"探針と、試料を載置する試料ホルダと、前記探針の位置を変位させる振動子と、前記試料において前記探針により計測される領域に入射するパルスレーザー光と、前記試料から出力する出力光の強度をエネルギー分光して計測するフィルター付検出器と、前記試料ホルダを移動する走査機構と、制御装置とを備え、前記試料の表面の形状や線形非線形光学特性を計測する走査プローブ顕微鏡において、前記制御装置により、前記振動子の前記探針位置を周期的に変位させるとともに、前記探針と前記試料の距離に依存する前記出力光強度を最大化することにより探針増強検出効率を最適化することを特徴とする走査プローブ顕微鏡。請求項1記載の走査プローブ顕微鏡において、前記試料表面に生じた近接場光中に前記探針を配置して、試料表面近傍の光の電場強度を増幅することを特徴とする走査プローブ顕微鏡。請求項2記載の走査プローブ顕微鏡において、前記制御装置により、探針増強効果による出力光極大が最大となるように、前記探針位置を調整することを特徴とする走査プローブ顕微鏡。請求項2記載の走査プローブ顕微鏡において、前記試料に対して、前記探針側からパルスレーザー光を入射させ、反射したパルスレーザー光を前記探針側で検出するようにしたことを特徴とする走査プローブ顕微鏡。請求項2記載の走査プローブ顕微鏡において、前記探針と対向する位置に、上面に前記試料を設置するプリズムを設け、前記試料に対して、前記プリズム側からパルスレーザー光を入射させ、全反射したパルスレーザー光を前記プリズム側で検出するようにしたことを特徴とする走査プローブ顕微鏡。請求項1記載の走査プローブ顕微鏡において、前記パルスレーザー光は、第一のパルスレーザー光と第二の波長可変パルスレーザー光であり、前記出力光は和周波光であることを特徴とする走査プローブ顕微鏡。請求項1記載の走査プローブ顕微鏡において、前記出力光は前記パルスレーザー光の第二高調波であることを特徴とする走査プローブ顕微鏡。請求項1記載の走査プローブ顕微鏡において、前記出力光は前記パルスレーザー光のラマン散乱光であることを特徴とする走査プローブ顕微鏡。請求項1記載の走査プローブ顕微鏡において、前記パルスレーザー光は、第一のパルスレーザー光と第二の波長可変パルスレーザー光であり、前記出力光はコヒーレントアンチストークスラマン散乱光であることを特徴とする走査プローブ顕微鏡。請求項1記載の走査プローブ顕微鏡において、前記試料ホルダは、培養液を保持循環させる機能を有することを特徴とする走査プローブ顕微鏡。請求項1記載の走査プローブ顕微鏡において、前記試料は、前記培養液中で培養される生体分子生体細胞生体組織などの生体材料であることを特徴とする走査プローブ顕微鏡。探針と、試料を載置する試料ホルダと、前記探針の位置を変位させる振動子と、前記試料において前記探針により計測される領域に入射するパルスレーザー光と、前記試料から出力する出力光の強度をエネルギー分光して計測するフィルター付検出器と、前記試料ホルダを移動する走査機構と、制御装置とを備え、前記試料の表面の形状や線形非線形光学特性を計測する走査プローブ顕微鏡において、前記パルスレーザー光は、第一のパルスレーザー光と第二の波長可変パルスレーザー光であり、前記出力光は和周波光であることを特徴とする走査プローブ顕微鏡。探針と、試料を載置する試料ホルダと、前記探針の位置を変位させる振動子と、前記試料において前記探針により計測される領域に入射するパルスレーザー光と、前記試料から出力する出力光の強度をエネルギー分光して計測するフィルター付検出器と、前記試料ホルダを移動する走査機構と、制御装置とを備え、前記試料の表面の形状や線形非線形光学特性を計測する走査プローブ顕微鏡において、前記出力光は前記パルスレーザー光の第二高調波であることを特徴とする走査プローブ顕微鏡。探針と、試料を載置する試料ホルダと、前記探針の位置を変位させる振動子と、前記探針に印加される力を検出する検出部と、前記探針に交流電圧と直流電圧を印加する探針用電源と、前記試料ホルダを移動する走査機構と、制御装置とを備え、試料の表面の静電場力分布を計測する走査プローブ顕微鏡において、前記制御装置により、前記振動子の前記探針位置を周期的に変位させるとともに、前記探針位置と前記探針に印加する交流電圧のタイミングを制御して培養液中の静電場分布計測の感度を最適化することを特徴とする走査プローブ顕微鏡。