JP2823970B2 - 近接場走査光学顕微鏡 - Google Patents
近接場走査光学顕微鏡Info
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
- G01Q60/18—SNOM [Scanning Near-Field Optical Microscopy] or apparatus therefor, e.g. SNOM probes
- G01Q60/22—Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光学探針を２次元走査
して試料表面のイメージングを行う近接場走査光学顕微
鏡に関する。
して試料表面のイメージングを行う近接場走査光学顕微
鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の近接場走査光学顕微鏡として、例
えば、光源からの光を光学探針の先端に設けたピンホー
ルを介して試料に照射し、この試料表面を透過した光、
または試料自体の発生する蛍光を顕微鏡の対物レンズで
集光するものが知られている（Ｏ ｐｌｕｓ Ｅ、１９
８９年、９月、ｐｐ１１０〜１１６等参照）。この種の
近接場走査光学顕微鏡においては、その分解能の限界が
ピンホールの径にほぼ対応することが分かっている。
えば、光源からの光を光学探針の先端に設けたピンホー
ルを介して試料に照射し、この試料表面を透過した光、
または試料自体の発生する蛍光を顕微鏡の対物レンズで
集光するものが知られている（Ｏ ｐｌｕｓ Ｅ、１９
８９年、９月、ｐｐ１１０〜１１６等参照）。この種の
近接場走査光学顕微鏡においては、その分解能の限界が
ピンホールの径にほぼ対応することが分かっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、分解能を向上
させるためにピンホールの径を減少させると、その近接
場または遠隔場に放射されるエネルギーは急激に減少す
る。ピンホールの半径が５ｎｍの時に対して、半径を１
／２にすると、光量検出器に達する光量は約１／６０に
減少すると試算される。つまり、分解能を向上させるた
めにピンホールの径を減少させると、その光検出器に到
達する光量が減り、ノイズの分離が困難となり、検出下
限が制限される。現実には検出下限に応じて分解能が制
限されていたともいえる。
させるためにピンホールの径を減少させると、その近接
場または遠隔場に放射されるエネルギーは急激に減少す
る。ピンホールの半径が５ｎｍの時に対して、半径を１
／２にすると、光量検出器に達する光量は約１／６０に
減少すると試算される。つまり、分解能を向上させるた
めにピンホールの径を減少させると、その光検出器に到
達する光量が減り、ノイズの分離が困難となり、検出下
限が制限される。現実には検出下限に応じて分解能が制
限されていたともいえる。
【０００４】そこで本発明は、光源をパルス状にし、光
検出器をそれと同期して動作させることによって検出下
限を改善し、分解能を向上させうる近接場走査光学顕微
鏡を得ることを目的とする。
検出器をそれと同期して動作させることによって検出下
限を改善し、分解能を向上させうる近接場走査光学顕微
鏡を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る近接場走査光学顕微鏡では、試料を配
置する試料セット位置に照射すべき光を発生する光源
と、光学探針の先端に設けられたピンホールを介して、
光学探針と試料セット位置との間で光を選択的に供給ま
たは取り出す近接場光学手段（この近接場光学手段は、
例えば、光学探針、集光用対物レンズ等から構成され
る）と、この近接場光学手段により取り出された光を検
出する光検出手段（例えば、フォトマルチプライヤー等
の光電変換装置）とを有する。そして、この光源は、強
度がパルス状に変化する光を発生し、光検出手段は、光
源が発生する光の強度の増大時に同期し、光源の出力光
パルスのパルス幅より短い所定の時間間隔中に近接場光
学手段により取り出された光を検出して電気信号に変換
する。
め、本発明に係る近接場走査光学顕微鏡では、試料を配
置する試料セット位置に照射すべき光を発生する光源
と、光学探針の先端に設けられたピンホールを介して、
光学探針と試料セット位置との間で光を選択的に供給ま
たは取り出す近接場光学手段（この近接場光学手段は、
例えば、光学探針、集光用対物レンズ等から構成され
る）と、この近接場光学手段により取り出された光を検
出する光検出手段（例えば、フォトマルチプライヤー等
の光電変換装置）とを有する。そして、この光源は、強
度がパルス状に変化する光を発生し、光検出手段は、光
源が発生する光の強度の増大時に同期し、光源の出力光
パルスのパルス幅より短い所定の時間間隔中に近接場光
学手段により取り出された光を検出して電気信号に変換
する。
【０００６】
【作用】上記の近接場走査光学顕微鏡によれば、光検出
手段が、パルス状に変化する光源からの光の増大時に同
期して、この光パルスのパルス幅より短い所定の時間間
隔中に近接場光学手段により取り出された光を検出して
電気信号に変換する。例えば、近接場光学手段が光学探
針を介して試料セット位置にプローブ光を供給してこの
試料セット位置からの出射光を適当な集光手段（例え
ば、対物レンズ等）で検出するタイプのものである場合
について考える。光検出手段は、光源からの光パルスの
パルス幅より短い所定時間間隔中、例えばパルス状に変
化するプローブ光が増大している間に近接場光学手段か
ら取り出された光のみを電気信号へ変換する。したがっ
