[发明专利]致动器的位置计算装置和位置计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及在扫描型探针显微镜的试样载置台的驱动等中使用的致动器的位置计算装置、位置计算方法和位置计算程序。

背景技术

扫描型探针显微镜是使安装在悬臂的前端的探针接近或接触试样表面而测定试样的表面形状的显微镜。作为扫描型探针显微镜的测定模式，公知有：（1）将探针和试样之间的原子间力保持恒定来测定试样的表面形状的接触模式；（2）通过压电元件等使悬臂在谐振频率附近进行强制振动，在使探针接近试样时，利用通过两者之间的断续接触而使探针的振幅衰减来测定试样的形状的方法（以下合适称为“动态力模式（DFM测定模式，Dynamic Force Mode）”）。

并且，扫描型探针显微镜具有由在xy（平面）方向上扫描试样的压电元件和在z（高度）方向上扫描试样的压电元件构成的致动器，在配置于致动器上的试样载置台的表面载置有试样。由于施加给压电元件的电压和压电元件的位移在某种程度上成比例，因而可以从施加给压电元件的电压来计算试样表面的高度信息。然而，由于压电元件的动作特性具有滞后和蠕变，因而根据施加电压求出压电元件的正确位置是困难的。因此，开发出了利用与压电元件分开设置的传感器来检测压电元件的Z方向的位移的技术（参照专利文献1）。

【专利文献1】日本特开平9－80060号公报

然而，一般，传感器的位置检测分辨率比压电元件的最小移动量（移动分辨率）低，当要正确求出压电元件的微小位置时，需要高分辨率的昂贵的传感器，涉及到成本增高。并且，在传感器的分辨率比压电元件的移动分辨率低的情况下，由于位置的检测精度受传感器的分辨率限制，因而不能发挥压电元件的高的移动分辨率。

发明内容

本发明是为了解决上述课题而作成的，本发明的目的是提供一种即使移动量检测传感器的分辨率比移动机构的移动分辨率小，也可以高精度地计算移动机构的位置、可以实现致动器的成本降低的致动器的位置计算装置、位置计算方法和位置计算程序。

为了达到上述目的，本发明的致动器的位置计算装置，该致动器具有与每最小移动量ΔM生成的控制信号成比例地朝一个方向移动的移动机构、和以最小分辨率ΔS检测所述移动机构的移动量的移动量检测传感器，其中，Ａ＝ΔＳ／ΔＭ≥2，所述致动器的位置计算装置具有：信号取得单元，其每ΔM取得所述控制信号，并取得所述移动量检测传感器的传感器信号；和位置计算装置，其当设所述移动机构的目标位置处的所述控制信号为M0、而且设所述传感器信号为S0时，根据所述传感器信号为Ｓ0＋ｍ×ΔＳ或者Ｓ0－ｍ×ΔＳ的时刻T1时的所述控制信号、和/或T1的前一个的所述控制信号，来计算在所述目标位置处的所述移动机构的位置SA，其中，m是1以上的自然数。

根据该致动器的位置计算装置，即使移动量检测传感器的分辨率比移动机构的最小移动量小，也可以高精度地计算移动机构的位置，可以实现成本降低。

所述位置计算单元可以利用下述式1：ＳＡ＝（Ｓ0＋ΔＳ／2）－ΔＳ×（2ｎ－1）／2Ａ来计算所述位置SA，其中，n是从M0到T1的前一个的所述控制信号的生成次数，1≤ｎ≤ｍ×Ａ。

并且，本发明的致动器的位置计算装置，该致动器具有与每最小移动量ΔM生成的控制信号成比例地朝一个方向移动的移动机构、和以最小分辨率ΔS检测所述移动机构的移动量的移动量检测传感器，其中，Ａ＝ΔＳ／ΔＭ≥2，其中，所述致动器的位置计算装置能够根据所述控制信号计算所述移动机构的估算位置，并具有：信号取得单元，其每ΔM取得所述控制信号，并取得所述移动量检测传感器的传感器信号；和位置计算装置，其当设所述移动机构的目标位置处的所述控制信号为M0时，（i）根据分别属于彼此不同的至少1个以上的所述传感器信号的所述控制信号，针对每个同一所述传感器信号分别计算所述移动机构的估算位置的最小值和最大值，（ii）求出通过以所述最小值和所述最大值作为一方变量、以所述传感器信号作为其它变量的回归分析得到的直线或二次曲线与在M0时的所述估算位置相交的交点P，（iii）根据该交点P计算在所述目标位置处的所述移动机构的位置SA。

当传感器信号变动时，传感器信号没有根据控制信号有规则地每ΔS上升，使用上述式1正确计算SA变得困难。因此，可以通过回归分析高精度地计算SA。