JPH08220113A - 走査型近接場光学顕微鏡 - Google Patents
走査型近接場光学顕微鏡Info
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- JPH08220113A JPH08220113A JP7028194A JP2819495A JPH08220113A JP H08220113 A JPH08220113 A JP H08220113A JP 7028194 A JP7028194 A JP 7028194A JP 2819495 A JP2819495 A JP 2819495A JP H08220113 A JPH08220113 A JP H08220113A
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q30/00—Auxiliary means serving to assist or improve the scanning probe techniques or apparatus, e.g. display or data processing devices
- G01Q30/02—Non-SPM analysing devices, e.g. SEM [Scanning Electron Microscope], spectrometer or optical microscope
- G01Q30/025—Optical microscopes coupled with SPM
-
- 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
- G01Q60/02—Multiple-type SPM, i.e. involving more than one SPM techniques
- G01Q60/06—SNOM [Scanning Near-field Optical Microscopy] combined with AFM [Atomic Force Microscopy]
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- Radiology & Medical Imaging (AREA)
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】光学顕微鏡観察と原子間力顕微鏡観察と走査型
近接場光学顕微鏡観察を行なえる装置を提供する。 【構成】チューブスキャナー１１の自由端に固定された
試料台１２は、矩形管形状で、試料１３が載る部分は透
明となっている。試料台１２の内側には、ミラー台１０
に固定された全反射ミラー９が配置されている。試料１
３の近くには、先端に微小開口を有するプローブを自由
端に備えた、原子間力を検出するためのカンチレバー１
４が配置されている。透過型光学顕微鏡観察のためのケ
ーラー照明系と結像光学系を有している。近接場光学顕
微鏡観察のためのエバネッセント波発生系とエバネッセ
ント波検出系を有している。結像光学系とエバネッセン
ト波発生系は対部レンズ１５を共有している。ケーラー
照明系とエバネッセント波検出系は可動全反射ミラー４
の位置を変えることで一方が選択される。
近接場光学顕微鏡観察を行なえる装置を提供する。 【構成】チューブスキャナー１１の自由端に固定された
試料台１２は、矩形管形状で、試料１３が載る部分は透
明となっている。試料台１２の内側には、ミラー台１０
に固定された全反射ミラー９が配置されている。試料１
３の近くには、先端に微小開口を有するプローブを自由
端に備えた、原子間力を検出するためのカンチレバー１
４が配置されている。透過型光学顕微鏡観察のためのケ
ーラー照明系と結像光学系を有している。近接場光学顕
微鏡観察のためのエバネッセント波発生系とエバネッセ
ント波検出系を有している。結像光学系とエバネッセン
ト波発生系は対部レンズ１５を共有している。ケーラー
照明系とエバネッセント波検出系は可動全反射ミラー４
の位置を変えることで一方が選択される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、エバネッセント波を用
いて試料を観察する走査型近接場光学顕微鏡（ＳＮＯ
Ｍ：Scanning Near-Field Optical Microscope）に関す
る。
いて試料を観察する走査型近接場光学顕微鏡（ＳＮＯ
Ｍ：Scanning Near-Field Optical Microscope）に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】１９８０年代後半以降、近視野顕微鏡
（ＳＮＯＭ：Scanning near field optical microscop
e）と呼ばれる光学顕微鏡が提案されている。この顕微
鏡は、波長より小さい寸法の領域に局在し、自由空間を
伝搬しないという特性を持つエバネッセント波を利用す
ることで、光の回折限界を超える分解能での試料の観察
を可能にしている。
（ＳＮＯＭ：Scanning near field optical microscop
e）と呼ばれる光学顕微鏡が提案されている。この顕微
鏡は、波長より小さい寸法の領域に局在し、自由空間を
伝搬しないという特性を持つエバネッセント波を利用す
ることで、光の回折限界を超える分解能での試料の観察
を可能にしている。
【０００３】このＳＮＯＭには二つの方式がある。一つ
は、コレクション方式と呼ばれるもので、全反射する角
度で試料に光を照射し、その反対側の試料表面の近傍に
発生するエバネッセント波を、先端に微小開口を有する
光学的に透明なプローブを用いて検出する方式である。
もう一つは、エミッション方式と呼ばれるもので、先端
に微小開口を有する光学的に透明なプローブに光を導入
し、その先端の微小開口から放出されるエバネッセント
波を試料に照射し、その透過光をプローブの反対側に配
置した光検出器で検出する方式である。エミッション方
式のＳＮＯＭは一例が特開平４−２９１３１０号に開示
