(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物表面と光触針を近接させることによりエバネッセント光を散乱させ、その散乱光より被測定物の情報を得る近接場光学装置における光触針の保持方法であって、
前記近接場光学装置には、前記光触針が該装置より取り外し可能なホルダを介して取付けられ、
前記近接場光学装置に該光触針を固定する際には、前記ホルダを装置から取り外し、
光触針突き当て面、ホルダ配置面、及び、ホルダ配置面上で前記ホルダを所定位置に固定するための印、突起又は窪みを有する突き当て冶具に該ホルダを配置し、該光触針を該光触針突き当て面に接するところで該ホルダに固定することで、該光触針の共振周波数を所望値として該装置に取付けることを特徴とする光触針の保持方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、二つのホルダを光触針上に配置し、
光触針を近接場光学装置に取付ける際には、ホルダより飛び出した光触針先端部の共振周波数を検出器で測定しながら一のホルダを光触針上でスライドさせ、所望の共振周波数となった位置で光触針を該ホルダへ貼り付けることで光触針の共振周波数を制御することを特徴とする光触針の保持方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光触針の保持方法、特に光触針の共振周波数の一定化を行う方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光の波長より小さい空間分解能を持ち、分光分析測定もできる近接場光学装置が開発され、その応用が期待されている。この近接場光学装置は、微小開口を有する光触針から取り出されたエバネッセント光を試料に照射し、試料による散乱光や発光を集光し、検出するものと、試料に直接励起光を照射し、試料表面に形成されるエバネッセント光に光触針を進入させることでエバネッセント光を散乱させ、試料からの散乱光や発光を集光し、検出するものなどがある。
このようなエバネッセント光は、励起された対象物から数十ｎｍ程度の領域に分布している。このため、光触針と試料との間の距離はこの光の波長以下の極微小な距離内で制御しなければならない。
【０００３】
光触針と試料との間の距離調整にはシアフォースフィードバックといわれる方式を用いるのが一般的である。シアフォースフィードバックにおいては、光触針を微小振動させながら試料に近づけて行く。その光触針−試料間の距離がエバネッセント光の分布する極微小距離内に近づくと、光触針−試料間においてシアフォースと呼ばれる力が働き、光触針の微小振動が制振される。この制振の割合から光触針−試料間の距離を知り、さらに制振の割合が一定になるように制御することで光触針−試料間の距離を一定に保つものである。そして、光触針の振幅を検出するために、プローブ（光触針）光と呼ばれるスポットレーザーなどを光触針に照射し、光触針からの変調された反射光を検出し、その検出された光から光触針の振動の振幅変化を検出している。
【０００４】
このように光触針−試料間の距離制御のためには、光触針を微小振動させ、その振幅の変化から光触針−試料間の距離を知るので、光触針が安定して振動する光触針の共振周波数で振動させる必要性がある。
また制御される距離が極微小距離のため、その検出される振幅が正確なものであることが求められる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近接場光学装置に設置される光触針は、自由振動が可能な先端部の長さ・太さがまちまちであるために光触針によってその共振周波数もまちまちである。さらに光触針は消耗品であるため、測定毎に交換する必要がある。このため装置に光触針共振周波数を測定する測定装置を組み込むか、別途用意する必要があり、光触針を交換する毎に共振周波数を測定しなければならなかった。
更に光触針を振動させるのは、加振器であり、加振器が光触針を安定に一定周波数で振動させるためには、加振周波数を光触針の共振周波数と同じにそろえなければならないが、この作業は大変煩雑なものであった。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑み為されたものであり、その目的は、光触針の共振周波数を制御しながらホルダに貼り付けることで共振周波数をそろえた光触針を提供することにある。
