JP2002350318A - Scanner device - Google Patents

Scanner device

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JP2002350318A
JP2002350318A JP2001157600A JP2001157600A JP2002350318A JP 2002350318 A JP2002350318 A JP 2002350318A JP 2001157600 A JP2001157600 A JP 2001157600A JP 2001157600 A JP2001157600 A JP 2001157600A JP 2002350318 A JP2002350318 A JP 2002350318A
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JP
Japan
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scanning
voltage
displacement
time
scan
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Application number
JP2001157600A
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Japanese (ja)
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Yasushi Miyamoto
裕史 宮本
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a scanner device which can produce a strain-free SPM image by practically using a scanning frequency and a scanning displacement range as parameters to deform 'inverse hysteresis waveform'. SOLUTION: The scanner device is provided with a tube scanner 1 formed by piezoelectric elements for scanning a probe 3 in a X-Y direction along a sample 15, a computer 12 defining parameters of both the scanning frequency and scanning displacement range, and a scanning voltage generator 11 generating a scanning voltage of the scanner 1 to allow linearly-displacement of the probe 3 depending on these parameters and nonlinearity of the piezoelectric elements in the scanner 1. This scanning voltage generator 11 generates such a scanning voltage that allows displacement of the probe 3 to be linearized depending on those parameters even if they are changed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、走査型ト
ンネル顕微鏡や原子間力顕微鏡などの走査型プローブ顕
微鏡に適用され、圧電体を用いて、プローブや試料など
を走査させるスキャナ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanner device which is applied to, for example, a scanning probe microscope such as a scanning tunnel microscope or an atomic force microscope and scans a probe or a sample using a piezoelectric material.

【0002】[0002]

【従来の技術】XY走査機構が圧電体であるSPMにお
いて、圧電体変位が時間に対して線形となる、即ち直線
的に変位する様に走査電圧を非線形にした「逆ヒステリ
シス波形」で走査し、走査時間を等間隔で分割したポイ
ントでサンプリングして画像化することで歪みの無いS
PM画像を得る方法が知られている。このような装置お
よび方法は、特願H6−261055(特開H8−10
1007)「スキャナ装置」、および特願H5−283
014(特願H6−310773)「圧電セラミックア
クチュエータの駆動方法」に開示されている。
2. Description of the Related Art In an SPM in which an XY scanning mechanism is a piezoelectric body, scanning is performed by an "inverse hysteresis waveform" in which the scanning voltage is nonlinear so that the piezoelectric body displacement becomes linear with time, that is, linearly displaced. Sampling with no distortion by sampling and imaging at points obtained by dividing the scanning time at equal intervals
A method for obtaining a PM image is known. Such an apparatus and method are disclosed in Japanese Patent Application No. H6-261555 (JP-A-H8-1010).
1007) "Scanner device" and Japanese Patent Application H5-283
No. 014 (Japanese Patent Application No. H6-310773) "Method of Driving Piezoelectric Ceramic Actuator".

【0003】図8を参照して典型的な従来例を説明す
る。(1−a)は、走査時間に対して直線的に変位する
ように走査電圧を非線形にした波形であり、(1−b)
はそのときの変位を示している。いずれも横軸を走査時
間としている。(1−c)は、その時の変位と走査電圧
の関係を横軸に走査電圧、縦軸に変位として表示してい
る。
A typical conventional example will be described with reference to FIG. (1-a) is a waveform in which the scanning voltage is non-linearly displaced linearly with respect to the scanning time, and (1-b)
Indicates the displacement at that time. In each case, the horizontal axis is the scanning time. (1-c) shows the relationship between the displacement and the scanning voltage at that time as the scanning voltage on the horizontal axis and the displacement on the vertical axis.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、走査周
波数・走査変位範囲(走査変位振幅)の走査条件の違い
により、ヒステリシス特性が変化してしまう。図8の
(2−a),(2−b),(2−c)に、(1−a),
(1−b),(1−c)のそれぞれに対して走査周波数
を速くした例を示す。また、図8の(3−a),(3−
b),(3−c)に、(1−a),(1−b),(1−
c)のそれぞれに対して走査変位範囲を小さくした例を
示す。これらの例でも、走査時間に対して直線的に変位
する様に走査電圧を非線型にしており、(1−a),
(1−b),(1−c)の例に比較して、非線型性度合
いを変えている。(2−c),(3−c)を、(1−
c)と比較して非線型性度合いが違うことが明らかであ
る。
However, the hysteresis characteristic changes due to the difference in scanning conditions between the scanning frequency and the scanning displacement range (scan displacement amplitude). (2-a), (2-b) and (2-c) in FIG.
An example in which the scanning frequency is increased for each of (1-b) and (1-c) will be described. Also, (3-a), (3-
b) and (3-c), (1-a), (1-b), (1-
An example in which the scanning displacement range is reduced for each of c) is shown. Also in these examples, the scanning voltage is made non-linear so as to be linearly displaced with respect to the scanning time, and (1-a),
The degree of non-linearity is changed as compared with the examples of (1-b) and (1-c). (2-c) and (3-c) are converted to (1-
It is clear that the degree of nonlinearity is different from that of c).

【0005】本発明は、実質的に走査周波数・走査変位
範囲をパラメータとして、「逆ヒステリシス波形」を変
形させ、歪の無いSPM画像を得ることを目的とする。
An object of the present invention is to obtain an SPM image having no distortion by substantially transforming an "inverse hysteresis waveform" using a scanning frequency and a scanning displacement range as parameters.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項1に係わるスキャナ装置では、所定
の走査経路に沿って走査される走査体と、この走査体を
備えている圧電体と、この圧電体に印加する走査電圧を
発生し、この走査電圧を圧電体に印加して圧電体を歪ま
せ、前記走査体を変位させる走査電圧発生部とを有して
おり、前記走査経路は、走査体の変位の所定の方向の走
査変位成分が一定の走査変位範囲で1回以上一定の走査
周期で往復する往復経路を含んでおり、前記走査電圧発
生部は、この往復経路に沿って走査体が走査されるよう
前記圧電体に走査電圧を印加し、前記圧電体の走査電圧
と歪みとの関係には非線形性およびヒステリシスが存在
するスキャナ装置において、前記走査周期の逆数である
走査周波数と、前記往復する走査変位成分の走査変位範
囲の両端間の距離である走査変位振幅と、走査電圧のオ
フセット電圧とを含むパラメータの値を設定するための
設定部をさらに有しており、この設定部に前記パラメー
タの所定の値が設定され、この設定部は前記走査電圧発
生部にこれらの値を受け渡し、走査電圧発生部は、これ
らの値と前記圧電体の非線形性およびヒステリシスとに
基づいて、走査時間に対する前記走査体の変位が線形と
なる走査電圧を発生し、設定部に設定された前記パラメ
ータの値のうち少なくとも1つのパラメータの値が別の
値に変更され、設定部は走査電圧発生部に前記変更され
た値を受け渡し、走査電圧発生部は、前記変更された値
を含む前記パラメータの値と前記圧電体の非線形性およ
びヒステリシスとに基づいて、走査時間に対する走査体
の変位が線形となる別の走査電圧を発生することを特徴
としている。
In order to achieve the above object, a scanner according to a first aspect of the present invention includes a scanning member that is scanned along a predetermined scanning path, and the scanning member. A piezoelectric body, and a scanning voltage generator for generating a scanning voltage to be applied to the piezoelectric body, distorting the piezoelectric body by applying the scanning voltage to the piezoelectric body, and displacing the scanning body, The scanning path includes a reciprocating path in which a scanning displacement component in a predetermined direction of the displacement of the scanning body reciprocates at least once in a constant scanning displacement range at a constant scanning cycle. A scanning voltage is applied to the piezoelectric body so that the scanning body is scanned along, and in a scanner device in which the relationship between the scanning voltage and the distortion of the piezoelectric body has non-linearity and hysteresis, in a reciprocal of the scanning cycle, A certain scanning frequency and The apparatus further includes a setting unit for setting a value of a parameter including a scanning displacement amplitude, which is a distance between both ends of a scanning displacement range of a reciprocating scanning displacement component, and an offset voltage of a scanning voltage. A predetermined value of the parameter is set, and the setting unit passes these values to the scanning voltage generation unit, and the scanning voltage generation unit scans based on these values and the nonlinearity and hysteresis of the piezoelectric body. A scan voltage is generated such that the displacement of the scan body with respect to time is linear, at least one of the parameter values set in the setting unit is changed to another value, and the setting unit is a scanning voltage generation unit. Receiving the changed value, the scanning voltage generator scans based on the value of the parameter including the changed value and the nonlinearity and hysteresis of the piezoelectric body. Displacement of the scanning member relative between is characterized by generating a separate scan voltage becomes linear.

