JP2002340771A - Scanning proximity field optical microscope - Google Patents

Scanning proximity field optical microscope

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JP2002340771A
JP2002340771A JP2001150901A JP2001150901A JP2002340771A JP 2002340771 A JP2002340771 A JP 2002340771A JP 2001150901 A JP2001150901 A JP 2001150901A JP 2001150901 A JP2001150901 A JP 2001150901A JP 2002340771 A JP2002340771 A JP 2002340771A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an easy-to-set high S/N scanning proximity field optical microscope in which the incident system and the optical microscope section are integrated while reducing the cost and the size. SOLUTION: The scanning proximity field optical microscope comprises a probe 2, a probe holding member 3, means for bringing the forward end of the probe 2 close to a sample 1, means 7 for irradiating the vicinity of the forward end of the probe 2 with light from a light source 16, means for detecting light from the vicinity of the forward end of the probe 2 through a detector 15, and an optical microscopic means for observing the sample 1 substantially perpendicularly from above. The observing means comprises an objective lens 7 disposed substantially perpendicularly to the sample 1 wherein at least one line starting from the forward end part of the probe 2 is disposed to traverse at least a part of the effective diameter of the objective lens 7 without being blocked by the probe 2 and the probe holding member 3 and the objective lens 7 also serves a part of means for irradiating the tip of the probe 2 with light.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、走査型近接場光学
顕微鏡に関し、特に、低コストで、小型で、セッティン
グがしやすく、高S/N比の走査型近接場光学顕微鏡に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning near-field optical microscope, and more particularly, to a scanning near-field optical microscope having a low cost, a small size, easy setting, and a high S / N ratio.

【0002】[0002]

【従来の技術】走査型近接場光学顕微鏡(以降、SNO
M:Scanning Near−Field Opt
ical Microscopeと表記)は、光の波長
より小さい径の開口を先端部に持つプローブ、若しく
は、光の波長より小さい曲率を持つ先鋭化された無開口
の先端部を持つプローブを、試料近傍にて試料と相対的
に走査させて試料の微小領域の光学情報を測定する装置
である。
2. Description of the Related Art A scanning near-field optical microscope (hereinafter referred to as SNO)
M: Scanning Near-Field Opt
ical Microscope) is a probe having an opening with a diameter smaller than the wavelength of light at the tip or a probe with a sharpened non-opening tip with a curvature smaller than the wavelength of light near the sample. This is an apparatus for measuring optical information of a minute region of a sample by scanning relatively with the sample.

【0003】この走査型近接場光学顕微鏡は、回折限界
により分解能が制約される光学顕微鏡に比べ、上記の開
口径若しくは先端部曲率半径(〜数十nm)程度の分解
能まで得られるため、今後が期待されているものであ
る。
The scanning near-field optical microscope can obtain a resolution up to the above-mentioned aperture diameter or a radius of curvature of a tip portion (up to several tens of nm) as compared with an optical microscope whose resolution is limited by a diffraction limit. That is what is expected.

【0004】SNOMはプローブの種類によって分ける
ことができるが、大きく分けると、上述したように開口
を持つ開口型と無開口の散乱型とに分けられる。その違
いは、次の通りである。まず、開口型は、開口を通して
光を試料に照射したり試料からの光を開口を通して検出
して試料の光学情報を得るようになっている。一方、散
乱型は、外部からの入射光により試料表面に生ずる局所
電場を先鋭化したプローブ先端にて散乱させ、その散乱
光を検出することによって試料の光学情報を得るように
なっている。
[0004] SNOMs can be classified according to the type of probe, but can be broadly classified into an aperture type having an aperture and a non-aperture scattering type as described above. The differences are as follows. First, the aperture type irradiates a sample with light through the opening or detects light from the sample through the opening to obtain optical information of the sample. On the other hand, in the scattering type, a local electric field generated on the surface of a sample due to incident light from the outside is scattered by a sharpened probe tip, and optical information of the sample is obtained by detecting the scattered light.

【0005】これらの中、散乱型SNOMは先端径を開
口型の開口径に比べて小さくできるため、より高分解能
型のSNOMとして期待されている。その動作を、図1
0を参照にして説明すると、以下のようになる。
[0005] Among these, the scattering type SNOM can be smaller in diameter than the opening type of the opening type, and is expected to be a higher resolution type SNOM. The operation is shown in FIG.
This will be described below with reference to 0.

【0006】図10は、プローブ、カンチレバーが光学
的に不透明な散乱型のSNOMを示す図である。このタ
イプのSNOMは、例えば、B.Knoll and
F.Keilmann,Science 399(19
99)p.134等に記載されている。
FIG. 10 is a diagram showing a scattering SNOM in which a probe and a cantilever are optically opaque. This type of SNOM is described, for example, in Knoll and
F. Keilmann, Science 399 (19
99) p. 134 etc.

【0007】プローブ2先端と試料1表面が十分近い一
定距離の間隔を保つようにするため、原子間力顕微鏡
(以降、AFM:Atomic Force Micr
oscope)の原理を用いるのが一般的である。これ
は、プローブ2先端が試料1に近づくと、プローブ2先
端と試料1との間に働く原子間力によって、プローブ2
保持部材であるカンチレバー3が撓むことを利用し、常
に一定の撓み量となるようにカンチレバー3〜試料1間
をプローブ用のアクチュエーター4か試料台に取り付け
たアクチュエーター26を駆動することで垂直方向に動
かして実現する(DCモード)。
In order to maintain a sufficiently close constant distance between the tip of the probe 2 and the surface of the sample 1, an atomic force microscope (hereinafter, AFM: Atomic Force Micror) is used.
In general, the principle of oscilloscope) is used. This is because when the tip of the probe 2 approaches the sample 1, the atomic force acting between the tip of the probe 2 and the sample 1 causes
Utilizing that the cantilever 3 as a holding member bends, by driving the actuator 4 for the probe or the actuator 26 attached to the sample stage between the cantilever 3 and the sample 1 so as to always have a constant amount of bending, the vertical direction is obtained. (DC mode).

【0008】カンチレバー3の撓みの測定は、例えば光
てこの原理を用いた検出器25で行う。この他、プロー
ブ用アクチュエーター4でプローブ2を上下若しくは試
料1面と略平行方向に振動させておき、プローブ2先端
の振幅が試料1表面との距離で変化することを使って、
これが一定になるようにすることで間隔制御を行うこと
もできる(ACモード)。
The deflection of the cantilever 3 is measured by, for example, a detector 25 using the principle of an optical lever. In addition, by using the probe actuator 4 to vibrate the probe 2 vertically or in a direction substantially parallel to the surface of the sample 1, the amplitude of the tip of the probe 2 changes with the distance from the surface of the sample 1.
By making this constant, the interval control can be performed (AC mode).

【0009】プローブ2は中心軸が試料1に略垂直にな
るように当て、カンチレバー3がそれに略垂直に設置さ
れるときに、試料1面での滑りもなく、最も効率良く力
がカンチレバー3の撓みに変換されるので、高い感度で
距離制御ができる。しかし、カンチレバー3が試料1面
に略平行に設置されると、試料1の凹凸によっては、カ
ンチレバー3自身に試料1が接触することがあり得るの
で、約10°傾けるのが普通である。
The probe 2 is applied so that the central axis is substantially perpendicular to the sample 1, and when the cantilever 3 is installed substantially perpendicular thereto, there is no slip on the surface of the sample 1 and the force can be applied to the cantilever 3 most efficiently. Since it is converted into deflection, distance control can be performed with high sensitivity. However, when the cantilever 3 is installed substantially parallel to the surface of the sample 1, the sample 1 may come into contact with the cantilever 3 itself depending on the unevenness of the sample 1, so that the cantilever 3 is usually inclined by about 10 °.

