JPH1073605A - カンチレバー変位検出装置 - Google Patents
カンチレバー変位検出装置Info
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- JPH1073605A JPH1073605A JP22827996A JP22827996A JPH1073605A JP H1073605 A JPH1073605 A JP H1073605A JP 22827996 A JP22827996 A JP 22827996A JP 22827996 A JP22827996 A JP 22827996A JP H1073605 A JPH1073605 A JP H1073605A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】光スポットの移動量を減少させること無く且つ
スポット径を極めて小さくして、高感度にカンチレバー
の変位を検出することが可能なカンチレバー変位検出装
置を提供する。 【解決手段】レーザー光の集束点Ｐ１をカンチレバー２
の背面から光検出器６側に距離Ｋだけずれた位置に設定
している。また、第２の集光レンズ２０（焦点距離ｆ）
は、集束点Ｐ１から光検出器側に距離Ｓ１だけ離れた位
置に配置させる。第２の集光レンズと光検出器の第１及
び第２の受光面６Ａ，６Ｂとの間の距離をＳ２とした場
合において、カンチレバー２と光検出器６との間の距離
をＬとすると、“Ｌ＝Ｋ＋Ｓ１＋Ｓ２”及び“（１／Ｓ
１）＋（１／Ｓ２）＝１／ｆ”なる関係を満足するよう
に、集束点及び第２の集光レンズを位置合わせする。
スポット径を極めて小さくして、高感度にカンチレバー
の変位を検出することが可能なカンチレバー変位検出装
置を提供する。 【解決手段】レーザー光の集束点Ｐ１をカンチレバー２
の背面から光検出器６側に距離Ｋだけずれた位置に設定
している。また、第２の集光レンズ２０（焦点距離ｆ）
は、集束点Ｐ１から光検出器側に距離Ｓ１だけ離れた位
置に配置させる。第２の集光レンズと光検出器の第１及
び第２の受光面６Ａ，６Ｂとの間の距離をＳ２とした場
合において、カンチレバー２と光検出器６との間の距離
をＬとすると、“Ｌ＝Ｋ＋Ｓ１＋Ｓ２”及び“（１／Ｓ
１）＋（１／Ｓ２）＝１／ｆ”なる関係を満足するよう
に、集束点及び第２の集光レンズを位置合わせする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、カンチレバーの変
位を光学的に検出するためのカンチレバー変位検出装置
に関し、特に、走査型プローブ顕微鏡によって試料の表
面情報を測定する際に生じるカンチレバーの変位状態を
光学的に検出するためのカンチレバー変位検出装置に関
する。
位を光学的に検出するためのカンチレバー変位検出装置
に関し、特に、走査型プローブ顕微鏡によって試料の表
面情報を測定する際に生じるカンチレバーの変位状態を
光学的に検出するためのカンチレバー変位検出装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）
や磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）等の走査型プローブ顕微鏡
（ＳＰＭ）が知られており、先端に尖鋭化した探針を有
するカンチレバーを用いてＳＰＭ測定が行われている。
や磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）等の走査型プローブ顕微鏡
（ＳＰＭ）が知られており、先端に尖鋭化した探針を有
するカンチレバーを用いてＳＰＭ測定が行われている。
【０００３】具体的には、探針を試料に近づけると、探
針先端の原子と試料表面の原子との間に働く相互作用力
によりカンチレバーの先端が変位する。そして、このカ
ンチレバー先端に生じる変位状態をカンチレバー変位検
