JP2004333334A

JP2004333334A - 走査型プローブ顕微鏡

Info

Publication number: JP2004333334A
Application number: JP2003130668A
Authority: JP
Inventors: Chika Takahashi; 千佳高橋
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-05-08
Filing date: 2003-05-08
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】光学顕微鏡の対物レボルバーに取り付けられる走査型プローブユニットが軽量化された走査型プローブ顕微鏡を提供する。
【解決手段】走査型プローブ顕微鏡は、走査型光学顕微鏡の対物レボルバーに取り付けられる走査型プローブユニット１６０を含んでいる。走査型プローブユニット１６０は、プローブ１６２を自由端部に有するカンチレバー１６４と、カンチレバー１６４を保持するカンチレバー保持部１６８と、プローブ１６２を試料１２０の表面に対してＸ方向とＹ方向とＺ方向に三次元的に走査するプローブ走査機構１７０と、走査型光学顕微鏡内の光源から射出されたカンチレバー１６４の自由端部で反射された光ビームを検出する光検出器１７４とを有している。光検出器１７４は、走査型光学顕微鏡内の光源と共に、プローブ１６２のＺ方向の変位を光学的に検出するプローブ変位検出系を構成している。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プローブを走査して試料の表面を観察する走査型プローブ顕微鏡に関する。特に、光学顕微鏡の対物レボルバーに取り付けられる走査型プローブユニットを含む走査型プローブ顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査型プローブ顕微鏡は、非常に高い分解能を有し、例えば、試料表面の凹凸をナノメートルのオーダーで測定し得る。
【０００３】
走査型プローブ顕微鏡は、分解能が高い反面、走査領域すなわち観察領域が狭い。このため、通常、走査型プローブ顕微鏡は、プローブの位置決めを行なうために、走査型プローブ顕微鏡と比較して分解能が低い光学顕微鏡と組み合わされる。
【０００４】
走査型プローブ顕微鏡と光学顕微鏡の組み合わせの形態は色々ある。そのひとつとして、光学顕微鏡の対物レボルバーに取り付けられる走査型プローブユニットがある。走査型プローブユニットは、走査型プローブ顕微鏡の必須要素をユニット化したもので、光学顕微鏡の対物レボルバーに取り付けられることにより光学顕微鏡と組み合わされる。
【０００５】
走査型プローブユニットは、通常、プローブを自由端部に有するカンチレバーと、プローブを走査するスキャナーと、プローブの変位を検出する変位検出部とを含んでいる。
【０００６】
変位検出部は、しばしば、プローブの変位に従って変化するカンチレバーの自由端部の面の傾斜の変化を光学的に検出する、光てこ方式の変位検出系で構成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
走査型プローブユニットにおいては、一般に、カンチレバーは変位検出部に取り付けられており、変位検出部はスキャナーによって支持されている。スキャナーは、変位検出部を移動させることにより、カンチレバーの走査を行なう。
【０００８】
高速走査のためには、スキャナーによって実際に移動される部材の重量は少ないほど好ましい。このため、スキャナーに支持される変位検出部の軽量化が望まれている。
【０００９】
本発明の目的は、走査型プローブユニットが軽量化された走査型プローブ顕微鏡を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の各項に列記する走査型プローブ顕微鏡を含んでいる。
【００１１】
１．本発明の走査型プローブ顕微鏡は、対物レボルバーを有する走査型光学顕微鏡と、対物レボルバーに取り付けられた走査型プローブユニットとを有しており、走査型光学顕微鏡は、光ビームを射出する光源と、光ビームを二次元的に走査する光ビーム走査機構と、試料表面で反射された光ビームを検出する光検出器とを有し、走査型プローブユニットは、プローブを自由端部に有するカンチレバーと、プローブを試料表面に対して三次元的に走査するプローブ走査機構とを有しており、走査型プローブ顕微鏡は更に、プローブの変位を光学的に検出するプローブ変位検出系を有しており、プローブ変位検出系は走査型光学顕微鏡の光源と光検出器の少なくとも一方を含んでいる。
【００１２】
この走査型プローブ顕微鏡においては、走査型光学顕微鏡の光源と光検出器の少なくとも一方がプローブ変位検出系の一部を構成している。その分、プローブ走査機構に支持される部分は軽量化されている。
【００１３】
２．本発明の別の走査型プローブ顕微鏡は、第１項の走査型プローブ顕微鏡において、プローブ変位検出系は、走査型光学顕微鏡の光源と、走査型光学顕微鏡の光源から射出されカンチレバーで反射された光ビームを検出する第二の光検出器とを有し、第二の光検出器は、走査型プローブユニットに含まれており、プローブの変位に対応して引き起こされるカンチレバーで反射された光ビームの入射位置の変化を検出する。
【００１４】
この走査型プローブ顕微鏡においては、プローブ変位検出系の一部が走査型光学顕微鏡の光源で構成されている。その分、プローブ走査機構に支持される部分が軽量化されている。
【００１５】
３．本発明の別の走査型プローブ顕微鏡は、第１項の走査型プローブ顕微鏡において、走査型プローブユニットは、光ビームを発する光源を有し、プローブ変位検出系は、走査型プローブユニットの光源と、走査型光学顕微鏡の光検出器とを有し、走査型光学顕微鏡の光検出器は、入射する光を光電変換する光電変換素子と、光電変換素子の手前に位置するピンホールとを有しており、ピンホールは、プローブの変位を検出する際に、カンチレバーから外れた光軸上の点に対して共焦点の位置におかれ、走査型光学顕微鏡の光検出器は、プローブの変位に対応して引き起こされるピンホールを通過する光ビームの光量の変化を検出する。
【００１６】
この走査型プローブ顕微鏡においては、プローブ変位検出系の一部が走査型光学顕微鏡の光検出器で構成されている。その分、プローブ走査機構に支持される部分が軽量化されている。
【００１７】
４．本発明の別の走査型プローブ顕微鏡は、第１項の走査型プローブ顕微鏡において、プローブ変位検出系は、走査型光学顕微鏡の光源と、走査型光学顕微鏡の光検出器とを有し、走査型光学顕微鏡の光検出器は、入射する光を光電変換する光電変換素子と、光電変換素子の手前に位置するピンホールとを有しており、ピンホールは、プローブの変位を検出する際に、カンチレバーから外れた光軸上の点に対して共焦点の位置におかれ、走査型光学顕微鏡の光検出器は、プローブの変位に対応して引き起こされるピンホールを通過する光ビームの光量の変化を検出する。
【００１８】
この走査型プローブ顕微鏡においては、プローブ変位検出系の一部が走査型光学顕微鏡の光源と光検出器で構成されている。その分、プローブ走査機構に支持される部分が軽量化されている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
第一実施形態
以下、図１と図２を参照しながら、本発明の第一実施形態の走査型プローブ顕微鏡について説明する。図１は、本発明の第一実施形態の走査型プローブ顕微鏡を示している。図２は、図１に示された走査型プローブユニットを示している。
【００２０】
図１に示されるように、本実施形態の走査型プローブ顕微鏡１００は、走査型光学顕微鏡１１０を含んでいる。走査型光学顕微鏡１１０は、これに限定されないが、例えば走査型レーザー顕微鏡である。
【００２１】
走査型光学顕微鏡１１０は、顕微鏡本体１１２と、顕微鏡本体１１２に支持された対物レボルバー１１４と、顕微鏡本体１１２に取り付けられた試料ステージ１２２と、対物レボルバー１１４と試料ステージ１２２の間隔を変更するＺ方向移動機構１２４とを有している。
【００２２】
対物レボルバー１１４は、複数の対物レンズ１１６を保持可能であり、例えば回転操作されることにより一つの対物レンズを選択的に走査型光学顕微鏡１１０の光路上に配置し得る。
【００２３】
試料ステージ１２２には試料１２０が載置される。試料ステージ１２２は、例えばＸＹステージであり、載置された試料１２０を、走査型光学顕微鏡１１０の光軸に対して直交するＸ方向とＹ方向に二次元的に移動させ得る。
【００２４】
Ｚ方向移動機構１２４は、例えば、対物レボルバー１１４をＺ方向に移動させる機構で構成される。Ｚ方向移動機構１２４は試料ステージ１２２に含まれてもよい。つまり、試料ステージ１２２が、載置された試料１２０をＸ方向とＹ方向とＺ方向に三次元的に移動させ得るＸＹＺステージで構成され、試料ステージ１２２のＺステージがＺ方向移動機構１２４を構成してもよい。
【００２５】
走査型光学顕微鏡１１０は更に、光ビームを射出する光源１３２と、光源１３２から射出された光ビームを偏向するミラー１４２と、光ビームを二次元的に走査する光ビーム二次元走査機構１３４と、光ビーム二次元走査機構１３４を制御する二次元走査制御回路１３６と、試料１２０で反射された光ビームを選択的に偏向する分離偏向部１４４と、試料１２０で反射された光ビームを検出する光検出器１３８とを有している。
【００２６】
光源１３２は、これに限定されないが、例えばレーザーダイオード（ＬＤ）である。光ビーム二次元走査機構１３４は、これに限定されないが、例えば、ガルバノミラーや音響光学素子等を利用して構成される。分離偏向部１４４は、例えば、ハーフミラーで構成される。しかし、より好ましくは、偏光を利用した分離光学系、例えば偏光ビームスプリッターと四分の一波長板を組み合わせた光学系で構成される。
【００２７】
光検出器１３８は、入射する光ビームの光量を検出する光量検出素子を有する。光量検出素子は、これに限定されないが、例えば、フォトダイオード（ＰＤ）やフォトマルチプライヤー（ＰＭＴ）などで構成される。光検出器１３８は更に、共焦点効果によりＺ方向分解能を高めるために、光量検出素子の手前にピンホールを有していてもよい。
【００２８】
走査型光学顕微鏡１１０は更に、コンピュータ１５２とモニタ１５４とを有している。コンピュータ１５２は、二次元走査制御回路１３６に送る光ビームの位置情報に同期させて光検出器１３８の出力を処理して、走査型光学顕微鏡１１０による試料１２０の観察画像を形成する。モニタ１５４は、コンピュータ１５２で形成された画像を表示する。
【００２９】
走査型プローブ顕微鏡１００は更に、走査型プローブユニット１６０と、走査型プローブユニット１６０を制御するコントローラ１５６とを有している。コントローラ１５６は、コンピュータ１５２と接続されている。コンピュータ１５２は更に、コントローラ１５６からの情報に基づいて、走査型プローブユニット１６０による試料１２０の観察画像を形成する。
【００３０】
走査型プローブユニット１６０は、走査型光学顕微鏡１１０の対物レボルバー１１４に着脱可能に取り付けられ、対物レボルバー１１４の回転操作により走査型光学顕微鏡１１０の光路上に適宜配置される。
【００３１】
図２に示されるように、走査型プローブユニット１６０は、プローブ１６２を自由端部に有するカンチレバー１６４と、カンチレバー１６４を保持するカンチレバー保持部１６８と、プローブ１６２を試料１２０の表面に対してＸ方向とＹ方向とＺ方向に三次元的に走査するプローブ走査機構１７０とを有している。
【００３２】
カンチレバー１６４は、柔軟で弾性変形可能であり、プローブ１６２が試料１２０との相互作用により受ける力（例えば原子間力）に応じて撓む。その結果、プローブ１６２はＺ方向に変位する。
【００３３】
プローブ走査機構１７０は、走査型光学顕微鏡１１０の光路を遮らない形態を有している。プローブ走査機構１７０は、これに限定されないが、例えば圧電チューブスキャナーで構成される。
【００３４】
走査型プローブユニット１６０は更に、走査型プローブユニット１６０が走査型光学顕微鏡１１０の光路上に配置された際に、走査型光学顕微鏡１１０の光源１３２から射出された光ビームをカンチレバー１６４の自由端部に収束させる対物レンズ１７２と、カンチレバー１６４の自由端部で反射された光ビームを検出する光検出器１７４とを有している。
【００３５】
光検出器１７４は、プローブ１６２の変位に対応して引き起こされるカンチレバーで反射された光ビームの入射位置の変化を検出する。光検出器１７４は、これに限定されないが、例えば、二分割フォトダイオードや四分割フォトダイオード、固体撮像素子（ＣＣＤ）、ＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ−ｄｅｖｉｃｅ）などで構成される。
【００３６】
光検出器１７４で検出される光ビームの入射位置の変化は、プローブ１６２のＺ方向の変位に依存している。従って、光検出器１７４の出力は、プローブ１６２のＺ方向の変位を反映している。つまり、光検出器１７４は、プローブ１６２のＺ方向の変位に対応した信号を出力する。そのため、光検出器１７４の出力からプローブ１６２のＺ方向の変位が分かる。
【００３７】
このように、光検出器１７４は、走査型光学顕微鏡１１０の光源１３２と共働して、プローブ１６２のＺ方向の変位を検出する。言い換えれば、光検出器１７４と走査型光学顕微鏡１１０の光源１３２は、プローブ１６２のＺ方向の変位を光学的に検出するプローブ変位検出系を構成している。
【００３８】
本実施形態の走査型プローブ顕微鏡１００は、試料１２０に対して、走査型光学顕微鏡１１０による走査型光学顕微鏡観察と、走査型プローブユニット１６０による走査型プローブ顕微鏡観察とを行なえる。
【００３９】
走査型光学顕微鏡観察を行なう際、対物レンズ１１６が走査型光学顕微鏡１１０の光路上に配置される。
【００４０】
光源１３２から射出された光ビームは、ミラー１４２で偏向され、光ビーム二次元走査機構１３４と対物レンズ１１６を経て、試料１２０に照射される。光ビームは、対物レンズ１１６によって、試料１２０の表面または内部に収束される。光ビームの収束点は、光ビーム二次元走査機構１３４によって、二次元的に走査される。
【００４１】
試料１２０で反射された光ビームは、対物レンズ１１６と光ビーム二次元走査機構１３４を通過した後、分離偏向部１４４で選択的に偏光されて光検出器１３８に入射する。光検出器は、入射した光ビームの光量に対応した信号を出力する。
【００４２】
コンピュータ１５２は、光検出器１３８の出力を光ビームの収束点の位置情報に同期させて処理することにより、試料１２０の観察画像（走査型光学顕微鏡観察画像）を形成し、その観察画像をモニタ１５４に表示させる。
【００４３】
走査型プローブ観察を行なう際、走査型プローブユニット１６０が走査型光学顕微鏡１１０の光路上に配置される。
【００４４】
光源１３２から射出された光ビームは、ミラー１４２で偏向され、光ビーム二次元走査機構１３４を経て、走査型プローブユニット１６０に達する。光ビーム二次元走査機構１３４は、光ビームがカンチレバー１６４の自由端部に照射されるように調整される。また、走査型プローブユニット１６０内の対物レンズ１７２も、光ビームがカンチレバー１６４の表面に適切に収束されるように、Ｚ方向の位置が図示しない機構によって調整される。
【００４５】
カンチレバー１６４で反射された光ビームは、光検出器１７４に入射する。光検出器１７４は、カンチレバー１６４の自由端部すなわちプローブ１６２のＺ方向の変位を反映した信号を出力する。
【００４６】
プローブ１６２は、プローブ走査機構１７０によって、Ｘ方向とＹ方向に走査されつつ、例えば光検出器１７４の出力を一定に保つように、Ｚ方向にも走査される。コントローラ１５６は、プローブ１６２の位置情報、すなわちプローブ走査機構１７０に送るＸ方向とＹ方向に走査信号とＺ方向に走査信号をコンピュータ１５２に送る。
【００４７】
コンピュータ１５２は、コントローラ１５６から供給されるプローブ１６２の位置情報に基づいて、試料１２０の表面の観察画像（走査型プローブ顕微鏡観察画像）を形成し、その観察画像をモニタ１５４に表示させる。
【００４８】
走査型プローブ観察を行なう際、走査型プローブ観察の前に、プローブ１６２の位置決めのために、走査型プローブユニット１６０内の対物レンズ１７２を利用して走査型光学顕微鏡観察を行なってもよい。その場合、対物レンズ１７２は、光ビームが試料１２０の表面または内部に収束されるように、図示しない機構によってＺ方向の位置が調整される。
【００４９】
本実施形態の走査型プローブ顕微鏡１００においては、プローブ１６２の変位を光学的に検出する変位検出系の一部を構成する光源１３２が、走査型プローブユニット１６０の内部にではなく、走査型光学顕微鏡１１０の顕微鏡本体１１２の内部に位置している。その分、走査型プローブユニット１６０は、軽量化されている。さらに、走査型プローブユニット１６０は、その分、小型化されていてもよい。
【００５０】
第二実施形態
以下、図３と図４を参照しながら、本発明の第二実施形態の走査型プローブ顕微鏡について説明する。本実施形態は、第一実施形態の走査型プローブユニットに代替可能な別の走査型プローブユニットに向けられている。図３は、本発明の第二実施形態の走査型プローブ顕微鏡における走査型プローブユニットを示している。図４は、図３に示される走査型プローブユニットに対応した走査型光学顕微鏡内の光検出器の構成を示している。図３において、図２中の部材と同一の参照符号で指示された部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。
【００５１】
本実施形態においては、図３に示されるように、走査型プローブユニット１８０は、カンチレバー１６４とカンチレバー保持部１６８とプローブ走査機構１７０と対物レンズ１７２とに加えて、光ビームを発する光源１８２と、光源１８２からの光ビームを偏向して対物レンズ１７２を通してカンチレバー１６４の自由端部に入射させると共に、カンチレバー１６４で反射された光ビームを透過して走査型光学顕微鏡１１０に導くビームスプリッター１８４とを有している。ビームスプリッター１８４は、これに限定されないが、例えばハーフミラーで構成され得る。
【００５２】
走査型光学顕微鏡１１０内に導かれた光ビームは、二次元走査機構１３４と分離偏向部１４４とを経て光検出器１３８に入射する。光検出器１３８は、図４に示されるように、光ビームを収束させる収束レンズ１９２と、入射する光を光電変換する光電変換素子１９６と、光電変換素子１９６の手前に配置されたピンホール１９４とを有している。
【００５３】
ピンホール１９４は、プローブの変位を検出する際に、カンチレバー１６４から少し外れた光軸上の点に対して共焦点の位置におかれる。言い換えれば、ピンホール１９４は、カンチレバー１６４に対して共焦点の位置から光軸に沿って少し外れた位置に配置されている。光電変換素子１９６は、ピンホール１９４を通過した光の光量に対応した電気信号を出力する。
【００５４】
ピンホール１９４を通過する光の割合は、カンチレバー１６４の自由端部の上下動に応じて変化する。さらに、ピンホール１９４を通過する光の割合は、カンチレバー１６４の自由端部の移動方向に応じて増減する。従って、光電変換素子１９６から出力される電気信号の大きさの変化からカンチレバー１６４の自由端部の移動量が分かり、変化方向からカンチレバー１６４の自由端部の移動方向が分かる。つまり、光電変換素子１９６から出力される電気信号からプローブ１６２のＺ方向の変位が分かる。
【００５５】
このように、走査型光学顕微鏡１１０内の光検出器１３８は、走査型プローブユニット１８０内の光源１８２と共働して、プローブ１６２のＺ方向の変位を検出する。言い換えれば、走査型プローブユニット１８０内の光源１８２と走査型光学顕微鏡１１０内の光検出器１３８は、プローブ１６２のＺ方向の変位を光学的に検出するプローブ変位検出系を構成している。
【００５６】
本実施形態の走査型プローブ顕微鏡においては、プローブ１６２のＺ方向の変位検出の他の操作や処理は、第一実施形態と全く同様にして行なわれる。
【００５７】
本実施形態の走査型プローブ顕微鏡においては、プローブ１６２の変位を光学的に検出する変位検出系の一部を構成する光検出器１９０が、走査型プローブユニット１８０の内部にではなく、走査型光学顕微鏡１１０の顕微鏡本体１１２の内部に位置している。その分、走査型プローブユニット１８０は、軽量化されている。さらに、走査型プローブユニット１８０は、その分、小型化されていてもよい。
【００５８】
第三実施形態
以下、図５を参照しながら、本発明の第三実施形態の走査型プローブ顕微鏡について説明する。本実施形態は、第二実施形態の走査型プローブユニットに代替可能な別の走査型プローブユニットに向けられている。図５は、本発明の第三実施形態の走査型プローブ顕微鏡における走査型プローブユニットを示している。
図５において、図２中の部材と同一の参照符号で指示された部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。
【００５９】
本実施形態においては、図５に示されるように、走査型プローブユニット２００は、第二実施形態の走査型プローブユニット１８０から、光源１８２とビームスプリッター１８４とが省かれた構成を有している。つまり、走査型プローブユニット２００は、カンチレバー１６４とカンチレバー保持部１６８とプローブ走査機構１７０と対物レンズ１７２とだけを備えている。
【００６０】
本実施形態においては、走査型プローブユニット２００が走査型光学顕微鏡１１０の光路上に配置された際、走査型光学顕微鏡１１０の光源１３２から射出された光ビームは、ミラー１４２と光ビーム二次元走査機構１３４と対物レンズ１１６を経て、カンチレバー１６４の自由端部に照射される。カンチレバー１６４の自由端部で反射された光ビームは、対物レンズ１１６と光ビーム二次元走査機構１３４と分離偏向部１４４とを経て光検出器１３８に入射する。
【００６１】
光検出器１３８は、第二実施形態と同じ構成を有している。つまり、光検出器１３８は、図４に示されるように、光ビームを収束させる収束レンズ１９２と、入射する光を光電変換する光電変換素子１９６と、光電変換素子１９６の手前に配置されたピンホール１９４とを有している。
【００６２】
ピンホール１９４は、カンチレバー１６４から少し外れた光軸上の点に対して共焦点の位置に配置されている。言い換えれば、ピンホール１９４は、カンチレバー１６４に対して共焦点の位置から光軸に沿って少し外れた位置に配置されている。光電変換素子１９６は、ピンホール１９４を通過した光の光量に対応した電気信号を出力する。
【００６３】
第二実施形態において説明したように、光電変換素子１９６から出力される電気信号の大きさの変化からカンチレバー１６４の自由端部の移動量が分かり、変化方向からカンチレバー１６４の自由端部の移動方向が分かる。つまり、光電変換素子１９６から出力される電気信号からプローブ１６２のＺ方向の変位が分かる。
【００６４】
このように、本実施形態においては、走査型光学顕微鏡１１０内の光源１３２と走査型光学顕微鏡１１０内の光検出器１３８とが共働してプローブ１６２のＺ方向の変位を検出する。言い換えれば、走査型光学顕微鏡１１０内の光源１３２と走査型光学顕微鏡１１０内の光検出器１３８は、プローブ１６２のＺ方向の変位を光学的に検出するプローブ変位検出系を構成している。
【００６５】
本実施形態の走査型プローブ顕微鏡においては、プローブ１６２のＺ方向の変位検出の他の操作や処理は、第一実施形態と全く同様にして行なわれる。
【００６６】
本実施形態の走査型プローブ顕微鏡においては、プローブ１６２の変位を光学的に検出する変位検出系の一部を構成する光源１３２と光検出器１９０が、走査型プローブユニット２００の内部にではなく、走査型光学顕微鏡１１０の顕微鏡本体１１２の内部に位置している。その分、走査型プローブユニット２００は、軽量化されている。さらに、走査型プローブユニット２００は、その分、小型化されていてもよい。
【００６７】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施の形態を述べたが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、走査型プローブユニットが軽量化された走査型プローブ顕微鏡が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態の走査型プローブ顕微鏡を示している。
【図２】図１に示された走査型プローブユニットを示している。
【図３】本発明の第二実施形態の走査型プローブ顕微鏡における走査型プローブユニットを示している。
【図４】図３に示される走査型プローブユニットに対応した走査型光学顕微鏡内の光検出器の構成を示している。
【図５】本発明の第三実施形態の走査型プローブ顕微鏡における走査型プローブユニットを示している。
【符号の説明】
１００…走査型プローブ顕微鏡、１１０…走査型光学顕微鏡、１１４…対物レボルバー、１３２…光源、１３４…光ビーム二次元走査機構、１３８…光検出器、１６０…走査型プローブユニット、１６２…プローブ、１６４…カンチレバー、１７０…プローブ走査機構、１７４…光検出器。

Claims

プローブにより試料表面を観察する走査型プローブ顕微鏡であり、
対物レボルバーを有する走査型光学顕微鏡と、
対物レボルバーに取り付けられた走査型プローブユニットとを有しており、
走査型光学顕微鏡は、光ビームを射出する光源と、光ビームを二次元的に走査する光ビーム走査機構と、試料表面で反射された光ビームを検出する光検出器とを有し、
走査型プローブユニットは、プローブを自由端部に有するカンチレバーと、プローブを試料表面に対して三次元的に走査する（すなわち試料表面に平行に走査すると共に試料表面に垂直に走査する）プローブ走査機構とを有しており、
走査型プローブ顕微鏡は更に、プローブの変位を光学的に検出するプローブ変位検出系を有しており、プローブ変位検出系は走査型光学顕微鏡の光源と光検出器の少なくとも一方を含んでいる、走査型プローブ顕微鏡。
請求項１において、プローブ変位検出系は、走査型光学顕微鏡の光源と、走査型光学顕微鏡の光源から射出されカンチレバーで反射された光ビームを検出する第二の光検出器とを有し、第二の光検出器は、走査型プローブユニットに含まれており、プローブの変位に対応して引き起こされるカンチレバーで反射された光ビームの入射位置の変化を検出する、走査型プローブ顕微鏡。
請求項１において、走査型プローブユニットは、光ビームを発する光源を有し、プローブ変位検出系は、走査型プローブユニットの光源と、走査型光学顕微鏡の光検出器とを有し、走査型光学顕微鏡の光検出器は、入射する光を光電変換する光電変換素子と、光電変換素子の手前に位置するピンホールとを有しており、ピンホールは、プローブの変位を検出する際に、カンチレバーから外れた光軸上の点に対して共焦点の位置におかれ、走査型光学顕微鏡の光検出器は、プローブの変位に対応して引き起こされるピンホールを通過する光ビームの光量の変化を検出する、走査型プローブ顕微鏡。
請求項１において、プローブ変位検出系は、走査型光学顕微鏡の光源と、走査型光学顕微鏡の光検出器とを有し、走査型光学顕微鏡の光検出器は、入射する光を光電変換する光電変換素子と、光電変換素子の手前に位置するピンホールとを有しており、ピンホールは、プローブの変位を検出する際に、カンチレバーから外れた光軸上の点に対して共焦点の位置におかれ、走査型光学顕微鏡の光検出器は、プローブの変位に対応して引き起こされるピンホールを通過する光ビームの光量の変化を検出する、走査型プローブ顕微鏡。