(57)【要約】【課題】試料表面との原子間力で動作するカンチレバーを有するプローブ顕微鏡にあって、小型化、解像度の改善を図る。【解決手段】観察照明光学系１２と、試料１０から観察情報を取り出す情報検出光学系１１とが共通の対物レンズ１４に対して設けることによって小型化をはかり、波長選択素子１３によってこれら光学系１１および１２の波長の重複によるノイズの改善を図る。【選択図】図１
2007192637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の表面との原子間力が作用されるプローブが設けられたカンチレバーを有し、該カンチレバーを介して上記試料の試料情報の検出がなされるプローブ顕微鏡であって、
上記試料の試料情報を得る情報検出レーザ光照射がなされる情報検出光学系と、
上記情報検出レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、
波長選択素子と、
上記情報検出光学系と上記観察照明光学系との両光学系に対する共通の対物レンズとを有し、
上記情報検出光学系は、上記カンチレバーへの上記情報検出レーザ光のレーザ光源と、上記情報検出レーザ光の上記カンチレバーからの上記試料の試料情報を含む戻り光により上記カンチレバーの変位の検出によって試料情報を検出する情報検出光学系であり、
上記観察照明光学系は、照明光源と、該照明光源からの照明光の上記観察情報を有する戻り光の光学像の観察装置とを有し、
上記照明光源は、少なくとも上記情報検出レーザ光の波長以外の波長帯を有する照明光の光源であり、
上記波長選択素子は、上記照明光源からの照明光から上記情報検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該照明光を上記情報検出レーザ光とともに上記対物レンズに向かわせる波長選択性を有する光学素子より成る
ことを特徴とするプローブ顕微鏡。
【請求項２】
試料の表面との原子間力が作用されるプローブが設けられたカンチレバーを有し、該カンチレバーを介して上記試料の試料情報の検出がなされるプローブ顕微鏡であって、
上記試料の試料情報を得る情報検出レーザ光照射がなされる情報検出光学系と、
上記レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、
上記カンチレバーの変位検出光学系と、
第１および第２の波長選択素子と、
上記情報検出光学系と上記観察照明光学系と上記カンチレバーの変位検出光学系とに対する共通の対物レンズとを有し、
上記情報検出光学系は、情報検出レーザ光の情報検出レーザ光源を有し、上記プローブに、上記情報検出レーザ光を照射して、近接場光を発生させ、該近接場光の上記試料への照射による試料情報を含む戻り光により試料情報を検出する情報検出光学系であり、
上記観察照明光学系は、照明光源と、該照明光源からの照明光の上記観察情報を有する戻り光の光学像の観察装置とを有し、
上記カンチレバーの変位検出光学系は、上記カンチレバーの変位検出レーザ光のレーザ光源と、上記変位検出レーザ光の上記カンチレバーからの戻り光から上記カンチレバーの変位を検出するカンチレバーの変位検出装置とを有し、
上記情報検出レーザ光と上記カンチレバーの変位検出レーザ光とは互いに異なる波長のレーザ光であり、
上記照明光源は、少なくとも上記情報検出レーザ光の波長以外の波長帯を有する照明光の光源であり、
上記第１の波長選択素子は、上記照明光源からの照明光から上記カンチレバーの変位検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該照明光を上記カンチレバーの変位検出レーザ光とともに上記対物レンズに向かわせる波長選択性を有する光学素子より成り、
上記第２の波長選択素子は、上記照明光源からの照明光から上記情報検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該照明光を上記情報検出レーザ光とともに上記対物レンズに向かわせる波長選択性を有する光学素子より成る
ことを特徴とするプローブ顕微鏡。
【請求項３】
試料の表面との原子間力が作用されるプローブが設けられたカンチレバーを有し、該カンチレバーを介して上記試料の試料情報の検出がなされるプローブ顕微鏡であって、
上記試料の試料情報を得る情報検出レーザ光照射がなされる情報検出光学系と、
上記レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、
上記カンチレバーの変位検出光学系と、
波長選択素子と、
上記情報検出光学系と上記観察照明光学系とに対する共通の対物レンズとを有し、
上記情報検出光学系は、情報検出レーザ光の情報検出レーザ光源を有し、上記プローブに、上記情報検出レーザ光を照射して、近接場光を発生させ、該近接場光の上記試料への照射による試料情報を含む戻り光により試料情報を検出する情報検出光学系であり、
上記観察照明光学系は、照明光源と、該照明光源からの照明光の上記観察情報を有する戻り光の光学像の観察装置とを有し、
上記カンチレバーの変位検出光学系は、上記カンチレバーの変位検出レーザ光のレーザ光源と、上記変位検出レーザ光の上記カンチレバーからの戻り光から上記カンチレバーの変位を検出するカンチレバーの変位検出装置とを有し、上記カンチレバーの変位検出レーザ光は、上記共通の対物レンズとは異なる外部レンズ系を通じて上記カンチレバー照射され、上記変位検出装置によってカンチレバーの変位の検出がなされ、
上記試料情報検出レーザ光と上記カンチレバーの変位検出レーザ光とは互いに異なる波長のレーザ光であり、
上記情報検出レーザ光と上記カンチレバーの変位検出レーザ光とは互いに異なる波長のレーザ光であり、
上記照明光源は、少なくとも上記情報検出レーザ光の波長と上記変位検出レーザ光以外の波長帯を有する照明光の光源であり、
上記波長選択素子は、上記照明光源からの照明光から上記情報検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該照明光を上記情報検出レーザ光とともに上記対物レンズに向かわせる波長選択性を有する光学素子より成る
ことを特徴とするプローブ顕微鏡。
【請求項４】
上記波長選択素子がダイクロイックミラーである
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載のプローブ顕微鏡。
【請求項５】
上記波長選択素子が所要の波長をカットするカットフィルタである
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載のプローブ顕微鏡。
【請求項６】
上記情報検出光学系の上記近接場光による上記試料情報を含む戻り光の情報検出への導入光路に共焦点光学系が配置された
ことを特徴とする請求項２または３に記載のプローブ顕微鏡。
【請求項７】
上記情報検出光学系の上記近接場光による上記試料情報を含む戻り光の情報検出への導入光路に円偏光検出光学系が配置された
ことを特徴とする請求項２または３に記載のプローブ顕微鏡。
【請求項８】
上記情報検出光学系の光路に直線偏光検出光学系が配置された
ことを特徴とする請求項２または３に記載のプローブ顕微鏡。
【請求項９】
上記情報検出光学系の上記近接場光による上記試料情報を含む戻り光の情報検出への導入光路もしくは情報検出部に分光器が配置された
ことを特徴とする請求項２または３に記載のプローブ顕微鏡。
【請求項１０】
上記情報検出光学系の上記近接場光による上記試料情報を含む戻り光の情報検出への導入光路もしくは情報検出部に分光器が配置され、
上記照明光源からの照明光から、上記情報検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該照明光を上記情報検出レーザ光とともに上記対物レンズに向かわせる波長選択性を有する光学素子より成る上記波長選択素子が、ダイクロイックミラーと、上記分光器によって分光させる波長光を反射させるミラーとを有して成り、上記試料情報を含む戻り光を上記分光器が配置された上記導入光路に反射導入させるようにした
ことを特徴とする請求項２または３に記載のプローブ顕微鏡。
【請求項１１】
