JPH10221352A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】小型で且つ高い剛性を実現することが可能な照
明装置を提供する。 【解決手段】照明装置は、測定用照明光Ｍ１を試料表面
に集光させる照明手段６８を備えており、照明手段に
は、略円筒形状のセルフォックレンズ８８が接合された
集光光学系と、この集光光学系を保持しつつ且つ集光光
学系の集光位置を調整するための集光位置調整機構とが
設けられている。集光光学系は、略円筒形状の光導波部
材９０を備えており、光導波部材の先端には、光軸Ａに
対して所定の傾斜角度θ１を有する光反射面９０ａが形
成されている。集光位置調整機構は、光導波部材を光軸
を中心に回転自在に保持する保持手段と、この保持手段
に設けられ且つ光導波部材を光軸を中心に回転させる回
転角度調整機構と、保持手段に設けられ且つ光導波部材
を所定方向に撓ませる撓み量調整機構とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、走査型プ
ローブ顕微鏡や光学顕微鏡、或いは種々の光学装置等に
用いることが可能であって、所望の位置に照明光を集光
させることができる照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から光の回折限界を越える分解能で
試料の表面情報を測定することができるように、種々の
照明装置を適用した光学顕微鏡の開発が進められてい
る。特に１９８０年代後半以降、“波長より小さい寸法
（厚さ）の領域に局在し、自由空間を伝搬しない”とい
う特性を有するエバネッセント場を検出することによっ
て、光の回折限界を超える分解能を実現した走査型近接
場光顕微鏡（Scanning Near-Field Optical Microscop
e；ＳＮＯＭ）が提案されている。

【０００３】ＳＮＯＭには、検出用プローブとして、例
えば検出先端を尖鋭化した光ファイバやガラス棒又は水
晶探針が用いられており、このようなプローブを用いた
種々のＳＮＯＭ測定方法が知られている。

【０００４】例えば、特開平４−２９１３１０号公報
(R.E.Betzig,AT&T) には、プローブ先端に形成した微小
開口から試料に測定光を照射した際、試料を透過した光
の強度を２次元マッピングすることによって、試料の光
学情報を測定するＳＮＯＭ装置が開示されている。

【０００５】また、例えば「Appl.Phys.Lett.62(5)P.46
1(1993) 」に示されているように、ファンフルスト(N.
F.van Hulst) 等は、ＳＮＯＭ技術を応用することによ
って、試料の光学情報をＳＮＯＭ測定しながら同時に試
料の表面情報をＡＦＭ測定することが可能なＳＮＯＭ装
置を提案している。即ち、ファンフルストのＳＮＯＭ装
置では、試料表面近傍に局在しているエバネッセント場
に窒化シリコン製ＡＦＭ用プローブを差し入れて、エバ
ネッセント場を散乱させて伝搬光に変換する。そして、
その伝搬光のうちプローブを透過した光を検出すること
によって試料の光学情報がＳＮＯＭ測定される。また、
このＳＮＯＭ測定時には、試料とプローブ先端とが近接
しているため、両者の間に原子間力が働いてカンチレバ
ーが変位する。このカンチレバーの変位を一定の値に保
つようにフィードバック制御し、この制御信号に基づい
て試料の表面情報をＡＦＭ測定する。

【０００６】ところで、上記特開平４−２９１３１０号
公報やファンフルストのＳＮＯＭ装置は、プローブを介
して測定光を伝搬させる必要上、少なくともプローブ先
端は光学的に透明でなければならない。

【０００７】この場合、プローブ先端には、測定光が通
過可能な開口を形成する必要があるが、先端に開口が形
成されたプローブを大量に、しかも均一に作製すること
は容易なことではない。

【０００８】特に、ＳＮＯＭ装置では、一般的な光学顕
微鏡で実現可能な回折限界を越えた高分解能が要求され
るため、プローブ先端の開口径は、少なくとも０．１μ
ｍ以下（好ましくは、０．０５μｍ以下）であることが
必要となる。

【０００９】このような限定条件の下、プローブの開口
を再現性良く形成することは極めて困難である。更に、
開口を通過する光量は、開口半径の２乗に比例して少な
くなるため、ＳＮＯＭ像の分解能を向上させるように開
口径を小さくすると、逆に、検出光量が減少してＳ／Ｎ
比が悪くなってしまう。

