DE2328543C3

DE2328543C3 - Device for cutting a crystal in one of its crystal planes

Info

Publication number: DE2328543C3
Application number: DE19732328543
Authority: DE
Inventors: Akio; Jyomura Sigeru; Kokubunji Tokio Kumada (Japan)
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1972-06-05
Filing date: 1973-06-05
Publication date: 1976-05-26

Description

Die Erfindung betrifft Verbesserungen an einer Vorrichtung zum genauen Schneiden eines Kristalls in (einer seiner Kristallebenen.The invention relates to improvements in an apparatus for accurately cutting a crystal in (one of its crystal planes.

Mit der Entwicklung der optisch-elektronischen Technik finden mit Kristallen arbeitend? elektrooptische Materialien und Elemente immer weitere Verbreitung. Generell weisen optische Elemente fragliche Transparenz und Gleichmäßigkeit auf. Das Element muß daher nach der jeweils gewünschten Konfiguration genau bearbeitet werden. Insbesondere bildet die Präzision einer polierten Fläche einen Faktor, der die Qualität des optischen Elements bestimmt. Dazu ist eine Vielzahl von Methoden zum Läppen oder Polieren von Flächen mit hoher Präzision entwickelt worden.With the development of opto-electronic technology, find working with crystals? electro-optical Materials and elements more and more widespread. Generally speaking, optical elements are questionable Transparency and uniformity. The element must therefore be according to the desired Configuration can be edited precisely. In particular, the precision of a polished surface is a factor which determines the quality of the optical element. This is done using a variety of lapping methods or polishing surfaces with high precision.

Es ist jedoch nicht möglich. Bearbeitungsmethoden für optische Materialien, etwa die Methode des Läppens einer Fläche mit hoher Präzision, als solche zur Bearbeitung von elektrooptischen Kristallen heranzuziehen. Der Hauptgrund dafür liegt darin, daß die herkömmlichen optischen Materialien optisch Isotrop sind, während elektrooptische Kristalle im allgemeinen optisch anisotrop sind. Bei einem elektrooptischen Kristall muß eine bearbeitete Fläche oder Ebene wegen der optischen Anisotropie in einer festen Orientierung bezüglich einer Kristallachse gehalten herden. Weicht die Orientierung der bearbeiteten fläche von einer solchen festen Orientierung ab, so Indern sich die optischen Eigenschaften infolge der Abweichung, was zu einer Verschlechterung der Genauigkeit des Kristalls als elektrooptisches Element führt.However, it is not possible. Processing methods for optical materials, such as the method of Lapping a surface with high precision, to be used as such for processing electro-optical crystals. The main reason for this is that the conventional optical materials are optical Are isotropic, while electro-optic crystals are generally optically anisotropic. With an electro-optical Crystal must have a machined surface or plane because of optical anisotropy in a solid Orientation with respect to a crystal axis kept foci. The orientation of the edited one deviates surface from such a fixed orientation, so the optical properties are indigenous as a result of the Deviation, resulting in a deterioration in the accuracy of the crystal as an electro-optical element leads.

Da der KH₂PO₄-Einkristall beispielsweise eine fcohe elektrooptisch^ Wirkung aufweist, wird er als Momentverschluß, als Lichtmodulator sowie für verschiedene andere Elemente verwendet, die mit dem elektrooptischen Effekt arbeiten. Am Beispiel des KH,P0₄-Kristalls (der im folgenden als KDP, Kurzform von Kaliumdihydrogenphosphat, bezeichnet wird) soll die Wichtigkeit der Bearbeitungsgenauigkeit erläutert werden.Since the KH ₂ PO ₄ single crystal has, for example, an electro-optical effect, it is used as a momentary lock, as a light modulator and for various other elements that work with the electro-optical effect. Using the example of the KH, P0 ₄ crystal (which is referred to below as KDP, short for potassium dihydrogen phosphate), the importance of machining accuracy will be explained.

