專利名稱：用于電-機(jī)械定位的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電-機(jī)械定位的裝置和方法。
背景技術(shù)：
這類裝置用于使探針以納米范圍定位，例如在光柵探針顯微中定位。它們將電的輸入?yún)?shù)(電壓)轉(zhuǎn)換成機(jī)械的輸出參數(shù)(位置)。在此例如控制管狀的壓電元件，用于使在壓電元件內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的游標(biāo)、起到探針功能的導(dǎo)線相對(duì)于管狀摩擦表面利用慣性驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)。為了影響這個(gè)運(yùn)動(dòng)，可以使管狀壓電元件以鋸齒形壓電曲線加載。使電壓這樣施加在壓電元件的內(nèi)部電極與外部電極之間，使壓電曲線導(dǎo)致游標(biāo)在壓電元件里面交替地停止和滑動(dòng)。游標(biāo)在鋸齒脈沖的扁平側(cè)面期間停止在壓電元件內(nèi)部的摩擦表面上并且在其陡斜側(cè)面期間滑動(dòng)。缺陷是，在鋸齒脈沖期間在壓電元件上的快速運(yùn)動(dòng)可能導(dǎo)致壓電元件或運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)本身的底座的不期望抖動(dòng)。例如由WO 94/06160 Al給出的驅(qū)動(dòng)裝置包括壓電元件。游標(biāo)能以直到納米范圍的精度運(yùn)動(dòng)。所述游標(biāo)由導(dǎo)線組成。使游標(biāo)頂壓摩擦表面的力對(duì)于慣性驅(qū)動(dòng)裝置的功能是苛刻的。通過(guò)導(dǎo)線本身的彎曲影響對(duì)于導(dǎo)線或游標(biāo)的作用力。準(zhǔn)確的力必需試驗(yàn)地通過(guò)導(dǎo)線的不同彎曲匹配。其缺陷是費(fèi)時(shí)且困難的方法步驟。導(dǎo)線端部在光柵隧道顯微期間形成掃描尖端或探針。在尖端每次掃描時(shí)缺陷是必需變換整個(gè)游標(biāo)并且重新匹配用于更換的游標(biāo)的作用力。在真空中更換游標(biāo)幾乎是不可能的，因?yàn)獒樞斡螛?biāo)沒(méi)有用于從管狀摩擦表面中取出的裝置。由文獻(xiàn)DE 44 40 758 Al已知一個(gè)由質(zhì)量單元包括彎曲元件組成的游標(biāo)，由此可以通過(guò)彎曲元件的彎曲調(diào)節(jié)摩擦力大小。由此也可以定位沉重的目標(biāo)。這個(gè)定位裝置的缺陷是，只存在非常小的空間用于操縱裝置。存在很小的空間，因?yàn)橐M可能小地構(gòu)造定位單元，用于在實(shí)現(xiàn)裝置在運(yùn)行中的盡可能最大的穩(wěn)定性和高的固有頻率。不利的是，質(zhì)量單元(由質(zhì)量單元端部定位)相對(duì)于管狀摩擦面和管狀壓電元件傾斜。這不利地導(dǎo)致，質(zhì)量單元不軸向?qū)?zhǔn)摩擦面和壓電元件管。另一方面質(zhì)量單元的傾斜布置意味著不準(zhǔn)確的導(dǎo)向和摩擦特性的無(wú)意變化。摩擦特性的變化對(duì)慣性驅(qū)動(dòng)裝置的功能產(chǎn)生不利影響并且可能導(dǎo)致定位單元失效，因?yàn)橛螛?biāo)可能卡死。所述慣性驅(qū)動(dòng)裝置本身也存在缺陷。在慣性驅(qū)動(dòng)裝置中壓電元件的質(zhì)量和游標(biāo)的質(zhì)量以高加速度運(yùn)動(dòng)。這不利的后果是，加速度以抖動(dòng)和振動(dòng)的形式傳遞到固定在游標(biāo)上的目標(biāo)上。此外這些作用力在壓電元件上按照牛頓第三定律也傳遞到底座。因此抖動(dòng)運(yùn)動(dòng)也可能傳遞到底板上，在其上固定納米定位器。因此由US 4，874，979給出另一定位裝置，具有另一驅(qū)動(dòng)方法。在此內(nèi)部的圓柱體作為游標(biāo)交替地由三個(gè)壓電傳動(dòng)的卡子固定?？ㄗ拥木嚯x通過(guò)壓電元件的膨脹或壓縮調(diào)整并且導(dǎo)致內(nèi)部圓柱體的調(diào)整運(yùn)動(dòng)。這個(gè)納米操縱器有利地避免慣性驅(qū)動(dòng)裝置的快速的加速度。但是缺陷是，為了固定內(nèi)部圓柱體，至少一個(gè)卡子必需總是處于高壓下。通過(guò)卡子固定圓柱體是驅(qū)動(dòng)這個(gè)也稱為“緩慢蠕蟲(inchmirm)”的定位單元的必需前提。在“緩慢蠕蟲” 中也必需總是施加電壓在壓電的卡子上，用于固定游標(biāo)。但是在光柵隧道顯微中使用定位單元時(shí)這個(gè)用于卡緊游標(biāo)的電壓不利地傳遞電干擾到測(cè)得的隧道電流上。為了避免這一點(diǎn)，這個(gè)高壓只能具有非常低的噪聲，例如<lmV。這意味著附加的費(fèi)用和成本，用以建立穩(wěn)定的電壓供給。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一個(gè)用于游標(biāo)的電-機(jī)械的定位裝置，它可以小巧和良好地操縱并且還能夠使游標(biāo)在管狀壓電元件內(nèi)部與所選擇的驅(qū)動(dòng)裝置無(wú)關(guān)地精確導(dǎo)向。此外，本發(fā)明的目的是，給出一種用于控制這種裝置的方法，它與公知的慣性驅(qū)動(dòng)裝置不同無(wú)抖動(dòng)地工作。這個(gè)目的通過(guò)權(quán)利要求1和7的裝置以及附屬權(quán)利要求的方法得以實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求給出有利的擴(kuò)展結(jié)構(gòu)。所述裝置具有至少一個(gè)管狀的壓電元件，用于在壓電元件內(nèi)部電-機(jī)械的定位游標(biāo)。該壓電元件具有電極和用于控制的接頭。所述裝置具有至少一個(gè)與壓電元件連接的彈性機(jī)構(gòu)，用于施加法向力在壓電元件內(nèi)部中的游標(biāo)上。這個(gè)彈性機(jī)構(gòu)具有摩擦面。這個(gè)摩擦面是彈性機(jī)構(gòu)與游標(biāo)之間的接觸面。