(57)【要約】      （修正有）【課題】走査型プローブ顕微鏡の光軸調整において、位置調整の対象となる対象物（レーザ光源又は／及び光検出器）を、与えられた調整量だけ精確に移動させることができる技術の提供。【解決手段】走査型プローブ顕微鏡は、レーザ光源６１と、光検出器６２と、これらの少なくとも一方に設けられた、対象物をその光軸と直交する面内の第１方向（Ｙ方向）に移動させるＹ駆動機構７０１を備える。Ｙ駆動機構７０１は、Ｙ方向に延在するＹねじ軸２１と、これに平行に延在するＹガイド軸２３と、Ｙねじ軸２１に螺合するナット部材２１１を介してＹねじ軸２１に連結されるとともに、Ｙガイド軸２３に摺動自在に設けられた摺動部材２３１を介してＹガイド軸２３に連結された、対象物を支持する支持部材２４と、Ｙねじ軸２１を回転させるＹ駆動モータ２２と、を備える。【選択図】図３
2018151187.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されてカンチレバーで反射された光を検出する光検出器と、
前記レーザ光源および前記光検出器の少なくとも一方に設けられた、対象物をその光軸と直交する面内の第１方向に移動させる第１駆動機構と、
を備え、
前記第１駆動機構が、
前記第１方向に延在する第１ねじ軸と、
前記第１ねじ軸に平行に延在する第１ガイド軸と、
前記第１ねじ軸に螺合する第１ナット部材を介して前記第１ねじ軸に連結されるとともに、前記第１ガイド軸に摺動自在に設けられた第１摺動部材を介して前記第１ガイド軸に連結された、前記対象物を支持する支持部材と、
前記第１ねじ軸を回転させる第１駆動モータと、
を備える走査型プローブ顕微鏡。
【請求項２】
請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡であって、
前記対象物を前記面内において前記第１方向と交差する第２方向に移動させる第２駆動機構、
をさらに備え、
前記第２駆動機構が、
前記第２方向に延在する第２ねじ軸と、
前記第２ねじ軸に平行に延在する第２ガイド軸と、
前記第２ねじ軸に螺合する第２ナット部材を介して前記第２ねじ軸に連結されるとともに、前記第２ガイド軸に摺動自在に設けられた第２摺動部材を介して前記第２ガイド軸に連結された、前記第１駆動機構を支持するベース部材と、
与えられた回転角度だけ前記第２ねじ軸を回転させる第２駆動モータと、
を備える、走査型プローブ顕微鏡。
【請求項３】
請求項２に記載の走査型プローブ顕微鏡であって、
前記レーザ光源に設けられてこれを対象物とする第１駆動機構及び第２駆動機構を備え、
さらに、
前記カンチレバーに光が照射される部位を撮影する撮像部と、
前記撮像部が取得した撮像データを解析して前記レーザ光源を目標位置に配置するための調整量を特定するレーザ光源調整量特定部と、
前記第１駆動モータ及び前記第２駆動モータを制御して、前記第１ねじ軸及び前記第２ねじ軸の各々を前記調整量に応じた各回転角度だけ回転させる駆動モータ制御部と、
を備える、走査型プローブ顕微鏡。
【請求項４】
請求項２または３に記載の走査型プローブ顕微鏡であって、
前記光検出器に設けられてこれを対象物とする第１駆動機構及び第２駆動機構を備え、
さらに、
前記光検出器からの検出信号に基づいて、前記光検出器を目標位置に配置するための調整量を特定する光検出器調整量特定部と、
前記第１駆動モータ及び前記第２駆動モータを制御して、前記第１ねじ軸及び前記第２ねじ軸の各々を前記調整量に応じた各回転角度だけ回転させる駆動モータ制御部と、
を備える、走査型プローブ顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型プローブ顕微鏡に関し、さらに詳しくは、探針が設けられたカンチレバーの機械的な変位を光学的に検出する変位検出部を備える走査型プローブ顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属、半導体、セラミック、合成樹脂等の表面観察や表面粗さ等の測定を行う装置として、探針（プローブ）と試料表面間に作用する原子間力を測定する原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope）を代表とする走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：Scanning Probe Microscope）が広く知られている。
【０００３】
原子間力顕微鏡で行われる測定手法として、最近では、コンタクトモードやダイナミックモードと呼ばれるものが用いられることが多い。ダイナミックモードでは、探針を設けたカンチレバーをその共振点付近で振動させて、そのときの探針と試料表面の間の相互作用を、カンチレバーの振動の振幅、位相、或いは周波数の変化により検出する手法である。
【０００４】
