JPH11326345A - 近接場光学顕微鏡 - Google Patents

近接場光学顕微鏡

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JPH11326345A
JPH11326345A JP12591098A JP12591098A JPH11326345A JP H11326345 A JPH11326345 A JP H11326345A JP 12591098 A JP12591098 A JP 12591098A JP 12591098 A JP12591098 A JP 12591098A JP H11326345 A JPH11326345 A JP H11326345A
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JP
Japan
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light
intensity
sample
filter
optical microscope
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JP12591098A
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English (en)
Inventor
Mitsushiro Yamaguchi
光城 山口
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】光源の出力光の強度の変動に影響されない安定
した測定を行える近接場光学顕微鏡を提供する。 【解決手段】波長可変レーザ光源3から射出された光束
はND連続フィルタ4に入射する。ND連続フィルタ4
は連続的な濃度分布を持ち、入射光をその入射位置に応
じて減光する。ND連続フィルタ4は、光路を横切る位
置を変更可能に支持されており、駆動用モータ8によっ
て移動される。ND連続フィルタ4を通過した光束は、
ビームスプリッタ5で2本に分けられ、これを透過した
光束は、ミラー9で反射され、試料1およびその表面近
傍に配置された探針12に照射される。一方、ビームス
プリッタ5で反射された光束は光検出器6に入射し、制
御回路7は、光検出器6の出力すなわち光源3の出力光
の強度を一定に保つように、駆動用モータ8によりND
連続フィルタ4が光路を横切る位置を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、試料の表面情報や
光学的情報等を測定する近接場光学顕微鏡に関する。
【0002】
【従来の技術】走査型プローブ顕微鏡(SPM)は、プ
ローブ(探針)を試料表面に1μm以下まで近接させた
ときに両者間に働く相互作用を検出しながら、プローブ
を試料表面に沿って走査して、その相互作用の二次元マ
ッピングを行う装置であり、例えば、走査型トンネル顕
微鏡(STM)、原子間力顕微鏡(AFM)、磁気力顕
微鏡(MFM)、走査型近接場光学顕微鏡(SNOM)
に代表される。
【0003】なかでもSNOMは、特に1980年代後
半以降、エバネッセント波を検出することにより回折限
界を超える分解能を有する光学顕微鏡として、生体試料
の蛍光測定やフォトニクス用材料、素子の評価(誘電体
光導波路各種特性評価、半導体量子ドットの発光スペク
トルの測定、半導体面発光素子の諸特性の評価など)へ
の応用を目指して盛んに研究・開発が進められている。
SNOMは、基本的には試料に光を照射した状態で鋭い
探針を試料に近づけ、試料の近傍の光の場(近接場)の
状態を検出する装置である。
【0004】1993年12月21日付けでBetzigらに
付与された米国特許第5,272,330号は、先端が
細く加工されたプローブに光を導入することにより、プ
ローブ先端の微小開口の近傍にエバネッセント場を発生
させ、エバネッセント場を試料に接触させ、エバネッセ
ント場と試料の接触により発生した光を、試料の下に配
置された光検出器で検出し、透過光強度の二次元マッピ
ングを行うSNOMを開示している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】これまでの近接場光学
顕微鏡では、エバネッセント場を発生させる入射光の強
度が一定であることを暗黙の了解として、プローブの先
端近傍に生じたエバネッセント場と試料の接触あるいは
試料表面に生じたエバネッセント場とプローブの接触に
よって発生した光に基づいて情報を取得している。従っ
て、測定中に光源の波長を変えたりして、光源からの出
力光の強度に変動が生じた場合には、取得した情報は光
源の出力の変動による誤差を含んだものとなる。
【0006】本発明は、このような測定精度を低下させ
る要因を排除するために成されたものであり、その目的
