JP2005207935A - Near-field optical microscope - Google Patents
Near-field optical microscope Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005207935A JP2005207935A JP2004015925A JP2004015925A JP2005207935A JP 2005207935 A JP2005207935 A JP 2005207935A JP 2004015925 A JP2004015925 A JP 2004015925A JP 2004015925 A JP2004015925 A JP 2004015925A JP 2005207935 A JP2005207935 A JP 2005207935A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- sample
- optical microscope
- thin film
- field optical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
本発明は、近接場光学を用いた顕微鏡に関する。 The present invention relates to a microscope using near-field optics.
生物の細胞や、高分子など、微細な構造を持つ試料の観察に使用されるタイプの顕微鏡として、レーザ走査型共焦点顕微鏡が存在する。レーザ走査にニポウディスクを用いるなどの工夫により、300フレーム/秒程度の高速な走査が実現されている。このようなレーザ走査型共焦点顕微鏡は、光学系の工夫によって一般の光学顕微鏡よりも高い空間分解能を実現している。しかし、伝搬光を使う限り、回折限界という分解能上の限界が存在する。可視光を使用した場合の空間分解能は、約0.2μmが限界である。 There is a laser scanning confocal microscope as a type of microscope used for observing a sample having a fine structure such as a biological cell or a polymer. A high-speed scanning of about 300 frames / second has been realized by means such as using a Nipkow disk for laser scanning. Such a laser scanning confocal microscope achieves higher spatial resolution than a general optical microscope by devising an optical system. However, as long as propagating light is used, there is a resolution limit called a diffraction limit. The spatial resolution when using visible light is limited to about 0.2 μm.
一方、光を用いた顕微鏡で回折限界以上の分解能を実現したものとして、走査型近接場光学顕微鏡(Scanning Near−field Optical Microscopy,SNOM)があげられる。SNOMは、光ファイバなどの先端をエッチングすることで、微小な開口を光ファイバ先端に形成し、そこから発生する近接場光で試料を走査して像を得ることができる。これにより、光の回折限界よりも小さい構造の像を得ることができる。しかしながらSNOMにおいては、プローブを物理的に走査して画像を取得するため、時間分解能が低いという問題が存在する。 On the other hand, a scanning near-field optical microscope (SNOM) can be cited as one that realizes a resolution exceeding the diffraction limit with a microscope using light. The SNOM can etch a tip of an optical fiber or the like to form a minute opening at the tip of the optical fiber, and scan the sample with near-field light generated therefrom to obtain an image. Thereby, an image having a structure smaller than the diffraction limit of light can be obtained. However, in SNOM, since the image is acquired by physically scanning the probe, there is a problem that the time resolution is low.
近接場光源を用いて試料を計測する手法の他の例として、ユルゲン ボイタン他による特開2003−524779号公報「近接場光学方法で生物対象を分析する装置」において開示されている方法がある。これは、近接場光源を平面基板に組み込む形でアレイ状に配置し、生体試料をその上に直接配置するという計測手法である。しかしながらこの手法においては、光源が飛び飛びの場所に存在するため、生物対象の分析情報を空間的に連続な情報として取得することができないという問題が存在する。 As another example of a method for measuring a sample using a near-field light source, there is a method disclosed in Jurgen Boytan et al. This is a measurement technique in which a near-field light source is arranged in an array in a form of being incorporated into a flat substrate, and a biological sample is directly arranged thereon. However, in this method, there is a problem that the analysis information of the biological object cannot be acquired as spatially continuous information because the light source exists at a place where it jumps.
上述したことを鑑み、本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、高い時間・空間分解能を持つ、近接場光学を用いた顕微鏡を提供することである。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a microscope using near-field optics that solves the problems of the prior art and has high temporal and spatial resolution.
