JPWO2020021698A1 - 走査型プローブ顕微鏡および走査型プローブ顕微鏡の制御装置 - Google Patents
走査型プローブ顕微鏡および走査型プローブ顕微鏡の制御装置 Download PDFInfo
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Abstract
カンチレバー(2)は、先端部に探針(7)を有する。光学系(80)は、レーザ光をカンチレバー(2)に照射し、カンチレバー(2)で反射されたレーザ光を検出する。測定部(14)は、光学系(80)で検出されるレーザ光の位置の変化によって得られるカンチレバー(2)の変位に基づいて、試料(9)の特性を測定する。レーザ光調整部(20)は、レーザ光の光軸調整時にレーザ光のスポット径を試料(8)の特性の測定時のスポット径よりも大きくする。撮影部(10)は、レーザ光の光軸調整時に探針(7)の位置を含む範囲を撮影する。表示部(12)は、撮影された画像を表示する。
Description
本発明は、走査型プローブ顕微鏡および走査型プローブ顕微鏡の制御装置に関する。
走査型プローブ顕微鏡では、カンチレバーと呼ばれる探針が形成された片持ち梁を使用する。カンチレバーの反りまたは振動の変化を、カンチレバー背面に照射したレーザの反射光の変化に変換してフォトディテクタによって検出する。フォトディテクタでは、反射光の位置、強度、および位相等の変化を検出して、様々な物理情報に変換をする(たとえば、特許文献1(特開2000−346782号公報)を参照)。
走査型プローブ顕微鏡では、レーザの反射光を使用するため、測定前には、カンチレバー背面にレーザ光が正しく照射されるように、レーザ光の光軸調整が必要になる。カンチレバーは小さいため、調整のトレランスがミクロンオーダとなる。手動での光軸調整が難しく時間がかかるため、調整を自動化する走査型プローブ顕微鏡が増えてきている。
光軸自動調整では、カンチレバーとレーザ光のビームのスポットを光学顕微鏡またはCCD(Charge Coupled Device)撮影部等で観察し、ビームのスポットがカンチレバーの背面に照射される様に、光学部品、レーザ光源、または、カンチレバーを自動で移動させている。
しかしながら、レーザのビームのスポットが、光学顕微鏡またはCCD撮影部によって検出できない位置にあった場合は、移動対象と移動方向が特定できないために、光軸自動調整ができない。
手動モードに切り替えて調整することも可能であるが、ビームのスポットの位置が分からないため、レーザ光源をランダムに動かして、移動対象の位置を特定することから始めなければならず、作業が煩雑化および非効率化する。
それゆえに、本発明の目的は、容易に光軸調整をすることができる走査型プローブ顕微鏡および走査型プローブ顕微鏡の制御装置を提供することである。
本発明のある局面の走査型プローブ顕微鏡は、先端部に探針を有するカンチレバーと、レーザ光をカンチレバーに照射し、カンチレバーで反射されたレーザ光を検出する光学系と、光学系で検出されるレーザ光の位置の変化によって得られるカンチレバーの変位に基づいて、試料の特性を測定する測定部と、レーザ光の光軸調整時にレーザ光のスポット径を試料の特性の測定時のスポット径よりも大きくするレーザ光調整部と、レーザ光の光軸調整時に探針の位置を含む範囲を撮影するための撮影部と、撮影部で生成された画像を表示する表示部とを備える。
これによって、レーザ光の光軸調整時に、レーザ光のスポット径を試料の測定時よりも大きくするので、撮影画像内にレーザ光のスポットを捉えることができる確率が増加する。その結果、ユーザは、撮影画像を見ながら、レーザ光の光軸調整をすることができる。
本発明の別の局面の走査型プローブ顕微鏡は、先端部に探針を有するカンチレバーと、レーザ光をカンチレバーに照射し、カンチレバーで反射されたレーザ光を検出する光学系と、光学系で検出されるレーザ光の位置の変化によって得られるカンチレバーの変位に基づいて、試料の特性を測定する測定部と、レーザ光の光軸調整時にレーザ光のスポット径を試料の特性の測定時のスポット径よりも大きくするレーザ光調整部と、レーザ光の光軸調整時に探針の位置を含む範囲を撮影するための撮影部と、撮影部で生成された画像において、レーザ光のスポットの一部または全部の位置を特定する画像処理部と、特定された位置に基づいて、レーザ光の光軸を調整する光軸調整部とを備える。
