JPH04332805A - 微小変位検出装置 - Google Patents
微小変位検出装置Info
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- JPH04332805A JPH04332805A JP10303091A JP10303091A JPH04332805A JP H04332805 A JPH04332805 A JP H04332805A JP 10303091 A JP10303091 A JP 10303091A JP 10303091 A JP10303091 A JP 10303091A JP H04332805 A JPH04332805 A JP H04332805A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- probe
- light
- signal
- optical system
- beam splitter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 57
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 16
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229910021532 Calcite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は原子間力を用いた表面形
状測定、すなわち探針と試料間に働く原子間力の変化に
よるナノメートル以下の微小な探針の変位を測定する微
小変位検出装置に関する。
状測定、すなわち探針と試料間に働く原子間力の変化に
よるナノメートル以下の微小な探針の変位を測定する微
小変位検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】以下に従来の微小変位測定装置の一例を
図面を参照しながら説明する。
図面を参照しながら説明する。
【０００３】図３は従来の探針による微小変位検出装置
の構成図である。図において、１は光源２より出射され
た光、３はビームスプリッタ、４はレンズ、６は探針ホ
ルダ５によって片持ち梁状に支持された探針、７は試料
、８は探針６と試料７とに働く原子間力を一定に保持し
、２次元方向に探針６が試料７を走査するように移動す
るＸＹＺスキャナ、９は光検出器である。
の構成図である。図において、１は光源２より出射され
た光、３はビームスプリッタ、４はレンズ、６は探針ホ
ルダ５によって片持ち梁状に支持された探針、７は試料
、８は探針６と試料７とに働く原子間力を一定に保持し
、２次元方向に探針６が試料７を走査するように移動す
るＸＹＺスキャナ、９は光検出器である。
【０００４】以上のように構成された微小変位検出装置
について以下にその動作を説明する。
について以下にその動作を説明する。
【０００５】光源２より出射された光１はビームスプリ
ッタ３、レンズ４を透過し探針６に達する。探針６に達
した光１は探針６上に形成された反射面により反射され
、再度レンズ４を透過し、ビームスプリッタ３により光
源２の方向と異なる方向に導かれ、光検出器９に達する
。この時、レンズ４により光検出器９上に集光される。
ッタ３、レンズ４を透過し探針６に達する。探針６に達
した光１は探針６上に形成された反射面により反射され
、再度レンズ４を透過し、ビームスプリッタ３により光
源２の方向と異なる方向に導かれ、光検出器９に達する
。この時、レンズ４により光検出器９上に集光される。
【０００６】試料７を保持しているＸＹＺスキャナ８は
探針６と試料７とに働く原子間力を一定に保持し、かつ
、探針６が試料７を走査するように移動する。
探針６と試料７とに働く原子間力を一定に保持し、かつ
、探針６が試料７を走査するように移動する。
【０００７】探針６が試料７に接近すると片持ち梁状の
探針６が原子間力によりたわみ、探針６の角度が変化す
る。この角度の変化により探針６上で反射された光１は
方向が変わり、光検出器９上のビームスポット位置が変
化する。この位置の変位を光検出器９により検出し探針
６の微小変位を検出する。
探針６が原子間力によりたわみ、探針６の角度が変化す
る。この角度の変化により探針６上で反射された光１は
方向が変わり、光検出器９上のビームスポット位置が変
化する。この位置の変位を光検出器９により検出し探針
６の微小変位を検出する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では、温度，湿度，気圧等の条件の変化に伴い
空気中の屈折率が変化した（空気のゆらぎ）場合、探針
