一种扫描探针显微镜的制作方法

本发明涉及一种扫描探针显微镜。

背景技术：

现有的带有光学反射镜的扫描探针显微镜，通过可移动的反射镜将光信号反射至样品上或光电探测器上。由于反射镜的调节需要三轴移动，为了防止对从下方射向透镜的光线造成干扰，反射镜的位移调节组件设于光路的侧部，这样一来，会导致显微镜的重心向该侧偏移，影响显微镜的测量精度。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种扫描探针显微镜，显微镜重心居中，测量精度较高。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种扫描探针显微镜，包括机架、用于吊挂所述机架的弹性件、可在竖直平面内沿z向往复移动的设于所述机架上的探针、可在水平面内分别沿x向和y向往复移动的设于所述机架上的且位于所述探针下方的样品台、可三轴移动（x向、y向和z向）的设于所述机架上的安装组件、设于所述安装组件中的且位于所述探针上方的反射镜、可三轴移动的设于所述机架上的且连接在所述安装组件上的位移调节组件；

所述位移调节组件、所述反射镜、所述探针同轴延伸，所述位移调节组件中开设有用于让光线自下而上穿过并照射所述反射镜的中空间隙；

所述显微镜还包括设于所述中空间隙下方的光电探测器。

优选地，所述机架包括设于其下部的筒体，所述位移调节组件包括同轴套设于所述筒体上的套体、套设于所述套体上的且可相对所述套体分别沿x向和y向往复移动的环形载板、用于驱动所述套体相对所述筒体沿z向往复移动的第一驱动件、用于驱动所述环形载板相对所述套体分别沿x向和y向往复移动的第二驱动件；所述安装组件连接在所述环形载板上，所述光电探测器设于所述筒体下方。

更优选地，所述安装组件包括两条下端连接在所述环形载板上的连接柱、连接在两条所述连接柱上端之间的连接杆，所述反射镜安装在所述连接杆上。

更优选地，所述第一驱动件包括三个沿圆周方向间隔均匀的绕设于所述套体和所述筒体之间的第一压电陶瓷、依次连接在其中一个所述第一压电陶瓷和所述套体之间的抵压件、簧片、第一压紧件，三个所述第一压电陶瓷均固定在所述筒体上。

更优选地，所述位移调节组件还包括设于所述套体上的且位于所述环形载板下方的下支撑板、套设于所述套体上的且位于所述环形载板上方的上支撑板；所述第二驱动件包括三个沿圆周方向间隔均匀的绕设于所述环形载板和所述下支撑板之间的下压电陶瓷、三个沿圆周方向间隔均匀的绕设于所述环形载板和所述上支撑板之间的且一一对应的位于所述下压电陶瓷上方的上压电陶瓷；所述位移调节组件还包括设于所述套体上的用于一一对应的将所述上压电陶瓷向下压紧的第二压紧件。

更进一步优选地，所述位移调节组件还包括设于所述第二压紧件和所述上支撑板之间的弹性承压板、开设于所述上支撑板上表面的用于为所述弹性承压板提供形变空间的上凹坑。

优选地，所述弹性件包括三条弹性伸缩方向平行于竖直方向的弹簧，所述显微镜的重心位于三条所述弹簧的下端悬挂面中。

优选地，所述显微镜还包括设于所述机架上的用于驱动所述探针在竖直平面内沿z向往复移动的第一驱动组件、设于所述机架上的用于驱动所述样品台在水平面内分别沿x向和y向往复移动的第二驱动组件，所述第一驱动组件包括用于连接所述探针的第一连接件、设于所述第一连接件和所述机架之间的第二压电陶瓷，所述第二驱动组件包括用于连接所述样品台的第二连接件、设于所述第二连接件和所述机架之间的第三压电陶瓷。

优选地，所述位移调节组件包括设于所述机架上的且可相对所述机架在水平面内分别沿x向和y向往复移动的第一运动件、可在竖直平面内沿z向往复移动的设于所述第一运动件上的第二运动件，所述安装组件连接在所述第二运动件上。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明一种扫描探针显微镜，通过将控制反射镜移动的位移调节组件同轴设于反射镜下方，并在该位移调节组件中开设用于让光线自下而上穿过并照射反射镜的中空间隙，使显微镜重心居中，测量精度较高。

附图说明

附图1为本发明装置的结构示意图；

附图2为本发明装置的仰视图；

附图3为位移调节组件的结构示意图；

附图4为另一个实施例的原理示意图。

其中：1、机架；2、弹性件；3、探针；4、样品台；5、安装组件；51、连接柱；52、连接杆；6、反射镜；7、中空间隙；8、筒体；9、套体；10、环形载板；11、第一压电陶瓷；12、下支撑板；13、上支撑板；14、下压电陶瓷；15、上压电陶瓷；16、上凹坑；17、第二压紧件；18、弹性承压板；19、抵压件；20、簧片；21、第二压电陶瓷；22、第三压电陶瓷；23、第一运动件；24、第二运动件；25、第四压电陶瓷；26、第五压电陶瓷；27、第一压紧件。

具体实施方式

下面结合附图来对本发明的技术方案作进一步的阐述。

参见图1-3所示，上述一种扫描探针显微镜，包括机架1、用于吊挂机架1的弹性件2、可在竖直平面内沿z向往复移动的设于机架1上的探针3、可在水平面内分别沿x向和y向往复移动的设于机架1上的且位于探针3下方的样品台4、可三轴移动（x向、y向和z向）的设于机架1上的安装组件5、设于安装组件5中的且位于探针3上方的反射镜6、可三轴移动的设于机架1上的且连接在安装组件5上的位移调节组件，通过位移调节组件带动安装组件5三轴移动。x向和y向相互垂直，反射镜6中心设有能够被探针3穿过的中心孔。在本实施例中，弹性件2包括三条弹性伸缩方向平行于竖直方向的弹簧，显微镜的重心位于三条弹簧的下端悬挂面中，通过这个设置，提高了显微镜的稳定性。同理，样品台4上表面的测量点也应该尽量靠近悬挂面。

