JPH06281448A - 光学式変位センサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡単な構成で圧電体スキャナの動作の較正が可
能であると共にＡＦＭ測定にも適用可能な光学式変位セ
ンサーを提供する。また、エラー信号の較正が行える光
学式変位センサーを提供する。 【構成】光学式変位センサーの構成である偏光ビームス
プリッタ３６とλ／４板３８との間の光路に対して適宜
選択的に挿脱可能に構成された偏光状態変更素子６０が
設けられている。偏光状態変更素子を光路中に挿入しな
い場合、光学式変位センサーは、圧電体スキャナ４２の
変位を測定可能に構成される。また、偏光状態変更素子
を光路中に挿入した場合、圧電体スキャナから反射した
反射光は、その偏光状態が乱され、フォトディテクタ５
０の信号出力は、周期的に変化する。この結果、光学式
変位センサーは、かかる信号出力に基づいて圧電体スキ
ャナの動作較正可能に構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばカンチレバーの
変位量を光学的に測定する光学式変位センサーに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】導電性試料を原子オーダーの分解能で観
察できる装置として、走査型トンネル顕微鏡（STM;Scan
ning Tunneling Microscope ）がビニッヒ（Binnig）と
ローラー（Rohrer）らにより発明された。このＳＴＭで
は、観察できる試料は導電性のものに限られている。そ
こで、サーボ技術を始めとするＳＴＭの要素技術を利用
し、絶縁性の試料を原子オーダーの分解能で観察できる
装置として原子間力顕微鏡（AFM;Atomic Force Microso
pe）が提案された。このＡＦＭは、例えば特開昭６２−
１３０３０２に開示されている。

【０００３】ＡＦＭは、鋭く尖った突起部（探針）を自
由端に持つカンチレバーを備えている。この探針を試料
に近づけると、探針先端の先端の原子と試料表面の原子
との間に働く相互作用力（原子間力）によりカンチレバ
ーの自由端が変位する。この自由端の変位を電気的ある
いは光学的に測定しながら、探針を試料表面に沿って走
査することにより、試料の三次元的な情報を得ている。
例えば、カンチレバーの自由端の変位を一定に保つよう
に探針試料間距離を制御しながら探針を走査すると、探
針先端は試料表面の凹凸に沿って移動するので、探針先
端の位置情報から試料の表面形状を示す三次元像を得る
ことができる。

【０００４】このようなＡＦＭ装置には、一般的に、カ
ンチレバーの変位を測定する光学式変位センサーが適用
されており、例えば、特開平３−１０２２０９号公報に
開示されている。図３には、この特開平３−１０２２０
９号公報に開示されたＡＦＭ装置の概略的構成が示され
ている。図３に示すように、かかるＡＦＭ装置には、例
えば特開昭６２−３６５０２号公報に開示された臨界角
方式の光学式変位センサー２が設けられている。

【０００５】即ち、半導体レーザ４から出射されたレー
ザー光は、コリメータレンズ６を介して平行光束に規制
された後、偏光ビームスプリッタ８によって反射され、
λ／４板１０を透過する。

【０００６】このλ／４板１０を透過したレーザー光
は、その偏光方向が直線偏光から円偏光に変換された状
態で、対物レンズ１２を介してカンチレバー１４上に集
光される。このカンチレバー１４から反射した反射レー
ザー光は、再び、対物レンズ１２及びλ／４板１０を介
して偏光ビームスプリッタ８に照射される。

【０００７】偏光ビームスプリッタ８に照射された反射
レーザー光は、λ／４板１０によって、その偏光方向が
最初の直線偏光から９０°回転した直線偏光に変換され
ている。この結果、反射レーザー光は、偏光ビームスプ
リッタ８を透過して、臨界角プリズム１６に照射され
る。臨界角プリズム１６に照射された反射レーザー光
は、その反射面１６ａで反射され、２分割フォトディテ
クタ１８に照射される。

【０００８】カンチレバー１４が測定試料２０の表面の
凹凸形状を捕らえて上下に変位すると、これに伴って、
２分割フォトディテクタ１８の第１及び第２の受光部１
８ａ，１８ｂに照射される光量のバランスが変化する。

【０００９】このため、第１及び第２の受光部１８ａ，
１８ｂからは、受光量に対応した大きさの電気信号が出
力され、これら電気信号の差は、対応する端子２２ａ，
２２ｂを介して検出可能に構成されている。これら電気
信号の差は、通常、エラー信号と称するが、ＡＦＭ装置
では、かかるエラー信号をカンチレバーの変位を示す変
位信号として適用する。なお、エラー信号は、光干渉変
位計等のように光の波長という一定の“物差し”を有し
ていないため、いわば２次基準の変位信号といえる。

