JP4104431B2

JP4104431B2 - 走査装置及びこの走査装置を用いた走査型プローブ顕微鏡

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Publication number: JP4104431B2
Application number: JP2002328381A
Authority: JP
Inventors: 修一伊東
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Filing date: 2002-11-12
Publication date: 2008-06-18
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査装置及びこの走査装置を用いた走査型プローブ顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カウンタバランス機構を有した走査装置が知られている。例えば特許文献１にはこのような走査装置を用いた走査型プローブ顕微鏡が開示されている。図６はこの走査型プローブ顕微鏡の概略図である。走査型プローブ顕微鏡は、対向して配置され、Ｚ方向に伸縮する２本のスキャナ１００２，１００３、Ｚスキャナ固定部１００１、ＸＹスキャナ１００４、カンチレバー１及び支持部１０１０を有している。スキャナ１００２が伸縮すると、カンチレバー１がＺスキャナ固定部１００１に対してＺ方向に移動する。このとき、スキャナ１００２には運動量が発生する。この運動量はＺスキャナ固定部１００１に伝わり、Ｚスキャナ固定部１００１に振動が発生する。
【０００３】
この振動を抑制するために、スキャナ１００２，１００３は、同時に逆方向に伸縮する。図６にはそれぞれがＺスキャナ固定部１００１に及ぼす力Ｆ_Ｄ（実線），Ｆ_Ｄ’（点線）が示されている。その際に、スキャナ１００３は、スキャナ１００２がＺスキャナ固定部１００１に与える運動量を打ち消す運動量を発生する。このため、Ｚスキャナ固定部１００１に不要な振動が発生しなくなる。このような現象をカウンタバランスという。カウンタバランスにより、ＸＹスキャナ１００４には不要な振動が発生することがない。その結果、安定した測定ができる。
【０００４】
特許文献２には別のカウンタバランス機構を有した走査装置が開示されている。図７（Ａ）はこの走査装置の上面図であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）の７Ｂ−７Ｂ断面線で切断された走査装置の断面図である。平板状である移動部１０１の周縁部は固定部１１０により囲まれている。移動部１０１と固定部１１０との間には隙間がある。移動部１０１の上面はＺ方向に向けられている。Ｘ方向に面する移動部１０１の対向する２つの周縁部にはそれぞれ弾性部材１１２ａ，１１２ｂが、Ｙ方向に面する移動部１０１の対向する２つの周縁部にはそれぞれ弾性部材１１１ａ，１１１ｂが固定されている。弾性部材１１１ａ，１１１ｂと固定部１１０との間には、Ｘ方向に移動部１０１を移動させるアクチュエータ１０４ａ，１０４ｂがそれぞれ配置されている。弾性部材１１２ａ，１１２ｂと固定部１１０との間には、Ｙ方向に移動部１０１を移動させるアクチュエータ１０５ａ，１０５ｂがそれぞれ配置されている。Ｚ方向に伸縮するアクチュエータ１１０１が移動部１０１の中央を貫いている。アクチュエータ１１０１は積層型圧電体を含んでいる。アクチュエータ１１０１は移動部１０１に接着されている。アクチュエータ１１０１の一端には走査対象物が取り付けられる。各アクチュエータを伸縮させることにより、走査対象物を固定部１１０に対して３次元方向に移動させることができる。
【０００５】
