JP4083517B2

JP4083517B2 - 走査型プローブ顕微鏡

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Publication number: JP4083517B2
Application number: JP2002259265A
Authority: JP
Inventors: 敏夫安藤; 信明酒井
Original assignee: Kanazawa University NUC; Olympus Corp
Current assignee: Kanazawa University NUC; Olympus Corp
Priority date: 2002-09-04
Filing date: 2002-09-04
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2022-09-04
Also published as: JP2004101202A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査型プローブ顕微鏡、特にカンチレバーを振動させるタイプの走査型プローブ顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このタイプの走査型プローブ顕微鏡は、カンチレバーを一定の周波数で振動させながら試料に対してカンチレバーをＸＹ走査し、ＸＹ走査のあいだカンチレバーと試料の間の相互作用に依存して変動するカンチレバーの振幅を一定に保つようにカンチレバーと試料の間の距離をＺ制御する。このＺ制御の高さ情報をＸＹ走査の位置情報と同期させて処理することにより試料の表面の情報を取得する。
【０００３】
このタイプの走査型プローブ顕微鏡の構成は、後に「発明の実施の形態」の中で図１を参照しながら説明する走査型プローブ顕微鏡１００とほぼ同じであり、唯一、Ｚ制御回路の回路構成だけが異なっている。従って、従来の走査型プローブ顕微鏡の構成については、後の「発明の実施の形態」の中の説明から容易に理解できよう。より具体的には、図１の走査型プローブ顕微鏡の説明において、スキャナーをＺ方向に変位させるＺ駆動回路を制御するＺ制御回路１５０を、図１１に示される従来のＺ制御回路１５０Ａに読み換えればよい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＸＹ走査の間、カンチレバーと試料の間の距離は一定に保たれるように制御される。そのようにＺ駆動回路を制御するためのＺ制御回路１５０Ａの回路構成を図１１に示す。Ｚ制御回路１５０Ａは、カンチレバーと試料の間の距離の目標値を示す制御基準値からカンチレバーの振動振幅を示すカンチレバーの振幅信号を減算する減算器１５２と、減算器１５２から出力される偏差信号を増幅するＰＩＤ回路１５４とで構成されており、減算器１５２から出力される偏差信号が常に０になるようにＺ駆動回路を制御する信号を出力する。
【０００５】
カンチレバーを振動させるタイプの走査型プローブ顕微鏡のフォースカーブを図１２に示す。フォースカーブは、カンチレバーと試料の間の距離がある値よりも大きいところでは一定であり、その値よりも小さくなるにつれて減少する。前述の制御基準値は、このようなフォースカーブが一定値よりも僅かに低い値に設定される。なお、フォースカーブについては後に「発明の実施の形態」の中で詳しく説明する。
【０００６】
このような制御基準値に対するＺ制御回路１５０Ａによる制御は、カンチレバーと試料の間の距離を減少させる方向の応答性が悪い。これは次のような理由による。振動振幅回路の出力信号は、カンチレバーと試料の間の距離がある値よりも大きいと一定である。このため、カンチレバーと試料が大きく離れた場合であっても、減算器１５２から出力される偏差信号はそれに応じて大きくならない。
【０００７】
これは、実際にはカンチレバーと試料が大きく離れているにも関わらず、Ｚ駆動回路には、それよりも短い距離だけカンチレバーと試料の間の距離を減少させるように、スキャナーを駆動する指示が入力されることに相当すると言える。その結果、カンチレバーと試料の間の距離が本当に目標値に達するまでに多くに時間が掛かってしまう。
【０００８】
