JP3313757B2 - Coarse / fine movement mechanism - Google Patents

Coarse / fine movement mechanism

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JP3313757B2
JP3313757B2 JP13349492A JP13349492A JP3313757B2 JP 3313757 B2 JP3313757 B2 JP 3313757B2 JP 13349492 A JP13349492 A JP 13349492A JP 13349492 A JP13349492 A JP 13349492A JP 3313757 B2 JP3313757 B2 JP 3313757B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、粗動機構,微動機構に
関するものである。特に、走査型トンネル顕微鏡及びそ
の応用装置等の精密位置決めなどに用いられる粗動微動
機構に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a coarse movement mechanism and a fine movement mechanism. In particular, the present invention relates to a coarse and fine movement mechanism used for precise positioning of a scanning tunneling microscope and its application equipment.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年において、導体の表面原子の電子構
造を直接観察できる走査型トンネル顕微鏡(以後、ST
Mと略す)が開発され、広範囲な応用が期待されてい
る。また、STM技術を応用した原子間力顕微鏡が開発
され、絶縁性の試料に対しても原子オーダーの観測がで
きるようになってきた。これらの新しい顕微鏡は、走査
型プローブ顕微鏡(SPMと略す)と総称され、顕微鏡
本来の用途の外に、その原理から様々な応用が考えられ
ている。
2. Description of the Related Art In recent years, a scanning tunneling microscope (hereinafter referred to as ST) capable of directly observing the electronic structure of surface atoms of a conductor.
M) has been developed and is expected to have a wide range of applications. In addition, an atomic force microscope to which the STM technology is applied has been developed, and it has become possible to observe an atomic sample on an insulating sample. These new microscopes are collectively referred to as scanning probe microscopes (abbreviated as SPM), and in addition to the original use of the microscope, various applications are considered from its principle.

【0003】特に、記録媒体中に高分解能で情報を書き
込む記録装置、また記録媒体中に書き込まれた情報を高
分解能で読みだす再生装置としての応用が進められてい
る。このようにSTM技術を応用した装置では、プロー
ブと記録媒体とを1nm程度まで近づけるため、高度な
精密制御技術が必要とされている。
In particular, applications as a recording device for writing information in a recording medium with high resolution and a reproducing device for reading information written in a recording medium with high resolution have been advanced. As described above, in the apparatus to which the STM technology is applied, a high-precision control technique is required in order to bring the probe and the recording medium closer to about 1 nm.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとしている課題】上記SPM及びS
PM技術を応用した装置において、プローブを記録媒体
表面の記録再生領域に移動したり、記録媒体表面に沿っ
てプローブと記録媒体とを相対的に走査する必要がある
が、ここにも、精密な移動制御技術が欠せない。そのた
めに粗動機構・走査機構などが複雑になり、装置が大型
化したり、二次元走査時に二軸の相互干渉があるなどの
問題が生じていた。
SUMMARY OF THE INVENTION The above SPM and SPM
In an apparatus to which the PM technology is applied, it is necessary to move the probe to a recording / reproducing area on the surface of the recording medium or to relatively scan the probe and the recording medium along the surface of the recording medium. Movement control technology is indispensable. As a result, the coarse movement mechanism and the scanning mechanism become complicated, and there have been problems such as an increase in size of the apparatus and mutual interference between two axes during two-dimensional scanning.

【0005】本発明は、面内粗動機構及び微動機構の機
能を有し、探針と試料との相対的な二次元走査時に相互
干渉の無い小型のSPM及びSPM技術を応用した装置
に適用できるものを提供することを目的とする。
The present invention is applied to a small SPM having a function of an in-plane coarse movement mechanism and a function of a fine movement mechanism and free from mutual interference during relative two-dimensional scanning between a probe and a sample, and an apparatus to which SPM technology is applied. It aims to provide what can be done.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の粗動機構は、移動部材を一方向に案内す
る機構と、該移動部材をクランプする複数のクランプ手
段と、該移動部材の移動方向に可動な可動部と、該可動
部を挟むように移動方向に対向して設けた一対の移動用
伸縮素子とを有し、該クランプ手段の少なくとも1つを
該可動部に固定したことを特徴とする。
To achieve the above object, a coarse movement mechanism according to the present invention comprises a mechanism for guiding a moving member in one direction, a plurality of clamping means for clamping the moving member, and A movable part movable in the moving direction of the moving member, and a pair of telescopic elements for movement provided opposite to each other in the moving direction so as to sandwich the movable part, and at least one of the clamping means is attached to the movable part. It is characterized by being fixed.

【0007】また、移動部材に凹部を設け、クランプ手
段で凹部内側から広げるようにクランプする様にした。
Further, a concave portion is provided in the moving member, and the movable member is clamped so as to expand from the inside of the concave portion.

【0008】また、上述の目的を達成するために、本発
明の粗動微動機構は、案内機構により一軸方向に案内さ
れて移動可能な移動部材と、該移動部材を挟んで移動方
向に対向して設けられた一対の移動用伸縮素子と、該移
動用伸縮素子の移動部材側と反対側を各々、クランプす
るクランプ手段とを設置している。
In order to achieve the above-mentioned object, a coarse movement fine movement mechanism according to the present invention includes a movable member guided in a uniaxial direction by a guide mechanism and a movable member opposed to the movable direction with the movable member interposed therebetween. A pair of telescopic elements for movement provided and a clamp means for clamping each side of the telescopic element for movement opposite to the moving member side are provided.

【0009】さらに、上述の目的を達成するために、本
発明は、走査型プローブ顕微鏡及びその応用装置に適用
する場合においては、プローブと、該プローブを一軸方
向に駆動するプローブ駆動手段と、試料と、該試料を一
軸方向に駆動する試料駆動手段とを、該プローブと該試
料とを相対的に面内移動させる構成とした粗動微動機構
を特徴とするものである。
Further, in order to achieve the above object, the present invention, when applied to a scanning probe microscope and its application apparatus, a probe, a probe driving means for driving the probe in one axis direction, a sample, And a coarse-movement / fine-movement mechanism in which a sample driving means for driving the sample in a uniaxial direction is configured to relatively move the probe and the sample in a plane.

【0010】即ち、本発明は、プローブ駆動手段がプロ
ーブを設置した移動部材を挟むように対向して設けた一
対のプローブ移動用伸縮素子と、プローブ移動用伸縮素
子の伸縮方向の移動部材と反対側をそれぞれクランプす
るクランプ手段とを具備する粗動微動機構からなる様に
したものである。更に、前記試料駆動手段が前記試料を
設置した移動部材を挟むように対向して設けた一対の試
料移動用伸縮素子と、該試料移動用伸縮素子の伸縮方向
の該移動部材と反対側をそれぞれクランプするクランプ
手段とを具備する粗動微動機構からなる様にしたもので
ある。すなわち、本発明の走査型プローブ顕微鏡は、本
発明の粗動微動機構を有する。
That is, according to the present invention, a pair of probe-moving telescopic elements provided opposite to each other so that a probe driving means sandwiches a moving member on which a probe is mounted, and a pair of probe-moving telescopic elements which are opposite to the moving member in the direction of expansion and contraction. And a coarse and fine movement mechanism having clamping means for clamping the respective sides. Furthermore, a pair of sample moving telescopic elements provided so that the sample driving means sandwiches the moving member on which the sample is placed, and a side opposite to the moving member in the direction of expansion and contraction of the sample moving telescopic element, respectively. A coarse movement fine movement mechanism having a clamp means for clamping is provided. That is, the scanning probe microscope of the present invention
It has the coarse and fine movement mechanism of the invention.

【0011】[0011]

【作用】本発明の粗動微動機構は、移動部材を挟むよう
に対向して設けた一対の移動用伸縮素子と、該移動用伸
縮素子の移動部材側と反対側をそれぞれクランプする少
くとも一対のクランプ手段とを具備するもので、粗動時
には、一対の移動用伸縮素子と一対のクランプ手段の一
つを作動させて移動部材を尺取り虫式に移動させて粗動
送りする。そして、微動時または走査時には、一対のク
ランプ手段でクランプしながら一対の移動用伸縮素子の
一方を伸ばし、他方を縮める駆動を行うことで移動部材
を微動送りさせる。
The coarse and fine movement mechanism of the present invention comprises a pair of movable telescopic elements provided so as to sandwich a moving member, and at least one pair of clamps for clamping the movable telescopic element on the side opposite to the movable member. During coarse movement, a pair of moving expansion / contraction elements and one of the pair of clamping means are operated to move the moving member in a worm-like manner to perform coarse feed. Then, at the time of fine movement or scanning, one of the pair of movable expansion / contraction elements is extended while being clamped by the pair of clamping means, and the other is contracted, whereby the movable member is finely fed.