出装置によって光学的に測定しながら、探針を試料表面
に沿って走査することによって、試料の表面情報を得て
いる。
針先端の原子と試料表面の原子との間に働く相互作用力
によりカンチレバーの先端が変位する。そして、このカ
ンチレバー先端に生じる変位状態をカンチレバー変位検
出装置によって光学的に測定しながら、探針を試料表面
に沿って走査することによって、試料の表面情報を得て
いる。
【０００４】このようなＳＰＭに用いられるカンチレバ
ー変位検出装置には、現在、光てこ方式と呼ばれる検出
技術が一般的に採用されている。以下、光てこ方式を採
用しているカンチレバー変位検出装置について、図４を
参照して説明する。
ー変位検出装置には、現在、光てこ方式と呼ばれる検出
技術が一般的に採用されている。以下、光てこ方式を採
用しているカンチレバー変位検出装置について、図４を
参照して説明する。
【０００５】図４に示すように、カンチレバー変位検出
装置には、カンチレバー２の背面（探針４が形成された
面とは反対側の面）に集束光を照射するレーザー光源
（図示しない）と、カンチレバー２の背面から反射した
反射光を受光する光検出器６（具体的には、２分割フォ
トディテクタ）とが設けられている。
装置には、カンチレバー２の背面（探針４が形成された
面とは反対側の面）に集束光を照射するレーザー光源
（図示しない）と、カンチレバー２の背面から反射した
反射光を受光する光検出器６（具体的には、２分割フォ
トディテクタ）とが設けられている。
【０００６】また、２分割フォトディテクタを用いた光
検出器６には、２分割された受光面６Ａ，６Ｂ（夫々の
受光面を仮に第１及び第２の受光面という）が設けられ
ており、これら第１及び第２の受光面６Ａ，６Ｂは、夫
々、入射光の光強度に応じた電気信号Ａ，Ｂ（図３
（ａ）参照）を出力することができるように構成されて
いる。
検出器６には、２分割された受光面６Ａ，６Ｂ（夫々の
受光面を仮に第１及び第２の受光面という）が設けられ
ており、これら第１及び第２の受光面６Ａ，６Ｂは、夫
々、入射光の光強度に応じた電気信号Ａ，Ｂ（図３
（ａ）参照）を出力することができるように構成されて
いる。
【０００７】また、光検出器６には、第１及び第２の受
光面６Ａ，６Ｂからの電気信号Ａ，Ｂに基づいて、後述
する光スポットＨの移動量δｘを算出可能な演算回路８
（図３（ａ）参照）が設けられている。
光面６Ａ，６Ｂからの電気信号Ａ，Ｂに基づいて、後述
する光スポットＨの移動量δｘを算出可能な演算回路８
（図３（ａ）参照）が設けられている。
【０００８】このような構成において、カンチレバー２
に入射した集束光は、カンチレバー２の背面から反射し
た後、広がり角ＮＡを持って光検出器６に伝波し、第１
及び第２の受光面６Ａ，６Ｂ上に所定径の光スポットＨ
を形成する。
に入射した集束光は、カンチレバー２の背面から反射し
た後、広がり角ＮＡを持って光検出器６に伝波し、第１
及び第２の受光面６Ａ，６Ｂ上に所定径の光スポットＨ
を形成する。
【０００９】ここで、第１及び第２の受光面６Ａ，６Ｂ
上の光スポットＨの直径をＤ、カンチレバー２と光検出
器６との間の距離をＬとすると、スポット径Ｄは、 Ｄ＝２×Ｌ×ＮＡ …（１） なる関係を満足する。なお、スポット径Ｄは、現在一般
的に利用されている光てこ技術において、受光面上に形
成されるスポット径を意味する。
上の光スポットＨの直径をＤ、カンチレバー２と光検出
器６との間の距離をＬとすると、スポット径Ｄは、 Ｄ＝２×Ｌ×ＮＡ …（１） なる関係を満足する。なお、スポット径Ｄは、現在一般
的に利用されている光てこ技術において、受光面上に形
成されるスポット径を意味する。
【００１０】このような状態の下、ＳＰＭ測定中に、探
針４先端と試料表面（図示しない）との間の相互作用に
よってカンチレバー２が、例えば角度θ／２だけ変位し
たとすると、反射光の光軸Ｉが角度θだけ傾斜して、光