光記録媒体に情報の記録および再生の少なくともいずれかを行うプローブ顕微鏡型光記録再生ヘッド装置であって、
光記録媒体の表面との原子間力が作用されるプローブが設けられたカンチレバーを有し、該カンチレバーを介して上記光記録媒体の記録情報の検出がなされ、
上記光記録媒体の記録情報を得る情報検出レーザ光照射がなされる情報検出光学系と、
上記情報検出レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、
波長選択素子と、
上記情報検出光学系と上記観察照明光学系との両光学系に対する共通の対物レンズとを有し、
上記情報検出光学系は、上記カンチレバーへの上記情報検出レーザ光のレーザ光源と、上記情報検出レーザ光の上記カンチレバーからの上記光記録媒体の記録情報を含む戻り光により上記カンチレバーの変位の検出によって上記記録情報を検出する情報検出光学系であり、
上記観察照明光学系は、照明光源と、該照明光源からの照明光の上記観察情報を有する戻り光の光学像の観察装置とを有し、
上記照明光源は、少なくとも上記情報検出レーザ光の波長以外の波長帯を有する照明光の光源であり、
上記波長選択素子は、上記照明光源からの照明光から上記情報検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該照明光を上記情報検出レーザ光とともに上記対物レンズに向かわせる波長選択性を有する光学素子より成る
ことを特徴とするプローブ顕微鏡型光記録再生ヘッド装置。
【請求項１２】
光記録媒体に情報の記録および再生の少なくともいずれかを行うプローブ顕微鏡型光記録再生ヘッド装置であって、
光記録媒体の表面との原子間力が作用されるプローブが設けられたカンチレバーを有し、該カンチレバーを介して上記光記録媒体の記録情報の検出がなされ、
上記光記録媒体の記録情報を得る情報検出レーザ光照射がなされる情報検出光学系と、
上記レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、
上記カンチレバーの変位検出光学系と、
第１および第２の波長選択素子と、
上記情報検出光学系と上記観察照明光学系と上記カンチレバーの変位検出光学系とに対する共通の対物レンズとを有し、
上記情報検出光学系は、情報検出レーザ光の情報検出レーザ光源を有し、上記プローブに、上記情報検出レーザ光を照射して、近接場光を発生させ、該近接場光の上記光記録媒体への照射による記録情報を含む戻り光により上記光記録媒体の記録情報を検出する情報検出光学系であり、
上記観察照明光学系は、照明光源と、該照明光源からの照明光の上記観察情報を有する戻り光の光学像の観察装置とを有し、
上記カンチレバーの変位検出光学系は、上記カンチレバーの変位検出レーザ光のレーザ光源と、上記変位検出レーザ光の上記カンチレバーからの戻り光から上記カンチレバーの変位を検出するカンチレバーの変位検出装置とを有し、
上記情報検出レーザ光と上記カンチレバーの変位検出レーザ光とは互いに異なる波長のレーザ光であり、
上記照明光源は、少なくとも上記情報検出レーザ光の波長と上記変位検出レーザ光以外の波長帯を有する照明光の光源であり、
上記第１の波長選択素子は、上記照明光源からの照明光から上記カンチレバーの変位検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該照明光を上記カンチレバーの変位検出レーザ光とともに上記対物レンズに向かわせる波長選択性を有する光学素子より成り、
上記第２の波長選択素子は、上記照明光源からの照明光から上記情報検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該照明光を上記情報検出レーザ光とともに上記対物レンズに向かわせる波長選択性を有する光学素子より成る
ことを特徴とするプローブ顕微鏡型光記録再生ヘッド装置。
【請求項１３】
光記録媒体に情報の記録および再生の少なくともいずれかを行うプローブ顕微鏡型光記録再生ヘッド装置であって、
上記光記録媒体の表面との原子間力が作用されるプローブが設けられたカンチレバーを有し、該カンチレバーを介して上記光記録媒体の記録情報の検出がなされ、
上記光記録媒体の記録情報を得る情報検出レーザ光照射がなされる情報検出光学系と、
上記レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、
上記カンチレバーの変位検出光学系と、
波長選択素子と、
上記情報検出光学系と上記観察照明光学系とに対する共通の対物レンズとを有し、
上記情報検出光学系は、情報検出レーザ光の情報検出レーザ光源を有し、上記プローブに、上記情報検出レーザ光を照射して、近接場光を発生させ、該近接場光の上記光記録媒体への照射による記録情報を含む戻り光により記録情報を検出する情報検出光学系であり、
上記観察照明光学系は、照明光源と、該照明光源からの照明光の上記観察情報を有する戻り光の光学像の観察装置とを有し、
上記カンチレバーの変位検出光学系は、上記カンチレバーの変位検出レーザ光のレーザ光源と、上記変位検出レーザ光の上記カンチレバーからの戻り光から上記カンチレバーの変位を検出するカンチレバーの変位検出装置とを有し、上記カンチレバーの変位検出レーザ光は、上記共通の対物レンズとは異なる外部レンズ系を通じて上記カンチレバー照射され、上記変位検出装置によってカンチレバーの変位の検出がなされ、
上記試料情報検出レーザ光と上記カンチレバーの変位検出レーザ光とは互いに異なる波長のレーザ光であり、
上記情報検出レーザ光と上記カンチレバーの変位検出レーザ光とは互いに異なる波長のレーザ光であり、
上記照明光源は、少なくとも上記情報検出レーザ光の波長と上記変位検出レーザ光以外の波長帯を有する照明光の光源であり、
上記波長選択素子は、上記照明光源からの照明光から上記情報検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該照明光を上記情報検出レーザ光とともに上記対物レンズに向かわせる波長選択性を有する光学素子より成る
ことを特徴とするプローブ顕微鏡型光記録再生ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プローブ顕微鏡およびプローブ顕微鏡型光記録再生ヘッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の、プローブ顕微鏡における光学系は、目的とする試料に対するプローブ位置を観察する観察照明光学系と、試料からの観察情報を光学的に取り出すいわゆる光てこ型光学系による情報検出光学系とを有する（例えば特許文献1参照）。
【０００３】
図６は、従来のプローブ顕微鏡例えばＡＦＭ（Atomic Force Microscope）顕微鏡の要部の概略構成図である。このプローブ顕微鏡は、例えば微視的表面形状を観察する目的とする試料１００に近接なしは接触するプローブ１０１を有し、所定のばね定数を有するカンチレバー１０２が設けられる。
そして、試料１００に対するプローブ位置を観察する観察照明光学系１１１と、試料１００表面との原子間力によって変位するカンチレバー１０２の変位量を光学的に検出する情報検出光学系１１２とを有する。
この情報検出光学系１１２においては、カンチレバー１０２にレーザ光１０４を照射し、カンチレバー１０２の変位量に応じて変位するレーザ光１０４の反射光の変位量を検出して原子間力を測定し、プローブの変位が一定になるようにカンチレバー１０２もしくは試料の位置を制御し、その制御信号によって試料１００の表面状態を観察するようになされている。
【０００４】
この場合、カンチレバー１０２に照射するレーザ光のスポットはできるだけ微小に絞り込むことが要求される。これは、絞り込みが十分なされない場合、微小幅のカンチレバーから照明光スポットがはみ出ることによって、試料１０２の表面パターンによっては、干渉縞の発生などの試料情報の読み出し信号へのノイズの混入、分解能の低下を来たすことによる。
【０００５】
