JPH09203626A - Probing device for measuring instrument - Google Patents

Probing device for measuring instrument

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JPH09203626A
JPH09203626A JP1125596A JP1125596A JPH09203626A JP H09203626 A JPH09203626 A JP H09203626A JP 1125596 A JP1125596 A JP 1125596A JP 1125596 A JP1125596 A JP 1125596A JP H09203626 A JPH09203626 A JP H09203626A
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JP
Japan
Prior art keywords
optical waveguide
probe
substrate
cantilever
optical
Prior art date
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Application number
JP1125596A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Junichi Takahashi
淳一 高橋
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH09203626A publication Critical patent/JPH09203626A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a probing device for a physical-quantity measuring apparatus, which can achieve the compact configuration and the array pattern and has the less measuring errors caused by noises, by using an optical waveguide having the cantilever- beam structure. SOLUTION: This probing device for a measuring instrument has a first waveguide 11 (having a cantilever-beam structure), which is movable with respect to a substrate 9, and to which a probe 23 is connected, and a second optical waveguide 13, which has an edge 13a facing an edge 11a of the first optical waveguide 11 and is fixed to the substrate 9. In this probing device, when force such as interatomic force, magnetic force and electrostatic attraction force acts on the probe 23, which is attached to the tip of the first optical waveguide 11 having the cantilever-beam structure, the first optical waveguide 11, which is movable with respect to the substrate 9, is deformed. The force acting on the probe can be detected by detecting the degree of the deformation based on the change in amount of light transmitting from the first optical waveguide 11 to the second optical waveguide 13. Therefore, the probing device, which has the simple structure, can achieve the compact configuration and the array pattern, and has the less measuring errors caused by noises, can be achieved.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、探針(プローブ)
を用いて、感光体やトナー、その他の種々の測定対象物
の表面電位や表面形状等の物理量を測定する物理量測定
装置に応用される測定器用探針装置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a probe.
The present invention relates to a probe device for a measuring instrument, which is applied to a physical quantity measuring device for measuring a physical quantity such as a surface potential or a surface shape of a photoconductor, a toner, and various other objects to be measured.

【0002】[0002]

【従来の技術】[Prior art]

(1)従来技術1:物理量測定装置に用いられる探針装
置の構成としては、例えば図7に示すようなものが知ら
れている(特開平1−109561号公報参照)。この
従来例は、小型化が困難な光干渉法や光てこ等の光学的
手法によらず、小型化、アレイ化が可能な電気的手法に
より、片持ち梁の曲がりを検出しようとしたものであ
る。図7において、基板1の一端には、3本の片持ち梁
2a,2b,2cがV字型の構造をなして設けられる。
これら3本の梁の先端部には下方(Z方向)に向けた導
電性の探針3が取り付けられている。この探針3には配
線パターン4(以下、配線という)が接続され、この配
線4は片持ち梁2c上に形成され基板1上のパッド部5
と接続されている。また、片持ち梁2a,2bの付け根
付近には歪み検出素子としてピエゾ抵抗6a,6bが形
成されており、このピエゾ抵抗6a,6bには配線7
a,7bが接続され、この配線7a,7bは基板1上の
パッド部8a,8bと接続されている。
(1) Prior Art 1: As a structure of a probe device used in a physical quantity measuring device, for example, a structure as shown in FIG. 7 is known (see JP-A-1-109561). This conventional example is an attempt to detect the bending of the cantilever by an electric method that can be miniaturized and arrayed, instead of using an optical method such as an optical interference method or an optical lever, which is difficult to miniaturize. is there. In FIG. 7, three cantilevers 2a, 2b and 2c are provided at one end of the substrate 1 in a V-shaped structure.
A conductive probe 3 directed downward (Z direction) is attached to the tip ends of these three beams. A wiring pattern 4 (hereinafter, referred to as wiring) is connected to the probe 3, and the wiring 4 is formed on the cantilever 2c and is formed on the substrate 1 with a pad portion 5a.
Is connected to Piezoresistors 6a and 6b are formed as strain detecting elements near the roots of the cantilevers 2a and 2b, and wirings 7 are formed on the piezoresistors 6a and 6b.
a, 7b are connected, and the wirings 7a, 7b are connected to the pad portions 8a, 8b on the substrate 1.

【0003】これにより、パッド部5から配線4を介し
て探針3に電圧が印加されると、試料(測定対象物:図
示せず)の表面と探針3との間に静電引力が作用し、片
持ち梁2a,2bが変形する。この機械的変形をピエゾ
抵抗6a,6bにより検出し、配線7a,7bからパッ
ド部8a,8bを通じて電気信号に変換して出力するこ
とにより、探針3に加わる力を測定することができる。
この場合、探針電位は例えば1KVになるため、探針と
配線の間で放電が生じやすいが、片持ち梁2cと片持ち
梁2a,2bとの間の距離Dを十分離すことによって放
電が生じないようにすることができる。
As a result, when a voltage is applied from the pad portion 5 to the probe 3 via the wiring 4, an electrostatic attractive force is generated between the surface of the sample (measurement object: not shown) and the probe 3. This causes the cantilevers 2a and 2b to be deformed. The force applied to the probe 3 can be measured by detecting this mechanical deformation by the piezoresistors 6a and 6b, converting it from the wirings 7a and 7b into electric signals through the pad portions 8a and 8b, and outputting the electric signals.
In this case, since the probe potential is, for example, 1 KV, discharge is likely to occur between the probe and the wiring, but discharge can be achieved by separating the distance D between the cantilever 2c and the cantilevers 2a and 2b sufficiently. You can prevent it from happening.

【0004】(2)従来技術2:図8,9に示すよう
に、片持ち梁と光導波路を用いた光ICセンサが提案さ
れている(「マイクロメカニカル光ICセンサ」、オプ
トロニクス、1992、No.9、p.97)。このマ
イクロメカニカル光ICセンサでは、図8に示すよう
に、基板9の中央には片持ち梁10が設けられ、この片
持ち梁10上にはその延在した方向に沿って光導波路1
1が形成されている。この片持ち梁10の先端のギャッ
プを挾んだ基板9の固定部12上には、前記光導波路1
1の端面11aと対向する端面13aを有する光導波路
13が形成されている。この様な構造の基板9におい
て、光導波路11を伝搬してきた光は片持ち梁10の先
端に位置する端面11aから放射され、この放射された
光はこれと対向する端面13aから入射して再結合し光
導波路13内を伝搬していく。この場合、図9(a)に
示すように、片持ち梁10が変形していない状態では、
光導波路11,13間で光軸ズレが生じないため、伝搬
される光量が減少することはない。しかし、図9(b)
に示すように、片持ち梁10が変形した状態では、光軸
ズレが生じ光導波路13側に入射する光量が減少する。
従って、この様に片持ち梁10の変形量(曲がり量)に
応じて伝搬される光量が変化するため、光導波路13側
の光量を検出することにより片持ち梁10の変形量を測
定することができる。この応用例としては、圧力セン
サ、加速度センサ、流量センサが考えられる。
(2) Prior art 2: As shown in FIGS. 8 and 9, an optical IC sensor using a cantilever and an optical waveguide has been proposed ("Micromechanical optical IC sensor", Optronics, 1992, No. . 9, p. 97). In this micromechanical optical IC sensor, as shown in FIG. 8, a cantilever 10 is provided in the center of a substrate 9, and an optical waveguide 1 is provided on the cantilever 10 along the extending direction thereof.
1 is formed. The optical waveguide 1 is provided on the fixed portion 12 of the substrate 9 which is sandwiched by the gap at the tip of the cantilever 10.
An optical waveguide 13 having an end face 13a facing the one end face 11a is formed. In the substrate 9 having such a structure, the light propagating through the optical waveguide 11 is radiated from the end face 11a located at the tip of the cantilever 10, and the radiated light is incident from the end face 13a opposite to the end face 11a and re-generated. They are coupled and propagate in the optical waveguide 13. In this case, as shown in FIG. 9A, when the cantilever 10 is not deformed,
Since no optical axis shift occurs between the optical waveguides 11 and 13, the amount of light propagated does not decrease. However, FIG.
As shown in, when the cantilever 10 is deformed, an optical axis shift occurs and the amount of light incident on the optical waveguide 13 side decreases.
Therefore, since the amount of light propagated changes according to the amount of deformation (bending amount) of the cantilever 10 as described above, it is possible to measure the amount of deformation of the cantilever 10 by detecting the amount of light on the optical waveguide 13 side. You can A pressure sensor, an acceleration sensor, and a flow sensor can be considered as examples of this application.

