DE2733924C3 - In zwei Richtungen wirksame Feinjustiereinrichtung - Google Patents

In zwei Richtungen wirksame Feinjustiereinrichtung

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Description

Die Erfindung betrifft eine in zwei Richtungen wirksame Feinjustiereinrichtung mit einer ortsfesten Basis und einem darüber angeordneten Verschiebeelement das durch wenigstens ein piezoelektrisches Element und durch mittels elektrischer Signale steuerbare Anzugseinrichtungen bewegbar ist
Es ist bereits eine Feinjustiereinrichtung bekannt, bei welcher auf einer Basis eine Metallstütze angeordnet ist. Auf dieser Stütze liegt die Mitte der einen Seite einer quadratischen piezoelektrischen Kristallplatte auf, die in der üblichen Weise aktivierbar ist Auf der anderen Seite der Kristallplatte sind im Bereich von vier Ecken isolierende Blättchen befestigt, die auf ihrer anderen Seite plattenförmige Anzugseinrichtungen tragen, auf denen ein plattenförmiges Verschiebeelement liegt Je nach Ansteuerung der Anzugseinrichtung und Aktivierung des Piezokristall kann das Verschiebeelement in seiner Ebene in der AT-Richtung, der V-Richtung oder in einer Diagonalrichtupg bewegt werden (Physical Electronics Research Brief No. 17, Juni 1975).
Mit der bekannten Feinjustierung ist es nicht möglich, 2ü gleichzeitig eine Bewegung in zwei Richtungen durchzuführen. Wenn nämlich das Verschiebeelement in eine Richtung durch Aktivierung von zwei Anzugseinrichtungen bewegt wird, müssen die beiden anderen Anzugseinrichtungen das Verschiebeelement freigeben, damit der Piezokristall seine Expansions- oder Kontraktionsbewegung ausführen kann. Dies bedeutet, daß die vorzunehmenden Feinjustierungen langwierig sind.
Die de.· Erfindung zugrunde liegende Aufgabe
besteh* deshalb darin, die Feinjustiereinrichtung der
-J« eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß sich mit ihr eine Feinjustierung gleichzeitig in zwei Richtungen durchführen läßt.
Die diese Aufgabe lösenden Maßnahmen sind im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegeben. Die Unteransprüche sind konstruktiv vorteilhafte Weiterbildungen dieser Feinjustiereinrichtung.
Die in der erfindungsgemäßen Weise vorgesehene Anordnung von Piezoelementen, Gleitstücken und Anzugseinrichtungen ermöglicht eine gleichzeitige ■to Bewegung des Verschiebeelements in zwei Richtungen. Dies hat den Vorteil, daß der für die zweidimensionale Bewegung erforderliche Zeitraum sehr kurz ist und dadurch hohe Positioniergeschwindigkeiten erreicht werden können.
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 schematisch eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Feinjustiervorrichtung,
Fig.2 einen Schnitt längs der Linie A-A'von Fig. 1, und
F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie ß-ß'von F i g. 1.
Die in der Zeichnung gezeigte Feinjustiereinrichtung hat eine ortsfeste Basis 20. Im Abstand von dieser Basis 20 ist parallel dazu ein flaches plattenförmiges Verschiebeelement 21 angeordnet, das durch die zwischen der Basis 20 und dem Verschiebeelement 21 angeordnete Feinjustiereinrichtung mit oder ohne einem darauf vorgesehenen Gegenstand in die gewünschte Position gebracht werden kann. Die Feinjustiereinrichtung besteht aus zwei ersten piezoelektrischen Elementen 24 und 24', die in X-Richtung angeordnet sind, sowie aus zwei zweiten piezoelektrischen Elementen 24" und 24'", die in der die A"-Achse rechtwinklig schneidenden V-Richtung angeordnet sind. Die piezoelektrischen Elemente 24, 24', 24" und 24'" sind Hohlzylinder aus einem den piezoelektrischen Effekt aufweisenden Material und an einem Verschiebe-
sockel 22 befestigt, der zwischen der Basis 20 und dem Verschiebeelement 21 sitzt Die piezoelektrischen Elemente 24 und 24' expandieren und kontrahieren in .^-Richtung, die piezoelektrischen Elemente 24" und 24"'in K-Richtung. Die jeder Achsrichtung zugeordnet-sn beiden piezoelektrischen Elemente können auch durch ein einziges piezoelektrisches Element ersetzt werden.
