JPH11153405A - Displacement sensor for scanner system - Google Patents

Displacement sensor for scanner system

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Publication number
JPH11153405A
JPH11153405A JP31973597A JP31973597A JPH11153405A JP H11153405 A JPH11153405 A JP H11153405A JP 31973597 A JP31973597 A JP 31973597A JP 31973597 A JP31973597 A JP 31973597A JP H11153405 A JPH11153405 A JP H11153405A
Authority
JP
Japan
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light
displacement
scanner
light beam
position detector
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP31973597A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masaya Okazaki
賢哉 岡咲
Nobuaki Sakai
信明 酒井
Hirohisa Fujimoto
洋久 藤本
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH11153405A publication Critical patent/JPH11153405A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a displacement sensor for a scanner system of a compact constitution in which displacement of a stage can be detected at high precision by changing a dynamic range or a resolution. SOLUTION: A tube-shaped piezoelectric scanner 102 is fixed to a fixing base 104 at one end, a stage 108 is fixed at a free end, and a mirror 110 is fixed on the back side of it. An opening m106 is formed in the fixing base 104 at a corresponding part to the inner side of the scanner 102, and a 1/4 wavelength plate 120, a polarization beam splitter 122, a double focus optical system 130, and a position detector 124 are disposed in order under that. At a side part of the polarization beam splitter 122, a light source is disposed. The double focus optical system 130 condensates incidental light to it to either a first focus that is relatively light, or a second focus that is relatively long. The position detector 124 is disposed close to the first focus of the double focus optical system 130.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば走査トンネ
ル顕微鏡(STM)や原子間力顕微鏡(AFM)等の走
査型プローブ顕微鏡(SPM)に適用され、探針や試料
等を走査させるスキャナーの変位センサーに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is applied to a scanning probe microscope (SPM) such as a scanning tunneling microscope (STM) or an atomic force microscope (AFM), for example, and the displacement of a scanner for scanning a probe, a sample, or the like. About the sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば特開昭62−130302号にお
ける「サンプル表面の像を形成する方法及び装置」のよ
うに、走査トンネル顕微鏡(STM)や原子間カ顕微鏡
(AFM)など、簡単な構成で原子サイズレベルの高い
縦横分解能を有する走査型プローブ顕微鏡(SPM)が
提案されている。
2. Description of the Related Art A simple configuration such as a scanning tunneling microscope (STM) or an atomic force microscope (AFM), such as "Method and Apparatus for Forming an Image of a Sample Surface" in JP-A-62-130302, is used. 2. Description of the Related Art A scanning probe microscope (SPM) having a high vertical and horizontal resolution at an atomic size level has been proposed.

【0003】このような走査型プローブ顕微鏡で高い分
解能を実現するためには、プローブと試料の間の相対位
置を精度良くコントロールできるスキャナーが必要であ
る。一般にスキャナーにはトライポッド型やチューブ型
の圧電体スキャナーが用いられている。
In order to realize high resolution with such a scanning probe microscope, a scanner capable of controlling the relative position between the probe and the sample with high accuracy is required. Generally, a tripod-type or tube-type piezoelectric scanner is used as the scanner.

【0004】チューブ型の圧電体スキャナーは、例えば
チューブ状に形成された圧電体の内周面に単一の共通電
極を有し、外周面にはその周方向に四つの駆動電極を有
している。四つの駆動電極への電圧印加を適宜制御する
ことにより、屈曲や伸縮によって圧電体スキャナーの端
部が三次元的に変位する。圧電体スキャナーの端部にス
テージを固定し、このステージに探針または試料を支持
することにより、圧電体スキャナーの端部の変位によっ
て探針または試料が走査される。
A tube-type piezoelectric scanner has, for example, a single common electrode on the inner peripheral surface of a piezoelectric member formed in a tube shape, and four drive electrodes on its outer peripheral surface in the circumferential direction. I have. By appropriately controlling the voltage application to the four drive electrodes, the end of the piezoelectric scanner is three-dimensionally displaced by bending or expansion and contraction. By fixing a stage to the end of the piezoelectric scanner and supporting the probe or sample on the stage, the probe or sample is scanned by the displacement of the end of the piezoelectric scanner.

【0005】圧電体スキャナーはPZT(チタン酸ジル
コン酸鉛)などにより形成されており、電圧駆動を行な
ったときの変位にヒステリシスやクリープ現象を示すこ
とがよく知られている。従って、圧電体スキャナーを用
いて探針や試料を走査させた場合、ステージ(すなわち
探針または試料)の移動特性は非直線性を示す。このよ
うな非直線性は、走査型プローブ顕微鏡においては、測
定像の歪みとして現れ、定量的な測定の妨げとなる。
[0005] The piezoelectric scanner is formed of PZT (lead zirconate titanate) or the like, and it is well known that displacement when voltage driving is performed exhibits hysteresis and creep. Therefore, when the probe or the sample is scanned by using the piezoelectric scanner, the movement characteristic of the stage (that is, the probe or the sample) shows nonlinearity. Such non-linearity appears as a distortion of a measurement image in a scanning probe microscope, and hinders quantitative measurement.

【0006】このような問題を解決するため、特開平6
−229753号は、ステージの変位量を光学的に検出
する光学式変位センサーを備えたスキャナーシステムを
開示している。この光学式変位センサーでは、ステージ
に設けた平面鏡に平行光束を照射し、その反射光をレン
ズにより集光し、ポジションディテクターに光スポット
を形成し、ポジションディテクターで検出されたスポッ
ト位置に基づいてステージの移動量を算出している。
To solve such a problem, Japanese Patent Laid-Open No.
No. 229975 discloses a scanner system provided with an optical displacement sensor for optically detecting the amount of displacement of a stage. This optical displacement sensor irradiates a plane mirror provided on the stage with a parallel light beam, condenses the reflected light with a lens, forms a light spot on the position detector, and sets the stage based on the spot position detected by the position detector. Is calculated.

【0007】このような光学式変位センサーにおいて、
レンズとポジションディテクターの相対的な位置を変化
させ、ポジションディテクター上の光スポットの大きさ
を変えることにより、変位センサーのダイナミックレン
ジや分解能を可変にしたものが提案されている。その一
例が特開平7−98206号に示されている。
In such an optical displacement sensor,
A sensor has been proposed in which the relative position of a lens and a position detector is changed, and the size of a light spot on the position detector is changed to change the dynamic range and resolution of a displacement sensor. One example is disclosed in JP-A-7-98206.

【0008】このようにダイナミックレンジや分解能を
変更できる変位センサーは、走査範囲(数nm〜100
μm以上)が広いSPMには非常に有効である。なぜな
ら、特開平6−229753号に示されている光学式変
位センサーを含め、通常の変位センサーの分解能はせい
ぜいダイナミックレンジの1/10000程度である。
つまり、ダイナミックレンジ(SPMの最大走査幅)が
100μm以上ある変位センサーでは、その分解能は
0.01μm程度である。これは、一走査当たり約50
0ポイントのデータを取り込むSPMにおいて、変位セ
ンサーが有効な走査幅は5μm以上であることを意味す
る。従って、SPMで用いる変位センサーはダイナミッ
クレンジや分解能が可変である必要がある。
The displacement sensor capable of changing the dynamic range and the resolution has a scanning range (several nm to 100 nm).
(μm or more) is very effective for an SPM having a large width. This is because the resolution of a normal displacement sensor, including the optical displacement sensor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-229753, is at most about 1 / 10,000 of the dynamic range.
That is, in a displacement sensor having a dynamic range (the maximum scanning width of the SPM) of 100 μm or more, the resolution is about 0.01 μm. This is approximately 50 per scan.
In the SPM that captures 0 point data, the effective scanning width of the displacement sensor is 5 μm or more. Therefore, the displacement sensor used in the SPM needs to have a variable dynamic range and resolution.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
7−98206号に示された光学式変位センサーは、メ
カ的にレンズとポジションディテクターの相対位置を変
化させ、ダイナミックレンジや分解能を可変にしている
ため、機構が巨大化、複雑化するだけでなく、それが振
動ノイズの増加につながる。特開平7−98206号に
示されるようなレンズを駆動するメカ機構による高精度
(nmオーダー)な位置決めは難しい。従って、装置を
小さく高剛性にすることが必要なSPMにおいては、こ
のような光学式変位センサーは望ましくない。
However, the optical displacement sensor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-98206 mechanically changes the relative position between the lens and the position detector to change the dynamic range and the resolution. Therefore, not only the mechanism becomes huge and complicated, but that also leads to an increase in vibration noise. It is difficult to perform high-precision (nm order) positioning by a mechanical mechanism for driving a lens as disclosed in JP-A-7-98206. Therefore, such an optical displacement sensor is not desirable in SPM in which the device needs to be small and highly rigid.

【0010】本発明は、このような事情を考慮して成さ
れたものであり、その目的は機構の大型化や複雑化を伴
なうことなくダイナミックレンジや分解能を変更でき、
これにより広い走査範囲にわたってステージの位置検出
を高精度に行なえるスキャナーシステムの変位センサー
を提供することである。
The present invention has been made in view of such circumstances, and has as its object the ability to change the dynamic range and resolution without increasing the size and complexity of the mechanism.
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a displacement sensor of a scanner system capable of detecting the position of a stage with high accuracy over a wide scanning range.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】第一の主題に基づく本発
明によるスキャナーシステムの変位センサーは、ステー
ジの裏側に固定された鏡と、変位検出のための光ビーム
を射出する光源と、光源からの光ビームを鏡に導く手段
と、鏡で反射された光ビームを第一の焦点または第二の
焦点のいずれかに集光させる二重焦点光学系と、第一の
焦点または第二の焦点の近くに配置されたポジションデ
ィテクターで、二重焦点光学系による焦点の切り換えに
応じて受光面に形成されるスポットの径が切り換えられ
るポジションディテクターと、ポジションディテクター
の出カに基づいてステージの変位を算出する演算部とを
有している。
A displacement sensor of a scanner system according to the present invention based on the first subject includes a mirror fixed to the back side of a stage, a light source for emitting a light beam for displacement detection, and a light source for detecting a displacement. Means for guiding the light beam to the mirror, a bifocal optical system for converging the light beam reflected by the mirror to either the first focus or the second focus, and the first focus or the second focus The position detector is located close to the position detector, and the diameter of the spot formed on the light receiving surface is switched according to the switching of the focus by the bifocal optical system.The position detector detects the displacement of the stage based on the output of the position detector. And a calculation unit for calculating.