しかしながら、この顕微鏡においては、プローブの位置、光照射位置等の観察を行う観察照明光学系１２１が配置されていることから、少なくともその対物レンズを避けて、斜方からカンチレバー１０２に対するレーザ光１０４を照射させるという方法がとられる。このため、レーザ光１０４に対する集光レンズ１０５の配置位置は、カンチレバー１０２からかなり離間した位置に配置せざるを得ず、このことと、カンチレバーに斜め入射することから、スポット径は大きくなり、更に、空間的問題から、光路が長くなって、開口数の大きいレンズをもって効率よい、十分な絞込みができないという問題がある。
また、このように、観察照明光学系１１１と、情報検出光学系１１２との両光学系をそれぞれ設けることは、光学系が複雑かつ大型となる。
【０００６】
また、昨今、光記録媒体例えば光磁気記録媒体等において、記録容量のより大容量化のために、記録ピット(例えば記録磁区)の微小化が要求され、これに伴って解像度が高い光記録再生ヘッドが要求され、プローブ顕微鏡型の光記録再生ヘッド実用化の研究が盛んになっている。
【特許文献１】特開平９−５４０９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述したプローブ顕微鏡およびプローブ顕微鏡型の光記録または／および光再生がなされるプローブ顕微鏡型光記録再生がなされるヘッドにおいて、上述したプローブ顕微鏡における問題、すなわち試料、あるいは試料に相当する光記録媒体からの情報読み出し信号へのノイズの低減、光学系の複雑大型化の改善を図る。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によるプローブ顕微鏡は、試料の表面との原子間力が作用されるプローブが設けられたカンチレバーを有し、該カンチレバーを介して上記試料の試料情報の検出がなされるプローブ顕微鏡であって、上記試料の試料情報を得る情報検出レーザ光照射がなされる情報検出光学系と、上記情報検出レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、波長選択素子と、上記情報検出光学系と上記観察照明光学系との両光学系に対する共通の対物レンズとを有し、上記情報検出光学系は、上記カンチレバーへの上記情報検出レーザ光のレーザ光源と、上記情報検出レーザ光の上記カンチレバーからの上記試料の試料情報を含む戻り光により上記カンチレバーの変位の検出によって試料情報を検出する情報検出光学系であり、上記観察照明光学系は、照明光源と、該照明光源からの照明光の上記観察情報を有する戻り光の光学像の観察装置とを有し、上記照明光源は、少なくとも上記情報検出レーザ光の波長以外の波長帯を有し、上記波長選択素子は、上記照明光源からの照明光から上記情報検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該照明光を上記情報検出レーザ光とともに上記対物レンズに向かわせる波長選択性を有する光学素子より成ることを特徴とする。
【０００９】
本発明によるプローブ顕微鏡は、試料の表面との原子間力が作用されるプローブが設けられたカンチレバーを有し、該カンチレバーを介して上記試料の試料情報の検出がなされるプローブ顕微鏡であって上記試料の試料情報を得る情報検出レーザ光照射がなされる情報検出光学系と、上記レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、上記カンチレバーの変位検出光学系と、第１および第２の波長選択素子と、上記情報検出光学系と上記観察照明光学系と上記カンチレバーの変位検出光学系とに対する共通の対物レンズとを有し、上記情報検出光学系は、情報検出レーザ光の情報検出レーザ光源を有し、上記プローブに、上記情報検出レーザ光を照射して、近接場光を発生させ、該近接場光の上記試料への照射による試料情報を含む戻り光により試料情報を検出する情報検出光学系であり、上記観察照明光学系は、照明光源と、該照明光源からの照明光の上記観察情報を有する戻り光の光学像の観察装置とを有し、上記カンチレバーの変位検出光学系は、上記カンチレバーの変位検出レーザ光のレーザ光源と、上記変位検出レーザ光の上記カンチレバーからの戻り光から上記カンチレバーの変位を検出するカンチレバーの変位検出装置とを有し、上記情報検出レーザ光と上記カンチレバーの変位検出レーザ光とは互いに異なる波長のレーザ光であり、上記照明光源は、少なくとも上記情報検出レーザ光の波長以外の波長帯を有する照明光の光源であり、上記第１の波長選択素子は、上記照明光源からの照明光から上記カンチレバーの変位検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該照明光を上記カンチレバーの変位検出レーザ光とともに上記対物レンズに向かわせる波長選択性を有する光学素子より成り、上記第２の波長選択素子は、上記照明光源からの照明光から上記情報検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該照明光を上記情報検出レーザ光とともに上記対物レンズに向かわせる波長選択性を有する光学素子より成ることを特徴とする。
【００１０】
本発明によるプローブ顕微鏡は、試料の表面との原子間力が作用されるプローブが設けられたカンチレバーを有し、該カンチレバーを介して上記試料の試料情報の検出がなされるプローブ顕微鏡であって、上記試料の試料情報を得る情報検出レーザ光照射がなされる情報検出光学系と、上記レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、上記カンチレバーの変位検出光学系と、波長選択素子と、上記情報検出光学系と上記観察照明光学系とに対する共通の対物レンズとを有し、上記情報検出光学系は、情報検出レーザ光の情報検出レーザ光源を有し、上記プローブに、上記情報検出レーザ光を照射して、近接場光を発生させ、該近接場光の上記試料への照射による試料情報を含む戻り光により試料情報を検出する情報検出光学系であり、上記観察照明光学系は、照明光源と、該照明光源からの照明光の上記観察情報を有する戻り光の光学像の観察装置とを有し、上記カンチレバーの変位検出光学系は、上記カンチレバーの変位検出レーザ光のレーザ光源と、上記変位検出レーザ光の上記カンチレバーからの戻り光から上記カンチレバーの変位を検出するカンチレバーの変位検出装置とを有し、上記カンチレバーの変位検出レーザ光は、上記共通の対物レンズとは異なる外部レンズ系を通じて上記カンチレバー照射され、上記変位検出装置によってカンチレバーの変位の検出がなされ、上記試料情報検出レーザ光と上記カンチレバーの変位検出レーザ光とは互いに異なる波長のレーザ光であり、上記情報検出レーザ光と上記カンチレバーの変位検出レーザ光とは互いに異なる波長のレーザ光であり、上記照明光源は、少なくとも上記情報検出レーザ光の波長と上記変位検出レーザ光以外の波長帯を有する照明光の光源であり、上記波長選択素子は、上記照明光源からの照明光から上記情報検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該照明光を上記情報検出レーザ光とともに上記対物レンズに向かわせる波長選択性を有する光学素子より成ることを特徴とする。
【００１１】
本発明によるプローブ顕微鏡型光記録再生ヘッド装置は、光記録媒体に情報の記録および再生の少なくともいずれかを行うプローブ顕微鏡型光記録再生ヘッド装置であって、光記録媒体の表面との原子間力が作用されるプローブが設けられたカンチレバーを有し、該カンチレバーを介して上記光記録媒体の記録情報の検出がなされ、上記光記録媒体の記録情報を得る情報検出レーザ光照射がなされる情報検出光学系と、上記情報検出レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、波長選択素子と、上記情報検出光学系と上記観察照明光学系との両光学系に対する共通の対物レンズとを有し、上記情報検出光学系は、上記カンチレバーへの上記情報検出レーザ光のレーザ光源と、上記情報検出レーザ光の上記カンチレバーからの上記光記録媒体の記録情報を含む戻り光により上記カンチレバーの変位の検出によって上記記録情報を検出する情報検出光学系であり、上記観察照明光学系は、照明光源と、該照明光源からの照明光の上記観察情報を有する戻り光の光学像の観察装置とを有し、上記照明光源は、少なくとも上記情報検出レーザ光の波長以外の波長帯を有する照明光の光源であり、上記波長選択素子は、上記照明光源からの照明光から上記情報検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該照明光を上記情報検出レーザ光とともに上記対物レンズに向かわせる波長選択性を有する光学素子より成ることを特徴とする。
