JP2001330547A - 送り装置、及びそれを用いた近接場光学顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の目的は、送り移動が高精度にかつ容
易に行なえる送り装置を提供することにある。 【解決手段】 回転体の回転運動を、雄ネジ及び雌ネジ
を介して直線移動体の直線運動に変換する送り装置にお
いて、前記雄ネジに、ネジが設けられたネジ設置部１３
６ａ，ｂと、該ネジが設けられていないネジ非設置部１
３７と、を設け、前記回転体１３８の回転運動を、前記
雄ネジのネジ設置部１３６ａ，ｂ及び雌ネジ１４０を介
して、前記直線移動体１３０の直線運動に変換すること
を特徴とする送り装置１３２。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は送り装置、及びそれ
を用いた近接場光学顕微鏡、特にネジを用いた駆動機構
の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光の波長より小さい空間分解能を
持ち、分光分析測定もできる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。この近接場光学顕微鏡
は、例えば励起光が光触針の内部に導入され、その先端
部の尖鋭化された部分を被覆する金属に照射されると、
エバネッセント光が発生し、該先端部の微小開口からし
み出したエバネッセント光を試料に照射し、試料による
散乱光や発光を集光し検出するもの、試料に直接励起光
を照射し、被測定試料面に発生するエバネッセント光に
光触針を進入させることでエバネッセント光を散乱さ
せ、その散乱光や発光を集光し、検出するもの等があ
る。

【０００３】このようなエバネッセント光は、被測定試
料面から数十ｎｍ程度の領域に生じているため、被測定
試料面とファイバプローブ間の距離は、この光の波長以
下の極微小な距離内で制御しなければならならない。こ
の被測定試料面とプローブ間の距離の制御には、例えば
フィードバック法が一般的に用いられ、該フィードバッ
ク法を用いた近接場光学顕微鏡の一例を図１に示す。

【０００４】図１において、近接場光学顕微鏡１０は、
針状プローブ１２の先端部１２ａを、加振器１４により
被測定試料面１６との間に働く原子間力の増減に応じた
径を持つ円を描くように回転させながら、被測定試料面
１６に近接させる。そして、被測定試料面１６とプロー
ブ１２間の距離がエバネッセント光の場の距離内に入る
と、両者間に原子間力が働き、該プローブ先端部１２ａ
が描く回転円の径が増減する。

【０００５】このため、光源１８からの光２０をプロー
ブ１２に照射し、該プローブ１２からの透過ないし反射
プローブ光２２の強度変化を光検出器２４で検出する。
コンピュータ２６は、この強度変化からプローブ先端部
１２ａが描く回転円の径の増減情報を得ている。

【０００６】そして、コンピュータ２６は、前記回転円
の径の増減情報から両者間の距離を求め、プローブ先端
部１２ａが描く回転円の径を一定に保つように、プロー
ブ１２の上下位置を固定したうえで、ステージコントロ
ーラ２８でステージ３０を駆動し、被測定試料面１６を
走査すれば、両者の距離は一定に保たれ、プローブ１２
は、被測定試料面１６の凹凸を原子の尺度で的確になぞ
ることになる。ところで、このような測定を適正に行な
うため、プローブ１２と被測定試料面１６との接触を防
ぐ等の問題を防ぐためには、プローブ１２と被測定試料
面１６間の相対的な位置決めを高精度に行なう必要があ
る。

【０００７】ここで、プローブ１２の上下方向の位置は
一般に固定されているので、プローブ１２と被測定試料
面１６間の相対的な位置決めを行なうため、ステージ３
０をＸＹＺ方向に送り移動している。そして、ステージ
３０をＸＹＺ方向に送り移動するために、該ステージ３
０には、例えば図２に示されるような送り装置が用いら
れていた。同図において、送り装置３２は、例えばボー
ルネジを用いたものであり、モータ３４と、雄ネジ３６
が設けられた回転軸３８と、該雄ネジ３６が螺入される
雌ネジ４０が設けられたステージ３０と、を備える。

