JPH1144693A

JPH1144693A - 近接場光学顕微鏡のプローブチップ位置の測定方法とその装置および制御装置

Info

Publication number: JPH1144693A
Application number: JP19970897A
Authority: JP
Inventors: Takashi Tokisaki; 高志時崎; Toshiaki Tani; 俊朗谷
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1997-07-25
Filing date: 1997-07-25
Publication date: 1999-02-16

Abstract

(57)【要約】【課題】小型、高感度で、調整が簡単なプローブチッ
プの振動振幅の測定系を本体と分離して設置可能にし、
本体を極限環境下において使用できるようにする。【解決手段】所定波長の制御用レーザー光を光ファイ
バー３を用いてプローブチップ５に射出し、その散乱光
と光ファイバーの端面３ａからの反射光とを光ファイバ
ー３を用いて戻し、その干渉を利用してプローブチップ
５の振動振幅を測定する。この振動振幅によってプロー
ブチップ５と試料９との距離を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、近接場光学を利用
した走査型顕微鏡であり、高真空，極低温などの極限環
境において光の波長以下の空間分解能を持つ分光を行う
ための近接場光学顕微鏡に関し、特に、そのプローブチ
ップ位置の測定方法とその装置および制御装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】走査型トンネル顕微鏡が近年実用化さ
れ、金属表面の原子像が明瞭に観察されるようになっ
た。光におけるトンネル現象を利用した装置が近接場光
学顕微鏡であり、通常の光学顕微鏡では得られない波長
以下の空間分解能が得られる。

【０００３】近接場光学顕微鏡のプローブには直径が波
長以下に先鋭化された光ファイバープローブチップが用
いられ、プローブチップと試料との間の距離を波長以下
にすることで、光のトンネル現象が起き、そのときの空
間分解能がプローブチップ先端の直径で決まる。プロー
ブチップと試料との間の距離は、プローブチップと試料
との間の原子間力を用いて制御される。プローブチップ
は、鞭のように“しなり振動”をさせておくと、試料と
の距離が短くなるにつれて原子間力によって振動振幅が
小さくなる。この振動振幅を計測し、この信号を試料位
置制御用のピエゾ圧電素子にフィードバックすることで
プローブチップの位置制御が行われる。

【０００４】従来の振動振幅の測定では光学的な制御系
が用いられている。すなわち、制御用半導体レーザーの
出力光をプローブチップの先端に集光し、プローブチッ
プによる回折光の強度を分割型フォトダイオードで測定
する方法が用いられてきた。

【０００５】図６を参照して、従来の近接場光学顕微鏡
のプローブチップ位置の制御装置について説明する。プ
ローブチップ５は、発振器１２の出力信号により振動す
る振動用ピエゾ素子６によってしなり振動をしながら光
ファイバー１８を経由した観察用レーザー光源１７から
のレーザー光を試料９に射出する。一方、制御用レーザ
ー光源２５からプローブチップ５に向けて射出された制
御用レーザー光はプローブチップ５の振動によって光路
が分かれ、分割型フォトダイオード２６のそれぞれの素
子に入射する。分割型フォトダイオード２６のそれぞれ
の素子の出力信号Ｓ₁ およびＳ₂ は、プローブチップ５
の振動と同じ周期で、プローブチップ５の振動の大きさ
によってその大きさが互いに異なる２つの信号となる。
差動増幅器２７はこの２つの信号Ｓ₁ およびＳ₂ それぞ
れの大きさの差に応じた信号を出力し、これがロックイ
ン増幅器２８に入力され、発振器１２の信号と同じ周波
数成分のみが増幅される。Ｚ軸用誤差増幅器２９は、ロ
ックイン増幅器２８の出力と設定入力との誤差増幅を行
い、Ｚ軸用ピエゾ素子２４に出力し、これを制御する。
すなわち、プローブチップ５と試料９との距離が小さく
なるとプローブチップ５の振動振幅は減少し、それに対
応して分割型フォトダイオード２６，差動増幅器２７、
ロックイン増幅器２８、およびＺ軸用誤差増幅器２９の
出力が低下してプローブチップ５と試料９との距離を広
げるように動く。逆に、プローブチップ５と試料９との
距離が大きくなると、この距離を狭めるように、このフ
ィードバック系は動作して、結果として、プローブチッ
プ５と試料９との距離を数ナノメートル程度の一定の値
に保つ働きをする。