請求項14記載の走査プローブ顕微鏡において、前記試料ホルダは、培養液を保持循環させる機能を有することを特徴とする走査プローブ顕微鏡。請求項14記載の走査プローブ顕微鏡において、前記試料は、前記培養液中で培養される生体分子生体細胞生体組織などの生体材料であることを特徴とする走査プローブ顕微鏡。請求項14記載の走査プローブ顕微鏡において、前記試料は、前記培養液中で培養される神経組織などの生体材料であり、前記試料の静電場分布は神経活動による神経シグナルであることを特徴とする走査プローブ顕微鏡。本発明の目的は、培養液中における生体分子生体組織生体基板材料などの試料-培養液界面における水和構造に関する水分子の配列構造を高空間分解能で計測し、さらに、培養液中の試料表面の凹凸、電位分布、分子やたんぱく質などの組成分布や配列構造などを高空間分解能で計測する走査プローブ顕微鏡を提供することにある。本願において開示される発明のうち代表的なものを挙げれば、次の通りである。本発明の走査プローブ顕微鏡は、探針と、試料を載置する試料ホルダと、前記探針の位置を変位させる振動子と、前記試料において前記探針により計測される領域に入射するパルスレーザー光と、前記試料から出力する出力光の強度をエネルギー分光して計測するフィルター付検出器と、前記試料ホルダを移動する走査機構と、制御装置とを備え、前記試料の表面の形状や線形非線形光学特性を計測する走査プローブ顕微鏡において、前記制御装置により、前記振動子の前記探針位置を周期的に変位させるとともに、前記探針と前記試料の距離に依存する前記出力光強度を最大化することにより探針増強検出効率を最適化することを特徴とするものである。また、本発明の走査プローブ顕微鏡は、探針と、試料を載置する試料ホルダと、前記探針の位置を変位させる振動子と、前記探針に印加される力を検出する検出部と、前記探針に交流電圧と直流電圧を印加する探針用電源と、前記試料ホルダを移動する走査機構と、制御装置とを備え、試料の表面の静電場力分布を計測する走査プローブ顕微鏡において、前記制御装置により、前記振動子の前記探針位置を周期的に変位させるとともに、前記探針位置と前記探針に印加する交流電圧のタイミングを制御して培養液中の静電場分布計測の感度を最適化することを特徴とするものである。本発明によれば、培養液中で生体分子生体組織生体基板材料などと培養液の界面にける水や分子との相互作用を高空間分解能で計測することが可能となる。また、培養液中における培養基板、水浄化膜、培養細胞の凹凸や物理情報を高空間分解能で計測することが可能となる。本発明は、試料表面に生じた近接場光エバネッセント光中に探針を配置して、探針からの近接場光と試料からの近接場光とにより試料表面近傍の光の電場強度を増幅することにより微弱なシグナル光を補償する探針増強検出法による走査プローブ顕微鏡において、和周波分光法SFG、第二高調波法SHGやその他の線形非線形光学分光法を用いるときに、探針増強効果が探針-試料間距離に強く依存するために、探針-試料間距離に依存する検出光強度を計測することにより、探針増強効果を最適化することが可能であるという新たな知見に基づくものである。また、本発明は、探針-試料間に働く静電気力分布を計測する走査プローブ顕微鏡走査ケルビンプローブ顕微鏡において、探針に働く静電気力が、探針-試料間距離に強く依存するために、探針-試料間距離に依存する静電場力強度を計測することにより、培養液中においても静電場分布計測の感度を最適化することが可能であるという新たな知見に基づくものである。本発明を、以下の実施例を用いて詳細に説明する。なお、発明を実施するための形態に記載され、本実施例に未記載の事項は本実施例にも適用することができる。本実施例では、走査プローブ顕微鏡の一形態としての、探針増強走査和周波顕微鏡を開示する。図1は、本発明の実施例1の走査プローブ顕微鏡の概略構成図である。探針1は振動子2に設置され、試料3との相対位置は振動子2により制御される。