【0012】第二の主題に基づく本発明によるスキャナ
ーシステムの変位センサーは、ステージの裏側に固定さ
れた平面鏡と、変位検出のための光ビームを射出する光
源と、光源からの光ビームを平面鏡に導く手段と、平面
鏡で反射された光ビームを収束性光ビームに変換するレ
ンズ手段と、収束性光ビームを二本に分割するビーム分
割手段と、分割された二本の収束性光ビームの各々の光
路上に一つずつ設けられた計二つのポジションディテク
ターで、その一方はレンズ手段の焦点の近くに配置され
ており、このためその受光面には比較的小さい光スポッ
トが形成され、他方の受光面には比較的大きい光スポッ
トが形成される、二つのポジションディテクターと、二
つのポジションディテクターのそれぞれの出力に基づい
てステージの変位を算出する演算部とを有している。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a displacement sensor for a scanner system according to the present invention, comprising: a plane mirror fixed to the back side of a stage; a light source for emitting a light beam for detecting a displacement; and a light beam from the light source to the plane mirror. Guiding means, lens means for converting the light beam reflected by the plane mirror into a convergent light beam, beam splitting means for splitting the convergent light beam into two, and each of the two split convergent light beams A total of two position detectors, one on the optical path, one of which is located near the focal point of the lens means, so that a relatively small light spot is formed on its light receiving surface and the other A relatively large light spot is formed on the light receiving surface. The two position detectors and the stage displacement based on the output of each of the two position detectors And an arithmetic unit for calculating.

【0013】第三の主題に基づく本発明によるスキャナ
ーシステムの変位センサーは、ステージの裏側に固定さ
れた平面鏡と、変位検出のための光ビームを射出する光
源と、光源からの光ビームを平面鏡に導く手段と、平面
鏡で反射された光ビームを収束性光ビームに変換するレ
ンズ手段と、収束性光ビームの光路上に配置されたポジ
ションディテクターと、平面鏡からポジションディテク
ターに至る間に設けられた絞り径を変更可能な絞りであ
り、入射する光ビームの径を適宜制限することによりポ
ジションディテクター上に形成される光スポットの大き
さを変更し得る絞り径を変更可能な絞りと、ポジション
ディテクターの出カに基づいてステージの変位を算出す
る演算部とを有している。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a displacement sensor of a scanner system according to the present invention, comprising: a plane mirror fixed to the back side of a stage; a light source for emitting a light beam for detecting a displacement; and a light beam from the light source to the plane mirror. Guiding means, lens means for converting the light beam reflected by the plane mirror into a convergent light beam, a position detector arranged on the optical path of the convergent light beam, and an aperture provided between the plane mirror and the position detector A diaphragm whose diameter can be changed.The diaphragm whose diameter can be changed by appropriately restricting the diameter of the incident light beam can change the size of the light spot formed on the position detector. And a calculation unit for calculating the displacement of the stage based on the power.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。まず、第一の実施の形
態によるスキャナーシステムについて説明する。図1
は、第一の実施の形態によるスキャナーシステムの概略
構成を一部破断して示している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, a scanner system according to the first embodiment will be described. FIG.
1 shows a schematic configuration of the scanner system according to the first embodiment, partially cut away.

【0015】チューブ型の圧電体スキャナー(チューブ
スキャナー)102は、その詳細な構造は図示してない
が、チューブ状に形成された圧電体を有し、その内周面
には単一の共通電極が設けられ、外周面には周方向に四
つまたは五つの駆動電極が設けられている。スキャナー
102は、その一端が固定台104に固定されている。
Although the detailed structure of the tube-type piezoelectric scanner (tube scanner) 102 is not shown, it has a tube-shaped piezoelectric member, and a single common electrode is provided on the inner peripheral surface thereof. Are provided, and four or five drive electrodes are provided on the outer peripheral surface in the circumferential direction. The scanner 102 has one end fixed to a fixed base 104.

【0016】スキャナー102の他端すなわち自由端に
はステージ108が固定されている。スキャナー102
は(図示しない)スキャナードライバーにより駆動さ
れ、その結果としてステージ108がx、y、zの各方
向に変位される。
A stage 108 is fixed to the other end of the scanner 102, that is, a free end. Scanner 102
Is driven by a scanner driver (not shown), and as a result, the stage 108 is displaced in each of the x, y, and z directions.

【0017】ステージ108の裏側には鏡110が固定
されている。固定台104には、スキャナー102の内
側に当たる部分に開ロ106が形成されており、この開
ロ106を通して鏡110に光を導き入れることができ
る。
A mirror 110 is fixed on the back side of the stage 108. An opening 106 is formed on the fixed base 104 at a portion corresponding to the inside of the scanner 102, and light can be guided into the mirror 110 through the opening 106.

【0018】開ロ106の下側には、1/4波長板12
0と偏光ビームスプリッター122と二重焦点光学系1
30とポジションディテクター124とが上方から順に
配置されている。また、偏光ビームスプリッター122
の側方には、これに入射する光を生成する光源112が
配置されている。
A quarter-wave plate 12 is provided below the opening 106.
0, polarizing beam splitter 122 and bifocal optical system 1
30 and the position detector 124 are arranged in order from the top. Further, the polarization beam splitter 122
A light source 112 that generates light incident on the light source 112 is disposed on a side of the light source 112.

【0019】光源112は半導体レーザー114とレン
ズ116を含み、半導体レーザー114はLDドライバ
ー118によって駆動され、半導体レーザー114から
発せられた発散光はレンズ116によって平行光に変換
され、この平行光は偏光ビームスプリッター122に入
射する。
The light source 112 includes a semiconductor laser 114 and a lens 116. The semiconductor laser 114 is driven by an LD driver 118, and divergent light emitted from the semiconductor laser 114 is converted into parallel light by the lens 116, and the parallel light is polarized. The light enters the beam splitter 122.

【0020】偏光ビームスプリツター122は、光源1
12より発せられた光のy方向(紙面垂直方向)の振動
面を持つ成分の光を反射して鏡110に導くとともに、
鏡110で反射され戻って来る光のx方向(紙面平行方
向)の振動面を持つ成分の光を透過して二重焦点光学系
130へ導く。
The polarizing beam splitter 122 is used for the light source 1.
12 reflects the component light having a vibration surface in the y direction (perpendicular to the paper surface) of the light emitted from the mirror 12 and guides it to the mirror 110;
The light having a vibration plane in the x direction (parallel to the paper) of the light reflected back by the mirror 110 is transmitted and guided to the bifocal optical system 130.

【0021】二重焦点光学系130は、これに入射する
光を比較的短い第一の焦点と比較的長い第二の焦点のい
ずれかに適宜集光することができる。この二重焦点光学
系130の具体的な構成については後述する。
The bifocal optical system 130 can appropriately focus the light incident thereon to one of a relatively short first focus and a relatively long second focus. The specific configuration of the bifocal optical system 130 will be described later.

【0022】ポジションディテクター124は、二重焦
点光学系130の比較的短い第一の焦点の位置近傍に配
置されている。ポジションディテクター124は図2に
示されるように四つの受光素子を含んでおり、図1に示
されるように、これらの受光素子の出カA,B,C,D
は演算回路126に入力される。
The position detector 124 is arranged near the position of the relatively short first focal point of the bifocal optical system 130. The position detector 124 includes four light receiving elements as shown in FIG. 2, and outputs A, B, C, and D of these light receiving elements as shown in FIG.
Is input to the arithmetic circuit 126.

【0023】演算回路126は、ポジションディテクタ
ー124の受光素子の出カA,B,C,Dに基づいて、
ポジションディテクター124の受光面に形成されるス
ポットの位置を算出する。演算回路126は、x方向の
スポット位置の変位(x方向のステージ108の変位)
を、 {(A+B)−(C+D)}/(A+B+C+D) で求め、y方向のスポット位置の変位(y方向のステー
ジ108の変位)を、 {(A+D)−(B+C)}/(A+B+C+D) で求める。
The arithmetic circuit 126 is based on the outputs A, B, C, D of the light receiving elements of the position detector 124,
The position of the spot formed on the light receiving surface of the position detector 124 is calculated. The arithmetic circuit 126 calculates the displacement of the spot position in the x direction (the displacement of the stage 108 in the x direction).
Is obtained by {(A + B)-(C + D)} / (A + B + C + D), and the displacement of the spot position in the y direction (the displacement of the stage 108 in the y direction) is expressed by {(A + D)-(B + C)} / (A + B + C + D). Ask.

【0024】図3は、二重焦点光学系130の具体例を
示している。二重焦点光学系130は二重焦点レンズ1
32と液晶素子134と電源136とスイッチ138と
で構成されている。液晶素子134はスイッチ138の
オン・オフに対応して液晶分子の配列が変わる。図3
(A)に示されるように、スイッチ138のオンに対し
ては、液晶分子の配列がそろった状態になり、入射する
光をその偏光方向を変えることなく透過する。つまり、
x方向の振動面を持つ入射光は透過後もx方向の振動面
を持つ。図3(B)に示されるように、スイッチ138
のオフに対しては、液晶分子の配列がねじれた状態にな
り、入射する光をその偏光方向を90度回転させて透過
する。つまり、x方向の振動面を持つ入射光は透過後に
y方向の振動面を持つ。このように液晶素子134は、
スイッチ138のオン・オフに対応して、二重焦点レン
ズ132に入射する光の偏光方向を切り換える。
FIG. 3 shows a specific example of the bifocal optical system 130. The bifocal optical system 130 is a bifocal lens 1
32, a liquid crystal element 134, a power supply 136, and a switch 138. In the liquid crystal element 134, the arrangement of the liquid crystal molecules changes according to the on / off state of the switch 138. FIG.
As shown in (A), when the switch 138 is turned on, the arrangement of the liquid crystal molecules is aligned, and the incident light is transmitted without changing its polarization direction. That is,
Incident light having a vibration surface in the x direction has a vibration surface in the x direction even after transmission. As shown in FIG.
When the light is turned off, the alignment of the liquid crystal molecules is twisted, and the incident light is transmitted by rotating its polarization direction by 90 degrees. That is, incident light having a vibration surface in the x direction has a vibration surface in the y direction after transmission. Thus, the liquid crystal element 134
The polarization direction of the light incident on the bifocal lens 132 is switched according to the ON / OFF of the switch 138.

