(57)【要約】【課題】焦点深度が深く領域が可変のエバネッセントベッセル光を発生できる低コストのエバネッセント光発生装置を提供する。【解決手段】本発明のエバネッセント光発生装置は、環状のビームが円錐面４ｂで該円錐面４ｂの頂点４ｐ側に反射し、該反射した反射光が該反射した箇所と前記頂点４ｐとの間に配置される台面４ａで全反射し干渉してベッセルビームが生成される円錐台様レンズ４を備えている。【選択図】図１
2017142277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状のビームが円錐面で該円錐面の頂点側に反射し、該反射した反射光が該反射した箇所と前記頂点との間に配置される台面で全反射し干渉してベッセルビームが生成される円錐台様レンズを備える
ことを特徴とするエバネッセント光発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエバネッセント光発生装置において、
第１底面からレーザー光が入射され、第１円錐面から出射して第１環状のビームが形成される第１のアキシコンレンズと、
前記第１環状のビームが第２円錐面から入射され第２底面から第２環状のビームを出射する第２のアキシコンレンズとを備え、
前記環状のビームは、前記第２環状のビームが前記円錐台様レンズに入射したビームである
ことを特徴とするエバネッセント光発生装置。
【請求項３】
請求項２に記載のエバネッセント光発生装置において、
前記第２環状のビームより内方の光を遮蔽する遮光部材を備える
ことを特徴とするエバネッセント光発生装置。
【請求項４】
請求項３に記載のエバネッセント光発生装置において、
前記遮光部材は、
前記第２のアキシコンレンズと前記円錐台様レンズとの間に配置され、前記第２のアキシコンレンズの頂点近くを通る光を遮蔽し、前記台面より大きい遮蔽部を有する遮蔽フィルタである
ことを特徴とするエバネッセント光発生装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のうちの何れか一項に記載のエバネッセント光発生装置において、
前記円錐台様レンズは、
底面と、該底面の周囲に連続する前記円錐面と、前記円錐面を前記底面に平行に切断した形状の前記台面とを有する円錐台形状である
ことを特徴とするエバネッセント光発生装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のうちの何れか一項に記載のエバネッセント光発生装置において、
前記環状のビームは、当該ビームの光軸に平行である
ことを特徴とするエバネッセント光発生装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のうちの何れか一項に記載のエバネッセント光発生装置において、
前記環状のビームは、円環形状または楕円の環形状を有する
ことを特徴とするエバネッセント光発生装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のうちの何れか一項に記載のエバネッセント光発生装置において、
前記環状のビームは、途切れている
ことを特徴とするエバネッセント光発生装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のうちの何れか一項に記載のエバネッセント光発生装置において、
前記円錐面における反射は、全反射または鏡面反射である
ことを特徴とするエバネッセント光発生装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のうちの何れか一項に記載のエバネッセント光発生装置において、
前記円錐面は、前記環状のビームを反射する反射部材が設けられている
ことを特徴とするエバネッセント光発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エバネッセントベッセル光を発生するエバネッセント光発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エバネッセント光（近接場光）は界面での全反射において低屈折率側に波長オーダで染み出す光である。エバネッセント光は、波長オーダの非常に小さい染み出し深さを持つことから、深さ方向の分解能が高い。そこで、全反射蛍光顕微鏡（ＮＩＫＯＮ）、微細加工工具位置センサー（東京工業大学吉岡先生）、ナノ光造形法（東京大学）として用いられている。
従来のエバネッセント光の発生方式としては、プリズム方式と対物レンズ方式が知られている。
【０００３】
図１０は、従来のプリズム方式のエバネッセント光の発生方式を示す図である。
プリズム方式では、全反射プリズム１０２、イマージョンオイル１０３、カバーガラス１０４、および試料１０５の順に配置される。
空気１００中を透過する励起光のレーザー光１０１は、全反射プリズム１０２、イマージョンオイル１０３を透過して、カバーガラス１０４と試料１０５との界面で全反射する。そして、反射光１０６がイマージョンオイル１０３、全反射プリズム１０２を透過して空気１００中に達する。プリズム方式ではレーザー光１０１が全反射しエバネッセント光１０６ｅが形成される。カバーガラス１０４での全反射に際して、エバネッセント光１０６ｅが試料１０５内の蛍光として観察される。
【０００４】
図１１は、従来の対物レンズ方式のエバネッセント光の発生方式を示す図である。
対物レンズ方式では、対物レンズ１０７、イマージョンオイル１０８、カバーガラス１０９、および試料１１０の順に配置される。
空気１００中を透過する励起光のレーザー光１１１は、対物レンズ１０７、イマージョンオイル１０８を透過し、カバーガラス１０９と試料１１０との界面で全反射する。
【０００５】
対物レンズ方式では開口数の大きい対物レンズ１０７を用いて入射角を大きくし、試料１１０とカバーガラス１０９の界面で全反射を施す。カバーガラス１０９での全反射に際して、エバネッセント光１１２が試料１１０内の蛍光として、対物レンズ１０７を通して観察される。
【０００６】
他に、非特許文献１に高次ベッセル光を作る技術が記載され、非特許文献２、３にエバネッセントベッセル光をつくる技術が記載されている。
非特許文献１には、軸対称偏光ビームを用いることで、高次ベッセルビームにすることが記載されている。
非特許文献２には、表面プラズモン共鳴を用いたエバネッセントベッセル光の発生が記載されている。具体的には、金属薄膜にある決まった入射角でレーザービームが入射されると表面プラズモン共鳴によりエバネッセント光が発生することを利用している。
非特許文献３には、半球レンズを用いたエバネッセントベッセル光の発生が記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】J.Arlt,and K.Dholakia,‘Generation of high--‐order Bessel beams by use of an axicon’,OpVcs Communications177(2000),297-301.