図６に一般的な走査型プローブ顕微鏡の要部の構成を示す。観察対象である試料１は、筒状のスキャナ３の上に設けられた試料台２の上に固定される。スキャナ３は、試料１を互いに直交するＸ、Ｙの２軸方向に移動させるＸＹスキャナ３０ｂとＸ軸及びＹ軸に直交するＺ軸方向に微動させるＺスキャナ３０ａとを含み、それぞれ外部から印加される電圧によって変位を生じる圧電素子を駆動源としている。試料１の上方には先端に探針５を備えるカンチレバー４が配置され、このカンチレバー４は図示しない圧電素子を含む励振部により上下方向（Ｚ軸方向）に振動される。
【０００５】
カンチレバー４のＺ軸方向の変位を検出するために、カンチレバー４の上方には、レーザ光源６１、光検出器６２、ハーフミラー６３及びミラー６４を含む変位検出部（光学的変位検出部）６が設けられている。光学的変位検出部６では、レーザ光源６１から出射されたレーザ光を、ハーフミラー６３で略垂直に反射させて、カンチレバー４の先端部背面に設けられた反射面４０に照射する。カンチレバー４の反射面４０で反射された光は、ミラー６４を経て光検出器６２に入射する。光検出器６２は、例えば、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に４分割された受光面を有する４分割光検出器を備えたものである。カンチレバー４がＺ軸方向に変位するとこれら４つの分割受光面に入射する光量の割合が変化し、各分割受光面の受光光量に応じた検出信号を演算処理することで、カンチレバー４の変位量を算出することができる。
【０００６】
上記構成の走査型プローブ顕微鏡における、ダイナミックモードでの測定動作を簡単に説明する。図示しない励振部により、カンチレバー４はその共振点付近の周波数でＺ軸方向に振動される。このとき探針５と試料１の表面の間に引力又は斥力が作用すると、カンチレバー４の振動振幅が変化する。光検出器６２での検出信号によって振動振幅の微小な変化が検知され、その変化量をゼロにする、つまり振動振幅を一定に維持するように試料１をＺ軸方向に移動させるべく、Ｚスキャナ３０ａの圧電素子がフィードバック制御される。このような制御を行いつつ、ＸＹスキャナ３０ｂの圧電素子を制御して試料１をＸ−Ｙ面内で移動させて、試料１の表面を探針５で走査すると、上述したＺ軸方向に関するフィードバック制御量は試料１の表面の凹凸を反映したものとなる。そこで、図示しないデータ処理部は、このフィードバック制御量を示す信号を用いて試料１の表面凹凸画像を作成する。
【０００７】
こうした走査型プローブ顕微鏡では、カンチレバー４に撓みがない状態でカンチレバー４の反射面４０で反射されたレーザ光の位置（受光量が最も大きい位置）が、光検出器６２の４分割受光面の中央に入射するように、レーザ光源６１と光検出器６２の位置の調整が行われる。走査型プローブ顕微鏡におけるこうした調整は「光軸調整」と呼ばれている。
【０００８】
従来の一般的な光軸調整は、例えば次のように行われていた。即ち、まず、光学顕微観察が可能であるビデオカメラ８でカンチレバー４の先端部付近を真上から撮影した画像を表示部８１の画面上に表示させる。作業者は、この画像を確認しながら、画像上でレーザ光スポット像がカンチレバー４先端の反射面４０の適宜の位置に来るように、レーザ光源６１の位置を調整する。具体的には、レーザ光源６１にはこれを光軸と直交する面内において互いに直交する２軸方向（Ｙ、Ｚ方向）にそれぞれ移動させるための歯車駆動機構（第１歯車駆動機構）７９１が設けられており、作業者は、この歯車駆動機構７９１のハンドル７９１０を操作することによって、レーザ光源６１のＹ位置およびＺ位置を手動で調整する。レーザ光源６１の位置が決まると、続いて、反射面４０で反射されたレーザ光のスポットが光検出器６２の４分割受光面の中央に来るように、光検出器６２の位置（Ｙ位置およびＺ位置）を調整する。光検出器６２の位置調整も、レーザ光源６１の位置調整と同様、作業者が、光検出器６２に設けられた歯車駆動機構（第２歯車駆動機構）７９２のハンドル７９２０を操作することによって手動で行われる。
【０００９】
しかしながら、上記のように、作業者が手動で光学調整を行う態様によると、その調整精度が作業者の熟練度によって大きく左右されてしまう。また、調整に相当の時間を要してしまう。
【００１０】
そこで、光軸調整を自動で行うための技術が特許文献１で提案されている。ここでは、制御部が、ＣＣＤカメラが取得した光学像（すなわち、カンチレバーと光ビーム（レーザ光のスポット）を含む光学像）に基づいて両者の位置関係を特定し、レーザ光源を、その光ビームがカンチレバーの先端部の適宜の位置にくるような位置（目標位置）に移動させる。具体的には、レーザ光源に設けられた２個のステッピングモータ（すなわち、レーザ光源を、Ｘ軸に沿って移動させるステッピングモータ、及び、Ｙ軸に沿って移動させるステッピングモータ）をそれぞれ制御することによって、レーザ光源を目標位置まで移動させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−０１４６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１の技術においては、光軸調整に係る対象物（レーザ光源又は／及び光検出器）を目標位置まで移動させるために必要な移動量（調整量）を制御部が自動で特定するので、作業者が目視でこれを特定する場合に比べて、安定的に精確な調整量を得ることができる。しかしながら、調整量の特定精度がいくら高くとも、対象物を駆動する駆動機構が与えられた調整量だけ精確に対象物を移動させることができるものでなければ意味がない。