【0005】(3)従来技術3:片持ち梁と光導波路を
用いた光ICセンサの別の例として図10に示すような
構造のものも提案されている(Japanese Journal of App
liedPysics,Vol.28,No.2,Feb.,1989,p.287、及び、「マ
イクロメカニカル光ICセンサ」、オプトロニクス、1
992、No.9、p.97)。図10において、基板
14上には片持ち梁15が設けられている。この片持ち
梁15の根本付近には、その梁の延在方向に直交して光
導波路16が形成されている。また、基板14の固定部
17上には、光導波路16に平行な状態で光導波路18
が形成されている。この場合、光導波路16は片持ち梁
15の変形量を検出する信号検出用導波路とされ、光導
波路18は参照用導波路とされており、両者はY字型に
分岐、合流して光導波路19とつながっている。この様
な構造とされた基板14において、片持ち梁15の変形
に伴って光導波路16が変形し、これにより屈折率が変
化して導波路内を伝搬する光の位相が変化する。この様
な位相変化によって片持ち梁15の変形量が測定でき
る。
(3) Prior Art 3: As another example of an optical IC sensor using a cantilever and an optical waveguide, a structure shown in FIG. 10 has been proposed (Japanese Journal of App.
liedPysics, Vol.28, No.2, Feb., 1989, p.287, and "Micromechanical optical IC sensor", Optronics, 1
992, No. 9, p. 97). In FIG. 10, a cantilever 15 is provided on the substrate 14. An optical waveguide 16 is formed near the base of the cantilever beam 15 orthogonal to the extending direction of the beam. Further, on the fixed portion 17 of the substrate 14, the optical waveguide 18 is arranged in parallel with the optical waveguide 16.
Are formed. In this case, the optical waveguide 16 is used as a signal detecting waveguide for detecting the amount of deformation of the cantilever 15, and the optical waveguide 18 is used as a reference waveguide. It is connected to the waveguide 19. In the substrate 14 having such a structure, the optical waveguide 16 is deformed along with the deformation of the cantilever beam 15, whereby the refractive index is changed and the phase of the light propagating in the waveguide is changed. The amount of deformation of the cantilever 15 can be measured by such a phase change.

【0006】ここで、そのような位相変化により信号検
出を行う動作原理を、図11、図12に示す基本構造で
あるマッハツェンダ干渉計を用いて説明する。前述した
図10の片持ち梁15に相当する変形領域がこの図11
ではA領域(微細構造のダイアフラム部)に相当する。
変形するA領域上の光導波路16を通って位相が変化し
た光と、固定部17上の光導波路18を通って位相が変
化しない光とはY状の分岐部で合流し、光導波路19で
合波干渉したとき、この光導波路19から出力される光
の光強度は両方の位相によって変化する。この場合、図
12(a)に示すように、両方の光が同相の場合は、合
波されることにより0次モードが励起され、光導波路1
9から出力される光の光量は最大となる。また図12
(b)に示すように、両方の光が逆相の場合は、一次モ
ードが励起されるため光波が導波路外部へ放射され(シ
ングルモード導波路の場合)、光導波路19からは光が
出力されない。この様に光導波路19から出力される光
量を測定することによって、A領域すなわち片持ち梁1
5の変形量を測定することができる。
Here, the principle of operation for detecting a signal by such a phase change will be described using a Mach-Zehnder interferometer having a basic structure shown in FIGS. The deformation region corresponding to the cantilever 15 of FIG. 10 described above is shown in FIG.
Corresponds to area A (diaphragm portion having a fine structure).
The light whose phase has changed through the optical waveguide 16 on the deformed region A and the light whose phase has not changed through the optical waveguide 18 on the fixed portion 17 merge at the Y-shaped branch portion, and When multiplex interference occurs, the light intensity of the light output from the optical waveguide 19 changes depending on both phases. In this case, as shown in FIG. 12A, when both lights have the same phase, the 0th-order mode is excited by being combined, and the optical waveguide 1
The amount of light output from 9 becomes maximum. FIG.
As shown in (b), when both lights are in opposite phases, the first-order mode is excited, so that a light wave is radiated to the outside of the waveguide (in the case of a single mode waveguide), and light is output from the optical waveguide 19. Not done. By measuring the amount of light output from the optical waveguide 19 in this manner, the area A, that is, the cantilever 1
The deformation amount of 5 can be measured.

【0007】また、位相変化により信号検出を行う別の
例を、図13及び図14に基づいて説明する。図13に
示すように、基板14上には2本の光導波路20,21
が形成されており、これら光導波路20,21はX状の
分岐部にて光導波路16,18と交差している。この場
合、光導波路21は光導波路20よりも導波路の幅が狭
く形成されている。基板14の端面には反射ミラー22
が設けられている。この様な構造はモードデバイスとし
て機能するものである。まず、左側の幅の広い光導波路
20から入射した光は、分岐部にて1:1に分岐され、
光導波路16,18内を伝搬していき、反射ミラー22
により反射されて再度分岐部に戻ってくる。この時、両
方の光が図14(a)に示すように同相であれば0次モ
ードが励起され、光は広い幅の光導波路20の方へ伝搬
していく。また、両方の光が図14(b)に示すように
逆相であれば1次モードが励起され、光は狭い幅の光導
波路21の方に伝搬していく。この様に光が同相か否か
はA領域の状態、すなわち前述の片持ち梁15の構造の
場合はその変形量によって決まるものであるため、光導
波路20,21に戻ってくる光量を調べることにより片
持ち梁15の変形量を測定することができる。
Another example of performing signal detection by phase change will be described with reference to FIGS. 13 and 14. As shown in FIG. 13, two optical waveguides 20 and 21 are provided on the substrate 14.
Are formed, and these optical waveguides 20 and 21 intersect with the optical waveguides 16 and 18 at an X-shaped branch portion. In this case, the width of the optical waveguide 21 is smaller than that of the optical waveguide 20. A reflection mirror 22 is provided on the end face of the substrate 14.
Is provided. Such a structure functions as a mode device. First, the light incident from the wide optical waveguide 20 on the left side is branched at a branching ratio of 1: 1,
The light is propagated through the optical waveguides 16 and 18, and the reflection mirror 22
It is reflected by and returns to the branch again. At this time, if both lights are in phase as shown in FIG. 14A, the 0th-order mode is excited and the lights propagate toward the optical waveguide 20 having a wide width. If both lights have opposite phases as shown in FIG. 14B, the primary mode is excited and the lights propagate to the optical waveguide 21 having a narrow width. As described above, whether or not the lights are in phase is determined by the state of the region A, that is, the amount of deformation in the case of the structure of the cantilever 15 described above. Therefore, the amount of light returning to the optical waveguides 20 and 21 should be investigated. Thus, the amount of deformation of the cantilever 15 can be measured.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】前述の従来技術1(図
7参照)の場合、探針3に電圧を印加するため配線4
と、ピエゾ抵抗6a,6b又は配線7a,7bとの間の
放電を防ぐため、両者間を距離Dだけ離した構造にして
いる。しかし、配線4への印加電圧が1KV程度と高い
ため、この電圧が変動すると、両者間に寄生した寄生容
量を介して、電圧変動によるノイズがピエゾ抵抗6a,
6bにより検出された信号に混入してしまい、測定誤差
の原因となる。また、ピエゾ抵抗6a,6bに流す電流
によるジュール熱によって、片持ち梁2a,2bが曲が
ってしまい、測定誤差の原因となる。
In the case of the above-mentioned prior art 1 (see FIG. 7), the wiring 4 for applying a voltage to the probe 3 is used.
In order to prevent discharge between the piezoresistors 6a and 6b or the wirings 7a and 7b, the two are separated by a distance D. However, since the voltage applied to the wiring 4 is as high as about 1 KV, when this voltage fluctuates, noise due to the voltage fluctuation is generated by the piezoresistor 6a via the parasitic capacitance parasitic between the two.
It is mixed in the signal detected by 6b and causes a measurement error. Also, the cantilever beams 2a and 2b are bent due to Joule heat generated by the current flowing through the piezoresistors 6a and 6b, which causes a measurement error.

