扫描探针显微镜以及扫描探针显微镜的光轴调整方法与流程

1.本发明涉及一种扫描探针显微镜以及扫描探针显微镜的光轴调整方法。


背景技术：

2.在扫描探针显微镜中，使用形成有探针的被称为悬臂的悬臂梁。在扫描探针显微镜中，将悬臂的翘曲或者振动的变化变换为照射到悬臂背面的激光的反射光的变化，并且通过光电检测器来进行检测。光电检测器检测反射光的位置、强度以及相位等的变化。扫描探针显微镜将光电检测器检测到的信息变换为各种各样的物理信息。
3.在扫描探针显微镜中，在测定试样之前，需要调整激光的光轴使得激光被准确地照射到悬臂的背面。激光的光轴调整是每当更换悬臂时所需的作业，因此期望在短时间内完成。另外，激光的光轴调整是每当更换悬臂时所需的作业，因此期望自动地进行。
4.例如，在专利文献1(专利第6627953号公报)中公开了一种扫描探针显微镜，其具备基于图像来确定激光的光斑的位置和悬臂的顶端的位置的图像处理部。专利文献1中公开的扫描探针显微镜还具备光轴调整部，该光轴调整部基于确定出的激光的光斑的位置和悬臂的顶端的位置来调整激光光源的位置。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本专利第6627953号公报


技术实现要素：

8.发明要解决的问题
9.但是，扫描探针显微镜中的激光的光斑直径以nm～μm为单位。因此，激光存在以下风险：受到在激光的照射面形成的损伤、附着于照射面的灰尘或者在摄像范围内漂浮的灰尘等影响，导致发生漫反射。专利文献1中公开的扫描探针显微镜没有考虑到会导致激光发生漫反射。
10.本发明是为了解决上述的问题而完成的，其目的在于防止激光的漫反射对扫描探针显微镜的激光的光轴调整的处理造成不好的影响。
11.用于解决问题的方案
12.按照本发明的某个方式的扫描探针显微镜包括：悬臂；光源，其朝向悬臂射出激光；移动机构，其使激光在激光的照射面上的照射位置相对于照射面相对地移动；摄像部，其使悬臂包含在摄像范围中；以及控制装置。控制装置基于摄像部拍摄到的图像来确定使激光发生漫反射的位置，控制装置通过移动机构以避开使激光发生漫反射的位置来向悬臂照射激光的方式使照射位置相对于照射面相对地移动。
13.按照本发明的其它的方式的扫描探针显微镜包括：悬臂；光源，其朝向悬臂射出激光；移动机构，其使激光在激光的照射面上的照射位置相对于照射面相对地进行移动；摄像部，其使照射面的至少一部分包含在摄像范围中；以及控制装置。控制装置基于摄像部拍摄
到的图像，来确定形成于照射面上的激光的光斑的位置，控制装置根据基于移动机构使照射位置移动后得到的图像确定出的光斑的位置是否是根据照射位置的移动而预测出的位置，来确定照射位置。
14.发明的效果
15.能够防止激光的漫反射对扫描探针显微镜的激光的光轴调整的处理造成不好的影响。
附图说明
16.图1是示意性地示出实施方式的扫描探针显微镜1的结构的图。
17.图2是用于说明在测定开始时进行的光轴调整方法的概要的图。
18.图3是在观察试样s时的扫描器50的上部以及试样保持部52的纵剖面图。
19.图4是激光la照射到灰尘等而发生漫反射时得到的图像p的一个例子。
20.图5是用于说明控制装置100所执行的激光光源22的位置调整处理s1的概要的图。
21.图6是确定处理s100的流程图。
22.图7是在初始位置拍摄到的图像p的一个例子。
23.图8是在使光斑s1在图7中的移动方向x上进行了移动时得到的图像p的一个例子。
24.图9是在初始位置拍摄到的图像p的一个例子。
25.图10是在使光斑s1在图9中的移动方向x上进行了移动时得到的图像p的一个例子。
26.图11是调整处理s300的流程图。
27.图12是微调整处理s330的流程图。
28.图13是示出通过执行调整处理s300而光斑s1走出的路径的一个例子的图。
29.附图标记说明
30.1：扫描探针显微镜；10：悬臂；12：探针；14：支架；20：光学系统；22：激光光源；24：分束器；26：反射镜；28：检测器；30、40：驱动机构；50：扫描器；52：试样保持部；54：底座部；60：摄像部；100：控制装置；120：处理器；140：存储器；160：显示部；180：输入部；280：受光面；520：柱脚型连接件；522：反射镜；524：磁体；540：试样台；la：激光；p：图像；s：试样。
具体实施方式
31.以下，参照附图来详细说明本发明的实施方式。此外，以下，对于图中的相同或者相当部分附加相同的附图标记，原则上不重复其说明。
32.[扫描探针显微镜1的结构]
[0033]
图1是示意性地示出实施方式的扫描探针显微镜1的结构的图。以下，将扫描探针显微镜1的接地面设为xy平面，将与xy平面垂直的轴设为z轴。
[0034]
参照图1，扫描探针显微镜1具备悬臂10、支架14、光学系统20、驱动机构30、40、扫描器50、试样保持部52、摄像部60以及控制装置100，来作为主要的构成要素。
[0035]
悬臂10被设置成在测定时位于在试样保持部52上载置的试样s的上方。悬臂10以能够在上下方向上振动的方式被支架14支承，悬臂10在未被支架14支承的一侧(顶端侧)具有探针12。
[0036]
光学系统20在测定时，向悬臂10的背面(与试样s相向的表面的相反侧的面)照射激光la，对被悬臂10的背面反射的激光la进行检测。控制装置100基于光学系统20检测到的激光la来运算悬臂10的挠曲。光学系统20具备激光光源22、分束器24、反射镜26以及检测器28。
[0037]
激光光源22由发射激光la的激光振荡器等构成。从激光光源22发射的激光la被分束器24反射，从而被照射到悬臂10。照射到悬臂10的激光la被悬臂10的背面反射，再被反射镜26反射，从而向检测器28入射。检测器28具有用于接收被悬臂10的背面反射的激光la的受光面280。检测器28检测受光面280接收到的激光la，将得到的检测结果向控制装置100输出。
[0038]
驱动机构30使激光光源22沿着与从激光光源22发射的激光la的光轴正交的面(在图1所示的例子中为图中的yz平面)进行移动。驱动机构30按照来自控制装置100的控制信号使马达驱动，从而使激光光源22移动，以使激光la被悬臂10反射的方式调整激光la的光轴。
