DE3686895T3

DE3686895T3 - Vorrichtung für Feinverstellung.

Info

Publication number: DE3686895T3
Application number: DE3686895T
Authority: DE
Inventors: Yotaro Hatamura; Kozo Ono
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1985-03-11
Filing date: 1986-03-10
Publication date: 2000-10-05
Anticipated expiration: 2006-03-11
Also published as: US4686440A; DE3686895T2; EP0195479A3; EP0195479A2; EP0195479B1; DE3686895D1; EP0195479B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Feineinstellungsvorrichtung mit mindestens zwei symmetrisch parallelen oder symmetrisch radialen Verschiebungseinrichtungen mit flexiblen Trägern.
Auf verschiedenen Bereichen der Technologie gibt es seit kürzerer Zeit eine starke Nachfrage nach Vorrichtungen, die eine genaue Einstellung von Verschiebungen im Mikrometerbereich ermöglichen. Als ein typischer technischer Bereich könnten Vorrichtungen für die Halbleiterfertigung aufgezeigt werden, die in den Fertigungsverfahren für LSI (large-scale integrated circuits: Schaltkreise mit hohem Integrationsgrad) und Schaltkreisen mit sehr hohem Integrationsgrad angewendet werden, wie z. B. Maskenausrichter, Elektronenstrahlschreiber und dergleichen. In diesen Vorrichtungen ist es notwendig, eine Feineinstellung im Mikrometerbereich zu erzielen. Der Integrationsgrad wird erhöht und Produkte mit höherer Genauigkeit können hergestellt werden, wenn die Positionierungsgenauigkeit verbessert wird. Derartige Feineinstellungen sind nicht nur in den oben beschriebenen Halbleiterfertigungsvorrichtungen, sondern auch für eine Vielzahl von optischen Vorrichtungen mit hoher Vergrößerung, angeführt von Elektronenmikroskopen und dergleichen, erforderlich. Die verbesserte Genauigkeit trägt wesentlich zu der Entwicklung von fortschrittlichen Technologien bei, wie z. B. der Biotechnologie, Raumfahrtentwicklungen usw.
Als derartige Feineinstellungsvorrichtungen sind bereits zuvor eine Reihe von Vorrichtungen vorgeschlagen worden, wie z. B. aus der DE 83 22 667 U oder einem japanischen Magazin, "Kikai Sekkei (Machine Designing)", 27, Nr. 1, 32-36, Januar 1983, bekannt. Unter diesen Feineinstellungsvorrichtungen werden die als hervorragend angesehen, die von parallelen Federn und Feineinstellungsantrieben für genaue Bewegungen Gebrauch machen, weil sie unter anderem keine schwerfälligen Verschiebungsuntersetzungseinrichtungen erfordern und ihre Konstruktionen einfach sind. Im folgenden wird eine Feineinstellungsvorrichtung der obigen Art nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben.
Die Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer konventionellen Feineinstellungsvorrichtung, in welcher ein Auflagetisch 1, planare parallele Federn 2a, 2b, die parallel zueinander auf dem Auflagetisch 1 befestigt sind, und ein Feineinstellungstisch 3 dargestellt sind, der auf den parallelen Federn 2a, 2b getragen wird und einen hohen Grad an Steifigkeit aufweist. Mit dem Bezugszeichen 4 ist ein Feineinstellungsantrieb bezeichnet, der zwischen dem Auflagetisch 1 und dem Tisch 3 für genaue Bewegungen montiert ist. Der Feineinstellungsantrieb 4 macht von einem piezoelektrischen Element sowie einem elektromagnetischen Solenoid oder dergleichen Gebrauch, welches erregt wird, um entlang der x-Achse des in der Figur dargestellten Koordinatensystems an den Tisch 3 eine Kraft anzulegen.
Die parallelen Federn 2a, 2b weisen aufgrund ihrer Konstruktion in der Richtung der x-Achse eine geringe Steifigkeit, jedoch in der Richtung der z-Achse und in der Richtung der y-Achse (nämlich in der Richtung senkrecht zu dem Zeichnungsblatt) eine hohe Steifigkeit auf. Wenn der Feineinstellungsantrieb 4 erregt ist, unterliegt der Tisch 3 folglich praktisch nur einer Verschiebung entlang der x-Achse, und es findet im wesentlichen keine Verschiebung in den anderen Richtungen statt.
Die Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen konventionellen Feineinstellungsvorrichtung, welche sich leicht aus den Vorrichtungen entnehmen läßt, die in dem oben angegebenen Magazin beispielhaft offenbart sind. In der Figur sind eine Auflageplatte 6, ein Paar planare parallele Federn 7a, 7b, die parallel zu einander an dem Auflagetisch 6 befestigt sind, ein mittlerer Tisch 8, der auf den parallelen Federn 7a, 7b befestigt ist und einen hohen Grad an Steifigkeit aufweist, ein weiteres Paar von parallelen Federn 9a, 9b, die auf dem mittleren Tisch 8 befestigt sind und sich parallel zueinander in einer Richtung senkrecht zu den parallelen Federn 7a, 7b erstrecken, und ein Feineinstellungstisch 10 gezeigt, der auf den parallelen Federn 9a, 9b befestigt ist und einen hohen Grad an Steifigkeit aufweist. Wenn ein, wie in der Figur gezeigtes Koordinatensystem aufgebaut wird, sind die parallelen Federn 7a, 7b entlang der x-Achse angeordnet, während die parallelen Federn 9a, 9b entlang der y-Achse vorgesehen sind. Diese Struktur entspricht im Grunde einer Struktur, die durch Aufeinanderstapeln zweier Strukturen eine über der anderen zu erhalten ist, die jeweils von der gleichen Art wie die in Fig. 1 dargestellte einachsige Struktur (nur entlang der x-Achse verschiebbar) sind. Ein Pfeil Fx deutet eine Kraft an, die entlang der x-Achse an den Feineinstellungstisch 10 angelegt wird, während ein Pfeil Fy eine Kraft bezeichnet, die entlang der y-Achse an den mittleren Tisch 8 angelegt wird. Nicht dargestellte Stellglieder, die die Kräfte Fx, Fy anlegen können, sind jeweils zwischen dem Auflagetisch 6 und dem Feineinstellungstisch 10 und zwischen dem Auflagetisch 6 und dem mittleren Tisch 8 vorgesehen.
Wenn die Kraft Fx an den Feineinstellungstisch 10 angelegt wird, werden die parallelen Federn 9a, 9b deformiert. Da die parallelen Federn 7a, 7b eine hohe Steifigkeit gegen die Kraft Fx aufweisen, die entlang der x-Achse anliegt, kann der Feineinstellungstisch 10 praktisch nur eine Ver schiebung entlang der x-Achse ausführen. Wenn andererseits die Kraft Fy auf den mittleren Tisch 8 ausgeübt wird, werden die parallelen Federn 7a, 7b deformiert, und mittels der parallelen Federn 9a, 9b wird der Feineinstellungstisch 10 praktisch nur entlang der y-Achse verschoben. Wenn beide Kräfte Fx, Fy zur gleichen Zeit angelegt werden, werden die parallelen Federn 7a, 7b, 9a, 9b gleichzeitig deformiert. Entsprechend wird der Feineinstellungstisch 10 zweidimensional verschoben.
Wie oben beschrieben, kann die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung eine Einstellung entlang zweier Achsen durchführen, während die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung eine einachsige Einstellungsvorrichtung ist.
Die oben beschriebene konventionelle Vorrichtung, die mit der aus der DE 83 22 667 U bekannten Vorrichtung vergleichbar ist, wird jedoch von den folgenden Probleme begleitet.
(1) Der Feineinstellungsantrieb, der angepaßt ist, um die Kraft Fx zur Verfügung zu stellen, ist starr zwischen den Feineinstellungstisch 10 und den Auflagetisch 6 geschaltet. Wenn die Kraft Fy an den mittleren Tisch 8 über den nicht dargestellten Feineinstellungsantrieb angelegt wird, der starr zwischen den mittleren Tisch 8 und den Auflagetisch 6 geschaltet ist, wird der Feineinstellungstisch 10 folglich entlang der y-Achse verschoben. Das Auftreten dieser Verschiebung ergibt das Anlegen einer Kraft, welche senkrecht zu der Kraft Fx ist, an den Feineinstellungsantrieb, der mit dem Feineinstellungstisch 10 verbunden ist. Folglich ergibt sich eine Überlagerung bzw. Störung zwischen den Feineinstellungsantrieben. Im Ergebnis entwickelt sich ein Problem, das die Genauigkeit und Haltbarkeit der Einstellungsvorrichtungen widrig beeinflußt.
(2) Einige Detektoreinrichtungen können zusätzlich in die oben beschriebene Feineinstellungsvorrichtung eingebaut sein, wodurch gleichzeitig mit einer Einstellung eine aktuelle genaue Verschiebung festgestellt und die Genauigkeit des Einstellungsvorgangs zusätzlich auf der Grundlage der so gemessenen Daten verbessert wird. Hier entsteht durch das Problem (1) ein anderes Problem, daß nämlich eine Verschiebung in einer Richtung eine Verschiebungsdetektoreinrichtung für eine andere Richtung stört und folglich die Genauigkeit der Detektion in der letzteren Richtung verringert ist.
In jeder der Vorrichtungen, die in den jeweiligen Fig. 1 und 2 gezeigt sind, wird der Feineinstellungstisch 10 linear entlang der spezifischen Achse verschoben. Andererseits offenbart die japanische Patentveröffentlichung Nr. 50433/1982 eine Feineinstellungsvorrichtung, in welcher ein Feineinstellungstisch dazu veranlaßt wird, sich einer winkelförmigen Feinverstellung um eine spezifische Achse zu unterziehen. Diese Feineinstellungsvorrichtung, die mit der aus der DE 83 22 667 U bekannten Vorrichtung vergleichbar ist, wird als nächstes unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben.
Fig. 3 ist eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht einer konventionellen Feineinstellungsvorrichtung, die von genauen winkligen Verschiebungen Gebrauch macht. In der Figur bedeutet das Bezugszeichen 11 einen befestigten zentralen Abschnitt in Form einer zylindrischen Säule und die Bezugszeichen 11a, 11b, 11c benennen vertikale Schlitze, die in einem gleichförmigen Intervall entlang der Längsrichtung des fixen zentralen Abschnitts in der Umfangswand des befestigten zentralen Abschnitts gebildet sind. Dort sind auch eine ringförmige Stufe 12, die um den festen zentralen Abschnitt 11 beweglich vorgesehen ist, und U-förmige Metallteile 12a1-12a3, 12b1-12b3, 12c1-12c3 dargestellt, die fest an der Stufe 12 jeweils gegenüber den vertikalen Schlitzen 11a, 11b, 11c angeordnet sind. Durch das Bezugszeichen 13 werden Zweielementenkristall- bzw. bimorphe Zellen benannt, die zwischen den einzelnen vertikalen Schlitzen 11a, 11b, 11c und ihren entsprechenden U-förmigen Metallteilen 12a&sub1;-12c&sub3; montiert sind, während das Bezugszeichen 13a Sicken bzw. Spitzen (beads) andeutet, die auf den bimorphen Zellen 13 an Stellen befestigt sind, an denen die bimorphen Zellen 13 in ihre entsprechenden U-förmigen Metallteile 12a&sub1;-12c&sub3; eingreifen. Der feste zentrale Abschnitt 11, die Stufe 12 und die einzelnen U-förmigen Metallteile 12a&sub1;-12c&sub3; sind allesamt starr. Hier werden die oben aufgezeigten bimorphen Zellen 13 kurz unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben.
Die Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht einer der bimorphen Zellen 12a&sub1;-12c&sub3;. In der Figur sind piezoelektrische Elemente 13a, 13b und eine gemeinsame Elektrode 13c gezeigt, die zwischen den piezoelektrischen Elementen 13a, 13b vorgesehen ist. Die piezoelektrischen Elemente 13a, 13b sind starr mit der dazwischen angeordneten gemeinsamen Elektrode 13c zusammengeklebt bzw. verkittet. Mit den Bezugszeichen 13d, 13e sind Oberflächenelektroden benannt, die fest auf die jeweiligen piezoelektrischen Elemente 13a, 13b aufgebracht sind. Bei der obigen übereinander angeordneten, geschichteten oder doppellagigen Konstruktion werden, wenn eine Spannung mit einer solchen Polarität das piezoelektrische Element 13a dazu veranlaßt, sich zusammenzuziehen, zwischen der Oberflächenelektrode 13d und der gemeinsamen Elektrode 13c angelegt wird und zur gleichen Zeit eine andere Spannung mit einer solchen Polarität angelegt wird, daß das piezoelektrische Element 13b dazu veranlaßt wird, sich auszudehnen, die piezoelektrischen Elemente 13a, 13b jeweils dazu veranlaßt, sich in den durch Pfeile gezeigten Richtungen zusammenzuziehen und auszudehnen. Im Ergebnis wird die bimorphe Zelle 13, wie in der Figur gezeigt, als Ganzes deformiert. Im Hinblick auf diese Eigenschaft kann die bimorphe Zelle 13 vergli chen mit einem einzelnen piezoelektrischen Element einen größeren Verschiebungsgrad zur Verfügung stellen.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung sind die bimorphen Zellen 13, welche die oben beschriebenen Eigenschaften aufweisen, an ihren einen Enden in ihrem entsprechenden vertikalen Schlitz 11a, 11b, 11c befestigt, während die anderen Enden der bimorphen Zellen 13 als freie Enden verbleiben und über ihre jeweiligen Spitzen bzw. Sicken 13A mit den entsprechenden U-förmigen Metallteilen 12a&sub1;-12c&sub3; in Kontakt gehalten werden. Man nehme nun an, daß zweckmäßige Spannungen an die jeweiligen bimorphen Zellen 13 angelegt werden, so daß sie dazu veranlaßt werden, einer wie in Fig. 4 gezeigten Deformation zu unterliegen. Der Deformation der bimorphen Zellen 13 entsprechend unterliegt die Stufe 12 einer winkligen Verschiebung um den festen Zentralabschnitt 11. Wenn ein Feineinstellungstisch fest auf der Stufe 12 montiert ist, ist es möglich, den Feineinstellungstisch der winkligen Verschiebung zu unterziehen.
Bei der oben beschriebenen konventionellen Vorrichtung werden die U-förmigen Metallteile 12a&sub1;-12c&sub3; und ihre entsprechenden bimorphen Zellen 13 in gegenseitigem Kontakt gehalten. Infolge dieses konstruktiven Merkmals sind die bimorphen Zellen 13 montiert, während es ihnen ermöglicht wird, freie Deformationen durchzumachen. Dieses konstruktive Merkmal kann deshalb den bestehenden Nachteil (Überlagerung bzw. Störung) von Verschiebungen vermeiden, welche auftreten, wenn die bimorphen Zellen 13 an der Stufe 12 befestigt werden sollten. Jedoch ist die Konstruktion dieser konventionellen Vorrichtung sehr kompliziert. Darüber hinaus erfordert sie es, die Montage-Positionen der U-förmigen Metallelemente 12a&sub1;-12c&sub3; in präziser Lageausrichtung zu den Positionen der Enden der entsprechenden bimorphen Zellen 13 zu bestimmen. Die konventionelle Vorrichtung erfordert folglich einen extrem großen Arbeits aufwand und -zeit für ihre Herstellung. Zusätzlich darf der Kontakt zwischen jeder der bimorphen Zellen 13 und ihrem entsprechenden U-förmigen Metallteil nicht leicht sein. Wenn die bimorphen Zellen 13 deformiert werden, entwickeln sie folglich einen große Gleitwiderstand mit ihren entsprechenden U-förmigen Metallteilen. Dementsprechend verbleibt noch ein großer Überlagerungs- bzw. Störungsgrad.
Die konventionellen Feineinstellungsvorrichtungen, die in den jeweiligen Fig. 1, 2 und 3 gezeigt sind, sind allesamt von ihren oben aufgezeigten Problemen begleitet. Sie sind auch durch ein weiteres ernsthaftes Problem begleitet. Die Feineinstellungsvorrichtungen, die in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind, können nämlich nur für eindimensionale bzw. zweidimensionale Einstellungen benutzt werden. Sie können weder Verschiebungen entlang der z-Achse noch winklige Verschiebungen zu der x-, y- oder z-Achse erzeugen. Wendet man sich der in Fig. 3 gezeigten Feineinstellungsvorrichtung zu, kann diese weder Verschiebungen entlang der x-, y- oder z-Achse noch winklige Verschiebungen um eine der beiden anderen Achsen erzeugen. Es wäre nur machbar, aus diesen konventionellen Feineinstellungsvorrichtungen eine Feineinstellungsvorrichtung für drei Achsen in Erwägung zu ziehen, die Verschiebungen entlang der x-Achse und der y-Achse und eine Winkelverschiebung um die z-Achse herstellen kann, indem die Vorrichtungen nach Fig. 2 und nach Fig. 3 miteinander kombiniert werden, wie z. B. in der DE 83 22 677 U gezeigt. Es ist anzunehmen, daß es extrem schwierig ist, eine 4-Achsen- oder eine umfassendere Mehr-Achsen-Feineinstellungsvorrichtung auf der Grundlage derartiger konventioneller Vorrichtungen zu konstruieren. Auch wenn diese konventionellen Vorrichtungen in einer beliebigen Weise kombiniert werden, ist anzunehmen, daß das oben beschriebene Überlagerungs- bzw. Störungsproblem unvermeidlich ist, insbesondere, wenn die Anzahl der Achsen anwächst.
Im Hinblick auf das oben aufgeführte liegt der vorliegenden Erfindung als Aufgabe die Lösung der Probleme des oben beschriebenen Standes der Technik und gleichzeitig die Bereitstellung einer Feineinstellungsvorrichtung zugrunde, die das Auftreten von überlagerten Verschiebungen vermeiden kann, einen extrem hohen Genauigkeitsgrad aufweist und ihre Herstellung als eine größere Mehr-Achsen-Feineinstellungsvorrichtung vereinfacht.
Um die obige Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine Feineinstellungsvorrichtung gemäß dem Patentanspruch zur Verfügung.
Es wird bemerkt, daß die GB-A-775 043 eine Feineinstellungsvorrichtung mit einer parallelen Verschiebungseinrichtung mit flexiblen Trägern offenbart, die einen ersten und einen zweiten starren Abschnitt, die durch mehrere flexible Träger verbunden sind, und einen Feineinstellungsantrieb aufweist, der innerhalb der durch die flexiblen Träger und den ersten und zweiten starren Abschnitt umgebenden Bereich montiert ist. Jedoch bezieht sich die GB-A-775 043 nur auf eine Vorrichtung zur Feineinstellung für eine Achse.
Die Broschüre "Physik Instrumente. Das PI System" markiert "PZ8 6 84.3" herausgegeben von der Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. Waldbronn, Deutschland offenbart parallele Verschiebungseinrichtungen mit flexiblen Trägern mit innen angeordneten Betätigern. Diese Vorrichtungen sind in Reihe verbindbar offenbart, zeigen aber keine symmetrische Struktur.