スポットＨが角度θに対応した量だけ移動する。
針４先端と試料表面（図示しない）との間の相互作用に
よってカンチレバー２が、例えば角度θ／２だけ変位し
たとすると、反射光の光軸Ｉが角度θだけ傾斜して、光
スポットＨが角度θに対応した量だけ移動する。
【００１１】ここで、光スポットＨの移動量をδｘとす
ると、移動量δｘは、 δｘ＝Ｌ・ｔａｎθ …（２） なる関係を満足する。
ると、移動量δｘは、 δｘ＝Ｌ・ｔａｎθ …（２） なる関係を満足する。
【００１２】この場合、第１の受光面６Ａからの電気信
号をＡ、第２の受光面６Ｂからの電気信号をＢとする
と、光スポットＨの移動量δｘは、演算回路８内におい
て、 δｘ＝ｋ・（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ） …（３） なる演算処理を施すことによって算出される。なお、ｋ
は、係数である。
号をＡ、第２の受光面６Ｂからの電気信号をＢとする
と、光スポットＨの移動量δｘは、演算回路８内におい
て、 δｘ＝ｋ・（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ） …（３） なる演算処理を施すことによって算出される。なお、ｋ
は、係数である。
【００１３】この式（３）は、第１及び第２の受光面６
Ａ，６Ｂの光量変化を示しており、式（２）と対応させ
ることによって、カンチレバー２の変位を検出すること
ができる。
Ａ，６Ｂの光量変化を示しており、式（２）と対応させ
ることによって、カンチレバー２の変位を検出すること
ができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、現在、生体
や無機材料の分野では、遺伝子や原子の配列等、更に微
小な構造を有する試料をＳＰＭ測定技術を用いて観察し
たいという要望がある。この要望に答えるためには、微
弱な原子間力の変化を高感度に検出可能なカンチレバー
変位検出装置が必要となる。
や無機材料の分野では、遺伝子や原子の配列等、更に微
小な構造を有する試料をＳＰＭ測定技術を用いて観察し
たいという要望がある。この要望に答えるためには、微
弱な原子間力の変化を高感度に検出可能なカンチレバー
変位検出装置が必要となる。
【００１５】この場合、上述した例と同じ角度（θ／
２）だけカンチレバー２が変位した場合を考察すると、
第１及び第２の受光面６Ａ，６Ｂの光量変化を大きくす
れば、更に高感度にカンチレバー２の変位を検出可能で
あることが分かる。
２）だけカンチレバー２が変位した場合を考察すると、
第１及び第２の受光面６Ａ，６Ｂの光量変化を大きくす
れば、更に高感度にカンチレバー２の変位を検出可能で
あることが分かる。
【００１６】例えば第１及び第２の受光面６Ａ，６Ｂ上
の光スポットＨの移動量が、上述した例と同じ移動量δ
ｘであると仮定する。この場合、図３（ｂ）に示すよう
に、通常のスポット径Ｄ（図３（ａ）参照）よりも小さ
くなるに従って、光量変化は大きくなる。
の光スポットＨの移動量が、上述した例と同じ移動量δ
ｘであると仮定する。この場合、図３（ｂ）に示すよう
に、通常のスポット径Ｄ（図３（ａ）参照）よりも小さ
くなるに従って、光量変化は大きくなる。
【００１７】即ち、通常のスポット径Ｄよりも小さな光
スポットでは、同じ移動量δｘであっても、第１及び第
２の受光面６Ａ，６Ｂからの電気信号Ａ，Ｂに大きな差
が生じるため、この差分が、式（３）の光量変化に大き
く反映されるからである。
スポットでは、同じ移動量δｘであっても、第１及び第
２の受光面６Ａ，６Ｂからの電気信号Ａ，Ｂに大きな差
が生じるため、この差分が、式（３）の光量変化に大き
く反映されるからである。
【００１８】そこで、光検出器６の受光面６Ａ，６Ｂ上
での光スポットＨの移動量δｘを減少させること無く且
つスポット径を極めて小さくして、高感度にカンチレバ
ー２の変位を検出することができる装置の開発が望まれ