【0010】以上のような方法でプローブ2先端を試料
1に近接させた状態で走査を行うが、走査にはコントロ
ーラー6により試料台に取り付けたアクチュエーター2
6を作動させて試料3表面に略平行方向にラスタ走査を
行う。
[0010] Scanning is performed with the tip of the probe 2 approaching the sample 1 by the above-mentioned method.
6 is operated to perform raster scanning in a direction substantially parallel to the surface of the sample 3.

【0011】プローブ2先端への光の照射は、光源16
からの光を照射光学系23によってプローブ2先端付近
に照射することで行う。光源16は、レーザー、キセノ
ンランプ等にエクスパンダー、コリメーター等を適宜組
み合わせて平行光を出射する。
Irradiation of light to the tip of the probe 2 is performed by a light source 16.
This is performed by irradiating light from the vicinity of the tip of the probe 2 by the irradiation optical system 23. The light source 16 emits parallel light by appropriately combining a laser, a xenon lamp, or the like with an expander, a collimator, or the like.

【0012】光の照射により起きるプローブ2先端近傍
からの散乱光を、集光レンズ97、結像レンズ8を用い
て集光させる。集光位置にピンホール14を置くことに
よって、プローブ2先端近傍以外からの光をカットし、
周囲からの光ノイズを減らしている。ピンホール14を
通過した光は、光電子増倍管15で電気信号に変換さ
れ、コンピューター17で処理された後、測定結果とし
てモニター18に表示される。
The scattered light from the vicinity of the tip of the probe 2 caused by the light irradiation is condensed by using the condenser lens 97 and the imaging lens 8. By placing the pinhole 14 at the focusing position, light from other than near the tip of the probe 2 is cut,
Light noise from surroundings is reduced. The light that has passed through the pinhole 14 is converted into an electric signal by a photomultiplier tube 15, processed by a computer 17, and displayed on a monitor 18 as a measurement result.

【0013】ピンホール14に加え、カンチレバー3先
端を加振させて距離制御を行う場合は、この振動による
プローブ2先端での光のモジュレーション(変調)を利
用して光信号同期成分のみをロックイン検出器で検出す
ることによりS/N比の向上も行われる。
When distance control is performed by vibrating the tip of the cantilever 3 in addition to the pinhole 14, the modulation of light at the tip of the probe 2 by this vibration is used to lock in only the optical signal synchronous component. The S / N ratio is also improved by detecting with the detector.

【0014】以上の方法により、試料1に材質の異なる
物質が混ざっていたりした場合には、散乱光量等に変動
が生ずるので、プローブ2先端径のオーダーにてその存
在を表示することができる。
According to the above-described method, when a substance having a different material is mixed in the sample 1, the amount of scattered light or the like fluctuates. Therefore, the presence thereof can be displayed in the order of the tip diameter of the probe 2.

【0015】試料1上部に、対物レンズ7を配置し、結
像レンズ98を経て撮像素子99により試料1上部を撮
像し、その像を光学顕微鏡用モニター100に表示し
て、試料1を通常の光学顕微観察できるようにすれば、
SNOM観察のためのプローブ2の位置決めが容易とな
る。このような通常の光学顕微観察手段による観察系を
持ち、適当な形状のプローブ2を使用することで、この
対物レンズ7で検出系の集光レンズを兼ねるようにした
散乱型SNOMが特開平9−54099号で開示されて
いる。
The objective lens 7 is arranged on the upper part of the sample 1, an image of the upper part of the sample 1 is taken by an image pickup device 99 through an imaging lens 98, and the image is displayed on a monitor 100 for an optical microscope. If you can observe with optical microscope,
The positioning of the probe 2 for SNOM observation becomes easy. A scattering type SNOM having such an ordinary optical microscopic observation means and having an observation system using an appropriately shaped probe 2 so that the objective lens 7 also serves as a condenser lens of the detection system is disclosed in No. 54099.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】上述の散乱型走査型近
接場光学顕微鏡は、不透明なプローブが使われることが
多く、プローブ保持部もしばしば不透明である。このよ
うな不透明なプローブを利用するときには、別体の入射
系で斜め方向から光を入射させていた。そのため、装置
が大型になったり、また、照明光の調整が煩雑であった
りするという問題があった。
The scattering-type scanning near-field optical microscope described above often uses an opaque probe, and the probe holder is often opaque. When such an opaque probe is used, light is incident obliquely from a separate incident system. Therefore, there are problems that the device becomes large and adjustment of illumination light is complicated.

【0017】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、低コスト化、小型化を図ると
共に、セッティングのしやすい走査型近接場光学顕微鏡
を提供することである。さらに、このような構成での高
S/N比化のための手段を提供することである。
The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a scanning near-field optical microscope which is easy to set while reducing cost and size. It is another object of the present invention to provide means for increasing the S / N ratio in such a configuration.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の走査型近接場光学顕微鏡は、照射光の中心波長より
小さい先端径の鋭い先端を有する探針と、その探針を支
える探針保持部材と、その探針先端を試料の略垂直上方
から試料近傍に接近させる手段と、光源を含みその探針
先端付近に光を照射する手段と、検出器を含みその探針
先端付近からの光を検出する手段とを持つ光測定装置に
おいて、試料の略垂直上方からの光学顕微観察手段を持
ち、この光学顕微観察手段は試料に略垂直に配置された
対物レンズを含み、探針は、対物レンズの焦点位置付近
で、探針の先端から中心波長以下の先端部を起点とする
直線の少なくとも1本は探針及び探針保持部材に遮られ
ることなく対物レンズの有効径の少なくとも一部を横切
ることができるように配置され、この対物レンズは探針
先端に光を照射する手段の一部を兼ねることを特徴とす
るものである。
A scanning near-field optical microscope according to the present invention, which achieves the above object, comprises a probe having a sharp tip having a tip diameter smaller than the center wavelength of irradiation light, and a probe supporting the probe. A holding member, means for approaching the tip of the probe near the sample from substantially vertically above the sample, means for irradiating light near the tip of the probe including a light source, and a detector including In a light measuring device having means for detecting light, the optical microscopic observation means from substantially vertically above the sample, the optical microscopic observation means includes an objective lens disposed substantially perpendicular to the sample, the probe, Near the focal position of the objective lens, at least one straight line starting from the tip of the probe and having a center wavelength or less as a starting point is at least part of the effective diameter of the objective lens without being blocked by the probe and the probe holding member. You can cross Disposed, the objective lens is characterized in that also serves as a part of the means for irradiating light to the probe tip.

