JPH09145314A - 光てこ式変位検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 光てこ用の光学系において、迷光がポジショ
ンセンサーに入射したり、レーザーの様な物質を励起し
て発光する光源がモードホップを起こしたりすることを
防ぎ、安定して動作する光てこ式変位検出器を提供す
る。 【解決手段】 光源と、光を反射する反射面を有し、物
理的環境の変化に応じ反射面が変位する変位部と、光源
からの光が入射する面と、光源からの光を変位部の方向
へ射出しかつ変位部の反射光を入射する面と、変位部の
反射光が射出する面との３面を有した光分配器と、変位
部と光分配器との間の光路上に設けられ、変位部と光分
配器との間の光路上に設けられ、光分配器から射出した
光を入射する面への光分配器から光の入射角が９０度未
満である光学部材を有した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光てこ法を用いて変位
検出を行う変位検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、試料表面に探針を近づけて２次元
平面内で走査し、試料と探針との間に作用するトンネル
電流や原子間力などを検出することにより試料表面の微
細構造を観察する走査型プローブ顕微鏡の開発、改良が
盛んに行われている。一般に、原子間力顕微鏡において
用いられている原子間力の検出方法は、光てこ法が用い
られている。ここで図４において、光てこの倍率を説明
する。

【０００３】光てこ倍率は次式で与えられる。 てこ倍率＝２ＬＣＯＳθ／ｌ ここで、Ｌはカンチレバーから検出器までの光路長、θ
はレーザー光のカンチレバーへの入射角、ｌはカンチレ
バーの長軸の長さを示す。ここで、光てこ倍率を最大に
するには、レーザー光はカンチレバーに対しほぼ直角に
入射させれば良い。

【０００４】しかし、レーザー光をカンチレバーに対し
垂直に入射させると、カンチレバー上で反射したレーザ
ー光は、入射光と同じ光路を戻ってしまいポジションセ
ンサーに入射させることができない。そこで、偏光の性
質を使い、反射光のみを反射させて取り出し、ポジショ
ンセンサーに入射させる方法がある（M. Hipp, H. Biel
efeldt, J. Colchero, O. Marti and J. Mlynek, Ultra
microscopy 42-44 (1992) 1498-1503, A stand alone s
canning force and frincion microscope,）。この従来
の方法を図３（ａ）に示す。半導体レーザーダイオード
３１により発生されたレーザー光は、コリメートレンズ
３２により平行光となり、スリット３３により、周辺部
の不要な光がカットされ、偏光ビームスプリッター３４
に入射する。半導体レーザーダイオード３１により発生
させられるレーザー光は直線偏光しているため、半導体
レーザーの偏波面をＳ偏光に合わせておくことにより、
レーザー光は、偏光ビームスプリッター３４を透過す
る。透過したレーザー光は、λ／４板３５を通過する際
に円偏光となり、集光レンズ３６により、カンチレバー
３７裏面に集光される。カンチレバー３７にほぼ垂直に
入射したレーザー光は、カンチレバー３７裏面で反射さ
れ、入射光の光路を逆戻りし、集光レンズ３６により再
び平行光となり、λ／４板３５を通過する。その際、円
偏光だったレーザー光は、直線偏光となり、しかもその
偏波面は、入射のレーザー光と直交する。つまり、カン
チレバー３７を反射してきたレーザー光は、Ｐ偏光とな
り、偏光ビームスプリッター３４により反射され、ポジ
ションセンサー３８に入射する。この様にして、カンチ
レバー３７の反射面に対して垂直に光を入射させること
ができた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
様にカンチレバーへの入射光とカンチレバーからの反射
光とがほぼ同じ光路を通る場合、カンチレバー３７から
の反射光だけでなく、λ／４板３５などの表面からの反
射光も、偏光ビームスプリッター３４により反射されて
ポジションセンサー３８に入射されてしまうという欠点
がある。このλ／４板３５の反射光は、迷光としてポジ
ションセンサー３８に照射されてしまう。

【０００６】この時のポジションセンサー３８の受光面
上に入射する迷光のスポットとカンチレバー７裏面から
の反射光のスポットを図３（ｂ）に示す。このように、
迷光がポジションセンサー３８に入射すると、バックグ
ランドノイズとなるだけでなく、迷光のスポットと、カ
ンチレバーからの反射光のスポットとが重なりあい、迷
光とカンチレバーからの反射光とが干渉を起こす。

