(57)【要約】【課題】近接場光顕微鏡および逆解析アルゴリズムを使用して観測データから分布を求める近接場光イメージング方法・装置および近接場光イメージング方法を応用した高密度記録情報メディアに関する。【解決手段】光を発生させる光源と、光源から導かれる光により近接場光を発生させ、近接場光を試料に照射する薄膜スリットと、試料に近接場光を照射することにより発生した透過光もしくは反射した散乱光を検出する検出器と、を備えたものであって、薄膜スリットは、透過層と、外部層とからなり、透過層に光源から導かれる光を導入し、試料に近接場光を照射する近接場光顕微鏡、高密度記録情報メディア読み取り装置等に関する。【選択図】図２
2007139466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発生させる光源と、該光源から導かれる光により近接場光を発生させ、前記近接場光を試料に照射する薄膜スリットと、前記試料に前記近接場光を照射することにより発生した透過光もしくは反射した散乱光を検出する検出器と、を備えた近接場光顕微鏡であって、前記薄膜スリットは、透過層と、少なくとも一つの外部層とからなり、前記透過層に前記光源から導かれる光を導入し、前記試料に前記近接場光を照射することを特徴とする近接場光顕微鏡。
【請求項２】
光を発生させる光源と、試料に前記光源から発生した光を照射することにより発生した近接場光を集光する薄膜スリットと、該薄膜スリットにより集光した前記近接場光を検出する検出器と、を備えた近接場光顕微鏡であって、前記薄膜スリットは、透過層と、少なくとも一つの外部層とからなることを特徴とする近接場光顕微鏡。
【請求項３】
光を発生させる光源と、薄膜スリットと、該薄膜スリットにより集光した散乱光を検出する検出器と、を備えた近接場光顕微鏡であって、前記薄膜スリットは、前記光源から導かれる光が前記薄膜スリットを透過し、前記薄膜スリットの開口部において発生した近接場光を照射すると共に、前記試料から反射した前記散乱光を集光することを特徴とする近接場光顕微鏡。
【請求項４】
光を発生させる光源と、近接場光を発生させる金属薄膜と、前記近接場光を試料に照射することにより発生した透過光を検出する検出器と、を備えた近接場光顕微鏡であって、前記金属薄膜は、少なくとも一つの透明な材料に挟まれており、前記光源から発生した光を前記金属薄膜のエッジ部に照射し、前記近接場光を発生させることを特徴とする近接場光顕微鏡。
【請求項５】
前記薄膜スリットにおいて、前記透過層は、二つの前記外部層に挟まれ、三層構造をとっている請求項１乃至３のいずれかに記載の近接場光顕微鏡。
【請求項６】
前記金属薄膜は、二つの前記透明な材料に挟まれ、三層構造をとっている請求項４に記載の近接場光顕微鏡。
【請求項７】
前記薄膜スリットを回転させながら前記試料に前記近接場光を照射しながら、または前記近接場光もしくは前記散乱光を集光しながら前記薄膜スリットの長手方向と垂直な方向にスキャンさせる請求項１乃至６のいずれかに記載の近接場光顕微鏡。
【請求項８】
前記試料を回転させながら前記薄膜スリットの長手方向と垂直な方向に前記薄膜スリットをスキャンさせる請求項１乃至７のいずれかに記載の近接場光顕微鏡。
【請求項９】
前記透過層の屈折率は、前記外部層の屈折率よりも大きい請求項１乃至８のいずれかに記載の近接場光顕微鏡。
【請求項１０】
前記薄膜スリットの幅は、５〜１００ｎｍである請求項１乃至９のいずれかに記載の近接場光顕微鏡。
【請求項１１】
前記薄膜スリットは、半導体レーザである請求項１乃至１０のいずれかに記載の近接場光顕微鏡。
【請求項１２】
前記検出器において、前記試料を透過した透過光もしくは前記試料から反射した近接場光もしくは散乱光を検出するステップと、前記薄膜スリットをスキャンさせることにより得られた透過光強度または散乱光強度を、前記薄膜スリットから照射された前記近接場光または集光した前記近接場光、前記透過光もしくは前記散乱光の前記薄膜スリットの厚さ方向の強度分布を用いてデコンボリューションを行なうことにより、前記薄膜スリットをスキャンさせることにより得られた前記透過光強度または前記散乱光強度のボケ画像を改善するボケ画像改善ステップと、該ボケ画像改善ステップにて改善したボケ画像補正後の前記透過光強度または前記散乱光強度から前記試料の透過率分布または反射率分布を再構成アルゴリズムで再構成して画像を得る再構成ステップとを行なう請求項１乃至１１のいずれかに記載の近接場光顕微鏡。
【請求項１３】
前記ボケ画像改善ステップにおいて、前記薄膜スリットをスキャンさせることにより得られた前記透過光強度または前記散乱光強度を、前記薄膜スリットから照射された前記近接場光または集光した前記近接場光、前記透過光もしくは前記散乱光の前記薄膜スリットの厚さ方向の強度分布を用いて、ウィナーフィルタを適用してデコンボリューションを行なう請求項１乃至１２のいずれかに記載の近接場光顕微鏡。
【請求項１４】
前記再構成ステップにおいて、ＣＢ法による再構成アルゴリズムを適用して前記試料の前記透過率分布または前記反射率分布を再構成する請求項１乃至１３のいずれかに記載の近接場光顕微鏡。
【請求項１５】
薄膜スリットから近接場光を試料に照射し、前記試料を透過した透過光もしくは前記試料から反射した散乱光を検出するステップと、前記薄膜スリットをスキャンさせることにより得られた透過光強度または散乱光強度を、前記薄膜スリットから照射された前記近接場光または集光した前記近接場光、前記透過光もしくは前記散乱光の前記薄膜スリットの厚さ方向の強度分布を用いてデコンボリューションを行なうことにより、前記薄膜スリットをスキャンさせることにより得られた前記透過光強度または前記散乱光強度のボケ画像を改善するステップと、該ボケ画像を改善するステップにて改善したボケ画像補正後の前記透過光強度または前記散乱光強度から前記試料の透過率分布または反射率分布を再構成アルゴリズムで再構成して画像を得るステップと、を備えたことを特徴とする近接場光イメージング方法。
【請求項１６】
前記ボケ画像を改善するステップにおいて、前記薄膜スリットをスキャンさせることにより得られた前記透過光強度または前記散乱光強度を、前記薄膜スリットから照射された前記近接場光または集光した前記近接場光、前記透過光もしくは前記散乱光の前記薄膜スリットの厚さ方向の強度分布を用いて、ウィナーフィルタを適用してデコンボリューションを行なう請求項１５に記載の近接場光イメージング方法。
【請求項１７】
前記再構成して画像を得るステップにおいて、ＣＢ法による再構成アルゴリズムを適用して前記試料の前記透過率分布または前記反射率分布を再構成する請求項１５または１６に記載の近接場光イメージング方法。
【請求項１８】
薄膜スリットから近接場光を試料に照射し、前記試料を透過した透過光もしくは前記試料から反射した散乱光を検出する手段と、前記薄膜スリットをスキャンさせることにより得られた透過光強度または散乱光強度を、前記薄膜スリットから照射された前記近接場光または集光した前記近接場光、前記透過光もしくは前記散乱光の前記薄膜スリットの厚さ方向の強度分布を用いてデコンボリューションを行なうことにより、前記薄膜スリットをスキャンさせることにより得られた前記透過光強度または前記散乱光強度のボケ画像を改善するボケ画像改善手段と、該ボケ画像改善手段にて改善したボケ画像補正後の前記透過光強度または前記散乱光強度から前記試料の透過率分布または反射率分布を再構成アルゴリズムで再構成して画像を得る手段と、を備えたことを特徴とする近接場光イメージング装置。
【請求項１９】
前記ボケ画像を改善する手段において、前記薄膜スリットをスキャンさせることにより得られた前記透過光強度または前記散乱光強度を、前記薄膜スリットから照射された前記近接場光または集光した前記近接場光、前記透過光もしくは前記散乱光の前記薄膜スリットの厚さ方向の強度分布を用いて、ウィナーフィルタを適用してデコンボリューションを行なう請求項１８に記載の近接場光イメージング装置。
【請求項２０】
前記再構成して画像を得る手段において、ＣＢ法による再構成アルゴリズムを適用して前記試料の前記透過率分布または前記反射率分布を再構成する請求項１８または１９に記載の近接場光イメージング装置。
【請求項２１】
薄膜スリットから近接場光を試料に照射し、前記試料を透過した透過光もしくは前記試料から反射した散乱光を検出するステップと、前記薄膜スリットをスキャンさせることにより得られた透過光強度または散乱光強度を、前記薄膜スリットから照射された前記近接場光または集光した前記近接場光、前記透過光もしくは前記散乱光の前記薄膜スリットの厚さ方向の強度分布を用いてデコンボリューションを行なうことにより、前記薄膜スリットをスキャンさせることにより得られた前記透過光強度または前記散乱光強度のボケ画像を改善するステップと、該ボケ画像を改善するステップにて改善したボケ画像補正後の前記透過光強度または前記散乱光強度から前記試料の透過率分布または反射率分布を再構成アルゴリズムで再構成して画像を得るステップと、を備えた近接場光イメージング方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項２２】
前記ボケ画像を改善するステップにおいて、前記薄膜スリットをスキャンさせることにより得られた前記透過光強度または前記散乱光強度を、前記薄膜スリットから照射された前記近接場光または集光した前記近接場光、前記透過光もしくは前記散乱光の前記薄膜スリットの厚さ方向の強度分布を用いて、ウィナーフィルタを適用してデコンボリューションを行なう請求項２１に記載のプログラム。
【請求項２３】
前記再構成して画像を得るステップにおいて、ＣＢ法による再構成アルゴリズムを適用して前記試料の透過率分布または反射率分布を再構成する請求項２１または２２に記載のプログラム。
【請求項２４】
請求項２１乃至２３のいずれかに記載されたプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項２５】
光を発生させる光源と、該光源から導かれる光により近接場光を発生させ、前記近接場光を高密度記録情報メディアに照射する薄膜スリットと、前記高密度記録情報メディアに前記近接場光を照射することにより発生した透過光もしくは反射した散乱光を検出する検出器と、を備えた高密度記録情報メディア読み取り装置であって、前記薄膜スリットは、透過層と、少なくとも一つの外部層とからなり、前記透過層に前記光源から導かれる光を導入し、前記試料に前記近接場光を照射することを特徴とする高密度記録情報メディア読み取り装置。
【請求項２６】
光を発生させる光源と、該光源から発生した光が、高密度記録情報メディアに照射されることにより発生した近接場光を集光する薄膜スリットと、該薄膜スリットにより集光した前記近接場光を検出する検出器と、を備えた高密度記録情報メディア読み取り装置であって、前記薄膜スリットは、透過層と、少なくとも一つの外部層とからなることを特徴とする高密度記録情報メディア読み取り装置。
【請求項２７】
光を発生させる光源と、薄膜スリットと、該薄膜スリットにより集光した前記近接場光を検出する検出器と、を備えた高密度記録情報メディア読み取り装置であって、前記薄膜スリットは、前記光源から導かれる光が前記薄膜スリットを透過し、前記薄膜スリットの開口部において発生した近接場光を照射すると共に、前記試料から反射した前記散乱光を集光することを特徴とする高密度記録情報メディア読み取り装置。
【請求項２８】
光を発生させる光源と、近接場光を発生させる金属薄膜と、前記近接場光を高密度記録情報メディアに照射することにより発生した透過光を検出する検出器と、を備えた高密度記録情報メディア読み取り装置であって、前記金属薄膜は、少なくとも一つの透明な材料に挟まれており、前記光源から発生した光を前記金属薄膜のエッジ部に照射し、前記近接場光を発生させることを特徴とする高密度記録情報メディア読み取り装置。
【請求項２９】
前記薄膜スリットにおいて、前記透過層は、二つの前記外部層に挟まれ、三層構造をとっている請求項２５乃至２７のいずれかに記載の高密度記録情報メディア読み取り装置。
【請求項３０】
前記金属薄膜は、二つの前記透明な材料に挟まれ、三層構造をとっている請求項２８に記載の高密度記録情報メディア読み取り装置。
【請求項３１】
前記薄膜スリットを回転させながら前記高密度記録情報メディアに前記近接場光を照射しながら、または前記近接場光もしくは前記散乱光を集光しながら前記薄膜スリットの長手方向と垂直な方向にスキャンさせる請求項２５乃至３０のいずれかに記載の高密度記録情報メディア読み取り装置。
