DE10135511C1 - Vorrichtung und Verfahren zum Verstellen von Komponenten eines optischen oder mechanischen Systems - Google Patents

Abstract

Der Erfindung liegt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verstellen von Komponenten (2) eines optischen oder mechanischen Systems (1; 20) zugrunde, wobei die Komponenten (2) eine Verstelleinrichtung (3) aufweisen. Ein elektrischer Stellmotor (5) ist an die Verstelleinrichtung (3) der Komponenten (2) ankoppelbar. Ein elektrischer Generator (8) wird oder ist mit dem Stellmotor (5) elektrisch verbunden. Mit Hilfe eines Bedienelements (9) kann der Generator (8) manuell bedient werden, wodurch eine Verstellung der Komponente (2) bewirkt wird. Dadurch können mit einfachen, kostengünstigen Mitteln und ohne äußere elektrische Spannungsversorgung die Komponenten (2) schnell und bequem eingestellt oder justiert werden.

Description

Der Erfindung liegt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verstellen von Komponenten eines optischen oder mechanischen Systems zugrunde, wobei die Komponenten eine Verstelleinrichtung aufweisen.

In jedem optischen System wie z. B. einem Mikroskop oder einem optischen Meß- oder Inspektionssystem gibt es eine Vielzahl von Komponenten, die insbesondere zum Zweck der Lichtstrahlführung verstellbar oder justierbar sind. Solche Komponenten sind optische und mechanische Elemente wie z. B. einzelne Linsen, Linsengruppen, Prismen, Spiegel, optische Filter, Lichtleiter, Lampen oder auch Spalte, Blenden, Objektivrevolver, Kamerahalterungen oder Mikroskoptische. Alle Komponenten müssen zueinander ausgerichtet sein, um einen entsprechenden Strahlengang und damit auch eine entsprechende optische Leistung des optischen Systems zu gewährleisten. Deshalb ist normalerweise eine Justierung der Komponenten vor Inbetriebnahme des optischen Systems erforderlich, die je nach Komponente sehr präzise erfolgen muss. Aber auch während des Betriebs kann nach bestimmten Betriebsdauern eine Nachjustierung erforderlich sein.

Im allgemeinen erfolgt die Justierung durch manuelle Bedienung direkt an den zu justierenden Komponenten. Die Komponenten sind gegenüber ihrer Befestigung mechanisch verschiebbar oder/und drehbar gelagert. Die Längsverschiebung oder die Drehbewegung der Komponente kann im einfachsten Fall mit Hilfe von geradlinigen oder gebogenen Langlöchern durch Gleiten erfolgen. Bei hohen Anforderungen werden entsprechend präzise Führungsschienen, Drehvorrichtungen oder präzise Kugellager verwendet. Mechanische Werkzeuge, die gegebenenfalls speziell für die Justierung bestimmter Baugruppen hergestellt sind, werden direkt an die Komponenten angesetzt und diese in ihrer räumlichen Position und/oder in ihrer Drehlage verstellt.

Im Falle eines Mikroskops als optischem System kann die Justierung während der Montage einerseits mittels einfacher Sichtkontrolle der Komponente erfolgen. Meistens wird aber die Justierung unter Betriebsbedingungen am Mikroskop vorgenommen. Durch Einblick in das Okular des Mikroskops wird ein Objekt unter dem Mikroskop laufend beobachtet. Oder das Objekt wird von einer auf dem Mikroskop montierten elektronischen Kamera aufgenommen und sein Bild auf einem Monitor online beobachtet. Zugleich wird die betreffende Komponente mit Justierwerkzeugen manuell eingestellt.

Der oftmals eingeschränkte Zugang zu den Komponenten macht allerdings den Justiervorgang umständlich und unbequem. Vor allem wenn die einzelnen Komponenten von einander räumlich weit entfernt liegen, ist die Justierung beschwerlich, da z. B. der Tubus des Mikroskops nicht eingesehen werden kann oder der Monitor jeweils entsprechend gedreht werden muss, um ihn während der Justiereinstellung beobachten zu können. Diese Vorgehensweise ist zudem zeitaufwendig.

Ähnliches gilt auch für die Verstellung von Komponenten für andere Zwecke, die nicht der Justierung dienen, sondern mit denen Parameter des Mikroskops während des Betriebs verändert werden können. Je nach Mikroskopmodus oder Anforderung durch die Beobachtungs- oder Messaufgabe sollen die optische Elemente oder mechanische Baugruppen mechanisch verstellt werden, um für den jeweiligen Mikroskopmodus optimal angeordnet zu sein. Beispielsweise ist die Lage von Blenden, Filtern oder Spiegeln im Strahlengang zu verändern, das Offset-Linsensystem eines Autofokus-Systems zwecks Wahl der Fokusebene zu verstellen, oder es ist die Breite von Spalten oder die Ausrichtung der Beleuchtung zu verändern, um eine Optimierung des Mikroskops oder des Meß- oder Inspektionssystems für eine spezielle Aufgabe zu erreichen. Sofern diese Verstellungen nicht automatisiert sind, muss der Benutzer die Verstellungen direkt an den Baugruppen selbst vornehmen. Auch in diesem Fall sind aufgrund des Gesamtaufbaus des Mikroskops nicht alle Baugruppen gleich gut erreichbar und die Einstellungen sind nicht immer ergonomisch durchführbar.

