(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カンチレバーホルダにセットされることで、液体内の試料を観察する液中観察用センサであって、
前記セット時に前記試料に対して対向配置される探針が先端に形成されていると共に基端側が本体部に支持されたカンチレバーと、カンチレバーに形成され、該カンチレバーの変位量に応じて抵抗値が変化する歪抵抗素子と、カンチレバーから本体部に亘って形成され、歪抵抗素子に電気接続された配線部と、を有する自己検知型プローブと、
互いに接着された２枚の絶縁性シートと両絶縁性シートの間にパターニングされた配線パターンとを有し、前記カンチレバーを外側に突出させた状態で前記本体部を支持すると共に、少なくとも一端側が前記液体外に引き出されるように長尺な帯状に形成されたフレキシブル基板と、
前記配線部と前記配線パターンとを電気接続する接続部材と、
絶縁性の樹脂により、前記配線部、前記接続部材及び該接続部材と前記配線パターンとの電気接続箇所を被覆する樹脂部と、
前記液体外に引き出された前記フレキシブル基板の端部において、前記配線パターンが外部に露出した外部接点と、を備え、
前記自己検知型プローブは、前記本体部が前記両絶縁性シートの間に挟み込まれた状態で支持されていることを特徴とする液中観察用センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の液中観察用センサにおいて、
前記フレキシブル基板には、貫通孔が形成され、
前記自己検知型プローブは、前記貫通孔によって開いた空間に前記カンチレバーが突出した状態で支持されていると共に、前記フレキシブル基板が平坦状態のときに該基板の厚み内にカンチレバーが収まり、前記フレキシブル基板が湾曲状態のときに該基板の表面からカンチレバーが飛び出ることを特徴とする液中観察用センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の液中観察用センサにおいて、
前記フレキシブル基板には、前記貫通孔が該基板の長手方向に沿って所定間隔毎に複数形成されており、各貫通孔に対して前記自己検知型プローブがそれぞれ設けられていることを特徴とする液中観察用センサ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の液中観察用センサにおいて、
前記絶縁性シートと前記本体部との間には、前記配線パターンに電気接続された状態で、前記カンチレバーを所定の位相及び振幅で振動させる加振源が設けられていることを特徴とする液中観察用センサ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の液中観察用センサと、
該液中観察用センサを着脱自在に固定する固定機構を有し、セットしたときに前記探針を前記試料に対向配置させるカンチレバーホルダと、
前記探針と前記試料とを、試料表面に平行な方向に相対的に走査させると共に、試料表面に垂直な方向に相対的に移動させる移動機構と、
前記外部接点を介して前記配線部に流れる電流値を検出して、前記カンチレバーの変位量を検出する検出機構と、
前記走査時に前記探針と前記試料表面との距離を、前記カンチレバーの変位量又は振幅量が一定となるように前記移動機構を制御して前記試料を観察する観察機構と、を備えていることを特徴とする液中観察装置。
【請求項６】
請求項５に記載の液中観察装置において、
前記固定機構は、前記フレキシブル基板の長手方向に略直交する幅方向に延びたワイヤを有し、該ワイヤを利用して前記液中観察用センサを前記カンチレバーホルダに押さえ付けて固定すると共に、ワイヤを緩めて押さえ付けを解除し、
前記フレキシブル基板の両側には、前記ワイヤが入り込んで該ワイヤを位置決めさせる切り欠き溝がそれぞれ形成されていることを特徴とする液中観察装置。
【請求項７】
請求項５に記載の液中観察装置において、
前記フレキシブル基板には、該基板を貫通するガイド孔がそれぞれ形成され、
前記固定機構は、互いに接近離間する方向に移動自在とされ、前記ガイド孔に挿通される一対の固定用ピン有し、一対の固定ピンを互いに離間させる方向に移動させることによって前記フレキシブル基板に引張力を作用させ、前記液中観察用センサを固定することを特徴とする液中観察装置。
【請求項８】
請求項７に記載の液中観察装置において、
前記ガイド孔は、前記外部接点を貫いた状態で前記フレキシブル基板の端部に形成され、
前記固定用ピンを前記ガイド孔に挿通することで、前記検出機構と前記外部接点とを自動的に導通させることを特徴とする液中観察装置。
【請求項９】
請求項５に記載の液中観察装置において、
前記固定機構は、前記カンチレバーホルダに開口が開いた吸引路を有し、該吸引路を介して前記液中観察用センサを吸着固定することを特徴とする液中観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自己検知型プローブを利用して、試料の表面形状や粘弾性等の各種の物性を液中で観察する液中観察用センサ及び液中観察装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ナノテクノロジーの進歩により、バイオや半導体等の試料の表面を高分解能で観察する技術が要求されている。この要求を実現するための装置の１つとして、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：Scanning Probe Microscope）が知られている。この走査型プローブ顕微鏡は、金属、半導体、セラミック、樹脂、高分子、生体材料、絶縁物等の各種の試料の表面を微小領域で観察し、試料の表面形状や粘弾性等の各種の物性を原子レベルの高分解能で観察することができる装置である。しかもこの走査型プローブ顕微鏡は、真空中、ガス中、大気中、液中等の様々な環境下で使用できることから、幅広い分野で好適に利用されている。
【０００３】
特に最近では、液中で試料の観察を行いたいというニーズが非常に高い。これは、電解液との界面で進行する試料の電気化学反応過程を観察したり、バイオ試料を培養液中で生きたまま観察したりすることが、今後の実験や研究で重要なテーマとなっているためである。通常、液中観察を行う場合には、走査型プローブ顕微鏡の１つである原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope）が使用される。この原子間力顕微鏡は、カンチレバーの先端に設けられた探針を試料の表面に接触或いは近接させ、カンチレバーの撓み量が一定となるように探針と試料との間の距離を制御しながら走査を行うことで、試料の表面形状や各種の物性を観察するものである。
【０００４】
ところで、カンチレバーの撓み量を測定するには、一般的に光てこ方式と呼ばれる方式で行っている。この方式は、カンチレバーの背面にレーザ光を照射すると共に、背面で反射したレーザ光を検出器で受光する。そして、受光した際のレーザ光の位置変化（光路の変化）に基づいてカンチレバーの撓み量を測定する方式である。そのため、カンチレバーの背面に正確にレーザ光を照射すると共に、反射したレーザ光が確実に検出器に入射するように、予め観察を行う前の前準備としてレーザ光の光路をアライメントしておく必要がある。しかしながら、このアライメントは、僅か数十μｍ程度のカンチレバーに対して行うので、非常に困難な作業であり、手間と時間がかかるものであった。特に、液中観察を行う場合には、カンチレバーが液中にあるので難しい作業であった。
【０００５】