て、定常的に存在するバックグラウンドノイズに対する
プローブ光強度を相対的に増大させる事ができるので、
Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
手段が、パルス状に変化する光源からの光の増大時に同
期して、この光パルスのパルス幅より短い所定の時間間
隔中に近接場光学手段により取り出された光を検出して
電気信号に変換する。例えば、近接場光学手段が光学探
針を介して試料セット位置にプローブ光を供給してこの
試料セット位置からの出射光を適当な集光手段（例え
ば、対物レンズ等）で検出するタイプのものである場合
について考える。光検出手段は、光源からの光パルスの
パルス幅より短い所定時間間隔中、例えばパルス状に変
化するプローブ光が増大している間に近接場光学手段か
ら取り出された光のみを電気信号へ変換する。したがっ
て、定常的に存在するバックグラウンドノイズに対する
プローブ光強度を相対的に増大させる事ができるので、
Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【０００７】
【実施例】以下に、本発明の一実施例の近接場走査光学
顕微鏡について、図１を参照しつつ説明する。なお、実
施例の近接場走査光学顕微鏡は、その近接場光学手段が
光学探針を介して試料セット位置にプローブ光を供給し
てこの試料セット位置からの出射光を対物レンズで検出
するタイプのものになっている。
顕微鏡について、図１を参照しつつ説明する。なお、実
施例の近接場走査光学顕微鏡は、その近接場光学手段が
光学探針を介して試料セット位置にプローブ光を供給し
てこの試料セット位置からの出射光を対物レンズで検出
するタイプのものになっている。
【０００８】図１に示すように、近接場走査光学顕微鏡
の基台１０上にはＸ−Ｙステージ１２が固定されてい
る。Ｘ−Ｙステージ１２上にはピエゾ素子を用いたＸ−
Ｙ走査装置１４が配置され、その上の試料セット位置に
は拡大観察の対象となる薄膜状の試料１６が載置され
る。Ｘ−Ｙステージ１２は、試料１６のＸ、Ｙ方向（図
面の前後・左右方向）の手動による位置設定を可能にす
る。Ｘ−Ｙ走査装置１４は、試料１６のＸ、Ｙ方向の位
置の電気的制御を可能にする。つまり、このＸ−Ｙ走査
装置１４によって試料１６をＸ−Ｙ面内で電気的に極め
て正確に走査することができる。
の基台１０上にはＸ−Ｙステージ１２が固定されてい
る。Ｘ−Ｙステージ１２上にはピエゾ素子を用いたＸ−
Ｙ走査装置１４が配置され、その上の試料セット位置に
は拡大観察の対象となる薄膜状の試料１６が載置され
る。Ｘ−Ｙステージ１２は、試料１６のＸ、Ｙ方向（図
面の前後・左右方向）の手動による位置設定を可能にす
る。Ｘ−Ｙ走査装置１４は、試料１６のＸ、Ｙ方向の位
置の電気的制御を可能にする。つまり、このＸ−Ｙ走査
装置１４によって試料１６をＸ−Ｙ面内で電気的に極め
て正確に走査することができる。
【０００９】基台１０上から延びる支柱１８およびＺス
テージ２０を介してアーム２２が支持されている。この
アーム２２には、ピエゾ素子を用いたＺ変位装置２４が
配置され、その先に光学探針２８が固定されている。Ｚ
ステージ２０は、光学探針２８のＺ方向（図面の上下方
向）の手動による位置設定を可能にする。Ｚ変位装置２
４は、光学探針２８のＺ方向の位置の電気的制御を可能
にする。
テージ２０を介してアーム２２が支持されている。この
アーム２２には、ピエゾ素子を用いたＺ変位装置２４が
配置され、その先に光学探針２８が固定されている。Ｚ
ステージ２０は、光学探針２８のＺ方向（図面の上下方
向）の手動による位置設定を可能にする。Ｚ変位装置２
４は、光学探針２８のＺ方向の位置の電気的制御を可能
にする。
【００１０】パルス光源３０からのパルス状のプローブ
光は、光ガイド３２およびセルフォックレンズ３４を経
てこの光学探針２８内に入射する。この光学探針２８は
近接場光学手段の一部となっている。パルス光源３０と
しては、半導体レーザ励起のモード同期Ｎｄ：ＹＬＦレ
ーザ等を使用する。これにより、所望のパルス幅５０ｐ
ｓ程度及びパルス周期１０ｎｓ程度を有するプローブ光
を得ることができる。光学探針２８の先端のピンホール
から放射されたパルス状のプローブ光はこれに近接する
試料１６に照射される。
光は、光ガイド３２およびセルフォックレンズ３４を経
てこの光学探針２８内に入射する。この光学探針２８は
近接場光学手段の一部となっている。パルス光源３０と
しては、半導体レーザ励起のモード同期Ｎｄ：ＹＬＦレ
ーザ等を使用する。これにより、所望のパルス幅５０ｐ
ｓ程度及びパルス周期１０ｎｓ程度を有するプローブ光
を得ることができる。光学探針２８の先端のピンホール
から放射されたパルス状のプローブ光はこれに近接する
試料１６に照射される。
【００１１】試料１６に照射されたプローブ光は、試料
１６の状態によって変調を受ける。試料１６によって変
調を受けた出射光は、下方の対物レンズ４０によって集
光される。この対物レンズ４０は近接場光学手段の一部
となっている。対物レンズ４０によって集光された出射
光は、反射鏡４２を経て光検出手段であるゲート付き光
検出器４４に入射する。このゲート付き光検出器４４と
しては、ストリークカメラを使用する。これにより、対
物レンズ４０によって集光された出射光の光量をプロー
ブ光のパルス出力時に同期させて測定することができ
る。
１６の状態によって変調を受ける。試料１６によって変
調を受けた出射光は、下方の対物レンズ４０によって集
光される。この対物レンズ４０は近接場光学手段の一部