【0007】上記構成のスキャナ装置によって、設定さ
れたパラメータ(走査周波数・走査変位振幅)に応じて、
走査時間に対して変位が線形になるような走査電圧を出
力させるので、パラメータを変えても、歪なしに線形的
に走査することが可能となる。
[0007] The scanner device having the above-described structure is adapted to set parameters (scan frequency / scan displacement amplitude) according to the set parameters.
Since the scanning voltage is output such that the displacement becomes linear with respect to the scanning time, the scanning can be performed linearly without distortion even if the parameters are changed.

【0008】本発明の請求項2に係わるスキャナ装置で
は、前記走査体の前記往復経路は平面内にあり、走査体
は2次元に走査され、前記設定部のパラメータは往復経
路の前記往復する走査変位成分の方向をさらに含んでい
ることを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, the reciprocating path of the scanning body is in a plane, the scanning body is two-dimensionally scanned, and the parameters of the setting unit are the reciprocating scanning of the reciprocating path. It is characterized by further including the direction of the displacement component.

【0009】上記構成のスキャナ装置によって、設定さ
れたパラメータ(走査周波数・走査変位振幅・往復する
走査変位成分の方向)に応じて、走査時間に対して変位
が線形になるような走査電圧を出力させるので、走査周
波数・走査変位振幅のパラメータに加えて、往復する走
査変位成分の方向を変えても、歪なしに線形的に走査す
ることが可能となる。
According to the scanner device having the above configuration, a scanning voltage is output so that the displacement becomes linear with respect to the scanning time in accordance with the set parameters (scanning frequency, scanning displacement amplitude, direction of reciprocating scanning displacement component). Therefore, even if the direction of the reciprocating scanning displacement component is changed in addition to the parameters of the scanning frequency and the scanning displacement amplitude, it is possible to perform linear scanning without distortion.

【0010】本発明の請求項3に係わるスキャナ装置で
は、上記した如く、前記設定部に前記パラメータの所定
の値が設定され、上記した如く、この設定部が前記走査
電圧発生部にこれらの値を受け渡し、上記した如く、走
査電圧発生部が、これらの値と前記圧電体の非線形性お
よびヒステリシスとに基づいて、走査時間に対する前記
走査体の変位が線形となる走査電圧を発生して、前記パ
ラメータの値に基づいた往復経路に沿って走査体を走査
した後に、走査電圧発生部は、この往復経路の走査変位
振幅が時間経過とともに小さくなり、所定の時間で0に
なるような走査電圧を発生し、上記した如く、走査電圧
発生部が、前記変更された値を含む前記パラメータの値
と前記圧電体の非線形性およびヒステリシスとに基づい
て、走査時間に対する走査体の変位が線形となる別の走
査電圧を発生する前に、走査電圧発生部は、所定の時間
で0になった前記走査変位振幅が時間経過とともに大き
くなって、前記別の走査電圧を印加されて走査される走
査体の走査変位振幅と所定の時間で等しくなるような走
査電圧を発生することを特徴としている。
In the scanner device according to a third aspect of the present invention, as described above, the predetermined values of the parameters are set in the setting section, and as described above, the setting section sets the predetermined values in the scanning voltage generating section. As described above, the scanning voltage generating unit generates a scanning voltage in which the displacement of the scanning body with respect to the scanning time is linear based on these values and the nonlinearity and hysteresis of the piezoelectric body, After scanning the scanning body along the reciprocating path based on the value of the parameter, the scanning voltage generating unit generates a scanning voltage such that the scanning displacement amplitude of the reciprocating path decreases with time and becomes 0 in a predetermined time. Generated, and as described above, the scanning voltage generation unit generates a scan voltage based on the parameter value including the changed value and the nonlinearity and hysteresis of the piezoelectric body. Before generating another scanning voltage at which the displacement of the scanning body becomes linear, the scanning voltage generating unit increases the scanning displacement amplitude, which has become 0 at a predetermined time, with time, and the another scanning voltage. Is applied to generate a scanning voltage that becomes equal to the scanning displacement amplitude of the scanning body scanned at a predetermined time.

【0011】走査電圧発生部が所定のパラメータの値に
基づいて走査電圧を発生し、これにより、走査体が所定
の往復経路に沿って走査されている。この走査の途中
で、走査電圧発生部が変更されたパラメータの値に基づ
いて別の走査電圧を発生する場合、走査変位振幅を一旦
ゼロにすることで、探針、試料の損傷なしに、走査を継
続することが可能となる。
A scanning voltage generating section generates a scanning voltage based on a value of a predetermined parameter, whereby the scanning body is scanned along a predetermined reciprocating path. In the course of this scanning, when the scanning voltage generator generates another scanning voltage based on the changed parameter value, the scanning displacement amplitude is set to zero once, and the scanning is performed without damaging the probe and the sample. Can be continued.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】図1ないし図7を参照して、本発
明の実施の形態に係わるスキャナ装置を説明する。先
ず、図1ないし図4、および図6を参照して本発明の第
1の実施の形態のスキャナ装置を説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A scanner according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, a scanner device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4 and FIG.

【0013】図1は、本実施の形態のスキャナ装置を走
査型プローブ顕微鏡(SPM)に応用した例の構成を示す
図である。チューブスキャナ1は円筒型圧電体を有して
おりXYの2次元方向に変位する。その自由端にZスキ
ャナ14を備えており、探針変位検出部2を介して、走
査体として用いられている探針3を支持し、探針3を2
次元方向に所定の走査経路に沿って走査する。X方向の
走査電圧であるX走査電圧およびY方向の走査電圧であ
るY走査電圧は、走査電圧発生部11から出力し、チュ
ーブスキャナ1に印加される。走査電圧発生部11にお
いて、走査電圧は、マイコン10からXテーブル6、Y
テーブル9に書込まれた電圧データ列に基づき、D/A
5,8でアナログ信号に逐次変換されて、アンプ4,7
を介して、連続的な走査電圧として出力される。探針3
の走査経路は、例えば図6の(a)のように、探針3の
変位のX成分が一定の走査変位範囲で1回以上一定の走
査周期で往復しつつ、変位のY成分が一方向(例えば正
の方向)に変化するような往復経路を含んでいる。設定
部として用いられているコンピュータ12は、走査条件
に関するパラメータを設定する機能を有しており、走査
周期の逆数である走査周波数、走査変位範囲の両端間の
距離である走査変位振幅等のパラメータの値が入力され
る。入力されたパラメータの値はマイコン10に受け渡
される。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an example in which the scanner device of the present embodiment is applied to a scanning probe microscope (SPM). The tube scanner 1 has a cylindrical piezoelectric body, and is displaced in the XY two-dimensional directions. A Z-scanner 14 is provided at its free end, and supports the probe 3 used as a scanning body via the probe displacement detecting unit 2.
Scanning is performed along a predetermined scanning path in the dimensional direction. The X scanning voltage, which is the scanning voltage in the X direction, and the Y scanning voltage, which is the scanning voltage in the Y direction, are output from the scanning voltage generator 11 and applied to the tube scanner 1. In the scanning voltage generator 11, the scanning voltage is supplied from the microcomputer 10 to the X table 6, Y
Based on the voltage data string written in Table 9, D / A
The signals are sequentially converted into analog signals by the amplifiers 4 and 7,
Is output as a continuous scanning voltage. Tip 3
6A, for example, as shown in FIG. 6A, the X component of the displacement of the probe 3 reciprocates at least once at a constant scanning cycle within a constant scanning displacement range, and the Y component of the displacement moves in one direction. (For example, a reciprocating path that changes in a positive direction). The computer 12 used as a setting unit has a function of setting parameters relating to scanning conditions, and includes parameters such as a scanning frequency, which is the reciprocal of a scanning cycle, and a scanning displacement amplitude, which is a distance between both ends of a scanning displacement range. Is entered. The input parameter values are passed to the microcomputer 10.