Insbesondere liegen bei größeren mechanischen oder optischen Aufbauten wie z. B. bei Mess- und Inspektionsgeräten für die Halbleiterindustrie zum Untersuchen von Wafern mechanische und optische Baugruppen oft weit auseinander und sind für eine Verstellung während des Betriebs oder für eine Justierung nur schwer erreichbar. Solche Mess- und Inspektionsgeräte enthalten neben optischen Baugruppen auch eine Vielzahl rein mechanischer Baugruppen wie eine Eingangsstation für Kassetten, die mit zu untersuchenden Wafern oder Masken bestückt sind, und Vorrichtungen zur Entnahme der einzelnen Wafer oder Masken aus den Kassetten und zu deren Transport zum Mikroskoptisch. Diese mechanischen Handlingsysteme und auch eventuelle elektronische oder optoelektronische Kontrollelemente müssen für eine präzise Funktion mechanisch entsprechend gut justiert sein. Hierbei ist der Zugang zu den zu justierenden oder zu verstellenden Komponenten und deren Bedienbarkeit für eine kontrollierte Einstellung aufgrund der großen Gesamtanordnung der Geräte besonders schwierig.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verstellen von Komponenten eines optischen oder mechanischen Systems anzugeben, mit denen die Komponenten schnell und von der Bedienung her leicht, bequem und kontrollierbar verstellt werden können und zudem die Vorrichtung kostengünstig ist.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art gelöst durch

• - mindestens einen elektrischen Stellmotor (5), der an der Verstelleinrichtung (3) der Komponenten (2) vorgesehen ist, und
• - mindestens einen elektrischen Generator (8), wobei mit der im Generator (8) erzeugten elektrischen Energie der Stellmotor (5) antreibbar ist.

Die Aufgabe wird zudem durch das Kennzeichen des Verfahrensanspruchs 11 gelöst.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine Ferneinstellung oder eine Fernjustage von mechanischen und optischen Komponenten eines optischen oder mechanischen Systems möglich.

In einer ersten Ausführung wird der elektrische Stellmotor lösbar mit der zu verstellenden Komponente verbunden. Die Ankopplung des Stellmotors an die Komponente kann direkt durch die Antriebswelle des Stellmotors erfolgen. Dabei weist das Ende der Antriebswelle eine bestimmte Form auf oder es ist ein Formstück auf der Antriebswelle angebracht und das passende Gegenstück ist in der zu verstellenden Komponente integriert. Dadurch ist der Stellmotor auf die Komponente aufsteckbar und kann nach dem Verstellen der Komponente wieder von dieser durch Abziehen gelöst werden. Somit wird ein schnelles, einfaches und leichtes Ankoppeln des Stellmotors an die Komponente und ebenso Abkoppeln von der Komponente ermöglicht.

Selbstverständlich kann an der Antriebswelle des Stellmotors oder an der Komponente ein Getriebe vorgesehen sein, so dass die An- und Abkopplung von Stellmotor und Komponente über das Getriebe erfolgt.

Der Stellmotor wird mit einem elektrischen Generator mit Hilfe von flexiblen elektrischen Leitungen verbunden. Die elektrischen Leitungen sind vorteilhafterweise am Stellmotor oder/und am Generator steckbar anzuschließen und ihre Länge kann vom Benutzer gewählt werden. Natürlich kann die elektrische Verbindungsleitung am Stellmotor oder/und Generator auch fest angebracht sein, wodurch sich eine maximale Entfernung zwischen Stellmotor und Generator ergibt. Diese durch die Leitungslänge bedingte Entfernung ist auf die Größe des optischen oder mechanischen Systems abgestimmt, so dass alle einzustellenden Komponenten bequem erreichbar sind.

Mit Hilfe des elektrischen Generators wird elektrische Energie erzeugt und damit der Stellmotor angetrieben. Der elektrische Generator kann ein elektrischer Motor sein, der im Generatorbetrieb betrieben wird. Mit Hilfe eines Bedienelements, z. B. eines auf der Achse des Generators aufgesteckten Drehknopfes, kann ein Benutzer den Generator bedienen. Gegebenfalls kann ein entsprechendes Getriebe dazwischengeschaltet sein. Beim Betätigen des Drehknopfes wird im Generator eine Spannung erzeugt und es kann ein Strom über die elektrischen Leitungen durch den Stellmotor fließen. Der Stellmotor bewegt die mit ihr verbundene Komponente. Je nach dem in welche Richtung der Generator gedreht wird, dreht sich der Stellmotor vorwärts oder rückwärts und bewegt dadurch die Komponente in eine Richtung oder zurück. Somit wird eine manuell ausgeführte Bewegung am Generator auf die entfernt liegende Komponente übertragen, so dass diese in ihrer räumlichen Position oder in ihrer Winkellage verstellt werden kann. Anstelle einer mit einem Werkzeugschlüssel direkt an der Komponente durchgeführten mechanischen Verstellung wird die Komponente also per Fernsteuerung über die Zwischenschaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung verstellt oder justiert.

Da beim Betätigen des Generators durch den Benutzer elektrische Energie erzeugt wird, die für die Bewegung des Stellmotors sorgt, ist die Verstellung der Komponente im optischen oder mechanischen System unabhängig von einer elektrischen Energiezufuhr von außen. Es ist also kein Stromanschluss, Netzteil oder sonstige Stromversorgung mittels einer elektronischen Schaltung oder Batterie notwendig. Somit besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung den zusätzlichen Vorteil, dass sie netz- und energieunabhängig ist.

Der Generator - gegebenenfalls mit einem angeschlossenen oder integrierten Getriebe - kann in einem als Steuerpult dienenden ortsveränderlichen Gehäuse montiert sein. Das Steuerpult kann aufgrund der flexiblen elektrischen Leitungen zwischen Generator und Stellmotor leicht an für den Benutzer bequem zu bedienende Stellen gebracht werden. Ist z. B. während der Verstellung der Komponente ein Einblick in ein Mikroskop notwendig, um die aus der Verstellung resultierenden optischen Änderungen beobachten zu können, so kann das Steuerpult neben das Mikroskop in günstiger Reichweite für die Bedienung gestellt werden. Ist der Benutzer ein Linkshänder, so kann er das Steuerpult auf die linke Seite des Mikroskops stellen.