これによって、レーザ光の光軸調整時に、レーザ光のスポット径を試料の測定時よりも大きくするので、撮影画像を画像処理することによって、撮影画像内にレーザ光のスポット位置を特定することができる。特定したレーザ光のスポット位置に基づいて、レーザ光の光軸を自動で調整をすることができる。
好ましくは、光学系は、レーザ光を放射する光源と、レーザ光を検出する光検出器と、光源から出射されたレーザ光をカンチレバーの方向へ反射する第1のミラーと、カンチレバーで反射されたレーザ光を光検出器の方向へ反射する第2のミラーとを含む。
これによって、光学系が、光源と、光検出器と、第1のミラーと、第2のミラーとを含む構成において、レーザ光の光源を自動で調整することができる。
好ましくは、光軸調整部は、特定された位置に基づいて、光源の位置を移動させることによって、レーザ光の光軸を調整する。
これによって、光源の位置を変化させるだけで、レーザ光の光軸を自動で調整をすることができる。
好ましくは、光軸調整部は、特定された位置に基づいて、カンチレバーの位置を移動させることによって、レーザ光の光軸を調整する。
これによって、カンチレバーの位置を変化させるだけで、レーザ光の光軸を自動で調整をすることができる。
好ましくは、光軸調整部は、特定された位置に基づいて、第1のミラーの位置を移動させることによって、レーザ光の光軸を調整する。
これによって、レーザ光を反射する第1のミラーの位置を変化させるだけで、レーザ光の光軸を自動で調整をすることができる。
好ましくは、レーザ光調整部は、レーザ光の光軸調整時にレーザ光の強度を撮影部で検出できる感度限界以上とする。
これによって、レーザ光のビームのスポットが大きすぎて、レーザ光の強度が識別できる感度よりも小さくなるのを防止できる。
好ましくは、光軸調整部は、画像において、レーザ光のスポットの中心の位置が、カンチレバーの先端の位置と一致するように、レーザ光の光軸を調整する。
これによって、探針が取り付けられているカンチレバーの先端にレーザ光が照射させるので、測定時に試料の特性に基づくカンチレバーの変位を正確に検出することができる。
好ましくは、調整後に、さらに、レーザ光調整部は、レーザ光のスポット径を試料の特性の測定時のスポット径と同じにするとともに、光軸調整部は、画像において、縮小されたレーザ光のスポットの中心の位置が、カンチレバーの先端の位置と一致するように、レーザ光の光軸を調整する。
これによって、レーザ光の光軸を精密に調整することができる。
好ましくは、画像処理部は、画像内において、画素の色に基づいて、レーザ光のスポットの一部または全部の位置を特定する。
好ましくは、画像処理部は、画像内において、画素の色に基づいて、レーザ光のスポットの一部または全部の位置を特定する。
これによって、画像からレーザ光のスポットの色の画素を見つけることによって、レーザ光のスポットの位置を特定することができる。
本発明のある局面の走査型プローブ顕微鏡の制御装置は、走査型プローブ顕微鏡を制御する。走査型プローブ顕微鏡は、先端部に探針を有するカンチレバーと、レーザ光をカンチレバーに照射し、カンチレバーで反射されたレーザ光を検出する光学系と、光学系で検出されるレーザ光の位置の変化によって得られるカンチレバーの変位に基づいて、試料の特性を測定する測定部と、レーザ光の光軸調整時に探針の位置を含む範囲を撮影するための撮影部とを備える。制御装置は、レーザ光の光軸調整時にレーザ光のスポット径を試料の特性の測定時のスポット径よりも大きくするレーザ光調整部と、撮影部で生成された画像において、レーザ光のスポットの一部または全部の位置を特定する画像処理部と、特定された位置に基づいて、レーザ光の光軸を調整する光軸調整部とを備える。
これによって、レーザ光の光軸調整時に、レーザ光のスポット径を試料の測定時よりも大きくするので、撮影画像を画像処理することによって、撮影画像内にレーザ光のスポット位置を特定することができる。特定したレーザ光のスポット位置に基づいて、レーザ光の光軸を自動で調整をすることができる。
