JPH10325840A - 偏光を利用した走査型近視野顕微鏡 - Google Patents
偏光を利用した走査型近視野顕微鏡Info
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- JPH10325840A JPH10325840A JP9134178A JP13417897A JPH10325840A JP H10325840 A JPH10325840 A JP H10325840A JP 9134178 A JP9134178 A JP 9134178A JP 13417897 A JP13417897 A JP 13417897A JP H10325840 A JPH10325840 A JP H10325840A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 偏光を利用した走査型近視野顕微鏡を用い、
試料の円二色性や旋光性を高感度、高分解能、定量的に
観察、測定することを可能とする。 【解決手段】 先鋭化された先端に微小開口を有する光
ファイバープローブ１を試料２に近接させ、微小開口か
らの近視野光で試料２を照明しながらピエゾアクチュエ
ーター１５でｘｙ方向に走査する。円偏光変調法と組み
合わせるため、光ファイバープローブ１に入射する光に
ピエゾ光学変調器１０を用いて周波数ｐ（Ｈｚ）の光学
遅延を与える。微小開口から出射した近視野光は、試料
２を透過したのち検光子５を経て受光素子７で受光され
る。受光素子７の出力をロックインアンプ８に入力し、
ｐ成分や２ｐ成分をロックイン検波してコントローラー
１６で画像化する。
試料の円二色性や旋光性を高感度、高分解能、定量的に
観察、測定することを可能とする。 【解決手段】 先鋭化された先端に微小開口を有する光
ファイバープローブ１を試料２に近接させ、微小開口か
らの近視野光で試料２を照明しながらピエゾアクチュエ
ーター１５でｘｙ方向に走査する。円偏光変調法と組み
合わせるため、光ファイバープローブ１に入射する光に
ピエゾ光学変調器１０を用いて周波数ｐ（Ｈｚ）の光学
遅延を与える。微小開口から出射した近視野光は、試料
２を透過したのち検光子５を経て受光素子７で受光され
る。受光素子７の出力をロックインアンプ８に入力し、
ｐ成分や２ｐ成分をロックイン検波してコントローラー
１６で画像化する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プローブと計測物
質の微小領域との間で相互作用した光を検出し、その偏
光特性を利用することにより、高分解能で計測物質の偏
光特性やその分布状態を測定する測定装置に関するもの
である。
質の微小領域との間で相互作用した光を検出し、その偏
光特性を利用することにより、高分解能で計測物質の偏
光特性やその分布状態を測定する測定装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】様々な試料に対して、非常に微小な領域
での光学活性（円二色性と旋光性）の分布状態を観察す
ることや、光学活性の定量的評価が重要になってきてい
る。光学活性には、自然活性、電気光学効果、磁気光学
効果、ピエゾ光学効果があるが、近年のハードディスク
や光磁気ディスクなどの大容量メモリ分野の技術進展か
ら、特に磁気光学効果についての観察や測定への要求が
急速に高まっている。
での光学活性（円二色性と旋光性）の分布状態を観察す
ることや、光学活性の定量的評価が重要になってきてい
る。光学活性には、自然活性、電気光学効果、磁気光学
効果、ピエゾ光学効果があるが、近年のハードディスク
や光磁気ディスクなどの大容量メモリ分野の技術進展か
ら、特に磁気光学効果についての観察や測定への要求が
急速に高まっている。
【０００３】例えば、光学活性として磁気光学効果の分
布状態を高分解能で観察することは磁区や磁壁を観察す
ることであるが、その方法としては偏光顕微法、ローレ
ンツ透過型電子顕微法、スピン偏極走査電子顕微法、磁
気力顕微法などが良く知られている。また、近年走査型
近視野顕微鏡を用いて垂直磁化膜の磁壁を観察した例も
報告されている（APPLIED OPTICS, Vol.31, No.22, 199
2, p4563, E. Betzigら）。
布状態を高分解能で観察することは磁区や磁壁を観察す
ることであるが、その方法としては偏光顕微法、ローレ
ンツ透過型電子顕微法、スピン偏極走査電子顕微法、磁
気力顕微法などが良く知られている。また、近年走査型
近視野顕微鏡を用いて垂直磁化膜の磁壁を観察した例も
報告されている（APPLIED OPTICS, Vol.31, No.22, 199
2, p4563, E. Betzigら）。
【０００４】ここで、走査型近視野顕微鏡について簡単
に述べておく。よく用いられている方法としては、光伝
搬体である光ファイバーを先鋭化させ、その先端に波長
以下の径を有する微小な開口を形成する。そして、走査
型原子間力顕微鏡や走査型トンネル顕微鏡などでカンチ
レバーと試料間の距離を制御するために用いられている
方法を用いて、微小開口を試料表面に対して波長以下の
距離まで近接させる。この状態で微小開口を有する光フ
ァイバーに光を入射し、微小開口から出射される近視野
光で試料の微小部分のみを照明しながら試料を２次元に
走査することにより、微小開口のサイズに応じた非常に
高解像度の顕微鏡として動作させることができる。前述
の走査型近視野顕微鏡を用いて磁壁を観察した例では、
微小開口から直線偏光光を試料に対して照射し、試料を
透過した光を検光子を通して受光する（クロスニコル
法）ことにより観察していた。
に述べておく。よく用いられている方法としては、光伝
搬体である光ファイバーを先鋭化させ、その先端に波長
以下の径を有する微小な開口を形成する。そして、走査
型原子間力顕微鏡や走査型トンネル顕微鏡などでカンチ
レバーと試料間の距離を制御するために用いられている
方法を用いて、微小開口を試料表面に対して波長以下の
距離まで近接させる。この状態で微小開口を有する光フ
ァイバーに光を入射し、微小開口から出射される近視野
光で試料の微小部分のみを照明しながら試料を２次元に
走査することにより、微小開口のサイズに応じた非常に
高解像度の顕微鏡として動作させることができる。前述
の走査型近視野顕微鏡を用いて磁壁を観察した例では、
微小開口から直線偏光光を試料に対して照射し、試料を
透過した光を検光子を通して受光する（クロスニコル
法）ことにより観察していた。
【０００５】一方、円二色性や旋光性の定量的測定方法
としては、磁気光学効果の場合を例に取ると（他の光学
活性でも同様である）、朝倉書店出版の“光と磁気”
（佐藤勝昭著）に詳しく述べられているが、直交偏光子
法（クロスニコル法）、ファラデーセル法、回転検光子
法などを用いれば、磁気旋光角の測定が可能である。四
分の一波長板を用いれば磁気円二色性も測定することが
出来る。また、円偏光変調法を用いれば、高感度に磁気
旋光角と磁気円二色性を同時に測定することが出来る。
としては、磁気光学効果の場合を例に取ると（他の光学
活性でも同様である）、朝倉書店出版の“光と磁気”
（佐藤勝昭著）に詳しく述べられているが、直交偏光子
法（クロスニコル法）、ファラデーセル法、回転検光子
法などを用いれば、磁気旋光角の測定が可能である。四
分の一波長板を用いれば磁気円二色性も測定することが
出来る。また、円偏光変調法を用いれば、高感度に磁気
旋光角と磁気円二色性を同時に測定することが出来る。
【０００６】ここでは、図２を用いて円偏光変調法につ
いて簡単に述べる。直線偏光子１０１を透過した直線偏
光光に対して、複屈折を利用したピエゾ光学変調器１０
２により周波数ｐ（Ｈｚ）で変化する光学遅延が与えら
れる。そして、試料１０３で反射あるいは透過した光
（図２では反射）を再び検光子１０４を経て受光素子１
０５で受光すると、検光子１０４を透過した光の出力の
ｐ（Ｈｚ）成分から円二色性が、２ｐ（Ｈｚ）成分から
旋光性を求めることができる。
いて簡単に述べる。直線偏光子１０１を透過した直線偏
光光に対して、複屈折を利用したピエゾ光学変調器１０
２により周波数ｐ（Ｈｚ）で変化する光学遅延が与えら
れる。そして、試料１０３で反射あるいは透過した光
（図２では反射）を再び検光子１０４を経て受光素子１
０５で受光すると、検光子１０４を透過した光の出力の
ｐ（Ｈｚ）成分から円二色性が、２ｐ（Ｈｚ）成分から
旋光性を求めることができる。
【０００７】円偏光変調法の原理を数式で表す。簡単の
ため、光の伝搬方向をｚ軸方向とし、図２で直線偏光子
１０１がｘ軸と４５度の角度をなす場合で考えるが、こ
の直線偏光子１０１を通った光の電界Ｅ1は、 i，jをそ
れぞれｘ軸、ｙ軸の単位ベクトルとすると、 Ｅ1∝（i＋j）・・・（１） ピエゾ光学変調器１０２を通った光の電界Ｅ2のｘ成分
とｙ成分の間には、δの遅延があるとすると、 Ｅ2∝｛i＋exp(iδ)j｝・・・（２） 右円偏光、左円偏光の単位ベクトルをそれぞれを次のよ
うに表すと、 r＝(i＋ij)／21/2 l＝(i−ij)／21/2 Ｅ2は次式で表せる。
ため、光の伝搬方向をｚ軸方向とし、図２で直線偏光子
１０１がｘ軸と４５度の角度をなす場合で考えるが、こ
の直線偏光子１０１を通った光の電界Ｅ1は、 i，jをそ
れぞれｘ軸、ｙ軸の単位ベクトルとすると、 Ｅ1∝（i＋j）・・・（１） ピエゾ光学変調器１０２を通った光の電界Ｅ2のｘ成分
とｙ成分の間には、δの遅延があるとすると、 Ｅ2∝｛i＋exp(iδ)j｝・・・（２） 右円偏光、左円偏光の単位ベクトルをそれぞれを次のよ
うに表すと、 r＝(i＋ij)／21/2 l＝(i−ij)／21/2 Ｅ2は次式で表せる。
【０００８】 Ｅ2∝{(1−i・exp(iδ)) r ＋(１＋i・exp(iδ)) l｝・・・（３） 右円偏光および左円偏光の複素振幅反射率をそれぞれｒ
+exp(iθ+)、 ｒ-exp(iθ-)とすると、反射光Ｅ3は Ｅ3∝｛（1−i・exp(iδ)）ｒ+exp(iθ+)r ＋（１＋i・exp(iδ)）ｒ-exp(iθ-)l｝・・・（４） となり、ｘ軸からφの角度の透過方向を持つ検光子から
の出力光の強度Ｉは、 Ｉ∝Ｒ＋(ΔＲ/2)sinδ＋Ｒsin(Δθ＋2φ)cosδ・・・（５） Ｒ＝(ｒ+2＋ ｒ-2)／２ ΔＲ＝ｒ+2− ｒ-2 Δθ＝θ+−θ-＝−2θk ΔＲ／Ｒ＝４ηk ここで、θkはカー回転角、ηkはカー楕円率であり、φ
＝0で、Δθが小さい場合、δ〜sin2πptであることか
ら、ベッセル関数による展開を用いると、 Ｉ〜Ｉ(0)＋Ｉ(p) sin2πpt ＋Ｉ(2p)cos4πpt＋・・・（６） となる。ここで、Ｉ(0)、Ｉ(p)、Ｉ(2p)は、それぞれ０
次、１次、２次のベッセル関数を含む係数であり、 Ｉ(p)∝ηk 、Ｉ(2p)∝θk・・・（７） よって、ｐ(Hz)成分からカー楕円率、2p(Hz)成分からカ
