレンズパターンＰ２を示す図である。図５では、位相値が色の濃淡で示されている。図５に示されるフレネルレンズパターンＰ２によれば、照射光Ｌ２は、瞳面９において、例えば図２（ｂ）に示すような位置に集束点Ｆ１を有する。図６（ａ）および図６（ｂ）は、面照射における照射光Ｌ２の全反射の態様を表す図である。図６（ａ）は、照射光Ｌ２が、瞳面９に集束後、対物レンズ５により平行光となって対象物用基板６に入射される様子を示す図である。図６（ｂ）は、照射光Ｌ２の光軸方向から見た瞳面９と、瞳面９に含まれる領域９Ａとを示している。照射光Ｌ２の入射角θは、瞳面９上での対物レンズ５の光軸Ｌ０から照射光Ｌ２の光路までの距離ＤＮＡを用いて、式（２）で表される。
【数２】
2015082013.tif 000004
ここで、ｎ１は、対象物用基板６を構成するガラスおよび油浸オイル７の屈折率を表す。式（２）から、入射角θと臨界角θcとが、θ＞θｃなる関係式を満たすようなＤＮＡの範囲において、瞳面９上で照射光Ｌ２が点状に集束されると、照射光Ｌ２が対象物用基板６で全反射されることが導かれる。式（２）からは、集束点Ｆ１の位置が変更されると、その変更に合わせて、入射角θが変化することも導かれる。前述の通り、図６（ｂ）において瞳面９の斜線で表す領域９Ａに集束点Ｆ１がある場合に、照射光Ｌ２が全反射される。なお、臨界角θcは、式（３）で表される通りである。
【数３】
2015082013.tif 000005
ここで、ｎ２は、対象物用基板６の外側であって、対象物設置面６ｂに接する領域の屈折率を表す。
【００２８】
面照射では、集束点Ｆ１の位置が変更されると、照射光Ｌ２の対象物用基板６への入射角θだけでなく、対象物用基板６に入射する際の照射光Ｌ２の偏光状態が変更される。図７（ａ）および図７（ｂ）は、照射光Ｌ２の偏光操作の原理を示す図である。図７（ａ）は、照射光Ｌ２の対象物用基板６への入射面を示す。図７（ａ）において、平面ＯＴＳＮは、瞳面９に直交する基準面Ｑ１であり、平面ＯＬＭＮは、照射光Ｌ２の入射面Ｑ２である。基準面Ｑ１と入射面Ｑ２とは、角度αをなす。照射光Ｌ２は、入射面Ｑ２内を通過し、入射角θで対象物用基板６に入射する。図７（ｂ）は、照射光Ｌ２の偏光状態を説明するためのグラフであって、μ−ξ軸を有する瞳面９の周波数空間を示している。基準面Ｑ１は、μ軸を含み、μξ平面に直交する。いま、図７（ｂ）に示される通り、集束点Ｆ１が線分ＯＬの線上にあるものとする。
【００２９】
照射光Ｌ２が、例えば、μ軸方向に偏光する振幅Ｅｉの直線偏光である場合には、対象物用基板６に入射するときの照射光Ｌ２の偏光状態は、式（４）〜（６）で表される。
【数４】
2015082013.tif 000006
【数５】
2015082013.tif 000007
【数６】
2015082013.tif 000008
ここで、ＥｐおよびＥｓは、それぞれ照射光Ｌ２のＰ偏光成分およびＳ偏光成分の振幅を表す。式（４）〜（６）から、ＥｐおよびＥｓは、各角度αに対して一義的に決められ、集束点Ｆ１の瞳面９上での角度位置が変更されると、照射光Ｌ２の偏光状態も変化することが示される。即ち、対象物８の状態に対して好適となるエバネッセント光Ｌ３を与える照射光Ｌ２の偏光状態は、集束点Ｆ１の瞳面９上での位置を操作することによって得られる。
【００３０】
