(57)【要約】【課題】  本発明は、光トラッププローブを安定的に捕捉でき、かつ検出される近接場光検出信号において高いＳ／Ｎを得ることを可能とする光トラッププローブ近接場光学顕微鏡装置及び近接場光検出方法を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明の光トラッププローブ近接場光学顕微鏡装置は、誘電体微小構造物（１６）の表面の全体もしくは一部に金属部材（１７）を設けた光トラッププローブ（１５）を用い、光トラッププローブを集光光束により捕捉した上で位置走査し被検体の表面に近接させ、集光光束が光トラッププローブと被検体の表面の双方により散乱されて発生する散乱光を、あるいは被検体を通過した一部の散乱光を検出する。【選択図】        図１
2005181085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体微小構造物の表面の全体もしくは一部に金属部材を設けた光トラッププローブと、
該光トラッププローブを捕捉するためにレーザ光の集光光束を発生する集光光束発生手段と、
該集光光束手段による前記集光光束によって前記光トラッププローブを捕捉した状態で、被検体の表面に近接させる光トラッププローブ走査手段と、
前記集光光束が前記光トラッププローブと被検体の表面の双方により散乱されて発生する散乱光を、あるいは被検体を通過した一部の散乱光を検出する散乱光検出手段と
を有することを特徴とする光トラッププローブ近接場光顕微鏡装置。
【請求項２】
前記集光光束手段による前記集光光束とは発振波長の異なるレーザ光の光束を発生する発生手段と、前記光束を前記光トラッププローブに入射する光束入射手段と、前記光トラッププローブによって反射、散乱した前記光束を、前記光トラッププローブを捕捉するための前記集光光束の反射光又は散乱光とは分離して検出する検出手段とを具備する請求項１記載の光トラッププローブ近接場光顕微鏡装置。
【請求項３】
前記集光光束手段による前記集光光束とは強度変調周波数の異なるレーザ光の光束を発生する発生手段と、前記光束を前記光トラッププローブに入射する光束入射手段と、前記光トラッププローブによって反射、散乱した前記光束を、前記光トラッププローブを捕捉するための前記集光光束の反射光又は散乱光とは分離して検出する検出手段とを具備する請求項１記載の光トラッププローブ近接場光顕微鏡装置。
【請求項４】
前記集光光束手段による前記集光光束を、光軸に垂直な断面光強度分布が中空形状である光束に変える手段を具備する請求項１〜３のいずれかに記載の光トラッププローブ近接場光顕微鏡装置。
【請求項５】
前記誘電体微小構造物が球形である請求項１記載の光トラッププローブ近接場光顕微鏡装置。
【請求項６】
前記金属部材がＡｕ又はＡｇのいずれかである請求項１記載の光トラッププローブ近接場光顕微鏡装置。
【請求項７】
前記光トラッププローブを捕捉するための集光光束の焦点位置を、前記集光光束の光軸に垂直な方向に移動させる手段を具備する請求項１〜４のいずれかに記載の光トラッププローブ近接場光顕微鏡装置。
【請求項８】
被検体を３次元空間上で駆動する手段を具備する請求項１〜４のいずれかに記載の光トラッププローブ近接場光顕微鏡装置。
【請求項９】
誘電体微小構造物の表面の全体もしくは一部に金属部材を設けた光トラッププローブを用い、前記光トラッププローブを集光光束により捕捉した上で位置走査し被検体の表面に近接させ、前記集光光束が前記光トラッププローブと被検体の表面の双方により散乱されて発生する散乱光を、あるいは被検体を通過した一部の散乱光を検出することを特徴とする近接場光検出方法。
【請求項１０】
前記光トラッププローブを捕捉するための集光光束とは波長の異なる光束を発生させ、前記光束を光トラッププローブに入射し、前記光トラッププローブによって反射、散乱した前記光束を、前記光トラッププローブを捕捉するための集光光束の反射光又は散乱光とは分離して検出する請求項９記載の近接場光検出方法。
【請求項１１】
前記光トラッププローブを捕捉するための集光光束とは強度変調周波数の異なる光束を発生させ、前記光束を光トラッププローブに入射し、前記光トラッププローブによって反射、散乱した前記光束を、前記光トラッププローブを捕捉するための集光光束の反射光又は散乱光とは分離して検出する請求項９記載の近接場光検出方法。
