HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung für eine
optische Einrichtung, einen Manipulator für eine optische
Einrichtung, eine optische Abbildungseinrichtung, die eine solche
Anordnung umfasst, ein Verfahren zum Manipulieren einer Komponente
einer optischen Einrichtung sowie ein optisches Abbildungsverfahren,
welches ein solches Verfahren zu Manipulieren der Komponente einer
optischen Einrichtung verwendet. Die Erfindung lässt sich
im Zusammenhang mit beliebigen optischen Einrichtungen bzw. optischen
Abbildungsverfahren anwenden. Insbesondere lässt sie sich
im Zusammenhang mit der bei der Herstellung mikroelektronischer
Schaltkreise verwendeten Mikrolithographie einsetzen.The
The present invention relates to an arrangement for a
optical device, a manipulator for an optical
Device, an optical imaging device, such a
Arrangement comprises a method for manipulating a component
an optical device and an optical imaging method,
which is such a method of manipulating the component of a
optical device used. The invention can be
in connection with any optical devices or optical
Apply imaging method. In particular, she lets herself
in connection with in the manufacture of microelectronic
Circuits used to use microlithography.
Insbesondere
im Bereich der Mikrolithographie ist es neben der Verwendung mit
möglichst hoher Präzision ausgeführter
Komponenten unter anderem erforderlich, die Position und Geometrie
der Komponenten der Abbildungseinrichtung, also beispielsweise der
optischen Elemente wie Linsen, Spiegel oder Gitter aber auch der
verwendeten Masken und Substrate, im Betrieb möglichst
präzise gemäß vorgegebenen Sollwerten einzustellen,
um eine entsprechend hohe Abbildungsqualität zu erzielen.
Die hohen Genauigkeitsanforderungen, die im mikroskopischen Bereich
in der Größenordnung weniger Nanometer oder darunter
liegen, sind dabei nicht zuletzt eine Folge des ständigen
Bedarfs, die Auflösung der bei der Herstellung mikroelektronischer Schaltkreise
verwendeten optischen Systeme zu erhöhen, um die Miniaturisierung
der herzustellenden mikroelektronischen Schaltkreise voranzutreiben.Especially
in the field of microlithography, it is in addition to use with
as high precision as possible
Components required, among other things, the position and geometry
the components of the imaging device, so for example the
optical elements such as lenses, mirrors or grids but also the
used masks and substrates, in operation as possible
to set precisely according to predetermined setpoints,
to achieve a correspondingly high image quality.
The high accuracy requirements, in the microscopic range
on the order of a few nanometers or less
are not least a consequence of the constant
Demand, the dissolution of the microelectronic circuits manufacturing
used optical systems to increase the miniaturization
to advance the microelectronic circuits to be produced.
Um
die gewünschte Position und/oder Geometrie der betreffenden
Komponenten zu erzielen, werden häufig aktive Manipulatoren
verwendet, welche auf der Komponente eine entsprechende Manipulationskraft ausüben.
Insbesondere im Bereich der Mikrolithographie werden dabei häufig
Piezoaktuatoren, Lorentz-Aktuatoren, pneumatische Balgaktuatoren
oder dergleichen eingesetzt. Ebenso wird in der US 2006/018045 A1 ( Moeller
et al. ), der DE
10 2005 044 716 A1 (Münster) sowie in der deutschen
Patentanmeldung Nr. 10 2007 019
570.4 der Anmelderin (deren gesamte jeweilige Offenbarung
hierin durch Bezugnahme eingeschlossen wird) vorgeschlagen, elektrostriktive
Materialien zum Erzeugen einer Manipulationskraft zu verwenden.
Diese Aktuatortypen haben jedoch jeweils nicht unerhebliche Nachteile.In order to achieve the desired position and / or geometry of the components in question, active manipulators are frequently used which exert a corresponding manipulation force on the component. Piezoactuators, Lorentz actuators, pneumatic bellows actuators or the like are frequently used in particular in the field of microlithography. Likewise in the US 2006/018045 A1 ( Moeller et al. ), of the DE 10 2005 044 716 A1 (Münster) as well as in the German patent application no. 10 2007 019 570.4 Applicant (the entire disclosure of each of which is incorporated herein by reference) proposes to use electrostrictive materials to generate a manipulating force. However, these actuator types each have significant disadvantages.
So
lassen sich mit den bekannten Piezoaktuatoren zwar auf einfache
Weise in einem weiten Bereich variierbare Manipulationskräfte
erzeugen. Sie haben jedoch den Nachteil, dass die verwendeten Piezoelemente
zum einen nur einen vergleichsweise geringen Stellweg zur Verfügung
stellen, sodass für größere Stellwege aufwändige
Getriebe erforderlich sind. Zum anderen sind die Piezoelemente vergleichsweise
spröde sowie empfindlich gegen Schub- und Zugspannungen,
sodass sie nur unter relativ genau definierten Richtungen belastet
werden dürfen und insbesondere bei Stoßbelastungen
ein hohes Risiko von Beschädigungen besteht. Die vergleichsweise
hohe Steifigkeit der Piezoelemente bringt schließlich noch
den Nachteil mit sich, dass für bestimmte Anwendungen,
insbesondere im Bereich der Mikrolithographie, eine zusätzliche
mechanische Entkopplung zu der zu manipulierenden Komponente erforderlich
ist, um die Einleitung parasitärer Kräfte und
Momente in die Komponente zu vermeiden.So
can be with the known piezo actuators Although simple
Way in a wide range variable manipulation forces
produce. However, they have the disadvantage that the piezo elements used
on the one hand only a comparatively small travel available
make, so for larger travel complicated
Gear are required. On the other hand, the piezoelectric elements are comparatively
brittle and sensitive to shear and tensile stresses,
so that it only loads under relatively well-defined directions
may be and in particular in shock loads
there is a high risk of damage. The comparatively
high rigidity of the piezo elements finally brings
the drawback that for certain applications,
especially in the field of microlithography, an additional
mechanical decoupling required to be manipulated component
is to initiate parasitic forces and
To avoid moments in the component.
Lorentz-Aktuatoren
haben zwar den Vorteil, dass sie eine sehr geringe Steifigkeit aufweisen.
Nachteilig ist jedoch, dass sie häufig nur eingeschränkte
Stellwege und geringe Manipulationskräfte zur Verfügung stellen.
Zudem weisen sie eine vergleichsweise hohe Verlustleistung auf,
die insbesondere bei thermisch sehr sensitiven optischen Einrichtungen
zu Problemen führt bzw. eine aufwändige Wärmeabfuhr
erfordern.Lorentz actuators
Although they have the advantage that they have a very low rigidity.
The disadvantage, however, is that they are often limited
Provide travel and low manipulation forces.
In addition, they have a comparatively high power loss,
especially in thermally sensitive optical devices
leads to problems or a complex heat dissipation
require.
Pneumatische
Balgaktuatoren können zwar gegebenenfalls hohe Manipulationskräfte
und große Stellwege zur Verfügung stellen. Sie
weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie vergleichsweise viel Bauraum
beanspruchen und ebenfalls nur Belastungen in vergleichsweise genau
definierter Richtung unterworfen werden dürfen, um das
Risiko einer Beschädigung gering zu halten. Ähnlich
wie die Piezoelemente weisen Balgaktuatoren im Betrieb eine vergleichsweise
hohe Steifigkeit auf, die auch hier den Nachteil mit sich bringt,
dass für bestimmte Anwendungen, insbesondere im Bereich
der Mikrolithographie, eine zusätzliche mechanische Entkopplung
zu der zu manipulierenden Komponente erforderlich ist, um die Einleitung
parasitärer Kräfte und Momente in die Komponente
zu vermeiden.pneumatic
Although bellows actuators may possibly have high manipulation forces
and provide large travel paths. she
However, they have the disadvantage that they have a comparatively large amount of space
claim and also only loads in comparatively accurate
defined direction may be subjected to the
To minimize the risk of damage. Similar
like the piezo elements have bellows actuators in operation a comparatively
high rigidity, which also brings the disadvantage here,
that for certain applications, especially in the field
microlithography, an additional mechanical decoupling
to the component to be manipulated is required to initiate
parasitic forces and moments in the component
to avoid.
Eine
weitere Art von Aktuatoren stellen die so genannten elektroaktiven
Polymeraktuatoren (EAP) dar, wie sie beispielsweise aus der Veröffentlichung "Overview
and Recent Advances in Polymer Actuators" (P. Sommer-Larsen, R.
Kornbluh, ACTUATOR 2006, 10th International Conference an New Actuators,
14. bis 16. Juni 2006, Bremen, DE) bekannt sind (deren
Offenbarung hierin durch Bezugnahme eingeschlossen wird). Bei diesen
handelt es sich um Aktuatoren, die unter Verwendung von Polymerwerkstoffen
hergestellt werden und bei Anlegen einer elektrischen Spannung eine
Längenänderung in einer Wirkrichtung erfahren.
Bei diesen elektroaktiven Polymeraktuatoren unterscheidet man häufig
je nach der Ursache für die Längenänderung
des Polymers zwischen so genannten elektrostriktiven Polymeraktuatoren,
bei denen sich die Polymerstruktur durch das angelegte elektrische
Feld verändert und so die Längenänderung
bewirkt, und den häufig als dielektrische Elastomeraktuatoren
bezeichneten Aktuatoren, bei denen die Längenänderung
mechanisch durch die elektrostatischen Anziehungskräfte
zweier Elektroden bewirkt wird, zwischen denen das Polymer angeordnet
ist.Another type of actuators are the so-called electroactive polymer actuators (EAP), as for example from the publication "Overview and Recent Advances in Polymer Actuators" (P. Sommer-Larsen, R. Kornbluh, ACTUATOR 2006, 10th International Conference on New Actuators, June 14-16, 2006, Bremen, DE) are known (the disclosure of which is incorporated herein by reference). at these are actuators that are manufactured using polymer materials and undergo a change in length in an effective direction when an electrical voltage is applied. In these electroactive polymer actuators, one often distinguishes between so-called electrostrictive polymer actuators, in which the polymer structure is changed by the applied electric field to effect the change in length, and actuators often referred to as dielectric elastomer actuators, depending on the cause of the change in length of the polymer the change in length is effected mechanically by the electrostatic attraction forces of two electrodes, between which the polymer is arranged.
Diese
elektroaktiven Polymeraktuatoren werden ebenfalls im Bereich optischer
Einrichtungen verwendet, um die Position von Komponenten dieser
Einrichtungen zu beeinflussen, wie dies beispielsweise aus der US 2006/0028742 A1 ( Yamashita
et al. ) bekannt ist (deren Offenbarung hierin durch Bezugnahme
eingeschlossen wird), oder Geometrie von Komponenten dieser Einrichtungen
zu beeinflussen, wie dies beispielsweise aus der Veröffentlichung "Systematic
Selection and Design of a Ring Actuator for the Deformation of an Elastic
Lens" (M. Bergemann, T. Martin, G. Bretthauer, ACTUATOR 2006, 10th
International Conference an New Actuators, 14. bis 16. Juni 2006,
Bremen, DE), der US 2006/0264015 A1 ( Hyde et al. )
und der US 7,092,138
B2 ( Wang et al .) bekannt ist (deren jeweilige
Offenbarung hierin durch Bezugnahme eingeschlossen wird).These electroactive polymer actuators are also used in the field of optical devices to affect the position of components of these devices, such as US 2006/0028742 A1 ( Yamashita et al. ) (the disclosure of which is incorporated herein by reference), or geometry of components of these devices, as disclosed in, for example, the publication M. Bergemann, T.Martin, G. Bretthauer, ACTUATOR 2006, 10th International Conference on New Actuators, June 14-16, 2006, Bremen, "Systematic Selection and Design of a Ring Actuator for the Deformation of Elastic Lens" DE), the US 2006/0264015 A1 ( Hyde et al. ) and the US 7,092,138 B2 ( Wang et al .) (the disclosure of which is incorporated herein by reference).
Die
elektroaktiven Polymeraktuatoren haben den Vorteil, dass sich mit
ihnen zum einen vergleichsweise hohe Stellwege realisieren lassen.
So sind bei den bekannten Aktuatoren relative Längenänderungen
bis zu 30% möglich, wobei in den verwendeten Polymeren
sogar relative Längenänderungen in der Größenordnung
von 100% bis zu 300% möglich sind. Zudem sind sie vergleichsweise
preiswert und weisen eine geringe laterale Steifigkeit auf, sodass
sie selbst schon eine mechanische Entkopplung zur Verfügung
stellen, welche die Einleitung parasitärer Kräfte
und Momente in die betreffende Komponente in vorteilhafter Weise
reduziert.The
Electroactive polymer actuators have the advantage of being compatible with
Allow them to realize comparatively high travel ranges.
Thus, in the known actuators relative changes in length
up to 30% possible, wherein in the polymers used
even relative length changes of the order of magnitude
from 100% up to 300% are possible. In addition, they are comparatively
inexpensive and have a low lateral stiffness, so that
they already have a mechanical decoupling available
which introduce the introduction of parasitic forces
and moments in the relevant component in an advantageous manner
reduced.
Bei
den bekannten elektroaktiven Polymeraktuatoren für optische
Anwendungen wird die positive Längenänderung bei
Anlegen einer Spannung genutzt, um mit dem Aktuator unmittelbar
eine Manipulationsbewegung bzw. Manipulationskraft zu erzeugen,
welche die gewünschte Manipulation der betreffende Komponente der
optischen Einrichtung bewirkt. Insbesondere für Präzisionsanwendungen,
wie sie im Bereich der Mikrolithographie erforderlich sind, ist
es hierbei problematisch, dass die positive Längenänderung
bedingt durch die geringe laterale Steifigkeit des Polymers keine
ausreichend präzise Richtung bzw. Wirkrichtung aufweist,
sodass entweder eine geringere Präzision der Manipulation
erzielt wird oder eine aufwändige zusätzliche
laterale Führung erforderlich ist.at
the known electroactive polymer actuators for optical
Applications will contribute to the positive length change
Apply a voltage to the actuator immediately
to create a manipulation movement or manipulation force,
which the desired manipulation of the component in question
optical device causes. Especially for precision applications,
as required in the field of microlithography is
It is problematic here that the positive change in length
due to the low lateral stiffness of the polymer no
has sufficiently precise direction or effective direction,
so either a lower precision of the manipulation
is achieved or an elaborate additional
lateral guidance is required.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER
ERFINDUNGBRIEF SUMMARY OF THE
INVENTION
Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Anordnung
für eine optische Einrichtung, einen Manipulator für
eine optische Einrichtung, eine optische Abbildungseinrichtung,
ein Verfahren zum Manipulieren einer Komponente einer optischen
Einrichtung bzw. ein optisches Abbildungsverfahren zur Verfügung
zu stellen, welche die oben genannten Nachteile nicht oder zumindest
in geringerem Maße aufweisen und insbesondere auf einfache
Weise eine zuverlässige, präzise Manipulation
von Komponenten einer optischen Einrichtung ermöglicht.Of the
The present invention is therefore based on the object, an arrangement
for an optical device, a manipulator for
an optical device, an optical imaging device,
a method for manipulating a component of an optical
Device or an optical imaging method available
to provide, which does not have the disadvantages mentioned above or at least
to a lesser extent and in particular to simple ones
Make a reliable, precise manipulation
of components of an optical device.
