本發(fā)明涉及壓電定位器和掃描探針顯微鏡技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器及其掃描探針顯微鏡。

背景技術(shù)：

壓電掃描器的原子定位精度使其被廣泛地應(yīng)用于原子分辨率的掃描探針顯微鏡（簡稱SPM），包括掃描隧道顯微鏡（簡稱STM）和原子力顯微鏡（簡稱AFM）等。應(yīng)用時通常直接把探針或樣品固定于壓電掃描器的自由端，通過壓電形變直接帶動自由端上的探針或樣品進行掃描。這種做法的一個顯著的缺陷是：當壓電體尺寸較大時，其自由端的穩(wěn)定性下降，定位精度也跟著下降，因為驅(qū)動信號上哪怕有很小的電壓噪音也能導(dǎo)致壓電掃描器自由端產(chǎn)生較大的無規(guī)則移動，甚至在溫度較高時，即使沒有驅(qū)動信號，僅憑熱漲落運動就能夠產(chǎn)生較大的自由端不穩(wěn)定性。所以，現(xiàn)今的掃描探針顯微鏡的一個顯著的發(fā)展趨勢是朝著壓電掃描器的小型化方向發(fā)展的。

但是，對較大尺寸壓電掃描器的需求又是經(jīng)常遇到的，有時甚至是必須的，特別是當我們需要掃描較大、較復(fù)雜的探針或樣品時，就必須使用較大的壓電掃描器（否則會產(chǎn)生負載太大，成像畸變嚴重的問題），這就必然帶來了掃描精度與原子分辨率無法得到保證的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器及其掃描探針顯微鏡，以提高現(xiàn)有壓電掃描器的定位穩(wěn)定性和定位精度。

為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

本發(fā)明通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器，包括：X形變壓電體，其特征是還包括掃描桿、第一鉗位片、第二鉗位片，所述第一鉗位片固定于X形變壓電體形變的一端，X形變壓電體形變的另一端為其自由端，第二鉗位片固定于該自由端并鉗住掃描桿的一端，掃描桿的另一端為其掃描端，所述掃描桿垂直于X形變壓電體的形變方向，所述第一鉗位片鉗住掃描桿的中部，所述X形變壓電體的X形變帶動掃描桿圍繞第一鉗位片鉗住掃描桿的地方做杠桿轉(zhuǎn)動，也即帶動掃描桿的掃描端做X方向的掃描。

所述X形變壓電體為管形的，所述的掃描桿共軸地套于X形變壓電體之內(nèi)。

本發(fā)明通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器制成的掃描探針顯微鏡，包括所述通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器，其特征是還包括管形YZ形變壓電體、框架、套管、滑桿、彈簧片、粗逼近馬達，所述管形YZ形變壓電體共軸地套于所述通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器之外，并且管形YZ形變壓電體形變的一端作為其自由端與通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器的第一鉗位片相固定，管形YZ形變壓電體形變的另一端作為其固定端，固定于所述框架上，所述套管固定于框架上，所述滑桿套于套管之內(nèi)，二者的軸平行，所述彈簧片置于套管內(nèi)壁與滑桿之間并將二者彈性相壓，所述滑桿的軸沿管形YZ形變壓電體的Z形變方向正對著管形YZ形變壓電體的自由端，所述粗逼近馬達設(shè)置于套管與滑桿之間，形成粗逼近馬達推動滑桿在套管中朝著管形YZ形變壓電體自由端逼近的結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器制成的掃描探針顯微鏡，包括所述通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器，其特征是還包括管形YZ形變壓電體、框架、滑桿、導(dǎo)軌、彈簧片、粗逼近馬達，所述管形YZ形變壓電體共軸地套于所述通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器之外，并且管形YZ形變壓電體形變的一端作為其自由端與通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器的第一鉗位片相固定，管形YZ形變壓電體形變的另一端為其固定端，所述導(dǎo)軌固定于所述框架上，所述滑桿與管形YZ形變壓電體共軸并與其固定端相固定，滑桿的軸與導(dǎo)軌的導(dǎo)向方向相同，彈簧片置于導(dǎo)軌和滑桿之間并將二者彈性相壓，形成滑桿與導(dǎo)軌配合滑動的結(jié)構(gòu)，框架的一部分稱為目標臺，該目標臺臺面沿著管形YZ形變壓電體的Z形變方向正對著管形YZ形變壓電體的自由端，所述粗逼近馬達設(shè)置于導(dǎo)軌與滑桿之間，形成粗逼近馬達推動滑桿在導(dǎo)軌上朝著目標臺臺面逼近的結(jié)構(gòu)。

