(57)【要約】  振動子の光励振Ｑ値コントロールによって、速度計測により計測された速度を励起信号にフィードバックすることにより、減衰項をキャンセルし、感度向上を図ることができる振動子の光励振Ｑ値コントロール方法および装置を提供する。  光励振Ｑ値コントロール装置において、液体中に配置される振動子４と、この振動子４に照射される励起光１０および計測光１１とこの振動子４の励振光１１および計測光１１を出入射する光出入射部９と、この光出入射部９への励起光および計測光の供給部と、この光出入射部９からの計測光の戻り光に基づいて前記振動子のＱ値を見かけ上高め、前記振動子の位置と速度を検出する位置・速度検出部とを具備する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
光励振において、速度計測により直接計測された液体中の振動子の速度を光励起装置にフィードバックすることによって振動子のＱ値を見かけ上高め、該振動子としての感度を高めることを特徴とする振動子の光励振Ｑ値コントロール方法。
【請求項２】
請求項１記載の振動子の光励振Ｑ値コントロール方法において、前記振動子に励起光および計測光を照射し、該振動子の計測光の戻り光を検出し、液体中の振動子の速度を計測することを特徴とする振動子の光励振Ｑ値コントロール方法。
【請求項３】
光励振において、液体中の振動子の位置と速度計測により直接計測された速度を光励起装置にフィードバックすることによって振動子のＱ値を見かけ上高め、該振動子としての感度を高めることを特徴とする振動子の光励振Ｑ値コントロール方法。
【請求項４】
請求項１記載の振動子の光励振Ｑ値コントロール方法において、前記振動子に励起光および計測光を照射し、該振動子の計測光の戻り光を検出し、液体中の振動子の位置と速度計測により直接計測された速度を計測することを特徴とする振動子の光励振Ｑ値コントロール方法。
【請求項５】
請求項１又は３記載の振動子の光励振Ｑ値コントロール方法において、前記液体が水であることを特徴とする振動子の光励振Ｑ値コントロール方法。
【請求項６】
請求項１又は３記載の振動子の光励振Ｑ値コントロール方法において、前記液体がエタノールであることを特徴とする振動子の光励振Ｑ値コントロール方法。
【請求項７】
請求項１又は３記載の振動子の光励振Ｑ値コントロール方法において、光走査により、液に浸した多数の振動子にＱ値コントロールを適用することを特徴とする振動子の光励振Ｑ値コントロール方法。
【請求項８】
請求項７記載の振動子の光励振Ｑ値コントロール方法において、液に浸した細胞中の多数の点の計測を行うことを特徴とする振動子の光励振Ｑ値コントロール方法。
【請求項９】
（ａ）液体中に配置される振動子と、
（ｂ）該振動子に照射される励起光および計測光を出入射する光出入射部と、
（ｃ）該光出入射部への励起光および計測光の供給部と、
（ｄ）前記光出入射部からの計測光の戻り光に基づいて前記振動子のＱ値を見かけ上高め、前記振動子の速度を直接検出する速度検出部とを具備することを特徴とする光励振Ｑ値コントロール装置。
【請求項１０】
請求項９記載の光励振Ｑ値コントロール装置において、前記速度検出部は、ヘテロダインレーザードップラー干渉計からなり、前記速度検出部の出力側にバンドパスフィルタと移相回路とアンプとを直列接続して、前記励起光の供給部にフィードバックすることを特徴とする光励振Ｑ値コントロール装置。
【請求項１１】
（ａ）液体中に配置される振動子と、
（ｂ）該振動子に照射される励起光および計測光を出入射する光出入射部と、
（ｃ）該光出入射部への励起光および計測光の供給部と、
（ｄ）前記光出入射部からの計測光の戻り光に基づいて前記振動子のＱ値を見かけ上高め、前記振動子の位置と速度を検出する位置・速度検出部とを具備することを特徴とする光励振Ｑ値コントロール装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の光励振Ｑ値コントロール装置において、前記位置・速度検出部は、ヘテロダインレーザードップラー干渉計からなり、前記位置・速度検出部の出力側にバンドパスフィルタと移相回路とアンプとを直列接続して、前記励起光の供給部にフィードバックすることを特徴とする光励振Ｑ値コントロール装置。