KDP ist bei Zimmertemperatur paraelektiisch und bildet einen optisch negativen einachsigen KristallKDP is paraelectic at room temperature and forms an optically negative uniaxial crystal

ίο des Tetragonalsystems. Die Brechungsindizes sind ,„ = 1,5095 (Brechungsindex iängs der größeren Achse von eiliptisch polarisiertem Licht) bzw. ? = 1,4684 (Brechungsindex längs der kleineren Achse von elliptisch polarisiertem Licht). Die optische Achse vonίο of the tetragonal system. The refractive indices are , " = 1.5095 (refractive index along the major axis of elliptically polarized light) or? = 1.4684 (index of refraction along the minor axis of elliptically polarized light). The optical axis of

KDP ist mit der c-Achse des Kristalls identisch. Wird daher eine Platte mit zwei senkrecht zur c-Achse geschnittenen voneinander abgewandten Flächen (die im folgenden als C-Platte bezeichnet wird) zwischen zwei gekreuzte Nicoische Prismen gebracht, derenKDP is identical to the c-axis of the crystal. Therefore becomes a plate with two perpendicular to the c-axis cut surfaces facing away from each other (hereinafter referred to as C-plate) between brought two crossed Nicoische prisms, whose

Polarisationsebenen senkrecht zueinander verlaufen, so erhält man ein Licht-Verschlußelement.Planes of polarization run perpendicular to one another, a light shutter element is obtained.

Genauer gesagt, ist die Doppelbrechung für Licht, das parallel zur c-Achse des Kristalls einfallt, gleich Null. Das einfallende linear-polarisierte Licht wird durchgelassen, ohne irgendeiner Änderung unterworfen zu werden, und an der hinteren Polarisationsplatte gebrochen. Infolgedessen ist die die hintere Polarisationsplatte (die im folgenden als Analysator bezeichnet wird) durchsetzende Lichtmenge gleich Null. Wird dagegen an den Kristall eine Spannung angelegt, so erhält man auf Grund des elektrooptischen Effekts selbst für Licht längs der c-Achse eine Doppelbrechung von I_n. Im allgemeinen wird das durchgelassene Licht elliptisch polarisiert. Die Doppel-More precisely, the birefringence for light incident parallel to the c-axis of the crystal is zero. The incident linearly polarized light is transmitted without being subjected to any change and refracted at the rear polarizing plate. As a result, the amount of light penetrating the rear polarizing plate (hereinafter referred to as the analyzer) is zero. If, on the other hand, a voltage is applied to the crystal, a birefringence of I _n is obtained due to the electro-optical effect even for light along the c-axis. In general, the transmitted light is elliptically polarized. The double

brechung ist dabei gemäß der folgenden Gleichung proportional zur angelegten Spannung:Refraction is proportional to the applied voltage according to the following equation:

wobei η den Brechungsindex, / den elektrooptischen Koeffizient und E die elektrische Feldstärke bezeichnet. Das von dem Analysator durchgelassene Licht / läßt sich gemäß dem einfallenden Licht /₀ folgendermaßen ausdrücken:where η denotes the refractive index, / denotes the electro-optical coefficient and E denotes the electric field strength. The light / transmitted by the analyzer can be expressed according to the incident light / _{0 as} follows:

/ = /„ sin² / = / "Sin ²

worin d die Dicke des Kristalls und /. die Wellenlänge des einfallenden Lichts bezeichnen.where d is the thickness of the crystal and /. denote the wavelength of the incident light.

Aus den Gleichungen (1) und (2) ergibt sichFrom equations (1) and (2) results

f'4f'4

so daß die durchgelassene Lichtmenge ihr Maximum bei E = /..(2</ii³/) hat. Bei einem Lichtverschluß mit KDP wird also, wenn kein elektrisches Feld anliegt (E = 0), der Zustand hergestellt, bei demso that the amount of light transmitted has its maximum at E = /..(2</ii ³ /). With a light shutter with KDP, if no electric field is applied (E = 0), the state is established in which

Uo I = 0 1st oder die durchgelassene Lichtmenge ein Minimum (/_m,„) hat, während dann, wenn das elektrische Feld E = λί(2άη^ι f) anliegt, der Zustand hergestellt wird, bei dem / = /₀ ist bzw. die durchgelassene Lichtmenge ein Maximum (I_max) hat. Daher sollte Uo I = 0 1st or the amount of light transmitted has a minimum (/ _m , "), while when the electric field E = λί (2άη ^ι f) is applied, the state is established in which / = / ₀ or the amount of light transmitted has a maximum (I _max ) . Hence should

ft5 das Kontrastverhältnis (I_maxI_mi„) des Lichtverschlusses unendlich werden.ft5 the contrast ratio (I _max I _mi ") of the light shutter become infinite.

