JP2000056035A

JP2000056035A - 物体の状態検出装置、並びにそれを利用した原子間力顕微鏡、及び光ディスク装置

Info

Publication number: JP2000056035A
Application number: JP10228893A
Authority: JP
Inventors: Katsushi Nakano; 勝志中野
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-08-13
Filing date: 1998-08-13
Publication date: 2000-02-25

Abstract

(57)【要約】【課題】投光器と受光器を駆動部材に搭載することな
く、前記物体を３次元的に動かしながら、その動きに追
従して投光器の光を当該物体に投射し、その反射光を受
光位置を変えることなく受光できる物体の状態検出装置
を提供する。【解決手段】円筒状圧電素子１の、固定端１ｂと自由
端１ｃを略等分する位置に、トラッキングミラー３、４
が、円筒型圧電素子１の軸方向と法線をほぼ同じくして
設けられている。また、円筒状圧電素子１の自由端１ｃ
には、ブロック９を介してカンチレバー２が固定されて
いる。レーザー光源５からの光は、ミラー６により反射
された後、トラッキングミラー３を介してカンチレバー
２に入射する。カンチレバー２に入射した光は、カンチ
レバー２の撓み量に応じて光軸が変わって反射する。カ
ンチレバー２によって反射された光は再びトラッキング
ミラー４により反射され、ミラー７を介して検出器８に
入射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体にレーザー光
等の光線を照射し、その物体からの反射光を受光するこ
とにより、当該物体の傾きや反射光等の状態を検出する
物体の状態検出装置に関するものであり、さらに詳しく
は、物体の位置が移動しても照射光を当該物体に正確に
照射し、当該物体からの反射光を正確に受光器で受光す
ることができる物体の状態検出装置に関するものであ
る。さらには、その物体の状態検出装置を利用した原子
間力顕微鏡及び光ディスク装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本発明は、光を利用した物体の状態検出
装置を基本発明とするものであるが、原子間力顕微鏡を
例にとり、この装置の従来技術について説明する。原子
間力顕微鏡の場合、この状態検出装置は、探針を有する
カンチレバーの撓み量を光てこを応用して検出する装置
に対応し、従来からいろいろなものが使用されている。

【０００３】図７は、走査型プローブ顕微鏡の一つであ
る従来の原子間力顕微鏡の概略構成図である。プローブ
は、試料面上を走査する探針５１とカンチレバー５２と
から構成されている。また、表面を観察される試料５３
は、円筒状の圧電素子５４の自由端側に配置される。円
筒状圧電素子５４の内側には、図示していないグランド
の電極が設けられ、外側には４分割された電極５４ａが
設けられている。

【０００４】円筒状圧電素子５４を駆動するには、外側
の対向する電極５４ａに、グランドの電極に対してそれ
ぞれ正負反対の電圧を印加する。その結果、円筒状圧電
素子５４は横方向に円弧状に撓む。他の対をなす外側の
対向する電極５４ａにグランドの電極に対してそれぞれ
正負反対の電圧を印加すると、同様の作用により、円筒
状圧電素子５４は前記と直角な横方向に円弧状に撓む。
この現象を利用して、試料５３をＸあるいはＹ方向の走
査に走査することができる。また、Ｚ方向の走査駆動
は、外側の電極５４ａにそれぞれ同じのオフセット電圧
を印加ことにより行う。これにより、円筒状圧電素子５
４がＺ方向に伸縮変位する。これらの動作を行うことに
より、試料５３の３次元微動駆動が実現される。

【０００５】一般に、原子間力顕微鏡において用いられ
ている原子間力の検出方法は、光てこ法を用いたもので
ある。すなわち、レーザー光源５５からレーザー光５６
をカンチレバー５２に照射し、その反射光を受光器７５
により検出する。受光器７５は、入射する光の位置を検
出可能なもの、例えば４分割されたフォトダイオードを
有するものである。試料５３と探針５１との間に働く原
子間力に応じてカンチレバー５２の撓みが変化すると、
レーザー光５６の反射方向が変化し、これにより受光器
５７に入射する反射光の位置が変化する。反射光の位置
は、カンチレバー５２の撓みの微小な変化に対して大き
く変化するので、受光器５７により、反射光の入射位置
を測定することにより、カンチレバー５２の微小な撓み
の変化を検出することができ、これにより微小な原子間
力の変化を検出することができる。

【０００６】この光てこ法の場合、光源５５とカンチレ
バー５２の位置関係、および検出器５７とカンチレバー
５２の位置関係が相対的に不動でなければならない。従
って、従来のカンチレバーと光てこ法を使った原子間力
顕微鏡においては、これらからなる検出系を固定してお
き、図７に示すように試料５３側を駆動することで試料
表面の走査を行い、その形状を観察していた。

【０００７】しかしながら、この試料駆動による走査方
法では、大面積の試料や質量の大きい試料の観察を行う
場合、走査が困難となる。そこで、試料の方を固定して
おき、探針を有するカンチレバー自体を駆動走査して試
料の表面を観察する原子間力顕微鏡がいくつか提案され
ている。その一例として、カンチレバーと光てこ法を用
いた原子間力検出系を１つの構造の中に組み込み、それ
ら全体を駆動系により３次元的に駆動することによって
測定面の走査を行う方法が、特開平６−８２２４９号公
報に記載されている。この方法によれば、光源とカンチ
レバーの位置関係および光検出器とカンチレバーの相対
的な位置関係を相対的に一定に保ちながら、カンチレバ
ーの探針位置を変化させることにより、試料表面の走査
を行うことができる。

【０００８】しかしこの方法では、光てこ法による原子
間力の検出系全体を駆動するため、必然的に駆動される
部材が大きな質量を持つことになり、高速な走査は不可
能であるという問題点がある。

【０００９】そこで、円筒状の圧電素子にレンズを固定
し、そのレンズを使って移動するカンチレバーに光ビー
ムを追従させる方法、カンチレバーからの反射光を受光
器に集光させる方法が、USP5,560,244公報、USP5,388,4
52公報、USP5,440,920号公報に記載されている。

【００１０】このうち、USP5,560,244公報に記載されて
いる装置を図８に示す。スキャナ６１は、前述の図７に
おける円筒状圧電素子５４に相当するものである。スキ
ャナ６１の先端には保治具６２が設けられ、その先端部
には基板６３に支えられて、先端に探針６４を有するカ
ンチレバー６５が設けられている。そして、スキャナ６
１を変形させ、カンチレバー６５の探針６４で試料６６
面を走査することにより、試料６６の調査を行う。

【００１１】この装置においても、カンチレバー６５の
撓みを検出するために光てこが設けられている。投光器
６７から照射された光は、集光レンズ６８により点６９
に集光される。点６９は光源とみなされる。投影レンズ
７０は、光線７３を絞り、点６９の像をカンチレバー６
５上に結像する。カンチレバー６５で反射された光７４
は、受光器７５で検出される。受光器７５に入射する反
射光７４の位置により、カンチレバー６５の撓みを検出
する原理は、図７の説明で述べたものと同じである。光
線７３の一部はハーフミラー７１より反射され、検出器
７６の表面で結像する。この結像点とカンチレバー６５
は、ハーフミラー７１に対して共焦点となっており、検
出器７６に入射する光の位置を検出器７６で検出するこ
とにより、カンチレバー６５の位置を検出できる。

