專(zhuān)利名稱(chēng)：用于降低制品對(duì)機(jī)械振動(dòng)的敏感性的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及一種用于降低制品對(duì)于機(jī)械振動(dòng)的敏感性的設(shè)備，并且特別涉及一種用于降低局部探測(cè)存儲(chǔ)裝置(local probe storage device)對(duì)機(jī)械振動(dòng)的敏感性的設(shè)備。
背景技術(shù)：
P.Vettiger等人在IBM Journal of Research and Development，Vol.44 No.3，2000年3月中發(fā)表的“The“Millipede”-More than one thousand tips for futureAFM data storage”中公開(kāi)了一種局部探測(cè)存儲(chǔ)裝置的示例。千足器件(millipede device)包括一個(gè)熱電阻傳感器探針陣列。該陣列可以在諸如表面顯現(xiàn)及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的應(yīng)用中用于表面形貌的探測(cè)。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的應(yīng)用中，可以通過(guò)在表面上方移動(dòng)熱電阻傳感器并探測(cè)傳感器與表面之間的導(dǎo)熱率隨著傳感器與表面之間的距離變化的改變而讀出記錄在表面形貌中的數(shù)據(jù)。如上述Vettiger等人的參考文獻(xiàn)所述，千足器件包括一個(gè)制造在硅襯底上的懸臂傳感器(cantilever sensor)二維陣列。每個(gè)懸臂一端附著于襯底。每個(gè)懸臂的另一端載有電阻加熱元件和面向外的尖端。每個(gè)懸臂可通過(guò)行導(dǎo)線和列導(dǎo)線定址。行導(dǎo)線和列導(dǎo)線提供了通過(guò)每個(gè)懸臂的電流的選擇性通道，從而加熱其上的加熱元件。在讀取和寫(xiě)入操作中，陣列的尖端與載于平面襯底上、包括聚合物薄膜存儲(chǔ)表面的存儲(chǔ)介質(zhì)相接觸，并相對(duì)其移動(dòng)。
通過(guò)經(jīng)每個(gè)尖端向薄膜施加局部力，并結(jié)合應(yīng)用數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)相應(yīng)的行導(dǎo)線和列導(dǎo)線選擇性地加熱每個(gè)尖端至足以局部地使薄膜變形的水平，在存儲(chǔ)介質(zhì)中留下槽口或凹痕，從而向存儲(chǔ)介質(zhì)寫(xiě)入數(shù)據(jù)。
每個(gè)加熱元件還提供了熱讀取反饋傳感器(thermal read back sensor)，因?yàn)槠渚哂信c溫度相關(guān)的電阻率。對(duì)于數(shù)據(jù)讀取操作，向陣列中的每一行順序施加加熱信號(hào)。加熱信號(hào)加熱選定行中的所有加熱元件，但還未達(dá)到足以使薄膜變形的溫度。加熱元件與表面之間的導(dǎo)熱率根據(jù)加熱元件與表面之間的距離而變化。在掃描表面上的陣列期間，當(dāng)尖端移動(dòng)到凹陷中時(shí)，相關(guān)的加熱元件與存儲(chǔ)介質(zhì)之間的距離減小。加熱元件與表面之間的介質(zhì)在加熱元件與存儲(chǔ)表面之間轉(zhuǎn)移熱量。當(dāng)相關(guān)的尖端移動(dòng)到凹陷中時(shí)，每個(gè)加熱元件與表面之間的熱傳輸變得更加有效。溫度以及由此導(dǎo)致加熱元件的電阻下降?？梢酝瑫r(shí)監(jiān)視每一行中持續(xù)加熱的加熱元件的溫度變化，由此便于探測(cè)所記錄的位。
與這種局部探測(cè)存儲(chǔ)器件相關(guān)的問(wèn)題在于，其對(duì)于導(dǎo)致存儲(chǔ)表面相對(duì)于傳感器陣列的有害位移的機(jī)械振動(dòng)非常敏感。因此，希望降低這種敏感性，以提高操作的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于降低制品對(duì)機(jī)械振動(dòng)的敏感性的設(shè)備，該設(shè)備包括框架；安裝在框架中、用于沿著位移的第一軸、相對(duì)于框架雙方向移動(dòng)的第一和第二平面質(zhì)量塊；可圍繞固定于框架的第一支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的第一杠桿，該杠桿的一端與第一質(zhì)量塊連接而另一端與第二質(zhì)量塊連接，并且該支點(diǎn)設(shè)置在杠桿的端點(diǎn)之間，其中響應(yīng)沿著位移軸施加于框架上的機(jī)械振動(dòng)，通過(guò)第一質(zhì)量塊圍繞支點(diǎn)作用的轉(zhuǎn)矩由通過(guò)第二質(zhì)量塊圍繞支點(diǎn)作用的轉(zhuǎn)矩抵消，使得所用由第一質(zhì)量塊承載的制品具有對(duì)于振動(dòng)的、降低的敏感性。
第一和第二質(zhì)量塊可共面。或者，第一質(zhì)量塊可設(shè)置在平行于第二質(zhì)量塊且與其分開(kāi)的平面內(nèi)。同樣地，第一和第二質(zhì)量塊可以至少部分地彼此重疊。
第二質(zhì)量塊優(yōu)選包括響應(yīng)輸入的激勵(lì)使第二質(zhì)量塊沿著位移軸相對(duì)于框架移動(dòng)從而產(chǎn)生第一質(zhì)量塊沿著位移軸相對(duì)于框架的對(duì)應(yīng)移動(dòng)的激勵(lì)元件。激勵(lì)元件優(yōu)選包括永久磁體裝置，其具有平行于位移軸的磁化軸，并且與安裝于框架上的導(dǎo)電線圈配合操作，用于響應(yīng)作為線圈中電流的輸入激勵(lì)產(chǎn)生與永久磁體裝置的磁化軸共軸的磁場(chǎng)。永久磁體裝置優(yōu)選包括一對(duì)設(shè)置為相同的磁極彼此相對(duì)的永久磁體，而線圈設(shè)置在該些永久磁體之間。
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例還包括第三質(zhì)量塊，第三質(zhì)量塊和第一質(zhì)量塊安裝在框架內(nèi)，用于沿著在由框架限定的平面中并與位移的第一軸正交的位移的第二軸、相對(duì)于框架的雙方向移動(dòng)；以及，可圍繞固定于框架的第二支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的第二杠桿，第二杠桿的一端與第一質(zhì)量塊連接而另一端與第三質(zhì)量塊連接，并且第二支點(diǎn)設(shè)置在第二杠桿的端點(diǎn)之間，其中響應(yīng)沿著位移的第二軸施加于框架上的機(jī)械振動(dòng)，通過(guò)第一質(zhì)量塊圍繞第二支點(diǎn)作用的轉(zhuǎn)矩由通過(guò)第三質(zhì)量塊圍繞第二支點(diǎn)作用的轉(zhuǎn)矩抵消。
第一、第二和第三質(zhì)量塊可共面?；蛘?，第一、第二和第三質(zhì)量塊的每一個(gè)都可設(shè)置在彼此隔開(kāi)的獨(dú)立平行平面中。同樣地，第一、第二和第三質(zhì)量塊可以至少部分地彼此重疊。
優(yōu)選，第二質(zhì)量塊包括響應(yīng)輸入的激勵(lì)使第二質(zhì)量塊沿著位移的第一軸相對(duì)于框架移動(dòng)從而產(chǎn)生第一質(zhì)量塊沿位移的第一軸相對(duì)于框架的對(duì)應(yīng)移動(dòng)的第一激勵(lì)元件，而第三質(zhì)量塊包括響應(yīng)輸入的激勵(lì)使第三質(zhì)量塊沿著位移的第二軸相對(duì)于框架移動(dòng)從而產(chǎn)生第一質(zhì)量塊沿位移的第二軸相對(duì)于框架的對(duì)應(yīng)移動(dòng)的第二激勵(lì)元件。第一激勵(lì)元件優(yōu)選包括第一永久磁體裝置，其具有平行于位移的第一軸的磁化軸，并且與安裝于框架上的第一導(dǎo)電線圈配合操作，用于響應(yīng)作為第一線圈中電流的輸入激勵(lì)產(chǎn)生與第一永久磁體裝置的磁化軸共軸的磁場(chǎng)，而第二激勵(lì)元件包括第二永久磁體裝置，其具有平行于位移的第二軸的磁化軸，并且與安裝于框架上的第二導(dǎo)電線圈配合操作，用于響應(yīng)作為第二線圈中電流的輸入激勵(lì)產(chǎn)生與第二永久磁體裝置的磁化軸共軸的磁場(chǎng)。第一永久磁體裝置優(yōu)選包括一對(duì)設(shè)置為相同磁極彼此相對(duì)的第一永久磁體，且第一線圈設(shè)置在第一永久磁體之間，而第二永久磁體裝置包括一對(duì)設(shè)置為相同磁極彼此相對(duì)的第二永久磁體，且第二線圈設(shè)置在第二永久磁體之間。