【0009】次に、従来技術2(図8,9参照)、従来
技術3(図10乃至14参照)の場合、光導波路11,
13(または16,18)を用いて光量差から片持ち梁
10(または15)の変形量を検出する基本的な動作原
理が述べられている。しかし、従来技術2,3の光IC
センサは、圧力、加速度、流量等の比較的大きな力を検
出するセンサに用いられるものであり、そのような光導
波路11,13(または16,18)を用いた光ICセ
ンサを、感光体ドラムの表面電位の測定やトナー電位分
布の測定、試料表面形状やその他の物理量の測定に応用
した例は見当らない。また図8や図10の構成では、基
板に形成された片持ち梁の変形を光導波路を用いて間接
的に検出するため、原子間力、磁力、静電引力などの微
小な力の検出は困難である。
Next, in the case of the prior art 2 (see FIGS. 8 and 9) and the prior art 3 (see FIGS. 10 to 14), the optical waveguide 11,
The basic operation principle of detecting the deformation amount of the cantilever 10 (or 15) from the light amount difference using 13 (or 16, 18) is described. However, the optical ICs of the related arts 2 and 3
The sensor is used as a sensor that detects a relatively large force such as pressure, acceleration, and flow rate. An optical IC sensor using such optical waveguides 11, 13 (or 16, 18) is used as a photoconductor drum. There is no example applied to the measurement of the surface potential, the toner potential distribution, the sample surface shape and other physical quantities. In addition, in the configurations of FIGS. 8 and 10, since the deformation of the cantilever formed on the substrate is indirectly detected using the optical waveguide, it is not possible to detect minute forces such as atomic force, magnetic force, and electrostatic attraction. Have difficulty.

【0010】本発明は上記事情に鑑みなされたものであ
って、請求項1,2の発明の目的は、従来技術2,3の
原理を応用し、小型化、アレイ化が可能で、かつ、ノイ
ズによる測定誤差が小さい、物理量測定装置に用いられ
る測定器用探針装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the inventions of claims 1 and 2 to apply the principles of the prior arts 2 and 3 to achieve miniaturization and arraying, and An object of the present invention is to provide a probe device for a measuring instrument used in a physical quantity measuring device, in which a measurement error due to noise is small.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の測定器用探針装置は、基板に対して可動
で探針が接続された第一の光導波路と、この第一の光導
波路の端面に対向する端面を有し、前記基板に固定され
た第二の光導波路とを備えた構成とした。すなわち、こ
の探針装置では、片持ち梁構造の第一の光導波路の先端
に探針が取り付けられており、この探針に原子間力、磁
力、静電引力等の力が働くことによって基板に対して可
動である第一の光導波路が変形し、この変形の度合いを
第一の光導波路から第二の光導波路に伝搬する光の光量
変化によって検出することにより、探針に働く力を検出
することができる。このように、請求項1の測定器用探
針装置では、第一の光導波路自体が片持ち梁であり、探
針を介して直接力を受けて変形するため、微小な力でも
検出することができ、物理量の測定に応用することがで
きる。
In order to achieve the above object, a probe device for a measuring instrument according to claim 1 is provided with a first optical waveguide which is movable with respect to a substrate and to which the probe is connected. A second optical waveguide having an end surface facing the end surface of the optical waveguide and fixed to the substrate is provided. That is, in this probe device, a probe is attached to the tip of the first optical waveguide having a cantilever structure, and a force such as an atomic force, a magnetic force, or an electrostatic attractive force acts on the probe to cause the substrate to move. The movable first optical waveguide is deformed, and the degree of this deformation is detected by the change in the amount of light propagating from the first optical waveguide to the second optical waveguide. Can be detected. As described above, in the probe device for a measuring instrument according to claim 1, since the first optical waveguide itself is a cantilever and is directly deformed by receiving a force through the probe, it is possible to detect even a minute force. It can be applied to the measurement of physical quantities.

【0012】請求項2の測定器用探針装置は、基板に対
して可動で探針が接続された第一の光導波路と、前記基
板に固定された第二の光導波路と、前記第一の光導波路
を伝搬する光と前記第二の光導波路を伝搬する光とが干
渉を起こすようにこれら2つの光導波路が合流する前記
基板上の位置に配設された第三の光導波路とを備えた構
成とした。すなわち、この探針装置では、片持ち梁構造
(あるいは両持ち梁構造)の第一の光導波路の先端に探
針が取り付けられており、この探針に原子間力、磁力、
静電引力等の力が働くことによって基板に対して可動で
ある第一の光導波路が変形し、この変形により第一の光
導波路内を伝搬する光の位相が変化し、第一の光導波路
を伝搬する光と第二の光導波路を伝搬する光とが合流し
て干渉を起こし第三の光導波路内を伝搬する光の光量が
変化する。従って、この変形の度合いを第三の光導波路
内を伝搬する光の光量変化によって検出することによ
り、探針に働く力を検出することができる。このよう
に、請求項2の測定器用探針装置では、第一の光導波路
自体が片持ち梁(あるいは両持ち梁)であり、探針を介
して直接力を受けて変形するため、微小な力でも検出す
ることができ、物理量の測定に応用することができる。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a probe device for a measuring instrument, a first optical waveguide which is movable with respect to a substrate and to which the probe is connected, a second optical waveguide which is fixed to the substrate, and the first optical waveguide. A third optical waveguide disposed at a position on the substrate where these two optical waveguides merge so that the light propagating through the optical waveguide and the light propagating through the second optical waveguide interfere with each other. It has a different configuration. That is, in this probe device, the probe is attached to the tip of the first optical waveguide of the cantilever structure (or the double-supported beam structure), and the atomic force, magnetic force,
The first optical waveguide that is movable with respect to the substrate is deformed by a force such as electrostatic attraction, and this deformation changes the phase of light propagating in the first optical waveguide. The light propagating through the second optical waveguide and the light propagating through the second optical waveguide join together to cause interference, and the amount of light propagating in the third optical waveguide changes. Therefore, the force acting on the probe can be detected by detecting the degree of this deformation based on the change in the amount of light propagating in the third optical waveguide. As described above, in the probe device for a measuring instrument according to claim 2, since the first optical waveguide itself is a cantilever beam (or a double-supported beam) and is deformed by directly receiving a force through the probe, it is very small. It can also be detected by force and can be applied to the measurement of physical quantities.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0014】まず、請求項1記載の発明の実施の形態を
図1、図2に基づいて説明する。尚、前述した従来技術
と同一の構成部分については同一符号を付し、その同一
の構成部分についての説明は省略する。
First, an embodiment of the invention described in claim 1 will be described with reference to FIGS. It should be noted that the same components as those of the above-described conventional technique are designated by the same reference numerals, and the description of the same components will be omitted.