Ein erstes Paar von Gleitstücken 25 und 25' ist jeweils an den Enden der ersten piezoelektrischen Elemente 24 und 24' befestigt, während ein zweites Paar von Gleitstücken 25" und 25'" jeweils an den Enden der zweiten piezoelektrischen Elemente 24" und 24'" festgelegt ist Jedes Gleitstück des ersten Paars von Gleitstücken 25 und 25' ist auf der der Basis 20 H gegenüberliegenden Seite mit einer Anzugseinrichtung 26 bzw. 26' in Form einer Halbleiterschicht versehen. In gleicher Weise sind die Gleitstücke 25" und 25'" dem Verschiebeelement 21 gegenüberliegend mit Anzugseinrichtungen 26" bzw. 26'" versehen. Der Verschiebe- sockel 22 ist im Schnittpunkt der piezoelektrischen Elemente 24, 24', 24" und 24'" angeordnet, die er trägt Der Verschiebesockel 22 ist bezüglich der Basis 20 in X-Richtung und bezüglich des plattenförmigen Verschiebeelements in K-Richtung verschiebbar. In dem Verschiebeelement 21 sitzt in einem in X- Richtung verlaufenden Führungsschlitz 27' eine Einstellschraube 23. In der Basis 20 sitzt in einem in A"-Richtung verlaufenden Führungsschlitz 27 eine Einstellschraube 23'. Die Einstellschrauben 23 und 23' sind mit dem Verschiebesockel 22 verschraubt. Durch diese Anordnung ist die Bewegung des Verschiebesockels 22 bezüglich der Basis 20 auf die ,Y-Richtung und die Bewegung des Verschiebeelements 21 bezüglich des Verschiebesockels 22 auf die K-Richtung beschränkt. An den inneren und äußeren Randflächen der piezoelektrischen Elemente 24, 24', 24" und 24'" sind Elektroden in Form leitfähiger Dünnschichten vorgesehen. Für die Expansion und die Kontraktion der ersten piezoelektrischen Elemente 24, 24' und der zweiten piezoelektrischen Elemente 24" und 24'" ist jeweils eine variable Gleichspannungsquelle £3 bzw. £3 vorgesehen, die in bekannter Weise an die inneren und äußeren Elektroden über einen Schalter S3 bzw. S3 angeschlossen ist Die variable Gleichspannungsquelle £3 mit dem Schalter S3 sowie die variable Gleichspannungsquelle £'3 mit dem Schalter S"; bilden eine erste bzw. zweite elektrische Signalerzeugungseinrichtung zur Steuerung der Expansion und Kontraktion der ersten und zweiten piezoelektrischen Elemente.
Eine Gleichspannungsquelle £Ί ist über einen Schaltei
51 mit der Basis 20 und dem Gleitstück 25 verbunden. Eine Gleichspannungsquelle £2 ist über einen Schalter
52 mit der Basis 20 und dem Gleitstück 25' verbunden. Eine Gleichspannungsquelle E\ ist über einen Schalter S\ mit dem Verschiebeelement 21 und dem Gleitstück 25" verbunden. Eine Gleichspannungsquelle E 2 ist über einen Schalter S2 mit dem Verschiebeelement 21 und dem Gleitstück 25'" verbunden. Durch Öffnen und Schließen der Schalter Si, S2, S\ bzw. S2 werden Signale erzeugt, die in Obereinstimmung mit den vorzunehmenden Justierbewegungen ein Anziehen und Lösen der Gleitstücke 25 und 25' an der Basis 20 bzw. 25" und 25"' an dem Verschiebeelement 21 bewirken. Zwischen jedem Gleitstück 25, 25', 25" und 25"' sowie dem zugehörigen piezoelektrischen Element 24,24', 24" bzw. 24'" sowie zwischen dem Verschiebesockel 22 und den piezoelektrischen Elementen 24, 24', 24" und 24'" sind nicht gezeigte Isolatorplatten angeordnet
