JP2001108595A

JP2001108595A - 微小領域走査装置

Info

Publication number: JP2001108595A
Application number: JP28344599A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Honma; 克則本間; Hiroshi Muramatsu; 宏村松; Akira Egawa; 明江川
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1999-10-04
Filing date: 1999-10-04
Publication date: 2001-04-20

Abstract

(57)【要約】【課題】ＳＰＭの様々な分野への応用、特にＳＰＭを
生物用倒立顕微鏡に搭載する際に障害とならない円筒型
圧電素子利用の微小領域走査装置を提供すること。【解決手段】２本の円筒型圧電素子１０２と、２本の
円筒型圧電素子１０２の自由端に連結固定される梁１０
７と、から成る構成とした。さらに、２本の円筒型圧電
素子１０２の中心軸を結ぶ線が、円筒型圧電素子１０２
の水平面内の走査軸方向に対して45°を成す位置に配置
する構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、先鋭化された先端
部を有するプローブによって試料表面を走査することに
よって、試料表面の物理的情報を観察する走査型プロー
ブ顕微鏡（ＳＰＭ）に利用される微小領域走査装置と、
走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）は、機
械的探針（以下、プローブと呼ぶ）によって試料表面を
走査し、プローブと試料表面との間に働く相互作用を検
出することによって、試料表面の物理量をｎｍ（１０^-9
ｍ）以下のオーダーで観察する装置である。例えば、走
査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）の一つとして代表的な原
子間力顕微鏡（ＡＦＭ）では、プローブと試料表面の間
に働く原子間力をプローブのたわみ量変化という情報で
検出し、これを利用することによって試料の表面形状を
観察することができる。

【０００３】こうした装置において、試料やプローブを
水平方向（以下ＸＹ方向と呼ぶ）と高さ方向（以下Ｚ方
向と呼ぶ）に精度良く走査するために必要な機械装置
が、微小領域走査装置である。走査型プローブ顕微鏡
（ＳＰＭ）に利用される微小領域走査装置には、０．０
１〜０．１ｎｍの高い分解能が要求されるため、一般的
に圧電素子（ピエゾ）が使われる。代表的には、例えば
米国特許第５、３０６、９１９（Ｅｌｉｎｇｓｅｔａ
ｌ．）が開示しているような円筒型圧電素子を利用した
微小領域走査装置が挙げられる。この微小領域走査装置
は、圧電素子の横効果を利用し、１本の円筒型圧電素子
によってＸＹ方向およびＺ方向に走査することができ
る。この円筒型圧電素子を利用した微小領域走査装置の
原型は、米国特許第４、０８７、７１５（Ｍｙｅｒｅ
ｔａｌ．）が開示しているマイクロポジショナーに見
ることができる。

【０００４】この例では、円筒型圧電素子の内側にグラ
ンド電極を作り、側面には４分割の電極を製作し、対向
する２極を１組としている。この２極に極性の異なる電
圧を印加し、１極を伸ばし、１極を縮めれば、円筒型圧
電素子は１方向に傾く。これを２組の電極で行えば、２
方向に円筒型圧電素子を変形させることができる。これ
に加えて、側面円周上に別の電極を形成し電圧を加えれ
ば、円筒型圧電素子の軸方向に円筒型圧電素子を伸縮さ
せることができる。こうすることによって、１本の円筒
型圧電素子によって、ＸＹＺ方向に走査をすることがで
きる。

【０００５】図９は、円筒型圧電素子を利用した従来の
微小領域走査装置の構成の一例を示す模式図である。図
９において、基盤９０１上に円筒型圧電素子９０２が固
定される。円筒型圧電素子９０２の自由端には、試料台
９０７が備わり、その上に試料９０８が搭載される。

【０００６】円筒型圧電素子９０２の内側側面の全域に
はグランド用電極９０３が形成される。一方、外側側面
の１部には４分割の電極を製作し、それぞれは電気的に
絶縁されている。この４分割のＸ１電極９０４（ａ）と
Ｘ２電極９０４（ｂ）、およびＹ１電極９０５（ａ）と
Ｙ２電極９０５（ｂ）は、それぞれ２極が対向する位置
関係にある。外側側面の残りの部分にはＺ電極９０６が
形成され、内側のグランド用電極、外側の４分割電極と
は電気的に絶縁される。

