(57)【要約】１つ以上の特徴部を、物体に関する分子感度まで観察するための無開口顕微鏡を操作する方法とシステムとを説明する。より具体的には、この方法は、カンチレバーと一体化したプローブ・チップを試料の特徴部近傍で移動させることを含み、その特徴部近傍にプローブ・チップがあることに基づき、その試料の特徴部は、１つ以上の光子を、その試料のバックグラウンド・ノイズ発生率と相対的な検出した率で放射する。この方法は、その試料の特徴部の検出した率を変更し、その結果、試料の特徴部は、検出した率の変更により、その特徴部のバックグラウンド・ノイズ発生率に対しコントラストを強める。【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体から放射される光子を検出することで、ナノスケールの前記物体の特徴を測定する方法であって、この方法は、
カンチレバーと一体化したプローブ・チップを、試料の特徴部からの発光率に影響を及ぼすように、この試料の特徴部に向けて移動させ、
前記カンチレバーが第１の所定部分を移動する間、前記試料からの信号を検出器で捕捉するために、第１の強度レベルを持つ電磁エネルギーを用いてこの試料の前記特徴部を照射し、
前記カンチレバーが第２の所定部分を移動する間、前記第１の強度レベルを第２の強度レベルに変更することを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第２の強度レベルが、前記第１の強度レベルよりも低いことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の強度レベルが、ほぼゼロであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記カンチレバーの前記移動が、このカンチレバーの振動作用の一部であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の強度レベルを前記第２の強度レベルに変更すると、この第１の強度レベルよりも低い第２の強度レベルは、前記試料の特徴部からの光子の放射能力を変化させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記光子の放射能力が高まることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の強度レベルを持つ照射を遮蔽するスイッチを用いて、前記変更が実現されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第２の強度レベルにするために、前記第１の強度レベルを持つ照射を遮蔽する電気光学変調器によって、前記変更が実現されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
音響光学変調器によって、前記変更が実現される方法であって、この音響光学変調器は、前記第２の強度レベルにするために、前記第１の強度レベルを持つ照射を遮蔽するようになされていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記試料は蛍光材料であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記試料は蛍光材料、蛍光性粒子、またはビーズからなる集合から選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記試料は蛍光材料と対になった生体分子を含み、この試料は所定の寿命を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記試料は、調節可能な蛍光特性を備えた量子ドットまたは他の固体物質であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記試料は、量子ドットまたは他の固体物質と対になった生体分子であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記試料は、量子ドットまたは他の固体物質からなる集合であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記試料は、複数の量子ドットまたは複数の他の固体物質と対になった生体分子であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
物体から放射される光子を検出することで、ナノスケールの前記物体の特徴を測定するシステムであって、このシステムは１つ以上のコンピュータ・メモリを備え、このコンピュータ・メモリは、
カンチレバー部材と一体化したプローブ・チップを、試料の特徴部からの発光率に影響を及ぼすように、この試料の特徴部に向けて移動させるように指示する第１のコードと、
前記カンチレバー部材が第１の所定部分を移動する間、前記試料の前記特徴部からの信号を検出器で捕捉するために、第１の強度レベルを持つ電磁エネルギーを用いてこの試料の特徴部を照射するように指示する第２のコードと、
前記カンチレバー部材が第２の所定部分を移動する間、前記第１の強度レベルを第２の強度レベルに切り替える制御信号を出力するように指示する第３のコードとを含むことを特徴とするシステム。
【請求項１８】
照射領域と前記試料の一部との相対的な移動を起こす制御信号を与えるように指示する第４のコードをさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記カンチレバー部材の領域と前記試料の一部との相対的な移動を起こす制御信号を与えるように指示する第５のコードをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第２の強度レベルが、前記第１の強度レベルよりも低いことを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項２１】
前記第２の強度レベルが、ゼロであることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項２２】
前記カンチレバーの前記移動が、このカンチレバーの振動作用の一部であることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項２３】
前記第１の強度レベルを前記第２の強度レベルに変更すると、この第１の強度レベルよりも低い第２の強度レベルは、前記試料の特徴部からの光子の放射能力を変化させることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項２４】
前記光子の放射能力が高まることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項２５】
切り替えるように指示する前記第３のコードが、前記第１の強度レベルを持つ照射を遮蔽する切り替え手段と連結していることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項２６】
前記第３のコードが、前記第２の強度レベルにするために、前記第１の強度レベルを持つ照射を遮蔽する電気光学変調器材と連結していることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項２７】
前記第３のコードが、前記第２の強度レベルにするために、前記第１の強度レベルを持つ照射を遮蔽する音響光学変調器材と連結していることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項２８】
前記試料は蛍光材料と対になった生体分子を含み、この試料は所定の寿命を有することを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記試料は、調節可能な蛍光特性を備えた量子ドットまたは他の固体物質であることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項３０】
前記第１のコード、第２のコードおよび第３のコードは、固定メモリに設けられることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項３１】
物体の微細な特徴を、分子感度まで観察するための無開口顕微鏡の操作方法であって、この方法は、
カンチレバー・チップまたはカンチレバーの一部に合わせる第１のアセンブリの範囲で、プローブまたはこのカンチレバーの一部を通して、このカンチレバーと一体となったチップに位置調整用ビームを合わせ、
空間並進軸を通して、前記第１のアセンブリと光学サブシステムとの空間移動をうまく行うために、この第１のアセンブリをこの光学サブシステムに組み合わせ、
前記空間並進軸を用いて、前記光学サブシステム上の試験面の所定領域に前記カンチレバー・チップを合わせるために、このカンチレバー・チップまたはカンチレバーの一部をこの試験面に向けて調整し、
前記第１のアセンブリ内の前記カンチレバー・チップまたはカンチレバーの一部が、励起用レーザの近傍１ミクロン以内に入るように、前記位置調整用ビームとこの第１のアセンブリとの関係を、この励起用レーザに対して調整し、
前記空間並進軸上の前記第１のアセンブリの移動を利用して、前記カンチレバー・チップまたはカンチレバーの一部を位置調整するために、前記励起用レーザを調節することを含むことを特徴とする方法。
【請求項３２】
前記位置調整用ビームは、AFMレーザであることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記調節は、前記位置調整用ビームとカンチレバーとの相対的空間位置を、前記励起用レーザから約１０ｎｍ以内に移動するように指示するコンピュータ・コードを用いて行うことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記コードは、コンピュータのメモリ内にあって、このコンピュータが、前記アセンブリと接続されていることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記関係の調整は、前記励起用レーザに対する前記カンチレバーの空間位置の影を認識処理することによって行うことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
前記影の認識処理は、前記カンチレバーの端部を検出するためのフォトダイオードを備えることを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
試料の１つ以上の特徴部を、分子感度の分解能まで観察するための無開口顕微鏡システムであって、このシステムは、
前記無開口顕微鏡システムを支持する部材と、
前記部材を支持するために、この部材と連結した支持構造と、
前記支持構造と前記部材とに連結した複数の衝撃吸収装置であり、床構造からの機械的ノイズの可能性を実質的に除去することが可能な衝撃吸収装置と、
前記部材と連結し、前記無開口顕微鏡システムを覆い、筐体構造内部の空間部内にこの無開口顕微鏡を格納するように構成されたこの筐体構造と、
前記筐体構造内部の前記空間部内に入ってくる音響ノイズの可能性を実質的に除去するために、この筐体構造と一体となった消音部材と、
前記筐体構造内部の１つ以上の浮遊光子を吸収するために、この筐体内部と一体化した内張りであって、この浮遊光子がこの筐体構造内部に戻ってくることを実質的に防ぐことができる内張りとを備えることを特徴とするシステム。
【請求項３８】
前記消音部材を覆い、不要な音響ノイズを反射面で反射することにより前記筐体構造内部の空間部に入ってくるこの不要な音響ノイズを実質的に除去するように構成されたこの反射面をさらに備えることを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
前記筐体構造内部の空間部が所定の限界以下の機械的振動レベルであり、この所定の限界は前記無開口顕微鏡により生じる信号の１／２よりも小さいことを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項４０】
前記システムは、１つ以上の測定に対し、前記無開口顕微鏡から実質的に影響を受けることなく、１人以上の人間がこのシステムで仕事を行うことができるように構成されることを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項４１】
前記空間部が、有機材料による汚染がないことを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項４２】
前記複数の衝撃吸収装置は、前記機械的ノイズから高周波成分を除去することを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項４３】
前記反射材は、前記消音部材を覆うマイラーを含み、この消音部材は、前記筐体構造を覆い、この筐体構造は堅固で高密度の材料からなることを特徴とする請求項３８に記載のシステム。
【請求項４４】
前記空間部は、酸素が豊富な環境に維持されることを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項４５】
前記空間部は、無反応性の環境に維持されることを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項４６】
実質的にノイズフリー環境下で、分子感度の分解能まで試料の１つ以上の特徴部を観察するための走査システムの操作方法であって、この方法は、
分子的特徴を備えた試料を無開口顕微鏡システムの試料台の上に配置することを含み、この無開口顕微鏡システムは、光学撮像装置と連結したプローブを含む走査装置を少なくとも含み、この光学撮像装置は、この試料の一部から５ナノメートル未満の特徴的な寸法を備えた情報を捕捉するように構成され、
筐体構造内部の空間部分に、少なくとも前記試料台と前記試料とを保持することを含み、この筐体構造は前記無開口顕微鏡システムの一部を支持する部材と連結し、
前記部材と連結した複数の衝撃吸収装置を用いて、少なくとも前記試料台と前記試料とを機械的振動ノイズが無い状態に保持することを含み、この複数の衝撃吸収装置は外部からの機械的振動ノイズの可能性を実質的に除去でき、
前記捕捉した情報と相互反応する音響ノイズの可能性を実質的に除去するために、前記筐体構造と一体となった消音部材を用いて、少なくとも前記試料台と前記試料とを音響ノイズが無い状態に保持することを含み、
前記筐体構造内部の１つ以上の浮遊光子を吸収するために、この筐体構造内部と一体化した内張りを用いて、この筐体構造の前記空間部内のこの１つ以上の浮遊光子を捕捉することを含むことを特徴とする方法であって、この内張りは、この筐体構造の空間部内に戻ってくるこの１つ以上の浮遊光子を実質的に防ぐことができる方法。
【請求項４７】
前記消音部材を覆うようにした反射面を用いて、音響ノイズから分離した状態に前記空間部を維持することをさらに含み、この反射面は、この反射面でこの音響ノイズを反射することにより、前記筐体構造内部のこの空間部に入ってくるこの音響ノイズを実質的に除去するように構成されることを特徴とする請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記機械的振動レベルが所定の限界以下であり、この所定の限界は、前記無開口顕微鏡システムにより生じる信号の１０％未満であることを特徴とする請求項４６に記載の方法。
【請求項４９】
前記方法は、前記無開口顕微鏡システムの試料台上の試料の一部に対する１つ以上の測定に対し、実質的に影響を受けることなく、１人以上の人間がこの無開口顕微鏡システムで仕事を行うことができるように構成されることを特徴とする請求項４６に記載の方法。
【請求項５０】
所定の時間、前記空間部を有機材料による汚染無しに維持することをさらに含む特徴とする請求項４６に記載の方法。
【請求項５１】
前記複数の衝撃吸収装置は、高周波成分を除去することを特徴とする請求項４６に記載の方法。
【請求項５２】
前記反射材は、前記消音部材を覆うマイラーを含み、この消音部材は、前記筐体構造を覆い、この筐体構造は堅固で高密度の材料からなることを特徴とする請求項４７に記載の方法。
【請求項５３】
前記空間部を、酸素が豊富な環境に曝すことをさらに含み、所定の時間、この酸素が豊富な環境を維持することを特徴とする請求項４６に記載の方法。
【請求項５４】
前記空間部を、所定の時間、無反応性の環境に維持することをさらに含むことを特徴とする請求項４６に記載の方法。