図８は、瞳面９上における角度αと照射光Ｌ２の偏光面との関係を視覚的に示す図である。図８では、照射光Ｌ２のＰ偏光とＳ偏光との割合が、瞳面９上の領域９Ａの色の濃淡によって表現されている。領域９Ａの内側で、黒く塗りつぶされた領域９Ｂは、照射光Ｌ２が全反射されずに透過する領域を表す。図８では、領域９Ａの濃さが薄くなるに従って、Ｐ偏光成分の割合が増加し、Ｓ偏光成分の割合が減少している。一方、領域９Ａの濃さが濃くなるに従って、Ｐ偏光成分の割合が減少し、Ｓ偏光成分の割合が増加している。図８を参照すると、集束点Ｆ１がμ軸上にある場合、照射光Ｌ２はＰ偏光のみから成り、集束点Ｆ１がξ軸上にある場合、照射光Ｌ２はＳ偏光のみから成ることが分かる。集束点Ｆ１がμ軸およびξ軸の軸上を除く位置にある場合は、照射光Ｌ２はＰ偏光およびＳ偏光の双方から成ることが分かる。集束点Ｆ１の瞳面９上での位置の操作は、その位置に照射光Ｌ１を点状に集束させるようなフレネルレンズパターンＰ１が、演算部４１からの電子的な指令によって、空間光変調器４内に作成されることにより好適に行われる。もしくは、複数の偏光状態に対応する複数のフレネルレンズパターンＰ１が予め用意され、その予め用意されたフレネルレンズパターンＰ１の中から所望の偏光状態を作り出すパターンが選択されるとよい。その選択されたパターンが、演算部４１からの電子的な指令によって空間光変調器４に表示される。
【００３１】
対象物用基板６の対象物設置面６ｂ上に形成されるエバネッセント光Ｌ３の光強度（電場強度）は、入射角θおよび偏光状態に依存して変化する。対象物用基板６の対象物設置面６ｂ上におけるエバネッセント光Ｌ３の光強度Ｉｔ（０）は、式（７）に示される通り、Ｐ偏光成分の光強度ＩＰ（０）とＳ偏光成分の光強度ＩＳ（０）との和で表される。
【数７】
2015082013.tif 000009
ここで、式（７）中のエバネッセント光Ｌ３のＰ偏光成分の光強度ＩＰ（０）およびＳ偏光成分の光強度ＩＳ（０）は、式（８）および（９）のように表される。
【数８】
2015082013.tif 000010
【数９】
2015082013.tif 000011
ただし、エバネッセント光Ｌ３の光強度Ｉｐｘ、Ｉｐｙ、およびＩｐｚは、下式（１０）〜（１２）で与えられる。
【数１０】
2015082013.tif 000012
【数１１】
2015082013.tif 000013
【数１２】
2015082013.tif 000014
ここで、θは、照射光Ｌ２の対象物用基板６への入射角を表し、ｎは、式（１３）で示される通り、ｎ１とｎ２の屈折率比を表す。
【数１３】
2015082013.tif 000015
【００３２】
なお、エバネッセント光Ｌ３の光強度は、対象物用基板６の対象物設置面６ｂからの距離ｚの関数Ｉｔ（ｚ）として表現され得るので、この距離ｚの関数Ｉｔ（ｚ）から、エバネッセント光Ｌ３の浸み出し長さｄが算出される。エバネッセント光Ｌ３の光強度Ｉｔ（ｚ）は、式（１４）に示される通りである。
【数１４】
2015082013.tif 000016
ここで、Ｉｔ（０）は、対象物用基板６の対象物設置面６ｂ上におけるエバネッセント光Ｌ３の光強度を表す。エバネッセント光Ｌ３の浸み出し長さｄは、式（１５）で与えられる。
【数１５】
2015082013.tif 000017
【００３３】
図９（ａ）〜図９（ｄ）は、エバネッセント光Ｌ３の光強度Ｉｔおよび浸み出し長さｄと、瞳面９上での集束点Ｆ１の位置との関係を示す図である。ただし、エバネッセント光Ｌ３の光強度Ｉｔの計算にあたっては、式（１６）の関係が仮定されている。
【数１６】
2015082013.tif 000018
エバネッセント光Ｌ３の光強度Ｉｔについては、式（１７）に示される通り、その強度の２乗が算出されている。式（１７）では、Ｉｔ（ｚ）は、Ｉｔと表記される。
【数１７】
2015082013.tif 000019
【００３４】
図９（ａ）は、瞳面９上での集束点Ｆ１の位置と対象物設置面６ｂ上での光強度の２乗値Ｉｔ２との関係についての計算結果である。図中、黒く塗りつぶされる中央の円形の領域Ｄは、照射光Ｌ２が全反射されず透過する瞳面９の領域９Ｂに対応する。破線ＡおよびＢに相当する瞳面９上での位置は、それぞれＰ偏光のみ、およびＳ偏光のみの偏光状態となることを表す。Ｐ偏光のみの場合（破線Ａ）が、Ｓ偏光のみの場合（破線Ｂ）よりも明るく表現されており、光強度の２乗値Ｉｔ２が大きいことが示されている。
