WO2007148532A1 - 照明装置、照明方法、光検出装置及び光検出方法 - Google Patents

照明装置、照明方法、光検出装置及び光検出方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2007148532A1
WO2007148532A1 PCT/JP2007/061427 JP2007061427W WO2007148532A1 WO 2007148532 A1 WO2007148532 A1 WO 2007148532A1 JP 2007061427 W JP2007061427 W JP 2007061427W WO 2007148532 A1 WO2007148532 A1 WO 2007148532A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
electron beam
thin film
negative refraction
optical
Prior art date
Application number
PCT/JP2007/061427
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hiroya Fukuyama
Original Assignee
Olympus Corporation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Corporation filed Critical Olympus Corporation
Priority to EP07744770A priority Critical patent/EP2048429A4/en
Priority to US12/308,619 priority patent/US8129687B2/en
Publication of WO2007148532A1 publication Critical patent/WO2007148532A1/ja

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J63/00—Cathode-ray or electron-stream lamps
    • H01J63/06—Lamps with luminescent screen excited by the ray or stream
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/002—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of materials engineered to provide properties not available in nature, e.g. metamaterials
    • G02B1/007—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of materials engineered to provide properties not available in nature, e.g. metamaterials made of negative effective refractive index materials

Definitions

  • Illumination device illumination method, photodetection device, and photodetection method
  • the present invention relates to an optical image detection device such as a microscope, a camera, and an endoscope, an optical information writing / reading device such as an optical disc pick-up device, and an illumination device, an illumination method, and a lithographic device such as a stepper,
  • the present invention relates to a light detection device and a light detection method.
  • Non-Patent Document 3 even when the refractive index takes a negative value, if the real part of the permittivity or permeability is a negative value, the electromagnetic wave in a specific polarization state On the other hand, a negative refraction phenomenon is observed. Further, as disclosed in Non-Patent Document 5, a photonic band is folded in a reciprocal space in a periodic structure such as a photonic crystal, resulting in a refractive index, a dielectric constant and A negative refraction phenomenon is observed with respect to electromagnetic waves of a specific wavelength and a specific polarization state, even though the magnetic permeability is all positive.
  • a material that exhibits a negative refraction response to a specific electromagnetic wave is referred to as a “material exhibiting negative refraction”. It goes without saying that “a material exhibiting negative refraction” t ⁇ ⁇ expression is a broader concept than a negative refraction material.
  • materials exhibiting negative refraction include metal thin films, chiral materials, photonic crystals, metamaterials, left-handed materials, knock word wave materials, negative phase velocity media, and the like.
  • materials exhibiting negative refraction include metal thin films, chiral materials, photonic crystals, metamaterials, left-handed materials, knock word wave materials, negative phase velocity media, and the like.
  • Non-Patent Document 1 a material having both negative values of dielectric constant and magnetic permeability has a negative value of refractive index. Furthermore, it has been shown that such materials satisfy the so-called extended Snell's law!
  • FIG. 17 shows how light is refracted in a normal optical material having a positive refractive index (hereinafter referred to as “normal optical material” where appropriate).
  • normal optical material having a positive refractive index
  • ⁇ is the incident angle
  • ⁇ is the refraction angle
  • ⁇ is the refractive index of medium 1
  • ⁇ is the refractive index of medium 2.
  • FIG. 18 shows how light is refracted when the refractive index n of the medium 2 takes a negative value.
  • the incident light is refracted in the direction opposite to the refraction direction shown in FIG. 17 with respect to the normal of the boundary surface.
  • the refraction angle ⁇ is a negative value, the above Snell's law is satisfied.
  • FIG. 19 shows an imaging relationship by the convex lens 13 using a normal optical material.
  • Light from the object point 11A on the object surface 11 is condensed by the convex lens 13 onto the image point 12A on the image surface 12.
  • the refractive index of the lens is positive, it is necessary that the lens surface has a finite curvature in order to form an image (condensate).
  • FIG. 20 shows an imaging relationship by the negative refraction lens 14.
  • the light from the object point 11B on the object plane 11 is condensed by the negative refraction lens 14 onto the image point 12B on the image plane 12.
  • Non-Patent Document 11 shows a method of realizing a non-magnification image by forming a curved lens with a material exhibiting negative refraction.
  • a material having a predetermined refractive index gradient in addition to exhibiting negative refraction where conditions for complete imaging are very strict.
  • all negative refractive lenses realized in the world have a spatially uniform refractive index, and the surface through which light (electromagnetic waves) passes is flat. Therefore, a spatially uniform flat plate made of a material exhibiting negative refraction is hereinafter referred to as a “negative refraction lens” as appropriate.
  • spatial uniform means uniform on a scale larger than the wavelength of the electromagnetic wave. It is a taste. Therefore, when realizing negative refraction with artificial structural materials such as photonic crystals and metamaterials, the effective refractive index (or effective permittivity or effective permeability) due to the structure is spatially reduced. Means uniform.
  • the theoretical upper limit of resolution is determined by the diffraction limit.
  • the minimum distance between two resolvable points is about ⁇ .
  • ⁇ is the wavelength used and ⁇ is the numerical aperture.
  • structures smaller than the diffraction limit cannot be resolved by the optical system.
  • the light emitted from the object point 11A on the object surface 11 is composed of two light waves: a radiated light that reaches far away and an evanescent wave that attenuates at a distance of about a wavelength from the object point 11A. .
  • the emitted light corresponds to the low frequency component of the information on the object surface 11.
  • One evanescent wave corresponds to the high frequency component of the information on the object surface 11.
  • the boundary between the synchrotron radiation and the evanescent wave is a spatial frequency corresponding to 1Z ⁇ .
  • evanescent waves have an in-plane frequency greater than ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ . For this reason, the wavenumber component in the light wave propagation direction perpendicular to the evanescent wave is an imaginary number. For this reason, as the object surface 11 moves away, it decays rapidly.
  • Non-patent document 3 disclosed in recent years discloses that the above-mentioned evanescent wave is amplified in a negative refraction material. Therefore, image formation by the negative refraction lens 14 shown in FIG. It is shown that on the image plane 12, the amplitude of the evanescent wave is recovered to a level equivalent to that on the object plane 11. That is, in the optical system shown in FIG. 20, both the emitted light and the evanescent wave propagate from the object plane 11 to the image plane 12. For this reason, the information of the object point 11B is completely reproduced at the imaging point 12B. This means that if an imaging optical system using the negative refraction lens 14 is used, complete imaging that is not restricted by the diffraction limit is possible.
  • Non-Patent Document 4 a metamaterial in which metallic coils and rods smaller than the wavelength are periodically arranged is produced. It has been reported that such a metamaterial functions as a negative refraction lens in the microwave region.
  • Non-Patent Document 5 discloses a method for producing a negative refraction material using a photonic crystal.
  • a photonic crystal in which air rods are arranged in a hexagonal lattice in a dielectric, there is a photonic band in which the effective refractive index is isotropic and negative.
  • the photonic crystal can be regarded as a two-dimensional uniform negative refraction material for electromagnetic waves in a frequency band suitable for the photonic band.
  • Non-Patent Document 6 There is a theoretical objection to the complete image formation by the negative refraction lens as described in Non-Patent Document 6, for example. This caused controversy. However, in recent years, the theory of negative refractive lenses disclosed in Non-Patent Document 3 has been generally accepted.
  • an aplanatic point that is, a point where the spherical aberration and the coma aberration become zero simultaneously.
  • the image by this optical system is always a virtual image.
  • an object plane can be arranged at an aplanatic point to form a real image (see, for example, Non-Patent Document 7). In this way, a unique optical design that has never existed before can be realized by using negatively bent materials.
  • Non-Patent Document 9 silver exhibits a negative dielectric constant for light having a wavelength of 330 to 900 nm.
  • a chiral material having a helical structure also has a photonic band exhibiting negative refraction.
  • a metamaterial that also has a metal resonator array force is sometimes called a left-handed material or a left-handed metamaterial. These are also included in materials exhibiting negative refraction.
  • Non-Patent Document 1 VG Veselago et al., Sov. Phys. Usp. 10, 509 (1968)
  • Non-Patent Document 2 E. Hecht, "Optics", 4th ed. (Addison -Wesley, Reading, (MA, 2002)
  • Non-Patent Document 3 B. Pendry, Phys. Rev. Lett. 85, 3966 (2000)
  • Non-Patent Document 4 D. R. Smith et al., Phys. Rev. Lett. 84, 4184 (2000)
  • Non-Patent Document 5 M. Notomi, Phys. Rev. B62, 10696 (2000)
  • Non-Patent Document 6 P. M. Valanju et al., Phys. Rev. Lett. 88, 187401 (200
  • Non-patent document 7 D. Schurig et al., Phys. Rev. E70, 065601 (2004)
  • Non-patent document 8 DR Smith et al., Appl. Phys. Lett. 82, 1506 (2003)
  • Non-patent document 9 “Latest Optical Technology Handbook” Junhei Tsujiuchi (Asakura Shoten)
  • Non-Patent Document 10 B. Pendry, Science 306, 1353 (2004)
  • Non-Patent Document 11 SA Ramakrishna et al., Phys. Rev. B69, 115115 (20 04)
  • the negative refraction lens itself forms an image in which a high-frequency component is maintained by transmitting an evanescent wave.
  • an illumination method in order to arbitrarily generate an optical image having a high frequency component using a negative refraction lens, or to detect an optical image force high frequency component generated from an object or the like by a negative refraction lens, an illumination method and There are the following problems related to the detection method.
  • the detector in order to detect information on a desired high-frequency component, the detector is placed directly on the equal-magnification image plane of the negative refraction lens, and the detector has a frequency higher than the desired high-frequency component. It is necessary to have a detection band (spatial resolution)!
  • the microscope force having a negative refractive lens as an objective lens In order to have a two-point resolution of 10 times that of the normal microscope described above, that is, 0.03 / zm, the detector or the light source is more than that. It is necessary to have a resolution of This means that when a two-dimensional image sensor such as a CCD or CMOS element is used as a detector, the pixel interval (pixel size) must be half of 0.03 / zm, that is, less than or equal to 0.015 m. To do.
  • the size of the detectors or light sources is As in the case of the above image sensor, it must be less than 0.015 / zm.
  • a SNOM (Scanning Near Field Optical Microscope) is a super-resolution optical microscope currently in practical use.
  • the diameter of the opening at the tip of the probe used as a detector and light source in this SNOM is about 0.05 to 0.1 m ⁇ m. This is more than 3 times larger than the condition shown in the above example, ie, the detector and light source diameters of 0.015 m or less.
  • the present invention has been made in view of the above-described problem, and is an illumination device, illumination method, photodetection device, and photodetection having high spatial resolution that is suitable for a high-frequency component due to an evanescent wave in a negative refraction lens. It aims to provide a method.
  • a light emitter including a light emitting material that emits light when energy is applied, and energy is applied to the light emitter. It is possible to provide an illuminating device comprising: a probe for detecting an optical element, and an optical system including an optical element made of a material exhibiting negative refraction, and projecting light emitted from a light emitting body onto an object.
  • the light emitter has a thin film shape.
  • an electron beam as energy applied to the light emitter.
  • an electrode made of a conductive material and having a protruding shape as a probe.
  • an object light emitted from an object including a light source that illuminates an object, a light detector made of a photoconductive material, and an optical element made of a material exhibiting negative refraction. It is possible to provide a photodetection device comprising an optical system that projects onto a photodetection body and a probe for applying energy to a region that is smaller than the diffraction limit of object light with respect to the photodetection body.
  • the photodetector has a thin film shape.
  • an electron beam as energy applied to the photodetector.
  • an electrode made of a conductive material and having a protruding shape as a probe.
  • an optical step including an illumination step of illuminating an object, an object light emission step in which the object emits object light by illumination, and an optical element made of a material exhibiting negative refraction is provided. Projecting the object light onto a light detector made of a photoconductive material, a photoconductive step in which the light detector shows photoconductivity by projecting the object light, and the object light with respect to the light detector.
  • an illuminating device an illuminating method, a photodetecting device, and a photodetecting method that have high spatial resolution and are adapted to high-frequency components due to evanescent waves in a negative refraction lens.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an electron beam excitation light source according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a schematic configuration of a light emitting thin film with a conductive layer in Example 1.
  • FIG. 3 is a view showing a schematic configuration of an optical image observation unit for an electron microscope in Example 1.
  • FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of an electron beam excitation light source in which a light emitter thin film in Example 1 is formed on a negative refraction lens also serving as an optical window.
  • FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of an electron beam excitation light source using a micro electron gun according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view of a micro electron gun in Example 2.
  • FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a micro electron gun in Example 2.
  • FIG. 8 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a micro electron gun with a deflector according to a second embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of a deflector in Embodiment 2.
  • FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of a light source using needle-shaped electrodes according to Example 3 of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram showing a schematic configuration of a light emitter thin film in Example 3.
  • FIG. 12 is a view showing a schematic configuration of a light source using needle electrodes with actuators in Example 3.
  • FIG. 13 is a perspective view showing a schematic configuration of a needle electrode peripheral portion in Example 3.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an equivalent circuit of an image pickup tube.
  • FIG. 15 is a diagram showing a schematic configuration of an image pickup tube type detector according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 16 is a diagram showing a cross-sectional configuration of an optical window and a target in Example 4.
  • FIG. 17 is a diagram showing light refraction in a normal optical material.
  • FIG. 18 is a diagram showing how light is refracted in a material having a negative refractive index.
  • FIG. 19 is a diagram showing an imaging relationship by a convex lens using a normal optical material.