【００１３】
この事情は、調整量を作業者が画面上で目視で特定する場合も同様であり、作業者がいかに精確に必要な調整量を把握していても、対象物を駆動する駆動機構が作業者が所望する調整量だけ精確に対象物を移動させることができるものでなければ意味がない。
【００１４】
本発明が解決しようとする課題は、走査型プローブ顕微鏡の光軸調整おいて、位置調整の対象となる対象物（レーザ光源又は／及び光検出器）を、与えられた調整量だけ精確に移動させることができる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために成された本発明は、
レーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されてカンチレバーで反射された光を検出する光検出器と、
前記レーザ光源および前記光検出器の少なくとも一方に設けられた、対象物をその光軸と直交する面内の第１方向に移動させる第１駆動機構と、
を備え、
前記第１駆動機構が、
前記第１方向に延在する第１ねじ軸と、
前記第１ねじ軸に平行に延在する第１ガイド軸と、
前記第１ねじ軸に螺合する第１ナット部材を介して前記第１ねじ軸に連結されるとともに、前記第１ガイド軸に摺動自在に設けられた第１摺動部材を介して前記第１ガイド軸に連結された、前記対象物を支持する支持部材と、
前記第１ねじ軸を回転させる第１駆動モータと、
を備える走査型プローブ顕微鏡である。
【００１６】
ここで、第１駆動機構が移動させる「対象物」は、該第１駆動機構が設けられたレーザ光源又は／及び光検出器のことを指す。また、対象物の「光軸」とは、対象物がレーザ光源の場合はそこから出射される光の光軸であり、対象物が光検出器の場合はそこに入射する光の光軸である。
【００１７】
この発明によると、第１駆動モータが第１ねじ軸を回転させると、支持部材（ひいては、これに支持された対象物）は、第１ガイド軸にガイドされつつ、第１ねじ軸の回転角度に応じた距離だけ所定方向に移動される。ここで、第１ねじ軸の回転角度に対する対象物の移動距離は、第１ねじ軸のリードに応じて規定されるものであり、十分に小さなリードの第１ねじ軸を使用すれば回転角度に対する対象物の移動距離が十分に小さなものとなり、回転角度の誤差に対する移動距離の誤差も十分に小さなものとなる。すなわち、対象物を第１方向に精確に移動させることができる。したがって、必要な調整量に応じた回転角度だけ第１ねじ軸を回転させることで、対象物を、該調整量だけ精確に第１方向に移動させることができる。これにより、光軸調整の精度を高めることが可能となる。
【００１８】
本発明において、「第１駆動モータ」及び後述する「第２駆動モータ」は、数値制御が可能なモータであることが好ましく、特に、パルスモータ、ステッピングモータ、サーボモータ、超音波モータ、等であることが好ましい。
【００１９】
好ましくは、前記走査型プローブ顕微鏡において、
前記対象物を前記面内であって前記第１方向と交差する第２方向に移動させる第２駆動機構、
をさらに備え、
前記第２駆動機構が、
前記第２方向に延在する第２ねじ軸と、
前記第２ねじ軸に平行に延在する第２ガイド軸と、
前記第２ねじ軸に螺合する第２ナット部材を介して前記第２ねじ軸に連結されるとともに、前記第２ガイド軸に摺動自在に設けられた第２摺動部材を介して前記第２ガイド軸に連結された、前記第１駆動機構を支持するベース部材と、
与えられた回転角度だけ前記第２ねじ軸を回転させる第２駆動モータと、
を備える。
【００２０】
この発明によると、第２駆動モータが第２ねじ軸を回転させると、ベース部材（ひいては、第１駆動機構を介してベース部材上に支持された対象物）は、第２ガイド軸にガイドされつつ、第２ねじ軸の回転角度に応じた距離だけ第２方向に移動される。ここでも、十分に小さなリードの第２ねじ軸を使用すれば、第２ねじ軸の回転角度に対する対象物の移動距離が十分に小さなものとなり、対象物を第２方向に精確に移動させることができる。したがって、必要な調整量に応じた回転角度だけ第２ねじ軸を回転させることで、対象物を、該調整量だけ精確に第２方向に移動させることができる。つまり、対象物を、第１方向及び第２方向のそれぞれに精確に移動させることができるので、対象物を、その光軸と直交する面内の任意の位置に精確に配置することができる。
【００２１】
上記の発明において、「第２方向」は、典型的には「第１方向と直交する方向」である。
【００２２】
好ましくは、前記走査型プローブ顕微鏡は、
前記レーザ光源に設けられてこれを対象物とする第１駆動機構及び第２駆動機構を備え、
さらに、