が実際に変位していないのにもかかわらず変位したよう
な信号が出力されたり、また探針が変位しても正確な信
号が出力されない。
うな構成では、温度，湿度，気圧等の条件の変化に伴い
空気中の屈折率が変化した（空気のゆらぎ）場合、探針
が実際に変位していないのにもかかわらず変位したよう
な信号が出力されたり、また探針が変位しても正確な信
号が出力されない。
【０００９】また、レンズ，光源等の光学系が外乱振動
により実際の探針の変位と異なる検出が行われ、誤差と
なる問題がある。
により実際の探針の変位と異なる検出が行われ、誤差と
なる問題がある。
【００１０】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、空気のゆらぎ、外乱振動が生ずる場合でも高精度な
微小変位検出を行う微小変位検出装置の提供を目的とす
る。
で、空気のゆらぎ、外乱振動が生ずる場合でも高精度な
微小変位検出を行う微小変位検出装置の提供を目的とす
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の微小変位検出装置は、光が、偏光方向により
異なる方向に分離するプリズムを透過し、一方の光が片
持ち梁状に支持された探針の先端付近で、他方の光が探
針の付け根付近で反射し、この２つの光が、偏光方向に
より異なる方向に分離する偏光ビームスプリッタを透過
するように構成するものである。
に本発明の微小変位検出装置は、光が、偏光方向により
異なる方向に分離するプリズムを透過し、一方の光が片
持ち梁状に支持された探針の先端付近で、他方の光が探
針の付け根付近で反射し、この２つの光が、偏光方向に
より異なる方向に分離する偏光ビームスプリッタを透過
するように構成するものである。
【００１２】
【作用】上記微小変位検出装置によれば、プリズムに光
を透過し分離させた偏光の異なる２つの光のうち、一方
を探針の先端付近で、他方を探針の付け根付近で反射す
るよう構成するため２つの光はほぼ同一の光路をとる。
を透過し分離させた偏光の異なる２つの光のうち、一方
を探針の先端付近で、他方を探針の付け根付近で反射す
るよう構成するため２つの光はほぼ同一の光路をとる。
【００１３】この２つの光を偏光ビームスプリッタによ
り異方向に分離させてそれぞれの信号を検出し、探針の
先端付近で反射した光の信号から探針の付け根付近で反
射した光の信号を減算することにより、探針の変位で生
じた角度の変化の成分と、空気のゆらぎおよび外乱振動
による成分が混合された信号から空気のゆらぎおよび外
乱振動による成分が差し引かれる。従って、空気のゆら
ぎおよび外乱振動の影響がとり除かれた、探針の変位で
生じた角度の変化の信号のみを得ることができる。
り異方向に分離させてそれぞれの信号を検出し、探針の
先端付近で反射した光の信号から探針の付け根付近で反
射した光の信号を減算することにより、探針の変位で生
じた角度の変化の成分と、空気のゆらぎおよび外乱振動
による成分が混合された信号から空気のゆらぎおよび外
乱振動による成分が差し引かれる。従って、空気のゆら
ぎおよび外乱振動の影響がとり除かれた、探針の変位で
生じた角度の変化の信号のみを得ることができる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の微小変位検出装置の一実施例
を図面を参照しながら説明する。
を図面を参照しながら説明する。
【００１５】図１は本発明の微小変位検出装置の一実施
例の構成図である。図において、１０はレーザ発生器１
１より射出されたレーザ光、１２はビームスプリッタ。 １３は偏光方向により異なる方向に分離するプリズム、
１４はレンズ、１６は探針ホルダ１５によって片持ち梁
状に支持された探針であり、レーザ発生器に対するよう
に反射面を有しており、１７は試料、１８は原子間力を
一定に保持し、２次元方向に探針１６が走査するように
移動するＸＹＺスキャナ、１９は偏光方向により異なる
方向に分離する偏光ビームスプリッタ、２０，２１は光
検出器、２２，２３，２４は減算器、２５，２６は加算
器、２７，２８は除算器で、点線で囲まれたこれらの演
算器が信号処理回路２９を構成する。
例の構成図である。図において、１０はレーザ発生器１
１より射出されたレーザ光、１２はビームスプリッタ。 １３は偏光方向により異なる方向に分離するプリズム、
１４はレンズ、１６は探針ホルダ１５によって片持ち梁
状に支持された探針であり、レーザ発生器に対するよう
に反射面を有しており、１７は試料、１８は原子間力を
一定に保持し、２次元方向に探針１６が走査するように
移動するＸＹＺスキャナ、１９は偏光方向により異なる
方向に分離する偏光ビームスプリッタ、２０，２１は光
