(57)【要約】【課題】走査型プローブ顕微鏡において、走査機構の剛性を高めると共に高さも低くすること。【解決手段】被測定物Ｓを載置するステージ２と、前記被測定物に近接又は接触させるプローブＰと、該プローブを前記被測定物に対して３次元方向に相対的に移動させる走査機構８とを備えた走査型プローブ顕微鏡であって、前記走査機構が、前記プローブと前記ステージとを２次元平面内で相対的に移動可能な水平微動機構９と、前記プローブと前記ステージとを前記２次元平面に垂直な方向に相対的に移動可能な垂直微動機構１０とを備え、前記水平微動機構と前記垂直微動機構とが分割して設置され、前記垂直微動機構が、前記ステージを直接支持している。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物を載置するステージと、前記被測定物に近接又は接触させるプローブとを備えた走査型プローブ顕微鏡に取り付けられ、前記プローブを前記被測定物に対して３次元方向に相対的に移動させる走査機構であって、
前記プローブと前記ステージとを２次元平面内で相対的に移動可能な水平微動機構と、
前記プローブと前記ステージとを前記２次元平面に垂直な方向に相対的に移動可能な垂直微動機構とを備え、
前記水平微動機構と前記垂直微動機構とが、分割して設置され、
前記垂直微動機構が、前記ステージを直接支持していることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡用の走査機構。
【請求項２】
請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡用の走査機構において、
前記垂直微動機構が、積層型圧電素子であることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡用の走査機構。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の走査型プローブ顕微鏡用の走査機構において、
前記垂直微動機構を支持する垂直微動機構台を備え、
前記水平微動機構が、前記垂直微動機構台を水平方向に移動可能にかつ吊り下げ状態で支持していることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡用の走査機構。
【請求項４】
被測定物を載置するステージと、前記被測定物に近接又は接触させるプローブと、該プローブを前記被測定物に対して３次元方向に相対的に移動させる走査機構とを備えた走査型プローブ顕微鏡であって、
前記走査機構が、請求項１から３のいずれかに記載の走査機構であることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【請求項５】
請求項４に記載の走査型プローブ顕微鏡において、
前記ステージが、前記垂直微動機構の上部に設けられたボールベアリングで支持され、
前記ステージ及び前記垂直微動機構の一方に磁石が取り付けられていると共に他方に金属部が設けられ、互いに磁力により引きつけられていることを特徴とする走査型プローブ装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の走査型プローブ顕微鏡において、
前記ステージの下方かつ前記プローブの直下に配され前記被測定物からの光を集光する対物レンズを備え、
前記垂直微動機構が、前記対物レンズの周囲に配されていることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【請求項７】
請求項６に記載の走査型プローブ顕微鏡において、
前記垂直微動機構が、前記対物レンズを中心軸上に配した円筒状の積層型圧電素子であることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査型近接場顕微鏡等の走査型プローブ顕微鏡用の走査機構及び走査型プローブ顕微鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）は、例えば走査型近接場顕微鏡を例に説明すると、図５に示すように、サンプルＳを３軸微動機構１上のステージ２に載せ、プローブＰから励起光をサンプルＳの表面に照射し、サンプルＳの局所的な光学特性を、透過側に配置された対物レンズＬ１により集光し、集光された光信号を光検出器３に導入することにより、サンプルＳ上の光学特性を測定するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、この従来例では、対物レンズＬ１がステージ２の下方に支持された倒立顕微鏡を組み合わせたタイプとなっている。
