CN106645802A - 通过杠杆扫描的高精度压电扫描器及其扫描探针显微镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过杠杆扫描的高精度压电扫描器及其扫描探针显微镜，包括X形变压电体、扫描杆、第一钳位片、第二钳位片，所述第一钳位片固定于X形变压电体形变的一端，X形变压电体形变的另一端为其自由端，第二钳位片固定于该自由端并钳住扫描杆的一端，扫描杆的另一端为其扫描端，扫描杆垂直于X形变压电体的形变方向，第一钳位片钳住扫描杆的中部，X形变压电体的X形变带动扫描杆围绕第一钳位片钳住扫描杆的地方做杠杆转动，也即带动扫描杆的扫描端做X方向扫描。若X形变压电体换成XY形变压电体可得两维杠杆扫描情形。通过调节支点位置，可使压电扫描器自由端的不稳定性通过扫描杆的杠杆减弱作用，从而实现高精度、高稳定扫描。

Description

通过杠杆扫描的高精度压电扫描器及其扫描探针显微镜

技术领域

本发明涉及压电定位器和扫描探针显微镜技术领域，具体是一种通过杠杆扫描的高精度压电扫描器及其扫描探针显微镜。

背景技术

压电扫描器的原子定位精度使其被广泛地应用于原子分辨率的扫描探针显微镜（简称SPM），包括扫描隧道显微镜（简称STM）和原子力显微镜（简称AFM）等。应用时通常直接把探针或样品固定于压电扫描器的自由端，通过压电形变直接带动自由端上的探针或样品进行扫描。这种做法的一个显著的缺陷是：当压电体尺寸较大时，其自由端的稳定性下降，定位精度也跟着下降，因为驱动信号上哪怕有很小的电压噪音也能导致压电扫描器自由端产生较大的无规则移动，甚至在温度较高时，即使没有驱动信号，仅凭热涨落运动就能够产生较大的自由端不稳定性。所以，现今的扫描探针显微镜的一个显著的发展趋势是朝着压电扫描器的小型化方向发展的。

但是，对较大尺寸压电扫描器的需求又是经常遇到的，有时甚至是必须的，特别是当我们需要扫描较大、较复杂的探针或样品时，就必须使用较大的压电扫描器（否则会产生负载太大，成像畸变严重的问题），这就必然带来了扫描精度与原子分辨率无法得到保证的问题。

发明内容 本发明的目的是提供一种通过杠杆扫描的高精度压电扫描器及其扫描探针显微镜，以提高现有压电扫描器的定位稳定性和定位精度。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

本发明通过杠杆扫描的高精度压电扫描器，包括：X形变压电体，其特征是还包括扫描杆、第一钳位片、第二钳位片，所述第一钳位片固定于X形变压电体形变的一端，X形变压电体形变的另一端为其自由端，第二钳位片固定于该自由端并钳住扫描杆的一端，扫描杆的另一端为其扫描端，所述扫描杆垂直于X形变压电体的形变方向，所述第一钳位片钳住扫描杆的中部，所述X形变压电体的X形变带动扫描杆围绕第一钳位片钳住扫描杆的地方做杠杆转动，也即带动扫描杆的扫描端做X方向的扫描。

所述X形变压电体为管形的，所述的扫描杆共轴地套于X形变压电体之内。

本发明通过杠杆扫描的高精度压电扫描器制成的扫描探针显微镜，包括所述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器，其特征是还包括管形YZ形变压电体、框架、套管、滑杆、弹簧片、粗逼近马达，所述管形YZ形变压电体共轴地套于所述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器之外，并且管形YZ形变压电体形变的一端作为其自由端与通过杠杆扫描的高精度压电扫描器的第一钳位片相固定，管形YZ形变压电体形变的另一端作为其固定端，固定于所述框架上，所述套管固定于框架上，所述滑杆套于套管之内，二者的轴平行，所述弹簧片置于套管内壁与滑杆之间并将二者弹性相压，所述滑杆的轴沿管形YZ形变压电体的Z形变方向正对着管形YZ形变压电体的自由端，所述粗逼近马达设置于套管与滑杆之间，形成粗逼近马达推动滑杆在套管中朝着管形YZ形变压电体自由端逼近的结构。