Die Normale einer wirklichen Kristallebcne fallt jedoch nicht vollkommen mit der c-Achse zusammen.However, the normal of a real crystal plane does not coincide completely with the c-axis.

sondern weicht von ihr gemäß dem jeweiligen Bearbeitungsfehler ab. Aus diesem Grund wird die Doppelbrechung für das einfallende Licht, selbst wenn dies senkrecht auf die Kristallplatte fällt, nicht Null. Die Doppelbrechung I_n läßt sich für kleine Werte der Abweichung I zwischen der normalen und der c-Achse folgendermaßen ausdrücken:but deviates from it according to the respective processing error. For this reason, the birefringence for the incident light, even if it falls perpendicularly on the crystal plate, does not become zero. The birefringence I _n can be expressed as follows for small values of the deviation I between the normal and the c-axis:

A_n = (8/.-0 · 1(Γ² β¹ . (4) A _n = (8 /.- 0 1 (Γ ² β ^1. (4)

Da θ nicht Null ist, wird I_mi„ φ 0 undSince θ is not zero, I _mi “φ becomes 0 and

Λ,,ί-, = ^o sin² Λ ,, ί-, = ^ o sin ²

rf-8-rf-8-

(5)(5)

Da d/λ gewöhnlich in der Größenordnung von JO* Hegt, läßt sich Gleichung (5) in grober Näherung folgendermaßen schreiben:Since d / λ is usually of the order of magnitude of JO *, equation (5) can be written as a rough approximation:

J_min* J_osin²(lO³0²). (6)J _min * J _o sin ² (10 ³ 0 ² ). (6)

Daher läßt sich das Kontrastverhältnis in der folgenden Form ausdrücken:Therefore, the contrast ratio can be expressed in the following form:

¹ max ¹ max

1
sin² (TO* -'(-P-) 1
sin ² (TO * - '(- P-)

= 10"= 10 "

(-Γ(-Γ

(7)(7)

Soll nun das Kontrastverhältnis eines Verschlußclements auf eine Größenordnung von mindestens 10⁶ gebracht werden, so ist eine Bearbeitungsgenauigkeit erforderlich, bei der der Fehler bezüglich der Orientierung auf 1 mrad (0,001 Grad im Bogenmaß) begrenzt ist. Zur reinen Messung der Krista'kmenlierung ist es gewöhnlich einfach, unter Verwendung eines handelsüblichen Kristallorientierungs-Prüfgeräts od. dgl. eine Genauigkeit von 0,1 mrad zu erreichen. Dagegen ist es für den Fachmann ein Problem, die zu schneidende Fläche mit der von dem Prüfgerät gemessenen Orientierungsfläche des Kristalls identisch zu machen.If the contrast ratio of a closure element is now ^{to be brought to an order of magnitude of at least 10 6} , a processing accuracy is required in which the error with regard to the orientation is limited to 1 mrad (0.001 degrees in radians). For pure measurement of the crystallization, it is usually easy to achieve an accuracy of 0.1 mrad using a commercially available crystal orientation testing device or the like. On the other hand, it is a problem for the person skilled in the art to make the surface to be cut identical to the orientation surface of the crystal measured by the testing device.

Gewöhnlich wird für das Kristallorientierungs-Prüfgerät sowie für ein Kristallschneidgerät ein Goniometerkopf verwendet. Dabei wird zunächst ein Kristall an dem Goniometer des Schneidgeräts befestigt und in geeigneter Weise geschnitten. Nach dem Schnitt wird der Kristall von dem Goniometer des Schneidgeräts abgenommen und an dem Goniometer des Kristallorientierungs - Prüfgerät befestigt, und die Orientierung der geschnittenen Fläche wird gemessen. Wird eine Abweichung in der Orientierung festgestellt, so wird der Kristall wiederum an dem Goniometer des Schneidgeräts befestigt und nach Korrektur der Orientierung erneut geschnitten. Diese Vorgänge werden wiederholt ausgeführt, um die Abweichung zwischen der geschnittenen Fläche und der festen Orientierung zu reduzieren.Usually, a goniometer head is used for the crystal orientation tester as well as a crystal cutter used. First, a crystal is attached to the cutting device's goniometer and cut appropriately. After the cut, the crystal is taken from the cutter's goniometer removed and attached to the goniometer of the crystal orientation tester, and the Orientation of the cut surface is measured. If a deviation in the orientation is found, so the crystal is again attached to the goniometer of the cutter and after correcting the Orientation cut again. These operations are performed repeatedly to correct the deviation between the cut surface and the fixed orientation.

Die Erfinder haben diese schwierigen und unergiebigen Arbeitsgänge wiederholt durchgeführt und versucht, Fehler einzuschränken. Dabei kamen sie zu dem Schluß, daß selbst bei sehr sorgfältiger Durchführung der Arbeitsschritte (-) nicht kleiner als 1 mrad gemacht werden kann.The inventors have repeatedly performed these difficult and unproductive operations and sought to limit errors. In doing so, they came to the conclusion that even if the work steps (-) were carried out very carefully, it could not be made smaller than 1 mrad.