Sollen andererseits die Ergebnisse der Verstellung der Komponente auf einem Monitor verfolgt werden, so kann das Steuerpult in die Nähe des Monitors gestellt werden. Der Benutzer kann unter ständiger Beobachtung der Monitordarstellung eine Verstellung oder Justierung der Komponente vornehmen. Auf dem Monitor können sowohl Bildaufnahmen von Objekten unter dem Mikroskop oder anderweitige eingespiegelte Bilder als auch Messergebnisse in Zahlenform oder als Graphik dargestellt sein, die auf eine bestimmte Einstellung der Komponente schließen lassen.

Auf diese Weise kann z. B. die Beleuchtungseinrichtung des Mikroskops justiert werden. Da die Beleuchtungseinrichtung aus Temperaturgründen meistens an der Rückseite des Mikroskops angebracht ist, erleichtert die erfindungsgemäße Vorrichtung den Justiervorgang der Beleuchtungseinrichtung erheblich. Durch Betrachten eines Objekts unter dem Mikroskop über das Mikroskopokular oder über einen Monitor kann die Justierung der Beleuchtungseinrichtung ferngesteuert und somit ohne Mühe und ohne eventuelle Hilfe durch eine weitere Person vorgenommen werden. Es braucht vorher nur der Stellmotor an eine entsprechend dafür vorgesehene Verstelleinrichtung an der Beleuchtungseinrichtung angekoppelt und mit dem Steuerpult elektrisch verbunden zu werden. Die Justierung der Komponente kann also konzentriert und präzise und nur durch eine Person vorgenommen werden.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können auf diese Art und Weise alle einstellbaren Komponenten bedient werden. Der Stellmotor wird an die jeweilige Komponente angekoppelt und durch Betätigen des Generators wird die Komponente verstellt. Natürlich muss hierbei der Ankoppelmechanismus jeder Komponente gleich sein, so dass der Stellmotor nacheinander an alle Komponenten angekoppelt werden kann.

Die Komponenten enthalten eine Verstelleinrichtung, mit deren Hilfe sie verstellt werden können. Der Verstellmechanismus kann dabei je nach Anforderung an die Präzision oder die Art der Verstellung unterschiedlich ausgeprägt sein. Es werden beispielsweise Gleitlager, Führungsschienen oder präzise Führungen mit Kugellager verwendet. Die Verstellung kann linear in nur eine Richtung oder auch in mehrere Richtungen erfolgen. Ebenso kann alleine oder zusätzlich eine Winkelverstellung in einem oder mehreren Winkeln vorgesehen sein. Der Stellmotor wird dabei entweder für jeden dieser Verstellungs-Freiheitsgrade jeweils separat angekoppelt oder es existiert ein entsprechendes umschaltbares Getriebe an der Komponente zum Umschalten für alle gegebenen Freiheitsgrade, so dass der Stellmotor nur einmal angekoppelt werden muss. Alternativ dazu können auch mehrere Stellmotore für die Freiheitsgrade gleichzeitig ankoppelbar sein, wie es weiter unten näher erläutert wird.

Zusätzlich zu den leichteren Justiermöglichkeiten kann die erfindungsgemäße Vorrichtung und das zugehörige Verfahren auch während des normalen Einsatzes des optischen Systems für eine gezielte Verstellung einer Komponente genutzt werden. Bestimmte optische Inspektions- oder Messaufgaben können besser und genauer durchgeführt werden. Es ist beispielsweise möglich, die Beleuchtungseinrichtung eines Mikroskops gezielt zu verstellen, um spezielle Beleuchtungseffekte zu erzeugen. Auf diese Weise kann eine schiefe Ausleuchtung eines Objektes (Teilpupillenausleuchtung) eingestellt werden. Oder die Beleuchtung kann bei sehr genauen Beobachtungen oder Messungen mit dem Mikroskop je nach Mikroskopmodus (z. B. Hellfeld- oder Dunkelfeldbeleuchtung) durch eine jeweilige veränderte Einstellung der Beleuchtungseinrichtung verfeinert und optimiert werden.

Für derartige Zwecke der Verstellung von Komponenten für verschiedene Untersuchungsarten kann es zweckdienlich sein, anstelle der ortsveränderlichen Variante des Generators diesen in ein bereits vorhandenes Gehäuse ortsfest einzubauen, beispielsweise in das Mikroskopgehäuse oder in das Gehäuse eines anderen vorhandenen Bedienelementes. Dies ist eine zweite Ausführungsvariante des Erfindungsgegenstandes, in der natürlich auch der Stellmotor mit der zu verstellenden Komponente fest eingebaut werden kann. Dadurch ist die Komponente jederzeit nachjustierbar oder kann für bestimmte Untersuchungsvarianten verändert eingestellt werden, ohne dass Maßnahmen für eine Ankopplung des Stellmotors notwendig sind.

Selbstverständlich können bei dieser Variante des Erfindungsgegenstandes alle zu verändernden oder zu justierenden Komponenten jeweils mit einem Stellmotor versehen und mit einem Generator fest verbunden werden. Die Komponenten sind in diesem Fall jede für sich stets veränderbar. Eine zusätzliche Vorrichtung zum Abdecken oder zum Arretieren der Generator- Bedienelemente verhindert ein versehentliches Betätigen der Generatoren und bewirkt eine fixierte Komponenteneinstellung. Ein elektrischer Schalter zur Unterbrechung der Stromkreise zwischen den Generatoren und Stellmotoren kann dafür auch dienen.