検出器、２２，２３，２４は減算器、２５，２６は加算
器、２７，２８は除算器で、点線で囲まれたこれらの演
算器が信号処理回路２９を構成する。
【００１６】次に、上記装置の動作について説明する。
レーザ発生器１１から出射した直線偏光の偏光面が図１
の紙面に対して４５°傾いたレーザ光１０は、ビームス
プリッタ１２を透過し、偏光方向により分離角の異なる
ウォーラストンプリズム１３に入射され、Ｐ，Ｓの偏光
方向により異なった方向に分離される。
の紙面に対して４５°傾いたレーザ光１０は、ビームス
プリッタ１２を透過し、偏光方向により分離角の異なる
ウォーラストンプリズム１３に入射され、Ｐ，Ｓの偏光
方向により異なった方向に分離される。
【００１７】ウォーラストンプリズム１３により上方に
分離されたＰ偏光のレーザ光１０ａは、レンズ１４を通
して探針１６上の先端付近に集光し反射され、再度レン
ズ１４とウォーラストンプリズム１３を通りビームスプ
リッタ１２により偏光ビームスプリッタ１９に導かれ、
ここで分離されて光検出器２０に集光し、１次元位置が
検出される。
分離されたＰ偏光のレーザ光１０ａは、レンズ１４を通
して探針１６上の先端付近に集光し反射され、再度レン
ズ１４とウォーラストンプリズム１３を通りビームスプ
リッタ１２により偏光ビームスプリッタ１９に導かれ、
ここで分離されて光検出器２０に集光し、１次元位置が
検出される。
【００１８】この検出は従来例と同様であり、片持ち梁
状の探針１６が試料１７との間に働く原子間力により試
料１７の表面形状に応じてたわみ、探針１６の角度が変
化することに起因する光検出器２０上のビームスポット
位置の変位を検出する。
状の探針１６が試料１７との間に働く原子間力により試
料１７の表面形状に応じてたわみ、探針１６の角度が変
化することに起因する光検出器２０上のビームスポット
位置の変位を検出する。
【００１９】次いで、検出された信号は減算器２２，加
算器２５，除算器２７を用いてレーザ発生器１１の信号
強度の変化の影響を受けないように演算され電気信号に
変換される。
算器２５，除算器２７を用いてレーザ発生器１１の信号
強度の変化の影響を受けないように演算され電気信号に
変換される。
【００２０】一方、ウォーラストンプリズム１３により
下方に分離されたＳ偏光のレーザ光１０ｂは、レンズ１
４を通して探針１６上の付け根付近に集光し反射され、
再度レンズ１４とウォーラストンプリズム１３を通りビ
ームスプリッタ１２により偏光ビームスプリッタ１９に
導かれ、ここで分離されて光検出器２１に集光し、１次
元位置が検出され、減算器２３，加算器２６，除算器２
８を用いてレーザ発生器１１の信号強度の変化の影響を
受けないように演算され電気信号に変換される。
下方に分離されたＳ偏光のレーザ光１０ｂは、レンズ１
４を通して探針１６上の付け根付近に集光し反射され、
再度レンズ１４とウォーラストンプリズム１３を通りビ
ームスプリッタ１２により偏光ビームスプリッタ１９に
導かれ、ここで分離されて光検出器２１に集光し、１次
元位置が検出され、減算器２３，加算器２６，除算器２
８を用いてレーザ発生器１１の信号強度の変化の影響を
受けないように演算され電気信号に変換される。
【００２１】光検出器２０では、探針の変位で生じた角
度の変化の成分と、空気のゆらぎ及び光学系の振動ノイ
ズの成分の混合された信号が検出される。一方、光検出
器２１では、空気のゆらぎ及び光学系の振動ノイズの成
分よりなる信号が検出される。従って、光検出器２０で
検出された信号から光検出器２１で検出された信号を信
号処理回路の減算器２４にて減算を行うことにより、空
気のゆらぎ，光学系の振動ノイズ成分のない高精度な微
小変位信号を得ることができる。
度の変化の成分と、空気のゆらぎ及び光学系の振動ノイ
ズの成分の混合された信号が検出される。一方、光検出
器２１では、空気のゆらぎ及び光学系の振動ノイズの成
分よりなる信号が検出される。従って、光検出器２０で
検出された信号から光検出器２１で検出された信号を信
号処理回路の減算器２４にて減算を行うことにより、空
気のゆらぎ，光学系の振動ノイズ成分のない高精度な微
小変位信号を得ることができる。
【００２２】また、図２は図１のプリズム１３とレンズ
１４の位置を入れ換え、プリズム１４としてカルサイト
プリズム等を用いた構成にしても同様の効果が得られる
。
１４の位置を入れ換え、プリズム１４としてカルサイト
プリズム等を用いた構成にしても同様の効果が得られる
。
【００２３】なお、本実施例ではプリズム１４として、
ウォーラストンプリズム，カルサイトプリズムを用いた
が、Ｐ偏光及びＳ偏光のレーザ光１０が探針の先端付近
及び付け根付近で集光し反射し、かつ光検出器２１上で
集光するように構成すれば他のプリズムを用いてもよい
