(57)【要約】【課題】小型ながら検出感度が高い光テコ方式カンチレバー変位検出機構を提供する。【解決手段】カンチレバー１３０は先端に探針１３６を有し、支持部材１１０に片持ち支持されている。支持部材１１０は、カンチレバー１３０から間隔を置いてカンチレバー１３０に対向して延びた固定反射部１１４を有している。光源１７０から射出された光ビームは、固定反射部１１４に設けられた透光部１１８を通ってカンチレバー１３０に入射し、カンチレバー１３０の反射面１３８と固定反射部１１４の反射面１１６とによって繰り返し反射されたのち、光センサー１８０に入射する。この繰り返し反射は、カンチレバー１３０の反射面１３８による複数回の反射を含んでいる。光センサー１８０は、カンチレバー１３０の変位によって引き起こされる光ビームの入射位置の変化を反映した信号を出力する。【選択図】図１
2011169748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部材と、
前記支持部材に片持ち支持されたカンチレバーと、
光ビームを射出する光源と、
前記光ビームを感知する光センサーとを備え、
前記カンチレバーは先端に探針を有し、前記支持部材は、前記カンチレバーから間隔を置いて前記カンチレバーに対向して延びた固定反射部を有し、前記固定反射部は、前記光ビームがそれ自体を通過することを許す透光部を有し、前記カンチレバーと前記固定反射部はそれぞれ互いに対向する面に反射面を有し、
前記光源から射出された前記光ビームは、前記カンチレバーの反射面による複数回の反射を含む前記カンチレバーの反射面と前記固定反射部の反射面とによる繰り返し反射と、前記透光部の通過とを経て、前記光センサーに入射し、
前記光センサーは、前記カンチレバーの変位によって引き起こされる前記光ビームの入射位置の変化を反映した信号を出力する、光テコ方式カンチレバー変位検出機構。
【請求項２】
前記カンチレバーと前記固定反射部の一方は、前記探針の近くに、前記光ビームを逆方向へ折り返し反射する折り返し反射部を有し、
前記光源から射出された前記光ビームを前記透光部へ方向づけるとともに、前記透光部を通過し前記繰り返し反射を経て前記折り返し反射部に到達し前記折り返し反射部によって逆方向へ折り返し反射され再び前記繰り返し反射を経て前記透光部を通過した前記光ビームを前記光センサーへ方向づけるビームスプリッターをさらに備えている、請求項１に記載の光テコ方式カンチレバー変位検出機構。
【請求項３】
前記カンチレバーと前記固定反射部の一方は、前記探針の近くに、前記光ビームを逆方向へ折り返し反射する前記折り返し反射部を有し、
前記固定反射部は、前記透光部に設けられたハーフミラーをさらに有し、前記ハーフミラーは、その反射面が前記固定反射部の反射面と面一となっており、前記固定反射部の反射面と共に前記繰り返し反射に寄与し、前記固定反射部は、前記透光部よりも固定端側に、前記光ビームがそれ自体を通過することを許す別の透光部をさらに有し、
前記光源から射出された前記光ビームは２つの前記透光部の一方を通って前記カンチレバーに入射し、前記カンチレバーの反射面および前記ハーフミラーの反射面と前記固定反射部の反射面とによる繰り返し反射と、前記折り返し反射部による折り返し反射と、前記ハーフミラーの通過とを経て、２つの前記透光部の他方を通って前記光センサーに入射する、請求項１に記載の光テコ方式カンチレバー変位検出機構。
【請求項４】
前記探針は、前記カンチレバーの反射面に交差して延びている、請求項３に記載の光テコ方式カンチレバー変位検出機構。
【請求項５】
前記探針は、前記カンチレバーの長手軸に平行に延びている、請求項３に記載の光テコ方式カンチレバー変位検出機構。
【請求項６】
前記カンチレバーは、前記カンチレバーと前記固定反射部の間隔を規定するスペーサを介して前記支持部材に接合されている、請求項1〜５のいずれかひとつに記載の光テコ方式カンチレバー変位検出機構。
【請求項７】
前記光源は、半導体レーザーで構成される、請求項1〜６のいずれかひとつに記載の光テコ方式カンチレバー変位検出機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カンチレバーの変位を検出する光テコ方式カンチレバー変位検出機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
光テコ方式カンチレバー変位検出機構は、カンチレバーに光ビームを照射し、その反射光ビームを光センサーによって感知し、光センサーへの光ビームの入射位置の変化として、言い換えれば光センサー上におけるビームスポットの移動としてカンチレバーの変位を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３０７０３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