【請求項３２】
前記高密度記録情報メディアを回転させながら前記薄膜スリットの長手方向と垂直な方向に前記薄膜スリットをスキャンさせる請求項２５乃至３１のいずれかに記載の高密度記録情報メディア読み取り装置。
【請求項３３】
前記透過層の屈折率は、前記外部層よりも大きい請求項２５乃至３２のいずれかに記載の高密度記録情報メディア読み取り装置。
【請求項３４】
前記薄膜スリットの幅は、５〜１００ｎｍである請求項２５乃至３３のいずれかに記載の高密度記録情報メディア読み取り装置。
【請求項３５】
前記薄膜スリットは、半導体レーザである請求項２５乃至３４のいずれかに記載の高密度記録情報メディア読み取り装置。
【請求項３６】
前記検出器において、前記高密度記録情報メディアを透過した透過光もしくは前記試料から反射した近接場光もしくは散乱光を検出するステップと、前記薄膜スリットをスキャンさせることにより得られた透過光強度または散乱光強度を、前記薄膜スリットから照射された前記近接場光または集光した前記近接場光、前記透過光もしくは前記散乱光の前記薄膜スリットの厚さ方向の強度分布を用いてデコンボリューションを行なうことにより、前記薄膜スリットをスキャンさせることにより得られた前記透過光強度または前記散乱光強度のボケ画像を改善するボケ画像改善ステップと、該ボケ画像改善ステップにて改善したボケ画像補正後の前記透過光強度から前記高密度記録情報メディアの透過率分布または反射率分布を再構成アルゴリズムで再構成して画像を得る再構成ステップとを行なう請求項２５乃至３５高密度記録情報メディア読み取り装置。
【請求項３７】
前記ボケ画像改善ステップにおいて、前記薄膜スリットをスキャンさせることにより得られた透過光強度または散乱光強度を、前記薄膜スリットから照射された前記近接場光または集光した前記近接場光、前記透過光もしくは前記散乱光の前記薄膜スリットの厚さ方向の強度分布を用いて、ウィナーフィルタを適用してデコンボリューションを行なう請求項２５乃至３６のいずれかに記載の高密度記録情報メディア読み取り装置。
【請求項３８】
前記再構成ステップにおいて、ＣＢ法による再構成アルゴリズムを適用して前記高密度記録情報メディアの前記透過率分布または前記反射率分布を再構成する請求項２５乃至３７のいずれかに記載の高密度記録情報メディア読み取り装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近接場光顕微鏡および逆解析手法を使用して観測データから試料の画像を再構成する近接場光イメージング方法、近接場イメージング装置、近接場光イメージング法をコンピュータに実行させるプログラム、記録媒体および近接場光顕微鏡の原理を応用した高密度記録情報メディア読み取り装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、飛躍的な進歩を遂げているナノテクノロジーでは、ナノスケールでの物質の構造観察が必要不可欠なものとなっている。そのため、例えば走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）や近接場光顕微鏡（ＳＮＯＭ）等が開発され、容易にナノスケールで物質の構造観察を行なうことができるようになっている。
【０００３】
中でも近接場光顕微鏡は、回折限界を超える（超解像）光学像を得ることができ、バイオテクノロジーや材料科学等様々な分野での測定装置および評価装置として用いられている。
【０００４】
近接場光顕微鏡の測定モードは、集光（イルミネーション）モードと照射（コレクション）モードおよび集光−照射（イルミネーション−コレクション）モードの三種類の測定モードがある。
【０００５】
集光モードは、回折限界以下の寸法の微細構造体をファイバープローブとして用い、ファイバープローブの先端にある微小開口部より光照射することで近接場光を発生させる。この状態でファイバープローブを試料面上でスキャンさせ、透過光、反射光および蛍光等の伝播光の検出、あるいは試料面を透過した近接場光を検出することで試料面の光学的情報を得る。
【０００６】
照射モードとは、遠隔場から光を試料に照射し、試料近傍に生じた近接場光をファイバープローブで集光する。この状態でファイバープローブを試料面上でスキャンさせ、試料近傍の近接場光を検出することで試料面の光学的情報を得る。
【０００７】
また、集光−照射モードとは、上述した集光モードと照射モードとを一つのファイバープローブで行なう方法である。
【特許文献１】特開２０００−４８３９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ファイバープローブの製造方法は、例えばエッチングや溶融延伸等様々な製造方法があるが、ファイバープローブの先端にある微小開口部の大きさが分解能の制約となるため、ファイバープローブの作成が極めて困難でありコストがかかるといった問題があった。また、ファイバープローブを試料面全体にスキャンさせなければならず、測定時間がかかるといった問題もあった。
【０００９】
このような問題を解決するために、例えば特許文献１では、作成が容易なファイバープローブおよびその製造方法を提案している。
【００１０】
しかし、ファイバープローブを試料全体にスキャンさせなくてはならず、測定時間がかかるといった問題を解決するには至ってはいない。また、試料に近接場光を照射し、試料を透過した透過光もしくは試料から反射した散乱光を検出し、データ処理（画像処理）を行なっているが、より簡便に画像をイメージングする方法、装置はいまだ開発がなされていない。
【００１１】
一方、近接場光顕微鏡の技術を応用して、ＤＶＤやＣＤ等の高密度記録情報メディアの光学読み取り技術として近接場光を利用することが期待されているが、ファイバープローブの耐久性、強度および生産コストの面で実用化することができないといった問題もあった。
【００１２】
本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、本発明は、ファイバープローブの代わりに薄膜スリットを使用した近接場光顕微鏡、近接場光イメージング法および近接場光顕微鏡の原理を応用した高密度記録情報メディア読み取り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】
【００１３】
本発明は、ファイバープローブの代わりに薄膜スリットプローブを使用した近接場光顕微鏡を提供することを目的とし、本発明の上記目的は、光を発生させる光源と、光源から導かれる光により近接場光を発生させ、近接場光を試料に照射する薄膜スリットと、試料に近接場光を照射することにより発生した透過光もしくは反射した散乱光を検出する検出器とを備えた近接場光顕微鏡であって、薄膜スリットは、透過層と、少なくとも一つの外部層とからなり、透過層に光源から導かれる光を導入し、試料に近接場光を照射することによって効果的に達成される。
【００１４】
また、本発明の上記目的は、光を発生させる光源と、試料に光源から照射された光が照射されることにより発生した近接場光を集光する薄膜スリットと、薄膜スリットにより集光した近接場光を検出する検出器と、を備えた近接場光顕微鏡であって、薄膜スリットは、透過層と、少なくとも一つの外部層とからなることによって、或は光を発生させる光源と、薄膜スリットと、薄膜スリットにより集光した散乱光を検出する検出器と、を備えた近接場光顕微鏡であって、薄膜スリットは、透過層と、透過層を挟みこむ二つの外部層とを有する三層構造からなり、薄膜スリットは、光源から導かれる光が薄膜スリットを透過し、薄膜スリットの開口部において発生した近接場光を試料に照射すると共に、試料から反射した散乱光を集光することによって、或は光を発生させる光源と、近接場光を発生させる金属薄膜と、近接場光を試料に照射することにより発生した透過光を検出する検出器と、を備えた近接場光顕微鏡であって、金属薄膜は、少なくとも一つの透明な材料に挟まれており、光源から発生した光を金属薄膜のエッジ部に照射し、近接場光を発生させることによっても効果的に達成される。
【００１５】
さらに、本発明の上記目的は、薄膜スリットにおいて、透過層は、二つの外部層に挟まれ、三層構造をとっていることによって、或は金属薄膜は、二つの透明な材料に挟まれ、三層構造をとっていることによって、或は薄膜スリットを回転させながら試料に近接場光を照射し、または近接場光もしくは散乱光を集光しながら薄膜スリットの長手方向と垂直な方向にスキャンさせることによって、或は試料を回転させながら薄膜スリットの長手方向と垂直な方向に薄膜スリットをスキャンさせることによって、或は透過層の屈折率は、外部層よりも大きいことによって、或は薄膜スリットの幅は、５〜１００ｎｍであることによって、より効果的に達成される。
【００１６】
本発明の上記目的は、検出器において、試料を透過した透過光もしくは試料から反射した近接場光もしくは散乱光を検出するステップと、薄膜スリットをスキャンさせることにより得られた透過光強度または散乱光強度を、薄膜スリットから照射された近接場光または集光した近接場光、透過光もしくは散乱光の薄膜スリットの厚さ方向の強度分布を用いてデコンボリューションを行なうことにより、薄膜スリットをスキャンさせることにより得られた透過光強度または散乱光強度のボケ画像を改善するボケ画像改善ステップと、ボケ画像改善ステップにて改善したボケ画像補正後の透過光強度または散乱光強度から試料の透過率分布または反射率分布を再構成アルゴリズムで再構成して画像を得る再構成ステップとを行なうことによって、或はボケ画像改善ステップにおいて、薄膜スリットをスキャンさせることにより得られた透過光強度または散乱光強度を、薄膜スリットから照射された近接場光または集光した近接場光、透過光もしくは散乱光の薄膜スリットの厚さ方向の強度分布を用いて、ウィナーフィルタを適用してデコンボリューションを行なうことによって、或は再構成ステップにおいて、ＣＢ法による再構成アルゴリズムを適用して試料の透過率分布または反射率分布を再構成することによって、より効果的に達成される。
【００１７】
本発明は、近接場光の照射光を既知として、近接場光を試料に照射した際の試料の透過率分布を求め、画像イメージングを再構成する方法を提供することを目的とし、本発明の上記目的は、薄膜スリットから近接場光を試料に照射し、試料を透過した透過光もしくは試料から反射した散乱光を検出するステップと、薄膜スリットをスキャンさせることにより得られた透過光強度または散乱光強度を、薄膜スリットから照射された近接場光または集光した近接場光、透過光もしくは散乱光の薄膜スリットの厚さ方向の強度分布を用いてデコンボリューションを行なうことにより、薄膜スリットをスキャンさせることにより得られた透過光強度または散乱光強度のボケ画像を改善するステップと、ボケ画像を改善するステップにて改善したボケ画像補正後の透過光強度または散乱光強度から試料の透過率分布または反射率分布を再構成アルゴリズムで再構成して画像を得るステップと、を備えたことによって効果的に達成される。
【００１８】
また、本発明の上記目的は、ボケ画像を改善するステップにおいて、薄膜スリットをスキャンさせることにより得られた透過光強度または散乱光強度を、薄膜スリットから照射された近接場光または集光した近接場光、透過光もしくは散乱光の薄膜スリットの厚さ方向の強度分布を用いて、ウィナーフィルタを適用してデコンボリューションを行なうことによって、或は再構成して画像を得るステップにおいて、ＣＢ法による再構成アルゴリズムを適用して試料の透過率分布または反射率分布を再構成することによって、より効果的に達成される。
【００１９】
また、本発明は、近接場光の照射光を既知として、近接場光を試料に照射した際の試料の透過率分布を求め、画像イメージングを再構成する装置を提供することを目的とし、本発明の上記目的は、薄膜スリットから近接場光を試料に照射し、試料を透過した透過光もしくは試料から反射した散乱光を検出する手段と、薄膜スリットをスキャンさせることにより得られた透過光強度または散乱光強度を、薄膜スリットから照射された近接場光または集光した近接場光、透過光もしくは散乱光の薄膜スリットの厚さ方向の強度分布を用いてデコンボリューションを行なうことにより、薄膜スリットをスキャンさせることにより得られた透過光強度または散乱光強度のボケ画像を改善するボケ画像改善手段と、ボケ画像改善手段にて改善したボケ画像補正後の透過光強度または散乱光強度から試料の透過率分布または反射率分布を再構成アルゴリズムで再構成して画像を得る手段と、を備えたことによって効果的に達成される。