【0025】二重焦点レンズ132は、結晶の配列方向
より屈折率が異なる複屈折結晶で作製されており、入射
する光の偏光方向によって異なる屈折率を有している。
すなわち、図3(A)に示されるように、偏光方向がx
方向の光は二重焦点レンズ132によってOAで示され
る焦点位置に集光され、図3(B)に示されるように、
偏光方向がy方向の光は二重焦点レンズ132によって
OBで示される焦点位置に集光される。この二重焦点光
学系では、焦点位置がOAとなる集光光線は常光線であ
り、焦点位置がOBとなる集光光線は異常光線である。
二重焦点レンズ132に使用される硝材は水晶に限ら
ず、方解石など、複屈折結晶なら制限はない。
The bifocal lens 132 is made of a birefringent crystal having a different refractive index from the direction in which the crystals are arranged, and has a different refractive index depending on the polarization direction of incident light.
That is, as shown in FIG.
The light in the direction is collected by the bifocal lens 132 at the focal position indicated by OA, and as shown in FIG.
The light whose polarization direction is the y direction is condensed by the bifocal lens 132 at a focal position indicated by OB. In this bifocal optical system, the condensed light beam whose focal position is OA is an ordinary light beam, and the condensed light beam whose focal position is OB is an extraordinary light beam.
The glass material used for the bifocal lens 132 is not limited to quartz, but is not limited to birefringent crystals such as calcite.

【0026】図4は、二重焦点光学系130の別の具体
例を示している。二重焦点光学系130はレンズ142
と液晶素子144と液晶駆動部146とで構成されてい
る。液晶駆動部146は、液晶素子144に印加する電
圧を供給する電源と、液晶素子144に対する電圧の印
加のオン・オフを切り換えるスイッチとを含んでおり、
液晶素子144は液晶駆動部146からの電圧印加の有
無に応じて屈折率が変化する。
FIG. 4 shows another specific example of the bifocal optical system 130. The bifocal optical system 130 is a lens 142
, A liquid crystal element 144, and a liquid crystal driving section 146. The liquid crystal driving section 146 includes a power supply for supplying a voltage to be applied to the liquid crystal element 144 and a switch for turning on / off the application of the voltage to the liquid crystal element 144.
The refractive index of the liquid crystal element 144 changes depending on whether or not a voltage is applied from the liquid crystal driver 146.

【0027】液晶素子144は電圧印加の有無に応じて
高い屈折率と低い屈折率の二状態をとる。例えば、電圧
印加のオフに対して液晶素子144は低い屈折率をと
り、これに入射する光はOAで示される焦点位置に集光
され、電圧印加のオンに対して液晶素子144は高い屈
折率をとり、これに入射する光はOBで示される焦点位
置に集光される。
The liquid crystal element 144 has two states, a high refractive index and a low refractive index, depending on whether or not a voltage is applied. For example, the liquid crystal element 144 has a low refractive index when the voltage is turned off, and the light incident on the liquid crystal element 144 is condensed at a focal position indicated by OA. And the light incident thereon is collected at the focal position indicated by OB.

【0028】図5は、二重焦点光学系130の更に別の
具体例を示している。二重焦点光学系130は焦点可変
レンズ152と焦点制御部160とで構成されている。
焦点可変レンズ152は、電圧印加の有無に応じて屈折
率が変わる液晶部154を有し、これを挟んで対向する
透明板材がレンズ156と158で構成されている。つ
まり、この焦点可変レンズ152は機能的には図4の二
重焦点光学系におけるレンズ142と液晶素子144を
一体化したものに実質的に等しい。
FIG. 5 shows another specific example of the bifocal optical system 130. The bifocal optical system 130 includes a variable focus lens 152 and a focus control unit 160.
The variable focus lens 152 has a liquid crystal section 154 whose refractive index changes according to the presence or absence of the application of a voltage. Transparent plates facing each other with the liquid crystal section 154 are composed of lenses 156 and 158. In other words, the variable focus lens 152 is functionally equivalent to a lens in which the lens 142 and the liquid crystal element 144 in the bifocal optical system of FIG. 4 are integrated.

【0029】焦点可変レンズ152は、例えば、電圧印
加のオフに対して液晶部154は低い屈折率をとり、焦
点可変レンズ152に入射する光はOAで示される焦点
位置に集光され、電圧印加のオンに対して液晶部154
は高い屈折率をとり、焦点可変レンズ152に入射する
光はOBで示される焦点位置に集光される。
In the variable focus lens 152, for example, the liquid crystal unit 154 has a low refractive index when the voltage is turned off, and the light incident on the variable focus lens 152 is condensed at a focal position indicated by OA. Liquid crystal unit 154
Has a high refractive index, and the light incident on the variable focus lens 152 is collected at a focal position indicated by OB.

【0030】二重焦点光学系130の具体例をいくつか
示したが、その構成はこれらに限らない。例えば、特開
昭60−50510号に開示されている液晶レンズを用
いてもよい。二重焦点光学系130は、焦点位置を適宜
切り換えられる機能を持つ集光光学系であれば、どのよ
うな構成であっても構わない。
Although some specific examples of the bifocal optical system 130 have been described, the configuration is not limited thereto. For example, a liquid crystal lens disclosed in JP-A-60-50510 may be used. The bifocal optical system 130 may have any configuration as long as it has a function of appropriately switching the focal position.

【0031】次に、以上のように構成された図1に示さ
れるスキャナーシステムの変位センサーの動作について
述べる。光源112のレンズ116で平行光とされた光
は、偏光ビームスプリッター122によって特定の偏光
成分が反射され、その反射光は一方向のみの偏光成分を
持つ直線偏光となる。この直線偏光は1/4波長板12
0を通過することで円偏光となり、固定台104の開ロ
106を通ってスキャナー102の内部に設けられた鏡
110に到達する。鏡110で反射された光は再度1/
4波長板120を通過することで、1/4波長板120
に入射する前の直線偏光に対して直交する偏光面を持つ
直線偏光となる。このため、この直線偏光は偏光ビーム
スプリッター122で反射されずにこれを通過し、二重
焦点光学系130によって集光され、ポジションディテ
クター124の受光面にスポットを形成する。
Next, the operation of the displacement sensor of the scanner system configured as described above and shown in FIG. 1 will be described. The light converted into parallel light by the lens 116 of the light source 112 has a specific polarization component reflected by the polarization beam splitter 122, and the reflected light is linearly polarized light having a polarization component in only one direction. This linearly polarized light is a 1 / wavelength plate 12
When the light passes through 0, the light becomes circularly polarized light and reaches the mirror 110 provided inside the scanner 102 through the opening 106 of the fixed base 104. The light reflected by the mirror 110 becomes 1 /
By passing through the four-wavelength plate 120, the 1 / wavelength plate 120
Is a linearly polarized light having a polarization plane orthogonal to the linearly polarized light before entering the. Therefore, the linearly polarized light passes through the polarization beam splitter 122 without being reflected, and is condensed by the bifocal optical system 130 to form a spot on the light receiving surface of the position detector 124.

【0032】二重焦点光学系130から射出される光が
焦点位置OAに集光する集光光線であれば、図6に示さ
れるように、ポジションディテクター124の受光面に
は比較的大きいスポットが形成され、焦点位置OBに集
光する集光光線であれば、図7に示されるように、ポジ
ションディテクター124の受光面には比較的小さいス
ポットが形成される。
If the light emitted from the bifocal optical system 130 is a condensed light beam condensed at the focal position OA, a relatively large spot is formed on the light receiving surface of the position detector 124 as shown in FIG. If the light beam is formed and condensed at the focal position OB, a relatively small spot is formed on the light receiving surface of the position detector 124 as shown in FIG.

【0033】スキャナー102が変位していない場合、
スポットはポジションディテクター124の受光面の中
央に形成される。すなわち、二重焦点光学系130から
の光が、焦点位置OAに集光する集光光線であれば、図
6(A)に示されるように、また、焦点位置OBに集光
する集光光線であれば、図7(A)に示されるように、
スポットはポジションディテクター124の受光面の中
央に位置する。
When the scanner 102 is not displaced,
The spot is formed at the center of the light receiving surface of the position detector 124. That is, if the light from the bifocal optical system 130 is a condensed light beam condensed on the focal position OA, as shown in FIG. 6A, a condensed light beam condensed on the focal position OB Then, as shown in FIG.
The spot is located at the center of the light receiving surface of the position detector 124.

【0034】一方、スキャナー102が変位している場
合、偏光ビームスプリッター122から鏡110へ向か
う光の入射方向に対して鏡110の面方向が傾斜するた
め、鏡110に入射した光は入射方向とは異なる方向に
反射される。このため、スポットはポジションディテク
ター124の受光面の中央からずれた位置に形成され
る。すなわち、二重焦点光学系130からの光が、焦点
位置OAに集光する集光光線であれば、図6(B)に示
されるように、また、焦点位置OBに集光する集光光線
であれば、図7(B)に示されるように、スポットはポ
ジションディテクター124の受光面の中央から移動す
る。
On the other hand, when the scanner 102 is displaced, the plane direction of the mirror 110 is inclined with respect to the incident direction of the light from the polarizing beam splitter 122 toward the mirror 110, so that the light incident on the mirror 110 Are reflected in different directions. Therefore, the spot is formed at a position shifted from the center of the light receiving surface of the position detector 124. That is, if the light from the bifocal optical system 130 is a condensed light beam condensed at the focal position OA, as shown in FIG. If so, the spot moves from the center of the light receiving surface of the position detector 124 as shown in FIG.

