Three-axis linear motion unit and device for examining a sample therewith

专利摘要:
Dreiachs-Linearbewegungseinheit und Vorrichtung zum Untersuchen einer Probe, welche die Einheit verwendet, um eine bestimmte Probe zu halten, mit einer X-Achseneinheit, einer Y-Achseneinheit und einer Z-Achseneinheit, um die Probe unabhängig und präzise in Richtung der X-, Y- und Z-Achse rechtwinkliger Koordinaten zu bewegen. Die Dreiachs-Linearbewegungseinheit weist eine Bodenplatte 40 mit bestimmter Fläche und Dicke auf sowie eine X-Achseneinheit 10, die in einem Referenzbereich RR der Bodenplatte 40 befestigt ist, um einen ersten X-Bereich RX1, der vom Referenzbereich RR in Richtung der X-Achse angeordnet ist, in Richtung der X-Achse zu bewegen, eine Y-Achseneinheit 20, die innerhalb des ersten X-Bereichs RX1 angeordnet und in einem zweiten X-Bereich RX2 innerhalb des ersten X-Bereichs RX1 befestigt ist, um einen ersten Y-Bereich RY1, der vom zweiten X-Bereich in Richtung der Y-Achse angeordnet ist, in Richtung der Y-Achse zu bewegen, und eine Z-Achseneinheit 30, die in einem zweiten Y-Bereich RY2 innerhalb des ersten Y-Bereichs RY1 befestigt ist und eine bestimmte Probe hält, um diese in Richtung der Z-Achse zu bewegen.Triaxial linear motion unit and sample examining apparatus using the unit to hold a specific sample, having an X-axis unit, a Y-axis unit and a Z-axis unit to independently and precisely move the sample in the X-, Y and Z axis to move rectangular coordinates. The three-axis linear movement unit has a base plate 40 with a specific area and thickness and an X-axis unit 10, which is fastened in a reference area RR of the base plate 40, around a first X-area RX1, which extends from the reference area RR in the direction of the X-axis is arranged to move in the direction of the X axis, a Y axis unit 20 which is arranged within the first X region RX1 and is fastened in a second X region RX2 within the first X region RX1 in order to move a first Y region Area RY1, which is arranged from the second X area in the direction of the Y axis, to move in the direction of the Y axis, and a Z axis unit 30, which is fixed in a second Y area RY2 within the first Y area RY1 and holds a particular sample to move it in the Z-axis direction.
公开号:DE102004002199A1
申请号:DE200410002199
申请日:2004-01-15
公开日:2004-09-16
发明作者:Dae Gab Gweon；Dong Min Kim；Ki Hyun Kim；Jong Yeop Shim
申请人:Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST；
IPC主号:H01J37-20