【０００７】そして、カンチレバー３７の撓み量が変化
することで、カンチレバーからの反射光（以下、シグナ
ル光とする）の光路長が変化すると、迷光とシグナル光
の重なりあった部分の輝度がカンチレバー３７の走査に
伴い、明るくなったり暗くなったりしてしまう。ポジシ
ョンセンサー３８は、分割された受光面の各面に照射さ
れている光量を比較することにより、カンチレバーの撓
み量を検出しているため、干渉による光量の変化もポジ
ションセンサー上のシグナル光の重心の位置の変化とし
て検出してしまう。

【０００８】本来ならば、シグナル光の移動は、試料形
状を反映したカンチレバーのたわみによりのみ起こるべ
きであるが、この様に迷光とシグナル光との干渉によ
り、ポジションセンサーの光量が変化してしまうため、
ポジションセンサーから出力される電気信号にカンチレ
バーの撓み量の変化によるシグナル光の重心の変化と干
渉によるアーチファクトが重畳されてしまう。したがっ
て、原子間力顕微鏡から得られる観察像にノイズが出て
しまう。

【０００９】また更に、光源としてレーザーの様に物質
を励起して、発光させる光源を用いた場合には、次のよ
うな現象が起こる。カンチレバーからの反射光の一部が
光源に戻り、更に、カンチレバーと光源との間に設けら
れた光学部材から反射される反射光も光源に戻る。この
とき、カンチレバーからの反射光と光学部材からの反射
光とが干渉を引き起こす。そして、カンチレバーの撓み
量が変位するとこの２つの反射光同士の干渉に変化がお
き、光源に入射した光の強度が変化してしまう。このカ
ンチレバーの撓み量の変化による光源に入射した光の強
度のゆらぎにより、モードホップと呼ばれる現象を引き
起こしてしまう。このモードホップとは、次のことであ
る。レーザーダイオード内のキャビティー内には、誘導
放射による定在波である電磁場の共振モードが立ってい
る。そのモードが、外乱により別のモードホップしてし
まうのが、モードホップである。

【００１０】図３の様にカンチレバー３７への入射光と
カンチレバー３７の反射光の光軸が非常に近い場合、偏
光特性の違いを利用して偏光ビームスプリッターを用い
て光を分離している。だが、偏光ビームスプリッターの
消光比は、だいたい１０００：１程度であるので、カン
チレバーからの一部の反射光は、偏光ビームスプリッタ
ーを透過し、レーザーダイオードに戻ってしまう。

【００１１】このカンチレバーからの光に各種光学部材
からの反射光が干渉し合い、カンチレバーの撓み量の変
化により、上記の様にモードホップが起こる。このモー
ドホプによって、レーザー光の波長が変化するばかりで
なく、レーザー光の指向性も変化してしまう。その結
果、ポジションセンサーに入射するシグナルのスポット
の位置も動いてしまう。

【００１２】よって、本発明の目的は、光てこ用の光学
系において、迷光がポジションセンサーに入射したり、
または、レーザーの様な物質を励起して発光する光源が
モードホップを起こすことを防ぐことで安定して動作す
る原子間力顕微鏡を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明では、光源と、光を反射する反射面を有し、物
理的環境の変化に応じ反射面が変位する変位部と、すく
なくとも光源からの光が入射する面と、光源からの光を
変位部の反射面へ射出しかつ変位部からの反射光を入射
する面と、変位部からの反射光が射出する面との３面を
有した光分配器と、変位部と光分配器との間の光路上に
設けられ、光分配器から射出した光の光軸に対して入射
面が傾いて固定されている光学部材を有しており、光学
部材から反射される光が光分配器から変位部の方へ射出
された光軸と同じ光軸に成らないようにした（請求項１
の発明）。また、更に光分配器に入射された変位部から
の反射光が射出する光軸上に、複数に分割された受光面
を有した光検出器を備え、光検出器のそれぞれの受光面
に照射される光量を比較することで、変位部の変位量を
検出した（請求項２の発明）。また変位部については、
一端が支持された可撓性の片持ち梁構造を有し、更に片
持ち梁構造の他端でかつ反射面とは反対側の面に探針を
有した原子間力顕微鏡用変位部を備えた（請求項３の発
明）。また、光分配器は、光源から射出された光のう
ち、ある偏光を有した光を透過しかつある偏光とは異な
る偏光を有する光を反射する偏光ビームスプリッターと
した（請求項４の発明）。更に光学部材については、複
数備えられ、その一つとしてλ／４板を設けた（請求項
５の発明）。更に、光学部材での光分配器から変位部の
方向へ射出される光の入射面の法線の方向と、光分配器
から変位部の方向へ射出される光の光軸の方向が異なる
こととした（請求項６の発明）。

