JP2001356084A - 走査型近接場光学顕微鏡、走査型近接場光学顕微鏡における散乱光の角度依存性の検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プローブ先端部の近接場光と試料とのカップ
リングにより発生する散乱光の角度依存性を検出できる
走査型近接場光学顕微鏡を提供する。 【解決手段】 プローブの周囲に０°〜３６０°の角度
範囲で散乱光を集光できる反射鏡を設けると共に、この
反射鏡の集光路上に、一定角度範囲の反射光を選択的に
通過させ得るスリットを有する自転可能なフィルタ板を
配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、更に詳しくは、近接場光が試料とカップリ
ングして発生する散乱光の角度依存性を簡易なデバイス
により検出可能とした走査型近接場光学顕微鏡に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】旧来の光学顕微鏡等の伝搬光を利用する
光学顕微鏡は、本質的に光の回折限界を超える領域では
利用できないため、物質表面の光の波長よりも小さな領
域に局在する近接場光を利用した高分解能の近接場光学
顕微鏡が注目されている。

【０００３】そして、「Ｉモード」と呼ばれる走査型近
接場光学顕微鏡においては、微細なプローブに光を入射
してプローブ先端より近接場光を浸み出させ、このプロ
ーブを試料表面に沿って走査させることにより、近接場
光を散乱光に変換して試料情報を得ている。このタイプ
の走査型近接場光学顕微鏡では、微弱な近接場光を検出
する必要があるため、各方向への散乱光を十分に集光で
きる反射集光光学系を備えることが有利である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特開平１１−１５３５
１３号公報に係る「光学的視野角測定装置」の発明は、
近接場光を利用するものではないが、試料から出射され
る光を集光する楕円面ミラーと、この楕円面ミラーから
の反射光を結像する結像レンズと、結ばれた像を記録す
るカメラを備えた反射集光光学系を開示している。

【０００５】しかし、仮にこの反射集光光学系を近接場
光学顕微鏡装置として用いた場合、楕円面ミラーが限定
された角度範囲（例えば、−２０°〜２００°）の散乱
光しか集光できないので、必ずしも十分な集光効果を期
待できない。又、散乱光の異方性（角度依存性）を検出
したい場合にも、０°〜３６０°の角度範囲にわたって
散乱光を集光できると言う前提条件に欠けている。

【０００６】又、特開平１１−３１６２４１号公報に係
る「走査型近接場光学顕微鏡用探針及び走査型近接場光
学顕微鏡」の発明は、プローブ先端の先鋭化した突起部
を取り囲むように複数の光検出素子を配列し、これらの
光検出素子から出力された電気信号に基づいて散乱光の
角度依存性を検出している。あるいは、通常の走査型近
接場光学顕微鏡の受光部に複数の光検出素子を所定の角
度で配置し、散乱光の角度依存性を考慮した情報を得て
いる。

【０００７】しかし上記の構成では、複数の光検出素子
を必要とするために構成が複雑かつ高価となる。そし
て、これらの光検出素子をプローブに配するのは技術的
にかなり困難でもあり、更に、受光部に複数の光検出素
子を配置する場合には集光レンズの立体角に依存した角
度成分しか検出できない、と言う問題もある。

【０００８】そこで本発明は、プローブからの散乱光を
反射集光する光学系を備えた走査型近接場光学顕微鏡に
おいて、簡易かつ安価なデバイスにより、集光される散
乱光の角度依存性を０°〜３６０°の角度範囲にわたっ
て検出できるようにすることを、解決すべき課題とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】（第１発
明の構成及び作用・効果）上記課題を解決するための本
願第１発明（請求項１に記載の発明）の構成は、先端部
から近接場光を生じるプローブと、前記近接場光と試料
とのカップリングにより発生する散乱光を反射集光する
反射集光光学系とを備える走査型近接場光学顕微鏡にお
いて、前記反射集光光学系は、０°〜３６０°の角度範
囲で散乱光を反射集光する反射鏡と、前記反射鏡の集光
路断面上に自転動作可能に配置され、前記自転動作によ
って任意の角度範囲の反射光を選択的に通過させ得るス
リットを有するフィルタ板とを備える、走査型近接場光
学顕微鏡である。

【００１０】第１発明は以上の構成を有するので、前記
反射鏡によって、プローブの先端部から生じる微弱な近
接場光に基づく散乱光を、０°〜３６０°の全ての角度
範囲にわたって十分に集光することができる。