【０００８】そして、モータ３４の回転による回転軸３
８の回転運動を、雄ネジ３４及び雌ネジ４０を介してス
テージ３０の直線運動に変換している。このような送り
装置３２をステージ３０のＸＹＺ軸方向に設けることに
より、ステージ３０のＸＹＺ軸方向の移動を可能にして
いる。このようにして送り装置を設けることにより、例
えば被測定試料面１６とプローブ１２間の距離を一定に
保ちつつ、被測定試料面１６の走査を可能にしている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記送
り装置にあっても、駆動範囲を広くとると、送り精度が
低下してしまう。このような問題は、一般的な顕微鏡等
で用いられる送り装置においても存在していたが、一般
的な顕微鏡等ではあまり問題とならなかった。しかしな
がら、より微小な試料の測定を行なう近接場光学顕微鏡
では、光触針と試料間の相対的な位置決めが高精度に行
なえない。そして、光触針と試料間の相対的な位置決め
が高精度に行なえないと、所望な微小部位の測定が適正
に行なえない、試料と光触針とが接触してしまい、装置
ないし試料を破損してしまう等の深刻な問題が生じる。

【００１０】このため、近接場光学顕微鏡等のように非
常に高い送り精度の必要な装置では、前記不具合を解決
することのできる技術の開発が急務であったものの、そ
の原因も特定できていなかった。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、その目的は送り移動
が高精度にかつ容易に行なえる送り装置、及びそれを用
いた近接場光学顕微鏡を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明にかかる送り装置は、回転体の回転運動を、雄
ネジ及び雌ネジを介して直線移動体の直線運動に変換す
る送り装置において、前記雄ネジに、ネジが設けられた
ネジ設置部と、該ネジが設けられていないネジ非設置部
と、を設け、前記回転体の回転運動を、前記雄ネジのネ
ジ設置部及び雌ネジを介して、前記直線移動体の直線運
動に変換することを特徴とする。

【００１２】また、本発明において、前記雄ネジの螺入
方向の略最前部分と略最後部分に、前記ネジ接触部が設
けられ、前記雄ネジの略最前部分と略最後部分との間
に、前記ネジ非設置部が設けられることが好適である。
また、本発明において、前記雄ネジの略最前部分と前記
雌ネジの対向部分との間で該雄ネジの回転軸上に設けら
れ、該雄ネジの略最前部分と雌ネジの対向部分との間
に、常に該回転軸上で該直線移動体の移動方向とは反対
方向の力を働かせるばねを設けることも好適である。

【００１３】また、本発明にかかる近接場光学顕微鏡
は、前記送り装置を用いて試料と光触針間の相対的な位
置決めを行なうことを特徴とする。ここにいう光接針と
試料間の相対的な位置決めを行なうとは、例えば光軸と
略直交する方向の位置決めを行なうこと、被測定試料面
と光触針間の距離の制御を行なうこと等を含めていう。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の好適
な実施形態について説明する。なお、本実施形態におい
ては、本発明にかかる送り装置を近接場光学顕微鏡のス
テージの駆動に適用した例について説明する。図３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。同図において、近接場光学顕微鏡１
１０は、針状プローブ１１２の先端部１１２ａを、加振
器１１４により被測定試料面１１６との間に働く原子間
力の増減に応じた径を持つ円を描くように回転させなが
ら、被測定試料面１１６に近接させる。

【００１５】そして、被測定試料面１１６とプローブ１
１２間の距離がエバネッセント光の場の距離内に入る
と、両者間に原子間力が働き、該プローブ先端部１１２
ａが描く回転円の径が増減する。このため、光源１１８
からの光１２０をプローブ１１２に照射し、該プローブ
１１２からの透過ないし反射プローブ光１２２の強度変
化を光検出器１２４で検出する。コンピュータ１２６
は、この強度変化からプローブ先端部１１２ａが描く回
転円の径の増減情報を得ている。

【００１６】そして、コンピュータ１２６は、前記回転
円の径の増減情報から両者間の距離を求め、プローブ先
端部１１２ａが描く回転円の径を一定に保つように、プ
ローブ１１２の上下位置を固定したうえで、ステージコ
ントローラ１２８でステージ１３０を駆動し、被測定試
料面１１６を走査すれば、両者の距離は一定に保たれ、
針状プローブ１２は、被測定試料面１１６の凹凸を原子
の尺度で的確になぞることになる。

【００１７】ところで、このような測定を正確に行なう
ため、被測定試料面１１６とプローブ１１２との接触を
防ぐ等を防ぐためには、被測定試料面１１６とプローブ
１１２間の相対的な位置決めを高精度に行なう必要があ
る。ここで、プローブ１１２の上下方向の位置は一般に
固定されているので、送り装置によりステージ１３０を
ＸＹＺ方向に送り移動している。