カンチレバーの変位に対するビームスポットの移動量は、カンチレバーから光センサーまでの光路長が長いほど大きい。つまり、光センサーをカンチレバーから離して配置するほど、ビームスポットの移動量が増幅されるため、検出感度は向上する。
【０００５】
しかし、光センサーをカンチレバーから離して配置することは、光テコ方式カンチレバー変位検出機構それ自体の構成の大型化を招く。これはまた、光テコ方式カンチレバー変位検出機構を狭い空間に配置することを困難にし、これが組み込まれる装置の設計の自由度を低下させる。
【０００６】
本発明は、小型でありながら検出感度が高い光テコ方式カンチレバー変位検出機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による光テコ方式カンチレバー変位検出機構は、支持部材と、前記支持部材に片持ち支持されたカンチレバーと、光ビームを射出する光源と、前記光ビームを感知する光センサーとを備えている。前記カンチレバーは先端に探針を有している。前記支持部材は、前記カンチレバーから間隔を置いて前記カンチレバーに対向して延びた固定反射部を有している。前記固定反射部は、前記光ビームがそれ自体を通過することを許す透光部を有している。前記カンチレバーと前記固定反射部はそれぞれ互いに対向する面に反射面を有している。前記光源から射出された前記光ビームは、前記カンチレバーの反射面による複数回の反射を含む前記カンチレバーの反射面と前記固定反射部の反射面とによる繰り返し反射と、前記透光部の通過とを経て、前記光センサーに入射する。前記光センサーは、前記カンチレバーの変位によって引き起こされる前記光ビームの入射位置の変化を反映した信号を出力する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、小型でありながら検出感度が高い光テコ方式カンチレバー変位検出機構が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態による光テコ方式カンチレバー変位検出機構の側面図である。
【図２】図１に示される光テコ方式カンチレバー変位検出機構の正面図である。
【図３】本発明の第２実施形態による光テコ方式カンチレバー変位検出機構の側面図である。
【図４】図３に示される光テコ方式カンチレバー変位検出機構の正面図である。
【図５】本発明の第３実施形態による光テコ方式カンチレバー変位検出機構の側面図である。
【図６】本発明の第４実施形態による光テコ方式カンチレバー変位検出機構の側面図である。
【図７】図６に示される光テコ方式カンチレバー変位検出機構の正面図である。
【図８】本発明の第５実施形態による光テコ方式カンチレバー変位検出機構の側面図である。
【図９】図８に示される光テコ方式カンチレバー変位検出機構の正面図である。
【図１０】本発明の第６実施形態による光テコ方式カンチレバー変位検出機構の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態による光テコ方式カンチレバー変位検出機構について説明する。
【００１１】
＜第１実施形態＞
図１に示すように、光テコ方式カンチレバー変位検出機構１００は、支持部材１１０と、支持部材１１０に片持ち支持されたカンチレバー１３０と、光ビームを射出する光源１７０と、光ビームを感知する光センサー１８０とを備えている。
【００１２】
支持部材１１０は、基部１１２と、基部１１２から突出した固定反射部１１４とを有している。固定反射部１１４は、カンチレバー１３０から間隔を置いてカンチレバー１３０に対向して延びている。固定反射部１１４は、光ビームがそれ自体を通過することを許す透光部１１８を有している。透光部１１８は、たとえば、貫通穴で構成される。固定反射部１１４は、カンチレバー１３０に対向する面に反射面１１６を有している。
【００１３】
カンチレバー１３０は、カンチレバー１３０と固定反射部１１４の間隔を規定するスペーサ１５０を介して支持部材１１０に接合されている。カンチレバー１３０は、平板状で、固定反射部１１４に対向する面に反射面１３８を有している。
【００１４】
図２に示すように、固定反射部１１４は、正面から見て、二等辺三角形形状をしている。カンチレバー１３０は、正面から見て、等角台形形状の基部１３２と、基部１３２の短い側の底の中央から延出している長方形形状の延出部１３４とを有している。等角台形とは、底の両側の角が等しい台形を言う。つまり等角台形は、一組の対辺が平行であり、別の一組の対辺の長さが等しく、対角の和が１８０度である四辺形である。等角台形はたとえば、ニ等辺三角形の頂角を底辺に平行な直線で切り落とした形状である。なお等角台形は長方形を含み得る。基部１３２は固定反射部１１４よりも一回り小さく、延出部１３４の先端は固定反射部１１４の先端よりも突出している。
【００１５】
