JP2014507663A - 統合型顕微鏡ならびに関連する方法および装置 - Google Patents

Abstract

ある実施例は、光学的鏡検ハードウェアと統合された走査型プローブ鏡検（ＳＰＭ）ハードウェアを含む統合型顕微鏡を含み、他の実施例は、関連する方法および装置を含む。

Description

関連出願への相互参照
この出願は２０１１年２月２３日に提出された、米国仮出願番号第６１／４４５，６６８号の恩恵を主張する。上記の出願の内容の全体を、ここに引用により援用する。

連邦政府に委託された研究または開発に関する声明
この発明は、契約番号ＦＡ９５５０−１１−Ｃ−００２５の下で米国政府の支援でなされた。米国政府は、この発明に、ある権利を有する。

技術分野
この開示は、一般に、顕微鏡使用技術および装置に関し、特定的には、走査型プローブ顕微鏡法および設備に関する。

背景
走査型プローブ顕微鏡法（ＳＰＭ）は、プローブとサンプル材料との間における相互作用を監視することによってサンプル材料を分析するために科学者が用いる技術である。例えば、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）は、片持ちされたプローブの先端と材料表面との間において、ともに、該表面に対して垂直であるかまたは接線に接点において垂直であり、かつ該表面に対して平行であるかまたは側方にある、引力および斥力を測定する。プローブの先端が材料の表面を横切って走査しているとき、そのような力はプローブの先端の位置の関数として画像の形式で示すことが可能である。

ラマン分光法は、光束をサンプル材料表面上に向けることにより、下にある原子の非弾性的な配座変化を誘導して、照射された光束から失われた（または得られた）のと同じエネルギの光子を原子に放たせる技術である。光子は波長に従ってＣＣＤ画面上に分散され得、ラマンスペクトルを形成するが、それは、サンプルにいかなる種類の原子結合が存在するかに基いた特有のピークを有する。ラマン分光法の空間分解能は、焦点の大きさにおおよそ等しく、それは波長の約半分である。

先端増強ラマン分光法（ＴＥＲＳ）は、光をＳＰＭプローブ先端とサンプル材料との間の接点に集束させ、そこでは、強い界増強が、接点から出て来る光子信号を増幅する、という技術である。これは、結果として、より大きな空間分解能を生じさせ、なぜならば、制限的要因が、共焦限界ではなく、プローブ頂端直径であるからである。

簡単な概要
１つの例示的実施例は、光学的鏡検ハードウェアと統合された走査型プローブ鏡検（ＳＰＭ）ハードウェアを含む統合型顕微鏡を含み、他の実施例は、関連する方法および装置を含む。

図面の簡単な説明
この開示の開示された実施例の１つ以上の特徴および利点は、添付の図面を参照して、例示的実施例の以下の詳細な記載および特許請求の範囲から当業者には明らかになる。

顕微鏡の例示的実施例の概略図である。 図１の顕微鏡に対応する例示的ハードウェアの斜視図である。 図１の顕微鏡に対応する例示的ハードウェアの立面図である。 図２および図３に示されるハードウェアのペリスコープ塔の断片的な透視図である。 別の実現例に従うペリスコープ塔の一部の断片的な斜視図である。 図２および図３に示されるハードウェアの走査塔の断片的な斜視図である。 例示的実施例に従う図１の顕微鏡の走査ヘッドを示す、図４に示される走査塔の一部の断片的な断面図である。 別の例示的実施例に従う図１の顕微鏡の走査ヘッドの、拡大された、断片的な透視断面図である。 図１の顕微鏡の反射照明経路および反射集光経路の概略図である。 例示的実施例に従う図１の顕微鏡の走査ヘッドの拡大した断片的な断面図である。 １つ以上の開示された方法を実行するために図１の顕微鏡と通信にあってもよい例示的電算装置の概略図である。

詳細な記載
概して、顕微鏡、関連する使用方法、および装置を、１つ以上の例示的実施例を用いて記載する。例示的実施例は、走査型プローブ鏡検環境でのそれらの使用を参照して記載される。しかしながら、この記載が進むにつれ、この発明が多くのさまざまな適用例に役立ち、多くの実施例で実現されてもよいことが、十分に理解される。

具体的に図面を参照して、図１は、光学的鏡検技術を実行するように、および／または走査型プローブ鏡検（ＳＰＭ）技術を容易にするかもしくは補うように用いられてもよい光学的鏡検ハードウェア１２と、さらに、光学的鏡検ハードウェア１２と統合されるＳＰＭハードウェア１４とを含む顕微鏡１０の例示的実施例を概略的に示す。例えば、光学的鏡検ハードウェア１２は周辺光学素子１６を含み、ＳＰＭハードウェアは周辺光学素子１６内に配置されたＳＰＭ走査ヘッド１８を含む。光学的鏡検技術は遠視野光学的顕微鏡法を含んでもよく、ＳＰＭ技術は共焦点形および近視野光学的ＳＰＭ技術を含んでもよい。

ＳＰＭハードウェア１４は、周辺光学素子１６内に懸架するＳＰＭ走査ヘッド１８と、周辺光学素子１６より下に配置され、周辺光学素子１６内において調査中の材料を支持するためのＳＰＭ走査段２０とを含んでもよい。ＳＰＭ走査ヘッド１８は、片持ちされたプローブヘッド、音叉プローブヘッド、または任意の他の好適な種類のＳＰＭ走査ヘッドを含んでもよい。ＳＰＭ走査段２０は、Ｘ−Ｙ段、Ｘ−Ｙ−Ｚ段、または任意の他の好適な種類のＳＰＭ走査段を含んでもよい。一例においては、ＳＰＭ走査段２０は、ウィスコンシン州（WI）マディソン（Madison）のマッド・シティ・ラブズ（Mad City Labs）から入手可能なナノＬＰナノポジショナ（Nano-LP nanopositioner）であってもよい。ＳＰＭ走査段２０およびＳＰＭ走査ヘッド１８は、例えば圧電素子など、１つ以上のナノポジショナ、および／または任意の他の好適なナノ位置決め装置を含んでもよい。

光学的鏡検ハードウェアは光束源２２を含んでもよい。例えば、光束源２２は、光束を起こして放つ源２４、ならびに／または源２４の光学的に下流にあり、源２４から光束を受け、光束を処理し、処理された光束を下流に伝達してもよいモード変換および光束拡大（ＭＣＢＥ）モジュール２８を含んでもよい。以下により詳細に記載されるように、光学的鏡検ハードウェア１２は、さらに、任意の好適な分析のために、任意の好適な技術に従って、上流のＭＣＢＥモジュール２８から光束を受け、調査中の材料に光束を伝達し、材料から反射された光を伝達し、反射光を集光するために、さまざまな他の光学素子を含んでもよい。

例えば、技術および分析は、分光法および／または結像を含んでもよい。分光法の例は、共焦点ラマン分光法、赤外吸収／消光分光法、および／または蛍光／フォトルミネセンス分光法を含む。結像の例は、共焦原子間力顕微鏡法（ＡＦＭ）および走査トンネル顕微鏡法を含む。他の例は、先端増強ラマン分光法（ＴＥＲＳ）を含む近視野光学的ＳＰＭ技術および分析、ならびに／または無アパーチャ近視野走査光学的顕微鏡法（ａ−ＮＳＯＭ）を含む。任意の他の好適な光学的ならびに／またはＳＰＭ技術および／もしくは分析を用いてもよい。顕微鏡１０は、１つのプラットフォーム上に多くの技術の組合せを可能にしてもよく、透明および／または不透明なサンプル材料の調査を行う多用性を有してもよく、さまざまな技術の最も効果的な使用を考慮するようにプローブ先端および／またはサンプル材料に対して十分な自由度を与えてもよい。