ー回転角が求められる。詳しくは、上述した“光と磁
気”に述べられている。
+exp(iθ+)、 ｒ-exp(iθ-)とすると、反射光Ｅ3は Ｅ3∝｛（1−i・exp(iδ)）ｒ+exp(iθ+)r ＋（１＋i・exp(iδ)）ｒ-exp(iθ-)l｝・・・（４） となり、ｘ軸からφの角度の透過方向を持つ検光子から
の出力光の強度Ｉは、 Ｉ∝Ｒ＋(ΔＲ/2)sinδ＋Ｒsin(Δθ＋2φ)cosδ・・・（５） Ｒ＝(ｒ+2＋ ｒ-2)／２ ΔＲ＝ｒ+2− ｒ-2 Δθ＝θ+−θ-＝−2θk ΔＲ／Ｒ＝４ηk ここで、θkはカー回転角、ηkはカー楕円率であり、φ
＝0で、Δθが小さい場合、δ〜sin2πptであることか
ら、ベッセル関数による展開を用いると、 Ｉ〜Ｉ(0)＋Ｉ(p) sin2πpt ＋Ｉ(2p)cos4πpt＋・・・（６） となる。ここで、Ｉ(0)、Ｉ(p)、Ｉ(2p)は、それぞれ０
次、１次、２次のベッセル関数を含む係数であり、 Ｉ(p)∝ηk 、Ｉ(2p)∝θk・・・（７） よって、ｐ(Hz)成分からカー楕円率、2p(Hz)成分からカ
ー回転角が求められる。詳しくは、上述した“光と磁
気”に述べられている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように各種の微小磁区観察法には次に示すような課題
がある。例えば、偏光顕微法は通常の光学顕微鏡と同様
であるため、使用する光の回折限界によって分解能が制
約され波長の約半分程度の分解能しか得られず、クロス
ニコル法を光学活性の検出に用いているため検出感度も
低い。ローレンツ透過型電子顕微法では、10nm程度の高
分解能であるが、試料は薄膜に限られてしまう。スピン
偏極走査電子顕微法は、非常に装置のコストが高いとい
う問題がある。磁気力顕微法では、数十nm程度と比較的
高分解能であるが、磁場や磁化の定量解析は困難であ
る。走査型近視野顕微法では、分解能は主にプローブの
開口径で決まるため比較的高分解能である。しかし、従
来は光学活性の検出にクロスニコル法を採用するため検
出法自体の感度が低いこと、微小開口から出射される近
視野光が直線偏光に近いほど検出感度が向上するが、一
般に微小開口から出射される近視野光は楕円偏光になっ
ており、その点からも感度が低下するという問題点があ
った。また、様々な磁気光学効果の定量的測定装置にお
いては、例えば回転検光子法のように変調法を用いるこ
とにより非常に高感度で旋光角を定量的に測定できるも
のもあるが、通常の光学顕微鏡以上に微小な領域での測
定は行えないという課題があった。
たように各種の微小磁区観察法には次に示すような課題
がある。例えば、偏光顕微法は通常の光学顕微鏡と同様
であるため、使用する光の回折限界によって分解能が制
約され波長の約半分程度の分解能しか得られず、クロス
ニコル法を光学活性の検出に用いているため検出感度も
低い。ローレンツ透過型電子顕微法では、10nm程度の高
分解能であるが、試料は薄膜に限られてしまう。スピン
偏極走査電子顕微法は、非常に装置のコストが高いとい
う問題がある。磁気力顕微法では、数十nm程度と比較的
高分解能であるが、磁場や磁化の定量解析は困難であ
る。走査型近視野顕微法では、分解能は主にプローブの
開口径で決まるため比較的高分解能である。しかし、従
来は光学活性の検出にクロスニコル法を採用するため検
出法自体の感度が低いこと、微小開口から出射される近
視野光が直線偏光に近いほど検出感度が向上するが、一
般に微小開口から出射される近視野光は楕円偏光になっ
ており、その点からも感度が低下するという問題点があ
った。また、様々な磁気光学効果の定量的測定装置にお
いては、例えば回転検光子法のように変調法を用いるこ
とにより非常に高感度で旋光角を定量的に測定できるも
のもあるが、通常の光学顕微鏡以上に微小な領域での測
定は行えないという課題があった。
【００１０】以上磁気光学効果を例に示したように、従
来の光学活性の分布状態観察方法や定量的測定方法に
は、感度、分解能、試料に対する制約、コストなどの面
で一長一短であるという課題があった。このことは、磁
気光学効果に限らず光学活性全般に言えることである。
そこで本発明の目的は、光学活性を高分解能、高感度、
低コスト、定量的、試料に対する制約が無く観察・測定
する装置を提供することである。
来の光学活性の分布状態観察方法や定量的測定方法に
は、感度、分解能、試料に対する制約、コストなどの面
で一長一短であるという課題があった。このことは、磁
気光学効果に限らず光学活性全般に言えることである。
そこで本発明の目的は、光学活性を高分解能、高感度、
低コスト、定量的、試料に対する制約が無く観察・測定
する装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、光源と、先鋭な先端部を有するプローブ
と、前記先端部と前記表面との間隔を前記先端部と前記
表面との間に原子間力あるいはその他の相互作用に関わ
る力が作用する動作距離内に近づけた状態に保つ手段
と、前記光源からの光を前記先端部と前記表面との間で
相互作用させることにより前記試料あるいは媒体の微小
領域の光学情報を有する偏光光を得る手段と、前記偏光
光を受光する受光手段と、前記光源と前記受光手段まで
の光路中に配置されて周期的な光学遅延を与える変調手
段と、前記受光手段の出力から前記変調手段の変調周波
数の整数倍成分を取り出す検波手段からなる構成とし
た。また、前記プローブが、光伝搬体部を有する構成と
した。
に、本発明は、光源と、先鋭な先端部を有するプローブ
と、前記先端部と前記表面との間隔を前記先端部と前記
表面との間に原子間力あるいはその他の相互作用に関わ
る力が作用する動作距離内に近づけた状態に保つ手段
と、前記光源からの光を前記先端部と前記表面との間で
相互作用させることにより前記試料あるいは媒体の微小
領域の光学情報を有する偏光光を得る手段と、前記偏光
光を受光する受光手段と、前記光源と前記受光手段まで
の光路中に配置されて周期的な光学遅延を与える変調手
段と、前記受光手段の出力から前記変調手段の変調周波
数の整数倍成分を取り出す検波手段からなる構成とし
た。また、前記プローブが、光伝搬体部を有する構成と
した。
【００１２】前記先端部と前記表面との間隔を前記先端
部と前記表面との間に原子間力あるいはその他の相互作
用に関わる力が作用する動作距離内に近づけた状態に保
つ手段が、前記先端部と前記表面との距離を変化させる
移動手段と、前記先端部と前記表面との距離を検出する
距離検出手段と、前記距離検出手段が出力する検出信号
に基づいて前記先端部と前記表面の距離を一定に保つた
めの制御手段からなる構成とした。
部と前記表面との間に原子間力あるいはその他の相互作
用に関わる力が作用する動作距離内に近づけた状態に保
つ手段が、前記先端部と前記表面との距離を変化させる
移動手段と、前記先端部と前記表面との距離を検出する
距離検出手段と、前記距離検出手段が出力する検出信号
に基づいて前記先端部と前記表面の距離を一定に保つた
めの制御手段からなる構成とした。
【００１３】前記距離検出手段が、前記先端部と前記表
面を相対的に水平方向あるいは垂直方向に振動させる振
動手段と、前記先端部の変位を検出する変位検出手段か
らなる構成とした。前記光源と前記受光手段までの光路
中に配置されて周期的な光学遅延を与える変調手段が、
前記光伝搬体部に周期的応力を付加する手段である構成
とした。
面を相対的に水平方向あるいは垂直方向に振動させる振
動手段と、前記先端部の変位を検出する変位検出手段か
らなる構成とした。前記光源と前記受光手段までの光路
中に配置されて周期的な光学遅延を与える変調手段が、
前記光伝搬体部に周期的応力を付加する手段である構成
とした。
【００１４】さらに、光源と、先鋭な先端部と光伝搬体
部を有するプローブと、前記先端部と前記表面との間隔
を前記先端部と前記表面との間に原子間力あるいはその
他の相互作用に関わる力が作用する動作距離内に近づけ
た状態に保つ手段と、前記光源からの光を前記先端部と
前記表面との間で相互作用させることにより前記試料あ
るいは媒体の微小領域の光学情報を有する偏光光を得る
手段と、前記偏光光を受光する受光手段からなり、前記
光伝搬体部を構成する材料の光弾性係数が、1.0×10-6
［mm2・Ｎ-1］以下である構成とした。
部を有するプローブと、前記先端部と前記表面との間隔
を前記先端部と前記表面との間に原子間力あるいはその
他の相互作用に関わる力が作用する動作距離内に近づけ
た状態に保つ手段と、前記光源からの光を前記先端部と
前記表面との間で相互作用させることにより前記試料あ
るいは媒体の微小領域の光学情報を有する偏光光を得る
手段と、前記偏光光を受光する受光手段からなり、前記
光伝搬体部を構成する材料の光弾性係数が、1.0×10-6
［mm2・Ｎ-1］以下である構成とした。
【００１５】前記光伝搬体部を構成する材料が酸化鉛を
含有する石英ガラスである構成とした。
含有する石英ガラスである構成とした。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施例を図面に
基づいて説明する。 （１）第一実施例 図１は、本発明における第一実施例の装置構成を示す。
基本的な装置構成は通常の走査型近視野顕微鏡と同様で
ある。図では、光伝搬体である光ファイバーの先端に微
小開口を形成した光ファイバープローブを用い、その微
小開口から近視野光を照射するイルミネーションモード
において、試料を透過した光を受光する透過型を例にと
り説明する。
基づいて説明する。 （１）第一実施例 図１は、本発明における第一実施例の装置構成を示す。
基本的な装置構成は通常の走査型近視野顕微鏡と同様で
ある。図では、光伝搬体である光ファイバーの先端に微
小開口を形成した光ファイバープローブを用い、その微
小開口から近視野光を照射するイルミネーションモード
において、試料を透過した光を受光する透過型を例にと
り説明する。
【００１７】まず、通常の走査型近視野顕微鏡部分の装
置構成と動作について述べる。気体レーザー、固体レー
ザー、半導体レーザーなどの光源１１から出射された光
束は、波長板などの偏光制御素子１７、ピエゾ光学変調
器１０を経て、ファイバーカプラー９によって光ファイ
バープローブ１の入射端に入射する。光ファイバープロ
ーブ１は通常はシングルモードファイバーから作製さ
れ、光ファイバープローブ１の他端は、先鋭化された周
囲を金やアルミニウムなどの金属膜でコーティングする
ことにより先端部分に波長以下のサイズの微小な開口が
形成されており、光ファイバープローブ１の入射端に入
射した光はこの微小開口から近視野光として出射され
る。シングルモードファイバーの代わりに、マルチモー
ドファイバーや中空ファイバーを用いる場合もある。ま
た、この光ファイバープローブ１は先端付近をＬ字型に
折り曲げられ、バイモルフあるいは水晶振動子などの圧
電素子１８上に取り付けられている。光ファイバープロ
