RU2180726C1 - Сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с инвертированным оптическим микроскопом - Google Patents
Сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с инвертированным оптическим микроскопом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2180726C1 RU2180726C1 RU2001113928/28A RU2001113928A RU2180726C1 RU 2180726 C1 RU2180726 C1 RU 2180726C1 RU 2001113928/28 A RU2001113928/28 A RU 2001113928/28A RU 2001113928 A RU2001113928 A RU 2001113928A RU 2180726 C1 RU2180726 C1 RU 2180726C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microscope
- probe
- sonde
- mirror
- optical
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q30/00—Auxiliary means serving to assist or improve the scanning probe techniques or apparatus, e.g. display or data processing devices
- G01Q30/02—Non-SPM analysing devices, e.g. SEM [Scanning Electron Microscope], spectrometer or optical microscope
- G01Q30/025—Optical microscopes coupled with SPM
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Lenses (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам измерения с помощью сканирующего зондового микроскопа (СЗМ) рельефа, линейных размеров и других характеристик объектов, преимущественно в биологии, с одновременным оптическим наблюдением объекта в проходящем через объект свете. Сущность изобретения заключается в том, что в сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с инвертированным оптическим микроскопом, содержащий основание, пьезосканер, держатель объекта с объектом, расположенный с возможностью взаимодействия с зондом, сопряженным с блоком анализа и оптической системой наблюдения с осветителем, оптически сопряженной с объектом и осветителем, а также блок сближения зонда с объектом, находящийся во взаимодействии с основанием, введены первое зеркало, оптически сопряженное с объектом и закрепленное на блоке анализа, установленном на блоке сближения зонда с объектом с возможностью съема, второе зеркало, оптически сопряженное с объектом посредством первого зеркала и установленное на блоке сближения зонда с объектом, осветитель состоит из источника света и конденсора, оптически сопряженных с объектом, при этом держатель объекта с объектом установлены на основании, зонд закреплен на пьезосканере, расположенном на блоке сближения зонда с объектом, а оптическая система наблюдения расположена с противоположной стороны объекта относительно зонда. Технический результат: подобное выполнение СЗМ повышает разрешение СЗМ, расширяет функциональные возможности и улучшает качество наблюдения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам измерения с помощью сканирующего зондового микроскопа (СЗМ) рельефа, линейных размеров и других характеристик объектов, преимущественно в биологии, с одновременным оптическим наблюдением объекта в проходящем через объект свете.
Известны СЗМ [1], [2], содержащие пьезопривод с зондом, вертикально установленным к объекту, а также зеркало, сопряженное с оптической системой наблюдения и установленное вблизи зонда.
К недостаткам таких СЗМ можно отнести невозможность одновременно со сканированием наблюдения объектов, например, биологических, с большим разрешением, т. к. для этого требуется подвод фокусирующего объектива оптической системы наблюдения на минимальное (порядка 1 мм) расстояние к объекту, что не обеспечивается указанной конструкцией СЗМ. (В указанных устройствах величина оптического пути от кантилевера к объективу зависит от половины диаметра объектива и размеров зеркала, что практически не может быть в сумме менее 1 мм)
Известны также СЗМ, совмещенные с инвертированным оптическим микроскопом (ИОМ), [3] , [4], которые включают в себя пьезопривод с зондом, вертикально расположенный к объекту исследований и установленный на подвижной каретке механизма подвода зонда. Вблизи зонда установлено зеркало, сопряженное с оптической системой наблюдения за полем сканирования. Микроскоп содержит также ИОМ с осветителем объекта, установленным на вертикальной штанге над объектом.
Известны также СЗМ, совмещенные с инвертированным оптическим микроскопом (ИОМ), [3] , [4], которые включают в себя пьезопривод с зондом, вертикально расположенный к объекту исследований и установленный на подвижной каретке механизма подвода зонда. Вблизи зонда установлено зеркало, сопряженное с оптической системой наблюдения за полем сканирования. Микроскоп содержит также ИОМ с осветителем объекта, установленным на вертикальной штанге над объектом.
Недостатком указанных СЗМ, совмещенных с ИОМ, являются ограниченные функциональные возможности таких микроскопов. Это связано с тем, что при работе с биологическими объектами по методикам в проходящем свете невозможно одновременное сканирование и наблюдение за полем сканирования на объекте с оптимальным освещением, так как осветитель ИОМ, формирующий осветительный пучок, не используется.
Известен также сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с оптическим микроскопом, содержащий основание, с пьезосканером с держателем объекта, расположенным с возможностью взаимодействия с зондом (кантилевером), сопряженным в свою очередь с системой слежения за кантилевером и оптической системой наблюдения с осветителем за полем сканирования объекта, а также устройство сближения зонда с образцом [5].