【００１８】しかしながら、一般的な送り装置を用いた
場合、駆動範囲を広くとると、送り精度が低下してしま
う。そこで、本発明において、第一に特徴的なことは、
雄ネジに、ネジが設けられたネジ設置部と、該ネジが設
けられていない非設置部を設けたことである。このため
に本実施形態においては、図４に拡大して示されるよう
な送り装置１３２を設けている。なお、前記図２と対応
する部分には符号１００を加えて示し説明を省略する。

【００１９】同図において、送り装置１３２は、回転軸
１３８（回転体）の雄ネジの略最前部分と略最後部分の
みを残して、該略最前部分と略最後部分との中間部分を
除去し、該雄ネジの略最前部分をネジ設置部１３６ａ、
略最後部分をネジ設置部１３６ｂ、その中間部分をネジ
非設置部１３７として構成している。そして、図５
（Ａ）に示すように、モータ１３４の駆動により回転軸
１３８を例えば時計周りに回転させると、該時計周りの
回転力は雄ネジのネジ設置部１３６ａ，ｂ及び雌ネジ１
４０により図中右方の直線運動に変換されるので、ステ
ージ１３０（直線移動体）を図中右方に移動する。

【００２０】一方、図５（Ｂ）に示すように、モータ１
３４の駆動により回転軸１３８を例えば反時計周りに回
転させると、該反時計周りの回転力は雄ネジのネジ設置
部１３６ａ，ｂ及び雌ネジ１４０により図中左方の直線
運動に変換されるので、ステージ１３０を図中左方に移
動する。この結果、本実施形態にかかる送り装置１３２
を近接場光学顕微鏡１１０のステージ１３０のＸＹＺ軸
方向に、それぞれ設けると、駆動範囲を広くとっても、
ステージ１３０の所望の方向、所望の量の送り移動を高
精度にかつ容易に行なうことができる。

【００２１】この送り移動の向上機構の詳細については
未だ不明な点もあるが、本発明者らによれば、送り精度
の低下の原因は、駆動範囲を広くとった場合、雄ネジと
雌ネジの間の接地面積が大きくなり、摩擦が大きくなる
ため、回転にトルクが必要となる。また、食いつきなど
により回転が止まってしまう場合もある。また、雄ネジ
と雌ネジとの間に加工精度程度の空間が生じているた
め、回転方向を変えた際に、バックラッシュが発生して
しまうためと考えられる。

【００２２】そこで、本発明者らは、前記原因の発見に
基づき、本発明では雄ネジの一部のネジを除去すること
により、駆動範囲を広くとっても、軽量化と接地面積を
小さく保つことができるので、ネジの摩擦を低減するこ
とができるのである。したがって、常に一定トルクを保
ちつつ、より小さなトルクで回転軸１３８を駆動するこ
とができる。また、雄ネジは、その略最前部分、及び略
最後部分のネジを残すことにより、これらの略最前部、
及び最後部のいずれかでも除去した場合に比較し、ステ
ージ１３０の直動性をも保つことができる。

【００２３】また、前記送り精度低下の一の原因である
バックラッシュを回避するため、本発明において、第二
に特徴的なことは、前記雄ネジの螺入方向の略最前部分
と前記雌ネジの対向部分との間で該雄ネジの回転軸上に
設けられ、該雄ネジの略最前部分と雌ネジの対向部分と
の間に、常に該回転軸上で該直線移動体の移動方向とは
反対方向の力を働かせるばねを設けたことである。この
ために本実施形態においては、回転軸１３８の最前部分
の略中心軸上に溝１４２を設け、該溝１４２内にばね１
４４を設けている。

【００２４】この結果、雄ネジの中心部に組み込んだば
ね１４４により、常時雄ネジと雌ネジとの間に張力又は
圧縮力が働くことにより、バックラッシュを大幅に低減
することができる。すなわち、例えば図５（Ａ）では常
時雄ネジと雌ネジとの間に圧縮力が働くので、回転、直
線移動方向を同図（Ｂ）に示すような反対方向に変えて
も、雄ネジと雌ネジはバックラッシュすることなく、迅
速に方向を変える。

【００２５】一方、同図（Ｂ）では常時雄ネジと雌ネジ
との間に張力が働くので、回転、直線移動方向を同図
（Ａ）に示すような反対方向に変えても、雄ネジと雌ネ
ジはバックラッシュすることなく、迅速に方向を変え
る。このように常時雄ネジと雌ネジとの間に張力又は圧
縮力が働かせると、バックラッシュを大幅に低減するの
で、移動方向も迅速に変更することができる。