本発明による近接場光学顕微鏡は、入射光の光強度に応じて光透過率が変化する薄膜を有する透明基板の一方の側に測定対象となる試料を配置し、前記透明基板の他方の側から光スポットを照射することによって生じる近接場光を用いて、前記透明基板の一方の側から前記試料の特性を測定するように構成したことを特徴とする。本発明の近接場光学顕微鏡では、従来のように光ファイバプローブなどによって試料を走査するのではなく、試料ステージとなる透明基板上に配置した試料を、試料ステージ下側から光スポットで走査して測定する。透明基板には、入射光の光強度に応じて光透過率が変化する薄膜が設けられており、走査光スポットが照射された部分においてのみ光が薄膜を通過し、試料が光励起される。このとき、光スポットが照射された部分には光学的な開口が生じるが、開口のサイズは光スポットよりも小さいものになるため、開口から出てくる光は近接場光になる。これにより、光の回折限界によって限定されることなく、高い空間分解能が得られる。また、開口は光スポットが照射された場所に形成されるため、光スポット位置を調節することによって、任意の位置の試料応答を計測することができる。 In the near-field optical microscope according to the present invention, a sample to be measured is arranged on one side of a transparent substrate having a thin film whose light transmittance changes according to the light intensity of incident light, and from the other side of the transparent substrate. The characteristic of the sample is measured from one side of the transparent substrate using near-field light generated by irradiating a light spot. In the near-field optical microscope of the present invention, a sample placed on a transparent substrate serving as a sample stage is scanned with a light spot from below the sample stage, instead of scanning the sample with an optical fiber probe or the like as in the prior art. taking measurement. The transparent substrate is provided with a thin film whose light transmittance changes according to the light intensity of incident light, and light passes through the thin film only in the portion irradiated with the scanning light spot, and the sample is photoexcited. At this time, an optical opening is generated in the portion irradiated with the light spot. However, since the size of the opening is smaller than the light spot, the light emitted from the opening becomes near-field light. Thereby, high spatial resolution can be obtained without being limited by the diffraction limit of light. In addition, since the opening is formed at the place where the light spot is irradiated, the sample response at an arbitrary position can be measured by adjusting the light spot position.
前記試料の特性は、蛍光応答、吸収を含んでもよい。 The sample characteristics may include fluorescence response, absorption.
前記薄膜の光透過率は、光スポットによって局所的に照射される光や、照射によって発生する熱によって上昇するようにしてもよい。 The light transmittance of the thin film may be increased by light locally irradiated by the light spot or heat generated by irradiation.
前記試料の特性の測定を、前記光スポットを走査しながら行うようにしてもよい。 The measurement of the characteristics of the sample may be performed while scanning the light spot.
前記薄膜の光透過率変化を生起させる光源と、前記試料の特性を計測するための光源とを同一のものとしてもよい。 The light source that causes the light transmittance change of the thin film and the light source for measuring the characteristics of the sample may be the same.
前記薄膜の光透過率変化を生起させる光源と、前記試料の特性を計測するための光源とを別個のものとしてもよい。このようにすれば、計測するための光の波長選択性を高めることができる。 A light source for causing a change in light transmittance of the thin film and a light source for measuring the characteristics of the sample may be provided separately. In this way, the wavelength selectivity of light for measurement can be improved.
好適には、前記薄膜を誘電体薄膜で挟む。このようにすれば、薄膜の光透過率変化過程を安定化することができる。 Preferably, the thin film is sandwiched between dielectric thin films. In this way, the process of changing the light transmittance of the thin film can be stabilized.
好適には、前記透明基板は、前記薄膜と前記試料との間に配置された透明薄膜を有する。このような透明薄膜を適切な膜厚にすれば、試料が光スポットによって発生する熱によってダメージを受けることを防ぐことができる。 Suitably, the said transparent substrate has a transparent thin film arrange | positioned between the said thin film and the said sample. If such a transparent thin film is made into an appropriate film thickness, the sample can be prevented from being damaged by the heat generated by the light spot.
好適には、前記透明基板は、前記試料に接着する接着層を有する。このようにすれば、試料を透明基板に固定することが容易になり、安定的な分析が可能になる。 Preferably, the transparent substrate has an adhesive layer that adheres to the sample. If it does in this way, it will become easy to fix a sample to a transparent substrate, and stable analysis will become possible.
