JPH04557B2 - - Google Patents
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- JPH04557B2 JPH04557B2 JP62071387A JP7138787A JPH04557B2 JP H04557 B2 JPH04557 B2 JP H04557B2 JP 62071387 A JP62071387 A JP 62071387A JP 7138787 A JP7138787 A JP 7138787A JP H04557 B2 JPH04557 B2 JP H04557B2
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- JP
- Japan
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- hole
- axis direction
- block body
- piezoelectric actuator
- gripping mechanism
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- Expired - Lifetime
Links
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- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 15
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 claims description 5
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 6
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 5
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- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
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- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Details Of Measuring And Other Instruments (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、例えば、走査型トンネル顕微鏡の
探針を微動させるのに用いられるX−Y−Z移動
機構に関する。
探針を微動させるのに用いられるX−Y−Z移動
機構に関する。
走査型トンネル顕微鏡(以下、STMという)
は、周知の通り、トンネル電流を一定に保ちなが
ら、探針を物質表面に沿つて走査して原子配列構
造等の物質表面形状情報を得るのに用いられてい
るが、探針はナノメータ(nm)レベル以下でX
−Y−Zの3軸方向に微動制御する必要があるの
で、探針の移動機構としては、従来、微少伸縮変
位が得られる圧電アクチユエータが用いられてい
る。第5図は、例えば、刊行物「日本金属学会会
報、第25巻第10号」に掲載の論文「走査トンネル
顕微鏡」の第825頁に模式的に示されている従来
の移動機構を示したものであつて、1は基台、2
はX軸方向に伸縮する圧電アクチユエータ、3は
Y軸方向に伸縮する圧電アクチユエータ、4はZ
軸方向に伸縮する積層型の圧電アクチユエータで
あつて、1〜4がX−Y−Z移動機構を構成して
いる。5は探針、6は試料である。
は、周知の通り、トンネル電流を一定に保ちなが
ら、探針を物質表面に沿つて走査して原子配列構
造等の物質表面形状情報を得るのに用いられてい
るが、探針はナノメータ(nm)レベル以下でX
−Y−Zの3軸方向に微動制御する必要があるの
で、探針の移動機構としては、従来、微少伸縮変
位が得られる圧電アクチユエータが用いられてい
る。第5図は、例えば、刊行物「日本金属学会会
報、第25巻第10号」に掲載の論文「走査トンネル
顕微鏡」の第825頁に模式的に示されている従来
の移動機構を示したものであつて、1は基台、2
はX軸方向に伸縮する圧電アクチユエータ、3は
Y軸方向に伸縮する圧電アクチユエータ、4はZ
軸方向に伸縮する積層型の圧電アクチユエータで
あつて、1〜4がX−Y−Z移動機構を構成して
いる。5は探針、6は試料である。
圧電アクチユエータ2〜4は正負の駆動電圧を
印加することにより軸方向長さと駆動電圧に応じ
た量だけ伸縮変位させることができるので、探針
5をナノメータ(nm)レベルで3次元変位させ
ることができる。
印加することにより軸方向長さと駆動電圧に応じ
た量だけ伸縮変位させることができるので、探針
5をナノメータ(nm)レベルで3次元変位させ
ることができる。
