DE3732566A1 - Feinpositioniermodul - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Feinpositioniermodul zur Ver­ stellung eines Objektträgers in einer Ebene mit feiner Auflösung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Feinpositioniermodul gemäß dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1 ist beispielsweise aus der DE-AS 26 17 312 bekannt. Darüberhinaus sind Feinpositioniermodule gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 in den verschiedens­ ten Formen im Handel erhältlich.

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

Nachteilig bei den bekannten Feinpositioniermodulen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 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 die bekannten Feinpositioniermodule nicht ohne weiteres für Anwendungen in Vakuumapparaturen geeignet, da die Linearführungen in der Regel geölt werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Feinpositio­ niermodul zur Verstellung eines Objektträgers in einer Ebene anzugeben, das bei geringem baulichen Aufwand eine spielfreie Verstellung ermöglicht.

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

Erfindungsgemäß ist der Objektträger über ein oder mehre­ re Federelemente, beispielsweise Blattfedern (Anspruch 2) mit einem Grundkörper des Feinpositioniermoduls verbunden, so daß er durch die am Grundkörper angreifenden Verstell­ elemente gegen die Kraft der Blattfeder bzw. der Blattfe­ dern verstellt werden kann.

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

Die Verstellelemente können beispielsweise Piezoelemente, magnetorestriktive Elemente oder Schrauben sein, die in den Grundkörper eingeschraubt bzw. an diesem abgestützt sind und deren Stirnfläche an dem Objektträger anliegt.

Besonders bevorzugt ist es jedoch gemäß Anspruch 3, als Verstellelemente Differentialschrauben zu verwenden. Das Gewinde mit größerer Steigung kann beispielsweise im Grundkörper und das mit kleinerer Steigung in einem Hubge­ winde am Objektträger eingeschraubt sein. Hierdurch können auch mit Normgewinden feinste Verstellungen im Mikrometer­ bereich erzielt werden. Die verschiedenen Gewinde können dabei entsprechend den aufgestellten Forderungen hinsicht­ lich Verstellweg und/oder Auflösung ausgewählt werden.

Da bei Bewegungen des Objektträgers quer zu den Differen­ tialschrauben Biegespannungen und Reibungskräfte entste­ hen, ist es besonders vorteilhaft, wenn gemäß Anspruch 4 die am Objektträger angebrachten Hubgewinde mit diesem über Biegeelemente, beispielsweise Biegestege oder Biege­ stangen (Anspruch 5) verbunden sind.

In jedem Falle erreicht man eine übersichtliche Verstell­ barkeit dadurch, daß die Verstellelemente, beispielsweise also die Differentialschrauben unter einem 90°-Winkel angeordnet werden.

Um Bewegungen des Objektträgers senkrecht zu der Ebene, in der er verstellt werden soll, zu vermeiden, ist es gemäß Anspruch 7 vorteilhaft, wenn die Ausdehnung der Blattfe­ dern in Richtung senkrecht zur Verstellebene groß gegen den Verstellweg ist. Ferner können zusätzlich oder auch anstelle des in Anspruch 7 angegebenen Merkmals Elemente angebracht sein, die eine Verlagerung des Objektträgers senkrecht zur Verstellebene verhindern (Anspruch 9). Diese Elemente können beispielsweise einfache "Deckel" für den Grundkörper sein.

Die im Anspruch 8 angegebene Ausbildung der Blattfedern ermöglicht einen großen Verstellweg des Objektträgers.

Das erfindungsgemäße Feinpositioniermodul ist sehr einfach und leicht herstellbar ausgeführt. Darüberhinaus ist es besonders geeignet, einstückig beispielsweise aus einem elastischen Kunststoff oder aus einem Metall hergestellt zu werden (Anspruch 10).

In den Ansprüchen 11 und 12 sind bevorzugte Anwendungen für das erfindungsgemäße Feinpositioniermodul gekennzeich­ net. Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Modul darüberhinaus 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 1 a und 1 b sowie einen Grundkörper 3 aufweisen. Die Verstellelemente sind bei beiden Ausführungsbeispielen Differentialschrau­ ben, die in Haltegewinde 4 a und 4 b in der Umfangswand des Grundkörpers 3 eingeschraubt sind. Die Achsen der Diffe­ rentialschrauben schließen einen 90°-Winkel ein.

Ferner weisen beide Ausführungsbeispiele einen Objektträ­ ger 5 auf.

Der Objektträger ist bei dem in Fig. 1 dargestellten Aus­ führungsbeispiel über zwei Blattfedern 6 mit der Umfangs­ wand des Grundkörpers 3 verbunden. Die beiden Blattfedern weisen jeweils eine 180° Biegung auf, die um 90° gegenein­ ander versetzt sind.

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

Der Objektträger 5 weist bei beiden Ausführungsbeispielen eine Bohrung 5 a auf, die beispielsweise eine Steckerhülse einer Lichtleitfaser aufnimmt, die relativ zu einem Laser­ strahl justiert werden soll. Selbstverständlich ist aber eine beliebige Ausbildung des Objektträgers möglich.

