(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスファイバを用いた近接場光学顕微鏡用プローブにおいて、
前記ガラスファイバのクラッド層外面側に隣接し、該クラッド層の屈折率とほぼ同じ屈折率を有する散乱層を備え、
前記散乱層は前記ガラスファイバの少なくとも入射光導入側端部に形成され、入射光が該散乱層の形成された入射光導入側端部から該ガラスファイバ内に入れられ、該ガラスファイバ内を経由してその試料側端部まで導光した入射光をエバネッセント光の場として試料に照射することを特徴とする近接場光学顕微鏡用プローブ。
【請求項２】
請求項１記載のプローブにおいて、
前記散乱層は、前記ガラスファイバの入射光導入側端部に形成され、イルミネーション−コレクションモードで用いられることを特徴とする近接場光学顕微鏡用プローブ。
【請求項３】
ガラスファイバを用いた近接場光学顕微鏡用プローブにおいて、
前記ガラスファイバのクラッド層外面側に隣接し、該クラッド層の屈折率とほぼ同じ屈折率を有する散乱層を備え、
前記散乱層は、前記ガラスファイバの入射光導入側端部に形成され、コレクションモードで用いられることを特徴とする近接場光学顕微鏡用プローブ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のプローブにおいて、
前記散乱層は、前記ガラスファイバの全長に渡り形成されていることを特徴とする近接場光学顕微鏡用プローブ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のプローブにおいて、
前記散乱層の外側に細管状保護層を備えたことを特徴とする近接場光学顕微鏡用プローブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は近接場光学顕微鏡用プローブ、特にバックグラウンドの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近接場光学顕微鏡は、光の回折限界を越えた極微小領域における観察が可能な光学顕微鏡として様々な分野で使用されている。
図１には近接場光学顕微鏡の概略が示されている。この近接場光学顕微鏡１０において、光源１２からの入射光１４は、ガラスファイバ１６の先端部１８を先鋭状に加工して作製したプローブへ導光される。このとき先端部１８に形成された先鋭状部位の突端に設けられた、光波長以下の口径の微小開口から、エバネッセント光と呼ばれる表面波２０が、該開口近傍にしみだした状態で発生する。この表面波２０は先端部１８付近の表面から光波長以内の距離の領域に局在している。
【０００３】
測定対象の微小試料は、あらかじめ平坦な基板２２の上に配置されている。そして、プローブ先端部と試料表面を徐々に近づけてゆき、プローブ先端部表面に生じているエバネッセント光２０の場と試料表面が接触すると、エバネッセント光２０は散乱する。その散乱光２４の一部はプローブ先端部に形成された前記微小開口からプローブ内に進入し、ファイバ内を通過した後ビームスプリッタ２６を経由して分光器或いはフィルタ２８を通過し、検出器３０に導光されて検出され、コンピュータ３６でデータ処理される。
【０００４】
そして、ステージコントローラ３４によりステージ３２を移動し、検出器３０で検出される散乱光２４の強度が一定となるようにプローブ先端部と試料表面間の上下方向の距離を制御しつつ、試料の被測定面を走査することで試料表面の凹凸情報を把握し、一方でエバネッセント光２０により励起された試料の蛍光スペクトルや、ラマンスペクトル等を測定することで、試料中の微小部位における成分解析が行われる。
【０００５】
近接場光学顕微鏡には幾つかの測定モードがあるが、以上説明したような、プローブ内を経由して先端部まで導光した入射光をエバネッセント光の場として試料に照射し（イルミネーション）、試料の情報を有する散乱光を再び該先端部の微小開口からプローブ内を導光して検出する（コレクション）測定モードはイルミネーション−コレクションモードと呼ばれ、分解能等に優れた代表的な測定モードの一つである。
【０００６】
この他の測定モードとして、プローブ内を経由して先端部まで導光した入射光をエバネッセント光の場として試料に照射し、散乱光をレンズ等を介して検出器へ導き検出するイルミネーションモードによる測定も行われている。