【００１０】このようなＳＮＯＭ装置の問題点を解決す
るために、例えば特開平６−１３７８４７号公報に開示
されたＳＮＯＭ装置は、開口の無い針状のプローブを備
えて構成されている。そして、照明手段から試料に測定
光を照射しながらプローブを試料表面に対して垂直方向
に移動させた際、プローブ先端及び試料表面から散乱す
る散乱光を検出することによって試料の光学情報を測定
している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平６−１
３７８４７号公報に開示されたＳＮＯＭ装置には、試料
からある程度離間した位置（具体的には、試料裏面側の
位置）に照明手段が設けられているため、例えばプロー
ブを保持している保持部材等の他の光学系機構の剛性特
性に基づく外乱振動によって、測定光の照射位置がずれ
てしまう場合がある。

【００１２】このように測定位置に測定光が正確に照射
されない場合には、Ｓ／Ｎ比の高い測定情報を得ること
が困難になってしまう。高いＳ／Ｎ比で測定を行うため
に、例えば照明手段を小型化して振動に強い構成にする
ことも考えられる。

【００１３】しかしながら、この種の照明手段には、一
般的に、光軸を調整するための光軸調整手段等が必要と
なり、このような光軸調整手段等を付加した場合には、
装置構成が大型化してしまうと共に外乱振動に弱い構成
となってしまうため、やはりＳ／Ｎ比の高い測定情報を
得ることが困難になってしまう。

【００１４】上述のような課題は、ＳＮＯＭ装置の照明
に限られたことではなく、一般的な光学測定機器の照明
にも言える。本発明は、このような課題を解決するため
に成されており、その目的は、小型で且つ高い剛性を実
現することが可能な照明装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の照明装置は、透光性部材から成る略
円筒形状の光導波部材と、この光導波部材に形成されて
おり、且つ、前記光導波部材内を導光された照明光を所
定方向に反射させるように、前記光導波部材の光軸に対
して所定の傾斜角度を有する光反射面とを備えており、
前記光反射面から反射した照明光は、前記光導波部材の
光学的作用によって、所定の集光位置に所定の形状を成
して集光する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態に係
る照明装置について、添付図面を参照して説明する。図
１に示すように、本実施の形態の照明装置は、所望の位
置に照明光を集光させる照明手段６８を備えており、こ
の照明手段６８は、光ファイバ７４を介して光源７２に
接続されている。なお、図１には、本実施の形態の照明
装置を用いた走査型光顕微鏡の構成が示されている。

【００１７】本実施の形態に適用した走査型光顕微鏡
は、ＡＦＭ／ＳＮＯＭの同時測定を行うことができると
共に、光学顕微鏡観察を行うことができるように構成さ
れている。

【００１８】図１及び図２に示すように、走査型光顕微
鏡は、試料２をセット可能な試料台４が取り付けられた
圧電体スキャナ６と、試料２の表面情報（ＡＦＭ測定情
報）及び光学情報（ＳＮＯＭ測定情報）を検出するため
のカンチレバー８とを備えている。

【００１９】カンチレバー８は、先端に探針１０が設け
られたレバー部１２と、このレバー部１２の基端を支持
する支持部１４とから構成されており（図２参照）、探
針１０が対物レンズ１６の視野内に位置付けられるよう
に、保持手段１８によって保持されている。

【００２０】また、カンチレバー８は、単結晶シリコン
材料を用いた半導体加工プロセスによって作製されてい
る。なお、本実施の形態に適用した作製プロセスでは、
その一例として、レバー部１２は、長さが約２０７μ
ｍ、幅が約３０μｍ、厚さが約３μｍに設定されてお
り、レバー部１２の先端は、頂角４８．５°の二等辺三
角形状に形成されている。

【００２１】また、探針１０は、高さが約１０μｍの四
面体形状を成しており、その頂角は３５°に設定されて
いる。また、探針１０の頂点１０ａは、レバー部１２の
先端１２ａの垂直上方に位置決めされており（図２参
照）、レバー部１２の背面（探針１０が形成されていな
い側面）には、厚さ８０ｎｍのアルミニウム膜２０がコ
ーティングされている。