Bei einer Vorrichtung, bei der das Schneidgerät tnd das Orientierungs-Meßgerät unabhängig vontinander sind, wird die Auflage zur Befestigung der frobe für beide Geräte gemeinsam vorgesehen, so daß der Einstellfehler infolge des wiederholten Her- <>s •usnehmens und Befestigens der Probe so klein wie möglich gemacht wird. Dennoch ist ein Fehler von annähernd ±0.5° unvermeidlich.In an apparatus in which the cutting device and the orientation measuring device are independent of one another are, the support for fastening the frobe is provided for both devices together, see above that the setting error as a result of the repeated <> Take and fix the sample as small as is made possible. However, an error of approximately ± 0.5 ° is inevitable.

Dei Grund dafür soll im folgenden erläutert werden. Um den Kristall selbst dann, wenn er häufig eingesetzt und ausgebaut wird, mit guter Rcproduzierbarkeii einsetzen zu können, ist eine robuste Einspannvorrichtung erforderlich, die eine genaue Befestigung gewährleistet. Ferner wirkt auf den Kristall beim Schneiden eine beträchtliche Kraft, so daß auch der Support robust sein muß. Es hat sich herausgestellt, daß das Erfordernis der Robustheit einerseits und das Erfordernis, das die Kristailorientierung unter Verwendung eines Präzisions-Goniometers um kleine Winkel, deren Mittelpunkt in der Kristallebene liegt, sehr präzise und gleichmäßig bewegt wird, andererseits einander zuwiderlaufen. Hauptfaktor bei der Verringerung der Präzision bildet das Herausnehmen des Kristalls. Man erwartet daher, daß sich die Präiision erhöht, wenn der Arbeitsgang ohne Herausnehmen des Kristalls durchgeführt werden kann.The reason for this will be explained below. Around the crystal, even if it is used and expanded frequently, with good reproducibility To be able to use a sturdy jig is required, which allows an accurate attachment guaranteed. Furthermore, a considerable force acts on the crystal during cutting, so that the Support must be robust. It has been found that the requirement of robustness on the one hand and the requirement that the crystal orientation can be reduced by small using a precision goniometer On the other hand, angles whose center lies in the crystal plane is moved very precisely and evenly run counter to each other. Removal is the main factor in reducing precision of the crystal. Therefore, it is expected that the precision will increase if the operation is carried out without removal of the crystal can be carried out.

Bei dem gegenwärtigen Stand der Technik ist es schwierig, eine Methode zu finden, nach der sich der Kristall präzis schneiden läßt, während er von dem Goniometer der Röntgeneinrichtung gehalten wird. Dies bedeutet, daß die Messung der Orientierung mittels Röntgenstrahlen einerseits und das Schneiden des Kristalls durch die Schneideinrichtung andererseits unvermeidlich an verschiedenen Stellen durchgeführt werden müssen.With the current state of the art, it is difficult to find a method by which the Crystal can be cut precisely while it is held by the goniometer of the X-ray facility. This means that the measurement of the orientation by means of X-rays on the one hand and the cutting of the crystal, on the other hand, is inevitably carried out at different locations by the cutter Need to become.

Andererseits wird heutzutage sehr oft eine Methode angewandt, bei der zwar Schnitt und Orientierungs-Messung mittels Röntgenstrahlen an getrennten Stellen durchgeführt werden, der Schnitt gemäß der festen Orientierung jedoch in dem Zustand beendet wird, in dem die Probe und die Auflage von dem Schneidgerät festgehalten werden. Gemäß dieser Methode läßt sich ein äußerster Endabschnitt eines Kristalls mittels eines aus einem Diamant-Schleifstein bestehenden Schneidgeräts abschneiden, wobei die Orientierung der Schnittfläche an dem kleinen abgeschnittenen Stück mittels des Orientierungs-Röntgenprüfgeräts separat gemessen wird, die Auflage, auf der der restliche Kristall montiert ist, in die feste Richtung bewegt und in seiner Lage gemäß der Komponente des Orientierungsfehlers korrigiert wird und schließlich der Kristall geschnitten wird.On the other hand, a method is very often used nowadays in which the cut and the orientation measurement are indeed used be carried out by means of X-rays at separate points, the section according to FIG fixed orientation, however, is terminated in the state in which the sample and the support of the Cutting device are held. According to this method, an extreme end portion can be a Cut off the crystal using a cutter consisting of a diamond grindstone, the Orientation of the cut surface on the small cut piece using the orientation x-ray inspection device is measured separately, the support on which the rest of the crystal is mounted into the fixed Direction is moved and corrected in its position according to the component of the orientation error and eventually the crystal is cut.