[0039]
驱动机构40使检测器28沿着与被反射镜26反射而入射到受光面280的激光la的光轴正交的面(在图1所示的例子中为图中的yz平面)进行移动。驱动机构40例如按照来自控制装置100的控制信号使马达驱动，从而使检测器28移动，以使被悬臂10反射的激光la入射到受光面280的中央的方式调整检测器28的位置。
[0040]
扫描器50具有圆筒形状。试样s被保持于在扫描器50上载置的试样保持部52上。扫描器50具有xy扫描器和z扫描器，xy扫描器在相互正交的x、y这2个轴向上扫描试样s，z扫描器使试样s在相对于x轴和y轴正交的z轴方向上微动。xy扫描器和z扫描器将根据从未图示的驱动部施加的电压而变形的压电元件作为驱动源。扫描器50通过xy扫描器和z扫描器在三维方向上驱动。
[0041]
驱动部按照来自控制装置100的控制信号来控制xy扫描器和z扫描器，由此，使扫描器50上的试样s与探针12之间的相对位置关系变化。
[0042]
摄像部60被配置于探针12的上方，从上部拍摄悬臂10。摄像部60对摄像视野中存在的被摄体进行拍摄来获取图像数据。摄像部60包括透镜或光圈等光学系统、以及ccd(charge coupled device：电荷藕合器件)图像传感器或cmos(complementary metal oxide semiconductor：互补金属氧化物半导体)图像传感器等受光元件，来作为主要的构成要素。摄像部60向控制装置100输出所获取到的图像数据。摄像部60获取到的图像数据例如被用于调整激光la的光轴。
[0043]
控制装置100控制构成扫描探针显微镜1的各部的动作。作为一个例子，控制装置100按照通用的计算机架构来构成。此外，控制装置100也可以使用专用的硬件安装于扫描探针显微镜1。控制装置100具备处理器120、存储器140、显示部160以及输入部180。
[0044]
处理器120典型的是cpu(central processing unit：中央处理单元)或者mpu(multi processing unit：多处理单元)等运算处理部。处理器120读出并执行存储器140中存储的程序来实现后述的控制装置100的各处理。此外，在图1的例子中例示了处理器为单个的结构，但控制装置100也可以具有多个处理器。
[0045]
存储器140由ram(random access memory：随机存取存储器)、rom(read only memory：只读存储器)以及快闪存储器等非易失性存储器来实现。存储器140存储由处理器
120执行的程序或者被处理器120使用的数据等。例如，存储器140保存用于执行后述的激光光源22的位置调整处理s1和检测器28的位置调整处理s2的程序。
[0046]
此外，存储器140只要能够以作为计算机的一种的控制装置100可读取的形式非暂时地记录程序，则可以是cd
‑
rom(compact disc
‑
read only memory：光盘只读存储器)、dvd
‑
rom(digital versatile disk
‑
read only memory：数字光盘只读存储器)、usb(universal serial bus：通用串行总线)存储器、存储卡、fd(flexible disk：软盘)、硬盘、ssd(solid state drive：固态硬盘)、磁带、盒式磁带、mo(magnetic optical disc：磁光盘)、md(mini disc：迷你盘)、ic(integrated circuit：集成电路)卡(除了存储卡以外)、光卡、掩模rom、或者eprom。
[0047]
显示部160由液晶显示面板等构成。显示部160例如显示由扫描探针显微镜1测定出的测定结果、或者用于利用扫描探针显微镜1进行测定的各种设定画面等。
[0048]
输入部180由鼠标、键盘等构成。输入部180是接受经由输入部180输入的信息的输入接口。此外，控制装置100也可以具备使显示部160和输入部180为一体的触摸面板。
[0049]
[在测定开始时进行的光轴调整]
[0050]
在扫描探针显微镜1中，需要调整光学系统20以使在悬臂10没有挠曲的状态下被悬臂10反射的激光la的位置(受光量最大的位置)入射到检测器28的受光面280的中央。每当更换悬臂10时都进行这样的光轴调整。
[0051]
图2是用于说明在测定开始时进行的光轴调整方法的概要的图。光轴调整所涉及的处理包括激光光源22的位置调整处理s1和检测器28的位置调整处理s2。
[0052]
控制装置100当接受到光轴调整的开始指示时，执行激光光源22的位置调整处理s1。在激光光源22的位置调整处理s1中，控制装置100调整激光光源22的位置，以使激光la照射于试样保持部52或者悬臂10所形成的光斑s1来到悬臂10的顶端的位置。控制装置100基于摄像部60生成的图像p来确定光斑s1与悬臂10的顶端的位置关系。控制装置100基于确定出的位置关系来控制驱动机构30，使激光光源22在图中的y方向和z方向上移动以使光斑s1位于悬臂10的顶端。
[0053]
控制装置100当判断为光斑s1位于悬臂10的顶端时，执行检测器28的位置调整处理s2。此外，检测器28的位置调整处理s2也可以响应于接受到检测器28的位置调整处理s2的开始指示来执行。在检测器28的位置调整处理s2中，控制装置100调整检测器28的位置，以使被悬臂10反射的激光la的光斑s2(激光la照射于受光面280所形成的光斑s2)位于受光面280的中央。
[0054]
此外，检测器28的位置调整处理s2也可以由用户进行。具体地说，也可以是，在扫描探针显微镜1中还设置有操作部，该操作部被用于驱动使检测器28移动的驱动机构40，用户基于来自检测器28的检测结果来对操作部进行操作，由此实现检测器28的位置调整处理s2。
[0055]
[试样保持部52的结构]
[0056]
在本实施方式中，试样保持部52为了易于利用摄像部60检测激光la照射于照射面而形成于照射面上的光斑s1，而具备反射镜522。