本发明通过杠杆扫描的高精度压电扫描器制成的扫描探针显微镜，包括所述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器，其特征是还包括管形YZ形变压电体、框架、滑杆、导轨、弹簧片、粗逼近马达，所述管形YZ形变压电体共轴地套于所述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器之外，并且管形YZ形变压电体形变的一端作为其自由端与通过杠杆扫描的高精度压电扫描器的第一钳位片相固定，管形YZ形变压电体形变的另一端为其固定端，所述导轨固定于所述框架上，所述滑杆与管形YZ形变压电体共轴并与其固定端相固定，滑杆的轴与导轨的导向方向相同，弹簧片置于导轨和滑杆之间并将二者弹性相压，形成滑杆与导轨配合滑动的结构，框架的一部分称为目标台，该目标台台面沿着管形YZ形变压电体的Z形变方向正对着管形YZ形变压电体的自由端，所述粗逼近马达设置于导轨与滑杆之间，形成粗逼近马达推动滑杆在导轨上朝着目标台台面逼近的结构。

所述滑杆是内空的并将所述管形YZ形变压电体共轴地套于其内，管形YZ形变压电体的固定端固定于滑杆内部。

本发明通过杠杆扫描的高精度压电扫描器，包括：XY形变压电体，其特征是还包括扫描杆、第一钳位片、第二钳位片，所述第一钳位片固定于XY形变压电体形变的一端，XY形变压电体形变的另一端为其自由端，第二钳位片固定于该自由端并钳住扫描杆的一端，扫描杆的另一端为其扫描端，所述扫描杆垂直于XY形变压电体的两个形变方向，所述第一钳位片钳住扫描杆的中部，所述XY形变压电体的X与Y形变带动扫描杆围绕第一钳位片钳住扫描杆的地方做对应于这两个自由度的杠杆转动，也即带动扫描杆的扫描端做X与Y方向的扫描。

所述XY形变压电体为管形的，所述的扫描杆共轴地套于XY形变压电体之内。

本发明通过杠杆扫描的高精度压电扫描器制成的扫描探针显微镜，包括所述的通过杠杆扫描的高精度压电扫描器，其特征是还包括管形Z形变压电体、框架、套管、滑杆、弹簧片、粗逼近马达，所述管形Z形变压电体共轴地套于所述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器之外，并且管形Z形变压电体形变的一端作为其自由端与通过杠杆扫描的高精度压电扫描器的第一钳位片相固定，管形Z形变压电体形变的另一端作为其固定端，固定于所述框架上，所述套管固定于框架上，所述滑杆套于套管之内，二者的轴平行，所述弹簧片置于套管内壁于滑杆之间并将二者弹性相压，所述滑杆的轴沿管形Z形变压电体的Z形变方向正对着管形Z形变压电体的自由端，所述粗逼近马达设置于套管与滑杆之间，形成粗逼近马达推动滑杆在套管中朝着管形Z形变压电体自由端逼近的结构。

本发明通过杠杆扫描的高精度压电扫描器制成的扫描探针显微镜，包括所述的通过杠杆扫描的高精度压电扫描器，其特征是还包括管形Z形变压电体、框架、滑杆、导轨、弹簧片、粗逼近马达，所述管形Z形变压电体共轴地套于所述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器之外，并且管形Z形变压电体形变的一端作为其自由端与通过杠杆扫描的高精度压电扫描器的第一钳位片相固定，管形Z形变压电体形变的另一端为其固定端，所述导轨固定于所述框架上，所述滑杆与管形Z形变压电体共轴并与其固定端相固定，滑杆的轴与导轨的导向方向相同，弹簧片置于导轨和滑杆之间并将二者弹性相压，形成滑杆与导轨配合滑动的结构，框架的一部分称为目标台，该目标台台面沿着管形Z形变压电体的Z形变方向正对着管形Z形变压电体的自由端，所述粗逼近马达设置于导轨与滑杆之间，形成粗逼近马达推动滑杆在导轨上朝着目标台台面逼近的结构。

