JP6377993B2 - 光学超解像媒体、ハイパーレンズ、その製造方法及びハンパーレンズアレー - Google Patents

Description

本発明は、光学超解像媒体、ハイパーレンズ、その製造方法及びハイパーレンズアレーに関する。

レンズ等の光学部品の加工精度が十分高ければ、用いる光源の波長により、顕微鏡観察の回折限界が定まる（非特許文献１）。例えば、顕微鏡の分解能は光の回折限界による光の半分の波長に制限される。可視光を用いる光学顕微鏡では、可視光の分解能で回折限界が定まり、３００ｎｍ程度が空間分解能の下限である。

前記の既存の光学レンズの組み合わせで得られる空間分解能の下限は、回折限界として広く知られているが、この回折限界を超える高い空間分解能で得る結像を光学超解像という。

この回折限界を超えて、観察を行う試みもある。その一つとして、例えば、近接場光を用いた走査型近接場光顕微鏡（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｎｅａｒ ｆｉｅｌｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ；ＳＮＯＭ）がある。これは、ＮＳＯＭ（Ｎｅａｒ ｆｉｅｌｄ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）とも呼ばれる。細いプローブで試料を走査するという点で、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）に含まれる。ＳＰＭには、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）などがある。
しかし、細いプローブで試料を走査する必要がある点で、操作性に欠けるという問題があった。

金属−絶縁体層状メタマテリアル（Ｓｔｒａｔｉｆｉｅｄ ｍｅｔａｌ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｓ：ＳＭＩＭｓ）の開発もなされている。このメタマテリアルを媒体として用いるハイパーレンズ（ｈｙｐｅｒｌｅｎｓ）により、回折限界を超えて、超解像（Ｓｕｐｅｒ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）イメージングを可能とする（非特許文献２−４）。しかし、超解像が得られる動作波長が紫外光域である、あるいは稀少元素を含む絶縁体を用いるために作製の容易性が低くかつコストが高くなるという問題があった。

ＵＶ光に対するＳｉＯ_２を用いた層状構造体の効果が検討されている（非特許文献５、６）。
また、半球レンズを用いたイメージングの検討がなされている（非特許文献７−９）。 しかし、紫外光で機能するレンズ（非特許文献７）または平面上のみで拡大像を得る面内レンズ（非特許文献８）、稀少元素から構成される絶縁体を用いるもの（非特許文献９）であり、本願に何ら技術的な示唆を与えるものでない。

特許文献１は、蛍光分子による観察対象の染色を前提とする超解像顕微鏡に関する。特許文献２は、複数の照明による像を画像処理することで超解像観察を行うことができる顕微鏡装置に関する。特許文献３は、ファブリ・ペロー干渉計を用いることで超解像光スポットを目論んだ光学解像装置に関する。特許文献４は、共焦点顕微鏡に改良を施すことで超解像が得られるようにするものである。
したがって、上記特許文献１−４は超解像顕微鏡に関するものではあるが、本願の光学超解像媒体を用いる超解像顕微鏡とは全く独立の技術であり、本願に対して何ら示唆を与えるものではない。

特開２０１１−１２３３１４号公報 特開２０１１−２８２０８号公報 特開平７−４９４６９号公報 特開平６−９５０３８号公報

Ｅ．Ａｂｂｅ，Ａｒｃｈｉｖ．ｆ．Ｍｉｋｃｏｓｋｏｐｉｓｃｈｅ． Ａｎａｔ．９，４１３（１８７３）． Ｓ．Ａ．Ｒａｍａｋｒｉｓｈｎａ ａｎｄ Ｊ．Ｂ．Ｐｅｎｄｒｙ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ ６７，２０１１０１（２００３）． Ａ．Ｓａｌａｎｄｒｉｎｏ ａｎｄ Ｎ．Ｅｎｇｈｅｔａ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ７４，０７５１０３ （２００６）． Ｚ．Ｊａｃｏｂ，Ｌ．Ｖ．Ａｌｅｋｓｅｙｅｖ，ａｎｄ Ｅ．Ｎａｒｉｍａｎｏｖ，Ｏｐｔ．Ｅｘｐｒｅｓｓ １４，８２４７（２００６）． Ｅ．Ｖｅｒｈａｇｅｎ，Ｒ．ｄｅ Ｗａｅｌｅ，Ｌ．Ｋｕｉｐｅｒｓ，ａｎｄ Ａ．Ｐｏｌｍａｎ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．１０５，２２３９０１（２０１０）． Ｔ．Ｘｕ，Ａ．Ａｇｒａｗａｌ，Ｍ．Ａｂａｓｈｉｎ，Ｋ．Ｊ．Ｃｈａｕ，ａｎｄ Ｈ．Ｊ．Ｌｅｚｅｃ，Ｎａｔｕｒｅ ４９７，４７０（２０１３）． Ｚ．Ｌｉｕ，Ｈ．Ｌｅｅ，Ｙ．Ｘｉｏｎｇ，Ｃ．Ｓｕｎ，ａｎｄ Ｘ．Ｚｈａｎｇ，Ｓｃｉｅｎｃｅ ３１５，１６８６（２００７）． Ｉ．Ｉ．Ｓｍｏｌｙａｎｉｎｏｖ，Ｙ．−Ｊ．Ｈｕｎｇ，ａｎｄ Ｃ．Ｃ．Ｄａｖｉｓ，Ｓｃｉｅｎｃｅ ３１５，１６９９（２００７）． Ｊ．Ｒｈｏ，Ｚ．Ｙｅ，Ｙ．Ｘｉｏｎｇ，Ｘ．Ｙｉｎ，Ｚ．Ｌｉｕ，Ｈ．Ｃｈｏｉ，Ｇ．Ｂａｒｔａｌ，ａｎｄ Ｘ．Ｚｈａｎｇ，Ｎａｔ．Ｃｏｍｍｕｎ．１，１４３（２０１０）． Ｍ．Ｂｏｒｎ ａｎｄ Ｅ．Ｗｏｒｆ，Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ，７ｔｈ ｅｄｉｔｉｏｎ（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，１９９９）． Ｌ．Ｌｉ，Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ １３，１０２４（１９９６）． Ｌ．Ｌｉ，Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ １４，２７５８（１９９７）． Ｍ．Ｉｗａｎａｇａ，Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．１３，０５３００２（２０１２）．

本発明は、従来の光学顕微鏡に実装することで、その空間分解能を大きく向上させ超解像が得られるハイパーレンズの材料となり、可視光または近赤外光域で機能する光学超解像媒体、それを用いたハイパーレンズ、その製造方法及びハンパーレンズアレーを提供することを課題とする。