【００１２】この装置においては、スキャナ６１が変形
すると、保持器６２先端の基板６３に支えられたカンチ
レバー６５が移動すると共に、レンズ７０の傾きが変わ
り、光線７３の集光点も移動する。点６９の位置、保持
器６２の長さ、及びレンズ７０に特殊な関係を持たせる
ことにより、カンチレバー６５の移動量と光線７３の集
光点の移動量を一致させることができる。よって、この
場合には、カンチレバー６５がどの位置にあっても、常
にカンチレバー６５上に光線を集光することができる。
この方法によれば、スキャナ６１に重量のある投光器６
７を搭載する必要がなくなるので、スキャナ６１の共振
周波数を上げ、走査速度を向上させることができる。

【００１３】図９に、USP5,560,244公報に記載されてい
るカンチレバー６５からの反射光を受光するシステムの
概要を示す。図８のレンズ７０によって形成された点６
９の像７７よりカンチレバー６５に照射される光線７３
は、カンチレバー６５の表面で反射される。ところで、
図８に示すような構成では、スキャナ６１の変形によ
り、カンチレバー６５の光照射面が、楕円面上を移動す
るようになる。そこで、点６６の像７７がこの楕円の一
つの焦点上に位置し、検出器７５の中心点がもう一つの
焦点に位置するようにすれば、点６６の像７７から放射
され、カンチレバー６５で反射された反射光７４は、カ
ンチレバー６５の位置に関わらず、検出器７５の中心点
に集まる。この方法によれば、受光器７５もスキャナ６
１の上に搭載する必要がなくなり、さらにスキャナ６１
の共振周波数を上げ、走査速度を向上させることができ
る。

【００１４】図１０に、US5,440,920号公報に記載され
ている装置の概要を示す。台座８１の上には試料台８２
が載置され、その上に試料８３が置かれている。台座８
１上には支柱８４が設けられ、その水平部に投光器８
５、受光器８６が取り付けられると共に、スキャナ８７
が取り付けられている。そして、スキャナ８７の先端部
には、レンズホルダー９１、カンチレバー保治具８９を
介して、先端に探針８８を有するカンチレバー９０が設
けられている。また、スキャナ８７の先端部に設けられ
たレンズホルダー９１には、集光レンズ９２が取り付け
られている。

【００１５】投光器８５からの平行光線は、集光レンズ
９２により、その焦点であるカンチレバー９０上に集光
される。カンチレバー９０で反射された光は、受光器８
６によって受光される。受光器８６に入射する反射光の
位置により、カンチレバー９０の撓みを検出する原理
は、図７の説明で述べたものと同じである。

【００１６】スキャナ８７は、ピエゾ素子からなり、こ
れに電圧をかけることにより捩じり方向の変形が起こる
ようになっている。よって、この変形に伴って、集光レ
ンズ９２、カンチレバー９０、受光器８６の相対位置が
変化しない状態を保ちながら、カンチレバー９０が水平
方向の一方向、及び垂直方向に、試料８３の面を走査す
ることができる。この装置においても、重量を有する投
光器８５と受光器８６をスキャナ８７に取り付ける必要
がないので、スキャナ８７の共振周波数を上げ、走査速
度を向上させることができる。

【００１７】USP5,388,452公報に記載されている技術
は、USP5,560,244号公報に記載されている技術と同様の
ものであり、先端にカンチレバーを保持する円筒型圧電
素子注に２枚のレンズを設け、固定端側の１枚のレンズ
で円筒型圧電素子中に擬似光源となる焦点を作り、円筒
型圧電素子の自由端側に設けられたもう１枚のレンズ
で、カンチレバー上に、前記擬似光源である焦点と共役
な焦点を作って、擬似光源の像を結像させるようにして
いる。円筒型圧電素子が変形すると、カンチレバーの移
動と共に先端のレンズの向きが変わり、常にカンチレバ
ー上に光の焦点が結ばれるようになっている。

【００１８】カンチレバーから反射された光は、再び円
筒型圧電素子の自由端に設けられたレンズを通り、従っ
て、前記擬似光源の位置に集光される。擬似光源の位置
は一定なので、検出器がこの擬似光源位置を視野の中心
とするように光学系を設計しておけば、カンチレバーの
位置が変動しても、検出器の受光点は変動しないことに
なる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記、
US5,440,920号公報に記載されている、円筒状圧電素子
の外側にレンズを固定する方法（図１０）は、水平方向
の一方向の走査には有効であるが、それと直角な方向に
走査を行おうとすると、スキャナ８７をベンディングさ
せなければならない。すると、集光レンズ９２が傾き、
その焦点の位置がカンチレバー９０の位置からずれてし
まい、かつ、カンチレバー９０の傾きも変わるため、受
光器８６に入射する反射光の位置がずれてしまうという
問題点が残されている。

【００２０】USP5,560,244公報に記載されている装置
（図８、図９）にはこのような問題はないが、カンチレ
バーを円筒状圧電素子の中心に配置しなければならない
という制約がある。そのため、カンチレバーを光学顕微
鏡等により事前に観察するためには、ハーフミラーを使
って斜めから観察する他なく、実現が難しかった。USP
5,388,452号公報に記載される技術にも同様の問題があ
る。また、USP5,560,244公報に記載される方法では、ス
キャナを伸縮させてカンチレバーを駆動した場合、受光
器に入射する反射光の位置がずれてしまうという問題点
がある。この様子を図１１に示す。すなわち、スキャナ
６１が、図の破線に示すように伸びたとすると、カンチ
レバー６５の反射面が楕円面にあるという大前提が崩れ
てしまう。その結果、反射光は図の７４の位置から７
４’の位置にずれることになり、受光器７５に入射する
反射光の位置がずれてしまい、検出誤差の原因となる。

【００２１】以上の説明からも明らかなように、原子間
力顕微鏡においては、投光器と受光器をスキャナから分
離した状態で、カンチレバーを３次元方向に移動させ、
カンチレバーの動きに合わせて光をカンチレバー上に投
射し、カンチレバーからの反射光がカンチレバー位置に
よって変わらないようにする技術は、現在までに確立さ
れていないのが現状である。

【００２２】一方、光ディスク、光磁気ディスク等の記
録媒体に情報を書き込んだり読み出したりする光磁気デ
ィスク駆動装置においては、記録媒体の表面反射光検出
用光学系の位置を変化させながら、その位置変化に追従
して、記録媒体の表面反射光検出用光学系に光を投射
し、その出力である光を受光装置に導く必要があり、前
記の原子間力顕微鏡におけるものと同じ問題点を有して
いる。

