JP6219257B2 - Near-field measurement method and near-field optical microscope - Google Patents
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Description
本発明は、近接場測定方法および近接場光学顕微鏡に関し、特にプローブ位置制御方式の改良に関する。 The present invention relates to a near-field measurement method and a near-field optical microscope, and more particularly to improvement of a probe position control system.
一般的な光学顕微鏡は、測定対象に対して、非接触、非破壊で微細な部位の観察が行なえる。さらに分光分析器等を併用することにより、測定対象の成分分析を行うことも可能であることから、光学顕微鏡は各種の分野で応用されている。
しかし、一般的な光学顕微鏡では、光の波長よりも小さな分解能で物体を視察することはできない。
A general optical microscope can observe a non-contact, non-destructive and minute part with respect to a measurement object. Furthermore, since a component to be measured can be analyzed by using a spectroscopic analyzer or the like together, an optical microscope is applied in various fields.
However, a general optical microscope cannot observe an object with a resolution smaller than the wavelength of light.
他方で、電子顕微鏡は上記光学顕微鏡よりも分解能を大きく向上させることができるものの、電子線の光路上に大気、あるいは溶媒等が存在すると、それらの媒体によって電子が散乱し、その観測精度は極端に下がる。
そのため、電子顕微鏡は、特に生体試料を扱う分野において、必ずしも満足のゆく精度の観測を行うことができるものではなかった。
On the other hand, although the electron microscope can greatly improve the resolution compared with the above-mentioned optical microscope, if the atmosphere or solvent exists in the optical path of the electron beam, electrons are scattered by those media, and the observation accuracy is extremely high. Go down.
For this reason, the electron microscope is not always capable of observing with satisfactory accuracy, particularly in the field of handling biological samples.
近年、それら光学顕微鏡や電子顕微鏡とは異なる原理に基づく近接場光学顕微鏡が開発され、その応用が期待されている。そこで、近接場光学顕微鏡について説明する。
まず近接場光とは、全反射の条件で対象の表面に光を照射した場合や、光の波長よりも小さな径を有する対象に光を照射した場合に、その対象から対象の内部に向けて、もしくはその対象から対象の外部に向けて滲み出す光(エネルギー)の場の総称である。
近接場光学顕微鏡は、近接場光と試料測定面の間の相互作用の結果生じる光を、検出光として集光し、その検出光を定量的に分析することによって、測定対象の表面の微細な組成評価を可能にしている。
In recent years, near-field optical microscopes based on principles different from those of optical microscopes and electron microscopes have been developed and their applications are expected. Therefore, a near-field optical microscope will be described.
First, near-field light refers to the direction from the target to the inside of the target when light is irradiated on the surface of the target under conditions of total reflection or when light is irradiated to a target having a diameter smaller than the wavelength of the light. Or, it is a general term for the field of light (energy) that oozes out from the object toward the outside of the object.
The near-field optical microscope collects the light generated as a result of the interaction between the near-field light and the sample measurement surface as detection light, and quantitatively analyzes the detection light to finely measure the surface of the object to be measured. Allows composition evaluation.
ここで、その近接場光学顕微鏡で使用するプローブは、開口型と散乱型の2つに分けられる。
前者は先端に微小開口を設けた光ファイバーをプローブとして利用するものであり、後者は先端部を先鋭化した金属製の針をプローブとして利用するものである。
特に、近年の近接場光学顕微鏡の開発分野においては、前者の開口型のプローブを利用する装置の改良が頻繁に行われている。
Here, the probe used in the near-field optical microscope is divided into two types, an aperture type and a scattering type.
The former uses an optical fiber having a minute opening at the tip as a probe, and the latter uses a metal needle with a sharpened tip as a probe.
In particular, in the field of development of near-field optical microscopes in recent years, improvement of the apparatus using the former aperture type probe is frequently performed.
その光ファイバーの先端に微小開口を形成する代表的な技術としては、例えば特許文献1の図3に示されているような、先端部22を金属膜64で覆う(マスクする)ことによって微小開口62を形成するものや、特許文献2の図6のようにクラッド部114に対してコア部112の溶解速度が異なるように調整した複数のフッ酸緩衝液120に、それらクラッド部114に対してコア部112を段階的に浸していき、3段テーパ型の先鋭部116を作成し、その先鋭部を微小開口に利用するものが知られている。
そして、それら特許文献1および2に記載されているような技術等を、適宣使用することによって、光ファイバーの先端には励起光の波長よりも短い径(数十〜百nm)を持つ微小開口が形成され、その光ファイバーが近接場プローブに利用される。
As a typical technique for forming a minute opening at the tip of the optical fiber, the minute opening 62 is covered (masked) with a metal film 64 as shown in FIG. Or a plurality of hydrofluoric acid buffer solutions 120 adjusted so that the dissolution rate of the core part 112 is different from that of the clad part 114 as shown in FIG. It is known to immerse the portion 112 step by step, create a three-step tapered sharpened portion 116, and use the sharpened portion for a minute opening.
Then, by appropriately using the techniques described in
他方で、上記微小開口を有するプローブを用いた近接場測定には、イルミネーション‐コレクションモード、イルミネーションモード、およびコレクションモード、の3つの方法が知られている。
イルミネーション‐コレクションモードでは、まず微小開口に励起光を導入することによって、その微小開口の近傍に励起光波長と同程度の大きさの近接場光を生起させる。
次いで、その近接場光近傍に試料測定面を近づけていき、近接場光と試料測定面の間の距離が数十nmまで近接した段階で、試料測定面によって散乱される光が生じるようになる。
その後、その散乱される光を検出光として、プローブの微小開口を通して集光し、集光した検出光が励起光に対して、どの程度波長シフトしているか等、光の物理的な変化を解析することによって、試料表面の組成を明らかにすることが出来る。
On the other hand, three methods of an illumination-collection mode, an illumination mode, and a collection mode are known for near-field measurement using the probe having the minute aperture.
In the illumination-collection mode, first, excitation light is introduced into a minute aperture, thereby generating near-field light having a magnitude similar to the wavelength of the excitation light in the vicinity of the minute aperture.
Next, the sample measurement surface is brought close to the vicinity of the near-field light, and light scattered by the sample measurement surface is generated when the distance between the near-field light and the sample measurement surface is close to several tens of nanometers. .
After that, the scattered light is collected as detection light, collected through the probe's micro-aperture, and physical changes in the light, such as how much wavelength the collected detection light is shifted with respect to the excitation light, are analyzed. By doing so, the composition of the sample surface can be clarified.
イルミネーションモードでは、上述した励起光を試料測定面に対して(全反射の条件を満たす角度で)照射することによって、その試料測定面の近傍に近接場光を生起させる。
その近接場光近傍にプローブの微小開口を近づけていき、近接場光と微小開口の間の距離が数十nmまで近接した段階で、その微小開口によって散乱される近接場光の一部が、その微小開口を介して光ファイバー内を透過するようになる。
このイルミネーションモードでは、その光ファイバー内を透過する散乱光を検出光として集光する。
In the illumination mode, near-field light is generated in the vicinity of the sample measurement surface by irradiating the above-described excitation light to the sample measurement surface (at an angle satisfying the condition of total reflection).
When the microscopic aperture of the probe is brought close to the near-field light and the distance between the near-field light and the microscopic aperture approaches several tens of nanometers, a part of the near-field light scattered by the microscopic aperture is The light passes through the optical fiber through the minute aperture.
In this illumination mode, the scattered light transmitted through the optical fiber is condensed as detection light.