本發(fā)明的特別優(yōu)選實(shí)施例還包括第四平面質(zhì)量塊，安裝于框架中，用于沿著位移的第一軸相對(duì)于框架的雙方向運(yùn)動(dòng)；可圍繞固定于框架的第三支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的第三杠桿；第五平面質(zhì)量塊，安裝于框架中，用于沿著位移的第二軸相對(duì)于框架的雙方向運(yùn)動(dòng)；以及，可圍繞固定于框架的第四支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的第四杠桿，第三杠桿的一端與第一質(zhì)量塊連接而另一端與第四質(zhì)量塊連接，并且第三支點(diǎn)設(shè)置在第三杠桿的端點(diǎn)之間，第四杠桿的一端與第一質(zhì)量塊連接而另一端與第五質(zhì)量塊連接，并且第四支點(diǎn)設(shè)置在第四杠桿的端點(diǎn)之間，其中響應(yīng)沿著位移的第一軸施加于框架上的機(jī)械振動(dòng)，通過(guò)第一質(zhì)量塊圍繞第三支點(diǎn)作用的轉(zhuǎn)矩由通過(guò)第四質(zhì)量塊圍繞第三支點(diǎn)作用的轉(zhuǎn)矩抵消，而響應(yīng)沿著位移的第二軸施加于框架上的機(jī)械振動(dòng)，通過(guò)第一質(zhì)量塊圍繞第四支點(diǎn)作用的轉(zhuǎn)矩由通過(guò)第五質(zhì)量塊圍繞第四支點(diǎn)作用的轉(zhuǎn)矩抵消。
優(yōu)選，第一、第二、第三、第四和第五質(zhì)量塊共面，第四質(zhì)量塊安裝在框架中第一質(zhì)量塊的一側(cè)，遠(yuǎn)離第二質(zhì)量塊，而第五質(zhì)量塊安裝在框架中第一質(zhì)量塊的一側(cè)，遠(yuǎn)離第三質(zhì)量塊。或者，第一、第二、第三、第四和第五質(zhì)量塊的每一個(gè)都可設(shè)置在彼此隔開(kāi)的獨(dú)立平行平面中。同樣地，第一、第二、第三、第四和第五質(zhì)量塊可以至少部分地彼此重疊。
如上所述，第二質(zhì)量塊包括響應(yīng)輸入的激勵(lì)使第二質(zhì)量塊沿著位移的第一軸相對(duì)于框架移動(dòng)從而產(chǎn)生第一質(zhì)量塊沿位移的第一軸相對(duì)于框架的對(duì)應(yīng)移動(dòng)的第一激勵(lì)元件，而第三質(zhì)量塊包括響應(yīng)輸入的激勵(lì)使第三質(zhì)量塊沿著位移的第二軸相對(duì)于框架移動(dòng)從而產(chǎn)生第一質(zhì)量塊沿位移的第二軸相對(duì)于框架的對(duì)應(yīng)移動(dòng)的第二激勵(lì)元件。另外，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，第四質(zhì)量塊包括響應(yīng)輸入的激勵(lì)使第四質(zhì)量塊沿著位移的第一軸相對(duì)于框架移動(dòng)從而產(chǎn)生第一質(zhì)量塊沿位移的第一軸相對(duì)于框架的對(duì)應(yīng)移動(dòng)的第三激勵(lì)元件，而第五質(zhì)量塊包括響應(yīng)輸入的激勵(lì)使第五質(zhì)量塊沿著位移的第二軸相對(duì)于框架移動(dòng)從而產(chǎn)生第一質(zhì)量塊沿位移的第二軸相對(duì)于框架的對(duì)應(yīng)移動(dòng)的第四激勵(lì)元件。第三激勵(lì)元件優(yōu)選包括第三永久磁體裝置，其具有平行于位移的第一軸的磁化軸，并且與安裝于框架上的第三導(dǎo)電線圈配合操作，用于響應(yīng)作為第三線圈中電流的輸入激勵(lì)產(chǎn)生與第三永久磁體裝置的磁化軸共軸的磁場(chǎng)，而第四激勵(lì)元件包括第四永久磁體裝置，其具有平行于位移的第二軸的磁化軸，并且與安裝于框架上的第四導(dǎo)電線圈配合操作，用于響應(yīng)作為第四線圈中電流的輸入激勵(lì)產(chǎn)生與第四永久磁體裝置的磁化軸共軸的磁場(chǎng)。第三永久磁體裝置優(yōu)選包括一對(duì)設(shè)置為相同磁極彼此相對(duì)的第三永久磁體，且第三線圈設(shè)置在第三永久磁體之間，而第四永久磁體裝置包括一對(duì)設(shè)置為相同磁極彼此相對(duì)的第四永久磁體，且第四線圈設(shè)置在第四永久磁體之間。
本發(fā)明還擴(kuò)展至一種局部探測(cè)存儲(chǔ)器件，包括存儲(chǔ)表面；至少一個(gè)用于從該表面讀取和/或向該表面寫(xiě)入數(shù)據(jù)的探針；用于彼此相對(duì)地移動(dòng)探針和表面的掃描器，從而使探針在表面上掃描；以及，上述設(shè)備，與掃描器及存儲(chǔ)表面和該或每個(gè)探針中的一個(gè)連接，用于降低所述存儲(chǔ)表面和該或每個(gè)探針中的一個(gè)對(duì)于機(jī)械振動(dòng)的敏感性。該或每個(gè)探針可由第一質(zhì)量塊承載。或者，存儲(chǔ)表面可由第一質(zhì)量塊承載。
本發(fā)明更擴(kuò)展至一種探測(cè)成像系統(tǒng)，包括至少一個(gè)探針，用于探測(cè)表面的影像；掃描器，用于使探針和表面彼此相對(duì)地移動(dòng)，從而使該或每個(gè)探針在表面上掃描；以及，上述設(shè)備，與掃描器及表面和該或每個(gè)探針中的一個(gè)連接，用于降低所述表面和該或每個(gè)探針中的一個(gè)對(duì)于機(jī)械振動(dòng)的敏感性。該或每個(gè)探針可由第一質(zhì)量塊承載。或者，將成像的表面可由第一質(zhì)量塊承載。
從另一方面考慮本發(fā)明，還提供了一種定位換能器，包括安裝在框架上用于沿著位移的軸相對(duì)于框架移動(dòng)的梭動(dòng)器；一對(duì)永久磁體，安裝于梭動(dòng)器上，其相同的磁極彼此面對(duì)，且該些磁體各自的磁化軸彼此共軸且平行于位移的軸；以及，安裝于框架上并設(shè)置在該些磁體之間的線圈，使得梭動(dòng)器響應(yīng)線圈中的電流相對(duì)于框架位移。


下面，將參照附圖僅以示例的形式介紹本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，附圖中圖1為局部探測(cè)存儲(chǔ)器件示例的簡(jiǎn)化平面圖；圖2為該器件的簡(jiǎn)化側(cè)視圖；圖3為用于該器件的電磁驅(qū)動(dòng)單元示例的結(jié)構(gòu)圖；圖4為對(duì)于圖3所示的電磁驅(qū)動(dòng)單元，作為施加電流的函數(shù)的位移的視圖；圖5為用于該器件的電磁驅(qū)動(dòng)單元另一示例的結(jié)構(gòu)圖；圖6為對(duì)于圖5所示的電磁驅(qū)動(dòng)單元，作為施加電流的函數(shù)的位移的視圖；圖7為對(duì)于圖3和5所示的電磁驅(qū)動(dòng)單元，作為功率的函數(shù)的位移的視圖；圖8為采用本發(fā)明技術(shù)的局部探測(cè)存儲(chǔ)器件示例的局部平面圖；圖9為采用本發(fā)明技術(shù)的抗振系統(tǒng)示例的簡(jiǎn)化平面圖；圖10為采用本發(fā)明技術(shù)的局部探測(cè)存儲(chǔ)器件另一示例的局部簡(jiǎn)化平面圖；圖11為采用本發(fā)明技術(shù)的抗振系統(tǒng)另一示例的簡(jiǎn)化平面圖；圖12為在箭頭的方向上沿著線A-A’觀察時(shí)，圖11所示系統(tǒng)的橫截面圖；圖13為在箭頭的方向上沿著線B-B’觀察時(shí)，圖11所示系統(tǒng)的橫截面圖；以及圖14為采用本發(fā)明技術(shù)的局部探測(cè)存儲(chǔ)器件又一示例的局部簡(jiǎn)化平面圖。