(57)【要約】本発明は、テーブルトップおよび少なくとも１つのテーブル脚を備える冷却可能な光学テーブルに関する。光学素子のような対象物を固定する固定手段は、テーブルトップのテーブル表面に設けられる。テーブル脚は、振動を減衰する減衰装置を備え付けられる。
2018503044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テーブルトップ（９）と、
少なくとも１つのテーブル脚（４）と、を備え、
対象物を固定する固定手段（７）が前記テーブルトップ（９）のテーブル表面（２）に設けられ、
前記少なくとも１つのテーブル脚（４）は、振動を減衰する減衰装置（５）を備え付けられ、
冷却システムおよびポンプユニットを備え、低温プレート（１０）を冷却するクライオクーラー（２０）が、前記テーブルトップ（９）の下に設けられ、前記低温プレート（１０）は、前記クライオクーラー（２０）に熱的に接触し、前記クライオクーラー（２０）により冷却されることが可能であり、
補強構造（３０）が、前記クライオクーラー（２０）と前記少なくとも１つのテーブル脚（４）との間に設けられ、
前記テーブルトップ（９）の貫通穴（３）が前記クライオクーラー（２０）の上方に設けられ、前記貫通穴（３）内に前記低温プレート（１０）が配置されていることを特徴とする、光学テーブル（１）。
【請求項２】
前記補強構造（３０）は、前記減衰装置（７）の下の前記少なくとも１つのテーブル脚に強固に接続され、前記クライオクーラー（２０）は、前記補強構造（３０）に支持され、前記補強構造（３０）に接続されている、請求項１に記載の光学テーブル（１）。
【請求項３】
前記低温プレート（１０）のプレート上面（１２）は、前記テーブルトップ（９）の前記テーブル表面（２）と面一になっている、請求項１または２に記載の光学テーブル（１）。
【請求項４】
対象物を固定する固定手段（７）が、前記低温プレート（１０）の前記プレート上面（１２）に設けられている、請求項１から３の何れかに記載の光学テーブル（１）。
【請求項５】
前記クライオクーラー（２０）は、強固に、または更なる減衰装置（８）を介して、前記補強構造（３０）に接続されている、請求項１から４の何れかに記載の光学テーブル（１）。
【請求項６】
前記低温プレート（１０）の周りにおいて、少なくとも前記プレート上面（１２）および／またはプレート下面（１１）に、少なくとも１つずつのフランジ（１５，１６）が配置されている、請求項１から５の何れかに記載の光学テーブル（１）。
【請求項７】
前記低温プレート（１０）は前記テーブルトップ（９）に固定されている、請求項１から６の何れかに記載の光学テーブル（１）。
【請求項８】
さらに、少なくとも１つの光学窓（４１）を有するフード（４０）が設けられ、前記フード（４０）は、前記プレート上面に周囲の外形に沿って形状が適合するように取付けられることが可能であり、取付けられた状態で前記低温プレート（１０）を囲む、請求項１から７の何れかに記載の光学テーブル（１）。
【請求項９】
前記低温プレート（１０）に取付けられた前記フード（４０）は、少なくとも前記低温プレート（１０）の前記プレート上面（１２）の一部の表面（１３）により境界を付けられた空洞部（４２）を全周囲で囲む、請求項８に記載の光学テーブル（１）。
【請求項１０】
前記光学テーブル（１）の下の前記クライオクーラー（２０）と前記低温プレート（１０）の前記下面（１１）との間に、フレキシブルな接続構造（２２）が設けられ、前記接続構造（２２）は、排気されることが可能な少なくとも１つの空間（１８）を備える、請求項１から９の何れかに記載の光学テーブル（１）。
【請求項１１】
前記クライオクーラー（２０）は、機械的にフレキシブルな要素（２１）を介して前記低温プレート（１０）に熱的に接続されている、請求項１から１０の何れかに記載の光学テーブル（１）。
【請求項１２】
前記減衰装置（５）に作用するように接続され、検出された振動に応じて前記減衰装置（５）を作動させる減衰制御装置が設けられている、請求項１から１１の何れかに記載の光学テーブル（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テーブルトップおよび少なくとも１つのテーブル脚を備える光学テーブルに関する。対象物を固定する固定手段はテーブルトップのテーブル表面に設けられる。少なくとも１つのテーブル脚は、振動を減衰する減衰装置を備え付けられる。
【背景技術】
【０００２】
