DE1903380A1 - In zwei aufeinander senkrecht stehenden Richtungen verstellbarer Objekttisch fuer optische Instrumente - Google Patents

In zwei aufeinander senkrecht stehenden Richtungen verstellbarer Objekttisch fuer optische Instrumente

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Description

  • In zwei aufeinander senkrecht stehenden Richtungen verstellbarer Obåekttisch für optische Instrumente Die Erfindung betrifft einen Objekttisch für optische Instrumente, insbesondere für kikroskopiegeräte, der in zwei zueinander senkrechten Richtungen verstellbar ist.
  • Bei optischen Instrumenten, zR. bei verachiedenen Typen von Mikroskopen, ist es oft nötig, daß der Objekttisch, auf dem die zu untersuchende Probe liegt, gegenüber der optischen Achse des Instruments in einer senkrocEt zu dieser optischen Achse gelegenen Ebene verschoben werden kann, so daß die einzelnen Abschnitte der Probe genauer betrachtet werden können. Bei gewissen automatisch arbeitenden, aufzeichnenden optischen Instrumenten wie z.B.
  • mikroskopischen Absorptionsphotometern ist es vielfach auch wtrnschenswert oder nötig, daß die zu untersuchende Probe, etwa ein Zellenquerschnitt, in einer Weise abgetastet wird, wie ein Fernsehbild zeilenweise abgetastet wird, wodurch die Werte einer bestimmten, charakteristischen Eigenart der Probe, etwa der Absorptionsfaktor, an den einzelnen Punkten der Probe als Informationsserie erhalten werden, die dann als graphischer oder Tabellen-Wert aufgezeichnet oder integriert werden können, um daraus den Mittelwert für die gesamte abgetastete Probe zu bilden.
  • Eine derartige Einstellung des Obåekttisches für die Lage oder die Abtastbewegung muß sehr exakt und genau regroduzierbar sein. Bei einem mikroskopartigen Photometer ist die Forderung z.B., daß der abzutastende Bereich die Abmessungen 100 x 100 nm hat und daß die Abtastbewegung mit einer Höchstabweichung von 0,1 nm reproduzierbar ist.
  • Weiterhin muß die Bewegungsebene des ObJektti sches genau definiert sein, so daß der Tisch nicht ln Richtung der optischen Achse verschoben wird, während er sich in einer Ebene senkrecht dazu bewegt. Die Scharfeinstellung des Instruments würde sonst beeinträchtigt werden.
  • Die Sorderun4 kann deshalb z.B. die sein, daß der Objekttisch um nicht mehr als einen Bruchteil eines Nanometer- in Richtung der optischen Achse des Instruments verlagert wird. Bekannte derartige Objekttische weisen sämtlich erhebliche Reibung und ein beträchtliches Spiel auf, so daß die Einstellung oder Bewegung des Objekttisches ungenau und nicht mit der genügenden Sicherheit reproduzierbar ist.
  • Außerdem sind viele der bekannten Objekttische dieser Art kompliziert und serglei¢hsteise schwer.
  • Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht also darint einen Objekttisoh der genannten Art zu schaffen, der einfach, leicht und von der Konstruktion her billig ist und der sehr geringe Reibung und geringes Spiel hat, so daß die Verechiebung und Einstellung in einer Richtung senkrecht sur optischen Achse des Instrumente mit hoher Genauigkeit und sehr kleinen Kräften durchgeftihrt werden kann.
  • Die Lösung dieser Aufgabe eriolgt erfindungsgem dadurch, daß die Tischplatte des Objekttisches auf einem Grundrahmen mit drei steifen Tragstäben abgestützt ist, die an der Tischplatte in den Ecken eines gedachten Dreiecks angreifen und in der Mittelstellung der Tischplatte zueinander parallel und senkrecht zu den beiden Verschiebungerichtungen des Tisches gerichtet sind und die mit einem Ende gelenkig mit der Tischplatte und mit dem anderen Ende gelenkig mit dem Grundrahmen verbunden sind.