【００２３】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、その第１の課題は、一端（固定端）を固定さ
れ、略円弧状に屈曲することにより他端（自由端）に変
位を起こす駆動部材の自由端に、直接又は保持具を介し
て保持された物体の状態を光学的に検出する装置であっ
て、投光器と受光器を駆動部材に搭載することなく、前
記物体を３次元的に動かしながら、その動きに追従して
投光器の光を当該物体に投射し、その反射光を受光位置
を変えることなく受光器で受光できる物体の状態検出装
置を提供することである。

【００２４】また、第２の課題は、この物体の状態検出
装置をカンチレバーの撓みの検出器として使用すること
により、共振周波数が高く、応答性の速い原子間力顕微
鏡を提供することである。

【００２５】また、第３の課題は、この物体の状態検出
装置を、記録媒体の表面反射光検出用光学系の状態を検
出する検出器として用いることにより、共振周波数が高
く、応答性の速い光ディスク装置を提供することであ
る。

【００２６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の手段は、一端（固定端）を固定され、略円弧状
に屈曲することにより他端（自由端）に変位を起こす駆
動部材の自由端に、直接又は保持具を介して保持された
物体の状態を光学的に検出する装置であって、前記駆動
部材の固定端と自由端の略中央に、反射面が前記駆動部
材の中心軸に対して常に略垂直となるように設けられた
反射部材と、前記駆動部材には支持されず、前記反射部
材の反射面を介して前記物体に光を照射する投光器と、
前記駆動部材には支持されず、前記物体から反射された
光を前記反射部材の反射面を介して受光する受光器とを
有してなる物体の状態検出装置（請求項１）である。

【００２７】本手段によれば、後に原子間力顕微鏡の実
施の形態を例として詳細に説明するように、 (1) 駆動部材が略円弧状に屈曲する。 (2) 物体が、駆動部材の自由端に直接又は保持具を介し
て保持されている。 (3) 反射部材が駆動部材の固定端と自由端の略中央に位
置している。 (4) 反射部材の反射面は、駆動部材の中心軸に対して常
に略垂直となるようにされている。ことから生じる幾何学的な関係により、固定された光源より反射部材の反射面を介して当該物
体に光を照射すれば、駆動部材が屈曲、伸縮して物体の
位置が変化しても、必ず光は当該物体を照射する。(照
射位置がずれない) 反射部材の反射面を介して当該物体からの反射光を固
定された受光器により受光すれば、駆動部材が屈曲して
物体の位置が変化しても、必ず反射光は当該受光器の同
じ位置に入射する。（反射光の受光位置がずれない）という作用を生じる。

【００２８】これにより、駆動部材を屈曲、伸縮させて
物体の位置を変化させても、投光器と受光器の状態を変
えることなく、当該物体に投光器からの光を照射し、当
該物体からの反射光を受光器で受光することができる。

【００２９】なお、本手段（請求項１）において、略円
弧状、略中央、略垂直という用語を使用しているのは、
理論的に誤差が無い状態とするには厳密に円弧状、中
央、垂直であることが必要であるものの、ある程度の誤
差が許される場合は、厳密に円弧状、中央、垂直である
ことは必要ではなく、許される誤差に対応して円弧から
の変形度、位置、垂直度に許容範囲があることを示す趣
旨である。許容範囲は、実際の機器の設計条件、許容誤
差に応じて当業者が容易に決定することができるもので
ある。すなわち、前記(1)〜(4)の幾何学的関係を、この
誤差範囲で成り立たせることによって、前記、の効
果を誤差範囲内で得ているものは、請求項１に記載の発
明の技術的範囲に属するものである。

【００３０】また、「反射部材の反射面を介して前記物
体に光を照射する」というのは、必ずしも、投光器の光
を直接反射部材の反射面に投光することのみを意味せ
ず、駆動部材とは独立して設けられた他の光学系を介し
て反射部材の反射面に照射する場合を含むものである。
同様に、必ずしも反射部材の反射面から反射した光を直
接物体に照射することのみを意味せず、駆動部材の自由
端に直接又は保治具を介して設けられた他の光学系を介
して物体に照射する場合を含むものである。

【００３１】また、「物体から反射された光を前記反射
部材の反射面を介して受光する」というのは、必ずしも
物体からの反射光を直接反射部材の反射面に照射するこ
とのみを意味せず、駆動部材の自由端に直接又は保治具
を介して設けられた他の光学系を介して反射部材の反射
面に照射する場合を含むものである。同様、反射部材の
反射面からの反射光を直接受光器で受光する場合のみを
意味せず、駆動部材とは独立して設けられた他の光学系
を介して受光器で受光する場合をも含むものである。

【００３２】さらに、「前記物体から反射された光」と
は、物体から直接反射された光のみを意味するものでは
なく、当該物体が光学系であり、当該光学系が受光した
光を他の物体に照射し、その反射光を受光して光学処理
した後に受光器に導くような場合には、当該光学系を発
射点として受光器に至る光をも含むものである。

【００３３】前記課題を解決するための第２の手段は、
前記第１の手段であって、前記反射部材が複数設けられ
ていることを特徴とするもの（請求項２）である。

【００３４】前記反射部材は、必ずしも一つである必要
はなく、駆動部材の固定端と自由端の略中央に設けら
れ、反射面が前記駆動部材の中心軸に対して常に略垂直
となるという条件を満たせば、複数に分割してもよい。
このようにすることにより、例えば、駆動部材の片側に
投光器からの光を受ける反射部材を設け、他の側に物体
からの反射光を受ける反射部材を設けるようにすること
ができ、装置の設計の自由度が増す。

【００３５】前記課題を解決するための第３の手段は、
前記第１又は第２の手段であって、前記物体の位置が、
前記駆動部材の駆動部材の中心軸からずれていることを
特徴とするもの（請求項３）である。

【００３６】このようにすることにより、物体と駆動部
材との位置的な干渉を避けることができる。例えば、原
子間力顕微鏡において、物体が探針を有するカンチレバ
ーである場合、カンチレバーの位置を駆動部材の位置か
らオフセットさせることにより、光学顕微鏡を設けて、
カンチレバーの位置を観察する場合に、光学顕微鏡と駆
動部材の干渉を避けることができ、設計が容易になる。

【００３７】前記課題を解決するための第４の手段は、
前記第１の手段から第４の手段のいずれかであって、前
記物体の法線方向が、前記駆動部材の中心軸の方向と異
なる方向を向いていることを特徴とするもの（請求項
４）である。

【００３８】前記第１の手段の説明において行った作用
は、前記物体の法線方向が前記駆動部材の中心軸の方向
と異なる方向を向いている場合においても成立する。こ
のようにすることにより、物体の取付方法に自由度が増
す。

【００３９】前記課題を解決するための第５の手段は、
前記第１の手段から第４の手段のうちのいずれかであっ
て、物体への光の照射方向が、前記駆動部材の中心軸の
方向と異なる方向を向いていることを特徴とするもの
（請求項５）である。

【００４０】前記第１の手段の説明において行った作用
は、物体への光の照射方向が、前記駆動部材の中心軸の
方向と異なる方向を向いている場合においても成立す
る。このようにすることにより、物体の取付方法に自由
度が増す。