コレクションモードでは、上記イルミネーション‐コレクションモードと同様に、プローブの微小開口近傍に近接場光を生起した状態で、その近接場光と試料測定面の間を近づけていく。
それによって、近接場光と微小開口の間の距離が数十nmまで近接した段階で、その試料測定面によって散乱される光の一部が、試料測定面を介して試料内を透過するようになる。
このコレクションモードでは、その試料内を透過する散乱光を検出光として集光する。
In the collection mode, similar to the illumination-collection mode, the near-field light and the sample measurement surface are brought closer to each other while the near-field light is generated in the vicinity of the minute aperture of the probe.
As a result, when the distance between the near-field light and the microscopic aperture is close to several tens of nanometers, a part of the light scattered by the sample measurement surface is transmitted through the sample through the sample measurement surface. Become.
In this collection mode, the scattered light transmitted through the sample is collected as detection light.
以上が、開口型のプローブを使用する近接場測定方法であり、近接場光学顕微鏡では、それら各種の測定方法によって得られる検出光と励起光との間で、物理的な変化量を分析することにより、測定試料表面の微細な組成評価を可能としている。 The above is a near-field measurement method using an aperture-type probe. With a near-field optical microscope, the amount of physical change is analyzed between detection light and excitation light obtained by these various measurement methods. Thus, it is possible to evaluate a fine composition on the surface of the measurement sample.
ここで、従来の近接場プローブでは、上記特許文献1の図2に示されているような長尺の光ファイバーを用いることが主流となっていたが、本発明者らはショート化した光ファイバーを用いることによって近接場測定の精度の向上が図れることを見出し、その発明を特許文献3として公知にしている。
その特許文献3の最大の特徴は、長手方向の長さが7mmのショートプローブ14(特許文献3の図2参照)を採用したことにあり、そのショートプローブ14の使用によって、被測定光のエネルギーロスを防ぎ、かつノイズの混入を防ぐことを可能にしている。
更に、特許文献3の図3においては、プローブ切替手段42を採用したことによって、対物レンズ16から試料32に至る光路内へショートプローブ14の挿入、およびその光路からショートプローブ14の退避を行うことができる。
すなわち、プローブ切替手段42の使用によって、顕微測定と近接場測定の両測定を、一台の顕微鏡装置で行うことを可能にしている。
Here, in the conventional near-field probe, it has been a mainstream to use a long optical fiber as shown in FIG. 2 of the above-mentioned
The greatest feature of Patent Document 3 is that a
Further, in FIG. 3 of Patent Document 3, by adopting the probe switching means 42, the
That is, by using the probe switching means 42, it is possible to perform both the microscopic measurement and the near-field measurement with a single microscope apparatus.
しかしながら、本発明者らは、上記特許文献3の発明の実施を重ねていく中で、近接場測定によって得られる測定領域の画像が、試料測定面上に設定した近接場測定予定の領域に対して、最大数百ナノメートル程度ずれる場合があることを見出した。
そして、近接場光学顕微鏡の分解能は最高で数ナノメートルのオーダーであって、上記の測定予定領域と実際の測定領域との間のずれは、近接場測定において許容されるものではなく、早急にこの問題を解決する技術の開発が求められた。
However, the inventors of the present invention have repeatedly implemented the invention of Patent Document 3 above, and the image of the measurement region obtained by the near-field measurement is compared with the region scheduled for near-field measurement set on the sample measurement surface. It has been found that there may be a deviation of up to several hundred nanometers.
The resolution of the near-field optical microscope is on the order of several nanometers at the maximum, and the deviation between the planned measurement area and the actual measurement area is not allowed in the near-field measurement, and is promptly Development of technology to solve this problem has been demanded.
従って、本発明は上記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は近接場測定予定領域と近接場測定領域の間に生じ得る位置のずれを未然に防止し、正しい位置での近接場測定を可能にする近接場測定方法、およびその近接場測定方法を実施するための近接場光学顕微鏡を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and its purpose is to prevent a positional shift that may occur between the near-field measurement scheduled area and the near-field measurement area, and to prevent proximity at the correct position. An object of the present invention is to provide a near-field measurement method that enables field measurement, and a near-field optical microscope for performing the near-field measurement method.
上記課題を解決するために本発明は、
光軸を一致させるようにして対物レンズから該対物レンズの焦点までの空間へ挿入できる長さを有した光ファイバー、からなる近接場プローブを用いて、試料測定面上に設定した近接場測定予定領域を走査する際に、当該プローブにおける光ファイバーの取付け方に応じ、前記近接場測定予定領域に対する近接場測定の位置がずれることを、未然に防ぐための近接場測定方法(S10)において、
対物レンズの光軸に前記近接場プローブを挿入する工程(S12)と、
前記対物レンズの焦点に、前記光ファイバーの上端の中心を整合する工程(S14)と、
前記プローブを直上方向に移動させ、前記光ファイバーの下端の高さの位置に前記対物レンズのピントを整合する工程(S16)と、
前記光ファイバーの下端の高さ位置に前記対物レンズのピントを整合した状態で、顕微測定画像上の当該光ファイバー下端の中心の位置を判断し、かつ当該中心の位置に印を付加する工程(S18)と、
前記対物レンズの焦点と前記印の位置のずれ量を演算する工程(S20)と、を備え
前記近接場プローブにおける光ファイバーの取付け方に応じ、前記光ファイバーの上端の中心から前記光ファイバーの下端の中心に至るずれ量を、顕微測定下で求めることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention
A near-field measurement scheduled region set on the sample measurement surface using a near-field probe comprising an optical fiber having a length that can be inserted into a space from the objective lens to the focal point of the objective lens so that the optical axes coincide. the when run査, according to the mounting direction of the optical fibers in the probe, that the position of the near-field measurement with respect to the near-field measuring scheduled region is shifted, the near-field measuring method for prevent (S10),
Inserting the near-field probe into the optical axis of the objective lens (S12);
Aligning the center of the upper end of the optical fiber with the focal point of the objective lens (S14);
Moving the probe in a directly upward direction and aligning the focus of the objective lens at the height position of the lower end of the optical fiber (S16);
A step of determining the center position of the lower end of the optical fiber on the microscopic measurement image in a state where the focus of the objective lens is aligned with the height position of the lower end of the optical fiber, and adding a mark to the center position (S18). When,
A step (S20) of calculating a deviation amount between the focal point of the objective lens and the position of the mark, depending on how to attach the optical fiber in the near-field probe, from the center of the upper end of the optical fiber to the center of the lower end of the optical fiber. It is characterized in that the amount of displacement is obtained under microscopic measurement.
さらに、前記近接場測定方法において、
前記光ファイバーを直上方向に移動し、当該光ファイバー越しに、前記印の位置に前記近接場測定予定領域の特定位置を、前記ずれ量に基づいて整合する工程(S22)と、
前記光ファイバーと前記試料測定面を、それぞれ直下方向へ移動させ、前記対物レンズの焦点には当該光ファイバーの上端の中心を整合し、かつ当該光ファイバーの下端の中心には前記近接場測定予定領域の特定位置を整合する工程(S24)と、を備え、
前記光ファイバーの下端の中心と前記近接場測定予定領域の特定位置とを整合した状態で、近接場測定を開始することによって、前記光ファイバーの取付け方に応じた近接場測定位置のずれを防ぐことを特徴とする。
前記近接場測定予定領域の特定位置は、近接場測定予定領域の測定開始位置であることが好適である。
Furthermore, in the near field measurement method,
Moving the optical fiber in the upward direction, and aligning the specific position of the near-field measurement scheduled region to the position of the mark through the optical fiber based on the amount of deviation (S22);
The optical fiber and the sample measurement surface are respectively moved in the downward direction, the center of the upper end of the optical fiber is aligned with the focal point of the objective lens, and the near-field measurement scheduled region is specified at the center of the lower end of the optical fiber. A step of aligning the position (S24),
By starting near-field measurement in a state where the center of the lower end of the optical fiber is aligned with a specific position of the near-field measurement scheduled region, it is possible to prevent a deviation of the near-field measurement position depending on how to attach the optical fiber. Features.
