JP4480852B2 - 送り装置、及びそれを用いた近接場光学顕微鏡 - Google Patents

Description

【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３０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３０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。図２において、送り装置３２は、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３８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、直線移動体の移動時に該直線移動体をその移動方向とは逆の反対方向へ付勢す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１１０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１１２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１１２ａ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】
図４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を例えば時計回りに回転させると、該時計回りの回転は雄ネジのネジ設置部１３６ａ，ｂ及び雌ネジ１４０により、雌ネジ１４０の図中左方への直線運動に変換されるので、ステージ１３０（直線移動体）を図中左方に移動する。
【００２０】
他方、図５（Ｂ）に示すように、モータ１３４の駆動により回転軸１３８を例えば反時計回りに回転させると、該反時計回りの回転運動は雄ネジのネジ設置部１３６ａ，ｂ及び雌ネジ１４０により、雌ネジ１４０の図中右方への直線運動に変換されるので、ステージ１３０を図中右方に移動する。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、所望の距離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触面積が大きくなり、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、軽量化と接触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、直線移動体の移動時に当該直線移動体をその移動方向とは逆の反対方向へ付勢す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１４４を設けている。
【００２４】
この結果、雄ネジの軸心部に組み込んだばね１４４により、雄ネジを一方向または反対方向へ回転させて雌ネジを移動させる時、雌ネジをその移動方向とは逆の反対方向へ付勢することにより、バックラッシュを大幅に低減することができる。すなわち、図５（Ａ）に示すように、モータ１３４によって雄ネジを時計方向へ回転させて、雌ネジが形成されているステージ１３０を左方向へ移動させる場合には、ばね１４４が圧縮され、当該ばね１４４によって雌ネジ（ステージ１３０）は押圧された状態にあるので、雄ネジの回転を停止しても、雌ネジ（ステージ１３０）がバックラッシュすることはない。
【００２５】
他方、図５（Ｂ）に示すように、モータ１３４によって雄ネジを反時計方向へ回転させて、雌ネジが形成されているステージ１３０を右方向へ移動させる場合には、ばね１４４が引き伸ばされ、当該ばね１４４によって雌ネジ（ステージ１３０）は引っ張られた状態にあるので、雄ネジの回転を停止しても、雌ネジ（ステージ１３０）がバックラッシュすることはない。このように、ステージ１３０を移動させる場合に、ばね１４４によって雌ネジ（ステージ１３０）をその移動方向とは逆の反対方向に付勢すると、雌ネジ（ステージ１３０）のバックラッシュを大幅に低減することができ、ステージ１３０の移動方向を変えるに際しても、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、雄ネジの略最前部分と雌ネジの対向部分との間に、雌ネジ（ステージ１３０）の移動時に雌ネジ（ステージ１３０）をその移動方向とは逆の反対方向へ付勢するばね１４４を設けることにより、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１１２ａ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、図３に示す加振器１１４に設けられたプローブ１１２の共振周波数を検出する。前記同期手段１４８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、シアフォース型、ロータリー型等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ＡＦＭ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】
図８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と例えば金属製のカンチレバープローブ２１２の探針２５０との間に働く原子間力（引力又は斥力）を検出する。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、探針２５０を被測定試料面２１６に近づけると、探針２５０と被測定試料面２１６との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をカンチレバープローブ２１２の探針２５０の背面側に照射し、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２３０を駆動し被測定試料面２１６を走査すれば、両者の距離はより一定に保たれ、カンチレバープローブ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、カンチレバープローブ２１２の探針２５０の背面側に光源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２２６によりカンチレバープローブ２１２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２１２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２５４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２２６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て、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３５６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３７６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３６８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３５６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３７２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３７４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３７０，３７８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１２８（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Ｃｉ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ＤＳＰ５８２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、雄ネジの略最前部と略最後部とにネジ設置部を設け、それらの中間部分に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、直線移動体の直線運動に変換する送り移動が高精度に、かつ小さいトルクで容易に行なえる。
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、前記直線移動体の移動時に該直線移動体をその移動方向とは逆の反対方向に付勢するばねを設けることにより、前記直線移動体のバックラッシュを防ぐことができ、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 被測定試料面
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

Claims (2)

1. 雄ネジが形成された回転体と、雌ネジが形成された直線移動体とを備え、前記雄ネジおよび前記雌ネジを介して、前記回転体の回転を前記直線移動体の直線移動に変換する送り装置において、
   前記雄ネジの螺入方向の略最前部分および略最後部分に、前記雄ネジが形成されたネジ設置部が設けられ、前後の前記ネジ設置部の中間部分に、前記雄ネジが形成されていない環状空間形状のネジ非設置部が設けられており、
   かつ、前記雄ネジの略最前部分と、当該略最前部分に対向する前記雌ネジの軸方向の対向部分との間に、前記直線移動体の移動時に前記直線移動体をその移動方向とは逆の反対方向へ付勢するばねが配設されていることを特徴とする送り装置。
2. 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によって、前記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に記載の送り装置を用いて前記被測定試料面と前記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。

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