JP2009063410A - 近接場ファイバープローブ、及び近接場光学顕微鏡 - Google Patents

近接場ファイバープローブ、及び近接場光学顕微鏡 Download PDF

Info

Publication number
JP2009063410A
JP2009063410A JP2007231263A JP2007231263A JP2009063410A JP 2009063410 A JP2009063410 A JP 2009063410A JP 2007231263 A JP2007231263 A JP 2007231263A JP 2007231263 A JP2007231263 A JP 2007231263A JP 2009063410 A JP2009063410 A JP 2009063410A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
field
fiber probe
field fiber
sample
probe
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2007231263A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4929106B2 (ja
Inventor
Tsutomu Inoue
勉 井上
Fuminori Sato
文則 佐藤
Takahito Narita
貴人 成田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jasco Corp
Original Assignee
Jasco Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jasco Corp filed Critical Jasco Corp
Priority to JP2007231263A priority Critical patent/JP4929106B2/ja
Publication of JP2009063410A publication Critical patent/JP2009063410A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4929106B2 publication Critical patent/JP4929106B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

【課題】本発明の目的は、汎用性の向上を図ることのできる近接場ファイバープローブを提供することにある。
【解決手段】試料32を近接場測定する際に用いられる近接場ファイバープローブ14において、光ファイバーの長さをショート化したショートプローブを用いたことを特徴とする近接場ファイバープローブ14。
【選択図】図1