されている。
は、コレクション方式と呼ばれるもので、全反射する角
度で試料に光を照射し、その反対側の試料表面の近傍に
発生するエバネッセント波を、先端に微小開口を有する
光学的に透明なプローブを用いて検出する方式である。
もう一つは、エミッション方式と呼ばれるもので、先端
に微小開口を有する光学的に透明なプローブに光を導入
し、その先端の微小開口から放出されるエバネッセント
波を試料に照射し、その透過光をプローブの反対側に配
置した光検出器で検出する方式である。エミッション方
式のＳＮＯＭは一例が特開平４−２９１３１０号に開示
されている。
【０００４】これとは別の装置に原子間力顕微鏡（ＡＦ
Ｍ：Atomic Force Microscope ）がある。ＡＦＭは、ビ
ニッヒ（Binnig）とローラー（Rohrer）らにより発明さ
れた走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ：Scanning Tunneli
ng Microscope ）におけるサーボ技術を始めとする要素
技術を利用し、ＳＴＭでは測定し難い絶縁性の試料を原
子オーダーの精度で観察することのできる顕微鏡として
知られている。
Ｍ：Atomic Force Microscope ）がある。ＡＦＭは、ビ
ニッヒ（Binnig）とローラー（Rohrer）らにより発明さ
れた走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ：Scanning Tunneli
ng Microscope ）におけるサーボ技術を始めとする要素
技術を利用し、ＳＴＭでは測定し難い絶縁性の試料を原
子オーダーの精度で観察することのできる顕微鏡として
知られている。
【０００５】ＡＦＭの構造はＳＴＭに類似しており、走
査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）の一つとして位置づけら
れる。ＡＦＭでは、自由端に鋭い突起部分（探針部）を
持つカンチレバーが、その探針部を試料に近づけて支持
される。カンチレバーは、探針部先端の原子と試料表面
の原子との間に相互作用力が働くと、その大きさに応じ
て変位する。探針部は、試料表面との間に相互作用力が
働いている状態で、試料表面にわたってＸＹ走査され
る。走査の間、カンチレバーは試料表面の凹凸に応じて
変位し、その動きを電気的あるいは光学的に捕らえるこ
とにより、試料の凹凸情報等が得られる。
査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）の一つとして位置づけら
れる。ＡＦＭでは、自由端に鋭い突起部分（探針部）を
持つカンチレバーが、その探針部を試料に近づけて支持
される。カンチレバーは、探針部先端の原子と試料表面
の原子との間に相互作用力が働くと、その大きさに応じ
て変位する。探針部は、試料表面との間に相互作用力が
働いている状態で、試料表面にわたってＸＹ走査され
る。走査の間、カンチレバーは試料表面の凹凸に応じて
変位し、その動きを電気的あるいは光学的に捕らえるこ
とにより、試料の凹凸情報等が得られる。
【０００６】一般に、ＳＮＯＭのプローブには光ファイ
バーの一端を尖らせたものが使用されるが、最近では、
ＡＦＭにも適用可能なカンチレバー型のプローブを用い
た、ＳＮＯＭ観察とＡＦＭ観察を同時に行なえる新種の
ＳＮＯＭがファンフルスト（N. F. van Hulst ）らによ
り提案されている。このようなＳＮＯＭは、たとえば
「N. F. van Hulst, M. H. P. Moers, O. F. J.Noordma
n, R. G. Tack, F. B. Segerink and B. Bolger, "Near
-field optical microscope using a silicon-nitride
probe", Appl. Phys. Lett. 62, 461-463, 1993 」に開
示されている。
バーの一端を尖らせたものが使用されるが、最近では、
ＡＦＭにも適用可能なカンチレバー型のプローブを用い
た、ＳＮＯＭ観察とＡＦＭ観察を同時に行なえる新種の
ＳＮＯＭがファンフルスト（N. F. van Hulst ）らによ
り提案されている。このようなＳＮＯＭは、たとえば
「N. F. van Hulst, M. H. P. Moers, O. F. J.Noordma
n, R. G. Tack, F. B. Segerink and B. Bolger, "Near
-field optical microscope using a silicon-nitride
probe", Appl. Phys. Lett. 62, 461-463, 1993 」に開
示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ＳＮＯＭで観察する試
料は生物であることが多い。生物系の試料に対しては、
古くから光学顕微鏡による観察が行なわれており、豊富
なデータが揃っている。このような理由から光学顕微鏡
の機能を備えたＳＮＯＭの提供が望まれている。本発明
は、走査型近接場光学顕微鏡観察に加えて、光学顕微鏡
観察と原子間力顕微鏡観察も行なえる走査型近接場光学
顕微鏡を提供することを目的とする。
料は生物であることが多い。生物系の試料に対しては、
古くから光学顕微鏡による観察が行なわれており、豊富
なデータが揃っている。このような理由から光学顕微鏡
の機能を備えたＳＮＯＭの提供が望まれている。本発明
は、走査型近接場光学顕微鏡観察に加えて、光学顕微鏡
観察と原子間力顕微鏡観察も行なえる走査型近接場光学
顕微鏡を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の走査型近接場光
学顕微鏡は、光を透過する微小開口を先端に有するプロ
ーブを自由端に備えたカンチレバーであり、このカンチ
レバーはプローブ先端と試料表面の間に作用する力に応
じて弾性変形し、その結果としてプローブが変位する、
カンチレバーと、試料表面を横切るようにプローブを走
