JP4929106B2 - 近接場ファイバープローブ、及び近接場光学顕微鏡 - Google Patents

Description

本発明は近接場ファイバープローブ及び近接場光学顕微鏡、特にそのプローブ機構の改良に関する。

一般的な顕微鏡は、試料に対し非接触、非破壊で微細極小部位の観察が行える。さらに、分光分析器等を接続することにより、観察対象の形状、構造のみでなく、その成分等まで分析を行うことも可能であり、各種の分野で応用が行なわれている。
しかしながら、一般的な光学顕微鏡は、光の波長より小さなものは、観察することができず、その分解能には限界がある。
一方、電子顕微鏡等では、分解能は大きく向上させることができるものの、大気中、あるいは溶液中での動作は極めて困難であり、電子顕微鏡等の高分解能顕微鏡は、特に生体試料を扱う分野では、必ずしも満足のゆくものではなかった。

これに対し、近年、一般的な光学顕微鏡、あるいは電子顕微鏡等とは異なる原理に基づく、近接場光学顕微鏡が開発され、その応用が期待されている。
近接場光学顕微鏡は、光ファイバーの先端を先鋭化し、該光ファイバー先端に微小開口部を持つ近接場ファイバープローブを近接場光発生のため、あるいは試料からの近接場光集光のために用いている（例えば、特許文献１参照）。

例えば近接場光学顕微鏡では、近接場ファイバープローブ端面から近接場ファイバープローブ内部に光を入れると、波長以下の光スポット（近接場光）を近接場ファイバープローブ先端に発生する。近接場ファイバープローブ先端に発生した近接場光を試料に当てて、近接場光と試料との相互作用の結果の光信号を近接場ファイバープローブにより集光する。近接場ファイバープローブにより集光された光信号を分光検出することにより、光の波長以下の高い空間分解能にて、試料のスペクトル情報を得ることができる。
また、近接場光学顕微鏡では、近接場ファイバープローブ先端と試料表面間の距離が一定となるように試料ステージを制御しており、その制御量から試料表面の凹凸情報を得ることができる。
特開２００１−１９４２８７号公報

しかしながら、前記近接場光学顕微鏡にあっても、試料からの光信号を観測することができないことがあったものの、従来は、これを解決することのできる適切な技術が存在しなかった。
また、従来は、試料からの光信号を観測することができない原因も不明であった。
したがって、この種の分野では、試料等に対する汎用性の向上が強く望まれていたが、従来は、試料からの光信号を観測することができない原因も不明であったため、汎用性の向上を図ることのできる適切な技術も存在しなかった。
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、汎用性の向上を図ることのできる近接場ファイバープローブ及び近接場光学顕微鏡を提供することにある。

本発明者らが前記課題について鋭意検討を重ねた結果、近接場ファイバープローブの長さをショート化することによりはじめて、従来、不明であった、試料からの光信号を観測することができなかった原因が、試料が近接場光に応答していないのでなく、試料は近接場光に応答しているが、試料からの光信号が光ファイバー自身のバックグラウンド信号に埋もれていたことにあることを突き止めた。
このような発見の結果、本発明者らは、従来、観測が困難であった試料からの光信号を観測するためには、光ファイバーの長さを短くすることにより、光ファイバーからのバックグラウンド信号の発生そのものを減らすことが極めて有効であるとの発見に至り、本発明を完成するに至った。

すなわち、前記目的を達成するために本発明にかかる近接場ファイバープローブは、試料を近接場測定する際に用いられる近接場ファイバープローブにおいて、光ファイバーの長さをショート化したショートプローブを用いることを特徴とする。
なお、本発明において、前記ショートプローブの長さは７ｍｍ以下が好ましい。

