DE2800340C2 - Adjustment device, in particular for optical measurements - Google Patents
Adjustment device, in particular for optical measurementsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einstellvorrichtung, insbesondere für optische Messungen, mit einer Grundplatte, Querfedergelenken, Blattfedern, einarmigen Hebe!n, einem Objekttisch, Kopplungsgliedern sowie einer Spiralfeder. The invention relates to an adjusting device, in particular for optical measurements, with a base plate, Transverse spring joints, leaf springs, one-armed lifting devices, an object table, coupling links and a spiral spring.
Bekanntlich vergrößern sich die Anforderungen an Einstellvorrichtungen der genannten Art vor allem dann, wenn sie eine geradlinige Einstellung garantieren sollen, auf vielen Gebieten der Technik ständig, insbesondere aber in der optischen Meßtechnik im Zusammenhang mit der Anwendung von Lasern, beispielsweise in der Memoryforschung, Laser-Interferometrie, optischen Datenübertragung und Datenverarbeitung, Holographie, integrierten Optik u. dgl. Die hier gestellten Anforderungen an den Genauigkeitsgrad einer geradlinigen Verstellung oder Verschiebung und damit an die Meßgenauigkeit können von der bekannten Einrichtung (DE-AS 10 92 685) nicht erfüllt werden. Auch auf dem Gebiet der elektronischen Mikrotechnik sind zahlreiche meßtechnische, ein hohes Maß an Genauigkeit bei der Verstellung bzw. Einstellung von Körpern erfordernde Aufgaben entstanden. Hierfür werden Einstellvorrichtungen benötigt, die eine der Wellenlänge des Lichtes vergleichbare Meßauflösung und Meßgenauigkeit haben müssen. Dazu kommt, daß während des Vorgangs nicht nur Einstellungen als solche durchzuführen sind, sondern auch eine sichere Ablesemöglichkeit der Einstellposition mit großer Auflösung und Genauigkeit innerhalb des gesamten Meßgebietes verlangt wird. Mit zunehmender Größe des Meßgebietes werden über den gesamten Meßbereich exakt geradlinige, translatorische Bewegungen verlangt, und zwar insbesondere dann, wenn die Messungen in verschiedenen, voneinander unabhängigen Translationseinrichtungen durchgeführt werden müssen und die Winkellage des zu bewegenden Gegenstandes Einfluß auf die zu messenden physikalischen Parameter hat, so beispielsweise wenn be' einem Material die Drehung der Polarisationsebene des durchgehenden Lichtstrahls in Abhängigkeit von dem zu prüfenden Ort untersucht wird.As is well known, the requirements for setting devices of the type mentioned increase above all then, if they are to guarantee a straight line setting, constantly in many areas of technology, in particular but in optical metrology in connection with the use of lasers, for example in memory research, laser interferometry, optical data transmission and data processing, holography, integrated optics and the like. The requirements placed here on the degree of accuracy of a straight line Adjustment or displacement and thus the measurement accuracy can be from the known device (DE-AS 10 92 685) cannot be met. There are also numerous in the field of electronic microtechnology metrological, requiring a high degree of accuracy in the adjustment or setting of bodies Tasks arose. This requires setting devices that adjust one of the wavelengths of light must have comparable measurement resolution and measurement accuracy. In addition, during the process Not only are settings to be carried out as such, but also a reliable way of reading the setting position with high resolution and accuracy within the entire measurement area is required. With As the size of the measuring area increases, exactly straight, translational ones are used over the entire measuring area Movements are required, especially when the measurements are in different, mutually independent Translation devices must be carried out and the angular position of the to be moved The object has an influence on the physical parameters to be measured, for example if be 'an Material is the rotation of the plane of polarization of the light beam passing through as a function of the material under test Location is investigated.
Schließlich sollen die Abmessungen einer Einstellvorrichtung der genannten Axt möglichst klein sein, um die Verwendung des Gerätes auch dort zu ermöglichen, wo nur wenig Platz zur Verfügung steht.Finally, the dimensions of an adjustment device of the ax mentioned should be as small as possible in order to achieve the To enable the device to be used even where there is little space available.
