JPH06273428A - 物理量測定センサ - Google Patents
物理量測定センサInfo
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- JPH06273428A JPH06273428A JP6451993A JP6451993A JPH06273428A JP H06273428 A JPH06273428 A JP H06273428A JP 6451993 A JP6451993 A JP 6451993A JP 6451993 A JP6451993 A JP 6451993A JP H06273428 A JPH06273428 A JP H06273428A
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- sensor
- measurement
- vibration
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 外的な振動の影響を除去して測定物との間に
作用する力を測定することが可能な物理量測定センサを
提供する。 【構成】 先端部に探針２４の形成された梁２３とこの
梁２３の振動量を検知する振動量検出素子２５とよりな
る振動センサ部２２を有し、この振動センサ部２２の梁
２３の振動量の変化により測定物２７表面と探針２４と
の間に働く力を直接的又は間接的に検出することにより
測定物２７の表面状態を測定する物理量測定センサにお
いて、振動センサ部２２を有し測定物２７表面と梁２３
との間に作用する物理量を計測する少なくとも一つ以上
の計測用振動センサ１７と、振動センサ部２２を有し梁
２３の周囲に作用する外的な振動を計測する少なくとも
一つ以上の補正用振動センサ１８とを備え、これら計測
用振動センサ１７と補正用振動センサ１８とを同一基板
上に近接して配置した。
作用する力を測定することが可能な物理量測定センサを
提供する。 【構成】 先端部に探針２４の形成された梁２３とこの
梁２３の振動量を検知する振動量検出素子２５とよりな
る振動センサ部２２を有し、この振動センサ部２２の梁
２３の振動量の変化により測定物２７表面と探針２４と
の間に働く力を直接的又は間接的に検出することにより
測定物２７の表面状態を測定する物理量測定センサにお
いて、振動センサ部２２を有し測定物２７表面と梁２３
との間に作用する物理量を計測する少なくとも一つ以上
の計測用振動センサ１７と、振動センサ部２２を有し梁
２３の周囲に作用する外的な振動を計測する少なくとも
一つ以上の補正用振動センサ１８とを備え、これら計測
用振動センサ１７と補正用振動センサ１８とを同一基板
上に近接して配置した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、走査型顕微鏡や表面電
位計などの分野において利用される物理量測定センサに
関する。
位計などの分野において利用される物理量測定センサに
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、探針をもつ梁状のセンサを用い、
その梁の先端部とこれに対向する測定物の表面との間に
作用する原子間力を直接的又は間接的に検出し、これに
より測定物の表面状態を測定する種々の装置が提案され
ている。例えば、第一の従来例として、「ATOMIC FORCE
MICROSCOPY USING A PIEZORESISTIVE CANTILEVER」 な
るタイトルでＩＥＥＥ（1991）に開示されているものが
ある。これを、図６及び図７に基づいて説明する。図６
（ａ）（ｂ）に示すように、単結晶シリコンよりなる基
台１の表裏両面には酸化シリコン膜２ａ，２ｂが塗布さ
れ、この上部には単結晶シリコンよりなる片持ち梁３が
形成されている。この片持ち梁３上にはピエゾ抵抗４が
Ｕ字形に形成されている。この片持ち梁３のつけ根に
は、金属配線５がなされている。また、図７に示すよう
に、ピエゾ抵抗４の抵抗値の変化を検出するためのブリ
ッジ回路６が設けられている。そして、今、片持ち梁３
の先端部と図示しない測定部の表面との間に原子間力が
作用するとその片持ち梁３の先端部が曲がり、この曲が
りをピエゾ抵抗４の抵抗値の変化としてブリッジ回路６
のａｂ間で電位差Ｖとして検出することにより、片持ち
梁３の先端部と測定物との間に働く分子間力を測定し、
これにより顕微鏡像を得ている。
その梁の先端部とこれに対向する測定物の表面との間に
作用する原子間力を直接的又は間接的に検出し、これに
より測定物の表面状態を測定する種々の装置が提案され
ている。例えば、第一の従来例として、「ATOMIC FORCE
MICROSCOPY USING A PIEZORESISTIVE CANTILEVER」 な
るタイトルでＩＥＥＥ（1991）に開示されているものが
ある。これを、図６及び図７に基づいて説明する。図６
（ａ）（ｂ）に示すように、単結晶シリコンよりなる基
台１の表裏両面には酸化シリコン膜２ａ，２ｂが塗布さ