ーブ１をこの圧電素子１８により試料２に対して垂直方
向に振動させることにより、走査型原子間力顕微鏡（Ａ
ＦＭ）で良く用いられているダイナミックなＡＦＭモー
ドとして動作可能である。
置構成と動作について述べる。気体レーザー、固体レー
ザー、半導体レーザーなどの光源１１から出射された光
束は、波長板などの偏光制御素子１７、ピエゾ光学変調
器１０を経て、ファイバーカプラー９によって光ファイ
バープローブ１の入射端に入射する。光ファイバープロ
ーブ１は通常はシングルモードファイバーから作製さ
れ、光ファイバープローブ１の他端は、先鋭化された周
囲を金やアルミニウムなどの金属膜でコーティングする
ことにより先端部分に波長以下のサイズの微小な開口が
形成されており、光ファイバープローブ１の入射端に入
射した光はこの微小開口から近視野光として出射され
る。シングルモードファイバーの代わりに、マルチモー
ドファイバーや中空ファイバーを用いる場合もある。ま
た、この光ファイバープローブ１は先端付近をＬ字型に
折り曲げられ、バイモルフあるいは水晶振動子などの圧
電素子１８上に取り付けられている。光ファイバープロ
ーブ１をこの圧電素子１８により試料２に対して垂直方
向に振動させることにより、走査型原子間力顕微鏡（Ａ
ＦＭ）で良く用いられているダイナミックなＡＦＭモー
ドとして動作可能である。
【００１８】試料２はｘｙｚ方向に動作可能なピエゾア
クチュエーター１５上に置かれており、コントローラー
１６によりピエゾアクチュエーター１５を制御する。ピ
エゾアクチュエーター１５によって試料２と光ファイバ
ープローブ１先端との距離（ｚ方向）を一定に保ちなが
ら、試料２をｘｙ方向に走査する。ここでは、試料２と
光ファイバープローブ１先端との距離を検出するため
に、一般に光てこ法と呼ばれている方法を用いている。
これは、レーザー１２から出射された光を光ファイバー
プローブ１の先端近傍に設けたミラー面上に集光し、そ
の反射光を２分割受光素子１３で受光する。そしてこの
２分割部それぞれの受光量の差動をとることにより、光
ファイバープローブ１の振動状態（周波数や振幅、位
相）をモニターすることが出来る。例えば、光ファイバ
ープローブ１が試料２に接近すると原子間力により振動
状態が変化するので、光ファイバープローブ１の振幅が
一定になるようにピエゾアクチュエーター１５のｚ軸方
向の動きを制御することにより、試料２表面と光ファイ
バープローブ１先端との距離を一定に保つことが出来
る。そして、試料２と光ファイバープローブ１の距離を
一定に保ちながら、ピエゾアクチュエーター１５をｘｙ
方向に走査することにより、ピエゾアクチュエーター１
５のｚ軸方向の動作量から試料２の表面形状像を得るこ
とが出来る。
クチュエーター１５上に置かれており、コントローラー
１６によりピエゾアクチュエーター１５を制御する。ピ
エゾアクチュエーター１５によって試料２と光ファイバ
ープローブ１先端との距離（ｚ方向）を一定に保ちなが
ら、試料２をｘｙ方向に走査する。ここでは、試料２と
光ファイバープローブ１先端との距離を検出するため
に、一般に光てこ法と呼ばれている方法を用いている。
これは、レーザー１２から出射された光を光ファイバー
プローブ１の先端近傍に設けたミラー面上に集光し、そ
の反射光を２分割受光素子１３で受光する。そしてこの
２分割部それぞれの受光量の差動をとることにより、光
ファイバープローブ１の振動状態（周波数や振幅、位
相）をモニターすることが出来る。例えば、光ファイバ
ープローブ１が試料２に接近すると原子間力により振動
状態が変化するので、光ファイバープローブ１の振幅が
一定になるようにピエゾアクチュエーター１５のｚ軸方
向の動きを制御することにより、試料２表面と光ファイ
バープローブ１先端との距離を一定に保つことが出来
る。そして、試料２と光ファイバープローブ１の距離を
一定に保ちながら、ピエゾアクチュエーター１５をｘｙ
方向に走査することにより、ピエゾアクチュエーター１
５のｚ軸方向の動作量から試料２の表面形状像を得るこ
とが出来る。
【００１９】光ファイバープローブ１先端と試料２表面
を近接することにより微小開口から出射した近視野光
は、試料２を透過して集光レンズ３で集光されたのち、
ミラー４で光路を折り曲げ、検光子５、フィルター６を
経て受光素子７で受光される。受光素子７の前に配置さ
れているフィルター６は、光てこ法で用いているレーザ
ー１２の光をカットするために用いている。
を近接することにより微小開口から出射した近視野光
は、試料２を透過して集光レンズ３で集光されたのち、
ミラー４で光路を折り曲げ、検光子５、フィルター６を
経て受光素子７で受光される。受光素子７の前に配置さ
れているフィルター６は、光てこ法で用いているレーザ
ー１２の光をカットするために用いている。
【００２０】通常、光源１１としては気体あるいは個体
レーザーなどのレーザー光源を用いているため、直線偏
光光が光ファイバープローブ１に入射されることが多
い。ところが、光ファイバープローブ１は、一般に何ら
かの偏光解消性と波長板の様なリタデーションを有する
ため、微小開口から出射される近視野光は、直線偏光光
を入射しているにもかかわらず偏光度が低下したり、楕
円偏光となることが多い。このような近視野光で試料２
を照射し、偏光状態の検出にクロスニコル法を用いる場
合には、検出感度が低下してしまう。よって、光ファイ
バープローブ１の入射側において、波長板や補償板など
リタデーションを与えるもので入射光の偏光状態を調整
することにより、ほぼ直線偏光である近視野光を得るこ
とができる。
レーザーなどのレーザー光源を用いているため、直線偏
光光が光ファイバープローブ１に入射されることが多
い。ところが、光ファイバープローブ１は、一般に何ら
かの偏光解消性と波長板の様なリタデーションを有する
ため、微小開口から出射される近視野光は、直線偏光光
を入射しているにもかかわらず偏光度が低下したり、楕
円偏光となることが多い。このような近視野光で試料２
を照射し、偏光状態の検出にクロスニコル法を用いる場
合には、検出感度が低下してしまう。よって、光ファイ
バープローブ１の入射側において、波長板や補償板など
リタデーションを与えるもので入射光の偏光状態を調整
することにより、ほぼ直線偏光である近視野光を得るこ
とができる。
【００２１】しかし、本発明ではクロスニコル法より原
理的に高感度な円偏光変調法を用いる構成とした。光フ
ァイバープローブ１の微小開口から出射される近視野光
に、周波数ｐ（Ｈｚ）での外部からの変調に応じて光学
遅延を与える方法として、本実施例では石英などの光学
結晶からなり、複屈折を利用したピエゾ光学変調器（Ｐ
ＥＭ）１０を用いている。ＰＥＭ用ドライバー１４は、
ピエゾ光学変調器１０を駆動するとともに、ロックイン
アンプ８でロックイン検波するための参照信号を出力す
る。光源１１から出射した光束はピエゾ光学変調器１０
を透過して光学遅延が与えられた後、光ファイバープロ
ーブ１の入射端にファイバーカプラー９で入射される。
理的に高感度な円偏光変調法を用いる構成とした。光フ
ァイバープローブ１の微小開口から出射される近視野光
に、周波数ｐ（Ｈｚ）での外部からの変調に応じて光学
遅延を与える方法として、本実施例では石英などの光学
結晶からなり、複屈折を利用したピエゾ光学変調器（Ｐ
ＥＭ）１０を用いている。ＰＥＭ用ドライバー１４は、
ピエゾ光学変調器１０を駆動するとともに、ロックイン
アンプ８でロックイン検波するための参照信号を出力す
る。光源１１から出射した光束はピエゾ光学変調器１０
を透過して光学遅延が与えられた後、光ファイバープロ
ーブ１の入射端にファイバーカプラー９で入射される。
【００２２】円偏光変調法は非常に高感度であるため、
外部からの変調により出射される近視野光にわずかな光
学遅延が与えられていれば光学活性の検出が可能であ
る。ただ、ピエゾ光学変調器１０に光学結晶を用いてい
る場合は結晶軸が存在するので、結晶軸の向きに応じて
入射する偏光光を調整する方が変調効率は良くなる。ピ
エゾ光学変調器１０の入射側において偏光制御素子１７
によって入射光の偏光状態を調整する。ここで、偏光制
御素子１７としては二分の一波長板などの旋光性のある
もの、あるいは四分の一波長板で円偏光にしたのち直線
偏光子である特定の偏光成分だけ透過するようにしたも
のを用いても良いことは言うまでもない。また、光学結
晶を利用したピエゾ光学変調器１０を用いているが、周
期的な光学遅延が与えられるものならば良いことは言う
までもない。
外部からの変調により出射される近視野光にわずかな光
学遅延が与えられていれば光学活性の検出が可能であ
る。ただ、ピエゾ光学変調器１０に光学結晶を用いてい
る場合は結晶軸が存在するので、結晶軸の向きに応じて
入射する偏光光を調整する方が変調効率は良くなる。ピ
エゾ光学変調器１０の入射側において偏光制御素子１７
によって入射光の偏光状態を調整する。ここで、偏光制
御素子１７としては二分の一波長板などの旋光性のある
もの、あるいは四分の一波長板で円偏光にしたのち直線
偏光子である特定の偏光成分だけ透過するようにしたも
のを用いても良いことは言うまでもない。また、光学結
晶を利用したピエゾ光学変調器１０を用いているが、周
期的な光学遅延が与えられるものならば良いことは言う
までもない。
【００２３】次に、検光子５の前にミラー４を用いるこ
とはそこで偏光特性が生じるために好ましくなく、光路
を折り曲げないことが理想である。しかし、集光レンズ
３で集光した光を受光素子７まで導くために、レイアウ
トの関係から光路をミラー４を用いて折り曲げる方が従
来の走査型近視野顕微鏡では便利であった。そこで、ミ
ラー４として通常のアルミニウムを蒸着したミラーの代
わりにダイクロイックミラーを用い、ｐ偏光とｓ偏光の
反射率差を減少させることにより、ミラー４によって生
じる偏光特性を無視できるようにした。
とはそこで偏光特性が生じるために好ましくなく、光路
を折り曲げないことが理想である。しかし、集光レンズ
３で集光した光を受光素子７まで導くために、レイアウ
トの関係から光路をミラー４を用いて折り曲げる方が従
来の走査型近視野顕微鏡では便利であった。そこで、ミ
ラー４として通常のアルミニウムを蒸着したミラーの代
わりにダイクロイックミラーを用い、ｐ偏光とｓ偏光の
反射率差を減少させることにより、ミラー４によって生
じる偏光特性を無視できるようにした。
【００２４】以上の様な構成から、微小開口から出射し
た近視野光は試料２表面と相互作用することにより伝搬
光に変換され、試料２を透過して光学活性である円二色
性や旋光性が与えられた後、検光子５を経て受光素子７
でこの光出力をモニターする。この信号はＰＥＭ用ドラ
イバー１４から出力される参照信号（周波数ｐ）を用い
てロックインアンプ８で検波されたのち、コントローラ
ー１６に入力される。ロックイン検波する場合に、２ｐ
成分を用いれば旋光性が、ｐ成分を用いれば円二色性を