【０００７】
また、基板２２に対してその下側から全反射条件で光照射を行う等の方法であらかじめ試料の被測定面にエバネッセント光の場を形成し、プローブ先端部をそこに接触させることで生じた試料の情報を有する散乱光をプローブ先端部に形成された微小開口からプローブ内へ導光して検出するコレクションモードによる測定も行われている。
【０００８】
この近接場光学顕微鏡用プローブの材料としては、汎用の市販ガラスファイバを使用するのが一般的であり、その先端部を加工したものが用いられている。ファイバ先端部は、例えば先鋭形状にエッチングした後、該先鋭部位を金属等で被覆して遮光性マスクを形成し、さらに該先鋭部位の突端のみ被覆を取り除き微小光学開口を設ける等の方法で加工される。
【０００９】
そして、市販のガラスファイバは、ファイバの曲げ等に対する強度を補強するために、例えばＵＶ硬化型樹脂やナイロン等で保護被覆がなされた形で供給されている。すなわち、図２に示すファイバの軸方向断面図に示したように、ガラスファイバ４０のクラッド層４４外面側に隣接して、保護被覆４６がなされている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
近接場光学顕微鏡では、バックグラウンドを改善することが一つの課題であった。すなわち、例えば図３に示したイルミネーション−コレクションモードでのバックグラウンド測定に現れているような、測定波長に依存した大きなバックグラウンドが存在する場合がある。そして試料を配置して測定したスペクトルから、この大きなバックグラウンドを差し引いて真のスペクトルを得なければならず、良好な精度を得るという点で障害となっていた。
【００１１】
このバックグラウンドの主要因としては、クラッド層を通り検出器に導入される、クラッド光成分の寄与が考えられる。すなわち、コア層から漏れた入射光により保護被覆やクラッド層で生じた蛍光などの発光や、或いはクラッド層へ混入した外部光が、クラッド層内に残留したまま検出器へ到達し、これらがバックグラウンド成分として検出されると考えられる。クラッド層を通ってきた光成分とコア層を通ってきた光成分は検出器に導入される前に分離することができないので、バックグラウンド成分は信号成分と共に検出器に導入され、検出されてしまう。
【００１２】
特に、入射光として紫外線を使用して試料を励起し、可視光領域の蛍光を検出するような場合、コア層から漏れた紫外光により前記保護被覆層やクラッド層も可視光領域の蛍光を発するので、これがバックグラウンドに大きく寄与していると考えられる。
【００１３】
光通信の分野では、例えばシングルモードファイバにおいて、シングルモード以外のノイズ源となるクラッド光等を除去する方法として、小さい曲率でファイバを曲げ、シングルモード以外の成分を散乱、除去する方法や、或いは数ｋｍ程度の長いファイバを伝送させ、伝送効率の悪い他成分を除去する方法がある。
しかしながら、これらの方法を近接場光学顕微鏡用プローブに適用することは困難であり、さらに前述したバックグラウンドの要因に対して解決策を与えるものではない。
【００１４】
また、ガラスファイバを近接場光学顕微鏡用プローブとして使用する場合には、図２の市販ファイバのように被覆を施して強度を付与することが必ずしも必要ではないため、例えばファイバを有機溶剤に浸漬してＵＶ硬化型樹脂やナイロン等の保護被覆層４６を剥ぐことで、コア層から漏れた入射光などによる保護被覆層４６の発光に起因するバックグラウンドを低減することができる。
しかしながら、この方法ではクラッド層に起因する発光や、クラッド層に混入した迷光に基づくバックグラウンドを低減することができない。
【００１５】
本発明は前記従来技術に鑑みなされたものであり、その目的はバックグラウンドを低減した近接場光学顕微鏡用プローブを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明の近接場光学顕微鏡用プローブは、ガラスファイバを用いた近接場光学顕微鏡用プローブにおいて、
ガラスファイバのクラッド層外面側に隣接し、該クラッド層の屈折率とほぼ同じ屈折率を有する散乱層を備え、