更に光触針の共振周波数をそろえることで加振器の加振周波数を光触針交換毎に変える必要性を無くし、光触針交換にかかる作業の煩雑さを除くことにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明にかかる光触針の保持方法は、被測定物表面と光触針を近接させることによりエバネッセント光を散乱させ、その散乱光より被測定物の情報を得る近接場光学装置における光触針の保持方法であって、前記近接場光学装置には、前記光触針が該装置より取り外し可能なホルダを介して取付けられ、前記ホルダに該光触針を固定する際には、前記ホルダからの光触針先端の飛び出し量を制御して該光触針を該ホルダに固定することで、該光触針の共振周波数を所望値として該装置に取付けることを特徴とする。
【０００８】
また、光触針を近接場光学装置に取付ける際には、ホルダより飛び出した光触針先端部の共振周波数を検出器で測定しながら、光触針をホルダへ貼り付けることで光触針の共振周波数を制御することが好適である。
【０００９】
【発明の実施形態】
以下、図面に基づき、本発明の一実施形態について説明する。
なお、本発明は光触針先端部にエバネッセント光を発生させ、光触針を試料に近づけることによりエバネッセント光を散乱し、試料の情報を得るタイプ、試料に励起光を照射し、試料表面に発生したエバネッセント光を光触針で散乱し、その散乱光の集光を行うタイプ、光触針でエバネッセント光の散乱のみを行うタイプ、若しくは、それら複数の役目を担うタイプ、何れのタイプの光触針を備える近接場光学装置であっても適用することができる。そこで本実施形態の説明においては光触針先端部にエバネッセント光を発生させ、光触針を試料に近づけることによりエバネッセント光を散乱し、試料の情報を得るタイプの近接場光学装置で代表して行う。
【００１０】
図１は近接場光学装置の概要説明図である。同図における近接場光学装置２は光源１２よりレーザーなどの励起光を照射し光触針１４の内部に導入される。光触針１４内部に導入された励起光は光触針１４先端部の先鋭化された部分を被覆する金属に照射される。励起光が照射された金属表面は光の波長より小さな微小開口が開けられており、開口近傍にエバネッセント光が発生する。そして光触針１４を被測定試料１６に近づけることによりエバネッセント光を散乱させ、或いはエバネッセント光により被測定試料１６を発光させ、この散乱光や発光などの被測定光を対物レンズ１８によって集光し、集光された光を、光学処理装置２０や検出器２２に導入することで試料の情報を検出するものである。
【００１１】
測定に際して、光触針１４は装置に備えられた加振器（図示せず）にホルダを介して接続されており、光触針１４の共振周波数で振動している。光触針１４先端に発生したエバネッセント光の場の中に被測定試料１６が入るほど近づくと、光触針−試料間でシアフォースが働き、光触針１４の振動が制振される。この制振の割合から光触針−試料間距離を割り出し光触針−試料間制御をするのが光触針−試料間位置制御機構２４である。
【００１２】
図２は装置に備えられた加振器と光触針の取付状態を示す説明図である。
同図において（ａ）図は光触針１４をホルダ２６を介して加振器２８に取付けた状態を横から見た図、（ｂ）図は光触針１４をホルダ２６を介して加振器２８に取付けた状態を正面から見た図である。図のように光触針１４はホルダ２６上に貼り付け固定されており、ホルダ２６を加振器２８に固定することにより加振器２８の振動を光触針１４に伝え、振動させるものである。ホルダ２６を加振器２８に固定する際には、同図においてはビス３０を使用しているが、固定方法はこれに限るものではなく、接着剤などを用いても良い。但し光触針交換の際スムーズにホルダを取り外せることが必要となる。
【００１３】
この図のような状態に取付けられた光触針が振動する際の周波数は、ホルダからの飛び出し量に大きく依存している。このホルダからの光触針の飛び出し量を制御することにより光触針の共振周波数の一定化を図ることが本発明の目的である。
【００１４】
図３は、突き当て冶具を用いて光触針をホルダに貼り付ける説明図である。
同図（ａ）において、ホルダ３２に貼り付ける光触針３４は、被測定物表面に形成されたエバネッセント光を散乱させるもの、或いは被測定物からの被測定光を集光するもの、または先端からエバネッセント光を照射するもののいずれであっても良いし、或いはそれら複数を兼ねるものであっても良い。
【００１５】