It is preferable that the specific position of the near-field measurement scheduled area is a measurement start position of the near-field measurement scheduled area.
また、光軸を一致させるようにして対物レンズから該対物レンズの焦点までの空間へ挿入できる長さを有した光ファイバー、からなる近接場プローブを用いて、試料測定面上に設定した近接場測定予定領域を走査する際に、当該プローブにおける光ファイバーの取付け方に応じ、前記近接場測定予定領域に対する近接場測定の位置がずれることを、未然に防ぐための近接場光学顕微鏡200であって、
顕微測定時に可視光を出射する可視光源(60)と、
前記近接場測定時に近接場光を生起させるための励起光を出射する励起光源(70)と、
前記顕微測定時、および前記近接場測定時に、対象物の上方から当該対象物に向け、前記各光源から出射される光を集光する対物レンズ(80)と、
測定試料(20)を載置するステージ(30)と、
前記測定試料(20)の位置を調整するステージ位置調整手段(40)と、
前記対物レンズ(80)と前記測定試料(20)の間に挿入される近接場プローブ(10)と、
前記近接場プローブを支持するアーム(50)と、
前記顕微測定時に、対象物によって反射され、かつ前記対物レンズによって集光される光を検出する可視光検出手段(90)と、
前記近接場測定時に、前記測定試料の表面と近接場光との相互作用によって生じた光のうち、前記対物レンズによって集光される光を分光検出する分光検出手段(100)と、
前記可視光検出手段および前記分光検出手段によって検出される各種の光学情報を解析する解析手段(110)と、
前記解析手段によって解析される顕微測定画像、および近接場測定画像を、それぞれ表示するモニター(120)と、
各測定に応じて、前記各光源から当該光源に対応する検出手段に至る光路を切換える導光手段(130)と、を備え、
前記近接場プローブ(10)は、光ファイバー(12)、および細いロッド(14)を有し、
前記対象物は、前記測定試料(20)および前記光ファイバー(12)であって、
前記解析手段(110)は、前記モニター(120)に顕微測定画像を表示させた状態で、前記アーム(50)によって、前記光ファイバーを上下方向に移動させ、当該光ファイバーの上端の中心から下端の中心に至るずれ量を演算することを特徴とする。
In addition, a near-field measurement set on a sample measurement surface using a near-field probe comprising an optical fiber having a length that can be inserted into a space from the objective lens to the focal point of the objective lens so that the optical axes coincide with each other. when査run the scheduled region, according to the mounting direction of the optical fibers in the probe, that the position of the near-field measurement with respect to the near-field measurement plan area is shifted, a near-field
A visible light source (60) that emits visible light during microscopic measurement;
An excitation light source (70) for emitting excitation light for generating near-field light during the near-field measurement;
An objective lens (80) for condensing the light emitted from each of the light sources toward the target object from above the target object during the microscopic measurement and the near-field measurement;
A stage (30) on which a measurement sample (20) is placed;
Stage position adjusting means (40) for adjusting the position of the measurement sample (20);
A near-field probe (10) inserted between the objective lens (80) and the measurement sample (20);
An arm (50) supporting the near-field probe;
Wherein upon microscopic measurement, the pair reflected by elephant product and visible light detector for detecting the light condensed by the objective lens (90),
Spectral detection means (100) for spectrally detecting light collected by the objective lens among light generated by interaction between the surface of the measurement sample and near-field light during the near-field measurement;
Analysis means (110) for analyzing various optical information detected by the visible light detection means and the spectral detection means;
Microscopic measurement image is analyzed by the analyzing means, and a near-field measurement image, a monitor (120) to be displayed respectively,
A light guide means (130) for switching an optical path from each light source to a detection means corresponding to the light source according to each measurement,
The near-field probe (10) has an optical fiber (12) and a thin rod (14);
The object is the measurement sample (20) and the optical fiber (12),
The analysis means (110) moves the optical fiber in the vertical direction by the arm (50) in a state where the microscopic measurement image is displayed on the monitor (120), and the center of the optical fiber from the center of the upper end to the center of the lower end. It is characterized in that the amount of deviation leading to is calculated.
さらに、前記解析手段(110)は、前記ずれ量に基づき前記ステージ位置調整手段(40)を用いて、近接場測定予定領域の特定位置を、前記光ファイバーの下端の中心に整合し、
その状態で近接場測定に移行することによって、光ファイバーの取付け方に応じ近接場測定の位置がずれることを未然に防ぐことを特徴とする。
また、前記アーム(50)は前記近接場プローブ(10)を支持するプローブ支持端部(52)と、
前記近接場プローブと前記対物レンズの相対的な位置関係を調整する近接場プローブ位置調整部(56)と、
前記対物レンズが有するねじ部分の形状、または前記対物レンズの側周面に適合する形状を有する対物レンズ接合端部(54)と、
を備えている。
Further, the analyzing means (110) uses the stage position adjusting means (40) based on the deviation amount to align the specific position of the near-field measurement scheduled region with the center of the lower end of the optical fiber,
By shifting to near-field measurement in this state, the position of near-field measurement is prevented from being shifted depending on how the optical fiber is attached.
The arm (50) includes a probe support end (52) that supports the near-field probe (10);
A near-field probe position adjusting unit (56) for adjusting a relative positional relationship between the near-field probe and the objective lens;
An objective lens joint end (54) having a shape of a threaded portion of the objective lens or a shape adapted to a side peripheral surface of the objective lens;
It has.
前記光ファイバー(12)の長手方向の長さは、前記対物レンズ(80)の焦点距離の半分以下であり、
前記近接場プローブ(10)を直上方向に移動させることにより、前記近接場プローブ(10)越しに、前記測定試料が顕微観察可能であることを特徴とする。
The length of the optical fiber (12) in the longitudinal direction is not more than half of the focal length of the objective lens (80),
The measurement sample can be microscopically observed through the near-field probe (10) by moving the near-field probe (10) in the upward direction.
本発明の近接場光学顕微鏡は、測定試料の位置の調整をステージ位置調整手段で行い、また、近接場プローブの位置の調整をアームで行うことにした。それによって、顕微測定中に、測定試料と近接場プローブとは独立して可動することができる。
そして、本発明の近接場測定方法では、顕微測定において、対物レンズの焦点を基準にして、光ファイバーの傾きに応じた光ファイバーの上端の中心から下端の中心に至るずれ量を求めることとした。なお、ずれ量を求めるため、光ファイバーの下端の中心位置に印を付加する工程を規定したが、後工程でレンズの焦点位置と光ファイバーの下端の中心位置とのずれ量を演算できさえすれば良いので、この印を付加する工程では、光ファイバーの下端中心の位置を解析手段に認識させることなどが実行される。
それによって、人の目視観察では確認できない程度の傾きを持った状態で、光ファイバーが近接場プローブに取り付けられていたとしても、そのずれ量に基づいて、光ファイバーの下端の中心(すなわち微小開口)に、近接場測定予定領域の特定位置または測定開始位置を整合することができる。
以上の構成によって、本発明は近接場プローブに対する光ファイバーの傾きの影響を受けることなく、正しい位置での近接場測定を行うことができる。
In the near-field optical microscope of the present invention, the position of the measurement sample is adjusted by the stage position adjusting means, and the position of the near-field probe is adjusted by the arm. Thereby, during the microscopic measurement, the measurement sample and the near-field probe can be moved independently.
In the near-field measurement method of the present invention, in the microscopic measurement, the deviation amount from the center of the upper end of the optical fiber to the center of the lower end according to the inclination of the optical fiber is obtained based on the focal point of the objective lens. In order to obtain the amount of deviation, a step of adding a mark to the center position of the lower end of the optical fiber has been defined. However, it is only necessary to calculate the amount of deviation between the focal position of the lens and the center position of the lower end of the optical fiber in a later step. Therefore, in the step of adding this mark, the analysis means recognizes the position of the center of the lower end of the optical fiber.