In einer weiteren Ausgestaltung werden mehrere Komponenten mit den entsprechenden Stellmotoren aber mit nur einem Generator angesteuert und verstellt. Hierzu ist eine Umschaltvorrichtung notwendig, die den Generator mit dem jeweiligen Stellmotor und der zugehörigen Komponente verbindet. Im einfachsten Fall kann die Umschaltvorrichtung aus mehreren einzelnen elektrischen Schaltern bestehen. Es kann auch ein Mehrfachschalter eingesetzt werden, mit dem die elektrische Verbindung zwischen dem anzuwählendem Stellmotor und dem Generator hergestellt werden kann, so dass der Benutzer nur zwei Bedienelemente, den Mehrfachschalter und den Generator, für die Einstellung mehrerer Komponenten benötigt.

In speziellen Fällen kann sogar der Generator mit zwei oder mehreren Stellmotoren gleichzeitig verbunden sein, so dass die Stellmotore gleichzeitig verfahren. Dadurch sind Bewegungen der Komponente in Raumdiagonalen möglich. Außerdem ist die gleichzeitige Verstellung in mehreren Achsen für bestimmte Verstelleinrichtungen (z. B. 3-Punkt-Verstellung) von Vorteil, wie in der Figurenbeschreibung ausführlicher dargelegt wird.

Die Umschaltvorrichtung kann sowohl auf die im optischen oder mechanischen System integrierte Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung als auch auf die ortsveränderliche Variante angewandt werden. Bei der ortsveränderlichen Variante ist die Umschaltvorrichtung zusammen mit dem Generator im Steuerpult integriert und die Stellmotoren können einzeln an die zugehörigen Komponenten angekoppelt werden. Sind hierbei mehrere Komponenten räumlich nahe beieinander angeordnet, so ist es vorteilhaft, die Stellmotoren auf eine Basisplatte zu montieren und dadurch mit nur einem Aufsteckvorgang alle Stellmotoren gleichzeitig an die zugehörigen Komponenten anzukoppeln. Dies ist zeitsparend und einfach durchzuführen und führt nicht zu Verwechslungen von zugehörigen Stellmotoren und Komponenten, sofern diese nicht von vornherein mit unterschiedlich kodierten Ankopplungselementen versehen sind.

Eine derartige Anordnung mehrerer Stellmotoren auf einer Basisplatte kann beispielsweise für die bereits oben genannte Beleuchtungseinrichtung eingesetzt werden. Innerhalb der Beleuchtungseinrichtung können mehrere Komponenten unabhängig voneinander justiert oder verstellt werden. Diese Komponenten sind Leuchtmittel (Halogenlampe, Entladungslampe, Laser etc.), Kondensor, rückwärtiger Reflektor und gegebenenfalls mehrere Blenden. Es kann vorgesehen sein, dass jede dieser Komponenten in verschiedene Raumrichtungen oder/und Raumwinkel verstellbar ist. Dementsprechend werden die Stellmotore auf der Basisplatte angeordnet und können dadurch mit nur einem Handgriff an die Beleuchtungseinrichtung angekoppelt werden.

Hinsichtlich der Verschaltungsmöglichkeiten zwischen den Generatoren und Stellmotoren kann ein Stellmotor auch mit zwei oder mehreren Generatoren verbunden werden. Insbesondere wenn größere Verfahrwege gegeben sind kann der eine Generator für eine Grobverstellung und ein anderer Generator für die Feinverstellung der Komponente sorgen. Natürlich kann hierfür ein Generator auch mit einem umschaltbaren Getriebe ausgestattet sein, um unterschiedlich feine Einstellungen durchführen zu können.

Als weiterer Vorteil der Erfindung ist neben einer hohen Robustheit und Ausfallsicherheit auch die sehr schnelle, einfache und direkte Bedienbarkeit zu nennen. Im Gegensatz zu elektronisch und per Software gesteuerten Komponenten wird keine Elektronik oder Software benötigt. Ein Öffnen einer Vielzahl von Software-Menüs zum Finden und Einstellen des richtigen Parameters entfällt.

Die Einfachheit, Kostengünstigkeit und vor allem auch die sehr verschiedenen Einsatzmöglichkeiten der Erfindung drücken sich dadurch aus, dass keine Motorsteuerung mit Spannungsversorgung, Regelkreis und Verstärker mit Endstufe benötigt wird. Auch bei Stromausfall oder bei Nicht-Vorhandensein einer Stromversorgung können die Komponenten verstellt werden. Dies kann bei Sicherheitseinrichtungen relevant sein. So können Sicherheitsklappen, die bei bestimmten Ereignissen schließen sollen, noch ferngesteuert bedient werden. Auch Ventile für Druckluft und Vakuum oder Hydraulikventile können bei Stromausfall noch bedient werden. Ebenso kann die Sollwertvorgabe bei Regelventilen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgenommen werden. Die aufgezeigten Beispiele sind selbstverständlich nicht abschließend.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Zeichnung zeigt schematisch in:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Generator und einem Stellmotor zum Verstellen einer Komponente in einem Mikroskop,

Fig. 2 eine Detailansicht einer Ausführungsmöglichkeit für eine Ankopplung des Stellmotors an die Komponente,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel mit einem optischen Mess- und Inspektionsgerät,

Fig. 4 eine 3-Punkt-Lagerung mit einer Transformation in rechtwinklige Raumachsen zur Entflechtung von Justageachsen und

Fig. 5 eine Anordnung zur Entflechtung von 2 Justageachsen.

Die Fig. 1 zeigt als ein erstes erfindungsgemäßes Anwendungsbeispiel in schematischer Weise ein Mikroskop 1 mit einer darin zu verstellenden Komponente 2. Zu ihrer Verstellung weist die Komponente 2 eine Verstelleinrichtung 3 auf, an die ein Stellmotor 5 angebracht werden kann. In einer ersten Variante ist der Stellmotor 5 an die Verstelleinrichtung 3 ankoppelbar, d. h. dass er auch wieder von der Verstelleinrichtung 3 lösbar ist und nach der Verstellung der Komponente 2 für die Verstellung einer weiteren Komponente 2 zur Verfügung steht. Die Ankopplung kann über eine Kupplung 4 erfolgen.