アクチュエータ１１０１の積層型圧電体に電圧を印加すると、移動部１０１を挟んだアクチュエータ１１０１の両側は対称的に伸縮する。即ち、アクチュエータ１１０１の両端面は逆向きに動く。この結果、カウンタバランスが起こるので、移動部１０１に不要な振動が発生しない。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第６３２３４８３号明細書
【０００７】
【特許文献２】
特開２００１−３３０４２５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
（１）特許文献１の欠点は以下に述べるようなものである。カウンタバランスが適切に起こらないとＺスキャナ固定部１００１の振動が抑制されない。スキャナ１００３の力Ｆ_Ｄとスキャナ１００２の力Ｆ_Ｄ’の比を適切に設定することによりカウンタバランスは調整される。力Ｆ_Ｄと力Ｆ_Ｄ’の比を適切に設定するには振動を検出する必要がある。カンチレバーを用いた走査型プローブ顕微鏡はカンチレバーの変位を検出する変位センサを有している。カンチレバーを試料に近接させた状態でカンチレバーの変位を検出すれば振動を検出することができる。
【０００９】
カンチレバーに取り付けられている探針の寸法は数ｎｍであり、極めて鋭い。カウンタバランスが大きくずれていて、強い振動が起こると、探針が破損したり、探針が試料に接触したりするおそれがある。
【００１０】
特許文献１の走査型プローブ顕微鏡のように走査装置がカンチレバーを走査する場合には、Ｚスキャナ固定部１００１の振動は比較的鋭敏にカンチレバーに伝わるので、振動の検出が容易である。一方、走査装置が試料を走査する場合には、振動が試料などで吸収されるので振動がカンチレバーに伝わりにくい。従って、振動を精度良く検出できないので、カウンタバランスを適切に調節することが難しい。さらに、走査装置が試料を走査する場合、試料を交換するとＺスキャナの負荷が変化する。このため、試料の交換毎にカウンタバランスを調整する必要がある。
【００１１】
（２）特許文献２の欠点は以下に述べるようなものである。Ｚ方向に伸縮するアクチュエータ１１０１の両側が移動部１０１にそれぞれ与える運動量は、特許文献１の走査装置のように、独立に変えることができない。従って、カウンタバランスを調整することができない。
【００１２】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、カウンタバランスがずれたときに容易にカウンタバランスを調整することが可能な走査装置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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係わる走査装置は、
移動部と、
移動部を平面内で移動させる２次元駆動部と、
前記移動部と走査対象物との間に配置されるよう移動部に固定されていて、印加される電圧に応じて伸縮する１次元駆動部であって、前記平面と直交するＺ方向に伸縮して走査対象物をＺ方向に移動させる１次元駆動部と、
移動部を挟んで１次元駆動部と対向するよう移動部に固定されていて、印加される電圧に応じて伸縮する相殺駆動部であって、Ｚ方向に伸縮することにより移動部にＺ方向の運動量を与えて、１次元駆動部が伸縮するときに移動部に与えるＺ方向の運動量を打ち消す相殺駆動部と、
１次元駆動部と相殺駆動部のそれぞれの伸縮量に応じた第１信号電圧及び第２信号電圧をそれぞれ生成する信号電圧生成部と、
前記第１及び第２信号電圧を増幅し、増幅した第１及び第２信号電圧をそれぞれ１次元駆動部と相殺駆動部に向けて出力する高圧アンプと、
高圧アンプの第１信号電圧用及び第２信号電圧用のゲインを調整するゲイン調整部と、
１次元駆動部により与えられる運動量と相殺駆動部により与えられる運動量との間に差が生じたときに発生する移動部の駆動振動を検出する駆動振動検出手段と、
を備えており、
高圧アンプの前記ゲインは、駆動振動検出手段により検出される駆動振動が抑制されるよう、ゲイン調整部によりそれぞれ調整される。