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass eine
solche zuverlässige und präzise Manipulation von
Komponenten einer optischen Einrichtung möglich ist, wenn
ein elektroaktives Polymerelement des Manipulators nicht unmittelbar
dazu benutzt wird, die Manipulationskraft zu erzeugen, sondern die jeweilige
elastische Rückstellkraft des Polymerelements als Gegenkraft
für eine anderweitig erzeugte Stellkraft genutzt wird,
um zu einer resultierenden Manipulationskraft zu gelangen, welche
die gewünschte Manipulation bewirkt. Dies hat den Vorteil,
dass die elastische Rückstellkraft des Polymerelements
trotz dessen geringer Steifigkeit eine genau definierte Wirkrichtung
aufweist, sodass eine Manipulation mit hoher Präzision
möglich ist.Of the
The present invention is based on the finding that a
such reliable and precise manipulation of
Components of an optical device is possible, if
an electroactive polymer element of the manipulator not immediately
is used to generate the manipulation force, but the respective
elastic restoring force of the polymer element as a counterforce
is used for an otherwise generated restoring force,
to arrive at a resulting manipulation force, which
the desired manipulation causes. This has the advantage
that the elastic restoring force of the polymer element
despite its low rigidity, a well-defined effective direction
so that manipulation with high precision
is possible.
Mit
anderen Worten wird das elektroaktive Polymerelement erfindungsgemäß nicht
selbst zum Generieren der Manipulationskraft genutzt, sondern dient
vielmehr als Steuerelement für die Manipulationskraft,
indem es über seine elastische Rückstellkraft
die resultierende Manipulationskraft beeinflusst.With
In other words, the electroactive polymer element according to the invention does not become
itself used to generate the manipulation force, but serves
rather, as a control for the manipulation force,
by talking about its elastic restoring force
influences the resulting manipulation force.
Hierbei
können als elektroaktives Polymerelement elektroaktive
Polymeraktuatoren mit beliebigem Wirkprinzip und beliebigem Aufbau
zur Anwendung kommen. Die Auswahl des geeigneten elektroaktiven
Polymerelements richtet sich dabei insbesondere zum einen nach der
zu erzielenden Manipulationskraft und/oder dem Manipulationsweg.
Zum anderen richtet sie sich natürlich nach der zu erzielenden
Genauigkeit bei der Einstellung der Manipulationskraft und/oder
des Manipulationswegs.In this case, electroactive polymer actuators having an arbitrary active principle and any structure can be used as the electroactive polymer element. The selection of the suitable electroactive polymer element depends in particular on the one hand on the manipulation force to be achieved and / or the manipulation way. On the other hand, it naturally depends on the accuracy to be achieved when setting the manipulation force and / or the manipulation path.
Die
vorliegende Erfindung lässt sich grundsätzlich
im Zusammenhang mit beliebigen optischen Anwendungen einsetzen,
bei denen eine Manipulation der Position und/oder Geometrie einer
Komponente einer optischen Einrichtung erforderlich ist. Besonders
vorteilhaft lässt sie sich im Bereich der Mikrolithographie
einsetzen, da die elektroaktiven Polymerelemente wegen ihrer geringen
Steifigkeit bereits aus sich heraus eine mechanische Entkopplung
zur Verfügung stellen, welche die im Bereich der Mikrolithographie
besonders kritische Einleitung parasitärer Kräfte
und Momente in die Komponenten der optischen Einrichtung bereits
weit gehend ausschaltet, sodass in diesem Zusammenhang bei ausreichend
hoher Präzision deutlich weniger Aufwand als bei den bekannten
Aktuatoranordnungen zu betreiben ist.The
The present invention can be basically
use in conjunction with any optical applications,
where a manipulation of the position and / or geometry of a
Component of an optical device is required. Especially
Advantageously, it can be in the field of microlithography
because the electroactive polymer elements because of their low
Stiffness already out of itself a mechanical decoupling
provide those in the field of microlithography
particularly critical introduction of parasitic forces
and moments in the components of the optical device already
largely turns off, so in this context if sufficient
high precision significantly less effort than the known
Actuator arrangements is to operate.
Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass sich
dank der auf einfache Weise erzielten hohen Manipulationspräzision
besonders einfach gestaltete Manipulationsanordnungen mit wenigen Bauelementen,
insbesondere wenigen bewegten Bauelementen, realisieren lassen.One
Another advantage of the present invention is that
thanks to the high degree of manipulation precision achieved in a simple way
particularly simple manipulation arrangements with few components,
especially few moving components, can be realized.
Ein
erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher eine Anordnung,
insbesondere für die Mikrolithographie, mit einer Komponente
einer optischen Einrichtung und einer Manipulationseinrichtung zum
aktiven Manipulieren der Komponente entlang einer Wirkrichtung.
Die Manipulationseinrichtung umfasst wenigstens ein mit der Komponente
verbundenes elektroaktives Polymerelement als Manipulationselement.
Das Manipulationselement ist mit einer Steuereinrichtung verbindbar, über
welche das Manipulationselement zur gesteuerten Manipulation der
Komponente mit einer eine Ausdehnung des Manipulationselements entlang
der Wirkrichtung bewirkenden elektrischen Spannung beaufschlagbar
ist. Das Manipulationselement ist dazu ausgebildet, in wenigstens
einem Betriebszustand durch eine elastische Rückstellkraft
eine Gegenkraft gegen eine Stellkraft zu erzeugen, wobei sich die
Manipulationskraft, welche die Manipulation der Komponente entlang
der Wirkrichtung bewirkt, als Resultierende der Stellkraft und der
elastischen Rückstellkraft ergibt.One
The first object of the present invention is therefore an arrangement
especially for microlithography, with one component
an optical device and a manipulation device for
actively manipulating the component along a direction of action.
The manipulation device comprises at least one with the component
connected electroactive polymer element as a manipulation element.
The manipulation element can be connected to a control device via
which the manipulation element for the controlled manipulation of
Component with an extension of the manipulation element along
the effective direction causing electrical voltage acted upon
is. The manipulation element is designed to be in at least
an operating condition by an elastic restoring force
to generate a counterforce against a force, wherein the
Manipulation force, which is the manipulation of the component along
the effective direction causes, as a resultant of the force and the
elastic restoring force results.
Ein
zweiter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung,
insbesondere für die Mikrolithographie, mit einer Komponente
einer optischen Einrichtung und einer Manipulationseinrichtung zum
aktiven Manipulieren der Komponente entlang einer Wirkrichtung,
wobei die Manipulationseinrichtung wenigstens ein mit der Komponente
verbundenes elektroaktives Polymerelement als Manipulationselement
umfasst. Das Manipulationselement ist mit einer Steuereinrichtung
verbindbar, über welche das Manipulationselement zur gesteuerten
Manipulation der Komponente mit einer eine Ausdehnung des Manipulationselements
entlang der Wirkrichtung bewirkenden elektrischen Spannung beaufschlagbar
ist. Das Manipulationselement ist in wenigstens einem Betriebszustand
in einer Richtung, die parallel zu der Wirkrichtung verläuft,
mit einer Zugspannung als mechanische Vorspannung beaufschlagt.One
second subject of the present invention is an arrangement
especially for microlithography, with one component
an optical device and a manipulation device for
actively manipulating the component along a direction of action,
wherein the manipulation device at least one with the component
connected electroactive polymer element as a manipulation element
includes. The manipulation element is provided with a control device
connectable, via which the manipulation element to the controlled
Manipulation of the component with an extension of the manipulation element
acted upon along the direction of action causing electrical voltage
is. The manipulation element is in at least one operating state
in a direction parallel to the direction of action,
subjected to a tensile stress as a mechanical bias.
Mit
dem parallel zur Wirkrichtung auf Zug vor gespannten Manipulationselement
lässt sich eine besonders günstige Konstellation
erzielen, da hiermit in dem Manipulationselement eine elastische
Rückstellkraft mit genau definierter Richtung erzielbar
ist, wodurch eine besonders präzise Manipulation möglich
wird.With
the parallel to the direction of action on train pre-tensioned manipulation element
can be a particularly favorable constellation
achieve, since hereby in the manipulation element an elastic
Return force achievable with a precisely defined direction
is, whereby a particularly precise manipulation possible
becomes.
Der
oben erläuterte Erfindungsgedanke kann in einer Anordnung
aus mehreren unterschiedlichen, gegebenenfalls sogar weit voneinander
beabstandeten Komponenten realisiert sein. Ebenso ist es aber auch möglich,
sie in einer gegebenenfalls integrierten Baueinheit zu realisieren.
Hierbei versteht es sich, dass die zu manipulierende Komponente
gegebenenfalls wieder aus mehreren Elementen zusammengesetzt sein kann.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die zu manipulierende Komponente
neben dem eigentlichen zu manipulierenden Element (beispielsweise
einem optisch wirksamen Element) ein beliebig geartetes Getriebe
oder dergleichen umfasst. Dieses Getriebe kann dann zwischen das
eigentlich zu manipulierende Element und die Manipulationseinrichtung
geschaltet sein und die Bewegungen bzw. Kräfte der Manipulationseinrichtung
so umsetzen, dass sie in einer von der Wirkrichtung abweichenden
Richtung auf das eigentlich zu manipulierende Element übertragen
werden.Of the
The inventive concept explained above can be arranged in an arrangement
from several different, possibly even far from each other
be realized spaced components. But it is also possible
to realize them in an optionally integrated unit.
It is understood that the component to be manipulated
optionally again composed of several elements.
In particular, it can be provided that the component to be manipulated
in addition to the actual element to be manipulated (for example
an optically active element) of any kind gear
or the like. This transmission can then between the
actually element to be manipulated and the manipulation device
be connected and the movements or forces of the manipulation device
implement so that they differ in one of the direction of effect
Direction transferred to the actually manipulated element
become.
Entsprechend
dem ersten Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein weiterer,
dritter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Manipulator, insbesondere
für die Anwendung in der Mikrolithographie, mit einem elektroaktiven
Polymerelement. Das elektroaktive Polymerelement bildet ein aktives
Manipulationselement und ist mit einer Steuereinrichtung verbindbar, über
welche das Manipulationselement zur gesteuerten Manipulation mit
einer eine Ausdehnung des Manipulationselements entlang der Wirkrichtung
bewirkenden elektrischen Spannung beaufschlagbar ist. Weiterhin
ist eine Vorspanneinrichtung zur Erzeugung einer entlang der Wirkrichtung
wirkenden Stellkraft vorgesehen, wobei das Manipulationselement
dazu ausgebildet ist, in wenigstens einem Betriebszustand durch
eine elastische Rückstellkraft eine Gegenkraft gegen die Stellkraft
zu erzeugen.According to the first subject of the present invention, therefore, a further, third object of the present invention is a manipulator, in particular for use in microlithography, with an electroactive polymer element. The electroactive polymer element forms an active manipulation element and can be connected to a control device, via which the manipulation element for controlled manipulation can be acted upon by an electrical voltage which causes an expansion of the manipulation element along the direction of action. Furthermore, a biasing means is provided for generating a force acting along the direction of action force, wherein the manipulation element is adapted to, in at least one operating state by an elastic restoring force, a counterforce against the Force to generate.
Entsprechend
dem zweiten Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein
weiterer, vierter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Manipulator,
insbesondere für die Anwendung in der Mikrolithographie,
mit einem elektroaktiven Polymerelement. Das elektroaktive Polymerelement
bildet ein aktives Manipulationselement und ist mit einer Steuereinrichtung
verbindbar, über welche das Manipulationselement zur gesteuerten
Manipulation mit einer eine Ausdehnung des Manipulationselements
entlang der Wirkrichtung bewirkenden elektrischen Spannung beaufschlagbar
ist. Weiterhin ist eine Vorspanneinrichtung vorgesehen, die das
Manipulationselement in wenigstens einem Betriebszustand in einer
Richtung, die parallel zu der Wirkrichtung verläuft, mit
einer Zugspannung als mechanische Vorspannung beaufschlagt.Corresponding
the second subject of the present invention is therefore a
Another, fourth subject of the present invention is a manipulator,
especially for use in microlithography,
with an electroactive polymer element. The electroactive polymer element
forms an active manipulation element and is equipped with a control device
connectable, via which the manipulation element to the controlled
Manipulation with an extension of the manipulation element
acted upon along the direction of action causing electrical voltage
is. Furthermore, a biasing device is provided, which is the
Manipulation element in at least one operating state in one
Direction that runs parallel to the direction of action, with
a tensile stress applied as a mechanical bias.
Ein
fünfter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine
entsprechende optische Abbildungseinrichtung, insbesondere für
die Mikrolithographie, mit einer Beleuchtungseinrichtung, einer
Maskeneinrichtung zur Aufnahme einer ein Projektionsmuster umfassenden
Maske, einer Projektionseinrichtung mit einer optischen Elementgruppe
und einer Substrateinrichtung zur Aufnahme eines Substrats. Die
Beleuchtungseinrichtung ist dabei zum Beleuchten des Projektionsmusters
ausgebildet, während die optische Elementgruppe zum Abbilden
des Projektionsmusters auf dem Substrat ausgebildet ist. Die Beleuchtungseinrichtung
und/oder die Maskeneinrichtung und/oder die Projektionseinrichtung
und/oder die Substratseinrichtung umfasst wenigstens eine Anordnung
nach dem oben beschriebenen ersten oder zweiten Gegenstand der Erfindung.One
Fifth object of the present invention is a
corresponding optical imaging device, in particular for
microlithography, with a lighting device, a
A mask device for receiving a projection pattern comprising
Mask, a projection device with an optical element group
and a substrate device for receiving a substrate. The
Lighting device is to illuminate the projection pattern
formed while the optical element group for imaging
of the projection pattern is formed on the substrate. The lighting device
and / or the mask device and / or the projection device
and / or the substrate device comprises at least one arrangement
according to the first or second aspect of the invention described above.
Mit
dieser optischen Abbildungseinrichtung lassen sich die oben beschriebenen
Varianten und Vorteile in dem selben Maße realisieren,
sodass diesbezüglich auf die obigen Ausführungen
verwiesen wird.With
This optical imaging device can be described above
Realize variants and advantages to the same extent,
so in this respect to the above statements
is referenced.
Ein
weiterer, sechster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein
Verfahren zum aktiven Manipulieren einer Komponente einer optischen
Einrichtung, insbesondere einer Einrichtung für die Mikrolithographie, bei
dem die Komponente über ein Manipulationselement entlang
einer Wirkrichtung aktiv manipuliert wird. Das Manipulationselement
ist ein elektroaktives Polymerelement, das zur gesteuerten Manipulation
der Komponente mit einer eine Ausdehnung des Manipulationselements
entlang der Wirkrichtung bewirkenden elektrischen Spannung beaufschlagbar
ist. Das Manipulationselement erzeugt in wenigstens einem Betriebszustand durch
eine elastische Rückstellkraft eine Gegenkraft gegen eine
Stellkraft, wobei sich die Manipulationskraft, welche die Manipulation
der Komponente entlang der Wirkrichtung bewirkt, als Resultierende
der Stellkraft und der elastischen Rückstellkraft ergibt.
Es sei hierbei angemerkt, dass der Begriff "Steuern" in der vorliegenden Anmeldung
verallgemeinert verwendet wird und, sofern nicht ausdrücklich
anders definiert, sowohl eine Steuern im regelungstechnischen Sinne
als auch ein Regeln im regelungstechnischen Sinne bezeichnen kann.One
Another, sixth subject of the present invention is a
Method for actively manipulating a component of an optical
Device, in particular a device for microlithography, at
the component along a manipulation element along
a direction of action is actively manipulated. The manipulation element
is an electroactive polymer element used for controlled manipulation
the component having an extension of the manipulation element
acted upon along the direction of action causing electrical voltage
is. The manipulation element generates in at least one operating state
an elastic restoring force a counterforce against a
Force, whereby the manipulation force, which is the manipulation
the component along the effective direction causes, as a resultant
the restoring force and the elastic restoring force results.
It should be noted that the term "taxes" in the present application
is used in a generalized manner and, unless expressly so
otherwise defined, both a tax in the regulatory sense
as well as a rule in the regulatory sense.