位移调节组件、反射镜6、探针3同轴延伸，位移调节组件中开设有用于让光线自下而上穿过并照射反射镜6的中空间隙7。上述一种扫描探针显微镜还包括设于中空间隙7下方的光电探测器。通过将控制反射镜6位移的位移调节组件同轴设于反射镜6下方，并在该位移调节组件中开设用于让光线自下而上穿过并照射反射镜6的中空间隙7，使显微镜重心居中，稳定性较好，测量精度较高。

在本实施例中，机架1包括设于其下部的筒体8，位移调节组件包括同轴套设于筒体8上的套体9、套设于套体9上的且可相对套体9在水平面内分别沿x向和y向往复移动的环形载板10、用于驱动套体9相对筒体8在竖直平面内沿z向往复移动的第一驱动件、用于驱动环形载板10相对套体9在水平面内分别沿x向和y向往复移动的第二驱动件。上述安装组件5连接在环形载板10上方，光电探测器则设于筒体8下方，即筒体8外侧。筒体8、套体9、环形载板10均同轴延伸。在本实施例中，安装组件5包括两条下端连接在环形载板10上的连接柱51、连接在两条连接柱51上端之间的连接杆52，反射镜6安装在连接杆52上。连接杆52的长度方向沿套体9的径向方向延伸，反射镜6安装在连接杆52的中间位置。

上述第一驱动件包括三个沿圆周方向间隔均匀的绕设于套体9内侧周部和筒体8外侧周部之间的第一压电陶瓷11、依次连接在其中一个第一压电陶瓷11和套体9之间的抵压件19、簧片20、第一压紧件27，三个第一压电陶瓷11均固定在筒体8上。通过对第一压电陶瓷11通入脉冲信号，使其发生形变，以驱动套体9相对筒体8运动。通过设置簧片20，能够调整第一压紧件27对第一压电陶瓷11的压力，以配合的实现套体9相对筒体8在z向的移动。

上述位移调节组件还包括设于套体9上的且位于环形载板10下方的下支撑板12、可活动的套设于套体9上的且位于环形载板10上方的上支撑板13。上述第二驱动件包括三个沿圆周方向间隔均匀的绕设于环形载板10和下支撑板12之间的下压电陶瓷14、三个沿圆周方向间隔均匀的绕设于环形载板10和上支撑板13之间的且一一对应的位于下压电陶瓷14上方的上压电陶瓷15。上述位移调节组件还包括设于套体9上的用于一一对应的将上压电陶瓷15向下压紧在环形载板10上的第二压紧件17、设于第二压紧件17和上支撑板13之间的弹性承压板18、开设于上支撑板13上表面的用于为弹性承压板18提供形变空间的上凹坑16。通过设置弹性承压板18，能够调节第二压紧件17对环形载板10以及上压电陶瓷15的压力，以配合的实现环形载板在x向和y向的移动。

具体的，上压电陶瓷15和下压电陶瓷14均由x方向极化压电陶瓷和y方向极化压电陶瓷叠加而成。通过对x方向极化压电陶瓷通入脉冲信号，使其发生形变，以驱动环形载板10相对套体9沿x向移动，通过对y方向极化压电陶瓷通入脉冲信号，使其发生形变，以驱动环形载板10相对套体9沿y向移动。

上述一种扫描探针显微镜还包括设于机架1上的用于驱动探针3在竖直平面内沿z向往复移动的第一驱动组件、设于机架1上的用于驱动样品台4在水平面内分别沿x向和y向往复移动的第二驱动组件。第一驱动组件包括用于连接探针3的第一连接件、设于第一连接件和机架1之间的第二压电陶瓷21；第二驱动组件包括用于连接样品台4的第二连接件、设于第二连接件和机架1之间的第三压电陶瓷22。其具体结构及工作原理参考上述对位移调节组件的描述，这里不做详述。

参见图4所示，在另一个实施例中，上述位移调节组件包括设于机架1上的且可相对机架1在水平面内分别沿x向和y向往复移动的第一运动件23、可在竖直平面内沿z向往复移动的设于第一运动件23上的第二运动件24、设于第一运动件23和机架1之间的用于驱动第一运动件23移动的第四压电陶瓷25、设于第二运动件24和第一运动件23之间的用于驱动第二运动件24移动的第五压电陶瓷26。上述安装组件5连接在第二运动件24上。

以下具体阐述下本实施例的工作过程：

根据样品的位置调节探针3和透镜的位置：

在第一种工作模式中：对探针3及样品通电，使针尖处的样品被激发发光并射向反射镜6，反射镜6将光向下反射至光电探测器上，通过光电探测器采集光信号。

在第二种工作模式中：将光源放至筒体8下方并照射反射镜6，反射镜6将光反射给样品，对探针3及样品通电，通过探针3采集电信号。

在第三种工作模式中：将光源放至筒体8下方并照射反射镜6，反射镜6将光反射给样品，对探针3及样品通电，通过探针3采集电信号；同时样品将光再反射给反射镜6，反射镜6再将经过样品反射的光反射至光电探测器上，通过光电探测器采集光信号。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。