しかもカンチレバーは、消耗品であるので適宜交換する必要がある。通常、カンチレバーを取り付ける場合には、作業者がカンチレバーを支持する本体部（数ｍｍ程度）をピンセットで摘み、カンチレバーホルダにセットしている。ところが、この作業自体が初心者にとっては困難な作業であり、容易に行うことができるものではなかった。そのため、カンチレバーの取り付け時に、該カンチレバーを欠損してしまう状況が頻繁に発生しているのが現状である。加えて、問題なくカンチレバーを取り付けることができたとしても、上述したようにレーザ光の光路をアライメントする作業を引き続き行わなくてはならない。よって、実際に観察や測定を開始するまでに、事前準備が大変なものであった。
【０００６】
ところで、近年になってカンチレバー自身にピエゾ素子等の歪抵抗素子（変位センサ）を組み込んだ自己検知型のプローブが開発されている（特許文献１参照）。この自己検知型プローブについて、図面を参照して簡単に説明する。
図２０に示すように、自己検知型プローブ１００は、先端に探針１０１ａを有し、基端側が本体部１０１ｂに支持されたカンチレバー１０１と、カンチレバー１０１の撓み量に応じて抵抗値が変化する歪抵抗素子１０２と、本体部１０１ｂを支持する支持基板１０３と、を備えている。
探針１０１ａ、カンチレバー１０１及び本体部１０１ｂは、シリコン等の半導体材料により一体的に形成されている。歪抵抗素子１０２は、カンチレバー１０１の根元付近においてイオン注入法等により形成されている。また、カンチレバー１０１から本体部１０１ｂに亘って、歪抵抗素子１０２に電気的に接続された配線部１０４が形成されている。この配線部１０４は、接続ワイヤ１０５を介して支持基板１０３上に形成された配線パターン１０６に電気的に接続されている。そして、配線パターン１０６の端部は、センサ信号用の入出力端子となっている。
【０００７】
このように構成された自己検知型プローブ１００によれば、入出力端子を介して歪抵抗素子１０２の抵抗値をモニタすることができ、この抵抗値の変化に基づいてカンチレバー１０１の撓み量を正確に把握することができる。そのため、この自己検知型プローブ１００によれば、上述した光てこ方式を採用する必要がない。
つまり、この自己検知型プローブ１００が開発されたことで、従来困難であったレーザ光のアライメント作業をなくすことができる。よって、多くの人がこのメリットを享受でき、初心者でも比較的簡単に原子間力顕微鏡を扱えるようになった。また、この自己検知型プローブ１００の登場により、産業用の自動計測可能な原子間力顕微鏡においても、消耗品であるカンチレバー１０１を比較的簡単に連続的に交換できるようになった。このように、自己検知型プローブ１００は、先端産業の発展に貢献している。
【特許文献１】米国特許第５３４５８１５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した自己検知型プローブ１００は、扱い易く今後の主流になるものと考えられているが、液中観察に使用する場合には、適さないものであった。
始めに、これまで既に実用化されて産業の発展に貢献してきた上記自己検知型プローブ１００を実際に利用する場合には、図２１に示すように、取り扱いを容易にするため、ガラスエポキシ等の樹脂材料からなる基板１１０上に実装している。この基板１１０上には、ワイヤ１１１を介して配線パターン１０６の端部に電気的に接続された導通パターン１１２が形成されている。
そして、この基板１１０を図２２に示すカンチレバーホルダ１２０にセットする必要がある。このカンチレバーホルダ１２０は、弾性電極１２１が取り付けられたホルダ本体１２２と、ホルダ本体１２２に固定され、弾性電極１２１の先端を支持すると共に、カンチレバー台１２３との間に基板１１０を差し込むための空間を作り出す電極ガイド１２４と、で主に構成されている。
【０００９】
このように構成されたカンチレバーホルダ１２０に基板１１０をセットする場合には、導通パターン１１２を弾性電極１２１側に向けた状態で、基板１１０を電極ガイド１２４とカンチレバー台１２３との隙間に挿入する。すると、弾性電極１２１が基板１１０を押さえ付けるので、基板１１０が固定される。また、これと同時に、弾性電極１２１が、導通パターン１１２に接触して導通が確保される。その結果、カンチレバー１０１の撓み信号を捕らえることができ、原子間力顕微鏡としての機能を発揮することができるようになっている。
【００１０】
ところが、大気中で観察を行う場合には問題がないが、液中観察を行う場合には、自己検知型プローブ１００自体がどうしても液体に浸かってしまうものであった。そのため、配線部１０４や接続ワイヤ１０５、配線パターン１０６も同様に液体に浸かってしまう。よって、液体と触れる各箇所で電流がリークしてしまったり、酷い場合にはショートしてしまったりする。そのため、変位信号にノイズが入り易く、カンチレバー１０１の変位を正確に測定することができなかった。しかも、液体に触れる箇所には、電気化学反応による腐食がおきてしまい、欠損や断線が生じ易い。そのため、自己検知型プローブ１００は、液中観察に適さないものであった。
また、観察モードによっては、カンチレバーホルダと自己検知型プローブ１００との間に圧電素子を介在させ、カンチレバー１０１を加振させる場合がある。ところがこの場合には、圧電素子自身も液体に触れてしまうので、この圧電素子に関しても同様の問題が起き易かった。
【００１１】
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、液体に何ら影響を受けずに、自己検知型プローブを利用して試料を液中観察することができる液中観察用センサ、該液中観察用センサを有する液中観察装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明に係る液中観察用センサは、カンチレバーホルダにセットされることで、液体内の試料を観察する液中観察用センサであって、前記セット時に前記試料に対して対向配置される探針が先端に形成されていると共に基端側が本体部に支持されたカンチレバーと、カンチレバーに形成され、該カンチレバーの変位量に応じて抵抗値が変化する歪抵抗素子と、カンチレバーから本体部に亘って形成され、歪抵抗素子に電気接続された配線部と、を有する自己検知型プローブと、互いに接着された２枚の絶縁性シートと両絶縁性シートの間にパターニングされた配線パターンとを有し、前記カンチレバーを外側に突出させた状態で前記本体部を支持すると共に、少なくとも一端側が前記液体外に引き出されるように長尺な帯状に形成されたフレキシブル基板と、前記配線部と前記配線パターンとを電気接続する接続部材と、絶縁性の樹脂により、前記配線部、前記接続部材及び該接続部材と前記配線パターンとの電気接続箇所を被覆する樹脂部と、前記液体外に引き出された前記フレキシブル基板の端部において、前記配線パターンが外部に露出した外部接点と、を備え、前記自己検知型プローブは、前記本体部が前記両絶縁性シートの間に挟み込まれた状態で支持されていることを特徴とするものである。
【００１３】
この発明に係る液中観察用センサにおいては、カンチレバーホルダにセットされると、カンチレバーの先端に形成されている探針が、液中環境下の試料に対して対向配置された状態となる。この際、カンチレバーに形成された歪抵抗素子は、配線部及び接続部材を介してフレキシブル基板の配線パターンに電気接続されている。そのため、配線パターンの外部接点を介して、歪抵抗素子に電流を流して該歪抵抗素子の抵抗値をモニタすることができる。よって、探針と試料との間に作用する原子間力によってカンチレバーは変位するが、抵抗値をモニタすることでカンチレバーの変位量を検出することができる。その結果、試料を観察することができる。
【００１４】