Ein
weiterer, siebter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist schließlich
ein optisches Abbildungsverfahren, insbesondere für die
Mikrolithographie, bei dem eine Beleuchtungseinrichtung ein Projektionsmuster
einer Maskeneinrichtung beleuchtet und das Projektionsmuster mittels
der optischen Elemente einer Projektionseinrichtung auf ein Substrat
einer Substrateinrichtung abgebildet wird. Wenigstens eine Komponente der
Beleuchtungseinrichtung und/oder der Maskeneinrichtung und/oder
der Projektionseinrichtung und/oder der Substratseinrichtung wird
dabei mit einem Verfahren gemäß dem sechsten Gegenstand
der Erfindung manipuliert.One
Another seventh object of the present invention is finally
an optical imaging method, in particular for the
Microlithography in which a lighting device is a projection pattern
a mask device illuminated and the projection pattern means
the optical elements of a projection device on a substrate
a substrate device is imaged. At least one component of
Lighting device and / or the mask device and / or
the projection device and / or the substrate device is
with a method according to the sixth subject
manipulated the invention.
Mit
diesen Verfahren lassen sich die oben beschriebenen Varianten und
Vorteile ebenfalls in dem selben Maße realisieren, sodass
diesbezüglich auf die obigen Ausführungen verwiesen
wird.With
This method can be the variants described above and
Benefits also to the same extent realize so
in this regard, reference is made to the above statements
becomes.
Weitere
bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
bzw. der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele,
welche auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt.Further
preferred embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims
or the following description of preferred embodiments,
which refers to the accompanying drawings.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
1 ist
eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen optischen Abbildungseinrichtung,
die eine erfindungsgemäße Anordnung umfasst und
mit der sich eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
optischen Abbildungsverfahrens durchführen lässt; 1 is a schematic representation of a preferred embodiment of the optical imaging device according to the invention, which comprises an inventive arrangement and with which a preferred embodiment of the optical imaging method according to the invention can be carried out;
2A ist
eine verallgemeinerte schematische Darstellung eines Teils einer
bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Anordnung der Abbildungseinrichtung aus 1; 2A is a generalized schematic representation of part of a preferred embodiment of the inventive arrangement of the imaging device 1 ;
2B ist
eine schematische Darstellung der Auslenkungs-Spannungs-Kennlinie
der Manipulation der manipulierten Komponente der Anordnung aus 2A; 2 B is a schematic representation of the displacement-voltage characteristic of the manipulation the manipulated component of the arrangement 2A ;
2C ist
eine schematische Darstellung von Kraft-Auslenkungs-Kennlinie der
Anordnung aus 2A; 2C is a schematic representation of force-deflection characteristic of the arrangement 2A ;
2D zeigt
ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Abbildungsverfahrens, welches
mit der Abbildungseinrichtung aus 1 durchgeführt
wird und bei dem eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens
zum aktiven Manipulieren einer Komponente der Abbildungseinrichtung
aus 1 zur Anwendung kommt; 2D shows a flow diagram of a preferred embodiment of the imaging method according to the invention, which with the imaging device from 1 and in which a preferred embodiment of the method for actively manipulating a component of the imaging device 1 is used;
2E ist
eine konkretisierte schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Anordnung der Abbildungseinrichtung
aus 1 in einem Ausgangszustand; 2E is a more concrete schematic representation of a preferred embodiment of the inventive arrangement of the imaging device 1 in an initial state;
2F ist
eine schematische Darstellung der Anordnung aus 2E in
einem weiteren Betriebszustand; 2F is a schematic representation of the arrangement 2E in another operating condition;
2G ist
eine schematische Darstellung der Auslenkungs-Spannungs-Kennlinie
der Manipulation der manipulierten Komponente der Anordnung aus 2E; 2G Figure 12 is a schematic representation of the displacement-voltage characteristic of the manipulation of the manipulated component of the device 2E ;
2H ist
eine schematische Darstellung von Kraft-Auslenkungs-Kennlinien der
Anordnung aus 2E; 2H is a schematic representation of force-deflection characteristics of the arrangement 2E ;
3 ist
eine konkretisierte schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Anordnung der Abbildungseinrichtung aus 1; 3 is a more concrete schematic representation of another preferred embodiment of the inventive arrangement of the imaging device 1 ;
4A ist
eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Anordnung der Abbildungseinrichtung
aus 1; 4A is a schematic representation of another preferred embodiment of the inventive arrangement of the imaging device 1 ;
4B ist
eine schematische Darstellung der Auslenkungs-Spannungs-Kennlinie
der Manipulation der manipulierten Komponente der Anordnung aus 4A; 4B Figure 12 is a schematic representation of the displacement-voltage characteristic of the manipulation of the manipulated component of the device 4A ;
4C ist
eine schematische Darstellung von Kraft-Auslenkungs-Kennlinien der
Anordnung aus 4A; 4C is a schematic representation of force-deflection characteristics of the arrangement 4A ;
5A ist
eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Anordnung der Abbildungseinrichtung
aus 1; 5A is a schematic representation of another preferred embodiment of the inventive arrangement of the imaging device 1 ;
5B ist
eine schematische Darstellung der Auslenkungs-Spannungs-Kennlinie
der Manipulation der manipulierten Komponente der Anordnung aus 5A; 5B Figure 12 is a schematic representation of the displacement-voltage characteristic of the manipulation of the manipulated component of the device 5A ;
5C ist
eine schematische Darstellung von Kraft-Auslenkungs-Kennlinien der
Anordnung aus 5A; 5C is a schematic representation of force-deflection characteristics of the arrangement 5A ;
6 ist
eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Anordnung der Abbildungseinrichtung
aus 1; 6 is a schematic representation of another preferred embodiment of the inventive arrangement of the imaging device 1 ;
7 ist
eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Anordnung der Abbildungseinrichtung
aus 1; 7 is a schematic representation of another preferred embodiment of the inventive arrangement of the imaging device 1 ;
8A ist
eine verallgemeinerte schematische Darstellung eines Teils einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Anordnung der Abbildungseinrichtung aus 1; 8A is a generalized schematic representation of part of a further preferred embodiment of the inventive arrangement of the imaging device 1 ;
8B ist
eine schematische Darstellung der Auslenkungs-Spannungs-Kennlinie
der Manipulation der manipulierten Komponente der Anordnung aus 8A; 8B Figure 12 is a schematic representation of the displacement-voltage characteristic of the manipulation of the manipulated component of the device 8A ;
8C ist
eine schematische Darstellung von Kraft-Auslenkungs-Kennlinien der
Anordnung aus 8A; 8C is a schematic representation of force-deflection characteristics of the arrangement 8A ;
9A ist
eine schematische Darstellung eines Teils einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Anordnung der Abbildungseinrichtung aus 1; 9A is a schematic representation of part of a further preferred embodiment of the inventive arrangement of the imaging device 1 ;
9B ist
eine schematische Darstellung eines Teils einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Anordnung der Abbildungseinrichtung aus 1; 9B is a schematic representation of part of a further preferred embodiment of the inventive arrangement of the imaging device 1 ;
10 ist
eine schematische Darstellung eines Teils einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Anordnung der Abbildungseinrichtung aus 1; 10 is a schematic representation of part of a further preferred embodiment of the inventive arrangement of the imaging device 1 ;
11 ist
ein schematischer Teilschnitt durch die Anordnung aus 10 entlang
Linie XI-XI; 11 is a schematic partial section through the arrangement 10 along line XI-XI;
12 ist
eine schematische Darstellung eines Teils einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Anordnung der Abbildungseinrichtung aus 1; 12 is a schematic representation of part of a further preferred embodiment of the inventive arrangement of the imaging device 1 ;
13 ist
eine schematische Darstellung eines Teils einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Anordnung der Abbildungseinrichtung aus 1; 13 is a schematic representation of part of a further preferred embodiment of the inventive arrangement of the imaging device 1 ;
14 ist
ein schematischer Teilschnitt durch die Anordnung aus 13 entlang
Linie XIV-XIV. 14 is a schematic partial section through the arrangement 13 along line XIV-XIV.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION
THE INVENTION
Erstes AusführungsbeispielFirst embodiment
Unter
Bezugnahme auf die 1 bis 2H wird
im Folgenden eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Anordnung beschrieben, welche in einer erfindungsgemäßen
optischen Abbildungseinrichtung für die Mikrolithographie
zum Einsatz kommt.With reference to the 1 to 2H In the following, a preferred embodiment of the arrangement according to the invention is described which is used in an optical imaging device according to the invention for microlithography.
1 zeigt
eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen optischen Abbildungseinrichtung
in Form einer Mikrolithographieeinrichtung 101, die mit
Licht im UV-Bereich mit einer Wellenlänge von 193 nm arbeitet. 1 shows a schematic representation of a preferred embodiment of the optical imaging device according to the invention in the form of a microlithography device 101 , which works with light in the UV range with a wavelength of 193 nm.
Die
Mikrolithographieeinrichtung 101 umfasst ein Beleuchtungssystem 102,
eine Maskeneinrichtung in Form eines Maskentisches 103,
ein optisches Projektionssystem in Form eines Objektivs 104 mit
einer optischen Achse 104.1 und eine Substrateinrichtung
in Form eines Wafertischs 105. Das Beleuchtungssystem 102 beleuchtet
eine auf dem Maskentisch 103 angeordnete Maske 103.1 mit
einem – nicht näher dargestellten – Projektionslichtbündel
der Wellenlänge 193 nm. Auf der Maske 103.1 befindet
sich ein Projektionsmuster, welches mit dem Projektionslichtbündel über
die im Objektiv 104 angeordneten optischen Elemente auf
ein Substrat in Form eines Wafers 105.1 projiziert wird,
der auf dem Wafertisch 105 angeordnet ist.The microlithography device 101 includes a lighting system 102 , a mask device in the form of a mask table 103 , an optical projection system in the form of a lens 104 with an optical axis 104.1 and a substrate means in the form of a wafer table 105 , The lighting system 102 one lights up on the mask table 103 arranged mask 103.1 with a - not shown - projection light beam of wavelength 193 nm. On the mask 103.1 There is a projection pattern, which with the projection light bundle on the in the lens 104 arranged optical elements on a substrate in the form of a wafer 105.1 projected on the wafer table 105 is arranged.
Das
Beleuchtungssystem 102 umfasst neben einer – nicht
dargestellten – Lichtquelle eine erste Gruppe 106 von
optisch wirksamen Komponenten, die unter anderem ein optisches Element 106.1 umfasst.
Wegen der Arbeitswellenlänge von 193 nm handelt es sich
bei dem optischen Element 106.1 um ein refraktives optisches
Element, also eine Linse oder dergleichen.The lighting system 102 includes next to a - not shown - light source a first group 106 of optically active components, including an optical element 106.1 includes. Because of the working wavelength of 193 nm, it is the optical element 106.1 a refractive optical element, ie a lens or the like.
Das
Objektiv 104 umfasst eine zweite Gruppe 107 von
optisch wirksamen Komponenten, die unter anderem eine Reihe von
optischen Elementen, beispielsweise das optische Element 107.1,
und eine Blendeneinrichtung 107.2 umfasst. Die optisch
wirksamen Komponenten der zweiten Gruppe 107 werden im
Gehäuse 104.2 des Objektivs 104 gehalten.
Wegen der Arbeitswellenlänge von 193 nm handelt es sich
bei dem optischen Element 107.1 um ein refraktives optisches
Element, also eine Linse oder dergleichen. Es versteht sich jedoch,
dass bei anderen Varianten der Erfindung auch beliebige andere optische
Elemente, beispielsweise reflektive oder diffraktive optische Elemente
zum Einsatz kommen können. Ebenso können natürlich
auch beliebige Kombinationen solcher optischer Elemente zum Einsatz
kommen.The objective 104 includes a second group 107 of optically active components which, inter alia, a number of optical elements, such as the optical element 107.1 , and a diaphragm device 107.2 includes. The optically active components of the second group 107 be in the case 104.2 of the lens 104 held. Because of the working wavelength of 193 nm, it is the optical element 107.1 a refractive optical element, ie a lens or the like. It is understood, however, that in other variants of the invention, any other optical elements, such as reflective or diffractive optical elements can be used. Likewise, of course, any combination of such optical elements can be used.
Die 2A zeigt
eine verallgemeinerte und stark schematisierte Ansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung 108,
mit der eine erste Komponente der Abbildungseinrichtung 101,
hier die Linse 107.1, hinsichtlich ihrer Position manipuliert
werden kann.The 2A shows a generalized and highly schematic view of an arrangement according to the invention 108 , with which a first component of the imaging device 101 , here the lens 107.1 , can be manipulated in terms of their position.
Die
Anordnung 108 umfasst hierzu eine Manipulationseinrichtung 109 mit
einem Manipulationselement 109.1 und einer damit verbundenen
Steuereinrichtung 109.2. Das Manipulationselement 109.1 ist
dabei mechanisch zum einen mit der Linse 107.1 und zum
anderen mit einer zweiten Komponente 110 in Form einer ersten
Halteeinrichtung der Abbildungseinrichtung 101 verbunden.
Die Halteeinrichtung 110 ist wiederum mit dem Gehäuse 104.2 des
Objektivs 104 verbunden.The order 108 includes a manipulation device for this purpose 109 with a manipulation element 109.1 and an associated control device 109.2 , The manipulation element 109.1 is mechanically on the one hand with the lens 107.1 and secondly with a second component 110 in the form of a first holding device of the imaging device 101 connected. The holding device 110 is in turn with the case 104.2 of the lens 104 connected.
Das
Manipulationselement 109.1 ist ein elektroaktives Polymerelement
(EAP), welches von der Steuereinrichtung 109.2 mit einer
elektrischen Spannung U beaufschlagt werden kann, wodurch sich wenigstens eine
Dimension des Manipulationselements 109.1 ändert.
Die Mechanismen der durch das angelegte elektrische Feld bedingten Änderung
der Abmessungen eines solchen elektroaktiven Polymerelements sind
beispielsweise aus den eingangs genannten Veröffentlichungen
hinlänglich bekannt, so dass hierauf an dieser Stelle nicht
näher eingegangen werden soll.The manipulation element 109.1 is an electroactive polymer element (EAP), which is supplied by the control device 109.2 With an electrical voltage U can be applied, resulting in at least one dimension of the manipulation element 109.1 changes. The mechanisms of the change in the dimensions of such an electroactive polymer element caused by the applied electric field are well known, for example, from the publications cited at the outset, so that they will not be discussed further here.
Das
Manipulationselement 109.1 ist in 2A in
seinem Ausgangszustand ohne anliegende Spannung (d. h. U = 0) dargestellt.
Das Manipulationselement 109.1 ist so angeordnet, dass
es sich bei Anlegen einer Spannung U in einer in Richtung der Wirkachse 109.3 verlaufenden
Wirkrichtung gegenüber dem Ausgangszustand verlängert.The manipulation element 109.1 is in 2A in its initial state without voltage applied (ie U = 0) shown. The manipulation element 109.1 is arranged so that when applying a voltage U in one in the direction of the axis of action 109.3 extended effective direction compared to the initial state extended.
Das
Manipulationselement 109.1 wird in seinem Ausgangszustand
unter anderem durch die in Richtung der Wirkachse 109.3 wirkende
Gewichtskraft G der Linse 107.1 belastet, sodass das Manipulationselement 109.1 eine
elastische Dehnung in Richtung der Wirkachse 109.3 erfährt.
Dementsprechend übt das Manipulationselement 109.1 in
Richtung der Wirkachse 109.3 eine entgegen der Gewichtskraft
G gerichtete elastische Rückstellkraft F1 auf
die Linse 107.1 aus, wie dies 2A zu
entnehmen ist.The manipulation element 109.1 is in its initial state, inter alia, by the direction of the axis of action 109.3 acting weight G of the lens 107.1 loaded so that the manipulation element 109.1 an elastic strain in the direction of the axis of action 109.3 experiences. Accordingly, the manipulation element exercises 109.1 in the direction of the axis of action 109.3 a directed against the weight G elastic restoring force F 1 on the lens 107.1 out, like this 2A can be seen.