また、前記目的を達成するために本発明にかかる近接場光学顕微鏡は、近接場ファイバープローブ先端に発生した近接場光と試料表面との相互作用の結果の光信号を検出する近接場光学顕微鏡において、光出射手段と、近接場ファイバープローブと、対物レンズと、ホルダと、分光検出手段と、距離制御手段と、を備えることを特徴とする。
ここで、前記光出射手段は、前記近接場ファイバープローブ先端に近接場光を発生するための励起光を出射する。
また、前記近接場ファイバープローブは、光ファイバーの長さをショート化したショートプローブを用いたものとする。
前記対物レンズは、前記光出射手段からの励起光を前記近接場ファイバープローブ端面に集光し、該近接場ファイバープローブ内に入れるためのものとする。
前記ホルダは、前記対物レンズと試料間の光路に前記近接場ファイバープローブが配置されるように、該近接場ファイバープローブの側部を保持する。
前記分光検出手段は、前記近接場ファイバープローブ先端に発生した近接場光と試料表面との相互作用の結果の光信号を分光検出する。
前記距離制御手段は、前記試料表面と近接場ファイバープローブ先端間の距離が一定となるように、前記試料表面と近接場ファイバープローブ先端間の距離を制御する。

なお、本発明においては、加振手段と、シアフォース検出手段と、を備えることが好適である。
ここで、前記加振手段は、前記近接場ファイバープローブ側部に設けられ、該近接場ファイバープローブを該近接場ファイバープローブの共振周波数で加振する。
また、前記シアフォース検出手段は、前記近接場ファイバープローブ先端の振動振幅を検出する。
そして、前記距離制御手段により、前記シアフォース検出手段により検出された振動振幅が一定となるように、前記試料表面と近接場ファイバープローブ先端間の距離を制御する。

また、本発明においては、プローブ切替手段を備えることが好適である。
ここで、前記プローブ切替手段は、前記近接場測定の際は、前記試料と対物レンズ間の光路に前記近接場ファイバープローブが横方向から挿入され、顕微測定の際は、該試料と対物レンズ間の光路から該近接場ファイバープローブが横方向から退避するように、該近接場ファイバープローブの挿入又は退避を切り替える。
そして、前記距離制御手段により、前記近接場測定の際は、前記対物レンズの焦点が前記近接場ファイバープローブ端面に位置し、前記顕微測定の際は、該対物レンズの焦点が前記試料表面に位置するように、前記試料と前記対物レンズ間の距離を、前記近接場ファイバープローブの長さ分だけ、切り替える。

また、本発明においては、光ファイバーの長さをショート化した近接場ファイバープローブを用いて、前記試料として、ダイヤモンドを近接場測定することが好適である。
なお、本発明においては、試料として、前記ダイヤモンド以外に、従来、近接場測定が極めて困難であった試料、つまり励起波長に対して蛍光波長が近い試料の近接場測定を行うことができる。

本発明にかかる近接場ファイバープローブによれば、光ファイバーをショート化したショートプローブを用いることとした。
この結果、本発明においては、近接場測定性能の向上を図ることができるので、試料に対する汎用性の向上を図ることができる。
また、本発明においては、ショートプローブの長さを７ｍｍ以下とすることにより、近接場測定性能の向上を確実に図ることができるので、試料に対する汎用性の更なる向上を図ることができる。

本発明にかかる近接場光学顕微鏡によれば、光ファイバーをショート化した近接場ファイバープローブを備えることとした。
この結果、本発明においては、近接場測定性能の向上を図ることができるので、試料に対する汎用性の向上を図ることができる。
また、本発明においては、光ファイバーをショート化した近接場ファイバープローブを用いることにより、一台で顕微測定と近接場測定とを切り替えて行うことができるので、汎用性の更なる向上を図ることができる。

また、本発明においては、光ファイバーをショート化した近接場ファイバープローブを用いてダイヤモンドを測定することにより、従来、観測が困難であったダイヤモンドの近接場光との相互作用の結果の光信号を確実に観測することができるので、試料に対する汎用性の更なる向上を図ることができる。

以下、図面に基づき本発明の好適な一実施形態について説明する。
図１には本発明の一実施形態にかかる近接場光学顕微鏡の概略構成が示されている。
なお、本実施形態では、ショートプローブの採用により、一台の近接場光学顕微鏡で顕微測定と近接場測定とを切り替えて行う例について説明する。
同図に示す近接場光学顕微鏡１０は、レーザ（光出射手段）１２と、近接場ファイバープローブ１４と、対物レンズ１６と、ホルダ１８と、分光検出手段２０と、加振手段２２と、シアフォース検出手段２４と、距離制御手段２６と、コンピュータ２８とを備える。
ここで、レーザ１２は、近接場ファイバープローブ１４の先端に、近接場光（励起光）を発生するためレーザ光３０を出射する。