【００１４】
本発明の請求項２に係わる走査装置では、前記２次元駆動部は、前記移動部を移動させる圧電素子を有しており、この圧電素子は前記駆動振動に応じて伸縮して電圧を発生し、
前記駆動振動検出手段は、この圧電素子が発生する電圧を検出する電圧検出回路と、この検出された電圧に基づいて駆動振動を取得する駆動振動取得部を有している。
【００１５】
本発明の請求項３に係わる走査装置では、前記２次元駆動部の圧電素子は積層圧電体を含んでいる。
【００１６】
本発明の請求項４に係わる走査装置では、前記２次元駆動部の圧電素子は円筒形圧電体を含んでいる。
【００１７】
本発明の請求項５に係わる走査装置では、前記駆動振動検出手段は、前記駆動振動に応じて歪む歪みゲージと、この歪みゲージの歪みに基づいて駆動振動を取得する駆動振動取得部を有している。
【００１８】
本発明の請求項６に係わる走査装置は、前記駆動振動検出手段により検出された駆動振動に基づいて、駆動振動が抑制されるよう前記ゲイン調整部を制御する処理部をさらに備えている。
【００１９】
本発明の請求項７に係わる走査型プローブ顕微鏡は、前記走査装置を備えており、前記走査対象物は試料を保持する試料保持部と、試料に沿って走査されるプローブとのいずれか一方を含む。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１〜図５を参照して、本発明の実施の形態に係わる走査装置及びこの走査装置を用いた走査型プローブ顕微鏡を説明する。先ず、図１（Ａ）、図１（Ｂ）及び図２を参照して本発明の第１の実施の形態の走査装置及びこの走査装置を用いた走査型プローブ顕微鏡を説明する。図１（Ａ）は走査装置を備えた走査型プローブ顕微鏡の一部の平面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ断面線で切断された走査型プローブ顕微鏡の断面図である。本実施の形態の走査装置は、図７を参照して説明した特許文献２の走査装置に含まれた構成要素と実質的に同じものを含んでいる。実質的に同じ構成要素には同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２１】
（構成）
本実施の形態の走査装置は２次元駆動部、１次元駆動部及び相殺駆動部を有している。２次元駆動部は移動部１０１をＸＹ平面内で移動させる。１次元駆動部はＸＹ平面と直交するＺ方向に伸縮して走査対象物をＺ方向に移動させる。相殺駆動部は、Ｚ方向に伸縮することにより移動部１０１にＺ方向の運動量を与えて、１次元駆動部が伸縮するときに移動部１０１に与えるＺ方向の運動量を打ち消す。
【００２２】
本実施の形態の走査装置は、走査対象物をＺ方向に移動させるために、アクチュエータ１１０１の代わりにアクチュエータ１０２を備えている。アクチュエータ１０２は１次元駆動部に含まれている。アクチュエータ１０２は移動部１０１と走査対象物との間に配置されるよう移動部１０１に固定されていて、印加される電圧に応じて伸縮する。走査対象物は試料を保持する試料保持部と、試料に沿って走査されるプローブとのいずれか一方を含む。本実施の形態では走査対象物は試料１を保持する試料保持部１ａを含む。アクチュエータ１０２はＺ方向に延びており、一端が移動部１０１の中心に固定されている。他端には試料保持部１ａが固定されている。アクチュエータ１０２はＺ方向に伸縮して試料保持部１ａを移動させる。アクチュエータ１０４ａ，１０４ｂ，１０５ａ，１０５ｂは２次元駆動部に含まれており、それぞれ積層圧電体を含んでいる圧電素子により形成されている。
【００２３】
アクチュエータ１０３が移動部１０１を挟んで１次元駆動部（アクチュエータ１０２）と対向するよう移動部１０１に固定されている。アクチュエータ１０３は相殺駆動部に含まれている。アクチュエータ１０３は印加される電圧に応じて伸縮する。アクチュエータ１０３もアクチュエータ１０２と同様にＺ方向に延びており、一端が移動部１０１の中心に固定されている。他端には重量体２が固定されている。重量体２の質量は試料保持部１ａの質量と試料１の質量との和に等しい。