上記事情を鑑みて、本発明者は、ＳＭＩＭｓの透過フォトニック・ブロッホ状態を解明することを通じて、ＳＭＩＭｓ内で光の回折による広がりを抑制するモード（ここで、ハイパーモードと名付ける）を見出し、このハイパーモードが生じる波長域においてＳＭＩＭｓが光学超解像媒体であることを明らかにした。更に、この光学超解像媒体を用いて、ハイパーレンズアレー（Ｈｙｐｅｒ−Ｌｅｎｓ Ａｒｒａｙ：ＨＬＡ）を作製し、光学顕微鏡に実装して、その性能を調べたところ、回折限界以下の観察対象を結像でき、３４ｎｍ以下の空間分解能が得た。これにより、このＨＬＡ実装光学顕微鏡が、超解像光学顕微鏡（Ｓｕｐｅ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＲＯＭ）となることを見出して、本発明を完成した。
本発明は、以下の構成を有する。

（１） 非金属層と金属層が交互に積層された４層、６層又は８層の単位積層体が３体以上６体以下、単位積層体間で非金属層と金属層が接するように積層されていることを特徴とする光学超解像媒体。

（２） 一面側の第１の非金属層の一面が光入射される面とされ、他面側の金属層の一面が光出射される面とされていることを特徴とする（１）に記載の光学超解像媒体。

（３） ４層の単位積層体を具備しており、前記４層の単位積層体の第１の非金属層の厚さが４５ｎｍ以上５５ｎｍ以下であり、第１の金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．３倍以上０．７倍以下であり、第２の非金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの１．５倍以上２倍以下であり、第２の金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．３倍以上０．７倍以下であることを特徴とする（１）に記載の光学超解像媒体。

（４） ６層の単位積層体を具備しており、前記６層の単位積層体の第１の非金属層の厚さが４５ｎｍ以上５５ｎｍ以下であり、第１の金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．２倍以上０．５倍以下であり、第２の非金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの１．８倍以上２．２倍以下であり、第２の金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．１倍以上０．３倍以下であり、第３の非金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．２倍以上０．５倍以下であり、第３の金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．１倍以上０．３倍以下であることを特徴とする（１）に記載の光学超解像媒体。

（５） ８層の単位積層体を具備しており、前記８層の単位積層体の第１の非金属層の厚さが１２０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下であり、第１の金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．０５倍以上０．０８倍以下であり、第２の非金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．５倍以上０．８倍以下であり、第２の金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．０３倍以上０．０６倍以下であり、第３の非金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．５５倍以上０．８５倍以下であり、第３の金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．０６倍以上０．０９倍以下であり、第４の非金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．３５倍以上０．６５倍以下であり、第４の金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．０３倍以上０．０６倍以下であることを特徴とする（１）に記載の光学超解像媒体。

（６） 前記金属層が、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕの群から選択されるいずれか一の金属からなることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の光学超解像媒体。

（７） 前記非金属層が、Ｓｉ又はＳｉ酸化物からなることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の光学超解像媒体。

（８） （１）〜（７）のいずれかに記載の光学超解像媒体と、前記光学超解像媒体が接合された基板と、からなり、前記光学超解像媒体の一面側の第１の非金属層の一面に凹部が形成され、前記光学超解像媒体の他面側の金属層の一面に凸部が形成されていることを特徴とするハイパーレンズ。

（９） 前記凹部が平面視略円形状であり、断面視略半円状であることを特徴とする（８）に記載のハイパーレンズ。

（１０） （８）又は（９）に記載のハイパーレンズを複数備えることを特徴とするハイパーレンズアレー。

（１１） （８）又は（９）に記載のハイパーレンズの製造方法であって、基板の一面に金属マスクを配置してからリソグラフィ法により、前記一面をエッチングする工程と、前記金属マスクを取り除いてから、金属層と非金属層とを、この順序で、交互に積層する工程と、を有することを特徴とするハイパーレンズの製造方法。

本発明の光学超解像媒体は、非金属層と金属層が交互に積層された４層、６層又は８層の単位積層体が３体以上６体以下、単位積層体間で非金属層と金属層が接するように積層されている構成なので、その内部における光の伝搬は透過フォトニック・ブロッホ状態として記述できる。原理的には、この透過フォトニック・ブロッホ状態の光伝搬特性を解析することで、前記ハイパーモードが生じるか否か知ることができるが、ハイパーモードが生じるか否かを判別する簡便な方法として、広い入射角度に対する透過スペクトルを調べる方法がある。光入射される面に垂直であって、入射ベクトルと反射ベクトルの張る入射面内に電場ベクトルを有するｐ偏光の光を入射光として用い、その入射角度を０°以上６０°以下の範囲で変化させて入射させたときに、出射光の光透過率の変化率を２０％以下にできる場合、ハイパーモードが生じる必要条件を満たすことになる。このハイパーモードが生じる波長域でハイパーレンズを形成すると、レンズ内で光の回折広がりを抑制して光伝搬することができ、回折限界を超えて結像させることができる。

本発明のハイパーレンズは、先に記載の光学超解像媒体と、前記光学超解像媒体が接合された基板と、からなり、前記光学超解像媒体の一面側の第１の非金属層の一面に凹部が形成され、前記光学超解像媒体の他面側の金属層の一面に凸部が形成されている構成なので、第１の非金属層に入射した光学像と他面側の金属層から出射する光学像では凹面の内径と外径の差があるため、光学像の拡大が生じ、出射側で拡大された光学像が回折限界以上に大きく拡大されていれば、そのまま通常の光学顕微鏡で結像を観察できる。

本発明のハイパーレンズの製造方法は、先に記載のハイパーレンズの製造方法であって、基板の一面に金属マスクを配置してからリソグラフィ法により、前記一面をエッチングする工程と、前記金属マスクを取り除いてから、金属層と非金属層とを、この順序で、交互に積層する工程と、を有する構成なので、回折限界を超えて結像可能なハイパーレンズを容易に製造できる。