前記カンチレバーに光が照射される部位を撮影する撮像部と、
前記撮像部が取得した撮像データを解析して前記レーザ光源を目標位置に配置するための調整量を特定するレーザ光源調整量特定部と、
前記第１駆動モータ及び前記第２駆動モータを制御して、前記第１ねじ軸及び前記第２ねじ軸の各々を前記調整量に応じた各回転角度だけ回転させる駆動モータ制御部と、
を備える。
【００２３】
ここで、「レーザ光源の目標位置」は、例えば、レーザ光源の光ビームがカンチレバーの先端部の適宜の位置（例えば最先端位置）にくるような位置である。
【００２４】
この発明によると、作業者がレーザ光源の調整量を特定するための作業を行う必要がない。したがって、光軸調整に要する時間が短縮されるとともに、作業者によって調整精度にばらつきが生じる、といった問題も回避できる。
【００２５】
好ましくは、前記走査型プローブ顕微鏡は、
前記光検出器に設けられてこれを対象物とする第１駆動機構及び第２駆動機構を備え、
さらに、
前記光検出器からの検出信号に基づいて、前記光検出器を目標位置に配置するための調整量を特定する光検出器調整量特定部と、
前記第１駆動モータ及び前記第２駆動モータを制御して、前記第１ねじ軸及び前記第２ねじ軸の各々を前記調整量に応じた各回転角度だけ回転させる駆動モータ制御部と、
を備える。
【００２６】
ここで、「光検出器の目標位置」は、例えば、カンチレバーで反射された光が、光検出器の中央に入射するような位置である。
【００２７】
この発明によると、作業者が光検出器の調整量を特定するための作業を行う必要がない。したがって、光軸調整に要する時間が短縮されるとともに、作業者によって調整精度にばらつきが生じる、といった問題も回避できる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によると、走査型プローブ顕微鏡の光軸調整において位置調整の対象となる対象物を、与えられた調整量だけ精確に移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施形態に係る走査型プローブ顕微鏡の要部の構成図。
【図２】筐体をその外側から見た側面図。
【図３】図２を矢印Ｋ方向から見た図。
【図４】光軸調整の流れを示す図。
【図５】別の実施形態に係る走査型プローブ顕微鏡の要部の構成図。
【図６】従来の走査型プローブ顕微鏡の要部の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００３１】
＜１．全体構成＞
図１には、実施形態に係る走査型プローブ顕微鏡１００の要部が示されている。なお、図１において、図６に示した従来の走査型プローブ顕微鏡と同じ構成要素には同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
【００３２】
走査型プローブ顕微鏡１００は、観察対象である試料１がその上に固定される試料台２、試料１をＸ、Ｙの２軸方向に移動させるとともにＺ軸方向に微動させるスキャナ３、試料１の上方に配置されたカンチレバー４、その先端に設けられた探針５、カンチレバー４のＺ軸方向の変位を検出するための光学的変位検出部６、その光軸調整において位置調整の対象となる対象物（この実施形態では、レーザ光源６１及び光検出器６２）を移動させる駆動機構７、カンチレバー４の先端部付近を真上から撮影するためのビデオカメラ（撮像部）８、及び、これら各部の動作を制御する制御部９、等を備える。
【００３３】
光学的変位検出部６は、レーザ光源６１、光検出器６２、これらの間に配置されたハーフミラー６３及びミラー６４、これら各部６１〜６４を格納する筐体６５、を備える。なお、図１において、筐体６５は断面図で示されている。
【００３４】
筐体６５における対向する一対の側面の各々には貫通窓６５１が形成されており、レーザ光源６１及び光検出器６２の各々は各貫通窓６５１を臨んで互いに対向するように配置されている。ただし、レーザ光源６１及び光検出器６２のそれぞれには、光軸調整においてこれを移動させるための駆動機構７１，７２（後述する）が接続されており、各貫通窓６５１はレーザ光源６１及び光検出器６２が駆動機構７１，７２によって移動される範囲よりも大きなサイズとされている。なお、筐体６５は、その底面にも貫通窓６５２が形成されており、ハーフミラー６３及びミラー６４とカンチレバー４の間での光路が遮断されないようになっている。また、筐体６５の上面は開口していて、ビデオカメラ８がカンチレバー４を撮像できるようになっている。
【００３５】
光学的変位検出部６は、次のようにしてカンチレバー４のＺ軸方向の変位を検出する。すなわち、レーザ光源６１からレーザ光が出射されると、該レーザ光はハーフミラー６３で略垂直に反射されて、カンチレバー４の反射面４０に照射される。反射面４０で反射された光は、ミラー６４を経て光検出器６２に入射する。ここで得られた検出信号を、制御部９が演算処理することによって、カンチレバー４の変位量が算出される。
【００３６】
＜２．駆動機構７＞