ところで、試料は液中環境下にあるので、同様に自己検知型プローブの周辺も液中環境下に置かれてしまい、液体に触れた状態となってしまう。しかしながら、カンチレバーから本体部に亘って形成された配線部、該配線部を配線パターンに接続する接続部材、該接続部材と配線パターンとの電気接続箇所は、絶縁性の樹脂からなる樹脂部によって被覆されており、確実に防水されている。そのため、液中環境下であっても、従来のように電流がリーク或いはショートする恐れがない。また、腐食による欠損や断線が生じる恐れもない。また、配線パターンの外部接点は、液体外に引き出された長尺なフレキシブル基板の端部に形成されているので、液体に触れてしまう可能性がない。しかも、接続部材が接続されたポイントから外部接点までに至る間の配線パターンは、２枚の絶縁性シートによって挟まれて被覆されている。従って、確実に防水されており、液体に触れてしまう恐れがない。
【００１５】
このように、液中観察用センサは、全体が耐防水構造となっており、液体に何ら影響を受けずに、自己検知型プローブを利用して試料を長期的に安定して液中観察することができる。また、液中観察用センサをセット或いは交換する際に、外部接点が液体外に引き出されているので、該外部接点を濡らすことなく、誰でも容易に交換し易い。従って、使用者にとって扱い易く、利便性に優れている。
【００１７】
更に、フレキシブル基板の２枚の絶縁性シートの間に、自己検知型プローブの本体部が挟み込まれて被覆されている。これにより、配線部の一部、接続部材、接続部材と配線パターンとの電気接続箇所は、両絶縁性シートによって保護されるので、より確実な防水構造となっている。従って、液体の影響をより受け難い。
【００１８】
また、本発明に係る液中観察用センサは、上記本発明の液中観察用センサにおいて、前記フレキシブル基板には、貫通孔が形成され、前記自己検知型プローブが、前記貫通孔によって開いた空間に前記カンチレバーが突出した状態で支持されていると共に、前記フレキシブル基板が平坦状態のときに該基板の厚み内にカンチレバーが収まり、前記フレキシブル基板が湾曲状態のときに該基板の表面からカンチレバーが飛び出ることを特徴とするものである。
【００１９】
この発明に係る液中観察用センサにおいては、カンチレバーホルダにセットすると、フレキシブル基板が若干湾曲するので、貫通孔によって開いた空間に突出しているカンチレバーがフレキシブル基板の表面から飛び出る。これにより、カンチレバーの先端に形成された探針が、試料に対向配置されるので、液中観察を行える。
一方、カンチレバーホルダにセットしてない場合には、フレキシブル基板が平坦状態となるので、該フレキシブル基板の厚み内にカンチレバーが収まる。よって、カンチレバーがフレキシブル基板の表面から飛び出すことがないので、カンチレバーを保護することができ、傷等が付いてしまう可能性を低減することができる。従って、液中観察用センサの品質を高めることができる。特に、カンチレバーの先端に形成された探針を、保護することができる。
【００２０】
また、本発明に係る液中観察用センサは、上記本発明の液中観察用センサにおいて、前記フレキシブル基板には、前記貫通孔が該基板の長手方向に沿って所定間隔毎に複数形成されており、各貫通孔に対して前記自己検知型プローブがそれぞれ設けられていることを特徴とするものである。
【００２１】
この発明に係る液中観察用センサにおいては、フレキシブル基板の長手方向に沿って複数の自己検知型プローブが支持されているので、フレキシブル基板を長手方向にずらすだけで自己検知型プローブの交換を容易且つ短時間で行うことができる。従って、交換作業の手間を極力なくすことができ、液中観察を効率良く行うことができる。
【００２２】
また、本発明に係る液中観察用センサは、上記本発明の液中観察用センサにおいて、前記絶縁性シートと前記本体部との間には、前記配線パターンに電気接続された状態で、前記カンチレバーを所定の位相及び振幅で振動させる加振源が設けられていることを特徴とするものである。
【００２３】
この発明に係る液中観察用センサにおいては、加振源が設けられているので、カンチレバーを振動させた振動モードで液中観察を行える。従って、多種多様なデータに基づいて試料をより多角的に観察することができる。
特に、本体部と加振源とを直接接触させることができるので、他の構成要素をできるだけ振動させずに、加振源の振動を直接本体部に伝えることができる。従って、カンチレバーのみを所望の状態で振動させることができ、液中観察の観察精度を向上することができる。また、加振源は、フレキシブル基板の両絶縁性シートによって保護されているので、防水構造となっている。そのため、加振源に関しても液体から何ら影響を受けることがない。
【００２４】
また、本発明に係る液中観察装置は、上記本発明の液中観察用センサと、該液中観察用センサを着脱自在に固定する固定機構を有し、セットしたときに前記探針を前記試料に対向配置させるカンチレバーホルダと、前記探針と前記試料とを、試料表面に平行な方向に相対的に走査させると共に、試料表面に垂直な方向に相対的に移動させる移動機構と、前記外部接点を介して前記配線部に流れる電流値を検出して、前記カンチレバーの変位量を検出する検出機構と、前記走査時に前記探針と前記試料表面との距離を、前記カンチレバーの変位量又は振幅量が一定となるように前記移動機構を制御して前記試料を観察する観察機構と、を備えていることを特徴とするものである。
【００２５】
この液中観察装置においては、まず、固定機構により液中観察用センサをカンチレバーホルダにセットする。これにより、探針が液中環境下にある試料に対向配置される。そして、外部接点を介して配線部に電流を流すと共に、検出機構により電流値をモニタしておく。次いで、この状態で移動機構により走査を行う。すると、この走査の間、探針と試料との間に原子間力による相互作用が働くので、試料表面の凹凸に応じてカンチレバーが変位する。すると、カンチレバーの変位に応じて歪抵抗素子も変位するので、抵抗値が変化する。よって、検出機構は、モニタしていた電流値に基づいてカンチレバーの変位量を検出することができる。そして、観察機構は、この走査時に探針と試料表面との距離を、変位量又は振幅量が一定となるように移動機構を制御しながら走査させる。これにより、観察機構は、液中での試料の表面形状や各種の物性情報等を取得することができ、液中観察を行うことができる。
【００２６】
特に、自己検知型プローブを利用して液中観察できるので、観察の前準備の段階でカンチレバーの背面にレーザ光を当てる等のアライメント作業が不要である。従って、非常に使い易く、操作性の向上化を図ることができると共に、速やかに液中観察を行うことができる。
【００２７】
また、本発明に係る液中観察装置は、上記本発明の液中観察装置において、前記固定機構が、前記フレキシブル基板の長手方向に略直交する幅方向に延びたワイヤを有し、該ワイヤを利用して前記液中観察用センサを前記カンチレバーホルダに押さえ付けて固定すると共に、ワイヤを緩めて押さえ付けを解除し、前記フレキシブル基板の両側には、前記ワイヤが入り込んで該ワイヤを位置決めさせる切り欠き溝がそれぞれ形成されていることを特徴とするものである。
【００２８】
この発明に係る液中観察装置においては、ワイヤを利用した簡単な方法により液中観察用センサをカンチレバーホルダにセットすることができる。つまり、ワイヤを緩めた状態で液中観察用センサをカンチレバーホルダに位置させ、その後、ワイヤを張ることで、液中観察用センサをカンチレバーホルダに押さえ付けて確実に固定することができる。しかも、フレキシブル基板の両側に形成された切り欠き溝にワイヤが入り込むので、毎回同じ位置にワイヤが位置決めされる。従って、液中観察用センサを予め決まった位置に確実に固定することができる。よって、正確な液中観察を行うことができる。
【００２９】