探針1は、入射する光中に置かれたときに、先端近傍に近接場光強度が増幅集中する材料が選択される。また、ラマン分光法や和周波分光法などのようにラマン散乱を用いる場合は、表面増強ラマン散乱を有効に用いることができる、金、銀、銅、アルミなどの金属やそれらの化合物が用いられる。シリコン探針に厚さ1~20nmの金薄膜を蒸着した探針は、有効な探針の候補として用いられる。また、本実施例においては、振動子2は主に試料3の垂直方向に振動し、探針1と試料3の距離は300nm以下で制御され、また、振動子2の固有振動数は200kHz~2MHzが用いられる。本実施例では、振動子2として、長手方向に伸縮する水晶振動子が用いられるが、原子間力顕微鏡などの走査プローブ顕微鏡で一般的に用いられるチューニングフォーク型の水晶振動子、ピエゾ素子による振動子、カンチレバーにピエゾ素子を配置した振動子などを用いることができる。振動子2により探針1は、振動子2の固有振動数近傍の周波数固有振動数の±1程度以内で、試料3の表面に対して垂直方向に振動させられる。探針1と試料3との間の相互作用力により、振動子2に印加する電圧と振動子2の実際の振動振幅には位相差が生じるが、その位相差は、本実施例では、振動子2に印加する交流電圧と振動子2に流入する電流との位相差により、探針-試料間の相互作用力がわかり、探針-試料間距離がわかる。また、この位相差を一定にしながら、走査機構31により試料3と探針1との相対位置を試料に垂直方向と試料の平面方向に走査することにより、走査プローブ顕微鏡の一方式である原子間力顕微鏡AFMを構成でき、試料表面の凹凸が計測できる。探針1と試料3の距離は、一般的には、最近接位置で0nm接触から100nmの距離まで接近するが、探針1を試料3の内部までめり込ませることも可能である。また、振動子2の振動振幅が一定の量だけ減少するようにしながら、走査機構31により試料3と探針1との相対位置を試料に垂直方向と試料の平面方向に走査することにより、探針1と試料3の距離を最近接位置で0nmとすることもできるタッピングモードAFM。探針1は配線4により探針用電源5に接続され、探針1と試料3との間に交流電圧と直流電圧を印加することができる。本実施例では、試料3として、表面処理を行ったポリカーボネートを用い、また、探針1と試料3との間に印加する電圧は用いない。試料ホルダ11は、培養液注入口12と培養液回収口13とを備え、培養液14を、保持、または、交換できる。培養液14のかわりに、水、または、溶媒を用いることもできる。探針1が近接する試料3の領域近傍にパルスレーザー光、または、同期して入力する複数のパルスレーザー光を入力し、フィルター付検出器25で出力光24の強度を計測する。本実施例では、波長532nmの緑色パルスレーザー光である第一のパルスレーザー光22と、波長が2.3~10ミクロンで可変の赤外パルスレーザー光である、第二のパルスレーザー光23を同期して入力する。出力光24をフィルター付検出器25に入力して、第一のパルスレーザー光22の周波数と第二のパルスレーザー光23の周波数との和の周波数和周波の強度を計測する。第二のパルスレーザー光23の周波数に依存する和周波の出力光24の強度を記録することにより和周波分光ができる。本実施例では、波数が3200カイザーのピークと波数が3400カイザーのピークを比較して、ポリカーボネートと培養液14との界面における4面体配位した水分子と非対称結合した水分子の配向の割合を議論できる。AFMを構成して、探針1と試料3が十分に近接している場合には、局在プラズモンポラリトンが探針1の先端に励起され光の電場強度が増強されることに起因する探針増強効果により、和周波の出力光24の強度が飛躍的に増強される探針増強和周波分光法。さらに、探針1により試料3の表面の一部を走査しながら特定の波数における和周波の出力光24の強度を計測することにより、試料3と培養液14との界面における水分子の配向の空間分布を高空間分解能でマッピングできる探針増強走査和周波顕微鏡。本実施例においては、探針増強効果により和周波の出力光24は10000倍に増強され、走査和周波顕微鏡の空間分解能は10nmとなる。ここで、本実施例の走査プローブ顕微鏡において、探針増強効果を最適化して検出器出力を最大に調整する手法を開示する。