本発明の第１の実施形態であるハイパーレンズ及びハイパーレンズアレーの一例を示す図であって、平面図（ａ）と、Ａ―Ａ’断面図（ｂ）である。 図１（ｂ）のＢ部拡大図である。 光学超解像媒体への入射ベクトル、電場ベクトル、反射ベクトル及び入射面の関係を示す図である。 テスト・オブジェクトの一例を示す図であって、平面図（ａ）、側面図（ｂ）、Ｃ部拡大図（ｃ）、Ｄ−Ｄ’線における断面図（ｄ）である。 ハイパーレンズを実装した顕微鏡観察の配置図である。 顕微鏡観察における光経路図である。 孔部４１ｃ２１、孔部４１ｃ２２から孔内を通過する光経路の一例を示す説明図である. 本発明の実施形態であるハイパーレンズの製造方法の一例を示す工程図である。 本発明の実施形態であるハイパーレンズの製造方法の一例を示す工程図である。 光学超解像媒体の別の一例を示す断面拡大図である。 光の回折広がり抑制を調べ、ハイパーモードを検証する配置図である。 先の配置で光の回折広がり抑制を示す数値計算結果であって、上記条件の下で光の伝搬を可視化した数値計算結果である。 入射角度と透過率の波長依存性を示すグラフの実サンプルの測定値（ａ）と、数値計算モデルの数値計算値（ｂ）と、透過フォトニック・ブロッホ状態（黒塗り部）を示すグラフ（ｃ）である。 図１１で光学超解像媒体を除いた配置での光伝搬特性を示す数値計算結果である。 波長５１０ｎｍで機能する光学超解像媒体の透過率スペクトルの入射角度依存性を示す（数値計算値）。 波長１５００ｎｍで機能する光学超解像媒体の透過率スペクトルの入射角度依存性を示す（数値計算値）。 ハイパーレンズの製造工程図である。 製造したハイパーレンズアレーの光学写真である。 空気側から見たハイパーレンズアレーの電子顕微鏡写真である。 孔部の断面電子顕微鏡像（ａ）と、その模式図（ｂ）である。 ハイパーレンズを実装した顕微鏡観察の配置図である。 ハイパーレンズアレーの光学写真である。 テスト・オブジェクトの部分電子顕微鏡像である。 図２３に対応する部分の光学像である。 一の光学超解像（ａ）と、そのＦ−Ｆ’線（横軸）における光強度（縦軸）を示すグラフ（ｂ）である。 ハイパーレンズアレーで光学超解像を得る模式図である。 別の光学超解像（ａ）と、そのＧ−Ｇ’線（横軸）における光強度（縦軸）を示すグラフ（ｂ）である。

（本発明の第１の実施形態）
（ハイパーレンズ及びハイパーレンズアレー）
まず、本発明の第１の実施形態であるハイパーレンズ及びハイパーレンズアレーについて説明する。
図１は、本発明の実施形態であるハイパーレンズ及びハイパーレンズアレーの一例を示す図であって、平面図（ａ）と、Ａ−Ａ’断面図（ｂ）である。
図１（ｂ）に示すように、本発明の実施形態であるハイパーレンズ３０は、光学超解像媒体２０と、光学超解像媒体２０が接合された基板３３と、からなる。
光学超解像媒体２０の一面に凹部２０ｃ、他面に凸部２０ｄが形成されている。この部分が、レンズとして利用できる。

凹部２０ｃの形状は、平面視略円形状であって、断面視略半球状とされている。これにより、レンズとして利用できる。しかし、この形状に限られるものではなく、例えば、平面視略帯状であって、断面疑似半球状としてもよい。この形状としてもレンズとして利用できる。

凹部２０ｃは複数形成されている。このようにハイパーレンズアレーとするにより、複数の位置を同時に拡大観測できる。

ハイパーレンズアレーでは、一面内では、最近傍の凹部２０ｃとの中心点間隔ｒが同一となるように、かつ、最近傍の凹部２０ｃの方向が同一となるような規則正しいパターンで凹部２０ｃが配置されている。また、ハイパーレンズアレーの配列間隔は密でもよい。しかし、このようなレイアウトに限られるものではなく、アットランダムなレイアウトとしてもよい。

（光学超解像媒体）
次に、本発明の第１の実施形態である光学超解像媒体について説明する。
図２は、図１（ｂ）のＢ部拡大図である。
図２に示すように、本発明の実施形態である光学超解像媒体２０は、非金属層と金属層が交互に積層されてなる積層体である。基板３３と光学超解像媒体２０とからハイパーレンズ３０は構成される。
光学超解像媒体２０の一面２０ａ側の第１の非金属層２４４の一部に凹部２０ｃが形成されている。
また、光学超解像媒体２０の他面２０ｂ側の金属層２１１の一部に凸部２０ｄが形成されている。
凹部２０ｃ、凸部２０ｄは、平面視略円形状、断面視略半円状とされている。

光学超解像媒体２０は、４体の単位積層体２１、２２、２３、２４からなる。
４体の単位積層体２１、２２、２３、２４がこの順序で、基板３３上に積層されて形成されている。

単位積層体２４は、第１の非金属層２４４、第１の金属層２４３、第２の非金属層２４２、第２の金属層２４１が積層されてなる。
単位積層体２３は、第１の非金属層２３４、第１の金属層２３３、第２の非金属層２３２、第２の金属層２３１が積層されてなる。
単位積層体２２は、第１の非金属層２２４、第１の金属層２２３、第２の非金属層２２２、第２の金属層２２１が積層されてなる。
単位積層体２１は、第１の非金属層２１４、第１の金属層２１３、第２の非金属層２１２、第２の金属層２１１が積層されてなる。

つまり、各単位積層体２１、２２、２３、２４は互いに非金属層と金属層が交互に積層されてなる。
また、各単位積層体２１、２２、２３、２４は４層構造とされており、同一の層構造からなる。

金属層２４３、２３３、２２３、２１３、２４１、２３１、２２１、２１１が、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕの群から選択されるいずれか一の金属からなることが好ましい。これにより、ドルーデ金属の性質に基づいて光学超解像媒体を構成できる。

前記非金属層２４４、２３４、２２４、２１４、２４２、２３２、２２２、２１２が、Ｓｉ又はＳｉ酸化物からなることが好ましい。
ＳｉＯ_２を用いた場合には４００〜６００ｎｍの波長範囲で光学超解像媒体を構成できる。
Ｓｉを用いた場合には、１４００〜１６００ｎｍの波長範囲で光学超解像媒体を構成できる。
このように、非金属層の構成元素をケイ素と酸素、又はケイ素とすることにより、光学超解像媒体の作製コストを大きく低減できる。また、作製技術が確立されているために作製が容易である。

４層の単位積層体では、（１）第１の非金属層２４４、２３４、２２４、２１４の厚さが４５ｎｍ以上５５ｎｍ以下、（２）第１の金属層２４３、２３３、２２３、２１３の厚さが第１の非金属層２４４、２３４、２２４、２１４の厚さの０．３倍以上０．７倍以下、（３）第２の非金属層２４２、２３２、２２２、２１２の厚さが第１の非金属層２４４、２３４、２２４、２１４の厚さの１．５倍以上２倍以下、（４）第２の金属層２４１、２３１、２２１、２１１の厚さが第１の金属層２４３、２３３、２２３、２１３の厚さの０．８倍以上１．２倍以下とすることが好ましい。この構成により、光学超解像媒体として機能する波長域を可視光域に設定できる。