図１と図２に示すように、カンチレバー１３０は、その先端すなわち自由端に探針１３６を有している。言い換えれば、延出部１３４の先端すなわち自由端に探針１３６が設けられている。探針１３６はたとえば四角錐形状をしている。探針１３６は、カンチレバー１３０の反射面１３８に交差してたとえば垂直に反射面１３８の反対側へ延びている。
【００１６】
図１に示すように、光源１７０は、透光部１１８に整列して配置されている。また光センサー１８０は、カンチレバー１３０の自由端に向けて配置されている。
【００１７】
図１において、光源１７０は、たとえば半導体レーザーで構成され、光ビームを射出する。光源１７０から射出された光ビームは、透光部１１８を通ってカンチレバー１３０に入射する。カンチレバー１３０に入射した光ビームは、カンチレバー１３０の反射面１３８と固定反射部１１４の反射面１１６とによって繰り返し反射される。この繰り返し反射は、カンチレバー１３０の反射面１３８による複数回の反射を含んでいる。図１では、カンチレバー１３０の反射面１３８による反射は２回であるが、それ以上であってもよい。カンチレバー１３０の反射面１３８によって繰り返し反射の最後に反射された光ビームは光センサー１８０に入射する。光センサー１８０は、カンチレバー１３０の変位によって引き起こされる光ビームの入射位置の変化すなわちビームスポットの移動を反映した信号を出力する。光センサー１８０は、たとえば２分割フォトダイオードで構成される。この場合、光ビームの入射位置の変化を反映した信号は、２つの受光部の出力の差信号で得られる。光センサー１８０は、たとえば２分割フォトダイオードや位置検出素子（ＰＳＤ）で構成される。
【００１８】
光ビームがカンチレバー１３０の反射面１３８と固定反射部１１４の反射面１１６との間で繰り返し反射されるため、カンチレバー１３０から光センサー１８０までの光路が折り曲げられるので、カンチレバー１３０による１回反射の場合と比較して、光センサー１８０がカンチレバー１３０の近くに配置される。また、光ビームがカンチレバー１３０の反射面１３８で複数回反射されるので、カンチレバー１３０による１回反射の場合と比較して、光センサー１８０上における光ビームの入射位置の変化が増幅される。したがって、同じ検出感度の条件下においては、カンチレバー１３０による１回反射の場合と比較して、カンチレバー１３０から光センサー１８０までの光路が短縮される。つまり、検出感度を犠牲にすることなく小型化された光テコ方式カンチレバー変位検出機構１００が提供される。また、検出感度の向上と小型化の両方を図ることも可能である。このため、本実施形態の光テコ方式カンチレバー変位検出機構１００は狭い空間に配置することができ、これが組み込まれる装置の設計の自由度を向上させる。
【００１９】
本実施形態では、光源１７０から射出された光ビームが透光部１１８を通ってカンチレバー１３０に入射し、繰り返し反射の最後のカンチレバー１３０の反射面１３８によって反射された光ビームが光センサー１８０に入射する構成としたが、光源１７０と光センサー１８０の位置関係は交換されてもよい。つまり、光源１７０から射出された光ビームがカンチレバー１３０に入射し、繰り返し反射の最後のカンチレバー１３０の反射面１３８によって反射された光ビームが透光部１１８を通って光センサー１８０に入射する構成としてもよい。すなわち、光源１７０と光センサー１８０は、光源１７０から射出された光ビームが、カンチレバー１３０の反射面１３８と固定反射部１１４の反射面１１６とによる繰り返し反射と、透光部１１８の通過とを経て、光センサー１８０に入射するように配置されればよい。
【００２０】
＜第２実施形態＞
図３に示すように、光テコ方式カンチレバー変位検出機構２００は、支持部材２１０と、支持部材２１０に片持ち支持されたカンチレバー２３０と、光ビームを射出する光源２７０と、光ビームを感知する光センサー２８０とを備えている。光源２７０と光センサー２８０はそれぞれ第１実施形態の光源１７０と光センサー１８０と同様である。
【００２１】
支持部材２１０は、基部２１２と、基部２１２から突出した固定反射部２１４とを有している。固定反射部２１４は、カンチレバー２３０から間隔を置いてカンチレバー２３０に対向して延びている。固定反射部２１４は、光ビームがそれ自体を通過することを許す２つの透光部２１８，２２０を有している。透光部２１８，２２０は、たとえば、貫通穴で構成される。固定反射部２１４は、カンチレバー２３０に対向する面に反射面２１６を有している。固定反射部２１４はさらに、透光部２１８に設けられたハーフミラー２２２を有している。ハーフミラー２２２は、その反射面が固定反射部２１４の反射面２１６と面一となっており、固定反射部２１４の反射面２１６と共に、後述する繰り返し反射に寄与する。
【００２２】
カンチレバー２３０は、カンチレバー２３０と固定反射部２１４の間隔を規定するスペーサ２５０を介して支持部材２１０に接合されている。カンチレバー２３０は、平板状で、固定反射部２１４に対向する面に反射面２３８を有している。