所述彈性機(jī)構(gòu)在本發(fā)明的擴(kuò)展結(jié)構(gòu)中由導(dǎo)電的材料、例如由銅-鈹組成。通過(guò)導(dǎo)電性可以使通過(guò)掃描尖端導(dǎo)出的隧道電流直接通過(guò)所述機(jī)構(gòu)導(dǎo)出和控制。所述彈性機(jī)構(gòu)為了施加法向力可以彎曲。按照本發(fā)明的機(jī)構(gòu)例如可以是電纜連接，它能夠利用彎曲的內(nèi)部部件在游標(biāo)上施加作為法向力的彈性力。所述彈性機(jī)構(gòu)也可以是板簧。每個(gè)彈性機(jī)構(gòu)有利地在游標(biāo)上施加恒定的、持久的法向力。作為用于所述機(jī)構(gòu)的材料的銅-鈹有利地具有高彈性。這種材料相對(duì)較硬并且可以良好地加工，用以構(gòu)成彎曲的彈性的機(jī)構(gòu)。這一點(diǎn)可以通過(guò)例如管狀機(jī)構(gòu)的切口實(shí)現(xiàn)。此外這種材料是導(dǎo)電的?？梢允褂镁哂蓄愃铺匦缘钠渌牧稀３藦椥詸C(jī)構(gòu)以外也可以使用靜止摩擦機(jī)構(gòu)，它們直接或間接地與壓電元件連接，用以導(dǎo)引游標(biāo)和承受法向力。所述靜止的機(jī)構(gòu)具有摩擦面。這個(gè)摩擦面是靜止機(jī)構(gòu)與游標(biāo)之間的接觸面。所述靜止摩擦機(jī)構(gòu)的可能擴(kuò)展結(jié)構(gòu)是藍(lán)寶石半球。下面將靜止摩擦機(jī)構(gòu)和彈性摩擦機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱為摩擦機(jī)構(gòu)。固定在壓電元件軸向位置的摩擦機(jī)構(gòu)構(gòu)成一組摩擦機(jī)構(gòu)。因此一組包括至少一個(gè)唯一的摩擦機(jī)構(gòu)。在壓電元件軸向膨脹或收縮時(shí)一組摩擦機(jī)構(gòu)同步地運(yùn)動(dòng)。所述摩擦機(jī)構(gòu)可以直接與壓電元件連接。最好也可以間接地通過(guò)連接部件與壓電元件連接。作為連接部件例如是或短或長(zhǎng)的小管和盤，它們與壓電元件的端部連接。短的連接部件也稱為端部的盤。該盤具有開(kāi)孔。最好由陶瓷制成盤。在端部盤或其開(kāi)孔里面導(dǎo)引或定位游標(biāo)。長(zhǎng)的管狀連接部件也稱為同軸的固定體，并且起到使多個(gè)摩擦機(jī)構(gòu)同步運(yùn)動(dòng)的作用。這種連接部件在導(dǎo)引游標(biāo)時(shí)不接觸游標(biāo)，而是只接觸設(shè)置在連接部件上的摩擦機(jī)構(gòu)。在連接部件的內(nèi)表面上設(shè)置摩擦機(jī)構(gòu)。所述連接部件作為小管和盤具有開(kāi)孔，在其中軸向?qū)б螛?biāo)。因?yàn)槟Σ翙C(jī)構(gòu)基于其施加的力對(duì)準(zhǔn)壓電元件內(nèi)部，因此穿過(guò)連接部件的開(kāi)孔實(shí)現(xiàn)游標(biāo)的軸向定位。所述摩擦機(jī)構(gòu)例如通過(guò)粘接劑與連接部件連接并且與壓電元件內(nèi)表面連接。所述摩擦機(jī)構(gòu)可以固定在端部的盤上并且也固定在同軸的作為連接部件的固定體上，并且通過(guò)這個(gè)固定體與壓電元件連接。所述同軸固定體是，同軸地在壓電元件的幾乎整個(gè)長(zhǎng)度上設(shè)置在壓電元件里面。在同軸的固定體里面特別有利地非常穩(wěn)定地導(dǎo)引游標(biāo)。 同軸的固定體可以一體地構(gòu)成。它僅僅在一端與壓電元件連接。同軸的固定體可以利用端部的盤作為連接部件在一端上與壓電元件連接。同軸的固定體的另一端在壓電元件的內(nèi)部游離，即，不固定。在同軸固定體的縱向上可以設(shè)置其它摩擦機(jī)構(gòu)。在本發(fā)明的擴(kuò)展結(jié)構(gòu)中由位于同軸固定體里面的摩擦機(jī)構(gòu)導(dǎo)引游標(biāo)。因此在一端固定在底板上的壓電元件偏轉(zhuǎn)時(shí)所有摩擦機(jī)構(gòu)同步地運(yùn)動(dòng)。為了定位游標(biāo)以公知的方式通過(guò)慣性驅(qū)動(dòng)裝置以鋸齒形電壓使壓電元件偏轉(zhuǎn)。在鋸齒信號(hào)的扁平側(cè)面期間所有摩擦面是靜摩擦，并且所述游標(biāo)與壓電運(yùn)動(dòng)一起導(dǎo)引。在鋸齒信號(hào)的陡斜側(cè)面期間所述摩擦面過(guò)渡到滑動(dòng)摩擦。所述游標(biāo)由于其慣性不與摩擦機(jī)構(gòu)、同軸的固定體和壓電元件的運(yùn)動(dòng)一起導(dǎo)引。所述同軸固定體在壓電元件上的端部固定起到完全傳遞壓電元件的偏轉(zhuǎn)到在同軸固定體里面導(dǎo)引的游標(biāo)上的作用。所述端部的盤作為連接部件特別有利地也用于，使可能作為標(biāo)準(zhǔn)部件制成的壓電元件和與其并聯(lián)設(shè)置的管狀同軸固定體在其內(nèi)徑和外徑上相互匹配。用于施加法向力在游標(biāo)上的彈性機(jī)構(gòu)最好通過(guò)粘接在連接部件、盤和同軸的固定體上與壓電元件連接。所述摩擦機(jī)構(gòu)可以在一個(gè)、兩個(gè)或多個(gè)軸向的不同位置上在同軸固定體的長(zhǎng)度上與固定體連接。最好將摩擦部件均勻地分布在同軸固定體的整個(gè)長(zhǎng)度上。有利地在同軸固定體的至少兩個(gè)軸向位置上設(shè)置五個(gè)或更多的摩擦機(jī)構(gòu)。由此特別穩(wěn)定地固定和導(dǎo)引游標(biāo)。至少五個(gè)摩擦機(jī)構(gòu)中必需至少一個(gè)是彈性機(jī)構(gòu)，最好在同軸固定體的中間。例如可以使靠近端部的盤和在對(duì)置的一側(cè)上端部設(shè)置在同軸固定體上的摩擦機(jī)構(gòu)是靜止摩擦機(jī)構(gòu)。在同軸固定體的中間可以設(shè)置唯一的用于施加法向力的彈性機(jī)構(gòu)。 當(dāng)然可以通過(guò)彈性摩擦機(jī)構(gòu)替換兩個(gè)端部的靜止摩擦機(jī)構(gòu)。設(shè)置在軸向位置的摩擦機(jī)構(gòu)相互間最好在方位上均勻地分布。設(shè)置在不同軸向位置的摩擦機(jī)構(gòu)同樣要相互間在方位上均勻地分布。