【００１０】また、このようなＡＦＭ装置には、円筒形
圧電体スキャナ２４が適用されており、この圧電体スキ
ャナ２４によって、カンチレバー１４の探針１４ａと測
定試料２０とが相対的且つ高精度にＸＹＺ方向走査され
る。

【００１１】なお、半導体レーザ４には、レーザー光出
力をモニタ可能なフォトディテクタ２６が隣設されてお
り、このフォトディテクタ２６から出力された信号は、
端子２８を介して検出可能に構成されている。また、半
導体レーザ４には、入力端子３０を介して制御回路（図
示しない）が接続されており、この制御回路を介して半
導体レーザ４の駆動状態が制御されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述した圧電体スキャ
ナ２４は、通常、分極された状態にあるが、例えば、走
査時に過大電圧が印加された場合、脱分極が生じ、初期
の単位印加電圧当りの変位量が変化してしまうことがあ
る。このため、定期的にその動作の較正を行う必要があ
る。

【００１３】ＡＦＭ装置では、圧電体スキャナ２４のＺ
方向の動作の較正のため、カンチレバー１４の変位を測
定する光学式変位センサー２を代用することも考えられ
る。しかしながら、上述したように、光学式変位センサ
ー２は、エラー信号の検出に用いられている。従って、
変位センサー２の性能が変化又は劣化した場合には、動
作較正用のセンサーとして適用することが困難になると
いう問題がある。

【００１４】一方、ＡＦＭ装置に対して光干渉を用いた
変位センサーを適用した場合、ＡＦＭ測定に際して行わ
れるフォースカーブ測定、即ち、干渉縞の山と山との距
離を越えた大きな走査を必要とする測定のとき、データ
の読取りや解釈が困難になるという問題がある。例え
ば、ＵＳＰ５０２５６５８号公報に開示された半導体レ
ーザの外部共振ミラーをカンチレバーとした変位センサ
ーにも同様の問題が存在する。

【００１５】図４（Ａ），（Ｂ）には、夫々、大気中に
おいて、エラーセンシング方式の変位センサーで測定さ
れたフォースカーブと、光干渉方式の変位センサーで測
定されたフォースカーブとが示されている。図４（Ｂ）
に示されたフォースカーブの方が煩雑な特性を示してい
ることが分かる。ＡＦＭ測定においては、測定試料への
ダメージを少なくするために、通常、ばね定数の小さな
カンチレバーが用いられる。

【００１６】しかし、ばね定数の小さなカンチレバーを
用いると、メニスカスフォースと呼ばれる力が原因し
て、フォースカーブのａ点とｃ点（図４（Ａ）参照）と
の間で構成されるヒステリシスが大きくなる。

【００１７】従って、フォース設定の際、カンチレバー
は、最低でも図中ｄで示された距離だけ移動させる必要
があり、具体的には、移動量（ｄ）は、約５００ｎｍに
達する。

【００１８】このような場合、変位センサーの出力は、
周期的に変化すると共に、カンチレバーの移動量（ｄ）
は、その周期又は波長以上になってしまい、結果、変位
センサーの出力とカンチレバーの移動量（ｄ）との間に
１対１対応の関係が成立しなくなってしまうという問題
がある。この問題は、カンチレバーの移動量（ｄ）が波
長以上とならなくても、干渉波形とピーク周辺がｄ点と
ｃ点の間になるように設定された場合も同様に生じる。
更に、光干渉を用いた変位センサーは、上述と同様の理
由によって、カンチレバーをＺ方向に振動させて行われ
るＡＦＭ測定に適用することは困難である。従って、圧
電体スキャナの動作の較正が可能であると共にＡＦＭ測
定にも適用可能な光学式変位センサーの開発が望まれて
いる。

【００１９】本発明は、このような要望を満足するため
になされ、その目的は、簡単な構成で圧電体スキャナの
動作の較正が可能であると共にＡＦＭ測定にも適用可能
な光学式変位センサー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、本発明は、所定の光出力を有するレーザー光
が集光された可動体から反射したレーザー光の光量変化
に基づいて、前記可動体の変位量を検出可能に構成され
た光学式変位センサーにおいて、