【請求項１３】
請求項１１記載の光励振Ｑ値コントロール装置において、前記速度検出部は、ヘテロダインレーザードップラー干渉計からなり、該ヘテロダインレーザードップラー干渉計にスーパーヘテロダイン回路を接続して、前記励起光の供給部にフィードバックすることを特徴とする光励振Ｑ値コントロール装置。
【請求項１４】
請求項１１記載の光励振Ｑ値コントロール装置において、前記位置・速度検出部は、ヘテロダインレーザードップラー干渉計からなり、該ヘテロダインレーザードップラー干渉計にスーパーヘテロダイン回路を接続して、前記励起光の供給部にフィードバックすることを特徴とする光励振Ｑ値コントロール装置。
【請求項１５】
請求項９記載の光励振Ｑ値コントロール装置において、帰還により周波数特性が共振周波数近傍で平坦な移相回路を用いることを特徴とする光励振Ｑ値コントロール装置。
【請求項１６】
請求項９記載の光励振Ｑ値コントロール装置において、前記移相回路がＣｄＳとＬＥＤセルを用いた帰還方式であることを特徴とする光励振Ｑ値コントロール装置。
【請求項１７】
請求項９記載の光励振Ｑ値コントロール装置において、該装置が走査型力顕微鏡のカンチレバーの振動特性を制御することを特徴とする光励振Ｑ値コントロール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動子の光励振Ｑ値コントロール方法および装置に係り、特に、液体中における振動子の光励振Ｑ値コントロール方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ピエゾ素子を励振装置に用い、振動子の位置項を移相もしくは微分して得られた速度項と位置項を適切な位相差でフィードバックすることによって振動子の見かけのＱ値を改善する技術があった。【０００３】
また、液の外に磁場コイルを設け、液中のシリコン等のカンチレバーに磁性体を塗布して、励振を行わせる励振装置が開示されている（下記非特許文献１参照）。また、光で液中の振動子を振動させる技術があった。【０００４】
更に、本願発明者によって、試料の光励振機能を有するレーザードップラー干渉計並びにカンチレバーの励振方法が提案されている（下記特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１１４１８２号公報
【非特許文献１】“Ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｏｆ  ＤＮＡ  ｖｉａ  ａｃｔｉｖｅ  ｑｕａｌｉｔｙ  ｆａｃｔｏｒ  ｃｏｎｔｒｏｌ”，Ａ．Ｄ．Ｌ．Ｈｕｍｐｈｒｉｓ，Ａ．Ｎ．Ｒｏｕｎｄ，Ｍ．Ｊ．Ｍｉｌｅｓ，Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，４９１，４６８−４７２，２００１．
【発明の開示】
【０００５】
カンチレバー（振動子）は、液体中では、真空・空気中に比べて粘性によるＱ値の減衰が大きく、カンチレバーの動的特性を用いた計測において問題になっている。また、従来のＱ値コントロールでは速度を直接計測していないため、真の速度項帰還になっておらず、Ｑ値をある程度以上にできないことが問題となっている。
【０００６】
本発明は、上記状況に鑑みて、速度を直接計測し、振動子の光励振Ｑ値コントロールによって、Ｑ値の減衰分を励起信号にフィードバックすることにより、減衰項をキャンセルし、感度向上を図ることができる振動子の光励振Ｑ値コントロール方法および装置を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕振動子の光励振Ｑ値コントロール方法であって、光励振において、速度計測により直接計測された液体中の振動子の速度を光励起装置にフィードバックすることによって振動子のＱ値を見かけ上高め、この振動子としての感度を高めることを特徴とする。
【０００８】
