JPH0391710A - 光走査トンネル顕微鏡 - Google Patents
光走査トンネル顕微鏡Info
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- JPH0391710A JPH0391710A JP1230210A JP23021089A JPH0391710A JP H0391710 A JPH0391710 A JP H0391710A JP 1230210 A JP1230210 A JP 1230210A JP 23021089 A JP23021089 A JP 23021089A JP H0391710 A JPH0391710 A JP H0391710A
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Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
Ｃ産業上の利用分野〕
本発明は、試料の内部において光が全反射したときに試
料表面に生じるエバネッセント波をピックアップを走査
することによって検出して、高解像度で試料を非接触、
非破壊で観察することができる光走査トンネル顕微鏡に
関する。
料表面に生じるエバネッセント波をピックアップを走査
することによって検出して、高解像度で試料を非接触、
非破壊で観察することができる光走査トンネル顕微鏡に
関する。
ＬＥ膜（ラングミアブロジェット膜）等の有機薄膜は、
光エレクトロニクス、特に光交換機への応用のための高
速光変調器、光論理素子、波長変換素子として有望であ
り、近年その研究が世界的に急速に進められている。ま
た、バイオテクノロジーにおいて、生体細胞膜のゲート
機構の解明、バイオリアクターの研究等が精力的に進め
られている。さらに、半導体素子、光ディスク表面の光
の波長以下の溝、ビットの構造を観察する必要性も高ま
っている。これらの研究のためには、膜面に生じる１０
ｎｍ程度の開口の有無、数等を非接触、非破壊で検出す
る技術の確立が必要である。
光エレクトロニクス、特に光交換機への応用のための高
速光変調器、光論理素子、波長変換素子として有望であ
り、近年その研究が世界的に急速に進められている。ま
た、バイオテクノロジーにおいて、生体細胞膜のゲート
機構の解明、バイオリアクターの研究等が精力的に進め
られている。さらに、半導体素子、光ディスク表面の光
の波長以下の溝、ビットの構造を観察する必要性も高ま
っている。これらの研究のためには、膜面に生じる１０
ｎｍ程度の開口の有無、数等を非接触、非破壊で検出す
る技術の確立が必要である。
ところで、従来、試料に電流を流してその表面に生じる
トンネル電流を検出して試料を電気的に高解像度で観察
する走査トンネル顕微鏡は公知である。しかし、この電
気的な走査トンネル顕微鏡は試料に電流を流すので、試
料を非破壊で検出することはできない。特に、生体細胞
膜等の観察においては、この点は決定的に不利である。
トンネル電流を検出して試料を電気的に高解像度で観察
する走査トンネル顕微鏡は公知である。しかし、この電
気的な走査トンネル顕微鏡は試料に電流を流すので、試
料を非破壊で検出することはできない。特に、生体細胞
膜等の観察においては、この点は決定的に不利である。
これとは別に、試料の内部において光が全反射したとき
に試料表面に生じるエバネッセント波をピックアップを
走査することによって検出して、試料を高解像度で非接
触、非破壊で観察する超解像顕微法又は光走査トンネル
顕微鏡が、１９８０年代初頭に提案され、地道に研究が
継続されてきた。しかしながら、現在の分解能は１００
ｎｍ程度であり（例えば、Ｐｈｙ’ｓ．Ｒｅｖ．Ｂ，Ｖ
ｏｌ．３９，Ｎｏ．１．ｐｐ．７６７〜７７０参照）、
上記のような１０ｎｍ程度の高解像度を得る大めには、
未だ不充分である。
に試料表面に生じるエバネッセント波をピックアップを
走査することによって検出して、試料を高解像度で非接
触、非破壊で観察する超解像顕微法又は光走査トンネル
顕微鏡が、１９８０年代初頭に提案され、地道に研究が
継続されてきた。しかしながら、現在の分解能は１００
ｎｍ程度であり（例えば、Ｐｈｙ’ｓ．Ｒｅｖ．Ｂ，Ｖ
ｏｌ．３９，Ｎｏ．１．ｐｐ．７６７〜７７０参照）、
上記のような１０ｎｍ程度の高解像度を得る大めには、
未だ不充分である。
したがって、本発明は、上記した従来の光走査トンネル
顕微鏡の問題点を解決して、高分解能、高感度の光走査
トンネル顕微鏡を提供することを第ｌの目的としており
、 ついで、試料の局所的な分光特性の分析が可能な高分解