【0035】スポットの中央からの移動量は、鏡110
の傾斜角度すなわちスキャナー102の自由端の変位量
に対応しており、この変位量は演算回路126において
前述した演算を行なうことによって求められる。
The amount of movement from the center of the spot is
, That is, the displacement amount of the free end of the scanner 102, and this displacement amount is obtained by performing the above-described calculation in the calculation circuit 126.

【0036】図6(B)と図7(B)を比較して分かる
ように、スポットの大きさが異なるため、同じ鏡110
の傾斜すなわち同量のスキャナー102の変位に対し
て、演算回路126による演算結果は異なるものとな
る。言い換えれば、二重焦点光学系130で集光位置を
変えることによって、ダイナミックレンジと分解能が切
り換えられる。
As can be seen by comparing FIGS. 6B and 7B, since the spot sizes are different, the same mirror 110 is used.
, Ie, the same amount of displacement of the scanner 102, the calculation result by the calculation circuit 126 is different. In other words, the dynamic range and the resolution can be switched by changing the focusing position in the bifocal optical system 130.

【0037】つまり、ポジションディテクター124の
受光面に大きいスポットを形成した場合には、大きいダ
イナミックレンジを得られる反面、ポジションディテク
ター124の単位面積当たりの受光量が低下するため、
変位検出の分解能は下がる。反対に、ポジションディテ
クター124の受光面に小さいスポットを形成した場合
には、ダイナミックレンジが小さくなる反面、ポジショ
ンディテクター124の単位面積当たりの受光量が増加
するため、変位検出の分解能は上がる。
That is, when a large spot is formed on the light receiving surface of the position detector 124, a large dynamic range can be obtained, but the light receiving amount per unit area of the position detector 124 decreases.
The resolution of displacement detection decreases. Conversely, when a small spot is formed on the light receiving surface of the position detector 124, the dynamic range is reduced, but the amount of received light per unit area of the position detector 124 is increased, so that the resolution of displacement detection is increased.

【0038】本実施形態では、光源112の発光手段に
半導体レーザー114を用いているが、LED等の他の
発光手段を適用してもよい。LEDを適用した場合には
干渉による悪影響が生じないので、1/4波長板120
を省略したり、偏光ビームスプリッター122の代わり
にハーフミラーを用いることができ、構成を簡単にする
ことができる。
In this embodiment, the semiconductor laser 114 is used as the light emitting means of the light source 112, but other light emitting means such as an LED may be applied. When an LED is applied, there is no adverse effect due to interference, so that the 1 / wavelength plate 120
Can be omitted, or a half mirror can be used instead of the polarization beam splitter 122, and the configuration can be simplified.

【0039】次に、第二の実施の形態によるスキャナー
システムについて説明する。図8は、第二の実施の形態
によるスキャナーシステムの概略構成を一部破断して示
している。
Next, a scanner system according to a second embodiment will be described. FIG. 8 shows a schematic configuration of a scanner system according to the second embodiment, partially cut away.

【0040】チューブ型の圧電体スキャナー202は、
詳細な図示は省略しているが、チューブ状すなわち両端
が開口した円筒状に形成された圧電体の内周面に単一の
共通電極を備え、外周面には駆動用電極を備えている。
一般に、駆動用電極は四個または五個からなっている。
スキャナー202は一端が固定台204に固定されてい
る。スキャナー202の自由端にはステージ208が固
定され、その裏側に平面鏡210が設けられている。
The tube type piezoelectric scanner 202 is
Although not shown in detail, a single common electrode is provided on the inner peripheral surface of a piezoelectric body formed in a tubular shape, that is, a cylindrical shape having both ends opened, and a driving electrode is provided on the outer peripheral surface.
Generally, the number of driving electrodes is four or five.
One end of the scanner 202 is fixed to a fixed base 204. A stage 208 is fixed to a free end of the scanner 202, and a plane mirror 210 is provided on the back side thereof.

【0041】スキャナー202の内側に位置する固定台
204の部分には開ロ206が設けられている。開ロ2
06の下方には、1/4波長板220、偏光ビームスプ
リッター222、レンズ232、ハーフミラー234、
ポジションディテクター236が同軸上に配置されてい
る。偏光ビームスプリッター222の側方には半導体レ
ーザー214とコリメータレンズ216が配置され、ま
た、ハーフミラー234の側方にはポジションディテク
ター238が配置されている。
An opening 206 is provided at a portion of the fixed base 204 located inside the scanner 202. Opening 2
06, a quarter-wave plate 220, a polarizing beam splitter 222, a lens 232, a half mirror 234,
A position detector 236 is coaxially arranged. A semiconductor laser 214 and a collimator lens 216 are arranged on the side of the polarization beam splitter 222, and a position detector 238 is arranged on the side of the half mirror 234.

【0042】ポジションディテクター236と238は
同じ構造を有しており、共に四分割された受光部を備え
ている。つまり、ポジションディテクター236は四つ
の受光部236aと236bと236cと236dを有
し、ポジションディテクター238は四つの受光部23
8aと238bと238cと238dを有している。こ
れらの各受光部の出カは演算回路240に入力される。
The position detectors 236 and 238 have the same structure, and both have light receiving sections divided into four. That is, the position detector 236 has four light receiving parts 236a, 236b, 236c, and 236d, and the position detector 238 has four light receiving parts 23.
8a, 238b, 238c, and 238d. The outputs of these light receiving sections are input to the arithmetic circuit 240.

【0043】レンズ232からポジションディテクター
236までの光路長は、レンズ232からポジションデ
ィテクター238までの光路長に比較して短く設定され
ている。つまり、光学経路に関して、ポジションディテ
クター236はポジションディテクター238よりもレ
ンズ232の近くに配置されている。
The optical path length from the lens 232 to the position detector 236 is set shorter than the optical path length from the lens 232 to the position detector 238. That is, with respect to the optical path, the position detector 236 is disposed closer to the lens 232 than the position detector 238 is.

【0044】次に、このスキャナーシステムの変位セン
サーの動作について説明する。半導体レーザー214
は、LDドライバー218からの電流供給を受けて、一
方向直線偏光成分を有する発散光ビームを生成する。半
導体レーザー214から射出された発散光ビームは、レ
ンズ216によって平行光ビームに変換され、偏光ビー
ムスプリッター222で反射される。その反射光は、1
/4波長板220を通過することで、直線偏光から円偏
光に変換される。この円偏光から成る平行光ビームは、
固定台204に形成された開ロ206を通ってスキャナ
ー202の内部に入り、平面鏡210に達し、そこで反
射される。
Next, the operation of the displacement sensor of the scanner system will be described. Semiconductor laser 214
Receives a current supply from the LD driver 218 and generates a divergent light beam having a one-way linear polarization component. The divergent light beam emitted from the semiconductor laser 214 is converted into a parallel light beam by the lens 216 and is reflected by the polarization beam splitter 222. The reflected light is 1
The light passes through the 波長 wavelength plate 220 and is converted from linearly polarized light to circularly polarized light. The parallel light beam composed of this circularly polarized light is
The light enters the inside of the scanner 202 through the opening 206 formed on the fixed base 204, reaches the plane mirror 210, and is reflected there.

【0045】その反射光ビームは再度1/4波長板22
0を通過し、これにより、最初の直線偏光に対して方位
角が90°回転した直線偏光となる。この直線偏光から
成るビームは偏光ビームスプリッター222を通過し、
レンズ232によって集束光ビームに変えられ、ハーフ
ミラー234によって二つに分割される。ハーフミラー
234を通過した収束光ビームはポジションディテクタ
ー236に入射し、一方、ハーフミラー234で反射さ
れた収束光ビームはポジションディテクター238に入
射する。
The reflected light beam is again transmitted to the 波長 wavelength plate 22.
0, which results in linearly polarized light whose azimuth is rotated by 90 ° with respect to the first linearly polarized light. This linearly polarized beam passes through the polarizing beam splitter 222,
The light is converted into a focused light beam by a lens 232 and is split into two by a half mirror 234. The convergent light beam that has passed through the half mirror 234 enters the position detector 236, while the convergent light beam reflected by the half mirror 234 enters the position detector 238.

【0046】ポジションディテクター238はレンズ2
32の焦点面近傍に配置されており、ポジションディテ
クター236はそれよりもレンズ232寄りに配置され
ているため、ポジションディテクター236には、ポジ
ションディテクター238に形成されるスポットよりも
大きいスポットが形成される。
The position detector 238 is a lens 2
32, the position detector 236 is disposed closer to the lens 232 than the focal plane, and therefore a spot larger than the spot formed on the position detector 238 is formed on the position detector 236. .

【0047】スキャナー202が変位していない場合、
ポジションディテクター236と238に形成されるス
ポットはそれぞれの受光面の中心に形成される。すなわ
ち、四つの受光部236aと236bと236cと23
6dの各々に等しい光量のビームが入射し、同様に、四
つの受光部238aと238bと238cと238dの
各々に等しい光量のビームが入射する。
When the scanner 202 is not displaced,
The spots formed on the position detectors 236 and 238 are formed at the centers of the respective light receiving surfaces. That is, the four light receiving units 236a, 236b, 236c, and 23
A beam of the same amount of light enters each of the four light receiving units 238a, 238b, 238c, and 238d.

【0048】一方、スキャナー202が例えば図9に示
されるように変位している場合、スキャナー202の内
部に入射する光ビームの光軸に対して平面鏡210が傾
斜する。例えば、スキャナー202のy方向の変位に対
して、平面鏡210はx軸を中心に傾斜する。具体的に
は、スキャナー202の先端が基準状態に対してθの傾
きを有している場合、平面鏡210に入射した光ビーム
は入射ビームに対して2θの角度をもって反射される。
その結果、ポジションディテクター236と238に形
成されるスポットは、平面鏡210の傾斜角に対応し
て、ポジションディテクター236と238の受光面の
中心からずれる。
On the other hand, when the scanner 202 is displaced, for example, as shown in FIG. 9, the plane mirror 210 is inclined with respect to the optical axis of the light beam incident on the inside of the scanner 202. For example, when the scanner 202 is displaced in the y direction, the plane mirror 210 is tilted about the x axis. Specifically, when the tip of the scanner 202 has an inclination of θ with respect to the reference state, the light beam incident on the plane mirror 210 is reflected at an angle of 2θ with respect to the incident beam.
As a result, the spots formed on the position detectors 236 and 238 are shifted from the centers of the light receiving surfaces of the position detectors 236 and 238 in accordance with the inclination angle of the plane mirror 210.