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合參照?qǐng)D1和2，局部探測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件的示例包括設(shè)置在硅襯底90上的懸臂傳感器10的二維陣列。行導(dǎo)線30和列導(dǎo)線40也設(shè)置在襯底上。每個(gè)傳感器10通過(guò)行導(dǎo)線30和列導(dǎo)線40的不同組合而定址。存在一對(duì)與每列傳感器10相關(guān)的列導(dǎo)線40和一條與每行傳感器10相關(guān)的行導(dǎo)線。每個(gè)傳感器10包括具有70微米左右長(zhǎng)度和微米厚度的硅懸臂結(jié)構(gòu)。懸臂腳的末端固定于襯底90。懸臂的頂點(diǎn)具有沿垂直于襯底90方向的移動(dòng)自由度。懸臂頂點(diǎn)處載有電阻加熱元件和背向襯底90的硅尖端。高度摻雜懸臂的腳以提供導(dǎo)電通路。加熱元件通過(guò)摻雜懸臂的頂點(diǎn)至較低的程度，由此產(chǎn)生對(duì)于流經(jīng)懸臂的電流具有增大的電阻率的區(qū)域而形成。通過(guò)懸臂的電流通路在相關(guān)的行導(dǎo)線與相關(guān)的列導(dǎo)線之間延伸。列導(dǎo)線中的一條經(jīng)中間二極管D連接至懸臂。具體而言，二極管D的陰極連接至列導(dǎo)線。另一條列導(dǎo)線經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路60連接至懸臂。二極管D的陽(yáng)極和驅(qū)動(dòng)電路60的輸入經(jīng)加熱元件連接至相應(yīng)的行導(dǎo)線。行導(dǎo)線30、列導(dǎo)線40、二極管D和驅(qū)動(dòng)器60也設(shè)置在襯底90上。預(yù)先壓縮懸臂以使尖端從襯底90彈性地偏開(kāi)。
在操作中，將尖端靠向存儲(chǔ)表面70壓迫，存儲(chǔ)表面70包括諸如40nm左右厚的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜的聚合物層形式的平面存儲(chǔ)介質(zhì)。聚合物層載于襯底上。
通過(guò)經(jīng)尖端向存儲(chǔ)表面70施加局部力，同時(shí)通過(guò)使寫(xiě)入電流從對(duì)應(yīng)的行導(dǎo)線30至對(duì)應(yīng)的列導(dǎo)線40流經(jīng)懸臂來(lái)加熱尖端，而將數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)介質(zhì)。通過(guò)懸臂的電流使加熱元件升溫。熱能通過(guò)導(dǎo)熱性從加熱元件流向尖端中。選擇寫(xiě)入電流，以將尖端加熱至足以局部地使存儲(chǔ)表面70變形從而在其中留下直徑約40nm的凹陷20的水平。作為示例，可見(jiàn)PMMA薄膜的局部形變可以通過(guò)加熱尖端至700攝氏度量級(jí)的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)。
加熱元件還設(shè)置有熱讀取反饋傳感器，因?yàn)槠渚哂信c溫度相關(guān)的電阻率。對(duì)于數(shù)據(jù)讀出操作，加熱電流從對(duì)應(yīng)的行導(dǎo)線30至對(duì)應(yīng)的列導(dǎo)線40通過(guò)懸臂。因此，加熱元件再次受熱，但還處于不足以導(dǎo)致存儲(chǔ)表面70變形的溫度。例如，400攝氏度量級(jí)的讀出溫度不足以使PMMA薄膜變形，但仍提供了可行的讀出性能。加熱元件與存儲(chǔ)表面70之間的導(dǎo)熱率根據(jù)加熱元件與存儲(chǔ)表面70之間的距離變化。在掃描存儲(chǔ)表面70上的陣列期間，當(dāng)尖端移動(dòng)至凹陷20中時(shí)，加熱元件與存儲(chǔ)表面70之間的距離減小。加熱元件與存儲(chǔ)表面70之間的介質(zhì)在加熱元件與存儲(chǔ)表面之間轉(zhuǎn)移熱量。加熱元件與存儲(chǔ)表面70之間的熱轉(zhuǎn)移在尖端移動(dòng)至凹陷20中時(shí)更加有效。溫度以及由此導(dǎo)致加熱元件的電阻率下降?？梢员O(jiān)控持續(xù)受熱的加熱元件溫度的變化，由此便于探測(cè)所記錄的位。
上述加熱電流通過(guò)向?qū)?yīng)的行導(dǎo)線30施加加熱電壓脈沖而產(chǎn)生。因此，加熱電流流經(jīng)每個(gè)與被施以加熱電壓脈沖的行導(dǎo)線30連接的傳感器10。陣列對(duì)應(yīng)行中的所有加熱元件由此受熱。記錄的數(shù)據(jù)隨后并行地從受熱的傳感器行讀出。陣列的每一行由此根據(jù)多路配置順序讀出。
陣列可相對(duì)存儲(chǔ)表面70沿著平行于存儲(chǔ)表面70的平面移動(dòng)，使得每個(gè)尖端都可以在存儲(chǔ)表面70對(duì)應(yīng)的領(lǐng)域80上方掃描。每個(gè)領(lǐng)域80可以容納多個(gè)凹陷20。在讀出和寫(xiě)入兩種操作期間，陣列的尖端跨過(guò)存儲(chǔ)介質(zhì)的表面70上方移動(dòng)。在本發(fā)明的特別優(yōu)選實(shí)施例中，陣列可通過(guò)彼此沿正交的方向作用的一對(duì)激勵(lì)器相對(duì)于存儲(chǔ)表面70運(yùn)動(dòng)。在本發(fā)明的特別優(yōu)選實(shí)施例中，激勵(lì)器包括電磁驅(qū)動(dòng)單元。期望這種電磁驅(qū)動(dòng)單元提供作為所施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)的函數(shù)的運(yùn)動(dòng)的線性和較低的功耗。
參照?qǐng)D3，用于上述局部探測(cè)存儲(chǔ)器件的電磁驅(qū)動(dòng)單元示例包括安裝在梭動(dòng)器(shuttle)120上的永久磁體110，用于激勵(lì)存儲(chǔ)表面70與承載陣列的襯底90之間的運(yùn)動(dòng)。梭動(dòng)器120經(jīng)平行彈性部件100安裝在器件的框架130上。彈性部件100將梭動(dòng)器120的運(yùn)動(dòng)限制為平行于存儲(chǔ)表面的平面。具體而言，彈性部件100對(duì)于梭動(dòng)器120向該平面外的移動(dòng)是非柔韌的。磁體110的磁化軸140與由安裝在框架130上的線圈160產(chǎn)生的磁場(chǎng)150共軸。由線圈160產(chǎn)生的磁場(chǎng)150和磁體110的磁化140與梭動(dòng)器120的位移170的軸共線。位移170的方向可以通過(guò)反轉(zhuǎn)線圈160中的電流方向而反向。在操作中，對(duì)于線圈中160中給定的電流，作用在梭動(dòng)器120上的力是線圈160與磁體110之間距離的函數(shù)。在激勵(lì)梭動(dòng)器120期間，線圈160與磁體110之間的距離發(fā)生變化，由此產(chǎn)生相對(duì)于施加在線圈160上的電流的非線性運(yùn)動(dòng)。例如，若朝向線圈160托拽梭動(dòng)器120，磁體110與線圈160之間間隙的尺寸減小。這種減小給出了比出現(xiàn)于從線圈160推開(kāi)的梭動(dòng)器120的情況中更大的力和位移。圖4示出了諸如梭動(dòng)器120相對(duì)于線圈160中的電流流動(dòng)的位移?？衫斫?，這種性能的非線性是不期望的，因?yàn)槠鋵?dǎo)致了功率需求中相應(yīng)的非線性。