专利说明:
[0001] Die Erfindung betrifft eine Dreiachs-Linearbewegungseinheitoder Dreiachs-Linearbewegungsbühnezum Durchführeneiner geradlinigen Bewegung in drei Achsen, und betrifft insbesondereeine Dreiachs-Linearbewegungseinheit und eine Vorrichtung zum Untersuchen,insbesondere Vermessen, einer Probe hiermit zum Halten einer bestimmtenProbe, mit Einheiten oder Bühnenfür dieX-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse, um die Probe unabhängig undpräzisein die Richtung der X-Achse, der Y-Achse oder der Z-Achse rechtwinkligerKoordinaten zu bewegen. Die Dreiachs-Linearbewegungseinheit kann insbesondereals Tisch oder Bühneausgebildet sein.The invention relates to a three-axis linear movement unitor three-axis linear motion platformto performa straight line movement in three axes, and affects in particulara three-axis linear movement unit and a device for examination,in particular measuring a sample to hold a specific oneRehearsal, with units or stagesfor theX-axis, the Y-axis and the Z-axis to make the sample independent andprecisemore perpendicular in the direction of the X-axis, the Y-axis or the Z-axisTo move coordinates. The three-axis linear movement unit can in particularas a table or stagebe trained.
[0002] Gewöhnlich verwendet eine Einheit,die dazu verwendet wird, eine bestimmte Probe in einem Atommikroskopin Richtung der X-Achse,Y-Achse oder Z-Achse auf der Basis von rechtwinkligen Koordinatenzu scannen, ein piezoelektrisches Element, wie beispielsweise einePiezoröhre,und bewegt die Probe präzise.Usually uses a unitwhich is used to take a specific sample in an atomic microscopein the direction of the X axis,Y-axis or Z-axis based on rectangular coordinatesto scan a piezoelectric element such as aPiezo tube,and moves the sample precisely.
[0003] 1 isteine Strukturansicht zum Erläutern desFunktionsprinzips einer Einheit, die unter Verwendung einer Piezoröhre ausgeführt ist. 1 Fig. 10 is a structural view for explaining the principle of operation of a unit made using a piezo tube.
[0004] Die Piezoröhre ist ein piezoelektrischesElement, das in Abhängigkeitvon der Größe des außenseitigerfahrenen Drucks negative und positive elektrische Ladung erzeugt.Hingegen wird im Fall einer angelegten Spannung ihre Länge in Abhängigkeit vonder Größe der Spannungvergrößert oderverkleinert. Wie in 1 gezeigtist, wird, wenn die Spannung von der elektrischen Stromquelle anden beiden Enden der Piezoröhre 100 angelegtwird, die Länge derPiezoröhre 100 vonL₀, d.h. der Länge vor dem Anlegen der Spannung,um ΔL erhöht und wirdzu L₀ + ΔL.Gleichzeitig wird der Durchmesser in derjenigen radialen Richtung,die senkrecht zu ihrer longitudinalen Richtung steht, von D₀, d.h. dem Durchmesser vor dem Anlegen derSpannung, um – ΔD verringertund wird zu D₀ – ΔD. Somit kann eine Probe, die ander Piezoröhrein einer Einheit gehalten ist, an der die oben genannte zylindrischePiezoröhre 100 angebrachtist, exakt in deren longitudinale und radiale Richtung entsprechendder Bewegung der Piezoröhre 100 verschobenwerden.The piezo tube is a piezoelectric element that generates negative and positive electrical charges depending on the size of the pressure experienced on the outside. On the other hand, in the case of an applied voltage, its length is increased or decreased depending on the size of the voltage. As in 1 is shown when the voltage from the electrical power source at both ends of the piezo tube 100 is applied, the length of the piezo tube 100 of L ₀ , ie the length before the voltage is applied, is increased by ΔL and becomes L ₀ + ΔL. At the same time, the diameter in the radial direction that is perpendicular to its longitudinal direction is reduced by D ₀ , ie the diameter before the voltage is applied, by - ΔD and becomes D ₀ - ΔD. Thus, a sample held on the piezo tube in one unit can be attached to the above-mentioned cylindrical piezo tube 100 is attached, exactly in their longitudinal and radial direction according to the movement of the piezo tube 100 be moved.
[0005] Da jedoch bei der Einheit, an derdie Piezoröhreangebracht ist, die Bewegung in der radialen Richtung der X-Achseund der Y-Achse und die Bewegung in der longitudinalen Richtungder Z-Achse derPiezoröhre,welche die Probe hält,gegenseitig voneinander abhängen,wird die Probe dann, wenn ein Benutzer die Piezoröhre beeinflusst,um die Probe in die gewünschteRichtung der X-Achse oder der Y-Achse zu verschieben, gleichzeitigunerwünschterweisein die Richtung der Z-Achse verschoben. Somit muss die Verschiebung,die aufgrund der Verschiebung in der unerwünschten Richtung der Z-Achseerzeugt wird, kompensiert werden.However, since in the unit at whichthe piezo tubeis attached, the movement in the radial direction of the X axisand the Y axis and the movement in the longitudinal directionthe Z axis of thePiezo tube,which holds the sampleare mutually dependent,if a user influences the piezo tube, the sampleto get the sample into the desired oneShift direction of the X-axis or the Y-axis, simultaneouslyundesirablyshifted in the direction of the Z axis. So the shift,due to the shift in the unwanted direction of the Z axisis generated, compensated.
[0006] Da allerdings eine Korrelation zwischender von der Piezoröhreerzeugten Verschiebung und der Richtung der Verschiebung hiervonhäufigunklar ist, wird, sogar wenn die Prozedur zum Kompensieren der Verschiebungeiner beliebigen Richtung angewandt wird, möglicherweise ein weiterer Fehlerwährendder Kompensationsprozedur in den Kompensationswert eingeführt. Esbesteht somit ein Problem dahingehend, dass die bekannte Einheit,die die Form und Eigenart des piezoelektrischen Elements ausnutzt,die Probe häufignicht präziseverschieben kann.However, since there is a correlation betweenthe one from the piezo tubegenerated displacement and the direction of the displacement thereoffrequentlyis unclear, even if the procedure to compensate for the shiftin any direction may be another mistakewhilethe compensation procedure is introduced into the compensation value. Itthere is a problem that the known unit,which takes advantage of the shape and nature of the piezoelectric element,the sample oftennot precisecan move.
[0007] Um das Problem der bekannten Einheitzu lösen,wurde eine Linearbewegungseinheit zum Bewegen der Probe unter Verwendungder Verschiebung des piezoelektrischen Elementes in einer Richtung(der Verschiebung aufgrund der geradlinigen Bewegung) entwickelt.To the problem of the well-known unitto solve,a linear motion unit was used to move the samplethe displacement of the piezoelectric element in one direction(the shift due to the linear movement) developed.
[0008] 2 isteine Strukturansicht einer bekannten Linearbewegungseinheit miteinem flexiblen Mechanismus vom Hebel-Typ. Der in 2 gezeigte Mechanismus weist einen Hebel 90 miteiner vorher bestimmten Längeauf, sowie eine flexible Drehbefestigung 91, die ein Rotationszentrumdes Hebels 90 ist und deren eines Ende befestigt ist, undeine Halterung 94, die zum Haltern der bestimmten Probeam anderen Ende, der Befestigungsseite für die flexible Drehbefestigung 91 gegenüber, angebrachtist. 2 Fig. 10 is a structural view of a known linear motion unit with a lever-type flexible mechanism. The in 2 mechanism shown has a lever 90 with a predetermined length, as well as a flexible swivel 91 which is a center of rotation of the lever 90 and one end of which is attached, and a bracket 94 that is used to hold the particular sample at the other end, the mounting side for the flexible swivel 91 opposite, is appropriate.
[0009] Gemäß dem Mechanismus wird beispielsweisedann, wenn eine Kraft 93 einer bestimmten Größe an einemPunkt P1 neben dem Rotationszentrum O des Hebels 90 soaufgebracht wird, dass der Hebel 90 mit der RotationsverschiebungT1 bewegt wird, ein Punkt P2 des Hebels, an dem die Halterung 94 angebrachtist, mit der Rotationsverschiebung T2 gedreht. Hierbei ist die RotationsverschiebungT2 des Punkts P2 zur Rotationsverschiebung T1 des Punkts P1 proportionalzum Verhältnisdes Abstandes des Rotationszentrums O vom Punkt P2 zum Abstand desRotationszentrums O vom Punkt P1 {T2 = (T1)(P2)/(P1)}.According to the mechanism, for example, when a force 93 a certain size at a point P1 next to the center of rotation O of the lever 90 is applied so that the lever 90 is moved with the rotational displacement T1, a point P2 of the lever at which the bracket 94 is attached, rotated with the rotational displacement T2. Here, the rotational displacement T2 of the point P2 to the rotational displacement T1 of the point P1 is proportional to the ratio of the distance of the center of rotation O from point P2 to the distance of the center of rotation O from point P1 {T2 = (T1) (P2) / (P1)}.
[0010] Allerdings wird, obwohl das piezoelektrische Elementmit einem Bereich von mehreren μmbis zu mehreren Zehn μmseinen Verschiebungsbereich durch den Hebel 90 vergrößert oderverstärkt,die Probe, die am Ende des Hebels platziert ist, nicht in einervollständiggeradlinigen Richtung verschoben, da die Verschiebung des Endesdes Hebels 90 in der Umfangsrichtung erzeugt wird.However, although the piezoelectric element with a range of several microns to tens of microns, its displacement range by the lever 90 Enlarged or amplified, the sample that is placed at the end of the lever does not move in a completely rectilinear direction since the displacement of the end of the lever 90 is generated in the circumferential direction.
[0011] Zwischenzeitlich wurde, um das Problemder Einheit mit dem oben genannten Mechanismus zu lösen, eineDoppelfedereinheit entwickelt, die eine Doppellinearfeder aufweist,die am Hebel angebracht ist. Allerdings verschiebt die Doppellinearfedereinheit dieam Hebel angeordnete Probe ebenfalls nicht in geradliniger Richtung.In the meantime, has been to the problemthe unit with the above mechanism to release oneDouble spring unit developed, which has a double linear spring,which is attached to the lever. However, the double linear spring unit shifts theSample placed on the lever also not in a straight line.
[0012] Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eineDreiachs-Linearbewegungseinheit und eine Vorrichtung zum Untersucheneiner Probe hiermit anzugeben, welche eine bestimmte Probe haltenund welche die Probe unabhängigund präzisein geradliniger Richtung verschieben.It is therefore an object of the invention toThree-axis linear motion unit and a device for examinationto indicate a sample which holds a particular sampleand which the sample independentlyand precisemove in a straight line.
[0013] Eine weitere Aufgabe der Erfindungist es, eine Dreiachs-Linearbewegungseinheitund eine Vorrichtung zum Untersuchen einer Probe hiermit anzugeben,um eine bestimmte Probe zu halten, mit Einheiten für die X-Achse,Y-Achse und Z-Achse, die flexible Mechanismen aufweisen, um dieProbe unabhängigbzw. präzisein geradliniger Richtung zu verschieben.Another object of the inventionis a three-axis linear motion unitand to hereby specify a device for examining a sample,to hold a specific sample, with units for the X axis,Y-axis and Z-axis, which have flexible mechanisms around whichSample independentlyor preciseto move in a straight line.
[0014] Eine weitere Aufgabe der Erfindungist es, eine Dreiachs-Linearbewegungseinheitund eine Vorrichtung zum Untersuchen einer Probe hiermit anzugeben,um eine bestimmte Probe zu halten, mit Einheiten für die X-Achse,Y-Achse und Z-Achse, die eine komplexe Drehbefestigung und/odereinen symmetrischen Verstärkeraufweisen, um die Probe unabhängigund präzisein geradliniger Richtung zu verschieben.Another object of the inventionis a three-axis linear motion unitand to hereby specify a device for examining a sample,to hold a specific sample, with units for the X axis,Y-axis and Z-axis, which is a complex swivel and / ora balanced amplifierhave to make the sample independentand preciseto move in a straight line.
[0015] Um die zuvor genannten Aufgaben zulösen, weisteine erfindungsgemäße Dreiachs-Linearbewegungseinheitauf: eine Bodenplatte mit einer vorher bestimmten Oberfläche undDicke; eine X-Achseneinheit, die in einem Referenzbereich der Bodenplattebefestigt ist, um einen ersten X-Bereich, der von der Referenz inRichtung der X-Achse angeordnet ist, in Richtung der X-Achse zu bewegen;eine Y-Achseneinheit, die innerhalb des ers innerhalb des ersten X-Bereichsbefestigt ist, um einen ersten Y-Bereich, der vom zweiten X-Bereichin Richtung der Y-Achse angeordnet ist, in Richtung der Y-Achsezu bewegen; und eine Z-Achseneinheit, die in einem zweiten Y-Bereichinnerhalb des ersten Y-Bereichs befestigt ist und die eine vorherbestimmte Probe hält,um die Probe in Richtung der Z-Achse zu bewegen. Die X-Achse, dieY-Achse und die Z-Achse bezeichnen Achsen von rechtwinkligen Koordinaten.Die X-, Y- und/oder Z-Bereiche könneninsbesondere als Flächenoder Oberflächenausgebildet sein.To accomplish the aforementioned taskssolve, pointsa three-axis linear motion unit according to the inventionon: a floor slab with a predetermined surface andThickness; an X-axis unit in a reference area of the base plateis attached to a first X area that is from the reference inX-axis direction is arranged to move in the X-axis direction;a Y-axis unit that is within the first within the first X rangeis attached to a first Y area that is from the second X areais arranged in the direction of the Y axis, in the direction of the Y axisto move; and a Z-axis unit that is in a second Y rangeis fixed within the first Y range and the one beforeholds certain sample,to move the sample in the direction of the Z axis. The X axis, theThe Y axis and the Z axis denote axes of rectangular coordinates.The X, Y and / or Z areas canespecially as areasor surfacesbe trained.
[0016] Ferner sind vorgesehen: Eine Vorrichtung zumUntersuchen und/ oder Vermessen einer Probe unter Verwendung einerDreiachs-Linearbewegungseinheit,wobei die Vorrichtung eine Dreiachs-Linearbewegungseinheit aufweist, dieeine vorher bestimmte Probe hältund die die Probe unabhängig,präzise undexakt in Richtung der X-Achse, der Y-Achse oder der Z-Achse verschiebt,sowie ein Atommikroskop oder ein Rastermikroskop, insbesondere einRasterkraftmikroskop, das die Dreiachs-Linearbewegungseinheit aufweist,um den Ort der Probe unter Verwendung eines Lasers zu messen undum die Probe zu scannen. Die X-Achse, die Y-Achse bzw. die Z-Achse bezeichnenAchsen rechtwinkeliger Koordinaten.The following are also provided:Examine and / or measure a sample using aThree-axis linear motion unitthe device comprising a three-axis linear motion unit whichholds a predetermined sampleand the sample independently,precise andexactly in the direction of the X-axis, the Y-axis or the Z-axis,as well as an atomic microscope or a scanning microscope, in particular aAtomic force microscope, which has the three-axis linear movement unit,to measure the location of the sample using a laser andto scan the sample. Designate the X-axis, the Y-axis or the Z-axisAxes of rectangular coordinates.
[0017] Die oben bezeichneten sowie andereAufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgendendetaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindungim Zusammenhang mit den beigefügtenZeichnungen erkennbar, in denen:The above and othersObjects, features and advantages of the invention will be apparent from the followingdetailed description of preferred embodiments of the inventionin connection with the attachedDrawings recognizable in which:
[0018] 1 eineStrukturansicht der bekannten Dreiachs-Einheit mit einer Piezoröhre ist; 1 a structural view of the known three-axis unit with a piezo tube;
[0019] 2 eineStrukturansicht der bekannten Linearbewegungseinheit mit einem flexiblenMechanismus vom Hebel-Typist; 2 Fig. 12 is a structural view of the known linear motion unit with a lever-type flexible mechanism;
[0020] 3 eineperspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheitist; 3 is a perspective view of a three-axis linear motion unit according to the invention;