【００４１】たとえば、物体が前記第３の手段で説明し
た原子間力顕微鏡のカンチレバーである場合、深い溝等
のアスペクト比の高い試料も観察できるように、カンチ
レバーは試料に対しほぼ垂直に配置することが好まし
い。この場合、大きな開口数（Ｎ．Ａ．）を持つ光をカ
ンチレバーに投入する必要があるために、カンチレバー
の光の入射方向を駆動装置の中心軸方向と一致させるこ
とができないので、本手段のような構成とする。

【００４２】前記課題を解決するための第６の手段は、
前記第１の手段から第５の手段のいずれかを有する原子
間力顕微鏡であって、前記物体が、先端に探針を有し他
端が前記駆動部材の自由端に直接又は保持具を介して固
定されたカンチレバー又は当該カンチレバーに固着され
た反射体であり、前記物体の状態がカンチレバー又は反
射体の傾きであり、受光器が反射光の受光器への入射位
置を検出するものであって、前記駆動部材を屈曲させる
ことにより、前記探針で試料面を走査し、前記探針と試
料間に働く原子間力によって発生する前記カンチレバー
の撓み（傾き）を、反射光の受光器への入射位置の変化
を検出することにより測定する機構を有してなることを
特徴とするもの（請求項６）である。

【００４３】本手段に係る原子間力顕微鏡においては、
探針を先端に有するカンチレバーが駆動部材の先端に取
り付けられ、駆動部材を屈曲させることにより試料面を
探針で走査する。そして、試料と探針との間に働く原子
間力により発生するカンチレバーの撓みを、カンチレバ
ー又はそれに固着された反射体の傾きの変化を検知する
ことによって検出し、これにより原子間力を測定した
り、この原子間力を一定に保つようにカンチレバーと試
料の間隔を変化させて、試料の表面状態を検出したりす
ることができる。

【００４４】この原子間力顕微鏡においては、前記第１
の手段から第５の手段のうちのいずれかが、カンチレバ
ー又はそれに固着された反射体の傾きを検出する手段と
して使用されている。すなわち、固定された投光器か
ら、反射部材の反射面を介してカンチレバー又はそれに
固着された反射体に光を照射し、その反射光を反射部材
の反射面を介して受光器に受光する。受光器に入射する
反射光の位置は、カンチレバー又はそれに固着された反
射体の傾きに応じて、光てこの原理により大きく変化す
る。受光器は、反射光の受光器への入射位置を検出する
ものであるので、この受光器により、カンチレバー又は
それに固着された反射体の傾きのわずかな変化を検出す
ることができる。

【００４５】本手段に係る原子間力顕微鏡においては、
試料面を走査するために駆動部材を屈曲させても、投射
光は常にカンチレバー又はそれに固着された反射体に投
射され、その反射光の受光器への入射位置は変化しな
い。よって、カンチレバー又はそれに固着された反射体
の傾きのみを、受光器により検出することができる。

【００４６】また、駆動部材の自由端には、カンチレバ
ーとその保持具のみを設ければよいので、スキャナが移
動させなければならない質量を比較的小さくすることが
でき、スキャナーの共振周波数を高くすることができ
る。よって、カンチレバーを高速に走査することができ
る。

【００４７】前記課題を解決するための第７の手段は、
前記第１の手段から第５の手段のうちいずれかを有する
光ディスク装置であって、物体が、前記駆動部材の自由
端に直接又は保持具を介して固定された、記録媒体の表
面反射光検出用光学系であり、前記物体の状態が、当該
記録媒体の表面反射光検出用光学系を通して検出される
記録媒体表面からの反射光の放出状態であり、前記受光
器が、入射される光の量を検出するものであって、前記
駆動部材を屈曲させることにより、記録媒体に照射する
光の位置を変化させる機構を有することを特徴とするも
の（請求項７）である。

【００４８】光ディスク装置においては、光ディスク、
光磁気ディスク等の記録媒体の表面に光学系を介して光
ビームを照射し、その点からの反射光を光学系を介して
検出することにより、記録媒体に記録されている情報を
読み出したり、記録媒体の情報記録場所に対して光学系
を追従させたりすることが行われている。

【００４９】本手段に係る光ディスク装置においては、
この記録媒体の表面反射光検出用光学系が駆動部材の自
由端に直接又は保持具を介して固定されており、駆動部
材を屈曲させることにより、表面反射光を検出する記録
媒体の位置（トラック）を変えることができる。そし
て、前記第１の手段から第５の手段のうちのいずれか
が、記録媒体の表面反射光検出用光学系に正確に投射光
を照射し、表面反射光検出用光学系が検出した記録媒体
からの反射光を正確に受光器に伝えるために使用されて
いる。

【００５０】すなわち、記録媒体の検出位置を変えるた
めに駆動部材を屈曲させ、それにより記録媒体の表面反
射光検出用光学系の位置が変化しても、固定された投光
器からの光は、反射部材を介することにより、記録媒体
の表面反射光検出用光学系に、正確に照射される。そし
て、記録媒体の表面反射光検出用光学系によって検出さ
れた光は、反射部材を介することにより、正確に固定し
た受光器に受光される。

【００５１】本手段においては、第１の手段にいう「物
体」は、記録媒体の表面反射光検出用光学系であり、
「物体の状態」記録媒体の表面反射光検出用光学系が放
出する記録媒体からの反射光の状態であり、「物体から
反射された光」は、記録媒体の表面反射光検出用光学系
から出される記録媒体からの反射光にあたる。

【００５２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を用いて説明すると共に、本発明の原理を詳細に説
明する。図１は、本発明に係る物体の状態検出装置を原
子間力顕微鏡に応用した例の要部を示す概要図である。
また、図２はこの原子間力顕微鏡の全体を示す概要図で
ある。図１、図２において、１は駆動部材である円筒状
圧電素子、１ａはその電極、１ｂは円筒状圧電素子の固
定端、１ｃは円筒状圧電素子の自由端、２はカンチレバ
ー、３、４は反射部材であるトラッキングミラー、５は
投光器であるレーザー光源、６、７はミラー、８は受光
器である４分割ポジションセンサーフォトダイオード、
９はブロック、１０は支持基板、１１は試料、１２はマ
イクロメーター、１３はレンズ、１４はプリアンプ、１
５はコンピュータ、１６はピエゾ駆動回路である。な
お、図２を含め以下の図において、前出の構成要素と同
じ構成要素には同じ符号を付してその説明を省略する。

【００５３】円筒状圧電素子は１は、従来技術の説明
中、図７において円筒状圧電素子５４として説明を行っ
たものと同じものであり、その電極にかける電圧に応じ
て、３次元方向に変形が可能である。円筒状圧電素子は
１は、その固定端１ｂを支持基板１０に固定されてい
る。この円筒状圧電素子１の、固定端１ｂと自由端１ｃ
を略等分する位置に、トラッキングミラー３、４が、円
筒型圧電素子１の軸方向と法線をほぼ同じくして設けら
れている。また、円筒状圧電素子１の自由端１ｃには、
ブロック９を介してカンチレバー２が固定されている。
支持基板１０には、試料１１とカンチレバー２との位置
調整を行うためのマイクロメーター１２が３カ所に設け
られている。さらに、支持基板１０には、レーザー光源
５、レンズ１３、ミラー６、７及び４分割ポジションセ
ンサーフォトダイオード８が位置調整可能なように固定
して設けられている。