査する走査手段と、プローブの変位を検知する変位検知
手段と、試料に光を照射し、その透過光を結像させる透
過型光学顕微鏡光学系と、試料に微小開口を介して光を
照射し、試料を透過した光を検知する近接場光学顕微鏡
光学系と、透過型光学顕微鏡光学系と近接場光学顕微鏡
光学系の一方を選択的に使用可動な状態に切り替える切
替手段とを備えていて、変位検知手段と透過型光学顕微
鏡光学系と近接場光学顕微鏡光学系は対物レンズを共有
している。
学顕微鏡は、光を透過する微小開口を先端に有するプロ
ーブを自由端に備えたカンチレバーであり、このカンチ
レバーはプローブ先端と試料表面の間に作用する力に応
じて弾性変形し、その結果としてプローブが変位する、
カンチレバーと、試料表面を横切るようにプローブを走
査する走査手段と、プローブの変位を検知する変位検知
手段と、試料に光を照射し、その透過光を結像させる透
過型光学顕微鏡光学系と、試料に微小開口を介して光を
照射し、試料を透過した光を検知する近接場光学顕微鏡
光学系と、透過型光学顕微鏡光学系と近接場光学顕微鏡
光学系の一方を選択的に使用可動な状態に切り替える切
替手段とを備えていて、変位検知手段と透過型光学顕微
鏡光学系と近接場光学顕微鏡光学系は対物レンズを共有
している。
【０００９】
【作用】本発明の走査型近接場光学顕微鏡は、走査型近
接場光学顕微鏡系と原子間力顕微鏡系と透過型光学顕微
鏡系とを含んでいる。透過型光学顕微鏡系は透過型光学
顕微鏡光学系により構成され、原子間力顕微鏡系はカン
チレバーと走査手段と変位検知手段とにより構成され、
走査型近接場光学顕微鏡系はカンチレバーと走査手段と
近接場光学顕微鏡光学系とにより構成される。
接場光学顕微鏡系と原子間力顕微鏡系と透過型光学顕微
鏡系とを含んでいる。透過型光学顕微鏡系は透過型光学
顕微鏡光学系により構成され、原子間力顕微鏡系はカン
チレバーと走査手段と変位検知手段とにより構成され、
走査型近接場光学顕微鏡系はカンチレバーと走査手段と
近接場光学顕微鏡光学系とにより構成される。
【００１０】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例に
ついて説明する。 ＜第一実施例＞第一実施例の走査型近接場光学顕微鏡に
ついて図１ないし図３を参照しながら説明する。
ついて説明する。 ＜第一実施例＞第一実施例の走査型近接場光学顕微鏡に
ついて図１ないし図３を参照しながら説明する。
【００１１】図１と図２から分かるように、試料１３を
載せる試料台１２はチューブスキャナー１１の自由端に
固定されている。試料台１２は、矩形管形状をしてお
り、試料１３が載る平板状の光学的に透明な載置板とこ
れをチューブスキャナー１１の自由端から離して支持す
るＵ字状の支持枠とから構成されている。
載せる試料台１２はチューブスキャナー１１の自由端に
固定されている。試料台１２は、矩形管形状をしてお
り、試料１３が載る平板状の光学的に透明な載置板とこ
れをチューブスキャナー１１の自由端から離して支持す
るＵ字状の支持枠とから構成されている。
【００１２】試料台１２の中の空間には固定全反射ミラ
ー９が配置され、固定全反射ミラー９はミラー台１０に
より支持されている。つまり、固定全反射ミラー９は、
チューブスキャナー１１の動きに影響されることなく、
常に一定の位置に保たれる。
ー９が配置され、固定全反射ミラー９はミラー台１０に
より支持されている。つまり、固定全反射ミラー９は、
チューブスキャナー１１の動きに影響されることなく、
常に一定の位置に保たれる。
【００１３】図１に示すように、試料１３の近くにはカ
ンチレバー１４が配置されている。カンチレバー１４
は、光を透過する微小開口を先端に有するプローブを自
由端に備えており、プローブ先端と試料表面の間に作用
する力に応じて弾性変形し、その結果としてプローブが
変位する。
ンチレバー１４が配置されている。カンチレバー１４
は、光を透過する微小開口を先端に有するプローブを自
由端に備えており、プローブ先端と試料表面の間に作用
する力に応じて弾性変形し、その結果としてプローブが
変位する。
【００１４】プローブの上方には対物レンズ１５は配置
され、対物レンズ１５の上方にはビームスプリッター１
６が配置されている。このビームスプリッター１６は対
物レンズ１５と光センサー１７と光学的に結合してい
る。光センサー１７は、ビームスプリッター１６と対物
レンズ１５を介してカンチレバー１４の自由端に光を照
射し、その反射光を受光して、カンチレバー１４の自由
端のプローブの変位を検知する。対物レンズ１５とビー
ムスプリッター１６と光センサー１７は、カンチレバー
１４のプローブの変位検出系を構成しており、この変位
検出系は、チューブスキャナー１１と試料台１２からな
る走査系と、カンチレバー１４と組合わさって原子間力
顕微鏡を構成している。
され、対物レンズ１５の上方にはビームスプリッター１
６が配置されている。このビームスプリッター１６は対
物レンズ１５と光センサー１７と光学的に結合してい
る。光センサー１７は、ビームスプリッター１６と対物
レンズ１５を介してカンチレバー１４の自由端に光を照
射し、その反射光を受光して、カンチレバー１４の自由
端のプローブの変位を検知する。対物レンズ１５とビー
ムスプリッター１６と光センサー１７は、カンチレバー
１４のプローブの変位検出系を構成しており、この変位
検出系は、チューブスキャナー１１と試料台１２からな
る走査系と、カンチレバー１４と組合わさって原子間力
顕微鏡を構成している。
【００１５】また、装置は、試料を照明するケーラー照
明系と、その透過光を結像する結像光学系を有してい
る。ケーラー照明系は、照明光源１、コレクターレンズ
２、視野絞り３、コンデンサー絞り５、コンデンサーレ
ンズ６、固定全反射ミラー９から構成されている。結像
光学系は、対物レンズ１５、ビームスプリッター１８、
レンズ１９、ＣＣＤカメラ２０から構成されている。こ
のケーラー照明系と結像光学系は透過型光学顕微鏡を構
成している。
明系と、その透過光を結像する結像光学系を有してい
