CN111133319A - 用于操作测量探针的操作设备 - Google Patents

Abstract

一种用于操作扫描探针显微镜(81)的测量探针(12)的操作设备(50)，其中测量探针(12)包括探针主体(51)和借助于托架(52)与探针主体(51)耦合的探针尖(85)，其中操作设备(50)包括：容纳装置(53)，该容纳装置用于将测量探针(12)容纳在容纳面(54)上；导向结构(55)，在该导向结构中，测量探针(12)可被引导，并且在此，探针主体(51)被至少部分周向地界定了，并且托架(52)和探针尖(85)被无接触地支承；以及输送装置(56)，该输送装置用于沿着导向结构(55)，将测量探针(12)从容纳面(54)输送至目标面(57)。

Description

用于操作测量探针的操作设备

技术领域

本发明涉及用于操作测量探针的一种操作设备和一种方法，以及一种包括操作设备和扫描探针显微镜的布置结构。

背景技术

扫描力显微镜主要有助于表面的横向或者说竖直高分辨率的研究(特别是表面的地形研究)。在此，具有纳米级小针(也被称为测量探头尖或探针尖)的测量探针(例如包括也被称为悬臂或托架的板簧)被引导越过(即扫描)表面，并且基于悬臂与表面的交互作用探测悬臂的偏转。根据试样的表面特性，根据位置地记录或者说扫描悬臂的偏转，或者说记录或者说扫描探针的跟踪。可以电容性地或者压电地或者借助于光学传感器测量悬臂或者说探针尖的偏转。该方法使得高达原子级分辨率的试样表面的结构研究成为可能。

用于测量的托架(也叫做悬臂)连同探针尖或者测量探头尖一同安装在通常几平方毫米大的悬臂芯片上，而该悬臂芯片也被称为探针主体。在用扫描探针显微镜进行测量之前，又要将该探针主体引入到探针支座上为此预设的凹口中。这一活动大多是手动进行的，并且对使用者提出了高要求，从而避免托架或者说探针尖的损坏或损耗。

常规地，执行手动方法，其中借助于镊子，将探针主体引入到打开的夹紧机构中，然后再次关闭该机构。这需要使用者方面的经验和技巧。

为了方便使用者进行安装，在替代的解决方案中，将包括探针尖的托架连同探针主体一同预安装在支座上，这方便了(现在更大的构件的)操作和安装。然而，这种类型的预制模块在仪器制造方面很昂贵。除此之外，在替换测量探针时，这种模块无法提供足够的灵活性，并且需要高后勤花费，因为必须始终保持大量模块的库存。测量探针的安装难度只是被转移到了前一工作步骤。

因此，传统上始终仍存在挑战，即操作扫描探针显微镜的敏感的测量探针并且在需要时对其进行更换，而无需在此要求使用者的大量技巧或者说无需蒙受损坏或者损毁测量探针的危险。

发明内容

当前发明的目的在于，完成能够简单且防损坏保护地操作扫描探针显微镜的测量探针的可能性。

该目的通过具有根据独立权利要求的特征的主题得以实现。其它实施方案示出在从属权利要求中。

根据当前发明的一种实施方案，完成了一种用于操作扫描探针显微镜的测量探针的操作设备，其中测量探针包括探针主体和借助于托架与探针主体耦合的探针尖，其中操作设备包括：用于将测量探针容纳在容纳面上的容纳装置；导向结构，在该导向结构中，测量探针可被引导，并且在此，探针主体被至少部分周向地界定了，并且托架和探针尖被无接触地支承；以及用于沿着导向结构，将测量探针从容纳面输送至目标面(特别地在目标面的范围内)的输送装置。

根据当前发明的另一实施方案，提供了一种布置结构，其包括：扫描探针显微镜，该扫描探针显微镜用于借助于扫描地感测试样主体的表面来确定关于试样主体的表面信息，其中扫描探针显微镜包括测量探针，其被设置用于扫描地感测试样主体的表面并且包括探针主体和借助于托架与探针主体耦合的探针尖；以及具有上文中描述的特征的用于操作测量探针的操作设备。

根据另一示例性实施方案，完成了一种用于操作适用于扫描探针显微镜的测量探针的方法，其中测量探针包括探针主体和借助于托架与探针主体耦合的探针尖，其中在该方法中，测量探针被容纳在操作设备的容纳面上，在操作设备中引导测量探针，使得探针主体至少部分周向地由导向结构界定，并且无接触地在导向结构中支承托架和探针尖，并且在操作设备中，沿着导向结构，将测量探针从容纳面输送至目标面。

在当前申请的框架下，术语“操作设备”特别地理解为一种工具或一种辅助设施，通过该工具或辅助设施，可以由使用者操作包括敏感的探针尖的测量探针，并且简化了在借助于扫描探针显微镜进行的试样主体的原本分析之前，测量探针到扫描探针显微镜的探针容纳部上的安装。操作设备可以预设为与扫描探针显微镜分离。替代地，操作设备也可以固定地与扫描探针显微镜相连。

在当前申请的框架下，术语“扫描探针显微镜”特别地理解为一种显微镜，对于该显微镜，不通过光学或者电子光学的成像(即在使用透镜的情况下)，而是经由测量探针与试样主体的交互作用，来产生试样主体的图像或其它表面信息。借助于该测量探针，在扫描过程中，逐点地感测待研究的试样表面。为每个单独的点产生的测量值随后可以组合成图像或者以另外的方式进行评估。

根据本发明的一种示例性实施方案，完成了一种设计为工具的操作设备，其为使用者实现了包括敏感的探针尖的测量探针到扫描探针显微镜上的安装的准备。在使用操作设备，由使用者对应地操作测量探针的过程中，持续且可靠地保护敏感的探针尖免受损坏。同时，使用者不需要任何细工的操作或特殊的经验或者说技巧。更确切地说，只要使用者仅将测量探针与探针尖一起放置在容纳面上，然后致动操作设备就足够了，由此自动地沿着导向结构，将所放置的测量探针从容纳面输送至目标面。在历经该路径时，探针尖保持为在操作设备中无接触，其中为了移动测量探针，对应的输送装置接合至测量探针的不太敏感的探针主体。如果以定义的和期望的方式到达目标面上或者说目标面的范围内，则可以通过将包含目标面的输送模块从操作设备中移出，继续处理为了耦接至扫描探针显微镜而准备的测量探针。目标面上的输送模块和测量探针可以随后被送至扫描探针显微镜，在此可以结束输送模块连同测量探针到扫描探针显微镜上的安装。以此方式，完成了一种直观且无需专门的基础知识或技巧就可操纵的操作机构，以简单且安全地更换测量探针，该操作机构也可以由不熟练的使用者操纵，并且可靠地避免损坏测量探针的托架和探针主体上的探针尖。

在下文中，描述了该操作设备、该布置结构以及该方法的额外的示例性实施方案。

根据本发明的一种实施方案，操作设备可以包括用于安放在容纳装置上的遮盖装置，以遮盖测量探针。这种遮盖装置可以包括盖板，其在顶面上并且必要时在侧向上也保护测量探针免受损坏。如果使用者已经将测量探针放置在容纳面上并且安放了遮盖装置，则不再需要直接在隔离的测量探针本身上的任何进一步的使用者活动，来将其安装在扫描探针显微镜上。

根据本发明的一种实施方案，导向结构可以在容纳面和目标面之间至少逐段地具有通道，可沿着该通道，引导测量探针。这种通道可以限定为槽、凹进部分或者由侧壁限定，并且可以精确定义测量探针在从容纳面到目标面的输送过程中的运动轨迹。由此，在输送过程中，也能快速、可靠且安全地操作敏感的探针尖。

根据本发明的一种实施方案，可以借助于顶面和/或底面和/或侧面的壁，限定通道。在空间上在四个面上被限定的通道的一种设计方案中，完全且因此特别可靠地保护探针尖免受不期望的机械损伤。

根据本发明的一种实施方案，面向探针尖的壁可以具有用于无接触地自由放置托架和探针尖的自由位置。可以在导向结构中引导测量探针，使得托架端部上的例如指向上方的探针尖通过自由位置，始终保持与周围的壁间隔，并且由此在输送过程中持续无接触地对其进行引导。

根据本发明的一种实施方案，输送装置可以被设计为用于沿着导向结构，将测量探针从目标面输送回容纳面。因此，可以配置导向结构和输送装置，使得不仅实现测量探针从容纳面到目标面的运送，以将探针主体安装在扫描探针显微镜上，而且在结束使用扫描探针显微镜上的测量探针进行的测量后，同样无需复杂的操作，就可以由使用者再次拆下测量探针。这可以通过以下方式实现，即在结束这样的测量后，将输送模块连同测量探针一同从扫描探针显微镜送回至操作设备，将其耦接于此，并且能够以相反的方向，沿着导向结构，将测量探针从目标面输送回容纳面。通过这种双向的可操作性，使用者只需要在结束时，将测量探针再次从容纳面上移出。

根据本发明的一种实施方案，输送装置可以包括输入滑块，其用于将测量探针至少逐段地从容纳面推动至目标面。显然，可以通过输入滑块，将整个测量探针沿着导向结构，从后部推动至目标面。因此，使用者的一次直观的手部动作，就足以将测量探针从容纳面运到目标面或者说运到目标面的范围内。

根据本发明的一种实施方案，当借助于输入滑块，将测量探针至少逐段地从容纳面推动至目标面时，输入滑块可以具有用于无接触地自由放置托架和探针尖的自由位置。为了特别可靠地保护测量探针以防机械损伤，可以放入测量探针，使得在从容纳面到目标面的输送过程中，托架连同探针尖都位于输送方向上背面的位置处。在输入滑块朝向前向方向推动测量探针并且在此接合到测量探针的背面(相关于输送方向)时，所描述的自由位置确保尽管通过输入滑块操作整个测量探针，但托架和探针尖都不与操作设备的周围部件接触，并且在输送过程中甚至通过输入滑块得到额外的保护。

根据本发明的一种实施方案，输送装置可以包括用于将测量探针至少逐段地从目标面推回容纳面的输出滑块。在将测量探针从目标面运回容纳面时，相较于去向输送，可以在相反的方向上输送测量探针，并且在此借助于输出滑块再次推动或者拖动测量探针。在去向输送时，输出滑块可以用作测量探针的正面界限，与此相反，在反向输送时，输入滑块用作测量探针的背面界限。因此，输入滑块和输出滑块都满足双重功能，即在一种运行状态下推移测量探针，和在相应的另一运行状态下，在空间上界定测量探针。

根据本发明的一种实施方案，当借助于输出滑块，将测量探针至少逐段地从目标面推回容纳面时，输出滑块可以被设计用于仅有接触地作用于测量探针的探针主体。有利地，借助于输出滑块实现的测量探针的推动绝不会导致托架连同探针尖的机械负载，因为根据所描述的设计方案，输出滑块仅接合于探针主体。

根据本发明的一种实施方案，输出滑块可以设计为弹簧舌。这种弹簧舌可以是弹性构件或者固体关节，其可以确保仅以很小的力就能操作探针主体。由此，输出滑块作为弹簧舌的设计方案也有助于使得在操作过程中不可能机械损坏或者损毁测量探针。

根据本发明的一种实施方案，输出滑块可以包括在移位时作用于测量探针的钩状件和与钩状件耦合且在移位时没入凹进部分的释放凸起部，该释放凸起部在测量探针由于移位而到达容纳面时，从凹进部分中引出，钩状件由此释放测量探针。因此，当致动操作设备，以将测量探针从目标面输送回容纳面时，优选地设计为弹簧舌的输出滑块可以包括用于带动探针主体的钩状件。有利地，根据一种示例性实施方案，除了钩状件外，弹簧舌还可以包括例如布置在其前方的释放凸起部，例如可以在槽或者其它凹进部分中对其进行导向，而钩状件将测量探针推回或拉回容纳面的方向。当测量探针到达期望的终端位置的范围内，即到达容纳面处时，可以通过对应地配置凹进部分，迫使钩状件进行上升运动。释放凸起部和钩状件可以彼此相连，使得当释放凸起部移动出凹进部分时，也带动钩状件向上运动，并且因此不再与测量探针啮合。随后，不再继续推动或者拉动测量探针，并且测量探针停留在期望的终端位置，例如容纳面上。

根据本发明的一种实施方案，在垂直于推动方向的方向上，输出滑块可以设计得比输入滑块更窄。通过输出滑块的这一特别窄的设计方案，可以一方面极节省空间地，另一方面以精确定义的空间导向，使得在槽或其它凹进部分中引导释放凸起部成为可能。

根据本发明的一种实施方案，操作设备可以包括用于由使用者致动输送装置的致动装置。在由使用者纵向推移输送装置之前，例如可以首先由使用者(例如通过按压按键)致动这种致动装置，由此自动地在容纳面和目标面之间移动测量探针。可由使用者直观且容错地操纵这种致动装置。替代地或者补充地，致动装置也可以设计用于通过特别是电动机的驱动装置进行致动。

根据本发明的一种实施方案，致动装置可以包括力限制机构，其用于限制由使用者施加在致动装置上的力，使得作用于输送装置的力不超过可预设的阈值。有利地，在致动装置中，可以完成预防措施，该预防措施将由使用者施加到测量探针上的力的传递限制到可预设的最大值。由此，甚至在由使用者施加的力过大的情况下，也可以可靠地排除测量探针由此受到损害的可能性。当致动力超过可预设的阈值时，对应的力限制机构可以例如引起致动装置和测量探针之间的力退耦。这可以通过在致动装置和输送装置之间预设对应的耦合件来完成。

根据本发明的一种实施方案，致动装置可以被设计为，使得可以借助于致动该致动装置而选择性地使得输送装置能够移位或者不能移位。通过使用者对应地致动该致动装置(例如在推移运动之前必须致动按钮)，致动装置可以例如在锁定状态和解锁状态之间转换。如果在这种移位下，会担心损坏测量探针，那么即便在解锁状态下，也可以通过对应的安全机构，使输送装置不能移位。对应的安全机构的示例显示在图16中。

根据本发明的一种实施方案，操作设备可以具有包括目标面的输送模块，其特别地连同目标面上的测量探针一同，可与操作设备的剩余部分分离并且可输送至扫描探针显微镜或者说可耦接于此。输送模块可以选择性地紧固在操作设备上，或者紧固在扫描探针显微镜上。如果输送模块被安置在操作设备上，则可以在容纳面与目标面之间实现测量探针的转移。如果输送模块被安置在扫描探针显微镜上，则测量探针可以用于扫描地感测试样主体的表面。输送模块本身可以将测量探针承载在其目标面上，并且由于其尺寸上比测量探针大得多，因此可以毫无问题地由使用者进行操作。

根据本发明的一种实施方案，操作设备可以包括可移动的(例如可推移的)斜坡和可移动的(例如可翻转的)导向件，该斜坡和该导向件在一种运行状态下，可运动靠近输送模块，以与输送模块啮合。在另一运行状态下，导向件和斜坡也能够以释放输送模块的方式运动远离输送模块。以这种方式，输送模块能够以定义的方式耦接至操作设备，或者能够与其脱开，以转移至扫描探针显微镜。

根据本发明的一种实施方案，在与输送模块啮合时，容纳面可以被布置在斜坡和导向件之间。以对应的方式，在与输送模块啮合时，目标面可以被布置在输送模块和导向件之间。因此，可以设置输送装置，以在将测量探针从容纳面转移到目标面时，将测量探针从斜坡与导向件之间的位置移动至导向件与输送模块之间的另一位置。

根据本发明的一种实施方案，操作设备可以包括用于选择性地将测量探针固定在目标面上的固定装置。在一种优选实施方案中，操作设备可以装备有固定机构，其在将输送模块从操作设备中移出之前或者过程中，将测量探针固定在目标面上。换言之，操作设备可以实现将包括托架和探针尖的测量探针(也被称为包括悬臂的悬臂芯片)引入固定机构并将其固定于此。以此方式，可以实现在将输送模块上的测量探针从操作设备输送至扫描探针显微镜时，可靠地将测量探针加固在输送模块上。

根据本发明的一种实施方案，固定装置可以包括位于目标面的范围内的第一固定部件和第二固定部件，该第二固定部件被设计为选择性地可运动靠近目标面或者可运动远离目标面，以便在测量探针从目标面上松开的状态与测量探针被固定在目标面上的状态之间切换。因此，第一固定部件和第二固定部件能够以这样的方式共同作用，使得相较于两个固定部件的相对距离空间上更远的情况下，如果两个固定部件之间的相对距离空间上更靠近，则由于固定部件之间的例如取决于距离的互作用力，可以选择性地保持或者释放测量探针。

根据本发明的一种实施方案，可以设置固定装置，以借助于第二固定部件的运动靠近，切换成测量探针从目标面上松开的状态。能够以对应的方式设置固定装置，以借助于第二固定部件的运动远离，切换成测量探针被固定在目标面上的状态。为了释放输送模块，可以有利地实现第二固定部件的运动远离，因为在释放输送模块后，应将布置在其上的测量探针优选地固定地保持在输送模块上，以输送至扫描探针显微镜。明显，通过使第二固定部件移动远离第一固定部件，可以接通作用于测量探针的紧固力。当第二固定部件移动靠近第一固定部件时，可以有利地实现目标面上的测量探针的释放。随后，可以将输送模块紧固在操作设备上，以将现在已释放的测量探针从目标面上移动至容纳面，反之亦然。

根据本发明的一种实施方案，固定装置可以包括用于选择性地在固定机构(其可以被安置在第一固定部件上或者可以形成第一固定部件)上施加主力的主力装置(其可以被安置在第二固定部件上或者可以形成第二固定部件)，和该固定机构，其中可借助于主力装置来致动该固定机构，以松开和/或固定输送至目标位置的测量探针。在当前申请的框架下，术语“主力装置”特别地理解为一种力产生装置，其被设计用于根据需求(例如机械控制地或者使用者控制地)产生临时起作用的主力。该主力可以使得无接触地并且由此可良好复制地将测量探针紧固在目标面(在目标面上也可以预设用于引入测量探针的引入装置，例如引入凹槽)上或者说从其上松开测量探针成为可能。可以可选地接通或关断这种主力。根据所描述的实施方案，为扫描探针显微镜的测量探针提供了稳固的固定装置，可同时为了多个不同的测量探针类型或者说测量方法，将其装入扫描探针显微镜，并且使得可以无损毁地更换测量探针。本发明的一种实施方案使得使用者能够安全、简单且直观地更换测量探针。这提高了安装和更换测量探针相关的使用舒适性。通过可直观操作的引入装置、可逆作用的固定机构和优选非接触式起作用以基于力地控制固定机构的主力装置之间的相互作用，可以简化测量探针的操作，可以抑制测量探针发生不期望的机械损毁，并且可以排除测量探针的错误定位。为此目的，本发明的实施方案使得其作用原理适合于，通过主力装置，为固定机构加载高一级的主力，以接通和/或关断固定力，在该主力的影响下，可以选择性地借助于固定机构，固定或者松开测量探针。借助于主力装置产生的主力在此可以叠加至固定机构的固定力(特别地削弱甚至消除该固定力地叠加)，从而不再有任何合成紧固力作用于测量探针，并且由此松开测量探针。

根据本发明的一种实施方案，可以从下列组中选择主力装置，该组由用于施加磁性主力(特别地可借助于可移动的主力永磁体或者借助于可电激活的主力电磁铁施用)、液压主力、气动主力、电主力、热主力和机械主力的主力装置构成。所有这些力产生机构都可以根据控制技术来实施，从而可以有利地避免过大或不足的紧固力的影响。

根据本发明的一种实施方案，固定机构或者说第一固定部件可以包括至少两个磁性元件，其磁性互作用力被设计为固定输送至目标面的测量探针，特别是夹紧地对其进行固定。如果两个磁性元件之一被固定(例如在壳体或固定主体的空隙中)，而两个磁性元件中的另一个可以自由移动(例如在壳体或固定主体的空隙中)，则可以通过两个磁性元件的磁性互作用力，产生一个力，该力紧固地作用于位于目标面上的(特别地被引入到引入装置中的)测量探针。为了能够将测量探针从目标面上取下(特别地从引入装置中移出)，另一磁场产生装置(例如可移动的永磁体或电磁铁)可以用作所属的主力装置，其将高一级的磁力叠加至已经起作用的磁力，其中通过高一级的主力，在释放测量探针的同时，将磁性元件中直接或间接作用于测量探针的磁性元件拉回。

根据本发明的一种实施方案，固定装置可以包括保持力增强元件(特别是一个球体)，其具有弯曲的附着力传递面，特别是球形弯曲的附着力传递面，在测量探针被输送至目标面的状态下，该保持力增强元件借助于该附着力传递面，特别地点状地直接作用于测量探针。其优点在于，可以基本上点状地实现附着力增强元件到测量探针上的作用力，使得由固定机构施加的固定力可以位置精确地且具有空间上明显集中或者说聚焦的效果地作用在测量探针上。

根据本发明的一种实施方案，输送装置和固定装置可以被设置为彼此共同作用，使得测量探针首先(借助于输送装置)被输送靠近目标面，并且只有在固定时才(借助于固定装置)固定在目标面上(特别地被压紧在其上、吸引到其上或者吸到其上)。输送装置可以首先使测量探针纵向移位，并且在此接近目标面，使得测量探针位于目标面的范围内。随后，可以通过在不同于纵向推移方向(特别地基本上与其正交)的方向上的运动，经由固定装置，实现测量探针与目标面物理接触的实际压紧(等)，该固定装置相对于目标面，将测量探针压紧到接触主体(特别是接触板等)上或者以另外的方式固定于此。因此，根据所描述的设计方案，可以出现测量探针在其从与容纳面的触碰接触到与目标面的触碰接触的路径上的两级运动。有利地，可以特别精确地实施该机构。

替代地，从容纳面到目标面的运动也可以仅通过输送装置单独完成。

根据本发明的一种实施方案，操作设备可以包括逐段地由目标面界定的引入凹槽或者引入装置，当测量探针位于目标面上时，测量探针至少部分地被引入到引入凹槽或者引入装置中。引入凹槽或者引入装置可以在一侧上由接触主体(例如由接触薄片，特别是接触板)上的目标面界定。举例而言，固定力可以与目标面相对地作用于测量探针上，并且将测量探针压向接触主体或者说压向目标面。如有必要，主力可以从接触主体的各侧上起作用，其例如可以抵消固定力，以释放测量探针。

根据本发明的一种实施方案，容纳面和/或导向结构的导向面(例如通道的底面)和/或目标面可以设计为倾斜于水平面的面。该倾斜度可以特别地使得在从容纳面到目标面或者到目标面的范围内的输送过程中，测量探针至少逐段地沿着该倾斜面向下运动。在从容纳面到目标面的运动过程中，测量探针可以明显至少逐段地从斜面上滑下，使得在一定角度下实现测量探针在输送模块中的安装，该角度对应于测量探针在输送模块中并且由此在扫描探针显微镜中的最终额定位置。

特别地，根据一种示例性实施方案，操作设备可以包括优选地具有斜向表面的可推移的斜坡。测量探针或者说悬臂芯片优选地以探针尖向上的方式位于该优选地斜向或者倾斜的表面上。可以借助于滑座，沿着该斜面(明显顺势而下)，将所属的探针主体推入输送模块(其也可以被称为悬臂支座或者说悬臂模块)。反之，可以通过该滑座和紧固于其上的弹簧舌，将之前已经用在扫描探针显微镜中的测量探针从输送模块中拉出。在这些运动过程中，可以受控地且定义地引导测量探针。根据本发明的示例性实施方案，可以在导向结构或者说输送装置上预设对应的凹口，这些凹口可以确保不会损坏测量探针的托架和探针尖。

根据本发明的一种实施方案，操作设备可以包括用于使得操作设备的一个部件(或者说多个部件相对于彼此，例如斜坡相对于滑座)不能运动的闭锁机构，该运动可能会对托架和/或探针尖和/或引入凹槽加载机械负载。当例如滑座已经朝向目标面的方向引导测量探针时，斜坡朝向相反方向的运动会造成输出滑块的钩状件越过测量探针的不期望的运动并且由此在成后者的损坏。这可以通过对应的闭锁机构来避免。

根据本发明的一种实施方案，扫描探针显微镜可以包括用于耦接具有上文中描述的特征的输送模块的输送模块接口，使得在将输送模块(包括布置在其目标面上，特别是固定在其上的测量探针)耦接至输送模块接口后，输送模块上的测量探针随时可用于扫描地感测试样主体的表面。如果已经通过对应地操作该操作设备来将测量探针布置并且优选地固定到输送模块上，则使用者可以将输送模块连同测量探针一同附接至扫描探针显微镜。由此，可以优选地将测量探针直接送到测量位置。

根据本发明的一种实施方案，在将测量探针输送到目标面后，该方法可以包括：将包括目标面的输送模块连同测量探针一同与操作设备的剩余部分分离；并且将输送模块连同位于目标面上的测量探针一同耦接至扫描探针显微镜。为此目的，使用者可以将布置在输送模块上并且优选地固定在其上的测量探针移动至扫描探针显微镜，并且耦接于此。优选地，在耦接步骤后，该方法可以包括：运行扫描探针显微镜，以借助于经由测量探针扫描地感测试样主体的表面来确定关于试样主体的表面信息。另外，在一种实施方案中，在确定试样主体的表面信息后，该方法可以包括将输送模块连同测量探针一同与扫描探针显微镜分离，并且将输送模块连同测量探针一同再次耦接至操作设备。随后，在该方法中，输送模块上的测量探针可以在操作设备中，沿着导向结构，从目标面移回容纳面。在那里，使用者可以(例如用镊子)从容纳面上取下测量探针。以此方式，操作设备既可以支持测量探针到扫描探针显微镜上的安装，也支持将测量探针从扫描探针显微镜上拆卸下来。

根据本发明的一种实施方案，扫描探针显微镜可以设计为扫描力显微镜。扫描力显微镜(也被称为原子的力显微镜或者原子力显微镜(AFM))是专门的扫描探针显微镜。它用作表面化学中的工具，并且用于机械地感测表面且在纳米标尺上测量原子力。