探針1、および、試料3の表面に生ずる近接場光エバネッセント光は、表面から距離が離れるに従い指数関数的に強度が減少する。したがって、探針増強効果は、探針1と試料3の距離が十分に近い場合だけに期待できる。本実施例においては、探針1と試料3の距離が20nm以下であるときに探針増強効果が起こる。振動子2により探針1を1nm程度の距離で微小振動させ、探針1と試料3の距離探針-試料間距離を計測する。制御装置26により、走査機構31を制御して探針1と試料3の最近接位置を変化させながら、フィルター付検出器25の出力を計測する。図2A~Cは、本実施例の走査プローブ顕微鏡により測定された検出器出力の探針‐試料間距離依存を示すプロットである。図2Aは、探針1と試料3の距離が比較的離れていて探針増強効果が無い場合で、探針‐試料間距離が大きいときに、探針1により遮られるパルスレーザー光が少なくなり、探針が光を遮らない幾何学的条件による出力光極大41を示す。図2Bは、探針1と試料3の距離が十分に近く探針増強効果がある場合で、探針‐試料間距離が大きいときには、探針1により遮られるパルスレーザー光が少なくて、探針が光を遮らない幾何学的条件による出力光極大41を示すが、探針‐試料間距離が小さいときには、探針増強効果による出力光極大42を示す。パルスレーザー光の入射位置、入射角度、出力光角度、複数のパルスレーザー光の同期条件、探針1の材料や形状、振動子2の振動数、振幅、振動子2の振動とパルスレーザー光との同期条件など、探針増強効果を変化させる実験パラメタは、探針増強効果による出力光極大42を最適化するように設定すれば良い。さらに、図2Cでは、通常の測定モードとして、振動子2により探針1を振動させ、探針‐試料間距離が最近接位置になったときに同期してパルスレーザー光を入射する場合に、探針1の振動とパルスレーザー光の繰り返しを同期させて、探針増強効果を最適化する場合を示していて、一例として、パルスレーザー光の繰り返し周波数が、探針1の振動数の1/3の場合を示している。このとき、制御装置26により、探針1の振動とフィルター付検出器25の出力の振動の位相差を、適宜、設定する必要があるが、その位相差の値は、図2A,Bで示す測定により設定することが本質的に重要である。探針と試料間の距離に応じて、検出器出力は図2Aおよび図2Bのように変化し、さらに、探針増強効果による出力光極大42の大きさが変化する。出力光極大42の大きさが大きくなるように、パルスレーザー光の入射位置、入射角度、出力光角度、複数のパルスレーザー光の同期条件、探針1の材料や形状、振動子2の振動数、振幅、振動子2の振動とパルスレーザー光との同期条件など、探針増強効果を変化させる実験パラメタを調整すればよい。本実施例では、走査プローブ顕微鏡の一形態として、全反射法による探針増強走査和周波顕微鏡を開示する。図3は、本発明の実施例2の走査プローブ顕微鏡の概略構成図である。実施例1の走査プローブ顕微鏡と異なる部分を中心に説明する。本実施例においては、試料3はプリズム21の上面に設置される。試料ホルダ11は、底が無いリング状の形状、または、プリズム21と接する部分の厚みが非常に薄く、かつ、パルスレーザー光を良く透過する材料を用いる。試料3は、厚みが薄く、かつ、パルスレーザー光を良く透過する材料に限定する。プリズム21の円筒面にほぼ垂直に入力するパルスレーザー光、または、同期して入力する複数のパルスレーザー光は、プリズム上面、または、試料表面において全反射して、出力光24として散乱される。フィルター付検出器25で出力光24の強度を計測する。本実施例では、波長532nmの緑色パルスレーザー光である第一のパルスレーザー光22と、波長が2.3~10ミクロンで可変の赤外パルスレーザー光である、第二のパルスレーザー光23を同期して入力する。出力光24をフィルター付検出器25に入力して、第一のパルスレーザー光22の周波数と第二のパルスレーザー光23の周波数との和の周波数和周波の強度を計測する。第二のパルスレーザー光23の周波数に依存する和周波の出力光24の強度を記録することにより和周波分光ができる。