【請求項５５】
物体に関し、１つ以上の特徴部を分子感度まで観察するための無開口顕微鏡の操作方法であって、この方法は、
カンチレバーと一体化したナノチューブ製プローブ・チップの、試料の特徴部近傍への移動を含み、この特徴部近傍にこのナノチューブ製プローブ・チップがあることに基づいて、この試料のこの特徴部は、この試料のバックグラウンド・ノイズ発生率と相対的な検出した率で１つ以上の光子を放射し、
前記試料の特徴部の前記検出した率の変更を含むことを特徴とする方法であって、その結果、検出した率の変更により、試料の特徴部が、バックグラウンド・ノイズ発生率に対して放射を強めることを特徴とする無開口顕微鏡の操作方法。
【請求項５６】
前記ナノチューブ製チップが金属被覆を備えることを特徴とする請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記金属は、白金、金、または銀を含有する金属であることを特徴とする請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記変更は、前記検出した率の消去であることを特徴とする請求項５５に記載の方法。
【請求項５９】
前記チップは、シリコンを含有する材料であることを特徴とする請求項５５に記載の方法。
【請求項６０】
前記チップは、窒化シリコンを含有する材料であることを特徴とする請求項５５に記載の方法。
【請求項６１】
前記ナノチューブ製チップは、半導体であることを特徴とする請求項５５に記載の方法。
【請求項６２】
前記ナノチューブ製チップは、本質的に導電性の炭素であること、または導電性を持たせるために金属で被覆されることを特徴とする請求項５５に記載の方法。
【請求項６３】
前記ナノチューブは、ロープ構造のナノチューブ、またはナノチューブのバンドル構造から選択されたものであって、このナノチューブは、少なくとも半導体、金属または半導体、および金属であることを特徴とする材料から作成されることを特徴とする請求項５５に記載の方法。
【請求項６４】
前記ナノチューブは、導電性をもたせるため、かつ／または液体中での撮像のため、前記プローブへの付着力を改善するために金属で被覆されることを特徴とする請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
前記ナノチューブは、液体中で撮像しているときに、コントラストを強めることができるように、前記プローブに接着接合されることを特徴とする請求項６３に記載の方法。
【請求項６６】
前記ナノチューブ製チップは、円筒形状をした導電性炭素であることを特徴とする請求項５５に記載の方法。
【請求項６７】
前記ナノチューブ製チップは、約１０ｎｍ以下の端部を備えた円筒形状であることを特徴とする請求項５５に記載の方法。
【請求項６８】
前記ナノチューブ製チップは、端部の直径または端部の特徴部が１ｎｍから５ｎｍの間にあり、かつ円筒形状であることを特徴とする請求項５５に記載の方法。
【請求項６９】
前記ナノチューブ製チップは、５ｎｍから１００ｎｍ、または１０ｎｍから３０ｎｍ、あるいは２５０ｎｍ未満の範囲で、ナノチューブの拡張部を備えることを特徴とする請求項５５に記載の方法。
【請求項７０】
前記ナノチューブ製チップは、導電性となるように、リン、ヒ素、およびホウ素から選択された物質をドーピングした材料で被覆されることを特徴とする請求項５５に記載の方法。
【請求項７１】
前記ナノチューブ・チップは、第２の材料を覆う第１の材料を備えることを特徴とする請求項５５に記載の方法。
【請求項７２】
前記ナノチューブ・チップは、１つ以上のチップ端を備え、それぞれのチップ端が他のチップと離れていることを特徴とする請求項５５に記載の方法。
【請求項７３】
物体の分子感度まで１つ以上の特徴部を観察する無開口顕微鏡システムであって、このシステムは、
この特徴部近傍にあるナノチューブ製プローブ・チップに基づき、試料のバックグラウンド・ノイズ発生率と相対的な光子放射率の増加、あるいは光子放射率の減少のいずれか一方により、プローブ周囲の材料との間でコントラストを生じさせるために、試料の特徴部近傍で動作することができるカンチレバーと一体化したナノチューブ製プローブ・チップを備え、ナノチューブ製チップが、この試料の特徴部の検出した率を変更すると、この試料の特徴部は、この検出した率の変更によって、この特徴部のバックグラウンド・ノイズ発生率に対してコントラストを強めることを特徴とするシステム。
【請求項７４】
前記ナノチューブ製チップは、金属被覆を備えていることを特徴とする請求項７３に記載のシステム。
【請求項７５】
前記金属は、白金、金、銀、またはコバルトを含有する金属であることを特徴とする請求項７１に記載のシステム。
【請求項７６】
前記変更は、前記検出した率の消去であることを特徴とする請求項７３に記載のシステム。
【請求項７７】
前記チップは、シリコンを含有する材料であることを特徴とする請求項７３に記載のシステム。
【請求項７８】
前記ナノチューブ製チップは、単一隔壁を備えていることを特徴とする請求項７３に記載のシステム。
【請求項７９】
前記ナノチューブ製チップは、複数の隔壁をもつ構造を備えていることを特徴とする請求項７３に記載のシステム。
【請求項８０】
前記ナノチューブ製チップは導電性であり、金属のように作用すると考えられることを特徴とする請求項７３に記載のシステム。
【請求項８１】
前記ナノチューブ製チップは、酸化物を含有する材料であることを特徴とする請求項７３に記載のシステム。
【請求項８２】
前記ナノチューブ製チップは、約２０ｎｍ以下の端部を備えることを特徴とする請求項７３に記載のシステム。
【請求項８３】
前記ナノチューブ製チップは、約２ｎｍ以下の端部を備えることを特徴とする請求項７３に記載のシステム。
【請求項８４】
前記ナノチューブ製チップは、ナノチューブの拡張部を備えることを特徴とする請求項７３に記載のシステム。
【請求項８５】
前記ナノチューブ製チップは、リン、ヒ素、およびホウ素から選択されたドーピングを含むことを特徴とする請求項７３に記載のシステム。
【請求項８６】
前記ナノチューブ・チップは、第２の材料を覆う第１の材料を備えることを特徴とする請求項７３に記載のシステム。
【請求項８７】
前記ナノチューブ・チップは、１つ以上のチップ端を備え、それぞれのチップ端が他のチップと離れていることを特徴とする請求項７３に記載のシステム。
【請求項８８】
試料の特徴部の像を、分子感度まで捕捉するために、固定した小視野に基づいて、大視野を動的に観察する方法であって、この方法は、
ビームを用いて固定レンズを通し、試料の特徴部を照射し、このビームは少なくともプローブの１つのチップの方向に向けられ、このチップはこの試料の特徴部近傍にあり、
前記ビームの一部を前記プローブ・チップの一部で散乱させ、
前記ビームの前記散乱部を検出し、
前記チップと前記ビームとの間の空間位置調整用のこのチップとビームとの関係を特定するためのパターンを決定するために、このビームの前記散乱部を処理し、
前記チップと前記ビームとの所望の関係を維持するために、少なくとも前記パターンに基づいて、照射に用いられたこのビームの位置を調整することを備えた方法。
【請求項８９】
前記ビームは、照射用ビームまたは検出用ビームから選択されることを特徴とする請求項８８に記載の方法。
【請求項９０】
前記プローブは、ＡＦＭプローブであることを特徴とする請求項８８に記載の方法。
【請求項９１】
前記試料の前記位置は固定されていることを特徴とする請求項８８に記載の方法。
【請求項９２】
前記ビームは、前記特徴部を照射し、前記パターンを検出するためのものであることを特徴とする請求項８８に記載の方法。
【請求項９３】
前記照射は、個々の波長によってなされることを特徴とする請求項８８に記載の方法。
【請求項９４】
前記散乱は、前記チップで行われることを特徴とする請求項８８に記載の方法。
【請求項９５】
前記照射、散乱、検出、処理および調整は、所定の時間、前記特徴部を観察する際になされることを特徴とする請求項８８に記載の方法。
【請求項９６】
前記チップは、２〜３ヘルツで振動し、毎秒２〜３ミクロンから１０ミクロンまで動くことを特徴とする請求項８８に記載の方法。
【請求項９７】
前記パターンは、空間関数として周期的な強度変化を有することを特徴とする請求項８８に記載の方法。
【請求項９８】
前記調整は、光源と前記レンズとの間に配置したミラー装置を用いて行われることを特徴とする請求項８８に記載の方法。
【請求項９９】
前記試料は、前記チップに対して移動させられることを特徴とする請求項８８に記載の方法。
【請求項１００】
試料の特徴部の像を、分子感度まで捕捉するために、固定した小視野に基づいて、大視野を動的に観察するシステムであって、このシステムは、
電磁エネルギー源であって、ビームを放射することができる電磁エネルギー源と、
前記電磁エネルギー源と組み合わされた固定レンズであって、少なくともプローブの１つのチップの方向に前記ビームを向けるようになされた固定レンズとを備え、このチップは、前記プローブ・チップの一部でこのビームの一部を散乱させるために試料の特徴部近傍にあり、
前記固定レンズと組み合わされた検出器であって、前記ビームの前記散乱部を検出するようになされた検出器と、
前記検出器と接続されたプロセッサであって、前記チップと前記ビームとの間の空間位置調整用の、このチップとこのビームとの関係を特定するためのパターンを決定するために、前記散乱部を処理するようになされたプロセッサと、
前記プロセッサに接続された調整装置であって、前記チップと前記ビームとの間の所望な関係を維持するために、少なくとも前記パターンに基づいてこのビームの位置を調整するようになされた調整装置とを備えたことを特徴とするシステム。
【請求項１０１】
前記電磁放射源は、照射用ビームまたは検出用ビームから選択されることを特徴とする請求項１００に記載のシステム。
【請求項１０２】
前記プローブはＡＦＭプローブであることを特徴とする請求項１００に記載のシステム。
【請求項１０３】
前記試料の前記位置は固定されていることを特徴とする請求項１００に記載のシステム。
【請求項１０４】
前記プロセッサと接続された照射装置であって、前記試料を照射するようになされた照射装置をさらに備えることを特徴とする請求項１００に記載のシステム。
【請求項１０５】
前記ビームは、前記照射装置からの光とは異なる波長を備えることを特徴とする請求項１００に記載のシステム。
【請求項１０６】
前記散乱は、前記プローブ・チップでなされることを特徴とする請求項１００に記載のシステム。
【請求項１０７】
前記プロセッサと接続したコントローラをさらに備えることを特徴とする請求項１００に記載のシステム。
【請求項１０８】
前記チップは、２〜３ヘルツで振動し、毎秒２〜３ミクロンから１０ミクロンまで動くことを特徴とする請求項１００に記載のシステム。
【請求項１０９】
前記パターンは、空間関数として周期的な強度変化を有することを特徴とする請求項１００に記載のシステム。
【請求項１１０】
前記調整装置は、前記電磁源と前記固定レンズとの間に配置したミラー装置を含むことを特徴とする請求項１００に記載のシステム。
【請求項１１１】
前記試料は、前記チップに対して移動させられることを特徴とする請求項１００に記載のシステム。
【請求項１１２】
分子スケール以下の１つ以上の特徴部を観察するための走査型顕微鏡であって、このシステムは、
観察すべき物体を保持する試料台と、
プローブと一体となったチップであって、前記物体の特徴部近傍内に入るように構成されたこのチップと、
照射用光源からの電磁放射を、前記プローブ・チップに加えるような方向に向けられたこの照射用光源と、
前記電磁放射の出力スペクトルから、増幅した自然放射（ＡＳＥ）を実質的に除去するための、前記物体と組み合わせたフィルタと、
少なくとも前記物体の前記特徴部を照射するために、前記試料台と対になった物体照射用光源と、
少なくとも前記物体の前記特徴部からの信号を捕捉するために、この物体と組み合わせた検出器とを備えることを特徴とするシステムであって、この信号は物体照射用光源からの検出帯域より生じることを特徴とする走査型顕微鏡。
【請求項１１３】
前記照射用光源は、レーザであることを特徴とする請求項１１２に記載のシステム。
【請求項１１４】
前記レーザは、６７０〜６９０ｎｍの波長の半導体レーザであることを特徴とする請求項１１２に記載のシステム。
【請求項１１５】
前記照射用光源は、ＡＦＭ光源であることを特徴とする請求項１０９に記載のシステム。
【請求項１１６】
前記フィルタは、前記照射用光源のレーザ・ヘッドに設けられることを特徴とする請求項１１２に記載のシステム。
【請求項１１７】
前記信号は、実質的にバックグラウンド・ノイズが無い蛍光信号であることを特徴とする請求項１１２に記載のシステム。
【請求項１１８】
前記照射用光源は、原則的には、予め選択した帯域から構成されることを特徴とする請求項１１２に記載のシステム。
【請求項１１９】
前記照射用光源は、検出帯域とは異なる帯域を用いることを特徴とする請求項１１２に記載のシステム。
【請求項１２０】
分子スケールの１つ以上の特徴部を観察するための走査型顕微鏡であって、このシステムは、
観察すべき物体を保持する試料台であって、位置情報を出力するようになされた試料台と、
プローブと一体となったチップであって、前記物体の特徴部近傍内に入るように構成されたこのチップと、
照射用光源からの電磁放射を、前記プローブ・チップに加えるような方向に向けられたこの照射用光源と、
少なくとも前記物体の前記特徴部を照射するために、前記試料台と対になった物体照射用光源と、
少なくとも前記物体の前記特徴部からの信号を捕捉するために、この物体と組み合わされた検出器とを備え、この信号は物体照射用光源からの検出帯域より生じ、
前記試料台と組み合わされた位置検出器であって、この試料台から位置情報を出力するこの位置検出器と、
前記位置検出器と接続したコントローラであって、少なくともこの位置検出器からの前記位置情報に基づいて駆動信号を出力するようになされたコントローラとを備えることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、ここに引用のために開示された２００２年８月９日に出願した米国仮出願番号６０／４０２，３５１の優先権を主張するものである。
【０００２】
米国政府は、カリフォルニア工科大学への米国国立科学財団助成金番号DMR−００８００６５に従い、本発明の権利を有するものである。
【背景技術】
【０００３】
本発明は、一般に、高分解能顕微鏡技術に関する。具体的には、本発明は、単一光子励起により1つ以上の蛍光性試料を撮像する無開口近接場走査型顕微鏡（ＡＮＳＯＭ）、いわゆる蛍光ＡＮＳＯＭ（ＦＡＮＳＯＭ）を用いた、改良された高分解能走査方法およびシステムを提供する。ただし、当然のことながら、本発明は、より広範囲な適用性を備えたものである。例えば、本発明は、ラマン散乱や他の多光子過程などの、その他の種類の像にも適用可能である。さらに、試料は、例えば、電子工学、半導体、有機化学、生命科学、生命工学、マイクロおよびナノ加工とマイクロおよびナノ素子、分子および生物回路などの様々な異なる分野からのものでも適用可能である。
【０００４】
長年にわたって、さまざまな顕微鏡技術が大きく発展してきた。単に一例としてだが、レンズや光を用いたおおよそ２００ｎｍ以上の分解能が可能な可視光学顕微鏡が、単純な複合顕微鏡から発展した。遠視野光学を用いて観察できる試料の例としては、生体細胞や生体組織などがあり、それらは多くの場合、バルク状である。そのような遠視野光学顕微鏡技術の分解能力は、一般に光の回折によって制限されている。その光学分解能に対する回折限界は、共焦点顕微鏡などに関連した手法を用いれば、非常に特殊な試料に対しては、いくぶん、おそらく１５０ｎｍまでは拡張される。このため、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）や近接場走査型光学顕微鏡を含む走査型光学顕微鏡が開発されてきた。このＡＦＭや近接場走査型光学顕微鏡（ＡＮＳＯＭ）は、遠視野光学の一定の限界を打破するために開発された。このＡＦＭや近接場走査型顕微鏡はまた、生物学、化学、物理学および材料科学において多くの用途を見出した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近接場走査型光学顕微鏡を用いれば、光の回折限界以下の分解能を持つ光学像を得ることが可能となる。具体的には、導波路を伝播する光を波長以下の開口を通過させ、試料に極めて接近して走査させる。そのような波長以下の開口を用いる技術は、別の限界を生じる。物理的限界は、その導波路を被覆するのに用いた金属の表皮深さや、さまざまな走査対象物に関連し、３０〜５０ｎｍ、あるいはもっとも典型的には５０〜１００ｎｍの分解能である。数ある中でも、無開口近接場走査型顕微鏡は、これらの限界を打破するために提案され実証されてきた。従来のＡＮＳＯＭは、多くの場合、鋭い振動プローブを使用しており、このプローブは、試料全体にわたって走査されるものである。このプローブは、電場中で位相シフトを行うか、試料を周期的に接触させるかによって入射レーザビームを摂動させる。検出技術としては、一般に近接場相互作用による散乱光を遠視野成分から分離する方法が採られる。そのようなＡＮＳＯＭ技術にも限界がある。その限界には、人工物である試料の形状による低品質の像などが含まれる。