【００２４】
アクチュエータ１０２は試料保持部１ａを移動させるために伸縮する。このとき、アクチュエータ１０２は移動部１０１に運動量を与える。この運動量は移動部１０１の駆動振動を引き起こす。アクチュエータ１０３はアクチュエータ１０２が縮むときに縮み、アクチュエータ１０２が伸びるときに伸びる。このときアクチュエータ１０３はアクチュエータ１０２が与える運動量を打ち消す運動量を移動部１０１に与える。この結果、カウンタバランスが起こり、移動部１０１の振動が抑制される。
【００２５】
図２は走査装置の制御要素のブロック図である。図２は図１（Ａ）のＳ−Ｓ断面線で切断された走査型プローブ顕微鏡の断面図を含んでいる。信号電圧生成部は、１次元駆動部と相殺駆動部のそれぞれの伸縮量に応じた第１信号電圧及び第２信号電圧をそれぞれ生成する。この第１及び第２信号電圧は高圧アンプ１４により増幅される。高圧アンプ１４は増幅した第１及び第２信号電圧をそれぞれ１次元駆動部と相殺駆動部に向けて出力する。高圧アンプ１４の第１信号電圧用及び第２信号電圧用のゲインはゲイン調整部により調整される。１次元駆動部により移動部１０１に与えられる運動量と相殺駆動部により移動部１０１に与えられる運動量との間に差が生じたとき、移動部１０１には駆動振動が発生する。駆動振動は駆動振動検出手段により検出される。第１信号電圧用及び第２信号電圧用のゲインは、駆動振動検出手段により検出される駆動振動が抑制されるよう、ゲイン調整部によりそれぞれ調整される。
【００２６】
走査制御回路１１は、試料１の走査経路の指示を受け、指示された走査経路に基づいて第１及び第２信号電圧を出力する。走査制御回路１１は信号電圧生成部に含まれている。走査制御回路１１には、第１ゲイン調整器１２と、第２ゲイン調整器１３が接続されている。第１及び第２ゲイン調整器１２，１３はゲイン調整部に含まれている。第１ゲイン調整器１２と第２ゲイン調整器１３から出力された第１信号電圧及び第２信号電圧は、高圧アンプ１４に入力される。高圧アンプ１４によりそれぞれ増幅された第１信号電圧Ｖｚ１と第２信号電圧Ｖｚ２はそれぞれアクチュエータ１０３とアクチュエータ１０２に入力される。アクチュエータ１０４ａの伸縮量を指示する信号電圧は、走査制御回路１１により生成され、高圧アンプ１４により増幅される。増幅されたアクチュエータ１０４ａの信号電圧Ｖｘａはアクチュエータ１０４ａの圧電素子に印加される。アクチュエータ１０４ａは信号電圧Ｖｘａに応じて移動部１０１を移動させる。
【００２７】
アクチュエータ１０４ａは移動部１０１を移動させるだけでなく、駆動振動を検出するためにも用いられる。移動部１０１に駆動振動が発生すると、アクチュエータ１０４ａの圧電素子は移動部１０１の駆動振動に応じて伸縮して電圧Ｖｘｓを発生する。アクチュエータ１０４ａには圧電素子が発生する電圧Ｖｘｓを検出する電圧検出回路１５が接続されている。電圧検出回路１５には電圧Ｖｘｓの周波数特性を表示するための周波数特性表示装置１６が接続されている。周波数特性表示装置１６は電圧Ｖｘｓに基づいて駆動振動を取得する駆動振動取得部に含まれている。電圧検出回路１５と駆動振動取得部は駆動振動検出手段に含まれている。
【００２８】
（作用）
本実施の形態の走査装置を用いれば、以下のようにして容易にＺ方向のカウンタバランスを調整できる。最初に、カウンタバランスのずれの程度を検出する。カウンタバランスを調整する際には、正弦波形をもつ第１信号電圧Ｖｚ１、第２信号電圧Ｖｚ２をアクチュエータ１０３，１０２に印加する。先ず、電圧Ｖｚ１，Ｖｚ２が等しくなるよう、第１ゲイン調整器１２と第２ゲイン調整器１３を用いて高圧アンプ１４の各ゲインを１に設定する。次に、電圧Ｖｚ１，Ｖｚ２の周波数を同時にスイープさせながら、電圧Ｖｚ１，Ｖｚ２をアクチュエータ１０３，１０２に印加する。アクチュエータ１０３，１０２が移動部１０１に与える運動量の大きさが等しくないと、与えられる２つの運動量の差分と等しい運動量が移動部１０１に発生し、移動部１０１の駆動振動が起こる。駆動振動はアクチュエータ１０４ａを伸縮させる。このとき、アクチュエータ１０４ａに含まれた積層圧電体で圧電効果が起こり、駆動振動に応じた電圧Ｖｘｓが発生する。電圧検出回路１５により検出された電圧Ｖｘｓに基づいて周波数特性表示装置１６は電圧Ｖｘｓの周波数特性を表示する。