上述したとおり、走査型プローブ顕微鏡１００では、試料１の観察に先立って、撓みがない状態のカンチレバー４の反射面４０で反射されたレーザ光（強度が最も強いレーザ光）が、光検出器６２の４分割受光面の中央に入射するように、レーザ光源６１と光検出器６２の各位置を調整する処理（光軸調整）が行われる。
【００３７】
走査型プローブ顕微鏡１００は、この光軸調整において、位置調整の対象となる対象物であるレーザ光源６１と光検出器６２をそれぞれ駆動する駆動機構を備える。すなわち、走査型プローブ顕微鏡１００は、レーザ光源６１を駆動する駆動機構（レーザ光源駆動機構）７１と、光検出器６２を駆動する駆動機構（光検出器駆動機構）７２を備える。レーザ光源駆動機構７１と光検出器駆動機構７２は同じ構成を有しており、以下単に「駆動機構７」と呼ぶ。
【００３８】
光学的変位検出部６の筐体６５は、走査型プローブ顕微鏡１００の筐体（外部筐体）１０内に収容されており、駆動機構７は筐体６５の外部であって外部筐体１０の内部に配置されている。ただし、上述の通り、レーザ光源駆動機構７１と光検出器駆動機構７２は同じ要素により構成されているが、各要素は、Ｚ方向およびＹ方向は同じ位置でＸ方向についてのみ反対の位置にレイアウトされる。つまり、レーザ光源駆動機構７１と光検出器駆動機構７２がそれぞれ備える同じ要素は、ＹＺ面内において互いに同じ位置に配置される。このような構成とされることでスペース効率が高まり、走査型プローブ顕微鏡１００全体をコンパクトなものとすることができる。
【００３９】
駆動機構７の構成について、図２、図３を参照しながら説明する。図２は、筐体６５をその外側から見た側面図である。図３は、図２を矢印Ｋ方向から見た図である。ただし、図及び以下の説明において、レーザ光源６１から出射される光の光軸、及び、光検出器６２に入射する光の光軸に沿う方向が「Ｘ方向」と規定されている。なお、上述したとおり、レーザ光源駆動機構７１と光検出器駆動機構７２は同じ構成を有しており、そのレイアウトは互いに左右を反転させたものとなっている。したがって、図２を矢印Ｋ’方向から見た図は、図３を左右反転させたものとなる。
【００４０】
駆動機構７は、駆動するべき対象物（レーザ光源６１或いは光検出器６２）を、その光軸と直交する面内（ＹＺ面内）の第１方向（Ｙ方向）に移動させる第１駆動機構（Ｙ駆動機構）７０１と、該対象物を、該面内であって第１方向と直交する第２方向（Ｚ方向）に移動させる第２駆動機構（Ｚ駆動機構）７０２とを備える。
【００４１】
＜Ｙ駆動機構７０１＞
Ｙ駆動機構７０１は、対象物をＹ方向に移動させるための機構であり、Ｙ方向に延在するＹねじ軸２１、これを回転させるＹ駆動モータ２２、Ｙねじ軸２１に平行に延在するＹガイド軸２３、及び、対象物６１，６２を支持する支持部材２４を備える。Ｙ駆動モータ２２は、制御部９と電気的に接続されており、制御部９から与えられた回転角度だけ回転する（すなわち、数値制御される）。Ｙ駆動モータ２２は、具体的には例えば、パルスモータ、ステッピングモータ、サーボモータ、超音波モータ、等により構成することができる。
【００４２】
支持部材２４は、Ｙねじ軸２１に螺合するナット部材２１１を介してＹねじ軸２１に連結されるとともに、Ｙガイド軸２３に摺動自在に設けられた摺動部材２３１（具体的には例えば、ボールベアリング）を介してＹガイド軸２３に連結される。
【００４３】
上記の構成を備えるＹ駆動機構７０１は、筐体６５のＹＺ面と平行な外側面（ＹＺ外側面）６５０に平行な姿勢でＹＺ外側面６５０と離間して配置された平板状のベース部材３０に支持されている。すなわち、Ｙガイド軸２３は、ベース部材３０上に敷設されている。また、ベース部材３０の−Ｙ側および＋Ｙ側には補助支持部材３０１及び枠部材３０２がそれぞれ固定されており、Ｙねじ軸２１は、その−Ｙ側端部において補助支持部材３０１に、その＋Ｙ側端部付近において枠部材３０２に、それぞれ軸受等を介して回転可能に貫通して設けられている。また、Ｙねじ軸２１の＋Ｙ側の端部に接続されたＹ駆動モータ２２も、枠部材３０２に対してネジ止め等により固定されている。なお、Ｙねじ軸２１の−Ｙ側の端部付近は他の部分よりも小径となっており、この部分にコイルバネ２１２が外挿されていて、Ｙねじ軸２１がこのコイルバネ２１２によって軸方向に付勢されるようになっている。これにより、Ｙねじ軸２１がベース部材３０に対して軸方向に位置ずれしないように固定されている。
【００４４】
この構成において、制御部９がＹ駆動モータ２２に回転角度を与えると、Ｙ駆動モータ２２が、該与えられた回転角度だけＹねじ軸２１を回転させる。すると、これとナット部材２１１を介して連結された支持部材２４（ひいては、これに支持されている対象物６１，６２）は、Ｙガイド軸２３にガイドされつつ、該回転角度に応じた距離だけベース部材３０に対してＹ方向に移動される。ここで、Ｙねじ軸２１の回転角度に対する対象物６１，６２の移動距離は、Ｙねじ軸２１のリードに応じて規定されるものであり、十分に小さなリードのＹねじ軸２１を使用すれば回転角度に対する対象物６１，６２の移動距離が十分に小さなものとなり、回転角度の誤差に対する移動距離の誤差も十分に小さなものとなる。すなわち、対象物６１，６２をＹ方向に精確に移動させることができる。したがって、必要な調整量に応じた回転角度だけＹねじ軸２１を回転させることで、対象物６１，６２を、該調整量だけ精確にＹ方向に移動させることができる。すなわち、ベース部材３０上において、対象物６１，６２を、目標とするＹ位置まで精度よく移動させることができる。
【００４５】
＜Ｚ駆動機構７０２＞
Ｚ駆動機構７０２は、対象物をＺ方向に移動させるための機構であり、Ｚ方向に延在するＺねじ軸３１、これを回転させるＺ駆動モータ３２、及び、Ｚねじ軸３１に平行に延在するＺガイド軸３３を備える。Ｚ駆動モータ３２は、制御部９と電気的に接続されており、制御部９から与えられた回転角度だけ回転する（すなわち、数値制御される）。Ｚ駆動モータ３２は、Ｙ駆動モータ２２と同様、具体的には例えば、パルスモータ、ステッピングモータ、サーボモータ、超音波モータ、等により構成することができる。
【００４６】
Ｚガイド軸３３は、＋Ｘ側において、筐体６５のＹＺ外側面６５０上に敷設されている（図３においては、ＹＺ外側面６５０に対して固定される部材が砂地ハッチングで示されている）。一方、Ｚガイド軸３３の−Ｘ側には、摺動部材３３１（具体的には例えば、ボールベアリング）が摺動自在に設けられており、これがベース部材３０（具体的には、補助支持部材３０１）に連結される。
【００４７】
Ｚねじ軸３１は、＋Ｘ側において、固定部材３１０を介して、筐体６５のＹＺ外側面６５０に固定されている。一方、Ｚねじ軸３１にはナット部材３１１が螺合されており、その−Ｘ側の側面部分にベース部材３０（具体的には、枠部材３０２）が連結される。なお、Ｚねじ軸３１の＋Ｚ側の端部付近には、枠部材３０２と固定部材３１０の間に挟まれるようにしてコイルバネ３１２が外挿されていて、Ｚねじ軸３１がこのコイルバネ３１２によって軸方向に付勢されるようになっている。これにより、Ｚねじ軸３１が軸方向に位置ずれしないように固定されている。
【００４８】
この構成において、制御部９がＺ駆動モータ３２に回転角度を与えると、Ｚ駆動モータ３２が、該与えられた回転角度だけＺねじ軸３１を回転させる。すると、これとナット部材３１１を介して連結されたベース部材３０（ひいては、これに支持されている対象物６１，６２）が、Ｚガイド軸３３にガイドされつつ、該回転角度に応じた距離だけ筐体６５に対してＺ方向に移動される。ここで、Ｚねじ軸３１の回転角度に対する対象物６１，６２の移動距離は、Ｚねじ軸３１のリードに応じて規定されるものであり、十分に小さなリードのＺねじ軸３１を使用すれば回転角度に対する対象物６１，６２の移動距離が十分に小さなものとなり、回転角度の誤差に対する移動距離の誤差も十分に小さなものとなる。すなわち、対象物６１，６２をＺ方向に精確に移動させることができる。したがって、必要な調整量に応じた回転角度だけＺねじ軸３１を回転させることで、対象物６１，６２を、該調整量だけ精確にＺ方向に移動させることができる。すなわち、ベース部材３０を、目標とするＺ位置まで精度よく移動させることができる。上述したとおり、Ｙ駆動機構７０１によって、ベース部材３０上において、対象物６１，６２を目標とするＹ位置まで精度よく移動させることができるので、両駆動機構７０１，７０２によって、対象物６１，６２をＹＺ面内における任意の目標位置まで精度良く移動させることができる。
【００４９】
＜３．光軸調整に係る機能要素＞
再び図１を参照する。制御部９には、光軸調整に関する機能要素として、レーザ光源調整量特定部９１、レーザ光源駆動モータ制御部９２、光検出器調整量特定部９３、及び、光検出器駆動モータ制御部９４、を備える。ただし、制御部９の実体はパーソナルコンピュータであり、例えば、ＣＰＵにより走査型プローブ顕微鏡制御用のプログラムを実行することにより、これらの機能要素（機能ブロック）が具現化される。なお、制御部９には、図示しない表示部および入力部が接続される。
【００５０】
レーザ光源調整量特定部９１は、レーザ光源６１の調整量を特定する。具体的には、レーザ光源調整量特定部９１は、ビデオカメラ８にカンチレバー４の先端付近（カンチレバー４にレーザ光が照射される部位）を真上から撮像させ、得られた撮像データを解析して、カンチレバー４の先端位置とレーザ光の照射位置（スポット像の位置）を特定する。そして、レーザ光源６１を目標位置（すなわち、レーザ光のスポット像がカンチレバー４の先端部の適宜の位置に来るようなレーザ光源６１の位置）に配置するために必要な調整量（Ｙ方向の調整量（Ｙ調整量）、及び、Ｚ方向の調整量（Ｚ調整量））を特定する。例えば、レーザ光源６１の目標位置が、レーザ光スポット像がカンチレバー４の最先端位置に配置されるような位置である場合、撮像画像の面内の直交する二軸方向（ＸＹ方向）について、カンチレバー４の先端位置とレーザ光の照射位置の差分を計算し、Ｘ方向及びＹ方向についての各差分値（あるいは、これを実際の長さに換算したもの）を、Ｚ調整量及びＹ調整量としてそれぞれ取得する。