Description

本発明は近接場ファイバープローブ及び近接場光学顕微鏡、特にそのプローブ機構の改良に関する。
一般的な顕微鏡は、試料に対し非接触、非破壊で微細極小部位の観察が行える。さらに、分光分析器等を接続することにより、観察対象の形状、構造のみでなく、その成分等まで分析を行うことも可能であり、各種の分野で応用が行なわれている。
しかしながら、一般的な光学顕微鏡は、光の波長より小さなものは、観察することができず、その分解能には限界がある。
一方、電子顕微鏡等では、分解能は大きく向上させることができるものの、大気中、あるいは溶液中での動作は極めて困難であり、電子顕微鏡等の高分解能顕微鏡は、特に生体試料を扱う分野では、必ずしも満足のゆくものではなかった。
これに対し、近年、一般的な光学顕微鏡、あるいは電子顕微鏡等とは異なる原理に基づく、近接場光学顕微鏡が開発され、その応用が期待されている。
近接場光学顕微鏡は、光ファイバーの先端を先鋭化し、該光ファイバー先端に微小開口部を持つ近接場ファイバープローブを近接場光発生のため、あるいは試料からの近接場光集光のために用いている(例えば、特許文献1参照)。
例えば近接場光学顕微鏡では、近接場ファイバープローブ端面から近接場ファイバープローブ内部に光を入れると、波長以下の光スポット(近接場光)を近接場ファイバープローブ先端に発生する。近接場ファイバープローブ先端に発生した近接場光を試料に当てて、近接場光と試料との相互作用の結果の光信号を近接場ファイバープローブにより集光する。近接場ファイバープローブにより集光された光信号を分光検出することにより、光の波長以下の高い空間分解能にて、試料のスペクトル情報を得ることができる。
また、近接場光学顕微鏡では、近接場ファイバープローブ先端と試料表面間の距離が一定となるように試料ステージを制御しており、その制御量から試料表面の凹凸情報を得ることができる。
特開2001−194287号公報
しかしながら、前記近接場光学顕微鏡にあっても、試料からの光信号を観測することができないことがあったものの、従来は、これを解決することのできる適切な技術が存在しなかった。
また、従来は、試料からの光信号を観測することができない原因も不明であった。
したがって、この種の分野では、試料等に対する汎用性の向上が強く望まれていたが、従来は、試料からの光信号を観測することができない原因も不明であったため、汎用性の向上を図ることのできる適切な技術も存在しなかった。
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、汎用性の向上を図ることのできる近接場ファイバープローブ及び近接場光学顕微鏡を提供することにある。
本発明者らが前記課題について鋭意検討を重ねた結果、近接場ファイバープローブの長さをショート化することによりはじめて、従来、不明であった、試料からの光信号を観測することができなかった原因が、試料が近接場光に応答していないのでなく、試料は近接場光に応答しているが、試料からの光信号が光ファイバー自身のバックグラウンド信号に埋もれていたことにあることを突き止めた。
このような発見の結果、本発明者らは、従来、観測が困難であった試料からの光信号を観測するためには、光ファイバーの長さを短くすることにより、光ファイバーからのバックグラウンド信号の発生そのものを減らすことが極めて有効であるとの発見に至り、本発明を完成するに至った。
すなわち、前記目的を達成するために本発明にかかる近接場ファイバープローブは、試料を近接場測定する際に用いられる近接場ファイバープローブにおいて、光ファイバーの長さをショート化したショートプローブを用いることを特徴とする。
なお、本発明において、前記ショートプローブの長さは7mm以下が好ましい。
また、前記目的を達成するために本発明にかかる近接場光学顕微鏡は、近接場ファイバープローブ先端に発生した近接場光と試料表面との相互作用の結果の光信号を検出する近接場光学顕微鏡において、光出射手段と、近接場ファイバープローブと、対物レンズと、ホルダと、分光検出手段と、距離制御手段と、を備えることを特徴とする。
ここで、前記光出射手段は、前記近接場ファイバープローブ先端に近接場光を発生するための励起光を出射する。
また、前記近接場ファイバープローブは、光ファイバーの長さをショート化したショートプローブを用いたものとする。
前記対物レンズは、前記光出射手段からの励起光を前記近接場ファイバープローブ端面に集光し、該近接場ファイバープローブ内に入れるためのものとする。
前記ホルダは、前記対物レンズと試料間の光路に前記近接場ファイバープローブが配置されるように、該近接場ファイバープローブの側部を保持する。
前記分光検出手段は、前記近接場ファイバープローブ先端に発生した近接場光と試料表面との相互作用の結果の光信号を分光検出する。
前記距離制御手段は、前記試料表面と近接場ファイバープローブ先端間の距離が一定となるように、前記試料表面と近接場ファイバープローブ先端間の距離を制御する。
なお、本発明においては、加振手段と、シアフォース検出手段と、を備えることが好適である。
ここで、前記加振手段は、前記近接場ファイバープローブ側部に設けられ、該近接場ファイバープローブを該近接場ファイバープローブの共振周波数で加振する。
また、前記シアフォース検出手段は、前記近接場ファイバープローブ先端の振動振幅を検出する。
そして、前記距離制御手段により、前記シアフォース検出手段により検出された振動振幅が一定となるように、前記試料表面と近接場ファイバープローブ先端間の距離を制御する。
また、本発明においては、プローブ切替手段を備えることが好適である。
ここで、前記プローブ切替手段は、前記近接場測定の際は、前記試料と対物レンズ間の光路に前記近接場ファイバープローブが横方向から挿入され、顕微測定の際は、該試料と対物レンズ間の光路から該近接場ファイバープローブが横方向から退避するように、該近接場ファイバープローブの挿入又は退避を切り替える。
そして、前記距離制御手段により、前記近接場測定の際は、前記対物レンズの焦点が前記近接場ファイバープローブ端面に位置し、前記顕微測定の際は、該対物レンズの焦点が前記試料表面に位置するように、前記試料と前記対物レンズ間の距離を、前記近接場ファイバープローブの長さ分だけ、切り替える。
また、本発明においては、光ファイバーの長さをショート化した近接場ファイバープローブを用いて、前記試料として、ダイヤモンドを近接場測定することが好適である。
なお、本発明においては、試料として、前記ダイヤモンド以外に、従来、近接場測定が極めて困難であった試料、つまり励起波長に対して蛍光波長が近い試料の近接場測定を行うことができる。
本発明にかかる近接場ファイバープローブによれば、光ファイバーをショート化したショートプローブを用いることとした。