  • FIG. 20 is a diagram showing an imaging relationship with a negative refraction lens.
  • FIG. 1 shows the 1 shows a schematic configuration of an electron beam excitation light source 100 according to a bright first embodiment.
  • a cathode (force sword) 101 that emits electrons supplies an electron beam 102 that also has an emitted electron force.
  • the anode (acceleration electrode) 103 applies an acceleration voltage to the emitted electrons.
  • the electron lens 104 converges the electron beam.
  • a cathode (force sword) 101, an anode (acceleration electrode) 103, and an electron lens 104 correspond to a probe, and an electron beam 102 corresponds to energy.
  • the deflector 105 deflects the electron beam in a direction orthogonal to the central axis 119.
  • the light emitter thin film 106 is made of a light emitting material.
  • the optical window 107 is made of an optically transparent material.
  • the vacuum chamber 108 is configured to keep the pressure of the electron beam path low.
  • the vacuum chamber 108 houses a cathode (force sword) 101, an anode (acceleration electrode) 103, and a deflector 105.
  • Light 109 emitted from the light emitter thin film 106 enters a negative refraction lens 110 made of a negative refraction material. Then, the light emitted from the negative refraction lens 110 irradiates the object 111.
  • the electron beam 102 made of electrons emitted from the cathode 101 is accelerated by the electric field formed by the anode 103.
  • the de Broglie wavelength (nm) of the electron beam accelerated by the voltage E (V) is obtained by the following equation (2).
  • m is the mass of the electron (9. 107 X 10 _31 kg)
  • e is the charge of the electron (1. 602 X 10 _19 C)
  • the accelerated electron beam 102 is converged by the electron lens 104. Then, the light emitting thin film 106 is irradiated as a focused electron beam 102a.
  • the diameter of the electron beam at this time can be easily reduced to about lnm by sufficiently increasing the acceleration voltage and adjusting the focus by the electron lens 104. Furthermore, as the electron lens 104, spherical aberration is By using a well-corrected lens, the electron beam diameter can be reduced to about 0. Inm.
  • the region of the light emitter thin film 106 irradiated by the electron beam 102a is excited by the irradiated electrons.
  • the spot light source region 106a is emitted and emits light 109a.
  • the light 109a passes through the optical window 107 and enters the negative refraction lens 110.
  • the spot light source region 106 a is projected onto the object 111 by the complete imaging action of the negative refraction lens 110.
  • an image of the spot light source region 106a is formed on the object 111 as the spot illumination region 11 la.
  • a spot light power object 111 having the same diameter as the convergent electron beam 102a is formed. Therefore, according to this embodiment, it is possible to illuminate the object 111 with spot light having a diameter equivalent to that performed by an electron beam, that is, a diameter of about Inm to about 0.1 Inm.
  • the convergent electron beam 102 a can be deflected in a direction orthogonal to the central axis 119 by the deflector 105.
  • the focused electron beam 102a is deflected to the left in the figure, it becomes a deflected focused electron beam 102b.
  • the spot light source region 106a of the light emitter thin film 106 moves to the spot light source region 106b.
  • the light 109a moves to the light 109b.
  • the spot illumination area 1 11a on the object 111 moves to the spot illumination area 11 lb.
  • the deflection direction and the deflection amount of the converging electron beam 102a by the deflector 105 can be arbitrarily controlled. Therefore, the spot illumination area 11 la on the object 111 can be arbitrarily moved and scanned by the above-described operation. At this time, it is desirable to reduce the moving step for scanning according to the spot diameter.
  • an object that requires fine and high-resolution light irradiation if a heat-sensitive material or a light-sensitive material is applied, an exposure apparatus for lithography can be obtained that produces a fine structure such as a semiconductor or a micromachine. It can also be a writing device for optical information equipment such as an optical disk.
  • the light beam 109 is emitted from the object 111 by using a photodetector (not shown).
  • Reflected light 'transmitted light' Scattered light ⁇ It is configured to detect object light such as fluorescence, and if an optical information device medium such as an optical disk is applied as the object 111, it can be used as a reading device for optical information device. it can. Further, if an optical image observation target is applied as the object 111, a camera becomes an optical image observation device like a microscope.
  • the conventional optical means can realize high spatial resolution of the electron beam level, which cannot be achieved by the diffraction limit of light.
  • the present embodiment has many advantages over the method and configuration in which the electron beam is directly applied to the object 111, for example, an electron microscope or electron beam exposure apparatus.
  • the irradiated particle (wave) is light, it has lower energy than the electron beam. Therefore, the object 111 is not damaged as in the case of being irradiated with an electron beam.
  • the object 111 it is not necessary to place the object 111 in a vacuum, and it can be handled in any environment or medium as long as it is in a substance that allows light to pass, regardless of whether it is a gas, liquid, or solid. Therefore, there are very few restrictions on use. Furthermore, while the electron beam works only on the surface of the object 111, when the object 111 is transparent, the light 109 can reach the inside of the object.
  • the cathode 101 electrons such as a thermal electron emission type that emits electrons by heating the electrode and a field emission type that emits electrons from the electrode by a high electric field are used. Any system and configuration can be used as long as they have a function of releasing.
  • the electron lens may be an electromagnetic lens that focuses an electron beam using a magnetic field or an electrostatic lens that uses an electrostatic field.
  • the deflector 105 may be an electromagnetic type or an electrostatic type.
  • the material of the light emitter thin film 106 may be any material that emits light when irradiated with an electron beam.
  • the material may be a substance that exhibits a force sword luminescence that emits light in the process of being excited to a high energy state and returning to a low energy state by irradiation of an electron beam, or the irradiated electron beam is decelerated in the material.
  • the material itself may be a material that exhibits bremsstrahlung that directly emits light.
  • Substances exhibiting force sword luminescence include fluorescent substances and phosphorescent substances, and both are applicable. More preferably, a fluorescent material is more suitable than a phosphorescent material because the afterglow time is shorter. The reason for this is that if the afterglow time is long, As the beam is deflected and scanned, the area of the spot light source region 106a is substantially increased, which is a force that causes a reduction in spatial resolution.
  • the following can be suitably used as the fluorescent substance.
  • the following can be preferably used.
  • transition radiation OTRZ Optical Transition Radiation
  • the substance that causes the transition radiation may be a metal or a dielectric.
  • a metal for example, silver, aluminum, and stainless steel can be applied.
  • An advantage of using transitional radiation as a light source is that the afterglow time is extremely short.
  • a shorter afterglow time is desirable to suppress the decrease in spatial resolution associated with deflection scanning. Is as described above.
  • the afterglow time in the transition radiation is ps, that is, 10_ about 12 seconds, can be much shorter.
  • FIG. 2 shows a schematic configuration of the light emitter thin film 114 with a conductive layer, which is a preferred form in Example 1, particularly when a substance showing force sword luminescence is used as the light emitter thin film 106.
  • the conductive layer 112 has a function of removing electrons charged in the light emitter thin film 106.
  • the transparent conductive layer 113 removes electrons transmitted through the light emitter thin film 106 and transmits light 109 emitted from the light emitter thin film 106.
  • the conductive layer 112 and the transparent conductive layer 113 are preferably kept at the same potential as the anode 103 and the vacuum chamber 108 in FIG.
  • the potential in the vacuum chamber 108 can be made substantially constant. For this reason, the path of the electron beam 102 is disturbed by an unnecessary electric field, and the irradiation position can be reduced. Further, even if the surface of the light emitter thin film 106 is charged, the electrons are quickly removed through the conductive layer 112.
  • the electrons are quickly removed through the transparent conductive layer 113. Therefore, the light emitter thin film 106 and the optical window 107 are not charged by the irradiation of the electron beam 102. As a result, there is an effect that the electric potential in the vacuum chamber 108, particularly in the vicinity of the light emitter thin film 106, is always kept constant.
  • the conductive layer 112 needs to have a property of reaching the light emitter thin film 106 under the conductive layer 112 without blocking the electron beam irradiated with the upper force in the drawing.
  • the transparent conductive layer 113 needs to reach the optical window 107 therebelow, which has conductivity and does not block the light emitted from the light emitter thin film 106.
  • a zinc oxide-based material, an indium oxide-based material, or a tin oxide-based material is suitable.
  • nc Oxide is preferred.
  • SnO sulfur dioxide
  • ITO Indium Tin Oxide
  • FTO Fluorine doped Tin Oxide in which fluorine is added to tin oxide is desirable.
  • FIG. 3 shows a schematic configuration of an optical image observation unit 118 for a scanning electron microscope (SEM).
  • SEM scanning electron microscope
  • a microscope specimen 116 is placed in the specimen chamber 115 in the vacuum chamber of the SEM.
  • the photodetector 117 detects the object light 120 emitted from the microscope specimen 116 when irradiated with light.
  • the SEM optical image observation unit 118 is configured to be detachable from the specimen chamber 115 of the SEM.
  • the SEM optical image observation unit 118 When the SEM optical image observation unit 118 is installed, as shown in the explanation of FIG. 1, it is possible to observe an optical image with a high spatial resolution of the electron beam level. In other words, a single SEM has the advantage that high-resolution optical image observation is possible, as well as SEM image observation.
  • the object light 120 in FIG. 3 is drawn as transmitted light from the microscope specimen 116.
  • the present invention is not limited to this, and by appropriately selecting the type and arrangement of the light detector 117, any microscope sample 116 that emits fluorescence, reflected light, forward scattered light, back scattered light, Raman scattered light, etc. It is possible to detect different types of object light 120.
  • FIG. 4 shows a schematic configuration of an electron beam excitation type light source 121 in which a light emitter thin film is formed on a negative refraction lens also serving as an optical window, which is a preferred form of the optical window and the negative refraction lens in Example 1.
  • the light emitter thin film 106 is formed on the upper surface side of the negative refracting lens 122 that also serves as an optical window, and at the same time, it is attached to the vacuum chamber 108.
  • the light in Figure 1 It can also function as the academic window 107 and the negative refraction lens 110.
  • the optical window 107 made of a normal optical material such as glass is not used, it is possible to avoid adverse effects due to absorption, scattering, and reflection that may occur in the optical window portion. Moreover, the influence of the disturbance of the optical path due to the nonuniformity of the material constituting the optical window can be avoided.
  • FIG. 5 shows a schematic configuration of an electron beam excitation type light source 200 using a micro electron gun.
  • FIG. 6 shows a perspective configuration of the optical window and the micro electron gun.
  • Figure 7 shows the cross-sectional configuration of the micro electron gun of the electron beam excitation light source 200!
  • the metal case 201 is hermetically sealed with a sealing material 202.
  • the optical window 203 is made of a transparent material, and is a substrate for transmitting light and mounting an electron gun in the center.
  • the micro electron gun 204 includes an emitter substrate layer 205, a gate electrode layer 206, and an electron lens electrode layer 207.
  • the emitter external wiring 211 connects the emitter substrate layer 205 to an external circuit (not shown).
  • the gate external wiring 212 connects the gate electrode layer 206 to an external circuit (not shown).
  • the electronic lens external wiring 213 connects the electronic lens electrode layer 207 to an external circuit (not shown).
  • the emitter bonding wire 208 connects the emitter substrate layer 205 and the emitter external wiring 211.
  • the gate bonding wire 209 connects the gate electrode layer 206 and the gate external wiring 212.
  • the electron lens bonding wire 210 connects the electron lens electrode layer 207 and the electron lens external wiring 213.
  • the cathode (emitter) 214 has a conical shape or a pyramid shape, and emits electrons from the tip.
  • the gate 215 generates a high electric field at the tip of the emitter 214 to emit the electron at the tip of the emitter, and causes this to function as a field emission cathode.
  • the electron lens 216 is an electrostatic lens that squeezes the electron beam from which the emitter tip force is also emitted.
  • the insulating layer 217 includes an emitter substrate layer 205, a gate electrode layer 206, an electron lens electrode layer 207, Is electrically insulated.
  • the airtight space 201a inside the metal case 201 is kept at a low atmospheric pressure so as not to obstruct the flow of the electron beam.
  • the electrons in the emitter 214 are emitted from the tip of the emitter 214 by the high electric field created by the gate 215 and become the electron beam 102.
  • the electron beam 102 is converged by the electron lens 216 to become a converged electron beam 102a.
  • the focused electron beam 102 a is irradiated onto the light emitter thin film 106.
  • the region of the light emitter thin film 106 irradiated by the electron beam 102a is excited by the irradiated electrons and becomes a spot light source region 106a to emit light 109a.
  • the light 109 a passes through the optical window 203 and enters the negative refraction lens 110.
  • the incident light is projected onto the object 111 by the complete imaging action of the negative refraction lens 110.
  • an image of the spot light source area 106 a is formed on the object 111 as the spot illumination area 11 la.
  • the electron beam excitation light source 200 shown in the second embodiment is different from the first embodiment in that it does not have a function of deflecting the electron beam 102a.
  • Other configurations have the same features as the electron beam excitation light source 100 shown in the first embodiment.
  • the electron beam excitation light source 200 has a feature that it can be extremely miniaturized.
  • the micro electron gun 204 has a laminated structure as shown in FIGS. For this reason, techniques such as lithography, etching, vapor deposition, and sputtering, which are semiconductor and micromachine manufacturing techniques, can be applied during manufacturing. As a result, the electron beam excitation light source 200 can be very downsized.
  • the inner diameter of the gate 215 and the electron lens 216 is about 500 nm to 2 ⁇ m, and the height of the emitter 214 is about 500 ⁇ to 2 / ⁇ ⁇ . Therefore, the micro electron gun 204 can be miniaturized to have a vertical lmm ⁇ horizontal lmm ⁇ thickness of about 0.5 mm.
  • the appropriate distance between the emitter 214 and the light emitter thin film 106 in such an electron gun is 1 mn! ⁇ About 5mm.
  • the outer diameter of the electron beam excitation light source 200 is 3mn! ⁇ 10mm, thickness 3mn! It can be downsized to about 8mm. Since this embodiment is small in size, it is particularly suitable for application to endoscopes, optical information equipment writing devices, and reading devices that require miniaturization.
  • the shape of the emitter 214 is used to stabilize the electron beam 102a.
  • the shape, process and material are important.