【００２９】
スイープする電圧Ｖｚ１，Ｖｚ２の周波数の範囲は、移動部１０１を含む振動系の共振周波数に基づいて決められる。移動部１０１はＸＹ平面内で移動するように設計されている。このため、１次の振動モードはＸ方向（Ｙ方向）の振動に関するモードになる。このように設計された移動部１０１はＺ方向にも振動する。Ｚ方向の振動に関するモードは２次以降の振動モードに含まれる。この振動モードの周波数ｆｘｚ付近で電圧Ｖｚ１，Ｖｚ２の周波数をスイープすれば、移動部１０１を含む振動系の共振が起こる。このとき、移動部１０１はＺ方向に強く振動する。この振動はアクチュエータ１０４ａをＺ方向に振動させる。この振動、即ち駆動振動は、電圧に変換され、電圧検出回路１５及び周波数特性表示装置１６を用いて検出される。
【００３０】
Ｚ方向に関する振動モードの代わりに、Ｘ方向又はＹ方向に関する振動モードの周波数ｆｘ，ｆｙ付近で電圧Ｖｚ１，Ｖｚ２の周波数をスイープしても良い。周波数ｆｘ付近でスイープすればＸ方向に移動部１０１が強く振動し、周波数ｆｙ付近でスイープすればＹ方向に強く振動する。これらの振動も電圧に変換された後、検出される。
【００３１】
駆動振動が検出されることは、カウンタバランスがずれていることを意味する。検出される駆動振動の大きさはカウンタバランスのずれの程度を表す。カウンタバランスを調整するために、使用者は周波数特性表示装置１６に表示された電圧Ｖｘｓの振幅ピークが最小になるように、第１ゲイン調整器１２と第２ゲイン調整器１３を用いて高圧アンプ１４のゲインを調整する。高圧アンプ１４のゲインを変化させることにより、電圧Ｖｚ１，Ｖｚ２の振幅をそれぞれ変えて、アクチュエータ１０３，１０２がそれぞれ移動部１０１に与える運動量を変えることができる。Ｖｘｓの振幅ピークが最小になったとき、アクチュエータ１０２の運動量とアクチュエータ１０３の運動量が打ち消し合い、駆動振動が抑制される。これにより、カウンタバランスのずれによる、不要な駆動振動が抑制されるので、走査装置は走査対象物を精度良く走査することができる。精度良く走査すれば、振動ノイズのない高画質の走査型プローブ顕微鏡像が得られる。
【００３２】
（効果）
本実施の形態の走査装置を用いた走査型プローブ顕微鏡を用いれば、試料等の交換や、圧電体の経時変化等に起因して、カウンタバランスがずれても、高圧アンプ１４のゲインを調整することで、容易にカウンタバランスを調整することができる。従来技術１の走査装置では、カウンタバランスがずれたとき、カウンタバランスを調整するためにプローブを試料に近接させる必要がある。このため、強い駆動振動が起こったときにプローブが破損したり、試料に接触したりするおそれがある。本実施の形態の走査装置ではプローブを試料から遠ざけたままカウンタバランスを調整することができるのでプローブの破損、試料への接触などが起こらない。
【００３３】
本実施の形態の走査装置は走査型プローブ顕微鏡に用いられているが、その他の装置にも適用できる。
【００３４】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）を参照して本発明の第２の実施の形態に係わる走査装置とこれを用いた走査型プローブ顕微鏡を説明する。
【００３５】
（構成）