【００２２】圧電体スキャナ６には、コンピュータ２２
から出力された走査信号に基づいて、圧電体スキャナ６
を駆動するスキャナ駆動回路２４が接続されている。こ
の構成によれば、スキャナ駆動回路２４を介して走査信
号を圧電体スキャナ６に印加することによって、試料台
４と共に試料台４上の試料２をＸＹＺ方向に変位させる
ことが可能となる。なお、例えば、試料２の変位量とし
て、ＸＹ方向への変位量を約３０μｍ、Ｚ方向への変位
量を約５μｍに設定することが可能である。

【００２３】また、圧電体スキャナ６は、Ｚ方向に移動
自在の粗動ステージ２６に固定されており、この粗動ス
テージ２６には、コンピータ２２から出力された駆動信
号に基づいて、粗動ステージ２６を動制御する粗動ステ
ージ駆動回路２８が接続されている。この構成によれ
ば、コンピュータ２２からの駆動信号を粗動ステージ駆
動回路２８に入力することによって、圧電体スキャナ６
をＺ方向に移動させることが可能となる。このように圧
電体スキャナ６を移動することによって、試料台４上の
試料２の大まかな位置合わせ（例えば、試料２とカンチ
レバー８との間の大まかな位置合わせ）を行うことが可
能である。

【００２４】次に、走査型光顕微鏡に組み込まれている
光学顕微鏡について説明する。光学顕微鏡には、試料台
４上の試料２に照明光を照射するための顕微鏡照明系
と、この顕微鏡照明系からの照明光を試料２に集光する
集光手段と、試料２の観察面を調整するための接眼光学
系とが設けられている。

【００２５】顕微鏡照明系は、照明光を出射する光源３
０と、この光源３０に光ファイバ３２を介して光学的に
接続された照明用鏡筒３４と、この照明用鏡筒３４内に
設けられた照明用ビームスプリッタ３６とを備えてい
る。この構成によれば、光ファイバ３２を介して照明用
鏡筒３４内に導光された照明光は、照明用ビームスプリ
ッタ３６から反射した後、レンズ３８からメインビーム
スプリッタ４０に導光される。

【００２６】集光手段としては、上記対物レンズ１６が
併用されている。従って、レンズ３８からメインビーム
スプリッタ４０に導光された照明光は、メインビームス
プリッタ４０から反射した後、集光手段即ち対物レンズ
１６によって、試料台４上の試料２に照射されることに
なる。このとき、試料２の観察面から反射した反射光
は、対物レンズ１６によってメインビームスプリッタ４
０に照射された後、レンズ３８及び照明用ビームスプリ
ッタ３６を透過して接眼光学系に導光される。

【００２７】接眼光学系は、試料２の観察面から反射し
た反射光をＣＣＤカメラ４２に導光するための接眼用ビ
ームスプリッタ４４及び接眼用鏡筒４６と、ＣＣＤカメ
ラ４２に受光された反射光に画像処理を施して、モニタ
ーテレビ４８に表示する画像処理器５０とを備えてい
る。この構成によれば、レンズ３８及び照明用ビームス
プリッタ３６を介して導光された反射光は、接眼用ビー
ムスプリッタ４４から反射した後、接眼用鏡筒４６を介
してＣＣＤカメラ４２に導光される。この結果、画像処
理器５０によってモニターテレビ４８に試料２の観察面
の画像が表示されることになる。なお、接眼用鏡筒４６
は、移動ステージ５２に固定されており、この移動ステ
ージ５２を駆動させることによって、試料２の観察面を
調整することができる。

【００２８】次に、走査型光顕微鏡に組み込まれている
ＡＦＭ測定系について説明する。ＡＦＭ測定系は、カン
チレバー８を励振させながら試料２の表面情報を測定す
るように、保持手段１８に取り付けられた圧電体５４を
備えている。この圧電体５４には、コンピュータ２２か
ら出力される励振信号に基づいて、圧電体５４に所定の
振幅且つ周波数の正弦波信号を印加する励振回路５６が
接続されている。この構成によれば、励振回路５６から
正弦波信号を圧電体５４に印加して圧電体５４を励振さ
せると、このとき生じる励振運動が、保持手段１８から
カンチレバー８の支持部１４を介してレバー部１２に伝
達されることによって、レバー部１２を所定の振動振幅
で励振させることになる。