【００５４】レーザー光源５は、カンチレバー２の撓み
量を検出するための光源であり、この実施の形態では半
導体レーザーを用いている。また、４分割ポジションセ
ンサーフォトダイオード８は、受光面を十字に分割して
４つの受光面を有したフォトダイオードである。これ
は、カンチレバー２の撓み量を検出するためのもので、
カンチレバーの撓みの変化によって、受光面上の光スポ
ットが移動し、各受光面の受光量が変化することを利用
して、カンチレバーの撓み量を検出する。ミラー６とレ
ンズ１３は、レーザー光源５からのレーザー光が、カン
チレバー２上で焦点を結ぶように調整されている。

【００５５】次に、この原子間力顕微鏡のカンチレバー
の撓み量測定について説明する。レーザー光源５からの
光は、ミラー６により反射された後、トラッキングミラ
ー３を介してカンチレバー２に入射する。カンチレバー
２に入射した光は、カンチレバー２の撓み量に応じて光
軸が変わって反射する。カンチレバー２によって反射さ
れた光は再びトラッキングミラー４により反射され、ミ
ラー７を介して４分割ポジションセンサーフォトダイオ
ード８に入射する。このとき、４分割ポジションセンサ
ーフォトダイオード８のそれぞれの受光面から得られる
電流の差信号をプリアンプ１４で増幅し、その値から４
分割ポジションセンサーフォトダイオード８での光スポ
ットの位置を算出し、さらにこの値からカンチレバー２
の撓み量を算出する。この測定法は光てこを応用したも
のであり、カンチレバー２の微小な撓み（傾き）を検出
することができる。

【００５６】試料１１面の走査は以下のようにして行
う。すなわち、コンピュータ１５により走査信号を発生
させ、ピエゾ駆動回路１６により円筒状圧電素子１を水
平方向に駆動する。そのとき、試料１１とカンチレバー
２の相対距離が変化し、カンチレバー２の撓みが変化す
る。その撓みの変化を前述の光てこ法で検出し、その撓
みが一定となるようにコンピュータ１５によりフィード
バック量を計算し、ピエゾ駆動回路１６により円筒状圧
電素子１を上下方向に駆動し、カンチレバー２を上下に
動かす。コンピュータ１５では、円筒状圧電素子１の伸
縮量から、走査した試料面の各位置における凹凸の大き
さを算出する。

【００５７】前述の走査を実現するためには、走査中、
光てこ法に使用するレーザー光がカンチレバーにトラッ
キングされなければならない。そのトラッキングの原理
を図３を使って説明する。図３において１７はレーザー
光である。

【００５８】図３（ａ）は、円筒状圧電素子１とトラッ
キングの光学系を上から見た略図である。ます、カンチ
レバー２を円弧状矢印の向きであるＸ方向に駆動した場
合のトラッキングの原理を説明する。円筒状圧電素子２
は、水平方向に対向する２つの電極に異符号の電圧を印
加することにより、図のように自分自身が略円弧状に水
平方向に撓む。それによりカンチレバー２がＸ方向に駆
動する。ここで、円筒状圧電素子２の中央に固定された
トラッキングミラー３、４がθ角度を変えたとする。す
ると、トラッキングミラー３にある任意の角度で入射す
るレーザー光１７は、トラッキングミラー３で反射さ
れ、２θ角度を変えてカンチレバー２に入射する。この
とき、ブロック９を介して円筒状圧電素子２の自由端に
固定されたカンチレバー２は、やはり２θ角度を変えて
おり、カンチレバーにより反射されたレーザーは、圧電
駆動部材が撓む前と比べて２θ角度ずれを起こしてい
る。よって、カンチレバー２の位置が変わっても、レー
ザー光はこれに追従してその照射位置を変え、正しくカ
ンチレバー２に入射することになる。

【００５９】また、カンチレバーにより反射されたレー
ザー光は、円筒状圧電素子１が撓む前と比べ２θ角度ず
れを起こしている。その角度ずれしたレーザー光が再び
θ傾いたトラッキングミラー４により反射されることに
より向きを元に戻し、円筒状圧電素子１が撓む前と同じ
点で４分割ポジションセンサーフォトダイオード８に入
射する。

【００６０】以上説明したように、このトラッキング系
においては、カンチレバー２の位置が変化しても、カン
チレバー２へのレーザー光の入射角度と入射位置が一定
であり、４分割ポジションセンサーフォトダイオード８
に入射するレーザー光の位置も一定である。そのことを
図３（ｂ）を使って、さらに詳細に説明し、厳密に証明
する。

【００６１】図３（ｂ）は円筒状圧電素子１とトラッキ
ングの光学系を模式的に表した図である。太い直線ＦＭ
は円筒型圧電駆動部材７４が撓んでいないときの固定端
Ｆと自由端Ｍを結ぶ直線である。細線ＭＰはブロック９
を示す。点Ｐにある短い太線はカンチレバー２のミラー
面を表している。直線ＦＭの中点Ｃを通る太い直線はト
ラッキングミラー３、４を表している。円筒状圧電素子
１がニュートラルポジションにいる場合、レーザー光は
点Ｌからトラッキングミラー３の点Ｒ₁に入射して反射
され、カンチレバー２のミラー面の点Ｐで反射され、再
びトラッキングミラー４の点Ｒ₂で反射されて４分割ポ
ジションセンサーフォトダイオード８に点Ｄで入射す
る。

【００６２】ここで鏡像法を使い、トラッキングミラー
の役割を考えてみる。トラッキングミラーによるカンチ
レバーの鏡像は点Ｖにある短い太線である。またレーザ
ー光の光軸である線Ｒ₁−Ｐ−Ｒ₂のトラッキングミラー
による鏡像は線Ｒ₁−Ｖ−Ｒ₂である。つまりトラッキン
グミラーとカンチレバーによるレーザー光の反射は、ト
ラッキングミラーとカンチレバーの代わりに、圧電素子
の固定端付近である点Ｖに置かれ、その反射面の法線を
円筒状圧電素子と同じ向きに固定したミラーによる反射
と等価である。

【００６３】次に、圧電素子を駆動した場合について考
察する。弧ＦＭ’は円筒状圧電素子が撓んだときの中心
線を示している。その場合の曲率半径をｒとし、その曲
率半径ｒの中心をＯとすると、トラッキングミラーの反
射面は弧ＦＭ’の中点Ｃ’を通る太い直線ＯＣ’とな
る。トラッキングミラーとカンチレバーにより反射され
るレーザー光の通路は、線Ｒ₁’−Ｐ’−Ｒ₂’となる。
ここで、移動したカンチレバーＰ’のトラッキングミラ
ーによる鏡像は点Ｖであり、そのミラーの法線は直線Ｆ
Ｍと一致している。つまり、傾いたトラッキングミラー
により反射されるレーザー光は線Ｒ₁’−Ｐ’−Ｒ₂’で
あり、そのトラッキングミラーによる鏡像は線Ｒ₁’−
Ｖ−Ｒ₂’となって、これは圧電素子がニュートラルポ
ジションにいる場合と同じである。すなわち、円筒型圧
電素子を駆動することによりカンチレバーをどの位置に
駆動しても、トラッキングミラーによるカンチレバーの
鏡像は所定の点Ｖにその法線を圧電駆動部材の軸と同じ
にしてできるため、カンチレバーとレーザー光の通路の
相対関係は常に保存される。