【０００７】４分割のＸ１電極９０４（ａ）、Ｘ２電極
９０４（ｂ）、Ｙ１電極９０５（ａ）、Ｙ２電極９０５
（ｂ）、もう一つのＺ電極９０６は、それぞれ、グラン
ド用電極９０３との間で高電圧を掛け、電極の形成され
る部分の圧電材料の分極を行う。この時、対向する電極
の形成される部分の圧電材料は、同じ極性の電圧を印加
された場合に、それぞれ反対の効果、すなわち、「伸
び」「縮み」を起こすように分極される。

【０００８】この構成例は、電極の形成される部分の圧
電材料の分極の極性を換えることによって圧電素子伸縮
方向を変化させるものであり、印加電圧の極性によって
伸縮方向を変化させる米国特許第４、０８７、７１５と
は異なるものである。次に動作を説明する。円筒型圧電
素子９０２のＸ１電極９０４（ａ）とＸ２電極９０４
（ｂ）に、電圧を印加する。この状態において、Ｘ１電
極９０４（ａ）の形成された部分の圧電材料に伸びを生
じる。一方、Ｘ２電極９０４（ｂ）の形成された部分の
圧電材料は、収縮する。これによって、円筒型圧電素子
９０１は、紙面向かって左側、Ｘ軸に沿って変形する。
したがって、円筒型圧電素子９０２の自由端に乗る試料
台９０７および試料９０８は、Ｘ軸方向に走査される。
同様にして、Ｙ１電極９０５（ａ）、Ｙ２電極９０５
（ｂ）に電圧を印加すればＹ軸方向に走査させることが
できる。

【０００９】同時に、Ｚ電極９０６とグランド用電極９
０３に交番電圧を印加すれば、Ｚ電極９０６の形成され
た部分の圧電材料は伸縮する。さらにＸ１電極９０４
（ａ）、Ｘ２電極９０４（ｂ）、Ｙ１電極９０５
（ａ）、Ｙ２電極９０５（ｂ）に加える電圧を協調制御
すれば、図９の矢視Ａに示すように、試料台９０６およ
び試料台９０７をＸＹ方向にラスター走査させることが
出来る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上に示したような従
来の円筒型圧電素子利用の微小領域走査装置は、他の微
小領域走査装置、例えば積層圧電素子をＸＹＺに組み合
わせたテトラポッド構造の微小領域走査装置に比べ、構
造が簡単で軽く、ＸＹＺ方向の共振周波数が高いという
特徴から、ＳＰＭのほとんどで利用されてきた。

【００１１】走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）の先鞭で
あるＳＴＭ、ＡＦＭの登場当初は、その観察対象は金属
表面の原子像や単分子膜の分子配列などであり、装置の
用途は試料表面の微細構造観察・研究であった。こうし
た用途においては、ＳＰＭの装置構成は微小領域走査装
置と、プローブと、プローブ変位検出装置と、プローブ
を試料に接近させる粗動装置という単純なものであり、
かつ試料が小さく軽いため、微小領域走査装置の配置に
は制約がなかった。具体的には、粗動装置の上に微小領
域走査装置を設置し、微小領域走査装置の上に試料台を
設けて試料を載せる。プローブは試料直上に配置し、プ
ローブの上側にプローブ変位検出装置を配置する。観察
は、試料を走査して行う。従来の円筒型圧電素子利用の
微小領域走査装置では、図９に示した構造で明らかなよ
うに、円筒型圧電素子の円筒軸を試料台中心部に配置す
る。試料研究用ＳＰＭの構造においては、従来の円筒型
圧電素子利用の微小領域走査装置のこのような配置は欠
点にはならない。