れ、この上部には単結晶シリコンよりなる片持ち梁３が
形成されている。この片持ち梁３上にはピエゾ抵抗４が
Ｕ字形に形成されている。この片持ち梁３のつけ根に
は、金属配線５がなされている。また、図７に示すよう
に、ピエゾ抵抗４の抵抗値の変化を検出するためのブリ
ッジ回路６が設けられている。そして、今、片持ち梁３
の先端部と図示しない測定部の表面との間に原子間力が
作用するとその片持ち梁３の先端部が曲がり、この曲が
りをピエゾ抵抗４の抵抗値の変化としてブリッジ回路６
のａｂ間で電位差Ｖとして検出することにより、片持ち
梁３の先端部と測定物との間に働く分子間力を測定し、
これにより顕微鏡像を得ている。
【０００３】第二の従来例として、「charge storge in
a nitride-oxide-silicon mediumby scanning」なるタ
イトルでＪ.Ａppl.Ｐhys 70(5)、1 September 1991 に
開示されているものがある。これを、図８に基づいて説
明する。基台７ａに支持された導電性の片持ち梁７の先
端部には導電性の探針８が形成されている。この探針８
に対向した位置には測定物９が配置されている。この測
定物９は圧電素子スキャナ１０によって移動でき測定位
置を変えることができる。この圧電素子スキャナ１０
と、前記片持ち梁７を駆動する電気回路１１とは、コン
トローラ１２により駆動制御されている。そして、今、
導電性の探針８と測定物９の表面との間に原子間力が作
用するとその片持ち梁７が曲がり、この曲がりを探針８
とは反対側の面に貼付けられたミラー１３とこれにレー
ザビームを入射させるレーザ光源１４とレーザビームを
検出する受光素子（ＰＳＤ）１５とより構成されるいわ
ゆる「光テコ法」により求め、その後アンプ１６を介し
てコントローラ１２に送ることによって曲がり量を算出
し、これにより片持ち梁７の先端部と測定物９との間に
働く静電引力を測定している。
a nitride-oxide-silicon mediumby scanning」なるタ
イトルでＪ.Ａppl.Ｐhys 70(5)、1 September 1991 に
開示されているものがある。これを、図８に基づいて説
明する。基台７ａに支持された導電性の片持ち梁７の先
端部には導電性の探針８が形成されている。この探針８
に対向した位置には測定物９が配置されている。この測
定物９は圧電素子スキャナ１０によって移動でき測定位
置を変えることができる。この圧電素子スキャナ１０
と、前記片持ち梁７を駆動する電気回路１１とは、コン
トローラ１２により駆動制御されている。そして、今、
導電性の探針８と測定物９の表面との間に原子間力が作
用するとその片持ち梁７が曲がり、この曲がりを探針８
とは反対側の面に貼付けられたミラー１３とこれにレー
ザビームを入射させるレーザ光源１４とレーザビームを
検出する受光素子（ＰＳＤ）１５とより構成されるいわ
ゆる「光テコ法」により求め、その後アンプ１６を介し
てコントローラ１２に送ることによって曲がり量を算出
し、これにより片持ち梁７の先端部と測定物９との間に
働く静電引力を測定している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、原子
間力を検出する検出部は、第一の従来例では単結晶シリ
コンにより作成された片持ち梁３の変位をピエゾ抵抗４
の抵抗変化として検出し、第二の従来例では片持ち梁７
の変位を光テコ法により検出しているため、いずれも装
置の小型化を達成することは可能である。しかし、この
ような検出方法では、外的な振動に弱いばかりでなく、
暗振動（本来の原子間力以外の微弱な振動）の多い場合
や、突発的な外乱による振動が測定結果のノイズとして
誤検出されてしまうことになり、精密な測定を行うこと
ができない。
間力を検出する検出部は、第一の従来例では単結晶シリ
コンにより作成された片持ち梁３の変位をピエゾ抵抗４
の抵抗変化として検出し、第二の従来例では片持ち梁７
の変位を光テコ法により検出しているため、いずれも装
置の小型化を達成することは可能である。しかし、この
ような検出方法では、外的な振動に弱いばかりでなく、
暗振動（本来の原子間力以外の微弱な振動）の多い場合
や、突発的な外乱による振動が測定結果のノイズとして
誤検出されてしまうことになり、精密な測定を行うこと
ができない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、先端部に探針が形成された梁とこの梁の振動量を検
知する振動量検出素子とよりなる振動センサ部を有し、
この振動センサ部の前記梁の振動量の変化により測定物
表面と前記探針との間に働く力を直接的又は間接的に検
出することにより前記測定物の表面状態を測定する物理
量測定センサにおいて、前記振動センサ部を有し前記測
定物表面と前記梁との間に作用する物理量を計測する少
なくとも一つ以上の計測用振動センサと、前記振動セン
サ部を有し前記梁の周囲に作用する外的な振動を計測す
る少なくとも一つ以上の補正用振動センサとを備え、こ