As a result, even if the optical fiber is attached to the near-field probe with a tilt that cannot be confirmed by human visual observation, the center of the lower end of the optical fiber (that is, the minute aperture) is based on the amount of deviation. The specific position or the measurement start position of the near-field measurement scheduled area can be matched.
With the above configuration, the present invention can perform near-field measurement at the correct position without being affected by the inclination of the optical fiber with respect to the near-field probe.
以下、本発明の好適な実施形態の説明として、イルミネーション‐コレクションモードの近接場測定を行い得る近接場光学顕微鏡200を、図1および図2を参照しつつ、説明する。
実施形態
図1は本発明の近接場光学顕微鏡200の各構成を示す図であり、近接場プローブ10と、測定試料20と、ステージ30と、ステージ位置調整手段40と、近接場プローブを支持するアーム50と、可視光源60と、励起光源70と、対物レンズ80と、可視光検出手段90と、分光検出手段100と、解析手段110と、モニター120と、導光手段130と、を備えている。
Hereinafter, as a description of a preferred embodiment of the present invention, a near-field
Embodiment FIG. 1 is a diagram showing each configuration of a near-field
ここで、近接場プローブ10は、図2(A)に示すように光ファイバー12、および細いロッド14、を備え、光ファイバー12は細いロッド14の先端に取り付けられている。
また、図2(A)に示す光ファイバー12は上端面12aと、下端面12bと、下端面12bの略中央に位置する円錐状突起12cと、その円錐状突起12cの先端に形成された微小開口12dと、からなる。
また、同図に示しているように、100nmの径をもつ微小開口12dは、上記特許文献1と同様に、そのコア部分を金属膜でマスクする方法で形成している。
Here, the near-
The
Further, as shown in the figure, the minute aperture 12d having a diameter of 100 n m, as in the
光ファイバー12の長手方向の長さは、対物レンズ80の焦点距離よりも短いことが好ましく、特に光ファイバー12の長手方向の長さは、焦点距離の半分以下であることが好適である。より具体的には、光ファイバー12の長手方向の長さは、2mm以下である。
図2(B)に示す光ファイバー12の上端面12aの直径は、光ファイバー12の長手方向、および細いロッド14の長手方向の両方向に垂直な方向(すなわち図中Y軸方向)で対向する、細いロッドの2つの側面の間の距離よりも短いことが好適である。
上記の特徴を有する光ファイバーを使用することによって、対物レンズの焦点を光ファイバー12の上端面12a、または下端面12bに、それぞれ整合することができる。また、その光ファイバー越しに物体を観察することも可能である。
The length of the
The diameter of the upper end surface 12a of the
By using the optical fiber having the above characteristics, the focal point of the objective lens can be aligned with the upper end surface 12a or the
測定試料20はステージ30上に載置した後は、ステージ位置調整手段40によって、その測定試料20と対物レンズ80の間の相対的な位置関係が調整される。
アーム50は、近接場プローブ10を支持する近接場プローブ支持端部52と、対物レンズ80が有するねじ部分82の形状、または対物レンズの側周面84の形状、に適合する対物レンズ接合端部54と、近接場プローブ10と前記対物レンズ80の相対的な位置関係を調整する近接場プローブ位置調整部56と、を備えている。
After the
The arm 50 has an objective lens joint end that matches the near-field probe support end 52 that supports the near-
ここで、近接場プローブ支持端部52には、近接場プローブ10をスライド形式で支持する機構を採用している。それによって、近接場プローブ10の支持および取り外しを易容に行ない得る。なお、プローブ支持端部52は、上記スライド式以外にも、対向する二枚の板でプローブを挟み込んで支持するものや、磁力を使用するものなどを、適宣使用することもできる。
Here, a mechanism for supporting the near-
また、一般的な顕微鏡の対物レンズは、その側周面の形状や、レンズ半径等が、規格化されているため、対物レンズ接合端部54は使用するレンズの側周面の形状に合わせて、その接合端部の形状を調節するだけで、種々の対物レンズにアーム50を取付けることができる。
In addition, since the objective lens of a general microscope is standardized in the shape of the side peripheral surface, the lens radius, and the like, the objective lens
近接場プローブ位置調整部56は、近接場プローブ10の位置を、X軸方向で調整する部分と、Z軸方向で調整する部分と、からなるものであって、その近接場プローブ10の位置を、二次元的に調整可能である。
なお、顕微鏡の開発分野では、Z軸方向調整部分にY軸方向の調節機構を付属させることや、X軸方向調整部分にY軸方向の調節機構を付属させることは、適宣行い得る技術である。
The near-field probe position adjusting unit 56 includes a part that adjusts the position of the near-
In the field of microscope development, attaching an adjustment mechanism in the Y-axis direction to the Z-axis direction adjustment part or attaching an adjustment mechanism in the Y-axis direction to the X-axis direction adjustment part is a technique that can be appropriately performed. is there.
可視光源60は、顕微測定時に対物レンズ80に向けて可視光を出射するものである。
励起光源70は、近接場測定時に対物レンズ80に向けて励起光を出射するものである。
対物レンズ80は、測定試料20の測定面上を顕微測定する場合、可視光源50から出射される光を測定試料20の測定面上に集光する(図3参照)。また、近接場測定を行う場合、対物レンズ80は励起光源70から出射される光を光ファイバーの上端面12aに集光する。これによって、微小開口12dの近傍に近接場光を生起することができる。
The visible light source 60 emits visible light toward the
The
The
可視光検出手段90は、一般的な可視光学顕微鏡が備える可視観察用の撮像素子からなる。
また、分光情報検出手段100は、近接場測定時に、測定試料から散乱される光(検出光)を分光検出するためのものであり、プリズム等の分光器と、アレイ型検出器等の分光用の撮像素子と、からなる。
そして、可視光検出手段90または分光情報検出手段100を使用して得られる各光学情報は、解析手段110に向けて送信される。
The visible light detecting means 90 is composed of an imaging element for visible observation provided in a general visible optical microscope.
The spectroscopic information detection means 100 is for spectrally detecting light (detection light) scattered from the measurement sample during near-field measurement. The spectroscopic information detection means 100 is for spectroscopes such as a prism and an array type detector. Image sensor.