【００２０】
また、本発明の上記目的は、ボケ画像を改善する手段において、薄膜スリットをスキャンさせることにより得られた透過光強度または散乱光強度を、薄膜スリットから照射された近接場光または集光した近接場光、透過光もしくは散乱光の薄膜スリットの厚さ方向の強度分布を用いて、ウィナーフィルタを適用してデコンボリューションを行なうことによって、或は再構成して画像を得る手段において、ＣＢ法による再構成アルゴリズムを適用して試料の透過率分布または反射率分布を再構成することによって、より効果的に達成される。
【００２１】
本発明は、近接場光の照射光を既知として、近接場光を試料に照射した際の試料の透過率分布を求め、画像イメージングを再構成するプログラムおよび記録媒体を提供することを目的とし、本発明の上記目的は、薄膜スリットから近接場光を試料に照射し、試料を透過した透過光もしくは試料から反射した散乱光を検出するステップと、薄膜スリットをスキャンさせることにより得られた透過光強度または散乱光強度を、薄膜スリットから照射された近接場光または集光した近接場光、透過光もしくは散乱光の薄膜スリットの厚さ方向の強度分布を用いてデコンボリューションを行なうことにより、薄膜スリットをスキャンさせることにより得られた透過光強度または散乱光強度のボケ画像を改善するステップと、ボケ画像を改善するステップにて改善したボケ画像補正後の透過光強度または散乱光強度から試料の透過率分布または反射率分布を再構成アルゴリズムで再構成して画像を得るステップと、を備えた近接場光イメージング方法をコンピュータに実行させることによって効果的に達成される。
【００２２】
また、本発明の上記目的は、ボケ画像を改善するステップにおいて、薄膜スリットをスキャンさせることにより得られた透過光強度または散乱光強度を、薄膜スリットから照射された近接場光または集光した近接場光、透過光もしくは散乱光の薄膜スリットの厚さ方向の強度分布を用いて、ウィナーフィルタを適用してデコンボリューションを行なうことによって、或は再構成して画像を得るステップにおいて、ＣＢ法による再構成アルゴリズムを適用して試料の透過率分布または反射率分布を再構成することによって、より効果的に達成される。
【００２３】
さらに、上述したプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することによっても、本発明の上記目的を効果的に達成される。
【００２４】
本発明は、上述した近接場光顕微鏡の原理を応用した高密度記録情報メディア読み取り装置を提供することを目的とし、本発明の上記目的は、光を発生させる光源と、光源から導かれる光により近接場光を発生させ、近接場光を高密度記録情報メディアに照射する薄膜スリットと、高密度記録情報メディア高密度記録情報メディアに前記近接場光を照射することにより発生した透過光もしくは反射した散乱光を検出する検出器と、を備えた高密度記録情報メディア読み取り装置であって、薄膜スリットは、近接場光を発生させる透過層と、少なくとも一つの外部層とからなり、透過層に光源から導かれる光を導入し、高密度記録情報メディアに近接場光を照射することによって効果的に達成される。
【００２５】
また、本発明の上記目的は、光を発生させる光源と、光源から照射された光が高密度記録情報メディアに照射されることにより発生した近接場光を観測し、集光する薄膜スリットと、薄膜スリットにより集光した近接場光を検出する検出器と、を備えた高密度記録情報メディア読み取り装置であって、薄膜スリットは、透過層と、少なくとも一つの外部層とからなることによって、或は光を発生させる光源と、薄膜スリットと、薄膜スリットにより集光した前記近接場光を検出する検出器と、を備えた高密度記録情報メディア読み取り装置であって、前記薄膜スリットは、透過層と、透過層を挟みこむ二つの外部層とを有する三層構造からなり、薄膜スリットは、光源から導かれる光が薄膜スリットを透過し、薄膜スリットの開口部において発生した近接場光を照射すると共に、試料から反射した散乱光を集光することによって、或は光を発生させる光源と、近接場光を発生させる金属薄膜と、近接場光を高密度記録情報メディアに照射することにより発生した透過光を検出する検出器と、を備えた高密度記録情報メディア読み取り装置であって、金属薄膜は、少なくとも一つの透明な材料に挟まれており、光源から発生した光を金属薄膜のエッジ部に照射し、近接場光を発生させることによっても効果的に達成される。
【００２６】
さらに、本発明の上記目的は、薄膜スリットにおいて、透過層は、二つの外部層に挟まれ、三層構造をとっていることによって、或は金属薄膜は、二つの透明な材料に挟まれ、三層構造をとっていることによって、或は薄膜スリットを回転させながら高密度記録情報メディアに近接場光を照射し、または近接場光もしくは散乱光を観測し、集光しながら薄膜スリットの長手方向と垂直な方向にスキャン（走査）させることによって、或は高密度記録情報メディアを回転させながら薄膜スリットの長手方向と垂直な方向に薄膜スリットをスキャンさせることによって、或は透過層の屈折率は、外部層よりも大きいことによって、或は薄膜スリットの幅は、５〜１００ｎｍであることによって、或は薄膜スリットは、半導体レーザであることによって、より効果的に達成される。
【００２７】
本発明の上記目的は、検出器において、高密度記録情報メディアを透過した透過光もしくは試料から反射した近接場光もしくは散乱光を検出するステップと、薄膜スリットをスキャンさせることにより得られた透過光強度または散乱光強度を、薄膜スリットから照射された近接場光または集光した近接場光、透過光もしくは散乱光の薄膜スリットの厚さ方向の強度分布を用いてデコンボリューションを行なうことにより、薄膜スリットをスキャンさせることにより得られた透過光強度または散乱光強度のボケ画像を改善するボケ画像改善ステップと、ボケ画像改善ステップにて改善したボケ画像補正後の透過光強度から高密度記録情報メディアの透過率分布または反射率分布を再構成アルゴリズムで再構成して画像を得る再構成ステップとを行なうことによって、或はボケ画像改善ステップにおいて、薄膜スリットをスキャンさせることにより得られた透過光強度または散乱光強度を、薄膜スリットから照射された近接場光または集光した近接場光、透過光もしくは散乱光の薄膜スリットの厚さ方向の強度分布を用いて、ウィナーフィルタを適用してデコンボリューションを行なうことによって、或は再構成ステップにおいて、ＣＢ法による再構成アルゴリズムを適用して高密度記録情報メディアの透過率分布または反射率分布を再構成することによって、より効果的に達成される。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の近接場光顕微鏡によれば、ファイバープローブでは、Ｘ、Ｙ方向の精密なスキャン（走査）が必要であったが、本発明では、薄膜スリットを回転させながらスキャンするので、Ｘ方向（またはＹ方向）のみスキャンすればよく、従来よりも簡便かつ迅速に試料をナノスケールで構造観察できるようになった。また、薄膜スリットは製造が容易であることから、近接場光顕微鏡の製造コストを抑えることもできるようになった。
【００２９】
さらに、薄膜スリットを半導体レーザに置きかえることにより、半導体レーザをそのまま照射スリットとして使用することができ、従来のよりも強い光を試料に照射することができるようになった。このため、従来では光電子倍増管（ＰＭＴ）等による光検出を簡略化することができ、迅速かつ手軽に試料をナノスケールで構造観察できるようになった。また、十分な強度の励起光が必要である蛍光観察にも適用できるようになった。
【００３０】
本発明の近接場光イメージング方法および近接場光イメージング装置によれば、薄膜スリットを回転させながらもしくは試料を回転させながらスキャンするため、角度の制御が重要になってくるが、角度は無次元数であるため容易に制御することができ、ナノスケールでの精密な制御を必要とする次元数を１次元減らすことができるようになった。これにより、容易に画像をイメージングすることができるようになった。
【００３１】
本発明のプログラムによれば、上述した近接場光イメージング方法を効率的に、かつ、高精度に行なうことができるようになった。
【００３２】
さらに、本発明の記憶媒体によれば、記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータに読み取らせて実行することによって、上述した近接場光イメージング方法と同様な効果を得ることができるようになった。
【００３３】
本発明の高密度記録情報メディア読み取り装置によれば、薄膜スリットを使用することにより、より効率良く、かつ、安価でＣＤやＤＶＤ等の高密度記録情報メディアを読み取ることができるようになった。
また、薄膜スリットを回転させながらもしくは高密度記録情報メディアを回転させながらスキャンするため、従来よりも高速で高密度記録情報メディアに書き込まれている内容を読み取ることができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明は、近接場光顕微鏡、逆解析アルゴリズムを使用して観測データから画像データを求めることを特徴とする近接場光イメージング方法、近接場光イメージング装置および近接場光顕微鏡の原理を応用した高密度記録情報メディアに関するものであり、ファイバープローブの代わりに薄膜スリットを使用したことが主な特徴である。以下、本発明について図面を参照にしながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３５】
図１は、本発明の近接場光顕微鏡の第１実施形態（照射モード）の構成を示す模式図である。なお、図１中の矢印は、光路を示している。
【００３６】
図１では、光源１から導かれる光により近接場光を発生させ、近接場光を試料５に照射する薄膜スリット４が試料５の面に対して垂直となるように配置されており、薄膜スリット４の上方には、光を発生させる光源１と、光学系であるミラー２および集光レンズ３が設置されている。また、試料５を配置する試料板６の下部には、試料５を透過した近接場光を検出する検出器７および試料５を透過した近接場光を集光する集光レンズ３が設置されている。なお、光源１を薄膜スリット４の上方に設置することにより、ミラー２および集光レンズ３を省略することもできる。また、光源１は、レーザ光源であってもよい。
【００３７】
光源１から照射された光は、光学系により光が集光され、薄膜スリット４へ導入される。薄膜スリット４に導入された光は、試料５に照射され、試料板６の下に設置されている検出器７で光強度が検出される。
【００３８】
図２は、図１の薄膜スリット４と試料５および検出器７の部分を拡大した図である。薄膜スリット４は、光源１から照射され、光学系によって集光された光を導入し、試料５の伝播する透過層４１と、透過層４１を挟みこむように二つの外部層４２からなる三層構造をとっている。なお、必ずしも三層構造である必要はなく、外部層４２は、少なくとも一つあればよい。例えば、透過層４１を挟みこむように四つの外部層４２からなる五層構造をとるようにしてもよく、また、透過層４１を一つの外部層４２で覆うようにしてもよく、使用目的等に応じて適宜変更することができる。薄膜スリット４の厚さは、使用目的等に応じて適宜変更することができるが、５〜１００ｎｍであることが好ましく、特に５〜５０ｎｍであることが好ましい。薄膜スリット４の透過層４１の厚さが薄いほど得られる画像の解像度は向上するが、薄膜スリット４の厚さが５ｎｍ未満であると、近接場光を通しにくくなり、得られる画像が暗くなるといった問題がある。一方、薄膜スリット４の厚さが１００ｎｍを超えると、解像度が低下し、試料５のナノスケールでの構造観察ができなくなる。なお、透過層４１の厚さは、近接場光を発生させるために光源１から照射される波長以下であることが好ましい。
【００３９】
また、薄膜スリット４の長手方向の長さは、使用目的等に応じて適宜変更することができ、特に限定されないが、４００ｎｍ〜１μｍであることが好ましい。
【００４０】