【0019】本発明のもう1つの走査型近接場光学顕微
鏡は、照射光の中心波長より小さい先端径の鋭い先端を
有する探針と、その探針を支える探針保持部材と、その
探針先端を試料の略垂直上方から試料近傍に接近させる
手段と、光源を含みその探針先端付近に光を照射する手
段と、検出器を含みその探針先端付近からの光を検出す
る手段とを持つ光測定装置において、試料の略垂直上方
からの光学顕微観察手段を持ち、この光学顕微観察手段
は試料に略垂直に配置された対物レンズを含み、探針
は、対物レンズの焦点位置付近で、探針の先端から中心
波長以下の先端部を起点とする直線の少なくとも1本は
探針及び探針保持部材に遮られることなく対物レンズの
有効径の少なくとも一部を横切ることができるように配
置され、この対物レンズは探針先端に光を照射する手段
の一部を兼ね、探針を利用した光変調手段を持ち、光検
出手段は変調に同期した成分を検出する手段を含むこと
を特徴とするものである。
Another scanning near-field optical microscope of the present invention is a probe having a sharp tip having a tip diameter smaller than the center wavelength of irradiation light, a probe holding member for supporting the probe, and the probe tip. Means for approaching the sample near the sample from substantially vertically above the sample, means for irradiating light near the tip of the probe including a light source, and means for detecting light from near the tip of the probe including a detector. In the optical measurement device, the optical microscope has an optical microscopic observation means from substantially vertically above the sample, the optical microscopic observation means includes an objective lens arranged substantially perpendicular to the sample, and the probe is located near the focal position of the objective lens. At least one straight line starting from the tip of the probe and having a center wavelength or less as a starting point is arranged so that it can cross at least a part of the effective diameter of the objective lens without being blocked by the probe and the probe holding member. This objective The device also has a means for irradiating the tip of the probe with light, has a light modulating means using the probe, and the light detecting means includes means for detecting a component synchronized with the modulation. is there.

【0020】これらにおいて、光を照射する手段は、散
乱除去手段を含むことが望ましい。
In these, it is desirable that the means for irradiating the light include means for removing scattering.

【0021】その場合に、その散乱除去手段は光源と対
物レンズの間に配置され、光軸を含む遮光手段であるこ
とが望ましい。
In this case, it is desirable that the scattering removing means is a light shielding means which is disposed between the light source and the objective lens and includes an optical axis.

【0022】また、照射光束断面に位相分布を与える手
段を持つものであってもよい。
Further, a means having a means for giving a phase distribution to the irradiation light beam cross section may be used.

【0023】その場合に、少なくとも光軸に対称な2点
に2分の1の波長の位相差を与えるものとすることがで
きる。
In this case, a phase difference of a half wavelength can be given to at least two points symmetrical to the optical axis.

【0024】以上において、入射光は単色光で、入射光
と異なる波長の光で検出するようにしてもよい。
In the above description, the incident light is monochromatic light and may be detected as light having a different wavelength from the incident light.

【0025】その入射光と異なる波長の光は、例えばラ
マン散乱光又はルミネセンス光である。
The light having a wavelength different from that of the incident light is, for example, Raman scattering light or luminescence light.

【0026】また、以上において、対物レンズは検出手
段の一部も兼ねるようにすることもできる。
In the above description, the objective lens may also be used as a part of the detecting means.

【0027】また、検出手段は試料反射光除去手段を含
むものとすることもできる。
The detecting means may include a sample reflected light removing means.

【0028】その場合に、試料反射光除去手段は対物レ
ンズと検出器の間に配置され、試料面での反射光を遮光
する遮光手段とすることができる。
In this case, the sample reflected light removing means may be arranged between the objective lens and the detector, and may be a light blocking means for blocking the reflected light on the sample surface.

【0029】その場合、検出光断面に位相分布を与える
手段を持つようにすることもできる。
In this case, means for giving a phase distribution to the cross section of the detection light may be provided.

【0030】そして、少なくとも光軸に対称な検出光断
面の2点に2分の1の波長の位相差を与えるものとする
ことができる。
Then, a phase difference of a half wavelength can be given to at least two points on the section of the detection light symmetrical to the optical axis.

【0031】以上において、試料とプローブを相対的に
走査する走査手段と、プローブを試料近傍に維持するフ
ィードバック手段と、各点での結果を記憶する記憶手段
と、その結果を表示する表示手段を持つように構成する
ことができる。
In the above, the scanning means for relatively scanning the sample and the probe, the feedback means for maintaining the probe near the sample, the storage means for storing the result at each point, and the display means for displaying the result are provided. It can be configured to have.

【0032】[0032]

【発明実施の形態】以下に、本発明の走査型近接場光学
顕微鏡の特徴を説明した後、その実施例を図面を参照に
して説明する。なお、各図面に関する説明において、同
一の符号で用いられるものは同様の機能を持つ要素であ
ることを表す。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The features of the scanning near-field optical microscope of the present invention will be described below, and then embodiments thereof will be described with reference to the drawings. In the description of each drawing, the same reference numeral indicates an element having a similar function.

【0033】(第1実施例)図1に第1実施例について
示す。本実施例でも、試料1に対するプローブ2、プロ
ーブ保持部材として使われるカンチレバー3の位置関係
は従来技術で述べた構成と同様である。ただし、本実施
例では、従来技術における観察光学系を照明光学系とし
ても使用している点に特徴がある。
(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment. Also in this embodiment, the positional relationship of the probe 2 and the cantilever 3 used as a probe holding member with respect to the sample 1 is the same as the configuration described in the related art. However, the present embodiment is characterized in that the observation optical system in the prior art is also used as an illumination optical system.

【0034】本実施例においては、従来技術における観
察光学系、すなわち、対物レンズ7と、対物レンズ7で
平行にされた試料1からの光束を撮像素子99上に結像
する結像レンズ98と、撮像素子99で撮像された試料
1の像を表示する光学顕微鏡用モニター100とからな
る観察光学系を照明光学系としても使用するため、対物
レンズ7と結像レンズ98の間にハーフミラー92が配
置されている。これにより、光源装置16からの光が対
物レンズ7に導かれる。光源装置16の光源としては、
レーザーやキセノンランプが用いられる。また、光源装
置16には、エクスパンダーやコリメーター等の光学系
が設けられている。そして、その光源から射出した光束
が対物レンズ7の瞳を満たすように、この光学系によっ
て光束径の拡大・縮小が行われている。
In this embodiment, the observation optical system in the prior art, that is, the objective lens 7 and the imaging lens 98 for imaging the light flux from the sample 1 made parallel by the objective lens 7 on the image sensor 99 are provided. Since the observation optical system including the optical microscope monitor 100 for displaying the image of the sample 1 captured by the imaging device 99 is also used as the illumination optical system, the half mirror 92 is provided between the objective lens 7 and the imaging lens 98. Is arranged. Thereby, light from the light source device 16 is guided to the objective lens 7. As the light source of the light source device 16,
A laser or a xenon lamp is used. The light source device 16 is provided with an optical system such as an expander and a collimator. The optical system enlarges / reduces the diameter of the light beam so that the light beam emitted from the light source fills the pupil of the objective lens 7.

【0035】上記のような構成をとることにより、従来
技術で観察光学系とは別に設けていた照明光学系23
(図10)が不要になる。そのため、装置全体がコンパ
クトに構成されたSNOMを実現することができる。ま
た、照明光学系が不要になったことで、試料1の周囲に
空き空間が増える。そのため、検出光学系(集光レンズ
97、結像レンズ8、ピンホール14、光電子増倍管1
5を配置する際の自由度が増える。この結果、例えば、
最も検出感度が高い位置に検出光学系を配置することも
できる。
With the above configuration, the illumination optical system 23 provided separately from the observation optical system in the prior art is provided.
(FIG. 10) becomes unnecessary. Therefore, it is possible to realize an SNOM in which the entire apparatus is compactly configured. Further, the elimination of the illumination optical system increases the free space around the sample 1. Therefore, the detection optical system (condensing lens 97, imaging lens 8, pinhole 14, photomultiplier tube 1)
The degree of freedom when arranging 5 is increased. As a result, for example,
The detection optical system can be arranged at a position where the detection sensitivity is highest.