れら計測用振動センサと補正用振動センサとを同一基板
上に近接して配置した。
は、先端部に探針が形成された梁とこの梁の振動量を検
知する振動量検出素子とよりなる振動センサ部を有し、
この振動センサ部の前記梁の振動量の変化により測定物
表面と前記探針との間に働く力を直接的又は間接的に検
出することにより前記測定物の表面状態を測定する物理
量測定センサにおいて、前記振動センサ部を有し前記測
定物表面と前記梁との間に作用する物理量を計測する少
なくとも一つ以上の計測用振動センサと、前記振動セン
サ部を有し前記梁の周囲に作用する外的な振動を計測す
る少なくとも一つ以上の補正用振動センサとを備え、こ
れら計測用振動センサと補正用振動センサとを同一基板
上に近接して配置した。
【０００６】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明において、計測用振動センサからの計測用センサ出
力と補正用振動センサからの補正用センサ出力との差分
を検出する差分検出回路を設けた。
発明において、計測用振動センサからの計測用センサ出
力と補正用振動センサからの補正用センサ出力との差分
を検出する差分検出回路を設けた。
【０００７】請求項３記載の発明では、請求項１記載の
発明において、計測用振動センサからの計測用センサ出
力と補正用振動センサからの補正用センサ出力との位相
差を検出する位相検出回路と、前記計測用センサ出力と
前記補正用センサ出力との差分を検出する差分検出回路
とを設けた。
発明において、計測用振動センサからの計測用センサ出
力と補正用振動センサからの補正用センサ出力との位相
差を検出する位相検出回路と、前記計測用センサ出力と
前記補正用センサ出力との差分を検出する差分検出回路
とを設けた。
【０００８】請求項４記載の発明では、請求項１記載の
発明において、計測用振動センサからの計測用センサ出
力と補正用振動センサからの補正用センサ出力との位相
差を検出する位相検出回路と、前記計測用センサ出力及
び前記補正用センサ出力に帯域制限を与えるアナログフ
ィルタと、これら帯域制限された前記計測用センサ出力
と前記補正用センサ出力との差分を検出する差分検出回
路とを設けた。
発明において、計測用振動センサからの計測用センサ出
力と補正用振動センサからの補正用センサ出力との位相
差を検出する位相検出回路と、前記計測用センサ出力及
び前記補正用センサ出力に帯域制限を与えるアナログフ
ィルタと、これら帯域制限された前記計測用センサ出力
と前記補正用センサ出力との差分を検出する差分検出回
路とを設けた。
【０００９】
【作用】請求項１記載の発明においては、計測用振動セ
ンサと補正用振動センサとを同一基板上に近接して配置
することによって、共通ベースの振動特性の影響を極力
小さくすることが可能となり、しかも、計測用及び補正
用の両方のセンサともに同じ感度をもっているため特別
な感度補正回路が不要となる。
ンサと補正用振動センサとを同一基板上に近接して配置
することによって、共通ベースの振動特性の影響を極力
小さくすることが可能となり、しかも、計測用及び補正
用の両方のセンサともに同じ感度をもっているため特別
な感度補正回路が不要となる。
【００１０】請求項２記載の発明においては、差分され
たセンサ出力結果をもとにして、探針とこれに対向する
測定物表面との間に働く原子間力を検出することがで
き、これにより簡単な回路を用いてセンサに加わる外乱
の影響を除去することが可能となる。
たセンサ出力結果をもとにして、探針とこれに対向する
測定物表面との間に働く原子間力を検出することがで
き、これにより簡単な回路を用いてセンサに加わる外乱
の影響を除去することが可能となる。
【００１１】請求項３記載の発明においては、差分され
たセンサ出力結果を、検出された若干の誤差の要因とな
る位相差に基づいて補正することができ、これにより位
相制御を施しながら外乱を除去することが可能となる。
たセンサ出力結果を、検出された若干の誤差の要因とな
る位相差に基づいて補正することができ、これにより位
相制御を施しながら外乱を除去することが可能となる。
【００１２】請求項４記載の発明においては、帯域制限
された状態で差分されたセンサ出力結果を、検出された
若干の誤差の要因となる位相差に基づいて補正すること
ができ、これにより外乱以外の電気的ノイズをフィルタ
により除去することが可能となる。
された状態で差分されたセンサ出力結果を、検出された
若干の誤差の要因となる位相差に基づいて補正すること
ができ、これにより外乱以外の電気的ノイズをフィルタ
により除去することが可能となる。
【００１３】
【実施例】請求項１記載の発明の一実施例を図１及び図
２に基づいて説明する。まず、物理量測定センサの全体
構成を図１に基づいて述べる。計測用振動センサ１７と
補正用振動センサ１８とは同一の基板１９上に設けら
れ、しかも、互いに近接した位置に配設されている。こ
の場合、前記計測用振動センサ１７は、基板１９上に取
付けられた支持体２０と、この支持体２０上に固定され
た加振体２１と、この加振体２１に連設された振動セン