[0021] 4A eineStrukturansicht zur Erläuterung einerX-Achseneinheit in 3 ist; 4A a structural view for explaining an X-axis unit in 3 is;
[0022] 4B eineStrukturansicht zur Erläuterung einerY-Achseneinheit in 3 ist; 4B a structural view for explaining a Y-axis unit in 3 is;
[0023] 4C eineStrukturansicht zur Erläuterung einerZ-Achseneinheit in 3 ist; 4C a structural view for explaining a Z-axis unit in 3 is;
[0024] 5 eineperspektivische Ansicht einer Mittelstange einer erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheitist; 5 Fig. 3 is a perspective view of a center bar of a three-axis linear motion unit according to the invention;
[0025] 6A und 6B Strukturansichten zurErläuterungeines Verstärkungsprinzipseiner erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheitsind; 6A and 6B Structural views for explaining a reinforcement principle of a three-axis linear motion unit according to the invention;
[0026] 7 eineStrukturansicht zum Erläuterneiner Betriebsweise einer erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheitist; und 7 Fig. 14 is a structural view for explaining an operation of a three-axis linear motion unit according to the invention; and
[0027] 8 eineperspektivische Teilansicht eines Atommikroskops ist, das eine erfindungsgemäße Dreiachs-Linearbewegungseinheitaufweist. 8th 3 is a partial perspective view of an atomic microscope which has a three-axis linear movement unit according to the invention.
[0028] 3 isteine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheit. 3 is a perspective view of a three-axis linear motion unit according to the invention.
[0029] Unter Bezugnahme auf 3 weist die Dreiachs-Linearbewegungseinheiteine Bodenplatte 40 mit einer vorher bestimmten Oberfläche undDicke auf, sowie eine X-Achseneinheit 10, die in einemReferenzbereich RR der Bodenplatte 40 befestigt ist, umeinen ersten X-Bereich RX1, der vom Referenzbereich RR in Richtungder X-Achse angeordnet ist, in Richtung der X-Achse zu bewegen,eine Y-Achseneinheit 20, die innerhalb des ersten X-Bereichs RX1angeordnet ist und in einem zweiten X-Bereich RX2 innerhalb desersten X-Bereichs RX1 befestigt ist, um einen ersten Y-Bereich RY1,der von dem zweiten X-Bereich RX2 in Richtung der Y-Achse angeordnetist, in Richtung der Y-Achse zu bewegen, und eine Z-Achseneinheit 30,die in einem zweiten Y-Bereich RY2 innerhalb des ersten Y-BereichsRY1 befestigt ist und eine bestimmte Probe hält, um die Probe in Richtungder Z-Achse zu bewegen. Die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse bezeichnen Achseneines rechtwinkligen Koordinatensystems.With reference to 3 the three-axis linear movement unit has a base plate 40 with a predetermined surface and thickness, and an X-axis unit 10 that are in a reference area RR of the floor slab 40 is fixed to move a first X region RX1, which is arranged from the reference region RR in the direction of the X axis, in the direction of the X axis, a Y axis unit 20 which is arranged within the first X region RX1 and is fastened in a second X region RX2 within the first X region RX1 by a first Y region RY1 which extends from the second X region RX2 in the direction of the Y- Axis is arranged to move in the Y-axis direction, and a Z-axis unit 30 which is fixed in a second Y-area RY2 within the first Y-area RY1 and holds a specific sample to move the sample in the direction of the Z-axis. Denote the X axis, the Y axis and the Z axis Axes of a right-angled coordinate system.
[0030] Hier bezeichnen der erste X-BereichRX1 und der zweite X-Bereich RX2 Bereiche, die einzig in die X-Richtungbewegt werden. Der erste Y-Bereich RY1 und der zweite Y-BereichRY2 sind hingegen Bereiche innerhalb des ersten X-Bereichs RX1.Obwohl der erste Y-Bereich RY1 und der zweite Y-Bereich RY2 durchdie Y-Achseneinheit 20 einzig in Richtung der Y-Achse bewegtwerden, werden der erste Y-Bereich RY1 und der zweite Y-BereichRY2 schlussendlich bezüglichder Bodenplatte 40 in Richtung der Y-Achse und der X-Achsebewegt.Here, the first X area RX1 and the second X area RX2 designate areas that are only moved in the X direction. The first Y area RY1 and the second Y area RY2, on the other hand, are areas within the first X area RX1. Although the first Y area RY1 and the second Y area RY2 by the Y axis unit 20 are only moved in the direction of the Y axis, the first Y area RY1 and the second Y area RY2 ultimately become with respect to the base plate 40 moved in the direction of the Y axis and the X axis.
[0031] Unter Bezugnahme auf die 4A bis 4C werden unten stehend die jeweiligenEinheiten beschrieben.With reference to the 4A to 4C the respective units are described below.
[0032] Die 4A isteine Strukturansicht zur Erläuterungder X-Achseneinheit 10 aus 3. Die X-Achseneinheit 10 weistein piezoelektrisches Element 13 mit einer vorher bestimmtenLänge auf,wobei die Längein Richtung der Y-Achse entsprechend einer Eingangsspannung geändert wird,sowie ein erstes X-Antriebsteil 11-1 und ein zweites X-Antriebsteil 11-2,die beiderseits in einer longitudinalen Richtung des piezoelektrischenElementes 13 mit diesem verbunden sind, um das zweite X-Ende 16-2 innerhalb desersten X-Bereiches 11-1 oder RX1 bezüglich einem ersten X-Ende 16-1 innerhalbdes Referenzbereichs RR, insbesondere mittig zum piezoelektrischenElement 13, entsprechend einem Antrieb des piezoelektrischenElementes 13 in Richtung der X-Achse zu bewegen.The 4A Fig. 14 is a structural view for explaining the X-axis unit 10 out 3 , The X-axis unit 10 has a piezoelectric element 13 with a predetermined length, the length being changed in the direction of the Y axis in accordance with an input voltage, and a first X drive part 11-1 and a second X drive part 11-2 that are on both sides in a longitudinal direction of the piezoelectric element 13 connected to this to the second X end 16-2 within the first X range 11-1 or RX1 with respect to a first X end 16-1 within the reference range RR, in particular in the center of the piezoelectric element 13 , corresponding to a drive of the piezoelectric element 13 to move in the direction of the X axis.
[0033] Die Struktur des ersten X-Antriebsteils 11-1 istzur Struktur des zweiten X-Antriebsteils 11-2 symmetrischbezüglichder X-Achse ausgebildet.Insbesondere weisen das erste X-Antriebsteil 11-1 und das zweiteX-Antriebsteil 11-2, die beiderseits einer longitudinalenRichtung des piezoelektrischen Elements 13 mit diesem verbundensind, ein erstes X-Verstärkungsteil 12-1 undein zweites X-Verstärkungsteil 12-2 auf,die eine Verschiebung verstärken,die entsprechend einer Betätigungdes piezoelektrischen Elements 13 erzeugt wird, und dieein drittes X-Ende 16-3 und ein viertes X-Ende 16-4,die in der dem ersten X-Ende 16-1 gegenüberliegenden Seite ausgebildetsind, durch die verstärkteVerschiebung in Richtung der X-Achse verschieben. Weiterhin weisendas erste X-Antriebsteil 11-1 und das zweite X-Antriebsteil 11-2 insbesondereein erstes X-Linien-Bewegungsteil 13-1 undein zweites X-Linien-Bewegungsteil 13-2 auf, die durchdie Schlitze 19-1B bzw. 19-1C mit dem drittenX-Ende 16-3 bzw. dem vierten X-Ende 16-4 verbundensind und die parallel in Richtung der X-Achse durch die verstärkte Verschiebungverschoben werden. Hierbei verbindet ein Schlitz 19-1A dasandere Ende, das demjenigen Ende des ersten X-Linien-Bewegungsteils 13-1 gegenüberliegt,das mit dem dritten X-Ende 16-3 verbunden ist, mit dem anderenEnde, das demjenigen Ende des zweiten X-Linien-Bewegungsteils 13-2 gegenüberliegt,das mit dem vierten X-Ende 16-4 verbunden ist.The structure of the first X drive part 11-1 is about the structure of the second X drive part 11-2 symmetrical with respect to the X axis. In particular, the first X drive part 11-1 and the second X drive part 11-2 , the both sides of a longitudinal direction of the piezoelectric element 13 connected to this, a first X-gain part 12-1 and a second X-reinforcement part 12-2 that amplify a displacement corresponding to an operation of the piezoelectric element 13 is generated, and which has a third X-end 16-3 and a fourth X end 16-4 that in the the first X end 16-1 opposite side are formed by the increased displacement in the direction of the X axis. Furthermore, the first X drive part 11-1 and the second X drive part 11-2 especially a first X-line moving part 13-1 and a second X-line moving part 13-2 on through the slots 19-1B respectively. 19-1C with the third X end 16-3 or the fourth X end 16-4 are connected and which are displaced in parallel in the direction of the X-axis by the increased displacement. Here a slot connects 19-1A the other end, that of the end of the first X-line moving part 13-1 opposite, that with the third X-end 16-3 is connected to the other end, which is that end of the second X-line moving part 13-2 opposite that with the fourth X end 16-4 connected is.
[0034] Hier bilden das erste X-Linien-Bewegungsteil 13-1 unddas zweite X-Linien-Bewegungsteil 13-2, die Schlitze 19-1A, 19-1B, 19-1C unddas zweite X-Ende 16-2 einen dritten X-Bereich 17 miteiner vorher bestimmten Fläche,die von diesen umgeben wird. Das zweite X-Ende 16-2 gibteinen Punkt an, der im Abstand D1 vom ersten X-Ende 16-1 zwischen demdritten X-Ende 16-3 und dem vierten X-Ende 16-4 inpositiver Richtung der X-Achsebezüglich demersten X-Ende 16-1 angeordnet ist.Here is the first X-line moving part 13-1 and the second X-line moving part 13-2 , the slots 19-1A . 19-1B . 19-1C and the second X end 16-2 a third X area 17 with a predetermined area surrounded by them. The second X end 16-2 indicates a point that is at a distance D1 from the first X end 16-1 between the third X end 16-3 and the fourth X end 16-4 in the positive direction of the X axis with respect to the first X end 16-1 is arranged.
[0035] Die beiden Enden des piezoelektrischenElements 13 sind an einem ersten Drückteil 14-1 des erstenX-Verstärkungsteils 12-1 bzw.einem zweiten Drückteil 14-2 deszweiten X-Verstärkungsteils 12-2 angeordnet.The two ends of the piezoelectric element 13 are on a first pressing part 14-1 of the first X reinforcement part 12-1 or a second pressing part 14-2 of the second X reinforcement part 12-2 arranged.
[0036] Das erste X-Verstärkungsteil 12-1 weistein erstes Drückteil 14-1 auf,um die Verschiebung des piezoelektrischen Elementes 13 aufzunehmen,sowie eine Zwischenstange 15-1, die in der longitudinalenRichtung des piezoelektrischen Elements 13 auf die beidenSeiten des ersten Drückteils 14-1 imZentrum des ersten Drückteils 14-1 zuund/oder die in der longitudinalen Richtung des piezoelektrischenElements 13 auf beiden Seiten des ersten Drückteils 14-1 symmetrischzur Y-Achse im Zentrum des ersten Drückteils 14-1 ausgebildetist. Wie in 5 gezeigtist, weist die Zwischenstange 15-1 ein Stützteil 15-1A auf,das mit einer vorher bestimmten Breite ausgebildet ist, sowie einverengtes Teil 15-1B an beiden Enden und/oder Seiten desStützteils 15-1A miteiner Dicke, die im Vergleich schma ler als die Breite des Stützteilsist, und zwar durch eine halbkreisartige Rille 15-1C miteinem vorher bestimmten Radius.The first X reinforcement part 12-1 has a first pressing part 14-1 on to the displacement of the piezoelectric element 13 record, as well as an intermediate rod 15-1 that are in the longitudinal direction of the piezoelectric element 13 on both sides of the first pressing part 14-1 in the center of the first pressing part 14-1 to and / or in the longitudinal direction of the piezoelectric element 13 on both sides of the first pressing part 14-1 symmetrical to the Y axis in the center of the first pressing part 14-1 is trained. As in 5 the intermediate rod is shown 15-1 a support part 15-1A on, which is formed with a predetermined width, and a narrowed part 15-1B at both ends and / or sides of the support part 15-1A with a thickness that is comparatively smaller than the width of the support part, namely by a semicircular groove 15-1C with a predetermined radius.
[0037] Im ersten X-Verstärkungsteil 12-1 sinddie Enden (Rillen) der Zwischenstange 15-1, die dem Drückteil 14-1 umdie longitudinale Richtung des piezoelektrischen Elementes gegenüberliegen,miteinander durch einen Schlitz verbunden. Darüber hinaus kann ein Loch 18-1 einervorher bestimmten Größe in dervom Schlitz, dem Drückteil 14-1 undder Zwischenstange 15-1 umgebenen Fläche angeordnet werden, um dasGewicht des ersten X-Verstärkungsteils 12-1 zureduzieren.In the first X reinforcement section 12-1 are the ends (grooves) of the intermediate rod 15-1 that the push part 14-1 opposed to the longitudinal direction of the piezoelectric element, connected to each other by a slit. It can also have a hole 18-1 a predetermined size in that of the slot, the pressing part 14-1 and the intermediate rod 15-1 surrounding area can be arranged to the weight of the first X-reinforcing part 12-1 to reduce.
[0038] An der Zwischenstange 15-1 isteine Rille ausgebildet, um der Zwischenstange 15-1 elastische Eigenschaftenzu verleihen. Das verengte Teil 17 oder 15-1B derZwischenstange 15-1 wird das Rotationszentrum hiervon,wenn das Stützteil 15-1A gedrehtwird.On the intermediate pole 15-1 is a groove formed around the intermediate rod 15-1 to impart elastic properties. The narrowed part 17 or 15-1B the intermediate rod 15-1 the center of rotation of this becomes when the support member 15-1A is rotated.
[0039] Da das zweite X-Verstärkungsteil 12-2 dieselbeStruktur wie das erste X-Verstärkungsteil 12-1 aufweistund sie symmetrisch zur X-Achse angeordnet sind, wird von einerweiteren Beschreibung abgesehen.Because the second X reinforcement part 12-2 same structure as the first X reinforcement part 12-1 has and they are arranged symmetrically to the X axis, apart from a further description.
[0040] Das erste X-Linien-Bewegungsteil 13-1 weist eineerste X-Doppelfeder 13-1B auf,die mit dem dritten X-Ende 16-3 durch den Schlitz 19-1B verbunden ist,sowie eine zweite X-Doppelfeder 13-1A, die mit der erstenX-Doppelfeder 13-1B durch Schlitze 19-1D und 19-1E verbundenist, welche eine vorher bestimmte Länge aufweisen und in Parallelrichtung zurX-Achse ausgebildet sind. Die zweite X-Doppelfeder 13-1A istdurch den Schlitz 19-1A mit dem Ende 13-2A deszweiten X-Linien-Bewegungsteils 13-2 verbunden, welchesdieselbe Struktur aufweist wie das erste X-Linien-Bewegungsteil 13-1.The first X-line moving part 13-1 has a first X double spring 13-1B on that with the third X end 16-3 through the slot 19-1B is connected, as well as a second X double spring 13-1A with the first X double spring 13-1B through slots 19-1D and 19-1E is connected, which have a predetermined length and are formed in parallel to the X-axis. The second X double spring 13-1A is through the slot 19-1A with the end 13-2A of the second X-line moving part 13-2 connected, which has the same structure as the first X-line moving part 13-1 ,
[0041] Die erste und die zweite X-Doppelfeder 13-1B, 13-1A habendieselbe Struktur. Beispielsweise hat die zweite X-Doppelfeder 13-1A zweiZwischenstangen, die doppelt angeordnet sind. Die jeweilige Zwischenstangeweist ein Stützteil 13-1C vorherbestimmter Breite auf, das mit derselben Form wie bei der in 5 gezeigten Zwischenstangeausgebildet ist, sowie ein verengtes Teil 13-1D an beiden Endendes Stützteiles,wobei das verengte Teil 13-1D durch eine halbkreisartigeRille 13-1E eine Dicke aufweist, die vergleichsweise schmalerals die Breite des Stützteilsist.The first and the second X double spring 13-1B . 13-1A have the same structure. For example, the second X double spring 13-1A two intermediate rods, which are arranged twice. The respective intermediate rod has a support part 13-1C predetermined width, which has the same shape as that in 5 Intermediate rod shown is formed, as well as a narrowed part 13-1D at both ends of the support part, the narrowed part 13-1D through a semicircular groove 13-1E has a thickness that is comparatively narrower than the width of the support part.