【００２３】
図４に示すように、固定反射部２１４は、正面から見て、二等辺三角形形状をしている。カンチレバー２３０は、正面から見て、等角台形形状の基部２３２と、基部２３２の短い側の底の中央から延出している長方形形状の延出部２３４とを有している。基部２３２は固定反射部２１４よりも一回り小さく、延出部２３４の先端は固定反射部２１４の先端よりも突出している。
【００２４】
図３と図４に示すように、カンチレバー２３０は、その先端すなわち自由端に探針２３６を有している。言い換えれば、延出部２３４の先端すなわち自由端に探針２３６が設けられている。探針２３６はたとえば四角錐形状をしている。探針２３６は、カンチレバー２３０の反射面２３８に交差してたとえば垂直に反射面２３８の反対側へ延びている。
【００２５】
図３に示すように、カンチレバー２３０は、反射面２３８の側で探針２３６の近くに、光ビームを逆方向へ折り返し反射する折り返し反射部２４０を有している。
【００２６】
光源２７０は、透光部２１８に整列して配置されている。また光センサー２８０は、透光部２２０に整列して配置されている。
【００２７】
図３において、光源２７０から射出された光ビームは透光部２１８を通ってハーフミラー２２２に入射し、その一部はハーフミラー２２２を透過してカンチレバー２３０に入射する。カンチレバー２３０に入射した光ビームは、カンチレバー２３０の反射面２３８と固定反射部２１４の反射面２１６とによって繰り返し反射されて折り返し反射部２４０に到達する。折り返し反射部２４０に到達した光ビームは、折り返し反射部２４０によって逆方向へ折り返し反射され、カンチレバー２３０の反射面２３８およびハーフミラー２２２の反射面２２４と固定反射部２１４の反射面２１６とによって繰り返し反射され、透光部２２０を通って光センサー２８０に入射する。光センサー２８０は、カンチレバー２３０の変位によって引き起こされる光ビームの入射位置の変化すなわちビームスポットの移動を反映した信号を出力する。
【００２８】
本実施形態の光テコ方式カンチレバー変位検出機構２００は、第１実施形態の光テコ方式カンチレバー変位検出機構１００と同じ利点に加えて次の利点を有する。
【００２９】
これまでの光テコ方式カンチレバー変位検出機構では、光源と光センサーが、カンチレバーの長手軸に垂直かつ探針を横切る平面の両側に配置されていたが、本実施形態の光テコ方式カンチレバー変位検出機構２００では、光源２７０と光センサー２８０の両方が、カンチレバー２３０の長手軸に垂直かつ探針２３６を横切る平面の片側に配置されている。このため、本実施形態の光テコ方式カンチレバー変位検出機構２００はさらに小型化される。ここで、カンチレバー２３０の長手軸とは、カンチレバー２３０の固定端中心と自由端中心を通る直線をいう。
【００３０】
本実施形態では、光源２７０から射出された光ビームが透光部２１８を通ってカンチレバー２３０に入射し、繰り返し反射の最後のカンチレバー２３０の反射面２３８によって反射された光ビームが透光部２２０を通って光センサー２８０に入射する構成としたが、光源２７０と光センサー２８０の位置関係は交換されてもよい。つまり、光源２７０から射出された光ビームが透光部２２０を通ってカンチレバー２３０に入射し、繰り返し反射の途中のカンチレバー２３０の反射面２３８によって反射された光ビームが透光部２１８を通って光センサー２８０に入射する構成としてもよい。すなわち、光源２７０と光センサー２８０は、光源２７０から射出された光ビームが２つの透光部２１８，２２０の一方を通ってカンチレバー２３０に入射し、カンチレバー２３０の反射面２３８およびハーフミラー２２２の反射面２２４と固定反射部２１４の反射面２１６とによる繰り返し反射と、折り返し反射部２４０による折り返し反射と、ハーフミラー２２２の通過とを経て、２つの透光部２１８，２２０の他方を通って光センサー２８０に入射するように配置されればよい。
【００３１】
＜第３実施形態＞
図５に示すように、光テコ方式カンチレバー変位検出機構３００は、支持部材３１０と、支持部材３１０に片持ち支持されたカンチレバー３３０と、光ビームを射出する光源３７０と、光ビームを感知する光センサー３８０と、光ビームの光路を結合分離するビームスプリッター３９０とを備えている。光源３７０と光センサー３８０はそれぞれ第１実施形態の光源３７０と光センサー３８０と同様である。
【００３２】
支持部材３１０は、基部３１２と、基部３１２から突出した固定反射部３１４とを有している。固定反射部３１４は、カンチレバー３３０から間隔を置いてカンチレバー３３０に対向して延びている。固定反射部３１４は、光ビームがそれ自体を通過することを許す透光部３１８を有している。透光部３１８は、たとえば、貫通穴で構成される。固定反射部３１４は、カンチレバー３３０に対向する面に反射面３１６を有している。
【００３３】