薄膜スリット４の構成材料は、使用目的等に応じて適宜変更することができるが、透過層４１には、例えば窒化珪素、光ファイバーで使用するコア材等の高屈折率の材料を使用し、外部層４２には、例えば酸化珪素、光ファイバーで使用するクラッド材等の低屈折率の材料を使用することが好ましい。
【００４１】
薄膜スリット４の代わりに半導体レーザを使用してもよい。半導体レーザは、薄膜スリット４の透過層４１を半導体で挟みこんだ構造をとっていることから、薄膜スリット４の透過層４１から照射されるレーザを照射光と利用すればより大きな光強度を得ることができる。
【００４２】
本発明の近接場光顕微鏡を用いて試料５の構造観察をする際、図３に示すように薄膜スリット４を水平方向に回転させながら透過層４１から伝播される近接場光を試料５に照射し、薄膜スリット４を薄膜スリット４の面に対して垂直方向にスキャン（走査）させる。薄膜スリット４を回転させないと、詳細は後述するが検出器７によりデータ処理を行なうことができない。薄膜スリット４を回転させる速度や方向は特に限定されず、使用目的、試料５の性質等に合わせて適宜変更することができる。また、例えば１８０度右回転させた後、１８０度左回転（逆回転）させるようにしてもよい。なお、薄膜スリット４を回転させず、試料板６を回転させて試料５を回転させるようにしてもよい。なお、ここで薄膜スリット４の面に対して垂直方向にスキャンさせるとは、薄膜スリット４の長手方向に対して垂直方向に薄膜スリット４を移動させながらスキャンすることをいう。薄膜スリット４から照射される近接場光を効率よく試料５に照射するために極近傍の距離でスキャンする。
【００４３】
図５は、薄膜スリット４を用いて帯状に近接場光を照射し、試料５からの透過光を検出する数理モデルを表した図である。図５中のｘ軸およびｙ軸は、試料５に固定された座標系である。Ｘ軸およびＹ軸はｘｙ座標系をθだけ回転させた座標系であり、Ｘ軸は薄膜スリット４の垂直方向を示しており、Ｙ軸は薄膜スリット４の長手方向を示している。
【００４４】
まず、薄膜スリット４から照射される近接場光の光強度分布をｆ（Ｘ，Ｙ）とし、試料５の透過率分布をｈ（ｘ，ｙ）とすると、検出器７で観測される透過光強度の総和ｐ（Ｘ，Ｙ，θ）はｆ（Ｘ，Ｙ）とｈ（ｘ，ｙ）のコンボリューションとなり、数１から数３のように表現される。
【００４５】
【数１】
2007139466.tif 000003
【００４６】
【数２】
2007139466.tif 000004
【００４７】
【数３】
2007139466.tif 000005
例えば、薄膜スリット４の長さ（図５のＹ軸方向）が試料５に対して十分に長いとすると、薄膜スリット４から外部に照射される光強度分布のＹ軸成分は一様とみなすことができる。そのため、光強度分布ｆ（Ｘ，Ｙ）をＸのみの関数ｆ（Ｘ）とすると、透過光強度の総和ｐ（Ｘ，Ｙ，θ）もＸとθの関数で表現され、数１は数４のように書きかえることができる。
【００４８】
【数４】
2007139466.tif 000006
数４の積分を入れ替えて整理すると、観測方程式は、数５および数６で表現される。
【００４９】
【数５】
2007139466.tif 000007
【００５０】
【数６】
2007139466.tif 000008
薄膜スリット４を用いた場合の観測方程式は数５のように薄膜スリット４から外部に照射される光強度分布ｆ（Ｘ）と薄膜スリット４の長手方向での透過率分布ｈ（ｘ，ｙ）の積分とのコンボリューションで表すことができる。
【００５１】
なお、スリットの長手方向の近接場の強度分布を一様でない場合には数１を直接離散化して連立１次方程式を構築し数値計算によりこの方程式を解いて透過率分布ｈ（ｘ，ｙ）を求める。すなわち数１を離散化すると
【００５２】
【数７】
2007139466.tif 000009
となる。ここで｛ｐ｝、｛ｈ｝はそれぞれ観測データを成分とするベクトル、試料５の透過率分布を成分とするベクトルである。また［Ｆ］はｈとｐを関係づけるマトリックスである。この連立１次方程式を例えばスカイライン法、ＣＧＳＴＡＢ法等の公知の解法により解く。
【００５３】
検出器７は、試料板６の下部に設置されており、試料５を透過した透過光を検出する。検出器７は、透過光を検出すると、検出した透過光を逆解析手法によりデータ処理（画像処理）を行なう。
【００５４】
以下、照射モードでの検出器７でのデータ処理の流れを本発明の近接場光イメージング方法、近接場光イメージング装置、近接場光イメージング方法をコンピュータに実行させるプログラム処理と併せて説明する。
【００５５】
図４は、照射モードでの検出器７でのデータ処理の流れ、近接場イメージング装置の手順、近接場光イメージング方法の流れおよび近接場光イメージング方法をコンピュータに実行させるプログラム処理の流れを示したフローチャートである。
【００５６】
薄膜スリット４から照射され近接場光のうち、試料５を透過した透過光を検出する（ステップ１１）。
【００５７】
透過光を検出すると（ステップ１１）、検出器７内において、薄膜スリット４を回転させながらスキャンさせることにより得られた透過光強度ｐ（Ｘ，θ）を、薄膜スリット４から照射された近接場光の薄膜スリット４の厚さ方向の強度分布ｆ（Ｘ）を用いてデコンボリューションを行ない、Ｘ方向のボケを補正し、ボケ補正後スキャン透過光強度データｇ（Ｘ，θ）を求める（ステップ１２）。
【００５８】
薄膜スリット４からの照射光の強度分布ｆ（Ｘ）は、薄膜スリット４に入射される光強度と薄膜スリット４の形状から数値的に求めることができる。薄膜スリットの長手方向の長さ（図５のＹ軸方向）が試料５に対して十分に大きいと仮定すると、２次元ヘルムホルツ方程式を有限要素法でモデル化し、薄膜スリット４から外部に照射される光強度分布のｆ（Ｘ）を数値的に求める。
【００５９】
観測量ｐ（Ｘ，θ）からデコンボリューションを用いてボケ補正後スキャン透過光強度データｇ（Ｘ，θ）を求める。観測量ｐ（Ｘ，θ）、強度分布ｆ（Ｘ）および観測強度分布ｇ（Ｘ，θ）のフーリエ変換をそれぞれＰ（ω，θ）、Ｆ（ω）およびＧ（ω，θ）とすると、数５は、数８のように書きかえられ、数９のようにボケ補正後スキャン透過光強度データｇ（Ｘ，θ）のフーリエ変換Ｇ（Ｘ，θ）を求めることができる。
【００６０】
【数８】
2007139466.tif 000010
【００６１】
【数９】
2007139466.tif 000011
なお、Ｆ（ω）が０または０に近い値の場合、求めようとする画像には含まれないノイズ成分の拡大が起こり、透過率分布ｈ（ｘ，ｙ）を再構成することが困難となることがある。この場合、数９の１／Ｆ（ω）の代わりにノイズによるボケ画像を改善するフィルタとして利用されているウィナーフィルタＷ（ω，θ）を用いる。
【００６２】
【数１０】
2007139466.tif 000012
【００６３】
【数１１】
2007139466.tif 000013
ここで、
2007139466.tif 000014
は、Ｇ（ω，θ）の推定値、
2007139466.tif 000015
は、Ｆの共役複素数を表しており、Ｃは定数である。
【００６４】
次に、ボケ画像を改善した後、試料５の透過率分布ｈ（ｘ，ｙ）をボケ補正後スキャン透過光強度データｇ（Ｘ，θ）で再構成アルゴリズムで再構成して画像を得る（ステップ１３）。
【００６５】
透過率分布ｈ（ｘ，ｙ）を再構成する方法は、例えば、Ｘ線ＣＴで利用されている公知の種々の再構成アルゴリズム等を利用することができるが、説明の便宜上、ＣＢ（Ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ  Ｂａｃｋｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）法を用いて、
2007139466.tif 000016
から透過率分布ｈ（ｘ，ｙ）を再構成する方法を説明する。
【００６６】
透過率分布ｈ（ｘ，ｙ）の２次元フーリエ変換Ｈ（ξ，η）は数１２のように表現される。
【００６７】
【数１２】
2007139466.tif 000017
ここで、ξ＝ωｃｏｓθおよびη＝ｓｉｎθとして極座標（ω，θ）で表すと数１３、数１４のようになる。
【００６８】
【数１３】
2007139466.tif 000018
【００６９】
【数１４】
2007139466.tif 000019
さらに数１３を変形すると、以下のようになる。
【００７０】
【数１５】
2007139466.tif 000020
【００７１】
【数１６】
2007139466.tif 000021
【００７２】
【数１７】
2007139466.tif 000022
【００７３】
【数１８】
2007139466.tif 000023
数１８は、透過率分布ｈ（ｘ，ｙ）のフーリエ変換Ｈ（ωｃｏｓθ，ωｓｉｎθ）とボケ補正後スキャン透過光強度データｇ（Ｘ，θ）のフーリエ変換Ｇ（Ｘ，θ）が等しいことを表わしている。Ｈ（ξ，η）の２次元フーリエ逆変換は極座標（ω，θ）で表すと数１９のようになる。
【００７４】
【数１９】
2007139466.tif 000024
数１９は、数１８を用いて以下のように変形することができる。
【００７５】
【数２０】
2007139466.tif 000025
【００７６】
【数２１】
2007139466.tif 000026
数２１の
2007139466.tif 000027
は、フィルタ関数のフーリエ変換で、本発明においては数２４で表現されるランプフィルタをフィルタ関数として用いる。したがって、数２１より試料５の透過率の推定値
2007139466.tif 000028
を以下のように求めることができる。
【００７７】
【数２２】
2007139466.tif 000029
【００７８】
【数２３】
2007139466.tif 000030
【００７９】
【数２４】
2007139466.tif 000031
ただし、ａはサンプリング間隔である。
【００８０】
ステップ１３終了後、近接場光イメージング方法、近接場光イメージング装置、近接場光イメージング方法をコンピュータに実行させるプログラム処理および検出器７でのデータ処理を終了する。なお、操作の効率性等を向上させるため、またはボケ画像を補正する必要がない場合等、適宜ステップ１２を省略してもよい。
【００８１】
近接場光イメージング法をコンピュータに実行させるプログラム処理は、ハードウェアにより実行させることもできるが、ソフトウェアにより実行させることもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、またはプログラムをインストールすることで、プログラムの機能を実行することが可能なコンピュータ等に記録媒体等からインストールされるようにすることもできる。
【００８２】
また、本発明の近接場光イメージング方法をコンピュータに実行させるプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納することもできる。記録媒体とは、例えば、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等の可搬媒体や、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤ等の固定媒体、あるいは、ＬＡＮ、インターネット等のネットワークを介してプログラムを送信する場合の通信回線等のようなプログラムを保持する公知の種々の通信媒体をあげることができる。
【００８３】
コンピュータが読み取ったプログラムを実行することにより、上述した一連の処理を実行するだけでなく、そのプログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した一連の処理を実現するようにもできる。
【００８４】
さらに、記憶媒体から読み取られたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備えられたメモリーに書込まれた後、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した一連の処理を実行するようにもできる。
【００８５】
図６は、本発明の近接場光顕微鏡の第２実施形態（照射モード）であり、薄膜スリット４から試料５に近接場光を照射し、試料５から反射した散乱光（反射光）を直接検出する以外は第１実施形態と同様である。また、図示していないが、試料板６の下部にも検出器７を設置し、組み合わせて検出するようにしてもよい。なお、図６中の矢印は、光路を示している。また、図７に示すように、光ファイバー１０を通して近接場光を薄膜スリット４から照射し、検出器７で検出するようにしてもよい。