【請求項１２】
前記光トラッププローブを捕捉するための集光光束に、垂直な断面成分がリング状である光束を用いる請求項９〜１１のいずれかに記載の近接場光検出方法。
【請求項１３】
前記光トラッププローブを捕捉するための集光光束の焦点位置を、前記集光光束の光軸に垂直な方向に移動させ、前記光トラッププローブを被検体の表面上で走査する請求項９〜１２のいずれかに記載の近接場光検出方法。
【請求項１４】
被検体を３次元空間上で駆動して前記光トラッププローブを被検体に対し相対的に走査する請求項９〜１２のいずれかに記載の近接場光検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光トラッププローブ近接場光顕微鏡装置及び近接場光検出方法に関し、詳細には走査型近接場光学顕微鏡（以下SNOMと略す）による、ナノオーダの計測・加工技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、走査型トンネル顕微鏡（以下STMと略す）、走査型原子間力顕微鏡（以下AFMと略す）をはじめとする走査型プローブ顕微鏡（以下SPMと略す）の技術により、ナノオーダの計測及び加工が行われている。このSPMの中にあって、回折限界以下の微小領域での光学的特性を検出することが可能なSNOMは、バイオテクノロジーなど様々な分野での測定装置及び評価装置として用いられている。このSNOMでは、回折限界以下の寸法の微細構造体をプローブとして用い、プローブ先端部を照明することでその近傍に近接場光を発生させる。この状態でプローブを試料面上で走査させることにより、プローブ近傍に局在している近接場光と試料面との電磁気的な相互作用により散乱、あるいは試料面を透過した近接場光を検出することで、試料面の光学的情報を得ることができる。また、このようなSNOM技術を応用した、光記録装置や微細加工装置の研究開発も進められている。
【０００３】
このSNOMにおいては、近接場光発生用又は検出用のプローブの形態によって開口型、散乱型の２つに大別できる。前者の代表例として、光ファイバの端部を先鋭化した後に遮光膜で覆い、一部ファイバコアを露出させることにより形成した微小開口を用いたもので例えば非特許文献１で提案されたものがあり、また後者の代表例としては、先鋭化した金属探針によるもので例えば非特許文献２などがある。また、後者の他の代表例として、レーザトラップした粒子をプローブとして用いたSNOMが非特許文献３に記載されている。当該非特許文献３では、波長１０６４ｎｍのレーザにより小さい直径(４０ｎｍ)の金微粒子をプローブとして用いて、ガラスの微細構造の観察を行っている。このレーザトラップした粒子をプローブとして用いたSNOMについて図面を用いて以下に説明する。
【０００４】
図１０はレーザトラップSNOMの構成を示す概略断面図である。同図において、光トラップ用レーザ光源１から発振した光はレンズ２でコリメートされ、レーザ光源１から発振された光と同一波長の光を選択的に反射させるダイクロイックミラー３で折り返されて純水１４に浸っている対物レンズ４に入射する。対物レンズ４で集光された光は、純水１４中に分散している微粒子５を捕捉する。非特許文献３の実験系では、トラップ光波長(１０６４ｎｍ)に対し、捕捉される微粒子(直径４０ｎｍ)が十分に小さいため、トラップ光の焦点付近の光強度分布に基づく勾配力により微粒子を３次元的に捕捉できている。一方、微粒子５に対して働く力が、対物レンズ４の焦点位置に引き寄せられる方向であることを利用し、試料９の表面付近に焦点位置を配置することで、微粒子５が試料９の表面に常に接触した状態を保つことができる。そして、光トラップ用レーザ光源１からのレーザ光で捕捉されている微粒子５に対し、近接場光発生用レーザ光源６から発振されたレーザ光が、コリメートレンズ７、ビームスプリッタ８、対物レンズ４を介して入射し、微粒子５の周囲に近接場光を発生させる。この近接場光が試料９の表面と相互作用し散乱した光は、対物レンズ４、集光レンズ１１、外乱光を除去するためのピンホール１２を介し検出器１３に入射する。試料９を搭載している走査用ステージ１０を用いて、試料９を、微粒子５に対して相対的に走査し、各走査位置において、先に示した近接場光検出方法によって信号を取得することにより、試料９の表面全体の近接場光情報を得ることができる。