る。ケーラー照明系は、照明光源１、コレクターレンズ
２、視野絞り３、コンデンサー絞り５、コンデンサーレ
ンズ６、固定全反射ミラー９から構成されている。結像
光学系は、対物レンズ１５、ビームスプリッター１８、
レンズ１９、ＣＣＤカメラ２０から構成されている。こ
のケーラー照明系と結像光学系は透過型光学顕微鏡を構
成している。
【００１６】さらに、装置は、エバネッセント波発生系
とエバネッセント波検出系を有している。エバネッセン
ト波発生系は、レーザー２４、レンズ２３、光ファイバ
ー２２、レンズ２１、対物レンズ１５、カンチレバー１
４から構成されている。エバネッセント波検出系は、固
定全反射ミラー９、コンデンサーレンズ６、可動全反射
ミラー４、レンズ７、フォトダイオード８から構成され
ている。このエバネッセント波発生系とエバネッセント
波検出系は前述の走査系と組合わさり走査型近接場光学
顕微鏡を構成している。
とエバネッセント波検出系を有している。エバネッセン
ト波発生系は、レーザー２４、レンズ２３、光ファイバ
ー２２、レンズ２１、対物レンズ１５、カンチレバー１
４から構成されている。エバネッセント波検出系は、固
定全反射ミラー９、コンデンサーレンズ６、可動全反射
ミラー４、レンズ７、フォトダイオード８から構成され
ている。このエバネッセント波発生系とエバネッセント
波検出系は前述の走査系と組合わさり走査型近接場光学
顕微鏡を構成している。
【００１７】可動全反射ミラー４は、直線的に移動可能
で、必要に応じて照明光源１と固定全反射ミラー９を結
ぶ光路上に挿入される。つまり、可動全反射ミラー４を
光路上に配置したり、そこから外したりすることによっ
て、ケーラー照明系とエバネッセント波検出系の切り替
えが行なわれる。
で、必要に応じて照明光源１と固定全反射ミラー９を結
ぶ光路上に挿入される。つまり、可動全反射ミラー４を
光路上に配置したり、そこから外したりすることによっ
て、ケーラー照明系とエバネッセント波検出系の切り替
えが行なわれる。
【００１８】透過型光学顕微鏡観察を行なう際は、可動
全反射ミラー４は、図１に示されるように、照明光源１
と固定全反射ミラー９を結ぶ光路上から外される。照明
光源１から射出された光は、コレクターレンズ２、視野
絞り３、コンデンサー絞り５、コンデンサーレンズ６を
通り、固定全反射ミラー９で反射され、試料１３を照明
する。試料１３を透過した光は、対物レンズ１５に入射
し、ビームスプリッター１６を透過し、ビームスプリッ
ター１８で反射され、レンズ１９によりＣＣＤ２０の受
光面に結像される。これにより試料１３の透過型光学顕
微鏡観察像が得られる。
全反射ミラー４は、図１に示されるように、照明光源１
と固定全反射ミラー９を結ぶ光路上から外される。照明
光源１から射出された光は、コレクターレンズ２、視野
絞り３、コンデンサー絞り５、コンデンサーレンズ６を
通り、固定全反射ミラー９で反射され、試料１３を照明
する。試料１３を透過した光は、対物レンズ１５に入射
し、ビームスプリッター１６を透過し、ビームスプリッ
ター１８で反射され、レンズ１９によりＣＣＤ２０の受
光面に結像される。これにより試料１３の透過型光学顕
微鏡観察像が得られる。
【００１９】走査型近接場光学顕微鏡観察を行なう際
は、可動全反射ミラー４は、図３に示されるように、照
明光源１と固定全反射ミラー９を結ぶ光路上に挿入さ
れ、固定全反射ミラー９とフォトダイオード８を光学的
に結合する。レーザー２４から射出されたレーザー光
は、レンズ２３で集光され、光ファイバー２２に入射
し、レンズ２１、ビームスプリッター１８、ビームスプ
リッター１６を通過し、対物レンズ１５によりカンチレ
バー１４のプローブに集光される。この結果、プローブ
の先端の微小開口からエバネッセント波が放出され、試
料１３に照射される。試料１３からの伝搬光は、固定全
反射ミラー９で反射し、コレクターレンズ６を通り、可
動全反射ミラー４で反射し、レンズ７で集光され、フォ
トダイオード８に入射する。このように試料１３にエバ
ネッセント波を照射しながら、プローブが試料１３の表
面にわたって走査されるようにチューブスキャナー１１
を駆動し、フォトダイオード８の出力をチューブスキャ
ナー１１による位置情報に同期させて処理することによ
り、走査型近接場光学顕微鏡像が得られる。
は、可動全反射ミラー４は、図３に示されるように、照
明光源１と固定全反射ミラー９を結ぶ光路上に挿入さ
れ、固定全反射ミラー９とフォトダイオード８を光学的
に結合する。レーザー２４から射出されたレーザー光
は、レンズ２３で集光され、光ファイバー２２に入射
し、レンズ２１、ビームスプリッター１８、ビームスプ
リッター１６を通過し、対物レンズ１５によりカンチレ
バー１４のプローブに集光される。この結果、プローブ
の先端の微小開口からエバネッセント波が放出され、試
料１３に照射される。試料１３からの伝搬光は、固定全
反射ミラー９で反射し、コレクターレンズ６を通り、可
動全反射ミラー４で反射し、レンズ７で集光され、フォ
トダイオード８に入射する。このように試料１３にエバ
ネッセント波を照射しながら、プローブが試料１３の表
面にわたって走査されるようにチューブスキャナー１１
を駆動し、フォトダイオード８の出力をチューブスキャ
ナー１１による位置情報に同期させて処理することによ
り、走査型近接場光学顕微鏡像が得られる。
【００２０】また、原子間力顕微鏡像は、光センサー１
７を用いてカンチレバー１４のプローブの変位を検出し
ながら、プローブが試料１３の表面にわたって走査され
るようにチューブスキャナー１１を駆動し、光センサー
１７の出力をチューブスキャナー１１による位置情報に
同期させて処理することにより得られる。
７を用いてカンチレバー１４のプローブの変位を検出し
ながら、プローブが試料１３の表面にわたって走査され
るようにチューブスキャナー１１を駆動し、光センサー
１７の出力をチューブスキャナー１１による位置情報に
同期させて処理することにより得られる。
【００２１】なお、走査型近接場光学顕微鏡観察を行な
うときは、上述の原子間力顕微鏡像を検出するための構