サ部２２とより構成されている。この振動センサ部２２
は、梁としての片持ち梁２３と、この片持ち梁２３の先
端部に形成された探針２４と、前記片持ち梁２３の表面
に貼付けられた振動量検出素子としての検出素子２５と
からなっている。この検出素子２５は計測用センサ出力
回路２６に接続されている。そして、このような計測用
振動センサ１７は基板１９の端部に配置されており、そ
の片持ち梁２３の先端部の探針２４は測定物２７の表面
に対向配置されている。前記検出素子２５としては、圧
電素子や磁歪素子を用いたり、光テコ法などによる非接
触型センサを用いることができる。
２に基づいて説明する。まず、物理量測定センサの全体
構成を図１に基づいて述べる。計測用振動センサ１７と
補正用振動センサ１８とは同一の基板１９上に設けら
れ、しかも、互いに近接した位置に配設されている。こ
の場合、前記計測用振動センサ１７は、基板１９上に取
付けられた支持体２０と、この支持体２０上に固定され
た加振体２１と、この加振体２１に連設された振動セン
サ部２２とより構成されている。この振動センサ部２２
は、梁としての片持ち梁２３と、この片持ち梁２３の先
端部に形成された探針２４と、前記片持ち梁２３の表面
に貼付けられた振動量検出素子としての検出素子２５と
からなっている。この検出素子２５は計測用センサ出力
回路２６に接続されている。そして、このような計測用
振動センサ１７は基板１９の端部に配置されており、そ
の片持ち梁２３の先端部の探針２４は測定物２７の表面
に対向配置されている。前記検出素子２５としては、圧
電素子や磁歪素子を用いたり、光テコ法などによる非接
触型センサを用いることができる。
【００１４】一方、前記補正用振動センサ１８も、上述
したような計測用振動センサ１７と全く同一な構成とさ
れており、この場合の片持ち梁２３は測定物２７から離
れた基板１９の表面上に位置している。また、片持ち梁
２３上に貼付けられた検出素子２５は、補正用センサ出
力回路２８に接続されている。これにより、前記計測用
振動センサ１７は前記測定物２７の表面と前記片持ち梁
２３との間に作用する物理量を計測し、一方の補正用振
動センサ１８は前記片持ち梁２３の周囲に作用する外的
な振動を計測する。
したような計測用振動センサ１７と全く同一な構成とさ
れており、この場合の片持ち梁２３は測定物２７から離
れた基板１９の表面上に位置している。また、片持ち梁
２３上に貼付けられた検出素子２５は、補正用センサ出
力回路２８に接続されている。これにより、前記計測用
振動センサ１７は前記測定物２７の表面と前記片持ち梁
２３との間に作用する物理量を計測し、一方の補正用振
動センサ１８は前記片持ち梁２３の周囲に作用する外的
な振動を計測する。
【００１５】このような構成において、計測用振動セン
サ１７及び補正用振動センサ１８を同一の基板１９（共
通ベース）上に近接して配置した理由について述べる。
今、計測用振動センサ１７の加振体２１によって振動セ
ンサ部２２を一定の周波数で振動させると、その片持ち
梁２３の探針２４が測定物２７の表面に近づくにつれ、
探針２４と測定物２７の表面との間の距離に応じた原子
間力を受けて振動周波数が変化する。この振動周波数の
変化を検出素子２５で検出し、計測用センサ出力回路２
６にて計測用センサ出力Ａとして出力することにより原
子間力を測定することができる。図２（ａ）は、計測用
センサ出力Ａの波形を示すものであり、原子間力に相当
した計測出力の他に、暗振動のような外乱などのノイズ
による誤差出力も含んでいる。
サ１７及び補正用振動センサ１８を同一の基板１９（共
通ベース）上に近接して配置した理由について述べる。
今、計測用振動センサ１７の加振体２１によって振動セ
ンサ部２２を一定の周波数で振動させると、その片持ち
梁２３の探針２４が測定物２７の表面に近づくにつれ、
探針２４と測定物２７の表面との間の距離に応じた原子
間力を受けて振動周波数が変化する。この振動周波数の
変化を検出素子２５で検出し、計測用センサ出力回路２
６にて計測用センサ出力Ａとして出力することにより原
子間力を測定することができる。図２（ａ）は、計測用
センサ出力Ａの波形を示すものであり、原子間力に相当
した計測出力の他に、暗振動のような外乱などのノイズ
による誤差出力も含んでいる。
【００１６】そこで、このような計測用振動センサ１７
の設けられた同一の基板１９上の近接した位置に補正用
振動センサ１８を配設した場合、その補正用振動センサ
１８の片持ち梁２３はほとんど外乱による暗振動のみを
受け、この暗振動により検出素子２５に検出され補正用
センサ出力回路２８によって出力される補正用センサ出
力Ｂの波形は、図２（ｂ）に示すように、ノイズによる
誤差出力の波形となる。従って、このようなことから、
補正用センサ出力Ｂを補正用データとして用い、計測用
センサ出力Ａからノイズ成分を除去することによって、
図２（ｃ）に示すように、外乱の影響の除去されたセン
サ出力を得ることができる。
の設けられた同一の基板１９上の近接した位置に補正用