【０００５】
このようなレーザトラップした粒子をプローブとして用いたSNOMでは、従来のプローブを用いたSNOMに対して、試料とプローブが衝突することによって互いが破損することがなく、プローブ寸法・形状を一定にできるため、取得データの再現性が高い、粒子を常に試料面に接触させておくことができるため、プローブ−試料間の距離制御が不要等の利点がある。但し、入手可能な粒子の寸法・形状のばらつきに依存する。
【０００６】
しかし、レーザによりトラップした金微粒子をプローブとした非特許文献３のSNOMでは、更なる高分解能化を考慮すると、粒子を更に小径化する必要があるが、小径化する程トラップ光の熱エネルギに起因するブラウン運動の増加で位置誤差の拡大を引き起こす。一般に、安定的（捕捉位置のばらつきが少ない状態）にトラップするためには、トラップ光の出力を向上させなければならないが、粒子径が小さくなるに伴い、単位光出力あたりの捕捉力が低下し、ブラウン運動による捕捉位置のばらつきや偏差量の割合が増大する。よって、近接場光検出信号のＳ／Ｎが低下しまう。
【０００７】
そこで、特許文献１では、粒子からの戻り光を臨界角法で検出することにより、プローブと試料間の距離検出を可能とするSNOMが提案されている。
【非特許文献１】APPI.Phys.Lett.Vol.40,651(1984)
【非特許文献２】Opt.Lett.Vol.19,159(1994)
【非特許文献３】Opt.Lett.Vol.22,1663(1997)
【特許文献１】特開２００２−２２６４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１は単一粒子をプローブとして用いたSNOMであるため、前述した非特許文献３と同様の、粒子の小径化に伴う問題が生じる。また、戻り光の光量変化を検出することにより粒子のトラップ光軸方向変位情報を得る「臨界角法」が提案されているが、ブラウン運動している粒子からの戻り光によって粒子の位置情報を得ることは事実上困難と考えられる。
【０００９】
本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、光トラッププローブを安定的に捕捉でき、かつ検出される近接場光検出信号において高いＳ／Ｎを得ることを可能とする光トラッププローブ近接場光学顕微鏡装置及び近接場光検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記問題点を解決するために、本発明の光トラッププローブ近接場光学顕微鏡装置は、光トラッププローブと集光光束発生手段と光トラッププローブ走査手段と散乱光検出手段とを有している。そして光トラッププローブは誘電体微小構造物の表面の全体もしくは一部に金属部材が設けられている。集光光束発生手段は光トラッププローブを捕捉するためにレーザ光の集光光束を発生する。また、光トラッププローブ走査手段は、集光光束手段による集光光束によって光トラッププローブを捕捉した状態で被検体の表面に近接させる手段である。更に、散乱光検出手段は、集光光束が光トラッププローブと被検体の表面の双方により散乱されて発生する散乱光を、あるいは被検体を通過した一部の散乱光を検出する。よって、光トラッププローブを安定的に捕捉でき、かつ検出される近接場光検出信号において高いＳ／Ｎが得られると共に、被検体の内部物性情報を得ることができる。
【００１１】
また、本発明の光トラッププローブ近接場光学顕微鏡装置は、集光光束手段による集光光束とは発振波長の異なるレーザ光の光束を発生する発生手段と、光束を光トラッププローブに入射する光束入射手段と、光トラッププローブによって反射、散乱した光束を、光トラッププローブを捕捉するための集光光束の反射光又は散乱光とは分離して検出する検出手段とを具備している。よって、近接場光検出信号において安定したＳ／Ｎが得られる。
【００１２】