また、本発明に係る液中観察装置は、上記本発明の液中観察装置において、前記フレキシブル基板には、該基板を貫通するガイド孔がそれぞれ形成され、前記固定機構が、互いに接近離間する方向に移動自在とされ、前記ガイド孔に挿通される一対の固定用ピン有し、一対の固定ピンを互いに離間させる方向に移動させることによって前記フレキシブル基板に引張力を作用させ、前記液中観察用センサを固定することを特徴とするものである。
【００３０】
この発明に係る液中観察装置においては、一対の固定用ピンを利用した簡単な方法により液中観察用センサをカンチレバーホルダにセットすることができる。つまり、一対の固定用ピンを予め接近させた後、フレキシブル基板に形成されたガイド孔に固定用ピンを挿通させながら液中観察用センサをカンチレバーホルダに位置させる。次いで、一対の固定用ピンを互いに離間する方向に移動させる。これにより、フレキシブル基板は、面内で引っ張られるので、一対の固定用ピンによって確実に固定される。
しかも、ガイド孔内に固定用ピンを挿通させるので、液中観察用センサを予め決まった位置に確実に固定することができる。よって、正確な液中観察を行うことができる。
【００３１】
また、本発明に係る液中観察装置は、上記本発明の液中観察装置において、前記ガイド孔が、前記外部接点を貫いた状態で前記フレキシブル基板の端部に形成され、前記固定用ピンを前記ガイド孔に挿通することで、前記検出機構と前記外部接点とを自動的に導通させることを特徴とするものである。
【００３２】
この発明に係る液中観察装置においては、一対の固定用ピンを挿通させるガイド孔が、外部接点を貫いた状態でフレキシブル基板の端部に形成されている。そのため、固定用ピンをガイド孔に挿通した時点で、検出機構と外部接点とが自動的に導通する。つまり、液中観察用センサをカンチレバーホルダにセットする作業を行うことで、検出機構と外部接点との導通作業に関しても自動的に行うことができる。従って、観察前の準備をよりスピーディに行うことができ、操作性をさらに向上することができる。
【００３３】
また、本発明に係る液中観察装置は、上記本発明の液中観察装置において、前記固定機構が、前記カンチレバーホルダに開口が開いた吸引路を有し、該吸引路を介して前記液中観察用センサを吸着固定することを特徴とするものである。
【００３４】
この発明に係る液中観察装置においては、液中観察用センサをカンチレバーホルダに位置させた後、吸引路を介して吸引を行う。これにより、液中観察用センサを吸引することができ、カンチレバーホルダに吸着固定することができる。このように、吸引力を利用した簡単な方法で液中観察用センサをカンチレバーホルダにセットすることができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明に係る液中観察用センサによれば、液体に何ら影響を受けずに、自己検知型プローブを利用して試料を液中観察することができる。
また、本発明に係る液中観察装置によれば、自己検知型プローブを利用して液中観察できるので、観察の前準備の段階でカンチレバーの背面にレーザ光を当てる等のアライメント作業が不要である。従って、非常に使い易く、操作性の向上化を図ることができると共に、速やかに液中観察を行うことができる。
特に、本発明に係る液中観察装置をバイオ・メディカル分野で使用することができ、近年盛んである分子細胞生物学の発展に大きく寄与することが予想できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る第１実施形態を、図１から図５を参照して説明する。なお、本実施形態では、液体Ｗが貯留された液槽１０内に試料Ｓを入れた状態で測定を行う場合を例に挙げて説明する。
本実施形態の液中観察装置１は、液体Ｗ内で試料Ｓの表面形状又は粘弾性等の各種の物性を測定して試料Ｓを観察する装置であって、図１に示すように、自己検知型プローブ２を有する液中観察用センサ３と、カンチレバーホルダ４と、移動機構５と、検出機構６と、観察機構７と、を備えている。
【００３７】
始めに、試料Ｓは、液槽１０の底面に容易に動かないように保持されている。この液槽１０は、上部が開口した断面コ形形状に形成されており、ＸＹＺステージ１１上に固定された試料ステージ１２上に固定されている。
【００３８】
上記液中観察用センサ３は、カンチレバーホルダ４にセットされることで、液体Ｗ内に置かれた（液中環境下にある）試料Ｓを観察するためのセンサであって、自己検知型プローブ２と、フレキシブル基板２０とを備えている。
自己検知型プローブ２は、図２及び図３に示すように、カンチレバーホルダ４にセットされたときに試料Ｓに対して対向配置される探針３０ａが先端に形成されていると共に基端側が本体部３０ｂに支持されたカンチレバー３０と、該カンチレバー３０の変位量に応じて抵抗値が変化するピエゾ抵抗素子等の歪抵抗素子３１と、カンチレバー３０から本体部３０ｂに亘って形成され、歪抵抗素子３１に電気接続された配線部３２と、有している。
【００３９】
この自己検知型プローブ２は、シリコン等の半導体材料により一体的に形成されている。カンチレバー３０と本体部３０ｂとの接合部であるカンチレバー３０の基端側付近には、開口３０ｃが形成されており、カンチレバー３０が基端側でより屈曲して撓み易くなっている。なお、この開口３０ｃの数は、１つに限定されるものではなく、自由に形成して構わないし、形成しなくても構わない。
歪抵抗素子３１は、カンチレバー３０の基端側において開口３０ｃを両側から挟むように形成されている。なお、この歪抵抗素子３１は、例えば、イオン注入法や拡散法等により不純物が注入されて形成されたものである。また、配線部３２は、アルミ等の金属配線であり、カンチレバー３０から本体部３０ｂに亘ってＵ字状になるように歪抵抗素子３１に電気接続されている。また、本体部３０ｂの端部に位置する配線部３２の端末には、接続端子３２ａが設けられている。
【００４０】
また、本実施形態の自己検知型プローブ２は、カンチレバー３０に隣接して参照用のレファレンスレバー３３が本体部３０ｂに片持ち状態に支持されている。このレファレンスレバー３３は、カンチレバー３０よりも長さが短く形成され、カンチレバー３０と同様に基端側に開口３０ｃが形成されていると共に、歪抵抗素子３１及び配線部３２がそれぞれ形成されている。このレファレンスレバー３３は、歪抵抗素子３１の温度補償の為に使用される。なお、このレファレンスレバー３３は、自己検知型プローブ２に必ず設けなくても構わない。
【００４１】
上記フレキシブル基板２０は、互いに接着された２枚の絶縁性シート２１と、両絶縁性シート２１の間にパターニングされた配線パターン２２とで構成されており、長尺な帯状に形成されている。なお、２枚の絶縁性シート２１は、例えばポリイミド膜等からなり、配線パターン２２は、銅を薄膜状にパターニングしたものである。
そして、フレキシブル基板２０の一方の端部に、上述した自己検知型プローブ２が支持されている。具体的には、カンチレバー３０がフレキシブル基板２０の外側に突出した状態で、本体部３０ｂが一方の絶縁性シート２１上に接着固定されている。この際、配線パターン２２は、一部が露出した状態で自己検知型プローブ２の近傍まで延びている。
【００４２】
そして、配線部３２の接続端子３２ａと配線パターン２２との間には、接続ワイヤ（接続部材）２３がワイヤボンディングされており、該接続ワイヤ２３を介して互いに電気的に接続されている。ところで、これら配線部３２、接続ワイヤ２３、接続ワイヤ２３と配線パターン２２との電気接続箇所には、絶縁性の樹脂からなる樹脂部２４によって被膜されている。これにより、電流が流れる回路部分は、全て防水された状態となっている。
【００４３】
また、フレキシブル基板２０は、図１に示すように、他方の端部が液槽１０内に貯留された液体Ｗ外に引き出されるほど長尺に形成されており、引き出された他方の端部には、図２に示すように、配線パターン２２が外部に露出した外部接点２２ａが形成されている。なお、図１では、外部接点２２ａの図示を省略している。