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

Durch Drehen der Differentialschrauben kann damit der Objektträger 5 gegen die von den Blattfedern 6 ausgeübte 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-Verstel­ lung ist, treten Biegespannungen auf. Deshalb sind bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel Biegestege 7 a und 7 b und bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbei­ spiel Biegestangen 7 a′ und 7 b′ vorgesehen, die die Biege­ spannungen aufnehmen. Die in Fig. 2 dargestellte Lösung hat den Vorteil, daß die Biegestangen vergleichsweise sehr lang sein können, so daß eine sehr gut angenäherte x/y- Verstellung realisierbar ist.

Das dargestellte Feinpositioniermodul erlaubt bei einfa­ chem Aufbau eine spielfreie Verstellung in einer Ebene. Darüberhinaus ist eine Verstellung mit hoher Auflösung möglich. Dabei ist die Auflösung pro Umdrehung umso größer, je geringer der Steigungsunterschied der beiden Gewinde ist; allerdings ist dann aber auch der Gesamthub umso kleiner:

Beispielsweise beträgt der Verstellweg mit Differential­ schrauben mit einem Haltegewinde (4) M5*0,5 und einem Hubgewinde (8) M2,5*0,45 50 µm/Drehung. Bei einer wirksa­ men Gewindelänge von 4 mm ist damit 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 800 µm. Diese selbstverständlich nur beispielhaften Angaben zeigen, daß das erfindungsgemäße Positioniermodul beliebigen Positionieraufgaben entspre­ chend den jeweiligen Vorgaben für Verstellweg und/oder Auflösung angepaßt werden kann.

Darüberhinaus eignet sich das erfindungsgemäße Modul für eine Herstellung aus einem einzigen Stück beispielsweise durch Gießen. In das gegossene Modul müssen dann nur noch die Gewinde eingeschnitten und die Differentialschrauben eingedreht werden.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Moduls ist die gute Zugänglichkeit des Objektträgers, der von gegenüber­ liegenden Seiten ohne jede Einschränkung zugänglich ist, so daß er beispielsweise zur Positionierung von Lichtleit­ fasern in der "Querschnittsebene" eingesetzt werden kann.

Vorstehend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen exemplarisch ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens beschrieben worden, innerhalb dessen natürlich die verschiedensten Abwandlungen möglich sind:

Nur beispielhaft sei angeführt, daß selbstverständlich die Differentialschrauben durch andere Verstellelemente, bei­ spielsweise Piezoelemente ersetzt werden können.

Ferner ist es möglich, "Deckel" vorzusehen, die eine Bewe­ gung des Objektträgers senkrecht zur Verstellebene verhin­ dern.

Claims (12)

1. Feinpositioniermodul zur Verstellung eines Objektträ­ gers (5) in einer Ebene mit feiner Auflösung, mit zwei Verstellelementen (1 a, 1 b), durch deren Betätigung der Objektträger verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Objektträger (5) über wenigstens ein Federelement (6), dessen Federweg in der Verstellebene liegt, mit einem Grundkörper (3) verbunden ist, an dem die Verstellelemente (1 a, 1 b) abgestützt sind.

2. Feinpositioniermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Federelemente (6) Blattfedern sind.

3. Feinpositioniermodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellelemente Differen­ tialschrauben (1 a, 1 b) sind, die in Haltegewinde (4 a, 4 b) im Grundkörper (3) und in am Objektträger angebrachte Hubgewinde (8 a, 8 b) eingeschraubt sind, und daß die Halte­ gewinde und die Hubgewinde einen Steigungsunterschied aufweisen.

4. Feinpositioniermodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubgewinde (8 a, 8 b) mit dem Objektträger (5) über Biegeelemente (7 a, 7 b) verbunden sind.

5. Feinpositioniermodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegelemente (7 a, 7 b) Biegestege oder Biegestangen sind.

6. Feinpositioniermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellelemente (1 a, 1 b) einen 90°-Winkel einschließen.

7. Feinpositioniermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung der Blattfedern (6) in Richtung senkrecht zur Verstellebene groß gegen den Federweg ist.

8. Feinpositioniermodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder bzw. die Blatt­ federn wenigstens eine 180°-Biegung aufweisen.

9. Feinpositioniermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Grundkörper (3) angebrachte Anschläge eine Bewegung des Objektträgers (5) senkrecht zur Verstellebene verhindern.

10. Feinpositioniermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Objektträger (5), Grundkörper (3), Blattfedern (6), Biegestege bzw. Biegestangen und Hubgewinde (8 a, 8 b) einstückig ausgeführt sind.

11. Verwendung eines Feinpositioniermoduls nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Einkoppelung von Laserlicht in eine Lichtleitfaser.

12. Verwendung eines Feinpositioniermoduls nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in Vakuumrezipienten.