Diese Schritte werden wiederholt, bis der vorbestimmte Winkel erreicht ist. Bei der Messung der Orientierung gemäß dieser Methode führen zum einen die auf dem Schnittvorgang beruhenden Bedingungen der äußeren Form des abgeschnittenen kleinen Stücks, wie Ausbauchung und Parallelität, direkt zu Orientierungsfehlern. Beispielsweise muß bei einer 10 mm langen Probe die Ausbauchung auf weniger als 0,5 μ begrenzt werden, um die Orientierungsgenauigkeil innerhalb 30 Sekunden zu hallen. Zum anderen wird bei der Orientierungsmessung die Schnittfläche durch eine Vakuumeinspannung an eine Unterlage angesaugt, wobei zur Einhaltung der Meßgenauigkeii innerhalb von über 30 Sekunden Staubpartikeln vor 1 μ vermieden werden müssen. Infolge dieser Probleme nimmt die Orientierungsgenauigkeit nach dem Schnitt einen schlechten Wert von ungefähr ±0,1" an. Außer dem weist diese Methode insofern Nachteile auf, al: Probenmaterial verschwendet wird, da mehrere kleini Stücke weggeschnitten werden, und als für die Orien tierungsmessung ein beträchtlicher Zeitaufwand er forderlich ist.These steps are repeated until the predetermined angle is reached. When measuring the Orientation according to this method leads on the one hand to the conditions based on the cutting process the external shape of the small piece that has been cut off, such as bulging and parallelism, directly leads to misalignment. For example, in the case of a 10 mm long sample, the bulge must be less than 0.5 μ be limited to echo the orientation wedge within 30 seconds. On the other hand, will During the orientation measurement, the cut surface is sucked onto a base by vacuum clamping, whereby, in order to maintain the measuring accuracy, dust particles are present within 30 seconds 1 μ must be avoided. As a result of these problems, the orientation accuracy decreases after the cut gives a bad value of about ± 0.1 ". In addition, this method has disadvantages in that: Sample material is wasted, since several small pieces are cut away, and than for the Orien measurement measurement a considerable amount of time is required.

Eine weitere Methode nach dem Stand der Technil bcslehl in der Ätzmustermethode, die eine KombiAnother prior art method is the etch pattern method, which is a combo