  • Die gelenkigen Verbindungeglieder zwischen den Tragstäben und der Tischplatte sowie dem Grundrahmen bestehen vorzugsweise aus kurzen Drahtfedern, die nach einer bevorzugten Ausfuhrungsform mit den Tragstäben aus einem Stück bestehen und einen kurzen Abschnitt der Tragstäbe mit erheblich geringerem Querschnitt darstellen als der steife Hauptteil der Tragstäbe.
  • Die Aufhängung eines derartigen Obåekttigeheg hat äußerst geringe Reibung und kein Spiel, und die Verschiebung oder Verlagerung des Objekttisches in Richtung senkrecht zu seiner Bewegungaebene kann ohne Schwierigkeit innerhalb der zulässigen Grenzen gehalten werden, indem die Stäbe selbst bezüglich der gewünschten Verschiebungsweite des Objekttisches lang gemacht werden. Aus diesem Grund ist es besonders vorteilhaft, wenn zwei Stäbe auf der einen Seite des Objekttischee angebracht sind, während der dritte Stab auf der gegenüberliegenden Seite des Tisches in der Weise angebracht ist, daß die Abstände zwischen der optischen Achse des Instruments in Mittelstellung des Tisches und der Verbindungslinie der beiden Tragstäbe, die sich auf der einen Seite des Tisches befinden, und zwischen der optischen Achse und dem Befestigungspunkt des einzelnen tragstabes gleich sind.
  • Die Vorrichtungen zur Bewegung oder Verschiebung des Objekttisches in den beiden zueinander senkrecht gerichteten Richtungen weisen vorzugsweise zwei zueinander und zu der einen Bewegungsrichtung parallele Schubstangen auf, die mit einem Ende gelenkig an der Tischplatte des Objekttisches und mit dem anderen Ende gelenkig mit einem Hebel verbunden sind, der am Grundrahmen so angebracht ist, daß er um eine zu den beiden Schubstangen senkrecht liegende Achse verschwenkbar ist, sowie eine dritte Schubstange parallel zur zweiten Verschiebungsrichtung des Objekttisches, die mit ihrem einen Ende gelenkig mit der Tischplatte des Objekttisches und mit dem gegenüberliegenden Ende gelenkig mit einem zweiten Hebel verbunden ist, der am Grundrahmen um eine senkrecht zur Erstreckungsrichtung der dritten Schubstange gerichtete Achse schwenkbar xstO Die Schubstangen, die die erforderliche Verschiebungskraft auf die Tischplatte ausüben, sind vorzugsweise gleich ausgebildet wie die Tragstäbe der Tischplatte, wodurch die Reibung und das Spiel auf ein Minimum reduziert sind.
  • Um auch die Reibung und das Spiel in den Befestigungspunkten der beiden Hebel am Grundrahmen eo klein wie möglich zu halten, wird jeder der Hebel vorzugsweise an der Grundplatte mit Hilfe einer Blattfeder befestigt, die nur eine kure Biegelänge, jedoch eine im Verhältnis dazu große Breite hat und als Scharnier für den Hebel dient.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiels näher beschieben. Es zeigens Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Obj@kttisches) Fig. 2 in vergrößertem Maßstab einen Tragstab oder auch eine Schubstange aus der Konstruktion des Objekttisches nach Fig.1.
  • Die Fig. 1 zeigt den gesamten ObJekttisch einschließlich seiner Tragvorrichtung und seines Antriebs mechanismus, jedoch nicht das optische Instrument, dem dieser Tisch als Teil zugeordnet ist, da das optische Instrument in herkömmlicher Weise gestaltet sein kann und auf-die Ausbildung des ObJeXttiaohes selbst keinen Einfluß hat und somit auch nicht Bestandteil der Erfindung ist. Es ist jedoch die optische Achse 1 des Instruments in der Zeichnung angedeutet. Die Tischplatte 2 des Objekttisches erstreckt sich in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse 1 und weist eine Öffnung 3 auf, in deren Mittelpunkt 4 die zu untersuchende Probe mit Hilfe eines ObJekttrigers eingesetzt wird. Die Tischplatte 2 des Ob-Jekttisches soll mit großer Genauigkeit in zwei zueinander senkrechten Richtungen X und Y und senkrecht zur optirohen Achse 1 beweg- oder verschiebbar sein. Zu dem Zweck wird die Tischplatte 2 von einem feststehenden Grundrahmen 5 tber drei steife Tragstäbe 6, 7 und 8 abgestützt, die in den Ecken eines Dreiecks liegen.