また、本実施形態のフレキシブル基板２０の一方の端部の両側には、自己検知型プローブ２を間に挟むように略半円状の切り欠き溝２５が形成されている。この切り欠き溝２５は、後述するワイヤ４３が入り込んで該ワイヤ４３を位置決めさせるためのものである。
【００４４】
上記カンチレバーホルダ４は、図１及び図４に示すように、ホルダ本体４０と、該ホルダ本体４０の下面に固定された斜面ブロック４１と、液中観察用センサ３を着脱自在に固定する固定機構４２と、を有している。なお、図４は、カンチレバーホルダ４及び自己検知型プローブ２を図１に示す矢印Ａ方向から見た図である。また、開口３０ｃの図示を省略している。
【００４５】
固定機構４２は、フレキシブル基板２０の長手方向Ｌ１に略直交する幅方向Ｌ２に延びたワイヤ４３と、一対のワイヤ固定部４４と、を備えている。
この一対のワイヤ固定部４４は、ホルダ本体４０の上面に、フレキシブル基板２０の幅方向Ｌ２に沿って互いに接近離間するように移動自在に固定されている。ワイヤ４３は、所定の引張強度を有するワイヤであって、斜面ブロック４１を横切るように架け渡されていると共に、両端がホルダ本体４０に形成された貫通孔４０ａを通った後に上記一対のワイヤ固定部４４にそれぞれ接続されている。よって、一対のワイヤ固定部４４を移動させることで、ワイヤ４３の張力を自在に調整できるようになっている。
【００４６】
つまり、液中観察用センサ３を斜面ブロック４１に接触させた後、一対のワイヤ固定部４４を互いに離間するように移動させることで、液中観察用センサ３をワイヤ４３によって押さえ付けて固定することができるようになっている。この際、ワイヤ４３は、フレキシブル基板２０に形成された切り欠き溝２５内に入り込んで、位置決めされるようになっている。
また、一対のワイヤ固定部４４を互いに接近するように移動させることで、ワイヤ４３を緩めて押さえ付けを解除できるようになっている。このように、本実施形態の固定機構４２は、ワイヤ４３を利用して液中観察用センサ３を着脱することが可能とされている。
なお、液中観察用センサ３は、カンチレバーホルダ４にセットされたときに、図１に示すように、斜面ブロック４１の傾きによってカンチレバー３０が試料表面Ｓ１に対して所定角度傾くように設定されている。
【００４７】
ところで、液中観察用センサ３は、カンチレバーホルダ４にセットされたときに、図１に示すように、液体Ｗ外に引き出されたフレキシブル基板２０の外部接点２２ａがブリッジ回路４５に接続するようになっている。このブリッジ回路４５は、図５に示すように、配線パターン２２及び接続ワイヤ２３を介して歪抵抗素子３１に電気接続された配線部３２に流れる電流値の検出を行っている。そして、ブリッジ回路４５は、検出した電流値に応じた出力信号を増幅した後、図１に示すように、差分測定部４６に出力するようになっている。
ここで、歪抵抗素子３１は、カンチレバー３０の変位に応じて抵抗値が変化するが、これ以外にも温度変化によって抵抗値が変化してしまう。しかしながら、本実施形態のブリッジ回路４５は、レファレンスレバー３３側の歪抵抗素子３１を参照しているので、温度変化による不要な抵抗値変化分をキャンセルすることができ、温度影響をなくすことができる。よって、ブリッジ回路４５は、カンチレバー３０の変位に起因する電流値変化だけに応じた出力信号を出力するようになっている。
【００４８】
差分測定部４６には、図１に示すように、ブリッジ回路４５から出力信号が入力されてくるだけでなく、基準発生部４７から基準信号が入力されている。この基準信号は、例えば、カンチレバー３０の変位量が“０”のときに、差分測定部４６の出力を“０”とする信号である。そして、差分測定部４６は、この基準信号とブリッジ回路４５から送られてくる出力信号とを比較して、その差である誤差信号をＺ電圧フィードバック回路４８に出力するようになっている。即ち、この誤差信号は、カンチレバー３０の変位量に対応する信号である。よって、この誤差信号をモニタすることで、カンチレバー３０の変位量を検出することができる。即ち、ブリッジ回路４５、差分測定部４６及び基準発生部４７は、配線部３２に流れる電流値を検出してカンチレバー３０の変位量を検出する上記検出機構６として機能する。
【００４９】
上記ＸＹＺステージ１１は、例えば、ＰＺＴ等からなる圧電素子であり、ドライブ回路４９から電圧が印加されると、その電圧印加量及び極性に応じて、試料表面Ｓ１に平行なＸＹ方向及び試料表面Ｓ１に垂直なＺ方向の３方向に対して微小移動するようになっている。これにより、自己検知型プローブ２と試料ステージ１２とを、ＸＹ方向及びＺ方向の３方向に相対的に移動させることができるようになっている。即ち、ＸＹＺステージ１１及びドライブ回路４９は、上記移動機構５として機能する。
【００５０】
また、Ｚ電圧フィードバック回路４８は、送られてきた誤差信号が一定となるようにドライブ回路４９をフィードバック制御する。これにより、カンチレバー３０の変位量が一定となるように、探針３０ａと試料表面Ｓ１との距離を高さ制御しながら自己検知型プローブ２の走査を行うことができるようになっている。また、Ｚ電圧フィードバック回路４８には、パーソナルコンピュータ等の制御部５０が接続されている。この制御部５０は、Ｚフィードバック回路４８による変化させる信号に基づいて試料Ｓの表面形状や各種の物性を測定している。
即ち、Ｚ電圧フィードバック回路４８及び制御部５０は、検出されたカンチレバー３０の変位量が一定となるように移動機構５を制御して試料Ｓを観察する上記観察機構７として機能する。
【００５１】
次に、このように構成された液中観察装置１により、試料Ｓを液中観察する場合について説明する。
最初に、液体Ｗが貯留された液槽１０の底面に試料Ｓを保持させた後、該液槽１０を試料ステージ１２上に載置する。そして、液中観察用センサ３をカンチレバーホルダ４にセットする。即ち、図４に示すように、一対のワイヤ固定部４４を互いに接近させるように移動させてワイヤ４３を緩めた状態で、液中観察用センサ３を斜面ブロック４１に接触させる。そして、一対のワイヤ固定部４４を離間させるように移動させて、ワイヤ４３に張力を与える。これにより、ワイヤ４３により液中観察用センサ３を斜面ブロック４１に対して押し付けることができ、液中観察用センサ３を簡単に固定することができる。特に、フレキシブル基板２０に形成された切り欠き溝２５にワイヤ４３が入り込むので、ワイヤ４３が正確に位置決めされる。従って、液中観察用センサ３を予め決まった位置に確実に固定することができる。よって、以降に行う液中観察を正確に行うことができる。
【００５２】
液中観察用センサ３がカンチレバーホルダ４にセットされると、図１に示すように、探針３０ａが液中環境下にある試料Ｓに対して対向配置される。また、自己検知型プローブ２も同様に液体Ｗに浸され、液中環境下に置かれた状態となる。
一方、フレキシブル基板２０の他方の端部は、観察領域から離れて液体Ｗ外に引き出された状態となっている。そして、図５に示すように、他方の端部に形成された外部接点２２ａをブリッジ回路４５に接続する。ブリッジ回路４５に接続後、図５に示すように、ブリッジ回路４５を介して配線部３２に所定の電圧Ｖ１を印加して、電流値をモニタしておく。
【００５３】
これら事前準備が終了した後、液中観察を開始する。
始めに、探針３０ａと試料表面Ｓ１とを接触或いは近接させる初期設定を行う。即ち、ＸＹＺステージ１１をゆっくりＺ方向に上昇させる。すると、探針３０ａと試料表面Ｓ１とが徐々に接近し始めて、両者の間に働く原子間力によりカンチレバー３０が撓んで変位する。これに応じて、歪抵抗素子３１も同様に変位するので、抵抗値が変化して電流値が変化する。そして制御部５０は、検出機構６による検出結果に基づいて、カンチレバー３０の撓み量が予め決められた撓み量に達した時点でＸＹＺステージ１１の作動を一旦停止させる。これにより、探針３０ａと試料表面Ｓ１とを接触或いは近接させた状態にすることができる。なお、この状態は、カンチレバー３０が撓んでいない初期状態であり、この状態を基準として基準発生部４７は基準信号を発生させる。