〔２〕上記〔１〕記載の振動子の光励振Ｑ値コントロール方法において、前記振動子に励起光および計測光を照射し、この振動子の計測光の戻り光を検出し、液体中の振動子の速度を計測することを特徴とする。
【０００９】
〔３〕振動子の光励振Ｑ値コントロール方法において、光励振において、液体中の振動子の位置と速度計測により直接計測された速度を光励起装置にフィードバックすることによって振動子のＱ値を見かけ上高め、この振動子としての感度を高めることを特徴とする。
【００１０】
〔４〕上記〔１〕記載の振動子の光励振Ｑ値コントロール方法において、前記振動子に励起光および計測光を照射し、この振動子の計測光の戻り光を検出し、液体中の振動子の位置と速度計測により直接計測された速度を計測することを特徴とする。
【００１１】
〔５〕上記〔１〕又は〔３〕記載の振動子の光励振Ｑ値コントロール方法において、前記液体が水であることを特徴とする。
【００１２】
〔６〕上記〔１〕又は〔３〕記載の振動子の光励振Ｑ値コントロール方法において、前記液体がエタノールであることを特徴とする。
【００１３】
〔７〕上記〔１〕又は〔３〕記載の振動子の光励振Ｑ値コントロール方法において、光走査により、液に浸した多数の振動子にＱ値コントロールを適用することを特徴とする。
【００１４】
〔８〕上記〔７〕記載の振動子の光励振Ｑ値コントロール方法において、液に浸した
細胞中の多数の点の計測を行うことを特徴とする。
【００１５】
〔９〕光励振Ｑ値コントロール装置において、液体中に配置される振動子と、この振動子に照射される励起光および計測光を出入射する光出入射部と、この光出入射部への励起光および計測光の供給部と、前記光出入射部からの計測光の戻り光に基づいて前記振動子のＱ値を見かけ上高め、前記振動子の速度を直接検出する速度検出部とを具備することを特徴とする。
【００１６】
〔１０〕上記〔９〕記載の光励振Ｑ値コントロール装置において、前記速度検出部は、ヘテロダインレーザードップラー干渉計からなり、前記速度検出部の出力側にバンドパスフィルタと移相回路とアンプとを直列接続して、前記励起光の供給部にフィードバックすることを特徴とする。
【００１７】
〔１１〕光励振Ｑ値コントロール装置において、液体中に配置される振動子と、この振動子に照射される励起光および計測光を出入射する光出入射部と、この光出入射部への励起光および計測光の供給部と、前記光出入射部からの計測光の戻り光に基づいて前記振動子のＱ値を見かけ上高め、前記振動子の位置と速度を検出する位置・速度検出部とを具備することを特徴とする。
【００１８】
〔１２〕上記〔１１〕記載の光励振Ｑ値コントロール装置において、前記位置・速度検出部は、ヘテロダインレーザードップラー干渉計からなり、前記位置・速度検出部の出力側にバンドパスフィルタと移相回路とアンプとを直列接続して、前記励起光の供給部にフィードバックすることを特徴とする。
【００１９】
〔１３〕上記〔１１〕記載の光励振Ｑ値コントロール装置において、前記速度検出部は、ヘテロダインレーザードップラー干渉計からなり、このヘテロダインレーザードップラー干渉計にスーパーヘテロダイン回路を接続して、前記励起光の供給部にフィードバックすることを特徴とする。
【００２０】
〔１４〕上記〔１１〕記載の光励振Ｑ値コントロール装置において、前記位置・速度検出部は、ヘテロダインレーザードップラー干渉計からなり、このヘテロダインレーザードップラー干渉計にスーパーヘテロダイン回路を接続して、前記励起光の供給部にフィードバックすることを特徴とする。
【００２１】
〔１５〕上記〔９〕記載の光励振Ｑ値コントロール装置において、帰還により周波数特性が共振周波数近傍で平坦な移相回路を用いることを特徴とする。
【００２２】
〔１６〕上記〔９〕記載の光励振Ｑ値コントロール装置において、前記移相回路がＣｄＳとＬＥＤセルを用いた帰還方式であることを特徴とする。
【００２３】
〔１７〕上記〔９〕記載の光励振Ｑ値コントロール装置において、この装置が走査型力顕微鏡のカンチレバーの振動特性を制御することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例を示すシステム全体構成図である。