由此有利地保證游標(biāo)在壓電元件中并且穿過(guò)連接部件的開(kāi)孔軸向?qū)б７浅Ｓ欣厥褂糜趯?dǎo)線的插接連接用于導(dǎo)弓I和軸向定位游標(biāo)。這些插接連接在本發(fā)明的有利擴(kuò)展結(jié)構(gòu)中例如通過(guò)一個(gè)或多個(gè)切口具有彈性的具有摩擦面的彈性部件。同時(shí)所述插接連接也具有靜止的或其它彈性的、最好彎曲的摩擦面，在其中可以導(dǎo)引游標(biāo)。向內(nèi)彎曲的切口作為彈性的彈簧使游標(biāo)頂壓連接的這個(gè)導(dǎo)向面。重要的是，使同軸固定體上和盤上的摩擦機(jī)構(gòu)相互間這樣設(shè)置，使游標(biāo)精確地導(dǎo)引，不會(huì)卡死或滑移。這保證摩擦機(jī)構(gòu)在方位上的布置。所述裝置有利地適合于，也定位非圓柱形的游標(biāo)。所使用的游標(biāo)也可以具有不同于圓形的橫截面。非圓形的游標(biāo)例如可以沿著其軸向縱向切口，用以防止游標(biāo)在軸向平移運(yùn)動(dòng)期間在方位上的旋轉(zhuǎn)。所述游標(biāo)的橫截面也可以在軸向上變化，由此例如使錐形的游標(biāo)定位。這一點(diǎn)例如可以用于使速度在兩個(gè)軸向上“向前和返回”不同地構(gòu)成。在本發(fā)明的特別有利的擴(kuò)展結(jié)構(gòu)中所述裝置具有至少兩個(gè)相互間電絕緣連接的壓電元件。兩個(gè)壓電元件并聯(lián)或前后地設(shè)置并且共同具有至少三組摩擦機(jī)構(gòu)，它們固定在壓電元件上的軸向不同位置。其中至少一組包括至少一個(gè)彈性摩擦機(jī)構(gòu)。這個(gè)摩擦機(jī)構(gòu)在游標(biāo)上施加法向力。所述壓電元件相互連接，例如利用絕緣膠或利用絕緣的連接部件，例如端部的具有開(kāi)孔的盤，例如由陶瓷制成。同樣可以設(shè)有靜止的、非彈性的摩擦機(jī)構(gòu)，用于承受施加在游標(biāo)上的法向力。固定在壓電元件軸向位置上的摩擦機(jī)構(gòu)又構(gòu)成一組摩擦機(jī)構(gòu)。這個(gè)摩擦機(jī)構(gòu)組要相互間且與其它摩擦機(jī)構(gòu)組最好在方位上設(shè)置。對(duì)于用于定位游標(biāo)的方法一方面可以使用如下所述的管狀壓電元件，另一方面對(duì)于這種方法也可以使用其它形式的壓電元件。兩個(gè)壓電元件有利地在端部具有連接部件，它具有開(kāi)孔。有利地在這個(gè)連接部件上安置至少一個(gè)用于導(dǎo)引游標(biāo)的摩擦機(jī)構(gòu)。這個(gè)裝置包括三組軸向設(shè)置在壓電元件長(zhǎng)度上的摩擦機(jī)構(gòu)。通過(guò)一組表示一個(gè)或多個(gè)摩擦機(jī)構(gòu)，它們直接或間接地固定在壓電元件上的確定軸向位置上。一組的所有摩擦機(jī)構(gòu)同步地運(yùn)動(dòng)。在本發(fā)明的這個(gè)擴(kuò)展結(jié)構(gòu)中兩組摩擦機(jī)構(gòu)分別在端部設(shè)置在壓電元件上并且第三組設(shè)置在連接部位。兩個(gè)壓電元件最好通過(guò)具有開(kāi)孔的盤相互連接，在其上設(shè)置或固定至少一個(gè)固定在其上的向內(nèi)伸出的摩擦機(jī)構(gòu)。這個(gè)盤的開(kāi)孔軸向設(shè)置在一排另兩個(gè)對(duì)置的端部的盤的開(kāi)孔里面。由此保證游標(biāo)在連接部件的所有三個(gè)開(kāi)孔里面軸向?qū)б?。通過(guò)這種方式可以使兩個(gè)前后設(shè)置的壓電元件通過(guò)連接部件相互連接。也可以使兩個(gè)嵌套設(shè)置的具有不同外徑和不同長(zhǎng)度的壓電元件通過(guò)連接部件連接。所述相互連接的壓電元件的端部固定在底板上。由此使固定在這個(gè)端部上的摩擦機(jī)構(gòu)組總是保持靜止。按照本發(fā)明的包括兩個(gè)這種壓電元件的裝置有利地保證在選擇驅(qū)動(dòng)裝置時(shí)的更多自由度?？梢栽趦蓚€(gè)壓電元件的電極上施加電壓，它們保證游標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有如同在鋸齒電壓和慣性驅(qū)動(dòng)裝置中那樣的沖擊式運(yùn)動(dòng)。這特別有利地起到使游標(biāo)比通過(guò)慣性驅(qū)動(dòng)裝置明顯無(wú)干擾定位的作用?！N用于使游標(biāo)定位在這種具有兩個(gè)前后設(shè)置的或嵌套設(shè)置的壓電元件的裝置里面的方法規(guī)定，將一個(gè)壓電曲線施加在兩個(gè)壓電元件的電極上，其中壓電元件的收縮或膨脹導(dǎo)致游標(biāo)的軸向定位。在該方法的另一步驟中兩組活動(dòng)的摩擦機(jī)構(gòu)中的一組軸向運(yùn)動(dòng)并且在這個(gè)運(yùn)動(dòng)期間使游標(biāo)由其它兩個(gè)摩擦機(jī)構(gòu)組固定。在第二步驟中兩個(gè)摩擦機(jī)構(gòu)組的另一組單獨(dú)運(yùn)動(dòng)。在壓電曲線的另一步驟中使兩個(gè)活動(dòng)的摩擦機(jī)構(gòu)組同時(shí)運(yùn)動(dòng)并且一起導(dǎo)引游標(biāo)。通過(guò)同時(shí)、同步地影響三組中的兩組使游標(biāo)運(yùn)動(dòng)，因?yàn)檫@兩組的法向力總和大于單個(gè)組的法向力。所述方法與現(xiàn)有技術(shù)相比是有利的，因?yàn)槿M摩擦機(jī)構(gòu)持久地夾緊游標(biāo)，而無(wú)需對(duì)此施加電壓。具有兩個(gè)嵌套的或前后連接的壓電元件的裝置最好包括至少5個(gè)摩擦機(jī)構(gòu)。這種用于定位游標(biāo)的方法涉在游標(biāo)與三組摩擦機(jī)構(gòu)之間的摩擦面上建立靜摩擦和滑動(dòng)摩擦的交互作用。在兩組摩擦機(jī)構(gòu)同步運(yùn)動(dòng)時(shí)摩擦機(jī)構(gòu)保持與游標(biāo)靜摩擦。在只一組運(yùn)動(dòng)時(shí)靜摩擦過(guò)渡到滑動(dòng)摩擦。通過(guò)這種方法控制的定位裝置是更少費(fèi)事的并且小于“緩慢蠕蟲”。