【００３５】
図９（ｂ）は、光強度の２乗値Ｉｔ２についての開口数（Ｎ．Ａ．）値依存性の計算結果である。図９（ｂ）では、縦軸の光強度の２乗値Ｉｔ２は、大きさが規格化され任意単位で表されている。また、図９（ｂ）では、瞳面９の中心と集束点Ｆ１との距離が、Ｎ．Ａ．値で表現されている。図中、入射角θが臨界角θcに等しいとき、Ｎ．Ａ．値は１．０であり、入射角θが臨界角θcを超えると、Ｎ．Ａ．値は１．０よりも大きくなる。破線Ａにおける光強度Ｉｔ、および破線Ｂにおける光強度Ｉｔともに、同様の傾向が見られ、Ｎ．Ａ．値が大きくなるほど、即ち、入射角θが臨界角θcに対して大きくなるほど、光強度の２乗値Ｉｔ２は、単調に減少している。逆に、入射角θが臨界角θcに近いほど、対象物設置面６ｂ上での光強度Ｉｔが増強されることが示されている。ただし、図９（ａ）に対応して、破線Ａでの光強度の２乗値Ｉｔ２は、破線Ｂでの値に比べて大きくなっている。なお、対象物８の状態によっては、光強度Ｉｔが最大値でないことが好適な場合があり、この場合には、Ｎ．Ａ．値が好適な値に変更されることにより、所望の光強度Ｉｔが得られる。Ｎ．Ａ．値の変更は、瞳面９における集束点Ｆ１の位置と瞳面の中心位置との距離が変更されることにより実施される。
【００３６】
図９（ｃ）は、瞳面９上での集束点Ｆ１の位置と、エバネッセント光Ｌ３の浸み出し長さｄとの関係についての計算結果である。図中、浸み出し長さｄは、エバネッセント光Ｌ３の光強度が、対象物設置面６ｂ上における光強度の２乗値Ｉｔ２のｅ−２倍となる長さと定義されている。この図では、Ｐ偏光の浸み出し長さｄについては、Ｐ偏光の光強度がＩｔ２のｅ−２倍になる長さとして計算され、Ｓ偏光の浸み出し長さｄについても、Ｓ偏光の光強度がＩｔ２のｅ−２倍になる長さとして計算されている。このため、Ｐ偏光およびＳ偏光という偏光状態の相違によって、領域９Ａに明暗の相違は現れない。Ｐ偏光およびＳ偏光ともに、領域９Ｂの外側近くが均等に明るく表示されている。
【００３７】
図９（ｄ）は、浸み出し長さｄについてのＮ．Ａ．値依存性の計算結果である。図９（ｄ）においても、浸み出し長さｄは、エバネッセント光Ｌ３の光強度が、対象物設置面６ｂ上における光強度の２乗値Ｉｔ２のｅ−２倍になる長さで表される。図９（ｄ）は、瞳面９上の破線Ｃでの計算結果であり、浸み出し長さｄの単位は、ｎｍである。浸み出し長さｄは、図９（ｂ）の光強度Ｉｔの場合と同様に、Ｎ．Ａ．値が大きくなるほど、即ち、入射角θが臨界角θcに対して大きくなるほど、単調に減少している。逆に、入射角θが臨界角θcに近いほど、浸み出し長さｄが増大されることが示されている。なお、図９（ｂ）の光強度Ｉｔの場合と同様に、対象物８の状態から、浸み出し長さｄが最大値でないことが好適な場合があり、この場合には、Ｎ．Ａ．値が好適な値に変更されることにより、所望の浸み出し長さｄが得られる。Ｎ．Ａ．値の変更は、光強度Ｉｔの変更の場合と同様に、瞳面９における集束点Ｆ１の位置と瞳面９の中心位置との距離が変更されることにより実施される。
【００３８】
瞳面９上に照射光Ｌ２が点状の集束点Ｆ１を有する場合は、面照射となるが、瞳面９上に集束点Ｆ１が複数ある場合には、上述した面照射とは異なる態様での面照射がなされる。図１０は、瞳面９上に２つの集束点Ｆ１aとＦ１ｂとがある場合の形態を示す図である。図１０（ａ）は、図１に示された全反射型光照射装置１の構成を示しており、図１０（ｂ）は、照射光Ｌ２の光軸方向から見た瞳面９と、瞳面９に含まれる領域９Ａとを示している。
【００３９】