Each optical information obtained by using the visible light detecting means 90 or the spectral
解析手段110は、上記の光学情報に基づき顕微測定に関する情報の処理や、近接場測定に関する情報の処理を行うものであるとともに、解析手段110はモニター120にその情報処理の結果を送信すると共に、その処理結果をモニター120上に表示させる。
そして、使用者は、そのモニター画面に表示される情報処理結果に基づき、測定試料20上に近接場測定予定領域を設定する。
The
Then, the user sets a near-field measurement scheduled area on the
なお、近接場測定中は、近接場プローブ10と測定試料20との間の距離が、最短で数nmまで近接させる必要があるため、解析手段110には、それら近接場プローブ10と測定試料20の間の位置情報を監視させることも重要である。
すなわち、その位置監視情報に基づき、ステージ位置調整手段40に向けて位置調整信号を送信させるように解析手段110を設定する。特に、近接場プローブ10と測定試料20の間を所定の距離に保つように位置調整を行うよう、解析手段110に監視させることが好適である。
そして、図1に示す導光手段130は、測定に応じて光路の切換えを行うためのものであり、その導光手段130を使用することで、一台の近接場光学顕微鏡200で、顕微測定と近接場測とを行うことが可能である。
During near-field measurement, the distance between the near-
That is, based on the position monitoring information, the
The light guide means 130 shown in FIG. 1 is for switching the optical path in accordance with the measurement. By using the light guide means 130, a single near-field
本発明の近接場光学顕微鏡200は以上のように構成され、以下にその近接場光学顕微鏡200の作用について説明する。
<顕微測定(S0)>
本発明の近接場光学顕微鏡200では、顕微測定(S0)は図3のように行われる。すなわち、導光手段130を使用し、可視光源60から出射した可視光を、対物レンズ80に導光した後、対物レンズ80はその可視光を測定試料20の表面に集光する。
その後、測定試料20の表面によって反射される光の一部を、対物レンズ80によって集光し、かつその集光光を導光手段130で可視光検出手段90へ導光する。
The near-field
<Microscopic measurement (S0)>
In the near-field
Thereafter, a part of the light reflected by the surface of the
その後、可視光検出手段90によって得られる可視光学情報は、解析手段110に送信された後、その解析手段110によって顕微測定画像に変換される。その変換された顕微測定画像がモニター120上に表示され、使用者はそのモニター上の顕微測定画像に基づいて、近接場測定予定領域を設定する。
なお、この顕微測定(S0)の間、近接場プローブ10は種々の方法を用いて対物レンズ80の光路から退避させておけばよく、例えば図3に示したようにプローブ位置調整手段56のX軸方向調整部分を使用して、その光路から近接場プローブ10を退避させることができる。
Thereafter, the visible optical information obtained by the visible light detection means 90 is transmitted to the analysis means 110 and then converted into a microscopic measurement image by the analysis means 110. The converted microscopic measurement image is displayed on the monitor 120, and the user sets a near-field measurement scheduled area based on the microscopic measurement image on the monitor.
During this microscopic measurement (S0), the near-
続いて、使用者によって、上記近接場測定予定領域が設定された後は、以下に示すイルミネーション‐コレクションモードによる近接場測定(S30)が行われる。
<近接場測定(S30)>
近接場測定(S30)は、導光手段130を使用し、図3に示した光路から、図1に示した光路への切換えを行った後、近接場プローブ10の上端の中心に、対物レンズ80の焦点を整合することによって、開始する。すなわち、その励起光源70から出射された励起光は光ファイバー12の上端面12aに集光されたことによって、微小開口12d近傍からは近接場光が生起する。
Subsequently, after the near field measurement scheduled region is set by the user, the near field measurement (S30) in the illumination-collection mode shown below is performed.
<Near field measurement (S30)>
In the near field measurement (S30), the light guide means 130 is used to switch from the optical path shown in FIG. 3 to the optical path shown in FIG. Start by aligning the 80 focal points. That is, the excitation light emitted from the
その後、ステージ位置調整手段40を使用して、微小開口12dに近接場測定開始位置が整合するよう、測定試料20を移動する。
この時、微小開口12dに測定試料20を徐々に近接させていくが、それら微小開口12dに測定試料20の間の距離が数十nmまで接近した段階で、微小開口12d近傍の近接場光と、測定試料20の表面とが相互作用を起こし、近接場光の一部が測定試料20の表面によって散乱される。
Thereafter, using the stage position adjusting means 40, the
At this time, the
その測定試料20の表面によって散乱される光(検出光)の一部を、微小開口12d、対物レンズ80、および導光手段130を使用して、分光検出手段100に導光することによって、検出光の光学情報を取得し、その後、その光学情報は分光検出手段100から解析手段110へと送信される。
解析手段110では、例えば励起光の波長に対する検出光の波長シフト量などが分析され、近接場光測定開始位置における測定試料20の組成が決定される。
以下同様にして、ステージ位置調整手段40を使用し、近接場測定予定領域上の全ての測定位置での組成評価が行われ、モニター120上にはその近接場測定結果が表示され、この近接場測定(S30)は終了する。
Detection is performed by guiding a part of the light (detection light) scattered by the surface of the
In the
Similarly, the stage position adjusting means 40 is used to evaluate the composition at all measurement positions on the near-field measurement planned area, and the near-field measurement results are displayed on the monitor 120. The measurement (S30) ends.
以上、本発明の近接場光学顕微鏡200の作用効果として、一般的な顕微測定(S0)、および近接場測定(S30)、を顕微鏡一台で行い得ることを説明した。
ここで、従来は、上記顕微測定(S0)の結果を用いて設定した近接場測定予定領域に対して、顕微装置の各部分に対して調整を行うことなく、その状態で近接場プローブ10を使用した近接場測定(S30)を行うものであった。
しかしながら、実際に近接場測定(S30)を行った結果得られる測定試料表面像は、近接場測定予定領域に対して最大で数百nm程度ずれることがあり、本発明者らはそのずれを補正する方法として、近接場測定方法(S10)を開発した。
以下に、本発明の近接場測定方法(S10)の詳細について、図4および図5を用いて説明する。
As described above, it has been described that as a function and effect of the near-field
Here, conventionally, the near-
However, the measurement sample surface image obtained as a result of actual near-field measurement (S30) may deviate by several hundred nm at the maximum from the near-field measurement scheduled region, and the present inventors correct the deviation. We developed a near-field measurement method (S10).
Details of the near-field measurement method (S10) of the present invention will be described below with reference to FIGS.
<近接場測定方法(S10)>
まず、図4に示すように本実施形態の近接場測定方法(S10)は、対物レンズの光軸に近接場プローブを挿入する工程(S12)と、対物レンズの焦点に、光ファイバーの上端の中心を整合する工程(S14)と、近接場プローブを直上方向に移動させ、光ファイバーの下端の高さの位置に対物レンズのピントを整合する工程(S16)と、顕微測定画像上の光ファイバー下端の中心の位置を判断し、かつ当該中心の位置に印を付加する工程(S18)と、対物レンズの焦点と印の位置のずれ量を演算する工程(S20)と、ずれ量を用いて、印の位置に近接場測定予定領域の特定位置を整合する工程(S22)と、対物レンズの焦点に光ファイバーの上端の中心を整合し、かつ当該光ファイバーの下端の中心に近接場測定予定領域の特定位置を整合する工程(S24)と、を備えている。
<Near field measurement method (S10)>
First, as shown in FIG. 4, the near-field measurement method (S10) of this embodiment includes a step (S12) of inserting a near-field probe into the optical axis of the objective lens, and the center of the upper end of the optical fiber at the focal point of the objective lens. , The step of aligning the focus of the objective lens to the height position of the lower end of the optical fiber (S16), and the center of the lower end of the optical fiber on the microscopic measurement image The step of determining the position of the center and adding a mark to the center position (S18), the step of calculating the amount of deviation between the focal point of the objective lens and the position of the mark (S20), and using the amount of deviation, A step of aligning the specific position of the near-field measurement planned area with the position (S22), aligning the center of the upper end of the optical fiber with the focal point of the objective lens, and specifying the near-field measurement planned area at the center of the lower end of the optical fiber It includes a step (S24) for aligning the location, the.
そして、光ファイバーの傾きに応じたずれ量の補正を行った後は、顕微測定から近接場測定に顕微鏡装置の光源と光路を切り替える工程(S26)を実施することで、顕微測定(S30)の実施に向けた準備が行われる。それら、各種の準備が終わった後は、顕微鏡200によって上述の近接場測定(S30)が行われる。
すなわち、近接場測定方法(S10)は、上記工程(S12)〜(S20)に至る、光ファイバーの傾きに応じたずれ量の演算部分と、上記工程(S22)〜(S24)に至る、ずれ量を利用した光ファイバーの傾き補正部分と、からなり、特に工程(S12)〜(S20)に至る光ファイバーの傾きに応じたずれ量の演算部分が重要である。
Then, after correcting the shift amount according to the inclination of the optical fiber, the step of switching the light source and the optical path of the microscope apparatus from the microscopic measurement to the near-field measurement (S26) is performed, thereby performing the microscopic measurement (S30). Preparations are made for After the various preparations are completed, the above-mentioned near-field measurement (S30) is performed by the
That is, the near-field measurement method (S10) includes the calculation part of the deviation amount according to the inclination of the optical fiber, which leads to the steps (S12) to (S20), and the deviation amount that leads to the steps (S22) to (S24). In particular, the calculation part of the deviation amount according to the inclination of the optical fiber leading to the steps (S12) to (S20) is important.