按照本發(fā)明的定位裝置配合到具有3毫米外徑的管狀壓電元件里面，而“緩慢蠕蟲”一般具有IOmm的外徑。按照本發(fā)明的定位裝置也具有更少且更簡(jiǎn)單構(gòu)造的壓電元件，即代替在“緩慢蠕蟲”中三個(gè)壓電元件只有兩個(gè)壓電元件并因此也具有更簡(jiǎn)單的控制。附加地通過(guò)按照本發(fā)明的裝置和按照本發(fā)明的方法也得到新的定位裝置與慣性驅(qū)動(dòng)裝置相比更大的優(yōu)點(diǎn)。按照本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)裝置與游標(biāo)的質(zhì)量無(wú)關(guān)。在慣性驅(qū)動(dòng)裝置中通過(guò)游標(biāo)質(zhì)量和一個(gè)從靜摩擦過(guò)渡到滑動(dòng)摩擦?xí)r的重要參數(shù)給出游標(biāo)慣性。只有在對(duì)于游標(biāo)質(zhì)量狹窄的部位“靜摩擦”的慣性驅(qū)動(dòng)裝置才完好地發(fā)揮功能。有利地可以使運(yùn)動(dòng)在按照本發(fā)明的方法期間以任意緩慢的速度實(shí)現(xiàn)，而不會(huì)對(duì)工作原理產(chǎn)生不利影響。除了在這里所述的納米定位器模式以外也可以有利地?zé)o需改造地在慣性平移模式中運(yùn)行，如果期望這種模式的時(shí)候。在按照慣性平移原理工作的納米定位器中平移步驟的準(zhǔn)確間隔經(jīng)常難以重復(fù)并且存在大的散射。在按照本發(fā)明的納米定位器中運(yùn)動(dòng)周期的步寬總是相同大小并且等于壓電元件的行程。在以慣性平移工作的納米定位器中固定游標(biāo)的夾緊力相對(duì)較小。通過(guò)游標(biāo)的質(zhì)量確定慣性力。這個(gè)慣性力在期望小結(jié)構(gòu)尺寸時(shí)同樣是小的。因此在慣性平移時(shí)只能使用小的夾緊力。在大夾緊力時(shí)游標(biāo)不滑移。在按照本發(fā)明的納米定位器中可以使用更大的夾緊力，這有利地導(dǎo)致納米定位器防止振動(dòng)的更高穩(wěn)定性。此外這個(gè)措施在納米定位時(shí)允許施加更大的力。在所有按照本發(fā)明的裝置中有利地保證，使游標(biāo)作為剛性單元完全準(zhǔn)確地軸向支承。在游標(biāo)與摩擦機(jī)構(gòu)之間的接觸面是非常均勻的并且最好基本在方位上定義每組摩擦機(jī)構(gòu)并且必要時(shí)也上下地構(gòu)成。因此總是由彈性機(jī)構(gòu)施加均勻的、確定的力在游標(biāo)上。有利的是，可以特別容易地更換游標(biāo)。按照本發(fā)明的在壓電元件上具有彈性機(jī)構(gòu)的定位單元作為光柵探針顯微的核心部分使用。按照本發(fā)明的納米定位器為了定位可以以非常小的、直到納米范圍的步驟使用。 通過(guò)壓電元件沿著縱軸線的四倍分段能夠?qū)崿F(xiàn)在Xy向的連續(xù)運(yùn)動(dòng)(Γι μ m)。


下面借助于幾個(gè)實(shí)施例和附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明。這些具有兩個(gè)壓電元件的裝置可以有利地設(shè)置在另一更大的壓電元件里面或上面或者與其連接。較大的壓電元件通過(guò)壓電元件上的連續(xù)電壓起到在xyz方向上連續(xù)精細(xì)運(yùn)動(dòng)的作用，而兩個(gè)嵌套或前后設(shè)置的兩個(gè)壓電元件負(fù)責(zé)在ζ向上的步進(jìn)式的粗驅(qū)動(dòng)。附圖中
圖1示出裝置Pi的第一實(shí)施例，具有一個(gè)彎曲的、彈性結(jié)構(gòu)1 和四個(gè)靜止的摩擦機(jī)構(gòu)15，
圖2示出裝置P2的第二實(shí)施例，具有兩個(gè)插接連接，具有彎曲的彈性機(jī)構(gòu)2 ，2 和半圓形的彈性導(dǎo)向面25a',25b',
圖3示出如圖2 —樣的裝置P3的第三實(shí)施例，但是增加質(zhì)量單元37， 圖4示出在光柵探針顯微中使用按照?qǐng)D2的裝置P2，
圖5示出兩個(gè)前后設(shè)置的、相互間電絕緣的管狀壓電元件(上圖)，用于構(gòu)成裝置P3以及壓電曲線(下圖)，用于沒(méi)有抖動(dòng)地特別均勻地定位游標(biāo)，
圖6示出兩個(gè)嵌套設(shè)置的、相互間電絕緣的管狀壓電元件(上圖)，用于構(gòu)成裝置P4，以及壓電曲線(下圖)，用于沒(méi)有抖動(dòng)地特別均勻地定位游標(biāo)，
圖7示出具有兩個(gè)前后設(shè)置的管狀壓電元件的裝置P3，如同在圖5中所示的那樣，它們?cè)O(shè)置在用于分辨圖像的管狀壓電元件78內(nèi)部，
圖8示出具有兩個(gè)嵌套設(shè)置的管狀壓電元件的裝置P4，如同在圖6中所示的那樣，它們?cè)O(shè)置在具有相同外徑的用于分辨圖像的管狀壓電元件88上。
具體實(shí)施例方式圖1，2，5和6以縱向截面圖簡(jiǎn)示出按照本發(fā)明的裝置Pl和P2以及P3和P4的四個(gè)實(shí)施例。其余附圖3，4，7和8示出應(yīng)用示例。在圖1至4中未示出用于通過(guò)鋸齒脈沖控制各管狀壓電元件上的電極的結(jié)構(gòu)。在壓電元件緩慢收縮或膨脹時(shí)游標(biāo)一起導(dǎo)引(靜摩擦)，在快速收縮或膨脹時(shí)游標(biāo)通過(guò)其慣性保留在其位置(滑動(dòng)摩擦)。在圖1至6中作為管狀壓電元件11，21，31，41，51a和51b，61a和61b使用德國(guó) Lederhose公司PI Ceramic GmbH的壓電元件，具有12mm的總長(zhǎng)度。在圖1至4的用于電-機(jī)械定位游標(biāo)的裝置中分別通過(guò)管狀壓電元件11，21，31,41提供用于慣性運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置。在圖5和6中介紹另一驅(qū)動(dòng)裝置。所述游標(biāo)14，24，34，44，54，64，74和84是圓柱形的并且由約0. 5mm直徑的鎢絲組