[0057]
图3是观察试样s时的扫描器50的上部和试样保持部52的纵剖面图。参照图3，在扫描器50的上端面设置有大致环形状的底座部54，底座部54在中央具有圆柱形状的孔。
[0058]
试样保持部52包括柱脚型连接件520和试样台540。
[0059]
柱脚型连接件520的下方形成为凸状。柱脚型连接件520将形成为凸状的部分插入设置于底座部54的中央的圆柱形状的孔中，由此被固定于扫描器50。此外，柱脚型连接件520也可以通过螺纹等被固定于扫描器50。
[0060]
在柱脚型连接件520的上表面形成有凹坑526，在凹坑526的内侧放置有反射镜522。在柱脚型连接件520的内侧嵌入有磁体524。柱脚型连接件520为铝制。
[0061]
试样台540是用于放置试样s的台，为金属制。在观察试样时，在反射镜522的上侧放置试样台540。另一方面，在参照图2说明的光轴调整时，试样台540没有放置在反射镜522的上侧。
[0062]
在将试样台540放置于反射镜522的上侧时，试样台540由于柱脚型连接件520内的磁体524的吸引力而被固定于柱脚型连接件520。另外，由于反射镜522被放置在凹坑526的内侧，因此在将试样台540放置于反射镜522的上侧时，在反射镜522与试样台540之间形成有间隙。
[0063]
参照图2说明的光轴调整在没有将试样台540放置于反射镜522的上侧的状态下进行。因此，激光la未被试样台540遮挡而向反射镜522入射。入射到反射镜522的激光la未被试样台540遮挡而向摄像部60入射。
[0064]
下面，设为在没有将试样台540放置于反射镜522的上侧的状态下进行参照图2说明的光轴调整来进行说明。此外，光轴调整也可以在将试样台540放置于反射镜522的上侧的状态下进行。此外，也可以在将试样台540放置于反射镜522的上侧的状态下进行光轴调整时，光轴调整在将反射率高的试样s放置于试样台540上的状态下进行。
[0065]
即，在不放置试样s而放置试样台540的状态下进行光轴调整的情况下，用于载置试样s的面相当于“照射面”，在试样台540上放置反射率高的试样s的状态下进行光轴调整的情况下，试样s的表面相当于“照射面”，在反射镜522的上侧不放置试样台540的状态下进行光轴调整的情况下，反射镜522的镜面相当于“照射面”。
[0066]
[在确定激光la的照射位置时产生的问题]
[0067]
控制装置100基于摄像部60拍摄得到的图像，确定激光la被照射于照射面所形成的光斑s1的位置。控制装置100将确定出的光斑s1的位置作为激光la的照射位置，进行反馈控制，使激光la的照射位置对准悬臂10。
[0068]
扫描探针显微镜1的激光la的光斑直径以nm～μm为单位。因此，激光la存在以下风险：受到在激光的照射面形成的损伤、附着于照射面的灰尘、或者在摄像范围内漂浮的灰尘等的影响，导致发生漫反射。此外，成为漫反射的原因的附着于照射面的物质包括液中观察时飞散的溶液、以及灰尘，但并不限定于它们。
[0069]
另外，在确定激光la的照射位置时使用的摄像部60的摄像范围是以μm～mm为单位的视野，在确定激光la的照射位置时，需要以nm～μm为单位的精度。摄像部60的摄像范围以μm～mm为单位，因此有可能由于激光la发生漫反射而无法正确地确定激光la的照射位置(光斑s1的位置)。
[0070]
更具体地，参照图4来说明有可能由于激光la发生漫反射而无法确定激光la的照射位置。图4是在激光la照射到灰尘等而发生漫反射时得到的图像p的一个例子。图4中的阴影所示的区域是示出激光la发生漫反射的位置的区域d。另外，通过反白示出的区域是在照
射面(反射镜522)反射的激光la的影r(亮度高的区域)。此外，在图4中，一部分省略附图标记。
[0071]
如图4所示，当激光la发生漫反射时，激光la的反射光从各种各样的方向向摄像部60入射，在图像p上呈现了多道激光la的影r。另外，由于激光la发生漫反射，也有时在照射位置没有形成激光la的光斑s1。控制装置100存在以下情况：因激光la发生漫反射而错误地将呈现的影r确定为光斑s1，从而错误地确定激光la的照射位置。
[0072]
例如，在摄像机坐标上的激光la的照射位置为图4中的位置a的情况下，错误地在图4中的位置b形成有光斑s1，控制装置100有时将位置b确定为激光la的照射位置。即，作为因激光la的漫反射而产生的一个问题，存在无法正确地确定激光la的照射位置这样的问题。
[0073]
控制装置100在激光la的照射位置未知的状态下开始光轴调整。因此，存在由于无法正确地确定激光la的照射位置而无法正确地确定激光la的照射位置的初始位置这样的问题。
[0074]
在开始光轴调整时基于图像p确定出的照射位置的初始位置错误的情况下，控制装置100以错误的位置为基准来调整激光la的照射位置。其结果，产生了如下问题：需要时间来将激光la的照射位置对准到悬臂10上，或者不能将激光la的照射位置对准到悬臂10上。
[0075]
另外，在将激光la的照射位置对准到悬臂10上的情况下，需要进行以nm～μm为单位的调整。但是，在通过驱动如驱动机构30那样的马达来使激光光源22的位置移动的情况下，难以使激光la的照射位置以nm～μm为单位移动。因此，一般来说，控制装置100通过基于摄像部60拍摄到的图像进行反馈控制，来进行激光la的照射位置的对准。
[0076]
为了实现反馈控制，控制装置100需要通过基于摄像部60拍摄到的图像确定光斑s1的位置来确定激光la的照射位置。但是，如上所述，当激光la发生漫反射时，控制装置100有时无法正确地确定激光la的照射位置。因此，即使在能够正确地确定出激光la的初始位置的情况下，也存在以下风险：在移动激光la的照射位置的期间发生激光la的漫反射而无法确定正确的照射位置，从而无法进行正确的反馈控制。即，作为因激光la的漫反射而产生的一个问题，存在无法进行正确的反馈控制这样的问题。
[0077]