參照?qǐng)D5，在本發(fā)明的特別優(yōu)選實(shí)施例中，上述非線性通過(guò)在梭動(dòng)器120上安裝一對(duì)類(lèi)似的永久磁體111和112并使線圈160位于期間而克服。磁體111和112安裝在梭動(dòng)器120上，其磁化方向141和142彼此相對(duì)，但保持與由線圈160產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向共軸。再次將線圈160安裝在框架130上。簡(jiǎn)言之，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，兩個(gè)這種電磁驅(qū)動(dòng)單元沿著彼此正交的方向操作。
為了最小化器件的厚度，期望按平面的方式布置器件的部件?？刹捎酶鞣N技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的，包括平面批制造、注模和熱壓?；谶@些技術(shù)，可以從諸如硅、金屬或類(lèi)似光學(xué)塑料的塑料的不同材料范圍中的任意一種材料制得框架130。磁體111和112以及線圈160可嵌入器件的厚度中。這樣具有最小化向器件平面外作用的力和轉(zhuǎn)矩的優(yōu)點(diǎn)。
在操作中，當(dāng)電流通過(guò)線圈130時(shí)，磁體111和112中的一個(gè)被朝向線圈130吸引，而磁體111和112中的另一個(gè)則被從線圈130推開(kāi)，由此產(chǎn)生梭動(dòng)器120的位移。當(dāng)梭動(dòng)器120通過(guò)向線圈130施加電流而移動(dòng)時(shí)，引力隨著線圈130與磁體111和112中被吸引的一個(gè)之間的距離減小而出現(xiàn)的增加通過(guò)由于磁體111和112中被排斥的一個(gè)與線圈130之間距離的增加而導(dǎo)致的斥力減小所平衡。對(duì)稱(chēng)的布置使得若線圈130中的電流反向，則沿著相對(duì)的方向產(chǎn)生相等幅度的力和位移。圖6示出了這種布置的位移作為施加于線圈130的電流的函數(shù)。參照?qǐng)D7，這種布置的其它優(yōu)點(diǎn)在于獲得給定位移所需的功率與上述單磁體的裝置相比明顯減小。
參照?qǐng)D8，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，設(shè)置有兩個(gè)梭動(dòng)器121和122。
梭動(dòng)器121經(jīng)一對(duì)平行部件101和102與框架130連接。類(lèi)似地，梭動(dòng)器122經(jīng)一對(duì)平行的柔韌部件103和104與框架連接。在操作中，部件101和102允許梭動(dòng)器121相對(duì)于框架130、背向彈性偏置、在由框架130限定的平面中、沿著平行于由框架130限定的平面的軸平移運(yùn)動(dòng)。具體而言，部件101和102對(duì)于由框架130限定的平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)是柔韌的，但沿著延伸至由框架130限定的平面之外的方向是非柔韌的，使得梭動(dòng)器121向由框架130限定的平面外的運(yùn)動(dòng)被抑制。此處，為簡(jiǎn)化說(shuō)明，梭動(dòng)器121被允許相對(duì)于框架130移動(dòng)的軸以下將表示為y軸。由部件101和102作用的彈性偏置與梭動(dòng)器121相對(duì)于框架130沿y軸任何方向的運(yùn)動(dòng)相反地作用，使得梭動(dòng)器121偏置為限定于框架130內(nèi)的行進(jìn)范圍中心處平衡位置。上述電磁驅(qū)動(dòng)單元202的永久磁體部件安裝在梭動(dòng)器121上。驅(qū)動(dòng)單元202的線圈安裝在框架130上。在操作中，驅(qū)動(dòng)單元202通過(guò)在線圈內(nèi)施加電流而激勵(lì)，使梭動(dòng)器121背向由部件101和102作用的偏置、沿著y軸運(yùn)動(dòng)。該運(yùn)動(dòng)可根據(jù)線圈中的電流方向而沿兩個(gè)方向中的任何一個(gè)。
類(lèi)似地，部件103和104在操作中允許梭動(dòng)器122相對(duì)于框架130、背向彈性偏置、在由框架130限定的平面中、沿著平行于由框架130限定的平面的軸平移運(yùn)動(dòng)。然而，梭動(dòng)器122被允許移動(dòng)的軸與梭動(dòng)器121被允許移動(dòng)的軸正交。部件103和104對(duì)于在由框架130限定的平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)是柔韌的，但沿著延伸至由框架130限定的平面之外的方向是非柔韌的，使得梭動(dòng)器122向由框架130限定的平面外的運(yùn)動(dòng)被抑制。此處，為簡(jiǎn)化說(shuō)明，梭動(dòng)器122被允許相對(duì)于框架130移動(dòng)的軸以下將表示為x軸。由部件103和104作用的偏置與梭動(dòng)器122相對(duì)于框架130沿x軸任何方向的運(yùn)動(dòng)相反地作用，使得梭動(dòng)器122偏置為限定于框架130內(nèi)的行進(jìn)范圍中心處平衡位置。上述電磁驅(qū)動(dòng)單元201的永久磁體部件安裝在梭動(dòng)器122上。驅(qū)動(dòng)單元201的線圈安裝在框架130上。在操作中，驅(qū)動(dòng)單元201通過(guò)在線圈內(nèi)施加電流而激勵(lì)，使梭動(dòng)器122背向由部件103和104作用的偏置、沿著x軸運(yùn)動(dòng)。再次，該運(yùn)動(dòng)可根據(jù)線圈中的電流方向而沿兩個(gè)方向中的任何一個(gè)。圖8中未示出線圈。
載有存儲(chǔ)表面70的襯底210經(jīng)軛(yoke)220與框架130連接。框架130、襯底210和軛220基本共面。軛220經(jīng)一對(duì)平行柔韌部件105和106固定在框架130上。部件105和106允許軛相對(duì)于框架沿著x軸并且在平行于由框架130限定的平面的平面內(nèi)平移運(yùn)動(dòng)。部件105和106將軛220朝向框架130內(nèi)行進(jìn)范圍中心處的平衡位置偏置。部件105和106對(duì)于由框架130限定的平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)是柔韌的，但沿著延伸至由框架130限定的平面之外的方向是非柔韌的，使得軛220向由框架130限定的平面外的運(yùn)動(dòng)被抑制。襯底210通過(guò)一對(duì)平行的柔韌部件107和108固定在軛220上。部件107和108允許襯底210相對(duì)于軛220沿著y軸并且在平行于由框架130限定的平面的平面內(nèi)平移運(yùn)動(dòng)。部件107和108將襯底210朝向由軛220和框架130限定的行進(jìn)范圍中心處的平衡位置偏置。部件107和108對(duì)于由框架130限定的平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)是柔韌的，但沿著延伸至由框架130限定的平面之外的方向是非柔韌的，使得梭動(dòng)器121向由框架130限定的平面外的運(yùn)動(dòng)被抑制。
梭動(dòng)器121經(jīng)杠桿241以及支柱251和252與襯底210連接。類(lèi)似地，梭動(dòng)器122杠桿242以及支柱253和254與襯底210連接。杠桿241可以圍繞固定在框架130上的支點(diǎn)232旋轉(zhuǎn)。一對(duì)彈性的柔韌元件261和262限定了支點(diǎn)232相對(duì)于框架130的位置。類(lèi)似地，杠桿242可以圍繞固定在框架130上的支點(diǎn)231旋轉(zhuǎn)。一對(duì)彈性的柔韌元件263和264限定了支點(diǎn)23 1相對(duì)于框架130的位置。部件101至108、支柱251至254、以及部件261至264基本能夠耐受張力的伸展和壓縮。然而，使部件261至264彈性變形以利于對(duì)應(yīng)杠桿241和242圍繞對(duì)應(yīng)支點(diǎn)231和232的旋轉(zhuǎn)。