【０００６】
走査型顕微鏡を用いて高分解能の光学情報を得るための先駆的な手法が、米国特許第６，００２，４７１号に説明されている。この特許は、カリフォルニア州パサデナ（Ｐａｓａｄｅｎａ）のカリフォルニア工科大学に譲渡され、また、ステーブン・Ｒ・クエイク（Ｓｔｅｐｈｅｎ  Ｒ．  Ｑｕａｋｅ）（以下クエイク）の名義のものである。クエイクは、高分解能の光学情報を得るためのシステムと方法とを提供している。そのシステムは、試料台と、試料に光学ビームを導くための第１の光学素子群を備えており、試料は試料台上に取り付けられる。また、バックグラウンド・ノイズを低減するために、試料からの放射光を集光するための光学素子も備えている。さらに、他の部材としては、分光器、プローブ、プローブと対になったプローブ検出装置がある。単に一例としてだが、このプローブは、プローブ周辺の試料からの放射光レベルを強めるものである。このことは、プローブが試料の直近にあるときにのみ起こるので、この変調を検出することにより、非常に高い空間分解能と化学的検出感度が得られる。蛍光ＡＮＳＯＭ、いわゆるＦＡＮＳＯＭもまた実証されてきた。従来のＦＡＮＳＯＭは、多くの場合、２光子励起とプローブ・チップ付近での電場の増大という原理を用いている。T. J. Yang, Guillaume A. Lessard, and Stephen R. Quake, An apertureless near field microscope for fluorescence imaging, Applied Physics Letters, Volume 76, Number 3, January 17, 2000 （以下、ヤン（Ｙａｎｇ）等）を参照のこと。ヤン等は、単一光子励起で蛍光性試料を撮像するように設計したＦＡＮＳＯＭを用いて得た結果を報告している。ＦＡＮＳＯＭは、１０〜２０ｎｍの分解能を実証した。ＦＡＮＳＯＭは将来性があるように見えるが、ある実用上の限界が残存している。
【０００７】
以上のことから、当然のことながら、高分解能走査技術の改良が待ち望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は高分解能走査技術を提供する。より具体的には、本発明は、単一光子励起により1つ以上の蛍光性試料を撮像する無開口近接場走査型顕微鏡、いわゆる蛍光ＡＮＳＯＭを用いた、改良された高分解能走査方法およびシステムを提供する。ただし、当然のことながら、本発明は、より広範囲な適用性を備えたものである。例えば、本発明は、ラマン散乱や多光子撮像技術などの他の種類の像にも適用できる。さらに、試料は、例えば、電子工学、半導体、有機化学、生命科学、生命工学などの異なる様々な分野からのものが可能である。
【０００９】
本発明は、実施例において、例えば、蛍光性分子で標識されたタンパク質やＤＮＡなどの対象とする物体から放射された光子を検出することにより、ナノスケールの物体（例えば、０．１〜１，０００ｎｍ以上）の特性を測定する方法を提供する。この方法には、試料の特性上から生じる蛍光の発生率に影響を与え、かつ／または変調するように、カンチレバーと一体となったプローブ・チップを、その試料に向けて移動させることも含まれる。この方法は、検出器などを用いて、カンチレバーが第１の所定部分を移動する間に、試料の特性上から生じる第１の電磁エネルギー強度レベルを測定、かつ／または比較し、カンチレバーが第２の所定部分を移動する間に生じる第１の強度レベルから第２の強度レベルへの変化を記録するものである。
【００１０】
他の実施例では、本発明は、対象とするナノスケールの物体の特性を、その物体から放射される光子を検出することにより測定するシステムを提供する。このシステムは、１つ以上のコンピュータ・メモリを備え、そのメモリにはコンピュータ・コードが含まれる。第１のコードは、カンチレバー部と一体となったプローブ・チップを、試料の特性上から生じる蛍光の発生率に影響を与えるように、その試料に向けて移動させるように指示する。第２のコードは、カンチレバー部が第１の所定部分を移動する間に、試料の特性上から生じる信号を検出器で検出するために、第１の電磁エネルギー強度レベルを用いてその試料の特徴部を照射するように指示する。この１つ以上のメモリには、カンチレバー部が第２の所定部分を移動する間に、第１の強度レベルから第２の強度レベルへ切り替えるための制御信号を出力するように指示する第３のコードも含まれている。本明細書以外でも同様だが、本明細書に説明された機能性を実現するために、実施例に応じて、他のコンピュータ・コードも使用できる。
【００１１】
実施例では、本発明は、蛍光性分子の寿命を延ばす機能を設ける。好ましくは、この方法は、データ収集のある特定の時間内にのみ励起用レーザをオンにすることによって、分子の寿命を延ばすものであり、光退色や他の同様な特性を遅らせることにより、蛍光性分子の寿命を延ばし、場合によっては最大化させるものである。光退色は、蛍光放射を著しく減少させ、あるいは完全に無くしてしまう光触媒化学反応である。信号は、この機能により撮像している間に最大化できる。撮像走査には、多くの場合、１つの軸に沿ったプローブの一連の高速移動あるいは線走査が含まれ、それは後で試料表面のラスター・パターンの直交軸に沿った遅い連続移動あるいは一組の不連続な移動と組み合わされる。このラスター・パターンは、試料面の所望部分のマッピングが完了するまで継続し、これにより１画面分の画像が形成される。プローブは、上下に高速（典型的には５０〜４００ｋＨｚの振動周波数であるが、これに制限されるわけではない）で振動するように作られており、表面全体をラスターしながら試料形状をたどるように、試料表面を軽く「たたく」ものである。１画面分の撮像が開始または終了すれば、プローブ・コントローラは、データ収集用コンピュータにより監視されている電圧信号を送信する。同様に、プローブ・コントローラは、１つひとつの線走査が一方向に開始すると電圧信号を送信し、復帰移動の開始とともに別の信号を送信する。ある実施例では、像は、典型的には、全て前進方向への線走査か、全て復帰方向の線走査かのいずれか一方から構成される。前進方向の線走査が好ましければ、制御ソフトは、前進走査の開始を示す電圧パルスを検出し、ＦＡＮＳＯＭの光学系へ励起用レーザビームを伝送させるようにスイッチする音響光学変調器（ＡＯＭ）に、電圧信号を次々と送信する。復帰移動の線走査が開始すると、プローブ・コントローラは第２の電圧パルスを発生させる。この線走査は、像を形成するのには用いられていないので、制御コンピュータは電圧パルスをＡＯＭに送信するのを止める。そして、このＡＯＭは、励起用レーザビームがもはやＦＡＮＳＯＭの光学系へは伝送されず、試料が照射されないようにスイッチを切り替える。この過程が、前進方向の線走査の間のみ照射されている試料に対する１つひとつの線走査に対して繰り返される。１画面分の画像が完成すると、レーザは、次の１画面分の撮像開始までスイッチが切れるように指示される（この場合、ＡＯＭへの電圧パルスを止めることによって）。
【００１２】
他の修正、代替および変形例も可能である。以上説明したように、レーザ・スイッチのトリガは、それぞれの線走査の開始時点で機能する。また、（対象としている試料上にある）プローブからの形状情報、あるいは使用者が定義した面積や座標に基づき、開始できる。スイッチ自体、上記の音響光学法以外のさまざまな方法で実施することも可能である。その他の方法としては、電気光学変調器、または前述の入力（線走査の開始、座標、形状情報）に対応するようにトリガをかけ、あるいは調節するシャターやチョッパの使用も可能である。音響光学あるいは電気光学スイッチ法のいずれを用いても、きわめて高速（１０ナノ秒以下）のスイッチングが可能であり、このことは、他の種類のレーザ・トリガ法も可能とする。例えば、プローブの振動周期のある部分の時のみレーザがオンとなるようなプローブの振動運動によりレーザを始動してもよい。このトリガ法は、蛍光性分子の寿命を最大化かつ／または延ばすばかりではなく、画像のコントラストを強めるのにも用いることができる。その他の技術としては、スキャナやミラー（例えばＭＥＭＳなど）、あるいはこれらの組み合わせなどを用いてもよい。
【００１３】
他の実施例では、本発明は、対象とする物体の微細な特徴を、分子感度まで観察するための無開口顕微鏡の操作方法を提供する。この方法は、第１のアセンブリの範囲内で、プローブあるいはカンチレバーの一部を通して、カンチレバーと一体となったプローブ・チップと励起用レーザビームとの位置調整を備える。ナノスケールの正確さで位置調整を可能にするいくつかの方法がある。全体として２〜３ミクロン以内の位置調整は、励起用レーザビームの背面反射とカンチレバーへのレーザ照射とを観察し、これら２つのビームが正確に合うまで、カンチレバーのアセンブリのいずれか一方を動かすことにより実現できる。交互に、あるいは一緒に、励起用レーザビームの焦点を動かすのにチップチルト・ミラーを用いれば、カンチレバー・チップと正確に位置調整することができる。さらに、励起用レーザで照射されているときにできるカンチレバーの影を可視化あるいは撮像し、それを、カンチレバー・チップと励起用レーザビームとの位置調整に用いることができる。おおよそ1ミクロン、場合によってはそれ以下という良好な位置調整は、光学系が、励起用レーザビームに対するカンチレバー・チップの影を撮像できるように、単色光あるいは広帯域光を用いてカンチレバーを照射することによって可能となる。そのチップを励起用レーザビームと正確に位置が合うまで移動させるか、励起用レーザビームをそのチップと正確に位置が合うまで方向を動かすか、いずれか一方を動かすために圧電アクチュエータを用いることができる。カンチレバー・チップ全体にわたってレーザビームを走査するか、焦点を固定した励起用レーザビーム全体にわたってそのチップを走査すれば、励起用レーザビームの後方散乱を撮像することで、２〜３ｎｍ程度の良好な、あるいは極めて良好な位置調整が可能となる。この後方散乱像により、カンチレバー・チップとレーザビームとの相対位置を設定可能とする顕微鏡対物レンズを通して高分解能の像が得られる。
【００１４】
そして、最終的な位置調整は、励起用レーザビームとカンチレバー・チップとが正確に位置調整されるまで、カンチレバーのアセンブリを移動させるか、あるいはカンチレバー・チップまたは励起用レーザビームの焦点を移動させれば行うことができる。以上述べた全ての位置調整ステップは、別々にまたは組み合わせて実施できる。また、これらのステップは、適切な位置にある参照点または参照構造を含み、正確に何らかのマークをつけた試料基板と組み合わせても実施できる。さまざまな方法で撮像している間、整合した位置を維持できる。それは、励起用レーザビームの背面反射を撮像することにより可能となる。そして、試料を撮像している間にレーザビームがカンチレバー・チップを追尾すれば生じる、いかなる位置ずれをも補正するために用いる相対位置の変化をモニタするために、この撮像した回折パターンを用いる。あるいは、移動しているカンチレバー・チップを追尾するように励起用レーザを移動させる最初の指示を出すために、この撮像したパターン情報を用いる。最終的に、これは、他の蓄積された位置ずれを補正するのに用いられる。この蓄積された位置ずれは、熱ドリフトや圧電および／または他の機械的なひずみの緩和、ヒステリシス、ピエゾ・クリープを含むがこれに限定されるものではない。カンチレバー・チップが固定した試料と励起用レーザビームとを走査するか、カンチレバー・チップと励起用レーザビームとのどちらもが固定した試料を走査するか、励起用レーザビームが固定したカンチレバー・チップと試料を走査するか、固定したカンチレバー・チップと励起用レーザビームが移動している試料を走査するか、いずれであろうと、位置調整を行い維持するために、これらの技術を用いることができる。
【００１５】
また、他の実施例では、本発明は、試料の1つ以上の特徴部を、分子感度までの分解能で観察するための無開口顕微鏡システムを提供する。このシステムは、無開口顕微鏡システムを支持する部材を備えている。その支持構造は、その部材を支持する部材と一体となっている。複数の衝撃吸収装置が、その支持構造と部材とを連結している。この複数の衝撃吸収装置により、床構造から生じる機械的ノイズを実質的に除去することが可能となる。このシステムはまた、この部材と連結し、無開口顕微鏡システムを覆う筐体構造を備えている。この筐体は、筐体内部に空間部を設け、無開口顕微鏡を格納するものである。筐体構造内に設けた空間部に入る可能性がある音響ノイズを実質的に除去するために、消音部材が筐体構造と一体化している。この筐体構造内部に浮遊する1つ以上の光子を吸収するために、筐体構造内部の空間部に筐体の内張りが組み合わされている。この筐体の内張りによって、筐体内部に戻ってくる浮遊光子を実質的に防ぐことができる。
【００１６】
さらに本発明は、分子感度までの分解能で試料の1つ以上の特徴部を観察するための、実質的にノイズフリー環境下での走査システムの操作方法を提供する。この方法には、少なくとも光学撮像装置と組み合わせたプローブを含む走査装置を備えた無開口顕微鏡システムの試料台に、分子の特徴を備えた試料を配置することも含まれる。この光学撮像装置は、５ｎｍ以下の特徴的な寸法を含んだ情報が、試料の一部から得られるように構成されている。また、この方法では、無開口顕微鏡システムの一部を支持する部材と連結した筐体構造内部の空間部に、少なくとも試料台と試料とを保持できる。この方法では、この部材と連結した複数の衝撃吸収装置を用いることで、機械的な振動ノイズの影響を受けることなく、少なくとも試料台と試料とを保持できる。この複数の衝撃吸収装置により、外部のノイズ源からの機械的振動ノイズの可能性を実質的に除去することができる。この方法では、さらに、得られた情報と相互作用しないように、音響ノイズの可能性を実質的に除去するために、筐体構造と一体となった消音部材を用いることで、音響ノイズの影響を受けることなく、少なくとも試料台と試料とを保持できる。筐体内部の１つ以上の浮遊光子を吸収するための、この筐体構造と一体となった内張りを用いて、筐体内の空間部でこの１つ以上の浮遊光子を捕獲するステップも、この方法には含まれる。この内張りによって、筐体構造内の空間部に１つ以上の浮遊光子が実質的に戻ってこないようにすることができる。
【００１７】
実施例では、本発明は、対象とする物体の分子感度まで、その１つ以上の特徴部を観察するための無開口顕微鏡の操作方法を提供する。この方法には、カンチレバーと一体となったナノチューブ製プローブ・チップを、試料の特徴部あるいは試料の直近で移動させることも含まれる。先に説明した実施例と同様に、ナノチューブ製プローブ・チップを用いれば、試料と励起光とが相互作用をすることにより、コントラストを強めるであろう。蛍光の量および／または検出した蛍光の量を減少させ、そして蛍光の量を増加させるという先に説明したメカニズムと同じことが、このチップを用い、かつ／または励起光に照射されれば、試料の近傍で生じるであろう。さらに、他の効果もコントラストを強めるために機能するかもしれない。さらに、単一の隔壁を有したナノチューブの直径が小さい（典型的には１〜３ｎｍ）ために分解能が向上する。このナノチューブは、複数の隔壁を備えているか、ロープ構造および／またはバンドル構造を持ったいくつかの単一隔壁を備えているかもしれないが、好ましくは、単一隔壁構造である。ここで、ロープ構造という用語は、１つ以上のナノチューブ材料の紐からなるらせん構造を意味しており、実施例では、その紐はお互いにねじれあっているか、他の凝集した幾何学的構成をとっている。また、１つ以上の光子の消光作用によって、コントラストや分解能が強められる。単に一例としてだが、消光作用によるこれらの増大を最初の２つの図（Ｙ軸はｐｈｏｔｏｎｓ／ｓｅｃ）に示す。２番目の図には、単に一例だが、消光作用と強められた発光とを同時に示す（図１９も参照）。このことは、さらに分解能の点で改良できる機会を提供する。