振動センサ１８を配設した場合、その補正用振動センサ
１８の片持ち梁２３はほとんど外乱による暗振動のみを
受け、この暗振動により検出素子２５に検出され補正用
センサ出力回路２８によって出力される補正用センサ出
力Ｂの波形は、図２（ｂ）に示すように、ノイズによる
誤差出力の波形となる。従って、このようなことから、
補正用センサ出力Ｂを補正用データとして用い、計測用
センサ出力Ａからノイズ成分を除去することによって、
図２（ｃ）に示すように、外乱の影響の除去されたセン
サ出力を得ることができる。
【００１７】上述したように、計測用振動センサ１７と
補正用振動センサ１８とを同一の基板１９上に近接して
配置することによって、共通ベースの振動特性の影響を
極力小さくすることができる。また、これら両方のセン
サ１７，１８ともに同一の構造であり同じ感度をもって
いるため、特別な感度補正回路が不要となり、しかも、
検出用回路の１種類で済み加工工程を簡略化させること
ができる。
補正用振動センサ１８とを同一の基板１９上に近接して
配置することによって、共通ベースの振動特性の影響を
極力小さくすることができる。また、これら両方のセン
サ１７，１８ともに同一の構造であり同じ感度をもって
いるため、特別な感度補正回路が不要となり、しかも、
検出用回路の１種類で済み加工工程を簡略化させること
ができる。
【００１８】次に、請求項２記載の発明の一実施例を図
２及び図３に基づいて説明する。なお、請求項１記載の
発明と同一部分についての説明は省略し、その同一部分
については同一符号を用いる。
２及び図３に基づいて説明する。なお、請求項１記載の
発明と同一部分についての説明は省略し、その同一部分
については同一符号を用いる。
【００１９】ここでは、請求項１記載の発明で述べたよ
うな物理量測定センサにおいて、図３に示すように、計
測用振動センサ１７からの計測用センサ出力Ａと、補正
用振動センサ１８からの補正用センサ出力Ｂとの差分を
検出する差分検出回路２９を設けたことに特徴がある。
この場合、差分検出回路２９は、補正用センサ出力回路
２８の後段に接続されたインバータ３０と、このインバ
ータ３０及び計測用センサ出力回路２６の後段に接続さ
れた加算回路３１とからなっている。
うな物理量測定センサにおいて、図３に示すように、計
測用振動センサ１７からの計測用センサ出力Ａと、補正
用振動センサ１８からの補正用センサ出力Ｂとの差分を
検出する差分検出回路２９を設けたことに特徴がある。
この場合、差分検出回路２９は、補正用センサ出力回路
２８の後段に接続されたインバータ３０と、このインバ
ータ３０及び計測用センサ出力回路２６の後段に接続さ
れた加算回路３１とからなっている。
【００２０】このような構成において、差分検出回路２
９の働きについて述べる。計測用センサ出力Ａは、図２
（ａ）に示すように、原子間力に相当した計測出力と、
外的な振動によって生じた誤差出力とが足し合わされた
状態として出力される。この誤差分が最終的な結果とな
る表面電位や表面状態像の誤差となって現れる。一方、
補正用センサ出力Ｂは、原子間力の作用がないため、図
２（ｂ）に示すように、外的な振動によって生じる誤差
分のみが検出される。そこで、補正用センサ出力Ｂをイ
ンバータ３０に通すことにより符号を反転し、さらにこ
の反転された補正用センサ出力Ｂを加算回路３１におい
て計測用センサ出力Ａと足し合わすことにより、結果と
して計測用センサ出力Ａから補正用センサ出力Ｂが差し
引かれた状態となり、これにより図２（ｃ）に示すよう
に、暗振動によるノイズを除去した計測値のみのセンサ
出力を得ることができる。
９の働きについて述べる。計測用センサ出力Ａは、図２
（ａ）に示すように、原子間力に相当した計測出力と、
外的な振動によって生じた誤差出力とが足し合わされた
状態として出力される。この誤差分が最終的な結果とな
る表面電位や表面状態像の誤差となって現れる。一方、
補正用センサ出力Ｂは、原子間力の作用がないため、図
２（ｂ）に示すように、外的な振動によって生じる誤差
分のみが検出される。そこで、補正用センサ出力Ｂをイ
ンバータ３０に通すことにより符号を反転し、さらにこ
の反転された補正用センサ出力Ｂを加算回路３１におい
て計測用センサ出力Ａと足し合わすことにより、結果と
して計測用センサ出力Ａから補正用センサ出力Ｂが差し
引かれた状態となり、これにより図２（ｃ）に示すよう
に、暗振動によるノイズを除去した計測値のみのセンサ
出力を得ることができる。
【００２１】上述したように、差分検出回路２９により
差分されたセンサ出力結果をもとにして、探針２４と測
定物２７の表面との間に働く原子間力を測定することに
よって、簡単な回路を用いてセンサに加わる外乱の影響
を除去することができ、これにより安価な装置で原子間
力の検出精度を向上させることができる。
差分されたセンサ出力結果をもとにして、探針２４と測
定物２７の表面との間に働く原子間力を測定することに
よって、簡単な回路を用いてセンサに加わる外乱の影響
を除去することができ、これにより安価な装置で原子間
力の検出精度を向上させることができる。