Указанное устройство выбрано в качестве прототипа предложенного решения. Оно позволяет, в отличие от микроскопов [3, 4], проводить измерения одновременно со сканированием, однако имеет недостатки, которые заключаются в том, что:
1. Объект расположен на пьезосканере, что приводит к невозможности наблюдения образца на просвет и сужает функциональные возможности устройства. (Размещение объектива микроскопа внутри пьезосканера практически невозможно, т.к. он является сложным электромеханическим устройством, и это привело бы к усложнению конструкции и снижению его надежности.) Кроме этого, размещение объекта на пьезосканере уменьшает резонансную частоту устройства и, соответственно, его разрешение.
1. Объект расположен на пьезосканере, что приводит к невозможности наблюдения образца на просвет и сужает функциональные возможности устройства. (Размещение объектива микроскопа внутри пьезосканера практически невозможно, т.к. он является сложным электромеханическим устройством, и это привело бы к усложнению конструкции и снижению его надежности.) Кроме этого, размещение объекта на пьезосканере уменьшает резонансную частоту устройства и, соответственно, его разрешение.
2. Связь оптической системы наблюдения с блоком кантилевера (зонда) увеличивает его массу, снижает резонансную частоту устройства и, соответственно, его разрешение.
3. Осевое, относительно зонда и объекта, расположение оптической системы наблюдения и неиспользование ее центральной части ухудшает качество изображения и снижает функциональные возможности за счет ухудшения условий наблюдения части объекта, непосредственно расположенного за кантилевером.
Технический результат данного изобретения заключается в повышении разрешения СЗМ, расширении функциональных возможностей и улучшении качества наблюдения.
Указанный результат достигается за счет того, что в сканирующем зондовом микроскопе, содержащем основание, пьезосканер, держатель объекта с объектом, расположенный с возможностью взаимодействия с зондом, сопряженным с блоком анализа и оптической системой наблюдения, оптически сопряженной с объектом и осветителем, а также блок сближения зонда с объектом, находящийся во взаимодействии с основанием, введены первое зеркало, оптически сопряженное с объектом и закрепленное на блоке анализа, установленном на блоке сближения зонда с объектом с возможностью съема, второе зеркало, оптически сопряженное с объектом посредством первого зеркала и установленное на блоке сближения зонда с объектом, осветитель состоит из источника света и конденсора, оптически сопряженных с объектом, при этом держатель объекта с объектом установлены на основании, зонд закреплен на пьезосканере, расположенном на блоке сближения зонда с объектом и оптически сопряжен с первым и вторым зеркалами, причем оптическая система наблюдения расположена с противоположной стороны объекта относительно зонда.
Второй вариант выполнения СЗМ содержит блок сдвига оптической оси, установленный между осветителем и конденсором с возможностью съема, источник света закреплен на оси образца перпендикулярно его плоскости, а конденсор имеет два фиксированных положения: первое - между блоком сдвига оптической оси и вторым зеркалом, а второе - между осветителем и объектом.
Третий вариант выполнения СЗМ содержит поворотную штангу, закрепленную на основании, сочлененную с источником света и конденсором и установленную с возможностью поворота и оптического сопряжения либо со вторым зеркалом, либо с объектом.
На фиг. 1 изображен СЗМ, совмещенный с ИОМ.
На фиг. 2 схематически изображен вариант использования СЗМ с переустановленным конденсором.
На фиг. 3 изображен вариант выполнения СЗМ с поворотным осветителем.
Сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с инвертированным оптическим микроскопом, содержит основание 1 (фиг. 1), на котором установлен держатель 2 объекта 3, блок сближения 4 кантилевера 5 (зонда) с объектом 3, находящийся во взаимодействии с основанием и с возможностью сочленения, например, с шаговым двигателем 6 (подробнее крепление объектов, блоки сближения и принцип их работы см. [6, 7]). Кантилевер 5 закреплен (см. [6, 7]) на пьезосканере 7 (изображен условно), который в свою очередь закреплен на условно изображенной оптической системе слежения и регистрации 8 (блоке анализа) за кантилевером 5 (см. подробнее [1, 2]). Данное устройство помимо использования кантилевера для анализа поверхности в качестве зонда может использовать иглу туннельного микроскопа [8]. В этом случае блок 8 будет представлять собой блок анализа туннельного тока (см., например, [8]).
Блок 8 с первым зеркалом 9, оптически сопряженным с объектом 3, установлены (с возможностью съема на блоке сближения 4, на котором также закреплено второе зеркало 10, оптически сопряженное с объектом 34, с конденсором 11 и посредством элемента сдвига оптической оси 12 (например, призмы 13) с источником света 14, которые закреплены таким образом, что их оптическая ось сопряжена с объектом 3. Конденсор 11 с элементом сдвига оптической оси 12 может быть закреплен на основании 1 (не показано), при этом предусмотрен съем элемента 12, а также съем и переустановка конденсора 11 в положение Б на оси осветитель 14 - объект 3 (фиг. 2). Следует заметить, что конденсор 11 установлен таким образом, что обеспечивается оптимальная подсветка объекта 3 как в положении А, так и в положении Б в случае съема блока 8 и элемента 12.