図３は、光学超解像媒体への入射ベクトル、電場ベクトル、反射ベクトル及び入射面の関係を示す図である。
非金属層２４４の一面が光入射される面とされる。
前記面に垂直に入射面が形成される。
入射面は、入射ベクトルと反射ベクトルの張る平面である。
光入射される面に垂直な線に対して、入射ベクトルと反射ベクトルはθの角度となる。
電場ベクトルＥは入射面内で入射ベクトルに垂直な方向に形成される。

単位積層体は、光学超解像媒体の光透過率がｐ偏光に対して入射角度０度から６０度に対して２０％を超えて変化しないことが望ましい。これは光の回折広がりを抑制する透過フォトニック・ブロッホ状態が生じる必要条件である。

（ハイパーレンズの使用形態）
次に、ハイパーレンズの使用形態について説明する。
図４は、テスト・オブジェクトの一例を示す図であって、平面図（ａ）、側面図（ｂ）、Ｃ部拡大図（ｃ）、Ｄ−Ｄ’線における断面図（ｄ）である。
テスト・オブジェクト４１には、平面視円形状の孔部が設けられている。孔部４１ｃ２１、孔部４１ｃ２２は近傍領域に並置して形成している。これらの径は、孔部４１ｃ１に比べて小さくされている。例えば、孔部４１ｃ２１、孔部４１ｃ２２を、孔径φ６０ｎｍ、中心間間隔Ｌ_中心間＝１００ｎｍとする。しかし、これに限られるものではない。

図５は、ハイパーレンズを実装した顕微鏡観察の配置図である。
まず、オブジェクティブ・レンズ４３下に配置したプリズムホルダー４４にプリズム４５を装備する。
次に、プリズム４５上にテスト・オブジェクト４１を配置する。
次に、テスト・オブジェクト４１上にハイパーレンズ３０を配置する。
凹部２０ｃをテスト・オブジェクト４１側に向けて配置する。また、例えば、孔部４１ｃ２１、孔部４１ｃ２２が、凹部２０ｃ内となるように配置する。

図６は、顕微鏡観察における光経路図である。
光は、プリズムホルダー４４の大気に開放された一側面からプリズム４５に入射され、孔部４１ｃ２１、孔部４１ｃ２２から孔内を通過して、凹部２０ｃから凸部２０ｄを通過して、オブジェクティブ・レンズ４３で観測できる。反射光はプリズムの反対側から出射される。

図７は、孔部４１ｃ２１、孔部４１ｃ２２から孔内を通過する光経路の一例を示す説明図である。例えば、第１の非金属層の厚さを５０ｎｍ、第１の金属層の厚さを２５ｎｍ、第２の非金属層の厚さを８０ｎｍ、第２の金属層の厚さを２５ｎｍとする。
孔部４１ｃ２１、孔部４１ｃ２２から孔内を通過する光は、凹部２０ｃの内壁面に照射される。このとき、光学超解像媒体２０の一面２０ａ側の単位積層体２４の第１の非金属層２４４の一面が光入射される面とされる。
光は光学超解像媒体２０内を通過し、光は基板３３を通過して、オブジェクティブ・レンズへ出射される。つまり、光学超解像媒体２０では、他面２０ｂ側の単位積層体２１の第２の金属層２１１の他面が光出射される面とされる。

このとき、光学超解像媒体２０内では、光の回折による広がりが抑制され、光が伝搬するので、レンズの傾斜角度に応じて、孔の位置・大きさが大きく分離されて、基板側の金属層に投影される。これにより、基板３３側から光学顕微鏡のオブジェクティブ・レンズを介して、光の回折限界を超えて、これを観測できる。これにより、光学顕微鏡で光学超解像を得ることができる。具体的には、開口数０．９のオブジェクティブ・レンズを用いると空間分解能３４ｎｍとすることができる。これは通常の光学顕微鏡の空間分解能３００ｎｍと比べて、約１桁の大きな性能向上である。

金属層（Ａｇ又はＡｌ）、非金属層ＳｉＯ_２の４層構造は、４１０ｎｍの波長の光の回折広がりを抑制した伝搬を実現する構造であり、可視光域において光学超解像を得ることができる。
金属層（Ａｇ又はＡｌ）、非金属層ＳｉＯ_２の６層構造は、５１０ｎｍの波長の光の回折広がりを抑制した伝搬を実現する構造であり、可視光域において光学超解像を得ることができる。
金属層（Ａｇ又はＡｌ又はＡｕ）、非金属層Ｓｉの４層構造は、１５００ｎｍの波長の光の回折広がりを抑制した伝搬を実現する構造であり、近赤外光域において光学超解像を得ることができる。
例えば、Ｓｉの屈折率（３．５）がＳｉＯ_２の屈折率（１．４６）よりも大きいため、上記のように最適波長が変化する。

単位積層体は４体積層する構成に限られるものではなく、単位積層体を３体以上６体以下積層する構成としてもよい。この構成としても、光の回折広がりを抑制した伝搬を実現することができ、光の回折限界を超えて、これを観測できる。３体未満では光学超解像媒体の厚さが小さいためにハイパーレンズの拡大率を大きくすることができないという問題が生じる。６体超では光学超解像媒体を通る光路長が長くなり、ハイパーレンズを通ってくる光の強度が大きく低減するという問題が生じる。

単位積層体は４層構造に限られるものではなく、６層または８層構造としてもよい。３層以下の構造は３層では単位積層体を複数重ねるときに必ず金属層同士または非金属層同士が接することに成り単位積層体が正しく定義できなくなり、２層では光学超解像媒体として機能する波長域を可視光にできないという従来の問題に帰着され、１層ではそもそもＳＭＩＭとなりえない。また、５層構造は３層の単位積層体と同じ問題が生じる。９層以上の構造は奇数層からなる単位積層体では３層の場合と同じ問題が生じ、１０層以上の偶数層からなる単位積層体では４層、６層又は８層のいずれかで類似の設計が可能であり、設計の煩雑さが増すのみで作製上の簡便さを損なう。そのため、これらの層構造とすることは好ましくない。

（ハイパーレンズアレーの製造方法）
次に、本発明の第１の実施形態であるハイパーレンズの製造方法について説明する。
図８〜９は、本発明の実施形態であるハイパーレンズの製造方法の一例を示す工程図である。エッチング工程と、積層工程とを有する。