【非特許文献２】Qiwen Zhan,‘Evanescent  Bessel beam generaVon via surface Plasmon resonace excitaVon by a radially polarized beam’, OpVcs Lebers, Vol. 31, No. 11, 2006.
【非特許文献３】T. Grosjean, D. Courjon, and D. Van Labeke, ‘Bessel beams as virtual tips for near- field opVcs’, Journal of Microscopy, Vol. 210, Pt 3 June 2003, 319--‐323.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上述の図１０のプリズム方式のエバネッセント光の発生方式は、比較的に安価で実装できるが、光学系が複雑になる弱点、および、励起光が集光済みであり、エバネッセント光の発生域が小さいという弱点がある。
図１１の対物レンズ方式では、蛍光を対物レンズ１０７で直接集光できるので光学系が簡単になるメリットがあり、最も広く用いられる手法である。しかし、１００万円台の対物レンズが使われる等のコストが高いという問題がある。
【０００９】
対物レンズ方式では、対物レンズ１０７からアニュラービーム１１１ａが照射されるがビームの幅を絞るので、光軸Ｃの方向にベッセルビームが細くなり、調整が難しい。
対物レンズ方式によるエバネッセントビームの生成の場合、普通のガウシアンビームを照射光軸からずらして照射する場合が多いがアニュラービームを照射する場合もある。この場合は対物レンズ１０７の焦点で干渉してベッセルビームを作る。
しかし、エバネッセント光をつくるような高ＮＡ対物レンズ１０７は基本的にリングを厳しく集光するので、光軸Ｃの方向におけるベッセルビームの生成範囲は非常に小さくなってしまう欠点がある。
従って、対物レンズ方式では、ベッセルビームの焦点深度が浅いという問題がある。
【００１０】
一方、非特許文献１〜３の技術は、atom guide用途を試みている。しかし、非特許文献１〜３の技術は、非常に高精度の加工技術や光学系の調整が必要となる問題がある。
【００１１】
本発明は上記実状に鑑み創案されたものであり、焦点深度が深く領域が可変のエバネッセントベッセル光を発生できる低コストのエバネッセント光発生装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するため、第１の本発明のエバネッセント光発生装置は、環状のビームが円錐面で該円錐面の頂点側に反射し、該反射した反射光が該反射した箇所と前記頂点との間に配置される台面で全反射し干渉してベッセルビームが生成される円錐台様レンズを備えている。
第１の本発明によれば、円錐台様レンズ内における全反射する台面の箇所の外側に、エバネッセントベッセル光を生成できる。
【００１３】
第２の本発明のエバネッセント光発生装置は、第１の本発明において、第１底面からレーザー光が入射され、第１円錐面から出射して第１環状が形成される第１のアキシコンレンズと、前記第１環状のビームが第２円錐面から入射され第２底面から第２環状のビームが生成される第２のアキシコンレンズとを備え、前記環状のビームは、前記第２環状のビームが前記円錐台様レンズに入射したビームである。
第２の本発明によれば、第１・第２のアキシコンレンズを備えるので、環状のビームを生成できる。
【００１４】
第３の本発明のエバネッセント光発生装置は、第２の本発明において、前記第２環状のビームより内方の光を遮蔽する遮光部材を備えている。
第３の本発明によれば、遮光部材により、ベッセルビームの生成が阻害されるのを抑制できる。
【００１５】
第４の本発明のエバネッセント光発生装置は、第３の本発明において、前記遮光部材は、前記第２のアキシコンレンズと前記円錐台様レンズとの間に配置され、前記第２のアキシコンレンズの頂点近くを通る光を遮蔽し、前記台面より大きい遮蔽部を有する遮蔽フィルタである。
第４の本発明によれば、遮蔽フィルタの遮蔽部により、ベッセルビームの生成が阻害されるのを抑制できる。
【００１６】
第５の本発明のエバネッセント光発生装置は、第１から第４のうちの何れかの本発明において、前記円錐台様レンズは、底面と、該底面の周囲に連続する前記円錐面と、前記円錐面を前記底面に平行に切断した形状の前記台面とを有する円錐台形状である。
第５の本発明によれば、円錐台様レンズは円錐台形状であるので、エバネッセントベッセル光の生成が効果的に行える。
【００１７】
第６の本発明のエバネッセント光発生装置は、第１から第５のうちの何れかの本発明において、前記環状のビームは、当該ビームの光軸に平行である。