【００８６】
第１実施形態では、薄膜スリット４をスキャンさせることにより透過光強度を得て、数１から数２４を用いて透過率分布を再構成アルゴリズムで再構成して画像を得ていたが、第２実施形態では、薄膜スリット４をスキャンさせることにより、透過光強度の代わりに散乱光強度を得て、数１から数２４を用いて、第１実施形態と同様の方法により、反射率分布を再構成アルゴリズムで再構成して画像を得る。すなわち、第２実施形態の場合であっても、検出器７でのデータ処理の流れは、第１実施形態と同様で処理することができる。
【００８７】
また、本発明の近接場光イメージング方法、近接場光イメージング装置、近接場光イメージング方法をコンピュータに実行させるプログラム処理についても、透過率強度の代わりに散乱光強度を得ることにより、第１実施形態と同様に行なうことができる。
【００８８】
図８は、本発明の近接場光顕微鏡の第３実施形態であり、照射モードの一形態であり、金属の薄膜からなる金属薄膜１１のエッジ部を光源１より照射された光を横から当てて近接場光を発生させる無開口近接場光顕微鏡（アパチャーレス法）の構成によっても実施することができる。金属薄膜１１のエッジ部に光源１から光を照射することにより近接場光が発生し、試料５に近接場光が照射される。試料５を透過した透過光を検出器７で検出する以外は第１実施形態および第２実施形態と同様である。また、光源１から金属薄膜１１の支持を安定にするために、例えば窒化ケイ素、酸化ケイ素、ポリイミド、エポキシ樹脂、ガラス等からなる透明な材料１２で金属薄膜１１を挟むようにしてもよい。なお、図８では、金属薄膜１１を二つの透明な材料１２で挟みこむ三層構造の場合を図示しているが、本実施形態はこれに限定されず、例えば、一つの透明な材料１２で金属薄膜１１を覆うようにしてもよい。また、金属薄膜１１の代わりに薄膜スリット４を使用してもよい。
【００８９】
第３実施形態でも、第１実施形態と同様に数１から数２４を用いてデータ処理を行なうことができ、必要に応じて散乱光強度を得てデータ処理を行なってもよい。
【００９０】
本発明の近接場光顕微鏡の第４実施形態（集光モード）について説明する。以下、第１実施形態から第３実施形態と重複する箇所については説明を省略する。
【００９１】
図９は、本発明の近接場光顕微鏡の第４実施形態の構成を示す模式図である。なお、図９中の矢印は、光路を示している。
【００９２】
図９では、試料５を配置する試料板６の下部に設置してある光源１から照射された光が集光レンズ３を透過し、試料５に光を照射する。光を照射されることにより、試料５近傍に近接場光が発生し、試料５の面に対して垂直となるように配置されている薄膜スリット４で近接場光を集光する。薄膜スリット４の上方には、近接場光を検出する検出器７および薄膜スリット４が集光した近接場光を集光する集光レンズ３が設置されている。なお、必要に応じて、試料板６、ミラー２および集光レンズ３を省略することもできる。
【００９３】
検出器７は、透過光を検出すると、検出した透過光を逆解析手法によりデータ処理（画像処理）を行なう。
【００９４】
光源１から照射された光は、集光レンズ３により光が集光され、試料板６を介して試料５に照射される。光を照射することにより、試料５近傍に近接場光が発生し、薄膜スリット４で近接場光を集光し、検出器７で光強度が検出される。
【００９５】
図１０は、薄膜スリット４を用いて帯状に近接場光を集光し、試料５からの透過光を検出する数理モデルを表した図である。図１０中のｘ軸およびｙ軸は、試料５に固定された座標系である。Ｘ軸およびＹ軸はｘｙ座標系をθだけ回転させた座標系であり、Ｘ軸は薄膜スリット４の垂直方向を示しており、Ｙ軸は薄膜スリット４の長手方向を示している。
【００９６】
まず、薄膜スリット４から照射される近接場光の光強度分布をｆ（Ｘ，Ｙ）とし、試料５の透過率分布をｈ（ｘ，ｙ）とすると、検出器７で観測される透過光強度の総和ｐ（Ｘ，Ｙ，θ）はｆ（Ｘ，Ｙ）とｈ（ｘ，ｙ）のコンボリューションとなり、数２５から数２７のように表現される。
【００９７】
【数２５】
2007139466.tif 000032
【００９８】
【数２６】
2007139466.tif 000033
【００９９】
【数２７】
2007139466.tif 000034
例えば、薄膜スリット４の長さ（図１０のＹ軸方向）が試料５に対して十分に長いとすると、薄膜スリット４のＹ軸方向の集光効率の分布は一様とみなすことができる。そのため、光強度分布ｆ（Ｘ，Ｙ）をＸのみの関数ｆ（Ｘ）とすると、透過光強度の総和ｐ（Ｘ，Ｙ，θ）もＸとθの関数で表現され、集光モードの場合、数２５のｆは数２８のように書きかえることができる。
【０１００】
【数２８】
2007139466.tif 000035
ここで、ｋは波数、
2007139466.tif 000036
は、第２種０次のハンケル関数を表す。また、ｒは、
【０１０１】
【数２９】
2007139466.tif 000037
であり、ｈは、試料と開口部の距離、ｄは、開口スリットの幅である。
【０１０２】
数２８の積分を入れ替えて整理すると、観測方程式は、数３０および数３１で表現される。
【０１０３】
【数３０】
2007139466.tif 000038
【０１０４】
【数３１】
2007139466.tif 000039
薄膜スリット４を用いた場合の観測方程式は数３０のように薄膜スリット４における試料５からの光の集光効率の分布ｆ（Ｘ）と薄膜スリット４の長手方向での透過率分布ｈ（ｘ，ｙ）の積分とのコンボリューションで表すことができる。
【０１０５】
なお、スリットの長手方向の近接場の強度分布が一様でない場合には数２５を直接離散化して連立１次方程式を構築し数値計算によりこの方程式を解いて透過率分布ｈ（ｘ，ｙ）を求める。すなわち数２５を離散化すると
【０１０６】
【数３２】
2007139466.tif 000040
となる。ここで｛ｐ｝、｛ｈ｝はそれぞれ観測データを成分とするベクトル、試料５の透過率分布を成分とするベクトルである。また［Ｆ］はｈとｐを関係づけるマトリックスである。この連立１次方程式を例えばスカイライン法、ＣＧＳＴＡＢ法等の公知の解法により解く。
【０１０７】
図１１は、集光モードでの検出器７でのデータ処理の流れ、近接場イメージング装置の手順、近接場光イメージング方法の流れおよび近接場光イメージング方法をコンピュータに実行させるプログラム処理の流れを示したフローチャートである。
【０１０８】
試料５を透過した透過光を薄膜スリット４を用いて検出する（ステップ２１）。
【０１０９】
透過光を検出すると（ステップ２１）、検出器７内において、薄膜スリット４を回転させながらスキャンさせることにより得られた透過光強度ｐ（Ｘ，θ）を、薄膜スリット４における試料５からの厚さ方向の集光効率の分布ｆ（Ｘ）を用いてデコンボリューションを行ない、Ｘ方向のボケを補正し、ボケ補正後スキャン透過光強度データｇ（Ｘ，θ）を求める（ステップ２２）。
【０１１０】
観測量ｐ（Ｘ，θ）からデコンボリューションを用いてボケ補正後スキャン透過光強度データｇ（Ｘ，θ）を求める。観測量ｐ（Ｘ，θ）、強度分布ｆ（Ｘ）および観測強度分布ｇ（Ｘ，θ）のフーリエ変換をそれぞれＰ（ω，θ）、Ｆ（ω）およびＧ（ω，θ）とすると、数３０は、数３３のように書きかえられ、数３４のようにボケ補正後スキャン透過光強度データｇ（Ｘ，θ）のフーリエ変換Ｇ（Ｘ，θ）を求めることができる。
【０１１１】
【数３３】
2007139466.tif 000041
【０１１２】
【数３４】
2007139466.tif 000042
なお、Ｆ（ω）が０または０に近い値の場合、求めようとする画像には含まれないノイズ成分の拡大が起こり、透過率分布ｈ（ｘ，ｙ）を再構成することが困難となることがある。この場合、数３４の１／Ｆ（ω）の代わりにノイズによるボケ画像を改善するフィルタとして利用されているウィナーフィルタＷ（ω，θ）を用いる。
【０１１３】
【数３５】
2007139466.tif 000043
【０１１４】
【数３６】
2007139466.tif 000044
ここで、
2007139466.tif 000045
は、Ｇ（ω，θ）の推定値、
2007139466.tif 000046
は、Ｆの共役複素数を表しており、Ｃは定数である。
【０１１５】
次に、ボケ画像を改善した後、試料５の透過率分布ｈ（ｘ，ｙ）をボケ補正後スキャン透過光強度データｇ（Ｘ，θ）で再構成アルゴリズムで再構成して画像を得る（ステップ２３）。
【０１１６】
透過率分布ｈ（ｘ，ｙ）を再構成する方法は、例えば、Ｘ線ＣＴで利用されている公知の種々の再構成アルゴリズム等を利用することができるが、説明の便宜上、ＣＢ（Ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ  Ｂａｃｋｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）法を用いて、
2007139466.tif 000047
から透過率分布ｈ（ｘ，ｙ）を再構成する方法を説明する。
【０１１７】
透過率分布ｈ（ｘ，ｙ）の２次元フーリエ変換Ｈ（ξ，η）は数３７のように表現される。
【０１１８】
【数３７】
2007139466.tif 000048
ここで、ξ＝ωｃｏｓθおよびη＝ｓｉｎθとして極座標（ω，θ）で表すと数３８、数３９のようになる。
【０１１９】
【数３８】
2007139466.tif 000049
【０１２０】
【数３９】
2007139466.tif 000050
さらに数３８を変形すると、以下のようになる。
【０１２１】
【数４０】
2007139466.tif 000051
【０１２２】
【数４１】
2007139466.tif 000052
【０１２３】
【数４２】
2007139466.tif 000053
【０１２４】
【数４３】
2007139466.tif 000054
数４３は、透過率分布ｈ（ｘ，ｙ）のフーリエ変換Ｈ（ωｃｏｓθ，ωｓｉｎθ）とボケ補正後スキャン透過光強度データｇ（Ｘ，θ）のフーリエ変換Ｇ（Ｘ，θ）が等しいことを表わしている。Ｈ（ξ，η）の２次元フーリエ逆変換は極座標（ω，θ）で表すと数４４のようになる。
【０１２５】
【数４４】
2007139466.tif 000055
数４４は、数４３を用いて以下のように変形することができる。
【０１２６】
【数４５】
2007139466.tif 000056
【０１２７】
【数４６】
2007139466.tif 000057
数４６の
2007139466.tif 000058
は、フィルタ関数のフーリエ変換で、本発明においては数４９で表現されるランプフィルタをフィルタ関数として用いる。したがって、数４６より試料５の透過率の推定値
2007139466.tif 000059
を以下のように求めることができる。
【０１２８】
【数４７】
2007139466.tif 000060
【０１２９】
【数４８】
2007139466.tif 000061
【０１３０】
【数４９】
2007139466.tif 000062
ただし、ａはサンプリング間隔である。
【０１３１】
ステップ２３終了後、検出器７でのデータ処理を終了する。なお、操作の効率性等を向上させるため、またはボケ画像を補正する必要がない場合等、適宜ステップ２２を省略してもよい。
また、数２８および数２９のようなボケ関数を用いる代わりに、半値幅を合わせたガウス関数等、数２８および数２９のボケ関数を近似した関数を用いてもよい。
【０１３２】
なお、集光モードでの検出器７でのデータ処理の流れを説明したが、本発明の集光モードにおいての近接場光イメージング方法、近接場光イメージング装置、および近接場光イメージング方法をコンピュータに実行させるプログラム処理も同様に行なうことができる。
【０１３３】
第４実施形態は、図１２に示すように、光ファイバー１０を用いて近接場光を検出する様にしてもよい。
【０１３４】
図１３は、本発明の近接場光顕微鏡の第５実施形態（照射−集光モード）であり、薄膜スリット４から試料５に近接場光を照射し、試料５から反射した散乱光のうち薄膜スリット４に入ってきた散乱光を同じ光学系で集光してから検出器７で検出する以外は第１実施形態から第４実施形態までと同様である。また、図示していないが、試料板６の下部にも検出器７を設置し、組み合わせて検出するようにしてもよい。なお、図１３中の矢印は、光路を示している。
【０１３５】
また、第５実施形態の場合の検出器７でのデータ処理等については、第４実施形態の場合と同様に行なうことができる。
【０１３６】
次に、本発明の近接場光顕微鏡を応用した高密度記録情報メディア読み取り装置について、図１４を参照にしながら詳細に説明する。
【０１３７】
図１４では、光源１から導かれる光により近接場光を発生させ、近接場光を高密度記録情報メディア８に照射する薄膜スリット４が、高密度記録情報メディア８の面に対して垂直となるように配置されており、薄膜スリット４の上方には、光を発生させる光源１と、光学系であるミラー２および集光レンズ３が設置されている。また、高密度記録情報メディア８の下部には、高密度記録情報メディア８を透過した近接場光を検出する検出器７が設置されている。なお、光源１を薄膜スリット４の上方に設置することにより、ミラー２および集光レンズ３を省略することもできる。
【０１３８】
光源１から照射された光は、光学系により光が集光され、薄膜スリット４へ導入される。薄膜スリット４に導入された光は、高密度記録情報メディア８に照射され、高密度記録情報メディア８の下に設置されている検出器７で光強度が検出される。
【０１３９】
図１５は、図１４の薄膜スリット４と高密度記録情報メディア８および検出器７の部分を拡大した図である。薄膜スリット４は、光源１から照射され、光学系によって集光された光が導入される透過層４１と、透過層４１を挟みこむように二つの外部層４２からなる三層構造をとっている。なお、必ずしも三層構造である必要はなく、外部層４２は、少なくとも一つあればよい。例えば、透過層４１を挟みこむように四つの外部層４２からなる五層構造をとるようにしてもよく、また、透過層４１を一つの外部層４２で覆うようにしてもよく、使用目的等に応じて適宜変更することができる。薄膜スリット４の厚さは、使用目的等に応じて適宜変更することができるが、５〜１００ｎｍであることが好ましく、特に５〜５０ｎｍであることが好ましい。
【０１４０】
薄膜スリット４の透過層４１の厚さが薄いほど得られる画像の解像度は向上するが、薄膜スリット４の厚さが５ｎｍ未満であると、近接場光を通しにくくなり、得られる画像が暗くなるといった問題がある。一方、薄膜スリット４の厚さが１００ｎｍを超えると、解像度が低下し、高密度記録情報メディア８のナノスケールでの構造観察ができなくなる。なお、透過層４１の厚さは、近接場光を発生させるために光源１から照射される波長以下であることが好ましい。
【０１４１】
また、薄膜スリット４の長手方向の長さは、特に限定されないが、４００ｎｍ〜１μｍであることが好ましい。
【０１４２】
薄膜スリット４の構成材料は、使用目的等に応じて適宜変更することができるが、透過層４１には、例えば窒化珪素等の高屈折率の材料を使用し、外部層４２には、例えば酸化珪素等の低屈折率の材料を使用することが好ましい。
【０１４３】
薄膜スリット４の代わりに半導体レーザを使用してもよい。半導体レーザは、薄膜スリット４の透過層４１を半導体で挟みこんだ構造をとっていることから、薄膜スリット４の透過層４１から照射されるレーザを照射光と利用すればより大きな光強度を得ることができる。
【０１４４】
本発明の高密度記録情報メディア８読み取り装置で高密度記録情報メディア８を読み取る際、図１６に示すように薄膜スリット４を水平方向に回転させながら透過層４１から伝播される近接場光を高密度記録情報メディア８に照射し、薄膜スリット４と垂直方向にスキャン（走査）させる。薄膜スリット４を回転させないと、詳細は後述するが検出器７によりデータ処理を行なうことができない。薄膜スリット４を回転させる速度や方向は特に限定されず、使用目的、高密度記録情報メディア８の性質等に合わせて適宜変更することができる。また、例えば１８０度右回転させた後、１８０度左回転（逆回転）させるようにしてもよい。なお、ここで薄膜スリット４の面に対して垂直方向にスキャンさせるとは、薄膜スリット４の長手方向に対して垂直方向に薄膜スリット４を移動させながらスキャンすることをいう。薄膜スリット４から照射される近接場光を効率よく高密度記録情報メディア８に照射するために極近傍の距離でスキャンする。また、薄膜スリット４を回転させず、高密度記録情報メディア８を回転させるようにしてもよい。
【０１４５】
図１８は、薄膜スリットを用いて高密度記録情報メディアに帯状に近接場光を照射し、高密度記録情報メディアからの透過光を観測する数理モデルを表した図である。図１８中のｘ軸およびｙ軸は、高密度記録情報メディア８に固定された座標系である。Ｘ軸およびＹ軸はｘｙ座標系をθだけ回転させた座標系であり、Ｘ軸は薄膜スリット４の垂直方向を示しており、Ｙ軸は薄膜スリット４の長手方向を示している。
【０１４６】
薄膜スリット４から照射される近接場光の光強度分布をｆ（Ｘ，Ｙ）とし、高密度記録情報メディア８の透過率分布をｈ（ｘ，ｙ）とすると、検出器７で観測される透過光強度の総和ｐ（Ｘ，Ｙ，θ）はｆ（Ｘ，Ｙ）とｈ（ｘ，ｙ）のコンボリューションとなり、数５０から数５１のように表現される。
【０１４７】
【数５０】
2007139466.tif 000063
【０１４８】
【数５１】
2007139466.tif 000064
【０１４９】
【数５２】
2007139466.tif 000065
例えば、薄膜スリット４の長さ（図１８のＹ軸方向）が高密度記録情報メディア８に対して十分に長いとすると、薄膜スリット４から外部に照射される光強度分布のＹ軸成分は一様とみなすことができる。そのため、ｆ（Ｘ，Ｙ）をＸのみの関数ｆ（Ｘ）とすると、ｐ（Ｘ，Ｙ，θ）もＸとθの関数で表現され、数５０は数５３のように書きかえることができる。
【０１５０】
【数５３】
2007139466.tif 000066
数５３の積分を入れ替えて整理すると、観測方程式は、数５４および数５５で表現される。
【０１５１】
【数５４】
2007139466.tif 000067
【０１５２】
【数５５】
2007139466.tif 000068
薄膜スリット４を用いた場合の観測方程式は数５４のように薄膜スリット４から外部に照射される光強度分布ｆ（Ｘ）と薄膜スリット４の長手方向での透過率分布の積分とのコンボリューションで表すことができる。
【０１５３】
なお、スリットの長手方向の近接場の強度分布を一様でない場合には数５０を直接離散化して連立１次方程式を構築し数値計算によりこの方程式を解いて透過率分布ｈ（ｘ，ｙ）を求める。すなわち数５０を離散化すると
【０１５４】
【数５６】
2007139466.tif 000069
となる。ここで｛ｐ｝、｛ｈ｝はそれぞれ観測データを成分とするベクトル、高密度記録情報メディア８の透過率分布を成分とするベクトルである。また［Ｆ］はｈとｐを関係づけるマトリックスである。この連立１次方程式を例えばスカイライン法、ＣＧＳＴＡＢ法等の公知の解法により解く。
【０１５５】
検出器７は、高密度記録情報メディア８の下部に設置されており、高密度記録情報メディア８を透過した透過光を検出する。透過光を検出すると、検出した透過光を逆解析手法によりデータ処理（画像処理）を行なう。
【０１５６】
図１７は、検出器７でのデータ処理の流れを示したフローチャートである。
【０１５７】
薄膜スリット４から照射され近接場光のうち、高密度記録情報メディア８を透過した透過光を検出する（ステップ３１）。
【０１５８】
透過光を検出すると（ステップ３１）、検出器７内において、薄膜スリット４を回転させながらスキャンさせることにより得られた透過光強度ｐ（Ｘ，θ）を、薄膜スリット４から照射された近接場光の薄膜スリット４の厚さ方向の強度分布ｆ（Ｘ）を用いてデコンボリューションを行ない、Ｘ方向のボケを補正し、ボケ補正後スキャン透過光強度データｇ（Ｘ，θ）を求める（ステップ３２）。
【０１５９】
薄膜スリット４からの照射光の強度分布ｆ（Ｘ）は、薄膜スリット４に入射される光強度と薄膜スリット４の形状から数値的に求めることができる。薄膜スリットの長手方向の長さ（図１８のＹ軸方向）が高密度記録情報メディア８に対して十分に大きいと仮定すると、２次元ヘルムホルト方程式を有限要素法でモデル化し、薄膜スリット４から外部に照射される光強度分布のｆ（Ｘ）を数値的に求める。
【０１６０】
観測量ｐ（Ｘ，θ）からデコンボリューションを用いてボケ補正後スキャン透過光強度データｇ（Ｘ，θ）を求める。観測量ｐ（Ｘ，θ）、強度分布ｆ（Ｘ）およびボケ補正後スキャン透過光強度データｇ（Ｘ，θ）のフーリエ変換をそれぞれＰ（ω，θ）、Ｆ（ω）およびＧ（ω，θ）とすると、数５４は、数５７のように書きかえられ、数５８のようにｇ（Ｘ，θ）のフーリエ変換Ｇ（Ｘ，θ）を求めることができる。
【０１６１】
【数５７】
2007139466.tif 000070
【０１６２】
【数５８】
2007139466.tif 000071
なお、Ｆ（ω）が０または０に近い値の場合、求めようとする画像には含まれないノイズ成分の拡大が起こり、透過率分布ｈ（ｘ，ｙ）を再構成することが困難となることがある。この場合、数５８の１／Ｆ（ω）の代わりにノイズによるボケ画像を改善するフィルタとして利用されているウィナーフィルタＷ（ω，θ）を用いる。
【０１６３】
【数５９】
2007139466.tif 000072
【０１６４】
【数６０】
2007139466.tif 000073
ここで、
2007139466.tif 000074
は、Ｇ（ω，θ）の推定値、
2007139466.tif 000075
は、Ｆの共役複素数を表しており、Ｃは定数である。
【０１６５】
次に、ボケ画像を改善した後、高密度記録情報メディア８の透過率分布ｈ（ｘ，ｙ）をボケ補正後スキャン透過光強度データｇ（Ｘ，θ）で再構成アルゴリズムで再構成して画像を得る（ステップ３３）。
【０１６６】
透過率分布ｈ（ｘ，ｙ）を再構成する方法は、例えば、Ｘ線ＣＴで利用されている公知の種々の再構成アルゴリズム等を利用することができるが、説明の便宜上、ＣＢ（Ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ  Ｂａｃｋｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）法を用いて、
2007139466.tif 000076
から透過率分布ｈ（ｘ，ｙ）を再構成する方法を説明する。
【０１６７】
透過率分布ｈ（ｘ，ｙ）の２次元フーリエ変換Ｈ（ξ，η）は数６１のように表現される。
【０１６８】
【数６１】
2007139466.tif 000077
ここで、ξ＝ωｃｏｓθおよびη＝ｓｉｎθとして極座標（ω，θ）で表すと数６２、数６３のようになる。
【０１６９】
【数６２】
2007139466.tif 000078
【０１７０】
【数６３】
2007139466.tif 000079
さらに数６２を変形すると、以下のようになる。
【０１７１】
【数６４】
2007139466.tif 000080
【０１７２】
【数６５】
2007139466.tif 000081
【０１７３】
【数６６】
2007139466.tif 000082
【０１７４】
【数６７】
2007139466.tif 000083
数６７は、透過率分布ｈ（ｘ，ｙ）のフーリエ変換Ｈ（ωｃｏｓθ，ωｓｉｎθ）とボケ補正後スキャン透過光強度データｇ（Ｘ，θ）のフーリエ変換Ｇ（Ｘ，θ）が等しいことを表わしている。Ｈ（ξ，η）の２次元フーリエ逆変換は極座標（ω，θ）で表すと数６８のようになる。
【０１７５】
【数６８】
2007139466.tif 000084
数６８は、数６７を用いて以下のように変形することができる。
【０１７６】
【数６９】
2007139466.tif 000085
【０１７７】
【数７０】
2007139466.tif 000086
数７０の
2007139466.tif 000087
は、フィルタ関数のフーリエ変換で、本発明においては数７３で表現されるランプフィルタをフィルタ関数として用いる。したがって、数７０より高密度記録情報メディア８の透過率の推定値
2007139466.tif 000088
を以下のように求めることができる。
【０１７８】
【数７１】
2007139466.tif 000089
【０１７９】
【数７２】
2007139466.tif 000090
【０１８０】
【数７３】
2007139466.tif 000091
ただし、ａはサンプリング間隔である。