物質表面に対する3次元走査で得られる上記物
質表面形状情報の精度を高精度なものにするため
には、探針5に加わる機械的、音響的な振動や周
囲温度の影響を除去することが重要で、その為に
は3次元変位を高速で行わせる必要がある。高速
化の上限はX−Y−Z移動機構の共振周波数で規
定され、高速化を計るには剛性の増大が必要とな
る。また剛性を高めるために層厚を大きくする
と、装置が大形になるとともに、その分、駆動電
圧が高くなるので、駆動電源のコストが上昇する
上、周辺機器に及ぼす電気ノイズが増大するとい
う問題があつた。
質表面形状情報の精度を高精度なものにするため
には、探針5に加わる機械的、音響的な振動や周
囲温度の影響を除去することが重要で、その為に
は3次元変位を高速で行わせる必要がある。高速
化の上限はX−Y−Z移動機構の共振周波数で規
定され、高速化を計るには剛性の増大が必要とな
る。また剛性を高めるために層厚を大きくする
と、装置が大形になるとともに、その分、駆動電
圧が高くなるので、駆動電源のコストが上昇する
上、周辺機器に及ぼす電気ノイズが増大するとい
う問題があつた。
この発明は上記問題を解消するためになされた
もので、剛性の高い円筒型の圧電アクチユエータ
を使用して従来に比し高速変位を行わせることが
できるX−Y−Z移動機構を提供することを目的
とする。
もので、剛性の高い円筒型の圧電アクチユエータ
を使用して従来に比し高速変位を行わせることが
できるX−Y−Z移動機構を提供することを目的
とする。
この発明は上記目的を達成するため、X軸方向
貫通孔、Y軸方向貫通孔及びZ軸方向貫通孔を有
し上記各貫通孔が共に開口する空所を画成してな
る絶縁性の固定ブロツク体、X軸方向孔部とY軸
方向孔部及びZ軸方向孔部を有しそれぞれの開口
を上記X軸方向貫通孔、Y軸方向貫通孔及びZ軸
方向貫通孔に同軸に対向して上記空所内に配置さ
れた絶縁性の移動ブロツク体、上記孔部内に挿入
されて該孔部に軸方向進退可能に係合する第1の
把持機構により把持された該孔部内から突出する
端部が該孔部と同軸上にある上記貫通孔を通り軸
方向に進退可能に上記固定ブロツク体に保持され
た第2の把持機構により把持された円筒型の圧電
アクチユエータを有し、上記移動ブロツク体に被
動体を取着する被動体保持機構を設ける構成とし
たものである。
貫通孔、Y軸方向貫通孔及びZ軸方向貫通孔を有
し上記各貫通孔が共に開口する空所を画成してな
る絶縁性の固定ブロツク体、X軸方向孔部とY軸
方向孔部及びZ軸方向孔部を有しそれぞれの開口
を上記X軸方向貫通孔、Y軸方向貫通孔及びZ軸
方向貫通孔に同軸に対向して上記空所内に配置さ
れた絶縁性の移動ブロツク体、上記孔部内に挿入
されて該孔部に軸方向進退可能に係合する第1の
把持機構により把持された該孔部内から突出する
端部が該孔部と同軸上にある上記貫通孔を通り軸
方向に進退可能に上記固定ブロツク体に保持され
た第2の把持機構により把持された円筒型の圧電
アクチユエータを有し、上記移動ブロツク体に被
動体を取着する被動体保持機構を設ける構成とし
たものである。
この発明では、把持機構で両端部を把持した円
筒型の圧電アクチユエータを使用しているので、
剛性が高く共振周波数が高められ、所望変位を得
るための駆動電圧も低電圧となる。また、把持機
構を使用しているので、超高真空下での使用が可
能である。
筒型の圧電アクチユエータを使用しているので、
剛性が高く共振周波数が高められ、所望変位を得
るための駆動電圧も低電圧となる。また、把持機
構を使用しているので、超高真空下での使用が可
能である。
以下、この発明の一実施例を図面を参照して説
明する。
明する。
第1図〜第3図において、10はX−Y−Z移
動機構の全体を示す。11は絶縁性の固定ブロツ
ク体であつて、上壁12、側壁13及び後壁14
で囲まれた立方状の空所15を有する形状をな
し、側壁13と後壁14がなす角部16の高さ方
向所定位置に形成された取付け用嵌合部17に一
端が挿入・固定された水平支持体18を介し、例
えば図示しない垂直方向の移動機構(粗動機構と
呼ばれ探針の初期設定に用いられるもの)に連絡
される。19は取付けねじである。上壁12には
垂直向きに(Z軸方向向きに)、側壁13には水
平向きに(Y軸方向向きに)、また後壁14にも
水平向きに(X軸方向向きに)それぞれ上記空所
15に連通する貫通孔20が形成されている。こ
の貫通孔20には、外周ねじ面の筒部21の一端
に取付フランジ部22を設けた形状のT字形の加
圧体23の該筒部21が同心に遊嵌され該加圧体
23はフランジ部22を固定ブロツク体11の外
面に当接してネジ24で固定されている。加圧体
23の筒部21には加圧リング28が内挿され、
外面には筒状の加圧ナツト25が外嵌・螺着され
ており、該加圧ナツト25の下端部は内面が円錐
形をなす嵌合部26となつている。この嵌合部2
6には外面円錐形の嵌合部を有するコレクトチヤ
ツク27が該嵌合部を上記嵌合部26に内嵌して
係合しており、該コレクトチヤツク27と筒部2
1との間に加圧リング28のリング部が介在して