。
ウォーラストンプリズム，カルサイトプリズムを用いた
が、Ｐ偏光及びＳ偏光のレーザ光１０が探針の先端付近
及び付け根付近で集光し反射し、かつ光検出器２１上で
集光するように構成すれば他のプリズムを用いてもよい
。
【００２４】
【発明の効果】以上のように本発明の微小変位検出装置
は、プリズムと偏光ビームスプリッタを利用した光学系
で構成され、探針の変位で生じた角度の変化の成分と空
気のゆらぎ及び光学系の振動ノイズによる成分が混合し
た信号と、空気のゆらぎ及び光学系の振動ノイズによる
成分からなる信号とを別々に求め、両者を演算処理する
ことにより空気のゆらぎ及び光学系の振動ノイズ成分の
影響を取除いた微小変位信号を得る。
は、プリズムと偏光ビームスプリッタを利用した光学系
で構成され、探針の変位で生じた角度の変化の成分と空
気のゆらぎ及び光学系の振動ノイズによる成分が混合し
た信号と、空気のゆらぎ及び光学系の振動ノイズによる
成分からなる信号とを別々に求め、両者を演算処理する
ことにより空気のゆらぎ及び光学系の振動ノイズ成分の
影響を取除いた微小変位信号を得る。
【００２５】その結果、空気のゆらぎ，光学系の振動が
生ずる場合でも高精度な微小変位検出を行える。
生ずる場合でも高精度な微小変位検出を行える。
【図１】本発明の一実施例における微小変位検出装置の
構成図
構成図
【図２】同実施例における微小変位検出装置の光学系の
他の構成を示す構成図
他の構成を示す構成図
【図３】従来の微小変位検出装置の構成図
１０ レーザ光
１１ レーザ発生器
１２ ビームスプリッタ
１３ ウォーラストンプリズム
１６ 探針
１９ 偏光ビームスプリッタ
２０，２１ 光検出器
２９ 信号処理回路
Claims (2)
- 【請求項１】 光源と、前記光源から出射された光を
偏光方向により異なる方向に分離し、集光する光学系と
、前記光学系を通過した光の集光位置に配され、その先
端付近と付け根付近に反射面を備え、かつ片持ち梁状に
支持された探針と、前記探針の反射面により反射され、
前記光学系を透過した光を前記光源とは異なる方向に導
くビームスプリッタと、前記ビームスプリッタにより導
かれた光を偏光方向に応じて異なる方向に分離する偏光
ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタにより
分離されたそれぞれの光の位置信号を検出する２つの光
検出器と、前記光検出器により検出された位置信号にお
いて、前記探針の先端付近で反射された光による位置信
号から前記探針の付け根付近で反射された光による位置
信号を減算する信号処理回路とを備えた微小変位検出装
置。 - 【請求項２】 プリズムとレンズとで光学系を構成し
た請求項１記載の微小変位検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10303091A JPH04332805A (ja) | 1991-05-09 | 1991-05-09 | 微小変位検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10303091A JPH04332805A (ja) | 1991-05-09 | 1991-05-09 | 微小変位検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04332805A true JPH04332805A (ja) | 1992-11-19 |
Family
ID=14343257
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10303091A Pending JPH04332805A (ja) | 1991-05-09 | 1991-05-09 | 微小変位検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04332805A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0712936A (ja) * | 1993-06-28 | 1995-01-17 | Nec Corp | 光波測距装置 |
-
1991
- 1991-05-09 JP JP10303091A patent/JPH04332805A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0712936A (ja) * | 1993-06-28 | 1995-01-17 | Nec Corp | 光波測距装置 |
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