【０００３】
上記測定時においては、プローブＰの先端からは励起光としてエバネッセント光が照射される。該エバネッセント光は、プローブＰの極近傍にしか存在せず、その強度はプローブ先端からの距離に対して指数関数的に減衰するため、波長以下の領域にサンプルＳを位置決めし、減衰の少ない近接位置でエバネッセント光をサンプルＳに照射している。また、この状態でプローブ先端とサンプルＳとを相対的に移動させてサンプルＳの表面をスキャン（走査）することにより測定を行っている。
【０００４】
プローブ先端とサンプルＳとの最も代表的な位置決め方法は、プローブ先端の先鋭性を利用して、サンプル表面とプローブ先端間に働く原子間力によりプローブ先端とサンプル表面との距離制御を行う方法である。この場合、原子間力はプローブ先端とサンプル表面との距離に依存するため、両者の距離が一定となるように３軸微動機構１のうち垂直微動機構４により制御している。また、このように距離制御を掛けながら、３軸微動機構１のうち水平微動機構５によりサンプルＳを２次元平面内でスキャンさせることにより、２次元平面内での光学特性が測定される。なお、垂直微動機構４に印加される電圧によりサンプル表面の凹凸像も同時に測定することができる。
また、走査機構である上記３軸微動機構１では、対物レンズＬ１の周囲に３本配設され、水平微動機構５上に直接、垂直微動機構４が設けられており、一体となった状態でステージ２を支持している。なお、水平微動機構５及び垂直微動機構４は、円筒状の圧電素子（ピエゾ素子）で構成されている。
【０００５】
上記のような倒立顕微鏡と組み合わせた走査型プローブ顕微鏡では、レバースキャンが行われる。例えば、走査型近接場顕微鏡ではスキャンを行う場合に、レバースキャン方式では対物レンズＬ１とプローブ先端とのフォーカスずれが発生するため、サンプル表面のスキャンを行う必要がある。このサンプルスキャンを行う場合、走査機構の真中に空間が必要となる。
【０００６】
また、上述したような走査型プローブ顕微鏡に用いる３軸微動機構の他の従来例としては、圧電素子を４本水平上に横にして設置したタイプも知られている（例えば、特許文献２参照）。
さらに、３軸微動機構の別の従来例としては、市販されているいわゆるフラットスキャナ等が知られている。このフラットスキャナは、複数の積層型圧電素子と微動ストロークの拡大機構とを組み合わせた構造を有している（例えば、非特許文献３参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−３０４７５５号公報（段落番号０００２〜０００３の記載及び図７）
【特許文献２】
米国特許第５，７０５，８７８号明細書
【非特許文献３】
Ｐｈｙｓｉｋ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｅ社の製品Ｐ−５１７，Ｐ−５２７、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成１４年２月２４日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐｈｙｓｉｋｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｅ．ｄｅ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｐｒｄｅｔａｉｌ．ｐｈｐ？ｓｅｃｉｄ＝２−３２＞
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の走査型プローブ顕微鏡における走査技術には、以下の課題が残されている。すなわち、倒立顕微鏡と組み合わせた場合、高さ方向の空間が狭いため、走査機構をできるだけ薄くする必要がある。また、走査型プローブ顕微鏡では、走査精度を高めるために走査機構自体の剛性をできるだけ高くする必要がある。さらに、倒立顕微鏡での対象サンプルが生体細胞等の場合もあり、このような場合は特にスキャンエリアを広く設定する必要がある。