【００１２】しかし、最近では、走査型プローブ顕微鏡
（ＳＰＭ）の様々な分野への応用が期待され、装置構成
も従来の単純なものでは対応出来ないようになってき
た。たとえば、本発明で特にその応用を期待している生
物分野においては、細胞など観察を行う場合、ＳＰＭを
通常の倒立型光学顕微鏡に搭載し、試料表面を光学的に
観察をして、さらにＳＰＭ観察を行うことが求められ
る。こうした場合、従来の円筒型圧電素子利用の微小領
域走査装置が設置される試料台直下には顕微鏡の対物レ
ンズが位置し、微小領域走査装置を配置することができ
ない。このため、例えば、３本の円筒圧電素子を顕微鏡
の対物レンズの周辺に配置し、その上に試料台を設置
し、試料台中心部に対物レンズ中心が位置するように構
成するなどの工夫が必要であった。３本配置とする理由
は、試料台をゆがめることなくすべての円筒型圧電素子
の自由端部分に確実に接触固定可能であり、また、すべ
ての円筒型圧電素子を同時にＸＹ方向へラスター走査す
る場合にも、試料台に均等な力を作用させることが出来
るためである。この構成は、剛性が高く、得られる像の
歪みも少ないため、利用頻度の高い手法である。しかし
ながら、この構成を採る場合であっても、レバルバー回
転による対物レンズの交換は、円筒型圧電素子の配置上
不可能となったり、あるいは、レボルバー回転可能であ
っても、使用可能な対物レンズの直径を制限したり、微
小領域走査装置の直径が大きくなってしまう等の不都合
が起きる場合があった。

【００１３】そこで、本発明の目的は、従来の円筒圧電
素子利用の微小領域走査装置の持つ上記のような課題を
解決し、ＳＰＭの様々な分野への応用、特にＳＰＭを生
物用倒立顕微鏡に搭載する際に障害とならない円筒型圧
電素子利用の微小領域走査装置を提案することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）に利
用される微小領域走査装置であって、その円筒側面が湾
曲することによりＸＹ方向のラスター走査を行い、円筒
軸方向に伸縮運動することによりＺ方向の駆動をする円
筒型圧電素子を利用する微小領域走査装置において、２
本の円筒型圧電素子と、２本の円筒型圧電素子の自由端
に連結固定される梁と、から成る構成とした。

【００１５】さらに、２本の円筒型圧電素子の中心軸を
結ぶ線が、円筒型圧電素子の水平面内の走査軸方向に対
して45°を成す位置に配置する構成も考案した。こうす
ることにより、円筒型圧電素子を試料台直下に配置する
必要がなく、試料台下に対物レンズを配置することが可
能で、さらに、試料台下に３本配置より大きい空間を確
保する出来、顕微鏡のレボルバー回転を容易とする。さ
らに、梁を円筒型圧電素子の走査軸方向に対して45°を
成すように配置することによって、２本の円筒型圧電素
子をＸＹ方向へ走査する場合に、試料台にＸＹ方向に均
等な力を作用させることが出来る。

【００１６】したがって、円筒型圧電素子を３本配置す
るより簡単な構造であり、顕微鏡のレボルバー回転を可
能とする円筒型圧電素子利用の微小領域走査装置を提供
することが出来る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図に基づいて説明する。（１）第１の実施の形態図１は、本発明の微小領域走査装置のうち、第１の実施
の形態を示した模式図である。なお、試料に平行な面を
ＸＹ方向とし、試料の高さ方向をＺ方向とし図示する。
図１において、基盤１０１に、２本の円筒型圧電素子１
０２の一端が固定される。

【００１８】円筒型圧電素子１０２の内側側面の全域に
はグランド用電極１０３が形成される。一方、外側側面
の１部には４分割の電極を製作し、それぞれは電気的に
絶縁されている。この４分割のＸ１電極１０４（ａ）と
Ｘ２電極１０４（ｂ）、およびＹ１電極１０５（ａ）、
Ｙ２電極１０５（ｂ）は、それぞれ２極が対向する位置
関係にある。外側側面の残りの部分にはＺ電極１０６が
形成され、内側のグランド用電極、外側の４分割電極と
は電気的に絶縁される。

