JP2010266452A - Scanning optical near-field microscope - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、走査型近接場光学顕微鏡に関し、特に、試料に近接したプローブを試料に対して相対的に走査し、試料とその近傍にあるプローブ先端に光に集中させ、プローブ先端近傍からの光を検出することにより試料の光学的特性を測定する走査型近接場光学顕微鏡に関するものである。 The present invention relates to a scanning near-field optical microscope, and in particular, scans a probe close to a sample relative to the sample, concentrates the light on the sample and the probe tip in the vicinity thereof, and emits light from the vicinity of the probe tip. The present invention relates to a scanning near-field optical microscope that measures the optical characteristics of a sample by detecting.
走査型近接場光学顕微鏡(以降、SNOM:Scanning Near−Field Optical 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。 A scanning near-field optical microscope (hereinafter referred to as SNOM: Scanning Near-Field Optical Microscope) is a probe having an opening at the tip having a diameter smaller than the wavelength of light, or a sharpened probe having a curvature smaller than the wavelength of light. This is a device for measuring optical information of a micro area of a sample by scanning a probe having a non-opening tip with a sample in the vicinity of the sample.
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)程度の分解能が得られる。そのため、より高い分解能での観察や測定ができる装置として、今後期待されているものである。 This scanning near-field optical microscope can obtain a resolution of the above-described aperture diameter or radius of curvature of the tip (up to several tens of nanometers) compared to an optical microscope whose resolution is limited by the diffraction limit. Therefore, it is expected in the future as a device capable of observation and measurement with higher resolution.
SNOMはプローブの種類によって大きく分けると、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、以下の通りである。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。 SNOMs can be broadly classified according to the type of probe, as described above, into an aperture type having an aperture and a non-aperture scattering type. The difference is as follows. The aperture type irradiates the sample with light through the aperture, or detects light from the sample through the aperture to obtain optical information of the sample. On the other hand, the scattering type scatters a local electric field generated on the sample surface by incident light from the outside with a sharpened probe tip and detects the scattered light to obtain optical information of the sample.
これらのタイプの中、光ファイバー等を用いた開口型のプローブで開口を通して試料からの光を検出するタイプの他は、プローブ先端を近接させた試料に何らかの手段で光を照射したときに発生する光を、通常の光学系で構成された集光光学系にて集光するようになっている。その動作を図5によって説明すると、以下のようになる。 Among these types, other than the type that detects light from the sample through the aperture with an aperture type probe using an optical fiber, etc., light generated when light is irradiated to the sample with the probe tip close by some means Is condensed by a condensing optical system composed of a normal optical system. The operation will be described below with reference to FIG.
図5は、プローブ先端が光学的に不透明な散乱型のSNOMである。プローブ先端2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 Microscope)の原理を用いるのが一般的である。これは、プローブ先端2が試料1に近づくとプローブ先端2と試料1との間に働く原子間力によってプローブ3が撓むことを利用し、常に一定の撓み量となるようにプローブ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。プローブ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。
FIG. 5 is a scattering SNOM whose probe tip is optically opaque. In order to maintain a constant distance between the
この他、加振器をプローブ3に付けてプローブ3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、プローブ先端2の振幅が試料1表面との距離で変化することを使って間隔制御を行うこともできる。
In addition, the vibration is attached to the
以上のように、プローブ先端2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6により試料台に取り付けたアクチュエーター26を作動させて試料1表面に略平行方向にラスタ走査を行う。
As described above, scanning is performed in a state where the
プローブ先端2への光の照射は、レーザー光等の光源16からの光を照射光学系23によってプローブ先端2付近に照射することで行う。
Light irradiation to the
光の照射により起きるプローブ先端2近傍からの散乱光を、集光レンズ7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先端2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。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、プローブ先端2径のオーダーにてその存在を表示することができる。
Scattered light from the vicinity of the
その他のタイプのSNOMとしては、プローブ先端2に微小開口が開いていてここから光を試料1に照射するもの等があり、また、試料1からの光の検出も上記の例のように試料1表面からの反射光を検出する反射型の他に、試料1を透過した光を検出する透過型等の種類が存在する。
As another type of SNOM, there is a type in which a minute opening is opened at the
通常、プローブ先端2の実質的な大きさは、使用する光の波長より十分小さいので、点光源とみなせるが、その分だけ散乱される光量は小さい。したがって、試料の他の部分からの散乱光等があると、S/N比等の測定の質を落としてしまう。そこで、点光源とみなし得るプローブ先端2からの散乱光のみを検出できるように、プローブ先端2と共役な場所にピンホール14のような小さな開口を置いて、不要な散乱光を遮光することが一般的に行われている。
Usually, the substantial size of the
以上のような従来のSNOMには以下のような問題がある。 The conventional SNOM as described above has the following problems.
すなわち、通常、ピンホール位置を固定した形で構成されているため、走査は試料を動かして行われる。ところが、アクチュエーター26で駆動される試料台だと、寸法や重量が大きな試料を載置することが難しい。
That is, since the pinhole position is usually fixed, the scanning is performed by moving the sample. However, in the case of a sample stage driven by the
また、仮に載置できたとしても、試料自体の寸法や重量が大きいと試料台を高速走査するのは難しい。 Even if the sample can be placed, it is difficult to scan the sample stage at a high speed if the size and weight of the sample itself are large.
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、寸法や重量が大きな試料を載置でき、また、このような試料を高速で走査することが可能な走査型近接場光学顕微鏡を提供することである。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and the object thereof is to place a sample having a large size and weight, and to scan such a sample at high speed. A scanning near-field optical microscope is provided.
上記の問題点を解決するために、本発明では、プローブのみを動かして走査するか、若しくは、試料を動かすとしても走査速度が遅くてもよい方向のみに走査するという方法を用いる。 In order to solve the above problems, the present invention uses a method in which only the probe is moved for scanning, or only the direction in which the scanning speed may be slow is used even if the sample is moved.
さらに、プローブを走査するため、プローブ先端近傍以外からの不要散乱光等をカットするための開口が常にプローブ先端位置と共役な位置にあるように装置を構成するものである。 Further, in order to scan the probe, the apparatus is configured such that the opening for cutting unnecessary scattered light from other than the vicinity of the probe tip is always in a conjugate position with the probe tip position.
したがって、本発明では、
プローブと、前記プローブの先端部を試料に近接して設置する手段と、前記試料と前記プローブ先端部を相対的に前記試料表面と略平行に走査させる手段と、光源と、前記光源からの光をプローブ先端部に集中させる光入射手段と、前記光入射手段により前記プローブの先端部と前記試料との間で生じた光を集光する集光光学手段とを持ち、前記集光光学手段からの光束を光検出手段によって検出して画像化する走査型近接場光学顕微鏡において、
さらに、前記集光光学手段による前記プローブ先端位置と略共役な位置に不要光除去のための開口を持っており、
かつ、前記集光光学手段には走査光学系が組み込まれ、前記プローブの位置変化に追従して集光することが可能に構成されていることを特徴とする走査型近接場光学顕微鏡。
Therefore, in the present invention,
A probe; means for placing the probe tip close to the sample; means for scanning the sample and the probe tip relatively parallel to the sample surface; a light source; and light from the light source Light condensing means for concentrating the light at the tip of the probe, and condensing optical means for condensing the light generated between the tip of the probe and the sample by the light incident means. In a scanning near-field optical microscope that detects and images the luminous flux of the
Furthermore, it has an opening for removing unnecessary light at a position substantially conjugate with the probe tip position by the condensing optical means,
In addition, the condensing optical means includes a scanning optical system, and is configured to be able to collect light following a change in the position of the probe.
若しくは、プローブと、前記プローブの先端部を試料に近接して設置する手段と、前記試料と前記プローブ先端部を相対的に前記試料表面と略平行に走査させる手段と、光源と、前記光源からの光をプローブ先端部に集中させる光入射手段と、前記光入射手段により前記プローブの先端部と前記試料との間で生じた光を集光する集光光学手段とを持ち、前記集光光学手段からの光束を光検出手段によって検出して画像化する走査型近接場光学顕微鏡において、
さらに、前記集光光学手段による前記プローブ先端位置と略共役な位置に不要光除去のための開口を持っており、
前記開口はスリットであり、前記スリットの向きは前記プローブの走査方向に沿っていることを特徴とする走査型近接場光学顕微鏡。
Alternatively, a probe, means for placing the probe tip close to the sample, means for scanning the sample and the probe tip relatively parallel to the sample surface, a light source, and the light source Light condensing means for concentrating the light at the tip of the probe, and condensing optical means for condensing the light generated between the tip of the probe and the sample by the light incident means. In the scanning near-field optical microscope that detects and images the light flux from the means by the light detection means,
Furthermore, it has an opening for removing unnecessary light at a position substantially conjugate with the probe tip position by the condensing optical means,
The scanning near-field optical microscope according to claim 1, wherein the opening is a slit, and the direction of the slit is along the scanning direction of the probe.
若しくは、プローブと、前記プローブの先端部を試料に近接して設置する手段と、前記試料と前記プローブ先端部を相対的に前記試料表面と略平行に走査させる手段と、光源と、前記光源からの光をプローブ先端部に集中させる光入射手段と、前記光入射手段により前記プローブの先端部と前記試料との間で生じた光を集光する集光光学手段とを持ち、前記集光光学手段からの光束を光検出手段によって検出して画像化する走査型近接場光学顕微鏡において、
さらに、前記集光光学手段による前記プローブ先端位置と略共役な位置に不要光除去のための開口を持っており、
前記開口は複数の開口からなることを特徴とする走査型近接場光学顕微鏡。
という構成をとることによって、前記目的を達成するものである。
Alternatively, a probe, means for placing the probe tip close to the sample, means for scanning the sample and the probe tip relatively parallel to the sample surface, a light source, and the light source Light condensing means for concentrating the light at the tip of the probe, and condensing optical means for condensing the light generated between the tip of the probe and the sample by the light incident means. In the scanning near-field optical microscope that detects and images the light flux from the means by the light detection means,
Furthermore, it has an opening for removing unnecessary light at a position substantially conjugate with the probe tip position by the condensing optical means,
2. The scanning near-field optical microscope according to claim 1, wherein the opening comprises a plurality of openings.
The above-described object is achieved by adopting the configuration described above.
以上の説明から明らかなように、本発明によると、寸法や重量が大きな試料に対しても対応でき、また、高速走査化が可能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, it is possible to provide a scanning near-field optical microscope that can cope with a sample having a large size and weight and can be scanned at high speed.
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。また、本発明の説明に本質的に関係ないと考えられる要素、例えば、プローブ3と試料1の間隔を測定する機構25等は、従来例の説明と同様であるということで詳細は省く。以下、実施例に基づいて説明する。
The features of the scanning near-field optical microscope of the present invention will be described below, and then the embodiments will be described with reference to the drawings. In the description relating to each drawing, the same reference numerals indicate elements having the same function. Also, elements that are considered to be essentially unrelated to the description of the present invention, such as the
(第1実施例)
図1に第1実施例について示す。第1実施例は、ガルバノスキャナーによる走査光学系を組み込んだ散乱型のSNOMの例である。SNOMの走査は、プローブ3を試料台5上の試料1表面に略平行な方向に動かすことによって行う。
(First embodiment)
FIG. 1 shows the first embodiment. The first embodiment is an example of a scattering type SNOM incorporating a scanning optical system by a galvano scanner. The SNOM scan is performed by moving the
入射光をプローブ先端2へ集光させるには次のようにする。すなわち、レーザー光源16からの光はハーフミラー12を反射し、ガルバノスキャナー11で偏向され、瞳投影レンズ10、ハーフミラー9を介して対物レンズ7により試料1近傍に置かれたプローブ先端2に集光される。
In order to collect the incident light on the
ガルバノスキャナー11は、動いているプローブ先端2に入射光が集光されるようにその角度が制御されるが、これはプローブ3を動かすアクチュエーター4の駆動信号に同期してガルバノスキャナー11が動くように、コントローラ6によって制御されているためである。
The angle of the galvano scanner 11 is controlled so that incident light is focused on the moving
入射光の位置制御方法は、例えば、試料1観察用のCCDカメラ19によってプローブ先端2位置を測り、その情報をフィードバックしてガルバノスキャナー11を制御するという方法をとることもできる。
As a method for controlling the position of the incident light, for example, the position of the