例えば、超高解像度その結果として高感度の超解像度光学顕微鏡法またはさらに量子光学のような、高精度そしてそれに対応して高感度の多くの光学実験において、複数の光学素子から構成される複雑な測定システムは、光学テーブルに配置される。測定精度は、振動、熱的効果または電磁ノイズのような環境影響により限定される。従って、そのような多くの実験は、測定試料の位置において可能な限り低振動および低温の条件下で行われる。従来技術において、クライオスタットのようなクライオクーラーは、光学テーブルの上に離れて、またはその上に接して配置される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、柔軟におよび簡単に最も高い解像度で、さまざまな設計の光学実験を実行できる光学テーブルを創作することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この目的は、テーブルトップと、少なくとも１つのテーブル脚、好ましくは少なくとも３つのテーブル脚と、を有し、次の特徴を備える光学テーブルにより達成される。対象物を固定する固定手段がテーブルトップのテーブル表面に設けられている。テーブル脚は、振動を減衰する減衰装置を備え付けられている。光学テーブルは、さらに、統合された冷却装置を有する。この目的のために、低温プレートを冷却するクライオクーラーが、テーブルトップの下に設けられ、低温プレートは、クライオクーラーに熱的に接触し、クライオクーラーにより冷却されることが可能である。テーブルトップの貫通穴がクライオクーラーの上方に設けられている。低温プレートは、この貫通穴内に、特に形状が適合する態様で、配置されている。
【０００５】
光学テーブルは、安定および低振動な態様で、光学システムを構成する対象物を機械的に保持するように働く。これらの対象物は、例えば、ミラー、レンズおよびレーザー源、または試料ホルダのような光学素子であり得る。
【０００６】
テーブルトップは、高い剛性を特徴とし、平坦なテーブル表面を有する。テーブルトップは、統合された減衰装置を有する下部構造に接続されている。対象物を固定する固定手段は、特に、対象物のブラケットを受取る、または、磁気を帯びた対象物の脚を固定するためにテーブルトップに統合された磁石、または接着剤さえを受取る、ねじ穴の規則的なパターンであり得る。テーブルトップおよび低温プレートのプレート上面の両方に、固定手段を設けることができる。
【０００７】
下部構造は、１つ、２つ、３つ、４つまたはそれ以上のテーブル脚からなり得る。光学テーブルが平坦ではない床に立っている場合でさえ、テーブル表面を水平に合わせるために、テーブル脚は高さを調整できるように設計され得る。テーブル脚は、感度が高い光学実験が行われるテーブルトップの表面においてテーブルトップの振動を減衰する、共通または各々に１つの減衰装置を備えることができる。減衰装置は、振動、揺動および衝突のような機械的振動を減衰させるシステムであり、それは運動エネルギーを熱エネルギーに通常変換できる。本発明の減衰装置は、摩擦ブレーキおよび／または共振システムを備えることができる。それは、例えば、ゴムまたはバネ装置のような弾性材料、流体圧式（油圧式）サスペンション、能動型の圧電減衰制御ユニット、または圧縮空気サスペンション、またはそれらの組み合わせであり得る。圧電減衰制御ユニットは、例えば、時間および方向分解の方法で、テーブルに作用する力を圧電的に検出し、テーブルに作用する圧電アクチュエータにより同様に生成された反対の力で、制御ユニットの手段によって、テーブルを動かす力を相殺する。
【０００８】
本発明の光学テーブルは、さらに、統合された冷却装置を有し、それは、テーブルトップの下に、低温プレートを冷却するクライオクーラーを備える。クライオクーラーは、冷却システムおよびポンプユニットの構成であり得る。冷却システムは、例えば、吸収冷却システム、吸収冷却システム、拡散吸収冷凍機、圧縮冷却システム、蒸気噴射冷却システム、ジュール−トムソン効果、パルス管冷凍機、イオンゲッターポンプ、ペルチェ素子、磁気冷却素子、蒸発冷却器、および／またはクライオスタットからなる。ポンプユニットは、イオンゲッターポンプまたはクライオポンプのような、非可動部品を有するポンプだけではなく、ターボポンプおよびダイヤフラムポンプのような、可動部品を有するポンプの構成であり得る。有利には、クライオクーラーのこれらの構成要素は、低振動であるように、および／または、テーブルトップから機械的に分離されるように設計されている。
【０００９】
このため、有利には、テーブルトップおよび低温プレートは、クライオクーラーから生じる振動から分離しており、そのテーブルトップおよび低温プレート上で、外乱を受ける精密測定が行われるよう意図されている。テーブルトップの下のクライオクーラーの配置は、低温プレートのプレート上面に配置される検査試料、および、そのために必要な光学および測定上の構成を、テーブル表面の平面内に上方から柔軟に配置できるという利点を有する。なぜなら、それは、冷却システムまたはその供給ラインによるどんな制限も受けないからである。