上記従来例では、水平微動機構上に垂直微動機構が直接かつ一体に連結された機構の場合、走査機構全体の高さが高くなり、スキャンエリアも広く設定することが困難であるという不都合がある。また、水平方向（Ｘ、Ｙ方向）及び垂直方向（Ｚ方向）の各軸微動機構を水平面上に横に配置したタイプや上記フラットスキャナタイプでは、走査機構全体を薄くできると共にスキャナエリアも広くできるが、走査機構全体の剛性が低いという不都合があった。特に、これらの場合、垂直方向における剛性を高めることが困難であった。
【０００９】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、機構自体の剛性を高めることができると共に高さも低くすることができる走査型プローブ顕微鏡用の走査機構及び走査型プローブ顕微鏡を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の走査型プローブ顕微鏡用の走査機構は、被測定物を載置するステージと、前記被測定物に近接又は接触させるプローブとを備えた走査型プローブ顕微鏡に取り付けられ、前記プローブを前記被測定物に対して３次元方向に相対的に移動させる走査機構であって、前記プローブと前記ステージとを２次元平面内で相対的に移動可能な水平微動機構と、前記プローブと前記ステージとを前記２次元平面に垂直な方向に相対的に移動可能な垂直微動機構とを備え、前記水平微動機構と前記垂直微動機構とが、分割して設置され、前記垂直微動機構が、前記ステージを直接支持していることを特徴とする。
【００１１】
この走査型プローブ顕微鏡用の走査機構では、水平微動機構と垂直微動機構とが、分割して設置され、垂直微動機構がステージを直接支持しているので、水平微動機構と垂直微動機構とが一体に設けられた従来の機構に比べて垂直微動機構の剛性を高めることができる。特に、垂直微動機構が単独でステージを直接支持しているので、微動ストロークを比較的長くでき、垂直方向において高剛性を得ることができる。また、水平微動機構と垂直微動機構とが分割されているので、水平微動機構上に垂直微動機構を直接かつ一体に設けた従来例に比べ、走査機構全体の高さを低くするように配置することも可能である。
【００１２】
また、本発明の走査型プローブ顕微鏡用の走査機構は、前記垂直微動機構が積層型圧電素子であることが好ましい。
すなわち、この走査型プローブ顕微鏡用の走査機構では、垂直微動機構を積層型圧電素子とすることにより、微動ストロークを大きく設定することができ、小型化しやすい。
【００１３】
また、本発明の走査型プローブ顕微鏡用の走査機構は、前記垂直微動機構を支持する垂直微動機構台を備え、前記水平微動機構が、前記垂直微動機構台を水平方向に移動可能にかつ吊り下げ状態で支持していることを特徴とする。
すなわち、この走査型プローブ顕微鏡用の走査機構では、水平微動機構が垂直微動機構台を水平方向に移動可能にかつ吊り下げ状態で支持しているので、水平及び垂直方向の微動機構を直接連結した場合よりも走査機構全体の高さを低くすることができる。
【００１４】
本発明の走査型プローブ顕微鏡は、被測定物を載置するステージと、前記被測定物に近接又は接触させるプローブと、該プローブを前記被測定物に対して３次元方向に相対的に移動させる走査機構とを備えた走査型プローブ顕微鏡であって、前記走査機構が、上記本発明の走査機構であることを特徴とする。
すなわち、この走査型プローブ顕微鏡では、上記本発明の走査機構を備えているので、上述した走査機構の作用を有し、高剛性な微動機構により、プローブ、サンプル及びステージの位置及び走査の高精度な制御が可能になる。
【００１５】
また、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、前記ステージが、前記垂直微動機構の上部に設けられたボールベアリングで支持され、前記ステージ及び前記垂直微動機構の一方に磁石が取り付けられていると共に他方に金属部が設けられ、互いに磁力により引きつけられていることを特徴とする。