【０００６】また、設定入力の設定値を変えることによ
り、プローブチップ５と試料９との距離を別の所望の値
に設定することができる。

【０００７】しかしながら、従来技術では、次のような
欠点があった。

【０００８】１）回折光の強度変化を利用するため、感
度向上のためにフォトダイオードをプローブチップから
離す必要があり、振動測定系が大きくなる。

【０００９】２）振動測定系を極限環境下に置くことが
できない。また、測定系のみを分離して極限環境下に置
き、制御光学系を通常環境下に置けば、振動ノイズの影
響を受けやすくなり、高分解能が期待できない。

【００１０】３）プローブチップの位置および振動振幅
の絶対値が測定できない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらの従
来技術の欠点を除去し、さらに小型であり、簡便な調整
のみで高感度なプローブチップの振動振幅測定系を持つ
近接場光学顕微鏡のプローブチップ位置の測定方法とそ
の装置および制御装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる近接場光
学顕微鏡のプローブチップ位置の測定方法は、その先端
から試料に観察用レーザー光を射出するためのプローブ
チップを所定の周期で振動させて、その振動の振幅によ
って前記プローブチップの先端と試料との距離を決める
近接場光学顕微鏡のプローブチップ位置の測定方法であ
って、光ファイバーを用いて所定波長の制御用レーザー
光を伝送し前記プローブチップに射出するとともに、前
記光ファイバーの端面での反射光と前記プローブチップ
からの散乱光との間の干渉を利用して非接触で前記光フ
ァイバーの端面からの前記プローブチップの位置を測定
するものである。

【００１３】また、本発明にかかる近接場光学顕微鏡の
プローブチップ位置の測定装置は、その先端から試料に
観察用レーザー光を射出するためのプローブチップを有
し、このプローブチップを所定の周期で振動させてその
振動の振幅によって前記プローブチップの先端と試料と
の距離を決める近接場光学顕微鏡のプローブチップ位置
の測定装置であって、所定波長の制御用レーザー光を伝
送し前記プローブチップに向けて射出する光ファイバー
と、前記光ファイバーの端面での反射光と前記プローブ
チップからの散乱光との間の干渉に応じた出力を得る光
検出器と、この光検出器の出力から前記光ファイバーの
端面からの前記プローブチップの位置を測定する測定手
段とを具備したものである。

【００１４】また、本発明にかかる近接場光学顕微鏡の
プローブチップ位置の測定装置は、その先端から試料に
観察用レーザー光を射出するためのプローブチップを有
し、このプローブチップを所定の周期で振動させてその
振動の振幅によって前記プローブチップの先端と試料と
の距離を決める近接場光学顕微鏡のプローブチップ位置
の測定装置であって、所定波長の制御用レーザー光を伝
送し前記プローブチップに向けて射出する光ファイバー
と、前記光ファイバーの端面での反射光と前記プローブ
チップからの散乱光と間の干渉に応じた出力を得る光検
出器の出力から前記プローブチップの振動振幅を測定す
る振動振幅測定部とを具備したものである。

【００１５】また、本発明にかかる近接場光学顕微鏡の
プローブチップ位置の測定装置は、前記プローブチップ
からの散乱光を光ファイバーを用いて伝送することで、
前記光ファイバーの端面からのプローブチップの位置を
遠隔で測定するものである。

【００１６】また、本発明にかかる近接場光学顕微鏡の
プローブチップ位置の測定装置は、制御用レーザー光の
伝送および前記プローブチップからの散乱光と前記光フ
ァイバーの端面での反射光との伝送を１本の光ファイバ
ーで行うものである。

【００１７】また、本発明にかかる近接場光学顕微鏡の
プローブチップ位置の測定装置は、前記プローブチップ
と前記光ファイバーとを金属ブロックに固定するもので
ある。