nation aus einer Einrichtung zur optischen Messung der Orientierung eines Kristalls sowie einer Schneideinrichtung umfaßt; bei dieser Methode werden zwar die Orientierungsrnessung und der Schnitt an getrennten Stellen durchgeführt, die den Kristall tragende Auflage wird jedoch auf einer bewegbaren Führung gleitend zwischen der optischen Einrichtung zur Orientierungsrnessung und dem Schneidgerät bewegt, ohne daß der Kristall von der Auflage abgenommen wird. Bei dieser Methode lassen sich die Fehler, wie sie bei den obenerwähnten, wenig leistungsfähigen Arbeitsvorgängen der Einstellung und Nachstellung des Kristalls auf seiner Unterlage auftreten, tatsächlich vermindern. Dagegen tritt erneut das Problem der Genauigkeit der Oberflächenrauhigkeit bei der Einrichtung für die Bewegung der Probenhalterung einschließlich der bewegbaren Führung auf. Es ist erwünscht, nur eine geringe Anzahl von Berührungspunkten zwischen der Probenhalterung und der bewegbaren Führung vorzusehen und die Lageänderungen zwischen diesen Elementen sanft durchzuführen. Dies ist jedoch in technischer Hinsicht nur begrenzt möglich. Außerdem läßt sich nicht verleugnen, daß die optische Messung der Orientierung gegenüber der Messung mit Röntgenstrahlen viel weniger präzis ist. Bei der bekannten Methode kann daher ein Kristallschnitt mit hoher Genauigkeit nicht erwartet werden.nation consisting of a device for the optical measurement of the orientation of a crystal and a cutting device includes; With this method, the orientation measurement and the section are taken at separate points Places carried out, but the support carrying the crystal is on a movable one Guide sliding between the optical device for orientation measurement and the cutting device moved without the crystal being removed from the support. With this method, the Errors such as those in the above-mentioned, inefficient work processes of setting and adjustment of the crystal on its base actually decrease. Against this occurs again Problem of surface roughness accuracy in the device for moving the specimen holder including the movable guide. It is desirable to have only a small number of Provide points of contact between the sample holder and the movable guide and the Carry out changes in position between these elements gently. However, this is in technical terms only possible to a limited extent. In addition, it cannot be denied that the optical measurement of orientation is much less precise than measurement with X-rays. With the known method therefore, a crystal cut with high accuracy cannot be expected.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Schneiden eines Kristalls in einer seiner Ebenen vorzusehen, die in der Lage ist, verschiedene Kristalle in vorbestimmten Orientierungen mit außerordentlich hoher Präzision und unter geringem Zeitaufwand zu schneiden.The invention has for its object to provide a device for cutting a crystal in a its planes to provide which is able to place different crystals in predetermined orientations to cut with extremely high precision and in a short time.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe erfolgt nach der Lehre des Patentanspruchs 1. Eine Vorrichtung mit den dort angegebenen Merkmalen ist in der Lage, einen Kristall in einer vorgegebenen Orientierung mit einem Fehler innerhalb 0,1 mrad, d. h. mit einer außerordentlich hohen Präzision, wie sie bisher unerreichbar schien, innerhalb kurzer Zeit zu schneiden, ohne daß der Kristall und oder die Probenhalterung von ihrer Unterlage abgenommen werden müßten.The inventive solution to this problem is based on the teaching of claim 1. A Device with the features specified there is able to produce a crystal in a given Orientation with an error within 0.1 mrad, i.e. H. with an extraordinarily high level of precision, such as it seemed previously unattainable to cut within a short time without the crystal and or the Sample holder would have to be removed from its base.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnungen näher erläutert: in den Zeichnungen zeigtThe invention is illustrated in the following description of preferred exemplary embodiments of the drawings explained in more detail: in the drawings shows

F i g. 1 einen schematischen Querschnitt zur Erläuterung des prizipiellen Aufbaus einer Vorrichtung zum genauen Schneiden eines Kristalls in einer seiner Ebenen,F i g. 1 shows a schematic cross section to explain the basic structure of a device for precise cutting of a crystal in one of its planes,

F i g. 2 einen schematischen Vertikalschnitt der Vorrichtung nach Fig. 1,F i g. 2 shows a schematic vertical section of the device according to FIG. 1,

F i g. 3 eine Frontansicht zur Darstellung des äußeren Aufbaus einer Vorrichtung zum genauen Schneiden eines Kristalls undF i g. 3 is a front view showing the external structure of an apparatus in detail Cutting a crystal and

F i g. 4 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach F i g. 3.F i g. 4 shows a side view of the device according to FIG. 3.

In der Quer- und Vertikaldarstellung der F i g. 1 und 2 sind eine Kristallhalterung und ein Gerät zur Identifizierung der Orientierung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum genauen Schneiden eines Kristalls in einer seiner Ebenen schematisch dargestellt. Gemäß F i g. 1 und 2 ist ein Kristall S an einem Probenhalterungsblock 6 montiert, der an einem äußersten Endabschnitt einer Kristallhalterung ß aneeordnet ist.In the transverse and vertical representation of FIG. 1 and 2, a crystal holder and a device for identifying the orientation of a device according to the invention for precisely cutting a crystal in one of its planes are shown schematically. According to FIG. 1 and 2, a crystal S is mounted on a sample holder block 6 which is arranged at an extreme end portion of a crystal holder β.

Der Kristall S wird von einer Einrichtung C zur Identifizierung der Orientierung, die einen Röntgcnkollimator und ein Proportionalzählrohr 22 umfaßt, auf eine bestimmte Orientierung eingestellt. Danach wird die gesamte Kristallhalterung ß aus der in F i g. 1 in gestrichelten Linien gezeigten Stellung um 90" in die Stellung gedreht, die in der gleichen Figur mit ausgezogenen Linien dargestellt ist. In dieser letzteren Stellung wird der Kristall S von einemThe crystal S is set to a specific orientation by a device C for identifying the orientation, which device comprises an X-ray collimator and a proportional counter tube 22. Then the entire crystal holder ß from the in F i g. 1 is rotated 90 "in the position shown in dashed lines to the position shown in the same figure with solid lines. In this latter position, the crystal S is of a

ίο Schneidgerät A geschnitten. Die Stellung des Schncidgeräts A bezüglich der Drehachse D der Idenlifizicrungseinrichtung C braucht nicht unbedingt, wie oben gesagt, um 90 versetzt sein.ίο Cutting device A cut. The position of the cutting device A with respect to the axis of rotation D of the identification device C does not necessarily have to be offset by 90, as stated above.

