DD236827A1 - Feinpositioniereinrichtung fuer einen mikroskoptisch - Google Patents

Abstract

Feinpositioniereinrichtung fuer einen Mikroskoptisch zur Feineinstellung von Lichtwellenleitern mit einer Genauigkeit unter einem Mikrometer in zwei Koordinaten. Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer mit hoher Genauigkeit arbeitenden und mit relativ geringem technologischen Aufwand zu fertigenden Einrichtung zur Feinpositionierung von Lichtwellenleitern unter dem Mikroskop. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, mit der eine spiel- und hysteresefreie Positionierung von Lichtwellenleitern in einer Ebene im Submikrometerbereich durchfuehrbar ist. Erreicht wird dies dadurch, dass auf einer in einem Rahmen (1) gelagerten ebenen Grundplatte (2) ein aus thermisch und elektrisch isolierendem Material mit niedrigem thermischem Ausdehnungskoeffizienten bestehender Koerper (3) mit ebener Unterseite, durch zwei um 90 am Aussenmantel des Koerpers (3) und am Rahmen (1) versetzt montierte, sich bei elektrischem Stromfluss ausdehnende Draehte (4) und diesen gegenueberliegend am Koerper (3) und am Rahmen (1) befestigte Zugfedern (8) verschiebbar angeordnet ist, wobei die Draehte von elastischen Roehren (5), in denen eine gleichmaessige Zwangsluftstroemung herrscht, umgeben sind. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Feinpositioniereinrichtung für einen Mikroskoptisch zur Feineinstellung von Lichtwellenleitern mit einer Genauigkeit unter einem Mikrometer in zwei Koordinaten.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Feineinstellung der Lage eines Gegenstandes verwendete man bisher im allgemeinen rein mechanische Einrichtungen. So ist aus der DE-AS 2161 271 eine Vorrichtung zur Lageeinstellung bekannt, in der zwischen Ober- und Untertisch Kugeln oder Rollen zwischen den benachbarten Gleitflächen angeordnet sind. Nachteilig daran ist, daß das mechanische Spiel an den Verbindungsstellen der Elemente, die sich zu einem großen Lagefehler aufsummieren und die Oberflächengüte der Führungselemente, wie V-Nuten oder Kugeln keinen geringen und hochempfindlichen Vorschub gewährleisten.

Des weiteren ist eine Vorrichtung zum spielfreien Verschieben von Objekten in einem Koordinatensystem (DE-OS 3246258) bekannt, bei dem die Lageverschiebung mittels einer Schraube realisiert wird. Die Grenze des Auflösungsvermögens ist mit der Gestaltung des Schraubengewindes vorgegeben.

Ein anderer bekannter Lösungsvorschlag sieht die Verwendung von Elektromagneten vor (DE-AS 2440088). Der zu justierende Gegenstand ist auf einem Tisch angeordnet, der über gebogene Blattfedern an einem festen Rahmen montiert ist, so daß mittels auf den Tisch einwirkenden fest angeordneten Elektromagneten die Bewegung des Tisches in zwei zueinander senkrechten Richtungen unter Durchbiegung des jeweiligen Blattfederpaares bewirkt wird.

Bei Bewegung des Tisches in einer Richtung ist eine Verformung der gegenüberliegenden Blattfeder unvermeidlich, d.h. es besteht eine Kopplung zwischen den beiden Bewegungsmechanismen. Des weiteren erfordert die im Zusammenhang mit magnetischen Erscheinungen auftretende Hysterese eine ständige Kontrolle der Position.

Piezoelektrische Elemente hingegen umgehen diesen Nachteil. Die Wirkung beruht auf der Umkehrung des piezoelektrischen Effekts. Eine auf einem Kristall aufgebrachte Oberflächenladung führt zu einer Deformation desselben, die zur Lageverschiebung des anliegenden mechanischen Elements genutzt wird (DE-OS 2733924). An die Kristalle, die in ihrer Herstellung sehr teuer sind, werden jedoch spezielle Forderungen gestellt, die meist mit schwierigen technologischen Schritten verbunden sind.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer mit hoher Genauigkeit arbeitenden und mit relativ geringem technologischem Aufwand zu fertigenden Einrichtung zur Feinpositionierung von Lichtwellenleitern unter dem Mikroskop.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Feinpositioniereinrichtung für einen Mikroskoptisch zu schaffen, mit der eine ' spiel- und hysteresefreie Positionierung von Lichtwellenleitern in einer Ebene im Submikrometerbereich durchführbar ist. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein eine Lichtwellenleiter-Halterung aufnehmender Körper mit ebener Grundfläche aus einem thermisch und elektrisch isolierendem Material mit niedrigem thermischem Ausdehnungskoeffizienten, z. B. Quarzglas, mit einer ebenen Grundplatte, die in einem metallischen Rahmen gelagert und der mit dem Mikroskoptisch fest verbunden ist, z. B. aus Glas, durch zwei um 90° versetzt befestigte Drähte und ein oder zwei den Drähten gegenüberliegend befestigte Zugfedern so gehalten wird, daß ein Druck des Körpers auf die Grundplatte ausgeübt wird. Die Lageänderung des