図5(A)〜(H)は、上記の工程(S12)〜(S26)における各部材の動作と、各部材の位置の調整の様子を示しているものであり、モニター120上には図5(A)〜(H)中の顕微測定画像を逐次表示している。
なお、図5(A)は顕微測定(S0)の結果を利用し近接場測定予定領域の決定した段階を示すものであり、その予定領域の決定の後は、ステージ位置調整手段40を使用して、試料30を直下方向に退避させ、その状態から近接場測定方法(S10)を開始している。
5A to 5H show the operation of each member and the adjustment of the position of each member in the above steps (S12) to (S26). The microscopic measurement images in 5 (A) to (H) are sequentially displayed.
FIG. 5A shows the stage where the near field measurement scheduled area is determined using the result of the microscopic measurement (S0). After the scheduled area is determined, the stage position adjusting means 40 is used. Then, the
図5(A)〜(B)にかけて示す工程(S12)では、対物レンズ80の光軸上(光路内)に近接場プローブ10を挿入する。ここで、対物レンズ80のX軸方向と、近接場プローブ10のスライド方向を一致させておくことで、容易に光ファイバー12を対物レンズ14の光路内に挿入することができる。
In the step (S12) shown in FIGS. 5A to 5B, the near-
その後、図5(B)〜(C)にかけて示す工程(S14)では、プローブ位置調整手段56のZ軸方向調整部分のみを使用し、光路上に挿入した近接場プローブ10を直下方向に移動し、対物レンズ80の焦点に、光ファイバーの上端面12aの中心を整合する(図5(C)の顕微測定画像)。
Thereafter, in the step (S14) shown in FIGS. 5B to 5C, only the Z-axis direction adjustment portion of the probe position adjusting means 56 is used, and the near-
続いて、図5(C)〜(D)にかけて示す工程(S16)では、プローブ位置調整手段56のZ方向調整部分のみを使用して近接場プローブ10を直下方向に移動し、光ファイバーの下端面12bの高さ位置に対物レンズ80のピントを整合する(図5(D)の顕微測定画像)。
その後、図5(E)に示す工程(S18)では、解析手段110に光ファイバーの下端面12bを認識させ、かつその光ファイバーの下端面12bの中心に印を付加させる。また、工程(S20)では、その印と対物レンズ14の焦点の間の距離、すなわち、ずれ量を、解析手段24に演算させる。
それによって、近接場プローブ10に対する光ファイバー12の傾き量が明確となる。以降の工程は、実際にそのずれ量を用いて正確な近接場測定を実施するための補正の工程である。
Subsequently, in the step (S16) shown in FIGS. 5C to 5D, the near-
Thereafter, in the step (S18) shown in FIG. 5E, the analyzing means 110 recognizes the
Thereby, the inclination amount of the
すなわち、図5(E)から(G)にかけて示す工程(S22)では、そのずれ量に基づき、ステージ位置調整手段40を適宣操作し、顕微画像中の印の中心に測定試料20の特定位置を整合する。この時、近接場プローブ10を顕微画像中で像を結ぶことの無い位置まで直上方向に移動しておくことによって、その近接場プローブ10越しであっても、印の中心に測定試料20の特定位置を精度良く整合できる(図5(G)の顕微測定画像)。
図5(G)から(H)にかけて示す工程(S24)では、近接場プローブ10および測定試料20を直下方向に移動し、対物レンズ80の焦点には光ファイバーの上端面12aの中心を整合し、かつ光ファイバーの下端面12bの中心にその近接場測定予定領域の特定位置を整合する。
That is, in the step (S22) shown in FIGS. 5E to 5G, the stage position adjusting means 40 is appropriately operated based on the amount of deviation, and the specific position of the
In the step (S24) shown in FIGS. 5G to 5H, the near-
そして、工程(S24)が終了した後は工程(S26)が開始され、光源と光路の切り替えが行われる。その後、上述した近接場測定(S30)を開始し、ステージ位置調整手段40を使用して、図5(I)に示すように光ファイバーの微小開口12dに近接場測定予定領域の測定開始位置を近接させた所で、測定開始位置の組成評価がスタートする。 And after a process (S24) is complete | finished, a process (S26) is started and a light source and an optical path are switched. Thereafter, the near-field measurement (S30) described above is started, and the stage position adjusting means 40 is used to bring the measurement start position of the near-field measurement planned area close to the microscopic aperture 12d of the optical fiber as shown in FIG. Then, the composition evaluation at the measurement start position starts.
以上、本発明の近接場測定方法(S10)の工程(S12)〜(S20)では、対物レンズ80の焦点を基準とした光ファイバー12の傾きに応じたずれ量を演算し、光ファイバー12の下端12bの中心、すなわち微小開口12dの位置を正確に決定する。
続く工程(S22)〜(S24)においては、測定試料20上の特定位置と微小開口12dの位置とを高精度に整合し、ずれ量を利用した光ファイバーの傾きの補正が行われる。
そして、工程(S26)において近接場測定を行うための準備をする。
以上、本発明の近接場測定方法(S10)は、光ファイバー12が人の目では確認できない程度の傾きをもって近接場プローブ10取り付けられていたとしても、その光ファイバー12の傾きを適切に捕捉し、補正することができる。
As described above, in steps (S12) to (S20) of the near-field measurement method (S10) of the present invention, the shift amount corresponding to the inclination of the
In the subsequent steps (S22) to (S24), the specific position on the
In step (S26), preparations are made for near-field measurement.
As described above, the near-field measurement method (S10) of the present invention appropriately captures and corrects the inclination of the
なお、上述した本実施形態の近接場測定方法(S10)では、光ファイバー12bの下端の中心位置(微小開口12d)に、近接場測定予定領域の特定位置を整合させているが、別の実施形態として、その微小開口12dに、直接、近接場測定予定領域の測定開始位置を整合させるよう設定することも出来る。
測定開始位置を整合させるよう設定した場合、上記工程(S22)において、印の中心に、近接場測定予定領域の測定開始位置を整合し、かつ上記工程(S24)において、近接場測定予定領域の測定開始位置を整合することになる。
In the near-field measurement method (S10) of the present embodiment described above, the specific position of the near-field measurement scheduled area is aligned with the center position (the minute opening 12d) of the lower end of the
When the measurement start position is set to be matched, in the step (S22), the measurement start position of the near field measurement scheduled region is aligned with the center of the mark, and in the step (S24), the near field measurement scheduled region is set. The measurement start position is aligned.