成。它用于導(dǎo)出隧道電流并且沿著雙箭頭運(yùn)動(dòng)。圖1至6的裝置P1，P2，P3和P4在壓電元件端部上局部地具有作為連接部件的陶瓷盤13，23，33，43，53a和53c以及63a和63c，后者具有開(kāi)孔。所述盤粘接在壓電元件端部上。作為盤使用氧化鋁陶瓷。端部的盤的開(kāi)孔內(nèi)徑為1.2mm，厚度為1mm，直徑為3mm。在伸入到裝置Pl，P2內(nèi)部的盤部件的下部上與壓電元件內(nèi)部和游標(biāo)平行地粘接管狀的同軸的固定體12，22，32，42。這個(gè)固定體由鋁或陶瓷制成。同軸固定體12，22，32，42 具有IOmm的總長(zhǎng)度。內(nèi)徑同樣為1.2mm。固定體12，22，32，42通過(guò)丙烯酸鹽基的粘接劑分別粘接在套13，23，33,43里面。第一實(shí)施例(圖1):
圖1的截面圖在上部和下部的軸向位置中只示出兩個(gè)彈性摩擦機(jī)構(gòu)15的一個(gè)摩擦機(jī)構(gòu)。實(shí)際上在兩個(gè)軸向位置分別設(shè)置兩個(gè)靜止的摩擦機(jī)構(gòu)。一個(gè)軸向位置的兩個(gè)摩擦機(jī)構(gòu)仍然分別在方位上均勻地相對(duì)于中間軸向位置的彈性摩擦機(jī)構(gòu)1 設(shè)置，用以起到精確軸向?qū)б螛?biāo)的作用。所有5個(gè)摩擦機(jī)構(gòu)在一個(gè)軸向位置通過(guò)連接部件13固定在壓電元件上并由此構(gòu)成唯一的摩擦機(jī)構(gòu)組。彈性摩擦機(jī)構(gòu)1 在圖1中軸向粘接在同軸固定體12的中間。附加的、不可運(yùn)動(dòng)的靜止摩擦機(jī)構(gòu)間接地通過(guò)同軸的固定體12并通過(guò)盤13與管狀的壓電元件11連接。摩擦機(jī)構(gòu)由粘接的藍(lán)寶石半球15組成。為了在軸向上穩(wěn)定地導(dǎo)引游標(biāo)14，總共使用五個(gè)摩擦機(jī)構(gòu)，其中四個(gè)靜止摩擦機(jī)構(gòu)15設(shè)置在同軸固定體的兩個(gè)不同的軸向位置。在此只兩個(gè)摩擦機(jī)構(gòu)在圖左側(cè)配有標(biāo)記符號(hào)15。但是不言而喻，由于所選擇的截面圖在上部和下部的藍(lán)寶石半球15的平面里面分別設(shè)置另一藍(lán)寶石半球，它們都分別在方位上均勻地相對(duì)于摩擦機(jī)構(gòu)1 設(shè)置。所述裝置Pl保證壓電元件的全部偏轉(zhuǎn)傳遞到游標(biāo)14上。
第二實(shí)施例(圖2):
在實(shí)施例2中在上部軸向位置存在兩個(gè)彈性機(jī)構(gòu)2 和25a’并且在下部軸向位置存在另兩個(gè)彈性機(jī)構(gòu)2 和25b，，用于在游標(biāo)M上施加法向力。這些彈性機(jī)構(gòu)2 和25a， 通過(guò)用于導(dǎo)線的插接連接構(gòu)成。這個(gè)插接連接具有彈性的彈簧25a，2 和彈性的半圓形摩擦面25a’，2 ’，游標(biāo)在運(yùn)行中通過(guò)彈性力頂壓在彈簧和摩擦面上。插接連接體25a，25a，在端部靠近盤23并通過(guò)盤與壓電元件21連接。連接體25b， 25b’固定在管狀同軸固定體22的自由端上并且通過(guò)固定體與壓電元件21連接。所有4個(gè)摩擦機(jī)構(gòu)在軸向位置通過(guò)連接部件23固定在壓電元件上并由此形成唯一的摩擦機(jī)構(gòu)組。所述裝置P2保證壓電元件的所有偏轉(zhuǎn)都傳遞到游標(biāo)M上并且非常好地軸向?qū)б螛?biāo)。在這個(gè)實(shí)施例中游標(biāo)可以特別好地防止偏離軸向運(yùn)動(dòng)方向地穩(wěn)定化。裝置P2的應(yīng)用1 (圖3)
在圖3中示出圖2的裝置P2應(yīng)用在具有軸向不同橫截面的游標(biāo)34上的情況。在這里較大的橫截面37在游標(biāo)34的中間作為停止器起作用，用于限制游標(biāo)在軸向上的運(yùn)動(dòng)。通過(guò)這個(gè)在機(jī)構(gòu)35a與35b的接觸點(diǎn)之間的附加質(zhì)量37和與此相關(guān)的更大慣性力可以在定位時(shí)施加更大的力并且例如定位更大的質(zhì)量。在這種游標(biāo)的位置上也可以使用非圓柱形的游標(biāo)，它沿著軸向切口，用以防止游標(biāo)在軸向平移運(yùn)動(dòng)期間在方位上旋轉(zhuǎn)。也可以在游標(biāo)的位置上運(yùn)動(dòng)錐形游標(biāo)。這個(gè)游標(biāo)例如可以用于使在向前和返回的兩個(gè)軸向上的速度不同地構(gòu)成。裝置P2的應(yīng)用2 (圖4)
上述的圖2的定位單元P2可以作為光柵探針顯微的核心部分，如同在圖4中所示的那樣。目標(biāo)0設(shè)置在游標(biāo)44尖端S以上。為此將目標(biāo)固定體H與目標(biāo)0旋入到圓柱體 Z里面。圓柱體Z包圍裝置P2與管狀壓電元件41。不僅圓柱體Z而且裝置P2都粘接在基板46上。利用鋸齒電壓和管狀壓電元件41的收縮以及膨脹實(shí)現(xiàn)掃描探針S接近試樣0。 探針S在試樣上的xy運(yùn)動(dòng)以公知的方法通過(guò)管狀壓電元件41與分成四個(gè)分段的外電極實(shí)現(xiàn)。通過(guò)這個(gè)結(jié)構(gòu)描述一個(gè)非常小的且穩(wěn)定的光柵探針顯微。掃描探針S和游標(biāo)44有利地是兩個(gè)獨(dú)立的部件。掃描探針S可以特別容易地更換，無(wú)需更換游標(biāo)44。中間體48容納尖端固定體。所述的電-機(jī)械定位單元P2也能以相反的方式如下運(yùn)行使游標(biāo)44在至少一個(gè)端部與大的基板質(zhì)量連接。然后使現(xiàn)在不與基板連接的壓電元件相對(duì)于靜止的游標(biāo)運(yùn)動(dòng)。備選地可以在另兩個(gè)實(shí)施例中在裝置P2的位置上分別使用圖1的裝置Pl。在圖5和圖6中所示的兩個(gè)裝置P3和P4描述了不同于目前所示的慣性驅(qū)動(dòng)裝置的方法。在圖5中兩個(gè)壓電元件51a和51b前后地通過(guò)端部的具有開(kāi)孔的盤5 作為連接部件相互連接。而在圖6中兩個(gè)具有不同直徑和長(zhǎng)度的壓電元件通過(guò)端部的盤6 作為連接部件相互連接。