Die bekannte Vorrichtung der gattungsgemäßen Art weist einen Kreuztisch für Mikroskope auf, dessen Einstellung nicht durch geradlinige Bewegungen erreicht wird. Vielmehr führt der zu positionierende Gegenstand während des Einstellvorganges eine Drehung um eine Achse aus sowie eine transiatorische Verschiebung entlang einer Kurve, welche durch eine Parabel zweiter Ordnung näherungsweise beschrieben werden kann, und deren Achse parallel zu der genannten Drehachse verläuft Die Drehung des einzustellenden Gegenstandes um diese Drehachse wird durch Kreüzfedergelenke bewirkt, während die parallele Verschiebung längs der parabolischen Kurve durch Blattfederparallelogramme erreicht wird. Ein beliebiger Punkt am einzustellenden Gegenstand führt demzufolge eine Kreisbogenbewegung um die genannte Drehachse und eine Bewegungslänge einer Parabel zweiter Ordnung aus, wobei diese Parabel in einer Ebene senkrecht zur Ebene des Kreisbogens liegt. Dies bedeutet, daß mit der bekannten Vorrichtung noch nicht einma! eine in einer einzigen Ebene stattfindende Einstellung durchgeführt werden kann, so daß diese Vorrichtung überhaupt nur für die Fälle verwendbar ist, in denen es sowohl auf die Winkellage des zu prüfenden Gegenstandes nicht ankommt, als auch der Gegenstand nur sehr geringe Bewegungen ausführt, so daß sowohl die Abweichung aus der Bewegungsebene als auch vom Kreisbogen sehr klein ist, weshalb die Krümmung des letzteren vernachlässigbar ist. Eine andere bekannte Einstellvorrichtung (CH-PS 3 79 149) dient zur Bewegung bzw. Führung von Mikroskoptischen, wobei die Ablesemöglichkeit der Position bei der Scharfeinstellung des Mikroskops naturgemäß in den Hintergrund tritt, so daß bereits aus diesem Grunde mit der bekannten Anordnung meßtechnische Positionierungsaufgaben nicht erfüllt werden können.The known device of the generic type has a cross table for microscopes, the setting of which is not achieved by straight-line movements. Rather, the object to be positioned leads During the adjustment process, a rotation around an axis and a transient shift along it a curve which can be approximately described by a parabola of the second order, and the axis of which is parallel to said axis of rotation. The rotation of the object to be set around this axis of rotation is effected by cross spring joints, while the parallel displacement along the parabolic curve is achieved by leaf spring parallelograms. Any point on to be set The object consequently performs a circular arc movement around said axis of rotation and a movement length a parabola of the second order, this parabola in a plane perpendicular to the plane of the circular arc lies. This means that with the known device not once! one in a single plane Adjustment taking place can be carried out, so that this device can only be used for the cases at all in which both the angular position of the object to be tested is irrelevant and the object only makes very small movements, so that both the deviation from the plane of movement as well as the arc of a circle is very small, which is why the curvature of the latter is negligible. Another known adjustment device (CH-PS 3 79 149) is used to move or guide microscope stages, the ability to read the position when focusing the microscope naturally in the Background occurs, so that for this reason, with the known arrangement, metrological positioning tasks cannot be met.
Des weiteren ist eine Vorrichtung zur Parallelführung eines beweglichen Apparateteils in bezug auf einen feststehenden Teil bekannt (DE-PS 11 36 555), die jedoch nur eine Bewegung auf einer parallelen parabolischen Bahn ermöglicht, also keine geradlinige Bewegung. Außerdem besitzt diese Vorrichtung keine Möglichkeit der Positionsbestimmung und ist auch zur Feineinstellung der Bewegung nicht geeignet.Furthermore, there is a device for the parallel guidance of a movable apparatus part with respect to a stationary one Part known (DE-PS 11 36 555), but only one movement on a parallel parabolic Path enables, so no straight-line movement. In addition, this device has no possibility of Position determination and is also not suitable for fine adjustment of the movement.