所述滑杆是内空的并将所述管形Z形变压电体共轴地套于其内，管形Z形变压电体的固定端固定于滑杆内部。

本发明通过杠杆扫描的高精度压电扫描器的工作原理如下：

所述第一钳位片固定于X形变压电体形变的一端，X形变压电体形变的另一端为其自由端，第二钳位片固定于该自由端并钳住扫描杆的一端，扫描杆的另一端为其扫描端，所述扫描杆垂直于X形变压电体的形变方向，所述第一钳位片钳住扫描杆的中部，所述X形变压电体的X形变带动扫描杆围绕第一钳位片钳住扫描杆的地方做杠杆转动，也即带动扫描杆的扫描端做X方向的扫描。此处，X形变压电体（即一维压电扫描器）的自由端是带动扫描杆的尾部进行扫描运动的，而探针或样品是固定在扫描杆的另一端（即扫描杆的扫描端）的，扫描杆的中部作为杠杆的支点是被第一钳位片固定的（但扫描杆可以定点转动）。通过调节支点的位置，可以使得X形变压电体自由端的不稳定性通过扫描杆的杠杆作用，在输出端，即扫描杆的扫描端（也即探针或样品所处的位置）得到明显减弱，从而实现了本发明的目的。

所述X形变压电体可以设计为管形（注：根据本领域的习惯，管形X形变压电体的X形变方向与其轴向垂直），所述的扫描杆共轴地套于X形变压电体之内，这使得整体结构非常紧凑、小型化。

可以用上述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器制成扫描探针显微镜：包括管形YZ形变压电体（注：根据本领域的习惯，管形YZ形变压电体的Z形变方向与其轴向一致）、框架、套管、滑杆、弹簧片、粗逼近马达，所述管形YZ形变压电体共轴地套于所述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器之外，并且管形YZ形变压电体形变的一端作为其自由端与通过杠杆扫描的高精度压电扫描器的第一钳位片相固定，管形YZ形变压电体形变的另一端作为其固定端，固定于所述框架上，所述套管固定于框架上，所述滑杆套于套管之内，二者的轴平行，所述弹簧片置于套管内壁与滑杆之间并将二者弹性相压，所述滑杆的轴沿管形YZ形变压电体的Z形变方向正对着管形YZ形变压电体的自由端，所述粗逼近马达设置于套管与滑杆之间，形成粗逼近马达推动滑杆在套管中朝着管形YZ形变压电体自由端逼近的结构。这里的通过杠杆扫描的高精度压电扫描器实现的是X方向的扫描，而管形YZ形变压电体实现的是Y和Z方向的扫描，粗逼近马达则推动滑杆在套管中朝着管形YZ形变压电体自由端逼近，从而实现粗逼近过程。

上述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器还可以按照如下方案制成扫描探针显微镜：包括管形YZ形变压电体、框架、滑杆、导轨、弹簧片、粗逼近马达，所述管形YZ形变压电体共轴地套于所述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器之外，并且管形YZ形变压电体形变的一端作为其自由端与通过杠杆扫描的高精度压电扫描器的第一钳位片相固定，管形YZ形变压电体形变的另一端为其固定端，所述导轨固定于所述框架上，所述滑杆与管形YZ形变压电体共轴并与其固定端相固定，滑杆的轴与导轨的导向方向相同，弹簧片置于导轨和滑杆之间并将二者弹性相压，形成滑杆与导轨配合滑动的结构，框架的一部分称为目标台，该目标台台面沿着管形YZ形变压电体的Z形变方向正对着管形YZ形变压电体的自由端，所述粗逼近马达设置于导轨与滑杆之间，形成粗逼近马达推动滑杆在导轨上朝着目标台台面逼近的结构。此处，粗逼近马达驱动的是扫描装置。这时，可以选择内空的滑杆，并将所述管形YZ形变压电体共轴地套于其内，管形YZ形变压电体的固定端固定于滑杆内部，这使得结构的紧凑性得到提高。

上面是在X方向上进行一维杠杆扫描的情形，而更重要的是在X与Y两个方向上都进行杠杆扫描，其工作原理如下：

所述第一钳位片固定于XY形变压电体形变的一端，XY形变压电体形变的另一端为其自由端，第二钳位片固定于该自由端并钳住扫描杆的一端，扫描杆的另一端为其扫描端，所述扫描杆垂直于XY形变压电体的两个形变方向，所述第一钳位片钳住扫描杆的中部，所述XY形变压电体的X与Y形变带动扫描杆围绕第一钳位片钳住扫描杆的地方做对应于这两个自由度的杠杆转动，也即带动扫描杆的扫描端做X与Y方向的扫描。此处，XY形变压电体（即两维压电扫描器）的自由端是带动扫描杆的尾部进行扫描运动的，而探针或样品是固定在扫描杆的另一端（即扫描杆的扫描端）的，扫描杆的中部作为杠杆的支点是被第一钳位片固定的（但扫描杆可以定点转动）。通过调节支点的位置，可以使得XY形变压电体自由端的不稳定性通过扫描杆的杠杆作用，在输出端（即扫描杆的扫描端，也即探针或样品所处的位置，）得到明显减弱，从而实现了本发明的目的。