【0049】ここで、平面鏡210の傾斜角θとスポッ
トの移動量の関係について図10を用いて説明する。ポ
ジションディテクター238はレンズ232の焦点面に
配置されており、両者の相対的な位置関係は概略的に図
10(A)で示される。また、ポジションディテクター
236はレンズ232の焦点面よりもレンズ寄りに配置
されており、両者の相対的な位置関係は概略的に図10
(B)で示される。
Here, the relationship between the tilt angle θ of the plane mirror 210 and the movement amount of the spot will be described with reference to FIG. The position detector 238 is disposed on the focal plane of the lens 232, and the relative positional relationship between the two is schematically shown in FIG. The position detector 236 is disposed closer to the lens than the focal plane of the lens 232, and the relative positional relationship between the two is schematically shown in FIG.
It is shown by (B).

【0050】レンズ232とポジションディテクター2
38の間隔をf1 (これはレンズ232の焦点距離に等
しい)とすると、平面鏡210の傾斜角θに対するポジ
ションディテクター238上のスポットの移動量d1
(θ)はd1 (θ)=f1 sin(2θ)で与えられ
る。また、レンズ232とポジションディテクター23
6の間隔をf2 とすると、平面鏡210の傾斜角θに対
するポジションディテクター236上のスポットの移動
量d2 (θ)はd2 (θ)=f2 sin(2θ)で与え
られる。
The lens 232 and the position detector 2
Assuming that the distance between the spots 38 is f1 (this is equal to the focal length of the lens 232), the displacement d1 of the spot on the position detector 238 with respect to the inclination angle .theta.
(Θ) is given by d 1 (θ) = f 1 sin (2θ). Also, the lens 232 and the position detector 23
Assuming that the interval of 6 is f2, the movement amount d2 (.theta.) Of the spot on the position detector 236 with respect to the inclination angle .theta. Of the plane mirror 210 is given by d2 (.theta.) = F2 sin (2.theta.).

【0051】f1 >f2 であるから、同じ平面鏡210
の傾斜θに対して、ポジションディテクター238上の
スポットの移動量d1 の方が、ポジションディテクター
236上のスポットの移動量d2 よりも大きいことが分
かる。
Since f1> f2, the same plane mirror 210
It can be seen that the displacement d1 of the spot on the position detector 238 is larger than the displacement d2 of the spot on the position detector 236 with respect to the inclination θ.

【0052】以上の議論は、図9において、スキャナー
202の自由端のy方向の変位に対応して、平面鏡21
0に傾斜角θが生じるものとしてのものであるが、これ
はそのままx方向の変位に対しても適用できる。
The above discussion is based on the fact that the plane mirror 21 corresponds to the displacement of the free end of the scanner 202 in the y direction in FIG.
Although it is assumed that the inclination angle θ is generated at 0, this can be applied to the displacement in the x direction as it is.

【0053】スキャナー202の自由端の傾斜角度はそ
の変位量に依存しており、従って、スキャナー202す
なわちステージ208の移動量はポジションディテクタ
ー236と238に形成されるスポットの移動量から求
められる。
The angle of inclination of the free end of the scanner 202 depends on the amount of displacement thereof. Therefore, the amount of movement of the scanner 202, that is, the stage 208, can be obtained from the amount of movement of the spot formed on the position detectors 236 and 238.

【0054】受光部236aと受光部238aの出カを
代表的にAで表し、同様に、受光部236bと受光部2
38bの出力を代表的にB、受光部236cと受光部2
38cの出カを代表的にC、受光部236dと受光部2
38dの出カを代表的にDで表すと、スポットが各受光
部間の境界から外れない範囲において、スポットのx方
向の移動量(言い換えればステージ208のx方向の変
位)dxは dx=k{(A+D)−(B+C)} で求められ、スポットのy方向の移動量(言い換えれば
ステージ208のy方向の変位)dyは dy=k{(A+D)−(B+C)} で求められる。ここにkは所定の比例定数kである。
The outputs of the light receiving sections 236a and 238a are typically represented by A, and similarly, the light receiving sections 236b and 2
The output of 38b is typically B, the light receiving section 236c and the light receiving section 2
The output of 38c is typically C, the light receiving unit 236d and the light receiving unit 2
When the output of 38d is typically represented by D, the amount of movement of the spot in the x-direction (in other words, the displacement of the stage 208 in the x-direction) dx is within the range in which the spot does not deviate from the boundary between the light receiving sections. The amount of movement of the spot in the y-direction (in other words, the displacement of the stage 208 in the y-direction) dy is determined by {(A + D)-(B + C)}. Dy = k {(A + D)-(B + C)} Here, k is a predetermined proportional constant k.

【0055】この演算は、演算回路240において、ポ
ジションディテクター236の受光部236aと236
bと236cと236dの各出カおよびポジションディ
テクター238の受光部238aと238bと238c
と238dの各出力に対して行われる。
This calculation is performed by the arithmetic circuit 240 in which the light receiving sections 236a and 236 of the position detector 236 are connected.
b, 236c, and 236d, and the light receiving sections 238a, 238b, and 238c of the position detector 238.
And 238d for each output.

【0056】図10に示されるように、ポジションディ
テクター236の受光面に形成されるスポットはポジシ
ョンディテクター238の受光面に形成されるスポット
よりも大きく、また、前述したように、平面鏡210の
同じ傾斜に対するポジションディテクター238上のス
ポットの移動量の方がポジションディテクター236上
のスポットの移動量よりも大きいことから、ポジション
ディテクター238の受光部238aと238bと23
8cと238dの出力に基づいて得られる変位信号はダ
イナミックレンジは狭いが感度が高く、これとは反対
に、ポジションディテクター236の受光部236aと
236bと236cと236dの出力に基づいて得られ
る変位信号は感度は低いがダイナミックレンジが広いこ
とが分かる。
As shown in FIG. 10, the spot formed on the light receiving surface of the position detector 236 is larger than the spot formed on the light receiving surface of the position detector 238. Since the amount of movement of the spot on the position detector 238 relative to is larger than the amount of movement of the spot on the position detector 236, the light receiving portions 238a, 238b, and 23 of the position detector 238
The displacement signals obtained based on the outputs of 8c and 238d have a narrow dynamic range but high sensitivity, and conversely, the displacement signals obtained based on the outputs of the light receiving portions 236a, 236b, 236c, and 236d of the position detector 236. Shows that the sensitivity is low but the dynamic range is wide.

【0057】続いて、第三の実施の形態によるスキャナ
ーシステムについて説明する。図11は、第三の実施の
形態によるスキャナーシステムの概略構成を一部破断し
て示している。
Next, a scanner system according to a third embodiment will be described. FIG. 11 shows a schematic configuration of a scanner system according to the third embodiment, partially cut away.

【0058】チューブ型の圧電体スキャナー(チューブ
スキャナー)302は、詳細な構成の図示は省略してい
るが、チューブ状すなわち両端が開口した円筒状に形成
された圧電体の内周面に単一の共通電極を設けるととも
に外周面にその周方向に4つまたは5つの駆動電極を設
けて構成されている。このスキャナー302はその下端
が固定台304に固定されている。スキャナー302の
上端すなわち自由端にはステージ308が固定されてい
る。このステージ308に試料あるいはプローブが装着
される。
Although the detailed configuration of the tube-type piezoelectric scanner (tube scanner) 302 is not shown, a single tube is formed on the inner peripheral surface of the piezoelectric member formed in a cylindrical shape having both ends opened. Are provided, and four or five drive electrodes are provided on the outer peripheral surface in the circumferential direction. The lower end of the scanner 302 is fixed to a fixed base 304. A stage 308 is fixed to an upper end, that is, a free end, of the scanner 302. A sample or a probe is mounted on the stage 308.

【0059】ステージ308の下面には、平面鏡310
がその反射面を下に向けて固定されている。固定台30
4には、スキャナー302と同軸に孔306が形成され
ており、1/4波長板320と偏光ビームスプリッター
320と平面鏡310と一直線上に配置されている。偏
光ビームスプリッター322の下方には、図示しない支
持部材により支持されている光源部312が配置されて
いる。この光源部312は、半導体レーザー314と、
これを駆動するためのLDドライバー318と、半導体
レーザー314の射出側に配置されたコリメータレンズ
316とで構成されている。
A flat mirror 310 is provided on the lower surface of the stage 308.
Is fixed with its reflecting surface facing downward. Fixed base 30
4, a hole 306 is formed coaxially with the scanner 302, and is arranged in a straight line with the quarter-wave plate 320, the polarizing beam splitter 320, and the plane mirror 310. Below the polarizing beam splitter 322, a light source unit 312 supported by a support member (not shown) is arranged. The light source unit 312 includes a semiconductor laser 314,
It comprises an LD driver 318 for driving this and a collimator lens 316 arranged on the emission side of the semiconductor laser 314.

【0060】偏光ビームスプリッター322の側方に
は、絞り径が可変な絞り330と、集光レンズ332
と、ポジションディテクター334とが一直線上に配置
されている。絞り330は、例えば、径の異なる複数の
開口が形成され回転可能に支持された円板で構成され
る。あるいは、複数の羽状の絞り板からなる虹彩絞りで
構成されてもよい。
A stop 330 having a variable stop diameter and a condenser lens 332 are provided beside the polarizing beam splitter 322.
And the position detector 334 are arranged on a straight line. The stop 330 is formed of, for example, a rotatably supported disk having a plurality of openings having different diameters. Alternatively, the iris diaphragm may be constituted by a plurality of feathered diaphragm plates.