【0015】図1は請求項1記載の発明の第一の実施例
を説明するための図であって、(a)は測定器用探針装
置の斜視図、(b)は(a)に示す測定器用探針装置の
I−I線部分の断面図である。前述した従来技術2(図
8,9参照)と同様に、図1の基板9の中央には光導波
路11が設けられているが、この光導波路11は基板9
の一端側の固定部12からその一部が基板中央の開口部
に突出していて片持ち梁構造をしている。また、この光
導波路11(第一の光導波路)の可動部側端面11aと
対向する端面13aを有する光導波路13(第二の光導
波路)が基板9の他端側の固定部12上に形成されてい
る。そして、ここでは片持ち構造の光導波路11の可動
部先端に探針23が取り付けられている。
1A and 1B are views for explaining a first embodiment of the invention described in claim 1, wherein FIG. 1A is a perspective view of a probe device for a measuring instrument, and FIG. 1B is shown in FIG. It is sectional drawing of the II line part of the probe device for measuring instruments. Similar to the above-mentioned conventional technique 2 (see FIGS. 8 and 9), the optical waveguide 11 is provided at the center of the substrate 9 of FIG.
A part of the fixing portion 12 on the one end side projects into the opening in the center of the substrate to form a cantilever structure. Further, an optical waveguide 13 (second optical waveguide) having an end surface 13a facing the movable portion side end surface 11a of the optical waveguide 11 (first optical waveguide) is formed on the fixed portion 12 on the other end side of the substrate 9. Has been done. The probe 23 is attached to the tip of the movable portion of the optical waveguide 11 having a cantilever structure.

【0016】この様な構成において、探針23の先端が
図示しない測定対象物の表面に近接されると、探針23
に原子間力、磁力、静電引力等の力が働くことによって
片持ち梁構造である光導波路11が変形し、この変形の
度合いを光導波路11から光導波路13に伝搬する光の
光量変化(図9参照)によって検出することにより、探
針23に働く力を検出することができる。この様に光学
的手法により力の測定を行うことができるため、抵抗素
子(図7に示したピエゾ抵抗6a,6b参照)を用いて
測定したときのようなジュール熱による片持ち梁(光導
波路11)の変形が生じることが無く、また配線部や力
検出部の簡略化を図ることができる。また、本発明の構
成はいわゆる半導体製造工程を用いることにより作製で
きるため、バッチ(一括)プロセスにより大量に均一性
良く作製できるし、基板上に複数本の片持ち梁構造の光
導波路11を一度に作製することができる。また片持ち
梁の変形を捉えるために、光てこ法のような長い光路長
を必要とはしないので、小型化、アレイ化が可能とな
る。従って、本発明の探針装置を用いることにより、小
型で多点同時測定、すなわち高速な測定が可能となる物
理量測定装置が実現できる。
In such a structure, when the tip of the probe 23 comes close to the surface of the measuring object (not shown), the probe 23
The optical waveguide 11 having the cantilever structure is deformed by the action of atomic force, magnetic force, electrostatic attractive force, etc. on the optical waveguide, and the degree of this deformation changes the amount of light propagating from the optical waveguide 11 to the optical waveguide 13 ( The force acting on the probe 23 can be detected by detecting the force according to (see FIG. 9). Since the force can be measured by an optical method in this manner, the cantilever beam (optical waveguide) due to Joule heat as measured using a resistance element (see piezoresistors 6a and 6b shown in FIG. 7) is used. The deformation of 11) does not occur, and the wiring portion and the force detection portion can be simplified. Further, since the structure of the present invention can be manufactured by using a so-called semiconductor manufacturing process, it can be manufactured in a large amount with good uniformity by a batch process, and a plurality of optical waveguides 11 having a cantilever structure can be formed on a substrate once. Can be manufactured. Further, since it is not necessary to have a long optical path length as in the optical lever method in order to capture the deformation of the cantilever, miniaturization and arraying are possible. Therefore, by using the probe device of the present invention, it is possible to realize a small-sized physical quantity measuring device capable of performing multipoint simultaneous measurement, that is, high-speed measurement.

【0017】次に図2は請求項1記載の発明の第二の実
施例を説明するための図であって、図1(a)のI−I
線部分に相当する測定器用探針装置の断面図である。図
2に示す探針装置おいては、図1の装置構成に加えて、
基板9の両面に導電膜としての金属膜24を塗布した構
成となっている。これにより、光導波路11(第一の光
導波路)の根本付近に接続したリード線25から探針2
3への電圧印加を行うことができ、感光体やトナー等の
測定対象物の表面電位の測定を行うことができる。ま
た、この様に光導波路11,13の表面に金属膜24を
塗布することによって、光が導波路外に漏れ出るような
こともなくなるため、感光体の表面電位測定に悪影響を
与えることが無い。また、後述するように、感光体が感
度を有さない波長の光源を用いる場合は、金属膜24の
代わりに透明導電膜を用いても良い。
Next, FIG. 2 is a view for explaining a second embodiment of the invention according to claim 1, which is II in FIG. 1 (a).
It is sectional drawing of the probe device for measuring instruments corresponding to a line part. In the probe device shown in FIG. 2, in addition to the device configuration of FIG.
The structure is such that the metal film 24 as a conductive film is applied to both surfaces of the substrate 9. As a result, from the lead wire 25 connected near the root of the optical waveguide 11 (first optical waveguide) to the probe 2
3 can be applied, and the surface potential of an object to be measured such as a photoconductor or toner can be measured. Further, by coating the surfaces of the optical waveguides 11 and 13 with the metal film 24, light does not leak out of the waveguides, so that the surface potential measurement of the photoconductor is not adversely affected. . Further, as will be described later, when a light source having a wavelength at which the photoconductor has no sensitivity is used, a transparent conductive film may be used instead of the metal film 24.

【0018】次に請求項2の発明の実施の形態を図3か
ら図5に基づいて説明する。尚、前述した従来技術と同
一の構成部分については同一符号を付し、その同一の構
成部分についての説明は省略する。
Next, a second embodiment of the invention will be described with reference to FIGS. 3 to 5. It should be noted that the same components as those of the above-described conventional technique are designated by the same reference numerals, and the description of the same components will be omitted.