所述XY形变压电体可以设计为管形（注：根据本领域的习惯，管形XY形变压电体的X与Y两个形变方向与其轴向垂直），所述的扫描杆共轴地套于XY形变压电体之内，这使得整体结构非常紧凑、小型化。

可以用上述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器制成扫描探针显微镜：包括管形Z形变压电体（注：根据本领域的习惯，管形Z形变压电体的Z形变方向与其轴向一致）、框架、套管、滑杆、弹簧片、粗逼近马达，所述管形Z形变压电体共轴地套于所述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器之外，并且管形Z形变压电体形变的一端作为其自由端与通过杠杆扫描的高精度压电扫描器的第一钳位片相固定，管形Z形变压电体形变的另一端作为其固定端，固定于所述框架上，所述套管固定于框架上，所述滑杆套于套管之内，二者的轴平行，所述弹簧片置于套管内壁于滑杆之间并将二者弹性相压，所述滑杆的轴沿管形Z形变压电体的Z形变方向正对着管形Z形变压电体的自由端，所述粗逼近马达设置于套管与滑杆之间，形成粗逼近马达推动滑杆在套管中朝着管形Z形变压电体自由端逼近的结构。这里的通过杠杆扫描的高精度压电扫描器实现的是X和Y方向的扫描，而管形Z形变压电体实现的是Z方向的扫描，粗逼近马达则推动滑杆在套管中朝着管形Z形变压电体自由端逼近，从而实现粗逼近过程。

上述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器还可以按照如下方案制成扫描探针显微镜：包括管形Z形变压电体、框架、滑杆、导轨、弹簧片、粗逼近马达，所述管形Z形变压电体共轴地套于所述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器之外，并且管形Z形变压电体形变的一端作为其自由端与通过杠杆扫描的高精度压电扫描器的第一钳位片相固定，管形Z形变压电体形变的另一端为其固定端，所述导轨固定于所述框架上，所述滑杆与管形Z形变压电体共轴并与其固定端相固定，滑杆的轴与导轨的导向方向相同，弹簧片置于导轨和滑杆之间并将二者弹性相压，形成滑杆与导轨配合滑动的结构，框架的一部分称为目标台，该目标台台面沿着管形Z形变压电体的Z形变方向正对着管形Z形变压电体的自由端，所述粗逼近马达设置于导轨与滑杆之间，形成粗逼近马达推动滑杆在导轨上朝着目标台台面逼近的结构。此处，粗逼近马达驱动的是扫描装置。这时，可以选择内空的滑杆，并将所述管形Z形变压电体共轴地套于其内，管形Z形变压电体的固定端固定于滑杆内部，这使得结构的紧凑性得到提高。

根据上述原理，本发明具有如下优秀性能（所以实现了本发明的目的）：

实现了高精度、高稳定扫描：扫描压电体的自由端并不是直接带动探针或样品进行扫描，而是带动一个扫描杆的尾部进行扫描运动，而探针或样品是固定在扫描杆的另一端的，扫描杆的中部作为杠杆的支点是固定的。通过调节支点的位置，可以使得压电扫描器自由端的不稳定性通过扫描杆的杠杆减弱作用，在输出端（也即探针或样品所处的位置，本文中也称为扫描端）得到明显减弱。