成を利用して、光センサー１７により検出されるカンチ
レバー１４のプローブの変位量に基づいて、試料１８の
表面とプローブとの距離を一定に保つようにチューブス
キャナー１１を駆動している。
うときは、上述の原子間力顕微鏡像を検出するための構
成を利用して、光センサー１７により検出されるカンチ
レバー１４のプローブの変位量に基づいて、試料１８の
表面とプローブとの距離を一定に保つようにチューブス
キャナー１１を駆動している。
【００２２】このように本実施例では、一つの装置で、
透過型光学顕微鏡観察と原子間力顕微鏡観察と走査型近
接場光学顕微鏡観察とが行なえる。走査型近接場光学顕
微鏡観察では、エバネッセント波を試料に照射した際
に、試料からの伝搬光は比較的大きな広がり角を持って
いるため、これを受けるレンズまでの光路長は短いこと
が好ましい。本実施例では、試料台１２を矩形管状と
し、その内側の空間に固定全反射ミラー９を設け、その
近くにレンズ６を配置しているので、試料１３からレン
ズ６までの光路長が比較的短くなっている。これによ
り、微弱な伝搬光の減衰が少なく、伝搬光を効率良く検
出できる。
透過型光学顕微鏡観察と原子間力顕微鏡観察と走査型近
接場光学顕微鏡観察とが行なえる。走査型近接場光学顕
微鏡観察では、エバネッセント波を試料に照射した際
に、試料からの伝搬光は比較的大きな広がり角を持って
いるため、これを受けるレンズまでの光路長は短いこと
が好ましい。本実施例では、試料台１２を矩形管状と
し、その内側の空間に固定全反射ミラー９を設け、その
近くにレンズ６を配置しているので、試料１３からレン
ズ６までの光路長が比較的短くなっている。これによ
り、微弱な伝搬光の減衰が少なく、伝搬光を効率良く検
出できる。
【００２３】本実施例では、可動全反射ミラー４を光路
上に適宜挿入することにより透過型光学顕微鏡と近接場
光学顕微鏡の光学系を切り替える構成であるが、可動全
反射ミラー４に代わりにフォトダイオード８を視野絞り
３とコンデンサー絞り５の間のコンデンサーレンズ６の
共焦点付近に適宜挿入することにより透過型光学顕微鏡
と近接場光学顕微鏡の光学系を切り替える構成としても
よい。この場合、可動全反射ミラー４とレンズ７を減ら
すことができる。
上に適宜挿入することにより透過型光学顕微鏡と近接場
光学顕微鏡の光学系を切り替える構成であるが、可動全
反射ミラー４に代わりにフォトダイオード８を視野絞り
３とコンデンサー絞り５の間のコンデンサーレンズ６の
共焦点付近に適宜挿入することにより透過型光学顕微鏡
と近接場光学顕微鏡の光学系を切り替える構成としても
よい。この場合、可動全反射ミラー４とレンズ７を減ら
すことができる。
【００２４】＜第二実施例＞次に、第二実施例について
図４ないし図８を参照しながら説明する。本実施例は、
図１の構成において、透過型光学顕微鏡のケーラー照明
系と、近接場光学顕微鏡のエバネッセント波検出系と、
透過型光学顕微鏡と近接場光学顕微鏡の光学系を切り替
える手段を変更したものであり、図４ないし図８は変更
箇所を含む装置の一部を示しており、ここに図示されて
いない他の構成は第一実施例と同じである。
図４ないし図８を参照しながら説明する。本実施例は、
図１の構成において、透過型光学顕微鏡のケーラー照明
系と、近接場光学顕微鏡のエバネッセント波検出系と、
透過型光学顕微鏡と近接場光学顕微鏡の光学系を切り替
える手段を変更したものであり、図４ないし図８は変更
箇所を含む装置の一部を示しており、ここに図示されて
いない他の構成は第一実施例と同じである。
【００２５】図４と図５に示すように、試料台１２の内
側の空間内には、ミラーユニット３０がミラー台１０の
上にスライド可能に取り付けられている。ミラーユニッ
ト３０は、図６に示すように、反射面が互いに直交する
全反射ミラー３１と全反射ミラー３２、検出部３３から
構成されている。検出部３３は、レンズ３４とフォトダ
イオード３５を含んでいる。
側の空間内には、ミラーユニット３０がミラー台１０の
上にスライド可能に取り付けられている。ミラーユニッ
ト３０は、図６に示すように、反射面が互いに直交する
全反射ミラー３１と全反射ミラー３２、検出部３３から
構成されている。検出部３３は、レンズ３４とフォトダ
イオード３５を含んでいる。
【００２６】全反射ミラー３１の側方には、照明光源
１、コレクターレンズ２、視野絞り３、コンデンサー絞
り５、コンデンサーレンズ６からなるケーラー照明系が
配置されている。
１、コレクターレンズ２、視野絞り３、コンデンサー絞
り５、コンデンサーレンズ６からなるケーラー照明系が
配置されている。
【００２７】透過型光学顕微鏡観察を行なう際は、図４
に示されるように、ミラーユニット３０の全反射ミラー
３１が試料１３の下に配置される。これによりケーラー
照明系からの照明光は、全反射ミラー３１により上方に
反射され、試料１３を照明する。その透過光は対物レン
ズ１５に入射し、第一実施例で説明したように、ＣＣＤ
カメラの受光面に結像し、試料１３の光学顕微鏡像が得
られる。
に示されるように、ミラーユニット３０の全反射ミラー
３１が試料１３の下に配置される。これによりケーラー
照明系からの照明光は、全反射ミラー３１により上方に
反射され、試料１３を照明する。その透過光は対物レン
ズ１５に入射し、第一実施例で説明したように、ＣＣＤ
カメラの受光面に結像し、試料１３の光学顕微鏡像が得
られる。
【００２８】走査型近接場光学顕微鏡観察を行なう際
は、図４に示されるように、ミラーユニット３０の全反
射ミラー３２が試料１３の下に配置される。第一実施例
で説明したように、レーザーから射出されたレーザー光
は対物レンズ１５を介してカンチレバー１４のプローブ
に照射される。プローブの先端の微小開口からはエバネ
ッセント波が放出され、これが試料１３に照射される。
試料１３にエバネッセント波を照射することにより発生
する伝搬光は、全反射ミラー３２で反射し、レンズ３４
で集光され、フォトダイオード３５に入射する。走査型
近接場光学顕微鏡像は、エバネッセント波を試料１３に
照射しながら、プローブが試料１３の表面にわたって走
査されるようにチューブスキャナー１１を駆動し、フォ