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und dem anliegenden Anspruch in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen offensichtlich, in welchen sind:
die Fig. 1, 2 und 3 eine Seitenansicht, eine perspektivische Ansicht bzw. eine teilweise weggeschnittene perspektivische Ansicht einer konventionellen Feineinstellungsvorrichtung sind;
die Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer der bimorphen Zellen ist, die in der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung eingesetzt sind;
die Fig. 5 und 6 Seitenansichten einer Feineinstellungsvorrichtung nach einer ersten Ausführungsform sind;
die Fig. 7 und 8 Seitenansichten einer Feineinstellungsvorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform sind;
die Fig. 9(a) und 9(b) schematische Darstellungen sind, um Bezugszeichen zu erläutern, die für eine lineare Antriebseinheit und eine Winkelantriebseinheit verwendet werden;
die Fig. 10 eine perspektivische Ansicht einer Feineinstellungsvorrichtung nach einer dritten Ausführungsform ist;
die Fig. 11 eine perspektivische Ansicht einer Feineinstellungsvorrichtung nach einer vierten Ausführungsform ist;
die Fig. 12 und 13 Seitenansichten einer Feineinstellungsvorrichtung, enthalten in einer Ausführungsform dieser Erfindung sind;
die Fig. 14 und 15 Seitenansichten einer Feineinstellungsvorrichtung, enthalten in einer Ausführungsform dieser Erfindung sind;
die Fig. 16 eine schematische Darstellung ist, um die Arbeitsweise der in Fig. 14 dargestellten Vorrichtung zu beschreiben;
die Fig. 17 eine Seitenansicht einer Feineinstellungsvorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform ist;
die Fig. 18 eine perspektivische Ansicht einer Feineinstellungsvorrichtung nach einer Ausführungsform dieser Erfindung ist;
die Fig. 19(a) und 19(b) Drauf- und Seitenansichten einer Feineinstellungsvorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung sind;
die Fig. 20(a) und 20(b) perspektivische Ansichten einer Feineinstellungsvorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform sind;
die Fig. 21, 22, 23, 24 und 25 eine teilweise weggeschnittene perspektivische Ansicht, eine Teilquerschnitt- Draufsicht, Teilquerschnitt-Seitenansichten und eine vereinfachte Seitenansicht einer Feineinstellungsvorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung sind.
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden auf der Grundlage einiger der bevorzugten Ausführungsformen beschrieben, die beispielhaft in den begleitenden Zeichnungen gezeigt sind.
Fig. 5 ist eine Seitenansicht einer Feineinstellungsvorrichtung nach dem Stand der Technik.
In der Figur deuten die Bezugszeichen 15a, 15b starre Abschnitte an, die sich in der Zeichnung rechts und links befinden. Mit den Bezugszeichen 16, 16' sind parallele flexible Träger bezeichnet, welche planar sind, zwischen den starren Abschnitten 15a, 15b und einstückig mit diesen und parallel zueinander ausgebildet sind. Das Bezugszeichen 17 deutet ein Durchgangsloch an, das für die einstückige Ausbildung der parallel flexiblen Träger 16, 16' und der starren Abschnitte 15a, 15b gebohrt ist. Das Bezugszeichen 15a deutet eine Zunge an, die sich von dem starren Abschnitt 15a in das Durchgangsloch 17 erstreckt, während das Bezugszeichen 18b eine andere Zunge andeutet, die sich von dem starren Abschnitt 15b in das Durchgangsloch 17 ersteckt. Diese Zungen 18a, 18b sind in der vertikalen Richtung mit Abstand zwischen ihnen ausgerichtet, wie in der Figur zu sehen ist. Infolge der Bereitstellung der Zungen 18a, 18b nimmt das Durchgangsloch 17 eine quadratische S-artige Form ein. Mit dem Bezugszeichen 19 wird ein piezoelektrischer Stellantrieb bezeichnet, der fest zwischen den Zungen 18a, 18b angeordnet ist. Der piezoelektrische Stellantrieb 19 wird durch mehrere, stapelförmig übereinander angeordnete piezoelektrische Elemente konstruiert. Der piezoelektrische Stellantrieb 19 erzeugt Kräfte in einer Richtung senkrecht zu den entsprechenden Oberflächen der parallelen flexiblen Trägern 16, 16', so daß die parallelen flexiblen Träger 16, 16' veranlaßt werden, Biegedeformationen durchzumachen. Die Größe jeder Kraft, welche in den piezoelektrischen Stellantrieben 19 aufgebracht wird, kann durch Steuern der Spannung, die an den piezoelektrischen Stellantrieb 19 durch eine nicht dargestellte Vorrichtung angelegt wird, eingestellt werden. Das Bezugszeichen 20 deutet eine weitere starre Konstruktion an, welche den starren Abschnitt 15a trägt. Mit dem Bezugszeichen 21 sind Dehnungsmeßgeräte angedeutet, die angepaßt sind, um die Dehnungen nachzuweisen, die durch die parallelen flexiblen Träger 16, 16' erzeugt werden. Die Dehnungsmeßstreifen 21 sind an den Verbindungs punkten zwischen den parallelen flexiblen Trägern 16, 16' und den starren Abschnitten 15a, 15b vorgesehen.
Eine Verschiebungseinrichtung 22 mit parallelen flexiblen Trägern ist durch die starren Abschnitte 15a, 15b, die parallelen flexiblen Trägern 16, 16', die Zungen 18a, 18b und den piezoelektrischen Stellantrieb 19 konstruiert.
Als Normalachse für die Verschiebungseinrichtung 22 mit parallelen flexiblen Trägern ist eine Linie K angegeben, welche durch ein zentrales Teil des starren Abschnitts 15b hindurchläuft, sich in einem rechten Winkel relativ zu der Ebene erstreckt, in welcher die jeweiligen parallel flexiblen Träger 16, 16' liegen, und, wie in Fig. 5 gezeigt, durch die nach unten gerichtete zentrale Achse der Verschiebungseinrichtung 22 mit parallelen flexiblen Trägern hindurchgeht. Diese Normalachse K deutet die Position der Verschiebungseinrichtung 22 mit parallelen flexiblen Trägern und die Richtung ihres Einbaus an.
Als nächstes wird die Arbeitsweise dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben, welche eine Seitenansicht der in Fig. 5 dargestellten Verschiebungseinrichtung 22 mit parallelen flexiblen Trägern ist, nachdem sie deformiert worden ist. Hier sind, wie in der Figur gezeigt, Koordinatenachsen aufgespannt (die y-Achse erstreckt sich in der Richtung senkrecht zu dem Zeichnungsblatt). Wenn an den piezoelektrischen Stellantrieb 19 eine Spannung angelegt wird, erzeugt der piezoelektrische Stellantrieb 19 entlang der z-Achse Kräfte f, deren Größen proportional zu der Spannung sind. Durch die Kräfte f wird der starre Abschnitt 15b entlang der z-Achse nach oben gedrückt. Die parallelen flexiblen Träger 16, 16' machen folglich in der gleichen Weise wie die in der Figur gezeigten parallelen Federn 2a, 2b eine Biegedeformation durch, wodurch der starre Abschnitt 15b entlang der z- Achse aufwärts verschoben wird.
Wenn die parallelen flexiblen Träger 16, 16' dazu veranlaßt werden, sich auszudehnen und folglich, wie oben gezeigt, gebogen werden, wird jeder der Dehnungsmeßstreifen 21 abhängig von seiner Position entweder einer Druck- oder einer Dehnungsspannung unterworfen. Da der Grad der Verschiebung des starren Abschnitts 15b durch Feststellung der Dehnung mit den Dehnungsmeßstreifen 21 bestimmt werden kann, kann die Hauptverschiebung bestimmt werden, vorausgesetzt, daß die an den piezoelektrischen Stellantrieb 19 angelegte Spannung auf der Grundlage der detektierten Daten geregelt wird, mit anderen Worten, es wird ein sog. rückgekoppeltes Regelsystem gebildet. Die Steuerung der Spannung, die an den piezoelektrischen Stellantrieb 19 angelegt wird, kann durch Ausbilden der Dehnungsmeßstreifen 21 in einem zweckmäßigen elektrischen Schaltkreis vorgenommen werden, wie etwa einem Brückenschaltkreis, um die so nachgewiesene Dehnung als ein elektrisches Signal zu erhalten (die Verschiebung ist genau proportional zu der Dehnung), wobei das elektrische Signal in einer Vergleichseinrichtung mit einem Signal verglichen wird, das einer Ziel- bzw. Soll-Verschiebung entspricht, um ein Signal zu berechnen, das der Differenz zwischen beiden Signalen entspricht, und um die Spannung so zu steuern, daß das die Differenz darstellende Signal auf Null (0) verringert wird. Rückkopplungs-Regelsysteme, die jeweils jeden gemessenen Wert mit dem Zielwert vergleichen, um deren Differenz in der obigen Weise zu Null (0) auszusteuern, sind wohlbekannt. Da eines dieser bekannten Rückkopplungs-Regelsysteme in der vorliegenden Ausführungsform angewendet wird, wird in der Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform einzig auf Dehnungsmeßstreifen 21 Bezug genommen, welche als Detektoreinrichtungen in solch einem Rückkopplungs-Regelsystem angewendet werden. Auf die Darstellung der anderen Elemente des Rückkopplung-Regelsystems und deren detaillierte Beschreibung wird verzichtet.
Wenn die an den piezoelektrischen Stellantrieb 19 angelegte Spannung eliminiert wird, kehren die beiden parallelen flexiblen Träger 16, 16' in ihren Ursprungszustand vor ihrer Deformation zurück. Die Verschiebungseinrichtung 22 mit parallelen flexiblen Trägern kehrt folglich in ihren in Fig. 5 gezeigten Zustand zurück, wodurch die Verschiebung zu Null (0) reduziert wird.
Da der piezoelektrische Stellantrieb, der angepaßt ist, um Kräfte bereitzustellen, in dem Bereich aufgenommen ist, der durch die starren Abschnitte und die parallelen flexiblen Träger der Verschiebungseinrichtung mit den parallelen flexiblen Träger in der vorliegenden Ausführungsform definiert wird, sind keine sich extern erstreckenden Abschnitte erforderlich, und die Verschiebungseinrichtung mit den parallelen flexiblen Trägern kann in einer einfachen Form konstruiert werden. Infolge dieses konstruktiven Merkmals ist es möglich, es Kräften, welche von dem piezoelektrischen Stellantrieb erzeugt worden sind, zu ermöglichen, sehr direkt auf die entsprechenden parallelen flexiblen Träger übertragen zu werden. Auch wenn derartige Einrichtungen übereinander angeordnet sind, kann die oben beschriebene Konstruktion folglich das oben beschriebene Problem lösen, daß die Feineinstellungsantriebe einander überlagern. Folglich können Verschiebungseinrichtungen mit parallelen flexiblen Trägern mit Leichtigkeit übereinander angeordnet werden, um Verschiebungen entlang vieler Achsen zu erzeugen. Wenn sie übereinander angeordnet sind, um Verschiebungen entlang vieler Achsen zu erzeugen, ist es durch die Dehnungsmeßstreifen möglich, Verschiebungen der parallelen flexiblen Träger der resultierenden Mehr-Achsen-Einstelleinrichtung, basierend auf den Dehnungen der parallelen flexiblen Träger, welche einander nicht überlagern, genau zu messen, und dann die durch den piezoelektrischen Stellantrieb zu erzeugende Kraft auf der Grundlage des so detektierten Wertes zu steuern bzw. zu regeln.
Die Fig. 7 ist eine Seitenansicht einer Feineinstellungsvorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik. In der Figur deuten die Bezugszeichen 25a, 25b starre Abschnitte an, die dort rechts und links angeordnet sind. Mit den Bezugszeichen 26, 261 sind planare, radiale flexible Träger benannt, die zwischen den starren Abschnitten 25a, 25b und damit einstückig ausgebildet vorgesehen und radial von einem gemeinsamen Punkt 0 angeordnet sind. Das Bezugszeichen 27 deutet ein Durchgangsloch an, das gebohrt ist, um die radialen flexiblen Träger 26, 261 und die starren Abschnitt 25a, 25b einstückig auszubilden. Das Bezugszeichen 28a deutet eine Zunge an, die sich von dem starren Abschnitt 25a in das Durchgangsloch 27 erstreckt, während das Bezugszeichen 28b eine andere Zunge andeutet, die sich von dem starren Abschnitt 25b in das Durchgangsloch 27 erstreckt. Diese Zungen 28a, 28b sind in der Figur in senkrechter Richtung mit Abstand gegenseitig ausgerichtet. Infolge der Bereitstellung dieser Zungen 28a, 28b nimmt das Durchgangsloch 27 im wesentlichen eine quadratische S-artige Form ein. Mit dem Bezugszeichen 29 ist ein piezoelektrischer Stellantrieb benannt, der zwischen den Zungen 28a, 28b befestigt ist. Wenn um den Punkt 0 ein Kreis herumgezogen wird, der durch den piezoelektrischen Stellantrieb 29 hindurchgeht, erzeugt der piezoelektrische Stellantrieb 29 in einer Richtung tangential zu dem Kreis eine Kraft f (äquivalent zu einem Drehmoment bezüglich des Punktes 0). Die Größe der obigen Kraft wird durch die an den piezoelektrischen Stellantrieb 29 angelegte Spannung gesteuert. Das Bezugszeichen 30 deutet eine starre Konstruktion an, welche den starren Abschnitt 25a abstützt. Mit dem Bezugszeichen 31 sind Dehnungsmeßgeräte bzw. -streifen bezeichnet, die angepaßt sind, um Dehnungen der radial flexiblen Träger 26, 261 festzustellen. Die Dehnungsmeßstreifen 31 sind an Verbindungspunkten zwischen den radialen flexiblen Trägern 26, 261 und den starren Abschnitten 25a, 25b vorgesehen.
Eine Verschiebungseinrichtung 32 mit radialen flexiblen Trägern besteht aus den starren Abschnitten 25a, 25b, den radialen flexiblen Trägern 26, 26', den Zungen 28a, 28b und dem piezoelektrischen Stellantrieb 29. Eine Linie, die sich durch den Punkt O in der Richtung senkrecht zu dem Zeichnungsblatt erstreckt, wird als Normalachse verwendet, welche die Position und Richtung des Einbaus der Verschiebungseinrichtung 32 mit radialen flexiblen Trägern andeutet.
Als nächstes wird die Arbeitsweise dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf Fig. 8 beschrieben, welche eine Seitenansicht der in Fig. 7 gezeigten Verschiebungseinrichtung 32 mit radialen flexiblen Trägern ist, nachdem sie deformiert worden ist. Nun ist eine Spannung an den piezoelektrischen Stellantrieb 29 angelegt worden, so daß die Kraft f in der zuvor aufgezeigten tangentialen Richtung erzeugt wird. Die Zunge 28b wird so durch die Kraft, die in dem piezoelektrischen Stellantrieb 29 erzeugt wird, entlang der Tangente aufwärts gedrückt. Da der starre Abschnitt 25b mit dem starren Abschnitt 25a mittels der radialen flexiblen Träger 26, 26' verbunden ist, wird die Verschiebungseinrichtung 32 mit radialen flexiblen Trägern als Ergebnis der Einwirkung der obigen Kraft einer sehr kleinen Verschiebung unterworfen, so daß die Verbindungspunkte zwischen den radialen flexiblen Trägern 26, 26' und dem starren Abschnitt 25a jeweils auf geraden Linien angeordnet sind, welche sich radial von dem Punkt O erstrecken; jedoch die Verbindungspunkte zwischen den radialen flexiblen Trägern 26, 26' und dem starren Abschnitt 25b fallen jedoch auf gerade Linien L1', L2' (diese Linien erstrecken sich auch radial von dem Punkt O), welche geringfügig zu den geraden Linien L&sub1;, L&sub2; versetzt sind. Der starre Abschnitt 25b wird folglich, wie in der Figur gezeigt, im Uhrzeigersinn um einen kleinen Winkel δ gedreht. Der Grad dieser Winkelverschiebung δ wird durch die Stei figkeit der radialen flexiblen Träger 26, 261 gegenüber Biegekräften bestimmt. Wenn die Kraft f genau gesteuert wird, kann die Winkelverschiebung δ auch mit dem gleichen Grad an Genauigkeit gesteuert werden. Wie aus der Figur ersichtlich, ist die Konstruktion dieser Ausführungsform verglichen mit der in Fig. 3 gezeigten konventionellen Vorrichtung weitaus einfacher. Insbesondere erfordert die Montage des piezoelektrischen Stellgliedes kein aufwendigen Verfahren, z. B. Einstellungen, so wie sie während der Montage der bimorphen Zellen der konventionellen Einrichtung erforderlich sind. Eine Verschiebungseinrichtung, die auch Winkelverschiebungen zuläßt, ist mit verschiedenen Merkmalen verwirklicht worden, wie jene, die bei der ersten Ausführungsform erzielt werden, wie oben beschrieben.
Die Steuerung der Winkelverschiebung δ durch das Rückkopplungs-Regelsystem" das die Dehungsmeßstreifen 31 verwendet, kann in der gleichen Weise wie in der vorausgegangenen Ausführungsform bewerkstelligt werden. Indem die Dehnungsmeßstreifen 31 an den Verbindungspunkten zwischen den radialen flexiblen Trägern 26, 261 und den starren Abschnitten 25a, 25b vorgesehen werden, ist es das gleiche wie bei der obigen Ausführungsform, daß, wenn mehrere der Verschiebungseinrichtungen mit radialen flexiblen Trägern kombiniert werden, um radiale Verschiebungen um mehrere Achsen zur Verfügung zu stellen, eine korrekte Messung der Dehnungen auch ohne Überlagerungen von einander bei der vorliegenden Ausführungsform erzielt werden kann.
Wenn die an dem piezoelektrischen Stellantrieb 29 anliegende Spannung eleminiert wird, kehren beide radialen flexiblen Träger 26, 261 in ihren Ursprungszustand vor ihren Deformationen zurück, wobei die Verschiebungseinrichtung 32 mit radialen flexiblen Trägern in ihren in Fig. 7 gezeigten Zustand zurückkehrt und die Winkelverschiebung δ auf Null (0) reduziert wird.
Da der piezoelektrische Stellantrieb, der angepaßt ist, um Kräfte zu erzeugen, in dem Bereich aufgenommen ist, der durch die starren Abschnitte und die radial flexiblen Träger der Verschiebungseinrichtung mit den radialen flexiblen Trägern bei der vorliegenden Ausführungsform definiert ist, sind keine sich extern erstreckenden Abschnitte erforderlich, und die Verschiebungseinrichtung mit radialen flexiblen Trägern kann in einer einfachen Form konstruiert werden. Infolge dieses konstruktiven Merkmals ist es möglich, daß Kräfte, welche durch den piezoelektrischen Stellantrieb erzeugt worden sind, sehr direkt auf die jeweiligen radialen flexiblen Träger übertragen werden können. Auch wenn solche Einrichtungen übereinander angeordnet sind, kann die oben beschriebene Konstruktion folglich das oben beschriebene Problem lösen, daß Feineinstellungsantriebe einander überlagern. Folglich können Verschiebungseinrichtungen mit radialen flexiblen Trägern mit Leichtigkeit übereinander angeordnet werden, um Winkelverschiebungen um viele Achsen zu erzeugen. Wenn sie übereinander angeordnet sind, um Winkelverschiebungen um viele Achsen zu erzeugen, ist es möglich, mit Dehnungsmeßstreifen Verschiebungen der radialen flexiblen Träger der resultierenden Einstellungseinrichtung für viele Achsen aufgrund der Dehnungen der radialen flexiblen Träger genau zu messen, welche einander nicht überlagern, und um anschließend die von dem piezoelektrischen Stellantrieb zu erzeugende Kraft auf der Grundlage des so gemessenen Wertes zu regeln.