【００６４】次にカンチレバーを上下に駆動した場合を
考察する。図４（ａ）は、円筒型圧電素子１とトラッキ
ングの光学系を横から見た略図である。この場合、試料
１１として半導体のウエハーのような非常に面積の大き
い試料を観察している。このような大きな試料１１の観
察が可能なように、カンチレバー２は円筒型圧電素子１
から外れた位置に設けられている。このような位置にあ
るカンチレバー２にレーザー光を集光するため、レーザ
ー光は円筒状圧電素子１の軸からずれて入射させざるを
得ない。またそのレーザー光の反射光を再びディテクタ
ーに入射させるためには、カンチレバーのミラーの法線
の向きを圧電素子の軸と同じくすることができない。こ
のような制約条件がある場合でも、本発明によれば、走
査中、光てこ法に使用するレーザー光がカンチレバーに
トラッキング可能である。その理由を図４（ｂ）を用い
て詳細に説明し、厳密に証明する。

【００６５】図４（ｂ）は円筒状圧電素子１とトラッキ
ングの光学系を模式的に表した図である。太い直線ＦＭ
は円筒状圧電素子１が撓んでいないときの固定端Ｆと自
由端Ｍを結ぶ直線である。カンチレバーはブロック９を
介して円筒状圧電素子１の自由端に固定されている。細
線ＭＰはブロック９を示す。点Ｐにある短い太線はカン
チレバー２のミラー面を表している。直線ＦＭの中点Ｃ
を通る太い直線はトラッキングミラー３、４を表してい
る。円筒状圧電素子１がニュートラルポジションにいる
場合、レーザー光は点Ｌからトラッキングミラー３の点
Ｒの点に入射して反射され、カンチレバー２のミラー面
により点Ｐにおいて反射され、再びトラッキングミラー
４の点Ｒにおいて反射されディテクターに点Ｄで入射す
る。

【００６６】ここで鏡像法を使い、トラッキングミラー
の役割を考えてみる。トラッキングミラーによるカンチ
レバーの鏡像は点Ｖにある短い太線である。またレーザ
ー光の光軸である直線ＲＰのトラッキングミラーによる
鏡像は直線ＲＶである。つまりトラッキングミラーとカ
ンチレバーによるレーザー光の反射は、トラッキングミ
ラーとカンチレバーの代わりに、所定の点Ｖに置かれ、
その反射面の法線を、カンチレバーの法線とトラッキン
グミラー面に対して対称な向きに固定したミラーによる
反射と等価である。

【００６７】次に、圧電素子を駆動した場合について考
察する。弧ＦＭ’は円筒状圧電素子が撓んだときの中心
線を示している。その場合の曲率半径をｒとし、その曲
率半径ｒの中心をＯとすると、トラッキングミラーの反
射面は太い直線ＯＣ’となる。トラッキングミラーとカ
ンチレバーにより反射されるレーザー光は直線Ｒ’Ｐ’
となる。ここで、移動したカンチレバーＰ’のトラッキ
ングミラーによる鏡像は点Ｖであり、そのミラーの法線
は駆動前のカンチレバーの鏡像と一致している。つま
り、傾いたトラッキングミラーにより反射されるレーザ
ー光は直線Ｒ’Ｐ’であり、そのトラッキングミラーに
よる鏡像は線Ｒ’Ｖとなって、これは圧電素子がニュー
トラルポジションにいる場合と同じである。すなわち、
円筒状圧電素子を駆動することによりカンチレバーをど
の位置に駆動しても、トラッキングミラーによるカンチ
レバーの鏡像は常に等しいため、カンチレバーとレーザ
ー光の通路の相対関係は常に保存される。

【００６８】次に、円筒状圧電素子１が軸方向に伸び縮
みする場合を考察する。図５（ａ）は円筒状圧電素子１
とトラッキングの光学系を上から見た略図である。また
図５（ｂ）は円筒状圧電素子１とトラッキングの光学系
を模式的に表した図である。図５（ｂ）において、太い
直線ＦＭは円筒状圧電素子がニュートラルポジションに
あるときの固定端Ｆと自由端Ｍを結ぶ直線である。カン
チレバー２はブロック９を介して圧電素子の移動端に固
定されており、点Ｐにある短い太線で表わされる。直線
ＦＭの中点Ｃを通る太い直線はトラッキングミラー３、
４を表している。円筒状圧電素子１がニュートラルポジ
ションにある場合、レーザー光は点Ｌからトラッキング
ミラー３の点Ｒ₁に入射して反射され、カンチレバー２
のミラー面により点Ｐにおいて反射され、再びトラッキ
ングミラー４の点Ｒ₂で反射されて、ディテクターに点
Ｄで入射する。ここでも同じく鏡像法を使い、トラッキ
ングミラーの役割を考えてみる。トラッキングミラーに
よるカンチレバーの鏡像は点Ｖにある短い太線である。
またレーザー光の光軸である線Ｒ₁−Ｐ−Ｒ₂のトラッキ
ングミラーによる鏡像は線Ｒ₁−Ｖ−Ｒ₂である。

【００６９】次に、圧電素子を駆動して左向きの矢印方
向に伸ばした場合について考察する。直線ＦＭ’は圧電
駆動部材が軸方向に伸びたときの中心線を示している。
その直線ＦＭ’の中点Ｃ’をトラッキングミラーの反射
面が通る。このとき、ＰＰ’＝２ＣＣ’の関係が成立す
る。トラッキングミラーとカンチレバーにより反射され
るレーザー光は、線Ｒ₁’−Ｐ’−Ｒ₂’となる。ここ
で、移動したカンチレバーＰ’のトラッキングミラーに
よる鏡像は点Ｖであり、そのミラーの法線は圧電素子の
軸と一致している。つまり、平行移動したトラッキング
ミラーにより反射されるレーザー光は線Ｒ₁’−Ｐ’−
Ｒ₂’であり、そのトラッキングミラーによる鏡像は線
Ｒ₁’−Ｖ−Ｒ₂’である。これは圧電素子がニュートラ
ルポジションにいる場合と同じである。すなわち、円筒
状圧電素子を駆動することによりカンチレバーをどの位
置に駆動しても、トラッキングミラーによるカンチレバ
ーの鏡像は常に等しいため、カンチレバーとレーザー光
の通路の相対関係は常に保存される。

【００７０】以上説明したように、本実施の形態に係る
原子間力顕微鏡においては、走査手段である円筒状圧電
素子により、カンチレバーをｘ、ｙ、ｚ方向のどちらの
方向に移動させても、レーザー光のトラッキングが完全
に行われる。