（エッチング工程）
まず、図８（ａ）に示すように、基板３３の一面に金属マスク３４を配置する。金属マスク３４には、リソグラフィ法により孔３４ｃが設けられている。
例えば、基板としては石英基板、金属マスクとしてはＣｒマスクを用いる。
次に、前記一面に液浸エッチングを行うことにより、図８（ｂ）、（ｃ）と基板の一面の所望の位置を掘り進めることができる。
次に、金属マスク３４を取り除く。図８（ｄ）に示すように、基板の一面には凹部３３ｃが形成されている。

（積層工程）
次に、図９（ａ）に示すように、金属層２１１を成膜する。
次に、図９（ｂ）に示すように、非金属層２１２を成膜する。
次に、図９（ｃ）に示すように、金属層２１３を成膜する。
次に、図９（ｄ）に示すように、非金属層２１４を成膜する。
成膜手段はイオンビームスパッタリング法、ラジオ周波数スパッタリング法などを用いることができる。
これにより、金属層と非金属層とを、この順序で、交互に積層して、単位積層体２１を形成できる。

次に、図９（ｅ）に示すように、金属層２２１を成膜する。
以下、これを繰り返して、単位積層体２２を形成する。
更に、これを繰り返して、単位積層体２３、２４を形成する。
以上により、光学超解像媒体２０を備えたハイパーレンズ３０を製造することができる。

（本発明の第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態である光学超解像媒体について説明する。
図１０は、光学超解像媒体の別の一例を示す断面拡大図である。
図１０に示すように、本発明の第２の実施形態である光学超解像媒体６０は、非金属層と金属層が交互に積層されてなる積層体である。本発明の第１の実施形態と同様に、基板３３上に形成して、両表面にそれぞれ凹部及び凸部を形成することにより、ハイパーレンズとして利用できる。

光学超解像媒体６０は、４体の単位積層体５１、５２、５３、５４から構成されている。
４体の単位積層体５１、５２、５３、５４がこの順序で積層されて形成されている。

単位積層体５４は、第１の非金属層５４６、第１の金属層５４５、第２の非金属層５４４、第２の金属層５４３、第３の非金属層５４２、第３の金属層５４１が積層されてなる。
単位積層体５３は、第１の非金属層５３６、第１の金属層５３５、第２の非金属層５３４、第２の金属層５３３、第３の非金属層５３２、第３の金属層５３１が積層されてなる。
単位積層体５２は、第１の非金属層５２６、第１の金属層５２５、第２の非金属層５２４、第２の金属層５２３、第３の非金属層５２２、第３の金属層５２１が積層されてなる。
単位積層体５１は、第１の非金属層５１６、第１の金属層５１５、第２の非金属層５１４、第２の金属層５１３、第３の非金属層５１２、第３の金属層５１１が積層されてなる。

つまり、各単位積層体５１、５２、５３、５４は互いに非金属層と金属層が接するように積層されている。
また、各単位積層体５１、５２、５３、５４は６層構造とされており、同一の層構造とされている。

６層の単位積層体では、（１）第１の非金属層５４６、５３６、５２６、５１６の厚さが４５ｎｍ以上５５ｎｍ以下であり、（２）第１の金属層５４５、５３５、５２５、５１５の厚さが第１の非金属層５４６、５３６、５２６、５１６の厚さの０．２倍以上０．５倍以下であり、（３）第２の非金属層５４４．５３４、５２４、５１４の厚さが第１の非金属層５４６、５３６、５２６、５１６の厚さの１．８倍以上２．２倍以下であり、（４）第２の金属層５４３、５３３、５２３、５１３の厚さが第１の非金属層５４６、５３６、５２６、５１６の厚さの０．１倍以上０．３倍以下であり、（５）第３の非金属層５４２、５３２、５２２、５１２の厚さが第１の非金属層の厚さの０．２倍以上０．５倍以下であり、第３の金属層５４１、５３１、５２１、５１１の厚さが第１の非金属層５４６、５３６、５２６、５１６の厚さの０．１倍以上０．３倍以下であることが好ましい。

例えば、第１の非金属層の厚さを５１．２ｎｍ、第１の金属層の厚さを１４．７ｎｍ、第２の非金属層の厚さを１０１．８ｎｍ、第２の金属層の厚さを７．４ｎｍ、第３の非金属層の厚さを１５．４ｎｍ、第３の金属層の厚さを９．５ｎｍとする。
以上示したように、単位積層体は４層構造に限られるものではなく、６層構造としても８層構造としてもよい。

８層の単位積層体では、（１）第１の非金属層の厚さが１２０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下であり、（２）第１の金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．０５倍以上０．０８倍以下であり、（３）第２の非金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．５倍以上０．８倍以下であり、（４）第２の金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．０３倍以上０．０６倍以下であり、（５）第３の非金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．５５倍以上０．８５倍以下であり、（６）第３の金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．０６倍以上０．０９倍以下であり、（７）第４の非金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．３５倍以上０．６５倍以下であり、（８）第４の金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．０３倍以上０．０６倍以下であることが好ましい。

例えば、第１の非金属層の厚さを１３０．９ｎｍ、第１の金属層の厚さを８．２ｎｍ、第２の非金属層の厚さを８４．５ｎｍ、第２の金属層の厚さを４．７ｎｍ、第３の非金属層の厚さを９１．３ｎｍ、第３の金属層の厚さを１０．０ｎｍ、第４の非金属層の厚さを６４．６ｎｍ、第４の金属層の厚さを５．８ｎｍとする。
以上示したように、単位積層体は４層又は６層構造に限られるものではなく、８層構造としてもよい。

本発明の実施形態である光学超解像媒体２０、６０は、非金属層と金属層が交互に積層された４層、６層又は８層の単位積層体が３体以上６体以下、単位積層体間で非金属層と金属層が接するように積層されている構成なので、その内部における光の伝搬は透過フォトニック・ブロッホ状態として記述できる。原理的には、この透過フォトニック・ブロッホ状態の光伝搬特性を解析することで、前記ハイパーモードが生じるか否か知ることができるが、ハイパーモードが生じるか否かを判別する簡便な方法として、広い入射角度に対する透過スペクトルを調べる方法がある。光入射される面に垂直であって、入射ベクトルと反射ベクトルの張る入射面内に電場ベクトルを有するｐ偏光の光を入射光として用い、その入射角度を０°以上６０°以下の範囲で変化させて入射させたときに、出射光の光透過率の変化率を２０％以下にできる場合、ハイパーモードが生じる必要条件を満たすことになる。このハイパーモードが生じる波長域でハイパーレンズを形成すると、レンズ内で光の回折広がりを抑制して光が伝搬することができ、回折限界を超えて結像させることができる。