Schließlich ist eine Tischeinstellvorrichtung bekannt (DE-OS 24 40 088), die aber für eine geradlinige genaue Einstellung ebenfalls ungeeignet ist, da sie mit gebogenen Blattfedern versehen ist, die während der Einstellung aufgrund der asymmetrischen Verformungen, denen sie unterworfen werden, keine konstante Federkennlinie aufweisen können. Darüber hinaus ist bei dieser Art der Feineinstellung aufwendige elektromagnetische Steuervorrichtung für die Tischbewegung erfor-Finally, a table setting device is known (DE-OS 24 40 088), but which is accurate for a straight line Adjustment is also unsuitable, as it is provided with curved leaf springs, which during the adjustment due to the asymmetrical deformations to which they are subjected, no constant spring characteristic can have. In addition, this type of fine adjustment is expensive electromagnetic Control device for the table movement
28 OO 34028 OO 340
derlich.so.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, die Einstellvorrichtung der genannten Art so auszubilden, daß sie im Vergleich zu der bekannten Vorrichtung eine um eine Größenordnung höhere Meß- und Reproduktionsgenauigkeit aufweist, wobei eine absolut geradlinige Einstellung ermöglicht wird und außerdem die Einstellposition einwandfrei abgelesen werden kann.The object of the invention is therefore to design the adjustment device of the type mentioned so that that they have an order of magnitude higher measurement and reproduction accuracy compared to the known device has, whereby an absolutely straight-line setting is made possible and also the setting position can be read perfectly.
Diese Aufgabe wird in besonders vorteilhafter Weise dadurch gelöst, csß zwischen der Grundplatte und dem Objekttisch ein Ausgleichsglied vorgesehen ist, welches mittels zweier Blattfedern an je einen Ansatz der Grundplatte und mittels zweier weiterer Blattfedern an dem Träger des Objekttisches angeschlossen ist, daß ferner an je einem weiteren Ansatz der Grundplatte durch je ein Querfedergelenk je ein einarmiger Hebel angeschlossen ist, wobei der erste einarmige Hebel durch das erste Koppiungsglied an dem Halter des Objekttisches und der zweite einarmige Hebel durch das zweite Koppiungsglied an dem ersten einarmigen Hebel angeschlossen ist, und daß eine an einem weiteren Ansatz der Grundpiaite befestigte Mikrornctcrschraube mit dem zweiten einarmigen Hebel in Berühnn:g stehtThis object is achieved in a particularly advantageous manner, csß between the base plate and the Object table a compensating member is provided, which by means of two leaf springs to each one approach of the Base plate and is connected to the support of the stage by means of two further leaf springs that furthermore, a one-armed lever each on a further approach of the base plate by a transverse spring joint is connected, wherein the first one-armed lever by the first Koppiungs member on the holder of the stage and the second one-armed lever by the second coupling link on the first one-armed lever is connected, and that a micrometer screw attached to a further approach of the Grundpiaite with the second one-armed lever in contact: g stands
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die beiden einarmigen Hebel rahmenförmig ausgebildet sein, der zweite einarmige Hebel nur den Halter des Objekttisches und der erste einarmige Hebel den Halter des Objekttisches und das Ausgleichsglied umfassen, und zwischen dem Halter des Objekttisches und einem weiteren Ansatz der Grundplatte kann eine Spiralfeder vorgesehen sein, die zwischen den beiden einarmigen Hebeln angeordnet ist.According to an advantageous embodiment of the invention The two one-armed levers can be designed in the shape of a frame, the second one-armed lever only the holder of the stage and the first one-armed lever comprise the holder of the stage and the balance member, and between the holder of the stage and a further approach to the base plate, a spiral spring can be provided between the two one-armed levers is arranged.