Fine derartige durch Drehung erfolgende Stcllungs-Fine such positioning that takes place by rotation

is änderung weist bei der Bewegung eine L'oringere Anzahl von Berührungsstelleri auf als die durch eine Gleitbewegung auf einer bewegbaren Führung erfolgende Stellungsändcrung nach dem Stand der Technik. Die erfindungsgemäß angewandte Vcr-Schwenkung hat daher den Vorteil, daß sie sanft ausgeführt werden kann. Um eine Kristallschnittfläche mit hoher Ebenheit zu erzielen, wurden über zehn Schneidgeräte geprüft, darunter solche mit Innenloch-Diamantsägen, solche mit Außen-Diamantsägen, mit Drahtsäge u. dgl. Dabei hat sich herausgestellt, daß die besten Ergebnisse hinsichtlich der Ebenheit der Schnittfläche mit einer Innenlochsäge erzielt werden.The change has a l'oringere when moving Number of contact plates than that made by sliding movement on a movable guide Change of position according to the state of the art. The Vcr pivot used according to the invention therefore has an advantage that it can be carried out smoothly. Around a crystal cut surface Over ten cutters were tested, including those with Inner hole diamond saws, those with outer diamond saws, with wire saws and the like. that the best results in terms of flatness of the cut surface with an inner diameter saw be achieved.

In diesem Fall ist es erforderlich, die Kantenfläche der Diamantsäge des Schneidgeräts A mit der Normfläche des Röntgenkollimators 17 der Identifizierungseinrichtung C in Koinzidenz zu bringen. Die Sägefläche 1 des Schneidgeräts A und die Schnittfläche 2 des Kristalls liegen gemäß F i g. 2 in der gleichen Ebene. Um nun den drehbaren Tisch um 90° zu drehen und die Schnittfläche 2 des Kristalls in eine feste Stellung zur Röntgenmessung zu bringen, ist es erforderlich, die Schnittfläche 2 aus der Ebene der Sägeflächc 1 herauszuführen und in die beabsichtigte feste Stellung um 90° zu drehen.In this case it is necessary to bring the edge surface of the diamond saw of the cutting device A into coincidence with the standard surface of the X-ray collimator 17 of the identification device C. The saw surface 1 of the cutting device A and the cut surface 2 of the crystal are as shown in FIG. 2 in the same level. In order to turn the rotatable table by 90 ° and to bring the cut surface 2 of the crystal into a fixed position for X-ray measurement, it is necessary to guide the cut surface 2 out of the plane of the sawing surface 1 and to turn it into the intended fixed position by 90 ° .

Dabei muß die feste Ebene 3 (die Normflache des Röntgenkollimators 17 für die Röntgenbestrahlung) dieser festen Stellung so eingestellt sein, daß sie mit der Ebene der Sägefläche 1 zusammenfällt. Gleichzeitig ist es erforderlich, daß die Schnittfläche 2 stets in die feste Ebene 3 mit einem Fehler innerhalb 1 μ gebracht wird. Ferner muß die Sägefläche 1 immer in der gleichen Ebene wie die feste Ebene 3 liegen. Soll nun das durch wiederholtes Schneiden abgenutzte Messer durch ein neues ersetzt werden, so muß die Kantenfläche des neuen Messers in der gleichen Euene wie die feste Ebene 3 mit einem Fehler innerhalb 1 μ befestigt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum genauen Schneiden eines Kristalls in einer seiner Ebenen löst diese Probleme.The fixed level 3 (the standard area of the X-ray collimator 17 for X-ray irradiation) this fixed position should be set so that it is with the plane of the saw surface 1 coincides. At the same time it is necessary that the cut surface 2 always is brought to fixed level 3 with an error within 1 μ. Furthermore, the saw surface 1 must always lie in the same plane as the fixed plane 3. Should now the worn by repeated cutting Knife is replaced by a new one, the edge surface of the new knife must be in the same Euene like the fixed level 3 can be attached with an error within 1 μ. The device according to the invention cutting a crystal precisely in one of its planes solves these problems.