図１１は、瞳面９上に２つの集束点Ｆ１aとＦ１ｂとを与えるフレネルレンズパターンＰ３を示す図である。例えば、図１０（ａ）に示される全反射型光照射装置１の構成において、図１１のフレネルレンズパターンＰ３が呈示されると、瞳面９の領域９Ａに２つの集束点Ｆ１ａおよびＦ１ｂが生じる。このフレネルレンズパターンＰ３が呈示される場合は、集束点Ｆ１ａおよびＦ１ｂをそれぞれ通過する照射光Ｌ２ａおよびＬ２ｂが、対象物用基板６において、互いに反対方向に伝搬する伝搬光を生じさせる。このため、２つの伝搬光が互いに干渉し合って干渉縞が生じ、対象物８に照射されるエバネッセント光Ｌ３にも干渉縞が生成される。
【００４０】
図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、瞳面９上に２つの集束点Ｆ１aとＦ１ｂとがある場合の干渉縞の観察結果を示す図である。図１２（ａ）は、照射光Ｌ２の対象物用基板６への入射角θが７．５°の場合の観察結果であり、図１２（ｂ）は、入射角θが１３．０°の場合の観察結果である。図１２（ａ）と図１２（ｂ）とを比べると、２つの集束点Ｆ１ａおよびＦ１ｂの互いの間隔が近くなると、干渉縞の間隔が広くなっている。図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、照射光Ｌ２の入射角θ、即ち、２つの集束点Ｆ１の間隔が変更されると、干渉縞の間隔が任意に操作され得ることを示している。
【００４１】
図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は、瞳面９上に集束点が８つある場合のエバネッセント光Ｌ３の干渉縞の観察結果を示す図である。面照射においては、瞳面９のμ−ξ面上に８つの集束点Ｆ１ｃ〜Ｆ１ｊを形成することも可能である。図１３（ａ）は、瞳面９上に存在する８つの集束点Ｆ１ｃ〜Ｆ１ｊの様子を示している。図１３（ｂ）は、集束点Ｆ１ｃ〜Ｆ１ｊをそれぞれ通過する照射光に由来する伝搬光Ｗ１ｃ〜Ｗ１ｊが互いに干渉し合って干渉縞が生じている様子を概念的に示している。図１３（ｃ）は、伝搬光Ｗ１ｃ〜Ｗ１ｊの干渉に伴って生じたエバネッセント光の干渉縞の様子を示している。図１３（ｃ）において、白く明るく表示された部分Ｇ１は、干渉によって強め合っている領域であり、黒く暗く表示された部分Ｇ２は、干渉によって弱め合っている領域である。集束点が８つある場合においても、照射光Ｌ２の入射角θが変更されると、干渉縞の間隔が任意に操作され得る。
【００４２】
図１４は、照射光Ｌ２の入射角θが０度の場合に、対象物用基板６を通過する照射光Ｌ２の観察結果を示す図である。照射光Ｌ２の入射角θが０度の場合、照射光Ｌ２は、全反射されず、そのまま対象物用基板６を通過する。このため、エバネッセント光Ｌ３による対象物８への光照射は起こらない。集束点Ｆ１が一つなので、干渉縞も観察されない。
【００４３】
図１５は、環状の集束態様の点照射のためのレンズパターンＰ１の一例として、トロイダル−フレネルレンズパターンに光学系による歪みを補正するパターンを重畳したレンズパターンＰ４を示す図である。トロイダル−フレネルレンズパターンＰ４によれば、例えば、上述の図３（ａ）に示す全反射型光照射装置１の構成において、照射光Ｌ２は、図３（ｂ）に示すように瞳面９上で環状に集束して集束環Ｆ２を形成する。環状の集束態様の点照射においても、照射光Ｌ２の対象物用基板６への入射角θが、臨界角θｃに対してθ＞θｃの関係を満たすと、照射光Ｌ２が対象物用基板６上で全反射される。エバネッセント光Ｌ３の対象物８への照射態様は、上述の通り、点状であり照射面積も小さい。
【００４４】