附图说明

接下来，参考接下来的附图，详细地描述当前发明的示例性实施方案。

图1示出了根据本发明的一种示例性实施方案的布置结构，其包括用于操作测量探针的操作设备和所属的扫描探针显微镜。

图2示出了根据本发明的一种示例性实施方案的测量探针的侧视图，其包括探针主体、探针尖和布置在其间的托架。

图3示出了根据图2的测量探针的俯视图。

图4示出了根据本发明的一种示例性实施方案的操作设备的示意性侧视图。

图4A示出了根据图4的细节A。

图4B示出了根据图4A的细节A1。

图4C示出了在操作设备的与图4B不同的运行状态下的根据图4A的细节A1。

图5示出了根据本发明的一种示例性实施方案的操作设备的一个分区。

图6示出了根据本发明的一种示例性实施方案的操作设备的另一分区。

图7示出了图6的细节。

图8示出了根据本发明的另一示例性实施方案的操作设备的一个分区。

图9示出了根据本发明的一种示例性实施方案的操作设备的导向结构的横截面。

图10示出了根据图9的导向结构的俯视图。

图11示出了根据本发明的一种示例性实施方案的导向结构的侧视图，包括操作设备的在其中导向的测量探针。

图12示出了根据图11的导向结构连同测量探针的俯视图。

图13示出了根据本发明的一种示例性实施方案的操作设备的连同测量探针的容纳面和遮盖装置。

图14示出了根据图9的操作设备的一个分区。

图15示出了根据本发明的一种示例性实施方案的操作设备的致动装置的力限制机构。

图16示出了根据本发明的一种示例性实施方案的操作设备，其包括防止损毁测量探针的保护机构。

图17至图20示出了根据本发明的一种示例性实施方案的操作设备，其处于在借助于所示的操作设备执行用于操作扫描探针显微镜的测量探针的方法时的不同运行状态中。

具体实施方式

不同附图中的相同或相似部件用相同的附图标记标识。

在参考附图描述本发明的示例性实施方案之前，还应阐述本发明的若干通用方面以及基础技术：

为了使用扫描探针显微镜进行测量，通常要借助于镊子，将测量探针(例如大小为1.6mm x 3.4mm的悬臂芯片)导入到为此预设的测量探针容纳部(也被称为悬臂支架)中。因此，从用户的角度来看，替换测量探针构成了精细运动的挑战，其在错误操作的情况下，可能会导致损坏测量探针和/或测量探针容纳部。

常规地，仅存在成本较高且相对直观的用于更换测量探针的程序，由于借助于镊子的精细运动的操纵，对于无经验的使用者而言，这与高故障可能性有关。在此产生可能会损坏扫描探针显微镜的扫描器组件的测量探针和/或零件的危险。

根据本发明的一种示例性实施方案，完成了一种用于受控的测量探针替换的操作设备。特别地，由此通过使用作为用于受控地装载和卸载测量探针的操作设备的工具，简化的、安全的、可复制的且同时快速的测量探针替换成为可能。

图1示出了根据本发明的一种示例性实施方案的布置结构71，其包括用于操作测量探针12的操作设备50和所属的扫描探针显微镜81。特别地，图1图解了根据本发明的一种示例性实施方案的扫描探针显微镜81，其被设计为扫描力显微镜(原子力显微镜，atomicforce microscope(AFM))。

对于扫描探针显微镜81，借助于光学传感器机构，检测悬臂摆幅，即在图2和图3中详细示出的测量探针12的位置改变或者说形状变化。测量探针12具有探针主体51和借助于托架52与探针主体51相连的探针尖85。在此，电磁辐射源82(例如激光源)通过聚焦装置92(其可以设计为一个或多个光学透镜的布置结构)，将电磁初级射线93(特别是光束)发送至测量探针12。由测量探针12反射的电磁次级射线83传播到光电敏感且位置敏感的检测器90(特别地，电磁次级射线83可以借助于偏转镜94或者另一光学偏转元件偏转至位置敏感的检测器90)。如果测量探针12通过执行元件84(其可以实现在根据图1竖直的z方向上的位置改变)进行运动和/或测量探针12改变其形状，则可以在位置敏感的检测器90上检测激光的改变。根据测量探针12的测量探头尖85(也被称为悬臂探头尖)与待研究或者说待表征的试样主体86的交互作用，测量探针12的摆幅变化并且检测器90上的所属范围被电磁次级射线83击中。随后可以在评估单元88中处理检测器信号。随后可以借助于显示设备89显示试样主体86的表面上产生的高分辨率图像。可以用测量探头尖85(即测量探针12的敏感探头尖)感测试样主体86的表面。试样台97是可借助于执行元件98，在根据图1的水平面上(即在与z轴正交的x方向和y方向上)运动的。因此，扫描探针显微镜81用于借助于经由测量探针12扫描地感测试样主体86的表面来确定关于试样主体86的表面信息。

从扫描探针显微镜81处观察，图1中显示的布置结构71还具有用于操作测量探针12的操作设备50。操作设备50用作在此独立于扫描探针显微镜81预设的工具，以便为使用者实现测量探针12在扫描探针显微镜81上的操作和安装。为此，如参考图4至图20所描述的，首先借助于操作设备50，将测量探针12紧固在输送模块1上。随后将输送模块1连同测量探针12一同从操作设备50上取下，并且耦接至扫描探针显微镜81。后者示意性地显示在图1中：扫描探针显微镜81具有用于耦接输送模块1的输送模块接口72，使得在将输送模块1耦接至扫描探针显微镜81的输送模块接口72后，输送模块1上的测量探针12随时可用于扫描地感测试样主体86的表面。

图2示出了测量探针12的侧视图，包括其小板状探针主体51、其点状探针尖85及其布置在其间的设计成柔性臂的托架52。图3示出了根据图2的测量探针12的俯视图。在图2和图3中显示了测量探针12的顶面100、底面101、正面102、背面103以及侧面104。正面102包括显示在测量探针12右侧上的竖直面133以及两个邻接的倒角135、137。背面103包括显示在测量探针12左侧上的竖直面143以及两个邻接的倒角145、147。探针主体51是平面的小板，其长度和宽度均处于典型的若干毫米的范围内。托架52的宽度例如为若干毫米。探针尖85的尺寸处于托架52的相应尺寸范围内或者小于该相应尺寸。

图4示出了根据本发明的一种示例性实施方案的操作设备50的示意性侧视图。图4A示出了根据图4的细节A。图4B示出了根据图4A的细节A1。图4C示出了在操作设备50的与图4B不同的运行状态下的根据图4A的细节A1。图4C图示了将之前布置在输送模块1上的测量探针12从输送模块1中移出时的状态，其中在位置106处实现测量探针12上的作用力。与此相反，图4B示出了在将测量探针12装入输送模块1时的状态，其中在位置105处实现测量探针12上的作用力。图5示出了图4A中显示的细节A的一个分区。图6示出了操作设备50的另一分区。图7以输出滑块63(虚线和实线)的两种不同运行状态，示出了图6的细节。图8示出了根据本发明的另一示例性实施方案的操作设备50的一个分区，并且图解了在手动操纵时，由使用者到操作设备50的力传递。图9示出了根据本发明的一种示例性实施方案的操作设备50的导向结构55的横截面。图10示出了根据图9的导向结构55的俯视图。图11示出了根据本发明的一种示例性实施方案的导向结构55的侧视图，包括操作设备50的在其中导向的测量探针12。图12示出了根据图11的导向结构55连同测量探针12的俯视图。图13示出了根据本发明的一种示例性实施方案的操作设备50的连同测量探针12的容纳面54和遮盖装置58。图14示出了根据图8的操作设备50的一个分区。图15图解了根据本发明的一种示例性实施方案的操作设备50的致动装置6的力限制机构65。图16示出了根据本发明的一种示例性实施方案的操作设备50的、包括闭锁机构70的分区，该闭锁机构保护测量探针12不受机械损坏或者不被损毁。

概览地显示在图4中的操作设备50用于操作在图1中图解的扫描探针显微镜81的图2和图3所示的测量探针12。

如最佳地在图13可见，操作设备50具有用于将测量探针12容纳在容纳面54上的容纳装置53。使用者(例如借助于未显示的镊子)将测量探针12放置在容纳面54上，并且随即通过用于安放在容纳装置53上的盖板状遮盖装置58对其进行遮盖。

借助于图9至图12中显示的导向结构55，可以将测量探针12从容纳面54引导至图6和图7中显示的输送模块1的目标面57。在测量探针12沿着导向结构55导向地运动时，探针主体51可以在周向上由壁60和滑块62、63界定，并且可以无接触地支承托架52和探针尖85。由此，将精确且安全的导向与测量探针12的无损坏的操作相结合。为此目的，导向结构55具有细长的通道59，其可以至少部分地设计为斜坡3的一部分并且在容纳面54与目标面57之间延伸。在其在容纳面54和目标面57之间的输送过程中，沿着通道59，定义地对测量探针12进行导向。图9至图12示出了如何借助于顶面、底面和侧面的壁60限定通道59。测量探针12以距壁60隔一定的间隙或者说间距的方式布置在通道59中，但仍可沿着其延伸部精确地导向。图9示出了顶面的壁60具有用于无接触地自由设置托架52和探针尖85的自由位置61，以在沿着通道59进行导向的过程中，对其进行保护，以防机械损坏。通过对应于图9至图12的通道几何形状，可以完全将测量探针12保持在控制下，而无需导向方面的最高精确性的必要。

