DE3732566C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Modul zum hochauflösenden Positionieren eines Objektträgers in einer Ebene gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Modul zum hochauflösenden Positionieren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist beispielsweise aus der DE 32 17 298 A1 bekannt. Darüber hinaus sind Feinpositionier­ module abweichender Gattung in den verschiedensten Formen bekannt: Nur beispielhaft wird auf die DE-ASen 10 71 961 und 26 17 312 oder die DE 34 00 265 A1 verwie­ sen.

Vielen der bekannten Feinpositioniermodulen ist gemein­ sam, daß zwei Linearführungen vorgesehen sind, die eine x-y-Verstellung des Objektträgers durch Betätigen der Verstellelemente ermöglichen.

Nachteilig bei den bekannten Feinpositioniermodulen mit Linearmodulen ist, daß aufgrund der Verwendung von Linearführungen ein großer baulicher Aufwand betrieben werden muß, um eine spielfreie x-y-Verstellung des Objektträgers zu ermöglichen. Darüber hinaus sind diese Feinpositioniermodule nicht ohne weiteres für Anwendun­ gen in Vakuumapparaturen geeignet, da die Linearführun­ gen in der Regel geölt werden müssen.

Aus der DD 2 36 827 A1 ist eine Feinpositionier­ einrichtung für einen Mikroskoptisch bekannt, auf dem Objekte, die in ein Federsystem einzuspannen sind, durch thermische Ausdehnung strombeaufschlagter Drähte positioniert werden können.

Ebenso wird in der DE-AS 24 40 088 ein Feineinstelltisch zur Positionierung von Objekten vorgeschlagen, der mittels elektromagnetischer Einflußnahme auf Blattfe­ dern, die den Tisch tragen und durch die magnetischen Kräfte verformbar sind, eine gleichmäßige Verstellung in zwei Dimensionen ermöglicht.

Nachteilig bei den vorgenannten Vorrichtungen ist jedoch der zusätzliche elektrische Ansteuerungsteil, der einen nicht unerheblichen Teil der Gesamtkosten beansprucht.

In der DE 33 21 988 A1 wird eine Justiereinrichtung vorgestellt, die ein Fassungsteil positioniert, in das vorzugsweise eine optische Linse eingebracht ist. Hier­ bei wird durch mechanisches Einspannen von gelenkig miteinander verbundenen Stegen jedoch eine Positio­ nierung in nur einer Dimension bewirkt.

Das aus der DE 32 17 298 bekannte Modul, von den bei der Formulierung des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aus­ gegangen worden ist, weist zwar keine Linearführungen auf, so daß der bauliche Aufwand vergleichsweise gering ist, dieses bekannte Modul ermöglicht jedoch auch nicht annähernd eine x/y-Verstellung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Modul zum hochauflösenden Positionieren eines Objektträgers in einer Ebene anzugeben, das trotz geringen baulichem Aufwand eine wenigstens angenäherte x/y-Verstellung mit feiner Auflösung erlaubt.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Weiterbildungen in den Patentansprüchen gekenn­ zeichnet.

Bei dem gemäß Anspruch 1 ausgebildeten Modul zum hoch­ auflösenden Positionieren ist der Objektträger über ein oder mehrere als Blattfedern ausgebildete Federelemente mit einem Grundkörper des Feinpositioniermoduls verbun­ den, so daß er durch die am Grundkörper angreifenden Verstellelemente gegen die Kraft der Blattfeder bzw. der Blattfedern verstellt werden kann.

Hierdurch ist eine spielfreie Verstellung des Objektträ­ gers in einer Ebene möglich, ohne daß aufwendige Line­ arführungen etc. verwendet werden müßten.

Die Verstellelemente können beispielsweise Piezoelemen­ te, magnetostriktive Elemente oder Schrauben sein, die in den Grundkörper eingeschraubt bzw. an diesem abgestützt sind und deren Stirnfläche an dem Objektträ­ ger anliegt.