【0012】[0012]

【実施例】第1実施例 図1は本発明の特徴をよく表わす図面であり、本発明の
構成部品の斜視図を示している。同図において、1は移
動部材、2は移動部材1を1軸方向に案内する直線案内
部、3は移動部材1をクランプするクランパ、4はクラ
ンパ3を固定する基台である。直線案内部2は、移動部
材1に取り付ける1組の移動部21と、基台4に取り付
ける1組の固定部22と、直線案内するV型溝23と、
球24及び球のリテイナ25(不図示)から構成され
る。クランパ3は、クランプ用伸縮素子31と、この伸
縮素子の動きを拡大するてこからなっており(図3参
照)、このてこは弾性ヒンジ部32を支点とし、クラン
プ部分33を作用点としている。クランプ部分33は移
動部材1に固定された移動部21をクランプする。クラ
ンパ3は、同じ形状のもの30と30’の2つあり、そ
れぞれ基台4の固定部41と可動部42とに固定され
る。基台4には、クランパ30を取り付けるクランパ取
付部41と、クランパ30’を取り付けるクランパ取付
部42とがあり、クランパ取付部42は可動部43の一
部で、可動部43は弾性ヒンジ部44からなる平行ばね
により1軸方向に案内される。また、可動部43の可動
方向にそれぞれ対向して設けられた一対の移動用伸縮素
子45と45’は、予荷重用梁部46により変位軸方向
に予荷重が加えられている。即ち、可動部43の可動方
向の長さと移動用伸縮素子45と45’の長さの総和
は、予荷重用梁部46間の内側の寸法よりも少し長くな
っており、予荷重用梁部を弾性変形させた隙間に移動用
伸縮素子を挿入して予荷重を伸縮素子に与えている。こ
こでは伸縮素子として、100Vの印加電圧で約7μm
の伸び変位をする圧電素子を用いた。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First Embodiment FIG. 1 is a drawing showing the features of the present invention well, and shows a perspective view of the components of the present invention. In the figure, 1 is a moving member, 2 is a linear guide for guiding the moving member 1 in one axial direction, 3 is a clamper for clamping the moving member 1, and 4 is a base for fixing the clamper 3. The linear guide portion 2 includes a set of moving portions 21 attached to the moving member 1, a set of fixed portions 22 attached to the base 4, a V-shaped groove 23 for linearly guiding,
It comprises a ball 24 and a ball retainer 25 (not shown). The clamper 3 includes a clamp expansion / contraction element 31 and a lever for enlarging the movement of the expansion / contraction element (see FIG. 3). The lever uses the elastic hinge portion 32 as a fulcrum and the clamp portion 33 as an action point. The clamp part 33 clamps the moving part 21 fixed to the moving member 1. There are two clampers 3 having the same shape, 30 and 30 ′, which are fixed to the fixed part 41 and the movable part 42 of the base 4, respectively. The base 4 has a clamper attaching portion 41 for attaching the clamper 30 and a clamper attaching portion 42 for attaching the clamper 30 ′. The clamper attaching portion 42 is a part of the movable portion 43, and the movable portion 43 is an elastic hinge portion 44. Are guided in one axial direction by a parallel spring composed of Further, a pair of movable expansion / contraction elements 45 and 45 ′ provided to face each other in the movable direction of the movable section 43 is preloaded in the displacement axis direction by a preload beam 46. That is, the sum of the length of the movable portion 43 in the movable direction and the length of the movable telescopic elements 45 and 45 ′ is slightly longer than the inner dimension between the preload beam portions 46, The pre-load is applied to the telescopic element by inserting the telescopic element for movement into the gap where the elastic element has been elastically deformed. Here, as an expansion element, about 7 μm at an applied voltage of 100 V
A piezoelectric element that performs elongation displacement is used.

【0013】図2は、組み上がった状態の粗動機構を移
動部材の移動方向軸からみた正面図である。クランパが
移動部材の下側の空間に入り込み、機構の薄型化に貢献
している。また、クランパのクランプ部33が直線案内
の移動部21のV型溝と反対側をクランプしている状態
がよく分かる。
FIG. 2 is a front view of the assembled coarse movement mechanism viewed from the moving direction axis of the moving member. The clamper enters the space below the moving member, contributing to a thinner mechanism. Further, it can be clearly seen that the clamp portion 33 of the clamper clamps the opposite side of the linear guide moving portion 21 from the V-shaped groove.

【0014】図3は、クランパ3の上面図である。クラ
ンパ3は、クランプ用伸縮素子31と、この伸縮素子の
動きを拡大するてこからなっている。このてこは、クラ
ンプ用伸縮素子31の両側の鋼球34を力点、弾性ヒン
ジ部32を支点、クランプ部分33を作用点としてお
り、てこ比は約5倍である。クランプ部分33は移動部
材1に固定された移動部21をクランプする。クランプ
用伸縮素子は、変位軸方向に予荷重を加えた状態で設置
される。即ち、図4において、直線案内左右の移動部2
1の間の寸法Aは、クランプ用伸縮素子と鋼球径とクラ
ンパの長さの総和Bよりも少し短くなっている。これに
より、クランプ用伸縮素子に電圧を印加しない状態でも
クランプ部分33は直線案内の移動部21の内側に押さ
れ、移動部材1を保持する。
FIG. 3 is a top view of the clamper 3. The clamper 3 includes a clamp extendable element 31 and a lever that expands the movement of the extendable element. The lever uses the steel balls 34 on both sides of the clamp expansion / contraction element 31 as a point of force, the elastic hinge 32 as a fulcrum, and the clamp portion 33 as an action point, and has a leverage of about 5 times. The clamp part 33 clamps the moving part 21 fixed to the moving member 1. The expansion / contraction element for clamping is installed in a state where a preload is applied in the direction of the displacement axis. That is, in FIG.
The dimension A between 1 is slightly shorter than the sum B of the length of the clamping telescopic element, the diameter of the steel ball, and the length of the clamper. As a result, even when no voltage is applied to the clamp expansion / contraction element, the clamp portion 33 is pushed inside the linearly guided moving portion 21 and holds the moving member 1.

【0015】粗動の説明を図5に従って行なう。図5は
各伸縮素子に加える電圧の印加手順を示している。同図
の上から順番に、基準クロック、クランプ用伸縮素子3
1に加える電圧、移動用伸縮素子45に加える電圧、移
動用伸縮素子45’に加える電圧、クランプ用伸縮素子
31’に加える電圧を示している。例えば、時間T1に
おいて、クランプ用素子31には100Vの電圧、移動
用素子45には0Vの電圧、移動用素子45には100
Vの電圧、クランプ用素子31’には0Vの電圧が印加
されている。この様にして、クロックを基準にT1から
T6までの電圧を各伸縮素子に印加していくと可動部材
が1ステップ動く。以下T0、T1からT6まで順番に
説明していく。
The coarse movement will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows a procedure for applying a voltage applied to each expansion element. In order from the top of FIG.
1, the voltage applied to the expansion / contraction element 45 for movement, the voltage applied to the expansion / contraction element 45 ′ for the movement, and the voltage applied to the expansion / contraction element 31 ′ for the clamp are shown. For example, at time T1, a voltage of 100 V is applied to the clamping element 31, a voltage of 0 V is applied to the moving element 45, and a voltage of 100 V is applied to the moving element 45.
A voltage of V and a voltage of 0 V are applied to the clamping element 31 '. In this way, when the voltages from T1 to T6 are applied to the respective expansion / contraction elements based on the clock, the movable member moves by one step. Hereinafter, description will be made in order from T0, T1 to T6.

【0016】T0、機構を立ち上げる前には各素子には
電圧が印加されていないので、ここで移動用素子45’
に100Vを印加する。
At T0, before starting the mechanism, no voltage is applied to each element.
100V is applied.

【0017】T1、クランプ用素子31に電圧100V
を印加し、クランパ30を動作させ、移動部材1をクラ
ンプする。
T1, a voltage of 100 V is applied to the clamp element 31
Is applied, the clamper 30 is operated, and the moving member 1 is clamped.

【0018】T2、移動用素子45に0から100Vの
電圧、移動用素子45’に100Vから0Vの電圧をそ
れぞれに加える。クランプ用素子31にクランプされて
いるクランプ部33とクランプされていないクランプ部
33’との摩擦力の差により、クランパ30’が微小変
位する。(図1の位置関係で機構が組み上がったとし
て、クランパ30’は右下方向へ微小に変位する) T3、クランパ用素子31’に100Vの電圧を印加
し、クランパ30’を動作させ、移動部材1をクランパ
する。
T2, a voltage of 0 to 100 V is applied to the moving element 45 and a voltage of 100 V to 0 V is applied to the moving element 45 '. The clamper 30 'is slightly displaced by a difference in frictional force between the clamp portion 33 clamped by the clamp element 31 and the unclamped clamp portion 33'. (Assuming that the mechanism is assembled in the positional relationship shown in FIG. 1, the clamper 30 'is slightly displaced in the lower right direction.) T3, a voltage of 100 V is applied to the clamper element 31', and the clamper 30 'is operated and moved. The member 1 is clamped.

【0019】T4、クランパ用素子31の印加電圧を0
Vにする。クランパ30の動作は解除される。
T4, the voltage applied to the clamper element 31 is set to 0
V. The operation of the clamper 30 is released.