最佳地在图11和图12中可见的输送装置56用于沿着导向结构55，将测量探针12从容纳面54输送至目标面57或者说将其从目标面57输送回容纳面54。

为了完成从容纳面54到目标面57的输送，输送装置56具有用于将测量探针12从容纳面54推动至目标面57的输入滑块62(参见图4A至图4C以及图11和图12)。输入滑块62的对应推动方向以附图标记107显示在图4B和图12中。有利地，输入滑块62具有图12中可见的自由位置61，以无接触地自由设置托架52和探针尖85。在输入滑块62在朝向目标面57的推动方向107上推动测量探针12的过程中，其接合至测量探针12的正面102。在此期间，托架52和探针尖85都不接触输入滑块62，因为在推动时，二者在自由位置61中都保持距输入滑块62一定距离。在借助于输入滑块62实现的测量探针12从容纳面54到目标面57的整个推移过程中，保持该间隔。

为了完成测量探针12从目标面57返回容纳面54的推动或者说拉动，输送装置56具有图4A至图4C、图6、图7以及图11和图12中所示的输出滑块63。输出滑块63可以被设计为固体关节，其在运行过程中有利地仅在测量探针12上施加极小的力，并且由此可靠地避免对其的损坏。在图4C和图12中，以附图标记108显示了输出滑块63的对应(替代推动方向107并且与之反向)的推动方向。输出滑块63被设计为仅作用于测量探针12的探针主体51，并且为此仅仅接合于探针主体51的背面103。显然，输出滑块63将测量探针12从目标面57拉回或拖回容纳面54。有利地，输出滑块63可以被设计为弹簧舌。为此，输出滑块63具有在移位时作用于测量探针12的钩状件5’和与钩状件5’作用耦合且在移位时没入凹进部分64的释放凸起部5”。这最佳地在图7中可见。如果测量探针12由于在推动方向108上移位而到达容纳面54，则从凹进部分64中引出释放凸起部5”，钩状件5’由此强制性释放测量探针12。输出滑块63在垂直于推动方向107、108的延伸方向上设计得比输入滑块62更窄，参见图12。

操作设备50的致动装置6用于致动输出滑块63。通过滑座4的运动，输送装置56(更确切地说，其滑块62、63)被使用者移动。如图8和图15中可见，致动装置6可以包括力限制机构65，其用于限制由使用者施加在致动装置6上的力，使得作用于输送装置56的力不超过可预设的阈值。借助于致动装置6，可以特别地致动输出滑块63。因此，使用者借助于致动装置6，也作用于敏感的测量探针12。为了在机械上使得无法从使用者向测量探针12意外且不期望地传递过量的力，例如可以借助于图8和图15中示意性显示的弹性件连同耦合件，在过量的致动力下，实施对应的力退耦。

此外，操作设备50具有最佳地在图5中可见的固定装置66，其用于选择性地将测量探针12固定在目标面57上，如在下文中详细描述的。固定装置66包含底面的第一固定部件67，其位于目标面57的范围内或者与其处于有效连接的范围内。第一固定部件67可以被设计为输送模块1的一部分。顶面的第二固定部件68可以被设计为导向件7的一部分，其中可以通过使用铰链(参见附图标记8)，将该导向件从输送模块1处折起(如下面详细描述的)，或者如图4A所示，该导向件可以展开至输送模块1。因此，这两个固定部件67、68是共有的，并且根据导向件7的折叠状态，被设计用于选择性地相关于彼此运动靠近目标面57或者运动远离目标面57，以便在测量探针12被固定在目标面57上的状态与测量探针12从目标面57上松开的状态(参见图5)之间切换。因此，固定装置66被设置为，借助于第二固定部件68的运动靠近，切换成测量探针12从目标面57上松开的状态，或者说借助于第二固定部件68的运动远离，切换成测量探针12被固定在目标面57上的状态。为此目的，固定装置66的第二固定部件68包括用于选择性地在第一固定部件67的固定机构上施加磁性主力的主力装置11，其中由部件15、16、17形成该固定机构。因此，可借助于主力装置11，致动固定机构15、16、17，以松开和/或固定输送至目标面57的测量探针12。固定机构15、16、17包括两个磁性元件16、17，其彼此相斥的磁性互作用力被设计为夹紧地固定输送至目标面57的测量探针12。固定装置66还包括球状的保持力增强元件15，其具有球形弯曲的附着力传递面，在测量探针12被输送至目标面57的状态下，该保持力增强元件借助于该附着力传递面，点状地直接夹紧地作用于测量探针12。另外，根据图4A和图5，预设了在顶面由目标面57界定的引入凹槽69，其中当测量探针12位于目标面57上时，测量探针12被引入该引入凹槽。

固定机构15、16、17具有两个在此设计为永磁体(替代地设计为电磁铁)的磁性元件16、17，其被布置在容纳空腔中。相应磁性元件16、17的北极在图中用“N”标记，而相应磁性元件16、17的南极在图中用“S”标记。根据图5，这两个磁性元件16、17被布置在两个彼此相对的固定部件67、68中的同一个中，即在固定部件67中。在所示的实施方案中，磁性元件16、17之间的磁性互作用力被设计为，使得在没有主力的情况下，引入到引入凹槽69中的测量探针12被该磁性互作用力夹紧地固定在引入凹槽69中(未示出)。如图5中的标号S或者说N可见，两个磁性元件16、17彼此相斥。由于该相斥的磁性互作用力，磁性元件16、17作用于被引入到引入凹槽69中的测量探针12，使得其被夹紧地固定在引入凹槽69中。磁性元件17不可移动地支承在固定部件67中，例如粘贴于此。与此相反，磁性元件16可移动地支承在固定部件67中。因此，在相斥的磁力的影响下，磁性元件16被压向引入凹槽69的容纳井的方向，并且由此在测量探针12上施加固定的夹紧力。有利地，引入凹槽69额外地具有固然可选的并且在所示的实施方案中为球形或者说球状的保持力增强元件15。附着力增强元件15用作磁性元件16和被引入容纳井的测量探针12之间的中间件或者说力传递件，并且由此在测量探针12被引入到引入凹槽69中的状态下，以球形弯曲的接触面，直接压到测量探针12上。由此，测量探针12经受近似点状的强夹紧力。

根据图5，通过利用磁性元件16、17之间的相斥的磁力，实现直接的磁性夹紧。在该实施方案中，测量探针12或者说悬臂芯片同样被夹在接触板13和附着力增强元件15之间。固定的磁性元件17被安置为与可移动的磁性元件16相邻，其中相对于彼此定向磁性元件16、17，使得这两个磁性元件16、17彼此相斥。

输送装置56和固定装置66可以被设置为彼此共同作用，使得测量探针12首先被输送靠近目标面57，并且在固定时才被压紧至目标面57。更确切地说，可以借助于输送装置56，将测量探针12从容纳面54，驶入到目标面57的范围内，使得如图5所示，测量探针12位于目标面57的范围内，但是在所示的实施方案中，还没有触碰接触。随后，通过经由附着力增强元件15行驶靠近测量探针12而激活固定装置66，可以触发测量探针12与接触板13上的目标面57的夹紧触碰。

通过为固定的磁性元件17的场外加相反定向的磁场，松开测量探针12在附着力增强元件15和接触板13之间的夹紧，其中该相反定向的磁场将可移动的磁性元件16从测量探针12处推开，并且将夹紧力降低至可忽略的程度。在所示的实施方案中，这通过空间上可移动且同样设计为永磁体的主力装置11完成，该主力装置可以接近磁性元件16、17，以便松开夹紧，或者该主力装置可以远离磁性元件16、17，以便使夹紧无阻碍地作用在测量探针12上。

主力装置11的磁场在此能够以有利的方式比磁性元件16、17的磁场更强。

在导向件7被展开至输送模块1，以便能够在容纳面54和目标面57之间推移测量探针12时，测量探针12在固定装置66上保持为未夹紧状态，并且可以自由移位。如果与此相反，应将被推动至目标面57的测量探针12与输送模块1一同从操作设备50中移出，并且输送至扫描探针显微镜81，则只需折起导向件7，由此借助于固定装置66的第一固定部件67，安全地夹住测量探针12，以进行到扫描探针显微镜81的输送。

如最佳地在图4和图4A中可见，操作设备50具有可拆卸的并且包括目标面57的输送模块1。输送模块1可以连同导向地从容纳面54输送到目标面57的测量探针12一同，与操作设备50的剩余部分分离，并且被一同输送至扫描探针显微镜81(参见图1)。

图4和图4A中显示的可纵向推移的(参见双箭头109)斜坡3和图4及图4A所示的可摆动的(参见旋转箭头110)导向件7可运动靠近输送模块1，以便与输送模块1啮合。这种运行状态示出在图4和图4A中。如果与此相反，借助于根据旋转箭头110进行翻转，将导向件7从输送模块1处折起，并且根据双箭头109，将斜坡3侧向地推离输送模块1，则相对于操作设备50的剩余部分，释放输送模块1，并且随后可以将其从操作设备50中移出并且耦接至扫描探针显微镜81。在这样的释放后，测量探针12随后位于输送模块1的目标面57上，使得使用者可以方便地将整个输送模块1连同测量探针12一同运送至扫描探针显微镜81，并且在此准备好进行安装。由此，使用者无需操作微小的细工零件。

显然，在与输送模块1啮合时，容纳面54被布置在斜坡3和导向件7之间。相反，在与输送模块1啮合时，目标面57被布置在输送模块1和导向件7之间(参见图5)。如图4A和图5中可见，目标面57向下降落地倾斜于水平面。以对应的方式，容纳面54和/或导向结构55的导向面(即通道59的底面)同样可以向下降落地相对于水平面倾斜于引入凹槽69。由此，在从容纳面54朝向目标面57的方向的输送过程中，测量探针12可以沿着向下降落的面，向下运动，使得在一定角度下，实现测量探针12在输送模块1中的安装，其中该角度对应于测量探针12在输送模块1中并且由此在扫描探针显微镜81中的最终位置。

图16中显示了用于使得操作设备50的部件不可能进行不期望的运动的闭锁机构70，该闭锁机构部分地实施在斜坡3中，部分地实施在操作设备50的与其邻接的部件4、2中。通过闭锁机构70避免的不期望的运动是在斜坡3相对于邻接的部件4、5运动的过程中会对托架52和/或探针尖85加载机械负载的运动。

可以如下地运行根据图1的布置结构71：

首先，可以将待转移到扫描探针显微镜81中的测量探针12放置在操作设备50的斜坡3与导向件7之间的范围内的容纳面54上，并且由可以是导向件7的一部分的遮盖装置58进行遮盖。

随后，可以沿着导向结构55的通道59，从容纳面54开始，引导地朝向目标面57的方向推移测量探针12，这通过输入滑块62完成。在此，根据图4，向左推移由部件4、5、6构成的组件。测量探针12由此被引入到引入凹槽69中，并且现在位于输送模块1与导向件7之间的范围内。

之后，将导向件7从输送模块1处折起，由此激活用于将测量探针12固定在引入凹槽69中的固定装置66。随后，将斜坡3驶离输送模块1。因此，暴露输送模块1，以便从操作设备50中移出。

现在，可以将输送模块1连同固定于其上的测量探针12一同从操作设备50的剩余部分上取下，并且耦接至扫描探针显微镜81的输送模块接口72。在该耦接后，可以运行扫描探针显微镜81，以借助于经由测量探针12扫描地感测试样主体86的表面来确定关于试样主体86的表面信息。在结束该运行后，可以再次将输送模块1连同测量探针12一同从扫描探针显微镜81中取下。随后，可以将再次取下的输送模块1连同仍固定在其上的测量探针12一同送回操作设备50，并且将其放在斜坡3与导向件7之间。

接下来，将斜坡3移至输送模块1，并且在同时松开测量探针12的夹紧的情况下，朝向输送模块1翻转导向件7。通过翻转，触发固定装置66，以释放引入凹槽69中的之前固定的测量探针12，并且将输送模块1安装在操作设备50上。

现在，可以根据图1，向左移动由图1中以附图标记4、5、6显示的部件构成的组件。通过致动致动装置6，输出滑块63的钩状件5’与测量探针12卡合。随后，可以根据图1，向右移动由图1中以附图标记4、5、6显示的部件构成的组件，由此输出滑块63的钩状件5’向右推动或者拖动测量探针12。当测量探针12到达容纳面54时，释放凸起部5”从凹进部分3’中驶出，钩状件5’由此释放测量探针12并且将其放在容纳面54的范围内。因此，测量探针12再次位于其在斜坡3与导向件7之间的范围内的原始初始位置，并且可以由使用者例如通过镊子等轻松地从操作设备50中移出。

在下文中，更详细地描述操作设备50的结构和运行。

操作设备50或者说悬臂更换设施的基本结构显示在图4中。悬臂模块或者说输送模块1被推入更换设施或操作设备50的基板2中。可推移地布置的斜坡3位于该基板2上，并且可以借助于双按钮机构10、10’锁定在两个终端位置中。该图中未显示的一个终端位置是输送模块1可以被推入操作设备50中或者说从其中移出的终端位置。在图5中显示的另一终端位置中，可以将测量探针12装入到输送模块1中或者说从其中移出。通过可设定的板条9，实现斜坡3的侧向导向。

同样可推移地布置(参见双箭头112)的滑座4位于斜坡3的上侧，其中滑座容纳包括在此设计为致动按键的致动装置6的弹簧舌5。弹簧舌5有利于将测量探针12从输送模块1中移出。

导向件7可以借助于双铰链8，从操作设备50上的工作位置，翻转到用于引入/移出输送模块1的位置中，而且导向件具有多个在图5中详细显示的功能。一方面，在借助于主力装置11的一个或多个内置的磁铁翻转到工作位置时，致动上文中描述的固定装置66或夹紧设备，以在引入凹槽69中夹紧测量探针12，而引入凹槽主要由接触板13、测量探针支架14、作为保持力增强元件15的压紧球以及磁性元件16、17形成。换言之：在导向件7翻转到工作位置中时，致动夹紧设备，使得切换成测量探针12的松开状态。

用于在导向件7中引导悬臂芯片(即测量探针12)的通道59的上部界限由区域18形成，其中预设在此处的槽区域或者说自由位置61使得敏感的探针尖85不触碰导向件7。

导向件7的另一功能是将斜坡3固定在工作位置中，也即在导向件7被转入的情况下，无法将斜坡3推回。由此避免损坏输送模块1或者说测量探针12。

图6和图7示出了有利于将悬臂芯片或者说测量探针12从悬臂模块或者说输送模块1中拉出的构件的布置。弹簧舌5可旋转地支承在滑座4中，并且可以借助于致动装置6向下压到止挡件(未显示)上。为了舒适的可操纵性，按键与卡接盘19(参见图6)机械地耦合。以此方式，当成功按下致动装置6的按键时，使用者获得触觉和/或听觉反馈。

有利地，输出滑块63的弹簧舌5在其底面上具有针状的柔性隆起或者钩状件5’，其在其前端处被设计为拉钩，并且由此可以在背面103处抓取测量探针12。针的极低的刚度意味着，当按下致动装置6的按键时，小于1N的最大力作用在特别地被称为悬臂支架的支架14上或者说作用在测量探针12上，并且因此不会发生损坏。

在图7中以虚线显示了弹簧舌5的被按下且已经钩住的位置。当滑座4运动远离前部终端位置时，在按下致动装置6后，自动钩住测量探针12。与此同时，弹簧舌5的释放凸起部5”没入斜坡3的测量探针通道的纵向槽或者凹进部分3’。释放凸起部5”用于在进一步拉回或者说驶出滑座4时，释放定义更换位置处的测量探针12，而无需放开致动装置6的按键，并且即便在滑座4进一步运动至其后部止挡件时，仍进入停止状态。由于释放凸起部5”在斜坡3的凹进部分3’的槽导出区域中的空转/滑行，通过提升钩状件5’形式的柔性针，实现测量探针12的释放。此外，底面上的钩状件5’的几何形状被配置为，在滑座4由于无意间按下致动装置6的按键而驶入时，不会出现支架14或者说接触板13的损坏。在此，在设计为弹性针的钩状件5’弯曲的同时，斜面滑动越过支架14或者说接触板13的边缘。

通过所描述的操作设备50，测量探针12的受控的导向成为可能，使得测量探针12在替换期间不会受损。

操作设备50形式的工具有利地使得测量探针12在所有空间方向上的主要形状配合的导向成为可能。与自由位置61(参见图9和图12)相结合，可省略在载体上进行夹紧或者粘贴，其中自由位置甚至在在通道59中借助于滑块62、63引导测量探针12时也能避免接触托架52和探针尖85。通过导向结构55完成测量探针12的导向，该导向结构限定通道59，而在通道中容纳有输送装置56的两个滑块62、63。如图9所示，通道59由两对相对的导向面形成，这些导向面一方面形成侧面，另一方面形成底面和顶面(参见壁60)。顶面的壁60具有自由位置61，其确保托架52和探针尖85本身不会被触碰。通过这一造型，测量探针12的运动自由度基本上被限制为在通道59的纵向方向上的移位。

设计为前部滑块的输入滑块62在正面102上接触测量探针12，并且使用该输入滑块，以使测量探针12在通道59的纵向方向上移位。如通道59的顶面或者说上部壁60上的导向面，输入滑块62在中间配备有自由位置61，以便确保可以接触测量探针12，而不会损坏托架52连同探针尖85本身。如果涉及的是测量探针12通过在此起作用的固定装置66被装入夹紧设备，即引入凹槽69，则使用前部滑块或者输入滑块62。

如果应再次将测量探针12从该夹紧设备中移出，则使用设计为后部滑块的输出滑块63。它在测量探针12的背离托架52和探针尖85的一侧上接触测量探针12。有利地，输出滑块63可以在通道59的垂直于相应推移方向107、108的方向上构造得比较窄，因为夹紧设备中的接触板13配备有完全穿透的狭槽，以便为输出滑块63提供空间。该狭槽又应尽可能窄，以便能够以节省空间的方式引导输出滑块63。

两个滑块62、63共同限定了探针主体51在通道59的纵向方向上的移动性。因此，测量探针12的运动自由度优选地一定程度上局限于纯形状配合的基础，使得托架51连同探针尖85与周围结构之间的接触不可能，并且可以安全地且导向地在通道59的纵向方向的空间方向上移动测量探针12。

遵循该概念，在使用操作设备50时，测量探针12被放置在容纳面54形式的结构上，其形成为通道59的至少一个面。随后用类似于盖板的遮盖装置58完善通道59。紧接着，使用输入滑块63，将测量探针12装入引入凹槽69上的固定装置66。在该运行状态下，解锁固定装置66。

为了进行移出，优选地但并非强制性地，解锁固定装置66，并且借助于输出滑块63，将测量探针12拉回到通道59中。在取下遮盖装置58后，可以移出测量探针12。

优选地，可以平行于正在使用的滑块62、63，带动两个滑块62、63中的分别不需要的滑块进行运动，以便不给测量探针12留下任何用于不期望的运动的自由空间。

替代之前描述的实施方案，在之前描述的实施方案中形成通道59的一部分的单个分界面或者说壁60也可以是一个或两个滑块62、63的一部分。因此，例如在图8和图14中可以看到输出滑块63，其也接管测量探针12的顶面的导向。

为了抑制一方面夹紧设备或者说固定装置66与另一方面测量探针12上的损伤，可以在可由使用者接触的操纵元件(参见致动装置6)与滑块62、63之间实施耦合件，其所传递的力的大小完全无须担心(特别地仅传递低于可预设的阈值的力)。显然，由此，不管使用者(参见手指111)施加的力如何，始终最高仅传递力的可预设的最大值，从而不会出现精密机械的损坏。就此而言，参考图8和图15。

在下文中，描述根据本发明的一种示例性实施方案的操作设备50与扫描探针显微镜81的扫描器之间的机械设计中的公差补偿。

为了保证作为与每个悬臂模块或输送模块1相结合的悬臂更换设施的操作设备50的功能，不论是在操作设备50中，还是在输送模块1中，都可以确保有限的公差。

对于被推动靠近输送模块1的斜坡3，即对于工作状态下的操作设备50，应确保在不会造成其弯曲的情况下，可以从斜坡3中的通道59，将测量探针12推到输送模块1上的支架14中，并且在不受突出的边缘、面等的阻碍的情况下，从此处再次拉出。

关于这一点的有利特征是，在将斜坡3推动靠近输送模块1(对比图7)时，支架14和斜坡3之间剩余间隙。如果间隙过大，则存在测量探针12弯曲的风险，这可能会导致损坏。如果没有间隙，则斜坡3可能会在推动靠近时损坏输送模块1。

由于这些原因，斜坡3可以有利地配备有对于用户而言不可见或者说用户不可接近的、可设定的止挡件20(显示在图16中)，其中在组装操作设备50的过程中，借助于校准单元，一次性地对其进行设定。剩余间隙可以具有例如大约0.1mm的尺寸，或者说可以设定为该尺寸。

通过沿着燕尾形导向件推入输送模块1，直至撞到基板2上的板条9形式的后部止挡件，实现输送模块1相对于操作设备50的横向对准。板条9也接管在推动靠近输送模块1时，斜面3的精确侧向导向。

此外，作为另一有利特征，支架14和斜坡3的通道59以及导向件7的入口区域配备有对应的倒角，其避免测量探针12的弯曲。

接下来，描述操作设备50的一种支持用户的机械设计，其包括用于简化地且可复制地借助于镊子或者其它辅助工具定位测量探针12的辅助位置。操作设备50形式的更换设施可以装备有一个或多个特征，这些特征为用户实现轻松且安全的操纵。在图16中详细显示了其中一个特征。

为了保护测量探针12本身和输送模块1免受损坏，应避免在滑座4位于(从推入方向上看)自此起发生移动测量探针12的零件(即输入滑块62或者说推动针(图16中未显示)或者说输出滑块63的弹簧舌5)的啮合的相应位置中时，向后移动斜坡3。

借助于限动销21、压力件22和弹簧23，可以根据滑座4的位置，对斜坡3的运动进行对应的机械闭锁。压力件22的运动通过滑座4的滑槽区域4’实现，并且引起限动销21没入基板2中的孔2’中并且由此固定斜坡3。

如果从图16中显示的位置向前(即根据图16向左)推动滑座4并且由此使测量探针12移动到输送模块1中，则保持斜坡3的制动。如果朝向相反的方向移动滑座4(即根据图6向右)，其中移动测量探针12的零件不会处于啮合状态，则滑槽区域4’的滑槽几何形状和弹簧23的力导致限动销21被从孔2’中压出，并且由此使得斜坡3在后部终端位置的方向上的移位成为可能。

用于保护测量探针12和输送模块1的另一特征在于，只有当斜坡3位于后部终端位置时，才能将输送模块1推入操作设备50或者从其中移出。这一特性一方面可以通过输送模块1的顶面的成型促成，另一方面通过斜坡3的位于输送模块1上方的相应区域的底面的几何形状促成(图中未示出)。

根据一种设计方案，能够以电气方式、气动方式等激发操作设备50或者说替换设施，优选地使其机动化。可以单独地实施操作设备50或者将其实施为扫描探针显微镜81的扩展单元。

图17至图20示出了根据本发明的一种示例性实施方案的操作设备50，其处于在借助于所示的操作设备50执行用于操作扫描探针显微镜81的测量探针12的方法时的不同运行状态中。

在图17中示出了，使用者如何折起导向件7并且推回斜坡3，并且将输送模块1装入操作设备50中。

在图18中示出了，使用者如何将用镊子113夹起的测量探针12放置在操作设备50的容纳面54上。

在图19中示出了，使用者如何将斜坡3推向输送模块1，并且朝向输送模块1，翻转导向件7。接下来，滑座4可以从右向左行驶并且再次驶回。由此，如上文中确切地描述的，在操作设备50的内部，测量探针12借助于导向结构55和输送装置56以及固定装置66，运动至输送模块1上的目标面57。

在图20中示出了，使用者接下来如何再次折起导向件7，并且再次将斜坡3驶离输送模块1。包括夹紧固定在其上的测量探针12的输送模块1现在可以作为整体，从操作设备50中移出，并且送至扫描探针显微镜81。

要补充地指出的是，“包括”不排除任何其它元件或步骤，并且“一个”或“一种”不排除多数。另外，还要指出，参考上文中的实施方案中的一个描述的特征或步骤也可以与上文描述的其它实施方案的其它特征或步骤组合地使用。权利要求中的附图标记不能被视为限制。

Claims (40)

1.一种用于操作扫描探针显微镜(81)的测量探针(12)的操作设备(50)，其中所述测量探针(12)包括探针主体(51)和借助于托架(52)而与所述探针主体(51)耦合的探针尖(85)，其中所述操作设备(50)包括：

容纳装置(53)，所述容纳装置用于将所述测量探针(12)容纳在容纳面(54)上；

导向结构(55)，在所述导向结构中，所述测量探针(12)能被引导，并且在此，所述探针主体(51)被至少部分周向地界定了，并且所述托架(52)和所述探针尖(85)被无接触地支承；

输送装置(56)，所述输送装置用于沿着所述导向结构(55)，将所述测量探针(12)从所述容纳面(54)输送至目标面(57)。

2.根据权利要求1所述的操作设备(50)，包括用于安放在所述容纳装置(53)上的遮盖装置(58)，以遮盖所述测量探针(12)。

3.根据权利要求1或2所述的操作设备(50)，其中所述导向结构(55)在所述容纳面(54)和所述目标面(57)之间至少逐段地具有通道(59)，能沿着所述通道(59)，引导所述测量探针(12)。

4.根据权利要求3所述的操作设备(50)，其中借助于顶面和/或底面和/或侧面的壁(60)，限定所述通道(59)。

5.根据权利要求4所述的操作设备(50)，其中面向所述探针尖(85)的壁(60)具有用于无接触地自由放置所述托架(52)和所述探针尖(85)的自由位置(61)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的操作设备(50)，其中所述输送装置(56)被设计为用于沿着所述导向结构(55)，将所述测量探针(12)从所述目标面(57)输送回所述容纳面(54)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的操作设备(50)，其中所述输送装置(56)具有输入滑块(62)，所述输入滑块用于将所述测量探针(12)至少逐段地从所述容纳面(54)推动至所述目标面(57)。

8.根据权利要求7所述的操作设备(50)，其中当借助于所述输入滑块(62)，将所述测量探针(12)至少逐段地从所述容纳面(54)推动至所述目标面(57)时，所述输入滑块(62)具有用于无接触地自由放置所述托架(52)和所述探针尖(85)的自由位置(61)。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的操作设备(50)，其中所述输送装置(56)具有用于将所述测量探针(12)至少逐段地从所述目标面(57)推回所述容纳面(54)的输出滑块(63)。