【0061】ポジションディテクター334は四つの受
光領域を有し、その中心が光軸上に位置するように配置
されている。ポジションディテクター334の受光領域
は、プリアンブ336を介して、その出力に基づいてス
キャナー302の変位を算出する演算回路338に接続
されている。
The position detector 334 has four light receiving areas, and is arranged so that the center thereof is located on the optical axis. The light receiving area of the position detector 334 is connected via a preamble 336 to an arithmetic circuit 338 that calculates the displacement of the scanner 302 based on its output.

【0062】スキャナー302を駆動するスキャナード
ライバー344は、波形発生器346で発生される基準
波形(基準電圧)に基づいて制御信号を生成するスキャ
ンコントローラー340に接続されている。このスキャ
ンコントローラー340は、演算回路338から入カさ
れる変位信号に基づいて、スキャナー302の非直線性
を補正する非直線性補正手段342を含んでいる。
A scanner driver 344 for driving the scanner 302 is connected to a scan controller 340 that generates a control signal based on a reference waveform (reference voltage) generated by a waveform generator 346. The scan controller 340 includes a non-linearity correcting unit 342 that corrects the non-linearity of the scanner 302 based on the displacement signal input from the arithmetic circuit 338.

【0063】演算回路338は増幅されたポジションデ
ィテクター334の出力信号からスキャナー302の変
位を求め、その変位を示す変位信号をスキャンコントロ
ーラー340に供給する。スキャンコントローラー34
0は、波形発生器346で発生される基準電圧に対して
所定の処理(後述するフィードバック制御のための処理
やスキャナー302の動きをxy方向から回転させたり
ずらしたりするための処理など)を行ない、x方向の制
御信号およびy方向の制御信号をスキャナードライバー
344へ出力する。その際、非直線性補正手段342
は、演算回路338から供給される変位信号に基づいて
生成される制御信号に所定の補正を加える。スキャナー
ドライバー344は、供給される制御信号に従ってスキ
ャナー302の四つの駆動電極に選択的に電圧印加を行
ない、スキャナー302を変位させる。
The arithmetic circuit 338 obtains the displacement of the scanner 302 from the amplified output signal of the position detector 334, and supplies a displacement signal indicating the displacement to the scan controller 340. Scan controller 34
A value of 0 indicates that predetermined processing (such as processing for feedback control described later and processing for rotating or shifting the movement of the scanner 302 in the xy directions) is performed on the reference voltage generated by the waveform generator 346. , X-direction control signal and y-direction control signal to the scanner driver 344. At this time, the non-linearity correcting means 342
Applies a predetermined correction to the control signal generated based on the displacement signal supplied from the arithmetic circuit 338. The scanner driver 344 selectively applies voltages to the four drive electrodes of the scanner 302 according to the supplied control signal, and displaces the scanner 302.

【0064】次に、この様に構成されたスキャナーシス
テムの変位センサーの動作について述べる。スキャナー
ドライバー344がスキャナー302の四つの駆動電極
のいずれにも電圧を印加していない状態では、スキャナ
ー302は変位しておらず基準状態にある。また、スキ
ャナードライバー344がスキャンコントローラー34
0から出カされる制御信号に基づいてスキャナー302
の四つの駆動電極に選択的に電圧印加を行なうと、その
電圧印加に応じてスキャナー302が変位する。
Next, the operation of the displacement sensor of the thus configured scanner system will be described. When the scanner driver 344 does not apply a voltage to any of the four drive electrodes of the scanner 302, the scanner 302 is not displaced and is in the reference state. In addition, the scanner driver 344 is
0 based on the control signal output from the
Are selectively applied to the four drive electrodes, the scanner 302 is displaced in accordance with the applied voltages.

【0065】光源部312から射出された直線偏光であ
る平行ビームは、偏光ビームスプリツター322を通っ
て1/4波長板320に入射する。この1/4波長板3
20で入射光ビームの直線偏光成分は円偏光成分に変換
される。
The parallel beam, which is linearly polarized light, emitted from the light source unit 312 passes through the polarizing beam splitter 322 and enters the quarter-wave plate 320. This quarter wave plate 3
At 20, the linear polarization component of the incident light beam is converted to a circular polarization component.

【0066】1/4波長板320を透過した光ビーム
は、固定台304の孔306を通って平面鏡310へ入
射する。この入射光ビームは平面鏡310で反射され
て、再度1/4波長板320に入射する。1/4波長板
320を透過した光ビームは、1/4波長板320の二
度の通過で、1/4波長板320に入射する前の直線偏
光成分とは直交した直線偏光成分を持つ光ビームとな
る。
The light beam transmitted through the quarter-wave plate 320 enters the plane mirror 310 through the hole 306 of the fixing base 304. This incident light beam is reflected by the plane mirror 310 and again enters the quarter-wave plate 320. The light beam transmitted through the quarter-wave plate 320 passes through the quarter-wave plate 320 twice, and has a linear polarization component orthogonal to the linear polarization component before entering the quarter-wave plate 320. It becomes a beam.

【0067】1/4波長板320を通過した光ビーム
は、偏光ビームスプリッター322で反射される。反射
された光ビームは、絞り径を変えることのできる絞り3
30を介し、集光レンズ332に入射し、ポジションデ
ィテクター334の受光面に集光され、光スポットを形
成する。この光スポットは、ステージ308の傾斜すな
わちスキャナー302の変位に対応して、中心より変位
した位置に形成される。
The light beam that has passed through the quarter-wave plate 320 is reflected by the polarization beam splitter 322. The reflected light beam is transmitted through a stop 3 that can change the stop diameter.
The light enters the condenser lens 332 via 30 and is condensed on the light receiving surface of the position detector 334 to form a light spot. This light spot is formed at a position displaced from the center corresponding to the inclination of the stage 308, that is, the displacement of the scanner 302.

【0068】スキャナー302が図に示される様に変位
している場合、平面鏡310は、スキャナー320の内
部に入射した光ビームの光軸に対して傾きθを持つ。従
って、平面鏡310に入射した光ビームは、2θの角度
をもって反射される。
When the scanner 302 is displaced as shown in the figure, the plane mirror 310 has an inclination θ with respect to the optical axis of the light beam incident inside the scanner 320. Therefore, the light beam incident on the plane mirror 310 is reflected at an angle of 2θ.

【0069】平面鏡310で反射された光ビームは、1
/4波長板320および偏光ビームスプリツター322
を経て、絞り径を可変な絞り330に入射する。絞り3
30の絞り径を小さくすることにより、例えば偏光ビー
ムスプリッター322の表面反射や1/4波長板320
などの表面反射により発生するノイズ光を除去し、測定
用の光ビームだけを取り出すことができる。絞り330
を通過した光は四つの受光領域を有するポジションディ
テクター334の受光面に光スポットを形成する。この
とき、光ビームは平面鏡310において入射光ビームに
対して2θの角度で反射しているため、光スポットの形
成位置は平面鏡310の傾き方向に応じて変位する。
The light beam reflected by the plane mirror 310 is 1
Quarter-wave plate 320 and polarizing beam splitter 322
After that, the light enters the stop 330 whose stop diameter is variable. Aperture 3
By reducing the aperture diameter of the aperture 30, for example, the surface reflection of the polarization beam splitter 322 and the 1 / wavelength plate 320
It is possible to remove noise light generated by surface reflection such as the above, and to extract only a light beam for measurement. Aperture 330
Form a light spot on the light receiving surface of the position detector 334 having four light receiving regions. At this time, since the light beam is reflected by the plane mirror 310 at an angle of 2θ with respect to the incident light beam, the formation position of the light spot is displaced in accordance with the tilt direction of the plane mirror 310.

【0070】ポジションディテクター334は、集光レ
ンズ332の焦点位置に配置すると、光スポットが小さ
いため、移動量が大きくなると蹴られ始め、移動検出範
囲が小さくなるため、若干光軸方向にずらしてある。つ
まり、ポジションディテクター334は、集光レンズ3
32の焦点位置よりもレンズ332の近くに配置されて
いる。
When the position detector 334 is arranged at the focal position of the condenser lens 332, the light spot is small, so that the position detector 334 starts to be kicked when the movement amount increases, and the movement detection range becomes small, so that the position detector 334 is slightly shifted in the optical axis direction. . That is, the position detector 334 is
The focal point is located closer to the lens 332 than the focal point 32.

【0071】ポジションディテクター334の受光面上
における光スポットの受光面中心からの変位量Dは近似
的に D=fsin(2θ) で表される。ここにfは集光レンズ332の焦点距離で
ある。
The displacement amount D of the light spot on the light receiving surface of the position detector 334 from the center of the light receiving surface is approximately expressed by D = fsin (2θ). Here, f is the focal length of the condenser lens 332.

【0072】ここで絞り330の径を図中に破線で示さ
れるように小さくすると、集光レンズ332から射出さ
れる光ビームの開口角が小さくなり、ポジションディテ
クター334の受光面上に形成される光スポット径が小
さくなる。その結果、光スポット径に対する変位量の比
が大きくなるので、高い分解能での測定が可能となる。
また、絞り330の径を大きくすると、集光レンズ33
2から射出される光ビームの開口角が大きくなり、ポジ
ションディテクター334の受光面上に形成される光ス
ポット径が大きくなる。その結果、光スポット径に対す
る変位量の比が小さくなるので分解能は低下するが、広
い領域に渡って測定が可能である。
Here, if the diameter of the stop 330 is reduced as shown by a broken line in the figure, the aperture angle of the light beam emitted from the condenser lens 332 is reduced, and is formed on the light receiving surface of the position detector 334. The light spot diameter becomes smaller. As a result, the ratio of the amount of displacement to the diameter of the light spot increases, so that measurement with high resolution is possible.
When the diameter of the stop 330 is increased, the condensing lens 33
The aperture angle of the light beam emitted from the light source 2 increases, and the diameter of the light spot formed on the light receiving surface of the position detector 334 increases. As a result, the resolution is reduced because the ratio of the displacement amount to the light spot diameter is reduced, but measurement can be performed over a wide area.