【００１８】さらに、本発明にかかる近接場光学顕微鏡
のプローブチップ位置の制御装置は、その先端から試料
に観察用レーザー光を射出するためのプローブチップを
有し、前記プローブチップを所定の周期で振動させて、
その振動の振幅によって前記プローブチップの先端と試
料との距離を制御する近接場光学顕微鏡のプローブチッ
プ位置の制御装置であって、光ファイバーを用いて所定
波長の制御用レーザー光を伝送し前記プローブチップに
射出するとともに、前記光ファイバーの端面での反射光
と前記プローブチップからの散乱光との間の干渉を利用
して前記プローブチップの振動の振幅を測定する振動振
幅測定部と、前記振動振幅測定部の出力信号によって前
記試料からの前記プローブチップの位置を所望の値に設
定する制御部を具備したものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明は、次のようにして光ファ
イバー干渉計を利用して遠隔でプローブチップの位置を
検出する。

【００２０】１）半導体レーザー・フォトダイオード光
学系部分と干渉部分を分離し、その間を光ファイバーに
より結合する。

【００２１】これにより、それぞれの部分を別の環境下
に分離して配置することが可能となった。また、顕微鏡
の大きさを従来の数分の一に小さくするとともに、極限
環境下での使用に耐えるものとした。

【００２２】２）光ファイバーから拡散する射出光を集
光せずに円形の断面を持つプローブチップに照射し、表
面から拡散する散乱光を同じ光ファイバーを通して光学
系部分へ戻す構造としている。

【００２３】これによって、直径１０μｍ程度のプロー
ブチップであっても容易に光学軸調整ができる。

【００２４】３）プローブチップと光ファイバーとの距
離を１００μｍ以下とすることで検出感度を高めてい
る。（従来は、プロープチップとフォトダイオードが数
ｃｍ以上離れている必要があった。）そのような配置を
行うことで顕微鏡の大きさを小さくするとともに、プロ
ーブチップと光ファイバーとの機械的な結合が強くな
り、振動ノイズの影響を非常に小さく抑えられる構造と
なっている。

【００２５】４）干渉計出力が、光ファイバーの端面と
プローブチップとの距離に対して制御用レーザーの波長
の１／２を周期として正弦波的に振動するので、これを
マーカーとしてプローブチップの振動振幅を測定する。

【００２６】これによって、この振動振幅が波長の１／
１００程度まで正確に求められるようになった。また、
光ファイバーの端面を基準面としてプローブチップの移
動量が求められるようになった。

【００２７】５）光ファイバーがプローブチップの先端
に近接しているため、光ファイバーが試料に接触するこ
とを避けるために光ファイバーをプローブチップに対し
て垂直から傾けて配置することが可能である。これに
は、光ファイバーの端面を軸に対して垂直から傾けて切
断し、光ファイバーから斜めに光を取り出すことで実現
する。

【００２８】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の構成を示すブロ
ック図、図２は、本発明の他の実施例の構成を示すブロ
ック図である。

【００２９】図１において、１は半導体レーザー、２は
半透過プリズム、３は単一モードの光ファイバー、３ａ
はこの光ファイバー３の端面、４は光検出器、５はプロ
ーブチップ、５ａはプローブチップの先端、６は振動用
ピエゾ素子、７は制御部、８はＸＹＺ位置決め用ピエゾ
素子、９は試料、１０はプローブチップ位置測定部、１
６は振動振幅測定部、１８は光ファイバーである。

【００３０】なお、光ファイバー３の端面３ａ部分，プ
ローブチップ５を固定したプローブチップ振動用のピエ
ゾ素子６およびＸＹＺ位置決め用ピエゾ素子８は金属ブ
ロック（不図示）に調整可能に固定されている。またプ
ローブチップ５や試料９等は極低温に保持するクライオ
スタット中に収容されるが、図示は省略してある。