10.根据权利要求9所述的操作设备(50)，其中当借助于所述输出滑块(63)，将所述测量探针(12)至少逐段地从所述目标面(57)推回所述容纳面(54)时，所述输出滑块(63)被设计用于仅作用于测量探针(12)的探针主体(51)。

11.根据权利要求9或10所述的操作设备(50)，其中所述输出滑块(63)具有弹簧舌。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的操作设备(50)，其中所述输出滑块(63)具有在移位时作用于所述测量探针(12)的钩状件(5’)和与所述钩状件(5’)耦合且在移位时没入凹进部分(64)的释放凸起部(5”)，所述释放凸起部在所述测量探针(12)由于移位而到达所述容纳面(54)时，从所述凹进部分(64)中引出，所述钩状件(5’)由此释放所述测量探针(12)。

13.根据权利要求7和9所述的操作设备(50)，其中所述输出滑块(63)设计成，在垂直于推动方向(107、108)的方向上，比所述输入滑块(62)更窄。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的操作设备(50)，包括致动装置(6)，所述致动装置用于由使用者或者通过驱动装置，特别是电动机，致动所述输送装置(56)。

15.根据权利要求14所述的操作设备(50)，其中所述致动装置(6)具有力限制机构(65)，所述力限制机构用于限制由使用者施加在所述致动装置(6)上的力，使得作用于所述输送装置(56)的力不超过能预设的阈值。

16.根据权利要求14或15所述的操作设备(50)，其中所述致动装置(6)被设计为，使得能够借助于致动所述致动装置(6)而选择性地使得所述输送装置(56)能够移位或者不能移位。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的操作设备(50)，具有包括所述目标面(57)的输送模块(1)，所述输送模块，特别地连同所述目标面(57)上的测量探针(12)，能与所述操作设备(50)的剩余部分分离并且能输送至所述扫描探针显微镜(81)。

18.根据权利要求17所述的操作设备(50)，包括能移动的斜坡(3)和能移动的导向件(7)，所述斜坡和所述导向件能运动靠近所述输送模块(1)，以与所述输送模块(1)啮合，并且能以释放所述输送模块(1)的方式运动远离所述输送模块(1)。

19.根据权利要求18所述的操作设备(50)，其中在与所述输送模块(1)啮合时，所述容纳面(54)被布置在所述斜坡(3)和所述导向件(7)之间。

20.根据权利要求18或19所述的操作设备(50)，其中在与所述输送模块(1)啮合时，所述目标面(57)被布置在所述输送模块(1)和所述导向件(7)之间。

21.根据权利要求1至20中任一项所述的操作设备(50)，包括用于选择性地将所述测量探针(12)固定在所述目标面(57)上的固定装置(66)。

22.根据权利要求21所述的操作设备(50)，其中所述固定装置(66)包括位于所述目标面(57)的范围内的第一固定部件(67)和第二固定部件(68)，所述第二固定部件被设计为选择性地能运动远离所述目标面(57)或者能运动靠近所述目标面(57)，以便在所述测量探针(12)被固定在所述目标面(57)上的状态与所述测量探针(12)从所述目标面(57)上松开的状态之间切换。

23.根据权利要求22所述的操作设备(50)，其中设置所述固定装置(66)，以借助于所述第二固定部件(68)的运动靠近，切换成所述测量探针(12)从所述目标面(57)上松开的状态。

24.根据权利要求22或23所述的操作设备(50)，其中设置所述固定装置(66)，以借助于所述第二固定部件(68)的运动远离，切换成所述测量探针(12)被固定在所述目标面(57)上的状态。

25.根据权利要求21至24中任一项所述的操作设备(50)，其中所述固定装置(66)包括：

主力装置(11)，所述主力装置用于选择性地在固定机构(15、16、17)上施加主力；

所述固定机构(15、16、17)，能借助于所述主力装置(11)来致动所述固定机构，以松开和/或固定输送至所述目标面(57)的测量探针(12)。

26.根据权利要求25所述的操作设备(50)，其中从下列组中选择所述主力装置(11)，所述组由用于施加磁性主力、液压主力、气动主力、电主力、热主力和机械主力的主力装置构成，其中特别地能借助于能移动的主力永磁体或者借助于能电激活的主力电磁铁施用所述磁性主力。

27.根据权利要求25或26所述的操作设备(50)，其中所述固定机构(15、16、17)包括至少两个磁性元件(16、17)，其磁性互作用力被设计为固定输送至所述目标面(57)的所述测量探针(12)，特别是夹紧地固定输送至所述目标面(57)的所述测量探针(12)。

28.根据权利要求21至27中任一项所述的操作设备(50)，其中所述固定装置(66)包括保持力增强元件(15)，所述保持力增强元件具有弯曲的附着力传递面，特别是球形弯曲的附着力传递面，在所述测量探针(12)被输送至所述目标面(57)的状态下，所述保持力增强元件借助于所述附着力传递面，特别地点状地，直接作用于所述测量探针(12)。

29.根据权利要求21至28中任一项所述的操作设备(50)，其中所述输送装置(56)和所述固定装置(66)被设置为彼此共同作用，使得所述测量探针(12)首先被输送靠近所述目标面(57)，然后只有在固定时才固定在所述目标面(57)上，特别地只有在固定时才通过形成物理接触，被压紧至所述目标面(57)。

30.根据权利要求1至29中任一项所述的操作设备(50)，包括逐段地由所述目标面(57)界定的引入凹槽(69)，当所述测量探针(12)位于所述目标面(57)上时，所述测量探针(12)至少部分地被引入所述引入凹槽。

31.根据权利要求1至30中任一项所述的操作设备(50)，其中所述容纳面(54)、所述导向结构(55)的导向面以及所述目标面(57)组成的组中的至少一个面被设计为相对于水平面倾斜的面，特别地使得在从所述容纳面(54)到所述目标面(57)的输送过程中，所述测量探针(12)至少逐段地沿着倾斜面向下运动。

32.根据权利要求1至31中任一项所述的操作设备(50)，包括用于使得所述操作设备(50)的至少一个部件(3、4)不能运动的闭锁机构(70)，所述运动会对所述托架(52)和/或所述探针尖(85)和/或所述引入凹槽(69)加载机械负载。

33.一种布置结构(71)，包括：

扫描探针显微镜(81)，所述扫描探针显微镜用于借助于扫描地感测试样主体(86)的表面来确定关于所述试样主体(86)的表面信息，其中所述扫描探针显微镜(81)包括测量探针(12)，所述测量探针被设置用于扫描地感测所述试样主体(86)的表面并且包括探针主体(51)和借助于托架(52)与所述探针主体(51)耦合的探针尖(85)；

根据权利要求1至32中任一项所述的用于操作所述测量探针(12)的操作设备(50)。

34.根据权利要求33所述的布置结构(71)，其中所述扫描探针显微镜(81)具有用于耦接根据权利要求17至20中任一项所述的输送模块(1)的输送模块接口(72)，使得在将所述输送模块(1)耦接至所述输送模块接口(72)后，所述输送模块(1)上的所述测量探针(12)随时能用于扫描地感测所述试样主体(86)的表面。

35.根据权利要求33或34所述的布置结构(71)，其中所述扫描探针显微镜(81)被设计为扫描力显微镜。

36.一种用于操作适用于扫描探针显微镜(81)的测量探针(12)的方法，其中所述测量探针(12)包括探针主体(51)和借助于托架(52)而与所述探针主体(51)耦合的探针尖(85)，其中所述方法包括：

将所述测量探针(12)容纳在操作设备(50)的容纳面(54)上；

在所述操作设备(50)中引导所述测量探针(12)，使得所述探针主体(51)至少部分周向地由导向结构(55)界定，并且在所述导向结构(55)中无接触地支承所述托架(52)和所述探针尖(85)；

在所述操作设备(50)中，沿着所述导向结构(55)，将所述测量探针(12)从所述容纳面(54)输送至目标面(57)。

37.根据权利要求36所述的方法，其中在输送步骤后，所述方法包括：

将包括所述目标面(57)的输送模块(1)连同测量探针(12)一同与所述操作设备(50)的剩余部分分离，特别地所述测量探针固定在所述目标面(57)上；并且

将所述输送模块(1)连同位于所述目标面(57)上的所述测量探针(12)一同耦接至所述扫描探针显微镜(81)。

38.根据权利要求37所述的方法，其中在耦接步骤后，所述方法包括：运行所述扫描探针显微镜(81)，以借助于经由所述测量探针(12)扫描地感测试样主体(86)的表面来确定关于所述试样主体(86)的表面信息。

39.根据权利要求37或38所述的方法，其中所述方法包括：

将所述输送模块(1)连同测量探针(12)一同与所述扫描探针显微镜(81)分离；并且

将所述输送模块(1)连同测量探针(12)一同再次耦接至所述操作设备(50)。

40.根据权利要求39所述的方法，其中所述方法包括：在所述操作设备(50)中，沿着所述导向结构(55)，将所述测量探针(12)从所述目标面(57)输送回所述容纳面(54)。

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