所述滑桿是內(nèi)空的并將所述管形YZ形變壓電體共軸地套于其內(nèi)，管形YZ形變壓電體的固定端固定于滑桿內(nèi)部。

本發(fā)明通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器，包括：XY形變壓電體，其特征是還包括掃描桿、第一鉗位片、第二鉗位片，所述第一鉗位片固定于XY形變壓電體形變的一端，XY形變壓電體形變的另一端為其自由端，第二鉗位片固定于該自由端并鉗住掃描桿的一端，掃描桿的另一端為其掃描端，所述掃描桿垂直于XY形變壓電體的兩個形變方向，所述第一鉗位片鉗住掃描桿的中部，所述XY形變壓電體的X與Y形變帶動掃描桿圍繞第一鉗位片鉗住掃描桿的地方做對應(yīng)于這兩個自由度的杠桿轉(zhuǎn)動，也即帶動掃描桿的掃描端做X與Y方向的掃描。

所述XY形變壓電體為管形的，所述的掃描桿共軸地套于XY形變壓電體之內(nèi)。

本發(fā)明通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器制成的掃描探針顯微鏡，包括所述的通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器，其特征是還包括管形Z形變壓電體、框架、套管、滑桿、彈簧片、粗逼近馬達，所述管形Z形變壓電體共軸地套于所述通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器之外，并且管形Z形變壓電體形變的一端作為其自由端與通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器的第一鉗位片相固定，管形Z形變壓電體形變的另一端作為其固定端，固定于所述框架上，所述套管固定于框架上，所述滑桿套于套管之內(nèi)，二者的軸平行，所述彈簧片置于套管內(nèi)壁于滑桿之間并將二者彈性相壓，所述滑桿的軸沿管形Z形變壓電體的Z形變方向正對著管形Z形變壓電體的自由端，所述粗逼近馬達設(shè)置于套管與滑桿之間，形成粗逼近馬達推動滑桿在套管中朝著管形Z形變壓電體自由端逼近的結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器制成的掃描探針顯微鏡，包括所述的通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器，其特征是還包括管形Z形變壓電體、框架、滑桿、導(dǎo)軌、彈簧片、粗逼近馬達，所述管形Z形變壓電體共軸地套于所述通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器之外，并且管形Z形變壓電體形變的一端作為其自由端與通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器的第一鉗位片相固定，管形Z形變壓電體形變的另一端為其固定端，所述導(dǎo)軌固定于所述框架上，所述滑桿與管形Z形變壓電體共軸并與其固定端相固定，滑桿的軸與導(dǎo)軌的導(dǎo)向方向相同，彈簧片置于導(dǎo)軌和滑桿之間并將二者彈性相壓，形成滑桿與導(dǎo)軌配合滑動的結(jié)構(gòu)，框架的一部分稱為目標臺，該目標臺臺面沿著管形Z形變壓電體的Z形變方向正對著管形Z形變壓電體的自由端，所述粗逼近馬達設(shè)置于導(dǎo)軌與滑桿之間，形成粗逼近馬達推動滑桿在導(dǎo)軌上朝著目標臺臺面逼近的結(jié)構(gòu)。

