JP3399810B2 - 試料分析装置 - Google Patents

試料分析装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、微小開口プローブ
から発せられる近接場光を利用して試料を分析する試料
分析装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光の波長よりも小さい試料の形状や構造
を分析できる装置の１つとして、フォトン走査型トンネ
ル顕微鏡等の近接場光学顕微鏡が知られている。この近
接場光学顕微鏡は、例えば微小開口プローブから出射さ
れる近接場光（エバネッセント光）が試料表面と相互作
用すること、即ち、試料表面によって近接場（エバネッ
セント場）が乱されることにより生じる散乱光の強度を
検出するとともに、微小開口プローブを試料表面上で走
査させ、時系列の散乱光強度検出信号を微小開口プロー
ブの位置の関数としてとらえることにより、試料表面の
形状や構造を示す情報を得るように構成されている。
【０００３】なお、上記微小開口プローブは多くの場
合、光ファイバーの先端部をエッチングにより尖鋭化し
た後、そこに金属膜を蒸着し、次いで先端の金属膜を除
去して開口とすることによって形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記近
接場光学顕微鏡においても、試料表面の各箇所における
分子の向きのようなより詳細な構造についての情報を得
ることができない。
【０００５】そこで本発明は、試料の構造を更に詳細に
分析することができる分析装置を提供することを目的と
する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の試料分析装置
は、試料分析用の光を発する光源と、その光の波長より
も短い径の光通過開口を一端に有する微小開口プローブ
と、その光を前記微小開口プローブの他端から入射させ
る入射光学系と、前記微小開口プローブの前記開口から
出射する近接場光の照射を受ける位置に試料を保持する
試料台と、前記近接場光が前記試料の表面と相互作用す
ることにより生じる散乱光を受けて、該散乱光の強度分
布パターンを可視化する拡散板と、前記拡散板により可
視化された前記強度分布パターンを撮像する撮像手段
と、撮像された該強度分布パターンを表示する表示手段
とからなることを特徴とするものである。
【０００７】すなわち、本発明は、近接場光（エバネッ
セント光）を利用して試料の構造解析を行う試料分析装
置において、近接場光と試料表面とが相互作用すること
により生じる散乱光の強度分布パターンを拡散板により
可視化して撮像し、表示するようにしたことを特徴とす
るものである。
【０００８】なお、前記拡散板が前記試料台を兼ねるも
のであってもよい。
【０００９】
【発明の効果】本発明の試料分析装置によれば、光通過
開口である微小開口から出射された近接場光と試料表面
とが相互作用することにより生じる散乱光の強度分布パ
ターンを拡散板により可視化し、該可視化された強度分
布パターンを撮像素子により撮像して表示装置に表示す
るため、試料表面の構造（例えば分子の向き等）に応じ
た特有の散乱光の強度分布パターンを容易に得ることが
できる。従って、そのパターンと予め求めておいた試料
構造との相関関係に基づいて試料表面の構造を容易に分
析することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の１つの実
施形態である試料分析装置を示すものである。
【００１１】本試料分析装置は、近接場光学顕微鏡に用
いられるものと同様の微小開口プローブ10と、試料分析
用の光（レーザービーム）11を発するレーザー12と、発
散光であるこのレーザービーム11を平行光化するコリメ
ーターレンズ13と、平行光となったレーザービーム11を
微小開口プローブ10の基端10a すなわち図中プローブの
左端上で収束される集光レンズ14と、これらのレンズ13
と14との間に配設された偏光制御素子としてのλ／２板
15とを有している。
【００１２】微小開口プローブ10は例えば光ファイバー
からなり、尖鋭化された先端10b （図中のプローブ下
端）に、光の波長よりも短い径の光通過開口を有する。
上述のようにして該微小開口プローブ10の基端10a 上で
収束したレーザビーム11は、この基端10a からプローブ
内に入射して伝搬し、上記開口から出射する。
【００１３】このときプローブ開口からはエバネッセン
ト光が出射され（エバネッセント光がしみだし）てい
る。分析に供される試料16が試料台18に保持されて、こ
のエバネッセント光が照射される位置に置かれると、こ
のエバネッセント光と試料とが相互作用をして伝搬光で
ある散乱光が生じる。ここで用いられている試料台18は
拡散板からなるものであり、散乱光の強度分布を表す分
布パターン像が拡散板に投影されて可視化される。この
投影像（強度分布パターン）を冷却ＣＣＤ撮像素子17に
よって撮像し、コントローラ36により所定の画像処理を
施した後、ＣＲＴ等の画像表示手段19に出力する。
【００１４】散乱光は、試料16の表面形状および構造に
応じた特有の強度分布パターンを有している。そこで、
前述のように予め試料構造と強度分布パターンとの相関
関係を調べておくことにより、所定位置で単に散乱光の
強度検出を行う近接場光学顕微鏡では得られない試料中
の分子の向き等の詳細な構造をも解析可能である。