【００１１】又、前記フィルタ板を反射鏡の集光路断面
に沿って自転動作させることにより、任意の角度範囲の
反射光を選択的に通過させることができるので、散乱光
の角度依存性を０°〜３６０°の角度範囲にわたって容
易に検出できる。しかも、上記の反射鏡やフィルタ板は
安価に購入又は調製できるものであり、装置としての構
成も極めて簡易である。

【００１２】（第２発明の構成及び作用・効果）上記課
題を解決するための本願第２発明（請求項２に記載の発
明）の構成は、先端部から近接場光を生じるプローブ
と、前記近接場光と試料とのカップリングにより発生す
る散乱光を反射集光する反射集光光学系とを備える走査
型近接場光学顕微鏡を用い、前記反射集光光学系におい
て０°〜３６０°の角度範囲で散乱光を反射集光すると
共に、その集光路上において任意の特定角度範囲の反射
光を選択的に通過させることにより、前記散乱光の角度
依存性を検出する、走査型近接場光学顕微鏡における散
乱光の角度依存性の検出方法である。

【００１３】第２発明は以上の構成を有するので、散乱
光の角度依存性を全ての角度範囲にわたって検出できる
点に基づき、次の〜の効果を期待できる。 走査型近接場光学顕微鏡として、顕微鏡試料の光学的
異方性を検出できる。 反射集光光学系により得られた光学情報を既知の試料
形状の情報と照合することにより、散乱光の試料形状依
存性を検出し、これを本来の光学的特性情報と分離する
ことが可能である。 ブランク試料として等方性の平坦形状の試料を用いる
ことにより、プローブ開口部の異方性（光学的異方性に
影響を与えるプローブ開口部の形状又は特性）を検査す
ることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、第１発明及び第２発明の実
施の形態について説明する。以下において、単に「本発
明」と言うときは、第１発明及び第２発明を一括して指
している。

【００１５】〔走査型近接場光学顕微鏡の基本的構成〕
走査型近接場光学顕微鏡の基本的構成は、公知の一般的
な構成のものを限定なく任意に採用することができる。
例えば、光をプローブに入射させつつプローブの先端を
試料表面に沿って走査させ、プローブ先端より浸み出し
た近接場光を散乱光に変換して反射集光光学系により集
光し、これを光検出器に入力する構成とすることができ
る。

【００１６】プローブへの前記入射光の種類は限定され
ないが、例えばレーザー光を、必要によりレーザー強度
調整装置等を介して、入射することができる。入射光と
して直線偏光や円偏光等を用いても良い。プローブの構
成も任意であるが、例えばコアとクラッドを備え、必要
により周囲を金属で被覆した光ファイバープローブ等を
用いることができる。

【００１７】〔反射集光光学系〕本発明において反射集
光光学系は、少なくとも反射鏡とフィルタ板を備える。
反射鏡は、プローブ先端に生じる近接場光と試料とのカ
ップリングにより発生する散乱光を、０°〜３６０°の
全角度範囲で反射して光検出器に対して集光する機能を
持つものを用いる。この条件を備える限りにおいて、反
射鏡の形状や構成は限定されない。

【００１８】フィルタ板は反射鏡の集光路断面に沿って
配置される。フィルタ板の形状は限定されないが、通常
は、反射鏡の集光路の断面形状と同一形状又はこれより
大きい相似形状を有する板状体であって、かつ、一定の
角度範囲の反射光を選択的に通過させるスリット（切欠
き部）を有する。スリットの大きさや形状は任意に設定
することができるが、フィルタ板の平面形状の中心点か
ら周縁部に向かって広がる扇状であることが、特に好ま
しい。スリットを単なる切り欠きとしたり、この部分に
偏光フィルタやカラーフィルタを嵌め込むこともでき
る。

【００１９】フィルタ板は、その配置位置において自転
動作（平面形状の中心点を通る軸まわりに回転する動
作）が可能であるように設置される。フィルタ板を自転
動作させることにより、反射光を選択的に通過させる角
度範囲を任意に偏光することができる。上記フィルタ板
の自転動作機構の内容は任意であるが、例えば、顕微鏡
装置の適部から延設した回転軸にフィルタ板を取り付け
ることができる。

【００２０】

【実施例】（従来の走査型近接場光学顕微鏡の一般的構
成）図１に、従来の走査型近接場光学顕微鏡の一般的構
成を示す。シェアフォース制御用ピエゾ素子２を付設し
た光ファイバープローブ１に対しては、レーザー光源９
からレーザー強度調整装置８を介してレーザー光１１が
入射される。その結果、光ファイバープローブ１の先端
からは近接場光４を生じ、試料３とのカップリングによ
り、散乱光５が発生する。そして特定の角度方向に発生
する一部の散乱光５は、集光レンズ６を介して光検出器
７に入力される。以上のシステムがコントローラー１０
によって制御されている。