となっている。対物レンズ４０によって集光された出射
光は、反射鏡４２を経て光検出手段であるゲート付き光
検出器４４に入射する。このゲート付き光検出器４４と
しては、ストリークカメラを使用する。これにより、対
物レンズ４０によって集光された出射光の光量をプロー
ブ光のパルス出力時に同期させて測定することができ
る。
【００１２】制御装置４６は、パルス駆動回路５０に信
号を出力し、パルス光源３０からのパルス発生のタイミ
ングを制御する。ゲート回路４８は、パルス駆動回路５
０からの信号に応じてゲート付き光検出器４４のゲート
を動作させる。ゲート付き光検出器４４からの電気信号
出力は、試料の情報として解析装置４７で信号処理され
る。この解析装置４７の出力信号は、制御回路４６に送
られる。制御回路４６は、Ｘ−Ｙ走査装置１４及びＺ変
位装置２０も制御している（図１では省略してい
る。）。したがって、試料１６を走査しつつ試料１６か
らの出射光を測定することができる。制御回路４６での
ＸＹＺの制御信号に関する情報は、一担解析装置４７に
送られここで表示可能な情報に変換されて、ディスプレ
イ５２に送られ表面情報がディスプレイ５２に表示され
る。
号を出力し、パルス光源３０からのパルス発生のタイミ
ングを制御する。ゲート回路４８は、パルス駆動回路５
０からの信号に応じてゲート付き光検出器４４のゲート
を動作させる。ゲート付き光検出器４４からの電気信号
出力は、試料の情報として解析装置４７で信号処理され
る。この解析装置４７の出力信号は、制御回路４６に送
られる。制御回路４６は、Ｘ−Ｙ走査装置１４及びＺ変
位装置２０も制御している（図１では省略してい
る。）。したがって、試料１６を走査しつつ試料１６か
らの出射光を測定することができる。制御回路４６での
ＸＹＺの制御信号に関する情報は、一担解析装置４７に
送られここで表示可能な情報に変換されて、ディスプレ
イ５２に送られ表面情報がディスプレイ５２に表示され
る。
【００１３】以下に、図１の近接場走査光学顕微鏡の動
作について説明する。
作について説明する。
【００１４】パルス駆動回路５０は、制御装置４６から
の信号に基づいて、パルス光源３０からパルス幅が約５
０ｐｓでパルス間隔が約１０ｎｓのプローブ光を発生さ
せる。このプローブ光は光ガイド３２等を経由して光学
探針２８に入射する。光学探針２８の近接場に存在する
試料１６には、そのピンホールを通ったプローブ光がエ
バネッセント波として供給される。
の信号に基づいて、パルス光源３０からパルス幅が約５
０ｐｓでパルス間隔が約１０ｎｓのプローブ光を発生さ
せる。このプローブ光は光ガイド３２等を経由して光学
探針２８に入射する。光学探針２８の近接場に存在する
試料１６には、そのピンホールを通ったプローブ光がエ
バネッセント波として供給される。
【００１５】ここで、光学探針２８と試料１６との間
で、試料までの距離、試料の吸収その他の試料の状態に
応じた光エネルギーの伝達が行われ、試料の状態に対応
する変調を受けた出射光が発生する。この場合、プロー
ブ光がエバネッセント波として供給されるのは、光学探
針２８の先端のピンホールの極近傍に限られる。したが
って、試料１６からの出射光は、ピンホールの極近傍に
存在する試料表面の状態のみを反映することとなり、ピ
ンホールの径に匹敵する空間分解能を得ることが期待で
きる。
で、試料までの距離、試料の吸収その他の試料の状態に
応じた光エネルギーの伝達が行われ、試料の状態に対応
する変調を受けた出射光が発生する。この場合、プロー
ブ光がエバネッセント波として供給されるのは、光学探
針２８の先端のピンホールの極近傍に限られる。したが
って、試料１６からの出射光は、ピンホールの極近傍に
存在する試料表面の状態のみを反映することとなり、ピ
ンホールの径に匹敵する空間分解能を得ることが期待で
きる。
【００１６】試料１６からの出射光は、対物レンズ４０
で集光されて、ゲート付き光検出器４４を構成するスト
リークカメラに入射する。このストリークカメラは、ゲ
ート回路４８からのゲート信号によって制御されてい
て、その試料からの出射光をプローブ光のパルス発生時
に同期して掃引する。具体的に説明すると、ストリーク
カメラの入力側に設けられた光電面からは、試料１６か
らの出射光に応じた光電子が放出される。この光電子は
ストリークカメラ内の偏向電極に印加されたゲート信号
に応じて偏向され、ストリークカメラの出力側に設けら
れた掃引方向と垂直に配置された１次元のディテクタア
レイ上を掃引される。このディテクタアレイで検出され
た光量変換出力は、制御装置４６に入力される。
で集光されて、ゲート付き光検出器４４を構成するスト
リークカメラに入射する。このストリークカメラは、ゲ
ート回路４８からのゲート信号によって制御されてい
て、その試料からの出射光をプローブ光のパルス発生時
に同期して掃引する。具体的に説明すると、ストリーク
カメラの入力側に設けられた光電面からは、試料１６か
らの出射光に応じた光電子が放出される。この光電子は
ストリークカメラ内の偏向電極に印加されたゲート信号
に応じて偏向され、ストリークカメラの出力側に設けら
れた掃引方向と垂直に配置された１次元のディテクタア
レイ上を掃引される。このディテクタアレイで検出され
た光量変換出力は、制御装置４６に入力される。
【００１７】制御装置４６は、プローブ光のパルス発生
時ごとに、ディテクタアレイで検出る光量変換出力が一
定になるように、Ｚ変位装置２０を制御して光学探針２
８のＺ方向の位置を調節する。光学探針２８のＺ方向の
位置調節が完了すると、制御装置４６は、Ｘ−Ｙ走査装