更に、本発明の光トラッププローブ近接場光学顕微鏡装置は、集光光束手段による集光光束とは強度変調周波数の異なるレーザ光の光束を発生する発生手段と、光束を光トラッププローブに入射する光束入射手段と、光トラッププローブによって反射、散乱した光束を、光トラッププローブを捕捉するための集光光束の反射光又は散乱光とは分離して検出する検出手段とを具備している。よって、近接場光検出信号において安定したＳ／Ｎが得られる。
【００１３】
また、集光光束手段による集光光束を、光軸に垂直な断面光強度分布が中空形状である光束に変える手段を具備することにより、光トラッププローブの安定的な捕捉と近接場光を効率的に発生することが可能となる。
【００１４】
更に、誘電体微小構造物が球形であることにより、高いＳ／Ｎでの近接場光検出が可能となる。
【００１５】
また、金属部材がＡｕ又はＡｇのいずれかであることにより、近接場光検出信号を増大することができる。
【００１６】
更に、光トラッププローブを捕捉するための集光光束の焦点位置を、前記集光光束の光軸に垂直な方向に移動させる手段を具備することにより、被検体の表面の各位置における近接場光信号の検出が可能となる。
【００１７】
また、被検体を３次元空間上で駆動する手段を具備することにより、被検体の表面の各位置における近接場光信号の検出が可能となる。
【００１８】
更に、別の発明としての近接場光検出方法によれば、誘電体微小構造物の表面の全体もしくは一部に金属部材を設けた光トラッププローブを用い、光トラッププローブを集光光束により捕捉した上で位置走査し被検体の表面に近接させ、集光光束が光トラッププローブと被検体の表面の双方により散乱されて発生する散乱光を、あるいは被検体を通過した一部の散乱光を検出する。
【００１９】
また、別の発明としての近接場光検出方法によれば、光トラッププローブを捕捉するための集光光束とは波長の異なる光束を発生させ、光束を光トラッププローブに入射し、光トラッププローブによって反射、散乱した光束を、光トラッププローブを捕捉するための集光光束の反射光又は散乱光とは分離して検出する。よって、近接場光検出信号において安定したＳ／Ｎが得られる。
【００２０】
更に、別の発明としての近接場光検出方法によれば、光トラッププローブを捕捉するための集光光束とは強度変調周波数の異なる光束を発生させ、光束を光トラッププローブに入射し、光トラッププローブによって反射、散乱した光束を、光トラッププローブを捕捉するための集光光束の反射光又は散乱光とは分離して検出する。よって、近接場光検出信号において安定したＳ／Ｎが得られる。
【００２１】
また、光トラッププローブを捕捉するための集光光束に、垂直な断面成分がリング状である光束を用いることにより、光トラッププローブの安定的な捕捉と近接場光を効率的に発生することが可能となる。
【００２２】
更に、光トラッププローブを捕捉するための集光光束の焦点位置を、集光光束の光軸に垂直な方向に移動させ、光トラッププローブを被検体の表面上で走査することにより、または被検体を３次元空間上で駆動して光トラッププローブを被検体に対し相対的に走査することにより、被検体の表面の各位置における近接場光信号の検出が可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の光トラッププローブ近接場光学顕微鏡装置は、誘電体微小構造物の表面の全体もしくは一部に金属部材が設けられた光トラッププローブを安定的に捕捉した状態で近接場光を発生させて、検出される近接場光検出信号において高いＳ／Ｎを得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の光トラッププローブ近接場光学顕微鏡装置では、誘電体微小構造物の表面の全体もしくは一部に金属部材を設けた光トラッププローブを用い、光トラッププローブを集光光束により捕捉した上で位置走査し被検体の表面に近接させ、集光光束が光トラッププローブと被検体の表面の双方により散乱されて発生する散乱光を、あるいは被検体を通過した一部の散乱光を検出する。
【実施例】
【００２５】