図３（Ａ）は走査装置を備えた走査型プローブ顕微鏡の斜視図である。図３（Ｂ）は一部が切りかかれた走査型プローブ顕微鏡の側面図である。本実施の形態の走査装置の２次元駆動部は、円筒形圧電体２０４を含む圧電素子を有している。円筒形圧電体２０４の一端面には固定部２１０が固定されており、他端面には平板状の移動部２０１が固定されている。円筒形圧電体２０４の中心軸はＺ方向に向けられている。
【００３６】
円筒形圧電体２０４の内周と外周には電極が貼り付けられている。外周の電極２０５は４枚あり、内２枚はＸ方向に面している対向する２つの部分にそれぞれ貼り付けられている。残りの２枚はＹ方向に面している部分に貼り付けられており、互いに対向している。内周にある電極は接地されている。内周面の電極とＸ方向に面する電極２０５との間に電圧を印加すれば移動部２０１をＸ方向に移動させることができ、内周面の電極とＹ方向に面する電極２０５との間に印加すればＹ方向に移動させることができる。円筒形圧電体２０４と、内周及び外周にある電極は圧電素子を形成している。
【００３７】
移動部２０１にはアクチュエータ２０２，２０３が移動部２０１を挟んで互いに対向するよう固定されている。アクチュエータ２０２，２０３はともにＺ方向に延びている。アクチュエータ２０２の一端は円筒形圧電体２０４とは反対側にある移動部２０１の面に固定されている。他端には試料１を保持する試料保持部１ａが固定されている。アクチュエータ２０３の一端は移動部２０１に固定され、円筒形圧電体２０４の内部に向かって伸びている。他端には、試料１と試料保持部１ａの質量の和に等しい質量をもつ重量体２が固定されている。アクチュエータ２０２は１次元駆動部に、アクチュエータ２０３は相殺駆動部に含まれている。
【００３８】
本実施の形態の走査装置は、上記第１の実施の形態の走査装置と実質的に同じ制御要素、即ち走査制御回路１１、第１ゲイン調整器１２、第２ゲイン調整器１３、高圧アンプ１４、電圧検出回路１５及び周波数特性表示装置１６（図２参照）を有している。これらの制御要素の構成と作用は上記第１の実施の形態のものと同じである。アクチュエータ２０２には第２信号電圧Ｖｚ２が、アクチュエータ２０３には第１信号電圧Ｖｚ１がそれぞれ高圧アンプ１４により印加される。円筒形圧電体２０４の外周にある４枚の電極２０５の内の１つが電圧検出回路１５に接続されている。制御要素のその他の接続関係は第１の実施の形態と同じである。
【００３９】
（作用）
カウンタバランスの調整は第１の実施の形態と同様にしてなされる。アクチュエータ２０２，２０３のそれぞれの運動量の大きさが等しくなく、カウンタバランスがずれている場合、移動部２０１の駆動振動が発生する。例えば、Ｚ方向に関する振動モードの周波数ｆｘｚ付近で電圧Ｖｚ１，Ｖｚ２の周波数をスイープさせると、共振が起こってＺ方向に移動部２０１が強く振動する。その結果、円筒形圧電体２０４には電圧Ｖｘｓが発生する。電圧Ｖｘｓは電圧検出回路１５により検出され、周波数特性表示装置１６に電圧Ｖｘｓの周波数特性が表示される。電圧Ｖｘｓの振幅ピークを最小にするように、電圧Ｖｚ１，Ｖｚ２の振幅を変えることで、カウンタバランスを調整することができる。
【００４０】
電圧Ｖｘｓの振幅ピークの大きさが小さく検出が困難な場合、円筒形圧電体２０４の外周にある４枚の電極２０５のすべてから電圧を取り出し、その平均演算を行っても良い。振幅ピーク検出時にノイズを除去できるので、検出感度を高くすることができる。
【００４１】
（効果）
２次元駆動部の圧電素子に円筒形圧電体が使用されているので、走査装置をより小型にできる。
【００４２】
図４を参照して第３の実施の形態に係わる走査装置とこれを用いた走査型プローブ顕微鏡を説明する。
【００４３】
（構成・作用）
本実施の形態の走査装置の構成は基本的に第１の実施の形態の走査装置の構成と同じである。図１（Ａ）、図１（Ｂ）及び図２を参照して説明した第１の実施の形態と実質的に同じ構成要素には同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。図４は走査装置に含まれる制御要素の一部のブロック図である。図４は図１（Ａ）のＳ−Ｓ断面線で切断された走査型プローブ顕微鏡の断面図を含んでいる。本実施の形態の走査装置は、移動部１０１の駆動振動に応じて歪む歪みゲージ３０１と、歪みゲージ３０１の歪みに基づいて駆動振動を取得する駆動振動取得部を有している。歪みゲージ３０１と駆動振動取得部は駆動振動検出手段に含まれている。