Diese Konstruktion besitzt die folgenden vorteilhaften Eigenschaften. Sie beseitigt die für die Gleit- und Rollführungen kennzeichnende unzureichende, weil ruckartige Gleiteigenschaft sowie die Reproduktionsungenauigkeiten, die sich aus Abnutzung und Verunreinigung ergeben, wodurch eine um eine Größenordnung höhere Reproduktionsgenauigkeit erreicht werden kann. Des weiteren ist die zur Einstellung verwendete Mikrometerschraube über eine gewählte Obersetzung indirekt an den Objekttisch angeschlossen, wodurch die Teilung der Einstellungsskala um eine Größenordnung feiner gewählt v/erden kann. Darüber hinaus benötigen die Führungen keine Schmierung, so daß der Anwendungsbereich des Gerätes größer, seine Wartung einfacher und seine Verschmutzungsgefahr geringer sind und das Geiät beispielsweise auch in Vakuumeinrichtungen verwendet werden kann. Schließlich läßt sich die Einrichtung mit relativ einfachen technischen Mitteln wirtschaftlich herstellen.This construction has the following advantageous properties. It eliminates the need for sliding and Inadequate, jerky sliding properties characterizing roller guides as well as the reproduction inaccuracies, resulting from wear and tear and contamination, adding an order of magnitude higher reproduction accuracy can be achieved. Furthermore is the one used for setting The micrometer screw is indirectly connected to the specimen stage via a selected translation, whereby the Division of the setting scale can be selected to be an order of magnitude finer. They also need the guides do not have any lubrication, so that the scope of the device is larger, its maintenance easier and its risk of contamination is lower and the device is also used in vacuum systems, for example can be used. Finally, the device can be economical with relatively simple technical means produce.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigenThe invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawing explained. Show in the drawing
Fig. 1 + la cine teilweise im Schnitt dargestellte bekannte, mit prismatischer Gleitführung versehene Einstellvorrichtung und deren Querschnitt,Fig. 1 + la cine partially shown in section known, Adjusting device with prismatic sliding guide and its cross-section,
F i g. 2 + 2a eine andere bekannte, teilweise geschnittene Einstellvorrichtung mit einer Kugclrollbahnführung und deren Querschnitt,F i g. 2 + 2a another known, partially sectioned adjustment device with a ball roller track guide and their cross-section,
F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel einer geradlinigen Einstellvorrichtung,F i g. 3 shows an embodiment of a rectilinear adjustment device,
F i g. 4 eine Querschnittansicht des ersten einarmigen Hebels der F i g. 3 undF i g. FIG. 4 is a cross-sectional view of the first one-armed lever of FIG. 3 and
Fig. 5 eine Querschnittansicht des zweiten einarmigen Hebels der Fig. 3Fig. 5 is a cross-sectional view of the second one-armed Lever of FIG. 3
In den F i g. 1 und la. die die bekannte mit prismatischer Gleitführung versehene Einstellvorrichtung darstellen, ist der Objekttisch 1 mittels der Führung 2 an die Grundplatte 3 angeschlossen. Die Bewegung des Objekttisches wird durch eine an der Grundplatte 3 befestigte Mikrometerschraube (Feineinstellschraube) 4 gesichert Die zur Bewegung dienende Mikrometerschraube 4 ist in die in der Bohrung des Objekttisches 1 und der Grundplatte 3 angeordnete geschlitzte Hülse eingepaßt und durch diese Hülse mittels der Feststellschraube 7 an die Grundplatte 3 befestigt. Die Antriebsschraube 8 der Mikrometerschraube 4 ist mittels des Mitnehmerrings 5 mit dem Objekttisch 1 verbunden.In the F i g. 1 and la. which the known with prismatic Represent sliding guide provided adjustment device, the object table 1 by means of the guide 2 to the Base plate 3 connected. The movement of the stage is attached to the base plate 3 by a Micrometer screw (fine adjustment screw) 4 secured The micrometer screw used for movement 4 is in the arranged in the bore of the stage 1 and the base plate 3 slotted sleeve fitted and fastened to the base plate 3 by means of the locking screw 7 through this sleeve. The drive screw 8 of the micrometer screw 4 is connected to the object table 1 by means of the driver ring 5.