図１は本発明の第１の実施例に係る光トラッププローブ近接場光学顕微鏡装置の構成を示す概略断面図である。同図において、図と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。本実施例の光トラッププローブ近接場光学顕微鏡装置によれば、光トラップ用レーザ光源１から発振した光はレンズ２でコリメートされ、レーザ光源１から発振された光と同一波長の光を選択的に反射させるダイクロイックミラー３で折り返され純水１４に浸された対物レンズ４に入射する。対物レンズ４で集光された光は、媒質中に分散している光トラッププローブ１５を捕捉する。ここで光トラッププローブ１５の形態例を図２に示すと、誘電体球１６の表面の一部に金属粒子１７が固定されている。材質、概寸法の例としては、誘電体球１６はシリカで直径数μｍ、金属粒子１７は金で直径数十ｎｍである。そして、誘電体球１６に入射する光は、誘電体球１６の表面での屈折し方向を変えるが、その際の光の運動量変化がトラップ力となる。対物レンズ４により集光された光で誘電体球１６を捕捉するためには、誘電体球１６の中心位置よりやや上側に焦点を配置する。光トラップ用レーザ光源１の光で捕捉されている光トラッププローブ１５に対し、近接場光発生用レーザ光源６から発振されたレーザ光を、コリメートレンズ７、ビームスプリッタ８、対物レンズ４を介して入射させる。焦点位置は、誘電体球１６の鉛直最下位置とする。このことにより、金属粒子１７は、自身の質量による重力と、近接場光発生用レーザ光源６から発振されたレーザ光の集光位置の電界分布に基づく勾配力の作用で、誘電体球１６の鉛直最下位置に概ね捕捉できる。この状態で、トラップ光軸方向に対物レンズ４を駆動できるアクチュエータ１８により、光トラッププローブ１５の金属粒子１７と被検体の試料９の面との間隔が数ｎｍ〜１００ｎｍ程度となる位置に光トラッププローブ１５を移動させる。ここで、必要な対物レンズ４と試料９の面との初期相対位置は測定により予め取得しておく。
【００２６】
光トラッププローブ１５が試料９の面に近接した状態で、近接場光発生用レーザ光源６から発振された光によって照明されることにより、金属粒子１７の周囲に近接場光が発生する。近接場光が試料９の表面と相互作用し散乱した光は、対物レンズ４、集光レンズ１１、外乱光を除去するためのピンホール１２を介し検出器１３に入射する。以上の手順で、試料９の表面の近接場光情報を得ることができる。
【００２７】
以上説明したように、本実施例では、従来技術のようなナノオーダの金属微粒子を直接トラップした場合と違い、トラップする粒子はトラップ光波長より大きい寸法の誘電体粒子であるため、ブラウン運動による位置誤差が発生しにくく、安定的にトラップできる。また、誘電体球１６を球形とすることで、金属粒子１７を試料９の表面に近い位置で固定することが可能となるため、高いＳ／Ｎでの近接場光検出が可能となる。更に、金属粒子１７を、近接場光発生用レーザ光源６の波長に対して負の誘電率を持つ材質を採用することで、誘電体球１６と金属粒子１７の界面において表面プラズモンによる電磁界増強効果を得られ、金属粒子１７の周囲に生じる近接場光を増大させることができ、Ｓ／Ｎの向上が見込める。一般に、近接場光発生用レーザ光源６として用いられるのは、波長が可視域〜近赤外域にある光源であるが、金、銀はその波長帯で負の誘電率を持つため、金属粒子１７の材質として適している。また、図１に示すように、発振波長の異なるトラップ用レーザ光源と近接場光発生用レーザ光源を備えることにより、双方の光強度を独立に設定することが可能となる。単一の光束で、光トラッププローブの捕捉と近接場光発生を併用する場合には、プローブのトラップに必要とされるパワーが近接場光発生に最適なパワーと比較して過大なために、近接場光検出信号のＳ／Ｎが得られない可能性があるが、トラップ用光束と測定用光束を各々用意することでこの問題を回避できる。
【００２８】
また、図３は本発明の第２の実施例に係る光トラッププローブ近接場光学顕微鏡装置の構成を示す概略断面図である。同図に示す本実施例の光トラッププローブ近接場光学顕微鏡装置では、大気中での使用を前提として設計された対物レンズ１９を用いており、大気中での光トラッププローブ操作も可能となる。
【００２９】