【0036】本実施例では、対物レンズ7を介して照明
が行われるので、プローブ2の先端への照明は略垂直方
向から行われる。ここで、プローブ2の先端に照明光を
到達させるために、本実施例では、大きな開口数を有す
る対物レンズ7を用いている。また、プローブ2は、プ
ローブ2の先端部から基底部(すなわち、カンチレバー
3と接している部分)を結ぶ線を対物レンズ7側に延長
したとき、この延長した線が対物レンズ7の有効径の少
なくとも一部を横切るような形状を少なくとも備えてい
る。言い換えると、プローブ2は、上記の延長した線と
対物レンズ7の光軸Oで決まる開口数が、対物レンズ7
の開口数よりも小さくなるような形状を備えている必要
がある。
In the present embodiment, since the illumination is performed via the objective lens 7, the illumination of the tip of the probe 2 is performed from a substantially vertical direction. Here, in order to make the illumination light reach the tip of the probe 2, the present embodiment uses an objective lens 7 having a large numerical aperture. Further, when the probe 2 extends a line connecting the distal end portion of the probe 2 to the base portion (that is, a portion in contact with the cantilever 3) toward the objective lens 7, the extended line corresponds to the effective diameter of the objective lens 7. It has at least a shape that crosses at least a part thereof. In other words, the probe 2 has a numerical aperture determined by the extended line and the optical axis O of the objective lens 7.
It is necessary to have a shape that is smaller than the numerical aperture.

【0037】例えば、図2(a)に下から見た斜視図、
同(b)に側面図を示すプローブA1は従来のプローブ
で、形状は三角錐である。このプローブA1の先端部A
2から基底部A3を結ぶ線の中、例えば稜線L1は対物
レンズの光軸Oと平行であるので、先端部A2から基底
部A3を結んだ線、すなわち稜線L1の延長線は対物レ
ンズ7の有効径内に到達する。したがって、対物レンズ
7を射出した照明光の中、矢印(図2(b))で示す開
口数の大きい照明光がプローブA1の面A4、A5に到
達する。この結果、従来と同様に散乱光を利用した検出
ができる。
For example, a perspective view seen from below in FIG.
The probe A1 shown in the side view in FIG. 1B is a conventional probe, and has a triangular pyramid shape. Tip A of this probe A1
Since the ridge line L1 is parallel to the optical axis O of the objective lens, for example, the ridge line L1 is parallel to the optical axis O of the objective lens. Reach within the effective diameter. Therefore, of the illumination light emitted from the objective lens 7, the illumination light having a large numerical aperture indicated by an arrow (FIG. 2B) reaches the surfaces A4 and A5 of the probe A1. As a result, detection using scattered light can be performed as in the related art.

【0038】また、図3に示すように、プローブB1の
形状が円錐の場合、プローブB1の先端部B2から基底
部B3を結ぶ線L2は円錐の母線になる。したがって、
この母線L2と対物レンズ7の光軸Oとのなす角度をθ
1、対物レンズ7の最大開口数で決まる角度をθ2とし
たときに、プローブB1の形状をθ1<θ2となるよう
な円錐形にすれば、矢印で示す開口数の大きい照明光が
プローブB1の円錐面に到達する。よって、このような
形状のプローブB1でも、従来と同様に散乱光を利用し
た検出ができる。
Further, as shown in FIG. 3, when the shape of the probe B1 is a cone, a line L2 connecting the tip B2 of the probe B1 to the base B3 is a generatrix of the cone. Therefore,
The angle between the bus L2 and the optical axis O of the objective lens 7 is θ
1. Assuming that the angle determined by the maximum numerical aperture of the objective lens 7 is θ2, if the probe B1 is formed into a conical shape such that θ1 <θ2, the illumination light having a large numerical aperture indicated by an arrow is emitted from the probe B1. Reach the conical surface. Therefore, even with the probe B1 having such a shape, detection using scattered light can be performed as in the related art.

【0039】図1に戻って、照明光の照射により起きる
プローブ2先端近傍からの散乱光を、集光レンズ97と
結像レンズ8を用いて集光させる。集光位置にピンホー
ル14を置くことによって、プローブ2先端近傍以外か
らの信号をカットし、周囲からの光ノイズを減らしてい
る。ピンホール14を通過した光は、光電子増倍管15
で電気信号に変換され、カンチレバー3先端の振動と同
期した光信号成分のみをロックイン検出器93で検出
し、コンピューター17で処理された後、測定結果とし
てモニター18に表示される。同期信号検出を行ってい
るため、しない場合に比べてS/N比良く画像を得るこ
とができる。
Returning to FIG. 1, the scattered light from the vicinity of the tip of the probe 2 caused by the irradiation of the illumination light is condensed using the condenser lens 97 and the imaging lens 8. By locating the pinhole 14 at the focusing position, signals from areas other than the vicinity of the tip of the probe 2 are cut, and optical noise from the surroundings is reduced. Light passing through the pinhole 14 is converted into a photomultiplier tube 15
Then, only the optical signal component synchronized with the vibration of the tip of the cantilever 3 is detected by the lock-in detector 93, processed by the computer 17, and displayed on the monitor 18 as a measurement result. Since the synchronization signal is detected, an image can be obtained with a better S / N ratio than when no synchronization signal is detected.

【0040】以上の方法によりプローブ2先端での散乱
光だけを取得することができ、試料1に材質の異なる物
質が混ざっていたりした場合には、この散乱光量等に変
動が生ずるので、プローブ2先端径のオーダーにてその
存在を表示することができる。
According to the above method, only the scattered light at the tip of the probe 2 can be obtained. If the sample 1 is mixed with a different material, the amount of scattered light or the like fluctuates. Its presence can be displayed in the order of the tip diameter.

【0041】また、光電子増倍管15を分光器で置き換
え、スキャンを行いながら各点に対応して散乱光のラマ
ンスペクトル又はルミネッセンススペクトル、又は、そ
れらの中の1波長のデータを蓄積、表示することで、ラ
マンSNOM、又は、ルミネッセンスSNOM画像が得
られる。この場合、カンチレバー3等からの不要な散乱
は波長が異なるため、ラマン、ルミネッセンスのデータ
に影響を与えないので、同期検出はなくてもS/N比の
高い画像が得られる。また、ラマン信号が弱くてラマン
SNOM像をとるのに時間がかかりすぎる場合は、例え
ばAFM画像又は光学顕微鏡像だけをとって関心のある
領域又は点を選択し、アクチュエーター26でその領域
を走査すれば、高分解能画像が得られ、また、その点に
移動してラマン信号をとれば、微少領域でのラマン信号
が得られる、 (第2実施例)図4に第2実施例について示す。本実施
例も、第1実施例と同じように、観察光学系と照明光学
を一体で構成している。ただし、本実施例は、光源装置
16とハーフミラー92の間に、遮光手段106を配置
している点に特徴がある。遮光手段106は、図5に示
すように、遮光部101と開口部102で構成されてい
る。遮光手段106が光路中に配置されたときに、照明
光学系の光軸と交わる位置104から偏心した位置に開
口部102が設けられている。しかも、開口部102の
位置は、遮光手段106に照射される照明光束の範囲1
03よりも内側になっている。
In addition, the photomultiplier tube 15 is replaced by a spectroscope, and Raman spectrum or luminescence spectrum of scattered light or data of one wavelength among them is stored and displayed corresponding to each point while scanning. Thus, a Raman SNOM or a luminescence SNOM image is obtained. In this case, since unnecessary scattering from the cantilever 3 or the like has a different wavelength and does not affect Raman and luminescence data, an image with a high S / N ratio can be obtained without synchronous detection. If the Raman signal is weak and it takes too much time to obtain a Raman SNOM image, for example, an AFM image or an optical microscope image alone is used to select a region or point of interest, and the actuator 26 scans that region. If a high-resolution image is obtained, a Raman signal is obtained by moving to that point and a Raman signal is obtained. (Second Embodiment) FIG. 4 shows a second embodiment. In the present embodiment, as in the first embodiment, the observation optical system and the illumination optical are integrally configured. However, the present embodiment is characterized in that the light shielding means 106 is disposed between the light source device 16 and the half mirror 92. As shown in FIG. 5, the light shielding unit 106 includes a light shielding unit 101 and an opening 102. The opening 102 is provided at a position eccentric from a position 104 intersecting with the optical axis of the illumination optical system when the light shielding means 106 is arranged in the optical path. In addition, the position of the opening 102 is within the range 1
It is inside from 03.