【００２１】前記レーザー光の光路に対して適宜選択的
に挿脱可能に構成され、且つ、前記光路中に挿入配置さ
せることによって、前記可動体から反射した前記レーザ
ー光の偏光状態を適宜選択的に変更可能に構成された偏
光状態変更素子を備える。

【００２２】

【作用】偏光状態変更素子をレーザー光の光路に対して
適宜選択的に挿入することによって、可動体から反射し
たレーザー光の偏光状態が適宜選択的に変更される。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の一実施例に係る光学式変位セ
ンサーについて、図１及び図２を参照して説明する。図
１には、本実施例の光学式変位センサーの構成が概略的
に示されている。

【００２４】即ち、半導体レーザ３２から出射されたレ
ーザー光は、コリメータレンズ３４を介して平行拘束に
規制された後、偏光ビームスプリッタ３６によって反射
され、λ／４板３８を透過する。

【００２５】このλ／４板３８を透過したレーザー光
は、その偏光方向が直線偏光から円偏光に変換された状
態で、対物レンズ４０を介して円筒形圧電体スキャナ４
２に集光される。圧電体スキャナ４２から反射した反射
レーザー光は、再び、対物レンズ４０及びλ／４板３８
を介して偏光ビームスプリッタ３６に照射される。

【００２６】偏光ビームスプリッタ３６に照射された反
射レーザー光は、λ／４板３８によって、その偏光方向
が最初の直線偏光から９０°回転した直線偏光に変換さ
れている。この結果、反射レーザー光は、偏光ビームス
プリッタ３６を透過して、臨界角プリズム４４に照射さ
れる。臨界角プリズム４４に照射された反射レーザー光
は、その反射面４４ａで反射され、２分割フォトディテ
クタ４６に照射される。

【００２７】２分割フォトディテクタに照射された反射
レーザー光は、第１及び第２の受光部４６ａ，４６ｂに
よって受光量に対応した大きさの電気信号に変換され
る。この電気信号は、端子４８ａ，４８ｂを介して検出
可能に構成されている。

【００２８】なお、半導体レーザ３２には、レーザー光
出力をモニタ可能なフォトディテクタ５０が隣設されて
おり、このフォトディテクタ５０から出力された信号
は、プリアンプ５２を介して電流電圧変換される。ここ
で、切換スイッチ５４を閉じると、プリアンプ５２から
出力された電圧信号は、レーザー駆動回路５６に入力さ
れる。レーザー駆動回路５６では、入力された電圧信号
に基づいて、例えば半導体レーザ３２の光出力を一定に
維持させる。

【００２９】一方、切換スイッチ５４を開くと、プリア
ンプ５２から出力された電圧信号は、モニタ入力端子５
８を介してモニタ（図示しない）に入力される。この結
果、モニタを介してレーザー光出力の変化をモニタする
ことが可能となる。

【００３０】本実施例の光学式変位センサーには、偏光
ビームスプリッタ３６とλ／４板３８との間の光路に対
して適宜選択的に挿脱可能に構成された偏光状態変更素
子６０が設けられている。この偏光状態変更素子６０を
光路中に挿入しない場合、本実施例の光学式変位センサ
ーは、圧電体スキャナ４２の変位を測定可能に構成され
る。即ち、端子４８ａ，４８ｂを介して電気信号の差、
即ち、エラー信号を検出することによって、圧電体スキ
ャナ４２の変位を測定することができる。このとき、切
換スイッチ５４は、閉じられており、半導体レーザ３２
の光出力は、レーザー駆動回路５６を介して自動出力制
御が施される。

【００３１】偏光状態変更素子６０を光路中に挿入し且
つ切換スイッチ５４を開いた場合、圧電体スキャナ４２
から反射された反射光は、偏光状態変更素子６０を介し
てその偏光状態が乱される。このため、変更ビームスプ
リッタ３６では、その一部の光が反射されて、半導体レ
ーザ３２方向に戻される。

【００３２】このとき、半導体レーザ３２は、圧電体ス
キャナ４２の反射面４２ａを外部共振ミラーにすること
によって、外部共振器として構成されるため、フォトデ
ィテクタ５０は、圧電体スキャナ４２の変位に対応した
周期的な信号を出力するようになる。即ち、光干渉的な
出力を呈示する。

【００３３】なお、外部共振器は、半導体レーザ３２の
両端面３２ａ，３２ｂ以外に共振器を構成する外部反射
面を備えたときに規定される。本実施例の場合には、か
かる反射面は、圧電体スキャナ４２の上面４２ａであ
る。このとき、２分割フォトディテクタ４６へ一部の光
は導光されているが、その電気信号は端子４８ａ，４８
ｂを介して検出していない。