【０１８１】
ステップ３３終了後、検出器７でのデータ処理を終了する。なお、操作の効率性等を向上させるため、またはボケ画像を補正する必要がない場合等、適宜ステップ３２を省略してもよい。
【０１８２】
また、上述した検出器７でのデータ処理は、コンピュータに実行させるプログラム処理としても実行させることができる。この場合、コンピュータに実行させるプログラム処理は、ハードウェアにより実行させることもできるが、ソフトウェアにより実行させることもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、またはプログラムをインストールすることで、プログラムの機能を実行することが可能なコンピュータ等に記録媒体等からインストールされるようにすることもできる。
【０１８３】
また、コンピュータに実行させるプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納することもできる。記録媒体とは、例えば、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等の可搬媒体や、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤ等の固定媒体、あるいは、ＬＡＮ、インターネット等のネットワークを介してプログラムを送信する場合の通信回線等のようなプログラムを保持する公知の種々の通信媒体をあげることができる。
【０１８４】
コンピュータが読み取ったプログラムを実行することにより、上述した一連の処理を実行するだけでなく、そのプログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した一連の処理を実現するようにもできる。
【０１８５】
さらに、記憶媒体から読み取られたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備えられたメモリーに書込まれた後、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した一連の処理を実行するようにもできる。
【０１８６】
図１９は、本発明の高密度記録情報メディア読み取り装置の第２実施形態であり、薄膜スリット４から高密度記録情報メディア８に近接場光を照射し、高密度記録情報メディア８から反射した散乱光（反射光）を直接検出する以外は第１実施形態と同様である。また、図示していないが、高密度記録情報メディア８の下部にも検出器７を設置し、組み合わせて検出するようにしてもよい。なお、図１９中の矢印は、光路を示している。また、図２０に示すように、光ファイバー１０を通して近接場光を薄膜スリット４から照射し、検出器７で検出するようにしてもよい。
【０１８７】
第１実施形態では、薄膜スリット４をスキャンさせることにより透過光強度を得て、数５０から数７３を用いて透過率分布を再構成アルゴリズムで再構成して画像を得ていたが、第２実施形態では、薄膜スリット４をスキャンさせることにより、透過光強度の代わりに散乱光強度を得て、数５０から数７３を用いて、第１実施形態と同様の方法により、反射率分布を再構成アルゴリズムで再構成して画像を得る。すなわち、第２実施形態の場合であっても、検出器７でのデータ処理の流れは、第１実施形態と同様で処理することができる。
【０１８８】
図２１は、本発明の高密度記録情報メディア読み取り装置の第３実施形態であり、照射モードの一形態であり、金属の薄膜からなる金属薄膜１１のエッジ部を光源１より照射された光を横から当てて近接場光を発生させるアパチャーレス法の構成によっても実施することができる。金属薄膜１１のエッジ部に光源１から光を照射することにより近接場光が発生し、高密度記録情報メディア８に近接場光が照射される。高密度記録情報メディア８を透過した透過光を検出器７で検出する以外は第１実施形態および第２実施形態と同様である。また、光源１から金属薄膜１１の支持を安定にするために、例えば窒化ケイ素、酸化ケイ素、ポリイミド、エポキシ樹脂、ガラス等からなる透明な材料で金属薄膜１１を挟むようにしてもよい。なお、図２１では、金属薄膜１１を二つの透明な材料１２で挟みこむ三層構造の場合を図示しているが、本実施形態はこれに限定されず、例えば、一つの透明な材料１２で金属薄膜１１を覆うようにしてもよい。また、金属薄膜１１の代わりに薄膜スリット４を使用してもよい。
【０１８９】
第３実施形態でも、第１実施形態と同様に数５０から数７３を用いてデータ処理を行なうことができ、必要に応じて散乱光強度を得てデータ処理を行なってもよい。
【０１９０】
本発明の近接場光顕微鏡の第４実施形態について説明する。以下、第１実施形態から第３実施形態と重複する箇所については説明を省略する。
【０１９１】
図２２は、本発明の高密度記録情報メディア読み取り装置の第４実施形態の構成を示す模式図である。なお、図２２中の矢印は、光路を示している。
【０１９２】
図２２では、高密度記録情報メディア８の下部に設置してある光源１から照射された光が集光レンズ３を透過し、高密度記録情報メディア８に光を照射する。光を照射されることにより、高密度記録情報メディア８近傍に近接場光が発生し、高密度記録情報メディア８の面に対して垂直となるように配置されている薄膜スリット４で近接場光を集光する。薄膜スリット４の上方には、近接場光を検出する検出器７および薄膜スリット４が集光した近接場光を集光する集光レンズ３が設置されている。なお、必要に応じて、ミラー２および集光レンズ３を省略することもできる。
【０１９３】
検出器７は、透過光を検出すると、検出した透過光を逆解析手法によりデータ処理（画像処理）を行なう。
【０１９４】
光源１から照射された光は、集光レンズ３により光が集光され、高密度記録情報メディア８に照射される。光を照射することにより、高密度記録情報メディア８近傍に近接場光が発生し、薄膜スリット４で近接場光を集光し、検出器７で光強度が検出される。
【０１９５】
図２３は、薄膜スリット４を用いて帯状に近接場光を集光し、高密度記録情報メディア８からの透過光を検出する数理モデルを表した図である。図２３中のｘ軸およびｙ軸は、高密度記録情報メディア８に固定された座標系である。Ｘ軸およびＹ軸はｘｙ座標系をθだけ回転させた座標系であり、Ｘ軸は薄膜スリット４の垂直方向を示しており、Ｙ軸は薄膜スリット４の長手方向を示している。
【０１９６】
まず、薄膜スリット４から照射される近接場光の光強度分布をｆ（Ｘ，Ｙ）とし、高密度記録情報メディア８の透過率分布をｈ（ｘ，ｙ）とすると、検出器７で観測される透過光強度の総和ｐ（Ｘ，Ｙ，θ）はｆ（Ｘ，Ｙ）とｈ（ｘ，ｙ）のコンボリューションとなり、数７４から数７６のように表現される。
【０１９７】
【数７４】
2007139466.tif 000092
【０１９８】
【数７５】
2007139466.tif 000093
【０１９９】
【数７６】
2007139466.tif 000094
例えば、薄膜スリット４の長さ（図２３のＹ軸方向）が高密度記録情報メディア８に対して十分に長いとすると、薄膜スリット４のＹ軸方向の集光効率の分布は一様とみなすことができる。そのため、光強度分布ｆ（Ｘ，Ｙ）をＸのみの関数ｆ（Ｘ）とすると、透過光強度の総和ｐ（Ｘ，Ｙ，θ）もＸとθの関数で表現され、集光モードの場合、数７４のｆは数７７のように書きかえることができる。
【０２００】
【数７７】
2007139466.tif 000095
ここで、ｋは波数、
2007139466.tif 000096
は、第２種０次のハンケル関数を表す。また、ｒは、
【０２０１】
【数７８】
2007139466.tif 000097
であり、ｈは、高密度記録情報メディア８と開口部の距離、ｄは、開口スリットの幅である。
【０２０２】
数７７の積分を入れ替えて整理すると、観測方程式は、数７９および数８０で表現される。
【０２０３】
【数７９】
2007139466.tif 000098
【０２０４】
【数８０】
2007139466.tif 000099
薄膜スリット４を用いた場合の観測方程式は数７９のように薄膜スリット４における高密度記録情報メディア８からの光の集光分布ｆ（Ｘ）と薄膜スリット４の長手方向での透過率分布ｈ（ｘ，ｙ）の積分とのコンボリューションで表すことができる。
【０２０５】
なお、スリットの長手方向の近接場の強度分布が一様でない場合には数７４を直接離散化して連立１次方程式を構築し数値計算によりこの方程式を解いて透過率分布ｈ（ｘ，ｙ）を求める。すなわち数７４を離散化すると
【０２０６】
【数８１】
2007139466.tif 000100
となる。ここで｛ｐ｝、｛ｈ｝はそれぞれ観測データを成分とするベクトル、高密度記録情報メディア８の透過率分布を成分とするベクトルである。また［Ｆ］はｈとｐを関係づけるマトリックスである。この連立１次方程式を例えばスカイライン法、ＣＧＳＴＡＢ法等の公知の解法により解く。
【０２０７】
図２４は、集光モードでの検出器７でのデータ処理の流れを示したフローチャートである。
【０２０８】
高密度記録情報メディア８を透過した透過光を薄膜スリット４を用いて検出する（ステップ４１）。
【０２０９】
透過光を検出すると（ステップ４１）、検出器７内において、薄膜スリット４を回転させながらスキャンさせることにより得られた透過光強度ｐ（Ｘ，θ）を、薄膜スリット４における高密度記録情報メディア８からの厚さ方向の集光分布ｆ（Ｘ）を用いてデコンボリューションを行ない、Ｘ方向のボケを補正し、ボケ補正後スキャン透過光強度データｇ（Ｘ，θ）を求める（ステップ４２）。
【０２１０】
観測量ｐ（Ｘ，θ）からデコンボリューションを用いてボケ補正後スキャン透過光強度データｇ（Ｘ，θ）を求める。観測量ｐ（Ｘ，θ）、強度分布ｆ（Ｘ）および観測強度分布ｇ（Ｘ，θ）のフーリエ変換をそれぞれＰ（ω，θ）、Ｆ（ω）およびＧ（ω，θ）とすると、数７９は、数８２のように書きかえられ、数８３のようにボケ補正後スキャン透過光強度データｇ（Ｘ，θ）のフーリエ変換Ｇ（Ｘ，θ）を求めることができる。
【０２１１】
【数８２】
2007139466.tif 000101
【０２１２】
【数８３】
2007139466.tif 000102
なお、Ｆ（ω）が０または０に近い値の場合、求めようとする画像には含まれないノイズ成分の拡大が起こり、透過率分布ｈ（ｘ，ｙ）を再構成することが困難となることがある。この場合、数８３の１／Ｆ（ω）の代わりにノイズによるボケ画像を改善するフィルタとして利用されているウィナーフィルタＷ（ω，θ）を用いる。
【０２１３】
【数８４】
2007139466.tif 000103
【０２１４】
【数８５】
2007139466.tif 000104
ここで、
2007139466.tif 000105
は、Ｇ（ω，θ）の推定値、
2007139466.tif 000106
は、Ｆの共役複素数を表しており、Ｃは定数である。
【０２１５】
次に、ボケ画像を改善した後、高密度記録情報メディア８の透過率分布ｈ（ｘ，ｙ）をボケ補正後スキャン透過光強度データｇ（Ｘ，θ）で再構成アルゴリズムで再構成して画像を得る（ステップ４３）。
【０２１６】
透過率分布ｈ（ｘ，ｙ）を再構成する方法は、例えば、Ｘ線ＣＴで利用されている公知の種々の再構成アルゴリズム等を利用することができるが、説明の便宜上、ＣＢ（Ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ  Ｂａｃｋｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）法を用いて、
2007139466.tif 000107
から透過率分布ｈ（ｘ，ｙ）を再構成する方法を説明する。
【０２１７】
透過率分布ｈ（ｘ，ｙ）の２次元フーリエ変換Ｈ（ξ，η）は数８６のように表現される。
【０２１８】
【数８６】
2007139466.tif 000108
ここで、ξ＝ωｃｏｓθおよびη＝ｓｉｎθとして極座標（ω，θ）で表すと数８７、数８８のようになる。
【０２１９】
【数８７】
2007139466.tif 000109
【０２２０】
【数８８】
2007139466.tif 000110
さらに数８７を変形すると、以下のようになる。
【０２２１】
【数８９】
2007139466.tif 000111
【０２２２】
【数９０】
2007139466.tif 000112
【０２２３】
【数９１】