第６の本発明によれば、環状のビームは、当該ビームの光軸に平行であるので、エバネッセントベッセル光のきれいなビームプロファイルが得られる。また、エバネッセントベッセル光の焦点深度、幅を長くできる。
【００１８】
第７の本発明のエバネッセント光発生装置は、第１から第６のうちの何れかの本発明において、前記環状のビームは、円環形状または楕円の環形状を有している。
第７の本発明によれば、環状のビームが円環形状の場合、全方位の面的にベッセルモードプロファイルの寸法精度出すことができる。環状のビームが楕円の環形状の場合、ある断面でベッセルモードプロファイルが得られる。
【００１９】
第８の本発明のエバネッセント光発生装置は、第１から第７のうちの何れかの本発明において、前記環状のビームは、途切れている。
第８の本発明によれば、エバネッセントベッセル光に近い近接場光を得られる。
【００２０】
第９の本発明のエバネッセント光発生装置は、第１から第８のうちの何れかの本発明において、前記円錐面における反射は、全反射または鏡面反射である。
第９の本発明によれば、エバネッセントベッセル光を得られる。
【００２１】
第１０の本発明のエバネッセント光発生装置は、第１から第９のうちの何れかの本発明において、前記円錐面は、前記環状のビームを反射する反射部材が設けられている。
第１０の本発明によれば、反射部材で環状のビームを反射させ、エバネッセントベッセル光を得られる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、焦点深度が深く用途により狭くもできるので、領域が可変のエバネッセントベッセル光を発生できる低コストのエバネッセント光発生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係るエバネッセントベッセル光発生装置の概略と原理を示す図。
【図２】（ａ）は比較例のベッセルビーム生成時の状態を示す概念図、（ｂ）は実施形態のベッセルビーム生成時の状態を示す概念図。
【図３】第１・第２のアキシコンレンズ間距離と生成したベッセルビームの台面における０次ピーク強度を示すグラフ。
【図４】理論上の第１・第２のアキシコンレンズ間距離を５７．２ｍｍ、５７．９ｍｍ、５８．５ｍｍとした場合の円錐台形レンズの台面におけるベッセルビームプロファイル。
【図５】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１のエバネッセント光発生装置のベッセルエバネッセント光の蛍光の肉眼観察の写真。
【図６】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１のエバネッセント光発生装置のエバネッセントベッセル光のＣＣＤカメラの映像、発光のプロファイルの図。
【図７】変形例のエバネッセント光発生装置２Ｓの概略を示す図。
【図８】（ａ）はエバネッセントベッセル光で光硬化性樹脂を照射して硬化させた状態の写真、（ｂ）は（ａ）の中央の凸形状の硬化樹脂の幅方向の寸法（横軸）と高さ方向の寸法（縦軸）とを図示したグラフ。
【図９】変形例の円錐台形レンズの構成を示す概略図。
【図１０】従来のプリズム方式のエバネッセント光の発生方式を示す図。
【図１１】従来の対物レンズ方式のエバネッセント光の発生方式を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るエバネッセントベッセル光発生装置の概略と原理を示す図である。
実施形態のエバネッセントベッセル光発生装置Ｓは、ベッセルビームのエバネッセント光を発生できる低コストの装置である。
【００２５】
ベッセルビームは、深い焦点深度をもつため、実用上、計測や加工の点で有用性が高い。
エバネッセントベッセルビーム発生装置Ｓ（以下、エバネッセント光発生装置Ｓと称す）のエバネッセント光の発生には、ベッセルモードレーザー光が用いられる。
通常のガウシアンビームを用いるとビームが拡散して強度が低下する、焦点プロファイルが悪化し適用が難しくなる。ベッセルモードレーザー光を用いることで、これらの問題を回避できる。
【００２６】
エバネッセント光発生装置Ｓは、第１のアキシコンレンズ１、第２のアキシコンレンズ２、中心遮光フィルター３、および円錐台形レンズ(Circular truncated cone lens)４を有して構成される。
第１・第２のアキシコンレンズ１、２は、それぞれリング状ビーム（光線）を形成する円錐形状のレンズである。第１・第２のアキシコンレンズ１、２は、通常の丸いビーム（光線）を照射すると平行に進む環状のビームになる。
【００２７】