【００１８】
他の実施例において、本発明は、対象とする物体の分子感度まで、その１つ以上の特徴部を観察するために無開口顕微鏡システムを提供する。このシステムは、試料の特徴部の近傍で移動可能なように、カンチレバーと一体となったプローブにナノチューブ製チップを備えている。このナノチューブ製チップをメタライゼーションすれば、励起光と試料の特質とに依存して、このチップ部と試料との相互作用、および／またはこのチップ部と励起用レーザビームとの相互作用の量が増加するので、コントラストが強められる。このメタライゼーションはまた、ナノチューブのチップ部分への付着強度も高める。
【００１９】
他の実施例において、本発明は、対象とする物体の分子感度まで、その１つ以上の特徴部を観察するために無開口顕微鏡システムを提供する。このシステムは、カンチレバーのチップに取り付けられたメタライゼーションされたＤＮＡ分子を備える。本発明の小口径かつ高導電率のプローブ・チップによって、ナノチューブ製チップと同様の方法で、コントラストやＦＡＮＳＯＭ撮像の分解能を高めることができる。
【００２０】
実施例では、本発明は、分子感度まで試料の特徴部の像を得るために、固定した小視野を元に、大視野を動的に観察する方法を提供する。この方法には、固定レンズを通したビームを用いて、試料を照射することが含まれる。このビームは、少なくとも、試料の特徴部近傍にある１つのプローブ・チップに向けられる。この方法では、プローブ・チップの一部でビームの一部を散乱させる。この方法ではまた、このビームの散乱部を検出する。そして、この方法では、パターンを決定し、チップ部とビームとの間の空間位置調整のためのこれらの関係を特定するために、このビームの散乱部の処理が行われる。このチップ部とビームとの望ましい関係を保持するために、少なくともこのパターンに基づき照射に用いられるビームの位置を調整するステップもこの方法には含まれる。
【００２１】
他の実施例では、本発明は、分子感度まで試料の特徴部の像を得るために、小視野を元に、大視野を動的に観察するシステムを提供する。このシステムは、電磁エネルギー源（実施例では、これはレーザである）を備え、それはビームを放射できる。固定レンズが、この電磁エネルギー源と組み合わされている。この固定レンズは、少なくとも1つのプローブ・チップにビームを絞り、このプローブ・チップは、プローブ・チップの一部でビームの一部を散乱させるために試料の特徴部近傍にある。この固定レンズには、検出器が組み合わされている。この検出器は、ビームの散乱部を検出するものである。この検出器には、プロセッサが接続されている。このプロセッサは、このチップとビームとの空間位置調整のための、これらの関係を特定するために、ビームの散乱部を処理するように機能する。このプロセッサには、調整装置が接続されている。この調整装置は、チップとビームとの所望の関係を保持するために、少なくともパターンに基づきビームの一部を調整するように機能する。
【００２２】
他の実施例では、本発明は、分子スケール以下の1つ以上の特徴部を観察するための走査型顕微鏡を提供する。このシステムは、観察の対象となる物体を保持するための試料台を備える。プローブにはチップが一体となり、この物体の特徴部近傍に配置するように構成される。光源からの電磁放射を、このプローブ・チップへ照射するように、光源は向けられる。この光源は、試料全体にわたって、カンチレバー・チップの位置を決定するのに用いられる。このシステムは、電磁放射出力スペクトルからの増幅した自然放射（ＡＳＥ）を実質的に除去するために、対象とする物体と組み合わせたフィルタを備える。実施例によれば、このフィルタは、レーザの中心波長よりも短い波長および長い波長のＡＳＥを遮蔽するために、狭帯域幅を備えることが好ましい。あるいはこのフィルタは、レーザの中心波長よりも短い波長を持つＡＳＥを遮蔽するハイパス・フィルタである。他の実施例では、このフィルタは、レーザの中心波長よりも長い波長を持つＡＳＥを遮蔽するローパス・フィルタである。また、このシステムは、少なくとも対象物の特徴部を照射するための、支持台に結合した対象物照射用光源を備えている。また、フィルタは、中央のカンチレバーへの照射と、励起光の遮蔽を可能とする。最後に、フィルタは、ある波長の蛍光を発する試料の周囲の照射を除去するためにも用いられる。これらのフィルタは、試料によって放射された光子ではなく、試料が放射する波長域において、高い透過性をもついくつかの光子源を遮蔽するように機能する。実施例によれば、用いたフィルタは、組み合わせることにより、レーザの中心波長よりも長い波長、あるいは短い波長で信号を観察可能とする。少なくとも対象とする物体の特徴部からの信号を捕捉するために、検出器はこの物体と組み合わされている。この信号は、試料照射用光源からの検出帯域より生じるものである。
【００２３】
従来の技術に対し本発明を用いれば、多くの利点が得られる。例えば、本発明の技術は、従来技術に依存している処理を行いやすくする。また、本発明によれば、試料の特徴部の、所定の空間サイズの範囲内では、分解能を向上させることが可能である。本発明は、生体分子などからの像を得るのに応用することが好ましい。実施例に応じて、これらの利点の１つ以上を得ることができる。これら、および他の利点に関しては、本明細書を通して、さらにより具体的には以下に説明する。
【００２４】
本発明の、他のさまざまな対象となる物体、特徴および利点については、以下の詳細な説明と添付図面とを参照に、より十分に理解できるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明は、高分解能走査技術を提供する。より具体的には、本発明は、単一光子励起により1つ以上の蛍光性試料を撮像する無開口近接場走査型顕微鏡、いわゆる蛍光ＡＮＳＯＭを用いた、改良された高分解能走査方法およびシステムを提供する。ただし、当然のことながら、本発明は、より広範囲な適用性を備えたものである。例えば、本発明は、ラマン散乱や多光子撮像技術などの、その他の種類の像にも適用可能である。さらに、試料は、例えば、電子工学、半導体、有機化学、生命科学、生命工学などの様々な異なる分野からのものでも適用可能である。
【００２６】
図１は、本発明の実施例による走査システム１００の概略図である。この図は単なる一例であり、本発明の請求範囲を不当に制限するものではない。また、多くの変形、代替、および修正したシステムがあることは、当業者には明らかであろう。図に示すように、この顕微鏡システム１００には、可動試料台１１１が含まれており、それはＸＹＺ方向への移動が可能である。この試料台は、試料の大雑把な位置決めに対しては、公差４０ミクロン以下で移動させることが可能であり、精密な位置調整に際しては、公差１ｎｍ以下で移動させることが可能である。この試料台に、試料１０９が置かれる。用途に応じて、試料には、生体試料、量子ドット、蛍光性標識分子、および蛍光性標識ナノまたはマイクロ構造、アレイまたは部品が含まれる。また、試料は、用途に応じて、液体、気体、不活性ガス環境、あるいは真空中でかつ特定の温度（低温、室温、暖かい温度から極めて高温まで）で置かれることが好ましい。
【００２７】
また、このシステムには、タッピング方式の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）１１０が含まれる。実施例では、このＡＦＭ１１０は、例えば、プローブ１０７、このプローブを支持し、圧電スタック１０４と連結したカンチレバーなどのさまざまな部品を備えている。この圧電スタックにより、カンチレバーの動き、特にＺ方向の移動を可能にする。また、このＡＦＭには、駆動信号が含まれ、それは信号検出および補正用の制御電子回路１１３に接続される。プローブ１０７はピラミッド形状であり、その先端は銀粒子で被覆されていることが好ましい。他の粒子や被覆もまた可能である。例えば、そのような被覆としては、数ある中でも、半導体（例えば、シリコン、窒化シリコン、ダイアモンドなど）、導体（導電性を持たせるためにドープした材料ばかりではなく、例えば、白金、金、銀合金、アルミニウム、白金イリジウム、コバルトおよび他のいかなる金属も）、これらの組み合わせなどが含まれる。また、このＡＦＭにはレーザビーム源１０３があり、それはカンチレバーまたはプローブに向けられている。このレーザビーム源は、位置検出用として用いられ、カンチレバーおよび／またはプローブで散乱する光子の供給源である。この散乱した光子を、制御用電子回路１１３に接続された光検出器１０５で検出する。このＡＦＭは、図に示すように、逆向きの光学顕微鏡と組み合わされている。
【００２８】
この逆向きの光学顕微鏡１１９は、図に示すように、ＡＦＭの下に置かれることが好ましい。レーザビーム１１７（実施例では、緑色のＨｅＮｅレーザビーム源１０３からのビーム）は、ＡＦＭチップに集光される。このレーザビームは、光源１１７から放射され、対物レンズ１１９を通して、ダイクロイック・ミラー１２０で向きを調整する。試料をＸＹ平面上（紙面上でもある）で走査すると、蛍光の光子が試料から放射される。この光子は、対物レンズとバンドパス・フィルタ１２１を通過し、アバランシェ・フォトダイオード１２３で検出される。このフォトダイオードに接続したゲート光子計数器１２５で、検出した光子を処理する。このゲート光子計数器は、測定されたＡＦＭのカンチレバーの高さによってトリガされる。共通のバスを通して計数器に接続される信号収集処理装置１１５（これにはマイクロプロセッサが含まれており、処理装置という用語の範囲を不当に制限することなく、ここでは「コントローラ」および／または「メイン・コントローラ」として使われている）で、情報の操作および処理を、監視し実施する。また、このシステムは、信号収集処理装置に接続された表示装置１２７を備え、この表示装置はコンピュータでよい。また、図に示すように、この信号収集処理装置は制御用電子回路に接続される。
【００２９】
実施例では、このＡＦＭは、圧電スタックを介してＡＦＭプローブに接続された正弦波駆動信号を用いて動作する。このＡＦＭプローブは、試料の表面による摂動を受け、その摂動を受けた信号を位置検出器に送信しながら、試料の表面全体にわたって走査する。位置検出器は、位置信号を補正し２値化するため、その信号を電子回路システムに送信する。この位置信号を、外部の高さ基準信号と比較することで補正を行う。補正されたＡＦＭ信号と光信号とが、表面形状のＡＦＭ像と光学像とを処理する２値化システムと接続している。もちろん、他の修正、代替、および変形したシステムが可能である。本システムのより詳しい内容は、先に述べたクエイクの特許に説明されている。本システムおよび方法に関するその他の詳細は、本明細書を通し説明され、より具体的には以下に説明される。
【００３０】
図２は、本発明の実施例による図１のシステムを監視するのに用いるコンピュータ・システム２１０の概略図である。この図は単なる一例であり、本発明の請求範囲を不当に制限するものではない。また、多くの修正、代替、および変形したシステムがあることは、当業者には明らかであろう。図に示すように、このコンピュータ・システム２１０には、表示装置２２０、表示画面２３０、キャビネット２４０、キーボード２５０、スキャナおよびマウス２７０が含まれる。マウス２７０とキーボード２５０は、代表的な「ユーザ入力装置」である。マウス２７０には、グラフィカル・ユーザー・インターフェース上のボタンを選択するためのボタン２８０が含まれる。その他のユーザ入力装置の例としては、タッチ・スクリーン、ライト・ペン、トラック・ボール、データ・グローブ、マイクロホンなどがある。
【００３１】
このシステムは、本発明の単なる代表例であり、本発明を具現化するための１つのシステムに過ぎない。本発明に関連して、さまざまな種類のシステムや構成が使用に適していることは、当業者にはすぐに理解されるであろう。好適な実施形態においては、コンピュータ・システム２１０には、マイクロソフト社の基本ソフトであるウィンドウズ（登録商標）ＮＴで動作するペンティアム（登録商標）クラスのコンピュータが含まれる。しかしながら、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく、このシステムを他の基本ソフトやアーキテクチャに容易に適合させることができる。先に述べたように、マウス２７０は、例えばボタン２８０などのような１つ以上のボタンを備える。キャビネット２４０には、例えばディスク・ドライブ、プロセッサ、記憶装置などのコンピュータにはおなじみの部品が格納される。記憶装置には、ディスク・ドライブ、磁気テープ、固体メモリ、バブルメモリなどが含まれるが、これらに限定されるわけではない。キャビネット２４０には、例えば、コンピュータ・システム２１０を、外部の記憶装置、他のコンピュータ、あるいはその他の周辺機器などの外部装置に接続するための入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース・カードを含むことができる。これら外部装置については、以下に、さらに説明する。
【００３２】
図２Ａは、本発明の実施例による図２のコンピュータ・システムに用いられるハードウェア部品のより詳細な図である。この図は単なる一例であり、本発明の請求範囲を不当に制限するものではない。また、多くの修正、代替、および変形したシステムがあることは、当業者には明らかであろう。図に示すように、コンピュータ・システム２１０には基本的なサブシステムが含まれる。実施例において、このサブシステムは、システム・バス２７５を介して相互接続する。例えば、ディスプレイ・アダプタ２８２に接続されているプリンタ２７４、キーボード２７８、固定ディスク２７９、モニタ２７６などの付加的サブシステムも図示されている。入出力（Ｉ／Ｏ）コントローラと接続している周辺機器および入出力（Ｉ／Ｏ）装置は、例えばシリアル・ポート２７７などの当該技術において知られているあらゆる手段を用いて、コンピュータ・システムに接続可能である。例えば、シリアル・ポート２７７は、コンピュータ・システムをモデム２８１に接続するのに用いることができ、さらに、例えばインターネットなどの広域ネットワーク、マウス入力装置、あるいはスキャナに接続できる。システム・バスを介しての相互接続により、サブシステム間の情報交換ばかりではなく、中央プロセッサ２７３はそれぞれのサブシステムと通信ができ、システム・メモリ２７２あるいは固定ディスク２７９からの命令の実行を制御できる。サブシステムの他の構成や相互接続は、当業者にとっては容易に行うことが可能である。システム・メモリおよび固定ディスクは、コンピュータ・プログラムを記憶するための有形の媒体例であり、その他の有形の媒体としては、フロッピー（登録商標）・ディスク、着脱式ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭやバーコードなどの光学記憶メディア、およびフラッシュメモリや読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、電池付メモリなどの半導体メモリなどがある。
【００３３】
上記は、特定のハードウェア上の特徴に関しての説明であるが、多くの変形、代替、および修正例があることは明らかであろう。例えば、いかなるハードウェア上の特徴も、さらに組み合わせて、場合によっては分けることも可能である。また、この特徴は、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの組み合わせを通じて、部分的に実現可能である。このハードウェアとソフトウェアとは、用途に応じて強く統合しても、弱く統合しても良い。本発明の機能性に関しては、図面に従って、以下に詳しく詳細を述べる。
【００３４】
図３は、本発明の実施例による走査システムに対する改良された照射システム３００の概略図である。この図は単なる一例であり、本発明の請求範囲を不当に制限するものではない。また、他の多くの修正、代替、および変形システムがあることは、当業者には明らかであろう。本明細書中の他の図面と同じく、同じ参照番号を図３でも用いているが、なにも制限するわけではない。図に示すように、この顕微鏡システム１００には、可動試料台１１１が含まれ、それはＸＹＺ方向への移動が可能である。また、このシステムには、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）１１０が含まれ、好適には、それはタッピング方式の原子間力顕微鏡であるが、他の方式のものでも良い。実施例では、このＡＦＭ１１０は、例えば、プローブ１０７、このプローブを支持し、圧電スタック１０４と連結したカンチレバーなどのさまざまな部品を備える。この圧電スタックにより、カンチレバーの動き、特にＺ方向の移動を可能にする。また、このＡＦＭには、駆動信号が含まれ、それは信号検出および補正用の制御用電子回路１１３に接続される。また、このＡＦＭにはレーザビーム源１０３があり、それはカンチレバーまたはプローブに向けられる。このレーザビーム源は、位置検出用として用いられ、カンチレバーおよび／またはプローブで散乱する光子の供給源である。この散乱した光子を、制御用電子回路１１３に接続された光検出器１０５で検出する。このＡＦＭは、図に示すように、逆向きの光学顕微鏡と組み合わされる。