  • Fig. 2 zeigt in größerem Maßstab ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines derartigen Tragstab. Die beiden Enden des Stabes weisen ein Gewindeende 9 auf, iit deren Hilfe der Stab in Gowindelöoher eingeschraubt wird. tnschließend an diese Gewindeenden ist der Stab mit einem Abschnitt 10 mit stark verringertem Durchmesser versehen, dessen Durchmesser erheblich geringer ist als derjenige des Hauptteils 11 des Stabes. Die beiden Abschnitte 10 mit verringertem Durchmesser haben einen solchen Querschnitt, daß sie als kurze Bederatücke dienen, während der Hauptteil 11 des Stabes steif ist. Die beiden kurzen Federstücke 10 dienen folglich als Gelenkverbindungen an beiden Enden des steifen Hauptabschnitts 11.
  • Die beiden Tragstäbe 7 und 8 sind unterhalb der Obåekttisohplatte 2 mit ihren oberen Enden in die Unterseite der Tischplatte eingeschraubt, während sie mit ihren Unterenden in Winkelstücke 12, 13 am Grundrahmen eingeschraubt sind. Der dritte Tragstab 6 liegt oberhalb des Objekttisches 2 und ist mit seinem unteren Ende in die Tischplatte 2 eingeschraubt, während sein oberes Ende in einen Querbalken 14 eingesetzt list, der von zwei Säulen 15 und 16 getragen wird, die sich durch Öffnungen in der Tischplatte 2 erstrecken und mit ihren unteren Enden im Grundrahmen 5 befestigt sind.
  • Es läßt sich hieraus erkennen, daß die Aufhängung der Objekttischplatte 2 am Grundrahmen überaus wenig Reibung und kein Spiel hat. Außerdem ist die Vertikalverlagerung des Mittelpunktes 4 in Richtung der optischen Achse 1 überaus gering, wenn die Tischplatte in Richtung der Achsen X und Y verschoben wnrd, wenn nur die Tragstäbe 6, 7 und 8 im Vergleich zur Verschiebungsweite in den Richtungen X und Y lang genug gemacht werden.
  • Es ist nicht nötig, daß die Tragstäbe auf beiden Seiten des Obåekttisches in der in Fig. 1 dargestellten Weise befestigt sind; es können auch samtliche Stäbe entweder unterhalb der Tischplatte 2 oder oberhalb der Tischplatte 2 sich befinden. Sind sämtliche drei Stäbe auf einer Seite der Tischplatte angebracht, so beträgt die vertikale Verlagerung Z des Tisches in Richtung der optischen Achse 1 Z = S²/(2R) worin R die Länge der Tragstäbe und S die Transversalverschiebung des Objekttisches senkrecht zur optischen Achse 1 aus der neutralen Mittelstellung ist, in der der Mittelpunkt 4 des ObJekttisches sich in der optischen Achse 1 befindet. Darf die maximale Verlagerung Zmax des Obåekttisches höchstens 0,1 nin sein und beträgt die Länge der Tragatäbe 40 mm, so ist die höchst zulässige Tranaversalverschiebung Smax = 90 nm.
  • Die Bedingungen sind jedoch wesentlich vorteilhafter, wenn die Tragstäbe so angebracht sind, wie es die Fig. 1 zeigt, nämlich mit zwei Tragstäben auf der einen Seite (z.B. unterseitig) und dem dritten Tragstab auf der gegenüberliegenden Seite (von oben), wenn dann noch der Abstand zwischen dem Stab 6 und dem Schnittpunkt der optischen Achse 1 mit dem ObJektSisch 2 gleich ist dem Abstand dieses Schnittpunkts von der Verbindungslinie der zwei übrigen Tragatäbe 7 und 8. Hierbei beträgt die höchst zulässige Transversalverschiebung Smax des Objekttisches ungefähr 750 nm, wenn die maximal zulässige Verlagerung Zmax = 0,1 nm und die Lange R der Tragstäbe = 40 min betragen.
