JPH09329606A - 液中観察機能付き走査型近視野顕微鏡 - Google Patents
液中観察機能付き走査型近視野顕微鏡Info
- Publication number
- JPH09329606A JPH09329606A JP14928196A JP14928196A JPH09329606A JP H09329606 A JPH09329606 A JP H09329606A JP 14928196 A JP14928196 A JP 14928196A JP 14928196 A JP14928196 A JP 14928196A JP H09329606 A JPH09329606 A JP H09329606A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 水平振動タイプの走査型近視野顕微鏡におい
て、安定な液中観察を可能にする。 【解決手段】 先端を尖鋭化させた光プローブが弾性を
有し、試料面に対して実質的に水平にプローブを振動さ
せ、プローブの振動特性の変化を光学的検出手段によっ
て検知することで、プローブ−試料間の距離制御を行
い、試料表面の形状と光学的特性を観察する走査型近視
野顕微鏡において、一部が液体に直接接する光導入用窓
と液体保持セルとを有し、プローブの実質的な振動部分
全体が、液中に浸漬する構造である。
て、安定な液中観察を可能にする。 【解決手段】 先端を尖鋭化させた光プローブが弾性を
有し、試料面に対して実質的に水平にプローブを振動さ
せ、プローブの振動特性の変化を光学的検出手段によっ
て検知することで、プローブ−試料間の距離制御を行
い、試料表面の形状と光学的特性を観察する走査型近視
野顕微鏡において、一部が液体に直接接する光導入用窓
と液体保持セルとを有し、プローブの実質的な振動部分
全体が、液中に浸漬する構造である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、物質間に働く原子
間力を利用して、計測物質の表面形状を観察するととも
に、光伝搬体からなるプローブによって、同時に計測物
質の微細領域での光学特性を観察する走査型近視野原子
間力顕微鏡に関する。
間力を利用して、計測物質の表面形状を観察するととも
に、光伝搬体からなるプローブによって、同時に計測物
質の微細領域での光学特性を観察する走査型近視野原子
間力顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、走査型近視野顕微鏡は、光の
波長以下の分解能で光学像を提供する技術として利用さ
れている。この走査型近視野顕微鏡のうち、プローブに
先端を尖鋭化した光ファイバーやピペットを用い、試料
表面に対して水平に振動させ、プローブの振動特性の変
化を光学的検出手段によって検知することで、プローブ
−試料間の距離制御を行い、同時に水平方向の２次元的
走査手段によって試料表面の形状を観察し、かつ、光学
的特性を観察する方式が走査型近視野顕微鏡の１つの主
要な方式として用いられている。
波長以下の分解能で光学像を提供する技術として利用さ
れている。この走査型近視野顕微鏡のうち、プローブに
先端を尖鋭化した光ファイバーやピペットを用い、試料
表面に対して水平に振動させ、プローブの振動特性の変
化を光学的検出手段によって検知することで、プローブ
−試料間の距離制御を行い、同時に水平方向の２次元的
走査手段によって試料表面の形状を観察し、かつ、光学
的特性を観察する方式が走査型近視野顕微鏡の１つの主
要な方式として用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】走査型近視野顕微鏡の
重要な応用分野として、生物、電気化学などの分野が挙
げられるが、これらの分野において、観察を行おうとし
た場合、液中での観察が不可欠である。プローブを水平
に振動させるタイプの走査型近視野顕微鏡で液中観察を
行おうとした場合、図７に示すように試料の入った液体
保持セル８にプローブ１の先端部を挿入して使用しよう
とすると、図８に示すように、プローブ１の振幅は、プ
ローブ１をサンプルに近づけるに従って徐々に減少して
いき（アプローチ領域）、その後、ようやくサンプル−
プローブ間の相互作用によって生じる振幅の減少が観測