【００１９】４分割のＸ１電極１０４（ａ）、Ｘ２電極
１０４（ｂ）、Ｙ１電極１０５（ａ）、Ｙ２電極１０５
（ｂ）、もう一つのＺ電極１０６は、それぞれ、グラン
ド用電極１０３との間で高電圧を掛け、電極の形成され
る部分の圧電材料の分極を行う。この時、対向する電極
の形成される部分の圧電材料は、同じ極性の電圧を印加
された場合に、それぞれ反対の効果、すなわち、「伸
び」「縮み」を起こすように分極される。

【００２０】この電極配置により、円筒型圧電素子のラ
スター走査方向は決定されるが、２本の円筒型圧電素子
の中心軸を結ぶ線は、この走査軸方向に45°の角度を有
するように設定される。円筒型圧電素子１０２の２つの
自由端は、梁１０７に固定される。梁１０７は、実質的
に剛体として作用するように材質・形状を決定されてい
る。その材質は、樹脂、金属等様々なものが利用可能で
あるが、微小領域走査装置の性質上、剛性が低下しない
範囲で、軽いほど良い。梁１０７の１部分、円筒型圧電
素子１０２の自由端に固定される部分の周辺部は、一定
の入力で弾性変形可能な弾性体構造を有する。ここで、
円筒型圧電素子１０２の自由端に固定される部分を締結
部１０８、締結部１０８の周辺の弾性変形部分を変形部
１０９とする。

【００２１】図１においては、梁１０７、締結部１０８
および変形部１０９を同じ材質で構成し、変形部１０９
を締結部１０８および梁１０７より薄くすることにより
弾性を持たせる。ここで留意するべきは、変形部１０９
は、円筒型圧電素子１０２の中心軸方向の入力に対して
変形するように構成するということである。言い換えれ
ば、変形部１０９の円筒型圧電素子１０２の中心軸方向
のコンプライアンス（柔らかさ）は、変形部１０９の円
筒型圧電素子１０２の半径方向のコンプライアンスより
大きくする。したがって、この場合、変形部１０９の半
径は、変形部１０９の厚みより充分大きくなければなら
ない。変形部１０９の構成としては、この他に、変形部
１０９の材質を梁１０７、締結部１０８の材質より弾性
の小さい材質で構成することも可能である。この場合、
例えば、梁１０７、締結部１０８をフェノール樹脂、変
形部１０９をポリアセタールで構成する構成等が挙げら
れる。

【００２２】締結部１０８は締結手段１１０によって円
筒型圧電素子１０２の自由端と締結する。この例では、
締結手段としてボルトを利用しているが、リベットや接
着剤でも可能である。梁１０７の任意の位置には、試料
台１１１を設ける。理想的には、２本の円筒型圧電素子
の中心軸の中間位置に設置する。試料台１１１も、梁１
０７と同様、実質的に剛体として作用するように材質・
形状を決定されている。

【００２３】その材質は、樹脂、金属等様々なものが利
用可能であるが、梁１１０と同様、剛性の低下しない範
囲で軽いほど良い。試料台１１１の下に、顕微鏡の対物
レンズ１１２および顕微鏡筐体１１３が配置される。対
物レンズ１１２と顕微鏡筐体１１３の間にはレボルバー
１１４が装着されており、これを回転させることにより
対物レンズ１１２を交換することが出来る。

【００２４】図２は、第１の実施の形態の動作を示した
模式図である。まず、２本の円筒型圧電素子１０２のグ
ランド電極１０３とＸ１電極１０４（ａ）の間、及びグ
ランド電極１０３とＸ２電極１０４（ｂ）に、電圧を印
加する。円筒型圧電素子１０２は、いわゆる圧電横効果
を利用するものであり、例えば正電圧印加により、Ｘ１
電極１０４（ａ）の形成される部分の圧電材料が伸び
る。同時に、Ｘ２電極１０４（ｂ）の形成される部分の
圧電材料は、極性の反対の分極を施されているため、縮
む。これによって、２本の円筒型圧電素子１０２は、紙
面左側に、Ｘ軸に沿って曲がって行く。この変形は締結
部１０８を介して梁１０７に伝達され、梁１０７は左側
に向かって曲がって行く。梁１０７は剛体であり、変形
部１０９は弾性体であるため、円筒型圧電素子１０２の
自由端の傾き偏差は変形部１０９の弾性変形により吸収
され、梁１０７は試料台１１１と一体に平行運動する。
この様子を示したのが図３である。図３は、図２におい
て梁１０７を水平面のＢ方向から見た模式図である。