【図２】本発明の実施例を示すカンチレバー（振動子）部分の模式図である。
【図３】本発明にかかるＱ値コントロールを用いたカンチレバーの振動特性図（その１）である。
【図４】図３の縦軸を対数表示とした本発明のＱ値コントロールを用いたカンチレバーの振動特性図である。
【図５】図３に示す本発明のＱ値コントロールを用いたカンチレバーの振動特性図（その２）である。
【図６】エタノールと水中でのカンチレバーの振動特性の比較を示す図である。
【図７】本発明のＱ値コントロールを行わなかった場合のカンチレバーの振動特性を示す図である。
【図８】本発明の帰還により共振周波数近傍で周波数特性が平坦な移相回路の図である。
【図９】図８に示した共振周波数近傍で平坦な周波数特性を有する移相回路の周波数特性図である。
【図１０】図１に示す本発明の装置において、移相回路として図８に示す移相回路を用いた場合のカンチレバーの振動特性図（その１）である。
【図１１】図１に示す本発明の装置において、移相回路として図８に示す移相回路を用いた場合のカンチレバーの振動特性図（その２）である。
【図１２】本発明にかかるＱ値コントロールを用いたカンチレバーの振動特性制御において、自己生成分子膜をカンチレバー上に生成させた時の振動特性の変化を示す図である。
【図１３】本発明の他の実施例を示すシステムの部分構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
光励振Ｑ値コントロール装置において、液体中に配置される振動子と、この振動子に照射される励起光および計測光を出入射する光出入射部と、この光出入射部への励起光および計測光の供給部と、前記光出入射部からの計測光の戻り光に基づいて前記振動子のＱ値を見かけ上高め、前記振動子の位置と速度を検出する位置・速度検出部とを具備する。また、帰還により共振周波数近傍で平坦な周波数特性を有する移相回路を具備する。よって、振動子のＱ値コントロールが可能となり、振動子型センサの感度向上に寄与することができる。【００２６】
また、ヘテロダインレーザードップラー計により速度を直接計測することができるので、位置を計測し、その微分を電気的に求めて、速度信号を得る装置よりもノイズに強いものを得ることができる。また、ヘテロダインレーザードップラー計により速度を求めているため、ヘテロダイン計測の周波数と振動周波数を大きく異なるものに設定し、計測と励振の混信が極めて少なく、帰還ゲインを大きくしても発振の生じない、Ｑ値コントロールによる高いＱ値の実現が可能である。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。【００２８】
図１は本発明の実施例を示すシステム全体構成図、図２はそのカンチレバー（振動子）部分の模式図である。【００２９】
この図において、１は液体容器、２は液体容器１中の試料、３はカバーガラス、４はカンチレバー（振動子）、５は励起レーザー装置（ＬＤ）、６は励起レーザー装置５から励起光（λ＝７８０ｎｍ）１０を伝搬する光ファイバ、７は第１のＰＢＳ（ポラライジングビームスプリッタ）、８は第２のＰＢＳ、９は光出入射部（センサヘッド）〔位相板および対物レンズ（図示なし）を含む〕、１１は計測光（λ＝６３２ｎｍ）、１２はその計測光１１を伝搬する光ファイバ、１３はその光ファイバ１２に接続され、計測光１１を照射するとともに、カンチレバー４からの計測光１１の戻り光を受信し、それらの光の差信号からカンチレバー４の位置および又は速度を計測するヘテロダインレーザードップラー干渉計、１４はヘテロダインレーザードップラー干渉計１３の出力側に接続されるバンドパスフィルタ（ｆC