【００２９】ＡＦＭ測定系には、光てこ方式のカンチレ
バー変位センサが設けられており、このカンチレバー変
位センサは、レバー部１２の背面にＡＦＭ測定光Ｌ１を
照射可能な半導体レーザ５８と、レバー部１２の背面か
ら反射した反射光Ｌ２を受光可能な二分割フォトディテ
クタ６０と、二分割フォトディテクタ６０から出力され
た変位信号に信号処理を施す信号処理回路６２とを備え
ている。また、半導体レーザ５８は、制御回路６４によ
ってレーザー出力が制御されている。この構成によれ
ば、半導体レーザ５８からレバー部１２にＡＦＭ測定光
Ｌ１が照射された際、レバー部１２から反射した反射光
Ｌ２は、二分割フォトディテクタ６０によって所定の変
位信号に変換された後、信号処理回路６２に入力され
る。

【００３０】このとき、信号処理回路６２は、入力した
変位信号に基づいて、カンチレバー８の振動振幅が一定
に維持されるように、スキャナ駆動回路２４を介して圧
電体スキャナ６をフィードバック制御する。フィードバ
ック制御中、信号処理回路６２から出力されたフィード
バック信号（即ち、ＡＦＭ信号）は、コンピュータ２２
に取り込まれた後、画像処理が施される。この結果、Ａ
ＦＭ測定情報（試料２の表面情報）がモニタ６６に表示
されることになる。なお、信号処理回路６２は、励振回
路５６からの正弦波信号に基づいて、この正弦波信号の
周波数に同期した信号を取り出すことができるように制
御されている。

【００３１】次に、走査型光顕微鏡に組み込まれている
ＳＮＯＭ測定系について説明する。本実施の形態の照明
装置は、このＳＮＯＭ測定系に配置されており、測定用
照明光Ｍ１（図３、図４及び図５（ａ）参照）を試料２
の測定表面に集光させる照明手段６８を備えている。な
お、ＳＮＯＭ測定系には、試料２のＳＮＯＭ測定情報
（光学情報）を検出可能なＳＮＯＭ検出ユニット７０が
設けられている。

【００３２】そして、これら照明手段６８及びＳＮＯＭ
検出ユニット７０は、共に、試料２の表面に対して同一
方向の外部領域中に配置されており、全体として反射型
の測定系を構成している。

【００３３】また、照明装置には、光源７２として測定
用照明光Ｍ１を出射可能なレーザー光源７２が設けられ
ており、このレーザー光源７２は、光ファイバ７４を介
して照明手段６８に接続されている。なお、レーザー光
源７２としては、例えば出力２５ｍＷのアルゴンレーザ
を用いることが好ましい。

【００３４】ＳＮＯＭ検出ユニット７０は、測定用照明
光Ｍ１を試料２に照射している状態において、粗動ステ
ージ２６を駆動して試料２に対して探針１０を相対的に
接近走査させた際、探針１０によって散乱した散乱光Ｓ
１（図３参照）を集光させる集光手段と、この集光手段
によって集光した散乱光Ｓ１を検出する光検出手段とを
備えている。

【００３５】集光手段としては、上記対物レンズ１６が
併用されている。従って、探針１０によって散乱した散
乱光Ｓ１（探針１０先端近傍からの散乱光）のうち、対
物レンズ１６の視野内の散乱光Ｓ１が、対物レンズ１６
によって光検出手段方向へ集光されることになる。

【００３６】光検出手段は、入射光を電気信号に変換し
て増幅する光電子増倍管７６と、対物レンズ１６によっ
て集光された散乱光Ｓ１を光電子増倍管７６に導光する
レンズ７８とを備えている。なお、光電子増倍管７６
は、制御器８０によって制御されている。

【００３７】このような構成によれば、測定用照明光Ｍ
１を試料２に照射している状態において、一定の振動振
幅でカンチレバー８を励振させながら探針１０を試料２
の表面に沿って走査している間（ＡＦＭ測定中）、探針
１０によって散乱した散乱光Ｓ１は、対物レンズ１６を
介して集光する。そして、この散乱光Ｓ１は、メインビ
ームスプリッタ４０及びレンズ７８を介して光電子増倍
管７６に導光される。このとき、光電子増倍管７６から
出力された電気信号は、アンプ８２によって増幅された
後、ロックインアンプ８４に入力される。