【００１０】
テーブルトップの貫通穴は、形状が適合する、および／または強固に接続される態様で低温プレートを収容するように形成され得る。
【００１１】
さらに、補強構造が、クライオクーラーと少なくとも１つのテーブル脚との間に設けられることが好ましく、減衰装置の下の少なくとも１つのテーブル脚に強固に接続されることが特に好ましく、その結果、減衰装置は、クライオクーラー、および、テーブル脚が床に立っている場所に対してテーブルトップを保護できる（クッションで支えることができる）。最も簡単な場合、補強構造は、テーブルの足部の全てが支持され、クライオクーラーが好ましくは重力により固定される、テーブルの下の床でもあり得る。クライオクーラーは、補強構造に支持され、それに接続されていることが好ましく、さらに、重力により固定されるように十分に重いことが好ましい。補強構造は、保持装置を有する板または枠組みであり得ることが好ましく、それは、各々の減衰装置の下で、好ましくは強固に、クライオクーラー、および、少なくとも１つのテーブル脚または全てのテーブル脚に接続する。補強構造はテーブルの下の床からなることも可能であり、クライオクーラーは、例えば、クライオクーラーを床に固定する余分な重量を介して固定され得る。補強構造またはテーブルの下の床は、スチールまたはスレートのような反りにくい材料から作られることが好ましい。このため、減衰装置は、クライオクーラー、および、テーブル脚が床に立っている場所に対してテーブルトップを保護できる。クライオクーラー、および、選択的にテーブル脚は、補強構造上に支持され、それに接続されている。
【００１２】
本発明の光学テーブルの実施形態は、下記の設計の１つ以上の特徴を備える。
【００１３】
本発明の設計によれば、低温プレートのプレート上面は、テーブルトップのテーブル表面と面一になっており、その結果、テーブル表面および低温プレートのプレート上面は共通の作業面に位置する。これにより、光学素子のような対象物の位置を調整しやすくなる。
【００１４】
本発明の更なる設計によれば、対象物を固定する固定手段が、低温プレートのプレート上面に設けられ得る。
【００１５】
光学上の構成に属する対象物のより容易な取付けのために、これらの固定手段は、テーブルトップの固定手段と同じものであり得ることに加えて、それらが同じグリッドに合わせて整列し得るように配置され得る。
【００１６】
本発明の更なる設計によれば、クライオクーラーは、強固に、または、テーブルトップからクライオクーラーを機械的に更に分離する更なる減衰装置を介して、補強構造に接続され得る。
【００１７】
本発明の更なる設計によれば、少なくともプレート上面および／またはプレート下面において、好ましくは円盤状の低温プレートの周りに、少なくとも１つずつのフランジが配置され得る。フランジは、例えば、同様に円形状であり、例えば、シール面、シール手段、さらに固定用の開口、および、特定の実験に要求される真空気密性に関して、好ましくは工業規格に対応し、その結果、複数の装置が、同じ規格に従うカウンタフランジに接続され得る。特に、外部フランジを室温用に設計することができ、内部フランジを、液体窒素の温度から液体ヘリウムの温度を経てミリケルビン範囲までの低温用に設計することができる。
【００１８】
本発明の更なる設計によれば、低温プレートは、特に強固に、テーブルトップに固定され得る。有利には、この目的のために、例えば調整ねじのような調整可能な接続要素が使用され、そのため、プレート表面は、水平および垂直の位置、水平および垂直の角度の調整、選択的に各々の固定手段の位置の調整に関して、テーブル表面に対して調整され得る。これにより、光学実験の構成を取付けやすくなり、機械的な変位のために要求される再調整が必要なくなる。
【００１９】
本発明の更なる設計によれば、少なくとも１つの光学窓を有するフードに加えて、ポンプ供給ライン、好ましくは電気ケーブルのための真空気密ダクト、または対象物のためのマニピュレータのような機械的装置、および／または光シャッターを設けることができる。特に、低温プレートに取付けられたフードは、少なくとも低温プレートのプレート上面の一部の表面により境界を付けられた空洞部を全周囲で囲むことができ、その結果、排気可能な空間が形成される。
【００２０】
フードは、特に、真空と両立できるチャンバであることが可能であり、その開いた下面に、低温プレートのフランジに対応するカウンタフランジが設けられ、その結果、プレート上面の一部分は、フードの内面とともに、密閉された排気可能な空間を形成する。
【００２１】