カンチレバー３３０は、カンチレバー３３０と固定反射部３１４の間隔を規定するスペーサ３５０を介して支持部材３１０に接合されている。カンチレバー３３０は、平板状で、固定反射部３１４に対向する面に反射面３３８を有している。
【００３４】
カンチレバー３３０は、その先端すなわち自由端に探針３３６を有している。探針３３６は、カンチレバー３３０の反射面３３８に交差してたとえば垂直に反射面３３８の反対側へ延びている。またカンチレバー３３０は、反射面３３８の側で探針３３６の近くに、光ビームを逆方向へ折り返し反射する折り返し反射部３４０を有している。そのほかカンチレバー３３０の詳細は第２実施形態のカンチレバー２３０と同様である。
【００３５】
光源３７０は、透光部３１８に整列して配置されている。ビームスプリッター３９０は、光源３７０と透光部３１８の間に配置され、光源３７０から射出された光ビームを透過し、透光部３１８を通って戻ってくる光ビームを光センサー３８０へ向けて反射する。
【００３６】
ビームスプリッター３９０は、たとえば、偏光ビームスプリッター３９２と１／４波長板３９４とで構成される。偏光ビームスプリッター３９２は、光源３７０から射出される直線偏光を透過し、これに偏光面が直交する直線偏光を反射する。１／４波長板３９４は、たとえば、光源３７０の反対側の偏光ビームスプリッター３９２の面に接して配置される。１／４波長板３９４は、必ずしも偏光ビームスプリッター３９２の面に接して配置される必要はなく、ビームスプリッター３９０と折り返し反射部３４０の間の光路上に位置していればよい。
【００３７】
光源３７０から射出された光ビームはビームスプリッター３９０を透過し、透光部３１８を通ってカンチレバー３３０に入射する。カンチレバー３３０に入射した光ビームは、カンチレバー３３０の反射面３３８と固定反射部３１４の反射面３１６とによって繰り返し反射されて折り返し反射部３４０に到達する。折り返し反射部３４０に到達した光ビームは、折り返し反射部３４０によって逆方向へ折り返し反射され、カンチレバー３３０の反射面３３８と固定反射部３１４の反射面３１６とによって繰り返し反射され、透光部３１８を通ってビームスプリッター３９０に入射する。ビームスプリッター３９０に入射した光ビームは、ビームスプリッター３９０によって反射され光センサー３８０に入射する。光センサー３８０は、カンチレバー３３０の変位によって引き起こされる光ビームの入射位置の変化すなわちビームスポットの移動を反映した信号を出力する。
【００３８】
本実施形態の光テコ方式カンチレバー変位検出機構３００は、第２実施形態の光テコ方式カンチレバー変位検出機構２００と同様の利点を有する。また、ビームスプリッター３９０を偏光ビームスプリッター３９２と１／４波長板３９４を組み合わせて構成した場合、実質的に光ビームの損失がないので、カンチレバー３３０の変位を高いＳＮ比で検出できる。
【００３９】
本実施形態では、光源３７０から射出された光ビームがビームスプリッター３９０を透過して透光部３１８へ向かい、透光部３１８を通って戻ってくる光ビームがビームスプリッター３９０によって光センサー３８０へ向けて反射される構成としたが、光源３７０と光センサー３８０の位置関係は交換されてもよい。つまり、光源３７０から射出された光ビームがビームスプリッター３９０によって透光部３１８へ向けて反射される、透光部３１８を通って戻ってくる光ビームがビームスプリッター３９０を透過して光センサー３８０へ向かう構成としてもよい。すなわち、ビームスプリッター３９０は、光源３７０から射出された光ビームを透光部３１８へ方向づけるとともに、透光部３１８を通過し繰り返し反射を経て折り返し反射部３４０に到達し折り返し反射部３４０によって逆方向へ折り返し反射され再び繰り返し反射を経て透光部３１８を通過した光ビームを光センサー３８０へ方向づければよい。
【００４０】
＜第４実施形態＞
図６に示すように、光テコ方式カンチレバー変位検出機構４００は、支持部材４１０と、支持部材４１０に片持ち支持されたカンチレバー４３０と、光ビームを射出する光源４７０と、光ビームを感知する光センサー４８０とを備えている。光源４７０と光センサー４８０はそれぞれ第１実施形態の光源１７０と光センサー１８０と同様である。
【００４１】
支持部材４１０は、基部４１２と、基部４１２から突出した固定反射部４１４とを有している。固定反射部４１４は、カンチレバー４３０から間隔を置いてカンチレバー４３０に対向して延びている。固定反射部４１４は、光ビームがそれ自体を通過することを許す２つの透光部４１８，４２０を有している。透光部４１８，４２０は、たとえば、貫通穴で構成される。固定反射部４１４は、カンチレバー４３０に対向する面に反射面４１６を有している。固定反射部４１４はさらに、透光部４１８に設けられたハーフミラー４２２を有している。ハーフミラー４２２は、その反射面が固定反射部４１４の反射面４１６と面一となっており、固定反射部４１４の反射面４１６と共に、後述する繰り返し反射に寄与する。