所述滑桿是內(nèi)空的并將所述管形Z形變壓電體共軸地套于其內(nèi)，管形Z形變壓電體的固定端固定于滑桿內(nèi)部。

本發(fā)明通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器的工作原理如下：

所述第一鉗位片固定于X形變壓電體形變的一端，X形變壓電體形變的另一端為其自由端，第二鉗位片固定于該自由端并鉗住掃描桿的一端，掃描桿的另一端為其掃描端，所述掃描桿垂直于X形變壓電體的形變方向，所述第一鉗位片鉗住掃描桿的中部，所述X形變壓電體的X形變帶動掃描桿圍繞第一鉗位片鉗住掃描桿的地方做杠桿轉(zhuǎn)動，也即帶動掃描桿的掃描端做X方向的掃描。此處，X形變壓電體（即一維壓電掃描器）的自由端是帶動掃描桿的尾部進行掃描運動的，而探針或樣品是固定在掃描桿的另一端（即掃描桿的掃描端）的，掃描桿的中部作為杠桿的支點是被第一鉗位片固定的（但掃描桿可以定點轉(zhuǎn)動）。通過調(diào)節(jié)支點的位置，可以使得X形變壓電體自由端的不穩(wěn)定性通過掃描桿的杠桿作用，在輸出端，即掃描桿的掃描端（也即探針或樣品所處的位置）得到明顯減弱，從而實現(xiàn)了本發(fā)明的目的。

所述X形變壓電體可以設(shè)計為管形（注：根據(jù)本領(lǐng)域的習(xí)慣，管形X形變壓電體的X形變方向與其軸向垂直），所述的掃描桿共軸地套于X形變壓電體之內(nèi)，這使得整體結(jié)構(gòu)非常緊湊、小型化。

可以用上述通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器制成掃描探針顯微鏡：包括管形YZ形變壓電體（注：根據(jù)本領(lǐng)域的習(xí)慣，管形YZ形變壓電體的Z形變方向與其軸向一致）、框架、套管、滑桿、彈簧片、粗逼近馬達，所述管形YZ形變壓電體共軸地套于所述通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器之外，并且管形YZ形變壓電體形變的一端作為其自由端與通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器的第一鉗位片相固定，管形YZ形變壓電體形變的另一端作為其固定端，固定于所述框架上，所述套管固定于框架上，所述滑桿套于套管之內(nèi)，二者的軸平行，所述彈簧片置于套管內(nèi)壁與滑桿之間并將二者彈性相壓，所述滑桿的軸沿管形YZ形變壓電體的Z形變方向正對著管形YZ形變壓電體的自由端，所述粗逼近馬達設(shè)置于套管與滑桿之間，形成粗逼近馬達推動滑桿在套管中朝著管形YZ形變壓電體自由端逼近的結(jié)構(gòu)。這里的通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器實現(xiàn)的是X方向的掃描，而管形YZ形變壓電體實現(xiàn)的是Y和Z方向的掃描，粗逼近馬達則推動滑桿在套管中朝著管形YZ形變壓電體自由端逼近，從而實現(xiàn)粗逼近過程。

上述通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器還可以按照如下方案制成掃描探針顯微鏡：包括管形YZ形變壓電體、框架、滑桿、導(dǎo)軌、彈簧片、粗逼近馬達，所述管形YZ形變壓電體共軸地套于所述通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器之外，并且管形YZ形變壓電體形變的一端作為其自由端與通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器的第一鉗位片相固定，管形YZ形變壓電體形變的另一端為其固定端，所述導(dǎo)軌固定于所述框架上，所述滑桿與管形YZ形變壓電體共軸并與其固定端相固定，滑桿的軸與導(dǎo)軌的導(dǎo)向方向相同，彈簧片置于導(dǎo)軌和滑桿之間并將二者彈性相壓，形成滑桿與導(dǎo)軌配合滑動的結(jié)構(gòu)，框架的一部分稱為目標臺，該目標臺臺面沿著管形YZ形變壓電體的Z形變方向正對著管形YZ形變壓電體的自由端，所述粗逼近馬達設(shè)置于導(dǎo)軌與滑桿之間，形成粗逼近馬達推動滑桿在導(dǎo)軌上朝著目標臺臺面逼近的結(jié)構(gòu)。此處，粗逼近馬達驅(qū)動的是掃描裝置。這時，可以選擇內(nèi)空的滑桿，并將所述管形YZ形變壓電體共軸地套于其內(nèi)，管形YZ形變壓電體的固定端固定于滑桿內(nèi)部，這使得結(jié)構(gòu)的緊湊性得到提高。