試料1の光学特性により光量等が変化したプローブ先端2近傍からの散乱光は、再び対物レンズ7で集光され、逆の光路をたどってハーフミラー12を透過後、検出レンズ13、ピンホール14を通って、光電子増倍管15によって検出されるが、微小開口であるピンホール14は対物レンズ7の像面と略共役にしてあるので、ピンホール14の開口径を適当な大きさにすることで、プローブ先端2近傍以外からの不要散乱光をカットすることができる。
Scattered light from the vicinity of the
光電子増倍管15の検出信号はコンピュータ17によって処理され、モニター18上で測定データとして表示される。
The detection signal of the
このようにして、本実施例のSNOMはプローブ3を走査するため、試料の寸法や重量に関係なく試料の観察や測定が可能となる。また、走査光学系を配置しているので、プローブ3を高速に走査させながら常にプローブ先端2に入射光(照明光)を照射することができる。この結果、高速走査による試料の観察あるいは測定が実現できる。また、走査光学系によりピンホール位置は常に一定であるので、従来と同じように散乱光を検出することができる。また、このピンホールによってプローブ先端2近傍からの散乱光のみを検出することができ、それ以外からの光をカットすることでS/N比の高い測定が可能になる。
Thus, since the SNOM of the present embodiment scans the
また、この実施例の構成だと、入射光学系(光源16から対物レンズ7まで)と集光光学系(対物レンズ7から光電子増倍管15まで)とが共通の光学系(対物レンズ7からハーフミラー12まで)で構成されている。そのため、例えば、光源からの光をプローブ先端へ導く調整を入射光学系で行えば、集光光学系の調整は、ピンホールと光電子増倍管の位置調整だけですむ。これは、従来のように入射光学系と集光光学系が別々になっている構成に比べて、非常に容易に調整できる。
In the configuration of this embodiment, the incident optical system (from the
また、本実施例の入射光学系と集光光学系の構成は、レーザー走査顕微鏡の走査系と同等であるので、プローブ3を外して測定することで、SNOMと排他的にレーザー顕微鏡とすることができる。そして、レーザー顕微鏡で測定した後で、試料はそのままでSNOMによってさらに微細な個所を測定するといった使い方が可能である。
In addition, since the configurations of the incident optical system and the condensing optical system of the present embodiment are the same as the scanning system of the laser scanning microscope, the laser microscope can be made exclusively of the SNOM by measuring with the
なお、本実施例では、説明を明快にするため、ガルバノスキャナー11を1台とし、プローブ3の走査方向を矢印で示す1方向のみしか図示していないが、スキャナーを2台とすることで、プローブ3の2次元方向への走査を可能にできることはもちろんである。また、ガルバノスキャナーの代わりに、ポリゴンミラーやAOD(音響光偏向素子)等を使用することもできる。
In this embodiment, for clarity of explanation, only one galvano scanner 11 is shown and the scanning direction of the
(第2実施例)
図2に第2実施例について示す。第2実施例は、集光光学系の像面位置にスリット20を置いた散乱型のSNOMであり、分光器21を設置し、分光測定が行えるような構成になっている。プローブ3は、スリット20に沿う方向に走査されるようになっている。
(Second embodiment)
FIG. 2 shows a second embodiment. The second embodiment is a scattering type SNOM in which a
走査は、走査速度の速い主走査方向にはプローブ3を動かし、それと略直交した副走査方向には試料1を走査することで行う。一般に、副走査方向への走査は主走査方向への走査の数十〜数百分の1程度の周期速度なので、両方向共に試料1を動かして走査する場合に比べて、走査の高速化が可能となる。
The scanning is performed by moving the
入射光としては、測定領域をカバーする程度を照明するように調整された入射光学系を使用する。これは光源16と照射レンズ23からなっており、試料1上へのスポットがプローブ3の走査領域程度になるよう照射レンズ23を選んである。
As the incident light, an incident optical system adjusted to illuminate the extent to cover the measurement region is used. This comprises a
光源16は、行う分光の種類によってハロゲンランプや水銀灯や複数の波長のレーザーを組み合わせたもの等や、ラマン分光の場合は、レーザー等の単色光源が使われる。
As the
試料1に入射した光は、プローブ先端2の存在によって散乱光となる。この散乱光は対物レンズ7にて集光され、結像レンズ8により結像面に置かれたスリット20を通り、分光器21にて分光される。分光された光は2次元検出器22上に符号221で示されるように照射され、分光データとして検出される。
The light incident on the sample 1 becomes scattered light due to the presence of the
ラマン分光の場合は、検出する光が入射光の波長に近く強度も非常に弱いため、入射光をカットするフィルターを2次元検出器22までの間に挿入して使用することが望ましい。
In the case of Raman spectroscopy, since the light to be detected is close to the wavelength of the incident light and the intensity is very weak, it is desirable to use a filter that cuts off the incident light between the two-