2007139466.tif 000113
【０２２４】
【数９２】
2007139466.tif 000114
数９２は、透過率分布ｈ（ｘ，ｙ）のフーリエ変換Ｈ（ωｃｏｓθ，ωｓｉｎθ）とボケ補正後スキャン透過光強度データｇ（Ｘ，θ）のフーリエ変換Ｇ（Ｘ，θ）が等しいことを表わしている。Ｈ（ξ，η）の２次元フーリエ逆変換は極座標（ω，θ）で表すと数９３のようになる。
【０２２５】
【数９３】
2007139466.tif 000115
数９３は、数９２を用いて以下のように変形することができる。
【０２２６】
【数９４】
2007139466.tif 000116
【０２２７】
【数９５】
2007139466.tif 000117
数９５の
2007139466.tif 000118
は、フィルタ関数のフーリエ変換で、本発明においては数９８で表現されるランプフィルタをフィルタ関数として用いる。したがって、数９５より高密度記録情報メディア８の透過率の推定値
2007139466.tif 000119
を以下のように求めることができる。
【０２２８】
【数９６】
2007139466.tif 000120
【０２２９】
【数９７】
2007139466.tif 000121
【０２３０】
【数９８】
2007139466.tif 000122
ただし、ａはサンプリング間隔である。
【０２３１】
ステップ４３終了後、検出器７でのデータ処理を終了する。なお、操作の効率性等を向上させるため、またはボケ画像を補正する必要がない場合等、適宜ステップ４２を省略してもよい。
【０２３２】
また、数７７および数７８のようなボケ関数を用いる代わりに、半値幅を合わせたガウス関数等、数７７および数７８のボケ関数を近似した関数を用いてもよい。
【０２３３】
第４実施形態は、図２５に示すように、光ファイバー１０を用いて近接場光を検出する様にしてもよい。
【０２３４】
図２６は、本発明の高密度記録情報メディア読み取り装置の第５実施形態（照射−集光モード）であり、薄膜スリット４から高密度記録情報メディア８に近接場光を照射し、高密度記録情報メディア８から反射した散乱光のうち薄膜スリット４に入ってきた散乱光を同じ光学系で集光してから検出器７で検出する以外は第１実施形態から第４実施形態までと同様である。また、図示していないが、高密度記録情報メディア８の下部にも検出器７を設置し、組み合わせて検出するようにしてもよい。なお、図２６中の矢印は、光路を示している。
【０２３５】
また、第５実施形態の場合の検出器７でのデータ処理等については、第４実施形態の場合と同様に行なうことができる。
【０２３６】
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例】
【０２３７】
薄膜スリット４から外部に照射される近接場光の光強度分布を求めるための光伝播解析を行なった。
【０２３８】
まず、薄膜スリット４の長手方向は、薄膜スリット４の厚さに対して無限に広がっていると仮定し、２次元光伝播解析を行なう。
【０２３９】
２次元スカラヘルムホルツ方程式は数９９のように表現される。
【０２４０】
【数９９】
2007139466.tif 000123
ここで、ｋは波数である。数９９をＧａｌｅｒｋｉｎ法に基づく２次元有限要素法を用いて定式化して解くことにより伝播する光の強度分布が得られる。
【０２４１】
光伝播解析は、図２７に示すような条件で行ない、解析に用いたメッシュを図２８に示す。なお、上部の長方形部は、薄膜スリット４の導波路を表し、下部の半円部は空気中を示す。屈折率は、空気中で１．０とし、導波路で１．５とした。波長は８００ｎｍとした。
【０２４２】
光が入射する長方形部の上端を境界Γ１、領域から外部に光が透過する円周部を境界（吸収境界条件）Γ２とし、Γ１、Γ２以外の光が透過しない境界をΓ３として以下に示す数１００から数１０２で境界条件を与えた。
【０２４３】
【数１００】
2007139466.tif 000124
【０２４４】
【数１０１】
2007139466.tif 000125
【０２４５】
【数１０２】
2007139466.tif 000126
ここで、κは境界の曲率であり、ｎは境界の外向き法線方向を表す。
【０２４６】
解析した光強度分布を図２９および図３０に示す。図２９は、図２７における真中の縦軸上の光強度分布を示している。図３０は、薄膜スリット４（導波路）と空気の境界から２０ｎｍ離れた位置での空気中での光強度分布を示す。薄膜スリット４を利用して試料５をスキャンする照射光を数５のｆ（ｘ）として図３０の強度分布を用いる。
【０２４７】
次に、数５を用いて、薄膜スリット４の近接場光の光強度分布から順解析を行なった。試料５の画像を図３１に示す。中央の正方形の大きさは、１００ｎｍ×１００ｎｍであり、２つの正方形の間隔は１００ｎｍである。図３１に示す試料５の画像を１°間隔で０°〜１８０°までスキャン（走査）した観察画像を図３２に示す。なお、図３２の縦軸はスキャン角度、横軸はスキャン位置を示す。図３２のスキャン画像に１％の誤差を加えた画像を図３３に示す。
【０２４８】
図３２および図３３に示した画像から数１０および数２２を用いて試料５の画像を再構成した結果を以下に示す。
【０２４９】
図３２に示した画像をもとに再構成した画像を図３４に示す。正方形の角がはっきり確認できることがわかる。
【０２５０】
図３３に示した１％の誤差を加えた画像をもとに再構成した画像を図３５に示す。正方形の角の存在は確認できないものの白色部が二つ存在することがわかる。
【０２５１】
図３６は、予め与えた真の透過率、誤差のないデータから再構成をした試料の透過率および１％の誤差を加えたデータから再構成した透過率の試料中央の縦方向の分布を示したグラフである。再構成した透過率の試料中央部の分布には誤差がある場合と誤差がない場合とを比較しても大きな違いは見られないことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【０２５２】
【図１】本発明の近接場光顕微鏡の第１実施形態の構成を示す模式図である。
【図２】図１の薄膜スリット等の部分の拡大図である。
【図３】薄膜スリットを使用して試料をスキャンする様子を示した図である。
【図４】照射モードでの検出器でのデータ処理の流れ、近接場光イメージング方法の流れおよび近接場光イメージング方法をコンピュータに実行させるプログラム処理の流れを示したフローチャートである。
【図５】照射モードにおいて、薄膜スリットを使用して試料を帯状に照射し、試料からの透過光を観測する数理モデルを表した図である。
【図６】本発明の近接場光顕微鏡の第２実施形態の構成を示す模式図である。
【図７】本発明の近接場光顕微鏡の第２実施形態の光ファイバーを用いた構成を示す模式図である。
【図８】本発明の近接場光顕微鏡の第３実施形態の構成を示す模式図である。
【図９】本発明の近接場光顕微鏡の第４実施形態の構成を示す模式図である。
【図１０】薄膜スリットを使用して試料を帯状に照射し、試料からの透過光を観測する数理モデルを表した図である。
【図１１】集光モードでの検出器でのデータ処理の流れ、近接場光イメージング方法の流れおよび近接場光イメージング方法をコンピュータに実行させるプログラム処理の流れを示したフローチャートである。
【図１２】本発明の近接場光顕微鏡の第４実施形態の光ファイバーを用いた構成を示す模式図である。
【図１３】本発明の近接場光顕微鏡の第５実施形態の構成を示す模式図である。
【図１４】本発明の高密度記録情報メディア読み取り装置の構成を示す模式図である。
【図１５】図１０の薄膜スリット等の部分の拡大図である。
【図１６】薄膜スリットを使用して高密度記録情報メディアをスキャンする様子を示した図である。
【図１７】照射モードでの検出器でのデータ処理の流れを示したフローチャートである。
【図１８】照射モードにおいて、薄膜スリットを使用して高密度記録情報メディアを帯状に照射し、高密度記録情報メディアからの透過光を観測する数理モデルを表した図である。
【図１９】本発明の高密度記録情報メディア読み取り装置の第２実施形態の構成を示す模式図である。
【図２０】本発明の高密度記録情報メディア読み取り装置の第２実施形態の光ファイバーを用いた構成を示す模式図である。
【図２１】本発明の高密度記録情報メディア読み取り装置の第３実施形態の構成を示す模式図である。
【図２２】本発明の高密度記録情報メディア読み取り装置の第４実施形態の構成を示す模式図である。
【図２３】集光モードにおいて、薄膜スリットを使用して高密度記録情報メディアを帯状に照射し、高密度記録情報メディアからの透過光を観測する数理モデルを表した図である。
【図２４】集光モードでの検出器でのデータ処理の流れを示したフローチャートである。
【図２５】本発明の高密度記録情報メディア読み取り装置の第４実施形態の光ファイバーを用いた構成を示す模式図である。
【図２６】本発明の高密度記録情報メディア読み取り装置の第５実施形態の構成を示す模式図である。
【図２７】実施例で使用した解析モデル図である。
【図２８】実施例にて解析に使用したＦＥＭメッシュである。
【図２９】解析した光強度分布を示したグラフである。
【図３０】薄膜スリットと空気の境界から２０ｎｍ離れた位置の空気中での光強度分布を示したグラフである。
【図３１】試料画像である。
【図３２】試料画像を１°間隔で０°〜１８０°までスキャンした観察画像である。
【図３３】図１４に１％の誤差を加えた画像である。
【図３４】図１４を元に再構成した試料画像である。
【図３５】図１５を元に再構成した試料画像である。
【図３６】予め与えた真の透過率、誤差のないデータから再構成をした試料の透過率および１％の誤差を加えたデータから再構成した透過率の試料中央の縦方向の分布を示したグラフである。
【符号の説明】
【０２５３】
１      光源
２      ミラー
３      集光レンズ
４      薄膜スリット
４１    透過層
４２    外部層
５      試料
６      試料板
７      検出器
８      高密度記録情報メディア
９      長作動距離対物レンズ
１０    光ファイバー
１１    金属薄膜
１２    透明な材料
【図１】
2007139466.tif 000127
【図２】
2007139466.tif 000128
【図３】
2007139466.tif 000129
【図４】
2007139466.tif 000130
【図５】
2007139466.tif 000131
【図６】
2007139466.tif 000132
【図７】
2007139466.tif 000133
【図８】
2007139466.tif 000134
【図９】
2007139466.tif 000135
【図１０】
2007139466.tif 000136
【図１１】
2007139466.tif 000137
【図１２】
2007139466.tif 000138
【図１３】
2007139466.tif 000139
【図１４】
2007139466.tif 000140
【図１５】
2007139466.tif 000141
【図１６】
2007139466.tif 000142
【図１７】
2007139466.tif 000143
【図１８】
2007139466.tif 000144
【図１９】
2007139466.tif 000145
【図２０】
2007139466.tif 000146
【図２１】
2007139466.tif 000147
【図２２】
2007139466.tif 000148
【図２３】
2007139466.tif 000149
【図２４】
2007139466.tif 000150
【図２５】
2007139466.tif 000151
【図２６】
2007139466.tif 000152
【図２７】
2007139466.tif 000153
【図２８】
2007139466.tif 000154
【図２９】
2007139466.tif 000155
【図３０】
2007139466.tif 000156
【図３１】
2007139466.tif 000157
【図３２】
2007139466.tif 000158
【図３３】
2007139466.tif 000159
【図３４】
2007139466.tif 000160
【図３５】
2007139466.tif 000161
【図３６】
2007139466.tif 000162