【００１２】
本発明によるプローブ顕微鏡型光記録再生ヘッド装置は、光記録媒体に情報の記録および再生の少なくともいずれかを行うプローブ顕微鏡型光記録再生ヘッド装置であって、光記録媒体の表面との原子間力が作用されるプローブが設けられたカンチレバーを有し、該カンチレバーを介して上記光記録媒体の記録情報の検出がなされ、上記光記録媒体の記録情報を得る情報検出レーザ光照射がなされる情報検出光学系と、上記レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、上記カンチレバーの変位検出光学系と、第１および第２の波長選択素子と、上記情報検出光学系と上記観察照明光学系と上記カンチレバーの変位検出光学系とに対する共通の対物レンズとを有し、上記情報検出光学系は、情報検出レーザ光の情報検出レーザ光源を有し、上記プローブに、上記情報検出レーザ光を照射して、近接場光を発生させ、該近接場光の上記光記録媒体への照射による記録情報を含む戻り光により上記光記録媒体の記録情報を検出する情報検出光学系であり、上記観察照明光学系は、照明光源と、該照明光源からの照明光の上記観察情報を有する戻り光の光学像の観察装置とを有し、上記カンチレバーの変位検出光学系は、上記カンチレバーの変位検出レーザ光のレーザ光源と、上記変位検出レーザ光の上記カンチレバーからの戻り光から上記カンチレバーの変位を検出するカンチレバーの変位検出装置とを有し、上記情報検出レーザ光と上記カンチレバーの変位検出レーザ光とは互いに異なる波長のレーザ光であり、上記照明光源は、少なくとも上記情報検出レーザ光の波長と上記変位検出レーザ光以外の波長帯を有する照明光の光源であり、上記第１の波長選択素子は、上記照明光源からの照明光から上記カンチレバーの変位検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該照明光を上記カンチレバーの変位検出レーザ光とともに上記対物レンズに向かわせる波長選択性を有する光学素子より成り、上記第２の波長選択素子は、上記照明光源からの照明光から上記情報検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該照明光を上記情報検出レーザ光とともに上記対物レンズに向かわせる波長選択性を有する光学素子より成ることを特徴とする。
【００１３】
本発明によるプローブ顕微鏡型光記録再生ヘッド装置は、光記録媒体に情報の記録および再生の少なくともいずれかを行うプローブ顕微鏡型光記録再生ヘッド装置であって、上記光記録媒体の表面との原子間力が作用されるプローブが設けられたカンチレバーを有し、該カンチレバーを介して上記光記録媒体の記録情報の検出がなされ、上記光記録媒体の記録情報を得る情報検出レーザ光照射がなされる情報検出光学系と、上記レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系と、上記カンチレバーの変位検出光学系と、波長選択素子と、上記情報検出光学系と上記観察照明光学系とに対する共通の対物レンズとを有し、上記情報検出光学系は、情報検出レーザ光の情報検出レーザ光源を有し、上記プローブに、上記情報検出レーザ光を照射して、近接場光を発生させ、該近接場光の上記光記録媒体への照射による記録情報を含む戻り光により記録情報を検出する情報検出光学系であり、上記観察照明光学系は、照明光源と、該照明光源からの照明光の上記観察情報を有する戻り光の光学像の観察装置とを有し、上記カンチレバーの変位検出光学系は、上記カンチレバーの変位検出レーザ光のレーザ光源と、上記変位検出レーザ光の上記カンチレバーからの戻り光から上記カンチレバーの変位を検出するカンチレバーの変位検出装置とを有し、上記カンチレバーの変位検出レーザ光は、上記共通の対物レンズとは異なる外部レンズ系を通じて上記カンチレバー照射され、上記変位検出装置によってカンチレバーの変位の検出がなされ、上記試料情報検出レーザ光と上記カンチレバーの変位検出レーザ光とは互いに異なる波長のレーザ光であり、上記情報検出レーザ光と上記カンチレバーの変位検出レーザ光とは互いに異なる波長のレーザ光であり、上記照明光源は、少なくとも上記情報検出レーザ光の波長と上記変位検出レーザ光以外の波長帯を有する照明光の光源であり、上記波長選択素子は、上記照明光源からの照明光から上記情報検出レーザ光の波長の光成分を排除し、該照明光を上記情報検出レーザ光とともに上記対物レンズに向かわせる波長選択性を有する光学素子より成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
上述したように、本発明によるプローブ顕微鏡およびプローブ顕微鏡型光記録再生ヘッド装置においては、試料もしくは光記録媒体に対する少なくともプローブ位置の観察がなされる観察照明光学系と、試料もしくは光記録媒体から情報取り出す情報検出光学系とに対する対物レンズを共通の対物レンズ構成としたことによって構成の簡潔化、占有空間の小型化が図られる。
そして、このように、プローブ位置の観察および試料情報の取り出しを共通の対物レンズによって行う構成とし、これらプローブ位置の検出および試料情報の検出を、相互に近軸位置で行うことができることから、正確に試料情報もしくは光記録媒体の記録情報を取り出すことができる。
【００１５】
また、プローブ位置の検出および試料情報の検出を、対物レンズの近軸光とすることができることから、光学的に、ひずみ、収差の小さい検出を行うことができる。したがって、高感度、高解像度化が図られる。
【００１６】
また、カンチレバーによって近接場光を得る構成とした本発明によるプローブ顕微鏡および光記録再生ヘッド装置にあっては、近接場光をカンチレバーのプローブから得て、このカンチレバーによって位置検出を行うことから、正確に近接場光を試料に照射する構成とされるものであり、同時に、その試料もしくは光記録媒体に対する少なくともプローブ位置の観察がなされる観察照明光学系と、情報検出光学系とに対する対物レンズを共通の対物レンズ構成としたことによって構成の簡潔化が図られる。
そして、このように、プローブ位置の観察および試料情報の取り出しを共通の対物レンズによって行うにも拘わらず、波長選択素子を光路に設けたことによって観察情報の取り出しにおいて照明光によって、情報取り出しが阻害されることがなく、また、照明光によってプローブ位置検出等が阻害されることがないものであり、それぞれの機能が確実になされた構成とされるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明によるプローブ顕微鏡およびプローブ顕微鏡型光記録再生装置の実施の形態例について説明するが、本発明は、この実施の形態例に限定されるものではない。
図１〜図４は、本発明によるプローブ顕微鏡を例示する模式的構成図である。
本発明によるプローブ顕微鏡は、観察がなされる目的とする試料１０の表面との原子間力が作用されるプローブ２１が設けられたカンチレバー２２を有するものであり、このカンチレバー２２を介して試料１０上の情報を検出する。
まず、本発明によるプローブ顕微鏡の実施の形態例について説明する。
【００１８】
［プローブ顕微鏡の第１の実施の形態例］
図１はこの第１の実施形態例によるプローブ顕微鏡３００の模式的構成図である。
この実施の形態例によるプローブ顕微鏡３００は、試料１０の試料情報例えば表面形状を得るプローブ顕微鏡である。
このプローブ顕微鏡３００の光学系においては、試料１０の試料情報を得るための情報検出レーザ光照射がなされる情報検出光学系１１と、情報検出レーザ光１８の照射状態を観察する観察照明光学系１２と、波長選択素子１３とを有する。
そして、本発明においては、対物レンズ１４がこれら情報検出光学系１１と観察照明光学系１２との両光学系に対して共通に設けられる。
【００１９】
情報検出光学系１１は、カンチレバー２２に照射する情報検出レーザ光１８を発生するレーザ光源１７と、のカンチレバー２２からの試料１０の試料情報を含む情報検出レーザ光１８の戻り光によってカンチレバー２２の変位を検出し、これによって試料情報を検出する情報検出装置１９を有する。
【００２０】
観察照明光学系１２は、照明光源１５と、この照明光源１５からの照明光２０の観察情報を有する戻り光の光学像を観察する観察装置１６とを有する。
照明光源１５からの照明光２０は、少なくとも情報検出レーザ光１８の波長以外の波長帯を有する照明光とされる。
【００２１】
そして、波長選択素子１３は、照明光２０から情報検出レーザ光１８の波長の光成分を排除し、この照明光を情報検出レーザ光１８とともに対物レンズ１４に向かわせる波長選択性を有する光学素子より成る。この光学素子としては、情報検出レーザ光１８の波長光を反射し、この波長以外で、照明光２０の波長光を透過す例えばるダイクロイックミラーによって構成することができる。
【００２２】
そして、この実施形態例におけるプローブ顕微鏡３００においては、表面の観察がなされる試料１０に対して、プローブ顕微鏡３００の光軸、すなわちその対物レンズ１４の光軸と直交する面に沿って相対的に移動する走査型プローブ顕微鏡構成とされる。
この実施形態例においては、試料１０が移動ステージ６０上に配置される。移動ステージ６０は、プローブ顕微鏡３００の上述した光軸方向に沿うｚ軸方向と、これとほぼ直交する面上で、互いに直交するｘ軸およびｙ軸方向に移動できる構成とされる。
【００２３】
カンチレバー２２は、例えば一端支持型構成を有し、その遊端（カンチレバー２２の支持側とは反対側の先端）に、プローブ２１を有する。
また、この例においては、試料面１０に対してプローブ２１の先端が近接ないしは軽く接触する配置構成とされ、移動ステージ６０のｘ軸およびｙ軸方向の移動によってプローブ２１が試料１０の表面に対してｘ軸およびｙ軸方向に走査するようになされる。
カンチレバー２２は、プローブ２１の先端と、試料１０の観察がなされる表面との原子間力の作用によって支持端側を支点として撓曲変位する構成とされる。このカンチレバー２２は、その長さが例えば１００μｍ、厚さ４００ｎｍ〜８００ｎｍを有し、所定のばね定数を有する。このカンチレバー２２は、光透過性の例えばＳｉＮより構成され、後述する情報検出レーザ光１８の照射部に例えばＡｕあるいはＡｌ等の金属膜による反射膜２２Ｒ被着される。
【００２４】
また、情報検出光学系１１は、カンチレバー２２の変位の検出、すなわち原子間力の大きさの検出による、試料１０の例えば表面形状等の情報を検出する。すなわちカンチレバー２２を介して試料情報の検出がなされる。
この情報検出光学系１１は、カンチレバー２２に照射される情報検出レーザ光１７例えば６５０ｎｍの赤のレーザ光を発光するレーザ光源１７例えば半導体レーザと、集光レンズ等の光学レンズ８５を有し、更に情報検出レーザ光１７のカンチレバー２２からの戻り光を検出する情報検出装置１９が設けられて成る。
この情報検出装置１９は、例えば２分割フォトダイオード、４分割フォトダイオード、１次元センサ、ＰＳＤ（Position Sensing Device)等によって構成することができる。
【００２５】
一方、観察照明光学系１２は、カンチレバー２２に対する情報検出レーザ光１８の照射状態や、プローブ２１と試料１０と位置関係等を観察する光学系であり、例えば白色照明光２０を発生する白色光源による照明光源１５と、照明光２０を対物レンズ１４の光軸もしくは近軸上に導入するハーフミラー８０と、試料１０からの戻り光の光学像を観察する観察装置１６と、この観察装置１６に戻り光を向かわせるミラー８１と、集光レンズ等の光学レンズ８２とを有する。
観察装置１６は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラなどの固体撮像素子による撮像素子８３と、例えばその撮像光学像を映出するモニター８４とを有して成る。
【００２６】
そして、照明光２０と情報検出レーザ光１８とを共に対物レンズ１４に導入する光路部にダイクロイックミラーによる波長選択素子１３を配置して、ここにおいて、照明光２０の情報検出レーザ光１８の波長光、すなわちこの例では６５０ｎｍの赤の光を反射させて排除する。
【００２７】
この構成によって、観察照明光学系１２により、照明光２０をカンチレバー２２および試料１０に照射し、情報検出レーザ光１８をカンチレバー２２に照射して、これら照射状態等を照明光２０の戻り光の観察装置１６によって観察する。そして、この観察結果によって試料１０の基準位置の調整を移動ステージ６０の、ｘ，ｙ，ｚ各軸方向の調整によって行い、また、必要に応じてカンチレバー２２の設定位置の調整を行なう。
【００２８】
そして、移動ステージ６０をｘおよびｙ軸方向に移動させて、プローブ２１が試料１０の表面上を走査するようになされ、各位置において、試料１０の表面状態、例えば、微細凹凸の検出等を原子間力の変化によるカンチレバー２２の傾き変化による変位を、２分割フォトダイオード、４分割フォトダイオード、ＰＳＤ等による情報検出装置１９に導入される情報検出レーザ光１８の戻り光の入射スポット形状、位置の変化を、分割ダイオードの各部、センサの各部の光電変換によって検出された検出出力の演算によって検出する。
このようにして、カンチレバー２２の傾きの変化によって、原子間力の測定、これによる試料１０の表面の測定を行うことができる。
すなわち、プローブ２１の試料表面に対する各走査位置での原子間力によって変位するカンチレバー２２の変位量を検出することによって、原子間力を検出して、これによって試料１０の移動ステージ６０のｚ軸方向の制御を行って、変位が一定になるようにし、またこのときの制御信号によって試料１０の観察がなされるものである。
【００２９】
この第１の実施形態例におけるように、本発明構成においては、カンチレバー２２に対する変位検出を行って情報検出を行う情報検出光学系１１と、観察照明光学系１２とについて共通の対物レンズ１４とする構成としたことにより、カンチレバー２２に対する対物レンズ（集光レンズ）の間隔を充分小とすることができる。
したがって、この構成においては、図６で説明した従来構成における集光レンズとカンチレバー２２との距離が大となること、斜め照射によることのスポット径の問題を回避でき、カンチレバーに対するレーザスポット径を充分小にすることができる。
したがって、カンチレバー２２からこのレーザ光１８がはみ出すことによるノイズの発生を効果的に回避できるものである。
【００３０】
また、情報検出レーザ光１８と照明光２０とを共に、対物レンズ１４の光軸上もしくは近軸上の光とすることができることから、収差の改善が図られ、それぞれのスポット形状およびスポット径の改善が図られ、解像度の向上、および高精度化が図られる。
また、上述したように、対物レンズ１４を情報検出光学系１１と、観察照明光学系１２とに関して共通の対物レンズ１４としたことによって、全体の小型化と、組み立て精度の向上を図ることができる。
そして、上述したように、照明光２０は、照明による観察に適した白色光を用い、カンチレバー２２の変位の検出を変位検出に適したレーザ光を用いて、これらに対して共通の対物レンズ１４に導入するものであるが、波長選択素子１３を配置して両者の波長が相互に重複することがないようにしたことから、それぞれの戻り光を正確に検出することができるものである。
【００３１】
上述した本発明によるプローブ顕微鏡の第１の実施の形態例においては、カンチレバー２２の変位の検出によって原子間力の検出、試料１０の情報の検出を行う構成とした場合であるが、試料１０からの情報取り出しと、カンチレバーの変位の検出とを異なる光学系によって行うプローブ顕微鏡構成とすることもできる。
【００３２】
次に、このように、試料からの情報取り出しと、カンチレバーの変位の検出とを異なる光学系によって行う構成による本発明によるプローブ顕微鏡の実施の形態例を説明する。図２〜図４は、いずれもこの構成によるプローブ顕微鏡の実施の形態例の模式的構成図である。
そして、これらの例においては、試料１０に対して近接場光いわゆる近接場光によって試料１０の形状、各種化学的、物理的特性の情報を取り出すことができるようになされるものである。
【００３３】
［プローブ顕微鏡の第２の実施の形態例］
図２は、この実施の形態例によるプローブ顕微鏡３０１の模式的構成図である。
図２において、図１と対応する部分には、同一符号を付して示すが、このプローブ顕微鏡３０１においては、試料１０の試料情報を得る情報検出レーザ光照射がなされる情報検出光学系１１と、レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系１２と、カンチレバーの変位検出光学系１１０と、第１および第２の波長選択素子１３１および１３２とを有する。
そして、これら情報検出光学系１１と、カンチレバーの変位検出光学系１１０と、観察照明光学系１２に関して共通の対物レンズ１４とが設けられる。
【００３４】
そして、この構成においては、情報検出光学系１１による情報読み出しがなされるレーザ光のファーフィールド光を、カンチレバー２２のプローブ２１の先端にフォーカスさせ、この先端に形成された光学的細孔２１ｈから発生させた近接場光（ニアフィールド光）を試料１０に照射することによって試料１０からの情報読み出しを行なうものである。この近接場光によるスポット径は回折限界に規制されず、対物レンズ１４の開口数および情報読み出しのレーザ光の波長に依存しないことから微小な照射スポット径とすることができる。
【００３５】
このプローブ顕微鏡３０１においても、プローブ２１と、表面情報取り出し等の対象試料１０とは、プローブ顕微鏡３０１の光軸、すなわち対物レンズ１４の光軸方向と直交する面に沿って、直交する２軸方向に関して相対的に移動する走査型プローブ顕微鏡構成とされる。
このため、この実施形態例においても、試料１０が移動ステージ６０上に配置される。移動ステージ６０は、プローブ顕微鏡３０１の上述の光軸方向に沿うｚ軸方向と、これと直交する面上で、互いに直交するｘ軸およびｙ軸方向に移動できる構成とされる。
この移動ステージ６０は、その制御装置６１によって移動制御がなされる。
【００３６】
カンチレバー２２は、所定のばね定数を有し、ＳｉＮ等の光透過性材料によって構成される。そして、このカンチレバー２２において、そのプローブ２１は、試料１０に向かって凸の凹状、例えば円錐凹状に形成され、この凹状プローブ２１の内周面と、このプローブ２１の周辺の対物レンズ１４と対向する面に、例えばＡｕあるいはＡｌ金属膜等による反射膜２２Ｒが被着形成される。そして、このプローブ２１の先端には、反射膜２１Ｒが被着されていないか、あるいは被着されていても極薄とされることなどによる光学的細孔２１ｈが形成される。
【００３７】
情報検出光学系１１は、例えば５００ｎｍの緑の波長の情報検出レーザ光１８の情報検出レーザ光源１７と、集光レンズ等の光学レンズ８５と、ハーフミラー８６と、試料１０からの試料情報を含む戻り光の情報検出装置１９とを有する。
この情報検出装置１９は、この情報検出装置１９に導入される試料１０からの戻り光の態様、目的とする検出信号態様等に応じて例えばフォトダイオード、光電子増倍管（フォトマルチプライヤ）分光器等によって構成される。
また、この情報検出装置１９への例えば凹状プローブ２１の凹状内周面からの不要反射光を排除する不要反射光排除手段８７と、光路を形成するミラー８８等が設けられる。
【００３８】
不要反射光排除手段８７は、例えば共焦点光学系１９１によって構成することができる。この共焦点光学系１９１は、プローブ２１の先端の光学的細孔２１ｈとの共焦点を形成する共焦点光学レンズ９１と、その共焦点位置に配置されたアパーチャ９０とを有する構成することができる。
【００３９】
カンチレバーの変位検出光学系１１０は、カンチレバーの変位検出レーザ光１８０の例えば赤のレーザ光源１７０と、カンチレバー２２からの変位検出レーザ光１８０の戻り光によってカンチレバー２２の変位を検出するカンチレバーの変位検出装置１９０と、集光レンズ等による光学レンズ１８５とを有する。
この変位検出装置１９０は、例えば２分割フォトダイオード、４分割フォトダイオード、ＰＳＤ等によって構成することができる。
【００４０】
観察照明光学系１２は、カンチレバー２２に対する情報検出レーザ光１８の照射状態や、プローブ２１と試料１０との位置関係等を観察する光学系であり、例えば白色照明光２０を発生する白色光源による照明光源１５と、照明光２０を対物レンズ１４の光軸もしくは近軸上に導入するハーフミラー８０と、試料１０からの戻り光の光学像を観察する観察装置１６と、この観察装置１６に戻り光を向かわせるミラー８１と、集光レンズ等の光学レンズ８２とを有する。
観察装置１６は、例えばＣＣＤカメラなどの固体撮像素子による例えば撮像素子８３と、例えばその撮像光学像を映出するモニター８４とを有して成る。
【００４１】
情報検出レーザ光１８と上記カンチレバーの変位検出レーザ光１８０とは、上述したように、例えば緑のレーザ光と赤のレーザ光による互いに異なる波長のレーザ光を用いることができ、一方、照明光源１５としては、これら情報検出レーザ光１８の波長と変位検出レーザ光１８０の波長、この例では緑および赤の波長以外の波長に渡る波長帯であって照明光として好適な白色光の照明光２０を発光する白色光源が用いられる。
【００４２】
そして、例えばダイクロイックミラーによる第１の波長選択素子１３１が、照明光２０とカンチレバー変位検出レーザ光１８０とを共に対物レンズ１４に導入する光路部に配置されて、ここにおいて、第１の波長選択素子１３１によって白色光の照明光２０から、レーザ光１８０の波長光すなわちこの例では６５０ｎｍの赤の光を反射させて排除する。
また、例えばダイクロイックミラーによる第２の波長選択素子１３２が、照明光２０とカンチレバー変位検出レーザ光１８０とさらに情報検出レーザ光源１７からの検出を共に対物レンズに導入する光路部に配置されて、ここにおいて、第２の波長選択素子１３２によって白色光の照明光２０から情報検出レーザ光１８の波長光すなわちこの例では５００ｎｍの緑の光を反射させて排除する。
【００４３】
この構成によって、照明光２０をカンチレバー２２および試料１０に照射すると共に、カンチレバー変位検出レーザ光１８０をカンチレバー２２に照射して、その照明光２０の戻り光によりこれら照射状態等を観察照明光学系１２の観察装置１６によって観察する。そして、この観察結果によって試料１０の基準位置の調整を移動ステージ６０の、ｘ，ｙ，ｚ方向の調整によって行い、また、必要に応じてカンチレバーの設定位置の調整を行なう。
【００４４】
そして、移動ステージ６０をｘおよびｙ方向に移動させて、情報検出光学系１１からの情報検出レーザ光１８によるプローブ２１からの近接場光３０のスポットを試料１０の表面上に走査するようになされる。
このようにして、情報検出光学系１１による情報検出レーザ光１８が、光学レンズ８５、ハーフミラー８６を通じて、第２波長選択素子１３２のダイクロイックミラーによって反射され、対物レンズ１４によってカンチレバー２２のプローブ２１の光学的細孔２１ｈにフォーカスされるように集光される。このとき、導入された波長λのファーフィールドレーザ光は、プローブ２１の内径ｄが、λに比し充分小となる位置で反射され、近接場光３０は、光学的細孔２１ｈから滲み出る。このとき、プローブ２１の先端が試料１０の表面に充分近接されていることによって、この微小スポットの近接場光３０が試料１０の表面に照射される。
【００４５】
そして、この試料１０に照射された近接場光３０が、試料１０の表面の例えば光学的特性、すなわち反射率、透過率によって変調される。この変調されたレーザ光は、戻り光として、対物レンズ１４に導入され、波長選択素子１３２のダイクロイックミラー、ハーフミラー８６、ミラー８８によって情報検出装置１９に導入され、これによって試料情報が検出される。
このとき、プローブ２１において、λ≫ｄの領域からの不要反射光もまた、上述した経路を辿って情報検出装置１９に向かうが、これは、共焦点レンズ９１による共焦点関係にないことから、その共焦点位置にあるアパーチャ９０によって遮断され、この不要反射光がカットされる。つまり、ノイズが改善される。
【００４６】