すなわち、本発明の別の実施形態では、光ファイバー12の微小開口12cに近接場測定予定領域の測定開始位置を整合させているため、そのまま近接場測定を開始することができ、特定位置から開始位置への移動を省略することができる。
That is, in another embodiment of the present invention, since the measurement start position of the near-field measurement scheduled region is aligned with the minute opening 12c of the
<変形例>
また、本発明の変形例として、上記測定試料の顕微測定(S0)に先駆けて、工程(12)〜(20)に至る光ファイバーの傾きに応じたずれ量の演算を行うよう、その設定を変更することも可能である。この場合を模式的に示したのが図6に示すフローチャートであり、上記実施形態に対応する工程全てに符号100を足して示し、その説明は省略する。
<Modification>
Further, as a modification of the present invention, prior to the microscopic measurement (S0) of the measurement sample, the setting is changed so that the amount of deviation according to the inclination of the optical fiber leading to steps (12) to (20) is calculated. It is also possible to do. FIG. 6 is a flowchart schematically showing this case, and all steps corresponding to the above embodiment are indicated by
すなわち、本変形例の近接場測定方法(S110)では、顕微測定(S100)に先駆けて、工程(S112)〜(S120)を行い、予め光ファイバーの傾きに応じたずれ量を演算し、そのずれ量を決定しておく。
その後、近接場プローブ10を、対物レンズ80の焦点位置から直上に移動させ、その近接場プローブ10越しで、顕微測定(S100)を行うことで、測定試料20の表面が顕微測定され、その結果がモニター120に表示される。その後、使用者によってモニター120越しに、近接場測定予定領域が決定される。
That is, in the near-field measurement method (S110) of this modification, steps (S112) to (S120) are performed prior to the microscopic measurement (S100), and a deviation amount corresponding to the inclination of the optical fiber is calculated in advance. Decide the amount.
Thereafter, the near-
そして、上記決定されたずれ量を利用し、光ファイバーの傾き補正(工程S122〜S124)が行われ、微小開口12dと近接場測定の測定開始位置とが高精度に整合させた状態で、近接場測定(S130)を開始することができる。
以上、本変形例のように試料表面上の顕微測定に先駆けて光ファイバーのずれ量の演算を行っておくことで、例えば反応速度の速い試料に対して、迅速かつ正確な近接場測定の実行が可能である。
Then, using the determined amount of deviation, optical fiber tilt correction (steps S122 to S124) is performed, and the near-field is measured in a state where the minute opening 12d and the measurement start position of the near-field measurement are aligned with high accuracy. Measurement (S130) can be started.
As described above, by performing the calculation of the optical fiber displacement amount prior to the microscopic measurement on the sample surface as in this modification, for example, a quick and accurate near-field measurement can be performed on a sample with a high reaction speed. Is possible.
<他の近接場測定方法について>
また、上記本発明の実施形態では、イルミネーション‐コレクションモードを採用した近接場光学顕微鏡200について説明してきたが、励起光源70および分光検出手段100の位置はそのままに、上記イルミネーションモードや、コレクションモードに対応するように導光手段130を再配置することで、各測定方法に応じた近接場光学顕微鏡を製造することができる。
更に、本実施形態では光ファイバーを先端に備える開口型の近接場プローブ10について説明してきたが、開口型から上記散乱型の近接場プローブに代えた場合であっても、本発明の近接場測定方法(S10)を適用することによって、近接場測定領域のずれを未然に防止することができる。
<About other near-field measurement methods>
In the embodiment of the present invention, the near-field
Further, in the present embodiment, the aperture type near-
<加振手段およびシアフォース検出手段の付加>
なお、本発明の近接場光学顕微鏡200には、加振手段およびシアフォース検出手段を付加させることもできる。例えば、近接場プローブ支持端部52に加振手段を取付け、光ファイバーを振動しながら、微小開口12dに測定試料20の表面を近づける。
この時、細いロッド14の一側面を鏡面加工し、その側面にレーザー光を照射する光てこ方式のシアフォース検出手段を利用して、微小開口12dと測定試料20との間の距離に応じ変化する光ファイバー12の振動周期および振動振幅を、随時モニターする。
それによって、本発明の近接場光学顕微鏡200は、従来の近接場光学顕微鏡と同様に、微小開口12dと測定試料20の表面の間の距離を高精度に一定に制御することが可能である。
なお、シアフォース検出手段の構成としては、上記光てこ式以外にも、光ファイバー12の振動周期および振動振幅を読み取れる機器であれば適宣使用できる。例えば、その振動に応じて、磁場変化を起こさせ、その変化を読み取る静電容量式の機器や、細いロッドの側面に2枚の圧電素子を対向して取り付け、それら圧電素子における電流の状態変化を読み取る機器等、が挙げられる。
<Addition of vibration means and shear force detection means>
The near-field
At this time, one side of the
As a result, the near-field
As the configuration of the shear force detection means, any device that can read the vibration period and vibration amplitude of the
本発明は、プローブの先端に取り付けられた光ファイバーが、目視では確認できない程度に傾いていた場合であっても、近接場光学顕微鏡が備える対物レンズと近接場プローブ位置調整手段を適宣使用して、その光ファイバーのずれを補正し、近接場測定予定領域と実際の近接場測定領域の間に生じ得る位置のずれを未然に防止することが可能である。 The present invention appropriately uses the objective lens and the near-field probe position adjusting means provided in the near-field optical microscope even when the optical fiber attached to the tip of the probe is tilted to such an extent that it cannot be visually confirmed. It is possible to correct the displacement of the optical fiber and prevent the displacement of the position that may occur between the near-field measurement scheduled region and the actual near-field measurement region.
200 近接場光学顕微鏡 60 可視光源
10 近接場プローブ 70 励起光源
12 光ファイバー 80 対物レンズ
12a 光ファイバーの上端面 90 可視光検出手段
12b 光ファイバーの下端面 100 分光検出手段
12c 円錐状突起 110 解析手段
12d 光ファイバーの微小開口 120 モニター
14 細いロッド 130 導光手段
20 測定試料
30 ステージ
40 ステージ位置調整手段
50 アーム
52 プローブ支持端部
54 対物レンズ接合端部
56 プローブ位置調整手段
S0 顕微測定
S10 近接場測定方法
S12 対物レンズの光軸に近接場プローブを挿入する工程
S14 対物レンズの焦点に、光ファイバーの上端の中心を整合する工程
S16 光ファイバーの下端の高さの位置に対物レンズのピントを整合する工程
S18 光ファイバー下端の中心の位置を判断し、かつ光ファイバー下端の中心の位置に印を付加する工程
S20 対物レンズの焦点と印の位置のずれ量を演算する工程
S22 ずれ量を用い印の位置に近接場測定予定領域の特定位置を整合する工程
S24 対物レンズの焦点に光ファイバーの上端の中心を整合し、かつ光ファイバーの下端の中心に近接場測定予定領域の特定位置を整合する工程
S30 近接場測定
200 Near-field optical microscope 60
30 stages
40 Stage position adjusting means
50 arms
52
S10 Near field measurement method
S12 Step of inserting a near-field probe into the optical axis of the objective lens S14 Step of aligning the center of the upper end of the optical fiber with the focal point of the objective lens S16 Step of aligning the focus of the objective lens at the height of the lower end of the optical fiber S18 Optical fiber Step of determining the center position of the lower end and adding a mark to the center position of the lower end of the optical fiber S20 Step of calculating the amount of deviation between the focal point of the objective lens and the position of the mark S22 Measuring the near field at the position of the mark using the amount of deviation Step S24: Aligning the specific position of the planned area S24: Aligning the center of the upper end of the optical fiber with the focal point of the objective lens and aligning the specific position of the planned near-field measurement area with the center of the lower end of the optical fiber S30: Near-field measurement
Claims (7)
対物レンズの光軸に前記近接場プローブを挿入する工程(S12)と、
前記対物レンズの焦点に、前記光ファイバーの上端の中心を整合する工程(S14)と、
前記プローブを直上方向に移動させ、前記光ファイバーの下端の高さの位置に前記対物レンズのピントを整合する工程(S16)と、
前記光ファイバーの下端の高さ位置に前記対物レンズのピントを整合した状態で、顕微測定画像上の当該光ファイバー下端の中心の位置を判断し、かつ当該中心の位置に印を付加する工程(S18)と、
前記対物レンズの焦点と前記印の位置のずれ量を演算する工程(S20)と、を備え
前記近接場プローブにおける光ファイバーの取付け方に応じ、前記光ファイバーの上端の中心から前記光ファイバーの下端の中心に至るずれ量を、顕微測定下で求めることを特徴とする近接場測定方法、 A near-field measurement scheduled region set on the sample measurement surface using a near-field probe comprising an optical fiber having a length that can be inserted into a space from the objective lens to the focal point of the objective lens so that the optical axes coincide. the when run査, according to the mounting direction of the optical fibers in the probe, that the position of the near-field measurement with respect to the near-field measuring scheduled region is shifted, the near-field measuring method obviate,
Inserting the near-field probe into the optical axis of the objective lens (S12);
Aligning the center of the upper end of the optical fiber with the focal point of the objective lens (S14);
Moving the probe in a directly upward direction and aligning the focus of the objective lens at the height position of the lower end of the optical fiber (S16);