第１のアキシコンレンズ１は底面１ａと円錐面１ｂとを有する円錐形状をもつ。同様に、第２のアキシコンレンズ２は底面２ａと円錐面２ｂとを有する円錐形状をもつ。
【００２８】
円錐台形レンズ４は、円錐台形状をもつレンズである。円錐台形レンズ４は、底面４ｃと円錐面４ｂと台面４ａとを有する。
円錐面４ｂは底面４ｃの外周に連続する。台面４ａは、円錐面４ｂを底面４ｃに平行に切った形状をもつ。
【００２９】
台面４ａは、円錐面４ｂで全反射するアニュラービームｒ５が台面４ａで全反射して干渉し、エバネッセント光ができる位置（図２（ｂ）のハッチングの領域ｒｂ１）に配置される。アニュラービームｒ５は、レーザー光ｒ１が第１・第２のアキシコンレンズ１、２を透過しアニュラービームｒ４となり、台面４ａから円錐台形レンズ４に入射した環状のビーム（光線）である。
【００３０】
第２のアキシコンレンズ２と円錐台形レンズ４との間には、中心（光軸Ｃ）付近から、円錐台形レンズ４に照射される光がないように中心遮光フィルター３を設けている。
中心遮光フィルター３は、光を遮断する遮光部３ａと光を透過させる透光部３ｂとを有する。中心遮光フィルター３は、下記の理由で用いられる。
【００３１】
第１・第２のアキシコンレンズ１、２の各先端１ｐ、２ｐは完全な頂点にはならず、ある程度曲率を有する。そのため、先端１ｐ、２ｐを透過するビームが円錐台形レンズ４に入射された場合、全反射する角度をもたず、全反射を起こさないケースがある。これを防ぐため、２つ目の第２のアキシコンレンズ２より後方に中心遮光フィルター３を設置する。中心遮光フィルター３の遮光部３ａは、先端１ｐ、２ｐ近傍を透過した全反射しない光が台面４ａに入射しないように、円錐台形レンズ４の台面４ａの面積より大きい。これは、少なくとも、台面４ａに直進する光を遮蔽するためである。
【００３２】
＜光路＞
レーザー光ｒ１が第１のアキシコンレンズ１の底面１ａに入射されると、第１のアキシコンレンズ１を透過してひし形ビームｒ２を形成後、アニュラービームｒ３となる。アニュラービームｒ３は、第２のアキシコンレンズ２を透過してアニュラービームｒ４となる。
【００３３】
アニュラービームｒ４は、底面４ｃから円錐台形レンズ４に入射する。円錐台形レンズ４に入射したアニュラービームｒ５は、円錐面４ｂで全反射して台面４ａに入射し集光され、台面４ａで全反射する。台面４ａで集光したアニュラービームｒ６が干渉により、ベッセルプロファイルを有するベッセルビームｒ７ａになる。
【００３４】
アニュラービームｒ６の干渉によるベッセルビームｒ７ａのビーム径は約数百ナノメートルである。凸レンズや対物レンズによる集光であると数十μｍのビーム径になる。図２（ａ）に示すように、対物レンズ１０７からアニュラービームｒ１０１を照射する場合も数百ナノメートルのビーム径を持つ。ただし、光軸Ｃの方向の焦点深度が非常に浅い。
ベッセルビームにするだけでビーム径は非常に小さくなる。
ベッセルビームｒ７ａのベッセルプロファイルは、極めて高い中心強度と焦点深度の深い波長オーダ、現在の実験系で200ｎｍセ゛ロ次ヘ゛ッセルの見込みのビーム径を持つ。200ｎｍセ゛ロ次ヘ゛ッセルとは、ビームのピークの強度に対して１３．５％の幅が200ｎｍであることを示す。
【００３５】
通常、ベッセルモードレーザー光はアキシコンレンズ、例えば第１のアキシコンレンズ１で生成される。例えば、図１のひし形ビームｒ２の部分に同心円状のベッセル関数形状を持つ同心円状の多重リングのベッセルモードレーザー光が形成される。ベッセルモードレーザー光は、焦点深度が深く、例えばレーザーマイクロ加工に用いられる。
エバネッセント光発生装置Ｓでは、ひし形ビームｒ２の干渉部分のベッセルモードレーザー光を利用せず、下記のベッセルビームｒ７ａを利用する。
【００３６】
レーザ光ｒ１は対称に設置された２つの第１・第２のアキシコンレンズ１、２を通過することで、光軸Ｃに対して平行に進むコリメートされたアニュラービームｒ４が得られる。
アニュラービームｒ４が円錐台形レンズ４に入射され、円錐台形レンズ４の斜面の円錐面４ｂで全反射し、台面４ａで集光される。台面４ａへのアニュラービームｒ６の入射角が、全反射するための臨界角より大きくなるように斜面の円錐面４ｂが形成される頂角θ１を決める。頂角θ１とは、円錐面４ｂの頂点４ｐに形成される中心線（光軸Ｃ）を通る一断面の角度である。
【００３７】
そして、上述した如く、台面４ａで集光したアニュラービームｒ６が干渉により、極めて高い中心強度と焦点深度の深い波長オーダのビーム径を持つベッセルプロファイルのベッセルビームｒ７ａになる。従って、台面４ａからはそれに対応したベッセルエバネッセント光ｒ７ｂが染み出される。可視光の光源では、ベッセルエバネッセント光ｒ７ｂのしみ出し長さが数百ナノｍである。