【００３８】ロックインアンプ８４は、上記励振回路５
６からの正弦波信号に基づいて、この正弦波信号の周波
数に同期した電気信号即ち光学情報信号を抽出すること
ができるように制御されている。

【００３９】この後、ロックインアンプ８４から出力さ
れた光学情報信号（即ち、ＳＮＯＭ信号）が、コンピュ
ータ２２によって信号処理が施されることによって、試
料２の光学情報（ＳＮＯＭ測定情報）がモニタ６６に表
示されることになる。

【００４０】なお、走査型光顕微鏡には、メインビーム
スプリッタ４０と上記光検出手段との間の光路中に挿脱
自在なフィルタ８６が設けられており、ＳＮＯＭ測定中
に試料２に対する蛍光分光測定を行う場合、フィルタ８
６を光路中に挿入することによって、試料２の蛍光分光
測定を行うことができる。

【００４１】また、試料２に対する測定用照明光Ｍ１の
照射方向としては、例えば図３に示すように、カンチレ
バー８のレバー部１２の長手軸に直交する方向から測定
用照明光Ｍ１を照射させることが好ましい。

【００４２】次に、上述したような走査型光顕微鏡に適
用した本実施の形態の照明装置の構成について、図４〜
図６（ｂ）を参照して説明する。本実施の形態の照明装
置に適用した照明手段６８には、略円筒形状のセルフォ
ックレンズ８８（屈折率分布型のロッド型レンズ）が接
合された集光光学系と、この集光光学系を保持しつつ且
つ集光光学系の集光位置を調整するための集光位置調整
機構とが設けられている。

【００４３】図４及び図５（ａ）に示すように、集光光
学系は、例えばガラス等の透光性部材から構成可能な略
円筒形状の光導波部材９０を備えており、上記セルフォ
ックレンズ８８は、この光導波部材９０の基端に接合さ
れている。なお、上記光ファイバ７４は、セルフォック
レンズ８８に接続されている。

【００４４】また、光導波部材９０の先端には、光導波
部材９０の光軸Ａに対して所定の傾斜角度θ１を有する
光反射面９０ａが形成されている。傾斜角度θ１は、照
明装置の使用環境や使用目的に応じて、０°＜θ１＜９
０°の範囲で任意に設定可能である。

【００４５】また、セルフォックレンズ８８は、レーザ
ー光源７２から光ファイバ７４を介して導光された測定
用照明光Ｍ１を平行光束に変換して光導波部材９０に入
射させることができるような屈折率を有している。

【００４６】このような集光光学系において、光ファイ
バ７４を介してセルフォックレンズ８８に測定用照明光
Ｍ１を入射させると、この測定用照明光Ｍ１は、光導波
部材９０内を光軸Ａと平行に進んだ後、光軸Ａに対して
所定の傾斜角度θ１で光反射面９０ａから反射する。

【００４７】光導波部材９０は、その円筒状外周面の曲
率に対応した屈折力を有しており、例えばシリンドリカ
ルレンズと同様の集光特性を奏する。この結果、光導波
部材９０の光反射面９０ａから反射した測定用照明光Ｍ
１は、光導波部材９０の集光特性に基づいて、所定の焦
点位置に且つ所定形状（例えば、略長方形又は略楕円
形）のスポット９２（図４参照）となって集光する。な
お、例えば、屈折率が約１．５程度で直径が２ｍｍの光
導波部材９０を用いた場合、大気中において、焦点距離
は、１．９ｍｍである。

【００４８】このような構成によれば、シリンドリカル
レンズとプリズムミラーとセルフォックスレンズとを接
合した光学系と同様な機能を有する集光光学系を実現す
ることができる。この結果、照明装置の構成を簡略化す
ることができるため、装置のコンパクト化及び低価格化
を同時に実現することが可能となる。

【００４９】本実施の形態において、光反射面９０ａの
傾斜角度θ１は、４５°に設定することが好ましい。傾
斜角度θ１を４５°に設定すると、光導波部材９０の光
軸Ａに対して直交する方向に測定用照明光Ｍ１を反射さ
せることができる。このため、特に図３に示すように、
カンチレバー８のレバー部１２の長手軸に直交する方向
から測定用照明光Ｍ１を照射させる場合、カンチレバー
８に対する光導波部材９０の位置決めを容易に行うこと
が可能となる。また、光学的な収差を考慮した光学系の
組み合わせを容易に行うことが可能となる。

