CN102667498A - 用于扫描探针传感器组件的支架，扫描探针传感器组件，扫描探针显微镜以及安装或拆卸扫描探针传感器组件的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于扫描探针传感器组件(27)的支架，包括在支架内确定了一个平面的支撑结构(1，5)以及至少一个设计用于与扫描探针传感器组件(27)中的一个对应的配对件(43)相互作用的可移动卡扣接合元件(9)。卡扣接合元件(9)可移动至第一位置，在第一位置上其施加力于被安装的扫描探针传感器组件(27)，以迫使扫描探针传感器组件(27)在所述平面的法线方向朝向支撑结构(1，5)，以及移动至第二位置，在第二位置上其允许扫描探针传感器组件(27)沿所述平面的法线方向被安装至支撑结构(1，5)，或从支撑结构(1，5)上被拆卸。

Description

用于扫描探针传感器组件的支架,扫描探针传感器组件,扫描探针显微镜以及安装或拆卸扫描探针传感器组件的方法

技术领域

本发明涉及一种用于扫描探针传感器的支架，扫描探针传感器组件和扫描探针显微镜。另外，本发明还涉及安装或拆卸扫描探针传感器组件至/从支架上。

背景技术

在扫描探针装置(applications)中，例如，扫描隧道显微镜，原子力显微镜及相关技术，原子级尖端被探测到在尖端与表面之间，用于传感隧道电流或如静电引力，磁力等力。由于原子级尖端对于获得高质量表面图像是必须的，所以之后，包含尖端的传感器或传感器组件的更换也是必须的。

由于这种扫描探针传感器或传感器通常较小并且易损坏，因此这些设备的操作时常需要小心处理。此外，扫描探针传感器时常需要被精确定位在支架内。处理这些情况的各种支架已经被提供了。

美国专利US 5,701,381公开了一种用于扫描力或隧道显微镜的探针尖端的安装布置方法，其中由于原子力或相类似的，通过干涉测量方法检测到尖端的位移。为了允许干涉测量方法，光纤被引导穿过金属环。扫描探针显微镜的尖端位于插入式结构上，该插入式结构包含能够滑到金属环之上的金属薄片。尖端如此设置使得其自由端位于光纤出口端的对面。为了实现精确定位，金属环固定架或金属环本身具有一个用于与金属薄片紧密结合的台肩停止件。金属薄片可以包含夹紧元件，其允许他们通过固紧螺栓的方式固定在金属环上。

美国专利2007/0180889A1描述了一种用于扫描探针显微镜的探针更换方法，其中在其自由端具有尖端的悬臂利用真空被安装在悬臂固定架上。然而，如果扫描显微镜在真空的情况下使用，这种固定悬臂的方法是不能用的。

国际专利WO 2005/034134A1描述了一种用于光栅探针仪器的探针布置方法，其中包括两个悬臂的芯片被固紧装置所支持，该夹紧设备包括四个与芯片的倾斜面部分重叠的偏离角。

美国专利US 5,376,790描述了一种用于包含墨盒的探针的动态支架，其中墨盒能从侧面被移动到支架内并且由弹簧卡子固定，以促使墨盒朝向与墨盒元件相互作用的球的方向运动，为了精确定位支架头部的墨盒。

美国专利US 5,861,624描述了一种原子力显微镜，其能够被合并入或连接至光学显微镜。该原子力显微镜包含通过螺丝将后盖拧紧到适配器上从而被夹紧在安装适配器和后盖之间的底座。弹簧沿着与后盖的内表面相反地方向偏向原子力显微镜。安装适配器从而可被安装在显微镜的透镜旋转台上。

发明内容

相对于上述现有技术，本发明的一个目的是提供了一种用于扫描探针传感器组件的改进支架以及使用该支架的扫描探针传感器组件。本发明的另一个目的是提供一种有利的扫描探针显微镜。本发明的另一个目的是提供一种安装或拆卸扫描探针传感器至/从支架上的改进方法。

所述目的分别通过权利要求1或权利要求13所述的用于扫描探针传感器组件的支架，权利要求9所述的扫描探针传感器组件，权利要求11所述的扫描探针显微镜以及权利要求12或15所述的安装或拆卸扫描探针传感器组件至支架的方法被解决。从属权利要求包含本发明的进一步发展。

一种用于扫描探针传感器组件的发明支架包括用于扫描探针传感器组件的支撑结构，所述支撑结构在支架内确定了一个平面。其进一步包括至少一个设计用于与扫描探针传感器组件中的各个相应部分相互配合的可移动的卡扣接合元件。卡扣接合元件可移动至第一位置，在第一位置上其施加力于被安装的扫描探针传感器组件上，以迫使扫描探针传感器组件在所述平面的法线方向移向支撑结构。另外，弹簧结合元件可移动至第二位置，在第二位置上其允许扫描探针传感器组件沿所述平面的法线方向被安装至支撑结构，或从支撑结构上被拆卸。优选地，支架被实施为动态支架。

用于扫描探针传感器组件的一种支架是所谓的动态支架，其具体表现为在定位彼此相对应的两个物体上，以高度的可重复性相对于另一种物体可移动安装一种物体。例如，在这样的动态支架上，三个球可以确定一个平面，相对于该平面第二物体可通过三个狭缝被调整，当第二部分被安装至第一部分时球部分突出进入狭缝中，因而相对于第一部分，固定第二部分的相关方向。动态支架的实例在美国专利US5,376,790中被描述。