【００２２】次に、請求項３記載の発明の一実施例を図
４に基づいて説明する。なお、請求項１，２記載の発明
と同一部分についての説明は省略し、その同一部分につ
いては同一符号を用いる。
４に基づいて説明する。なお、請求項１，２記載の発明
と同一部分についての説明は省略し、その同一部分につ
いては同一符号を用いる。
【００２３】ここでは、前述した請求項２記載の発明で
述べたような差分検出回路２９を備えた装置において、
さらに、計測用振動センサ１７からの計測用センサ出力
Ａと補正用振動センサ１８からの補正用センサ出力Ｂと
の位相差を検出する位相検出回路３２を設けたことに特
徴がある。
述べたような差分検出回路２９を備えた装置において、
さらに、計測用振動センサ１７からの計測用センサ出力
Ａと補正用振動センサ１８からの補正用センサ出力Ｂと
の位相差を検出する位相検出回路３２を設けたことに特
徴がある。
【００２４】以下、その位相検出回路３２を設けた理由
について述べる。計測用振動センサ１７と補正用振動セ
ンサ１８とを同一の基板１９上に近接して配置するとは
言っても、物理的に全く同一位置に設置することはでき
ないため、検出の際に微小ながら位相差を生じる。そこ
で、このような僅かな位相差を位相検出回路３２によっ
て検出し、位相制御を施しながら計測用センサ出力Ａと
補正用センサ出力Ｂとの差分をとり外乱を除去すること
によって、請求項２記載の発明の場合よりもさらに原子
間力の検出精度を高めることができる。
について述べる。計測用振動センサ１７と補正用振動セ
ンサ１８とを同一の基板１９上に近接して配置するとは
言っても、物理的に全く同一位置に設置することはでき
ないため、検出の際に微小ながら位相差を生じる。そこ
で、このような僅かな位相差を位相検出回路３２によっ
て検出し、位相制御を施しながら計測用センサ出力Ａと
補正用センサ出力Ｂとの差分をとり外乱を除去すること
によって、請求項２記載の発明の場合よりもさらに原子
間力の検出精度を高めることができる。
【００２５】次に、請求項４記載の発明の一実施例を図
５に基づいて説明する。なお、請求項１〜３記載の発明
と同一部分についての説明は省略し、その同一部分につ
いては同一符号を用いる。
５に基づいて説明する。なお、請求項１〜３記載の発明
と同一部分についての説明は省略し、その同一部分につ
いては同一符号を用いる。
【００２６】ここでは、前述した請求項３記載の発明で
述べたような差分検出回路２９及び位相検出回路３２と
を備えた装置において、さらに、計測用センサ出力Ａ及
び補正用センサ出力Ｂに帯域制限を与えるアナログフィ
ルタ３３，３４を設けたことに特徴がある。アナログフ
ィルタ３３は、計測用センサ出力回路２６と加算回路３
１との間で接続されている。アナログフィルタ３４は、
補正用センサ出力回路２８とインバータ３０との間で接
続されている。
述べたような差分検出回路２９及び位相検出回路３２と
を備えた装置において、さらに、計測用センサ出力Ａ及
び補正用センサ出力Ｂに帯域制限を与えるアナログフィ
ルタ３３，３４を設けたことに特徴がある。アナログフ
ィルタ３３は、計測用センサ出力回路２６と加算回路３
１との間で接続されている。アナログフィルタ３４は、
補正用センサ出力回路２８とインバータ３０との間で接
続されている。
【００２７】このようなアナログフィルタ３３，３４を
設けたことにより、外乱以外の電気的ノイズを除去しセ
ンサに関与しない不必要な周波数帯域の成分をカットす
ることができるため、このカットにより演算に用いるデ
ータのＳＮ比を向上させ、検出精度を一段と高めること
ができる。
設けたことにより、外乱以外の電気的ノイズを除去しセ
ンサに関与しない不必要な周波数帯域の成分をカットす
ることができるため、このカットにより演算に用いるデ
ータのＳＮ比を向上させ、検出精度を一段と高めること
ができる。
【００２８】これまで述べてきた請求項２，３，４記載
の発明ではアナログ的に信号を処理するためリアルタイ
ム性に優れており、高速な処理が可能であり、その結果
として測定物２７表面の全体の原子間力をスキャンニン
グして測定物表面像を得る場合などにスキャニング速度
の向上が図れ、高速な測定システムを構築することがで
きる。また、本発明は、探針２４と測定物２７との間の
原子間力を得ることができる以外に、静電力や磁力等の
あらゆる力の測定に適用させることができる。
の発明ではアナログ的に信号を処理するためリアルタイ
ム性に優れており、高速な処理が可能であり、その結果
として測定物２７表面の全体の原子間力をスキャンニン
グして測定物表面像を得る場合などにスキャニング速度
の向上が図れ、高速な測定システムを構築することがで
きる。また、本発明は、探針２４と測定物２７との間の
原子間力を得ることができる以外に、静電力や磁力等の
あらゆる力の測定に適用させることができる。
【００２９】
【発明の効果】請求項１記載の発明は、先端部に探針が
形成された梁とこの梁の振動量を検知する振動量検出素
子とよりなる振動センサ部を有し、この振動センサ部の