【0019】図3は請求項2記載の発明の第一の実施例
を説明するための図であって、(a)は測定器用探針装
置の斜視図、(b)は(a)に示す測定器用探針装置の
II−II線部分の断面図である。前述した従来技術2(図
10乃至12参照)と同様に、図3の基板14には光導
波路16(第一の光導波路)が設けられているが、この
光導波路16は基板14の固定部17からその一部がV
字状に基板外に突出していて片持ち梁構造(考え方によ
っては両持ち梁構造)をしている。また、基板14の固
定部17上には光導波路16と平行に配置されたV字状
の光導波路18(第二の光導波路)が形成され、さらに
光導波路16と光導波路18とが交差する位置には光導
波路19(第三の光導波路)が形成されている。そして
ここでは片持ち梁構造の光導波路16の先端に探針23
が形成されている。
3A and 3B are views for explaining a first embodiment of the invention described in claim 2, wherein FIG. 3A is a perspective view of a probe device for a measuring instrument, and FIG. 3B is shown in FIG. Of the probe device for measuring instrument
It is a sectional view of a II-II line portion. Similar to the above-mentioned related art 2 (see FIGS. 10 to 12), the substrate 14 of FIG. 3 is provided with the optical waveguide 16 (first optical waveguide). The optical waveguide 16 is a fixed portion of the substrate 14. Part of V from 17
It has a cantilevered structure that protrudes outside the substrate in a letter shape (depending on the concept, a cantilevered structure). Further, a V-shaped optical waveguide 18 (second optical waveguide) arranged in parallel with the optical waveguide 16 is formed on the fixed portion 17 of the substrate 14, and the optical waveguide 16 and the optical waveguide 18 intersect each other. An optical waveguide 19 (third optical waveguide) is formed at the position. And here, the probe 23 is attached to the tip of the optical waveguide 16 having a cantilever structure.
Are formed.

【0020】この様な構成において、探針23の先端が
図示しない測定対象物の表面に近接されると、探針23
に原子間力、磁力、静電引力等の力が働くことによって
片持ち梁構造で基板14に対して可動である光導波路1
6が変形し、この変形により光導波路16内を伝搬する
光の位相が変化し、光導波路16を伝搬する光と光導波
路18を伝搬する光とが合流して干渉を起こし光導波路
19内を伝搬する光の光量が変化する(図12参照)。
従って、この変形の度合いを光導波路19内を伝搬する
光の光量変化によって検出することにより、探針23に
働く力を検出することができる。この様に光学的手法に
より力の測定を行うことができるため、抵抗素子(図7
に示したピエゾ抵抗6a,6b参照)を用いて測定した
ときのようなジュール熱による片持ち梁(光導波路1
6)の変形が生じることが無く、また配線部や力検出部
の簡略化を図ることができる。また、本発明の構成はい
わゆる半導体製造工程を用いることにより作製できるた
め、バッチ(一括)プロセスにより大量に均一性良く作
製できるし、基板上に複数本の片持ち梁構造の光導波路
16を一度に作製することができる。また片持ち梁の変
形を捉えるために、光てこ法のような長い光路長を必要
とはしないので、小型化、アレイ化が可能となる。従っ
て、本発明の探針装置を用いることにより、小型で多点
同時測定、すなわち高速な測定が可能となる物理量測定
装置が実現できる。
In such a structure, when the tip of the probe 23 comes close to the surface of the measuring object (not shown), the probe 23
An optical waveguide 1 that is movable with respect to the substrate 14 in a cantilever structure by exerting a force such as an atomic force, a magnetic force, or an electrostatic attractive force on the
6 is deformed, the phase of the light propagating in the optical waveguide 16 is changed by this deformation, and the light propagating in the optical waveguide 16 and the light propagating in the optical waveguide 18 are merged with each other to cause interference, and The amount of propagating light changes (see FIG. 12).
Therefore, by detecting the degree of this deformation by the change in the amount of light propagating in the optical waveguide 19, the force acting on the probe 23 can be detected. Since the force can be measured by the optical method in this way, the resistance element (see FIG.
Cantilever (optical waveguide 1) due to Joule heat as measured using the piezoresistors 6a and 6b shown in FIG.
The deformation of 6) does not occur, and the wiring portion and the force detection portion can be simplified. In addition, since the structure of the present invention can be manufactured by using a so-called semiconductor manufacturing process, it can be manufactured in a large amount with good uniformity by a batch process, and a plurality of optical waveguides 16 having a cantilever structure can be formed on a substrate once. Can be manufactured. Further, since it is not necessary to have a long optical path length as in the optical lever method in order to capture the deformation of the cantilever, miniaturization and arraying are possible. Therefore, by using the probe device of the present invention, it is possible to realize a small-sized physical quantity measuring device capable of performing multipoint simultaneous measurement, that is, high-speed measurement.

【0021】次に図4は請求項2記載の発明の第二の実
施例を説明するための図であって、図3(a)のII−II
線部分に相当する測定器用探針装置の断面図である。図
4に示す探針装置おいては、図3の装置構成に加えて、
基板14の両面に導電膜としての金属膜24を塗布した
構成となっている。これにより、光導波路16,18の
根本付近に接続したリード線25から探針23への電圧
印加を行うことができ、感光体やトナー等の測定対象物
の表面電位の測定を行うことができる。また、この様に
光導波路16,18,19の表面に金属膜24を塗布す
ることによって、光が導波路外に漏れ出るようなことも
なくなるため、感光体の表面電位測定に悪影響を与える
ことが無い。また、後述するように、感光体が感度を有
さない波長の光源を用いる場合は、金属膜24の代わり
に透明導電膜を用いても良い。
Next, FIG. 4 is a view for explaining a second embodiment of the invention according to claim 2, and is II-II of FIG. 3 (a).
It is sectional drawing of the probe device for measuring instruments corresponding to a line part. In the probe device shown in FIG. 4, in addition to the device configuration of FIG.
The structure is such that the metal film 24 as a conductive film is applied to both surfaces of the substrate 14. As a result, a voltage can be applied from the lead wire 25 connected near the roots of the optical waveguides 16 and 18 to the probe 23, and the surface potential of a measurement target such as a photoconductor or toner can be measured. . Further, by coating the surfaces of the optical waveguides 16, 18, and 19 with the metal film 24, light does not leak out of the waveguides, which adversely affects the surface potential measurement of the photoconductor. There is no. Further, as will be described later, when a light source having a wavelength at which the photoconductor has no sensitivity is used, a transparent conductive film may be used instead of the metal film 24.

【0022】次に図5は請求項2記載の発明の第三の実
施例を説明するための図であって、測定器用探針装置の
斜視図である。図5に示す探針装置では、前述した従来
技術3(図13,14参照)と同様に、図5の基板14
には光導波路16(第一の光導波路)と光導波路18
(第二の光導波路)が平行に設けられているが、一方の
光導波路16は、基板14の矩形状の切欠き部上に架設
されており、固定部17からその一部が上記切欠き部で
露出していて両持ち梁構造をしている。そしてこの光導
波路16の両持ち梁構造の中央部に探針23が形成され
ている。また、基板14の固定部17上には2本の光導
波路20,21(第三の光導波路)が形成されており、
これら光導波路20,21はX状の分岐部にて光導波路
16,18と交差している。また、光導波路16,18
の端面側の基板14の端面には反射ミラー22が設けら
れている。
Next, FIG. 5 is a view for explaining a third embodiment of the invention according to claim 2 and is a perspective view of a probe device for a measuring instrument. In the probe device shown in FIG. 5, the substrate 14 of FIG. 5 is used in the same manner as the above-mentioned conventional technique 3 (see FIGS. 13 and 14).
The optical waveguide 16 (first optical waveguide) and the optical waveguide 18
Although the (second optical waveguide) is provided in parallel, the one optical waveguide 16 is provided on the rectangular cutout portion of the substrate 14, and a part of the fixed portion 17 has the cutout portion. It is exposed at the part and has a double-supported beam structure. A probe 23 is formed at the center of the double-supported beam structure of the optical waveguide 16. Further, two optical waveguides 20 and 21 (third optical waveguide) are formed on the fixed portion 17 of the substrate 14,
These optical waveguides 20 and 21 intersect with the optical waveguides 16 and 18 at X-shaped branch portions. In addition, the optical waveguides 16 and 18
A reflection mirror 22 is provided on the end surface of the substrate 14 on the end surface side.