本発明の実施形態である光学超解像媒体２０、６０は、一面側の第１の非金属層の一面が光入射される面とされ、他面側の金属層の一面が光出射される面とされている構成なので、第１の非金属層に入射した光学像と他面側の金属層から出射する光学像では凹面の内径と外径の差があるため、光学像の拡大が生じ、出射側で拡大された光学像が回折限界以上に大きく拡大されていれば、そのまま通常の光学顕微鏡で結像を観察できる。

本発明の実施形態である光学超解像媒体２０は、４層の単位積層体２１、２２、２３、２４を具備しており、前記４層の単位積層体の第１の非金属層の厚さが４５ｎｍ以上５５ｎｍ以下であり、第１の金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．３倍以上０．７倍以下であり、第２の非金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの１．５倍以上２倍以下であり、第２の金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．３倍以上０．７倍以下である構成なので、光入射される面に垂直であって、入射ベクトルと反射ベクトルの張る入射面内に電場ベクトルを有するｐ偏光の光を入射光として用い、その入射角度を０°以上６０°以下の範囲で変化させて入射させたときに、出射光の光透過率の変化率を２０％以下にできる場合、ハイパーモードが生じる必要条件を満たすことになる。このハイパーモードが生じる波長域でハイパーレンズを形成すると、レンズ内で光の回折広がりを抑制して光伝搬することができ、光出射される面に回折限界を超えて結像させることができる。

本発明の実施形態である光学超解像媒体６０は、６層の単位積層体５１、５２、５３、５４を具備しており、前記６層の単位積層体の第１の非金属層の厚さが４５ｎｍ以上５５ｎｍ以下であり、第１の金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．２倍以上０．５倍以下であり、第２の非金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの１．８倍以上２．２倍以下であり、第２の金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．１倍以上０．３倍以下であり、第３の非金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．２倍以上０．５倍以下であり、第３の金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．１倍以上０．３倍以下である構成なので、光入射される面に垂直であって、入射ベクトルと反射ベクトルの張る入射面内に電場ベクトルを有するｐ偏光の光を入射光として用い、その入射角度を０°以上６０°以下の範囲で変化させて入射させたときに、出射光の光透過率の変化率を２０％以下にできる場合、ハイパーモードが生じる必要条件を満たすことになる。このハイパーモードが生じる波長域でハイパーレンズを形成すると、レンズ内で光の回折広がりを抑制して光伝搬することができ、光出射される面に回折限界を超えて結像させることができる。

本発明の実施形態である光学超解像媒体は、８層の単位積層体を具備しており、前記８層の単位積層体の第１の非金属層の厚さが１２０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下であり、第１の金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．０５倍以上０．０８倍以下であり、第２の非金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．５倍以上０．８倍以下であり、第２の金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．０３倍以上０．０６倍以下であり、第３の非金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．５５倍以上０．８５倍以下であり、第３の金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．０６倍以上０．０９倍以下であり、第４の非金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．３５倍以上０．６５倍以下であり、第４の金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．０３倍以上０．０６倍以下である構成なので、光出射される面に回折限界を超えて結像させることができる。

本発明の実施形態である光学超解像媒体２０、６０は、前記金属層が、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕの群から選択されるいずれか一の金属からなる構成なので、ドルーデ金属の性質に基づいて光学超解像媒体を構成要素となることができる。

本発明の実施形態である光学超解像媒体２０、６０は、前記非金属層が、Ｓｉ又はＳｉ酸化物からなる構成なので、光学超解像媒体の作製コストを大きく低減でき、作製技術がよく知られているために作製を容易にする。

本発明の実施形態であるハイパーレンズ３０は、光学超解像媒体２０、６０と、前記光学超解像媒体が接合された基板３３と、からなり、前記光学超解像媒体の一面側の第１の非金属層の一面に凹部２０ｃが形成され、前記光学超解像媒体の他面側の金属層の一面に凸部２０ｄが形成されている構成なので、回折限界を超えて結像させることができる。

本発明の実施形態であるハイパーレンズ３０は、凹部１０ｃが平面視略円形状であり、断面視略半円状である構成なので、回折限界を超えて結像させることができる。

本発明の実施形態であるハイパーレンズアレーは、凹部２０ｃが複数形成されている構成なので、複数の地点において回折限界を超えて結像させることができる。

本発明の実施形態であるハイパーレンズの製造方法は、基板の一面に金属マスクを配置してからリソグラフィ法により、前記一面をエッチングする工程と、前記金属マスクを取り除いてから、金属層と非金属層とを、この順序で、交互に積層する工程と、を有する構成なので、回折限界を超えて結像可能なハイパーレンズを容易に製造できる。

本発明の実施形態である光学超解像媒体、ハイパーレンズ及びその製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で、種々変更して実施することができる。本実施形態の具体例を以下の実施例で示す。しかし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
（光の回折広がりを抑制するハイパーモードの検証）
図１１は、光の回折広がり抑制を調べ、ハイパーモードを検証する配置図である。
図１１のｔｒａｎｓｕｍｉｓｓｉｏｎ ｌａｙｅｒは空気層であり、ｍｅｔａｌがＡｇであり、ｉｎｓｕｌａｔｏｒがＳｉＯ_２であり、Ｃｒマスク（スリット幅１００ｎｍ）を用いており、ｉｎｃｉｄｅｎｔ ｌａｙｅｒは石英基板である。第１の金属層（Ａｇ）の厚さを２５ｎｍ、第１の非金属層（ＳｉＯ_２）の厚さを８０ｎｍ、第２の金属層の厚さを２５ｎｍ、第２の非金属層の厚さを５０ｎｍとして、単位積層体を４層構造とした。この単位積層体が４体積層したＳＭＩＭにおいてハイパーモードを検証した。なお、入射光は図１１の下端より上向きに伝搬し、入射電場ベクトルＥはｘ軸と平行とする。

図１２は、先の配置で光の回折広がり抑制を示す数値計算結果であって、上記条件の下で光の伝搬を可視化した数値計算結果である。この数値計算は電磁波の基礎方程式であるマクスウェル方程式を非特許文献１１，１２の計算法に従って実行した。金属層、非金属層の誘電率は非特許文献１３と同様に実験値を採用した。以下の数値計算も同様である。
入射光の波長は４１０ｎｍとした。

図１２に示すように、Ｃｒマスクに設けたスリット（スリット幅１００ｎｍ）から光が回折広がりを抑制しながら伝搬し、出射側で１４０ｎｍ幅であり、通常の光学顕微鏡の空間分解能の下限（０．６１×波長／対物レンズの開口数）（非特許文献１０）の値２７８ｎｍよりも小さい。ただし、開口数は典型的な値として０．９とした。したが
って、光学超解像を実現しており、前記ＳＭＩＭはハイパーモードをもつ光学超解像媒体であることを示している。