【００１４】また、本発明では、封入された物質を励起
して発光する光源と、光源の光を反射する反射面を有
し、物理的環境の変化に応じ反射面が変位する変位部
と、光源と変位部との間の光路中に設置された光学素子
の光源からの光の入射面が、光源から光軸に対して傾き
を有していることとし、光学素子からの反射光が光源か
らの光軸と同じ光軸を通って光源に入射しないようにし
た（請求項７の発明）。また、光学素子は、光源から射
出された光のうち、ある偏光を有した光を透過しかつあ
る偏光とは異なる偏光を有する光を反射し、すくなくと
も光源からの光が入射する面と、光源からの光を変位部
の反射面へ射出しかつ変位部からの反射光を入射する面
と、変位部からの反射光が射出する面との３面を有した
偏光ビームスプリッターであることとし、光源からの入
射光の偏光と変位部を反射した入射光の偏光の違いで、
一方は透過させ、一方は反射されてそれぞれの光軸方向
が異なるようにした（請求項８の発明）。また、光学素
子と変位部との間に光の偏光を変化させるλ／４板を備
え、光学素子から射出された光軸の方向と光学部材λ／
４板の入射面の法線方向とが異なるることとした（請求
項９の発明）。更に変位部は、一端が支持された可撓性
の片持ち梁構造を有し、更に前記片持ち梁構造の他端で
かつ反射面とは反対側の面に探針を有したことで、原子
間力顕微鏡の光てこ式変位検出器として用いた（請求項
１０の発明）。また、光源については、レーザーダイオ
ードであることとした（請求項１１の発明）以上の発明
で、課題を解決することを試みた。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施形態である
変位検出器を原子間力顕微鏡に用いた例を挙げて説明す
る。図１は、本発明にかかる光てこ式検出器の一実施の
形態の概念構成図である。この変位検出器は、光源に半
導体レーザーダイオード１を用い、コリメートレンズ２
と、スリット３と、偏光ビームスプリッター４と、λ／
４板５と、集光レンズ６と、カンチレバー７と、ポジシ
ョンセンサー１０により構成されている。本実施の形態
では、偏光ビームスプリッター４及び、λ／４板５は、
半導体レーザーダイオード１から入射する光軸から５度
傾けて配置されている。そして、カンチレバー７には集
光レンズ６によって集光された光を反射する反射面を有
しており、かつその反射面の反対側には、探針８を有し
ており、探針と試料表面との間に生じる原子間力の変化
によりカンチレバー７の撓み量が変化する。また、カン
チレバー７の撓み量が変化することによりカンチレバー
７に設けられた反射面の角度が変化する。ちなみに、本
実施の形態では、探針８に原子間力が生じていないとき
には、カンチレバー７の反射面に対して垂直に集光レン
ズからの光を受けるようにしている。

【００１６】ところで、この様な構成を有した半導体レ
ーザーダイオード１から射出された光は、コリーメート
レンズ２によって、平行光束にされる。そして、スリッ
ト３を通過して偏光ビームスプリッター４に照射され
る。半導体レーザーダイオード１から放射される光はｐ
偏光であるため、偏光ビームスプリッター４に照射され
た光は偏光ビームスプリッター４を透過する。そして、
偏光ビームスプリッター４を透過して射出した光は、λ
／４板５を透過する。このとき、λ／４板５を透過した
際に、光は円偏光に変わる。そして、円偏光に変化した
光は、集光レンズ６により集光されて、カンチレバー７
に照射される。カンチレバー７に照射された光はカンチ
レバー７の撓み量により光軸が変化して反射される。そ
して、反射された光は、集光レンズ６を通過し、λ／４
板５でｓ偏光に変化する。そして、ｓ偏光に変化した光
は、偏光ビームスプリッター４に照射され、偏光ビーム
スプリッターに形成された薄膜により入射した光軸に対
して異なる方向に反射される。そして、その光は４分割
に受光面が分割されたポジションセンサー１０に入射す
る。