  • the shape of the emitter 214 is preferably a cone or pyramid such as a cone or pyramid with a sharp tip, and the radius of curvature of the tip is preferably lOnm or less.
  • niobium, molybdenum, and zirconium are preferable when the emitter 214 is manufactured by vapor deposition or sputtering. Silicon can also be used as a material. In this case, a reactive ion etching (Reactive Ion Etching ZRIE) or an anisotropic wet etching (Orientation Dependent Etching ZODE) is desirable.
  • Reactive Ion Etching ZRIE reactive Ion Etching ZRIE
  • anisotropic wet etching Orientation Dependent Etching ZODE
  • Carbon nanotubes (Carbon NanotubeZCNT) and carbon nanohorns (Carbon Nanohorn) composed of carbon 6-membered and 5-membered rings can also be used as materials.
  • the conductive layer is made conductive as a condition for transmitting the electron beam.
  • the thickness of the layer should be less than 10 nm.
  • the light emitter in FIG. 5 has been described as the light emitter thin film 106 made of a force-sword luminescent material, it is not limited thereto.
  • the surface irradiated with the electron beam 102a and the surface from which the light 109a is emitted are the same surface, so that it can be used not only in a thin film shape but also in a bulk light emitter.
  • there is an effect that even a cathodoluminescent material which is difficult to be thin-filmed can be used. More preferably, this Even in this case, it is desirable to form a conductive layer on the surface as in the case of the above embodiments.
  • the emitter external wiring 211, the gate external wiring 212, and the electron lens external wiring 213 are all present on the optical window 203, and part of the light 109a is shielded. Therefore, it is desirable that the width of these wirings be narrow in order to reduce the light shielding ratio. It is more desirable to form the wiring with a transparent conductive material.
  • FIG. 8 shows a schematic cross-sectional configuration of a micro electron gun with deflector 220 which is a preferred form of the micro electron gun in the second embodiment.
  • Fig. 9 shows the electrode shape of the deflector.
  • an electrostatic electron beam deflector 218 deflects the electron beam.
  • a deflector electrode layer 219 is formed.
  • a deflector 218 is added to the micro electron gun 204 in the second embodiment.
  • the converged electron beam 102a can be deflected in an arbitrary direction perpendicular to the central axis 119 by applying voltages to the four deflectors 218a, 218b, 218c, and 218d arranged on the circumference.
  • micro electron gun with deflector 220 is used as the electron beam excitation light source in FIG. 5 instead of the micro electron gun 204 described above.
  • the illumination area can be scanned in the same manner as in the first embodiment while maintaining the above.
  • FIG. 10 shows a schematic configuration of a light source 300 using needle-type electrodes of the present embodiment.
  • FIG. 11 shows an optical window and a light emitter thin film in a light source 300 using needle electrodes.
  • a cantilever 301 holds a needle-type electrode and positions the bracket with respect to the light emitter thin film 106.
  • the needle electrode 302 is made of a conductor.
  • the electrode 303 is for pairing with the needle electrode 302 to apply a voltage to the double-sided force of the light emitter thin film 106.
  • the electrode 303 also has an external wiring function for connecting the electrode to an external circuit (not shown). Further, the electrode 303 is also a transparent conductive layer that transmits light 109 emitted from the light emitter thin film 106.
  • the tip 302a of the needle-shaped electrode 302 is a cone, pyramid or needle with a sharp tip, and its curvature radius is preferably 10 nm or less.
  • the tip 302a may be in contact with the light emitter thin film 106, or may be separated by a distance through which a tunnel current flows, that is, an interval of about 1 nm or less. More preferably, a drive element such as a bimorph type piezoelectric actuator is used as the cantilever 301, and the distance between the tip 302a and the light emitter thin film 106 can be arbitrarily controlled.
  • a drive element such as a bimorph type piezoelectric actuator is used as the cantilever 301, and the distance between the tip 302a and the light emitter thin film 106 can be arbitrarily controlled.
  • the size of the contact surface is several nm or less in diameter.
  • a voltage is applied between the needle electrode 302 and the transparent conductive layer 303.
  • the contact portion of the light emitter thin film 106 emits light, and this region becomes the spot light source region 106a.
  • a tunnel voltage is applied between the needle electrode 302 and the transparent conductive layer 303.
  • a tunnel current flows between one of the atoms or molecules forming the light emitter thin film 106 located closest to the tip 302 a and the needle electrode 302.
  • the needle electrode 302 corresponds to a probe, and the tunnel current and tunnel voltage correspond to energy.
  • one of the atoms or molecules exhibiting the tunnel emission becomes the spot light source region 106a.
  • the image power of the light 109a emitted from the spot light source area 106a The action formed as the spot illumination area 11 la on the object 111 via the optical window 107 and the negative bending lens 110 is the same as in the first and second embodiments. is there.
  • the light source 300 using the needle electrode shown in the present embodiment is different from the first embodiment in that it does not have a function of scanning the spot illumination area 11la.
  • Other configurations have the same features as the electron beam excitation light source 100 shown in the first embodiment.
  • the light source 300 using the needle-type electrode has a feature that it can be very miniaturized, like the electron beam excitation light source 200 using the micro electron gun shown in the second embodiment.
  • the reason for downsizing is that the means for applying a voltage to the light emitter thin film 106 is the needle-shaped electrode 302 and the transparent conductive layer 303. Therefore, V and the deviation are forces that can be easily downsized.
  • the tip 302a of the needle electrode has a light emitter thin film 106. It has the feature that stable light emission is possible when it is in contact with. In general, it is not easy to keep the surface state of a substance stable at the atomic level. For this reason, compared with the case where the voltage is applied by irradiating the surface of the illuminator with an electron beam, the action is more effective when applied through the needle-shaped electrode 302 in contact with the illuminator thin film 106. There are fewer instability factors in that they are not state dependent. As a result, stable light emission is possible.
  • the light source 300 using the needle-shaped electrode forms a very small spot light source region 106a at the atomic or molecular level when the tip 302a is away from the light emitter thin film 106. Therefore, as the spot illumination area 11 la on the object 111, the atomic or molecular level ⁇ It has a feature that spatial resolution can be realized! The reason for the extremely high spatial resolution is that the tunnel emission generated by the tunnel current is also a force generated in one of the atoms or molecules forming the light emitter thin film 106.
  • the shape, manufacturing method, and material of the needle-shaped electrode 302 are important in reducing the area of the spot light source region 106a and further stabilizing the light emitting action.
  • the preferable conditions regarding the shape, manufacturing method, and material are the same as those of the emitter 214 shown in the second embodiment.
  • Preferred conditions for the transparent conductive layer 303 are the same as those for the transparent conductive layer 113 shown in Example 1.
  • the airtight space 201b inside the metal case 201 is kept at a low pressure or is filled with an inert gas in order to keep the contact state between the needle electrode 302 and the light emitter thin film 106 more stable. It is hoped that it will be heard.
  • the material of the light emitter thin film 106 a substance that exhibits electoluminescence is suitable.
  • the electroluminescent material either an electric field applied electroluminescent material or a current injection type electroluminescent material may be used.
  • the following materials can be preferably used as the voltage application type electroluminescent material.
  • FIG. 12 shows a schematic configuration of a light source 304 using a needle electrode with an actuator, which is a preferred embodiment of the light source using the needle electrode in the third embodiment.
  • FIG. 13 shows the detailed shape of the peripheral part of the needle electrode of the light source 304.
  • the three-axis piezoelectric actuator 305 drives the needle electrode 302 in three orthogonal directions.
  • Piezoelectric actuator 305 consists of X-axis piezoelectric actuator 305x and Y-axis piezoelectric actuator 305x. It has a tutor 305y and a Z-axis piezoelectric actuator 305z!
  • the light source 304 using the needle electrode with an actuator is configured by attaching a three-axis piezoelectric actuator 305 to the light source 300 using the needle electrode.
  • the needle-type electrode 302 can be scanned with respect to the light emitter thin film 106 in the direction in the xy plane by the X-axis piezoelectric actuator 30x and the Y-axis piezoelectric actuator 305y.
  • the distance between the tip 302a of the needle electrode and the light emitter thin film 106 can be arbitrarily controlled by the Z-axis piezoelectric actuator 305z.
  • the illumination area can be scanned in the same manner as in the first embodiment while maintaining the advantages of the light source 300 using the needle electrode.
  • FIG. 14 is an equivalent circuit for explaining the operation principle of a general imaging tube 400.
  • the photoelectric conversion film (target) 401 is made of a photoconductive material.
  • a surface 401EB of a photoelectric conversion film (hereinafter referred to as a “target” as appropriate) 401 is irradiated with an electron beam 102, and the surface 401EB
  • the OI is irradiated with an optical image.
  • the region 401PX regarded as one pixel in the target 401 corresponds to the cross-sectional area of the electron beam 102, and forms a cr time constant circuit between the electron beam irradiation surface 401EB and the optical image irradiation surface 401OI. is doing.
  • the transparent conductive film 402 is formed in close contact with the optical image irradiation surface 401OI.
  • a light beam 403 that forms an optical image is emitted from a lens 404 that forms the optical image.
  • a DC power source 405 and a load resistor R 406 are connected, and an output signal terminal 407 is formed at the end.
  • the resistance r of the pixel region 40 IPX varies depending on the intensity of the irradiated light beam 403.
  • a target voltage V is applied to the transparent conductive film 402.
  • the electron beam irradiation surface 401EB of the target 401 is irradiated with the electron beam 102, and the electron beam 102 is irradiated.
  • the pixel region 401PX is sequentially turned on or off by scanning the child beam 102. Then, the signal of the pixel that is turned on is extracted from the output signal terminal 407 through the load resistor 406.
  • the switch When the electron beam 102 is irradiated to one of the pixel regions 401PX, the switch is closed and the capacitor c is charged. For this reason, the potential of the electron beam irradiation surface 401EB is the same as that of the cathode 101 from which electrons are emitted, and is 0 V in this figure.
  • the imaging tube 400 outputs the photoelectric conversion signal for each pixel region 401PX from the output signal terminal 407 in time series.
  • FIG. 15 shows a schematic configuration of the imaging tube-type photodetector 408 according to the fourth embodiment.
  • FIG. 16 shows an optical window and a target of the image pickup tube type photodetector 408.
  • the light source 409 emits illumination light 410.
  • the optical information detection target object 411 illuminated with the illumination light 410 emits object light 412.
  • the configuration of the imaging tube type photodetector 408 is similar to the electron beam excitation type light source 100 shown in FIG. 1 of Example 1.
  • the irradiation target of the electron beam 102 is not the light emitter thin film 106 but photoconductive.
  • the difference is that it is a photoelectric conversion film (target) 401 made of a conductive material, that it always has a transparent electrode 402, and that it has a DC power source 405, a load resistor 406, and an output terminal 407.
  • the image pickup tube type photodetector 408 has a photoelectric conversion of an optical image, like the general image pickup tube 400 described with reference to FIG.
  • the object light 412 emitted from the optical information detection target object 411 passes through the negative refraction lens 110.
  • the image is formed on the optical image irradiation surface 401OI side of the target 401.
  • the formed optical image is photoelectrically converted by the target 401, and the signal is taken out from the output signal terminal 407.
  • the focused electron beam 102a in the imaging tube type photodetector 408 is narrowed down to a diameter of about 1 nm to 0.1 nm, similar to the focused electron beam in the electron beam excitation light source 100 of the first embodiment.
  • the focused electron beam 102a is irradiated onto the electron beam irradiation surface 401EB of the target, and the irradiated region becomes a pixel region 401PX.
  • the pixel region 401PX is in a conjugate relationship with the pixel conjugate region 41la on the optical information detection target object 411 by the complete imaging action of the negative refraction lens 411.
  • a photodetector having the same diameter as the convergent electron beam 102a detects light on the optical information detection target object 411.
  • the focused electron beam 102a (energy) is applied to the region smaller than the diffraction limit of the object light from the cathode 101 corresponding to the probe to the target 401 which is a light detector.
  • optical information detection can be performed with a photodetector having a diameter equivalent to that performed by an electron beam, that is, a diameter of about 1 nm to 0.1 nm.
  • the intensity distribution of light on the target object 411 can be detected.
  • the converged electron beam 102a can be deflected in a direction orthogonal to the central axis 119 by the deflector 105.
  • the operation and effect are the same as those in the first embodiment.
  • an optical information device medium such as an optical disk
  • an optical image observation target is applied, it is used for a camera microscope.
  • Such an optical image observation apparatus is obtained.
  • the object light 412 in FIG. 15 is depicted as transmitted light from the optical information detection target object 411.
  • the type and arrangement of the light source 409 fluorescence, reflected light, forward scattered light, and backward It is possible to detect all kinds of object light emitted from the optical information detection target object 411, such as scattered light and Raman scattered light.
  • the cathode 101 has a potential of OV and the transparent electrode 402 has a positive potential (V). However, the cathode 101 may have a negative potential and the transparent electrode 402 may have 0V. The negative electrode may be negative and the transparent electrode positive.
  • any photoconductive material may be used, and in particular, a target film used for an imaging tube is suitable.
  • a target film used for an imaging tube is suitable.
  • the following can be preferably used.
  • Cadmium selenide film (CdSe)
  • Amorphous silicon film (a- Si) is Amorphous silicon film (a- Si)
  • the light-emitting thin film 106 in the lighting apparatus shown in the first embodiment is replaced with the target 401, and a photoelectric conversion signal detection circuit is further added, thereby showing the fourth embodiment.
  • the photodetector 401 having high spatial resolution can be obtained by applying the target 401 and the photoelectric conversion signal detection circuit.
  • both the spot illumination area 11 la in the illumination device and the pixel conjugate area 41 la in the light detection device have a small diameter of about lnm to 0.1 nm, both of them are used. It goes without saying that an extremely excellent confocal optical system can be constructed by applying the above to one object and matching the spot illumination region 11 la and the pixel conjugate region 41 la.
  • the present invention is useful for an illumination device and a light detection device that have a negative refraction lens and have high spatial resolution.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)
  • Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)

Abstract

負屈折レンズにおけるエバネッセント波による高周波成分に適合した、高い空間分解能を有する照明装置等を提供する。エネルギーが印加されることによって光を発する発光性材料を含む発光体薄膜（１０６）と、発光体薄膜（１０６）へエネルギーである電子ビーム（１０２）を印加するための陰極（１０１）と、負屈折を示す材料で構成された負屈折レンズ（１１０）を含み、発光体薄膜（１０６）から発した光を物体に投影するための光学系と、を有することを特徴とする。

Description

明 細 書
照明装置、照明方法、光検出装置及び光検出方法
技術分野
[0001] 本発明は、顕微鏡、カメラ、内視鏡などの光学像検出装置、光ディスク用ピックアツ プなどの光学的情報書き込み '読み出し装置、およびステッパー等のリソグラフィー 装置に適用できる照明装置、照明方法、光検出装置及び光検出方法に関するもの である。
背景技術
[0002] 近年、顕微鏡、カメラ、内視鏡などの撮像光学系を用いた画像検出装置の解像能 力が向上している。特に顕微鏡や光記録の分野では、ほぼ無収差の光学系が実現 し、撮像光学系としての解像能力は主に可視光の回折限界によって制約されている 。一方、以下の非特許文献に開示されているように、屈折率が負の値をとる光学材料 (以下、適宜「負屈折材料」と呼ぶ。）が実現されている。負屈折材料を利用すれば回 折限界を超える超高解像の結像 (以下、適宜「完全結像」と呼ぶ。）が可能であるとい う提案がなされている。
[0003] 非特許文献 3に開示されているように、屈折率が負の値をとる場合以外でも、誘電 率または透磁率の実数部が負の値であれば、特定の偏光状態の電磁波に対して負 屈折的な現象が観測される。また、非特許文献 5に開示されているように、フォト-ッ ク結晶のような周期構造体にぉ 、ては、逆格子空間でフォトニックバンドが折り返され る結果、屈折率、誘電率及び透磁率が全て正の材料であるにもかかわらず、特定の 波長、特定の偏光状態の電磁波に対して負屈折的な現象が観測される。
[0004] 上記の事情を鑑みて、本明細書では、特定の電磁波に対して負屈折的な応答を示 す材料を「負屈折を示す材料」と呼ぶことにする。「負屈折を示す材料」 t ヽぅ表現は 、負屈折材料よりも広義の概念であることは言うまでもない。
[0005] 負屈折を示す材料としては、上述のフォトニック結晶の他にも、金属薄膜、カイラル 物質、フォトニック結晶、メタマテリアル、左手系物質、ノックワード波材料、負位相速 度媒質等が知られている。 [0006] 非特許文献 1によれば、誘電率と透磁率の両方が負の値をとる材料は、屈折率も負 の値となる。さら〖こ、このような材料は、後述するような、いわば拡張されたスネルの法 則を満足することが示されて!/ヽる。
[0007] 図 17は、正の屈折率を有する通常の光学材料 (以下、適宜「通常光学材料」と呼ぶ 。）における光の屈折の様子を示している。光が媒質 1から媒質 2へ伝搬するとき、両 媒質の境界面で屈折する。このとき、次式 (1)で示すスネルの法則を満足する。
[0008] (1) n sin θ =n sin 0
1 i 2 r
ここで、 Θは入射角、 Θ は屈折角、 ηは媒質 1の屈折率、 ηは媒質 2の屈折率をそ
i r 1 2
れぞれ示している。
[0009] これに対して、図 18は、媒質 2の屈折率 nが負の値をとるときの光の屈折の様子を
2
示している。図 18に示すように、入射した光は、境界面の法線に対して図 17で示す 屈折方向とは反対側へ屈折されている。このとき、屈折角 Θ を負の値とすれば上述 のスネルの法則を満足して 、る。
[0010] 図 19は、通常光学材料を用いた凸レンズ 13による結像関係を示している。物体面 11上の物点 11Aからの光は、凸レンズ 13により、像面 12上の像点 12Aへ集光され る。レンズの屈折率が正のとき、結像 (集光)するためにはレンズ表面が有限の曲率 を有することが必要である。
[0011] 一方、負屈折を示す材料で作られた平板 (以後、適宜「負屈折レンズ」と呼ぶ。）は 曲率が無限大であるにもかかわらず光^^めることができる。図 20は、負屈折レンズ 14による結像関係を示している。物体面 11上の物点 11Bからの光は、負屈折レンズ 14により、像面 12上の像点 12Bへ集光される。
[0012] 非特許文献 11には、負屈折を示す材料で曲面形状のレンズを構成し、非等倍結 像を実現する方法が示されている。し力しながら、完全結像となるための条件が非常 に厳しぐ負屈折を示す上に所定の屈折率勾配を有する材料が必要なため、現実的 ではない。現に、世の中で実現している負屈折レンズは全て、空間的にはほぼ一様 な屈折率をもち、光 (電磁波）が通過する表面は平面となっている。そこで、負屈折を 示す材料で作られた、空間的に一様な平板を、以後、適宜「負屈折レンズ」と呼ぶ。
[0013] ここで言う「空間的に一様」とは、電磁波の波長より大きなスケールで一様という意 味である。したがって、フォトニック結晶やメタマテリアルのように人工的な構造材料で 負屈折を実現する場合には、構造に起因する有効屈折率 (あるいは有効誘電率、あ るいは有効透磁率）が空間的に一様であることを意味する。
[0014] 顕微鏡などの結像光学系において、理論的な解像度の上限値は、回折限界によつ て決まる。光学の教科書 (例えば非特許文献 2)に記載されているように、レイリーの 基準によれば、分解可能な 2点間の最小距離は λ ΖΝΑ程度である。ここで、 λは使 用波長、 ΝΑは開口数である。そして、回折限界よりも小さな構造は、光学系によって 解像することができない。
[0015] また、液浸、油浸または固体浸の対物レンズを利用して解像度を向上させる顕微鏡 や光ピックアップも提案されている。これらは実効的な ΝΑを増大させている。これに より、回折限界に相当する λ ΖΝΑの値を小さくしている。ここで、開口数 ΝΑは、物 体面が配置される媒質の屈折率より大きくすることはできない。このため、開口数 ΝΑ は、 1. 5〜2. 0程度が上限である。
[0016] 物体面 11上の物点 11Aを発した光は、遠方まで到達する放射光と、物点 11Aから 波長程度の距離で減衰してしまうエバネッセント波との 2つの光波で構成されている。 放射光は、物体面 11上の情報のうち低周波成分に対応する。一方のエバネッセント 波は、物体面 11上の情報のうち高周波成分に対応する。
[0017] 放射光とエバネッセント波との境界は、 1Z λに相当する空間周波数である。特に エバネッセント波は、物体面内の周波数が ΐΖ λより大きい。このため、エバネッセン ト波は、それと垂直な光波伝搬方向の波数成分が虚数となる。このため、物体面 11 力 遠ざかるにつれて急速に減衰してしまう。
[0018] 一方の放射光も全ての成分が光学系へ進行するわけではない。放射光の一部は、 光学系内の開口によって蹴られてしまう。このため、物体面 11上の空間周波数が Ν ΑΖ λより小さな成分のみが像面 12へ到達する。結局、結像点 12Aへ到達する情 報では、物点 11Aが持っていた情報力 高周波成分が欠落してしまう。これにより、 回折による点像の広がりとなって解像度を制約する。
[0019] 近年開示された非特許文献 3には、負屈折材料中では上述のエバネッセント波が 増幅されることが開示されている。このため、図 20に示す負屈折レンズ 14による結像 において、像面 12上ではエバネッセント波の振幅が物体面 11上と同等の水準に回 復されることが示されている。つまり、図 20に示す光学系では、放射光とエバネッセン ト波との双方が物体面 11から像面 12へ伝搬する。このため、物点 11Bの情報が結像 点 12Bに完全に再現されることになる。このことは、負屈折レンズ 14を用いた結像光 学系を用いれば、回折限界に制約されない完全結像が可能であることを意味する。
[0020] 上述の完全結像は、理論上だけの話ではない。実際に負屈折レンズが作製され、 実験の報告もされている。例えば非特許文献 4では、波長より小さな金属性のコイル とロッドとを周期配列したメタマテリアルを作製している。そして、このようなメタマテリア ルがマイクロ波領域で負屈折レンズとして機能することが報告されている。
[0021] また、非特許文献 5には、フォトニック結晶を用いて負屈折材料を作製する方法が 開示されて 、る。誘電体中に空気ロッドを六方格子状に配列したフォトニック結晶で は、実効的な屈折率が等方的かつ負になるフォトニックバンドが存在する。そして、フ オトニック結晶は、フォトニックバンドに適合する周波数帯の電磁波に対して 2次元の 一様な負屈折材料とみなすことができる。
[0022] 負屈折レンズによる完全結像に対しては、例えば非特許文献 6に記載されているよ うな理論的反論もある。このため、論争を生じた。しカゝしながら、近年では、非特許文 献 3に開示されて ヽる負屈折レンズの理論が一般に認められて ヽる。
[0023] 通常光学材料を用いた光学系では、ァプラナティックポイント、つまり球面収差とコ マ収差が同時にゼロとなる点を作ることができる。この光学系による像は、必ず虚像 になってしまう。ここで、負屈折材料を用いると、ァプラナティックポイントに物体面を 配置し、実像を形成することができる（例えば、非特許文献 7参照)。このように、負屈 折材料を用いることで、従来にないユニークな光学設計が可能となる。
[0024] また、多くの金属は、可視光に対して誘電率の実数部が負となることが知られてい る。例えば非特許文献 9によれば、銀は波長 330〜900nmの光に対して負の誘電 率を示す。さらに、非特許文献 10によれば、らせん状の構造をもつカイラル物質にも 、負屈折を示すフォトニックバンドが存在する。
[0025] 負屈折の現象では、屈折角が負であること、位相速度と群速度が逆向きであること 、電場、磁場、波数べ外ルがこの順に左手系を形成すること等、通常光学材料とは 異なるユニークな特徴がある。
[0026] 負屈折を示す材料の呼称は世間一般でもまだ確立して!/、な 、。このため、上述の ような特徴を冠して、負位相速度媒質（Negative Phase Velocity Material (M edium) )、左手系物質 (Left Handed Material)、バックワード波材料（Backwar d Wave Material)、負屈折材料などと呼ばれることもある。本明細書では、これら を負屈折を示す材料の一種とみなして扱う。このような扱いは、上述の負屈折を示す 材料の定義から ヽつてなんら矛盾しな 、。
[0027] また、現象を冠した名称は、材料や構造を冠した名称と重複するものも多数存在す る。例えば、金属共振器アレイ力もなるメタマテリアルは、左手系物質、あるいは左手 系メタマテリアルなどと呼ばれることもある。これらも負屈折を示す材料に含むものと する。
[0028] このように、負屈折材料で構成される負屈折レンズを利用すれば、回折限界に拘束 されな!/、超高解像 (完全結像)の結像光学系を実現できる可能性がある（例えば、非 特許文献 3参照)。さらに、また放射光だけを結像させる場合でもユニークな光学設 計が可能である (例えば、非特許文献 7参照)。
[0029] 非特許文献 1 :V. G. Veselago et al. , Sov. Phys. Usp. 10, 509(1968) 非特許文献 2 : E. Hecht, "Optics", 4th ed. (Addison -Wesley, Readin g, MA, 2002)
非特許文献 3 : B. Pendry, Phys. Rev. Lett. 85, 3966 (2000)
非特許文献 4 : D. R. Smith et al. , Phys. Rev. Lett. 84, 4184 (2000) 非特許文献 5 : M. Notomi, Phys. Rev. B62, 10696 (2000)
非特許文献 6 : P. M. Valanju et al. , Phys. Rev. Lett. 88, 187401 (200
2)
非特許文献 7 : D. Schurig et al. , Phys. Rev. E70, 065601 (2004) 非特許文献 8 : D. R. Smith et al. , Appl. Phys. Lett. 82, 1506 (2003) 非特許文献 9：「最新光学技術ハンドブック」辻内順平ら (朝倉書店）
非特許文献 10 : B. Pendry, Science 306, 1353 (2004)
非特許文献 11 : S. A. Ramakrishna et al. , Phys. Rev. B69, 115115 (20 04)
[0030] 前述のように、負屈折レンズ自体はエバネッセント波を伝達することによって高周波 成分が保たれた像を形成する。しかしながら、実際に、負屈折レンズを用いて高周波 成分を有する何らかの光学像を任意に生成させたり、あるいは負屈折レンズによって 物体等から生成した光学像力 高周波成分を検出するためには、照明方法および 検出方法に関する以下のような課題がある。
[0031] まず、負屈折レンズによって物体等力 生成した光学像より、所望の高周波成分を 検出しょうとする場合について考えてみる。負屈折レンズの完全結像は、常に等倍結 像である。そして、仮にその等倍像を通常の拡大光学系によって拡大しても、その拡 大像にエバネッセント波は伝達されない。したがって、高周波成分は失われ、これを 拡大像力 検出することは出来ない。
[0032] すなわち、ある所望の高周波成分の情報を検出するためには、検出器は負屈折レ ンズによる等倍像面上に直接置かれ、かつその検出器は前記所望の高周波成分以 上の検出帯域 (空間分解能)を有して!/、る必要がある。
[0033] この種の問題は、負屈折レンズを用いて所望の高周波成分を有する何らかの光学 像を物体上に任意に生成させようとする場合においても同様に存在する。すなわち、 負屈折レンズによる等倍結像面 (対象とする物体の共役面)上において照明光が空 間的に変調され、かつその光源 (照明光源)は前記所望の高周波成分以上の変調 帯域 (空間分解能)を有して!/ヽる必要がある。
[0034] 以下に、負屈折レンズによる光学像の高周波成分を検出する場合の、検出器およ び光源における具体的な問題を、顕微鏡を例にして説明する。通常の水浸対物レン ズを有する顕微鏡の 2点分解能は、約 0. 3 μ mである。なお、波長 0. 5 m、開口数 0. 75、水の屈折率 1. 333とする。
[0035] これに対して、対物レンズとして負屈折レンズを有する顕微鏡力 上記通常の顕微 鏡の 10倍、すなわち 0. 03 /z mの 2点分解能を有するためには、検出器または光源 はそれ以上の分解能を有している必要がある。これは、検出器として CCDや CMOS 素子のような二次元撮像素子を用いる場合、その画素間隔 (画素寸法）は 0. 03 /z m の半分、すなわち 0. 015 m以下でなければならないことを意味する。 [0036] また、 1個または複数個の検出器あるいは光源を、物体と相対的に動かす走査によ つて像の信号を検出する走査型顕微鏡の場合も、それらの検出器や光源の大きさは 、上記イメージセンサーの場合と同様に、 0. 015 /z m以下でなければならない。
