AT520420A1 - Capacitive path measuring device for measuring a path information of a probe body - Google Patents

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AT520420A1 ATA50666/2017A AT506662017A AT520420A1 AT 520420 A1 AT520420 A1 AT 520420A1 AT 506662017 A AT506662017 A AT 506662017A AT 520420 A1 AT520420 A1 AT 520420A1
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Abstract

Kapazitive Wegmessvorrichtung (50) zum Messen einer Weginformation eines Sondenkörpers (7), insbesondere für ein Rastersondenmikroskop (1), wobei die Wegmessvorrichtung (50) zwei zumindest teilweise elektrisch leitfähige, starre und in ihrer relativen Lage zueinander unveränderliche Kondensatorkörper (54, 56), einen elektrisch leitfähigen und zumindest teilweise deformierbaren Kondensatorkörper (58), der deformierbar zwischen den starren Kondensatorkörpern (54, 56) angeordnet und eingerichtet ist, bei Bewegung des Sondenkörpers (7) deformiert zu werden, eine Erfasseinrichtung (60) zum Erfassen elektrischer Signale an zumindest einem der Kondensatorkörper (54, 56, 58), und eine Ermittlungseinrichtung (62) zum Ermitteln einer für die Weginformation des Sondenkörpers (7) indikativen Information basierend auf den erfassten elektrischen Signalen aufweist.Capacitive displacement measuring device (50) for measuring displacement information of a probe body (7), in particular for a scanning probe microscope (1), wherein the displacement measuring device (50) has two capacitor bodies (54, 56) which are at least partially electrically conductive, rigid and mutually immutable in their relative position, an electrically conductive and at least partially deformable capacitor body (58) deformably disposed between the rigid capacitor bodies (54, 56) and arranged to be deformed upon movement of the probe body (7), detecting means (60) for detecting electrical signals at least one of the capacitor bodies (54, 56, 58), and a determination device (62) for determining an information indicative of the path information of the probe body (7) based on the detected electrical signals.

Description

Kapazitive Weamessvorrichtuna zum Messen einer Weainformation eines SondenkörpersCapacitive Weamessvorrichtuna for measuring a Weainformation a probe body

Die Erfindung betrifft eine kapazitive Wegmessvorrichtung und ein Verfahren zum Messen einer Weginformation eines Sondenkörpers sowie ein Rastersondenmikroskop.The invention relates to a capacitive displacement measuring device and a method for measuring a displacement information of a probe body and a scanning probe microscope.

Ein Rasterkraftmikroskop (Atomic Force Microscope, AFM) dient hauptsächlich der lateral bzw. vertikal hochauflösenden Untersuchung von Oberflächen (insbesondere topographische Untersuchungen von Oberflächen). Dabei wird eine Messsonde (zum Beispiel ein Biegebalken, welcher auch als Cantilever bezeichnet wird) mit einer nanoskopisch kleinen Nadel (auch als Messspitze oder Messsondenspitze bezeichnet) über die Oberfläche geführt (d.h. gerastert bzw. gescannt) und die Auslenkung des Cantilevers, basierend auf der Wechselwirkung des Cantilevers mit der Oberfläche, detektiert. Je nach Oberflächenbeschaffenheit der Probe wird die Auslenkung des Cantilevers positionsabhängig bzw. die Nachführung der Sonde aufgezeichnet. Die Auslenkung des Cantilevers bzw. der Spitze kann kapazitiv (insbesondere piezoelektrisch) oder mithilfe von optischen Sensoren gemessen werden. Diese Methode ermöglicht eine Strukturuntersuchung der Oberfläche der Probe bis hin zur atomaren Auflösung. Der Abstand des Cantilevers zur Oberfläche der zu untersuchenden Probe kann sehr genau eingestellt werden. Damit können verschiedene Messmethoden, wie beispielsweise der Kontaktmode (contact mode), der Nicht-Kontaktmode (non contact mode), Tast-AFM Mode (Tapping Mode), etc. realisiert werden. In US 5,406,832 A wird der Aufbau eines AFM beschrieben. Für die Steuerung eines Messgeräts, insbesondere eines Rastersondenmikroskops, mit einem Sondenkörper ist die Kenntnis der genauen Position des Sondenkörpers nützlich. Das Messen entsprechenderAn Atomic Force Microscope (AFM) is mainly used for the lateral and vertical high-resolution investigation of surfaces (in particular topographical investigations of surfaces). In this case, a measuring probe (for example, a bending beam, which is also referred to as cantilever) with a nanoscopic needle (also referred to as a probe tip or probe tip) over the surface (ie rasterized or scanned) and the deflection of the cantilever, based on the Interaction of the cantilever with the surface, detected. Depending on the surface condition of the sample, the deflection of the cantilever is recorded depending on the position or tracking of the probe. The deflection of the cantilever or the tip can be measured capacitively (in particular piezoelectrically) or by means of optical sensors. This method allows a structural analysis of the surface of the sample up to atomic resolution. The distance of the cantilever to the surface of the sample to be examined can be set very accurately. Thus, various measurement methods, such as the contact mode (contact mode), non-contact mode (non contact mode), tactile AFM mode (tapping mode), etc. can be realized. US 5,406,832 A describes the structure of an AFM. For the control of a measuring device, in particular a scanning probe microscope, with a probe body, the knowledge of the exact position of the probe body is useful. Measuring accordingly

Weginformation ist herkömmlich nur mit mäßiger Auflösung oder großem Aufwand möglich.Path information is conventionally possible only with moderate resolution or great effort.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Weginformation eines Sondenkörpers, insbesondere an einem Rastersondenmikroskop, mit einem kompakten Aufbau sowie einfach und präzise ermitteln zu können.It is an object of the present invention to be able to determine path information of a probe body, in particular on a scanning probe microscope, with a compact design as well as simple and precise.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen gezeigt.This object is solved by the objects with the features according to the independent claims. Further embodiments are shown in the dependent claims.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine kapazitive Wegmessvorrichtung (d.h. insbesondere eine Wegmessvorrichtung, bei der eine Wegmessung auf einer charakteristischen Veränderung von Kapazitätswerten einer Kondensatoranordnung abhängig von einer Position eines zu vermessenden beweglichen Sondenkörpers beruht) zum Messen einer Weginformation eines Sondenkörpers (insbesondere einer Information übereine Position oder eine infolge einer Bewegung zurückgelegte Strecke des Sondenkörpers), insbesondere für ein Rastersondenmikroskop (oder für ein anderes Messgerät), geschaffen, wobei die Wegmessvorrichtung zwei zumindest teilweise elektrisch leitfähige, starre und in ihrer relativen Lage zueinander unveränderliche (zum Beispiel starr gelagerte, in sich starre und unverschiebbare, weiter insbesondere auch bei einer Bewegung desAccording to an embodiment of the present invention, a capacitive displacement measuring device (ie, in particular, a displacement measuring device in which a displacement measurement is based on a characteristic change of capacitance values of a capacitor arrangement depending on a position of a movable probe body to be measured) is for measuring a displacement information of a probe body (in particular information) Position or a distance covered by a movement of the probe body), in particular for a scanning probe microscope (or for another measuring device) created, the Wegmessvorrichtung two at least partially electrically conductive, rigid and mutually immutable in their relative position (for example, rigidly mounted, in rigid and immovable, especially in a movement of the

Sondenkörpers starre und unverschiebbare) Kondensatorkörper, einen (insbesondere vollständig) elektrisch leitfähigen und zumindest teilweise deformierbaren (insbesondere elastisch deformierbaren, d.h. reversibel aus seiner ursprünglichen Form bringbaren) Kondensatorkörper (insbesondere kann elektrisch leitfähiges Elektrodenmaterial des deformierbaren Kondensatorkörpers bei Verschieben des Sondenkörpers deformiert werden), der deformierbar (und optional zumindest teilweise verschiebbar) zwischen den starren Kondensatorkörpern angeordnet und eingerichtet ist, bei Bewegung des Sondenkörpers deformiert zu werden, eine Erfasseinrichtung zum Erfassen elektrischer Signale an zumindest einem der Kondensatorkörper (insbesondere an dem zumindest teilweise deformierbaren Kondensatorkörper), und eine Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln einer für die Weginformation des Sondenkörpers indikativen Information basierend auf den erfassten elektrischen Signalen aufweist.Probe body rigid and immovable) capacitor body, a (in particular completely) electrically conductive and at least partially deformable (in particular elastically deformable, ie reversibly from its original form can be brought) capacitor body (in particular electrically conductive electrode material of the deformable capacitor body can be deformed when moving the probe body), the deformable (and optionally at least partially displaceable) between the rigid capacitor bodies and is arranged to be deformed upon movement of the probe body, a detection device for detecting electrical signals to at least one of the capacitor body (in particular on the at least partially deformable capacitor body), and a detection means for Determining an indicative of the path information of the probe body indicative based on the detected electrical signals.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Rastersondenmikroskop zum Ermitteln von Oberflächeninformation hinsichtlich eines Probenkörpers mittels rasternden Abtastens einer Oberfläche des Probenkörpers bereitgestellt, wobei das Rastersondenmikroskop einen bewegbaren Sondenkörper mit einer Messspitze zum rasternden Abtasten der Oberfläche des Probenkörpers und eine kapazitive Wegmessvorrichtung mit den oben beschriebenen Merkmalen zum Messen einer Weginformation des Sondenkörpers aufweist.According to another embodiment of the present invention, there is provided a scanning probe microscope for detecting surface information regarding a specimen by scanning one surface of the specimen, the scanning probe microscope comprising a movable probe body having a probe tip for scanning the surface of the probe body and a capacitive displacement measuring device having the above described Having features for measuring a path information of the probe body.

Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel ist ein Verfahren zum kapazitiven Messen einer Weginformation eines Sondenkörpers, insbesondere von einem Rastersondenmikroskop, bereitgestellt, wobei bei dem Verfahren ein elektrisch leitfähiger und zumindest teilweise deformierbarer Kondensatorkörper bei Bewegung des Sondenkörpers deformiert wird, wobei der zumindest teilweise deformierbare Kondensatorkörper deformierbar zwischen zwei zumindest teilweise elektrisch leitfähigen, starren und in ihrer relativen Lage zueinander unveränderlichen Kondensatorkörpern angeordnet ist, elektrische Signale an zumindest einem der Kondensatorkörper (insbesondere an dem zumindest teilweise deformierbaren Kondensatorkörper) erfasst werden, und eine für die Weginformation des Sondenkörpers indikative Information basierend auf den erfassten elektrischen Signalen ermittelt wird.According to a further exemplary embodiment, a method for capacitive measuring of a path information of a probe body, in particular of a scanning probe microscope is provided, wherein the method an electrically conductive and at least partially deformable capacitor body is deformed during movement of the probe body, wherein the at least partially deformable capacitor body deformable between two at least partially electrically conductive, rigid and arranged in their relative position to each invariable capacitor bodies, electrical signals to at least one of the capacitor body (in particular on the at least partially deformable capacitor body) are detected, and indicative of the path information of the probe body information based on the detected electrical signals is determined.

Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff „Rastersondenmikroskop" insbesondere ein Mikroskop verstanden, bei dem ein Bild oder sonstige Oberflächeninformation eines Probenkörpers nicht mit einer optischen oder elektronenoptischen Abbildung (d.h. unter Einsatz von Linsen) erzeugt wird, sondern über die Wechselwirkung einer Messsonde mit demIn the context of the present application, the term "scanning probe microscope" is understood to mean, in particular, a microscope in which an image or other surface information of a specimen is not generated with an optical or electron-optical imaging (ie using lenses), but via the interaction of a measuring probe the

Probenkörper. Die zu untersuchende Probenoberfläche wird mittels dieser Messsonde in einem Rasterprozess Punkt für Punkt abgetastet. Die sich für jeden einzelnen Punkt ergebenden Messwerte können dann zu einem Bild zusammengesetzt werden oder in anderer Weise ausgewertet werden.Specimen. The sample surface to be examined is scanned point by point in a raster process by means of this measuring probe. The measured values resulting for each individual point can then be combined to form a picture or evaluated in another way.

Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff „Sondenkörper" insbesondere ein Körper verstanden, mit dessen Hilfe es möglich ist, Zugriff auf eine zu analysierende, miniaturisierte und/oder beschränkt bzw. schwer zugängliche Stelle zu erhalten. An dieser Stelle kann mit Instrumenten bzw. mit Messsystemen etwas untersucht werden. Insbesondere kann ein solcher Sondenkörper bei einem mit einer kapazitiven Wegmessvorrichtung wirkgekoppelten Messgerät (zum Beispiel, aber nicht beschränkt auf, ein Rastersondenmikroskop) als Sonde während eines Messvorgangs dienen. Ein Verschiebeereignis des Sondenkörpers führt gemäß einem Ausführungsbeispiel zu einem Deformations- bzw. Verschiebeereignis in der Wegmessvorrichtung, was einen Rückschluss auf das Verschiebeereignis des Sondenkörpers erlaubt.In the context of the present application, the term "probe body" is understood to mean, in particular, a body with the aid of which it is possible to gain access to a site to be analyzed, miniaturized and / or restricted or difficult to access In particular, such a probe body may serve as a probe in a measuring device operatively coupled to a capacitive displacement measuring device (for example, but not limited to, a scanning probe microscope.) A displacement event of the probe body results in deformation according to one embodiment - or displacement event in the path measuring device, which allows a conclusion on the displacement event of the probe body.

Im Beispiel eines Rastersondenmikroskops kann der Sondenkörper einem Abrastern einer Oberfläche eines Probekörpers dienen.In the example of a scanning probe microscope, the probe body can serve for scanning a surface of a test specimen.

Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff „Kondensatorkörper" insbesondere ein ganz oder teilweise elektrisch leitfähiger Körper (der zum Beispiel zumindest in einem kraftfreien Zustand plattenförmig bzw. eben sein kann) verstanden, und der gemeinsam mit einem jeweiligen anderen Kondensatorkörper einen Kondensator (insbesondere einem Plattenkondensator) bilden kann. Insbesondere kann jeder der starren Kondensatorkörper gemeinsam mit dem deformierbaren Kondensatorkörper einen Kondensator oder eine Kapazität bilden. Der deformierbareIn the context of the present application, the term "capacitor body" is understood to mean, in particular, a completely or partially electrically conductive body (which can be plate-shaped or planar, at least in a non-powered state), and which together with a respective other capacitor body has a capacitor (in particular In particular, each of the rigid capacitor bodies together with the deformable capacitor body may form a capacitor or capacitance

Kondensatorkörper kann daher (insbesondere mit einer einzigen zusammenhängenden) elektrisch leitfähigen Struktur sowohl zum Bilden eines ersten Kondensators oder einer ersten Kapazität mit einem ersten der starren Kondensatorkörper dienen und kann simultan zum Bilden eines zweitenCapacitor body may therefore serve (in particular with a single contiguous) electrically conductive structure both for forming a first capacitor or a first capacitance with a first one of the rigid capacitor bodies and may simultaneously for forming a second capacitor

Kondensators oder einer zweiten Kapazität mit einem zweiten der starren Kondensatorkörper dienen.Capacitor or a second capacitor with a second of the rigid capacitor body serve.

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Wegmesssystem zum Messen einer Weginformation eines Sondenkörpers geschaffen, bei dem eine Bewegung des Sondenkörpers in eine Deformation eines zwischen zwei starren Kondensatorkörpern angeordneten deformierbaren Kondensatorkörpers umgewandelt wird. Anschaulich bildet der infolge der Sondenkörperbewegung deformierte (zum Beispiel nach oben oder unten ausgelenkte) elektrisch leitfähige mittlere Kondensatorkörper mit jedem der beiden starren Kondensatorkörper einen jeweiligen Kondensator, dessen Kapazitätswert durch die Sondenkörperbewegung charakteristisch verändert wird. Die Veränderung der Kapazität dieser Kondensatoren durch eine Auslenkung ist gegenläufig, da bei einer bestimmten Auslenkung anschaulich der Abstand der beiden einen Kondensator bildenden Kondensatorkörper wächst und der Abstand der beiden einen anderen Kondensator bildenden Kondensatorkörper sinkt. Diese charakteristische Veränderung der Kapazität der beiden gebildeten Kondensatoren kann durch eine Erfasseinrichtung in Form elektrischer Signale erfasst und durch die Ermittlungseinrichtung in Weginformation umgerechnet werden. Dadurch ist mit einem sehr einfachen Aufbau eine äußerst präzise Bestimmung von Weginformation eines Sondenkörpers mittels einer kapazitiven Wegmessung ermöglicht.According to an exemplary embodiment of the invention, a displacement measuring system is provided for measuring displacement information of a probe body, in which a movement of the probe body is converted into a deformation of a deformable capacitor body arranged between two rigid capacitor bodies. Illustratively, the electrically conductive central capacitor body deformed as a result of the probe body movement (for example, deflected upwards or downwards) forms with each of the two rigid capacitor bodies a respective capacitor whose capacitance value is changed characteristically by the probe body movement. The change in the capacitance of these capacitors by a deflection is in opposite directions, since at a certain deflection vividly the distance between the two capacitor forming a capacitor body grows and the distance between the two condenser body forming a different capacitor decreases. This characteristic change in the capacitance of the two capacitors formed can be detected by a detection device in the form of electrical signals and converted by the detection device into path information. As a result, a very precise determination of path information of a probe body by means of a capacitive displacement measurement is made possible with a very simple structure.

Im Weiteren werden zusätzliche exemplarische Ausführungsbeispiele der Wegmessvorrichtung, des Rastersondenmikroskops und des Verfahrens beschrieben.In the following, additional exemplary embodiments of the path measuring device, the scanning probe microscope and the method will be described.