在操作中，梭動(dòng)器121在驅(qū)動(dòng)單元202的激勵(lì)下產(chǎn)生的位移通過(guò)支柱252轉(zhuǎn)移至杠桿241。部件101和102在由框架1 30限定的平面內(nèi)彎曲，以承受該位移。杠桿241響應(yīng)該位移圍繞支點(diǎn)232旋轉(zhuǎn)。梭動(dòng)器121相對(duì)于框架130的平移位移由此轉(zhuǎn)化為杠桿241的旋轉(zhuǎn)位移。杠桿241的旋轉(zhuǎn)位移隨后通過(guò)支柱252傳遞至襯底210。具體而言，支柱252根據(jù)梭動(dòng)器121相對(duì)于框架130的位移方向拖動(dòng)或推動(dòng)襯底210。襯底210由此響應(yīng)梭動(dòng)器121的位移沿著y軸方向相對(duì)于軛220發(fā)生移動(dòng)。部件107和108在由框架130限定的平面內(nèi)彎曲，以承受該位移。
在操作中，梭動(dòng)器122在驅(qū)動(dòng)單元201的激勵(lì)下產(chǎn)生的位移通過(guò)支柱254轉(zhuǎn)移至杠桿242。部件103和104在由框架130限定的平面內(nèi)彎曲，以承受該位移。杠桿242響應(yīng)該位移圍繞支點(diǎn)231旋轉(zhuǎn)。梭動(dòng)器122相對(duì)于框架的平移位移由此轉(zhuǎn)化為杠桿242的旋轉(zhuǎn)位移。杠桿242的旋轉(zhuǎn)位移隨后通過(guò)支柱253傳遞至襯底210。具體而言，支柱253根據(jù)梭動(dòng)器122相對(duì)于框架130的位移方向拖動(dòng)或推動(dòng)襯底210。經(jīng)支柱253作用在襯底210上的拖動(dòng)或推動(dòng)力通過(guò)部件107和108傳遞至軛220。軛220和襯底210由此響應(yīng)梭動(dòng)器121的位移沿著x軸方向相對(duì)于框架130發(fā)生移動(dòng)。部件105和106在由框架130限定的平面內(nèi)彎曲，以承受該位移。
在驅(qū)動(dòng)單元201和202的控制下，軛220允許襯底220相對(duì)于框架130沿著平行于由框架130限定的平面的正交方向獨(dú)立移動(dòng)。這使得設(shè)置在襯底210上的存儲(chǔ)表面70能夠相對(duì)于陣列移動(dòng)，由此便于陣列的尖端如上所述地在存儲(chǔ)表面上掃描。可理解，當(dāng)梭動(dòng)器121在沿著y軸的一個(gè)方向上移動(dòng)時(shí)，襯底210沿著y軸的對(duì)應(yīng)移動(dòng)在相對(duì)的方向上。類(lèi)似地，當(dāng)梭動(dòng)器122在沿著x軸的一個(gè)方向上的移動(dòng)在一個(gè)方向上時(shí)，襯底沿著x軸的對(duì)應(yīng)移動(dòng)在另一個(gè)方向上。
梭動(dòng)器121、襯底210、杠桿241、支點(diǎn)232、以及連接支柱251和252共同形成了對(duì)沿著y軸方向的平移振動(dòng)的平衡抵抗。具體而言，相對(duì)于襯底210的質(zhì)量和支點(diǎn)232沿著杠桿241長(zhǎng)度的位置選擇梭動(dòng)器121的質(zhì)量，使得圍繞支點(diǎn)232由梭動(dòng)器121作用的旋轉(zhuǎn)力矩與圍繞支點(diǎn)232由襯底210作用的旋轉(zhuǎn)力矩相平衡。
類(lèi)似地，梭動(dòng)器122、襯底210、軛220、杠桿242、支點(diǎn)231、以及連接支柱253和254共同形成了對(duì)沿著x軸方向的平移振動(dòng)的平衡抵抗。具體而言，相對(duì)于支點(diǎn)231沿著杠桿242長(zhǎng)度的位置以及軛220和襯底210的結(jié)合質(zhì)量選擇梭動(dòng)器122的質(zhì)量，使得圍繞支點(diǎn)231由梭動(dòng)器122作用的旋轉(zhuǎn)力矩與圍繞支點(diǎn)231由襯底210和軛220一起作用的旋轉(zhuǎn)力矩相平衡。
可以理解，梭動(dòng)器122可以比梭動(dòng)器121的質(zhì)量更大，以補(bǔ)償襯底210和軛220的結(jié)合質(zhì)量。或者，支點(diǎn)231相對(duì)于杠桿242的位置可以與支點(diǎn)232相對(duì)于杠桿241的位置不同，以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)力矩的平衡，其中梭動(dòng)器121的質(zhì)量與梭動(dòng)器122的質(zhì)量類(lèi)似。
梭動(dòng)器121與襯底210之間旋轉(zhuǎn)力矩的平衡降低了器件對(duì)于沿y軸方向平移振動(dòng)的敏感性。沿y軸施加在襯底210上的振動(dòng)由梭動(dòng)器121經(jīng)杠桿241平衡或反之。更加具體地，若沿y軸在任意方向向器件施加平移沖力，則梭動(dòng)器121和襯底210都將沿相同的方向加速。然而，所得由梭動(dòng)器121和襯底210作用在支點(diǎn)232上的轉(zhuǎn)矩彼此相對(duì)，并且若梭動(dòng)器121相對(duì)于支點(diǎn)232的旋轉(zhuǎn)力矩基本等于襯底210相對(duì)于支點(diǎn)232的旋轉(zhuǎn)力矩，則由此而消除。
類(lèi)似地，梭動(dòng)器122與載有襯底210的軛220之間旋轉(zhuǎn)力矩的平衡降低了器件對(duì)于沿x軸方向平移振動(dòng)的敏感性。沿x軸施加在軛220和/或襯底210上的振動(dòng)由梭動(dòng)器122平衡或反之。更加具體地，若沿x軸在任意方向向器件施加平移沖力，則梭動(dòng)器122和襯底210及軛220都將沿相同的方向加速。然而，所得由梭動(dòng)器122和襯底210與軛220的組合作用在支點(diǎn)231上的力矩彼此相對(duì)，并且若梭動(dòng)器122相對(duì)于支點(diǎn)231的旋轉(zhuǎn)力矩基本等于襯底210和軛220相對(duì)于支點(diǎn)231的旋轉(zhuǎn)力矩，則由此而消除。
期望杠桿241和242的質(zhì)量相對(duì)于梭動(dòng)器121、梭動(dòng)器122、軛220和襯底210的質(zhì)量可以忽略。還期望杠桿241端點(diǎn)本身圍繞支點(diǎn)232的旋轉(zhuǎn)力矩彼此抵消，即使是在沿著x或y軸施加沖力的情況下。類(lèi)似地，期望杠桿242端點(diǎn)本身圍繞支點(diǎn)231的旋轉(zhuǎn)力矩彼此抵消，即使是在沿著x或y軸施加沖力的情況下。在本發(fā)明的特別優(yōu)選實(shí)施例中，杠桿241和242的形狀選擇為使得其質(zhì)心為對(duì)應(yīng)的支點(diǎn)231和232。這增強(qiáng)了對(duì)振動(dòng)的抵抗。
支柱251至254允許杠桿241和242、梭動(dòng)器121和122、軛220和將被振動(dòng)的襯底210彼此接近，由此降低器件對(duì)于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和振動(dòng)的敏感性。
進(jìn)一步地說(shuō)明，下面將參照?qǐng)D9介紹采用本發(fā)明技術(shù)的一般平衡系統(tǒng)。一般平衡系統(tǒng)包括可圍繞固定于框架300上的支點(diǎn)360旋轉(zhuǎn)的杠桿330和一對(duì)質(zhì)量塊M1和M2。M1經(jīng)支柱350與杠桿330的一端連接。類(lèi)似地，M2經(jīng)支柱340與杠桿330的另一端連接。M2通過(guò)支柱340以距離支點(diǎn)360d2的距離與杠桿330連接。類(lèi)似地，M1通過(guò)支柱350以距離支點(diǎn)360 d1的距離與杠桿330連接。M1經(jīng)一對(duì)平行彈性偏置部件310連接于框架300。類(lèi)似地，M2經(jīng)一對(duì)尺寸和性質(zhì)與部件320類(lèi)似的平行彈性偏置部件310與框架300連接。在垂直于支點(diǎn)340的旋轉(zhuǎn)軸的平面內(nèi)，每一對(duì)部件310和320對(duì)于背向相關(guān)彈性偏置的雙方向運(yùn)動(dòng)是柔韌的，而對(duì)于該平面外的運(yùn)動(dòng)則是非柔韌的。因此，M1和M2不受沿著平行的軸y1和y2的雙方向、背向由部件310和320作用的總彈性偏置的平移運(yùn)動(dòng)的影響，該軸y1和y2分別在垂直于支點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)軸的平面內(nèi)。可以理解，為了使平衡系統(tǒng)地厚度最小化，M1、M2、杠桿330、部件3 10和320、以及支柱340和350共面。