  • Der Obåekttisch 2 kann in der Richtung mittels einer SchubstPnge 17 bewegt werden, die in gleicher Weise gestaltet ist wie die Tragstäbe 6, 7 und 8, also in der in Fig. 2 gezeigten Form0 Die Sehubetange 17 ist mit einem Ende an einem Ansatz 18 auf der Ullterseite der Tischplatte 2 und mit dem anderen Ende an einem Hebel 19 befestigt.
  • Der Hebel 19 besteht aus einem Balken, dessen Länge etwa der Seitenlänge des Obåekttisehes entspricht und der einen nach oben stehenden Hebelarm 19a aufweist. Der Balken 19 ist mit dem Grundrahmen 5 über eine Blattfeder 20 erbI den, die eine vergleichsweise kurze Biegelingo, jedoch eine beträchtliche Breite aufweist und sozusagen als Federscharnier des Hebels 19 wirkt. Wird der Hebel 19 um seine Gelenkachse, die durch die Blattfeder 20 gebildet wird, hin und her verschwenkt, so wird dadurch der Objekttisch 2 in Richtung hin- und herbewegt.
  • In Y-Richtung kann der Objekttisch mit Hilfe von zwei Schubstangen 21 und 22 bewegt werden, die in gleicher Weise gestaltet sind wie die Schubstange 17 und die mit dem einen Ende an zwei Ansatzstücken 23 und 24 auf der Unterseite der Tischplatte 2 und iit den gegenüberliegenden Enden mit einem Hebel 25 verbunden sind.
  • Der Hebel 25 ist in gleicher Weise gestaltet wie der Hebel 19 und weist einen nach oben stehenden Hebelarm 25a auf. Er ist an einer Seitenkante des Grundrahmens 5 mit Hilfe einer breiten, kurzen Blattfeder befestigt. Wird der Hebel 25 um dieses Blattfedergelenk (in der Zeichnung nicht dargestellt) verschwenkt, so wird die ObJekttischplatte 2 in Richtung verschoben.
  • Es ist zu erkennen, daß die drei Schubstangen 17, 21 und 22 die Platte 2 des Objekttisches exakt so führen, daß ein Verdrehen des Tisches um eine senkrecht zur Tischebene stehende Achse ausgeschlossen ist.
  • Die Zeichnung zeigt schematisch und lediglich als Beispiel, wie die oberen Enden der Hebelarme 19a und 25a der Hebel 19 und 25 mit Verstelimotoren 26 und 27 verbunden werden können, die über Kurbelarme die Hebel 19 und 25 rhythmisch hin- und herbewegen können, indem die Kurbeln um einen bestimmten Winkel verschwenkt werden.
  • Die beiden Motoren 26 und 27 können synchronisiert sein, so daß eine gewünschte Abtastbewegung des Objekttisches 2 in Richtung der X- und Y-Aohse erreicht wird. Es können jedoch auch andere Stellorgane mit den Hebeln 19 und 25 verbunden werden, so daß die gewünschte Schwingbewegung erzielt wird.
  • Ee ist noch zu erwähnen, daß die Verbindung zwischen der Objekttiachplatte 2 und den Stellelementen über die Schubstangen 17, 21 und 22 und die beiden Hebel 19 und 25 praktisch frei von Reibung und Spiel-frei ist. Bestehen die Stellelemente wie in dem dargestellten Beispiel aus zwei Motoren 26 und 27 und sind diese mit den Hebeln 19 und 25 in Punkten verbunden, die von der Hebelgelenkachse einen wesentlich größeren Abstand haben als die Anschlußpunkte der Schubstangen t7 und 21 und 22, 8o braucht über die Stellelemente nur eine sehr kleine Kraft zugeführt zu werden, und Jede Ungenauigkeit, Unlinearität oder Jedes Spiel in den Stellelementen wird bei seiner Übertragung auf den Objektti3ch beträchtlich vermindert.
  • Wenngleich die im Ausführungsbeispiel gezeigte Anordnung einen Obåekttisch zeigt, der in einer Horizontalebene verschieblich ist, ist es jedoch auch möglich, einen in Vertikalebene verschieblichen Objekttisch oder in einer sonstwie von der Horizontalebene abweichenden Ebene liegenden mit Hilfe der Erfindung zu gestalten.