光源２４はレーザを含んでもよい。源２４は、例えば、可視〜中赤外線スペクトルにおいて入射光を与える光束を起こして放つ任意の好適な装置を含んでもよい。

ＭＣＢＥモジュール２８は、源２４から受けた光束の１つ以上の質を改善するように用いられてもよい。例えば、ＭＣＢＥモジュール２８は、例えば３〜６ｍｍの直径の相対的に小さな直径の、および／または非一様な強度の、直線偏光された入力光束を受けてもよい。したがって、ＭＣＢＥモジュール２８は、その光束を処理して、例えば透過モード照明のための４〜６ｍｍの直径および反射モード照明のための１５〜２０ｍｍの直径の、拡大された直径の、ラジアル偏光された、ならびに／または空間的にフィルタ処理された出力光束を生じさせてもよい。ラジアル偏光された光は、周辺光学素子１６内においてＳＰＭ走査ヘッド１８によって光の消光を最小限にするように与えられてもよい。ＭＣＢＥモジュール２８は、入口アパーチャ３０と、第１の整列絞り３２と、第２の整列絞り３３と、絞り３２の下流に位置し、光束を直線偏光されたモードからラジアル偏光されたモードに変換するモード変換器３４とを含んでもよい。モード変換器３４は、第１および第２の整列絞り３２、３３を用いて、モード変換器３４の位置が光束と整列されることを可能にするように、移動されてもよい。ＭＣＢＥモジュール２８は、さらに、モード変換器３４の下流に位置し、偏光を光学的に下流方向に伝達する第１のオフ軸放物面鏡３６（例えば３０度）と、鏡３６の下流のピンホールアパーチャ３８と、ピンホールアパーチャ３８の下流に位置し、偏光を光学的に下流方向にさらに伝達する第２のオフ軸放物面鏡４０（例えば３０度）とを含んでもよい。ＭＣＢＥモジュール３０は、さらに、鏡４０の下流の第１の進路鏡４２と、第１の進路鏡４２の下流の第２の進路鏡４４と、第２の進路鏡の下流に位置し、光束を所望のサイズに拡大する反射型光束拡大器４６と、出口アパーチャ４８とを含んでもよい。拡大器４６は赤外線光をともなう使用に対して好適であってもよい。

具体的な例が示されたが、光束源２２は、ＳＰＭ／光学的な統合された顕微鏡法との使用に対して好適な光束を起こして放つように任意の他の好適な装置を含んでもよい。さらに、上に記載されたＭＣＢＥモジュール２８のさまざまな要素のいくつかまたはすべてを別個のモジュールに組入れる必要はなく、それらは、独立型の要素であり得、または他のモジュール、サブモジュールなどに組入れることがある。

他の光学素子は、ＭＣＢＥモジュール２８の光学的下流において、上流のＭＣＢＥモジュール２８から光束を受け、光束を進路付け、進路付けされた光束を下流に伝達するために、光束進路付けモジュール５０を含んでもよい。光束進路付けモジュール５０は、ＭＣＢＥモジュール２８から出力光束を受けてもよく、周辺光学素子１６内に光束を精密に整列させる目的で光束を進路付けてもよい。光束進路付けモジュール５０は、ＭＣＢＥモジュール２８から光束を受ける入口アパーチャ５２と、入口アパーチャ５２の下流に位置し、入口光束を進路付ける第１の進路鏡５４と、鏡５４の下流に位置し、光束をさらに進路付ける第２の進路鏡５６とを含んでもよい。光束進路付けモジュール５０は、さらに、伝達モード中の光束の収集のための第１の集光鏡５８と、鏡５８の下流の集光光学素子またはコレクタ６０と、コレクタ６０の下流の出口アパーチャ６２とを含んでもよい。鏡５８はダイクロイックミラーを含んでもよく、コレクタ６０は、分析のために、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、電荷結合素子（ＣＣＤ）などのような、１つ以上の光センサまたは結像センサ６１への伝達のための光ファイバー出力を含む光ファイバーコレクタであってもよい。上に記載されたさまざまな要素のいくつかまたはすべてを別個のモジュールに組入れる必要はなく、それらは、独立型の要素であり得、または他のモジュール、サブモジュールなどに組入れることがある。

他の光学素子は、さらに、周辺光学素子１６、および以下の光学素子の１つまたはそれより多くを含んでもよい。光学素子６４は、周辺光学素子の第１の側、例えば光学素子１６より下に配置されてもよい。ここに以下に記載されるように、光学素子６４はＺ軸に沿って可動またはナノ位置決め可能であってもよい。光学素子６４は透過型対物レンズを含んでもよく、それは、合焦可能なレンズを含んでもよい。別の光学素子６６は、周辺光学素子１６の第２の側、例えば周辺光学素子１６より上に配置されてもよい。光学素子６６は、反射型対物鏡、例えばオフ軸放物面鏡または任意の他の好適な反射型光学素子を含んでもよい。照明モード鏡６８は、周辺光学素子１６の第１の側において、第２の進路鏡５６の光学的に下流において、透過型対物レンズ６４の上流の第１の側または透過照明経路において、配置されてもよい。鏡６８は、顕微鏡１０の透過照明モードにおいては光学素子６４と光伝達状態あってもよく、顕微鏡１０の反射照明モードにおいてはそのような伝達から脱し得てもよい。照明モード鏡６８は、第１の側または透過集光経路において第１の集光鏡５８の光学的に上流に配置されてもよい。第１のペリスコープ鏡７０は、第２の側の照明経路において照明モード鏡６８の光学的に下流に配置されてもよく、第２のペリスコープ鏡７２は、反射照明モードのために反射型光学素子１６との光伝達において第２の側の照明経路に沿って第１のペリスコープ鏡７０の光学的に下流に配置されてもよい。第１のペリスコープ鏡７０は、その反射面に沿って延在し、かつ第２の側の照明経路に垂直な軸Ａのまわりを旋回可能であってもよい。第２のペリスコープ鏡７２は第２の側の照明経路に沿って並進可能であってもよい。第２の集光鏡７４が反射モード中の光束の集光のために第２の側または反射集光経路に配置されてもよく、反射型光学素子６６は周辺光学素子１６と第２の集光鏡７４との光学的に間に配置されてもよい。第３の集光鏡７６が第２の集光鏡７４との下流の光伝達において反射集光経路に配置されてもよく、第２のコレクタ７８が鏡７４および７６の下流に配置されてもよい。鏡７４はダイクロイックミラーを含んでもよく、コレクタ７８は、分析のために、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、電荷結合素子（ＣＣＤ）などのような、１つ以上の光センサまたは結像センサ７９への伝達のための光ファイバー出力を含んでもよい。

顕微鏡１０のさまざまな実施例によれば、顕微鏡１０を用いる１つ以上の方法が、１つ以上の動作モードに従って実行されてもよい。例えば、顕微鏡１０は、透明材料上に集束するかまたは透明材料を観察するために透過照明モードに従って、および透明材料または不透明な材料の少なくとも１つ上に集束するかまたはそれ（ら）を観察するために反射照明モードに従って、動作されてもよい。より具体的には、光束源２２は任意の好適な態様において活性化されてもよく、光束は光束進路付けモジュール５０によって進路付けられてもよい。照明モード鏡６８は、動作可能な場所に位置決めされ、透過型照明モードに従って用いられて、光束を第１の側の照明経路に沿って向けて、調査中の材料の第１の側を照明するか、または反射型照明モードに従ってその動作可能な場所から取除かれて、光束をペリスコープ光学素子を通して第２の側の照明経路に沿って向けて、調査中の材料の第２の側を照明してもよい。

別の例においては、顕微鏡１０は、第１の側の照明経路を活性化し、同時に、第１および第２の側の集光経路を活性化することを含む、デュアルまたは複数集光モードに従って動作されてもよい。より具体的には、集光経路は、任意の好適な態様において、例えば調査中の材料から反射またはそれを通して透過された光を集光するためにコレクタ６０および７８を活性化することによって、活性化されてもよい。デュアル集光モードは、透明な基板を観察するときに実行されてもよい。例えば、照明モード鏡６８は、鏡５６と対物レンズ６４との間の、およびそれらとの光伝達において、図１に示されるように置かれてもよい。