若杠桿330、支柱340和支柱350的單獨(dú)或總體的質(zhì)量相對(duì)于質(zhì)量塊M1或M2中的一個(gè)都是可忽略的，則系統(tǒng)在M1圍繞支點(diǎn)360的旋轉(zhuǎn)力矩等于M2圍繞支點(diǎn)360的旋轉(zhuǎn)力矩時(shí)達(dá)到平衡，使得M1d1＝M2d2 (1)
由此，沿著平行于軸y1或y2的兩個(gè)方向中的任何一個(gè)施加在系統(tǒng)上的平移沖力沿相同的方向加速質(zhì)量塊M1和M2。然而，由質(zhì)量塊M1和M2作用在支點(diǎn)360上所得的轉(zhuǎn)矩彼此相對(duì)。若轉(zhuǎn)矩的大小相等，即在滿足方程(1)的情況下，則其彼此消除，使得質(zhì)量塊M1和M2不存在相對(duì)于框架300的位移。然而，若經(jīng)諸如壓電換能器或例如上述電磁驅(qū)動(dòng)單元的定位激勵(lì)器僅向質(zhì)量塊M1和M2中的一個(gè)施加平移力，則所施加的力傳給質(zhì)量塊M1和M2中的另一個(gè)，并且兩個(gè)質(zhì)量塊沿相對(duì)的方向加速。因此，質(zhì)量塊M1和M2沿相對(duì)的方向都相對(duì)于框架300移動(dòng)。
如前面參照?qǐng)D8所述，上面參照?qǐng)D9介紹的一般系統(tǒng)可用于在器件中提供對(duì)于振動(dòng)的抵抗，該器件安裝有用于沿包括在公共面中的正交方向的受控運(yùn)動(dòng)的元件。在上述參照?qǐng)D8介紹的本發(fā)明實(shí)施例中，提供了可沿著兩個(gè)正交方向、在由框架130限定的平面內(nèi)移動(dòng)的襯底210及一對(duì)梭動(dòng)器121和122，梭動(dòng)器中每一個(gè)沿著該兩個(gè)方向中的對(duì)應(yīng)一個(gè)與襯底平衡。然而，本發(fā)明不限于這種設(shè)置。例如，參照?qǐng)D10，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，提供一種局部探測(cè)存儲(chǔ)器件，其包括四個(gè)梭動(dòng)器400至430，每個(gè)梭動(dòng)器經(jīng)四個(gè)杠桿440至470中對(duì)應(yīng)的一個(gè)與襯底210連接。杠桿440至470中的每一個(gè)可圍繞固定于框架130上的四個(gè)支點(diǎn)480至510中對(duì)應(yīng)的一個(gè)旋轉(zhuǎn)。虛影中示出的是軛220，襯底210經(jīng)平行彈性偏置部件520和530與其連接，而框架130經(jīng)平行彈性偏置部件540和550與其連接。如上所述，偏置部件520至550允許背向襯底210的偏置、在由框架限定的平面內(nèi)、沿著正交的方向x和y的移動(dòng)，但抑制梭動(dòng)器向該平面外的移動(dòng)。相對(duì)于與梭動(dòng)器400至430中對(duì)應(yīng)一個(gè)的連接，支點(diǎn)480至510中的每一個(gè)位于杠桿440至470中對(duì)應(yīng)一個(gè)的中心處，且襯底210設(shè)置在中心處。因此，若襯底210的質(zhì)量為M而梭動(dòng)器430和410的質(zhì)量為M/2，則器件平衡且由此抑制了沿著x軸施加的沖力。類(lèi)似地，若梭動(dòng)器400和420的質(zhì)量也為M/2，則器件平衡且由此抑制了沿著y軸施加的沖力。另外，由于器件在質(zhì)量分布上是對(duì)稱(chēng)的，因此器件對(duì)于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)的敏感性也達(dá)到最小化。
在上面參照?qǐng)D8、9和10介紹的本發(fā)明實(shí)施例中，為了最小化厚度，質(zhì)量塊是共面的。然而，本發(fā)明也可用于其中質(zhì)量塊位于平行平面內(nèi)的系統(tǒng)。這有利地使得質(zhì)量塊彼此重疊，由此進(jìn)一步降低了這種系統(tǒng)對(duì)于旋轉(zhuǎn)振動(dòng)的敏感性，并且還降低了表面積。例如，結(jié)合參照?qǐng)D11、12和13，采用本發(fā)明技術(shù)的這類(lèi)系統(tǒng)的示例包括一對(duì)彼此重疊的質(zhì)量塊600和610。質(zhì)量塊610經(jīng)一對(duì)平行彈性部件650與框架640連接。類(lèi)似地，質(zhì)量塊600經(jīng)第二對(duì)彈性部件660與框架連接。彈性部件對(duì)650和660的操作基本與上面參照?qǐng)D8、9和10介紹的相同。質(zhì)量塊610經(jīng)支柱680連接于可圍繞固定于框架640的支點(diǎn)630旋轉(zhuǎn)的杠桿620的一端。類(lèi)似地，質(zhì)量塊600經(jīng)支柱670連接于杠桿620的另一端。在操作中，沿著平行于y軸的方向施加于系統(tǒng)的平移沖力沿著相同的方向加速質(zhì)量塊600和610。然而，由質(zhì)量塊600和610作用在支點(diǎn)630上所得的轉(zhuǎn)矩彼此相對(duì)。若轉(zhuǎn)矩的幅度相同，即對(duì)于滿足方程(1)的情況，則其彼此抵消，使得質(zhì)量塊600和610相對(duì)于框架640無(wú)位移。然而，若僅向質(zhì)量塊600和610中的一個(gè)施加平移力，則所施加的力就經(jīng)杠桿620傳送至質(zhì)量塊600和610中的另一個(gè)，并且兩個(gè)質(zhì)量塊600和610沿相對(duì)的方向加速。因此，兩個(gè)質(zhì)量塊600和610沿著相對(duì)的方向都相對(duì)于框架640移動(dòng)。
參照?qǐng)D14，在對(duì)上述參照?qǐng)D8介紹的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的改動(dòng)中，襯底210及梭動(dòng)器121和122設(shè)置在彼此重疊的平行平面內(nèi)?？衫斫?，這種布置的操作沿著x和y軸基本與上面參照?qǐng)D11的介紹相同。另外，通過(guò)使襯底210與梭動(dòng)器121和122m重疊，可以降低器件對(duì)于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)的敏感性。