【００３１】波長８００ｎｍの半導体レーザー１の出力
光（制御用レーザー光）は、半透過プリズム２を通して
単一モードの光ファイバー３（コア径４μｍ，長さ３
ｍ）に集光する。光ファイバー３中を伝搬したレーザー
光は、光ファイバー３の端面３ａに到達する。ここで、
４％のレーザー光は反射して光ファイバー３を戻り、残
り９６％が光ファイバー３の端面３ａより射出される。
射出されたレーザー光は、光ファイバー３の端面３ａか
ら約１００μｍ離れたプローブチップ５に照射される。
このプローブチップ５の表面はアルミニウム蒸着されて
いて、照射されたレーザー光は、プローブチップ５によ
り散乱される。この散乱光の一部は光ファイバー３に戻
り、光ファイバー３の端面３ａでの反射光とともに光フ
ァイバー３を戻る。光ファイバー３を戻ったレーザー光
は半透過プリズム２で反射されて光検出器４に入る。こ
こで、２つの戻り光が干渉し、光ファイバー３の端面３
ａとプローブチップ５との距離に応じた電気信号（光検
出器４の出力信号）が得られる。そこで、プローブチッ
プ５を振動用ピエゾ素子６で振動させておくと、プロー
ブチップ５の振動に対応した光検出器４の出力信号が得
られる（振動用エピゾ素子の駆動については、図２を参
照して後述する。）。プローブチップ５の振動の振幅が
半導体レーザー１の波長（８００ｎｍ）の１／４より十
分に小さい場合には、光検出器４の出力信号の振幅がプ
ローブチップ５の振動の振幅に比例する。この関係から
振動振幅測定部１６において正確にプローブチップ５の
振動振幅が求められる。

【００３２】このように、半導体レーザー１、半透過プ
リズム２、光ファイバー３および光検出器４などで構成
する光ファイバー干渉計の出力信号を用いて、プローブ
チップ５の振動振幅が求められる。

【００３３】振動振幅の測定についてさらに説明する。
振動用ピエゾ素子６に印加する交流電圧を上げていく
と、電圧に比例して光検出器４の出力信号の振幅は増加
するが、ある電圧に達するとそれ以上光検出器４の出力
信号の振幅は増加せず、逆に低下する現象が生じる。こ
の状態がプローブチップ５の振幅の値が制御用レーザー
光の波長の１／８に対応する値を示す状態である。

【００３４】この状態において、例えば、制御用レーザ
ー光の波長が８００ｎｍであれば、プローブチップ５の
振動の振幅は８００ｎｍ×１／８＝１００ｎｍである。
そしてこのときの光検出器４の出力電圧の振幅が、プロ
ーブチップ５の振幅が１００ｎｍに対応する電圧であ
り、この例では６５ｍＶである。そして、実際に顕微鏡
として動作しているときの信号振幅の比からプローブチ
ップ５の振幅が求められる。

【００３５】いま、この状態からプローブチップ５の振
幅を減少させていき、図３に示すように、この値が５．
２ｍＶであればプローブチップ５の振幅は（５．２ｍＶ
／６５ｍＶ）×１００ｎｍ＝８ｎｍとして求められる。

【００３６】次に、光ファイバー３の端面３ａとプロー
ブチップ５との距離を測定するプローブチップ位置測定
部１０の動作を、図５を参照して説明する。

【００３７】図５は、光ファイバー３の端面３ａとプロ
ーブチップ５との距離（プローブチップ位置）の求め方
を説明するための図である。

【００３８】２つの戻り光の干渉による光検出器４の出
力信号Ｖ_PDが下記のようになることから位置を測定す
る。

【００３９】

【数１】ここで、Ｖａは２つの戻り光の干渉による振幅、Ｌはプ
ローブチップ５と光ファイバー３の端面３ａとの距離、
λは制御用レーザーの波長、Ｖ₀とφ₀はそれぞれ信号の
電圧オフセットと、位相オフセットである。

【００４０】電圧オフセットＶ_Oは、光ファイバー３の
端面３ａによる反射の強度とプローブチップ５で散乱し
て光ファイバー３に戻った散乱光の強度が一致しないた
めに生じるものである。この電圧オフセットＶ_Oが小さ
い方がＳ／Ｎは良いが、近接場光学顕微鏡の性能自体に
本質な影響はない。

【００４１】位相オフセットφ_Oは、プローブチップ５
の表面の金属面における散乱光の位相のずれから生じる
もので、完全導体の平面による反射を考えるならば、φ
_O＝０となるはずのものである。プローブチップ５のＺ
軸方向の制御では、絶対的な距離Ｌを求める心要はない
ので、位相オフセットφ_OによりＺ方向の制御に問題は
起きない。