この結果、本発明においては、近接場測定性能の向上を図ることができるので、試料に対する汎用性の向上を図ることができる。
また、本発明においては、ショートプローブの長さを7mm以下とすることにより、近接場測定性能の向上を確実に図ることができるので、試料に対する汎用性の更なる向上を図ることができる。
本発明にかかる近接場光学顕微鏡によれば、光ファイバーをショート化した近接場ファイバープローブを備えることとした。
この結果、本発明においては、近接場測定性能の向上を図ることができるので、試料に対する汎用性の向上を図ることができる。
また、本発明においては、光ファイバーをショート化した近接場ファイバープローブを用いることにより、一台で顕微測定と近接場測定とを切り替えて行うことができるので、汎用性の更なる向上を図ることができる。
また、本発明においては、光ファイバーをショート化した近接場ファイバープローブを用いてダイヤモンドを測定することにより、従来、観測が困難であったダイヤモンドの近接場光との相互作用の結果の光信号を確実に観測することができるので、試料に対する汎用性の更なる向上を図ることができる。
以下、図面に基づき本発明の好適な一実施形態について説明する。
図1には本発明の一実施形態にかかる近接場光学顕微鏡の概略構成が示されている。
なお、本実施形態では、ショートプローブの採用により、一台の近接場光学顕微鏡で顕微測定と近接場測定とを切り替えて行う例について説明する。
同図に示す近接場光学顕微鏡10は、レーザ(光出射手段)12と、近接場ファイバープローブ14と、対物レンズ16と、ホルダ18と、分光検出手段20と、加振手段22と、シアフォース検出手段24と、距離制御手段26と、コンピュータ28とを備える。
ここで、レーザ12は、近接場ファイバープローブ14の先端に、近接場光(励起光)を発生するためレーザ光30を出射する。
また、近接場ファイバープローブ14は、光ファイバーの長さを7mmにショート化したショートプローブを用いたものとする。近接場ファイバープローブ14は、光ファイバーの先端が先鋭化され、該光ファイバー先端に微小開口部を持つ。近接場ファイバープローブ14は、その先端及び微小開口部を除き、金属コートされている。
対物レンズ16は、レーザ12からのレーザ光30を近接場ファイバープローブ14の端面に集光し、近接場ファイバープローブ14内に入れるためのものとする。
ホルダ18は、対物レンズ16と試料32間の光路に、近接場ファイバープローブ14が配置されるように、近接場ファイバープローブ14の側部を保持する。
分光検出手段20は、近接場ファイバープローブ14、対物レンズ16を介して集光された、近接場ファイバープローブ14の先端に発生した近接場光と試料32表面との相互作用の結果の光信号34を分光検出する。
加振手段22は、近接場ファイバープローブ14の側部に設けられ、近接場ファイバープローブ14を近接場ファイバープローブ14の共振周波数で加振しており、近接場ファイバープローブ14の上端面は実質的に振動せず、近接場ファイバープローブ14の先端のみが振動する。
また、シアフォース検出手段24は、近接場ファイバープローブ14先端の振動振幅を検出する。
距離制御手段26は、シアフォース検出手段24により検出された振動振幅が一定となるように、試料ステージ36の上下動を制御している。
試料ステージ36は、位置補正PZT38、粗動XYZステージ40に取り付けられている。位置補正PZT38、粗動XYZステージ40は、距離制御手段26に接続されている。試料ステージ36は、試料32の、試料32表面と水平なXY方向への移動、試料32表面と垂直なZ方向への移動を行う。試料32の移動は、粗動XYZステージ40による試料ステージ36の比較的大きな移動と、位置補正PZT38による試料ステージ36の微動とを適切に切り替えて行う。
本実施形態にかかる近接場光学顕微鏡10は概略以上のように構成され、以下にその作用について説明する。
レーザ12からのレーザ光30は、対物レンズ16により、近接場ファイバープローブ14の端面に集光し、近接場ファイバープローブ14の内部に入り、近接場ファイバープローブ14の先端に近接場光を発生する。近接場ファイバープローブ14の先端に発生した近接場光を、試料32表面に近づけると、試料32表面では近接場光による発光(光信号34)が起こる。この光信号34を近接場ファイバープローブ14の先端から集光する。この集光された光信号34は近接場ファイバープローブ14の元の方向へと進み、対物レンズ16を介して、分光検出手段20に至り、分光検出される。この結果、コンピュータ28は、近接場光励起による、試料32のラマン発光等のスペクトル情報を得ることができる。
また、コンピュータ28は、前記近接場分光と同時に、試料32表面と近接場ファイバープローブ14先端間の距離が一定となるように、試料ステージ36の上下動を制御しており、その制御量から試料32表面の凹凸情報を得ることもできる。
(1)ショートプローブ
ここで、本実施形態においては、従来の近接場ファイバープローブの長さに比較し、近接場ファイバープローブの長さを極端に短くしている。例えば、従来の近接場ファイバープローブは全長が約1mであった、これに対し、本実施形態においては、図2に示されるように近接場ファイバープローブ14の全長を7mmとしている。
この結果、本実施形態においては、従来の近接場ファイバープローブに比較し、近接場ファイバープローブ14自身からのバックグランド光の発生を大幅に抑制することができるので、従来、観測が困難であった、試料よりの光信号を確実に観測することができる。したがって、本実施形態においては、試料に対する汎用性の向上を図ることができる。
すなわち、近接場ファイバープローブは、光ファイバーから作られていることから、光の結合や取り回しが簡便である、且つ外部光学系を簡素化できるなど、これまで近接場光発生素子として実用上重要な役割を果たしていた。
しかしながら、従来の近接場ファイバープローブでは、分光測定をする場合などにファイバー自身からの発光がバックグラウンド信号となり、試料からの信号に大きな影響をもたらしているのも事実であった。これは光をカップリングした際にファイバー自身が試料と化してしまうためであり、長さに比例して発光強度が増加してしまう。
このような発見に基づき、本実施形態においては、従来の近接場ファイバープローブの長さに比較し、近接場ファイバープローブの長さを極端に短くしている。
(2)顕微測定と近接場測定との切替
また、従来、近接場測定に必要なプレ測定を行うためには、プレ測定専用の装置を近接場光学顕微鏡とは別に用意していた。そして、これらの装置の間で、試料を移動して、プレ測定と近接場測定とを行っていた。
これに対し、本実施形態においては、ショート化した近接場ファイバープローブの採用により、一台で、顕微測定と近接場測定とを切り替えて行うことができるので、汎用性の向上を図ることができる。