ここで図２を参照して、顕微鏡１０のための例示的ハードウェアが１つの例示的実現例に従って示される。顕微鏡１０は、ＭＣＢＥモジュール２８、光束進路付けモジュール５０、ペリスコープ塔８０、および走査塔８２を含んでもよい。ＭＣＢＥモジュール２８は、頂部が開いた箱またはフレーム２７と、透明であってもよい、フレーム２７のためのカバー２９とを含んでもよいハウジングを含んでもよい。ハウジングは入口アパーチャおよび出口アパーチャ３０、４８を含んでもよい。同様に、光束進路付けモジュール５０は、頂部が開いた箱またはフレーム４９と、透明であってもよい、フレーム４９のためのカバー５１とを含んでもよいハウジングを含んでもよい。ハウジングは、入口アパーチャおよび出口アパーチャ５２、６２を含み、アパーチャ５３および６３を通過してもよい。塔８０、８２は、以下に、より詳細に記載される。

ペリスコープ塔８０は、第２の側の照明経路に沿って光束を受け、光束を走査塔８２に伝達し、走査塔８２から第２の側の集光経路に沿って伝達された反射光を受けてもよい。ペリスコープ塔８０は、旋回可能な鏡７０、並進可能な鏡７２、第２の集光鏡７４、および第３の集光鏡７６を担持してもよい。

図３および図４を参照して、ペリスコープ塔８０は、塔基部８４と、基部８４に旋回可能に結合されてもよく、直立材８７を含んでもよいフレーム８６と、直立材８７に任意の好適な態様において結合されてもよいフレーム基部８９を含んでもよい第１のレベル８８と、第１のレベル８８より上にあり、任意の好適な態様において、直立材８７に、およびそれら直立材間に結合されてもよい第２のレベル部材または板９１を含んでもよい第２のレベル９０とを含んでもよい。塔８０は、さらに、塔基部８４の下から塔基部８４を支持してもよい取付板８１を含んでもよい。第１のペリスコープ鏡７０は、第１のレベル８８で任意の好適な態様においてフレーム８６によって担持されてもよく、反射面を有する。第１のペリスコープ鏡７０の反射面に沿って、かつ第２の側の照明経路を横断して延在する軸Ａのまわりを塔基部８４に関して旋回可能であってもよいフレーム基部８９。例えば、塔８０は、塔基部８９に結合されてもよい軸受ブロック９２と、フレーム基部８４に結合された対応する軸受ブロック９４と、鏡７０のいずれもの側でそれぞれの軸受ブロック間において軸Ａに沿って延在するシャフト９６とを含んでもよい。

第２のペリスコープ鏡７２は、第２のレベルにおいてフレーム８６によって担持されてもよく、ある方向に、第１のペリスコープ鏡７０に向かって、およびそれから遠ざかるように、フレーム８６に可動に結合されて、第２の側の照明経路に沿って並進可能であってもよい。例えば、塔８０は、フレーム８６の一部に結合された線形のスライド９８と、第２のペリスコープ鏡７２を担持し、線形のスライド９８に摺動可能に結合された鏡支持体１００とを含んでもよい。さらに、マイクロポジショナ１０２が、フレーム８６の別の部分に、例えば継手１０３によって板９１に結合されてもよく、アクチュエータ１０４が鏡支持体１００に結合されて、第２のペリスコープ鏡７２の動きを調整してもよい。マイクロポジショナ１０２はマイクロメートルバレルを含んでもよい。

図４を参照して、ペリスコープ塔８０は、さらに、軸Ａの一方の側においてフレーム８６の一部に調整力をかけるためのフレーム旋回軸アジャスタ１０６と、軸Ａの別の側においてフレーム８６の別の部分に付勢力をかけるための予荷重部１０８とを含んでもよい。したがって、塔８０の残りの光学素子が第１のペリスコープ鏡７０への調整とともに調整されるように、フレーム８６の旋回は容易に調整されてもよい。フレーム旋回軸アジャスタ１０６は、支持体１１０と、支持体１１０と一体であるかまたはそれに結合されてもよい、内部がねじ切りされた部材１１２と、内部がねじ切りされた部材１１２にねじ筋を介して受けられる、外部がねじ切りされた部材１１４と、外部がねじ切りされた部材１１４と一体であるかまたはそれに結合されてもよい球状の係合部材１１６と、外部がねじ切りされた部材１１４と一体であるかまたはそれに結合されてもよい停止カラー部１１８とを含んでもよい。球状の係合部材１１６を係合するために、別個のウェアプレート１２０がフレーム８６の基部８９に結合されてもよい。

１つの実現例においては、予荷重部１０８は、取付板８１において、例えばそこに端ぐりされた通路に担持されてもよいスリーブ１２２と、スリーブ１２２において担持され、旋回可能なフレーム基部８９の下面と係合のために塔基部８４において通路を通って延在しヘッド１２６で終端するシャフト１２４を含んでもよいプランジャとを含んでもよい。予荷重部１０８は、さらに、プランジャのヘッド１２６より下に配置された座金１２８と、取付板８１とフレーム基部８９との間に配置され、座金１２８と係合されてフレーム基部８９に付勢力をかけるためのばね１３０とを含んでもよい。予荷重部１０８は、さらに、または代りに、任意の他の種類のばね、および／もしくはばねとプランジャとの構成、または軸Ａのまわりでフレーム８６に力をかける任意の他の好適な装置を含んでもよい。

別の実現例においては、図４Ａを参照して、予荷重部１０８’が、取付板８１に（または塔基部８４に）および旋回可能なフレーム基部８９に結合された引張ばね１３０’を含み、軸Ａのアジャスタ１０６と反対の側においてフレーム基部８９に付勢力をかけてもよい。例えば、ばね１３０’は、板８１の底面で対応するレリーフに位置してもよい取付け部材１２２’に結合される一方の端部と、基部８９の頂部表面において対応するレリーフに位置してもよい別の取付け部材１２４’に結合される別の端部とを含んでもよい。予荷重部１０８’は、図４Ａにおいて示されるように塔のいずれの側にも位置してもよい。

図３を参照して、ペリスコープ塔８０は、さらに、第１および第２のレベル８８、９０間に配置され、直立材８７に、およびそれら直立材間に任意の好適な態様において結合された第３のレベル部材または板１３１を含んでもよい、フレーム８６の第３のレベル１３０を含んでもよい。第１の集光鏡７４はフレーム８６によって第２のレベル９０で担持されてもよく、第２の集光鏡７６および第２のコレクタ７８はフレーム８６によって第３のレベル１３０で担持されてもよい。例えば、鏡７６は板１３１によって担持されてもよく、コレクタ７８は直立材８７の１つによって担持されてもよい。

顕微鏡１０は、さらに、光束を、源２２から直接的に、またはペリスコープ塔８０を介して間接的に受け、調査中の材料から反射された光を集光し、反射光を伝達し、ＳＰＭを材料上で行うように用いられてもよい走査塔８２を含んでもよい。走査塔８２は、調査中の材料、周辺光学素子１６、ＳＰＭハードウェア１４、透過型対物レンズ６４、および反射型光学素子６６、および可動照明モード鏡６８を担持してもよい。

図３および図５を参照して、塔８２は、基部１４４、および基部１４４より上に支持され、透過型対物レンズ６４（図１）を担持する透過型対物レンズレベル１４６を含んでもよく、透過型対物レンズ６４は、Ｚ軸に沿って調整可能であってもよく、ナノ位置決め可能な光学装置１４８の一部であってもよい。図５において示されるように、装置１４８は、長手方向軸（Ｚ軸）を有するハウジング１５０、およびハウジング１５０に配置され、長手方向軸に沿って可動なスライダ１５２を含んでもよい。図３において示されるように、ハウジング板１５１を、ハウジング１５０に、アパーチャ（図示せず）上を、その一方の側において結合して、スライダ１５２に付勢力をかけてもよい。複数個のナノポジショナ、例えば圧電素子１５４が、ハウジング１５０およびスライダ１５２の表面間（および板１５１とスライダ１５２との間）に配置されて、スライダ１５２をハウジング１５０に関して移動させてもよい。したがって、スライダ、圧電素子およびハウジングは大きなＰＡＮモータ構築物であってもよい。光学素子６４はスライダ１５２によって任意の好適な態様において担持されてもよい。例えば、光学素子６４の後部部分は、スライダ１５２の横断するように延在するフランジ１５６の凹部内に導かれてもよく、対応するスライダフランジ１５６に固定、溶接、固着などされてもよい。光学素子６４は、合焦可能レンズ、例えば１００ｘ倍率および１．４ＮＡの、微分干渉コントラストをともなうＺＥＩＳＳ ＰＬＡＮ−ＡＰＯＣＨＲＯＭＡＴを含んでもよい。