[0042] Da das zweite X-Linien-Bewegungsteil 13-2 dieselbeStruktur wie das erste X-Linien-Bewegungsteil 13-1 aufweistund diese symmetrisch zur X-Achse angeordnet sind, wird von einerweiteren Beschreibung abgesehen.Because the second X-line moving part 13-2 same structure as the first X-line moving part 13-1 has and these are arranged symmetrically to the X axis, apart from a further description.
[0043] Die 4B isteine Strukturansicht zur Erläuterungder Y-Achseneinheit 20 in 3. Die Y-Achseneinheit 20 hateine ähnlicheStruktur wie die X-Achseneinheit 10 und ist im drittenX-Bereich 17 innerhalb des ersten X-Bereichs RX1 ausgebildet.The 4B Fig. 14 is a structural view for explaining the Y-axis unit 20 in 3 , The Y-axis unit 20 has a similar structure to the X-axis unit 10 and is in the third X area 17 formed within the first X area RX1.
[0044] Die Y-Achseneinheit 20 weistein piezoelektrisches Element 23 mit einer vorher bestimmtenLänge auf,die in Richtung der X-Achseentsprechend einer Eingangsspannung geändert wird, sowie ein erstesY-Antriebsteil 21-1 und ein zweites Y-Antriebsteil 21-2,die mit beiden Enden in einer longitudinalen Richtung des piezoelektrischenElements 23 verbunden sind und die am ersten Y-Ende 25 deszweiten X-Bereichs RX2 befestigt sind, um das zweite Y-Ende 26,das dem ersten Y-Ende 25 in Richtung der Y-Achse gegenüberliegt,mittels des piezoelektrischen Elements 23 zu bewegen. Obwohlhier die Orte des zweiten X-Bereichs RX2 und des dritten Bereichs 17 ähnlich sind,werden diese, wie in den 3 und 4A gezeigt, klar definiert.The Y-axis unit 20 has a piezoelectric element 23 with a predetermined length, which is changed in the direction of the X axis according to an input voltage, and a first Y drive part 21-1 and a second Y drive part 21-2 that have both ends in a longitudinal direction of the piezoelectric element 23 are connected and that at the first Y end 25 of the second X area RX2 are attached to the second Y end 26 that the first Y end 25 opposite in the direction of the Y axis, by means of the piezoelectric element 23 to move. Although here are the locations of the second X area RX2 and the third area 17 are similar, as in the 3 and 4A shown, clearly defined.
[0045] Das erste Y-Antriebsteil 21-1 unddas zweite Y-Antriebsteil 21-2 haben dieselbe Strukturund sind symmetrisch zur Y-Achse angeordnet. Insbesondere weisendas erste und das zweite Y-Antriebsteil 21-1, 21-2 ersteund zweite Y-Verstärkungsteile 22-1, 22-2 auf,die mit beiden Enden einer longitudinalen Richtung des piezoelektrischenElementes 23 verbunden sind, um eine Verschiebung zu verstärken, dieentsprechend dem Antrieb des piezoelektrischen Elementes 23 erzeugtwird, und um das zweite Y-Ende 26 durch die verstärkte Verschiebungin Richtung der Y-Achse zu bewegen. Die ersten und zweiten Y-Antriebsteile 21-1, 21-2 weisenferner erste und zweite Y-Linien-Bewegungsteile 23-1, 23-2 auf,die mit dem ersten bzw. dem zweiten Y-Verstärkungsteil 22-1, 22-2 durcheinen ersten bzw. einen zweiten Schlitz 27-1, 27-2 verbundensind, welche einen Teil des ersten Y-Endes 25 durchqueren,und die parallel in Richtung der Y-Achse durch verstärkte Verschiebungverschoben werden. Hier verbindet der Schlitz 27-3 die anderenEnden, die denjenigen Enden des ersten und des zweiten Y-Linien-Bewegungsteiles 23-1, 23-2 gegenüberliegen,die mit dem ersten und mit dem zweiten Verstärkungsteil 22-1, 22-2 verbunden sind.The first Y drive part 21-1 and the second Y drive part 21-2 have the same structure and are arranged symmetrically to the Y axis. In particular, the first and the second Y drive part 21-1 . 21-2 first and second Y reinforcement parts 22-1 . 22-2 on with both ends of a longitudinal direction of the piezoelectric element 23 are connected to amplify a displacement corresponding to the drive of the piezoelectric element 23 is generated, and around the second Y end 26 to move through the increased displacement in the direction of the Y axis. The first and second Y drive parts 21-1 . 21-2 also have first and second Y-line moving parts 23-1 . 23-2 on with the first and the second Y-reinforcement part 22-1 . 22-2 through a first and a second slot 27-1 . 27-2 which are part of the first Y-end 25 traverse, and which are moved parallel in the direction of the Y-axis by increased displacement. Here the slot connects 27-3 the other ends, the ends of the first and second Y-line moving parts 23-1 . 23-2 opposite, with the first and with the second reinforcement part 22-1 . 22-2 are connected.
[0046] Hierbei formen die Schlitze 27-1, 27-2, 27-3 unddas erste und das zweite Y-Linien-Bewegungsteil 23-1, 23-2 einenvorher bestimmten, dritten Y-Bereich 28, der von diesenumgeben wird. Das erste und das zweite Y-Verstärkungsteil 22-1, 22-2 sind symmetrischzur Y-Achse innerhalb des ersten und/oder dritten Y-Bereichs 28 angeordnet.Der dritte Y-Bereich 28 ist innerhalb des ersten Y-BereichsRY1 angeordnet.This forms the slots 27-1 . 27-2 . 27-3 and the first and second Y-line moving parts 23-1 . 23-2 a predetermined third Y range 28 that is surrounded by these. The first and the second Y-reinforcement part 22-1 . 22-2 are symmetrical to the Y axis within the first and / or third Y range 28 arranged. The third Y area 28 is arranged within the first Y area RY1.
[0047] Das zweite Y-Ende 26 gibtinsbesondere die Position an, um die Länge in Richtung der Y-Achse vonden Endpunkten des ersten und zweiten Y-Verstärkungsteiles in Richtung derY-Achse bezüglich desersten Y-Endes 25 vergrößert ist.Das erste Y-Verstärkungsteil 22-1 unddas zweite Y-Verstärkungsteil 22-2 habendieselbe Struktur und sie sind symmetrisch zur Y-Achse ausgebildet.The second Y end 26 Specifies, in particular, the position by the length in the direction of the Y axis from the end points of the first and second Y reinforcement parts in the direction of the Y axis with respect to the first Y end 25 is enlarged. The first Y reinforcement part 22-1 and the second Y reinforcement part 22-2 have the same structure and are symmetrical to the Y axis.
[0048] Ebenso wie die Strukturen des erstenund des zweiten X-Verstärkungsteils 12-1, 12-2 weisen daserste und das zweite Y-Verstärkungsteil 22-1, 22-2 jeweilsein erstes und ein zweites Drückteil 24-1, 24-2 auf,welche die Verschiebung des piezoelektrischen Elements 23 aufnehmen,sowie eine Zwischenstange, die in beiden Seiten des ersten und des zweitenDrückteils 14-1, 14-2 symmetrischzur X-Achse im Zentrum des jeweiligen ersten und zweiten Drückteils 14-1, 14-2 angeordnetist.Just like the structures of the first and the second X reinforcement part 12-1 . 12-2 have the first and the second Y-reinforcing part 22-1 . 22-2 a first and a second pressing part 24-1 . 24-2 on what the displacement of the piezoelectric element 23 record, as well as an intermediate rod, which is in both sides of the first and the second pressing part 14-1 . 14-2 symmetrical to the X axis in the center of the respective first and second pressing part 14-1 . 14-2 is arranged.
[0049] Hierbei ist die Zwischenstange 24,wie in 5 gezeigt, miteinem Stützteilmit einer vorher bestimmten Breite ausgebildet, sowie mit einemverengten Teil mit einer Dicke, die vergleichsweise enger ist alsdie Breite des Stützteils,und zwar durch eine halbkreisartige Rille mit einem vorher bestimmtenRadius an beiden Enden des Stützteils.Die Zwischenstange 24 hat dieselbe Funktion und Betriebsweisewie die Zwischenstange 15-1A der X-Achseneinheit.Here is the intermediate rod 24 , as in 5 shown, formed with a support part with a predetermined width, and with a narrowed part with a thickness which is comparatively narrower than the width of the support part, namely by a semicircular groove with a predetermined radius at both ends of the support part. The intermediate rod 24 has the same function and mode of operation as the intermediate rod 15-1A the X-axis unit.
[0050] Das erste und das zweite Y-Achsen-Bewegungsteil 23-1, 23-2 habendieselbe Struktur und dasselbe Betriebsprinzip wie das erste unddas zweite X-Linien-Bewegungsteil 13-1, 13-2 undsie sind symmetrisch zur Y-Achse ausgebildet.The first and second Y-axis moving parts 23-1 . 23-2 have the same structure and operating principle as the first and second X-line moving parts 13-1 . 13-2 and they are symmetrical to the Y axis.
[0051] Die 4C isteine Strukturansicht zur Erläuterungeiner Z-Achseneinheitin 3. Die Z-Achseneinheitweist ein Bodenteil 34 mit einer vorher bestimmten Fläche undDicke auf, welches innerhalb des zweiten Y-Bereichs RY2 der Y-Achseneinheit 20 befestigtist, sowie ein Z-Linien-Antriebsteil 31, das sich in Richtungder Z-Achse bewegt und insbesondere integral mit der Bodenplatte 34 vonder Oberflächeder Bodenplatte 34 in vertikaler Richtung, welches dieRichtung der Z-Achse ist, ausgebildet ist, und ein piezoelektrischesElement 33, das im Raum 31-1' vorher bestimmter Größe für eine Längenverringerungoder Längenzunahmemontiert ist. Der Raum 31-1' istim Z-Achsen-Antriebsteil 31 ineinem Bereich ausgebildet, an den das Bodenteil 34 und dasZ-Linien-Antriebsteil 31 angrenzen.The 4C FIG. 14 is a structural view for explaining a Z-axis unit in FIG 3 , The Z-axis unit has a bottom part 34 with a predetermined area and thickness, which is within the second Y range RY2 of the Y axis unit 20 is attached, as well as a Z-line drive part 31 , which moves in the direction of the Z axis and in particular integrally with the base plate 34 from the surface of the bottom plate 34 in the vertical direction, wel ches is the direction of the Z axis, is formed, and a piezoelectric element 33 that in the room 31-1 ' predetermined size for a reduction or increase in length is mounted. The space 31-1 ' is in the Z-axis drive part 31 formed in an area to which the bottom part 34 and the Z-line drive part 31 adjoin.
[0052] Hierbei ist das piezoelektrischeElement 33 innerhalb des Raums 31-1' durch Schraube-Mutter-Verbindungsmittel 34-1,die im Bodenteil 34 gebildet sind, befestigt, um im Zentrumdes Z-Linien-Antriebsteils 31 betätigt zuwerden.Here is the piezoelectric element 33 inside the room 31-1 ' by screw-nut connection means 34-1 that in the bottom part 34 are formed, attached to the center of the Z-line drive part 31 to be operated.
[0053] Das Z-Linien-Antriebsteil 31 weistein erstes und ein zweites Z-Achsen-Bewegungsteil 31-1, 31-2 auf,die das erste Z-Ende 36, das bezüglich dem Bodenteil 34 inRichtung der Z-Achse angeordnet ist, entsprechend der Betätigung despiezoelektrischen Elementes 33 in Richtung der Z-Achsebewegen, sowie ein Halteraufnahmeteil 32 zum Halten einesProbenhalters, der nicht in den Zeichnungen dargestellt ist, nebendem ersten Z-Ende 36.The Z-line drive part 31 has a first and a second Z-axis moving part 31-1 . 31-2 on that the first Z end 36 that regarding the bottom part 34 is arranged in the direction of the Z axis, corresponding to the actuation of the piezoelectric element 33 move in the direction of the Z axis, as well as a holder receiving part 32 for holding a sample holder, not shown in the drawings, next to the first Z-end 36 ,
[0054] Das erste und das zweite Z-Achsen-Bewegungsteil 31-1, 31-2 habendieselbe Struktur und dieselbe Betriebsweise wie das erste und daszweite X-Linien-Bewegungsteil 13-1, 13-2 oderdas erste und das zweite Y-Linien-Bewegungsteil 23-1, 23-2 undsie sind symmetrisch zur Z-Achse angeordnet. Insbesondere weisendie jeweiligen ersten und zweiten Z-Achsen-Bewegungsteile 31-1, 31-2 erstebis vierte Doppelfedern 31-1A, 31-1B, 31-2A, 31-2B sowie Schlitzeauf, die jede von ihnen verbinden. Insbesondere sind die erste unddie dritte Z-Doppelfeder 31-1A, 31-2A durch denSchlitz 35 verbunden.The first and the second Z-axis moving part 31-1 . 31-2 have the same structure and operation as the first and second X-line moving parts 13-1 . 13-2 or the first and second Y-line moving parts 23-1 . 23-2 and they are arranged symmetrically to the Z axis. In particular, the respective first and second Z-axis moving parts 31-1 . 31-2 first to fourth double springs 31-1a . 31-1B . 31-2A . 31-2B as well as slots that connect each of them. In particular, the first and third Z double springs 31-1a . 31-2A through the slot 35 connected.
[0055] Da das Bodenteil 34 derZ-Achseneinheit 30 eine Kraft, die durch das piezoelektrischeElement erzeugt wird, breit verteilt, insbesondere im zweiten Y-BereichRY2, kann insbesondere im Fall, dass seine Fläche größer als der zweite Y-BereichRY2 ist, ein in den Zeichnungen nicht dargestellter Abstandshaltermit einer vorher bestimmten Dicke zwischen dem zweiten Y-BereichRY2 und dem Bodenteil 34 montiert werden. Somit verhindertder Abstandshalter, dass das Bodenteil 34, das vom zweitenY-Bereich RY2 separiert ist, stirnseitig beispielsweise mit demersten und dem zweiten Y-Verstärkungsteilder Y-Achseneinheitin Kontakt steht.Because the bottom part 34 the Z-axis unit 30 a force that is generated by the piezoelectric element, widely distributed, in particular in the second Y region RY2, can in particular in the case that its area is larger than the second Y region RY2, a spacer, not shown in the drawings, with a previously determined thickness between the second Y area RY2 and the bottom part 34 to be assembled. Thus, the spacer prevents the bottom part 34 , which is separated from the second Y region RY2, is in contact with the front side, for example, with the first and the second Y reinforcement part of the Y axis unit.
[0056] Das Verstärkungsprinzip der erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheitund ihr Betriebsverfahren werden nachstehend beschrieben.The amplification principle of the three-axis linear movement unit according to the inventionand their operating procedures are described below.
[0057] Die 6A und 6B sind Strukturansichten vonModellen zur Erläuterungeines Verstärkungsprinzipseiner erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheit.Beispielsweise sind Modelle für daserste und das zweite Verstärkungsteil 12-1, 12-2 derEinheit 10 vorgesehen. Insbesondere ist die 6A eine Strukturansichtdes Modells fürdie X-Achseneinheit, bei dem sich der Verstärkungszustand im Normalzustandbefindet, und 6B ist eineStrukturansicht des Modells fürdie X-Achseneinheit, bei dem die Länge des piezoelektrischen Elementesdes Verstärkungsteilsvergrößert ist.The 6A and 6B are structural views of models for explaining a reinforcement principle of a three-axis linear motion unit according to the invention. Examples are models for the first and the second reinforcement part 12-1 . 12-2 the unit 10 intended. In particular, the 6A a structural view of the model for the X-axis unit in which the amplification state is in the normal state, and 6B Fig. 12 is a structural view of the model for the X-axis unit in which the length of the piezoelectric element of the reinforcing member is increased.
[0058] Bezug nehmend auf die 6A und 6B entspricht das piezoelektrische Element 13 einempiezoelektrischen Modellelement 13g, das erste und das zweiteDrückteil 14-1, 14-2 einemersten und einem zweiten Modelldrückteil 14-1g, 14-2g,das erste und das zweite X-Ende 16-1, 16-2 einemersten und einem zweiten X-Modellende 16-1g, 16-2g unddie Zwischenstange 15-1A entspricht einer Modellzwischenstange 15-1Ag.Referring to the 6A and 6B corresponds to the piezoelectric element 13 a piezoelectric model element 13g , the first and the second pressing part 14-1 . 14-2 a first and a second model press part 14-1g . 14-2g , the first and the second X-end 16-1 . 16-2 a first and a second X model end 16-1g . 16-2g and the intermediate rod 15-1A corresponds to a model intermediate rod 15-1Ag ,
[0059] Wenn die oben genannten Elementeals Modellelemente in den Modellen definiert werden, sind ein Abstand 51 zwischendem ersten Drückteil 14-1g unddem piezoelektrischen Modellelement 13g, ein Abstand 52 zwischendem piezoelektrischen Modellelement 13g und dem zweitenX-Modellende 16-2g, und ein Abstand 53 zwischendem ersten Drückteil 14-1g unddem zweiten X-Modellende 16-2g durch dieLängender Basislinie, der Höhebzw. der Hypotenuse eines Dreiecks 50 definiert.If the above elements are defined as model elements in the models, there is a distance 51 between the first pressing part 14-1g and the piezoelectric model element 13g , a distance 52 between the piezoelectric model element 13g and the second X model end 16-2g , and a distance 53 between the first pressing part 14-1g and the second X model end 16-2g by the lengths of the baseline, the height or the hypotenuse of a triangle 50 Are defined.