前記散乱層は前記ガラスファイバの少なくとも入射光導入側端部に形成され、入射光が該散乱層の形成された入射光導入側端部から該ガラスファイバ内に入れられ、該ガラスファイバ内を経由してその試料側端部まで導光した入射光をエバネッセント光の場として試料に照射することを特徴とする。
【００１７】
また、前記プローブをイルミネーション−コレクションモードで用いる場合、前記散乱層は、前記ガラスファイバの入射光導入側端部に形成されることが好適である。
また、前記プローブをコレクションモードで用いる場合、前記散乱層は、前記ガラスファイバの入射光導入側端部に形成されることが好適である。
また、前記プローブにおいて、前記散乱層は、前記ガラスファイバの全長に渡り形成されていることも好適である。
また、前記プローブにおいて、前記散乱層の外側に細管状保護層を備えることが好適である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図４には、本発明の１実施形態にかかるプローブの軸方向断面図が示されている。同図に示すプローブ１４０は、コア層１４２及びクラッド層１４４からなるガラスファイバ１４６と、クラッド層１４４外面側に隣接する散乱層１５０から構成されている。
なお、散乱層１５０はクラッド層１４４とほぼ同じ屈折率を有している。
【００１９】
本発明ではこのように散乱層１５０を設けたことで、従来に比してバックグラウンドが顕著に低減される。この効果は次の理由により得られるものと考えられる。すなわち、クラッド層１４４の屈折率ｎ１と、散乱層の屈折率ｎ２をほぼ同じにすることとしたので、コアから漏れた入射光により前述した保護被覆層やクラッド層で生じた発光や、或いはクラッド層へ混入した外部光によるバックグラウンド成分１６０は、クラッド層１４４と散乱層１５０の界面で反射せずに屈折して散乱層１５０側へ出て行きやすくなる。
【００２０】
これに対し、例えば従来のように市販のファイバを用いた場合では、保護被覆層の屈折率（約１．４）がファイバのクラッド層の屈折率（約１．５）と比べて小さく、クラッド層と保護被覆層との界面では反射が起こりやすい。したがって、バックグラウンド成分は、クラッド層と保護被覆層との界面及び、クラッド層とコア層との界面で反射を繰り返し、クラッド層内に残留しながら伝播して検出器に達するものと考えられる。
【００２１】
ここで、クラッド層１４４の屈折率ｎ１と、散乱層１５０の屈折率ｎ２は、場合によるがｎ１／ｎ２が概ね０．９〜１．１、より好ましくは０．９５〜１．０５の範囲であれば、従来に比してバックグラウンド低減効果が発揮され、特に散乱層の屈折率ｎ２がクラッド層の屈折率ｎ１より高いことがクラッド光の屈折角などの点で好ましい。
【００２２】
また、散乱層１５０の構成としては、例えば光学用接着剤などの樹脂（発光成分を含まないものが好ましい）、プラスチック、ガラス、水ガラス、グリセリン、石英、シリコン、ＺｎＳｅ、ダイヤモンド等に例示される、可塑性の固体或いは粘性の高い液体をクラッド層表面に付着させる態様が挙げられる。固体の場合は、常温で可塑性がないものでも高温時に可塑性を示すものであれば、加熱して流動性が上がった状態でクラッド層表面に付着させ、冷却することで散乱層を形成できる。
【００２３】
その他、場合によってはＡｒガス等の気体をクラッド層表面にさらすことで散乱層としてもよい。この場合、例えば図１の試料室３８に散乱層用の気体を充填、或いはフローで供給するか、或いはあらかじめクラッド層外側にガス密封層を設けることで気体散乱層を形成することができる。
また、液体を散乱層として該液体中にガラスファイバを浸漬することでクラッド層表面に隣接させてもよい。
【００２４】
散乱層は、ガラスファイバの断面円周上が隙間なく被覆される態様が最も好ましいが、特に限定はされない。
【００２５】
また、石英以外の添加成分などによりクラッド層の組成を調整することで、クラッド層の屈折率を下げて、散乱層との屈折率の調整をはかることも可能である。
次に、本発明のプローブを、近接場光学顕微鏡の各測定モードに使用した場合の態様を例示する。
【００２６】
イルミネーション−コレクションモードまたはコレクションモード
図５には、本発明のプローブをイルミネーション−コレクションモードまたはコレクションモードに用いた場合の概略図が示されている。同図（Ａ）に示すように、本発明の必須要件である散乱層１５０は、ガラスファイバの入射光導入側端部１７０に形成されている。