【００２５】次に、２本の円筒型圧電素子１０２のグラ
ンド用電極１０３とＹ１電極１０５（ａ）の間、及びグ
ランド電極１０３とＹ２電極１０５（ｂ）に、電圧を印
加する。例えば正電圧印加により、Ｙ１電極１０５
（ａ）の形成される部分の圧電材料が伸びる。同時に、
Ｙ２電極１０５（ｂ）の形成される部分の圧電材料は、
極性の反対の分極を施されているため、縮む。これによ
って、２本の円筒型圧電素子１０２は、紙面向かって手
前側に、Ｙ軸に沿ってに向かって曲がって行く。この変
形は締結部１０８を介して梁１０７に伝達され、梁１０
７はＹ軸に沿って曲がって行く。梁１０７は剛体であ
り、変形部１０９は弾性体であるため、円筒型圧電素子
１０２の自由端の傾きは変形部１０９の弾性変形により
吸収され、梁１０７は試料台１１１と一体に平行運動す
る。この様子を示したのが図４である。

【００２６】図４は梁１０７を水平面のＣ方向から見た
模式図である。Ｘ１電極１０４（ａ）、Ｘ２電極１０４
（ｂ）、Ｙ１電極１０５（ａ）、Ｙ２電極１０５（ｂ）
に加える電圧を協調して制御すれば、梁１０７および試
料台部１１１をＸＹ方向にラスター走査させることが出
来る。さらにＺ電極１０６に電圧を印加することによ
り、円筒型圧電素子Ｚ方向に伸縮させることことが出
来、したがって、梁１０７および試料台部１１１をＸＹ
方向にラスター走査させつつ、Ｚ方向に連続的に高さ変
化させることが出来る。（２）第２の実施の形態図５は、円筒型圧電素子利用の微小領域走査装置のう
ち、本発明の微小領域走査装置の第２の実施の形態を示
したものである。基盤５０１に、２本の円筒型圧電素子
５０２の一端が固定される。２本の円筒型圧電素子５０
２の中心軸を結ぶ線は、円筒型圧電素子５０２の走査軸
方向と平行に、本実施の形態ではＸ軸上に一致するよう
に設定される。

【００２７】円筒型圧電素子５０２に形成される電極配
置は第１の実施の形態と同様のものである。円筒型圧電
素子５０２の内側側面の全域にはグランド用電極５０３
が形成される。一方、外側側面の１部には４分割の電極
を製作し、それぞれは電気的に絶縁されている。この４
分割のＸ１電極５０４（ａ）、Ｘ２電極５０４（ｂ）、
Ｙ１電極５０５（ａ）、Ｙ２電極５０５（ｂ）は、それ
ぞれ２極が対向する位置関係にある。すなわち、Ｘ１電
極５０４（ａ）とＸ２電極５０４（ｂ）、Ｙ１電極５０
５（ａ）とＹ２電極５０５（ｂ）は対向位置の関係にあ
る。外側側面の残りの部分には１極のＺ電極５０６が形
成され、内側のグランド用電極、外側の４分割電極とは
電気的に絶縁される。４分割のＸ１電極５０４（ａ）、
Ｘ２電極５０４（ｂ）、Ｙ１電極５０５（ａ）、Ｙ２電
極５０５（ｂ）、もう一つのＺ電極５０６は、それぞ
れ、グランド用電極５０３との間で高電圧を掛け、電極
の形成される部分の圧電材料の分極を行う。

