[发明专利]便携式轮廓仪及轮廓扫描显微镜和系统

说明书

本发明公开了一种便携式轮廓仪及轮廓扫描显微镜和系统，轮廓仪包括三轴压电陶瓷扫描管，其由X、Y和Z方向压电陶瓷驱动器构成；每一压电陶瓷驱动器包括柔性放大机构和压电陶瓷，柔性放大机构具有固定端和运动端，且被设置为使得运动端产生对压电陶瓷的变形进行放大的直线位移；X、Y、Z方向压电陶瓷驱动器及电容差分传感器依次串联连接，且X、Y、Z方向压电陶瓷驱动器分别在使得对应运动端沿X、Y、Z方向产生直线位移的方位上设置；电容差分传感器包括目标件、探针和两个感应件，探针沿Z方向与目标件固连，两个感应件各自与目标件组成一个单极电容。该轮廓仪具有体积小、成本低且分辨率高的优点。

技术领域

本发明涉及轮廓仪技术领域，更具体地，本发明涉及一种便携式轮廓仪、具有便携式轮廓仪的轮廓扫描显微镜、及利用便携式轮廓仪或者轮廓扫描显微镜实现被测样品的轮廓扫描的轮廓扫描系统。

背景技术

轮廓仪是用来表征物体表面形貌的仪器，依照测量原理可分为两大类，一类是利用光学方法进行测量的轮廓仪，另一类是利用接触方法进行测量的轮廓仪。光学方法包括白光干涉法、相移干涉法、聚焦检测法、图案投影法等，光学方法具有速度快、可靠性较高、横向分辨率较高的优点，但需要搭建较为复杂的光路系统，所占体积较大，不便于携带，且易受环境影响，价格较高。接触方法主要包括原子力显微镜和扫描隧道显微镜，原子力显微镜和扫描隧道显微镜都是利用光杠杆原理来实现位移和力的反馈，具有分辨率高、可靠性好、应用范围广的优点，但同样需要搭建较为复杂的系统作为支撑，体积大，不便于携带，且价格较高。

发明内容

本发明的一个目的是为了提供一种体积较小，以便于携带的轮廓仪。

根据本发明的第一方面，提供了一种便携式轮廓仪，其包括：

三轴压电陶瓷扫描管，包括X方向、Y方向和Z方向压电陶瓷驱动器，且所述X方向、Y方向和Z方向相互正交；每一所述压电陶瓷驱动器包括柔性放大机构、安装在所述柔性放大机构上的压电陶瓷、及经由所述压电陶瓷引出的驱动电压输入端，所述柔性放大机构具有固定端和运动端，所述柔性放大机构被设置为使得所述运动端产生对压电陶瓷的变形进行放大的直线位移；所述X方向压电陶瓷驱动器的固定端与固定底板固定连接，且所述X方向压电陶瓷驱动器在使得对应运动端沿X方向产生直线位移的方位上设置；所述Y方向压电陶瓷驱动器的固定端与所述X方向压电陶瓷驱动器的运动端固定连接，且所述Y方向压电陶瓷驱动器在使得对应运动端沿Y方向产生直线位移的方位上设置；所述Z方向压电陶瓷驱动器的固定端与所述Y方向压电陶瓷驱动器的运动端固定连接，且所述Z方向压电陶瓷驱动器在使得对应运动端沿Z方向产生直线位移的方位上设置；以及，

电容差分传感器，包括差分信号输出端、接地端、目标件、探针和两个感应件，所述目标件与所述接地端连接，所述探针沿所述Z方向与所述目标件固定连接，以向所述目标件传递作用力；所述两个感应件与所述差分信号输出端对应连接，且各自与所述目标件组成一个单极电容；所述电容差分传感器被设置为：两个单极电容的极板间距根据所述作用力产生大小相等、方向相反的变化，以经由所述差分信号输出端输出差分信号；所述两个感应件与所述Z方向压电陶瓷驱动器的运动端固定连接。

可选的是，所述Y方向压电陶瓷驱动器的固定端通过转接板与所述X方向压电陶瓷驱动器的运动端固定连接，且所述转接板被设置为：使得所述Y方向压电陶瓷驱动器的固定端相对所述X方向压电陶瓷驱动器的运动端偏转90度。

可选的是，所述柔性放大机构设置有两个承接板，所述压电陶瓷的一端支撑、并固定连接在一个承接板上，所述压电陶瓷的另一端支撑在另一个承接板上、且与所述另一个承接板的端面在自身的变形方向上相抵。