得ることが出来る。よって、これらの信号を通常の走査
型近視野顕微鏡と同様に、ピエゾアクチュエーター１５
の走査に同期させてコントローラー１６で画像化するこ
とにより、光学活性の分布状態を観察することができ
る。ここで、ｐ成分を観察する場合には、受光素子７の
前に検光子５が無くても良い。
た近視野光は試料２表面と相互作用することにより伝搬
光に変換され、試料２を透過して光学活性である円二色
性や旋光性が与えられた後、検光子５を経て受光素子７
でこの光出力をモニターする。この信号はＰＥＭ用ドラ
イバー１４から出力される参照信号（周波数ｐ）を用い
てロックインアンプ８で検波されたのち、コントローラ
ー１６に入力される。ロックイン検波する場合に、２ｐ
成分を用いれば旋光性が、ｐ成分を用いれば円二色性を
得ることが出来る。よって、これらの信号を通常の走査
型近視野顕微鏡と同様に、ピエゾアクチュエーター１５
の走査に同期させてコントローラー１６で画像化するこ
とにより、光学活性の分布状態を観察することができ
る。ここで、ｐ成分を観察する場合には、受光素子７の
前に検光子５が無くても良い。
【００２５】さらに、単に試料２の光学活性分布だけで
なく定量的な測定をする場合には、ｐ成分と直流成分の
比をとれば楕円率が、２ｐ成分と直流成分の比から旋光
角が求められる。この場合、ピエゾアクチュエーター１
５で試料２をｘｙ方向に走査する必要はなく、試料２上
の所望の点に光ファイバープローブ１を近接させて測定
を行えばよく、非常に微小な領域の光学活性の定量的測
定を、従来の円偏光変調法と同様に行うことができる。
なく定量的な測定をする場合には、ｐ成分と直流成分の
比をとれば楕円率が、２ｐ成分と直流成分の比から旋光
角が求められる。この場合、ピエゾアクチュエーター１
５で試料２をｘｙ方向に走査する必要はなく、試料２上
の所望の点に光ファイバープローブ１を近接させて測定
を行えばよく、非常に微小な領域の光学活性の定量的測
定を、従来の円偏光変調法と同様に行うことができる。
【００２６】もし、光ファイバープローブ１が応力など
により四分の一波長板と同じようにπ／２の光学遅延を
有する場合、従来技術で述べた式（２）の光の電界Ｅ2
は、さらに光ファイバープローブ１の光学遅延により、
次式となる。 Ｅ2‘∝｛i＋i・exp(iδ)j｝・・・（２'） その結果、検光子からの出力の光強度Ｉは Ｉ∝Ｒ＋(ΔＲ/2)cosδ＋Ｒsin(Δθ＋2φ)sinδ・・・（５'） となり、ベッセル関数による展開式を用いると、 Ｉ〜Ｉ(0)＋Ｉ(p) sin2πpt ＋Ｉ(2p)cos4πpt＋・・・（６） において、 Ｉ(p)∝θk 、Ｉ(2p)∝ηk・・・（７'） となり、（７）式に示した従来技術におけるｐ成分、２
ｐ成分が示す意味とは逆になることに注意する必要があ
る。
により四分の一波長板と同じようにπ／２の光学遅延を
有する場合、従来技術で述べた式（２）の光の電界Ｅ2
は、さらに光ファイバープローブ１の光学遅延により、
次式となる。 Ｅ2‘∝｛i＋i・exp(iδ)j｝・・・（２'） その結果、検光子からの出力の光強度Ｉは Ｉ∝Ｒ＋(ΔＲ/2)cosδ＋Ｒsin(Δθ＋2φ)sinδ・・・（５'） となり、ベッセル関数による展開式を用いると、 Ｉ〜Ｉ(0)＋Ｉ(p) sin2πpt ＋Ｉ(2p)cos4πpt＋・・・（６） において、 Ｉ(p)∝θk 、Ｉ(2p)∝ηk・・・（７'） となり、（７）式に示した従来技術におけるｐ成分、２
ｐ成分が示す意味とは逆になることに注意する必要があ
る。
【００２７】以上の構成や動作により、走査型近視野顕
微鏡と円偏光変調法とを組み合わせることにより、非常
に高感度かつ高分解能で試料２の光学活性分布を観察で
き、旋光角、楕円率を定量的に測定することも可能とな
った。また、この測定方法は走査型近視野顕微鏡をベー
スにしているため、従来技術で述べた他の観察方法より
小型で低価格な装置となる。試料２も大気中や液中、真
空中のいずれでも測定でき、薄膜である必要もないな
ど、試料に対する制約がない点でも優れている。
微鏡と円偏光変調法とを組み合わせることにより、非常
に高感度かつ高分解能で試料２の光学活性分布を観察で
き、旋光角、楕円率を定量的に測定することも可能とな
った。また、この測定方法は走査型近視野顕微鏡をベー
スにしているため、従来技術で述べた他の観察方法より
小型で低価格な装置となる。試料２も大気中や液中、真
空中のいずれでも測定でき、薄膜である必要もないな
ど、試料に対する制約がない点でも優れている。
【００２８】（２） 第二実施例 次に、本発明による第二実施例を図を用いて説明する。
図３は、本発明における第二実施例の装置構成を示す。
第一実施例では試料を透過で測定する例であったが、本
実施例では試料を反射で測定する場合について示す。基
本的構成や動作は第一実施例と同じであるので、同じ働
きをする部分は同一番号をつけて説明を省略する。
図３は、本発明における第二実施例の装置構成を示す。
第一実施例では試料を透過で測定する例であったが、本
実施例では試料を反射で測定する場合について示す。基
本的構成や動作は第一実施例と同じであるので、同じ働
きをする部分は同一番号をつけて説明を省略する。
【００２９】光源１１から出射した光が、光ファイバー
プローブ１の微小開口から近視野光として出射する部分
まではほぼ第一実施例と同じである。ただし、ピエゾ光
学変調器１０は光源１１から光ファイバープローブ１ま
での光路中には配置されていない。既に述べたように、
光ファイバープローブ１はリタデーションを有している
場合が多い。特に、ダイナミックなＡＦＭモードで動作
させるためにＬ字型に曲げた光ファイバープローブ１を
用いる場合、この折り曲げた部分でリタデーションが生
じる。そこで、光ファイバープローブ１の入射側で、偏
光制御素子１７により入射する偏光状態を変え、微小開
口より出射される近視野光の偏光特性を調整する。偏光
制御素子１７としては、二分の一波長板や四分の一波長
板などの波長板がよく用いられるが、補償板を用いると
より正確に調整することができる。
プローブ１の微小開口から近視野光として出射する部分
まではほぼ第一実施例と同じである。ただし、ピエゾ光
学変調器１０は光源１１から光ファイバープローブ１ま
での光路中には配置されていない。既に述べたように、
光ファイバープローブ１はリタデーションを有している
場合が多い。特に、ダイナミックなＡＦＭモードで動作
させるためにＬ字型に曲げた光ファイバープローブ１を
用いる場合、この折り曲げた部分でリタデーションが生
じる。そこで、光ファイバープローブ１の入射側で、偏
光制御素子１７により入射する偏光状態を変え、微小開
口より出射される近視野光の偏光特性を調整する。偏光
制御素子１７としては、二分の一波長板や四分の一波長
板などの波長板がよく用いられるが、補償板を用いると
より正確に調整することができる。
【００３０】試料２と相互作用して反射した近視野光
は、試料２上方に配置された集光レンズ３によって集光
される。ここで、集光レンズ３は試料２で反射した近視
野光を効率よく集光できる位置ならばどこに配置されて
いてもよく、またレンズの代わりに放物面鏡のような集
光用のミラーであっても、集光機能を有するものならば
良いことは言うまでもない。集光レンズ３で集光された
光は、ピエゾ光学変調器１０を透過することによりある
周波数ｐ（Ｈｚ）での光学遅延が与えられたのち、検光
子５、フィルター６を透過して受光素子７で受光され
る。また、ｐ成分から円二色性を測定する場合には検光
子５は特に必要ない。その他の構成や動作については、
第一実施例と同様であるので説明を省略する。本実施例
においても、高感度・高分解能で試料２の光学活性分布
や光学活性の定量的測定が行うことができた。
は、試料２上方に配置された集光レンズ３によって集光
される。ここで、集光レンズ３は試料２で反射した近視
野光を効率よく集光できる位置ならばどこに配置されて
いてもよく、またレンズの代わりに放物面鏡のような集
光用のミラーであっても、集光機能を有するものならば
良いことは言うまでもない。集光レンズ３で集光された
光は、ピエゾ光学変調器１０を透過することによりある
周波数ｐ（Ｈｚ）での光学遅延が与えられたのち、検光
子５、フィルター６を透過して受光素子７で受光され
る。また、ｐ成分から円二色性を測定する場合には検光
子５は特に必要ない。その他の構成や動作については、
第一実施例と同様であるので説明を省略する。本実施例
においても、高感度・高分解能で試料２の光学活性分布
や光学活性の定量的測定が行うことができた。
【００３１】第一実施例ではピエゾ光学変調器１０は光
ファイバープローブ１に入射する前に配置していたが、
本実施例のように検光子５と試料２の間に配置されてい
ても良いことは言うまでもない。ただし、通常のピエゾ
光学変調器１０は光学結晶を用いているため、結晶軸に
対してある角度を持った偏光面を持つ光を入射させると
効率よく光学遅延を与えることができる。しかし、試料
２で光が反射した後にピエゾ光学変調器１０を配置する
ことは、結晶軸に対する偏光面のなす角度が最適になら
ないため、変調効率は悪く検出感度は低くなることが多
い。
ファイバープローブ１に入射する前に配置していたが、
本実施例のように検光子５と試料２の間に配置されてい
ても良いことは言うまでもない。ただし、通常のピエゾ
光学変調器１０は光学結晶を用いているため、結晶軸に
対してある角度を持った偏光面を持つ光を入射させると
効率よく光学遅延を与えることができる。しかし、試料
２で光が反射した後にピエゾ光学変調器１０を配置する
ことは、結晶軸に対する偏光面のなす角度が最適になら
ないため、変調効率は悪く検出感度は低くなることが多
い。
【００３２】（３） 第三実施例 次に、本発明による第三実施例を図を用いて説明する。
図４は、本発明における第三実施例の装置構成を示す。
第一及び第二実施例では微小開口から近視野光を照射す
るイルミネーションモードでの例であったが、本実施例
では微小開口から近視野光を検出するコレクションモー
ドの場合について示す。また、試料２は透過試料である
とする。第一実施例と同じ構成や同じ働きをする部分は
同一番号をつけて説明を省略する。
図４は、本発明における第三実施例の装置構成を示す。
第一及び第二実施例では微小開口から近視野光を照射す
るイルミネーションモードでの例であったが、本実施例
では微小開口から近視野光を検出するコレクションモー
ドの場合について示す。また、試料２は透過試料である
とする。第一実施例と同じ構成や同じ働きをする部分は
同一番号をつけて説明を省略する。
【００３３】光源１１から出射した光が、偏光制御素子
１７、ピエゾ光学変調器１０により光学遅延が与えられ
る部分は、第一実施例と同じである。光学遅延が与えら
れた光は集光レンズ１９によって収束光にされ、試料２
を乗せている三角プリズム２１の側面から入射してその
底面に集光される。ここで、集光光束の底面への入射角