Bei
dem elektroaktiven Polymerelement (EAP) 109.1 kann es sich
beispielsweise um ein so genanntes elektrostriktives Polymerelement
handeln, bei dem sich die Polymerstruktur durch das angelegte elektrische Feld
verändert und so die Längenänderung bewirkt.
Ebenso kann es sich um ein so genanntes dielektrisches Elastomerelement
handeln, bei dem die Längenänderung mechanisch
durch die elektrostatischen Anziehungskräfte zweier Elektroden
bewirkt wird, zwischen denen das Polymer angeordnet ist. Gegebenenfalls
sind auch Kombinationen dieser Elementtypen möglich.In the electroactive polymer element (EAP) 109.1 it may be, for example, a so-called electrostrictive polymer element in which the polymer structure is changed by the applied electric field and thus causes the change in length. Likewise, it may be a so-called dielectric elastomer element, in which the change in length is effected mechanically by the electrostatic attraction forces of two electrodes, between which the polymer is arranged. Optionally, combinations of these types of elements are possible.
Die
Anordnung 108 umfasst weiterhin eine Einrichtung 111,
die einerseits ebenfalls mit der Linse 107.1 und andererseits
mit einer zweiten Halteeinrichtung 112 der Abbildungseinrichtung 101 verbunden
ist. Die zweite Halteeinrichtung 112 ist wiederum der mit
dem Gehäuse 104.2 des Objektivs 104 verbunden.
Die Einrichtung 111 übt in Richtung der Wirkachse 109.31 weitere
Kraft F2 auf die Linse 107.1 aus.The order 108 also includes a device 111 on the one hand also with the lens 107.1 and on the other hand with a second holding device 112 the imaging device 101 connected is. The second holding device 112 is in turn the one with the case 104.2 of the lens 104 connected. The device 111 exercises in the direction of the axis of action 109.31 further force F 2 on the lens 107.1 out.
Je
nach ihrer Gestaltung kann es sich bei der Einrichtung 111 um
eine Vorspanneinrichtung handeln, deren Kraft F2 in
Richtung der Gewichtskraft G wirkt und somit das Manipulationselement 109.1 zusätzlich
vorspannt (die in 2A dargestellte Kraft F2 hat dann einen positiven Betrag). Ebenso
kann es sich bei der Einrichtung 111 um eine Stützeinrichtung
handeln, deren Kraft F2 entgegen der Gewichtskraft
G wirkt und somit zumindest einen Teil der Gewichtskraft der Linse 107.1 kompensiert
und somit das Manipulationselement 109.1 entlastet (die
in 2A dargestellte Kraft F2 hat
dann einen negativen Betrag).Depending on their design, it may be in the device 111 to act a biasing device whose force F 2 acts in the direction of the weight G and thus the manipulation element 109.1 additionally pretensions (the in 2A shown force F 2 then has a positive amount). Similarly, it may be at the device 111 to act a support means whose force F 2 acts against the weight G and thus at least a part of the weight of the lens 107.1 compensates and thus the manipulation element 109.1 relieved (the in 2A shown force F 2 then has a negative amount).
In
jedem Fall ist die Einrichtung 111 so gestaltet, dass das
Manipulationselement 109.1 im Normalbetrieb der Abbildungseinrichtung 101 in
jedem Betriebszustand in Richtung der Wirkachse 109.3 mit
einer Zugspannung als mechanische Vorspannung beaufschlagt ist.
Es versteht sich jedoch, dass eine solche Einrichtung 111 bei
anderen Varianten der Erfindung auch fehlen kann. In diesem Fall
wird die mechanische Zugvorspannung des Manipulationselements dann
alleine durch die Gewichtskraft G der zu manipulierenden Komponente
erzielt.In any case, the device is 111 designed so that the manipulation element 109.1 in normal operation of the imaging device 101 in each operating state in the direction of the axis of action 109.3 is subjected to a tensile stress as a mechanical bias. It is understood, however, that such a device 111 may be absent in other variants of the invention. In this case, the mechanical tension bias of the manipulation element is then achieved solely by the weight G of the component to be manipulated.
Durch
die Zugspannung als mechanische Vorspannung wird das Manipulationselement 109.1 des
Manipulators 109 erfindungsgemäß nicht
unmittelbar dazu benutzt, die Manipulationskraft zum Manipulieren
der Linse 107.1 zu erzeugen, sondern es wird die jeweilige
elastische Rückstellkraft F1 des
Manipulationselements 109.1 als Gegenkraft für
die Stellkraft S genutzt, die sich entlang der Wirkachse 109.3 als
Resultierende der Gewichtskraft G der Linse 107.1 und der
Kraft F2 der Einrichtung 111 ergibt. S = G + F2. (1) Due to the tensile stress as a mechanical bias is the manipulation element 109.1 of the manipulator 109 not directly used according to the invention, the manipulation force for manipulating the lens 107.1 to produce, but it will be the respective elastic restoring force F 1 of the manipulation member 109.1 used as a counterforce for the force S, extending along the axis of action 109.3 as a resultant of the weight G of the lens 107.1 and the force F 2 of the device 111 results. S = G + F 2 , (1)
Die
resultierende Manipulationskraft FM, welche
die gewünschte Manipulation der Linse 107.1 entlang der
Wirkachse 109.3 bewirkt, ergibt sich dann aus der Rückstellkraft
F1 des Manipulationselements 109.1 und der
Stellkraft S zu: FM =
S – F1. (2) The resulting manipulation force F M which the desired manipulation of the lens 107.1 along the axis of action 109.3 causes, then results from the restoring force F 1 of the manipulation element 109.1 and the force S to: F M = S - F 1 , (2)
Mit
anderen Worten wird das Manipulationselement 109.1 erfindungsgemäß nicht
selbst zum Generieren der Manipulationskraft FM genutzt,
sondern dient vielmehr als Steuerelement für die Manipulationskraft FM, indem es über seine elastische
Rückstellkraft F1 die resultierende
Manipulationskraft FM beeinflusst.In other words, the manipulation element becomes 109.1 not used according to the invention for generating the manipulation force F M , but rather serves as a control element for the manipulation force F M , in that it influences the resulting manipulation force F M via its elastic restoring force F 1 .
Die
erfindungsgemäßen Lösung hat den Vorteil,
dass die als Zugkraft wirkende elastische Rückstellkraft
F1 des Manipulationselements 109.1 trotz
dessen geringer lateraler Steifigkeit eine genau definierte Wirkrichtung
aufweist, sodass eine Manipulation mit hoher Präzision
möglich ist.The solution according to the invention has the advantage that acting as a tensile elastic restoring force F 1 of the manipulation element 109.1 despite its low lateral stiffness has a well-defined effective direction, so that a manipulation with high precision is possible.
Im
statischen Zustand (Manipulationskraft FM =
0) ergibt sich das Kräftegleichgewicht aus den an der Linse 107.1 als
erster Komponente wirkenden Kräften jeweils zu: G = F1 – F2. (3) In the static state (manipulation force F M = 0), the balance of forces results from those at the lens 107.1 forces acting as the first component in each case: G = F 1 - F 2 , (3)
Im
Folgenden wird zunächst vereinfachend davon ausgegangen,
dass ohne angelegte elektrische Spannung U eine lineare Beziehung
zwischen einer an das jeweilige Manipulationselement angelegten
Zugkraft und der sich daraus ergebenden Längenänderung
des Manipulationselements besteht, das Manipulationselement sich
mithin also wie eine Feder mit einer Federkonstanten c1 verhält.
Eine solche lineare Beziehung beschreibt das Verhalten von elektroaktiven
Polymeren nur annäherungsweise, für die Zwecke
der vorliegenden Beschreibung reicht dies jedoch aus.In the following, it will initially be simplified assuming that without an applied electrical voltage U there is a linear relationship between a tensile force applied to the respective manipulation element and the resulting change in length of the manipulation element, ie the manipulation element behaves like a spring with a spring constant c 1 . Such a linear relationship only approximates the behavior of electroactive polymers, but for purposes of the present description this is sufficient.
Im
Ausgangszustand (U = 0) gilt dabei mit der Federkonstanten c1 des Manipulationselements 109.1, der
aus der elastischen Dehnung resultierenden statischen Längenänderung Δs0 des Manipulationselements 109.1 und
der Kraft F2(Δs0)
der Einrichtung 111: G =
c1·Δs0 – F2(Δs0). (4) In the initial state (U = 0), the spring constant c 1 of the manipulation element applies 109.1 , resulting from the elastic strain static change in length Δs 0 of the manipulation element 109.1 and the force F 2 (Δs 0 ) of the device 111 : G = c 1 · .DELTA.s 0 - F 2 (.DELTA.s 0 ). (4)
In
einem weiteren Betriebszustand legt die Steuereinrichtung 109.2 an
das Manipulationselement 109.1 eine Spannung U ≠ 0
an, sodass eine weitere Auslenkung Δs des Manipulationselements 109.1 erzielt wird.
Hierbei verändert sich die Federkonstante des Manipulationselements 109.1 und
damit die aus seiner Dehnung resultierende Rückstellkraft,
was hier durch einen Korrekturwert K berücksichtigt werden
soll. Für die Rückstellkraft gilt hierbei F1 = c1·(Δs0 + Δs) – K. (5) In a further operating state, the control device sets 109.2 to the manipulation element 109.1 a voltage U ≠ 0, so that a further deflection Δs of the manipulation element 109.1 is achieved. Here, the spring constant of the manipulation element changes 109.1 and thus the restoring force resulting from its expansion, which should be taken into account here by a correction value K. For the restoring force applies here F 1 = c 1 · (.DELTA.s 0 + Δs) - K. (5)
Dabei
berechnet sich der Korrekturwert K zu: K
= V(s)·U, (6)wobei
V(s) die für das jeweilige Manipulationselement bekannte
bzw. einfach ermittelbare, von der aktuellen Länge s des
Manipulationselements abhängige Empfindlichkeit des Manipulationselements 109.1 (in
NN) und U die angelegte Spannung (in V) bezeichnet.The correction value K is calculated as follows: K = V (s) * U, (6) where V (s) is the sensitivity of the manipulation element that is known or easily determinable for the respective manipulation element and is dependent on the current length s of the manipulation element 109.1 (in NN) and U denotes the applied voltage (in V).
Weiterhin
ergibt sich zum einen aufgrund der anliegenden Spannung U eine Längenänderung ΔIU1 des Manipulationselements 109.1.
Zum anderen ergibt sich wiederum eine aus der Belastung resultierende
elastische Längenänderung ΔIF1 des
Manipulationselements 109.1, wobei für die Gesamtauslenkung
s des Manipulationselements 109.1 gilt: s = ΔlU1 + ΔlF1 = Δs0 + Δs. (7) Furthermore, on the one hand, due to the applied voltage U, there is a change in length ΔI U1 of the manipulation element 109.1 , On the other hand, in turn results in a load resulting from the elastic elastic change ΔI F1 of the manipulation element 109.1 , wherein for the total deflection s of the manipulation element 109.1 applies: s = Δl U1 + Δl F1 = Δs 0 + Δs. (7)
Aus
dem Kräftegleichgewicht im statischen Zustand ergibt sich
dann mit der Kraft F2(Δs0 + Δs) der Einrichtung 111 wiederum: G = c1·(Δs0 + Δs) – K – F2(Δs0 + Δs). (8) From the equilibrium of forces in the static state then results with the force F 2 (Δs 0 + Δs) of the device 111 in turn: G = c 1 · (.DELTA.s 0 + Δs) - K - F 2 (.DELTA.s 0 + Δs). (8th)
Setzt
man die Gleichung (8) nunmehr in die Gleichung (4) ein und löst
diese nach der Längenänderung Δs auf,
so erhält man: wobei ΔF2(Δs) die aus der Längenänderung Δs
resultierende Änderung der Kraft der Einrichtung 111 ist,
d. h. ΔF2(Δs) = F2(Δs0 + Δs) – F2(Δs0).
Hieraus ergibt sich wiederum Substituting the equation (8) now in the equation (4) and solves this after the change in length Δs, we obtain: wherein .DELTA.F 2 (.DELTA.s) resulting from the change in length .DELTA.s change in the power of the device 111 is, ie, ΔF 2 (Δs) = F 2 (Δs 0 + Δs) - F 2 (Δs 0 ). This in turn results
Mit
anderen Worten lässt sich also in Abhängigkeit
von der Charakteristik der Kraft F2 und
der Empfindlichkeit V(s) für eine vorgegebene Auslenkung Δs
eine erforderliche an das Manipulationselement 109.1 anzulegende
Spannung U ermitteln, mit der das Kräftegleichgewicht hergestellt
werden kann.In other words, depending on the characteristic of the force F 2 and the sensitivity V (s) for a given deflection .DELTA.s, a required force is applied to the manipulation element 109.1 determine voltage U to be applied, with which the balance of power can be established.
Um
eine genau definierte Manipulation der Komponente 107.1 zu
erzielen, kann eine mit der Steuereinrichtung 109.2 verbundene
Erfassungseinrichtung 109.4 vorgesehen sein, welche die
tatsächliche Manipulation der Komponente 107.1 erfasst
und ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung 109.2 liefert,
welches diese Information dann bei der Ansteuerung des Manipulationselements 109.1 nutzt.To a well-defined manipulation of the component 107.1 To achieve, one can use the control device 109.2 connected detection device 109.4 be provided, which is the actual manipulation of the component 107.1 detected and a corresponding signal to the controller 109.2 supplies, which this information then in the control of the manipulation element 109.1 uses.
Weiterhin
kann vorgesehen sein, dass die Einrichtung 111 eine steuerbare
Charakteristik der Kraft F2 aufweist. Um
diese Charakteristik der Kraft F2 zu steuern,
kann die Einrichtung 111 ebenfalls mit der Steuereinrichtung 109.2 verbunden
sein.Furthermore, it can be provided that the device 111 has a controllable characteristic of the force F 2 . To control this characteristic of the force F 2 , the device can 111 also with the control device 109.2 be connected.
Die 2B zeigt
für einen Fall mit einer als Vorspanneinrichtung wirkenden
mechanischen Federeinrichtung 111 (die in 2A dargestellte
Kraft F2 hat dann einen positiven Betrag)
in Form der Charakteristik 113 schematisch den Zusammenhang
zwischen der Spannung U, welche die Steuereinrichtung 109.2 an
das Manipulationselement 109.1 anlegt, und der Auslenkung Δs
des Manipulationselements 109.1 und damit der Linse 107.1.The 2 B shows for a case with acting as a biasing device mechanical spring means 111 (in the 2A shown force F 2 then has a positive amount) in the form of the characteristic 113 schematically the relationship between the voltage U, which the control device 109.2 to the manipulation element 109.1 applies, and the deflection Δs of the manipulation element 109.1 and with it the lens 107.1 ,
Die 2C zeigt
für diesen Fall den Zusammenhang zwischen der elastischen
Rückstellkraft F1 bzw. der Stellkraft
S = G + F2 und der Auslenkung s des Manipulationselements 109.1.
Dabei ist in 2C die jeweilige Rückstellkraft
F1 für drei unterschiedliche elektrische
Spannungen U dargestellt, nämlich die Rückstellkraft
F1(U = 0) für eine Spannung U =
0 (durchgezogene Linie), die Rückstellkraft F1(U1) für eine Spannung U1 > 0 (strichpunktierte
Linie) und die Rückstellkraft F1(U2) für eine Spannung U2 > U1 (strichzweipunktierte
Linie).The 2C shows for this case the relationship between the elastic restoring force F 1 and the actuating force S = G + F 2 and the deflection s of the manipulation element 109.1 , It is in 2C the respective restoring force F 1 for three different electrical voltages U shown, namely the restoring force F 1 (U = 0) for a voltage U = 0 (solid line), the restoring force F 1 (U 1 ) for a voltage U 1 > 0 ( dot-dash line) and the restoring force F 1 (U 2 ) for a voltage U 2 > U 1 (two-dot chain line).