Insbesondere können die Kondensatorkörper jeweils als Platte ausgebildet sein. Anschaulich bildet jeder der starren Kondensatorkörper eine Kondensatorplatte und bildet der deformierbare Kondensatorkörper eine jeweils zweite Kondensatorplatte, die mit einer jeweiligen Kondensatorplatte eines jeweiligen der starren Kondensatorkörper einen jeweiligen Kondensator bildet.In particular, the capacitor body may each be formed as a plate. Illustratively, each of the rigid capacitor body forms a capacitor plate and the deformable capacitor body forms a respective second capacitor plate, which forms a respective capacitor with a respective capacitor plate of a respective one of the rigid capacitor body.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die starren Kondensatorkörper und der zumindest teilweise deformierbare Kondensatorkörper in einem kraftfreien Zustand parallel zueinander angeordnet sein. Insbesondere können die jeweiligen Elektroden der drei Kondensatorkörper in einem kraftfreien Zustand parallel zueinander angeordnet sein. Wirkt also seitens des Sondenkörpers keine Kraft auf den deformierbaren Kondensatorkörper ein, sind die drei Kondensatorkörper insbesondere als drei zueinander parallele ebene Platten ausgebildet. Bevorzugt haben die einander jeweils zugewandten Paare von Kondensatorkörpern im kraftfreien Zustand denselben Abstand voneinander. Damit können zwei im Wesentlichen identische Kondensatoren erzeugt werden, deren Ausgangssignale einander im kraftfreien Zustand gerade aufheben können.According to one embodiment, the rigid capacitor body and the at least partially deformable capacitor body may be arranged in a power-free state parallel to each other. In particular, the respective electrodes of the three capacitor bodies can be arranged parallel to one another in a force-free state. Thus acts on the part of the probe body no force on the deformable capacitor body, the three capacitor bodies are in particular formed as three mutually parallel planar plates. Preferably, the mutually facing pairs of capacitor bodies in the force-free state have the same distance from each other. Thus, two substantially identical capacitors can be generated whose output signals can cancel each other in the power-free state.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann zumindest einer der starren Kondensatorkörper ein elektrisch isolierendes Substrat (zum Beispiel ein Keramiksubstrat) und eine darauf abgeschiedene Elektrode aufweisen. Ein solches dielektrisches Substrat kann zum Beispiel eine Dicke in einem Bereich zwischen 500 pm und 2 mm, insbesondere zwischen 700 pm und 1,5 mm haben. Darauf kann eine Elektrode zum Beispiel aufgedampft werden. Die Elektrode kann zum Beispiel aus Gold gebildet werden. Eine Dicke einer solchen Elektrode kann zum Beispiel in einem Bereich zwischen 100 nm und 1 pm liegen, insbesondere zwischen 300 nm und 500 nm.In one embodiment, at least one of the rigid capacitor bodies may include an electrically insulating substrate (eg, a ceramic substrate) and an electrode deposited thereon. Such a dielectric substrate may, for example, have a thickness in a range between 500 μm and 2 mm, in particular between 700 μm and 1.5 mm. An electrode can then be evaporated on, for example. The electrode may be formed of gold, for example. A thickness of such an electrode can be, for example, in a range between 100 nm and 1 pm, in particular between 300 nm and 500 nm.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der zumindest teilweise deformierbare Kondensatorkörper eine im Betrieb zumindest teilweise nicht deformierte Elektrode und einen sich daran anschließenden und im Betrieb gebogenen Bereich, insbesondere im Betrieb gebogene Stege, aufweisen. In diesem Zusammenhang wird unter der Formulierung „im Betrieb" ein Einwirken von Kräften auf den zumindest teilweise deformierbaren Kondensatorkörper verstanden, wie sie nach dem fachmännischen Verständnis während der Verwendung einer erfindungsgemäßen Wegmessvorrichtung, insbesondere bei einer Applikation im Rahmen eines Rastersondenmikroskops, auf den zumindest teilweise deformierbaren Kondensatorkörper typischerweise einwirken. Bei einem solchen bestimmungsgemäßen Betrieb der Wegmessvorrichtung werden sich die randseitig angeordneten Stege durchbiegen, nicht hingegen die zentrale Elektrode. Somit kann der zumindest teilweise deformierbare Kondensatorkörper eine im Betrieb im Wesentlichen starr verbleibende Elektrode und einen biegbaren Bereich, insbesondere biegbare Stege, aufweisen, der bzw. die im Betrieb verbogen werden. Die im Betrieb starre Elektrode kann selbst bei Einwirkung einer Kraft des Sondenkörpers auf den zumindest teilweise deformierbaren Kondensatorkörper von einer Deformation im Wesentlichen frei bleiben und kann stattdessen als Ganzes verschoben werden. Die biegbaren und im Betrieb deformierten Stege hingegen können bei Einwirkung einer Kraft des Sondenkörpers verbogen oder deformiert werden und können daher eine membranartige Charakteristik aufweisen. Durch die Kombination der im Betrieb starren Elektrode mit den biegbaren und dem Betrieb deformierten Stegen kann bei Einwirkung einer Kraft des Sondenkörpers eine im Wesentlichen translative Verschiebung der Elektrode zwischen den beiden hierzu im Wesentlichen parallelen starren Kondensatorkörpern erfolgen, während die Stege bei Einwirkung einer solchen Kraft aus einer Ebene parallel zu den Ebenen der starren Kondensatorkörper herausgebogen werden können. Zum Beispiel können zwei oder vier Stege an einander gegenüberliegenden Seiten der im Betrieb starren Elektrode vorgesehen sein. Durch das membranartige Verhalten eines solchen deformierbaren Kondensatorkörpers im Randbereich bei gleichzeitiger im Wesentlichen translativer Verschiebung der im Betrieb starren Elektrode im Zentralbereich kann eine besonders hohe Sensitivität der Wegmessvorrichtung erreicht werden.According to one exemplary embodiment, the at least partially deformable capacitor body may have an electrode which is at least partially undeformed during operation and a region which adjoins and is bent during operation, in particular webs bent during operation. In this context, the term "in operation" is understood to mean an action of forces on the at least partially deformable capacitor body, as understood by those skilled in the art during the use of a Wegmessvorrichtung invention, especially in an application in the context of a scanning probe microscope, on the at least partially deformable The at least partially deformable capacitor body may have a substantially rigidly remaining electrode during operation and a bendable region, in particular bendable webs The electrode which is rigid during operation can act on the at least partially deformable capacitor even when a force of the probe body is exerted It is essentially free of deformation and can instead be displaced as a whole. The bendable and deformed in operation webs, however, can be bent or deformed under the action of a force of the probe body and therefore may have a membrane-like characteristic. The combination of the rigid in operation electrode with the bendable and the operation deformed webs can be effected by a force of the probe body, a substantially translational displacement of the electrode between the two substantially parallel rigid capacitor bodies, while the webs under the influence of such a force a plane parallel to the planes of the rigid capacitor body can be bent out. For example, two or four webs may be provided on opposite sides of the operationally rigid electrode. Due to the membrane-like behavior of such a deformable capacitor body in the edge region with simultaneous substantially translational displacement of the rigid in operation electrode in the central region, a particularly high sensitivity of the distance measuring device can be achieved.

Ein Fachmann wird verstehen, dass eine im Betrieb im Wesentlichen deformationsfreie Eigenschaft der Elektrode minimale Mikrodeformationen in einzelnen Elektrodenbereichen nicht ausschließt. Eine im Betrieb nicht deformierte Elektrode wird aber allenfalls äußerst geringen Deformationen ausgesetzt sein, die viel kleiner als die Deformationen in dem im Betrieb gebogenen Bereich sind.One skilled in the art will understand that a substantially non-deforming property of the electrode during operation does not preclude minimal microdeformations in individual electrode regions. However, an electrode which is not deformed during operation will at most be subjected to extremely small deformations, which are much smaller than the deformations in the region bent during operation.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eine Fläche der Elektrode mindestens das dreifache, insbesondere mindestens das fünffache, einer Fläche eines jeweiligen der Stege betragen. Auf diese Weise kann sich der deformierbare Kondensatorkörper insgesamt im Wesentlichen als translatorisch verschiebbare Elektrode verhalten und folglich mit sehr hoher Sensitivität arbeiten, wobei gleichzeitig die Deformierbarkeit aufgrund der kleinen Stege aufrechterhalten bleiben kann.According to one embodiment, a surface of the electrode may be at least three times, in particular at least five times, a surface of a respective one of the webs. In this way, the deformable capacitor body as a whole can behave substantially as a translationally displaceable electrode and consequently operate with very high sensitivity, while at the same time the deformability due to the small webs can be maintained.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der zumindest teilweise deformierbare Kondensatorkörper ganz (siehe Figur 4B) oder teilweise (siehe Figur 5) als elastische Membran ausgebildet sein. Eine solche elastische Membran zeigt eine sehr starke Reaktion auf eine Krafteinwirkung infolge einer Verschiebung des Sondenkörpers und bewirkt daher eine hohe Messgenauigkeit.According to one embodiment, the at least partially deformable capacitor body may be formed completely (see FIG. 4B) or partially (see FIG. 5) as an elastic membrane. Such an elastic membrane shows a very strong reaction to a force due to a displacement of the probe body and therefore causes a high accuracy of measurement.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Membran ausgebildet sein, dass bei einer Deformation infolge einer Bewegung des Sondenkörpers ein erster Bereich der Membran weniger belastet wird als ein zweiter Bereich der Membran und der erste Bereich der Membran bei einer Bewegung des Sondenkörpers im Wesentlichen parallel zu den starren Kondensatorkörpern bleibt. Mit anderen Worten kann die elastisch deformierbare Membran also in der Form gestaltet sein, dass bei einer Deformation infolge einer Bewegung des Sondenkörpers einzelne Bereiche der Membran wenig belastet werden als andere und somit weitestgehend parallel zu den Elektroden auf den starren Kondensator- bzw. Elektrodenkörpern bleiben.According to one embodiment, the diaphragm may be configured such that, upon deformation due to movement of the probe body, a first region of the membrane is less stressed than a second region of the membrane and the first region of the membrane is substantially parallel to the rigid capacitor bodies when the probe body moves remains. In other words, the elastically deformable membrane can thus be designed in such a way that upon deformation as a result of a movement of the probe body, individual regions of the membrane are subjected to little stress and remain largely parallel to the electrodes on the rigid capacitor or electrode bodies.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Membran ausgebildet sein, dass bei einer Deformation infolge einer Bewegung des Sondenkörpers ein Membranbereich mit einer verglichen mit einem anderen Membranbereich höherer Steifigkeit im Wesentlichen parallel zu den starren Kondensatorkörpern bleibt. Anders ausgedrückt kann die elastisch deformierbare Membran in der Form gestaltet sein, dass bei einer Deformation infolge einer Bewegung des Sondenkörpers einzelne Bereich der Membran aufgrund höherer Steifigkeit imAccording to one embodiment, the diaphragm may be configured such that upon deformation as a result of movement of the probe body, a diaphragm region remains substantially parallel to the rigid capacitor bodies when compared with another diaphragm region of higher rigidity. In other words, the elastically deformable membrane may be shaped such that, upon deformation due to movement of the probe body, individual regions of the membrane may be due to increased rigidity in the membrane

Wesentlichen parallel zu den Elektroden auf den starren Kondensator- bzw. Elektrodenkörpern bleiben.Remain substantially parallel to the electrodes on the rigid capacitor or electrode bodies.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der zumindest teilweise deformierbare Kondensatorkörper einstückig und/oder einstoffig ausgebildet sein. Zum Beispiel kann der deformierbare Kondensatorkörper als dünne Stahlplatte (zum Beispiel mit einer Dicke von einigen Zehntel Millimetern) ausgebildet werden, die durch Laserbehandlung so bearbeitet werden kann, dass die biegbaren Stege gegenüber dem Rest der Platte herausgearbeitet werden.According to one embodiment, the at least partially deformable capacitor body may be formed in one piece and / or einstoffig. For example, the deformable capacitor body may be formed as a thin steel plate (for example, with a thickness of a few tenths of a millimeter) that can be machined by laser treatment so that the bendable webs are machined out from the rest of the plate.

Auf diese Weise kann der deformierbare Kondensatorkörper aus einem Stück herausgearbeitet werden und können die Stege mit der starren Elektrode integral verbunden bleiben. Dies erlaubt eine kostengünstige Fertigung. Wenn die biegbaren Stege sehr viel schmäler ausgebildet werden als die Elektrode können Stege und Elektrode aus einer Platte einer gemeinsamen konstanten Dicke herausgearbeitet werden, und gleichzeitig kann den Stegen ein hohes Maß an Biegefähigkeit und der Elektrode ein hoher Grad an Steifigkeit verliehen werden.In this way, the deformable capacitor body can be machined from one piece and the webs can remain integrally connected to the rigid electrode. This allows a cost-effective production. If the bendable webs are made much narrower than the electrode, webs and electrode can be machined out of a plate of common constant thickness, and at the same time a high degree of bendability can be imparted to the webs and a high degree of rigidity to the electrode.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der zumindest teilweise deformierbare Kondensatorkörper ausgebildet sein, bei Bewegen des Sondenkörpers in einem Zentralabschnitt im Wesentlichen deformationsfrei (insbesondere maximal) ausgelenkt und in einem Randbereich deformiert zu werden. Eine maximale Auslenkung der starren Elektrode im Zentrum in Kombination mit der randseitig hohen Deformation führt zu einer besonders hohen Sensitivität der Wegmessvorrichtung.According to one embodiment, the at least partially deformable capacitor body can be designed to be deflected in a central portion substantially free of deformation (in particular maximum) and deformed in an edge region when moving the probe body. A maximum deflection of the rigid electrode in the center in combination with the edge-side high deformation leads to a particularly high sensitivity of the path measuring device.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der zumindest teilweise deformierbare Kondensatorkörper Stahl aufweisen oder daraus bestehen. Ein Stahlplättchen erlaubt in einem Zentralbereich eine ausreichend hohe Rigidität und ermöglicht bei geringer Breite im Stegbereich gleichzeitig eine ausgeprägte Biegefähigkeit. Daher stellt ein solches Stahlplättchen eine kostengünstige und gleichzeitig hochsensitive Ausführungsform für den deformierbaren Kondensatorkörper dar.According to one embodiment, the at least partially deformable capacitor body may comprise or consist of steel. A steel plate allows a sufficiently high rigidity in a central area and at the same time enables a pronounced bending ability with a small width in the web area. Therefore, such a steel plate is an inexpensive and at the same time highly sensitive embodiment for the deformable capacitor body.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln der für die Weginformation des Sondenkörpers indikativen Information durch Differenzbildung der von den beiden Kondensatoren erfassten elektrischen Signale eingerichtet sein. Da bei einer bestimmten Bewegung des Sondenkörpers die Kapazität des einen Kondensators steigt und jene des anderen Kondensators entsprechend sinkt, bewirkt eine Differenzbildung zwischen den beiden, diesen Kondensatoren zugeordneten elektrischen Signalen eine besonders hohe Genauigkeit bei der ermittelten Weginformation.According to one exemplary embodiment, the determination device can be designed to determine the information indicative of the path information of the probe body by differentiating the electrical signals detected by the two capacitors. Since with a certain movement of the probe body, the capacitance of one capacitor increases and that of the other capacitor decreases accordingly, a difference between the two, these capacitors associated electrical signals causes a particularly high accuracy in the determined path information.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln der für die Weginformation des Sondenkörpers indikativen Information durch synchrone Demodulation eingerichtet sein. Das Prinzip der synchronen Demodulation, das bezugnehmend auf Figur 8 und Figur 9 detailliert beschrieben wird, erlaubt eine hochpräzise Erfassung der Weginformation.According to one embodiment, the determining means may be arranged for determining the information indicative of the path information of the probe body by synchronous demodulation. The principle of synchronous demodulation, which is described in detail with reference to FIG. 8 and FIG. 9, permits high-precision detection of the path information.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Erfasseinrichtung zum Erfassen der elektrischen Signale in Reaktion auf das Anlegen eines elektrischen Anregungssignals zwischen einem jeweiligen der starren Kondensatorkörper und dem zumindest teilweise deformierbaren Kondensatorkörper eingerichtet sein. Das elektrische Anregungssignal kann zum Beispiel eine jeweilige elektrische Spannung sein, insbesondere erzeugt mittels einer gemeinsamen Signalquelle (zum Beispiel eine Spannungsquelle). Insbesondere Wechselspannungssignale können zwischen die beiden einander jeweils zugewandten Kondensatorplatten angelegt werden, und es kann ein entsprechendes Reaktionssignal erfasst werden. Wird dieselbe Spannungsquelle zum Anregen beider Kondensatoren verwendet, führen Spannungsschwankungen und dergleichen in sehr viel geringerem Ausmaß zu Messwertverfälschungen.According to an exemplary embodiment, the detection device may be configured to detect the electrical signals in response to the application of an electrical excitation signal between a respective one of the rigid capacitor bodies and the at least partially deformable capacitor body. The electrical excitation signal may, for example, be a respective electrical voltage, in particular generated by means of a common signal source (for example a voltage source). In particular, alternating voltage signals can be applied between the two mutually facing each capacitor plates, and it can be detected a corresponding reaction signal. If the same voltage source is used to excite both capacitors, voltage fluctuations and the like lead to a much smaller extent to Meßwertverfälschungen.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Wegmessvorrichtung einen Koppelkörper aufweisen, insbesondere einen kugelförmigen Koppelkörper, der in Wirkverbindung mit dem zumindest teilweise deformierbaren Kondensatorkörper und in Wirkverbindung mit dem Sondenkörper ist, sodass bei einer Bewegung des Sondenkörpers der Sondenkörper den Koppelkörper verschiebt und derAccording to one embodiment, the distance measuring device may comprise a coupling body, in particular a spherical coupling body, which is in operative connection with the at least partially deformable capacitor body and in operative connection with the probe body, so that upon movement of the probe body of the probe body shifts the coupling body and the

Koppelkörper den zumindest teilweise deformierbaren Kondensatorkörper deformiert und/oder verschiebt. Ein solcher Koppelkörper kann angeordnet sein, um eine von dem Sondenkörper aus einwirkende Kraft vorzugsweise zentral auf den deformierbaren Kondensatorkörperzu übertragen. Besonders bevorzugt ist es, diese Kraftübertragung mittels einer Kugel zu bewerkstelligen, da dann eine besonders wirksame Unterdrückung von parasitären Krafteinkopplungen erreicht werden kann. Alternativ kann aber auch zum Beispiel ein Zylinder als Koppelkörper verwendet werden, der zum Beispiel auf den deformierbaren Kondensatorkörper einwirken oder sogar daran befestigt sein kann. Mit Vorteil kann der Koppelkörper aus einem elektrisch isolierenden Material (zum Beispiel Glas) gefertigt werden, damit keine Einflüsse des Koppelkörpers auf die für die Detektion maßgeblichen elektrischen Verhältnisse der kapazitivenCoupling body deforms and / or displaces the at least partially deformable capacitor body. Such a coupling body may be arranged to transmit preferably centrally a force applied from the probe body to the deformable capacitor body. It is particularly preferred to accomplish this power transmission by means of a ball, since then a particularly effective suppression of parasitic force injections can be achieved. Alternatively, however, it is also possible, for example, to use a cylinder as a coupling body which, for example, acts on the deformable capacitor body or even can be attached thereto. Advantageously, the coupling body made of an electrically insulating material (for example, glass) are made so that no influence of the coupling body on the decisive for the detection of electrical capacitances of the capacitive