塔８２は、さらに、透過型対物レンズレベル１４６より上に支持され、周辺光学素子１６およびＳＰＭ走査ヘッド１８を担持する統合レベル１５８を含んでもよく、ヘッド１８は、周辺光学素子１６内に配置され、Ｚ軸に沿って調整可能であり、周辺光学素子１６の近焦点に位置決めすることが可能である先端をともなうＳＰＭプローブ１６０を有する。

塔８２は、さらに、統合レベル１５８より上に支持され、反射型光学素子６６を担持する反射型光学素子レベル１６２、および透過型対物レンズレベル１４６と統合レベル１５８との間に支持され、Ｚ軸に沿って調整可能なＳＰＭ走査段２０を担持するスキャナ段レベル１６４を含んでもよい。周辺光学素子１６は、周辺光学素子１６の下側端部と走査段２０の上側表面との間に空間がある状態で、統合レベル１５８からスキャナ段レベル１６４に向かって延在してもよい。

塔８２は、さらに、透過型対物レンズレベル１４６とスキャナ段レベル１６４との間に配置され、スキャナ段レベル１６４を支持するスキャナ調整レベル１６６を含んでもよい。スキャナ調整レベル１６６は軸方向調整部材１６８を含んでもよい。図３を参照して、調整レベル駆動列１７０を軸方向調整部材１６８に結合して、スキャナ段レベル１６４にＺ軸に沿って動きを与えてもよい。駆動列１７０は、モータ１７２、およびモータ１７２に結合されるウォーム駆動ギヤ１７４を含んでもよく、ウォーム駆動ギヤ１７４は、駆動ギヤ１７４と噛み合い、例えば部材または板１４７を介してレベル１４６によって回転自在に担持されるウォーム被駆動ギヤ１７６を含む。調整シャフト１７８は被駆動ギヤ１７６に固定されてもよく、対応する内部がねじ切りされた部分を含んでもよい軸方向調整部材１６８とねじ筋を介して係合するように外部がねじ切りされた部分を含んでもよい。したがって、駆動列１７０はＺ軸に沿ってスキャナ段レベル１６４（および材料）の粗い位置決めを与えるよう活性化されてもよく、スキャナ段２０はＺ軸に沿って材料の高精度位置決めを与えるよう活性化されてもよい。例えば、粗い位置決めは５，０００〜５０，０００ナノメートル／秒を含んでもよく、高精度位置決めは０．０５〜５ナノメートル／秒を含んでもよい。別の例においては、粗い位置決めは、２〜４０ミクロン、より具体的には約５ミクロンのステップのサイズを含んでもよい。粗い位置決めステップのサイズは、好ましくは、高精度位置決めの総Ｚ範囲、例えば５０ミクロンより小さい。高精度位置決めステップのサイズは、０．１〜２００ｎｍを含んでもよい。ある方法実現例によれば、Ｚ位置設定点基準が高精度位置決め中において満たされる、と判断されると、高精度位置決めは完成となる。そうでなければ、次いで、ＳＰＭ走査段２０はＺ軸に沿って撤回され、粗い位置決めが粗いステップに従って実行され、次いで、高精度位置決めが再びＳＰＭ走査段２０を用いて試みられる。これは、サンプル材料がプローブ先端に到達するまで繰り返される。先端／サンプル相互作用、光学的検証などを含む、任意の好適な設定点基準を用いてよい。

塔８２は、任意の好適な態様において構築され配置されてもよい。例えば、透過型対物レンズレベル１４６は、任意の好適な態様においてレベル１４６および基部１４４の対応する板１４７および１４５に固定されてもよいシャフト１８０で基部１４４より上に支持されてもよい。さらに、統合レベル１５８は運動取付部によって透過型対物レンズレベル１４６より上に支持されてもよく、運動取付部は、板１４７に結合されたシャフト１８２、統合レベル板１５９のソケット１８６に受けられる球状の部材１８４、および球状の部材１８４を受けるようＶ字形のソケット１９０を有するカラー部１８８を含んでもよい。一実施例においては、シャフト１８２およびカラー部１８８は一体または単一であってもよい。ソケット１８６は、そこに担持された中実のシリンダ１９２を含んでもよい。シリンダ１９２はソケット１８６に任意の他の好適な態様においてはんだ付け、溶接、固着、または結合されてもよい。球状の部材１８４のシリンダ１９２との係合は、十分な反復可能な取付けを確実にする。同様に、反射型光学素子レベル１６２は、統合レベル板１５９に結合されたシャフト１８３および示されるような運動取付部構造の残りの部分を含む運動取付部によって、統合レベル１５８より上に支持されてもよい。同様に、スキャナ段レベル１６４は、任意の好適な態様においてスキャナ２０に結合されてもよいスキャナアダプタ板２１に任意の好適な態様において結合されてもよいシャフト１８１を含む運動取付部によって、逆向きに、調整レベル１６６より上に支持されてもよい。最後に、調整レベル１６６は、例えばシャフト１８２への摺動可能な取付けのために調整レベル板１６７によって担持されてもよいブッシング１９４を介して透過型対物レンズレベル１４６より上に支持されてもよい。板１６７は駆動列１７０を介してシャフト１８２に沿って調整されてもよく、停止部１９６を板１４７、１６７間に配置してその間の運動を制限してもよい。

図６を参照して、周辺光学素子１６は、回転の反射面２００を有する凹状周方向鏡を含んでもよい。例えば、凹状周方向鏡は楕円形の鏡を含んでもよい。いずれにせよ、凹状周方向鏡は、第１の端部２０４に小径２０２を、および第２の端部２０８に大径２０６を有する。

ＳＰＭ走査ヘッド１８は、周辺光学素子１６の第１の端部２０４に対して相対的に近位の、および周辺光学素子１６の第２の端部２０８に対して相対的に遠位の位置から、第２の端部２０８に向かって延在するように懸架されてもよい。１つの例示的実現例においては、ＳＰＭ走査ヘッド１８は、スポーク２１２（図５）と、周方向にスポーク２１２間に、光が通過してもよい空間とを有するスポーク付き部材２１０から懸下されてもよい。スポーク付き部材２１０は、光学素子１６の大径２０６に近く担持された径方向に外側の部分またはリム２１４と、ＳＰＭ走査ヘッド１８を担持する径方向に内側の部分またはハブ２１６と、ハブとリム２１４、２１６間に延在するスポーク２１２とを含んでもよい。

ＳＰＭハードウェア１４は、さらに、周辺光学素子１６内に異なる種類のＳＰＭ走査ヘッドを懸下するよう、モジュール式取付部２１８を含んでもよい。モジュール式取付部２１８は、ＳＰＭ走査ヘッド１８が２つの直交する方向、例えばＸ’軸およびＹ’軸に沿ってに移動することを可能にしてもよい。

図６に示される第１の例示的実現例においては、モジュール式取付部２１８は、スポーク付き部材２１０のハブ２１６におけるばち形みぞ２２０と、ばち形みぞ２２０に配置された蟻ほぞ２２２と、蟻ほぞ２２２とばち形みぞ２２０との間に配置されたナノ位置決め要素２２４、２２５とを含んでもよい。モジュール式取付部２１８は、さらに、例えば蟻ほぞ２２２における第２のばち形みぞ２２６と、第２のばち形みぞ２２６に配置された第２の蟻ほぞ２２８と、第２の蟻ほぞ２２８と第２のばち形みぞ２２６との間に配置された付加的なナノ位置決め要素２３０、２３１とを含んでもよい。したがって、モジュール式取付部２１８は、Ｚ軸に沿って一方が他方より上に積重ねられたナノポジショナを含んでもよい。さまざまなナノ位置決め要素は圧電素子を含んでもよい。走査ヘッド１８は、蟻ほぞ２２８、２２２に任意の好適な態様において結合されるハウジング２３２、およびハウジング２３２によって担持される接極子組立体２３４を含んでもよい。