【0014】探針変位検出部2は探針3の変位を検出し
て、その変位信号をZ制御部13に出力する。Z制御部
13は試料15表面をなぞるようにZスキャナを伸縮さ
せるためのZサーボ信号をZスキャナ14へ出力する。
2次元走査中に、一定のサンプリング間隔でZ制御デー
タを収集することで、試料15表面のSPM画像を構築
する。
The probe displacement detector 2 detects the displacement of the probe 3 and outputs a displacement signal to the Z controller 13. The Z control unit 13 outputs to the Z scanner 14 a Z servo signal for expanding and contracting the Z scanner so as to trace the surface of the sample 15.
An SPM image of the surface of the sample 15 is constructed by collecting Z control data at a constant sampling interval during the two-dimensional scanning.

【0015】チューブスキャナ1の圧電体の走査電圧と
歪みとの関係には非線形性およびヒステリシスが存在す
る。このため、チューブスキャナ1には探針3の変位が
時間に対して線形となる様な非線形の「逆ヒステリシス
波形」の走査電圧が印加される。マイコン10には、
「逆ヒステリシス波形」の走査電圧を発生するために必
要な関数式が記憶されている。記憶されている式は下記
の1〜6式である。
There is nonlinearity and hysteresis in the relationship between the scanning voltage and distortion of the piezoelectric body of the tube scanner 1. For this reason, a non-linear “reverse hysteresis waveform” scanning voltage is applied to the tube scanner 1 such that the displacement of the probe 3 becomes linear with respect to time. The microcomputer 10 includes:
A function formula necessary to generate a scan voltage having an “inverse hysteresis waveform” is stored. The stored formulas are the following formulas 1 to 6.

【0016】探針3の変位(チューブスキャナ1の変
位)dは、圧電体の印加電圧である走査電圧Eを変数と
したn次式で近似できるので、走査時間に対して変位d
が線形になるような変位d−印加電圧Eの関数式 d=a+a+aE+a…1 1式の係数aは、走査周波数freq、走査電圧振幅
ppで異なる値を有するので、各係数aを、走査周
波数freqと走査電圧振幅Eppを変数とした関数式 a=F(freq,Epp)…2 a=F(freq,Epp)…3 a=F(freq,Epp)…4 a=F(freq,Epp)…5 走査変位振幅dppは、走査周波数freq、走査電圧
振幅Eppで異なる値を有するので、走査変位振幅d
ppを、走査周波数freqと走査電圧振幅E を変
数とした関数式 dpp=F(freq,Epp)…6 コンピュータ12に走査周波数freq、走査変位振幅
ppを含むパラメータの値を入力すると、マイコン1
0にこれらの値を受け渡す。マイコン10では6式から
走査電圧振幅Eppが求められる。更に、求められたE
ppから2〜5式より、a〜aを求める。求めたa
〜aを1式に代入することで、設定された条件にお
ける変位−走査電圧特性が得られる。次に、マイコン1
0は、変位一走査電圧特性を示す1式から、変位dが時
間軸に対して等間隔となるような、電圧データ列を作成
して、Xテーブル6、Yテーブル9に格納する。このと
き、Yデープル9を作成する際は、Y方向の走査周波数
に基づいて、テーブルが作成される。Y走査周波数は、
X走査周波数をライン数で割算した周波数である。
The displacement d of the probe 3 (displacement of the tube scanner 1) can be approximated by an n-th order equation using a scanning voltage E, which is a voltage applied to the piezoelectric body, as a variable.
There coefficient a n of the function formula d = a 3 E 3 + a 2 E 2 + a 1 E + a 0 ... 1 1 Formula displacement d- applied voltage E such that linear, scan frequency freq, different scanning voltage amplitude E pp because it has a value, the coefficients a n, scanning frequency freq and the scan voltage function formula a 3 = F 3 to the amplitude E pp was variable (freq, E pp) ... 2 a 2 = F 2 (freq, E pp) ... 3 a 1 = F 1 (freq, E pp ) 4 a 0 = F 0 (freq, E pp ) 5 The scanning displacement amplitude d pp has different values at the scanning frequency freq and the scanning voltage amplitude E pp . , Scanning displacement amplitude d
The pp, scanning frequency freq and the scan voltage amplitude E p p a as a variable function expression d pp = F 4 (freq, E pp) ... 6 computer 12 to the scanning frequency freq, the values of parameters including the scanning displacement amplitude d pp When input, microcomputer 1
Pass these values to 0. The microcomputer 10 calculates the scanning voltage amplitude E pp from the equation (6). In addition, the required E
a 3 to a 0 are obtained from pp from Equations 2 to 5. Found a
3 ~a 0 a By substituting the equation (1), displacement in the set condition - scanning voltage characteristics. Next, microcomputer 1
In the case of 0, a voltage data string is created from the equation (1) showing the displacement-scanning voltage characteristic so that the displacement d is at equal intervals on the time axis, and stored in the X table 6 and the Y table 9. At this time, when creating the Y double 9, a table is created based on the scanning frequency in the Y direction. The Y scanning frequency is
This is a frequency obtained by dividing the X scanning frequency by the number of lines.

【0017】Xテーブル6、Yテーブル9への電圧デー
タ列の格納が完了したら、走査を開始する。走査を開始
すると、走査周波数freqに基づいて、適正に調整さ
れた周期で、Xテーブル6からD/A5にデータが転送
される。上述したようにこのデータはここで逐次アナロ
グ信号に変換され、アンプ4を介してX走査電圧として
出力される。Y走査電圧もX走査電圧と同様に出力され
るが、上述したように走査周波数が異なる。Y走査電圧
の走査周波数は走査ライン数をLとしてX走査電圧の走
査周波数freq/走査ライン数Lである。即ち、fr
eq/Lに等しい走査周波数に基づいて、適正に調整さ
れた周期で、Yテーブル9からD/A8にデータが転送
される。この時の、走査電圧は、図2に示す通りであ
る。この走査電圧をチューブスキャナ1に印加すれば探
針3の変位は線形となる。
When the storage of the voltage data strings in the X table 6 and the Y table 9 is completed, scanning is started. When scanning is started, data is transferred from the X table 6 to the D / A 5 at an appropriately adjusted cycle based on the scanning frequency freq. As described above, this data is sequentially converted into an analog signal here, and output as an X scanning voltage via the amplifier 4. The Y scanning voltage is output in the same manner as the X scanning voltage, but the scanning frequency is different as described above. The scanning frequency of the Y scanning voltage is the scanning frequency freq of the X scanning voltage / the number of scanning lines L, where L is the number of scanning lines. That is, fr
Based on the scanning frequency equal to eq / L, data is transferred from the Y table 9 to the D / A 8 at a properly adjusted cycle. The scanning voltage at this time is as shown in FIG. When this scanning voltage is applied to the tube scanner 1, the displacement of the probe 3 becomes linear.

【0018】コンピュータ12に設定されているパラメ
ータの値のうち少なくとも1つのパラメータの値を別の
値に変更すると、上記と同様にして、これらのパラメー
タの値と1〜6式に基づいて、走査時間に対する探針3
の変位が線形となる走査電圧が発生される。即ち、走査
周波数freq、走査変位振幅dppを変更しても走査
時間に対する探針3の変位を線形とすることができる。
When the value of at least one of the parameters set in the computer 12 is changed to another value, the scanning is performed based on the values of these parameters and the equations (1) to (6) in the same manner as described above. Tip 3 against time
A scanning voltage is generated such that the displacement becomes linear. That is, the scanning frequency freq, if you change the scanning displacement amplitude d pp displacement of the probe 3 with respect to the scanning time can be linear.

【0019】上記1〜6式の関数に基づいて、走査電圧
を導出したが、チューブスキャナ1の個体差や経時変化
に起因する特性バラツキを補正するため、1〜6式の1
つもしくは複数の式に係数kを乗算することで、スキャ
ナの特性バラツキを補正して、直線性を向上させること
も可能である。1〜6の関数に乗算する係数k〜k
は、コンピュータ12から任意に設定可能とする。
Based on the functions of the above equations 1 to 6, the scanning voltage
Was derived, but individual differences and changes over time of the tube scanner 1
In order to correct the characteristic variation caused by the
By multiplying one or more equations by a coefficient k,
To correct the variation in the characteristics of the
Is also possible. Coefficient k that multiplies functions 1 to 61~ K 6
Can be arbitrarily set from the computer 12.