本发明基于以下研究结果，即沿着与由该支架所确定的平面平行的方向，将传感器组件安装在动态支架上，如美国专利US 5,376,790中的描述，传感器组件或支架的一些部件，类似电接触，通过无意的接触部件，在相对于平面的横向移动中可能被损坏。如果实现沿着平面的法线方向安装传感器组件，这种损坏是不大可能的。另外，在动态支架中所使用的球可以减少。此外，沿法线方向安装还可提供这样的可能性，提供极小的触针作为电接触，而其相对于平面传感器组件的横向插入运动会很难操作。

一旦将扫描探针传感器组件容纳于容器中，通过将卡扣接合元件带至第一位置，在第一位置卡扣接合元件直接或间接地施加力驱使传感器组件沿法线方向移向平面，可完成安装。间接地驱使传感器组件移向平面可以通过，例如，多个力的叠加所产生的沿法线方向的合力来实现。因此，本发明支架降低了损坏位于支架上的或位于被安装的传感器组件上的微小结构的风险，即使这些结构突出超出安装表面。

卡扣接合元件可以位于可移动元件上，该可移动元件通过弹力向支撑结构的中心倾斜。弹力通过使用弹簧或一些具有适合的弹簧常数的其他弹性元件被精确度量，使得施加至扫描探针传感器组件上的力相对于手工设置的力，例如使用者通过紧固螺栓所设置的力，具有高度的可重复性。在实际设计中，所述可移动元件可包含一个弹性弯曲杆元件，该弹性弯曲杆元件具有固定在与支撑结构相对应的位置上的不可移动部件，例如通过将不可移动部件直接固定在支撑结构上，且卡扣接合元件位于其自由端部件上。弹性弯曲杆元件实质上在平行于所述平面的法线方向上延伸，且被这样形成使得具有卡扣接合元件的自由端部件倾斜移向支撑结构中心。弹力由杆元件的弹性所提供。由于可移动元件和提供弹力的元件在本实施例中是同一个，因此用于实现卡扣接合的元件的数目以及卡扣接合元件的复杂性都被保持很小。

为了减少摩擦力，特别地，当扫描探针传感器组件本身被用于与弹力的方向相反，将卡扣接合元件从第一位置带至第二位置时，卡扣接合元件表现为关于对称轴轴向对称且可关于其对称轴为转动轴可转动地被安装，且该转动轴关于支架所确定的平面的法线方向垂直，从而在安装和拆卸传感器组件期间，仅有位于卡扣接合元件和传感器组件之间的滚动阻力要克服。

支架可能包含至少三个围绕支撑结构的边缘均匀分布的可移动卡扣接合元件。该设计可允许在朝向支架内所确定的平面的被安装的传感器组件上施加一个均匀分布的力。

在可替换的设计中，支架包含至少一个位于支撑结构边缘的螺旋环形弹簧以包围支撑结构。表现为移向支撑结构的中心的螺旋弹簧部件形成了卡扣接合元件。在本设计中，当扫描探针传感器组件被安装至支架时，螺旋弹簧将被压缩，例如，被具有大尺寸的传感器组件的部件，然后组件的剩余部件为了移动螺旋弹簧的内部部件，如表现为移向支撑结构的中心的部分，向外至第二位置。当传感器组件的大部件已经通过螺旋环形弹簧，螺旋弹簧会迅速恢复到它们原来的第一位置并通过平行于所述平面的法线方向的分力阻止传感器组件的延伸部分沿法线方向移动远离支撑结构。

尽管卡扣接合元件，原则上，可以利用要被安装或拆卸的扫描探针传感器组件从第一位置被移动到第二位置，有利的是不需要接触卡扣接合元件，传感器组件能被安装和/或拆卸。这个可以通过被布置的执行元件被实现，该执行元件作用在至少一个卡扣接合元件上，以便通过驱动执行元件允许将卡扣接合元件从第一位置移动到第二位置，反之亦然。由于卡扣接合元件的移动是通过其他方式而不是传感器组件本身所提供，因此，在传感器组件位于其最终位置之前，安装或拆卸传感器组件而不需要对卡扣结合元件的任何接触成为可能。因此，在安装或拆卸传感器组件期间，损坏传感器组件和/或支架的风险被进一步降低了。

在卡扣接合元件位于可移动元件的情况下，如上所述，执行元件可被这样布置，当执行元件被驱动时，作用在可移动元件和/或卡扣接合元件上，以使杆元件弯曲远离支撑结构的中心，与所述弹力方向相反。在卡扣接合元件位于弹性弯曲杆元件的自由端的情况下，执行元件可被这样布置，作用在该弹性弯曲元件和/或卡扣接合元件上，用于倾斜弯曲杆元件朝向支撑结构的中心，与弹力方向相反。

特别地，执行元件可以在平行于支架内确定的所述平面的法线方向上来回地移动。在这样的结构中，即使支架周围的可用空间在横向上受到限制，执行元件也可被实现。执行元件可能包含至少一个作用在所述可移动元件和/或所述卡扣接合元件上的引导元件，其中依靠执行元件在其来回运动内的位置，引导元件确定了卡扣接合元件远离支撑结构的距离。