Wie
der 2C zu entnehmen ist, besitzt die als Vorspanneinrichtung
wirkende Einrichtung 111 (ähnlich dem Manipulationselement 109.1)
die Charakteristik F2 einer einfachen elastischen
Feder mit einer Federkonstante c2, wobei
die Federkraft F2 mit zunehmender Auslenkung
s sinkt, mithin also gilt: F2(Δs0 + Δs)
= F2(0) – c2·(Δs0 + Δs), (11)wobei F2(0) die Vorspannkraft der Einrichtung 111 im
unbelasteten Zustand des Manipulationselements 109.1 (Auslenkung
s = 0) bezeichnet, bzw.: ΔF2(Δs) = –c2·Δs, (12) Again 2C can be seen, has acting as a biasing device 111 (similar to the manipulation element 109.1 ) the characteristic F 2 of a simple elastic spring with a spring constant c 2 , wherein the spring force F 2 decreases with increasing deflection s, thus therefore: F 2 (.DELTA.s 0 + Δs) = F 2 (0) - c 2 · (.DELTA.s 0 + Δ s ), (11) where F 2 (0) is the biasing force of the device 111 in the unloaded state of the manipulation element 109.1 (Deflection s = 0), respectively: .DELTA.F 2 (Δs) = -c 2 · Δs, (12)
Für
die Auslenkung Δs ergibt sich dann aus der Gleichung (9)
und (12): For the deflection .DELTA.s then results from the equation (9) and (12):
Auf
der rechten Seite des Schnittpunkts P(U = 0) zwischen der Charakteristik
der Stellkraft S und der Charakteristik der Rückstellkraft
F1(U = 0) bei der elektrischen Spannung
U = 0 befindet sich der Betriebsbereich B der Anordnung 108.
Hier liegen auf der Charakteristik der Stellkraft S die Betriebspunkte,
in denen die Anordnung 108 zur Manipulation der Linse 107.1 betrieben
werden kann. Wie der 2C zu entnehmen ist, lässt
sich in diesem Betriebsbereich B für jeden Betriebspunkt
P(U) der Stellkraft S mit einer Auslenkung s = Δs0 + Δs eine Charakteristik der Rückstellkraft
F1(U) der Manipulationseinrichtung 109.1 bei
einer elektrischen Spannung U ≠ 0 ermitteln, welche die
Charakteristik der Stellkraft S in diesem Betriebspunkt schneidet,
sodass Kräftegleichgewicht S = F1(U)
herrscht. In 2C ist dies am Beispiel der
Betriebspunkte P(U1) für die elektrische
Spannung U1 und P(U2)
für die elektrische Spannung U2 dargestellt.On the right side of the point of intersection P (U = 0) between the characteristic of the actuating force S and the characteristic of the restoring force F 1 (U = 0) at the electrical voltage U = 0 is the operating range B of the arrangement 108 , Here lie on the characteristic of the force S, the operating points in which the arrangement 108 for manipulation of the lens 107.1 can be operated. Again 2C can be seen, can be in this operating range B for each operating point P (U) of the actuating force S with a deflection s = Δs 0 + Δs a characteristic of the restoring force F 1 (U) of the manipulation device 109.1 determine at an electrical voltage U ≠ 0, which intersects the characteristic of the force S in this operating point, so that equilibrium of forces S = F 1 (U) prevails. In 2C this is illustrated by the example of the operating points P (U 1 ) for the electrical voltage U 1 and P (U 2 ) for the electrical voltage U 2 .
Es
versteht sich in diesem Zusammenhang, dass die Anordnung des Manipulationselements 109.1 bei anderen
Varianten der Erfindung nichtzwingend so sein muss, dass die Richtung
seiner Wirkachse 109.3 mit der Richtung der auf die erste
Komponente 107.1 wirkenden Gravitationskraft G und/oder
der Richtung der Kraft F2 der Einrichtung 111 zusammenfallen
muss. Vielmehr können diese Richtungen jeweils auch beliebig zueinander
orientiert sein. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn
zwischen das Manipulationselement 109.1 und das eigentlich
zu manipulierende Element ein entsprechendes Getriebe geschaltet
ist. Ebenso ist es nicht zwingend, dass die Wirkachse 109.3 wie
im gezeigten Beispiel parallel zur optischen Achse 104.1 des
Objektivs 104 verläuft. Vielmehr kann auch eine
beliebige andere Orientierung der Wirkachse 109.3 bezüglich
der optischen Achse 104.1 des Objektivs 104 vorgesehen
sein.It is understood in this context that the arrangement of the manipulation element 109.1 in other variants of the invention, it is not necessary for it to be so that the direction of its axis of action 109.3 with the direction of the first component 107.1 acting gravitational force G and / or the direction of the force F 2 of the device 111 must coincide. Rather, these directions can each be oriented to each other as desired. This may be the case, in particular, if between the manipulation element 109.1 and the element actually to be manipulated is connected to a corresponding transmission. Likewise, it is not mandatory that the axis of action 109.3 as in the example shown, parallel to the optical axis 104.1 of the lens 104 runs. Rather, also any other orientation of the axis of action 109.3 with respect to the optical axis 104.1 of the lens 104 be provided.
2D zeigt
ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Abbildungsverfahrens, welches
mit der Abbildungseinrichtung 101 durchgeführt
wird und bei dem eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens
zum aktiven Manipulieren einer Komponente der Abbildungseinrichtung 101 zur
Anwendung kommt. 2D shows a flow diagram of a preferred embodiment of the imaging method according to the invention, which with the imaging device 101 and in which a preferred embodiment of the method for actively manipulating a component of the imaging device 101 is used.
Zunächst
wird in einem Schritt 114.1 der Verfahrensablauf des Mikrolithographieverfahrens
gestartet. In einem Schritt 114.2 wird dann die Mikrolithographieeinrichtung 101 aus 1 zur
Verfügung gestellt.First, in one step 114.1 started the procedure of the microlithography process. In one step 114.2 then becomes the microlithography device 101 out 1 made available.
In
einem Abbildungsschritt 114.3 erfolgt zunächst
in einem Schritt 114.4 gemäß bestimmten
Vorgaben eine Manipulation der Komponente 107.1. Hierzu
beaufschlagt die Steuereinrichtung 109.2, wie oben beschrieben,
das Manipulationselement 109.1 mit einer entsprechenden
Spannung U, um so die gewünschte Manipulation der Komponente 107.1 zu
erzielen.In a picture step 114.3 takes place first in one step 114.4 according to certain specifications, a manipulation of the component 107.1 , For this purpose, the control device acts on 109.2 as described above, the manipulation element 109.1 with a corresponding voltage U, so as to achieve the desired manipulation of the component 107.1 to achieve.
In
einem weiteren Schritt 114.5 wird dann das Substrat 105.1 positioniert
und belichtet. Nachfolgend wird in einem Schritt 114.6 überprüft,
ob noch ein weiterer Abbildungsschritt durchzuführen ist.
Ist dies nicht der Fall, wird der Verfahrensablauf in dem Schritt 114.7 beendet.
Andernfalls wird zurück zu dem Schritt 114.3 gesprungen.In a further step 114.5 then becomes the substrate 105.1 positioned and exposed. The following will be in one step 114.6 checks whether another imaging step is yet to be performed. If this is not the case, the procedure in the step 114.7 completed. Otherwise it will go back to the step 114.3 jumped.
Es
versteht sich hierbei, dass in dem Abbildungsschritt 114.3 eine
kontinuierliche Regelung der Manipulation der Komponente 107.1 parallel
zur Positionierung und Belichtung des Substrats 105.1 erfolgen
kann, mithin also während der Regelung der Manipulation
der Komponente 107.1 und der Position des Substrats 105.1 ständig
eine Belichtung erfolgt. Die Schritte 114.4 und 114.5 können
somit gleichzeitig ablaufen.It is understood that in the imaging step 114.3 a continuous regulation of the manipulation of the component 107.1 parallel to the positioning and exposure of the substrate 105.1 can take place, thus during the regulation of the manipulation of the component 107.1 and the position of the substrate 105.1 constantly an exposure takes place. The steps 114.4 and 114.5 can thus run simultaneously.
Die 2E zeigt
eine stärker konkretisierte schematische Darstellung der
erfindungsgemäßen Anordnung 108 in ihrem
Ausgangszustand. Wie 2E zu entnehmen ist, umfasst
die Manipulationseinrichtung 109 drei gleichmäßig
außen am Umfang der Linse 107.1 verteilte, identisch
aufgebaute Manipulationselemente 109.1. Über die
Manipulationselemente 109.1 ist die Linse 107.1 an
einem Haltering 110 aufgehängt, der wiederum mit
dem (nicht dargestellten) Gehäuse 104.2 des Objektivs 104 verbunden
ist.The 2E shows a more detailed schematic representation of the arrangement according to the invention 108 in their initial state. As 2E can be seen, includes the manipulation device 109 three evenly outside the circumference of the lens 107.1 Distributed, identically structured manipulation elements 109.1 , About the manipulation elements 109.1 is the lens 107.1 on a retaining ring 110 suspended, in turn, with the (not shown) housing 104.2 of the lens 104 connected is.
Es
versteht sich hierbei, dass bei anderen Varianten der Erfindung
auch vorgesehen sein kann, dass die Manipulationselemente nicht
gleichmäßig am Umfang des optischen Elements angeordnet
sind und/oder nicht identisch aufgebaut sind. Ebenso kann natürlich
auch eine andere Anzahl von Manipulationselementen vorgesehen sein.It
It should be understood that in other variants of the invention
It can also be provided that the manipulation elements are not
evenly arranged on the circumference of the optical element
are and / or not constructed identically. Likewise, of course
Also be provided a different number of manipulation elements.
Die
Einrichtung 111 ist in diesem Beispiel als Stützeinrichtung
ausgebildet und umfasst ebenfalls drei identisch aufgebaute elastische
Federanordnungen 111.1. Jeweils eine der Federanordnungen 111.1 ist
einem der Manipulationselemente 109.1 zugeordnet und kinematisch
parallel zu diesem angeordnet. Die Federanordnungen 111.1 sind
so angeordnet und ausgebildet, dass ihre Wirkachsen 111.2 im
Wesentlichen kollinear zur Wirkachse 109.3 des jeweiligen
Manipulationselements 109.1 verläuft. Hierdurch
wird zum einen eine besonders kompakte Anordnung erzielt, die wenig
Bauraum einnimmt. Zum anderen kann man ihr mit eine Anordnung realisieren,
bei der die Kräfte an der Linse 107.1 nach Art
einer vorteilhaften Dreipunktlagerung an drei definierten Punkten
angreifen.The device 111 is formed in this example as a support means and also includes three identically constructed elastic spring assemblies 111.1 , Each one of the spring arrangements 111.1 is one of the manipulation elements 109.1 assigned and arranged kinematically parallel to this. The spring arrangements 111.1 are arranged and designed so that their axes of action 111.2 essentially collinear to the axis of action 109.3 of the respective manipulation element 109.1 runs. As a result, on the one hand a particularly compact arrangement is achieved, which occupies little space. On the other hand, you can realize it with an arrangement in which the forces on the lens 107.1 attack in the manner of an advantageous three-point storage at three defined points.
Die
Federanordnungen 111.1 sind so ausgelegt, dass sie in dem
in 2E dargestellten Ausgangszustand (U = 0) einen
Teil der Gewichtskraft G der Linse 107.1 kompensieren.
Hierzu sind die Federanordnungen 111.1 gegenüber
ihrem lastfreien Zustand jeweils um den Betrag Δs0 ausgelenkt, sodass jede Federanordnung 111.1 eine
Teilstützkraft in Form einer elastischen Rückstellkraft F2i(Δs0) = –c2·Δs0. (14)auf
die Linse 107.1 ausübt.The spring arrangements 111.1 are designed to be in the in 2E illustrated initial state (U = 0) a part of the weight G of the lens 107.1 compensate. These are the spring arrangements 111.1 each deflected relative to their load-free state by the amount Δs 0 , so that each spring assembly 111.1 a partial support force in the form of an elastic restoring force F 2i (.DELTA.s 0 ) = -C 2 · .DELTA.s 0 , (14) on the lens 107.1 exercises.
Der übrige
Teil der Gewichtskraft G der Linse 107.1 wird durch die
aus einer elastischen Deformation der Manipulationselemente 109.1 resultierende
Rückstellkraft F1 aufgenommen,
sodass die Manipulationselemente 109.1 in dem Ausgangszustand
(U = 0) jeweils mit einer Zugspannung als mechanische Vorspannung beaufschlagt
sind. Dabei übt jedes Manipulationselement 109.1 eine
Rückstellkraft F1i(Δs0) = –c1·ΔlF1(Δs0). (15)auf die
Linse 107.1 aus.The remaining part of the weight G of the lens 107.1 is characterized by from an elastic deformation of the manipulation elements 109.1 resulting restoring force F 1 recorded so that the manipulation elements 109.1 in the initial state (U = 0) are each subjected to a tensile stress as mechanical bias. It exercises every manipulation element 109.1 a restoring force F 1i (.DELTA.s 0 ) = -C 1 · .DELTA.l F1 (.DELTA.s 0 ). (15) on the lens 107.1 out.
Die
Steuereinrichtung 109.2 ist mit den Manipulationselementen 109.1 verbunden
und kann diese jeweils mit einer vorgegebenen Spannung U beaufschlagen.
Ist dies der Fall, erfährt das jeweilige die Manipulationselement 109.1 in
Abhängigkeit von der jeweils angelegten Spannung U eine
Längenänderung ΔIU1,
sodass es zu einer Verschiebung der Linse 107.1 kommt.
Hiermit ist eine Manipulation der Position der Linse 107.1 mit
drei Freiheitsgraden (Translation entlang der z-Achse, Rotation
um die x- und y-Achse) möglich.The control device 109.2 is with the manipulation elements 109.1 connected and can each apply a predetermined voltage U. If this is the case, the respective learns the manipulation element 109.1 as a function of the respectively applied voltage U a change in length .DELTA.I U1 , so that there is a shift of the lens 107.1 comes. This is a manipulation of the position of the lens 107.1 with three degrees of freedom (translation along the z-axis, rotation about the x- and y-axis) possible.
Die 2F zeigt
die Anordnung 108 in einem weiteren Betriebszustand, in
dem die Linse 107.1 gegenüber dem in 2E gezeigten
Ausgangszustand (U = 0, s = Δs0)
um den Betrag Δs abgesenkt ist.The 2F shows the arrangement 108 in another operating state, in which the lens 107.1 opposite to the 2E shown output state (U = 0, s = Δs 0 ) is lowered by the amount Δs.
Die 2G zeigt
für die Anordnung 108 aus 2E in
Form der Charakteristik 113 schematisch den Zusammenhang
zwischen der Spannung U, welche die Steuereinrichtung 109.2 an
das jeweilige Manipulationselement 109.1 anlegt, und der
Auslenkung Δs des Manipulationselements 109.1 und
damit der Linse 107.1.The 2G shows for the arrangement 108 out 2E in the form of the characteristic 113 schematically the relationship between the voltage U, which the control device 109.2 to the respective manipulation element 109.1 applies, and the deflection Δs of the manipulation element 109.1 and with it the lens 107.1 ,
Die 2H zeigt
für diesen Fall den Zusammenhang zwischen der Summe F1 = ΣF1i der
elastischen Rückstellkräfte F1i der
Manipulationselemente 109.1 bzw. der Stellkraft S = G +
F2 = G + ΣF2i und
der Auslenkung s. Dabei ist in 2H die
jeweilige Rückstellkraft F1 für
drei unterschiedliche elektrische Spannungen U dargestellt, nämlich
die Rückstellkraft F1(U = 0) für
eine Spannung U = 0 (durchgezogene Linie), die Rückstellkraft
F1(U1) für
eine Spannung U1 > 0 (strichpunktierte Linie) und die Rückstellkraft
F1(U2) für
eine Spannung U2 > U1 (strichzweipunktierte
Linie).The 2H shows for this case the relationship between the sum F 1 = ΣF 1i of the elastic restoring forces F 1i of the manipulation elements 109.1 or the force S = G + F 2 = G + ΣF 2i and the deflection s. It is in 2H the respective restoring force F 1 for three different electrical voltages U shown, namely the restoring force F 1 (U = 0) for a voltage U = 0 (solid line), the restoring force F 1 (U 1 ) for a voltage U 1 > 0 ( dot-dash line) and the restoring force F 1 (U 2 ) for a voltage U 2 > U 1 (two-dot chain line).