トダイオード３５の出力をチューブスキャナー１１によ
る位置情報に同期させて処理することにより得られる。
は、図４に示されるように、ミラーユニット３０の全反
射ミラー３２が試料１３の下に配置される。第一実施例
で説明したように、レーザーから射出されたレーザー光
は対物レンズ１５を介してカンチレバー１４のプローブ
に照射される。プローブの先端の微小開口からはエバネ
ッセント波が放出され、これが試料１３に照射される。
試料１３にエバネッセント波を照射することにより発生
する伝搬光は、全反射ミラー３２で反射し、レンズ３４
で集光され、フォトダイオード３５に入射する。走査型
近接場光学顕微鏡像は、エバネッセント波を試料１３に
照射しながら、プローブが試料１３の表面にわたって走
査されるようにチューブスキャナー１１を駆動し、フォ
トダイオード３５の出力をチューブスキャナー１１によ
る位置情報に同期させて処理することにより得られる。
【００２９】なお、原子間力顕微鏡観察は第一実施例と
全く同様にして行なわれる。また、走査型近接場光学顕
微鏡観察を行なうときは、第一実施例と同様に、叙述の
原子間力顕微鏡像を検出するための構成を利用して、試
料１３の表面とプローブとの距離を一定に保つようにチ
ューブスキャナー１１を駆動している。
全く同様にして行なわれる。また、走査型近接場光学顕
微鏡観察を行なうときは、第一実施例と同様に、叙述の
原子間力顕微鏡像を検出するための構成を利用して、試
料１３の表面とプローブとの距離を一定に保つようにチ
ューブスキャナー１１を駆動している。
【００３０】本実施例では、ケーラー照明系のコンデン
サーレンズ６とエバネッセント波検出系のレンズ３４と
が別途に設計できるので、それぞれの用途に適したレン
ズを選ぶことができる。
サーレンズ６とエバネッセント波検出系のレンズ３４と
が別途に設計できるので、それぞれの用途に適したレン
ズを選ぶことができる。
【００３１】続いて、ミラーユニットの変形例について
説明する。図７に第一の変形例のミラーユニット３０'
を示す。このミラーユニット３０' は、全反射ミラー３
１と全反射ミラー３６と検出部３３とで構成されてい
る。全反射ミラー３１はミラーユニット３０と同じもの
である。全反射ミラー３６は、試料１３に向き合う上面
に、伝搬光を集光するレンズ面３７が形成されている。
これに呼応して、検出部３３は、伝搬光を集光するレン
ズを設けることなく、フォトダイオード３５のみを有し
ている。このミラーユニット３０' では、試料１３のよ
り近くに、伝搬光を集光するレンズが位置することにな
るので、伝搬光を更に効率良く検出できる。
説明する。図７に第一の変形例のミラーユニット３０'
を示す。このミラーユニット３０' は、全反射ミラー３
１と全反射ミラー３６と検出部３３とで構成されてい
る。全反射ミラー３１はミラーユニット３０と同じもの
である。全反射ミラー３６は、試料１３に向き合う上面
に、伝搬光を集光するレンズ面３７が形成されている。
これに呼応して、検出部３３は、伝搬光を集光するレン
ズを設けることなく、フォトダイオード３５のみを有し
ている。このミラーユニット３０' では、試料１３のよ
り近くに、伝搬光を集光するレンズが位置することにな
るので、伝搬光を更に効率良く検出できる。
【００３２】図８に第二の変形例のミラーユニット３
０''を示す。このミラーユニット３０''は、全反射ミラ
ー３１と検出部３３とで構成されている。全反射ミラー
３１はミラーユニット３０と同じものである。検出部３
３はレンズ３４とフォトダイオード３５を含んでおり、
近接場光学顕微鏡観察を行なう際には試料の下方に直接
配置される。このミラーユニット３０''は、前述のミラ
ーユニット３０またはミラーユニット３０' に比べて部
品点数が少ないため、小型であり、製造費も少なくて済
む。
０''を示す。このミラーユニット３０''は、全反射ミラ
ー３１と検出部３３とで構成されている。全反射ミラー
３１はミラーユニット３０と同じものである。検出部３
３はレンズ３４とフォトダイオード３５を含んでおり、
近接場光学顕微鏡観察を行なう際には試料の下方に直接
配置される。このミラーユニット３０''は、前述のミラ
ーユニット３０またはミラーユニット３０' に比べて部
品点数が少ないため、小型であり、製造費も少なくて済
む。
【００３３】さらに、図には示さないが、第二の変形例
のミラーユニット３０''における全反射ミラー３１を、
ケーラー照明系の光学要素を含む構造体に置き換えるこ
とにより、更に小型化を図ることも可能である。
のミラーユニット３０''における全反射ミラー３１を、
ケーラー照明系の光学要素を含む構造体に置き換えるこ
とにより、更に小型化を図ることも可能である。
【００３４】＜第三実施例＞続いて、第三実施例につい
て図９と図１０を用いて説明する。試料台１２は矩形管
形状をしており、その内側の空間には回転全反射ミラー
４０が配置されており、この回転全反射ミラー４０はミ
ラー台１０の上に設けた回転ステージ４１に取り付けら
れている。これにより回転全反射ミラー４０は、対物レ
ンズ１５の光軸周りに、回転可能に支持されている。
て図９と図１０を用いて説明する。試料台１２は矩形管
形状をしており、その内側の空間には回転全反射ミラー
４０が配置されており、この回転全反射ミラー４０はミ
ラー台１０の上に設けた回転ステージ４１に取り付けら
れている。これにより回転全反射ミラー４０は、対物レ
ンズ１５の光軸周りに、回転可能に支持されている。
【００３５】試料台１２の一方の開口端の側方には、照
明光源１とコレクターレンズ２、視野絞り３、コンデン
サー絞り５、コンデンサーレンズ６とからなるケーラー
照明系が配置されている。
明光源１とコレクターレンズ２、視野絞り３、コンデン
サー絞り５、コンデンサーレンズ６とからなるケーラー
照明系が配置されている。
【００３６】また、試料１２の他方の開口端の側方に
は、レンズ４２とフォトダイオード４３とからなるエバ
ネッセント波検出系が配置されている。透過型光学顕微
鏡観察を行なう際は、回転全反射ミラー４０が、図９に