すなわち、この走査型プローブ顕微鏡では、ステージが、垂直微動機構の上部に設けられたボールベアリングで支持されているので、ステージが動きやすくガタつきが生じ難い。さらに、ステージ及び垂直微動機構の一方に磁石が取り付けられていると共に他方に金属部が設けられ、互いに磁力により引きつけられているので、ステージが完全に固定されておらず、ステージが移動して対物レンズ等に接触しても、容易に外れて破損を防ぐことができる。
【００１６】
また、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、前記ステージの下方かつ前記プローブの直下に配され前記被測定物からの光を集光する対物レンズを備え、前記垂直微動機構が、前記対物レンズの周囲に配されていることを特徴とする。
すなわち、この走査型プローブ顕微鏡は、対物レンズをステージ下方に配した倒立顕微鏡を組み合わせたものであり、垂直微動機構が対物レンズの周囲に配されているので、対物レンズの設置空間を確保することができる。
【００１７】
さらに、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、前記垂直微動機構が、前記対物レンズを中心軸上に配した円筒状の積層型圧電素子であることが好ましい。
すなわち、この走査型プローブ顕微鏡では、倒立顕微鏡と組み合わせた場合に、円筒状の積層型圧電素子の内側に対物レンズを配した状態となるため、垂直方向のより高い剛性及び微動ストロークを得ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る走査型プローブ顕微鏡用の走査機構及びこれを備えた走査型プローブ顕微鏡の第１実施形態を、図１及び図２を参照しながら説明する。
【００１９】
本実施形態の走査型プローブ顕微鏡は、図１に示すように、例えば蛍光染色された生体細胞等のサンプル（被測定物）Ｓにエバネッセント光（近接場光）を励起光として照射してサンプルＳの局所的な光学特性を下方の対物レンズＬ１で集光し測定する倒立顕微鏡を組み合わせた走査型近接場顕微鏡である。この走査型プローブ顕微鏡は、サンプルＳを載置するステージ２と、サンプルＳに先端を近接させるプローブＰと、該プローブＰをサンプルＳに対して２次元平面内に相対的に移動させサンプルＳをプローブ先端に近接させるステッピングモータ等の粗動機構２７と、該粗動機構２７よりも高い分解能で微動可能にプローブＰをサンプルＳに対して３次元方向に相対的に移動させる走査機構８とを備えている。
【００２０】
上記走査機構８は、プローブＰとステージ２とを２次元平面（ＸＹ平面）内で相対的に移動可能な水平微動機構９と、プローブＰとステージ２とを上記２次元平面に垂直な方向（Ｚ方向）に相対的に移動可能な垂直微動機構１０とを備えている。すなわち、水平微動機構９は、２次元平面内の走査を行うための２軸微動可能なアクチュエータであるＸＹスキャナとして機能し、垂直微動機構１０は、プローブＰとサンプルＳとの間の距離制御を行うためのアクチュエータであるＺスキャナとして機能する。
【００２１】
上記水平微動機構９は、位置決め用のＸＹステージＸＹ１を介して倒立顕微鏡７の支柱に固定され、垂直微動機構１０を支持する垂直微動機構台１１を水平方向に移動可能にかつ吊り下げ状態で支持している。この垂直微動機構台１１は、垂直微動機構１０が固定される中央台部１１ａと、該中央台部１１ａの周囲に設けられ上方に立設されていると共に半径方向外方に上部が突出して水平微動機構９の上部に支持された断面Ｌ字状の支持部１１ｂとで構成されている。中央台部１１ａには、対物レンズＬ１が挿通可能な孔部１１ｃが形成され、対物レンズＬ１の周囲に３本の垂直微動機構１０が立設されている。したがって、本実施形態では、水平微動機構９と垂直微動機構１０とが、垂直微動機構台１１を介して分割して設置されている。
【００２２】
なお、上記水平微動機構９は、２次元平面である水平面（Ｘ方向及びＹ方向の２軸）においてステージ２を走査可能な複数の圧電素子を内蔵したスキャナであり、例えば、微動ストロークの拡大機能付きフラットスキャナである。また、垂直微動機構１０は、圧電材料と電極とを交互に積層させた積層型圧電素子（ピエゾ素子）である。
【００２３】