能の光走査トンネル顕微鏡を提供することを第２の目的
としている。
顕微鏡の問題点を解決して、高分解能、高感度の光走査
トンネル顕微鏡を提供することを第ｌの目的としており
、 ついで、試料の局所的な分光特性の分析が可能な高分解
能の光走査トンネル顕微鏡を提供することを第２の目的
としている。
本発明の前提となる光走査トンネル顕微鏡は、試料内部
における光の全反射によってその表面に生じるエバネッ
セント波を、ピックアップを試料表面に沿って非接触で
走査することによって検出して、試料の像を高解像度、
非接触、非破壊で得る光走査トンネル顕微鏡である。
における光の全反射によってその表面に生じるエバネッ
セント波を、ピックアップを試料表面に沿って非接触で
走査することによって検出して、試料の像を高解像度、
非接触、非破壊で得る光走査トンネル顕微鏡である。
そして、本発明の第１の発明の光走査トンネル顕微鏡は
、ピックアップとして、光ファイバーのコアの先端を選
択エッチングにより円錐状に尖鋭化し、その表面に金属
コーテングを施し、プラズマエッチングによって尖鋭化
した円錐先端部のコーテングを除去してなるピックアッ
プを用いたことを特徴とするものである。
、ピックアップとして、光ファイバーのコアの先端を選
択エッチングにより円錐状に尖鋭化し、その表面に金属
コーテングを施し、プラズマエッチングによって尖鋭化
した円錐先端部のコーテングを除去してなるピックアッ
プを用いたことを特徴とするものである。
第２の発明の光走査トンネル顕微鏡は、ピックアップを
複数個並列して試料に近接させ、各ピックアップを試料
に沿って相互に連関して一定の関係で駆動し、開口合成
法により超解像を得るように構成したことを特徴とする
ものである。
複数個並列して試料に近接させ、各ピックアップを試料
に沿って相互に連関して一定の関係で駆動し、開口合成
法により超解像を得るように構成したことを特徴とする
ものである。
第３の発明の光走査トンネル顕微鏡は、エバネッセント
波の検出を、ピックアップによって検出された光とこの
光と僅かに異なる周波数を有する参照光とを混合してヘ
テロダイン検波を行うか、フォトンカウンティングの手
法を用いることによって検出するように構成したことを
特徴とするものである。
波の検出を、ピックアップによって検出された光とこの
光と僅かに異なる周波数を有する参照光とを混合してヘ
テロダイン検波を行うか、フォトンカウンティングの手
法を用いることによって検出するように構成したことを
特徴とするものである。
第４の発明の光走査トンネル顕微鏡は、試料を照明する
光の波長を可変に構成したことを特徴とするものである
。
光の波長を可変に構成したことを特徴とするものである
。
さらに、本発明には、これら個々の発明を組み合わして
なる光走査トンネル顕微鏡が含まれる。
なる光走査トンネル顕微鏡が含まれる。
第１の発明においては、ピックアップとして、光ファイ
バーのコアの先端を選択エッチングにより円錐状に尖鋭
化し、その表面に金属コーテングを施し、プラズマエッ
チングによって尖鋭化した円錐先端部のコーテングを除
去してなるピックアップを用いたので、先端開口の面積
が５０ｎｍ以下となり、解像度が大幅に向上する。
バーのコアの先端を選択エッチングにより円錐状に尖鋭
化し、その表面に金属コーテングを施し、プラズマエッ
チングによって尖鋭化した円錐先端部のコーテングを除
去してなるピックアップを用いたので、先端開口の面積
が５０ｎｍ以下となり、解像度が大幅に向上する。
第２の発明においては、ピックアップを複数個並列して
試料に近接させ、各ピックアップを試料に沿って相互に
連関して一定の関係で駆動し、開口合成法により超解像
を得るように構成したので、単一のピックアップを用い
る場合に比較して解像度が向上する。
試料に近接させ、各ピックアップを試料に沿って相互に
連関して一定の関係で駆動し、開口合成法により超解像
を得るように構成したので、単一のピックアップを用い
る場合に比較して解像度が向上する。
第３の発明においては、エバネッセント波の検出を、ピ
ックアップによって検出された光とこの光と僅かに異な
る周波数を有する参照光とを混合してヘテロダイン検波
を行うか、フオトンカウンティングの手法を用いること
によって検出するように構成したので、検出感度が向上
し、そのため解像度も向上する。
ックアップによって検出された光とこの光と僅かに異な
る周波数を有する参照光とを混合してヘテロダイン検波
を行うか、フオトンカウンティングの手法を用いること
によって検出するように構成したので、検出感度が向上