С противоположной стороны держателя объекта 2 относительно зонда 5 установлена оптическая система наблюдения, состоящая, например, из объективов 15, закрепленных на турели 16. Блок 8, двигатель 6 и объект 3 подключены к блоку управления 17 (см. [7, 8]).
В варианте, изображенном на фиг. 3, СЗМ содержит поворотную штангу 18 и устройство подвижки 19 с фиксатором (не показан), сочлененные с источником света 20 и конденсором 21, установленными с возможностью поворота и оптического сопряжения со вторым зеркалом 10 (положение В) и объектом 3 (положение Д). Конденсоры, изображенные на фиг. 1, 2, 3, имеют осевую юстировочную подвижку (не показана).
Устройство работает следующим образом. При снятом блоке 8 объект 3 закрепляют (например, посредством пружинных лапок, клея, припоя и т.п.) на держателе 2. Зонд 5 закрепляют (используя те же возможности) на пьезосканере 7. После этого блок 8 устанавливают на блоке сближения 4 и осуществляют подвод зонда 5 к объекту 3 (см. подробнее [6, 7]). Процесс подвода наблюдают с помощью оптической системы наблюдения, которая также позволяет выбирать зону измерения. После этого проводят процесс сканирования и измерения поверхности объекта (см. подробнее 7). При съеме элемента 12 и переустановке конденсора 11 из положения А в положение Б, а также при повороте штанги 18 из положения В в положение Д можно наблюдать объект 3 и проводить его предварительную установку. (При снятом блоке 8).
Введение первого зеркала 9 позволяет формировать осветительный пучок и полностью его использовать для подсветки перпендикулярной плоскости объекта, что улучшает качество наблюдения.
Введение второго зеркала 10, закрепленного на блоке 4, в совокупности с зеркалом 9, позволяет вынести осветитель за пределы блока 4, что уменьшает его массу, увеличивает резонансные частоты и повышает разрешение устройства.
Расположение держателя объекта 2 на основании 1 повышает резонансные частоты в системе зонд - объект, что также повышает разрешение СЗМ и расширяет функциональные возможности за счет использования объектов различных объемов и форм.
Размещение оптической системы наблюдения с противоположной стороны относительно кантилевера 5 (зонда) позволяет использовать объективы с большим увеличением благодаря возможности их подвода к объекту на расстояние порядка 1 мм, кроме этого, частично улучшается наблюдение объекта, не загороженного кантилевером. При указанном размещении оптической системы становится также проще механически развязать систему наблюдения и основание 1, что также улучшает частотные характеристики системы и повышает разрешение.
Использование съемного конденсора 11, а также поворотной осветительной системы позволяет проводить предварительную установку объекта 3, что расширяет функциональные возможности прибора и может приводить к повышению качества наблюдения.
Источники информации
1. US Patent N 5463897, МКИ Н 01 J 37/00, 1995 г.
1. US Patent N 5463897, МКИ Н 01 J 37/00, 1995 г.
2. US Patent N 6032518, МКИ Н 01 J 37/00, 2000 г.
3. Рекламный проспект фирмы Digital Instruments, NanoScope, Atomic Force Microscopes, 1996 г.
4. Рекламный проспект фирмы Digital Instruments, The Bioscope, Atomic Force Microscope, 1994 г.
5. Патент ЕРА N 0527448, МКИ G 01 B 7/34, 1992г.
6. Зондовая микроскопия для биологии и медицины. В.А. Быков и др.. Сенсорные системы т. 12, 1, 1998 г., с. 99-121.
7. Сканирующая туннельная и атомно-силовая микроскопия в электрохимии поверхности. Данилов А.И. Успехи химии 64 (8), 1995 г., с. 818-833.
8. Сканирующая туннельная микроскопия. B.C. Эдельман, ПТЭ 5, 1989 г. с. 25-49.
Claims (3)
1. Сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с инвертированным оптическим микроскопом, содержащий основание, пьезосканер, держатель объекта с объектом, расположенный с возможностью взаимодействия с зондом, сопряженным с блоком анализа и оптической системой наблюдения с осветителем, оптически сопряженной с объектом и осветителем, а также блок сближения зонда с объектом, находящийся во взаимодействии с основанием, отличающийся тем, что в него введены первое зеркало, оптически сопряженное с объектом и закрепленное на блоке анализа, установленном на блоке сближения зонда с объектом с возможностью съема, второе зеркало, оптически сопряженное с объектом посредством первого зеркала и установленное на блоке сближения зонда с объектом, осветитель состоит из источника света и конденсора, оптически сопряженных с объектом, при этом держатель объекта с объектом установлены на основании, зонд закреплен на пьезосканере, расположенном на блоке сближения зонда с объектом, а оптическая система наблюдения расположена с противоположной стороны объекта относительно зонда.
2. Сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с инвертированным оптическим микроскопом, по п. 1, отличающийся тем, что в него введен блок сдвига оптической оси, установленный между осветителем и конденсором с возможностью съема, источник света закреплен на оси образца перпендикулярно его плоскости, а конденсор имеет два фиксированных положения: первое - между блоком сдвига оптической оси и вторым зеркалом, а второе - между осветителем и объектом.
3. Сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с инвертированным оптическим микроскопом, по п. 1, отличающийся тем, что СЗМ содержит поворотную штангу, закрепленную на основании, сочлененную с источником света и конденсором и установленную с возможностью поворота и оптического сопряжения либо со вторым зеркалом, либо с объектом.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001113928/28A RU2180726C1 (ru) | 2001-05-25 | 2001-05-25 | Сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с инвертированным оптическим микроскопом |
PCT/RU2002/000244 WO2002095325A1 (en) | 2001-05-25 | 2002-05-23 | Scanning probing microscope combined with inverted optical microscope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001113928/28A RU2180726C1 (ru) | 2001-05-25 | 2001-05-25 | Сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с инвертированным оптическим микроскопом |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2180726C1 true RU2180726C1 (ru) | 2002-03-20 |
Family
ID=20249920
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001113928/28A RU2180726C1 (ru) | 2001-05-25 | 2001-05-25 | Сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с инвертированным оптическим микроскопом |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2180726C1 (ru) |
WO (1) | WO2002095325A1 (ru) |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0540034A (ja) * | 1991-08-08 | 1993-02-19 | Nikon Corp | 複合型顕微鏡 |
RU2072735C1 (ru) * | 1995-05-25 | 1997-01-27 | Исследовательская корпорация "МДТ" | Сканирующий зондовый микроскоп (варианты), его чувствительный элемент и способ юстировки кантилевера |
RU2159454C1 (ru) * | 1999-04-22 | 2000-11-20 | Зао "Нт-Мдт" | Сканирующий зондовый микроскоп |
-
2001
- 2001-05-25 RU RU2001113928/28A patent/RU2180726C1/ru not_active IP Right Cessation
-
2002
- 2002-05-23 WO PCT/RU2002/000244 patent/WO2002095325A1/ru not_active Application Discontinuation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2002095325A1 (en) | 2002-11-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5440920A (en) | Scanning force microscope with beam tracking lens | |
US5581082A (en) | Combined scanning probe and scanning energy microscope | |
EP0406413B1 (en) | Scanning type tunnel microscope | |
US5952657A (en) | Atomic force microscope with integrated optics for attachment to optical microscope | |
US7556968B2 (en) | Scanning probe microscope and molecular structure change observation method | |
EP0509856A1 (en) | Scanning probe type microscope combined with an optical microscope | |
US6005251A (en) | Voice coil scanner for use in scanning probe microscope | |
US5859364A (en) | Scanning probe microscope | |
KR20100019415A (ko) | 고속 스캐닝하는 주사 탐침 현미경 스캐너 및 이의 작동 방법 | |
EP3108283B1 (en) | Atomic force microscope measuring device | |
JP2005517911A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡 | |
US9347969B2 (en) | Compound microscope | |
US7047796B2 (en) | Multiple plate tip or sample scanning reconfigurable scanned probe microscope with transparent interfacing of far-field optical microscopes | |
US5677525A (en) | Ancillary module for making a spatially-resolved measurement of a focus volume | |
US8667611B2 (en) | Method and apparatus for measuring cantilever deflection in constrained spaces | |
JP2004524577A (ja) | デジタル顕微鏡 | |
RU2180726C1 (ru) | Сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с инвертированным оптическим микроскопом | |
US20080121800A1 (en) | Cantilever holder and scanning probe microscope including the same | |
US9063335B2 (en) | Apparatus and method for examining a specimen by means of probe microscopy | |
RU2472165C2 (ru) | Сканирующий зондовый микроскоп для биологических применений | |
JP2002350321A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡及び光顕別軸一体型走査型プローブ顕微鏡 | |
JPH09145721A (ja) | 光学顕微鏡一体型走査型プローブ顕微鏡 | |
JPH05231814A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡 | |
RU2227333C1 (ru) | Сканирующий зондовый микроскоп с системой автоматического слежения за кантилевером | |
JPH07174768A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130526 |