図７に示される第２の例示的実現例においては、モジュール式取付部２１８’は、リム２１４’およびハブ２１６’を有し、例えばハブ２１６’の一方の側においてそのポケット２１７’に少なくとも１つの磁石２２０’を担持するスポーク付き部材２１０’を含んでもよい。取付部２１８’は、さらに、ハブ２１６’の反対側においてＳＰＭ走査ヘッド１８’に結合された鉄部材２２２’と、ハブ２１６’と鉄部材２２２’との間に配置された、例えば圧電素子などの、１つ以上のナノ位置決め要素２２４’、２２５’とを含んでもよい。走査ヘッド２１８’は、鉄部材２２２’に任意の好適な態様において結合されるハウジング２３２’と、ハウジング２３２’によって担持される接極子組立体２３４’と、それらの間のナノ位置決め要素２３３’とを含んでもよい。ヘッド１８’は音叉型のプローブ１６０’を含んでもよい。

図６Ａに示される第３の例示的実現例においては、モジュール式取付部３１８は、スポーク付き部材２１０のハブ２１４（図６）に結合され、ばち形みぞ３２０を有してもよい第１のほぞ穴部材３１６を含んでもよい。部材３１６は、部材３１６の平面の部分において通路３１５を通って延在してもよい締結具（図示せず）によってハブ２１４に固定されてもよい。モジュール式取付部３１８は、さらに、ばち形みぞ３２０に配置された蟻ほぞ３２２ａと、蟻ほぞ３２２ａとばち形みぞ３２０との間に配置されたナノ位置決め要素３２４、３２５と、ナノ位置決め要素に対応し、要素３２４、３２５に予荷重を与えるように部材３１６のいずれの側においても対応するポケットに配置された磁石３２３とを含んでもよい。磁石３２３は、ナノ位置決め要素３２４、３２５に関して垂直に向き付けられてもよい動作可能な軸を有してもよく、磁石３２３は、部材３１６にプレスばめ、固着、または任意の他の好適な態様において結合されてもよい。

モジュール式取付部２１８は、蟻ほぞ３２２ａに結合されてもよい第２のほぞ穴部材３２２ｂをさらに含んでもよく、ばち形みぞ３２６を含んでもよい。蟻ほぞ３２２ａは、例えば蟻ほぞ３２２ａにおいて通路３２７を通って延在する締結具（図示せず）によって、部材３２２ｂに別途結合されてもよく、またはそれと一体的に結合されてもよい。モジュール式取付部３１８は、さらに、ばち形みぞ３２６に配置された蟻ほぞ３２８ａと、蟻ほぞ３２８ａとばち形みぞ３２６との間に配置されたナノ位置決め要素３３０、３３１と、ナノ位置決め要素に対応し、要素３３０および３３１に予荷重を与えるために部材３２２ｂのいずれの側においても対応するポケットに配置された磁石３２３とを含んでもよい。磁石３２３は、ナノ位置決め要素３３０、３３１に関して垂直に向き付けられてもよい動作可能な軸を有してもよく、磁石３２３は、部材３２２ｂにプレスばめ、固着、または任意の他の好適な態様において結合されてもよい。蟻ほぞ３２８ａは、例えば蟻ほぞ３２８ａにおいて通路３２７を通って延在する締結具（図示せず）によって、部材３２８ｂに別途結合されてもよく、またはそれと一体的に結合されてもよい。モジュール式取付部２１８は、蟻ほぞ３２８ａに結合されるかまたはそれと一体型であってもよいヘッド結合部材３２８ｂをさらに含んでもよく、ＳＰＭヘッドハウジング２３２に結合された端部を含んでもよい。部材３２８ｂは、ハウジング２３２に任意の好適な態様において固定されてもよく、またはそうでなければ、任意の好適な態様においてそれに結合されてもよい。

図８を参照して、ＳＰＭハードウェア１４は、ＳＰＭプローブ１６０を有するＳＰＭ走査ヘッド１８、および周辺光学素子１６に配置された材料Ｍを含む。周辺光学素子１６は、楕円面鏡に最も近い（例えばその小径の近くの）第１の焦点または近焦点ｆ_１と、楕円面鏡から最も遠い第２の焦点または遠焦点ｆ_２と、光学素子の反射内側表面２００によって確立される理論的な楕円Ｅとを含む。透過型対物レンズ６４は楕円Ｅ内に延在してもしなくてもよく、反射型光学素子６６は楕円Ｅの外側に位置してもよいが、それらの焦点は空間において重なってもよい。透過型対物レンズ６４および反射型光学素子６６は、それらの照明経路に沿って光を伝達し、および／またはそれらの反射経路に沿って反射光を受けてもよい。

ＳＰＭヘッド１８、および材料Ｍを支持するＳＰＭ走査段２０は、各々、圧電駆動されて、ＳＰＭプローブ１６０の先端が第１の焦点ｆ_１に位置決めされること、および／または材料が第１の焦点ｆ_１に関連付けられる二次元の面に位置決めされることを可能にする。ＳＰＭハードウェア１４は、入射放射界の極性化がＳＰＭプローブ先端の長手方向軸に関して、例えば予め定められる角度の許容差、例えば＋／−１０度内で整列するように、集束された放射界内においてＳＰＭプローブ先端の位置決めを可能にする。

図９を参照して、ＳＰＭ走査ヘッド１８は、内部のピエゾ表面２３６をともなう内部を有するハウジング２３２と、ピエゾ表面２３６に沿ってハウジング２３２の内部に配置された圧電素子２３３と、長手方向軸に沿ってハウジング２３２内において可動である接極子２３８を含んでもよい接極子組立体２３４とを含んでもよい。接極子２３８は、第１の端部２４０と、第１の端部２４０に軸方向に対向して配置された第２の端部２４２と、ハウジング２３２の内部のピエゾ表面２３６に対応し、圧電素子２３３と接触する外部のピエゾ表面２４４とを含んでもよい。接極子２３８は、さらに、第２の端部２４２におけるねじ切りされた貫通孔２４６と、第１の端部２４２におけるカウンターボア２４８と、カウンターボア２４８に配置されたスライダ２５０と、接極子２３８のねじ切りされた貫通孔２４６にスライダ２５０と接触して配置された調整ねじ２５２と、ねじ２５２の対応するポケットに配置された３つ以上の球状の部材２５４と、カウンターボア２４８において接極子２３８の第１の端部２４０に配置された環状の板または座金２５６と、カウンターボア２４８に配置され、スライダ２５０に抗して、例えばそれの環状のポケット２６０において座金２５６に抗して付勢されるばね２５８とを含んでもよい。

ＳＰＭ走査ヘッド１８は、さらに、光ファイバーフェルール２６０を含んでもよい。フェルール２６０は取付部分２６２を含んでもよく、取付部分２６２は心棒２６４を含んでもよく、心棒２６４は、スライダ２５０に、例えばそのカウンターボアにおける摩擦嵌合いまたは任意の他の好適な態様によって、結合されてもよい。フェルール２６０は、さらに、任意の好適な態様において取付部分に結合され、フェルール先端２６８を含む先端部分２６６を含んでもよい。プローブ１６０に対するフェルール先端２６８の軸方向の位置決めは、接極子組立体２３４の調整ねじ２５２の移動によって調整可能であってもよい。

ＳＰＭ走査ヘッド１８は、さらに、プローブ取付部２７０を含んでもよく、プローブ取付部２７０は支持体２７２を含んでもよく、支持体２７２は、接極子２３８の第１の端部２４０に結合された第１の表面２７４と、第２の表面２７６と、表面２７４、２７６間において、光ファイバーフェルール２６０が延在する貫通孔２７８とを有する。第２の表面２７６は、貫通孔２７８に関して、横断するように、例えば径方向に延在する円筒形ソケット２８０を含んでもよい。