ている。
での光スポットＨの移動量δｘを減少させること無く且
つスポット径を極めて小さくして、高感度にカンチレバ
ー２の変位を検出することができる装置の開発が望まれ
ている。
【００１９】本発明は、このような要求に答えるために
成されており、その目的は、光スポットの移動量を減少
させること無く且つスポット径を極めて小さくして、高
感度にカンチレバーの変位を検出することが可能なカン
チレバー変位検出装置を提供することにある。
成されており、その目的は、光スポットの移動量を減少
させること無く且つスポット径を極めて小さくして、高
感度にカンチレバーの変位を検出することが可能なカン
チレバー変位検出装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明のカンチレバー変位検出装置は、カン
チレバーに光束を集光させる集光手段と、前記カンチレ
バーから反射した反射光束を集光させる集光レンズと、
この集光レンズを介して集光した反射光束を受光する光
検出器とを備えており、前記集光手段は、前記カンチレ
バーに集光した光束の集束点を前記カンチレバーから前
記光検出器側に所定距離だけずれた位置に形成するよう
に調節され、また、前記集光レンズは、前記集束点から
前記光検出器側に所定距離だけ離間した位置に配置され
ている。
るために、本発明のカンチレバー変位検出装置は、カン
チレバーに光束を集光させる集光手段と、前記カンチレ
バーから反射した反射光束を集光させる集光レンズと、
この集光レンズを介して集光した反射光束を受光する光
検出器とを備えており、前記集光手段は、前記カンチレ
バーに集光した光束の集束点を前記カンチレバーから前
記光検出器側に所定距離だけずれた位置に形成するよう
に調節され、また、前記集光レンズは、前記集束点から
前記光検出器側に所定距離だけ離間した位置に配置され
ている。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態に係
るカンチレバー変位検出装置について、添付図面を参照
して説明する。図１には、本実施の形態のカンチレバー
変位検出装置が組み込まれた走査型プローブ顕微鏡の構
成が示されている。なお、本実施の形態の説明に際し、
図４に示された装置と同一の構成には、同一符号を付し
て、その説明を省略する。
るカンチレバー変位検出装置について、添付図面を参照
して説明する。図１には、本実施の形態のカンチレバー
変位検出装置が組み込まれた走査型プローブ顕微鏡の構
成が示されている。なお、本実施の形態の説明に際し、
図４に示された装置と同一の構成には、同一符号を付し
て、その説明を省略する。
【００２２】図１及び図２に示すように、本実施の形態
に適用した走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）は、一般的
に知られた構成を有しており、以下のように動作制御さ
れている。
に適用した走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）は、一般的
に知られた構成を有しており、以下のように動作制御さ
れている。
【００２３】いま、チューブスキャナ１０上にセットさ
れた試料１２と探針４との間の距離を一定に維持するよ
うに、チューブスキャナ１０をフィードバック制御しな
がら、探針４を試料１２表面に沿って走査しているもの
と仮定する。
れた試料１２と探針４との間の距離を一定に維持するよ
うに、チューブスキャナ１０をフィードバック制御しな
がら、探針４を試料１２表面に沿って走査しているもの
と仮定する。
【００２４】この状態において、レーザー光源１４から
出射されたレーザー光は、第１の集光レンズ１６を介し
てダイクロイックミラー１８に照射された後、このダイ
クロイックミラー１８によって特定波長帯域のレーザー
光のみがカンチレバー２方向に反射され、カンチレバー