【００１７】次に、偏光ビームスプリッター４及び、λ
／４板５表面からの反射によって発生する迷光について
説明する。本実施の形態では、偏光ビームスプリッター
４及び、λ／４板５は、光軸から５度傾けて配置されて
いる。そのため、まず偏光ビームスプリッター４の上側
表面からの反射による迷光９ａは、偏光ビームスプリッ
ター４に入射する光軸と１０度の角をなし、一部はスリ
ット３を通過し、コリメートレンズ２により集光され
る。この集光点は、迷光９ａが１０度傾いているため、
レーザーダイオード１の出射点とは離れた場所に集光さ
れる。またλ／４板５の表面の反射による迷光９ｂも、
λ／４板５に入射した光軸と１０度の角をなし、一部は
偏光ビームスプリッター４を通過するが、スリット３に
よりさえぎられる。また迷光の一部は偏光ビームスプリ
ッター４により反射される（９ｃ）。しかしこの迷光９
ｃもポジションセンサー１０に入射するシグナルの光軸
と１０度をなすため、迷光９ｃが、ポジションセンサー
１０に入射するのを防げる。また、上記２つの光学素子
の間を多重反射した光は、光軸からより離れてゆき、や
はりレーザーダイオード１やポジションセンサー１０に
入射しない。

【００１８】次に以上の発明の実施の一形態の光てこ式
変位検出器を用いた原子間力顕微鏡について説明する。
図２は、本発明にかかる原子間力顕微鏡用の光てこ法の
実施例の斜視図である。この原子間力顕微鏡には、Ｘ方
向用圧電駆動部材１００と、Ｙ方向用圧電駆動部材１０
１がブロック１０４と、ヒンジ１０３ｃを介して直角に
固定されている。さらに、圧電駆動部材１００、１０１
は、ヒンジ１０３ａ、１０３ｂを介して支持基板５０に
固定されている。また、Ｚ方向用圧電駆動部材１０２
は、Ｘ，Ｙ方向用圧電駆動部材１００、１０１に対し直
角にブロック１０４に固定されている。Ｚ方向用圧電駆
動部材１０２の自由端側には、カンチレバー７が固定さ
れている。そして、Ｘ方向用圧電駆動部材１００とＹ方
向用圧電駆動部材１０１をそれぞれ任意に駆動すること
により、探針８を任意の位置に移動することができる。
そして、Ｚ方向用圧電駆動部材１０２を駆動することに
よって、探針８走査時に、探針８と試料との間隔を常に
一定に維持している。

【００１９】また、この原子間力顕微鏡には、支持基板
５０は２本のマイクロメーター５１と１本の差動マイク
ロメータ５３により支持されている。試料とカンチレバ
ー７との間隔はマイクロメータ５１と、差動マイクロメ
ータ５３の粗動ツマミ５３ｂにより予め調整される。探
針８と試料との間隔の微調整はステッピングモータ５２
を駆動することよりコントロールされる。粗動ツマミ５
３ｂで粗動調整が終了したら、ストッパー５４で差動マ
イクロメータ５３の粗動ツマミ５３ｂをロックする。そ
して、ステッピングモータ５２のシャフトは差動マイク
ロメータの微動ツマミ５３ａに圧着されているので、試
料と探針８との間隔を微調整する際には、ステッピング
モータ５２を駆動することにより、差動マイクロメータ
５３が微動される。この様にして、探針８と試料との間
隔を調整する。

【００２０】また、この原子間力顕微鏡には、支持基板
６に光てこ法用の光学素子が配置されている。まずレー
ザーダイオード１はレーザーダイオード支持体２５に固
定され支持基板５０上に配置されている。コリメートレ
ンズ２とスリット３は、光学素子支持体２４に固定され
ている。偏光ビームスプリッター４とλ／４板５は、光
学素子支持体２４にそれぞれ入射する光軸に対して５度
ずつ傾けて固定されている。集光レンズ６は、支持基板
５０上に直接配置されている。ポジションセンサー１０
は、メカニカルステージ２２ｃにまず固定され、メカニ
カルステージ２２ｃはメカニカルステージ支持体２２ａ
に固定されている。レーザー光の光軸調整のための反射
鏡２０がマイクロメータ２１ａ，ｂにより角度を調整可
能に支持基板５０上に配置されている。また、ヒンジ１
０３ｂ上には、第１の反射鏡２７が設けられている。ま
た、第２の反射鏡２８は反射鏡支持体２９に固定されて
おり、反射鏡支持体２９はネジ１０４を介しブロック１
０４に固定されている。反射鏡支持体２９はネジ１０４
を中心に回転して角度を調整できる様になっている。