即，由于发生激光la的漫反射，而产生无法正确地确定激光la的照射位置、无法确定照射位置的初始位置、或者无法进行正确的反馈控制之类的问题，对激光la的光轴调整的处理造成不好的影响。
[0078]
[激光光源22的位置调整处理s1]
[0079]
图5是用于说明控制装置100所执行的激光光源22的位置调整处理s1的概要的图。在本实施方式中，控制装置100基于摄像部60生成的图像来确定激光la的光斑s1，控制驱动机构30来调整激光光源22的位置，以使激光la的照射位置位于悬臂10的顶端。
[0080]
为了解决无法正确地确定激光la的照射位置的初始位置这样的问题，本实施方式所涉及的扫描探针显微镜1进行确定照射位置的初始位置的处理(确定处理s100)。参照图6～图10在后面叙述确定处理s100。
[0081]
在确定处理s100中确定了照射位置的初始位置后，为了解决无法进行正确的反馈控制这样的问题，本实施方式所涉及的扫描探针显微镜1进行调整激光la的照射位置的处
理(调整处理s300)。参照图11～图13在后面叙述调整处理。控制装置100当结束调整处理时，结束激光光源22的位置调整处理s1。
[0082]
[确定处理]
[0083]
参照图6来详细说明确定处理s100。图6是确定处理s100的流程图。
[0084]
在s102中，控制装置100判定是否检测到光斑s1。更具体地说，控制装置100判定是否在摄像部60的摄像范围内包含的照射面上形成有光斑s1。例如，控制装置100基于在图像中是否含有规定数量以上的、亮度为预先决定的阈值以上的像素，来判定是否检测到光斑s1。
[0085]
在判定为没有检测到光斑s1的情况下(s102：“否”)，控制装置100在s104中变更照射位置。更具体地说，控制装置100控制驱动机构30来移动激光光源22，由此变更照射位置。
[0086]
控制装置100重复进行s102和s104的处理，直到检测到光斑s1为止。控制装置100在判定为检测到光斑s1的情况下(s102：“是”)，执行s106的处理。
[0087]
在s106中，控制装置100确定光斑s1的位置。更具体地说，控制装置100确定光斑s1在图像内(摄像机坐标内)的位置。例如，控制装置100确定表示亮度为预先决定的阈值以上的像素的区域中的、接近预先决定的面积(像素数)的区域，将确定出的区域在图像内的位置作为光斑s1的位置。例如，预先基于激光la的强度、从激光光源22到照射面的距离、以及从照射面到摄像部60的距离来设定预先决定的面积(像素数)。
[0088]
在s108中，控制装置100将激光光源22的位置作为初始位置进行保存。
[0089]
在s110中，控制装置100设定移动方向x。移动方向x是光斑s1相对于照射面移动的方向。
[0090]
在s112中，控制装置100使照射位置在移动方向x上移动。更具体地说，控制装置100控制驱动机构30，来使激光光源22在与移动方向x对应的方向上移动，由此使光斑s1在移动方向x上相对于照射面移动。
[0091]
在s114中，控制装置100基于以在移动方向x上进行了移动后的状态拍摄到的图像来确定光斑s1的位置。
[0092]
在s116中，控制装置100判定在图像上光斑s1是否在移动方向x上进行了移动。更具体地说，控制装置100判定在以相对于照射面在移动方向x上移动光斑s1的方式移动了激光光源22的情况下预测的图像上的光斑s1的移动方向与从在s106中确定出的光斑的位置向在s114中确定出的光斑的位置移动的移动方向是否一致。
[0093]
在判定为在图像上光斑s1没有在移动方向x上移动的情况下(s116：“否”)，控制装置100在s118中判定是否设定了全部方向。更具体地说，控制装置100判定是否以初始位置为中心在预先决定的全部的方向上移动了光斑s1。
[0094]
在判定为没有设定全部方向的情况下(s118：“否”)，即，在存在没有设定的移动方向x的情况下，控制装置100在s120中，使激光光源22的位置返回到初始位置，再次执行s110～s116的处理。此外，在s110中，控制装置100基于当前设定的移动方向x，对接着要设定的移动方向x进行设定。
[0095]
在判定为设定了全部方向的情况下(s118：“是”)，控制装置100在s122中视为存在异常从而结束处理。在该情况下，控制装置100结束光轴调整所涉及的处理。
[0096]
在判定为在图像上光斑s1在移动方向x上进行了移动的情况下(s116：“是”)，控制
装置100在s124中使照射位置在移动方向x上移动预先决定的距离。更具体地说，控制装置100控制驱动机构30来移动激光光源22，从而使光斑s1相对于照射面移动预先决定的距离。例如，预先根据摄像部60的摄像范围来设定所移动的距离。
[0097]
在s126中，控制装置100判定在图像上光斑s1是否在移动方向x上进行了移动。更具体地说，在移动预先决定的距离的期间，控制装置100以按规定时间获取图像的方式控制摄像部60，针对在各时间获取到的图像的每个图像来确定光斑s1的位置。控制装置100通过将针对每个图像确定出的各光斑s1的位置与在s106中确定出的光斑的位置进行比较，来判定在图像上光斑s1是否在移动方向x上持续移动。
[0098]
在判定为在图像上光斑s1没有在移动方向x上移动的情况下(s126：“否”)，控制装置100执行s118以后的处理。即，控制装置10在设定了全部方向的情况下，视为存在异常从而结束处理，在存在没有设定的方向的情况下，改变方向来再次执行s110以后的处理。
[0099]
在判定为在图像上光斑s1正在移动方向x上移动的情况下(s126：“是”)，控制装置100在s128中，使激光光源22的位置返回到初始位置，结束确定处理s100。控制装置100当结束确定处理s100时，返回到激光光源22的位置调整处理s1。
[0100]
即，控制装置100通过重复进行s110～s120来按顺序变更移动方向x。然后，控制装置100在无论在哪个移动方向x上移动光斑s1、在图像上检测到的光斑s1的移动方向与实际移动的照射位置的移动方向x都不一致的情况下(s118：“是”)，在s122中视为存在异常从而结束处理。在此，s122中的“存在异常”是指无法确定激光la的照射位置的初始位置。
[0101]
例如，在初始位置处激光la发生漫反射的情况、或者无论在哪个移动方向x上进行了移动时激光la都发生漫反射的情况等情况下，控制装置100在s122中判定为存在异常。
[0102]
此外，还考虑了以下情况：即使在初始位置处激光la发生漫反射、从而在s106中确定出的光斑s1的位置与照射位置不同的情况下，在图像上检测到的光斑s1的位置的移动方向与实际移动的移动方向x也偶然一致。在本实施方式中，通过执行s124和s126的处理，能够考虑在图像上检测到的光斑s1的位置的移动方向与实际移动的移动方向x偶然一致那样的状况，来判定在s106中确定出的光斑s1的位置是否正确。
[0103]
另外，通过执行s124和s126的处理，保证了区域d没有位于在s124中移动的光斑s1的轨迹上。
[0104]
此外，也可以是，控制装置100在视为存在异常的情况下，在显示部160中显示表示无法确定初始位置的信息。此外，控制装置100也可以在显示部160中显示表示消除异常的方法的信息。“消除异常的方法”例如包括通过手动的方式确定初始位置的方法、去除附着于反射镜522的灰尘的方法、以及以使反射镜522的镜面上的损伤或灰尘等少的区域位于摄像范围的方式使反射镜522移动的方法等。
[0105]
参照图7～图10来说明通过执行确定处理s100而得到的图像的一个例子。图7和图9是在初始位置处拍摄到的图像p的一个例子。图8是在使光斑s1在图7中的移动方向x上进行了移动时得到的图像p的一个例子。图10是在使光斑s1在图9中的移动方向x上进行了移动时得到的图像p的一个例子。图7～图10中的通过阴影示出的区域是表示激光la发生漫反射的位置的区域d。另外，通过反白示出的区域是被照射面(反射镜522)反射的激光la的影r(亮度高的区域)。此外，在图7～图10中，一部分省略附图标记。
[0106]
图7～图10的x坐标和y坐标是摄像机坐标，x坐标和y坐标是以扫描探针显微镜1为
基准的坐标。图7～图10中的位置a和位置a’表示激光la在照射面上(xy坐标上)的照射位置。位置b和位置b’表示控制装置100基于图像p确定出的光斑s1在摄像机坐标上的位置。
[0107]
在图7所示的例子中，向发生漫反射的区域d(位置a(x1，y1))照射激光la。在该情况下，也如图7所示，由于激光la发生漫反射，而在图像p上呈现出多道激光la的影r。其结果，在图7所示的例子中，控制装置100确定为光斑s1形成于位置b(x1，y1)(图6中的s106)。即，控制装置100确定为摄像机坐标上的照射位置的初始位置为位置b(x1，y1)。
[0108]
在图7中的移动方向x上移动了照射位置的情况下(图6中的s112)，如图8所示，激光la的照射位置脱离发生漫反射的位置(区域d)，光斑s1形成于照射面上的位置a’(x2，y2)上，形成的光斑s1被呈现到图像p上。然后，控制装置100确定为光斑s1的位置为位置b’(x2，y2)(图6中的s114)。即，控制装置100确定为摄像机坐标上的照射位置为位置b’(x2，y2)。
[0109]
如图8所示，从位置a(x1，y1)向位置a’(x2，y2)移动的移动方向x与从位置b(x1，y1)向位置b’(x2，y2)移动的移动方向x’不一致。在该情况下，控制装置100在图6中的s116中判断为在图像p上光斑s1没有在移动方向x上移动，执行s118以后的处理。
[0110]
与此相对，在图9所示的例子中，设为没有向发生漫反射的区域d照射激光la，光斑s1形成于作为照射位置的位置a(x3，y3)，形成的光斑s1被呈现到图像p上。然后，控制装置100确定为光斑s1的初始位置为位置b(x3，y3)(图6中的s106)。即，控制装置100确定为摄像机坐标上的照射位置的初始位置为位置b(x3，y3)。
[0111]
在图9中的移动方向x上移动照射位置的情况下(图6中的s112)，如图10所示，激光la不向发生漫反射的区域d照射，光斑s1形成于作为照射位置的位置a’(x4，y4)，形成的光斑s1被呈现到图像p上。然后，控制装置100确定为光斑s1的位置为位置b’(x4，y4)(图6中的s114)。即，控制装置100确定为摄像机坐标上的照射位置为位置b’(x4，y4)。
[0112]
如图10所示，从位置a(x3，y3)向位置a’(x4，y4)移动的移动方向x与从位置b(x3，y3)向位置b’(x4，y4)移动的移动方向x’一致。在该情况下，控制装置100在图6中的s116中判断为在图像p上光斑s1正在移动方向x上移动，执行s124以后的处理。
[0113]
如图7和图8所示，在确定出的光斑s1的位置进行移动之前和之后照射位置没有在所移动的方向上移动的情况下，在移动之前和之后中的至少一方激光la发生漫反射的可能性高。而且，确定出的在图像p上的激光la的照射位置不正确的可能性高。
[0114]
另一方面，如图9和图10所示，在确定出的光斑s1的位置移动之前和之后照射位置正在所移动的方向上移动的情况下，在移动之前和之后中的任一方激光la都没有发生漫反射的可能性高。而且，确定出的在图像p上的激光la的照射位置正确的可能性高。
[0115]
即，在本实施方式中，控制装置100基于摄像部60拍摄到的图像p来确定形成于照射面上的激光la的光斑s1的位置。然后，控制装置100控制驱动机构30来使激光光源22的位置移动，由此变更激光la的照射位置，根据基于变更照射位置后得到的图像p确定出的光斑s1的位置是否是根据照射位置的变更而预测出的位置，来确定照射位置。
[0116]
更具体地说，控制装置100使照射位置在移动方向x上移动，在基于移动前的图像确定出的光斑s1的位置没有在移动方向x上移动的情况下，判定为确定出的光斑s1的位置不相当于照射位置。
[0117]
另外，在上述实施方式中，控制装置100使照射位置在移动方向x上移动，即使在基于移动前的图像确定出的光斑s1的位置在移动方向x上进行了移动的情况下，也使照射位