[0060] Nun wird nachstehend unter Bezugnahme aufdie 6A und 6B das Verfahren zum Erzeugen derVerschiebung des zweiten X-Endes 16-2 durch Betätigung desersten und des zweiten Verstärkungsteils 12-1, 12-2 imFalle, dass die Längedes piezoelektrischen Elementes 13 durch dessen Betätigung vergrößert wird,beschrieben.Now, with reference to the 6A and 6B the method for generating the displacement of the second X-end 16-2 by operating the first and second reinforcement members 12-1 . 12-2 in the event that the length of the piezoelectric element 13 is enlarged by its actuation.
[0061] Da die Länge der Zwischenstange 15-1A konstantist und das erste X-Ende 16-1 an der Bodenplatte 40 befestigtist, wird das Modell in 6A imFall, dass die Längedes piezoelektrischen Elements 13 vergrößert wird, zum Modell 6B geändert. Insbesonderewird das Dreieck 50 mit den drei Linien 51, 52, 53 in 6A in das transformierteDreieck 50-1 mit den drei Linien 51-1, 52-1, 53-1 in 6B umgewandelt. Da die Länge derZwischenstange 15-1A hier konstant ist, wird die Länge derHypotenuse, die der Längeder Zwischenstange 15-1A entspricht, nicht geändert, wohingegendie Höhe 52 zur vermindertenHöhe 52-1 unddie Grundlinie 51 zur verlängerten Grundlinie 51-1 geändert werden.Somit wird das zweite X-Ende 16-2g um Δx aus der Originalposition vermindert,wenn die Längedes piezoelektrischen Elementes 13 vergrößert wird.Because the length of the intermediate rod 15-1A is constant and the first X end 16-1 on the bottom plate 40 is attached, the model is in 6A in case the length of the piezoelectric element 13 is enlarged to the model 6B changed. In particular, the triangle 50 with the three lines 51 . 52 . 53 in 6A into the transformed triangle 50-1 with the three lines 51-1 . 52-1 . 53-1 in 6B converted. Because the length of the intermediate rod 15-1A is constant here, the length of the hypotenuse is that of the length of the intermediate rod 15-1A corresponds, not changed, whereas the height 52 to the reduced height 52-1 and the baseline 51 to the extended baseline 51-1 be changed. Thus, the second X end 16-2g decreased by Δx from the original position when the length of the piezoelectric element 13 is enlarged.
[0062] Die 7 isteine Strukturansicht zur Erläuterungeines Betriebsverfahrens der erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheit.The 7 Fig. 12 is a structural view for explaining an operating method of the three-axis linear motion unit according to the invention.
[0063] Bezug nehmend auf 7 entspricht die Bodenplatte 40 einerModellbodenplatte 40g, die X-Achseneinheit 10 einerX-Achsen-Modelleinheit 10g,die Y-Achseneinheit 20 einer Y-Achsen-Modelleinheit 20g,die Z-Achseneinheit 30 einer Z-Achsen-Modelleinheit 30g unddas Z-Achsen-Bewegungsteil 31 einem Z-Achsen-Modellbewegungsteil 31g.Ferner entsprechen das erste und das zweite X-Verstärkungsteil 11-1, 11-2 einemersten und einem zweiten x-Modellverstärkungsteil 11-1g, 11-2g unddas erste und das zweite Y-Modellverstärkungsteil 21-1, 21-2 einemersten und einem zweiten Y-Modellverstärkungsteil 21-1g, 21-2g.Referring to 7 corresponds to the base plate 40 a model base plate 40g , the x-axis unit 10 an X-axis model unit 10g , the y-axis unit 20 a Y-axis model unit 20g , the z-axis unit 30 a Z-axis model unit 30g and the Z-axis moving part 31 a Z-axis model moving part 31g , Furthermore, the first and the second X-reinforcement part correspond 11-1 . 11-2 a first and a second x model reinforcement part 11-1g . 11-2g and the first and second Y model reinforcement members 21-1 . 21-2 a first and a second Y-model reinforcement part 21-1g . 21-2g ,
[0064] Hier ist, wie in 7 gezeigt, die Y-Achseneinheit 20,die in dem ersten X-Bereich RX1 (im Wesentlichen der dritte X-Bereich 17)ausgebildet ist, im ersten X-Modellbereich RX1g angeordnet. Darüber hinausist die Z-Achseneinheit 30 im zweiten Y-Modellbereich RY2gangeordnet, und dies sogar dann, wenn die Fläche der Bodenplatte der Z-Achseneinheit 30 größer alsdiejenige des zweiten Y-Bereichs RY2 ist, da der Abstandhalter verhindert,dass die Z-Achseneinheit 30 einen Bereich außerhalbdes zweiten Y-Bereiches RY2 stirnseitig kontaktiert.Here's how in 7 shown the Y-axis unit 20 that are in the first X area RX1 (essentially the third X area 17 ) is arranged in the first X model area RX1g. In addition, the Z-axis unit 30 located in the second Y model area RY2g, even if the area of the bottom plate of the Z-axis unit 30 is larger than that of the second Y area RY2 because the spacer prevents the Z-axis unit 30 contacts an area outside the second Y area RY2 on the end face.
[0065] Somit wird entsprechend dem Betriebdes piezoelektrischen Elementes 13 der erste X-ModellbereichRX1g der X-Achsen-Modell einheit 10g lediglich in Richtungder X-Achse bezüglichdem ersten X-Modellende 16-1g verschoben, das an der Modellbodenplatte 40g befestigtist. Die Y-Achsen-Modelleinheit 20g, die innerhalb demersten X-Modellbereich RX1g angeordnet ist, wird dann auch einzigin Richtung der X-Achse verschoben.Thus, according to the operation of the piezoelectric element 13 the first X-model area RX1g of the X-axis model unit 10g only in the direction of the X axis with respect to the first X model end 16-1g moved that to the model base plate 40g is attached. The Y-axis model unit 20g , which is arranged within the first X model area RX1g, is then only moved in the direction of the X axis.
[0066] wird hingegen das piezoelektrischeElement 23 in der Y-Achsen-Modelleinheit 20g betätigt, dieinnerhalb des ersten X-Modellbereichs RX1g angeordnet ist, so wirdder zweite Y-Modellbereich RY2g der Y-Achsen-Modelleinheit 20g lediglichin Richtung der Y-Achse verschoben. Dann wird die Y-Achsen-Modelleinheit 20g,die innerhalb des zweiten Y-Modellbereichs RY2g angeordnet ist,lediglich in Richtung der Y-Achse verschoben. Da insbesondere dieModellbodenplatte 34g der Z-Achseneinheit 30g lediglichan dem zweiten Y-Modellbereich RY2g befestigt ist, wird das Z-Linien-Modellbewegungsteil 31g,das an der Modellbodenplatte 34g montiert ist, in Richtungder Z-Achse verschoben.however, becomes the piezoelectric element 23 in the Y-axis model unit 20g actuated, which is arranged within the first X model area RX1g, the second Y model area RY2g of the Y-axis model unit 20g just shifted in the direction of the Y axis. Then the Y axis model unit 20g , which is arranged within the second Y model region RY2g, only shifted in the direction of the Y axis. Because in particular the model base plate 34g the Z-axis unit 30g is only attached to the second Y-model area RY2g, the Z-line model moving part 31g that on the model base plate 34g is mounted, shifted in the direction of the Z axis.
[0067] Daher wird der Probenhalter, derdie Probe trägt,durch die X-Achsen-ModelleinheitlOg lediglich in Richtung der X-Achse verschoben und durch die Y-Achsen-Modelleinheit 20g lediglichin Richtung der Y-Achse. Darüberhinaus wird der Probenhalter, der die Probe trägt, durch das Z-Linien-Modellbewegungsteil 31g lediglichin Richtung der Z-Achse verschoben.Therefore, the sample holder carrying the sample is only moved in the direction of the X-axis by the X-axis model unit 10G and by the Y-axis model unit 20g only in the direction of the Y axis. In addition, the sample holder that carries the sample is through the Z-line model moving part 31g just shifted in the direction of the Z axis.
[0068] 8 isteine perspektivische Teilansicht einer Vorrichtung zum Untersucheneiner Probe, die eine erfindungsgemäße Dreiachs-Linearbewegungseinheitaufweist. Die Vorrichtung zum Untersuchen einer Probe weist eineDreiachs-Linearbewegungseinheit 100 auf, welche die Probehält, sowieein Atommikroskop, das die Probe untersucht. 8th is a partial perspective view of an apparatus for examining a sample having a triaxial linear motion unit according to the invention. The device for examining a sample has a three-axis linear movement unit 100 holding the sample, and an atomic microscope that examines the sample.
[0069] Hier weist die Dreiachs-Linearbewegungseinheit 100 fernereinen Probenhalter 60 auf, der in einem Halteraufnahmeteil 32 einesZ-Linien-Bewegungsteils angeordnet ist, ein Probenbefestigungsteil 61,auf dem die Probe 62 platziert ist und das am Ende desProbenhalters 60 befestigt ist, und einen Spiegel 63,der parallel zum Probenhalter und in geneigtem Zustand unter demProbenbefestigungsteil 61 angeordnet ist.Here the three-axis linear motion unit 100 also a sample holder 60 on that in a holder receiving part 32 of a Z-line moving part is arranged, a sample fixing part 61 on which the sample 62 placed at the end of the sample holder 60 is attached, and a mirror 63 , which is parallel to the sample holder and in an inclined state under the sample mounting part 61 is arranged.
[0070] Das Atommikroskop 70 weisteine Spitze 71 zum Scannen der Probe 62 und eine Befestigungsbasis 72 auf,an der die Spitze 71 befestigt ist.The atomic microscope 70 has a tip 71 for scanning the sample 62 and a mounting base 72 on, at the top 71 is attached.
[0071] Daher kann die Probe durch Betätigung der Dreiachs-Linearbewegungseinheitmit der Spitze 71, die oberhalb der Probe 62 angeordnetist, präzisegescannt werden. Dabei wird die Bewegung der Probe durch Analyseeines Laserstrahls detektiert, der auf den Spiegel 63 projiziertwird und der von dem Spiegel 63 reflektiert wird.Therefore, the sample can be operated by operating the triaxial linear motion unit with the tip 71 that are above the sample 62 is arranged to be scanned precisely. The movement of the sample is detected by analyzing a laser beam that is directed onto the mirror 63 is projected and that from the mirror 63 is reflected.
[0072] Nun wird nachstehend insbesonderedie Betriebsweise der jeweiligen Elemente der erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheitim Detail beschrieben.Now in particular belowthe mode of operation of the respective elements of the three-axis linear movement unit according to the inventiondescribed in detail.
[0073] Bezug nehmend auf die 4A drückt die X-Achseneinheit 10 dieDrückteile 14-1, 14-2 aufbeide Seiten zu, wenn das piezoelektrische Element 13 expandiertwird, und dann werden das erste und das zweite X-Verstärkungsteil 12-1, 12-2 inder Richtung senkrecht zur Längenvergrößerungsrichtungdes piezoelektrischen Elementes 13 zusammengezogen, wobeisich ein Abstand zwischen den Drückteilen 14-1, 14-2 vergrößert (siehe 6A und 6B). Wenn das erste und das zweite X-Verstärkungsteil 12-1, 12-2 zusammengezogenwerden, werden das zweite X-Ende 16-2 und der X-Bereich 17 nebenden Teilen 12-1, 12-2 geradlinig auf das ersteX-Ende 16-1 zu verschoben.Referring to the 4A presses the X-axis unit 10 the push parts 14-1 . 14-2 towards both sides when the piezoelectric element 13 is expanded, and then the first and second X-reinforcing parts 12-1 . 12-2 in the direction perpendicular to the length increase direction of the piezoelectric element 13 contracted, with a distance between the pressing parts 14-1 . 14-2 enlarged (see 6A and 6B ). If the first and second X-reinforcement part 12-1 . 12-2 pulled together will be the second X end 16-2 and the X area 17 next to the parts 12-1 . 12-2 straight to the first X end 16-1 too moved.
[0074] Wird hingegen das piezoelektrischeElement 13 zusammengezogen, werden das erste und das zweiteVerstärkungsteil 12-1, 12-2 aufgeweitetund dann werden das zweite X-Ende 16-2 und der X-Bereich 17 nebenden Teilen 12-1, 12-2 geradlinig in Richtung zunehmendenAbstandes vom ersten X-Ende 16-1 verschoben.However, the piezoelectric element 13 contracted, the first and second reinforcement part 12-1 . 12-2 expanded and then the second X end 16-2 and the X area 17 next to the parts 12-1 . 12-2 straight in the direction of increasing distance from the first X end 16-1 postponed.
[0075] Somit wird der X-Bereich 17 entsprechend demZusammenziehen und Verlängerndes piezoelektrischen Elements 13 geradlinig in Richtungder X-Achse verschoben.Thus the X area 17 corresponding to the contraction and elongation of the piezoelectric element 13 shifted in a straight line in the direction of the X axis.
[0076] Ähnlichwie beim Betrieb der X-Achseneinheit werden bei der in 4B gezeigten Y-Achseneinheit 20 daserste und das zweite Y-Verstärkungsteil 22-1, 22-2 zusammengezogen,wenn das piezoelektrische Element 23 verlängert wird,und dann werden das zweite Y-Ende 26 und der zweite Y-Bereich RY2neben dem Ende 26 geradlinig parallel zur Y-Achse in Richtungauf das erste Y-Ende 25 zu verschoben. Wird hingegen daspiezoelektrische Element 23 zusammengezogen, werden daserste und das zweite Y-Verstärkungsteil 22-1, 22-2 aufgeweitet unddann werden das zweite Y-Ende 26 und der zweite Y-BereichRY2 neben dem Ende 26 geradlinig parallel zur Y-Achse inRichtung zunehmenden Abstandes vom ersten Y-Ende 25 verschoben.Similar to the operation of the X-axis unit, the in 4B Y-axis unit shown 20 the first and the second Y-reinforcement part 22-1 . 22-2 contracted when the piezoelectric element 23 is extended, and then the second Y end 26 and the second Y area RY2 next to the end 26 rectilinear parallel to the Y axis towards the first Y end 25 too moved. However, the piezoelectric element 23 contracted, the first and second Y-reinforcement part 22-1 . 22-2 expanded and then the second Y end 26 and the second Y area RY2 next to the end 26 rectilinear parallel to the Y axis in the direction of increasing distance from the first Y end 25 postponed.
[0077] Somit wird der zweite Y-Bereich RY2entsprechend dem Zusammenziehen und der Verlängerung des piezoelektrischenElements 23 geradlinig in Richtung der Y-Achse verschoben.Thus, the second Y region RY2 becomes corresponding to the contraction and the elongation of the piezoelectric element 23 shifted in a straight line in the direction of the Y axis.
[0078] Da die in 4C gezeigte Z-Achseneinheit 30 amzweiten Y-Bereich RY2 der Y-Achseneinheit 20 befestigtist, wird die Einheit 30 entsprechend der Betätigung derX-Achseneinheit 10 und der Y-Achseneinheit 20 inRichtung der X-Achse und der Y-Achse verschoben. Andererseits wirddas Z-Linien-Bewegungsteil 31 der Z-Achseneinheit 30 entsprechenddem Zusammenziehen und dem Verlängerndes piezoelektrischen Elements 23 von der Seite des Bodenteils 34 inRichtung der Z-Achse verlängertbzw. zusammengezogen oder umgekehrt. Daher wird das Halteraufnahmeteil 32 entsprechenddem Zusammenziehen und dem Erweitern des Z-Linien-Bewegungsteils 31 ebenfallsgeradlinig in Richtung der Z-Achse verschoben.Since the in 4C shown Z-axis unit 30 at the second Y area RY2 of the Y axis unit 20 is attached, the unit 30 according to the actuation of the X-axis unit 10 and the y-oh seneinheit 20 shifted in the direction of the X-axis and the Y-axis. On the other hand, the Z-line moving part 31 the Z-axis unit 30 corresponding to the contraction and elongation of the piezoelectric element 23 from the side of the bottom part 34 extended or contracted in the direction of the Z axis or vice versa. Therefore, the holder receiving part 32 corresponding to the contraction and expansion of the Z-line moving part 31 also shifted in a straight line in the direction of the Z axis.
[0079] Da entsprechend die X-Achseneinheit 10, dieY-Achseneinheit 20 und die Z-Achseneinheit 30 unabhängig ohnegegenseitige Beeinflussung bewegt werden, können sie auch ihren Verschiebebereichexakt und präzisein Richtung ihrer Achsen verschieben.As the X-axis unit 10 , the y-axis unit 20 and the Z-axis unit 30 can be moved independently without mutual interference, they can also move their shifting area precisely and precisely in the direction of their axes.