Über eine elektrische Leitung 6 wird der Stellmotor 5 mit einem elektrischen Generator 8 elektrisch verbunden. Dabei kann die elektrische Leitung 6 eine separate Leitung mit Steckverbinder sein, wobei der Stellmotor 5 und der Generator 8 entsprechende elektrische Kupplungen zum Anschluss der Leitung 6 aufweisen. Ist der Generator 8 in einem Steuerpult 7 montiert, wie es das Ausführungsbeispiel in Fig. 1 zeigt, so ist die Steckverbindung vorzugsweise am Gehäuse des Steuerpults 7 vorgesehen. Anstelle einer Steckverbindung kann die elektrische Leitung 6 natürlich auch mit dem Stellmotor 5 oder/und dem Generator 8 fest verdrahtet sein und von vornherein eine entsprechende elektrische Einheit bilden.

Am Generator 8 ist ein Bedienelement 9 angebracht, mit dem der Generator 8 bedient werden kann. Das Bedienelement 9 kann als Drehknopf ausgebildet sein und ist mit der Achse des Generators 8 verbunden. Als Generator 8 wird vorzugsweise ein Gleichstrommotor eingesetzt. Durch Drehen des Bedienelements 9 wird der Läufer des Gleichstrommotors in Drehbewegung versetzt und erzeugt dadurch eine Spannung (Generatorprinzip), so dass ein Strom durch die Leitung 6 und durch den Stellmotor 5 fließen und den Stellmotor 5 antreiben kann.

Für den Stellmotor 5 und auch für den Generator 8 können eine Vielzahl käuflich erwerbbarer elektrischer Motortypen verwendet werden. Als Generator 8 kann insbesondere ein permanentmagneterregter Gleichstrommotor mit Bürstenkommutierung verwendet werden, z. B. ein eisenloser Glockenankermotore. Zum vereinfachten Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ein Motor gleicher Bauart für den Generator 8 und den Stellmotor 5 eingesetzt werden.

Zudem kann als vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ein Getriebe 12a, 12b sowohl für den Generator 8 als auch den Stellmotor 5 vorgesehen werden. Dadurch lässt sich eine gute Anpassung zwischen dem Drehen des Bedienelements 9, der notwendigen elektrischen Energieerzeugung im Generator 8, der Drehung des Stellmotors 5 und der Bewegung der Komponente 2 erreichen. Bei entsprechender Abstimmung dieser Bauteile aufeinander kann die Komponente 2 feinfühlig verstellt werden.

Das Getriebe 12a, b bestimmt neben der Stärke des Stellmotors 5 auch die Kraft, die auf die Verstelleinrichtung 3 wirkt und kann entsprechend auch in dieser Hinsicht ausgelegt werden. Um die Verstelleinrichtung 3 an den Begrenzungen ihres Verfahrweges zu sichern, können mechanische Anschläge oder Endschalter vorgesehen sein, gegebenenfalls auch eine Rutschkupplung zur Drehmomentbegrenzung. Im Falle eines Endschalters ist eine dazu parallel geschaltete Diode vorteilhaft, so dass bei geöffnetem Endschalter an der Begrenzung des Verfahrweges der Strom durch die Verbindungsleitung 6 nur noch in eine Richtung durch den Stellmotor 5 fließen kann, so dass sich die Verstelleinrichtung 3 wieder von der Begrenzung wegbewegt.

Als Antrieb für die erfindungsgemäße Vorrichtung und Verwendung hat sich ein eisenloser Glockenankermotor mit angesetztem Untersetzungsgetriebe bewährt, wobei das Getriebe bei manuell angetriebenem Motor (Generatorbetrieb) als Übersetzung wirkt. Der eisenlose Glockenankermotor weist eine geringe Anlaufspannung und eine sehr gute Linearität der Spannungs-/ Drehzahlkennlinie auf. Zudem erreicht er hohe Wirkungsgrade, denn es gibt keine Energieverluste im Eisen, da dieses nicht vorhanden ist im Gegensatz zu anderen Motorarten.

Mit einem derartigen Antrieb wird mittels der Verstelleinrichtung 3 die Komponente 2 verstellt. Je nach Ausgestaltung der Verstelleinrichtung 3 kann die Komponente 2 linear in eine Richtung oder in zwei oder in alle drei Raumrichtungen x, y, z eines rechtwinkligen Koordinatensystems verstellt werden. Die Verstelleinrichtung 3 kann auch für eine Kippung der Komponente 2 vorgesehen sein, gegebenenfalls sogar für alle drei Raumwinkel. Mit einer entsprechenden Konstruktion der Verstelleinrichtung 3 können Linear- und Winkelverstellungen natürlich auch kombiniert werden.

Als Beispiel für die Verstellung einer Komponente 2 sei ein optischer Kondensor erwähnt, der im allgemeinen aus mehreren Linsen aufgebaut ist und zur Beleuchtung eines Objektes unter dem Mikroskop 1 dient. Anstelle des Mikroskops 1 kann übrigens auch ein Makroskop stehen, mit dem die Oberfläche großer Gegenstände vergrößert beobachtet werden kann. Der Erfindungsgegenstand ist selbstverständlich auch bei einem Makroskop als optischem System einsetzbar. Für eine optimale Beleuchtung ist eine gute Zentrierung des Kondensors im Beleuchtungsstrahlengang erforderlich. Durch Verstellen des Kondensors insbesondere in der horizontalen Ebene x, y wird die Beleuchtung des Objektes optimiert. Die Verstellung kann mit nur einem Stellmotor 5 separat für jede Richtung erfolgen. Vorteilhafterweise werden jedoch zwei Stellmotore 2 auf einer Montageplatte 11 (Fig. 2) montiert und werden mit einem Handgriff an die Verstelleinheit 3 des Kondensors angekoppelt, was eine Justierung bzw. Verstellung des Kondensors in der x-y- Ebene ohne Unterbrechung ermöglicht.