附图说明

图1是本发明一维型通过杠杆扫描的高精度压电扫描器的结构示意图。

图2是本发明一维管型通过杠杆扫描的高精度压电扫描器的结构示意图。

图3是本发明用一维管型通过杠杆扫描的高精度压电扫描器制成的扫描探针显微镜的结构示意图。

图4是本发明另一种用一维管型通过杠杆扫描的高精度压电扫描器制成的扫描探针显微镜的结构示意图。

图5是本发明两维型通过杠杆扫描的高精度压电扫描器的结构示意图。

图6是本发明两维管型通过杠杆扫描的高精度压电扫描器的结构示意图。

图中标号: XP X形变压电体、XPf X形变压电体的自由端、XPx X形变压电体的形变方向、XYP XY形变压电体、XYPf XY形变压电体的自由端、XYPx XY形变压电体的X形变方向、XYPy XY形变压电体的Y形变方向、YZP 管形YZ形变压电体、YZPf 管形YZ形变压电体的自由端、YZPy 管形YZ形变压电体的Y形变方向、YZPz 管形YZ形变压电体的Z形变方向、ZP 管形Z形变压电体、ZPf 管形Z形变压电体的自由端、ZPz 管形Z形变压电体的Z形变方向、1 扫描杆、1a 扫描杆的扫描端、2 第一钳位片、2a 第二钳位片、3 框架、3a 目标台、4 套管、5 滑杆、6 弹簧片、7 粗逼近马达、8 导轨。

具体实施方式

实施例1：一维型通过杠杆扫描的高精度压电扫描器

参见附图1，本发明通过杠杆扫描的高精度压电扫描器，包括：X形变压电体XP，其特征是还包括扫描杆1、第一钳位片2、第二钳位片2a，所述第一钳位片2固定于X形变压电体XP形变的一端，X形变压电体XP形变的另一端为其自由端XPf，第二钳位片2a固定于该自由端XPf并钳住扫描杆1的一端，扫描杆的另一端为其扫描端1a，所述扫描杆1垂直于X形变压电体XP的形变方向XPx，所述第一钳位片2钳住扫描杆1的中部，所述X形变压电体XP的X形变带动扫描杆1围绕第一钳位片2钳住扫描杆1的地方做杠杆转动，也即带动扫描杆1的扫描端1a做X方向的扫描。

其工作原理是：X形变压电体XP（即一维压电扫描器）的自由端XPf是带动扫描杆1的尾部进行扫描运动的，而探针或样品是固定在扫描杆1的另一端（即扫描杆1的扫描端1a）的，扫描杆1的中部作为杠杆的支点是被第一钳位片2固定的（但扫描杆1可以定点转动）。通过调节支点的位置，可以使得X形变压电体自由端XPf的不稳定性通过扫描杆1的杠杆作用，在输出端（即扫描杆的扫描端，也即探针或样品所处的位置，）得到明显减弱，从而实现了本发明的目的。

实施例2：一维管型通过杠杆扫描的高精度压电扫描器

在上述实施例中，所述X形变压电体XP为管形的（注：根据本领域的习惯，管形X形变压电体XP的X形变方向与其轴向垂直），所述的扫描杆1共轴地套于X形变压电体XP之内，见附图2。这使得整体结构非常紧凑、小型化。

实施例3：用一维管型通过杠杆扫描的高精度压电扫描器制成的扫描探针显微镜

参见附图3，本发明用上述实施例1和2所述的通过杠杆扫描的高精度压电扫描器制成的扫描探针显微镜，包括所述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器，其特征是还包括管形YZ形变压电体YZP（注：根据本领域的习惯，管形YZ形变压电体YZP的Z形变方向与其轴向一致）、框架3、套管4、滑杆5、弹簧片6、粗逼近马达7，所述管形YZ形变压电体YZP共轴地套于所述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器之外，并且管形YZ形变压电体YZP形变的一端作为其自由端YZPf与通过杠杆扫描的高精度压电扫描器的第一钳位片2相固定，管形YZ形变压电体YZP形变的另一端作为其固定端，固定于所述框架3上，所述套管4固定于框架3上，所述滑杆5套于套管4之内，二者的轴平行，所述弹簧片6置于套管4内壁与滑杆5之间并将二者弹性相压，所述滑杆5的轴沿管形YZ形变压电体YZP的Z形变方向YZPz正对着管形YZ形变压电体的自由端YZPf，所述粗逼近马达7设置于套管4与滑杆5之间，形成粗逼近马达7推动滑杆5在套管4中朝着管形YZ形变压电体自由端YZPf逼近的结构。这里的通过杠杆扫描的高精度压电扫描器实现的是X方向的扫描，而管形YZ形变压电体YZP实现的是Y和Z方向的扫描，粗逼近马达7则推动滑杆5在套管4中朝着管形YZ形变压电体自由端YZPf逼近，从而实现粗逼近过程。