Die Funktion des Verschiebungseinrichtung mit parallelen flexiblen Trägern und die der Verschiebungseinrichtung mit radialen flexiblen Trägern sind oben im Detail beschrieben worden. Sie können jeweils Verschiebungen entlang einer der drei Koordinatenachsen (x, y, z) und Winkelverschiebungen um eine der drei Koordinatenachsen erzeugen. Wenn mehrere der Verschiebungseinrichtungen mit parallelen flexiblen Trägern mit ihren Normalachsen weder koinzident noch parallel angeordnet zusammen kombiniert werden, ist es möglich, eine genaue Einstellung entlang von zwei oder drei Koordinatenachsen durch eine einzige Vorrichtung auszuführen. Wenn mehrere Verschiebungseinrichtungen mit radialen flexiblen Trägern mit ihren Normalachsen weder koinzident noch parallel angeordnet kombiniert werden, ist es möglich, mit einer einzigen Vorrichtung eine Feineinstellung bezüglich Winkelverschiebungen um zwei oder drei Koordinatenachsen zu bewerkstelligen. Wenn eine oder mehrere Verschiebungseinrichtungen mit parallelen flexiblen Träger und eine oder mehrere Verschiebungseinrichtungen mit radialen flexiblen Trägern miteinander zweckmäßig kombiniert werden, ist es offensichtlich möglich, mit einer einzigen Vorrichtung eine Feineinstellung bezüglich Verschiebung(en) und Winkelverschiebung(en) entlang und um eine bis drei Koordinatenachsen durchzuführen.
Wenn derartige Kombinationen in Betracht gezogen werden, sind konventionelle Vorrichtungen in dem Fall einer einzelnen Vorrichtung, wie dem in Fig. 2 beschriebenen, bezüglich mehr als zwei Koordinatenachsen oder mehr als drei Koordinatenachsen, auch wenn die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Vorrichtungen miteinander kombiniert werden, nicht dazu in der Lage, Verschiebungen zu erhalten. Es ist schwierig, weitere Kombinationen zu bewerkstelligen. Auch wenn eine derart komplexe Kombination denkbar sein sollte, wird die sich ergebende Vorrichtung unvermeidlich eine übermäßig komplizierte Konstruktion aufweisen, welche die Vorrichtung für tatsächliche Anwendungen unzweckmäßig machen wird. Andererseits ist keine Vorrichtung vorgeschlagen worden, welche eine so mit der in Fig. 1 dargestellten Konstruktion vergleichbare einfache Konstruktion aufweist und verwendet werden kann, um Winkelverschiebungen zu erhalten. Anders als derartige konventionelle Vorrichtungen kann die oben aufgezeigte Kombination leicht erzielt werden, wenn eine oder mehrere der Verschiebungseinrichtungen mit parallelen flexiblen Trägern, welche zu der vorliegenden Auführungsform gehören, mit einer oder mehreren Verschiebungseinrichtungen mit radialen flexiblen Trägern kombiniert wird, welche sich ebenfalls auf die vorliegende Ausführungsform beziehen. Darüber hinaus kann die so kombinierte Vorrichtung einen anderen großen Vorteil enthalten, daß keine Überlagerung bezüglich der Verschiebungen und der Winkelverschiebungen der Verschiebungseinrichtungen mit parallelen flexiblen Trägern und der Verschiebungseinrichtungen mit radialen flexiblen Trägern für die jeweiligen Achsen entstehen.
Im folgenden wird eine Ausführungsform der oben beschriebenen kombinierten Konstruktion beschrieben. Es erscheint einfacher und leichter für das Verständnis, wenn die parallelen flexiblen Träger, die radialen flexiblen Träger, die Zungen, die sich von den jeweiligen starren Abschnitten erstrecken und die piezoelektrischen Stellantriebe, die zwischen den verbundenen Zungen befestigt sind, die sämtlich in den Fig. 5 bis 7 dargestellt sind, als eine einzige Antriebseinheit genommen werden. In den nachfolgenden Ausführungsformen wird die oben gezeigte Antriebseinheit jeder Verschiebungseinrichtung mit parallelen flexiblen Trägern als eine "lineare Antriebseinheit 50" bezeichnet. Der Buchstabe der Koordinatenachse, der der Richtung jeder Verschiebung durch die lineare Antriebseinheit 50 entspricht, ist ebenfalls zu dem Bezugszeichen "50" gehörig. Andererseits wird die oben beschriebene Antriebseinheit für jede Verschiebungseinrichtung mit radialen flexiblen Trägern als eine "Winkelantriebseinheit 60" bezeichnet. Der Buchstabe der Koordinatenachse, die der Achse der jeweiligen Winkelverschiebung durch die Winkelantriebseinheit 60 entspricht, ist ebenfalls zu dem Bezugszeichen "60" gehörig. Außerdem wird die zeichnerische Darstellung jeder linearen Antriebseinheit 50 und jeder Winkelantriebseinheit 60 aus den gleichen Gründen, wie oben aufgezeigt, vereinfacht. Wie in den Fig. 9(a) und 9(b) gezeigt, werden sie jeweils im wesentlichen in der Form eines quadratischen S oder eines invertierten quadratischen S gezeigt. Hier wird das quadratische S oder das invertierte quadratische S mit der Richtung der Erstreckung der Zunge an ihrem verbundenen starren Abschnitt als übereinstimmend angenommen. Als nächstes wird die oben gezeigte Ausführungsform einer derart kombinierten Konstruktion beschrieben.
Die Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht einer Feineinstellungsvorrichtung, die die dritte Ausführungsform betrifft. Die Vorrichtung nach dieser Ausführungsform kann Verschiebungen entlang dreier Achsen (x, y, z) erzeugen, wenn die Koordinatenachsen, wie in der Figur gezeigt, vorgegeben sind. Die Vorrichtung weist eine derartige Struktur auf, daß drei Verschiebungseinrichtungen mit parallelen flexiblen Trägern, die jeweils vom gleichen Typ wie die Verschiebungseinrichtungen 22 mit parallelen flexiblen Trägern der ersten Ausführungsform sind, mit ihren Normalachsen Ks miteinander kombiniert werden, daß sie sich in einem rechten Winkel zueinander erstrecken, wobei die aneinander angrenzenden starren Abschnitte in einer einstückigen Form sind. In der Figur sind die starren Abschnitte 33, 34, 35, 36, eine lineare Antriebseinheit 50z, die zwischen den starren Abschnitten 33, 34 angeordnet ist, eine weitere lineare Antriebseinheit 50y, die zwischen den starren Abschnitten 34, 35 angeordnet ist, und eine weitere lineare Antriebseinheit 50x abgebildet, die zwischen den starren Abschnitten 35, 36 angeordnet ist. Eine Verschiebungseinrichtung 222 ist für die z-Achse durch die starren Abschnitte 33, 34 und die lineare Antriebseinheit 50z gebildet. Andererseits wird eine weitere Verschiebungseinrichtung 22y mit parallelen flexiblen Trägern für die y-Achse durch die starren Teile 34, 35 und die lineare Antriebseinheit 50y konstruiert. Zusätzlich wird eine weitere Verschiebungseinrichtung 22x mit parallelen flexiblen Trägern für die x-Achse durch die starren Abschnitte 35, 36 und die lineare Antriebseinheit 50x gebildet.
Man nehme nun beispielsweise an, daß der starre Abschnitt 33 fest ist und der piezoelektrischen Stellantrieb der linearen Antreibseinheit 50z in diesem Zustand angetrieben wird. Wie aus der obigen Erklärung zu verstehen ist, macht der starre Abschnitt 34 eine Verschiebung entlang der z- Achse durch, und folglich erfährt der starre Abschnitt 36 eine entsprechende Verschiebung. Entsprechend macht der starre Abschnitt 36 eine Verschiebung entlang der y-Achse durch, wenn die lineare Antriebseinheit 50y angetrieben wird, und der starre Abschnitt 36 erfährt eine Verschiebung längs der x-Achse, wenn die lineare Antriebseinheit 50x angetrieben wird. Da es diesen Verschiebungen ermöglicht wird, unabhängig voneinander aufzutreten, können die Verschiebungen entlang der drei Achsen frei erzeugt werden, indem die einzelnen linearen Antriebseinheiten 50x, 50y, 50z zweckmäßig angetrieben werden.
Wie oben beschrieben, sind die drei Verschiebungseinrichtungen mit parallelen flexiblen Trägern kombiniert und integriert mit ihren Normalachsen, die sich bei der vorliegenden Ausführungsform in einem rechten Winkel zueinander erstrecken. Es ist folglich möglich, die Größe jeder Verschiebungseinrichtung zu verringern und den piezoelektrischen Stellantrieb eines der Antriebssysteme davon abzuhalten, sich mit den anderen Antriebssystemen zu überlagern. Zusätzlich werden die parallelen flexiblen Träger in den drei linearen Antriebseinheiten nicht von den anderen linearen Antriebseinheiten beeinträchtigt, obwohl die drei linearen Antriebseinheiten übereinander angeordnet sind. Indem Dehnungen der parallelen flexiblen Träger in den drei linearen Antriebseinheiten gemessen werden, ist es folglich möglich, die Verschiebungen zu messen, die jeweils entlang den Achsen erzeugt werden. Indem solche Meßdaten für die Rückkopplungsregelung verwendet werden, kann die Einstellung mit noch höherer Genauigkeit durchgeführt werden.
Fig. 11 ist eine perspektivische Ansicht einer Feineinstellungsvorrichtung nach der vierten Ausführungsform.
Die Vorrichtung nach dieser Erfindung kann Winkelverschiebungen um drei Achsen (x, y, z) erzeugen, wenn die Koordinantenachsen, wie in der Figur dargestellt, vorgegeben sind. Die Vorrichtung nach dieser Ausführungsform weist eine derartige Konstruktion auf, daß drei Verschiebungseinrichtungen mit radialen flexiblen Trägern, die jeweils von dem gleichen Typ wie die Verschiebungseinrichtungen 32 mit radialen flexiblen Trägern der zweiten Ausführungsform sind, zusammen mit ihren Normalachsen Ks, die sich in einem rechten Winkel zueinander erstrecken, kombiniert sind und ihre benachbarten starren Abschnitte einstückig sind. Ein Schnittpunkt P der drei Achsen x, y, z befindet sich auf der Oberfläche des starren Teils 40. In der Figur sind starre Abschnitt 37, 38, 39, 40, eine Winkelantriebseinheit 60z, die zwischen den starren Abschnitten 37, 38 angeordnet ist, eine weitere Winkelantriebseinheit 60y, die zwischen den starten Abschnitten 38, 39 angeordnet ist, und eine weitere Winkelantriebseinheit 60x dargestellt, die zwischen den starren Abschnitten 39, 40 angeordnet ist. Eine Verschiebungseinrichtung 322 mit radialen flexiblen Trägern für die z-Achse wird durch die starren Abschnitte 37, 38 und die Winkelantriebseinheit 60z ausgebildet, eine weitere Verschiebungseinrichtung 32y mit radialen flexiblen Trägern für die y-Achse wird durch die starren Abschnitte 38, 39 und die Winkelantriebseinheit 60y ausgebildet, und eine weitere Verschiebungseinrichtung 32x mit radialen flexiblen Trägern für die x-Achse wird durch die starren Abschnitte 39, 40 und die Winkelantriebseinheit 60x ausgebildet.
Man nehme nun beispielsweise an, daß der starre Abschnitt 37 fest ist und der piezoelektrischen Stellantrieb der Winkelantriebseinheit 60z angetrieben wird. Wie aus der vorstehenden Erläuterung zu verstehen ist, erzeugt der starre Abschnitt 38 eine Winkelverschiebung um die z-Achse. Folglich erzeugt auch der starre Abschnitt 40 eine Winkelverschiebung um die z-Achse. Der starre Abschnitt 40 erzeugt eine vergleichbare Winkelverschiebung um die y- Achse, wenn die Winkelantriebseinheit 60y angetrieben wird, und der starre Abschnitt 40 erzeugt eine Winkelverschiebung um die x-Achse, wenn die Winkelantriebseinheit 60x angetrieben wird. Da diese Winkelverschiebungen unabhängig voneinander erzeugt werden, ist es möglich, angetrieben durch die einzelnen Winkelantriebseinheiten 60x, 60y, 60z Winkelverschiebungen um die drei Achsen in geeigneter Weise frei zu erzeugen.
Wie oben beschrieben, sind die drei Verschiebungseinrichtungen mit radialen flexiblen Trägern kombiniert und mit ihren Normalachsen integriert, die sich bei der vorliegenden Ausführungsform im rechten Winkel zueinander erstrecken. Es ist folglich möglich, die Größe jeder Verschiebungseinrichtung zu verringern und den piezoelektrischen Stellantrieb eines der Antriebssysteme davon abzuhalten, sich mit den anderen Antriebssystemen zu überlagern. Zusätzlich lassen sich die radialen flexiblen Träger in einer der drei Winkelantriebseinheiten nicht von den anderen Winkelantriebseinheiten beeinträchtigen, obwohl die drei Winkelantriebseinheiten übereinander angeordnet sind. Durch Detektieren der Dehnungen der radialen flexiblen Träger in den drei linearen Antriebseinheiten ist es folglich möglich, Winkelverschiebungen zu messen, die entlang der entsprechenden Achsen erzeugt werden. Indem derartige Meßdaten für eine Rückkopplungsregelung verwendet werden, kann die Einstellung mit noch größerer Genauigkeit durchgeführt werden.
Weiterhin erstrecken sich die drei Achsen x, y, z in einem rechten Winkel zueinander, und darüber hinaus verlaufen sie alle durch den Punkt P auf der Oberfläche des starren Abschnitts 40. Dieses konstruktive Merkmal ergibt darüber hinaus eine andere vorteilhafte Wirkung, welche im folgenden beschrieben wird. Man nehme nun den starren Abschnitt 40 als einen Feineinstellungstisch an. Wenn die einzelnen Verschiebungseinrichtungen 32x, 32y, 32z mit radialen flexiblen Trägern betätigt werden, ergibt sich ein vorteilhafter Effekt, daß die resultierende Winkelverschiebung als Winkelverschiebung um den Punkt P dient. Dieser vorteilhafte Effekt kann besser verstanden werden, wenn man eine Situation in Betracht zieht, in welcher keine der Achsen x, y, z die oben aufgezeigten Bedingungen im Hinblick auf den Punkt P erfüllt. Man nehme nun an, daß die Normalachse K der Verschiebungseinrichtung 32x mit radialen flexiblen Trägern für die x-Achse von dem Punkt P in Richtung der z-Achse ausgelenkt wird. Wenn eine Winkelverschiebung um die x-Achse erzeugt wird, ist es klar, daß der Punkt P einer translativen Verschiebung sowohl entlang der y-Achse als auch entlang der z-Achse unterzogen wird. Diese translativen Verschiebungen lassen unerwünschte Effekte bei der Einstellung entstehen. Die Existenz des Punktes P auf der Oberfläche des starren Abschnitts 40 weist folglich den großen Vorteil auf, daß die oben aufgezeigten unerwünschten Effekte vermieden werden können, obwohl diese translativen Verschiebungen eine derartige Natur aufweisen, daß sie, weil die Abmessung jedes Teils bekannt gewesen ist, schnell durch eine genaue Berechnung bestimmt werden können. Es ist folglich nicht absolut notwendig, den Punkt P auf der Oberfläche des starren Abschnitts 40 anzuordnen. Wenn der Punkt P an einem anderen Ort als der Oberfläche des starren Abschnitts 40 angeordnet wird, ist es jedoch unmöglich, einen derart ernsten Nachteil, daß die oben gezeigten translativen Verschiebungen durch bestimmte Mittel kompensiert werden müssen, zu vermeiden.
Die fünfte Ausführungsform ist eine Einstellungsvorrichtung für 6 Achsen, welche Verschiebungen entlang dreier Achsen x, y, z, welche gegeneinander senkrecht sind, und Winkelverschiebungen um drei Achsen x, y, z erzeugen kann. Diese Einstellungsvorrichtung für 6 Achsen kann durch alleinige Verbindung der Vorrichtung der dritten Ausführungsform mit der der vierten Ausführungsform erhalten werden. Figuren dazu erübrigen sich, da sie sich leicht aus den in den Fig. 10 bzw. 11 gezeigten Konstruktionen entwerfen lassen.
Die oben aufgezeigte Verbindung kann z. B. in der folgenden Weise bewerkstelligt werden. Es ist nämlich nur notwendig, den starren Abschnitt 36, der in Fig. 10 dargestellt ist, und den starren Abschnitt 37, der in Fig. 11 gezeigt ist, in einer solchen positionsmäßigen Relation zu integrieren, daß sich die Normalachsen Ks der Verschiebungseinrichtungen mit flexiblen Trägern für jede Koordinatenachse parallel zueinander erstrecken. Wenn der starre Abschnitt 33 fest und der starre Abschnitt 40 als Feineinstellungstisch bei der oben erhaltenen Konstruktion ausgeführt ist, so wird eine Feineinstellungsvorrichtung zur Verfügung gestellt, welche 6 Verschiebungskomponenten erzeugen kann, nämlich sowohl Translations- als auch Winkelverschiebungen im Hinblick auf sämtliche drei Achsen x, y, z.
Es ist ohne weitere Erklärungen offensichtlich, daß die Effekte dieser Ausführungsform die Effekte der dritten Ausführungsform und die der vierten Ausführungsform in Kombination enthalten. Geht man zu der Beschreibung der Effekte der vierten Ausführungsform zurück, so wurde gezeigt, daß dort eine Notwendigkeit für die Kompensation der translativen Verschiebungen durch bestimmte Mittel besteht, wenn der Punkt P von der Oberfläche des starren Abschnitts 40 abweicht. Wenn eine solche Abweichung bei der vorliegenden Ausführungsform beteiligt ist, ist eine der artige Kompensationseinrichtung nichts anderes als die in der Fig. 10 gezeigte Konstruktion. Um eine solche Kompensation zu erzielen, ist es notwendig, die zuvor beschriebene Berechnung durchzuführen und anschließend die Konstruktion gemäß Fig. 10 in Übereinstimmung mit dem Ergebnis der Berechnung zu betätigen. Dies ist äußerst beschwerlich und zeitintensiv. Aus dieser Sicht sind die hervorragenden Wirkungen einer Konstruktion klar, bei der sich der Punkt P auf der Oberfläche des starren Abschnitts 40 befindet.
Die erste bis fünfte Ausführungsform sind oben beschrieben worden. Von diesen erfordern die dritten bis fünften Ausführungsformen einen Aspekt, welcher speziell in Betracht gezogen werden muß. Hier wird dieser Aspekt abgehandelt.
Die vorliegende Anmeldung dort ist auf der Grundlage der charakteristischen Eigenschaft erörtert worden, daß eine Konstruktion mit parallelen flexiblen Trägern nur translative Verschiebungen erzeugt, während eine Konstruktion mit radialen flexiblen Trägern nur Winkelverschiebungen erzeugt. Wenn eine noch höhere Genauigkeit gefragt ist, kann diese Voraussetzung nicht als absolut zutreffend angesehen werden. Wenn eine Berechnung z. B. für eine Konstruktion mit parallel flexiblen Trägern durchgeführt wird, während dafür hypotetische bestimmte praktikable Abmessungen verwendet werden, kann sich eine parasitäre Verschiebung von ungefähr ein Hundertstel der als gewünscht auftretenden Verschiebung in einigen Fällen entwickeln. Bei gebräuchlichen Anwendungen kann diese Zahl als innerhalb des tolerierbaren Fehlerbereichs liegend angesehen werden. Aus diesem Grund war der obige Aspekt in der Beschreibung der jeweiligen oben aufgezeigten Ausführungsformen außer acht gelassen worden. Wenn noch größere Genauigkeit gefordert wird, besteht jedoch die Notwendigkeit, diesen Fehler zu vermeiden.