Wegmessvorrichtung auftreten.Distance measuring device occur.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Wegmessvorrichtung einen jeweiligen Distanzhalterzwischen einem jeweiligen der starren Kondensatorkörper und dem zumindest teilweise deformierbaren Kondensatorkörper aufweisen. Ein solcher Distanzhalter kann eine genau definierte Distanz zwischen einander gegenüberliegenden Kondensatorkörpern einstellen und aufrechterhalten. Beispielsweise kann ein solcher Distanzhalter aus einem Stahlplättchen, einem Kupferblech odereiner Keramikfolie hergestellt werden.According to one embodiment, the path measuring device may comprise a respective spacer between a respective one of the rigid capacitor bodies and the at least partially deformable capacitor body. Such a spacer can set and maintain a well-defined distance between opposing capacitor bodies. For example, such a spacer can be made of a steel plate, a copper sheet or a ceramic foil.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ein Abstand zwischen den starren Kondensatorkörpern höchstens 700 pm, insbesondere höchstens 500 pm betragen. Eine Dicke des zumindest teilweise deformierbaren Kondensatorkörpers kann zum Beispiel höchstens 500 pm, insbesondere höchstens 200 pm betragen. Die Wegmessvorrichtung kann daher als sehr kompakte, in vertikaler Richtung annähernd plattenförmige bzw. schichtförmige Anordnung ausgestaltet werden, die dennoch mit sehr hoher Präzision Weginformation betreffend den Sondenkörper liefern kann.According to one embodiment, a distance between the rigid capacitor bodies may be at most 700 pm, in particular at most 500 pm. A thickness of the at least partially deformable capacitor body may be, for example, at most 500 pm, in particular at most 200 pm. The path measuring device can therefore be designed as a very compact, approximately plate-shaped or layered arrangement in the vertical direction, which nevertheless can provide path information concerning the probe body with very high precision.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Wegmessvorrichtung ausgebildet sein, ein Anregungssignal an zumindest einen Teil der Kondensatorkörper (insbesondere an die starren Kondensatorkörper) an einer ersten Seite der Kondensatorkörper anzulegen und die elektrischen Signale von zumindest einem Teil der Kondensatorkörper (insbesondere von dem zumindest teilweise deformierbaren Kondensatorkörper) an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite abzunehmen. Werden die Positionen von Kabeln bzw. elektrischen Leitungen, mittels derer Anregungssignale an Kondensatorkörper angelegt bzw. Antwortsignale von einem Kondensatorkörper erfasst werden, räumlich voneinander getrennt, so kann der Einfluss parasitärer Kapazitäten, die durch solche Kabel bzw. elektrischen Leitungen generiert werden, auf die Messkapazitäten zwischen den Kondensatorkörpern stark unterdrückt werden. Die Weginformation kann dann mit besonders hoher Genauigkeit ermittelt werden.According to one exemplary embodiment, the path measuring device can be designed to apply an excitation signal to at least a part of the capacitor bodies (in particular to the rigid capacitor bodies) on a first side of the capacitor bodies and to transmit the electrical signals of at least one part of the capacitor bodies (in particular of the at least partially deformable capacitor body). on a second side opposite the first side. If the positions of cables or electrical lines, by means of which excitation signals are applied to capacitor bodies or response signals are detected by a capacitor body, are spatially separated from one another, the influence of parasitic capacitances generated by such cables or electrical lines on the measuring capacitances be strongly suppressed between the capacitor bodies. The path information can then be determined with particularly high accuracy.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Rastersondenmikroskop eine Messsonde aufweisen, die zum rasternden Abtasten der Oberfläche des Probenkörpers eingerichtet ist. Auf diese Weise kann die Messspitze oder Messsonde die Oberfläche des Probenkörpers abrastern und dadurch Informationen über die Oberflächenbeschaffenheit des Probenkörpers liefern.According to an exemplary embodiment, the scanning probe microscope can have a measuring probe which is designed to scan the surface of the sample body in a scanning manner. In this way, the measuring tip or probe can scan the surface of the sample body and thereby provide information about the surface condition of the sample body.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Rastersondenmikroskop eine Verschiebeeinrichtung aufweisen, die zum Verschieben des Sondenkörpers eingerichtet und mit dem Sondenkörper und der Wegmessvorrichtung starr gekoppelt ist. Insbesondere kann eine solche Verschiebeeinrichtung als Piezo-Aktuator ausgebildet sein. Bei einem Piezo-Aktuator kann mittels Anlegens eines elektrischen Signals an den Piezo-Aktuator letzterer eine zugehörige Auslenkung erfahren. Diese Auslenkung führt zum Verschieben des Sondenkörpers und infolge einer Kraftkopplung zwischen Sondenkörper und Wegmessvorrichtung zu einer entsprechenden Deformation und/oder Verschiebung des deformierbaren bzw. verschiebbaren Kondensatorkörpers zwischen den starren Kondensatorkörpern. Die Verschiebung bzw. Deformation des deformierbarenAccording to an exemplary embodiment, the scanning probe microscope can have a displacement device, which is set up to move the probe body and is rigidly coupled to the probe body and the displacement measuring device. In particular, such a displacement device can be designed as a piezo actuator. In the case of a piezoactuator, the latter can undergo an associated deflection by applying an electrical signal to the piezoactuator. This deflection leads to displacement of the probe body and due to a force coupling between the probe body and Wegmessvorrichtung to a corresponding deformation and / or displacement of the deformable or displaceable capacitor body between the rigid capacitor bodies. The displacement or deformation of the deformable

Kondensatorkörpers bildet dann einen Fingerabdruck für die entsprechende bzw. korrelierte Verschiebung des Sondenkörpers und erlaubt somit bei kapazitiver Detektion der Deformation des deformierbaren Kondensatorkörpers einen Rückschluss auf die Verschiebung des Sondenkörpers.Capacitor body then forms a fingerprint for the corresponding or correlated displacement of the probe body and thus allows for capacitive detection of the deformation of the deformable capacitor body a conclusion on the displacement of the probe body.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Wegmessvorrichtung zum Messen einer Weginformation des Sondenkörpers in einer vertikalen Richtung und/oder senkrecht zu einer Abtastebene angeordnet sein. Mit anderen Worten kann mittels der Wegmessvorrichtung eine Position oder Verschiebung des Sondenkörpers in einer Richtung gemessen werden, die einer Normalenrichtung auf die zu vermessene Probe entspricht. Die Abtastebene kann dabei die horizontale Ebene sein, entlang welcher die Sonde und die Probe im Betrieb relativ zueinander bewegt werden.According to an exemplary embodiment of the invention, the path measuring device for measuring path information of the probe body may be arranged in a vertical direction and / or perpendicular to a scanning plane. In other words, by means of the path measuring device, a position or displacement of the probe body in a direction corresponding to a normal direction to the sample to be measured can be measured. The scanning plane may be the horizontal plane along which the probe and the sample are moved relative to each other during operation.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das Rastersondenmikroskop als Rasterkraftmikroskop ausgebildet sein. Das Rasterkraftmikroskop, auch atomares Kraftmikroskop oder Atomkraftmikroskop (AFM) genannt, ist ein spezielles Rastersondenmikroskop. Es dient als Werkzeug in der Oberflächenchemie bzw. in der Oberflächencharakterisierung und fungiert zur mechanischen Abtastung von Oberflächen und der Messung atomarer Kräfte auf der Nanometerskala.According to one exemplary embodiment of the invention, the scanning probe microscope can be designed as an atomic force microscope. The Atomic Force Microscope, also called Atomic Force Microscope or Atomic Force Microscope (AFM), is a special scanning probe microscope. It serves as a tool in surface chemistry and surface characterization and is used for mechanical scanning of surfaces and the measurement of atomic forces on the nanometer scale.

Im Folgenden werden exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die folgenden Figuren detailliert beschrieben.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the following figures.

Figur 1 zeigt ein Rastersondenmikroskop mit einer kapazitiven Wegmessvorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.FIG. 1 shows a scanning probe microscope with a capacitive displacement measuring device according to an exemplary embodiment of the invention.

Figur 2 zeigt ein Schaltbild einer kapazitiven Wegmessvorrichtung zum Messen einer Weginformation eines Sondenkörpers für ein Rastersondenmikroskop gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.FIG. 2 shows a circuit diagram of a capacitive displacement measuring device for measuring displacement information of a probe body for a scanning probe microscope according to an exemplary embodiment of the invention.

Figur 3 zeigt eine Querschnittsansicht einer kapazitiven Wegmessvorrichtung zum Messen einer Weginformation eines Sondenkörpers für ein Rastersondenmikroskop gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.FIG. 3 shows a cross-sectional view of a capacitive displacement measuring device for measuring displacement information of a probe body for a scanning probe microscope according to an exemplary embodiment of the invention.

Figur 4A zeigt einen gegenüber zwei starren Kondensatorkörpern parallel verschobenen und in sich starren Kondensatorkörper einer Wegmessvorrichtung.FIG. 4A shows a condenser body of a position measuring device, which is displaced in parallel and rigid in relation to two rigid capacitor bodies.

Figur 4B zeigt einen gegenüber zwei starren Kondensatorkörpern bauchartig ausgelenkten deformierbaren Kondensatorkörper einer Wegmessvorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.FIG. 4B shows a deformable capacitor body, which is deflected like a bulb relative to two rigid capacitor bodies, of a displacement measuring device according to an exemplary embodiment of the invention.

Figur 5 zeigt eine Draufsicht eines beweglichen Kondensatorkörpers einer Wegmessvorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.FIG. 5 shows a plan view of a movable capacitor body of a path measuring device according to an exemplary embodiment of the invention.

Figur 6 zeigt einen gegenüber zwei starren Kondensatorkörpern teils parallel verschobenen und teils bauchartig ausgelenkten beweglichen Kondensatorkörper einer Wegmessvorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.FIG. 6 shows a movable condenser body of a position-measuring device, which is displaced partly parallel to two rigid condenser bodies and partially deflected like a bell, in accordance with an exemplary embodiment of the invention.

Figur 7 zeigt eine dreidimensionale Schnittdarstellung einer Wegmessvorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.FIG. 7 shows a three-dimensional sectional view of a path measuring device according to an exemplary embodiment of the invention.

Figur 8 zeigt eine Auswerteschaltung mit einer Erfasseinrichtung und einer Ermittlungseinrichtung einer Wegmessvorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.FIG. 8 shows an evaluation circuit with a detection device and a detection device of a displacement measuring device according to an exemplary embodiment of the invention.

Figur 9 zeigt eine Prinzipdarstellung einer elektronischen Schaltung samt Auswertelogik einer Wegmessvorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.Figure 9 shows a schematic diagram of an electronic circuit including evaluation logic of a Wegmessvorrichtung according to an exemplary embodiment of the invention.

Figur 10 zeigt eine Verschiebeeinrichtung zum Verschieben eines Sondenkörpers und eine Wegmessvorrichtung zum Messen einer Wegstrecke einer Verschiebung des Sondenkörpers mittels der Verschiebeeinrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.FIG. 10 shows a displacement device for displacing a probe body and a displacement measuring device for measuring a displacement of a displacement of the probe body by means of the displacement device according to an exemplary embodiment of the invention.

Figur 11 zeigt einen beweglichen Kondensatorkörper mit starrer Elektrode und biegbaren Stegen einer Wegmessvorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Betriebszustand, in dem die Stege nicht verbogen sind, sondern koplanar mit der starren Elektrode liegen.Figure 11 shows a movable capacitor body with a rigid electrode and bendable webs of a Wegmessvorrichtung according to an exemplary embodiment of the invention in an operating condition in which the webs are not bent, but are coplanar with the rigid electrode.

Figur 12 zeigt den beweglichen Kondensatorkörper gemäß Figur 11 in einem anderen Betriebszustand, in dem die Stege verbogen und aus der Ebene der starren Elektrode herausgebogen sind.FIG. 12 shows the movable capacitor body according to FIG. 11 in another operating state, in which the webs are bent and bent out of the plane of the rigid electrode.

Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.The same or similar components in different figures are provided with the same reference numerals.

Bevor bezugnehmend auf die Figuren exemplarische Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben werden, sollen noch einige allgemeine Aspekte der Erfindung und der zugrundeliegenden Technologien erläutert werden:Before describing exemplary embodiments of the invention with reference to the figures, a few general aspects of the invention and the underlying technologies will be explained:

Mit einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine kapazitive Wegmessvorrichtung (50) zum Messen einer Weginformation eines Sondenkörpers (7), insbesondere für ein Rastersondenmikroskop (1), bereitgestellt, wobei die Wegmessvorrichtung (50) zwei mit zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Elektroden (66) versehene, starre und in ihrer relativen Lage unveränderliche Kondensatorkörper (54, 56), eine zwischen den starren Kondensatorkörpern (54, 56) angeordnete elastisch deformierbare Membran (siehe Bezugszeichen 72 bzw. Kondensatorkörper 58), die als veränderliche Elektrode fungiert und die eingerichtet ist, bei Bewegung des Sondenkörpers (7) deformiert zu werden, eine Erfasseinrichtung (60) zum Erfassen elektrischer Signale an zumindest einem der Kondensatorkörper (54, 56, 58), und eine Ermittlungseinrichtung (62) zum Ermitteln einer für die Weginformation des Sondenkörpers (7) indikativen Information basierend auf den erfassten elektrischen Signalen aufweist.In one exemplary embodiment of the invention, a capacitive displacement measuring device (50) is provided for measuring displacement information of a probe body (7), in particular for a scanning probe microscope (1), wherein the displacement measuring device (50) comprises two electrodes (66) which are at least partially electrically conductive , rigid and relatively fixed condenser body (54, 56), an elastically deformable diaphragm (see reference numeral 72 or condenser body 58) disposed between the rigid condenser bodies (54, 56), which functions as a variable electrode and which is arranged Movement of the probe body (7) to be deformed, a detecting means (60) for detecting electrical signals to at least one of the capacitor body (54, 56, 58), and a detecting means (62) for determining an indicative of the path information of the probe body (7) Information based on the detected electrical signals eist.

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein kapazitiver z-Richtungs-Sensor zum Messen von Weginformationen eines Sondenkörpers inklusive einer (vorzugsweise digitalen) Sensordatenauswertung geschaffen. Insbesondere stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ein berührendes, kapazitives Wegmesssystem (d.h. Sensorsamt Datenauswertung) bereit, das insbesondere für einen Verschiebeweg im Bereich weniger 10 pm und einer Auflösung kleiner 1 nm konfiguriert sein kann. Der Sensor selbst zeichnet sich in Ausführungsbeispielen vor allem durch eine kompakte Bauweise und durch einen geringen Fertigungsaufwand aus.According to an exemplary embodiment of the invention, a capacitive z-direction sensor is provided for measuring path information of a probe body including a (preferably digital) sensor data evaluation. In particular, an embodiment of the invention provides a contacting, capacitive displacement measurement system (i.e., sensor data evaluation) that can be configured, in particular, for a displacement range in the range of less than 10 pm and a resolution of less than 1 nm. The sensor itself is characterized in embodiments mainly by a compact design and low production costs.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das kapazitive Wegmesssystem eine differentielle Kondensator-Anordnung auf. Dadurch kann eine besonders hohe Empfindlichkeit erreicht werden.In a preferred embodiment, the capacitive displacement measuring system has a differential capacitor arrangement. As a result, a particularly high sensitivity can be achieved.

Mit einem anderen Ausführungsbeispiel der Ausbildung ist ein Rastersondenmikroskop (Scanning Probe Mikroscope, SPM) und insbesondere ein Atomkraftmikroskop (Atomic Force Microscope, AFM) mit einerIn another embodiment of the invention, a Scanning Probe Microscope (SPM) and in particular an Atomic Force Microscope (AFM) with a

Verschiebeeinrichtung geschaffen, mit der eine Sondenaufnahme samt Sondenkörper (beispielsweise ein Cantilever mit Messspitze) in z-Richtung (d.h. in vertikaler Richtung bezogen auf ein Laborsystem) in sehr feinen Schritten bzw. über sehr kurze Distanzen bewegt werden kann. Diese Verschiebeeinrichtung kann zum Beispiel als Piezo-Stufe bzw. als Piezo-Aktuator ausgebildet werden.Displacement device is provided, with which a probe receptacle together with probe body (for example a cantilever with measuring tip) in the z-direction (i.e., in the vertical direction relative to a laboratory system) can be moved in very fine steps or over very short distances. This displacement device can be formed, for example, as a piezo stage or as a piezo actuator.

Bei einem solchen Ausführungsbeispiel kann eine Verschiebung desIn such an embodiment, a displacement of the

Sondenkörpers (und eine dadurch hervorgerufene Deformation bzw.Probe body (and thereby caused deformation or

Verschiebung eines deformierbaren Kondensatorkörpers einer kapazitiven Wegmessvorrichtung) über eine Längenänderung eines Piezo-Aktuators, sobald an diesen eine Spannung angelegt wird, bewirkt werden. Diese Verschiebung in z-Richtung kann über die Verschiebung des deformierbaren Kondensatorkörpers kapazitiv gemessen werden.Displacement of a deformable capacitor body of a capacitive displacement measuring device) over a change in length of a piezo actuator, as soon as a voltage is applied to this, are effected. This shift in the z-direction can be measured capacitively via the displacement of the deformable capacitor body.

Herkömmlich kann eine solche Verschiebung in z-Richtung aus einer für den jeweils verwendeten Piezo-Aktuator bekannten oder durch Kalibration bestimmten Auslenkung ermittelt werden, welche bei Anlegen einer definierten Spannung eintritt. Durch Alterung oder Drift des Piezo-Aktuators bzw. durch Umgebungseinflüsse wie Temperaturänderungen kann dies aber zu Fehlmessungen führen. Herkömmlich werden auch kapazitive Abstandssensoren verwendet, die jedoch häufig ungenau bzw. anfällig bei Änderungen von Temperatur oder Luftfeuchtigkeit sind. Komplexer aufgebaute herkömmliche Sensoren weisen zwar eine höhere Messgenauigkeit, eine bessere Auflösung sowie eine reduzierte Empfindlichkeit gegenüber Umgebungseinflüssen auf. Ihr Platzbedarf ist allerdings hoch, so dass sie für einen Einbau in vielen Messgeräten, insbesondere in einem SPM/AFM, nicht geeignet sind.Conventionally, such a displacement in the z direction can be determined from a deflection known for the particular piezoactuator used or determined by calibration, which occurs when a defined voltage is applied. However, aging or drifting of the piezoelectric actuator or environmental influences such as temperature changes can lead to incorrect measurements. Conventional capacitive distance sensors are used, but they are often inaccurate or prone to changes in temperature or humidity. Although more complex conventional sensors have a higher accuracy, a better resolution and a reduced sensitivity to environmental influences. However, their space requirement is high, so that they are not suitable for installation in many measuring devices, in particular in an SPM / AFM.