【００５１】
レーザ光源駆動モータ制御部９２は、レーザ光源調整量特定部９１が特定した調整量に基づいて、レーザ光源駆動機構７１の各駆動モータ２２，３２を制御して、各ねじ軸２１，３１を該調整量に応じた回転角度だけ回転させる。具体的には、レーザ光源駆動モータ制御部９２は、レーザ光源調整量特定部９１が特定したＹ調整量をＹ駆動モータ２２の駆動量に変換し（具体的には、該Ｙ調整量だけレーザ光源６１を移動させるために必要なＹねじ軸２１の回転角度を算出し）、該駆動量に基づいてＹ駆動モータ２２を制御して、Ｙねじ軸２１を該回転角度だけ回転させる。同様に、レーザ光源調整量特定部９１が特定したＺ調整量をＺ駆動モータ３２の駆動量に変換し（具体的には、該Ｚ調整量だけレーザ光源６１を移動させるために必要なＺねじ軸３１の回転角度を算出し）、該駆動量に基づいてＺ駆動モータ３２を制御して、Ｚねじ軸３１を該回転角度だけ回転させる。
【００５２】
光検出器調整量特定部９３は、光検出器６２の調整量を特定する。具体的には、光検出器調整量特定部９３は、光検出器６２からの検出信号を取得し、レーザ光の入射位置（受光量が最も大きい位置）を特定する。入射位置の特定は、例えば、光検出器６２の各分割受光面の受光強度を比較することにより求めることができる。そして、光検出器６２を目標位置（すなわち、レーザ光が光検出器６２の４分割受光面の中央に入射するような光検出器６２の位置）に配置するために必要な調整量（Ｙ方向の調整量（Ｙ調整量）、及び、Ｚ方向の調整量（Ｚ調整量））を特定する。例えば、光検出器６２の面内の直交する二軸方向（ＹＺ方向）について、光検出器６２の中央とレーザ光の入射位置の差分を計算し、Ｙ方向及びＺ方向についての各差分値（あるいは、これを実際の長さに換算したもの）を、Ｙ調整量及びＺ調整量としてそれぞれ取得する。
【００５３】
光検出器駆動モータ制御部９４は、光検出器調整量特定部９３が特定した調整量に基づいて、光検出器駆動機構７２の各駆動モータ２２，３２を制御して、各ねじ軸２１，３１を該調整量に応じた回転角度だけ回転させる。具体的には、光検出器駆動モータ制御部９４は、光検出器調整量特定部９３が特定したＹ調整量をＹ駆動モータ２２の駆動量に変換し（具体的には、該Ｙ調整量だけ光検出器６２を移動させるために必要なＹねじ軸２１の回転角度を算出し）、該駆動量に基づいてＹ駆動モータ２２を制御して、Ｙねじ軸２１を該回転角度だけ回転させる。同様に、光検出器調整量特定部９３が特定したＺ調整量をＺ駆動モータ３２の駆動量に変換し（具体的には、該Ｚ調整量だけ光検出器６２を移動させるために必要なＺねじ軸３１の回転角度を算出し）、該駆動量に基づいてＺ駆動モータ３２を制御して、Ｚねじ軸３１を該回転角度だけ回転させる。
【００５４】
＜４．光軸調整に係る処理の流れ＞
次に、走査型プローブ顕微鏡１００において行われる光軸調整の流れを、図４を参照しながら説明する。図４は、光軸調整の流れを示す図である。なお、以下の一連の処理は、光軸調整の実行指示を作業者が入力部から与えた場合に実行される。
【００５５】
ただし、光軸調整に先立って、レーザ光源６１及び光検出器６２の原点検出が行われる。すなわち、走査型プローブ顕微鏡１００には、レーザ光源６１（及び光検出器６２）のＹ方向及びＺ方向の各原点位置を検出するためのリミットセンサ（具体的には例えば、透過型光電センサ）７０（図１参照）が所定位置に設けられており、このリミットセンサ７０を用いて原点検出が行われる。例えば、レーザ光源６１のＹ方向の原点検出の場合、Ｙ駆動機構７０１がレーザ光源６１をＹ方向に移動させ、Ｙ方向の所定位置に配置されたリミットセンサ７０が被検出部７００（すなわち、レーザ光源６１に対して固定された被検出部７００）を検出したときのレーザ光源６１のＹ位置（あるいは、該位置と所定の相対位置関係にある位置）を、原点位置として記憶する。同様にして、レーザ光源６１のＺ方向の原点検出、及び、光検出器６２のＹ方向及びＺ方向の原点検出が行われる。各軸の原点位置が特定されると、これに予め規定された可動距離を加算して、各軸における可動限界位置が更に特定される。もっとも、可動限界位置を特定するためのリミットセンサ７０を、原点位置を特定するためのリミットセンサ７０とは別に設けても良い。以下に説明する光軸調整において、レーザ光源調整量特定部９１及び光検出器調整量特定部９３は、ここで検出された原点位置及び可動限界位置を参照しつつ、必要な調整量等を特定する。
【００５６】
光軸調整にあたっては、まず、レーザ光源調整量特定部９１が、ビデオカメラ８にカンチレバー４の先端付近を真上から撮像させ、得られた撮像データを解析して、レーザ光源６１を目標位置に配置するために必要なＹ調整量及びＺ調整量を特定する（ステップＳ１）。
【００５７】