Besonders bevorzugt ist es jedoch, als Verstellelemente Differentialschrauben zu verwenden. Das Gewinde mit größerer Steigung kann beispielsweise im Grundkörper und das mit kleinerer Steigung in einen Hubgewinde am Objektträger eingeschraubt sein. Hierdurch können auch mit Normgewinden feinste Verstellungen im Mikrometerbe­ reich erzielt werden. Die verschiedenen Gewinde können dabei entsprechend den aufgestellten Forderungen hin­ sichtlich Verstellweg und/oder Auflösung ausgewählt werden.

Da bei Bewegungen des Objektträgers quer zu den Differen­ tialschrauben Biegespannungen und Reibungskräfte ent­ stehen, sind ferner die am Objektträger angebrachten Hubgewinde mit diesem über Biegeelemente, beispielswei­ se Biegestege oder Biegestangen (Anspruch 2) verbunden.

In jedem Falle erreicht man eine übersichtliche Ver­ stellbarkeit dadurch, daß die Verstellelemente, bei­ spielsweise also die Differentialschrauben einen 90°-Winkel einschließen.

Um Bewegungen des Objektträgers senkrecht zu der Ebene, in der er verstellt werden soll, zu vermeiden, ist es ferner vorteilhaft, wenn die Ausdehnung der Blattfedern in Richtung senkrecht zur Verstellebene groß gegen den Verstellweg ist. Ferner können Elemente angebracht sein, die eine Verlagerung des Objektträgers senkrecht zur Verstellebene verhindern. Diese Elemente können beispielsweise einfache "Deckel" für den Grundkörper sein.

Das erfindungsgemäße Modul zum hochauflösenden Positionieren ist sehr einfach und leicht herstellbar ausgeführt. Darüber hinaus ist es besonders geeignet, einstückig beispielsweise aus einem elastischen Kunststoff oder aus einem Metall, insbeson­ dere durch Gießen, hergestellt zu werden. Es müssen dann nur noch die Gewinde in das beispielsweise gegosse­ ne Modul geschnitten und die Differentialschrauben eingedreht werden.

Das erfindungsgemäße Modul zum hochauflösenden Positio­ nieren ist für beliebige Anwendungen, beispielsweise in der Elektronenmikroskopie verwendbar.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrie­ ben, in der zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Aus­ führungsbeispiels, und

Fig. 2 eine Aufsicht auf ein zweites Ausführungsbei­ spiel.

Den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, daß sie zwei Verstellelemente 1a und 1b sowie einen Grundkörper 3 aufweisen. Die Verstellele­ mente 1a und 1b sind bei beiden Ausführungsbeispielen Differentialschrauben, die in Haltegewinde 4a und 4b in der Umfangswand des Grundkörpers 3 eingeschraubt sind. Die Achsen der Differentialschrauben schließen einen 90°-Winkel ein.

Ferner weisen beide Ausführungsbeispiele einen Objekt­ träger 5 auf.

Der Objektträger 5 ist bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel über zwei Blattfedern 6 mit der Umfangswand des Grundkörpers 3 verbunden. Die beiden Blattfedern 6 weisen jeweils eine 180° Biegung auf, die um 90° gegeneinander versetzt sind.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Objektträger 5 dagegen über eine Blattfeder 6′ mit der Umfangswand verbunden. Die Blattfeder 6′ weist zwei 90°-Biegungen auf, so daß ebenfalls eine Verstellung des Objektträgers 5 in der Zeichenebene möglich ist.

Der Objektträger 5 weist bei beiden Ausführungsbeispie­ len eine Bohrung 5a auf, die beispielsweise eine Stecker­ hülse einer Lichtleitfaser aufnimmt, die relativ zu einen Laserstrahl justiert werden soll. Dabei ist die von gegenüberliegenden Seiten ohne jede Einschränkung mögliche gute Zugänglichkeit des Objekträgers 5 vorteil­ haft beim Positionieren der Lichtleitfaser in der sog. "Querschnittsebene".