示される向きに配置される。照明光源１から射出した光
は、コレクターレンズ２、視野絞り３、コンデンサー絞
り５、コンデンサーレンズ６を通過した後、回転全反射
ミラー４０で上方に反射し、試料１３を照明する。試料
１３を透過した光は、対物レンズ１５に入射し、ビーム
スプリッター１６を透過し、ビームスプリッター１８で
反射し、レンズ１９により集光し、ＣＣＤカメラ２０の
受光面に結像する。これにより試料１３の光学顕微鏡観
察像が得られる。
は、レンズ４２とフォトダイオード４３とからなるエバ
ネッセント波検出系が配置されている。透過型光学顕微
鏡観察を行なう際は、回転全反射ミラー４０が、図９に
示される向きに配置される。照明光源１から射出した光
は、コレクターレンズ２、視野絞り３、コンデンサー絞
り５、コンデンサーレンズ６を通過した後、回転全反射
ミラー４０で上方に反射し、試料１３を照明する。試料
１３を透過した光は、対物レンズ１５に入射し、ビーム
スプリッター１６を透過し、ビームスプリッター１８で
反射し、レンズ１９により集光し、ＣＣＤカメラ２０の
受光面に結像する。これにより試料１３の光学顕微鏡観
察像が得られる。
【００３７】走査型近接場光学顕微鏡観察を行なう際
は、回転全反射ミラー４０が、図１０に示される向きに
配置される。レーザー２４から射出したレーザー光は、
レンズ２３により集光し、光ファイバー２２に入射し、
レンズ２１、ビームスプリッター１８、ビームスプリッ
ター１６を通過し、対物レンズ１５によりカンチレバー
１４のプローブに集光する。プローブの先端の微小開口
からエバネッセント波が放射し、試料１３に照射する。
試料１３からの伝搬光は、回転全反射ミラー４０で反射
し、レンズ４２により集光し、フォトダイオード４３に
入射する。このように試料１３にエバネッセント波を照
射しながら、プローブが試料１３の表面にわたって走査
されるようにチューブスキャナー１１を駆動し、フォト
ダイオード４３の出力をチューブスキャナー１１による
位置情報に同期させて処理することにより、走査型近接
場光学顕微鏡像が得られる。
は、回転全反射ミラー４０が、図１０に示される向きに
配置される。レーザー２４から射出したレーザー光は、
レンズ２３により集光し、光ファイバー２２に入射し、
レンズ２１、ビームスプリッター１８、ビームスプリッ
ター１６を通過し、対物レンズ１５によりカンチレバー
１４のプローブに集光する。プローブの先端の微小開口
からエバネッセント波が放射し、試料１３に照射する。
試料１３からの伝搬光は、回転全反射ミラー４０で反射
し、レンズ４２により集光し、フォトダイオード４３に
入射する。このように試料１３にエバネッセント波を照
射しながら、プローブが試料１３の表面にわたって走査
されるようにチューブスキャナー１１を駆動し、フォト
ダイオード４３の出力をチューブスキャナー１１による
位置情報に同期させて処理することにより、走査型近接
場光学顕微鏡像が得られる。
【００３８】なお、原子間力顕微鏡観察は第一実施例と
全く同様にして行なわれる。また、走査型近接場光学顕
微鏡観察を行なうときは、第一実施例と同様に、叙述の
原子間力顕微鏡像を検出するための構成を利用して、試
料１３の表面とプローブとの距離を一定に保つようにチ
ューブスキャナー１１を駆動している。
全く同様にして行なわれる。また、走査型近接場光学顕
微鏡観察を行なうときは、第一実施例と同様に、叙述の
原子間力顕微鏡像を検出するための構成を利用して、試
料１３の表面とプローブとの距離を一定に保つようにチ
ューブスキャナー１１を駆動している。
【００３９】本実施例では、回転全反射ミラー４０を回
転させることにより、透過型光学顕微鏡と近接場光学顕
微鏡の光学系を切り替えているため、レンズ４２をコレ
クターレンズと別途設計できる。また、前述の実施例の
全反射ミラーやミラーユニットのように直線的に移動す
る部材がないので、省スペース化が図れる。
転させることにより、透過型光学顕微鏡と近接場光学顕
微鏡の光学系を切り替えているため、レンズ４２をコレ
クターレンズと別途設計できる。また、前述の実施例の
全反射ミラーやミラーユニットのように直線的に移動す
る部材がないので、省スペース化が図れる。
【００４０】
【発明の効果】本発明によれば、透過型光学顕微鏡観察
と原子間力顕微鏡観察と走査型近接場光学顕微鏡観察が
行なえる装置が得られる。しかも、そのエバネッセント
波検出系は、試料と、試料からの伝搬光を集光するレン
ズとの間の光路長が比較的短く設定されていて、伝搬光
を効率良く検出できる。
と原子間力顕微鏡観察と走査型近接場光学顕微鏡観察が
行なえる装置が得られる。しかも、そのエバネッセント
波検出系は、試料と、試料からの伝搬光を集光するレン
ズとの間の光路長が比較的短く設定されていて、伝搬光
を効率良く検出できる。
【図１】本発明の第一実施例の走査型近接場光学顕微鏡
の全体構成を示す図であり、透過型光学顕微鏡観察時の
状態を示している。
の全体構成を示す図であり、透過型光学顕微鏡観察時の
状態を示している。
【図２】図１のチューブスキャナーと試料台の周辺部を
横から見た図である。
横から見た図である。
【図３】走査型近接場光学顕微鏡観察時のエバネッセン
ト波検出系を示す図である。
ト波検出系を示す図である。
【図４】本発明の第二実施例の走査型近接場光学顕微鏡
を部分的に示す図であり、透過型光学顕微鏡観察時の状
態を示している。
を部分的に示す図であり、透過型光学顕微鏡観察時の状
態を示している。
【図５】本発明の第二実施例の走査型近接場光学顕微鏡
を部分的に示す図であり、走査型近接場光学顕微鏡観察
時の状態を示している。
を部分的に示す図であり、走査型近接場光学顕微鏡観察
時の状態を示している。
【図６】図４と図５に示したミラーユニットの構成を示
す図である。
す図である。
【図７】図６に示したミラーユニットに代わる第一の変
形例のミラーユニットの構成を示す図である。
形例のミラーユニットの構成を示す図である。
【図８】図６に示したミラーユニットに代わる第二の変
形例のミラーユニットの構成を示す図である。
形例のミラーユニットの構成を示す図である。