本実施例での特徴は、スリット20がプローブ3の走査方向に沿っているため、プローブ3の1走査分で得られる分光データがそのまま2次元検出器22上にて検出できることである。
A feature of the present embodiment is that since the
ここで、2次元検出器22にはCCD、CMOS等の撮像素子や、MCP(Multi Channel Plate)を組み合わせたもの等が使用できる。スリット20と2次元検出器の画素を使ってプローブ先端2からの散乱光以外の不要散乱光をカットすることで、S/N比を上げることが可能となる。
Here, the two-
検出した分光データは、コンピュータ17にて処理されてモニター18で表示される。
The detected spectral data is processed by the
ここでは、試料1を副走査方向に走査する例をあげたが、試料1を走査する代わりに、スリット20を走査することでも同様な効果を上げることができる。この場合、スリット20と分光器21との位置関係が多少変化するので、2次元検出器22上への照射光221の位置に影響が出るが、この影響はコンピュータ17上での処理で補正をかけることが可能である。
Here, an example in which the sample 1 is scanned in the sub-scanning direction has been described, but the same effect can be obtained by scanning the
スリット20の走査により、試料1の寸法、重量がかなり大きくなっても測定を行うことができるようになる。
By scanning the
なお、図2では、分光ができる構成であるが、分光器20を外してスリット20の上にラインセンサを置くこと等で通常の測定ももちろん可能である。
In FIG. 2, the configuration allows spectroscopic analysis, but it is of course possible to perform normal measurement by removing the
(第3実施例)
図3に第3実施例について示す。第3実施例は、プローブ3を走査する散乱型SNOMであって、集光光学手段の結像面に2次元の液晶ライトバルブのような空間光変調器を置いたものである。
(Third embodiment)
FIG. 3 shows a third embodiment. The third embodiment is a scattering-type SNOM that scans the
入射光は、光源16と照射レンズ23により測定範囲程度の大きさで入射され、プローブ先端2近傍からの散乱光は、対物レンズ7、結像レンズ8によって液晶ライトバルブ24上にスポットを結ぶ。液晶ライトバルブ24は任意の画素の透過率を変えることが可能である。本実施例では、プローブ先端2と共役な位置にある部分の画素の透過率を上げ、それ以外の画素の透過率を下げるようにして、プローブ先端2の動きに同期するよう制御され、あたかも微小開口がプローブ3の動きに同期して常にプローブ先端2と共役位置にあるように動いているかのようになっている。この制御は、プローブ3を駆動させるアクチュエーター4のコントローラ6によって制御することで行っている。
Incident light is incident on the liquid crystal
液晶ライトバルブ24を透過した光は、光電子増倍管15によって検出され、コンピュータ17によって処理された画像がモニター18上に表示される。
The light transmitted through the liquid crystal
一般に、不要散乱光を除去するための微小開口の大きさは対物レンズ7と結像レンズ8によってできるスポット径(エアリーディスク径)程度が用いられるが、実際は検出光量との兼ね合いでその大きさを変える必要が生ずることもある。また、対物レンズ7を他の対物レンズに交換すると、その仕様の差によって液晶ライトバルブ24上にできるスポットの大きさは変わる。
In general, the size of the minute aperture for removing unnecessary scattered light is about the spot diameter (Airy disk diameter) formed by the
これらに対応するため、透過率を上げる液晶ライトバルブ24の画素は、それに応じて1画素から複数の画素数を合わせ必要な大きさになるように、例えば2×2の画素を使う等、複数の数まで対応できるようすることで、より一般性を持たせることができる。この場合、画素の大きさは小さければ小さい程、様々な対応が可能になる。この場合、プローブ先端2は点光源とみなすことができるので、1つの画素の大きさは少なくとも集光光学系によるエアリーディスク径以下であることが、ノイズ除去のためには望ましい。
In order to cope with these, the number of pixels of the liquid crystal
(第4実施例)
図4に第4実施例について示す。第4実施例は、プローブ3を走査するSNOMであって、検出手段に2次元撮像素子22を用いたものである。図4(a)はカンチレバープローブ3を用いた開口型のSNOMであり、入射光学系に全反射プリズム27を用いて試料1上にエバネッセント波を起こすようにした例である。
(Fourth embodiment)
FIG. 4 shows a fourth embodiment. The fourth embodiment is a SNOM that scans the
入射光により生じたプローブ先端2の開口からの光は、対物レンズ7と結像レンス8によって2次元検出器22上にスポットを結ぶ。この2次元検出器22としては、CMOS型の撮像素子やMCPとCCDを組み合わせたもの等が用いられる。
Light from the opening of the
2次元検出器22はプローブ先端2の開口に対応する画素を検出するようになっており、そのため、例えばMCPとCCDを組み合わせたものでは、プローブ3を駆動するアクチュエーター4のコントローラ6によってMCPの各セルへのトリガが制御され、プローブ先端2の開口位置に相当するセルのみが光を増倍するようになっている。CMOS型の撮像素子を用いた場合には、プローブ先端2位置に対応する画素からの信号を検出するように、他の画素からの信号にはマスクをかけるようにすることで、同様な効果を持たすことができる。