なお、例えば偏向板で発生させた軸対称偏光ビームをアニュラービームｒ５として用いることで、高次ベッセルビームにすることも可能である。
【００３８】
＜ベッセルビームの特徴＞
ここで、ベッセルビームについて説明する。
レーザー光はガウシアンビームであり、正規分布をもつ。ガウシアンビームからベッセルビームに形を変えることができる。ベッセルビームは、ベッセル関数で表され、回析限界より狭い半値幅をもち、焦点深度が深いという特徴をもつ。
【００３９】
ところで、実用に際して、細い光が欲しいという要望がある。
ガウシアンビームは、細く絞っても減衰する。数μｍ〜数百μｍの径しか絞り切れなく広がっていく。ガウシアンビームは、絞っても拡散する。また、ガウシアンビームの場合、焦点深度が１〜数１０μｍと浅い。
【００４０】
これに対して、ベッセルビームは、ピークの幅が回析限界より細いピークが作れ、かつ、焦点深度が深い光が作れる。ベッセルビームの場合、焦点深度がｍｍオーダーと深い。そのため、ベッセルビームの場合には調整が容易またはいらない。
例えば、ベッセルビームは数十ナノｍの径の細い光が作れる。結果として、ベッセルビームの進行波の場合、細く維持できる。つまり、ベッセルビームは、長距離にわたってピークが細いビームを維持でき、ロバスト性が高い。
【００４１】
実用上、加工、計測に際して、狭い所に光を集めて使いたいという要求がある。そのため、ベッセルビームは、細い穴を深く開けたい、高いロバスト性をもった光を作れる、長距離に亘って計測領域を確保できるという点で優利である。
【００４２】
エバネッセント光発生装置Ｓで作られるベッセルエバネッセント光ｒ７ｂは、例えばしみ出し長さの数百ナノメートルの狭い領域を顕微鏡で測る。また、３Ｄプリンタ等で数百ナノメートルの狭い領域を加工できる等の用途がある（詳細は後記）。
【００４３】
＜対物レンズ方式との比較＞
図２（ａ）は比較例のベッセルビーム生成時の状態を示す概念図であり、図２（ｂ）は実施形態のベッセルビーム生成時の状態を示す概念図である。
図２（ａ）の比較例では、対物レンズ１０７から照射されるアニュラービームｒ１０１により、光軸Ｃの方向に数〜数十μｍオーダーの非常に狭い領域ｒｂでベッセルビームを生成する。そのため、ベッセルビーム発生領域（ｒｂ）に観察試料または加工対象を位置決めすることが困難しい。
【００４４】
これに対して、図２（ｂ）の本実施形態では、円錐台形レンズ４内に入射したアニュラービームｒ５は、円錐面４ｂで全反射して台面４ａに入射し集光され、台面４ａで全反射する。台面４ａで集光したアニュラービームｒ６が干渉により、ベッセルビームｒ７ａが作られる。ベッセルビームｒ７ａは、ハッチンングで示すひし形の領域ｒｂ１で生成され、光軸Ｃの方向に数百μｍ〜数ｍｍオーダーの長さがある。なお、円錐台形レンズ４の屈折率が高いと反射角度が大きくとれるので、円錐台形レンズ４の光軸Ｃの方向の調整がより楽となる。
【００４５】
また、光軸Ｃの方向に対してベッセルビームが生成される範囲はアニュラービームｒ４のリング幅ｄ２に依存する。そのため、光軸Ｃの方向において数ミリメートルの範囲でベッセルビームが生成される。これは光学系のロバスト性の向上につながる。円錐台形レンズ４の台面４ａにピントを合わせることが容易になるためである。ピントを合わせるため、領域ｒｂ１の光軸Ｃの方向の長さの範囲内で、台面４ａを配置できる。
【００４６】
円錐台形レンズ４はリング幅が小さくなる集光はしておらず、アニュラービームｒ５のリング幅ｄ２により光軸Ｃの方向のベッセルビームの生成範囲が決まる。そのため、間違いなく円錐台形レンズ４の台面４ａ近傍にベッセルエバネッセント光ができる。
【００４７】
これに対して、図２（ａ）の対物レンズ１０７ではほぼ一点に集光されるので焦点位置決めがかなり厳しくなる。従って、本実施形態の円錐台形レンズ４は焦点位置決めの心配がなく使えるという利点がある。
【００４８】
まとめると、比較例では、数〜数十μｍオーダーの非常に狭い領域ｒｂで試料の位置決めが必要であるのに対し、実施形態では数百μｍ〜数ｍｍオーダでの試料の位置決めが可能である。そのため、実施形態の構成により、従来に比べ、試料位置決めのロバスト性が顕著に改善する。
従って、第１・第２のアキシコンレンズ１、２、円錐台形レンズ４等に熱膨張が発生し寸法精度が揺らいだ場合にも、調整が容易である。
【００４９】
＜第１・第２のアキシコンレンズ１、２の位置決めのロバスト性＞
図３に、理論上の第１・第２のアキシコンレンズ１、２間距離ｄ１（図１参照）と円錐台形レンズ４の台面４ａにおけるベッセルビームの０次ピーク強度との関係を示す。図３の横軸は、第１・第２のアキシコンレンズ１、２間の距離ｄ１であり、縦軸はベッセルビームの０次ピーク強度を相対的に示す。