Wie
der 2H zu entnehmen ist, besitzt die als Stützeinrichtung
wirkende Einrichtung 111 (ähnlich dem Manipulationselement 109.1)
die Charakteristik ΣF2i einer einfachen
elastischen Feder mit einer Federkonstante Σc2i,
wobei der Betrag der Federkraft ΣF2i mit
zunehmender Auslenkung s steigt, sodass bei einer bestimmten Auslenkung
die Gewichtskraft G der Linse 107 vollständig
kompensiert wird (S = 0). Es gilt also auch hier entsprechend Gleichung
(11): ΣF2i(Δs0 + Δs) = ΣF2i(0) – Σc2i·(Δs0 + Δs), (16)wobei ΣF2i(0) die Vorspannkraft der Einrichtung 111 im
unbelasteten Zustand des Manipulationselements 109.1 (Auslenkung
s = 0) bezeichnet (und in der Regel ebenfalls einen negativen Wert
aufweist), bzw. entsprechend Gleichung (12): ΔΣF2(Δs)= –Σc2·Δs, (17) Again 2H can be seen, has the acting as a support device 111 (similar to the manipulation element 109.1 ) the characteristic ΣF 2i of a simple elastic spring with a spring constant Σc 2i , wherein the amount of the spring force ΣF 2i increases with increasing deflection s, so that at a certain deflection the weight G of the lens 107 is completely compensated (S = 0). It is therefore also here according to equation (11): ΣF 2i (.DELTA.s 0 + Δs) = ΣF 2i (0) - Σc 2i · (.DELTA.s 0 + Δ s (16) where ΣF 2i (0) is the biasing force of the device 111 in the unloaded state of the manipulation element 109.1 (Deflection s = 0) (and usually also has a negative value), or according to equation (12): ΔΣF 2 (Δs) = -Σc 2 · Δs, (17)
Für
die Auslenkung Δs ergibt sich dann aus der Gleichung (9)
und (17): For the deflection .DELTA.s then results from the equation (9) and (17):
Auf
der rechten Seite des Schnittpunkts P(U = 0) zwischen der Charakteristik
der Stellkraft S und der Charakteristik der Rückstellkraft
F1(U = 0) bei der elektrischen Spannung
U = 0 befindet sich wiederum der Betriebsbereich B der Anordnung 108.
Hier liegen auf der Charakteristik der Stellkraft S die Betriebspunkte,
in denen die Anordnung 108 zur Manipulation der Linse 107.1 betrieben
werden kann. Wie der 2H zu entnehmen ist, lässt
sich in diesem Betriebsbereich B für jeden Betriebspunkt
P(U) der Stellkraft S mit einer Auslenkung s = Δs0 + Δs eine Charakteristik der Rückstellkraft
F1(U) der Manipulationseinrichtung 109.1 bei
einer elektrischen Spannung U ≠ 0 ermitteln, welche die
Charakteristik der Stellkraft S in diesem Betriebspunkt schneidet,
sodass Kräftegleichgewicht S = F1(U)
herrscht. In 2H ist dies am Beispiel der
Betriebspunkte P(U1) für die elektrische
Spannung U1 und P(U2)
für die elektrische Spannung U2 dargestellt.On the right side of the point of intersection P (U = 0) between the characteristic of the actuating force S and the characteristic of the restoring force F 1 (U = 0) at the electrical voltage U = 0 is again the operating range B of the arrangement 108 , Here lie on the characteristic of the force S, the operating points in which the arrangement 108 for manipulation of the lens 107.1 can be operated. Again 2H can be seen, can be in this operating range B for each operating point P (U) of the actuating force S with a deflection s = Δs 0 + Δs a characteristic of the restoring force F 1 (U) of the manipulation device 109.1 determine at an electrical voltage U ≠ 0, which intersects the characteristic of the force S in this operating point, so that equilibrium of forces S = F 1 (U) prevails. In 2H this is illustrated by the example of the operating points P (U 1 ) for the electrical voltage U 1 and P (U 2 ) for the electrical voltage U 2 .
Die
Steuereinrichtung 109.2 steuert die Manipulationselemente 109.1 gemäß entsprechenden
Vorgaben, beispielsweise zur Korrektur von erfassten Abbildungsfehlern
des Objektivs 104 an. Dabei verwendet die Steuereinrichtung 109.2 die
Signale der Erfassungseinrichtung 109.4, welche die tatsächliche
Manipulation der Linse 107.1 erfasst. Es versteht sich,
dass bei anderen Varianten der Erfindung beispielsweise auch vorgesehen
sein kann, dass die Erfassungseinrichtung 109.4 beispielsweise
direkt einen Abbildungsfehler des Objektivs 104 erfasst
und die Ansteuerung der Manipulationselemente direkt in Abhängigkeit
von diesem erfassten Abbildungsfehler erfolgt.The control device 109.2 controls the manipulation elements 109.1 in accordance with corresponding specifications, for example for correcting detected aberrations of the objective 104 at. In this case, the control device uses 109.2 the signals of the detection device 109.4 which is the actual manipulation of the lens 107.1 detected. It is understood that in other variants of the invention, for example, can also be provided that the detection device 109.4 For example, directly a aberration of the lens 104 detected and the control of the manipulation elements takes place directly in response to this detected aberration.
Zweites AusführungsbeispielSecond embodiment
Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 und 3 ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Anordnung 208 beschrieben, welche an Stelle der Anordnung 108 in dem
Objektiv 104 zum Einsatz kommen kann, um die Linse 107.1 zu
manipulieren. Die Anordnung 208 entspricht in ihrem grundsätzlichen
Aufbau und ihrer Funktionsweise der Anordnung 108 aus den 2A bis 2H,
sodass hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll.The following is with reference to the 1 and 3 a further preferred embodiment of the inventive arrangement 208 described which in place of the arrangement 108 in the lens 104 can be used to the lens 107.1 to manipulate. The order 208 corresponds in its basic structure and its operation of the arrangement 108 from the 2A to 2H , so that only the differences should be discussed here.
Der
Unterschied zur Anordnung 108 besteht lediglich in der
Gestaltung der als Stützeinrichtung ausgebildeten Einrichtung 211.
Diese Stützeinrichtung 211 umfasst bei der Anordnung 208 sechs
identische, außen am Umfang der Linse 107.1 verteilte
Stützelemente in Form von einfachen Federeinrichtungen 211.1.
Die Wirkachsen 211.2 der Stützelemente 211.1 verlaufen
im Wesentlichen parallel zu den Wirkachsen 109.3 der Manipulationselemente 109.1.
Dabei sind in Umfangsrichtung der Linse 107.1 jeweils zwei
Federeinrichtungen 211.1 zwischen zwei benachbarten Manipulationselementen 109.1 gleichmäßig
verteilt angeordnet.The difference to the arrangement 108 exists only in the design of the device designed as a support means 211 , This support device 211 includes in the arrangement 208 six identical, outside at the periphery of the lens 107.1 distributed support elements in the form of simple spring devices 211.1 , The axes of action 211.2 the support elements 211.1 are essentially parallel to the axes of action 109.3 the manipulation elements 109.1 , In this case are in the circumferential direction of the lens 107.1 two spring devices each 211.1 between two adjacent manipulation elements 109.1 arranged evenly distributed.
Hierüber
wird eine gleichmäßigere Abstützung der
Linse 107.1 erzielt, was im Hinblick auf eine durch das
Eigengewicht der Linse 107.1 bedingte Verformung der Linse 107.1 von
Vorteil ist. Es versteht sich, dass bei anderen Varianten der Erfindung
eine beliebige andere Anzahl von Stützelementen vorgesehen
sein kann. Insbesondere kann die Anzahl der Stützelemente
noch weiter erhöht werden, um die Abstützung der
Linse weiter zu vergleichmäßigen. Insbesondere
kann vorgesehen sein, dass zusätzlich zu den Federeinrichtungen 211.1 weitere
Federeinrichtungen vorgesehen sind, deren Wirkachsen wie bei der
Anordnung 108 im Wesentlichen kollinear zu den Wirkachsen 109.3 der
Manipulationselemente 109.1 verlaufen.This will give a more even support of the lens 107.1 scores, with regard to a by the weight of the lens 107.1 conditional deformation of the lens 107.1 is beneficial. It is understood that in other variants of the invention, any other number of support elements may be provided. In particular, the number of support elements can be increased even further to even out the support of the lens. In particular, it can be provided that in addition to the spring devices 211.1 further spring devices are provided whose axes of action as in the arrangement 108 essentially collinear with the axes of action 109.3 the manipulation elements 109.1 run.
Die
Ansteuerung der Manipulationselemente 109.1 durch die Steuereinrichtung 109.2 und
das Verhalten der Anordnung 208 gleicht der Ansteuerung
und dem Verhalten der Anordnung 108, sodass diesbezüglich auf
die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit den 2F bis 2H verwiesen
wird.The control of the manipulation elements 109.1 by the control device 109.2 and the behavior of the arrangement 208 is similar to the control and the behavior of the arrangement 108 In this regard, the above statements in connection with the 2F to 2H is referenced.
Es
sei lediglich erwähnt, dass, wie beispielsweise aus der 2H und
der Gleichung (3) ersichtlich wird, eine Abweichung zwischen der
(sich im Wesentlichen gleichmäßig über
die Stützelemente 211.1 verteilenden) Stützkraft
F2 durch die Stützelemente 211.1 und
der (sich im Wesentlichen gleichmäßig über
die Manipulationselemente 109.1 verteilenden) Rückstellkraft
F1 der Manipulationselemente 109.1 vorliegt.
Am Umfang der Linse 107.1 wirken daher im Bereich der Stützelemente 211.1 und
der Manipulationselemente 109.1 unterschiedliche Kräfte,
welche eine ungleichmäßige Verformung der Linse 107.1 zur
Folge haben. Es versteht sich, dass diese Verformung gegebenenfalls
genutzt werden kann, um Abbildungsfehler des Objektivs 104 oder
anderer Komponenten der Abbildungseinrichtung 101 zu korrigieren.It should be mentioned only that, as for example from the 2H and equation (3), a deviation between (substantially uniformly across the support members 211.1 distributing) supporting force F 2 through the support elements 211.1 and the (substantially uniformly over the manipulation elements 109.1 distributing) restoring force F 1 of the manipulation elements 109.1 is present. At the periphery of the lens 107.1 therefore act in the area of the support elements 211.1 and the manipulation elements 109.1 different forces, which is an uneven deformation of the lens 107.1 have as a consequence. It is understood that this deformation may optionally be exploited to avoid aberrations of the lens 104 or other components of the imaging device 101 to correct.
Je
nach Anzahl der Kraftangriffspunkte ergibt sich demgemäß eine
so genannte mehrwellige Verformung der Linse 107.1. So
ergibt sich beispielsweise bei einer Anordnung mit n Stützelementen 211.1 und
n Manipulationselementen 109.1 eine so genannte n-wellige
Verformung der Linse 107.1.Depending on the number of force application points, a so-called multi-wave deformation of the lens results accordingly 107.1 , This results, for example, in an arrangement with n support elements 211.1 and n manipulation elements 109.1 a so-called n-wave deformation of the lens 107.1 ,
Weiterhin
versteht es sich, dass die Stützeinrichtung bei anderen
Varianten der Erfindung auch auf beliebige geeignete andere Weise
aufgebaut sein kann. So können die Stützelemente 211.1 beispielsweise
nicht als Zugfedern ausgebildet sein, sondern in bekannter Weise
als radial zu Linse 107.1 ausgerichtete Biegefedern gestaltet
sein. Weiterhin kann beispielsweise eine vorgespannte Parallelführung
der Linse 107.1 vorgesehen sein, wie sie in 3 durch
die gestrichelte Kontur 215 angedeutet ist. Ebenso kann
anstelle der Parallelführung 215 beispielsweise
eine membranartige Abstützung der Linse 107.1 an
ihrem Umfang vorgesehen sein.Furthermore, it is understood that the support means may be constructed in other variants of the invention in any other suitable manner. So can the support elements 211.1 For example, not be designed as tension springs, but in a known manner as radially to the lens 107.1 be designed aligned bending springs. Furthermore, for example, a prestressed parallel guidance of the lens 107.1 be provided as they are in 3 through the dashed outline 215 is indicated. Likewise, instead of the parallel guide 215 For example, a membrane-like support of the lens 107.1 be provided at its periphery.
Ebenso
versteht es sich, dass bei anderen Varianten der Erfindung natürlich
auch beliebige andere Wirkprinzipien einzeln oder in beliebiger
Kombination für die Stützelemente zum Einsatz
kommen können. So können beispielsweise pneumatische
Federn, magnetische Federn oder dergleichen zum Einsatz kommen.As well
it is understood that in other variants of the invention, of course
also any other principles of action individually or in any
Combination for the support elements used
can come. For example, pneumatic
Springs, magnetic springs or the like are used.
Dabei
versteht es sich, dass das jeweilige Stützelement nicht
notwendigerweise eine lineare Kraft-Auslenkungs-Kennlinie aufweisen
muss. Vielmehr können Stützelemente mit einer
beliebig gestalteten Kraft-Auslenkungs-Kennlinie zum Einsatz kommen.
Insbesondere ist es möglich, wie nachfolgenden noch näher
an einem Beispiel erläutert wird, diese Kennlinie an die
zugeordneten Manipulationselemente anzupassen, um ein günstiges
dynamisches Verhalten der zu erreichen.there
it is understood that the respective support element not
necessarily have a linear force-deflection characteristic
got to. Rather, support elements with a
arbitrarily designed force-deflection characteristic are used.
In particular, it is possible, as the following even closer
is explained by an example, this characteristic to the
adapted manipulation elements to a favorable
to achieve dynamic behavior.
Es
versteht sich in diesem Zusammenhang, dass auch mit diesem Ausführungsbeispiel
die im Zusammenhang mit der 2D beschriebenen
Verfahren durchgeführt werden können, sodass hier
lediglich auf die obigen Ausführungen Bezug genommen werden
soll.It is understood in this context that also with this embodiment in connection with the 2D described method can be performed so that here only on the The above statements should be referred to.
Drittes AusführungsbeispielThird embodiment
Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 und 4A bis 4C ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Anordnung 308 beschrieben, welche an Stelle der Anordnung 108 in
dem Objektiv 104 zum Einsatz kommen kann, um die Linse 107.1 zu
manipulieren. Die Anordnung 308 entspricht in ihrem grundsätzlichen
Aufbau und ihrer Funktionsweise der Anordnung 108 aus den 2A bis 2H,
sodass hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll.The following is with reference to the 1 and 4A to 4C a further preferred embodiment of the inventive arrangement 308 described which in place of the arrangement 108 in the lens 104 can be used to the lens 107.1 to manipulate. The order 308 corresponds in its basic structure and its operation of the arrangement 108 from the 2A to 2H , so that only the differences should be discussed here.