Im Unterschied zu solchen herkömmlichen Ansätzen wird gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Abstands- oder Wegemessvorrichtung zur Bestimmung einer vertikalen Verschiebung eines Sondenkörpers, insbesondere in einem SPM/AFM, geschaffen, die einerseits eine hohe Genauigkeit und eine hohe Auflösung aufweist und andererseits kompakt genug ist, um sie in ein Messgerät (wie beispielsweise in ein SPM/AFM) einbauen zu können.In contrast to such conventional approaches, according to an exemplary embodiment of the invention, a distance or path measuring device is provided for determining a vertical displacement of a probe body, in particular in an SPM / AFM, which on the one hand has a high accuracy and a high resolution and on the other hand is compact enough to be installed in a measuring device (such as an SPM / AFM).

Ein kapazitiver Sensor einer Wegmessvorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung weist drei übereinander liegende Kondensatorkörper (die insbesondere insgesamt genau drei Elektroden aufweisen, d.h. vorzugsweise genau eine Elektrode pro Kondensatorkörper) auf, deren mittlerer als bewegliche oder deformierbare Membran ausgebildet sein kann. Eine solche deformierbare Membran kann in Reaktion auf eine Verschiebung des Sondenkörpers vollständig oder vorzugsweise nur abschnittsweise (siehe zum Beispiel das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5) deformiert werden, wobei diese Deformation als Basis für die Wegmessung verwendet werden kann. Bei exemplarischen Ausführungsbeispielen sind Abmessungen bei der Wegmessvorrichtung in z-Richtung (d.h. insbesondere eine Dicke der Membran bzw. Abstände zwischen einander gegenüberliegenden Elektroden) sehr klein und können zum Beispiel nur wenige 10 pm, in anderen Ausführungsbeispielen zum Beispiel nur wenige 100 pm, betragen.A capacitive sensor of a displacement measuring device according to an exemplary embodiment of the invention comprises three superimposed capacitor bodies (which in particular have a total of exactly three electrodes, i.e. preferably exactly one electrode per capacitor body), the middle of which may be formed as a movable or deformable membrane. Such a deformable membrane may be deformed in response to a displacement of the probe body completely or preferably only in sections (see for example the embodiment of Figure 5), which deformation can be used as a basis for the distance measurement. In exemplary embodiments, dimensions in the z-direction (i.e., in particular, a thickness of the membrane between opposing electrodes) are very small and may be, for example, only a few tens of pm, in other embodiments, for example, only a few hundred pm.

Figur 1 zeigt ein Scanning Probe Microscope (SPM) oder Rastersondenmikroskop 1 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel derFIG. 1 shows a Scanning Probe Microscope (SPM) or Scanning Probe Microscope 1 according to an exemplary embodiment of the invention

Erfindung, das als Rasterkraftmikroskop (Atomic Force Microscope, AFM) ausgebildet ist.Invention designed as Atomic Force Microscope (AFM).

Bei dem Rastersondenmikroskop 1 wird ein Cantileverausschlag, d.h. eine Positionsveränderung bzw. eine Formänderung einer Messsonde 11 (die auch als Cantilever bezeichnet wird), mithilfe einer optischen Sensorik detektiert. Die Messsonde 11 ist aus einer Messspitze 5 und einem diese tragendenIn scanning probe microscope 1, a cantilever deflection, i. a change in position or a change in shape of a measuring probe 11 (which is also referred to as cantilever), detected by means of an optical sensor. The measuring probe 11 is made of a measuring tip 5 and a bearing this

Sondenkörper 7 gebildet. Der Sondenkörper 7 ist an einer Montageeinrichtung 4 montiert. Eine elektromagnetische Strahlungsquelle 2 (zum Beispiel eine Laserquelle) sendet einen elektromagnetischen Primärstrahl 13 (insbesondere einen Lichtstrahl) über eine Fokusierungseinrichtung 12 (die als Anordnung von einer oder mehreren optischen Linsen ausgebildet sein kann) auf die Messsonde 11. Der von der Messsonde 11 reflektierte elektromagnetische Sekundärstrahl 3 propagiert zu einem foto- und positionssensitiven Detektor 10 (insbesondere kann der elektromagnetische Sekundärstrahl 3 mittels eines Umlenkspiegels 14 oder eines anderen optischen Umlenkelements auf den positionssensitiven Detektor 10 umgelenkt werden). Wird die Messsonde 11 über eine Verschiebeeinrichtung 80 (zum Beispiel einem Piezo-Aktuator, der eine Positionsveränderung in der gemäß Figur 1 vertikalen z-Richtung bewerkstelligen kann) in Bewegung gebracht und/oder verändert die Messsonde 11 ihre Form, kann eine Veränderung des Laserlichts am positionssensitiven Detektor 10 detektiert werden. Je nach Wechselwirkung der Messspitze 5 (auch als Cantileverspitze bezeichnet) der Messsonde 11 mit einem zu untersuchenden bzw. zu charakterisierenden Probenkörper 6 auf einem Probenhalter 52 wird der Ausschlag der Messsonde 11 variieren und ein dazugehöriger Bereich am Detektor 10 vom elektromagnetischen Sekundärstrahl 3 getroffen. Das Detektorsignal kann dann in einer Auswerteeinheit 8 verarbeitet werden. Das entstehende hochauflösende Bild der Oberfläche des Probenkörpers 6 kann dann mittels einer Anzeigevorrichtung 9 dargestellt werden. Eine Oberfläche des Probenkörpers 6 kann mit der Messspitze 5 (d.h. einer empfindlichen Spitze der Messsonde 11) abgerastert werden. Ein Probentisch ist in der gemäß Figur 1 horizontalen Ebene (d.h. in einer zu der z-Achse orthogonalen x-Richtung und y-Richtung) mittels Aktoren bewegbar. Das Rastersondenmikroskop 1 dient somit zum Ermitteln von Oberflächeninformation hinsichtlich des Probenkörpers 6 mittels rasternden Abtastens einer Oberfläche des Probenkörpers 6 mittels der Messsonde 11.Probe body 7 is formed. The probe body 7 is mounted on a mounting device 4. An electromagnetic radiation source 2 (for example a laser source) transmits an electromagnetic primary beam 13 (in particular a light beam) to the measuring probe 11 via a focusing device 12 (which may be an arrangement of one or more optical lenses). The electromagnetic reflected from the measuring probe 11 Secondary beam 3 propagates to a photo- and position-sensitive detector 10 (in particular, the electromagnetic secondary beam 3 can be deflected by means of a deflecting mirror 14 or another optical deflecting element onto the position-sensitive detector 10). If the measuring probe 11 is brought into motion via a displacement device 80 (for example a piezoactuator, which can effect a change in position in the vertical z-direction according to FIG. 1) and / or if the measuring probe 11 changes its shape, a change in the laser light at position-sensitive detector 10 are detected. Depending on the interaction of the measuring tip 5 (also referred to as cantilever tip) of the measuring probe 11 with a sample body 6 to be examined or to be characterized on a sample holder 52, the deflection of the measuring probe 11 will vary and an associated region on the detector 10 will be hit by the electromagnetic secondary beam 3. The detector signal can then be processed in an evaluation unit 8. The resulting high-resolution image of the surface of the sample body 6 can then be displayed by means of a display device 9. A surface of the sample body 6 may be scanned with the measuring tip 5 (i.e., a sensitive tip of the measuring probe 11). A sample table is movable in the horizontal plane (i.e., in an orthogonal to the z-axis x-direction and y-direction) in the horizontal plane according to Figure 1 by means of actuators. The scanning probe microscope 1 thus serves to determine surface information with regard to the sample body 6 by means of scanning scanning of a surface of the sample body 6 by means of the measuring probe 11.

Ferner ist in Figur 1 schematisch eine im Weiteren näher beschriebene kapazitive Wegmessvorrichtung 50 zum Messen einer Weginformation des Sondenkörpers 7 dargestellt, die Teil des Rastersondenmikroskops 1 bildet. Figur 2 bis Figur 12 veranschaulichen Ausgestaltungen von Komponenten der Wegmessvorrichtung 50 gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen der Erfindung.Furthermore, FIG. 1 schematically illustrates a capacitive displacement measuring device 50 described in more detail below for measuring displacement information of the probe body 7, which forms part of the scanning probe microscope 1. FIGS. 2 through 12 illustrate embodiments of components of the path measuring device 50 in accordance with exemplary embodiments of the invention.

Figur 2 zeigt ein Schaltbild einer solchen kapazitiven Wegmessvorrichtung 50 zum Messen einer Weginformation des Sondenkörpers 7 des Rastersondenmikroskops 1 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Figur 3 zeigt eine Querschnittsansicht einer konkreten baulichen Realisierung der kapazitiven Wegmessvorrichtung 50 gemäß Figur 2 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.FIG. 2 shows a circuit diagram of such a capacitive displacement measuring device 50 for measuring displacement information of the probe body 7 of the scanning probe microscope 1 according to an exemplary embodiment of the invention. FIG. 3 shows a cross-sectional view of a concrete structural realization of the capacitive displacement measuring device 50 according to FIG. 2 according to an exemplary embodiment of the invention.

Die Wegmessvorrichtung 50 weist zwei teilweise elektrisch leitfähige und teilweise elektrisch isolierende, starre (in dem dargestellten Ausführungsbeispiel starr gelagerte und in sich starre) und in ihrer relativen Lage zueinander unveränderliche Kondensatorkörper 54, 56 auf. Diese sind sowohl starr an der Wegmessvorrichtung 50 montiert als auch in sich starr, d.h. verändern ihre Position und Form bei einer Bewegung des Sondenkörpers 7 nicht. Darüber hinaus ist ein bei einer Bewegung des Sondenkörpers 7 deformierbarer Kondensatorkörper 58 deformierbar bzw. beweglich zwischen den starren Kondensatorkörpern 54, 56 angeordnet. Der deformierbare Kondensatorkörper 58 besteht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel vollständig aus einem elektrisch leitfähigen Material (kann allerdings alternativ auch teilweise aus einem elektrisch leitfähigen und teilweise aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt sein). Der deformierbare Kondensatorkörper 58 ist eingerichtet, bei Bewegung des Sondenkörpers 7 deformiert zu werden, wodurch die Bewegung des Sondenkörpers 7 kapazitiv detektiert werden kann. Wie in Figur 2 und Figur 3 dargestellt, sind die starren Kondensatorkörper 54, 56 und der deformierbare Kondensatorkörper 58 in einem kraftfreien Zustand parallel zueinander angeordnet. Bewegt sich hingegen der Sondenkörper 7, so wird der Kondensatorkörper 58 in entsprechender Weise deformiert und aus der Gleichgewichtslage gemäß Figur 2 und Figur 3 ausgelenkt.The path measuring device 50 has two partially electrically conductive and partially electrically insulating, rigid (in the illustrated embodiment, rigidly mounted and inherently rigid) and in their relative position to each other unchangeable capacitor body 54, 56. These are both rigidly mounted on the path measuring device 50 and rigid in itself, i. do not change their position and shape upon movement of the probe body 7. In addition, a capacitor body 58 which is deformable during a movement of the probe body 7 is arranged to be deformable or movable between the rigid capacitor bodies 54, 56. The deformable capacitor body 58 consists in the illustrated embodiment entirely of an electrically conductive material (but may alternatively be made partly of an electrically conductive and partially of an electrically insulating material). The deformable capacitor body 58 is adapted to be deformed upon movement of the probe body 7, whereby the movement of the probe body 7 can be detected capacitively. As shown in Figure 2 and Figure 3, the rigid capacitor body 54, 56 and the deformable capacitor body 58 are arranged in a power-free state parallel to each other. If, however, the probe body 7 moves, then the capacitor body 58 is deformed in a corresponding manner and deflected out of the equilibrium position according to FIG. 2 and FIG.

Wie ein Detail 25 in Figur 3 zeigt, weist der starre Kondensatorkörper 54 ein elektrisch isolierendes Substrat (zum Beispiel ein Keramiksubstrat) 64 und eine darauf abgeschiedene Elektrode 66 auf, die zum Beispiel als aufgedampfte Goldelektrode ausgebildet sein kann. Die Dicke des Substrats 64 kann zum Beispiel in einem Bereich zwischen 500 pm und 3 mm liegen, zum Beispiel 1 mm sein. Die Dicke der Elektrode 66 kann zum Beispiel in einem Bereich zwischen 100 nm und 1 pm liegen, insbesondere eine Dicke zwischen 300 nm und 500 nm aufweisen.As a detail 25 in FIG. 3 shows, the rigid capacitor body 54 has an electrically insulating substrate (for example, a ceramic substrate) 64 and an electrode 66 deposited thereon, which may be formed, for example, as a deposited gold electrode. The thickness of the substrate 64 may be, for example, in a range between 500 μm and 3 mm, for example 1 mm. The thickness of the electrode 66 may, for example, be in a range between 100 nm and 1 pm, in particular have a thickness between 300 nm and 500 nm.

Wie ein Detail 27 in Figur 3 zeigt, ist der deformierbare Kondensatorkörper 58 aus einem einstückigen (und bevorzugt einstoffigen) Plättchen elektrisch leitfähigen Materials hergestellt, zum Beispiel aus einem Stahlblech. Ein unten näher beschriebenen Koppelkörper 76 liegt auf einer Aussparung 23 des Plättchens auf, die hier als Durchgangsloch ausgebildet ist. Dies stellt eine gute Kraftübertragung von dem Koppelkörper 76 auf das Plättchen sicher. Ein Abstand D zwischen den beiden starren Kondensatorkörpern 54, 56 beträgt zum Beispiel 600 pm. Eine Dicke d des deformierbaren Kondensatorkörpers 58 beträgt zum Beispiel 400 pm.As a detail 27 in FIG. 3 shows, the deformable capacitor body 58 is made of a one-piece (and preferably single-material) plate of electrically conductive material, for example a sheet steel. A coupling body 76 described in more detail below rests on a recess 23 of the plate, which is formed here as a through hole. This ensures a good transfer of force from the coupling body 76 on the plate. A distance D between the two rigid capacitor bodies 54, 56 is for example 600 pm. A thickness d of the deformable capacitor body 58 is, for example, 400 pm.

Wie ein Detail 29 in Figur 3 zeigt, weist der starre Kondensatorkörper 56 ein elektrisch isolierendes Substrat (zum Beispiel ein Keramiksubstrat) 64 und eine darauf abgeschiedene Elektrode 66 auf, die zum Beispiel als aufgedampfte Goldelektrode ausgebildet sein kann. Die Dicke des Substrats 64 kann zum Beispiel in einem Bereich zwischen 500 pm und 3 mm liegen, zum Beispiel 1 mm sein. Die Dicke der Elektrode 66 kann zum Beispiel in einem Bereich zwischen 100 nm und 1 pm liegen, insbesondere eine Dicke zwischen 300 nm und 500 nm aufweisen.As a detail 29 in FIG. 3 shows, the rigid capacitor body 56 has an electrically insulating substrate (for example, a ceramic substrate) 64 and an electrode 66 deposited thereon, which may be formed, for example, as a deposited gold electrode. The thickness of the substrate 64 may be, for example, in a range between 500 μm and 3 mm, for example 1 mm. The thickness of the electrode 66 may, for example, be in a range between 100 nm and 1 pm, in particular have a thickness between 300 nm and 500 nm.

Wie bereits beschrieben, weist die Wegmessvorrichtung 50 den Koppelkörper 76 auf, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem elektrisch isolierenden Material wie Glas und in Form einer Kugel ausgebildet ist. Der Koppelkörper 76 ist einerseits in Wirkverbindung mit dem deformierbaren Kondensatorkörper 58, auf dessen Aussparung 23 der Koppelkörper 76 aufliegt. Andererseits steht der Koppelkörper 76 auch in Wirkverbindung mit dem in Figur 3 nicht dargestellten Sondenkörper 7, sodass bei einer Bewegung des Sondenkörpers 7 der Sondenkörper 7 den Koppelkörper 76 und der Koppelkörper 76 den deformierbaren Kondensatorkörper 58 verschiebt bzw. deformiert (siehe zum Beispiel Figur 10). Die Konfiguration des Koppelkörpers 76 als Kugel hat den Vorteil, dass parasitäre Kopplungsphänomene zwischen Sondenkörper 7 und dem deformierbaren Kondensatorkörper 58 dadurch besonders wirksam unterdrückt sind. Alternativ kann der Koppelkörper 76 aber auch andere Formen haben, zum Beispiel als Zylinder ausgebildet sein, der auf dem Kondensatorkörper 58 lose aufliegen oder daran starr befestigt sein kann.As already described, the path measuring device 50 has the coupling body 76, which in the illustrated embodiment is formed from an electrically insulating material such as glass and in the form of a sphere. The coupling body 76 is on the one hand in operative connection with the deformable capacitor body 58, on the recess 23 of the coupling body 76 rests. On the other hand, the coupling body 76 is also in operative connection with the probe body 7, not shown in FIG. 3, so that upon movement of the probe body 7, the coupling body 76 and the coupling body 76 displace or deform the deformable capacitor body 58 (see, for example, FIG. 10). , The configuration of the coupling body 76 as a ball has the advantage that parasitic coupling phenomena between the probe body 7 and the deformable capacitor body 58 are thereby particularly effectively suppressed. Alternatively, the coupling body 76 but also have other shapes, for example, be designed as a cylinder which may rest loosely on the capacitor body 58 or rigidly secured thereto.

Bei einer alternativen Ausgestaltung kann der Koppelkörper 76 bezogen auf ein Laborsystem bzw. das Rastersondenmikroskop 1 als Ganzes fix, statisch bzw. ruhend ausgebildet sein, zum Beispiel ortsfest an einem Rahmen des Rastersondenmikroskops 1 gelagert sein. In einer solchen Ausgestaltung können sich die Kondensatorkörper 54, 56, 58 bewegen, wenn die Verschiebeeinrichtung 80 den Sondenkörper 7 bewegt.In an alternative embodiment, the coupling body 76 relative to a laboratory system or the scanning probe microscope 1 as a whole be formed fixed, static or static, for example, be mounted on a stationary frame of the scanning probe microscope 1. In such a configuration, the capacitor bodies 54, 56, 58 can move when the displacement device 80 moves the probe body 7.