【0020】T5、移動用素子45の印加電圧を100
Vから0Vに、移動用素子45’の印加電圧を0Vから
100Vにする。クランプ用素子31’にクランプされ
ているクランプ部33’とクランプされていないクラン
プ部33との摩擦力の差により、クランパ30’が移動
部材1をクランプしたまま微小変位する。その結果、移
動部材1は微小移動する。(図1の位置関係で機構が組
み上がったとして、移動部材は左上方向へ微小に移動す
る) T6、クランプ用素子31に100Vの電圧を印加し、
クランパ30を動作させ、移動部材1をクランプする。
この1サイクルで、移動部材は約5μm動いた。続い
て、T1からT6までを繰り返すと、更に約5μmずつ
移動部材を動かすことができる。また、各伸縮素子に図
5の右から左(T6からT1)の様に電圧を加えると移
動部材は、逆方向に約5μm動かすことができる。ま
た、T2(からT4)の時に移動用伸縮素子45、4
5’に加える電圧を調整することで1ステップで動く距
離を変えることができる。第2実施例 図6は本発明の特徴をよく表わす図面であり、図6
(a)は側面図、図6(b)は上面図である。同図にお
いて、1は移動部材、62と62’は移動部材1の両側
に対向して接着された一対の移動用伸縮素子、63と6
3’は移動用伸縮素子62と62’を介して移動部材1
と接続されたクランプ用ブロック、64と64’はクラ
ンプ用ブロック63と63’をクランプするクランプ用
伸縮素子、65と65’はクランプ用伸縮素子とクラン
プ用ブロックの間に設けられたクランプ部、6は箱の形
状をしているフレームで、クランプ用伸縮素子とフレー
ムとは接着固定されている。7と7’はフレーム6の内
側を滑るスライド部であり、スライド部7と7’はクラ
ンプ用ブロックの両側に設けられている。ここでは伸縮
素子として100Vの印加電圧で約7μmの伸び変位を
する積層型の圧電素子を使用した。また、スライド部に
はテフロン樹脂を用いている。クランプ用伸縮素子は、
軸方向に予荷重を加えた状態で設置されている。即ち、
図6(a)において、クランプ用ブロックとクランプ用
伸縮素子とクランプ部の長さの総和は、フレームの内側
の寸法よりも少し長くなっている。これにより、クラン
プ用伸縮素子に電圧を印加しない状態でもクランプ用ブ
ロックはフレームの内側に押される。
T5, the applied voltage of the moving element 45 is set to 100
The applied voltage of the moving element 45 'is changed from 0V to 100V from V to 0V. Due to the difference in frictional force between the clamp portion 33 'clamped by the clamping element 31' and the unclamped clamp portion 33, the clamper 30 'is slightly displaced while clamping the moving member 1. As a result, the moving member 1 moves minutely. (Assuming that the mechanism is assembled in the positional relationship shown in FIG. 1, the moving member slightly moves in the upper left direction.) T6, a voltage of 100 V is applied to the clamping element 31,
The moving member 1 is clamped by operating the clamper 30.
In this one cycle, the moving member moved about 5 μm. Subsequently, when T1 to T6 are repeated, the moving member can be further moved by about 5 μm. When a voltage is applied to each expansion element from right to left in FIG. 5 (from T6 to T1), the moving member can move about 5 μm in the opposite direction. Also, at the time of T2 (from T4), the telescopic elements 45, 4
By adjusting the voltage applied to 5 ', the distance moved in one step can be changed. Second Embodiment FIG. 6 is a drawing that clearly shows the features of the present invention.
6A is a side view, and FIG. 6B is a top view. In the figure, 1 is a moving member, 62 and 62 ′ are a pair of moving expansion and contraction elements adhered to both sides of the moving member 1, 63 and 6
3 'is a moving member 1 via moving telescopic elements 62 and 62'.
A clamping block 64 and 64 ′ are clamped telescopic elements for clamping the clamp blocks 63 and 63 ′, 65 and 65 ′ are clamp portions provided between the clamp telescopic element and the clamp block, Reference numeral 6 denotes a box-shaped frame, in which the elastic element for clamping and the frame are adhered and fixed. Reference numerals 7 and 7 'denote slide portions that slide inside the frame 6, and the slide portions 7 and 7' are provided on both sides of the clamping block. Here, a laminated piezoelectric element that expands and displaces by about 7 μm at an applied voltage of 100 V was used as the expansion / contraction element. Further, a Teflon resin is used for the slide portion. The telescopic element for clamping is
It is installed with a preload applied in the axial direction. That is,
In FIG. 6A, the sum of the lengths of the clamp block, the clamp extendable element, and the clamp portion is slightly longer than the inner size of the frame. As a result, the clamping block is pushed inside the frame even when no voltage is applied to the clamping telescopic element.

【0021】粗動微動機構の動作説明を行なう。The operation of the coarse / fine movement mechanism will be described.

【0022】最初に、粗動の説明を図7,8に従って行
なう。図7は各伸縮素子に加える電圧の時間的手順を示
している。同図の上から順番に、基準クロック、クラン
プ用伸縮素子64に加える電圧、移動用伸縮素子62に
加える電圧、移動用伸縮素子62’に加える電圧、クラ
ンプ用伸縮素子64’に加える電圧を示している。例え
ば、時間T1において、クランプ素子64には100V
の電圧、移動用素子62と62’には0Vの電圧、クラ
ンプ素子64’には0Vの電圧が印加されている。この
様にして、クロックを基準にT1からT6までの電圧を
各伸縮素子に印加していくと移動部材が1ステップ動
く。図8は移動部材が動く状態を時間T1からT6まで
順番に示しており、フレームの中側だけを図示してあ
る。以下T1からT6まで順番に説明していく。
First, the coarse movement will be described with reference to FIGS. FIG. 7 shows the time sequence of the voltage applied to each expansion element. In order from the top of the same figure, a reference clock, a voltage applied to the clamp expansion / contraction element 64, a voltage applied to the movement expansion / contraction element 62, a voltage applied to the movement expansion / contraction element 62 ′, and a voltage applied to the clamp expansion / contraction element 64 ′ are shown. ing. For example, at time T1, 100 V is applied to the clamp element 64.
, A voltage of 0 V is applied to the moving elements 62 and 62 ′, and a voltage of 0 V is applied to the clamp element 64 ′. In this way, when the voltage from T1 to T6 is applied to each expansion element based on the clock, the moving member moves by one step. FIG. 8 shows the moving state of the moving member in order from time T1 to T6, and shows only the middle side of the frame. Hereinafter, description will be made in order from T1 to T6.

【0023】T1、向かって左側のクランプ素子64の
みに電圧が100V印加されている。押さえつけられて
いる状態のクランプ部を黒く塗りつぶして示す。
At T1, a voltage of 100 V is applied only to the clamp element 64 on the left side of FIG. The clamp portion in the pressed state is shown by blacking out.

【0024】T2、駆動用素子62と62’に50Vの
電圧をそれぞれに印加すると、クランプ素子64に押さ
えられているブロック63と押さえつけられていないブ
ロック63’とのフレーム内壁に対する摩擦力の差によ
り、ブロック63を固定部分として移動部材1やブロッ
ク63’は右側へ移動する。
T2, when a voltage of 50 V is applied to each of the driving elements 62 and 62 ', the difference between the frictional force between the block 63 pressed by the clamp element 64 and the block 63' not pressed against the inner wall of the frame is obtained. The moving member 1 and the block 63 'are moved rightward with the block 63 as a fixed part.

【0025】T3、右側のクランプ素子64’に100
Vの電圧を印加し、ブロック63’をクランプ状態にす
る。
T3, 100 is applied to the right clamp element 64 '.
A voltage of V is applied to place the block 63 'in a clamped state.

【0026】T4、左側のクランプ素子64の印加電圧
を0Vにする。ブロック63はクランプ状態から解除さ
れる。
At T4, the voltage applied to the left clamp element 64 is set to 0V. The block 63 is released from the clamp state.

【0027】T5、移動用素子62と62’の印加電圧
を0Vにする。クランプ状態のブロック63’を固定部
分として移動部材1やブロック63が右側へ移動する。
At T5, the voltage applied to the moving elements 62 and 62 'is set to 0V. The moving member 1 and the block 63 move rightward with the clamped block 63 'as a fixed portion.

【0028】T6、右側のクランプ素子64に100V
の電圧を印加し、ブロック63をクランプ状態にする。
この1サイクルで、移動部材1は右方向へ約5μm動い
た。続いて、T1からT6までを繰り返すと、右方向に
約5μm、移動部材を動かすことができる。また、各伸
縮素子に図7の右から左(T6からT1)の様に電圧を
加えると移動部材は、左方向に約5μm動かすことがで
きる。更に、T2(からT4)の時に移動用伸縮素子6
2、62’に加える電圧を調整することで1ステップで
動く距離を変えることができる。また、移動用素子62
あるいは移動用素子62’のどちらか一方に電圧を加え
ることでも粗動が可能である。
T6, 100V is applied to the right clamp element 64
And the block 63 is clamped.
In this one cycle, the moving member 1 moved rightward by about 5 μm. Subsequently, when T1 to T6 are repeated, the moving member can be moved rightward by about 5 μm. When a voltage is applied to each expansion element from right to left (T6 to T1) in FIG. 7, the moving member can move about 5 μm to the left. Further, at the time of T2 (from T4), the telescopic element for movement 6
By adjusting the voltage applied to 2, 62 ', the distance moved in one step can be changed. The moving element 62
Alternatively, coarse movement is possible by applying a voltage to one of the moving elements 62 '.

【0029】次に、微動の説明を図9、10に従って行
なう。図9は、図7のT3の状態で各伸縮素子に加える
電圧の時間的手順を示している。同図において明らかな
ようにクランプ素子64、64’には100Vの電圧が
加えられており、ブロック63、63’はフレームの内
側に押さえつけられている。また、移動用素子62、6
2’に加える電圧の波形は、三角波になっている。図1
0は、移動部材が動く状態を順番に示している。以下順
番に説明していく。
Next, the fine movement will be described with reference to FIGS. FIG. 9 shows the time sequence of the voltage applied to each expansion element in the state of T3 in FIG. As is clear from the figure, a voltage of 100 V is applied to the clamp elements 64 and 64 ', and the blocks 63 and 63' are pressed inside the frame. In addition, the moving elements 62 and 6
The waveform of the voltage applied to 2 ′ is a triangular wave. FIG.
0 indicates the order in which the moving members move. The description will be made in the following order.

【0030】A−B、向かって左側の移動用素子62に
電圧50Vから100Vまでを、また右側の移動用素子
62’には電圧50Vから0Vまでを加える。移動部材
は、右方向に動く。その移動量は、約2.5μmであ
る。
AB, a voltage of 50V to 100V is applied to the left moving element 62, and a voltage of 50V to 0V is applied to the right moving element 62 '. The moving member moves rightward. The movement amount is about 2.5 μm.

【0031】B−C、移動用素子62に電圧100Vか
ら50Vまでを、また、移動用素子62’には電圧0V
から50Vまでを加える。移動部材は、最初のAと同じ
位置に戻る。
BC, a voltage of 100V to 50V is applied to the moving element 62, and a voltage of 0V is applied to the moving element 62 '.
To 50V. The moving member returns to the same position as the first A.

【0032】C−D、移動用素子62に電圧50Vから
0Vまでを、また、移動用素子62’には電圧50Vか
ら100Vまでを加える。移動部材は、A(C)の位置
から左方向へ約2.5μm動く。
CD, a voltage of 50V to 0V is applied to the moving element 62, and a voltage of 50V to 100V is applied to the moving element 62 '. The moving member moves about 2.5 μm to the left from the position of A (C).

