JPWO2018047547A1 - 測定装置、顕微鏡、及び測定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
d=0.61λ/NA ・・・(1)
拡大する拡大光学系の収差(ザイデル5収差、色収差)が畳み込まれる。
拡大する拡大光学系の光学調整のミスアライメントによる影響がある。
集光角、すなわち、開口数が拡大する対物レンズで制限される。
本実施の形態にかかる測定装置は、光ビームの焦点内又は焦点近傍に配置され、光を散乱して散乱光を発生する粒子と、前記粒子の前方に散乱した前方散乱光で、かつ、焦点を形成する最大集光角に対応する最大発散角より大きい角度への散乱光の強度を検出する光検出器と、前記焦点に対する前記粒子の相対位置を変化させる駆動部と、を備えたものである。そのため、本実施の形態にかかる測定装置、及び測定方法は、レンズによって集光された光ビームの集光スポット内、及びその近傍における光強度の空間分布を測定する。例えば、測定装置は、レーザ顕微鏡の対物レンズの集光スポット内、及びその近傍における光強度の空間分布を測定する。
まず、本実施の形態にかかる測定装置、及び測定方法で利用される測定原理について説明する。図1は、本実施の形態にかかる測定装置、及び測定方法で利用される測定原理を説明するための図である。図1に示すように、対物レンズ51は照明光L1を集光することで、対物レンズ51の焦点に集光スポットS1が形成されている。
開口数NA=n×sinθ ・・・(2)
n:焦点が存在する媒質の屈折率(空気の場合は、n=1)
θ:集光角(光軸と最外側の集光光線の角度)
標準的な高倍率対物レンズ100×、N=0.9でθ=64.2°となる。
C*sin2(α) ・・・(3)
なお、Cは比例定数である。金ナノ粒子11での散乱は、図3に示すように後方散乱と、前方散乱とに分けられる。すなわち、後方散乱光は、金ナノ粒子11から対物レンズ51側に向かう散乱光となる。後方散乱光は、対物レンズ51に近づく方向(図3中の上方向)に伝播する。前方散乱光は、金ナノ粒子11から対物レンズ51と反対側に向かう散乱光となる。すなわち、前方散乱光は、対物レンズ51から離れる方向(図3中の下側)に伝播していく。
そこで、本実施の形態では、光検出器21と金ナノ粒子11との間に照明光L1を遮光する遮光部を配置している。図4に、本実施の形態にかかる測定装置の測定光学系101を示す。測定光学系101は、金ナノ粒子11と、保持部材12と、遮光部13と、光検出器21と、を備えている。
n2/n1=sinθ1/sinθ2 ・・・(4)
測定光学系101の変形例1を図8に示す。図8に示す変形例1では、遮光部13の位置が図4の構成と異なっている。具体的には、遮光部13が保持部材12の内部に設けられている。すなわち、保持部材12の保持面12aと凸面12bとの間に、遮光部13が配置されている。遮光部13の配置以外は、実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。また、図8では対物レンズ51を省略している。遮光部13は、焦点を形成する最大集光角に対応する最大発散角よりも小さい角度への散乱光L2と、金ナノ粒子11で散乱されない光ビームの発散光L3とを遮光する。
本実施の形態にかかる測定装置の測定光学系102を図9に示す。測定光学系102では、測定光学系101に加えて、集光レンズ15を備えている。本実施の形態2では、保持部材12と光検出器21との間に1枚の集光レンズ15がリレーレンズとして配置されている。
図9では、遮光部13が保持部材12と集光レンズ15との間に配置されていたが、遮光部13を配置する位置は特に限定されるものではない。すなわち、遮光部13は保持面12aと光検出器21との間に配置されていればよい。図10は、遮光部13の配置例を示す図である。遮光部13は、焦点を形成する最大集光角に対応する最大発散角よりも小さい角度への散乱光L2と、金ナノ粒子11で散乱されない光ビームの発散光L3とを遮光する。
本実施の形態にかかる測定装置の測定光学系103を図11に示す。測定光学系103は、測定光学系102に加えて、コリメートレンズ14を備えている。本実施の形態3では、保持部材12と光検出器21との間に集光レンズ15、及びコリメートレンズ14がリレーレンズとして配置されている。
なお、図11では、遮光部13が保持部材12とコリメートレンズ14との間に配置されていたが、遮光部13を配置する位置は特に限定されるものではない。すなわち、遮光部13は保持面12aと光検出器21との間に配置されていればよい。図12は、遮光部13の配置例を示す図である。遮光部13は、焦点を形成する最大集光角に対応する最大発散角よりも小さい角度への散乱光L2と、金ナノ粒子11で散乱されない光ビームの発散光L3とを遮光する。
実施例にかかる測定装置100の構成について、図13、図14を用いて説明する。図13は、測定装置100の外観、及び制御構成を示す図である。図13は測定装置100の外観を斜視的に示している。図14は、測定装置100の本体部の内部構成を示す断面図である。なお、図14では測定光学系103を用いた例が示されている。すなわち、保持部材12と光検出器21との間にコリメートレンズ14、及び集光レンズ15が配置されている。
実施の形態4にかかる測定装置の構成について、図19を用いて、説明する。図19では、図9の構成において、集光レンズ15がコリメートレンズ14に置き換わっている。換言すると、図11の構成から、集光レンズ15が取り除かれた構成となっている。そして、光検出器21の受光サイズが遮光部13よりも大きくなっている。なお、実施の形態1〜3と共通の内容については適宜説明を省略する。
本実施の形態では、実施の形態1〜4における測定装置の光学系において、好ましい角度設定について説明する。図21に、金ナノ粒子11を原点とする極座標系を示す。なお、XY面は、保持部材12の保持面12aとなっている。
3{(cosθ1−cos3θ1)−(cosθ2−cos3θ2)}Ez2が求めたい値である光強度I(式(5)、(6)参照)のアーティファクトとなっている。
3{F(θ1)−F(θ2)}Ez2 ・・・(12)
θ1<cos−1(1/√3)<θ2 ・・・(13)
本実施の形態では、測定装置の金ナノ粒子11を利用して、光の電場を求めるものである。すなわち、光検出器の検出結果に基づいて、式(5)に示す光の電場成分Ex,Ey,Ezを求めることができる。以下、実施の形態6にかかる測定方法の原理について説明する。
測定条件を変える第1の方法としては、光検出器21の位置を変えて複数回測定する方法がある。例えば、図23のように、光検出器21a〜21dの位置でそれぞれ散乱光L2を検出する。図23では、検出器21のサイズを小さいものとする。2以上の方向の進行波が重なり合う位置(図23の斜線部)に金ナノ粒子11を配置する。図23では、進行波が入射しない位置に、光検出器21が配置されている。単一の光検出器21を移動することで、測定条件を変えた測定を行うことができる。あるいは、複数の光検出器を異なる位置に配置してもよい。
測定条件を変える第2の方法としては、複数の受光素子を有する光検出器21を用いる方法がある。例えば、図24のように、複数の受光素子211〜213を有する光検出器21が用いられる。図24では、CCD(Charge-Coupled Device)カメラ、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサなど、画素が2次元アレイ状に配列された2次元アレイ検出器が光検出器21として用いられている。受光素子211〜213のそれぞれが画素となる。
測定条件を変える第3の方法としては、光検出器21の前段に配置された遮光部13の形状、サイズ、位置などを変える方法がある。例えば、図25のように、光検出器21の前側に複数の遮光部131〜134を配置する。遮光部131〜134は、光検出器21の一部を覆うように配置された遮光板である。そして、遮光部131〜134は、光検出器21の異なる部分を遮光するように配置されている。
11 金ナノ粒子
12 保持部材
12a 保持面
12b 凸面
13 遮光部
14 コリメートレンズ
15 集光レンズ
21 光検出器
31 駆動部
32 第1鏡筒
33 第2鏡筒
Claims (20)
- 光ビームの焦点内又は焦点近傍に配置され、光を散乱して散乱光を発生する粒子と、
前記粒子の前方に散乱した前方散乱光であって、かつ、前記焦点を形成する最大集光角に対応する最大発散角より大きい角度への散乱光の強度を検出する光検出器と、
前記焦点に対する前記粒子の相対位置を変化させる駆動部と、を備えた測定装置。 - 前記粒子が配置される保持面を有し、前記光ビーム、及び前記散乱光を透過する保持部材と、
前記保持面と前記光検出器との間に配置され、前記最大発散角よりも小さい角度への散乱光と、前記粒子で散乱されない光ビームの発散光とを遮光する遮光部とを、さらに備えた請求項1に記載の測定装置。 - 前記粒子が配置される保持面を有する保持部材をさらに備え、前記光検出器が前記保持部材を通過した前記散乱光を検出する請求項1に記載の測定装置。
- 前記保持部材が前記保持面と対向する凸面を備え、
前記凸面が、球面又は放物面であり、
前記保持面が平面である請求項3に記載の測定装置。 - 前記保持部材の前記保持面と対向する対向面が平面になっており、
前記対向面と前記光検出器とが接するように配置されている請求項3に記載の測定装置。 - 前記保持面と前記光検出器との間に配置され、前記最大発散角よりも小さい角度への散乱光と、前記粒子で散乱されない光ビームの発散光とを遮光する遮光部を、さらに備え、
前記光検出器が前記遮光部の外側を通過した散乱光を検出する請求項3〜5のいずれか1項に記載の測定装置。 - 前記遮光部が前記保持部材に設けられている請求項2、又は6に記載の測定装置。
- 前記遮光部が前記保持部材から前記光検出器までの間に設けられた遮光板である請求項2、又は6に記載の測定装置。
- 前記光検出器が前記遮光部よりも大きいサイズになっている請求項2、6、7、又は8に記載の測定装置。
- 前記粒子で散乱した前記散乱光において、
光軸を基準として、前記遮光部が遮光することができる前記散乱光の最大散乱角度をθ1とし、
光軸を基準として、前記光検出器が検出することができる前記散乱光の最大散乱角度をθ2とした場合、
θ1<cos−1(1/√3)<θ2
の関係を満たすことを特徴とする請求項2、6、7、8、又は9に記載の測定装置。 - 前記駆動部が、前記焦点に対して、前記粒子、及び前記保持部材を移動させる請求項2〜10のいずれか1項に記載の測定装置。
- 前記保持部材と、前記光検出器との間に配置されたレンズをさらに備え、
前記光検出器が前記レンズで屈折された光ビームを検出する請求項2〜9のいずれか1項に記載の測定装置。 - 前記光検出器が検出することができる前記散乱光の前記粒子での散乱角度が所定の角度範囲となるように制限されており、
前記角度範囲に関する測定条件を変えて、測定を行い、
複数の測定条件下での測定結果に基づいて、前記光の電場成分を算出する請求項1〜12のいずれか1項に記載の測定装置。 - 前記光検出器が複数の受光素子が画素として配置された2次元アレイ検出器であり、
前記2次元アレイ検出器の前記画素の配置に応じて、前記測定条件が設定されており、
異なる画素が前記散乱光を測定することで、前記複数の測定条件下での測定が行われる請求項13に記載の測定装置。 - 前記光検出器と前記粒子との間に配置された遮光部の形状、及びサイズの少なくとも一方を変えることで、前記測定条件が変えられる請求項13に記載の測定装置。
- 前記光検出器がフォトダイオードである請求項1〜12のいずれか1項に記載の測定装置。
- 前記粒子が金属粒子である請求項1〜16のいずれか1項に記載の測定装置。
- 請求項1〜17のいずれか1項に記載の測定装置と、
前記測定装置が載置される試料台と、
照明光源と、
前記照明光源から光ビームを集光して、前記焦点を形成する対物レンズと、を備えた顕微鏡。 - 光ビームを集光して、焦点を形成するステップと、
焦点内又は焦点近傍に配置された粒子の前方に散乱した前方散乱光であって、焦点を形成する最大集光角に対応する最大発散角より大きい角度への散乱光の強度を検出するステップと、
前記焦点に対する前記粒子の相対位置を変化させるステップと、を備えた測定方法。 - 光ビームの焦点内又は焦点近傍に配置され、光を散乱して散乱光を発生する粒子と、
前記粒子で散乱した散乱光の強度を検出する光検出器と、を備え、
前記光検出器が検出することができる前記散乱光の前記粒子での散乱角度が所定の角度範囲に制限されており、
前記角度範囲に関する測定条件を変えて、測定を行い、
複数の測定条件下での測定結果に基づいて、前記光の電場成分が算出される測定装置。
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2017
- 2017-08-04 WO PCT/JP2017/028417 patent/WO2018047547A1/ja active Application Filing
- 2017-08-04 JP JP2017563360A patent/JP6485847B2/ja active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Title |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2018047547A1 (ja) | 2018-03-15 |
JP6485847B2 (ja) | 2019-03-20 |
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