次に、図４は本発明の第３の実施例に係る光トラッププローブ近接場光学顕微鏡装置の構成を示す概略断面図である。同図に示す本実施例の光トラッププローブ近接場光学顕微鏡装置は、光トラッププローブ１５で散乱された近接場光を、被検面を透過した後に検出する手段を備えている例である。本実施例によれば、第１の実施例同様の近接場光発生手順により、金属粒子１７の周囲に発生した近接場光は、試料９の表面と相互作用し散乱する。ここで、試料９が光透過性を有する材質、例えば誘電体、金属薄膜などの場合は、散乱光の一部が試料９を透過し対物レンズ４に入射する。この入射光は、集光レンズ１１、外乱光を除去するためのピンホール１２を介して検出器１３で検出する。以上の手順で、試料９の表面及び内部物性情報を含む近接場光を検出できる。
【００３０】
図５は本発明の第４の実施例に係る光トラッププローブ近接場光学顕微鏡装置の構成を示す概略断面図である。同図に示す本実施例の光トラッププローブ近接場光学顕微鏡装置は、光トラッププローブ捕捉用光束の光路中にフィルタを挿入することにより、トラップ光束の断面強度分布を変化させている装置の例である。そして、本実施例では、光トラップ用レーザ光源１から発振されレンズ２でコリメートされた光束の断面強度分布を、光軸周辺部の透過率のみ低いフィルタ２０を挿入することにより、光軸周辺部の光強度がその周囲と比較して低い「ドーナツ状」の中空強度分布を持つ光束とすることができる。ここで、トラップ光束の断面強度分布において、光軸周辺部で高い光強度を有する場合、トラップ光束を光トラッププローブ１５に入射した際に、光トラッププローブ１５を構成している金属粒子１７が、トラップ光束のエネルギーによる影響で溶解、変形してしまう可能性がある。しかし、中空強度分布をもつトラップ光束を用いることにより、金属粒子に照射されるトラップ光束の成分の強度を低下させることができるため、トラップ光束のエネルギーによって金属粒子の溶解、変形を回避できる。特に、第１の実施例のように、光トラッププローブ１５の誘電体構造物に対して付加している金属粒子１７が十分に小さく、かつ光トラッププローブ１５の最下点、すなわち集光光束の光軸近傍で金属粒子が保持されている場合には、中空強度分布のトラップ光を用いることにより金属粒子１７に照射されるトラップ光束の強度を非常に低くできるため、効果が大きい。また、中空強度分布にすることの更なる効果として、従来、集光光束の光軸付近の光は、光トラッププローブ１５を試料に押付ける力を発生させてしまうが、その成分を低下させることにより光トラッププローブ１５の捕捉力の向上効果も得られる。
【００３１】
なお、ここでは断面強度分布の整形手段としてフィルタ挿入による例を挙げたが、ホログラム素子による回折効果を用いたビーム整形方法等、断面強度分布を中空分布にする方法であれば他の方法でも良い。
【００３２】
図６は本発明の第５の実施例に係る光トラッププローブ近接場光学顕微鏡装置の構成を示す概略断面図である。同図に示す本実施例の光トラッププローブ近接場光学顕微鏡装置は、光トラッププローブ１５の捕捉用集光光束と近接場光発生用光束について、強度変調周波数の異なる光源を使用することにより、高いＳ／Ｎで近接場光検出を行うことが可能な装置の例である。先ず、光トラップ用レーザ光源１ではＣＷ発振を行い、前述の手法で光トラッププローブ１５を捕捉し、アクチュエータ１８により光トラッププローブ１５を試料９の面に近接させる。また、近接場光発生用レーザ光源６では、信号発生器２１から受信した例えば数kHzの強度変調信号に基づいた近接場光発生用光束を生成する。この光束によって発生した近接場光の散乱成分を対物レンズ４、集光レンズ１１を介して光検出器１３で検出する。ここで、検出した光信号も先の信号発生器２１で生成した信号と同一の強度変調周波数の信号となる。この信号と、信号発生器２１の生成信号を基準信号としてロックインアンプ２２に入力し処理することで、光検出器１３で検出された信号成分のうち、信号発生器２１からの基準信号に同期した成分のみの振幅変化を直流信号として抽出することが可能となる。光検出器１３には、トラップ用集光光束の光トラッププローブ１５における散乱光がわずかにダイクロイックミラー３を透過し入射してくる他、図示していない室内光の入射や、周辺機器からの電磁波受信といった環境外乱の影響を受けるおそれがあるが、この手法により影響を軽減でき、検出光のＳ／Ｎが向上する。
【００３３】
図７は本発明の第６の実施例に係る光トラッププローブ近接場光学顕微鏡装置の構成を示す概略断面図である。同図に示す本実施例の光トラッププローブ近接場光学顕微鏡装置は、光トラッププローブ１５の捕捉用集光光束の焦点位置を、試料面に対し平行な面上で走査することにより、光トラッププローブ１５を試料９の面上で２次元走査することが可能な装置である。同図に示すように、本実施例ではダイクロイックミラー３と対物レンズ４の間にガルバノミラー２３とリレーレンズ２４を備えている。２枚のガルバノミラー２３を駆動し、入射光に対する角度を変更することで、光トラッププローブ１５の捕捉用集光光束と近接場光発生用光束の焦点位置を、光束の光軸に垂直な平面内の任意の位置に移動させることができる。ガルバノミラー２３の偏向角と、光束の焦点位置の移動量は、予め実験もしくは計算により取得しておく。ガルバノミラー２３を、先に述べたように予め実験によって取得しておいた、ミラー偏向角と光束焦点位置移動量との相関情報を基に、試料９の表面を図８のような走査パターン２５で駆動すると同時に、第１の実施例のように近接場光検出を行うことで、試料９の表面全体の光情報を取得できる。なお、光束の焦点位置の移動量、即ち図８の走査パターン２５における領域の大きさは、例えば最大で±５０μｍ程度である。
図９は本発明の第７の実施例に係る光トラッププローブ近接場光学顕微鏡装置の構成を示す概略断面図である。同図に示す本実施例の光トラッププローブ近接場光学顕微鏡装置は、試料９をその面に平行な方向に駆動することができる走査ステージ２６に搭載することで、光トラッププローブ１５に対し試料９の面を相対的に２次元走査することが可能な装置である。図９において、走査ステージ２６はＸＹ(２軸)ステージあるいはPZTチューブスキャナなどである。試料９が搭載された走査ステージ２６を図８のような走査パターン２５で駆動すると同時に、上述した近接場光検出を行うことで、試料９の表面全体の光情報を取得できる。なお、走査ステージ２６の駆動量、即ち図８の走査パターン２５における領域の大きさは、例えば最大で±５０μｍ程度である。また、別の効果として、走査ステージ２６を例えばPZTチューブスキャナなど、光トラッププローブ１５の捕捉用集光光束の光軸方向に駆動できる機構を用いた場合は、第５の実施例におけるアクチュエータ１８の代替として利用できるため、アクチュエータ１８が不要となる。
【００３４】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施例に係る光トラッププローブ近接場光学顕微鏡装置の構成を示す概略断面図である。
【図２】図１のプローブの形態例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係る光トラッププローブ近接場光学顕微鏡装置の構成を示す概略断面図である。
【図４】本発明の第３の実施例に係る光トラッププローブ近接場光学顕微鏡装置の構成を示す概略断面図である。
【図５】本発明の第４の実施例に係る光トラッププローブ近接場光学顕微鏡装置の構成を示す概略断面図である。
【図６】本発明の第５の実施例に係る光トラッププローブ近接場光学顕微鏡装置の構成を示す概略断面図である。
【図７】本発明の第６の実施例に係る光トラッププローブ近接場光学顕微鏡装置の構成を示す概略断面図である。
【図８】試料面を駆動する駆動パターンを示す平面図である。
【図９】本発明の第７の実施例に係る光トラッププローブ近接場光学顕微鏡装置の構成を示す概略断面図である。
【図１０】レーザトラップSNOMの構成を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１；光トラップ用レーザ光源、２；レンズ、３；ダイクロイックミラー、
４，１９；対物レンズ、５；微粒子、６；近接場光発生用レーザ光源、
７；コリメートレンズ、８；ビームスプリッタ、９；試料、
１０；走査用ステージ、１１；集光レンズ、１２；ピンホール、
１３；検出器、１４；純水、１５；光トラッププローブ、１６；誘電体球、
１７；金属粒子、１８；アクチュエータ、２０；フィルタ、２１；信号発生器、
２２；ロックインアンプ、２３；ガルバノミラー、２４；リレーレンズ、
２５；走査パターン、２６；走査ステージ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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