【００４２】なお、ここで述べている位置は絶対的なも
のではなく、１／２波長の整数倍の距離オフセットがの
った上での位置を指している。

【００４３】距離オフセットは、図５のグラフにおいて
１／２波長ごとに同じ波形が繰り返されることにより生
じる。プローブチップ５のＺ軸方向の最適な制御は、プ
ローブチップ５の平均値が、Ｖ_PD＝Ｖ_O＋Ｖ_a、（ΔＬ／
Δ_PD＞０）となるように調整することで得られる。この
ような調整条件は、距離Ｌを１／２波長の整数倍だけ増
減させても成り立つ。実際の配置ではＬ＝５０μｍ〜１
００μｍとしている。この距離オフセットは、光ファイ
バー３の端面を３ａをプローブチップ５に限りなく近ず
けてλ／８の点を求め、そこから遠ざけながらλ／２の
数を数えることにより求めることができる。

【００４４】このようにして測定したプローブチップ５
と光ファイバー３の端面３ａとの距離は、振動している
プローブチップ５の平均的な位置を表しているので、試
料９を観察中にプローブチップ５が一定の位置にあるこ
とを確認することができる。逆に、プローブチップ５の
振動振幅は、位置の変動分としてとらえることができ
る。

【００４５】なお、プローブチップ５の散乱光は、射出
用の光ファイバー３とは別の光ファイバーを用いて伝送
してもよい。

【００４６】次に、図２を参照して、近接場光学顕微鏡
のプローブチップ位置の制御装置について説明する。

【００４７】図２において、１１はプローブチップ位置
検出光学系、１２は発振器、１３はロックイン増幅器、
１４はＺ軸用誤差増幅器、１５はコンピュータ、１７は
観察用レーザー光源、１８は光ファイバー、１９は光検
出器、２０はＸ、Ｙ軸用増幅器、２２は鏡、２３は光検
出器である。なお、図１と同じ符号のものは説明を省略
する。

【００４８】プローブチップ位置検出光学系１１は、図
１の半導体レーザー１，半透過プリズム２，光ファイバ
ー３および光検出器４などで構成されていて、プローブ
チップ５の振動の振幅を測定し、振動振幅に応じた電気
信号の振幅を出力するものである。

【００４９】発振器１２はプローブチップ５の共鳴周波
数の交流電圧（振幅＝０Ｖ〜１Ｖ）を発生し、振動用ピ
エゾ素子６に出力して、これを振動させる。同時に、こ
れと同じ周波数および位相を持つ交流電圧を出力し、ロ
ックイン増幅器１３の参照信号とする。ロックイン増幅
器１３にはプローブチップ位置検出光学系１１からの信
号（振幅＝数ｍＶ）が入力され、参照信号と同じ周波数
の信号成分のみが増幅され（約１０００倍）、振動振幅
に相当する電圧が出力される。この出力は、Ｚ軸用誤差
増幅器１４（増幅率２００倍）に入力されて設定値入力
の電圧との誤差増幅を行う。その出力電圧はＸＹＺ位置
決め用ピエゾ素子８のＺ軸方向位置決め用ピエゾ素子に
印加されフィードバックループを形成する。このフィー
ドバックループは、プローブチップ５と試料９との距離
が小さくなると、プローブチップ５の振動振幅は減少
し、それに対応してプローブチップ位置検出光学系１
１，ロックイン増幅器１３，Ｚ軸用誤差増幅器１４の出
力電圧が低下し、この電圧低下がプローブチップ５と試
料９との距離を広げるように働く。逆にプローブチップ
５と試料９との距離が大きくなるとＺ軸用誤差増幅器１
４の出力電圧が上昇して、プローブチップ５と試料９と
の距離を狭めるように働く。このフィードバックにより
プローブチップ５と試料９との距離が一定（数ナノメー
トル）に保たれる。

【００５０】このプローブチップ５と試料９との距離
は、Ｚ軸用誤差増幅器１４に入力される設定値入力の設
定値によって所望の値に設定し、制御することができ
る。通常は、プローブチップ５と資料９との距離が実質
的に無限大のときの振動振幅の半分の値になるよう設定
する。