一方、このとき、カンチレバーの変位検出光学系１１０のレーザ光源１７０からのレーザ光１８０が第１の波長選択素子１３１のダイクロイックミラーによって反射され、第２の波長選択素子１３２を透過し、対物レンズ１４によってカンチレバー２２の反射膜２２Ｒで反射される。そして、この反射による戻り光が、上述した例えば２分割フォトダイオード、４分割フォトダイオード、ＰＤＳ等によるカンチレバー変位検出装置１９０に導入される。この戻り光は、カンチレバー２２の撓曲、すなわち変位に応じて、この変位検出装置への入射角の変化（すなわちスポット形状の変化、）あるいは位置が変化することから、この変位検出装置１９０における光電変換の各部の入射光量の変化が生じる。したがって、これらによる出力の演算によって、カンチレバー２２における撓みの検出ひいては原子間力を検出することができる。つまり、プローブ２１と、試料１０の表面との間隔を検出することができる。
【００４７】
この間隔を検出した信号が移動ステージの制御回路６１に導入され、移動ステージ６０のｚ軸方向の調整がなされ、常時、プローブ２１と、試料１０の表面とを微小間隙をもって一定に保持させることができる。すなわち、近接場光３０を、常時試料表面に一定条件で照射させることができる。
【００４８】
この実施形態例２のプローブ顕微鏡３０１の構成によれば、近接場光３０による微小スポットで、試料１０の観察を行なうことができる。そして、例えばプローブ２１からの不要の戻り光は、共焦点レンズ等による不要反射光排除手段８７によって排除することができることから、この不要反射光によるノイズの混入を効果的に排除することができ、高解像度、高精度の向上を図ることができる。
【００４９】
そして、この実施形態例２においても、カンチレバー変位検出光学系１１０、情報検出光学系１１、観察照明光学系１２を共通の対物レンズ１４によって構成したことから、カンチレバー２２に対する対物レンズ（集光レンズ）の間隔を充分小とすることができる。
したがって、この構成においても、図６で説明した従来構成における集光レンズとカンチレバー２２との距離が大となること、斜め照射によることのスポット径、スポット形状の問題を回避でき、カンチレバーに対するレーザスポットを微小にすることができる。
また、試料１０からの情報検出を近接場光３０として、微小スポットが得られるようにしたことから、解像度の向上がはかられ、試料上の微細情報の検出が可能となるものである。
【００５０】
そして、照明光２０としては、照明による観察に適した白色光を用い、カンチレバー２２の変位検出のための照明光としては、その変位検出に適したレーザ光１８を用いて、これら照明光２０およびレーザ光１８を共通の対物レンズ１４に導入するものであるが、波長選択素子１３１および１３２によって、試料の情報検出光の例えば緑のレーザ光とカンチレバーの変位検出の分離を行ったことから、それぞれの戻り光による信号検出を正確に行うことができるものである。
【００５１】
そして、上述の構成において、例えば情報検出装置１９として分光器を有する構成とするとか、あるいは情報検出部への戻り光の光路に分光器を配置することにより、近接場光顕微分光構成とし、試料１０の各種特性等の情報の検出を行うことができる。
なお、このように分光器を設ける構成とする場合、第２の波長選択素子１３２としては、必要に応じて上述したダイクロイックミラーと、例えば分光器で必要とする波長光を反射させて図示の例ではハーフミラー８６に向かわせて、分光器の配置部に向かわせる反射ミラー例えば赤外線ミラーとの組み合わせ構成とすることができる。
【００５２】
また、本発明によるプローブ顕微鏡は、試料１０の磁区の検出を行うことができるものであり、次に、この場合の実施の形態例を例示する。
【００５３】
［プローブ顕微鏡の第３の実施の形態例］
図３は、この実施の形態例によるプローブ顕微鏡３０２の模式的構成図である。
このプローブ顕微鏡３０２は、例えば試料１０上の微小磁区の検出を、カー効果によって検出することができる構成とした場合である。
このプローブ顕微鏡３０２には、上述したプローブ顕微鏡３０１と同様に、試料１０の試料情報を得る情報検出レーザ光照射がなされ情報検出光学系１１と、レーザ光の照射状態を観察する観察照明光学系１２と、カンチレバーの変位検出光学系１１０と、第１および第２の波長選択素子１３１および１３２とを有する。
そして、これら情報検出光学系１１と、変位検出光学系１１０と、観察照明光学系１２に関して共通の対物レンズ１４が設けられる。
【００５４】
また、この構成においても、情報検出光学系１１による情報読み出しがなされるレーザ光のファーフィールド光を、カンチレバー２２のプローブ２１先端にフォーカスさせ、この先端の光学的細孔２１ｈから発生させた近接場光３０を試料１０に照射することによって試料１０からの情報読み出しを行なうものである。このように、近接場光による微小な照射スポット径とする。
したがって、この第３の実施の形態例において、第２の実施の形態例との重複構成に関しては、図３において図２のプローブ顕微鏡３０１と対応する部分に同一符号を付して重複説明を省略し、このプローブ顕微鏡３０２の特徴的構成と動作について主として説明する。
【００５５】
この実施の形態例によるプローブ顕微鏡３０２は、不要反射光等の戻り光のいわば排除を、偏光面回転検出手段１９２によって構成した。この偏光面回転検出手段１９２は、１／４波長板１４３と、Ｇ−Ｔ（Glan-Thompson）アナライザ１４４とが配置された構成とし、これによって不要反射光の排除を行う構成とした場合である。
また、この場合レーザ光源１７からプローブ２１に向かうハーフミラー８６との間に１／４波長板１４１と、必要に応じて１／２波長板１４２とを配置した。
情報検出装置１９は、例えば光電子増倍管を用いることができる。
【００５６】
この構成においては、レーザ光源１７から発射した直線偏光もしくは１／２波長板１４２によって直線偏光とされたレーザ光が、１／４波長板１４１を通過することによって円偏光とされる。
そして、この円偏光のファーフィールド光は、プローブ顕微鏡３０１におけると同様にカンチレバー２２のプローブ２１の光学的細孔２１ｈにフォーカシングされ、この細孔２１ｈから、近接場光３０が得られ、これが試料１０に照射される。
この場合、対象となる試料１０は、少なくとも表面が磁性体より成り、例えば光磁気記録による磁化パターンすなわち磁区が形成されていて、この磁化の向きに応じてカー効果によって、偏光面が回転される。このように偏光面の回転として変調されたレーザ光は、戻り光として、対物レンズ１４、波長選択素子１３２、ハーフミラー８６、ミラー８８、１／４波長板１４３に導入され、直線偏光とされ、偏光角が調整されたＧ−Ｔ偏光板によるアナライザ１４４に導入される。
【００５７】
このとき、例えばプローブ２１の内周面等で反射して到来する不要のファーフィールド光の戻り光も、同様の光路をとって１／４波長板１４３に導入されるが、これら試料面からの戻り光の近接場光と、これによってプローブの内面で反射された不要のファーフィールド戻り光と、不要のファーフィールド光の戻り光は、１／４波長板１４３までの光路長が異なることから、この１／４波長板１４３によって直線偏光とされた両光の偏光面の角度が相違した状態でＧ−Ｔアナライザ１４４に導入される。
したがって、Ｇ−Ｔアナライザ１４４の偏光角を調整しておくことにより、試料面からの近接場光の戻り光のみを取り出すことができ、これを情報検出装置１９における例えば光増倍管によって検出することができる。
このようにして、１／４波長板とＧ−Ｔアナライザ１４４によって、例えばプローブ内面からの不要な戻り光の排除を行なうことができ、磁区検出がなされた光のみを情報検出装置１９に導入し、電気信号に変換した出力を取り出すことができる。すなわち、不要な戻り光によるノイズが効果的に排除された試料の磁気的情報の検出を行うことができる。
【００５８】
また、実施の形態例においても、カンチレバー変位検出光学系１１０、情報検出光学系１１、観察照明光学系１２を共通の対物レンズ１４によって構成したことから、前述の第２の実施の形態例と同様に、カンチレバーに対する変位検出のレーザスポットの微細化、これによるノイズの改善等が図られる。
【００５９】
また、照明光２０としては、照明による観察に適した白色光を用い、カンチレバー２２の変位検出のための照明光としては、その変位検出に適したレーザ光１８を用いて、これら照明光２０およびレーザ光１８を共通の対物レンズ１４に導入するものであるが、波長選択素子１３１および１３２によって、試料の情報検出光の例えば緑のレーザ光とカンチレバーの変位検出の分離を行ったことから、それぞれの戻り光による信号検出を正確に行うことができるものである。