【００５０】
光軸Ｃ上のベッセルビームの生成長さｚｍａｘは、式（１）で表される。
ｚｍａｘ＝２×ｗ０／ｔａｎ（θ１）                  （１）
ただし、ｗ０はビーム半径であり、θ１は円錐台形レンズ４の頂角θ１である。
計算条件は、ｗ０＝０．５ｍｍ、θ１＝６８°、波長＝５３２ｎｍ、円錐台形レンズ４の屈折率＝１．７８  である。
ベッセルビームの０次ピーク強度Ｉ（ｒ、ｚ）は、近似的に下式（１）で表せる。
【００５１】
【数１】
2017142277.tif 000003
【００５２】
ただし、ｒは半径方向の座標、ｚは光軸Ｃの方向の座標、λは波長、Ｊ０は第1種０次ベッセル関数、Ｐ（Ｗ）はビームパワーである。
式（１）のｚ座標が円錐台形レンズ４の台面４ａの位置となり、２つの第１・第２のアキシコンレンズ１、２間の距離により変わる。ｚ座標の原点は、図２（ｂ）のベッセルビームｒ７ａの領域ｒｂ１の光軸Ｃ上の光源側の頂点ｒｂ０である。
【００５３】
図３より、第１・第２のアキシコンレンズ１、２間の距離ｄ１が５７．０ｍｍ〜５８．５ｍｍ間で０次ピーク強度が７０％前後に維持される。
図４に、理論上の第１・第２のアキシコンレンズ１、２間距離ｄ１を５７．２ｍｍ、５７．９ｍｍ、５８．５ｍｍとした場合の円錐台形レンズ４の台面４ａにおけるベッセルビームプロファイルを示す。図４の横軸は、ベッセルビームプロファイルの中心からの距離、縦軸は０次ピーク強度を相対的に示す。
図４ではｄ１＝５７．２ｍｍを太破線で示し、ｄ１＝５７．９ｍｍを実線で示し、ｄ１＝５８．５ｍｍを細破線で示す。
【００５４】
図４より、第１・第２のアキシコンレンズ１、２間距離ｄ１を５７．２ｍｍ、５７．９ｍｍ、５８．５ｍｍとしても、ベッセルビームの形はくずれないことが分る。
図３、図４の解析結果より、第１・第２のアキシコンレンズ１、２間距離ｄ１を数ｍｍ範囲の調整により、ピーク強度の調整が行える。
【００５５】
＜エバネッセント光の観察＞
図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１のエバネッセント光発生装置Ｓのベッセルエバネッセント光ｒ７ｂの蛍光の肉眼観察の写真である。
図５（ａ）、（ｂ）より、ベッセルエバネッセント光ｒ７ｂ（図１参照）は、ベッセルビームの同心円状のプロファイル（図５（ｂ）では矢印の部分）をもつことが確認できる。
【００５６】
図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１のエバネッセント光発生装置Ｓのエバネッセントベッセル光ｒ７ｂのＣＣＤカメラの映像、蛍光のプロファイルの図である。
図６（ａ）、（ｂ）より、ベッセルビームの同心円状のプロファイルは確認できる。なお、観察に用いたＣＣＤカメラの分解能が足りない、励起光のエバネッセントベッセル光ｒ７ｂと蛍光との波長差、蛍光試料のブラウン運動等の影響が蛍光のプロファイルに出ているものと推測される。
【００５７】
円錐台形レンズ４の台面４ａに蛍光試料をおいてその蛍光の観察はできた。しかし、液体の蛍光試料を使っており、色素のブラウン運動等できれいなベッセルビームにはなっていない状態が確認された。
【００５８】
＜円錐台形レンズ４に入射するアニュラービームｒ４、ｒ５の平行度＞
図１に示す円錐台形レンズ４に入射するアニュラービームｒ４は平行波がより望ましい。平行波でない場合、台面４ａで集光したアニュラービームｒ６の干渉が崩れ、図４に示す０次ピークの形に乱れが生じる。
【００５９】
アニュラービームｒ４（ｒ５）が平行であることの利点は下記である。
（１）光軸Ｃに平行にビームが揃っているので効率的に円錐台形レンズ４の円錐面４ｂで全反射が行え、ベッセルビームｒ７ａ（図２（ｂ）参照）の光軸Ｃの方向の長さがでる。
（２）光軸Ｃに平行にビームが揃っているので円錐台形レンズ４の円錐面４ｂで全反射させ易い。  
【００６０】
（３）図２（ｂ）に示すひし形の領域ｒｂ１でベッセルビームｒ７ａが生成される。そのため、アニュラービームｒ４を平行に近付けてアニュラービームｒ４の幅ｄ２を保つことが、領域ｒｂ１の光軸Ｃの長さを維持する上で重要である。
（４）ベッセルビームｒ７ａの焦点深度は、アニュラービームｒ４の幅ｄ２が広いほど、範囲も広くできる。
【００６１】
（５）図１に示すように、２つの第１・第２のアキシコンレンズ１、２を入れるとアニュラービームｒ４の幅ｄ２がレーザー光ｒ１の径で設定できるので、幅ｄ２調整が簡単である。そして、アニュラービームｒ４は平行に進んだ場合、強度が落ちない。
【００６２】
＜エバネッセント光発生装置Ｓの特長＞
エバネッセント光発生装置Ｓ（本発明）の特長としては、第１に、ビームシェイビングのロバスト性と高強度の調整があり、第２に、光学系構成の自由度がある。