【００２１】ところで、レーザーダイオード１から出た
光は、コリメートレンズ２、スリット３、偏光ビームス
プリッター４、λ／４板５、集光レンズ６を通過して反
射鏡２０に入射される。そして反射鏡２０に入射された
光は反射され、第１の反射鏡２７に入射する。この第１
の反射鏡２７は、レーザーダイオード１からの光を反射
して、その反射光をＸ方向圧電駆動部材１００の伸縮方
向と平行な光軸にさせる。第１の反射鏡２７は、ヒンジ
１０３ａが屈曲する中心より、Ｘ方向用圧電駆動部材１
００側に固定されており、かつ、第１の反射鏡２７のレ
ーザーダイオード１を受光し反射する部分は、丁度ヒン
ジ１０３ａの屈曲する中心の直上になるようしている。
この様にすることで、ヒンジ１０３ａがＹ方向用圧電駆
動部材１０１の伸縮変化によって屈曲するときに、その
屈曲した角度と同じく、反射面も同じ角度変化するよう
になっている。第２の反射鏡２８は、第１の反射鏡２７
から反射された光を、カンチレバー７に照射する。カン
チレバー７裏面により反射されたレーザー光は、ｓ偏光
になっているので偏光ビームスプリッター４を介し、ポ
ジションセンサー１０に入射する。このようにレーザー
ダイオード１からの光を受光する第１の反射鏡２７をヒ
ンジ１０３ａの屈曲する中心の直上に配置し、第２の反
射鏡２８をＸ方向用駆動部材１００の他端に設けたこと
で、各圧電駆動部材が駆動してカンチレバー７の位置が
変わっても、常にカンチレバー７にレーザーダイオード
１の光を照射させ、かつカンチレバー７からの反射光を
受光出来るようになった。

【００２２】次に、光学系の調整法を説明する。まずマ
イクロメータ２６を回すことにで、マイクロメータ２６
に係接されたレーザーダイオード支持体２５が、光軸方
向に移動する。この様にして、コリメーターレンズ２と
レーザーダイオード１との相対距離を変えて、カンチレ
バー７裏面にレーザー光の焦点位置を合わせることがで
きる。ところで、このマイクロメータ２６はレーザーダ
イオード支持体２５の角を押すようになっている。そし
て、レーザーダイオード支持体２５はメカニカルなガイ
ドの一端に常に押し付けられ、機械的なガタを無くすこ
とができる。この様な高分解能を有する原子間力顕微鏡
は、外部振動などにより発生する振動が存在しても、カ
ンチレバー７に照射する光学系が振動して、測定結果に
影響が出ないように成っている。

【００２３】また、カンチレバー７の反射面にレーザー
光を照射するために、反射鏡２０はマイクロメータ２１
ａ，ｂにより、そして、第２の反射鏡２８はネジ３０に
よりそれぞれ角度調整ができるようになっている。ま
た、第２の反射鏡２８についてはカンチレバー７と共に
高速に走査されるため、小型で軽く、しかも振動に強い
構造とする必要があった。そのためステンレス鋼帯をコ
の字型に曲げ、その内側に第２の反射鏡２８を接着し、
ブロック２９に両持ちの状態で固定した。

【００２４】ポジションセンサー１０は、メカニカルス
テージ２２ｃにより試料面に対して垂直方向に位置調整
を行うことができる。そして、このポジションセンサー
１０の横方向の位置調整は、マイクロメータ２２ｂによ
り行われる。マイクロメータ２２ｂの動きに伴い、メカ
ニカルステージ支持体２２ａは、支持基板５０と光学素
子支持体２４に沿ってスライドする様になっている。こ
のように光学素子支持体２４とメカニカルステージ支持
体が滑りあうように一体化されていることにより、光学
系がコンパクトになり振動などの外乱に強い。