２の背面に集光する。このとき、カンチレバー２の背面
から反射した反射光は、第２の集光レンズ２０を介して
光検出器６の受光面（具体的には、図２に示す第１及び
第２の受光面６Ａ，６Ｂ）にスポット照射される。そし
て、走査中、探針４先端と試料１２表面との間の相互作
用によって、カンチレバー２が変位したとき、受光面上
の光スポットＨ位置の移動量に基づいて、カンチレバー
２の変位が検出されることになる。
出射されたレーザー光は、第１の集光レンズ１６を介し
てダイクロイックミラー１８に照射された後、このダイ
クロイックミラー１８によって特定波長帯域のレーザー
光のみがカンチレバー２方向に反射され、カンチレバー
２の背面に集光する。このとき、カンチレバー２の背面
から反射した反射光は、第２の集光レンズ２０を介して
光検出器６の受光面（具体的には、図２に示す第１及び
第２の受光面６Ａ，６Ｂ）にスポット照射される。そし
て、走査中、探針４先端と試料１２表面との間の相互作
用によって、カンチレバー２が変位したとき、受光面上
の光スポットＨ位置の移動量に基づいて、カンチレバー
２の変位が検出されることになる。
【００２５】レーザー光源１４は、本体２２に装着され
たレーザー枠２４に固定されており、レーザー光軸Ｊに
直交する平面内で位置決め可能に構成されている。第１
の集光レンズ１６は、レーザー光軸Ｊに沿って摺動自在
なレンズホルダ２６に固定されており、レーザー光源１
４からの距離を任意に変更可能に構成されている。この
結果、第１の集光レンズ１６の位置を変更することによ
って、レーザー光源１４から出射されたレーザー光の集
束点を任意に調整することが可能となる。
たレーザー枠２４に固定されており、レーザー光軸Ｊに
直交する平面内で位置決め可能に構成されている。第１
の集光レンズ１６は、レーザー光軸Ｊに沿って摺動自在
なレンズホルダ２６に固定されており、レーザー光源１
４からの距離を任意に変更可能に構成されている。この
結果、第１の集光レンズ１６の位置を変更することによ
って、レーザー光源１４から出射されたレーザー光の集
束点を任意に調整することが可能となる。
【００２６】カンチレバー２は、その背面がレーザー光
軸Ｊ上に位置付けられるように、本体２２の水平面２２
ａに沿って摺動自在なレバーホルダ２８に支持されてい
る。なお、レバーホルダ２８は、カンチレバー２の背面
をレーザー光軸Ｊ上に位置付けた後、固定台３０によっ
て本体２２の水平面２２ａに固定されるようになってい
る。
軸Ｊ上に位置付けられるように、本体２２の水平面２２
ａに沿って摺動自在なレバーホルダ２８に支持されてい
る。なお、レバーホルダ２８は、カンチレバー２の背面
をレーザー光軸Ｊ上に位置付けた後、固定台３０によっ
て本体２２の水平面２２ａに固定されるようになってい
る。
【００２７】また、第２の集光レンズ２０と光検出器６
とは、互いに予め設定された距離だけ離間させた状態
で、拡大筒３２内に固定されている。拡大筒３２は、ア
ーム３４を介して移動ステージ３６に固定されており、
この移動ステージ３６を移動することによって、反射光
の光軸Ｉ（図２参照）に直交する平面内で位置決め可能
に構成されている。
とは、互いに予め設定された距離だけ離間させた状態
で、拡大筒３２内に固定されている。拡大筒３２は、ア
ーム３４を介して移動ステージ３６に固定されており、
この移動ステージ３６を移動することによって、反射光
の光軸Ｉ（図２参照）に直交する平面内で位置決め可能
に構成されている。
【００２８】次に、このようなＳＰＭに組み込まれた本
実施の形態のカンチレバー変位検出装置について具体的
に説明する。図２に示すように、本実施の形態のカンチ
レバー変位検出装置では、第１の集光レンズ１６（図１
参照）の位置を調節して、レーザー光源１４（図１参
照）からのレーザー光の集束点Ｐ１をカンチレバー２の
背面から光検出器６側に距離Ｋだけずれた位置に設定し
ている。