圖7和8示出按照?qǐng)D5和6的用于光柵探針顯微的應(yīng)用。如果沒(méi)有特別指出，對(duì)于圖2中的裝置P2的各零部件的所使用的尺寸和材料與圖 5和6的裝置P3和P4所使用的尺寸和材料一致。實(shí)施例3 (圖5):圖5在上部示出裝置P3并在其下面示出用于運(yùn)行該裝置的按照本發(fā)明的方法。P3包括兩個(gè)利用連接部件5 軸向前后連接的壓電元件51a和51b。該裝置的兩個(gè)壓電元件51a和51b在其外部的、對(duì)置的端部上分別配有端部的盤作為連接部件53a和53c。管狀壓電元件還通過(guò)另一盤5 軸向相互連接。一個(gè)管狀壓電元件51a在其自由端上固定在底座56上，而第二壓電元件的對(duì)置端部不固定。游標(biāo)M軸向沿著雙箭頭定位。游標(biāo)通過(guò)三組摩擦機(jī)構(gòu)5 ，a，，55b，b，和55c，C， 固定、導(dǎo)引和運(yùn)動(dòng)。摩擦機(jī)構(gòu)組5 和55a’由插接連接構(gòu)成并且包括兩個(gè)在連接部件53a 上對(duì)置的彈性部件。摩擦機(jī)構(gòu)組55b，b’包括兩個(gè)在連接部件5 上對(duì)置的彈性部件。摩擦機(jī)構(gòu)組55c， c’包括兩個(gè)在連接部件53c上對(duì)置的彈性部件。兩組摩擦機(jī)構(gòu)55a，a’以及55c，C’固定在兩個(gè)連接的管狀壓電元件51a和51b的兩個(gè)外部端部上。彈性部件5 和55a’組也可以選擇直接固定在基板56上。為了使圓柱形游標(biāo)M相對(duì)于底座56運(yùn)動(dòng)，使摩擦機(jī)構(gòu)組55b，b，或55c，C，借助于壓電元件51a和51b相對(duì)于另兩組運(yùn)動(dòng)，它們?nèi)匀幌嗷ラg處于相對(duì)靜止。在此相互間不相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩組使圓柱體通過(guò)其靜摩擦力固定。相對(duì)于另兩組相對(duì)運(yùn)動(dòng)的第三組的靜摩擦力比另兩組的靜摩擦力總和更弱。因此這個(gè)組與游標(biāo)的接觸過(guò)渡到滑動(dòng)。與按照US 4，874，979 Al的現(xiàn)有技術(shù)不同，在現(xiàn)有技術(shù)中兩個(gè)卡子主動(dòng)地與壓電的驅(qū)動(dòng)裝置夾緊和松開(kāi)，而按照本發(fā)明是被動(dòng)夾緊。為了在兩組摩擦機(jī)構(gòu)相對(duì)于第三組同步運(yùn)動(dòng)時(shí)游標(biāo)一起移動(dòng)，一起運(yùn)動(dòng)的組的靜摩擦力的總和必需總是大于單個(gè)組的靜摩擦力。與游標(biāo)M的接觸在單個(gè)組上過(guò)渡到滑動(dòng)摩擦，而單個(gè)組的作用力不足以獲得另兩個(gè)一起運(yùn)動(dòng)組的極限靜摩擦力。如果F_i是必需施加的最小力，用以使一個(gè)摩擦結(jié)構(gòu)組i滑動(dòng)，則對(duì)于三個(gè)摩擦機(jī)構(gòu)組 55a，a，以及 55b，b，以及 55c，c，必需使:F_i+F_j>F_k，其中 i，j，k=55a，a，，55b，b，， 55c, c，并且i乒j乒k。下面描述在壓電元件51a和51b上的壓電曲線的周期，壓電元件導(dǎo)致游標(biāo)在圖面中向右移動(dòng)(見(jiàn)圖5)。在此前提是，在各壓電元件上的正電壓導(dǎo)致其沿著圓柱體軸線的膨脹并且負(fù)電壓導(dǎo)致收縮。在兩個(gè)壓電元件51a和51b無(wú)電壓的靜止?fàn)顟B(tài)中開(kāi)始運(yùn)動(dòng)周期。在壓電曲線的分段(a)(見(jiàn)圖5，下面的附圖)中第一壓電元件51a壓縮(負(fù)電壓)而第二壓電元件51b膨脹(正電壓)。這導(dǎo)致中間的組55b，b’向左滑動(dòng)摩擦。右邊的組55c， c’不改變其位置，因?yàn)閴弘娫?1a縮短而壓電元件51b延長(zhǎng)，由此在右邊的組55c，c’相對(duì)于底板的位置中總體上沒(méi)有變化，同樣少地與左邊的組陽(yáng)3，a’ 一樣，它絕不相對(duì)于底板 56運(yùn)動(dòng)。兩個(gè)不運(yùn)動(dòng)的組固定游標(biāo)M，而第三中間組55b，b’過(guò)渡到相對(duì)于游標(biāo)的滑動(dòng)摩擦并且向左運(yùn)動(dòng)。在圖5的壓電曲線的第二分段(b)中左邊的壓電元件51a的膨脹保持不變，即收縮。由此使左邊的組55a，a’和中間的組55b，b’不相對(duì)于納米操縱器的基板56運(yùn)動(dòng)并因此使游標(biāo)討由于例如雙倍的靜摩擦力而固定。在右邊的壓電元件51b從最大膨脹到最大收縮期間，右邊的組^c，c’相對(duì)于游標(biāo)M向左滑動(dòng)，游標(biāo)由兩個(gè)左邊的組55a，a’和55c， c’固定。
在第三分段(c)里面壓電元件51膨脹。由此使兩個(gè)右邊的組55b，b’和55c，c’ 一起向右運(yùn)動(dòng)并且一起導(dǎo)引游標(biāo)Μ。在左邊的組55a，a’上與游標(biāo)M的接觸過(guò)渡到滑動(dòng)摩擦。在這個(gè)分段中游標(biāo)向右運(yùn)動(dòng)。第四分段(d)與第一分段類似。第一壓電元件51a收縮并且第二壓電元件51b膨脹。這導(dǎo)致中間組55b，b’向左滑動(dòng)摩擦，直到兩個(gè)壓電元件又位于無(wú)電壓的初始狀態(tài)。運(yùn)動(dòng)圖形能夠概括如下首先中間的組55b，b’和右邊的組55c，C’單獨(dú)向左運(yùn)動(dòng)。 在此游標(biāo)M不運(yùn)動(dòng)。它總是由另兩個(gè)組固定。然后兩個(gè)右邊的組55b，b’和55c，c’ 一起向右運(yùn)動(dòng)并且使游標(biāo)M —起向右運(yùn)動(dòng)。在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期以內(nèi)納米定位器的游標(biāo)以那個(gè)行程向右運(yùn)動(dòng)，該行程等于壓電元件從最大電壓到最小電壓的行程。向左運(yùn)動(dòng)以反轉(zhuǎn)的壓電曲線實(shí)現(xiàn)。不同的壓電長(zhǎng)度可以通過(guò)相應(yīng)匹配的電壓振幅這樣補(bǔ)償，使摩擦機(jī)構(gòu)55b，b ’的行程與摩擦機(jī)構(gòu)^c，C’的行程相同。第四實(shí)施例(圖6):