【００３５】
この逆向きの光学顕微鏡１１９は、図に示すように、ＡＦＭの下に置かれる。緑色のＨｅＮｅレーザビーム源１０３からのレーザビーム１１７は、ＡＦＭチップに集光される。このレーザビームは、光源１１７から放射され、対物レンズ１１９を通して、ダイクロイック・ミラー１２０で向きが調整され、ＡＦＭチップに集光される。また、このシステムは、バンドパス・フィルタ１２１とアバランシェ・フォトダイオード１２３とを備える。ゲート光子計数器１２５で検出した光子を処理する。このゲート光子計数器は、測定されたＡＦＭのカンチレバーの高さによってトリガされる。共通のバスを通して計数器に接続される信号収集処理装置１１５で、情報の操作および処理を、監視し実施する。また、他の特徴も備えている。
【００３６】
このシステムには、選択的に照射レベルを調整できる照射システム３００が含まれる。ここで、シャッタおよび／または変調器材が、ビーム１１７を第１の状態から第２の状態へと選択的に調整する。この第１の状態はオン状態に対応し、第２の状態はオフ状態に対応する。このオン状態で、ビームは変調器材を通過することができる。オフ状態は、ビームを遮断する。単なる一例であるが、ビーム１１７とミラー１２０との間で、遮蔽材あるいはフィルタを用いる。この遮蔽材には、数ある中でも、変調器材が含まれる。この変調器材は、バスを通って処理装置に接続される。この変調器材は、音響光学（ＡＯ）変調器であることが好ましい。これについての詳細を以下に詳しく記す。もちろん、他の修正、代替、および変形例があることは明らかである。例えば、この変調器材は、機械的なシャッタ、電気光学変調器、これらの組み合わせなどで置き換えることができる。
【００３７】
図３Ａは、本発明の実施例による改良された照射システムのより詳細な図である。この図は単なる一例であり、本発明の請求範囲を不当に制限するものではない。また、他に多くの修正、代替、および変形したシステムがあることは、当業者には明らかであろう。図に示すように、このシステムには、本発明の範囲を不当に制限しない範囲で、本明細書中の他の図と共通の部品が含まれる。この照射システム３００には、ダイクロイック・ミラー１２０を通して対物レンズと組み合わされたレーザビーム１１７が含まれる。実施例では、ＡＯ変調器３０５はビームとミラーとの間に連結している。この変調器は、光ファイバケーブルにビームが入らないように、という指示でビームを回折する適切な材料から作られる。このことによって、試料へのビームの透過を遮蔽する。この材料の例としては、モリブデン鉛がある。この材料には、ある程度の速度特性が無ければならない。すなわち、変調器材は、状態を０．１ミリ秒以内に変化させることができなければならない。この変調器材は、光ファイバと一致しない方向に光が曲げられる場合に、変化させるものである。すなわち変調器は実際に遮蔽するのである。この材料の一例が、ＩＳＯＭＥＴ社（ＩＳＯＭＥＴ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）より出ている。実施例によれば、レーザビームの波長と加えているＲＦ周波数と正確に一致するブラッグ角に位置調整をすれば、この変調器材は、それを通過するビーム（０次）の一部を近接位置（１次）に回折する。この１次ビームは、通常、多くの用途に用いられる。１次光の強度は、ＲＦ信号の振幅で制御される。デジタル（オン／オフ）またはアナログ（ビデオ）のいずれかによる１次スポットの変調が、選択した駆動方式に応じて行われる。もちろん、使用した材料の種類も、用途によって決まる。
【００３８】
この変調器は、入出力装置３１５に回線３１３を介して接続される。この入出力装置には、用途に応じて駆動回路が含まれてもよい。あるいは、この変調器は、駆動用集積回路を備える。レーザビーム１１７が入出力装置３０９に接続され、またバス３０３に接続される。このバスは処理装置に接続する。このシステムは、簡単なスイッチ方法を提供する。
【００３９】
実施例では、この変調器には、オン状態とオフ状態とに対応した、少なくとも２つの状態がある。オン状態では、この変調器により、ビーム３１９は変調器材を通過でき、ミラー１２０で反射し、対物レンズに入射３１７することができる。単に一例としてだが、この変調器材は透明な状態であり、それによってビームが通過することができる。また、この変調器材は、オフ状態もとれる。ここで、「オフ」と「オン」という用語は区別のためのみに用いられるものであって、本発明の請求範囲を制限するものではない。オフ状態では、変調器／光学アセンブリ材は、ビーム３１９を遮蔽し、ビーム３１７はそこを通過することができない（図示せず）。実施例では、処理装置は、本明細書以外の記載と同様、本明細書に記載されている動作方法に準拠して、変調器材の動作を監視する。もちろん、他の修正、代替、および変形した方法があることは、明らかである。例えば、この変調器材は、機械的シャッタ、電気光学変調器、これらの組み合わせなどで置き換えられてもよい。この変調器は、（本発明の方法およびシステムでは、多くの場合、使用前に安定化させる必要があるレーザビームを調整するよりはむしろ）ほとんどの実施例で選ばれている。本システムおよび方法に関する他の詳細は、本明細書を通して説明され、より具体的には下記に説明される。
【００４０】
本発明の実施例による走査装置を動作させるために用いる照射方法は、以下のように提供される。
【００４１】
１．  ＦＡＮＳＯＭを用いて、対象とする物体の特徴部の走査処理を開始する。
【００４２】
２．  （以下に示した第２の方向とは異なる）第１の方向に沿った線に対する線走査処理を開始する。
【００４３】
３．  第１の方向に沿った走査の開始とともに、プローブ・コントローラからメイン・コントローラへ制御信号を転送する。
【００４４】
４．  メイン・コントローラを用いて、像ができるかどうかを決定する。
【００４５】
５．  もし、像ができるようであれば、ビームが変調器を通過できるように、メイン・コントローラから変調器へ信号を送信する。
【００４６】
６．  対象とする物体の特徴部の像に関する情報を取得する間、この特徴部を照射する。
【００４７】
７．  この特徴部の像を作成しながら、対象とする物体に対する第１の方向への走査は完了する。
【００４８】
８．  第１の方向とは異なる第２の方向に沿った走査の開始とともに、プローブからコントローラへ制御信号を転送する。
【００４９】
９．  像ができるかどうかを決定する。
【００５０】
１０．  もし、第１の方向に沿った像ができるようであれば、ビームが変調器を通過できるように、メイン・コントローラから変調器へ信号を送信する。
【００５１】
１１．  あるいは、ビームが変調器を通過しないように、コントローラから変調器へ信号を送信する（あるいは全く信号は送信しない）。
【００５２】
１２．  ステップ１０と１１に応じて、対象となる物体の特徴部を照射するか、あるいはその物体を照射しないままにしておく。
【００５３】
１３．  第２の方向への走査が完了する。
【００５４】
１４．  必要に応じて他のステップを行う。
【００５５】
図に示すように、この方法は、対象となる物体の特徴部に用いられるビームの照射をオンにするかオフにするかのやり方を提供する。実施例では、像が作られるように、左から右への走査の間、照射されている物体の特徴部に関し、それぞれの線に対してこの処理は繰り返される。いったん像が出来上がると、次の像のための走査の開始まで、レーザには、（この場合、変調器への信号を止めることにより）スイッチをオフするように指示が送られる。図面に従い、以下に、この方法をより詳しく説明する。
【００５６】
図４，５は、本発明の実施例による走査方法４００および５００を示す概略図である。これらの図は単なる例であり、本発明の請求範囲を不当に制限するものではない。また、他に多くの修正、代替、および変形した方法があることは、当業者には明らかであろう。図に示すように、この方法は開始ステップ４０１から始まる。ここで像の走査には、右から左へ、そして後ろを再度という一連の走査が含まれる。もちろん、この方向は、実施例では変更することが可能である。線走査が開始すると（ステップ４０３）、プローブに接続したプローブ・コントローラが、制御用コンピュータおよび／またはメイン・コントローラが監視（ステップ４０７）している電圧信号を送信（ステップ４０５）する。この電圧信号は、多くの場合パルスであり、左から右へ、そして右から左へと復帰するそれぞれの線走査の開始とともにプローブ・コントローラから送信される。もし左から右への走査で像ができるようであれば（ステップ４０９）、この方法は、コンピュータソフトウェアを用いて、走査の開始を伝える電圧パルスを検出する。この方法は、照射を開始するための電圧信号を送信する（ステップ４１１）。あるいは、この走査で、もし像ができないようであれば、この方法は、ブランチを通ってステップ４０５に戻る。また、この方法は、ステップ４１３で停止する。実施例に応じて、多くの修正、代替、および変形した方法が可能である。
【００５７】
図５を参照すると、この方法には、対象とする物体の特徴部に対する照射をオン・オフするために変調器の使用が含まれる。図に示すように、この方法は、開始ステップ５０１から始まる。ここで像の走査には、右から左へ、そして後ろを再度という一連の走査が含まれる。もちろん、この方向は、実施例では変更することが可能である。線走査が開始すると、プローブに接続したプローブ・コントローラが、制御用コンピュータおよび／またはメイン・コントローラが監視している電圧信号を送信する。この電圧信号は、多くの場合パルスであり、左から右へ、そして右から左へと復帰するそれぞれの線走査の開始とともにプローブ・コントローラから送信される。もし左から右への走査で像ができるようであれば、この方法は、コンピュータソフトウェアを用いて、走査の開始を伝える電圧パルスを検出する（ステップ５０３）。この方法は、照射を開始するための電圧信号を送信する。あるいは、この走査で、もし像ができないようであれば、この方法は、対象とする物体の特徴部を照射しない。
【００５８】
この方法には、コントローラから音響光学変調器のコントローラへの制御信号の転送が含まれることが望ましい。この制御信号は、ビームがＦＡＮＳＯＭの光学系へ入射するように変調器を駆動する（ステップ５０７）。この方法では、走査が終了したかどうか判断し続ける（ステップ５０９）。また、実施例に応じて、この方法では走査を監視し、走査の間、照射が必要かどうかを監視することができる（ステップ５１５）。あるいは、この方法では、走査が完了すると、次の走査のためにステップ５０３に戻る。そして、ビームがＦＡＮＳＯＭシステムに入射するように変調器を駆動したり、しなかったりする。好適には、復帰方向の線走査が始まると、プローブ・コントローラは第２の電圧パルスを発生させる。好適な実施形態によれば、この復帰方向の線走査は、像を作成するのには使われないので、光がＦＡＮＳＯＭの光学システムに送られて、対象とする物体の特徴部が照射にさらされることがないように、電圧パルスを変調器に送信する（あるいは全く電圧パルスは送信されない）。
【００５９】
実施例に応じて、像が形成されるように、左から右への走査の間のみ照射されている対象とする物体の特徴部に関し、それぞれの線に対してこの処理は繰り返される。いったん像が出来上がると、次の像のための走査の開始まで、レーザには、（この場合、変調器への電圧パルスを止めることにより）スイッチをオフするように指示が送られる。（ステップ５０７）それぞれの線走査のトリガは、それぞれの線の先頭でかけられる。あるいは、（対象としている試料上にある）プローブからの形状情報に基づいて開始する。あるいはまた、使用者が定義した面積や座標に基づき、開始することができる。スイッチ自体、さまざまな方法で実施することが可能である。前述の入力（線走査の開始、座標、形状情報）に対応するようにトリガをかけ、あるいは調節するシャターやチョッパの使用も可能である。
【００６０】
実施例に応じて、従来の技術に対して多くの利点が得られる。実施例では、本発明は、データ収集の間のみ励起用レーザをオンにすることによって、蛍光性分子の寿命を延ばす機能を設ける。蛍光性材料が撮像されていないときにレーザをオフにすれば、多くの場合、光退色を避けられるので蛍光性分子の寿命を最大化できる。また、このことにより、撮像中の信号強度を最大化できる。実施例に応じて、これらの利点の１つ以上を得ることができる。これら、および他の利点は、本明細書を通して説明され、さらに、より具体的には以下に説明される。
【００６１】
上記は、特定のソフトウレェアおよび／またはハードウェアの特徴に関して説明されたものであるが、多くの変形、代替、および修正もまた可能であることは明らかであろう。この特徴は、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの組み合わせを通じて、部分的に実現可能である。このハードウェアとソフトウェアとは、用途に応じて強く統合しても、弱く統合しても良い。もちろん、他の多くの修正、変形、および代替例があることは、当業者には明らかであろう。
【００６２】
他の実施例では、本発明は対象とする物体の特徴部を、分子感度まで観察するための無開口顕微鏡の操作方法を提供する。従来の技術では、レーザ光源を光学システムに位置調整する点において、困難であることが証明されてきた。この困難性は、本発明の方法とシステムにより克服された。この方法は、以下のように提供される、
【００６３】
１．  空間並進軸を通って、第１のアセンブリと光学サブシステムとの間の空間移動をうまく行うために、カンチレバーを光学サブシステムに連結したプローブを含む第１のアセンブリと連結する。
【００６４】
２．  空間並進軸を用いて、光学サブシステム上の試験面の所定領域に、カンチレバー・チップを合わせるために、カンチレバー・チップあるいはその一部を試験面に向けて調節する。
【００６５】
３．  第１のアセンブリにおいてカンチレバー・チップあるいはその一部が、励起用レーザビームの１ミクロン以内の近傍にあるように、位置調整ビームと第１のアセンブリとの関係を励起用レーザに対して調整する。
【００６６】
４．  空間並進軸上の第１のアセンブリの移動を利用して、カンチレバー・チップあるいはその一部の位置が整合するように、励起用レーザを微調整する。
【００６７】
上記ステップの順序は、プローブとカンチレバーとを備えた第１のアセンブリを、光学サブシステムに調整する方法を提供するものであり、ここでは、このプローブが、光学サブシステムと位置が合うようになる。このプローブと光学サブシステムの例は、本明細書中に先に説明されており、本明細書以外にも見られる。どこにでも見られるように、位置調整については、一般的な粗調整ステップと微調整ステップとがあり、用途に応じて別のステップがあってもよい。この方法については、この明細書を通して詳しく説明され、より具体的には以下の図面を参照に説明する。
【００６８】
図６から８は、本発明の実施例による、ナノスケールの走査に対する光学的な位置調整方法を説明する概略図である。図に示すように、本発明は、対象とする物体の微細な特徴部を、分子感度まで観察するための無開口顕微鏡の操作方法を提供する。この方法には、第１のアセンブリの範囲内で、プローブまたはカンチレバーの一部を通して、励起用レーザビームをカンチレバーと一体化したチップに対し位置調整することが含まれる。ナノスケールの正確さで、そのような位置調整を行う方法がいくつかある。全体として２〜３ミクロン以内の位置調整は、励起用レーザビームの背面反射とカンチレバーへのレーザ照射とを観察し、これら２つのビームが正確に合うまで、カンチレバーのアセンブリのいずれか一方を動かすことにより実現できる。交互に、あるいは一緒に、励起用レーザビームの焦点を動かすためにチップチルト・ミラーを用いれば、カンチレバー・チップと正確に位置調整をすることができる。さらに、励起用レーザで照射されているときにできるカンチレバーの影を可視化あるいは撮像し、それを、カンチレバー・チップと励起用レーザビームとの位置調整に用いることができる。
【００６９】