本发明的扫描探针传感器组件包括传感器元件和固定传感器元件的底座。它还进一步包括从底座延伸、用于允许操作传感器组件而不需接触传感器组件的易损坏部件的手柄。底座包括设计与本发明支架的卡扣接合元件相互作用的至少一个卡扣接合部件。该卡扣接合部件具有被选择的尺寸，使得当卡扣接合元件位于第二位置时，它能够沿法线方向通过至少一个卡扣接合元件，但是当卡扣接合元件位于第一位置时，它不能沿法线方向通过至少一个卡扣接合元件。此外，卡扣接合部件的尺寸被选择为，使得当卡扣接合部件已经通过卡扣接合元件朝向所述平面时，卡扣接合元件能在所述支架的法线方向上施加一个朝向支架内所确定的平面的力。特别地，底座可由包含至少一个边缘部件的基板构成，该边缘部件形成了所述至少一个卡扣接合部件。基板的直径和边缘的厚度可被选择为以便实现上述需要。如本发明的扫描探针传感器组件特别适合与本发明的支架一起使用以实现如上所述的支架所提供的优势。

本发明的扫描探针显微镜包括本发明的支架。这样的扫描探针显微镜的优势直接产生于本发明的支架的使用，因此，与已经论述过的相应的支架的优势相同。

根据本发明的另一个方面，一种安装或拆卸本发明的扫描探针传感器组件至/从本发明的支架的方法，包括以下步骤，移动至少一个卡扣接合元件从第一位置至第二位置，沿支架内确定的平面的法线方向安装或拆卸扫描探针传感器组件，以及移动至少一个卡扣接合元件从第二位置至第一位置。移动至少一个卡扣接合元件从第一位置至第二位置，并且反之亦然，特别地，可通过使用如上关于本发明支架所述的执行元件来完成。由于传感器组件将沿着支架内确定平面的法线方向被安装或拆卸至/从支架，在安装期间，由于横向移动如微小的电子触针或类似物的易损坏元件的损坏可被避免。因此，例如使用触针在传感器组件和/或支架的支撑结构中作为电接触变得很容易做到。

此外，根据本发明的另一个方面，提供了用于扫描探针传感器组件的支架，其包括：

支撑结构，

至少一个可移动卡扣接合元件位于支撑结构上且被设计用于与在扫描探针传感器组件上的一个对应的配对件相互作用，卡扣接合元件移动至第一位置，在第一位置其可施加力在被安装的扫描探针传感器组件上以驱使所述扫描探针传感器组件移向支撑结构，以及移动至第二位置，在第二位置其允许扫描探针传感器组件被安装至支撑结构或从支撑结构上被拆卸，

执行元件，可相对于支撑结构移动且作用在至少一个卡扣接合元件上以便通过相对于支撑结构移动执行元件，将卡扣接合元件从第一位置带至第二位置或反之亦然，以及

执行电动机，其连接至支撑结构或执行元件以便允许控制执行元件和支撑结构之间的相对运动。

这样的支架还包括用于相对于被探测样品定位支撑结构的定位电动机以及用于确定从样品至支撑结构的最大距离的停止位置。在该支架中，至少一个可移动卡扣接合元件位于支撑结构上且驱动电动机被定位电动机给予。执行元件被布置以使其作用在至少一个卡扣接合元件上，用于当支撑结构到达停止位置时，将卡扣接合元件带至第二位置。

此外，提供了安装或拆卸扫描探针传感器组件至支架的另一个方法，其中支架包括支撑结构，被设计用于与在扫描探针传感器组件上的一个对应的配对件相互作用的至少一个可移动卡扣接合元件，相对于支撑结构移动且作用在至少一个卡扣接合元件上的执行元件，以及用于相对于被探测样品定位支撑结构的定位电动机。该方法包括以下步骤：

-从第一位置移动至少一个卡扣接合元件，在第一位置可施加力在被安装的扫描探针传感器组件上以驱使所述扫描探针传感器组件移向支撑结构至第二位置，在第二位置允许扫描探针传感器组件被安装至支撑结构或从支撑结构上被拆卸，

-安装或拆卸扫描探针传感器组件；

-移动至少一个卡扣接合元件从第二位置至第一位置，

其中，移动至少一个卡扣接合元件从第一位置至第二位置可通过相对于支撑结构移动所述执行元件，作用在至少一个卡扣接合元件上来实现，并且相对于支撑结构移动所述执行元件通过依靠所述定位电动机移动支撑结构至规定的停止位置所实现。

附图说明

结合附图以及以下的实施例的描述，本发明的更多的特征，性能以及优势将变得更加清楚。

图1示出了本发明支架以及本发明扫描探针传感器组件的第一实施例的分解图。

图2示出了图1中的将传感器组件安装至支架前，支架和传感器组件的透视图。

图3示出了图1中的将传感器组件安装至支架时，支架和传感器组件的透视图。

图4示出了图1中的将传感器组件安装至支架时，支架和传感器组件的剖视图。

图5示出了将传感器组件安装至支架前，本发明支架和本发明扫描探针传感器组件的第二实施例的透视图。

图6示出了将传感器组件安装至支架的第二实施例透视图。

图7示出了将传感器组件安装至支架前，本发明支架和本发明扫描探针传感器组件的第三实施例的剖视图。

图8示出了根据本发明的第四实施例的支架的剖视图。

图9示出了卡扣接合元件在第一位置时的图8中的支架的顶视图。

图10示出了卡扣接合元件在第二位置时的图8中的支架的顶视图。

具体实施方式

本发明支架和本发明扫描探针传感器组件的第一实施例参考图1-4将被描述。图1以分解透视图示出了支架和传感器组件的部件，图2及图3分别示出了在拆卸和安装状态下的支架和传感器组件。图4以剖视图示出了传感器组件在安装状态下的支架和传感器组件。