図１６（ａ）および図１６（ｂ）は、環状の集束態様による点照射の観察結果である。図１６（ａ）は、エバネッセント光Ｌ３の観察結果であり、図１６（ｂ）は、瞳面９上での集束環Ｆ２の様子を示す図である。瞳面９上では、照射光Ｌ２の入射角θが臨界角θｃに対してθ＞θｃを満たす領域９Ａに集束環Ｆ２が与えられている。図１６（ａ）に示される通り、エバネッセント光Ｌ３による照射は、照射面積の小さい点照射であることが観察される。
【００４５】
環状の集束態様による点照射においても、集束環Ｆ２の半径の大きさが操作されると、所望のエバネッセント光Ｌ３の浸み出し長さｄや光強度Ｉｔが得られる。図１７は、エバネッセント光Ｌ３の光強度ＩｔのＮ．Ａ．値依存性を示す図である。図１７では、縦軸の光強度Ｉｔは、大きさが規格化され任意単位で表されている。面照射の場合と同様に、Ｎ．Ａ．値が大きくなるほど、即ち、照射光Ｌ２の入射角θが臨界角θcに比べて大きくなるほど、光強度Ｉｔは、単調に減少している。逆に、入射角θが臨界角θcに近いほど、対象物設置面６ｂでの光強度Ｉｔが増強されることが示されている。このことは、集束環Ｆ２の半径が、次第に小さくなり、臨界角θcに相当する領域に近づくにつれて、エバネッセント光Ｌ３の光強度Ｉｔが増大することを意味している。浸み出し長さｄについても同様であり、集束環Ｆ２の半径が、次第に小さくなり、臨界角θcに相当する領域に近づくにつれて、浸み出し長さｄは長くなる。
【００４６】
即ち、集束環Ｆ２の半径が大きいほど、エバネッセント光Ｌ３の光強度Ｉｔが小さくなり、これに対応して、浸み出し長さｄは小さくなる。逆に、集束環Ｆ２の半径が小さいほど、エバネッセント光Ｌ３の光強度Ｉｔが大きくなり、これに対応して、浸み出し長さｄは大きくなる。対象物８の状態によっては、エバネッセント光Ｌ３の光強度Ｉｔが最大値でないことが好適な場合があり、この場合には、集束環Ｆ２の半径の操作によって、Ｎ．Ａ．値が変更され、所望の光強度Ｉｔや浸み出し長さｄが得られる。
【００４７】
なお、照射光Ｌ２が環状に集束されるためには、空間光変調器４にトロイダル−フレネルレンズパターンＰ４を呈示する方法以外にも、例えば、照射光Ｌ２が環状に集束するように、空間光変調器４の上にマスクが設けられる方法が挙げられる。また、照射光Ｌ２が環状に集束するように、空間光変調器４によって、照射光Ｌ２が回折させられる方法が挙げられる。
【００４８】
図１８（ａ）〜図１８（ｆ）は、環状の集束態様による点照射におけるエバネッセント光Ｌ３のビーム整形について説明する図である。図１８（ａ）は、図１５のトロイダル−フレネルレンズパターンＰ４であり、図１８（ｂ）および図１８（ｃ）は、図１８（ａ）のトロイダル−フレネルレンズパターンＰ４が用いられた場合のエバネッセント光Ｌ３の観察結果である。図１８（ｄ）は、図１８（ａ）の変形例のトロイダル−フレネルレンズパターンＰ５を示す図である。図１８（ｅ）および図１８（ｆ）は、図１８（ｄ）のトロイダル−フレネルレンズパターンＰ５が用いられた場合のエバネッセント光Ｌ３の観察結果である。図１８（ｂ）および図１８（ｅ）は、Ｎ．Ａ．値が１．０５〜１．０６であるときのエバネッセント光Ｌ３の観察結果である。図１８（ｃ）および図１８（ｆ）は、Ｎ．Ａ．値が１．３５〜１．３６であるときのエバネッセント光Ｌ３の観察結果である。なお、環状の集束態様による点照射では、微細観察によると、エバネッセント光Ｌ３として複数のビームが観察される。このため、図１８（ｂ）および図１８（ｃ）では、２つの集光スポットが観察され、図１８（ｅ）および図１８（ｆ）では、３つの集光スポットが観察されている。
【００４９】