Figur 3 zeigt ferner, dass zwischen einem jeweiligen der mit Außenelektroden ausgebildeten starren Kondensatorkörpern 54, 56 einerseits und dem als Mittelelektrode ausgebildeten deformierbaren Kondensatorkörper 58 andererseits ein jeweiliger steifer Distanzhalter 78, 79 zwischengeordnet werden kann, der jeweils einen definierten Abstand zwischen benachbarten Kondensatorelektroden im kraftfreien Zustand einstellt. Die Distanzhalter 78, 79 können zum Beispiel aus einem Stahlplättchen, einem Kupferblech, einerFIG. 3 further shows that a respective rigid spacer 78, 79 can be interposed between a respective one of the rigid capacitor bodies 54, 56 formed with external electrodes on the one hand and the deformable capacitor body 58 in the form of a center electrode, each having a defined spacing between adjacent capacitor electrodes in the force-free state established. The spacers 78, 79 may, for example, a steel plate, a copper sheet, a

Keramikfolie oder dergleichen hergestellt werden. Ein Fachmann wird verstehen, dass - jedenfalls bei einer Ausgestaltung der Distanzhalter 78, 79 aus einem elektrisch leitfähigen Material - sich die Elektroden 66 der Kondensatorkörper 54, 56 vorzugsweise seitlich nicht bis zu den Distanzhaltern 78, 79 erstrecken, um unerwünschte elektrische Effekte (zum Beispiel einen Kurzschluss) zu vermeiden.Ceramic film or the like can be produced. A person skilled in the art will understand that - at least in one configuration of the spacers 78, 79 of an electrically conductive material - the electrodes 66 of the capacitor bodies 54, 56 preferably do not laterally extend to the spacers 78, 79 to undesirable electrical effects (for example a short circuit).

Es kann ein Anregungssignal in Form einer jeweiligen elektrischen Spannung, die mittels einer gemeinsamen elektrischen Anregungsquelle 75 erzeugt werden kann, an die starren Kondensatorkörper 54, 56 angelegt werden. Eine in Figur 2 schematisch dargestellte Erfasseinrichtung 60 dient zum Erfassen elektrischer Signale (in Reaktion auf das Anlegen der elektrischen Spannungen) an dem deformierbaren Kondensatorkörper 58. Die elektrischen Signale werden in Reaktion auf das Anlegen des Anregungssignals erzeugt und hängen von der Position des Sondenkörpers 7 ab, da abhängig von dieser Position der Kondensatorkörper 58 mehr oder weniger stark deformiert wird. Diese Deformation verändert die kapazitiven Eigenschaften der Wegmessvorrichtung 50 und beeinflusst daher auch die erfassten elektrischen Signale. Eine ebenfalls in Figur 2 schematisch dargestellte Ermittlungseinrichtung 62 ist zum Ermitteln einer für die Weginformation des Sondenkörpers 7 indikativen Information basierend auf den erfassten elektrischen Signalen konfiguriert, wobei diese elektrischen Signale der Ermittlungseinrichtung 62 von der Erfasseinrichtung 60 zugeführt werden.An excitation signal in the form of a respective electrical voltage, which can be generated by means of a common electrical excitation source 75, can be applied to the rigid capacitor bodies 54, 56. A detection means 60 shown schematically in FIG. 2 serves to detect electrical signals (in response to the application of the electrical voltages) to the deformable capacitor body 58. The electrical signals are generated in response to the application of the excitation signal and depend on the position of the probe body 7 because, depending on this position, the capacitor body 58 is deformed more or less severely. This deformation alters the capacitive properties of the path measuring device 50 and therefore also influences the detected electrical signals. A determination device 62, likewise shown schematically in FIG. 2, is configured to determine indicative information for the path information of the probe body 7 based on the detected electrical signals, these electrical signals being supplied to the detection device 62 by the detection device 60.

Wie in Figur 2 dargestellt, bilden die voneinander beabstandeten plattenartigen (siehe Platten A, B) Kondensatorkörper 54, 58 gemeinsam einen ersten Kondensator mit einer Kapazität Ci. In entsprechender Weise bilden die voneinander beabstandeten plattenartigen (siehe Platten B, C)As shown in Figure 2, the plate-like plate-like (see plates A, B) capacitor bodies 54, 58 spaced apart together form a first capacitor having a capacitance Ci. Similarly, the spaced apart plate-like (see plates B, C) form

Kondensatorkörper 56, 58 gemeinsam einen zweiten Kondensator mit einer Kapazität C2. Ändert sich der jeweilige gegenseitige Abstand zwischen den Kondensatorkörpern 54, 58 bzw. 56, 58 infolge einer Bewegung bzw.Capacitor 56, 58 together a second capacitor with a capacitance C2. Does the respective mutual distance between the capacitor bodies 54, 58 and 56, 58 changes due to a movement or

Deformation des Kondensatorkörpers 58 als Reaktion auf eine zu detektierende Positionsveränderung des Sondenkörpers 7, verändert dies in charakteristischerDeformation of the capacitor body 58 in response to a position change of the probe body 7 to be detected changes this in a more characteristic manner

Weise die von der Erfasseinrichtung 60 erfassten elektrischen Signale, woraus die Ermittlungseinrichtung 62 die Positionsinformation betreffend den Sondenkörper 7 rekonstruieren kann.Detect the electrical signals detected by the detection device 60, from which the determination device 62 can reconstruct the position information relating to the probe body 7.

Anschaulich und vereinfacht ausgedrückt dient die Ermittlungseinrichtung 62 zum Ermitteln der für die Weginformation des Sondenkörpers 7 indikativen Information durch Differenzbildung der erfassten elektrischen Signale. Eine Bewegung des Sondenkörpers 7 führt zu einer Erhöhung des Abstands zwischen den jeweiligen Kondensatorkörpern 54, 58 oder 56, 58 und führt gleichzeitig zu eine Verringerung des Abstands zwischen den jeweiligen anderen beiden Kondensatorkörpern 56, 58 oder 54, 58. Die an den beiden Kondensatoren Ci, C2 generierten elektrischen Signale verändern sich bei einer Bewegung des Sondenkörpers 7 also gegenläufig bzw. in zueinander entgegengesetzter Weise, sodass durch eine Differenzbildung der beiden elektrischen Signale die Genauigkeit der gemessenen Weginformation erhöht werden kann. Wie bezugnehmend auf Figur 8 und Figur 9 genauer erläutert wird, ist die Ermittlungseinrichtung 62 zum Ermitteln der für die Weginformation des Sondenkörpers 7 indikativen Information durch synchrone Demodulation eingerichtet.In a clear and simplified form, the determination device 62 serves to determine the information indicative of the path information of the probe body 7 by subtraction of the detected electrical signals. A movement of the probe body 7 leads to an increase in the distance between the respective capacitor bodies 54, 58 or 56, 58 and at the same time leads to a reduction of the distance between the respective other two capacitor bodies 56, 58 or 54, 58. The voltage applied to the two capacitors Ci , C2 generated electrical signals change in a movement of the probe body 7 in opposite directions or in opposite directions, so that the accuracy of the measured path information can be increased by differentiating the two electrical signals. As will be explained in more detail with reference to FIG. 8 and FIG. 9, the determination means 62 for determining the information indicative of the path information of the probe body 7 is arranged by synchronous demodulation.

Vorzugsweise erfasst die Erfasseinrichtung 60 die elektrischen Signale in Reaktion auf das Anlegen einer jeweiligen elektrischen Spannung, die bevorzugt mittels einer gemeinsamen elektrischen Anregungsquelle 75 erzeugt wird. Dadurch kann vermieden werden, dass Spannungsschwankungen oder zwei nicht vollständig identische Spannungsquellen das System mit Artefakten beaufschlagen, welche die Empfindlichkeit beeinträchtigen könnten.Preferably, the detection device 60 detects the electrical signals in response to the application of a respective electrical voltage, which is preferably generated by means of a common electrical excitation source 75. This prevents voltage fluctuations or two incompletely identical voltage sources from causing artefacts on the system that could affect the sensitivity.

Der Sensor in Form der kapazitiven Wegmessvorrichtung 50 ist aus drei übereinander liegenden Elektroden (siehe Bezugszeichen 66, 58 ,66 in Figur 3) mit sehr geringem Abstand zueinander gebildet, wobei nur die mittlere Elektrode in Form des deformierbaren Kondensatorkörpers 58 beweglich ausgeführt ist. Durch diese Anordnung entstehen zwei Kondensatoren, nämlich der Kondensator Ci zwischen Platten A und B (entsprechend Kondensatorkörpern 54, 58) und derThe sensor in the form of the capacitive displacement measuring device 50 is formed from three superimposed electrodes (see reference numerals 66, 58, 66 in FIG. 3) with a very small distance from one another, wherein only the central electrode in the form of the deformable capacitor body 58 is designed to be movable. By this arrangement, two capacitors, namely the capacitor Ci between plates A and B (corresponding to capacitor bodies 54, 58) and the

Kondensator C2 zwischen Platten B und C (entsprechend Kondensatorkörpern 56, 58). Wird die bewegliche Platte B näher an die Platte A herangeführt, erhöht sich die Kapazität des Kondensators Ci während sich der Wert der Kapazität des Kondensators C2 verringert, und vice versa. Die Differenz C1-C2 ist indirekt ein Maß für die Verschiebung der Platte B.Capacitor C2 between plates B and C (corresponding to capacitor bodies 56, 58). If the movable plate B is brought closer to the plate A, the capacitance of the capacitor Ci increases while the value of the capacitance of the capacitor C2 decreases, and vice versa. The difference C1-C2 is indirectly a measure of the displacement of the plate B.

Durch diesen differentiellen Aufbau wird einerseits die Empfindlichkeit des Sensors bei fester Kondensatorfläche verdoppelt und andererseits die Fehleranfälligkeit bei schwankenden Umgebungsbedingungen (Luftfeuchtigkeit, Temperatur, etc.) verringert, weil diese Änderungen beide Kondensatoren Ci, C2 gleichermaßen betreffen. Zudem führt die durch die beschriebene Anordnung erreichbare hohe Stabilität und ausgeprägte Symmetrie der elektrischen Anregungssignale zu besonders stabilen Messwerten. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die Anregungssignale der Kondensatoren Ci und C2 von einer gemeinsamen Signalquelle (siehe Bezugszeichen 74 sowie DAC 31 in Figur 8) abgeleitet und durch einen weiteren Zweikanal-DAC (siehe Bezugszeichen 33 in Figur 8) in ihrer Amplitude verändert werden können. Da die Kanäle des Zweikanal-DACs 33 thermisch sehr gut gekoppelt sind, kommt es bei einer Temperaturänderung zu einer gegenphasigen Anhebung oder Absenkung der Anregungsamplituden und somit zu einer Temperaturkompensation.On the one hand, this differential design doubles the sensitivity of the sensor in the case of a fixed capacitor area and, on the other hand, reduces the susceptibility to errors under fluctuating ambient conditions (humidity, temperature, etc.) because these changes equally affect both capacitors C 1, C 2. In addition, the achievable by the described arrangement high stability and pronounced symmetry of the electrical excitation signals leads to particularly stable measurements. This can be achieved in particular in that the excitation signals of the capacitors C 1 and C 2 are derived from a common signal source (see reference numeral 74 and DAC 31 in FIG. 8) and their amplitude is changed by a further two-channel DAC (see reference numeral 33 in FIG. 8) can be. Since the channels of the two-channel DACs 33 are thermally coupled very well, a temperature change leads to an in-phase increase or decrease of the excitation amplitudes and thus to a temperature compensation.

Die Wegmessvorrichtung 50 kann also, wie in Figur 3 dargestellt, im Wesentlichen aus fünf übereinander gestapelten Schichten (siehe Bezugszeichen 54, 78, 58, 79, 56) und somit äußerst kompakt und einfach hergestellt sein. Die oberste Schicht und die unterste Schicht bilden die starren und in sich starren Kondensatorkörper 54, 56, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als dünne keramische Substrate 64 ausgebildet sind, auf welche die Elektroden 66 aus Gold aufgedampft werden. Die starren Kondensatorkörper 54, 56 bilden die (zumindest relative zueinander) unbeweglichen Außenelektroden. Die mittlere Schicht ist in Form des deformierbaren Kondensatorkörpers 58 realisiert und in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als eine dünne Stahlfolie ausgebildet. Kondensatorkörper 58 fungiert als bewegliche Mittenelektrode. Die alsThus, as shown in FIG. 3, the path measuring device 50 can essentially be made up of five layers stacked on top of one another (see reference numbers 54, 78, 58, 79, 56) and thus extremely compact and simple. The uppermost layer and the lowermost layer form the rigid and inherently rigid capacitor bodies 54, 56, which in the illustrated embodiment are formed as thin ceramic substrates 64 onto which the electrodes 66 of gold are evaporated. The rigid capacitor bodies 54, 56 form the (at least relative to each other) immovable outer electrodes. The middle layer is realized in the form of the deformable capacitor body 58 and formed in the embodiment shown as a thin steel foil. Capacitor body 58 acts as a movable center electrode. As

Distanzhalter 78, 79 ausgebildeten verbleibenden beiden Zwischenschichten stellen im unbelasteten Zustand den korrekten Abstand zwischen den drei Elektroden sicher. Zum Ausbilden der Distanzhalter 78, 79 können wiederum Stahlfolien zum Einsatz kommen, weil diese mit sehr geringen Stärken (wenige 10 pm) und sehr hoher Präzision gefertigt werden können.Spacers 78, 79 formed remaining two intermediate layers in the unloaded state ensure the correct distance between the three electrodes. To form the spacers 78, 79, in turn, steel foils can be used because they can be manufactured with very small thicknesses (a few 10 pm) and very high precision.

Figur 4A zeigt einen gegenüber zwei starren Kondensatorkörpern 95, 97 parallel verschobenen und in sich starren Kondensatorkörper 99 einer Wegmessvorrichtung 89. Figur 4B zeigt dagegen einen gegenüber zwei starren Kondensatorkörpern 54, 56 bauchartig ausgelenkten beweglichen Kondensatorkörper 58 einer Wegmessvorrichtung 50 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist der deformierbare Kondensatorkörper 58 also eine elastische Membran 72 auf.FIG. 4A shows a capacitor body 99 of a displacement measuring device 89 that is parallelly displaced relative to two rigid capacitor bodies 95, 97. FIG. 4B, on the other hand, shows a movable capacitor body 58 of a displacement measuring device 50 deflected in a bulbous manner relative to two rigid capacitor bodies 54, 56 in accordance with an exemplary embodiment of the invention. According to this embodiment, the deformable capacitor body 58 thus has an elastic membrane 72.

Anstatt die Mittenelektrode, wie in Figur 4A, als starre Platte auszuführen und über eine komplizierte Mechanik parallel zu verschieben, wird der als Mittelelektrode fungierende Kondensatorkörper 58 gemäß dem beschriebenen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung als Membran 72 ausgeführt und deformiert. Ein solcher Aufbau kann sowohl extrem kompakt als auch mit geringem Aufwand realisiert werden. Schließlich kann er vorwiegend auf der Basis von Blechteilen und flachen Keramiksubstraten gebildet werden (vergleiche Figur 3). Darüber hinaus bleibt bei einem derartigen Aufbau die bewegte Masse klein, was sich auf das dynamische Verhalten auf mechanischer Seite (zum Beispiel mechanische Eigenfrequenz) positiv auswirkt.Instead of carrying out the center electrode as a rigid plate, as shown in FIG. 4A, and displacing it in parallel via a complicated mechanism, the capacitor body 58 acting as center electrode is designed and deformed as a diaphragm 72 according to the described exemplary embodiment of the invention. Such a structure can be realized both extremely compact and with little effort. Finally, it can be formed predominantly on the basis of sheet metal parts and flat ceramic substrates (see FIG. 3). In addition, in such a structure, the moving mass remains small, which has a positive effect on the dynamic behavior on the mechanical side (for example mechanical natural frequency).

Im Weiteren wird, dann auch bezugnehmend auf Figur 5, eine kapazitive Wegmessvorrichtung 50 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, die eine noch höhere Messgenauigkeit hat als ein Ausführungsbeispiel mit einer durchgehend deformierbaren elastischen Membran 72.In the following, with reference also to FIG. 5, a capacitive displacement measuring device 50 according to a preferred exemplary embodiment of the invention will be described, which has an even higher measuring accuracy than an exemplary embodiment with a continuously deformable elastic diaphragm 72.

Bei einer reinen Parallelverschiebung der Mittelelektrode, wie in Figur 4A gezeigt, führt die zu messende Verschiebung zu einer gleichmäßigen Änderung des Abstands zwischen den Elektroden.In a pure parallel displacement of the center electrode, as shown in Figure 4A, the displacement to be measured leads to a uniform change in the distance between the electrodes.

Bei einem reinen und durchgehenden Membranansatz wirkt die Verschiebung nur am Krafteinleitepunkt zur Gänze. Je weiter man sich dem Lagerpunkt der Membran 72 nähert, desto weniger ändert sich der Abstand zwischen Außenelektrode und Mittenelektrode (vergleiche Figur 4B). Das führt zum einen zu einer reduzierten Kapazitätsänderung bezogen auf die Verschiebung und zum anderen zu einem nichtlinearen Zusammenhang zwischen Verschiebung und Kapazitätsdifferenz. Während also die Verwendung einer durchgehend deformierbaren Membran 72 als Mittelelektrode den Vorteil einer besonders einfachen Herstellbarkeit hat, hat das im Weiteren bezugnehmend auf Figur 5 und Figur 6 beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung den Vorteil einer besonders hohen Messempfindlichkeit.In the case of a pure and continuous membrane approach, the displacement only works completely at the force introduction point. The further one approaches the bearing point of the diaphragm 72, the less the distance between outer electrode and center electrode changes (see FIG. 4B). This leads on the one hand to a reduced change in capacity with respect to the shift and, on the other hand, to a non-linear relationship between displacement and capacity difference. Thus, while the use of a continuously deformable membrane 72 as center electrode has the advantage of being particularly easy to produce, the exemplary embodiment of the invention described below with reference to FIGS. 5 and 6 has the advantage of a particularly high sensitivity of measurement.

Figur 5 zeigt eine Draufsicht eines beweglichen Kondensatorkörpers 58 einer Wegmessvorrichtung 50 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.FIG. 5 shows a plan view of a movable capacitor body 58 of a path measuring device 50 according to an exemplary embodiment of the invention.