【図９】本発明の第三実施例の走査型近接場光学顕微鏡
を部分的に示す図であり、透過型光学顕微鏡観察時の状
態を示している。
を部分的に示す図であり、透過型光学顕微鏡観察時の状
態を示している。
【図１０】本発明の第三実施例の走査型近接場光学顕微
鏡を部分的に示す図であり、走査型近接場光学顕微鏡観
察時の状態を示している。
鏡を部分的に示す図であり、走査型近接場光学顕微鏡観
察時の状態を示している。
１…照明光源、４…可動全反射ミラー、８…フォトダイ
オード、９…固定全反射ミラー、１１…チューブスキャ
ナー、１２…試料台、１４…カンチレバー、１５…対物
レンズ、１７…光センサー、２０…ＣＣＤカメラ、２４
…レーザー。
オード、９…固定全反射ミラー、１１…チューブスキャ
ナー、１２…試料台、１４…カンチレバー、１５…対物
レンズ、１７…光センサー、２０…ＣＣＤカメラ、２４
…レーザー。
Claims (3)
- 【請求項１】光を透過する微小開口を先端に有するプロ
ーブを自由端に備えたカンチレバーであり、このカンチ
レバーはプローブ先端と試料表面の間に作用する力に応
じて弾性変形し、その結果としてプローブが変位する、
カンチレバーと、 プローブが試料表面を横切るように走査する走査手段
と、 プローブの変位を検知する変位検知手段と、 試料に光を照射し、その透過光を結像させる透過型光学
顕微鏡光学系と、 試料に微小開口を介して光を照射し、試料を透過した光
を検知する近接場光学顕微鏡光学系と、 透過型光学顕微鏡光学系と近接場光学顕微鏡光学系の一
方を選択的に使用可動な状態に切り替える切替手段とを
備えていて、 変位検知手段と透過型光学顕微鏡光学系と近接場光学顕
微鏡光学系は対物レンズを共有している、走査型近接場
光学顕微鏡。 - 【請求項２】請求項１において、 走査手段は、自由端が移動可能なアクチュエーターと、
アクチュエーターの自由端に固定された試料台とを含ん
でいて、この試料台は、試料が載る光学的に透明な載置
部と、この載置部をアクチュエーターの自由端から離し
て支持する支持部とを有しており、 透過型光学顕微鏡光学系と近接場光学顕微鏡光学系はア
クチュエーターと載置部の間の空間に配置された反射ミ
ラーを共有し、 切替手段は、光路上に適宜配置される別の反射ミラーで
あり、透過型光学顕微鏡光学系の光学要素と近接場光学
顕微鏡光学系の光学要素の一方を対物レンズに光学的に
結合する別の反射ミラーを含んでいる、走査型近接場光
学顕微鏡。 - 【請求項３】請求項１において、 走査手段は、自由端が移動可能なアクチュエーターと、
アクチュエーターの自由端に固定された試料台とを含ん
でいて、この試料台は、試料が載る光学的に透明な載置
部と、この載置部をアクチュエーターの自由端から離し
て支持する支持部とを有しており、 切替手段は、透過型光学顕微鏡光学系の光学要素を含む
第一のユニットと近接場光学顕微鏡光学系の光学要素を
含む第二のユニットの一方をアクチュエーターと載置部
の間の空間に切り替え可能に配置する手段を含んでい
る、走査型近接場光学顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7028194A JPH08220113A (ja) | 1995-02-16 | 1995-02-16 | 走査型近接場光学顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7028194A JPH08220113A (ja) | 1995-02-16 | 1995-02-16 | 走査型近接場光学顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08220113A true JPH08220113A (ja) | 1996-08-30 |
Family
ID=12241876
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7028194A Withdrawn JPH08220113A (ja) | 1995-02-16 | 1995-02-16 | 走査型近接場光学顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08220113A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002511573A (ja) * | 1998-04-11 | 2002-04-16 | ベルス・メステヒニーク・ゲーエムベーハー | 座標測定器による物体の検出のための方法及び装置 |
| KR100722555B1 (ko) * | 2005-12-23 | 2007-05-28 | 한국기계연구원 | 개구부와 나노 스케일의 팁을 구비하는 다기능 주사 탐침의제조 방법 |
| JP4540254B2 (ja) * | 2001-05-21 | 2010-09-08 | オリンパス株式会社 | 走査型近接場光学顕微鏡 |
-
1995
- 1995-02-16 JP JP7028194A patent/JPH08220113A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002511573A (ja) * | 1998-04-11 | 2002-04-16 | ベルス・メステヒニーク・ゲーエムベーハー | 座標測定器による物体の検出のための方法及び装置 |
| JP4540254B2 (ja) * | 2001-05-21 | 2010-09-08 | オリンパス株式会社 | 走査型近接場光学顕微鏡 |
| KR100722555B1 (ko) * | 2005-12-23 | 2007-05-28 | 한국기계연구원 | 개구부와 나노 스케일의 팁을 구비하는 다기능 주사 탐침의제조 방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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