されるようになる（サンプル−プローブ間近接領域）。
この相互作用の生じる領域は、サンプル−プローブ間が
２０ｎｍ程度に近接した領域である。本来、空気中で
は、サンプル−プローブ間のアプローチにともなう振幅
の減少は生じないため、振幅の減少が始まった時点で、
サンプル表面にプローブが近接したと判断できる。しか
しながら、液中で図８のように振幅が減少する場合、励
振用圧電素子の励振電圧に対するプローブの振幅は、プ
ローブの長さの違いや検出位置によって変化することか
ら、プローブ振幅の絶対値を用いた距離制御はできな
い。このためプローブ振幅の減少の傾き変化を検出し
て、アプローチする必要がある。しかし、通常のステッ
ピングモーターを用いた粗動アプローチではステップ的
にサンプル−プローブ間を接近させ、サンプル−プロー
ブ間が近接した際に、Ｚ方向のピエゾ素子でサンプル−
プローブ間が近づきすぎないように振幅を一定以上保つ
ようにサンプル−プローブ間を制御している。したがっ
て、サンプル−プローブ間が近接していない状態でも振
幅減少が起こる場合、このフィードバック作動点を設定
することができず、制御が不能になってしまうという問
題がある。。さらに、仮に近接距離にアプローチできた
としても、液面振動によって、振幅が変化するため測定
を不安定にするという問題があった。
重要な応用分野として、生物、電気化学などの分野が挙
げられるが、これらの分野において、観察を行おうとし
た場合、液中での観察が不可欠である。プローブを水平
に振動させるタイプの走査型近視野顕微鏡で液中観察を
行おうとした場合、図７に示すように試料の入った液体
保持セル８にプローブ１の先端部を挿入して使用しよう
とすると、図８に示すように、プローブ１の振幅は、プ
ローブ１をサンプルに近づけるに従って徐々に減少して
いき（アプローチ領域）、その後、ようやくサンプル−
プローブ間の相互作用によって生じる振幅の減少が観測
されるようになる（サンプル−プローブ間近接領域）。
この相互作用の生じる領域は、サンプル−プローブ間が
２０ｎｍ程度に近接した領域である。本来、空気中で
は、サンプル−プローブ間のアプローチにともなう振幅
の減少は生じないため、振幅の減少が始まった時点で、
サンプル表面にプローブが近接したと判断できる。しか
しながら、液中で図８のように振幅が減少する場合、励
振用圧電素子の励振電圧に対するプローブの振幅は、プ
ローブの長さの違いや検出位置によって変化することか
ら、プローブ振幅の絶対値を用いた距離制御はできな
い。このためプローブ振幅の減少の傾き変化を検出し
て、アプローチする必要がある。しかし、通常のステッ
ピングモーターを用いた粗動アプローチではステップ的
にサンプル−プローブ間を接近させ、サンプル−プロー
ブ間が近接した際に、Ｚ方向のピエゾ素子でサンプル−
プローブ間が近づきすぎないように振幅を一定以上保つ
ようにサンプル−プローブ間を制御している。したがっ
て、サンプル−プローブ間が近接していない状態でも振
幅減少が起こる場合、このフィードバック作動点を設定
することができず、制御が不能になってしまうという問
題がある。。さらに、仮に近接距離にアプローチできた
としても、液面振動によって、振幅が変化するため測定
を不安定にするという問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】以上のような問題点は、
サンプル−プローブ間のアプローチの際にプローブの振
動部の液体中に浸漬される長さが徐々に変化してしまう
ことにある。したがって、プローブの振動する部分全体
を液体中に浸漬することによって、サンプル−プローブ
間のアプローチや測定において、プローブの振動部の液
体中に浸漬される長さの変化に起因するプローブ振幅の
変化をなくすことができる。この場合、プローブの振幅
を光学的に検出するために液体を保持するセルに光導入
用の窓を一部液体に接する形で設ける必要がある。
サンプル−プローブ間のアプローチの際にプローブの振
動部の液体中に浸漬される長さが徐々に変化してしまう
ことにある。したがって、プローブの振動する部分全体
を液体中に浸漬することによって、サンプル−プローブ
間のアプローチや測定において、プローブの振動部の液
体中に浸漬される長さの変化に起因するプローブ振幅の
変化をなくすことができる。この場合、プローブの振幅