上面是在X方向上進行一維杠桿掃描的情形，而更重要的是在X與Y兩個方向上都進行杠桿掃描，其工作原理如下：

所述第一鉗位片固定于XY形變壓電體形變的一端，XY形變壓電體形變的另一端為其自由端，第二鉗位片固定于該自由端并鉗住掃描桿的一端，掃描桿的另一端為其掃描端，所述掃描桿垂直于XY形變壓電體的兩個形變方向，所述第一鉗位片鉗住掃描桿的中部，所述XY形變壓電體的X與Y形變帶動掃描桿圍繞第一鉗位片鉗住掃描桿的地方做對應(yīng)于這兩個自由度的杠桿轉(zhuǎn)動，也即帶動掃描桿的掃描端做X與Y方向的掃描。此處，XY形變壓電體（即兩維壓電掃描器）的自由端是帶動掃描桿的尾部進行掃描運動的，而探針或樣品是固定在掃描桿的另一端（即掃描桿的掃描端）的，掃描桿的中部作為杠桿的支點是被第一鉗位片固定的（但掃描桿可以定點轉(zhuǎn)動）。通過調(diào)節(jié)支點的位置，可以使得XY形變壓電體自由端的不穩(wěn)定性通過掃描桿的杠桿作用，在輸出端（即掃描桿的掃描端，也即探針或樣品所處的位置，）得到明顯減弱，從而實現(xiàn)了本發(fā)明的目的。

所述XY形變壓電體可以設(shè)計為管形（注：根據(jù)本領(lǐng)域的習(xí)慣，管形XY形變壓電體的X與Y兩個形變方向與其軸向垂直），所述的掃描桿共軸地套于XY形變壓電體之內(nèi)，這使得整體結(jié)構(gòu)非常緊湊、小型化。

可以用上述通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器制成掃描探針顯微鏡：包括管形Z形變壓電體（注：根據(jù)本領(lǐng)域的習(xí)慣，管形Z形變壓電體的Z形變方向與其軸向一致）、框架、套管、滑桿、彈簧片、粗逼近馬達，所述管形Z形變壓電體共軸地套于所述通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器之外，并且管形Z形變壓電體形變的一端作為其自由端與通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器的第一鉗位片相固定，管形Z形變壓電體形變的另一端作為其固定端，固定于所述框架上，所述套管固定于框架上，所述滑桿套于套管之內(nèi)，二者的軸平行，所述彈簧片置于套管內(nèi)壁于滑桿之間并將二者彈性相壓，所述滑桿的軸沿管形Z形變壓電體的Z形變方向正對著管形Z形變壓電體的自由端，所述粗逼近馬達設(shè)置于套管與滑桿之間，形成粗逼近馬達推動滑桿在套管中朝著管形Z形變壓電體自由端逼近的結(jié)構(gòu)。這里的通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器實現(xiàn)的是X和Y方向的掃描，而管形Z形變壓電體實現(xiàn)的是Z方向的掃描，粗逼近馬達則推動滑桿在套管中朝著管形Z形變壓電體自由端逼近，從而實現(xiàn)粗逼近過程。

上述通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器還可以按照如下方案制成掃描探針顯微鏡：包括管形Z形變壓電體、框架、滑桿、導(dǎo)軌、彈簧片、粗逼近馬達，所述管形Z形變壓電體共軸地套于所述通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器之外，并且管形Z形變壓電體形變的一端作為其自由端與通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器的第一鉗位片相固定，管形Z形變壓電體形變的另一端為其固定端，所述導(dǎo)軌固定于所述框架上，所述滑桿與管形Z形變壓電體共軸并與其固定端相固定，滑桿的軸與導(dǎo)軌的導(dǎo)向方向相同，彈簧片置于導(dǎo)軌和滑桿之間并將二者彈性相壓，形成滑桿與導(dǎo)軌配合滑動的結(jié)構(gòu)，框架的一部分稱為目標臺，該目標臺臺面沿著管形Z形變壓電體的Z形變方向正對著管形Z形變壓電體的自由端，所述粗逼近馬達設(shè)置于導(dǎo)軌與滑桿之間，形成粗逼近馬達推動滑桿在導(dǎo)軌上朝著目標臺臺面逼近的結(jié)構(gòu)。此處，粗逼近馬達驅(qū)動的是掃描裝置。這時，可以選擇內(nèi)空的滑桿，并將所述管形Z形變壓電體共軸地套于其內(nèi)，管形Z形變壓電體的固定端固定于滑桿內(nèi)部，這使得結(jié)構(gòu)的緊湊性得到提高。