Der
Unterschied zur Anordnung 108 besteht lediglich in der
Gestaltung der als Vorspanneinrichtung ausgebildeten Einrichtung 311.
Diese Vorspanneinrichtung 311 umfasst bei der Anordnung 308 drei
identische, außen am Umfang der Linse 107.1 verteilte
Vorspannelemente 311.1. Jedes Vorspannelement 311.1 umfasst ein
erstes magnetisches Element 311.3, welches am Umfang der
Linse 107.1 befestigt ist, und ein in einem gewissen Abstand
entlang der Wirkachse 311.2 gegenüberliegend angeordnetes
zweites magnetisches Element 311.4, welches an der zweiten
Halteeinrichtung 112 befestigt ist. Die Polarität
der ersten magnetischen Elemente 311.3 und der zweiten
magnetischen Elemente 311.4 ist dabei so gewählt,
dass sie sich gegenseitig anziehen, sodass jedes Vorspannelement 311.1 eine
Teilstellkraft F2i auf die Linse 107.1 ausübt.The difference to the arrangement 108 exists only in the design of the device designed as a biasing device 311 , This pretensioner 311 includes in the arrangement 308 three identical, outside on the perimeter of the lens 107.1 distributed biasing elements 311.1 , Each biasing element 311.1 comprises a first magnetic element 311.3 , which is on the circumference of the lens 107.1 is fixed, and one at a certain distance along the axis of action 311.2 oppositely disposed second magnetic element 311.4 , which on the second holding device 112 is attached. The polarity of the first magnetic elements 311.3 and the second magnetic elements 311.4 is chosen so that they attract each other, so each biasing element 311.1 a partial force F 2i on the lens 107.1 exercises.
Die
Wirkachsen 311.2 der Vorspannelemente 311.1 verlaufen
im Wesentlichen kollinear zu den Wirkachsen 109.3 der Manipulationselemente 109.1.
Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung ähnlich
wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel auch vorgesehen
sein kann, dass die Wirkachsen 311.2 nicht mit den Wirkachsen 109.3 der
Manipulationselemente 109.1 zusammenfallen. Wie oben im
Zusammenhang mit dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben,
kann es hierbei dann infolge der an unterschiedlichen Punkten am
Umfang der Linse 107.1 angreifenden Kräften zu
einer Deformation der Linse 107.1 kommen, die gegebenenfalls
auch gezielt zur Korrektur von Abbildungsfehlern eingesetzt werden
kann.The axes of action 311.2 the biasing elements 311.1 are essentially collinear to the axes of action 109.3 the manipulation elements 109.1 , It is understood, however, that in other variants of the invention similar to the second embodiment can also be provided that the effective axes 311.2 not with the effective axes 109.3 the manipulation elements 109.1 coincide. As described above in connection with the second embodiment, it may then be due to the different points on the circumference of the lens 107.1 acting forces to a deformation of the lens 107.1 which, if appropriate, can also be used specifically for the correction of aberrations.
Es
versteht sich, dass bei anderen Varianten der Erfindung eine beliebige
andere Anzahl von Vorspannelementen vorgesehen sein kann. Insbesondere
kann die Anzahl der Vorspannelemente erhöht werden, um die
Krafteinwirkung auf die Linse zu vergleichmäßigen.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass zusätzlich zu den
Vorspannelementen 311.1 weitere Vorspannelemente vorgesehen
sind, deren Wirkachsen ähnlich wie bei der Anordnung 208 im
Wesentlichen parallel zu den Wirkachsen 109.3 der Manipulationselemente 109.1 verlaufen.It is understood that in other variants of the invention, any other number of biasing elements may be provided. In particular, the number of biasing elements can be increased to equalize the force applied to the lens. In particular, it may be provided that in addition to the biasing elements 311.1 further biasing elements are provided whose axes of action are similar to the arrangement 208 essentially parallel to the axes of action 109.3 the manipulation elements 109.1 run.
Die 4B zeigt
für die Anordnung 308 aus 4A in
Form der Charakteristik 313 schematisch den Zusammenhang
zwischen der Spannung U, welche die Steuereinrichtung 109.2 an
das jeweilige Manipulationselement 109.1 anlegt, und der
Auslenkung Δs des Manipulationselements 109.1 und
damit der Linse 107.1.The 4B shows for the arrangement 308 out 4A in the form of the characteristic 313 schematically the relationship between the voltage U, which the control device 109.2 to the respective manipulation element 109.1 applies, and the deflection Δs of the manipulation element 109.1 and with it the lens 107.1 ,
Die 4C zeigt
für diesen Fall den Zusammenhang zwischen der Summe F1 = ΣF1i der
elastischen Rückstellkräfte F1i der
Manipulationselemente 109.1 bzw. der Stellkraft S = G +
F2 = G + ΣF2i und
der Auslenkung s. Dabei ist in 4C die
jeweilige Rückstellkraft F1 für
drei unterschiedliche elektrische Spannungen U dargestellt, nämlich
die Rückstellkraft F1(U = 0) für
eine Spannung U = 0 (durchgezogene Linie), die Rückstellkraft
F1(U1) für
eine Spannung U1 > 0 (strichpunktierte Linie) und die Rückstellkraft
F1(U2) für
eine Spannung U2 > U1 (strichzweipunktierte
Linie).The 4C shows for this case the relationship between the sum F 1 = ΣF 1i of the elastic restoring forces F 1i of the manipulation elements 109.1 or the force S = G + F 2 = G + ΣF 2i and the deflection s. It is in 4C the respective restoring force F 1 for three different electrical voltages U shown, namely the restoring force F 1 (U = 0) for a voltage U = 0 (solid line), the restoring force F 1 (U 1 ) for a voltage U 1 > 0 ( dot-dash line) and the restoring force F 1 (U 2 ) for a voltage U 2 > U 1 (two-dot chain line).
Wie
der 4C zu entnehmen ist, besitzt die Vorspanneinrichtung 311 durch
die mit der Verringerung des Abstands zwischen den ersten und zweiten
magnetischen Elementen 311.3, 311.4 überproportional
ansteigende Anziehungskraft eine stark nichtlineare Charakteristik
F2 und damit eine stark nichtlineare Charakteristik
der Stellkraft S.Again 4C can be seen, has the biasing device 311 by reducing the distance between the first and second magnetic elements 311.3 . 311.4 disproportionately increasing attraction a strong non-linear characteristic F 2 and thus a strong nonlinear characteristic of the force S.
Auf
der rechten Seite des Schnittpunkts P(U = 0) zwischen der Charakteristik
der Stellkraft S und der Charakteristik der Rückstellkraft
F1(U = 0) bei der elektrische Spannung U
= 0 befindet sich wiederum der Betriebsbereich B der Anordnung 308.
Hier liegen auf der Charakteristik der Stellkraft S die Betriebspunkte,
in denen die Anordnung 308 zur Manipulation der Linse 107.1 betrieben
werden kann. Wie der 4C zu entnehmen ist, lässt
sich in diesem Betriebsbereich B für jeden Betriebspunkt
P(U) der Stellkraft S mit einer Auslenkung s = Δs0 + Δs eine Charakteristik der Rückstellkraft
F1(U) der Manipulationseinrichtung 109.1 bei
einer elektrischen Spannung U ≠ 0 ermitteln, welche die
Charakteristik der Stellkraft S in diesem Betriebspunkt schneidet,
sodass Kräftegleichgewicht S = F1(U)
herrscht. In 4C ist dies am Beispiel der
Betriebspunkte P(U1) für die elektrische
Spannung U1 und P(U2)
für die elektrische Spannung U2 dargestellt.On the right side of the point of intersection P (U = 0) between the characteristic of the actuating force S and the characteristic of the restoring force F 1 (U = 0) at the electrical voltage U = 0 is again the operating range B of the arrangement 308 , Here lie on the characteristic of the force S, the operating points in which the arrangement 308 for manipulation of the lens 107.1 can be operated. Again 4C can be seen, can be in this operating range B for each operating point P (U) of the actuating force S with a deflection s = Δs 0 + Δs a characteristic of the restoring force F 1 (U) of the manipulation device 109.1 determine at an electrical voltage U ≠ 0, which intersects the characteristic of the force S in this operating point, so that equilibrium of forces S = F 1 (U) prevails. In 4C this is illustrated by the example of the operating points P (U 1 ) for the electrical voltage U 1 and P (U 2 ) for the electrical voltage U 2 .
Wie
der 4C zu entnehmen ist, verläuft die Charakteristik
der Rückstellkraft F1(U2) der Manipulationseinrichtung 109.1 bei
der elektrischen Spannung U2 tangential
zur Charakteristik der Stellkraft S. Würde die elektrische
Spannung auf einen Wert U3 > U2 erhöht,
würde sich kein Schnittpunkt mehr zwischen der Charakteristik
der Rückstellkraft F1(U3) der Manipulationseinrichtung 109.1 bei
der elektrischen Spannung U2 (gestrichelte
Linie) und der Stellkraft S und damit kein Kräftegleichgewicht
mehr ergeben. Vielmehr würde bei einer solchen elektrischen
Spannung U3 > U2 die Linse 107.1 so
lange weiter ausgelenkt, bis die ersten und zweiten magnetischen
Elemente 311.3, 311.4 aneinander anschlagen oder
ein anderer mechanischer Anschlag erreicht wird.Again 4C can be seen, runs the characteristic of the restoring force F 1 (U 2 ) of the manipulation device 109.1 at the electrical voltage U 2 tangential to the characteristic of the actuating force S. If the electrical voltage increased to a value U 3 > U 2 , no intersection between the characteristic of the restoring force F 1 (U 3 ) of the manipulation device 109.1 at the electrical voltage U 2 (dashed line) and the force S and thus no balance of power more result. Rather, at such an electrical voltage U 3 > U 2 would be the lens 107.1 so long deflected until the first and second magnetic elements 311.3 . 311.4 strike each other or another mechanical stop is reached.
Bei
einer weiteren Auslenkung der Linse 107.1 über
den Betriebspunkt P(U2) hinaus ergeben sich
bei einer Reduktion der elektrischen Spannung U wiederum Schnittpunkte
zwischen der Charakteristik der Rückstellkraft F1(U) der Manipulationseinrichtung 109.1 und
der Stellkraft S (siehe auch Charakteristik 313 in 4B).
Problematisch hierbei ist jedoch das Überfahren des Betriebspunkts
P(U2), welches (ohne anderweitige Hilfsmittel)
nur unter Ausnutzung der Massenträgheit der bewegten Komponenten,
insbesondere der Linse 107.1, möglich ist. Mit
anderen Worten ergibt sich bei einer engen Annäherung an
den Betriebspunkt P(U2) eine Bistabilitätszone,
in der die (nach einem Ausschwingvorgang) tatsächlich eingenommene
statische Auslenkung s von der Masse, der Geschwindigkeit und der
Beschleunigung der bewegten Komponenten bei der Annäherung
abhängt. Soll dieser Betriebsbereich ebenfalls genutzt
werden, ist in der Steuereinrichtung 109.2 eine entsprechende
Steuerung unter Berücksichtigung der der Masse, der Geschwindigkeit
und der Beschleunigung der bewegten Komponenten bei der Annäherung
zu realisieren.In a further deflection of the lens 107.1 In addition to the operating point P (U 2 ), intersections between the characteristic of the restoring force F 1 (U) of the manipulation device are obtained when the electrical voltage U is reduced 109.1 and the force S (see also Characteristic 313 in 4B ). However, the problem here is the running over of the operating point P (U 2 ), which (without other aids) only taking advantage of the inertia of the moving components, in particular the lens 107.1 , is possible. In other words, a close approach to the operating point P (U 2 ) results in a bistability zone in which the static deflection s actually assumed (after a decay process) depends on the mass, the velocity and the acceleration of the moving components during the approach. If this operating range should also be used, is in the control device 109.2 to realize a corresponding control taking into account the mass, the speed and the acceleration of the moving components in the approach.
Der
tatsächlich nutzbare Betriebsbereich B ist im vorliegenden
Beispiel durch eine maximale Auslenkung smax (bzw.
eine maximale relative Auslenkung Δsmax gegenüber
dem Ausgangszustand) begrenzt, die sich in dem Betriebspunkt P(U2) ergibt. Um zu verhindern, dass die Anordnung 308 in
diesen Betriebsbereich gelangt, kann zum einen in der Steuereinrichtung 109.2 eine
Begrenzungsschaltung zur Begrenzung der elektrischen Spannung auf
den Wert U2 = Umax vorgesehen
sein (siehe auch 4B). Es können aber
auch einfache Anschläge oder dergleichen vorgesehen sein,
wie sie in 4A durch die gestrichelte Kontur 316 angedeutet sind.
Diese haben Anschläge haben den Vorteil, dass sie in jedem
Fall ein massenträgheitsbedingtes Überfahren der
maximalen Auslenkung smax verhindern.The actual usable operating range B is limited in the present example by a maximum deflection s max (or a maximum relative deflection Δs max relative to the initial state), which results in the operating point P (U 2 ). To prevent the arrangement 308 enters this operating range can, on the one hand in the control device 109.2 a limiting circuit for limiting the electrical voltage to the value U 2 = U max be provided (see also 4B ). But it can also be provided simple stops or the like, as in 4A through the dashed outline 316 are indicated. These have stops have the advantage that they prevent in any case a mass inertia-related over driving the maximum deflection s max .
Auf
der rechten Seite des Betriebspunktes P(U2)
befindet sich oberhalb einer Auslenkung sie (also rechts von dem
zweiten Schnittpunkt der Charakteristik der Rückstellkraft
F1(U = 0) mit der Stellkraft S) ein irreversibler
Betriebsbereich, aus dem die Anordnung 308 nicht mehr aus
eigener Kraft zu einer geringeren Auslenkung zurückkehren
könnte, da die Vorspannkraft der Vorspannelemente 311.1 zu
groß wird. Es ist in jedem Fall zu verhindern, dass die
Anordnung 308 in diesen Betriebsbereich gelangt. Dies könnte
bei einer Nutzung des Betriebsbereichs zwischen smax und
sir beispielsweise durch ein zu schnelles
Absenken der Spannung U auf den Wert Null und ein daraus resultierendes
massenträgheitsbedingtes Überfahren der Auslenkung
sir geschehen. Um ein solches Überfahren
der Auslenkung sir zu verhindern, können
wiederum eine entsprechende Steuerung der Spannung U oder einfach
mechanische Anschläge oder dergleichen vorgesehen sein.On the right side of the operating point P (U 2 ) is located above a deflection it (ie right of the second intersection of the characteristic of the restoring force F 1 (U = 0) with the force S) an irreversible operating range, from which the arrangement 308 could no longer return on its own power to a lower deflection, since the biasing force of the biasing elements 311.1 gets too big. It is in any case to prevent the arrangement 308 enters this operating area. This could be done by using the operating range between s max and s ir, for example, by a too rapid lowering of the voltage U to the value zero and a resulting mass inertial due to the deflection s ir . In order to prevent such overrunning of the deflection s ir , in turn, a corresponding control of the voltage U or simply mechanical stops or the like may be provided.
Die
Steuereinrichtung 109.2 steuert die Manipulationselemente 109.1 gemäß entsprechenden
Vorgaben, beispielsweise zur gezielten Einstellung der optischen
Charakteristik des Objektivs 104 an. Dabei verwendet die
Steuereinrichtung 109.2 die Signale der Erfassungseinrichtung 109.4,
welche die tatsächliche Manipulation der Linse 107.1 erfasst.