【0042】このような遮光手段106を照明光学系中
に配置すると、光源装置16から射出した照明光の中、
開口部102を通過した照明光のみが対物レンズ7に入
射する。このとき、開口部102は照明光学系の光軸か
ら偏心した位置に設けられているので、開口部102を
通過した照明光束は対物レンズ7の光軸Oから離れた位
置に入射することになる。そのため、対物レンズ7から
射出された照明光は、開口数の大きな範囲の光束、すな
わち、対物レンズ7の光軸Oに対して大きく傾いた光束
となるから、プローブ2の先端部を照射することができ
る。しかも、開口部102を通過した照明光以外の照明
光は、遮光部101で遮光されるので、第1実施例のよ
うにカンチレバー3を照明することがない。このよう
に、本実施例の構成だと、カンチレバー3における照明
光の散乱が生じないため、よりS/N比の高い検出が可
能になる。
When such a light shielding means 106 is arranged in the illumination optical system, the illumination light
Only the illumination light passing through the opening 102 enters the objective lens 7. At this time, since the opening 102 is provided at a position decentered from the optical axis of the illumination optical system, the illumination light flux passing through the opening 102 enters a position away from the optical axis O of the objective lens 7. . Therefore, the illumination light emitted from the objective lens 7 becomes a light flux having a large numerical aperture range, that is, a light flux greatly inclined with respect to the optical axis O of the objective lens 7, so that the tip of the probe 2 is irradiated. Can be. In addition, the illumination light other than the illumination light that has passed through the opening 102 is shielded by the light shielding unit 101, so that the cantilever 3 is not illuminated as in the first embodiment. As described above, according to the configuration of the present embodiment, the scattering of the illumination light in the cantilever 3 does not occur, so that a detection with a higher S / N ratio can be performed.

【0043】本実施例では、プローブ2の先端部のみを
照明するために遮光手段106を用いたが、光源装置1
6で遮光手段106と同じような作用を実現することが
できる。例えば、光源装置16に設けられているコリメ
ータで対物レンズ7の有効径より小さい光束を生成し、
光源の位置を調整可能なステージにより光源位置を移動
させて、対物レンズ7の光軸Oに対して偏心した位置に
上記光束が入射するようにしてもよい。
In this embodiment, the light shielding means 106 is used to illuminate only the tip of the probe 2.
6, the same operation as the light shielding means 106 can be realized. For example, a collimator provided in the light source device 16 generates a light beam smaller than the effective diameter of the objective lens 7,
The position of the light source may be adjusted by a stage capable of adjusting the position of the light source so that the light beam enters a position eccentric with respect to the optical axis O of the objective lens 7.

【0044】そして、この照明光の照射により起きるプ
ローブ2先端近傍からの散乱光を、集光レンズ97を用
いて集光させる。集光位置にピンホール14を置くこと
によって、プローブ2先端近傍以外からの信号をカット
し、周囲からの光ノイズを減らしている。ピンホール1
4を通過した光は、光電子増倍管15で電気信号に変換
され、カンチレバー3先端の振動と同期した光信号成分
のみをロックイン検出器93で検出し、コンピューター
17で処理された後、測定結果としてモニター18に表
示される。同期信号検出を行っているため、しない場合
に比べてS/N比良く画像を得ることができる。
Then, scattered light from the vicinity of the tip of the probe 2 caused by the irradiation of the illumination light is condensed by the condensing lens 97. By locating the pinhole 14 at the focusing position, signals from areas other than the vicinity of the tip of the probe 2 are cut, and optical noise from the surroundings is reduced. Pinhole 1
The light passing through 4 is converted into an electric signal by the photomultiplier tube 15, and only the optical signal component synchronized with the vibration of the tip of the cantilever 3 is detected by the lock-in detector 93, processed by the computer 17, and then measured. The result is displayed on the monitor 18. Since the synchronization signal is detected, an image can be obtained with a better S / N ratio than when no synchronization signal is detected.

【0045】以上の方法によりプローブ2先端での散乱
だけを取得することができ、試料1に材質の異なる物質
が混ざっていたりした場合には、この散乱光量等に変動
が生ずるので、プローブ2先端径のオーダーにてその存
在を表示することができる。
By the above method, only the scattering at the tip of the probe 2 can be obtained. If the sample 1 is mixed with a different material, the amount of scattered light or the like fluctuates. Its presence can be indicated in the order of the diameter.

【0046】また、遮光手段106として、図6のよう
な構成の遮光手段を用いることもできる。図6の遮光手
段は、開口部102が2つあり、これらが軸104に対
して対称に配置されている。そして、一方の開口部には
通過する光の位相をλ/2遅らせる(あるいは進める)
1/2波長板105が配置されている(λは波長)。こ
のような構成にすると、開口部102を通過した各々の
照明光は、図7に示すように、対物レンズ7の光軸Oか
ら偏心した位置に入射する。ここで、図の矢印の方向の
違いは、偏光方向は同じであるが、位相が異なることを
示している。対物レンズ7から射出した各々の照明光
は、開口数の大きな範囲の光束であるため、両方共プロ
ーブ2の先端部に到達する。プローブ2の先端部では両
方の照明光が合成されるが、このとき、光軸に沿う方向
に偏光した光が生じる。この方向に偏光した光は、試料
1との相互作用が最も強い光と考えられるため、よりS
/N比の高い検出が可能になる。プローブ2先端の形状
によっては、他の偏光が適当であることも考えられる
が、開口間の位相差を適宜変えることにより任意の偏光
を発生させることができる。また、光源はレーザーであ
ればすでに偏光しているが、光源により適宜偏光回転手
段、偏光子のような偏光制限手段を併用してもよい。
Further, as the light shielding means 106, a light shielding means having a structure as shown in FIG. 6 can be used. The light shielding means of FIG. 6 has two openings 102, which are arranged symmetrically with respect to the axis 104. Then, the phase of the light passing through one of the openings is delayed (or advanced) by λ / 2.
A half-wave plate 105 is provided (λ is a wavelength). With such a configuration, each illumination light that has passed through the opening 102 enters a position decentered from the optical axis O of the objective lens 7 as shown in FIG. Here, the difference in the direction of the arrow in the figure indicates that the polarization direction is the same, but the phase is different. Since each of the illumination lights emitted from the objective lens 7 is a light flux having a large numerical aperture, both of them reach the tip of the probe 2. At the tip of the probe 2, both illumination lights are combined, but at this time, light polarized in a direction along the optical axis is generated. The light polarized in this direction is considered to be the light that has the strongest interaction with the sample 1, and therefore has a higher S
The detection with a high / N ratio becomes possible. Depending on the shape of the tip of the probe 2, other polarized light may be appropriate, but any polarized light can be generated by appropriately changing the phase difference between the apertures. If the light source is a laser, the light is already polarized. However, depending on the light source, a polarization rotating means or a polarization limiting means such as a polarizer may be used in combination.