【００２６】したがって、本実施形態にかかる近接場光
学顕微鏡１１０では、プローブと被測定試料面の非常に
微小距離が変わった場合であっても、プローブと被測定
試料面間の距離制御をより高精度で行なえるので、プロ
ーブと被測定試料面とが接触してしまう等の深刻な問題
を大幅に低減することができる。以上のように本実施形
態にかかる近接場光学顕微鏡１１０によれば、本実施形
態にかかる送り装置１３２を近接場光学顕微鏡のステー
ジの駆動に適用したので、駆動範囲を広くとっても、ス
テージの直動性を確保しつつ、常に一定でかつ小さな駆
動トルクでステージを送り移動することができる。

【００２７】また、雄ネジと雌ネジとの間に常時張力又
は圧縮力が働くばね１４４を内側に設けることにより、
バックラッシュを大幅に低減することができるので、ス
テージの光軸と略直交する方向の移動、光触針と被測定
試料面間の距離の制御をより高精度に行なえる。なお、
本発明の送り装置、及びそれを用いた近接場光学顕微鏡
は、前記構成に限定されるものではなく、種々の変形が
可能である。

【００２８】例えば、前記構成では、回転軸に雄ネジを
設け、ステージに雌ネジを設けた例について説明した
が、回転軸に雌ネジを設け、ステージに雄ネジを設けて
もよい。また、前記構成では、送り装置をステージの駆
動に適用した例について説明したが、送り移動が必要な
ものであれば、任意の直線移動体に適用可能である。さ
らに、下記の工夫をすることも好ましい。

【００２９】＜共振型プローブの振動振幅の検出機構＞
例えばシアフォース型、ロータリー型等のプローブを共
振させるプローブ顕微鏡では、以下のようなプローブの
振動振幅の検出機構を用いることも好ましい。すなわ
ち、一般にプローブを共振させるプローブ顕微鏡では、
プローブが振動しているにもかかわらず、常時プローブ
の振動振幅を測定するため、光をプローブに照射し、そ
の反射ないし透過光を光検出器で検出している。

【００３０】しかしながら、共振型プローブを用いた近
接場光学顕微鏡では、プローブを加振しているので、検
出した際のプローブの位置が検出毎に異なる。例えば図
６中、プローブ先端部１１２ａがＡ，Ｂ状態と異なる場
合があり、空間分解能の低下を招いていた。そこで、プ
ローブを共振させる顕微鏡では、プローブ先端部１１２
が描く回転円１１３の半径ｒの増減情報の検出機構とし
て図７に示すようなプローブ位置検出手段１４６と、同
期手段１４８を設けることが好ましい。

【００３１】前記プローブ位置検出手段１４６は、プロ
ーブ１１２の共振周波数を検出する。前記同期手段１４
８は、光検出器１２４からの信号のうち、プローブ位置
検出手段１４６からの共振周波数と同位相の信号のみ
を、コンピュータ１２６に取り込む。この結果、シアフ
ォース、ロータリー型のプローブと試料の距離制御に用
いる信号にロックインをかけて信号を検出することがで
きる。

【００３２】したがって、常に同じプローブ位置、つま
り同じプローブ先端部１１２ａの位置で回転円１１３の
半径ｒの増減情報の検出が可能となる。例えばプローブ
先端部１１２ａと被測定試料面１１６の測定部位が最も
近づいたとき、例えば図中、プローブ先端部１１２ａが
Ａ状態での信号のみを純粋に取出すことができるので、
十分な空間分解能を保持したまま、十分な信号強度を確
保することができる。また、近接場光の信号を検出する
ことも好ましい。

【００３３】＜原子間力顕微鏡＞本発明の送り装置は、
前記近接場光学顕微鏡に限定されず、カンチレバープロ
ーブを用いた原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）等の近接場光学
顕微鏡の送り装置に適用することも好ましい。このＡＦ
Ｍの一例を図８に示す。なお、前記図３と対応する部分
には符号１００を加えて示し説明を省略する。

【００３４】同図において、ＡＦＭは、ＳＴＭで用いる
トンネル電流の代わりに、被測定試料面２１６とカンチ
レバープローブ２１２の深針２５０間に働く原子間力
（引力又は斥力）を検出する。ここで、ＡＦＭの深針と
しては、例えば金属製のカンチレバープローブ２１２が
用いられる。そして、このようなカンチレバープローブ
２１２を上下方向に微小振動させつつ、被測定試料面２
１６に近づけると、両者間に原子間力が働き、プローブ
２１２の振動振幅が変化する。