が臨界角を超えていると底面で全反射が生じ、底面の試
料２側表面にエバネッセント光が生じる。第一実施例と
同様の方法で微小開口を持つ光ファイバープローブ１を
試料２に近接させると、光ファイバープローブ１との相
互作用により試料２表面に存在するエバネッセント光が
伝搬光に変換され、微小開口から光ファイバープローブ
１内を伝搬し、光ファイバープローブ１の他端から出射
される。この出射した光をコリメータレンズ２０でコリ
メートした後、検光子５、フィルター６を経て受光素子
７で受光する。その他の構成や動作については、第一実
施例と同様であるので説明を省略する。本実施例におい
ても、高感度・高分解能で試料２の光学活性分布や光学
活性の定量的測定が行うことができた。
１７、ピエゾ光学変調器１０により光学遅延が与えられ
る部分は、第一実施例と同じである。光学遅延が与えら
れた光は集光レンズ１９によって収束光にされ、試料２
を乗せている三角プリズム２１の側面から入射してその
底面に集光される。ここで、集光光束の底面への入射角
が臨界角を超えていると底面で全反射が生じ、底面の試
料２側表面にエバネッセント光が生じる。第一実施例と
同様の方法で微小開口を持つ光ファイバープローブ１を
試料２に近接させると、光ファイバープローブ１との相
互作用により試料２表面に存在するエバネッセント光が
伝搬光に変換され、微小開口から光ファイバープローブ
１内を伝搬し、光ファイバープローブ１の他端から出射
される。この出射した光をコリメータレンズ２０でコリ
メートした後、検光子５、フィルター６を経て受光素子
７で受光する。その他の構成や動作については、第一実
施例と同様であるので説明を省略する。本実施例におい
ても、高感度・高分解能で試料２の光学活性分布や光学
活性の定量的測定が行うことができた。
【００３４】ここで、本実施例では三角プリズム２１底
面での全反射によりエバネッセント光を発生させている
が、暗視野照明法による全反射を用いるなど、試料２表
面にエバネッセント光が発生する方式であるならば良い
ことは言うまでもない。また、第一実施例と同様に光フ
ァイバープローブ１で試料２の微小領域を照明し、相互
作用した光を再び光ファイバープローブ１で検出しても
良いことは言うまでもない。その場合、光ファイバープ
ローブ１の他端に、照明用と検出用の光を分離するビー
ムスプリッターの様な分離素子が必要となる。
面での全反射によりエバネッセント光を発生させている
が、暗視野照明法による全反射を用いるなど、試料２表
面にエバネッセント光が発生する方式であるならば良い
ことは言うまでもない。また、第一実施例と同様に光フ
ァイバープローブ１で試料２の微小領域を照明し、相互
作用した光を再び光ファイバープローブ１で検出しても
良いことは言うまでもない。その場合、光ファイバープ
ローブ１の他端に、照明用と検出用の光を分離するビー
ムスプリッターの様な分離素子が必要となる。
【００３５】以上述べてきた第一、第二、第三実施例で
は、光ファイバープローブ１に微小開口を形成し、その
微小開口から近視野光を照射するあるいは検出する場合
を例に取り説明した。しかし、光ファイバー以外に石英
やニオブ酸リチウムなど使用波長に対して比較的透明な
材料を用いて導波路を構成した光伝搬体部を有し、先端
部に波長以下のサイズの微小開口が形成されたプローブ
であればよいことは言うまでもない。
は、光ファイバープローブ１に微小開口を形成し、その
微小開口から近視野光を照射するあるいは検出する場合
を例に取り説明した。しかし、光ファイバー以外に石英
やニオブ酸リチウムなど使用波長に対して比較的透明な
材料を用いて導波路を構成した光伝搬体部を有し、先端
部に波長以下のサイズの微小開口が形成されたプローブ
であればよいことは言うまでもない。
【００３６】以上述べてきた第一、第二、第三実施例で
は、光ファイバープローブ１の外部でピエゾ光学変調器
１０を用いて光学遅延を与える構成で説明した。ところ
が、上述した光伝搬体の多くは力を加えることで光弾性
効果により光学遅延が生じる。つまり、ピエゾ光学変調
器１０の代わりに、光伝搬体部を有するプローブの光伝
搬体部の一部に周期的な力を加え、光弾性効果により光
伝搬体部の内部で周期的な光学遅延を与えることも可能
である。そして、加える力をコントロールすることによ
り、与える光学遅延量を変化させることができる。この
結果、装置全体をコンパクトにすることが可能となる。
は、光ファイバープローブ１の外部でピエゾ光学変調器
１０を用いて光学遅延を与える構成で説明した。ところ
が、上述した光伝搬体の多くは力を加えることで光弾性
効果により光学遅延が生じる。つまり、ピエゾ光学変調
器１０の代わりに、光伝搬体部を有するプローブの光伝
搬体部の一部に周期的な力を加え、光弾性効果により光
伝搬体部の内部で周期的な光学遅延を与えることも可能
である。そして、加える力をコントロールすることによ
り、与える光学遅延量を変化させることができる。この
結果、装置全体をコンパクトにすることが可能となる。
【００３７】また、光伝搬体からなるプローブの入射側
で、偏光制御素子１７により偏光状態を変化させること
により近視野光の偏光状態を制御することは、円偏光変
調法を使用する場合に限らず、クロスニコル法を使用す
る場合においても非常に有効である。例えば、光ファイ
バープローブ１と試料２間の距離をダイナミックＡＦＭ
モードで制御するために、光ファイバープローブ１をＬ
字型に折り曲げているような場合、光ファイバープロー
ブ１に光学的異方性によるリタデーションが生じる。そ
の結果、直線偏光光を光ファイバープローブ１に入射さ
せても楕円偏光しか微小開口からは出射されない。そこ
で、偏光制御素子１７によりこのリタデーションを補正
することで、出射される近視野光をより直線偏光光に近
づけることができるので、楕円偏光が微小開口から出射
している場合よりクロスニコル法における検出感度を改
善することができる。
で、偏光制御素子１７により偏光状態を変化させること
により近視野光の偏光状態を制御することは、円偏光変
調法を使用する場合に限らず、クロスニコル法を使用す
る場合においても非常に有効である。例えば、光ファイ
バープローブ１と試料２間の距離をダイナミックＡＦＭ
モードで制御するために、光ファイバープローブ１をＬ
字型に折り曲げているような場合、光ファイバープロー
ブ１に光学的異方性によるリタデーションが生じる。そ
の結果、直線偏光光を光ファイバープローブ１に入射さ
せても楕円偏光しか微小開口からは出射されない。そこ
で、偏光制御素子１７によりこのリタデーションを補正
することで、出射される近視野光をより直線偏光光に近
づけることができるので、楕円偏光が微小開口から出射
している場合よりクロスニコル法における検出感度を改
善することができる。
【００３８】上述した実施例では、偏光制御素子１７を
光ファイバープローブ１の外部に配置して、偏光状態を
変化させたのち光ファイバープローブ１に入射させてい
る。しかし、光ファイバープローブ１のファイバー部に
直接力を加え、加える力をコントロールする方法を用い
れば、光弾性効果による光ファイバー内の偏光状態の変
化量をコントロールできるので、光ファイバープローブ
１に偏光制御素子１７の機能を持たせることができるこ
とは言うまでもない。
光ファイバープローブ１の外部に配置して、偏光状態を
変化させたのち光ファイバープローブ１に入射させてい
る。しかし、光ファイバープローブ１のファイバー部に
直接力を加え、加える力をコントロールする方法を用い
れば、光弾性効果による光ファイバー内の偏光状態の変
化量をコントロールできるので、光ファイバープローブ
１に偏光制御素子１７の機能を持たせることができるこ
とは言うまでもない。
【００３９】ところで、通常のガラス材料の光弾性係数
は、２〜４（１０-6・mm2・Ｎ-6）程度であり、応力が
加わることによりリタデーションが与えられ、ガラス中
の光の偏光状態が変化する。以上述べてきた第一、第
二、第三実施例での光ファイバープローブ１の場合も同
様であり、外部振動や光ファイバープローブ１を固定す
ることで光伝搬体である光ファイバー（特にコア部）に
応力が加わると、光弾性効果により偏光状態が変化し、
外部振動がノイズとなってＳ／Ｎが低下したり、固定の
仕方がわずかに変わることにより観察測定の再現性がな
くなったりする。また、ダイナミックＡＦＭモードで光
ファイバープローブ１と試料２間の距離を制御する場合
には、光ファイバープローブ１をＡＦＭカンチレバーの
ように鈎状に折り曲げている。この鈎状の整形は、ファ
イバーを加熱しながら折り曲げることにより作製してい
るため、この折り曲げた部分に残留応力が発生し、光弾
性効果によりこの鈎状部分で光学遅延が生じる。このこ
とは鈎状に折り曲げるだけでなく、光ファイバープロー
ブ１の形状が光の伝搬軸に対して対称でなく、残留応力
がある場合に生じる。
は、２〜４（１０-6・mm2・Ｎ-6）程度であり、応力が
加わることによりリタデーションが与えられ、ガラス中
の光の偏光状態が変化する。以上述べてきた第一、第
二、第三実施例での光ファイバープローブ１の場合も同
様であり、外部振動や光ファイバープローブ１を固定す
ることで光伝搬体である光ファイバー（特にコア部）に
応力が加わると、光弾性効果により偏光状態が変化し、
外部振動がノイズとなってＳ／Ｎが低下したり、固定の
仕方がわずかに変わることにより観察測定の再現性がな
くなったりする。また、ダイナミックＡＦＭモードで光
ファイバープローブ１と試料２間の距離を制御する場合
には、光ファイバープローブ１をＡＦＭカンチレバーの
ように鈎状に折り曲げている。この鈎状の整形は、ファ
イバーを加熱しながら折り曲げることにより作製してい
るため、この折り曲げた部分に残留応力が発生し、光弾
性効果によりこの鈎状部分で光学遅延が生じる。このこ
とは鈎状に折り曲げるだけでなく、光ファイバープロー
ブ１の形状が光の伝搬軸に対して対称でなく、残留応力
がある場合に生じる。
【００４０】そこで、光伝搬体を構成する材料の光弾性
係数が１×１０-6（mm2・Ｎ-6）以下の材料で光伝搬体
部を有するプローブを作製することにより、外部振動や
固定など外部からの応力の影響や形状の非対称性による
残留応力の影響をほとんど無視することができる。例え
ば、ショット社のＦＫ５１やＦＫ５２などのクラウンガ
ラスでは、光弾性係数は0.7〜１×１０-6（mm2・Ｎ-6）
程度である。さらに、ショット社のＳＦ５７という酸化
鉛を多く含んだ石英からなるフリントガラスでは、光弾
性係数は0.02×１０-6（mm2・Ｎ-6）程度であるし、組
成にもよるが0.005×１０-6（mm2・Ｎ-6）も可能であ
る。そして、これらのガラスで光ファイバーを作成する
ことも可能となっている。そこで、これら光弾性係数が
１×１０-6（mm2・Ｎ-6）以下の光伝搬体でプローブを
構成することにより、外部振動による偏光特性の変動が