【0047】(第3実施例)図8に第3実施例について
示す。試料1に対するプローブ2、プローブ保持部材と
して使われるカンチレバー3の位置関係は従来技術で述
べた構成と同様である。プローブ2先端と試料1表面が
十分近い一定距離の間隔を保つようにし、走査する方法
は、従来技術と同様である。本実施例では、ACモード
による距離制御を利用する。
(Third Embodiment) FIG. 8 shows a third embodiment. The positional relationship between the probe 2 and the cantilever 3 used as a probe holding member with respect to the sample 1 is the same as the configuration described in the related art. The method of scanning the tip of the probe 2 and the surface of the sample 1 so as to maintain a sufficiently close constant distance is the same as in the related art. In this embodiment, distance control in the AC mode is used.

【0048】プローブ2先端への光の照射は、光源装置
16からの光を対物レンズ7と結像レンズ98の間に配
置されたハーフミラー92を介して対物レンズ7に導
き、プローブ2先端付近に照射することで行う。光源装
置16は、レーザー、キセノンランプ等にエクスパンダ
ー、コリメーター等を適宜組み合わせて平行光を出射す
る。
The light from the light source device 16 is guided to the objective lens 7 via the half mirror 92 disposed between the objective lens 7 and the imaging lens 98, and the light is irradiated to the tip of the probe 2 near the tip of the probe 2. Irradiation is performed. The light source device 16 emits parallel light by appropriately combining a laser, a xenon lamp, and the like with an expander, a collimator, and the like.

【0049】光の照射により起きるプローブ2先端近傍
からの散乱光を再び対物レンズ7で受け、ハーフミラー
92を透過させ、対物レンズ7と結像レンズ98の間に
配置された別のハーフミラー91で反射させ、結像レン
ズ8により集光させる。この構成により、さらにコンパ
クトな構成の散乱型SNOMが実現される。
The scattered light from the vicinity of the tip of the probe 2 caused by the irradiation of light is received by the objective lens 7 again, transmitted through the half mirror 92, and another half mirror 91 disposed between the objective lens 7 and the imaging lens 98. And condensed by the imaging lens 8. With this configuration, a scattering SNOM having a more compact configuration is realized.

【0050】結像レンズ8の集光位置にピンホール14
を配置することによって、プローブ2先端近傍以外をカ
ットし、周囲からの光ノイズを減らしている。ピンホー
ル14を通過した光は、光電子増倍管15で電気信号に
変換され、カンチレバー3先端の振動と同期した光信号
成分のみをロックイン検出器93で検出し、コンピュー
ター17で処理された後、測定結果としてモニター18
に表示される。同期信号検出を行っているため、しない
場合に比べてS/N比良く画像を得ることができる。
The pinhole 14 is located at the converging position of the imaging lens 8.
Is arranged, the portion other than the vicinity of the tip of the probe 2 is cut, and optical noise from the surroundings is reduced. The light that has passed through the pinhole 14 is converted into an electric signal by the photomultiplier tube 15, and only the optical signal component synchronized with the vibration of the tip of the cantilever 3 is detected by the lock-in detector 93 and processed by the computer 17. Monitor 18 as the measurement result.
Will be displayed. Since the synchronization signal is detected, an image can be obtained with a better S / N ratio than when no synchronization signal is detected.

【0051】照明光の入射径路上には、略垂直に置かれ
たプローブ2背面とその付近のカンチレバー3先端を避
けるため、光軸Oから離れた部分のみ開けて残り部分は
遮光した遮光手段106が置かれていて、カンチレバー
3先端やプローブ2の先端以外での光の散乱を避けるよ
うにしている。この構成によりさらにS/N比向上の効
果がある。
In order to avoid the back surface of the probe 2 placed substantially vertically and the tip of the cantilever 3 near the back of the probe 2, only a portion away from the optical axis O is opened and the remaining portion is shielded from the illumination light incident path. Is placed so as to avoid scattering of light at portions other than the tip of the cantilever 3 and the tip of the probe 2. This configuration has the further effect of improving the S / N ratio.

【0052】また、検出光の光路上には、入射光の試料
面での反射光を避ける遮光手段107が置かれていて、
反射光によるノイズを避けている。これによりさらにS
/N比向上の効果がある。
Further, on the optical path of the detection light, there is provided a light shielding means 107 for avoiding the reflected light of the incident light on the sample surface.
Avoids noise due to reflected light. This further increases S
This has the effect of improving the / N ratio.

【0053】以上の構成により、プローブ2先端での散
乱だけを取得することができ、試料1に材質の異なる物
質が混ざっていたりした場合には、この散乱光量等に変
動が生ずるので、プローブ2先端径のオーダーにてその
存在を表示することができる。
With the above arrangement, only the scattering at the tip of the probe 2 can be obtained. If the sample 1 contains a mixture of different materials, the amount of scattered light or the like fluctuates. Its presence can be displayed in the order of the tip diameter.

【0054】また、遮光板106として図6のような形
状のものを使い、開口部102を通った光束がカンチレ
バー3等に当たらないように適宜遮光板106を回転さ
せ、ま、検出側にも同様な遮光手段107を用い、入射
側遮光板106からの光束の試料面での反射光が遮光さ
れるように適宜回転させると、プローブ2先端付近で図
7で示したような光が発生し、検出側開口部には図9の
ような互いに逆向きの偏光が戻り、この偏光成分だけを
選択的に検出することができる。なぜなら、この偏光の
一方は1/2波長板105で偏光の向きが逆転するの
で、光電子増倍管15上でお互いに強め合い、一方、プ
ローブ2先端で同じ面内に偏光した成分があれば、これ
は逆に1/2波長板105で打ち消し合う関係になるか
らである。理想的な形状のプローブでは、この向きの偏
光が試料1とより強く相互作用し、強いコントラストを
発生させると考えられているので(B.Knoll a
ndF.Keilmann,Optics Commu
nications 182(2000)p.32
1)、本方法はS/N比向上の効果がある。プローブ2
先端の形状によっては、他の偏光が適当であることも考
えられるが、開口間の位相差を適宜変えることにより任
意の偏光を発生させることができる。また、光源はレー
ザーであればすでに偏光しているが、光源により適宜偏
光回転手段、偏光子のような偏光制限手段を併用しても
よい。S/N比向上のために必要に応じて検出側に偏光
制限手段を入れてもよい。
Further, the light shielding plate 106 having a shape as shown in FIG. 6 is used, and the light shielding plate 106 is appropriately rotated so that the light flux passing through the opening 102 does not hit the cantilever 3 or the like. When the same light-shielding means 107 is used to appropriately rotate the light from the incident-side light-shielding plate 106 so that the reflected light on the sample surface is shielded, light as shown in FIG. Polarized light of opposite directions as shown in FIG. 9 returns to the detection side opening, and only this polarized light component can be selectively detected. This is because one of the polarizations is inverted by the half-wave plate 105, so that they are mutually strengthened on the photomultiplier tube 15. On the other hand, if there is a component polarized in the same plane at the tip of the probe 2, This is because, on the contrary, the half-wave plate 105 cancels out each other. In a probe having an ideal shape, it is considered that polarized light in this direction interacts more strongly with the sample 1 to generate a strong contrast (B. Knolla
ndF. Keilmann, Optics Commu
nications 182 (2000) p. 32
1) This method has the effect of improving the S / N ratio. Probe 2
Depending on the shape of the tip, other polarized light may be appropriate, but any polarized light can be generated by appropriately changing the phase difference between the apertures. If the light source is a laser, the light is already polarized. However, depending on the light source, a polarization rotating means or a polarization limiting means such as a polarizer may be used in combination. If necessary, a polarization limiting means may be provided on the detection side to improve the S / N ratio.