は、光源の出力光の強度が変動した場合にも、精度の良
い測定を行える近接場光学顕微鏡を提供することであ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、探針の先端部
に近接するように配した試料に光を投射し、この光に由
来する探針よりの散乱光情報によって試料を観察する近
接場光学顕微鏡装置において、上記試料に光を投射する
投射手段と、上記投射手段より出力される光を受けて上
記試料に投射される光の強度を一定に保つように制御す
る制御手段と、を具備することを特徴とする。
【0008】上記制御手段は、例えば、上記投射手段か
らの光を減衰する透過型フィルタ手段と、上記透過型フ
ィルタ手段を透過した光の強度を検知する光強度検知手
段と、上記光強度検知手段の出力に基づき、上記透過型
フィルタ手段の透過率を変更することによって、上記試
料に投射される光の強度を一定に保つ透過率変更手段と
を具備する。
【0009】上記透過型フィルタ手段は、部位によって
連続して透過光量が変化する濃度分布を有しており、上
記透過率変更手段は、上記投射手段よりの光が透過する
上記透過型フィルター手段の部位を変更することにより
透過率を変更する。
【0010】別の例では、上記制御手段は、上記投射手
段からの光を減衰する反射型フィルタ手段と、上記反射
型フィルタ手段を反射した光の強度を検知する光強度検
知手段と、上記光強度検知手段の出力に基づき、上記反
射型フィルタ手段の反射率を変更することによって、上
記試料に投射される光の強度を一定に保つ反射率変更手
段とを具備する。
【0011】更に別の例では、上記制御手段は、上記投
射手段からの光を減衰するフィルタ手段と、上記フィル
タ手段を経由した上記試料に投射される光の強度を、上
記探針の温度を測定することにより検知する光強度検知
手段と、上記光検知手段の出力に基づき、上記フィルタ
手段の光の減衰率を変更することによって、上記試料に
投射される光の強度を一定に保つ減衰率変更手段とを具
備する。
【0012】
【発明の実施の形態】[第一の実施の形態]まず、第一
の実施の形態における近接場光学顕微鏡について図1と
図2を用いて説明する。
【0013】図1において、色素レーザ等の波長可変レ
ーザ光源3から射出された光束は、光減衰器であるND
(ニュートラルデンシティ)連続フィルタ4に入射す
る。このND連続フィルタ4は、透過型のフィルタで、
例えば、図2(a)に示すように矩形基板の長手方向に
連続的な濃度分布を有しており、その透過光はその長手
方向位置に応じて減光される。あるいは、図2(b)に
示すように円盤の角度方向に連続的な濃度分布を有して
おり、その透過光はその角度方向位置に応じて減光され
る。
【0014】ND連続フィルタ4は、その形態に応じ
て、光路を横切る位置を変更し得るように支持されてい
る。例えば、ND連続フィルタ4が、図2(a)に示す
ように矩形基板の長手方向に連続的な濃度分布を持つ形
態であれば、長手方向に移動可能に支持され、また、図
2(b)に示すように円盤の角度方向に連続的な濃度分
布を持つ形態であれば、回転可能に支持され、それぞ
れ、駆動用モータ8によって長手方向に直線移動あるい
は回転移動される。
【0015】ND連続フィルタ4を通過した光束は、ビ
ームスプリッタ5で2本に分けられる。ビームスプリッ
タ5を透過した測定用の光束は、ミラー9で反射された
後、試料1に入射する。試料1の表面には、プローブ2
の先端部に支持された先端が先鋭化された探針12が、
測定用の光束の波長以下に近づけられている。探針12
によって散乱された光は、対物レンズ10で集光され、
光検出器11で検出される。
【0016】一方、ビームスプリッタ5で反射されたも
う1本の光束は光検出器6に入射し、光検出器6は光源
3から射出された光の強度を検出する。制御回路7は光
検出器6の出力に応じて駆動用モータ8に制御し、光源
3の出力が常に所定の基準値と等しくなるように、ND
連続フィルタ4が光路を横切る位置、言い換えれば、光
源3から射出された光束がND連続フィルタ4を通過す
る位置を調整する。
【0017】このような制御の結果、光源3から出射さ
れる光束の強度が変動しても、試料1および探針12に
照射される光の強度は一定に保たれる。従って、安定し
た測定が行え、測定精度は向上される。
【0018】また、試料1に照射される光の強度が一定
に保たれるので、試料の光学的な性質が入射光の強度に
対して線形でない場合であっても、精度の良い測定を行
うことができる。
【0019】[第二の実施の形態]上述した実施の形態
では透過型のND連続フィルタを用いているが、図3に
示すように、反射型のND連続フィルタを用いても同様
の機能を持つ近接場光学顕微鏡を構成できる。以下、第
二の実施の形態として、図1の装置の透過型のND連続
フィルタを反射型のND連続フィルタに変更した構成に
ついて述べる。