An dem Objektträger 5 befinden sich Hubgewinde 8a und 8b, in die die "zweiten" Gewinde der Differentialschrauben 1a bzw. 1b eingeschraubt sind.

Durch Drehen der Differentialschrauben 1a, 1b kann damit der Objektträger 5 gegen die von den Blattfedern 6 ausgeüb­ te Kraft in der von den Schraubenachsen aufgespannten Ebene verstellt werden. Da die Verstellung somit gegen eine Kraft ausgeführt wird, erfolgt sie praktisch spielfrei.

Da andererseits die Verstellung keine exakte x/y-Ver­ stellung ist, treten Biegespannungen auf. Deshalb sind bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel Biegestege 7a und 7b und bei den in Fig. 2 dargestell­ ten Ausführungsbeispiel Biegestangen 7a′ und 7b′ vorge­ sehen, die die Biegespannungen aufnehmen. Die in Fig. 2 dargestellte Lösung hat den Vorteil, daß die Biegestan­ gen 7a′, 7b′ vergleichsweise sehr lang sein können, so daß eine sehr gut angenäherte x/y-Verstellung reali­ sierbar ist.

Das dargestellte Modul zum hochauflösenden Positionieren erlaubt bei ein­ fachem Aufbau eine spielfreie Verstellung in einer Ebene. Darüber hinaus ist eine Verstellung mit hoher Auflösung möglich. Dabei ist die Auflösung pro Umdre­ hung umso größer, je geringer der Steigungsunterschied der beiden Gewinde ist; allerdings ist dann aber auch der Gesamthub umso kleiner:
Beispielsweise beträgt der Verstellweg mit Differen­ tialschrauben 1a, 1b mit einem Haltegewinde 4a, 4b M5_*0,5 und einem Hubgewinde 8a, 8b M2,5_*0,45 50 µm/Drehung. Bei einer wirksamen Gewindelänge von 4 mm ist danit ein Gesamthub von 400 µm möglich. Nimmt man als Hubgewinde ein Gewinde M2_*0,4, so erhält man eine Verstellung von 100 µm pro Umdrehung und einen Gesamthub von 800µ m. Diese selbstverständlich nur beispielhaften Angaben zeigen, daß das beschriebene Positionier­ modul beliebigen Positionieraufgaben entsprechend den jeweiligen Vorgaben für Verstellweg und/oder Auflösung angepaßt werden kann.

Claims (3)

1. Modul zum hochauflösenden Positionieren eines Ob­ jektträgers (5) in einer Ebene,
mit zwei Verstellelementen (1a, 1b), zum Positionieren des Objektträgers (5), die an einem Grundkörper (3) abgestützt sind, und mit wenigstens einem mit dem Ob­ jektträger verbundenen Federelement (6), dessen Feder­ weg in der Verstellebene liegt, und das zur zusätzli­ chen Übernahme von Halte- und Abstützfunktionen als Blattfeder ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Verstellelemente (1a, 1b) mit dem Objektträger (5) über ein Biegeelement (7a, 7b) verbunden ist,
daß jedes der Verstellelemente (1a, 1b) eine Differen­ tialschraube ist, die jeweils in ein Haltegewinde (4a, 4b) im Grundkörper (3) und in ein am Biegeelement (7a, 7b) angebrachtes Hubgewinde (8a, 8b) eingeschraubt ist, und daß die Haltegewinde (4a, 4b) und die Hubgewinde (8a, 8b) einen Steigungsunterschied aufweisen, der ein hochauflösendes Positionieren über große Verstellwege hinweg ermöglicht.

2. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegelemente (7a, 7b) Biegestege oder Biegestangen sind.

3. Modul nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellelemente (1a, 1b) einen 90°-Winkel einschließen.