Wenn mehrere der Verschiebungseinrichtungen mit flexiblen Trägern, wie in den dritten bis fünften Ausführungsformen, übereinander angeordnet sind, kann sich der oben gezeigte kleine Fehler so weit vergrößern, daß er nicht länger ignoriert werden kann. Auch unter solchen Umständen bestehen im wesentlichen lineare Relationen zwischen den Verschiebungen, die durch die entsprechenden Verschiebungseinrichtungen mit flexiblen Trägern erzeugt werden, und den entsprechenden aktuellen Verschiebungen des ersten Feineinstellungstisches einschließlich Verschiebungen infolge der Überlagerungen so lange, wie die Verschiebungen, die durch die jeweiligen Verschiebungseinrichtungen mit flexiblen Trägern erzeugt werden, innerhalb eines kleinen Verschiebungsbereichs verbleiben. Der Einfluß der Verschiebungen, der durch solche Überlagerungen verursacht wird, kann folglich leicht entfernt werden, wenn die Koeffizienten solcher linearen Relationen bestimmt werden und vorab Eingabedaten Kompensationsberechnungen in Übereinstimmung mit den so bestimmten Koeffizienten unterzogen werden. Zusätzlich ist die danach erhaltene Einstellungsgenauigkeit verglichen mit der durch die Vorrichtungen der oben beschriebenen Ausführungsformen ohne solch eine verfügbare Kompensationsberechnung wesentlich verbessert worden.
Als nächstes werden weitere Ausführungsformen beschrieben, welche die oben aufgezeigten Probleme der parasitären Verschiebungen lösen können, welche bei den Vorrichtungen nach der ersten bis fünften Ausführungsform auftreten können.
Die Fig. 12 ist eine Seitenansicht einer ersten Feineinstellungsvorrichtung, enthalten in einer Ausführungsform dieser Erfindung. Wie aus der Figur ersichtlich, weist die vorliegende Ausführungsform eine derartige Struktur auf, daß zwei Verschiebungseinrichtungen mit parallelen flexiblen Trägern symmetrisch miteinander kombiniert sind, die jeweils von dem gleichen Typ wie die Verschiebungseinrichtung 22 mit parallelen flexiblen Trägern der ersten Ausführungsform sind, die in Fig. 5 dargestellt ist, während sie sich einen starren Abschnitt teilen, der dem starren Abschnitt 15b entspricht. Folglich werden die Bestandteile der Konstruktion der Verschiebungseinrichtung mit parallelen flexiblen Trägern zur linken Hand, wie in der Figur zu sehen ist, durch die Hinzufügung des Buchstabens l zu den Bezugszeichen der entsprechenden Bestandteile der in Fig. 5 gezeigten Konstruktion dargestellt, während die Bestandteile der Konstruktion der Verschiebungseinrichtung mit parallelen flexiblen Trägern zur rechten Hand durch die Hinzufügung des Buchstabens r zu den Bezugszeichen der entsprechenden in Fig. 5 gezeigten Bestandteile dargestellt werden. Eine Beschreibung dieser gemeinsamen Bestandteile erübrigt sich. Folglich wird eine Beschreibung der Bestandteile der Konstruktion vorgenommen, welche durch unterschiedliche Bezugszeichen dargestellt sind. In der Figur sind ein zentraler starrer Abschnitt 15c, eine Zunge 18c&sub1;, die sich von dem starren Abschnitt 15c in ein Durchgangsloch 17l erstreckt, und eine andere Zunge 18c&sub2; gezeigt, die sich von dem starren Abschnitt 15c in ein anderes Durchgangsloch 17r erstreckt. Die Zungen 18c&sub1;, 18c&sub2; sind, wie aus der Figur ersichtlich, in einer vertikalen Richtung zu weiteren Zungen 18l bzw. 18r mit einem dazwischen befindlichen Abstand ausgerichtet. Piezoelektrische Stellantriebe 19l, 19r sind zwischen den Zungen 18c&sub1;, 18l bzw. zwischen den Zungen 18c&sub2;, 18r vorgesehen.
Bei der obigen Konstruktion wird eine der Verschiebungseinrichtungen mit parallelen flexiblen Trägern, d. h. die Verschiebungseinrichtung 22l mit parallelen flexiblen Trägern durch die starren Abschnitte 15l, 15c, parallel flexible Träger 16l, 16l', Zungen 18l, 18c&sub1; und einen piezoelektrischen Stellantrieb 19l konstruiert, während die andere Verschiebungseinrichtung 22r mit parallelen flexiblen Trägern aus den starren Abschnitten 15r, 15c, den parallelen flexiblen Trägern 16r, 16r', den Zungen 18r, 18c&sub2; und dem piezoelektrischen Stellantrieb 19r zusammengesetzt ist. Weiterhin stehen die Verschiebungseinrichtung 22r mit parallelen flexiblen Trägern und die Verschiebungseinrichtung 22l mit parallelen flexiblen Trägern in einem Verhältnis ebener Symmetrie im Hinblick auf eine Ebene, die sich relativ zu einer Ebene im rechten Winkel erstreckt, in welcher die parallelen flexiblen Träger 16l, 16l', 16r, 16r' liegen. Der Buchstabe K deutet eine Ebene (Normalebene) an, im Hinblick auf welche beide Verschiebungseinrichtungen 22l, 22r mit parallelen flexiblen Trägern symmetrisch zueinander sind. Durch die Verschiebungseinrichtungen 22l, 22r mit parallelen flexiblen Trägern, die in einem Verhältnis ebener Symmetrie sind, wird eine Verschiebungseinrichtung 23 mit symmetrischen parallelen flexiblen Trägern konstruiert.
Eine Linie, welche in der Normalebene K liegt, ist senkrecht zu sämtlichen parallelen flexiblen Trägern und verläuft durch das Tiefen-Zentrum der Verschiebungseinrichtung 23 mit symmetrischen parallelen flexiblen Trägern und ist, wie in Fig. 12 zu sehen, als Normalachse angelegt. Diese Normalachse deutet die Position und die Richtung der Installation der Verschiebungseinrichtung 23 mit symmetrischen, parallelen flexiblen Trägern an.
Die Betätigung dieser Ausführungsform wird als nächstes unter Bezugnahme auf Fig. 13 beschrieben. Die Fig. 13 ist eine Seitenansicht der Verschiebungseinrichtung 23 mit symmetrischen parallelen flexiblen Trägern nach Fig. 12, nachdem sie deformiert worden ist. Hier sind, wie in der Figur gezeigt, Koordinatenachsen aufgespannt (die y-Achse erstreckt sich in einer zu dem Zeichnungsblatt senkrechten Richtung). Man lege nun Spannungen an die piezoelektrischen Stellantriebe 19l, 19r an, so daß sie Kräfte f der gleichen Größe entlang der z-Achse erzeugen. Eine Ver schiebung, die in einer der Verschiebungseinrichtungen mit parallelen flexiblen Trägern gebildet werden soll, z. B. der Verschiebungseinrichtung 22l mit parallelen flexiblen Trägern, wird nun in Betracht gezogen. Infolge des Anlegens der Spannung an den piezoelektrischen Stellantrieb 19l, wird der starre Abschnitt 15c durch die Kraft f entlang der z-Achse nach oben gedrückt. Entsprechend unterliegen die parallelen flexiblen Träger 16l, 16l' in der gleichen Weise Biegedeformationen wie die in Fig. 1 dargestellten parallelen Federn 2a, 2b, wodurch der starre Abschnitt 15c entlang der z-Achse nach oben verschoben wird. Wenn die andere Verschiebungseinrichtung 22r mit parallelen flexiblen Trägern in dem obigen Fall als nicht existierend angenommen wird, werden gleichzeitig eine Verschiebung und eine Winkelverschiebung (welches die oben gezeigten parasitären Verschiebungen sind) in dem starren Abschnitt 15c entlang der x-Achse bzw. um die y-Achse auftretend anzunehmen sein, obwohl sie extrem klein sind. Angenommen, daß die Verschiebungseinrichtung 22l mit parallelen flexiblen Trägern nicht enthalten ist, sind die Verschiebungen zu bedenken, welche in der anderen Verschiebungseinrichtung 22r mit parallelen flexiblen Trägern auftreten. Da die Verschiebungseinrichtung 22r mit parallelen flexiblen Trägern in ebener Symmetrie relativ zu der Verschiebungseinrichtung 22l mit parallelen flexiblen Trägern im Hinblick auf die normale Ebene K konstruiert ist, tritt die oben aufgezeigte parasitäre Verschiebung gleichzeitig mit einer Verschiebung entlang der z-Achse in dem starren Körper 15c in der gleichen Weise wie der oben beschriebenen auf, wenn eine Kraft f angelegt wird, welche in einer ebenen Symmetrie im Hinblick auf die Normalebene K ist. Die Größe und Richtung der parasitären Verschiebung ist in ebener Symmetrie relativ zu der parasitären Verschiebung der Verschiebungseinrichtung 22l mit parallelen flexiblen Trägern im Hinblick auf die Normalebene K. Zieht man die parasitären Verschiebungen in Betracht, tritt, wie in der Figur zu sehen, die parasitäre Verschiebung, welche in Verbindung mit der Verschiebung entlang der x-Achse in der Verschiebungseinrichtung 22l mit parallelen flexiblen Trägern stattfindet, in der nach links gerichteten Richtung auf, und die parasitäre Verschiebung, welche in Verbindung mit der radialen Verschiebung um die y-Achse in der Verschiebungseinrichtung 22l mit parallelen flexiblen Trägern stattfindet, tritt, wie in der Figur ersichtlich, entgegen dem Uhrzeigersinn auf. Andererseits tritt die parasitäre Verschiebung, welche in Verbindung mit der Verschiebung entlang der x-Achse in der Verschiebungseinrichtung 22r mit parallelen flexiblen Trägern stattfindet, in der in der Figur zu erkennenden nach rechts gerichteten Richtung auf, während die parasitäre Verschiebung, welche in Verbindung mit der Verschiebung entlang der x-Achse in der Verschiebungseinrichtung 22r mit parallelen flexiblen Trägern stattfindet, in der in der Figur zu erkennenden nach rechts gerichteten Richtung auftritt, während die parasitäre Verschiebung, welche in Verbindung mit der Winkelverschiebung um die y-Achse in der Verschiebungseinrichtung 22r mit parallelen flexiblen Trägern stattfindet, wie in der Figur zu erkennen, im Uhrzeigersinn auftritt. Die Größe jeder Verschiebung entlang der x-Achse und die jeder Verschiebung um die y-Achse sind zueinander gleich. Folglich heben sich die parasitären Verschiebungen gegenseitig auf, welche in den jeweiligen Verschiebungseinrichtung 22l, 22r auftreten. Im Ergebnis resultiert die Anwendung der Kraft f nur in einen geringen Anstieg der inneren Verspannung jeder der parallelen flexiblen Träger 16l, 16l', 16r, 16r', aufgrund ihrer Ausdehnung entlang ihrer Längsrichtung, und der starre Abschnitt 15c erfährt eine Verschiebung (Hauptverschiebung) nur entlang der z-Achse.
Wenn die parallelen flexiblen Träger 16l, 16l' dazu veranlaßt werden, sich auszudehnen und folglich in der oben beschriebenen Weise gebogen werden, zeigen die Dehnungsmeßstreifen 21 kompressive oder expansive Dehnungen in Abhängigkeit ihrer Anordnungsstellungen an. Die noch genauere Hauptverschiebung kann folglich erhalten werden, vorausgesetzt, daß ein sog. Rückkopplungssystem dadurch konstruiert wird, daß diese Dehnungen mit den Dehnungsmeßstreifen 21 gemessen werden und die Spannungen, die an die jeweiligen piezoelektrischen Stellantriebe 19l, 19r angelegt werden in Übereinstimmung mit den so gemessenen Werten sind. Die Messung der Dehnungen durch die Dehnungsmeßstreifen 21 ist oben auf der Grundlage eines Beispiels beschrieben worden, bei dem die Dehnungsmeßstreifen 21 an Verbindungspunkten zwischen den parallelen flexiblen Trägern 16l, 16l' und ihren entsprechenden starren Abschnitten 15l, 15c vorgesehen sind. Es braucht nicht erwähnt zu werden, daß die Dehnungsmeßstreifen an den flexiblen Trägern 16r, 16r' der anderen Verschiebungseinrichtung 22r mit parallelen flexiblen Trägern vorgesehen werden können oder alternativ an vorbestimmten Punkten der beiden Verschiebungseinrichtungen 22l, 22r mit parallelen flexiblen Trägern vorgesehen werden können. Dies ist auch genauso auf die folgende Ausführungsform zu beziehen.
Wenn die an die piezoelektrischen Stellantriebe 19l, 19r angelegten Spannungen eliminiert werden, kehren die parallelen flexiblen Träger 16l, 16l', 16r, 16r' in ihre Grundzustände vor ihren Deformationen zurück. Folglich kehrt die Verschiebungseinrichtung 23 mit symmetrischen parallelen flexiblen Trägern in ihren in Fig. 12 dargestellten Grundzustand zurück, und die Verschiebung ist auf Null (0) reduziert.
Da die Konstruktionen mit parallelen flexiblen Trägern in der vorliegenden Ausführungsform in ebener Symmetrie im Hinblick auf die Normalebene angeordnet sind, ist es möglich, das Auftreten von parasitären Verschiebungen zu vermeiden, um die Genauigkeit jeder Einstellbetätigung sprunghaft zu verbessern, und folglich die Genauigkeit der Verschiebungen beizubehalten, auch wenn zwei oder mehr Verschiebungseinrichtungen mit symmetrischen parallelen flexiblen Trägern übereinander angeordnet werden, um eine Feineinstellungsvorrichtung für mehrere Achsen herzustellen. Vergleichbar mit den vorangehenden Ausführungsformen sind die piezoelektrischen Stellantriebe, welche zur Erzeugung von Kräften angepaßt sind, in den Bereichen aufgenommen, die durch die starren Abschnitte und die parallelen flexiblen Träger ihrer jeweiligen Verschiebungseinrichtungen mit parallelen flexiblen Trägern definiert sind. Es ist folglich möglich, die Vorrichtung in einer einfachen Form ohne sich extern erstreckende Abschnitte zu konstruieren. Infolge dieses konstruktiven Merkmals ist es möglich, daß Kräfte, welche durch die piezoelektrischen Stellantriebe erzeugt worden sind, sehr direkt auf die entsprechenden parallelen flexiblen Träger übertragen werden können. Wenn derartige Einrichtungen übereinander angeordnet werden, kann die oben beschriebene Konstruktion trotzdem das oben in Verbindung mit den üblichen Positioniervorrichtungen aufgezeigte Problem lösen, daß die Feineinstellungsantriebe einander überlagern. Folglich können Verschiebungseinrichtungen mit symmetrischen parallelen flexiblen Trägern mit Leichtigkeit übereinander angeordnet werden, um eine Feineinstellungsvorrichtung für mehrere Achsen zu konstruieren. Wenn sie übereinander angeordnet werden, um eine Feineinstellungsvorrichtung für mehrere Achsen zu konstruieren, ist es ähnlich wie bei den vorstehenden Ausführungsformen möglich, Verschiebungen, die entlang der entsprechenden Achsen der resultierenden Positionierungseinrichtung für mehrere Achsen erzeugt werden, basierend auf den Dehnungen der parallelen flexiblen Träger, die einander nicht überlagern, genau zu detektieren, und anschließend die Kräfte zu regeln, die durch die piezoelektrischen Stellantriebe auf der Grundlage der so detektierten Werte erzeugt werden. Es ist folglich machbar, die Genauigkeit jeder Einstellungsoperation weiter durch die so übereinander angeordnete Einstellungsvorrichtung für mehrere Achsen zu verbessern, die gekoppelt mit dem Effekt der Verschiebungseinrichtung mit symmetrischen pa rallelen flexiblen Trägern per se, daß sämtliche überlagerungsbezogenen Verschiebungen vermieden werden können.
Die Fig. 14 ist eine Seitenansicht einer zweiten Feineinstellungsvorrichtung, enthalten in einer Ausführungsform dieser Erfindung. Wie aus der Figur ersichtlich, weist die vorliegende Ausführungsform eine derartige Konstruktion auf, daß zwei Verschiebungseinrichtungen mit radialen flexiblen Trägern, die jeweils von dem gleichen Typ wie die Verschiebungseinrichtung 32 mit radialen flexiblen Trägern der in Fig. 7 gezeigten zweiten Ausführungsform sind, symmetrisch miteinander verbunden sind, während sie sich einen gemeinsamen starren Abschnitt teilen, welcher dem starren Abschnitt 15b entspricht. Folglich werden die Elemente der Konstruktion der Verschiebungseinrichtung mit radialen flexiblen Trägern zur linken Hand, wie in der Figur gezeigt, durch Hinzufügen des Buchstabens 2 zu den Bezugszeichen für den entsprechenden Bestandteil der in Fig. 7 gezeigten Konstruktion dargestellt, während die Bestandteile der Konstruktion der Verschiebungseinrichtung mit radialen flexiblen Trägern zur rechten Hand durch Hinzufügen des Buchstabens r zu den Bezugszeichen für die entsprechenden Bestandteile der in Fig. 7 gezeigten Konstruktion dargestellt werden. Die Beschreibung dieser gemeinsamen Elemente erübrigt sich. Folglich wird eine Beschreibung der Bestandteile der Konstruktion gegeben, welche durch unterschiedliche Bezugszeichen dargestellt werden. In der Figur sind ein zentraler starrer Abschnitt 25c, eine Zunge 28c1, die sich von dem starren Abschnitt 25c in ein Durchgangsloch 27f erstreckt, und eine andere Zunge 28c2 gezeigt, die sich von dem starren Abschnitt 25c in ein anderes Durchgangsloch 27r erstreckt. Die Zungen 28c1, 28c2 sind mit jeweiligen zusätzlichen Zungen mit einem dazwischen befindlichen Abstand zu einer in der Figur zu erkennenden vertikalen Richtung ausgerichtet. Piezoelektrische Stellantriebe 29f, 29r sind zwischen den Zungen 28c1, 28f bzw. zwischen den Zungen 28c2, 28r vorgesehen.
Bei der obigen Konstruktion ist eine der Verschiebungseinrichtungen mit radialen flexiblen Trägern, d. h. die Verschiebungseinrichtung 322 mit radialen flexiblen Trägern, durch die starren Abschnitte 25l, 25c, die radialen flexiblen Träger 26l, 26l', die Zungen 28l, 28c&sub1; und die piezoelektrischen Stellantriebe 29l konstruiert, während die andere Verschiebungseinrichtung 32r mit radialen flexiblen Trägern aus den starren Abschnitten 25r, 25c, den radialen flexiblen Trägern 26r, 26r', den Zungen 28r, 28c&sub2; und dem piezoelektrischen Stellantrieb 29r zusammengesetzt ist. Weiterhin sind die Verschiebungseinrichtung 32r mit radialen flexiblen Trägern und die Verschiebungseinrichtung 32l mit radialen flexiblen Trägern, im Hinblick auf die gerade Schnittachse jener Ebenen in einem axialsymmetrischen Verhältnis, in welchen die radialen flexiblen Träger 26l, 26l', 26r, 26r' liegen. Bei dieser Ausführungsform ist die gerade Linie eine Linie, welche durch einen Punkt O in einem rechten Winkel relativ zu dem Zeichnungsblatt hindurchläuft. Durch die Verschiebungseinrichtungen 32l, 32r mit radialen flexiblen Trägern, welche in einem axialsymmetrischen Verhältnis sind, wird eine Verschiebungseinrichtung 33 mit symmetrischen radialen flexiblen Trägern konstruiert. Die geraden Linien dienen auch als Normalachsen, welche die Stellung und die Richtung der Installation der Verschiebungseinrichtung 33 mit symmetrisch radialen flexiblen Trägern anzeigt.