図１８（ｂ）および図１８（ｃ）では、エバネッセント光Ｌ３のビーム形状は、いずれも左右非対称に歪んで観察されている。エバネッセント光Ｌ３の光電場分布は、対象物用基板６に入射する照射光Ｌ２の偏光方向に依存し、例えば、直線偏光の照射光Ｌ２が用いられる場合、エバネッセント光Ｌ３の光電場分布の形状は、照射光Ｌ２の偏光方向に伸びるからである。それゆえ、このビーム形状が照射光Ｌ２の偏光方向に伸びたエバネッセント光Ｌ３が対象物８に照射されると、対象物８の観察像は、照射光Ｌ２の偏光方向に伸びて画像化される。
【００５０】
左右対称な偏光状態を有する照射光Ｌ２が用いられると、エバネッセント光Ｌ３のスポット形状の変形は軽減される。図１８（ｄ）のトロイダル−フレネルレンズパターンＰ５では、図１８（ａ）のパターンにおいて、その片側半分の領域のみに、位相をπ（ｒａｄ）だけシフトさせるパターンが足し合わされている。この結果、左右対称な偏光状態を有する照射光Ｌ２が生成されるため、図１８（ｅ）および図１８（ｆ）では、それぞれ図１８（ｂ）および図１８（ｃ）と比べて、エバネッセント光Ｌ３のスポット形状が整形されている。このように、環状の集束態様による点照射においては、左右対称な偏光状態を有する照射光Ｌ２を生成するトロイダル−フレネルレンズパターンＰ５が用いられると、エバネッセント光Ｌ３の光電場分布の歪みが緩和されスポット形状も改善される。なお、図１８（ｂ）および図１８（ｃ）、並びに、図１８（ｅ）および図１８（ｆ）と参照すると、Ｎ．Ａ．値が大きくなると、エバネッセント光Ｌ３のスポット間隔が小さくなることが分かる。
【００５１】
図１９は、面照射および点照射におけるフレネルレンズパターンの決定手順を示す図である。全反射型光照射装置１では、演算部４１が、面照射および点照射の各々について、所望の照射条件に応じてフレネルレンズパターンの演算およびフィードバックを行い、位相パターンを決定する。決定された位相パターンに基づくフレネルレンズパターンが、演算部４１からの電子的な指令によって空間光変調器４に呈示される。
【００５２】
面照射では、照射光Ｌ２が瞳面９で点状に集束されるように位相パターンが決定される。その上で、対象物８の厚みや濃度などの状態に応じ、エバネッセント光Ｌ３の所望の光強度Ｉｔや浸み出し長さｄが設定され、また、対象物８の偏光依存性に応じ、エバネッセント光Ｌ３のＰ偏光およびＳ偏光の比率が設定される（ステップＳ１１）。設定された照射条件に基づいて、演算部４１において、位相パターンと照射条件との最適化計算フィードバックを通して（ステップＳ１）、フレネルレンズパターンの演算が行われる（ステップＳ１２）。演算後に位相パターンが決定され（ステップＳ２）、演算部４１によって決定後の位相パターンに基づくフレネルレンズパターンが空間光変調器４に呈示される。
【００５３】
点照射では、照射光Ｌ２が瞳面９で環状に集束されるように位相パターンが決定される。その上で、対象物８の厚みや濃度などの状態に応じ、エバネッセント光Ｌ３の所望の光強度Ｉｔや浸み出し長さｄ、形状が設定される（ステップＳ２１）。設定された照射条件に基づいて、演算部４１において、位相パターンと照射条件との最適化計算フィードバックを通して（ステップＳ１）、トロイダル−フレネルレンズパターンの演算が行われる（ステップＳ２２）。演算後に位相パターンが決定され（ステップＳ２）、演算部４１によって決定後の位相パターンに基づくトロイダル−フレネルレンズパターンが空間光変調器４に呈示される。
【００５４】