【0073】ポジションディテクター334の受光面上
の光スポットの変位方向と変位量は平面鏡310の傾き
方向と傾き角に対応しており、平面鏡310の傾き方向
と傾き角はステージ308の変位方向と変位量に対応し
ている。演算回路338はポジションディテクター33
4の出カ信号に対して所定の演算を行なうことにより、
ポジションディテクター334の受光面上の光スポット
の変位方向と変位量を算出し、光スポットの変位方向と
変位量から平面鏡310の傾き方向と傾き角を求め、平
面鏡310の傾き方向と傾き角からステージ308の変
位方向と変位量を求める。
The direction and amount of displacement of the light spot on the light receiving surface of the position detector 334 correspond to the direction and angle of inclination of the plane mirror 310, and the direction and angle of inclination of the plane mirror 310 correspond to the direction of displacement of the stage 308. Corresponds to quantity. The arithmetic circuit 338 includes the position detector 33
4 by performing a predetermined operation on the output signal of
The displacement direction and displacement amount of the light spot on the light receiving surface of the position detector 334 are calculated, the inclination direction and the inclination angle of the plane mirror 310 are obtained from the displacement direction and the displacement amount of the light spot, and the stage is determined from the inclination direction and the inclination angle of the plane mirror 310. The displacement direction and the displacement amount of 308 are obtained.

【0074】具体的には、ポジションディテクター33
4の受光面上における光スポットのx方向の変位量dx
とy方向の変位量dyは、ポジションディテクター33
4の各受光領域の出力信号をそれぞれA,B,C,Dと
して、 dx={(A+D)−(B+C)}/(A+B+C+
D) dy={(A+B)−(C+D)}/(A+B+C+
D) で得られる。
Specifically, the position detector 33
4, the displacement dx in the x direction of the light spot on the light receiving surface
And the displacement amount dy in the y direction are the position detector 33
4 is A, B, C, and D, respectively, and dx = {(A + D)-(B + C)} / (A + B + C +
D) dy = {(A + B)-(C + D)} / (A + B + C +
D).

【0075】スキャンコントローラー340は、波形発
生器346から出カされる基準波形に基づいて、ステー
ジ308を所定状態に変位させるためのx方向の制御信
号とy方向の制御信号を生成する。所望のステージ30
8の状態と実際のステージ308の状態との間には、ス
キャナー302を構成する圧電体の変位に生じるヒステ
リシスやクリープなどのために偏差が存在する。非線形
性補正手段342は、モニター信号を監視し、所望のス
テージ308の状態とモニター信号が示す実際のステー
ジ308の状態との偏差を求め、これを補償するよう
に、前述の生成された制御信号に補正を加える。すなわ
ち、スキャンコントローラー340は、演算回路338
で求められる実際のステージ308の状態が所望の状態
となるようにフィードバック制御を行なう。
The scan controller 340 generates a control signal in the x direction and a control signal in the y direction for displacing the stage 308 to a predetermined state based on the reference waveform output from the waveform generator 346. Desired stage 30
There is a deviation between the state of FIG. 8 and the actual state of the stage 308 due to hysteresis or creep occurring in the displacement of the piezoelectric body constituting the scanner 302. The non-linearity correcting means 342 monitors the monitor signal, determines a deviation between the state of the desired stage 308 and the actual state of the stage 308 indicated by the monitor signal, and compensates for the deviation by using the generated control signal. Make corrections to That is, the scan controller 340 includes the arithmetic circuit 338
The feedback control is performed so that the actual state of the stage 308 obtained by the above becomes a desired state.

【0076】実際のステージ308の状態(傾き角θお
よび傾き方向)が光学的に検出され、この検出される実
際のステージ308の状態が所望の状態となるようにフ
ィードバック制御されるので、ステージ308の状態
は、スキャナー302を構成する圧電体の変位にヒステ
リシスやクリープなどの影響を受けないものとなり、ス
テージ308の状態が良好に制御される。
The actual state of the stage 308 (the tilt angle θ and the tilt direction) is optically detected, and feedback control is performed so that the detected actual state of the stage 308 becomes a desired state. Is not influenced by hysteresis or creep due to the displacement of the piezoelectric body constituting the scanner 302, and the state of the stage 308 is favorably controlled.

【0077】次に、上述した第三の実施の形態のスキャ
ナーシステムの変形例について説明する。図12は、こ
の変形例によるスキャナーシステムの概略構成を一部破
断して示している。図中、第三の実施の形態において既
に説明した部材と同じ部材は同じ参照符号で示し、その
詳しい説明は省略する。
Next, a modified example of the above-described scanner system according to the third embodiment will be described. FIG. 12 shows a schematic configuration of a scanner system according to this modification, partially cut away. In the figure, the same members as those already described in the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0078】この変形例は、図12から分かるように、
前述した第三の実施の形態のスキャナーシステム(図1
1)に、スキャン範囲を設定するスキャン範囲設定部3
48と、設定されたスキャン範囲に応じて絞り330の
絞り径を調整する絞り調整部350とを付加した構成と
なっている。
This modified example can be understood from FIG.
The scanner system according to the third embodiment described above (FIG. 1)
In 1), a scan range setting unit 3 for setting a scan range
48, and a diaphragm adjustment unit 350 that adjusts the diaphragm diameter of the diaphragm 330 according to the set scan range.

【0079】波形発生器346は、スキャン設定部34
8で設定されるスキャン範囲に基づいて基準波形(基準
電圧)を生成する。また、絞り調整部350は、スキャ
ン設定部348で設定されたスキャン範囲に応じて、絞
り330の絞り径を変更する。具体的には、スキャン設
定部348において広いスキャン範囲が設定された場合
には、絞り調整部350は絞り径が大きくなるように絞
り330を調整し、スキャン設定部348において狭い
スキャン範囲が設定された場合には、絞り調整部350
は絞り径が小さくなるように絞り330を調整する。
The waveform generator 346 includes the scan setting section 34
A reference waveform (reference voltage) is generated based on the scan range set in step S8. The aperture adjustment unit 350 changes the aperture diameter of the aperture 330 according to the scan range set by the scan setting unit 348. Specifically, when a wide scan range is set in the scan setting unit 348, the aperture adjustment unit 350 adjusts the aperture 330 so that the aperture diameter increases, and a narrow scan range is set in the scan setting unit 348. The aperture adjustment unit 350
Adjusts the stop 330 so that the stop diameter becomes small.

【0080】前述したように、絞り調整部850の絞り
径が大きい場合には、感度は低いが、平面鏡310の傾
き角の検出可能な範囲、言い換えればステージ308の
変位の検出可能な範囲は広い。逆に、絞り調整部350
の絞り径が小さい場合には、感度は高いが、平面鏡31
0の傾き角の検出可能な範囲、言い換えればステージ3
08の変位の検出可能な範囲は狭い。
As described above, when the aperture diameter of the aperture adjustment unit 850 is large, the sensitivity is low, but the range in which the inclination angle of the plane mirror 310 can be detected, in other words, the range in which the displacement of the stage 308 can be detected is wide. . Conversely, the aperture adjustment unit 350
Is small, the sensitivity is high.
The detectable range of the tilt angle of 0, in other words, stage 3
The detectable range of the displacement of 08 is narrow.

【0081】絞り調整部350は、検出可能なステージ
308の変位の範囲がスキャン範囲設定部348で設定
されるスキャン範囲に等しいかあるいはこれよりも僅か
に広くなるように、絞り330の絞り径を調整する。
The aperture adjustment unit 350 adjusts the aperture diameter of the aperture 330 so that the detectable range of the displacement of the stage 308 is equal to or slightly larger than the scan range set by the scan range setting unit 348. adjust.

【0082】例えば、絞り330が複数の羽状の絞り板
からなる虹彩絞りで構成されている場合には、この条件
を最も良く満足するように絞り径が調整される。また、
絞り330が径の異なる複数の開口が形成され回転可能
に支持された円板で構成されている場合には、この条件
を満たす開口の中から適当な開口が光路上に配置され
る。
For example, when the stop 330 is constituted by an iris stop composed of a plurality of wing-shaped stop plates, the stop diameter is adjusted so as to best satisfy this condition. Also,
In the case where the stop 330 is formed of a disk having a plurality of openings formed with different diameters and rotatably supported, an appropriate one of the openings satisfying this condition is arranged on the optical path.

【0083】このような絞り330の調整を行なうこと
により、スキャン範囲に合った最適な感度で、平面鏡3
10の状態を検出するための信号を得ることができる。
ポジションディテクター334で検出される信号は、前
述した第三実施形態と全く同様に処理される。すなわ
ち、ポジションディテクター334で得られる情報に基
づいて実際のステージ308の状態(傾き角θおよび傾
き方向)を検出し、この検出される実際のステージ30
8の状態が所望の状態となるようにフィードバック制御
する。これにより、ステージ808の状態は、スキャナ
ー302のヒステリシスやクリープなどの影響が除去さ
れ、良好に制御される。
By adjusting the diaphragm 330 in this manner, the plane mirror 3 can be adjusted at an optimum sensitivity suitable for the scanning range.
Signals for detecting the ten states can be obtained.
The signal detected by the position detector 334 is processed in exactly the same manner as in the third embodiment. That is, the actual state of the stage 308 (the tilt angle θ and the tilt direction) is detected based on the information obtained by the position detector 334, and the detected actual stage 30 is detected.
Feedback control is performed so that the state of No. 8 becomes a desired state. As a result, the state of the stage 808 is well controlled by eliminating the influence of hysteresis and creep of the scanner 302.

【0084】ここに説明した第三の実施の形態およびそ
の変形例では所望のステージ状態を得るためにフィード
バック制御を行なっているが、例えばSTMやAFMの
場合には演算回路338からのモニター信号に合わせて
xy座標を新たにコンピューター上におこし、このxy
座標上にSTM信号やAFM信号を再配置する画像処理
を行なうことにより所望のステージ状態を得ることもで
きる。
In the third embodiment and its modification described above, feedback control is performed to obtain a desired stage state. For example, in the case of STM or AFM, the monitor signal from the arithmetic circuit 338 is applied to the feedback control. In addition, xy coordinates are newly created on the computer, and the xy coordinates are
A desired stage state can be obtained by performing image processing for rearranging the STM signal and the AFM signal on the coordinates.