【００４２】
カンチレバー４３０は、カンチレバー４３０と固定反射部４１４の間隔を規定するスペーサ４５０を介して支持部材４１０に接合されている。カンチレバー４３０は、平板状で、固定反射部４１４に対向する面に反射面４３８を有している。
【００４３】
図７に示すように、固定反射部４１４は、正面から見て、等角台形形状の基部４２４と、基部４２４の短い側の底の中央から延出している長方形形状の延出部４２６とを有している。カンチレバー４３０は、正面から見て、等角台形形状の基部４３２と、基部４３２の短い側の底の中央から延出している長方形形状の延出部４３４とを有している。固定反射部４１４の基部４２４はカンチレバー４３０の基部４３２よりも一回り大きく、固定反射部４１４の延出部４２６の先端はカンチレバー４３０の延出部４３４の先端よりも突出している。
【００４４】
図６と図７に示すように、カンチレバー４３０は、その先端すなわち自由端に探針４３６を有している。言い換えれば、延出部４３４の先端すなわち自由端に探針４３６が設けられている。探針４３６はたとえば四角錐形状をしている。探針４３６は、カンチレバー４３０の反射面４３８に交差してたとえば垂直に反射面４３８の反対側へ延びている。
【００４５】
図６に示すように、固定反射部４１４は、光ビームを逆方向へ折り返し反射する折り返し反射部４２８を延出部４２６に有している。折り返し反射部４２８は、探針４３６の近くに位置している。
【００４６】
光源４７０は、透光部４１８に整列して配置されている。また光センサー４８０は、透光部４２０に整列して配置されている。
【００４７】
図６において、光源４７０から射出された光ビームは透光部４１８を通ってハーフミラー４２２に入射し、その一部はハーフミラー４２２を透過してカンチレバー４３０に入射する。カンチレバー４３０に入射した光ビームは、カンチレバー４３０の反射面４３８と固定反射部４１４の反射面４１６とによって繰り返し反射されて折り返し反射部４２８に到達する。折り返し反射部４２８に到達した光ビームは、折り返し反射部４２８によって逆方向へ折り返し反射され、カンチレバー４３０の反射面４３８およびハーフミラー４２２の反射面４２３と固定反射部４１４の反射面４１６とによって繰り返し反射され、透光部４２０を通って光センサー４８０に入射する。光センサー４８０は、カンチレバー４３０の変位によって引き起こされる光ビームの入射位置の変化すなわちビームスポットの移動を反映した信号を出力する。
【００４８】
本実施形態の光テコ方式カンチレバー変位検出機構４００は、第２実施形態の光テコ方式カンチレバー変位検出機構２００と同様の利点を有する。
【００４９】
本実施形態は、第２実施形態において折り返し反射部２４０をカンチレバー２３０に設ける代わりに固定反射部２１４に設けるように修正変更したものと言える。同様の修正変更は第３実施形態に対して適用してもよい。
【００５０】
本実施形態においても、第２実施形態と同様に、光源４７０と光センサー４８０の位置関係は交換されてもよい。
【００５１】
＜第５実施形態＞
図８に示すように、光テコ方式カンチレバー変位検出機構５００は、支持部材５１０と、支持部材５１０に片持ち支持されたカンチレバー５３０と、光ビームを射出する光源５７０と、光ビームを感知する光センサー５８０とを備えている。光源５７０と光センサー５８０はそれぞれ第１実施形態の光源１７０と光センサー１８０と同様である。
【００５２】
支持部材５１０は、基部５１２と、基部５１２から突出した固定反射部５１４とを有している。固定反射部５１４は、基部５１２の端部から基部５１２の反対側へ斜めに延出している。固定反射部５１４は、カンチレバー５３０から間隔を置いてカンチレバー５３０に対向して延びている。固定反射部５１４は、光ビームがそれ自体を通過することを許す２つの透光部５１８，５２０を有している。透光部５１８，５２０は、たとえば、貫通穴で構成される。固定反射部５１４は、カンチレバー５３０に対向する面に反射面５１６を有している。固定反射部５１４はさらに、透光部５１８に設けられたハーフミラー５２２を有している。ハーフミラー５２２は、その反射面が固定反射部５１４の反射面５１６と面一となっており、固定反射部５１４の反射面５１６と共に、後述する繰り返し反射に寄与する。
【００５３】
カンチレバー５３０は、カンチレバー５３０と固定反射部５１４の間隔を規定するスペーサ５５０を介して支持部材５１０に接合されている。カンチレバー５３０は、平板状で、固定反射部５１４に対向する面に反射面５３８を有している。
【００５４】
図９に示すように、固定反射部５１４は、正面から見て、二等辺三角形形状をしている。カンチレバー５３０は、正面から見て、等角台形形状の基部５３２と、基部５３２の短い側の底の中央から延出している長方形形状の延出部５３４と、延出部５３４の先端から延出している二等辺三角形形状の探針５３６を有している。基部５３２は固定反射部５１４よりも一回り小さく、延出部５３４は固定反射部５１４の先端よりも突出している。