【００５０】更に、傾斜角度θ１を４５°に設定する
と、光反射面９０ａで反射した直後の測定用照明光Ｍ１
の横断面を円形にすることができる。このため、測定用
照明光Ｍ１が光導波部材９０に入射されてから射出され
るまでの間に、焦点位置に形成させるスポット９２の形
状の加工を容易に行うことが可能となる。具体的には、
光導波部材９０の円筒状外周面の曲率を変化させたり、
光導波部材９０内を導光させる平行光束の大きさ等を変
化させることによって、例えば５０μｍ×１．５ｍｍ程
度の略長方形のスポット９２を焦点位置に形成させるこ
とができる。

【００５１】なお、このような集光光学系を例えば水中
で使用する場合には、水と光導波部材９０との間の屈折
率の差が小さくなることを考慮して、光導波部材９０の
光反射面９０ａに例えばアルミニウム等をコーティング
することが好ましい。また、塵埃等が多量に散乱してい
る空気中で使用する場合も同様に、光反射面９０ａに例
えばアルミニウム等をコーティングすることが好まし
い。

【００５２】一方、図４及び図５（ｂ）に示すように、
集光位置調整機構は、光導波部材９０をその光軸Ａを中
心に回転自在に保持する保持手段と、この保持手段に設
けられ且つ光導波部材９０を光軸Ａを中心に回転させる
回転角度調整機構と、保持手段に設けられ且つ光導波部
材９０を所定方向に撓ませる撓み量調整機構とを備えて
いる。

【００５３】本実施の形態に適用した保持手段は、その
一例として、光導波部材９０の基端部を摺動自在に保持
する保持部９４と、この保持部９４から光軸Ａと平行に
延出したアーム部９６とから構成されている。そして、
回転角度調整機構は、保持部９４に組み込まれており、
撓み量調整機構は、アーム部９６に設けられている。

【００５４】保持部９４には、光導波部材９０の円筒状
外周面の略１／４周以上の周面領域に摺接可能であって
且つ光導波部材９０と同心円状に広がった摺接面９４ａ
が形成されている。

【００５５】回転角度調整機構は、圧電体（図示しな
い）を利用した微動素子９８と、この微動素子９８を駆
動するための駆動回路１００とを備えて構成されてい
る。本実施の形態において、微動素子９８は、その一端
が保持部９４に固定され且つその他端が光導波部材９０
の円筒状外周面に当接することができるように配置され
ている。

【００５６】このような回転角度調整機構は、制御回路
１００から出力される急峻な制御信号に基づいて、微動
素子９８の他端を図５（ｂ）中矢印ＵＤ方向即ち光導波
部材９０の外周面の接線方向に、高速で移動させること
ができるように制御されている。この結果、光導波部材
９０を保持部９４の摺接面９４ａに沿って所望方向に所
望量だけ連続的又は断続的に回転させることができる。

【００５７】具体的には、微動素子９８の他端を矢印Ｕ
方向に移動させることによって、光導波部材９０を摺接
面９４ａに沿って矢印Ｌ方向に回転させることができ、
一方、微動素子９８の他端を矢印Ｄ方向に移動させるこ
とによって、光導波部材９０を摺接面９４ａに沿って矢
印Ｒ方向に回転させることができる。この結果、測定用
照明光Ｍ１の集光方向を所望の方向に調整することがで
きる。なお、光導波部材９０の回転移動量及び移動速度
は、急峻な制御信号のパルス幅や周波数等を制御するこ
とによって簡単に調整することができる。

【００５８】更に、微動素子９８を駆動させない停止状
態において、微動素子９８と保持部９４の摺接面９４ａ
との間に、光導波部材９０を所定の予圧で挟持させるこ
とができるため、例えばプローブを保持している保持部
材等の他の光学系機構の剛性特性に基づく外乱振動の影
響を受けること無く、測定用照明光Ｍ１の集光位置を一
定に維持させることができる。

【００５９】なお、このような回転角度調整動作に際
し、光ファイバ７４とセルフォックレンズ８８とを相対
的に回転可能に接合させておけば、複数回の回転動作を
行った場合でも、光ファイバ７４が捩じれてしまうこと
はなく、回転可能な回数の制約を受けることも無い。こ
れに対して、光ファイバ７４とセルフォックレンズ８８
とを完全に接合した場合でも、微小角度の調整を行う場
合には、光ファイバ７４に対する捩じれの問題は生じな
い。