【0020】この装置では、図3に示されるように、波
長可変レーザ光源3から射出された光束は、反射型のN
D連続フィルタ4’によって、ビームスプリッタ5に向
けて反射される。
【0021】反射型のND連続フィルタ4’は、例え
ば、図2(a)に示した透過型のND連続フィルタ4と
同様に、矩形基板の長手方向に連続的な濃度分布を有し
ており、その反射光はその長手方向位置に応じて減光さ
れる。あるいは、図2(b)に示した透過型のND連続
フィルタ4と同様に、円盤の角度方向に連続的な濃度分
布を有しており、その反射光はその角度方向位置に応じ
て減光される。
【0022】このND連続フィルタ4’も、透過型のN
D連続フィルタ4と同様に、矩形基板の長手方向に連続
的な濃度分布を持つ形態であれば、長手方向に移動可能
に支持され、また、円盤の角度方向に連続的な濃度分布
を持つ形態であれば、回転可能に支持され、それぞれ、
駆動用モータ8によって長手方向に移動あるいは回転さ
れる。
【0023】第二の実施の形態における他の構成と作用
は上述した第一の実施の形態と同様であり、ビームスプ
リッタ5を透過した光束はミラー9で反射されて試料1
および探針に照射され、探針12によって散乱された光
は対物レンズ10で集光されて光検出器11で検出され
る。また、ビームスプリッタ5で反射された光束は光検
出器6に入射し、光検出器6の出力に基づいて、光源3
の出力が常に所定の基準値と等しくなるように、ND連
続フィルタ4が光路を横切る位置が制御される。
【0024】その結果、第一の実施の形態と同様に、光
源3から出射される光束の強度の変動に影響されない安
定した測定が行える。 [第三の実施の形態]第三の実施の形態における近接場
光学顕微鏡について図4を用いて説明する。図中、第一
の実施の形態における部材と同じ部材は同じ参照符号で
示されている。
【0025】図4において、色素レーザ等の波長可変レ
ーザ光源3からの光束は、光減衰器であるND連続フィ
ルタ4を通過した後、ミラー9で反射されて試料1に入
射する。試料1の表面には、サーモパイルプローブ20
の先端部分21が、測定用の光束の波長以下に近づけら
れている。サーモパイルプローブ20の先端部分21に
よって散乱された光は、対物レンズ10で集光され、光
検出器11で検出される。
【0026】サーモパイルプローブ20は、その先端部
分21に光が照射されて加熱されると、その温度に対応
した電位の熱起電力を発生する。光の照射による温度変
化と照射光の強度との間には相関関係があり、従って、
予め、サーモパイルプローブ20の先端部分21に照射
する光の強度と、その照射光に応じて発生する熱起電力
を較正しておくことにより、先端部分21に照射される
光の強度を検出することができる。
【0027】サーモパイルプローブ20の先端部21に
発生する熱起電力は検出器23によって検出され、その
出力はサーモパイルプローブ20の先端部分21に照射
される光の強度に対応しており、制御回路7は、検出器
23の出力が常に所定の基準値と等しくなるように、駆
動用モータ8を制御してND連続フィルタ4が光路を横
切る位置を調整する。
【0028】このような制御の結果、試料1およびサー
モパイルプローブ20の先端部21に照射される光の強
度は一定に保たれ、光源3から出射される光束の強度の
変動に影響されない安定した測定が行える。
【0029】特に、この実施の形態では、試料およびサ
ーモパイルプローブに照射される光の強度を直接検出し
ており、光量測定のために光束を分割していないので、
装置構成が非常に簡単になっているうえに、試料に照射
される光束そのものの光量を測定しているので光量制御
を高い精度で行える。本発明は上述した実施の形態に何
等限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で行なわれるすべての実施を含む。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、光源の出力光の強度の
変動に影響されない安定した測定を行える近接場光学顕
微鏡が提供され、従って、より精度の高い分光測定等が
実現される。
【図面の簡単な説明】
【図1】第一の実施の形態による近接場光学顕微鏡の構
成概略図である。
【図2】図1の近接場光学顕微鏡に用いられるND連続
フィルタの二例を示しており、(a)は矩形基板形状で
その長手方向に連続的な濃度分布を持つND連続フィル
タの平面図、(b)は円盤形状でその角度方向に連続的
な濃度分布を持つND連続フィルタの平面図である。
【図3】第二の実施の形態による近接場光学顕微鏡の構
成概略図である。
【図4】第三の実施の形態による近接場光学顕微鏡の構
成概略図である。
【符号の説明】
3 波長可変レーザ光源 4 ND連続フィルタ 5 ビームスプリッタ 6 光検出器 7 制御回路 8 駆動用モータ 12 探針 10 対物レンズ 11 光検出器