【0023】この様な構成において、探針23の先端が
図示しない測定対象物の表面に近接されると、探針23
に原子間力、磁力、静電引力等の力が働くことによって
両持ち梁構造で基板14に対して可動である光導波路1
6が変形し、この変形により光導波路16内を伝搬する
光の位相が変化する。従って、その変形の度合いを、光
導波路16,18を伝搬し、反射ミラー22により反射
されて再び光導波路16,18を伝搬して光導波路2
0,21に戻って来た光の光量変化(図13,14参
照)によって検出することにより、探針23に働く力を
測定することができる。この様に光学的手法により力の
測定を行うことができるため、抵抗素子(図7に示した
ピエゾ抵抗6a,6b参照)を用いて測定したときのよ
うなジュール熱による両持ち梁(光導波路16)の変形
が生じることが無く、また配線部や力検出部の簡略化を
図ることができる。また、本発明の構成はいわゆる半導
体製造工程を用いることにより作製できるため、バッチ
(一括)プロセスにより大量に均一性良く作製できる
し、基板上に複数本の両持ち梁構造の光導波路16を一
度に作製することができる。また両持ち梁の変形を捉え
るために、光てこ法のような長い光路長を必要とはしな
いので、小型化、アレイ化が可能となる。従って、本発
明の探針装置を用いることにより、小型で多点同時測
定、すなわち高速な測定が可能となる物理量測定装置が
実現できる。
In such a structure, when the tip of the probe 23 is brought close to the surface of the measuring object (not shown), the probe 23
An optical waveguide 1 which is movable in a double-supported beam structure with respect to the substrate 14 by a force such as an interatomic force, a magnetic force, or an electrostatic attraction acting on
6 is deformed, and this deformation changes the phase of light propagating in the optical waveguide 16. Therefore, the degree of the deformation is propagated through the optical waveguides 16 and 18, reflected by the reflection mirror 22, propagated through the optical waveguides 16 and 18 again, and propagated to the optical waveguide 2.
The force acting on the probe 23 can be measured by detecting the change in the amount of light returning to 0 and 21 (see FIGS. 13 and 14). Since the force can be measured by an optical method in this way, the doubly supported beam (optical waveguide) due to Joule heat as measured using a resistance element (see piezoresistors 6a and 6b shown in FIG. 7) is used. The deformation of 16) does not occur, and the wiring portion and the force detection portion can be simplified. Further, since the structure of the present invention can be manufactured by using a so-called semiconductor manufacturing process, it can be manufactured in a large amount with good uniformity by a batch (batch) process, and a plurality of optical waveguides 16 having a double-supported beam structure can be formed on a substrate once. Can be manufactured. Further, since it is not necessary to have a long optical path length as in the optical lever method to capture the deformation of the doubly supported beam, it is possible to reduce the size and form an array. Therefore, by using the probe device of the present invention, it is possible to realize a small-sized physical quantity measuring device capable of performing multipoint simultaneous measurement, that is, high-speed measurement.

【0024】尚、図示を省略するが、本実施例において
も図4と同様に、基板14の両面に導電膜としての金属
膜24を塗布し、光導波路16,18,20,21の根
本付近に接続したリード線25から探針23への電圧印
加を行うことができ、表面電位の測定を行うことができ
る。また、この様に光導波路16,18,20,21の
表面に金属膜24を塗布することによって、光が漏れ出
るようなこともなくなるため、感光体の表面電位測定に
悪影響を与えることが無い。また、後述するように、感
光体が感度を有さない波長の光源を用いる場合は、金属
膜24の代わりに透明導電膜を用いても良い。
Although not shown, in the present embodiment as well, in the same manner as in FIG. 4, metal films 24 as conductive films are applied to both surfaces of the substrate 14 to near the roots of the optical waveguides 16, 18, 20, 21. Voltage can be applied from the lead wire 25 connected to the probe 23 to the probe 23, and the surface potential can be measured. Further, since the metal film 24 is applied to the surfaces of the optical waveguides 16, 18, 20, and 21 in this way, light does not leak out, so that the surface potential measurement of the photoconductor is not adversely affected. . Further, as will be described later, when a light source having a wavelength at which the photoconductor has no sensitivity is used, a transparent conductive film may be used instead of the metal film 24.

【0025】以上の請求項1、請求項2の発明の実施例
において、光導波路を通り、光導波路の変形検出に用い
られる光源としては、その発光波長が感光体試料が感度
を有さない波長であるものが好ましい。また、その受光
素子はこの発光波長に感度を有するものであることが好
ましい。ここで、例えば感光体が電子写真に用いられる
感光体であった場合について、適当な光源と受光素子の
例を以下に述べる。
In the above-mentioned embodiments of the inventions of claims 1 and 2, as the light source which passes through the optical waveguide and is used for detecting the deformation of the optical waveguide, the emission wavelength thereof is a wavelength at which the photoreceptor sample has no sensitivity. Are preferred. Further, the light receiving element is preferably sensitive to this emission wavelength. Here, for example, when the photoconductor is a photoconductor used for electrophotography, examples of appropriate light sources and light receiving elements will be described below.

【0026】図6は電子写真に用いられる周知の代表的
な感光体の分光感度を表したものであり、はSe、
は硫化亜鉛と硫化カドミュウムとの混合物、は有機感
光体(polyvinylcarbazoleとtrinitrofliorenoneを1:
1に混合した物質)を正に帯電させたもの、は有機感
光体(と同様な物質)を負に帯電させたもの、はL
PC(Layered Photo Conductor){約0.1μm厚のc
hlorodianeblueとdiphenylhydrazoneとの混合物の膜C
GL(Charge Generation Layer)の上に約15μmのC
TL(Charge Transport Layer)を積層したもの}であ
る。
FIG. 6 shows the spectral sensitivities of well-known typical photoconductors used in electrophotography, where Se is Se,
Is a mixture of zinc sulfide and cadmium sulfide, and is an organic photoreceptor (polyvinylcarbazole and trinitrofliorenone 1:
1 is a positively charged substance, is a positively charged organic photoreceptor (similar substance), and is L
PC (Layered Photo Conductor) {c with a thickness of about 0.1 μm
Membrane C of a mixture of hlorodiane blue and diphenylhydrazone
Approximately 15 μm C on the GL (Charge Generation Layer)
A stack of TLs (Charge Transport Layers).