<örpers erfolgt durch eine temperaturabhängige Längenänderung der Drähte, deren Temperatur abhängt von einem durch sie ^:ließenden elektrischen Strom und einem sie umgebenden konstanten Luftstrom, der gleich mäßig und wirbelarm in elastischen Röhren geführt wird. Mit dieser Anordnung wird eine weitgehende Entkopplung beider Koordinaten erreicht. Der die Jchtwellenleiter-Halterung aufnehmende Körper und die Grundplatte sind mit einer zentrischen Bohrung für den Jchtwellenleiter versehen. Damit kann die optische Achse des Lichtwellenleiters entsprechend dem Meßproblem parallel oder /ertikal zur Grundplatte ausgerichtet werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Einrichtung einfach im Aufbau ist und keine ^:einmechanischen Spezialschritte erfordert. Sie gestattet eine diskrete und kontinuierliche hysteresefreie Verstellung der Lage. Die Genauigkeit der Lageeinstellung wird im wesentlichen von der Konstanz des den Draht durchfließenden Stromes bestimmt. Entsprechend stabilisierte Netzgeräte sind seit längerem Stand derTechnik. Darüber hinaus läßt sich die Position vermittels des Heizstromes durch geeignete rechnergesteuerte Geräte regeln, wobei der widerstandsabhängige Spannungsabfall über dem Draht sowie der Strom als Meßgrößen herangezogen werden. Ein Draht mit möglichst starker Temperaturabhängigkeit des spezifischen Widerstandes wirddazu verwendet.

<Uisführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die dazugehörige Zeichnung zeigt schematisch:

Fig. 1: Eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Feinpositioniereinrichtung, Fig. 2: einen Schnitt durch die Feinpositioniereinrichtung.

Die Feinpositioniereinrichtung besteht aus einem auf einer Grundplatte 2 gleitenden und an vier Stellen befestigten Körper 3. Die Grundplatte 2 befindet sich in einem metallischen Rahmen 1, der fest mit dem Mikroskoptisch verbunden wird. Sie ist mit einer sentrischen Bohrung 10 zur Durchführung des Lichtwellenleiters versehen, während ein Konus 9 zur Aufnahme der Lichtwellenleiter-Halterung durch den Körper3 dient. Um 90° versetzt sind am Körper3undam Rahmen 1 bei Stromfluß infolge Erwärmung sich ausdehnende Drähte 4 befestigt.

Sie werden in elastischen Röhren 5 geführt, in denen sich die Eintrittsöffnungen 6 und Austrittsöffnungen 7 für die Stromzuführung und die Zwangsluftströmung befinden. Zweckmäßigerweise wird die nicht an dem Körper 3 befestigte Seite so ausgeführt, daß die Arretierung für den Draht 4 als Stromzuführung und Strömungsöffnung dient. Die Temperatur des sich bei Stromfluß erwärmenden Drahtes 4 wird von der Stromstärke bestimmt. Um Änderungen der Temperatur durch äußere Einflüsse ju vermeiden, wird der Draht 4 in einem elastischen Rohr 5 gespannt. Zur schnelleren Abkühlung und zur Temperaturstabilisierung führt man dem Rohr 5 eine stabilisierte Zwangsluftströmung zu. Die den Drähten 4 gegenüberliegenden Seiten werden von an einer Seite fest arretierten Zugfeder 8 gehalten. Sie halten den Körper 3 bei der Längenänderung eines Drahtes 4 in Translationsrichtung und drücken gleichzeitig den Körper 3 auf die Grundplatte 2. Zur Einstellung der Lage eines Lichtwelienleiters wird die Stromstärke gemessen und geregelt. Das Aufnehmen einer Eichkurve der Stromstärke und der erreichten Lageänderung erwies sich als vorteilhaft. Einer Stromstärkeerhöhung entspricht dabei eine Längenzunahme und umgekehrt. Die Zeitkonstante, die der Draht 4 zur Abkühlung benötigt, wird durch die Zwangsluftströmung reduziert. Bei unabhängiger elektrischer Aussteuerung beider Drähte 4 mittels Mikrorechner läßt sich die Position eines Lichtwellenleiters weitgehend entkoppelt in beiden Koordinaten einstellen.

Claims (4)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Feinpositioniereinrichtung für einen Mikroskoptisch, insbesondere zur Feineinstellung von Lichtwellenleitern in einer Ebene, bestehend aus einem mit dem Mikroskoptisch fest verbundenen und durch diesen grob verstellbaren metallischen Rahmen, gekennzeichnet dadurch, daß auf einer in dem Rahmen (1) gelagerten ebenen Grundplatte (2) ein aus thermisch und elektrisch isolierendem Material mit niedrigem thermischen Ausdehnungskoeffizienten bestehender Körper (3) mit ebener Unterseite, durch zwei um 90° am Außenmantel des Körpers (3) und am Rahmen (1) versetzt montierte, sich bei elektrischem Stromfluß ausdehnende Drähte (4) und diesen gegenüberliegend am Körper (3) und am Rahmen (1) befestigte, den Körper (3) auf die Grundplatte (2) drückende Zugfedern (8) verschiebbar angeordnet ist, wobei die Drähte (4) von elastischen Röhren (5), in denen eine gleichmäßige Zwangsluftströmung herrscht, umgeben sind.
2. 2. Feinpositionsiereinrichtung nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß für den Körper (3) Quarzglas und für die Grundplatte (2) Glas vorgesehen ist.
3. 3. Feinpositioniereinrichtung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Grundplatte (2) und der Körper (3) mit zentrischen Bohrungen (10) versehen sind, wobei die Bohrung des Körpers konisch ausgebildet ist.
4. 4. Feinpositioniereinrichtung nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Drähte (4) einen starktemperaturabhängigen spezifischen elektrischen Widerstand besitzen und die über den Drähten (4) gemessenen abfallenden Spannungen und elektrischen Ströme zur Lageregelung dienen.