【００５５】
図８に示すように、探針５３６は、カンチレバー５３０の長手軸に平行に延びている。またカンチレバー５３０は、探針５３６の近くに位置する延出部５３４に、固定反射部５１４の側の面に、光ビームを逆方向へ折り返し反射する折り返し反射部５４０を有している。固定反射部５１４は、先端の稜５２６が反射面５１６に対して鋭角になっている。探針５３６の先端は、稜５２６を通る直線よりも長手軸前方に突出している。ここで、長手軸前方とは、長手軸に平行で固定端から自由端へ向かう方向をいう。
【００５６】
光源５７０は、透光部５１８に整列して配置されている。また光センサー５８０は、透光部５２０に整列して配置されている。
【００５７】
図８において、光源５７０から射出された光ビームは透光部５１８を通ってハーフミラー５２２に入射し、その一部はハーフミラー５２２を透過してカンチレバー５３０に入射する。カンチレバー５３０に入射した光ビームは、カンチレバー５３０の反射面５３８と固定反射部５１４の反射面５１６とによって繰り返し反射されて折り返し反射部５４０に到達する。折り返し反射部５４０に到達した光ビームは、折り返し反射部５４０によって逆方向へ折り返し反射され、カンチレバー５３０の反射面５３８およびハーフミラー５２２の反射面５２４と固定反射部５１４の反射面５１６とによって繰り返し反射され、透光部５２０を通って光センサー５８０に入射する。光センサー５８０は、カンチレバー５３０の変位によって引き起こされる光ビームの入射位置の変化すなわちビームスポットの移動を反映した信号を出力する。
【００５８】
本実施形態の光テコ方式カンチレバー変位検出機構５００は、第２実施形態の光テコ方式カンチレバー変位検出機構２００と同じ利点に加えて次の利点を有する。
【００５９】
探針５３６がカンチレバー５３０の長手軸に平行に延びており、さらに固定反射部５１４の先端の稜５２６が反射面５１６に対して鋭角になっているので、探針５３６の軸の周囲の空間が空いている。ここで、探針５３６の軸とは、探針５３６の固定端中心と先端を通る直線をいう。このため本実施形態の光テコ方式カンチレバー変位検出機構５００は、ストロークの長い高精度なステージと組み合わせて表面形状測定装置を構成する用途に適しており、本実施形態の光テコ方式カンチレバー変位検出機構５００を備えた表面形状測定装置は、レンズやその金型など、その表面が全体的に大きく湾曲している被測定物をも高精度に測定し得る。
【００６０】
本実施形態においても、第２実施形態と同様に、光源５７０と光センサー５８０の位置関係は交換されてもよい。
【００６１】
＜第６実施形態＞
図９に示すように、光テコ方式カンチレバー変位検出機構６００は、支持部材６１０と、支持部材６１０に片持ち支持されたカンチレバー６３０と、光ビームを射出する光源６７０と、光ビームを感知する光センサー６８０とを備えている。光源６７０と光センサー６８０はそれぞれ第１実施形態の光源１７０と光センサー１８０と同様である。
【００６２】
支持部材６１０は、基部６１２と、基部６１２から突出した固定反射部６１４とを有している。固定反射部６１４は、基部６１２の端部から基部６１２の側へ斜めに延出している。固定反射部６１４は、カンチレバー６３０から間隔を置いてカンチレバー６３０に対向して延びている。固定反射部６１４は、光ビームがそれ自体を通過することを許す２つの透光部６１８，６２０を有している。透光部６１８，６２０は、たとえば、貫通穴で構成される。固定反射部６１４は、カンチレバー６３０に対向する面に反射面６１６を有している。固定反射部６１４はさらに、透光部６１８に設けられたハーフミラー６２２を有している。ハーフミラー６２２は、その反射面が固定反射部６１４の反射面６１６と面一となっており、固定反射部６１４の反射面６１６と共に、後述する繰り返し反射に寄与する。
【００６３】
カンチレバー６３０は、カンチレバー６３０と固定反射部６１４の間隔を規定するスペーサ６５０を介して支持部材６１０に接合されている。カンチレバー６３０は、平板状で、固定反射部６１４に対向する面に反射面６３８を有している。
【００６４】
探針６３６は、カンチレバー６３０の長手軸に平行に延びている。またカンチレバー６３０は、探針６３６の近くに位置する延出部６３４に、固定反射部６１４の側の面に、光ビームを逆方向へ折り返し反射する折り返し反射部６４０を有している。固定反射部６１４は、先端の稜６２６が反射面６１６に対して鋭角になっている。探針６３６の先端は、稜６２６を通る直線よりも長手軸前方に突出している。そのほかカンチレバー６３０の詳細は第５実施形態のカンチレバー５３０と同様である。
【００６５】
光源６７０は、透光部６１８に整列して配置されている。また光センサー６８０は、透光部６２０に整列して配置されている。