図６に、白色光６０３を出すランプ６０１を含む概略系統図６００を示す。カンチレバー６０５がプローブ・チップ６０７と一体化している。このプローブ・チップはカバー・スリップの方向に向き、それはまた、試料面の方向でもある。このプローブには、顕微鏡の対物レンズ６１１が組み合わされている。また、このシステムは、影を形成する領域６１３を備え、その影は、一時的に置かれるかあるいは着脱可能なスクリーン６１５上に投影される。また、このシステムは、スクリーンの背面側に放射する励起用レーザ光源６１７を備える。この励起用レーザ光源は、対物レンズを通してビームを放射する。このシステムの他の特徴については、先に説明してあるが、この明細書を通して見られる。
【００７０】
この方法は、全体の位置調整ステップを実施し、レーザを位置調整する。このレーザは、ＡＦＭサブシステムあるいはアセンブリ上のプローブ・チップに対して下にあるサブシステム上に付属する。図に示すように、参照番号６２０は、本来透明であるスクリーン上への投影を示し、レーザ・スポットは参照番号６２３である。この投影には、カンチレバーの影６２９や視野の境界線６２７も含まれる。より大きなアセンブリと連結しているプローブ・チップをレーザ・スポットに対して調節する。Ｙ軸の正方向に対してずれた状態のカンチレバーを参照番号６２０で示す。Ｘ軸に対してずれた状態を参照番号６３０で示す。参照番号６４０に、カンチレバーとレーザ・スポットの位置が整合した状態を示す。このカンチレバーの位置が整合した状態によって、プローブは、下部の光学システムと連結したレーザと位置が整合する。
【００７１】
実施例では、この方法は、もう一つの位置調整ステップを実施し、レーザとプローブとの位置を微調整する。この1ミクロン程度の細かいやり方は、単色光あるいは広帯域光でカンチレバーを照射することにより行うことができる。このことによって、光学系は、励起用レーザに対し、カンチレバーの影を撮像することができる。チップを励起用レーザビームと正確に位置が合うまで移動させるか、励起用レーザビームをそのチップと正確に位置が合うまで方向を動かすか、いずれか一方の移動のために圧電アクチュエータを用いることができる。位置調整は、光学サブシステムで行うことができ、撮像カメラなどと接続した表示装置を用いて観察することができる。
【００７２】
図７は、表示装置と接続した撮像装置６００を含んだ概略系統図である。単に説明のため、前の図面と同じく、同じ参照番号をこの図でも用いる。このシステムには、ランプ６０１が含まれ、これは白色光６０３を出力する。カンチレバー６０５は、プローブ・チップ６０７と一体化している。このプローブ・チップは、試料面でもあるカバー・スリップ６０９の方向に向いている。このプローブには、顕微鏡の対物レンズ６１１が組み合わされている。このシステムはまた、対物レンズ６１１から発散する励起用レーザからの光子を含む。このシステムは、ダイクロイック・ミラー７０３を備え、それは、レーザ７０５からの放射光を対物レンズを通すような方向に向ける。白色光を介してプローブで捕らえた像は、対物レンズ、ミラーを通って、接眼レンズ７０７を通過する。この白色光が、ＣＣＤカメラなどの撮像装置７０９で撮像される。本システムの他の特徴は上記したが、本明細書を通して説明される。
【００７３】
プローブ・チップとレーザビームとの関係を参照番号７２０，７３０，７４０で示す。図に示すように、表示装置７２１は、白色光像を撮像するカメラに接続される。この表示装置は、レーザ・スポット７２３とプローブ・チップ７２５とを示す。参照番号７２０は、ビームからＸ軸方向に沿って位置がずれた状態のプローブ・チップである。参照番号７３０は、Ｙ方向への位置ずれを示す。位置が整合した状態のプローブ・チップとレーザビームとを参照番号７４０に示す。この位置調整が、本発明の実施例による、位置の微調整を提供する。単に一例であるが、プローブとレーザとの関係は、自動ＸＹＺステージによって調整され、この自動ＸＹＺステージは、実施例によれば、自動および／あるいは半自動制御特性を備える。
【００７４】
好適な実施形態によれば、この方法はまた、プローブとレーザビームとの間の位置の微調整を行う。図８に、アバランシェ・フォトダイオードなどを用いたラスター像を含むシステムを示す。単に説明のため、前の図面と同じく、同じ参照番号をこの図でも用いる。このシステムには、プローブ・チップ６０７と一体化したカンチレバー６０５が含まれる。このプローブ・チップは、試料面でもあるカバー・スリップ６０９の方向に向いている。このプローブには、顕微鏡の対物レンズ６１１が組み合わされる。このシステムはまた、対物レンズ６１１から発散する励起用レーザからの光子を含む。このシステムは、ダイクロイック・ミラー７０３を備え、それは、レーザ７０５からの放射光を、対物レンズを通すような方向に向け、プローブ・チップで後方散乱させる。このプローブでの後方散乱光は、対物レンズ、ミラーを通って、接眼レンズ７０７を通過する。この後方散乱光が、アバランシェ・フォトダイオード８０３で撮像される。本システムの他の特徴は上記したが、本明細書を通して説明される。
【００７５】
プローブ・チップとレーザビームとの関係を参照番号８２０，８３０，８４０で示す。図に示すように、表示装置８２３は、後方散乱像を撮像するアバランシェ・フォトダイオードと接続している。この表示装置は、レーザ・スポット８２５後方散乱とラスター視野の中心８２１とを示し、この中心が位置調整点となる。参照番号８２０に、ビームからＸ軸方向に沿って位置がずれた状態のプローブ・チップを示す。参照番号８３０は、Ｙ方向への位置ずれを示す。位置が整合した状態のプローブ・チップとレーザビームとをラスター視野にて参照番号８４０に示す。この位置調整が、本発明の実施例による位置の微調整を提供する。単に一例であるが、プローブとレーザとの関係は自動ＸＹＺステージによって調整され、この自動ＸＹＺステージは、実施例によれば、自動および／あるいは半自動制御特性を備える。
【００７６】
以上示したように、この方法には、２〜３ナノメートル程度の寸法での位置の微調整と極微調整とが含まれる。カンチレバー・チップ全面に渡ってレーザを走査するか、あるいは固定焦点励起用レーザ全面に渡ってチップを走査すれば、励起用レーザの後方散乱像を撮像することによって、この位置調整が可能となる。この後方散乱像により、チップとレーザとの相対位置が確立でき、顕微鏡の対物レンズを通して高分解能の像を得ることが可能となる。そして、最終的な位置調整は、励起用レーザとカンチレバー・チップとが正確に位置が合うまで、カンチレバー・アセンブリを移動させるか、あるいはカンチレバー・チップまたは励起用レーザの焦点を移動させるか、いずれか一方を行うことによって実施できる。先に述べた全ての位置調整ステップは、個別に、あるいは組み合わせて実施できる。また、これらのステップは、適切な位置にある参照点または参照構造を含み、正確に何らかのマークをつけた試料基板と組み合わせて実施できる。さまざまな方法で撮像している間、位置の整合を維持できる。それは、励起用レーザビームの背面反射を撮像することにより可能となる。そして、試料を撮像している間にレーザビームがカンチレバー・チップを追尾すれば生じる、いかなる位置ずれをも補正するために用いる相対位置の変化をモニタするために、この撮像した回折パターンを用いる。あるいは、移動しているカンチレバー・チップを追尾するように励起用レーザを移動させる最初の指示を出すために、この撮像したパターン情報を用いる。最終的に、これは、その他の蓄積された位置ずれを補正するのに用いられる。この蓄積された位置ずれは、熱ドリフトや圧電および／または他の機械的なひずみの緩和、ヒステリシス、ピエゾ・クリープを含むが、これに限定されるものではない。カンチレバー・チップが固定した試料と励起用レーザとを走査するか、カンチレバー・チップと励起用レーザとのどちらもが固定した試料を走査するか、励起用レーザが固定したカンチレバー・チップと試料を走査するか、固定したカンチレバー・チップと励起用レーザが移動している試料を走査するか、いずれであろうと、位置調整を行い維持するために、これらの技術を用いることができる。
【００７７】
上記は、特定のハードウェアおよび／あるいはソフトウェア上の特徴に関しての説明であるが、多くの変形、代替、および修正例があることは明らかであろう。例えば、いかなるハードウェア上の特徴も、さらに組み合わせ、場合によっては分けることも可能である。また、この特徴は、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの組み合わせを通じて、部分的に実現可能である。このハードウェアとソフトウェアとは、用途に応じて強く統合しても、弱く統合しても良い。多くの代替、変形、および修正例があることは、当業者には明らかであろう。
【００７８】
図９から１２は、本発明の実施例による走査システムのパッケージシステム９００と方法１２００の概略図である。これらの図は単なる例であり、本発明の請求範囲を不当に制限するものではない。また、他の多くの変形、修正および代替例があることは、当業者には明らかであろう。図に示すように、このシステムには、高感度な走査と測定機器用の環境を保護するためのパッケージ９００が含まれる。この走査システムは、分子感度の分解能まで、試料の1つ以上の特徴部を観察するための無開口顕微鏡システムであることが好ましい。このシステムにより、試料台１１１と対になった試料１０９を含む部品に対し、制御された環境が維持される。また、この部品には、カンチレバー部材を通して駆動部１０１と接続したＡＦＭプローブ１０７が含まれる。光源１０３と検出器１０５もまた、この環境下にある。他の部品としては、ミラー１２０とレーザ光源１１７と組み合わせた対物レンズ１１９がある。フィルタ１２１はセンサ１２３と対になり、検出器１２５とも対になっている。これらの部品のそれぞれが、この環境下にある。もちろん、本特許の請求範囲を逸脱することなく、これらの部品の一部は取り除かれてもよいし、一方で、他の部品が加えられてもよい。少なくとも、ＡＦＭプローブ１０７、試料１０９、試料台１１１および対物レンズ１１９が制御された環境下に含まれることが好ましい。
【００７９】
この制御された環境により、試料の1つ以上の特徴部に対する正確な測定が可能となる。実施例に応じて、この制御された環境は、所定の温度、照射、圧力、混合ガスおよびこれらのいかなる組み合わせなども備えている。また、この環境は、例えば有機物や無機物などの汚染の無い環境である。もちろん他の環境でも同様に機能はするが、この環境には連動した機械振動がないこと、つまり、雑音は測定出力信号の１％以下であることが好ましい。他の実施例では、酸素が豊富な環境を要求してもよい。また他の実施例では、無反応性の環境を含んでもよい。それは粒子を持つ窒素が豊富な環境で、かつ／または無反応性の希ガス、これらの組み合わせなどの環境である。多くの場合、試料は、生物に関連した流動体環境中で保持され撮像されているかもしれない。もちろん、環境は具体的用途に大きく依存する。
【００８０】
図１０に、システム９００を用いた制御された環境を示す。このシステムは、無開口顕微鏡システムを支持する部材１００７を備える。支持構造体１００１が、その部材を支持するために、部材に連結される。複数の衝撃吸収装置１００５が、支持構造体と部材とに連結する。この複数の衝撃吸収装置により、床構造からの機械的ノイズを実質的に除去することができる。この衝撃吸収装置には、ソルボセイン社（Ｓｏｒｂｏｔｈａｎｅ  ｃｏｒｐ．）製のソルボセインが好ましいが、他の装置でもよい。この衝撃吸収装置は、適当な長さがあり、２ポンド以上を支えることが可能である。少なくとも、振動に敏感な全ての部品や（例えばファンなどのような）振動を発生する部品が含まれる。この衝撃吸収装置は、床構造を通って、制御された環境内に入ってくる高周波ノイズ（例えば１０ヘルツ以上の）を実質的に除去することが好ましい。
【００８１】
また、このシステムは、前記部材と連結し、無開口顕微鏡システムを囲む筐体構造１００３を備える。この筐体は、筐体構造内部の空間部に無開口顕微鏡を格納するものである。この筐体は、硬くて、環境を維持できる適当な材料で作られる。この筐体は、プラスチック、金属あるいは木はもちろん、これらの組み合わせで作られることが好ましい。特に限定されるわけではないが、この筐体構造の断面図を図１１に示す。
【００８２】
図に示すように、この断面図には、外部環境１１０３に曝される外側の領域と制御された環境１１１５に曝される内側の領域とがある。外側の領域は、多くの場合、人が働く研究所やその他の場所である。上記したように、制御された環境とは走査システムにより占められた領域である。筐体は、剛体構造１１０９を備える。すでに記したように、この剛体構造は、筐体とその上に載る材料とを支えるだけの適した材料で作られる。また、この筐体には、剛体構造あるいは半剛体構造を支えるための枠が含まれてもよい。さらに、実施例によれば、この枠には壁が含まれてもよい。外部のノイズ源から筐体内の空間部に入ってくる音響ノイズの可能性を実質的に除去するために、消音部材１１１１が筐体と一体となっている。この消音部材は、発泡材料であることが好ましいが、他の消音材料でもよい。この筐体構造内部に浮遊する1つ以上の光子を吸収するために、筐体構造内部の空間部に筐体の内張り１１０７が一体化している。この筐体の内張りは、筐体内部に戻ってくる浮遊光子を実質的に防ぐことができる。例としては、この内張りはＥＡＲ社（ＥＡＲ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ  Ｉｎｃ．）製複合材料である。反射部材（例えばアルミニウムやその他の金属、アルミめっきを施したマイラー樹脂や密度が高いプラスチックなど）１１０５，１１１３が、筐体の外側表面を覆うように形成される。この外側の反射部材は、不要な音響ノイズを反射表面で反射することにより、筐体構造内部の空間部に入ってくる音響ノイズを実質的に除去するように構成される。実施例に応じて、他の層も加えることができる。この層は、上述の層のどの組み合わせの間にも入るものである。この層のあるものは、消音用であったり、反射層を支持する機能であったりする。他の実施例では、これらの層の1つ以上を取り除いてもよい。また、それぞれの層は、実施例に応じて、単一の材料、複合材料、あるいは多層構造であってもよい。
【００８３】
上記は、特定のハードウェアの特徴に関して説明されたものであるが、多くの変形、代替、および修正例もまた可能であることは明らかであろう。例えば、いかなるハードウェアの特徴も、さらに組み合わせて、あるいは個別にすることが可能である。本発明の機能性に関する詳細を以下に説明する。
【００８４】
本発明による実質的なノイズフリー環境下での走査システムの操作方法を、以下のように説明する。
【００８５】
１．  分子的特徴を備えた試料を、無開口顕微鏡システムの試料台に配置する。この無開口顕微鏡システムは、少なくとも、光学撮像装置と組み合わせたプローブを含む走査装置を備える。
【００８６】
２．  ５ｎｍ以下の特徴を持つ情報を試料の一部から捕捉する。
【００８７】
３．  無開口顕微鏡システムの一部に対する支持部材に連結された筐体構造内部の空間部に、少なくとも試料台と試料とを保持する。
【００８８】
４．  前記部材に連結する複数の衝撃吸収装置を用いて、機械的振動ノイズが無い状態に、少なくとも試料台と試料とを保持する。ここで、複数の衝撃吸収装置は外部振動源からの機械的振動の可能性を実質的に除去することができるものである。
【００８９】
５．  捕捉した情報と相互反応を起こす音響ノイズを実質的に除去するために、筐体構造と一体となった消音部材を用いて、音響ノイズが無い状態に、少なくとも試料台と試料とを保持する。
【００９０】
６．  筐体構造内部の１つ以上の浮遊光子を吸収するために、筐体構造と一体化した内張りを用いて、筐体構造内部の空間部内でこの１つ以上の浮遊光子を捕捉する。
【００９１】
上記ステップの順序は、実質的にノイズフリー環境下で、分子感度の分解能まで試料の１つ以上の特徴部を観察するための走査システムの操作方法を実施するために用いられる。この方法によって、走査システムの使用者は、測定に対して、このシステムから発生する実質的な障害を受けることなく、このシステムで研究を行うことができる。本明細書を通して、この方法の詳細は説明され、より具体的には以下に説明する。
【００９２】
