专利名称:一种原子力显微镜的扫描探头的制作方法
技术领域：
本发明涉及原子力显微镜的扫描探头。
背景技术：
原子力显微镜(Atomic Force Microscope，AFM)是人类在纳米尺度进行科学研究时使用的一种专业形貌测量仪器。原子力显微镜最基本的工作原理是对力敏感的易弯曲悬臂上的尖端对样品表面作光栅扫描，悬臂与样品表面间力的作用造成悬臂的微小偏转。这种偏转被检测并用作反馈信号。通过保持力的恒定，可获得恒力形貌像。
为了探测悬臂的微偏转，科学家们曾开发出许多不同的方法，其中光杠杆法是一种非常简单而有效的方法。该方法具有性能稳定、精度高，而且是线性放大等优点，现有的AFM扫描探头一般都是基于这一方法设计的。这种扫描探头通常都是由激光器、反射镜、带有针尖的微悬臂、四象限光电位置检测器组成的。
这种探头在使用时需要操作者用肉眼观察激光光点是否打在微悬臂上。微悬臂的尺寸通常是230微米长，40微米宽，用肉眼观察很困难。只有熟练的操作者才能掌握调节激光的方法。为此，在探头外部配置体视镜和监视器来辅助观察，可以达到放大观察的目的。但由于微悬臂尺寸太小，每次观察微悬臂时都要移动体视镜镜头，调节非常麻烦。而且监视器的体积较大，使得整套原子力显微镜系统显得很臃肿。
发明内容
本发明的目的是克服现有原子力显微镜扫描探头不便观察及调节激光光点的缺陷，提出一种观察调节激光光点更为方便的原子力显微镜探头。
为实现上述目的，本发明采取如下的技术方案
本发明在带有针尖的微悬臂上方安置放大镜组件。放大镜组件包括放大镜片和调焦镜筒。放大镜片采用标准的10×消色差物镜和标准的10×/18广角目镜。调焦镜筒是可调节伸缩的镜筒，最大长度70mm，固定在扫描探头壳体的顶部。目镜上有C型接口，用来与CCD相连。CCD的输出端可以从扫描探头外部通过视频采集卡连接到电脑上。如果为了避免占用电脑的PCI插槽，也可以把CCD先接到电视机盒上，电视机盒再用USB接口与电脑相连。
在电脑显示器上设置一个合适尺寸的观察窗口，这个窗口可以实时显示放大了微悬臂图像。通过调用显示程序的源代码，还可以把这个窗口嵌入到相关的原子力显微镜控制软件中。
使用原子力显微镜时，先把针尖安装到扫描探头上，接着调节激光按要求反射到微悬臂上。要求是激光光点的大部分能落在微悬臂的前半段上，以保证反射后的光强可以满足测量要求。激光聚焦在微悬臂上的光点直径约为40微米。本发明的放大镜组件可以把微悬臂和激光光点放大一百倍，再用CCD采集下来输送到电脑，在显示器的观察窗口中显示出放大了的微悬臂，此时对照显示器观察窗口的微悬臂图像来调节激光光点的位置便非常方便。
本发明克服了完全依靠肉眼观察微小的激光光点和微悬臂的困难。和外置的体视放大镜相比较，用位置固定的放大镜头观察位置固定的微悬臂可避免移动镜头寻找微小目标的麻烦。利用电脑的显示器开设观察窗口省去了多余的监视器，使得整个原子力显微镜系统更为简单紧凑，同时减小了整个系统的成本。
图1为本发明示意图。
图2为本发明在监视器上观察效果的示意图。图中1.激光器；2.反射镜；3.反射镜；4.四象限光电位置检测器；5.微悬臂；6.扫描管；7.物镜；8.调焦镜筒；9.目镜；10.CCD；11.扫描探头外壳；12.显示器中的观察窗口；13.激光光点。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明扫描探头包括激光器1，反射镜2，反射镜3，四象限光电位置检测器4，微悬臂5，物镜7，调焦镜筒8，目镜9，CCD10。扫描探头中的激光器1发出激光束后，会经过反射镜2反射到带有针尖的微悬臂5上，微悬臂再通过反射镜3把激光反射到四象限光电位置检测器4上。