本发明支架包含一个以支撑板1的形式的支撑结构，其中位于支撑板1上的电子触针2在支撑板表面的法线方向延伸。此外，三个球5，其可能是例如蓝宝石球，在想象的等腰三角形的顶点的位置被放入支撑板1中。这三个球5在支架内确定了一个平面，当扫描探针传感器组件被安装至支架时，支架将相对该平面被确定方向。这三个球5形成了所谓的“动态支架”的第一部分。在支撑板1上突出来的球5的数量以及触针2的数量彼此相适应，以使得当安装扫描探针传感器组件时，触针2的更小的直径部件3被嵌入到扫描探针传感器组件的接触开口中。

三个卡扣接合元件7被均匀地分布在支撑板1的边缘。每个卡扣接合元件7都由圆筒9构成，该圆筒9由两个弹性弯曲金属带所形成的一对腿11的自由端所支撑，且圆筒9的对称轴朝向垂直于由三个球5所确定的平面的法线方向。优选地，圆筒3可转动地被支撑且转动轴为圆筒9的对称轴。金属带的其他端被固定在支撑板1上或被至少被固定使得相对于支撑板1是不可移动的。每对腿11都形成一个弹性弯曲杆元件，其中卡扣接合元件，例如本实施例中的圆筒9，位于该弹性弯曲杆元件的自由端。腿11被弯曲使得它们的自由端倾斜朝向支撑板1的中心并且能够弹性弯曲远离与由金属带的弹性材料所提供的弹力相反的中心。

在本发明支架中，支撑板1和卡扣接合元件7一起形成了用于接收沿着由三个球5所确定的平面的法线方向的扫描探针传感器组件的容器。

该支架还包括一个具有嵌入开口的环形壁元件13，穿过其扫描探针传感器组件被嵌入。三个突起物17从环形壁元件13的内壁表面18向内径向延伸。这些突起物17以与围绕支撑板1边缘的卡扣接合元件7对应的方式，遍及环形壁元件13的圆周上均匀分布。此外，断流器19包含在突起物17中。这些断流器19从突起物17的嵌入开口侧延伸进入突起物中，使得突起物17的径向内部形成具有径向向外的倾斜表面21的尖状物20。尖状物20的倾斜表面21形成用于卡扣接合元件的圆筒9的引导元件，后面将被解释。

环形壁元件13包围支架的底板1且沿着它的轴向可滑动地安装，该轴向相当于由球5所确定的平面的法线方向。底板1上的狭缝23从位于卡扣接合元件7的底板边缘向内径向延伸，用于接收突起物17。此外，形成了卡扣接合元件7的弹性弯曲杆元件的每两个腿11之间存在一个缺口。这些缺口25对准狭缝23，使得突起物17可以穿过缺口25接合狭缝23。

可滑动安装的环形壁元件13可被移动到第一位置，其中引导表面21不能衔接卡扣接合元件7的圆筒9，以及到第二位置，其中圆筒9通过引导表面21被衔接。在衔接的情况下，卡扣接合元件7将与腿11所提供的弹力相反的方向径向地向外伸开，其中伸开的量取决于环形壁元件14的轴向移动位置。因此，环形壁元件13形成了一个执行元件，其可通过倾斜(slunted)表面21作用在卡扣接合元件7上，以便依靠倾斜表面21通过环形壁元件13的轴向位置所确定的量，允许把卡扣接合元件7从不能伸开的第一位置移动到可伸开的第二位置。在卡扣接合元件7的伸开情况中，内部的壁元件13中所形成的壁凹24允许有容纳圆筒9和腿11的部分。

同样，图1示出了适合目前为止所描述的支架的扫描探针传感器组件27。传感器组件27包括传感器元件29(在图1中未示出)，其被安装到传感器组件的底座31上并被保护罩33所环绕。传感器元件29包含原子级尖，其穿过保护罩上的孔35延伸出保护罩33外，且其位于底座31的对面。传感器元件29的电路37被印在底座上且包括接触元件39，当传感器组件27被安装到支架上时，该接触元件29与触针3接触。

因此，为了获得底座31的明确方向及传感器元件29相对于支架的明确方向，提供了三个延长孔41。这些孔41位于想象的等腰三角形的顶点的位置，该等腰三角形与位于支撑板1的球5的顶点的等腰三角形一致。三个球5与延长孔41一起形成了动态支架，其中传感器组件27的方向被位于三个球和三个延长孔的侧壁之间的六个接触点所确定(每个孔提供了与嵌入孔中的各个球的两个接触点)。特别地，当传感器27被安装到支架上时，它的底座31大致上与三个球5所确定的平面平行。然而，由球5所确定的平面与底座31所延伸的平面之间可能存在小角度，或故意的或偶然的，例如，由于构成动态支架的元件中的偏差。

传感器组件27的底座31为具有均匀分布在底座边缘的三个直边部件43的一般的圆形形状。狭槽45从每个直边部件43的中间向内径向延伸，其尺寸使得环形壁元件的突起物17能够阻挡底座31使得为了将其安装到支架上，允许将传感器组件27嵌入到环形壁元件13。

考虑到不接触易损害部件而操作传感器组件27，手柄47从底座31上延伸出来。为了不阻碍传感器组件27插入至环形壁元件13中，含有切断壁部件49，当传感器元件27被安装至支架时，其接收手柄47。

图2示出了将其安装至支架之前的扫描探针传感器组件27。环形壁元件13形成了执行元件，用于将卡扣接合元件7从第一位置，其中它们将要重叠被安装的传感器组件的底座31，移动到第二、伸开位置，其将允许传感器组件27的底座31被安装到支架上，而不接触卡扣接合元件7。图2示出了将卡扣接合元件7从第一位置带到第二位置，其中可通过在箭头A的方向上，该方向与三个球5所确定的平面的法线方向一致，向上移动图2中的可滑动地安装的环形壁元件13，实现卡扣接合元件被伸开。因此，为了将扫描探针传感器组件27安装至支架，环形壁元件13要在方向A上被向上移动，以便与腿11的弹性材料所提供的弹力相反的方向伸开卡扣接合元件7。当倾斜表面21衔接圆筒9时，圆筒9被腿11可转动地支撑，仅有转动阻力需要被克服，而不是摩擦力。

当卡扣接合元件7位于它们的伸开位置时，传感器组件27可沿着图2中的箭头B所指示的方向向下被移动，直到球5进入到接触传感器组件27的底座31内的延长孔41的边缘。由于通过由支撑板1上的球5以及底座31上的延长孔41所形成的动态支架可获得良好的确定的方向，被安装的传感器组件27在正确的方向使得触针3与底座31的接触元件39衔接(注意接触元件仅在图1中可见)。

当传感器27已经被搁在支架的底板1上时，环形壁元件13再次被移回来，其使得卡扣接合元件7的圆筒9由于腿11所提供的弹力，回到第一位置。处于第一位置上的圆筒9与支撑板1的距离被选择为相对于传感器组件27的底座31的厚度，使得它们在底座31上施加的力F包括平行于和垂直于传感器组件的安装方向的分力Fa和Fr(参见图4)。当径向分力合计为零时，由于卡扣接合布置的对称性，轴向分力合计为这样一个结果的力，其迫使传感器组件27的底座31朝向支撑板1使得将传感器组件27固定在支架上。其上安装了扫描探针传感器组件的支架在图3中以透视图的方式以及在图4中以剖视图的方式示出。

为了从支架上拆卸传感器组件27，环形壁元件13将再次沿着图2中的方向A移动使得将卡扣接合元件7的圆筒9带到第二位置，其允许将传感器组件27从支架上拆卸下来，而不需进入接触卡扣接合元件7。

移动环形壁元件13可以用手或通过作用在环形壁元件13上的执行机构来给予滑动来实现，例如，通过允许环形壁元件13的精确定位的压电电动机的方式。

虽然，关于图1-4中所描述的实施例中，环形壁元件13是可滑动地安装，但是它也可以被安装在固定位置。典型地，扫描探针装置包含执行装置51用于相对于被探测样品的x-，y-和z-方向定位具有安装的传感器组件27的支撑板1。那些执行装置可以是，例如被实施为压电电动机51a，51b，51c。因此，环形壁元件13和支撑板1之间的相对运动可通过该执行装置51被给予，而不需要为此目的特别提供的执行机构。特别地，环形壁元件13和支撑板1之间的相对运动可通过在z-方向上移动支撑板1的执行机构给予。例如，环形壁元件13可被固定在空间，通过将其固定至扫描探针装置的一些组成部件上而不是支撑板1或固定在其上的组件。

为了安装或拆卸传感器组件27，将卡扣接合元件9从第一位置移动到第二，伸开位置可利用在z-方向上移动支撑板1的执行机构相对于环形壁元件13移动支撑结构1来实现。为了阻止传感器组件从支架中掉出，当传感器相对于被探测样品定位移动期间，提供了停止位置，例如，类似于到样品的最大距离，其可依靠在z-方向上移动支撑板1的执行机构来实现。那么环形壁元件13可被这样定位，使得正好在支撑结构1到达停止位置之前，伸开卡扣接合元件9才发生。

支架和扫描探针传感器组件的第二实施例在图5和6中被示出。图5示出了从支架上被拆卸的传感器组件，图6示出了安装状态中的传感器组件。第二实施例是第一实施例的改进。因此，具有在第一实施例中相关特征的那些特征被命名为第一实施例的附图标记增加100，并且如果他们实质上不同于第一实施例才将再次被描述。

第一实施例和第二实施例之间的主要区别在于扫描探针显微镜传感器组件127本身被用作执行元件，用于移动卡扣接合元件107至第二，伸开位置。由于不需要作为类似第一实施例中的突起物17的引导表面21的引导表面来衔接卡扣接合元件，所以在第二实施例中，腿可由单片的弹性材料111构成。

与第一实施例的另一个区别在于，球109被用作支架的卡扣接合元件，而不是圆筒。然而，球和圆筒在两个实施例中可互换。与圆筒相似，球可转动地被支撑，其转动轴垂直于扫描探针传感器组件127的安装或拆卸方向。