Als nächstes wird die Betätigung dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Fig. 15 und 16 beschrieben. Fig. 15 ist eine Seitenansicht der Verschiebungseinrichtung 33 mit symmetrischen radialen flexiblen Trägern nach Fig. 14, nachdem sie deformiert worden ist. Man lege nun eine Spannung an die piezoelektrischen Stellantriebe 29l, 29r an, so daß sie Kräfte f der gleichen Größe entlang ihrer entsprechenden Tangenten zu einem Kreis mit dem Punkt O als Zentrum erzeugen. Der starre Abschnitt 28c&sub1; wird dann durch die Kraft f, welche in dem piezoelektrischen Stellantrieb 29l erzeugt worden ist, entlang der Tangente nach oben gedrückt. Andererseits wird die Zunge 28c&sub2; durch die Kraft f, welche in dem piezoelektrischen Stellantrieb 29r erzeugt worden ist, entlang der Tangente abwärts gedrückt. Da der starre Abschnitt 25c in einer Form vorliegt, die mit beiden starren Abschnitten 25l, 25r mittels der radialen flexiblen Träger 26l, 26l', 26r, 26r' verbunden ist, ist es als ein Ergebnis der Anwendung der oben gezeigten Kräfte möglich, daß Abschnitte der radialen flexiblen Träger 26l, 26l', 26r, 26r', welche Abschnitte mit den zugehörigen starren Abschnitten 25l, 25r verbunden sind, noch auf ihren entsprechenden geraden Linien L&sub1;, L&sub2; verbleiben, die sich radial von dem Punkt O erstrecken, während ihre verbliebenen, mit dem starren Abschnitt 25c verbundenen Abschnitte eine kleine Verschiebung durchmachen, so daß sie auf geraden Linien L&sub1;', L&sub2;' verschoben werden, welche leicht zu den geraden Linien L&sub1;, L&sub2; versetzt sind und sich auch radial von dem Punkt O erstrecken. Folglich wird der starre Abschnitt 25c dazu veranlaßt, sich, wie in der Figur zu erkennen, im Uhrzeigersinn um einen kleinen Winkel δ zu drehen. Da die Größe dieser Winkelverschiebung δ durch die Steifigkeit der radialen flexiblen Träger 26l, 26l', 26r, 26r' gegenüber Biegedeformationen bestimmt wird, kann die Winkelverschiebung δ mit der gleichen Genauigkeit wie die Kraft f geregelt werden, vorausgesetzt, daß die Kraft f präzise geregelt wird. Diese Ausführungsform realisiert eine Feineinstellungsvorrichtung, die mit den gleichen Vorteilen wie die sechste Ausführungsform auch in Verbindung mit den Winkelverschiebungen ausgestattet ist, wodurch genaue Einstellungen durch Winkelverschiebungen ermöglicht werden.
Vergleichbar mit den einzelnen Verschiebungseinrichtungen mit parallelen flexiblen Trägern in der Verschiebungseinrichtung mit symmetrischen parallelen flexiblen Trägern bei der vorausgehenden Ausführungsform kann es auch erwo gen werden, daß nur eine der Verschiebungseinrichtungen mit radialen flexiblen Trägern, nämlich die Verschiebungseinrichtung 32l mit radialen flexiblen Trägern, in der Verschiebungseinrichtung mit symmetrischen radialen flexiblen Trägern dieser Ausführungsform eine Winkelverschiebung durchmacht. Wenn eine Spannung an den piezoelektrischen Stellantrieb 29l der einzelnen Verschiebungseinrichtung 32l mit radialen flexiblen Trägern angelegt wird, erzeugt folglich dieser piezoelektrischen Stellantrieb 29l eine nach oben entlang der Tangente gerichtete Kraft, so daß die radialen flexiblen Träger 26l, 26l' gebogen und die starren Abschnitte 25c um den Punkt O gedreht werden. Dieser deformierte Zustand wird in Fig. 16 durch gestrichelte Linien gezeigt, in welcher die Zungen 28c&sub1;, 28l und der piezoelektrische Stellantrieb 29l weggelassen sind und der starre Abschnitt 25l in einer vereinfachten Form gezeigt wird. Es sollte berücksichtigt werden, daß die Deformation in Fig. 16 übertrieben dargestellt ist. Wie aus der Figur ersichtlich, muß der Punkt O auf dem starren Abschnitt 25c eine derartige parasitäre Verschiebung ausführen, da er zu einem Punkt O' versetzt ist, obwohl der Abstand zwischen den Punkten O und O' extrem klein ist. Man nehme sich nun die andere einzelne Verschiebungseinrichtung 32r mit radialen flexiblen Trägern vor, welche sich in einer Position befindet, wo sie axialsymmetrisch zu der vorherigen Verschiebungseinrichtung 32l mit radialen flexiblen Trägern relativ zu der Normalachse ist. Wenn die Kraft f an die Verschiebungseinrichtung 32r mit radialen flexiblen Trägern in einer axialsymmetrischen Richtung zu der an die vorstehende Einrichtung 32l angelegten Kraft f im Hinblick auf die Normalachse angelegt wird, entsteht auch eine Winkelverschiebung um den Punkt O als eine Hauptverschiebung.
Eine parasitäre Verschiebung, welche gleichzeitig mit der Hauptverschiebung stattfindet, ist jedoch axialsymmetrisch zu der zuvor aufgezeigten parasitären Verschiebung im Hin blick auf die Normalachse. Wenn die Verschiebungseinrichtungen 32l, 32r mit radialen flexiblen Trägern zur gleichen Zeit betrieben werden, wird die parasitäre Verschiebung in der Verschiebungseinrichtung 32l mit radialen flexiblen Trägern durch die in der Verschiebungseinrichtung 32r erzeugte parasitäre Verschiebung mit der gleichen Größe, aber entgegengesetzter Richtung kompensiert. Im Ergebnis können solche parasitären Verschiebungen bei der symmetrischen Verschiebungseinrichtung 33 mit radialen flexiblen Trägern nicht mehr vorkommen. Aus diesem Grund kann die symmetrische Verschiebungseinrichtung 33 mit radialen flexiblen Trägern verglichen mit der einzelnen Verschiebungseinrichtung mit radialen flexiblen Trägern eine genauere Winkelverschiebung δ erzielen.
Übrigens kann die Steuerung der Winkelverschiebung δ durch das Rückkopplungs-Regelsystem, das von den Dehnungsmeßstreifen 31 Gebrauch macht, in der gleichen Weise wie in der vorstehenden Ausführungsform durchgeführt werden. Wiederum ermöglicht hier die Anordnung der Dehnungsmeßstreifen 31 an Verbindungspunkten zwischen den radialen flexiblen Trägern 26l, 26l' und den starren Abschnitten 25l, 25c die korrekte Messung von Dehnungen ohne jede Beeinflussung von einer anderen Verschiebungseinrichtung mit radialen flexiblen Trägern oder Verschiebungseinrichtungen, wenn zwei oder mehrere Verschiebungseinrichtung mit radialen flexiblen Trägern miteinander kombiniert werden, um eine Feineinstellungsvorrichtung für mehrere Achsen zu bilden.
In der obigen Beschreibung der Vorrichtung wurde die symmetrische Verschiebungseinrichtung mit radialen flexiblen Trägern beschrieben, in welcher die beiden Verschiebungseinrichtungen mit radialen flexiblen Trägern symmetrisch in einer Kombination auf der linken bzw. der rechten Seite vorgesehen sind. Jedoch ist es nicht immer erforderlich, die symmetrische Verschiebungseinrichtung mit radialen flexiblen Trägern auf eine derartige horizon tal symmetrische Anordnung einzuschränken. Wie leicht aus der obigen Beschreibung zu verstehen ist, ist es ein wesentliches Erfordernis, daß sie im Hinblick auf die Normalachse axialsymmetrisch sind und dennoch eine einer kombinierten Verschiebungseinrichtung mit radialen flexiblen Trägern entsprechende Funktionen zeigen können, auch wenn ihre Konstruktion nicht horizontal symmetrisch ist.
Wenn die Spannung, die an die piezoelektrischen Stellantriebe 29l, 29r angelegt werden, eliminiert werden, kehren sämtliche der radialen flexiblen Träger 26l, 26l', 26r, 26r' in ihre Zustände vor ihrer Deformation zurück, wobei die symmetrische Verschiebungseinrichtung 33 mit radialen flexiblen Trägern in ihren in Fig. 14 dargestellten Zustand zurückkehrt und die Winkelverschiebung δ auf Null (0) reduziert wird.
Da die Verschiebungseinrichtungen mit radialen flexiblen Trägern in der vorliegenden Ausführungsform im Hinblick auf die Normalachse in axialer Symmetrie angeordnet sind, ist es möglich, Winkelverschiebungen mit guter Genauigkeit zu erhalten. Aus diesem Grund kann die Genauigkeit für Verschiebungen beibehalten werden, auch wenn zwei oder mehrere symmetrische Verschiebungseinrichtungen mit radialen flexiblen Trägern aufeinander gestapelt werden, um eine Feineinstellungsvorrichtung für mehrere Achsen zu bilden. Ähnlich wie bei den vorstehenden Ausführungsformen sind die piezoelektrischen Stellantriebe, die zur Erzeugung von Kräften angepaßt sind, in den Bereichen aufgenommen, die durch die starren Abschnitte und die radialen flexiblen Träger der jeweiligen Verschiebungseinrichtungen mit radialen flexiblen Trägern definiert werden. Es ist auf diese Weise möglich, die Vorrichtung in einer einfachen Form ohne irgendwelche nach außen hervorstehende Abschnitte zu konstruieren. Infolge dieses konstruktiven Merkmals ist es möglich, daß Kräfte, die durch die piezoelektrischen Stellantriebe erzeugt worden sind, sehr di rekt auf die entsprechenden radialen flexiblen Träger übertragen können. Wenn solche Einrichtungen übereinander angeordnet sind, kann die oben beschriebene Konstruktion trotzdem das Problem lösen, das oben in Verbindung mit den herkömmlichen Einstellungseinrichtungen aufgezeigt wurde, daß nämlich die Feineinstellungsantriebe einander überlagern. Folglich können symmetrische Verschiebungseinrichtungen mit radialen flexiblen Trägern mit Leichtigkeit übereinander angeordnet werden, um eine Feinstellungseinrichtung für mehrere Achsen zu konstruieren. Entsprechend den vorstehenden Ausführungsformen werden Verschiebungen korrekt gemessen, die auf der Grundlage von Dehnungen der radialen flexiblen Träger erzeugt werden, welche einander auch dann nicht überlagern, wenn sie übereinander angeordnet sind, um eine Feineinstellungsvorrichtung für mehrere Achsen zu konstruieren, und die durch die piezoelektrischen Stellantriebe zu erzeugenden Kräfte werden auf der Grundlage der so gemessenen Werte geregelt. Es ist auf diese Weise machbar, die Genauigkeit jeder Einstellungsbetätigung zusätzlich durch die so übereinander gestapelten Einstellungsvorrichtungen für mehrere Achsen zu verbessern, gekoppelt mit dem Effekt der symmetrischen Verschiebungseinrichtungen mit radialen flexiblen Trägern per se, daß nämlich sämtliche überlagerungsbezogenen Verschiebungen vermieden werden können.
Die Fig. 17 ist eine Seitenansicht einer Feineinstellungsvorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform.
In der Figur sind die gleichen Bestandteile der Konstruktion, wie die in der Fig. 14 gezeigten, durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und deren Beschreibung wird weggelassen. Obwohl die in Fig. 14 dargestellte Ausführungsform piezoelektrische Stellantriebe als Antriebsvorrichtungen zur Erzeugung von Winkelverschiebungen verwendet, die in der Lage sind, Kräfte entlang ihrer Tangenten zu einem Kreis zu erzeugen, der den Punkt O als Zentrum aufweist, verwendet die vorliegende Ausführungs form eine Drehmomenterzeugungsvorrichtung, welche infolge der Wechselwirkung zwischen einem Permanentmagneten und einem Elektromagneten Drehmomente um eine Normalachse erzeugt. In der Figur sind ein starrer Abschnitt 35, der dem in Fig. 14 dargestellten starren Abschnitt 25c entspricht, ein flaches Loch 36, das in einer Seitenwand des starren Abschnitts 35 gebildet ist, und eine bogenförmige Ausnehmung 36a gezeigt, die um eine Normalachse und entlang der zentralen konkaven Kanten des Loches 36 vorgesehen ist. Die Bezugszeichen 37l, 37r deuten Träger an, die sich von den starren Abschnitten 25l, 25r in das Loch 36 erstrecken. Durch das Bezugszeichen 38 ist eine Drehmomenterzeugungsvorrichtung benannt, welche aus Erregungsabschnitten 38a und einem zylindrischen Teil 38b zusammengesetzt ist. Die Erregungsabschnitte 38a sind jeweils aus einer Erregerwicklung (nicht dargestellt) konstruiert, die in einer vorbeschriebenen Position des starren Abschnitts 35 entlang der bogenförmigen Kante der entsprechenden Ausnehmung 36a des Loches 36 angeordnet ist. Andererseits enthält das zylinderische Teil 38b zwei Permanentmagnete (nicht dargestellt) an inneren Stellen, die den entsprechenden Ausnehmungen 36a mit einer vorbestimmten Lagebeziehung zu den Erregerwicklungen gegenüberliegen, die jeweils in den entsprechenden Erregungsabschnitten 38a angeordnet sind. Es wird darauf hingewiesen, daß die Anzahl der Erregerwicklungen zweckmäßig variiert werden kann und die Anzahl der Permanentmagneten ebenso entsprechend variiert werden kann. Entweder untere oder obere Erregungsabschnitte 38a können auch weggelassen werden, vorausgesetzt, daß der Permanentmagnet in dem zylindrischen Teil 38b zweckmäßig angeordnet ist. Das Bezugszeichen 39 deutet eine symmetrische Verschiebungseinrichtung mit radialen flexiblen Trägern in dieser Erfindung an.
Wenn vorherbestimmte Ströme in die Erregerwicklungen in den Erregerabschnitten 38a eingespeist werden, wird zwischen den Erregerabschnitten 38a und dem zylindrischen Teil 38b ein Drehmoment durch anziehende und abstoßende Kräfte erzeugt, deren Größen proportional zu den oben eingespeisten Strömen sind. Durch dieses Drehmoment dreht sich der starre Abschnitt 35 um die Normalachse und aus den gleichen Gründen, wie den oben in Verbindung mit der in Fig. 14 dargestellten symmetrischen Verschiebungseinrichtungen mit radialen flexiblen Trägern aufgezeigten, macht jeder der radialen flexiblen Träger 26l, 26l, 26r, 26r eine Deformation durch, wie sie in Fig. 15 dargestellt ist. Der starre Abschnitt 35 erzeugt nämlich eine Winkelverschiebung relativ zu den starren Abschnitten 25l, 25r.
Es ist auch möglich, statt des flachen Loches ein Durchgangsloch zu bilden, um ein anderes Durchgangsloch in einem rechten Winkel relativ zu dem vorherigen Durchgangsloch zu bilden, und um dann die Drehmomenterzeugungsvorrichtung an einem Punkt vorzusehen, an dem sich beide Durchgangslöcher an einem rechten Winkel kreuzen. Weiterhin ist die Vorrichtung zur Erzeugung von Drehmomenten nicht notwendigerweise auf die Kombination eines oder mehrerer Permanentmagnete oder eines oder mehrerer Elektromagnete beschränkt. Es ist z. B. möglich, einen oder mehrere Elektromagnete mit einem oder mehreren Elektromangneten zu kombinieren oder zweckmäßige andere, berührungsfrei ein Drehmoment erzeugende Vorrichtungen zu verwenden. Die starren Abschnitte sind die gleichen wie die der zweiten Vorrichtung.
Wie oben beschrieben, ist die Vorrichtung zur Erzeugung von Drehmomenten als symmetrische Verschiebungseinrichtung mit radialen flexiblen Trägern zentral in dem zentralen starren Abschnitt in der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen. Folglich kann diese Ausführungsform ungefähr die gleichen Wirkungen erbringen wie die zweite Vorrichtung.
Oben sind die Funktionen der symmetrischen Verschiebungseinrichtung mit parallelen flexiblen Trägern und der symmetrischen Verschiebungseinrichtung mit radialen flexiblen Trägern im Detail beschrieben worden. Sie sind Einrichtungen, um Verschiebungen entlang einer der drei Koordinatenachsen (x, y, z) bzw. um Winkelverschiebungen um eine der drei Koordinatenachsen zu erzeugen. Wenn mehrere solcher symmetrischer Verschiebungseinrichtungen mit radialen flexiblen Trägern miteinander mit ihren Normalachsen weder zusammenfassend noch parallel angeordnet kombiniert werden, ist es möglich, Feineinstellungen im Hinblick auf Winkelverschiebungen um zwei oder drei Koordinatenachsen durch die resultierende einzelne Vorrichtung durchzuführen. Weiterhin ist es ersichtlich machbar, Feineinstellungen im Hinblick auf Verschiebungen entlang einer bis drei Koordinatenachsen und Winkelverschiebungen um eine bis drei Koordinatenachsen durch eine einzelne Vorrichtung durchzuführen, vorausgesetzt, daß eine oder mehrere symmetrische Verschiebungseinrichtungen mit parallelen flexiblen Trägern und eine oder mehrere symmetrische Verschiebungseinrichtungen mit radialen flexiblen Trägern zweckmäßig miteinander kombiniert sind. Diese Kombinationen können, wie oben gezeigt, mit Leichtigkeit realisiert werden. Zusätzlich weisen die so kombinierten Vorrichtungen den großen Vorteil auf, daß keine Überlagerungen bei Verschiebungen und Winkelverschiebungen der jeweiligen symmetrischen Verschiebungseinrichtungen mit parallelen flexiblen Trägern und/oder symmetrischen Verschiebungseinrichtungen mit radialen flexiblen Trägern auftreten. Eine Ausführungsform der oben gezeigten kombinierten Konstruktionen wird im nachfolgenden beschrieben werden, wobei die lineare Antriebseinheit 50 und die Winkelantriebseinheit 60 verwendet werden, welche in Fig. 9 (a) bzw. 9 (b) dargestellt sind.
Die Fig. 18 ist eine teilweise weggeschnittene perspektivische Ansicht einer Feineinstellungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung. Die Vorrichtung nach dieser Erfindung kann Verschiebungen entlang dreier Achsen (x, y, z) erzeugen, wenn die Koordinatenachsen, wie in der Figur gezeigt, vorgegeben sind. In der Figur sind ein kreuzförmiger, säulenförmiger Körper 70, der aus einem starren Körper mit kreuzförmigem Querschnitt in Querrichtung hergestellt ist, ein starrer Abschnitt 71, der mit dem kreuzförmigen, säulenförmigen Körper 70 verbunden ist, und ein anderer starrer Abschnitt 72 dargestellt, der ebenfalls mit dem kreuzförmigen, säulenförmigen Körper 70 verbunden ist. Vorzugsweise werden sie einstückig aus einem einzigen starren Block maschinell oder spanabhebend hergestellt.