【００５４】
この初期設定が終了した後、ＸＹＺステージ１１により試料ステージ１２をＸＹ方向に移動させて走査を行い、測定を開始する。すると、探針３０ａは試料Ｓとの間に働く原子間力を受けるので、走査を行っている際に試料表面Ｓ１の凹凸に応じてカンチレバー３０が撓んで変位する。カンチレバー３０が変位すると、これに応じて歪抵抗素子３１も変位して抵抗値が変化するので、ブリッジ回路４５で検出していた電流値が変化する。そして、ブリッジ回路４５は、この電流変化に応じた出力信号を差分測定部４６に出力する。
【００５５】
差分測定部４６は、送られてきた出力信号と基準発生部４７から送られてきた基準信号とを比較して、カンチレバー３０の変位量に応じた誤差信号を算出すると共に、該誤差信号をＺ電圧フィードバック回路４８に出力する。これにより、Ｚ電圧フィードバック回路４８は、カンチレバー３０の変位量を検出することができる。そして、Ｚ電圧フィードバック回路４８は、誤差信号に基づいて試料ステージ１２をＺ方向に移動させるようにドライブ回路４９を制御し、探針３０ａと試料表面Ｓ１との距離を一定にさせる。つまり、誤差信号を“０”に近づけるように試料ステージ１２を制御する。
【００５６】
その結果、自己検知型プローブ２を走査させる際に、検出されたカンチレバー３０の変位量が一定となるようにＸＹＺステージ１１を適宜Ｚ方向に高さ制御しながら走査させることができる。そして制御部５０は、Ｚ電圧フィードバック回路４８による変化させる信号に基づいて、試料Ｓの表面形状や各種の物性データを測定することができる。その結果、試料Ｓを液中観察することができる。
【００５７】
ところで、液中観察用センサ３がカンチレバーホルダ４にセットされた時点で、自己検知型プローブ２も試料Ｓと同様に液中環境下に置かれてしまい、液体Ｗに触れた状態となってしまう。しかしながら、カンチレバー３０から本体部３０ｂに亘って形成された配線部３２、該配線部３２を配線パターン２２に接続する接続ワイヤ２３、該接続ワイヤ２３と配線パターン２２との電気接続箇所は、樹脂部２４によって被覆されており、確実に防水されている。そのため、液中環境下であっても、従来のように電流がリーク或いはショートする恐れがない。また、腐食による欠損や断線が生じる恐れもない。
しかも、配線パターン２２の外部接点２２ａは、液体Ｗ外に引き出された長尺なフレキシブル基板２０の他方の端部に形成されているので、やはり液体Ｗに触れる可能性がない。加えて、接続ワイヤ２３が接続されたポイントから外部接点２２ａまでに至る間の配線パターン２２は、２枚の絶縁性シート２１によって挟まれて被覆されている。従って、確実に防水されており、液体Ｗに触れてしまう恐れがない。
【００５８】
このように、液中観察用センサ３は、全体が防水構造となっており、液体Ｗに何ら影響を受けずに、自己検知型プローブ２を利用して試料Ｓを長期的に安定して液中観察することができる。
また、本実施形態の液中観察装置１によれば、自己検知型プローブ２を有する液中観察用センサ３を利用して液中観察できるので、観察の前準備の段階で、光てこ方式では必須であったレーザ光のアライメント作業が不要である。従って、非常に使い易く、操作性の向上化を図ることができると共に、速やかに液中観察を行うことができる。しかも、液中観察用センサ３をセット或いは交換する際に、外部接点２２ａを濡らすことなく誰でも簡単に交換することができる。従って、使用者にとって扱い易く、利便性に優れている。
【００５９】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態を、図６から図８を参照して説明する。なお、この第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、ワイヤ４３を利用して液中観察用センサ３を固定したが、第２実施形態では、固定用ピン６３を利用して液中観察用センサ３を固定する点である。
【００６０】
即ち、本実施形態の液中観察装置６０は、図６に示すように、一対の固定用ピン６３を有する固定機構６２を備えている。この一対の固定用ピン６３は、図７に示すように、ホルダ本体４０を貫通する長穴４０ｂに挿入されており、長穴４０ｂに沿ってフレキシブル基板２０の長手方向Ｌ１に略直交する幅方向Ｌ２に移動可能とされている。なお、図７は、カンチレバーホルダ４及び自己検知型プローブ３を、図６に示す矢印Ｂ方向から見た図である。また、図７では、開口３０ｃの図示を省略している。
【００６１】
一対の固定用ピン６３は、一端側が斜面ブロック４１よりも下方に突出すると共に、他端側がホルダ本体４０の上方に突出する長さに調整されている。また、本実施形態では、これら一対の固定用ピン６３の間にコイルバネ等の付勢部６４が取り付けられており、一対の固定用ピン６３を互いに離間する方向に常時付勢している。
また、本実施形態の液中観察用センサ３は、図８に示すように、フレキシブル基板２０の両側に該基板２０を貫通するガイド孔６５が形成されている。このガイド孔６５は、上記固定用ピン６３が挿通されるサイズで形成されている。
【００６２】
本実施形態の液中観察装置６０において、液中観察用センサ３をセットする場合には、まず図７に示すように、一対の固定用ピン６３を付勢部６４の付勢力に抗する力で接近させておく。そして、フレキシブル基板２０に形成されたガイド孔６５に固定用ピン６３を挿通させながら液中観察用センサ３をカンチレバーホルダ４の斜面ブロック４１に位置させる。なお、固定用ピン６３にガイド孔６５を挿通する際に、フレキシブル基板２０を若干湾曲させる。
次いで、付勢部６４により一対の固定用ピン６３を互いに離間する方向に付勢して、一対の固定用ピン６３を移動させる。これにより、フレキシブル基板２０は、面内で引っ張られるので、一対の固定用ピン６３によって確実に固定される。
【００６３】
このように、固定用ピン６３を利用した固定機構６２であっても、液中観察用センサ３を容易且つ短時間で固定することができる。特に、ガイド孔６５内に固定用ピン６３を挿通させるので、液中観察用センサ３を予め決まった位置に確実に固定することができる。よって、第１実施形態と同様に正確な液中観察を行える。
【００６４】
（第３実施形態）
次に、本発明に係る第３実施形態を、図９から図１２を参照して説明する。なお、この第３実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第３実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、ワイヤ４３を利用して液中観察用センサ３を固定したが、第３実施形態では、固定用ピン７３を利用して液中観察用センサ３を固定する点である。更に、第１実施形態では、フレキシブル基板２０の一方の端部に自己検知型プローブ２が支持され、他方の端部に外部接点２２ａが形成されていたが、第３実施形態では、フレキシブル基板２０の略中央部に自己検知型プローブ２が支持され、両端に外部接点２２ａが形成されている点である。
【００６５】
即ち、本実施形態の液中観察装置７０は、図９に示すように、フレキシブル基板２０の略中央部に自己検知型プローブ２が支持された液中観察用センサ７１と、一対の固定用ピン７３を有する固定機構７２と、を備えている。
液中観察用センサ７１は、図１０に示すように、フレキシブル基板２０の略中央部において、長手方向Ｌ１に略直交する幅方向Ｌ２にカンチレバー３０が沿うように自己検知型プローブ２が支持されている。この際、カンチレバー３０がフレキシブル基板２０の外側に突出した状態で支持されている。また、配線パターン２２は、フレキシブル基板２０の略中央部において一部が露出した状態で、自己検知型プローブ２の近傍まで延びている。