根據(jù)上述原理，本發(fā)明具有如下優(yōu)秀性能（所以實現(xiàn)了本發(fā)明的目的）：

實現(xiàn)了高精度、高穩(wěn)定掃描：掃描壓電體的自由端并不是直接帶動探針或樣品進行掃描，而是帶動一個掃描桿的尾部進行掃描運動，而探針或樣品是固定在掃描桿的另一端的，掃描桿的中部作為杠桿的支點是固定的。通過調(diào)節(jié)支點的位置，可以使得壓電掃描器自由端的不穩(wěn)定性通過掃描桿的杠桿減弱作用，在輸出端（也即探針或樣品所處的位置，本文中也稱為掃描端）得到明顯減弱。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一維型通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明一維管型通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明用一維管型通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器制成的掃描探針顯微鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明另一種用一維管型通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器制成的掃描探針顯微鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明兩維型通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明兩維管型通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標號: XP X形變壓電體、XPf X形變壓電體的自由端、XPx X形變壓電體的形變方向、XYP XY形變壓電體、XYPf XY形變壓電體的自由端、XYPx XY形變壓電體的X形變方向、XYPy XY形變壓電體的Y形變方向、YZP 管形YZ形變壓電體、YZPf 管形YZ形變壓電體的自由端、YZPy 管形YZ形變壓電體的Y形變方向、YZPz 管形YZ形變壓電體的Z形變方向、ZP 管形Z形變壓電體、ZPf 管形Z形變壓電體的自由端、ZPz 管形Z形變壓電體的Z形變方向、1 掃描桿、1a 掃描桿的掃描端、2 第一鉗位片、2a 第二鉗位片、3 框架、3a 目標臺、4 套管、5 滑桿、6 彈簧片、7 粗逼近馬達、8 導(dǎo)軌。

具體實施方式

實施例1：一維型通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器

參見附圖1，本發(fā)明通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器，包括：X形變壓電體XP，其特征是還包括掃描桿1、第一鉗位片2、第二鉗位片2a，所述第一鉗位片2固定于X形變壓電體XP形變的一端，X形變壓電體XP形變的另一端為其自由端XPf，第二鉗位片2a固定于該自由端XPf并鉗住掃描桿1的一端，掃描桿的另一端為其掃描端1a，所述掃描桿1垂直于X形變壓電體XP的形變方向XPx，所述第一鉗位片2鉗住掃描桿1的中部，所述X形變壓電體XP的X形變帶動掃描桿1圍繞第一鉗位片2鉗住掃描桿1的地方做杠桿轉(zhuǎn)動，也即帶動掃描桿1的掃描端1a做X方向的掃描。

其工作原理是：X形變壓電體XP（即一維壓電掃描器）的自由端XPf是帶動掃描桿1的尾部進行掃描運動的，而探針或樣品是固定在掃描桿1的另一端（即掃描桿1的掃描端1a）的，掃描桿1的中部作為杠桿的支點是被第一鉗位片2固定的（但掃描桿1可以定點轉(zhuǎn)動）。通過調(diào)節(jié)支點的位置，可以使得X形變壓電體自由端XPf的不穩(wěn)定性通過掃描桿1的杠桿作用，在輸出端（即掃描桿的掃描端，也即探針或樣品所處的位置，）得到明顯減弱，從而實現(xiàn)了本發(fā)明的目的。

實施例2：一維管型通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器

在上述實施例中，所述X形變壓電體XP為管形的（注：根據(jù)本領(lǐng)域的習(xí)慣，管形X形變壓電體XP的X形變方向與其軸向垂直），所述的掃描桿1共軸地套于X形變壓電體XP之內(nèi)，見附圖2。這使得整體結(jié)構(gòu)非常緊湊、小型化。