【００６０】
［プローブ顕微鏡の第４の実施の形態例］
図４は、この実施の形態例によるプローブ顕微鏡３０３の模式的構成図である。
この実施の形態例においては、情報検出レーザ光１８として直線偏光レーザ光を用いた場合である。
そして、この場合、情報検出を行うための不要ファーフィールド反射光の排除を行なう不要反射光除去手段８７として、図２で説明したと同様の共焦点光学系１９１を用いた場合で、この場合、図３で説明したＧ−Ｔアナライザの前段に配置した１／４波長板１４３を省略することができる。
また、この例では、カンチレバー変位検出光学系１１０を外部に設けた構成とした。
そして、他の構成においては、例えば上述した第２実施の形態例もしくは第３の実施の形態例と同様の構成とすることができる。したがって、図４において、図２もしくは図３と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００６１】
次に、本発明によるプローブ顕微鏡型光記録再生装置の実施の形態例について説明する。
本発明によるプローブ顕微鏡型光記録再生ヘッド装置は、上述した本発明によるプローブ顕微鏡を、光記録媒体からの記録信号の読み出しを行なう光ピックアップとして用いた構成による。
図５は、このプローブ顕微鏡型光記録再生ヘッド装置２００の模式的構成図で、その本体２０１が、本発明によるプローブ顕微鏡によって構成される。そして、上述した本発明によるプローブ顕微鏡における試料１０に換えて例えば回転支持されたディスク型の光記録媒体２０２上の例えば凹凸ピットによる記録、相変化記録、光磁気記録を読み出す。
【００６２】
そして、近接場光３０を用いる各プローブ顕微鏡３０２，３０３においても、第２の実施の形態例プローブ顕微鏡３０１で説明したと同様に、試料の情報検出に分光器を用い、例えば第２の波長選択素子１３２としてダイクロイックミラーと共に、分光器に用いる波長の例えば赤外線反射ミラーを用いることによって、試料１０の物性等の解析を行なうことができる、近接場光ラマン顕微鏡構成によるプローブ顕微鏡を構成することができる。
【００６３】
［プローブ顕微鏡型光記録再生ヘッド装置の第１の実施の形態例］
図５において、その光記録再生ヘッド本体２０１が、上述したプローブ顕微鏡の第１の実施の形態例によるプローブ顕微鏡３００によって構成した場合である。この場合、例えばＣＤ（Compact Disc）等の光記録媒体２０２に対する光記録再生ヘッド装置として有益である。
【００６４】
［プローブ顕微鏡型光記録再生ヘッド装置の第２の実施の形態例］
図５において、その光記録再生ヘッド本体２０１が、上述したプローブ顕微鏡の第２の実施の形態例によるプローブ顕微鏡３０１によって構成した場合である。
【００６５】
［プローブ顕微鏡型光記録再生ヘッド装置の第３の実施の形態例］
図５において、その光記録再生ヘッド本体２０１が、上述したプローブ顕微鏡の第３の実施の形態例によるプローブ顕微鏡３０２によって構成した場合である。この場合、例えば光磁気記録媒体等の光記録媒体２０２に対する光記録再生ヘッド装置として有益である。
【００６６】
［プローブ顕微鏡型光記録再生ヘッド装置の第４の実施の形態例］
図５において、その光記録再生ヘッド本体２０１が、上述したプローブ顕微鏡の第４の実施の形態例によるプローブ顕微鏡３０３によって構成した場合である。この場合においても、光磁気記録媒体による光記録媒体２０２の光記録再生ヘッド装置とすることが有益である。
【００６７】
上述した本発明による光記録再生ヘッド装置２００は、その光ピックアップ本体２０１において、上述したプローブ顕微鏡３００，３０１，３０２および３０３で説明したと同様の効果、利点を奏するものである。
【００６８】
上述した本発明によるプローブ顕微鏡およびプローブ顕微鏡型光記録再生ヘッド装置においては、試料もしくは光記録媒体に対する少なくともプローブ位置の観察がなされる観察照明光学系と、試料もしくは光記録媒体から情報取り出す情報検出光学系とに対する対物レンズを共通の対物レンズ構成としたことによって構成の簡潔化が図られる。
また、このように、プローブ位置の観察および試料情報の取り出しを共通の対物レンズによって行う構成とし、これらプローブ位置の検出および試料情報の検出を、相互に少なくとも近軸位置で行うことができることから、正確に試料情報もしくは光記録媒体の記録情報を取り出すことができるものである。
また、プローブ位置の検出および試料情報の検出を、対物レンズの近軸光とすることができることから、光学的に、ひずみ、収差の小さい検出を行うことができる。したがって、高感度、高解像度化が図られる。
【００６９】
また、カンチレバーによって近接場光を得る構成とした本発明によるプローブ顕微鏡および光記録再生ヘッド装置にあっては、近接場光をカンチレバーのプローブから得て、このカンチレバーによって位置検出を行うことから、正確に近接場光を試料に照射する構成とされるものであり、同時に、その試料もしくは光記録媒体に対する少なくともプローブ位置の観察がなされる観察照明光学系と、情報検出光学系とに対する対物レンズを共通の対物レンズ構成としたにことによって構成の簡潔化が図られる。
そして、このように、プローブ位置の観察および試料情報の取り出しを共通の対物レンズによって行うにも拘わらず、波長選択素子を光路に設けたことによって観察情報の取り出しにおいて照明光によって、情報取り出しが阻害されることがなく、また、照明光によってプローブ位置検出等が阻害されることがないものであり、それぞれの機能が確実になされた構成とされるものである。
【００７０】
上述したプローブ顕微鏡およびプローブ顕微鏡型光記録再生ヘッドにおいては、波長選択素子１３，１３１，１３２としてダイクロイックミラーを用いた場合であるが、他の素子例えば所要の波長をカットするカットフィルタ等を用いることができる。
そのほか、例えば図４で説明した第４の実施の形態例における情報光学検出系１１において、不要反射光排除手段８７としての共焦点光学系１９１、偏光面回転検出手段１９２による構成を、例えば第３の実施の形態例において適用するなど、また、カンチレバーの形状、構成、また、光路構成を使用態様に応じて変更させ得ることはいうまでもないところである。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明によるプローブ顕微鏡の一例の模式的構成図である。
【図２】本発明によるプローブ顕微鏡の一例の模式的構成図である。
【図３】本発明によるプローブ顕微鏡の一例の模式的構成図である。
【図４】本発明によるプローブ顕微鏡の一例の模式的構成図である。
【図５】本発明によるプローブ顕微鏡型光記録再生ヘッドの説明図である。
【図６】従来の原子間力顕微鏡の一部の概略構成図である。
【符号の説明】
【００７２】
１０……試料、１１……情報検出光学系、１２……観察照明光学系、１３……波長選択素子、１４……対物レンズ、１５……照明光源と、１６……観察装置、１７……レーザ光源、１８……レーザ光、１９……情報検出装置、２０……照明光、２１……プローブ、２２……カンチレバー、２２Ｒ……反射膜、３０……近接場光、４１……共焦点光学系、４２……円偏光検出光学系、４３……直線偏光検出光学系、５１……情報検出光学系、５２……変位検出装置、６０……移動ステージ、８０，８６……ハーフミラー、８１，８８……ミラー、８２，８５，１８０……光学レンズ、８３……撮像装置、８４……モニター、８７……不要反射光排除手段、９０……アパーチャ、９１……共焦点光学レンズ、１１０……カンチレバー変位検出光学系、１３１……第１の波長選択素子、１３２……第２の波長選択素子、１４１，１４３……１／４波長板、１４２……１／２波長板、１４４……Ｇ−Ｔアナライザ、１９１……共焦点光学系、１９２……偏光面回転検出手段、２００……光記録再生ヘッド装置、２０１……光記録再生ヘッド本体、２０２……光記録媒体、３００，３０１，３０２，３０３……プローブ顕微鏡
【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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