【0027】図6から明らかなように、波長が400n
m付近では、のSeとの硫化亜鉛と硫化カドミュウ
ムとの混合物とが特に高い感度を有している。また、6
00nm付近では、のLPCが特に感度を有してい
る。また、の正に帯電した有機感光体は600nm付
近に感度を有し、の負に帯電した有機感光体は400
nm〜600nmの範囲で感度を有している。
As is apparent from FIG. 6, the wavelength is 400n.
Near m, the mixture of zinc sulfide with Se and cadmium sulfide has a particularly high sensitivity. Also, 6
In the vicinity of 00 nm, the LPC has a particularly high sensitivity. In addition, the positively charged organic photoreceptor has a sensitivity near 600 nm, and the negatively charged organic photoreceptor has a sensitivity of 400 nm.
It has sensitivity in the range of nm to 600 nm.

【0028】これにより、感光体は600nm以上の波
長の光に対して感度を持たないことが分かる。従って、
この様なことから波長600nm以上の波長の光を発す
る光源と、この600nm以上の波長に感度を持つ受光
素子とを用いる。また、分光感度に対してある程度の余
裕度を持たせる意味から、好ましくは900nm以上の
光を発する光源及び受光素子を用いると良い。この90
0nm以上の波長に対応する光源及び素子としては、以
下の表1,2に示すような物がある。
From this, it can be seen that the photoconductor has no sensitivity to light having a wavelength of 600 nm or more. Therefore,
For this reason, a light source that emits light having a wavelength of 600 nm or more and a light receiving element that has sensitivity to the wavelength of 600 nm or more are used. Further, from the viewpoint of giving a certain degree of margin to the spectral sensitivity, it is preferable to use a light source and a light receiving element that emit light of 900 nm or more. This 90
Light sources and elements corresponding to wavelengths of 0 nm or more include those shown in Tables 1 and 2 below.

【0029】[0029]

【表1】 [Table 1]

【0030】[0030]

【表2】 [Table 2]

【0031】また、600nm以上の波長に対応する光
源及び受光素子としては前記900nm以上の波長に対
応する光源及び受光素子に加えて、以下の表3、表4に
示すような物がある。
As the light source and the light receiving element corresponding to the wavelength of 600 nm or more, in addition to the light source and the light receiving element corresponding to the wavelength of 900 nm or more, there are those as shown in Tables 3 and 4 below.

【0032】[0032]

【表3】 [Table 3]

【0033】[0033]

【表4】 [Table 4]

【0034】また、図6において,の物質に関して
は400nm以下の波長に対して感度が低いことから、
その400nm以下の波長の光源と、この波長に感度を
持つ受光素子とを用いる。この400nm以下の波長に
対応する光源及び受光素子としては以下の表5、表6に
示すような物がある。
Further, in FIG. 6, the substance (1) has a low sensitivity to a wavelength of 400 nm or less,
A light source having a wavelength of 400 nm or less and a light receiving element having sensitivity to this wavelength are used. Examples of the light source and the light receiving element corresponding to the wavelength of 400 nm or less include those shown in Tables 5 and 6 below.

【0035】[0035]

【表5】 [Table 5]

【0036】[0036]

【表6】 [Table 6]

【0037】上述したように、感光体の分光感度を持た
ない波長の光を用い、各種の光源及び受光素子の中から
発光波長と分光感度のある波長が一致する物を組み合わ
せて、前述の実施例で示した各探針装置の光導波路の変
形を検出すれば、感光体上での静電潜像形成の状態が乱
されることが無くなり、これにより測定誤差を無くして
感光体表面電位等の測定を行うことができる。
As described above, light having a wavelength which does not have the spectral sensitivity of the photoconductor is used, and various types of light sources and light receiving elements are used in combination with ones having the emission wavelength and the wavelength having the spectral sensitivity in combination. When the deformation of the optical waveguide of each probe device shown in the example is detected, the state of electrostatic latent image formation on the photoconductor is not disturbed, which eliminates measurement error and reduces the surface potential of the photoconductor. Can be measured.

【0038】また、図2、図4及び図示しなかった請求
項2の発明の第三実施例に金属コートを施した実施例に
関して、上記のように光源と受光素子を組み合わせて用
いれば、光が光導波路から漏れても感光体に影響が出な
いから、金属コートの替わりに透明導電膜を用いること
ができる。
In addition, regarding the third embodiment of the invention of claim 2 which is not shown in FIGS. 2, 4 and 4 and which is not shown, if a light source and a light receiving element are used in combination as described above, the Since it does not affect the photoconductor even if it leaks from the optical waveguide, a transparent conductive film can be used instead of the metal coat.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1記載の発
明は、基板に対して可動で探針が接続された(片持ち梁
構造の)第一の光導波路と、この第一の光導波路の端面
に対向する端面を有し、前記基板に固定された第二の光
導波路とを備えたことを特徴とする測定器用探針装置で
あるので、原子間力、磁力、静電引力等の微小な力を検
出することができ、しかも従来の抵抗素子を用いた場合
のようにジュール熱による片持ち梁の変形が生じること
が無く、また、配線部や力検出部の簡略化を図ることが
できる。また、半導体製造工程により基板上に大量に均
一性良く複数本の片持ち梁構造の光導波路を一度に作製
できる。また、片持ち梁の変形を捉えるために、光てこ
法のような長い光路長を必要とはしないので、小型化、
アレイ化が可能となる。従って、本発明の装置を用いる
ことにより、小型で多点同時測定、すなわち高速な測定
が可能となる物理量測定装置が実現できる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the first optical waveguide (having a cantilever structure), which is movable with respect to the substrate and to which the probe is connected, and the first optical waveguide. Since the probe device for a measuring instrument has an end face facing the end face of the waveguide, and a second optical waveguide fixed to the substrate, atomic force, magnetic force, electrostatic attraction, etc. Can detect a small force, and the deformation of the cantilever due to Joule heat does not occur unlike the case of using the conventional resistance element, and the wiring part and the force detection part can be simplified. be able to. In addition, a large number of optical waveguides having a cantilever structure can be formed on a substrate at a time by a semiconductor manufacturing process with good uniformity. Also, to capture the deformation of the cantilever, it is not necessary to use a long optical path length as in the optical lever method.
Arraying becomes possible. Therefore, by using the apparatus of the present invention, it is possible to realize a physical quantity measuring apparatus that is compact and enables multipoint simultaneous measurement, that is, high-speed measurement.

【0040】請求項2記載の発明は、基板に対して可動
で探針が接続された(片持ち梁構造あるいは両持ち梁構
造の)第一の光導波路と、前記基板に固定された第二の
光導波路と、前記第一の光導波路を伝搬する光と前記第
二の光導波路を伝搬する光とが干渉を起こすようにこれ
ら2つの光導波路が合流する前記基板上の位置に配設さ
れた第三の光導波路とを備えたことを特徴とする測定器
用探針装置であるので、原子間力、磁力、静電引力等の
微小な力を検出することができ、しかも従来の抵抗素子
を用いた場合のようにジュール熱による片持ち梁の変形
が生じることが無く、また、配線部や力検出部の簡略化
を図ることができる。また、半導体製造工程により基板
上に大量に均一性良く複数本の片持ち梁構造あるいは両
持ち梁構造の光導波路を一度に作製できる。また、片持
ち梁あるいは両持ち梁の変形を捉えるために、光てこ法
のような長い光路長を必要とはしないので、小型化、ア
レイ化が可能となる。従って、本発明の装置を用いるこ
とにより、小型で多点同時測定、すなわち高速な測定が
可能となる物理量測定装置が実現できる。
According to a second aspect of the present invention, a first optical waveguide (having a cantilever structure or a double-supported beam structure) that is movable and has a probe connected to the substrate, and a second optical waveguide that is fixed to the substrate. Of the optical waveguide and the light propagating in the first optical waveguide and the light propagating in the second optical waveguide are arranged at a position on the substrate where these two optical waveguides merge so as to cause interference. Since it is a probe device for a measuring instrument characterized by including a third optical waveguide, it is possible to detect minute forces such as atomic force, magnetic force, electrostatic attraction, etc. The deformation of the cantilever due to Joule heat does not occur as in the case of using, and the wiring portion and the force detection portion can be simplified. In addition, it is possible to manufacture a large number of optical waveguides having a cantilever structure or a double-supported beam structure on a substrate at a time by a semiconductor manufacturing process with good uniformity. Further, since it is not necessary to have a long optical path length as in the optical lever method in order to capture the deformation of the cantilever beam or the both-end beam, it is possible to reduce the size and form an array. Therefore, by using the apparatus of the present invention, it is possible to realize a physical quantity measuring apparatus that is compact and enables multipoint simultaneous measurement, that is, high-speed measurement.

