DE102006021289B4 - Method and device for determining an angle division - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Bestimmung einer Winkelteilung oder eines Winkels (W), wobei ein Sensor (3) relativ zu einem atomaren Gitter (2) bewegt wird, wobei die Anzahl und/oder Position von sich vorbeibewegenden atomaren Strukturen, insbesondere Atomen (5), des Gitters (2) mittels des Sensors (3) erfaßt wird bzw. werden und daraus mindestens eine Winkelteilung oder ein Winkel bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (3) von einer ersten Position (A) entlang einer Kreisbahn (6) in eine zweite Position (B) relativ zum Gitter (2) bewegt wird, wobei die Bestimmung der Winkelteilung oder des Winkels aus der Anzahl und/oder der ersten und zweiten Position (A, B) der sich vorbeibewegenden atomaren Strukturen und unter Berücksichtigung des Krümmungsradius (r) der Kreisbahn (6) erfolgt.Method for determining an angular division or angle (W), wherein a sensor (3) is moved relative to an atomic lattice (2), the number and / or position of passing atomic structures, in particular atoms (5), of the lattice (2) is detected by means of the sensor (3) and from at least one angular pitch or angle is determined, characterized in that the sensor (3) from a first position (A) along a circular path (6) in a second Position (B) relative to the grid (2) is moved, wherein the determination of the angle division or the angle of the number and / or the first and second position (A, B) of the passing atomic structures and taking into account the radius of curvature (r) the circular path (6) takes place.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Oberbegriffsmerkmalen von Anspruch 1 und eine Vorrichtung mit den Oberbegriffsmerkmalen von Anspruch 8.The The present invention relates to a method with the preamble features of claim 1 and a device with the preamble features of Claim 8.
Ein
Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist bereits aus der
Druckschrift
Aus
der
Bei der Bestimmung von Winkelteilungen geht es insbesondere darum, einen Winkel zu erfassen bzw. zu messen und vorzugsweise in einer normierten Winkeleinheit auszudrücken. Bei der Rückführung einer Winkelteilung geht es darum, ein Maß oder eine Maßverkörperung für einen Winkel bzw. eine Winkeleinheit zu schaffen. Insbesondere befaßt sich die vorliegende Erfindung darüber hinaus mit einer hochgenauen Bestimmung bzw. Messung von Winkeln, so daß der Ausdruck ”Bestimmung einer Winkelteilung” insbesondere auch in diesem allgemeineren Sinne zu verstehen ist.at the determination of angular divisions is in particular about one Angle to detect or measure and preferably in a normalized Express angle unit. In the return of a Angle division is about it, a measure or a material measure for one To create angle or an angular unit. In particular, it is concerned the present invention above with a highly accurate determination or measurement of angles, so that the Expression "Determination an angular division "in particular is to be understood in this more general sense.
Es sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Erfassung von Winkelteilungen und Winkeln, insbesondere Teilwinkeln oder Vollwinkeln (360° oder mehr) bekannt. Die Winkel werden meist auf Normale oder Maßverkörperungen mit periodischen, entlang einer Kreisbahn angebrachten Strukturen zurückgeführt. Hierbei werden verschiedene physikalische Prinzipien, wie induktive Meßsysteme (Resolver), magnetische Meßsysteme, optische Meßsysteme oder photoelektrische Meßsysteme, verwendet. Üblicherweise wird ein elektrisches Signal erzeugt und daraus ein Meßwert gebildet. Bei derartigen Messungen ist die Genauigkeit bei der Bestimmung eines Winkels maßgeblich von der Fertigungspräzision der entsprechenden Maßverkörperung, insbesondere einer Winkelteilung bzw. eines sog. Winkelencoders, abhängig. Die Winkelauflösung ist in erster Linie von der Breite der periodischen Strukturen der Maßverkörperung abhängig und begrenzt. Insbesondere sind verhältnismäßig große Radien und damit verbundene Baugrößen erforderlich, um eine hohe Genauigkeit bzw. -auflösung zu erreichen. Die damit verbundenen Baugrößen machen einen Einsatz in der Mikrosystemtechnik praktisch unmöglich oder erschweren einen derartigen Einsatz.It are various methods and devices for detecting Angular pitches and angles, in particular partial angles or full angles (360 ° or more) known. The angles are usually on normal or material measures with periodic structures attached along a circular path recycled. in this connection different physical principles, such as inductive measuring systems (resolvers), magnetic measuring systems, optical measuring systems or photoelectric measuring systems used. Usually an electrical signal is generated and formed therefrom a measured value. In such measurements, the accuracy in the determination of an angle from the manufacturing precision the corresponding measuring standard, in particular an angular division or a so-called angular encoder, dependent. The angular resolution is primarily due to the width of the periodic structures of the Measuring standard dependent and limited. In particular, relatively large radii and related sizes required, to achieve a high accuracy or resolution. The so make connected sizes a use in microsystems technology virtually impossible or complicate such use.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Winkelteilung oder eines Winkels anzugeben sowie eine Verwendung eines atomaren Gitters zur Rückführung von mindestens einer Winkelteilung vorzuschlagen, wobei eine besonders genaue Bestimmung einer Winkelteilung oder eines Winkels, insbesondere auf einfache Weise, ohne Kalibrierung und/oder auf kleinstem Raum, ermöglicht wird.Of the The present invention is based on the object, a method and a device for determining an angular division or a Angle and a use of an atomic grid for Repatriation of to propose at least one angular division, with a particular accurate determination of angular pitch or angle, in particular in a simple way, without calibration and / or in the smallest space, is possible.
Die obige Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The The above object is achieved by a method having the features of claim 1 and solved by a device having the features of claim 8. advantageous Further developments are the subject of the dependent claims.
Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Winkelteilung bzw. einen Winkel mittels eines atomaren Gitters zu bestimmen. Ein Sensor wird zumindest im wesentlichen auf einer Kreisbahn relativ zu dem Gitter bewegt. Die Anzahl und/oder Position von sich vorbeibewegenden atomaren Strukturen, insbesondere Atomen, des Gitters wird bzw. werden mittels des Sensors erfaßt. Daraus wird die Winkelteilung bzw. der Winkel bestimmt. Dies führt zu mehreren Vorteilen.One An essential aspect of the present invention is a Angle division or an angle by means of an atomic grid determine. A sensor is at least substantially on a circular path moved relative to the grid. The number and / or position of yourself passing atomic structures, especially atoms, of the lattice or are detected by means of the sensor. This will be the angle division or the angle determined. this leads to to several advantages.
Es wird eine hochgenaue Bestimmung einer Winkelteilung bzw. eines Winkels ermöglicht. Insbesondere sind Winkelauflösungen von weniger als 5·10–6 Bogensekunden möglich.A highly accurate determination of an angle division or an angle is made possible. In particular, angle resolutions of less than 5 × 10 -6 arc seconds are possible.
Die vorschlagsgemäße Bestimmung kann auf sehr kompaktem Raum, insbesondere bei gegenüber dem Stand der Technik wesentlich kleineren Radien erfolgen und ist daher besonders auch für Mikrosystemanwendungen oder dergleichen geeignet.The Proposed provision can be in a very compact space, especially when compared to the State of the art is done much smaller radii and is therefore especially for Microsystem applications or the like.
Insbesondere wird eine Winkelteilung direkt an atomaren, vorzugsweise kristallinen Strukturen abgegriffen. Durch den homogenen Aufbau kristalliner bzw. atomarer Gitter und die bekannten Gitterabstände ist es möglich, Winkel ohne Kalibrierverfahren mit hoher Präzision zu bestimmen.In particular, an angle division becomes direct tapped at atomic, preferably crystalline structures. Due to the homogeneous structure of crystalline or atomic lattices and the known lattice spacings, it is possible to determine angles without calibration method with high precision.
Die vorschlagsgemäße Bestimmung ist vergleichsweise einfach und kostengünstig realisierbar, da ein atomares Gitter im Vergleich zu einer sonstigen hochgenauen Maßverkörperung mit Radialstrukturen einfacher und kostengünstigerer herstellbar bzw. bereitstellbar ist.The Proposed provision is comparatively easy and inexpensive to implement, as a atomic lattice in comparison to another high-precision material measure with radial structures simpler and cheaper to produce or is available.
Die wesentlichen Parameter eines Gitters sind bekannt, so daß aufwendige Kalibrierungen entfallen können. Besonders bevorzugt wird ein STM (Scanning Tunneling Microscope) oder ein SFM (Scanning Force Microscope) als Sensor verwendet, um die Erfassung von Positionen und/oder der Anzahl von sich vorbeibewegenden atomaren Strukturen, wie Atomen, zu bestimmen. Insbesondere wird so eine Darstellung bzw. Bestimmung oder Messung von Winkeln bzw. einer Winkelteilung auf kleinstem Raum ermöglicht.The essential parameters of a grid are known, so that consuming Calibrations can be omitted. Particularly preferred is an STM (Scanning Tunneling Microscope) or a SFM (Scanning Force Microscope) used as a sensor to the recording of positions and / or the number of passing ones atomic structures, such as atoms. In particular, it does so a representation or determination or measurement of angles or a Angle division in the smallest space allows.