【００２８】この時、対向する電極の形成される部分の
圧電材料は、同じ極性の電圧を印加された場合に、それ
ぞれ反対の効果、すなわち、「伸び」「縮み」を起こす
ように分極される。その他の配置に関しては、第１の実
施の形態と同じである。図６は、第２の実施の形態の動
作を示したものである。今、２本の円筒型圧電素子５０
２のグランド電極５０３とＸ１電極５０４（ａ）の間、
及びグランド電極５０３とＸ２電極５０４（ｂ）に、電
圧を印加する。例えば正電圧印加により、Ｘ１電極５０
４（ａ）の形成される部分の圧電材料が伸びる。同時
に、Ｘ２電極５０４（ｂ）の形成される部分の圧電材料
は、極性の反対の分極を施されているため、縮む。これ
によって、２本の円筒型圧電素子５０２は、紙面向かっ
て左側に、Ｘ軸に沿って曲がって行く。この変形は締結
部５０８を介して梁５０７に伝達され、梁５０７も左側
に曲がって行く。第１の実施の形態と同様、梁５０７は
剛体であり、変形部５０９は弾性体であるため、円筒型
圧電素子５０２の自由端の傾きは変形部５０９の弾性変
形により吸収され、梁５０７は試料台５１１と一体に平
行運動する。この様子を示したのが図７である。

【００２９】図７は、図６において梁５０７を水平面の
Ｂ方向から見た模式図である。次に、２本の円筒型圧電
素子５０２のグランド用電極５０３とＹ１電極５０５
（ａ）の間、及びグランド電極５０３とＹ２電極５０５
（ｂ）に、電圧を印加する。例えば正電圧印加により、
Ｙ１電極５０５（ａ）の形成される部分の圧電材料が伸
びる。同時に、Ｙ２電極５０５（ｂ）の形成される部分
の圧電材料は、極性の反対の分極を施されているため、
縮む。これによって、２本の円筒型圧電素子５０２は、
紙面向かって手前側に、Ｙ軸に沿って曲がって行く。こ
の変形は締結部５０８を介して梁５０７に伝達され、梁
５０７もＹ軸に沿って曲がって行く。

【００３０】本実施の形態では、第１の実施の形態とは
異なり、２本の円筒型圧電素子５０１がＸ軸上に並んで
いるため、梁５０７が剛体であっても、Ｙ軸方向には何
ら抵抗を受けず、梁５０７と変形部５０９は円筒型圧電
素子５０２の自由端と一体となって、傾きながらＹ軸方
向へ移動していく。この様子を示したのが図８である。

【００３１】図８は梁５０７を水平面のＣ方向から見た
模式図である。したがって、第２の実施の形態の場合
は、Ｘ軸方向への走査と、Ｙ軸方向への走査では、その
動作が異なり、得られる観察像が含んでいる誤差が、Ｘ
Ｙ方向で異なることとなる。すなわち、Ｘ軸方向には高
さ成分の誤差が含まれ、Ｙ軸方向には高さ成分と傾き成
分の誤差を含んでいることとなる。この特性は、ＸＹの
ラスター走査時に各軸毎の異なる補正が必要となること
を意味しており、システム構成上複雑になる。

【００３２】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように、走査
型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）に利用される微小領域走査
装置であって、その円筒側面が湾曲することによりＸＹ
方向のラスター走査を行い、円筒軸方向に伸縮運動する
ことによりＺ方向の駆動をする円筒型圧電素子を利用す
る微小領域走査装置において、２本の円筒型圧電素子
と、２本の円筒型圧電素子の自由端に連結固定される梁
と、から成る構造とした。さらに、２本の円筒型圧電素
子の中心軸を結ぶ線が、円筒型圧電素子の水平面内の走
査軸方向に対して45°を成す位置に配置する構成も考案
した。

【００３３】こうすることにより、円筒型圧電素子を、
試料台直下に配置する必要がなく、試料台下に対物レン
ズを配置することが可能で、さらに、試料台下に円筒型
圧電素子を３本配置するより大きい空間を確保する出
来、顕微鏡のレボルバー回転を容易とする。さらに、梁
を円筒型圧電素子の走査軸方向に対して45°を成すよう
に配置することによって、２本の円筒型圧電素子をＸＹ
方向へラスター走査する場合に、試料台にＸＹ方向に均
等な力を作用させることが出来るという効果がある。

【００３４】したがって、円筒型圧電素子３本を配置す
るより簡単な構造であって、顕微鏡のレボルバー回転を
可能とする円筒型圧電素子型微小領域走査装置を提供す
ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の円筒型圧電素子利用の微小領域走査装
置のうち、第１の実施の形態の構成の一例を示す模式図
である。