また、近接場ファイバープローブ１４は、光ファイバーの長さを７ｍｍにショート化したショートプローブを用いたものとする。近接場ファイバープローブ１４は、光ファイバーの先端が先鋭化され、該光ファイバー先端に微小開口部を持つ。近接場ファイバープローブ１４は、その先端及び微小開口部を除き、金属コートされている。
対物レンズ１６は、レーザ１２からのレーザ光３０を近接場ファイバープローブ１４の端面に集光し、近接場ファイバープローブ１４内に入れるためのものとする。
ホルダ１８は、対物レンズ１６と試料３２間の光路に、近接場ファイバープローブ１４が配置されるように、近接場ファイバープローブ１４の側部を保持する。

分光検出手段２０は、近接場ファイバープローブ１４、対物レンズ１６を介して集光された、近接場ファイバープローブ１４の先端に発生した近接場光と試料３２表面との相互作用の結果の光信号３４を分光検出する。

加振手段２２は、近接場ファイバープローブ１４の側部に設けられ、近接場ファイバープローブ１４を近接場ファイバープローブ１４の共振周波数で加振しており、近接場ファイバープローブ１４の上端面は実質的に振動せず、近接場ファイバープローブ１４の先端のみが振動する。
また、シアフォース検出手段２４は、近接場ファイバープローブ１４先端の振動振幅を検出する。
距離制御手段２６は、シアフォース検出手段２４により検出された振動振幅が一定となるように、試料ステージ３６の上下動を制御している。

試料ステージ３６は、位置補正ＰＺＴ３８、粗動ＸＹＺステージ４０に取り付けられている。位置補正ＰＺＴ３８、粗動ＸＹＺステージ４０は、距離制御手段２６に接続されている。試料ステージ３６は、試料３２の、試料３２表面と水平なＸＹ方向への移動、試料３２表面と垂直なＺ方向への移動を行う。試料３２の移動は、粗動ＸＹＺステージ４０による試料ステージ３６の比較的大きな移動と、位置補正ＰＺＴ３８による試料ステージ３６の微動とを適切に切り替えて行う。

本実施形態にかかる近接場光学顕微鏡１０は概略以上のように構成され、以下にその作用について説明する。
レーザ１２からのレーザ光３０は、対物レンズ１６により、近接場ファイバープローブ１４の端面に集光し、近接場ファイバープローブ１４の内部に入り、近接場ファイバープローブ１４の先端に近接場光を発生する。近接場ファイバープローブ１４の先端に発生した近接場光を、試料３２表面に近づけると、試料３２表面では近接場光による発光（光信号３４）が起こる。この光信号３４を近接場ファイバープローブ１４の先端から集光する。この集光された光信号３４は近接場ファイバープローブ１４の元の方向へと進み、対物レンズ１６を介して、分光検出手段２０に至り、分光検出される。この結果、コンピュータ２８は、近接場光励起による、試料３２のラマン発光等のスペクトル情報を得ることができる。
また、コンピュータ２８は、前記近接場分光と同時に、試料３２表面と近接場ファイバープローブ１４先端間の距離が一定となるように、試料ステージ３６の上下動を制御しており、その制御量から試料３２表面の凹凸情報を得ることもできる。

（１）ショートプローブ
ここで、本実施形態においては、従来の近接場ファイバープローブの長さに比較し、近接場ファイバープローブの長さを極端に短くしている。例えば、従来の近接場ファイバープローブは全長が約１ｍであった、これに対し、本実施形態においては、図２に示されるように近接場ファイバープローブ１４の全長を７ｍｍとしている。
この結果、本実施形態においては、従来の近接場ファイバープローブに比較し、近接場ファイバープローブ１４自身からのバックグランド光の発生を大幅に抑制することができるので、従来、観測が困難であった、試料よりの光信号を確実に観測することができる。したがって、本実施形態においては、試料に対する汎用性の向上を図ることができる。

すなわち、近接場ファイバープローブは、光ファイバーから作られていることから、光の結合や取り回しが簡便である、且つ外部光学系を簡素化できるなど、これまで近接場光発生素子として実用上重要な役割を果たしていた。
しかしながら、従来の近接場ファイバープローブでは、分光測定をする場合などにファイバー自身からの発光がバックグラウンド信号となり、試料からの信号に大きな影響をもたらしているのも事実であった。これは光をカップリングした際にファイバー自身が試料と化してしまうためであり、長さに比例して発光強度が増加してしまう。
このような発見に基づき、本実施形態においては、従来の近接場ファイバープローブの長さに比較し、近接場ファイバープローブの長さを極端に短くしている。

