JP6954474B2 - 走査型プローブ顕微鏡および走査型プローブ顕微鏡の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、走査型プローブ顕微鏡および走査型プローブ顕微鏡の制御装置に関する。

走査型プローブ顕微鏡では、カンチレバーと呼ばれる探針が形成された片持ち梁を使用する。カンチレバーの反りまたは振動の変化を、カンチレバー背面に照射したレーザの反射光の変化に変換してフォトディテクタによって検出する。フォトディテクタでは、反射光の位置、強度、および位相等の変化を検出して、様々な物理情報に変換をする（たとえば、特許文献１（特開２０００−３４６７８２号公報）を参照）。

走査型プローブ顕微鏡では、レーザの反射光を使用するため、測定前には、カンチレバー背面にレーザ光が正しく照射されるように、レーザ光の光軸調整が必要になる。カンチレバーは小さいため、調整のトレランスがミクロンオーダとなる。手動での光軸調整が難しく時間がかかるため、調整を自動化する走査型プローブ顕微鏡が増えてきている。

光軸自動調整では、カンチレバーとレーザ光のビームのスポットを光学顕微鏡またはＣＣＤ（Charge Coupled Device）撮影部等で観察し、ビームのスポットがカンチレバーの背面に照射される様に、光学部品、レーザ光源、または、カンチレバーを自動で移動させている。

特開２０００−３４６７８２号公報

しかしながら、レーザのビームのスポットが、光学顕微鏡またはＣＣＤ撮影部によって検出できない位置にあった場合は、移動対象と移動方向が特定できないために、光軸自動調整ができない。

手動モードに切り替えて調整することも可能であるが、ビームのスポットの位置が分からないため、レーザ光源をランダムに動かして、移動対象の位置を特定することから始めなければならず、作業が煩雑化および非効率化する。

それゆえに、本発明の目的は、容易に光軸調整をすることができる走査型プローブ顕微鏡および走査型プローブ顕微鏡の制御装置を提供することである。

本発明のある局面の走査型プローブ顕微鏡は、先端部に探針を有するカンチレバーと、レーザ光をカンチレバーに照射し、カンチレバーで反射されたレーザ光を検出する光学系と、光学系で検出されるレーザ光の位置の変化によって得られるカンチレバーの変位に基づいて、試料の特性を測定する測定部と、レーザ光の光軸調整時にレーザ光のスポット径を試料の特性の測定時のスポット径よりも大きくするレーザ光調整部と、レーザ光の光軸調整時に探針の位置を含む範囲を撮影するための撮影部と、撮影部で生成された画像を表示する表示部とを備える。

これによって、レーザ光の光軸調整時に、レーザ光のスポット径を試料の測定時よりも大きくするので、撮影画像内にレーザ光のスポットを捉えることができる確率が増加する。その結果、ユーザは、撮影画像を見ながら、レーザ光の光軸調整をすることができる。

本発明の別の局面の走査型プローブ顕微鏡は、先端部に探針を有するカンチレバーと、レーザ光をカンチレバーに照射し、カンチレバーで反射されたレーザ光を検出する光学系と、光学系で検出されるレーザ光の位置の変化によって得られるカンチレバーの変位に基づいて、試料の特性を測定する測定部と、レーザ光の光軸調整時にレーザ光のスポット径を試料の特性の測定時のスポット径よりも大きくするレーザ光調整部と、レーザ光の光軸調整時に探針の位置を含む範囲を撮影するための撮影部と、撮影部で生成された画像において、レーザ光のスポットの一部または全部の位置を特定する画像処理部と、特定された位置に基づいて、レーザ光の光軸を調整する光軸調整部とを備える。

これによって、レーザ光の光軸調整時に、レーザ光のスポット径を試料の測定時よりも大きくするので、撮影画像を画像処理することによって、撮影画像内にレーザ光のスポット位置を特定することができる。特定したレーザ光のスポット位置に基づいて、レーザ光の光軸を自動で調整をすることができる。

好ましくは、光学系は、レーザ光を放射する光源と、レーザ光を検出する光検出器と、光源から出射されたレーザ光をカンチレバーの方向へ反射する第１のミラーと、カンチレバーで反射されたレーザ光を光検出器の方向へ反射する第２のミラーとを含む。

これによって、光学系が、光源と、光検出器と、第１のミラーと、第２のミラーとを含む構成において、レーザ光の光源を自動で調整することができる。

好ましくは、光軸調整部は、特定された位置に基づいて、光源の位置を移動させることによって、レーザ光の光軸を調整する。

これによって、光源の位置を変化させるだけで、レーザ光の光軸を自動で調整をすることができる。

好ましくは、光軸調整部は、特定された位置に基づいて、カンチレバーの位置を移動させることによって、レーザ光の光軸を調整する。

これによって、カンチレバーの位置を変化させるだけで、レーザ光の光軸を自動で調整をすることができる。

好ましくは、光軸調整部は、特定された位置に基づいて、第１のミラーの位置を移動させることによって、レーザ光の光軸を調整する。

これによって、レーザ光を反射する第１のミラーの位置を変化させるだけで、レーザ光の光軸を自動で調整をすることができる。

好ましくは、レーザ光調整部は、レーザ光の光軸調整時にレーザ光の強度を撮影部で検出できる感度限界以上とする。

これによって、レーザ光のビームのスポットが大きすぎて、レーザ光の強度が識別できる感度よりも小さくなるのを防止できる。

好ましくは、光軸調整部は、画像において、レーザ光のスポットの中心の位置が、カンチレバーの先端の位置と一致するように、レーザ光の光軸を調整する。

これによって、探針が取り付けられているカンチレバーの先端にレーザ光が照射させるので、測定時に試料の特性に基づくカンチレバーの変位を正確に検出することができる。

好ましくは、調整後に、さらに、レーザ光調整部は、レーザ光のスポット径を試料の特性の測定時のスポット径と同じにするとともに、光軸調整部は、画像において、縮小されたレーザ光のスポットの中心の位置が、カンチレバーの先端の位置と一致するように、レーザ光の光軸を調整する。

これによって、レーザ光の光軸を精密に調整することができる。
好ましくは、画像処理部は、画像内において、画素の色に基づいて、レーザ光のスポットの一部または全部の位置を特定する。

これによって、画像からレーザ光のスポットの色の画素を見つけることによって、レーザ光のスポットの位置を特定することができる。

本発明のある局面の走査型プローブ顕微鏡の制御装置は、走査型プローブ顕微鏡を制御する。走査型プローブ顕微鏡は、先端部に探針を有するカンチレバーと、レーザ光をカンチレバーに照射し、カンチレバーで反射されたレーザ光を検出する光学系と、光学系で検出されるレーザ光の位置の変化によって得られるカンチレバーの変位に基づいて、試料の特性を測定する測定部と、レーザ光の光軸調整時に探針の位置を含む範囲を撮影するための撮影部とを備える。制御装置は、レーザ光の光軸調整時にレーザ光のスポット径を試料の特性の測定時のスポット径よりも大きくするレーザ光調整部と、撮影部で生成された画像において、レーザ光のスポットの一部または全部の位置を特定する画像処理部と、特定された位置に基づいて、レーザ光の光軸を調整する光軸調整部とを備える。

これによって、レーザ光の光軸調整時に、レーザ光のスポット径を試料の測定時よりも大きくするので、撮影画像を画像処理することによって、撮影画像内にレーザ光のスポット位置を特定することができる。特定したレーザ光のスポット位置に基づいて、レーザ光の光軸を自動で調整をすることができる。

本発明によれば、容易に光軸調整することができる。

第１の実施形態の走査型プローブ顕微鏡１の構成を表わす図である。 探針７、カンチレバー２およびホルダ１５を表わす図である。 従来のレーザ光の光軸調整時のレーザ光源３０のビームのスポットＳＰの例を表わす図である。 従来のレーザ光の光軸調整時のレーザ光源３０のビームのスポットＳＰの別の例を表わす図である。 レーザ光のビームのスポット径と、レーザ光の強度との関係を表わす図である。 第１の形態のレーザ光の光軸調整時のレーザ光のビームのスポットＳＰの例を表わす図である。 第１の実施形態のレーザ光の光軸調整手順を表わすフローチャートである。 第２の実施形態の走査型プローブ顕微鏡７１の構成を表わす図である。 第２の実施形態のレーザ光の光軸調整手順を表わすフローチャートである。 第１の実施形態において、レーザ光のスポット径がＤ１のときの撮影画像の例を表わす図である。 レーザ光の光軸の精密調節後の撮影画像の例を表わす図である。 第３の実施形態の走査型プローブ顕微鏡５１の構成を表わす図である。 第３の実施形態のレーザ光の光軸調整手順を表わすフローチャートである。 第４の実施形態の走査型プローブ顕微鏡６１の構成を表わす図である。 第４の実施形態のレーザ光の光軸調整手順を表わすフローチャートである。 第５の実施形態の測定システムの構成を表わす図である。 カンチレバー２の形状の例を表わす図である。 カンチレバー２の形状の別の例を表わす図である。 画像処理部７２および光軸調整部７３のハードウエア構成の例を表わす図である。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態の走査型プローブ顕微鏡１の構成を表わす図である。

第１の実施形態の走査型プローブ顕微鏡１は、撮影部１０と、表示部１２と、光学系８０と、カンチレバー２と、測定部１４と、駆動機構４４と、スキャナ４３と、レーザ光調整部２０と、駆動機構１１と、操作部１３とを備える。

カンチレバー２は、表面の自由端部である先端に探針７を有する。試料９は、探針７に対向して配置されている。探針７と試料９との間の原子間力（引力または斥力）によって、カンチレバー２が変位する。試料９は、スキャナ４３上に載置される。

光学系８０は、レーザ光をカンチレバー２の裏面に照射し、カンチレバー２の裏面で反射されたレーザ光を検出する。光学系８０は、カンチレバー２のたわみを検出することができる。光学系８０は、レーザ光源３０と、第１のミラーであるビームスプリッタ３と、第２のミラーである反射鏡４と、光検出器５とを備える。レーザ光源３０は、レーザ光を発射するレーザ発振器などによって構成される。光検出器５は、入射されるレーザ光を検出するフォトダイオードなどによって構成される。レーザ光源３０から発射されたレーザ光は、ビームスプリッタ３で反射されて、カンチレバー２に入射される。レーザ光は、カンチレバー２で反射され、さらに反射鏡４によって反射されて、光検出器５に入射される。光検出器５がレーザ光を検出することによって、カンチレバー２の変位を測定することができる。

レーザ光調整部２０は、レーザ光源３０のレーザ光の焦点の位置を調整することによって、レーザ光源３０のレーザ光のビームのスポット径を調整する。レーザ光調整部２０は、レーザ光の光軸調整時には、レーザ光のスポット径を試料９の特性の測定時のスポット径よりも大きくする。

駆動機構１１は、レーザ光源３０の位置を変化させることによって、レーザ光の光軸を調整する。

操作部１３は、ユーザからの駆動機構１１の操作を受け付ける。
測定部１４は、光学系８０で検出されるレーザ光の位置の変化によって得られるカンチレバー２の変位に基づいて、試料９の特性を測定する。たとえば、測定部１４は、カンチレバー２の変位の時間変化から作用力（フォース）の時間変化を表わすフォースカーブなどを作成する。測定部１４は、スキャナ４３を駆動するための制御信号を駆動機構４４へ送る。

駆動機構４４は、スキャナ４３を駆動することによって、スキャナ４３に載置された試料９と探針７との間の相対的な位置関係を変化させる。

撮影部１０は、レーザ光の光軸調整時に探針７の位置を含む範囲を撮影する。撮影部１０は、光学顕微鏡、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）カメラなどによって構成される。

表示部１２は、撮影部１０で生成された撮影画像を表示する。表示部１２は、液晶ディスプレイなどによって構成される。

図２は、探針７、カンチレバー２およびホルダ１５を表わす図である。図２に示すように、探針７は、カンチレバー２の先端に取り付けられる。ホルダ１５は、カンチレバー２を支持する部材である。

図３は、従来のレーザ光の光軸調整時のレーザ光源３０のビームのスポットＳＰの例を表わす図である。図３の例では、光軸調整時にレーザ光源３０のビームのスポット径を実使用時のスポット径Ｄ２と同じにした場合に、撮影画像ＩＭＧにビームのスポットＳＰが含まれる。

図４は、従来のレーザ光の光軸調整時のレーザ光源３０のビームのスポットＳＰの別の例を表わす図である。図４の例では、光軸調整時にレーザ光源３０のビームのスポット径を実使用時のスポット径Ｄ２と同じにした場合に、撮影画像ＩＭＧにビームのスポットＳＰが含まれない。ビームのスポット径が小さいため、撮影画像ＩＭＧにビームのスポットＳＰが含まれる場合と、含まれない場合が生じる。

図５は、レーザ光のビームのスポット径と、レーザ光の強度との関係を表わす図である。

図５に示すように、ビームのスポット径を大きくするほど、レーザ光の強度が低下する。本実施の形態では、撮影部１０の感度限界よりもレーザ光の強度が高くなるという条件で、光軸調整時のレーザ光のスポット径Ｄ１をできるだけ大きく設定する。

図６は、第１の形態のレーザ光の光軸調整時のレーザ光のビームのスポットＳＰの例を表わす図である。図６の例では、光軸調整時には、実使用時のレーザ光源３０のレーザ光のビームのスポット径Ｄ２よりも大きなスポット径Ｄ１に設定することによって、撮影画像ＩＭＧにビームのスポットＳＰが含まれている。

図７は、第１の実施形態のレーザ光の光軸調整手順を表わすフローチャートである。この光軸調整は、たとえば、カンチレバー２の交換時、および試料９の物性の測定前に実施される。

ステップＳ１０１において、レーザ光調整部２０は、レーザ光のスポット径をＤ１に調整する。

ステップＳ１０２において、レーザ光源３０は、レーザ光を放射する。
ステップＳ１０３において、撮影部１０は、レーザ光の光軸調整時に探針７の位置を含む範囲の撮影を開始する。

ステップＳ１０４において、表示部１２は、撮影部１０で生成された撮影画像の表示を開始する。

ステップＳ１０５において、駆動機構１１は、操作部１３を通じて、ユーザからの指示を受けて、レーザ光源３０の位置を変化させることによって、レーザ光の光軸を調整する。

以上のように、本実施の形態によれば、レーザ光の光軸調整時に、レーザ光のスポット径を試料の測定時よりも大きくするので、撮影画像内にレーザ光のスポットを捉えることができる確率が増加する。その結果、ユーザは、撮影画像を見ながら、レーザ光の光軸調整をすることができる。

［第２の実施形態］
図８は、第２の実施形態の走査型プローブ顕微鏡７１の構成を表わす図である。

第２の実施形態の走査型プローブ顕微鏡７１が、第１の実施形態の走査型プローブ顕微鏡１と相違する点は、第２の実施形態の走査型プローブ顕微鏡７１が、操作部１３に代えて、画像処理部７２と、光軸調整部７３とを備える点である。

画像処理部７２は、撮影部１０から出力される撮影画像に基づいて、レーザ光のスポットＳＰの一部または全部の位置を特定する。たとえば、画像処理部７２は、撮影画像の中の、レーザ光のスポットＳＰの色である白色の画素の領域をレーザ光のスポットＳＰの一部または全部の位置として特定することができる。

光軸調整部７３は、画像処理部７２によって特定されたレーザ光のスポットＳＰの一部または全部の位置に基づいて、駆動機構１１を制御することによって、レーザ光源３０の位置を変化させることによって、光軸を調整する。

図９は、第２の実施形態のレーザ光の光軸調整手順を表わすフローチャートである。この光軸調整は、たとえば、カンチレバー２の交換時、および試料９の物性の測定前に実施される。

ステップＳ４０１において、レーザ光調整部２０は、レーザ光のスポット径をＤ１に調整する。

ステップＳ４０２において、レーザ光源３０は、レーザ光を放射する。
ステップＳ４０３において、撮影部１０は、レーザ光の光軸調整時に探針７の位置を含む範囲の撮影を開始する。

ステップＳ４０４において、撮影部１０から出力される撮影画像に基づいて、レーザ光のスポットＳＰの一部または全部の位置を特定する。図１０は、第１の実施形態において、レーザ光のスポット径がＤ１のときの撮影画像の例を表わす図である。スポット径Ｄ１が大きいので、スポットＳＰが撮影画像に含まれる蓋然性が高くなる。

ステップＳ４０５において、光軸調整部７３は、スポット径Ｄ１のレーザ光のスポットＳＰの中心の位置が、探針７が取り付けられているカンチレバー２の先端の位置と一致するように、駆動機構１１を制御する制御信号を出力する。駆動機構１１は、制御信号に従って、レーザ光源３０の位置を変化させることによって、レーザ光の光軸を調整する。ここでは、レーザ光のスポット径が大きいので、レーザ光の光軸が大まかに調整される。

ステップＳ４０６において、レーザ光調整部２０は、レーザ光のスポット径をＤ２に調整する。

ステップＳ４０７において、撮影部１０から出力される撮影画像に基づいて、レーザ光のスポットＳＰの位置を特定する。

ステップＳ４０８において、光軸調整部７３は、スポット径Ｄ２のレーザ光のスポットＳＰの中心の位置が、探針７が取り付けられているカンチレバー２の先端の位置と一致するように、駆動機構１１を制御する制御信号を出力する。駆動機構１１は、制御信号に従って、レーザ光源３０の位置を変化させることによって、レーザ光の光軸を調整する。ここでは、レーザ光のスポット径が小さいので、レーザ光の光軸が精密に調整される。図１１は、レーザ光の光軸の精密調節後の撮影画像の例を表わす図である。本実施の形態によって、レーザ光の光軸を正しく調整することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、レーザ光の光軸調整時に、レーザ光のスポット径を試料の測定時よりも大きくするので、撮影画像を画像処理することによって撮影画像内にレーザ光のスポット位置を特定することができる。特定したレーザ光のスポット位置に基づいて、レーザ光源３０の位置を自動で移動させることによって、レーザ光の光軸を自動で調整をすることができる。

［第３の実施形態］
図１２は、第３の実施形態の走査型プローブ顕微鏡５１の構成を表わす図である。

第３の実施形態の走査型プローブ顕微鏡５１が、第１の実施形態の走査型プローブ顕微鏡１と相違する点は、第３の実施形態の走査型プローブ顕微鏡５１が、操作部１３に代えて、画像処理部７２と、光軸調整部５３と、駆動機構５２を備える点である。

画像処理部７２は、撮影部１０から出力される撮影画像に基づいて、レーザ光のスポットＳＰの一部または全部の位置を特定する。

光軸調整部５３は、画像処理部７２によって特定されたレーザ光のスポットＳＰの一部または全部の位置に基づいて、駆動機構５２を制御することによって、カンチレバー２が支持されるホルダ１５の位置を変化させることによって、光軸を調整する。

駆動機構５２は、ホルダ１５の位置を変化させることによって、レーザ光の光軸を調整する。

図１３は、第３の実施形態のレーザ光の光軸調整手順を表わすフローチャートである。この光軸調整は、たとえば、カンチレバー２の交換時、および試料９の物性の測定前に実施される。

ステップＳ２０１において、レーザ光調整部２０は、レーザ光のスポット径をＤ１に調整する。

ステップＳ２０２において、レーザ光源３０は、レーザ光を放射する。
ステップＳ２０３において、撮影部１０は、レーザ光の光軸調整時に探針７の位置を含む範囲の撮影を開始する。

ステップＳ２０４において、撮影部１０から出力される撮影画像に基づいて、レーザ光のスポットＳＰの一部または全部の位置を特定する。

ステップＳ２０５において、光軸調整部５３は、スポット径Ｄ１のレーザ光のスポットＳＰの中心の位置が、探針７が取り付けられているカンチレバー２の先端の位置と一致するように、駆動機構５２を制御する制御信号を出力する。駆動機構５２は、制御信号に従って、ホルダ１５の位置を変化させることによって、レーザ光の光軸を調整する。ここでは、レーザ光のスポット径が大きいので、レーザ光の光軸が大まかに調整される。

ステップＳ２０６において、レーザ光調整部２０は、レーザ光のスポット径をＤ２に調整する。

ステップＳ２０７において、撮影部１０から出力される撮影画像に基づいて、レーザ光のスポットＳＰの位置を特定する。

ステップＳ２０８において、光軸調整部７３は、スポット径Ｄ２のレーザ光のスポットＳＰの中心の位置が、探針７が取り付けられているカンチレバー２の先端の位置と一致するように、駆動機構５２を制御する制御信号を出力する。駆動機構５２は、制御信号に従って、ホルダ１５の位置を変化させることによって、レーザ光の光軸を調整する。ここでは、レーザ光のスポット径が小さいので、レーザ光の光軸が精密に調整される。

以上のように、本実施の形態によれば、レーザ光の光軸調整時に、レーザ光のスポット径を試料の測定時よりも大きくするので、撮影画像を画像処理することによって、内にレーザ光のスポット位置を特定することができる。特定したレーザ光のスポット位置に基づいて、カンチレバー２を支持するホルダ１５の位置を自動で移動させることによって、レーザ光の光軸を自動で調整をすることができる。

［第４の実施形態］
図１４は、第４の実施形態の走査型プローブ顕微鏡６１の構成を表わす図である。

第４の実施形態の走査型プローブ顕微鏡６１が、第１の実施形態の走査型プローブ顕微鏡１と相違する点は、第４の実施形態の走査型プローブ顕微鏡６１が、操作部１３に代えて、画像処理部７２と、光軸調整部６３と、駆動機構６２を備える点である。

画像処理部７２は、撮影部１０から出力される撮影画像に基づいて、レーザ光のスポットＳＰの一部または全部の位置を特定する。

光軸調整部６３は、画像処理部７２によって特定されたレーザ光のスポットＳＰの一部または全部の位置に基づいて、駆動機構６２を制御することによって、ビームスプリッタ３との位置を変化させることによって、光軸を調整する。

駆動機構６２は、ビームスプリッタ３の位置を変化させることによって、レーザ光の光軸を調整する。

図１５は、第４の実施形態のレーザ光の光軸調整手順を表わすフローチャートである。この光軸調整は、たとえば、カンチレバー２の交換時、および試料９の物性の測定前に実施される。

ステップＳ３０１において、レーザ光調整部２０は、レーザ光のスポット径をＤ１に調整する。

ステップＳ３０２において、レーザ光源３０は、レーザ光を放射する。
ステップＳ３０３において、撮影部１０は、レーザ光の光軸調整時に探針７の位置を含む範囲の撮影を開始する。

ステップＳ３０４において、撮影部１０から出力される撮影画像に基づいて、レーザ光のスポットＳＰの一部または全部の位置を特定する。

ステップＳ３０５において、光軸調整部５３は、スポット径Ｄ１のレーザ光のスポットＳＰの中心の位置が、探針７が取り付けられているカンチレバー２の先端の位置と一致するように、駆動機構６２を制御する制御信号を出力する。駆動機構６２は、制御信号に従って、ビームスプリッタ３の位置を変化させることによって、レーザ光の光軸を調整する。ここでは、レーザ光のスポット径が大きいので、レーザ光の光軸が大まかに調整される。

ステップＳ３０６において、レーザ光調整部２０は、レーザ光のスポット径をＤ２に調整する。

ステップＳ３０７において、撮影部１０から出力される撮影画像に基づいて、レーザ光のスポットＳＰの位置を特定する。

ステップＳ３０８において、光軸調整部７３は、スポット径Ｄ２のレーザ光のスポットＳＰの中心の位置が、探針７が取り付けられているカンチレバー２の先端の位置と一致するように、駆動機構６２を制御する制御信号を出力する。駆動機構６２は、制御信号に従って、ビームスプリッタ３の位置を変化させることによって、レーザ光の光軸を調整する。ここでは、レーザ光のスポット径が小さいので、レーザ光の光軸が精密に調整される。