【００３４】図２（Ａ）には、偏光状態変更素子６０を
光路中に挿入しない場合、２分割フォトディテクタ４６
（図１参照）の信号出力の差即ちエラー信号出力の特性
が示されている。また、図２（Ｂ）には、偏光状態変更
素子６０を光路中に挿入した場合、フォトディテクタ５
０の信号出力の特性が示されている。

【００３５】なお、図２（Ａ），（Ｂ）に示された横軸
は、対物レンズ４０（図１参照）を介してレーザー光が
絞られてピントを結んだ位置即ち合焦位置に対する距離
を示している。

【００３６】図２（Ａ）に示すように、通常のＡＦＭ測
定時即ち偏光状態変更素子６０を光路中に挿入しない場
合、光スポットをカンチレバー背面に形成する（図３参
照）。そして、図中の位置ａと位置ｂとの間の信号特性
が距離に対して１対１対応の関係にあることを利用し
て、カンチレバーの変位をＡＦＭ測定する。このとき、
フォトディテクタ５０の信号出力は、レーザー駆動回路
５６を介して自動出力制御が施される。

【００３７】一方、図２（Ｂ）に示すように、圧電体ス
キャナ４２の印加電圧−変位量特性の測定時即ち偏光状
態変更素子６０を光路中に挿入する場合、フォトディテ
クタ５０の信号出力は、周期的に変化する。このため、
ピーク位置ａ，ｂ，ｃをカウントして計算された外部共
振器の波長（Ｔ）に基づいて、圧電体スキャナ４２の動
作較正が行われる。なお、波長（Ｔ）は、“光の物差
し”であるため、フォトディテクタの信号出力が合焦位
置（０）を通過しなくても、その幅は常時一定にある。

【００３８】このように本実施例は、偏光状態変更素子
６０を光路中に挿脱させるだけで簡単に圧電体スキャナ
の動作較正が可能であると共にＡＦＭ測定にも適用可能
な光学式変位センサーを提供することができる。なお、
本発明は、上述した実施例の構成に限定されることはな
い。例えば、偏光状態変更素子としては、λ／２板や他
の結晶板を適用することも好ましい。また、本発明の変
位センサーを走査型プローブ顕微鏡に組み込んで、直線
性の無い圧電体スキャナの印加電圧−変位量特性を較正
することも可能である。

【００３９】この場合、まず、カンチレバー１４（図３
参照）を光学式変位センサーによって形成されるスポッ
ト位置から外した後、偏光状態変更素子６０を光路中に
挿入し且つ切換スイッチ５４を開く。

【００４０】次に、フォトディテクタ５０の信号出力を
モニタしつつ、圧電体スキャナ４２を周期的に変化させ
る変位信号のピーク間距離を圧電体スキャナ４２に印加
した電圧に対してプロットして、印加電圧−変位量特性
曲線（図示しない）を構成する。

【００４１】次に、偏光状態変更素子６０を光路中から
外した後、切換スイッチ５４を閉じて、半導体レーザ３
２に対して自動出力制御を施しつつ、端子４８ａ，４８
ｂを介して２分割フォトディテクタ４６から出力される
エラー信号を検出する。

【００４２】この検出結果に基づいて所定のＡＦＭ測定
を行った後、先に得た印加電圧−変位量特性曲線に基づ
いてＡＦＭ測定データのＺ方向のデータを較正し、直線
性の良い理想的なＡＦＭ像を再構成する。

【００４３】

【発明の効果】本発明は、光路に対して適宜選択的に挿
脱させることが可能な偏光状態変更素子を備えているた
め、可動体から反射したレーザー光の偏光状態を適宜選
択的且つ簡単に変更させることができる。即ち、偏光状
態変更素子を検出目的に対応して適宜選択的に光路に対
して挿脱させるだけで、検出目的に対応した可動体の変
位量を簡単に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る光学式変位センサーの
構成を概略的に示す図。

【図２】（Ａ）は、偏光状態変更素子を光路中に挿入し
ない場合、２分割フォトディテクタから出力される信号
の差即ちエラー信号出力の特性を示す図、（Ｂ）は、偏
光状態変更素子を光路中に挿入した場合、フォトディテ
クタから出力される信号出力の特性を示す図。