【００５１】近接場光学顕微鏡としては、試料９は、Ｘ
ＹＺ位置決め用ピエゾ素子８に載置され、コンピュータ
１５の指令を受けたＸ，Ｙ軸用増幅器の出力によってＸ
ＹＺ位置決め用ピエゾ素子８が制御されて、所望のＸ，
Ｙ軸上の位置に順次位置決めされながら、プローブチッ
プ５に波長３００ｎｍ〜１５００ｎｍの観察用レーザー
光が一定の距離から入射され、直径１００ｎｍ以下の出
射口より試料９に向けて照射される。試料９を透過した
レーザー光は試料９の下方３ｃｍに置かれた光検出器１
９によって検出され、また、上方へ散乱したレーザー光
は試料９の表面に４５度の方向に５ｃｍ離れた位置に置
かれた鏡２２で水平方向に反射されて光検出器２３で検
出される。これらはＸ，Ｙ方向の掃引に対応した信号と
してコンピュータ１５によって画面上に画像化される。

【００５２】図３は、プローブチップ５の振幅が制御用
レーザー光の波長（８００ｎｍ）の１／１００（８ｎ
ｍ）の場合の光検出器４の信号（上段）とＸＹＺ位置決
め用ピエゾ素子８に印加したＺ軸用誤差増幅器１４の電
圧（下段）の信号を示している。すでに述べたように、
プローブチップ５の振動振幅が、制御用レーザー光の波
長（８００ｎｍ）の１／８波長であるときのプローブチ
ップ位置検出光学系１１の出力（光検出器４の出力）の
信号振幅が６５ｍＶであることを読みとってある。すな
わち、この測定の場合、１／８波長に対する信号が約６
５ｍＶであり、電圧の比がほぼ振幅の比に対応している
一方で、光検出器４の信号振幅は５．２ｍＶと観測でき
るからプローブチップの振動振幅は（５．２ｍＶ／６５
ｍＶ）×１／８＝１／１００として振幅＝１／１００波
長が求められる。

【００５３】図４は、本発明のプローブチップ位置の制
御装置を用いた近接場光学顕微鏡によって得られたコン
パクトディスク表面のピット像を示す図である。コンパ
クトディスク表面に刻まれている０．５μｍ幅のピット
構造が明瞭に観察されることから、この装置の空間分解
能が光の波長以下であることが分かる。

【００５４】

【発明の効果】本発明の近接場光学顕微鏡のプローブチ
ップ制御装置により、これまで困難であった近接場光学
顕微鏡の極限的な環境下での使用が測定確度の低下なし
で容易に行なえる。特に極低温下でのみ発現する量子力
学的な効果を光学的に評価することができる。また、本
制御装置ではプロープチップの振幅が正確に求められる
ので、これよりプローブチップと試料との間の原子間力
が求められ、また、試料からのプローブチップの位置が
所望の値に設定でき、一定に保つことができるので、試
料９の表面状態の評価が定量的に測定可能となる。

【００５５】また、本発明によれば、光ファイバーを用
いて所定波長の制御用レーザー光を伝送しプローブチッ
プに射出するとともに、光ファイバーの端面での反射光
とプローブチップからの散乱光との間の干渉を利用して
光ファイバーの端面からのプローブチップの位置を測定
するので、非接触でプローブチップの位置を測定するこ
とができ、また、プローブチップからの散乱光を光ファ
イバーを用いて伝送することで、プローブチップの位置
を遠隔で測定することができる。また、制御用レーザー
光の伝送およびプローブチップからの散乱光と光ファイ
バーの端面での反射光の伝送を１本の光ファイバーで行
うことができ、さらに、プローブチップと光ファイバー
とを金属ブロックに固定することで、振動の大きい環境
でも高分解測定が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】本発明の他の実施例の構成を示すブロック図で
ある。

【図３】プロープチップの振動振幅が１／１００波長
（８ｎｍ）の場合の光検出器の信号（上段）とＸＹＺ位
置決め用ピエゾ素子に印加したＺ軸用誤差増幅器の電圧
の信号（下段）を示す図である。