Das Bezugszeichen 73 deutet einen ersten säulenförmigen Körper an, der den kreuzförmigen säulenförmigen Körper 70 bildet, während das Bezugszeichen 74 einen zweiten säulenförmigen Körper andeutet, der ebenfalls den kreuzförmigen säulenförmigen Körper 70 bildet. Der erste säulenförmige Körper 73 und der zweite säulenförmige Körper 74 sind senkrecht zueinander. Der erste säulenförmige Körper 73 besteht aus starren Abschnitten 73a&sub1;, 73a&sub2;, 73b&sub1;, 73b&sub2;, 70c und linearen Antriebseinheiten 50x, 50z und enthält zwei symmetrische Verschiebungseinrichtungen mit parallelen flexiblen Trägern. Der zweite säulenförmige Körper 74 besteht aus starren Abschnitten 74a, 74b, 70c und einer linearen Antriebseinheit 50y, wodurch eine einzige symmetrische Verschiebungseinrichtung mit parallelen flexiblen Trägern konstruiert ist. Der starre Abschnitt 70c ist ein zentraler starrer Abschnitt, welchen sich beide säulenförmigen Körper 73, 74 gemeinsam teilen. Der starre Abschnitt 71 ist mit beiden Enden der starren Abschnitte 73a&sub1;, 73b&sub1; des ersten säulenförmigen Körpers 73 (nämlich getrennt von dem zweiten säulenförmigen Körper 74) verbunden, während der massive Abschnitt 72 mit den beiden Enden der starren Abschnitte 74a, 74b des zweiten säulenförmigen Körpers 74 verbunden ist (nämlich getrennt von dem ersten säulenför migen Körper 73). In dem ersten säulenförmigen Körper 73 ist eine der linearen Antriebseinheiten 50z, welche die symmetrische Verschiebungseinrichtung mit parallelen flexiblen Trägern ausmacht, zwischen den starren Abschnitten 73a&sub1; und 73a&sub2; und die andere zwischen den starren Abschnitten 73b&sub1; und 73b&sub2; gebildet. Andererseits ist eine der linearen Antriebseinheiten 50x zwischen den starren Abschnitten 73a&sub2; und 70c und die andere zwischen den starren Abschnitten 73b&sub2; und 70c gebildet. Weiterhin ist die lineare Antriebseinheit 50y, welche die symmetrische Verschiebungseinrichtung mit parallelen flexiblen Trägern ausmacht, in dem zweiten säulenförmigen Körper 74 zwischen den starren Abschnitten 74a und 70c und die andere zwischen den starren Abschnitten 74b und 70c gebildet.
Sämtliche Normalachsen der symmetrischen Verschiebungseinrichtungen mit parallelen flexiblen Trägern, die in dem kreuzförmigen säulenförmigen Körper 70 konstruiert sind, gehen durch das Zentrum des zentralen starren Abschnitts 70c. Die Normalachse der symmetrischen Verschiebungseinrichtung mit parallelen flexiblen Trägern, die aus der linearen Antriebseinheit 50x gebildet ist, fällt mit der x-Achse zusammen; die Normalachse der symmetrischen Verschiebungseinrichtung mit parallelen flexiblen Trägern, die aus der linearen Antriebseinheit 50y besteht, ist mit der y-Achse ausgerichtet und die Normalachse der symmetrischen Verschiebungseinrichtung mit parallelen flexiblen Trägern, die aus der linearen Antriebseinheit 50z gebildet ist, fällt mit der z-Achse zusammen. Folglich sind die Normalachsen der drei symmetrischen Verschiebungseinrichtungen mit parallelen flexiblen Trägern, die in dem kreuzförmigen säulenförmigen Körper 70 konstruiert sind, wechselseitig senkrecht.
Auf den parallelen flexiblen Trägern, welche in den linearen Antriebseinheiten 50x, 50y, 50z in Paaren angeordnet sind, sind, wie in Fig. 12 gezeigt, Dehnungsmeßstreifen angeordnet. Sie werden jedoch in der Figur weggelassen, weil ihre Einbeziehung die Figur unzweckmäßig kompliziert macht (dieses gilt auch für die nachfolgenden Beispiele).
Als nächstes wird die Funktionsweise der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Als erstes sei angenommen, daß die beiden linearen Antriebseinheiten 50z angetrieben werden (daß nämlich Spannungen an ihre piezoelektrischen Stellantriebe angelegt werden). Wie in der Beschreibung der in Fig. 12 dargestellten Ausführungsform gezeigt wird, finden dann zwischen den starren Abschnitten 73a&sub1; und 73a&sub2; und zwischen den starren Abschnitten 73b&sub1; und 73b&sub2; relative Verschiebungen z statt. Hier soll in Erinnerung gerufen werden, daß die starren Abschnitte 73a&sub1;, 73b&sub1; einstückig mit dem starren Abschnitt 71 ausgebildet sind und die starren Abschnitte 73a&sub2;, 73b&sub2; mit dem starren Abschnitt 72 mittels der jeweiligen linearen Antriebseinheit 50x verbunden sind, die eine hinreichend hohe Steifigkeit gegenüber Kräften aufweist, die entlang der z-Achse angelegt werden, wobei der zentrale starre Abschnitt 70c und jede der linearen Antriebseinheiten 50y eine hinreichend hohe Steifigkeit gegen Kräfte aufweist, die entlang der z- Achse und der starren Abschnitte 74a, 74b angelegt werden. Geht man nun auf eine entlang der z-Achse angelegte Kraft ein, so sind die starren Abschnitte 73a&sub1;, 73b&sub1;, welche außerhalb der entsprechenden linearen Antriebseinheiten 50z angeordnet sind, starr mit dem starren Abschnitt 71 verbunden, und die starren Abschnitte 73b&sub1;, 73b&sub2;, welche innerhalb der entsprechenden linearen Antriebseinheiten 50z angeordnet sind, sind starr mit dem starren Abschnitt 72 verbunden. Wenn die linearen Antriebseinheiten 50z angetrieben werden, wird die relative Verschiebung z entlang der z-Achse zwischen dem starren Abschnitt 71 und dem starren Abschnitt 72 erzeugt.
Wenn die linearen Antriebseinheiten 50x in der gleichen Weise angetrieben werden, wird folglich eine relative Ver schiebung x entlang der x-Achse zwischen dem starren Abschnitt 71 und dem starren Abschnitt 72 erzeugt, weil die starren Abschnitte 73a&sub2;, 73b&sub2;, die außerhalb der entsprechenden linearen Antriebseinheiten 50x angeordnet sind, starr mit dem starren Abschnitt 71 mittels der linearen Antriebseinheiten 50z verbunden sind, die eine hinreichend hohe Steifigkeit gegen Kräfte aufweisen, die entlang der x-Achse und der starren Abschnitte 73a&sub1; und 73b&sub1; angelegt werden, und weil der starre Abschnitt 70c, der innerhalb beider linearer Antriebseinheiten 50x angeordnet ist, starr mit dem starren Abschnitt 72 mittels der linearen Antriebseinheiten 50y verbunden sind, die eine hinreichend hohe Steifigkeit gegen Kräfte aufweisen, die entlang der x-Achse und der starren Abschnitte 74a, 74b angelegt werden.
Wenn andererseits die linearen Antriebseinheiten 50y angetrieben werden, wird eine relative Verschiebung y entlang der y-Achse zwischen dem starren Abschnitt 71 und dem starren Abschnitt 72 erzeugt, weil der starre Abschnitt 70c, der innerhalb der linearen Antriebseinheiten 50y angeordnet ist, starr mit dem starren Abschnitt 71 verbunden ist, mittels der linearen Antriebseinheiten 50x, die eine hinreichend hohe Steifigkeit gegen Kräfte aufweisen, die entlang der y-Achse und den starren Abschnitten 73a&sub2;, 73b&sub2; angelegt werden und wobei die linearen Antriebseinheiten 50z eine hinreichend hohe Steifigkeit gegen entlang der y- Achse und den starren Abschnitten 73a&sub1; und 73b&sub1; angelegte Kräfte aufweisen, und die starren Abschnitte 74a, 74b, die außerhalb ihrer entsprechenden linearen Antriebseinheiten 50y angeordnet sind, starr mit dem starren Abschnitt 72 verbunden sind.
Folglich kann also eine dreidimensionale Feineinstellungsvorrichtung konstruiert werden, wenn z. B. der starre Abschnitt 72 mit dem in Fig. 1 gezeigten Auflagetisch verbunden ist, und ein Grobeinstellungstisch eine Vorrichtung zur Durchführung von Einstellungen mit geringerer Genauigkeit über einen breiteren Verschiebungsbereich als die Feineinstellungsvorrichtungen bildet, die die vorliegende Ausführungsform oder dergleichen enthält; der starre Abschnitt 71 ist mit einem Feineinstellungstisch verbunden.
Wie auch aus der Beschreibung ersten Vorrichtung aus der vorliegenden Erfindung ersichtlich, wird eine in jeder der linearen Antriebseinheiten erzeugte Kraft nur durch einen Weg Übertragen, welcher sehr dicht bei der linearen Antriebseinheit ist, und die Kraft wird nicht durch irgendwelche anderen symmetrischen Verschiebungseinrichtungen mit parallelen flexiblen Trägern übertragen. Die vorliegende Ausführungsform hat folglich den Vorteil, daß eine Verschiebung im wesentlichen unabhängig entlang jeder Achse erzeugt werden kann, ohne eine Beeinflussung der Verschiebungen entlang der anderen Achsen zu ergeben. Auch in dem einen speziellen Fall, daß ein schweres Objekt auf dem Feineinstellungstisch abgelegt werden soll oder dem Feineinstellungstisch über seine genaue Bewegung ein Widerstand entgegengesetzt wird, ist es trotzdem möglich, unabhängig entlang jeder der Achsen eine Verschiebung zu erzeugen, ohne jegliche Beeinflussung der Verschiebungen entlang der anderen Achsen zu ergeben; die so erzeugte Verschiebung weist eine extrem hohe Genauigkeit auf, weil, wie aus der obigen Beschreibung ihrer Betätigung ersichtlich, die jeweiligen symmetrischen Konstruktionen mit parallelen flexiblen Trägern mit ihren Normalachsen gegeneinander senkrecht angeordnet sind und die parallelen flexiblen Träger der linearen Antriebseinheiten in jeder der symmetrischen Konstruktionen mit parallelen flexiblen Trägern eine hinreichend hohe Steifigkeit gegen Kräfte aufweist, die entlang anderer als der ihnen entsprechenden Achse angelegt werden. Aus den gleichen Gründen kann die Messung von Dehnungen in jeder der Antriebseinheiten durch nicht dargestellte Dehnungsmeßstreifen ohne eine Beeinflussung durch die mit den anderen Achsen verbundenen Antriebseinheiten durchgeführt werden und die Genauigkeit der Messung der Verschiebungen, die durch die jeweiligen Verschiebungseinrichtungen erzeugt werden, ist extrem hoch.
Wie oben beschrieben, sind die drei symmetrischen Verschiebungseinrichtungen mit parallelen flexiblen Trägern in dem kreuzförmigen säulenförmigen Körper in der vorliegenden Ausführungsform mit ihren Normalachsen in einem rechten Winkel zueinander überkreuzend ausgebildet und angeordnet. Die vorliegende Ausführungsform kann folglich dreidimensionale Feineinstellungen mit hoher Genauigkeit durchführen. Da sich Verschiebungen entlang einer Achse nicht mit Verschiebungen entlang einer anderen Achse überlagern, kann eine Vorrichtung mit Leichtigkeit hergestellt werden. Da die durch die jeweiligen Verschiebungseinrichtungen erzeugten Verschiebungen durch die Dehnungsmeßstreifen bestimmt werden können, ist es auch möglich, die Genauigkeit von Einstellungen entlang jeder Achse in Abhängigkeit von dem Rückkopplungsregelungsverfahren zu verbessern. Da die linearen Antriebseinheiten in ihre entsprechenden symmetrischen Verschiebungseinrichtungen mit parallelen flexiblen Trägern einbezogen sind, gibt es keine Bestandteile, welche sich nach außen erstrecken. Es ist folglich mit Leichtigkeit möglich, eine dreidimensionale Feineinstellungsvorrichtung in einer sehr kompakten Form mit einem kreuzförmigen säulenförmigen Körper zu konstruieren. Ferner kann die Vorrichtung nach dieser Ausführungsform als ein einstückiger Gegenstand hergestellt werden, indem nur mechanisch oder spanabhebend auf einen starren säulenförmigen Block eines Rohmaterials eingewirkt wird. Es ist folglich möglich, eine Reduktion der Herstellungskosten und der Anzahl der Teile, Verringerungen der Abmessungen, Verbesserungen der Linearität infolge der Vermeidung von Spiel, das Weglassen von gleitenden Teilen, die Eliminierung von Hysteresen, etc. zu erzielen.
Die Fig. 19(a) und 19(b) sind jeweilige Drauf- und Seitenansichten einer Feineinstellungsvorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung. Die Vorrichtung nach dieser Erfindung kann Winkelverschiebungen um zwei Achsen (y-Achse und z-Achse) erzeugen, wenn die Koordinatenachsen, wie in der Figur dargestellt, aufgespannt sind. In den Figuren sind starre Abschnitte 75a, 75b, dünnere Abschnitte 76a, 76b und ein zentraler starrer Abschnitt 75c gezeigt. Winkelantriebseinheiten 60z sind jeweils zwischen den starren Abschnitten 75c und 76a und zwischen den starren Abschnitten 75c und 76b angeschlossen, während Winkelantriebseinheiten 60y zwischen den starten Abschnitten 76a und 75a bzw. zwischen den starren Abschnitten 76b und 75b angeschlossen sind. Die anderen Enden der starren Abschnitte 75a, 75b sind durch eine nicht dargestellte starre Konstruktion zusammengeschlossen. Die jeweiligen starren Abschnitte 75a, 75b, 75c, 76a, 76b und die einzelnen Winkelantriebseinheiten 60y, 60z werden einstückig maschinell oder spanabhebend aus einem einzigen Stück eines starren Körpers hergestellt.
Die Linien L&sub1;, L&sub2;, welche sich durch die Zentren der radialen flexiblen Träger der jeweiligen Winkelantriebseinheiten 60z erstrecken, überschneiden sich in einem Winkel Θ&sub2; mit der Normalachse der Winkelantriebseinheiten 60z. Die Normalachse durchläuft einen Punkt O des starren Abschnitts 75c in einer Richtung senkrecht zu dem Zeichnungsblatt. Andererseits überschneiden die Linien L&sub3;, L&sub4;, welche sich durch die Zentren der radialen flexiblen Träger der jeweiligen Winkelantriebseinheiten 60y erstrecken, die Normalachsen der Winkelantriebseinheiten 60y in einem Winkel Θ&sub1;. In der Vorrichtung nach dieser Ausführungsform sind die symmetrische Verschiebungseinrichtung mit radialen flexiblen Trägern zum Erzeugen von Winkelverschiebungen um die y-Achse und die symmetrische Verschiebungseinrichtung mit radialen flexiblen Trägern zum Erzeugen von Winkelverschiebungen um die z-Achse einstückig zusammen kombiniert.
Als nächstes wird die Funktionsweise der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Wenn die beiden Winkelantriebseinheiten 60z angetrieben werden, wird eine relative Winkelverschiebung δz um die z-Achse zwischen den starren Abschnitten 76a, 76b und dem starren Abschnitt 75c erzeugt, wie in der Beschreibung der in Fig. 14 dargestellten Ausführungsform gezeigt ist. Obwohl die Dicken der starren Abschnitte 76a, 76b gering sind, zeigen die starren Abschnitte 76a, 76b eine hinreichend hohe Steifigkeit gegen jedes Drehmoment um die z-Achse, weil die Winkelantriebseinheiten 60y, welche unmittelbar zu den jeweiligen starren Abschnitten 76a, 76b benachbart sind, eine hinreichend hohe Steifigkeit gegen jedes Drehmoment um die z-Achse aufweisen. Berücksichtigt man nämlich ein Drehmoment um die z-Achse, so werden die Abschnitte außerhalb der Winkelantriebseinheit 60z (nämlich auf den zu dem starren Abschnitt 75c entgegengesetzten Seiten) als starr mit den starren Abschnitten 75a, 75b verbunden betrachtet, ungeachtet der Zwischenschaltung der dünnen starren Abschnitte 76a, 76b und der Winkelantriebseinheit 60y. Wenn die Winkelantriebseinheiten 60z angetrieben werden, wird die relative Winkelverschiebung δz folglich um die z-Achse zwischen dem zentralen starren Abschnitt 75c und den starren Abschnitten 75a, 75b erzeugt.
In dem gleichen Zuge wird eine relative Winkelverschiebung um die y-Achse zwischen dem zentralen starren Abschnitt 75c und den starren Abschnitten 75a, 75b erzeugt, wenn die Winkelantriebseinheit 60y angetrieben wird, weil die Winkelantriebseinheit 60z im Vergleich mit den starren Abschnitten 76a, 76b eine hinreichend hohe Steifigkeit aufweist und der zentrale starre Abschnitt 75c und die Winkelantriebseinheit 60y folglich als starr verbunden betrachtet werden können.
Wie auch aus der Beschreibung der zweiten Vorrichtung zu verstehen ist, wird eine an jeder der Winkelantriebseinheiten zur Erzeugung eines Drehmoments angelegte Kraft nur über einen Weg übertragen, welcher sehr dicht bei der Winkelantriebseinheit ist, und die Kraft wird nicht durch irgendwelche der anderen symmetrischen Verschiebungseinrichtungen mit radialen flexiblen Trägern übertragen. Die vorliegende Ausführungsform weist folglich einen derartigen Vorteil auf, daß eine Verschiebung entlang jeder der Achsen unabhängig erzeugt werden kann, ohne irgendwelche Beeinflussungen auf Verschiebungen um die anderen Achsen in der gleichen Weise wie bei der Ausführungsform nach Fig. 18 zu ergeben. Auch in dem speziellen Fall, daß ein schweres Objekt auf dem Feineinstellungstisch plaziert werden soll oder der Feineinstellungstisch über seine genaue Bewegung von einem Widerstand begleitet wird, ist es trotzdem möglich, um jede der Achsen unabhängige Winkelverschiebungen zu erzeugen, ohne irgendwelche Beeinflussungen der Winkelverschiebungen um die anderen Achsen zu ergeben, und die so erzeugten Verschiebungen weisen eine extrem hohe Genauigkeit auf, weil, wie aus der obigen Beschreibung ihrer Funktionsweise ersichtlich, die jeweiligen symmetrischen Konstruktionen mit radialen flexiblen Trägern mit ihren Normalachsen gegeneinander senkrecht angeordnet sind, und die radialen flexiblen Träger der Winkelantriebseinheiten in jeder der symmetrischen Einrichtungen mit radialen flexiblen Trägern eine hinreichend hohe Steifigkeit gegen Drehmomente um andere als ihre entsprechenden Achsen aufweisen. Aus den gleichen Gründen ist es wirkungsvoll, Korrekturen auf der Grundlage der Messung von Dehnungen durch nicht dargestellte Dehnungsmeßgeräte vorzunehmen.
Eine Vorrichtung zur Erzeugung dreidimensionaler Winkelverschiebungen kann ersichtlich konstruiert werden, wenn ein weiterer Satz aus Winkelantriebseinheiten, welcher angepaßt ist, um Winkelverschiebungen um die x-Achse zu erzeugen, zu der Konstruktion nach der vorliegenden Ausführungsform hinzugefügt wird.