另一个区别在于接触传感器的方式，其被类似于支架的接触元件103的条板所提供。然而，一般而言，触针和条板在所有所描述的实施例中都可互换。

还有一个区别在于，底座131的直径相对于第一实施例中的底座直径减小了。因而，动态支架的传感器部分以这样的形式被实现：狭缝141从底座131的边缘向内径向延伸而不是通过延长孔。狭缝141的径向外部部件143也充当底座131的卡扣接合部分。

图5和6所示的第二实施例优于图1-4所示的第一实施例的优势在于由于伸开卡扣接合元件107是通过扫描探针传感器组件127本身实现，支架不需要具有类似第一实施例的环形壁元件13的执行元件。因此，支架可以保持很小，从而使得其适合用于在支架的位置上具有空间限制的扫描探针显微镜。但是，如果扫描组件127极易损坏，那么第一实施例比第二实施例更有优势，因为传感器组件可不接触卡扣接合元件被安装。

对第一和第二实施例的修改是可以的。例如，代替利用弯曲弹性腿用于提供弹力以促使卡扣接合元件朝向支撑板的中心，可利用位于圆筒9和环形壁元件13的内表面之间的线性螺旋弹簧促使圆筒朝向支架的中心。

此外，支架上的卡扣接合元件和传感器组件底座的卡扣接合部件的数量不限定为三个。但是，用三个卡扣接合元件所提供的优势在于仅仅少数的卡扣接合元件可提供促使传感器组件底座朝向支撑板的均匀分布的力。如果仅用布置在支撑板的相反端的两个卡扣接合元件，不能完全排除传感器组件的倾斜。但是，如果卡扣接合元件延伸超过了支撑板的很大圆周部分，两个卡扣接合元件或甚至一个卡扣接合元件就足够了。

下面，参考图7描述本发明支架的第三实施例。在本实施例中，卡扣接合元件由螺旋环形弹簧构成，当安装扫描探针传感器组件到支架，或从支架上拆卸扫描探针传感器组件时，该弹簧可被扫描探针传感器组件的底座压缩。

第三实施例的支架包括或多或少的圆柱形壁202，其从底板101开始延伸且围绕底板101。环形凹槽204在圆柱形壁的内表面上延伸。环形凹槽204作为环形螺旋弹簧206的座，环形螺旋弹簧206的径向内部部件突出至凹槽204。环形螺旋弹簧206的螺旋的径向内部部件208作为本实施例中的卡扣接合元件207。

图7中所示的实施例的扫描探针传感器组件相当于图5和6所描述的第二实施例中的传感器组件。因此，其已经命名了与第二实施例的传感器组件相同的附图标记，并且为了避免重复，不再描述。

当扫描探针传感器组件127被安装或拆卸至第三实施例的支架时，它的底座131压在螺旋弹簧的最外面部分208的上面，使得在径向方向压缩螺旋弹簧。底座131通过螺旋弹簧206之后，螺旋卡扣回到它们的最初的位置。底座131的厚度被这样选择，相对于传感器组件127的底座131中的球205和狭缝141的尺寸，螺旋弹簧206的螺旋通过提供弹力到底座131上，该弹力包含一个平行于由球205所确定的表面的法线方向的分力，该弹力促使传感器组件127朝向球205，在适当的位置锁住传感器组件127。

图7所示的实施例的修改是可能的。例如，为了优化螺旋弹簧206和底座131之间的力的传递，底座的边缘的上部和/或下部侧面可以倾斜。注意，为了优化力的传递，倾斜的边缘在本发明的所有其他的实施例中也是有利的。另外，像在其他的实施例中一样，底座131，或罩133，可以装配一个手柄。

此外，当传感器组件127被安装或拆卸时，执行元件可以存在用于伸开环形螺旋弹簧。这样的执行元件的实例在图8-10中所示，作为支架的第四实施例。在这些图中，扫面探针传感器组件，其与第三实施例中的传感器组件没有区别，为了使图尽可能简单没有示出。而且，螺旋弹簧在图8中未示出。图8示出了支架的剖面图，图9和10示出了支架的顶视图。

与第三实施例的支架相比，第四实施例的支架包括圆柱形壁302，其由可滑动地安装至支撑板301上的三个独立的壁部件302A，302B和302C构成。它们可在径向方向上从图9所示的第一、内部位置滑动至图10所示的第二、外部位置。当壁部件302A，302B，302C位于第一位置时，螺旋弹簧306(仅在图9和图10中示出)促使被安装扫描探针传感器组件移向球305，传感器组件可被安装或拆卸而无需接触环形螺旋弹簧306，当环形螺旋弹簧306的径向外部部件被固定至其上的壁部件302A，302B，302C位于第二位置时，环形螺旋弹簧306伸开。此外，螺旋弹簧306提供了一个弹力，该弹力促使壁部件302A，302B，302C移向第一位置(如图9所示)并且该弹力必须被克服以伸开壁部分至第二位置(如图10所示)。

通过驱动具有圆锥形外部表面321的环313可实现将壁部件302A，302B，302C带至伸开位置。环313在与板的安装面相反的方向上，被可滑动地安装在从支撑板301开始延伸的引导杆315上。围绕引导杆315的壁部件302A，302B，302C的面311A，311B，311C形成一个漏斗形开口，且引导杆315延伸穿过该开口。如图8所示，当壁部件302A，302B，302C位于第一位置时，环313的圆锥形外部表面321的大多数截面在直径上都大于漏斗形开口。