押さえられ、Ｓ／Ｎの良い観察測定が可能となった。ま
た、第一、第二、第三実施例での鈎状に折り曲げた光フ
ァイバープローブ１の場合でも、鈎状部分での偏光状態
の変化を大きく低下させることができた。このように、
光弾性係数の小さな光伝搬体でプローブを構成すること
は、円偏光変調法の場合だけでなくクロスニコル法を用
いるなど、偏光を利用する場合には非常に有効である。
係数が１×１０-6（mm2・Ｎ-6）以下の材料で光伝搬体
部を有するプローブを作製することにより、外部振動や
固定など外部からの応力の影響や形状の非対称性による
残留応力の影響をほとんど無視することができる。例え
ば、ショット社のＦＫ５１やＦＫ５２などのクラウンガ
ラスでは、光弾性係数は0.7〜１×１０-6（mm2・Ｎ-6）
程度である。さらに、ショット社のＳＦ５７という酸化
鉛を多く含んだ石英からなるフリントガラスでは、光弾
性係数は0.02×１０-6（mm2・Ｎ-6）程度であるし、組
成にもよるが0.005×１０-6（mm2・Ｎ-6）も可能であ
る。そして、これらのガラスで光ファイバーを作成する
ことも可能となっている。そこで、これら光弾性係数が
１×１０-6（mm2・Ｎ-6）以下の光伝搬体でプローブを
構成することにより、外部振動による偏光特性の変動が
押さえられ、Ｓ／Ｎの良い観察測定が可能となった。ま
た、第一、第二、第三実施例での鈎状に折り曲げた光フ
ァイバープローブ１の場合でも、鈎状部分での偏光状態
の変化を大きく低下させることができた。このように、
光弾性係数の小さな光伝搬体でプローブを構成すること
は、円偏光変調法の場合だけでなくクロスニコル法を用
いるなど、偏光を利用する場合には非常に有効である。
【００４１】ところで、上述したように光弾性係数が小
さな材料で光伝搬体部を有するプローブを作製する以外
に、プローブ作製過程で加わった残留応力の影響は光伝
搬体部をアニールすることにより除去することも可能で
ある。 （４）第四実施例 上記第一から第三実施例は、光伝搬体として光ファイバ
ーを用い、光ファイバーを先鋭化させ、その先端に微小
開口を形成した場合を例に取り説明してきた。しかし、
プローブの先端部からの光によって試料の微小領域を照
明する方法は微小開口だけでなく、微小球に表面プラズ
モンを発生させる方法や、グレーティングの格子ピッチ
を細かくすることで回折角を失わせることによりエバネ
ッセント光を発生させる方法などがある。また、照明さ
れている試料の微小領域からプローブの先端部で光を検
出する方法としては、全反射法や表面プラズモンを用い
て試料表面にエバネッセント光を発生させる場合などが
考えられる。
さな材料で光伝搬体部を有するプローブを作製する以外
に、プローブ作製過程で加わった残留応力の影響は光伝
搬体部をアニールすることにより除去することも可能で
ある。 （４）第四実施例 上記第一から第三実施例は、光伝搬体として光ファイバ
ーを用い、光ファイバーを先鋭化させ、その先端に微小
開口を形成した場合を例に取り説明してきた。しかし、
プローブの先端部からの光によって試料の微小領域を照
明する方法は微小開口だけでなく、微小球に表面プラズ
モンを発生させる方法や、グレーティングの格子ピッチ
を細かくすることで回折角を失わせることによりエバネ
ッセント光を発生させる方法などがある。また、照明さ
れている試料の微小領域からプローブの先端部で光を検
出する方法としては、全反射法や表面プラズモンを用い
て試料表面にエバネッセント光を発生させる場合などが
考えられる。
【００４２】ところが、それ以外にも、光伝搬体をプロ
ーブとして用いずに、シリコンのような半導体あるいは
金属を先鋭化させたカンチレバーをプローブとする方法
も考えられる。例えば、試料表面とプローブの先鋭部を
顕微鏡の暗視野照明法などを用いて照明し、試料とカン
チレバー先端部の間で、多重散乱を起こすことにより、
その散乱光を外部光学系を用いて検出する方法である。
ーブとして用いずに、シリコンのような半導体あるいは
金属を先鋭化させたカンチレバーをプローブとする方法
も考えられる。例えば、試料表面とプローブの先鋭部を
顕微鏡の暗視野照明法などを用いて照明し、試料とカン
チレバー先端部の間で、多重散乱を起こすことにより、
その散乱光を外部光学系を用いて検出する方法である。
【００４３】次に、本発明による第四実施例としてプロ
ーブに光伝搬体を用いない場合について、図を用いて説
明する。図５は、本発明における第四実施例の装置構成
を示す。プローブ２２としては、走査型トンネル顕微鏡
で用いるような金属プローブや、走査型原子間力顕微鏡
で用いるようなシリコン系のカンチレバーなど様々なも
のが考えられるが、散乱効率の良いものならば良いこと
は言うまでもない。このプローブ２２の先鋭化された先
端部を試料２に近接させる。近接させる方法として図で
は光てこを用いており、これまで説明した方法と同じで
あるため説明を省略する。試料２はピエゾアクチュエー
ター１５上にのせられており、ｘｙｚ方向に動作する。
ーブに光伝搬体を用いない場合について、図を用いて説
明する。図５は、本発明における第四実施例の装置構成
を示す。プローブ２２としては、走査型トンネル顕微鏡
で用いるような金属プローブや、走査型原子間力顕微鏡
で用いるようなシリコン系のカンチレバーなど様々なも
のが考えられるが、散乱効率の良いものならば良いこと
は言うまでもない。このプローブ２２の先鋭化された先
端部を試料２に近接させる。近接させる方法として図で
は光てこを用いており、これまで説明した方法と同じで
あるため説明を省略する。試料２はピエゾアクチュエー
ター１５上にのせられており、ｘｙｚ方向に動作する。
【００４４】光源１１から出射した光束は、偏光制御素
子１７とピエゾ光学変調器１０を経て、コリメーターレ
ンズ２０を用いて集光され、試料２とプローブ２２の先
端部を照明する。この照明光は、ピエゾ光学変調器１０
によって周期的な光学遅延が与えられている。光源１１
として通常はレーザーを用いており、途中の光路に前述
の実施例で用いた光ファイバープローブのように偏光を
乱すものはないが、試料２に応じて照明光の偏光方向を
調整するために偏光制御素子１７を用いている。
子１７とピエゾ光学変調器１０を経て、コリメーターレ
ンズ２０を用いて集光され、試料２とプローブ２２の先
端部を照明する。この照明光は、ピエゾ光学変調器１０
によって周期的な光学遅延が与えられている。光源１１
として通常はレーザーを用いており、途中の光路に前述
の実施例で用いた光ファイバープローブのように偏光を
乱すものはないが、試料２に応じて照明光の偏光方向を
調整するために偏光制御素子１７を用いている。
【００４５】試料２とプローブ２２の先端部は波長以下
の距離まで近接しているため、試料２の表面とプローブ
２２の先端部との相互作用により多重散乱が生じる。こ
の多重散乱光は、プローブ２２の先端部の大きさに対応
する試料２表面の光学情報を含んでいる。集光レンズ１
９でこの散乱光を集光し、検光子５とフィルター６を経
て受光素子７で受光する。この後の処理は、他の実施例
と同様であるので省略する。ここで、光源１１から試料
２とプローブ２２先端部を照明している光が、受光素子
７に入らないように光源１１や受光素子７の試料２に対
する角度などを調整することにより、多重散乱光だけを
検出してＳ／Ｎの良い測定が可能となる。以上のことか
ら、光伝搬体をプローブに用いない場合においても、円
偏光変調法を用いた走査型近視野顕微鏡を構成して、高
感度に光学活性を観察することができる。
の距離まで近接しているため、試料２の表面とプローブ
２２の先端部との相互作用により多重散乱が生じる。こ
の多重散乱光は、プローブ２２の先端部の大きさに対応
する試料２表面の光学情報を含んでいる。集光レンズ１
９でこの散乱光を集光し、検光子５とフィルター６を経
て受光素子７で受光する。この後の処理は、他の実施例
と同様であるので省略する。ここで、光源１１から試料
２とプローブ２２先端部を照明している光が、受光素子
７に入らないように光源１１や受光素子７の試料２に対
する角度などを調整することにより、多重散乱光だけを
検出してＳ／Ｎの良い測定が可能となる。以上のことか
ら、光伝搬体をプローブに用いない場合においても、円
偏光変調法を用いた走査型近視野顕微鏡を構成して、高
感度に光学活性を観察することができる。
【００４６】図５においては、光源１１からの光をある
１方向から試料２に照射しているが、顕微鏡の暗視野照
明法のように、受光素子７に光源１１からの照明光が入
らないようにすれば良いことは言うまでもない。また、
本実施例においては反射型で説明しているが、透過型で
も同様のことができることは言うまでもない。上記第一
から第四実施例において、光ファイバープローブ１ある
いはプローブ２２の変位を検出する方法として、光てこ
法を用いて説明してきた。しかし、例えばダイナミック
ＡＦＭモードでは、水晶振動子にこれらプローブを張り
付け、その振動状態の変化を水晶振動子から出力される
電圧をモニターすることで検出できるなど、光ファイバ
ープローブ１あるいはプローブ２２の微小変位を検出で
きる方法であるならば良いことは言うまでもない。
１方向から試料２に照射しているが、顕微鏡の暗視野照
明法のように、受光素子７に光源１１からの照明光が入
らないようにすれば良いことは言うまでもない。また、
本実施例においては反射型で説明しているが、透過型で
も同様のことができることは言うまでもない。上記第一
から第四実施例において、光ファイバープローブ１ある
いはプローブ２２の変位を検出する方法として、光てこ
法を用いて説明してきた。しかし、例えばダイナミック
ＡＦＭモードでは、水晶振動子にこれらプローブを張り
付け、その振動状態の変化を水晶振動子から出力される
電圧をモニターすることで検出できるなど、光ファイバ
ープローブ１あるいはプローブ２２の微小変位を検出で
きる方法であるならば良いことは言うまでもない。
【００４７】上記第一から第四実施例において、光ファ
イバープローブ１あるいはプローブ２２と試料２間の距
離を制御する方法として、ダイナミックＡＦＭモードを
例にとり説明した。しかし、スタティックなＡＦＭモー
ドや、光干渉法などを用いて距離を計測したり、両者が
近接した場合の相互作用であるシェアフォースやトンネ
ル電流を利用するなど、光ファイバープローブ１あるい
はプローブ２２と試料２間の距離を近接することができ
る方法であるならば、どのような方法でも良いことは言
うまでもない。その場合、光ファイバープローブ１やプ
ローブ２２はＬ字型に折り曲げる必要がなくなる。
イバープローブ１あるいはプローブ２２と試料２間の距
離を制御する方法として、ダイナミックＡＦＭモードを
例にとり説明した。しかし、スタティックなＡＦＭモー
ドや、光干渉法などを用いて距離を計測したり、両者が
近接した場合の相互作用であるシェアフォースやトンネ
ル電流を利用するなど、光ファイバープローブ１あるい
