工業規模で要求される速度で試験

今回初めてドイツアーヘンの フラウンフォーファー生産技術研究所(IPT) の科学者が、工業環境下における顕微鏡分析の100%達成に成功しました。PI のピエゾベースの PIFOC® ドライブシステムはこの成功になくてはならないものです。

IPTによる新しい高スループットプロセスは、大きな表面積を持つ対象物を数秒以内に顕微鏡観察することができます。 例えば、ボードやマイクウェルプレートに対する従来の高画素画像記録では、しばしば非常に長い時間が必要となり、それゆえ100%の分析は不可能であり、ランダムな分析のみが代替え手段でした。新しいプロセスは、特にバイオテクノロジーとエレクトロニクス分野の企業に有益です。これらの企業はこの新しいプロセスから多くの利点を得るでしょう。 その科学者たちのアイディアとは、従来の"ストップアンドゴー"方式とは対照的に、画像記録中、ステージは対象物を等速で継続的に動かし続けることです。加えて彼らは、リアルタイムのデータ処理と画像処理ステップを、時間的に最適化されたスキャンプロセスと統合しました。ステッチプロセスのようなCPUに負荷をかけるタスクさえも、ほぼ遅延なく実行します

測定が進行中でも、個別画像が継ぎ目なく全体画像へと結合されます。もちろん、これは主にシステムの処理能力と精巧なソフトウェアのおかげであると、科学者と物理学者は認めていますが、一方でハードウェアもまた、これに貢献しているのです。そのためには、連続したスキャンに応じて、フォーカスを調整する必要があります。

高速オートフォーカスがリアルタイム機能を保証

表面トポロジは顕微鏡の対象物の焦点深度をかなり超えています。これは、バイオテクノロジーに使用される注射成型プラスチック マイクロウェル プレートが不均一であるか否かに関係ありません。また、ボード上のコンポーネントの様々な異なった高さによるのか否か、あるいはエレクトロニクスの製造中の全体的なウエハースの傾きによるのか否かにも関係ありません。焦点が約300 µmの範囲で調整された場合にのみ、表面に正確に焦点を合わせることができます。そのため、リアルタイムのオートフォーカス機能が3D画像記録に必要です。高精度で光軸の方向にダイナミックに焦点を調整しなければなりません。 このタスクはPIFOC® のピエゾベースの対物スキャナによって実行されます。最大500 µmまでの移動範囲により、それは、オートフォーカスのアプリケーションにうまく適合し、精度および特にダイナミクスを考慮に入れる際には、ステッパー モーターよりもはるかに優れています。PI (Physik Instrumente) のPIFOC® Zドライブは非常に小型で堅牢なものになるように設計されています。 長所: 応答時間が短縮され、安定したガイドのおかげで、精密ポジショニングが比較的大きい移動範囲においてさえも可能になります。ゼロプレイと高精度のフレクシャガイドが、焦点の高安定性を確実にします。 ピエゾ システムは精度が高いものですが、これらのアプリケーションでは、さらなる強みを示します。 10 ミリセカンド以下の反復性と設定時間が重要です。そのため、ピエゾベースのドライブは、対象物が高いスキャン速度の時にピンぼけになるのを防ぎます。 直接計測、容量性センサー、およびデジタルコントローラと組み合わされたPIFOC® は最大偏差0.06 %において最も高い直線性を達成しています。容量性センサーは、動いている機械的な部分を物理的接触なしで測定します。摩擦もヒステリシスも測定を妨げません。正確に対象物の位置を個々の画像に合わせることができます。

初めて100%の顕微鏡分析を可能にし、かつ、工業における生産スピードと同調可能な新しいシステムが登場しました。

pi1165 Bild5 Friedrich Schenk
Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. Friedrich Schenk, Research Associate at Fraunhofer IPT

対物スキャナーの固定と調整

ユーザにとって重要: PIFOC® ポジショニング システムは QuickLockアダプターを使用することで容易に統合できます。回転するのは対物ポアダプターを回転式ノーズピースにねじ留め後、ドライブは希望の方向に固定できます。 ジショナーではないので、ケーブル配置は問題になりません。29mmの直径ネジ込みインサートがあるバージョンは、特に大きい光学開口部を必要とするアプリケーションに利用可能です。

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製品

PI P-725.4SL
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P-725 PIFOC® Long-Travel Objective Scanner

High-Precision Positioner / Scanner for Microscope Objectives

  • Travel ranges to 460 µm
  • Significantly faster response and higher lifetime than motorized Z stages
  • Scans and positions objectives with sub-nm resolution
  • Direct metrology with capacitive sensors: Optimum linearity
  • Frictionless, high-precision flexure guiding system for better focus stability
  • Compatible with MetaMorph imaging software
  • Outstanding lifetime due to PICMA® piezo actuators
  • QuickLock adapter for easy attachment
  • Clear aperture up to Ø 29 mm
PI P-736 E-709
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P-736 PInano® Z Microscope Scanner

Cost-efficient, low-profile

  • Step-and-settle to 5 ms
  • Low profile for easy integration
  • Travel range 100 µm or 200 µm
  • Clear aperture 93 mm × 65 mm
  • Compatible with MetaMorph imaging software
PI P-541.SL
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P-541.2 • P-542.2 XY Piezo Stage

Low-Profile XY Nanopositioning System with Large Aperture

  • Low profile for easy integration: 16.5 mm
  • Clear aperture 80 mm × 80 mm
  • Travel range to 200 µm × 200 µm
  • Enhanced responsiveness & multi-axis precision: Parallel kinematics / metrology
  • High-dynamics direct-drive version
  • Choice of sensors: Strain gauge (lower cost) or capacitive sensors (higher performance)
  • Outstanding lifetime due to PICMA® piezo actuators
  • Combination with long-travel microscopy stages for longer stroke
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P-541.Z Piezo Z and Z / Tip / Tilt Stages

Low Profile, Large Aperture

  • Low profile for easy integration: 16.5 mm
  • Clear aperture 80 mm × 80 mm
  • Vertical and Z / Tip / Tilt Stages
  • Travel range 100 µm
  • 1 mrad tilt
  • Enhanced responsiveness & multi-axis precision: Parallel kinematics / metrology
  • Choice of sensors: Strain gauge (lower cost) or capacitive sensors (higher performance)
  • Outstanding lifetime due to PICMA® piezo actuators
  • Combination with long-travel microscopy stages
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E-709 Compact and Cost-Optimized Digital Piezo Controller

For SGS, Piezoresistive and Capacitive Sensors

  • Linearity error to 0.02 %
  • Fast 25 Mbit/s serial interface
  • Comprehensive I/O functions
  • Low-cost OEM versions available
  • Extensive software support
PI E-709.CHG
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E-709.CHG Digital Single Channel Piezo Controller

High Output Power for Dynamic Operation, Capacitive Sensors

  • Output power up to 50 W
  • Linearity error up to 0.02 %
  • Fast 25 Mbit/s serial interface
  • Comprehensive I/O functions
  • Extensive software support