置１４を制御して試料１６をＸ−Ｙ面内で徐々に走査す
る。これを繰り返すことにより、光学探針２８のＺ方向
の変位を試料１６表面上のＸ、Ｙ方向の関数としてマッ
ピングすることが可能になる。つまり、試料１６表面の
散乱、反射、および試料１６の散乱、反射、吸収、屈折
率等が一様ならば、試料１６の凹凸を検出することがで
き、試料１６表面が凹凸等を有していない場合は、試料
１６の吸収等を検出することができる。この結果は、デ
ィスプレイ５２に３次元的に表示される。
時ごとに、ディテクタアレイで検出る光量変換出力が一
定になるように、Ｚ変位装置２０を制御して光学探針２
８のＺ方向の位置を調節する。光学探針２８のＺ方向の
位置調節が完了すると、制御装置４６は、Ｘ−Ｙ走査装
置１４を制御して試料１６をＸ−Ｙ面内で徐々に走査す
る。これを繰り返すことにより、光学探針２８のＺ方向
の変位を試料１６表面上のＸ、Ｙ方向の関数としてマッ
ピングすることが可能になる。つまり、試料１６表面の
散乱、反射、および試料１６の散乱、反射、吸収、屈折
率等が一様ならば、試料１６の凹凸を検出することがで
き、試料１６表面が凹凸等を有していない場合は、試料
１６の吸収等を検出することができる。この結果は、デ
ィスプレイ５２に３次元的に表示される。
【００１８】上記実施例の近接場走査光学顕微鏡では、
パルス状のプローブ光を使用している。このため、プロ
ーブ光のピーク光強度を極めて増大させることができ、
Ｓ／Ｎ比を高めることができる。つまり、光学探針２８
に供給されるプローブ光は時間的に集中して存在してい
るので、定常的に存在する背景光等に起因する雑音に対
するプローブ光強度信号の比を高くすることができ、結
果として、プローブ光の検出を容易にし、検出下限を大
幅に改善することか可能となる。具体的に説明すると、
平均出力１００ｍＷの光源であっても、パルス幅５０ｐ
ｓとし、パルス間隔１０ｎｓのプローブ光を発生させる
ならば、ピーク出力は２０Ｗとなる。この場合、平均出
力１００ｍＷのＣＷ光をプローブ光として用いた場合と
比較する。この時、定常的に存在する背景光に起因する
フォトンの取り込み等に起因する雑音が、一定であると
考えられるので５０ｐｓでゲートをかけて光検出すれば
定常雑音に対するプローブ光強度に対応する信号成分の
比を２００倍改善できることになる。このことは、光学
探針２８のピンホールの径を小さくできることを意味
し、近接場走査光学顕微鏡の分解能を向上させ得ること
を意味している。
パルス状のプローブ光を使用している。このため、プロ
ーブ光のピーク光強度を極めて増大させることができ、
Ｓ／Ｎ比を高めることができる。つまり、光学探針２８
に供給されるプローブ光は時間的に集中して存在してい
るので、定常的に存在する背景光等に起因する雑音に対
するプローブ光強度信号の比を高くすることができ、結
果として、プローブ光の検出を容易にし、検出下限を大
幅に改善することか可能となる。具体的に説明すると、
平均出力１００ｍＷの光源であっても、パルス幅５０ｐ
ｓとし、パルス間隔１０ｎｓのプローブ光を発生させる
ならば、ピーク出力は２０Ｗとなる。この場合、平均出
力１００ｍＷのＣＷ光をプローブ光として用いた場合と
比較する。この時、定常的に存在する背景光に起因する
フォトンの取り込み等に起因する雑音が、一定であると
考えられるので５０ｐｓでゲートをかけて光検出すれば
定常雑音に対するプローブ光強度に対応する信号成分の
比を２００倍改善できることになる。このことは、光学
探針２８のピンホールの径を小さくできることを意味
し、近接場走査光学顕微鏡の分解能を向上させ得ること
を意味している。
【００１９】本発明は上記実施例の近接場走査光学顕微
鏡に限定されるものではない。
鏡に限定されるものではない。
【００２０】例えば、ゲート付き光検出器４４として、
フォトンカウンティングストリークカメラやマイクロチ
ャンネルプレート内臓型フオトマル（ＭＣＰ−ＰＭＴ）
等の使用も可能である。ただしＭＣＰ−ＰＭＴの場合、
マイクロチャンネルプレートのオン・オフ時の動作容量
に起因して、光検出器のゲート時間幅を極端に小さくす
ることはできない。したがって低速の動作となるが、例
えばゲート時間幅を５ｎｓとし光検出間隔を０．５μｓ
とすれば、上記実施と同様の効果を得ることができる。
フォトンカウンティングストリークカメラやマイクロチ
ャンネルプレート内臓型フオトマル（ＭＣＰ−ＰＭＴ）
等の使用も可能である。ただしＭＣＰ−ＰＭＴの場合、
マイクロチャンネルプレートのオン・オフ時の動作容量
に起因して、光検出器のゲート時間幅を極端に小さくす
ることはできない。したがって低速の動作となるが、例
えばゲート時間幅を５ｎｓとし光検出間隔を０．５μｓ
とすれば、上記実施と同様の効果を得ることができる。
【００２１】また、パルス光源３０として、半導体レー
ザを使用してもよい。この場合あまり大きなピーク出力
は得られないが、小型で安価で電気的制御性のよいもの
とすることができる。
ザを使用してもよい。この場合あまり大きなピーク出力
は得られないが、小型で安価で電気的制御性のよいもの
とすることができる。
【００２２】さらに、試料表面に凸凹が存在しないなら
ば、光学探針２８をＺ方向に変位させないで、試料１６
をＸ−Ｙ面内で走査し、ゲート付き光検出器４４からの
検出信号を測定してもよい。この場合、測定された結果
は試料の吸収等に対応する。また、試料１６が導電性を
有するならば、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）を並用
して試料表面凸凹情報はＳＴＭで行い、光学探針２８と