はプローブ２２と試料２間の距離を近接することができ
る方法であるならば、どのような方法でも良いことは言
うまでもない。その場合、光ファイバープローブ１やプ
ローブ２２はＬ字型に折り曲げる必要がなくなる。
【００４８】また、上記第一から第四実施例において
は、光ファイバープローブ１あるいはプローブ２２と試
料２間の距離を検出して能動的に制御してきたが、例え
ばハードディスクドライブにおいてエアーベアリングを
用いて磁気ヘッドの浮上量を一定（例えば100nm程度
に）に保っているように、プローブと試料を相対的に移
動させて流体の粘性によりプローブと試料表面間の距離
を近接させて一定に保つ方法も考えられる。よって、プ
ローブと試料表面との距離を計測したり、両者が近接し
たことを検出しなくても、プローブと試料表面との距離
が近接した状態で一定に保てればよいことは言うまでも
ない。
は、光ファイバープローブ１あるいはプローブ２２と試
料２間の距離を検出して能動的に制御してきたが、例え
ばハードディスクドライブにおいてエアーベアリングを
用いて磁気ヘッドの浮上量を一定（例えば100nm程度
に）に保っているように、プローブと試料を相対的に移
動させて流体の粘性によりプローブと試料表面間の距離
を近接させて一定に保つ方法も考えられる。よって、プ
ローブと試料表面との距離を計測したり、両者が近接し
たことを検出しなくても、プローブと試料表面との距離
が近接した状態で一定に保てればよいことは言うまでも
ない。
【００４９】上記第一から第四実施例においては、光源
１１として単一波長を出射するレーザーを例に説明して
きたが、キセノンランプなどを光源１１として用い、分
光器で波長選択しながら用いても良く、その場合各波長
ごとの光学活性を測定することができる。
１１として単一波長を出射するレーザーを例に説明して
きたが、キセノンランプなどを光源１１として用い、分
光器で波長選択しながら用いても良く、その場合各波長
ごとの光学活性を測定することができる。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による偏光
を利用した走査型近視野顕微鏡の構成では、走査型原子
間力顕微鏡を基本にしているため装置は安価であり、試
料に対する制約なく観察することができる。走査型近視
野顕微鏡の原理から、試料を照射あるいは試料から検出
する光のサイズはプローブの先端部のサイズで決まり、
回折限界に影響されない非常に高分解能を実現すること
ができる。さらに、周期的な光学遅延を与えることによ
り高感度な円偏光変調法を用いることが可能となった。
この方法では、光学活性の円二色性と旋光性を同時に観
察するとともに、定量的測定が可能という利点も生じ
る。
を利用した走査型近視野顕微鏡の構成では、走査型原子
間力顕微鏡を基本にしているため装置は安価であり、試
料に対する制約なく観察することができる。走査型近視
野顕微鏡の原理から、試料を照射あるいは試料から検出
する光のサイズはプローブの先端部のサイズで決まり、
回折限界に影響されない非常に高分解能を実現すること
ができる。さらに、周期的な光学遅延を与えることによ
り高感度な円偏光変調法を用いることが可能となった。
この方法では、光学活性の円二色性と旋光性を同時に観
察するとともに、定量的測定が可能という利点も生じ
る。
【００５１】プローブに関しては、光伝搬体の光弾性係
数を小さくすることにより、外乱による偏光状態の変動
を小さくすることができるとともに、鈎状に折り曲げた
プローブを形成した場合には、折り曲げることにより生
じる応力の影響を小さくすることができる。以上から、
安価、高分解能、高感度な光学活性観察・測定装置を提
供することが出来る。
数を小さくすることにより、外乱による偏光状態の変動
を小さくすることができるとともに、鈎状に折り曲げた
プローブを形成した場合には、折り曲げることにより生
じる応力の影響を小さくすることができる。以上から、
安価、高分解能、高感度な光学活性観察・測定装置を提
供することが出来る。
【図１】本発明における偏光を利用した走査型近視野顕
微鏡の第一実施例を示す構成図である。
微鏡の第一実施例を示す構成図である。
【図２】従来の円偏光変調法における磁気光学効果測定
方法を示す構成図である。
方法を示す構成図である。
【図３】本発明における偏光を利用した走査型近視野顕
微鏡の第二実施例を示す構成図である。
微鏡の第二実施例を示す構成図である。
【図４】本発明における偏光を利用した走査型近視野顕
微鏡の第三実施例を示す構成図である。
微鏡の第三実施例を示す構成図である。
【図５】本発明における偏光を利用した走査型近視野顕
微鏡の第四実施例を示す構成図である。
微鏡の第四実施例を示す構成図である。
１ 光ファイバープローブ ２ 試料 ３ 集光レンズ ４ ミラー ５ 検光子 ６ フィルター ７ 受光素子 ８ ロックインアンプ ９ ファイバーカプラー １０ ピエゾ光学変調器 １１ 光源 １２ レーザー １３ ２分割受光素子 １４ ピエゾ光学変調器用ドライバー １５ ピエゾアクチュエーター １６ コントローラー １７ 偏光制御素子 １８ 圧電素子 １９ 集光レンズ ２０ コリメーターレンズ ２１ 三角プリズム ２２ カンチレバー １０１ 直線偏光子 １０２ ピエゾ光学変調器 １０３ 試料 １０４ 検光子 １０５ 受光素子
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１０年４月２１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００７】円偏光変調法の原理を数式で表す。簡単の
ため、光の伝搬方向をｚ軸方向とし、図２で直線偏光子
１０１がｘ軸と４５度の角度をなす場合で考えるが、こ
の直線偏光子１０１を通った光の電界Ｅ1 は、 i，jをそ
れぞれｘ軸、ｙ軸の単位ベクトルとすると、Ｅ1 ∝（i＋j）・・・（１） ピエゾ光学変調器１０２を通った光の電界Ｅ2 のｘ成分
とｙ成分の間には、δの遅延があるとすると、Ｅ2 ∝｛i＋exp(iδ)j｝・・・（２） 右円偏光、左円偏光の単位ベクトルをそれぞれを次のよ
うに表すと、r ＝(i＋ij)／21/2 l ＝(i−ij)／21/2 Ｅ2 は次式で表せる。
ため、光の伝搬方向をｚ軸方向とし、図２で直線偏光子
１０１がｘ軸と４５度の角度をなす場合で考えるが、こ
の直線偏光子１０１を通った光の電界Ｅ1 は、 i，jをそ
れぞれｘ軸、ｙ軸の単位ベクトルとすると、Ｅ1 ∝（i＋j）・・・（１） ピエゾ光学変調器１０２を通った光の電界Ｅ2 のｘ成分
とｙ成分の間には、δの遅延があるとすると、Ｅ2 ∝｛i＋exp(iδ)j｝・・・（２） 右円偏光、左円偏光の単位ベクトルをそれぞれを次のよ
うに表すと、r ＝(i＋ij)／21/2 l ＝(i−ij)／21/2 Ｅ2 は次式で表せる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】 Ｅ2 ∝{(1−i・exp(iδ)) r ＋(１＋i・exp(iδ)) l｝・・・（３） 右円偏光および左円偏光の複素振幅反射率をそれぞれｒ
+ exp(iθ+)、 ｒ- exp(iθ-)とすると、反射光Ｅ3 は Ｅ3 ∝｛（1−i・exp(iδ)）ｒ+ exp(iθ+)r ＋（１＋i・exp(iδ)）ｒ- exp(iθ-)l｝・・・（４） となり、ｘ軸からφの角度の透過方向を持つ検光子から
の出力光の強度Ｉは、 Ｉ∝｛Ｒ＋(ΔＲ/2)sinδ＋Ｒsin(Δθ＋2φ)cosδ｝・・・（５） Ｒ＝(ｒ+ 2＋ ｒ- 2)／２ ΔＲ＝ｒ + 2 − ｒ - 2 Δθ＝θ+−θ-＝−2θk ΔＲ／Ｒ＝４ηk ここで、θkはカー回転角、ηkはカー楕円率であり、φ
＝0で、Δθが小さい場合、δ〜sin2πptであることか
ら、ベッセル関数による展開を用いると、 Ｉ〜Ｉ(0)＋Ｉ(p) sin2πpt ＋Ｉ(2p)cos4πpt＋・・・（６） となる。ここで、Ｉ(0)、Ｉ(p)、Ｉ(2p)は、それぞれ０
次、１次、２次のベッセル関数を含む係数であり、 Ｉ(p)∝ηk 、Ｉ(2p)∝θk・・・（７） よって、ｐ(Hz)成分からカー楕円率、2p(Hz)成分からカ
ー回転角が求められる。詳しくは、上述した“光と磁
気”に述べられている。
+ exp(iθ+)、 ｒ- exp(iθ-)とすると、反射光Ｅ3 は Ｅ3 ∝｛（1−i・exp(iδ)）ｒ+ exp(iθ+)r ＋（１＋i・exp(iδ)）ｒ- exp(iθ-)l｝・・・（４） となり、ｘ軸からφの角度の透過方向を持つ検光子から
の出力光の強度Ｉは、 Ｉ∝｛Ｒ＋(ΔＲ/2)sinδ＋Ｒsin(Δθ＋2φ)cosδ｝・・・（５） Ｒ＝(ｒ+ 2＋ ｒ- 2)／２ ΔＲ＝ｒ + 2 − ｒ - 2 Δθ＝θ+−θ-＝−2θk ΔＲ／Ｒ＝４ηk ここで、θkはカー回転角、ηkはカー楕円率であり、φ
＝0で、Δθが小さい場合、δ〜sin2πptであることか
ら、ベッセル関数による展開を用いると、 Ｉ〜Ｉ(0)＋Ｉ(p) sin2πpt ＋Ｉ(2p)cos4πpt＋・・・（６） となる。ここで、Ｉ(0)、Ｉ(p)、Ｉ(2p)は、それぞれ０
次、１次、２次のベッセル関数を含む係数であり、 Ｉ(p)∝ηk 、Ｉ(2p)∝θk・・・（７） よって、ｐ(Hz)成分からカー楕円率、2p(Hz)成分からカ
ー回転角が求められる。詳しくは、上述した“光と磁
気”に述べられている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２６】もし、光ファイバープローブ１が応力など
により四分の一波長板と同じようにπ／２の光学遅延を
有する場合、従来技術で述べた式（２）の光の電界Ｅ2
は、さらに光ファイバープローブ１の光学遅延により、
次式となる。Ｅ2 ‘∝｛i＋i・exp(iδ)j｝・・・（２'） その結果、検光子からの出力の光強度Ｉは Ｉ∝｛Ｒ＋(ΔＲ/2)cosδ＋Ｒsin(Δθ＋2φ)sinδ｝・・・（５'） となり、ベッセル関数による展開式を用いると、 Ｉ〜Ｉ(0)＋Ｉ(p) sin2πpt ＋Ｉ(2p)cos4πpt＋・・・（６） において、 Ｉ(p)∝θk 、Ｉ(2p)∝ηk・・・（７'） となり、（７）式に示した従来技術におけるｐ成分、２
ｐ成分が示す意味とは逆になることに注意する必要があ
る。
により四分の一波長板と同じようにπ／２の光学遅延を
有する場合、従来技術で述べた式（２）の光の電界Ｅ2
は、さらに光ファイバープローブ１の光学遅延により、
次式となる。Ｅ2 ‘∝｛i＋i・exp(iδ)j｝・・・（２'） その結果、検光子からの出力の光強度Ｉは Ｉ∝｛Ｒ＋(ΔＲ/2)cosδ＋Ｒsin(Δθ＋2φ)sinδ｝・・・（５'） となり、ベッセル関数による展開式を用いると、 Ｉ〜Ｉ(0)＋Ｉ(p) sin2πpt ＋Ｉ(2p)cos4πpt＋・・・（６） において、 Ｉ(p)∝θk 、Ｉ(2p)∝ηk・・・（７'） となり、（７）式に示した従来技術におけるｐ成分、２