In Fig. 2 ist beispielhaft eine einfache Ausführungsart einer Kupplung 4 im Detail dargestellt. Sie besteht aus einem auf der Achse 5a des Stellmotors 5 sitzenden Sechskant-Kupplungselement 4a (Mitnehmer) und einem dazu passenden Innen-Sechskant-Kupplungselement 4b. Das Sechskant-Kupplungselement 4a wird kraftschlüssig in das Innen-Sechskant-Kupplungselement 4b gesteckt, so dass bei drehendem Stellmotor 5 eine Verstellschraube 3a gedreht und dadurch die Komponente 2, also der Kondensor linear in eine Richtung x bewegt wird. In analoger Weise wird der Kondensor auch in die andere Koordinatenrichtung y bewegt, wobei ein Aufbau mit einem Schwenkhebel genutzt werden kann, um von der Bewegung in x-Richtung unabhängig zu sein. Es versteht sich von selbst, dass die Verstelleinrichtung 3 je nach Verwendungszweck und Anforderung in vielen verschiedenen, dem Fachmann geläufigen Arten aufgebaut sein kann.

Durch die Betätigung des Generators 8 über das Bedienelement 9 erfolgt also eine ferngesteuerte Verstellung des Kondensors in den beiden Richtungen x und y. Die Verstellung in der x- und y-Richtung kann dabei gleichzeitig erfolgen, wenn jeder Stellmotor 5 mit einem eigenen Generator 8 verbunden ist. Ferner ist ein Synchronbetrieb auch mit nur einem Generator 8 möglich, wobei durch gleichpoligen oder wechselpoligen Anschluss der beiden Stellmotore 5 Diagonalbewegungen möglich sind.

Erfordert die Aufgabenstellung jedoch keinen Synchronbetrieb, so kann der Kondensor in beide Richtungen x, y durch wechselseitiges Umschalten auch nur mit einem Generator 8 angetrieben werden. Die Umschaltung kann über einen elektrischen Umschalter 10 erfolgen. Je nach Stellung des Umschalters 10 wird mit der Betätigung des Generators 8 der entsprechende Stellmotor 5 angetrieben und der Kondensor in die entsprechende Richtung verfahren. Wie Fig. 1 zeigt, sind der Umschalter 10 und der Generator 8 zusammen im Steuerpult 7 angeordnet.

Die Wirkungen der Lageänderung des Kondensors auf den Beleuchtungsstrahlengang können online beobachtet werden. Hierzu wird ein Objekt unter dem Mikroskop 1 direkt über einen Mikroskopeinblick 1a des Mikroskops 1 oder bei einer angeschlossenen Kamera auf einem Bildschirm oder auch mit Hilfe eines in einem Teil des Mikroskopstrahlengangs befindlichen Messinstrumentes beobachtet und seine Beleuchtung während der Lageänderung des Kondensors verfolgt. Dadurch kann der Kondensor bei Inbetriebnahme des Mikroskops 1 oder bei Notwendigkeit schnell, bequem und genau justiert werden. Justiergenauigkeiten von 1 µm und besser sind ohne besonderen Aufwand erreichbar.

Soll anstelle einer normalen Justierung eine Verstellung des Kondensors für spezielle Beleuchtungszwecke (z. B. für eine schiefe Ausleuchtung) vorgenommen werden, so kann dafür ebenfalls die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet werden.

Nach der Justierung oder Verstellung des Kondensors wird der Stellmotor 5 entfernt, z. B. einfach durch Abziehen des Stellmotors 5 vom Kondensor, so daß die Kupplungselemente 4a, 4b wieder getrennt sind (Fig. 2). Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann dann für die Verstellung einer anderen Komponente 2 verwendet werden. Z. B. kann die komplette Beleuchtungseinrichtung des Mikroskops 1, deren Einzelteile oder Blenden, Spalte oder alle anderen verstellbaren mechanischen und optischen Elemente des Mikroskops 1 mit Hilfe des Erfindungsgegenstandes verstellt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann für alle mechanischen und optischen Aufbauten eingesetzt werden. Als weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 3 ein Inspektions- und Meßsystem 20, mit dem Wafer oder Masken für die Halbleiterindustrie inspiziert und vermessen werden können. Die Wafer werden in Kassetten in das Inspektionssystem 20 eingebracht. Ein Kassettenlift 21 verfährt die Kassette für die Entnahme der Wafer, wobei er exakte Verfahrwege einhalten muss. Eine entsprechende Justierung des Kassettenlifts 21 als Beispiel eines mechanischen Systems kann vorteilhaft mit dem Erfindungsgegenstand durchgeführt werden. Der Kassettenlift 21 kann dabei sowohl in seiner Verfahrrichtung als auch in seiner Neigung justiert werden. Ebenso können auch ein mechanischer Wafertauscher 22 oder opto-elektronische Überwachungsorgane 23 für die Waferbewegungen innerhalb des Inspektionssystems 20 justiert oder auf andere Wafergrößen verstellt werden. Ein oder mehrere Stellmotore 5 werden dabei jeweils an den Kassettenlift 21, Wafertauscher 22 oder die Überwachungsorgane 23 zur Justierung angekoppelt und über die Leitungen 6 mit dem Steuerpult 7 und einem oder mehreren Generatoren 8 und gegebenenfalls Umschaltern 10 elektrisch verbunden. Somit lassen sich über das Steuerpult 7 eine Vielzahl von Achsen fern bedienen und die zugehörigen Komponenten verstellen.