いる。このコレクトチヤツク27は導電性であつ
て後述する円筒型圧電アクチユエータ30の一端
部を把持しており、23〜28は第1の把持機構
を構成している。40は移動ブロツク体であつ
て、基部41からZ軸方向、Y軸方向及びX軸方
向に伸びる3本の有底の筒部(角筒部)42を有
しており、Z軸方向の筒部42の開口、Y軸方向
の筒部42の開口及びX軸方向の筒部42の開口
をそれぞれ上壁12、側壁13及び後壁14の貫
通孔20にそれぞれ同心に対向して空所15に位
置している。筒部42の孔部43は有底の円筒孔
であつて、その底には外面が円錐面である環状の
嵌合凹部44が形成されるとともに開口部寄りの
内周面にはねじ部が刻設されており、上記嵌合凹
部44には、圧電アクチユエータ30の他端を把
持する導電性のコレクトチヤツク45が嵌合さ
れ、該コレクトチヤツク45を加圧リング46を
介して押圧する加圧ナツト47が上記ねじ部に螺
合している。即ち、移動ブロツク体40は互いに
直交する3本の圧電アクチユエータ30を介して
固定ブロツク体11に支持されている。44〜4
7は第2の把持機構を構成している。移動ブロツ
ク体40の基部41と該基部41から連続するZ
軸方向の筒部の外角隅部はX軸及びY軸方向に対
して45度の斜角をなす台面48として形成されて
おり、X軸方向の孔部43の軸線とY軸方向の孔
部43の軸線とが交差する部分に縦向きの溝49
が形成されており、該溝49に探針50を沿わせ
て台面48に針固定板51を当接固定することに
より探針50を固定している。52は固定用ねじ
である。圧電アクチユエータ30は、第4図に示
すように、筒体をなし、外周面の一方端部に一端
部が露出する内面電極(正電極)31と、該電極
31と所定の絶縁距離を隔てて上記外周面の他部
に設けられた外面電極(負電極)32を有し、前
記したように、一端側がコレクトチヤツク27に
より、他端側がコレクトチヤツク45により把持
されている。
動機構の全体を示す。11は絶縁性の固定ブロツ
ク体であつて、上壁12、側壁13及び後壁14
で囲まれた立方状の空所15を有する形状をな
し、側壁13と後壁14がなす角部16の高さ方
向所定位置に形成された取付け用嵌合部17に一
端が挿入・固定された水平支持体18を介し、例
えば図示しない垂直方向の移動機構(粗動機構と
呼ばれ探針の初期設定に用いられるもの)に連絡
される。19は取付けねじである。上壁12には
垂直向きに(Z軸方向向きに)、側壁13には水
平向きに(Y軸方向向きに)、また後壁14にも
水平向きに(X軸方向向きに)それぞれ上記空所
15に連通する貫通孔20が形成されている。こ
の貫通孔20には、外周ねじ面の筒部21の一端
に取付フランジ部22を設けた形状のT字形の加
圧体23の該筒部21が同心に遊嵌され該加圧体
23はフランジ部22を固定ブロツク体11の外
面に当接してネジ24で固定されている。加圧体
23の筒部21には加圧リング28が内挿され、
外面には筒状の加圧ナツト25が外嵌・螺着され
ており、該加圧ナツト25の下端部は内面が円錐
形をなす嵌合部26となつている。この嵌合部2
6には外面円錐形の嵌合部を有するコレクトチヤ
ツク27が該嵌合部を上記嵌合部26に内嵌して
係合しており、該コレクトチヤツク27と筒部2
1との間に加圧リング28のリング部が介在して
いる。このコレクトチヤツク27は導電性であつ
て後述する円筒型圧電アクチユエータ30の一端
部を把持しており、23〜28は第1の把持機構
を構成している。40は移動ブロツク体であつ
て、基部41からZ軸方向、Y軸方向及びX軸方
向に伸びる3本の有底の筒部(角筒部)42を有
しており、Z軸方向の筒部42の開口、Y軸方向
の筒部42の開口及びX軸方向の筒部42の開口
をそれぞれ上壁12、側壁13及び後壁14の貫
通孔20にそれぞれ同心に対向して空所15に位
置している。筒部42の孔部43は有底の円筒孔
であつて、その底には外面が円錐面である環状の
嵌合凹部44が形成されるとともに開口部寄りの
内周面にはねじ部が刻設されており、上記嵌合凹
部44には、圧電アクチユエータ30の他端を把
持する導電性のコレクトチヤツク45が嵌合さ
れ、該コレクトチヤツク45を加圧リング46を
介して押圧する加圧ナツト47が上記ねじ部に螺
合している。即ち、移動ブロツク体40は互いに
直交する3本の圧電アクチユエータ30を介して
固定ブロツク体11に支持されている。44〜4
7は第2の把持機構を構成している。移動ブロツ
ク体40の基部41と該基部41から連続するZ
軸方向の筒部の外角隅部はX軸及びY軸方向に対
して45度の斜角をなす台面48として形成されて
おり、X軸方向の孔部43の軸線とY軸方向の孔
部43の軸線とが交差する部分に縦向きの溝49
が形成されており、該溝49に探針50を沿わせ
て台面48に針固定板51を当接固定することに
より探針50を固定している。52は固定用ねじ
である。圧電アクチユエータ30は、第4図に示
すように、筒体をなし、外周面の一方端部に一端