实施例4：另一种用一维管型通过杠杆扫描的高精度压电扫描器制成的扫描探针显微镜

参见附图4，本发明用上述实施例1和2所述的通过杠杆扫描的高精度压电扫描器制成的另一种扫描探针显微镜：包括管形YZ形变压电体YZP、框架3、滑杆5、导轨8、弹簧片6、粗逼近马达7，所述管形YZ形变压电体YZP共轴地套于所述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器之外，并且管形YZ形变压电体YZP形变的一端作为其自由端YZPf与通过杠杆扫描的高精度压电扫描器的第一钳位片2相固定，管形YZ形变压电体YZP形变的另一端为其固定端，所述导轨8固定于所述框架3上，所述滑杆5与管形YZ形变压电体YZP共轴并与其固定端相固定，滑杆5的轴与导轨8的导向方向相同，弹簧片6置于导轨8和滑杆5之间并将二者弹性相压，形成滑杆5与导轨8配合滑动的结构，框架3的一部分称为目标台3a，该目标台3a台面沿着管形YZ形变压电体YZP的Z形变方向YZPz正对着管形YZ形变压电体的自由端YZPf，所述粗逼近马达7设置于导轨8与滑杆5之间，形成粗逼近马达7推动滑杆5在导轨8上朝着目标台3a台面逼近的结构。此处，粗逼近马达7驱动的是扫描装置。这时，可以选择内空的滑杆5，并将所述管形YZ形变压电体YZP共轴地套于其内，管形YZ形变压电体YZP的固定端固定于滑杆5内部，这使得结构的紧凑性得到提高。

实施例5：两维型通过杠杆扫描的高精度压电扫描器

参见附图5，本发明通过杠杆扫描的高精度压电扫描器，包括：XY形变压电体XYP，其特征是还包括扫描杆1、第一钳位片2、第二钳位片2a，所述第一钳位片2固定于XY形变压电体XYP形变的一端，XY形变压电体XYP形变的另一端为其自由端XYPf，第二钳位片固定于该自由端XYPf并钳住扫描杆1的一端，扫描杆1的另一端为其扫描端1a，所述扫描杆1垂直于XY形变压电体XYP的两个形变方向XYPx和XYPy，所述第一钳位片2钳住扫描杆1的中部，所述XY形变压电体XYP的X与Y形变带动扫描杆1围绕第一钳位片2钳住扫描杆1的地方做对应于这两个自由度的杠杆转动，也即带动扫描杆1的扫描端1a做X与Y方向的扫描。

此处，XY形变压电体XYP（即两维压电扫描器）的自由端XYPf是带动扫描杆1的尾部进行扫描运动的，而探针或样品是固定在扫描杆1的另一端（即扫描杆1的扫描端1a）的，扫描杆1的中部作为杠杆的支点是被第一钳位片2固定的（但扫描杆1可以定点转动）。通过调节支点的位置，可以使得XY形变压电体自由端XYPf的不稳定性通过扫描杆1的杠杆作用，在输出端（即扫描杆1的扫描端1a，也即探针或样品所处的位置，）得到明显减弱，从而实现了本发明的目的。

实施例6：两维管型通过杠杆扫描的高精度压电扫描器

在上述实施例中，所述XY形变压电体XYP可以设计为管形（注：根据本领域的习惯，管形XY形变压电体XYP的X与Y形变方向与其轴向垂直），所述的扫描杆1共轴地套于XY形变压电体XYP之内，这使得整体结构非常紧凑、小型化，参见附图6。

实施例7：用两维管型通过杠杆扫描的高精度压电扫描器制成的扫描探针显微镜

本发明用上述实施例5和6所述的通过杠杆扫描的高精度压电扫描器制成的扫描探针显微镜，包括所述的通过杠杆扫描的高精度压电扫描器，其特征是还包括管形Z形变压电体ZP（注：根据本领域的习惯，管形Z形变压电体ZP的Z形变方向与其轴向一致）、框架3、套管4、滑杆5、弹簧片6、粗逼近马达7，所述管形Z形变压电体ZP共轴地套于所述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器之外，并且管形Z形变压电体ZP形变的一端作为其自由端ZPf与通过杠杆扫描的高精度压电扫描器的第一钳位片2相固定，管形Z形变压电体ZP形变的另一端作为其固定端，固定于所述框架3上，所述套管4固定于框架3上，所述滑杆5套于套管4之内，二者的轴平行，所述弹簧片6置于套管4内壁于滑杆5之间并将二者弹性相压，所述滑杆5的轴沿管形Z形变压电体ZP的Z形变方向ZPz正对着管形Z形变压电体的自由端ZPf，所述粗逼近马达7设置于套管4与滑杆5之间，形成粗逼近马达7推动滑杆5在套管4中朝着Z形变压电体自由端ZPf逼近的结构。这里的通过杠杆扫描的高精度压电扫描器实现的是X和Y方向的扫描，而管形Z形变压电体ZP实现的是Z方向的扫描，粗逼近马达7则推动滑杆5在套管4中朝着管形Z形变压电体自由端ZPf逼近，从而实现粗逼近过程。