し、そのため解像度も向上する。
第４の発明においては、試料を照明する光の波長を可変
に構成したので、試料成分の顕微分光分析ができる。
に構成したので、試料成分の顕微分光分析ができる。
本発明の実施例を説明する前に、光走査トンネル顕微鏡
の原理を簡単に説明する。第１図において、表面に極微
細な凹凸形状を有する試料１表面にその内部から臨界角
以上の入射角で光２を当てると、光２は試料表面で全反
射をして試料ｌの外へは出てこないが、試料１の表面上
には距離に応じて急速に減衰するエバネッセント波３が
生ずる。
の原理を簡単に説明する。第１図において、表面に極微
細な凹凸形状を有する試料１表面にその内部から臨界角
以上の入射角で光２を当てると、光２は試料表面で全反
射をして試料ｌの外へは出てこないが、試料１の表面上
には距離に応じて急速に減衰するエバネッセント波３が
生ずる。
このとき、試料１表面に光ファイバーからなるピックア
ップ４を近接させると、エバネッセント波３の強度に応
じて光の一部が結合され、ピックアップ４の他端から光
が検出される。したがって、ピックアップ４を試料１０
表面に沿って相対的に走査すると、試料ｌ表面の凹凸形
状に応じてピックアップ４先端から試料１表面までの距
離が変化するので、ピックアップ４の他端から検出され
る光強度は変化する。この強度変化が試料１表面の凹凸
形状を表しているので、この強度変化を走査と同期して
２次元的に表示することで、試料Ｉの表面形状の画像を
得ることができる。
ップ４を近接させると、エバネッセント波３の強度に応
じて光の一部が結合され、ピックアップ４の他端から光
が検出される。したがって、ピックアップ４を試料１０
表面に沿って相対的に走査すると、試料ｌ表面の凹凸形
状に応じてピックアップ４先端から試料１表面までの距
離が変化するので、ピックアップ４の他端から検出され
る光強度は変化する。この強度変化が試料１表面の凹凸
形状を表しているので、この強度変化を走査と同期して
２次元的に表示することで、試料Ｉの表面形状の画像を
得ることができる。
以上が、本発明の光走査トンネル顕微鏡の原理であるが
、この説明から明らかなように、顕微鏡の分解能はピッ
クアップ４の先端の光結合領域の面積に依存する。また
、検出感度は、エバネッセント波によって取り出せる光
強度が非常に小さく、バックグラウンド光がノイズにな
るので、通常の光電変換による光検出では不充分である
。
、この説明から明らかなように、顕微鏡の分解能はピッ
クアップ４の先端の光結合領域の面積に依存する。また
、検出感度は、エバネッセント波によって取り出せる光
強度が非常に小さく、バックグラウンド光がノイズにな
るので、通常の光電変換による光検出では不充分である
。
したがって、本発明においては、先ず第ｌに、光ファイ
バーからなるピックアップ４の先端を特別な製造方法に
より製作する。すなわち、第２図において、クラッド７
の外形１２５μｍ１コア６の直径ｌＯμｍの単一モード
ゲルマニウムドーブシリコン光ファイバー５の先端を直
角に切断して（図の（ａ）） 、その先端を弗酸液に浸
すと、クラッド７の方が溶け易いので図（ｂ）に示すよ
うに最初に選択的にエッチングされてなくなり、さらに
エッチングが進むと図の（Ｃ）のようにコア６の溶解も
始まり、図（６）に示すようにコア６先端が円錐状に尖
ってくる。このようにして、図の角度θが４５゜コア先
端の曲率半径が約４０ｎｍのものが得られる。次いで、
このようにして尖鋭化された光ファイバー５先端部を、
図の（ｅ）に示すように、金とクロムのコーテング８を
施し、プラズマエッチング装置の中でエッチングすると
、図の（ｆ）に示したように円錐状の先端に先ず穴があ
く。この段階でエッチングを終了すると図の直径ａが５
０ｎｍの窓が形或される。
バーからなるピックアップ４の先端を特別な製造方法に
より製作する。すなわち、第２図において、クラッド７
の外形１２５μｍ１コア６の直径ｌＯμｍの単一モード
ゲルマニウムドーブシリコン光ファイバー５の先端を直
角に切断して（図の（ａ）） 、その先端を弗酸液に浸
すと、クラッド７の方が溶け易いので図（ｂ）に示すよ
うに最初に選択的にエッチングされてなくなり、さらに
エッチングが進むと図の（Ｃ）のようにコア６の溶解も
始まり、図（６）に示すようにコア６先端が円錐状に尖
ってくる。このようにして、図の角度θが４５゜コア先
端の曲率半径が約４０ｎｍのものが得られる。次いで、
このようにして尖鋭化された光ファイバー５先端部を、
図の（ｅ）に示すように、金とクロムのコーテング８を