当驱动环313沿着图8中的箭头A移动时，环313的圆锥形外部表面321与壁部件302A，302B，302C的漏斗形表面部件312A，312B，312C相互作用，从而沿环形螺旋弹簧306所提供的弹力相反地方向，挤压壁部件远离引导杆315，因此伸开弹簧。

尽管第四实施例的壁部件302A，302B，302C可滑动地安装至支撑板301，但是他们也可以被这样安装，每个壁部件302可关于倾斜轴倾斜，该倾斜轴位于支撑板301的边缘，或支撑板301之下，且其垂直于由球305所确定的平面的法线方向移动。注意，在这种情况下，为了允许倾斜壁部件，相应的需要调整驱动环。

注意，与第一实施例中的类似，环313的滑动运动可被执行机构给予，例如，通过压电电动机。此外，代替可滑动地安装环313，环313可以固定位置的被安装，例如，通过将其固定至扫描探针装置的一些组件上，而不是支撑板301或其上固定的组件上。类似于第一实施例中环形壁元件13和支撑板1之间的相对运动，环313和支撑板301之间的相对运动可通过用于定位具有被安装传感器的支架的执行装置被给予。关于第一实施例在该背景下所述的内容对于本实施例也是适用的。

结合附图以及具体实施例的说明所描述的本发明允许沿着由支撑结构所确定的平面的法线方向安装和拆卸扫描探针传感器。在平面支撑结构的情况下，特别地，平面也可以是表面支撑结构。通过本发明设计的支架和扫描探针传感器组件，变得可以利用触针用于提供支撑结构和传感器组件之间的电接触，而不会由于横向运动冒险损坏触针。可以理解，可能被利用的其他的实施例以及结构上的变化均不偏离本发明的范围。

附图标记

1支撑板

2触针

3触针的更小部件

4扫描探针传感器组件

5球

7弹簧结合元件

9圆筒

11腿

13环形壁元件

15嵌入开口

17突起物

18内壁表面

19断流器

20尖状物

21引导表面

23狭缝

25缺口

27传感器组件

29传感器元件

31底座

33保护罩

35孔

37电路

39孔(接触元件)

41延长孔

43直边部件

45狭槽

47手柄

49切断壁部件

51执行装置

101支撑板

103接触元件

105球

107弹性接合元件

109球

111腿

127传感器组件

133保护罩

135孔

141狭缝

143径向外部部件

201支撑板

202圆柱形壁

204环形凹槽

205球

206螺旋弹簧

207卡扣接合元件

208径向内部部件

301支撑板

302壁部件

304环形凹槽

305球

306螺旋弹簧

311面

313驱动环

315引导杆

321圆锥形外部表面

Claims (15)

1.一种用于扫描探针传感器组件(27，127)的支架，该支架包括：

在支架内确定了一个平面的支撑结构(1，5，101，105，201，205，301，305)；以及

至少一个设计用于与扫描探针传感器组件(27，127)中的各个相对部分(43，143)相互配合的可移动卡扣接合元件(9，109，208)，卡扣接合元件(9，109，208)可移动至第一位置，在第一位置上其施加力于被安装的扫描探针传感器组件(27，127)，以迫使扫描探针传感器组件(27，127)在所述平面的法线方向移向支撑结构(1，5，101，105，201，205，301，305)，以及移动至第二位置，在第二位置上其允许扫描探针传感器组件(27，127)沿所述平面的法线方向被安装至支撑结构(1，5，101，105，201，205，301，305)，或从支撑结构(1，5，101，105，201，205，301，305)上被拆卸。

2.如权利要求1所述的支架，其中

卡扣接合元件(9，109)位于可移动元件(11，111)上，该可移动元件(11，111)通过弹力向所述支撑结构(1，5，101，105)的中心倾斜。

3.如权利要求2所述的支架，其中

所述可移动元件包含弹性弯曲杆元件(11，111)，该弹性弯曲元件具有固定在与支撑结构(1，5，101，105)相对应的位置上的不可移动部件，且卡扣接合元件(9，109)位于不可移动部件的自由端部件上，

所述弹性弯曲杆元件(11，111)在实质上平行于所述平面的法线方向上延伸，且成为使具有卡扣接合元件(9，109)的自由端部件向支撑结构(1，5，101，105)的中心倾斜的形状。

4.如权利要求3所述的支架，其中弹性弯曲元件(11，111)的不可移动部件被固定至支撑结构(1，5，101，105)。

5.如权利要求1-4任一权利要求所述的支架，其中卡扣接合元件(9，109)为关于对称轴轴向对称且可关于其对称轴为转动轴可转动地安装，并且该对称轴关于支架内所确定的平面的法线方向垂直。

6.如权利要求1-5任一权利要求所述的支架，其包括至少三个围绕支撑结构(1，5，101，105)的边缘均匀分布的可移动的卡扣接合元件(9，109)。

7.如权利要求1所述的支架，包括至少一个位于支撑结构(201，205，301，305)边缘的螺旋环形弹簧(206)以包围支撑结构(201，205，301，305)，其中朝向支撑结构(201，205，301，305)的中心的螺旋弹簧(206)的部件(208)形成了卡扣接合元件。

8.如权利要求1-7任一权利要求所述的支架，还包括执行元件(13，313)，其被布置用于作用在至少一个卡扣接合元件(9，208)上，以便通过驱动执行元件(13，313)允许将卡扣接合元件(9，208)从第一位置移动到第二位置，反之亦然。