[0080] Die doppelten, komplexen Federn,die in der Ausführungsformder Erfindung vorgesehen sind, sind als zwei Zwischenstangen undvier verengte Teile ausgeführt.Daher ist das gesamte Elastizitätsmodulder Doppelfedern klein. Somit kann selbst mit einer kleinen Antriebskrafteine ausreichend große Verschiebungerzeugt werden.The double, complex feathers,those in the embodimentare provided as two intermediate rods andfour narrowed parts executed.Hence the entire modulus of elasticitythe double feathers small. Thus, even with a small driving forcea sufficiently large shiftbe generated.
[0081] Ferner ist eine Vielzahl verengterTeile, die in Serie verbunden sind, parallel und in mehrfachen Reihenangeordnet, um eine ausschließlichgeradlinige Bewegung zu erzeugen. Obwohl die verengten Teile, dieeine Linie in Serie bilden, eine Verschiebung aufgrund ihrer elastischenTransformation in der seriellen Richtung erzeugen können, habeninsbesondere die Doppelfedern lediglich einen Freiheitsgrad zurBewegung in einer Richtung, da die Verschiebung in der Richtungsenkrecht zur seriellen Richtung schwierig zu erzeugen ist.Furthermore, a variety is narrowerParts connected in series, in parallel and in multiple rowsarranged to be an exclusiveto produce linear motion. Although the narrowed parts thatform a line in series, a shift due to its elasticCan produce transformation in the serial directionin particular, the double springs only have one degree of freedomMovement in one direction since the shift in the directionperpendicular to the serial direction is difficult to generate.
[0082] Da gemäß der obigen Ausführungsformder Erfindung das Druckteil und die Zwischenstange des Verstärkungsteilssymmetrisch um die jeweiligen Achsen angeordnet sind, sorgen weitereStrukturelemente, die mit den Verstärkungsteilen verbunden sind,für eineexakt geradlinige Bewegung, wenn das Verstärkungsteil betätigt wird.Since according to the above embodimentthe invention, the pressure part and the intermediate rod of the reinforcing partmore are arranged symmetrically around the respective axesStructural elements that are connected to the reinforcement parts,for oneexactly linear movement when the reinforcement part is actuated.
[0083] Wenn die Einheit nahe einer Resonanzfrequenzhiervon oder darüberbetrieben wird, kann die Einheit aufgrund einer Resonanz unter Umständen beschädigt werdenund kann unter Umständen schwierigzu kontrollieren sein. Wenn die Resonanzfrequenz der Einheit niedrigist, sollte eine Geschwindigkeit zum Antreiben der Einheit nichtallzu hoch werden. Somit sollte die Resonanzfrequenz der Einheitvorzugsweise hoch sein, damit die Einheit schnell angetrieben werdenkann.If the unit is close to a resonance frequencyof this or aboveoperated, the unit may be damaged due to resonanceand can be difficult under certain circumstancesto be controlled. When the resonance frequency of the unit is lowshould not be a speed to drive the unitget too high. Thus, the resonance frequency of the unitpreferably be high so that the unit can be driven quicklycan.
[0084] Im Allgemeinen wird eine Resonanzfrequenz einesvorher bestimmten Systems aus der folgenden Gleichung erhalten: ω =(k/m)^1/2, wobei ω = Resonanzfrequenz, k = Elastizitätsmodulund m = Masse ist.In general, a resonance frequency of a predetermined system is obtained from the following equation: ω = (k / m) ^1/2 , where ω = resonance frequency, k = modulus of elasticity and m = mass.
[0085] Somit sollte die Masse klein sein,um die Resonanzfrequenz der erfindungsgemäßen Einheit zu erhöhen. Umdies zu verwirklichen, wird das Gewicht der X-Achseneinheit verringert,indem Löcher 18-1, 18-2 miteiner vorher bestimmten Größe in demersten und dem zweiten X-Verstärkungsteil 12-1, 12-2 ausgebildetwerden. Gleichzeitig werden die Zwischenstangen 15-1A, 15-1B derart alsTrapezoide ausgebildet, dass ihre Masse konstant gehalten wird. Somitwird bei der erfindungsgemäßen Einheitdas Elastizitätsmodulgrößer undsomit wird die Resonanzfrequenz ebenfalls größer.The mass should therefore be small in order to increase the resonance frequency of the unit according to the invention. To achieve this, the weight of the X-axis unit is reduced by holes 18-1 . 18-2 with a predetermined size in the first and second X reinforcement parts 12-1 . 12-2 be formed. At the same time, the intermediate rods 15-1A . 15-1B formed as a trapezoid in such a way that their mass is kept constant. Thus, in the unit according to the invention, the modulus of elasticity becomes larger and thus the resonance frequency also increases.
[0086] Da bei einem vorbekannten Atommikroskop dieSpitze eine Probe überder Probe scannt, fallen die Positionen zum Scannen der Probe durchdie Spitze und die Position zum Messen der Probe durch einen Detektorinsbesondere nicht zusammen und somit erzeugt das vorbekannte Atommikroskopeinen Abbeschen Messfehler.Since in a known atomic microscopeTip a sample overthe sample scans, the positions for scanning the sample failthe tip and position for measuring the sample by a detectorin particular not together and thus generates the previously known atomic microscopea Abbeen measurement error.
[0087] Allerdings ist bei der erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheitder Detektor des Atommikroskops unterhalb des Probenbefestigungsteilsangeordnet, welches die Probe festhält und die Spitze scannt dieProbe überder Probe. Da die Messposition der Probe durch den Detektor unddie Scannposition durch die Spitze somit zusammenfallen, wird dieProbe mit der erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheitdurch das Atommikroskop exakt und präzise ohne dem Abbeschen Messfehlervermessen.However, the three-axis linear motion unit according to the inventionthe detector of the atomic microscope below the sample mounting partarranged, which holds the sample and the tip scans theSample overthe sample. Because the measuring position of the sample by the detector andthe scanning position will coincide with the tip, theSample with the three-axis linear movement unit according to the inventionthrough the atomic microscope, precisely and precisely, without having to remove measuring errorsmeasured.
[0088] Da gemäß der erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheitdie X-Achseneinheit 10 und die Y-Achseneinheit 20 dafür ausgelegtsind, sich in einer koplanaren Fläche zu bewegen, sind ein Angriffspunktfür eineKraft und ein Schwerpunkt für diejeweiligen Einheiten in der koplanaren Fläche angeordnet und somit wirdkein Moment erzeugt und die erzeugten Vibrationen sind relativ gering.Somit wird die Probe mit der erfindungsgemäßen Dreiachs-Linearbewegungseinheitexakt und präzisegeradlinig bewegt.Since according to the three-axis linear movement unit according to the invention, the X-axis unit 10 and the Y-axis unit 20 are designed to move in a coplanar surface, a point of application for a force and a center of gravity for the respective units are arranged in the coplanar surface and thus no moment is generated and the vibrations generated are relatively low. The sample is thus moved precisely and precisely in a straight line using the three-axis linear movement unit according to the invention.
[0089] Da ferner die X-Achseineinheit 10,die lediglich in Richtung der X-Achse bewegt wird, die Bewegungin Richtung der Y-Achse der Y-Achseneinheit 20 nicht beeinflusst,werden die Bewegungen der Einheiten 10, 20 unabhängig undohne eine Korrelation erreicht. Da z.B. die Bewegung der X-Achseneinheitkeinen Fehler der Y-Achsenbewegung durch die Y-Achseneinheit aufweist, wirddie Probe exakt lediglich in die Richtung der X-Achse bewegt. Diesgilt auch fürden umgekehrten Fall.Furthermore, since the X-axis unit 10 that is only moved in the X-axis direction, the movement in the Y-axis direction of the Y-axis unit 20 the movements of the units are not affected 10 . 20 achieved independently and without a correlation. For example, since the movement of the X-axis unit has no error of the Y-axis movement by the Y-axis unit, the sample is only moved exactly in the direction of the X-axis. This also applies to the reverse case.
[0090] Obwohl gemäß der obigen Ausführungsform derErfindung die Z-Achseneinheitnicht derart ausgestaltet ist, dass sie ein Verstärkungsteilaufweist, kann jedoch ein Verstärkungsteilin der Z-Achseneinheit montiert werden, wenn für das System eine große Verschiebungin Richtung der Z-Achse erforderlich ist.Although according to the above embodiment of theInvention the Z-axis unitis not designed such that it is a reinforcing parthas, however, a reinforcing partbe mounted in the Z-axis unit if there is a large displacement for the systemin the direction of the Z axis is required.
[0091] Obwohl die obige Ausführungsformder Erfindung ferner derart ausgeführt ist, dass sie Verstärkungsteilein der X-Achseneinheit und der Y-Achseneinheit aufweist, können dieseohne Verstärkungsteil ausgeführt werden.Although the above embodimentthe invention is further configured such that it reinforcing partsin the X-axis unit and the Y-axis unit, these canwithout reinforcement part.
[0092] Obwohl gemäß der bevorzugten Ausführungsformder Erfindung das Verstärkungsteilzum Verstärkender Bewegung der Einheit verwendet wird, ist die Erfindung nichthierauf begrenzt, und das jeweilige Verstärkungsteil könnte inder Struktur derart geändertwerden, dass es die Verschiebung verringert, insbesondere indemdas Verstärkungsteilum 90° gedrehtangeordnet wird.Although according to the preferred embodimentthe invention the reinforcing partfor reinforcementthe movement of the unit is used, the invention is notlimited to this, and the respective reinforcing part could inthe structure changed sothat it reduces the shift, especially bythe reinforcement partturned by 90 degreesis arranged.
[0093] Obwohl gemäß der bevorzugten Ausführungsformder Erfindung das Innere des Verstärkungsteils als eine Rahmenstrukturmit einem Freiraum zum Erhöhender Resonanzfrequenz ausgestaltet ist, ist die Erfindung nicht hieraufbeschränkt, undes kann auch eine Struktur vorgesehen werden, bei der ein vorherbestimmter Teil des dritten X-Bereichs 17 der X-Achseneinheitund des zweiten Y-Bereichs RY2 der Y-Achseneinheit, außer derVerstärkungsstruktur,entfernt wird.Although, according to the preferred embodiment of the invention, the inside of the amplifying part is configured as a frame structure with a space for increasing the resonance frequency, the invention is not limited to this, and a structure can also be provided in which a predetermined part of the third X- range 17 of the X-axis unit and the second Y region RY2 of the Y-axis unit other than the reinforcing structure is removed.
[0094] Obwohl gemäß der bevorzugten Ausführungsformder Erfindung eine flexible, komplexe Drehbefestigungsstruktur,insbesondere Scharnierstruktur, auf einer Seite der Einheit verwendetwird, kann eine flexible Struktur, wie beispielsweise eine Blattfeder,zur Erzeugung der vollständiggeradlinigen Bewegung vorgesehen sein.Although according to the preferred embodimentthe invention a flexible, complex rotary structure,in particular hinge structure, used on one side of the unita flexible structure, such as a leaf spring,to generate the completerectilinear movement may be provided.
[0095] Obwohl gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispielder Erfindung die Zwischenstange in Form einer geraden Linie odereines Trapezoids vorgesehen ist, kann eine dreieckige Form odereine Rautenform oder eine Rhombusform vorgesehen werden, um dieResonanzfrequenz zu erhöhen.Although according to the preferred embodimentthe invention, the intermediate rod in the form of a straight line orof a trapezoid may be triangular in shape ora diamond shape or a rhombus shape can be provided to theIncrease resonance frequency.
[0096] Obwohl in Zusammenhang mit der bevorzugtenAusführungsformder Erfindung ein Beispiel beschrieben wird, bei dem die Dreiachs-Linearbewegungseinheitan einem Atommikroskop vorgesehen ist, kann die erfindungsgemäße Einheitauch fürandere Einrichtungen verwendet werden, die ein sehr präzises Antreibenerforderlich machen, wie beispielsweise Halbleitereinrichtungen.Although related to the preferredembodimentthe invention, an example is described in which the three-axis linear motion unitis provided on an atomic microscope, the unit according to the inventionalso forother devices are used that have very precise drivingrequire, such as semiconductor devices.
[0097] Gemäß einer Dreiachs-Linearbewegungseinheitund einer Messeinrichtung, welche diese verwendet, gemäß der bevorzugtenAusführungsform derErfindung, ergibt sich aus dem Vorstehenden, dass sich die Bewegungender Einheiten nicht gegenseitig beeinflussen, da die X-Achseneinheitund die Y-Achseneinheit unabhängigvoneinander verschoben werden, und dass die Probe exakt geradlinigbewegt wird, da der Freiheitsgrad der jeweiligen Einheit durch dieflexible, komplexe, insbesondere mehrteilige Scharnierstruktur,die in der Einheit ausgebildet ist, auf lediglich eine Richtungbegrenzt ist.According to a three-axis linear motion unitand a measuring device using the same according to the preferred oneEmbodiment of theInvention, it follows from the foregoing that the movementsof the units do not affect each other because the X-axis unitand the Y-axis unit independentlyare shifted from each other, and that the sample is exactly straightis moved because the degree of freedom of the respective unit by theflexible, complex, in particular multi-part hinge structure,which is formed in the unit in only one directionis limited.
[0098] Da ferner das Verstärkungsteilder Erfindung eine symmetrische Verstärkungsstruktur verwendet, umden Bewegungsbereich des piezoelektrischen Elementes zu verstärken, istdieser vergrößert und gleichzeitigwird die Bewegung exakt in der senkrechten Richtung gehalten.Furthermore, since the reinforcement partthe invention uses a symmetrical reinforcement structure toto increase the range of motion of the piezoelectric elementthis enlarges and at the same timethe movement is kept exactly in the vertical direction.
[0099] Da ferner das Drückteil des Antriebsteils in derjeweiligen Einheit eine Rahmenstruktur aufweist und da die Strukturder Zwischenstange die Form eines Trapezoids aufweist, ist die Resonanzfrequenz derEinheit höherund somit ist die Antriebsgeschwindigkeit der Einheit höher.Furthermore, since the pressing part of the drive part in theeach unit has a frame structure and since the structurethe intermediate rod has the shape of a trapezoid, the resonance frequency isUnit higherand thus the drive speed of the unit is higher.
[0100] Da gemäß dem Atommikroskop, das dieerfindungsgemäße Dreiachs-Linearbewegungseinheit aufweist,der Detektor die Position der Probe unter dem Probenbefestigungsteilmisst, fallen die Scanposition der Spitze und die Messposition desDetektors zusammen und somit wird die Probe präzise und exakt und ohne einenAbbeschen Messfehler vermessen.Because, according to the atomic microscope, thethree-axis linear movement unit according to the invention,the detector the position of the sample under the sample mounting partmeasures, the scan position of the tip and the measurement position of theDetector together and thus the sample is precise and exact and without oneMeasure measurement errors.
[0101] Erfindungsgemäß können die verschiedenen Bereicheder Linearbewegungsheit insbesondere als Flächen, die Zwischenstangen alsStäbe oderStäbchenund die Stützteileals Pfostenteile ausgebildet sein.According to the invention, the different areasthe linear movement in particular as surfaces, the intermediate rods asBars orrodand the support partsbe designed as post parts.
[0102] Das Atommikroskop kann insbesondereein Rastermikroskop oder Rastersondenmikroskop, vorzugsweise einRasterkraftmikroskop und/oder ein Rastertunnelmikroskop sein.The atomic microscope can in particulara scanning microscope or scanning probe microscope, preferably aAtomic force microscope and / or a scanning tunneling microscope.