＝１ｋＨｚ，１ＭＨｚ）、１５はバンドパスフィルタ１４に接続される移相回路（ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔ  ｃｉｒｃｕｉｔ）、１６は移相回路１５に接続されるアンプ、１７は励起レーザー装置５に接続されるとともに、アンプ１６に接続される加算器、１８は加算器１７の出力側に接続されるとともに、ヘテロダインレーザードップラー干渉計１３の出力側に接続されるサーボ・アナライザーである。なお、図２に示したように、カンチレバーの異なった位置に励起光と計測光を照射することにより、精度の高い計測を行うことができるが、励起光と計測光を束ねてカンチレバーの同じ箇所に照射するようにしてもよい。そのように励起光と計測光を束ねた場合には、特に多数のカンチレバーが配置されるような場合の光走査を容易に行うことができる利点がある。【００３０】
そこで、励起レーザー装置（ＬＤ）５から照射された励起光１０が、光ファイバ６→第１のＰＢＳ７→第２のＰＢＳ８→光出入射部９を介してカンチレバー４に照射されるとともに、計測光１１もカンチレバー４に照射される。すると、カンチレバー４は光励振され、その計測光１１の戻り光が光出入射部９→第２のＰＢＳ８→光ファイバ１２→ヘテロダインレーザードップラー干渉計１３へと返り、ヘテロダインレーザードップラー干渉計１３では、計測光１１とその計測光の戻り光との差信号によって、カンチレバー４の位置および又は速度を計測する。ヘテロダインレーザードップラー干渉計１３からの出力はサーボ・アナライザー１８へと入力されるとともに、ヘテロダインレーザードップラー干渉計１３→バンドパスフィルタ１４→移相回路１５→アンプ１６→加算器１７→励起レーザー装置（ＬＤ）５へとフィードバックされる。【００３１】
本発明は、振動子の光励振Ｑ値コントロール方法において、光励振において、液体中の振動子の速度を光励起装置にフィードバックすることによって振動子のＱ値を見かけ上高め、振動子としての感度を高めることを特徴とする。【００３２】
また、本発明は、光励振Ｑ値コントロール装置であって、液体中に配置される振動子と、この振動子に照射される励起光および計測光を出入射する光出入射部と、この光出入射部への励起光および計測光の供給部と、この光出入射部からの計測光の戻り光に基づいて前記振動子のＱ値を見かけ上高め、前記振動子の速度を検出する速度検出部とを具備する。【００３３】
さらに、前記振動子に励起光および計測光を照射し、この振動子の計測光の戻り光を検出し、液体中の振動子の速度を計測する。特に、ヘテロダインレーザードップラー干渉計により速度を直接計測することができるので、位置を計測し、その微分を電気的に求めて、速度信号を得る装置よりもノイズに強いものを得ることができる。また、高集積のカンチレバーアレーに適用可能であり、光走査化が可能である。また、液振が少ない、つまりノイズを少なくすることができる。【００３４】
また、振動子（微小カンチレバー）の光励振において、位置項と速度項をそれぞれ帰還することによって、振動子の置かれた環境による減衰項を打ち消し、振動子のＱ値を見かけ上変えることができる。【００３５】
実験では、振動子として市販のコンタクトモード用カンチレバー（長さｌ＝１００μｍ、幅ｗ＝２０μｍ、厚さｔ＝０．８μｍ）を用いた。共振周波数は６９ｋＨｚであり、その他の条件は、対物レンズは１０倍（オリンパス、ＩＲ補正なし、対空気・真空用）、ヘテロダインレーザードップラー干渉計は１００ＭＨｚまで計測可能なものを使用した。励起レーザー装置としてのＬＤ電流は５１．８ｍＡである。【００３６】
図３は本発明のＱ値コントロールを用いたカンチレバーの振動特性図（その１）であり、この図３において、横軸は周波数（ｋＨｚ）、縦軸は振幅（ｎｍ）を示している。ここでは、水中光励振を行っており、カンチレバーはオリンパスコンタクトモード用カンチレバー幅２０μｍ、長さ１００μｍ、厚さ０．８μｍ、真空中の共振周波数は７８ｋＨｚであり、フィードバックする速度信号のゲインを変えて測定している。移相回路１５の入出力間の位相差Δφは９０度に固定している。【００３７】
この図において、曲線ａはＱ値コントロールあり（本発明：ゲイン６）、曲線ｂはＱ値コントロールあり（本発明：ゲイン４）、曲線ｃはＱ値コントロールあり（本発明：ゲイン２）、曲線ｄはＱ値コントロールなしである。この図より明らかなように、本発明のＱ値コントロールによってＱ値が向上した。【００３８】
図４は図３の縦軸を対数表示とした本発明のＱ値コントロールを用いたカンチレバーの振動特性図であり、２次モードが現れた。【００３９】