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

【図1】請求項1記載の発明の第一の実施例を説明する
ための図であって、(a)は測定器用探針装置の斜視
図、(b)は(a)に示す測定器用探針装置のI−I線
部分の断面図である。
1A and 1B are views for explaining a first embodiment of the invention according to claim 1, wherein FIG. 1A is a perspective view of a probe device for a measuring instrument, and FIG. 1B is for a measuring instrument shown in FIG. It is sectional drawing of the II line part of a probe apparatus.

【図2】請求項1記載の発明の第二の実施例を説明する
ための図であって、図1(a)のI−I線部分に相当す
る測定器用探針装置の断面図である。
FIG. 2 is a view for explaining the second embodiment of the invention according to claim 1, and is a cross-sectional view of the probe device for a measuring instrument corresponding to the II line portion of FIG. 1 (a). .

【図3】請求項2記載の発明の第一の実施例を説明する
ための図であって、(a)は測定器用探針装置の斜視
図、(b)は(a)に示す測定器用探針装置のII−II線
部分の断面図である。
3A and 3B are views for explaining a first embodiment of the invention according to claim 2, wherein FIG. 3A is a perspective view of a probe device for a measuring instrument, and FIG. 3B is for a measuring instrument shown in FIG. It is sectional drawing of the II-II line part of a probe apparatus.

【図4】請求項2記載の発明の第二の実施例を説明する
ための図であって、図3(a)のII−II線部分に相当す
る測定器用探針装置の断面図である。
FIG. 4 is a view for explaining the second embodiment of the invention according to claim 2, and is a cross-sectional view of the probe device for a measuring instrument corresponding to the II-II line portion of FIG. 3 (a). .

【図5】請求項2記載の発明の第三の実施例を説明する
ための図であって、測定器用探針装置の斜視図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining the third embodiment of the invention as set forth in claim 2, and is a perspective view of a probe device for a measuring instrument.

【図6】電子写真に用いられる周知の代表的な感光体
の、波長に対する分光感度を表した図である。
FIG. 6 is a diagram showing the spectral sensitivity with respect to wavelength of a well-known representative photoconductor used for electrophotography.

【図7】従来技術の一例を示す図であって、(a)は測
定器用探針装置の断面図、(b)は測定器用探針装置の
要部平面図である。
7A and 7B are diagrams showing an example of a conventional technique, in which FIG. 7A is a sectional view of a probe device for a measuring instrument, and FIG. 7B is a plan view of a main part of the probe device for a measuring instrument.

【図8】従来技術の別の例を示す図であって、片持ち梁
と光導波路を用いた光ICセンサの斜視図である。
FIG. 8 is a diagram showing another example of the prior art and is a perspective view of an optical IC sensor using a cantilever and an optical waveguide.

【図9】図8に示すセンサの動作原理の説明図である。9 is an explanatory diagram of an operation principle of the sensor shown in FIG.

【図10】従来技術のさらに別の例を示す図であって、
(a)は片持ち梁と光導波路を用いた光ICセンサの斜
視図、(b)は(a)に示すセンサのA−A線部分の断
面図である。
FIG. 10 is a diagram showing still another example of the prior art,
(A) is a perspective view of an optical IC sensor using a cantilever and an optical waveguide, and (b) is a sectional view taken along the line AA of the sensor shown in (a).

【図11】従来技術のさらに別の例を示す図であって、
変形領域を有する基板と光導波路を用いた光ICセンサ
の斜視図である。
FIG. 11 is a diagram showing still another example of the prior art,
It is a perspective view of an optical IC sensor using a substrate having a deformation region and an optical waveguide.

【図12】図11に示すセンサの動作原理の説明図であ
る。
12 is an explanatory diagram of the operating principle of the sensor shown in FIG.

【図13】従来技術のさらに別の例を示す図であって、
変形領域を有する基板と光導波路を用いた光ICセンサ
の別の例の斜視図である。
FIG. 13 is a diagram showing still another example of the prior art,
It is a perspective view of another example of an optical IC sensor using a substrate having a deformation region and an optical waveguide.

【図14】図13に示すセンサの動作原理の説明図であ
る。
14 is an explanatory diagram of an operating principle of the sensor shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

9 基板 11 第一の光導波路 11a 第一の光導波路の可動部側の端面 12 固定部 13 第二の光導波路 13a 第二の光導波路の端面 14 基板 16 第一の光導波路 17 固定部 18 第二の光導波路 19 第三の光導波路 20 第三の光導波路 21 第三の光導波路 23 探針 24 導電膜(金属膜等) 25 リード線 9 substrate 11 first optical waveguide 11a end face on the movable part side of the first optical waveguide 12 fixing part 13 second optical waveguide 13a second end face of the optical waveguide 14 substrate 16 first optical waveguide 17 fixing part 18th Second optical waveguide 19 Third optical waveguide 20 Third optical waveguide 21 Third optical waveguide 23 Probe 24 Conductive film (metal film etc.) 25 Lead wire

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板に対して可動で探針が接続された第一
の光導波路と、この第一の光導波路の端面に対向する端
面を有し、前記基板に固定された第二の光導波路とを備
えたことを特徴とする測定器用探針装置。
1. A second optical waveguide fixed to the substrate, having a first optical waveguide movably with respect to the substrate and having a probe connected thereto, and an end face facing the end face of the first optical waveguide. A probe device for a measuring instrument, comprising a waveguide.
【請求項2】基板に対して可動で探針が接続された第一
の光導波路と、前記基板に固定された第二の光導波路
と、前記第一の光導波路を伝搬する光と前記第二の光導
波路を伝搬する光とが干渉を起こすようにこれら2つの
光導波路が合流する前記基板上の位置に配設された第三
の光導波路とを備えたことを特徴とする測定器用探針装
置。
2. A first optical waveguide which is movable with respect to a substrate and to which a probe is connected, a second optical waveguide fixed to the substrate, light propagating through the first optical waveguide and the first optical waveguide. A probe for a measuring instrument, comprising: a third optical waveguide arranged at a position on the substrate where these two optical waveguides merge so as to cause interference with light propagating through the second optical waveguide. Needle device.
JP1125596A 1996-01-25 1996-01-25 Probing device for measuring instrument Pending JPH09203626A (en)

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JP (1) JPH09203626A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7274835B2 (en) * 2004-02-18 2007-09-25 Cornell Research Foundation, Inc. Optical waveguide displacement sensor
WO2017000363A1 (en) * 2015-07-02 2017-01-05 哈尔滨工业大学 Combined cantilever beam and probe sensing method and apparatus based on optical fibre emergent light detection

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