本実施例では、波数が3200カイザーのピークと波数が3400カイザーのピークを比較して、ポリカーボネートと培養液14との界面における4面体配位した水分子と非対称結合した水分子の配向の割合を測定する。本実施例では、走査プローブ顕微鏡の一形態として、探針増強走査第二高調波顕微鏡、および、その他の線形非線形光学特性による探針増強走査光プローブ顕微鏡を開示する。本実施例では、実施例1と同様に、図1を用いて説明する。本実施例における探針増強走査第二高調波顕微鏡では、探針1が近接する試料3の領域近傍に波長1064nmの赤外パルスレーザー光である第一のパルスレーザー光22を入力する。出力光24をフィルター付検出器25に入力して、第一のパルスレーザー光22の周波数の2倍の周波数の光強度を計測する。試料3として、培養した神経細胞を用い、AFMにより神経細胞の凹凸を計測しながら、第二高調波強度をマッピングすることにより、走査第二高調波顕微鏡が構成でき、神経細胞の神経活動強度をマッピングできる。このとき、実施例1と同様に探針増強効果を最適化することができ、探針増強走査第二高調波顕微鏡が構成できる。本実施例における探針増強走査ラマン顕微鏡では、探針1が近接する試料3の領域近傍に波長532nmの緑色パルスレーザー光である第一のパルスレーザー光22を入力する。出力光24をフィルター付検出器25に入力して、ラマン散乱光の光強度を計測する。試料3として、培養した肝細胞を用い、AFMにより肝細胞の凹凸を計測しながら、ラマン散乱をしらべることにより、肝細胞中の分子やたんぱく質などの組成分布をマッピングできる。このとき、実施例1と同様に探針増強効果を最適化することができ、探針増強走査ラマン顕微鏡が構成できる。本実施例における探針増強走査CARS顕微鏡では、コヒーレントアンチストークスラマン散乱CARSを用いる。探針1が近接する試料3の領域近傍に角振動数が異なる第一のパルスレーザー光22角振動数ω1と、第二のパルスレーザー光23角振動数ω2を同期して入力する。出力光24をフィルター付検出器25に入力して、CARS光の光強度を計測する。AFMにより試料3の凹凸を計測しながら、CARS光の光強度をしらべることにより、試料3の分子やたんぱく質などの組成分布をマッピングできる。このとき、実施例1と同様に探針増強効果を最適化することができ、探針増強走査CARS顕微鏡が構成できる。本実施例では、走査プローブ顕微鏡の一形態として、試料の表面の静電場力分布を計測する走査プローブ顕微鏡走査ケルビンプローブ顕微鏡を開示する。本実施例では、実施例1と同様の図4、および、電極部分の一例を示す図5を用いて説明する。図5は、本発明の実施例4の走査プローブ顕微鏡において、電極部分の一例を示す概略構成図である。制御装置26により制御するバイポテンショスタット51は、探針電極52、試料電極53、作用電極54、参照電極55を制御する。培養液14の電位を参照電極55により計測して、培養液14に対する探針1の電圧を探針電極52により印加して、また、培養液14に対する試料3の電圧を試料電極53で印加する。このとき、培養液14と参照電極55の間に流れる電流はほとんど零である。培養液14と試料3の間に電流を流し、例えば、化学反応を生じさせるためには、作用電極54-試料電極53間の電流を用いる。探針1と試料3の間に電圧を印加する場合は、探針電極52と試料電極53の間に電圧を印加する。本発明の実施例の走査プローブ顕微鏡において、走査トンネル顕微鏡を構成する場合は、探針電極52と試料電極53の間の電圧、および、電流を印加電圧、および、トンネル電流として用いる。また、試料3に電荷注入を行う場合には電荷注入電極56を用いる。実施例1と同様に、振動子2を固有振動数近傍の周波数固有振動数の±1程度以内で振動させ、試料3の表面に対して垂直方向に探針1を振動させる。振動子2に印加する交流電圧と振動子2に流入する電流との位相差により、探針1と試料3の間の相互作用力がわかり、探針-試料間距離がわかる。試料の表面の静電場力分布を計測するためには、探針1と試料3の間に交流電圧、および、直流電圧を足し合わせた電圧信号を印加する。このとき、試料3と探針1の間には、この電圧信号と探針1と試料3の表面の仕事関数の差に応じた静電気力Fが加わる。