调焦镜筒8是一个可调伸缩的镜筒，被固定在扫描探头壳体的顶部，位于微悬臂5的正上方。扫描探头外壳11的主体是圆柱形，直径约为100mm，高度约为80mm。调焦镜筒8的下部和上部通过螺纹分别连接了物镜7和目镜9。物镜7和目镜9的放大倍率都是10倍。总放大倍率是100倍。CCD10通过C型接口安装到了目镜9上方，它的输出端通过视频信号线在扫描探头外部接入电视机盒，电视机盒再通过USB口接入电脑。
带有针尖的微悬臂5固定在探头上后，被放大镜组件放大了100倍，CCD实时采集放大后的微悬臂及微悬上的激光光点图像，并通过视频信号线和电视机盒把信号传输到电脑。
在电脑监视器上开设一个观察窗口显示放大了的微悬臂及激光光点，效果如图2所示。观察窗口12的尺寸是60mm×50mm，观察到放大后的微悬臂5的尺寸是23mm×4mm。调节调焦镜筒8可以得到清晰的微悬臂图像。调节激光光点13的位置，只要光点的大部分落在微悬臂的前半段，就可以保证反射光有足够的光强来实现测量。
扫描探头工作时，扫描管6带动样品逼近微悬臂5上的针尖，样品和针尖间的相互作用力会使得微悬臂弯曲。微悬臂的微小形变会引起照射在其背部激光光点位置的微小改变，后者通过从微悬臂5到四象限光电位置检测器4之间起杠杆作用的那段反射光线被放大，并最终被四象限光电位置检测器4检测出来。
权利要求
1.一种原子力显微镜的扫描探头，包括激光器[1]，反射镜[2]，反射镜[3]，四象限光电位置检测器[4]，微悬臂[5]，其特征在于，还包括放大镜组件和CCD[10]，放大镜组件包括放大镜片和调焦镜筒[8]；放大镜片包括物镜[7]和目镜[9]，放大镜组件安装在带有针尖的微悬臂[5]正上方，调焦镜筒[8]固定在扫描探头壳体[11]的顶部，可调节伸缩，调焦镜筒[8]的下部和上部通过螺纹口分别连接物镜[7]和目镜[9]；目镜[9]上有C型接口与CCD[10]相连，CCD[10]的输出端可以从扫描探头外部通过视频采集卡连接到电脑上，也可以先接到电视机盒上再通过USB口与电脑相连。
专利摘要
一种原子力显微镜的扫描探头，包括激光器1，反射镜2，反射镜3，四象限光电位置检测器4，微悬臂5，放大镜组件和CCD10，放大镜组件包括放大镜片和调焦镜筒8；放大镜片包括物镜7和目镜9，放大镜组件安装在带有针尖的微悬臂5正上方，调焦镜筒8固定在扫描探头壳体11的顶部，可调节伸缩，调焦镜筒8的下部和上部通过螺纹口分别连接物镜7和目镜9；目镜9上有C型接口与CCD10相连，CCD10的输出端从扫描探头外部接到电视机盒上，电视机盒再接到电脑上。在电脑监视器上开设观察窗口显示放大了的微悬臂及激光光点。本发明克服了完全依靠肉眼观察微小的激光光点和微悬臂的困难，和外置的体视放大镜相比，可避免移动镜头寻找微小目标的麻烦。
文档编号G01Q60/24GKCN1913043SQ200510086211
公开日2007年2月14日 申请日期2005年8月8日
发明者原剑, 林云生, 左燕生, 韩立 申请人:中国科学院电工研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan