JPH0312520A - 微小振動測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、電子顕微鏡等の超精密理化学機器における微
小振動を検出するための微小振動検出装置に関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］従来、
電子顕微鏡等の超精密理化学機器においては、極微小な
振動であっても装置に悪影響をおよぼすため、装置の振
動対策は重要なものとされている。そのため、装置の設
計時には除振対策のために最大の注意を払っている。元
来、電子顕微鏡等の装置は数Ｈｚから数十ＫＨｚの固有
振動を有しているが、振動に強い装置を作製するために
は装置のどの部分で振動に強いか弱いかを調べることが
必要である。その方法としては、種々の振動ピックアッ
プを使用して、その伝達率などを測定して問題箇所を特
定するか、あるいは構造解析シミュミレーションなどを
用いて固有振動の低そうな部分を探し出しており、経験
的に行なっていることが多い。しかしながら、このよう
な作業では電子顕微鏡等の原子像に悪影響をおよぼすよ
うな微小振動の１ｌｐ１定が困難であると共に、測定作
業に非常に手間がかかることが問題となっている。

本発明は、上述した問題点を考慮し、電子顕微鏡などの
超精密理化学機器における微小振動を容易に検出するこ
とのできる微小振動検出装置を提供することを目的とし
ている。

口課題を解決するための手段］ 本発明は、被測定物上を非接触で走査して振動を与える
音波発生手段と、該被測定物の任意の位置に該被測定物
に対向して非接触で配置された尖鋭探針及び該探針を駆
動するための圧電素子と前記被測定物と探針との間に流
れるトンネル電流を検出するトンネル電流検出手段とか
らなる振動検出ユニットと、該振動検出ユニットの検出
信号を表示する表示手段とを備え、該振動検出ユニット
の検出信号を前記音波発生手段を介して被測定物に帰還
して前記音波発生手段と前記被ａ−１定物と振動検出ユ
ニットによる共振ループ回路を構成したことを特徴とし
ている。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図は本発明の一実施例を説明するための装置構成図、第
２図は他の実施例を説明するための図である。

第１図において、１は被測定物、２は探針３、探針保持
部材４、探針駆動用ピエゾ素子５、トンネル電流検出装
置６からなる振動検出ユニット、７は波形表示装置、８
は増幅器、９はスピーカー１０は導波管、１１はスペク
トラムアナライザーである。

被測定物１に対向して設けられた振動検出ユニット２の
探針３は、粗動機構（図示せず）によって探針３と被測
定物１との間にトンネル電流工が流れる距離まで接近さ
れる。該探針３は探針保持部材４に保持されおり、該保
持部材４は探針駆動用ピエゾ素子５上に取り付けられて
いる。該探針３は該探針駆動用ピエゾ素子５によって被
測定物１の表面に接近または表面から後退する方向に移
動され、探針３と被測定物１間の距離が変化される。そ
して、その移動はトンネル電流検出手段６によって検出
されたトンネル電流Ｉが常に一定に保たれるように制御
される。

ところで、走査型トンネル顕微鏡等におけるトンネル電
流■については、次の式が成り立つことが知られている
。

１ｃｃ６）（ｐ　（−Ａｅφｌ’２１１Ｓ）上式におい
て、Ａは定数、φは仕事関数、Ｓは探針先端と被測定物
表面間の距離である。ここで、Ｓが約１オングストロー
ム変化した場合、トンネル電流Ｉは１桁変化することに
なる。上述したように被測定物１に探針３を対向して設
けた場合、被測定物表面の微小振動による変位はＳの変
化となり、トンネル電流の変化として現われる。

従って、該トンネル電流ｌが一定に保たれるように探針
３と被測定物１間の距離を探針駆動用ピエゾ素子５によ
って制御すれば、該ピエゾ素子５の駆動信号が被測定物
の微小振動に対応した信号となる。