Der in Figur 5 dargestellte teilweise deformierbare Kondensatorkörper 58 weist eine im Betrieb (d.h. bei Kräften, wie sie auf den Kondensatorkörper 58 infolge einer Verschiebung eines Sondenkörpers 7 üblicherweise auftreten) nicht deformierte Elektrode 68 und einen sich daran anschließenden und im Betrieb (d.h. bei Kräften, wie sie auf den Kondensatorkörper 58 infolge einer Verschiebung eines Sondenkörpers 7 normalerweise auftreten) gebogenen Bereich auf, das durch im Betrieb gebogene Stege 70 verwirklicht ist. Mit Vorteil ist gemäß Figur 5 der Kondensatorkörper 58 als nur teilweise deformierbarer Kondensatorkörper 58 ausgebildet, der in einem Zentralbereich eine im Betrieb starre und somit im Wesentlichen nicht deformierbare Elektrode 68 und in (hier vier umfänglichen bzw. zwei paarweise gegenüberliegenden) Randbereichen längliche und im Betrieb deformierte bzw. biegbare Stege 70 aufweist. EineThe partially deformable capacitor body 58 shown in FIG. 5 has an electrode 68 that is not deformed during operation (ie, forces that normally occur on the capacitor body 58 as a result of a displacement of a probe body 7), and an adjoining and operating device (ie, forces, as they normally occur on the capacitor body 58 due to a displacement of a probe body 7) bent portion realized by webs 70 bent in operation. Advantageously, according to FIG. 5, the capacitor body 58 is designed as a condenser body 58 which is only partially deformable and which in a central region has an electrode 68 which is rigid during operation and thus substantially non-deformable and oblong and in operation (here four circumferential or two pairwise opposite) edge regions has deformed or bendable webs 70. A

Fläche der im Betrieb starren Elektrode 68 beträgt ein Mehrfaches einer Fläche eines jeweiligen der und im Betrieb deformierten Stege 70. Der genau teilweise deformierbare Kondensatorkörper 58 ist gemäß Figur 5 einstückig und einstoffig ausgebildet, genauer gesagt aus einer einzigen Platte (zum Beispiel aus Stahl) einer homogenen Dicke herausgearbeitet. Zum Beispiel kann ein solches Stahlplättchen oder sonstiges Metallplättchen beispielsweise mittels eines Lasers bearbeitet werden, um langgestreckte Durchgangslöcher 87 in dem Plättchen zu bilden, wodurch die langgestreckten biegbaren Stege 70 abgegrenzt werden, aber integral mit der im Betrieb starren Elektrode 68 im Zentralbereich verbunden bleiben. Durch diese Bearbeitung kann erreicht werden, dass der im Betrieb genau oder nur teilweise deformierte Kondensatorkörper 58 bei Bewegen des Sondenkörpers 7 in dem Zentralabschnitt (d.h. im Bereich der im Betrieb starren Elektrode 68) im Wesentlichen deformationsfrei maximal ausgelenkt wird und nur in einem Randbereich (d.h. im Bereich der biegbaren bzw. im Betrieb deformierten Stege 70) deformiert wird. Das Plättchen ist beidseitig an einem jeweiligen Stütz- oder Montagekörper 85 montiert. Auf den beiden gegenüberliegenden Hauptflächen eines jeweiligen Stütz- oder Montagekörpers 85 können dann Distanzhalter (siehe Bezugszeichen 78, 79 in Figur 3) angeordnet werden.The area of the operationally rigid electrode 68 is a multiple of a surface area of a respective one of the deformed webs 70. The exactly partially deformable capacitor body 58 is formed in one piece and monolithic, more specifically, from a single plate (for example, steel) as shown in FIG Homogeneous thickness worked out. For example, such a steel flake or other metal flake may be machined by, for example, a laser to form elongate through holes 87 in the flake, thereby delimiting the elongated bendable webs 70 but remaining integrally bonded to the operationally rigid electrode 68 in the central region. As a result of this processing, it is possible for the capacitor body 58, which during operation of the probe body 7 in the central section (ie, in the region of the rigid electrode 68) to be deflected in its maximum substantially deformation-free manner, and only in an edge region (ie deformed in the region of the bendable or in operation deformed webs 70). The plate is mounted on both sides of a respective support or mounting body 85. On the two opposing major surfaces of a respective support or mounting body 85 then spacers (see reference numeral 78, 79 in Figure 3) can be arranged.

Eine Länge E des den Kondensatorkörper 58 gemäß Figur 5 bildenden Plättchens kann zum Beispiel in einem Bereich zwischen 5 mm und 15 mm sein, zum Beispiel 8 mm sein. Eine Breite L das Plättchens kann zum Beispiel in einem Bereich zwischen 2 mm und 8 mm sein, zum Beispiel 4 mm sein. Eine Länge b eines jeweiligen Stegs 70 kann zum Beispiel im Bereich zwischen 0,5 mm und 3 mm sein, insbesondere zwischen 1 mm und 2 mm betragen. Eine Breite I eines jeweiligen Stegs 70 kann zum Beispiel einige Zehntel Millimeter betragen, zum Beispiel zwischen 0,2 mm und 0,8 mm. Ein Aspektverhältnis eines jeweiligen Stegs 70, d.h. ein Verhältnis b/l, kann zum Beispiel mindestens 2 betragen, insbesondere mindestens 3, weiter insbesondere zwischen 3 und 10.A length E of the plate forming the capacitor body 58 according to FIG. 5 may, for example, be in a range between 5 mm and 15 mm, for example 8 mm. For example, a width L of the wafer may be in a range between 2 mm and 8 mm, for example 4 mm. A length b of a respective web 70 may, for example, be in the range between 0.5 mm and 3 mm, in particular between 1 mm and 2 mm. A width I of a respective web 70 may be, for example, a few tenths of a millimeter, for example between 0.2 mm and 0.8 mm. An aspect ratio of a respective ridge 70, i. a ratio b / l may be, for example, at least 2, in particular at least 3, more particularly between 3 and 10.

Anschaulich vereinigt das beschriebene Ausführungsbeispiel die Vorteile von Figur 4A und Figur 4B mit einem allerdings gegenüber Figur 4A signifikant verringertem mechanischen Aufwand. Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 hat einerseits den Vorteil, dass die im Betrieb starre Elektrode 68 bei Einwirkung einer Kraft durch den Koppelkörper 76 im Wesentlichen translatorisch und stark verschoben wird, was zu einer sehr hohen Empfindlichkeit führt. Gleichzeitig führt die elastische Biegefähigkeit bzw. im Betrieb erfolgende Deformation der Stege 70 dazu, dass es schon bei kleinen einwirkenden Kräften auf den Koppelkörper 76 zu einer signifikanten Deformation der Stege 70 und in der Folge zu einer signifikanten Auslenkung der Elektrode 68, mithin zu einem großen Sensorsignal kommt. Der gemäß Figur 5 membranartig ausgebildete Kondensatorkörper 58 ist also derart konfiguriert, dass bei einer Deformation infolge einer Bewegung des Sondenkörpers 7 ein erster, gemäß Figur 5 innerer bzw. zentraler, Bereich der Membran 72 weniger belastet wird als ein zweiter, gemäß Figur 5 äußerer, Bereich der Membran. Der erste Bereich der Membran wird bei einer Bewegung des Sondenkörpers 7 im Wesentlichen parallel zu den in Figur 5 nicht gezeigten und in Ebenen oberhalb bzw. unterhalb der Papierebene gemäß Figur 5 angeordneten starren Kondensatorkörpern 54, 56 bleiben. Anders ausgedrückt ist der membranartige Kondensatorkörper 58 gemäß Figur 5 ausgebildet, dass bei einer Deformation infolge einer Bewegung des Sondenkörpers 7 der erste Bereich der Membran mit einer verglichen mit dem zweiten Bereich der Membran höheren Steifigkeit im Wesentlichen parallel zu den starren Kondensatorkörpern 54, 56 bleibt.Illustratively, the exemplary embodiment described combines the advantages of FIG. 4A and FIG. 4B with a significantly reduced mechanical outlay compared to FIG. 4A. The embodiment according to FIG. 5 on the one hand has the advantage that the electrode 68, which is rigid during operation, is displaced substantially translationally and strongly when a force is applied by the coupling body 76, which leads to a very high sensitivity. At the same time, the elastic bending capability or deformation of the webs 70 during operation leads to a significant deformation of the webs 70 even with small forces acting on the coupling body 76 and consequently to a significant deflection of the electrode 68, and consequently to a large deflection Sensor signal comes. The condenser body 58 of a membrane-like design according to FIG. 5 is thus configured in such a way that upon deformation as a result of a movement of the probe body 7, a first region of the membrane 72, which is inner or central according to FIG. 5, is subjected to less stress than a second outer, according to FIG. Area of the membrane. During a movement of the probe body 7, the first region of the membrane will remain substantially parallel to the rigid capacitor bodies 54, 56 not shown in FIG. 5 and arranged in planes above or below the plane of the paper according to FIG. In other words, the membrane-like capacitor body 58 according to FIG. 5 is designed so that, when deformed as a result of movement of the probe body 7, the first region of the membrane remains substantially parallel to the rigid capacitor bodies 54, 56 with a higher rigidity compared to the second region of the membrane.

Um die beschriebenen Vorteile des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 5 zu erreichen, werden die beiden Aufgaben, welche gemäß Figur 4B die Membran 72 erfüllt (nämlich mechanische Führung und Bilden einer Elektrodenfläche), getrennt. Die Stege 70 gemäß Figur 5 werden wie die Membran 72 gemäß Figur 4B im Betrieb elastisch verformt und fungieren auf diese Weise als Führung für die Elektrodenfläche der im Betrieb starren Elektrode 68. Mit Vorteil sind die Stege 70 aber flächenmäßig so klein, dass sie nur einen geringen Beitrag zurIn order to achieve the described advantages of the exemplary embodiment according to FIG. 5, the two tasks which according to FIG. 4B fulfill the membrane 72 (namely mechanical guidance and forming an electrode surface) are separated. The webs 70 according to FIG. 5, like the membrane 72 according to FIG. 4B, are elastically deformed during operation and in this way act as guides for the electrode surface of the electrode 68 which is rigid during operation. Advantageously, however, the webs 70 are so small in terms of area that they only have one low contribution to

Kapazität des jeweiligen Kondensators Ci, C2 liefern. Alternativ könnten die entsprechenden Gegenflächen zu den Stegen 70 auf den Außenelektroden (d.h. den starren Kondensatorkörpern 54, 56) komplett ausgenommen werde. In diesem Ausführungsbeispiel tragen die Stege 70 mit Vorteil kaum zur Kapazität bei. Die Elektrodenfläche der im Betrieb starren Elektrode 68 ist gemäß Figur 5 kaum mehr mit der Aufhängung des Membranabschnitts verbunden. Folglich ist ihre Durchbiegung deutlich reduziert, wodurch wiederum die Empfindlichkeit erhöht ist. Je steifer die Elektrodenfläche der im Betrieb starren Elektrode 68 in Bezug auf die Stege 70 ist, desto ebener bleibt sie und desto höher ist die Empfindlichkeit.Capacity of the respective capacitor Ci, C2 supply. Alternatively, the respective mating surfaces could be completely removed from the lands 70 on the outer electrodes (i.e., the rigid capacitor bodies 54, 56). Advantageously, in this embodiment, the webs 70 hardly contribute to the capacity. The electrode surface of the rigid electrode 68 in operation is hardly connected to the suspension of the membrane section according to FIG. Consequently, their deflection is significantly reduced, which in turn increases the sensitivity. The stiffer the electrode surface of the rigid electrode 68 in operation with respect to the webs 70, the more level it remains and the higher the sensitivity.

Figur 6 zeigt einen gegenüber zwei starren Kondensatorkörpern 54, 56 teils parallel verschobenen und teils bauchartig ausgelenkten beweglichen Kondensatorkörper 58 einer Wegmessvorrichtung 50 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Anschaulich stellt Figur 6 dar, dass sich die Stege 70 bei Einwirkung einer Kraft wie Membran 72 gemäß Figur 4B verhalten, wohingegen sich die starre Elektrode 68 bei Einwirkung einer Kraft entsprechend Figur 4A verhält.FIG. 6 shows a movable capacitor body 58 of a path measuring device 50, which is displaced partly parallel to one another and partly deflected like a bell, in relation to two rigid capacitor bodies 54, 56 according to an exemplary embodiment of the invention. Illustratively, FIG. 6 shows that the webs 70 behave when subjected to a force such as diaphragm 72 according to FIG. 4B, whereas the rigid electrode 68 behaves when a force acts as shown in FIG. 4A.

Figur 7 zeigt eine dreidimensionale Darstellung einer Wegmessvorrichtung 50 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Figur 7 ist insbesondere zu entnehmen, dass Anregungssignals an die starrenFIG. 7 shows a three-dimensional representation of a path measuring device 50 according to an exemplary embodiment of the invention. In particular, FIG. 7 shows that the excitation signal is applied to the rigid ones

Kondensatorkörper 54, 56 an einer ersten Seite (gemäß Figur 7 auf der linken Seite) der Kondensatorkörper 54, 56, 58 angelegt werden, wofür Zuführkabel 91 eingesetzt werden. In entsprechender Weise werden die elektrischen Signale, die dann von der Erfasseinrichtung 60 erfasst und von der Ermittlungseinrichtung 62 ausgewertet werden, von dem genau teilweise deformierbarenCapacitor 54, 56 on a first side (according to Figure 7 on the left side) of the capacitor body 54, 56, 58 are applied, for which supply cable 91 are used. In a corresponding manner, the electrical signals which are then detected by the detection device 60 and evaluated by the determination device 62, of the exactly partially deformable

Kondensatorkörper 58 an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite (gemäß Figur 7 auf der rechten Seite) mittels eines Abnahmekabels 93 abgenommen. Auf diese Weise werden die Zuführkabel 91 gegenüber dem Abnahmekabel 93 räumlich entkoppelt. Dies reduziert eine parasitäre Kapazität, welche die Zuführkabel 91 und das Abnahmekabel 93 miteinander bilden können.Capacitor body 58 on one of the first side opposite second side (according to Figure 7 on the right side) removed by means of a removal cable 93. In this way, the supply cable 91 are spatially decoupled from the removal cable 93. This reduces a parasitic capacitance which the feed cables 91 and the take-off cable 93 can form together.

Insbesondere kann auf diese Weise eine unerwünschte parasitäre Überkopplung von den Zuführkabeln 91 bzw. dem Abnahmekabel 93 auf die Kondensatorkörper 54, 56, 58 vermieden oder zumindest stark unterdrückt werden.In particular, unwanted parasitic coupling of the feeder cables 91 and / or the removal cable 93 to the capacitor bodies 54, 56, 58 can be avoided or at least greatly suppressed in this way.

Um also ein ungewolltes Übersprechen von Anregungssignalen und dem Sensorsignal gering zu halten bzw. ggf. sogar zu minimieren, sind gemäß Figur 7 auf einer Seite des Sensors die Platten A und C mit dem Anregungssignal und auf der anderen Seite die Platte B mit dem Eingang eines in Figur 8 dargestellten Transimpedanzverstärkers 35 verbunden. Um eine sehr kompakte Bauform zu erzielen, können die Kabel 91, 93 auf der Platinenstirnseite durch Anbringung einer Kantenmetallisierung verlötet werden. Der Lagenaufbau der Platine kann als Starrflex-Kombination ausgebildet sein, wodurch eine optimale Anpassung an die vorgegebenen Strukturen erfolgen kann.In order to keep an unwanted crosstalk of excitation signals and the sensor signal low or possibly even minimize, according to Figure 7 on one side of the sensor, the plates A and C with the excitation signal and on the other side the plate B with the input of a connected in Figure 8 transimpedance amplifier 35 shown. In order to achieve a very compact design, the cables can be soldered 91, 93 on the board front side by attaching a Kantenmetallisierung. The layer structure of the board can be designed as a rigid-flex combination, whereby an optimal adaptation to the given structures can take place.

Figur 8 zeigt eine Auswerteschaltung mit einer Anregungsquelle 75, einer Erfasseinrichtung 60 und einer Ermittlungseinrichtung 62 einer Wegmessvorrichtung 50 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.FIG. 8 shows an evaluation circuit with an excitation source 75, a detection device 60 and a detection device 62 of a path measuring device 50 according to an exemplary embodiment of the invention.

Eine die Signalgenerierung und Signalauswertung steuernde Steuereinrichtung 37 kann zum Beispiel als elektronischer Chip (zum Beispiel ein FPGA, Field Programmable Gate Array, oder ein DSP, digitaler Signalprozessor) ausgebildet sein. Der Steuereinrichtung 37 wird mittels einer Taktquelle 39 ein Takt vorgegeben. Dieses Taktsignal wird einer Signalquelle 74 sowie einem Block 41 zugeführt, der einen synchronen Demodulator sowie Filter aufweisen kann.A control device 37 controlling the signal generation and signal evaluation can be embodied, for example, as an electronic chip (for example an FPGA, Field Programmable Gate Array, or a DSP, digital signal processor). The control device 37 is given a clock by means of a clock source 39. This clock signal is supplied to a signal source 74 and a block 41, which may have a synchronous demodulator and filters.

Die Signalquelle 74 kann zum Beispiel ein sinusförmiges Signal mit einer definierten Phasenverschiebung generieren. Außerdem bildet ein Amplituden-und Phasenmodul 43 Teil der Steuereinrichtung 37.The signal source 74 may, for example, generate a sinusoidal signal with a defined phase shift. In addition, an amplitude and phase module 43 forms part of the control device 37.

Ein von der Signalquelle 74 erzeugtes Signal wird einem Digitalanalogwandler (DAC) 31 und nachfolgend einem Verstärker 45 zugeführt. Ein Ausgangssignal des Verstärkers 45 wird zwei Verstärkern 47, 49 zugeführt, die zueinander inverse Signale generieren. Anschaulich können die Verstärker 47, 49 zueinander gegenphasige Signale erzeugen (zum Beispiel sinusförmigeA signal generated by the signal source 74 is supplied to a digital to analogue converter (DAC) 31 and subsequently to an amplifier 45. An output signal of the amplifier 45 is supplied to two amplifiers 47, 49 which generate mutually inverse signals. Illustratively, the amplifiers 47, 49 can generate signals in phase opposition to one another (for example sinusoidal signals)

Signale mit einer Phasenverschiebung von 180° zueinander). Diese elektrischen Signale werden dem Zwei-Kanal DAC 33 zugeführt, um eine Anpassung der Amplituden durchzuführen. Anschließend erfolgt in jedem der beiden Pfade eine weitere Verstärkung mittels Verstärkern 51, 53.Signals with a phase shift of 180 ° to each other). These electrical signals are supplied to the two-channel DAC 33 to perform an adjustment of the amplitudes. Subsequently, a further amplification by means of amplifiers 51, 53 takes place in each of the two paths.