図１３は、入射角度と透過率の波長依存性を示すグラフの実サンプルの測定値（ａ）と、数値計算モデルの数値計算値（ｂ）と、透過フォトニック・ブロッホ状態（黒塗り部）を示すグラフ（ｃ）である。
先の光学超解像媒体に対して、入射角度を０ｄｅｇ（０°）から６０ｄｅｇ（６０°）まで変えて得た透過スペクトルの実サンプルの測定値（ａ）と、対応する数値計算値（ｂ）と、透過フォトニック・ブロッホ状態を黒塗りで示すグラフ（ｃ）である。ｋ_ｘ、ｋ_０はそれぞれ入射光の波数のｘ成分、真空中における光の波数である。
測定値と数値計算値のスペクトルはほとんど同一であった。いずれのグラフでも、入射角度を０°から６０°としても、透過スペクトルの４００ｎｍ付近におけるピーク位置、ピーク・スペクトル形状はほとんど変化しなかった。この波長域は図１３（ｃ）における最も幅広い透過フォトニック・ブロッホ状態のエネルギー位置（３ｅＶ，矢印位置）に対応している。

（比較例１）
（光の回折広がりを伴う伝搬特性の検証）
Ｃｒマスク（スリット幅１００ｎｍ）と、石英基板とからのみからなる光の回折広がりを伴う伝搬を数値計算により検証する。
図１４は、上記条件の下で光の伝搬を可視化した数値計算結果であって、図１１で光学超解像媒体を除いた配置での光伝搬特性を示す数値計算結果である。
図１４に示すように、層状構造がない場合は、Ｃｒマスクに設けたスリットから光は回折広がりを示しながら進行し、出射側で８００ｎｍ幅となる結果が得られた。このように、光の回折広がりのために従来の光学顕微鏡は空間分解能の下限を持つ。

（実施例２）
（波長５１０ｎｍで機能する光学超解像媒体の透過スペクトル）
第１の非金属層（ＳｉＯ_２）の厚さを５１．２ｎｍ、第１の金属層（Ａｇ）の厚さを１４．７ｎｍ、第２の非金属層の厚さを１０１．８ｎｍ、第２の金属層の厚さを７．４ｎｍ、第３の非金属層の厚さを１５．４ｎｍ、第３の金属層の厚さを９．５ｎｍとして、単位積層体を６層構造とした。
図１５は、波長５１０ｎｍで機能する光学超解像媒体の透過率スペクトルの入射角度依存性を示す（数値計算値）。
上記６層構造からなる単位積層体が４体積層したＳＭＩＭに対して、入射角度を０°から６０°まで変えて得た透過スペクトル（数値計算値）である。入射角度を０°から６０°とした場合、波長５１０ｎｍにおいて透過率は１０％程度しか変化しておらず、ハイパーモードの存在を示唆している。ハイパーモードによる光の回折広がりの抑制は実施例２と同様にして確認できた。

（実施例３）
（波長１５００ｎｍで機能する光学超解像媒体の透過スペクトル）
ＳｉＯ_２の代わりにＳｉを用いた他は実施例２と同様にして、第１の非金属層（Ｓｉ）の厚さを１３０．９ｎｍ、第１の金属層（Ａｇ）の厚さを８．２ｎｍ、第２の非金属層の厚さを８４．５ｎｍ、第２の金属層の厚さを４．７ｎｍ、第３の非金属層の厚さを９１．３ｎｍ、第３の金属層の厚さを１０．０ｎｍ、第４の非金属層の厚さを６４．６ｎｍ、第４の金属層の厚さを５．８ｎｍとして、単位積層体を８層構造とした。
図１６は、波長１５００ｎｍで機能する光学超解像媒体の透過率スペクトルの入射角度依存性を示す（数値計算値）。
上記８層構造からなる単位積層体が４体積層したＳＭＩＭに対して、入射角度を０°から６０°まで変えて得た透過スペクトル（数値計算値）である。入射角度を０°から６０°とした場合、波長１５００ｎｍにおける透過率はほとんど変化せず、ハイパーモードの存在を示唆している。

（実施例４）
（ハイパーレンズを実装した光学顕微鏡における光学超解像の実証）
図１７は、ハイパーレンズの製造工程図である。
エッチング工程と、積層工程とからなる。

（エッチング工程）
まず、石英基板を用意した。
次に、図１７（Ａ）に示すように、基板の一面に、孔が設けられたＣｒ金属マスクを配置した。
次に、図１７（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、リソグラフィ法により、前記一面を所定の深さでエッチングした。
次に、図１７（Ｄ）に示すように、金属マスク３４を取り除いた。これにより、基板の一面に、平面視略円形状、断面視略半円状の凹部を形成した。なお、凹部は複数、格子状配置で形成した。
凹部の平面視径は１．２μｍとし、深さを０．６μｍとした。

（積層工程）
次に、凹部を形成した面に、Ａｇからなる金属層を２５ｎｍの厚さで成膜した。
次に、金属層を覆うように、ＳｉＯ_２からなる非金属層を８０ｎｍの厚さで成膜した。
次に、非金属層を覆うように、Ａｇからなる金属層を２５ｎｍの厚さで成膜した。
次に、金属層を覆うように、ＳｉＯ_２からなる非金属層を５０ｎｍの厚さで成膜した。
図１７（Ｅ）に示すように、Ａｇからなる金属層（Ｍ）とＳｉＯ_２からなる非金属層（Ｉ）とを、この順序で、交互に積層した第１の単位積層体を形成した。
成膜手段はイオンビームスパッタを用いた。

次に、第１の単位積層体の非金属層を覆うように、金属層を成膜した。
先の積層工程と同様にして、第２の積層体を形成した。

次に、第２の単位積層体の非金属層を覆うように、金属層を成膜した。
先の積層工程と同様にして、第３の積層体を形成した。

次に、第３の単位積層体の非金属層を覆うように、金属層を成膜した。
先の積層工程と同様にして、第４の積層体を形成した。
以上により、４層の単位積層体が４つ積層された光学超解像媒体を備えたハイパーレンズを製造した。複数のハイパーレンズを同時にアレー状に形成して、ハイパーレンズアレーとして形成した。

図１８は、製造したハイパーレンズアレーの光学写真である。
図１９は、空気側から見たハイパーレンズアレーの電子顕微鏡写真である。
互いに正三角形の頂角に位置するように孔部を形成し、孔部の径は１．２μｍとし、近接する孔部の間隔は６μｍとした。
図２０は、孔部の断面電子顕微鏡像（ａ）と、その模式図（ｂ）である。図２０（ａ）中の白いスケールバーは１ミクロンを示している。