すなわち、本実施形態においては、プローブ切替手段42を備える。
プローブ切替手段42は、例えばスライドレール式であり、近接場測定の際、試料32と対物レンズ16間の光路に近接場ファイバープローブ14が横方向から挿入され、顕微測定の際、試料32と対物レンズ16間の光路から近接場ファイバープローブ14が横方向から退避するように、近接場ファイバープローブ14の挿入又は退避を切り替える。
そして、距離制御手段26、XYZ粗動ステージ38により、近接場測定の際、対物レンズ16の焦点が近接場ファイバープローブ14端面に位置し、顕微測定の際、対物レンズ16の焦点が試料32表面に位置するように、試料32と対物レンズ16間の高さ方向距離を、近接場ファイバープローブ14の長さ分だけ、切り替える。
すなわち、プレ測定として顕微測定を行う際は、図3(A)に示されるように、プローブ切替手段42によるホルダ18のスライドにより、試料32と対物レンズ16間の光路から、近接場ファイバープローブ14が図中、左方に退避する。粗動XYZステージ40による試料ステージ36の上下動により、対物レンズ16の焦点が試料32表面に位置するように、試料32と対物レンズ16間の高さ方向距離が、近接場測定時に比較し近接場ファイバープローブ14の分だけ短く調節される。同図(A)に示されるような状態で、対物レンズ16等により、試料32の顕微測定が行われる。
また、近接場測定の際は、同図(B)に示されるように、粗動XYZステージ40による試料ステージ36の上下動により、対物レンズ16の焦点が近接場ファイバープローブ14の端面に位置するように、試料32と対物レンズ16間の距離が近接場ファイバープローブ14の長さ分だけ長く調節される。また、プローブ切替手段42によるホルダ18の右方へのスライドにより、試料32と対物レンズ16間の光路に、近接場ファイバープローブ14が横方向から挿入される。同図(B)に示されるような状態で、近接場ファイバープローブ14、対物レンズ16等により、試料32の近接場測定が行われる。
このように本実施形態においては、試料32のXY方向位置(横方向)を動かすことなく、Z方向位置(高さ方向位置)を近接場ファイバープローブ14の長さ分(7mm)だけ動かすのみで、試料32の顕微測定したところを、確実に近接場測定することができるので、汎用性の向上が図られる。
したがって、本実施形態においては、ショート化した近接場ファイバープローブ14の採用により、顕微測定から近接場測定に切り替えることができるので、ミクロン領域からナノ領域までの測定を、一台の近接場光学顕微鏡10で実行することができる。
なお、本実施形態のようなショート化した近接場ファイバープローブ14、対物レンズ16という構成は、下記の発見に基づきはじめて得られる構成である。
すなわち、試料とプローブ間距離の一定制御には、種々の制御方法があるが、シアフォース制御が代表的なものであり、シアフォース制御を考慮して、近接場測定のための構成を考える必要がある。
シアフォース制御ではプローブに加振手段を設け、プローブをプローブの共振周波数で加振している。このため、通常は、プローブ端面も振動しており、振動しているプローブ端面のコアに、対物レンズからの光を集光して入れるのは非常に困難であり、十分な光量が得られないので、近接場測定を行うため、本発明のようなショートプローブ、対物レンズの組合せは避けるのが技術常識である。
しかしながら、本発明者らは、このような技術常識に反して、近接場ファイバープローブの先端14aは、試料32と近接場ファイバープローブ14間距離の一定制御に必要な揺れ幅を確保するが、近接場ファイバープローブ14の端面14bは実質的に揺れず、また、近接場ファイバープローブ14の端面14bが揺れても、その揺れ幅は対物レンズ16の焦点が近接場ファイバープローブ14の端面14bのコアの範囲内で動いているので、対物レンズ16より近接場ファイバーファイバ14内への光量の確保は十分であり、また、光量の変動に一切影響がないことを見付け出した。
すなわち、本発明者らによれば、同図(C)に示されるように、近接場ファイバープローブ14の端面14bのコア44に対物レンズの焦点46が常に位置しており、ショート化した近接場ファイバープローブ14、対物レンズ16等により、近接場測定を確実に行うことができる。
このような発見の結果、近接場測定のための対物レンズとショートプローブとの組合せの採用に至った。
また、カンチレバーにおいても、カンチレバー背面に光を照射している。これは、カンチレバーが振動していることを前提にしており、カンチレバーレバー先端の振動振幅を増幅して検出するために光を照射している。
これに対し、本実施形態においては、従来、振動していると考えられていた近接場ファイバープローブの端面が、実質的には振動していないことを突き止めた結果に基づき、対物レンズよりの光を近接場ファイバープローブ端面に集光して、近接場ファイバープローブ内部に入れており、カンチレバーとは光の照射の意味が違う。
実験結果
(1)バックグラウンドの比較結果
図4には本実施形態にかかる近接場ファイバープローブ(7mm)を用いた場合と、従来の近接場ファイバープローブ(1m)を用いた場合とのバックグラウンドスペクトルの比較結果が示されている。
この結果、本実施形態を示す同図Iは、従来例を示す同図IIに比較し、バックグランド信号はおよそ1/100に低減した。これは、本実施形態にかかる近接場ファイバープローブにより、従来の近接場ファイバープローブではバックグラウンド信号によって試料からの信号が観測できなかったアプリケーションに対して観測できる可能性を示した。
(2)ダイヤモンドの近接場測定結果
従来、ダイヤモンドの近接場ラマンスペクトルの観測は困難であったが、図5には実際に本実施形態にかかる近接場ファイバープローブを通して観測されたダイヤモンドの近接場ラマンスペクトルが示されている。なお、同図Iは露光時間10秒の場合のダイヤモンド信号、同図IIは露光時間60秒の場合のダイヤモンド信号である。
同図より明らかなように、露光時間10秒を示す同図Iに比較し、露光時間60秒の場合を示す同図IIのように、露光時間を長くすると、ダイヤモンド信号の強度も上がった。
(3)ダイヤモンドの顕微測定結果
図6には従来の近接場ファイバープローブを用いた場合のバックグランド信号と、顕微測定で得られたダイヤモンドのラマンスペクトル信号とが示されている。
同図より明らかなように、従来の近接場ファイバープローブを用いた場合、バックグランド信号(同図I)の方が、ダイヤモンド信号(同図II)より大きいため、近接場測定ではいくら露光時間を長くしても、同図IIに示すダイヤモンド信号を観測することができない。これは、露光時間を長くすると、同図Iに示すバックグランド信号も一緒に増加してしまうためと考えられる。