【００７１】また、円筒状圧電素子の自由端に固定して
あるのはカンチレバーとそれを保持するブロックのみで
あるため、スキャナが移動させなければならない質量を
比較的小さくすることができ、スキャナーの共振周波数
を高くすることができる。よって、カンチレバーを高速
に走査することができる。また共振周波数を高くできる
ことで、外部の振動の影響が少なくなり、カンチレバー
の分解能を高くすることができる。

【００７２】さらに、円筒状圧電素子の自由端にはレー
ザーや、ディテクターを固定せず、カンチレバーのみ固
定すればよいので、カンチレバーの上部に十分なスペー
スを確保でき、光学顕微鏡の対物レンズ等によりカンチ
レバーと試料を直上から観察することが可能である。よ
って、光学顕微鏡にこの原子間力顕微鏡を搭載する際に
は、光学顕微鏡の設計変更や改造が不要であり、既存の
光学顕微鏡の機能を最大限に活用しながら、原子間力顕
微鏡との同時観察を行うことが可能となる。このように
することで、狭い範囲で微小な試料表面を原子間力顕微
鏡で観察しながら、広範囲を光学顕微鏡で同時に観察す
ることができ、原子間力顕微鏡で観察した対象を光学顕
微鏡で見ながら、使用者が、すばやく原子間力顕微鏡の
カンチレバーを所定の位置に移動させることができる。

【００７３】図６に、本発明の実施の形態の１例である
光ディスク装置の要部の概要図を示す。図６において、
１８は回転支柱、１９は基盤、２０は投光器、２１はミ
ラー、２２は受光器、２３はミラー、２４は駆動部材支
持台、２５は駆動部材である円筒状圧電素子、２６は記
録媒体の表面反射光検出用光学系、２７はトラッキング
ミラー、２８は記録媒体である。

【００７４】基盤１９は回転支柱１８に支えられて回転
し、記録媒体の半径方向（矢印で示した方向）を走査可
能になっており、記録媒体の表面反射光検出用光学系２
６を、記録媒体のアクセスしたいトラック位置に粗調整
して合わせる。基盤１９には、投光器２０、ミラー２
１、受光器２２、ミラー２３が固定されている。基盤１
９の先端には、駆動部材支持台１９に円筒状圧電素子２
５が支えられて固定されている。そして、円筒状圧電素
子２５の先端部（自由端）には、記録媒体２８の情報記
録面に、大きな開口数でレーザー光を照射し、その反射
光を受光するための記録媒体の表面反射光検出用光学系
２６が設けられている。この記録媒体の表面反射光検出
用光学系２６は、光ディスク、光磁気ディスク等への情
報の書き込み、読み出しを行う光ディスク装置に広く用
いられている周知のものである。円筒状圧電素子２５
は、記録媒体の表面反射光検出用光学系２６を、主とし
て記録媒体２８の半径方向に高速で移動させ、記録媒体
の表面反射光検出用光学系２６の正確な位置決め（記録
媒体に設けられているトラックのトラッキング等）を行
う。

【００７５】ここで、投光器２０、ミラー２１、受光器
２２、ミラー２３、円筒状圧電素子２５、トラッキング
ミラー２７、記録媒体の表面反射光検出用光学系２６で
構成される部分が、本発明にかかる物体の状態検出装置
に対応する。すなわち、トラッキングミラー２７は、円
筒状圧電素子２５の固定端と自由端の略中心部に、その
反射面が常に円筒状圧電素子２５の中心線と略垂直にな
るように設けられている。

【００７６】投光器２０から放射されるレーザービーム
は、ミラー２１を介して、トラッキングミラー２７に入
射して反射され、記録媒体の表面反射光検出用光学系２
６を照射する。円筒状圧電素子２５の変形により記録媒
体の表面反射光検出用光学系２６の位置が変化しても、
投光器２０からのレーザービームが正しく記録媒体の表
面反射光検出用光学系２６上に照射される理由は、前に
説明したとおりである。記録媒体の表面反射光検出用光
学系２６は、受光したレーザー光を絞り、大きな開口数
を有して記録媒体２８の記録面に焦点を結ぶ光に変換
し、記録媒体に照射する。

【００７７】記録媒体からの反射光は、再び記録媒体の
表面反射光検出用光学系２６によって集光され、レーザ
ービームとなって、トラッキングミラー２７で反射さ
れ、ミラー２３を介して受光器２２で受光される。受光
器２２は、受光される光の強弱、偏光の状態等を検出す
ることにより、記録媒体２８に記録されている情報を再
現する。円筒状圧電素子２５の変形により記録媒体の表
面反射光検出用光学系２６の位置が変化しても、それに
よって検出された記録媒体２８からの反射光が正しく受
光器２２に入射する理由は、前に説明したとおりであ
る。なお、記録媒体に情報を書きこむ場合には、反射光
の処理が不必要であることは言うまでもない。

【００７８】この実施の形態は請求項７に対応するもの
であり、「物体」が記録媒体の表面反射光検出用光学系
２６に対応し、「物体の状態」とは、記録媒体の表面反
射光検出用光学系２６の光の放出状態、すなわち、検出
した記録媒体表面からの反射光の放出状態に対応する。

【００７９】本実施の形態によれば、回転支柱１８によ
り表面反射光検出用光学系２６の粗い位置決めを行い、
細かい位置決めは円筒状圧電素子２５を使用して行って
いる。すなわち、重量物である投光器、受光器を最終的
な位置決め装置と独立して設置できるので、最終的な位
置決め装置である円筒状圧電素子２５に取りつけられる
部材の重量を軽くすることができ、高応答で書き込み・
読み出しヘッドの位置決めを行うことができる。よっ
て、全体として高速の光ディスクドライブが実現でき
る。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１に係る物体の状態検出装置は、一端（固定端）を固
定され、略円弧状に屈曲することにより他端（自由端）
に変位を起こす駆動部材の固定端と自由端の略中央に、
反射面が前記駆動部材の中心軸に対して常に略垂直とな
るように設けられた反射部材と、駆動部材の自由端に直
接又は保持具を介して保持された物体に、当該反射部材
の反射面を介して光を照射する投光器と、前記物体から
反射された光を前記反射部材の反射面を介して受光する
受光器とを有しているので、駆動部材が屈曲、伸縮して
物体の位置が変化しても、必ず光は前記物体を照射し、
当該物体から反射された光は位置ずれを起こすことなく
受光器に入射する。これにより、駆動部材を屈曲、伸縮
させて物体の位置を変化させても、投光器と受光器の状
態を変えることなく、当該物体に投光器からの光を照射
し、当該物体からの反射光を受光器で受光することがで
きる。

【００８１】請求項２に係る物体の状態検出装置は、反
射部材を複数設けているので、例えば、駆動部材の片側
に投光器からの光を受ける反射部材を設け、他の側に物
体からの反射光を受ける反射部材を設けるようにするこ
とができ、装置の設計の自由度が増す。

【００８２】請求項３に係る物体の状態検出装置は、検
出対象となる物体の位置が、駆動部材の駆動部材の中心
軸からずれているので、物体と駆動部材との位置的な干
渉を避けることができる。