【００４４】
本実施の形態では移動部１０１の駆動振動を検出するために、アクチュエータ１０４ａの代わりに歪みゲージ３０１を用いる。歪みゲージ３０１は移動部１０１と固定部１１０の間に介在している弾性部材１１１ａに取り付けられている。歪みゲージ３０１は、移動部１０１に発生する駆動振動の振動モードの内、所望の振動モードに基づく振動が発生したときに歪みゲージ３０１がより強く歪むように配置されている。歪みゲージ３０１には歪み検出回路１７が接続されている。歪み検出回路１７は歪みゲージ３０１の歪みに応じた信号を出力する。この信号に基づいて周波数特性表示装置１６が歪みゲージ３０１の歪みの周波数特性を表示する。表示された歪みの振幅ピークを最小にするように、電圧Ｖｚ１，Ｖｚ２の振幅を変えてやることで、カウンタバランスを調整することができる。歪み検出回路１７と周波数特性表示装置１６は駆動振動取得部に含まれている。
【００４５】
（効果）
所望の振動モードが感度良く検出されるよう歪みゲージ３０１を配置することができる。走査装置の振動特性に合わせて、適切に歪みゲージ３０１を配置すれば、カウンタバランスのずれをより鋭敏に検知できる。
【００４６】
図５を参照して本発明の第４の実施の形態に係わる走査装置とこれを用いた走査型プローブ顕微鏡を説明する。
【００４７】
（構成・作用）
本実施の形態の走査装置の構成は基本的に第１の実施の形態の走査装置の構成と同じである。図１（Ａ）、図１（Ｂ）及び図２を参照して説明した第１の実施の形態と実質的に同じ構成要素には同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。図５は走査装置の制御要素のブロック図である。図５は図１（Ａ）のＳ−Ｓ断面線で切断された走査型プローブ顕微鏡の断面図を含んでいる。本実施の形態の走査装置は、駆動振動検出手段により検出された駆動振動に基づいて、駆動振動が抑制されるようゲイン調整部を制御する処理部１８をさらに備えている。処理部１８は、駆動振動検出手段に含まれている周波数特性表示装置１６と、ゲイン調整部に含まれている第１ゲイン調整器１２及び第２ゲイン調整器１３とに接続されている。
【００４８】
処理部１８は、周波数特性表示装置１６から電圧Ｖｘｓの周波数特性を受け取る。受け取った周波数特性に基づいて処理部１８は、Ｖｘｓの振幅のピークが最小になるよう第１ゲイン調整器１２及び第２ゲイン調整器１３を制御する。
【００４９】
（効果）
使用者の手を介さずともカウンタバランスを調整できるので、短時間で調整を行うことができる。
【００５０】
尚、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは勿論である。
【００５１】
【発明の効果】
駆動振動を低減して、ノイズが少なく高画質の走査型プローブ顕微鏡像を取得することができる。また、カウンタバランスがずれたときに容易にカウンタバランスを調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の第１の実施の形態に係わる走査装置を備えた走査型プローブ顕微鏡の一部の平面図、（Ｂ）は（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ断面線で切断された走査型プローブ顕微鏡の断面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係わる走査装置の制御要素のブロック図。
【図３】（Ａ）は本発明の第２の実施の形態に係わる走査装置を備えた走査型プローブ顕微鏡の斜視図、（Ｂ）は一部が切りかかれた（Ａ）の走査型プローブ顕微鏡の側面図。