实施例8：另一种用两维管型通过杠杆扫描的高精度压电扫描器制成的扫描探针显微镜

本发明另一种用上述实施例5和6所述的通过杠杆扫描的高精度压电扫描器制成的扫描探针显微镜，包括所述的通过杠杆扫描的高精度压电扫描器，其特征是还包括管形Z形变压电体ZP、框架3、滑杆5、导轨8、弹簧片6、粗逼近马达7，所述管形Z形变压电体ZP共轴地套于所述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器之外，并且管形Z形变压电体ZP形变的一端作为其自由端ZPf与通过杠杆扫描的高精度压电扫描器的第一钳位片2相固定，管形Z形变压电体ZP形变的另一端为其固定端，所述导轨8固定于所述框架3上，所述滑杆5与管形Z形变压电体ZP共轴并与其固定端相固定，滑杆5的轴与导轨8的导向方向相同，弹簧片6置于导轨8和滑杆5之间并将二者弹性相压，形成滑杆5与导轨8配合滑动的结构，框架3的一部分称为目标台3a，该目标台3a台面沿着管形Z形变压电体ZP的Z形变方向ZPz正对着管形Z形变压电体的自由端ZPf，所述粗逼近马达7设置于导轨8与滑杆5之间，形成粗逼近马达7推动滑杆5在导轨8上朝着目标台3a台面逼近的结构。

此处，粗逼近马达7驱动的是扫描装置。这时，可以选择内空的滑杆5，并将所述管形Z形变压电体ZP共轴地套于其内，管形Z形变压电体ZP的固定端固定于滑杆5内部，这使得结构的紧凑性得到提高。

Claims (10)

1.通过杠杆扫描的高精度压电扫描器，包括：X形变压电体，其特征在于：还包括扫描杆、第一钳位片、第二钳位片，所述第一钳位片固定于X形变压电体形变的一端，X形变压电体形变的另一端为其自由端，第二钳位片固定于该自由端并钳住扫描杆的一端，扫描杆的另一端为其扫描端，所述扫描杆垂直于X形变压电体的形变方向，所述第一钳位片钳住扫描杆的中部，所述X形变压电体的X形变带动扫描杆围绕第一钳位片钳住扫描杆的地方做杠杆转动，也即带动扫描杆的扫描端做X方向的扫描。

2.根据权利要求1所述的通过杠杆扫描的高精度压电扫描器，其特征在于：所述X形变压电体为管形的，所述的扫描杆共轴地套于X形变压电体之内。

3.一种权利要求2所述的通过杠杆扫描的高精度压电扫描器制成的扫描探针显微镜，包括所述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器，其特征在于：还包括管形YZ形变压电体、框架、套管、滑杆、弹簧片、粗逼近马达，所述管形YZ形变压电体共轴地套于所述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器之外，并且管形YZ形变压电体形变的一端作为其自由端与通过杠杆扫描的高精度压电扫描器的第一钳位片相固定，管形YZ形变压电体形变的另一端作为其固定端，固定于所述框架上，所述套管固定于框架上，所述滑杆套于套管之内，二者的轴平行，所述弹簧片置于套管内壁与滑杆之间并将二者弹性相压，所述滑杆的轴沿管形YZ形变压电体的Z形变方向正对着管形YZ形变压电体的自由端，所述粗逼近马达设置于套管与滑杆之间，形成粗逼近马达推动滑杆在套管中朝着管形YZ形变压电体自由端逼近的结构。