その結果、図１３に示されるように、測定像は、特に走査方向に対してカンチレバーと試料の間の距離を増大させる段差部分では、実際の試料表面形状を忠実に反映していないものとなってしまう。なお、図１３においては、カンチレバーは試料に対する左から右へ移動されるものとしている。従って、試料表面の凸部の右側部分がカンチレバーと試料の間の距離を増大させる段差部分となっており、測定像はこの部分において試料表面形状を忠実に反映していない。
【０００９】
このような応答性の低下を避ける一つの手法として、図１４に示されるように、制御基準値を低く設定することが考えられる。この場合、制御基準値を超える範囲においても、振幅検出回路の出力信号がカンチレバーと試料の間の距離に依存して変化する範囲が図１２の場合よりも広い。従って、図１１に示されるＺ制御回路１５０Ａにおいて、減算器１５２から出力される偏差信号は、カンチレバーと試料の間の距離が増大した場合であっても、比較的広い範囲においてカンチレバーと試料の間の距離を反映している。これにより、カンチレバーと試料の間の距離を増大させる段差部分においても応答性が向上される。その結果、その部分においても試料表面形状を忠実に反映した測定像が得られる。
【００１０】
特に近年においては、遺伝子などの生体試料の測定や観察が盛んに進められており、走査型プローブ顕微鏡はその目的に好適な測定観察装置として期待されている。
【００１１】
前述した制御基準値を低く設定する手法は、半導体や金属などの固い試料に対しては確かに有効であるが、生体試料などの柔らかい試料に対しては具合が悪い。生体試料は柔らかく損傷し易いため、生体試料の測定においては、カンチレバーと生体試料の接触は必要最小限に抑えることが望まれる。生体試料などの柔らかい試料に対して、前述したように制御基準値を低く設定した場合、試料は大きな損傷を受けてしまう。これでは、単に試料を破壊しているだけで、もはや試料を測定しているとはいえない。
【００１２】
本発明の目的は、生体試料等の柔らかい試料に対して損傷を与えることを極力避けながらも正確な測定を行なえる、カンチレバーを振動させるタイプの走査型プローブ顕微鏡を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、カンチレバーを振動させるタイプの走査型プローブ顕微鏡であり、カンチレバーと、カンチレバーを振動させるための振動子と、カンチレバーの変位を検出するためのセンサーと、カンチレバーの振動振幅を検出するための振幅検出回路と、カンチレバーに対して試料をＸ方向とＹ方向とＺ方向に移動させるためのスキャナーと、スキャナーをＸ方向に変位させるためのＸ駆動回路と、スキャナーをＹ方向に変位させるためのＹ駆動回路と、スキャナーをＺ方向に変位させるためのＺ駆動回路と、予め与えられる制御基準値と振幅検出回路の出力信号とに基づいてＺ駆動回路を制御するＺ制御回路とを有しており、カンチレバーと試料の間の距離はセンサーと振幅検出回路とＺ制御回路とＺ駆動回路とによって一定に保たれるように閉ループ制御され、Ｚ制御回路は、制御基準値とカンチレバーの振幅信号に対して減算処理するための減算器と、前記減算器から出力される偏差信号を増幅するためのＰＩＤ回路と、前記ＰＩＤ回路による偏差信号のゲインを補正するための補正ゲイン回路とを有しており、前記補正ゲイン回路は、前記減算器から出力される偏差信号に応じて前記ＰＩＤ回路によるゲインを変更し、前記減算器から出力される偏差信号が負のときに閉ループゲインを高くする構成であり、偏差信号が正のときはゲインの補正を行わず、偏差信号が負のときはより大きいゲインに補正する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
本発明の走査型プローブ顕微鏡の一実施形態を図１に示す。続く説明においては、水平面に平行で互いに直交する二つの方向あるいは軸をＸ方向とＹ方向あるいはＸ軸とＹ軸と呼び、水平面に直交する方向あるいは軸をＺ方向あるいはＺ軸と呼ぶものとする。またＺ方向は場合によっては高さ方向とも表現することとする。
【００１６】
本実施形態の走査型プローブ顕微鏡１００は、カンチレバー１１０と、カンチレバー１１０を保持するためのホルダー１１６と、カンチレバー１１０を振動させるための振動子１１８と、カンチレバー１１０の変位を検出するためのセンサー１３２と、カンチレバー１１０の振動振幅を検出するための振幅検出回路１３４とを有している。
【００１７】
カンチレバー１１０は、弾性的にたわみ変形し得るレバー部１１４と、レバー部１１４の端部に設けられた探針１１２とを有している。レバー部１１４はホルダー１１６によって片持ち支持される。つまり、探針１１２の反対側のレバー部１１４の端部がホルダー１１６に保持される。
【００１８】
振動子１１８は例えば圧電振動子で構成される。センサー１３２は好ましくは光学式センサーで構成され、例えば光テコ法によるセンサーで構成される。振動子１１８で発生される振動はホルダー１１６を介してカンチレバー１１０に伝わり、レバー部１１４を高さ方向のたわみ変形させる。センサー１３２は、レバー部１１４の自由端部の高さ方向の変位を検知し、その高さ位置を示す電気信号を出力する。
【００１９】
実際に知りたい情報は探針１１２の先端の高さ方向の変位であるが、探針１１２はレバー部１１４の自由端部に設けられているため、レバー部１１４の自由端部の高さ方向の変位は実質的に探針１１２の先端の高さ方向の変位を反映している。従って、センサー１３２は実質的に探針１１２の先端の高さ方向の変位を検知し得る。
【００２０】
なお、続く説明においては、センサー１３２で検知されるレバー部１１４の自由端部の高さ方向の変位を単にカンチレバー１１０の変位と呼ぶものとする。また、レバー部１１４の自由端部や探針１１２の高さ方向の振動も単にカンチレバー１１０の振動と呼ぶものとする。
【００２１】
センサー１３２の出力信号は、カンチレバー１１０の変位の時系列的な変動、つまりカンチレバー１１０の振動状態を示している。振幅検出回路１３４はセンサー１３２の出力信号からカンチレバー１１０の振動振幅を求め、その振動振幅を表す電気信号を出力する。
【００２２】
走査型プローブ顕微鏡１００は、また、測定対象である試料１２０をカンチレバー１１０に対してＸ方向とＹ方向とＺ方向に移動させるためのスキャナー１２２と、スキャナー１２２をＸ方向に変位させるためのＸ駆動回路１２４と、スキャナー１２２をＹ方向に変位させるためのＹ駆動回路１２６と、スキャナー１２２をＺ方向に変位させるためのＺ駆動回路１２８とを有している。
【００２３】
スキャナー１２２は例えば円筒型圧電素子、いわゆる圧電チューブスキャナーで構成される。スキャナー１２２は、一方の端部が固定され、その反対側の自由端に試料台が取り付けられ、その試料台の上に試料１２０が載せられる。
【００２４】
円筒型圧電体素子は、通常、円筒形状の圧電体と、その外周面に設けられた四つの駆動電極と、その内周面に設けられた一つの共通電極とで構成されている。四つの駆動電極は、周に沿って間隔を置いて９０°の角度ピッチで並んでいる。例えば、共通電極は接地され、対向する二枚の駆動電極間に逆極性の電圧が印加される。このような電圧印加に対して、スキャナー１２２の自由端は電圧印加された駆動電極が並ぶ方向に変位する。
【００２５】
走査型プローブ顕微鏡１００は更にコントローラー１４０とホストコンピューター１４２とを有している。コントローラー１４０とホストコンピューター１４２は共働して装置全体の制御や取得した情報の処理などを行なう。
【００２６】
例えば、コントローラー１４０は、カンチレバー１１０を振動させるための励振信号を振動子１１８に供給すると共に、探針１１２が試料１２０に対してＸＹ走査されるようにＸ駆動回路１２４とＹ駆動回路１２６を制御する。また、ＸＹ走査の間、カンチレバー１１０の振幅検出を一定に保つようにＺ駆動回路１２８を制御する。
【００２７】
またホストコンピューター１４２は、例えば、コントローラー１４０からＸ駆動回路１２４とＹ駆動回路１２６とＺ駆動回路１２８の各制御信号を取得し、それらから試料１２０の表面の位置情報を算出する。さらには、試料１２０の表面の画像を構築して表示する。
【００２８】
ホストコンピューター１４２は、装置の使用者との間のインターフェースでもあり、Ｚ制御における制御基準値を入力するための入力部と、入力された制御基準値を記憶する記憶部とを含んでいる。コントローラー１４０は、ホストコンピューター１４２から予め与えられる制御基準値と振幅検出回路１３４からの出力信号とに基づいてＺ駆動回路１２８を制御するＺ制御回路１５０を含んでいる。
【００２９】