本発明によれば、容易に光軸調整することができる。
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態の走査型プローブ顕微鏡1の構成を表わす図である。
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態の走査型プローブ顕微鏡1の構成を表わす図である。
第1の実施形態の走査型プローブ顕微鏡1は、撮影部10と、表示部12と、光学系80と、カンチレバー2と、測定部14と、駆動機構44と、スキャナ43と、レーザ光調整部20と、駆動機構11と、操作部13とを備える。
カンチレバー2は、表面の自由端部である先端に探針7を有する。試料9は、探針7に対向して配置されている。探針7と試料9との間の原子間力(引力または斥力)によって、カンチレバー2が変位する。試料9は、スキャナ43上に載置される。
光学系80は、レーザ光をカンチレバー2の裏面に照射し、カンチレバー2の裏面で反射されたレーザ光を検出する。光学系80は、カンチレバー2のたわみを検出することができる。光学系80は、レーザ光源30と、第1のミラーであるビームスプリッタ3と、第2のミラーである反射鏡4と、光検出器5とを備える。レーザ光源30は、レーザ光を発射するレーザ発振器などによって構成される。光検出器5は、入射されるレーザ光を検出するフォトダイオードなどによって構成される。レーザ光源30から発射されたレーザ光は、ビームスプリッタ3で反射されて、カンチレバー2に入射される。レーザ光は、カンチレバー2で反射され、さらに反射鏡4によって反射されて、光検出器5に入射される。光検出器5がレーザ光を検出することによって、カンチレバー2の変位を測定することができる。
レーザ光調整部20は、レーザ光源30のレーザ光の焦点の位置を調整することによって、レーザ光源30のレーザ光のビームのスポット径を調整する。レーザ光調整部20は、レーザ光の光軸調整時には、レーザ光のスポット径を試料9の特性の測定時のスポット径よりも大きくする。
駆動機構11は、レーザ光源30の位置を変化させることによって、レーザ光の光軸を調整する。
操作部13は、ユーザからの駆動機構11の操作を受け付ける。
測定部14は、光学系80で検出されるレーザ光の位置の変化によって得られるカンチレバー2の変位に基づいて、試料9の特性を測定する。たとえば、測定部14は、カンチレバー2の変位の時間変化から作用力(フォース)の時間変化を表わすフォースカーブなどを作成する。測定部14は、スキャナ43を駆動するための制御信号を駆動機構44へ送る。
測定部14は、光学系80で検出されるレーザ光の位置の変化によって得られるカンチレバー2の変位に基づいて、試料9の特性を測定する。たとえば、測定部14は、カンチレバー2の変位の時間変化から作用力(フォース)の時間変化を表わすフォースカーブなどを作成する。測定部14は、スキャナ43を駆動するための制御信号を駆動機構44へ送る。
駆動機構44は、スキャナ43を駆動することによって、スキャナ43に載置された試料9と探針7との間の相対的な位置関係を変化させる。
撮影部10は、レーザ光の光軸調整時に探針7の位置を含む範囲を撮影する。撮影部10は、光学顕微鏡、CCDカメラ、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)カメラなどによって構成される。
表示部12は、撮影部10で生成された撮影画像を表示する。表示部12は、液晶ディスプレイなどによって構成される。
図2は、探針7、カンチレバー2およびホルダ15を表わす図である。図2に示すように、探針7は、カンチレバー2の先端に取り付けられる。ホルダ15は、カンチレバー2を支持する部材である。
図3は、従来のレーザ光の光軸調整時のレーザ光源30のビームのスポットSPの例を表わす図である。図3の例では、光軸調整時にレーザ光源30のビームのスポット径を実使用時のスポット径D2と同じにした場合に、撮影画像IMGにビームのスポットSPが含まれる。