【図４】本発明のプローブチップ制御装置を用いた近接
場光学顕微鏡によって得られたコンパクトディスク表面
のピット像を示す図である。

【図５】光ファイバーの端面とプローブチップとの距離
（プローブチップ位置）の求め方を説明するための図で
ある。

【図６】従来の近接場光学顕微鏡のプローブチップ位置
の制御装置を示す図である。

【符号の説明】

１半導体レーザー２半透過プリズム３光ファイバー３ａ光ファイバーの端面４光検出器５プローブチップ５ａプローブチップの先端６振動用ピエゾ素子７制御部８ＸＹＺ位置決め用ピエゾ素子９試料１０プローブチップ位置測定部１１プローブチップ位置検出光学系１２発振器１３ロックイン増幅器１４Ｚ軸用誤差増幅器１５コンピュータ１６振動振幅測定部１７観察用レーザー光源１８光ファイバー１９光検出器２０Ｘ，Ｙ軸用誤差増幅器２２鏡２３光検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】その先端から試料に観察用レーザー光を
射出するためのプローブチップを所定の周期で振動させ
て、その振動の振幅によって前記プローブチップの先端
と試料との距離を決める近接場光学顕微鏡のプローブチ
ップ位置の測定方法であって、光ファイバーを用いて所定波長の制御用レーザー光を伝
送し前記プローブチップに射出するとともに、前記光フ
ァイバーの端面での反射光と前記プローブチップからの
散乱光との間の干渉を利用して非接触で前記光ファイバ
ーの端面からの前記プローブチップの位置を測定するこ
とを特徴とする近接場光学顕微鏡のプローブチップ位置
の測定方法。
【請求項２】その先端から試料に観察用レーザー光を
射出するためのプローブチップを有し、このプローブチ
ップを所定の周期で振動させてその振動の振幅によって
前記プローブチップの先端と試料との距離を決める近接
場光学顕微鏡のプローブチップ位置の測定装置であっ
て、所定波長の制御用レーザー光を伝送し前記プローブチッ
プに向けて射出する光ファイバーと、前記光ファイバー
の端面での反射光と前記プローブチップからの散乱光と
の間の干渉に応じた出力を得る光検出器と、この光検出
器の出力から前記光ファイバーの端面からの前記プロー
ブチップの位置を測定する測定手段とを具備したことを
特徴とする近接場光学顕微鏡のプローブチップ位置の測
定装置。
【請求項３】その先端から試料に観察用レーザー光を
射出するためのプローブチップを有し、このプローブチ
ップを所定の周期で振動させてその振動の振幅によって
前記プローブチップの先端と試料との距離を決める近接
場光学顕微鏡のプローブチップ位置の測定位置であっ
て、所定波長の制御用レーザー光を伝送し前記プローブチッ
プに向けて射出する光ファイバーと、前記光ファイバー
の端面での反射光と前記プローブチップからの散乱光と
の間の干渉に応じた出力を得る光検出器と、この光検出
器の出力から前記プローブチップの振動振幅を測定する
振動振幅測定部とを具備したことを特徴とする近接場光
学顕微鏡のプローブチップ位置の測定装置。
【請求項４】前記プローブチップからの散乱光を光フ
ァイバーを用いて伝送することで、前記光ファイバーの
端面からのプローブチップの位置を遠隔で測定すること
を特徴とする請求項２または３記載の近接場光学顕微鏡
のプローブチップ位置の測定装置。
【請求項５】制御用レーザー光の伝送および前記プロ
ーブチップからの散乱光と前記光ファイバーの端面での
反射光との伝送を１本の光ファイバーで行うことを特徴
とする請求項２乃至４のいずれかに記載の近接場光学顕
微鏡のプローブチップ位置の測定装置。
【請求項６】前記プローブチップと前記光ファイバー
とを金属ブロックに固定することを特徴とする請求項２
乃至５のいずれかに記載の近接場光学顕微鏡のプローブ
チップ位置の測定装置。
【請求項７】その先端から試料に観察用レーザー光を
射出するためのプローブチップを有し、前記プローブチ
ップを所定の周期で振動させて、その振動の振幅によっ
て前記プローブチップの先端と試料との距離を制御する
近接場光学顕微鏡のプローブチップ位置の制御装置であ
って、光ファイバーを用いて所定波長の制御用レーザー光を伝
送し前記プローブチップに射出するとともに、前記光フ
ァイバーの端面での反射光と前記プローブチップからの
散乱光との間の干渉を利用して前記プローブチップの振
動の振幅を測定する振動振幅測定部と、前記振動振幅測
定部の出力信号によって前記試料からの前記プローブチ
ップの位置を所望の値に設定する制御部を具備したこと
を特徴とする近接場光学顕微鏡のプローブチップ位置の
制御装置。