【0055】以上の本発明の走査型近接場光学顕微鏡は
例えば次のように構成することができる。
The above-mentioned scanning near-field optical microscope of the present invention can be constituted, for example, as follows.

【0056】〔1〕 照射光の中心波長より小さい先端
径の鋭い先端を有する探針と、その探針を支える探針保
持部材と、その探針先端を試料の略垂直上方から試料近
傍に接近させる手段と、光源を含みその探針先端付近に
光を照射する手段と、検出器を含みその探針先端付近か
らの光を検出する手段とを持つ光測定装置において、試
料の略垂直上方からの光学顕微観察手段を持ち、この光
学顕微観察手段は試料に略垂直に配置された対物レンズ
を含み、探針は、対物レンズの焦点位置付近で、探針の
先端から中心波長以下の先端部を起点とする直線の少な
くとも1本は探針及び探針保持部材に遮られることなく
対物レンズの有効径の少なくとも一部を横切ることがで
きるように配置され、この対物レンズは探針先端に光を
照射する手段の一部を兼ねることを特徴とする走査型近
接場光学顕微鏡。
[1] A probe having a sharp tip with a tip diameter smaller than the center wavelength of irradiation light, a probe holding member for supporting the probe, and the tip of the probe approaching the sample near substantially vertically above the sample. Means for irradiating light near the tip of the probe, including a light source, and means for detecting light from near the tip of the probe, including a detector. Optical microscope observation means, the optical microscope observation means includes an objective lens arranged substantially perpendicular to the sample, and the probe is located near the focal position of the objective lens, and has a tip portion less than the center wavelength from the tip of the probe. At least one of the straight lines starting from is arranged so as to be able to cross at least a part of the effective diameter of the objective lens without being interrupted by the probe and the probe holding member. Part of the means for irradiating A scanning near-field optical microscope, which also serves as a light source.

【0057】〔2〕 照射光の中心波長より小さい先端
径の鋭い先端を有する探針と、その探針を支える探針保
持部材と、その探針先端を試料の略垂直上方から試料近
傍に接近させる手段と、光源を含みその探針先端付近に
光を照射する手段と、検出器を含みその探針先端付近か
らの光を検出する手段とを持つ光測定装置において、試
料の略垂直上方からの光学顕微観察手段を持ち、この光
学顕微観察手段は試料に略垂直に配置された対物レンズ
を含み、探針は、対物レンズの焦点位置付近で、探針の
先端から中心波長以下の先端部を起点とする直線の少な
くとも1本は探針及び探針保持部材に遮られることなく
対物レンズの有効径の少なくとも一部を横切ることがで
きるように配置され、この対物レンズは探針先端に光を
照射する手段の一部を兼ね、探針を利用した光変調手段
を持ち、光検出手段は変調に同期した成分を検出する手
段を含むことを特徴とする走査型近接場光学顕微鏡。
[2] A probe having a sharp tip having a tip diameter smaller than the center wavelength of the irradiation light, a probe holding member for supporting the probe, and the tip of the probe approaching the vicinity of the sample from substantially vertically above the sample. Means for irradiating light near the tip of the probe, including a light source, and means for detecting light from near the tip of the probe, including a detector. Optical microscope observation means, the optical microscope observation means includes an objective lens arranged substantially perpendicular to the sample, and the probe is located near the focal position of the objective lens, and has a tip portion less than the center wavelength from the tip of the probe. At least one of the straight lines starting from is arranged so as to be able to cross at least a part of the effective diameter of the objective lens without being interrupted by the probe and the probe holding member. Part of the means for irradiating A scanning near-field optical microscope, characterized in that the scanning near-field optical microscope further comprises a light modulating means using a probe, and the light detecting means includes means for detecting a component synchronized with the modulation.

【0058】〔3〕 前記光を照射する手段は、散乱除
去手段を含むことを特徴とする上記1又は2記載の走査
型近接場光学顕微鏡。
[3] The scanning near-field optical microscope according to the above [1] or [2], wherein the means for irradiating the light includes a scattering removing means.

【0059】〔4〕 前記散乱除去手段は前記光源と前
記対物レンズの間に配置され、光軸を含む遮光手段であ
ることを特徴とする上記3記載の走査型近接場光学顕微
鏡。
[4] The scanning near-field optical microscope according to the above item 3, wherein the scattering removing means is a light shielding means including an optical axis, disposed between the light source and the objective lens.

【0060】〔5〕 照射光束断面に位相分布を与える
手段を持つことを特徴とする上記3記載の走査型近接場
光学顕微鏡。
[5] The scanning near-field optical microscope according to the above item 3, wherein the scanning near-field optical microscope has means for giving a phase distribution to the cross section of the irradiation light beam.

【0061】〔6〕 少なくとも光軸に対称な2点に2
分の1の波長の位相差を与えることを特徴とする上記5
記載の走査型近接場光学顕微鏡。
[6] At least two points symmetrical to the optical axis
5. The method of claim 5, wherein a phase difference of one-half wavelength is provided.
The scanning near-field optical microscope according to the above.

【0062】〔7〕 入射光は単色光で、入射光と異な
る波長の光で検出することを特徴とする上記1から6の
何れか1項記載の走査型近接場光学顕微鏡。
[7] The scanning near-field optical microscope according to any one of [1] to [6], wherein the incident light is monochromatic light and is detected by light having a wavelength different from that of the incident light.

【0063】〔8〕 前記入射光と異なる波長の光はラ
マン散乱光又はルミネセンス光であることを特徴とする
上記7記載の走査型近接場光学顕微鏡。
[8] The scanning near-field optical microscope according to the above item 7, wherein the light having a wavelength different from the incident light is Raman scattering light or luminescence light.

【0064】[0064]

〔9〕 前記対物レンズは検出手段の一部
も兼ねることを特徴とする上記1から8の何れか1項記
載の走査型近接場光学顕微鏡。
[9] The scanning near-field optical microscope according to any one of [1] to [8], wherein the objective lens also functions as a part of a detection unit.

【0065】〔10〕 前記検出手段は試料反射光除去
手段を含むことを特徴とする上記1から9の何れか1項
記載の走査型近接場光学顕微鏡。
[10] The scanning near-field optical microscope according to any one of the above items 1 to 9, wherein the detecting means includes a sample reflected light removing means.

【0066】〔11〕 前記試料反射光除去手段は前記
対物レンズと前記検出器の間に配置され、前記試料面で
の反射光を遮光する遮光手段であることを特徴とする上
記10記載の走査型近接場光学顕微鏡。
[11] The scanning device according to the above item 10, wherein the sample reflected light removing means is a light shielding means disposed between the objective lens and the detector, for shielding light reflected on the sample surface. Type near-field optical microscope.

【0067】〔12〕 検出光断面に位相分布を与える
手段を持つことを特徴とする上記11記載の走査型近接
場光学顕微鏡。
[12] The scanning near-field optical microscope according to the above item 11, wherein the scanning near-field optical microscope has a means for giving a phase distribution to the cross section of the detection light.

【0068】〔13〕 少なくとも光軸に対称な検出光
断面の2点に2分の1の波長の位相差を与えることを特
徴とする上記12記載の走査型近接場光学顕微鏡。
[13] The scanning near-field optical microscope according to the above item 12, wherein a phase difference of a half wavelength is given to at least two points of the detection light section symmetrical to the optical axis.