實施例3：用一維管型通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器制成的掃描探針顯微鏡

參見附圖3，本發(fā)明用上述實施例1和2所述的通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器制成的掃描探針顯微鏡，包括所述通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器，其特征是還包括管形YZ形變壓電體YZP（注：根據(jù)本領(lǐng)域的習(xí)慣，管形YZ形變壓電體YZP的Z形變方向與其軸向一致）、框架3、套管4、滑桿5、彈簧片6、粗逼近馬達7，所述管形YZ形變壓電體YZP共軸地套于所述通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器之外，并且管形YZ形變壓電體YZP形變的一端作為其自由端YZPf與通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器的第一鉗位片2相固定，管形YZ形變壓電體YZP形變的另一端作為其固定端，固定于所述框架3上，所述套管4固定于框架3上，所述滑桿5套于套管4之內(nèi)，二者的軸平行，所述彈簧片6置于套管4內(nèi)壁與滑桿5之間并將二者彈性相壓，所述滑桿5的軸沿管形YZ形變壓電體YZP的Z形變方向YZPz正對著管形YZ形變壓電體的自由端YZPf，所述粗逼近馬達7設(shè)置于套管4與滑桿5之間，形成粗逼近馬達7推動滑桿5在套管4中朝著管形YZ形變壓電體自由端YZPf逼近的結(jié)構(gòu)。這里的通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器實現(xiàn)的是X方向的掃描，而管形YZ形變壓電體YZP實現(xiàn)的是Y和Z方向的掃描，粗逼近馬達7則推動滑桿5在套管4中朝著管形YZ形變壓電體自由端YZPf逼近，從而實現(xiàn)粗逼近過程。

實施例4：另一種用一維管型通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器制成的掃描探針顯微鏡

參見附圖4，本發(fā)明用上述實施例1和2所述的通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器制成的另一種掃描探針顯微鏡：包括管形YZ形變壓電體YZP、框架3、滑桿5、導(dǎo)軌8、彈簧片6、粗逼近馬達7，所述管形YZ形變壓電體YZP共軸地套于所述通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器之外，并且管形YZ形變壓電體YZP形變的一端作為其自由端YZPf與通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器的第一鉗位片2相固定，管形YZ形變壓電體YZP形變的另一端為其固定端，所述導(dǎo)軌8固定于所述框架3上，所述滑桿5與管形YZ形變壓電體YZP共軸并與其固定端相固定，滑桿5的軸與導(dǎo)軌8的導(dǎo)向方向相同，彈簧片6置于導(dǎo)軌8和滑桿5之間并將二者彈性相壓，形成滑桿5與導(dǎo)軌8配合滑動的結(jié)構(gòu)，框架3的一部分稱為目標臺3a，該目標臺3a臺面沿著管形YZ形變壓電體YZP的Z形變方向YZPz正對著管形YZ形變壓電體的自由端YZPf，所述粗逼近馬達7設(shè)置于導(dǎo)軌8與滑桿5之間，形成粗逼近馬達7推動滑桿5在導(dǎo)軌8上朝著目標臺3a臺面逼近的結(jié)構(gòu)。此處，粗逼近馬達7驅(qū)動的是掃描裝置。這時，可以選擇內(nèi)空的滑桿5，并將所述管形YZ形變壓電體YZP共軸地套于其內(nèi)，管形YZ形變壓電體YZP的固定端固定于滑桿5內(nèi)部，這使得結(jié)構(gòu)的緊湊性得到提高。

實施例5：兩維型通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器

參見附圖5，本發(fā)明通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器，包括：XY形變壓電體XYP，其特征是還包括掃描桿1、第一鉗位片2、第二鉗位片2a，所述第一鉗位片2固定于XY形變壓電體XYP形變的一端，XY形變壓電體XYP形變的另一端為其自由端XYPf，第二鉗位片固定于該自由端XYPf并鉗住掃描桿1的一端，掃描桿1的另一端為其掃描端1a，所述掃描桿1垂直于XY形變壓電體XYP的兩個形變方向XYPx和XYPy，所述第一鉗位片2鉗住掃描桿1的中部，所述XY形變壓電體XYP的X與Y形變帶動掃描桿1圍繞第一鉗位片2鉗住掃描桿1的地方做對應(yīng)于這兩個自由度的杠桿轉(zhuǎn)動，也即帶動掃描桿1的掃描端1a做X與Y方向的掃描。

此處，XY形變壓電體XYP（即兩維壓電掃描器）的自由端XYPf是帶動掃描桿1的尾部進行掃描運動的，而探針或樣品是固定在掃描桿1的另一端（即掃描桿1的掃描端1a）的，掃描桿1的中部作為杠桿的支點是被第一鉗位片2固定的（但掃描桿1可以定點轉(zhuǎn)動）。通過調(diào)節(jié)支點的位置，可以使得XY形變壓電體自由端XYPf的不穩(wěn)定性通過掃描桿1的杠桿作用，在輸出端（即掃描桿1的掃描端1a，也即探針或樣品所處的位置，）得到明顯減弱，從而實現(xiàn)了本發(fā)明的目的。