ＳＰＭ走査ヘッド１８は、プローブ取付部２７０に結合された片持ち梁プローブ組立体２８２をさらに含んでもよい。例えば、組立体２８２は、プローブ取付部２７０の円筒形ソケット２８０への自己センタリング磁気結合のための円筒形部材２８４を含んでもよい。プローブ取付部２７０および円筒形部材２８４は好適な対応する磁性／鉄材料からなる。組立体２８２は、さらに、プローブ１６０を適所に保持するためにクリップ２８８を含んでもよいプローブホルダ２８６と、円筒形部材２８４とプローブホルダ２８６との間に結合されるナノポジショナ２９０とを含んでもよい。プローブ先端の位置決めは、磁性取付部２７０の円筒形ソケット２８０における円筒形部材２８４の移動によって、および／またはナノポジショナ２９０の作動によって調整可能である。ナノポジショナ２９０は、例えばＺ軸に沿ったプローブ１６０の高精度位置決めのために１つ以上の圧電素子を含んでもよい。

図１０を参照して、現在開示された方法のさまざまな局面を実行するために、電算装置３００を顕微鏡１０の残りの部分との関連で用いてもよい。一例においては、電算装置３００は、ユーザから入力データおよび命令を受け、受け取られた入力を記憶されたソフトウェアおよび／またはデータに照らして処理し、光源、ＭＣＢＥモジュール、進路付け可能鏡、駆動列モータ、ナノポジショナなどのような、顕微鏡１０のさまざまな装置に出力信号を送信してもよい。反対に、別の例においては、電算装置３００は、コレクタ、光センサまたは結像装置、光学素子／レンズ、ＳＰＭ走査プローブ、ファイバー光学素子などのような、顕微鏡１０のさまざまな装置から入力信号を受けてもよい。電算装置および顕微鏡１０内における、ならびに電算装置と顕微鏡１０との間での、ケーブル、ワイヤ、および他の有線接続または無線接続は、当業者には周知であり、図面には示されない。

電算装置３００は、受け取られた入力信号を記憶されたデータおよびソフトウェアに照らして処理し、出力データをユーザに送信してもよい。電算装置３００は、例えば、電気回路、電子回路もしくはチップ、および／またはコンピュータを含んでもよい。電算装置３００は、別個の装置の間で分散されてもよく、または統合されてもよい。顕微鏡１０の少なくともＳＰＭ部分は米国特許出願公開第２０１２／０００５６２１号において開示されたシステムの少なくともいくつかの部分を含んでもよく、その内容の全体をここに引用により援用する。

コンピュータ実施例においては、電算装置３００は、一般的に、メモリ３０２、メモリ３０２に結合されたプロセッサ３０４、１つ以上のインターフェイス３０６、１つ以上の入力装置３０８、および／または１つ以上の出力装置３１０を含んでもよい。もちろん、電算装置３００は、さらに、任意の付随的な装置、例えばクロック、内部電源など（図示せず）も含んでもよい。示されていないが、電算装置３００およびさまざまな顕微鏡装置に、外部電源を含む任意の好適な電源、例えばＡＣ―ＤＣトランスフォーマ、１つ以上のバッテリ、および／または燃料電池などによって電気が供給されてもよい。

入力装置３０８および出力装置３１０は、顕微鏡１０のさまざまな装置、例えば光源、ＭＣＢＥモジュール、進路付け可能鏡、駆動列モータ、ナノポジショナ、コレクタ、光センサまたは結像装置、光学素子／レンズ、ＳＰＭ走査プローブ、ファイバー光学系などを含んでもよい。装置３０８、３１０は、触覚的でも、聴覚的でも、および／または視覚的でも、任意の好適なユーザ入力または出力を受信または送信するように用いられてもよい。入力装置は、周辺入力装置またはユーザ入力装置、例えば指示装置（例えばマウス、トラックボール、ペン、タッチパッド、タッチスクリーン、ジョイスティックなど）、キーボード、マイクロホン、カメラなどを含んでもよい。入力装置はプロセッサに任意の好適なコマンド、命令、データ、情報、信号などを入力するために用いられてもよい。出力装置は、ユーザ出力装置、例えば音声スピーカもしくはイヤホン、モニタ、もしくは他の種類の表示装置を含んでもよく、または周辺出力装置、例えばプリンタ、モデム、もしくは他の通信アダプタなどを含んでもよい。

インターフェイス３０６は内部および／または外部の通信インターフェイスを含んでもよく、有線装置および／または無線装置を含んでもよい。例えば、インターフェイスは内部バスを含んでもよく、それは、電算装置のプロセッサ、メモリおよび／または他のインターフェイス要素の間のデータ通信に備えてもよい。別の例においては、インターフェイスは、電算装置３００の要素および周辺装置、顕微鏡１０の装置などの間のデータ通信のための外部バスを含んでもよい。インターフェイスは、メモリバスまたはメモリコントローラ、周辺バス、加速されたグラフィックスポート、ローカルバスまたはプロセッサバスを含み、さまざまなバスアーキテクチャの任意のものを用いる、いくつかの種類のバス構造のいずれかの１つ以上を含んでもよい。さらに、インターフェイスは、アナログ−デジタルまたはデジタル−アナログ変換器、信号コンディショナ、増幅器、フィルタ、他の電子装置もしくはソフトウェアモジュール、および／または任意の他の好適なインターフェイスを含んでもよい。インターフェイスは、例えばＲＳ−２３２の並列の小さなコンピュータシステムインターフェイス、ユニバーサルなシリアルバスおよび／または任意の他の好適なプロトコルに準拠してもよい。インターフェイスは、電算装置３００が他の装置と内部的および／または外部的に通信するのを補助または可能にするように、回路、ソフトウェア、ファームウェアおよび／または任意の他の装置を含んでもよい。

プロセッサ３０４は、データを処理して、顕微鏡１０のための機能の少なくともいくつかを与える命令を実行してもよい。ここに用いられるとおりでは、用語「命令」は、例えば、制御論理、コンピュータソフトウェアおよび／もしくはファームウェア、プログラマブルな命令、または他の好適な命令を含んでもよい。プロセッサは、例えば１つ以上のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、データ信号において論理関数を実現するために論理ゲートを有するディスクリートな論理回路、好適な論理ゲートをともなう特定用途向け集積回路、プログラマブルもしくは複雑なプログラマブル論理装置、プログラマブルまたはフィールドプログラマブルゲートアレイ、および／または任意の他の好適な種類の電子処理装置を含んでもよい。

メモリ３０２は、システムの機能の少なくともいくつかを与え、プロセッサ３０４によって実行されてもよい、少なくともいくつかのデータ、データ構造、オペレーティングシステム、アプリケーションプログラム、プログラムモジュールもしくはデータ、および／または他のコンピュータソフトウェアもしくはコンピュータ読取可能な命令の少なくとも一時的な記憶を与えるように構成された任意のコンピュータ読取可能な媒体を含んでもよい。データ、命令などは、例えば参照テーブル、公式、アルゴリズム、マップ、モデル、および／または任意の他の好適なフォーマットとして記憶されてもよい。

メモリ３０２は、取外し可能および／または不可能な、揮発性メモリおよび／または不揮発性メモリの形式であってもよい。例示的揮発性メモリは、例えば、プロセッサにおいてソフトウェアおよびデータを実行するために、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、スタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）、同期または非同期ＤＲＡＭなどを含むダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）などを含んでもよい。限定ではなく、例として、揮発性メモリは、オペレーティングシステム、アプリケーションプログラム、他のメモリモジュール、およびデータを含んでもよい。例示的不揮発性メモリは、例えば、ソフトウェアおよびデータの記憶のために、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、電気的に消去可能なプログラマブルＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、磁気ディスクもしくは光ディスクまたはテープのようなダイナミック読出／書込メモリ、およびフラッシュメモリのようなスタティック読出／書込メモリを含んでもよい。別途示されなかったが、コンピュータは、さらに、他の取外し可能な／取外し不可能な揮発性の／不揮発性のデータ記憶部または媒体を含んでもよい。例えば、他の媒体は、ダイナミックまたはスタティックな外部記憶読出／書込装置を含んでもよい。