A step of determining the center position of the lower end of the optical fiber on the microscopic measurement image in a state where the focus of the objective lens is aligned with the height position of the lower end of the optical fiber, and adding a mark to the center position (S18). When,
A step (S20) of calculating a deviation amount between the focal point of the objective lens and the position of the mark, depending on how to attach the optical fiber in the near-field probe, from the center of the upper end of the optical fiber to the center of the lower end of the optical fiber. A near-field measurement method, characterized in that the amount of displacement is obtained under microscopic measurement,
前記光ファイバーを直上方向に移動し、当該光ファイバー越しに、前記印の位置に前記近接場測定予定領域の特定位置を、前記ずれ量に基づいて整合する工程(S22)と、
前記光ファイバーと前記試料測定面を、それぞれ直下方向へ移動させ、前記対物レンズの焦点には当該光ファイバーの上端の中心を整合し、かつ当該光ファイバーの下端の中心には前記近接場測定予定領域の特定位置を整合する工程(S24)と、を備え、
前記光ファイバーの下端の中心と前記近接場測定予定領域の特定位置とを整合した状態で、近接場測定を開始することによって、前記光ファイバーの取付け方に応じた近接場測定位置のずれを防ぐことを特徴とする近接場測定方法。 The near-field measurement method according to claim 1,
Moving the optical fiber in the upward direction, and aligning the specific position of the near-field measurement scheduled region to the position of the mark through the optical fiber based on the amount of deviation (S22);
The optical fiber and the sample measurement surface are respectively moved in the downward direction, the center of the upper end of the optical fiber is aligned with the focal point of the objective lens, and the near-field measurement scheduled region is specified at the center of the lower end of the optical fiber. A step of aligning the position (S24),
By starting near-field measurement in a state where the center of the lower end of the optical fiber is aligned with a specific position of the near-field measurement scheduled region, it is possible to prevent a deviation of the near-field measurement position depending on how to attach the optical fiber. A characteristic near-field measurement method.
顕微測定時に可視光を出射する可視光源と、
前記近接場測定時に近接場光を生起させるための励起光を出射する励起光源と、
前記顕微測定時、および前記近接場測定時に、前記対象物の上方から当該対象物に向け、前記各光源から出射される光を集光する対物レンズと、
測定試料を載置するステージと、
前記測定試料の位置を調整するステージ位置調整手段と、
前記対物レンズと前記測定試料の間に挿入される近接場プローブと、
前記近接場プローブを支持するアームと、
前記顕微測定時に、対象物によって反射し、かつ前記対物レンズによって集光される光を検出する可視光検出手段と、
前記近接場測定時に、前記測定試料の表面と近接場光との相互作用によって生じた光のうち、前記対物レンズによって集光される光を分光検出する分光検出手段と、
前記可視光検出手段および前記分光検出手段によって検出される各種の光学情報を解析する解析手段と、
前記解析手段によって解析される顕微測定画像、および近接場測定画像を、それぞれ表示するモニターと、
測定に応じて、前記各光源から当該光源に対応する検出手段に至る光路を切換える導光手段と、を備え、
前記近接場プローブは、光ファイバー、および細いロッドを有し、
前記対象物は、前記測定試料および前記光ファイバーであって、
前記モニターに顕微測定画像を表示させながら、
前記解析手段は、前記アームを使用して、前記光ファイバーを上下方向に移動させ、当該光ファイバーの上端の中心から下端の中心に至るずれ量を演算することを特徴とする近接場光学顕微鏡。 A near-field measurement scheduled region set on the sample measurement surface using a near-field probe comprising an optical fiber having a length that can be inserted into a space from the objective lens to the focal point of the objective lens so that the optical axes coincide. the when run査, according to the mounting direction of the optical fibers in the probe, that the position of the near-field measurement with respect to the near-field measurement plan area is shifted, a near-field optical microscope for prevent,
A visible light source that emits visible light during microscopic measurement;
An excitation light source that emits excitation light for generating near-field light during the near-field measurement;
An objective lens for condensing the light emitted from each light source toward the target object from above the target object during the microscopic measurement and near-field measurement;
A stage on which a measurement sample is placed;
Stage position adjusting means for adjusting the position of the measurement sample;
A near-field probe inserted between the objective lens and the measurement sample;
An arm supporting the near-field probe;
Wherein upon microscopic measurement, a visible light detector for detecting the light condensed by the reflected and the objective lens by Target material,
Spectral detection means for spectrally detecting the light collected by the objective lens among the light generated by the interaction between the surface of the measurement sample and the near-field light during the near-field measurement;
Analysis means for analyzing various optical information detected by the visible light detection means and the spectral detection means;
Microscopic measurement image is analyzed by the analyzing means, and a near-field measurement image, a monitor for displaying respectively,
Depending on the measurement, and a light guiding means for switching the optical path to the detecting means corresponding to the light source from the respective light sources,
The near-field probe has an optical fiber and a thin rod;
The object is the measurement sample and the optical fiber,
While displaying the microscopic measurement image on the monitor,
The analysis means uses the arm to move the optical fiber in the vertical direction, and calculates a deviation amount from the center of the upper end to the center of the lower end of the optical fiber.
さらに、前記解析手段は、当該ずれ量に基づき前記ステージ位置調整手段を用いて、近接場測定予定領域の特定位置を、前記光ファイバーの下端の中心に整合し、その状態で近接場測定に移行することにより、光ファイバーの取付け方に応じ近接場測定の位置がずれることを未然に防ぐことを特徴とする近接場光学顕微鏡。 The near-field optical microscope according to claim 4,
Further, the analyzing means uses the stage position adjusting means based on the deviation amount to align the specific position of the near-field measurement scheduled area with the center of the lower end of the optical fiber, and shifts to near-field measurement in that state. Accordingly, the near-field optical microscope is characterized in that the position of near-field measurement is prevented from being shifted in accordance with how the optical fiber is attached.
前記アームは前記近接場プローブを支持するプローブ支持端部と、
前記近接場プローブと前記対物レンズの相対的な位置関係を調整する近接場プローブ位置調整部と、
前記対物レンズが有するねじ部分の形状、または前記対物レンズの側周面に適合する形状を有する対物レンズ接合端部と、を備えていることを特徴とする近接場光学顕微鏡。 The near-field optical microscope according to claim 4 or 5,
The arm includes a probe support end for supporting the near-field probe;
A near-field probe position adjusting unit for adjusting a relative positional relationship between the near-field probe and the objective lens;
A near-field optical microscope comprising: a thread portion of the objective lens; or an objective lens joint end having a shape that fits a side peripheral surface of the objective lens.
前記光ファイバーの長手方向の長さは、前記対物レンズの焦点距離の半分以下であり、
前記近接場プローブを直上方向に移動させることにより、前記近接場プローブ越しに、前記測定試料が顕微観察可能であることを特徴とする近接場光学顕微鏡。 In the near-field optical microscope according to any one of claims 4 to 6,
The length in the longitudinal direction of the optical fiber is not more than half of the focal length of the objective lens,
A near-field optical microscope characterized in that the measurement sample can be microscopically observed through the near-field probe by moving the near-field probe in an upward direction.
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