図５は図３に示す本発明のＱ値コントロールを用いたカンチレバーの振動特性図（その２）である。この図において、曲線ａはＱ値コントロールあり（本発明：ゲイン７）、曲線ｂはＱ値コントロールあり（本発明：ゲイン５）、曲線ｃはＱ値コントロールあり（本発明：ゲイン４）、曲線ｄはＱ値コントロールあり（本発明：ゲイン３）、曲線ｅはＱ値コントロールなしである。【００４０】
この図から明らかなように、本発明においては、Ｑ値コントロールによってＱ値を向上させることができる。また、ゲインが大きくなるにしたがって、Ｑ値を大きくすることができることが明らかとなった。【００４１】
図６はエタノールと水中でのカンチレバーの振動特性の比較を示す図である。この図において、曲線ａは水、曲線ｂはエタノールの場合を示している。【００４２】
この図では図３、図４と同じ条件でエタノール中の測定を試みたが、自励に入った。エタノールの方が水より粘性が低く、自励しやすいためだと思われる。【００４３】
この図から明らかなように、粘性の低いエタノールの方は、共振周波数が高い方にシフトしている。【００４４】
また、本発明のＱ値コントロールを行わなかった場合の結果を示す図７に比べて、粘性の違いによる共振周波数のシフト量の差が小さくなっている。これは、Ｑ値コントロールによって減衰率が見かけ上小さくなったことに起因する。なお、図７において、ａは水、ｂはエタノール、ｃは水とエタノールが１：１の溶液である。【００４５】
図８は、本発明の帰還により共振周波数近傍で周波数特性が平坦な移相回路の図である。なお、この移相回路は、図１における移相回路１５に対応している。【００４６】
この図において、２１は入力信号、２２はＣｄＳ−ＬＥＤセル、２３，２４，２６，２９，３０，３１は増幅器（オペアンプ）、２５，２７は比較器、２８は乗算器（マルチプライアー）、３２はトランジスタ、３３は出力信号、ＶEEは−１０Ｖ、ＶCCは＋１０Ｖである。【００４７】
ここでは、バンドパスフィルタ１４（図１参照）から入力された入力信号２１はアンプ１６（図１参照）へと出力されるが、両者の移相関係が、周波数に依らず平坦になるように、ＣｄＳ−ＬＥＤセル２２による帰還によって実現されている。【００４８】
図９は、図８に示す移相回路によって平坦な移相特性が得られている結果を示している。図９において、Ａが本発明の移相回路によって出力される平坦な移相特性を示す線、Ｂが従来の移相回路（フィードバック機能を有しない）によって出力される移相特性を示す線である。【００４９】
この図に示すように、本発明による移相回路によれば、周波数に依らず平坦なゲイン（ｄＢ）を得ることができることが分かる。【００５０】
図１０は、図１に示す本発明の装置において、移相回路として図８に示す移相回路を用いた場合のカンチレバーの振動特性図（その１）である。本発明による光励振Ｑコントロールを行っていない場合ＣではＱ値が２であるが、本発明による光励振Ｑコントロールを行った場合ＤではＱ値が６２０となっており、かつ、意図しない発振が生じないことが示されている。【００５１】
図１１は、図１に示す本発明の装置において、移相回路として図８に示す移相回路を用いた場合のカンチレバーの振動特性図（その２）である。見かけのＱ値が高められているため、共振周波数において、急激に位相が変化していることが分かる。つまり、位相や周波数の変化からカンチレバーによる場や質量の検出が高感度で実現できることを示している。【００５２】
図１２は、本発明にかかるＱ値コントロールを用いたカンチレバーの振動特性制御において、自己生成分子膜をカンチレバー上に生成させた時の振動特性の変化を示す図である。図１２において、Ｅ（図１０におけるＤに対応）はＱ値コントロールを用いてカンチレバーが純水中で振動する場合の特性、Ｆ，ＧはＱ値コントロールを用いて微量の自己生成分子を純水に混ぜた状態中でカンチレバーが振動する場合の特性を示しており、このことから、Ｑ値コントロールを用いたカンチレバーは、敏感に自己生成分子の吸着を検出していることが分かる。概算で、ｆｇからｐｇオーダーの質量検出が実現されていることが分かる。【００５３】