施し、プラズマエッチング装置の中でエッチングすると
、図の（ｆ）に示したように円錐状の先端に先ず穴があ
く。この段階でエッチングを終了すると図の直径ａが５
０ｎｍの窓が形或される。
このようにして形或された光ファイバーピックアップ４
の先端を、第３図に示すように、直角プリズム１０の斜
面に載せた試料１表面に近接させるように配置する。ピ
ックアップ４の他端にフォトマルチブライヤー（ＰＭ）
１３を取付け、これらを共にｘ−Ｙドライブステージｌ
４にて試料１に沿って走査可能に配置する。レーザ１１
から出た単色光を、ビーム拡大器１２で断面を拡大して
直角プリズム１０の直角を構成する１面から試料ｌの表
面に入射させて全反射させる。光ファイバーピックアッ
プ４の先端に結合されたエバネッセント波はＰＭ１３で
光電変換されて画像信号となり、表示回路１６に入力す
る。一方、ｘ−Ｙドライブステージ１４はＸ−Ｙドライ
ブ回路１５からの走査信号によって所望の走査を行う。
の先端を、第３図に示すように、直角プリズム１０の斜
面に載せた試料１表面に近接させるように配置する。ピ
ックアップ４の他端にフォトマルチブライヤー（ＰＭ）
１３を取付け、これらを共にｘ−Ｙドライブステージｌ
４にて試料１に沿って走査可能に配置する。レーザ１１
から出た単色光を、ビーム拡大器１２で断面を拡大して
直角プリズム１０の直角を構成する１面から試料ｌの表
面に入射させて全反射させる。光ファイバーピックアッ
プ４の先端に結合されたエバネッセント波はＰＭ１３で
光電変換されて画像信号となり、表示回路１６に入力す
る。一方、ｘ−Ｙドライブステージ１４はＸ−Ｙドライ
ブ回路１５からの走査信号によって所望の走査を行う。
この走査信号は表示回路１６へも送られ、上記画像信号
の同期信号として用いられ、ＣＲＴディスプレー１７上
に試料ｌの超微細表面形状を表示する。このようにして
得られた画像の解像度は１００ｎｍより小さく、本発明
に基づく光走査トンネル顕微鏡は従来のものより優れて
いることがわかる。
の同期信号として用いられ、ＣＲＴディスプレー１７上
に試料ｌの超微細表面形状を表示する。このようにして
得られた画像の解像度は１００ｎｍより小さく、本発明
に基づく光走査トンネル顕微鏡は従来のものより優れて
いることがわかる。
ところで、このようにして得られる画像光は極微弱で、
バックグラウンド光から分離できず、結果的に分解能が
悪くなる場合がある。そこで、本発明においては、まず
、検出されるエバネッセント光と参照光との間でヘテロ
ダイン検波を行うようにする。第４図において、レーザ
１１から出た周波数ωの光はハーフミラー１８によって
２つに分けられ、一方の光は第３図の場合と同様に試料
１表面で全反射させられ、エバネッセント波になってピ
ックアップ４に結合される。分けられた他方の光は超音
波ドップラーシフター１９によって周波数がωからω＋
Δωに変換され、光ファイバー２０を経て合波器２ｌに
入射して、ここでピックアップ４によって検出された微
弱信号光と混合して周波数Δωのビートを生じ、ＰＭ１
３によって光電変換される。この信号はフィルター２２
を経て画像信号となり、表示回路１６に入力する。
バックグラウンド光から分離できず、結果的に分解能が
悪くなる場合がある。そこで、本発明においては、まず
、検出されるエバネッセント光と参照光との間でヘテロ
ダイン検波を行うようにする。第４図において、レーザ
１１から出た周波数ωの光はハーフミラー１８によって
２つに分けられ、一方の光は第３図の場合と同様に試料
１表面で全反射させられ、エバネッセント波になってピ
ックアップ４に結合される。分けられた他方の光は超音
波ドップラーシフター１９によって周波数がωからω＋
Δωに変換され、光ファイバー２０を経て合波器２ｌに
入射して、ここでピックアップ４によって検出された微
弱信号光と混合して周波数Δωのビートを生じ、ＰＭ１
３によって光電変換される。この信号はフィルター２２
を経て画像信号となり、表示回路１６に入力する。
このように信号光をヘテロダイン検波すると、ヘテロダ
イン検波出力は参照光にも比例するので、エバネッセン
ト波による信号光の強度が微弱であっても高感度で検出
することができる。したがって、本発明のような光解像
度の光走査トンネル顕微鏡には極めて有効な手段である
。また、本発明においては、ピックアップ４によって検
出された極微弱光を、光子の数として高感度で検出する
所謂フォトンカウンティングの手法を用いて、図示して
いない光電子増倍管（フォトマルチプライヤ一）により
検出するようにすることもできる。
イン検波出力は参照光にも比例するので、エバネッセン