Claims (11)

P a t e n t a n a p r ü c h e
1. Obåekttisch für optische Instrumente, inibesondere Mikroskopie-Instrumente, der in zwei aufeinander senkrecht stehenden Richtungen bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Tischplatte (2) auf einem Gruniahmen (5) mit drei steifen Tragstäben (6,7,8) abgestützt ist, die an der Tischplatte (2) in den Ecken eines gedachten Dreiecks angreifen und in der Mittelstellung zueinander parallel und senkrecht zu den zwei Verschiebungsrichtungen des Tisches gerichtet sind und die mit einem Ende gelenkig mit der Tischplatte (2) und mit dem anderen Ende gelenkig mit dem Grundrahmen (5) verbunden sind.
2. Objekttisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Tragstäbe (7,8) an der einen Seite der Bewegungsebene der Tischplatte (2) und der dritte Tragstab (6) an der gegenüberliegenden Seite der Bewegungsebene angreifen.
Objekttisch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abatand zwischen der Verbindungslinie der zwei an der einen Seite befindlichen Anschlußpunkte der tragstäbe (7,8) und dem Schnittpunkt (4) der optischen Achse (t1) des Instrumentes mit der Tischplattenebene gleich dem Abstand dieses Schnittpunktes (4) vom Anschlußpunkt des dritten Tragstabes (6) von der Tischplatte (2) ist.
4. Objekttisch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (6,7,8) mit der Tischplatte (2) und dem Grundrahmen (5) durch kurze, mit den Stäben (6,7,8) koaxiale Drahtfedern (10) verbunden sind.
5. Objekttisch nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtfedern (10) mit den Stäben (6,7,8) aus einem Stück bestehen und kurze Abschnitte der Stäbe mit beträchtlich geringerem Durchmesser als der übrige Stabteil (11) sind.
6. Objekttisch nach einem der vorhergehenden tnsprüche, gekennzeichnet durch zwei steife Schubstangen (21,22), die zueinander und zu der einen Verschiebungsrichtung (y) des Tisches parallel verlaufen und mit ihren einen Ende gelenkig mit der Tischplatte und mit ihrem anderen Ende gelenkig mit einem ersten Hebel (25) verbunden sind, der am Grundrahmen (5) derart befestigt ist, daß er um eine senkrecht zur Verschiebungsrichtung der eraten Schubstangen (21,22) gerichtete Achse schwenkbar ist, und eine dritte steife Schubstange (17), die parallel zur zweiten Bewegungsrichtung (X) der Tischplatte (2) verläuft und mit ihrem einen Ende gelenkig mit der Tischplatte (2) und dem gegenüberliegenden Ende gelenkig mit einem zweiten Hebel (19) verbunden ist, der am Grundrahmen um eine senkrecht zur Erstreckungsrichtung der dritten Schubstange (17) liegende Schwenkachse schwenkbar ist.
7. ObJekttisch nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Suhubstangen (17,21,22) mit der Tischplatte (2) und dem ersten und zweiten Hebel (19,25) durch kurze, zu den Sehubstangen koaxial angeordnete Drahtfedern gelenkig verbunden sind.
8. Objekttisch nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die 1>rahtfedern (10) mit den Stangen (17,21,22) aus einem Stück bestehen und kurze Abschnitte der Stan-gon mit beträchtlich geringerem lurchinesser als der übrige Stangenteil (11) sind.
9. Objekttisch nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hebel (19,25) mit dem Grundrahmen (5) über eine Blattfeder (20) verbunden ist, die eine kurze Biegelänge, Jedoch eine beträchtliche Breite aufweist.
10. Objekttisch nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß beide Hebel (19,25) mit Je einem Stellantrieb (26,27) verbunden sind, die die Hebel um einen bestimmten Winkel um ihre Schwenkachse hin- und herschwenken.
11. Objekttisch nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Angriffspunkte der Stellglieder (26,27) an den Hebeln (19,25) zu den Schwenkachsen der Hebel einen wesentlich größeren Abstand haben als die Verbindungspunkte der Schubstangen (17;21,22).
L e e r s e i t e
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0144603A2 (de) * 1983-11-10 1985-06-19 Northern Telecom Limited Vorrichtung zum Ausrichten eines Gegenstandes auf einen Bezugspunkt
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