を光学的に検出するために液体を保持するセルに光導入
用の窓を一部液体に接する形で設ける必要がある。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面に基づいて
説明する。図１は本発明による液中観察用走査型近視野
顕微鏡の第１の実施例を示す模試図である。光プローブ
１は、絶縁被覆１３を施した圧電振動体５に固定されて
おり、試料基板２２の上に置かれた試料４の試料面に対
して、プローブ先端部が水平に振動するようになってい
る。プローブ先端の振動を図中のプローブ先端近傍の矢
印で示す。プローブ１は、実質的に振動する部分である
圧電振動体に固定された位置より下の部分全体が液体に
浸漬されている。液体保持セル８には、光導入窓である
光透過性窓９が設けられており、光源２から出たプロー
ブ振動検出のための検出光が液体中に障害なく侵入する
ことができる。プローブ先端部に当たった光は、光透過
性窓９’を通って、差動型の光検出器３に入力され、プ
ローブ振幅の変化が検出される。
説明する。図１は本発明による液中観察用走査型近視野
顕微鏡の第１の実施例を示す模試図である。光プローブ
１は、絶縁被覆１３を施した圧電振動体５に固定されて
おり、試料基板２２の上に置かれた試料４の試料面に対
して、プローブ先端部が水平に振動するようになってい
る。プローブ先端の振動を図中のプローブ先端近傍の矢
印で示す。プローブ１は、実質的に振動する部分である
圧電振動体に固定された位置より下の部分全体が液体に
浸漬されている。液体保持セル８には、光導入窓である
光透過性窓９が設けられており、光源２から出たプロー
ブ振動検出のための検出光が液体中に障害なく侵入する
ことができる。プローブ先端部に当たった光は、光透過
性窓９’を通って、差動型の光検出器３に入力され、プ
ローブ振幅の変化が検出される。
【０００６】本実施例においては、液体保持セル８は、
ＸＹＺ微動素子６の上に保持されており、プローブとの
水平（ＸＹ）および垂直（Ｚ）方向の相対移動が可能と
なっている。さらに、この微動素子６は、Ｚ軸粗動機構
７上に配置されており、サンプル−プローブ間が離れた
状態から、アプローチできるようになっている。
ＸＹＺ微動素子６の上に保持されており、プローブとの
水平（ＸＹ）および垂直（Ｚ）方向の相対移動が可能と
なっている。さらに、この微動素子６は、Ｚ軸粗動機構
７上に配置されており、サンプル−プローブ間が離れた
状態から、アプローチできるようになっている。
【０００７】図２は、本発明の装置によって得られるサ
ンプル−プローブ間距離とプローブの振幅との関係を示
したものである。図２に示したように、サンプル−プロ
ーブ間の相互作用が起きるまで、アプローチ領域では振
幅は一定であり、安定なサンプル−プローブ間の距離制
御が可能である。なお、絶縁被覆１３は、電解質溶液を
用いる場合に、圧電素子上の２つの電極間を絶縁できれ
ばよく、片方の電極が液体に直接接していても支障はな
い。
ンプル−プローブ間距離とプローブの振幅との関係を示
したものである。図２に示したように、サンプル−プロ
ーブ間の相互作用が起きるまで、アプローチ領域では振
幅は一定であり、安定なサンプル−プローブ間の距離制
御が可能である。なお、絶縁被覆１３は、電解質溶液を
用いる場合に、圧電素子上の２つの電極間を絶縁できれ
ばよく、片方の電極が液体に直接接していても支障はな
い。
【０００８】図１の実施例は、プローブ１をはさんだ１
対の光透過性窓９、９’が、液体保持セル８に設けられ
ており、この光透過性窓が、試料面に対して垂直であ
り、光学的検出手段が光源２と光検出器３で構成され、
光源から発生する検出光の光軸が試料面に対して、実質
的に水平にプローブ先端部に当てられる構成である。
対の光透過性窓９、９’が、液体保持セル８に設けられ
ており、この光透過性窓が、試料面に対して垂直であ
り、光学的検出手段が光源２と光検出器３で構成され、
光源から発生する検出光の光軸が試料面に対して、実質
的に水平にプローブ先端部に当てられる構成である。
【０００９】次に、第２の実施例として、検出光が試料
表面に対して斜め上方からプローブ先端部に当てられ、
試料基板での反射光によってプローブの振幅を検出する
構成を示す。図３の装置は、検出光の光軸が試料表面に
対して斜め上方からプローブ先端部に当てられ、試料基