9.一种扫描探针传感器组件(27，127)，包括传感器元件(29)和固定传感器元件(29)的底座(13，313)，底座包括设计与如权利要求1-11的任一权利要求所述的支架的卡扣接合元件(9，109)相互作用的至少一个卡扣接合部件(43，143)，且该卡扣接合部件具有被选择的尺寸，使得当卡扣接合元件(9，109)位于第二位置时，它能够沿支架内确定的所述平面的法线方向通过至少一个卡扣接合元件(9，109)，但是当卡扣接合元件(9，109)位于第一位置时，它不能沿法线方向通过至少一个卡扣接合元件(9，109)，并且当卡扣接合部件(43，143)已经通过卡扣接合元件移向所述平面时，卡扣接合元件(9，109)能在所述支架的法线方向上施加一个朝向支架内所确定的平面的力。

10.如权利要求9所述的扫描探针传感器组件(27)，其还进一步包括从底座(31)延伸的手柄部件(47)。

11.一种扫描探针显微镜，其包括如权利要求1-8任一权利要求所述的支架。

12.一种向/从权利要求1-8任一权利要求所述的支架安装或拆卸如权利要求9或10中所述的扫描探针传感器组件(27，127)的方法，其中，

移动至少一个卡扣接合元件(9，109，208)从第一位置至第二位置；

沿支架内确定的所述平面的法线方向安装或拆卸扫描探针传感器组件(27，127)；

移动至少一个卡扣接合元件(9，109，208)从第二位置至第一位置。

13.一种用于扫描探针传感器组件(27，127)的支架，特别是如权利要求1-8任一权利要求所述的支架，包括：

支撑结构(1，5，101，105，201，205，301，305)，

至少一个可移动卡扣接合元件(9，109，208)位于支撑结构(1，5，101，105，201，205，301，305)上且被设计用于与在扫描探针传感器组件(27，127)上的一个对应的配对件(43，143)相互作用，卡扣接合元件(9，109，208)移动至第一位置，在第一位置可施加力在被安装的扫描探针传感器组件(27，127)上以驱使所述扫描探针传感器组件(27，127)移向支撑结构(1，5，101，105，201，205，301，305)，以及移动至第二位置，在第二位置允许扫描探针传感器组件(27，127)被安装至支撑结构(1，5，101，105，201，205，301，305)或从支撑结构(1，5，101，105，201，205，301，305)上被拆卸，

执行元件(13，313)，可相对于支撑结构(1，5，101，105，201，205，301，305)移动且作用在至少一个卡扣接合元件(9，109，208)上以便通过相对于支撑结构(1，5，101，105，201，205，301，305)移动执行元件，将卡扣接合元件(9，109，208)从第一位置带至第二位置或反之亦然，以及

执行电动机，其连接至支撑结构(1，5，101，105，201，205，301，305)或执行元件(13，313)以便允许控制执行元件(13，313)和支撑结构(1，5，101，105，201，205，301，305)之间的相对运动。

14.如权利要求13所述的支架，其包括

用于相对于被探测样品定位支撑结构(1，5，101，105，201，205，301，305)的定位电动机；

用于确定从样品至支撑结构(1，5，101，105，201，205，301，305)的最大距离的停止位置，

其中，

至少一个可移动卡扣接合元件(9，109，208)位于支撑结构(1，5，101，105，201，205，301，305)上，

驱动电动机被定位电动机给予，以及

执行元件(13，313)被布置以使其作用在至少一个卡扣接合元件(9，109，208)上，用于当支撑结构(1，5，101，105，201，205，301，305)到达停止位置时，将卡扣接合元件(9，109，208)带至第二位置。

15.一种安装或拆卸扫描探针传感器组件(27，127)至支架的方法，其中支架包括支撑结构(1，5，101，105，201，205，301，305)，被设计用于与在扫描探针传感器组件(27，127)上的一个对应的配对件(43，143)相互作用的至少一个可移动卡扣接合元件(9，109，208)，相对于支撑结构(1，5，101，105，201，205，301，305)移动且作用在至少一个卡扣接合元件(9，109，208)的执行元件(13，313)上，以及用于相对于被探测样品定位支撑结构(1，5，101，105，201，205，301，305)的定位电动机；

该方法包括以下步骤：

移动至少一个卡扣接合元件(9，109，208)从第一位置，在第一位置可施加力在被安装的扫描探针传感器组件(27，127)上以驱使所述扫描探针传感器组件(27，127)移向支撑结构(1，5，101，105，201，205，301，305)至第二位置，在第二位置允许扫描探针传感器组件(27，127)被安装至支撑结构(1，5，101，105，201，205，301，305)或从支撑结构(1，5，101，105，201，205，301，305)上被拆卸，

安装或拆卸扫描探针传感器组件(27，127)；

移动至少一个卡扣接合元件(9，109，208)从第二位置至第一位置，

其中，

移动至少一个卡扣接合元件(9，109，208)从第一位置至第二位置可通过相对于支撑结构(1，5，101，105，201，205，301，305)移动所述执行元件(13，313)，作用在至少一个卡扣接合元件(9，109，208)上来实现，以及

相对于支撑结构(1，5，101，105，201，205，301，305)移动所述执行元件(13，313)通过依靠所述定位电动机移动支撑结构(1，5，101，105，201，205，301，305)至规定的停止位置所实现。

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