以上のように、本実施の形態によれば、レーザ光の光軸調整時に、レーザ光のスポット径を試料の測定時よりも大きくするので、撮影画像を画像処理することによって、内にレーザ光のスポット位置を特定することができる。特定したレーザ光のスポット位置に基づいて、レーザ光を反射させるビームスプリッタ３の位置を自動で移動させることによって、レーザ光の光軸を自動で調整をすることができる。

［第５の実施形態］
本実施の形態では、第２の実施形態の走査型プローブ顕微鏡における制御機能を、走査型プローブ顕微鏡と別の制御装置に設ける。

図１６は、第５の実施形態の測定システムの構成を表わす図である。
測定システムは、走査型プローブ顕微鏡８１と、走査型プローブ顕微鏡８１を制御する制御装置８２を備える。

走査型プローブ顕微鏡８１は、第２の実施形態の走査型プローブ顕微鏡７１のすべての構成要素のうち、レーザ光調整部２０、画像処理部７２、および光軸調整部７３以外の構成要素を備える。

制御装置８２は、レーザ光調整部２０、画像処理部７２、および光軸調整部７３を備える。

本実施の形態では、第２の実施形態の走査型プローブ顕微鏡における制御機能を、走査型プローブ顕微鏡と別の制御装置に設けても、第２の実施形態と同様の効果が得られる。

なお、第１、第３、または第４の実施形態の走査型プローブ顕微鏡における制御機能を、走査型プローブ顕微鏡と別の制御装置に設けても、第１、第３、または第４の実施形態と同様の効果が得られる。

［変形例]
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、たとえば、以下のような変形例も含む。

（１） カンチレバーの形状
図１７は、カンチレバー２の形状の例を表わす図である。図１８は、カンチレバー２の形状の別の例を表わす図である。いずれの場合も、カンチレバー２の先端に探針７が設けられている。試料の物性測定時において、スポット径Ｄ２のレーザ光のスポットＳＰがカンチレバー２の探針７が設けられている先端付近にくるように、レーザ光の光軸が調整される。

（２） 画像処理部および光軸調整部
図１９は、画像処理部７２および光軸調整部７３のハードウエア構成の例を表わす図である。図８の画像処理部７２および光軸調整部７３のハードウエアは、プロセッサ１１００と、プロセッサ１１００とバス１３００で接続されたメモリ１２００とを備える。

ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサ１１００がメモリ１２００に記憶されたプログラムを実行することにより、画像処理部７２および光軸調整部７３が実現される。また、複数のプロセッサおよび複数のメモリが連携して上記構成要素の機能を実行するものとしてもよい。図１２の画像処理部７２および光軸調整部５３、図１４の画像処理部７２および光軸調整部６３、図１６の画像処理部７２および光軸調整部７３も同様である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，５１，６１，７１，８１ 走査型プローブ顕微鏡、２ カンチレバー、３ ビームスプリッタ、４ 反射鏡、５ 光検出器、７ 探針、９ 試料、１０ 撮影部、１１，４４，５２，６２ 駆動機構、１２ 表示部、１３ 操作部、１４ 測定部、１５ ホルダ、２０ レーザ光調整部、３０ レーザ光源、４３ スキャナ、７２ 画像処理部、５３，６３，７３ 光軸調整部、８０ 光学系、８２ 制御装置。

Claims (11)