板での反射光を検出する構成である。検出用光源２から
出た光は、光透過性窓９、９’における検出光の入射お
よび出射面が、不用な反射を防ぐため検出光の光軸に対
して実質的に垂直となる角度にしてある。プローブ先端
に一部当たった光は、ガラス試料基板の下面において、
斜め上方に反射し、光透過性窓９’を通して、光検出器
１２で振幅が検出される。
表面に対して斜め上方からプローブ先端部に当てられ、
試料基板での反射光によってプローブの振幅を検出する
構成を示す。図３の装置は、検出光の光軸が試料表面に
対して斜め上方からプローブ先端部に当てられ、試料基
板での反射光を検出する構成である。検出用光源２から
出た光は、光透過性窓９、９’における検出光の入射お
よび出射面が、不用な反射を防ぐため検出光の光軸に対
して実質的に垂直となる角度にしてある。プローブ先端
に一部当たった光は、ガラス試料基板の下面において、
斜め上方に反射し、光透過性窓９’を通して、光検出器
１２で振幅が検出される。
【００１０】以上の実施例では、１対の光透過性窓を用
いる構成について述べた。次に、第３の実施例として、
光導入用窓に対向する位置に光反射板を設けた構成の装
置について述べる。この場合は、図４に示すように、光
反射板２１が光透過性窓９に対して、一定の角度を有し
光源からの検出光の光軸をずらして反射させる構成にな
っている。尚、図４においては、図が煩雑になるのを防
ぐため液体２０の記載を省略しているが、実際にはプロ
ーブ１は液中にあるのは言うまでもない。一方、図５に
示すように、振幅検出用光源２より出た検出光が、光透
過性窓９を通過し、試料４の表面に対して斜め上方から
プローブ先端部に当てられ、試料基板２２の下面での反
射光をさらに、前記光反射板２１で反射させ、前記光透
過性窓９から取り出した検出光を光検出器３で検出する
構成も可能である。図５に示す装置では、光透過性窓に
おける検出光の入射および出射面が、検出光の光軸に対
して実質的に垂直となる角度となるようになっている。
このような反射板を用いることで、検出光用光源と検出
器を近接した位置に配置することができ、検出系をコン
パクトに設計することが可能である。尚、図５において
は、図が煩雑になるのを防ぐため液体２０の記載を省略
しているが、実際にはプローブ１は液中にあるのは言う
までもない。
いる構成について述べた。次に、第３の実施例として、
光導入用窓に対向する位置に光反射板を設けた構成の装
置について述べる。この場合は、図４に示すように、光
反射板２１が光透過性窓９に対して、一定の角度を有し
光源からの検出光の光軸をずらして反射させる構成にな
っている。尚、図４においては、図が煩雑になるのを防
ぐため液体２０の記載を省略しているが、実際にはプロ
ーブ１は液中にあるのは言うまでもない。一方、図５に
示すように、振幅検出用光源２より出た検出光が、光透
過性窓９を通過し、試料４の表面に対して斜め上方から
プローブ先端部に当てられ、試料基板２２の下面での反
射光をさらに、前記光反射板２１で反射させ、前記光透
過性窓９から取り出した検出光を光検出器３で検出する
構成も可能である。図５に示す装置では、光透過性窓に
おける検出光の入射および出射面が、検出光の光軸に対
して実質的に垂直となる角度となるようになっている。
このような反射板を用いることで、検出光用光源と検出
器を近接した位置に配置することができ、検出系をコン
パクトに設計することが可能である。尚、図５において
は、図が煩雑になるのを防ぐため液体２０の記載を省略
しているが、実際にはプローブ１は液中にあるのは言う
までもない。
【００１１】これまで示した実施例では、液体保持セル
に光透過性窓が一体に形成された構造であるが、図６に
示す実施例では、独立した光導入窓９、光導出窓９’を
設けた装置を示す。光源２からの検出光は、液体保持セ
ルとは独立して形成された光導入窓９を介して液中のプ
ローブ１の先端に当たり、試料４を透過し試料基板２２
の下面で反射する。反射光は、液体保持セルとは独立し
て形成された光導出窓９を介して光検出器３で検出され
る。この場合も、既に示した例と同様、反射板を設ける
ことで、検出系の簡略化を図ることができる。
に光透過性窓が一体に形成された構造であるが、図６に
示す実施例では、独立した光導入窓９、光導出窓９’を