【００８３】請求項４に係る物体の状態検出装置は、検
出対象となる物体の法線方向が、前記駆動部材の中心軸
の方向と異なる方向を向いているので、物体の取付方法
に自由度が増す。

【００８４】請求項５に係る物体の状態検出装置は、検
出対象となる物体への光の照射方向が、前記駆動部材の
中心軸の方向と異なる方向を向いているので、物体の取
付方法に自由度が増す。

【００８５】請求項６に係る原子間力顕微鏡において
は、本発明に係る物体の状態検出装置を、カンチレバー
の撓み量検出装置として使用しているので、カンチレバ
ーの位置が走査により移動しても、固定した投光器か
ら、カンチレバーの撓み量検出用の光を常にカンチレバ
ーに照射することができ、かつその反射光を固定した受
光器で受光することが可能となる。また、駆動部材の自
由端には、カンチレバーとその保持具のみを設ければよ
いので、スキャナが移動させなければならない質量を比
較的小さくすることができ、スキャナーの共振周波数を
高くすることができる。よって、カンチレバーを高速に
走査することができる。加えて、共振周波数を高くでき
ることで、外部の振動の影響が少なくなり、カンチレバ
ーの分解能を高くすることができる。

【００８６】請求項７に係る光ディスク装置において
は、本発明に係る物体の状態検出装置を、記録媒体の表
面反射光検出用光学系として使用しているので、記録媒
体の検出位置を変えるために駆動部材を屈曲させ、それ
により記録媒体の表面反射光検出用光学系の位置が変化
しても、固定された投光器からの光を記録媒体の表面反
射光検出用光学系に照射し、記録媒体の表面反射光検出
用光学系によって検出された光を正確に固定した受光器
で受光することができる。また、駆動部材の自由端に
は、記録媒体の表面反射光検出用光学系とその保持具の
みを設ければよいので、駆動部材が移動させなければな
らない質量を比較的小さくすることができ、駆動部材の
共振周波数を高くすることができる。よって、記録媒体
表面を高速に走査することができる。加えて、共振周波
数を高くできることで、外部の振動の影響が少なくな
り、位置制御の分解能を高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る物体の状態検出装置を原子間力顕
微鏡に応用した例の要部を示す概要図である。

【図２】本発明の実施の形態の１例である原子間力顕微
鏡の全体を示す概要図である。

【図３】円筒状圧電素子を水平方向に湾曲させた場合
の、光線の変化を示す図である。

【図４】円筒状圧電素子を上下方向に湾曲させた場合
の、光線の変化を示す図である。

【図５】円筒状圧電素子を伸縮させた場合の、光線の変
化を示す図である。

【図６】本発明の実施の形態の１例である光ディスク装
置の要部を示す概要図である。

【図７】従来の試料走査型原子間力顕微鏡の検出部の概
要を示す図である。

【図８】従来の原子間力顕微鏡の１例における光学系を
示す図である。

【図９】図８に示した原子間力顕微鏡の光学系の他の部
分を示す図である。

【図１０】従来の原子間力顕微鏡の他の例における光学
系を示す図である。

【図１１】図８に示した原子間力顕微鏡の問題点を示す
図である。

【符号の説明】

１…円筒状圧電素子、１ａ、１ｂ…円筒状圧電素子の電
極、１ｃ…円筒状圧電素子の固定端、１ｄ…円筒状圧電
素子の自由端、２…カンチレバー、３、４…反射部材で
あるトラッキングミラー、５…レーザー光源、６、７…
ミラー、８…４分割ポジションセンサーフォトダイオー
ド、９…ブロック、１０…支持基板、１１…試料、１２
…マイクロメーター、１３…レンズ、１４…プリアン
プ、１５…コンピュータ、１６…ピエゾ駆動回路、１７
…レーザー光、１８…回転支柱、１９…基盤、２０…投
光器、２１…ミラー、２２…受光器、２３…ミラー、２
４…駆動部材支持台、２５…円筒状圧電素子、２６…記
録媒体の表面反射光検出用光学系、２７…トラッキング
ミラー、２８…記録媒体

フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA02 AA09 AA17 AA49 BB25 CC00 CC21 FF01 GG04 HH04 JJ03 JJ22 LL04 LL12 UU07 2F069 AA06 AA60 BB00 CC06 DD27 GG04 GG07 GG62 HH04 HH30 LL03 5D090 AA01 CC04 CC20 DD05 FF02 LL01 LL03 LL04 LL05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一端（固定端）を固定され、略円弧状に
屈曲することにより他端（自由端）に変位を起こす駆動
部材の自由端に、直接又は保持具を介して保持された物
体の状態を光学的に検出する装置であって、前記駆動部
材の固定端と自由端の略中央に、反射面が前記駆動部材
の中心軸に対して常に略垂直となるように設けられた反
射部材と、前記駆動部材には支持されず、前記反射部材
の反射面を介して前記物体に光を照射する投光器と、前
記駆動部材には支持されず、前記物体から反射された光
を前記反射部材の反射面を介して受光する受光器とを有
してなる物体の状態検出装置。
【請求項２】前記反射部材が複数設けられていること
を特徴とする請求項１に記載の物体の状態検出装置。
【請求項３】前記物体の位置が、前記駆動部材の駆動
部材の中心軸からずれていることを特徴とする請求項１
又は請求項２に記載の物体の状態検出装置。
【請求項４】前記物体の法線方向が、前記駆動部材の
中心軸の方向と異なる方向を向いていることを特徴とす
る請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の物
体の状態検出装置。
【請求項５】前記物体への光の照射方向が、前記駆動
部材の中心軸の方向と異なる方向を向いていることを特
徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記
載の物体の状態検出装置。
【請求項６】請求項１から請求項５のうちいずれか１
項に記載の物体の状態検出装置を有する原子間力顕微鏡
であって、前記物体が、先端に探針を有し他端が前記駆
動部材の自由端に直接又は保持具を介して固定されたカ
ンチレバー又は当該カンチレバーに固着された反射体で
あり、前記物体の状態がカンチレバー又は反射体の傾き
であり、受光器が反射光の受光器への入射位置を検出す
るものであって、前記駆動部材を屈曲させることによ
り、前記探針で試料面を走査し、前記探針と試料間に働
く原子間力によって発生する前記カンチレバーの撓み
(傾き)を、反射光の受光器への入射位置の変化を検出す
ることにより測定する機構を有してなることを特徴とす
る原子間力顕微鏡。
【請求項７】請求項１から請求項５のうちいずれか１
項に記載の物体の状態検出装置を有する光ディスク装置
であって、前記物体が、前記駆動部材の自由端に直接又
は保持具を介して固定された、記録媒体の表面反射光検
出用光学系であり、前記物体の状態が、当該記録媒体の
表面反射光検出用光学系を通して検出される記録媒体表
面からの反射光の放出状態であり、前記受光器が、入射
される光の量を検出するものであって、前記駆動部材を
屈曲させることにより、記録媒体に照射する光の位置を
変化させる機構を有することを特徴とする光ディスク装
置。