[0037] し力しながら、そのような極めて小さな検出器や光源の製作は容易でない。例えば 、現在実用化されている CCDにおける最も小さな画素間隔は、約 である。した がって、 CCDが上記例に示した分解能、すなわち画素間隔 0. 015 m以下を達成 するためには、今後 130倍以上の高密度化が必要である。この技術的難易度は極め て高い。
[0038] また、現在実用化されている超解像の光学顕微鏡としては SNOM (Scanning N ear field Optical Microscope)がある。この SNOMにおいて検出器および光 源として用いられている探針先端の開口部にしても、その直径は約 0. 05〜0. l ^ m である。これは、上記例に示した条件、すなわち検出器および光源の直径 0. 015 m以下に対して 3倍以上大き 、。
[0039] 本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、負屈折レンズにおけるエバネ ッセント波による高周波成分に適合した、高い空間分解能を有する照明装置、照明 方法、光検出装置及び光検出方法を提供することを目的とする。
発明の開示
[0040] 上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、エネルギーが印 加されることによって光を発する発光性材料を含む発光体と、発光体へエネルギーを 印加するためのプローブと、負屈折を示す材料で構成された光学素子を含み、発光 体力 発した光を物体に投影するための光学系と、を有することを特徴とする照明装 置を提供できる。
[0041] また、本発明の好ましい態様によれば、発光体は、薄膜形状を有することが望まし い。
[0042] また、本発明の好ま 、態様によれば、発光体へ印加するエネルギーとして、電子 ビームを用いることが望まし 、。
[0043] また、本発明の好ま 、態様によれば、プローブとして、導電性材料からなり突起形 状を有する電極を用いることが望まし 、。 [0044] また、本発明によれば、光を発する発光性材料を含む発光体に、エネルギーを印 加することによって光を放射させる発光ステップと、負屈折を示す材料で構成された 光学素子を含む光学系を介して発光体力 の光を物体に投影する投影ステップと、 を有することを特徴とする照明方法を提供できる。
[0045] また、本発明によれば、物体を照明する光源と、光導電性材料よりなる光検出体と、 負屈折を示す材料で構成された光学素子を含み、物体から発した物体光を光検出 体に投影する光学系と、光検出体に対して物体光の回折限界よりも小さな領域にェ ネルギーを印加するためのプローブと、を有することを特徴とする光検出装置を提供 できる。
[0046] また、本発明の好ましい態様によれば、光検出体は、薄膜形状を有することが望ま しい。
[0047] また、本発明の好ま 、態様によれば、光検出体へ印加するエネルギーとして、電 子ビームを用いることが望まし 、。
[0048] また、本発明の好ま 、態様によれば、プローブとして、導電性材料からなり突起形 状を有する電極を用いることが望まし 、。
[0049] また、本発明によれば、物体を照明する照明ステップと、照明によって物体が物体 光を発する物体光放射ステップと、負屈折を示す材料で構成された光学素子を含む 光学系を介して物体光を光導電性材料よりなる光検出体に投影する投影ステップと 、物体光が投影されることによって光検出体が光導電を示す光導電ステップと、光検 出体に対して物体光の回折限界よりも小さな領域にエネルギーを印加することによつ て光導電を検出する光導電検出ステップと、を有することを特徴とする光検出方法を 提供できる。
[0050] 本発明によれば、負屈折レンズにおけるエバネッセント波による高周波成分に適合 した、高い空間分解能を有する照明装置、照明方法、光検出装置及び光検出方法 を提供できると 、う効果を奏する。
図面の簡単な説明
[0051] [図 1]本発明の実施例 1に係る電子ビーム励起型光源の概略構成を示す図である。
[図 2]実施例 1における導電層付き発光体薄膜の概略構成を示す図である。 [図 3]実施例 1における電子顕微鏡用光学像観察ユニットの概略構成を示す図であ る。
[図 4]実施例 1における発光体薄膜を光学窓兼用負屈折レンズに形成した電子ビー ム励起型光源の概略構成を示す図である。
[図 5]本発明の実施例 2に係る超小型電子銃による電子ビーム励起型光源の概略構 成を示す図である。
[図 6]実施例 2における超小型電子銃の斜視構成を示す図である。
[図 7]実施例 2における超小型電子銃の断面構成を示す図である。
[図 8]実施例 2における偏向器つき超小型電子銃の断面構成を示す図である。
[図 9]実施例 2における偏向器の概略構成を示す図である。
[図 10]本発明の実施例 3に係る針型電極による光源の概略構成を示す図である。
[図 11]実施例 3における発光体薄膜の概略構成を示す図である。
[図 12]実施例 3におけるァクチユエ一ター付き針型電極による光源の概略構成を示 す図である。
[図 13]実施例 3における針型電極周辺部の概略構成を示す斜視図である。
[図 14]撮像管の等価回路を説明する図である。
[図 15]本発明の実施例 4に係る撮像管型検出器の概略構成を示す図である。
[図 16]実施例 4における光学窓とターゲットの断面構成を示す図である。
[図 17]通常光学材料における光の屈折を示す図である。
[図 18]負の屈折率を有する材料における光の屈折の様子を示す図である。
[図 19]通常光学材料を用いた凸レンズによる結像関係を示す図である。
[図 20]負屈折レンズによる結像関係を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
[0052] 以下に、本発明に係る照明装置、照明方法、光検出装置及び光検出方法の実施 例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定される ものではない。
実施例 1
[0053] 本発明の実施例 1に係る電子ビーム励起型光源について説明する。図 1は、本発 明の実施例 1に係る電子ビーム励起型光源 100の概略構成を示している。電子を放 出する陰極 (力ソード） 101は、放出された電子力もなる電子ビーム 102を供給する。 陽極 (加速電極） 103は、放出された電子に加速電圧を印加する。電子レンズ 104は 、電子ビームを収束させる。陰極 (力ソード） 101、陽極 (加速電極） 103、電子レンズ 104はプローブに対応し、電子ビーム 102はエネルギーに対応する。
[0054] 偏向器 105は、電子ビームを中心軸 119と直交する方向に偏向させる。また、発光 体薄膜 106は、発光性の材料より構成されている。光学窓 107は、光学的に透明な 材料より構成されている。真空チャンバ一 108は、電子ビームの経路の気圧を低く保 つように構成されている。真空チャンバ一 108は、陰極 (力ソード） 101、陽極 (加速電 極） 103、偏向器 105を収納している。発光体薄膜 106より発した光 109は、負屈折 材料よりなる負屈折レンズ 110へ入射する。そして、負屈折レンズ 110から射出した 光は、物体 111を照射する。
[0055] 陰極 101から発した電子よりなる電子ビーム 102は、陽極 103によって形成された 電界によって加速される。電圧 E (V)で加速された電子ビームのド 'ブロイ波長え (n m)は、次式（2)で求まる。
[0056] (2) l =h- (2meE) "°- 5= (l. 504/E) 0 5
ここで、 hはプランク定数（6. 624 X 10_34J' s)、
mは電子の質量（9. 107 X 10_31kg)、
eは電子の電荷（1. 602 X 10_19C)、
である。
[0057] この式（2)より、例えば E= 100 (V)の場合はえ =0. 1226 (nm)となる。また、 E = l (kV)の場合はえ =0. 03878 (nm)となる。さらに、 E= 100 (kV)の場合は、 λ = 0. 003878 (nm)となる。このように、電子ビームのド 'ブロイ波長は、光、例えば可視 光の波長よりもはるかに短い波長になるのは周知の通りである。
[0058] 加速された電子ビーム 102は、電子レンズ 104で収束される。そして、収束電子ビ ーム 102aとして発光体薄膜 106上に照射される。このときの電子ビームの直径は、 加速電圧を十分に高めると共に電子レンズ 104によって焦点を調節することにより、 容易に lnm程度まで絞ることが出来る。さらに、電子レンズ 104として、球面収差が 良好に補正されたレンズを用いることにより、電子ビームの直径を 0. Inm程度まで絞 ることも出来る。
[0059] 電子ビーム 102aによって照射された発光体薄膜 106の領域は、照射された電子に よって励起される。これにより、スポット光源領域 106aとなって光 109aを発する。光 1 09aは、光学窓 107を透過して負屈折レンズ 110に入射する。そして、負屈折レンズ 110の完全結像作用によって、スポット光源領域 106aは物体 111上に投影される。 この結果、スポット光源領域 106aの像は、物体 111上にスポット照明領域 11 laとし て形成される。
[0060] このように、収束電子ビーム 102aと同じ直径を持つスポット光力 物体 111上に形 成される。したがって、本実施例によれば、従来なし得な力つた、電子ビームで行う場 合と同等の直径、すなわち直径 Inmないし 0. Inm程度のスポット光で物体 111上を 照明することが出来る。
[0061] また、収束電子ビーム 102aは、偏向器 105によって中心軸 119と直交する方向に 偏向させることが出来る。例えば、収束電子ビーム 102aが図上左側に偏向されたと き、偏向収束電子ビーム 102bになる。このとき、発光体薄膜 106のスポット光源領域 106aはスポット光源領域 106bに移動する。
[0062] 同様に、光 109aは、光 109bに移動する。そして、物体 111上のスポット照明領域 1 11aは、スポット照明領域 11 lbに移動する。ここで、偏向器 105による収束電子ビー ム 102aの偏向方向および偏向量は任意に制御できる。このことから、上記作用によ つて物体 111上のスポット照明領域 11 laも任意に移動させて、走査することが可能 である。このとき、走査する移動ステップも、スポット径に合わせて小さくすることが望 ましい。
[0063] 本実施例に関しては、微細で高分解能な光の照射を必要とする対象を物体 111へ 適用することにより、種々の分野への応用が可能である。すなわち、感熱性材料ゃ感 光性材料を適用すれば、半導体やマイクロマシンのような微細構造物を製造するリソ グラフィー用露光装置とすることができる。また、光ディスクのような光情報機器用書き 込み装置とすることもできる。
[0064] また、不図示の光検出器を用いて、光 109を照射することにより物体 111から発す る反射光 '透過光'散乱光 ·蛍光等の物体光を検出する構成とし、物体 111として光 ディスク等のような光情報機器媒体を適用すれば、光情報機器用読み取り装置とす ることができる。さらに、物体 111として光学像の観察対象を適用すれば、カメラゃ顕 微鏡のような光学像観察装置となる。
[0065] これら全ての応用分野において、従来の光学的手段では光の回折限界によって達 成し得な力つた、電子ビームレベルの高い空間分解能を実現出来る。し力も、本実施 例を電子ビームが物体 111に直接照射される方法、構成、例えば電子顕微鏡ゃ電 子ビーム露光装置と比較すると、多くの長所がある。すなわち、照射する粒子 (波動） が光であるため、電子ビームよりもエネルギーが低い。このため、物体 111は、電子ビ ームを照射された場合のような損傷を受けることがない。
[0066] また、物体 111を真空中に置く必要がなぐさらに気体 '液体，固体を問わず、光を 通す物質中でさえあれば、どんな環境中 ·媒質中に置いても扱うことが出来る。従つ て、使用上の制約が極めて少ない。さらに、電子ビームは物体 111の表面にしか作 用しないのに対して、物体 111が透明である場合、光 109は物体の内部にまで作用 することが出来る。
[0067] なお、本実施例において、陰極 101としては、電極を加熱することによって電子を 放出させる熱電子放出型、高電界によって電極から電子を放出させる電界放射型等 の、電子を空間中に放出する作用のあるものならば方式、構成は問わない。また、電 子レンズとしては、電子線の集束を磁場によって行う電磁レンズでも、静電界によつ て行う静電レンズでも良い。偏向器 105も同様に、電磁型でも静電型でも良い。
[0068] 発光体薄膜 106の材料としては、電子ビームの照射によって光を発する物質ならば 何でも良い。例えば、電子ビームの照射によって、その物質が高いエネルギー状態 に励起され、低 、エネルギー状態に戻る過程で光を発する力ソードルミネッセンスを 示す物質でも良いし、照射された電子ビームがその物質中で減速する過程で、電子 自体が光を直接発する制動放射を示す物質でも良い。
[0069] 力ソードルミネッセンスを示す物質としては、蛍光物質および燐光物質があり、いず れも適用可能である。さらに好ましくは、残光時間がより短いという理由により、燐光 物質よりも蛍光物質の方が適している。この理由は、残光時間が長い場合、電子ビー ムの偏向走査に伴い、スポット光源領域 106aの面積が実質的に大きくなり、これが 空間分解能の低下をもたらす力もである。
例えば蛍光物質としては、以下のものを好適に用いることができる。
ダイヤモンド
hBN (六方晶窒化ホウ素）
ZnS :Ag
ZnS :Au, Al
ZnS : Cu, Al
ZnS :Au, Cu, Al
ZnO :Zn
ZnGa O： Mn
2 4
ZnGa O
2 4
(Zn , Cd ) S ： Ag, CI
0. 55 0. 45
(Zn , Cd ) S ： Ag, CI
0. 40 0. 60
(Zn , Cd ) S ： Ag, CI
0. 30 0. 70
(Zn , Cd ) S ： Ag, CI
[0071] また、燐光物質として、以下のものを好適に用いることができる。
Y O S :Eud
2 2
YVO： Eu
4
Zn SiO： Mn, As
2 4
g-Zn (PO ) ： Mn
3 4 2
ZnS :Ag, Ga, CI
[0072] 電子ビームにおける制動放射としては、電子が誘電率の異なる媒質へ入射する時 に媒質境界面から放射される遷移放射（OTRZOptical Transition Radiation) がある。遷移放射を生じさせる物質としては、金属でも誘電体でも良い。金属のときは 、例えば、銀やアルミニウムやステンレスが適用可能である。
[0073] 遷移放射光を光源として用いることのメリットは、残光時間が極めて短いことである。
偏向走査に伴う空間分解能の低下を抑制する上で残光時間の短い方が望ましいこ とは、前述の通りである。例えば、通常の蛍光物質における残光時間は lms〜l μ s 程度、高速応答型の蛍光物質でも 2ns ( = 2 X 10_9秒)程度である。これに対して、 遷移放射光における残光時間は ps、すなわち 10_12秒程度であり、はるかに短くする ことができる。
[0074] 次に、上述した構成のうちの発光体薄膜 106について説明する。なお、以下に示 す各実施例における構成要素のうち、先に示した実施例と共通する要素には同じ符 号を記し、重複する説明は省略する。
[0075] 図 2は、実施例 1において、特に発光体薄膜 106として力ソードルミネッセンスを示 す物質を用いる場合の好ま ヽ形態である導電層付き発光体薄膜 114の概略構成 を示している。
[0076] 本図において、導電層 112は、発光体薄膜 106を帯電させた電子を取り除く機能 を有する。透明導電層 113は、発光体薄膜 106を透過した電子を取り除くとともに発 光体薄膜 106から発する光 109を透過させる。なお、導電層 112と透明導電層 113 は、図 1における陽極 103および真空チャンバ一 108と同じ電位に保たれていること が望ましい。
[0077] 導電層付き発光体薄膜 114を用いると、真空チャンバ一 108内の電位をほぼ一定 にできる。このため、電子ビーム 102の経路が不要な電界に乱されて、照射位置がず れることを低減できるという効果がある。さらに、仮に発光体薄膜 106の表面が帯電し ても、その電子は導電層 112を介して速やかに取り除かれる。
[0078] また、発光体薄膜 106に照射された電子ビームの一部が発光体薄膜 106を通り抜 けたとしても、その電子は透明導電層 113を介して速やかに取り除かれる。したがつ て、発光体薄膜 106と光学窓 107とは、電子ビーム 102の照射によって帯電すること がない。この結果、真空チャンバ一 108内、特に発光体薄膜 106付近の電位は常に 一定に保たれる、という効果を奏する。
[0079] 導電層 112としては、導電性を有し、かつ図上で上力も照射される電子ビームを遮 ることなく、その下の発光体薄膜 106に到達させる性質が必要である。そのための材 料としては、炭素、金、白金、またはアルミニウムを用い、これを厚さ 10数 nm以下に 成膜することが望ましい。 [0080] 透明導電層 113としては、導電性を有し、かつ発光体薄膜 106で発した光を遮るこ となぐその下の光学窓 107に到達させる必要がある。そのための材料としては、酸 化亜鉛系材料、酸化インジウム系材料、または酸化スズ系材料が好適である。
[0081] 酸化亜鉛系材料の場合は、 ZnOに Al Oを数0 /0添カロした AZO (Aluminium dop
2 3
ed Zinc Oxide)または ZnOに Ga Oを数0 /0添カ卩した GZO (Gallium doped Zi
2 3
nc Oxide)が望ましい。酸化インジウム系材料の場合は、 In Oに数％の SnOを添
2 3 2 加した ITO (Indium Tin Oxide)が望ましい。酸化スズ系材料の場合は、酸化スズ にフッ素を添カ卩した FTO (Fluorine doped Tin Oxide)が望ましい。
[0082] 次に、本発明に係る照明装置を備える顕微鏡の例を説明する。図 3は、走査型電 子顕微鏡 (SEM)用光学像観察ユニット 118の概略構成を示して 、る。 SEMの真空 チャンバ一における標本室 115内には、顕微鏡標本 116が載置されている。光検出 器 117は、光が照射されることによって顕微鏡標本 116が発する物体光 120を検出 する。
[0083] SEM用光学像観察ユニット 118は、 SEMの標本室 115に対して着脱自在に構成 されている。そして、 SEM用光学像観察ユニット 118を装着した場合は図 1の説明で 示した様に電子ビームレベルの高い空間分解能での光学像観察が可能になる。す なわち、一台の SEMによって SEM像観察だけでなぐ高分解能の光学像観察も可 能になるという利点がある。
[0084] なお、図 3における物体光 120は、顕微鏡標本 116からの透過光として描いている 。し力しながら、これに限られず、光検出器 117の種類と配置を適切に選ぶことにより 、蛍光、反射光、前方散乱光、後方散乱光、ラマン散乱光等、顕微鏡標本 116が発 するあらゆる種類の物体光 120を検出することが可能である。
[0085] 次に、発光体薄膜を光学窓兼用負屈折レンズに形成した電子ビーム励起型光源 について説明する。図 4は、実施例 1における光学窓および負屈折レンズの好ましい 形態である、発光体薄膜を光学窓兼用負屈折レンズに形成した電子ビーム励起型 光源 121の概略構成を示して!/、る。
[0086] 本図において、光学窓兼用負屈折レンズ 122の上面側に発光体薄膜 106が形成 されると同時に、真空チャンバ一 108に装着されている。これにより、図 1における光 学窓 107と負屈折レンズ 110の機能を兼ねることができる。
[0087] これにより、ガラス等の通常の光学材料で作られた光学窓 107を用いないため、光 学窓部分で生ずるおそれのある吸収 ·散乱 '反射等による悪影響を避けることができ る。また、光学窓を構成する材料の不均一性に起因する光路の乱れの影響も避ける ことができる。
実施例 2
[0088] 次に、本発明の実施例 2に係る電子ビーム励起型光源について説明する。実施例 1と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図 5は、超小型電 子銃による電子ビーム励起型光源 200の概略構成を示している。また、図 6は、光学 窓と超小型電子銃との斜視構成を示している。図 7は、電子ビーム励起型光源 200 の超小型電子銃の断面構成を示して!/、る。
[0089] 図 5において、金属ケース 201は、シール材 202により、その内部を気密に保たれ ている。光学窓 203は、透明な材料より構成され、光を透過するとともに中央に電子 銃を載置するための基板である。超小型電子銃 204は、ェミッタ基板層 205と、ゲー ト電極層 206と、電子レンズ電極層 207とを有している。
[0090] そして、ェミッタ外部配線 211は、ェミッタ基板層 205を外部回路 (不図示）に接続 する。同様に、ゲート外部配線 212は、ゲート電極層 206を外部回路 (不図示）に接 続する。電子レンズ外部配線 213は、電子レンズ電極層 207を外部回路 (不図示）に 接続する。
[0091] ェミッタボンディングワイヤー 208は、ェミッタ基板層 205とェミッタ外部配線 211と を接続する。ゲートボンディングワイヤー 209は、ゲート電極層 206とゲート外部配線 212とを接続する。電子レンズボンディングワイヤー 210は、電子レンズ電極層 207と 電子レンズ外部配線 213とを接続する。
[0092] 陰極 (ェミッタ） 214は、円錐形状またはピラミッド形状を有し、先端より電子を放出 する。ゲート 215は、ェミッタ 214の先端部に高電界を生成することによりェミッタ先端 力 電子を放出させ、これを電界放射型陰極として機能させる。電子レンズ 216は、 ェミッタ先端力も放出された電子ビームを絞る静電型のレンズである。
[0093] 絶縁層 217は、ェミッタ基板層 205とゲート電極層 206と電子レンズ電極層 207と の間を電気的に絶縁している。なお、金属ケース 201内部の気密空間 201aは、電子 ビームの流れを妨げな 、ように気圧が低く保たれて 、る。
[0094] ェミッタ 214内の電子は、ゲート 215によって作られた高電界によってェミッタ 214 の先端から放出され、電子ビーム 102になる。電子ビーム 102は、電子レンズ 216に よって収束され、収束電子ビーム 102aになる。収束電子ビーム 102aは、発光体薄 膜 106上に照射される。
[0095] 電子ビーム 102aによって照射された発光体薄膜 106の領域は、照射された電子に よって励起され、スポット光源領域 106aとなって光 109aを発する。光 109aは、光学 窓 203を透過して負屈折レンズ 110に入射する。入射した光は、負屈折レンズ 110 の完全結像作用によって物体 111上に投影される。その結果、スポット光源領域 106 aの像が物体 111上にスポット照明領域 11 laとして形成される。
[0096] 実施例 2に示している電子ビーム励起型光源 200は、電子ビーム 102aを偏向させ る機能を備えていない点が実施例 1と異なっている。その他の構成に関しては、実施 例 1に示した電子ビーム励起型光源 100と共通の特長を有する。
[0097] さらに、電子ビーム励起型光源 200は、非常な小型化が可能という特長を有する。
超小型電子銃 204は、図 6、図 7に示すように積層構造より構成されている。このため 、製造する際には、半導体やマイクロマシンの製造技術であるリソグラフィ、エツチン グ、蒸着、スパッタリング等の手法が適用できる。この結果、電子ビーム励起型光源 2 00は、非常に小型化できる。
[0098] 例えば、ゲート 215や電子レンズ 216の内径としては 500nm〜2 μ m程度、ェミッタ 214の高さとしては 500ηπι〜2 /ζ πι程度の大きさである。したがって、超小型電子銃 204としては縦 lmm X横 lmm X厚さ 0. 5mm程度とする小型化が可能である。
[0099] そして、この様な電子銃におけるェミッタ 214と発光体薄膜 106との適切な間隔は 1 mn！〜 5mm程度である。このため、電子ビーム励起型光源 200の寸法としては、外 径 3mn！〜 10mm、厚さ 3mn！〜 8mm程度とする小型化が可能である。本実施例は、 このように小型なので、特に小型化が必要とされる内視鏡や光情報機器用書き込み 装置、および同読み取り装置等への応用に適している。
[0100] また、本実施例においては、電子ビーム 102aを安定ィ匕する上で、ェミッタ 214の形 状、製法、および材料が重要である。ェミッタ 214の形状としては、先端が鋭く尖った 円錐またはピラミッド形等の角錐または針状であり、先端部の曲率半径は lOnm以下 であることが望ましい。
[0101] ェミッタ 214の製法および材料としては、ェミッタ 214を蒸着やスパッタリングにより 製造する場合は、ニオブ、モリブデン、およびジルコニウムが望ましい。また、材料と してはシリコンも使用可能である。その場合の製法は、反応性イオンエッチング (Rea ctive Ion EtchingZRIE)または異方性ウエットエッチング（Orientation Depe ndent EtchingZODE)が望ましい。
[0102] また、材料として炭素の六員環および五員環よりなるカーボンナノチューブ (Carbo n NanotubeZCNT)やカーボンナノホーン（Carbon Nanohorn)も使用可能で ある。
[0103] 実施例 1における導電層付き発光体薄膜 114で説明したときと同じ理由により、本 実施例においても、発光体薄膜 106の表面には導電層を成膜することが望ましい。 本実施例にお 、ては実施例 1とは異なり、発光体薄膜 106に対して電子ビーム 102a が照射される面と光 109aが発せられる面とが同一面（図 5における下側の面)である
[0104] このため、電子ビームと光との両方が透過するような導電層をこの面に成膜する必 要がある。したがって、導電層の材料として金属を用いる場合、金属に対する光の透 過率は電子ビームよりも低いので、光を透過させるための条件として、導電層の厚さ を 5nm以下とすることが望まし 、。
[0105] また、導電層の材料として前述の酸化亜鉛系材料、酸化インジウム系材料、または 酸化スズ系材料のような透明導電材料を用いる場合は、電子ビームを透過させるた めの条件として、導電層の厚さを 10数 nm以下とすることが望ま 、。
[0106] 図 5における発光体は、力ソードルミネッセンス性材料よりなる発光体薄膜 106とし て説明したが、これに限られない。本実施例においては、上述のように電子ビーム 10 2aが照射される面と光 109aが発せられる面とが同一面なので、薄膜形状でなくバル ク形状の発光体でも使用可能である。この場合は、物性的に薄膜ィ匕が難しいカソー ドルミネッセンス性材料でも使用出来るという効果がある。なお、さらに好ましくは、こ の場合でも、表面に導電層を成膜することが望ましいという点は前記各実施例の場 合と同様である。
[0107] ェミッタ外部配線 211、ゲート外部配線 212、および電子レンズ外部配線 213は、 いずれも光学窓 203上に存在し、光 109aの一部を遮光してしまう。したがって、遮光 の割合を減らすために、これらの配線の幅は細いことが望ましい。また、配線を透明 導電材料で形成すると、さらに望ましい。
[0108] 図 8は、実施例 2における超小型電子銃の好ましい形態である偏向器付き超小型 電子銃 220の概略断面構成を示している。また、図 9は偏向器の電極形状を示して いる。図 8において、静電型の電子ビーム偏向器 218は、電子ビームを偏向させる。 また、偏向器電極層 219が形成されている。
[0109] 偏向器付き超小型電子銃 220は、実施例 2における超小型電子銃 204に対して、 偏向器 218が付加されている。そして、円周上に配置された四つの偏向器 218a, 2 18b, 218c, 218dへの印加電圧によって、収束電子ビーム 102aを中心軸 119と直 交する任意の方向へ偏向できる。
[0110] 偏向器付き超小型電子銃 220を上述の超小型電子銃 204の代わりに図 5の電子ビ ーム励起型光源に用いれば、超小型化が可能であることをはじめとする各利点を保 つたまま、実施例 1と同様な、照明領域の走査が可能になる。
実施例 3
[0111] 次に、本発明の実施例 3に係る針型電極による光源について説明する。実施例 1と 同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図 10は、本実施例 の針型電極による光源 300の概略構成を示している。また、図 11は、針型電極によ る光源 300のうちの光学窓と発光体薄膜を示して 、る。
[0112] 本図において、カンチレバー 301は、針型電極を保持し、かっこれを発光体薄膜 1 06に対して位置決めしている。針型電極 302は、導電体で形成されている。また、電 極 303は、針型電極 302と対になって発光体薄膜 106の両面力も電圧を印加するた めのものである。また、電極 303は、この電極を外部回路（不図示）に接続するための 外部配線の機能も有している。さらに、電極 303は、発光体薄膜 106から発する光 1 09を透過させる透明導電層でもある。 [0113] 針型電極 302の先端部 302aは、先端が鋭く尖った円錐または角錐または針状で、 その曲率半径は 10nm以下であることが望ましい。先端部 302aは、発光体薄膜 106 に対して接触させても良いし、トンネル電流が流れる距離、すなわち lnm以下程度 の間隔をもって離しても良い。さらに好ましくは、カンチレバー 301としてバイモルフ 型圧電ァクチユエ一ターのような駆動素子を用い、先端部 302aと発光体薄膜 106と の間隔を任意に制御出来る用に構成することが望ましい。