前記梁の振動量の変化により測定物表面と前記探針との
間に働く力を直接的又は間接的に検出することにより前
記測定物の表面状態を測定する物理量測定センサにおい
て、前記振動センサ部を有し前記測定物表面と前記梁と
の間に作用する物理量を計測する少なくとも一つ以上の
計測用振動センサと、前記振動センサ部を有し前記梁の
周囲に作用する外的な振動を計測する少なくとも一つ以
上の補正用振動センサとを備え、これら計測用振動セン
サと補正用振動センサとを同一基板上に近接して配置し
たので、共通ベースの振動特性の影響を極力小さくする
ことができ、また、計測用及び補正用の両方のセンサと
もに同一感度をもっているため特別な感度補正回路が不
要となり、さらに、振動検出用の回路も１種類で済み加
工工程を少なくすることができるものである。
形成された梁とこの梁の振動量を検知する振動量検出素
子とよりなる振動センサ部を有し、この振動センサ部の
前記梁の振動量の変化により測定物表面と前記探針との
間に働く力を直接的又は間接的に検出することにより前
記測定物の表面状態を測定する物理量測定センサにおい
て、前記振動センサ部を有し前記測定物表面と前記梁と
の間に作用する物理量を計測する少なくとも一つ以上の
計測用振動センサと、前記振動センサ部を有し前記梁の
周囲に作用する外的な振動を計測する少なくとも一つ以
上の補正用振動センサとを備え、これら計測用振動セン
サと補正用振動センサとを同一基板上に近接して配置し
たので、共通ベースの振動特性の影響を極力小さくする
ことができ、また、計測用及び補正用の両方のセンサと
もに同一感度をもっているため特別な感度補正回路が不
要となり、さらに、振動検出用の回路も１種類で済み加
工工程を少なくすることができるものである。
【００３０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、計測用振動センサからの計測用センサ出力
と補正用振動センサからの補正用センサ出力との差分を
検出する差分検出回路を設けたので、簡単な回路を用い
てセンサに加わる外乱の影響を除去することにより、原
子間力の検出精度を向上させることができると共に、安
価な装置を提供することができるものである。
明において、計測用振動センサからの計測用センサ出力
と補正用振動センサからの補正用センサ出力との差分を
検出する差分検出回路を設けたので、簡単な回路を用い
てセンサに加わる外乱の影響を除去することにより、原
子間力の検出精度を向上させることができると共に、安
価な装置を提供することができるものである。
【００３１】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、計測用振動センサからの計測用センサ出力
と補正用振動センサからの補正用センサ出力との位相差
を検出する位相検出回路と、前記計測用センサ出力と前
記補正用センサ出力との差分を検出する差分検出回路と
を設けたので、位相制御を施しながら外乱を除去するこ
とにより、請求項２記載の発明の効果によりさらに原子
間力の検出精度を向上させることができるものである。
明において、計測用振動センサからの計測用センサ出力
と補正用振動センサからの補正用センサ出力との位相差
を検出する位相検出回路と、前記計測用センサ出力と前
記補正用センサ出力との差分を検出する差分検出回路と
を設けたので、位相制御を施しながら外乱を除去するこ
とにより、請求項２記載の発明の効果によりさらに原子
間力の検出精度を向上させることができるものである。
【００３２】請求項４記載の発明は、請求項１記載の発
明において、計測用振動センサからの計測用センサ出力
と補正用振動センサからの補正用センサ出力との位相差
を検出する位相検出回路と、前記計測用センサ出力及び
前記補正用センサ出力に帯域制限を与えるアナログフィ
ルタと、これら帯域制限された前記計測用センサ出力と
前記補正用センサ出力との差分を検出する差分検出回路
とを設けたので、外乱以外の電気的ノイズをフィルタに
より除去することにより、請求項２，３記載の発明の効
果によりさらに原子間力の検出精度を向上させることが
できるものである。
明において、計測用振動センサからの計測用センサ出力
と補正用振動センサからの補正用センサ出力との位相差
を検出する位相検出回路と、前記計測用センサ出力及び
前記補正用センサ出力に帯域制限を与えるアナログフィ
ルタと、これら帯域制限された前記計測用センサ出力と
前記補正用センサ出力との差分を検出する差分検出回路
とを設けたので、外乱以外の電気的ノイズをフィルタに
より除去することにより、請求項２，３記載の発明の効
果によりさらに原子間力の検出精度を向上させることが
できるものである。
【図１】請求項１記載の発明の一実施例である物理量測
定センサの構成を示すブロック図である。
定センサの構成を示すブロック図である。
【図２】請求項１，２記載の発明であるセンサ出力の状
態を示す波形図である。
態を示す波形図である。
【図３】請求項２記載の発明の一実施例である物理量測
定センサの構成を示すブロック図である。