Gegebenenfalls können die Stellmotore 5 und Generatoren 8 in den optischen und mechanischen Systemen auch integriert und fest installiert sein.

Aufgrund der Vielzahl der verfügbaren Motor-Getriebekombinationen ist die Fernjustage oder Fernverstellung von Komponenten 2 leicht an vielfältige andere Verstell- und Justieranwendungen anzupassen. Da die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Fernsteuerung der Komponenten 2 weder eine Elektronik noch eine Stromversorgung benötigt, ist sie preiswert und ihre Zuverlässig ist sehr hoch.

Eine weitere Anwendung der Erfindung besteht in der einfachen Entflechtung von Justageachsen A, B, C (3-Punkt-Lagerung) und nicht damit übereinstimmenden Raumachsen x, y, z eines rechtwinkligen Koordinatensystems.

Die Justageachsen A, B, C sind gegeben durch die mechanische Ausführung der Verstellelemente und Lagerung an der zu justierenden Komponente 2. In Fig. 4a und b sind die Justageachsen A, B, C parallel zueinander ausgeführt. Hingegen stehen die Raumachsen x, y, z rechtwinklig zueinander und sind z. B. auf die optische Achse z eines hier nicht dargestellten optischen Systems ausgerichtet.

Fig. 4a und b zeigt als Beispiel die Justage einer Bogenlampe 30. Fig. 4a zeigt einen Schnitt in der x-z-Ebene des Koordinatensystems und Fig. 4b einen Schnitt in der y-z-Ebene. Ein Lampensockel 31 ist durch drei, um je 120 Grad versetzte Justierschrauben 32a, b, c einstellbar. Die Justierschrauben 32a, b, c werden in Richtung der mit ihnen verknüpften parallelen Justageachsen A, B, C verstellt. Einer Verstellung jeweils einer Justierschraube 32a, b, c bedeutet eine Kippung des Lampensockels 31 und somit eine entsprechend veränderte Position des Lichtbogens 33 der Bogenlampe 30. Der Lichtbogen 33 befindet sich in einer gewissen Entfernung oberhalb des Lampensockels 31. Das abgestrahlte Licht der Bogenlampe wird mit einer Kollektorlinse 34 gesammelt, die sich auf der optischen Achse z befindet.

Diese Art der Lagerung ist zwar kostengünstig und bietet eine gute Reproduzierbarkeit und Stabilität der Lampenposition im Gebrauch. Jedoch besteht ein Nachteil dieser mechanischen Ausführung darin, dass die parallelen Justageachsen A, B, C nicht mit den rechtwinkligen Raumachsen x, y, z übereinstimmen und somit auch nicht mit der optischen Achse z gekoppelt sind. Deshalb sind bei manueller Justage mit einer der Justierschrauben 32a, b, c mindestens zwei der Raumachsen x, y, z betroffen. Die Raumachsen x, y, z können nicht isoliert verstellt werden und es ist für den Anwender schwierig, während der Justage der Bogenlampe 30 die räumlichen Veränderungen des Lichtbogens 33 im Bildfeld eines Mikroskops 1 zu verfolgen.

In diesem Fall wird jede der drei Justageachsen A, B, C mit einem eigenen Stellmotor 5 versehen. Es sind ein Generator 8 und ein Umschalter 10 mit wenigstens drei Schalterstellungen zur Realisierung von drei verschiedenen elektrischen Verschaltungen der Stellmotore 5 vorgesehen. Durch die entsprechenden elektrischen Verbindungen der Stellmotore 5 mit dem Generator 8 lassen sich nun die drei Justageachsen A, B, C hinsichtlich der Lage des Lichtbogens 33 der Bogenlampe 30 nahezu rückwirkungsfrei auf die Raumachsen x, y, z wie folgt transformieren:

• 1. Eine Parallelschaltung aller drei Stellmotore 5 mit gleichem Drehsinn führt zur einer Bewegung des Lichtbogens 33 der Bogenlampe 30 (und ebenso der Sockelplatte 31) in die Richtung der y-Raumachse.
• 2. Wird der Stellmotor 5 der Justageachse A so angesteuert, dass er in umgekehrtem Drehsinn zu den Stellmotoren 5 der Justageachsen B und C dreht, wobei die Stellmotore 5 der Justageachsen B und C zur Reduzierung der Geschwindigkeit nicht parallel geschaltet sondern gleichsinnig in Serie geschaltet sind, so führt diese Verschaltung der Stellmotore 5 zu einer Bewegung des Lichtbogens 33 näherungsweise in die Richtung der x- Raumachse.
• 3. Werden die Stellmotore 5 der Justageachsen B und C gegenläufig verschaltet und der Stellmotor 5 der Justageachse A nicht angetrieben, so bewegt sich der Lichtbogen 33 näherungsweise in die Richtung der z- Raumachse.

Durch diese verschiedenen, einstellbaren Verschaltungsarten der Stellmotore 5 erfolgt also bei entsprechender Einstellung des Umschalters 10 und bei Betätigung des Generators 8 eine Verstellung des Lichtbogens 33 der Bogenlampe 30 in die jeweilige Raumachse x, y, z. Die Verstellung in die y- Raumachse erfolgt hierbei exakt, während die x- und z-Verstellung in Abhängigkeit der Entfernung des Lichtbogens 33 zur Sockelplatte 31 und des Verstellweges entsprechend angenähert erfolgt.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Beispiel zur Entflechtung von Justageachsen A, B und nicht damit übereinstimmende Raumachsen X, Y eines zweidimensionalen rechtwinkligen Koordinatensystems am Beispiel einer Zentriereinheit für ein optisches Linsensystem.