図4は、従来のレーザ光の光軸調整時のレーザ光源30のビームのスポットSPの別の例を表わす図である。図4の例では、光軸調整時にレーザ光源30のビームのスポット径を実使用時のスポット径D2と同じにした場合に、撮影画像IMGにビームのスポットSPが含まれない。ビームのスポット径が小さいため、撮影画像IMGにビームのスポットSPが含まれる場合と、含まれない場合が生じる。
図5は、レーザ光のビームのスポット径と、レーザ光の強度との関係を表わす図である。
図5に示すように、ビームのスポット径を大きくするほど、レーザ光の強度が低下する。本実施の形態では、撮影部10の感度限界よりもレーザ光の強度が高くなるという条件で、光軸調整時のレーザ光のスポット径D1をできるだけ大きく設定する。
図6は、第1の形態のレーザ光の光軸調整時のレーザ光のビームのスポットSPの例を表わす図である。図6の例では、光軸調整時には、実使用時のレーザ光源30のレーザ光のビームのスポット径D2よりも大きなスポット径D1に設定することによって、撮影画像IMGにビームのスポットSPが含まれている。
図7は、第1の実施形態のレーザ光の光軸調整手順を表わすフローチャートである。この光軸調整は、たとえば、カンチレバー2の交換時、および試料9の物性の測定前に実施される。
ステップS101において、レーザ光調整部20は、レーザ光のスポット径をD1に調整する。
ステップS102において、レーザ光源30は、レーザ光を放射する。
ステップS103において、撮影部10は、レーザ光の光軸調整時に探針7の位置を含む範囲の撮影を開始する。
ステップS103において、撮影部10は、レーザ光の光軸調整時に探針7の位置を含む範囲の撮影を開始する。
ステップS104において、表示部12は、撮影部10で生成された撮影画像の表示を開始する。
ステップS105において、駆動機構11は、操作部13を通じて、ユーザからの指示を受けて、レーザ光源30の位置を変化させることによって、レーザ光の光軸を調整する。
以上のように、本実施の形態によれば、レーザ光の光軸調整時に、レーザ光のスポット径を試料の測定時よりも大きくするので、撮影画像内にレーザ光のスポットを捉えることができる確率が増加する。その結果、ユーザは、撮影画像を見ながら、レーザ光の光軸調整をすることができる。
[第2の実施形態]
図8は、第2の実施形態の走査型プローブ顕微鏡71の構成を表わす図である。
図8は、第2の実施形態の走査型プローブ顕微鏡71の構成を表わす図である。
第2の実施形態の走査型プローブ顕微鏡71が、第1の実施形態の走査型プローブ顕微鏡1と相違する点は、第2の実施形態の走査型プローブ顕微鏡71が、操作部13に代えて、画像処理部72と、光軸調整部73とを備える点である。
画像処理部72は、撮影部10から出力される撮影画像に基づいて、レーザ光のスポットSPの一部または全部の位置を特定する。たとえば、画像処理部72は、撮影画像の中の、レーザ光のスポットSPの色である白色の画素の領域をレーザ光のスポットSPの一部または全部の位置として特定することができる。
光軸調整部73は、画像処理部72によって特定されたレーザ光のスポットSPの一部または全部の位置に基づいて、駆動機構11を制御することによって、レーザ光源30の位置を変化させることによって、光軸を調整する。
図9は、第2の実施形態のレーザ光の光軸調整手順を表わすフローチャートである。この光軸調整は、たとえば、カンチレバー2の交換時、および試料9の物性の測定前に実施される。
ステップS401において、レーザ光調整部20は、レーザ光のスポット径をD1に調整する。
ステップS402において、レーザ光源30は、レーザ光を放射する。
ステップS403において、撮影部10は、レーザ光の光軸調整時に探針7の位置を含む範囲の撮影を開始する。
ステップS403において、撮影部10は、レーザ光の光軸調整時に探針7の位置を含む範囲の撮影を開始する。
ステップS404において、撮影部10から出力される撮影画像に基づいて、レーザ光のスポットSPの一部または全部の位置を特定する。図10は、第1の実施形態において、レーザ光のスポット径がD1のときの撮影画像の例を表わす図である。スポット径D1が大きいので、スポットSPが撮影画像に含まれる蓋然性が高くなる。