【0069】〔14〕 前記試料と前記プローブを相対
的に走査する走査手段と、前記プローブを前記試料近傍
に維持するフィードバック手段と、各点での結果を記憶
する記憶手段と、その結果を表示する表示手段を持つこ
とを特徴とする上記1から13の何れか1項記載の走査
型近接場光学顕微鏡。
[14] Scanning means for relatively scanning the sample and the probe, feedback means for keeping the probe near the sample, storage means for storing results at each point, and displaying the results 14. The scanning near-field optical microscope according to any one of the items 1 to 13, further comprising a display unit that performs the operation.

【0070】[0070]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、位置決め用に設置された光学顕微鏡部の一部
を構成する対物レンズを入射系の一部として利用するこ
とで、入射系と光学顕微鏡部を一体化し、低コスト化、
小型化を図ると共に、セッティングのしやすい走査型近
接場光学顕微鏡を提供することができ、さらに、高S/
N比な走査型近接場光学顕微鏡を提供することができ
る。
As is apparent from the above description, according to the present invention, the objective lens constituting a part of the optical microscope unit installed for positioning is used as a part of the incident system, so that the incident system is improved. And the optical microscope unit to reduce costs,
It is possible to provide a scanning near-field optical microscope that is easy to set while achieving downsizing, and has a high S /
A scanning near-field optical microscope having an N ratio can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施例の走査型近接場光学顕微鏡
の構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a scanning near-field optical microscope according to a first embodiment of the present invention.

【図2】三角錐形状のプローブにおいて本発明の原理に
より散乱光が検出できることを説明するための図であ
る。
FIG. 2 is a diagram for explaining that scattered light can be detected by a triangular pyramid-shaped probe according to the principle of the present invention.

【図3】円錐形状のプローブにおいて本発明の原理によ
り散乱光が検出できることを説明するための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining that scattered light can be detected by a cone-shaped probe according to the principle of the present invention.

【図4】本発明の第2実施例の走査型近接場光学顕微鏡
の構成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a scanning near-field optical microscope according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明で用いる遮光手段の1つの形状を示す図
である。
FIG. 5 is a view showing one shape of a light shielding means used in the present invention.

【図6】本発明で用いる別の遮光手段の形状を示す図で
ある。
FIG. 6 is a view showing the shape of another light shielding means used in the present invention.

【図7】図6の遮光手段を用いた場合の照明光の偏光の
様子を示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a state of polarization of illumination light when the light shielding unit of FIG. 6 is used.

【図8】本発明の第3実施例の走査型近接場光学顕微鏡
の構成を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a scanning near-field optical microscope according to a third embodiment of the present invention.

【図9】図6の遮光手段を用いた場合の照明光と検出光
の偏光の様子を示す図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a state of polarization of illumination light and detection light when the light shielding unit of FIG. 6 is used.

【図10】従来の走査型近接場光学顕微鏡の構成を示す
図である。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a conventional scanning near-field optical microscope.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…試料 2…プローブ 3…カンチレバー 4…アクチュエーター(プローブ用) 6…コントローラー 7…対物レンズ 8…結像レンズ(検出系) 14…ピンホール 15…光電子増倍管 16…光源(光源装置) 17…コンピューター 18…モニター 23…照射光学系 25…検出器 26…アクチュエーター(試料台用) 91…ハーフミラー(検出側) 92…ハーフミラー(照射側) 93…ロックイン検出器 97…集光レンズ(検出系) 98…結像レンズ 99…撮像素子 100…光学顕微鏡用モニター 101…遮光部 102…開口部 103…照明光束の範囲 104…光軸と交わる位置(軸) 105…1/2波長板 106…遮光手段(遮光板:照射側) 107…遮光手段(遮光板:検出側) O…対物レンズの光軸 A1…プローブ A2…プローブの先端部 A3…プローブの基底部 A4、A5…プローブの面 B1…プローブ B2…プローブの先端部 B3…プローブの基底部 L1…稜線 L2…円錐の母線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sample 2 ... Probe 3 ... Cantilever 4 ... Actuator (for probe) 6 ... Controller 7 ... Objective lens 8 ... Imaging lens (detection system) 14 ... Pinhole 15 ... Photomultiplier tube 16 ... Light source (light source device) 17 ... Computer 18 ... Monitor 23 ... Irradiation optical system 25 ... Detector 26 ... Actuator (for sample stage) 91 ... Half mirror (detection side) 92 ... Half mirror (irradiation side) 93 ... Lock-in detector 97 ... Condenser lens ( Detection system) 98 imaging lens 99 imaging device 100 optical microscope monitor 101 light blocking unit 102 opening 103 103 range of illumination light flux 104 position (axis) intersecting with the optical axis 105 1/2 wavelength plate 106 ... Light-shielding means (light-shielding plate: irradiation side) 107. Light-shielding means (light-shielding plate: detection side) O. Optical axis of objective lens A1. Probe A2 ... Probe tip A3. Probe base A4, A5. Probe face B1. Probe B2. Probe tip B3. Probe base L1.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 DD02 DD04 FF49 GG03 GG04 GG22 HH13 JJ03 JJ26 LL00 LL04 LL09 LL30 LL33 LL35 MM03 MM07 NN05 NN08 PP24 QQ04 QQ24 SS02 SS13 2H052 AA07 AB30 AC04 AC09 AC15 AC29 AC34 AF14  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page F term (reference) 2F065 DD02 DD04 FF49 GG03 GG04 GG22 HH13 JJ03 JJ26 LL00 LL04 LL09 LL30 LL33 LL35 MM03 MM07 NN05 NN08 PP24 QQ04 QQ24 SS02 SS13 2H052 AA07 AC30 AC09

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 照射光の中心波長より小さい先端径の鋭
い先端を有する探針と、その探針を支える探針保持部材
と、その探針先端を試料の略垂直上方から試料近傍に接
近させる手段と、光源を含みその探針先端付近に光を照
射する手段と、検出器を含みその探針先端付近からの光
を検出する手段とを持つ光測定装置において、 試料の略垂直上方からの光学顕微観察手段を持ち、この
光学顕微観察手段は試料に略垂直に配置された対物レン
ズを含み、 探針は、対物レンズの焦点位置付近で、探針の先端から
中心波長以下の先端部を起点とする直線の少なくとも1
本は探針及び探針保持部材に遮られることなく対物レン
ズの有効径の少なくとも一部を横切ることができるよう
に配置され、 この対物レンズは探針先端に光を照射する手段の一部を
兼ねることを特徴とする走査型近接場光学顕微鏡。
1. A probe having a sharp tip with a tip diameter smaller than the center wavelength of irradiation light, a probe holding member for supporting the probe, and bringing the tip of the probe closer to the vicinity of the sample from substantially vertically above the sample. A light measuring device having means for irradiating light near the tip of the probe including a light source, and means for detecting light from near the tip of the probe including a detector. Optical microscope observation means includes an objective lens arranged substantially perpendicular to the sample, and the probe has a tip near the focal point of the objective lens, which is less than the center wavelength from the tip of the probe. At least one of the straight lines as the starting point
The book is arranged so that it can cross at least a part of the effective diameter of the objective lens without being blocked by the probe and the probe holding member, and the objective lens forms a part of a means for irradiating the tip of the probe with light. A scanning near-field optical microscope characterized by also serving as a near-field optical microscope.
【請求項2】 前記光を照射する手段は、散乱除去手段
を含むことを特徴とする請求項1記載の走査型近接場光
学顕微鏡。
2. The scanning near-field optical microscope according to claim 1, wherein the means for irradiating the light includes a scattering removing means.
【請求項3】 照射光束断面に位相分布を与える手段を
持つことを特徴とする請求項2記載の走査型近接場光学
顕微鏡。
3. The scanning near-field optical microscope according to claim 2, further comprising means for giving a phase distribution to a cross section of the irradiation light beam.
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