圖6在上部示出裝置P4并在其下面示出用于運(yùn)行這個(gè)裝置的按照本發(fā)明方法的壓電曲線。P4包括兩個(gè)利用連接部件63軸向嵌套設(shè)置的壓電元件61a，6lb。壓電元件61a 具有6mm的較大外徑和13mm的長(zhǎng)度，由此它可以在自身里面容納壓電元件61b。該裝置P4的兩個(gè)壓電元件61a和61b在其外部一致取向的端部上配有連接部件 63a和63c，其中盤的開(kāi)孔軸向直接上下地設(shè)置，由此可以使游標(biāo)64軸向在其中運(yùn)動(dòng)。管狀壓電元件61a和61b通過(guò)連接部件例如盤6 作為連接部件在其端部上向著納米定位器的底板相互連接。兩個(gè)管狀壓電元件61a和61b在這個(gè)端部上固定在定位器的底板66上，而壓電元件的各對(duì)置端部不固定并且對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)(未示出)。游標(biāo)64軸向沿著雙箭頭定位。游標(biāo)通過(guò)三組彈性部件65a，a，以及65b，b，以及 65c, c，固定，導(dǎo)引和運(yùn)動(dòng)。三個(gè)盤63a，6;3b和63c的開(kāi)孔軸向上下地設(shè)置，由此可以使游標(biāo)在這個(gè)盤中軸向定位。兩個(gè)這樣的組65a，a，以及65c，C，設(shè)置在組合的壓電元件61a和61b的外端部上，而第三組65b，b’更遠(yuǎn)離另兩個(gè)組安置在連接部件6 上，它使兩個(gè)壓電元件相互連接。為了使圓柱形游標(biāo)64相對(duì)于底座66運(yùn)動(dòng)，利用壓電元件61a和61b使一組65a， a’或65c，c’相對(duì)于另兩組相互間仍然處于相對(duì)靜止的摩擦機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。在此另兩組不相互間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦機(jī)構(gòu)通過(guò)靜摩擦力固定圓柱體。相對(duì)于另兩組相對(duì)運(yùn)動(dòng)的第三組的靜摩擦更弱。因此這個(gè)組與游標(biāo)的接觸過(guò)渡到滑動(dòng)摩擦。在此仍然涉及被動(dòng)的夾緊。為了在兩組相對(duì)于第三組同步運(yùn)動(dòng)時(shí)一起導(dǎo)引游標(biāo)， 必需使一起運(yùn)動(dòng)的組的靜摩擦力總和總是大于單個(gè)組的靜摩擦力。然后使與游標(biāo)64的接觸在各單個(gè)組上過(guò)渡到滑動(dòng)摩擦，而單個(gè)組的力不足以獲得另兩個(gè)一起運(yùn)動(dòng)組的極限靜摩擦力。如果F_i是必需施加的最小力，用以使一個(gè)摩擦結(jié)構(gòu)組i滑動(dòng)，則對(duì)于三個(gè)摩擦機(jī)構(gòu)組 65a，a，以及 65b，b，以及 65c，c，必需使F_i+F_j>F_k，其中 i，j，k=65a，a，，65b，b，， 65c, c，并且i乒j乒k。
下面描述在壓電元件61a和61b上的壓電曲線的周期，壓電元件導(dǎo)致游標(biāo)在圖面中向上移動(dòng)(見(jiàn)圖6)。在此前提是，在各壓電元件61a和61b上的正電壓導(dǎo)致其沿著圓柱體軸線的膨脹并且負(fù)電壓導(dǎo)致收縮。在兩個(gè)壓電元件61a和61b無(wú)電壓的靜止?fàn)顟B(tài)中開(kāi)始運(yùn)動(dòng)周期。在壓電曲線的分段(a)(見(jiàn)圖6，下面的附圖)中外部壓電元件61a和內(nèi)部壓電元件 61b膨脹(分別正電壓)。這導(dǎo)致中間的組65c，c，和上面的組65a，65a，的靜摩擦，而兩個(gè)壓電元件61a和61c向上膨脹。下面的組65b，b’用于在基板66上的定位不改變其位置。 在彈性部件6 和65b’與游標(biāo)之間的摩擦面上游標(biāo)過(guò)渡到滑動(dòng)摩擦并且相對(duì)于底板66向上運(yùn)動(dòng)。兩個(gè)活動(dòng)組固定游標(biāo)64，而游標(biāo)過(guò)渡到相對(duì)于第三下面組65b，b’的滑動(dòng)摩擦。在圖6的壓電曲線的第二分段(b)中外部的壓電元件61a的膨脹保持不變。內(nèi)部的壓電元件61b由于負(fù)的壓電曲線收縮。由此使組65a，a’過(guò)渡到滑動(dòng)摩擦并且向下運(yùn)動(dòng)， 而上面的組65a，a’和下面的組65b，b’不相對(duì)于底板66運(yùn)動(dòng)并因此使游標(biāo)64由于例如雙倍的靜摩擦力而固定。在內(nèi)部的壓電元件61b從最大膨脹旋轉(zhuǎn)到最大收縮期間，組65c，C’ 相對(duì)于游標(biāo)64向下滑動(dòng)，游標(biāo)由兩個(gè)組65a，a’和65c，c’固定。在第三分段(c)里面外部的壓電元件61收縮。由此使組65a，a’僅僅轉(zhuǎn)移到滑動(dòng)摩擦，相對(duì)于游標(biāo)向下運(yùn)動(dòng)。游標(biāo)由于在另兩組65b，b’和65c，c’上的更高作用力絕對(duì)保留在其ζ坐標(biāo)上。在上面的組65a，a’上與游標(biāo)64的接觸過(guò)渡到滑動(dòng)摩擦。在這個(gè)分段里面游標(biāo)不運(yùn)動(dòng)。第四分段(d)與第一分段類似。兩個(gè)壓電元件61a和61b由于正的壓電曲線膨脹。 這導(dǎo)致游標(biāo)64同步向上。下面的組65b，b’由于在基板66上的定位不改變其位置。在彈性部件6 和65b’與游標(biāo)之間的摩擦面上游標(biāo)過(guò)渡到滑動(dòng)摩擦并且相對(duì)于基板66向上運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)圖形能夠概括如下首先兩個(gè)上面的組65a，a’和65c，C’從每?jī)蓚€(gè)彈性的彎曲部件一起向上運(yùn)動(dòng)。在此游標(biāo)64—起運(yùn)動(dòng)。然后這兩個(gè)組前后地單獨(dú)向下運(yùn)動(dòng)，其中游標(biāo)64 不變化地靜止。在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期以內(nèi)納米定位器的游標(biāo)以那個(gè)行程向上運(yùn)動(dòng)，該行程等于壓電元件從最大電壓到最小電壓的行程。不同的壓電長(zhǎng)度可以通過(guò)相應(yīng)匹配的電壓振幅這樣補(bǔ)償，使摩擦機(jī)構(gòu)65a，a’的行程與摩擦機(jī)構(gòu)65c，C’的行程相同。裝置P3的應(yīng)用1 (圖7)