図２１は、ハイパーレンズを実装した顕微鏡観察の配置図である。
次に、図１５に示すように、テスト・オブジェクトをプリズム上に配置し、テスト・オブジェクト上にハイパーレンズ基板（ＨＬＡｓｕｂｓｔｒａｔｅ）を配置して、顕微鏡のオブジェクト・レンズ下に配置した。

図２２は、ハイパーレンズアレーの光学写真である。
図２３は、テスト・オブジェクトの部分電子顕微鏡像である。Ｅは拡大図である。テスト・オブジェクトには、φ２００ｎｍの孔と、φ６０ｎｍの孔を複数形成した。φ６０ｎｍの孔は中心間距離７１ｎｍで並列させて形成したペアの組み合わせを複数形成した。
図２４は、図２３に対応する部分の光学像である。
点線円形がハイパーレンズ・ポジションに該当し、このハイパーレンズ・ポジション内では、孔部を明確に分離観測することができた。この観察像がハイパーレンズによる光学超解像である。ハイパーレンズ・ポジション内以外の部分では分離観測できなかった。

図２５は、一の光学超解像（ａ）と、そのＦ−Ｆ’線（横軸）における光強度（縦軸）を示すグラフ（ｂ）である。２つのピークに分離できた。ピーク間距離は５６４．７ｎｍであった。したがって、ハイパーレンズを実装した光学顕微鏡の拡大率は５６４．７／７１＝８．０倍であった。この拡大率から、空間分解能の下限は、通常の光学顕微鏡の空間分解能の下限（０．６１×波長／対物レンズの開口数）を８．０倍で割った値、すなわち、３４ｎｍであることが明らかになった。ただし、開口数は典型的な値として０．９とした。
図２６は、ハイパーレンズアレーで光学超解像を得る模式図である。ＳＭＩＭを媒体として用いたハイパーレンズアレーによって得られる光学超解像を模式的に示している。

図２７は、別の光学超解像（ａ）と、そのＧ−Ｇ’線（横軸）における光強度（縦軸）を示すグラフ（ｂ）である。２つのピークに分離できた。すなわち、２つの対象物を２つの光学像として観察できたことを実証した。

本発明の光学超解像媒体は、可視光域または近赤外光域において機能し、これをハイパーレンズに用いれば、稀少元素を用いることなく、観察対象をその場で観察でき、かつ探針の走査などが不要となることから、高速かつ蛍光ラベルフリーな光学超解像観察を可能にするため、顕微鏡産業等において利用可能性がある。

２０…光学超解像媒体、２０ａ…一面、２０ｂ…他面、２０ｃ…凹部、２０ｄ…凸部、２１、２２、２３、２４…単位積層体、３０…ハイパーレンズ、３３…基板、３３ｃ…孔部、３４…金属マスク、３４ｃ…孔、４１…テスト・オブジェクト、４１ｃ１、４１ｃ２１、４１ｃ２２…孔部、４２…基板、４３…オブジェクティブ・レンズ、４５…プリズム、４４…プリズムホルダー、６０…光学超解像媒体、２１１、２２１、２３１、２４１…第１の金属層、２１２、２２２、２３２、２４２…第１の非金属層、２１３、２２３、２３３、２４３…第２の金属層、２１４、２２４、２３４、２４４…第２の非金属層、５１１、５２１、５３１、５４１…第１の金属層、５１２、５２２、５３２、５４２…第１の非金属層、５１３、５２３、５３３、５４３…第２の金属層、５１４、５２４、５３４、５４４…第２の非金属層、５１５、５２５、５３５、５４５…第３の金属層、５１６、５２６、５３６、５４６…第３の非金属層。

Claims (8)

1. 非金属層と金属層が交互に積層された４層、６層又は８層の単位積層体が３体以上６体以下、単位積層体間で非金属層と金属層が接するように積層されていて、
   前記単位積層体が４層の場合は、前記４層の単位積層体の第１の非金属層の厚さが４５ｎｍ以上５５ｎｍ以下であり、第１の金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．３倍以上０．７倍以下であり、第２の非金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの１．５倍以上２倍以下であり、第２の金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．３倍以上０．７倍以下であり、
   前記単位積層体が６層の場合は、前記６層の単位積層体の第１の非金属層の厚さが４５ｎｍ以上５５ｎｍ以下であり、第１の金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．２倍以上０．５倍以下であり、第２の非金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの１．８倍以上２．２倍以下であり、第２の金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．１倍以上０．３倍以下であり、第３の非金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．２倍以上０．５倍以下であり、第３の金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．１倍以上０．３倍以下であり、
   前記単位積層体が８層の場合は、前記８層の単位積層体の第１の非金属層の厚さが１２０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下であり、第１の金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．０５倍以上０．０８倍以下であり、第２の非金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．５倍以上０．８倍以下であり、第２の金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．０３倍以上０．０６倍以下であり、第３の非金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．５５倍以上０．８５倍以下であり、第３の金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．０６倍以上０．０９倍以下であり、第４の非金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．３５倍以上０．６５倍以下であり、第４の金属層の厚さが第１の非金属層の厚さの０．０３倍以上０．０６倍以下であることを特徴とする光学超解像媒体。
2. 一面側の第１の非金属層の一面が光入射される面とされ、
   他面側の金属層の一面が光出射される面とされていることを特徴とする請求項１に記載の光学超解像媒体。
3. 前記金属層が、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕの群から選択されるいずれか一の金属からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学超解像媒体。
4. 前記非金属層が、Ｓｉ又はＳｉ酸化物からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学超解像媒体。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学超解像媒体と、
   前記光学超解像媒体が接合された基材と、からなり、
   前記光学超解像媒体の一面側の第１の非金属層の一面に凹部が形成され、
   前記光学超解像媒体の他面側の金属層の一面に凸部が形成されていることを特徴とするハイパーレンズ。
6. 前記凹部が平面視略円形状であり、断面視略半円状であることを特徴とする請求項５に記載のハイパーレンズ。
7. 請求項５又は６に記載のハイパーレンズを複数備えることを特徴とするハイパーレンズアレー。
8. 請求項５又は６に記載のハイパーレンズの製造方法であって、
   基材の一面に金属マスクを配置してからリソグラフィ法により、前記一面をエッチングする工程と、
   前記金属マスクを取り除いてから、金属層と非金属層とを、この順序で、交互に積層する工程と、を有することを特徴とするハイパーレンズの製造方法。