走査型プローブ顕微鏡１００においては、測定の際、カンチレバー１１０は振動子１１８により振動される。カンチレバー１１０の振動振幅、すなわち振幅検出回路１３４の出力信号は、カンチレバー１１０と試料１２０の間の距離に依存している。カンチレバー１１０と試料１２０の間の距離に対する振幅検出回路１３４の出力信号の特性を図２に示す。
【００３０】
図２から分かるように、カンチレバー１１０と試料１２０とが十分に離れている間は、振幅検出回路１３４の出力信号は一定の値を示す。カンチレバー１１０と試料１２０とを近づけていくと、振幅検出回路１３４の出力信号は、ある地点から減少し始め、さらに近づけていくと、ある地点で０になる。なお、それ以上近づけても、振幅検出回路１３４の出力信号は０のままである。
【００３１】
一般に、カンチレバーを振動させるタイプの走査型プローブ顕微鏡においては、カンチレバーと試料とを近づけていき、カンチレバーの振動振幅が最初に０になった地点をカンチレバーと試料の間の距離の基準にしている。すなわち、そのとき、カンチレバーと試料の間の距離が０であるとしている。
【００３２】
この基準に従えば、カンチレバーと試料とを近づけていく際にカンチレバーの振動振幅が有限の一定値から減少し始める地点は、前述の基準からちょうどカンチレバーの振動振幅に相当する距離だけ離れている。つまり、このときのカンチレバーと試料の間の距離はちょうどカンチレバーの振動振幅と等しくなっている。
【００３３】
これは次のように考えることができる。カンチレバー１１０の振動振幅の最下端の位置、すなわち試料１２０に最も接近した探針１１２の先端の位置が、試料１２０の表面からカンチレバー１１０の振動振幅に等しい距離よりも離れている間は、探針１１２と試料１２０の間に何ら相互作用が生じないため、カンチレバー１１０は一定の振動振幅で振動する。
【００３４】
カンチレバー１１０の振動振幅の最下端の位置がカンチレバー１１０の振動振幅に等しい距離を下回ると、振動中に探針１１２が一時的に試料１２０に接触し、探針１１２のそれ以上の下方への移動が妨げられるため、カンチレバー１１０の振動振幅が減少する。つまり、試料１２０との接触によってカンチレバー１１０の振動振幅が制限されていると言える。
【００３５】
カンチレバー１１０と試料１２０の間の距離が小さくなるほど、探針１１２と試料１２０の接触期間は長くなり、従ってカンチレバー１１０の振動振幅は小さくなる。探針１１２と試料１２０が接触し始めた地点からカンチレバー１１０の振動振幅に等しい距離だけ近づけた地点では、もはや探針１１２は試料１２０から離れることなく接触し続ける結果、カンチレバー１１０と試料１２０の間の距離は０となる。
【００３６】
ここで説明したカンチレバー１１０と試料１２０の間の距離に対するカンチレバー１１０の振動振幅の特性を示している図２の曲線は、走査型プローブ顕微鏡１００のフォースカーブと呼ばれている。
【００３７】
Ｚ制御回路１５０は、カンチレバー１１０と試料１２０の間の距離を一定に保つように、つまり、振幅検出回路１３４から出力されるカンチレバーの振幅信号をホストコンピューター１４２から予め与えられた制御基準値に維持するように、Ｚ駆動回路１２８を制御する。言い換えれば、カンチレバー１１０と試料１２０の間の距離は、センサー１３２と振幅検出回路１３４とＺ制御回路１５０とＺ駆動回路１２８とによって一定に保たれるように閉ループ制御される。
【００３８】
試料１２０に損傷を与えることを極力避けるために、制御基準値は、図２に示されたフォースカーブに対して、図１２に示されるように、カンチレバーの振幅信号が一定値から若干減少し始めたところに設定される。つまり、制御基準値はカンチレバーの振動振幅に近い値に設定される。
【００３９】
本実施形態におけるＺ制御回路１５０の回路構成を図３と図４に示す。Ｚ制御回路１５０は、制御基準値とカンチレバーの振幅信号とに対して減算処理するための減算器１５２と、減算器１５２から出力される偏差信号を増幅するためのＰＩＤ回路１５４とに加えて、ＰＩＤ回路１５４による偏差信号のゲイン（利得・増幅率）を補正するための補正ゲイン回路１５６を更に有している。
【００４０】
補正ゲイン回路１５６は、図３に示されるように、減算器１５２とＰＩＤ回路１５４の間に設けられても、あるいは、図４に示されるように、ＰＩＤ回路１５４の後段に設けられてもよい。すなわち、補正ゲイン回路１５６は、減算器１５２から出力された偏差信号に対して予めゲインの補正を行なってからＰＩＤ回路１５４に渡しても、ＰＩＤ回路１５４によって増幅された偏差信号に対してゲインの補正を行なってもよい。