実施の形態のカンチレバー変位検出装置について具体的
に説明する。図２に示すように、本実施の形態のカンチ
レバー変位検出装置では、第１の集光レンズ１６（図１
参照）の位置を調節して、レーザー光源１４（図１参
照）からのレーザー光の集束点Ｐ１をカンチレバー２の
背面から光検出器６側に距離Ｋだけずれた位置に設定し
ている。
【００２９】また、第２の集光レンズ２０は、集束点Ｐ
１から光検出器６側に距離Ｓ１だけ離れた位置に配置さ
れている。このような位置設定の下、第２の集光レンズ
２０と光検出器６の第１及び第２の受光面６Ａ，６Ｂと
の間の距離をＳ２にした場合において、現在採用されて
いる光てこ方式のカンチレバー変位検出装置と同様に、
カンチレバー２と光検出器６との間の距離をＬとする
と、 Ｌ＝Ｋ＋Ｓ１＋Ｓ２ …（４） なる関係を満足するように、集束点Ｐ１及び第２の集光
レンズ２０の位置合わせが成される。
１から光検出器６側に距離Ｓ１だけ離れた位置に配置さ
れている。このような位置設定の下、第２の集光レンズ
２０と光検出器６の第１及び第２の受光面６Ａ，６Ｂと
の間の距離をＳ２にした場合において、現在採用されて
いる光てこ方式のカンチレバー変位検出装置と同様に、
カンチレバー２と光検出器６との間の距離をＬとする
と、 Ｌ＝Ｋ＋Ｓ１＋Ｓ２ …（４） なる関係を満足するように、集束点Ｐ１及び第２の集光
レンズ２０の位置合わせが成される。
【００３０】この場合、カンチレバー２の背面から反射
した反射光は、第２の集光レンズ２０によって第１及び
第２の受光面６Ａ，６Ｂに現在の光てこ方式のスポット
径Ｄよりも小さいスポット径Ｄ′（＜＜Ｄ）で集束する
ことになる。
した反射光は、第２の集光レンズ２０によって第１及び
第２の受光面６Ａ，６Ｂに現在の光てこ方式のスポット
径Ｄよりも小さいスポット径Ｄ′（＜＜Ｄ）で集束する
ことになる。
【００３１】ここで、第２の集光レンズ２０の焦点距離
をｆとすると、幾何光学的に以下の関係が成り立つ。 （１／Ｓ１）＋（１／Ｓ２）＝１／ｆ …（５） また、第１及び第２の受光面６Ａ，６Ｂに形成される光
スポットＨのスポット径Ｄ′は、集束点Ｐ１の径をＷと
すると、 Ｄ′＝（Ｓ２／Ｓ１）・Ｗ …（６） なる関係を満足する。
をｆとすると、幾何光学的に以下の関係が成り立つ。 （１／Ｓ１）＋（１／Ｓ２）＝１／ｆ …（５） また、第１及び第２の受光面６Ａ，６Ｂに形成される光
スポットＨのスポット径Ｄ′は、集束点Ｐ１の径をＷと
すると、 Ｄ′＝（Ｓ２／Ｓ１）・Ｗ …（６） なる関係を満足する。
【００３２】このような状態の下、ＳＰＭ測定中に、探
針４先端と試料１２表面（図１参照）との間の相互作用
によってカンチレバー２が、例えば角度θ／２だけ変位
したとすると、反射光の光軸Ｉが角度θだけ傾斜して、
光スポットＨが角度θに対応した量だけ移動する。な
お、実際の光軸Ｉの傾斜状態は、図１（ｂ）に拡大して
示すように、カンチレバー２が角度θ／２だけ変位する
と、反射光の光軸Ｉは、符号Ｉ′で示す位置に角度θだ
け傾斜することになる。しかしながら、角度θ／２は、
非常に小さい角度であるため、図２に示すように、光軸
Ｉの傾斜角θは鋭角となる。
針４先端と試料１２表面（図１参照）との間の相互作用
によってカンチレバー２が、例えば角度θ／２だけ変位
したとすると、反射光の光軸Ｉが角度θだけ傾斜して、
光スポットＨが角度θに対応した量だけ移動する。な
お、実際の光軸Ｉの傾斜状態は、図１（ｂ）に拡大して
示すように、カンチレバー２が角度θ／２だけ変位する
と、反射光の光軸Ｉは、符号Ｉ′で示す位置に角度θだ
け傾斜することになる。しかしながら、角度θ／２は、
非常に小さい角度であるため、図２に示すように、光軸
Ｉの傾斜角θは鋭角となる。
【００３３】このとき、集束点Ｐ１も反射光の光軸Ｉの
傾斜角度θに対応した量だけ移動する。ここで、集束点
Ｐ１が符号Ｐ２で示す位置まで移動したものと仮定する