Bei der in den F i g. 2 und 2a dargestellten, mit der bekannten Wälzführung versehenen Einstellvorrichtung ist der Objekttisch 11 mittels der Wälzelemente 12 an die Grundplatte 13 angeschlossen. Die Bewegung des Objekttisches 11 wird durch die Mikrometerschraube 14 gesichert. Für die mit den bekannten Gleit- bzw. Rollführungen versehenen Einstellvorvichtungen ist die stockende Bewegung charakteristisch, derzufolge sie für genauere Messungen und Positionseinstellungen nicht verwendet werden können. Die -'■: Bewegung dienende Mikrcrneterschraube 14 ist uittir Zwischenführung der geschlitzten Hülse 16 auch hier an dem Objekttisch 11 und der Grundplatte 13 mittels der Feststellschraube 17 befestigt. Die Antriebsschraube 18 der Mikrometerschraube 14 ist auf die auch in F i g. 1 dargestellte Weise mit Hilfe des Mitnehmerringes 15 mit dem Objekttisch 11 verbunden.In the case of the FIGS. 2 and 2a, the setting device provided with the known roller guide, the object table 11 is connected to the base plate 13 by means of the roller elements 12. The movement of the stage 11 is secured by the micrometer screw 14. The stopping movement is characteristic of the adjustment devices provided with the known sliding or rolling guides, as a result of which they cannot be used for more precise measurements and position adjustments. The - '■: movement serving Mikrcrneterschraube 14 is 16 to the object table 11 and the base plate 13 is fixed uittir intermediate guide of the slotted sleeve also here by means of the locking screw 17th The drive screw 18 of the micrometer screw 14 is also shown in FIG. 1 connected to the object table 11 with the aid of the driver ring 15.
Die F i g. 3, 4 und 5 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Einstellvorrichtung. Auf der Grundpiaite 21 der Vorrichtung sind senkrecht vorstehende Ansätze 35,36, 37, 38 und 39 vorgesehen. An den ersten Ansatz 35 und an den zweiten Ansatz 36 ist jeweils das eine Ende der beiden Blattfedern 22 befestigt, an deren beide anderen Enden das auf einer Parabelbahn sich bewegende Ausgleichsglied 23 angeschlossen ist.The F i g. 3, 4 and 5 show an embodiment of the adjustment device. On the Grundpiaite 21 the Device are vertically protruding lugs 35, 36, 37, 38 and 39 are provided. At the first approach 35 and one end of the two leaf springs 22 is fastened to the second extension 36, and to the other two of them Ends the compensating member 23 moving on a parabolic path is connected.
Das eine Ende der Blattfedern 26 ist an dem Ausgleichsglied 23, das andere Ende in dem geradegeführten Träger 25 befestigt, an dem der die zu messende und positionsmäßig einzustellende Einheit tragende Objekttisch 24 befestigt ist. Der Mitnehmerpunkt A ist mittels der blattfeder 33 durch eine aus reibungs- und spielfreien querstehenden Blattfedern geeigneter geometrischer Anordnung bestehende, an dem Ansatz 38 der Grundplatte 21 an dem Querfedergelenk 31 aufgehängte, einen zweiten einarmigen Hebel 32 bildende Bewegungsstange an dem Träger 25 angeschlossen. Der zweite Bewegungshebel 32 der ebenfalls rahmenförmig ausgeführt ist, umfaßt mit seiner Öffnung den Träger 25.One end of the leaf springs 26 is fastened to the compensating member 23, the other end in the straight-guided carrier 25 to which the object table 24 carrying the unit to be measured and positioned is fastened. The driver point A is connected to the carrier 25 by means of the leaf spring 33 through a movement rod which consists of frictionless and play-free transverse leaf springs of suitable geometrical arrangement, is suspended from the extension 38 of the base plate 21 on the transverse spring joint 31 and forms a second one-armed lever 32. The second movement lever 32, which is also designed in the shape of a frame, encompasses the carrier 25 with its opening.