1. 先端部に探針を有するカンチレバーと、
   レーザ光を前記カンチレバーに照射し、前記カンチレバーで反射されたレーザ光を検出する光学系と、
   前記光学系で検出されるレーザ光の位置の変化によって得られる前記カンチレバーの変位に基づいて、試料の特性を測定する測定部と、
   前記レーザ光の光軸調整時に前記レーザ光のスポット径を前記試料の特性の測定時のスポット径よりも大きくするレーザ光調整部と、
   前記レーザ光の光軸調整時に前記探針の位置を含む範囲を撮影するための撮影部と、
   前記撮影部で生成された画像を表示する表示部とを備えた、走査型プローブ顕微鏡。
2. 先端部に探針を有するカンチレバーと、
   レーザ光を前記カンチレバーに照射し、前記カンチレバーで反射されたレーザ光を検出する光学系と、
   前記光学系で検出されるレーザ光の位置の変化によって得られる前記カンチレバーの変位に基づいて、試料の特性を測定する測定部と、
   前記レーザ光の光軸調整時に前記レーザ光のスポット径を前記試料の特性の測定時のスポット径よりも大きくするレーザ光調整部と、
   前記レーザ光の光軸調整時に前記探針の位置を含む範囲を撮影するための撮影部と、
   前記撮影部で生成された画像において、前記レーザ光のスポットの一部または全部の位置を特定する画像処理部と、
   前記特定された位置に基づいて、前記レーザ光の光軸を調整する光軸調整部とを備えた、走査型プローブ顕微鏡。
3. 前記光学系は、
   前記レーザ光を放射する光源と、
   前記レーザ光を検出する光検出器と、
   前記光源から出射されたレーザ光をカンチレバーの方向へ反射する第１のミラーと、
   前記カンチレバーで反射されたレーザ光を光検出器の方向へ反射する第２のミラーとを含む、請求項２記載の走査型プローブ顕微鏡。
4. 前記光軸調整部は、前記特定された位置に基づいて、前記光源の位置を移動させることによって、前記レーザ光の光軸を調整する、請求項３記載の走査型プローブ顕微鏡。
5. 前記光軸調整部は、前記特定された位置に基づいて、前記カンチレバーの位置を移動させることによって、前記レーザ光の光軸を調整する、請求項３記載の走査型プローブ顕微鏡。
6. 前記光軸調整部は、前記特定された位置に基づいて、前記第１のミラーの位置を移動させることによって、前記レーザ光の光軸を調整する、請求項３記載の走査型プローブ顕微鏡。
7. 前記レーザ光調整部は、前記レーザ光の光軸調整時に前記レーザ光の強度を前記撮影部で検出できる感度限界以上とする、請求項２記載の走査型プローブ顕微鏡。
8. 前記光軸調整部は、前記画像において、前記レーザ光のスポットの中心の位置が、前記カンチレバーの先端の位置と一致するように、前記レーザ光の光軸を調整する、請求項２記載の走査型プローブ顕微鏡。
9. 前記調整後に、さらに、前記レーザ光調整部は、前記レーザ光のスポット径を前記試料の特性の測定時のスポット径と同じにするとともに、前記光軸調整部は、前記画像において、縮小された前記レーザ光のスポットの中心の位置が、前記カンチレバーの先端の位置と一致するように、前記レーザ光の光軸を調整する、請求項７記載の走査型プローブ顕微鏡。
10. 前記画像処理部は、前記画像内において、画素の色に基づいて、前記レーザ光のスポットの一部または全部の位置を特定する、請求項２記載の走査型プローブ顕微鏡。
11. 走査型プローブ顕微鏡の制御装置であって、
    前記走査型プローブ顕微鏡は、
    先端部に探針を有するカンチレバーと、
    レーザ光を前記カンチレバーに照射し、前記カンチレバーで反射されたレーザ光を検出する光学系と、
    前記光学系で検出されるレーザ光の位置の変化によって得られる前記カンチレバーの変位に基づいて、試料の特性を測定する測定部と、
    前記レーザ光の光軸調整時に前記探針の位置を含む範囲を撮影するための撮影部とを備え、
    前記制御装置は、
    前記レーザ光の光軸調整時に前記レーザ光のスポット径を前記試料の特性の測定時のスポット径よりも大きくするレーザ光調整部と、
    前記撮影部で生成された画像において、前記レーザ光のスポットの一部または全部の位置を特定する画像処理部と、
    前記特定された位置に基づいて、前記レーザ光の光軸を調整する光軸調整部とを備えた、走査型プローブ顕微鏡の制御装置。

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