ステップS405において、光軸調整部73は、スポット径D1のレーザ光のスポットSPの中心の位置が、探針7が取り付けられているカンチレバー2の先端の位置と一致するように、駆動機構11を制御する制御信号を出力する。駆動機構11は、制御信号に従って、レーザ光源30の位置を変化させることによって、レーザ光の光軸を調整する。ここでは、レーザ光のスポット径が大きいので、レーザ光の光軸が大まかに調整される。
ステップS406において、レーザ光調整部20は、レーザ光のスポット径をD2に調整する。
ステップS407において、撮影部10から出力される撮影画像に基づいて、レーザ光のスポットSPの位置を特定する。
ステップS408において、光軸調整部73は、スポット径D2のレーザ光のスポットSPの中心の位置が、探針7が取り付けられているカンチレバー2の先端の位置と一致するように、駆動機構11を制御する制御信号を出力する。駆動機構11は、制御信号に従って、レーザ光源30の位置を変化させることによって、レーザ光の光軸を調整する。ここでは、レーザ光のスポット径が小さいので、レーザ光の光軸が精密に調整される。図11は、レーザ光の光軸の精密調節後の撮影画像の例を表わす図である。本実施の形態によって、レーザ光の光軸を正しく調整することができる。
以上のように、本実施の形態によれば、レーザ光の光軸調整時に、レーザ光のスポット径を試料の測定時よりも大きくするので、撮影画像を画像処理することによって撮影画像内にレーザ光のスポット位置を特定することができる。特定したレーザ光のスポット位置に基づいて、レーザ光源30の位置を自動で移動させることによって、レーザ光の光軸を自動で調整をすることができる。
[第3の実施形態]
図12は、第3の実施形態の走査型プローブ顕微鏡51の構成を表わす図である。
図12は、第3の実施形態の走査型プローブ顕微鏡51の構成を表わす図である。
第3の実施形態の走査型プローブ顕微鏡51が、第1の実施形態の走査型プローブ顕微鏡1と相違する点は、第3の実施形態の走査型プローブ顕微鏡51が、操作部13に代えて、画像処理部72と、光軸調整部53と、駆動機構52を備える点である。
画像処理部72は、撮影部10から出力される撮影画像に基づいて、レーザ光のスポットSPの一部または全部の位置を特定する。
光軸調整部53は、画像処理部72によって特定されたレーザ光のスポットSPの一部または全部の位置に基づいて、駆動機構52を制御することによって、カンチレバー2が支持されるホルダ15の位置を変化させることによって、光軸を調整する。
駆動機構52は、ホルダ15の位置を変化させることによって、レーザ光の光軸を調整する。
図13は、第3の実施形態のレーザ光の光軸調整手順を表わすフローチャートである。この光軸調整は、たとえば、カンチレバー2の交換時、および試料9の物性の測定前に実施される。
ステップS201において、レーザ光調整部20は、レーザ光のスポット径をD1に調整する。
ステップS202において、レーザ光源30は、レーザ光を放射する。
ステップS203において、撮影部10は、レーザ光の光軸調整時に探針7の位置を含む範囲の撮影を開始する。
ステップS203において、撮影部10は、レーザ光の光軸調整時に探針7の位置を含む範囲の撮影を開始する。
ステップS204において、撮影部10から出力される撮影画像に基づいて、レーザ光のスポットSPの一部または全部の位置を特定する。
ステップS205において、光軸調整部53は、スポット径D1のレーザ光のスポットSPの中心の位置が、探針7が取り付けられているカンチレバー2の先端の位置と一致するように、駆動機構52を制御する制御信号を出力する。駆動機構52は、制御信号に従って、ホルダ15の位置を変化させることによって、レーザ光の光軸を調整する。ここでは、レーザ光のスポット径が大きいので、レーザ光の光軸が大まかに調整される。
ステップS206において、レーザ光調整部20は、レーザ光のスポット径をD2に調整する。
ステップS207において、撮影部10から出力される撮影画像に基づいて、レーザ光のスポットSPの位置を特定する。