設けた装置を示す。光源２からの検出光は、液体保持セ
ルとは独立して形成された光導入窓９を介して液中のプ
ローブ１の先端に当たり、試料４を透過し試料基板２２
の下面で反射する。反射光は、液体保持セルとは独立し
て形成された光導出窓９を介して光検出器３で検出され
る。この場合も、既に示した例と同様、反射板を設ける
ことで、検出系の簡略化を図ることができる。
【００１２】走査型近視野顕微鏡としては、プローブ１
の先端微少開口からサンプルに当たった光を検出するた
めのレンズ１０、フィルター１１、光検出器１２が設け
られている。この他、図には記載されていないが、観察
用光源、プローブへの光カップリング機構などが、装置
構成として必要である。
の先端微少開口からサンプルに当たった光を検出するた
めのレンズ１０、フィルター１１、光検出器１２が設け
られている。この他、図には記載されていないが、観察
用光源、プローブへの光カップリング機構などが、装置
構成として必要である。
【００１３】
【発明の効果】本発明によって、液中において安定な測
定が可能な水平振動タイプの走査型近視野顕微鏡を実現
することができるようになった。
定が可能な水平振動タイプの走査型近視野顕微鏡を実現
することができるようになった。
【図１】本発明の水平振動型の液中観察用走査型近視野
顕微鏡の模式図である。
顕微鏡の模式図である。
【図２】本発明の水平振動型の液中観察用走査型近視野
顕微鏡におけるプローブ振幅のサンプル−プローブ間距
離依存性を示す図である。
顕微鏡におけるプローブ振幅のサンプル−プローブ間距
離依存性を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施例を示す水平振動型の液中
観察用走査型近視野顕微鏡の模式図である。
観察用走査型近視野顕微鏡の模式図である。
【図４】本発明の第３の実施例を示す水平振動型の液中
観察用走査型近視野顕微鏡の模式図である。
観察用走査型近視野顕微鏡の模式図である。
【図５】本発明の第４の実施例を示す水平振動型の液中
観察用走査型近視野顕微鏡の模式図である。
観察用走査型近視野顕微鏡の模式図である。
【図６】本発明の第５の実施例を示す水平振動型の液中
観察用走査型近視野顕微鏡の模式図である。
観察用走査型近視野顕微鏡の模式図である。
【図７】従来の水平振動型の液中観察用走査型近視野顕
微鏡の模式図である。
微鏡の模式図である。
【図８】従来の水平振動型の液中観察用走査型近視野顕
微鏡におけるプローブ振幅のサンプル−プローブ間距離
依存性を示す図である。
微鏡におけるプローブ振幅のサンプル−プローブ間距離
依存性を示す図である。
１ 光プローブ ２ 振幅検出用光源 ３ 差動型光検出器 ４ 試料 ５ 圧電振動体 ６ ＸＹＺ微動素子 ７ 粗動機構 ８ 液体保持セル ９ 光導入用窓 １０ 対物レンズ １１ 光学フィルター １２ 光検出器 １３ 絶縁皮膜 ２０ 液体 ２１ 反射板 ２２ 試料基板
Claims (9)
- 【請求項１】 先端を尖鋭化させた光プローブが弾性を
有し、この弾性によって試料面に対して実質的に水平に
前記プローブを振動させ、プローブの振動特性の変化を
光学的検出手段によって検知することで、プローブ−試
料間の距離制御を行い、同時に水平方向の２次元的走査
手段によって、試料表面の形状を観察し、かつ、光学的
特性を観察する走査型近視野顕微鏡において、一部が液
体に直接接する光導入用窓と液体保持セルとを有し、前
記プローブの実質的な振動部分全体が、液中に浸漬する
構造である液中観察機能付き走査型近視野顕微鏡。 - 【請求項２】 前記光導入窓が液体保持セルに設けられ
た光透過性の窓であり、この光透過性窓が、プローブを
はさんで少なくとも１対あることを特徴とする請求項１
記載の液中観察機能付き走査型近視野顕微鏡。 - 【請求項３】 前記光透過性窓が試料面に対して垂直で
あり、前記光学的検出手段が光源と光検出器で構成さ
れ、光源から発生する検出光の光軸が試料面に対して、
実質的に水平に前記プローブ先端部に当てられる構成で
あることを特徴とする請求項２記載の液中観察機能付き
走査型近視野顕微鏡。 - 【請求項４】 前記検出光が試料表面に対して斜め上方
から前記プローブ先端部に当てられ、試料基板での反射
光によってプローブの振幅を検出することを特徴とする