【００６６】
光源６７０から射出された光ビームは透光部６１８を通ってハーフミラー６２２に入射し、その一部はハーフミラー６２２を透過してカンチレバー６３０に入射する。カンチレバー６３０に入射した光ビームは、カンチレバー６３０の反射面６３８と固定反射部６１４の反射面６１６とによって繰り返し反射されて折り返し反射部６４０に到達する。折り返し反射部６４０に到達した光ビームは、折り返し反射部６４０によって逆方向へ折り返し反射され、カンチレバー６３０の反射面６３８およびハーフミラー６２２の反射面６２４と固定反射部６１４の反射面６１６とによって繰り返し反射され、透光部６２０を通って光センサー６８０に入射する。光センサー６８０は、カンチレバー６３０の変位によって引き起こされる光ビームの入射位置の変化すなわちビームスポットの移動を反映した信号を出力する。
【００６７】
本実施形態の光テコ方式カンチレバー変位検出機構６００は、第５実施形態の光テコ方式カンチレバー変位検出機構５００と同じ利点を有する。
【００６８】
本実施形態においても、第２実施形態と同様に、光源６７０と光センサー６８０の位置関係は交換されてもよい。
【００６９】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。たとえば、つぎのような変形や変更もまた本発明に含まれる。
【００７０】
繰り返し反射の回数は、図面に示されたものに限定されるものではなく任意に変更されてよい。
【００７１】
固定反射部は、複数の部品で構成されてもよい。
【００７２】
固定反射部の反射面は、平面に限らず、球面または自由曲面であってもよい。
【００７３】
光軸調整は、通常は光源または光センサーの位置を調整しておこなわれるが、固定反射部を位置調整可能として、固定反射部の位置を調整しておこなってもよい。
【００７４】
スペーサが、圧電素子などの振動発生源で構成されてもよい。
【００７５】
光源は、光ファイバーなどの導光部材をさらに有する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１００…光テコ方式カンチレバー変位検出機構、１１０…支持部材、１１２…基部、１１４…固定反射部、１１６…反射面、１１８…透光部、１３０…カンチレバー、１３２…基部、１３４…延出部、１３６…探針、１３８…反射面、１５０…スペーサ、１７０…光源、１８０…光センサー、２００…光テコ方式カンチレバー変位検出機構、２１０…支持部材、２１２…基部、２１４…固定反射部、２１６…反射面、２１８…透光部、２２０…透光部、２２２…ハーフミラー、２２４…反射面、２３０…カンチレバー、２３２…基部、２３４…延出部、２３６…探針、２３８…反射面、２４０…折り返し反射部、２５０…スペーサ、２７０…光源、２８０…光センサー、３００…光テコ方式カンチレバー変位検出機構、３１０…支持部材、３１２…基部、３１４…固定反射部、３１６…反射面、３１８…透光部、３３０…カンチレバー、３３６…探針、３３８…反射面、３４０…折り返し反射部、３５０…スペーサ、３７０…光源、３８０…光センサー、３９０…ビームスプリッター、３９２…偏光ビームスプリッター、３９４…波長板、４００…光テコ方式カンチレバー変位検出機構、４１０…支持部材、４１２…基部、４１４…固定反射部、４１６…反射面、４１８…透光部、４２０…透光部、４２２…ハーフミラー、４２３…反射面、４２４…基部、４２６…延出部、４２８…折り返し反射部、４３０…カンチレバー、４３２…基部、４３４…延出部、４３６…探針、４３８…反射面、４５０…スペーサ、４７０…光源、４８０…光センサー、５００…光テコ方式カンチレバー変位検出機構、５１０…支持部材、５１２…基部、５１４…固定反射部、５１６…反射面、５１８…透光部、５２０…透光部、５２２…ハーフミラー、５２４…反射面、５２６…稜、５３０…カンチレバー、５３２…基部、５３４…延出部、５３６…探針、５３８…反射面、５４０…折り返し反射部、５５０…スペーサ、５７０…光源、５８０…光センサー、６００…光テコ方式カンチレバー変位検出機構、６１０…支持部材、６１２…基部、６１４…固定反射部、６１６…反射面、６１８…透光部、６２０…透光部、６２２…ハーフミラー、６２４…反射面、６２６…稜、６３０…カンチレバー、６３４…延出部、６３６…探針、６３８…反射面、６４０…折り返し反射部、６５０…スペーサ、６７０…光源、６８０…光センサー。
【図１】
2011169748.tif 000003
【図２】
2011169748.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011169748.tif 000009
【図８】
2011169748.tif 000010
【図９】
2011169748.tif 000011
【図１０】
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