【００２７】
この場合、同図（Ｂ）に示すように、ガラスファイバの試料側端部から蓄積された、バックグラウンド要因のクラッド光１６０は、端部１７０において形成された散乱層１５０側に出て行き、クラッド光を減じた後に検出器へ導入されるので、バックグラウンドが大幅に低減される。
このように、例えば市販のガラスファイバの保護被覆層を端部のみ剥いだ後、そこに散乱層を形成するような、比較的簡易な作業でバックグラウンド低減が達成される。
【００２８】
イルミネーションモード
図６には、本発明のプローブをイルミネーションモードに用いた場合の概略図が示されている。同図（Ａ）に示すように、本発明の必須要件である散乱層１５０は、ガラスファイバの試料側端部１７２に形成されている。
【００２９】
この場合、同図（Ｂ）に示すように、ガラスファイバの入射光導入側端部１７０から蓄積された、バックグラウンド要因のクラッド光１６０は、端部１７２において形成された散乱層１５０側に出て行き、クラッド光を減じた後にプローブ先端部からの照射がなされることとなり、バックグラウンドが大幅に低減される。
【００３０】
この場合、散乱層１５０の設置場所としては、例えばプローブ先端部−試料表面間の距離把握をプローブ振動の周波数測定により行う場合には加振器接続部の前後いずれ側でも構わず、適宜選択される。
【００３１】
以上の他、散乱層をガラスファイバの全長に渡り形成する態様としてもよい。また、プローブの曲げに対する強度を補強する必要がある場合には、図７に示したような細管状の保護層１８０を散乱層１５０の外側に備えることが好適である。該保護層１８０としては、例えば金属細管、樹脂細管等が用いられる。
【００３２】
【実施例】
本発明のプローブ及び従来のプローブを用い、イルミネーション−コレクションモードでバックグラウンドを測定した。なお、本発明のプローブとして、ガラスファイバの入射光導入側端部の５ｍｍの部分において、ガラスファイバのクラッド層（屈折率１．５）外面側にグリセリン（屈折率１．５２）を散乱層として隣接形成させたプローブを、また比較例としてガラスファイバのクラッド層外面側にＵＶ硬化樹脂（屈折率１．４）が保護被覆層として隣接している市販のプローブをそれぞれ近接場光学顕微鏡に取り付けて測定した。その結果を図８Ａ、Ｂに示す。
【００３３】
図８Ａ、Ｂより明らかなように、本発明のプローブを用いた場合には、バックグラウンドが顕著に低減されていることがわかる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の近接場光学顕微鏡用プローブによれば、ガラスファイバのクラッド層外面側に隣接して該クラッド層の屈折率とほぼ同じ屈折率を有する散乱層を備えることとしたので、バックグラウンドが顕著に低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】近接場光学顕微鏡の概略説明図である。
【図２】市販のガラスファイバの軸方向断面図である。
【図３】従来のプローブを用いてイルミネーション−コレクションモードで測定したバックグラウンドである。
【図４】本発明のプローブの概略説明図である。
【図５】本発明のプローブの１実施態様にかかる概略説明図である。
【図６】本発明のプローブの１実施態様にかかる概略説明図である。
【図７】細管状保護層を備えた本発明のプローブの概略説明図である。
【図８】本発明及び従来のプローブを用いて測定したバックグラウンドである。
【符号の説明】
１０：近接場光学顕微鏡、１２：光源、１４：入射光、１６：ガラスファイバ、１８：先端部、２０：エバネッセント光、２２：基板、２４：散乱光、２６：ビームスプリッタ、２８：分光器或いはフィルタ、３０：検出器、３２：ステージ、３４：ステージコントローラ、３６：コンピュータ、３８：試料室、４０：ガラスファイバ、４４：クラッド層、４６：保護被覆層、１４０：プローブ、１４２：コア層、１４４：クラッド層、１４６：ガラスファイバ、１５０：散乱層、１６０：クラッド光、１７０：入射光導入側端部、１７２：試料側端部、１８０：細管状保護層
【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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