置在移动方向x上进一步移动预先决定的距离。然后，在基于图像确定出的光斑s1的位置配合照射位置的移动而在移动方向x上进行了移动的情况下，控制装置100判断为基于图像确定出的光斑s1的位置相当于照射位置。
[0118]
此外，控制装置100也可以不执行s124和s126，而在移动方向x上移动照射位置，在判定为基于移动前的图像确定出的光斑s1的位置在移动方向x上进行了移动的情况下(s116：“是”)，基于图像确定出的光斑s1的位置相当于照射位置，执行s128的处理。
[0119]
[调整处理]
[0120]
如上所述，控制装置100进行基于摄像部60拍摄到的图像的反馈控制，由此进行激光la的照射位置的对准。但是，当激光la发生漫反射时，控制装置100有时无法基于图像p来正确地确定激光la的照射位置。因此，本实施方式所涉及的控制装置100执行调整处理s300，由此确定激光la发生漫反射的位置，以避免激光la通过发生漫反射的位置的方式使激光la的照射位置对准悬臂10。
[0121]
参照图11来详细说明调整处理s300。图11是调整处理s300的流程图。图11所示的调整处理s300在如下情况下执行：不会在图6所示的确定处理s100中视为存在异常(s122)而结束光轴调整所涉及的处理，将激光光源22的位置返回到初始位置(s128)，返回到激光光源22的位置调整处理s1。即，调整处理s300在控制装置100判断为能够正确地确定出初始位置的情况下执行。
[0122]
在s302中，控制装置100求出激光la发生漫反射的区域d的位置。例如，控制装置100基于在熄灭激光光源22的状态下得到的图像来求出激光la发生漫反射的区域d。
[0123]
作为一个例子，控制装置100基于像素值来进行图像p的二值化。然后，控制装置100基于二值化图像，将除悬臂10和支架14以外的区域(与反射镜522的镜面相当的区域)分割成1个或者多个区域，对于每个分割出的区域，在纵横方向(xy方向)上累计像素值。存在灰尘等物质或者损伤的区域(包含区域d的区域)的累计值比反射镜522的镜面的累计值大。因此，控制装置100能够求出在摄像机坐标上的区域d的四角的坐标。
[0124]
即，在本实施方式中，控制装置100在图像内的与反射镜522对应的区域的范围中确定使激光la发生漫反射的区域d的位置。图像内的与悬臂10及支架14对应的区域例如通过公知的图案匹配等来确定。
[0125]
此外，求出摄像机坐标上的区域d的位置的方法并不限于上述方法。例如，控制装置100可以对于图像进行噪声去除的预处理，通过将噪声去除前后的图像进行比较来求出区域d的位置。预处理中利用的滤波器能够包括平均化滤波器、膨胀滤波器、收缩滤波器、中值滤波器等。另外，控制装置100也可以将这些滤波器组合来利用。
[0126]
另外，控制装置100也可以将损伤以及物质(例如，灰尘、溶液等)假定为粒子，使用一般的粒子解析的方法来求出区域d的位置。此外，求出区域d的位置的方法并不限定于上述例示的方法。
[0127]
在s304中，控制装置100求出目标位置。目标位置例如是悬臂10的未被支架14支承的一侧的顶端部分。此外，在s304中，光斑s1位于在s106中确定出的光斑s1的初始位置。
[0128]
在s306中，控制装置100判定是否能够不通过区域d地朝向目标位置移动。更具体地说，控制装置100判定区域d是否存在于从光斑s1朝向目标位置移动的移动方向上。此外，也可以在光斑s1与区域d的距离足够的情况下，判定为能够不通过区域d地朝向目标位置移
动。
[0129]
控制装置100在判定为无法朝向目标位置移动的情况下(s306：“否”)，在s308中判定是否能够在避开区域d的方向上移动。例如，控制装置100判定是否能够在摄像部60的摄像视野内以避开区域d的方式使光斑s1移动。
[0130]
控制装置100在判定为无法在避开区域d的方向上移动的情况下(s308：“否”)，在s314中视为存在异常从而结束处理。在该情况下，控制装置100结束光轴调整所涉及的处理。此时，控制装置100可以在显示部160中显示表示无法正常地结束激光光源22的位置调整处理s1的信息。
[0131]
控制装置100在判定为能够在避开区域d的方向上移动的情况下(s308：“是”)，在s310中在避开区域d的方向上移动照射位置。此外，在避开区域d的方向存在多个的情况下，控制装置100可以选择更接近目标位置的方向。
[0132]
控制装置100在s310中以预先决定的脉冲量使驱动机构30驱动后，在s312中求出光斑s1的位置。控制装置100求出光斑s1的位置后，再次执行s306，判定是否能够不通过区域d地朝向目标位置移动。
[0133]
控制装置100重复进行s308～s312的处理，直到判定为能够不通过区域d地朝向目标位置移动为止。即，通过重复进行s308～s312的处理，控制装置100能够以不通过发生漫反射的位置的方式使激光la的照射位置移动。
[0134]
当判定为能够不通过区域d地朝向目标位置移动时(s306：“是”)，控制装置100在s316中使照射位置朝向目标位置移动。
[0135]
控制装置100在s316中以预先决定的脉冲量使驱动机构30驱动后，在s318中求出光斑s1的位置。
[0136]
在s320中，控制装置100判定目标位置与光斑s1的位置的距离是否为预先决定的阈值以下。
[0137]
在判定为目标位置与光斑s1的位置的距离比预先决定的阈值长的情况下(s320：“否”)，控制装置100再次执行s306以后的处理，缩小目标位置与光斑s1的距离。
[0138]
控制装置100重复进行s306～s318的处理，直到判定为目标位置与光斑s1的位置的距离为预先决定的阈值以下为止。在判定为目标位置与光斑s1的位置的距离为预先决定的阈值以下的情况下(s320：“是”)，控制装置100执行微调整处理s330，之后结束调整处理s300，返回到激光光源22的位置调整处理s1，结束激光光源22的位置调整处理s1，执行检测器28的位置调整处理s2。
[0139]
[微调整处理]
[0140]
参照图12来详细说明微调整处理s330。图12是微调整处理s330的流程图。图12所示的微调整处理s330是在目标位置与光斑s1的位置的距离比预先决定的阈值短的定时执行的、用于将照射位置对准悬臂10的顶端的处理。