上述的圖5的定位單元P3可以作為光柵探針顯微的核心部分使用。在此圖5的裝置 P3固定在具有較大直徑的管狀壓電元件78內(nèi)部，該壓電元件裝配在底板76上。在此裝置 P3通過(guò)固定體73d固定在外部的壓電元件78的端部上。然后可以在游標(biāo)74的上端部上安置掃描探針并且使試樣定位在掃描探針以上。通過(guò)壓電元件78沿著縱軸線的四倍分段實(shí)現(xiàn)在xy向上的連續(xù)運(yùn)動(dòng)。也可以利用壓電元件78上的連續(xù)電壓變化實(shí)現(xiàn)壓電元件78在ζ向上的精細(xì)運(yùn)動(dòng)。圖6的裝置P4的應(yīng)用1 (圖8)
上述的圖6的定位單元P4可以作為光柵探針顯微的核心部分使用。在此圖6的裝置 P4固定在具有一致直徑的管狀壓電元件88上，該壓電元件裝配在底板86上。在此裝置P4 通過(guò)固定體83固定在壓電元件88的端部上。在游標(biāo)84的上端部上安置掃描探針并且使試樣定位在掃描探針以上。通過(guò)壓電元件88沿著縱軸線的四倍分段實(shí)現(xiàn)在xy向上的連續(xù)運(yùn)動(dòng)。也可以利用壓電元件88上的連續(xù)電壓變化實(shí)現(xiàn)壓電元件88在ζ向上的精細(xì)運(yùn)動(dòng)。每個(gè)裝置Pl至P4同樣可以僅僅是光柵探針顯微的核心部分。在此通過(guò)在壓電元件上施加連續(xù)的電壓可以實(shí)現(xiàn)在xy向且也在ζ向上的精細(xì)運(yùn)動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種裝置，它具有至少一個(gè)管狀的壓電元件，用于在壓電元件內(nèi)部電-機(jī)械的定位游標(biāo)，其特征在于至少一個(gè)與壓電元件連接的、用于在游標(biāo)上施加法向力的彈性摩擦機(jī)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于至少一個(gè)與壓電元件連接的靜止的、非彈性的摩擦機(jī)構(gòu)，用于承受施加在游標(biāo)上的法向力。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中所述摩擦機(jī)構(gòu)被固定在壓電元件的軸向位置上， 構(gòu)成一組摩擦機(jī)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1至3所述的裝置，其特征在于至少一個(gè)連接部件，它使彈性的或靜止的摩擦機(jī)構(gòu)與壓電元件連接。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于一個(gè)具有開(kāi)孔的盤作為連接部件，該盤在端部上與壓電元件連接并且在其上固定至少一個(gè)摩擦機(jī)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于至少一個(gè)同軸的、管狀的固定體作為連接部件，該固定體在端部上與壓電元件連接并且在其上固定至少一個(gè)摩擦機(jī)構(gòu)。
7.一種裝置，它具有兩個(gè)管狀的壓電元件，用于在壓電元件內(nèi)部電-機(jī)械的定位游標(biāo)， 其特征在于兩個(gè)前后或嵌套的、相互間電絕緣設(shè)置的壓電元件和至少三組摩擦機(jī)構(gòu)，它們固定在壓電元件上的軸向不同位置，其中固定在壓電元件軸向位置上的摩擦機(jī)構(gòu)構(gòu)成摩擦機(jī)構(gòu)組。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，至少一組、最好軸向中間的組包括彈性摩擦機(jī)構(gòu)。
9.一種用于通過(guò)如權(quán)利要求7或8所述的裝置定位游標(biāo)的方法，其中壓電曲線被施加在兩個(gè)壓電元件的電極上，其中壓電元件的收縮或膨脹導(dǎo)致游標(biāo)的軸向定位，其中在部分壓電曲線中分別使一組摩擦機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到軸向位置，在這個(gè)運(yùn)動(dòng)期間由另兩個(gè)摩擦機(jī)構(gòu)組固定游標(biāo)，在壓電曲線的另一段中這兩個(gè)摩擦機(jī)構(gòu)組同時(shí)運(yùn)動(dòng)并且一起導(dǎo)引游標(biāo)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種裝置，具有至少一個(gè)管狀的壓電元件，用于在壓電元件內(nèi)部電-機(jī)械的定位游標(biāo)。這個(gè)裝置的特征在于至少一個(gè)與壓電元件連接的、用于在游標(biāo)上施加法向力的彈性摩擦機(jī)構(gòu)。本發(fā)明公開(kāi)了一種用于控制該裝置的方法。
文檔編號(hào)H01L41/09GK102356325SQ201080012310
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2010年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月18日
發(fā)明者福格特倫德 B., 克嫩 P., 切雷帕諾夫 V. 申請(qǐng)人:于利奇研究中心有限公司