フードの内外に光を結合するための幾つかの光学窓、ポンプ供給ライン、および／または他のダクトをフードの全表面に自由に配置できる。例えば、円形状の窓としてまたはストリップ状の窓として設計された光学窓を、フードに、任意の高さおよび３６０°に亘る角度配置で、配置することができる。例えば、電気配線、マニピュレータ、または測定用プローブのためのダクトを、フードに、上方から斜めに、さらに加えて周りにおいて、設けることができる。さらに、排気可能な空間は、ポンプラインを介して、好ましくは低振動で振動分離されたポンプユニットに流体的に接続されるが、そのポンプラインをフードに上方から接続することができる。このように、原理的に、実行される実験の要求に応じてフードを自由に構成できる。
【００２２】
本発明の更なる設計によれば、光学テーブルの下のクライオクーラーと低温プレートの下面との間に、断熱のためのフレキシブルな（可撓性を有する）接続構造が設けられ得る。接続構造は、１つの真空空間、または、環境に対してより良い断熱のために、一方が他方の内部に位置して互いに密閉された複数の真空空間を備えることができる。
【００２３】
本発明の更なる設計によれば、クライオクーラーは、低温（例えば、数ケルビン）から室温までにおいて機械的にフレキシブルな要素を介して低温プレートに熱的に接続され得る。これは、検査試料の効果的な冷却のために、低温プレートからクライオクーラーまで、できるだけ高い熱流を伝導できる手段として、例えば、銅のような高い熱伝導度を有する材料から作られるワイヤまたは網目構造であり得る。本発明によれば、フレキシブルな要素は、低振動であるように、または、振動を吸収するように、例えば、銅ワイヤの網目構造または銅ストランドとして設計され、そのため、クライオクーラーの振動の低温プレートへの結合が可能な限り回避される。気体、液体による低温プレートとクライオクーラーとの熱結合、または、低温プレートの熱放射を吸収する熱シールドによる非接触な熱結合も、選択肢として考えられる。
【００２４】
本発明の更なる設計によれば、減衰装置に作用するように接続され、検出された振動に応じて減衰装置を作動させる減衰制御装置を設けることができ、その結果、テーブルトップおよびそのテーブル表面は、振動しないように保たれる。
【００２５】
本発明および有利な展開は、例として添付図面に示される。同じ特徴および同じ効果を有する特徴には、時々、符号を付すだけである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の光学テーブルの実施例の概略的な断面図である。
【図２】本発明の低温プレートの概略的な平面図である。
【図３】本発明の光学テーブルの更なる実施例の概略的な断面図である。
【図４】本発明の光学テーブルに取付けられたフードの斜視図である。
【図５】半透明表現における本発明の光学テーブルに取付けられたフードの斜視図である。
【図６】フードが取付けられていない本発明の光学テーブルの斜視図である。
【図７】フードが取付けられた本発明の光学テーブルの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は本発明の光学テーブル１の概略的な断面図である。テーブルトップ９は、その上部にテーブルトップ表面２を有し、テーブル脚４により支持されている。減衰装置５は、各々のテーブル脚４とテーブルトップ９との間に配置されている。テーブルトップ９の１つ（またはより多く）の貫通穴３に、（各場合において）低温プレート１０が接続要素６により強固に固定され、その結果、プレート上面１２がテーブル表面２に整列する。低温プレート１０は、そのプレート下面１１において、機械的にフレキシブルな接続構造２２を介して、真空気密に、クライオクーラー２０に機械的および／または流体的に接続されている。接続構造２２はクライオクーラー２０のポンプユニット（図示せず）により排気される。さらに、プレート下面１１は、銅のような熱伝導材料製のフレキシブル要素２１を介して機械的におよび熱的に接続され、フレキシブル要素２１は、低温プレート１０を効果的に冷却するための熱流を運ぶことができる。これにより、クライオクーラー２０と低温プレート１０とは、機械的に強固に接続されず、その結果、少なくともテーブル面に垂直な方向に互いに移動でき、互いに振動から遮断または防振される。少なくとも２つ以上のテーブル脚４は、補強構造３０（ここではテーブルの下の床）を介してクライオクーラー２０に強固に接続されている。この強固な接続により、動作中のクライオクーラー２０の任意の固有振動だけではなく、接続構造２２の排気中にクライオクーラー２０に作用する、テーブル表面２の法線方向における振動動作は、接続されたテーブル脚４に逸らされ、それらの各々の減衰装置５により、テーブルトップ９およびそれに強固に接続された低温プレート１０に関して無効にされる。
【００２８】