【0033】D−E、移動用素子62に電圧0Vから5
0Vまでを、また、移動用素子62’には電圧100V
から50Vまでを加える。移動部材は、最初のA(C)
と同じ位置に戻る。この1サイクルで、移動部材は最初
の点を基準に±約2.5μmの走査をすることができ
る。また、移動用素子に図9の右から左(EからA)の
様に電圧を加えると移動部材は、逆方向から±約2.5
μm走査することができる。更に、移動用素子に加える
三角波の波高(電圧)を調整することで走査の振幅を変
えることができる。そして、図9のAからEの間の任意
の点で移動用素子に加えている電圧をホールドすると任
意位置への微動ができることになる。移動用素子に加え
る電圧を制御するだけで、nmオーダーの位置再現性を
得ることができる。
D-E, the voltage from 0 V to 5 is applied to the moving element 62.
0 V, and a voltage of 100 V is applied to the moving element 62 ′.
To 50V. The moving member is the first A (C)
Return to the same position as. In this one cycle, the moving member can scan ± 2.5 μm from the first point. When a voltage is applied to the moving element from right to left (from E to A) in FIG.
μm can be scanned. Further, the amplitude of the scan can be changed by adjusting the wave height (voltage) of the triangular wave applied to the moving element. Then, if the voltage applied to the moving element is held at an arbitrary point between A and E in FIG. 9, fine movement to an arbitrary position can be performed. Only by controlling the voltage applied to the moving element, positional reproducibility on the order of nm can be obtained.

【0034】本実施例の機構により、1軸方向に粗動微
動が精度よくできる。この機構を直交させて配置し、移
動部材にそれぞれ探針と試料を取り付け、探針と試料を
相対走査し、STMの粗動微動機構として用いることが
できた。
With the mechanism of this embodiment, coarse movement and fine movement can be accurately performed in one axis direction. This mechanism was arranged orthogonally, the probe and the sample were attached to the moving member, and the probe and the sample were scanned relative to each other, so that the mechanism could be used as a coarse and fine movement mechanism of the STM.

【0035】なお、図6の機構では、クランプ用伸縮素
子64、64’はフレーム6の内側に接着固定されてい
たが、図11のようにクランプ用ブロック63、63’
に接着固定し、クランプ部がフレームの内側になっても
良い。この場合、フレームの移動方向長さを長くするだ
けで粗動時のストロークを長くできる。一方、図6の機
構はストロークを長くするには、フレームとクランプ用
ブロックの移動方向の長さを長くする必要がある。第3実施例 図12は本発明第3の実施例の粗動微動機構を表す側面
図である。同図において、1は移動部材、62と62’
は移動部材1の両側に対向して接着された一対の移動用
伸縮素子、63と63’は移動用伸縮素子62と62’
を介して移動部材1と接続されたクランプ用ブロック、
64aと64bはクランプ用ブロック63をクランプす
るクランプ用伸縮素子、64a’と64b’はクランプ
用ブロック63’をクランプするクランプ用伸縮素子、
65と65’はクランプ用伸縮素子とクランプ用ブロッ
クの間に設けられたクランプ部、6は箱の形状をしてい
るフレームで、クランプ用伸縮素子とフレームとは接着
固定されている。図示していないが、図6(b)と同様
にフレーム6の内側を滑るスライド部がクランプ用ブロ
ックの両側に設けられている。ここでは伸縮素子として
100Vの印加電圧で約7μmの伸び変位をする積層型
圧電素子を使用した。また、スライド部にはテフロン樹
脂を用いている。クランプ用伸縮素子は、軸方向に予荷
重を加えた状態で設置されている。即ち、図12におい
て、クランプ用ブロックと1組のクランプ用伸縮素子と
クランプ部の長さの総和は、フレームの内側の寸法より
も少し長くなっている。これにより、クランプ用伸縮素
子に電圧を印加しない状態でもクランプ用ブロックはク
ランプ用伸縮素子の間に保持される。
In the mechanism shown in FIG. 6, the expansion / contraction elements 64, 64 'for clamping are fixed to the inner side of the frame 6, but as shown in FIG. 11, the blocks 63, 63' for clamping are provided.
And the clamp portion may be inside the frame. In this case, the stroke at the time of coarse movement can be lengthened only by increasing the length of the frame in the moving direction. On the other hand, in the mechanism of FIG. 6, in order to increase the stroke, it is necessary to increase the length of the frame and the clamp block in the moving direction. Third Embodiment FIG. 12 is a side view showing a coarse movement fine movement mechanism according to a third embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a moving member, 62 and 62 '
Is a pair of movable expansion and contraction elements adhered to both sides of the movement member 1, 63 and 63 'are movable expansion and contraction elements 62 and 62'.
A clamping block connected to the moving member 1 through
64a and 64b are clamping telescopic elements for clamping the clamping block 63, 64a 'and 64b' are clamping telescopic elements for clamping the clamping block 63 ',
Reference numerals 65 and 65 'denote clamp portions provided between the clamp telescopic element and the clamp block, 6 denotes a box-shaped frame, and the clamp telescopic element and the frame are adhered and fixed. Although not shown, as in FIG. 6B, slide portions that slide inside the frame 6 are provided on both sides of the clamping block. Here, a laminated piezoelectric element that expands and displaces by about 7 μm at an applied voltage of 100 V was used as the expansion / contraction element. Further, a Teflon resin is used for the slide portion. The elastic element for clamping is installed with a preload applied in the axial direction. That is, in FIG. 12, the sum of the lengths of the clamp block, the set of expansion / contraction elements for clamp, and the clamp portion is slightly longer than the inner size of the frame. Thus, the clamp block is held between the clamp telescopic elements even when no voltage is applied to the clamp telescopic elements.

【0036】粗動微動時の各伸縮素子に加える電圧につ
いては、上述の第2実施例と同じである。ただし、本実
施例では、図13のようにクランプ用伸縮素子64bと
64b’を伸ばし、クランプ用伸縮素子64aと64
a’を縮めることにより、移動部材を下方向に微動する
ことができる。この時の各素子への印加電圧は、例えば
中立位置(図12に示した位置)ではそれぞれ50V、
図13の位置では伸縮素子64aと64a’に0V、伸
縮素子64bと64b’に100Vである。移動部材は
中立位置から約2μm下に微動している。また、伸縮素
子64aと64a’に100V、伸縮素子64bと64
b’に0Vの電圧を加えれば移動部材を上方向に微動で
きる。こうすれば、移動部材を左右方向には粗動と微動
(走査)でき、上下方向には微動(走査)できる。
The voltage applied to each expansion element at the time of coarse movement and fine movement is the same as that of the second embodiment. However, in the present embodiment, as shown in FIG. 13, the clamping telescopic elements 64 b and 64 b ′ are extended, and the clamping telescopic elements 64 a and 64 b are extended.
By shrinking a ′, the moving member can be slightly moved downward. The voltage applied to each element at this time is, for example, 50 V at the neutral position (the position shown in FIG. 12),
In the position shown in FIG. 13, 0V is applied to the expandable elements 64a and 64a ', and 100V is applied to the expandable elements 64b and 64b'. The moving member is slightly moving about 2 μm below the neutral position. Also, 100 V is applied to the expansion and contraction elements 64a and 64a ', and
By applying a voltage of 0 V to b ', the moving member can be finely moved upward. In this way, the moving member can be coarsely moved and finely moved (scanned) in the horizontal direction, and finely moved (scanned) in the vertical direction.

【0037】また、図12において、右側のクランプ用
伸縮素子64a’と64b’にはそれぞれ50Vの電圧
を加えてブロック63’を中立位置に保ち、左側のクラ
ンプ用伸縮素子64aには0V、クランプ用伸縮素子6
4bには100Vを加えると、移動部材を右側のブロッ
クを中心に回転させることもできる。
In FIG. 12, a voltage of 50 V is applied to each of the right-side clamping telescopic elements 64a 'and 64b' to keep the block 63 'in the neutral position. Telescopic element 6
When 100 V is applied to 4b, the moving member can be rotated around the right block.

【0038】なお、図12の機構では、クランプ用伸縮
素子64a、64a’、64b、64b’はフレーム6
の内側に接着固定されていたが、図14のようにクラン
プ用ブロックに接着固定し、クランプ部がフレームの内
側になっても良い。この場合、フレームの移動方向長さ
を長くするだけで粗動時のストロークを長くできる。 第4実施例 図15は本発明第4の実施例の粗動微動機構を表す側面
図である。同図において、1は移動部材、62と62’
は移動部材1の両側に対向して接着された一対の移動用
伸縮素子、63と63’は移動用伸縮素子62と62’
を介して移動部材1と接続されたクランプ用ブロック、
64aと64bはクランプ用ブロック63をクランプす
るクランプ用伸縮素子、64a’と64b’はクランプ
用ブロック63’をクランプするクランプ用伸縮素子、
65と65’はクランプ用伸縮素子とクランプ用ブロッ
クの間に設けられたクランプ部、6は箱の形状をしてい
るフレームで、クランプ用伸縮素子とフレームとは接着
固定されている。8は移動部材を左右1軸方向に案内す
る直線案内部であり、例えばV溝と球からなるリニアガ
イド等が使用可能である。
In the mechanism shown in FIG.
Elements 64a, 64a ', 64b, 64b'
The inside of the clamp was fixed as shown in FIG.
Adhesive on the block for
You may be on the side. In this case, the length in the moving direction of the frame
The stroke at the time of coarse movement can be lengthened only by lengthening the stroke. Fourth embodiment FIG. 15 is a side view showing a coarse / fine movement mechanism according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. In the figure, 1 is a moving member, 62 and 62 '
Is a pair of moving members bonded to both sides of the moving member 1 so as to face each other.
Telescopic elements 63 and 63 'are movable telescopic elements 62 and 62'.
A clamping block connected to the moving member 1 through
64a and 64b clamp the clamping block 63
Clamping elements 64a 'and 64b' are clamps
Telescopic element for clamping the block 63 '
65 and 65 'are a telescopic element for clamping and a block for clamping.
The clamp 6 provided between the clamps has the shape of a box.
Frame, the elastic element for clamping and the frame are bonded
Fixed. 8 guides the moving member in the left-right uniaxial direction
Linear guide, for example, a linear guide composed of a V-groove and a ball.
Id and the like can be used.