Die elektrische Anregungsquelle 75 wird durch die Komponenten mit dem Bezugszeichen 39, 74, 31, 45, 47, 49, 33, 51 und 53 gebildet, wie Figur 8 schematisch dargestellt.The electrical excitation source 75 is formed by the components with the reference numerals 39, 74, 31, 45, 47, 49, 33, 51 and 53, as shown schematically in FIG.

Die Ausgangssignale der Verstärker 51, 53 werden den beiden in Figur 2 mit Ci (gebildet zwischen Platten A und B) und C2 (gebildet zwischen Platten B und C) bezeichneten Kondensatoren zugeführt (dabei entspricht der Kondensator Ci gemäß Figur 2 in Figur 8 dem Kondensator Cp(t) und entspricht der Kondensator C2 gemäß Figur 2 in Figur 8 dem Kondensator Cn(t)). Idealerweise fließen durch Kondensator Cp(t) und durch Kondensator Cn(t) im kraftfreien Zustand gleiche Ströme mit verschiedenen Vorzeichen, die sich an einer Vereinigungsstelle gegenseitig auslöschen. Generiert eine Verschiebeeinrichtung 80 eine über einen Koppelkörper 76 auf den Kondensatorkörper 58 einwirkende Kraft, so wird das System aus Kondensator Cp(t) und Kondensator Cn(t) verstimmt, und es kann ein für eine zugehörige Weginformation charakteristischer Strom an dem Kondensatorkörper 58 abgenommen werden. Sollten die Kondensatoren Cp(t) und Cn(t) im kraftfreien Zustand gegeneinander leicht verstimmt sein, kann dies optional durch Konfiguration der Konstituenten DAC1, DAC2 des Zwei-Kanal DAC 33 ausgeglichen werden.The output signals of the amplifiers 51, 53 are fed to the two capacitors indicated in FIG. 2 by Ci (formed between plates A and B) and C2 (formed between plates B and C) (the capacitor Ci according to FIG. 2 in FIG. 8 corresponds to the capacitor Cp (t) and corresponds to the capacitor C2 of Figure 2 in Figure 8 the capacitor Cn (t)). Ideally, through the capacitor Cp (t) and through the capacitor Cn (t) in the power-free state, identical currents with different signs, which cancel each other out at a junction, flow. If a displacement device 80 generates a force acting on the capacitor body 58 via a coupling body 76, the system of capacitor Cp (t) and capacitor Cn (t) is detuned, and a current characteristic of an associated displacement information can be taken from the capacitor body 58 , If the capacitors Cp (t) and Cn (t) are slightly out of tune with each other in the off-state, this may optionally be compensated by configuring the constituents DAC1, DAC2 of the two-channel DAC 33.

Ein mittels des Abnahmekabels 93 von dem deformierbaren Kondensatorkörper 58 abgenommenes elektrisches Signal wird dann dem Transimpedanzverstärker 35 zugeführt, welcher der Erfasseinrichtung 60 zugeordnet werden kann. Dessen Ausgangssignal wird von einem (oder mehreren) weiteren Verstärker 55 verstärkt und einem Analogdigitalwandler 57 zugeführt. Anschaulich kann der Verstärker 55 das Ausgangssignal auf den Analogdigitalwandler 57 anpassen. Dessen Ausgangssignal wird dem Block 41 übermittelt. Block 41 multipliziert das Ausgangssignal des Analogdigitalwandlers 57 mit einem Steuersignal, welches die Signalquelle 74 erzeugt. EinAn electrical signal taken from the deformable capacitor body 58 by means of the removal cable 93 is then supplied to the transimpedance amplifier 35, which can be assigned to the detection device 60. Its output signal is amplified by one (or more) further amplifier 55 and fed to an analog-to-digital converter 57. Illustratively, the amplifier 55 can adapt the output signal to the analog-to-digital converter 57. Its output signal is transmitted to the block 41. Block 41 multiplies the output of analog-to-digital converter 57 by a control signal which generates signal source 74. One

Ausgangssignal von Block 41 kann dem Amplituden- und Phasenmodul 43 und von dort einer Sensorausgabeeinheit 59 zugeführt werden. Alternativ kann ein Ausgabesignal von Block 41 auch direkt der Sensorausgabeeinheit 59 bereitgestellt werden. An einer Kalibriereinheit 61 kann eine Berechnung des Sensorausgangssignals zu einem Wegnormal vorgenommen werden, sodass an einem Sensorausgang 63 ein Ausgangssignal (zum Beispiel in Mikrometer) bereitgestellt sein kann, das der Weginformation bzw. der Vertikalposition des Sondenkörpers 7 entspricht. Blöcke 41, 43, 59, 61 und 63 können der Ermittlungseinrichtung 62 zugeordnet werden.Output from block 41 may be supplied to the amplitude and phase module 43 and from there to a sensor output unit 59. Alternatively, an output signal from block 41 may also be provided directly to the sensor output unit 59. At a calibration unit 61, a calculation of the sensor output signal to a path normal can be made, so that at an output sensor 63, an output signal (for example, in microns) may be provided, which corresponds to the path information or the vertical position of the probe body 7. Blocks 41, 43, 59, 61 and 63 may be assigned to the determination device 62.

Sowohl die Erzeugung des Anregungssignals als auch die Auswertung des Sensorsignals erfolgt digital in der Steuereinrichtung 37. Die digitale Signalerzeugung in der Steuereinrichtung 37 liefert ein sinusförmiges Anregungssignal zum DAC 31 und zwei weitere sinusförmige Signale mit exakt der gleichen Frequenz (Ä(t), Ä90°(t)) und einer beliebigen Phasenverschiebung φ0 zu einem Dual Lock-In in Form von Block 41, welcher im Wesentlichen aus zwei Synchrondemodulatoren (Mixern) und digitalen Filterstufen gebildet sein kann.Both the generation of the excitation signal and the evaluation of the sensor signal is digital in the control device 37. The digital signal generation in the control device 37 delivers a sinusoidal excitation signal to the DAC 31 and two further sinusoidal signals with exactly the same frequency (λ (t), λ90 ° (t)) and an arbitrary phase shift φ0 to a dual lock-in in the form of block 41, which may be formed essentially of two synchronous demodulators (mixers) and digital filter stages.

Das sinusförmige Anregungssignal wird vom DAC 31 in ein elektrisches Signal umgewandelt und durch eine entsprechende Verstärkerschaltung für den DAC2 um 180° phasenverschoben. DAC1 und DAC2, welche sich bevorzugt im gleichen IC-Gehäuse befinden können, passen die Amplituden der beiden Anregungssignale so an, dass der Sensor in seinem gewünschten Arbeitspunkt betrieben werden kann.The sinusoidal excitation signal is converted by the DAC 31 into an electrical signal and phase-shifted by a corresponding amplifier circuit for the DAC2 by 180 °. DAC1 and DAC2, which may preferably be in the same IC package, adjust the amplitudes of the two excitation signals so that the sensor can be operated at its desired operating point.

Eine mögliche Variation kann wie folgt ausgebildet werden: DAC 31 entfällt, DAC1 und DAC2 stellen nicht nur eine Verstärkung ein, sondern erzeugen das zeitlich veränderliche, sinusförmige Anregungssignal direkt. Vorteilhaft sind dabei die thermische Kopplung und die Verwendung einer gemeinsamen Spannungsreferenz.One possible variation can be made as follows: DAC 31 is eliminated, DAC1 and DAC2 not only provide gain but directly generate the time-varying sinusoidal excitation signal. The thermal coupling and the use of a common voltage reference are advantageous.

Durch die Verschiebung der Platte B gegenüber Platten A, C wird ein moduliertes Stromsignal durch den Transimpedanzverstärker 35 (TIA) in einBy shifting the disk B relative to disks A, C, a modulated current signal through the transimpedance amplifier 35 (TIA) becomes

Spannungssignal umgewandelt. Eine oder mehrere nachgeschalteteConverted voltage signal. One or more downstream

Verstärkerschaltungen (siehe Bezugszeichen 55) sorgen für eineAmplifier circuits (see reference numeral 55) provide for a

Hochpassfilterung und eine Anpassung an einen Eingangsspannungsbereich des ADCs 57.High pass filtering and matching to an input voltage range of the ADC 57.

Die digitalen Rohdaten vom Analogdigitalwandler 57 werden im Dual Lock-In Modul (siehe Block 41) synchron demoduliert und tiefpassgefiltert, wodurch die Signale ALp,i=uAdc*ä, ALp,q= Uadc*Ä90° erhalten werden. Die Signale ALp,i und ALp,q (in-phase und quadrature-phase) können direkt und/oder durch Bildung von Amplitude und Phase weiterverarbeitet werden. Die Amplitude errechnet sich dabei aus R=(ALp,i 2+ ALp,q2)1/2 und die Phase aus θ= atan2(ALp,Q,ALp,i). Sowohl die Signale ALp,i und ALp,q sowie die Amplitude R sind dabei ein Maß für die Verschiebung der Platte B zu den Platten A und C. Für eine Kalibrierung können diese Signale mit einem Normal en(t) verglichen werden. Normal en(t) kann dafür zum Beispiel mit einem Interferometer vermessen werden, oder es erfolgt eine präzise Vorgabe von en(t) durch eine Nanopositioniereinrichtung. Für eine besonders gute Leistungsfähigkeit ist es von Vorteil, eine gemeinsame, thermisch stabile und langzeitstabile, jitter-arme Taktquelle 39 zu verwenden, von welcher alle weiteren Takte abgeleitet werden. Dies stellt eine einwandfreie Funktion der Synchrondemodulation sicher.The digital raw data from the analog-to-digital converter 57 is synchronously demodulated in the dual lock-in module (see block 41) and low-pass filtered, whereby the signals ALp, i = uAdc * a, ALp, q = Uadc * Ä90 ° are obtained. The signals ALp, i and ALp, q (in-phase and quadrature-phase) can be further processed directly and / or by forming amplitude and phase. The amplitude is calculated from R = (ALp, i2 + ALp, q2) 1/2 and the phase from θ = atan2 (ALp, Q, ALp, i). Both the signals ALp, i and ALp, q and the amplitude R are a measure of the displacement of the disk B to the plates A and C. For calibration, these signals can be compared with a normal en (t). For example, normal en (t) can be measured with an interferometer, or a precise specification of en (t) by a nanopositioning device is carried out. For a particularly good performance, it is advantageous to use a common, thermally stable and long-term stable, jitter-poor clock source 39, from which all other clocks are derived. This ensures a proper function of the synchronous demodulation.

Figur 9 zeigt eine Prinzipdarstellung einer elektronischen Schaltung samt Auswertelogik einer Wegmessvorrichtung 50 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Auswertung der Messung erfolgt gemäß Figur 9 und Figur 8 nach dem Verfahren der synchronen Demodulation. Das Endprodukt der Berechnung gemäß Figur 9 ist das Ausgangs-(Spannungs-)Signal Alp (t). Über eine Kalibration, die beispielsweise mittels eines Interferometers oder über eine präzise Vorgabe durch eine Nanopositionier-einrichtung erfolgt, kann daraus eine Weglänge errechnet werden. In Figur 9 sind noch eine Summiereinheit 65, eine Multipliziereinheit 67 sowie ein Tiefpassfilter 69 dargestellt.FIG. 9 shows a schematic diagram of an electronic circuit including evaluation logic of a path measuring device 50 according to an exemplary embodiment of the invention. The evaluation of the measurement takes place according to FIG. 9 and FIG. 8 according to the method of synchronous demodulation. The final product of the calculation according to FIG. 9 is the output (voltage) signal Alp (t). A path length can be calculated from this by means of a calibration, which is effected for example by means of an interferometer or via a precise specification by a nanopositioning device. FIG. 9 also shows a summation unit 65, a multiplication unit 67 and a low-pass filter 69.

Im Weiteren wird eine Herleitung mathematischer Zusammenhänge einer differentiellen kapazitiven Wegmessvorrichtung 50 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierfür werden folgende Annahmen getroffen: HTiA(jcü)-HVA(jcü)=G=const. DCoffset=0A derivation of mathematical relationships of a differential capacitive displacement measuring device 50 according to an exemplary embodiment of the invention will be described below. The following assumptions are made for this: HTiA (jcü) -HVA (jcü) = G = const. DCoffset = 0

Mit anderen Worten wird angenommen, dass das Produkt der Übertragungsfunktionen des Transimpedanzverstärkers 35 (HtiaGco)) und des Verstärkers 55 (HVA(jco)) einen konstanten Wert G annehmen und somit keine Funktion der Frequenz sind. Außerdem wird davon ausgegangen, dass es keine Offsetspannung gibt.In other words, it is assumed that the product of the transfer functions of the transimpedance amplifier 35 (HtiaGco)) and the amplifier 55 (HVA (jco)) assume a constant value G and are therefore not a function of the frequency. In addition, it is assumed that there is no offset voltage.

Der Ausgangsstrom iou-r(t) ergibt sich zu: iouT(t)=ip(t)-iN(t)=d/dt(cP(t)-up(t))-d/dt(CN(t)-UN(t)) up(t) und Uhi(t) sind die elektrischen Anregungssignale der beiden Kondensatoren: up(t) = UPsin (cot) UN(t) = UNsin (cot)The output current iou-r (t) results in: iouT (t) = ip (t) -iN (t) = d / dt (cP (t) -up (t)) -d / dt (CN (t) -UN (t)) up (t) and Uhi (t) are the electrical excitation signals of the two capacitors: up (t) = UPsin (cot) UN (t) = UNsin (cot)

Cp(t) und Chi(t) entsprechen dem jeweiligen Kapazitätswert zum Zeitpunkt t: cP(t)=e AP/(dp+e(t)) cN(t)=e AN/(dN-e(t))Cp (t) and Chi (t) correspond to the respective capacitance value at time t: cP (t) = e AP / (dp + e (t)) cN (t) = e AN / (dN-e (t))

Hierbei steht ε für die elektrische Permittivität, A für die aktive Fläche eines jeweiligen Plattenkondensators und d für den Abstand der Platten A, B bzw. B, C. e(t) bezeichnet die mechanische Verschiebung der mittleren Platte B.Here, ε stands for the electrical permittivity, A for the active area of a respective plate capacitor and d for the spacing of the plates A, B or B, C. e (t) denotes the mechanical displacement of the middle plate B.

Das Referenzsignal λ(ί,φ0) ist folgendermaßen definiert: Ä(t,(p0)=sin(cüt+(p0)The reference signal λ (ί, φ0) is defined as follows: Ä (t, (p0) = sin (cüt + (p0)

Das Analysesignal A(t) ergibt sich aus der Multiplikation von UADc(t) mit dem Referenzsignal λ(ί,φ0): A(t)=uADc(t)-Ä(t,(po)=iouT(t) G-sin(cot+(po)The analysis signal A (t) results from the multiplication of UADc (t) with the reference signal λ (ί, φ0): A (t) = uADc (t) -Δ (t, (po) = iouT (t) G- sin (cot + (po)

Unter Berücksichtigung einiger trigonometrischer Zusammenhänge und der anschließenden Tiefpassfilterung (idealer Tiefpass mit einer unendlich hohen Dämpfung im Sperrbereich oberhalb der Grenzfrequenz ω) kann gezeigt werden dass:Taking into account a few trigonometric relationships and the subsequent low-pass filtering (ideal low-pass filter with an infinitely high attenuation in the stopband above the cut-off frequency ω) it can be shown that:

ALp(t) = [l/2piCOs((po)+l/2cop2COs((po)] GALp (t) = [1 / 2piCOs ((po) + 1 / 2cop2COs ((po)] G

Pi = Cp'(t) Up-Ci\i'(t) Un P2=Cp(t) Up-Ci\i(t) UnPi = Cp '(t) Up-Ci \ i' (t) Un P2 = Cp (t) Up-Ci \ i (t) Un

Cp(t), CN(t) sind die jeweiligen Kapazitätswerte zum Zeitpunkt t und Cp'(t), CN'(t) entsprechen der ersten Ableitung von Cp(t), CN(t) nach der Zeit t.Cp (t), CN (t) are the respective capacitance values at time t and Cp '(t), CN' (t) correspond to the first derivative of Cp (t), CN (t) after time t.

Es ist anzumerken, dass in das Analysesignal ALp(t) auch die Verschiebegeschwindigkeit des Sondenkörpers 7 eingeht. Bevorzugt sollte dieser Einfluss möglichst klein gehalten werden, damit das Wegstreckensignal nicht mit geschwindigkeitsabhängigen Beiträgen beaufschlagt wird. Dies kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, indem das Referenzsignal λ(ί,φ0) entsprechend angepasst wird (insbesondere durch Phasendrehen mittels Einstellens von φ0).It should be noted that the displacement signal of the probe body 7 is also included in the analysis signal ALp (t). Preferably, this influence should be kept as small as possible so that the Wegstreckensignal is not charged with speed-dependent contributions. This can be achieved, for example, by adapting the reference signal λ (ί, φ0) accordingly (in particular by phase-shifting by setting φ0).

Durch Variieren von φ0 unter Rücksichtnahme der Phasenlage der Anregungssignale lässt sich ALp(t) in einen I-Anteil ALp,i(t) (in-phase component) und in einen Q-Anteil ALp,Q(t) (quadrature-phase component) zerlegen.By varying φ0, taking into account the phase position of the excitation signals, ALp (t) can be converted into an I component ALp, i (t) (in-phase component) and a Q component ALp, Q (t) (quadrature-phase component ) disassemble.