また、振動子の光励振Ｑ値コントロール方法において、光走査により、液に浸した多数の振動子にＱ値コントロールを適用することができる。【００５４】
さらに、振動子の光励振Ｑ値コントロール方法において、液に浸した多数の振動子にＱ値コントロールを適用できるので、液に浸した細胞中の多数の点の計測を行うことができる。さらに、振動子の光励振Ｑ値コントロール方法を液に浸した一個もしくは多数のカンチレバーの振動制御に適応し、高分解能の走査型力顕微鏡が実現できる。【００５５】
図１３は本発明の他の実施例を示すシステムの部分構成図である。すなわち、図１のシステムの一部を変更している。【００５６】
図１３に示すように、４０はスーパーヘテロダイン回路であり、このスーパーヘテロダイン回路４０は、局部発振器４１、ミキサ（周波数混合器）４２，４５、バンドパスフィルタ４３、移相回路（フィードバック機能なし）４４からなる。【００５７】
ここで、局部発振器４１は、サーボ・アナライザー１８の出力する周波数ｆ1 よりｆ0 だけ低い、又は周波数ｆ1
より高いｆ2 を出力する。ヘテロダインレーザードップラー干渉計１３の出力周波数は、サーボ・アナライザー１８の出力する周波数ｆ1
と等しい。本発明では、周波数ｆ1 自体が変化するので、上記した局部発振器４１の条件を満足するためには、周波数ｆ1 ＋ｆ0
またはｆ1 −ｆ0 を発生する。【００５８】
このように、本発明の光励振Ｑ値コントロール装置において、速度検出部は、ヘテロダインレーザードップラー干渉計１３からなり、このヘテロダインレーザードップラー干渉計１３にスーパーヘテロダイン回路４０を接続して、励起光の供給部である励起レーザー装置（ＬＤ）５（図１参照）にフィードバックするように構成している。【００５９】
また、本発明の光励振Ｑ値コントロール装置において、位置・速度検出部は、ヘテロダインレーザードップラー干渉計１３からなり、このヘテロダインレーザードップラー干渉計１３にスーパーヘテロダイン回路４０を接続して、励起光の供給部である励起レーザー装置（ＬＤ）５（図１参照）にフィードバックするようにしている。このように構成した場合には、移相回路４４はフィードバック機能を有しない従来の移相回路を用いることができる。【００６０】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。【００６１】
本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。【００６２】
（１）光励振では、変位や速度を検出する光検出計と組み合わせることによって、光を当てるだけで振動子や振動子アレーをセンサに用いることが可能となる。さらに、Ｑ値コントロールによって、物質検出の感度や、走査型プローブ顕微鏡のカンチレバーに用いた場合の像の改善が得られる。つまり、従来の、ピエゾ素子対カンチレバー一個、という組合せに規制されない展開が、光励振にＱ値コントロールを導入することで期待できる。【００６３】
（２）ヘテロダインレーザードップラー計により速度を直接計測することができるので、位置を計測し、その微分を電気的に求めて、速度信号を得る装置よりもノイズに強いものを得ることができる。また、高集積のカンチレバーアレーに適用可能であり、光走査化が可能である。また、液振が少ない、つまりノイズを少なくすることができる。【００６４】
（３）光で励振される振動子に対して同様の速度項と位置項の帰還を行うことにより、振動子のＱ値コントロールを可能とする。光を当てるだけでターゲットの励振、振動検出、Ｑ値コントロールが可能となり、振動子型センサの感度向上に寄与することができる。【００６５】
（４）従来技術のように、磁性体をシリコン等のカンチレバーに塗布する必要がないため、より高いＱ値が期待できる。【００６６】
（５）光走査により、液に浸した多数の振動子にＱ値コントロールを適用し、例えば、
細胞中の多数の点の計測を行うことができる。【００６７】
（６）ヘテロダインレーザードップラー計により直接速度を計測しているため、ヘテロダイン法のキャリア周波数と振動周波数を大きく異なるものとすることができ、発振の生じない、高いＱ値制御が可能となる。【００６８】