【0039】粗動微動時の各伸縮素子に加える電圧につ
いては、上述実施例と同じである。本実施例の場合は、
移動部材の1軸方向への移動精度の向上、高剛性化がは
かれる。本構成においては、第3の実施例のように可動
部の回転などはできなくなるが、移動部材のフレームに
対する剛性は上がる。第5実施例 図16は本発明のX−Y粗動微動機構が適用される走査
型トンネル顕微鏡の図面であり、同図において、11は
機械切断で作成したプラチナ−ロジウム製探針、20は
探針11をz方向に駆動するz方向駆動機構、30は探
針11をy方向に粗動及び微動するy方向駆動機構、y
方向駆動機構30は斜線で示されているフレーム6に固
定されている。40は試料、41は試料40を固定する
試料ホルダー、50は試料40をx方向に微動及び粗動
するx方向駆動機構、x方向駆動機構50は斜線で示さ
れているフレーム6に固定されている。70は各回路な
どを制御するマイクロコンピュータ、71は探針11と
試料40との間にバイアス電圧を加える電圧印加回路、
72は探針11と試料40との間に流れる電流を電圧に
変換し増幅を行なう電流増幅回路、73はx方向駆動機
構50及びy方向駆動機構30を粗動・微動・走査する
xy方向駆動回路、74は探針11をz方向に駆動する
z方向駆動回路である。
The voltage applied to each expansion element at the time of coarse movement and fine movement is the same as in the above-described embodiment. In the case of this embodiment,
The moving accuracy of the moving member in one axial direction is improved and the rigidity is increased. In this configuration, the movable portion cannot be rotated as in the third embodiment, but the rigidity of the movable member with respect to the frame is increased. Fifth Embodiment FIG. 16 is a drawing of a scanning tunnel microscope to which the XY coarse / fine movement mechanism of the present invention is applied. In FIG. 16, reference numeral 11 denotes a platinum-rhodium probe made by mechanical cutting, and 20 denotes a probe. A z-direction drive mechanism 30 for driving the probe 11 in the z-direction; a y-direction drive mechanism 30 for coarsely and finely moving the probe 11 in the y-direction;
The direction drive mechanism 30 is fixed to the frame 6 indicated by oblique lines. Reference numeral 40 denotes a sample, 41 denotes a sample holder for fixing the sample 40, 50 denotes an x-direction drive mechanism for finely and coarsely moving the sample 40 in the x direction, and the x-direction drive mechanism 50 is fixed to the frame 6 indicated by oblique lines. I have. 70 is a microcomputer that controls each circuit, etc., 71 is a voltage application circuit that applies a bias voltage between the probe 11 and the sample 40,
Reference numeral 72 denotes a current amplification circuit which converts a current flowing between the probe 11 and the sample 40 into a voltage and amplifies the voltage. The circuit 74 is a z-direction drive circuit for driving the probe 11 in the z-direction.

【0040】第5実施例について、図面を用いて説明す
る。
The fifth embodiment will be described with reference to the drawings.

【0041】図17と図18を用いてx方向駆動機構の
説明をする。図17は探針を通るxz断面、図18は探
針を通るyz断面を示している。同図において、40は
試料、51は試料40を取り付けたx方向移動部材、5
2と52’は移動部材51の両側に対向して接着された
一対の移動用伸縮素子、53と53’は移動用伸縮素子
52と52’を介して移動部材51と接続されたクラン
プ用ブロック、54と54’はクランプ用ブロック53
と53’をクランプするクランプ用伸縮素子、55と5
5’はクランプ用伸縮素子とクランプ用ブロックの間に
設けられたクランプ部、6は箱の形状をしているフレー
ム、クランプ用伸縮素子とフレームとはy方向案内基台
57と57’を介して接着固定されている。24は球
で、移動部材51とx方向案内基台56と56’との横
に下降されたV型溝に入り込み、移動部材51の動きを
x方向に運動拘束する。ここでは伸縮素子として100
Vの印加電圧で約7μmの伸び変位をする積層型の圧電
素子を使用した。クランプ用伸縮素子は、軸方向に予荷
重を加えた状態で設置されているので、クランプ用伸縮
素子に電圧を印加しない状態でもクランプ用ブロックは
フレームの内側に押される。
The x-direction drive mechanism will be described with reference to FIGS. FIG. 17 shows an xz section passing through the probe, and FIG. 18 shows a yz section passing through the probe. In the figure, reference numeral 40 denotes a sample, 51 denotes an x-direction moving member to which the sample 40 is attached, 5
2 and 52 ′ are a pair of movable expansion / contraction elements adhered to both sides of the movable member 51, and 53 and 53 ′ are clamping blocks connected to the movable member 51 via the movable expansion / contraction elements 52 and 52 ′. , 54 and 54 'are clamping blocks 53
Telescopic elements for clamping 55 and 5 ', 55 and 5
Reference numeral 5 'denotes a clamp portion provided between the clamp expansion / contraction element and the clamp block, 6 denotes a box-shaped frame, and the clamp expansion / contraction element and the frame are connected via the y-direction guide bases 57 and 57'. It is adhesively fixed. Numeral 24 denotes a sphere, which enters a V-shaped groove which is lowered beside the moving member 51 and the x-direction guide bases 56 and 56 ', and restrains the movement of the moving member 51 in the x direction. Here, 100 is used as the expansion element.
A laminated piezoelectric element that elongates and displaces by about 7 μm with an applied voltage of V was used. Since the clamp telescopic element is installed with a preload applied in the axial direction, the clamp block is pushed inside the frame even when no voltage is applied to the clamp telescopic element.

【0042】図19は、x方向粗動微動機構部分を示す
上面図であり、試料40の乗ったx方向移動部材51、
移動部材51を挾むように接着されたx方向移動用伸縮
素子52と52’、更に移動用素子52と52’に接着
されたクランプ用ブロック53と53’がある。このク
ランプ用ブロックの上面に書かれている破線の正方形
は、移動部材が中立位置にある時にクランプ部が接する
部分を示している。フレーム6にはx方向案内基台56
と56’が固定されており、その上面にはy方向クラン
プ用伸縮素子38と38’が接着されている。
FIG. 19 is a top view showing the x-direction coarse / fine movement mechanism, and the x-direction moving member 51 on which the sample 40 is mounted,
There are extendable elements 52 and 52 'for x-direction movement bonded to sandwich the moving member 51, and clamping blocks 53 and 53' bonded to the elements 52 and 52 'for movement. A dashed square on the upper surface of the clamping block indicates a portion where the clamp portion contacts when the moving member is at the neutral position. The frame 6 has an x-direction guide base 56
And 56 'are fixed, and the expansion elements 38 and 38' for y-direction clamp are adhered to the upper surface thereof.

【0043】x方向粗動微動機構の動作説明を行なう。
先ずx方向に試料40を粗動するには、図17におい
て、クランプ用伸縮素子54と54’をクランプ素子と
して、移動用伸縮素子52及び/又は52’を移動用素
子として尺取り虫型の駆動を行なう。例えば、移動用伸
縮素子52と52’にそれぞれ50Vの電圧を印加して
駆動すると、1ステップで約5μmの粗動ができる。x
方向に試料40を微動するには、クランプ用伸縮素子5
4と54’に電圧を印加してクランプ用ブロックをクラ
ンプしておき、移動用伸縮素子52に縮む(伸びる)電
圧を加え、移動用伸縮素子52’には伸びる(縮む)電
圧を加えることで、x方向移動部材51に乗っている試
料40をx方向に微動ができる。また、x方向に試料を
走査するには、上述した移動用伸縮素子に例えば三角波
や正弦波状の電圧を印加すればよく、波高値20Vの電
圧を印加で約1μmの走査ができる。
The operation of the x-direction coarse / fine movement mechanism will be described.
First, in order to coarsely move the sample 40 in the x-direction, in FIG. 17, a worm-like drive is performed by using the expansion / contraction elements 54 and 54 ′ as clamping elements and the expansion / contraction elements 52 and / or 52 ′ as moving elements. Do. For example, when a voltage of 50 V is applied to each of the movable expansion / contraction elements 52 and 52 'and driven, coarse movement of about 5 μm can be performed in one step. x
In order to finely move the sample 40 in the direction,
A voltage is applied to 4 and 54 'to clamp the clamping block, and a contracting (expanding) voltage is applied to the moving expansion element 52, and an expanding (shrinking) voltage is applied to the moving expansion element 52'. The sample 40 on the x-direction moving member 51 can be finely moved in the x-direction. Further, in order to scan the sample in the x direction, a triangular wave or sine wave voltage may be applied to the above-described movable expansion / contraction element, and a scanning of about 1 μm can be performed by applying a voltage having a peak value of 20V.