ステップS208において、光軸調整部73は、スポット径D2のレーザ光のスポットSPの中心の位置が、探針7が取り付けられているカンチレバー2の先端の位置と一致するように、駆動機構52を制御する制御信号を出力する。駆動機構52は、制御信号に従って、ホルダ15の位置を変化させることによって、レーザ光の光軸を調整する。ここでは、レーザ光のスポット径が小さいので、レーザ光の光軸が精密に調整される。
以上のように、本実施の形態によれば、レーザ光の光軸調整時に、レーザ光のスポット径を試料の測定時よりも大きくするので、撮影画像を画像処理することによって、内にレーザ光のスポット位置を特定することができる。特定したレーザ光のスポット位置に基づいて、カンチレバー2を支持するホルダ15の位置を自動で移動させることによって、レーザ光の光軸を自動で調整をすることができる。
[第4の実施形態]
図14は、第4の実施形態の走査型プローブ顕微鏡61の構成を表わす図である。
図14は、第4の実施形態の走査型プローブ顕微鏡61の構成を表わす図である。
第4の実施形態の走査型プローブ顕微鏡61が、第1の実施形態の走査型プローブ顕微鏡1と相違する点は、第4の実施形態の走査型プローブ顕微鏡61が、操作部13に代えて、画像処理部72と、光軸調整部63と、駆動機構62を備える点である。
画像処理部72は、撮影部10から出力される撮影画像に基づいて、レーザ光のスポットSPの一部または全部の位置を特定する。
光軸調整部63は、画像処理部72によって特定されたレーザ光のスポットSPの一部または全部の位置に基づいて、駆動機構62を制御することによって、ビームスプリッタ3との位置を変化させることによって、光軸を調整する。
駆動機構62は、ビームスプリッタ3の位置を変化させることによって、レーザ光の光軸を調整する。
図15は、第4の実施形態のレーザ光の光軸調整手順を表わすフローチャートである。この光軸調整は、たとえば、カンチレバー2の交換時、および試料9の物性の測定前に実施される。
ステップS301において、レーザ光調整部20は、レーザ光のスポット径をD1に調整する。
ステップS302において、レーザ光源30は、レーザ光を放射する。
ステップS303において、撮影部10は、レーザ光の光軸調整時に探針7の位置を含む範囲の撮影を開始する。
ステップS303において、撮影部10は、レーザ光の光軸調整時に探針7の位置を含む範囲の撮影を開始する。
ステップS304において、撮影部10から出力される撮影画像に基づいて、レーザ光のスポットSPの一部または全部の位置を特定する。
ステップS305において、光軸調整部53は、スポット径D1のレーザ光のスポットSPの中心の位置が、探針7が取り付けられているカンチレバー2の先端の位置と一致するように、駆動機構62を制御する制御信号を出力する。駆動機構62は、制御信号に従って、ビームスプリッタ3の位置を変化させることによって、レーザ光の光軸を調整する。ここでは、レーザ光のスポット径が大きいので、レーザ光の光軸が大まかに調整される。
ステップS306において、レーザ光調整部20は、レーザ光のスポット径をD2に調整する。
ステップS307において、撮影部10から出力される撮影画像に基づいて、レーザ光のスポットSPの位置を特定する。
ステップS308において、光軸調整部73は、スポット径D2のレーザ光のスポットSPの中心の位置が、探針7が取り付けられているカンチレバー2の先端の位置と一致するように、駆動機構62を制御する制御信号を出力する。駆動機構62は、制御信号に従って、ビームスプリッタ3の位置を変化させることによって、レーザ光の光軸を調整する。ここでは、レーザ光のスポット径が小さいので、レーザ光の光軸が精密に調整される。
以上のように、本実施の形態によれば、レーザ光の光軸調整時に、レーザ光のスポット径を試料の測定時よりも大きくするので、撮影画像を画像処理することによって、内にレーザ光のスポット位置を特定することができる。特定したレーザ光のスポット位置に基づいて、レーザ光を反射させるビームスプリッタ3の位置を自動で移動させることによって、レーザ光の光軸を自動で調整をすることができる。