ト波による信号光の強度が微弱であっても高感度で検出
することができる。したがって、本発明のような光解像
度の光走査トンネル顕微鏡には極めて有効な手段である
。また、本発明においては、ピックアップ４によって検
出された極微弱光を、光子の数として高感度で検出する
所謂フォトンカウンティングの手法を用いて、図示して
いない光電子増倍管（フォトマルチプライヤ一）により
検出するようにすることもできる。
さらに、第５図に示すように、光ファイバーピックアッ
プ４を複数個並列して試料ｌに近接させ、各ピックアッ
プ４を、Ｘ−Ｙドライブ回路１５からの信号に基づいて
それぞれのＸ−Ｙドライブステージ１４により、相互に
連関して一定の関係で駆動し、演算回路２３において、
各ピックアップ４及びＰＭ１３によってピックアップさ
れた信号相互の相関演算及び重み付け合或をして、開口
合践法により単一のピックアップ４による解像力では解
像できない超解像を得るようにすることもできる。
プ４を複数個並列して試料ｌに近接させ、各ピックアッ
プ４を、Ｘ−Ｙドライブ回路１５からの信号に基づいて
それぞれのＸ−Ｙドライブステージ１４により、相互に
連関して一定の関係で駆動し、演算回路２３において、
各ピックアップ４及びＰＭ１３によってピックアップさ
れた信号相互の相関演算及び重み付け合或をして、開口
合践法により単一のピックアップ４による解像力では解
像できない超解像を得るようにすることもできる。
以上、本発明に基づく光走査トンネル顕微鏡の解像力、
感度を高める手段の実施例を説明してきたが、さらに本
発明においては試料ｌを照明するレーザ１１からの波長
を可変に構成し、かつ、レーザｌ１から発振される光の
スペクトル幅を狭くしてコヒーレンシーを高めて、例え
ば生体膜の試料１の組成、含まれる物質の種類を高感度
で分析するようにすることもできる。すなわち、第６図
に示すようにして、試料Ｉを照明するレーザ光源を波長
可変に構成する。レーザ１１としては、波長が注入電流
によって変化する半導体レーザを用いる。半導体レーザ
１ｌより発振された光はハーフミラー２４により一部が
分けられ、点線のような光路を進ませる。この先路中に
は圧電素子２６によって共振長が変えられるファブリベ
ロー共振器２５が挿入されており、この共振器２５を透
過した光はフォトダイオード２７によって光電変換され
、増幅器２８を経て半導体レーザ１１へ帰還されるよう
になっている。圧電素子２６は光波長掃引装置２９から
の信号によって駆動され、ファブリベロー共振器２５の
共振長を変化させるので、共振器２５を透過する光の波
長はその長さに応じて変化する。半導体レーザｌ１への
帰還回路を、ファブリペロー共振器２５を透過する光の
量が最大になるように構成することにより、光波艮掃引
装置２９からの信号を変化させて半導体レーザ１ｌから
発振する光の波長を変化させることができる。また、フ
ァブリベロー共振器２５によって反射された一部の光は
、ハーフミラー２４によって反射されて再び半導体レー
ザｌ１へ戻り、半導体レーザ１１から発振されるレーザ
光のスペクトル幅を狭くしてコヒーレンシーを高める作
用をする（この戻り光がない場合にスペクトル幅がＩＯ
Ｍ触であったものが１０ｋＨｚ程度に狭められる）。
感度を高める手段の実施例を説明してきたが、さらに本
発明においては試料ｌを照明するレーザ１１からの波長
を可変に構成し、かつ、レーザｌ１から発振される光の
スペクトル幅を狭くしてコヒーレンシーを高めて、例え
ば生体膜の試料１の組成、含まれる物質の種類を高感度
で分析するようにすることもできる。すなわち、第６図
に示すようにして、試料Ｉを照明するレーザ光源を波長
可変に構成する。レーザ１１としては、波長が注入電流
によって変化する半導体レーザを用いる。半導体レーザ
１ｌより発振された光はハーフミラー２４により一部が
分けられ、点線のような光路を進ませる。この先路中に
は圧電素子２６によって共振長が変えられるファブリベ
ロー共振器２５が挿入されており、この共振器２５を透
過した光はフォトダイオード２７によって光電変換され
、増幅器２８を経て半導体レーザ１１へ帰還されるよう
になっている。圧電素子２６は光波長掃引装置２９から
の信号によって駆動され、ファブリベロー共振器２５の
共振長を変化させるので、共振器２５を透過する光の波
長はその長さに応じて変化する。半導体レーザｌ１への
帰還回路を、ファブリペロー共振器２５を透過する光の
量が最大になるように構成することにより、光波艮掃引
装置２９からの信号を変化させて半導体レーザ１ｌから