【0044】次に、図17と図18を用いてy方向駆動
機構の説明をする。同図において、11は探針、20は
探針11をz方向に動かすz方向駆動機構、35はz方
向駆動機構20を取り付けたy方向移動部材、36と3
6’は移動部材35の両側に対向して接着された一対の
移動用伸縮素子、37と37’は移動用伸縮素子36と
36’を介して移動部材35と接続されたクランプ用ブ
ロック、38と38’はクランプ用ブロック37と3
7’をクランプするクランプ用伸縮素子、39と39’
はクランプ用伸縮素子とクランプ用ブロックの間に設け
られたクランプ部、6は箱の形状をしているフレーム、
クランプ用伸縮素子とフレームとはx方向案内基台56
と56’を介して接着固定されている。24は球で、移
動部材35とy方向案内基台57と57’との横に加工
されたV型溝に入り込み、移動部材31の動きをy方向
に運動拘束する。ここでは伸縮素子として100Vの印
加電圧で約7μmの伸び変位をする積層型の圧電素子を
使用した。クランプ用伸縮素子は、軸方向に予荷重を加
えた状態で設置されているので、クランプ用伸縮素子に
電圧を印加しない状態でもクランプ用ブロックはフレー
ムの内側に押される。
Next, the y-direction drive mechanism will be described with reference to FIGS. In the figure, 11 is a probe, 20 is a z-direction drive mechanism for moving the probe 11 in the z direction, 35 is a y-direction moving member to which the z-direction drive mechanism 20 is attached, and 36 and 3
6 ′ is a pair of movable expansion / contraction elements adhered to both sides of the movable member 35, 37 and 37 ′ are clamping blocks connected to the movable member 35 via the movable expansion / contraction elements 36 and 36 ′, 38 And 38 'are clamping blocks 37 and 3
Telescopic elements for clamping 7 ', 39 and 39'
Is a clamp portion provided between the clamp telescopic element and the clamp block, 6 is a box-shaped frame,
X-direction guide base 56
And 56 'are adhered and fixed. Numeral 24 denotes a sphere, which enters a V-shaped groove machined beside the moving member 35 and the y-direction guide bases 57 and 57 'to restrain the movement of the moving member 31 in the y direction. Here, a laminated piezoelectric element that expands and displaces by about 7 μm at an applied voltage of 100 V was used as the expansion / contraction element. Since the clamp telescopic element is installed with a preload applied in the axial direction, the clamp block is pushed inside the frame even when no voltage is applied to the clamp telescopic element.

【0045】y方向粗動微動機構の動作説明を行なう。
y方向に探針11を粗動するには、図18において、ク
ランプ用伸縮素子38と38’をクランプ素子として、
移動用伸縮素子36及び/又は36’を移動用素子とし
て尺取り虫型の駆動を行なう。例えば、移動用伸縮素子
36と36’にそれぞれ50Vの電圧を印加して駆動す
ると、1ステップで約5μmの粗動ができる。y方向に
探針11を微動するには、クランプ用伸縮素子38と3
8’に電圧を印加してクランプ用ブロックをクランプし
ておき、移動用伸縮素子36に縮む(伸びる)電圧を加
え、移動用伸縮素子36’には伸びる(縮む)電圧を加
えることで、y方向移動部材35に乗っている探針11
をy方向に微動ができる。また、y方向に試料を走査す
るには、上述した移動用伸縮素子に例えば三角波や正弦
波状の電圧を印加すればよく、波高値20Vの電圧印加
で約1μmの走査ができる。
The operation of the y-direction coarse / fine movement mechanism will be described.
In order to coarsely move the probe 11 in the y direction, in FIG.
The telescopic element for movement 36 and / or 36 'is used as a moving element for driving in a worm type. For example, when a voltage of 50 V is applied to each of the movable expansion / contraction elements 36 and 36 'and driven, coarse movement of about 5 μm can be performed in one step. In order to finely move the probe 11 in the y direction,
A voltage is applied to 8 ′ to clamp the clamping block, and a contracting (expanding) voltage is applied to the moving elastic element 36, and an expanding (shrinking) voltage is applied to the moving elastic element 36 ′, thereby obtaining y. Probe 11 on direction moving member 35
Can be slightly moved in the y direction. Further, in order to scan the sample in the y direction, for example, a triangular wave or a sine wave voltage may be applied to the above-described movable expansion element, and scanning of about 1 μm can be performed by applying a voltage having a peak value of 20V.

【0046】本実施例装置の動作説明を行なう。探針1
1と試料40を取り付け、探針と試料との間に電圧印加
回路71でバイアス電圧0.3Vを印加しながら、電流
増幅回路72で検出される電流が1nAになるまでz方
向駆動機構20を駆動して探針を試料に近づける。ここ
でx方向駆動機構50に主走査の三角波状の波高値20
Vの電圧を加え、y方向駆動機構30に副走査の三角波
状の波高値20Vの電圧を加え、それぞれ走査する。こ
れで探針11と試料40とを1μm平方の領域にわたり
二次元走査でき、STM動作させれば、SMT像を得る
ことができる。また、x方向駆動機構及びy方向駆動機
構の移動部材を案内しているV型溝と球部分のクリアラ
ンスから生じるz方向ガタなどよりもz方向駆動機構の
ストロークを大きくした場合は、トンネル領域に探針を
近づけた状態でサーボをかけながら粗動動作することが
できる。
The operation of this embodiment will be described. Tip 1
1 and the sample 40, and while applying a bias voltage of 0.3 V between the probe and the sample by the voltage applying circuit 71, the z-direction driving mechanism 20 is operated until the current detected by the current amplifying circuit 72 becomes 1 nA. Drive to bring the probe close to the sample. Here, the triangular wave peak value 20 of the main scanning is applied to the x-direction driving mechanism 50.
A voltage of V is applied, and a voltage of a triangular wave peak value of 20 V in the sub-scanning direction is applied to the y-direction driving mechanism 30 to perform scanning. Thus, the probe 11 and the sample 40 can be two-dimensionally scanned over an area of 1 μm square, and an SMT image can be obtained by performing the STM operation. When the stroke of the z-direction drive mechanism is larger than the play in the z-direction caused by the clearance between the V-shaped groove guiding the moving members of the x-direction drive mechanism and the y-direction drive mechanism and the sphere portion, the tunnel region is formed. Rough motion can be performed while servo is applied with the probe close to the probe.

【0047】本装置でグラファイトの原子像を得ること
ができる。第6実施例 図20は本発明の第6実施例を情報記録再生装置に適用
した例を表す図面である。同図において、10はタング
ステン製の複数のプローブ電極、20はプローブ電極1
0をz方向に駆動するz方向駆動機構、30はプローブ
電極10をy方向に微動及び粗動するy方向駆動機構、
y方向駆動機構30は斜線で示されているフレーム6に
固定されている。80はマイカをへき開して得られた平
滑な基板、81は基板80の上にAuをエピタキシャル
成長させた下地電極、82は電気メモリー効果を有する
スクアリリウム−ビス−6−オクチルアズレン(以下S
OAZと略す)をLB法(累積法)により8層累積した
記録層である。記録媒体83は基板80、下地電極8
1、記録層82から構成されている。50は記録媒体8
3をx方向に粗動及び微動するx方向駆動機構、x方向
駆動機構50は斜線で示されているフレーム6に固定さ
れている。x方向駆動機構及びy方向駆動機構は、前記
実施例と同様の構成になっており、粗動駆動や微動駆動
も同じ方法で行う。90は記録再生装置の上位装置との
接続を行なうインターフェース、99は記録再生装置内
の各ブロック間の相互動作の集中制御を行なう制御回
路、91は書込み読出し情報(データ)を制御回路99
からの指示により書込んだり読出したりする書込み読出
し回路、92はプローブ電極10と記録媒体83との間
にパルス状電圧を印加しデータを書込んだり読出し電圧
を印加する電圧印加回路、93はプローブ電極10と記
録媒体83との間に流れる電流を増幅する電流増幅回
路、94は制御回路99などの指示により電流増幅回路
93や位置検出回路98の信号を基にプローブ電極10
や記録媒体83の位置を決定する位置決め回路、95は
位置決め回路94からのサーボ信号を基にプローブ電極
10や記録媒体83の相対位置をサーボするサーボ回
路、96はサーボ回路95の信号に従いプローブ電極1
0のz方向駆動機構20を駆動するz方向駆動回路、9
7はサーボ回路95の信号に従いy方向駆動機構30や
x方向駆動機構50を駆動するxy方向駆動回路であ
る。
With this apparatus, an atomic image of graphite can be obtained. Sixth Embodiment FIG. 20 is a diagram showing an example in which a sixth embodiment of the present invention is applied to an information recording / reproducing apparatus. In the figure, 10 is a plurality of probe electrodes made of tungsten, 20 is a probe electrode 1
0 is a z-direction drive mechanism that drives 0 in the z direction, 30 is a y-direction drive mechanism that finely and coarsely moves the probe electrode 10 in the y direction,
The y-direction drive mechanism 30 is fixed to the frame 6 shown by oblique lines. 80 is a smooth substrate obtained by cleaving mica, 81 is a base electrode obtained by epitaxially growing Au on the substrate 80, and 82 is squarylium-bis-6-octylazulene (hereinafter referred to as S) having an electric memory effect.
OAZ) is a recording layer obtained by accumulating eight layers by the LB method (accumulation method). The recording medium 83 is composed of the substrate 80, the base electrode 8,
1, a recording layer 82. 50 is a recording medium 8
An x-direction drive mechanism 50 for coarsely moving and fine-moving 3 in the x-direction, and an x-direction drive mechanism 50 are fixed to a frame 6 indicated by oblique lines. The x-direction drive mechanism and the y-direction drive mechanism have the same configuration as in the above-described embodiment, and the coarse drive and the fine drive are performed in the same manner. Reference numeral 90 denotes an interface for connection to a host device of the recording / reproducing apparatus, 99 denotes a control circuit for centrally controlling the mutual operation between the blocks in the recording / reproducing apparatus, and 91 denotes a control circuit for writing / reading information (data)
A writing / reading circuit for writing / reading in accordance with an instruction from the device; 92, a voltage application circuit for applying a pulsed voltage between the probe electrode 10 and the recording medium 83 to write / read data; and 93, a probe A current amplifying circuit 94 amplifies a current flowing between the electrode 10 and the recording medium 83. A probe 94 is provided based on signals from the current amplifying circuit 93 and the position detecting circuit 98 in accordance with an instruction from the control circuit 99 or the like.
And a positioning circuit for determining the position of the recording medium 83, a servo circuit 95 for servoing the relative position of the probe electrode 10 and the recording medium 83 based on the servo signal from the positioning circuit 94, and a probe electrode 96 in accordance with the signal of the servo circuit 95. 1
A z-direction drive circuit for driving the z-direction drive mechanism 20 of 0, 9
Reference numeral 7 denotes an xy-direction drive circuit that drives the y-direction drive mechanism 30 and the x-direction drive mechanism 50 in accordance with a signal from the servo circuit 95.