Beim Anliegen einer Spannung zwischen der Basis 20 und dem ersten Paar von Gleitstücken 25, 25' werden diese über die Anzugseinrichtungen 26 und 26' an der Basis 20 durch die wirkenden Coulomb-Kräfte festgelegt, so daß das Verschiebeelement 21 längs des Führungsschlitzes 27' nur in K-Richtung bewegt werden kann. Wenn umgekehrt eine Spannung zwischen dem Verschiebeelement 21 und dem zweiten Paar von Gleilelementen 25" und 25'" anliegt, sorgen die Anzugseinrichtungen 26" und 26"' aufgrund der Coulomb-Kräfte für ein Festlegen dieser Gleitstücke an dem Verschiebeelement 21, so daß das Verschiebeelement 21 nur längs des in der Basis 20 vorgesehenen Führungsschlitzes 27 in X-Richtung bewegt werden kann. Diese Bewegungen können bei entsprechend anliegenden Spannungen und entsprechender Aktivierung der piezoelektrischen Elemente gleichzeitig in X-Richtung und K-Richtung ausgeführt werden, wobei die erwähnten Schalter in der entsprechenden Weise betätigt werden. Dadurch kann beispielsweise eine auf dem Verschiebeelement 21 angeordnete Probe in sehr kurzer Zeit sehr genau in eine vorgegebene Lage gebracht werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:
1. In zwei Richtungen wirksame Feinjustiereinrichtung mit einer ortsfesten Basis und einem darüber angeordneten Verschiebeelement, das durch wenigstens ein piezoelektrisches Element und durch mittels elektrischer Signale steuerbare Anzugseinrichtungen bewegbar ist, gekennzeichnet durch ein erstes (24,24') und ein zweites (24", 24'"), mittels elektrischer Signale aktivierbares piezoelektrisches Element, die mit unterschiedlichen Wirkungseinrichtungen (X, Y) aneinander befestigt sind, durch ein erstes (25) und zweites (25') Gleitstück, die an dem ersten piezoelektrischen Element (24, 24') in seiner Wirkungsrichtung (X) an zwei Stellen befesiigt sind, mit der Basis (20) in Gleitkontakt stehen und mittels basisseitiger, durch elektrische Signale betätigbarer Anzugseinrichtungen (26, 26') an der Basis (20) festlegbar sind, und durch ein drittes (25") und viertes (25'") Gleitstück, die an dem zweiten piezoelektrischen Element (24", 24'") in seiner Wirkungsrichtung (Y) an zwei Stellen befestigt sind, mit dem Verschiebeelement (21) in Gleitkontakt stehen und mittels verschiebeelementseitiger, durch elektrische Signale betätigbarer Anzugseinrichtungen (26", 26'") am Verschiebeelement (21) festlegbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkungsrichtungen (X, Y) der beiden piezoelektrischen Elemente (24, 24'; 24", 24'") rechtwinklig zueinander sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden piezoelektrischen Elemente (24, 24'; 24", 24'") zwischen der Basis (20) und dem Verschiebeelement (21) angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden piezoelektrischen Elemente (24, 24'; 24", 24'") in Wirkungsrichtung (X, Y) mit ihrem Mittelteil (22) miteinander verbunden sind und daß die zugehörigen Gleitstücke (25, 25'; 25", 25"') in Wirkungsrichtung (X, Y) jeweils an einem der beiden Enden der piezoelektrischen Elemente befestigt sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die basisseitigen (26, 26') und die verschiebeelementseitigen (26", 26'") Anzugseinrichtungen zwischen der Basis
(20) und dem ersten (25) bzw. zweiten (25') Gleitstück und zwischen dem Verschiebeelement
(21) und dem dritten (25") bzw. vierten (25'") Gleitstück angeordnete Halbleitermaterialschichten sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitermaterialschichten an dem jeweiligen Gleitstück (25, 25'; 25", 25'") befestigt sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Elemente (24, 24'; 24", 24'") jeweils Hohlzylinder mit axialer Wirkungsrichtung (X, Y) sind.
DE2733924A 1976-07-28 1977-07-27 In zwei Richtungen wirksame Feinjustiereinrichtung Expired DE2733924C3 (de)

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