[发明专利]嵌套压电管驱动多维可脱离压电马达及扫描探针显微镜

说明书

技术领域

本发明涉及压电定位器和扫描探针显微镜领域，具体是一种嵌套压电管驱动多维可脱离压电马达及扫描探针显微镜。

背景技术

压电马达是一种能够同时实现纳米甚至亚纳米量级的高定位精度和毫米甚至厘米以上宏观行程的压电定位器。它通常是利用重复的压电形变来产生累加的位移而实现的，具有小体积和高定位精度的优点，所以被广泛地应用于精密仪器控制、原子分辨率扫描探针显微镜、微电子制造乃至航空航天、生物医学等诸多重要的领域，已成为现代尖端科学研究和工业生产的重要工具。

两个或三个维度方向步进的压电马达属于多维压电马达。由于刚体具有三个平动自由度和三个转动自由度，所以完全控制刚体的定位需要六个自由度。由此可见，多维压电马达对控制刚体的完全定位非常重要。特别是，有一类多维压电马达，需要在对位移体（被定位物体）进行两或三维平移定位之后，能够把马达的驱动部分撤离，只留下位移体本身高稳定地停留在目标位置，这类压电马达我们此处称为多维可脱离压电马达，在扫描探针显微镜领域有重要应用，后者往往需要把探针相对于样品进行两或三维平动定位（其中有一维是Z方向的粗逼近定位，其余一或两维是沿着样品表面的搜索定位）后，把马达的驱动部件撤回，只留下一个尽可能小的探针-样品机械支撑回路，以提高探针相对于样品的稳定性，从而提高成像品质。

我们之前曾提出过一维的可脱离压电马达。在本发明中，我们提出两维和三维的多维可脱离压电马达的技术方案，并提出用这样的多维可脱离压电马达制成相应的大范围可搜索高稳定扫描探针显微镜（镜体）的技术方案。

发明内容本发明的目的是为了解决现有多维步进压电马达不能在完成定位后与被定位物体脱离，造成后者稳定性低的问题，提出一种嵌套压电管驱动多维可脱离压电马达及扫描探针显微镜。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

本发明嵌套压电管驱动多维可脱离压电马达，包括筒形框架、第一支撑环、第一环形滑片、第一弹簧、第一套管、第一滑杆、第一弹簧片，其特征是还包括X压电管、第二支撑环、第二环形滑片、第二弹簧，Z压电管、第二套管、第二滑杆、第二弹簧片，

所述筒形框架的两端分别称为其下端与上端，这也对下与上给出了定义，第一支撑环共轴地固定于筒形框架内壁，第一环形滑片处于第一支撑环的下方，设置于筒形框架上端与第一环形滑片之间的第一弹簧将第一环形滑片环面对环面地压于第一支撑环上，所述第一套管共轴地与第一环形滑片相固定，第一滑杆套于第一套管内，二者的轴平行，第一弹簧片置于第一滑杆外壁与第一套管内壁之间的缝隙中，将二者弹性相压；

X压电管套于筒形框架之内，二者的轴平行，X压电管的两端分别称为其自由端和固定端，X压电管固定端与筒形框架的下端相固定，第二支撑环共轴地固定于X压电管自由端，第二弹簧设置于第二环形滑片与第二支撑环之间或第二环形滑片与X压电管固定端之间，将第二环形滑片与第二支撑环环面对环面相压，第二环形滑片处于第一环形滑片的下方并将第一套管的一部分或第一环形滑片的一部分套入其内；

下面构建Z马达：所述Z压电管的两端分别称为其自由端和固定端，第二套管共轴地固定于Z压电管的自由端，第二滑杆套于第二套管内，二者的轴平行，第二弹簧片置于第二滑杆外壁与第二套管内壁之间的缝隙中，将二者弹性相压，这构成了Z马达，其固定端为Z压电管固定端，其步进杆为第二滑杆；

上述Z马达以如下三种结构之一安装于第一套管与第一滑杆之间以驱动第一滑杆在第一套管中进行轴向步进：

（a） 所述Z马达套于X压电管之内，二者的轴平行，二者的固定端相互固定，Z马达步进杆与第一滑杆形成轴向对顶配合；

（b） 所述Z马达套于X压电管之内，二者的轴平行，Z马达的固定端与第一套管相固定，Z马达步进杆与第一滑杆形成轴向对顶配合；

（c） 所述Z马达套于X压电管之内，二者的轴平行，Z马达的固定端与第二环形滑片相固定，Z马达步进杆与第一滑杆形成轴向对顶配合。

在Z马达步进杆与第一滑杆对顶着的两个端部之间，增设一对相互钩住的推挽钩，钩与钩之间留有间隙。

用所述嵌套压电管驱动多维可脱离压电马达制成的扫描探针显微镜，其特征是：增设固定于筒形框架上端的顶架，顶架的一部分作为目标台，沿轴向对着第一滑杆，二者之间增设固定于一方而指向另一方的XYZ压电扫描管。

实现本发明目的的技术方案还可以是：