突き当て冶具３６は、予め定められた所定の場所にホルダ３２を配置できるようになっており、ホルダ貼り付け作業の度に、ホルダの配置場所を計測する必要性を省いている。その上に光触針３４の先端部分を突き当て冶具の垂直壁部分に当て、やはりホルダ３２、同様突き当て冶具３６上の予め定められた所定の場所に沿って、光触針を配置する。
このようにしてホルダ３２に貼り付けられた光触針３４は、ホルダ３２からの飛び出し量が一定にそろえられ、それにより共振周波数もそろえることが可能となる。
【００１６】
なお、突き当て冶具上にホルダを配置する場所を定める方法としては、図３（ａ）のように線やその他の二次元的手段により印を付けておく方法、（ｂ）のように突起を作り、この突起にホルダを接触させることによる方法、（ｃ）のようにホルダの大きさに合わせた窪みにホルダをはめ込む方法など、ホルダから垂直壁までの距離を一定にそろえられる方法であれば、どのような手段であっても良い。
【００１７】
図４には、さらに別の実施形態を記す。
同図におけるホルダの貼り付けは、直接光触針の共振周波数を測定しながらその周波数がそろうようにホルダを貼り付けるものである。
まずは図４の（ａ）にあるように光触針３８の先端を基準にして光触針３８の適当位置に第一ホルダ４０を貼り付ける。そして図４の（ｂ）の様に、第一ホルダ４０の隣に第二ホルダ４２を配置し、加振器によって光触針３８を振動させ、検出器４４で共振周波数を測定する。ここで用いられる共振周波数を検出する検出器４４は、周波数が測定できるものであればどのような検出器であってもかまわない。その後、図４の（ｃ）にあるように、光触針３８を加振器によって振動させたまま、第二ホルダ４２を共振周波数が所定のものとなるまで光触針３８の先端方向に向かってスライドさせて行く。そして所望の共振周波数となったところで、光触針３８への加振、及び共振周波数の検出を止め、図４の（ｄ）様に第二ホルダ４２を光触針に貼り付ける。
【００１８】
このように、この方法では共振周波数を直接測定しながらホルダを取付けるので、より正確な共振周波数で一律にそろった光触針を提供することができる。
ここで示された突き当て冶具を使用する方法、並びに共振周波数を直接測定する方法のどちらの方法も、共振周波数をそろえる行程を行うのは、光触針の先鋭化エッチングが行われる前、行われた後、また可能であるならばエッチングが行われている途中のいずれの時であっても良く、光触針を製造する一連の行程の中に効率よく取り込んで行けばよい。
【００１９】
光触針の先鋭化エッチングとは、薬品等を用いて光触針である光ファイバーの一端を、先鋭角２０度から２５度、先端曲率半径が５ｎｍから１０ｎｍ程度に先鋭化する過程のことを言う。
しかし、この先鋭化エッチングにより光触針先端部の先鋭化された部分はその直径が大きくても十数ｎｍ程度であるため、前述した実施形態ならば、突き当て冶具に光触針先端を突き当てて行う方法では、エッチング後では先端を破損するおそれがあるために、エッチングを行う前に行うのが好適である。
また、共振周波数を直接測定しながら周波数の一定化を行う方法ならば、エッチングにより微妙な共振周波数からのずれが発生することを考慮してエッチングを行った後に行うのが好適である。
【００２０】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の方法を用いれば共振周波数のそろえられた光触針を供給することができるので測定の度に煩雑な作業を必要とせず、また装置に光触針の共振周波数を測定する検知器、或いは、装置と別途に光触針の共振周波数を測定する検知器を用意する必要性もないので、結果的にコストも抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】近接場光学装置の概要説明図である。
【図２】加振器と光触針の取付状態を示す説明図である。
【図３】突き当て冶具を用いて光触針の共振周波数をそろえる方法の説明図
【図４】共振周波数を測定しながらホルダを貼り付ける方法の説明図
【符号の説明】
２：近接場光学装置
１２：光源
１４：光触針
１６：被測定試料
１８：対物レンズ
２０：光学処理装置
２２：検出器
２４：光触針−試料間位置制御機構
２６：ホルダ
２８：加振器
３０：ビス
３２：ホルダ
３４：光触針
３６：突き当て冶具
３８：光触針
４０：第一ホルダ
４２：第二ホルダ
４４：検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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