【0048】図21はプローブ電極をz方向(記録媒体
表面と垂直方向)に駆動する機構の概略図である。10
はプローブ電極、26はバイモルフ梁、27は配線領域
である。バイモルフ梁26の断面構成は、例えば上電極
(Au)/絶縁膜(Si3 4 )/圧電層(ZnO)/
絶縁膜(Si34 )/中電曲(Au)/絶縁膜(Si
34 )/圧電層(ZnO)/絶縁膜(Si34 )/
下電極(Au)となっており、寸法は600μm×12
0μm、厚さ10μm程度のものを作製して用いた。上
中下電極に電圧を加えバイモルフとして駆動させること
で、プローブ電極10を動かすことができ、印加電圧±
10Vで変位量として約4μmが得られる。なお、バイ
モルフ梁26及びプローブ電極10の製作は、マイクロ
メカニクス、あるいはマイクロマシーニングと呼ばれて
いる公知の方法で行なった。
FIG. 21 shows the probe electrode in the z direction (recording medium).
FIG. 4 is a schematic view of a mechanism for driving in a direction perpendicular to the surface. 10
Is a probe electrode, 26 is a bimorph beam, and 27 is a wiring area
It is. The cross-sectional configuration of the bimorph beam 26 is, for example, an upper electrode
(Au) / insulating film (SiThree N Four ) / Piezoelectric layer (ZnO) /
Insulating film (SiThree NFour ) / Medium electric bending (Au) / Insulating film (Si
Three NFour ) / Piezoelectric layer (ZnO) / insulating film (SiThree NFour ) /
The lower electrode (Au) has dimensions of 600 μm × 12
One having a thickness of about 0 μm and a thickness of about 10 μm was used. Up
Applying voltage to the middle and lower electrodes to drive them as bimorphs
Can move the probe electrode 10, and the applied voltage ±
At 4 V, a displacement of about 4 μm is obtained. In addition,
The fabrication of the morph beam 26 and the probe electrode 10 is performed by a micro
Called mechanics or micromachining
This was performed by a known method.

【0049】→[参考文献:K.E.Peterse
n,Proc.IEEE,70,420(1982)] タングステン製プローブ電極10からの信号線はバイモ
ルフ梁26上を通り配線領域27上の切り替え回路へ導
かれ電圧印加回路や電流増幅回路とつながっている。ま
た各バイモルフ梁26の制御信号をz方向駆動回路から
導く配線も配線領域27上に形成されている。
→ [Reference: K. E. FIG. Peterse
n, Proc. IEEE, 70 , 420 (1982)] The signal line from the tungsten probe electrode 10 passes over the bimorph beam 26 to the switching circuit on the wiring region 27, and is connected to the voltage application circuit and the current amplification circuit. A wiring for guiding a control signal for each bimorph beam 26 from the z-direction drive circuit is also formed on the wiring region 27.

【0050】本実施例装置の動作説明を行なう。The operation of this embodiment will be described.

【0051】まず、プローブ電極10は記録媒体83と
の接触や衝突を避けるために離れているので、Z方向駆
動機構20によって両者を接近させる。手順はプローブ
電極10と記録媒体の下地電極81の間に0.1Vの読
み取り電圧を電圧印加回路92で印加して、z方向駆動
機構20を駆動して電流増幅回路93で検出される電流
が10pAになるまでプローブ電極10を近づけること
で行なう。ここでz方向駆動機構20を保持し、プロー
ブ電極10をy方向駆動機構30を用いてy方向へ走査
し、記録媒体83をx方向駆動機構50を用いてx方向
へ走査することで、プローブ電極10と記録媒体83と
を相対的に二次元走査できる。この状態で読出し情報を
見たところ情報は何もはいっていなかった。更に詳しく
は、プローブ電極と記録媒体とを走査しながら得られる
電流増幅回路93の出力値はプローブ電極10と記録媒
体83の下地電極81の間に流れる電流に換算して10
pAの値であった。
First, since the probe electrode 10 is separated to avoid contact or collision with the recording medium 83, the two are brought closer by the Z-direction drive mechanism 20. The procedure is as follows. A reading voltage of 0.1 V is applied between the probe electrode 10 and the base electrode 81 of the recording medium by the voltage application circuit 92 to drive the z-direction drive mechanism 20 to detect the current detected by the current amplification circuit 93. This is performed by bringing the probe electrode 10 closer to 10 pA. Here, the probe is held by holding the z-direction drive mechanism 20, scanning the probe electrode 10 in the y-direction using the y-direction drive mechanism 30, and scanning the recording medium 83 in the x-direction using the x-direction drive mechanism 50. The electrode 10 and the recording medium 83 can be relatively two-dimensionally scanned. When the read information was viewed in this state, no information was found. More specifically, the output value of the current amplifying circuit 93 obtained while scanning the probe electrode and the recording medium is converted to a current flowing between the probe electrode 10 and the base electrode 81 of the recording medium 83 by 10
The value was pA.

【0052】記録は、記録媒体83とプローブ電極10
を二次元走査しながら、記録媒体83の記録領域上の書
込み位置にきたら電圧印加回路92でパルス状電圧(パ
ルス高さ5V,パルス幅50ns)を印加して行なう。
このパルス状電圧は電気メモリー効果を有する記録層8
2がOFF(高抵抗)状態からON(低抵抗)状態に変
化するのに充分な電圧である。書込みのタイミング等は
制御回路99の制御信号による。
For recording, the recording medium 83 and the probe electrode 10 were used.
Is applied to the writing position on the recording area of the recording medium 83 while applying a pulse-like voltage (pulse height 5 V, pulse width 50 ns).
This pulse voltage is applied to the recording layer 8 having the electric memory effect.
2 is a voltage sufficient to change from the OFF (high resistance) state to the ON (low resistance) state. The write timing and the like depend on the control signal of the control circuit 99.

【0053】再生は、プローブ電極10と記録媒体の下
地電極81の間に0.1Vの読み取り電圧を電圧印加回
路92で印加しながら、プローブ電極10と記録媒体8
3を二次元走査し、記録媒体83の記録領域上における
電流変化を電流増幅回路93で見ることで行なう。更に
詳しくは、プローブ電極と記録媒体を走査しながら得ら
れる電流増幅回路93の出力値はプローブ電極10と記
録媒体83の下地電極81の間に流れる電流に換算し
て、記録ビットの位置では電流増幅回路93の飽和する
100nA以上であり、その他の場所は10pAの値で
あった。この電流変化は書込み読出し回路91によって
読出し情報となりインタフェース90を通して上位装置
へ伝えられる。読出しのタイミング等は制御回路99の
制御信号による。
For reproduction, a voltage of 0.1 V is applied between the probe electrode 10 and the base electrode 81 of the recording medium by the voltage application circuit 92 while the probe electrode 10 and the recording medium 8 are being read.
3 is two-dimensionally scanned, and a current change in a recording area of the recording medium 83 is observed by a current amplification circuit 93. More specifically, the output value of the current amplification circuit 93 obtained while scanning the probe electrode and the recording medium is converted into a current flowing between the probe electrode 10 and the base electrode 81 of the recording medium 83, and the current at the position of the recording bit is The value was 100 nA or more at which the amplifier circuit 93 was saturated, and the value at other places was 10 pA. This current change becomes read information by the write / read circuit 91 and is transmitted to the host device through the interface 90. The read timing and the like depend on the control signal of the control circuit 99.

【0054】記録ビットの寸法は直径20nmであっ
た。上述の説明は、1本のプローブ電極で行なったが、
プローブ電極からの信号を切り替える切り替え回路(不
図示)により複数のプローブ電極からの信号をインタフ
ェースへ送ることができる。
The dimensions of the recording bit were 20 nm in diameter. Although the above description was made with one probe electrode,
Signals from a plurality of probe electrodes can be sent to the interface by a switching circuit (not shown) for switching signals from the probe electrodes.

【0055】記録領域を変える時は、x方向駆動機構及
びy方向駆動機構の微動ストロークでカバーできる場合
は微動駆動し、ストロークが足りない場合は粗動駆動す
ることで行なう。
When the recording area is changed, fine movement is performed when the stroke can be covered by the fine movement strokes of the x-direction drive mechanism and y-direction drive mechanism, and coarse movement drive is performed when the stroke is insufficient.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
移動部材の直線案内部にクランプ手段を設けたので、粗
動機構の小型化・単純化ができる。また、可動部材の凹
部にクランプ手段を設けることで薄型化することができ
る。
As described above, according to the present invention,
Since the clamping means is provided in the linear guide portion of the moving member, the coarse movement mechanism can be reduced in size and simplified. Further, by providing the clamp means in the concave portion of the movable member, the thickness can be reduced.

【0057】また本発明によれば、粗動時の伸縮素子と
微動時の伸縮素子に同じ素子を用いる構成にしたので、
粗動微動機構の小型化・単純化ができる。
Further, according to the present invention, the same element is used as the expansion and contraction element during coarse movement and the expansion and contraction element during fine movement.
The coarse and fine movement mechanism can be reduced in size and simplified.

【0058】さらに、X方向駆動機構とY方向駆動機構
とを同じものを用いることができ、部品点数などの軽減
化を計ることもできる。また、案内機構が設けられるこ
とで、移動部材の1軸方向への移動精度の向上、高剛性
化がはかれる。
Further, the same X-direction driving mechanism and the same Y-direction driving mechanism can be used, and the number of parts can be reduced. Also, a guide mechanism is provided.
With this, the moving accuracy of the moving member in one axis direction is improved, and the rigidity is high.
Is being measured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明実施例の粗動機構の構成部品を展開して
示す斜視図
FIG. 1 is an exploded perspective view showing components of a coarse movement mechanism according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明実施例の粗動機構の移動方向からみた正
面図
FIG. 2 is a front view of the coarse movement mechanism according to the embodiment of the present invention viewed from a moving direction.