と、その移動量δｘ0 ′は、 δｘ0 ′＝Ｋ・ｔａｎθ …（７） となり、また、光スポットＨの移動量δｘ′は、 δｘ′＝（Ｓ２／Ｓ１）・δｘ0 ′ …（８） となる。
傾斜角度θに対応した量だけ移動する。ここで、集束点
Ｐ１が符号Ｐ２で示す位置まで移動したものと仮定する
と、その移動量δｘ0 ′は、 δｘ0 ′＝Ｋ・ｔａｎθ …（７） となり、また、光スポットＨの移動量δｘ′は、 δｘ′＝（Ｓ２／Ｓ１）・δｘ0 ′ …（８） となる。
【００３４】この関係式（８）によれば、集束点のＰ１
からＰ２への移動量が、第２の集光レンズ２０によっ
て、“Ｓ２／Ｓ１”の倍率で第１及び第２の受光面６
Ａ，６Ｂ上に拡大投影されていることを意味する。
からＰ２への移動量が、第２の集光レンズ２０によっ
て、“Ｓ２／Ｓ１”の倍率で第１及び第２の受光面６
Ａ，６Ｂ上に拡大投影されていることを意味する。
【００３５】従って、本実施の形態の光スポットＨの移
動量δｘ′と、現在採用されている光てこ方式の光スポ
ットＨの移動量δｘ（図４参照）とが、互いに等しくな
るように設定するには、式（４），（５）の関係に基づ
いて“Ｓ２／Ｓ１”を決定すれば良いことが分かる。な
お、厳密に言うと、カンチレバー２と集束点Ｐ１，Ｐ２
との間の距離Ｋは、カンチレバー２の変位に従って変動
するが、その場合でも、変位角度θ／２は、非常に小さ
な値であるため、本実施の形態では、定数Ｋとして扱っ
ている。
動量δｘ′と、現在採用されている光てこ方式の光スポ
ットＨの移動量δｘ（図４参照）とが、互いに等しくな
るように設定するには、式（４），（５）の関係に基づ
いて“Ｓ２／Ｓ１”を決定すれば良いことが分かる。な
お、厳密に言うと、カンチレバー２と集束点Ｐ１，Ｐ２
との間の距離Ｋは、カンチレバー２の変位に従って変動
するが、その場合でも、変位角度θ／２は、非常に小さ
な値であるため、本実施の形態では、定数Ｋとして扱っ
ている。
【００３６】このように本実施の形態によれば、光スポ
ットＨの移動量（現在採用されている光てこ方式のスポ
ット移動量）を減少させること無く且つスポット径を極
めて小さくすることができるため、高感度にカンチレバ
ー２の変位を検出することが可能なカンチレバー変位検
出装置を提供することができる。
ットＨの移動量（現在採用されている光てこ方式のスポ
ット移動量）を減少させること無く且つスポット径を極
めて小さくすることができるため、高感度にカンチレバ
ー２の変位を検出することが可能なカンチレバー変位検
出装置を提供することができる。
【００３７】
【発明の効果】本発明によれば、光スポットの移動量を
減少させること無く且つスポット径を極めて小さくし
て、高感度にカンチレバーの変位を検出することが可能
なカンチレバー変位検出装置を提供することができる。
減少させること無く且つスポット径を極めて小さくし
て、高感度にカンチレバーの変位を検出することが可能
なカンチレバー変位検出装置を提供することができる。
【図１】（ａ）は、本発明の一実施の形態のカンチレバ
ー変位検出装置が組み込まれた走査型プローブ顕微鏡の
構成を示す図、（ｂ）は、カンチレバーの角度変位によ
って反射光の光軸が傾斜した状態を拡大して示す図。
ー変位検出装置が組み込まれた走査型プローブ顕微鏡の
構成を示す図、（ｂ）は、カンチレバーの角度変位によ
って反射光の光軸が傾斜した状態を拡大して示す図。
【図２】本発明の一実施の形態のカンチレバー変位検出
装置の主要な部分の構成を概略的に示す図。
装置の主要な部分の構成を概略的に示す図。
【図３】（ａ）は、現在採用されている光てこ方式のカ
ンチレバー変位検出装置において、第１及び第２の受光
面上の光スポットの移動状態を模式的に示す図、（ｂ）
は、スポット径を小さくした場合の光スポットの移動状
態を模式的に示す図。
ンチレバー変位検出装置において、第１及び第２の受光
面上の光スポットの移動状態を模式的に示す図、（ｂ）
は、スポット径を小さくした場合の光スポットの移動状