4.一种权利要求2所述的通过杠杆扫描的高精度压电扫描器制成的扫描探针显微镜，包括所述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器，其特征在于：还包括管形YZ形变压电体、框架、滑杆、导轨、弹簧片、粗逼近马达，所述管形YZ形变压电体共轴地套于所述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器之外，并且管形YZ形变压电体形变的一端作为其自由端与通过杠杆扫描的高精度压电扫描器的第一钳位片相固定，管形YZ形变压电体形变的另一端为其固定端，所述导轨固定于所述框架上，所述滑杆与管形YZ形变压电体共轴并与其固定端相固定，滑杆的轴与导轨的导向方向相同，弹簧片置于导轨和滑杆之间并将二者弹性相压，形成滑杆与导轨配合滑动的结构，框架的一部分称为目标台，该目标台台面沿着管形YZ形变压电体的Z形变方向正对着管形YZ形变压电体的自由端，所述粗逼近马达设置于导轨与滑杆之间，形成粗逼近马达推动滑杆在导轨上朝着目标台台面逼近的结构。

5.根据权利要求4所述的扫描探针显微镜，其特征在于：所述滑杆是内空的并将所述管形YZ形变压电体共轴地套于其内，管形YZ形变压电体的固定端固定于滑杆内部。

6.通过杠杆扫描的高精度压电扫描器，包括：XY形变压电体，其特征在于：还包括扫描杆、第一钳位片、第二钳位片，所述第一钳位片固定于XY形变压电体形变的一端，XY形变压电体形变的另一端为其自由端，第二钳位片固定于该自由端并钳住扫描杆的一端，扫描杆的另一端为其扫描端，所述扫描杆垂直于XY形变压电体的两个形变方向，所述第一钳位片钳住扫描杆的中部，所述XY形变压电体的X与Y形变带动扫描杆围绕第一钳位片钳住扫描杆的地方做对应于这两个自由度的杠杆转动，也即带动扫描杆的扫描端做X与Y方向的扫描。

7.根据权利要求6所述的通过杠杆扫描的高精度压电扫描器，其特征在于：所述XY形变压电体为管形的，所述的扫描杆共轴地套于XY形变压电体之内。

8.一种权利要求7所述的通过杠杆扫描的高精度压电扫描器制成的扫描探针显微镜，包括所述的通过杠杆扫描的高精度压电扫描器，其特征在于：还包括管形Z形变压电体、框架、套管、滑杆、弹簧片、粗逼近马达，所述管形Z形变压电体共轴地套于所述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器之外，并且管形Z形变压电体形变的一端作为其自由端与通过杠杆扫描的高精度压电扫描器的第一钳位片相固定，管形Z形变压电体形变的另一端作为其固定端，固定于所述框架上，所述套管固定于框架上，所述滑杆套于套管之内，二者的轴平行，所述弹簧片置于套管内壁于滑杆之间并将二者弹性相压，所述滑杆的轴沿管形Z形变压电体的Z形变方向正对着管形Z形变压电体的自由端，所述粗逼近马达设置于套管与滑杆之间，形成粗逼近马达推动滑杆在套管中朝着管形Z形变压电体自由端逼近的结构。

9.一种权利要求7所述的通过杠杆扫描的高精度压电扫描器制成的扫描探针显微镜，包括所述的通过杠杆扫描的高精度压电扫描器，其特征在于：还包括管形Z形变压电体、框架、滑杆、导轨、弹簧片、粗逼近马达，所述管形Z形变压电体共轴地套于所述通过杠杆扫描的高精度压电扫描器之外，并且管形Z形变压电体形变的一端作为其自由端与通过杠杆扫描的高精度压电扫描器的第一钳位片相固定，管形Z形变压电体形变的另一端为其固定端，所述导轨固定于所述框架上，所述滑杆与管形Z形变压电体共轴并与其固定端相固定，滑杆的轴与导轨的导向方向相同，弹簧片置于导轨和滑杆之间并将二者弹性相压，形成滑杆与导轨配合滑动的结构，框架的一部分称为目标台，该目标台台面沿着管形Z形变压电体的Z形变方向正对着管形Z形变压电体的自由端，所述粗逼近马达设置于导轨与滑杆之间，形成粗逼近马达推动滑杆在导轨上朝着目标台台面逼近的结构。

10.根据权利要求9所述的扫描探针显微镜，其特征在于：所述滑杆是内空的并将所述管形Z形变压电体共轴地套于其内，管形Z形变压电体的固定端固定于滑杆内部。