（２）顕微測定と近接場測定との切替
また、従来、近接場測定に必要なプレ測定を行うためには、プレ測定専用の装置を近接場光学顕微鏡とは別に用意していた。そして、これらの装置の間で、試料を移動して、プレ測定と近接場測定とを行っていた。
これに対し、本実施形態においては、ショート化した近接場ファイバープローブの採用により、一台で、顕微測定と近接場測定とを切り替えて行うことができるので、汎用性の向上を図ることができる。

すなわち、本実施形態においては、プローブ切替手段４２を備える。
プローブ切替手段４２は、例えばスライドレール式であり、近接場測定の際、試料３２と対物レンズ１６間の光路に近接場ファイバープローブ１４が横方向から挿入され、顕微測定の際、試料３２と対物レンズ１６間の光路から近接場ファイバープローブ１４が横方向から退避するように、近接場ファイバープローブ１４の挿入又は退避を切り替える。
そして、距離制御手段２６、ＸＹＺ粗動ステージ３８により、近接場測定の際、対物レンズ１６の焦点が近接場ファイバープローブ１４端面に位置し、顕微測定の際、対物レンズ１６の焦点が試料３２表面に位置するように、試料３２と対物レンズ１６間の高さ方向距離を、近接場ファイバープローブ１４の長さ分だけ、切り替える。

すなわち、プレ測定として顕微測定を行う際は、図３（Ａ）に示されるように、プローブ切替手段４２によるホルダ１８のスライドにより、試料３２と対物レンズ１６間の光路から、近接場ファイバープローブ１４が図中、左方に退避する。粗動ＸＹＺステージ４０による試料ステージ３６の上下動により、対物レンズ１６の焦点が試料３２表面に位置するように、試料３２と対物レンズ１６間の高さ方向距離が、近接場測定時に比較し近接場ファイバープローブ１４の分だけ短く調節される。同図（Ａ）に示されるような状態で、対物レンズ１６等により、試料３２の顕微測定が行われる。

また、近接場測定の際は、同図（Ｂ）に示されるように、粗動ＸＹＺステージ４０による試料ステージ３６の上下動により、対物レンズ１６の焦点が近接場ファイバープローブ１４の端面に位置するように、試料３２と対物レンズ１６間の距離が近接場ファイバープローブ１４の長さ分だけ長く調節される。また、プローブ切替手段４２によるホルダ１８の右方へのスライドにより、試料３２と対物レンズ１６間の光路に、近接場ファイバープローブ１４が横方向から挿入される。同図（Ｂ）に示されるような状態で、近接場ファイバープローブ１４、対物レンズ１６等により、試料３２の近接場測定が行われる。

このように本実施形態においては、試料３２のＸＹ方向位置（横方向）を動かすことなく、Ｚ方向位置（高さ方向位置）を近接場ファイバープローブ１４の長さ分（７ｍｍ）だけ動かすのみで、試料３２の顕微測定したところを、確実に近接場測定することができるので、汎用性の向上が図られる。
したがって、本実施形態においては、ショート化した近接場ファイバープローブ１４の採用により、顕微測定から近接場測定に切り替えることができるので、ミクロン領域からナノ領域までの測定を、一台の近接場光学顕微鏡１０で実行することができる。

なお、本実施形態のようなショート化した近接場ファイバープローブ１４、対物レンズ１６という構成は、下記の発見に基づきはじめて得られる構成である。
すなわち、試料とプローブ間距離の一定制御には、種々の制御方法があるが、シアフォース制御が代表的なものであり、シアフォース制御を考慮して、近接場測定のための構成を考える必要がある。
シアフォース制御ではプローブに加振手段を設け、プローブをプローブの共振周波数で加振している。このため、通常は、プローブ端面も振動しており、振動しているプローブ端面のコアに、対物レンズからの光を集光して入れるのは非常に困難であり、十分な光量が得られないので、近接場測定を行うため、本発明のようなショートプローブ、対物レンズの組合せは避けるのが技術常識である。