試料１６の表面との間の距離を一定に保ち、表面凸凹以
外の情報をより正確に調べることができる。ＳＴＭを並
用する方法には２つの方法がある。第１の方法は、図２
に示すように、ＳＴＭ探針と光学探針を近接して配置す
る。この時、先端ｄの間隔をＸ（あるいはＹ）の移動制
御可能最少ステップａで割った数だけのメモリーを解析
装置４７内に保有し、ＳＴＭで検知した凸凹情報をメモ
リーし、その位置に光学探針が来た時に情報を読み出
し、Ｚ位置を決定して計測を行うようにする。第２の方
法は、図３に示すように試料１６の一辺の長さ以上に離
して配置し、一旦ＳＴＭによるＸＹ走査を行ないここで
得られた凸凹情報を全て解析装置４７に保存しておい
て、その情報を基づいて光学探針による計測を行う。第
１の方法は、メモリー容量が小さくてすみ、構成も簡単
で計測も短時間ですむが、試料にｄの間隔で極端な凸凹
を有する部分が存在すると、一方の探針が邪魔をして他
方の探針が試料に近づくことができず計測が不可能とな
る場合が生じる。第２の方法は、構成が複雑で大メモリ
ー容量が必要であるがこのような制限は受けずに計測が
可能となる。また、さらに試料１６が導電性を有さない
場合には走査型原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を同様に並用
して計測を行い、凸凹の情報をＡＦＭで行うようにし
て、同様の計測を行うことが可能である。
ば、光学探針２８をＺ方向に変位させないで、試料１６
をＸ−Ｙ面内で走査し、ゲート付き光検出器４４からの
検出信号を測定してもよい。この場合、測定された結果
は試料の吸収等に対応する。また、試料１６が導電性を
有するならば、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）を並用
して試料表面凸凹情報はＳＴＭで行い、光学探針２８と
試料１６の表面との間の距離を一定に保ち、表面凸凹以
外の情報をより正確に調べることができる。ＳＴＭを並
用する方法には２つの方法がある。第１の方法は、図２
に示すように、ＳＴＭ探針と光学探針を近接して配置す
る。この時、先端ｄの間隔をＸ（あるいはＹ）の移動制
御可能最少ステップａで割った数だけのメモリーを解析
装置４７内に保有し、ＳＴＭで検知した凸凹情報をメモ
リーし、その位置に光学探針が来た時に情報を読み出
し、Ｚ位置を決定して計測を行うようにする。第２の方
法は、図３に示すように試料１６の一辺の長さ以上に離
して配置し、一旦ＳＴＭによるＸＹ走査を行ないここで
得られた凸凹情報を全て解析装置４７に保存しておい
て、その情報を基づいて光学探針による計測を行う。第
１の方法は、メモリー容量が小さくてすみ、構成も簡単
で計測も短時間ですむが、試料にｄの間隔で極端な凸凹
を有する部分が存在すると、一方の探針が邪魔をして他
方の探針が試料に近づくことができず計測が不可能とな
る場合が生じる。第２の方法は、構成が複雑で大メモリ
ー容量が必要であるがこのような制限は受けずに計測が
可能となる。また、さらに試料１６が導電性を有さない
場合には走査型原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を同様に並用
して計測を行い、凸凹の情報をＡＦＭで行うようにし
て、同様の計測を行うことが可能である。
【００２３】さらに、試料１６として蛍光体を使用し、
その蛍光寿命を測定することもできる。この場合、パル
ス光源３０からのパルス状のプローブ光を励起光源とし
て使用する。さらに、ゲート付き光検出器４４を単にプ
ローブ光に同期させるだけでなく、蛍光発光量の切り出
しに必要な時刻に応じて動作させる。さらに１点の観測
を切り出し時刻を除々に変化させて計測することもでき
る。またさらに光検出器にストリークカメラを用いてい
る場合には、前記実施例とは異なり、ディテクタアレイ
はストリーク掃引方向と平行に配置し、ストリーク光電
面への光入射はポイントに集光して行っても良い。この
ようにすれば蛍光の時間分解を行うことが可能となる。
これにより、光検出器のゲート時間の時間分解能で試料
１６の蛍光発光の時間特性を検出することができ、試料
の物質を広く同定することができる。また、試料１６を
Ｘ−Ｙ面内で走査するならば、試料表面の蛍光寿命のマ
ップを得ることもできる。
その蛍光寿命を測定することもできる。この場合、パル
ス光源３０からのパルス状のプローブ光を励起光源とし
て使用する。さらに、ゲート付き光検出器４４を単にプ
ローブ光に同期させるだけでなく、蛍光発光量の切り出
しに必要な時刻に応じて動作させる。さらに１点の観測
を切り出し時刻を除々に変化させて計測することもでき
る。またさらに光検出器にストリークカメラを用いてい
る場合には、前記実施例とは異なり、ディテクタアレイ
はストリーク掃引方向と平行に配置し、ストリーク光電
面への光入射はポイントに集光して行っても良い。この
ようにすれば蛍光の時間分解を行うことが可能となる。
これにより、光検出器のゲート時間の時間分解能で試料
１６の蛍光発光の時間特性を検出することができ、試料
の物質を広く同定することができる。また、試料１６を
Ｘ−Ｙ面内で走査するならば、試料表面の蛍光寿命のマ
ップを得ることもできる。
【００２４】さらに、ゲート付き光検出器４４の前にプ
リズムその他の分光器を設けてもよい。この場合、スト
リークカメラの入力側のスリットに検出する波長を並べ
て、入射することで、試料１６の発生する蛍光等のスペ
クトル分布を検出することができ、試料の物質をより正
確に同定することができる。光検出器がＭＣＰ−ＰＭＴ