【００４１】
本実施形態では、減算器１５２は、制御基準値からカンチレバーの振幅信号を減算する。従って、減算器１５２から出力される偏差信号は、カンチレバー１１０と試料１２０が近づくときに正に、カンチレバー１１０と試料１２０が離れるときに負になる。
【００４２】
補正ゲイン回路１５６は、減算器１５２から出力される偏差信号に応じて、閉ループ制御のゲインを変更する。すなわち、補正ゲイン回路１５６は閉ループゲイン変更手段として機能する。具体的には、補正ゲイン回路１５６は、偏差信号が正のときは偏差信号に対して増幅を行なわず、偏差信号が負のときは偏差信号に対して（１より大きいゲインで）増幅を行なう。言い換えれば、補正ゲイン回路１５６は減算器１５２から出力される偏差信号が負のときに閉ループ制御のゲインを高くする。
【００４３】
その結果、Ｚ制御回路１５０の出力信号は、偏差信号が負のときは、偏差信号が正のときよりも、大きなゲイン（利得・増幅率）で増幅される。これは、図２に示されるフォースカーブを、図５に示されるように、基準値を上回る範囲を拡大するように、電気的に修正したことに相当する。
【００４４】
補正ゲイン回路１５６の一例を図６に示す。図６の回路構成によれば、入力信号が正のとき、ゲインは１であり、入力信号が負のとき、ゲインは（１＋Ｒ1/Ｒ3）である。言い換えれば、図６に示される補正ゲイン回路１５６すなわち閉ループゲイン変更手段は、減算器１５２から出力される偏差信号が負のとき、偏差信号に対する増幅を行なう。
【００４５】
補正ゲイン回路１５６の別の例を図７に示す。図７の回路構成によれば、入力信号が正のとき、ゲインは１であり、入力信号が負のとき、ゲインは（１＋Ｒ1/Ｒ3）である。言い換えれば、図７に示される補正ゲイン回路１５６すなわち閉ループゲイン変更手段は、減算器１５２から出力される偏差信号が負のとき、偏差信号に対する増幅を行なう。
【００４６】
補正ゲイン回路１５６の別の例を図８に示す。図８の回路は、入力信号の負の成分だけを取り出す負半波整流回路１６２と、負半波整流回路１６２の出力信号を増幅する増幅器１６４と、増幅器１６４の出力信号を元の入力信号と加算する加算器１６６とで構成されている。この回路構成によれば、入力信号が正のとき、ゲインは１であり、増幅器１６４のゲインをｇ（＞１）とすると、入力信号が負のとき、ゲインは１＋ｇである。言い換えれば、図８に示される補正ゲイン回路１５６すなわち閉ループゲイン変更手段は、減算器１５２から出力される偏差信号が負のとき、偏差信号に対する増幅を行なう。
【００４７】
補正ゲイン回路１５６の別の例を図９に示す。図９の回路は、入力信号の正負を判断するコンパレーター１７２と、コンパレーター１７２によって切り換えられるスイッチ１７４と、ｇ（＞１）のゲインを有する増幅器１７６とを有しており、スイッチ１７４は、コンパレーター１７２によって入力信号が負であると判断されたとき、増幅器１７６の側に切り替える。この回路構成によれば、入力信号が正のとき、ゲインは１であり、入力信号が負のとき、ゲインはｇである。言い換えれば、図９に示される補正ゲイン回路１５６すなわち閉ループゲイン変更手段は、減算器１５２から出力される偏差信号が負のとき、偏差信号に対する増幅を行なう。
【００４８】
補正ゲイン回路１５６の更に別の例を図１０に示す。図１０の回路構成は、正確には、図３または図４におけるＰＩＤ回路１５４と補正ゲイン回路１５６の組み合わせに相当している。より正確には、ＰＩＤ回路１５４の主なゲインである積分ゲインと補正ゲイン回路１５６の組み合わせに相当している。この回路構成によれば、入力信号が正のとき、ゲインは１/(２πｆＣ₁Ｒ₄)であり、入力信号が負のとき、ゲインは{１/(２πｆＣ₁Ｒ₄)＋１/(２πｆＣ₁Ｒ₅)}である。なお、この回路構成においては、ＰＩＤ回路１５４と補正ゲイン回路１５６とが共働して閉ループゲイン変更手段として機能する。従って、図１０に示された閉ループゲイン変更手段は、ＰＩＤ回路１５４と補正ゲイン回路１５６とを含み、減算器１５２から出力される偏差信号が負のとき、Ｚ制御回路１５０の制御ゲイン、より詳しくは積分ゲインを高くする。
【００４９】