ここに開示される方法またはその一部は、方法ステップの１つ以上を実施するために１つ以上のコンピュータの１つ以上のプロセッサによる使用のためにコンピュータ読取可能媒体において担持された命令を含むコンピュータプログラム製品において実施することが可能である。コンピュータプログラム製品は、ソースコード、オブジェクトコード、実行可能コードまたは他のフォーマットにおけるプログラム命令で構成された１つ以上のソフトウェアプログラム；１つ以上のファームウェアプログラム；またはハードウェア記述言語（ＨＤＬ）ファイル；および任意のプログラム関連データを含んでもよい。データは、データ構造、参照テーブル、または任意の他の好適なフォーマットにおけるデータを含んでもよい。プログラム命令は、プログラムモジュール、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネントなどを含んでもよい。コンピュータプログラム製品は、１つのコンピュータ、または互いと通信する複数のコンピュータにおいて実行することが可能である。

プログラムは、非一時的なコンピュータ読取可能媒体において実施することが可能であり、それは１つ以上の記憶装置、製品などを含むことが可能である。非一時的なコンピュータ読取可能媒体の例は、コンピュータシステムメモリ、例えばＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）；半導体メモリ、例えばＥＰＲＯＭ（消去可能なプログラマブルＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（電気的に消去可能なプログラマブルＲＯＭ）、フラッシュメモリ；磁気もしくは光ディスクまたはテープ；などを含む。非一時的なコンピュータ読取可能媒体は、さらに、例えば（有線、無線またはその組合せのいずれであれ）ネットワークまたは別の通信接続を介して、コンピュータからコンピュータへの接続を含んでもよい。非一時的なコンピュータ読取可能媒体は、一時的な伝搬信号を唯一の例外として、すべてのコンピュータ読取可能媒体を含む。上記の例の任意の組合せもコンピュータ読取可能媒体の範囲内に含まれる。

したがって、こ（れら）の方法は、開示された方法の１つ以上のステップに対応する命令を実行することが可能である任意の電子製品および／または装置によって少なくとも部分的に実行することが可能であることが、理解される。

Claims (39)