Der Angriffspunkt B des zweiten Bewegungshebels 32 ist über eine mit Blattfedern versehene Druckstange 30 an den Mitnehmerpunkt C des mit einer aus reibungs- und spielfreien, querstehenden Blattfedern geeignete geometrischer Anordnung versehen und an dem Ansatz 37 der Grundplatte 21 an das Querfedergelenk 27 aufgehängte^ ersten Bewegungshebds 28 angeschlossen. Die rahmenförmige Öffnung des ersten Bewegungshebels 2? umfaßt den Träger 25 und das Ausgleichsglied 23. An den Angriffspunkt D des ersten Bcwegungshebels 28 .st die an den zweiten Ansatz 36 der Grundplatte 21 befestigte, zur Bewegung dienende Mikrometerschraube 29 angeschlossen. Die konstante, spielfreie Verbindung zwischen dem ersten Bewegungshebel 28 und der zur Bewegung dienenden Mikrometer- schraube 29 wird durch die an den fünften Ansatz 39 der Grundplatte 21 angeschlossene Spiralfeder 32 gesichert. Die Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels der Einstellvorrichtung ist folgende:The point of application B of the second movement lever 32 is provided with a pressure rod 30 provided with leaf springs to the driver point C of the geometrical arrangement suitable from frictionless and play-free, transverse leaf springs and is suspended from the extension 37 of the base plate 21 on the transverse spring joint 27 ^ first movement lever 28 connected. The frame-shaped opening of the first movement lever 2? comprises the carrier 25 and the compensating member 23. The micrometer screw 29, which is attached to the second extension 36 of the base plate 21 and is used for movement, is connected to the point of application D of the first movement lever 28. The constant, play-free connection between the first movement lever 28 and the micrometer screw 29 used for movement is secured by the spiral spring 32 connected to the fifth extension 39 of the base plate 21. The mode of operation of the exemplary embodiment of the setting device is as follows:
28 OO28 OO
Die Grundplatte 21 wird an dem Ständer befestigt. Das im Vergleich zum Ständer zu messende bzw. einzustellende Element, z. B. ein optischer Spiegel, wird an dem Objekttisch 24 befestigt. Die momentane Position des einzustellenden bzw. zu messenden Elementes kann auf der Skala der Mikrometerschraube 29 kontinuierlich dadurch abgelesen werden, daß die abgelesenen Bewegungswerte der Mikrometerschraube 29 im Verhältnis der Übersetzung des ersten Bewegungshebels 28 und des zweiten Bewegungshebels 32 vermindert werden. Ist die Übersetzung dieses Systems beispielsweise m = 10, so entspricht eine Bewegung der Mikrometerschraube 29 mit einer Grundteilung von 0,01 mm einer Bewegung des Objekttisches von 0,001 mm. Die auf die Grundplatte 21 bezogen geradlinige elastische Führung des Objekttisches 24 ist dadurch gesichert, daß auf den an dem ersten Ansatz 35 sowie dem zweiten Ansatz 36 der Grundplatte 21 befestigten Blattfedern 22 das sich auf einer parabolischen Bahn bewegende Ausgleichglied 23 aufgehängt ist, an welches die Blattfedern 26 und an diese der Träger 25 befestigt sind.The base plate 21 is attached to the stand. The one to be measured or set in comparison to the stand Element, e.g. B. an optical mirror is attached to the stage 24. The current position of the element to be set or measured can be continuously displayed on the micrometer screw 29 scale be read by the fact that the read movement values of the micrometer screw 29 in relation the translation of the first movement lever 28 and the second movement lever 32 can be reduced. If the translation of this system is, for example, m = 10, then one movement of the micrometer screw corresponds 29 with a basic division of 0.01 mm and a movement of the object table of 0.001 mm. The ones on the Base plate 21 related straight elastic guidance of the object table 24 is secured in that on the on the first extension 35 and the second extension 36 of the base plate 21 attached leaf springs 22 the itself is suspended on a parabolic path moving compensation member 23, on which the leaf springs 26 and to this the carrier 25 are attached.
Das so angeordnete Ausgleichsglied 23 und der Träger 25 bewegen sich entlang von im Vergleich zueinander um 180° gedrehten gleiche parabolischen Bahnen. Als Resultante der beiden Bewegungen bewegt sich der Träger 25 im Vergleich zur Grundplatte 21 auf einer geradlinigen Bahn.The compensating member 23 arranged in this way and the carrier 25 move along in comparison to each other parabolic orbits rotated by 180 °. As a result of the two movements, the moves Carrier 25 in comparison to the base plate 21 on a straight path.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
3030th
4040
4545
5050
5555
6060
Claims (2)
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| DE19782800340 DE2800340C2 (en) | 1978-01-04 | 1978-01-04 | Adjustment device, in particular for optical measurements |
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| DE19782800340 DE2800340C2 (en) | 1978-01-04 | 1978-01-04 | Adjustment device, in particular for optical measurements |
Publications (2)
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Family Applications (1)
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- 1978-01-04 DE DE19782800340 patent/DE2800340C2/en not_active Expired
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