ｐ成分が示す意味とは逆になることに注意する必要があ
る。
Claims (8)
- 【請求項１】 プローブの先端部と測定すべき試料ある
いは媒体表面との間隔を、前記先端部と前記表面との間
に原子間力あるいはその他の相互作用に関わる力が作用
する動作距離内に近づけた状態で、２次元的な走査手段
によって前記表面を走査するとともに、前記表面の微小
領域に対して光照射あるいは光検出を行い、試料形状と
２次元光学情報を同時に測定する走査型近視野顕微鏡に
おいて、 光源と、 先鋭な先端部を有するプローブと、 前記先端部と前記表面との間隔を前記先端部と前記表面
との間に原子間力あるいはその他の相互作用に関わる力
が作用する動作距離内に近づけた状態に保つ手段と、 前記光源からの光を前記先端部と前記表面との間で相互
作用させることにより前記試料あるいは媒体の微小領域
の光学情報を有する偏光光を得る手段と、 前記偏光光を受光する受光手段と、 前記光源と前記受光手段までの光路中に配置されて周期
的な光学遅延を与える変調手段と、 前記受光手段の出力から前記変調手段の変調周波数の整
数倍成分を取り出す検波手段からなることを特徴とする
偏光を利用した走査型近視野顕微鏡。 - 【請求項２】 前記プローブが、光伝搬体部を有するこ
とを特徴とする請求項１記載の偏光を利用した走査型近
視野顕微鏡。 - 【請求項３】 前記先端部と前記表面との間隔を前記先
端部と前記表面との間に原子間力あるいはその他の相互
作用に関わる力が作用する動作距離内に近づけた状態に
保つ手段が、 前記先端部と前記表面との距離を変化させる移動手段
と、 前記先端部と前記表面との距離を検出する距離検出手段
と、 前記距離検出手段が出力する検出信号に基づいて前記先
端部と前記表面の距離を一定に保つための制御手段から
なることを特徴とする請求項１記載の偏光を利用した走
査型近視野顕微鏡。 - 【請求項４】 前記距離検出手段が、 前記先端部と前記表面を相対的に水平方向あるいは垂直
方向に振動させる振動手段と、 前記先端部の変位を検出する変位検出手段からなること
を特徴とする請求項３記載の偏光を利用した走査型近視
野顕微鏡。 - 【請求項５】 前記光源と前記受光手段までの光路中に
配置されて周期的な光学遅延を与える変調手段が、 前記光伝搬体部に周期的応力を付加する手段であること
を特徴とする請求項２記載の偏光を利用した走査型近視
野顕微鏡。 - 【請求項６】 プローブの先端部と測定すべき試料ある
いは媒体表面との間隔を、前記先端部と前記表面との間
に原子間力あるいはその他の相互作用に関わる力が作用
する動作距離内に近づけた状態で、２次元的な走査手段
によって前記表面を走査するとともに、前記表面の微小
領域に対して光照射あるいは光検出を行い、試料形状と
２次元光学情報を同時に測定する走査型近視野顕微鏡に
おいて、 光源と、 先鋭な先端部と光伝搬体部を有するプローブと、 前記先端部と前記表面との間隔を前記先端部と前記表面
との間に原子間力あるいはその他の相互作用に関わる力
が作用する動作距離内に近づけた状態に保つ手段と、 前記光源からの光を前記先端部と前記表面との間で相互
作用させることにより前記試料あるいは媒体の微小領域
の光学情報を有する偏光光を得る手段と、 前記偏光光を受光する受光手段からなり、前記光伝搬体
部を構成する材料の光弾性係数が、１.0×１０-6［mm2
・Ｎ-1］以下であることを特徴とする偏光を利用した走
査型近視野顕微鏡。 - 【請求項７】 前記光伝搬体部を構成する材料が、酸化
鉛を含有している石英ガラスであることを特徴とする請
求項６記載の偏光を利用した走査型近視野顕微鏡。 - 【請求項８】 プローブの先端部と測定すべき試料ある
いは媒体表面との間隔を、前記先端部と前記表面との間
に原子間力あるいはその他の相互作用に関わる力が作用
する動作距離内に近づけた状態で、２次元的な走査手段
によって前記表面を走査するとともに、前記表面の微小
領域に対して光照射あるいは光検出を行い、試料形状と
２次元光学情報を同時に測定する走査型近視野顕微鏡に
おいて、 光源と、 先鋭な先端部と光伝搬体部を有するプローブと、 前記先端部と前記表面との間隔を前記先端部と前記表面
との間に原子間力あるいはその他の相互作用に関わる力
が作用する動作距離内に近づけた状態に保つ手段と、 前記光源からの光を前記先端部と前記表面との間で相互
作用させることにより前記試料あるいは媒体の微小領域
の光学情報を有する偏光光を得る手段と、 前記偏光光を受光する受光手段と、 前記光伝搬体部に応力を付加して光学遅延を与える手段
からなることを特徴とする偏光を利用した走査型近視野
顕微鏡。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9134178A JPH10325840A (ja) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | 偏光を利用した走査型近視野顕微鏡 |
| US09/082,508 US6046448A (en) | 1997-05-23 | 1998-05-21 | Scanning near field optical microscope based on the use of polarized light |
| EP98304109A EP0880043A3 (en) | 1997-05-23 | 1998-05-22 | Scanning near field optical microscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9134178A JPH10325840A (ja) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | 偏光を利用した走査型近視野顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10325840A true JPH10325840A (ja) | 1998-12-08 |
Family
ID=15122275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9134178A Pending JPH10325840A (ja) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | 偏光を利用した走査型近視野顕微鏡 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6046448A (ja) |
| EP (1) | EP0880043A3 (ja) |
| JP (1) | JPH10325840A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002310880A (ja) * | 2001-04-11 | 2002-10-23 | Seiko Instruments Inc | 光プローブ顕微鏡 |
| JP2005121374A (ja) * | 2003-10-14 | 2005-05-12 | Sii Nanotechnology Inc | 近接場光学顕微鏡 |
| JP2006098386A (ja) * | 2004-08-31 | 2006-04-13 | National Univ Corp Shizuoka Univ | 散乱光検出方法、偏光変調装置及び走査型プローブ顕微鏡 |
| JP2006300708A (ja) * | 2005-04-20 | 2006-11-02 | Jasco Corp | 近接場偏光測定装置 |
| WO2008111390A1 (ja) * | 2007-03-12 | 2008-09-18 | Hitachi, Ltd. | 走査プローブ顕微鏡およびこれを用いた試料の観察方法 |
| JP2008256672A (ja) * | 2007-03-12 | 2008-10-23 | Hitachi Ltd | 走査プローブ顕微鏡およびこれを用いた試料の観察方法 |
| JP2010175266A (ja) * | 2009-01-27 | 2010-08-12 | Jasco Corp | 位相差測定装置 |
| JP2012202812A (ja) * | 2011-03-25 | 2012-10-22 | Jasco Corp | 円二色性測定装置及び円二色性測定方法 |
| JPWO2014003146A1 (ja) * | 2012-06-28 | 2016-06-02 | 国立大学法人東京農工大学 | 偏光制御素子、近接場光源、および並列電子線装置 |
| CN109085197A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-12-25 | 中国科学院电工研究所 | 热反射测量系统 |
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| TW424155B (en) * | 1999-05-03 | 2001-03-01 | Ind Tech Res Inst | Beating mode near-field optical microscope |
| US6462349B1 (en) * | 1999-09-28 | 2002-10-08 | Terastor Corporation | Measuring spacing between two surfaces via evanescent coupling |
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| WO2006001108A1 (ja) * | 2004-06-25 | 2006-01-05 | Japan Science And Technology Agency | 探針装置 |
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-
1998
- 1998-05-21 US US09/082,508 patent/US6046448A/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-05-22 EP EP98304109A patent/EP0880043A3/en not_active Withdrawn
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| US6046448A (en) | 2000-04-04 |
| EP0880043A2 (en) | 1998-11-25 |
| EP0880043A3 (en) | 1999-02-10 |
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