(4)顕微測定結果の比較
図7には、本実施形態にかかる近接場ファイバープローブ及び従来の近接場ファイバープローブを用いた場合の、バックグランド信号と、顕微測定で得られたダイヤモンドのラマンスペクトル信号とが示されている。
同図より明らかなように、本実施形態でのバックグラウンド信号を示す同図Iは、従来でのバックグラウンド信号を示す同図IIに比較し、同図IIIに示すダイヤモンド信号に対して、ほぼゼロに位置している。このため、本実施形態では、露光(時間)を長くしても、バックグラウンド信号は増加しないため、前記図5に示したダイヤモンド信号を観測することができる。
変形例
(1)距離制御
なお、前記構成では、試料と近接場ファイバープローブ間の距離制御に、シアフォース制御を用いた例について説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、他の距離制御、例えば近接場ファイバープローブを加振することなく、近接場光と試料表面との相互作用の結果の光の強度が一定となるように、試料と近接場ファイバープローブ間の距離を制御することもできる。
(2)プローブ切替手段
また、前記構成では、プローブ切替手段42として、スライドレール式のものを用いた例について説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、例えば図8に示されるような取付機構を用いることも好ましい。なお、同図(A)は近接場ファイバープローブ14を退避する際の説明図、同図(B)は近接場ファイバープローブ14を挿入する際の説明図である。
同図に示すプローブ切替手段42は、取付機構50を含む。取付機構50は、溝部52が設けられている。取付機構50の溝部52は、磁石により、近接場ファイバープローブ14付きホルダ18の着脱を行うためのものとする。
すなわち、同図(A)に示されるように、顕微測定の際は、取付機構50の溝部52からプローブ14付きホルダ18を、磁石によるワンタッチで、取り外すことで、対物レンズと試料間の光路から、近接場ファイバープローブ14の退避を行うことができる。
また、同図(B)に示されるように、近接場測定の際は、取付機構50の溝部52にプローブ14付きホルダ18を、磁石によるワンタッチで、差し込むことで、レンズと試料間の光路に、近接場ファイバープローブ14を挿入することができる。
このように本実施形態においては、プローブ切替手段42として、取付機構50を用いることにより、構成の簡素化が図られている。また、磁石によるワンタッチで、近接場ファイバープローブ14付きホルダ18の着脱が行えるので、対物レンズと試料間の光路に対する、近接場ファイバープローブ14の挿入又は退避の切り替えが容易に行える。
この結果、本実施形態においては、近接場ファイバープローブ14の取付時のストレス、準備時間が大幅に減少される。
(3)試料
前記構成では、試料として、ダイヤモンドを測定した例について説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、従来、近接場測定が極めて困難であった試料、つまり励起波長に対して近い発光波長を持つ試料の近接場測定を行うことができる。
すなわち、従来、蛍光ビーズは、吸収波長領域と蛍光波長領域が非常に近いため、測定が困難であった。この場合、励起波長に対して蛍光波長が近いというのは、ファイバーのコアから発生するラマン信号(特にバックグランド光)の領域に試料の信号が重なることを意味する。さらに、蛍光試料は測定中に退色(フォトブリーティング)してしまうため、強励起にする事もできなかった。したがって、吸収波長領域と蛍光波長領域が非常に近い試料に関しては、励起強度を抑えた測定の中で、しかもバックグランド光の大きい領域で測定をしなければならず、余計、その測定を難しくしていた。
これに対し、本実施形態においては、ショート化された近接場ファイバープローブの採用により、従来、極めて困難であった試料、つまり励起波長に対して近い発光波長を持つ試料の近接場測定を行うことができるようになった。
図9〜10には、弱励起にした上で、本実施形態のショート化近接場ファイバープローブを用いて、蛍光ビーズからの信号を捕らえた結果が示されている。
なお、図9(A)は蛍光ビーズを顕微測定して得られたポト像の結果であり、同図(B)は同図(A)に示した試料部位を近接場測定して得られた蛍光像の結果である。
また、図10(A)はシアフォース制御(SFON)時のバックグランド信号(BG)及び前記図9に示した試料部位からの信号の結果、及びシアフォース非制御(SFOFF)時のバックグランド信号の結果であり、同図(B)は、これらの差スペクトル信号である。蛍光ビーズとしては、540nm(吸収帯)/560nm(蛍光帯)を持つものを用いた。蛍光測定としては、532nm励起で560nmの蛍光スペクトルを取得した。
これらの図より明らかなように、本実施形態においては、ショート化された近接場ファイバープローブの採用により、微弱な蛍光ビーズからの信号が確実に捕らえられている。これは、近接場ファイバープローブによるバックグラウンド光がショート化のため劇的に低減したためである。
本発明の一実施形態にかかる近接場光学顕微鏡の概略構成の説明図である。 本発明の一実施形態にかかる近接場光学顕微鏡において特徴的な近接場ファイバープローブ及び対物レンズの説明図である。 本発明の一実施形態にかかる近接場光学顕微鏡において特徴的な顕微測定と近接場測定との切替機構の説明図である。 本発明の一実施形態にかかる近接場ファイバープローブ及び従来の近接場ファイバープローブを用いた場合のバックグランド信号の比較説明図である。 本発明の一実施形態にかかる近接場ファイバープローブを用いた場合のダイヤモンドの近接場ラマンスペクトル信号の説明図である。 従来の近接場ファイバープローブを用いた場合のバックグランド信号に対するダイヤモンド信号の説明図である。 本発明の一実施形態にかかる近接場ファイバープローブ及び従来の近接場ファイバープローブを用いた場合の、バックグランド信号に対するダイヤモンド信号の比較説明図である。 図3に示したプローブ切替機構の変形例である。 本発明の一実施形態にかかる近接場ファイバープローブを用いて得られた蛍光ビーズのトポ像及び蛍光像の測定結果である。 本発明の一実施形態にかかる近接場ファイバープローブを用いて得られた蛍光スペクトルの測定結果である。
符号の説明
10 近接場光学顕微鏡
12 レーザ(光出射手段)
14 近接場ファイバープローブ
16 対物レンズ
18 ホルダ
20 分光検出手段
22 加振手段
24 シアフォース検出手段
26 距離制御手段
36 試料ステージ
38 位置補正PZT
40 粗動XYZステージ
42 プローブ切替手段