Des weiteren wird eine Rückführung mindestens einer Winkelteilung auf atomare Strukturen, insbesondere Atome, des Gitters ermöglicht. So ist es möglich, die Winkelteilung bzw. Winkelmessung auf Grundgrößen bzw. Basisgrößen zurückzuführen und/oder sehr genaue Normale oder Prototypen für Winkelmessungen bereitzustellen.Of another is a return at least an angular division on atomic structures, in particular atoms, of the grid allows. So it is possible attributed the angular division or angle measurement on basic quantities or basic quantities and / or to provide very accurate normals or prototypes for angle measurements.
Weitere Aspekte, Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen anhand der Zeichnung. Es zeigen:Further Aspects, features, advantages and characteristics of the present invention arise from the claims and the following description of preferred embodiments with reference to the drawing. Show it:
In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Teile und Komponenten die gleichen Bezugszeichen verwendet, wobei sich gleiche oder entsprechende Vorteile und Aspekte ergeben, auch wenn eine wiederholte Beschreibung weggelassen ist. Einzelne Merkmale und Aspekte der verschiedenen Ausführungsformen können auch beliebig miteinander kombiniert und/oder bei sonstigen Vorrichtungen oder Verfahren eingesetzt werden.In the figures are for same or similar Parts and components use the same reference numerals, wherein same or corresponding benefits and aspects arise, too if a repeated description is omitted. Individual features and aspects of the various embodiments may also arbitrarily combined with each other and / or other devices or Procedures are used.
Beim
Darstellungsbeispiel ist ein quadratisches bzw. kubisches Gitter
Ein
Sensor
Durch
Erfassen der Position A und B und/oder durch Bestimmen der Anzahl
an sich vorbeibewegenden atomaren Strukturen bei der Bewegung von
Position A zu Position B kann unter Berücksichtigung des Gitterabstands
(Abstände
der atomaren Strukturen) und/oder sonstiger Gitterparameter und
unter Berücksichtigung
des Krümmungsradius
r der Kreisbahn
Die
Bewegung entlang der Kreisbahn
Bei
dem Sensor
Die vorschlagsgemäße Bestimmung des Winkels W bzw. einer Winkelteilung ist insbesondere für sehr kleine Winkel ideal, aber hierauf nicht beschränkt.The Proposed provision the angle W or an angle division is especially for very small Angle ideal, but not limited to this.
Vielmehr
kann die vorschlagsgemäße Bestimmung
auch bei großen
Winkeln, insbesondere eines Vollkreises, eines Kreissegments oder
mehrerer Kreissegmente erfolgen. Vorzugsweise werden dann mehrere
Sensoren
Beim
Darstellungsbeispiel sind die Gitter
Der
Drehtisch
Beim
Darstellungsbeispiel bildet die Meßbrücke
Der
Abstand
Wenn
der Drehtisch
Je
nach Anordnung der Gitter
Nachfolgend werden weitere Ausführungsformen der Vorrichtung und mögliche Verfahrensvarianten anhand der weiteren Figuren erläutert. Hierbei wird insbesondere auf wesentliche Unterschiede oder neue Aspekte eingegangen, so daß die bisherigen Ausführungen und Erläuterungen insbesondere ergänzend oder entsprechend gelten.following become further embodiments the device and possible Process variants explained with reference to the other figures. This is particular attention has been paid to significant differences or new aspects, So that the previous versions and explanations especially supplementary or apply accordingly.
Bei
der ersten Ausführungsform
sind zwei Sensoren
Bei
der zweiten Ausführungsform
sind vorzugsweise mehrere Gitter
Bei
der ersten und zweiten Ausführungsform erfolgt
vorzugsweise eine Winkelmessung bzw. -bestimmung derart, daß ein Gitter
Besonders
bevorzugt kann ein Sensor
Bei
der dritten Ausführungsform
genügt
vorzugsweise ein Gitter
Wird
der Drehtisch
Die
vorschlagsgemäße Verwendung
mindestens eines atomaren Gitters
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US5721721A (en) * | 1987-08-25 | 1998-02-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Two scanning probes information recording/reproducing system with one probe to detect atomic reference location on a recording medium |
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