Wie oben beschrieben worden ist, wird die vorliegende Ausführungsform konstruiert, indem zwei symmetrische Konstruktionen mit radialen flexiblen Trägern zusammen mit ihren Normalachsen in einem rechten Winkel relativ zueinander erstreckt kombiniert werden. Die vorliegende Ausführungsform kann folglich zweidimensionale Winkelverschiebungen mit hoher Genauigkeit erzeugen. Die Vorrichtung nach dieser Ausführungsform kann auch mit Leichtigkeit konstruiert werden, weil sich Winkelverschiebungen, die um eine Achse erzeugt werden, nicht mit jenen überlagern, die um die andere Achse erzeugt werden, und umgekehrt. Die Rückkopplungsregelung, die von den Dehnungsmeßgeräten Gebrauch macht, die Einbeziehung der Winkelantriebseinheiten innerhalb der entsprechenden symmetrischen Verschiebungseinrichtungen mit radialen flexiblen Trägern und die strukturell integrierte Natur der Vorrichtung können jeweils ungefähr die gleichen Effekte erzielen, wie die im Hinblick auf die vorstehende Ausführungsform nach Fig. 18 aufzeigen.
Die Fig. 20(a) und 20(b) sind perspektivische Ansichten einer Feineinstellungsvorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform, Die Vorrichtung nach dieser Ausführungsform kann Verschiebungen entlang der drei Achsen (x, y, z) erzeugen, wenn die Koordinatenachsen, wie in den Figuren dargestellt, aufgespannt sind. In dieser Hinsicht ist die Vorrichtung nach dieser Ausführungsform der Vorrichtung nach der Fig. 18 ähnlich. Jedoch ist die lineare Antriebseinheit 50z für die z-Achse in einer unterschiedlichen Weise angeordnet und konstruiert. In Fig. 20(a) sind ein kreuzförmiger säulenförmiger Körper 80, der im wesentlichen aus einem kreuzförmigen diagonalen Querschnitt gebildet ist, ein erster säulenförmiger Körper 81, der den kreuzförmigen säulenförmigen Körper 80 bildet, und ein zweiter säulenförmiger Körper 82 gezeigt, der ebenfalls den kreuzförmigen säulenförmigen Körper 80 bildet. Der erste säulenförmige Körper 81 und der zweite säulenförmige Körper 82 sind zueinander senkrecht. Der erste säulenförmige Körper 81 bildet eine symmetrische Verschiebungseinrichtung mit parallelen flexiblen Trägern, deren Normalachse mit der x- Achse zusammenfällt. Seine beiden linearen Antriebseinheiten 50x sind ebenfalls in der Figur gezeigt. Andererseits bildet der zweite säulenförmige Körper 82 eine andere symmetrische Verschiebungseinrichtung mit parallelen flexiblen Trägern, deren Normalachse mit der y-Achse zusammenfällt. Seine beiden linearen Antriebseinheiten 50y sind ebenfalls in der Figur gezeigt. Die Bezugszeichen 83a, 83b, 83c, 83d deuten starre Zwischenabschnitte an, die zwischen dem ersten säulenförmigen Körper 81 und dem zweiten säulenförmigen Körper 82 ausgebildet sind. Durch das Bezugszeichen 84 ist ein zentrales Durchgangsloch benannt, das um den Kreuzungspunkt zwischen der zentralen Achse der ersten und zweiten säulenförmigen Körper 81, 82 mit einem zweckmäßigen Durchmesser und entlang der z-Achse gebohrt ist. Die Bezugszeichen 85a, 85b, 85c, 85d deuten jeweilige seitliche Durchgangslöcher an, die sich durch die jeweiligen Zwischenabschnitte 83a, 83b, 83c, 83d von deren äußeren Wänden zu dem zentralen Durchgangsloch 84 erstrecken. Die seitlichen Durchgangslöcher 85a, 85b, 85c, 85d sind in einer derartigen Richtung ausgebildet, daß sie zueinander senkrecht sind. Infolge der Ausbildung der jeweiligen seitlichen Durchgangslöcher 85a, 85b, 85c, 85d in der oben beschriebenen Weise, sind parallele flexible Träger in jeder der Zwischenabschnitte 83a, 83b, 83c, 83d, wie aus der Figur ersichtlich, an deren oberen und unteren Enden ausgebildet. In diesen seitlichen Durchgangslöchern sind lineare Antriebseinheiten 50z sämtlich parallel zu der z-Achse vorgesehen. Ähnlich wie bei der in Fig. 18 ge zeigten Ausführungsform sind die beiden Enden des starren säulenförmigen Körpers 81 miteinander durch eine andere starre Konstruktion verbunden, während die beiden Enden des starren säulenförmigen Körpers 82 ebenfalls durch eine zusätzliche starre Konstruktion miteinander verbunden sind.
Als nächstes wird die Funktionsweise der Vorrichtung nach dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf Fig. 20(b) beschrieben. Wenn die linearen Antriebseinheiten 50x angetrieben werden, wird eine relative Verschiebung entlang der x-Achse zwischen den starren Abschnitten erzeugt, die auf der Seite des zentralen Durchgangslochs 84 im Hinblick auf die linearen Antriebseinheiten 50x und die äußeren starren Abschnitte angeordnet sind, die an gegenüberliegenden Seiten vorgesehen sind. Da sämtliche der linearen Antriebseinheiten 50y und der linearen Antriebseinheiten 50z eine hinreichend hohe Steifigkeit gegenüber Kräften aufweisen, die entlang der x-Achse angelegt werden, können sie auch als starre Abschnitte betrachtet werden. Wenn die linearen Antriebseinheiten 50y angetrieben werden, wird eine relative Verschiebung zwischen dem starren Abschnitt, der auf der Seite des zentralen Durchgangslochs 84 im Hinblick auf die linearen Antriebseinheiten 50y angeordnet ist, und den äußeren an den gegenüberliegenden Seiten angeordneten starren Abschnitten erzeugt. Hier können die linearen Antriebseinheiten 50x und die linearen Antriebseinheiten 50z wiederum als starre Abschnitte betrachtet werden, weil sie eine hinreichend hohe Steifigkeit gegenüber entlang der y-Achse angelegten Kräften aufweisen.
Wenn die linearen Antriebseinheiten 50z jeweils angetrieben werden, treten relative Verschiebungen z, wie in Fig. 20(b) dargestellt, entlang der z-Achse zwischen dem ersten säulenförmigen Körper 81 und seinen benachbarten starren Zwischenabschnitten wie auch zwischen dem zweiten säulenförmigen Körper 82 und seinen benachbarten starren Zwi schenabschnitten auf. Um das Verständnis zu erleichtern, stellt Fig. 20(b) dar, daß die Vorrichtung vor ihrer in Fig. 20(a) dargestellten Deformation durch Antreiben sämtlicher linearer Antriebseinheiten 50z aus ihren mit gestrichelten Linien angedeuteten Grundkonfigurationen heraus in die durch ausgezogene Linien gezeigten deformiert worden sind, wie durch kleine Pfeile angedeutet worden ist. Auch wenn eine derartige relative Verschiebung z entlang der z-Achse aufgetreten ist, können die linearen Antriebseinheiten 50x, 50y noch als starre Abschnitte betrachtet werden, da sie eine hinreichend hohe Steifigkeit gegenüber entlang der z-Achse angelegten Kräften aufweisen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann der zentrale Teil des kreuzförmigen säulenförmigen Körpers 80, nämlich der mit den linearen Antriebseinheiten 50x, 50y verbundene Teil, nicht als starr gegenüber allen Belastungen bezeichnet werden, weil dort die linearen Antriebseinheiten ausgebildet sind. Jedoch kann er, wie aus der obigen Erläuterung ebenfalls ersichtlich ist, als ein starrer Abschnitt gegenüber Kräften angesehen werden, die in den Richtungen der Verschiebungen der linearen Antriebseinheiten 50x, 50y angelegt werden. Darum kann er trotzdem beabsichtigte Verschiebungen erzeugen. Dieser Teil kann folglich als "eine semi-starre Konstruktion" bezeichnet werden.
Hier wird diese Ausführungsform mit der in Fig. 18 dargestellten Ausführungsform verglichen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 18 sind die linearen Antriebseinheiten 50x, 50z paarweise in den ersten säulenförmigen Körper 73 aufgenommen, der sich entlang der y-Achse erstreckt. Aus der Sicht, die Antriebsteile so dicht wie möglich übereinander zu stapeln, macht die Vorrichtung gemäß der neunten Ausführungsform keinen vollständigen Gebrauch von ihrem Platz, weil in den zweiten säulenförmigen Körper 74, verglichen mit dem ersten säulenförmigen Körper 73, nur ein Satz von linearen Antriebseinheiten 50y einbezogen wird. Aus der Sicht der Axialsymmetrie im Hinblick auf die z-Achse weisen der erste säulenförmige Körper 73 und der zweite säulenförmige Körper 74 unterschiedliche Steifigkeitsgrade auf (mit anderen Worten, die Steifigkeit entlang der x-Achse ist unterschiedlich von der entlang der y-Achse). Dieser Unterschied ergibt unerwünschte Effekte für kleine Deformationen, die an unterschiedlichen Abschnitten der Vorrichtung entstehen, obwohl diese Effekte äußerst klein sind. Abweichend von der Ausführungsform nach Fig. 18 macht die Vorrichtung nach dieser Ausführungsform von ihrem Platz Gebrauch und weist im Hinblick auf die z-Achse eine perfekte Axialsymmetrie auf. Sie ist folglich frei von den oben aufgezeigten unerwünschten Effekten, was eine Verbesserung ihrer Genauigkeit ergibt.
Als nächstes wird eine Erläuterung der Anordnung und der Wirkungen der Verschiebungseinrichtungen mit parallelen flexiblen Trägern gegeben, welche die linearen Antriebseinheiten 50z für die z-Achse in Fig. 20(a) bilden. Wie aus der Figur ersichtlich, sind die Verschiebungseinrichtungen mit parallelen flexiblen Trägern, welche an vier Punkten angeordnet sind, im Hinblick auf die x-z-Ebene und die y-z-Ebene in einer ebenen Symmetrie. Wenn die flexiblen Träger durch Kräfte, die von den piezoelektrischen Stellantrieben in den entsprechenden linearen Antriebseinheiten 50z angelegt werden, Biegedeformationen durchmachen, werden parasitäre Verschiebungen, welche auftreten würden, wenn getrennte Verschiebungseinrichtungen mit parallelen flexiblen Trägern angewendet würden, über diese vier Sätze von Verschiebungseinrichtungen mit parallelen flexiblen Trägern vollkommen ausgeglichen. Folglich weist die Vorrichtung nach dieser Ausführungsform die gleichen Effekte auf, wie sie oben unter Bezugnahme auf die erste Vorrichtung aufgezeigt wurden. Im übrigen fällt die Normalachse der symmetrischen Verschiebungseinrichtung mit parallelen flexiblen Trägern auf die z-Achse zusammen.
Wie oben aufgezeigt, sind die drei symmetrischen Verschiebungseinrichtungen mit parallelen flexiblen Trägern im wesentlichen in der Form eines kreuzförmigen säulenförmigen Körpers konstruiert und angeordnet, so daß sich ihre Normalachsen in einem rechten Winkel relativ zueinander erstrecken. Darüber hinaus ist jede der Verschiebungseinrichtungen mit parallelen flexiblen Trägern von einer Struktur, die eine ebene Symmetrie aufweist. Folglich kann die Vorrichtung nach dieser Ausführungsform die gleichen Wirkungen vorweisen wie die Vorrichtung nach der Ausführungsform gemäß Fig. 18. Es ist ebenfalls zu erwarten, daß Feineinstellungen mit großer Genauigkeit zu erzielen sind. Gleichzeitig kann sie Platzverschwendung vermeiden und ihre Gesamtgröße verringern.
Die Fig. 21 bis 24 zeigen eine Feineinstellungsvorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung, wobei Fig. 21 ihre perspektivische Ansicht, die Fig. 22 teilweise ihre Querschnitt-Draufsicht, die Fig. 23 ein Teil ihrer Querschnitt-Seitenansicht entlang der Linie XXIII- XXIII gemäß Fig. 22 und die Fig. 24 ein Teil ihrer Querschnitt-Seitenansicht entlang der Linie XXIV-XXIV gemäß Fig. 22 ist. Wenn die Koordinatenachsen, wie in der Figur dargestellt, aufgespannt sind, kann die Vorrichtung nach dieser Ausführungsform Verschiebungen und Winkelverschiebungen im Hinblick auf die drei Achsen (x, y, z) erzeugen und weist eine Konstruktion auf, die durch zweckmäßiges Kombinieren der in den jeweiligen Fig. 18, 19(a), 19(b) und 20(a) dargestellten Konstruktionen zu erhalten ist. In sämtlichen Figuren bedeutet das Bezugszeichen 90 einen starren kreuzförmigen säulenförmigen Körper, der im wesentlichen in einer Kreuzform ausgebildet ist, das Bezugszeichen 91 einen starren Abschnitt, der mit dem kreuzförmigen säulenförmigen Körper 90 verbunden ist, und das Bezugszeichen 92 einen anderen starren Abschnitt, der ebenfalls mit dem kreuzförmigen säulenförmigen Körper ver bunden ist. Sie werden einstückig maschinell oder spanabhebend aus einem einzigen Stück eines starren Blocks hergestellt.
Das Bezugszeichen 93 deutet einen ersten säulenförmigen Körper an, der den kreuzförmigen säulenförmigen Körper 90 bildet und sich entlang der y-Achse erstreckt, während das Bezugszeichen 94 einen zweiten säulenförmigen Körper andeutet, der ebenfalls den kreuzförmigen säulenförmigen Körper 90 bildet und sich entlang der x-Achse erstreckt. Sie teilen sich eine semi-starre Konstruktion 90c, welche gegenüber anderen als den entlang der z-Achse angelegten Kräften starr ist. Der erste säulenförmige Körper 93 ist aus den starren Abschnitten 93a&sub1;, 93a&sub2;, 93a&sub3;, 93b&sub1;, 93b&sub2;, 93b&sub3;, der semi-starren Konstruktion 90c, den linearen Antriebseinheiten 50x und den Winkelantriebseinheiten 60x, 60z zusammengesetzt und enthält eine symmetrische Verschiebungseinrichtung mit parallelen flexiblen Trägern und zwei symmetrische Verschiebungseinrichtungen mit radialen flexiblen Trägern. Der zweite säulenförmige Körper 94 ist der Reihe nach aus starren Abschnitten 94a&sub1;, 94a&sub2;, 94b&sub1;, 94b&sub2;, der semi-starren Konstruktion 90c, den linearen Antriebseinheiten 50y und den Winkelantriebseinheiten 60y zusammengesetzt und enthält eine symmetrische Verschiebungseinrichtung mit parallelen flexiblen Trägern und eine symmetrische Verschiebungseinrichtung mit radialen flexiblen Trägern. Der starre Abschnitt 91 ist einstückig mit den Enden beider starrer Abschnitte 93a&sub1;, 93b&sub1; verbunden (jedoch getrennt von dem zweiten säulenförmigen Körper 94), während der starre Abschnitt 92 einstückig mit den Enden beider starrer Abschnitte 94a&sub1;, 94b&sub1; des zweiten säulenförmigen Körpers 94 verbunden ist (jedoch getrennt von dem ersten säulenförmigen Körper 93).
Hier wird die Anordnung der linearen Antriebseinheiten und der Winkelantriebseinheiten in dem ersten und dem zweiten säulenförmigen Körper 93, 94 beschrieben. In dem ersten säulenförmigen Körper 93 ist eine der linearen Antriebseinheiten 50x, welche die symmetrische Verschiebungseinrichtung mit parallelen flexiblen Trägern ausmacht, zwischen den starren Abschnitten 93a&sub1; und 93a&sub2; ausgebildet, während die andere lineare Antriebseinheit 50x zwischen den starren Abschnitten 93b&sub1; und 93b&sub2; ausgebildet ist. Andererseits ist eine der Winkelantriebseinheiten 60x, welche die symmetrische Verschiebungseinrichtung mit radialen flexiblen Trägern ausmacht, zwischen den starren Abschnitten 93a&sub2; und 93a&sub3; ausgebildet, und die andere Winkelantriebseinheit 60x ist zwischen den starren Abschnitten 93b&sub2; und 93b&sub3; ausgebildet. Außerdem ist eine der Winkelantriebseinheiten 60z, welche die symmetrische Verschiebungseinrichtung mit radialen flexiblen Trägern ausmacht, zwischen den starren Abschnitten 93a&sub3; und der semi-starren Konstruktion 90c ausgebildet, und die andere Winkelantriebseinheit 60z ist zwischen dem starren Abschnitt 93b&sub3; und der semi-starren Konstruktion 90c ausgebildet. In dem zweiten säulenförmigen Körper 94 ist eine der linearen Antriebseinheiten 50y, welche die symmetrische Verschiebungseinrichtung mit parallelen flexiblen Trägern ausmacht, zwischen den starren Abschnitten 94a&sub1; und 94a&sub2; ausgebildet, und die andere lineare Antriebseinheit 50y ist zwischen den starren Abschnitten 94b&sub1; und 94b&sub2; ausgebildet, und eine der Winkelantriebseinheiten 60y, welche die symmetrische Verschiebungseinrichtung mit radialen flexiblen Trägern ausmacht, ist zwischen den starren Abschnitten 94a&sub2; und der semi-starren Konstruktion 90c ausgebildet, und die andere Winkelantriebseinheit 60y ist zwischen dem starren Abschnitt 94b&sub2; und der semi-starren Konstruktion 90c ausgebildet.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung der Konstruktion der semi-starren Konstruktion 90c. Das Bezugszeichen 95 deutet hier Zwischenabschnitte an, welche zwischen dem ersten säulenförmigen Körper 93 und dem zweiten säulenförmigen Körper 94 angeordnet sind. Durch das Bezugszeichen 96 ist ein zentrales Durchgangsloch benannt, das zentral durch die semi-starre Konstruktion 90c entlang der z-Achse und mit einem zweckmäßigen Durchmesser gebohrt ist. Das Bezugszeichen 97 (siehe Fig. 22) deutet seitliche Durchgangslöcher an, die jeweils durch die Zwischenabschnitte 95 von der Außenseite in das zentrale Durchgangsloch 96 gebohrt sind. Diese seitlichen Durchgangslöcher 97 sind folglich in Richtung auf die z-Achse ausgebildet. Die linearen Antriebseinheiten 50z sind jeweils innerhalb dieser seitlichen Durchgangslöcher 97 vorgesehen.
Bei der obigen Konstruktion fallen die Normalachsen der einzelnen symmetrischen Verschiebungseinrichtungen mit parallelen flexiblen Trägern, welche jeweils aus den linearen Antriebseinheiten 50x, 50y, 50z gebildet sind, jeweils mit der x-Achse, y-Achse und z-Achse zusammen, welche zueinander senkrecht sind. Andererseits fallen die Normalachsen der einzelnen symmetrischen Verschiebungseinrichtungen, welche jeweils aus den Winkelantriebseinheiten 60x, 60y, 60z zusammengesetzt sind, ebenfalls jeweils mit der x-Achse, die y-Achse und die z-Achse zusammen, welche zueinander senkrecht sind.
In den Figuren deutet der Buchstabe P den Kreuzungspunkt zwischen der x-Achse, der y-Achse und der z-Achse, Θ&sub1; den Öffnungswinkel zwischen den verbundenen radialen flexiblen Trägern in jeder der Winkelantriebseinheiten 60x, 60y, und Θ&sub2; den Öffnungswinkel zwischen den verbundenen radialen flexiblen Trägern in jeder der Winkelantriebseinheiten 60z an.