の場合には、被測定波長を順次変更して行えば同様のこ
とが可能となる。また、試料１６をＸ−Ｙ面内で走査す
るならば、試料表面のスペクトルピークあるいは、スペ
クトル幅のマップを得ることもできる。
リズムその他の分光器を設けてもよい。この場合、スト
リークカメラの入力側のスリットに検出する波長を並べ
て、入射することで、試料１６の発生する蛍光等のスペ
クトル分布を検出することができ、試料の物質をより正
確に同定することができる。光検出器がＭＣＰ−ＰＭＴ
の場合には、被測定波長を順次変更して行えば同様のこ
とが可能となる。また、試料１６をＸ−Ｙ面内で走査す
るならば、試料表面のスペクトルピークあるいは、スペ
クトル幅のマップを得ることもできる。
【００２５】またさらに、光検出器にストリークカメラ
を用いている場合には、前記ディテクタアレイをＣＣＤ
カメラ等の２次元検出器とし、一度に時間分解分光する
こともできる。この場合には、Ｘ−Ｙ走査を一度行い、
スペクトルピーク、スペクトル幅、蛍光寿命等のマップ
を一度に得ることもできる。
を用いている場合には、前記ディテクタアレイをＣＣＤ
カメラ等の２次元検出器とし、一度に時間分解分光する
こともできる。この場合には、Ｘ−Ｙ走査を一度行い、
スペクトルピーク、スペクトル幅、蛍光寿命等のマップ
を一度に得ることもできる。
【００２６】さらに、Ｘ−Ｙ走査装置１４によって光学
探針２８の方をＸ、Ｙ方向に走査してもよい。また、Ｚ
変位装置２４によって試料１６の方をＺ方向に変位させ
てもよい。
探針２８の方をＸ、Ｙ方向に走査してもよい。また、Ｚ
変位装置２４によって試料１６の方をＺ方向に変位させ
てもよい。
【００２７】さらに、光源として、可変波長のレーザ等
を使用してもよいし、可視光線のみならず各種放射線の
使用が可能であることもいうまでもない。
を使用してもよいし、可視光線のみならず各種放射線の
使用が可能であることもいうまでもない。
【００２８】さらに、光学探針２８、対物レンズ４０等
を別の測定モードで使用してもよい。例えば、対物レン
ズ４０を用いて試料を裏面から照明し、試料表面に近接
させた光学探針によって試料を透過した光を検出しても
よい。さらに、試料表面に近接させた光学探針から照射
された光の反射光を同じ光学探針で検出してもよい。さ
らに、バルス光波は斜めから、試料の広い範囲を照射
し、光検出にだけ近接場光学系を利用しても良い。
を別の測定モードで使用してもよい。例えば、対物レン
ズ４０を用いて試料を裏面から照明し、試料表面に近接
させた光学探針によって試料を透過した光を検出しても
よい。さらに、試料表面に近接させた光学探針から照射
された光の反射光を同じ光学探針で検出してもよい。さ
らに、バルス光波は斜めから、試料の広い範囲を照射
し、光検出にだけ近接場光学系を利用しても良い。
【００２９】
【発明の効果】本発明の近接場走査光学顕微鏡によれ
ば、変換手段が光源の発生する光の強度の増大時に同期
して動作するので、パルス状に変化する光源からの光の
強度が減少している間にも電気信号に変換されていた定
常的に存在するバックグラウンドノイズをから除去する
ことができる。従って、パルス状に変化するプローブ光
のピーク値を増大させることによりＳ／Ｎ比を向上させ
ることができ、これにより、近接場走査光学顕微鏡の分
解能を向上させることが可能になる。
ば、変換手段が光源の発生する光の強度の増大時に同期
して動作するので、パルス状に変化する光源からの光の
強度が減少している間にも電気信号に変換されていた定
常的に存在するバックグラウンドノイズをから除去する
ことができる。従って、パルス状に変化するプローブ光
のピーク値を増大させることによりＳ／Ｎ比を向上させ
ることができ、これにより、近接場走査光学顕微鏡の分
解能を向上させることが可能になる。
【図１】本発明の一実施例の構成を示した図である。
【図２】ＳＴＭを並用する方法を示した図である。
【図３】ＳＴＭを併用する別の方法を示した図である。
２８…光学探針 ３０…光源 ２８、４０…近接場光学手段 ４４…変換手段
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−34824（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−47654（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−77605（ＪＰ，Ａ) 特公 平４−5170（ＪＰ，Ｂ２) Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，ｖｏｌ. 59［10］（15 Ｍａｙ 1986），ｐ. 3318−3327；Ｕ．Ｄｕｒｉｇ ｅｔ ａ ｌ．：”Ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ ｏｐｔ ｉｃａｌ−ｓｃａｎｎｉｎｇ ｍｉｃｒ ｏｓｃｏｐｙ" Ｏ ｐｌｕｓ Ｅ（1989−９）、ｐ. 110−116；岡崎敏「編集：新しい顕微鏡 応用技術 近接場走査顕微蛍光分析法の 開発と生態観察への応用の試み」生物物 理、ｖｏｌ．29［４］（Ａｕｇｕｓｔ 1989）ｐ．49−51；楠見明弘、「時間分 解顕微蛍光法」 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 21/00 - 21/36 G01N 37/00
Claims (6)
- 【請求項１】 試料を配置する試料セット位置に照射す
べき光を発生する光源と、光学探針の先端に設けられた