本実施形態の全反射型光照射装置１によって得られる効果について説明する。上述したように、対象物８にエバネッセント光Ｌ３を照射する全反射型光照射装置１において、対物レンズ５の瞳面９に照射光Ｌ２を集束させた場合、その集束形状や集束位置を変化させると、エバネッセント光Ｌ３の偏光状態、浸み出し長さ、形状、もしくは光強度が有意に変化する。また、この全反射型光照射装置１では、演算部４１からの電子的な指令によって空間光変調器４にフレネルレンズパターンＰ１を表示するので、対物レンズ５の瞳面９における集束形状や集束位置を容易に変更することができる。従って、例えば、対象物８の偏光依存性に応じ、Ｐ偏光もしくはＳ偏光のうちの所望の偏光を有するエバネッセント光Ｌ３を得ることができる。また、対象物８の厚みや濃度などの状態に応じ、所望の浸み出し長さや形状、光強度を有するエバネッセント光Ｌ３を得ることができる。このように、全反射型光照射装置１によれば、簡易な構成によって、エバネッセント光Ｌ３の偏光状態、浸み出し長さ、形状、および光強度を容易に操作することができる。
【００５５】
また、本実施形態の全反射型光照射装置１では、演算部４１が、エバネッセント光Ｌ３の所望の偏光状態、所望の浸み出し長さ、所望の形状、および所望の光強度のうちの少なくとも一つに対応するフレネルレンズパターンＰ１を作成して空間光変調器４に提供してもよい。この場合、対物レンズ５の瞳面９における集束形状や集束位置を変更するようなフレネルレンズパターンＰ１が、演算部４１からの電子的な指令によって空間光変調器４に作成される。このため、例えば、対象物８の偏光依存性に応じ、Ｐ偏光もしくはＳ偏光のうちの所望の偏光を有するエバネッセント光Ｌ３を得ることができる。また、対象物８の厚みや濃度などの状態に応じ、所望の浸み出し長さや形状、光強度を有するエバネッセント光Ｌ３を得ることができる。
【００５６】
また、本実施形態の全反射型光照射装置１では、演算部４１が、エバネッセント光Ｌ３の偏光状態、浸み出し長さ、形状、および光強度のうちの少なくとも一つに対応しており、予め用意された複数のフレネルレンズパターンＰ１の中から、エバネッセント光Ｌ３の所望の偏光状態、所望の浸み出し長さ、所望の形状、および所望の光強度のうちの少なくとも一つに応じて一のフレネルレンズパターンＰ１を選択して空間光変調器４に提供してもよい。
【００５７】
この場合、エバネッセント光Ｌ３の偏光状態、浸み出し長さ、形状、および光強度のうちの少なくとも一つに対応した複数のフレネルレンズパターンＰ１が予め用意される。その予め用意されたフレネルレンズパターンＰ１の中から、演算部４１からの電子的な指令によって、所望のパターンが選択される。例えば、対象物８の偏光依存性に合わせ、Ｐ偏光もしくはＳ偏光のうちの所望の偏光を有するエバネッセント光Ｌ３が得られるようなフレネルレンズパターンＰ１が選択される。また、対象物８の厚みや濃度などの状態に応じ、所望の浸み出し長さや形状、光強度を有するエバネッセント光Ｌ３が得られるようなフレネルレンズパターンＰ１が選択される。
【００５８】
また、フレネルレンズパターンＰ１は、対象物８面に入射される照射光Ｌ２の光軸を含む入射面Ｑ２と、瞳面９に直交する基準面Ｑ１とが、エバネッセント光Ｌ３の所望の偏光状態に対応する角度αを成すようなパターンであることができる。対象物８面に入射される照射光Ｌ２の光軸を含む入射面Ｑ２と、瞳面９に直交する基準面Ｑ１とが成す角度αは、照射光Ｌ２の偏光状態に一義的に対応する。従って、この角度αの変更によって、エバネッセント光Ｌ３の偏光成分を容易に操作することができる。
【００５９】
また、本実施形態の全反射型光照射装置１では、フレネルレンズパターンＰ１が、瞳面９での照射光Ｌ２の集束位置と、瞳面９の中心位置とが、エバネッセント光Ｌ３の所望の浸み出し長さ又は所望の光強度に対応する距離を成すようなパターンであることができる。瞳面９での照射光Ｌ２の集束位置と瞳面の中心位置との距離を変化させると、照射光Ｌ２が全反射する際に、照射光Ｌ２の入射角θと臨界角θｃとの関係が変化する。照射光Ｌ２の入射角θと臨界角θｃとの関係は、エバネッセント光Ｌ３の浸み出し長さおよび光強度に結びつく。従って、瞳面９での照射光Ｌ２の集束位置と瞳面９の中心位置との距離の操作によって、エバネッセント光Ｌ３の所望の浸み出し長さおよび光強度とが容易に得られる。