本発明によれば、試料の蛍光応答や光の吸収などの光学的な測定及び分析において、近接場光で平面を走査することができるため、従来の光学的測定では回折限界のために制限されていた空間分解能を飛躍的に向上させることができる。また、従来のように走査方法として光ファイバなどのプローブを使用せず、光線のみを走査する方法を採用するため、走査速度を向上することができ、時間分解能を向上することができる。 According to the present invention, in the optical measurement and analysis such as the fluorescence response and light absorption of the sample, the plane can be scanned with near-field light. Therefore, the conventional optical measurement is limited due to the diffraction limit. It is possible to dramatically improve the spatial resolution. Further, since a method of scanning only light rays without using a probe such as an optical fiber as a conventional scanning method is adopted, the scanning speed can be improved and the time resolution can be improved.
図1は、本発明の近接場光学顕微鏡の構成の一例を示す図である。本近接場光学顕微鏡は、試料ステージ10と、光スポット走査機構20と、撮像装置30と、レンズ50とを具える。試料ステージ10上に、測定対象となる試料40を配置する。
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of the near-field optical microscope of the present invention. The near-field optical microscope includes a
試料ステージ10は、入射光の強度に応じて複素屈折率が非線形的に変化し、それによって光透過率が変化する非線形光学薄膜101を具る。非線形光学薄膜101を、例えばアンチモンや酸化銀など、既知の非線形光学薄膜材料で形成することができる。光の照射によって発生する熱によって光透過率が変化する材料を使用してもよい。試料ステージ10は、好適には、非線形光学薄膜101を挟む透明な誘電体薄膜102及び103をさらに備える。誘電体薄膜102は、近接場光が届く範囲よりも薄く形成し、非線形光学薄膜101と試料40との間隔を一定に保つ。誘電体薄膜102は、光スポットによって生じる熱によって試料40がダメージを受けないような厚さに選択することが望ましい。試料ステージ10の上面に試料40に対して接着性を有する接着層を設け、試料40を固定しやすくしてもよい。
The
光スポット走査機構20は、光学系部分と走査機構部分の2つの要素から構成される。光学系部分は、レーザ光源と、光源からのレーザ光を集光して薄膜101上に照射するための光スポットを形成するための光学系を具える。走査機構部分は、前記光スポットの位置を薄膜101の表面上であるX−Y方向に動かして薄膜101上を走査するためのミラーと、このミラーの駆動部分とを具える。他の実施例において、光スポットは固定し、試料ステージ10をX−Y方向に動かすことによって走査を行ってもよい。
The light
撮像装置30は、試料ステージ10を介して走査機構20と反対側に位置する。レンズ50を、試料ステージ10と撮像装置30との間に配置する。試料40としては、微細な構造を持つ試料が好適であり、例えば生体組織から単離された細胞や培養細胞が考えられる。
The
図2は、光スポットを照射して近接場光を発生する原理を説明するための図である。図1と同じ参照符は同様の要素を示す。光スポット走査機構20は、光スポットを非線形光学薄膜101上において走査する。レーザ光によるスポット光の強度分布はガウス分布をなしている。そのため、非線形光学薄膜101上で光学的な開口を形成するためのしきい値を超える光強度の領域は、図2に示すようにスポット光の大きさよりも小さい。そのため、回折限界のサイズまで絞られたスポット光は、非線形光学薄膜101上に回折限界よりも小さいサイズの開口を形成する。この開口により、スポット光が照射された領域から近接場光が生じる。したがって、光スポット走査機構20によって光スポットを非線形光学薄膜101上で走査することにより、近接場光で平面を走査することができる。他の実施例において、前記光学的な開口を形成するための光スポットを発生する光源と、前記開口によって近接場光を発生するための光を発生する光源とを別々に設け、測定に使用する光の波長選択性を高めるようにしてもよい。
FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of generating near-field light by irradiating a light spot. The same reference numerals as in FIG. 1 indicate similar elements. The light
図3は、本発明による近接場光学顕微鏡の動作を説明する図である。図1と同じ参照符は同様の要素を示す。上述したように、光スポット走査機構20によって非線形光学薄膜101にスポット光を照射することにより、非線形光学薄膜101に光学的な開口が形成される。その開口が光の回折限界よりも小さいため、スポット照射光による近接場光が発生する。この近接場光で試料40を励起することによって回折限界以下の領域で非常に局所的な領域から放射される光を蛍光応答信号として、レンズ50によって集光し、撮像装置30によって測定する。この測定結果を分析することにより、前記回折限界以下の領域で非常に局所的な領域からの蛍光応答、及び光吸収のデータを取得することができる。撮像装置30で得たデータと、そのときの光スポット走査機構20によってスポット光が照射されている位置のX、Y座標値とを合成することによって、試料40の蛍光応答を2次元的な蛍光応答分布像として再構成することが可能になる。
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the near-field optical microscope according to the present invention. The same reference numerals as in FIG. 1 indicate similar elements. As described above, by irradiating the nonlinear optical
10 試料ステージ
20 光スポット走査機構
30 撮像装置
40 試料
101 非線形光学薄膜
102、102 誘電体薄膜
DESCRIPTION OF
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004015925A JP2005207935A (en) | 2004-01-23 | 2004-01-23 | Near-field optical microscope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004015925A JP2005207935A (en) | 2004-01-23 | 2004-01-23 | Near-field optical microscope |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005207935A true JP2005207935A (en) | 2005-08-04 |