【００３５】このため、光源２１８からの光２２０をプ
ローブ２１２に照射し、該プローブ２１２からの反射光
２２２の強度変化を光検出器２２４で検出するが、この
とき、前記近接場光学顕微鏡と同様、プローブ位置検出
手段２４６、同期手段２４８によりロックインをかけて
検出を適正に行ない、この強度変化からプローブ２１２
の振動振幅の変化情報を得る。

【００３６】そして、この振動振幅の変化から両者間の
距離を求め、振動振幅の変化を一定に保つように測定試
料の載置されたステージを駆動し被測定試料面を走査す
れば、両者の距離はより一定に保たれ、プローブ２１２
は被測定試料面２１６の凹凸をより的確になぞることが
できる。

【００３７】＜光てこ法＞前述のようなＡＦＭで用いら
れるカンチレバープローブ２１２による原子間力の縦方
向成分の検出には、光てこ法が一般に用いられている。
光てこ法では、図９に拡大して示されるように分割フォ
トダイオード（ｐｈｏｔｏ−ｄｉｏｄｅ，ＰＤ）等の光
検出器２２４が一般に用いられている。すなわち、プロ
ーブ２１２に光源２１８からの光２２０を照射し、その
反射光２２２の位置を一般的な分割フォトダイオード等
の光検出器２２４で検出してプローブ２１２の角度変化
を検出していた。

【００３８】これはフォトダイオードの各分割部分での
光量の差分を検出し、原子間力の増減を検出するもので
あるが、位置分解能が低いので、光路をかせいで変換倍
率を稼ぐ必要があり、系が複雑化、大型化してしまう。
また、例えばＳＴＭ、近接場、ＡＴＦ等のプローブは、
消耗品であるので、交換する必要があり、交換後は、光
軸調整が必要であるが、その作業は非常に面倒であっ
た。

【００３９】そこで、図１０、１１に拡大して示される
ように、光てこの撓み検出においては、前記分割フォト
ダイオードに代えて、位置分解能に非常に優れた、位置
敏感光検出器（ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ
ｄｅｔｅｃｔｏｒ，ＰＳＤ）２５２を用いることも好
ましい。このＰＳＤ２５２は、光の受光位置によって抵
抗値が変わり、この変化は読取手段２５３等で読取ら
れ、コンピュータ２６２によりカンチレバープローブ２
１２のたわみ角を計算する。

【００４０】図１０ではＰＳＤ２５２をカンチレバープ
ローブ２１２より離して設けているが、位置分解能は分
割フォトダイオードに比較し、優れているので、この光
路長は、非常に短くすることが可能である。図１１では
ＰＳＤ２５２自体をカンチレバープローブ２１２に設け
ており、これは位置分解能はフォトダイオードに比較
し、優れているＰＳＤを用いることによってはじめて可
能になった構成であり、系が非常にシンプルで、小型化
が可能である。

【００４１】このように、ＰＳＤ２５２は、一般的な分
割フォトダイオードに比較し、位置分解能が高いので、
光てこを用いた検出機構で用いることが好ましく、その
光学系を近くにできるので、系が簡単になるとともに、
ＰＳＤ２５２の交換後も、光軸調整は不要となる。

【００４２】＜自己検出型カンチレバープローブ＞原子
間力の縦成分を測定するには、前記位置分解能に優れた
ＰＳＤを用いた光てこ法を用いるのが特に好ましいが、
原子間力の横ずれ成分を検出する場合には、下記のもの
を用いることも好ましい。すなわち、図１２に示すよう
に、原子間力の横ずれ成分を検出するため、カンチレバ
ープローブ２１２を被測定試料面２１６の横方向に走査
していると、原子間力によりカンチレバープローブ２１
２は横方向に撓むが、走査中に摩擦が変化すると、その
たわみも変化する。

【００４３】ここで、光てこ法は、原子間力の縦成分を
適正に検出できるるものの、このような横ずれ方向を高
精度に検出するのは困難であった。なお、同図（Ａ）は
側方より見た図、同図（Ｂ）は上方より見た図である。
そこで、カンチレバープローブを用いた近接場光学顕微
鏡で原子間力の横ずれ成分を検出するためには、図１３
に拡大して示されるような自己検出型カンチレバープロ
ーブを用いることも好ましい。

【００４４】同図において、自己検出型カンチレバープ
ローブ２１２には、その背面或いは腹面、またはその両
方に圧電薄膜２５４が形成されている。この圧電薄膜２
５４は、撓むと圧電効果により電気が発生し、これは読
取手段２５３で読取られ、コンピュータ２６２により撓
みを測定している。ここで、圧電薄膜２５４は、その電
極を長手方向に二分割し、電極２５４ａ，２５４ｂを構
成していることが特に好ましい。