【００６０】撓み量調整機構（図４参照）は、光導波部
材９０の光軸Ａに直交する方向（即ち、光導波部材９０
の半径方向）に沿って、アーム部９６を貫通して捩じ込
まれた１本の調整ネジ１０２を備えて構成されている。
この調整ネジ１０２は、捩じ込み量を調整することによ
って、光導波部材９０の円筒状外周面に当て付けてるこ
とができるように位置決めされている。

【００６１】光導波部材９０の焦点距離は、この光導波
部材９０の屈折率及び光導波部材９０の円筒状外周面の
曲率によって光学的に決定される。従って、上記回転角
度調整機構を用いた光軸Ａ回りの調整に加えて、更に、
光導波部材９０の半径方向に沿った調整を行う必要があ
る。例えば、試料２（図１及び図３参照）に形成されて
いる測定用照明光Ｍ１のスポット９２（図４参照）を図
３中矢印Ｙ方向に移動させる場合、光導波部材９０を半
径方向に機械的に撓ませる必要がある。

【００６２】そこで、本実施の形態に適用した撓み量調
整機構において、調整ネジ１０２の捩じ込み量を増減す
ることによって、光導波部材９０の撓み量を調整するこ
とができるようになっている。なお、撓み量の許容範囲
は、光導波部材９０の基端から先端に亘る長さや、基端
部における保持状態に依存して変化するが、例えば、直
径２ｍｍ、長さ１５ｍｍ程度の光導波部材９０を用いた
場合には、半径方向に約０．２ｍｍ程度撓ませることが
可能である。

【００６３】次に、本実施の形態の照明装置を走査型光
顕微鏡（図１参照）に取り付けた後、探針１０の先端即
ち頂点１０ａが位置づけられている試料２表面上の走査
領域に測定用照明光Ｍ１を集光させる動作について、図
１及び図６（ａ），（ｂ）を参照して説明する。

【００６４】なお、図１及び図６（ｂ）には、光導波部
材９０を逆向きに配置した例を示したが、いずれの場合
でも、その光学的な作用効果は同一である。また、この
動作説明に際し、カンチレバー８は、保持手段１８によ
って、水平軸Ｈに対して所定の傾斜角度θ３（例えば、
約１０°）で支持されており、その探針１０の頂点１０
ａは、試料２表面上の走査点に近接若しくは接触してい
るものとする。更に、カンチレバー８若しくは保持手段
１８に対して光導波部材９０が予め設定した位置（水平
軸Ｈと平行）に位置付けられるように、照明手段６８
は、所定位置に所定角度で取り付けられているものとす
る。なお、この場合、光導波部材９０は、試料２表面に
接触しない位置に位置付けられる。

【００６５】このような状態において、測定用照明光Ｍ
１を走査点（即ち、探針１０の頂点１０ａ近傍）に集光
させる場合（図３参照）、測定用照明光Ｍ１が水平軸Ｈ
に対して所定角度θ２（図６（ａ）参照）だけ下方に集
光されるように、上記回転角度調整機構によって光導波
部材９０を光軸Ａ回りに調整すると共に、上記撓み量調
整機構によって光導波部材９０を半径方向に撓ませれば
良い。

【００６６】このような調整動作を行うことによって、
試料２の斜め上方から走査点（即ち、探針１０の頂点１
０ａ近傍）に測定用照明光Ｍ１を集光させることができ
ると共に、略長方形のスポット９２（図４参照）を走査
点近傍に位置付けることができる。

【００６７】このように本実施の形態の照明装置によれ
ば、略長方形のスポット９２を走査点に形成することが
できるため、従来のように略円形のスポットを走査点近
傍に集光させる場合に比べて、探針１０の頂点１０ａ即
ち走査点に対する測定用照明光Ｍ１の位置決めを容易に
行うことができる。なぜなら、略長方形のスポット９２
は、探針１０の走査方向にスポット９２の長辺を設定す
ることが可能だからである。