ピンホールを介して、該光学探針と前記試料セット位置
との間で光を選択的に供給または取り出す近接場光学手
段と、該近接場光学手段により取り出された光を検出す
る光検出手段とを有する近接場走査光学顕微鏡であっ
て、 前記光源は、強度がパルス状に変化する光を発生し、 前記光検出手段は、前記光源の出力光パルスに同期し、
前記光源の出力光パルスのパルス繰り返し周期以下の所
定の時間間隔中に前記近接場光学手段により取り出され
た光を検出して電気信号に変換することを特徴とする近
接場走査光学顕微鏡。 - 【請求項２】 前記試料へ照射する光パルスのパルス幅
と、前記近接場光学手段で光を取り出す時間間隔とを変
化させることを特徴とする請求項１記載の近接場走査光
学顕微鏡。 - 【請求項３】 前記光源は、前記試料に励起光を照射
し、前記近接場光学手段は前記試料から放出された光を
取り出し、その時間特性を検出することを特徴とする請
求項１あるいは２に記載の近接場走査光学顕微鏡。 - 【請求項４】 前記光検出手段は、前記近接場光学手段
により取り出された光を波長ごとに分光して検出するこ
とを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の近接場
走査光学顕微鏡。 - 【請求項５】 前記近接場光学手段に近接して配置さ
れ、前記試料の光学的特性以外の物理量をそれぞれ検出
する１つ以上の異種プローブをさらに備えていることを
特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の近接場走査
光学顕微鏡。 - 【請求項６】 前記異種プローブの少なくともひとつに
より走査型トンネル顕微鏡あるいは走査型原子間力顕微
鏡のいずれかが構成されていることを特徴とする請求項
５記載の近接場走査光学顕微鏡。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3073054A JP2823970B2 (ja) | 1991-04-05 | 1991-04-05 | 近接場走査光学顕微鏡 |
| DE69220598T DE69220598T2 (de) | 1991-04-05 | 1992-04-03 | Optisches Nahfeldabtastmikroskop |
| EP92302996A EP0507628B1 (en) | 1991-04-05 | 1992-04-03 | Near field scanning optical microscope |
| US07/864,238 US5382789A (en) | 1991-04-05 | 1992-04-06 | Near field scanning optical microscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3073054A JP2823970B2 (ja) | 1991-04-05 | 1991-04-05 | 近接場走査光学顕微鏡 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04307510A JPH04307510A (ja) | 1992-10-29 |
| JP2823970B2 true JP2823970B2 (ja) | 1998-11-11 |
Family
ID=13507266
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3073054A Expired - Fee Related JP2823970B2 (ja) | 1991-04-05 | 1991-04-05 | 近接場走査光学顕微鏡 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5382789A (ja) |
| EP (1) | EP0507628B1 (ja) |
| JP (1) | JP2823970B2 (ja) |
| DE (1) | DE69220598T2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| US5548113A (en) * | 1994-03-24 | 1996-08-20 | Trustees Of Boston University | Co-axial detection and illumination with shear force dithering in a near-field scanning optical microscope |
| JP2936311B2 (ja) * | 1994-09-09 | 1999-08-23 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 液中観察機能付き走査型近視野原子間力顕微鏡 |
| DE4438391C2 (de) * | 1994-10-27 | 1997-07-03 | Evotec Biosystems Gmbh | Vorrichtung zur Bestimmung stoffspezifischer Parameter eines oder weniger Moleküle mittels Korrelations-Spektroskopie |
| DE19512265A1 (de) * | 1995-03-24 | 1996-09-26 | Joerg Dr Wrachtrup | Optisch detektierte magnetische Resonanz Bilddarstellung an einzelnen Molekülen |