【００４５】そして、両方の電極２５４ａ，２５４ｂか
らの出力差によりカンチレバープローブ２１２の横方
向、つまり図中矢印方向の撓みをより適正に検出するこ
とが可能となる。また、この圧電薄膜２５４は、有機圧
電材料、水晶、ＺｎＯ薄膜等を用いることも好ましい。

【００４６】この結果、圧電薄膜２５４が設けられた自
己検出型カンチレバープローブ２１２を用いることによ
り、原子間力の横ずれ方向の信号を高精度に検出するこ
とができる。しかも、カンチレバー自体を自己検出型カ
ンチレバープローブとしたので、カンチレバープローブ
を交換した場合に、光学系を再調整する必要が省略可能
となる。

【００４７】＜ばね釣り型除振機構＞また、近接場光学
顕微鏡、特にプローブを加振しているものは、一般的な
顕微鏡に比較し、振動等は測定精度に大きな影響を与え
てしまう。また、送り装置であっても、振動が送り精度
に影響を与える場合もあるので、以下の除振機構を設け
ることも好ましい。すなわち、ばねで吊り下げているば
ね釣り型除振機構において、支柱とベースを直接ばねで
接続するのが一般であり、側方の振動に対しても、除振
できる。

【００４８】しかしながら、復元力が小さいため、振動
が減衰するのに時間がかかる等の欠点がある。また、ば
ね、支柱とベースの間に機械的な接続があるので、ばね
を通じて振動が伝達する欠点があった。そこで、図１４
に拡大して示されるように、送り装置は勿論、近接場光
学顕微鏡等の装置全体を下記の除振機構に設置してもよ
い。同図に示す除振機構３５６は、支柱３６８と、支柱
３６８よりばね３７０で吊り下げているベース３７２を
備える。このベース３７２上に近接場光学顕微鏡１１０
（２１０）等が設置される。

【００４９】この除振機構において、第一に特徴的なこ
とは、ばね３７０、支柱３６８とベース３７２を機械的
に分離するため、支柱３６８とベース３７２を直接ばね
３７０で接続するのではなく、ばね３７０と支柱３６８
および、ばね３７０とベース３７２の一方または両方の
接続部分には、例えば、ばね３７０の共振周波数の振動
を吸収可能なゴム製のＯリング等よりなる弾性体３７４
と、重量のある金属で構成されるＯリング状のスペーサ
３７６を、複数枚重ねた構造を挟み込んだものを用いて
いる。

【００５０】そして、該接続部分の最上部分と最下部分
に、ばね３７０の共振周波数の振動を吸収可能なゴム製
の円盤状の弾性体３７７を設け、該弾性体３７７にばね
３７０を接続しており、支柱３６８、ベース３７２には
直接接続していない。この結果、このように接続部分を
多層構造とし、前記弾性体３７４，スペーサ３７６によ
り、ばね３７０、支柱３６８とベース３７２が機械的に
分離されているため、外部等の振動がばね３７０を経由
してベース３７２に伝わるのを防ぐことができる。

【００５１】ここで、前記弾性体３７４，スペーサ３７
６により、上下方向の振動がばね３７０を経由して伝わ
るのを防ぐことができるものの、ばね３７０、支柱３６
８とベース３７２が機械的に分離されているため、横方
向の振動には弱くなってしまう。そこで、この除振機構
において、第二に特徴的なことは、横方向の振動を除振
するため、ベースの下方からもばね３７８で引っ張って
いる。

【００５２】この接続部分にも、例えばばね３７８の共
振周波数の振動を吸収可能なゴム製の円盤状の弾性体３
７７と、重量のあるスペーサ３７６を、複数枚重ねた構
造を挟み込んでいる。この結果、上下両方のばね３７
０，３７８により、側方の振動に対しても復元力が働く
ので、除振性能を損なうことなく、外部からの振動のあ
らゆる方向の振動が速やかに減衰することができる。

【００５３】なお、前記除振機構は、近接場光学顕微鏡
に限定されず、送り装置は勿論、振動の影響を低減する
必要のあるものすべてに適用可能である。 ＜フィードバックアルゴリズム＞従来より、観測量を目
標値に近づけるための制御としてＰＩＤフィードバック
制御等が知られており、このＰＩＤフィードバック制御
は、アナログ制御器のパラメータを適切に選んで、観測
量を制御している。