Figur 10 zeigt eine Verschiebeeinrichtung 80 zum Verschieben eines Sondenkörpers 7 und eine Wegmessvorrichtung 50 zum Messen einer Wegstrecke einer Verschiebung des Sondenkörpers 7 mittels der Verschiebeeinrichtung 80 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Insbesondere ist in Figur 10 Messsonde 11 dargestellt, die zum rasternden Abtasten der Oberfläche des Probenkörpers 6 eingerichtet ist. Die Messsonde 11 ist gebildet aus Sondenkörper 7 und Messspitze 5. Eine mit Vorteil als Piezo-Aktuator ausgebildete Verschiebeeinrichtung 80 dient zum Verschieben des Sondenkörpers 7 und ist sowohl mit dem Sondenkörper 7 als auch mit der Wegmessvorrichtung 50 starr gekoppelt ist. Sowohl die Verschiebeeinrichtung 80 als auch die Wegmessvorrichtung 50 können an einem Gehäuse 71 montiert sein. Wird mittels der Verschiebeeinrichtung 80 der Sondenkörper 7 zu einer zu vermessenen Probe 6 hin verschoben oder von dieser entfernt, führt aufgrund der starren Kopplung der Verschiebeeinrichtung 80 mit dem Sondenkörper 7 und mit der Wegmessvorrichtung 50 dies auch zu einer entsprechenden Verschiebung des Koppelkörpers 76. Der Koppelkörper 76 deformiert daraufhin den zumindest teilweise deformierbaren Kondensatorkörper 58 der Wegmessvorrichtung 50. Diese Deformation wird kapazitiv erfasst und ausgewertet und erlaubt einen quantitativen Rückschluss auf Weginformation des Sondenkörpers 7, zum Beispiel den Verschiebeweg bzw. die Position des Sondenkörpers 70 in z-Richtung, d.h. in gemäß Figur 10 vertikaler Richtung. Genauer gesagt ist gemäß Figur 10 die Wegmessvorrichtung 50 zum Messen einer Weginformation des Sondenkörpers 7 in einer vertikalen Richtung bzw. senkrecht zu einer im Wesentlichen horizontalen Abtastebene ausgebildet und angeordnet.FIG. 10 shows a displacement device 80 for displacing a probe body 7 and a displacement measuring device 50 for measuring a displacement of a displacement of the probe body 7 by means of the displacement device 80 according to an exemplary embodiment of the invention. In particular, measuring probe 11 is shown in FIG. 10, which is set up to scan the surface of specimen body 6 in a scanning manner. The measuring probe 11 is formed from probe body 7 and measuring tip 5. A displacing device 80, which is advantageously designed as a piezoactuator, serves to displace the probe body 7 and is rigidly coupled both to the probe body 7 and to the displacement measuring device 50. Both the displacement device 80 and the path measuring device 50 may be mounted on a housing 71. If, by means of the displacement device 80, the probe body 7 is displaced toward or removed from a sample 6 to be measured, this results in a corresponding displacement of the coupling body 76 due to the rigid coupling of the displacement device 80 to the probe body 7 and to the displacement measuring device 50 76 deforms thereupon the at least partially deformable capacitor body 58 of the path measuring device 50. This deformation is capacitively detected and evaluated and allows a quantitative inference to path information of the probe body 7, for example, the displacement or the position of the probe body 70 in the z-direction, ie in according to Figure 10 vertical direction. More specifically, as shown in FIG. 10, the path measuring device 50 for measuring path information of the probe body 7 is formed and arranged in a vertical direction and perpendicular to a substantially horizontal scanning plane, respectively.

Exemplarische Anwendungsfelder der Wegmessvorrichtung 50 sind beispielsweise ein Einsatz als Wegmesssystem zur Bestimmung der vertikalen Verschiebung des Sondenkörpers 7 in einem Rasterkraftmikroskop 1.Exemplary application fields of the path measuring device 50 are, for example, an insert as a displacement measuring system for determining the vertical displacement of the probe body 7 in an atomic force microscope 1.

Figur 11 zeigt einen teils deformierbaren bzw. teils translatorisch beweglichen Kondensatorkörper 58 mit starrer Elektrode 68 und biegbaren Stegen 70 einer Wegmessvorrichtung 50 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Betriebszustand, in dem die Stege 70 nicht verbogen sind. Figur 12 zeigt den beweglichen Kondensatorkörper 58 gemäß Figur 11 in einem anderen Betriebszustand, in dem die Stege 70 verbogen sind. Gemäß Figur 11 und Figur 12 ist die Mittenelektrode bzw. der Kondensatorkörper 58 in Führungsstege (siehe Bezugszeichen 70) und Elektrodenfläche (siehe Bezugszeichen 68) unterteilt. Figur 11 und Figur 12 vergleichen die relative Lage der Stege 70 und der Elektrode 68 im Grundzustand (siehe Figur 11) und bei Auslenkung (siehe Figur 12) in stark übertriebenem Maßstab.FIG. 11 shows a partially deformable or partially translationally movable capacitor body 58 with a rigid electrode 68 and bendable webs 70 of a path measuring device 50 according to an exemplary embodiment of the invention in an operating state in which the webs 70 are not bent. FIG. 12 shows the movable capacitor body 58 according to FIG. 11 in another operating state in which the webs 70 are bent. According to FIG. 11 and FIG. 12, the center electrode or the capacitor body 58 is subdivided into guide webs (see reference numeral 70) and electrode surface (see reference numeral 68). FIG. 11 and FIG. 12 compare the relative position of the webs 70 and the electrode 68 in the ground state (see FIG. 11) and on deflection (see FIG. 12) to a greatly exaggerated scale.

Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „aufweisend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine" oder „ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.In addition, it should be noted that "having" does not exclude other elements or steps and "a" or "an" does not exclude a multitude. "It should also be noted that features or steps described with reference to one of the above embodiments also can be used in combination with other features or steps of other embodiments described above, and reference signs in the claims are not intended to be limiting.

Claims (23)

Patentansprücheclaims 1. Kapazitive Wegmessvorrichtung (50) zum Messen einer Weginformation eines Sondenkörpers (7), insbesondere für ein Rastersondenmikroskop (1), wobei die Wegmessvorrichtung (50) aufweist: zwei zumindest teilweise elektrisch leitfähige, starre und in ihrer relativen Lage zueinander unveränderliche Kondensatorkörper (54, 56); einen elektrisch leitfähigen und zumindest teilweise deformierbaren Kondensatorkörper (58), der zwischen den starren Kondensatorkörpern (54, 56) angeordnet und eingerichtet ist, bei Bewegung des Sondenkörpers (7) deformiert zu werden; eine Erfasseinrichtung (60) zum Erfassen elektrischer Signale an zumindest einem der Kondensatorkörper (54, 56, 58); eine Ermittlungseinrichtung (62) zum Ermitteln einer für die Weginformation des Sondenkörpers (7) indikativen Information basierend auf den erfassten elektrischen Signalen.Capacitive path measuring device (50) for measuring path information of a probe body (7), in particular for a scanning probe microscope (1), wherein the path measuring device (50) comprises: two at least partially electrically conductive, rigid and in their relative position mutually unchangeable capacitor body (54 , 56); an electrically conductive and at least partially deformable capacitor body (58) disposed between the rigid capacitor bodies (54, 56) and arranged to be deformed upon movement of the probe body (7); a detection device (60) for detecting electrical signals at at least one of the capacitor bodies (54, 56, 58); a determination device (62) for determining information indicative of the path information of the probe body (7) based on the detected electrical signals. 2. Wegmessvorrichtung (50) gemäß Anspruch 1, wobei die starren Kondensatorkörper (54, 56) und der zumindest teilweise deformierbare Kondensatorkörper (58) in einem kraftfreien Zustand parallel zueinander angeordnet sind.2. path measuring device (50) according to claim 1, wherein the rigid capacitor body (54, 56) and the at least partially deformable capacitor body (58) are arranged in a power-free state parallel to each other. 3. Wegmessvorrichtung (50) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei zumindest einer der starren Kondensatorkörper (54, 56) ein elektrisch isolierendes Substrat (64) und eine darauf abgeschiedene Elektrode (66) aufweist.The path measuring device (50) according to claim 1 or 2, wherein at least one of said rigid capacitor bodies (54, 56) comprises an electrically insulating substrate (64) and an electrode (66) deposited thereon. 4. Wegmessvorrichtung (50) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der elektrisch leitfähige und zumindest teilweise deformierbare Kondensatorkörper (58) eine im Betrieb zumindest teilweise nicht deformierte Elektrode (68) und einen sich daran anschließenden und im Betrieb gebogenen Bereich, insbesondere im Betrieb gebogene Stege (70), aufweist.4. path measuring device (50) according to one of claims 1 to 3, wherein the electrically conductive and at least partially deformable capacitor body (58) during operation at least partially undeformed electrode (68) and an adjoining and bent in operation area, in particular in Operation curved webs (70), comprising. 5. Wegmessvorrichtung (50) gemäß Anspruch 4, wobei eine Fläche der Elektrode (68) mindestens das dreifache, insbesondere mindestens das fünffache, einer Fläche eines jeweiligen der Stege (70) beträgt.5. A distance measuring device (50) according to claim 4, wherein a surface of the electrode (68) is at least three times, in particular at least five times, a surface of a respective one of the webs (70). 6. Wegmessvorrichtung (50) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der zumindest teilweise deformierbare Kondensatorkörper (58) ganz oder teilweise als elastische Membran (72) ausgebildet ist.6. path measuring device (50) according to one of claims 1 to 5, wherein the at least partially deformable capacitor body (58) is wholly or partially formed as an elastic membrane (72). 7. Wegmessvorrichtung (50) gemäß Anspruch 6, wobei die Membran (72) ausgebildet ist, dass bei einer Deformation infolge einer Bewegung des Sondenkörpers (7) ein erster Bereich der Membran (72) weniger belastet wird als ein zweiter Bereich der Membran (72) und der erste Bereich der Membran (72) bei einer Bewegung des Sondenkörpers (7) im Wesentlichen parallel zu den starren Kondensatorkörpern (54, 56) bleibt.7. path measuring device (50) according to claim 6, wherein the membrane (72) is formed such that upon deformation as a result of movement of the probe body (7) a first region of the membrane (72) is less loaded than a second region of the membrane (72 ) and the first region of the membrane (72) remains substantially parallel to the rigid capacitor bodies (54, 56) when the probe body (7) moves. 8. Wegmessvorrichtung (50) gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei die Membran (72) ausgebildet ist, dass bei einer Deformation infolge einer Bewegung des Sondenkörpers (7) ein Membranbereich mit einer verglichen mit einem anderen Membranbereich höherer Steifigkeit im Wesentlichen parallel zu den starren Kondensatorkörpern (54, 56) bleibt.The path measuring device (50) according to claim 6 or 7, wherein the diaphragm (72) is formed so that, when deformed due to movement of the probe body (7), a diaphragm region substantially parallel to the rigid one compared to another diaphragm region of higher rigidity Capacitor bodies (54, 56) remains. 9. Wegmessvorrichtung (50) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der zumindest teilweise deformierbare Kondensatorkörper (58) einstückig und/oder einstoffig ausgebildet ist.9. path measuring device (50) according to one of claims 1 to 8, wherein the at least partially deformable capacitor body (58) is integrally formed and / or einstoffig. 10. Wegmessvorrichtung (50) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der zumindest teilweise deformierbare Kondensatorkörper (58) ausgebildet ist, bei Bewegen des Sondenkörpers (7) in einem Zentralabschnitt des zumindest teilweise deformierbaren Kondensatorkörpers (58) im Wesentlichen deformationsfrei ausgelenkt zu werden und in einem Randbereich des zumindest teilweise deformierbaren Kondensatorkörpers (58) deformiert zu werden.10. path measuring device (50) according to one of claims 1 to 9, wherein the at least partially deformable capacitor body (58) is formed when moving the probe body (7) in a central portion of the at least partially deformable capacitor body (58) to be deflected substantially free of deformation and deformed in an edge region of the at least partially deformable capacitor body (58). 11. Wegmessvorrichtung (50) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Ermittlungseinrichtung (62) zum Ermitteln der für die Weginformation des Sondenkörpers (7) indikativen Information durch synchrone Demodulation eingerichtet ist.11. A distance measuring device (50) according to any one of claims 1 to 10, wherein the determining means (62) for determining the information indicative of the path information of the probe body (7) is arranged by synchronous demodulation. 12. Wegmessvorrichtung (50) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Erfasseinrichtung (60) zum Erfassen der elektrischen Signale in Reaktion auf das Anlegen eines elektrischen Anregungssignals, insbesondere einer jeweiligen elektrischen Spannung, weiter insbesondere erzeugt mittels einer gemeinsamen Signalquelle (74), zwischen einem jeweiligen der starren Kondensatorkörper (54, 56) und dem zumindest teilweise deformierbaren Kondensatorkörper (58) eingerichtet ist.12. path measuring device (50) according to any one of claims 1 to 11, wherein the detecting means (60) for detecting the electrical signals in response to the application of an electrical excitation signal, in particular a respective electrical voltage, further generated in particular by means of a common signal source (74). , between a respective one of the rigid capacitor body (54, 56) and the at least partially deformable capacitor body (58) is arranged. 13. Wegmessvorrichtung (50) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, aufweisend einen Koppelkörper (76), insbesondere einen kugelförmigen Koppelkörper, der in Wirkverbindung mit dem zumindest teilweise deformierbaren Kondensatorkörper (58) und in Wirkverbindung mit dem Sondenkörper (7) steht, sodass bei einer Bewegung des Sondenkörpers (7) der Sondenkörper (7) den Koppelkörper (76) verschiebt und der Koppelkörper (76) den zumindest teilweise deformierbaren Kondensatorkörper (58) deformiert und/oder verschiebt.13. path measuring device (50) according to one of claims 1 to 12, comprising a coupling body (76), in particular a spherical coupling body, which is in operative connection with the at least partially deformable capacitor body (58) and in operative connection with the probe body (7), so upon movement of the probe body (7), the probe body (7) displaces the coupling body (76) and the coupling body (76) deforms and / or displaces the at least partially deformable capacitor body (58). 14. Wegmessvorrichtung (50) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, aufweisend einen jeweiligen Distanzhalter (78, 79) zwischen einem jeweiligen der starren Kondensatorkörper (54, 56) und dem zumindest teilweise deformierbaren Kondensatorkörper (58).14. A distance measuring device (50) according to any one of claims 1 to 13, comprising a respective spacer (78, 79) between a respective one of the rigid capacitor body (54, 56) and the at least partially deformable capacitor body (58). 15. Wegmessvorrichtung (50) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei ein Abstand (D) zwischen den starren Kondensatorkörpern (54, 56) höchstens 700 pm, insbesondere höchstens 500 pm beträgt.15. Distance measuring device (50) according to one of claims 1 to 14, wherein a distance (D) between the rigid capacitor bodies (54, 56) is at most 700 pm, in particular at most 500 pm. 16. Wegmessvorrichtung (50) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei eine Dicke (d) des zumindest teilweise deformierbaren Kondensatorkörpers (58) höchstens 500 pm, insbesondere höchstens 300 pm beträgt.16, path measuring device (50) according to one of claims 1 to 15, wherein a thickness (d) of the at least partially deformable capacitor body (58) is at most 500 pm, in particular at most 300 pm. 17. Wegmessvorrichtung (50) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, die ausgebildet ist, ein Anregungssignal an zumindest einen Teil der Kondensatorkörper (54, 56, 58), insbesondere an die starren Kondensatorkörper (54, 56), an einer ersten Seite der Kondensatorkörper (54, 56, 58) anzulegen und die elektrischen Signale von zumindest einem Teil der Kondensatorkörper (54, 56, 58), insbesondere von dem zumindest teilweise deformierbaren Kondensatorkörper (58), an einer der ersten Seite abgewandten zweiten Seite abzunehmen.17. A distance measuring device (50) according to any one of claims 1 to 16, which is formed, an excitation signal to at least a part of the capacitor body (54, 56, 58), in particular to the rigid capacitor body (54, 56), on a first side of Capacitor body (54, 56, 58) apply and remove the electrical signals from at least a portion of the capacitor body (54, 56, 58), in particular of the at least partially deformable capacitor body (58), on a first side facing away from the second side. 18. Rastersondenmikroskop (1) zum Ermitteln von Oberflächeninformation hinsichtlich eines Probenkörpers (6) mittels rasternden Abtastens einer Oberfläche des Probenkörpers (6), wobei das Rastersondenmikroskop (1) aufweist: einen bewegbaren Sondenkörper (7) mit einer Messspitze (5) zum rasternden Abtasten der Oberfläche des Probenkörpers (6); eine kapazitive Wegmessvorrichtung (50) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 zum Messen einer Weginformation des Sondenkörpers (7).18 scanning probe microscope (1) for determining surface information regarding a sample body (6) by scanning scanning a surface of the sample body (6), wherein the scanning probe microscope (1) comprises: a movable probe body (7) with a measuring tip (5) for scanning scanning the surface of the specimen (6); A capacitive displacement measuring device (50) according to any one of claims 1 to 17 for measuring displacement information of the probe body (7). 19. Rastersondenmikroskop (1) gemäß Anspruch 18, ausgebildet als Rasterkraftmikroskop.19. Scanning probe microscope (1) according to claim 18, designed as an atomic force microscope. 20. Rastersondenmikroskop (1) gemäß Anspruch 18 oder 19, aufweisend eine Verschiebeeinrichtung (80), die zum Verschieben des Sondenkörpers (7) eingerichtet und mit dem Sondenkörper (7) und der Wegmessvorrichtung (50) starr gekoppelt ist.20, scanning probe microscope (1) according to claim 18 or 19, comprising a displacement device (80) which is adapted to move the probe body (7) and rigidly coupled to the probe body (7) and the Wegmessvorrichtung (50). 21. Rastersondenmikroskop (1) gemäß Anspruch 20, wobei die Verschiebeeinrichtung (80) als Piezo-Aktuator ausgebildet ist.21 scanning probe microscope (1) according to claim 20, wherein the displacement device (80) is designed as a piezo actuator. 22. Rastersondenmikroskop (1) gemäß einen der Ansprüche 16 bis 19, wobei die Wegmessvorrichtung (50) zum Messen einer Weginformation des Sondenkörpers (7) in einer vertikalen Richtung und/oder senkrecht zu einer Abtastebene des Probenkörpers (6) angeordnet ist.22, scanning probe microscope (1) according to any one of claims 16 to 19, wherein the path measuring device (50) for measuring a displacement information of the probe body (7) in a vertical direction and / or perpendicular to a scanning plane of the sample body (6) is arranged. 23. Verfahren zum kapazitiven Messen einer Weginformation eines Sondenkörpers (7), insbesondere eines Rastersondenmikroskops (1), wobei das Verfahren aufweist: Deformieren eines elektrisch leitfähigen und zumindest teilweise deformierbaren Kondensatorkörpers (58) bei Bewegung des Sondenkörpers (7), wobei der zumindest teilweise deformierbare Kondensatorkörper (58) zwischen zwei zumindest teilweise elektrisch leitfähigen, starren und in ihrer relativen Lage zueinander unveränderlichen Kondensatorkörpern (54, 56) angeordnet ist; Erfassen elektrischer Signale an zumindest einem der Kondensatorkörper (54, 56, 58); Ermitteln einer für die Weginformation des Sondenkörpers (7) indikativen Information basierend auf den erfassten elektrischen Signalen.23. A method for capacitive measuring of a path information of a probe body (7), in particular a scanning probe microscope (1), wherein the method comprises: deforming an electrically conductive and at least partially deformable capacitor body (58) during movement of the probe body (7), which at least partially deformable capacitor body (58) between two at least partially electrically conductive, rigid and in their relative position to each other invariable capacitor bodies (54, 56) is arranged; Detecting electrical signals on at least one of the capacitor bodies (54, 56, 58); Determining an information indicative of the path information of the probe body (7) based on the detected electrical signals.
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