（７）帰還により共振周波数近傍に平坦な周波数特性を有する移相回路により、発振の生じない、高いＱ値制御が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明の振動子の光励振Ｑ値コントロール方法および装置は、走査型顕微鏡と組み合わせることにより、物質同定やナノバイオメカニクス、創薬へ利用することができる。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年4月6日(2007.4.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光励振において、速度計測により直接計測された液体中の振動子の速度を光励起装置にフィードバックすることによって振動子のＱ値を見かけ上高め、該振動子としての感度を高める振動子の光励振Ｑ値コントロール方法であって、前記振動子に励起光および計測光を照射し、該振動子の計測光の戻り光を検出し、液体中の振動子の位置と速度計測により直接計測された速度を計測することを特徴とする振動子の光励振Ｑ値コントロール方法。
【請求項２】
請求項１記載の振動子の光励振Ｑ値コントロール方法において、前記液体が水であることを特徴とする振動子の光励振Ｑ値コントロール方法。
【請求項３】
請求項１記載の振動子の光励振Ｑ値コントロール方法において、前記液体がエタノールであることを特徴とする振動子の光励振Ｑ値コントロール方法。
【請求項４】
請求項１記載の振動子の光励振Ｑ値コントロール方法において、光走査により、液に浸した多数の振動子にＱ値コントロールを適用することを特徴とする振動子の光励振Ｑ値コントロール方法。
【請求項５】
請求項４記載の振動子の光励振Ｑ値コントロール方法において、液に浸した細胞中の多数の点の計測を行うことを特徴とする振動子の光励振Ｑ値コントロール方法。
【請求項６】
（ａ）液体中に配置される振動子と、
（ｂ）該振動子に照射される励起光および計測光を出入射する光出入射部と、
（ｃ）該光出入射部への励起光および計測光の供給部と、
（ｄ）前記光出入射部からの計測光の戻り光に基づいて前記振動子のＱ値を見かけ上高め、前記振動子の位置と速度を検出する位置・速度検出部とを具備することを特徴とする光励振Ｑ値コントロール装置。
【請求項７】
請求項６記載の光励振Ｑ値コントロール装置において、前記位置・速度検出部は、ヘテロダインレーザードップラー干渉計からなり、前記位置・速度検出部の出力側にバンドパスフィルタと移相回路とアンプとを直列接続して、前記励起光の供給部にフィードバックすることを特徴とする光励振Ｑ値コントロール装置。
【請求項８】
請求項６記載の光励振Ｑ値コントロール装置において、前記位置・速度検出部は、ヘテロダインレーザードップラー干渉計からなり、該ヘテロダインレーザードップラー干渉計にスーパーヘテロダイン回路を接続して、前記励起光の供給部にフィードバックすることを特徴とする光励振Ｑ値コントロール装置。
【請求項９】
請求項６記載の光励振Ｑ値コントロール装置において、前記位置・速度検出部は、ヘテロダインレーザードップラー干渉計からなり、該ヘテロダインレーザードップラー干渉計にスーパーヘテロダイン回路を接続して、前記励起光の供給部にフィードバックすることを特徴とする光励振Ｑ値コントロール装置。
【請求項１０】
請求項６記載の光励振Ｑ値コントロール装置において、帰還により周波数特性が共振周波数近傍で平坦な移相回路を用いることを特徴とする光励振Ｑ値コントロール装置。
【請求項１１】
請求項７記載の光励振Ｑ値コントロール装置において、前記移相回路がＣｄＳとＬＥＤセルを用いた帰還方式であることを特徴とする光励振Ｑ値コントロール装置。
【請求項１２】
請求項７記載の光励振Ｑ値コントロール装置において、該装置が走査型力顕微鏡のカンチレバーの振動特性を制御することを特徴とする光励振Ｑ値コントロール装置。
【国際調査報告】
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