[0114] 針型電極の先端部 302aが発光体薄膜 106に接触している場合、その接触面の大 きさは直径にして数 nm以下の状態である。この状態で針型電極 302と透明導電層 3 03との間に電圧を印加する。これにより、発光体薄膜 106の接触部分が光を発し、こ の領域がスポット光源領域 106aとなる。
[0115] また、先端部 302aが発光体薄膜 106から離れている場合、針型電極 302と透明導 電層 303との間にトンネル電圧を印加する。これにより、先端部 302aから最も近い位 置に存在する発光体薄膜 106をなす原子または分子の一つと針型電極 302との間 にトンネル電流が流れる。これに伴!、前記原子または分子の一つがトンネル発光を 呈する。なお、針型電極 302はプローブに対応し、トンネル電流やトンネル電圧はェ ネルギ一に対応する。
[0116] この場合、トンネル発光を呈した前記原子または分子の一つがスポット光源領域 10 6aとなる。スポット光源領域 106aから発した光 109aの像力 光学窓 107および負屈 折レンズ 110を介して物体 111上にスポット照明領域 11 laとして形成される作用は、 実施例 1および実施例 2と同様である。
[0117] 本実施例に示した針型電極による光源 300は、スポット照明領域 11 laを走査する 機能を備えていない点が実施例 1と異なる。その他の構成は、実施例 1に示した電子 ビーム励起型光源 100と共通の特長を有する。
[0118] さらに、針型電極による光源 300は、実施例 2に示した超小型電子銃による電子ビ ーム励起型光源 200と同様に、非常な小型化が可能という特長を有する。小型化の 理由は、発光体薄膜 106に電圧を印加する手段が針型電極 302と透明導電層 303 であるため、 V、ずれも小型化が容易だ力 である。
[0119] また、この針型電極による光源 300は、針型電極の先端部 302aが発光体薄膜 106 に接触している場合、安定した発光が可能という特長を有する。一般的に物質の表 面状態を原子レベルで安定に保つことは容易ではない。このため、電圧印加が発光 体の表面への電子ビームの照射によってなされる場合に比較して、発光体薄膜 106 に接触した針型電極 302を介してなされる方が、作用が発光体の表面状態に依存し ないという点で不安定要因がより少ない。この結果、安定した発光が可能である。
[0120] さらに、針型電極による光源 300は、先端部 302aが発光体薄膜 106から離れてい る場合、原子または分子レベルの極めて微小なスポット光源領域 106aを形成する。 したがって、物体 111上におけるスポット照明領域 11 laとして、原子または分子レべ
Figure imgf000023_0001
ヽ空間分解能が実現可能であると!/、う特長を有する。極めて高 ヽ空間 分解能の理由は、トンネル電流によって生じるトンネル発光は、発光体薄膜 106をな す原子または分子の一つにおいて生じる力もである。
[0121] 本実施例においては、スポット光源領域 106aの面積を小さくし、さらに発光作用を 安定化する上で、針型電極 302の形状、製法、および材料が重要である。形状、製 法、および材料に関する好ましい条件は、上記実施例 2に示したェミッタ 214の場合 と同様である。透明導電層 303として好ましい条件は、実施例 1に示した透明導電層 113の場合と同様である。
[0122] 金属ケース 201内部の気密空間 201bは、針型電極 302と発光体薄膜 106との接 触状態をより安定に保っために、気圧が低く保たれているか、あるいは不活性ガスが 封入されて ヽることが望ま ヽ。
[0123] 発光体薄膜 106の材料としては、エレクト口ルミネッセンスを示す物質が適している 。エレクト口ルミネッセンス材料としては、電界印加型エレクト口ルミネッセンス材料でも 、電流注入型エレクト口ルミネッセンス材料でも良 、。
[0124] 例えば、電圧印加型エレクト口ルミネッセンス材料としては、以下のものを好適に用 いることがでさる。
ダイヤモンド
ZnS : Cu
ZnS : Cu, CI
ZnS : Cu, I ZnS:Cu, Pb
ZnS:Cu, Al
ZnS:Cu, Mn
ZnS:Cu, Mn, CI
ZnS-ZnSe:Cu, Br
ZnSe:Cu, CI
ZnSe:Mn
ZnS-ZnSe:Cu, Al
ZnS:PrF
3
ZnS:NdF
3
ZnS： SmF
3
ZnS:EuF
3
ZnS:TbF
3
ZnS:DyF3
ZnS:HoF
3
ZnS:ErF
3
ZnS:TmF
3
ZnS:YbF
3
ZnS:CrF
3
ZnS:MnF
2
BaTiO
3
SrTiO
3
TiO
2
[0125] 図 12は、実施例 3における針型電極による光源の好ましい形態である、ァクチユエ 一ター付き針型電極による光源 304の概略構成を示している。また、図 13は、光源 3 04の針型電極周辺部の詳細形状を示して 、る。
[0126] 3軸の圧電ァクチユエ一ター 305は、針型電極 302を直交する 3方向へ駆動する。
圧電ァクチユエ一ター 305は、 X軸の圧電ァクチユエ一ター 305xと、 Y軸の圧電ァク チュエーター 305yと、 Z軸の圧電ァクチユエ一ター 305zとを有して!/、る。
[0127] ァクチユエ一ター付き針型電極による光源 304は、前記針型電極による光源 300に 3軸圧電ァクチユエ一ター 305を付カ卩した構成である。 X軸の圧電ァクチユエ一ター 3 05xおよび Y軸の圧電ァクチユエ一ター 305yによって針型電極 302を発光体薄膜 1 06に対して xy面内の方向に走査させることが出来る。また、 Z軸の圧電ァクチユエ一 ター 305zにより、針型電極の先端部 302aと発光体薄膜 106との間隔を任意に制御 することが出来る。ァクチユエ一ター付き針型電極による光源 304を用いると、針型電 極による光源 300の各利点を保ったまま、実施例 1と同様な、照明領域の走査が可 會 になる。
実施例 4
[0128] 次に、本発明の実施例 4に係る光検出器について説明する。実施例 1と同一の部 分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。まず、本実施例の光検出器の 説明に先立ち、撮像管の動作原理を説明する。
[0129] 図 14は、一般的な撮像管 400の動作原理を説明する等価回路である。本図にお いて、光電変換膜 (ターゲット) 401は、光導電性材料よりなる。光電変換膜 (以下、 適宜「ターゲット」という。）401の面 401EBには電子ビーム 102が照射され、面 401
OIには光学像が照射される。
[0130] ターゲット 401内の 1画素とみなされる領域 401PXは、電子ビーム 102の断面積に 相当し、かつ電子ビーム照射面 401EBと光学像照射面 401OIとの間で c— r時定数 回路を形成している。
[0131] 透明導電膜 402は、光学像照射面 401OIと密着して形成されている。光学像を形 成するレンズ 404からは、光学像を形成する光線 403が射出される。また、直流電源 405と、負荷抵抗 R 406とが接続され、端部に出力信号端子 407が形成されている
し
[0132] ターゲット 401上には、画素領域 401PXが多数存在し、並列に配置されている。画 素領域 40 IPXの抵抗 rは、照射される光線 403の強度によって変化する。透明導電 膜 402〖こは、ターゲット電圧 Vが印加されている。
T
[0133] ターゲット 401の電子ビーム照射面 401EBには、電子ビーム 102が照射され、電 子ビーム 102の走査によって画素領域 401PXが順番にオンまたはオフされてゆく。 そして、オンされている画素の信号が、負荷抵抗 406を介して出力信号端子 407か ら取り出される。
[0134] 電子ビーム 102が画素領域 401PXの一つに照射されると、スィッチが閉じたことに なり、キャパシタ cは充電される。このため、電子ビーム照射面 401EBの電位は電子 が放射される陰極 101と同じになり、この図の場合は 0Vとなる。
[0135] 次に、画素領域 401PXから電子ビーム 102が離れると、スィッチは開いたことにな り、キャパシタ cに充電された電荷は抵抗 rを通して放電する。画素に当たる光が強い 場合は、抵抗 rが低くなるために早く放電して、電子ビーム照射面 401EBの電位は 高くなる。画素に当たる光が弱い場合は、抵抗 rが高くなるためにほとんど放電せず、 電子ビーム照射面 401EBの電位の上昇はわずかである。
[0136] 次に決まった所定の時間の経過後に電子ビーム 102が再び照射されると、各画素 領域 401PXの面 401EBで上昇した電位は再び陰極電位にまで落とされる。このとき 、キャパシタ cを充電する分の電荷が信号電流として負荷抵抗 406に流れる。そして 、そこで生じた電圧降下が信号電圧として出力信号端子 407から取り出される。この ようにして撮像管 400は、各画素領域 401PXごとの光電変換信号を、時系列的に出 力信号端子 407より出力する。
[0137] 図 15は、実施例 4に係る撮像管型光検出器 408の概略構成を示している。また、 図 16は、撮像管型光検出器 408の光学窓とターゲットを示している。ここで、光源 40 9は、照明光 410を照射する。照明光 410で照明された光情報検出対象物体 411は 、物体光 412を発する。
[0138] 撮像管型光検出器 408の構成は、実施例 1の図 1に示した電子ビーム励起型光源 100と類似している力 電子ビーム 102の照射対象が発光体薄膜 106でなく光導電 性材料よりなる光電変換膜 (ターゲット) 401であること、常に透明電極 402を有する こと、直流電源 405、負荷抵抗 406および出力端子 407を有すること、が異なる。こ れらの構成により、撮像管型光検出器 408は、図 14で説明した一般的な撮像管 400 と同様に、光学像の光電変 能を有する。
[0139] 一方、光情報検出対象物体 411が発した物体光 412は、負屈折レンズ 110を介し てターゲット 401の光学像照射面 401OI側に結像する。この結果、結像した光学像 はターゲット 401にお 、て光電変換され、その信号は出力信号端子 407から取り出さ れる。
[0140] 撮像管型光検出器 408における収束電子ビーム 102aは、実施例 1の電子ビーム 励起型光源 100における収束電子ビームと同様に、直径 lnmないし 0. lnm程度に 絞られる。収束電子ビーム 102aがターゲットの電子ビーム照射面 401EBに照射され 、照射された領域が画素領域 401PXとなる。
[0141] 画素領域 401PXは、負屈折レンズ 411の完全結像作用により、光情報検出対象 物体 411上の画素共役領域 41 laと共役関係にある。これはすなわち、収束電子ビ ーム 102aと同じ直径を持つ光検出器が、光情報検出対象物体 411上の光を検出す ることを意味する。このように、プローブに対応する陰極 101からは、光検出体である ターゲット 401に対して物体光の回折限界よりも小さな領域に収束電子ビーム 102a ( エネルギー）を印加して!/、る。
[0142] したがって、本実施例によれば、従来なし得な力つた、電子ビームで行う場合と同 等の直径、すなわち直径 lnmないし 0. lnm程度の大きさの光検出器で、光情報検 出対象物体 411上の光の強度分布を検出することが出来る。また、収束電子ビーム 102aは、偏向器 105によって中心軸 119と直交する方向に偏向させることが出来る 。その作用および効果は、実施例 1の場合と同様である。
[0143] 本実施例においては、微細で高分解能な光の検出を必要とする対象を光情報検 出対象物体 411へ適用することにより、種々の分野への応用が可能である。すなわ ち、光情報検出対象物体 411として光ディスク等のような光情報機器媒体を適用す れば、光情報機器用読み取り装置となり、また光学像の観察対象を適用すれば、カメ ラゃ顕微鏡のような光学像観察装置となる。
[0144] なお、図 15における物体光 412は光情報検出対象物体 411からの透過光として描 いたが、光源 409の種類と配置を適切に選ぶことにより、蛍光、反射光、前方散乱光 、後方散乱光、ラマン散乱光等、光情報検出対象物体 411が発するあらゆる種類の 物体光を検出することが可能である。
[0145] また、図 15においては陰極 101の電位を OV、透明電極 402を正の電位 (V )とし たが、陰極 101を負の電位、透明電極 402を 0Vとしても良い。また、陰極を負、透明 電極を正としても良い。
[0146] ターゲット 401の材料としては、光導電性材料ならば何でも良ぐ特に撮像管に用 いられているターゲット膜が適している。例えば、以下のものを好適に使用することが できる。
三硫ィ匕アンチモン膜 (Sb S )
2 3
一酸化鉛膜 (PbO)
セレン化カドミウム膜 (CdSe)
サチコン膜 (Se— As— Te)
ニューピコン膜 ({ZnSe— (Zn Cd Te) (In Te ) })
1— x x 1— y 2 3 y
ァモノレファスセレン膜 (a— Se)
スーパーハーピコン膜 （Se— As— Te)
アモルファスシリコン膜 （a— Si)
[0147] なお、上記のように、実施例 1に示した照明装置における発光体薄膜 106をターゲ ット 401に代えて、さらに光電変換信号検出回路を付加することによって、実施例 4に 示した光検出装置となるのと同様に、前記実施例 2·実施例 3においても、ターゲット 401および光電変換信号検出回路の適用により、高い空間分解能を有する光検出 装置となることは言うまでもな 、。
[0148] また、上記照明装置におけるスポット照明領域 11 laおよび上記光検出装置におけ る画素共役領域 41 laは、いずれの大きさも直径 lnmないし 0. lnm程度という小ささ であるから、これらの両方を一つの物体に対して適用し、スポット照明領域 11 laと画 素共役領域 41 laを一致させることにより、極めて優れた共焦点光学系を構成できる ことも言うまでもな 、。
[0149] さらに、本発明は上記実施例に何ら制約されるものではなぐ本発明の趣旨を逸脱 しな 、範囲でさまざまな応用が可能であることも言うまでもな 、。
産業上の利用可能性
[0150] 以上のように、本発明は、負屈折レンズを有し、高い空間分解能を有する照明装置 、光検出装置に有用である。