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| JP3399781B2 (ja) * | 1997-05-09 | 2003-04-21 | 日本電信電話株式会社 | 走査型発光顕微鏡 |
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| DE19741122C2 (de) * | 1997-09-12 | 2003-09-25 | Forschungsverbund Berlin Ev | Anordnung zur Vermessung und Strukturierung (Nahfeldanordnung) |
| DE19820575B4 (de) * | 1998-05-08 | 2012-03-29 | Leica Microsystems Cms Gmbh | Verfahren zum Betrieb einer pulsierenden Laserlichtquelle |
| DE19822869C2 (de) * | 1998-05-22 | 2001-05-10 | Zeiss Carl Jena Gmbh | Optisches Nahfeldmikroskop |
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| KR100434542B1 (ko) * | 2001-09-18 | 2004-06-05 | 삼성전자주식회사 | 근접장용 광 프로브 개구 측정장치 및 방법 |
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| DE102007010890A1 (de) * | 2007-03-06 | 2008-09-11 | Ludwig-Maximilians-Universität München | Anordnung zum Untersuchen oder/und Manipulieren von Proben |
| KR100978600B1 (ko) * | 2007-10-23 | 2010-08-27 | 연세대학교 산학협력단 | 초고분해능 주사 광학 측정 장치 |
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| JP4628488B1 (ja) * | 2009-05-15 | 2011-02-09 | 日東電工株式会社 | 光学表示装置の製造システム及び製造方法 |
| GB0913782D0 (en) * | 2009-08-07 | 2009-09-16 | Univ Strathclyde | Microscope |
| JP4723044B1 (ja) * | 2010-09-17 | 2011-07-13 | 日東電工株式会社 | 液晶表示素子の製造システム及び製造方法 |
| JP4676026B1 (ja) | 2010-09-17 | 2011-04-27 | 日東電工株式会社 | 液晶表示素子の製造システム及び製造方法 |
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| JP5782010B2 (ja) | 2012-11-09 | 2015-09-24 | 日東電工株式会社 | 光学表示パネルの連続製造方法および光学表示パネルの連続製造システム |
| WO2014185099A1 (ja) | 2013-05-17 | 2014-11-20 | 住友化学株式会社 | 光学表示デバイスの生産システム |
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1991
- 1991-04-05 JP JP3073054A patent/JP2823970B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-04-03 DE DE69220598T patent/DE69220598T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-04-03 EP EP92302996A patent/EP0507628B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-04-06 US US07/864,238 patent/US5382789A/en not_active Expired - Lifetime
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| Title |
|---|
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| US5382789A (en) | 1995-01-17 |
| DE69220598D1 (de) | 1997-08-07 |
| DE69220598T2 (de) | 1997-11-06 |
| EP0507628A3 (en) | 1993-03-03 |
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| JPH04307510A (ja) | 1992-10-29 |
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