Claims (6)

  1. 試料を近接場測定する際に用いられる近接場ファイバープローブにおいて、
    光ファイバーの長さをショート化したショートプローブを用いたことを特徴とする近接場ファイバープローブ。
  2. 請求項1記載の近接場ファイバープローブにおいて、
    前記ショートプローブの長さを7mm以下としたことを特徴とする近接場ファイバープローブ。
  3. 近接場ファイバープローブ先端に発生した近接場光と試料表面との相互作用の結果の光信号を検出する近接場光学顕微鏡において、
    前記近接場ファイバープローブ先端に近接場光を発生するための励起光を出射する光出射手段と、
    光ファイバーの長さをショート化したショートプローブを用いた近接場ファイバープローブと、
    前記光出射手段からの励起光を前記近接場ファイバープローブ端面に集光し、該近接場ファイバープローブ内に入れるための対物レンズと、
    前記対物レンズと試料間の光路に前記近接場ファイバープローブが配置されるように、該近接場ファイバープローブの側部を保持するホルダと、
    前記近接場ファイバープローブ先端に発生した近接場光と試料表面との相互作用の結果の光信号を分光検出する分光検出手段と、
    前記試料表面と近接場ファイバープローブ先端間の距離が一定となるように、前記試料表面と近接場ファイバープローブ先端間の距離を制御する距離制御手段と、
    を備えたことを特徴とする近接場光学顕微鏡。
  4. 請求項3記載の近接場光学顕微鏡において、
    前記近接場ファイバープローブ側部に設けられ、該近接場ファイバープローブを該近接場ファイバープローブの共振周波数で加振する加振手段と、
    前記近接場ファイバープローブ先端の振動振幅を検出するシアフォース検出手段と、
    を備え、前記距離制御手段は、前記シアフォース検出手段により検出された振動振幅が一定となるように、前記試料表面と近接場ファイバープローブ先端間の距離を制御することを特徴とする近接場光学顕微鏡。
  5. 請求項3又は4記載の近接場光学顕微鏡において、
    前記近接場測定の際は、前記試料と対物レンズ間の光路に前記近接場ファイバープローブが横方向から挿入され、顕微測定の際は、該試料と対物レンズ間の光路から該近接場ファイバープローブが横方向から退避するように、該近接場ファイバープローブの挿入又は退避を切り替えるプローブ切替手段を備え、
    前記距離制御手段により、前記近接場測定の際は、前記対物レンズの焦点が前記近接場ファイバープローブ端面に位置し、前記顕微測定の際は、該対物レンズの焦点が前記試料表面に位置するように、前記試料と前記対物レンズ間の距離を、前記近接場ファイバープローブの長さ分だけ、切り替えることを特徴とする近接場光学顕微鏡。
  6. 請求項3〜5のいずれかに記載の近接場光学顕微鏡において、
    前記試料としてダイヤモンドを近接場測定することを特徴とする近接場光学顕微鏡。
JP2007231263A 2007-09-06 2007-09-06 近接場ファイバープローブ、及び近接場光学顕微鏡 Active JP4929106B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007231263A JP4929106B2 (ja) 2007-09-06 2007-09-06 近接場ファイバープローブ、及び近接場光学顕微鏡