しかしながら、本発明者らは、このような技術常識に反して、近接場ファイバープローブの先端１４ａは、試料３２と近接場ファイバープローブ１４間距離の一定制御に必要な揺れ幅を確保するが、近接場ファイバープローブ１４の端面１４ｂは実質的に揺れず、また、近接場ファイバープローブ１４の端面１４ｂが揺れても、その揺れ幅は対物レンズ１６の焦点が近接場ファイバープローブ１４の端面１４ｂのコアの範囲内で動いているので、対物レンズ１６より近接場ファイバーファイバ１４内への光量の確保は十分であり、また、光量の変動に一切影響がないことを見付け出した。

すなわち、本発明者らによれば、同図（Ｃ）に示されるように、近接場ファイバープローブ１４の端面１４ｂのコア４４に対物レンズの焦点４６が常に位置しており、ショート化した近接場ファイバープローブ１４、対物レンズ１６等により、近接場測定を確実に行うことができる。
このような発見の結果、近接場測定のための対物レンズとショートプローブとの組合せの採用に至った。

また、カンチレバーにおいても、カンチレバー背面に光を照射している。これは、カンチレバーが振動していることを前提にしており、カンチレバーレバー先端の振動振幅を増幅して検出するために光を照射している。
これに対し、本実施形態においては、従来、振動していると考えられていた近接場ファイバープローブの端面が、実質的には振動していないことを突き止めた結果に基づき、対物レンズよりの光を近接場ファイバープローブ端面に集光して、近接場ファイバープローブ内部に入れており、カンチレバーとは光の照射の意味が違う。

実験結果
（１）バックグラウンドの比較結果
図４には本実施形態にかかる近接場ファイバープローブ（７ｍｍ）を用いた場合と、従来の近接場ファイバープローブ（１ｍ）を用いた場合とのバックグラウンドスペクトルの比較結果が示されている。
この結果、本実施形態を示す同図Ｉは、従来例を示す同図ＩＩに比較し、バックグランド信号はおよそ１／１００に低減した。これは、本実施形態にかかる近接場ファイバープローブにより、従来の近接場ファイバープローブではバックグラウンド信号によって試料からの信号が観測できなかったアプリケーションに対して観測できる可能性を示した。

（２）ダイヤモンドの近接場測定結果
従来、ダイヤモンドの近接場ラマンスペクトルの観測は困難であったが、図５には実際に本実施形態にかかる近接場ファイバープローブを通して観測されたダイヤモンドの近接場ラマンスペクトルが示されている。なお、同図Ｉは露光時間１０秒の場合のダイヤモンド信号、同図IIは露光時間６０秒の場合のダイヤモンド信号である。
同図より明らかなように、露光時間１０秒を示す同図Ｉに比較し、露光時間６０秒の場合を示す同図IIのように、露光時間を長くすると、ダイヤモンド信号の強度も上がった。

（３）ダイヤモンドの顕微測定結果
図６には従来の近接場ファイバープローブを用いた場合のバックグランド信号と、顕微測定で得られたダイヤモンドのラマンスペクトル信号とが示されている。
同図より明らかなように、従来の近接場ファイバープローブを用いた場合、バックグランド信号（同図Ｉ）の方が、ダイヤモンド信号（同図II）より大きいため、近接場測定ではいくら露光時間を長くしても、同図IIに示すダイヤモンド信号を観測することができない。これは、露光時間を長くすると、同図Ｉに示すバックグランド信号も一緒に増加してしまうためと考えられる。

（４）顕微測定結果の比較
図７には、本実施形態にかかる近接場ファイバープローブ及び従来の近接場ファイバープローブを用いた場合の、バックグランド信号と、顕微測定で得られたダイヤモンドのラマンスペクトル信号とが示されている。
同図より明らかなように、本実施形態でのバックグラウンド信号を示す同図Ｉは、従来でのバックグラウンド信号を示す同図IIに比較し、同図IIIに示すダイヤモンド信号に対して、ほぼゼロに位置している。このため、本実施形態では、露光（時間）を長くしても、バックグラウンド信号は増加しないため、前記図５に示したダイヤモンド信号を観測することができる。