【図3】本発明実施例の粗動機構のクランパの説明図FIG. 3 is an explanatory diagram of a clamper of the coarse movement mechanism according to the embodiment of the present invention.

【図4】本発明実施例の粗動機構の移動部材とクランパ
の関係を説明する図
FIG. 4 is a view for explaining a relationship between a moving member and a clamper of the coarse movement mechanism according to the embodiment of the present invention.

【図5】本発明実施例の粗動機構の粗動時の電圧印加手
順図
FIG. 5 is a diagram showing a voltage application procedure during coarse movement of the coarse movement mechanism according to the embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第2の実施例の粗動微動機構の側面
図、及び上面図
FIG. 6 is a side view and a top view of a coarse and fine movement mechanism according to a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第2の実施例の粗動微動機構の粗動時
の電圧印加手順図
FIG. 7 is a diagram illustrating a voltage application procedure during coarse movement of the coarse movement fine movement mechanism according to the second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第2の実施例の粗動微動機構の粗動時
の動きを示す側面図
FIG. 8 is a side view showing the movement at the time of coarse movement of the coarse movement fine movement mechanism according to the second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第2の実施例の粗動微動機構の走査時
の電圧印加手順図
FIG. 9 is a voltage application procedure diagram during scanning of the coarse movement fine movement mechanism according to the second embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第2の実施例の粗動微動機構の走査
時の動きを示す側面図
FIG. 10 is a side view showing the movement at the time of scanning of the coarse movement fine movement mechanism according to the second embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第2の実施例を一部改良した本発明
粗動微動機構の側面図
FIG. 11 is a side view of a coarse and fine movement mechanism of the present invention in which the second embodiment of the present invention is partially improved.

【図12】本発明の第3の実施例の粗動微動機構の側面
FIG. 12 is a side view of a coarse and fine movement mechanism according to a third embodiment of the present invention;

【図13】本発明の第3の実施例の粗動微動機構の微動
時の動きを示す側面図
FIG. 13 is a side view showing the movement at the time of fine movement of the coarse movement fine movement mechanism according to the third embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第3の実施例を一部改良した粗動微
動機構の側面図
FIG. 14 is a side view of a coarse and fine movement mechanism in which the third embodiment of the present invention is partially improved.

【図15】本発明の第4の実施例の粗動微動機構の側面
FIG. 15 is a side view of a coarse and fine movement mechanism according to a fourth embodiment of the present invention.

【図16】本発明第5実施例の粗動微動機構を適用した
走査型トンネル顕微鏡の構成図
FIG. 16 is a configuration diagram of a scanning tunnel microscope to which a coarse and fine movement mechanism according to a fifth embodiment of the present invention is applied.

【図17】本発明第5実施例のX−Y粗動微動機構の側
面図(探針を通るxz面)
FIG. 17 is a side view of an XY coarse movement fine movement mechanism according to a fifth embodiment of the present invention (xz plane passing through a probe).

【図18】本発明第5実施例のX−Y粗動微動機構の側
面図(探針を通るxz面)
FIG. 18 is a side view of an XY coarse movement fine movement mechanism according to a fifth embodiment of the present invention (xz plane passing through a probe).

【図19】本発明第5実施例のX−Y粗動微動機構の上
面図
FIG. 19 is a top view of an XY coarse movement fine movement mechanism according to a fifth embodiment of the present invention.

【図20】本発明第6実施例の粗動微動機構を適用した
記録再生装置の構成図
FIG. 20 is a configuration diagram of a recording / reproducing apparatus to which a coarse / fine movement mechanism according to a sixth embodiment of the present invention is applied.

【図21】本発明第6実施例のz方向駆動機構の斜視図FIG. 21 is a perspective view of a z-direction drive mechanism according to a sixth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 移動部材 2 直線案内部 3,30,30’ クランパ 31,31’ クランプ用伸縮素子 33,33’ クランプ部分 4 基台 41,41’ クランパ取付部 43 可動部 45,45’ 移動用伸縮素子 62,62’ 移動用伸縮素子 63,63’ クランプ用ブロック 64,64’,64a,64a’,64b,64b’
クランプ用伸縮素子 65,65’ クランプ部 6 フレーム 7,7’ スライド部 8 直線案内部 10 プローブ電極 11 探針 20 z方向駆動機構 30 y方向駆動機構 40 試料 50 x方向駆動機構 70 マイクロコンピュータ 83 記録媒体 90 インタフェース
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Moving member 2 Linear guide part 3,30,30 'Clamp 31,31' Clamping expansion element 33,33 'Clamping part 4 Base 41,41' Clamp mounting part 43 Movable part 45,45 'Moving expansion element 62 , 62 'Moving telescopic element 63, 63' Clamping block 64, 64 ', 64a, 64a', 64b, 64b '
Clamping expansion / contraction element 65, 65 'Clamp section 6 Frame 7, 7' Slide section 8 Linear guide section 10 Probe electrode 11 Probe 20 Z-direction drive mechanism 30 Y-direction drive mechanism 40 Sample 50 x-direction drive mechanism 70 Microcomputer 83 Recording Medium 90 interface

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−97538(JP,A) 特開 昭63−7248(JP,A) 特開 平1−109047(JP,A) 特開 昭63−238416(JP,A) 実開 平1−106136(JP,U) 実開 平5−55118(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G12B 5/00 G01B 21/00 B23Q 5/28 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-1-97538 (JP, A) JP-A-63-7248 (JP, A) JP-A-1-109047 (JP, A) JP-A-63-1988 238416 (JP, A) Japanese Utility Model 1-106136 (JP, U) Japanese Utility Model 5-55118 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G12B 5/00 G01B 21 / 00 B23Q 5/28

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基台に対して直線案内機構によって一方
向に移動可能な移動部材と、該移動部材の移動方向に可
動な可動部と、該可動部を挟んで移動方向に対向して設
けた一対の移動用伸縮素子と、前記基台及び可動部にそ
れぞれ設けられ、前記移動部材をクランプする複数のク
ランプ手段とから成り、該複数のクランプ手段の作動に
よって、前記移動用伸縮素子の伸縮に基づく前記可動部
の変位を前記移動部材の変位に変換する粗動機構。
1. A moving member movable in one direction with respect to a base by a linear guide mechanism, a movable portion movable in the moving direction of the moving member, and provided to face the moving direction with the movable portion interposed therebetween. And a plurality of clamping means provided on the base and the movable part, respectively, for clamping the moving member. The operation of the plurality of clamping means causes the expansion and contraction of the moving elastic element. A coarse movement mechanism for converting the displacement of the movable portion based on the movement into the displacement of the moving member.
【請求項2】 前記可動部が前記基台と複数の弾性ヒン
ジを介して一体に接続されている請求項1記載の粗動機
構。
2. The coarse movement mechanism according to claim 1, wherein said movable portion is integrally connected to said base via a plurality of elastic hinges.
【請求項3】 前記クランプ手段がクランプ用伸縮素子
からなる請求項1又は2記載の粗動機構。
3. A coarse movement mechanism according to claim 1, wherein said clamping means comprises a telescopic element for clamping.
【請求項4】 前記クランプ手段がクランプ用伸縮素子
と、該クランプ用伸縮素子の両端に生じる変位を拡大す
る為のてこ手段とを含む請求項1または2記載の粗動機
構。
4. The coarse movement mechanism according to claim 1, wherein the clamping means includes a clamping telescopic element and a lever means for enlarging a displacement generated at both ends of the clamping telescopic element.
【請求項5】 前記移動用伸縮素子、前記クランプ用伸
縮素子が電歪素子から成り、該電歪素子に予荷重が加え
られて設けられている請求項1、2、3又は4記載の粗
動機構。
5. The coarse telescopic device according to claim 1, wherein the movable telescopic element and the clamp telescopic element are formed of an electrostrictive element, and the electrostrictive element is provided with a preload applied thereto. Dynamic mechanism.
【請求項6】 前記移動部材に凹部を設け、該凹部に前
記クランプ手段が収容されていて、クランプ手段で内側
から広げるようにクランプする構成にした請求項1、
2、3、4又は5記載の粗動機構。
6. The moving member according to claim 1, wherein a concave portion is provided in the moving member, and the clamping means is housed in the concave portion, and the moving member is clamped so as to expand from inside.
The coarse movement mechanism according to 2, 3, 4 or 5.
【請求項7】 直交する2方向に各々案内されて移動可
能に対向配置した第1及び第2の移動部材と、前記第1
移動部材を挟むように対向して設けた一対の第1移動用
伸縮素子と、該移動用伸縮素子の移動部材側と反対側を
それぞれクランプする第1クランプ手段と、前記第2移
動部材を挟むように対向して設けた一対の第2移動用伸
縮素子と、該移動用伸縮素子の移動部材側と反対側をそ
れぞれクランプする第2クランプ手段とを具備する粗動
微動機構。
7. A first and a second moving member which are respectively guided in two orthogonal directions and are movably opposed to each other, and
A pair of first movable expansion / contraction elements provided to face each other with the movable member therebetween, first clamping means for clamping the opposite side of the movable expansion / contraction element from the movable member side, and sandwiching the second movable member. A coarse and fine movement mechanism comprising: a pair of second movable expansion / contraction elements provided so as to face each other; and second clamp means for clamping the opposite side of the movable expansion / contraction element from the movable member side.
【請求項8】 請求項記載の粗動微動機構を有する走
査型プローブ顕微鏡。
8. A scanning probe microscope having the coarse and fine movement mechanism according to claim 7 .
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