図２は、本発明の円形状の低温プレート１０のプレート上面１２の概略的な平面図を示す。プレート上面１２には、外部室温フランジ１４および内部低温フランジ１５が同心円状に形成および配置されている。
【００２９】
図３は、図１の光学テーブル１の更なる展開の概略的な断面図を示す。補強構造３０は、その上にテーブル脚４が立てられて配置され、ケーシング２５として形成された空洞部内にクライオクーラー２０が吊るされて固定されるように設計される。フレキシブル要素２１は、第１低温ステージ２３および第２低温ステージ２４を介してクライオクーラー２０に機械的に接続されている。第１低温ステージ２３および第２低温ステージ２４は、それらに関する限り、更なるフレキシブル要素２１により熱的に接続されている。低温プレート１０とテーブルトップ９との間の強固な接続は、好ましくは調整可能な支持装置１９を介して生成される。振動の付加的な減衰のために、この支持装置１９は、更なる減衰装置８を介してフレキシブルな接続構造２２に接続されている。
【００３０】
図４はフード４０の斜視図を示し、フード４０の室温カウンタフランジ４４は、形状が適合するように、そして真空密封に、低温プレート１０の室温フランジ１４に接続されている。同じことは、ここで図示されないフード４０の内部低温カウンタフランジ４５、および低温プレート１０の低温フランジ６に適用される。フード４０は、テーブル表面２に平行であり、かつ、３６０°に亘って均等に配置された方向において、周りに、図示されない凹部を有し、その中に、フランジで縁をつけられた光学窓４１が取付けられている。光学素子を支える固定手段７は、テーブルトップ９内にねじ穴の立方型のグリッドとして形成されている。
【００３１】
図５は、低温プレート１０のプレート上面１２がテーブル表面２に整列することを理解できるように、半透明表現で、図４に既に示された光学テーブル１に取付けられたフード４０を示す。低温プレート１０およびフード４０で囲まれた空間４２は排気され得る。この目的のために、一方で、例えばフレキシブルなホース（図示せず）により、外部ポンプユニット（図示せず）がフード４０に接続され得る。他方で、クライオクーラー２０のポンプユニット（図示せず）を介して空間４２が排気され得るように、貫通穴またはバルブ（図示せず）を低温プレート１０の一部の表面１３に設けることもできる。本発明の意味の範囲内において、排気は、大気圧（1 bar）未満まで、例えば、およそ10-4 mbarまたは10-6 mbarそれどころか10-11 mbarまで、囲まれた空間４２の圧力を低減することを意味する。
【００３２】
図６は、フード４０が取付けられていない本発明の光学テーブル１の斜視図を示す。クライオクーラー２０は、床（符号なし）に立てられたケーシング２５により収容されている。各々の減衰装置５の下の少なくとも１つのテーブル脚４へのクライオクーラー２０の強固な接続は、ここで図示されていない。
【００３３】
図７は、フード４０が取付けられた図６の本発明の光学テーブル１の斜視図である。上部領域において、フード４０は、その中を実験者が目視検査するための検査窓４６を有する。
【００３４】
ここに開示された発明により、当業者は、技術的に可能な限り、本発明の異なる実施形態の文脈内に記載された特徴を組み合わせることも促される。
【符号の説明】
【００３５】
１…光学テーブル
２…テーブル表面
３…貫通穴
４…テーブル脚
５…減衰装置
６…接続要素
７…固定手段
８…更なる減衰装置
９…テーブルトップ
１０…低温プレート
１１…プレート下面
１２…プレート上面
１３…一部の表面
１４…室温フランジ
１５…低温フランジ
１６…熱絶縁材
１７…排出口または制御可能バルブ
１８…真空空間
１９…支持装置
２０…クライオクーラー
２１…フレキシブルな要素
２２…フレキシブルな接続構造
２３…第１低温ステージ
２４…第２低温ステージ
２５…ケーシング
３０…補強構造
４０…フード
４１…窓
４２…空洞部
４４…室温カウンタフランジ
４５…低温カウンタフランジ
４６…検査窓
【図１】
2018503044.tif 000003
【図２】
2018503044.tif 000004
【図３】
2018503044.tif 000005
【図４】
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【図５】
2018503044.tif 000007
【図６】
2018503044.tif 000008
【図７】
2018503044.tif 000009
【国際調査報告】
2018503044.tif 000010
2018503044.tif 000011
2018503044.tif 000012
2018503044.tif 000013