変形例
（１）距離制御
なお、前記構成では、試料と近接場ファイバープローブ間の距離制御に、シアフォース制御を用いた例について説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、他の距離制御、例えば近接場ファイバープローブを加振することなく、近接場光と試料表面との相互作用の結果の光の強度が一定となるように、試料と近接場ファイバープローブ間の距離を制御することもできる。

（２）プローブ切替手段
また、前記構成では、プローブ切替手段４２として、スライドレール式のものを用いた例について説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、例えば図８に示されるような取付機構を用いることも好ましい。なお、同図（Ａ）は近接場ファイバープローブ１４を退避する際の説明図、同図（Ｂ）は近接場ファイバープローブ１４を挿入する際の説明図である。
同図に示すプローブ切替手段４２は、取付機構５０を含む。取付機構５０は、溝部５２が設けられている。取付機構５０の溝部５２は、磁石により、近接場ファイバープローブ１４付きホルダ１８の着脱を行うためのものとする。

すなわち、同図（Ａ）に示されるように、顕微測定の際は、取付機構５０の溝部５２からプローブ１４付きホルダ１８を、磁石によるワンタッチで、取り外すことで、対物レンズと試料間の光路から、近接場ファイバープローブ１４の退避を行うことができる。
また、同図（Ｂ）に示されるように、近接場測定の際は、取付機構５０の溝部５２にプローブ１４付きホルダ１８を、磁石によるワンタッチで、差し込むことで、レンズと試料間の光路に、近接場ファイバープローブ１４を挿入することができる。

このように本実施形態においては、プローブ切替手段４２として、取付機構５０を用いることにより、構成の簡素化が図られている。また、磁石によるワンタッチで、近接場ファイバープローブ１４付きホルダ１８の着脱が行えるので、対物レンズと試料間の光路に対する、近接場ファイバープローブ１４の挿入又は退避の切り替えが容易に行える。
この結果、本実施形態においては、近接場ファイバープローブ１４の取付時のストレス、準備時間が大幅に減少される。

（３）試料
前記構成では、試料として、ダイヤモンドを測定した例について説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、従来、近接場測定が極めて困難であった試料、つまり励起波長に対して近い発光波長を持つ試料の近接場測定を行うことができる。
すなわち、従来、蛍光ビーズは、吸収波長領域と蛍光波長領域が非常に近いため、測定が困難であった。この場合、励起波長に対して蛍光波長が近いというのは、ファイバーのコアから発生するラマン信号（特にバックグランド光）の領域に試料の信号が重なることを意味する。さらに、蛍光試料は測定中に退色（フォトブリーティング）してしまうため、強励起にする事もできなかった。したがって、吸収波長領域と蛍光波長領域が非常に近い試料に関しては、励起強度を抑えた測定の中で、しかもバックグランド光の大きい領域で測定をしなければならず、余計、その測定を難しくしていた。

これに対し、本実施形態においては、ショート化された近接場ファイバープローブの採用により、従来、極めて困難であった試料、つまり励起波長に対して近い発光波長を持つ試料の近接場測定を行うことができるようになった。
図９〜１０には、弱励起にした上で、本実施形態のショート化近接場ファイバープローブを用いて、蛍光ビーズからの信号を捕らえた結果が示されている。
なお、図９（Ａ）は蛍光ビーズを顕微測定して得られたポト像の結果であり、同図（Ｂ）は同図（Ａ）に示した試料部位を近接場測定して得られた蛍光像の結果である。
また、図１０（Ａ）はシアフォース制御（ＳＦＯＮ）時のバックグランド信号（ＢＧ）及び前記図９に示した試料部位からの信号の結果、及びシアフォース非制御（ＳＦＯＦＦ）時のバックグランド信号の結果であり、同図（Ｂ）は、これらの差スペクトル信号である。蛍光ビーズとしては、５４０ｎｍ（吸収帯）／５６０ｎｍ（蛍光帯）を持つものを用いた。蛍光測定としては、５３２ｎｍ励起で５６０ｎｍの蛍光スペクトルを取得した。
これらの図より明らかなように、本実施形態においては、ショート化された近接場ファイバープローブの採用により、微弱な蛍光ビーズからの信号が確実に捕らえられている。これは、近接場ファイバープローブによるバックグラウンド光がショート化のため劇的に低減したためである。