上記垂直微動機構１０は、図２に示すように、その上部に設けられたボールベアリング１２によりステージ２を直接支持している。すなわち、垂直微動機構１０における圧電素子本体１０ａの上部に、絶縁座１０ｂが固定され、該絶縁座１０ｂ内には鉄製のヨーク１０ｃと円筒状の磁石１０ｄとが固定されている。上記ヨーク１０ｃの上面には、ボールベアリング１２が位置決めされて配される断面Ｖ字状の溝部１０ｅが形成されている。また、前記ヨーク１０ｃ及び磁石１０ｄに対向するステージ２の下面には、円環状の鉄プレート（金属部）２ａが埋設されている。なお、該鉄プレート２ａにも、ボールベアリング１２が位置決めされて配される断面Ｖ字状の溝部２ｂが形成されている。したがって、ステージ２と垂直微動機構１０とは、互いに磁力により引きつけられた状態とされている。
【００２４】
上記プローブＰは、光ファイバの先端付近が曲げられて、先端部を先鋭化して先端部分にナノメートルオーダーの微小開口部（図示略）が設けられ、その他の部分は金属膜（図示略）でコーティングされた構造を有している。また、プローブＰの背面部分には、振幅検出用のレーザ光を反射させるためのミラー面が形成されている。
また、プローブＰは、プローブホルダ１３に基端側を固定され、該プローブホルダ１３に設けられた圧電素子の振動子１４により微小振動が加えられる。そして、この際、プローブＰの振幅量は、振幅検出用発光部ＬＤと振幅検出用受光部ＰＤとを有し、光てこ方式を用いた光学ヘッド１５によって検出される。
光学ヘッド１５とプローブホルダ１３とは、プローブ先端と対物レンズＬ１との光軸中心に位置決めするためのＸＹステージＸＹ２を介して粗動機構２７に固定される。
さらに、プローブＰの基端は、レーザ光源１６と光学的にカップリングされ、プローブＰの先端開口付近にエバネッセント場が形成されるようになっている。
【００２５】
上記対物レンズＬ１は、上述したようにサンプルＳを挟んでプローブＰと対向する側に配置されており、倒立顕微鏡７上に設置された対物レンズ駆動機構１７上に設けられている。該対物レンズ駆動機構１７は、光路を確保するために中心部に中空部分を設けた粗動用送りネジ機構１８と、円筒状に形成された微動用積層型圧電素子１９とで構成されている。
【００２６】
また、対物レンズＬ１の下方であって倒立顕微鏡７内の空洞部７ａには、ダイクロイックミラーＭと吸収フィルタＦとが設けられ、対物レンズＬ１で集光された光のうち励起光をカットして蛍光成分を外部に設けられた結像レンズＬ２へと反射するように配されている。この検出光は、結像レンズＬ２で結像され、さらに光検出器３に導入されるようになっている。また、該光検出器３は、対物レンズＬ１の焦点が合った状態で光軸が合うように設定されている。また、光検出器３は、受光面が数百μｍと非常に小さいアバランシェフォトダイオードが用いられている。なお、この光検出器３では、受光面が小さいため僅かな焦点ズレが測定効率の低下を招くことになる。この光検出器３としては、他にもフォトマルや分光器などが使用される。
【００２７】
なお、上記粗動機構２７、走査機構（水平微動機構９及び垂直微動機構１０）８及び対物レンズ駆動機構１７は、いずれもＣＰＵ等の制御部Ｃに電気的に接続され、制御部Ｃによって所定の位置への移動を行うように制御される。
【００２８】
次に、本実施形態の走査型プローブ装置を用いた測定方法について説明する。
【００２９】
まず、対物レンズ駆動機構１７の粗動用送りネジ機構１８により、サンプルＳの表面に対物レンズＬ１の焦点を合わせる。次に、プローブ側のＸＹステージＸＹ２により対物レンズＬ１の光軸中心にプローブ先端を位置決めする。次に、プローブ先端とサンプルＳとの間の距離制御を行う。すなわち、振動子１４によりプローブＰを共振周波数近傍で振動させながら、サンプルＳに近接させたときの振幅の減衰量をモニタし、振幅が一定となるように垂直微動機構１０を動作させる。そして、粗動機構２７によりサンプルＳとプローブ先端との間に原子間力が働く領域若しくは接触する領域までサンプルＳをプローブ先端に近接させた後、垂直微動機構１０によりサンプルＳとプローブとの間が最適動作点となるように距離制御を行う。このとき、測定前に合わせた焦点位置は垂直微動機構１０の動作分だけずれてしまう。このずれ量を補正するため、対物レンズ駆動機構１７の微動用積層型圧電素子１９を垂直微動機構１０の移動量だけ変化させ、アプローチが完了した段階で対物レンズＬ１の焦点がプローブ先端の発光点に合うように設定する。