Gemäß F i g. 3 und 4 wird eine Innenloch-Schneidscheibe 1' des Schneidgerätes A mit variabler Drehzahl innerhalb eines Bereichs von 2000 bis 4000 Ups über eine schnellaufende Spindel von einem Motor M angetrieben. Von einem Flüssigkeitsvorrat wird über ein Regelventil 3' und eine Düse 2' eine Schneidflüssigkeit (bzw. ein Schneidöl) zugeführt. Außerhalb der Schneidscheibe Γ ist ein Deckel 4 angeordnet, der verhindert, daß Schneidflüssigkeit und Schneidpulver verspritzt werden. Um den Schneidvorschub gleichmäßig und hochpräzis auszuführen, ist die gesamte Einheit des Kristallhalteningsarms ß mittels einer Schraubeinspannung 14 mit Handgriff an einemAccording to FIG. 3 and 4, an inner hole cutting disk 1 'of the cutting device A is driven by a motor M with a variable speed within a range of 2000 to 4000 Ups via a high-speed spindle. A cutting fluid (or a cutting oil) is supplied from a fluid supply via a control valve 3 'and a nozzle 2'. A cover 4 is arranged outside the cutting disk Γ, which prevents cutting fluid and cutting powder from being splashed. In order to carry out the cutting feed evenly and with high precision, the entire unit of the crystal holding arm ß is attached to one by means of a screw clamp 14 with a handle

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AuflageEdition

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infolge Ausbauchung um gfriRgc F'araHditä; kSeiner a Stückeas a result of bulging around gfriRgc F'araHditä; k of his a pieces

Fortsetzungcontinuation

1010

Verfahren zur Messung der Fehler der Zur Messung l'ehler b/\v. i'.usammenarh \'or- und Nachteile Orientierung Schnitt- der Orien- Brauchbarkeit bei m. Schneidorientierung rung erforder- der Probe gerat liehen ZeilProcedure for measuring the error of To measure l'error b / \ v. i'.together pros and cons Orientation cut- the orien- usefulness with m. Cutting orientation The required sample is borrowed from the line

Optisches VerfahrenOptical process

natürliches Aussehen ±natural appearance ±

ÄtzmusterEtching pattern

±1± 1

Konoskop-Figuren irO.5Conoscope figures irO.5

Vlechanisches VerfahrenVlechanical process

zusammengedrücktes ± 5 bis Muster infolge plastischer Verformung usw. elwa 30 Min. kein Fehler teilweisecompressed ± 5 bis pattern due to plastic deformation etc. el about 30 min. no error in part

etwa 20 Min. zerstörend vorhanden
(insbesondere
bei dünnen
Mustern)Destructive present for about 20 minutes
(in particular
with thin ones
Inspect)

etwa 30 Min. kein Fehler teilweiseabout 30 min. no error partially

zerstörend nicht vorhanden destructive not available

Erfindungsgemäßes kleiner als 2 bis 3 Mir. kein Fehler integriertAccording to the invention less than 2 to 3 Mir. no error integrated

Verfahren 0,0i (etwaMethod 0.0i (approx

0,1 mrad) praktisch und einfach Tür Kristalle mit gut entwickelten Flächen0.1 mrad) practical and easy door crystals with well developed Surfaces

erfordert Sammlung detaillierter Daten zwischen Kristallorientierungsfläche und Ätzmusterrequires collection of detailed data between crystal orientation surfaces and etching patterns

anwendbar nur bei speziellen Kristallen mit optischer Anisotropieapplicable only to special crystals with optical anisotropy

Zerstörung der Probe, schlechte Genauigkeit der OrientierungDestruction of the sample, poor orientation accuracy

integrierter Aufbau der Schneideinrichtung mit der Orientierungs-Meßeinrichtung gestatte Schneiden mit fester Orientierung und hoher Genauigkeit in kurzer ZeitIntegrated structure of the cutting device with the orientation measuring device allow cutting with a fixed orientation and high accuracy in short time

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. A device for precisely cutting a crystal in one of its planes, with a crystal aging, a device for identifying the crystal orientation by means of X-rays and a crystal cutting device which has a sawing surface for cutting the crystal in a predetermined orientation, characterized in that the crystal holder (6) is attached to an arm pivotable between the device (C) for identifying the crystal orientation and the crystal cutting device (A) and that the sawing surface (1) of the cutting device (A) and the standard surface for the X-ray irradiation of the device (C) to identify the crystal orientation are adjustable on the same plane with respect to the crystal holder (6).

2. Device according to claim 1, characterized in that that the device (C) for identifying the crystal orientation is an X-ray collimator (17) and a counter tube (22), which are adjustable so that they are with the specific Crystal plane form the Bragg reflection angle.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the crystal cutting device (A) comprises an inner hole diamond saw.