発振する光の波長を変化させることができる。また、フ
ァブリベロー共振器２５によって反射された一部の光は
、ハーフミラー２４によって反射されて再び半導体レー
ザｌ１へ戻り、半導体レーザ１１から発振されるレーザ
光のスペクトル幅を狭くしてコヒーレンシーを高める作
用をする（この戻り光がない場合にスペクトル幅がＩＯ
Ｍ触であったものが１０ｋＨｚ程度に狭められる）。
このようにして、試料１の各波長毎の像を得ることがで
き、試料１の組或を高感度で知ることができる。
き、試料１の組或を高感度で知ることができる。
以上、本発明の解像度、感度を高める手段、及び、分光
分析をする手段について、例をあげて説明してきたが、
本発明はこれらの例に限定されるものではなく、種々の
変形、公知の手段との置き換えができることは明らかで
あろう。また、個々にあげた手段を組み合わせてシステ
ムを構成できることも明らかであろう。
分析をする手段について、例をあげて説明してきたが、
本発明はこれらの例に限定されるものではなく、種々の
変形、公知の手段との置き換えができることは明らかで
あろう。また、個々にあげた手段を組み合わせてシステ
ムを構成できることも明らかであろう。
本発明の第１の発明においては、ピックアップとして、
光ファイバーのコアの先端を選択エッチングにより円錐
状に尖鋭化し、その表面に金属コ一テングを施し、プラ
ズマエッチングによって尖鋭化した円錐先端部のコーテ
ングを除去してなるピックアップを用いたので、先端開
口の面積が５０ｎｍ以下となり、解像度が大幅に向上す
ることができる。
光ファイバーのコアの先端を選択エッチングにより円錐
状に尖鋭化し、その表面に金属コ一テングを施し、プラ
ズマエッチングによって尖鋭化した円錐先端部のコーテ
ングを除去してなるピックアップを用いたので、先端開
口の面積が５０ｎｍ以下となり、解像度が大幅に向上す
ることができる。
第２の発明においては、ピックアップを複数個並列して
試料に近接させ、各ピックアップを試料に沿って相互に
連関して一定の関係で駆動し、開口合成法により超解像
を得るように構成したので、単一のピックアップを用い
る場合に比較して解像度が向上することができる。
試料に近接させ、各ピックアップを試料に沿って相互に
連関して一定の関係で駆動し、開口合成法により超解像
を得るように構成したので、単一のピックアップを用い
る場合に比較して解像度が向上することができる。
第３の発明においては、エバネッセント波の検出を、ピ
ックアップによって検出された光とこの光と僅かに異な
る周波数を有する参照光とを混合してヘテロダイン検波
を行うか、プオトンカウンティングの手法を用いること
によって検出するように構成したので、検出感度が向上
し、そのため解像度も向上することができる。
ックアップによって検出された光とこの光と僅かに異な
る周波数を有する参照光とを混合してヘテロダイン検波
を行うか、プオトンカウンティングの手法を用いること
によって検出するように構成したので、検出感度が向上
し、そのため解像度も向上することができる。
第４の発明においては、試料を照明する光の波長を可変
に構成したので、試料戊分の顕微分光分析ができる。
に構成したので、試料戊分の顕微分光分析ができる。
したがって、本発明の光走査トンネル顕微鏡は、ＬＢＩ
Ｉ！（ラングミアブロジェット膜）、半導体素子、光デ
ィスク等の表面の微細形状観察、生体細胞膜のゲート機
構解明、バイオリアクターの研究等のための高解像度、
非接触、非破壊検出手段として、極めて有効なものであ
る。
Ｉ！（ラングミアブロジェット膜）、半導体素子、光デ
ィスク等の表面の微細形状観察、生体細胞膜のゲート機
構解明、バイオリアクターの研究等のための高解像度、
非接触、非破壊検出手段として、極めて有効なものであ
る。
第１図は光走査トンネル顕微鏡の原理を説明するための
図、第２図は本発明の光走査トンネル顕微鏡において使
用する光ファイバーからなるピックアップの製造工程を
説明するための図、第３図は本発明の第１の発明の光走
査トンネル顕微鏡の１実施例の構成図、第４図は本発明
の第３の発明のｌ実施例の構成図、第５図は本発明の第
２の発明のｌ実施例の構成図、第６図は本発明の第４の
発明の１実施例の構成図である。 ｌ：試料、２：照明光、３：エバネッセント波、４：ピ
ックアップ、５：光ファイバー、６：コア、７：クラッ
ド、８：コーテング、１０：直角プリズム、１ｌ：レー
ザ、１２：ビーム拡大器、ｌ３：フォトマルチプライヤ
−（ＰＭ）、１４：Ｘ一Ｙドライブステージ、１５：Ｘ
−Ｙドライブ回路、１６：表示回路、１７：ＣＲＴディ