[第5の実施形態]
本実施の形態では、第2の実施形態の走査型プローブ顕微鏡における制御機能を、走査型プローブ顕微鏡と別の制御装置に設ける。
本実施の形態では、第2の実施形態の走査型プローブ顕微鏡における制御機能を、走査型プローブ顕微鏡と別の制御装置に設ける。
図16は、第5の実施形態の測定システムの構成を表わす図である。
測定システムは、走査型プローブ顕微鏡81と、走査型プローブ顕微鏡81を制御する制御装置82を備える。
測定システムは、走査型プローブ顕微鏡81と、走査型プローブ顕微鏡81を制御する制御装置82を備える。
走査型プローブ顕微鏡81は、第2の実施形態の走査型プローブ顕微鏡71のすべての構成要素のうち、レーザ光調整部20、画像処理部72、および光軸調整部73以外の構成要素を備える。
制御装置82は、レーザ光調整部20、画像処理部72、および光軸調整部73を備える。
本実施の形態では、第2の実施形態の走査型プローブ顕微鏡における制御機能を、走査型プローブ顕微鏡と別の制御装置に設けても、第2の実施形態と同様の効果が得られる。
なお、第1、第3、または第4の実施形態の走査型プローブ顕微鏡における制御機能を、走査型プローブ顕微鏡と別の制御装置に設けても、第1、第3、または第4の実施形態と同様の効果が得られる。
[変形例]
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、たとえば、以下のような変形例も含む。
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、たとえば、以下のような変形例も含む。
(1) カンチレバーの形状
図17は、カンチレバー2の形状の例を表わす図である。図18は、カンチレバー2の形状の別の例を表わす図である。いずれの場合も、カンチレバー2の先端に探針7が設けられている。試料の物性測定時において、スポット径D2のレーザ光のスポットSPがカンチレバー2の探針7が設けられている先端付近にくるように、レーザ光の光軸が調整される。
図17は、カンチレバー2の形状の例を表わす図である。図18は、カンチレバー2の形状の別の例を表わす図である。いずれの場合も、カンチレバー2の先端に探針7が設けられている。試料の物性測定時において、スポット径D2のレーザ光のスポットSPがカンチレバー2の探針7が設けられている先端付近にくるように、レーザ光の光軸が調整される。
(2) 画像処理部および光軸調整部
図19は、画像処理部72および光軸調整部73のハードウエア構成の例を表わす図である。図8の画像処理部72および光軸調整部73のハードウエアは、プロセッサ1100と、プロセッサ1100とバス1300で接続されたメモリ1200とを備える。
図19は、画像処理部72および光軸調整部73のハードウエア構成の例を表わす図である。図8の画像処理部72および光軸調整部73のハードウエアは、プロセッサ1100と、プロセッサ1100とバス1300で接続されたメモリ1200とを備える。
CPU(Central Processing Unit)などのプロセッサ1100がメモリ1200に記憶されたプログラムを実行することにより、画像処理部72および光軸調整部73が実現される。また、複数のプロセッサおよび複数のメモリが連携して上記構成要素の機能を実行するものとしてもよい。図12の画像処理部72および光軸調整部53、図14の画像処理部72および光軸調整部63、図16の画像処理部72および光軸調整部73も同様である。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1,51,61,71,81 走査型プローブ顕微鏡、2 カンチレバー、3 ビームスプリッタ、4 反射鏡、5 光検出器、7 探針、9 試料、10 撮影部、11,44,52,62 駆動機構、12 表示部、13 操作部、14 測定部、15 ホルダ、20 レーザ光調整部、30 レーザ光源、43 スキャナ、72 画像処理部、53,63,73 光軸調整部、80 光学系、82 制御装置。
Claims (11)
- 先端部に探針を有するカンチレバーと、