【００６０】
また、本実施形態の全反射型光照射装置１では、フレネルレンズパターンＰ１が、瞳面９に照射光Ｌ２が点状に集束されるようなパターンであることができる。このフレネルレンズパターンＰ１によって生じるエバネッセント光Ｌ３は、環状の集束態様と比較して、対象物８の広い面積に照射されることができる。
【００６１】
また、本実施形態の全反射型光照射装置１では、フレネルレンズパターンＰ１が、瞳面９に照射光Ｌ２が環状に集束されるようなパターンであることができる。このフレネルレンズパターンＰ１によって生じるエバネッセント光Ｌ３は、対象物８に対して点状に照射されるので、微細な領域に集中して照射されることができる。
【００６２】
また、本実施形態の全反射型光照射装置１は、瞳面９に照射光Ｌ２が集束される態様として、点状もしくは環状のうちのいずれかが選択されることができる。これにより、対象物８の照射面積を操作者が自在に変えることが可能となる。
【００６３】
以上、本発明による全反射型光照射装置について、詳細に説明したが、本発明による全反射型光照射装置は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、全反射型顕微鏡への適用だけでなく、例えば、エバネッセント光を用いる表面加工への適用も可能である。エバネッセント光の浸み出し長さや光強度が操作されるので、好適な精度を有する表面を提供することができる。
【００６４】
また、対象物として対象物設置面６ｂ上に配置された対象物８で説明したが、対象物の表面で照射光を全反射させることで内部にエバネッセント光を発生させても良い。例えば、半導体集積回路などの半導体デバイスでは、半導体デバイスの基板が対象物用基板としての役割を果たし、半導体デバイスの基板付近で発生したエバネッセント光を半導体デバイスのデバイス面（対象物８に相当）に照射することができる。
【００６５】
また、対物レンズ５と対象物用基板６との間に油浸オイル７が設けられる液浸レンズ法で説明したが、対象物用基板６上に対象物用基板６と同程度の屈折率を有する固浸レンズを設けてもよい。半導体デバイスなど液体を用いることが難しい対象物の場合に有効である。
【符号の説明】
【００６６】
１…全反射型光照射装置、２…光源、３…集光レンズ、４…空間光変調器、５…対物レンズ、６…対象物用基板、７…油浸オイル、８…対象物、９…瞳面、４１…演算部、Ｌ１、Ｌ２…照射光、Ｌ３…エバネッセント光、Ｆ１…集束点、Ｆ２…集束環、Ｐ１…フレネルレンズパターン
【図１】
2015082013.tif 000020
【図２】
2015082013.tif 000021
【図３】
2015082013.tif 000022
【図６】
2015082013.tif 000023
【図７】
2015082013.tif 000024
【図１０】
2015082013.tif 000025
【図１７】
2015082013.tif 000026
【図１９】
2015082013.tif 000027
【図４】
2015082013.tif 000028
【図５】
2015082013.tif 000029
【図８】
2015082013.tif 000030
【図９】
2015082013.tif 000031
【図１１】
2015082013.tif 000032
【図１２】
2015082013.tif 000033
【図１３】
2015082013.tif 000034
【図１４】
2015082013.tif 000035
【図１５】
2015082013.tif 000036
【図１６】
2015082013.tif 000037
【図１８】
2015082013.tif 000038