スプレーｌ８：ハーフミラー、１９：超音波ドップラー
シフター、２０：光ファイバー、２１：合波器、２２：
フィルター、２３：演算回路、２４：ハーフミラー、２
５：ファブリペロー共振器、２６：圧電素子、２７：フ
ォトダイオード、２８：増幅器、２９：光波長掃引装置 出 願 人 新技術開発事業団
図、第２図は本発明の光走査トンネル顕微鏡において使
用する光ファイバーからなるピックアップの製造工程を
説明するための図、第３図は本発明の第１の発明の光走
査トンネル顕微鏡の１実施例の構成図、第４図は本発明
の第３の発明のｌ実施例の構成図、第５図は本発明の第
２の発明のｌ実施例の構成図、第６図は本発明の第４の
発明の１実施例の構成図である。 ｌ：試料、２：照明光、３：エバネッセント波、４：ピ
ックアップ、５：光ファイバー、６：コア、７：クラッ
ド、８：コーテング、１０：直角プリズム、１ｌ：レー
ザ、１２：ビーム拡大器、ｌ３：フォトマルチプライヤ
−（ＰＭ）、１４：Ｘ一Ｙドライブステージ、１５：Ｘ
−Ｙドライブ回路、１６：表示回路、１７：ＣＲＴディ
スプレーｌ８：ハーフミラー、１９：超音波ドップラー
シフター、２０：光ファイバー、２１：合波器、２２：
フィルター、２３：演算回路、２４：ハーフミラー、２
５：ファブリペロー共振器、２６：圧電素子、２７：フ
ォトダイオード、２８：増幅器、２９：光波長掃引装置 出 願 人 新技術開発事業団
Claims (8)
- （１）試料内部における光の全反射によってその表面に
生じるエバネッセント波を、ピックアップを試料表面に
沿って非接触で走査することによって検出して、試料の
像を高解像度、非接触、非破壊で得る光走査トンネル顕
微鏡において、ピックアップとして、光ファイバーのコ
アの先端を選択エッチングにより円錐状に尖鋭化し、そ
の表面に金属コーテングを施し、プラズマエッチングに
よって尖鋭化した円錐先端部のコーテングを除去してな
るピックアップを用いたことを特徴とする光走査トンネ
ル顕微鏡。 - （２）試料内部における光の全反射によってその表面に
生じるエバネッセント波を、ピックアップを試料表面に
沿って非接触で走査することによって検出して、試料の
像を高解像度、非接触、非破壊で得る光走査トンネル顕
微鏡において、ピックアップを複数個並列して試料に近
接させ、各ピックアップを試料に沿って相互に連関して
一定の関係で駆動し、開口合成法により超解像を得るよ
うに構成したことを特徴とする光走査トンネル顕微鏡。 - （３）請求項１記載の光走査トンネル顕微鏡において、
ピックアップを複数個並列して試料に近接させ、各ピッ
クアップを試料に沿って相互に連関して一定の関係で駆
動し、開口合成法により超解像を得るように構成したこ
とを特徴とする光走査トンネル顕微鏡。 - （４）試料内部における光の全反射によってその表面に
生じるエバネッセント波を、ピックアップを試料表面に
沿って非接触で走査することによって検出して、試料の
像を高解像度、非接触、非破壊で得る光走査トンネル顕
微鏡において、エバネッセント波の検出を、ピックアッ
プによって検出された光とこの光と僅かに異なる周波数
を有する参照光とを混合してヘテロダイン検波を行うこ
とによって検出するように構成したことを特徴とする光
走査トンネル顕微鏡。 - （５）請求項１から３のいずれか１項に記載の光走査ト
ンネル顕微鏡において、エバネッセント波の検出を、ピ
ックアップによって検出された光とこの光と僅かに異な
る周波数を有する参照光とを混合してヘテロダイン検波
を行うことによって検出するように構成したことを特徴
とする光走査トンネル顕微鏡。 - （６）請求項１から３のいずれか１項に記載の光走査ト
ンネル顕微鏡において、エバネッセント波の検出を、フ
ォトンカウンティングの手法を用いて検出するように構
成したことを特徴とする光走査トンネル顕微鏡。 - （７）試料内部における光の全反射によってその表面に
生じるエバネッセント波を、ピックアップを試料表面に
沿って非接触で走査することによって検出して、試料の
像を高解像度、非接触、非破壊で得る光走査トンネル顕
微鏡において、試料を照明する光の波長を可変に構成し
たことを特徴とする光走査トンネル顕微鏡。 - （８）請求項１から６のいずれか１項に記載の光走査ト
ンネル顕微鏡において、試料を照明する光の波長を可変