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 探針の先端部に近接するように配した試
    料に光を投射し、この光に由来する探針よりの散乱光情
    報によって試料を観察する近接場光学顕微鏡装置におい
    て、 上記試料に光を投射する投射手段と、 上記投射手段より出力される光を受けて上記試料に投射
    される光の強度を一定に保つように制御する制御手段
    と、 を具備することを特徴とする近接場光学顕微鏡。
  2. 【請求項2】 上記制御手段は、 上記投射手段からの光を減衰する透過型フィルタ手段
    と、 上記透過型フィルタ手段を透過した光の強度を検知する
    光強度検知手段と、 上記光強度検知手段の出力に基づき、上記透過型フィル
    タ手段の透過率を変更することによって、上記試料に投
    射される光の強度を一定に保つ透過率変更手段と、 を具備することを特徴とする請求項1に記載の近接場光
    学顕微鏡。
  3. 【請求項3】 上記透過型フィルタ手段は、部位によっ
    て連続して透過光量が変化する濃度分布を有しており、 上記透過率変更手段は、上記投射手段よりの光が透過す
    る上記透過型フィルター手段の部位を変更することによ
    り透過率を変更することを特徴とする請求項2に記載の
    近接場光学顕微鏡。
  4. 【請求項4】 上記制御手段は、 上記投射手段からの光を減衰する反射型フィルタ手段
    と、 上記反射型フィルタ手段を反射した光の強度を検知する
    光強度検知手段と、 上記光強度検知手段の出力に基づき、上記反射型フィル
    タ手段の反射率を変更することによって、上記試料に投
    射される光の強度を一定に保つ反射率変更手段と、 を具備することを特徴とする請求項1に記載の近接場光
    学顕微鏡。
  5. 【請求項5】 上記制御手段は、 上記投射手段からの光を減衰するフィルタ手段と、 上記フィルタ手段を経由した上記試料に投射される光の
    強度を、上記探針の温度を測定することにより検知する
    光強度検知手段と、 上記光検知手段の出力に基づき、上記フィルタ手段の光
    の減衰率を変更することによって、上記試料に投射され
    る光の強度を一定に保つ減衰率変更手段と、 を具備することを特徴とする請求項1に記載の近接場光
    学顕微鏡。
JP12591098A 1998-05-08 1998-05-08 近接場光学顕微鏡 Withdrawn JPH11326345A (ja)

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JPH11326345A true JPH11326345A (ja) 1999-11-26

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP12591098A Withdrawn JPH11326345A (ja) 1998-05-08 1998-05-08 近接場光学顕微鏡

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017207331A1 (de) * 2016-06-01 2017-12-07 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Verlaufsfilteranordnung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017207331A1 (de) * 2016-06-01 2017-12-07 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Verlaufsfilteranordnung

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Effective date: 20050802