【0020】なお、本実施の形態では、走査電圧の折返
し点を急激に変化させていたが、SPM測定区間(走査
変位範囲)よりも大きな幅でスキャンさせる波形、例え
ば、折返し点を丸めた波形で走査し、線形的に変位して
いる区間でSPM測定のサンプリングを行うことでSP
M画像を構築することが可能であること、また、実際に
測定を開始する前に、走査時の変位ループを安定させる
ためにプリスキャンを行うことが可能であることは言う
までもない。図3に、折返し点を丸めたX走査電圧
(a)、走査時X変位(b)の、往路・復路で線形的に
変位している区間をSPM測定サンプリング区間とした
例を示す。
In this embodiment, the turning point of the scanning voltage is changed suddenly. Scan by SPM and sampling of SPM measurement in the section displaced linearly,
Needless to say, it is possible to construct an M image, and to perform a prescan to stabilize a displacement loop during scanning before actually starting measurement. FIG. 3 shows an example in which the section of the X scan voltage (a) with rounded turning points and the X displacement during scanning (b), which is linearly displaced in the forward path and the return path, is set as the SPM measurement sampling section.

【0021】また、走査電圧の波形を複数回繰り返す連
続波形に限らず、1回のみの往復波形とすることも可能
であることは、言うまでもない。
It is needless to say that the scanning voltage waveform is not limited to a continuous waveform that is repeated a plurality of times, but may be a single reciprocating waveform.

【0022】また、走査終了時に、走査変位中心点に復
帰するように、走査電圧にオーバースキャン走査を追加
し、走査周波数freq、走査電圧振幅Eppに応じ
て、オーバースキャン電圧幅Voverを可変にするこ
とも可能である。さらに、オーバースキャン電圧幅は、
走査周波数freq、走査電圧振幅Eppを変数とした
関数式 Vover=F(freq,Epp)…7 によって、算出することが可能であることは言うまでも
無い。
Further, when the scan is finished, so as to return to the scanning displacement center point, add the overscan scanning the scan voltage, scanning frequency freq, according to the scanning voltage amplitude E pp, variably overscan voltage width Vover It is also possible. Furthermore, the overscan voltage width is
Needless to say, it can be calculated by the function formula Vover = F 5 (freq, E pp )... 7 using the scanning frequency freq and the scanning voltage amplitude E pp as variables.

【0023】また、走査電圧の波形の往路・復路の周期
を1:1に限らない波形とすることも可能あることは言
うまでもない。
It goes without saying that the scanning voltage waveform may have a waveform which is not limited to a one-to-one cycle.

【0024】図4に、1回のみで走査を終了する時にオ
ーバースキャン電圧を設け、往路・復路の周期の比を1
6:1としたY走査電圧、走査時のY変位、往路SPM
測定サンプリング区間として例を示す。
In FIG. 4, an overscan voltage is provided when scanning is completed only once, and the ratio of the forward and return cycles is set to one.
6: 1 Y scanning voltage, Y displacement during scanning, forward SPM
An example is shown as a measurement sampling section.

【0025】また、走査電圧発生部11は、走査開始前
もしくは走査終了後に、走査変位中心点に復帰するよう
に、圧電体のクリープをキャンセルさせるような空走査
動作を行わせることも可能である。例えば、その空走査
は、一定周波数で走査しながら、その振幅を最大振幅か
ら0に収束させるような走査であったりする。
Further, the scanning voltage generator 11 can perform an empty scanning operation to cancel the creep of the piezoelectric body so as to return to the scanning displacement center point before the start of scanning or after the end of scanning. . For example, the blank scan may be a scan that converges the amplitude from the maximum amplitude to 0 while scanning at a constant frequency.

【0026】なお、本実施の形態では、2次元スキャナ
としたが、1次元スキャナはもとより、3次元スキャナ
に適用することも可能であることは言うまでもない。
In this embodiment, a two-dimensional scanner is used. However, it goes without saying that the present invention can be applied not only to a one-dimensional scanner but also to a three-dimensional scanner.

【0027】また、1式を3次式としたが、2次式とし
たり、より精度が高い近似式とするために、4次以上の
式としたりすることも可能であることは言うまでもな
い。
Although equation (1) is a cubic equation, it is needless to say that the equation can be a quadratic equation or a quartic or higher equation in order to obtain a more accurate approximation equation.

【0028】また、係数を求める関数式のパラメータ
を、走査周波数freq、走査電圧振幅Eppとした
が、走査周波数を走査周期Tに、走査電圧振幅を走査変
位振幅d ppに置き換えた関数にすることが可能である
ことは言うまでもない。
Further, parameters of a function expression for obtaining coefficients
With the scanning frequency freq and the scanning voltage amplitude EppMade
Changes the scanning frequency to the scanning period T and the scanning voltage amplitude to
Amplitude d ppFunction can be replaced with
Needless to say.

【0029】また、係数aを求める開数式のパラメー
タに、走査周波数freq、走査電圧範囲Epp以外の
パラメータを用いること、例えば、圧電体を原点からず
らして変位させるための走査電圧のオフセット電圧Vo
ffsetを印加することも可能であることは言うまで
もない。
Further, the open equation parameters to determine the coefficients a n, the scanning frequency freq, the use of parameters other than the scan voltage range E pp, for example, the offset voltage of the scanning voltage for displacing shifting the piezoelectric element from the origin Vo
It goes without saying that ffset can be applied.

【0030】なお、本実施の形態では電圧データ列は、
Xテーブル6、Yテーブル9に格納したがマイコン10
の演算処理が高速であれば、テーブルを介さずに、リア
ルタイムで演算した結果をD/A5,9に出力すること
も可能であることは言うまでもない。
In this embodiment, the voltage data string is
Stored in X table 6 and Y table 9
It is needless to say that if the calculation processing is fast, it is possible to output the result calculated in real time to the D / A 5 and 9 without going through the table.

【0031】なお、本実施の形態では、関数式をマイコ
ン10に記憶し、演算処理したが、コンピュータ12に
記憶して演算処理することも可能であり、また、FPG
Aなどのハードウェアに、関数式を記憶させて演算処理
するようにすることも可能であることは言うまでもな
い。
In the present embodiment, the function formula is stored in the microcomputer 10 and the arithmetic processing is performed. However, it is also possible to store the function formula in the computer 12 and perform the arithmetic processing.
Needless to say, it is also possible to store the function formula in hardware such as A and perform the arithmetic processing.

【0032】なお、本実施の形態では、1〜6式のひと
つもしくは、複数の式に係数kを乗算することで圧電体
スキャナの特性のバラヅキ補正を行って、直線性を向上
させるとしたが、関数7式にも係数kを乗算して同様
の効果が行られることは言うまでも無い。
In the present embodiment, the linearity is improved by multiplying one or more of the equations (1) to (6) by a coefficient k to thereby correct the dispersion of the characteristics of the piezoelectric scanner. , the same effect is multiplied by a coefficient k 7 to function 7 expression is not to say it is line.

【0033】また、より直線性を向上するために、単純
に係数k〜kを1〜7式に乗算するのではなく、1
〜7式を任意の関数に変形することが可能であることは
言うまでもない。
To further improve the linearity, instead of simply multiplying the coefficients k 1 to k 7 by the equations 1 to 7,
It goes without saying that Equations (7) to (7) can be transformed into an arbitrary function.

【0034】さらに、チューブスキャナ1の個体差や経
時変化に起因する特性のバラツキを補正するために、表
面形状がメッシュパターンになっているような、既知の
表面形状である試料を校正用サンプルとして用意して、
それをSPM測定することで、前記係数k〜kを補
正したり、1〜7式を変形させて補正したりすることが
可能であり、またその測定と補正を自動的に行わせるこ
とが可能であることは言うまでもない。
Further, in order to correct variations in characteristics caused by individual differences and changes over time of the tube scanner 1, a sample having a known surface shape such as a mesh shape is used as a calibration sample. Prepare,
It By SPM measurement, or correcting the coefficient k 1 to k 7, it is possible or corrected by deforming the 1-7 formula, also automatically possible to perform the correction and the measurement Needless to say, this is possible.

【0035】(効果)上記構成のスキャナ装置によっ
て、設定された走査条件に関するパラメータ(走査周波
数・走査変位振幅)に応じて、走査時間に対して変位が
線形になるような走査電圧を演算して出力させるので、
走査条件を変えても、歪なしに線形的に走査することが
可能となった。
(Effect) According to the parameters (scanning frequency / scanning displacement amplitude) relating to the set scanning conditions, a scanning voltage which makes the displacement linear with respect to the scanning time is calculated by the scanner device having the above configuration. Output
Even if the scanning conditions are changed, it is possible to perform linear scanning without distortion.

【0036】次に、図1、図5、図6および図7を利用
して、第2の実施の形態のスキャナ装置を説明する。本
実施の形態の構成の大部分は、基本的に第1の実施の形
態の構成の大部分と同じである。尚、本実施の形態にお
いて、第1の実施の形態の図1を参照して説明した構成
部材と実質的に同一の構成部材は、第1の実施の形態の
対応する構成部材を指示していた参照符号と同じ参照符
号を付して詳細な説明を省略する。
Next, a scanner according to a second embodiment will be described with reference to FIGS. 1, 5, 6, and 7. FIG. Most of the configuration of the present embodiment is basically the same as most of the configuration of the first embodiment. Note that, in the present embodiment, components that are substantially the same as the components described in the first embodiment with reference to FIG. 1 indicate the corresponding components in the first embodiment. The same reference numerals as those described above are used, and the detailed description is omitted.

【0037】本実施の形態のスキャナ装置が上記第1の
実施の形態のスキャナ装置と異なる点は走査電圧発生部
の構成である。本実施の形態では第1の実施の形態の図
1に示された走査電圧発生部11の代わりに図5に示す
スキャンローテーション用走査電圧発生部21を用い
る。スキャンローテーション用走査電圧発生部21は、
2次元スキャナにおいて走査経路を任意に回転させて走
査する場合に用いられる。
The difference between the scanner device of the present embodiment and the scanner device of the first embodiment is the configuration of the scanning voltage generator. In the present embodiment, a scan voltage generator 21 for scan rotation shown in FIG. 5 is used instead of the scan voltage generator 11 shown in FIG. 1 of the first embodiment. The scan rotation scan voltage generator 21 includes:
It is used when scanning by rotating the scanning path arbitrarily in a two-dimensional scanner.

【0038】回転前、図6の(a)のように、探針3の
変位の横方向(X方向)の走査変位成分が一定の走査変
位範囲で一定の走査周期で往復していたとする。スキャ
ンローテーションによって、一定の走査変位範囲で一定
の走査周期で往復する変位の方向(走査方向)は、図6
の(b)のようにX方向からローテーション角度θだけ
回転される(図6の(b)ではθ=30°)。
Before the rotation, as shown in FIG. 6A, it is assumed that the scanning displacement component in the lateral direction (X direction) of the displacement of the probe 3 reciprocates at a constant scanning cycle within a constant scanning displacement range. The direction of the reciprocation (scanning direction) reciprocating at a constant scanning cycle within a constant scanning displacement range due to the scan rotation is shown in FIG.
As shown in FIG. 6B, it is rotated from the X direction by a rotation angle θ (θ = 30 ° in FIG. 6B).

【0039】コンピュータ12のパラメータは走査方向
をさらに含んでいる。走査方向としてローテーション角
度θが用いられている。
The parameters of the computer 12 further include the scanning direction. The rotation angle θ is used as the scanning direction.

【0040】コンピュータ12で設定された走査周波数
freq、走査変位振幅dpp、ローテーション角度
θ、走査ライン数Lの値から、マイコン10は、Xテー
ブルを以下の手順で作成する。まず、走査変位振幅をd
pp×cosθに置き換え、周波数をfreqとして、
1式を求める。求めた1式から作成した電圧データ列
を、X−Hテーブル6aに格納する。次に、走査変位振
幅をdpp×sinθに置き換え、走査周波数をfre
q/Lに置き換え、その値に基づいて1式を求める。求
めた1式から作成した電圧データ列を、X−Vテーブル
6bに格納する。
The microcomputer 10 creates an X table from the values of the scanning frequency freq, the scanning displacement amplitude d pp , the rotation angle θ, and the number L of scanning lines set by the computer 12 in the following procedure. First, let the scanning displacement amplitude be d
pp × cos θ, and the frequency is freq,
Equation 1 is obtained. The voltage data string created from the obtained equation (1) is stored in the XH table 6a. Next, the scanning displacement amplitude is replaced by d pp × sin θ, and the scanning frequency is
Replace with q / L, and calculate Equation 1 based on the value. The voltage data string created from the obtained one equation is stored in the XV table 6b.

【0041】更に、マイコン10は、Yテーブルを以下
の手順で作成する。まず、走査変位振幅をdpp×si
nθに置き換え、走査周波数をfreqとして、1式を
求める。求めた1式から作成した電圧データ列を、Y−
Hテーブル9aに格納する。次に、走査変位振幅をd
pp×cosθに置き換え、走査周波数をfreq/L
に置き換え、その値に基づいて1式を求める。求めた1
式から作成した電圧データ列を、Y−Vテーブル9bに
格納する。
Further, the microcomputer 10 creates a Y table in the following procedure. First, the scanning displacement amplitude is d pp × si
Replace with nθ, and set the scanning frequency as freq to find equation 1. The voltage data string created from the obtained equation is represented by Y-
Stored in the H table 9a. Next, the scanning displacement amplitude is d
pp × cos θ, and the scanning frequency is freq / L
And obtain an equation based on the value. 1 that I asked
The voltage data string created from the equation is stored in the YV table 9b.

【0042】なお、上記のXテーブル6、Yチープル9
を除き、走査電圧発生部21は第1の実施の形態の走査
電圧発生部11と同様の構成であるので、その他の説明
は省く。
The above X table 6 and Y chiple 9
Except for the above, the scanning voltage generator 21 has the same configuration as the scanning voltage generator 11 of the first embodiment, and the other description is omitted.

【0043】Xテーブル6a,6b、Yテーブル9a、
9bに電圧データ列の格納が完了したら、走査を開始す
る。
X tables 6a and 6b, Y table 9a,
When the storage of the voltage data string is completed in 9b, scanning is started.

【0044】走査を開始すると、走査周波数freqに
基づいて適正に調節された周期で、X−Hテーブル6a
からX加算器6cへ、Y−Hテーブル9aからY加算器
9cへデータが転送される。
When the scanning is started, the XH table 6a is set at a cycle appropriately adjusted based on the scanning frequency freq.
To the X adder 6c and from the YH table 9a to the Y adder 9c.

【0045】前に用いた走査周波数freqと走査ライ
ン数Lとから形成される、freq/Lに等しい走査周
波数に基づいて適正に調節された周期で、X−Vテーブ
ル6bからX加算器6cへ、Y−Vテーブル9bからY
加算器9cへデータが転送される。
From the XV table 6b to the X adder 6c at a period properly adjusted based on the scanning frequency equal to freq / L, which is formed from the previously used scanning frequency freq and the number L of scanning lines. , Y-V table 9b to Y
The data is transferred to the adder 9c.

【0046】D/A5では、X加算器6cでデジタル加
算されたデータを、逐次アナログ信号に変換して、アン
プ4を介してX走査電圧を出力する。D/A8では、Y
加算器9cでデジタル加算されたデータを、逐次アナロ
グ信号に変換して、アンプ7を介してY走査電圧を出力
する。この時の走査電圧は、図7に示す通りである。
In the D / A 5, the data digitally added by the X adder 6 c is sequentially converted into an analog signal, and an X scanning voltage is output via the amplifier 4. In D / A8, Y
The data digitally added by the adder 9c is sequentially converted into an analog signal, and a Y scan voltage is output via the amplifier 7. The scanning voltage at this time is as shown in FIG.

【0047】なお、本実施の形態では、X加算器6c、
Y加算器9cにて、デジタルでデータ加算をしている
が、各テーブルのデータをD/A変換してから、アナロ
グ信号で加算することも可能であることは、言うまでも
ない。
In this embodiment, the X adder 6c,
Although the data is digitally added by the Y adder 9c, it is needless to say that the data of each table can be D / A converted and then added by an analog signal.

【0048】(効果)上記構成のスキャナ装置によっ
て、設定された走査条件に関するパラメータ(走査周波
数・走査変位振幅・走査方向(ローテーション角度))
に応じて、走査時間に対して変位が線形になるような走
査電圧を演算して出力させるので、走査周波数・走査変
位振幅のパラメータに加えて、走査方向を変えても、歪
なしに線形的に走査することが可能となった。
(Effects) Parameters related to scanning conditions set by the scanner device having the above configuration (scanning frequency, scanning displacement amplitude, scanning direction (rotation angle)).
The scan voltage is calculated and output such that the displacement becomes linear with respect to the scan time, so that in addition to the parameters of the scan frequency and scan displacement amplitude, even if the scan direction is changed, the scan voltage is linear without distortion. It became possible to scan.