【図２】本発明の円筒型圧電素子利用の微小領域走査装
置のうち、第１の実施の形態の動作の一例を示す模式図
である。

【図３】第１の実施の形態の動作のうち、Ｘ軸方向への
動作を水平面のＢ方向から見た様子を示す模式図であ
る。

【図４】第１の実施の形態の動作のうち、Ｙ軸方向への
動作を水平面のＣ方向から見た様子を示す模式図であ
る。

【図５】本発明の円筒型圧電素子利用の微小領域走査装
置のうち、第２の実施の形態の構成の一例を示す模式図
である。

【図６】本発明の円筒型圧電素子利用の微小領域走査装
置のうち、第２の実施の形態の動作の一例を示す模式図
である。

【図７】第２の実施の形態の動作のうち、Ｘ軸方向への
動作を水平面のＢ方向から見た様子を示す模式図であ
る。

【図８】第２の実施の形態の動作のうち、Ｙ軸方向への
動作を水平面のＣ方向から見た様子を示す模式図であ
る。

【図９】従来の円筒型圧電素子利用の微小領域走査装置
の実施の形態を示す模式図である。

【符号の説明】

１０１・・・基盤１０２・・・円筒型圧電素子１０３・・・グランド電極１０４（ａ）・・・Ｘ１電極１０４（ｂ）・・・Ｘ２電極１０５（ａ）・・・Ｙ１電極１０５（ｂ）・・・Ｙ２電極１０６・・・Ｚ電極１０７・・・梁１０８・・・締結部１０９・・・変形部１１０・・・締結手段１１１・・・試料台１１２・・・対物レンズ１１３・・・顕微鏡筐体１１４・・・レボルバー５０１・・・基盤５０２・・・円筒型圧電素子５０３・・・グランド電極５０４（ａ）・・・Ｘ１電極５０４（ｂ）・・・Ｘ２電極５０５（ａ）・・・Ｙ１電極５０５（ｂ）・・・Ｙ２電極５０６・・・Ｚ電極５０７・・・梁５０８・・・締結部５０９・・・変形部５１０・・・締結手段５１１・・・試料台５１２・・・対物レンズ５１３・・・顕微鏡筐体５１４・・・レボルバー９０１・・・基盤９０２・・・円筒型圧電素子９０３・・・グランド電極９０４（ａ）・・・Ｘ１電極９０４（ｂ）・・・Ｘ２電極９０５（ａ）・・・Ｙ１電極９０５（ｂ）・・・Ｙ２電極９０６・・・Ｚ電極９０７・・・試料台９０８・・・試料

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】先鋭化された先端部を有するプローブに
よって試料表面を走査することによって、試料表面の物
理的情報を観察する走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）に
利用される微小領域走査装置であって、その円筒側面が
湾曲することによりＸＹ方向のラスター走査を行い、円
筒軸方向に伸縮運動することによりＺ方向の駆動をする
円筒型圧電素子を利用する微小領域走査装置において、２本の円筒型圧電素子と、前記２本の円筒型圧電素子の
自由端に連結固定される梁、から成ることを特徴とする
微小領域走査装置。
【請求項２】前記２本の円筒型圧電素子の中心軸を結
ぶ線が、前記２本の円筒型圧電素子自由端の水平面内の
走査軸方向に対して45°を成すように配置されることを
特徴とする請求項１記載の微小領域走査装置。
【請求項３】前記梁と前記２本の円筒型圧電素子の自
由端に固定される部分の周辺部は弾性変形可能な弾性構
造を有し、それ以外の前記梁の部分は剛体であることを
特徴とする請求項２記載の微小領域走査装置。
【請求項４】前記弾性変形可能な弾性構造は、前記２
本の円筒型圧電素子の半径方向のコンプライアンス（柔
らかさ）より中心軸方向のコンプライアンスの方がより
大きいことを特徴とする請求項３記載の微小領域走査装
置。
【請求項５】前記２本の円筒型圧電素子の曲がり変形
動作による、前記２本の円筒型圧電素子の自由端の傾き
偏差は、前記弾性変形可能な弾性構造により吸収される
ことを特徴とする請求項４記載の微小領域走査装置。