【００６８】また、本実施の形態のように、スポット９
２の形状を略長方形とすれば、そのスポット９２の長辺
方向に探針１０若しくは照射位置を移動させること無
く、上記回転角度調整機構によって光導波部材９０を回
転させてスポット９２の短辺方向に照射位置を移動させ
るだけで測定用照明光Ｍ１を走査点近傍に正確に集光さ
せることができる。この結果、例えば、カンチレバー８
の交換時の位置決め作業を簡単に行うことが可能とな
る。

【００６９】更に、本実施の形態の照明装置によれば、
試料近傍までセルフォックレンズを用いて照明光を導け
るため、通常の集光レンズを用いた場合に比べて、比較
的狭い領域（具体的には、走査点近傍）を強い光で照明
することができる。このため、本実施の形態の照明装置
を用いることによって、例えば局部的な暗視野照明や蛍
光観察用照明を実現することが可能となる。

【００７０】このような作用効果を実現可能な本実施の
形態の照明装置によれば、例えばプローブを保持してい
る保持部材等の他の光学系機構の剛性特性に基づく外乱
振動の影響を受けること無く、所望の位置に測定用照明
光Ｍ１を正確に照射させることが可能な小型で且つ高い
剛性を実現することができる。

【００７１】なお、本発明は、上述した実施の形態の構
成に限定されることは無く、新規事項を追加しない範囲
で種々変更することが可能となる。上述した実施の形態
では、試料走査型の光顕微鏡に照明装置を組み込んだ場
合を説明したが、例えば、図６（ｃ）に示すように、探
針走査型の光顕微鏡に本発明の照明装置を組み込んでも
上記同様の作用効果を実現することが可能である。

【００７２】また、調整ネジ１０２は、電位を与えるこ
とによって伸縮する圧電素子（例えば、積層型圧電素
子）で構成しても良く、これにより調整ネジ１０２と同
等の効果を奏する。

【００７３】更に、図７に示すように、本発明の照明装
置にカンチレバー保持部材１０４を一体的に形成し、こ
のカンチレバー保持部材１０４にカンチレバー８を位置
決め固定しても良い。この場合、上記回転角度調整機構
及び撓み量調整機構を用いて光導波部材９０の回転角度
量や撓み量を調整することによって、探針１０の頂点１
０ａ（図２参照）に測定用照明光Ｍ１のスポット９２を
位置付けることができる。

【００７４】

【発明の効果】本発明によれば、小型で且つ高い剛性を
実現することが可能な照明装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の照明装置を用いた走査型光顕微鏡の構
成を示す図。

【図２】走査型光顕微鏡に用いられたカンチレバーの斜
視図。

【図３】本発明の照明装置によってカンチレバーの探針
近傍の走査点に測定用照明光を集光させている状態を示
す図。

【図４】本発明の照明装置の構成を示す斜視図。

【図５】（ａ）は、照明装置の光導波部材の構成を示す
図、（ｂ）は、図４のｂ―ｂ線に沿う断面図。

【図６】（ａ）は、測定用照明光を走査点に集光させる
ための動作説明図、（ｂ）は、カンチレバーと光導波部
材との間の位置関係を示す図、（ｃ）は、図１に示した
走査型光顕微鏡の変形例を示す図。

【図７】本発明の変形例に係る照明装置の構成を示す斜
視図。

【符号の説明】

６８ 照明手段 ８８ セルフォックスレンズ ９０ 光導波部材 ９０ａ 光反射面 Ａ 光軸 Ｍ１ 測定用照明光

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透光性部材から成る略円筒形状の光導波部
   材と、 この光導波部材に形成されており、且つ、前記光導波部
   材内を導光された照明光を所定方向に反射させるよう
   に、前記光導波部材の光軸に対して所定の傾斜角度を有
   する光反射面とを備えており、 前記光反射面から反射した照明光は、前記光導波部材の
   光学的作用によって、所定の集光位置に所定の形状を成
   して集光することを特徴とする照明装置。
2. 【請求項２】前記光導波部材を保持しつつ且つ前記照明
   光の集光位置を調整するための集光位置調整機構を備え
   ていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 【請求項３】前記集光位置調整機構は、前記光導波部材
   をその光軸を中心に回転自在に保持する保持手段と、こ
   の保持手段に設けられ且つ前記光導波部材をその光軸を
   中心に回転させる回転角度調整機構と、前記保持手段に
   設けられ且つ前記光導波部材を所定方向に撓ませる撓み
   量調整機構とを備えていることを特徴とする請求項２に
   記載の照明装置。