図１２を参照すると、この方法１２００は、開始ステップ１２０１で開始する。この方法には、無開口顕微鏡システムの試料台に、分子的特徴を備えた試料を配置する（ステップ１２０３）ことが含まれる。ある実施例によるこの装置の例は、本明細書中ですでに説明され、本明細書以外でも見られる。あるいは、この装置は、固定した光学系とプローブとを備えて試料を走査させ、固定した試料と光学系とを備えてプローブを走査させ、固定した試料とプローブとを備えて光学的に走査させ、あるいは固定した試料を備えてプローブと光学系とを走査させることができる。好適な実施形態では、光学撮像装置は、５ｎｍ以下の特徴を持つ情報を、試料の一部から捕捉するように構成される。
【００９３】
いったん試料台に試料を置くと、この方法では、制御された環境が維持される。実施例では、この方法では、筐体構造内部の空間部に少なくとも試料台と試料とを保持する（ステップ１２０５）。この筐体構造は、無開口顕微鏡システムの一部を支持する部材と連結されることが好ましい。この方法では、この部材と連結した複数の衝撃吸収装置を用いることで、機械的な振動ノイズ無しに、少なくとも試料台と試料とを保持できる（ステップ１２０７）。この複数の衝撃吸収装置は、外部の騒音源からの機械的振動ノイズの可能性を実質的に除去することを可能とする。他の技術も、また同様に用いることが可能である。
【００９４】
この方法では、消音部材を用いて、音響ノイズが無い状態に（ステップ１２０９）、少なくとも試料台と試料とを保持する。この消音部材は、捕捉した情報と相互作用を行う音響ノイズの可能性を実質的に除去するために筐体と一体となっている。この消音部材の例はすでに示した。そして、この方法は、内張りを用いて筐体構造の空間内部に存在する１つ以上の浮遊光子を捕捉するステップ（ステップ１２１５）を備える。この内張りは、筐体構造内部の１つ以上の浮遊光子を吸収するために、筐体構造内部と一体化している。この内張りによって、筐体の空間部分に戻ってくる１つ以上の浮遊光子を実質的に防ぐことができる。実施例に応じて、他のステップを含め、かつ／または場合によっては省いてもよい。
【００９５】
上記は、特定のハードウェアおよび／またはソフトウェア上の特徴に関しての説明であるが、多くの変形、代替、および修正例があることは明らかであろう。例えば、いかなるハードウェア上の特徴も、さらに組み合わせて、場合によっては分けることも可能である。また、この特徴は、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの組み合わせを通じて、部分的に実現可能である。このハードウェアとソフトウェアとは、用途に応じて強く統合しても、弱く統合しても良い。また、多くの代替、変形、および修正例があることは、当業者には明らかであろう。
【００９６】
図１３から１６は、本発明の実施例による、さまざまなチップ素子の概略図である。これらの図は単なる例であり、本発明の請求範囲を不当に制限するものではない。また、他に多くの変形、修正、および代替例があることは、当業者には明らかであろう。図に示すように、本発明の請求範囲を不当に制限することなく、このシステムには、前の図と共通の部品が含まれる。このチップ素子は、点線で囲まれ、参照番号１３００で表された領域内にある。図に示すように、このチップ１０７は、駆動装置に接続したカンチレバーと一体化している。このチップは、ナノチューブを基本とした構造を持つことが好ましいが、実施例に応じて、類似の構造でもよい。図１４を参照すると、ナノチューブ構造１３００には、少なくともピラミッド型構造１３０１が含まれ、さらにそのピラミッド型構造にはチップ１３０３が含まれる。さらに、このような構造には、チップ１３０７を含んだ複数の直径を備えた構造１３０５もある。このナノチューブ構造は、単一隔壁、複数の隔壁、あるいはこれらの組み合わせのいずれでもよい。このナノチューブは、ドープされた炭素からなることが好ましい。単に一例としてだが、このような単一隔壁構造は、ドイツのＮａｎｏｓｅｎｓｏｒｓとよぶ会社製のＰＩＴチップであるが、他のもの（例えば、日本のオリンパス社製ＡＣ２４０ＴＭチップ）でもよい。ある実施例では、このナノチューブ構造１３１１は、被覆層１３１３で覆われている。ここでは、このナノチューブ構造は半導体または導体でよい。この被覆層または（多層構造の場合は）層は、例えば金属などの導体である。使用できる金属としては、白金、金、銀合金、アルミニウム、白金イリジウム、コバルトなど多くの金属がある。好ましくは、この金属は高純度金または白金である。また、ある実施例では、このナノチューブ構造は、２５０ｎｍ以下の長さであるが、一般には、用途に応じて５〜１００ｎｍ、あるいは１０〜３０ｎｍなどの長さを持つ。
【００９７】
この金属は、堆積プロセスを用いて堆積する。このような堆積プロセスには、蒸着、化学的気相成長、スパッタリング、あるいは分子線エピタキシがある。この堆積プロセスは、高品質の単結晶金属層を形成できる分子線エピタキシが好ましい。この金属の膜厚は３ｎｍ以下であることが好ましいが、他の膜厚でも使用できる。好適な実施形態では、ナノチューブ構造と被覆層との組み合わせは、チップ領域近傍の直径５ｎｍ以下のところである。これは、日本のオリンパス社から市販されている直径３０ｎｍの金属に被覆されたＡＦＭプローブと比肩できる。ある実施例によれば、被覆したナノチューブ構造は、励起用レーザ光とのカップリングを強めるはずである。あるいは、図１４Ａおよび１４Ｂの概略図に、ナノチューブ製プローブの実施例を示す。これらのプローブには、ナノチューブ・プローブ１３２１と一体化したＡＦＭプローブ１３２０が含まれる。用途に応じて、多くの変形、修正、および代替例が可能である。
【００９８】
他の実施例では、金属被覆は、ＤＮＡ分子の１つ以上の側面に用いられる。このように被覆されたＤＮＡ分子がプローブに取り付けられることにより、撮像されている試料からの光学信号を変調しながら、高分解能像が得られる。一方の側面に金で被覆したＤＮＡ分子は、典型的には８ｎｍ以下の直径を有している。
【００９９】
他の実施例を、図１４Ｃ，Ｄ，Ｅの写真１４０１，１４０３，１４０５に示す。ピックアップで取り付けられた短くなったナノチューブ・ロープのＴＥＭ像を図１４ＣとＤとに示す。図に示すように、ナノチューブ・ロープの右側軸上の寸法は、幅約８ｎｍ、長さ約６２ｎｍである。左側のナノチューブ・チップは、長さ約１２ｎｍ、直径約５ｎｍである。図１４Ｅに、シリコン製ＡＦＭプローブに搭載された、短くなっていない炭素ナノチューブの走査型電子顕微鏡写真を示す。このナノチューブは、金属触媒化学的気相成長法によって成長したＳＷＮＴを保持する平面基板より得たものである。もちろん、他の多くの代替、変形、修正したものがあることは明らかであろう。
【０１００】
実施例における、被覆したナノチューブ・プローブの使用方法を図１５に示す。図に示すように、このナノチューブ・プローブには、第１の状態１５０１と第２の状態１５０２とがある。試料１５０５も図示する。図に示すように、第１の状態ではプローブは試料の上方にあるが、第２の状態では試料の表面上または近傍にある。単に一例としてだが、このシステムで検出した出力を、図１６の簡単なグラフに示す。このグラフの縦軸はプローブ位置に対しての光子のカウント数である。本明細書を通して、このグラフの詳細は説明され、より具体的には以下に説明する。
【０１０１】
いくつかの図は特定のナノチューブ構造に関して説明されてきたものであるが、多くの変形、代替、および修正例があることは、当業者には明らかであろう。例えば、ナノチューブ材料は、均質な材料、複合材料、あるいは被覆された構造であってもよい。すでに述べたように、この被覆は金属であってもよい。この金属としては、例えば白金、金、銀、コバルト、および、例えば白金イリジウム合金などのような、これら金属のさまざまな合金がある。もちろん、本発明の請求範囲から逸脱することなく、さまざまな変形が可能である。
【０１０２】
実験結果
本発明の原理と動作とを証明するために、実験を行った。この実験には、先に説明したＦＡＮＳＯＭシステムを用いた。このＦＡＮＳＯＭには、コントローラを備えたデジタル・インスツルメンツ社（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）製のバイオスコープ（ＢｉｏＳｃｏｐｅ）ＡＦＭを用いた。コントローラは、ナノスコープ（ＮａｎｏＳｃｏｐｅ）ＩＩＩａで、やはりカリフォルニア州サンタバーバラのデジタル・インスツルメンツ社製である。ナノスコープＩＶでも第２クローズド・ループのバイオスコープＡＦＭを用いた。顕微鏡の対物レンズは、ＮＡが１．３で１００倍の油浸対物レンズであり、日本のオリンパス社製である。このシステムは、ドイツのＮａｎｏｓｅｎｓｏｒｓ社製の白金とイリジウムとで被覆されたＰＩＴチップを用いる。このチップは、７５ｋＨｚの周波数を備えている。試料として、オレゴン州ポートランドのＩｎｔｅｒｆａｃｉａｌ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ社という会社製の２０ｎｍのラテックス製ビーズを準備した。このビーズを、例えばナイルレッド（Ｎｉｌｅ  Ｒｅｄ）２色素などの蛍光性色素で被覆した。実験は、室温、大気圧の条件で行った。これらのパラメータを使用したが、他に多くの変形、修正、および代替例があることは明らかである。
【０１０３】
実験でプローブの実証を行った。図１７を見ると、プローブが試料表面近傍に近づくにつれ、光子のカウント数は減少した。単に一例としてだが、光子のカウント数が高いときは、試料表面とプローブとの距離が１２０ｎｍの時と一致した。光子のカウント数が低いときは、試料表面とプローブとが接触した時と一致した。図に示すように、蛍光の発生率は、カンチレバー・チップが試料上を振動するのに従い変調され、示されている。
【０１０４】
別の実験例を、図１８の概略図に示す。図に、２０ｎｍサイズの蛍光性ビーズから放射された光子数（Ｙ軸）を位相（Ｘ軸上、πラジアンで示す）の関数として示す。位相が０．３πラジアンのとき、チップはビーズに最も接近しており、蛍光が減少し、最小値さえ示す。チップがビーズから離れると、蛍光は増加し、最大値さえ示す。チップは、例えば１０秒以上の長時間、２０ｎｍサイズのビーズ中心部上の静止したＸＹ位置にある。このチップはＺ軸（垂直）方向に振動し、ビーズは照射され続けている。この照射（位相とエバネッセント成分とを含む）との組み合わせで、減少した検出速度のみが示されている。
【０１０５】
ラジアン、すなわち横軸に沿った位相に対して、縦軸に光子のカウント数をグラフにしたものを図１９の概略図に別の図として示す。チップがビーズに非常に接近したときのみ、蛍光を増加させる強く偏光したエバネッセント成分が見られる。より広い範囲では、チップと試料との距離が図１８のときと同様のやり方で増加するにつれ、蛍光は最大値をとる。
【０１０６】
ＡＦＭのみ、およびＦＡＮＳＯＭを用いてビーズを撮像した。２０ｎｍサイズの蛍光を発するビーズを、ＡＦＭ（左図）とＦＡＮＳＯＭ（右図）とで撮像したものを図２０に示す。この２つの像で半値全幅（ＦＷＨＭ）は、４０ｎｍと測定される。これゆえ、ＦＡＮＳＯＭの分解能は、この大きな試料に対しては、少なくとも２０ｎｍであると実証された。従って、ＦＡＮＳＯＭの分解能は、プローブの撮像能力により制限されているように見え、ＡＦＭの最大の利用可能性と一致する。他の実験では、クローズド・ループＡＦＭを用いて、接近曲線を作成した（例えば、図２０Ａ，Ｂを参照）。このクローズド・ループＡＦMにより、１０ｎｍ以下の分解能で位置決めを改善することができる。このクローズド・ループＡＦＭにより、試料全面に渡ってのプローブの相対ドリフトを減少あるいは最小化さえ可能となる。部分的に相対ドリフトの誤差原因を最小化させることによって、このチップを用いて１０ｎｍの分解能を得ることが期待できる。この実験では、先に用いたナノスコープＩＩＩａよりもむしろナノスコープＩＶコントローラを用いた。上記のように、ＡＦＭ像を撮るためには、デジタル・インスツルメンツ社製バイオスコープをナノスコープＩＩＩａコントローラと組み合わせて用いた。公開したＦＡＮＳＯＭのデータのほとんどは、ナノスコープＩＶコントローラと組み合わせたクローズド・ループ・バイオスコープと連結した同じ光学系で得た。ＦＡＮＳＯＭの分解能は、より高性能プローブ（例えばナノチューブなど）とより小さな目標物（例えば量子ドット、生体分子など）を用いれば、向上するはずである。
【０１０７】
ＦＡＮＳＯＭが違った種類の材料を区別するために使用できるということも発見した。例えば、ビーズと塵埃粒子とを撮像した。これらの像を図２１に示す。１００ｎｍの蛍光性ビーズと塵埃粒子とを図示する。ＡＦＭを用いた左側の図では、塵埃粒子とビーズとは、ほぼ区別不可能である（それぞれが、黒の背景に浮かぶ明るいスポットとして見えるため）。右側の図は、ＦＡＮＳＯＭで撮像したもので、塵埃粒子と蛍光を発している球状のビーズとをはっきりと区別できる。実施例に応じて、他の多くの変形、修正、および代替例が可能である。
【０１０８】
上記は、特定のハードウェア上の特徴に関しての説明であるが、多くの変形、代替、および修正例があることは明らかであろう。例えば、いかなるハードウェア上の特徴も、さらに組み合わせ、場合によっては分けることも可能である。また、この特徴は、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの組み合わせを通じて、部分的に実現可能である。このハードウェアとソフトウェアとは、用途に応じて強く統合しても、弱く統合しても良い。多くの代替、変形、および修正例があることは、当業者には明らかであろう。
【０１０９】
図２２は、本発明の実施例による光学システム用位置調整サブシステム２２００を示す概略図である。この図は単なる一例であり、本発明の請求範囲を不当に制限するものではない。また、他の多くの変形、修正、および代替したシステムがあることは、当業者には明らかであろう。分子感度まで試料の特徴部を撮像するために、小視野に基づいて大視野を動的に観察するシステム２２００を図に示す。本発明の請求範囲を制限することなく、前の図面と同じく、同じ参照番号がこの図でも用いられているこのシステムは、電磁エネルギー源（実施例では、これはレーザである）１１７を備え、ビームを放射できる。固定レンズ１１９がこの電磁エネルギー源と組み合わされる。この固定レンズが、少なくともプローブ１０７の１つのチップに向けてビームを絞り、プローブ・チップは、プローブ・チップの一部でビームを散乱するように、試料の特徴部の近傍にある。検出器２２０３は、固定レンズと組み合わされている。この検出器は、ビームの散乱部を検出する。図に示すように、このビームの散乱部は、検出器までに、対物レンズ、ミラー１２０、フィルタ（オプション）を通過する。プロセッサ１１５が、入出力装置２２０５を介して検出器と接続する。このプロセッサは、チップとビームとの間の空間位置調整のために、このチップとビームとの関係を特定するためのパターンを決定するのにビームの散乱部２２０１を処理するように構成されている。単なる一例としてだが、従来の画像処理技術を用いることができる。調整装置１１１は、プロセッサと接続する。この調整装置は、チップとビームとの間の所望の関係を維持するために、少なくとも前記パターンに基づきビームの位置を調整するように構成される。単なる一例としてだが、この調整装置はＸＹＺステージなどである。このシステムについては、以下に示す方法で詳細に説明する。
【０１１０】
本発明の実施例によれば、分子感度まで試料の特徴部を撮像するための、小視野に基づいて大視野を動的に観察する方法は、次のように提供される。
【０１１１】
１．  ＡＦＭシステムと連結した光学系と対になったレーザからビームを出力する。
【０１１２】
２．  このレーザビームを用いて、前記光学系と組み合わされた固定レンズを通して、ＡＦＭシステムと連結した試料台上の試料の特徴部を照射する。
【０１１３】
３．  ＡＦＭと組み合わされた少なくとも１つのプローブ・チップに前記ビームを向ける。ここで、このプローブ・チップは、試料の特徴部近傍に位置している。
【０１１４】
４．  プローブ・チップの一部で、ビームの一部を散乱させる。
【０１１５】
５．  散乱部を、固定レンズを通過させる。
【０１１６】
６．  検出器を用いて、ビームの散乱部を検出する。
【０１１７】
７．  検出されている散乱部からの信号表示を、プロセッサに転送する。
【０１１８】
８．  チップとビームとの間の空間位置調整用の、チップとビームとの関係を特定するためのパターンを決定するために、ビームの散乱部の信号表示を処理する。
【０１１９】
９．  必要ならば、チップとビームとの所望の関係を維持するために、少なくともパターンに基づき、照射に用いたビームの位置を調整する。および、
【０１２０】
１０．  上記の１つ以上のステップを用いてチップとビームとの間の位置の整合を維持する。
【０１２１】