【００２１】上記図１の走査型近接場光学顕微鏡の構成
では、集光レンズ６及び光検出器７からなる光検出系に
よる光の集光効率が限られ、微弱な近接場光を十分に集
光することができない。又、光検出系は固定されてお
り、散乱光の角度依存性を検出することもできない。

【００２２】（従来の反射集光光学系近接場光学顕微鏡
の一般的構成）図２に、従来の反射集光光学系近接場光
学顕微鏡の要部の一般的構成を示す。図示しない部分
は、例えば図１と同様に構成することができる。試料３
に対して走査される光ファイバープローブ１からの散乱
光５は、０°〜３６０°の角度範囲で散乱光を反射する
反射鏡１２によって反射され、全て光検出器７に向かっ
て集光される。

【００２３】上記図２の構成では、散乱光５がその発生
する角度方向に関わらず反射鏡１２によって反射集光さ
れるため、光の集光効率が良好であると言うメリットが
ある。しかし０°〜３６０°の角度範囲の散乱光を全て
区別なく集光するため、散乱光の角度依存性を検出する
ことができない。

【００２４】（本発明の実施例）図３に本発明の実施例
に係る走査型近接場光学顕微鏡の要部を示す。図示しな
い部分は、例えば図１と同様に構成することができる。
この実施例においては、図３（ａ）に示すように、前記
図２の構成と比較してフィルタ板１３を設ける点が異な
る。フィルタ板１３は、反射鏡１２の集光路断面に沿っ
て配置されている。その形状は、図３（ｂ）に示すよう
な円形板であり、かつ、一定の角度に開いた扇形のスリ
ット１４を有している。又、フィルタ板１３は、図示省
略の回転軸によって、円形板の中心点まわりに自転動作
ができる。

【００２５】本実施例は以上の構成を有するため、０°
〜３６０°の角度範囲の散乱光を全て反射させると共
に、集光路上においてフィルタ板１３のスリット１４に
より特定の角度範囲の反射光のみを選択的に通過させる
ことができる。フィルタ板１３を自転動作させることに
より、選択的に通過させる反射光の角度範囲を任意に変
更することができる。光ファイバープローブを試料上で
走査させながら、フィルタ板１３を自転動作させること
もできる。

【００２６】従って本実施例においては、散乱光の異方
性もしくは角度依存性（散乱光が放射する方向又は放射
方向別の散乱光の強度分布）を検出することができる。
試料が等方性材料である場合、光ファイバープローブの
走査とフィルタ板１３の自転とを同期させることによ
り、試料形状を観察することもできる。試料形状が既知
である場合、その試料形状情報と照合して、散乱光の異
方性に係る情報を、試料の光学的異方性に基づくもの
と、試料形状に基づくものとに分離することができる。
更に、ブランク試料として等方性の平坦形状の試料を用
いることにより、プローブ開口部の異方性（光学的異方
性に影響を与えるプローブ開口部の形状又は特性）を検
査することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の走査型近接場光学顕微鏡の一般的構成を
概念化して示す図である。

【図２】従来の反射集光光学系近接場光学顕微鏡の一般
的構成の要部を概念化して示す図である。

【図３】本発明の実施例の要部を概念化して示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 光ファイバープローブ ３ 試料 ４ 近接場光 ５ 散乱光 １２ 反射鏡 １３ フィルタ板 １４ スリット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端部から近接場光を生じるプローブ
   と、前記近接場光と試料とのカップリングにより発生す
   る散乱光を反射集光する反射集光光学系とを備える走査
   型近接場光学顕微鏡において、 前記反射集光光学系は、０°〜３６０°の角度範囲で散
   乱光を反射集光する反射鏡と、前記反射鏡の集光路断面
   上に自転動作可能に配置され、前記自転動作によって任
   意の角度範囲の反射光を選択的に通過させ得るスリット
   を有するフィルタ板とを備えることを特徴とする走査型
   近接場光学顕微鏡。
2. 【請求項２】 先端部から近接場光を生じるプローブ
   と、前記近接場光と試料とのカップリングにより発生す
   る散乱光を反射集光する反射集光光学系とを備える走査
   型近接場光学顕微鏡を用い、 前記反射集光光学系において０°〜３６０°の角度範囲
   で散乱光を反射集光すると共に、その集光路上において
   任意の特定角度範囲の反射光を選択的に通過させること
   により、前記散乱光の角度依存性を検出することを特徴
   とする走査型近接場光学顕微鏡における散乱光の角度依
   存性の検出方法。