【００２５】この様な構成を有した原子間力顕微鏡で
は、偏光ビームスプリッター４表面から反射されてしま
う迷光９ａは、前述の通りレーザーダイオード１の出射
端には戻らず、また、λ／４板５表面からの迷光９ｂは
スリット３にさえぎられ、９ｃはポジションセンサー１
０には入射しない。この様に、光学部材の表面から不必
要に反射された迷光がポジションセンサー９に入射する
ような場合は、偏光ビームスプリッター以降の光学部材
を入射する光軸に対して傾けることで、ポジションセン
サー１０に迷光が入射する現象を防ぐことができる。ま
た、レーザーダイオード１に迷光が入射される場合は、
レーザーダイオード１とカンチレバー７との間にある光
学部材を入射光軸に対して傾けることでレーザーダイオ
ードに迷光が入射されることを防げることができる。

【００２６】ところで、ポジションセンサー１０やレー
ザーダイオード１に迷光が入射され、ノイズが発生して
得られる試料表面の画像の一例として、図５の様な試料
表面の形状に伴い、等高線状のアーチファクトが含まれ
てしまうという現象がある。しかしながら、本発明のよ
うにポジションセンサー１０やレーザーダイオード１に
迷光が入らないようにすることで、この縞模様の発生が
抑えられた。また、本実施例のようにＸ方向用圧電駆動
部材１００の伸縮方向と同方向にカンチレバーの撓み量
を検出する光が通っている場合、このＸ方向用圧電駆動
部材１００が伸縮することで、この光の光路長が変化す
る。この光路長の変化により発生するアーチファクトの
発生をも解消することができた。

【００２７】ところで、本発明の一実施の形態では、偏
光ビームスプリッター４と、λ／４板５をそれぞれ同じ
方向に同じ角度傾けたが、この角度は適当量であり、本
発明の目的を達成するに十分な角度であればそれで良
い。また傾ける方向も偏光ビームスプリッター４と、λ
／４板５はそれぞれ任意の方向で良い。ところで、本発
明の実施の形態では、光てこ法を用いた原子間力顕微鏡
を挙げて説明したが、本発明は他の実施の形態に適用し
ても構わない。例えば、光てこ式変位検出器を用いた表
面粗さ測定装置や、また、試料表面にレーザー光を照射
して局部的に加熱し、そのときに発生する熱膨張を、試
料表面からの反射光の変化として検出して、その試料物
質の熱膨張に関する物性を観察するための光てこ式変位
検出器に用いても構わない。

【００２８】

【発明の効果】以上の様に本発明によれば、変位部の入
射光軸と反射光軸が近寄っている変位検出器で、光分配
器と変位部との間に設けられた光学部材を光源から来る
入射光軸に対して傾けることにより、光受光部に迷光が
照射されず、正確な光てこの変位検出が行えるようにな
った。

【００２９】また、光てこ式変位検出器にレーザー光を
用いた場合には、レーザー光がレーザーダイオードに戻
ってしまいモードポップを引き起こしたり、ポジション
センサーに入射してシグナルの光と干渉してしまうのを
容易に防ぐことができるようになった。それによりカン
チレバーに光てこの検出用のレーザーをほぼ垂直に入射
させながら、原子間力顕微鏡を安定に動作させることが
できようになった。そのため理論的に最大の光てこ倍率
がえられ、さらに、カンチレバーへの入射光と反射光が
ほぼ同じ光路を通ることにより、光てこ法に使うスペー
スを節約でき、原子間力顕微鏡が小型化され、しかも光
学顕微鏡により、カンチレバーを直上から観察すること
ができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】：本発明の実施の一形態である光てこ法を用い
た変位検出器を原子間力顕微鏡に用いたときの概念構成
図