態を模式的に示す図。
【図４】現在採用されている光てこ方式のカンチレバー
変位検出装置の主要な部分の構成を概略的に示す図。
変位検出装置の主要な部分の構成を概略的に示す図。
２ カンチレバー ６ 光検出器 ６Ａ 第１の受光面 ６Ｂ 第２の受光面 ｆ 第２の集光レンズの焦点距離 Ｌ カンチレバーと光検出器との間の距離 Ｋ カンチレバーの背面と集束点との間の距離 Ｓ１ 集束点と第２の集光レンズとの間の距離 Ｓ２ 第２の集光レンズと第１及び第２の受光面との間
の距離
の距離
Claims (3)
- 【請求項１】 カンチレバーに光束を集光させる集光手
段と、 前記カンチレバーから反射した反射光束を集光させる集
光レンズと、 この集光レンズを介して集光した反射光束を受光する光
検出器とを備えており、 前記集光手段は、前記カンチレバーに集光した光束の集
束点を前記カンチレバーから前記光検出器側に所定距離
だけずれた位置に形成するように調節され、また、前記
集光レンズは、前記集束点から前記光検出器側に所定距
離だけ離間した位置に配置されていることを特徴とする
カンチレバー変位検出装置。 - 【請求項２】 前記集束点と前記集光レンズとの間の距
離をＳ１、前記集光レンズと前記光検出器との間の距離
をＳ２、前記集光レンズの焦点距離をｆとすると、前記
集束点及び前記集光レンズは、 （１／Ｓ１）＋（１／Ｓ２）＝１／ｆ なる関係を満足するように位置合わせされることを特徴
とする請求項１に記載のカンチレバー変位検出装置。 - 【請求項３】 前記カンチレバーと前記集束点との間の
距離をＫ、前記カンチレバーと前記光検出器との間の距
離をＬとすると、前記集束点及び前記集光レンズは、 Ｌ＝Ｋ＋Ｓ１＋Ｓ２ なる関係を満足するように位置合わせされることを特徴
とする請求項２に記載のカンチレバー変位検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22827996A JPH1073605A (ja) | 1996-08-29 | 1996-08-29 | カンチレバー変位検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22827996A JPH1073605A (ja) | 1996-08-29 | 1996-08-29 | カンチレバー変位検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1073605A true JPH1073605A (ja) | 1998-03-17 |
Family
ID=16873995
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22827996A Withdrawn JPH1073605A (ja) | 1996-08-29 | 1996-08-29 | カンチレバー変位検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1073605A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010190590A (ja) * | 2009-02-16 | 2010-09-02 | Jeol Ltd | 走査プローブ顕微鏡及びその動作方法 |
-
1996
- 1996-08-29 JP JP22827996A patent/JPH1073605A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010190590A (ja) * | 2009-02-16 | 2010-09-02 | Jeol Ltd | 走査プローブ顕微鏡及びその動作方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20031104 |