[0141]
在s332中，控制装置100使照射位置朝向目标位置移动。控制装置100持续使照射位置朝向目标位置移动，直到判定为激光la照射到了悬臂10为止(s334：“是”)。
[0142]
例如基于是否检测到光斑s1来判定激光la是否照射到了悬臂10。激光la照射到反射镜522的镜面的期间，控制装置100能够确定光斑s1。另一方面，在悬臂10的表面具有使激光la扩散反射的性质的情况下，在激光la照射到悬臂10的定时，控制装置100无法确定光斑
s1。因此，控制装置100可以根据变为无法确定光斑s1来判定为激光la照射到了悬臂10。
[0143]
在判定为激光la照射到了悬臂10的情况下(s334：“是”)，控制装置100将判定为激光la照射到了悬臂10的定时的激光光源22的位置作为位置a进行保存。
[0144]
在s338中，控制装置100使照射位置在相同方向上移动。相同方向是指与在s332中移动的方向相同的方向。
[0145]
控制装置100在s338中以预先决定的脉冲量使驱动机构30驱动后，在s340中判定激光la是否脱离悬臂10。与s334同样地，基于是否检测到光斑s1来判定激光la是否脱离悬臂10。控制装置100可以根据能够确定出光斑s1来判定为激光la脱离了悬臂10。
[0146]
在判定为激光la没有脱离悬臂10的情况下(s342：“否”)，控制装置100在s342中判定光斑s1是否脱离摄像视野。
[0147]
在判定为光斑s1脱离了摄像视野的情况下(s342：“是”)，控制装置100在s344中视为存在异常从而结束处理。在该情况下，控制装置100结束光轴调整所涉及的处理。此时，控制装置100可以在显示部160中显示表示无法正常地结束激光光源22的位置调整处理s1的信息。
[0148]
在判定为光斑s1没有脱离摄像视野的情况下(s342：“否”)，控制装置100再次执行s338以后的处理，重复进行s338～s342的处理直到判定为激光la脱离了悬臂10为止(s340：“是”)。
[0149]
在判定为激光la脱离了悬臂10的情况下(s340：“是”)，控制装置100在s346中停止照射位置的移动。
[0150]
在s348中，控制装置100将停止时的激光光源22的位置作为位置b进行保存。
[0151]
在s350中，控制装置100将激光光源22的位置设定为位置a与位置b的中间的位置，结束微调整处理s330，返回到调整处理s300。
[0152]
即，在本实施方式中，控制装置100基于摄像部60拍摄到的图像来确定激光la发生漫反射的区域d的位置。然后，控制装置100以一边避开激光la发生漫反射的区域d的位置一边向悬臂10照射激光la的方式控制驱动机构30来使激光光源22的位置移动从而使激光光源22的照射位置移动。
[0153]
另外，控制装置100即使在判定为激光la照射到了悬臂10的情况下，也持续移动照射位置，直到变为激光la照射不到悬臂10为止。然后，控制装置100基于在判定为激光la照射到了悬臂10时的激光光源22的位置a和在判定为变为激光la照射不到悬臂10时的激光光源22的位置b，来决定激光光源22的位置。换言之，控制装置100基于在判定为激光la照射到了悬臂10时的驱动机构30的状态和在判定为变为激光la照射不到悬臂10时的驱动机构30的状态，来决定开始观察时的驱动机构30的状态。
[0154]
此外，控制装置100也可以将判定为激光la照射到了悬臂10时的激光光源22的位置a作为开始观察时的激光光源22的位置。
[0155]
[在调整处理s300的执行中光斑s1走出的路径]
[0156]
参照图13来说明通过执行调整处理s300而光斑s1(照射位置)走出的路径的一个例子。图13是示出通过执行调整处理s300而光斑s1走出的路径的一个例子的图。
[0157]
例如，在图13所示的例子中，由于区域d位于光斑s1朝向目标位置g的方向m上，因此控制装置100以使光斑s1避开区域d地沿着方向n移动的方式控制驱动机构30(图11的
circuit：专用集成电路)或者fpga(field
‑
programmable gate array：现场可编程门阵列)等)来安装。
[0175]
(驱动机构30的变形例)
[0176]
在上述实施方式中，驱动机构30通过使激光光源22的位置移动来变更了激光la的照射位置。此外，也可以通过调整分束器24的位置来变更激光la的照射位置。另外，也可以通过使悬臂10的位置移动来向悬臂10照射激光la。
[0177]
(调整处理的变形例)
[0178]
在上述实施方式中，控制装置100在直到光斑s1的位置非常接近目标位置为止的期间也进行基于摄像部60拍摄到的图像的反馈控制。此外，也可以是，控制装置100以避开区域d的方式生成从光斑s1的初始位置到目标位置为止的路径，在使照射位置沿着所生成的路径移动后，执行微调整处理s330。即，也可以是，在光斑s1的位置非常接近目标位置以前，控制装置100以沿着所生成的路径进行移动的方式控制驱动机构30，在非常接近目标位置以后，对于驱动机构30进行基于图像的反馈控制。由此，能够缩短调整处理所花费的时间。
[0179]
另外，控制装置100也可以使在光斑s1的位置非常接近目标位置以前在一次控制中移动的距离(s316中移动的距离)与在光斑s1的位置非常接近目标位置以后在一次控制中移动的距离(s338中移动的距离)不同。
[0180]
在该情况下，控制装置100也可以使在s316中移动的距离比在s338中移动的距离长。由此，能够缩短调整处理所花费的时间。
[0181]
即，也可以是，控制装置100在照射位置与悬臂的距离比预先决定的距离远的情况下进行第一控制，在照射位置与悬臂的距离比预先决定的距离近的情况下，进行精度比第一控制高的第二控制。第一控制例如可以是使照射位置沿着以避开区域d的方式形成的路径来移动的控制，另外，也可以是基于图像以避开区域d的方式使照射位置移动的控制。第二控制例如也可以是基于图像使照射位置移动的控制。
[0182]