これまでの説明から分かるように、本実施形態では、走査型プローブ顕微鏡１００の実効的なフォースカーブは、補正ゲイン回路１５６によって、図５に示されるように、擬似的に制御基準値を超える範囲が拡大されたものとなる。これにより、試料１２０に損傷を与えることを極力避けるために、制御基準値をカンチレバーの振動振幅に近い値に設定したことにより引き起こされる、カンチレバー１１０と試料１２０の間の距離を減少させる方向におけるスキャナー１２２の応答性の低下が抑えられる。
【００５０】
従って、本実施形態の走査型プローブ顕微鏡１００は、生体試料等の柔らかく損傷し易い試料に対して、試料が受ける損傷を極力抑えつつも、試料の測定を正確に行なうことができる。
【００５１】
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。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、生体試料等の柔らかい試料に対して損傷を与えることを極力避けながらも正確な測定を行なえる、カンチレバーを振動させるタイプの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】本発明の走査型プローブ顕微鏡の一実施形態を示している。
【図２】図１の走査型プローブ顕微鏡のフォースカーブ、すなわちカンチレバーと試料の間の距離に対する振幅検出回路の出力信号の特性を示している。
【図３】本実施形態におけるＺ制御回路の回路構成を示している。
【図４】本実施形態におけるＺ制御回路の別の回路構成を示している。
【図５】図３または図４のＺ制御回路を有する走査型プローブ顕微鏡の実効的なフォースカーブを示している。
【図６】図３または図４に示された補正ゲイン回路の一例を示している。
【図７】図３または図４に示された補正ゲイン回路の別の一例を示している。
【図８】図３または図４に示された補正ゲイン回路の別の一例を示している。
【図９】図３または図４に示された補正ゲイン回路の別の一例を示している。
【図１０】図３または図４に示された補正ゲイン回路の別の一例を示しており、より正確には、図３または図４に示されたＰＩＤ回路と補正ゲイン回路の組み合わせに相当している。
【図１１】従来例におけるＺ制御回路の回路構成を示している。
【図１２】走査型プローブ顕微鏡のフォースカーブと一般に設定される制御基準値とを示している。
【図１３】図１２の設定に従って得られる測定像と試料表面形状とを示している。
【図１４】走査型プローブ顕微鏡のフォースカーブと応答性の低下を避けるために低く設定された制御基準値とを示している。
【符号の説明】
１００走査型プローブ顕微鏡
１１０カンチレバー
１１８振動子
１２０試料
１２２スキャナー
１２４Ｘ駆動回路
１２６Ｙ駆動回路
１２８Ｚ駆動回路
１３２センサー
１３４振幅検出回路
１５０Ｚ制御回路
１５２減算器
１５４ＰＩＤ回路
１５６補正ゲイン回路

Claims

カンチレバーを振動させるタイプの走査型プローブ顕微鏡であり、
カンチレバーと、
カンチレバーを振動させるための振動子と、
カンチレバーの変位を検出するためのセンサーと、
カンチレバーの振動振幅を検出するための振幅検出回路と、
カンチレバーに対して試料をＸ方向とＹ方向とＺ方向に移動させるためのスキャナーと、
スキャナーをＸ方向に変位させるためのＸ駆動回路と、
スキャナーをＹ方向に変位させるためのＹ駆動回路と、
スキャナーをＺ方向に変位させるためのＺ駆動回路と、
予め与えられる制御基準値と振幅検出回路の出力信号とに基づいてＺ駆動回路を制御するＺ制御回路とを有しており、カンチレバーと試料の間の距離はセンサーと振幅検出回路とＺ制御回路とＺ駆動回路とによって一定に保たれるように閉ループ制御され、
Ｚ制御回路は、制御基準値とカンチレバーの振幅信号に対して減算処理するための減算器と、前記減算器から出力される偏差信号を増幅するためのＰＩＤ回路と、前記ＰＩＤ回路による偏差信号のゲインを補正するための補正ゲイン回路とを有しており、前記補正ゲイン回路は、前記減算器から出力される偏差信号に応じて前記ＰＩＤ回路によるゲインを変更し、前記減算器から出力される偏差信号が負のときに閉ループゲインを高くする構成であり、偏差信号が正のときはゲインの補正を行わず、偏差信号が負のときはより大きいゲインに補正することを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。