本発明の一実施形態にかかる近接場光学顕微鏡の概略構成の説明図である。 本発明の一実施形態にかかる近接場光学顕微鏡において特徴的な近接場ファイバープローブ及び対物レンズの説明図である。 本発明の一実施形態にかかる近接場光学顕微鏡において特徴的な顕微測定と近接場測定との切替機構の説明図である。 本発明の一実施形態にかかる近接場ファイバープローブ及び従来の近接場ファイバープローブを用いた場合のバックグランド信号の比較説明図である。 本発明の一実施形態にかかる近接場ファイバープローブを用いた場合のダイヤモンドの近接場ラマンスペクトル信号の説明図である。 従来の近接場ファイバープローブを用いた場合のバックグランド信号に対するダイヤモンド信号の説明図である。 本発明の一実施形態にかかる近接場ファイバープローブ及び従来の近接場ファイバープローブを用いた場合の、バックグランド信号に対するダイヤモンド信号の比較説明図である。 図３に示したプローブ切替機構の変形例である。 本発明の一実施形態にかかる近接場ファイバープローブを用いて得られた蛍光ビーズのトポ像及び蛍光像の測定結果である。 本発明の一実施形態にかかる近接場ファイバープローブを用いて得られた蛍光スペクトルの測定結果である。

符号の説明

１０ 近接場光学顕微鏡
１２ レーザ（光出射手段）
１４ 近接場ファイバープローブ
１６ 対物レンズ
１８ ホルダ
２０ 分光検出手段
２２ 加振手段
２４ シアフォース検出手段
２６ 距離制御手段
３６ 試料ステージ
３８ 位置補正ＰＺＴ
４０ 粗動ＸＹＺステージ
４２ プローブ切替手段

Claims (4)

1. 近接場ファイバープローブ先端に発生した近接場光と試料表面との相互作用の結果の光信号を検出する近接場光学顕微鏡において、
   前記近接場ファイバープローブ先端に近接場光を発生するための励起光を出射する光出射手段と、
   光ファイバーの長さをショート化したショートプローブを用いた近接場ファイバープローブと、
   前記光出射手段からの励起光を前記近接場ファイバープローブ端面に集光し、該近接場ファイバープローブ内に入れるための対物レンズと、
   前記対物レンズと試料間の光路に前記近接場ファイバープローブが配置されるように、該近接場ファイバープローブの側部を保持するホルダと、
   前記近接場ファイバープローブ先端に発生した近接場光と試料表面との相互作用の結果の光信号を分光検出する分光検出手段と、
   前記試料表面と近接場ファイバープローブ先端間の距離が一定となるように、前記試料表面と近接場ファイバープローブ先端間の距離を制御する距離制御手段と、
   前記近接場測定の際は、前記試料と対物レンズ間の光路に前記近接場ファイバープローブが横方向から挿入され、顕微測定の際は、該試料と対物レンズ間の光路から該近接場ファイバープローブが横方向から退避するように、該近接場ファイバープローブの挿入又は退避を切り替えるプローブ切替手段を備え、
   前記距離制御手段により、前記近接場測定の際は、前記対物レンズの焦点が前記近接場ファイバープローブ端面に位置し、前記顕微測定の際は、該対物レンズの焦点が前記試料表面に位置するように、前記試料と前記対物レンズ間の距離を、前記近接場ファイバープローブの長さ分だけ、切り替えることを特徴とする近接場光学顕微鏡。
2. 請求項１記載の近接場光学顕微鏡において、
   前記ショートプローブの長さを７ｍｍ以下としたことを特徴とする近接場ファイバープローブ。
3. 請求項１記載の近接場光学顕微鏡において、
   前記近接場ファイバープローブ側部に設けられ、該近接場ファイバープローブを該近接場ファイバープローブの共振周波数で加振する加振手段と、
   前記近接場ファイバープローブ先端の振動振幅を検出するシアフォース検出手段と、
   を備え、前記距離制御手段は、前記シアフォース検出手段により検出された振動振幅が一定となるように、前記試料表面と近接場ファイバープローブ先端間の距離を制御することを特徴とする近接場光学顕微鏡。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の近接場光学顕微鏡において、
   前記試料としてダイヤモンドを近接場測定することを特徴とする近接場光学顕微鏡。