【図３】従来の光学式変位センサーの構成を概略的に示
す図。

【図４】（Ａ）は、エラーセンシング方式の変位センサ
ーで測定されたフォースカーブ、（Ｂ）は、光干渉方式
の変位センサーで測定されたフォースカーブを示す図。

【符号の説明】

３６…偏光ビームスプリッタ、３８…λ／４板、４２…
圧電体スキャナ、５０…フォトディテクタ、６０…偏光
状態変更素子。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年５月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】ＡＦＭ装置では、圧電体スキャナ２４のＺ
方向の動作の較正が１つの課題となっているが、このた
めにカンチレバー１４の変位を測定する光学式変位セン
サー２を代用することも考えられる。しかしながら、上
述したように、光学式変位センサー２は、２次基準の変
位信号であるエラー信号の検出に用いられている。従っ
て、変位センサー２の性能が変化又は劣化した場合に
は、動作較正用のセンサーとして適用することが困難に
なるという問題がある。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】一方、ＡＦＭ装置に対して光干渉を用いた
変位センサーを適用した場合、波長という基準目盛をも
っており、上記動作較正には適しているが、通常のＡＦ
Ｍ測定においてＡＦＭ測定に際して行われるフォースカ
ーブ測定においてデータの読取りや解釈が困難になると
いう問題がある。これは、干渉縞の山と山との距離を越
えた大きな走査を必要とすることによっている。例え
ば、ＵＳＰ５０２５６５８号公報に開示された半導体レ
ーザの外部共振ミラーをカンチレバーとした変位センサ
ーにも同様の問題が存在する。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】しかし、ばね定数の小さなカンチレバーを
用いると、メニスカスフォースあるいは凝着力と呼ばれ
る力が原因して、フォースカーブのａ点とｃ点（図４
（Ａ）参照）との間で構成されるヒステリシスが大きく
なる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１７】従って、フォース設定の際、カンチレバー
は、最低でも図中ｄで示された距離だけ移動させる必要
があり、具体的には、凝着力は、およそ１×１０^-7Ｎと
いわれるので０．２Ｎ／ｍのばね定数のカンチレバーを
用いると、その移動量（ｄ）は、約５００ｎｍに達す
る。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】このような場合、変位センサーの出力は、
周期的に変化すると共に、カンチレバーの移動量（ｄ）
は、その周期又は波長以上になってしまい、結果、変位
センサーの出力とカンチレバーの移動量（ｄ）との間に
１対１対応の関係が成立しなくなってしまうという問題
がある。この問題は、堅いカンチレバーを用いた時にも
存在する。すなわちカンチレバーの移動量（ｄ）が波長
以上とならなくても、干渉波形とピーク周辺がｄ点とｃ
点の間になるように設定されると同様に生じてしまう。
よって、光干渉を用いた変位センサーは、ＡＦＭ測定用
のセンサーとしては必ずしも使い易いとは言えない。更
に、光干渉を用いた変位センサーは、上述と同様の理由
によって、カンチレバーをＺ方向に振動させて行われる
ＡＦＭ測定に適用することは困難である。従って、圧電
体スキャナ等の動作の較正が可能であると共にＡＦＭ測
定にも適用可能な光学式変位センサーの開発が望まれて
いる。また、エラー信号の較正が行える光学式変位セン
サーの開発が望まれている。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】本発明は、このような要望を満足するため
になされ、その目的は、簡単な構成で圧電体スキャナの
動作の較正が可能であると共にＡＦＭ測定にも適用可能
な光学式変位センサーを提供することにある。また、エ
ラー信号の較正が行える光学式変位センサーを提供する
ことにある。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３０】本実施例の光学式変位センサーには、偏光
ビームスプリッタ３６とλ／４板３８との間の光路に対
して適宜選択的に挿脱可能に構成された偏光状態変更素
子６０が設けられている。この偏光状態変更素子６０を
光路中に挿入しない場合も挿入した場合のいずれでも、
本実施例の光学式変位センサーは、圧電体スキャナ４２
の変位を測定可能に構成される。偏光状態変更素子６０
を光路中に挿入しない場合、本実施例の光学式変位セン
サーは、端子４８ａ，４８ｂを介して電気信号の差、即
ち、エラー信号を検出することによって、圧電体スキャ
ナ４２の変位を測定することができる。このとき、切換