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007231263A JP4929106B2 (ja) 2007-09-06 2007-09-06 近接場ファイバープローブ、及び近接場光学顕微鏡

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009063410A true JP2009063410A (ja) 2009-03-26
JP4929106B2 JP4929106B2 (ja) 2012-05-09

Family

ID=40558110

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007231263A Active JP4929106B2 (ja) 2007-09-06 2007-09-06 近接場ファイバープローブ、及び近接場光学顕微鏡

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4929106B2 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102072972A (zh) * 2010-11-25 2011-05-25 中山大学 近场扫描光学显微镜耦合透过效率优化系统及其优化方法
JP2016080494A (ja) * 2014-10-16 2016-05-16 日本分光株式会社 近接場測定方法および近接場光学顕微鏡

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0510872A (ja) * 1991-07-01 1993-01-19 Canon Inc 顕微赤外atr測定装置
JPH05203879A (ja) * 1992-01-27 1993-08-13 Nikon Corp 反射共振型近接場走査型顕微鏡
JPH1010042A (ja) * 1996-06-21 1998-01-16 Shimadzu Corp 赤外顕微鏡
JPH10325792A (ja) * 1997-05-23 1998-12-08 Shimadzu Corp 赤外顕微鏡
JPH116838A (ja) * 1997-04-23 1999-01-12 Seiko Instr Inc 光プローブおよび光プローブ製造方法および走査型プローブ顕微鏡
JP2001014716A (ja) * 1999-06-30 2001-01-19 Ricoh Co Ltd ファイバープローブ
JP2001074631A (ja) * 1999-09-02 2001-03-23 Ricoh Co Ltd ファイバープローブ
JP2001194287A (ja) * 2000-01-13 2001-07-19 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 光ファイバープローブ評価方法、光ファイバープローブ評価装置、近接場光学顕微鏡、及び近接場光加工装置
JP2005156385A (ja) * 2003-11-27 2005-06-16 Shimadzu Corp 赤外顕微鏡及びその測定位置確定方法
JP2005214745A (ja) * 2004-01-28 2005-08-11 Japan Science & Technology Agency 近接場光学顕微鏡
JP2007156033A (ja) * 2005-12-02 2007-06-21 Ricoh Co Ltd 光ファイバープローブおよび検査方法および検査装置