部が露出する内面電極(正電極)31と、該電極
31と所定の絶縁距離を隔てて上記外周面の他部
に設けられた外面電極(負電極)32を有し、前
記したように、一端側がコレクトチヤツク27に
より、他端側がコレクトチヤツク45により把持
されている。
この構成においては、圧電アクチユエータ30
は、電極31−32間に正負の駆動電圧が印加さ
れると該駆動電圧の大きさに応じた量だけ変位す
るので、移動ブロツク体40従つて探針50はX
−Y−Z軸方向に3次元変位させることができ
る。
は、電極31−32間に正負の駆動電圧が印加さ
れると該駆動電圧の大きさに応じた量だけ変位す
るので、移動ブロツク体40従つて探針50はX
−Y−Z軸方向に3次元変位させることができ
る。
本実施例では、圧電アクチユエータとして円筒
型の圧電アクチユエータ30を使用しており、円
筒型の圧電アクチユエータ30は積層型の圧電ア
クチユエータに比して剛性を2倍程度高めること
ができるので、前記した共振を防止することがで
き、探針50の高速変位が可能となる。
型の圧電アクチユエータ30を使用しており、円
筒型の圧電アクチユエータ30は積層型の圧電ア
クチユエータに比して剛性を2倍程度高めること
ができるので、前記した共振を防止することがで
き、探針50の高速変位が可能となる。
また、圧電アクチユエータ30の電極間距離は
壁厚であるので、小さく、このため駆動電圧を低
電圧とすることができる。
壁厚であるので、小さく、このため駆動電圧を低
電圧とすることができる。
更に、圧電アクチユエータの保持は、通常、接
着剤で保持体に接合することにより行われるが、
本実施例では、圧電アクチユエータ30の両端を
コレクトチヤツク27を有する第1の把持機構と
コレクトチヤツク45を有する第2の把持機構で
それぞれ把持する構成となつているので、実施例
の移動機構は超高真空(10-8 TOrr以下)下でも使
用することができる。即ち、超高真空下で使用す
る場合には、200度以上にベーキングする必要が
あるが現在市販の接着剤は約150度で接着強度が
低下するが、本実施例のコレクトチヤツク方式の
場合は200度以上でベーキングしても把持力は低
下しない。
着剤で保持体に接合することにより行われるが、
本実施例では、圧電アクチユエータ30の両端を
コレクトチヤツク27を有する第1の把持機構と
コレクトチヤツク45を有する第2の把持機構で
それぞれ把持する構成となつているので、実施例
の移動機構は超高真空(10-8 TOrr以下)下でも使
用することができる。即ち、超高真空下で使用す
る場合には、200度以上にベーキングする必要が
あるが現在市販の接着剤は約150度で接着強度が
低下するが、本実施例のコレクトチヤツク方式の
場合は200度以上でベーキングしても把持力は低
下しない。
また、圧電アクチユエータ30は2個の把持機
構で両端把持する構成であることにより、これら
はユニツト化構成となつているので、圧電アクチ
ユエータ30の装着・取外しが簡単に行える利点
がある。
構で両端把持する構成であることにより、これら
はユニツト化構成となつているので、圧電アクチ
ユエータ30の装着・取外しが簡単に行える利点
がある。
この発明は以上説明した通り、駆動素子として
剛性の高い円筒型の圧電アクチユエータを使用し
たことにより、低周波での共振を防止することが
できるので、従来に比して高速移動を行わせるこ
とができる他、低駆動電圧で所望の変位を得るこ
とができるので、駆動電源のコストを高めること
なく、また電気ノイズの増大を招くことなく上記
効果を得ることができ、圧電アクチユエータの保
持を把持方式で行うので、超高真空下でも使用す
ることができるとともに、その装着・取外しが簡
単に行える利点がある。
剛性の高い円筒型の圧電アクチユエータを使用し
たことにより、低周波での共振を防止することが
できるので、従来に比して高速移動を行わせるこ
とができる他、低駆動電圧で所望の変位を得るこ
とができるので、駆動電源のコストを高めること
なく、また電気ノイズの増大を招くことなく上記
効果を得ることができ、圧電アクチユエータの保
持を把持方式で行うので、超高真空下でも使用す
ることができるとともに、その装着・取外しが簡
単に行える利点がある。
第1図はこの発明の実施例を示す側面図、第2
図は上記実施例の平面図、第3図は第1図におけ
る−矢視断面図、第4図は上記実施例におけ
る圧電アクチユエータの断面図、第5図は従来の
X−Y−Z移動機構を示す模式図である。 11……固定ブロツク体、20……貫通孔、2
7……第1の把持機構のコレクトチヤツク、30
……円筒型の圧電アクチユエータ、40……移動
ブロツク体、45……第2の把持機構のコレクト
チヤツク、50……探針。
図は上記実施例の平面図、第3図は第1図におけ
る−矢視断面図、第4図は上記実施例におけ
る圧電アクチユエータの断面図、第5図は従来の
X−Y−Z移動機構を示す模式図である。 11……固定ブロツク体、20……貫通孔、2
7……第1の把持機構のコレクトチヤツク、30