スイッチ５４は、閉じられており、半導体レーザ３２の
光出力は、レーザー駆動回路５６を介して自動光出力制
御が施される。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３３】なお、外部共振器は、半導体レーザ３２の
両端面３２ａ，３２ｂ以外に、共振器を構成する外部反
射面を備えたときに規定される。本実施例の場合には、
かかる反射面は、圧電体スキャナ４２の上面４２ａであ
る。このとき、２分割フォトディテクタ４６へも一部の
光は導光されているが、その電気信号は端子４８ａ，４
８ｂを介して検出していない。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３６】通常のＡＦＭ測定時即ち偏光状態変更素子
６０を光路中に挿入しない場合、光スポットをカンチレ
バー背面に形成する（図３参照）。この時のエラー信号
の出力−距離特性は図２（Ａ）のようになり、図中の位
置ａと位置ｂとの間の信号特性が距離に対して１対１対
応の関係にあることを利用して、カンチレバーの変位を
ＡＦＭ測定する。このとき、フォトディテクタ５０の信
号出力は、レーザー駆動回路５６を介して自動光出力制
御が施される。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３７】一方、圧電体スキャナ４２の印加電圧−変
位量特性の測定時即ち偏光状態変更素子６０を光路中に
挿入する場合、出力−距離特性は、図２（Ｂ）に示すよ
うに、フォトディテクタ５０の信号出力は、周期的に変
化する。このため、ピーク位置ａ，ｂ，ｃをカウントし
て計算された外部共振器の波長（Ｔ）に基づいて、圧電
体スキャナ４２の動作較正を行うことが可能になる。な
お、波長（Ｔ）は、“光の物差し”であるため、フォト
ディテクタの信号出力が合焦位置（０）を通過しなくて
も、その幅は常時一定にある。本発明の変位センサーを
走査型プローブ顕微鏡に組み込んで波長を基にエラー信
号を出力する光学式変位センサーの変位−出力特性を較
正することができる。以下は、圧電体スキャナ４２を介
して行う光学式変位センサーの印加電圧−変位量特性の
較正方法について説明する。まず、走査型プローブ顕微
鏡測定の状態、すなわち、光学式変位センサーからの光
スポットをカンチレバー１４（図３参照）上に結んだ状
態から、カンチレバー１４をそのスポット位置から外し
た後、偏光状態変更素子６０を光路中に挿入し且つ切換
スイッチ５４を開く。次に、フォトディテクタ５０の信
号出力をモニタしつつ、圧電体スキャナ４２を周期的に
変化させる変位信号のピーク間距離を圧電体スキャナ４
２に印加した電圧に対してプロットして、圧電体スキャ
ナ４２の印加電圧−変位量特性曲線（図示しない）を構
成する。次に、偏光状態変更素子６０を光路中から外し
た後、切換スイッチ５４を閉じて、半導体レーザ３２に
対して自動出力制御を施しつつ、端子４８ａ，４８ｂを
介して２分割フォトディテクタ４６から出力されるエラ
ー信号の検出を可能にする。この時、圧電体スキャナ４
２に電圧が印加され、その印加電圧−エラー信号特性曲
線（図示しない）を構成し、更に、先に構成した圧電体
スキャナ４２の印加電圧−変位量特性曲線を加味するこ
とで、最終的に、間接的ではあるが、エラー信号を波長
を基に較正することができる。この結果にエラー信号を
基にＡＦＭ測定を行うことにより、波長を基に較正され
たＺ方向のデータを使った精度の高いＡＦＭ像を再構成
する。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３８】このように本実施例は、本発明の変位セン
サーを走査型プローブ顕微鏡に組み込んで、カンチレバ
ーの変位を測定すると共に、直線性の無い圧電体スキャ
ナの印加電圧−変位量特性の較正用に切り換えて使用す
ることが可能である。即ち偏光状態変更素子６０を光路
中に挿脱させることにより、波長を基にした圧電体スキ
ャナ等の動作較正用測定とＡＦＭ中のカンチレバーの変
位測定の両者に適用可能な光学式変位センサーを提供す
ることができる。なお、偏光状態変更素子としては、例
えば、λ／２板や他の結晶板が好ましく用いられるが、
本発明はこれにより限定されない。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の光出力を有するレーザー光が集光
   された可動体から反射したレーザー光の光量変化に基づ
   いて、前記可動体の変位量を検出可能に構成された光学
   式変位センサーにおいて、 前記レーザー光の光路に対して適宜選択的に挿脱可能に
   構成され、且つ、前記光路中に挿入配置させることによ
   って、前記可動体から反射した前記レーザー光の偏光状
   態を適宜選択的に変更可能に構成された偏光状態変更素
   子を備えていることを特徴とする光学式変位センサー。