Als nächstes wird die Funktionsweise der Vorrichtung nach dieser Ausführungsform beschrieben. Da ihre Wirkungsweise den Wirkungsweisen der in den jeweiligen Fig. 18, 19(a), 19(b) und 20(a) dargestellten Vorrichtungen ähnlich ist, wird die Beschreibung ihrer Funktionsweise auf den Fall beschränkt, wenn beispielsweise die Winkelantriebseinhei ten 60x in dem ersten säulenförmigen Körper 93 angetrieben werden. Wenn die Winkelantriebseinheiten 60x angetrieben werden, wird zwischen dem starren Abschnitt 93a&sub2; (93b&sub2;) und dem starren Abschnitt 93a&sub3; (93b&sub3;) eine relative Winkelverschiebung um die x-Achse erzeugt. Jedoch weisen die linearen Antriebseinheiten 50x eine hinreichend hohe Steifigkeit gegenüber Drehmomenten auf, die um die x-Achse angelegt werden. Folglich ist der starre Abschnitt 93a&sub2; (93b&sub2;) als starr über die verbundene lineare Antriebseinheit 50x und den starren Abschnitt 93a&sub1; (93b&sub1;) mit dem starren Abschnitt 91 verbunden anzusehen. Andererseits ist auch der starre Abschnitt 93a&sub3; (93b&sub3;) als starr über die verbundene Winkelantriebseinheit 60z, die semi-starren Konstruktion 90c, die Winkelantriebseinheit 60y, den starren Abschnitt 94a&sub1; (94b&sub2;), die lineare Antriebseinheit 50y und den starren Abschnitt 94b&sub1; mit dem starren Abschnitt 92 verbunden anzusehen, da die verbundene Winkelantriebseinheit 60z, die semi-starre Konstruktion 90c und die verbundene Winkelantriebseinheit 60y und die lineare Antriebseinheit 50y, die in dem zweiten säulenförmigen Körper vorgesehen ist, ebenfalls eine hinreichend hohe Steifigkeit gegen um die x-Achse wirkende Drehmomente aufweisen. Folglich wird zwischen dem starren Abschnitt 91 und dem starren Abschnitt 92 eine relative Winkelverschiebungen δx erzeugt, wenn die Winkelantriebseinheiten 60x angetrieben werden.
Da ähnliche Abläufe auch stattfinden, wenn die anderen linearen Antriebseinheiten und Winkelantriebseinheiten angetrieben werden, kann die Vorrichtung nach dieser Ausführungsform unabhängige Verschiebungen entlang der betreffenden Achsen und Winkelverschiebungen um die betreffenden Achsen erzeugen. Wenn z. B. der starre Abschnitt 92 auf dem in Fig. 1 gezeigten Tragtisch befestigt ist, einem Tisch für Grobbewegungen oder dergleichen, und ein Feineinstellungstisch an dem starren Abschnitt 91 befestigt wird, kann eine hochgenaue Feineinstellungsvorrichtung konstru iert werden, die zur Erzeugung dreidimensionaler Verschiebungen und dreidimensionaler Winkelverschiebungen in der Lage ist.
Wenn zwei oder mehrere Winkelverschiebungseinrichtungen, wie in der vorliegenden Ausführungsform, für zwei oder mehrere Achsen einbezogen werden, dient das Rotationszentrum P jeder Winkelverschiebungseinrichtung als der zentrale Abschnitt der gesamten Feineinstellungsvorrichtung. In diesem Fall ist es nur notwendig, die Vorrichtung so zu konstruieren, daß ein bestimmter Normalpunkt auf dem Feineinstellungstisch spezifiziert ist, der mit dem Rotationszentrum zusammenfällt. Jedoch unterliegt der Feineinstellungstisch bedeutsamen Einschränkungen für die Größe, die Anordnung und dergleichen, um die obige Konstruktion zu akzeptieren. Derartige Einschränkungen können praktische Probleme mit sich bringen. In der Beschreibung der obigen Ausführungsform war der Feineinstellungstisch beispielsweise an dem starren Abschnitt 91 befestigt. Die einfachste Konstruktion ist es, den starren Abschnitt 91 selbst als einen Feineinstellungstisch zu verwenden. Jedoch bringt diese Konstruktion aus bestimmten geometrischen Gründen Überlagerungen von Verschiebungen mit sich. Dieses wird als nächstes unter Bezugnahme auf Fig. 25 beschrieben.
Fig. 25 ist eine vereinfachte Seitenansicht, die der Fig. 23 entspricht. In der Figur sind die Bestandteile der Konstruktion, welche für die nachfolgende Erörterung erforderlich sind, nur durch die gleichen Bezugszeichen benannt, wie sie in Fig. 23 angewendet werden. Man nehme nun an, daß der starre Abschnitt 92 fest ist und die Winkelantriebseinheiten 60y angetrieben sind. Dann findet eine Winkelverschiebung δy um den Punkt P statt. Um das Verständnis zu erleichtern, ist die Winkelverschiebung δy in einem wesentlich vergrößerten Maßstab gezeigt, wobei der starre Abschnitt 91 selbst als Feineinstellungstisch ver wendet wird und ein Punkt O auf der Oberfläche des starren Abschnitts 91 als Normalpunkt benannt wird. In Verbindung mit der oben gezeigten Winkelverschiebung δy macht der Punkt O die folgenden Verschiebungen xy, zy entlang der x- bzw. z-Achse durch:
xy = Zosin δy
zy = -Zo(1 - cos δy)
wobei Zo den Abstand zwischen dem Punkt P und dem Punkt O entlang der z-Achse darstellt. In der gleichen Weise finden in Verbindung mit jeder Winkelverschiebung um die x- Achse die folgenden Verschiebungen yx, zx entlang der y- bzw. z-Achse statt:
yx = -Zosin δx
zx = -Zo(1 - cos δx)
Diese Verschiebungen treten infolge der Existenz des Abstandes Zo aus rein geometrischen Gründen auf. Sie sind deshalb in ihrer Natur von den oben gezeigten parasitären Verschiebungen vollkommen verschieden. Da der genaue Wert für den Abstand Zo bereits bekannt gewesen ist, ist es möglich, derartige Überlagerungen von Verschiebungen leicht zu entfernen und trotzdem Feineinstellungsbetätigungen durchzuführen, ohne ihre hohe Genauigkeit irgendwie zu beeinträchtigen, vorausgesetzt, daß Eingabewerte, die jeweils den unten definierten Verschiebungen xo', yo' zo', δxo', δyo', δzo' entsprechen, auf ihre entsprechenden Verschiebungseinrichtungen gegeben werden, um den Feineinstellungstisch die gewünschten Verschiebungen xo', yo', zo', δxo', δyo', δzo' durchmachen zu lassen.
&epsi;xo' = &epsi;xo + &epsi;xy = &epsi;xo + Zosin δyo
&epsi;yo' = &epsi;yo + &epsi;yx = &epsi;yo - Zosin δxo
&epsi;zo' = &epsi;zo + &epsi;zx + &epsi;zy
= &epsi;zo - zo(2 - cos δxo - cos δyo)
δxo' = δxo
δyo' = δyo
δzo' = δzo
Die obige Funktionsweise ist auch mit der Ausführungsform der Fig. 19(a) und 18(b) durchführbar.
Wie oben beschrieben, sind die drei symmetrischen Verschiebungseinrichtungen mit parallelen flexiblen Trägern und die drei symmetrischen Verschiebungseinrichtungen mit radialen flexiblen Trägern, deren Normalachsen jeweils mit den zueinander senkrechten drei Achsen zusammenfallen, bei der vorliegenden Ausführungsform in der Form eines kreuzförmigen säulenförmigen Körpers konstruiert und angeordnet. Es ist folglich möglich, hochgenaue Einstellungen im Hinblick auf dreidimensionale Verschiebungen und dreidimensionale Winkelverschiebungen durchzuführen. Es ist ebenfalls möglich, die Vorrichtung mit Leichtigkeit zu konstruieren. Die Rückkopplungsregelung, die von den Dehnungsmeßgeräten Gebrauch macht, die Einbeziehung der linearen Antriebseinheiten und der Winkelantriebseinheiten und die konstruktiv einstückige Natur der Vorrichtung können jeweils ungefähr die gleichen Wirkungen erbringen wie die im Hinblick auf die vorstehende Ausführungsform nach Fig. 18 aufgezeigten.
Bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung sind oben beschrieben worden. Sämtliche Ausführungsformen beziehen sich auf Feineinstellungsvorrichtungen. In diesem Sinne stimmen die oben gegebenen Ausführungsformen mit dem Titel der vorliegenden Erfindung überein. Es sollte jedoch berücksichtigt werden, daß der Begriff "Feineinstellungsvorrichtung", wie hier benutzt, eine Vorrichtung meint, die zur Erzeugung genauer Verschiebungen und/oder genauer Winkelverschiebungen angepaßt ist. Trotzdem befaßten sich die obigen Ausführungsformen mit den Feineinstellungsvorrichtungen, weil das Gebiet der Einstellungsvorrichtungen als typisches Anwendungsfeld für die vorliegende Erfindung zu betrachten und anzunehmen ist, daß derartige Einstellungsvorrichtungen die Einzelheiten der vorliegenden Erfindung in der einfachsten und direktesten Weise aufzeigen. Deshalb sollte die Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung nicht auf Einstellungsvorrichtungen beschränkt sein. Als darstellbare, von den Einstellungsvorrichtungen unterschiedliche Anwendungsbereiche können Vorrichtungen zum Deformieren bestimmter Proben betrachtet werden, um diese gewünschten kleinen Verschiebungen lediglich so durchmachen zu lassen, daß die Verschiebungsgrade an ihren Berührungsbereichen und bestimmte Eigenschaftsänderungen der Proben untersucht werden, sowie Belastungsvorrichtungen, die angepaßt sind, um Belastungen innerhalb kleiner Verschiebungsbereiche anzulegen, derart wie sie zum Anlegen genauer Belastungen an Einkristalle entlang gewünschter kristallographischer Achsen eingesetzt werden.
Wenn eine Feineinstellungsvorrichtung tatsächlich benutzt wird, wird ein Objekt, welches leicht ist und während seiner Bewegung keinen Widerstand erzeugt, wie z. B. Silizumwafer, optische Glasfasern oder Proben, die mittels Mikrobildern untersucht werden, zweckmäßig plaziert oder in seinem Feineinstellungsbereich angebracht. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, daß die einzelnen starren Abschnitte und dazwischen befindliche Antriebseinheiten der Vorrichtung irgendeine besonders große Steifigkeit aufweisen, weil keine besonderen Kräfte und/oder Drehmomente an sie angelegt werden. Wenn ein von den oben aufgezeigten unterschiedliches Objekt benutzt wird, treten in Verbin dung mit einer kleinen Verschiebung Widerstände auf. Folglich sind sämtliche starren Abschnitte und dazwischen befindliche Antriebseinheiten als starr gegenüber Kräften und Drehmomenten zu fordern, die in einer bestimmten Richtung oder Verschiebungen anliegen. Dieses Erfordernis wird bei sämtlichen Ausführungsformen dieser Erfindung erfüllt. Folglich sind sie derart konstruiert, daß sie erfolgreich als Vorrichtungen zum Anlegen von Belastungen benutzt werden können.
Wendet man sich den Normalachsen zu, so sind die Normalachsen in jeder der übereinander gestapelten Formen der dritten Ausführungsform und deren nachfolgenden Ausführungsformen zueinander senkrecht. Es braucht nicht erwähnt zu werden, daß es nicht absolut erforderlich ist, daß sich die Normalachsen in einem rechten Winkel relativ zueinander erstrecken.
Bei jeder der obigen Ausführungsformen sind paarweise flexible Träger, beispielsweise als parallele flexible Träger oder radiale flexible Träger beschrieben worden. Es ist nicht absolut notwendig, jede Konstruktion mit parallelen oder radialen flexiblen Trägern auf mit zwei flexiblen Trägern konstruierte einzuschränken. Eine derartige Konstruktion mit parallelen oder radialen flexiblen Trägern könnte offensichtlich unter Verwendung von mehr als zwei, z. B. drei oder mehreren flexiblen Trägern in Kombination konstruiert werden. Weiterhin wurden beispielsweise als parallele flexible Träger und radiale flexible Träger ebene oder plattenartige Träger beschrieben, die die gleiche Dicke aufweisen. Es ist nicht absolut notwendig, diese darauf zu beschränken, gleiche Dicke aufzuweisen. Ihre Dicken könnten aus vielen Abmessungen ausgewählt werden im Hinblick auf ihre Form, wobei maschinell oder spanabhebend und dergleichen Durchgangslöcher durch starre Blöcke zur Ausbildung der parallelen flexiblen Trägern und/oder der radialen flexiblen Trägern gebohrt werden. Aus diesem Grund ist es möglich, parallele und/oder radiale flexible Träger zu verwenden, die ungleiche Dicken aufweisen.
Auf piezoelektrische Stellantriebe als Stellantriebe wurde beispielsweise in der Beschreibung der obigen Ausführungsformen Bezug genommen. Die Stellantriebe sind nicht notwendigerweise auf piezoelektrische Stellantriebe eingeschränkt. Solenoide und andere zweckmäßige Mittel können ebenfalls benutzt werden.
Bei der Beschreibung der obigen Ausführungsformen wurde jede Feineinstellungsvorrichtung als eine einstückige Einheit aus einem einzigen Stück eines starren Blocks als idealer Ausführungsform ausgebildet. Einzelne Teile, welche als getrennte Bestandteile ausgebildet worden sind, könnten jedoch starr miteinander mittels Bestandteilen, wie z. B. Bolzen, oder durch Verschweißen verbunden werden.
Obwohl beispielsweise auf Dehnungsmeßgeräte bzw. -streifen als Mittel zur Messung von Verschiebungen der flexiblen Träger Bezug genommen wurde, können andere Mittel, wie Laserinterferometer oder Differentialumsetzer ebenfalls als derartige Detektoreinrichtungen aufgezeigt werden. Es braucht nicht erwähnt zu werden, daß diese anderen Mittel gleichermaßen angewendet werden können. Jedoch sind derartige andere Mittel, von denen Laserinterferometer ein typisches Beispiel sind, sämtlich nicht nur kostspielig, sondern werden auch von extremen Schwierigkeiten bezüglich ihrer Montage an Feineinstellungsvorrichtungen und ihrer Justierung begleitet (in dem Falle von Laserinterferometern, z. B. der Aufbau ihrer Spiegel und die Justierung ihrer Einstellungswinkel). Abweichend von derartigen anderen Detektoreinrichtungen sind Dehnungsmeßstreifen sehr ökonomisch und darüber hinaus können sie leicht an den flexiblen Trägern nach dieser Erfindung angebaut werden, benötigen keine Feinjustierung und sind folglich die zweckmäßigsten Detektoreeinrichtungen, weil die flexiblen Trä ger nach dieser Erfindung genügend Platz aufweisen, um Dehnungsmeßstreifen darauf anzubringen und zweckmäßige Belastungsverteilungen erzeugen, welche sich kontinuierlich ändern. Es sollte ebenfalls beachtet werden, daß ein Rückkopplungsregelungssystem, das solche Dehnungsmeßeinrichtungen enthält, nicht absolut erforderlich ist. Es ist offensichtlich, daß Feineinstellungen und/oder Winkelfeineinstellungen trotzdem mit voll befriedigender Genauigkeit ohne die Notwendigkeit für ein derartiges Rückkopplungssteuersystem erhalten werden können.
Obwohl nun die Erfindung vollständig beschrieben wurde, wird es für den Fachmann ersichtlich sein, daß viele Veränderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne daß der Schutzbereich der in dem beigefügten Anspruch wiedergegebenen Erfindung verlassen wird.

Claims

1. Feineinstellungsvorrichtung mit mindestens zwei der folgenden Verschiebungseinrichtungen mit flexiblen Trägern:

Einer symmetrischen, parallelen Verschiebungseinrichtung (23) mit flexiblen Trägern, die aus zwei parallelen Verschiebungseinrichtungen (22l; 22r) mit flexiblen Trägern ausgebildet ist, wobei jeder davon aufgebaut ist aus: einem ersten starren Abschnitt (15c; 15c), der gegenüber Kräften in zumindest einer bestimmten Richtung starr ist, einem zweiten starren Abschnitt (15l; 15r), der gegenüber Kräften in zumindest der bestimmten Richtung starr ist, mehreren flexiblen Trägern (16l, 16l'; 16r, 16r'), die den ersten starren Abschnitt und den zweiten starren Abschnitt miteinander verbinden und parallel zueinander angeordnet sind, einem ersten Zungenabschnitt (18c1; 18c2), der sich von dem ersten starren Abschnitt (15c; 15c) erstreckt, einem zweiten Zungenabschnitt (18l; 18r), der sich von dem zweiten starren Abschnitt (15l; 15r) erstreckt, wobei die Zungenabschnitte in einem Bereich, der durch die flexiblen Träger umgeben wird, voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei der erste und der zweite starre Abschnitt, welcher dem ersten starren Abschnitt gegenüberliegt, und ein erster Stellantrieb (19l; 19r), der direkt zwischen den beabstandeten Zungenabschnitten montiert ist, so angepaßt sind, daß die Vielzahl der flexiblen Träger eine Biegeverformung erfahren, die eine Wirkungsrichtung in der bestimmten Richtung und die flexiblen Träger kreuzend hat, wobei die ersten starren Abschnitte der beiden parallelen Verschiebungseinrichtungen mit flexiblen Trägern miteinander in einem ersten gemeinsamen starren Abschnitt (15c) so kombiniert sind, daß die kombinierten ersten und zweiten starren Abschnitte (15l, 15r) beider Einrichtungen gegenüber Kräften in der bestimmten Richtung starr sind; und

einer symmetrischen, radialen Verschiebungseinrichtung (33) mit flexiblen Trägern, die aus zwei radialen Verschiebungseinrichtungen (32l; 32r) mit flexiblen Trägern ausgebildet ist, wobei jede davon aufgebaut ist aus: einem dritten starren Abschnitt (25c; 25c), der gegenüber Drehmomenten zumindest um eine bestimmte Achse starr ist, einen vierten starren Abschnitt (25l; 25r), der gegenüber Drehmomenten zumindest um die bestimmte Achse starr ist, mehreren flexiblen Trägern (26l, 26l'; 26r, 26r'), die den dritten starren Abschnitt und den vierten starren Abschnitt miteinander verbinden und relativ zu der bestimmten Achse radial angeordnet sind, einem dritten Zungenabschnitt (28c1; 28c2), der sich von dem dritten starren Abschnitt (25c; 25c) erstreckt, einem vierten Zungenabschnitt (28l; 28r), der sich von dem dritten starren Abschnitt (25l; 25r) erstreckt, wobei die Zungenabschnitte in einem Bereich, der durch die flexiblen Träger umgeben wird, voneinander beabstandet sind, wobei der dritte und der vierte starre Abschnitt, der dem dritten starren Abschnitt gegenüberliegt, und ein zweiter Stellantrieb (29l; 29r), der direkt zwischen den beabstandeten Zungenabschnitten montiert ist, so angepaßt sind, daß die Vielzahl der flexiblen Träger eine Biegeverformung erfahren, die eine Wirkungsrichtung in einer Ebene senkrecht zu der bestimmten Achse und die flexiblen Träger kreuzend hat, wobei die dritten starren Abschnitte beider radialen Einrichtungen mit flexiblen Trägern miteinander zu einem gemeinsamen dritten starren Abschnitt (25c) so kombiniert sind, daß beide Einrichtungen die bestimmte Achse gemeinsam haben, wobei mindestens zwei symmetrische Verschiebungseinrichtungen mit flexiblen Trägern miteinander verbunden sind, und zwar durch das Kombinieren des gemeinsamen starren Abschnittes der einen symmetrischen Einrichtung mit dem zweiten oder vierten starren Abschnitt der anderen symmetrischen Einrichtung.