に構成したことを特徴とする光走査トンネル顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1230210A JPH0711629B2 (ja) | 1989-09-04 | 1989-09-04 | 光走査トンネル顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1230210A JPH0711629B2 (ja) | 1989-09-04 | 1989-09-04 | 光走査トンネル顕微鏡 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0391710A true JPH0391710A (ja) | 1991-04-17 |
| JPH0711629B2 JPH0711629B2 (ja) | 1995-02-08 |
Family
ID=16904297
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1230210A Expired - Fee Related JPH0711629B2 (ja) | 1989-09-04 | 1989-09-04 | 光走査トンネル顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0711629B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995033207A1 (en) * | 1994-05-31 | 1995-12-07 | Kanagawa Academy Of Science And Technology | Optical fiber and its manufacture |
| JPH08297128A (ja) * | 1995-04-27 | 1996-11-12 | Nec Corp | 光走査型顕微鏡用探針の製造方法 |
| 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 |
| JP2006226836A (ja) * | 2005-02-17 | 2006-08-31 | Shiseido Co Ltd | 試料の光抽出性能の評価方法及び装置並びに光抽出材料及び方法 |
| JP2010538287A (ja) * | 2007-09-04 | 2010-12-09 | サントル ナシオナル ドゥ ラ ルシェルシェサイアンティフィク（セエヌエールエス） | 再インジェクションによる対象物のイメージ作成のためのヘテロダイン検出装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3535356B2 (ja) * | 1997-09-18 | 2004-06-07 | 片岡 俊彦 | 光共振器を利用した走査型近接場光学顕微鏡 |
-
1989
- 1989-09-04 JP JP1230210A patent/JPH0711629B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995033207A1 (en) * | 1994-05-31 | 1995-12-07 | Kanagawa Academy Of Science And Technology | Optical fiber and its manufacture |
| JPH08297128A (ja) * | 1995-04-27 | 1996-11-12 | Nec Corp | 光走査型顕微鏡用探針の製造方法 |
| 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 |
| JP2006226836A (ja) * | 2005-02-17 | 2006-08-31 | Shiseido Co Ltd | 試料の光抽出性能の評価方法及び装置並びに光抽出材料及び方法 |
| JP4522884B2 (ja) * | 2005-02-17 | 2010-08-11 | 株式会社資生堂 | 試料の光抽出性能の評価方法及び試料の光抽出性能の評価装置 |
| JP2010538287A (ja) * | 2007-09-04 | 2010-12-09 | サントル ナシオナル ドゥ ラ ルシェルシェサイアンティフィク（セエヌエールエス） | 再インジェクションによる対象物のイメージ作成のためのヘテロダイン検出装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0711629B2 (ja) | 1995-02-08 |
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