上面參照?qǐng)D8、10和14介紹的本發(fā)明實(shí)施例中，可沿x軸移動(dòng)的梭動(dòng)器直接與襯底連接。然而，可以理解，在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，可沿x軸移動(dòng)的梭動(dòng)器可經(jīng)軛與襯底連接。在上面參照?qǐng)D8、10和14介紹的本發(fā)明實(shí)施例中，存儲(chǔ)表面70位與襯底210上。然而，可以理解，在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，陣列可位于襯底210上。還可理解，本發(fā)明可用于其中僅有一個(gè)傳感器在存儲(chǔ)表面上方掃描的存儲(chǔ)器件中。類(lèi)似地，可以理解本發(fā)明還可用于其中一個(gè)或更多個(gè)用于探測(cè)表面影像的探針在將要成像的表面上掃描的成像系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種用于降低制品對(duì)機(jī)械振動(dòng)的敏感性的設(shè)備，該設(shè)備包括框架；安裝在框架中、用于沿著位移的第一軸、相對(duì)于框架雙方向移動(dòng)的第一和第二平面質(zhì)量塊；可圍繞固定于框架的第一支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的第一杠桿，該杠桿的一端與第一質(zhì)量塊連接而另一端與第二質(zhì)量塊連接，并且該支點(diǎn)設(shè)置在杠桿的端點(diǎn)之間，其中響應(yīng)沿著位移軸施加于框架上的機(jī)械振動(dòng)，通過(guò)第一質(zhì)量塊圍繞支點(diǎn)作用的轉(zhuǎn)矩由通過(guò)第二質(zhì)量塊圍繞支點(diǎn)作用的轉(zhuǎn)矩抵消，使得所用由第一質(zhì)量塊承載的制品具有對(duì)于振動(dòng)的、降低的敏感性。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中第一和第二質(zhì)量塊共面。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中第一質(zhì)量塊設(shè)置在平行于第二質(zhì)量塊且與其分開(kāi)的平面內(nèi)。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中第一和第二質(zhì)量塊至少部分地彼此重疊。
5.如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中第二質(zhì)量塊包括響應(yīng)輸入的激勵(lì)使第二質(zhì)量塊沿著位移軸相對(duì)于框架移動(dòng)從而產(chǎn)生第一質(zhì)量塊沿著位移軸相對(duì)于框架的對(duì)應(yīng)移動(dòng)的激勵(lì)元件。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中激勵(lì)元件包括永久磁體裝置，其具有平行于位移軸的磁化軸，并且與安裝于框架上的導(dǎo)電線圈配合操作，用于響應(yīng)作為線圈中電流的輸入激勵(lì)產(chǎn)生與永久磁體裝置的磁化軸共軸的磁場(chǎng)。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中永久磁體裝置包括一對(duì)設(shè)置為相同的磁極彼此相對(duì)的永久磁體，而線圈設(shè)置在該些永久磁體之間。
8.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括第三質(zhì)量塊，第三質(zhì)量塊和第一質(zhì)量塊安裝在框架內(nèi)，用于沿著在由框架限定的平面中并與位移的第一軸正交的位移的第二軸、相對(duì)于框架的雙方向移動(dòng)；以及，可圍繞固定于框架的第二支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的第二杠桿，第二杠桿的一端與第一質(zhì)量塊連接而另一端與第三質(zhì)量塊連接，并且第二支點(diǎn)設(shè)置在第二杠桿的端點(diǎn)之間，其中響應(yīng)沿著位移的第二軸施加于框架上的機(jī)械振動(dòng)，通過(guò)第一質(zhì)量塊圍繞第二支點(diǎn)作用的轉(zhuǎn)矩由通過(guò)第三質(zhì)量塊圍繞第二支點(diǎn)作用的轉(zhuǎn)矩抵消。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中第一、第二和第三質(zhì)量塊共面。
10.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中第一、第二和第三質(zhì)量塊的每一個(gè)都設(shè)置在彼此隔開(kāi)的獨(dú)立平行平面中。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中第一、第二和第三質(zhì)量塊至少部分地彼此重疊。
12.如權(quán)利要求8至11中的任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中第二質(zhì)量塊包括響應(yīng)輸入的激勵(lì)使第二質(zhì)量塊沿著位移的第一軸相對(duì)于框架移動(dòng)從而產(chǎn)生第一質(zhì)量塊沿位移的第一軸相對(duì)于框架的對(duì)應(yīng)移動(dòng)的第一激勵(lì)元件，而第三質(zhì)量塊包括響應(yīng)輸入的激勵(lì)使第三質(zhì)量塊沿著位移的第二軸相對(duì)于框架移動(dòng)從而產(chǎn)生第一質(zhì)量塊沿位移的第二軸相對(duì)于框架的對(duì)應(yīng)移動(dòng)的第二激勵(lì)元件。
13.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中第一激勵(lì)元件包括第一永久磁體裝置，其具有平行于位移的第一軸的磁化軸，并且與安裝于框架上的第一導(dǎo)電線圈配合操作，用于響應(yīng)作為第一線圈中電流的輸入激勵(lì)產(chǎn)生與第一永久磁體裝置的磁化軸共軸的磁場(chǎng)，而第二激勵(lì)元件包括第二永久磁體裝置，其具有平行于位移的第二軸的磁化軸，并且與安裝于框架上的第二導(dǎo)電線圈配合操作，用于響應(yīng)作為第二線圈中電流的輸入激勵(lì)產(chǎn)生與第二永久磁體裝置的磁化軸共軸的磁場(chǎng)。
14.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中第一永久磁體裝置包括一對(duì)設(shè)置為相同磁極彼此相對(duì)的第一永久磁體，且第一線圈設(shè)置在第一永久磁體之間，而第二永久磁體裝置包括一對(duì)設(shè)置為相同磁極彼此相對(duì)的第二永久磁體，且第二線圈設(shè)置在第二永久磁體之間。
15.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，還包括第四平面質(zhì)量塊，安裝于框架中，用于沿著位移的第一軸相對(duì)于框架的雙方向運(yùn)動(dòng)；可圍繞固定于框架的第三支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的第三杠桿；第五平面質(zhì)量塊，安裝于框架中，用于沿著位移的第二軸相對(duì)于框架的雙方向運(yùn)動(dòng)；以及，可圍繞固定于框架的第四支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的第四杠桿，第三杠桿的一端與第一質(zhì)量塊連接而另一端與第四質(zhì)量塊連接，并且第三支點(diǎn)設(shè)置在第三杠桿的端點(diǎn)之間，第四杠桿的一端與第一質(zhì)量塊連接而另一端與第五質(zhì)量塊連接，并且第四支點(diǎn)設(shè)置在第四杠桿的端點(diǎn)之間，其中響應(yīng)沿著位移的第一軸施加于框架上的機(jī)械振動(dòng)，通過(guò)第一質(zhì)量塊圍繞第三支點(diǎn)作用的轉(zhuǎn)矩由通過(guò)第四質(zhì)量塊圍繞第三支點(diǎn)作用的轉(zhuǎn)矩抵消，而響應(yīng)沿著位移的第二軸施加于框架上的機(jī)械振動(dòng)，通過(guò)第一質(zhì)量塊圍繞第四支點(diǎn)作用的轉(zhuǎn)矩由通過(guò)第五質(zhì)量塊圍繞第四支點(diǎn)作用的轉(zhuǎn)矩抵消。
16.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中第一、第二、第三、第四和第五質(zhì)量塊共面，第四質(zhì)量塊安裝在框架中第一質(zhì)量塊的一側(cè)，遠(yuǎn)離第二質(zhì)量塊，而第五質(zhì)量塊安裝在框架中第一質(zhì)量塊的一側(cè)，遠(yuǎn)離第三質(zhì)量塊。