1. 光学的鏡検ハードウェアを有する統合された光学的および走査型プローブ顕微鏡を動作する方法であって、前記光学的鏡検ハードウェアは、周辺光学素子と、前記周辺光学素子の第１の側に配置された透過型対物レンズと、前記周辺光学素子の第２の側に配置された反射型光学素子と、第１の側の照明経路と、第２の側の照明経路と、第１の側の集光経路と、第２の側の集光経路と、前記第１の側の照明経路に沿って光を向ける光源とを含み、前記顕微鏡はさらに、前記光学的鏡検ハードウェアと統合された走査型プローブ鏡検（ＳＰＭ）ハードウェアを有して、共焦ＳＰＭ技術および近視野光学的ＳＰＭ技術を含むＳＰＭ技術を実行し、前記方法は：
   前記第１の側の照明経路を活性化するステップと；
   前記第１および第２の側の集光経路を同時に活性化するステップとを含む、方法。
2. 前記共焦ＳＰＭ技術は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を含み、前記近視野光学的ＳＰＭ技術は、先端増強ラマン分光法（ＴＥＲＳ）または無アパーチャ近視野走査型光学的顕微鏡法（ａ−ＮＳＯＭ）の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記反射型光学素子はオフ軸放物面鏡である、請求項１に記載の方法。
4. 前記透過型対物レンズはナノ位置決め可能である、請求項１に記載の方法。
5. 透明材料に集束するための透過照明モード、および前記透明材料または不透明な材料の少なくとも１つに集束するための反射照明モードをさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. 照明モード鏡が前記透過型対物レンズの第１の側に配置され、前記照明モード鏡は前記反射照明モードに対して除去可能である、請求項５に記載の方法。
7. 第１のダイクロイック集光鏡が前記照明モード鏡の光学的に上流に配置され、前記反射型光学素子が光学的に前記周辺光学素子と第２のダイクロイック集光鏡との間にあるように前記第２のダイクロイック集光鏡が配置される、請求項６に記載の方法。
8. 第１のペリスコープ鏡が、前記第２の側の照明経路に沿って前記照明モード鏡の光学的に下流に配置され、第２のペリスコープ鏡が、前記第２の側の照明経路に沿って前記第１のペリスコープ鏡の光学的に下流に、前記反射照明モードのために前記反射型光学素子との光伝達において配置される、請求項６に記載の方法。
9. 前記第１のペリスコープ鏡は反射面を有し、前記第１のペリスコープ鏡は、前記反射面に沿って延在し、かつ前記第２の側の照明経路に垂直である軸のまわりで旋回可能であり、前記第２のペリスコープ鏡は前記第２の側の照明経路に沿って可動である、請求項８に記載の方法。
10. コンピュータ読取可能媒体上に記憶され、顕微鏡に請求項１に記載の方法のステップを実施させるよう、前記顕微鏡のコンピュータプロセッサにより実行可能な命令を含む、コンピュータプログラム製品。
11. コンピュータにより制御される顕微鏡であって：
    データを受ける少なくとも１つの入力装置と；
    プログラム命令およびデータを記憶するメモリと；
    前記入力装置および出力装置ならびにメモリに結合され、前記プログラム命令に応答して、コンピュータにより制御されるシステムに請求項１に記載の方法を実行させるためのプロセッサとを含む、コンピュータにより制御される顕微鏡。
12. 統合された光学的および走査型プローブ顕微鏡のためのペリスコープ塔であって：
    基部と；
    前記基部に旋回可能に取付けられ、第１のレベルと前記第１のレベルより上の第２のレベルとを含むフレームと；
    前記フレームによって前記第１のレベルで担持され、反射面を有する第１のペリスコープ鏡とを含み、前記フレームは、前記反射面に沿って延在する軸のまわりを、前記基部に関して旋回可能であり；前記ペリスコープ塔はさらに、
    前記フレームによって前記第２のレベルにおいて担持され、ある方向に、前記第１のペリスコープ鏡に向かって、およびそれから遠ざかるように、前記フレームに可動に結合される第２のペリスコープ鏡を含む、ペリスコープ塔。
13. さらに、前記軸の一方の側において前記フレームの一部に調整力をかけるフレーム旋回軸アジャスタと；
    前記軸の別の側において前記フレームの別の部分に付勢力をかける予荷重部とを含む、請求項１２に記載の塔。
14. 前記フレームの一部に結合された線形のスライドと；
    前記第２の鏡を担持し、前記線形のスライドに摺動可能に結合された鏡支持体と；
    前記フレームの別の部分に結合され、前記第２の鏡の動きを調整するために前記鏡支持体に結合されたアクチュエータを有するマイクロポジショナとをさらに含む、請求項１２に記載の塔。
15. 前記フレームは、さらに、前記第１のレベルと前記第２のレベルとの間に配置された第３のレベルを含み、前記ペリスコープ塔は、さらに、前記フレームによって前記第２のレベルで担持された第１の集光鏡、および前記フレームによって前記第３のレベルで担持された第２の集光鏡を含む、請求項１２に記載の塔。
16. 前記フレームは、さらに、前記第２のレベルと前記第３のレベルとの間に配置され、整列鏡を含む第４のレベルを含む、請求項１５に記載の塔。
17. 前記第４のレベルはさらに整列結像装置を含む、請求項１６に記載の塔。
18. 統合された光学的および走査型プローブ顕微鏡のための走査塔であって：
    基部と；
    前記基部より上に支持され、Ｚ軸に沿って調整可能な透過型対物レンズを担持する透過型対物レンズレベルと；
    前記透過型対物レンズレベルより上に支持され、周辺光学素子を担持する統合レベルと；
    前記統合レベルより上に支持され、反射型光学素子を担持する反射型光学素子レベルと；
    前記透過型対物レンズレベルと前記統合レベルとの間に支持され、前記Ｚ軸に沿って調整可能なＳＰＭ走査段を担持するスキャナ段レベルと；
    前記透過型対物レンズレベルと前記スキャナ段レベルとの間に配置され、前記スキャナ段レベルを支持するスキャナ調整レベルと；
    前記Ｚ軸に沿って前記スキャナ段レベルに運動を与えるよう前記調整レベルに結合された調整レベル駆動列とを含む、走査塔。
19. 前記周辺光学素子は、前記周辺光学素子の下側端部と前記スキャナ段レベルとの間に空間がある状態で、前記統合レベルから前記スキャナ段レベルに向かって延在し、前記統合レベルは、さらに、ＳＰＭ走査ヘッドを担持し、前記ＳＰＭ走査ヘッドは、前記周辺光学素子内に配置され、前記Ｚ軸に沿って調整可能であり、前記周辺光学素子の近焦点に位置決めすることが可能である先端をともなうＳＰＭプローブを有する、請求項１８に記載の塔。
20. 前記駆動列は、前記透過型対物レンズレベルによって回転自在に担持されたウォームギヤを含むウォーム駆動部を含む、請求項１８に記載の塔。
21. 統合された光学的および走査型プローブ顕微鏡であって：
    周辺光学素子を含む光学的鏡検ハードウェアと；
    前記光学的鏡検ハードウェアと統合され、共焦ＳＰＭ技術および近視野光学的ＳＰＭ技術を含むＳＰＭ技術を実行する走査型プローブ鏡検（ＳＰＭ）ハードウェアとを含み、前記ＳＰＭハードウェアは、前記周辺光学素子内に配置されたＳＰＭ走査ヘッドを含む、顕微鏡。
22. 前記周辺光学素子は、回転の反射面を有する凹状周方向鏡である、請求項２１に記載の顕微鏡。
23. 前記周方向鏡は楕円鏡である、請求項２２に記載の顕微鏡。
24. 前記周方向鏡は、第１の端部に大径を有し、第２の端部に小径を有し、前記ＳＰＭ走査ヘッドは、前記第１の端部に対して相対的に近位の、および前記第２の端部に対して相対的に遠位の位置から懸下され、前記第２の端部に向かって延在する、請求項２２に記載の顕微鏡。
25. 前記ＳＰＭ走査ヘッドは、光が通過する空間を有するスポーク付き部材から懸下される、請求項２１に記載の顕微鏡。
26. 前記スポーク付き部材は、前記周方向鏡の大径端部に近く担持された径方向に外側の部分と、前記ＳＰＭ走査ヘッドを担持する径方向に内側の部分と、前記径方向に内側の部分と前記径方向に外側の部分との間に延在するスポークとを含む、請求項２５に記載の顕微鏡。
27. 異なる種類のＳＰＭ走査ヘッドを懸下するようモジュール式取付部を含む、請求項２５に記載の顕微鏡。
28. 前記モジュール式取付部は、第１のばち形みぞを有する第１のばち形みぞ部材と、前記ばち形みぞに配置された第１の蟻ほぞと、前記第１の蟻ほぞと前記第１のばち形みぞとの間に配置されたナノ位置決め要素とを含む、請求項２７に記載の顕微鏡。
29. 前記モジュール式取付部は、さらに、前記第１の蟻ほぞに結合され、第２のばち形みぞを有する第２のばち形みぞ部材と、前記２のばち形みぞに配置された第２の蟻ほぞと、前記第２の蟻ほぞと前記第２のばち形みぞとの間に配置された追加のナノ位置決め要素とを含む、請求項２８に記載の顕微鏡。
30. 前記モジュール式取付部は、少なくとも１つの磁石を一方の側に担持するハブを有するスポーク付き部材と、前記ハブの反対側にあり、前記ＳＰＭ走査ヘッドに結合された鉄部材と、前記ハブと前記鉄部材との間に配置された少なくとも１つのナノ位置決め要素とを含む、請求項２７に記載の顕微鏡。
31. 前記光学的鏡検ハードウェアは、源光束を直線偏光されたモードからラジアル偏光されたモードに変換するためのモード変換器と、前記モード変換器の光学的に下流にあり、偏向された光を光学的に下流方向に伝えるための少なくとも１つのオフ軸放物面鏡とを含むモード変換装置を含む、請求項２１に記載の顕微鏡。
32. 前記ＳＰＭハードウェアは、ＳＰＭプローブ先端を有するＳＰＭ走査ヘッドと、材料サンプルのためのＳＰＭ走査段とを含み、前記走査ヘッドおよび前記材料サンプルは、両方とも楕円面鏡内に配置され、前記ＳＰＭヘッドおよび前記ＳＰＭ走査段は、各々、圧電駆動されて、前記ＳＰＭプローブ先端が前記楕円面鏡に最も近い焦点に位置決めされること、または前記ＳＰＭサンプルが前記焦点に関連付けられる二次元の面に位置決めされることの少なくとも一方を可能にする、請求項２１に記載の顕微鏡。
33. 前記ＳＰＭハードウェアは、入射放射界の極性化が前記ＳＰＭプローブ先端の長手方向軸に関して整列するように、集束された放射界内において前記ＳＰＭプローブ先端の位置決めを可能にする、請求項３２に記載の顕微鏡。
34. 走査型プローブ鏡検（ＳＰＭ）走査ヘッドであって：
    内部のピエゾ表面をともなう内部を有するハウジングと；
    前記ハウジングの前記内部に前記ハウジングの前記ピエゾ表面に沿って配置された圧電素子と；
    接極子組立体とを含み、前記接極子組立体は：
    前記ハウジング内において軸に沿って可動である接極子を含み、前記接極子は：
    第１の端部と；
    前記第１の端部に軸方向に対向して配置された第２の端部と；
    前記ハウジングの前記内部のピエゾ表面に対応し、前記圧電素子と接触する外部のピエゾ表面と；
    前記第１の端部におけるねじ切りされた貫通孔と；
    前記第２の端部におけるカウンターボアとを含み；前記接極子組立体はさらに、
    前記接極子の前記カウンターボアに配置されたスライダと；
    前記接極子の前記ねじ切りされた貫通孔に前記スライダと接触して配置された調整ねじと；
    前記接極子の前記カウンターボアに配置され、前記スライダに抗して付勢されるばねとを含む、走査型プローブ鏡検（ＳＰＭ）走査ヘッド。
35. 前記接極子組立体の前記スライダに結合され、フェルール先端を有する光ファイバーフェルールをさらに含み、前記フェルール先端の軸方向の位置決めは、前記接極子組立体の前記調整ねじの移動によって調整可能である、請求項３４に記載のＳＰＭ走査ヘッド。
36. 前記ＳＰＭ走査ヘッドは、さらに、磁性取付部を含み、前記磁性取付部は：
    前記接極子の前記第２の端部に結合された第１の表面と；
    円筒形ソケットを有する第２の表面と；
    前記表面間にあり、前記光ファイバーフェルールが通って延在する貫通孔とを含み；前記ＳＰＭ走査ヘッドは、さらに、
    片持ち梁組立体を含み、前記片持ち梁組立体は：
    前記磁性取付部の前記円筒形ソケットへの自己センタリング磁気結合のための円筒形部材と；
    プローブホルダと；
    前記円筒形部材と前記プローブホルダとの間に結合された圧電素子と；
    前記プローブホルダによって担持され、プローブ先端を有する片持ち梁プローブとを含み、前記プローブ先端の位置決めは、前記磁性取付部の前記円筒形ソケットにおける前記円筒形部材の移動によって調整可能である、請求項３５に記載のＳＰＭ走査ヘッド。
37. 長手方向軸を有するハウジングと；
    前記ハウジングに配置され、前記長手方向軸に沿って可動であるスライダと；
    前記スライダを前記ハウジングに関して移動させるよう、前記ハウジングと前記スライダとの間に配置された複数個の圧電素子と；
    前記スライダによって担持された光学素子とを含む、ナノ位置決め可能な光学装置。
38. 前記光学素子はナノ位置決め可能である、請求項３７に記載の装置。
39. 請求項３８に記載の装置を顕微鏡のための透過対物レンズとして含む顕微鏡であって、前記顕微鏡は、さらに、前記透過対物レンズの粗い位置決めのための手段を含む、顕微鏡。

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