【0049】次に、図5を利用して、第3の実施の形態
のスキャナ装置を説明する。
Next, a scanner device according to a third embodiment will be described with reference to FIG.

【0050】本実施の形態の構成の大部分は、基本的に
第2の実施の形態の構成の大部分と同じである。尚、本
実施の形態において、第2の実施の形態の図5を参照し
て説明した構成部材と実質的に同一の構成部材は、第2
の実施の形態の対応する構成部材を指示していた参照符
号と同じ参照符号を付して詳細な説明を省略する。
Most of the configuration of the present embodiment is basically the same as most of the configuration of the second embodiment. In the present embodiment, the components substantially the same as the components described in the second embodiment with reference to FIG.
The same reference numerals as those used in the first embodiment denote corresponding components, and a detailed description thereof will be omitted.

【0051】本実施の形態の構成が第2の実施の形態の
構成と異なる点は、走査電圧発生部21の構成である。
本実施の形態の走査電圧発生部21のD/A5,8には
それぞれ基準電圧源5b,8bが接続されている。
The configuration of the present embodiment differs from the configuration of the second embodiment in the configuration of the scanning voltage generator 21.
Reference voltage sources 5b and 8b are connected to the D / A's 5 and 8 of the scanning voltage generator 21 of the present embodiment, respectively.

【0052】第2の実施の形態において、走査中に走査
周波数freq、走査変位振幅d 、ローテーション
角度θ、走査ライン数L等のパラメータを変更させる場
合、第2の実施の形態ではX−Hテーブル6a、X−V
テーブル6b、Y−Hテーブル9a、Y−Vテーブル9
bのうちの2つ以上を更新する必要がある。
[0052] In the second embodiment, the scanning frequency freq during scanning, scanning displacement amplitude d p p, if the rotation angle theta, to change parameters such as the number of scanning lines L, and in the second embodiment X- H table 6a, XV
Table 6b, YH table 9a, YV table 9
It is necessary to update two or more of b.

【0053】SPMに応用した例では、試料表面を探針
がなぞる様に走査しているため、急激に走査を変更する
と、探針もしくは試料を損傷する恐れがある。
In the example applied to the SPM, since the probe scans the surface of the sample so as to trace it, if the scanning is suddenly changed, the probe or the sample may be damaged.

【0054】そこで、D/A5,8に乗算型D/Aを採
用しておき、その基準電圧源5b,8bを0V(走査変
位振幅が0)の状態に、探針、試料を損傷させないよう
な所定の時間で移行させてから、X−Hテーブル6a、
X−Vテーブル6b、Y−Hテーブル9a、Y−Vテー
ブル9bを更新する。テーブル更新後は基準電圧源5
b,8bをもとの電圧(走査変位振幅を復元)の状態に、
探針、試料を損傷させないような所定の時間で移行させ
る。
Therefore, a multiplying D / A is adopted for the D / As 5 and 8, and the probe and the sample are not damaged when the reference voltage sources 5b and 8b are in the state of 0V (the scanning displacement amplitude is 0). After a predetermined time, the XH table 6a,
The XV table 6b, the YH table 9a, and the YV table 9b are updated. After updating the table, the reference voltage source 5
b, 8b to the original voltage (restoring the scanning displacement amplitude),
The probe and the sample are moved in a predetermined time so as not to damage the sample.

【0055】このときのスキャナ装置の動作を説明す
る。説明を簡単にするために、テーブル更新前にローテ
ーション角度θをθ=0とし、テーブル更新の際にロー
テーション角度θは変更されないとする。このとき、X
方向はテーブル更新前、更新後を問わず、前に説明した
走査方向になる。
The operation of the scanner device at this time will be described. For the sake of simplicity, it is assumed that the rotation angle θ is set to θ = 0 before updating the table, and the rotation angle θ is not changed when updating the table. At this time, X
The direction is the scanning direction described above regardless of before or after updating the table.

【0056】先ず、コンピュータ12にX方向の走査変
位振幅dpp1、X方向の走査周波数freq1を含む
パラメータの所定の値が設定され、これらの値が走査電
圧発生部21に受け渡される。
First, predetermined values of parameters including the scanning displacement amplitude d pp 1 in the X direction and the scanning frequency freq 1 in the X direction are set in the computer 12, and these values are transferred to the scanning voltage generator 21.

【0057】次に、走査電圧発生部21は、これらの値
と式1〜6とに基づいてX−Hテーブル6a、X−Vテ
ーブル6bを作成し、X加算器6c、D/A5、アンプ
4を介して走査時間に対する探針の変位が線形となる走
査電圧を発生する。基準電圧源5bは所定の初期電圧V
intを供給している。探針はコンピュータ12に設定
されたパラメータに基づいた往復経路に沿って走査され
る。
Next, the scanning voltage generator 21 creates an XH table 6a and an XV table 6b based on these values and the expressions 1 to 6, and generates an X adder 6c, a D / A5, and an amplifier. A scanning voltage is generated via the line 4 so that the displacement of the probe with respect to the scanning time is linear. The reference voltage source 5b receives a predetermined initial voltage V
int. The probe is scanned along a reciprocating path based on parameters set in the computer 12.

【0058】このとき、基準電圧源5bが供給する電圧
を所定の時間t1で0Vにすると、これに応じて、走査
電圧発生部21は、この往復経路のX方向の走査変位振
幅d pp1が時間経過とともに小さくなり、時間t1で
0になるような走査電圧を発生する。
At this time, the voltage supplied by the reference voltage source 5b
Is set to 0 V at a predetermined time t1, the scanning is accordingly performed.
The voltage generation unit 21 performs scanning displacement oscillation in the X direction of the reciprocating path.
Width d pp1 decreases with time, and at time t1
A scanning voltage is generated so as to be zero.

【0059】次に、コンピュータ12に設定された前記
パラメータの値のうち少なくとも1つのパラメータの値
が別の値に変更される。この場合、走査変位振幅および
走査周波数がdpp2,freq2にそれぞれ変更され
るとする。コンピュータ12は走査電圧発生部21にこ
れらの変更された値を受け渡す。これらの値に基づいて
X−Hテーブル6a、X−Vテーブル6bを更新する。
パラメータの値の変更および受け渡しはそれぞれ、走査
変位振幅dpp1、走査周波数freq1に基づく走査
が行われている間になされても、走査変位振幅dpp
が時間経過とともに小さくなる走査が行われている間に
なされても、これらの走査が行われる前にあらかじめな
されていても良い。
Next, at least one of the parameter values set in the computer 12 is changed to another value. In this case, scanning displacement amplitude and scan frequency were changed respectively to d pp 2, freq2. The computer 12 passes these changed values to the scan voltage generator 21. The XH table 6a and the XV table 6b are updated based on these values.
The change and the transfer of the parameter value are performed while the scan based on the scan displacement amplitude d pp 1 and the scan frequency freq 1 is performed, respectively, even if the scan displacement amplitude d pp 1 is performed.
May be performed during the scans that become smaller over time, or may be performed before these scans are performed.

【0060】テーブルの更新に応じて、走査電圧発生部
21は、X方向の変位が走査周波数freq2で往復し
つつ、走査変位振幅が0から時間経過とともに大きくな
って、走査変位振幅dpp2と所定の時間t2で等しく
なるような走査電圧を発生する。このとき、基準電圧源
5bが供給する電圧は0Vから初期電圧Vintにまで
時間t2で増加する。
[0060] Depending on the update of the table, scanning voltage generator 21, while reciprocating displacement in the X direction at a scanning frequency freq2, the scanning displacement amplitude increases with time from zero, the scanning displacement amplitude d pp 2 A scanning voltage that is equal at a predetermined time t2 is generated. At this time, the voltage supplied by the reference voltage source 5b increases from 0 V to the initial voltage Vint at time t2.

【0061】走査変位振幅がdpp2と等しくなると、
探針は走査変位振幅dpp2、走査周波数freq2
で、走査時間に対する変位が線形となるように走査され
る。
When the scanning displacement amplitude becomes equal to d pp 2,
The probe has a scanning displacement amplitude d pp 2 and a scanning frequency freq 2
Are scanned such that the displacement with respect to the scanning time is linear.

【0062】上述したスキャナ装置の動作ではローテー
ション角度θの値は変更されないとしたが、もちろん変
更されても良い。ローテーション角度θの値が変更され
ても探針、試料が損傷する恐れがないことは言うまでも
ない。
Although the value of the rotation angle θ is not changed in the operation of the scanner described above, it may be changed. Needless to say, even if the value of the rotation angle θ is changed, there is no risk of damaging the probe and the sample.

【0063】なお、基準電圧源5b,8bをD/Aで構
成し、かつ、走査変位振幅を決定する走査電圧振幅E
ppを設定する機能を持たせることも可能であることは
言うまでもない。
The reference voltage sources 5b and 8b are constituted by D / A, and the scanning voltage amplitude E for determining the scanning displacement amplitude is determined.
Needless to say, it is possible to have a function of setting pp .

【0064】なお、パラメータ変更時に、探針3を試料
15から退避するように、Z制御部13を制御してX−
Hテーブル6a、X−Vテーブル6b、Y−Hテーブル
9a、Y−Vテーブル9bを更新する方法で、同様の効
果が得られることは言うまでもない。
When the parameters are changed, the Z control unit 13 is controlled so that the probe 3 is retracted from the sample 15 and the X-
It goes without saying that a similar effect can be obtained by updating the H table 6a, the XV table 6b, the YH table 9a, and the YV table 9b.

【0065】なお、パラメータとしては、走査周波数f
req、走査変位振幅dpp、ローテーション角度θ、
走査ライン数Lに限らず、走査電圧のオフセット電圧、
およびその他のパラメータの変更において、走査中にX
−Hテーブル6a、X−Vテーブル6b、Y−Hテーブ
ル9a、Y−Vテーブル9bを更新する場合は、本実施
の形態の機能が効果を発揮することは言うまでもない。
As a parameter, the scanning frequency f
req, scanning displacement amplitude d pp , rotation angle θ,
Not only the number of scanning lines L, but also the offset voltage of the scanning voltage,
And other parameter changes during scanning
When updating the -H table 6a, the XV table 6b, the YH table 9a, and the YV table 9b, it goes without saying that the function of the present embodiment is effective.

【0066】また、本実施の形態では第2の実施の形態
のスキャナ装置の走査電圧発生部21に基準電圧源5
b,8bを設けて走査変位振幅を一旦ゼロにするような
走査を行っているが、本発明はこれに限定されない。例
えば、第1の実施の形態のスキャナ装置の走査電圧発生
部11に基準電圧源を設けても良い。
In the present embodiment, the reference voltage source 5 is connected to the scanning voltage generator 21 of the scanner according to the second embodiment.
Although scanning is performed so that the amplitude of the scanning displacement is temporarily reduced to zero by providing b and 8b, the present invention is not limited to this. For example, a reference voltage source may be provided in the scanning voltage generator 11 of the scanner device according to the first embodiment.

【0067】(効果)設定された走査条件に関するパラ
メータ(走査周波数・走査変位振幅・走査方向)に応じ
て、走査時間に対して変位が線形になるような走査電圧
を演算して出力させるような上記構成のスキャナ装置に
おいて、走査中に、走査周波数・走査変位振幅・走査方
向・走査ライン数等のパラメータを変更しても、走査変
位振幅を一旦ゼロにするか、もしくは、探針を試料から
退避することで、探針、試料の損傷なしに、走査を継続
することが可能となった。
(Effect) According to the parameters (scan frequency, scan displacement amplitude, scan direction) related to the set scan conditions, a scan voltage is calculated and output which makes the displacement linear with respect to the scan time. In the scanner device having the above configuration, even if parameters such as a scanning frequency, a scanning displacement amplitude, a scanning direction, and the number of scanning lines are changed during scanning, the scanning displacement amplitude is temporarily set to zero, or the probe is moved from the sample. By retreating, scanning can be continued without damaging the probe and the sample.

【0068】尚、本発明は上述した実施の形態に限定さ
れるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内にお
いて種々の変形や応用が可能であることは勿論である。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various modifications and applications can be made without departing from the spirit of the invention.

【0069】[0069]

【発明の効果】以上詳述したことから明らかなように、
本発明に従ったスキャナ装置を用いれば、実質的に走査
周波数・走査変位範囲をパラメータとして、「逆ヒステ
リシス波形」を変形させ、歪の無いSPM画像を得るこ
とことができる。
As is clear from the above description,
When the scanner device according to the present invention is used, the “inverse hysteresis waveform” can be deformed substantially using the scanning frequency and the scanning displacement range as parameters, and an SPM image without distortion can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態におけるスキャナ装
置を走査型プローブ顕微鏡(SPM)に応用した例の構成
を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an example in which a scanner device according to a first embodiment of the present invention is applied to a scanning probe microscope (SPM).

【図2】(a)は、図1のスキャナ装置の走査時間に対
するX走査電圧のグラフ、(b)は、走査時間に対する
Y走査電圧のグラフ。
2A is a graph of an X scanning voltage with respect to a scanning time of the scanner device of FIG. 1, and FIG. 2B is a graph of a Y scanning voltage with respect to a scanning time.

【図3】(a)は、図1のスキャナ装置を用いて、折返
し点を丸めて走査したときの走査時間に対するX走査電
圧のグラフ、(b)は、このときの走査時間に対するX
走査電圧のグラフ。
3A is a graph of an X scanning voltage with respect to a scanning time when the turning point is rounded and scanned by using the scanner device of FIG. 1, and FIG. 3B is a graph of an X scanning voltage with respect to the scanning time at this time.
Graph of scanning voltage.

【図4】(a)は、図1のスキャナ装置を用いて、1回
のみで走査を終了する時にオーバースキャン電圧を設け
て走査したときの走査時間に対するY走査電圧のグラ
フ、(b)は、このときの走査時間に対するY走査電圧
のグラフ。
4A is a graph of a Y scanning voltage with respect to a scanning time when an overscan voltage is provided and scanning is performed when scanning is completed only once by using the scanner device of FIG. 1, and FIG. A graph of the Y scanning voltage with respect to the scanning time at this time.

【図5】本発明の第2の実施の形態におけるスキャナ装
置に用いられているスキャンローテーション用走査電圧
発生部の構成を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a scan voltage generator for scan rotation used in a scanner device according to a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第1の実施の形態におけるスキャナ装
置を用いて走査したときの走査経路を示す図であり、
(a)は、ローテーション角度θ=0°のときの図、
(b)は、ローテーション角度θ=30°のときの図。
FIG. 6 is a diagram illustrating a scanning path when scanning is performed using the scanner device according to the first embodiment of the present invention;
(A) is a diagram when the rotation angle θ = 0 °,
(B) is a diagram when the rotation angle θ is 30 °.

【図7】(a)は、図6の(b)に示されている走査経
路に沿って走査したときの、走査時間に対するX走査電
圧のグラフ、(b)は、このときの走査時間に対するY
走査電圧のグラフ。
7A is a graph of an X scanning voltage with respect to a scanning time when scanning is performed along the scanning path shown in FIG. 6B, and FIG. 7B is a graph with respect to a scanning time at this time. Y
Graph of scanning voltage.

【図8】従来のスキャナ装置を用いて走査したときのグ
ラフであり、(1−a)は走査時間に対する走査電圧の
グラフ、(1−b)は走査時間に対する変位のグラフ、
(1−c)は走査電圧に対する変位のグラフである。
(2−a),(2−b),(2−c)はそれぞれ(1−
a)の走査周期を変更したときの走査時間に対する走査
電圧のグラフ、走査時間に対する変位のグラフ、走査電
圧に対する変位のグラフである。(3−a),(3−
b),(3−c)はそれぞれ(1−a)の走査電圧振幅
を変更したときの走査時間に対する走査電圧のグラフ、
走査時間に対する変位のグラフ、走査電圧に対する変位
のグラフである。
FIG. 8 is a graph when scanning is performed using a conventional scanner device, (1-a) is a graph of scanning voltage with respect to scanning time, (1-b) is a graph of displacement with respect to scanning time,
(1-c) is a graph of the displacement with respect to the scanning voltage.
(2-a), (2-b) and (2-c) correspond to (1-
3A is a graph of a scanning voltage with respect to a scanning time, a graph of a displacement with respect to a scanning time, and a graph of a displacement with respect to a scanning voltage when the scanning period is changed. (3-a), (3-
b) and (3-c) are graphs of the scanning voltage with respect to the scanning time when the scanning voltage amplitude of (1-a) is changed, respectively.
5 is a graph of a displacement with respect to a scanning time, and a graph of a displacement with respect to a scanning voltage.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

pp 走査変位振幅 freq 走査周波数 Epp 走査電圧範囲 θ ローテーション角度 Voffset オフセット電圧 1 チューブスキャナ 2 探針変位検出部 3 探針 4 アンプ 5 D/A 5b 基準電津源 6 Xテーブル 6a X−Hテーブル 6b X−Vテーブル 6c X加算器 7 アンプ 8 D/A 8b 基準電津源 9 Yテーブル 9a Y−Hテーブル 9b Y−Vテーブル 9c Y加算器 10 マイコン 11 走査電圧発生部 12 コンピュータ 13 Z制御部 14 Zスキャナ 15 試料 21 スキャンローテーション用走査電圧発生部d pp scanning displacement amplitude freq scanning frequency E pp scan voltage range θ rotation angle Voffset offset voltage 1 tube scanner 2 probe displacement detecting part 3 probe 4 amplifier 5 D / A 5b reference potential Tsugen 6 X table 6a X-H Table 6b XV table 6c X adder 7 Amplifier 8 D / A 8b Reference power source 9 Y table 9a YH table 9b YV table 9c Y adder 10 Microcomputer 11 Scan voltage generator 12 Computer 13 Z controller 14 Z scanner 15 sample 21 scan voltage generator for scan rotation

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F063 AA43 CA06 CA40 CB06 CC10 DA01 DA04 DB01 DB05 DD02 EA16 EB01 EB15 EB23 KA05 LA19 LA20 2F069 AA06 AA60 DD30 EE20 EE22 GG04 GG06 GG07 GG62 HH04 HH09 HH30 JJ07 JJ08 JJ14 JJ30 LL03 MM32 PP02  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2F063 AA43 CA06 CA40 CB06 CC10 DA01 DA04 DB01 DB05 DD02 EA16 EB01 EB15 EB23 KA05 LA19 LA20 2F069 AA06 AA60 DD30 EE20 EE22 GG04 GG06 GG07 GG62 HH04 JJ07 JJ23 JJ04

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定の走査経路に沿って走査される走査
体と、 この走査体を備えている圧電体と、 この圧電体に印加する走査電圧を発生し、この走査電圧
を圧電体に印加して圧電体を歪ませ、前記走査体を変位
させる走査電圧発生部とを有しており、 前記走査経路は、走査体の変位の所定の方向の走査変位
成分が一定の走査変位範囲で1回以上一定の走査周期で
往復する往復経路を含んでおり、前記走査電圧発生部
は、この往復経路に沿って走査体が走査されるよう前記
圧電体に走査電圧を印加し、 前記圧電体の走査電圧と歪みとの関係には非線形性およ
びヒステリシスが存在するスキャナ装置において、 前記走査周期の逆数である走査周波数と、前記往復する
走査変位成分の走査変位範囲の両端間の距離である走査
変位振幅と、走査電圧のオフセット電圧とを含むパラメ
ータの値を設定するための設定部をさらに有しており、 この設定部に前記パラメータの所定の値が設定され、 この設定部は前記走査電圧発生部にこれらの値を受け渡
し、 走査電圧発生部は、これらの値と前記圧電体の非線形性
およびヒステリシスとに基づいて、走査時間に対する前
記走査体の変位が線形となる走査電圧を発生し、 設定部に設定された前記パラメータの値のうち少なくと
も1つのパラメータの値が別の値に変更され、 設定部は走査電圧発生部に前記変更された値を受け渡
し、 走査電圧発生部は、前記変更された値を含む前記パラメ
ータの値と前記圧電体の非線形性およびヒステリシスと
に基づいて、走査時間に対する走査体の変位が線形とな
る別の走査電圧を発生することを特徴とするスキャナ装
置。
1. A scanning body scanned along a predetermined scanning path, a piezoelectric body provided with the scanning body, and a scanning voltage applied to the piezoelectric body are generated, and the scanning voltage is applied to the piezoelectric body. A scanning voltage generator for distorting the piezoelectric body to displace the scanning body, wherein the scanning path has a scanning displacement component in a predetermined direction of the displacement of the scanning body within a constant scanning displacement range. A reciprocating path that reciprocates at a constant scanning cycle or more times, wherein the scanning voltage generating unit applies a scanning voltage to the piezoelectric body so that the scanning body is scanned along the reciprocating path; In a scanner device in which there is nonlinearity and hysteresis in the relationship between scanning voltage and distortion, a scanning frequency, which is the reciprocal of the scanning period, and a scanning displacement, which is a distance between both ends of a scanning displacement range of the reciprocating scanning displacement component. Amplitude and scan voltage The apparatus further includes a setting unit for setting a value of a parameter including an offset voltage, and a predetermined value of the parameter is set in the setting unit. The setting unit sets these values in the scanning voltage generation unit. The scan voltage generating unit generates a scan voltage in which the displacement of the scan body with respect to the scan time is linear based on these values and the nonlinearity and hysteresis of the piezoelectric body, and the scan voltage set in the setting unit. A value of at least one of the parameter values is changed to another value, a setting unit passes the changed value to a scanning voltage generating unit, and the scanning voltage generating unit transmits the parameter including the changed value. And generating another scanning voltage in which the displacement of the scanning body with respect to the scanning time is linear based on the value of the piezoelectric element and the nonlinearity and hysteresis of the piezoelectric body. Turbocharger Na apparatus.
【請求項2】 前記走査体の前記往復経路は平面内にあ
り、走査体は2次元に走査され、 前記設定部のパラメータは往復経路の前記往復する走査
変位成分の方向をさらに含んでいることを特徴とする請
求項1に記載のスキャナ装置。
2. The reciprocating path of the scanning body is in a plane, the scanning body is scanned two-dimensionally, and the parameter of the setting unit further includes a direction of the reciprocating scanning displacement component of the reciprocating path. The scanner device according to claim 1, wherein:
【請求項3】 上記した如く、前記設定部に前記パラメ
ータの所定の値が設定され、 上記した如く、この設定部が前記走査電圧発生部にこれ
らの値を受け渡し、 上記した如く、走査電圧発生部が、これらの値と前記圧
電体の非線形性およびヒステリシスとに基づいて、走査
時間に対する前記走査体の変位が線形となる走査電圧を
発生して、前記パラメータの値に基づいた往復経路に沿
って走査体を走査した後に、 走査電圧発生部は、この往復経路の走査変位振幅が時間
経過とともに小さくなり、所定の時間で0になるような
走査電圧を発生し、 上記した如く、走査電圧発生部が、前記変更された値を
含む前記パラメータの値と前記圧電体の非線形性および
ヒステリシスとに基づいて、走査時間に対する走査体の
変位が線形となる別の走査電圧を発生する前に、 走査電圧発生部は、所定の時間で0になった前記走査変
位振幅が時間経過とともに大きくなって、前記別の走査
電圧を印加されて走査される走査体の走査変位振幅と所
定の時間で等しくなるような走査電圧を発生することを
特徴とする請求項1または2に記載のスキャナ装置。
3. A predetermined value of the parameter is set in the setting section as described above, and the setting section transfers these values to the scanning voltage generating section as described above. The unit generates a scanning voltage based on these values and the non-linearity and hysteresis of the piezoelectric body so that the displacement of the scanning body with respect to the scanning time becomes linear, and along a reciprocating path based on the value of the parameter. After scanning the scanning body, the scanning voltage generator generates a scanning voltage such that the amplitude of the scanning displacement of the reciprocating path decreases with time and becomes zero at a predetermined time, as described above. A scanning unit that, based on the value of the parameter including the changed value and the non-linearity and hysteresis of the piezoelectric body, displaces the scanning body linearly with respect to a scanning time. Before the generation of the scanning voltage, the scanning voltage generating unit determines that the scanning displacement amplitude, which has become 0 at a predetermined time, increases with time, and the scanning displacement amplitude of the scanning body scanned by applying the another scanning voltage. 3. The scanner device according to claim 1, wherein a scanning voltage is generated such that the scanning voltage becomes equal to a predetermined time.
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