Claims

請求の範囲
[1] エネルギーが印加されることによって光を発する発光性材料を含む発光体と、 前記発光体へエネルギーを印加するためのプローブと、
負屈折を示す材料で構成された光学素子を含み、前記発光体から発した光を物体 に投影するための光学系と、を有することを特徴とする照明装置。
[2] 前記発光体は、薄膜形状を有することを特徴とする請求項 1に記載の照明装置。
[3] 前記発光体へ印加するエネルギーとして、電子ビームを用いることを特徴とする請 求項 1または 2に記載の照明装置。
[4] 前記プローブとして、導電性材料からなり突起形状を有する電極を用いることを特 徴とする請求項 1または 2に記載の照明装置。
[5] 光を発する発光性材料を含む発光体に、エネルギーを印加することによって光を 放射させる発光ステップと、
負屈折を示す材料で構成された光学素子を含む光学系を介して前記発光体から の光を物体に投影する投影ステップと、を有することを特徴とする照明方法。
[6] 物体を照明する光源と、
光導電性材料よりなる光検出体と、
負屈折を示す材料で構成された光学素子を含み、前記物体から発した物体光を前 記光検出体に投影する光学系と、
前記光検出体に対して前記物体光の回折限界よりも小さな領域にエネルギーを印 加するためのプローブと、を有することを特徴とする光検出装置。
[7] 前記光検出体は、薄膜形状を有することを特徴とする請求項 6に記載の光検出装 置。
[8] 前記光検出体へ印加するエネルギーとして、電子ビームを用いることを特徴とする
、請求項 6または 7に記載の光検出装置。
[9] 前記プローブとして、導電性材料からなり突起形状を有する電極を用いることを特 徴とする、請求項 6または 7に記載の光検出装置。
[10] 物体を照明する照明ステップと、
前記照明によって前記物体が物体光を発する物体光放射ステップと、 負屈折を示す材料で構成された光学素子を含む光学系を介して前記物体光を光 導電性材料よりなる光検出体に投影する投影ステップと、
前記物体光が投影されることによって前記光検出体が光導電を示す光導電ステツ プと、
前記光検出体に対して前記物体光の回折限界よりも小さな領域にエネルギーを印 加することによって前記光導電を検出する光導電検出ステップと、を有することを特 徴とする光検出方法。
PCT/JP2007/061427 2006-06-23 2007-06-06 照明装置、照明方法、光検出装置及び光検出方法 WO2007148532A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP07744770A EP2048429A4 (en) 2006-06-23 2007-06-06 LIGHTING DEVICE, LIGHTING METHOD, LIGHT DETECTOR, AND LIGHT DETECTION METHOD
US12/308,619 US8129687B2 (en) 2006-06-23 2007-06-06 Lighting system, method of lighting, optical detector, and method of optical detection

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006-174447 2006-06-23
JP2006174447A JP5086567B2 (ja) 2006-06-23 2006-06-23 照明装置及び照明方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2007148532A1 true WO2007148532A1 (ja) 2007-12-27

Family

ID=38833274

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2007/061427 WO2007148532A1 (ja) 2006-06-23 2007-06-06 照明装置、照明方法、光検出装置及び光検出方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8129687B2 (ja)
EP (1) EP2048429A4 (ja)
JP (1) JP5086567B2 (ja)
WO (1) WO2007148532A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017515151A (ja) * 2014-05-07 2017-06-08 エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． リソグラフィ装置用のダイヤモンドベースの監視装置、およびダイヤモンドベースの監視装置を備えるリソグラフィ装置

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007016588B4 (de) * 2007-04-05 2014-10-09 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Mikroskop mit Subwellenlängenauflösung und Verfahren zum Erzeugen eines Bilds eines Objekts
US20110133568A1 (en) * 2009-12-03 2011-06-09 Bingnan Wang Wireless Energy Transfer with Metamaterials
US20110133566A1 (en) * 2009-12-03 2011-06-09 Koon Hoo Teo Wireless Energy Transfer with Negative Material
US20110133565A1 (en) * 2009-12-03 2011-06-09 Koon Hoo Teo Wireless Energy Transfer with Negative Index Material
US9461505B2 (en) * 2009-12-03 2016-10-04 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. Wireless energy transfer with negative index material
US20120223245A1 (en) * 2011-03-01 2012-09-06 John Bennett Electron beam source system and method
US10619826B2 (en) 2016-08-04 2020-04-14 Abl Ip Holding Llc Configurable lighting device using a light source, optical modulator, and one or more lenses
US10466470B2 (en) * 2016-08-04 2019-11-05 Abl Ip Holding Llc Configurable optical transducers using an optical modulator and one or more lenses
KR102240808B1 (ko) 2016-09-06 2021-04-15 비엔엔티 엘엘씨 천이 방사 광원
CN111366338B (zh) * 2020-04-24 2021-11-19 华中科技大学 一种成虚像光学系统的成像质量检测装置及方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63252350A (ja) * 1987-04-09 1988-10-19 Fuji Xerox Co Ltd 光書き込みヘツド
JPH04312752A (ja) * 1991-04-11 1992-11-04 Hamamatsu Photonics Kk 電子管装置
WO1993006616A1 (en) * 1991-09-26 1993-04-01 Seiko Epson Corporation Lighting device and image readout device
JP2000081494A (ja) * 1998-09-07 2000-03-21 Hitachi Ltd 水冷却型原子炉の燃料集合体
JP2002296117A (ja) * 2001-03-30 2002-10-09 Toshiba Corp 撮像素子
JP2005222943A (ja) * 2004-02-05 2005-08-18 Samsung Sdi Co Ltd 電界放出型バックライト装置
JP2006072237A (ja) * 2004-09-06 2006-03-16 Olympus Corp レンズ、光学系、並びに光学装置

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5477060A (en) * 1977-12-01 1979-06-20 Hitachi Ltd Electron microscope
JPH0679110B2 (ja) * 1985-05-08 1994-10-05 オリンパス光学工業株式会社 内視鏡装置
FR2591357A1 (fr) * 1985-12-10 1987-06-12 Labo Electronique Physique Dispositif d'insolation pour la generation de masques
JPH0588165A (ja) * 1991-09-26 1993-04-09 Canon Inc カラー投写装置用光源
CA2094051A1 (en) 1992-04-30 1993-10-31 James T. Connors, Jr. Filter for filtering an aggressive fluid
JPH0831303A (ja) * 1994-07-14 1996-02-02 Oki Electric Ind Co Ltd 微小電界放射電子源の構造及びその製造方法
US6078643A (en) * 1998-05-07 2000-06-20 Infimed, Inc. Photoconductor-photocathode imager
JP2000208089A (ja) * 1999-01-12 2000-07-28 Canon Inc 電子顕微鏡装置
JP2003149119A (ja) * 2001-11-07 2003-05-21 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 導電透明プローブ
JP2004227822A (ja) * 2003-01-21 2004-08-12 Hitachi Displays Ltd 画像表示装置
TWM252948U (en) 2003-09-09 2004-12-11 Optimax Tech Corp Control film structure of light-beam
US7304789B2 (en) * 2004-02-24 2007-12-04 Olympus Corporation Microscope system and objective unit
JP4678832B2 (ja) * 2004-07-27 2011-04-27 日本碍子株式会社 光源
US7511798B2 (en) * 2004-07-30 2009-03-31 Asml Holding N.V. Off-axis catadioptric projection optical system for lithography
JP2006040835A (ja) * 2004-07-30 2006-02-09 Orc Mfg Co Ltd 電子ビーム照射装置
US7529030B2 (en) * 2004-09-06 2009-05-05 Olympus Corporation Optical apparatus with optical element made of a medium exhibiting negative refraction
JP4947889B2 (ja) 2004-10-15 2012-06-06 オリンパス株式会社 光学系及び光学装置
JP2006112985A (ja) * 2004-10-18 2006-04-27 Canon Inc 光強度検出方法及び該方法を用いたセンシング方法、光強度検出装置及び該装置によって構成したセンシング装置
JP2006145985A (ja) * 2004-11-22 2006-06-08 Olympus Corp 光学装置
JP2008046470A (ja) * 2006-08-18 2008-02-28 Olympus Corp 照明装置、照明方法、及び走査型光学顕微鏡

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63252350A (ja) * 1987-04-09 1988-10-19 Fuji Xerox Co Ltd 光書き込みヘツド
JPH04312752A (ja) * 1991-04-11 1992-11-04 Hamamatsu Photonics Kk 電子管装置
WO1993006616A1 (en) * 1991-09-26 1993-04-01 Seiko Epson Corporation Lighting device and image readout device
JP2000081494A (ja) * 1998-09-07 2000-03-21 Hitachi Ltd 水冷却型原子炉の燃料集合体
JP2002296117A (ja) * 2001-03-30 2002-10-09 Toshiba Corp 撮像素子
JP2005222943A (ja) * 2004-02-05 2005-08-18 Samsung Sdi Co Ltd 電界放出型バックライト装置
JP2006072237A (ja) * 2004-09-06 2006-03-16 Olympus Corp レンズ、光学系、並びに光学装置

Non-Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
D. R. SMITH ET AL., APPL. PHYS. LETT., vol. 82, 2003, pages 1506
D. R. SMITH ET AL., PHYS. REV. LETT., vol. 84, 2000, pages 4184
D. SCHURIG ET AL., PHYS. REV., vol. E70, 2004, pages 065601
E. HECHT: "Optics", 2002, ADDISON - WESLEY
J. B. PENDRY, PHYS. REV. LETT., vol. 85, 2000, pages 3966
J. B. PENDRY, SCIENCE, vol. 306, 2004, pages 1353
M. NOTOMI, PHYS. REV. B, vol. 62, 2000, pages 10696
P. M. VALANJU ET AL., PHYS. REV. LETT., vol. 88, 2002, pages 187401
S. A. RAMAKRISHNA ET AL., PHYS. REV. B, vol. 69, 2004, pages 115115
See also references of EP2048429A4 *
TSUJIUCHI JUNPEI ET AL.: "Latest Optical Technology Handbook", ASAKURA SHOTEN
V. G. VESELAGO ET AL., SOV. PHYS. USP., vol. 10, 1968, pages 509

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017515151A (ja) * 2014-05-07 2017-06-08 エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． リソグラフィ装置用のダイヤモンドベースの監視装置、およびダイヤモンドベースの監視装置を備えるリソグラフィ装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20100230611A1 (en) 2010-09-16
EP2048429A4 (en) 2010-11-10
US8129687B2 (en) 2012-03-06
JP2008004452A (ja) 2008-01-10
EP2048429A1 (en) 2009-04-15
JP5086567B2 (ja) 2012-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5086567B2 (ja) 照明装置及び照明方法
US8119960B2 (en) Light emitting type lighting system, method of light emitting type lighting, and scanning optical microscope
US20040089816A1 (en) Method and system for scanning apertureless fluorescence microscope
US10520527B2 (en) Miniature device for ultra high sensitivity and stability probing in vacuum
US5464977A (en) Scanning optical detection apparatus and method, and photoelectric conversion medium applied thereto
US7469039B2 (en) Device and method for generating an x-ray point source by geometric confinement
US5932880A (en) Scintillator device and image pickup apparatus using the same
US5936244A (en) Electron microscope and electron microscopy method
US8296861B2 (en) Polarization-modulated tip enhanced optical microscope
JP4217565B2 (ja) 電子顕微鏡用撮像装置
US8592741B2 (en) Image sensor cell for night vision
JP5025577B2 (ja) 撮像管
JP2009224192A (ja) 撮像装置
WO2013175972A1 (ja) 電子顕微鏡および電子検出器
US7566873B1 (en) High-resolution, low-distortion and high-efficiency optical coupling in detection system of electron beam apparatus
JPH06117847A (ja) 原子間力顕微鏡
JP6945071B2 (ja) 電子線応用装置
JP2018129559A (ja) 高速撮像装置
TWI267655B (en) Near-field optical fiber probe
JPH08228313A (ja) 撮像装置
Janssen et al. Test pattern for fluorescence microscopy
KR20080113762A (ko) 시료 분석 장치
JP2019039728A (ja) 逆光電子分光測定装置及び逆光電子分光測定用基板並びに逆光電子分光測定方法
JPH06148400A (ja) 表面凹凸像とｘ線透過像の観察装置及び観察方法
JP2008305597A (ja) 電子放出素子，電子銃およびそれを用いた電子ビーム応用装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 07744770

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 12308619

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2007744770

Country of ref document: EP