発明情報

背景

原子間力顕微鏡（AFM）は、力センサであるカンチレバーの先端に鋭い探針を取り付け、そのカンチレバーの微小な変位を計測することで、ナノメートルスケールの分解能で物質表面を観察する顕微鏡です。AFMにおいてカンチレバーの微小変位を計測する方法として、レーザ光を用いた光てこ変位検出法が広く用いられています。光てこ変位検出法では、フォトダイオード上に形成されるレーザ光のスポット径が小さいほど、高感度かつ低ノイズな計測が可能であることが知られています。しかし、従来の光学系ではスポット径を調整する機能が備わっておらず、反射光がフォトダイオードに到達するまでに発散してしまうため、フォトダイオード上のレーザ光のスポット径を十分に小さくすることができませんでした。

発明概要と利点

カンチレバーをビームウェストからずらした距離Cを光学系の新たな調整機能として設けた本発明の光てこ2.1（図１）では、カンチレバーへの照射領域が大きくなり、かつフォトダイオード上のレーザ光のスポット径を小さくできます。

◆発明の利点
一般に広く用いられている光てこ1.1や、対物レンズを用いた光てこ2.0では、赤色レーザ光（1mW）を用いて得られる典型的な感度は114mV／nmであり、変位換算ノイズ密度は9.9fm／√Hzでした。一方、本発明の光てこ2.1では、感度は254mV／nm、変位換算ノイズ密度は3.1fm／√Hzであり、2.2倍の向上をしており、変位換算ノイズ密度は１／３に減少できます（図２）。

図１本発明の光てこ2.1（左図）と従来の光てこの2.0光学系（右図）

図２感度と変位換算ノイズ密度の比較