實施例6：兩維管型通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器

在上述實施例中，所述XY形變壓電體XYP可以設(shè)計為管形（注：根據(jù)本領(lǐng)域的習(xí)慣，管形XY形變壓電體XYP的X與Y形變方向與其軸向垂直），所述的掃描桿1共軸地套于XY形變壓電體XYP之內(nèi)，這使得整體結(jié)構(gòu)非常緊湊、小型化，參見附圖6。

實施例7：用兩維管型通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器制成的掃描探針顯微鏡

本發(fā)明用上述實施例5和6所述的通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器制成的掃描探針顯微鏡，包括所述的通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器，其特征是還包括管形Z形變壓電體ZP（注：根據(jù)本領(lǐng)域的習(xí)慣，管形Z形變壓電體ZP的Z形變方向與其軸向一致）、框架3、套管4、滑桿5、彈簧片6、粗逼近馬達7，所述管形Z形變壓電體ZP共軸地套于所述通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器之外，并且管形Z形變壓電體ZP形變的一端作為其自由端ZPf與通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器的第一鉗位片2相固定，管形Z形變壓電體ZP形變的另一端作為其固定端，固定于所述框架3上，所述套管4固定于框架3上，所述滑桿5套于套管4之內(nèi)，二者的軸平行，所述彈簧片6置于套管4內(nèi)壁于滑桿5之間并將二者彈性相壓，所述滑桿5的軸沿管形Z形變壓電體ZP的Z形變方向ZPz正對著管形Z形變壓電體的自由端ZPf，所述粗逼近馬達7設(shè)置于套管4與滑桿5之間，形成粗逼近馬達7推動滑桿5在套管4中朝著Z形變壓電體自由端ZPf逼近的結(jié)構(gòu)。這里的通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器實現(xiàn)的是X和Y方向的掃描，而管形Z形變壓電體ZP實現(xiàn)的是Z方向的掃描，粗逼近馬達7則推動滑桿5在套管4中朝著管形Z形變壓電體自由端ZPf逼近，從而實現(xiàn)粗逼近過程。

實施例8：另一種用兩維管型通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器制成的掃描探針顯微鏡

本發(fā)明另一種用上述實施例5和6所述的通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器制成的掃描探針顯微鏡，包括所述的通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器，其特征是還包括管形Z形變壓電體ZP、框架3、滑桿5、導(dǎo)軌8、彈簧片6、粗逼近馬達7，所述管形Z形變壓電體ZP共軸地套于所述通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器之外，并且管形Z形變壓電體ZP形變的一端作為其自由端ZPf與通過杠桿掃描的高精度壓電掃描器的第一鉗位片2相固定，管形Z形變壓電體ZP形變的另一端為其固定端，所述導(dǎo)軌8固定于所述框架3上，所述滑桿5與管形Z形變壓電體ZP共軸并與其固定端相固定，滑桿5的軸與導(dǎo)軌8的導(dǎo)向方向相同，彈簧片6置于導(dǎo)軌8和滑桿5之間并將二者彈性相壓，形成滑桿5與導(dǎo)軌8配合滑動的結(jié)構(gòu)，框架3的一部分稱為目標臺3a，該目標臺3a臺面沿著管形Z形變壓電體ZP的Z形變方向ZPz正對著管形Z形變壓電體的自由端ZPf，所述粗逼近馬達7設(shè)置于導(dǎo)軌8與滑桿5之間，形成粗逼近馬達7推動滑桿5在導(dǎo)軌8上朝著目標臺3a臺面逼近的結(jié)構(gòu)。

此處，粗逼近馬達7驅(qū)動的是掃描裝置。這時，可以選擇內(nèi)空的滑桿5，并將所述管形Z形變壓電體ZP共軸地套于其內(nèi)，管形Z形變壓電體ZP的固定端固定于滑桿5內(nèi)部，這使得結(jié)構(gòu)的緊湊性得到提高。