【００３０】
以上のような動作により、アプローチ時のずれ量を補正した後は、プローブ先端と対物レンズＬ１との位置関係は一定に保たれるため、微動用積層型圧電素子１９への印加電圧は一定に保ったままスキャン（走査）を行う。この状態で、水平微動機構９を用いてサンプルを２次元平面内でスキャンし、そのときの透過光を集光することにより、光信号の２次元強度分布が測定される。また、垂直微動機構１０に印加される電圧をモニタすればサンプルＳの凹凸像も同時に測定可能である。
【００３１】
なお、焦点ずれの補正方法として、垂直微動機構１０の変位を垂直微動機構１０に取り付けた例えば静電容量型の変位センサ２０により測定し、制御部Ｃにおいて変位センサ２０から得られた変位信号に基づいてずれ量を認識し、フィードバックさせて垂直微動機構１０の移動量を補正するクローズドループ方式を採用している。この変位センサ２０を取り付けたことにより、圧電素子のヒステリシスやクリープ等を防止することができ、測定精度を向上させることができる。なお、変位センサは、静電容量型に限らず、光干渉法など別の方式のものも使用可能である。
【００３２】
本実施形態の走査型プローブ顕微鏡では、水平微動機構９と垂直微動機構１０とが分割して設置され、垂直微動機構１０がステージ２を直接支持しているので、水平微動機構９と垂直微動機構１０とが一体に設けられた従来の機構に比べて垂直微動機構１０の剛性を高めることができる。特に、垂直微動機構１０が単独でステージ２を直接支持しているので、微動ストロークを比較的長くでき、垂直方向において高剛性を得ることができる。
【００３３】
また、垂直微動機構１０を積層型圧電素子としているので、微動ストロークを大きく設定することができ、小型化しやすい。さらに、また、水平微動機構９と垂直微動機構１０とが分割され、特に水平微動機構９が垂直微動機構台１１を水平方向に移動可能にかつ吊り下げ状態で支持しているので、水平微動機構９上に垂直微動機構１０を直接かつ一体に設けた従来例に比べ、走査機構８全体の高さを低くすることができる。
【００３４】
また、ステージ２が、垂直微動機構１０の上部に設けられたボールベアリング１２で支持されているので、ステージ２が動きやすくガタつきが生じ難い。さらに、垂直微動機構１０に磁石１０ｄが取り付けられていると共にステージ２に鉄プレート２ａが設けられ、互いに磁力により引きつけられているので、ステージ２が完全に固定されておらず、ステージ２が移動して対物レンズＬ１等に接触しても、容易に外れて破損を防ぐことができる。
【００３５】
次に、本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の第２及び３実施形態について、図３及び図４を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００３６】
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、対物レンズＬ１の周囲に配した３本の積層型圧電素子からなる垂直微動機構１０によりステージ２を支持しているのに対し、第２実施形態の走査機構２８では、図３に示すように、対物レンズＬ１を中心軸上に配した円筒状の積層型圧電素子である垂直微動機構３０によりステージ２を支持している点である。
【００３７】
すなわち、本実施形態では、一つの垂直微動機構３０でステージ２を支持すると共に微動させると共に、円筒状の積層型圧電素子の内側に対物レンズＬ１を配した状態となるため、垂直方向のより高い剛性及び微動ストロークを得ることができる。
【００３８】
第３実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、水平微動機構９がステージ２下方側に位置されて垂直微動機構台１１を介して垂直微動機構１０と共にステージ２を移動させるのに対し、第３実施形態の走査機構３８では、図４に示すように、垂直微動機構１０が位置決め用ＸＹステージＸＹ１を介して倒立顕微鏡７上に立設されていると共に、水平微動機構４９は、ステージ２の上方に配されてプローブＰに接続され該プローブＰ側をステージ２に対して移動可能になっている点である。すなわち、本実施形態では、水平微動機構４９がプローブＰを直接移動させるレバースキャン式となっている。この水平微動機構４９は、プローブ先端を対物レンズＬ１の光軸に対して位置決めするためのＸＹステージＸＹ２を介して粗動機構２７に接続されている。
本実施形態においても、垂直微動機構１０でステージ２を直接支持しているため、垂直方向に高剛性を得ることができる。
【００３９】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００４０】
例えば、上記第１実施形態では、垂直微動機構１０を積層型圧電素子としたが、単に円筒状圧電素子としても良い。この場合、上述したように垂直方向の微動ストロークについては積層型圧電素子よりも不利となる。
また、第３実施形態においても、垂直微動機構１０を第２実施形態と同様に円筒状の積層型圧電素子としても構わない。
【００４１】
また、プローブ先端とサンプルＳとの距離制御の他の手段として、プローブを振動させずに撓み量が一定となるように制御を掛ける方式、サンプルに対して水平方向にプローブを振動させ、その時のシアフォースによるプローブの減衰量がゼロになるように制御を掛ける方式、プローブに金属コートを施し、導電性サンプルとの間にトンネル電流を発生させ、トンネル電流の距離依存性を利用して制御を掛ける方式、プローブ先端で発生するエバネッセント光をサンプル表面で散乱させ、その散乱光強度を測定してエバネッセント場の距離依存性を利用して制御を行う方式などが考えられる。
【００４２】
また、プローブ形状も、上記各実施形態に示したベント型に限らず、ストレート型プローブや、光導波路を形成したカンチレバー型プローブなども考えられる。さらに、プローブの振幅量の検出方式としては光てこ方式の他に、水晶振動子や圧電体にプローブを固定し、電荷量の変化を利用して振幅量を検出する方式なども使用可能である。
また、上記各実施形態では、走査型プローブ顕微鏡として走査型近接場顕微鏡に適用したが、他の走査型プローブ顕微鏡に採用しても構わない。例えば、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）等に適用してもよい。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る走査型プローブ顕微鏡によれば、水平微動機構と垂直微動機構とが分割して設置され、垂直微動機構がステージを直接支持しているので、垂直方向において高剛性を得ることができると共に垂直方向の微動ストロークを長くすることができる。また、水平微動機構上に垂直微動機構を直接かつ一体に設けた従来例に比べ、走査機構全体の高さを低くするように配置することも可能となり、倒立顕微鏡との組み合わせが容易となる。したがって、本発明では、高剛性な微動機構により、プローブ、サンプル及びステージの位置及び走査の高精度な制御が可能になり、走査型近接場顕微鏡に適用した場合、集光効率、分解能、光検出器の受光効率及びＳ／Ｎ比等のさらなる向上が可能になって、より高精度かつ正確な測定を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態の走査型プローブ顕微鏡の全体構成を示す概要図である。
【図２】本発明に係る第１実施形態の走査型プローブ顕微鏡における垂直微動機構の上部を示す拡大断面図である。
【図３】本発明に係る第２実施形態の走査型プローブ顕微鏡における要部の構成を示す概要図である。
【図４】本発明に係る第３実施形態の走査型プローブ顕微鏡における要部の構成を示す概要図である。
【図５】本発明に係る従来例の走査型プローブ顕微鏡の全体構成を示す概要図である。
【符号の説明】
２  ステージ
２ａ  鉄プレート（金属部）
７  倒立顕微鏡
８、２８、３８  走査機構
９、４９  水平微動機構
１０、３０  垂直微動機構
１０ｄ  磁石
１１  垂直微動機構台
１２  ボールベアリング
１７  対物レンズ駆動機構
２７  粗動機構
Ｃ  制御部
Ｌ１  対物レンズ
Ｓ  サンプル（被測定物）
Ｐ  プローブ
【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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