【００１５】なお、プローブ10を試料表面に沿って二次
元的に走査させ、試料表面の各位置においてそれぞれ上
述のような散乱光強度分布パターンを得ることにより、
試料表面の二次元的な形状および構造を示す情報を得る
ことができる。
【００１６】プローブ10を試料表面に沿ってプローブ先
端10b と試料表面との間隔を略一定に保ちつつ走査させ
るため、試料台18は、例えば、ピエゾ素子等からなるホ
ルダ駆動手段37によりＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動自在とされ
ている。
【００１７】なお上記駆動手段37の作動はコントローラ
36によって制御される。また、プローブ10の光軸方向位
置は位置検出装置20によって検出され、そこから出力さ
れる位置検出信号はコントローラ36に入力される。コン
トローラ36はこの位置検出信号に基づいて、試料台18の
（つまり試料16の）Ｚ方向位置を所望位置に設定するよ
うに駆動手段37の作動を制御する。ここで、位置検出お
よび位置制御は以下のようにしてなされる。プローブ10
の先端部に取り付けられたピエゾ素子21によりプローブ
10の先端部を共振振動させつつ、試料台駆動手段37によ
り試料台18を上下させてプローブ先端と試料表面との距
離を変化させる。このときプローブ先端と試料表面との
距離がある程度近接すると両者の間にファンデルワール
ス力が働きはじめ、これによりプローブ10に対してシア
ーフォース（せん断応力）が働く。このせん断応力に伴
ってプローブ10の振動振幅が変化するので、プローブ先
端にレーザービーム22を収束せしめて、その回折光を光
検出器23で検出することによりプローブ10の振動振幅を
測定する。この振動振幅はプローブ先端10b と試料表面
との距離に依存するため、振動振幅を所定値に保つよう
にコントローラ36により試料台駆動手段37が制御され
る。
【００１８】なお本実施形態においては、前記λ／２板
15を回転させることにより、微小開口プローブ10に入射
する前のレーザービーム11の直線偏光の向きを変化さ
せ、試料分析の上で最適な偏光状態を設定することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施形態である試料分析装置を
示す側面図
【符号の説明】
10 微小開口プローブ 11 レーザービーム 12 レーザー 13 コリメーターレンズ 14 集光レンズ 15 λ／２板 16 試料 17 冷却ＣＣＤ撮像素子 18 拡散板（試料台） 19 画像表示手段 20 位置検出手段 36 コントローラ 37 試料台駆動手段
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−225975（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−236610（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−213909（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−9645（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−299738（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−74861（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−172695（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−101715（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−21616（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−101743（ＪＰ，Ａ) 特公 平３−10065（ＪＰ，Ｂ２) 特許3309355（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 13/10 - 13/24 G01N 21/00 - 21/958 G01M 11/00 - 11/08 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 試料分析用の光を発する光源と、 前記光の波長よりも短い径の光通過開口を一端に有する
    微小開口プローブと、 前記光を前記微小開口プローブの他端から入射させる入
    射光学系と、 前記微小開口プローブの前記開口から出射する近接場光
    の照射を受ける位置に試料を保持する試料台と、 前記近接場光が前記試料の表面と相互作用することによ
    り生じる散乱光を受けて、該散乱光の強度分布パターン
    を可視化する拡散板と、 前記拡散板により可視化された前記強度分布パターンを
    撮像する、前記試料台の前記試料を保持する側と反対の
    側に配置された撮像手段と、 撮像された該強度分布パターンを表示する表示手段とか
    らなることを特徴とする試料分析装置。
  2. 【請求項２】 前記拡散板が前記試料台を兼ねるもので
    あることを特徴とする請求項１記載の試料分析装置。
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