交流電圧の振幅はあらかじめ設定された値であるが、直流電圧の値は次のように決定される。振動子2により探針1と試料3の間の相互作用力力信号を計測する。交流電圧に同期した同じ周波数の信号を参照信号として、力信号の交流電圧と同じ周波数成分の強度をロックインアンプにより検出する。探針1と試料3との間の距離をz、電位差をV、誘電率をεとすると、探針1加わる静電気力Fは、F∝εV2/z2となる。ロックインアンプから出力される信号は静電気力Fの電圧Vに関する微分となるため、dF/dV∝εV/z2となり、距離zおよび誘電率εが一定であれば、電位差に比例した値となる。そのため、ロックインアンプからの出力信号がゼロとなるように、直流電圧を調整することにより、探針1と試料3との間の電位差は常にゼロに保たれる。これにより、試料3の表面電位によらず探針1に加わる静電気力Fをゼロとすることができる。即ち、探針1と試料3との間の電位差は、静電気力Fをゼロにするように調整した直流電圧により計測できる。このとき、力信号fを、第二のロックインアンプに入力し、電圧信号の交流電圧に同期した二倍周波数の信号を参照信号として、力信号fの二倍周波数成分の強度を検出する。ロックインアンプ出力される信号は力信号fの電圧Vに関する二回微分となるため、d2f/dV2∝ε/z2となり、誘電率εが一定であれば、探針1と試料3の間の距離zの二乗に反比例した値となる。そのため、第二のロックインアンプからの出力信号を一定にしながら、走査機構31により試料3と探針1との相対位置を試料に垂直方向と試料の平面方向に走査することにより、探針1と試料3との距離を一定に保つことができ、走査プローブ顕微鏡の一方式である原子間力顕微鏡AFMを構成することができる。これらにより、試料の表面の静電場力分布を計測する走査プローブ顕微鏡走査ケルビンプローブ顕微鏡が構成される。このとき、培養液14と探針1との間で電流が流れるために、静電場力分布の感度が悪くなることがわかった。しかし、実施例1と同様に、制御装置26により、試料3と探針1の距離に対する電圧信号の交流電圧のタイミングを制御して培養液中の静電場分布計測の感度を最適化できることがわかった。また、交流電圧の周波数に対して静電場分布計測の感度を最適化できることもわかった。これらにより、試料3の静電場分布を高空間分解能で計測することを特徴とする走査プローブ顕微鏡が構成できる。本実施例においては、実施例4の走査プローブ顕微鏡による神経細胞の神経シグナル計測法を開示する。試料3として培養した神経細胞を培養液14中に設置する。試料3の表面に対向する様に振動子2に設置した探針1が設けられる。振動子2により探針1は試料3の表面に対して垂直方向に振動させられる。試料3は試料ホルダ11を介して走査機構31上に固定されており、探針1に対して3次元方位方向に移動させることができる。振動子2により探針1は、振動子2の固有振動数近傍の周波数固有振動数の±1程度以内で、試料1の表面に対して垂直方向に振動させられる。振動子2に印加する交流電圧と振動子2に流入する電流との位相差により、探針-試料間の相互作用力がわかり、探針-試料間距離がわかる。また、この位相差を一定にしながら、走査機構31により試料3と探針1との相対位置を試料に垂直方向と試料の平面方向に走査することにより、走査プローブ顕微鏡の一方式である原子間力顕微鏡AFMを構成でき、試料表面の凹凸が計測できる。神経シグナルの測定においては、試料3の表面と探針1の先端の距離を常に一定に保ちながら行う。神経シグナルは、電荷注入電極56により神経細胞に電荷を注入することにより神経細胞に生ずる電圧パルスである。神経シグナルの測定には、まず試料3に対して所定の電荷を注入することにより神経細胞に電圧パルスを印加する。このとき、電圧パルスの大きさは50μV~100mV程度である。試料3の所望の位置に探針3を接触、または、接近させ、この電圧パルスを実施例5の走査プローブ顕微鏡により検出する。試料3の多点において電圧パルス計測を行い神経シグナルが伝達されているかを判断することにより、培養された神経細胞の不良箇所を特定することができる。"