定センサの構成を示すブロック図である。
【図４】請求項３記載の発明の一実施例である物理量測
定センサの構成を示すブロック図である。
定センサの構成を示すブロック図である。
【図５】請求項４記載の発明の一実施例である物理量測
定センサの構成を示すブロック図である。
定センサの構成を示すブロック図である。
【図６】（ａ）は第一の従来例を示す正面図、（ｂ）は
その平面図である。
その平面図である。
【図７】ブリッジ回路の構成を示す回路図である。
【図８】第二の従来例を示すブロック図である。
１７ 計測用振動センサ １８ 振動センサ部 １９ 基板 ２２ 振動センサ部 ２３ 梁 ２４ 探針 ２５ 振動量検出素子 ２７ 測定物 ２９ 差分検出回路 ３２ 位相検出回路 ３３，３４ アナログフィルタ Ａ 計測用センサ出力 Ｂ 補正用センサ出力
Claims (4)
- 【請求項１】 先端部に探針が形成された梁とこの梁の
振動量を検知する振動量検出素子とよりなる振動センサ
部を有し、この振動センサ部の前記梁の振動量の変化に
より測定物表面と前記探針との間に働く力を直接的又は
間接的に検出することにより前記測定物の表面状態を測
定する物理量測定センサにおいて、前記振動センサ部を
有し前記測定物表面と前記梁との間に作用する物理量を
計測する少なくとも一つ以上の計測用振動センサと、前
記振動センサ部を有し前記梁の周囲に作用する外的な振
動を計測する少なくとも一つ以上の補正用振動センサと
を備え、これら計測用振動センサと補正用振動センサと
を同一基板上に近接して配置したことを特徴とする物理
量測定センサ。 - 【請求項２】 計測用振動センサからの計測用センサ出
力と補正用振動センサからの補正用センサ出力との差分
を検出する差分検出回路を設けたことを特徴とする請求
項１記載の物理量測定センサ。 - 【請求項３】 計測用振動センサからの計測用センサ出
力と補正用振動センサからの補正用センサ出力との位相
差を検出する位相検出回路と、前記計測用センサ出力と
前記補正用センサ出力との差分を検出する差分検出回路
とを設けたことを特徴とする請求項１記載の物理量測定
センサ。 - 【請求項４】 計測用振動センサからの計測用センサ出
力と補正用振動センサからの補正用センサ出力との位相
差を検出する位相検出回路と、前記計測用センサ出力及
び前記補正用センサ出力に帯域制限を与えるアナログフ
ィルタと、これら帯域制限された前記計測用センサ出力
と前記補正用センサ出力との差分を検出する差分検出回
路とを設けたことを特徴とする請求項１記載の物理量測
定センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6451993A JPH06273428A (ja) | 1993-03-24 | 1993-03-24 | 物理量測定センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6451993A JPH06273428A (ja) | 1993-03-24 | 1993-03-24 | 物理量測定センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06273428A true JPH06273428A (ja) | 1994-09-30 |
Family
ID=13260550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6451993A Pending JPH06273428A (ja) | 1993-03-24 | 1993-03-24 | 物理量測定センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06273428A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010032544A (ja) * | 1997-12-10 | 2010-02-12 | Peter Heiland | 走査過程に及ぼす機械振動の騒乱効果を補償するラスタモード走査装置 |
| CN114674416A (zh) * | 2022-03-14 | 2022-06-28 | 北京大学 | 一种抑制振动干扰的热式声矢量传感器及其实现方法 |
-
1993
- 1993-03-24 JP JP6451993A patent/JPH06273428A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010032544A (ja) * | 1997-12-10 | 2010-02-12 | Peter Heiland | 走査過程に及ぼす機械振動の騒乱効果を補償するラスタモード走査装置 |
| CN114674416A (zh) * | 2022-03-14 | 2022-06-28 | 北京大学 | 一种抑制振动干扰的热式声矢量传感器及其实现方法 |
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