The two-
第3実施例と同様に、結像光学系等の使用次第によって不要光を除去するための開口の大きさも変えた方がよいので、本実施例においても、プローブ先端2の開口位置に対応するセル若しくは画素の数は、コンピュータ17を通して変えられるようになっている。
As in the third embodiment, it is better to change the size of the opening for removing unnecessary light depending on the use of the imaging optical system or the like. In this embodiment as well, it corresponds to the opening position of the
以上の原理は、カンチレバープローブを用いたSNOMに限ったものではなく、例えば図4(b)のように、光ファイバー28を用いた開口プローブ3を用いた構成としても使用できる。この例では、プローブ先端2から光を射出し、試料1を通して検出する透過タイプのSNOMであり、他のタイプでも、前述したように、プローブ先端2の外部で光を検出するタイプであれば応用可能である。
The above principle is not limited to SNOM using a cantilever probe, and can be used as a configuration using an
以上、第1〜4実施例の本発明の実施の形態の各構成は、各種変形、変更が可能である。各実施例にて使用している光学素子も、実施例上で言及している機能があれば、他の素子でも代用可能である。 As described above, each configuration of the embodiment of the present invention in the first to fourth examples can be variously modified and changed. As long as the optical element used in each embodiment has a function mentioned in the embodiment, another element can be substituted.
また、入射光学手段として透過タイプ、反射タイプ等をあげたが、これらは各実施例に固有なものではなく、お互いに入れ替えが可能である。例えば第1実施例においては、入射光学手段は走査光学系を通してプローブ先端2を照射しているが、第2実施例以下のように、外部から入射させることや、プローブ走査によるプローブ先端2位置を検出する方法として、第1実施例で言及したように、光学観察用のCCDの像から位置を割り出す方法を、第2実施例以下の場合に用いることも可能である。
Further, although the transmission type, the reflection type, and the like are given as the incident optical means, these are not unique to each embodiment, and can be interchanged with each other. For example, in the first embodiment, the incident optical means irradiates the
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 scanning near-field optical microscope of the present invention can be configured as follows, for example.
〔1〕 プローブと、前記プローブの先端部を試料に近接して設置する手段と、前記試料と前記プローブ先端部を相対的に前記試料表面と略平行に走査させる手段と、光源と、前記光源からの光をプローブ先端部に集中させる光入射手段と、前記光入射手段により前記プローブの先端部と前記試料との間で生じた光を集光する集光光学手段とを持ち、前記集光光学手段からの光束を光検出手段によって検出して画像化する走査型近接場光学顕微鏡において、
さらに、前記集光光学手段による前記プローブ先端位置と略共役な位置に不要光除去のための開口を持っており、
かつ、前記集光光学手段には走査光学系が組み込まれ、前記プローブの位置変化に追従して集光することが可能に構成されていることを特徴とする走査型近接場光学顕微鏡。
[1] a probe, means for installing the tip of the probe close to the sample, means for causing the sample and the probe tip to scan relatively parallel to the sample surface, a light source, and the light source Light condensing means for concentrating light from the tip of the probe and condensing optical means for condensing light generated between the tip of the probe and the sample by the light incident means. In the scanning near-field optical microscope that detects and images the light flux from the optical means by the light detection means,
Furthermore, it has an opening for removing unnecessary light at a position substantially conjugate with the probe tip position by the condensing optical means,
In addition, the condensing optical means includes a scanning optical system, and is configured to be able to collect light following a change in the position of the probe.