【0085】光源312の発光手段に半導体レーザー3
14を用いているが、LED等の他の発光手段を適用し
てもよい。LEDを適用した場合には干渉による悪影響
が生じないので、1/4波長板320と偏光ビームスプ
リッター322に代えてハーフミラーを用いることがで
き、構成の簡略化を図ることができる。本発明は上述し
た実施の形態に何等限定されるものではなく、その要旨
を逸脱しない範囲で行なわれる全ての実施を含む。
The light emitting means of the light source 312 is a semiconductor laser 3
Although 14 is used, other light emitting means such as an LED may be applied. When an LED is used, since no adverse effect is caused by interference, a half mirror can be used instead of the quarter-wave plate 320 and the polarizing beam splitter 322, and the configuration can be simplified. The present invention is not limited to the above-described embodiment at all, and includes all implementations without departing from the gist of the invention.

【0086】[0086]

【発明の効果】本発明によれば、機構の大型化や複雑化
を伴なうことなく、ダイナミックレンジや分解能を変更
できるスキャナーシステムの変位センサーが提供され
る。従って、このスキャナーシステムは、高い剛性が要
求される走査型プローブ顕微鏡に好適に適用でき、探針
または試料を支持するステージの変位を広範な走査範囲
にわたり高精度に検出できる。
According to the present invention, there is provided a displacement sensor of a scanner system capable of changing a dynamic range and a resolution without increasing the size and complexity of the mechanism. Therefore, this scanner system can be suitably applied to a scanning probe microscope requiring high rigidity, and can detect displacement of a stage supporting a probe or a sample with high accuracy over a wide scanning range.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第一の実施の形態によるスキャナーシステムの
概略構成を一部破断して示している。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a scanner system according to a first embodiment, partially cut away.

【図2】図1に示されるポジションディテクターに含ま
れる四つの受光素子を概略的に示している。
FIG. 2 schematically shows four light receiving elements included in the position detector shown in FIG.

【図3】図1に示される二重焦点光学系のひとつの具体
例を示している。
FIG. 3 shows one specific example of the bifocal optical system shown in FIG.

【図4】図1に示される二重焦点光学系の別の具体例を
示している。
FIG. 4 shows another specific example of the bifocal optical system shown in FIG.

【図5】図1に示される二重焦点光学系の更に別の具体
例を示している。
FIG. 5 shows another specific example of the bifocal optical system shown in FIG.

【図6】焦点位置OAに集光する集光光線によってポジ
ションディテクター上に形成されるスポットおよびスポ
ットの位置と鏡の傾斜の関係を示している。
FIG. 6 shows a spot formed on a position detector by a condensed light beam condensed at a focal position OA, and a relationship between the position of the spot and the inclination of the mirror.

【図7】焦点位置OBに集光する集光光線によってポジ
ションディテクター上に形成されるスポットおよびスポ
ットの位置と鏡の傾斜の関係を示している。
FIG. 7 shows a spot formed on a position detector by a converged light beam condensed at a focal position OB, and the relationship between the position of the spot and the inclination of the mirror.

【図8】第二の実施の形態によるスキャナーシステムの
概略構成を一部破断して示している。
FIG. 8 shows a schematic configuration of a scanner system according to a second embodiment, partially cut away.

【図9】図8に示される平面鏡の傾斜とポジションディ
テクター上に形成されるスポットの位置の関係を示して
いる。
FIG. 9 shows the relationship between the inclination of the plane mirror shown in FIG. 8 and the position of a spot formed on the position detector.

【図10】図8においてレンズから二つのポジションデ
ィテクターまでの距離とポジションディテクター上に形
成されるスポットの大きさの関係を示している。
FIG. 10 shows a relationship between a distance from a lens to two position detectors and a size of a spot formed on the position detector in FIG.

【図11】第三の実施の形態によるスキャナーシステム
の概略構成を一部破断して示している。
FIG. 11 shows a schematic configuration of a scanner system according to a third embodiment, partially cut away.

【図12】図11に示されるスキャナーシステムの変形
例の概略構成を一部破断して示している。
FIG. 12 shows a schematic configuration of a modified example of the scanner system shown in FIG. 11 with a part cut away.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

110 鏡 112 光源 120 1/4波長板 122 偏光ビームスプリッター 124 ポジションディテクター 126 演算回路 130 二重焦点光学系 Reference Signs List 110 mirror 112 light source 120 quarter-wave plate 122 polarizing beam splitter 124 position detector 126 arithmetic circuit 130 bifocal optical system

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 チューブスキャナーの自由端に固定され
たステージの変位を検出するスキャナーシステムの変位
センサーであり、 ステージの裏側に固定された鏡と、 変位検出のための光ビームを射出する光源と、 光源からの光ビームを鏡に導く手段と、 鏡で反射された光ビームを第一の焦点または第二の焦点
のいずれかに集光させる二重焦点光学系と、 第一の焦点または第二の焦点の近くに配置されたポジシ
ョンディテクターで、二重焦点光学系による焦点の切り
換えに応じて受光面に形成されるスポットの径が切り換
えられるポジションディテクターと、 ポジションディテクターの出カに基づいてステージの変
位を算出する演算部とを有しているスキャナーシステム
の変位センサー。
1. A displacement sensor of a scanner system for detecting a displacement of a stage fixed to a free end of a tube scanner, a mirror fixed to a back side of the stage, and a light source for emitting a light beam for detecting displacement. Means for directing a light beam from a light source to a mirror; a bifocal optical system for converging the light beam reflected by the mirror to either a first focus or a second focus; and a first focus or a second focus. A position detector located near the two focal points, where the diameter of the spot formed on the light receiving surface is switched according to the switching of the focal point by the bifocal optical system, and a stage based on the output of the position detector A displacement sensor for a scanner system, comprising: a calculation unit for calculating a displacement of the scanner.
【請求項2】 チューブスキャナーの自由端に固定され
たステージの変位を検出するスキャナーシステムの変位
センサーであり、 ステージの裏側に固定された平面鏡と、 変位検出のための光ビームを射出する光源と、 光源からの光ビームを平面鏡に導く手段と、 平面鏡で反射された光ビームを収束性光ビームに変換す
るレンズ手段と、 収束性光ビームを二本に分割するビーム分割手段と、 分割された二本の収束性光ビームの各々の光路上に一つ
ずつ設けられた計二つのポジションディテクターで、そ
の一方はレンズ手段の焦点の近くに配置されており、こ
のためその受光面には比較的小さい光スポットが形成さ
れ、他方の受光面には比較的大きい光スポットが形成さ
れる、二つのポジションディテクターと、 二つのポジションディテクターのそれぞれの出力に基づ
いてステージの変位を算出する演算部とを有しているス
キャナーシステムの変位センサー。
2. A displacement sensor of a scanner system for detecting a displacement of a stage fixed to a free end of a tube scanner, a plane mirror fixed on the back side of the stage, and a light source for emitting a light beam for detecting displacement. Means for guiding the light beam from the light source to the plane mirror, lens means for converting the light beam reflected by the plane mirror into a convergent light beam, beam splitting means for splitting the convergent light beam into two, A total of two position detectors, one on each optical path of the two convergent light beams, one of which is located close to the focal point of the lens means, so that its light receiving surface is relatively Two position detectors and two position detectors, where a small light spot is formed and a relatively large light spot is formed on the other light receiving surface Each displacement sensor of the scanner system and a calculation unit for calculating a displacement of the stage based on the output of.
【請求項3】 チューブスキャナーの自由端に固定され
たステージの変位を検出するスキャナーシステムの変位
センサーであり、 ステージの裏側に固定された平面鏡と、 変位検出のための光ビームを射出する光源と、 光源からの光ビームを平面鏡に導く手段と、 平面鏡で反射された光ビームを収束性光ビームに変換す
るレンズ手段と、 収束性光ビームの光路上に配置されたポジションディテ
クターと、 平面鏡からポジションディテクターに至る間に設けられ
た絞り径を変更可能な絞りであり、入射する光ビームの
径を適宜制限することによりポジションディテクター上
に形成される光スポットの大きさを変更し得る絞り径を
変更可能な絞りと、 ポジションディテクターの出カに基づいてステージの変
位を算出する演算部とを有しているスキャナーシステム
の変位センサー。
3. A displacement sensor of a scanner system for detecting displacement of a stage fixed to a free end of a tube scanner, a plane mirror fixed on the back side of the stage, and a light source for emitting a light beam for detecting displacement. Means for guiding the light beam from the light source to the plane mirror, lens means for converting the light beam reflected by the plane mirror into a convergent light beam, a position detector arranged on the optical path of the convergent light beam, and a position from the plane mirror. This is a stop that can change the stop diameter provided before reaching the detector.The stop diameter can change the size of the light spot formed on the position detector by appropriately limiting the diameter of the incident light beam. A possible aperture, and a calculation unit that calculates the displacement of the stage based on the output of the position detector. The displacement sensor of the turbocharger toner system.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006250636A (en) * 2005-03-09 2006-09-21 Hitachi Kenki Fine Tech Co Ltd Transfer device
JP2010181247A (en) * 2009-02-05 2010-08-19 Nokodai Tlo Kk Shape measurement apparatus and shape measurement method
TWI507657B (en) * 2013-12-09 2015-11-11 Panasonic Ind Devices Sunx Co Displacement sensor
CN112902838A (en) * 2021-01-19 2021-06-04 上海集成电路装备材料产业创新中心有限公司 Zero sensor and detection system

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006250636A (en) * 2005-03-09 2006-09-21 Hitachi Kenki Fine Tech Co Ltd Transfer device
JP2010181247A (en) * 2009-02-05 2010-08-19 Nokodai Tlo Kk Shape measurement apparatus and shape measurement method
TWI507657B (en) * 2013-12-09 2015-11-11 Panasonic Ind Devices Sunx Co Displacement sensor
CN112902838A (en) * 2021-01-19 2021-06-04 上海集成电路装备材料产业创新中心有限公司 Zero sensor and detection system

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