なお、第１実施形態と同様に、配線部３２の接続端子３２ａと配線パターン２２との間には接続ワイヤ２３がワイヤボンディングされていると共に、配線部３２、接続ワイヤ２３及び接続ワイヤ２３と配線パターン２２との電気接続箇所は樹脂部２４によって被膜されている。
【００６６】
また、本実施形態の配線パターン２２は、フレキシブル基板２０の両端部で外部に露出しており、この露出した部分が外部接点２２ａとなっている。また、フレキシブル基板２０の両端部には、外部接点２２ａをそれぞれ貫くようにガイド孔７４が４つ形成されている。これにより外部接点２２ａは、ガイド孔７４の周囲を囲むような状態となっている。なお、ガイド孔７４は、フレキシブル基板２０の一方の端部と、他方の端部とにそれぞれ２つずつ形成されている。
【００６７】
一対の固定用ピン７３は、図９及び図１１に示すように、ホルダ本体４０の上面にフレキシブル基板２０の幅方向Ｌ２に沿って互いに接近離間するように移動自在に固定されている。なお、図１１は、カンチレバーホルダ４及び液中観察用センサ７１を、図９に示す矢印Ｃ方向から見た図である。また、開口３０ｃの図示を省略している。
各固定用ピン７３は、固定台７３ａと、該固定台７３ａから上方に突起した２本のピン７３ｂとで構成されている。２本のピン７３ｂは、フレキシブル基板２０に形成された隣接する２つのガイド孔７４と略同じ距離だけ間隔が空くように形成されている。これにより、フレキシブル基板２０の両端部にそれぞれ形成された２つのガイド孔７４を同時に２本のピン７３ｂに挿通させることが可能とされている。
また、固定台７３ａ上には、ブリッジ回路４５に電気接続された電気接点７５が形成されており、ピン７３ｂにガイド孔７４を挿通することで、フレキシブル基板２０の外部接点２２ａが電気接点７５に自動的に導通するようになっている。
【００６８】
また、ホルダ本体４０には、フレキシブル基板２０を貫通する貫通孔４０ａが形成されている。これにより、斜面ブロック４１を横切るようにフレキシブル基板２０を架け渡した後、貫通孔４０ａを通じてフレキシブル基板２０の両端部をホルダ本体４０の上面側に引き回すことが可能とされている。
【００６９】
本実施形態の液中観察装置７０において、液中観察用センサ７１をセットする場合には、まず図１１に示すように、一対の固定用ピン７３を接近させた状態で、液中観察用センサ３をカンチレバーホルダ４の斜面ブロック４１に位置させる。そして、貫通孔４０ａを通じて、フレキシブル基板２０の両端部をホルダ本体４０の上面側に引き回す。これにより、フレキシブル基板２０の両端部にそれぞれ形成された２つのガイド孔７４は、図１２に示すようにホルダ本体４０の上面側に位置する。なお、図１２は、液中観察用センサ７１を、図１１に示す矢印Ｄ−Ｄ方向から見た図である。
【００７０】
続いて、図１１に示すように、フレキシブル基板２０の両端部にそれぞれ形成された２つのガイド孔７４を各固定用ピン７３の２本のピン７３ｂに挿通させて、フレキシブル基板２０の両端部を一対の固定用ピン７３に引っ掛ける。
この際、貫通孔４０ａの周囲を囲むように形成された外部接点２２ａは、電気接点７５に接触するので、両者が電気的に導通した状態となる。つまり、検出機構６を構成するブリッジ回路４５と配線パターン２２とが導通した状態となる。
次いで、一対の固定用ピン７３を互いに離間する方向に移動させる。これにより、フレキシブル基板２０は面内で引っ張られるので、一対の固定用ピン７３によって確実に固定される。
【００７１】
このように、固定用ピン７３を利用した固定機構７２であっても、液中観察用センサ７１を容易且つ短時間で固定することができる。特に、ガイド孔７４内に固定用ピン７３のピン７３ｂをそれぞれ挿通させるので、液中観察用センサ７１を予め決まった位置に確実に固定することができる。よって、第１実施形態と同様に、正確な液中観察を行える。
加えて、フレキシブル基板２０を固定用ピン７３に引っ掛けた時点で、外部接点２２ａと電気接点７５とが接触するので、検出機構６と外部接点２２ａとが導通する。つまり、液中観察用センサ７１をカンチレバーホルダ４にセットする作業を行うことで、検出機構６と外部接点２２ａとの導通作業に関しても自動的に行うことができる。従って、観察前の事前準備をよりスピーディに行うことができ、操作性をさらに向上することができる。
【００７２】
なお、上記第３実施形態では、電気接点７５を介して、検出機構６と外部接点２２ａとを導通させたが、この場合に限られず、例えば、固定用ピン７３自体を導電性材料で形成しても構わない。こうすることで、やはり同様に、フレキシブル基板２０を固定用ピン７３に引っ掛けた時点で検出機構６と外部接点２２ａとを導通させることができる。
【００７３】
（第４実施形態）
次に、本発明に係る第４実施形態を、図１３から図１９を参照して説明する。なお、この第４実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第４実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、本体部３０ｂがフレキシブル基板２０の一方の絶縁性シート２１上に載置された状態で、自己検知型プローブ２が支持されていたが、第４実施形態では、本体部３０ｂが２枚の絶縁性シート２１に挟み込まれた状態で支持されている点である。
【００７４】
即ち、本実施形態の液中観察用センサ８０は、図１３及び図１４に示すように、フレキシブル基板２０の２枚の絶縁性シート２１の間に本体部３０ｂが挟みこまれた状態で自己検知型プローブ２が支持されている。よって、配線部３２の一部、接続ワイヤ２３、接続ワイヤ２３と配線パターン２２との電気接続箇所が、両絶縁性シート２１によって保護された状態となっており、より確実な防水構造となっている。従って、本実施形態の液中観察用センサ８０は、液体Ｗの影響をより受け難い。
【００７５】
更に、本実施形態フレキシブル基板２０には、矩形状の貫通孔８１が形成されており、この貫通孔８１によって開いた空間にカンチレバー３０が突出するように自己検知型プローブ２が支持されている。よって、カンチレバー３０は、フレキシブル基板２０が平坦状態のときに、図１４に示すように、フレキシブル基板２０の厚み内にカンチレバー３０が収まり、フレキシブル基板２０の表面から上下方向に飛び出さないようになっている。なお、カンチレバー３０の先端に形成された探針３０ａも、フレキシブル基板２０の表面から飛び出ることがない。
なお、探針３０ａ及びカンチレバー３０は、フレキシブル基板２０を湾曲させた場合だけ、フレキシブル基板２０の表面から飛び出るようになっている。
【００７６】
また、フレキシブル基板２０の両端部には、後述する固定用ピン８３が挿通されるガイド孔８２がそれぞれ形成されている。また、ホルダ本体４０の上面には、図１５に示すように、フレキシブル基板２０の長手方向Ｌ１に沿って互いに接近離間するように移動可能な一対の固定用ピン８３が設けられている。
また、ホルダ本体４０には、フレキシブル基板２０を貫通する貫通孔４０ａが形成されている。これにより、斜面ブロック４１を横切るようにフレキシブル基板２０を架け渡した後、貫通孔４０ａを通じてフレキシブル基板２０の両端部をホルダ本体４０の上面側に引き回すことが可能とされている。
【００７７】
本実施形態の液中観察用センサ８０をセットする場合には、一対の固定用ピン８３を接近させた状態で、液中観察用センサ８０をカンチレバーホルダ４の斜面ブロック４１に位置させる。そして、貫通孔４０ａを通じて、フレキシブル基板２０の両端部をホルダ本体４０の上面側に引き回す。続いて、フレキシブル基板２０の両端部にそれぞれ形成されたガイド孔８２を一対の固定用ピン８３に挿通させて引っ掛ける。次いで、一対の固定用ピン８３を互いに離間する方向に移動させる。これにより、フレキシブル基板２０は面内で引っ張られるので、一対の固定用ピン８３によって確実に固定される。