17.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中第一、第二、第三、第四和第五質(zhì)量塊的每一個(gè)都設(shè)置在彼此隔開(kāi)的獨(dú)立平行平面中。
18.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中第一、第二、第三、第四和第五質(zhì)量塊至少部分地彼此重疊。
19.如權(quán)利要求15至18中的任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中第二質(zhì)量塊包括響應(yīng)輸入的激勵(lì)使第二質(zhì)量塊沿著位移的第一軸相對(duì)于框架移動(dòng)從而產(chǎn)生第一質(zhì)量塊沿位移的第一軸相對(duì)于框架的對(duì)應(yīng)移動(dòng)的第一激勵(lì)元件，而第三質(zhì)量塊包括響應(yīng)輸入的激勵(lì)使第三質(zhì)量塊沿著位移的第二軸相對(duì)于框架移動(dòng)從而產(chǎn)生第一質(zhì)量塊沿位移的第二軸相對(duì)于框架的對(duì)應(yīng)移動(dòng)的第二激勵(lì)元件。
20.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中第一激勵(lì)元件包括第一永久磁體裝置，其具有平行于位移的第一軸的磁化軸，并且與安裝于框架上的第一導(dǎo)電線圈配合操作，用于響應(yīng)作為第一線圈中電流的輸入激勵(lì)產(chǎn)生與第一永久磁體裝置的磁化軸共軸的磁場(chǎng)，而第二激勵(lì)元件包括第二永久磁體裝置，其具有平行于位移的第二軸的磁化軸，并且與安裝于框架上的第二導(dǎo)電線圈配合操作，用于響應(yīng)作為第二線圈中電流的輸入激勵(lì)產(chǎn)生與第二永久磁體裝置的磁化軸共軸的磁場(chǎng)。
21.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中第一永久磁體裝置包括一對(duì)設(shè)置為相同磁極彼此相對(duì)的第一永久磁體，且第一線圈設(shè)置在第一永久磁體之間，而第二永久磁體裝置包括一對(duì)設(shè)置為相同磁極彼此相對(duì)的第二永久磁體，且第二線圈設(shè)置在第二永久磁體之間。
22.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中第四質(zhì)量塊包括響應(yīng)輸入的激勵(lì)使第四質(zhì)量塊沿著位移的第一軸相對(duì)于框架移動(dòng)從而產(chǎn)生第一質(zhì)量塊沿位移的第一軸相對(duì)于框架的對(duì)應(yīng)移動(dòng)的第三激勵(lì)元件，而第五質(zhì)量塊包括響應(yīng)輸入的激勵(lì)使第五質(zhì)量塊沿著位移的第二軸相對(duì)于框架移動(dòng)從而產(chǎn)生第一質(zhì)量塊沿位移的第二軸相對(duì)于框架的對(duì)應(yīng)移動(dòng)的第四激勵(lì)元件。
23.如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中第三激勵(lì)元件包括第三永久磁體裝置，其具有平行于位移的第一軸的磁化軸，并且與安裝于框架上的第三導(dǎo)電線圈配合操作，用于響應(yīng)作為第三線圈中電流的輸入激勵(lì)產(chǎn)生與第三永久磁體裝置的磁化軸共軸的磁場(chǎng)，而第四激勵(lì)元件包括第四永久磁體裝置，其具有平行于位移的第二軸的磁化軸，并且與安裝于框架上的第四導(dǎo)電線圈配合操作，用于響應(yīng)作為第四線圈中電流的輸入激勵(lì)產(chǎn)生與第四永久磁體裝置的磁化軸共軸的磁場(chǎng)。
24.如權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其中第三永久磁體裝置包括一對(duì)設(shè)置為相同磁極彼此相對(duì)的第三永久磁體，且第三線圈設(shè)置在第三永久磁體之間，而第四永久磁體裝置包括一對(duì)設(shè)置為相同磁極彼此相對(duì)的第四永久磁體，且第四線圈設(shè)置在第四永久磁體之間。
25.一種局部探測(cè)存儲(chǔ)器件，包括存儲(chǔ)表面；至少一個(gè)用于從該表面讀取和/或向該表面寫(xiě)入數(shù)據(jù)的探針；用于彼此相對(duì)地移動(dòng)探針和表面的掃描器，從而使探針在表面上掃描；以及，如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，與掃描器及存儲(chǔ)表面和該或每個(gè)探針中的一個(gè)連接，用于降低所述存儲(chǔ)表面和該或每個(gè)探針中的一個(gè)對(duì)于機(jī)械振動(dòng)的敏感性。
26.如權(quán)利要求25所述的器件，其中該或每個(gè)探針由第一質(zhì)量塊承載。
27.如權(quán)利要求25所述的器件，其中存儲(chǔ)表面由第一質(zhì)量塊承載。
28.一種定位換能器，包括安裝在框架上用于沿著位移的軸相對(duì)于框架移動(dòng)的梭動(dòng)器；一對(duì)永久磁體，安裝于梭動(dòng)器上，其相同的磁極彼此面對(duì)，且該些磁體各自的磁化軸彼此共軸且平行于位移的軸；以及，安裝于框架上并設(shè)置在該些磁體之間的線圈，使得梭動(dòng)器響應(yīng)線圈中的電流相對(duì)于框架位移。
29.一種探測(cè)成像系統(tǒng)，包括至少一個(gè)探針，用于探測(cè)表面的影像；掃描器，用于使探針和表面彼此相對(duì)地移動(dòng)，從而使該或每個(gè)探針在表面上掃描；以及，如權(quán)利要求1至24中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備，與掃描器及表面和該或每個(gè)探針中的一個(gè)連接，用于降低所述表面和該或每個(gè)探針中的一個(gè)對(duì)于機(jī)械振動(dòng)的敏感性。
30.如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其中該或每個(gè)探針由第一質(zhì)量塊承載。
31.如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其中將成像的表面由第一質(zhì)量塊承載。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于降低制品對(duì)機(jī)械振動(dòng)的敏感性的設(shè)備，該設(shè)備包括框架；(300)安裝在框架中、用于沿著位移的第一軸、相對(duì)于框架雙方向移動(dòng)的第一(m1)和第二平面質(zhì)量塊；可圍繞固定于框架的第一支點(diǎn)(360)旋轉(zhuǎn)的第一杠桿(330)，該杠桿的一端與第一質(zhì)量塊(m1)連接而另一端與第二質(zhì)量塊(m2)連接，并且該支點(diǎn)(360)設(shè)置在杠桿的端點(diǎn)之間，其中響應(yīng)沿著位移軸施加于框架上的機(jī)械振動(dòng)，通過(guò)第一質(zhì)量塊圍繞支點(diǎn)作用的轉(zhuǎn)矩由通過(guò)第二質(zhì)量塊圍繞支點(diǎn)作用的轉(zhuǎn)矩抵消，使得所用由第一質(zhì)量塊承載的制品具有對(duì)于振動(dòng)的、降低的敏感性。
文檔編號(hào)G11B33/08GK1551956SQ02817347
公開(kāi)日2004年12月1日 申請(qǐng)日期2002年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月4日
發(fā)明者格德·K·賓寧, 格德 K 賓寧, 哈伯利, 沃爾特·哈伯利, A 蘭茨, 馬克·A·蘭茨, E 羅蘇伊贊, 雨果·E·羅蘇伊贊 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司