請求項２記載の液中観察機能付き走査型近視野顕微鏡。 - 【請求項５】 前記光透過性窓における検出光の入射お
よび出射面が、検出光の光軸に対して実質的に垂直とな
る角度であることを特徴とする請求項４記載の液中観察
機能付き走査型近視野顕微鏡。 - 【請求項６】 前記光導入用窓に対向する光反射板を有
することを特徴とする請求項１記載の液中観察機能付き
走査型近視野顕微鏡。 - 【請求項７】 前記光反射板が前記光透過性窓に対し
て、一定の角度を有し光源からの検出光の光軸を光源か
らずらして反射させる構成である請求項６記載の液中観
察機能付き走査型近視野顕微鏡。 - 【請求項８】 前記検出光が試料表面に対して斜め上方
からプローブ先端部に当てられ、試料基板での反射光を
さらに、前記光反射板によって反射させ、前記光透過性
窓から検出光を取り出すことを特徴とする請求項６記載
の液中観察機能付き走査型近視野顕微鏡。 - 【請求項９】 前記光透過性窓における検出光の入射お
よび出射面が、検出光の光軸に対して実質的に垂直とな
る角度であることを特徴とする請求項８記載の液中観察
機能付き走査型近視野顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14928196A JPH09329606A (ja) | 1996-06-11 | 1996-06-11 | 液中観察機能付き走査型近視野顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14928196A JPH09329606A (ja) | 1996-06-11 | 1996-06-11 | 液中観察機能付き走査型近視野顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09329606A true JPH09329606A (ja) | 1997-12-22 |
Family
ID=15471780
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14928196A Pending JPH09329606A (ja) | 1996-06-11 | 1996-06-11 | 液中観察機能付き走査型近視野顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09329606A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6888135B2 (en) | 2000-10-18 | 2005-05-03 | Nec Corporation | Scanning probe microscope with probe formed by single conductive material |
| KR100551116B1 (ko) * | 1998-11-25 | 2006-05-12 | 엘지전자 주식회사 | 근접장기록/재생장치 |
| JP2008051690A (ja) * | 2006-08-25 | 2008-03-06 | Sii Nanotechnology Inc | 光学式変位検出機構及びそれを用いた表面情報計測装置 |
| JP2008051555A (ja) * | 2006-08-22 | 2008-03-06 | Sii Nanotechnology Inc | 光学式変位検出機構及びそれを用いたプローブ顕微鏡 |
| JP2011215168A (ja) * | 2011-08-04 | 2011-10-27 | Sii Nanotechnology Inc | 走査型プローブ顕微鏡の変位検出方法 |
| US10488434B2 (en) | 2017-08-11 | 2019-11-26 | Anton Paar Gmbh | Characterizing a height profile of a sample by side view imaging |
-
1996
- 1996-06-11 JP JP14928196A patent/JPH09329606A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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