レーザ光を前記カンチレバーに照射し、前記カンチレバーで反射されたレーザ光を検出する光学系と、
前記光学系で検出されるレーザ光の位置の変化によって得られる前記カンチレバーの変位に基づいて、試料の特性を測定する測定部と、
前記レーザ光の光軸調整時に前記レーザ光のスポット径を前記試料の特性の測定時のスポット径よりも大きくするレーザ光調整部と、
前記レーザ光の光軸調整時に前記探針の位置を含む範囲を撮影するための撮影部と、
前記撮影部で生成された画像を表示する表示部とを備えた、走査型プローブ顕微鏡。 - 先端部に探針を有するカンチレバーと、
レーザ光を前記カンチレバーに照射し、前記カンチレバーで反射されたレーザ光を検出する光学系と、
前記光学系で検出されるレーザ光の位置の変化によって得られる前記カンチレバーの変位に基づいて、試料の特性を測定する測定部と、
前記レーザ光の光軸調整時に前記レーザ光のスポット径を前記試料の特性の測定時のスポット径よりも大きくするレーザ光調整部と、
前記レーザ光の光軸調整時に前記探針の位置を含む範囲を撮影するための撮影部と、
前記撮影部で生成された画像において、前記レーザ光のスポットの一部または全部の位置を特定する画像処理部と、
前記特定された位置に基づいて、前記レーザ光の光軸を調整する光軸調整部とを備えた、走査型プローブ顕微鏡。 - 前記光学系は、
前記レーザ光を放射する光源と、
前記レーザ光を検出する光検出器と、
前記光源から出射されたレーザ光をカンチレバーの方向へ反射する第1のミラーと、
前記カンチレバーで反射されたレーザ光を光検出器の方向へ反射する第2のミラーとを含む、請求項2記載の走査型プローブ顕微鏡。 - 前記光軸調整部は、前記特定された位置に基づいて、前記光源の位置を移動させることによって、前記レーザ光の光軸を調整する、請求項3記載の走査型プローブ顕微鏡。
- 前記光軸調整部は、前記特定された位置に基づいて、前記カンチレバーの位置を移動させることによって、前記レーザ光の光軸を調整する、請求項3記載の走査型プローブ顕微鏡。
- 前記光軸調整部は、前記特定された位置に基づいて、前記第1のミラーの位置を移動させることによって、前記レーザ光の光軸を調整する、請求項3記載の走査型プローブ顕微鏡。
- 前記レーザ光調整部は、前記レーザ光の光軸調整時に前記レーザ光の強度を前記撮影部で検出できる感度限界以上とする、請求項2記載の走査型プローブ顕微鏡。
- 前記光軸調整部は、前記画像において、前記レーザ光のスポットの中心の位置が、前記カンチレバーの先端の位置と一致するように、前記レーザ光の光軸を調整する、請求項2記載の走査型プローブ顕微鏡。
- 前記調整後に、さらに、前記レーザ光調整部は、前記レーザ光のスポット径を前記試料の特性の測定時のスポット径と同じにするとともに、前記光軸調整部は、前記画像において、縮小された前記レーザ光のスポットの中心の位置が、前記カンチレバーの先端の位置と一致するように、前記レーザ光の光軸を調整する、請求項7記載の走査型プローブ顕微鏡。
- 前記画像処理部は、前記画像内において、画素の色に基づいて、前記レーザ光のスポットの一部または全部の位置を特定する、請求項2記載の走査型プローブ顕微鏡。
- 走査型プローブ顕微鏡の制御装置であって、
前記走査型プローブ顕微鏡は、
先端部に探針を有するカンチレバーと、
レーザ光を前記カンチレバーに照射し、前記カンチレバーで反射されたレーザ光を検出する光学系と、
前記光学系で検出されるレーザ光の位置の変化によって得られる前記カンチレバーの変位に基づいて、試料の特性を測定する測定部と、
前記レーザ光の光軸調整時に前記探針の位置を含む範囲を撮影するための撮影部とを備え、
前記制御装置は、
前記レーザ光の光軸調整時に前記レーザ光のスポット径を前記試料の特性の測定時のスポット径よりも大きくするレーザ光調整部と、
前記撮影部で生成された画像において、前記レーザ光のスポットの一部または全部の位置を特定する画像処理部と、
前記特定された位置に基づいて、前記レーザ光の光軸を調整する光軸調整部とを備えた、走査型プローブ顕微鏡の制御装置。
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