……円筒型の圧電アクチユエータ、40……移動
ブロツク体、45……第2の把持機構のコレクト
チヤツク、50……探針。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 X軸方向貫通孔、Y軸方向貫通孔及びZ軸方
向貫通孔を有し上記各貫通孔が共に開口する空所
を画成してなる絶縁性の固定ブロツク体、X軸方
向孔部とY軸方向孔部及びZ軸方向孔部を有しそ
れぞれの開口を上記X軸方向貫通孔、Y軸方向貫
通孔及びZ軸方向貫通孔に同軸に対向して上記空
所内に配置された絶縁性の移動ブロツク体、上記
孔部内に挿入されて該孔部に軸方向進退可能に係
合する第1の把持機構により把持され該孔部内か
ら突出する端部が該孔部と同軸上にある上記貫通
孔を通り軸方向に進退可能に上記固定ブロツク体
に保持された第2の把持機構により把持された円
筒型の圧電アクチユエータを有し、上記移動ブロ
ツク体に被動体を取着する被動体保持機構が設け
られていることを特徴とするX−Y−Z移動機
構。 2 第1の把持機構が、孔部の底部に形成された
円錐外面を持つ環状の嵌合凹部と、上記円錐外面
に内接する円錐外面部を有するコレクトチヤツク
からなることを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載のX−Y−Z移動機構。 3 第2の把持機構が、固定ブロツク体に固定さ
れて貫通孔部内に伸びる筒部を有する加圧体、該
加圧体に外嵌・螺合し一端部内面が円錐嵌合部に
形成された加圧ナツト、該円錐嵌合部に嵌合する
コレクトチヤツク、該コレクトチヤツクと上記筒
部との間に介在する加圧リングからなることを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載のX−Y−Z
移動機構。 4 被動体が走査型トンネル顕微鏡の探針であ
り、被動体保持機構が、3つの孔の軸線が共に交
差する位置にZ軸向きに形成された溝、該溝を閉
塞する固定板からなり、探針の上端部が該溝の溝
壁と該固定板により挟圧保持されることを特徴と
する特許請求の範囲第1項または第2項または第
3項記載のX−Y−Z移動機構。 5 圧電アクチユエータの内面電極の一方端部が
外面一方端部まで延長されていることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項または第2項または第3
項または第4項記載のX−Y−Z移動機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62071387A JPS63238492A (ja) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | X−y−z移動機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62071387A JPS63238492A (ja) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | X−y−z移動機構 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63238492A JPS63238492A (ja) | 1988-10-04 |
| JPH04557B2 true JPH04557B2 (ja) | 1992-01-07 |
Family
ID=13459047
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62071387A Granted JPS63238492A (ja) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | X−y−z移動機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63238492A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210133845A (ko) * | 2020-04-28 | 2021-11-08 | 선전 베륨 프리시젼 옵틱스 컴퍼니.,리미티드. | 필터 장착구조 |
-
1987
- 1987-03-27 JP JP62071387A patent/JPS63238492A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210133845A (ko) * | 2020-04-28 | 2021-11-08 | 선전 베륨 프리시젼 옵틱스 컴퍼니.,리미티드. | 필터 장착구조 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63238492A (ja) | 1988-10-04 |
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