【００７８】
特に、本実施形態の場合には、液中観察用センサ８０を斜面ブロック４１にセットし、貫通孔４０ａを通じてフレキシブル基板２０の両端部をホルダ本体４０の上面側に引き回した際に、フレキシブル基板２０が湾曲するので、この時点でカンチレバー３０及び探針３０ａが図１５に示すようにフレキシブル基板２０の表面から飛び出た状態となる。よって、液中観察用センサ８０をセットするまで、カンチレバー３０及び探針３０ａを保護することができる。そのため、観察を行う前に、カンチレバー３０、特に探針３０ａに傷等が付いてしまう可能性を低減することができる。
【００７９】
このように、本実施形態の液中観察用センサ８０によれば、本体部３０ｂが両絶縁性シート２１によって保護された状態となっているので、防水がより確実であり、液体Ｗの影響をより受け難い状態で液中観察を行える。また、観察前に、カンチレバー３０及び探針３０ａに傷が付いてしまい難い。加えて、貫通孔８１を通じて、上方からカンチレバー３０を確認することができるので、液中観察時に光学顕微鏡を併用しながらの観察を行うことも可能である。
【００８０】
なお、上記第４実施形態において、図１６及び図１７に示すように、絶縁性シート２１と本体部３０ｂとの間に、配線パターン２２に接続ワイヤ２３を介して電気接続された状態で、カンチレバー３０を所定の位相及び振幅で振動させる加振源９０を設けても構わない。この加振源９０は、外部接点２２ａを介して外部から送られてきた波形信号に応じた位相及び振動で振動する素子である。カンチレバー３０は、この振動の伝達により、波形信号に応じた振幅及び位相遅れをもって振動する。そのため、この場合にはカンチレバー３０を振動させた振動モードで液中観察を行うことができ、多種多用な試料Ｓの観察データを取得することができ、より多角的な液中観察を行うことができる。
【００８１】
特に、本体部３０ｂと加振源９０とを直接接触させることができるので、他の構成要素をできるだけ振動させずに、加振源９０の振動を直接本体部３０ｂに伝えることができる。従って、カンチレバー３０のみを所望の状態で振動させることができ、液中観察の観察精度を向上することができる。しかも、加振源９０は、フレキシブル基板２０の両絶縁性シート２１によって保護されているので、防水構造となっている。そのため、加振源９０に関しても液体Ｗから何ら影響を受けることはない。
なお、振動モードで観察を行う場合には、カンチレバー３０の振動状態、例えば、振動振幅（又は自励発振時の周波数）が一定となるように、探針３０ａと試料Ｓとの距離を制御しながら走査を行えば良い。
【００８２】
また、上記第４実施形態において、図１８に示すように、貫通孔８１をフレキシブル基板２０の長手方向Ｌ１に沿って所定間隔毎に複数形成し、これら各貫通孔８１の数に合わせて自己検知型プローブ２を複数設けた液中観察用センサ８０としても構わない。この場合には、フレキシブル基板２０を長手方向Ｌ１にずらすだけで自己検知型プローブ２の交換を容易且つ短時間で行うことができる。従って、交換作業の手間を極力なくすことができ、液中観察をより効率良く行うことができる。
【００８３】
なお、この場合の液中観察用センサ８０を固定する場合には、図１９に示すように、カンチレバーホルダ４の斜面ブロック４１に開口９１ａが開いた吸引路９１を有し、該吸引路９１を介して液中観察用センサ８０を吸着固定できるように構成しても構わない。このようにすることで、吸引力を利用した簡単な方法で液中観察用センサ８０をカンチレバーホルダ４に吸着固定できるので、交換作業をより短時間で行うことができる。
なお、第４実施形態に限られず、上述した第１実施形態から第３実施形態において、吸引路９１を採用しても構わない。いずれの実施形態の場合であっても、液中観察用センサの固定をより短時間で簡単に行うことができる。
【００８４】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００８５】
例えば、上記各実施形態では、試料側を三次元方向に移動させる試料スキャン方式を例にして説明したが、この方式に限られず、自己検知型プローブ側を三次元方向に移動させるプローブスキャン方式にしても構わない。この場合においても、スキャン方式が異なるだけで、試料スキャン方式と同様の作用効果を奏することができる。なお、試料側及び自己検知型プローブ側を共に三次元方向に移動できるように構成しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明に係る第１実施形態を示す液中観察装置の構成図である。
【図２】図１に示す液中観察用センサの上面図である。
【図３】図２に示す液中観察用センサを構成する自己検知型プローブの拡大斜視図である。
【図４】図１に示すカンチレバーホルダ及び液中観察用センサを、矢印Ａ方向から見た側面図である。
【図５】図２に示す液中観察用センサとブリッジ回路との関係を示す図である。
【図６】本発明に係る第２実施形態を示す液中観察装置の構成図である。
【図７】図６に示すカンチレバーホルダ及び液中観察用センサを、矢印Ｂ方向から見た側面図である。
【図８】図６に示す液中観察用センサの上面図である。
【図９】本発明に係る第３実施形態を示す液中観察装置の構成図である。
【図１０】図９に示す液中観察用センサの上面図である。
【図１１】図９に示すカンチレバーホルダ及び液中観察用センサを、矢印Ｃ方向から見た側面図である。
【図１２】図１１に示す液中観察用センサを、矢印Ｄ−Ｄ方向から見た図である。
【図１３】本発明に係る第４実施形態を示す液中観察用センサの上面図である。
【図１４】図１３に示す液中観察用センサを、矢印Ｅ−Ｅ方向から見た図である。
【図１５】図１３に示す液中観察用センサを、カンチレバーホルダにセットした状態を示す図である。
【図１６】図１３に示す液中観察用センサの変形例を示す図であって、本体部と絶縁性シートとの間に加振源が設けられた液中観察用センサの上面図である。
【図１７】図１６に示す液中観察用センサを、カンチレバーホルダにセットした状態を示す図である。
【図１８】図１３に示す液中観察用センサの変形例を示す図であって、長手方向に複数の自己検知型プローブが設けられた液中観察用センサの上面図である。
【図１９】本発明に係る固定機構の変形例を示す図であって、斜面ブロックに開口が形成された吸引路を有する固定機構の断面図である。
【図２０】従来の自己検知型プローブの一例を示す斜視図である。
【図２１】従来の自己検知型プローブが基板上に実装された状態を示す上面図である。
【図２２】図２１に示す基板を固定するカンチレバーホルダの側面図である。
【符号の説明】
【００８７】
Ｗ…液体
１、６０、７０…液中観察装置
２…自己検知型プローブ
３、７１、８０…液中観察用センサ
４…カンチレバーホルダ
５…移動機構
６…検出機構
７…観察機構
２０…フレキシブル基板
２１…絶縁性シート
２２…配線パターン
２２ａ…外部接点
２３…接続ワイヤ（接続部材）
２４…樹脂部
２５…切り欠き溝
３０…カンチレバー
３０ａ…探針
３０ｂ…本体部
３１…歪抵抗素子
３２…配線部
４２、６２、７２…固定機構
４３…ワイヤ
６３、７３、８３…固定用ピン
６５、７４、８２…フレキシブル基板のガイド孔
８１…フレキシブル基板の貫通孔
９０…加振源
９１…吸引路
９１ａ…吸引路の開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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