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0510872A (ja) * 1991-07-01 1993-01-19 Canon Inc 顕微赤外atr測定装置
JPH05203879A (ja) * 1992-01-27 1993-08-13 Nikon Corp 反射共振型近接場走査型顕微鏡
JPH1010042A (ja) * 1996-06-21 1998-01-16 Shimadzu Corp 赤外顕微鏡
JPH116838A (ja) * 1997-04-23 1999-01-12 Seiko Instr Inc 光プローブおよび光プローブ製造方法および走査型プローブ顕微鏡
JPH10325792A (ja) * 1997-05-23 1998-12-08 Shimadzu Corp 赤外顕微鏡
JP2001014716A (ja) * 1999-06-30 2001-01-19 Ricoh Co Ltd ファイバープローブ
JP2001074631A (ja) * 1999-09-02 2001-03-23 Ricoh Co Ltd ファイバープローブ
JP2001194287A (ja) * 2000-01-13 2001-07-19 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 光ファイバープローブ評価方法、光ファイバープローブ評価装置、近接場光学顕微鏡、及び近接場光加工装置
JP2005156385A (ja) * 2003-11-27 2005-06-16 Shimadzu Corp 赤外顕微鏡及びその測定位置確定方法
JP2005214745A (ja) * 2004-01-28 2005-08-11 Japan Science & Technology Agency 近接場光学顕微鏡
JP2007156033A (ja) * 2005-12-02 2007-06-21 Ricoh Co Ltd 光ファイバープローブおよび検査方法および検査装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102072972A (zh) * 2010-11-25 2011-05-25 中山大学 近场扫描光学显微镜耦合透过效率优化系统及其优化方法
CN102072972B (zh) * 2010-11-25 2013-09-18 中山大学 近场扫描光学显微镜耦合透过效率优化系统
JP2016080494A (ja) * 2014-10-16 2016-05-16 日本分光株式会社 近接場測定方法および近接場光学顕微鏡

Also Published As

Publication number Publication date
JP4929106B2 (ja) 2012-05-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5292128B2 (ja) 走査プローブ顕微鏡およびこれを用いた試料の観察方法
JP5216509B2 (ja) 走査プローブ顕微鏡およびこれを用いた試料の観察方法
JP5828359B2 (ja) ラマン共鳴の機械的検出
JP5033609B2 (ja) 走査プローブ顕微鏡およびこれを用いた試料の観察方法
KR102363211B1 (ko) 집적 회로들의 광학적 나노프로빙
JP2005535878A (ja) 走査型無開口蛍光顕微鏡のための改良された方法およびシステム
EP1370839A1 (en) Apertureless near-field scanning raman microscopy using reflection scattering geometry
JP2012524373A (ja) 電子顕微鏡における光学的プロービング
JP6949573B2 (ja) 近接場走査プローブ顕微鏡、走査プローブ顕微鏡用プローブおよび試料観察方法
US9063168B2 (en) Scanning probe microscope and measurement method using same
JP4929106B2 (ja) 近接場ファイバープローブ、及び近接場光学顕微鏡
JP4498081B2 (ja) 散乱型近接場顕微鏡およびその測定方法
JP4754363B2 (ja) 走査型プローブ顕微鏡
JP2007322396A (ja) 透過型電子顕微鏡と近接場光学顕微鏡の複合型顕微鏡
JP2006215004A (ja) 近接場光顕微鏡、近接場光による試料測定方法
JP4361221B2 (ja) 走査型近接場顕微鏡におけるイルミネーション反射モードの測定方法
JP4448534B2 (ja) 走査型プローブ顕微鏡
JP2006038774A (ja) 近接場光評価装置
JP5538852B2 (ja) 近接場光学顕微鏡
JP2006052965A (ja) 共鳴ラマン散乱測定による分析方法
JP5262937B2 (ja) 走査型プローブ光電子収量分光顕微法および走査型プローブ光電子収量分光顕微鏡
Ge et al. Optimization and Artifacts of Photothermal Excitation of Microresonators
KR100636011B1 (ko) 결함 검출장치
JP2004309429A (ja) 走査型プローブ顕微鏡
JP2014059273A (ja) 近接場散乱光測定装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090807

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110721

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110802

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111003

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120207

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120213

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150217

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4929106

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250