Family
ID=34901247
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004015925A Pending JP2005207935A (en) | 2004-01-23 | 2004-01-23 | Near-field optical microscope |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005207935A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008309684A (en) * | 2007-06-15 | 2008-12-25 | Toyota Motor Corp | Sample measuring substrate for near field spectral analysis |
JP2012052846A (en) * | 2010-08-31 | 2012-03-15 | Tohoku Univ | Method and system for structural analysis |
-
2004
- 2004-01-23 JP JP2004015925A patent/JP2005207935A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008309684A (en) * | 2007-06-15 | 2008-12-25 | Toyota Motor Corp | Sample measuring substrate for near field spectral analysis |
JP2012052846A (en) * | 2010-08-31 | 2012-03-15 | Tohoku Univ | Method and system for structural analysis |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4604520A (en) | Optical near-field scanning microscope | |
JP2936311B2 (en) | Scanning near-field atomic force microscope with in-liquid observation function | |
US8424111B2 (en) | Near-field optical microscope, near-field optical probe, and sample observation method | |
JP5547868B2 (en) | Microscope system and method using the same | |
JP2003028774A (en) | Optical device using near-field light | |
TW201142352A (en) | Fluorescence micro imaging system | |
JP4004098B2 (en) | Measuring method and apparatus using scanning laser microscope | |
EP2653903A1 (en) | Plasmonic microscopy | |
US7929132B2 (en) | Transmission microscopy using light emitted from nanoparticles | |
CN217467336U (en) | Microscope imaging probe and microscope imaging system based on super lens | |
KR20210151709A (en) | Interferometric scattering microscopy | |
JP2002236087A (en) | Optical system adjusting method, optical recording and reproducing device utilizing the same, microscope device, and machining device | |
US9417262B2 (en) | Scanning probe microscope and sample observation method using same | |
Meng et al. | A compact microscope for voltage imaging | |
KR100525241B1 (en) | Optical fiber probe using electric potential difference and optical recorder using the same | |
JP2005207935A (en) | Near-field optical microscope | |
KR101080382B1 (en) | Confocal laser scanning microscope | |
JP2001242083A (en) | Light intensifying method, light intensifying device, fluorometry using it, and fluorometer | |
JP2010266452A (en) | Scanning optical near-field microscope | |
JP2000356611A (en) | Method and system for analyzing micro amount with thermal lens microscope | |
JP4989764B2 (en) | Ultra-high resolution scanning optical measuring device | |
JPH09113240A (en) | Method and device for detecting three-dimensional information of light transmitting substance | |
JP5387962B2 (en) | Measuring apparatus and measuring method | |
JP2004101425A (en) | Scattering-type near-field microscope and scattering-type near-field spectroscopic system | |
JP4558574B2 (en) | Near-field photoelectron microscope |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050705 |
|
A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20051122 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |