JP3091897B2 - 走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents
走査型プローブ顕微鏡Info
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Description
ル顕微鏡)、AFM(走査型原子間力顕微鏡)等の原理
を利用した走査型プローブ顕微鏡の探針位置制御に利用
される。
針位置制御方法としては、例えばトンネル電流、光検出
器等の電流を適当な電圧レベルに変換増幅した後の検出
信号に対し探針の目標位置を比較し、この結果である誤
差信号に制御部を設けている。
が採用されており、制御部の演算結果は必要に応じて増
幅され圧電素子の駆動信号となる。試料表面像信号とし
ては、制御部の演算結果すなわち圧電素子の駆動信号に
相当する信号が使用される。
る為に、アナログ信号をそのままアナログ演算素子によ
り処理する方法と、検出信号をA/D変換しデジタル信
号を高速なマイクロプロセッサ例えばDSP(デジタル
シグナルプロセッサ)等により演算処理し、試料表面像
データ及び圧電素子の駆動信号に相当する信号を導出す
るデジタル制御方法とが存在する。
である。S1はトンネル電流、光検出器等の電流を適当
な電圧レベルに変換増幅した後の検出信号であり、制御
系の入力信号となる。S1はA/D変換器201により
適当なビット数のデータに変換され、該データは制御部
202において演算される。制御部202では一般的な
PI制御の演算処理がなされる。データは次段補正部2
07で整数演算に対する値の補正が行われる。これは、
制御部202において設定された係数がN倍の整数であ
る為、この結果を1/Nにして補正するものである。補
正されたデータは、D/A変換器206でD/A変換さ
れ圧電素子の駆動信号となる。さらに、データは処理部
203において試料表面像データを算出する為に種々の
演算処理がなされる。
ネル電流、光検出器等の電流を適当な電圧レベルに変換
増幅した後の検出信号もしくはその他の物理量の検出信
号であるが制御系の入力信号とは関係なく、A/D変換
器209でA/D変換したのち、そのまま処理部203
と同等の処理が処理部205にてなされ、補正部207
で整数演算に対する値の補正が行われた後データ2とな
り、ホストコンピュータ側のメモリに転送され、データ
1と同等の画像処理が処されデータ1と同時に表示、解
析される。
において、量子化ビット数は一般に16ビット程度であ
る。A/DもしくはD/A変換器にビット数の多いもの
を用いたとしてもDSPにおける処理ビット数は16ビ
ットである。ビット数の多いA/DもしくはD/A変換
器では変換時間が長くなる為、サンプル周期が長くなり
制御系の応答速度が低下する。さらに、DSPにおける
処理を32ビット単位で行うことも可能であるが、例え
ばDSPでのA/D入力データが16ビットであればA
/D変換器の入力信号に対しては16ビット分解能とな
る。
能は一般の測定においては充分であるが、さらに高い分
解能が要求される原子オーダでの解析や半導体材料等の
マイクロラフネス測定においては不充分となる。また走
査型プローブ顕微鏡においては、試料表面像信号として
制御部の演算結果すなわち圧電素子の駆動信号に相当す
る信号が使用されている為、仮に前記A/D変換器の入
力信号を増幅し分解能を向上させようとすると、制御系
の開ループゲインが増大し、制御系のパラメータが変化
するという問題点が生ずる。
御の為の制御部と試料表面像信号を算出する為の制御部
とを設け、該試料表面像信号を算出する為の制御部では
該探針位置制御の為の制御部と同一の制御部を具備し、
前段の信号すなわち請求項2記載の検出信号または請求
項3記載の誤差信号に増幅器を設けることにより該試料
表面像信号を算出する。また、算出された該試料表面像
信号に対しては前記増幅器の増幅率を考慮し、試料表面
像データは該増幅率データを合わせ持ち、試料表面像を
表示もしくは解析する段階において増幅率分を除算した
結果である目盛り表示や解析を行う手段により前記問題
点を解決している。
表面像信号を算出する為の制御部とを設けることによ
り、制御系の開ループゲインや制御系のパラメータが変
化することなく試料表面像信号を演算処理し、最適な信
号形態もしくは最適な信号レベルとなるような回路を構
成することができる。また、前段の信号すなわち請求項
2記載の検出信号または請求項3記載の誤差信号に増幅
器を設けることにより、A/D変換器の入力信号を増幅
することが出来る為、微小な検出信号をもデジタル制御
部において適当な信号レベルで処理することが出来る。
て説明する。図1は本発明の1実施例に基づいたデジタ
ル制御ブロック図である。前記図2のブロック図に対
し、該検出信号S1を増幅する為の可変ゲイン増幅器1
06、A/D変換器107、制御部102と同一の制御
部108を追加し具備した構成となっている。可変ゲイ
ン増幅器106においては、測定試料の性質もしくは測
定に要求される分解能に対応してゲイン設定がなされ
る。ー般の測定で分解能を要求されない場合は低ゲイン
に設定され、原子オーダの測定等で高分解能を要求され
る場合は高ゲインに設定される。A/D変換器107及
び制御部108は制御系側と同一である為、可変ゲイン
増幅器106で設定されるゲイン値G1を除いては図2
に基づいた構成と等価となる。すなわち、制御部102
に設定される制御パラメータは連動して制御部108に
同一値が同時に設定される。従って、算出された試料表
面像データに対しては可変ゲイン増幅器106で設定さ
れるゲイン値G1を考慮し、試料表面像データすなわち
データ1はゲイン値G1データを合わせ持ち、試料表面
像を表示もしくは解析する段階においてゲイン値G1分
を除算した結果である目盛り表示や解析を行っている。
に可変ゲイン増幅器111を設け、データ1と同様に、
データ2はゲイン値G2データを合わせ持ち、試料表面
像を表示もしくは解析する段階においてゲイン値G2分
を除算した結果である目盛り表示や解析を行っている。
タル制御ブロック図である。前記図2のブロック図に対
して、図3のブロック図では、該検出信号S1に対し探
針の目標位置を比較器316で比較し、この比較した結
果である誤差信号S3を算出し、該誤差信号S3に対し
て前記図1の説明で述べた同様の処理がなされる。誤差
信号S3は検出信号S1に対し探針の目標位置を比較し
た結果である為、探針の制御時すなわちデータ取得時に
おいては、ほぼ0付近となる。従って、可変ゲイン増幅
器306の入力段で直流成分が小さい為、ゲイン値G1
の値を大きく設定できるのが特徴である。
理部113もしくは313の詳細ブロック図を示す。H
PF401は高域通過フィルタであり、データに含まれ
る直流成分はここで遮断される。LPF402は低域通
過フィルタであり、データに含まれる高周波成分はここ
で遮断される。OFFSET403はオフセット電圧加
算部であり、データに含まれる直流成分はここで補正さ
れる。それぞれの演算はデータの持つ特性や信号レベル
により必要に応じて選択される。
試料表面像データは、同様に次段で整数演算に対する値
の補正が行われる。これは、処理部109もしくは30
9において設定された係数がN倍の整数である為、この
結果を補正するものである。補正された試料表面像デー
タはデータ1となり、ホストコンピュータ側のメモリに
転送され、種々の画像処理が処され表示、解析される。
査型プローブ顕微鏡において、検出信号のレベルが小さ
くなる原子オーダでの解析や半導体材料等のマイクロラ
フネス測定では、前記増幅器のゲインを増大させること
によりA/DもしくはD/A変換器のビット数に関わら
ず分解能を向上させることが可能となる。
ック図である。
ロック図である。
/D変換器 105、305 D/A変換器 106、306 可変ゲイン増幅器 111、311 可変ゲイン増幅器 104、110、114、304、310、314 補
正部 401 高域通過フィルタ 402 低域通過フィルタ 403 オフセット電圧加算部
Claims (2)
- 【請求項1】 検出信号をA/D変換し該デジタル信号
を演算処理する制御部を有し、試料表面像データ及び圧
電素子の駆動信号に相当する信号を導出する走査型プロ
ーブ顕微鏡において、前記制御部は前記検出信号を入力
し探針位置制御の為の前記圧電素子の駆動信号に相当す
る信号を導出する第1の制御部と、該第1の制御部とは
別に、前記検出信号を入力し前記試料表面像信号を算出
する為の第2の制御部とを具備し、前記試料表面像信号
を増幅する為に、前記第2の制御部の前段に前記検出信
号を増幅する可変ゲイン増幅器を具備することを特徴と
する走査型プローブ顕微鏡。 - 【請求項2】 検出信号に対し探針の目標位置を比較し
た結果である誤差信号をA/D変換し該デジタル信号を
演算処理する制御部を有し、試料表面像データ及び圧電
素子の駆動信号に相当する信号を導出する走査型プロー
ブ顕微鏡において、前記制御部は前記誤差信号を入力し
探針位置制御の為の前記圧電素子の駆動信号に相当する
信号を導出する第1の制御部と、該第1の制御部とは別
に、前記誤差信号を入力し前記試料表面像信号を算出す
る為の第2の制御部とを具備し、前記試料表面像信号を
増幅する為に、前記第2の制御部の前段に、前記誤差信
号を増幅する可変ゲイン増幅器を具備することを特徴と
する走査型プローブ顕微鏡。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05049717A JP3091897B2 (ja) | 1993-03-10 | 1993-03-10 | 走査型プローブ顕微鏡 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP05049717A JP3091897B2 (ja) | 1993-03-10 | 1993-03-10 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Publications (2)
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---|---|
JPH06265341A JPH06265341A (ja) | 1994-09-20 |
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Family
ID=12838945
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP05049717A Expired - Fee Related JP3091897B2 (ja) | 1993-03-10 | 1993-03-10 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3091897B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016158850A (ja) * | 2015-03-01 | 2016-09-05 | 幸爾 奥田 | クッション付枕カバー |
US9827432B2 (en) | 2014-10-08 | 2017-11-28 | Chun-Hung Wu | Headrest structure |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9260577B2 (en) | 2009-07-14 | 2016-02-16 | Toray Plastics (America), Inc. | Crosslinked polyolefin foam sheet with exceptional softness, haptics, moldability, thermal stability and shear strength |
-
1993
- 1993-03-10 JP JP05049717A patent/JP3091897B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US9827432B2 (en) | 2014-10-08 | 2017-11-28 | Chun-Hung Wu | Headrest structure |
JP2016158850A (ja) * | 2015-03-01 | 2016-09-05 | 幸爾 奥田 | クッション付枕カバー |
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---|---|
JPH06265341A (ja) | 1994-09-20 |
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