【００５４】例えば近接場光学顕微鏡でも、光触針と被
測定試料面の間の距離を制御するため、図１５に示すよ
うなＰＩＤフィードバック制御が一般に用いられてい
る。同図において、例えば光触針と被測定試料面の間に
働くシアフォースの増減を検出する光検出器１２４、或
いは原子間力等の増減を検出する光検出器２２４からの
観測量Ａは、アナログ制御器４８０に入力され、該観測
量Ａが目標値Ｂに近づくように、つまり光触針と被測定
試料面間の距離が一定となるような操作量Ｃ、つまりＺ
軸方向の操作量を計算して、ステージコントローラ１２
８（２２８）等に指示を出している。

【００５５】しかしながら、前記ＰＩＤフィードバック
制御を用いた場合、制御器４８０の各パラメータを適切
に選ばなければ、オーバーシュート等の問題が発生する
が、パラメータの選択は非常に困難である。しかも、操
作量の計算が面倒である。

【００５６】そして、このオーバーシュートの問題は、
一般的な熱交換器等の制御では、多少のオーバーシュー
トがあっても、問題とはならなかったものの、例えば近
接場光学顕微鏡での光触針と被測定試料面の距離の制御
に用いると、オーバーシュートにより光触針と被測定試
料面が接触してしまい、装置、試料の破損を生じるの
で、これは確実に回避しなければならなかった。しか
も、光触針と被測定試料面間の距離は、例えば光の波長
の値より小さいので、この問題はより深刻であったもの
の、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。

【００５７】そこで、本実施形態においては、図１６に
拡大して示されるように、前記アナログ制御器４８０に
代えて、ＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）５８２を用
いる。このＤＳＰ５８２は、図１７に示すように、目標
値Ｂと観測量Ａｉの中間値を常時操作量Ｃｉ（ゲインが
１の場合、操作量Ｃｉ＝（観測量Ａｉ＋目標値Ｂ）／
２）として設定している。そして、このＤＳＰ５８２
は、観測量Ａｉの変動が検知され、観測量Ａｉが一定量
にある程度落ち着く時間ｔｉ毎に、このような操作量Ｃ
ｉの指示を繰返し行ない、目標値Ｂに近づけている。

【００５８】例えば時間〜ｔ１で観測量がＡ０の場合、
操作量Ｃ１は（Ａ０＋Ｂ）／２、時間ｔ１〜ｔ２で観測
量がＡ１の場合、操作量Ｃ２は（Ａ１＋Ｂ）／２、時間
ｔ２〜ｔ３で観測量がＡ２の場合、操作量Ｃ３は（Ａ２
＋Ｂ）／２、時間ｔ３〜ｔ４で観測量がＡ３の場合、操
作量Ｃ４は（Ａ３＋Ｂ）／２となる。このようにして操
作量Ｃｉ（ｉ＝１〜４…）を順次、（観測量Ａｉ＋目標
値Ｂ）／２として指示していくと、オーバーシュートす
ることなく、観測量Ａが目標値Ｂに迅速に落ち着く。

【００５９】この結果、一般的な装置の制御は勿論、前
記オーバーシュートを確実に回避する必要のある、例え
ば近接場光学顕微鏡での光触針と被測定試料面間の距離
の制御等に特に有効である。また、このようなＤＳＰ５
８２を用いると、アルゴリズムを簡単に組めるので、操
作量等の計算が簡単になり、迅速に操作量Ｃｉ（ｉ＝１
〜４…）の指示が与えられるので、迅速な操作量の指示
が必要な近接場光学顕微鏡での光触針と被測定試料面間
の距離の制御等では特に有効である。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように本発明にかかる送り
装置によれば、雄ネジにネジ設置部とネジ非設置部を設
けることとしたので、回転体の回転運動を雄ネジのネジ
設置部及び雌ネジを介して直線運動に変換される直線移
動体の送り移動が高精度にかつ容易に行なえる。また、
本発明において、前記雄ネジの略最前部分と略最後部分
に、前記ネジ設置部が設けられ、前記雄ネジの略最前部
分と略最後部分との間に、前記ネジ非設置部が設けられ
ることにより、さらに直線移動体の直動性が向上され
る。また、本発明において、前記雄ネジの略最前部分と
前記雌ネジの対向部分との間で該雄ネジの回転軸上に設
けられ、該雄ネジの略最前部分と雌ネジの対向部分との
間に、常に該回転軸上で該直線移動体の移動方向とは反
対方向の力を働かせるばねを設けることにより、前記直
線移動体の送り移動がより高精度に行なえる。また、本
発明にかかる近接場光学顕微鏡によれば、前記送り装置
を用いることとしたので、試料と光触針間の相対的な位
置決めを高精度にかつ容易に行なえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的な近接場光学顕微鏡の概略構成の説明図
である。