Die Justageachsen A, B, sind gegeben durch die mechanische Ausführung der Verstelleinrichtung 3. In Fig. 5 sind die Justageachsen A, B, um 120 Grad versetzt gegenüber einem federnd gelagerten Druckstift 36 ausgeführt. Hingegen stehen die Raumachsen X, Y rechtwinklig zueinander und sind z. B. auf die optische Achse Z des in der Mitte angebrachten optischen Linsensystems 37 ausgerichtet.

In diesem Fall wird jede der zwei Justageachsen A, B mit einem eigenen Stellmotor 5 versehen. Es sind ein Generator 8 und ein Umschalter 10 mit wenigstens zwei Schalterstellungen zur Realisierung von zwei verschiedenen elektrischen Verschaltungen der Stellmotore 5 vorgesehen. Durch die entsprechenden elektrischen Verbindungen der Stellmotore 5 mit dem Generator 8 lassen sich nun die zwei Justageachsen A, B hinsichtlich der Lage des optischen Linsensystems 37 nahezu rückwirkungsfrei auf die Raumachsen X, Y wie folgt transformieren:

• 1. Eine Parallelschaltung beider Stellmotore 5 mit gleichem Drehsinn führt zur einer Bewegung des optischen Linsensystems 37 in die Richtung der Y- Raumachse.
• 2. Eine Parallelschaltung beider Stellmotore 5 mit gegenläufigem Drehsinn führt zur einer Bewegung des optischen Linsensystems 37 in die Richtung der X- Raumachse.

Der aufgrund von Motortoleranzen und geometrischer Abweichungen entstehende Linearitätsfehler kann im Rahmen der beschriebenen Anwendung vernachlässigt werden.

Alle bisher genannten Ausführungsarten können dergestalt und in abgewandelten Formen für alle verstellbaren mechanischen und optischen Komponenten 2 eingesetzt werden. Stellvertretend für viele Anwendungen sei hier noch die Einstellung von Apertur- und Leuchtfeldblenden während des Betriebs eines optischen Systems genannt. Anstelle von aufwendigen mechanischen Konstruktionen mit Seilzug und Rändelrädern bedeutet der Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine größere Freiheit für den Konstrukteur und einen geringeren und kostengünstigeren Fertigungsaufwand. Eine genaue Lage der Rändelräder muss nicht mehr beachtet werden. Ebenso kann die erfindungsgemäße Vorrichtung für das Einschwenken oder Verschieben von Verlaufsfiltern in schwer zugänglichen optischen Strahlengängen zur Abschwächung der Lichtintensität z. B. von UV-Licht genutzt werden. Auch Kameraverstellungen (Zoom, Autofokus, Achsenlage) können damit durchgeführt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auch aufgrund der geringen Kosten vorteilhaft einsetzbar, da teuere elektronische Mikroprozessorsteuerungen nicht benötigt werden. Dies macht sich insbesondere bei nicht vollautomatisierten, kostengünstigeren mechanischen und optischen Systemen bemerkbar.

Bezugszeichenliste

1

Mikroskop

1

a Mikroskopeinblick

2

Komponente

3

Verstelleinrichtung

3

a Verstellschraube

4

Kupplung
4a, b Kupplungselement

5

elektrischer Stellmotor

5

a Achse des Stellmotors

6

elektrische Leitung

7

Steuerpult

8

elektrischer Generator

9

Bedienelement

10

elektrischer Umschalter

11

Montageplatte
12a, b Getriebe

20

optisches Mess- oder Inspektionssystem

21

Kassettenlift

22

Wafertauscher

23

opto-elektronische Überwachungsorgane

30

Bogenlampe

31

Lampensockel
32a, b, c Justierschrauben

33

Lichtbogen

34

Kollektorlinse

35

Grundplatte

36

Druckstift, federnd gelagert

37

optisches Linsensystem
A, B, C Justageachsen
x, y, z Raumachsen eines rechtwinkligen Koordinatensystems

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Verstellen von Komponenten (2) eines optischen oder mechanischen Systems (1; 20), wobei die Komponenten (2) eine Verstelleinrichtung (3) aufweisen, gekennzeichnet durch
mindestens einen elektrischen Stellmotor (5), der an der Verstelleinrichtung (3) der Komponenten (2) vorgesehen ist, und
mindestens einen elektrischen Generator (8), wobei mit der im Generator (8) erzeugten elektrischen Energie der Stellmotor (5) antreibbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellmotor (5) an die Verstelleinrichtung (3) der Komponenten (2) ankoppelbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellmotor (5) mit Verstelleinrichtung (3) der Komponenten (2) fest verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (8) mit dem Stellmotor (5) elektrisch verbindbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (8) mit dem Stellmotor (5) elektrisch fest verbunden ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Getriebe (12a, b) für den Stellmotor (5) oder 1 und den Generator (8) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bedienelement (9) zum manuellen Bedienen des Generators (8) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Stellmotoren (5) unter Zwischenschaltung mindestens eines elektrischen Umschalters (10) mit einem Generator (8) elektrisch verbunden sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Stellmotoren (5) für die Verstellung der Komponente (2) in drei Raumrichtungen x, y, z oder/und in drei Raumwinkeln vorgesehen sind.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische oder mechanische System ein Mikroskop (1) oder ein Mess- oder Inspektionssystem (20) ist.

11. Verfahren zum Verstellen von Komponenten (2) eines optischen Systems (1; 20), wobei die Komponenten (2) eine Verstelleinrichtung (3) aufweisen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• - Ankoppeln mindestens eines elektrischen Stellmotors (5) an die Verstelleinrichtung (3) der Komponente (2),
• - elektrisches Verbinden des Stellmotors (5) mit mindestens einem elektrischen Generator (8);
• - Bedienen des Generators (8) mittels eines Bedienelements (9) durch einen Benutzer, wodurch mit der im Generator (8) erzeugten elektrischen Energie der Stellmotor (5) angetrieben und die Verstellung der Komponente (2) bewirkt wird.