そこで、第１図に示す被測定物１が固有振動を有してい
る場合、被測定物１の固有振動数は振動検出ユニット２
のピエゾ素子５の駆動信号に対応して得られる。そして
、該駆動信号は波形表示装置７に表示されると共に、増
幅器８を介してスピーカー９に供給される。そのため、
固有振動数に応じた音波がスピーカー９より発生され、
該音波がスピーカー９の前部に取り付けられた先細りの
導波管４を介して被測定物１の表面の狭い領域に照射さ
れる。これにより、振動検出ユニット２によって検出さ
れた被測定物１の固有振動に対応した信号が増幅器８に
よって増幅され、スピーカー９から音波によって被測定
物１に帰還されるループ回路が形成される。

そのため、前記被測定物の固有振動に対応した音波が被
測定物１中の振動に弱い部分に照射された場合には、該
被測定物１の振動は共振状態となり、その共振状態が波
形表示装置７に表示される。

従って、前記波形表示装置７に表示される固有振動に対
応した信号の波形を観察しながら、スピーカー９及び導
波管１０を、例えば手動により被測定物１の表面に沿っ
て移動させれば、被測定物１中の振動に弱い部分を容易
に特定することができる。また、該波形を波形表示装置
７に接続されたスペクトラムアナライザー１１によって
解析すれば、周波数や振動強度についての解析を行なう
ことができる。

次に、第２図に基づいて他の実施例を説明する。

第２図に示す実施例が第１図に示す実施例と異なるのは
、増幅器８の入力信号に周波数ジェネレータ１２が接続
されており、該周波数ジェネレータ１２によって発生さ
れた信号が、増幅器８によって増幅されて、スピーカー
９から音波によって被測定物１に照射されるように構成
されている点である。

前記被ｉ？Ｉ定物のある測定位置において、固有振動数
が十分高く前記振動検出ユニット２から出力された固有
振動に対応した信号が安定している場合には、該安定状
態を乱さないような周波数の信号、即ち、固有振動数に
一致した周波数の信号を周波数ジェネレータ１２におい
て発生し、振動検出ユニット２から出力された信号に同
位相で重畳すれば、波形に乱れが生じないことが確認で
きるので該周波数ジェネレータ１２に設定された信号の
周波数によって被測定物の固有振動数を特定することが
できる。

尚、上述した実施例は、本発明の一実施例に過ぎず、本
発明は種々変形して実施することができる。例えば、上
述した実施例においては、振動検出ユニットを被測定物
の外側に配置したが、被測定物の内部に空間があれば、
被ハｊ定物の内部に該振動検出ユニットを配置しても良
い。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、被測
定物上を非接触で走査して振動を与える音波発生手段と
、該被測定物の任意の位置に該被測定物に対向して非接
触で配置された尖鋭探針及び該探針を駆動するための圧
電素子と前記被測定物と探針との間に流れるトンネル電
流を検出するトンネル電流検出手段とからなる振動検出
ユニットと、該振動検出ユニットの検出信号を表示する
表示手段とを備えたことにより、被測定物の微小な固有
振動を検出することができる。そして、該振動検出ユニ
ットの検出信号を前記音波発生手段を介して被測定物に
帰還した前記音波発生手段と前記被測定物と前記振動検
出ユニットによる共振ループ回路を構成したことにより
、被測定物中の振動に弱い部分を容易に特定することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するための装置構成図
、第２図は他の実施例を説明するための図である。 １：被ｎｊ定物　　　　　２：振動検出ユニット３：探
針　　　　　　　４：探針保持部材５：探針駆動用ピエ
ゾ素子 ６：トンネル電流検出装置 ７：波形表示装置　　　８：増幅器 ９ニスビーカー　　　１０：導波管 １１ニスペクトラムアナライザー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被測定物上を非接触で走査して振動を与える音波発生手
   段と、該被測定物の任意の位置に該被測定物に対向して
   非接触で配置された尖鋭探針及び該探針を駆動するため
   の圧電素子と前記被測定物と探針との間に流れるトンネ
   ル電流を検出するトンネル電流検出手段とからなる振動
   検出ユニットと、該振動検出ユニットの検出信号を表示
   する表示手段とを備え、該振動検出ユニットの検出信号
   を前記音波発生手段を介して被測定物に帰還して前記音
   波発生手段と前記被測定物と振動検出ユニットによる共
   振ループ回路を構成したことを特徴とする微小振動測定
   装置。