【図２】：本発明の実施の一形態である光てこ式変位検
出器を用いた原子間力顕微鏡の斜視図

【図３】：従来の光てこ式変位検出器を用いた原子間力
顕微鏡の概念構成図

【図４】：光てこ式変位検出の概念図

【図５】：従来の光てこ式変位検出器を用いたときに見
られる原子間力顕微鏡画像の例

【符号の説明】

１ レーザーダイオード ２ コリメータレンズ ３ スリット ４ 偏光ビームスプリッター ５ λ／４板 ６ 集光レンズ ７ カンチレバー ８ 探針 ９ａ，ｂ，ｃ 迷光 １０ ポジションセンサー ２０ 反射鏡 ２１ａ，ｂ、２２ｂ、２６、５１ マイクロメーター ２２ａ メカニカルステージ支持体 ２２ｃ メカニカルステージ ２４ 光学素子支持体 ２５ レーザーダイオード支持体 ２７ 第１の反射鏡 ２８ 第２の反射鏡 ２９ 反射鏡支持体 ３０ ネジ ５０ 支持基板 ５２ ステッピングモーター ５３ 差動マイクロメーター ５４ ストッパー １００ Ｘ方向用圧電駆動部材 １０１ Ｙ方向用圧電駆動部材 １０２ Ｚ方向用圧電駆動部材 １０３ａ，ｂ，ｃ ヒンジ １０４ ブロック

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、 光を反射する反射面を有し、物理的環境の変化に応じ反
   射面が変位する変位部と、 すくなくとも前記光源からの光が入射する面と、前記光
   源からの光を前記変位部の反射面へ射出しかつ前記変位
   部の反射光を入射する面と、前記変位部の反射光を入射
   する面から入射した光が射出する面との３面を有した光
   分配器と、 前記変位部と前記光分配器との間の光路上に設けられ、
   前記光分配器から射出した光の光軸に対して入射面が傾
   いて固定されている光学部材を有していることを特徴と
   する光てこ式変位検出器
2. 【請求項２】 前記変位部の反射面からの反射光を入射
   する面から入射した光が射出する光の光軸上に、複数に
   分割された受光面を有した光検出器を備えたことを特徴
   とする請求項１記載の光てこ式変位検出器
3. 【請求項３】 前記変位部は、一端が支持された可撓性
   の片持ち梁構造を有し、更に前記片持ち梁構造の他端で
   かつ反射面とは反対側の面に探針を有したことを特徴と
   する請求項２記載の光てこ式変位検出器
4. 【請求項４】 前記光分配器は、前記光源から射出され
   た光のうち、ある偏光を有した光を透過しかつある偏光
   とは異なる偏光を有する光を反射する偏光ビームスプリ
   ッターであることを特徴とする請求項１、２、または３
   記載の光てこ式変位検出器
5. 【請求項５】 前記光学部材は、複数備えられ、その一
   つとしてλ／４板を設けたことを特徴とする請求項４記
   載の光てこ式変位検出器
6. 【請求項６】 前記光学部材での前記光分配器から前記
   変位部の反射面へ射出される光の入射面の法線の方向
   と、前記光分配器から前記変位部の反射面へ射出される
   光の光軸の方向が異なることを特徴とする請求項１記載
   の光てこ式変位検出器
7. 【請求項７】 封入された物質を励起して発光する光源
   と、 前記光源の光を反射する反射面を有し、物理的環境の変
   化に応じ反射面が変位する変位部と、 前記光源と前記変位部との間の光路中に設置された光学
   素子の光源からの光の入射面が、前記光源から光軸に対
   して傾きを有していることを特徴とする光てこ式変位検
   出器
8. 【請求項８】 前記光学素子は、前記光源から射出され
   た光のうち、ある偏光を有した光を透過しかつある偏光
   とは異なる偏光を有する光を反射し、すくなくとも前記
   光源からの光が入射する面と、前記光源からの光を前記
   変位部の反射面へ射出しかつ前記変位部からの反射光を
   入射する面と、前記変位部からの反射光を入射する面か
   ら入射した光を射出する面との３面を有した偏光ビーム
   スプリッターであることを特徴とする請求項７記載の光
   てこ式変位検出器
9. 【請求項９】 前記光学素子と前記変位部との間に光の
   偏光を変化させるλ／４板を備え、前記光学素子から射
   出された光軸の方向と前記λ／４板の入射面の法線の方
   向とが異なることを特徴とする請求項８記載の光てこ式
   変位検出器
10. 【請求項１０】 前記変位部は、一端が支持された可撓
    性の片持ち梁構造を有し、更に前記片持ち梁構造の他端
    でかつ反射面とは反対側の面に、探針を有したことを特
    徴とする請求項７記載の光てこ式変位検出器
11. 【請求項１１】 前記光源は、レーザーダイオードであ
    ることを特徴とする請求項７記載の光てこ式変位検出器