【図２】一般的なボールネジを用いた送り装置の説明図
である。

【図３】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。

【図４】図３に示した近接場光学顕微鏡で好適に用いら
れるボールネジを用いた送り装置の概略構成の説明図で
ある。

【図５】図４に示した送り装置の作用の説明図である。

【図６】近接場光学顕微鏡等で用いられる一般的な光検
出機構の説明図である。

【図７】図３に示した近接場光学顕微鏡等で好適に用い
られるロックイン光検出機構の説明図である。

【図８】図３に示した近接場光学顕微鏡の変形例であ
る。

【図９】近接場光学顕微鏡等で一般的に用いられる光て
こ法の説明図である。

【図１０】近接場光学顕微鏡等で好適に用いられる光て
こ法の説明図である。

【図１１】前記図１０に示した光てこ法の変形例であ
る。

【図１２】近接場光学顕微鏡等のカンチレバープローブ
の横ずれ成分検出時の状態の説明図であり、同図（Ａ）
は側方より見た図、同図（Ｂ）は上方より見た図であ
る。

【図１３】近接場光学顕微鏡等で好適に用いられるカン
チレバープローブの説明図である。

【図１４】近接場光学顕微鏡等で好適に用いられる除振
機構の説明図である。

【図１５】近接場光学顕微鏡等で用いられる一般的なフ
ィードバック機構の説明図である。

【図１６】近接場光学顕微鏡等で好適に用いられるフィ
ードバック機構の説明図である。

【図１７】図１６に示したフィードバック機構の作用の
説明図である。

【符号の説明】

１１０ 近接場光学顕微鏡 １１２ プローブ（光触針） １１６ 試料 １３０ ステージ（直線移動体） １３２ 送り装置 １３６ 雄ネジ １３６ａ，１３６ｂ ネジ設置部 １３７ ネジ非設置部 １３８ 回転軸（回転体） １４０ 雌ネジ １４４ ばね

フロントページの続き (72)発明者 成田 貴人 東京都八王子市石川町2967番地の５ 日本 分光株式会社内 (72)発明者 斎藤 臣也 東京都八王子市石川町2967番地の５ 日本 分光株式会社内 (72)発明者 斎藤 修 東京都八王子市石川町2967番地の５ 日本 分光株式会社内 (72)発明者 大津 元一 神奈川県川崎市高津区坂戸３丁目２番１号 財団法人 神奈川科学技術アカデミー内 Ｆターム(参考） 2F065 AA49 AA54 FF00 FF41 JJ01 JJ16 JJ22 LL02 MM03 MM14 MM15 PP12 PP22 PP24

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 雄ネジ及び該雄ネジが螺入される雌ネジ
   のうち、一方のネジが設けられた回転体と、他方のネジ
   が設けられた直線移動体と、を備え、回転体の回転運動
   を、雄ネジ及び雌ネジを介して直線移動体の直線運動に
   変換する送り装置において、 前記雄ネジに、ネジが設けられたネジ設置部と、該ネジ
   が設けられていないネジ非設置部と、を設け、 前記回転体の回転運動を、前記雄ネジのネジ設置部及び
   雌ネジを介して、前記直線移動体の直線運動に変換する
   ことを特徴とする送り装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の送り装置において、 前記雄ネジの螺入方向の略最前部分と略最後部分に、前
   記ネジ設置部が設けられ、 前記雄ネジの略最前部分と略最後部分との間に、前記ネ
   ジ非設置部が設けられたことを特徴とする送り装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の送り装置におい
   て、 前記雄ネジの略最前部分と前記雌ネジの対向部分との間
   で該雄ネジの回転軸上に設けられ、該雄ネジの略最前部
   分と雌ネジの対向部分との間に、常に該回転軸上で該直
   線移動体の移動方向とは反対方向の力を働かせるばねを
   設けたことを特徴とする送り装置。
4. 【請求項４】 被測定試料面のエバネッセント光の場へ
   光触針を進入させることにより発生する散乱光より、該
   被測定試料の情報を得る近接場光学顕微鏡において、 請求項１〜３のいずれかに記載の送り装置を用いて、被
   測定試料面と光触針間の相対的な位置決めを行なうこと
   を特徴とする近接場光学顕微鏡。