[发明专利]用于纳米定位的平行保持装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求申请日为2010.10.21，申请号为61/405,391的美国申请的权利，其内容引入到本文以作为参考。

技术领域

本发明涉及在一个实施例中用于在一平移装置例如一纳米定位工作台上的上下表面之间保持平行的一固有机械装置。关键是即使是在不对称的驱动力的作用下也在一移动的和固定的参考系之间保持平行。这种固有的平行保持装置不需要复杂的多重驱动和位置反馈元件。

背景技术

纳米定位装置或工作台是一种在纳米级状态下需要高定位精度和重复性的装置。其通常还配置有一反馈传感器和一带有类似的纳米级分辨率的执行器，以便用于以一自动化或可程序化的模式准确地确定位置。执行器和反馈传感器通常利用一控制环路关闭，以便通过补偿机械偏移或其他影响位置稳定的现象来维持定位的精确度。如果被定位的样本或装置涵盖了宏观的长度或区域(宏观是相对于垂直于样本或设备在运动轴线上的平移来说的)，当其在平移轴线上平移时其微观地平行于地面参考系被支持住往往也是必须的。本文所述发明的目的是通过一固有的机械方式确保一活动的大尺寸平台(例如支持样本或装置的平台)微观地保持平行。这是所述发明的广泛应用中的一个实施例。

为此目的，从概念层面来说，两平面是必要的:一固定的参考平面和一活动平面。平移时所述活动平面必须与参考系平行。达成此目的的传统解决方案需要在参考平面和活动平面之间设置多个执行器。每一执行器都具有各自用于检测平移的传感器。通过具有多对执行器和传感器，利用在每一执行器/传感器组合上常常带有闭环控制的多通道控制系统可保持平行。但是从成本和控制复杂性的角度来看，如果对于这些系统来说以一固有的方式保持平行仅需要一个执行器和一个传感器将是更优选的。

发明内容

此处所述的本发明的一个实施例的主题是将多余的成对执行器和位置传感器替换为平行保持装置(PCM)是可行的。PCM120放置于参考基板130(平面)和一顶板110(平面)之间，如图6或图7所示的实例100a和100b。基板130和顶板110之间的任何倾斜角度或可能的不平行关系将由安装于这些板之间的PCM120来补偿。如图7所示的结构100b，包括四个PCM120和上/下板110、130，其没有任何横向平移，仅有的自由度被限制在一平移轴上(Z轴)。这一概念尤其适用于Z轴显微镜载物台，此处在Z轴上保持基板和活动板之间高精度的平行关系，没有任何横向移动干扰获得高精度平移是操作的关键。一显微镜Z载物台仅仅是一个实例，任何需要上述平行关系的应用都可使用PCM和包括PCM的任何组合的结构。

此处公开的平行保持装置(PCM)减少了所需要的执行器/传感器的数量。理论上来说，通过为一系统配置若干PCM，只需一个执行器和一个定位传感器就可实现在参考和活动平面之间具有平行关系的系统。所使用的传感器可以是电容式的、电阻丝应变仪或在纳米级层面上可检测到移动的任何其他类型的传感器。执行器可优选为压电式的类型，但是提供与传感器的动作相同分辨率等级的任何其他类型的执行器也是可以使用的。

将PCM用于这一系统还将提供调整系统刚度的选择，从而在不改变执行器的设计下改变固有频率。添加更多PCM或增加已投入使用的那些系统的刚度将会提高组合式组件的固有频率。

在图1中所示的一个实施例中，提供了一用于保持平行度的机械装置120。机械装置120优选地包括:第一杆122，第二杆124，第三杆126和第四杆128，每一杆都具有一上面，一底面，一第一侧面和一第二侧面，第一杆122的上面形成装置120的上面且第四杆128的底面形成装置的底面；其中第一杆的第一侧面和第二杆的第一侧面由第一弯曲部123桥接，在第一杆122的底面和第二杆124的上面之间留有一间隙；第二杆124的第二侧面和第三杆126的第二侧面由第二弯曲部125桥接，在第二杆124的底面和第三杆126的上面之间留有一间隙；且第三杆126的第一侧面和第四杆128的第一侧面由第三弯曲部127桥接，在第三杆126的底面和第四杆128的上面之间留有一间隙。

这一装置能够在其本身的整个长度上保持不同点之间的平行，而不论这点上是否直接作用有推力。装置120的一简单表示见图1。这一特别的表示显示了一整体式结构120，但是这种装置可由不同的组件和不同的尺寸制成，具体取决于实际应用的需要。本装置可采用任何材料或复合材料制造，只要选定的材料能够满足应用的需要即可。

附图说明

图1是PCM的一个实施例的透视图；