第１のビームシェイビングのロバスト性と高強度の調整としては、アニュラービームは、円錐台形レンズ４の円錐面４ｂが光軸Ｃの方向および光軸Ｃを中心とする半径方向に曲率を持たない。そのため、円錐台形レンズ４の全反射面の円錐面４ｂでは光軸Ｃの方向に対して比較的に大きな範囲でコリメートされたプロファイルのベッセルビームが形成される。したがって、曲率を持つレンズに比べて集光のロバスト性が非常に優れている。
【００６３】
また、２つの第１・第２のアキシコンレンズ１、２間の距離をミリメートルオーダで変えることでアニュラービームの径および強度を調整できる。
第１・第２のアキシコンレンズ１、２の距離ｄ１（図１参照）を短くすると、アニュラービームｒ４、ｒ５の径が小さくなり、アニュラービームｒ４、ｒ５の強度が高くなる。
第１・第２のアキシコンレンズ１、２の距離ｄ１を長くすると、アニュラービームｒ４、ｒ５の径が大きくなり、アニュラービームｒ４、ｒ５の強度が低くなる。
【００６４】
第２の光学系構成の自由度については、第２のアキシコンレンズ２と円錐台形レンズ４間のアニュラービームｒ４は平行波であるので、第２のアキシコンレンズ２と円錐台形レンズ４間の距離ｄ３（図１参照）は、第２のアキシコンレンズ２と円錐台形レンズ４間のアニュラービームｒ４のプロファイルに影響を及ぼさない。そのため、距離ｄ３は自由に設定できる。従って、第２のアキシコンレンズ２と円錐台形レンズ４間のスペースにおける光学系の構成は自由である。
【００６５】
図７は、変形例のエバネッセント光発生装置の概略を示す図である。
変形例のエバネッセント光発生装置２Ｓは、第２のアキシコンレンズ２と円錐台形レンズ４との間に、ダイクロイックミラー（反射鏡）６を配置したものである。ダイクロイックミラー６は、第２のアキシコンレンズ２と円錐台形レンズ４との間のアニュラービームｒ４に影響を及ぼさない位置に配置すればよい。すなわち、アニュラービームｒ４より内側にダイクロイックミラー６を配置する。
ダイクロイックミラー６等を用いて、図７の矢印α１に示すように、ベッセルエバネッセント光ｒ７ｂによる蛍光を図示しないＣＣＤカメラ等に導き、蛍光をＣＣＤカメラ等で観察できる。
【００６６】
＜エバネッセント光発生装置Ｓ、２Ｓの用途＞
エバネッセント光発生装置Ｓ、２Ｓの用途としては、下記がある。
（１）エバネッセントベッセル光ｒ７ｂを用いた全反射照明蛍光顕微鏡として適用できる。  
【００６７】
（２）数百ナノｍの領域のエバネッセントベッセル光ｒ７ｂで光硬化性樹脂を照射し、厚さ方向、幅方向に微細な加工限界をもつ加工を行える。
図８（ａ）は、エバネッセントベッセル光で光硬化性樹脂を照射して硬化させた状態の写真であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）の中央の凸形状の硬化樹脂の幅方向の寸法（横軸）と高さ方向の寸法（縦軸）とを図示したものである。なお、図８（ａ）の紙面の左右方向が幅方向であり、図８（ａ）の紙面の上下方向が長方向であり、図８（ａ）の紙面を奥側から手前側に垂直に貫く方向が高さ方向である。
図８（ａ）に示す凸形状の硬化樹脂の大きさは、長方向３．８μｍ、幅方向３．５μｍ、高さ方向３１４ｎｍであった。
【００６８】
例えば、エバネッセント光発生装置Ｓ、２Ｓを加工に用いる場合、実施形態１、２のレーザー光ｒ１に加えて、第２のレーザー光を第１のアキシコンレンズ１から入射して、レーザー光ｒ１によるベッセルモードプロファイルに重畳させ、加工性を高めることも可能である。
【００６９】
（３）偏向板を光学系に入れ、軸対称偏向ビームを第１のアキシコンレンズ１に入射させ、ビームプロファイルを真ん中が低い高次ベッセルビームとする。これを用いて、レーザー光で物をつかむレーザーピンセットとして使用する。真ん中が低い丸いビームプロファイルを用いて物を挟んで動かす。
【００７０】
（４）熱硬化性樹脂は、光のある波長を与えると硬まり、ある波長を与えると硬まらないという性質がある。この性質を利用して、エバネッセントベッセル光ｒ７ｂを用いて大量生産に向かない一品ものの微細加工の製作が行える。
【００７１】
上記構成によれば、下記の効果を奏する。
１．エバネッセントベッセル光を作るための対物レンズが不要になる。
２．従来の手法では用いられなかった光学素子を用いて安価（例えば、円錐台形レンズが１０万円、アキシコンレンズは1つ１３万円）でベッセルモードプロファイルを有するエバネッセント光ｒ７ｂが発生できる装置を製作できる。
【００７２】
３．比較例の対物レンズの場合、焦点深度が１〜数１０μｍと浅いが、本実施形態のベッセルビームｒ７ａ（図２（ｂ）参照）の場合、焦点深度が数ｍｍオーダーと深い。
【００７３】
４．エバネッセントベッセル光の幅方向（径方向）の大きさが図１のレーザー光ｒ１の径ｄ４、換言すればアニュラービームｒ４の幅ｄ２で決まるので、エバネッセントベッセル光の幅ｄ６（図１参照）を大きくできる。従って、領域が可変のエバネッセントベッセル光が得られる。
【００７４】
５．そのため、第１・第２のアキシコンレンズ１、２、円錐台形レンズ４等の位置決めのロバスト性が高い。
６．従って、光学系の組み方において精度に余裕がでる。
【００７５】
＜＜その他の実施形態＞＞
１．前記実施形態では、円錐台形レンズ４の円錐面４ｂでアニュラービームｒ５を全反射（プリズム全反射）させる場合を例示したが、円錐面４ｂの外側に銀フィルム、金箔を貼ったり、金メッキする、またはアニュラービームｒ５を反射する材料を円錐面４ｂにコーティング等して円錐面４ｂで反射させてもよい。
【００７６】
図９に示すように、円錐面４ｂでのアニュラービームｒ５の全反射に代えて、円錐台形レンズ４の円錐面４ｂにアニュラービームｒ５を反射させる銀フィルム、金箔、金メッキ、アニュラービームｒ５を反射する材料等の反射部材７を設け、アニュラービームｒ５を円錐面４ｂの反射部材７で反射させる構成とすることも可能である。図９は、変形例の円錐台形レンズの構成を示す概略図である。
【００７７】
２．実施形態では、円錐台形レンズ４の円錐面４ｂでアニュラービームｒ５を全反射する場合を説明したが、円錐面（４ｂ）を鏡面として鏡面反射としてもよい。
【００７８】
３．前記実施形態は、円錐台形レンズ４の円錐面４ｂでアニュラービームｒ５を全反射する場合を説明したが、アニュラービームｒ５が円錐面４ｂで反射する反射光を用いてもよい。
【００７９】
４．実施形態では、アニュラービームｒ５が円環状の場合を説明したが、環状であればよい。
例えば、アニュラービームｒ５が楕円形状でもよい。アニュラービームｒ５が円環状の場合、全ての断面でベッセルモードプロファイルが得られる。アニュラービームｒ５が楕円形状の場合、ある断面でベッセルモードプロファイルが得られる。
【００８０】
また、円環状、楕円等の環状のアニュラービームｒ５の一部が所々途切れていても、欠けていてもよい。この場合、ベッセルモードプロファイルが一部得られる。
なお、全方位の面的にベッセルモードプロファイルの寸法精度出すには、前記したように、アニュラービームｒ５が円環状であることが最も望ましい。
【００８１】
５．実施形態では、円錐台形レンズ４の台面４ａが中心軸に垂直な場合を例示したが、台面４ａは、アニュラービームｒ５として進行する光が生成できれば必ずしも円錐台形レンズ４の中心軸（光軸Ｃ）に垂直でなくともよい。
【００８２】
６．実施形態では、アニュラービームｒ４を第１・第２のアキシコンレンズ１、２を用いて形成した場合を説明したが、第１・第２のアキシコンレンズ１、２以外の光学系を用いてアニュラービームｒ４を生成してもよい。
【００８３】
７．実施形態では、中心遮光フィルター３を設ける場合を説明したが、中心遮光フィルター３に代えて、第２のアキシコンレンズ２の頂点２ｐの近傍に遮光部材を設けて遮光する構成としてもよい。
例えば第２のアキシコンレンズ２に、第２のアキシコンレンズ２の円錐面２ｂの頂点２ｐを含んで台面４ａの大きさ以上のアニュラービームｒ３を阻害しない遮光部を備える構成とする。    
【００８４】
８．なお、前記実施形態、変形例は、本願の特許請求の範囲に記載した構成の一例を示したものであり、特許請求の範囲に記載の範囲内で様々な変形形態、具体的形態が可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１      アキシコンレンズ（第１のアキシコンレンズ）
１ａ    底面（第１底面）
１ｂ    円錐面（第１円錐面）
１ｐ    頂点
２      アキシコンレンズ（第２のアキシコンレンズ）
２ａ    底面（第２底面）
２ｂ    円錐面（第２円錐面）
２ｐ    頂点
３      中心遮光フィルター（遮光部材）
４      円錐台形レンズ（円錐台様レンズ）
４ａ    台面
４ｂ    円錐面
４ｃ    底面
４ｐ    頂点
７      反射部材
ｒ１    レーザー
ｒ３    アニュラービーム（第１環状のビーム）
ｒ５    アニュラービーム（環状のビーム）
ｒ４    アニュラービーム（第２環状のビーム）
Ｃ      光軸
Ｓ、２Ｓ  エバネッセントベッセル光発生装置（エバネッセント光発生装置）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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