これらのステップによって、光学サブシステムにプローブ・チップを位置調整する方法が提供される。この光学サブシステムが、ＡＦＭと組み合わされている。ある実施例では、このステップは、ＡＦＭが運転可能な状態またはそのままの状態のときに可能となる。実施例に応じて、コンピュータ・ハードウェアおよび／またはソフトウェアの組み合わせによって、これらのステップは使用できる。本明細書を通して、これらのステップの詳細は説明され、より具体的には以下に説明する。
【０１２２】
図２３，２４は、本発明の実施例による走査システムのチップ検出位置調整方法２３００の概略図である。これらの図は単なる例であり、本発明の請求範囲を不当に制限するものではない。また、他の多くの変形、修正、および代替した方法があることは、当業者には明らかであろう。この走査システムは、先に説明したシステムの１つ以上のシステムであり、他のシステムもまた同様である。この方法は、図示するように、開始ステップ２３００で始まる。ここでは、分子感度まで試料の特徴部を撮像するために、固定した小視野を元に、大視野を動的に（例えば動いているものを）観察する方法を提供する。この方法では、レーザからのビームを転送のために放射する（ステップ２３０３）。
【０１２３】
また、この方法には、固定レンズを通し、ビームを用いて試料の特徴部を照射すること（ステップ２３０５）が含まれる。このビームは、試料の特徴部の近傍にある少なくとも１つのプローブ・チップの方向へ向けられる。次に、この方法では、プローブ・チップの一部でビームの一部を散乱する（ステップ２３０７）。この散乱されたビームが、前記レンズを通して戻ってくる。また、任意選択であるが、ビームはフィルタを通って散乱する。この方法では、検出器を用いて、ビームの散乱部を検出する（ステップ２３１５）。この検出器には、ＣＣＤカメラ、あるいはアバランシェ・フォトダイオードなどが含まれる。
【０１２４】
そして、この方法では、検出器に関係した信号をプロセッサに転送する（ステップ２３１７）。次に、この方法では、チップとビームとの間の空間位置調整用の、チップとビームとの関係を特定するためのパターンを決定するために、ビームの散乱部を処理する（ステップ２３１９）。この処理は、従来の信号処理および／あるいはコンピュータなどで実行可能である。このプロセッサが、チップがビームと位置調整されているかどうかを決定する（ステップ２３２１）。もし調整されていれば、プローブと試料とが互いに相対的に移動しながら、ビームが転送し続けられる。もし、調整されていなければ、チップとビームとの所望の関係を維持するために、少なくともパターンに基づいて照射に用いるビームの位置を調整する（ステップ２３２３）。この調整は、自動ＸＹＺステージなどを用いて行えばよい。この方法は、さらにブランチを介してステップ２３０３へと続く。また、この方法はステップ２３１３で停止する。
【０１２５】
図２４では、プローブ・チップとレーザビームとの整合した位置を維持している。上記のように、この位置調整は、一般には、試料の特徴部に対する精密測定用である。プローブ・チップ２４０１は、ビーム２４０３と位置が整合しなければならない。このことは、表示装置２４００で観察可能である。この表示装置は、プロセッサに接続されており、このプロセッサで画像の信号処理を行う。もちろん、他の修正、代替、および変形例が可能である。
【０１２６】
この方法では、ＦＡＮＳＯＭと組み合わせた第２の照射システム２５００を設けることが好ましい。図２５を参照すると、このシステムには、本明細書中で説明した他のシステムでも見受けられるさまざまな部品が含まれている。また、このシステムには、独立した、あるいは第２の照射サブシステムが含まれ、それは、撮像用に用いられる主検出器用とは異なった光の波長を用いて、プローブからの散乱光を送受信するものである。このシステムには、カンチレバー２５０１が含まれ、それはチップ２５０３と一体化している。試料２５０５には、例えば、ビーズ、蛍光材料、ＤＮＡ、量子ドットなどが含まれる。この試料を、カバー・スリップ２５０７上に準備する。対物レンズ２５０９が、プローブと組み合わされている。ダイクロイック・ミラー２５１４と対物レンズとの間のチップチルト・ミラー２５１１で、光の方向を変える。ダイクロイック・ミラーは、励起用レーザ光を反射し、後方散乱信号を伝送する。図示するように、励起用レーザ２５１９が、ビーム・スプリッタ２５１７を通してこのミラーまで光を伝送し、さらにこのミラーにより、その光はプローブに伝送される。このプローブは光を散乱し、さらにその散乱光を第２の光学サブシステムを通して戻す。この散乱光は、プローブから、対物レンズと第２の接眼レンズ２５２７を通って進行する。この第２の接眼レンズは、プローブからの散乱光を受信する第２の検出器２５３１と、第２のバンドパス・フィルタ２５２９と対になっている。またこのシステムは、第１の検出器２５２５と、第１のフィルタ２５２３と対になった第１の接眼レンズ２５２１を備えている。制御電子部２５１７は第２の検出器２５３１に接続される。実線の矢印と線は制御信号を示し、他の線は光路を示す。もちろん、多くの変形、代替、および修正例が可能である。
【０１２７】
上記は、特定のハードウェアおよび／またはソフトウェアの特徴に関して説明したものであるが、多くの変形、代替、および修正もまた可能であることは明らかであろう。例えば、いかなるハードウェア上の特徴も、さらに組み合わせて、場合によっては分けることも可能である。この特徴は、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの組み合わせを通じて、部分的に実現可能である。このハードウェアとソフトウェアとは、用途に応じて強く統合しても、弱く統合しても良い。もちろん、他の多くの代替、修正、および変形例があることは、当業者には明らかであろう。
【０１２８】
図２５Ａは、本発明の実施例によるクローズド・ループのフィードバック・ループを用いたＦＡＮＳＯＭシステムの概略図である。この図は単なる一例であり、本発明の請求範囲を不当に制限するものではない。また、他の多くの代替、変形、および修正したシステムがあることは、当業者には明らかであろう。このシステムでは、大視野を走査しながら、あるいはまた、大面積（例えば、１００ミクロン四方の領域）にわたって広がる多くの試料に対する一連の高分解能小視野像を撮影しながら、位置の整合を維持するために、直接、チップチルト・ミラーの位置情報と組み合わせて、クローズド・ループＡＦＭの位置情報を利用することが好ましい。
【０１２９】
実施例によれば、一連の試料を撮像しながら初期の位置整合を維持するため、上記（例えば段落番号７５〜７８）のように位置整合を確立した。先に確立した整合位置を維持しながら、どちらの方法でも新しい位置への指示を受ける。そして上記のように撮像を開始する。これら一連の試料のそれぞれに対する位置は、大視野像（例えばＣＣＤアレイを用いて）を撮り、その画像内でのそれぞれの試料の座標を決定することにより、あるいはまた試料のＡＦＭ像を撮り、それぞれの試料の座標を決定することにより決定できる。そして、この一連の試料の座標は、クローズド・ループＡＦＭとチップチルト・ミラーの両方の向きを決めるのに用いられ、それによってプローブ・チップとの整合位置を維持しながら試料に光が照射される。そして、それぞれの試料に対して順番に高分解能かつ高感度像を撮ることが可能となる。
【０１３０】
あるいはまた、段落番号７５〜７８の方法で位置の整合が完了した後、大視野を撮像するために、クローズド・ループＡＦＭを使うことができる。そして、撮像される領域全面にわたってラスターしながら、位置の整合を維持するように、このクローズド・ループ・ヘッドからの位置情報を、チップチルト・ミラーの向きを決めるのに用いることができる。また別の構成では、このチップチルト・ミラーが大視野を撮像するような指示を与えられ、プローブ・チップと励起用レーザとの位置の整合を維持するように、位置情報を、クローズド・ループＡＦＭの向きを決めるのに用いることができる。もちろん、実施例に応じて多くの変形、代替、および修正例が可能である。
【０１３１】
図２６から３４は、本発明の実施例による１つ以上の試料を選択的に照射する方法とシステムとを示す概略図である。これらの図は単なる例であり、本発明の請求範囲を不当に制限するものではない。また、他の多くの変形、修正、および代替した方法とシステムがあることは、当業者には明らかであろう。図に示すように、このシステムには、他の部品の中でも特にＡＦＭ源（例えばレーザ・ダイオード）２６０１が含まれる。この光源は、例えばλAなどのような特定の波長を備えることを特徴とする。この光源と集束レンズ２６０５との間に除去フィルタ２６０３が配置する。このシステムには、試料用の面２６０７がある。この面は、例えばＸＹステージなどのような試料台の上にある。このシステムでは、試料からの１つ以上の特徴部を検出するための顕微鏡対物レンズ２６０９が試料台の下に配置する。他の部品としては、試料を励起するための波長λEのレーザ２６２１と組み合わせたダイクロイック・ミラー２６１１がある。このレーザとダイクロイック・ミラーとの間にも除去フィルタ２６２３が配置する。また、このシステムには、試料撮像用レンズとダイクロイック・ミラーとの間に配置する波長λA用の遮蔽フィルタなどの検出用部品がある。遮蔽フィルタは、このレンズと試料用検出器２６１７との間に配置する。実施例に応じて、他の部品も加えられる。このシステムの動作に関する詳細は図２７から３４の概略図で説明する。
【０１３２】
図２７は、本発明の実施例によるＡＦＭレーザのスペクトルで、波長に対する出力を示す概略図である。このＡＦＭレーザの放射ピークの波長はλAである。図２８は、関連した波長の相対位置を示しており、波長に対する出力を示す概略図である。ここで、λEによって定義される波長は、励起用レーザの放射ピーク波長に対応し、波長λFは試料から放射される蛍光波長の範囲、波長λFLはその蛍光波長の下方境界、波長λFUはその上方境界にそれぞれ対応する。図２９は、本発明の実施例によるASEフィルタの透過スペクトルで、波長に対する透過度を示す概略図である。ここで、波長λBは透過度が約１０−５に落ちる波長で、λFUよりは高波長側にある。図３０は、本発明の実施例によるダイクロイック・ミラーの透過スペクトルで、波長に対する透過率を示す概略図である。この図では、特徴的なことは、λEでは（吸収というよりも）反射が起こり、λFLからほぼ透過することである。図３１は、波長λA用遮蔽フィルタの特性で、波長に対する透過度を示す概略図である。ここで、波長λAは透過度が１０−５に落ちる波長に対応し、波長λBはλFUよりも高波長側にある。図３２は、試料励起用レーザのスペクトルで、波長に対する出力を示す概略図である。図のように、λEは単一ピークとして示されている。図３３は、本発明の実施例による励起用除去フィルタの波長対透過度特性を示す概略図である。この図では、波長λCは、透過度が１０−５に落ちる波長に対応し、λFLよりも低波長側にある。図３４は、試料検出用遮蔽フィルタの特性で、波長の関数としての透過度を示す概略図である。波長λJは透過度が約１０−５の波長に対応し、λCよりも高波長側にある。またλHは、透過率が約６０％の波長に対応し、λFLよりも低波長側にある。さらにλGは透過度が約１０−５の波長に対応し、λBやλDよりも低波長側にある。もちろん、実施例に応じて、他の修正、代替および変形例が可能である。
【０１３３】
当然のことながら、本明細書に記載された実施例や実施形態は、説明のみを目的としたものであり、内容を鑑みて、当業者にはさまざまな修正や変更例が示唆されるであろう。また、それらは本出願の精神と範囲および添付の請求範囲内に含まれるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】本発明の実施例による走査システムの概略図である。
【図２】本発明の実施例による図１のシステムを監視するのに用いるコンピュータ・システムの概略図である。
【図２Ａ】本発明の実施例による図２のコンピュータ・システムに用いられるハードウェア部品のより詳細な図である。
【図３】本発明の実施例による走査システムに対する改良された照射システムの概略図である。
【図３Ａ】本発明の実施例による改良された照射システムのより詳細な図である。
【図４】本発明の実施例による走査方法を示す概略図である。
【図５】本発明の実施例による走査方法を示す概略図である。
【図６】本発明の実施例によるナノスケールの走査に対する光学的な位置調整方法を示す概略図である。
【図７】本発明の実施例によるナノスケールの走査に対する光学的な位置調整方法を示す概略図である。
【図８】本発明の実施例によるナノスケールの走査に対する光学的な位置調整方法を示す概略図である。
【図９】本発明の実施例による走査システムに対するパッケージシステムと方法の概略図である。
【図１０】本発明の実施例による走査システムに対するパッケージシステムと方法の概略図である。
【図１１】本発明の実施例による走査システムに対するパッケージシステムと方法の概略図である。
【図１２】本発明の実施例による走査システムに対するパッケージシステムと方法の概略図である。
【図１３】本発明の実施例によるさまざまなチップ素子の概略図である。
【図１４】本発明の実施例によるさまざまなチップ素子の概略図である。
【図１４Ａ】本発明の実施例によるナノチューブ製プローブである。
【図１４Ｂ】本発明の実施例によるナノチューブ製プローブである。
【図１４Ｃ】本発明の他の実施例によるナノチューブ製プローブである。
【図１４Ｄ】本発明の他の実施例によるナノチューブ製プローブである。
【図１４Ｅ】本発明の他の実施例によるナノチューブ製プローブである。
【図１５】本発明の実施例によるさまざまなチップ素子の概略図である。
【図１６】本発明の実施例によるさまざまなチップ素子の概略図である。
【図１７】本発明の実施例による選択したチップ・デザインを用いた実験結果である。
【図１８】本発明の実施例による選択したチップ・デザインを用いた実験結果である。
【図１９】本発明の実施例による選択したチップ・デザインを用いた実験結果である。
【図２０】本発明の実施例による選択したチップ・デザインを用いた実験結果である。
【図２０Ａ】本発明の実施例による選択したチップ・デザインを用いた実験結果である。
【図２０Ｂ】本発明の実施例による選択したチップ・デザインを用いた実験結果である。
【図２１】本発明の実施例による選択したチップ・デザインを用いた実験結果である。
【図２２】本発明の実施例による光学システム用位置調整サブシステムを示す概略図である。
【図２３】本発明の実施例による走査システムのチップ検出位置調整方法とシステムの概略図である。
【図２４】本発明の実施例による走査システムのチップ検出位置調整方法とシステムの概略図である。
【図２５】本発明の実施例による走査システムのチップ検出位置調整方法とシステムの概略図である。
【図２５Ａ】本発明の実施例によるクローズド・ループのフィードバック・ループを用いたＦＡＮＳＯＭシステムの概略図である。
【図２６】本発明の実施例による１つ以上の試料を選択的に照射する方法とシステムを示す概略図である。
【図２７】本発明の実施例による１つ以上の試料を選択的に照射する方法とシステムを示す概略図である。
【図２８】本発明の実施例による１つ以上の試料を選択的に照射する方法とシステムを示す概略図である。
【図２９】本発明の実施例による１つ以上の試料を選択的に照射する方法とシステムを示す概略図である。
【図３０】本発明の実施例による１つ以上の試料を選択的に照射する方法とシステムを示す概略図である。
【図３１】本発明の実施例による１つ以上の試料を選択的に照射する方法とシステムを示す概略図である。
【図３２】本発明の実施例による１つ以上の試料を選択的に照射する方法とシステムを示す概略図である。
【図３３】本発明の実施例による１つ以上の試料を選択的に照射する方法とシステムを示す概略図である。
【図３４】本発明の実施例による１つ以上の試料を選択的に照射する方法とシステムを示す概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図２０Ａ】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２５Ａ】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１４Ｅ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２０Ｂ】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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