〔2〕 前記光入射手段は、前記集光光学手段の一部を共用したことを特徴とする上記1記載の走査型近接場光学顕微鏡。 [2] The scanning near-field optical microscope as described in 1 above, wherein the light incident means shares part of the condensing optical means.
〔3〕 前記走査光学系は、前記集光光学手段の略瞳位置にて光束を偏向させることによって走査を行う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 as described in 1 or 2 above, wherein the scanning optical system performs scanning by deflecting a light beam at a substantially pupil position of the condensing optical means.
〔4〕 前記走査光学系は、前記不要光除去のための開口を走査することによって走査を行う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。 [4] The scanning near-field optical microscope as described in 1 or 2 above, wherein the scanning optical system performs scanning by scanning an opening for removing the unnecessary light.
〔5〕 プローブと、前記プローブの先端部を試料に近接して設置する手段と、前記試料と前記プローブ先端部を相対的に前記試料表面と略平行に走査させる手段と、光源と、前記光源からの光をプローブ先端部に集中させる光入射手段と、前記光入射手段により前記プローブの先端部と前記試料との間で生じた光を集光する集光光学手段とを持ち、前記集光光学手段からの光束を光検出手段によって検出して画像化する走査型近接場光学顕微鏡において、
さらに、前記集光光学手段による前記プローブ先端位置と略共役な位置に不要光除去のための開口を持っており、
前記開口はスリットであり、前記スリットの向きは前記プローブの走査方向に沿っていることを特徴とする走査型近接場光学顕微鏡
〔6〕 前記試料と前記プローブ先端部を相対的に前記試料表面と略平行に走査させる手段において、走査はラスター走査であり、前記プローブは1方向に走査し、前記試料は前記プローブと略垂直の方向に走査させ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。
[5] A probe, means for placing the probe tip near the sample, means for scanning the sample and the probe tip relatively parallel to the sample surface, a light source, and the light source Light condensing means for concentrating light from the tip of the probe and condensing optical means for condensing light generated between the tip of the probe and the sample by the light incident means. In the scanning near-field optical microscope that detects and images the light flux from the optical means by the light detection means,
Furthermore, it has an opening for removing unnecessary light at a position substantially conjugate with the probe tip position by the condensing optical means,
Scanning near-field optical microscope characterized in that the opening is a slit and the direction of the slit is along the scanning direction of the probe. [6] The sample and the probe tip are relatively positioned relative to the sample surface. 6. The scanning near field according to claim 5, wherein the scanning is a raster scan, the probe is scanned in one direction, and the sample is scanned in a direction substantially perpendicular to the probe. Optical microscope.
〔7〕 前記光検出手段には分光手段が含まれることを特徴とする上記5又は6記載の走査型近接場光学顕微鏡。 [7] The scanning near-field optical microscope as described in 5 or 6 above, wherein the light detecting means includes a spectroscopic means.
〔8〕 前記分光手段は、分光器と2次元センサーとを含む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 as described in [7], wherein the spectroscopic means includes a spectroscope and a two-dimensional sensor.
〔9〕 プローブと、前記プローブの先端部を試料に近接して設置する手段と、前記試料と前記プローブ先端部を相対的に前記試料表面と略平行に走査させる手段と、光源と、前記光源からの光をプローブ先端部に集中させる光入射手段と、前記光入射手段により前記プローブの先端部と前記試料との間で生じた光を集光する集光光学手段とを持ち、前記集光光学手段からの光束を光検出手段によって検出して画像化する走査型近接場光学顕微鏡において、
さらに、前記集光光学手段による前記プローブ先端位置と略共役な位置に不要光除去のための開口を持っており、
前記開口は複数の開口からなることを特徴とする走査型近接場光学顕微鏡。
[9] A probe, means for placing the probe tip near the sample, means for scanning the sample and the probe tip relatively parallel to the sample surface, a light source, and the light source Light condensing means for concentrating light from the tip of the probe and condensing optical means for condensing light generated between the tip of the probe and the sample by the light incident means. In the scanning near-field optical microscope that detects and images the light flux from the optical means by the light detection means,
Furthermore, it has an opening for removing unnecessary light at a position substantially conjugate with the probe tip position by the condensing optical means,
2. The scanning near-field optical microscope according to claim 1, wherein the opening comprises a plurality of openings.