权利要求:
Claims (24)
[1]
Dreiachs-Linearbewegungseinheit mit: – einerBodenplatte (40) mit einer bestimmten Fläche undDicke, – einerX-Achseneinheit (10), die in einem Referenzbereich (RR)der Bodenplatte (40) befestigt ist, um einen ersten X-Bereich(RX1), der von dem Referenzbereich (RR) in Richtung der X-Achseangeordnet ist, in Richtung der X-Achse zu bewegen, – einerY-Achseneinheit (20), die innerhalb des ersten X-Bereichs (RX1) angeordnetist und in einem zweiten X-Bereich(RX2) innerhalb des ersten X-Bereichs (RX1) befestigt ist, um einenersten Y-Bereich (RY1), der vom zweiten X-Bereich (RX2) in Richtung derY-Achse angeordnet ist, in Richtung der Y-Achse zu bewegen, und – einerZ-Achseneinheit (30), die in einem zweiten Y-Bereich (RY2) innerhalbdes ersten Y-Bereichs (RY1) befestigt ist und eine bestimmte Probehält, um dieProbe in Richtung der Z-Achse zu bewegen, wobei – die X-Achse,die Y-Achse und die Z-Achse Achsen rechtwinkliger Koordinaten angeben.Three-axis linear motion unit with: - a base plate ( 40 ) with a certain area and thickness, - an X-axis unit ( 10 ) in a reference area (RR) of the base plate ( 40 ) is fixed in order to move a first X region (RX1), which is arranged from the reference region (RR) in the direction of the X axis, in the direction of the X axis, - a Y axis unit ( 20 ), which is arranged within the first X region (RX1) and is fastened in a second X region (RX2) within the first X region (RX1), by a first Y region (RY1) which is separated from the second X Region (RX2) is arranged in the direction of the Y axis, move in the direction of the Y axis, and - a Z axis unit ( 30 ), which is fastened in a second Y-area (RY2) within the first Y-area (RY1) and holds a specific sample in order to move the sample in the direction of the Z-axis, wherein - the X-axis, the Y -Axis and the Z-axis Specify axes of right-angled coordinates.
[2]
Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die X-Achseneinheit (10) ein piezoelektrisches Element(13) mit einer bestimmten Länge aufweist, die entsprechendeiner Eingangsspannung in Richtung der Y-Achse änderbar ist, sowie ein erstesX-Antriebsteil (11-1) und ein zweites X-Antriebsteil (11-2),die jeweils mit einem der beiden Enden in einer longitudinalen Richtungdes piezoelektrischen Elements (13) verbunden sind, umentsprechend dem Antrieb des piezoelektrischen Elements (13)ein zweites X-Ende (16-2) innerhalb des ersten X-Bereichs(RX1) in Richtung der X-Achse von einem ersten X-Ende (16-1)innerhalb des Referenzbereichs (RR) und insbesondere mittig zumpiezoelektrischen Element (13) zu bewegen.Unit according to claim 1, characterized in that the X-axis unit ( 10 ) a piezoelectric element ( 13 ) with a certain length, which can be changed according to an input voltage in the direction of the Y axis, and a first X drive part ( 11-1 ) and a second X drive part ( 11-2 ), each with one of the two ends in a longitudinal direction of the piezoelectric element ( 13 ) are connected in accordance with the drive of the piezoelectric element ( 13 ) a second X-end ( 16-2 ) within the first X range (RX1) in the direction of the X axis from a first X end ( 16-1 ) within the reference range (RR) and in particular in the center of the piezoelectric Element ( 13 ) to move.
[3]
Einheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass das erste und das zweite X-Antriebsteil (11-1, 11-2)ein erstes und ein zweites X-Verstärkungsteil (12-1, 12-2) aufweisen,die eine Verschiebung verstärken,die entsprechend dem Antrieb des piezoelektrischen Elementes (13)erzeugt wird, und die ein drittes und ein viertes X-Ende (16-3, 16-4),die auf einer gegenüberliegendenSeite zum ersten X-Ende (16-1) ausgebildet sind, durchdie verstärkte Verschiebungin Richtung der X-Achse bewegen, sowie ein erstes und ein zweitesX-Linien-Bewegungsteil (13-1, 13-2), die durchdie verstärkteVerschiebung parallel in Richtung der X-Achse verschoben werden,einen ersten und einen zweiten Schlitz (19-1B, 19-1C),welche das dritte und das vierte Ende (16-3, 16-4)mit dem ersten bzw. dem zweiten X-Linien-Bewegungsteil (13-1, 13-2)verbinden, und einen dritten Schlitz (19-1A), welcher dasandere Ende, das demjenigen Ende des ersten X-Linien-Bewegungsteils (13-1)gegenüberliegt,welches mit dem dritten X-Ende (16-3) verbunden ist, mitdem anderen Ende verbindet, das demjenigen Ende des zweiten X-Linien-Bewegungsteils(13-2) gegenüberliegt,welches mit dem vierten X-Ende (16-4) verbunden ist.Unit according to claim 2, characterized in that the first and the second X drive part ( 11-1 . 11-2 ) a first and a second X-reinforcement part ( 12-1 . 12-2 ) which amplify a displacement which corresponds to the drive of the piezoelectric element ( 13 ) is generated, and which has a third and a fourth X-end ( 16-3 . 16-4 ) on an opposite side to the first X end ( 16-1 ) are designed to move in the direction of the X-axis due to the increased displacement, and a first and a second X-line moving part ( 13-1 . 13-2 ), which are displaced in parallel in the direction of the X axis by the increased displacement, a first and a second slot ( 19-1B . 19-1C ) which have the third and fourth end ( 16-3 . 16-4 ) with the first or the second X-line moving part ( 13-1 . 13-2 ) and a third slot ( 19-1A ) which is the other end, which is the end of the first X-line moving part ( 13-1 ), which has the third X end ( 16-3 ) is connected to the other end that connects to that end of the second X-line moving part ( 13-2 ), which has the fourth X end ( 16-4 ) connected is.
[4]
Einheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass das erste und das zweite X-Verstärkungsteil (12-1, 12-2)ein erstes und ein zweites Druckteil (14-1, 14-2) aufweisen,welche die Verschiebung des piezoelektrischen Elements aufnehmen,sowie eine Zwischenstange, die in der longitudinalen Richtung despiezoelektrischen Elementes auf die beiden Seiten des ersten unddes zweiten Drückteils(14-1, 14-2) zu im Zentrum des jeweiligen erstenund zweiten Drückteils(14-1, 14-2) ausgebildet ist, und einen viertenund einen fünftenSchlitz, die das erste und das zweite Drückteil (14-1, 14-2) mitden anderen Enden verbinden, die den Enden der Zwischenstange (15-1)gegenüberliegen.Unit according to claim 3, characterized in that the first and the second X-reinforcing part ( 12-1 . 12-2 ) a first and a second printing part ( 14-1 . 14-2 ), which absorb the displacement of the piezoelectric element, and an intermediate rod, which in the longitudinal direction of the piezoelectric element on the two sides of the first and the second pressing part ( 14-1 . 14-2 ) to in the center of the respective first and second pressing part ( 14-1 . 14-2 ) and a fourth and a fifth slot, which the first and the second pressing part ( 14-1 . 14-2 ) to the other ends, which are the ends of the intermediate rod ( 15-1 ) face each other.
[5]
Einheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,dass die Zwischenstange ein Stützteil (15-A)aufweist, das mit einer bestimmten Breite ausgebildet ist, sowieein verengtes Teil (15-1B) an beiden Enden des Stützteils(15-1A), das eine Dicke aufweist, die verglichen mit derBreite des Stützteils durcheine halbkreisförmigeRille (15-1C) mit einem bestimmten Radius verjüngt ist.Unit according to claim 4, characterized in that the intermediate rod is a support part ( 15-A ), which is formed with a certain width, and a narrowed part ( 15-1B ) at both ends of the support part ( 15-1A ), which has a thickness compared to the width of the support part by a semicircular groove ( 15-1C ) is tapered with a certain radius.
[6]
Einheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,dass das erste und das zweite X-Verstärkungsteil (12-1, 12-2)ferner jeweils ein Loch (18-1) bestimmter Größe in demBereich aufweisen, der von dem vierten und dem fünften Schlitz, dem Drückteil (14-1)und der Zwischenstange (15-1) umgeben ist.Unit according to claim 5, characterized in that the first and the second X-reinforcing part ( 12-1 . 12-2 ) one hole each ( 18-1 ) have a certain size in the area which is defined by the fourth and fifth slots, the pushing part ( 14-1 ) and the intermediate rod ( 15-1 ) is surrounded.
[7]
Einheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,dass das erste und das zweite X-Linien-Bewegungsteil (13-1, 13-2)eine erste und eine zweite X-Doppelfeder (13-1B, 13-2B)aufweisen, die durch den ersten und den zweiten Schlitz (19-1B, 19-1C) mitdem dritten und dem vierten X-Ende(16-3, 16-4) verbunden sind, sowie eine dritteund eine vierte X-Doppelfeder (13-1A, 13-2A),die mit der ersten und der zweiten X-Doppelfeder (13-1B, 13-2B)durch ein Paar Schlitze (19-1D, 19-1E) verbundensind, welche eine bestimmte Längeaufweisen und in der parallelen Richtung zur X-Achse angeordnetsind, wobei die Enden der dritten und der vierten X-Doppelfeder (13-1A, 13-2A)miteinander durch den dritten Schlitz (19-1A) verbundensind.Unit according to claim 6, characterized in that the first and the second X-line moving part ( 13-1 . 13-2 ) a first and a second X double spring ( 13-1B . 13-2b ) through the first and second slots ( 19-1B . 19-1C ) with the third and fourth X end ( 16-3 . 16-4 ) are connected, as well as a third and a fourth X double spring ( 13-1A . 13-2A ) with the first and second X double spring ( 13-1B . 13-2b ) through a pair of slots ( 19-1D . 19-1E ) which have a certain length and are arranged in the direction parallel to the X axis, the ends of the third and fourth X double springs ( 13-1A . 13-2A ) through the third slot ( 19-1A ) are connected.
[8]
Einheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,dass die erste bis vierte X-Doppelfeder (13-1B, 13-2B, 13-1A, 13-2A)jeweils zwei Zwischenstangen aufweist, die doppelt angeordnet sind,wobei die Zwischenstangen jeweils ein Stützteil (13-1C) mit einerbestimmten Breite aufweisen sowie ein verengtes Teil an beiden Endendes Stützteils(15-1A) mit einer Dicke, die verglichen mit der Breitedes Stützteils umeine halbkreisförmigeRille mit einem bestimmten Radius verjüngt ist.Unit according to claim 7, characterized in that the first to fourth X double spring ( 13-1B . 13-2b . 13-1A . 13-2A ) each has two intermediate rods, which are arranged twice, the intermediate rods each having a supporting part ( 13-1C ) have a certain width and a narrowed part at both ends of the support part ( 15-1A ) with a thickness that is tapered by a semicircular groove with a certain radius compared to the width of the support part.
[9]
Einheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass das erste und das zweite X-Linien-Bewegungsteil (13-1, 13-2)eine erste und eine zweite X-Doppelfeder (13-1B, 13-2B)aufweisen, die mit dem dritten und dem vierten X-Ende (16-3, 16-4) durchden ersten und den zweiten Schlitz (19-1B, 19-1C)verbunden sind, sowie eine dritte und eine vierte X-Doppelfeder(13-1A, 13-2A), die mit der ersten und der zweitenX-Doppelfeder (13-1B, 13-2B) durch ein Paar Schlitze(19-1D, 19-1E) verbunden sind, welche eine bestimmteLänge aufweisenund in der parallelen Richtung zur X-Achse angeordnet sind, wobeidie Enden der dritten und der vierten X-Doppelfeder (13-1A, 13-2A)miteinander durch den dritten Schlitz (19-1A) verbundensind.Unit according to claim 3, characterized in that the first and the second X-line moving part ( 13-1 . 13-2 ) a first and a second X double spring ( 13-1B . 13-2b ) with the third and fourth X ends ( 16-3 . 16-4 ) through the first and the second slot ( 19-1B . 19-1C ) are connected, as well as a third and a fourth X double spring ( 13-1A . 13-2A ) with the first and second X double spring ( 13-1B . 13-2b ) through a pair of slots ( 19-1D . 19-1E ) which have a certain length and are arranged in the direction parallel to the X axis, the ends of the third and fourth X double springs ( 13-1A . 13-2A ) through the third slot ( 19-1A ) are connected.
[10]
Einheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,dass die erste bis vierte X-Doppelfeder (13-1B, 13-2B, 13-1A, 13-2A)jeweils zwei Zwischenstangen aufweist, die doppelt angeordnet sind,wobei die jeweilige Zwischen stange ein Stützteil (13-1C) aufweist,das eine bestimmte Breite hat, sowie ein verengtes Teil an beidenEnden des Stützteils (15-1A)mit einer Dicke, die verglichen mit der Breite des Stützteilsum eine halbkreisförmigeRille mit einem bestimmten Radius verjüngt ist.Unit according to claim 9, characterized in that the first to fourth X double spring ( 13-1B . 13-2b . 13-1A . 13-2A ) each has two intermediate rods, which are arranged twice, the respective intermediate rod a support part ( 13-1C ), which has a certain width, and a narrowed part at both ends of the support part ( 15-1A ) with a thickness that is tapered by a semicircular groove with a certain radius compared to the width of the support part.
[11]
Einheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass die Y-Achseneinheit (20) ein piezoelektrisches Element(23) mit einer bestimmten Länge aufweist, wobei die Länge in Richtungder X-Achse entsprechend einer Eingangsspannung veränderbar ist,sowie ein erstes Y-Antriebsteil (21-1) und ein zweitesY-Antriebsteil (21-2), die jeweils mit einem der beidenEnden in einer longitudinalen Richtung des piezoelektrischen Elements(23) verbunden sind und die am ersten Y-Ende (25)des zweiten X-Bereichs(RX2) befestigt sind, um das zweite Y-Ende (26) gegenüberliegenddem ersten Y-Ende (25) auf der Basis des piezoelektrischenElements (23) in Richtung der Y-Achse zu bewegen.Unit according to claim 2, characterized in that the Y-axis unit ( 20 ) a piezoelectric element ( 23 ) with a certain length, the length being changeable in the direction of the X axis according to an input voltage, and a first Y drive part ( 21-1 ) and a second Y drive part ( 21-2 ), each with one of the two ends in a longitudinal direction of the piezoelectric element ( 23 ) and connected at the first Y-end ( 25 ) of the second X region (RX2) are attached to the second Y end ( 26 ) opposite the first Y end ( 25 ) based on the piezoelectric element ( 23 ) to move in the direction of the Y axis.
[12]
Einheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,dass die Z-Achseneinheit (30) ein Bodenteil (34)mit einer bestimmten Flächeund Dicke aufweist, welches innerhalb des zweiten Y-Bereichs (RY2)der Y-Achseneinheit (20) befestigt ist, sowie ein Z-Linien-Antriebsteil(31), welches sich in Richtung der Z-Achse bewegt und integralmit der Bodenplatte (34) in vertikaler Richtung, welchedie Richtung der Z-Achse ist, von der Oberfläche der Bodenplatte (34) ausgebildetist, und ein piezoelektrisches Element (33), das montiertist, um eine verkleinerte oder eine vergrößerte Länge in Richtung der Z-Achsein dem Raum (31-1')mit einer bestimmten Größe aufzuweisen,wobei der Raum ein Bereich ist, an den das Bodenteil (34)und das Z-Linien-Antriebsteil (31) angrenzen, und der indem Z-Achsen-Antriebsteil (31) ausgebildet ist.Unit according to claim 11, characterized in that the Z-axis unit ( 30 ) a bottom part ( 34 ) with a certain area and thickness, which is within the second Y range (RY2) of the Y axis unit ( 20 ) and a Z-line drive part ( 31 ), which moves in the direction of the Z axis and is integral with the base plate ( 34 ) in the vertical direction, which is the direction of the Z axis, from the surface of the bottom plate ( 34 ) is formed, and a piezoelectric element ( 33 ), which is mounted by a reduced or an increased length in the direction of the Z axis in the space ( 31-1 ' ) of a certain size, the space being an area to which the floor part ( 34 ) and the Z-line drive part ( 31 ) and in the Z-axis drive part ( 31 ) is trained.
[13]
Einheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass die Z-Achseneinheit (30) ein Bodenteil (34)mit einer bestimmten Flächeund Dicke aufweist, welches innerhalb des zweiten Y-Bereichs (RY2)der Y-Achseneinheit (20) befestigt ist, sowie ein Z-Linien-Antriebsteil(31), das sich in Richtung der Z-Achse bewegt und integralmit der Bodenplatte (34) in vertikaler Richtung, welchedie Richtung der Z-Achse ist, von der Oberfläche der Bodenplatte (34)ausgebildet ist, und ein piezoelektrisches Element (33),das montiert ist, um eine verkleinerte oder eine vergrößerte Länge in Richtungder Z-Achse in dem Raum (31-1') mit einer bestimmten Größe aufzuweisen,wobei der Raum ein Bereich ist, an den das Bodenteil (34)und das Z-Linien-Antriebsteil (31) angrenzen, und der in demZ-Achsen-Antriebsteil (31) ausgebildet ist.Unit according to claim 2, characterized in that the Z-axis unit ( 30 ) a bottom part ( 34 ) with a certain area and thickness, which is within the second Y range (RY2) of the Y axis unit ( 20 ) and a Z-line drive part ( 31 ) which moves in the direction of the Z axis and is integral with the base plate ( 34 ) in the vertical direction, which is the direction of the Z axis, from the surface of the bottom plate ( 34 ) is formed, and a piezoelectric element ( 33 ), which is mounted by a reduced or an increased length in the direction of the Z axis in the space ( 31-1 ' ) of a certain size, the space being an area to which the floor part ( 34 ) and the Z-line drive part ( 31 ) and in the Z-axis drive part ( 31 ) is trained.
[14]
Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Y-Achseneinheit (20) ein piezoelektrisches Element(23) mit einer bestimmten Länge aufweist, wobei die Länge in Richtungder X-Achse entsprechend einer Eingangsspannung veränderbar ist,sowie ein erstes Y-Antriebsteil (21-1) und ein zweitesY-Antriebsteil (21-2), die jeweils mit einem der beidenEnden in einer longitudinalen Richtung des piezoelektrischen Elements(23) verbunden sind, und die am ersten Y-Ende (25)des zweiten X-Bereichs(RX2) befestigt sind, um das zweite Y-Ende (26), das demersten Y-Ende (25) gegenüberliegt, auf der Basis despiezoelektrischen Elements (23) in Richtung der Y-Achse zu bewegen.Unit according to claim 1, characterized in that the Y-axis unit ( 20 ) a piezoelectric element ( 23 ) with a certain length, the length being changeable in the direction of the X axis according to an input voltage, and a first Y drive part ( 21-1 ) and a second Y drive part ( 21-2 ), each with one of the two ends in a longitudinal direction of the piezoelectric element ( 23 ) are connected, and those at the first Y end ( 25 ) of the second X region (RX2) are attached to the second Y end ( 26 ), the first Y-end ( 25 ) on the basis of the piezoelectric element ( 23 ) to move in the direction of the Y axis.
[15]
Einheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,dass das erste und das zweite Y-Antriebsteil (21-1, 21-2)ein erstes und ein zweites Y-Verstärkungsteil (22-1, 22-2) aufweisen,die jeweils mit einem der beiden Enden in einer longitudinalen Richtungdes piezoelektrischen Ele ments (23) verbunden sind, umeine Verschiebung zu verstärken,die entsprechend dem Antrieb des piezoelektrischen Elements (23)erzeugt wird, und um das zweite Y-Ende (26) durch die verstärkte Verschiebungin Richtung der Y-Achse zu bewegen, sowie ein erstes und ein zweitesY-Linien-Bewegungsteil (23-1, 23-2), die mit demersten bzw. dem zweiten Y-Verstärkungsteil (22-1, 22-2)durch den ersten und den zweiten Schlitz (27-1, 27-2)verbunden sind, welche einen Teil des ersten Y-Endes (26)durchqueren, und die parallel in Richtung der Y-Achse durch dieverstärkteVerschiebung verschoben werden, wobei die anderen Enden, die denjenigenEnden des ersten und des zweiten Y-Linien-Bewegungsteils (23-1, 23-2)gegenüberliegen,die mit dem ersten und dem zweiten Verstärkungsteil (22-1, 22-2)verbunden sind, miteinander durch den dritten Schlitz (27-3)verbunden sind.Unit according to claim 14, characterized in that the first and the second Y drive part ( 21-1 . 21-2 ) a first and a second Y-reinforcement part ( 22-1 . 22-2 ), each with one of the two ends in a longitudinal direction of the piezoelectric element ( 23 ) are connected to amplify a displacement corresponding to the drive of the piezoelectric element ( 23 ) is generated and around the second Y end ( 26 ) to move by the increased displacement in the direction of the Y-axis, and a first and a second Y-line moving part ( 23-1 . 23-2 ) with the first or the second Y-reinforcement part ( 22-1 . 22-2 ) through the first and the second slot ( 27-1 . 27-2 ) which are part of the first Y-end ( 26 ), and which are displaced in parallel in the direction of the Y-axis by the increased displacement, the other ends corresponding to those ends of the first and second Y-line moving parts ( 23-1 . 23-2 ) opposite each other, which with the first and the second reinforcement part ( 22-1 . 22-2 ) are connected to each other through the third slot ( 27-3 ) are connected.
[16]
Einheit nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,dass das erste und das zweite Y-Verstärkungsteil (22-1, 22-2)ein erstes und ein zweites Drückteil(24-1, 24-2) aufweisen, welche die Verschiebungdes piezoelektrischen Elements (23) aufnehmen, sowie eineZwischenstange, die in beiden Seiten des ersten und des zweitenDrückteils(14-1, 14-2) symmetrisch zur X-Achse im Zentrumdes jeweiligen ersten und zweiten Drückteils (14-1, 14-2) ausgebildetist, wobei die Zwischenstange (24) ein Stützteil miteiner bestimmten Breite aufweist, sowie ein verengtes Teil an beidenEnden des Stützteils, welcheseine Dicke aufweist, die verglichen mit der Breite des Stützteilsdurch eine halbkreisförmigeRille mit einem bestimmten Radius verjüngt ist.Unit according to claim 15, characterized in that the first and the second Y-reinforcing part ( 22-1 . 22-2 ) a first and a second pressing part ( 24-1 . 24-2 ) which have the displacement of the piezoelectric element ( 23 ), as well as an intermediate rod, which is in both sides of the first and the second pressing part ( 14-1 . 14-2 ) symmetrical to the X axis in the center of the respective first and second pressing part ( 14-1 . 14-2 ) is formed, the intermediate rod ( 24 ) has a support part with a certain width, and a narrowed part at both ends of the support part, which has a thickness that is tapered compared to the width of the support part by a semicircular groove with a certain radius.
[17]
Einheit nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,dass das erste und das zweite Y-Linien-Bewegungsteil (23-1, 23-2)eine erste und eine zweite Y-Doppelfeder aufweisen, die mit demersten und dem zweiten Y-Ende durch den ersten und den zweiten Schlitz(27-1, 27-2) verbunden sind, sowie eine dritteund eine vierte Y-Doppelfeder, die mit der ersten und der zweitenY-Doppelfeder durch ein Paar Schlitze verbunden sind, welche einebestimmte Längeaufweisen und welche in der parallelen Richtung zur Y-Achse ausgebildetsind, wobei die Enden der dritten und der vierten Y-Doppelfedermiteinander durch den dritten Schlitz (27-3) verbundensind.Unit according to claim 16, characterized in that the first and the second Y-line moving part ( 23-1 . 23-2 ) have a first and a second Y double spring which have the first and the second Y end through the first and the second slot ( 27-1 . 27-2 ), and third and fourth Y double springs connected to the first and second Y double springs by a pair of slits which have a certain length and which are formed in the direction parallel to the Y axis, wherein the ends of the third and fourth Y double springs together through the third slot ( 27-3 ) are connected.
[18]
Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Z-Achseneinheit ein Bodenteil (34) mit einer bestimmtenFlächeund Dicke aufweist, welches innerhalb des zweiten Y-Bereichs (RY2)der Y-Achseneinheit (20) befestigt ist, sowie ein Z-Linien-Antriebsteil(31), das sich in Richtung der Z-Achse bewegt und integralmit der Bodenplatte (34) in der vertikalen Richtung, welchedie Richtung der Z-Achse ist, von der Oberfläche der Bodenplatte (34)ausgebildet ist, und ein piezoelektrisches Element (33), dasmontiert ist, um eine verkürzteoder vergrößerte Länge in Richtungder Z-Achse in dem Raum (31-1') mit einer bestimmten Größe aufzuweisen,wobei der Raum ein Bereich ist, an den das Bodenteil (34)und das Z-Linien-Antriebsteil (31) angrenzen, und der in demZ-Achsen-Antriebsteil(31) ausgebildet ist.Unit according to claim 1, characterized in that the Z-axis unit is a bottom part ( 34 ) with a certain area and thickness, which is within the second Y range (RY2) of the Y axis unit ( 20 ) and a Z-line drive part ( 31 ) which moves in the direction of the Z axis and is integral with the base plate ( 34 ) in the vertical direction, which is the direction of the Z-axis, from the surface of the bottom plate ( 34 ) out is formed, and a piezoelectric element ( 33 ) that is mounted by a shortened or increased length in the direction of the Z axis in the space ( 31-1 ' ) of a certain size, the space being an area to which the floor part ( 34 ) and the Z-line drive part ( 31 ) and in the Z-axis drive part ( 31 ) is trained.
[19]
Einheit nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,dass das Z-Linien-Antriebsteil (31) ein erstes und einzweites Z-Achsen-Bewegungsteil (31-1, 31-2) aufweist,um das erste Z-Ende (36), das vom Bodenteil (34)in Richtung der Z-Achse angeordnet ist, in der Z-Achse auf der Basisdes piezoelektrischen Elementes gemäß dem Antrieb des piezoelektrischenElementes (33) zu bewegen, wobei das erste und das zweiteZ-Achsen-Bewegungsteil (31-1, 31-2) die ersteund die zweite Doppelfeder (31-1A, 31-1B) bzw.die dritte und die vierte Doppelfeder (31-2A, 31-2B)aufweisen, die in der Richtung der Z-Achse angeordnet sind, wobeidie Enden der ersten und der dritten Z-Doppelfedern durch den vierten Schlitz(35) verbunden sind.Unit according to claim 18, characterized in that the Z-line drive part ( 31 ) a first and a second Z-axis moving part ( 31-1 . 31-2 ) has around the first Z-end ( 36 ) from the bottom part ( 34 ) is arranged in the direction of the Z axis, in the Z axis on the basis of the piezoelectric element according to the drive of the piezoelectric element ( 33 ) to move, the first and second Z-axis moving part ( 31-1 . 31-2 ) the first and the second double spring ( 31-1a . 31-1B ) or the third and fourth double spring ( 31-2A . 31-2B ) arranged in the direction of the Z-axis, the ends of the first and third Z-double springs through the fourth slot ( 35 ) are connected.
[20]
Vorrichtung zum Untersuchen einer Probe unter Verwendungeiner Dreiachs-Linearbewegungseinheit, wobei die Vorrichtung aufweist: – eine Dreiachs-Linearbewegungseinheit,die eine bestimmte Probe hältund die Probe unabhängig, präzise undexakt in Richtung der X-Achse, Y-Achse oder Z-Achse verschiebt,und – einAtommikroskop, insbesondere ein Rastersondenmikroskop, das die Dreiachs-Linearbewegungseinheitaufweist, um die Position der Probe unter Verwendung eines Laserszu messen und um die Probe zu scannen, wobei – die X-Achse,die Y-Achse und die Z-Achse Achsen rechtwinkliger Koordinaten angeben.Device for examining a sample usinga three-axis linear movement unit, the device comprising:- a three-axis linear motion unit,that holds a certain sampleand the sample is independent, precise andshifts exactly in the direction of the X-axis, Y-axis or Z-axis,and- onAtomic microscope, in particular a scanning probe microscope, which is the three-axis linear movement unithas the position of the sample using a lasermeasure and scan the sample, taking- the X axis,the Y-axis and the Z-axis indicate axes of rectangular coordinates.
[21]
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Dreiachs-Linearbewegungseinheitaufweist: – eineBodenplatte (40) mit einer bestimmten Fläche undDicke, – eineX-Achseneinheit (10), die in einem Referenzbereich (RR)der Bodenplatte (40) befestigt ist, um einen ersten X-Bereich(RX1), der vom Referenzbereich (RR) in Richtung der X-Achse angeordnetist, in Richtung der X-Achse zu bewegen, – eine Y-Achseneinheit (20),die innerhalb des ersten X-Bereichs(RX1) angeordnet ist und die in einem zweiten X-Bereich (RX2) innerhalbdes ersten X-Bereichs (RX1) befestigt ist, um einen ersten Y-Bereich (RY1),der vom zweiten X-Bereich in Richtung der Y-Achse angeordnet ist,in Richtung der Y-Achse zu bewegen, und – eine Z-Achseneinheit (30),die in einem zweiten Y-Bereich(RY2) innerhalb des ersten Y-Bereichs (RY1) befestigt ist und einebestimmte Probe hält,um die Probe in Richtung der Z-Achse zu bewegen, wobei – die X-Achse,die Y-Achse und die Z-Achse Achsen von rechtwinkligen Koordinatenbezeichnen.21. The device according to claim 20, wherein the three-axis linear movement unit comprises: a base plate ( 40 ) with a certain area and thickness, - an X-axis unit ( 10 ) in a reference area (RR) of the base plate ( 40 ) is fixed in order to move a first X region (RX1), which is arranged from the reference region (RR) in the direction of the X axis, in the direction of the X axis, - a Y axis unit ( 20 ), which is arranged within the first X region (RX1) and which is fastened in a second X region (RX2) within the first X region (RX1) by a first Y region (RY1) which is from the second X area is arranged in the direction of the Y axis, move in the direction of the Y axis, and - a Z axis unit ( 30 ), which is fixed in a second Y-area (RY2) within the first Y-area (RY1) and holds a specific sample to move the sample in the direction of the Z-axis, wherein - the X-axis, the Y -Axis and the Z-axis denote axes of rectangular coordinates.
[22]
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,dass die Y-Achseneinheit ein piezoelektrisches Element mit einerbestimmten Längeaufweist, wobei die Längein Richtung der X-Achse entsprechend einer Eingangsspannung veränderbarist, sowie ein erstes Y-Antriebsteil (21-1) und ein zweites Y-Antriebsteil(21-2), die jeweils mit einem der beiden Enden in einerlongitudinalen Richtung des piezoelektrischen Elements (23)verbunden sind, und die am ersten Y-Ende (25) des zweitenX-Bereichs (RX2) befestigt sind, um das zweite Y-Ende (26),das dem ersten Y-Ende (25) gegenüber liegt, auf Basis des piezoelektrischenElements (23) in Richtung der Y-Achse zu bewegen.Device according to claim 21, characterized in that the Y-axis unit has a piezoelectric element with a certain length, the length being changeable in the direction of the X-axis in accordance with an input voltage, and a first Y-drive part ( 21-1 ) and a second Y drive part ( 21-2 ), each with one of the two ends in a longitudinal direction of the piezoelectric element ( 23 ) are connected, and those at the first Y end ( 25 ) of the second X region (RX2) are attached to the second Y end ( 26 ), the first Y-end ( 25 ) opposite, based on the piezoelectric element ( 23 ) to move in the direction of the Y axis.
[23]
Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,dass die Z-Achseneinheit aufweist: – ein Bodenteil (34)mit einer bestimmten Flächeund Dicke, welches innerhalb des zweiten Y-Bereichs (RY2) der Y-Achseneinheit(20) befestigt ist, – ein Z-Linien-Antriebsteil(31), welches sich in Richtung der Z-Achse bewegt und integralmit der Bodenplatte (34) in der vertikalen Richtung, welchedie Richtung der Z-Achseist, von der Oberflächeder Bodenplatte (34) ausgebildet ist, und – ein piezoelektrischesElement (33), das montiert ist, um eine verkleinerte odervergrößerte Länge in Richtungder Z-Achse in dem Raum (31-1') mit einer bestimmten Größe aufzuweisen,wobei der Raum ein Bereich ist, an den das Bodenteil (34)und das Z-Linien-Antriebsteil (31) angrenzen, und der indem Z-Achsen-Antriebsteil (31) ausgebildet ist.Device according to claim 22, characterized in that the Z-axis unit comprises: a bottom part ( 34 ) with a certain area and thickness, which is within the second Y range (RY2) of the Y axis unit ( 20 ) is attached, - a Z-line drive part ( 31 ), which moves in the direction of the Z axis and is integral with the base plate ( 34 ) in the vertical direction, which is the direction of the Z-axis, from the surface of the bottom plate ( 34 ) is formed, and - a piezoelectric element ( 33 ) that is mounted by a reduced or enlarged length in the direction of the Z axis in the space ( 31-1 ' ) of a certain size, the space being an area to which the floor part ( 34 ) and the Z-line drive part ( 31 ) and in the Z-axis drive part ( 31 ) is trained.
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Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,dass die Z-Achseneinheit aufweist: – ein Bodenteil (34)mit einer bestimmten Flächeund Dicke, welches innerhalb des zweiten Y-Bereichs (RY2) der Y-Achseneinheit(20) befestigt ist, – ein Z-Linien-Antriebsteil(31), das sich in Richtung der Z-Achse bewegt und das integralmit der Bodenplatte (34) in der vertikalen Richtung, welchedie Richtung der Z-Achseist, von der Oberflächeder Bodenplatte (34) ausgebildet ist, und – ein piezoelektrischesElement (33), das montiert ist, um eine verkleinerte odervergrößerte Länge in Richtungder Z-Achse in dem Raum (31-1') mit einer bestimmten Größe aufzuweisen,wobei der Raum ein Bereich ist, an den das Bodenteil (34)und das Z-Linien-Antriebsteil (31) angrenzen, und der indem Z-Achsen-Antriebsteil (31) ausgebildet ist.Device according to claim 21, characterized in that the Z-axis unit has: - a bottom part ( 34 ) with a certain area and thickness, which is within the second Y range (RY2) of the Y axis unit ( 20 ) is attached, - a Z-line drive part ( 31 ) which moves in the direction of the Z axis and which is integral with the base plate ( 34 ) in the vertical direction, which is the direction of the Z-axis, from the surface of the bottom plate ( 34 ) is formed, and - a piezoelectric element ( 33 ) that is mounted by a reduced or enlarged length in the direction of the Z axis in the space ( 31-1 ' ) of a certain size, the space being an area to which the floor part ( 34 ) and the Z-line drive part ( 31 ) and in the Z-axis drive part ( 31 ) is trained.

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同族专利:

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公开号 | 公开日

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US7024925B2|2006-04-11|

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US20040163450A1|2004-08-26|

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JP2005019378A|2005-01-20|

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KR100497729B1|2005-06-28|

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JP3944479B2|2007-07-11|

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DE102004002199B4|2007-10-18|

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KR20040075445A|2004-08-30|

引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2004-09-16| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|

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2008-04-17| 8364| No opposition during term of opposition|

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2012-11-08| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|Effective date: 20120801 |

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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