【図４】図４は本発明の第３の実施の形態に係わる走査装置に含まれる制御要素の一部のブロック図。
【図５】図５は本発明の第４の実施の形態に係わる走査装置の制御要素のブロック図。
【図６】図６は特許文献１に開示された走査型プローブ顕微鏡の概略図。
【図７】（Ａ）は特許文献２に開示された走査装置の上面図、（Ｂ）は（Ａ）の７Ｂ−７Ｂ断面線で切断された走査装置の断面図。
【符号の説明】
１試料
１ａ試料保持部
２重量体
１１走査制御回路
１２第１ゲイン調整器
１３第２ゲイン調整器
１４高圧アンプ
１５電圧検出回路
１６周波数特性表示装置
１７歪み検出回路
１８処理部
１０１移動部
１０２アクチュエータ
１０３アクチュエータ
１０４ａアクチュエータ
１０４ｂアクチュエータ
１０５ａアクチュエータ
１０５ｂアクチュエータ
１１０固定部
２０１移動部
２０２アクチュエータ
２０３アクチュエータ
２０４円筒形圧電体
２１０固定部
３０１歪みゲージ

Claims

移動部と、
移動部を平面内で移動させる２次元駆動部と、
前記移動部と走査対象物との間に配置されるよう移動部に固定されていて、印加される電圧に応じて伸縮する１次元駆動部であって、前記平面と直交するＺ方向に伸縮して走査対象物をＺ方向に移動させる１次元駆動部と、
移動部を挟んで１次元駆動部と対向するよう移動部に固定されていて、印加される電圧に応じて伸縮する相殺駆動部であって、Ｚ方向に伸縮することにより移動部にＺ方向の運動量を与えて、１次元駆動部が伸縮するときに移動部に与えるＺ方向の運動量を打ち消す相殺駆動部と、
１次元駆動部と相殺駆動部のそれぞれの伸縮量に応じた第１信号電圧及び第２信号電圧をそれぞれ生成する信号電圧生成部と、
前記第１及び第２信号電圧を増幅し、増幅した第１及び第２信号電圧をそれぞれ１次元駆動部と相殺駆動部に向けて出力する高圧アンプと、
高圧アンプの第１信号電圧用及び第２信号電圧用のゲインを調整するゲイン調整部と、
１次元駆動部により与えられる運動量と相殺駆動部により与えられる運動量との間に差が生じたときに発生する移動部の駆動振動を検出する駆動振動検出手段と、
を備えており、
高圧アンプの前記ゲインは、駆動振動検出手段により検出される駆動振動が抑制されるよう、ゲイン調整部によりそれぞれ調整されることを特徴とする走査装置。
前記２次元駆動部は、前記移動部を移動させる圧電素子を有しており、この圧電素子は前記駆動振動に応じて伸縮して電圧を発生し、
前記駆動振動検出手段は、この圧電素子が発生する電圧を検出する電圧検出回路と、この検出された電圧に基づいて駆動振動を取得する駆動振動取得部を有していることを特徴とする請求項１に記載の走査装置。
前記２次元駆動部の圧電素子は積層圧電体を含んでいることを特徴とする請求項２に記載の走査装置。
前記２次元駆動部の圧電素子は円筒形圧電体を含んでいることを特徴とする請求項２に記載の走査装置。
前記駆動振動検出手段は、前記駆動振動に応じて歪む歪みゲージと、この歪みゲージの歪みに基づいて駆動振動を取得する駆動振動取得部を有していることを特徴とする請求項１に記載の走査装置。
前記走査装置は、前記駆動振動検出手段により検出された駆動振動に基づいて、駆動振動が抑制されるよう前記ゲイン調整部を制御する処理部をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項に記載の走査装置。
請求項１乃至６いずれか１項に記載の走査装置を備えており、前記走査対象物は試料を保持する試料保持部と、試料に沿って走査されるプローブとのいずれか一方を含むことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
請求項１乃至６いずれか１項に記載の走査装置を備えていることを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。