〔10〕 前記複数の開口は開口アレイからなることを特徴とする上記9記載の走査型近接場光学顕微鏡。 [10] The scanning near-field optical microscope as described in 9 above, wherein the plurality of apertures are formed of an aperture array.
〔11〕 前記開口アレイは空間光変調器のアレイからなることを特徴とする上記9又は10記載の走査型近接場光学顕微鏡。 [11] The scanning near-field optical microscope as described in 9 or 10 above, wherein the aperture array comprises an array of spatial light modulators.
〔12〕 前記開口アレイは2次元撮像素子からなることを特徴とする上記9又は10記載の走査型近接場光学顕微鏡。 [12] The scanning near-field optical microscope as described in 9 or 10 above, wherein the aperture array comprises a two-dimensional image sensor.
〔13〕 前記開口の大きさは、前記集光光学手段によって定まるエアリーディスク径に収まる大きさであることを特徴とする上記9から12の何れか1項記載の走査型近接場光学顕微鏡。 [13] The scanning near-field optical microscope as described in any one of 9 to 12 above, wherein the size of the opening is a size that fits within an Airy disc diameter determined by the condensing optical means.
以上の説明から明らかなように、本発明によると、寸法や重量が大きな試料に対しても対応でき、また、高速走査化が可能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, it is possible to provide a scanning near-field optical microscope that can cope with a sample having a large size and weight and can be scanned at high speed.
1…試料
2…プローブ先端
3…プローブ
4…プローブ用アクチュエーター
5…試料台
6…コントローラ
7…集光レンズ
8…結像レンズ
9…ハーフミラー
10…瞳投影レンズ
11…ガルバノスキャナー
12…ハーフミラー
14…ピンホール
15…光電子増倍管
16…光源
17…コンピュータ
18…モニター
19…CCDカメラ
20…スリット
21…分光器
22…2次元検出器
23…照射光学系(照射レンズ)
24…液晶ライトバルブ
25…検出器
26…試料台アクチュエーター
27…全反射プリズム
28…光ファイバー
221…照射光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
24 ... Liquid crystal
Claims (9)
さらに、前記集光光学手段による前記プローブ先端位置と略共役な位置に不要光除去のための開口を持っており、
前記開口はスリットであり、前記スリットの向きは前記プローブの走査方向に沿っていることを特徴とする走査型近接場光学顕微鏡。 A probe; means for placing the probe tip close to the sample; means for scanning the sample and the probe tip relatively parallel to the sample surface; a light source; and light from the light source Light condensing means for concentrating the light at the tip of the probe, and condensing optical means for condensing the light generated between the tip of the probe and the sample by the light incident means. In a scanning near-field optical microscope that detects and images the luminous flux of the
Furthermore, it has an opening for removing unnecessary light at a position substantially conjugate with the probe tip position by the condensing optical means,
The scanning near-field optical microscope according to claim 1, wherein the opening is a slit, and the direction of the slit is along the scanning direction of the probe.
さらに、前記集光光学手段による前記プローブ先端位置と略共役な位置に不要光除去のための開口を持っており、
前記開口は複数の開口からなることを特徴とする走査型近接場光学顕微鏡。 A probe; means for placing the probe tip close to the sample; means for scanning the sample and the probe tip relatively parallel to the sample surface; a light source; and light from the light source Light condensing means for concentrating the light at the tip of the probe, and condensing optical means for condensing the light generated between the tip of the probe and the sample by the light incident means. In a scanning near-field optical microscope that detects and images the luminous flux of the
Furthermore, it has an opening for removing unnecessary light at a position substantially conjugate with the probe tip position by the condensing optical means,
2. The scanning near-field optical microscope according to claim 1, wherein the opening comprises a plurality of openings.
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