続いて、レーザ光源駆動モータ制御部９２が、ステップＳ１で特定された調整量をレーザ光源駆動機構７１の駆動量に変換し、該駆動量に基づいてレーザ光源駆動機構７１を制御して、各ねじ軸２１，３１を所定の回転角度（すなわち、レーザ光源６１を目標位置に移動させるために必要な回転角度）だけ回転させる（ステップＳ２）。上述したとおり、レーザ光源駆動機構７１は、レーザ光源６１をＹ方向及びＺ方向の各方向に精確に移動させることができるので、ここでレーザ光源６１を目標位置に高精度に配置することができる。ひいては、高精度な光軸調整を行うことができる。
【００５８】
続いて、光検出器調整量特定部９３が、光検出器６２からの検出信号を取得し、レーザ光の入射位置に基づいて、光検出器６２を目標位置に配置するために必要なＹ調整量及びＺ調整量を特定する（ステップＳ３）。
【００５９】
続いて、光検出器駆動モータ制御部９４が、ステップＳ３で特定された調整量を光検出器駆動機構７２の駆動量に変換し、該駆動量に基づいて光検出器駆動機構７２を制御して、各ねじ軸２１，３１を該所定の回転角度（すなわち、光検出器６２を目標位置に移動させるために必要な回転角度）だけ回転させる（ステップＳ４）。上述したとおり、光検出器駆動機構７２は、光検出器６２をＹ方向及びＺ方向の各方向に精確に移動させることができるので、ここで光検出器６２を目標位置に高精度に配置することができる。ひいては、高精度な光軸調整を行うことができる。
【００６０】
なお、ステップＳ２の処理の後（あるいはステップＳ４の処理の後）に、レーザ光源６１の位置が目標位置（具体的には、目標位置から許容される誤差範囲内の位置）にあるか否かを判定し（具体的には、ビデオカメラ８にカンチレバー４の先端付近を撮像させて、レーザ光スポット像がカンチレバー４先端の適宜の位置（具体的には、該位置から許容される誤差範囲内の位置）にあるか否かを判定し）、ここで肯定的な判定結果が得られない場合は、ステップＳ１〜ステップＳ２（あるいは、ステップＳ１〜ステップＳ４）の処理を再度行う構成としてもよい。
同様に、ステップＳ４の処理の後に、光検出器６２の位置が目標位置にあるか否かを判定し（具体的には、光検出器６２におけるレーザ光の入射位置を特定し、これが光検出器６２の４分割受光面の中央から許容される誤差範囲内の位置にあるか否かを判定し）、ここで肯定的な判定結果が得られない場合は、ステップＳ３〜ステップＳ４の処理を再度行う構成としてもよい。
【００６１】
＜５．他の実施形態＞
上記の実施形態においては、光軸調整に係るレーザ光源６１及び光検出器６２の各調整量は制御部９によって特定されたが、該調整量はユーザが指定するものであってもよい。図５には、この実施形態に係る走査型プローブ顕微鏡１００ａの要部が示されている。なお、図５において、図１に示した走査型プローブ顕微鏡１００と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
この走査型プローブ顕微鏡１００ａの制御部９ａは、レーザ光源調整量特定部９１に代えてレーザ光源調整量指定受付部９１ａを備え、光検出器調整量特定部９３に代えて光検出器調整量指定受付部９３ａを備える。そして、レーザ光源調整量指定受付部９１ａ及び光検出器調整量指定受付部９３ａが、作業者が入力部９０１から与えた数値を、レーザ光源６１（あるいは、光検出器６２）の調整量としてそれぞれ受け付ける。
【００６２】
上記の実施形態においては、レーザ光源６１と光検出器６２の両方が光軸調整において位置調整の対象とされていたが、レーザ光源６１と光検出器６２のいずれか一方が、該位置調整の対象とされてもよい。この場合、位置調整の対象となる方だけに駆動機構７を設ければよい。すなわち、レーザ光源６１及び光検出器６２の両方に駆動機構７を設けることは必須ではなく、いずれか一方のみに駆動機構７を設ける構成としてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１００，１００ａ…走査型プローブ顕微鏡
１…試料
２…試料台
３…スキャナ
３０ａ…Ｚスキャナ
３０ｂ…ＸＹスキャナ
４…カンチレバー
４０…反射面
５…探針
６…光学的変位検出部
６１…レーザ光源
６２…光検出器
６３…ハーフミラー
６４…ミラー
６５…筐体
６５１，６５２…貫通窓
７…駆動機構
７０１…Ｙ駆動機構
２１…Ｙねじ軸
２１１…ナット部材
２１２…コイルバネ
２２…Ｙ駆動モータ
２３…Ｙガイド軸
２３１…摺動部材
２４…支持部材
７０２…Ｚ駆動機構
３０…ベース部材
３０１…補助支持部材
３０２…枠部材
３１…Ｚねじ軸
３１０…固定部材
３１１…ナット部材
３１２…コイルバネ
３２…Ｚ駆動モータ
３３…Ｚガイド軸
３３１…摺動部材
７０…リミットセンサ
７１…レーザ光源駆動機構
７２…光検出器駆動機構
８…ビデオカメラ
９，９ａ…制御部
９１…レーザ光源調整量特定部
９１ａ…レーザ光源調整量指定受付部
９２…レーザ光源駆動モータ制御部
９３…光検出器調整量特定部
９３ａ…光検出器調整量指定受付部
９４…光検出器駆動モータ制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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