[方式]
[0183]
本领域技术人员能够理解的是，上述的多个例示的实施方式是以下的方式的具体例。
[0184]
(第一项)一个方式所涉及的扫描探针显微镜具备：悬臂；光源，其朝向悬臂射出激光；移动机构，其使激光在激光的照射面上的照射位置相对于照射面相对地移动；摄像部，其使悬臂包含在摄像范围中；以及控制装置。控制装置基于摄像部拍摄到的图像，来确定使激光发生漫反射的位置，控制装置通过移动机构以避开使激光发生漫反射的位置来向悬臂照射激光的方式使照射位置相对于照射面相对地移动。
[0185]
根据第一项所记载的扫描探针显微镜，由于以避开使激光发生漫反射的位置的方式调整照射位置，因此能够防止激光的漫反射对扫描探针显微镜的激光的光轴调整的处理造成不好的影响。
[0186]
(第二项)根据第一项所记载的扫描探针显微镜，也可以是，控制装置基于在熄灭光源的状态下拍摄到的图像，来确定使激光发生漫反射的位置。
[0187]
根据第二项所记载的扫描探针显微镜，由于激光的反射光不呈现在图像内，因此确定使激光发生漫反射的位置的处理得到简化。
[0188]
(第三项)根据第一项或者第二项所记载的扫描探针显微镜，也可以是，还具备反射镜，该反射镜被设置于用于保持试样的试样保持部。在该情况下，也可以是，控制装置在摄像部拍摄到的图像内的与反射镜对应的区域的范围中确定使激光发生漫反射的位置。
[0189]
根据第三项所记载的扫描探针显微镜，由于用于确定使激光发生漫反射的位置的作为对象的区域窄，因此确定使激光发生漫反射的位置的处理得到简化。
[0190]
(第四项)根据第一项～第三项中的任一项所记载的扫描探针显微镜，也可以是，在使照射位置相对于照射面相对地移动而激光照射到了悬臂的情况下，控制装置持续使照射位置相对于照射面相对地移动直到变为激光照射不到悬臂为止。在该情况下，也可以为，控制装置基于在激光照射到了悬臂时的移动机构的状态、以及在通过持续使照射位置相对于照射面相对地移动而变为激光照射不到悬臂时的移动机构的状态，来决定开始观察时的移动机构的状态。
[0191]
根据第四项所记载的扫描探针显微镜，即使在移动机构对照射位置的调整精度没有非常高的情况下，也能够提早决定开始观察时的条件(能够使激光照射到悬臂的移动机构的条件)。
[0192]
(第五项)一个方式所涉及的扫描探针显微镜具备：悬臂；光源，其朝向悬臂射出激光；移动机构，其使激光在激光的照射面上的照射位置相对于照射面相对地移动；摄像部，其使照射面的至少一部分包含在摄像范围中；以及控制装置。也可以为，控制装置基于摄像部拍摄到的图像，来确定形成于照射面上的激光的光斑的位置，控制装置根据基于移动机构使照射位置移动后得到的图像确定出的光斑的位置是否是根据照射位置的移动而预测出的位置，来确定照射位置。
[0193]
根据第五项所记载的扫描探针显微镜，由于能够考虑激光发生漫反射来确定激光la的照射位置，因此能够防止激光的漫反射对扫描探针显微镜的激光的光轴调整的处理造成不好的影响。
[0194]
(第六项)根据第五项所记载的扫描探针显微镜，也可以是，移动机构通过使光源移动来使照射位置移动。在该情况下，也可以是，控制装置使照射位置在规定方向上移动，在基于移动前拍摄到的图像确定出的光斑的位置没有在规定方向上移动的情况下，判定为确定出的光斑的位置不相当于照射位置。
[0195]
根据第六项所记载的扫描探针显微镜，由于能够考虑激光发生漫反射来确定激光la的照射位置，因此能够防止激光的漫反射对扫描探针显微镜的激光的光轴调整的处理造成不好的影响。
[0196]
(第七项)根据第六项所记载的扫描探针显微镜，也可以是，在基于移动前拍摄到的图像确定出的光斑的位置在规定方向上移动的情况下，控制装置判定为确定出的光斑的位置相当于照射位置。
[0197]
根据第七项所记载的扫描探针显微镜，由于能够考虑激光发生漫反射来确定激光la的照射位置，因此能够防止激光的漫反射对扫描探针显微镜的激光的光轴调整的处理造成不好的影响。
[0198]
(第八项)根据第六项所记载的扫描探针显微镜，也可以是，在基于移动前拍摄到的图像确定出的光斑的位置在规定方向上移动的情况下，控制装置使照射位置在规定方向上移动预先决定的距离，在摄像部拍摄到的图像上确定出的光斑的位置配合照射位置的移
动而在规定方向上移动的情况下，控制装置判定为确定出的光斑的位置相当于照射位置。
[0199]
根据第八项所记载的扫描探针显微镜，能够防止在图像上检测出的光斑的位置的移动方向与实际移动的移动方向偶然一致而错误地确定照射位置。根据第八项所记载的扫描探针显微镜，还能够保证在使照射位置移动的预先决定的距离上激光不发生漫反射。
[0200]
(第九项)一个方式所涉及的扫描探针显微镜的光轴调整方法，扫描探针显微镜具备：悬臂；光源，其朝向悬臂射出激光；移动机构，其使激光在激光的照射面上的照射位置相对于照射面相对地移动；以及摄像部，其使悬臂包含在摄像范围中。光轴调整方法包括以下步骤：基于摄像部拍摄到的图像，来确定使激光发生漫反射的位置；以及通过移动机构以避开使激光发生漫反射的位置来向悬臂照射激光的方式使照射位置相对于照射面相对地移动。
[0201]
根据第九项所记载的扫描探针显微镜的位置调整方法，由于以避开使激光发生漫反射的位置的方式调整照射位置，因此能够防止激光的漫反射对扫描探针显微镜中的激光的光轴调整的处理造成不好的影响。
[0202]
(第十项)一个方式所涉及的扫描探针显微镜的光轴调整方法，扫描探针显微镜具备：悬臂；光源，其朝向悬臂射出激光；移动机构，其使激光在激光的照射面上的照射位置相对于照射面相对地移动；以及摄像部，其使照射面的至少一部分包含在摄像范围中。光轴调整方法包括以下步骤：基于摄像部拍摄到的图像，来确定形成于照射面上的激光的光斑的位置；以及根据基于移动机构使照射位置移动后得到的图像确定出的光斑的位置是否是根据照射位置的移动而预测出的位置，来确定照射位置。
[0203]
根据第十项所记载的扫描探针显微镜的位置调整方法，由于能够考虑激光发生漫反射来确定激光la的照射位置，因此能够防止激光的漫反射对扫描探针显微镜中的激光的光轴调整的处理造成不好的影响。