Es versteht sich, dass bei anderen Varianten der Erfindung beispielsweise
auch vorgesehen sein kann, dass die Erfassungseinrichtung 109.4 beispielsweise
direkt die optische Charakteristik des Objektivs 104 erfasst
und die Ansteuerung der Manipulationselemente direkt in Abhängigkeit
von dieser erfassten optischen Charakteristik erfolgt.The control device 109.2 controls the manipulation elements 109.1 according to appropriate specifications, for example, for the targeted adjustment of the optical characteristics of the lens 104 at. In this case, the control device uses 109.2 the signals of the detection device 109.4 which is the actual manipulation of the lens 107.1 detected. It is understood that in other variants of the invention, for example, can also be provided that the detection device 109.4 For example, directly the optical characteristics of the lens 104 detected and the control of the manipulation elements takes place directly in response to this detected optical characteristic.
Wie
der 4B zu entnehmen ist, können gegebenenfalls
mit vergleichsweise geringen Spannungen U große Stellwege Δs
erzielt werden. Mit anderen Worten kann die Anordnung 308 mit
relativ wenig Energie betrieben werden. Dies ist unter anderem im
Zusammenhang mit einer Minimierung der Verlustenergie von Vorteil,
welche als störende Wärme in das Objektiv 104 eingetragen
wird.Again 4B can be seen, if necessary, with comparatively low voltages U large travel paths Δs can be achieved. In other words, the arrangement 308 be operated with relatively little energy. This is among other things in connection with a minimization of the loss of energy of advantage, which as disturbing heat in the lens 104 is registered.
Es
versteht sich, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch zusätzlich
zu der Vorspanneinrichtung 311 eine Stützeinrichtung ähnlich
der Stützeinrichtung 111 bzw. 211 vorgesehen
sein kann, welche wie oben im Zusammenhang mit dem ersten und zweiten
Ausführungsbeispiel beschrieben eine Kompensation eines
Teils der Gewichtskraft G der Linse 107.1 bewirkt, sodass
die Manipulationselemente einer geringeren Zugspannung als mechanische
Vorspannung unterworfen sind.It is understood that in other variants of the invention also in addition to the biasing device 311 a support device similar to the support device 111 respectively. 211 may be provided, which as described above in connection with the first and second embodiments, a compensation of a part of the weight G of the lens 107.1 causes, so that the manipulation elements are subjected to a lower tensile stress than mechanical bias.
Es
versteht sich in diesem Zusammenhang, dass auch mit diesem Ausführungsbeispiel
die im Zusammenhang mit der 2D beschriebenen
Verfahren durchgeführt werden können, sodass hier
lediglich auf die obigen Ausführungen Bezug genommen werden
soll.It is understood in this context that even in this embodiment, the co with the 2D described method can be carried out, so that reference should be made only to the above statements.
Viertes AusführungsbeispielFourth embodiment
Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 und 5A bis 5C ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Anordnung 408 beschrieben, welche an Stelle der Anordnung 108 in
dem Objektiv 104 zum Einsatz kommen kann, um die Linse 107.1 zu
manipulieren. Die Anordnung 408 entspricht in ihrem grundsätzlichen
Aufbau und ihrer Funktionsweise der Anordnung 108 aus den 2A bis 2H,
sodass hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll.The following is with reference to the 1 and 5A to 5C a further preferred embodiment of the inventive arrangement 408 described which in place of the arrangement 108 in the lens 104 can be used to the lens 107.1 to manipulate. The order 408 corresponds in its basic structure and its operation of the arrangement 108 from the 2A to 2H , so that only the differences should be discussed here.
Der
Unterschied zur Anordnung 108 besteht lediglich in der
Gestaltung der als Vorspanneinrichtung ausgebildeten Einrichtung 411.
Diese Vorspanneinrichtung 411 umfasst bei der Anordnung 408 drei
identische, außen am Umfang der Linse 107.1 verteilte
Vorspannelemente 411.1. Jedes Vorspannelement 411.1 umfasst ein
erstes magnetisches Element 411.3, welches am Umfang der
Linse 107.1 befestigt ist, und ein in einem gewissen Abstand
entlang quer zur Wirkachse 411.2 beabstandet angeordnetes
zweites magnetisches Element 411.4, welches an der zweiten
Halteeinrichtung 112 befestigt ist. Die Polarität
und Gestaltung der ersten magnetischen Elemente 411.3 und
der zweiten magnetischen Elemente 411.4 ist dabei ähnlichen
einem magnetischen Gravitationskompensator so gewählt,
dass sich eine vorgegebene Kraft-Auslenkungs-Kennlinie F2 ergibt.The difference to the arrangement 108 exists only in the design of the device designed as a biasing device 411 , This pretensioner 411 includes in the arrangement 408 three identical, outside on the perimeter of the lens 107.1 distributed biasing elements 411.1 , Each biasing element 411.1 comprises a first magnetic element 411.3 , which is on the circumference of the lens 107.1 is fixed, and at a certain distance along the axis of action 411.2 spaced second magnetic element 411.4 , which on the second holding device 112 is attached. The polarity and design of the first magnetic elements 411.3 and the second magnetic elements 411.4 is similar to a magnetic gravitation compensator chosen so that there is a predetermined force-deflection characteristic F 2 .
Die
Wirkachsen 411.2 der Vorspannelemente 411.1 verlaufen
im Wesentlichen kollinear zu den Wirkachsen 109.3 der Manipulationselemente 109.1.
Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung ähnlich
wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel auch vorgesehen
sein kann, dass die Wirkachsen 411.2 nicht mit den Wirkachsen 109.3 der
Manipulationselemente 109.1 zusammenfallen. Wie oben im
Zusammenhang mit dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben,
kann es hierbei dann infolge der an unterschiedlichen Punkten am
Umfang der Linse 107.1 angreifenden Kräften zu
einer Deformation der Linse 107.1 kommen, die gegebenenfalls
auch gezielt zur Korrektur von Abbildungsfehlern eingesetzt werden
kann.The axes of action 411.2 the biasing elements 411.1 are essentially collinear to the axes of action 109.3 the manipulation elements 109.1 , It is understood, however, that in other variants of the invention similar to the second embodiment can also be provided that the effective axes 411.2 not with the effective axes 109.3 the manipulation elements 109.1 coincide. As described above in connection with the second embodiment, it may then be due to the different points on the circumference of the lens 107.1 acting forces to a deformation of the lens 107.1 which, if appropriate, can also be used specifically for the correction of aberrations.
Es
versteht sich, dass bei anderen Varianten der Erfindung eine beliebige
andere Anzahl von Vorspannelementen vorgesehen sein kann. Insbesondere
kann die Anzahl der Vorspannelemente erhöht werden, um die
Krafteinwirkung auf die Linse zu vergleichmäßigen.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass zusätzlich zu den
Vorspannelementen 411.1 weitere Vorspannelemente vorgesehen
sind, deren Wirkachsen ähnlich wie bei der Anordnung 208 im
Wesentlichen parallel zu den Wirkachsen 109.3 der Manipulationselemente 109.1 verlaufen.It is understood that in other variants of the invention, any other number of biasing elements may be provided. In particular, the number of biasing elements can be increased to equalize the force applied to the lens. In particular, it may be provided that in addition to the biasing elements 411.1 further biasing elements are provided whose axes of action are similar to the arrangement 208 essentially parallel to the axes of action 109.3 the manipulation elements 109.1 run.
Die 5B zeigt
für die Anordnung 408 aus 5A in
Form der Charakteristik 413 schematisch den Zusammenhang
zwischen der Spannung U, welche die Steuereinrichtung 109.2 an
das jeweilige Manipulationselement 109.1 anlegt, und der
Auslenkung Δs des Manipulationselements 109.1 und
damit der Linse 107.1.The 5B shows for the arrangement 408 out 5A in the form of the characteristic 413 schematically the relationship between the voltage U, which the control device 109.2 to the respective manipulation element 109.1 applies, and the deflection Δs of the manipulation element 109.1 and with it the lens 107.1 ,
Die 5C zeigt
für diesen Fall den Zusammenhang zwischen der Summe F1 = ΣF1i der
elastischen Rückstellkräfte F1i der
Manipulationselemente 109.1 bzw. der Stellkraft S = G +
F2 = G + ΣF1i und
der Auslenkung s. Dabei ist in 5C die
jeweilige Rückstellkraft F1 für
drei unterschiedliche elektrische Spannungen U dargestellt, nämlich
die Rückstellkraft F1(U = 0) für
eine Spannung U = 0 (durchgezogene Linie), die Rückstellkraft
F1(U1) für
eine Spannung U1 > 0 (strichpunktierte Linie) und die Rückstellkraft
F1(U2) für
eine Spannung U2 > U1 (strichzweipunktierte
Linie).The 5C shows for this case the relationship between the sum F 1 = ΣF 1i of the elastic restoring forces F 1i of the manipulation elements 109.1 or the force S = G + F 2 = G + ΣF 1i and the deflection s. It is in 5C the respective restoring force F 1 for three different electrical voltages U shown, namely the restoring force F 1 (U = 0) for a voltage U = 0 (solid line), the restoring force F 1 (U 1 ) for a voltage U 1 > 0 ( dot-dash line) and the restoring force F 1 (U 2 ) for a voltage U 2 > U 1 (two-dot chain line).
Wie
der 5C zu entnehmen ist, besitzt die Vorspanneinrichtung 411 dank
einer entsprechenden Gestaltung, Polarität und Zuordnung
der ersten und zweiten magnetischen Elemente 411.3, 411.4 eine
Charakteristik F2, deren Verlauf an die
Charakteristik F1 der Manipulationselemente 109.1 angepasst
bzw. angenähert ist, sodass auch die Charakteristik der
Stellkraft S. an die Charakteristik F1 der
Manipulationselemente 109.1 angepasst bzw. angenähert
ist.Again 5C can be seen, has the biasing device 411 thanks to an appropriate design, polarity and assignment of the first and second magnetic elements 411.3 . 411.4 a characteristic F 2 , whose course to the characteristic F 1 of the manipulation elements 109.1 adapted or approximated, so that the characteristic of the adjusting force S. to the characteristic F 1 of the manipulation elements 109.1 adapted or approximated.
Auf
der rechten Seite des Schnittpunkts P(U = 0) zwischen der Charakteristik
der Stellkraft S und der Charakteristik der Rückstellkraft
F1(U = 0) bei der elektrische Spannung U
= 0 befindet sich wiederum der Betriebsbereich B der Anordnung 408.
Hier liegen auf der Charakteristik der Stellkraft S die Betriebspunkte,
in denen die Anordnung 408 zur Manipulation der Linse 107.1 betrieben
werden kann. Wie der 5C zu entnehmen ist, lässt
sich in diesem Betriebsbereich B für jeden Betriebspunkt
P(U) der Stellkraft S mit einer Auslenkung s = Δs0 + Δs eine Charakteristik der Rückstellkraft
F1(U) der Manipulationseinrichtung 109.1 bei
einer elektrischen Spannung U ≠ 0 ermitteln, welche die
Charakteristik der Stellkraft S in diesem Betriebspunkt schneidet,
sodass Kräftegleichgewicht S = F1(U)
herrscht. In 5C ist dies am Beispiel der
Betriebspunkte P(U1) für die elektrische
Spannung U1 und P(U2)
für die elektrische Spannung U2 dargestellt.On the right side of the point of intersection P (U = 0) between the characteristic of the actuating force S and the characteristic of the restoring force F 1 (U = 0) at the electrical voltage U = 0 is again the operating range B of the arrangement 408 , Here lie on the characteristic of the force S, the operating points in which the arrangement 408 for manipulation of the lens 107.1 can be operated. Again 5C can be seen, can be in this operating range B for each operating point P (U) of the actuating force S with a deflection s = Δs 0 + Δs a characteristic of the restoring force F 1 (U) of the manipulation device 109.1 determine at an electrical voltage U ≠ 0, which is the characteristic of the force S in this operating point cuts, so that equilibrium of forces S = F 1 (U) prevails. In 5C this is illustrated by the example of the operating points P (U 1 ) for the electrical voltage U 1 and P (U 2 ) for the electrical voltage U 2 .
Wie
der 5C zu entnehmen ist, verläuft die Charakteristik
der Rückstellkraft F1(U2) der Manipulationseinrichtung 109.1 bei
der elektrischen Spannung U2 tangential
zur Charakteristik der Stellkraft S. Würde die elektrische
Spannung auf einen Wert U3 > U2 erhöht,
würde sich kein Schnittpunkt mehr zwischen der Charakteristik
der Rückstellkraft F1(U3) der Manipulationseinrichtung 109.1 bei
der elektrischen Spannung U2 (gestrichelte
Linie) und der Stellkraft S und damit kein Kräftegleichgewicht
mehr ergeben. Vielmehr würde bei einer solchen elektrischen
Spannung U3 > U2 die Linse 107.1 so
lange weiter ausgelenkt, bis die ersten und zweiten magnetischen
Elemente 311.3, 311.4 aneinander anschlagen oder
ein anderer mechanischer Anschlag erreicht wird.Again 5C can be seen, runs the characteristic of the restoring force F 1 (U 2 ) of the manipulation device 109.1 at the electrical voltage U 2 tangential to the characteristic of the actuating force S. If the electrical voltage increased to a value U 3 > U 2 , no intersection between the characteristic of the restoring force F 1 (U 3 ) of the manipulation device 109.1 at the electrical voltage U 2 (dashed line) and the force S and thus no balance of power more result. Rather, at such an electrical voltage U 3 > U 2 would be the lens 107.1 so long deflected until the first and second magnetic elements 311.3 . 311.4 strike each other or another mechanical stop is reached.
Bei
einer weiteren Auslenkung der Linse 107.1 über
den Betriebspunkt P(U2) hinaus ergeben sich
bei einer Reduktion der elektrischen Spannung U wiederum Schnittpunkte
zwischen der Charakteristik der Rückstellkraft F1(U) der Manipulationseinrichtung 109.1 und
der Stellkraft S (siehe auch Charakteristik 313 in 5B).
Problematisch hierbei ist jedoch das Überfahren des Betriebspunkts
P(U2), welches (ohne anderweitige Hilfsmittel)
nur unter Ausnutzung der Massenträgheit der bewegten Komponenten,
insbesondere der Linse 107.1, möglich ist. Mit anderen
Worten ergibt sich bei einer engen Annäherung an den Betriebspunkt
P(U2) eine Bistabilitätszone, in
der die (nach einem Ausschwingvorgang) tatsächlich eingenommene
statische Auslenkung s von der Masse, der Geschwindigkeit und der
Beschleunigung der bewegten Komponenten bei der Annäherung
abhängt. Soll dieser Betriebsbereich ebenfalls genutzt
werden, ist in der Steuereinrichtung 109.2 eine entsprechende
Steuerung unter Berücksichtigung der der Masse, der Geschwindigkeit
und der Beschleunigung der bewegten Komponenten bei der Annäherung
zu realisieren.In a further deflection of the lens 107.1 In addition to the operating point P (U 2 ), intersections between the characteristic of the restoring force F 1 (U) of the manipulation device are obtained when the electrical voltage U is reduced 109.1 and the force S (see also Characteristic 313 in 5B ). However, the problem here is the running over of the operating point P (U 2 ), which (without other aids) only taking advantage of the inertia of the moving components, in particular the lens 107.1 , is possible. In other words, a close approach to the operating point P (U 2 ) results in a bistability zone in which the static deflection s actually assumed (after a decay process) depends on the mass, the velocity and the acceleration of the moving components during the approach. If this operating range should also be used, is in the control device 109.2 to realize a corresponding control taking into account the mass, the speed and the acceleration of the moving components in the approach.
Der
tatsächlich nutzbare Betriebsbereich B ist im vorliegenden
Beispiel durch eine maximale Auslenkung smax (bzw.
eine maximale relative Auslenkung Δsmax gegenüber
dem Ausgangszustand) begrenzt, die sich in dem Betriebspunkt P(U2) ergibt. Um zu verhindern, dass die Anordnung 408 diesen
Betriebsbereich verlässt, kann zum einen in der Steuereinrichtung 109.2 eine
Begrenzungsschaltung zur Begrenzung der elektrischen Spannung auf
den Wert U2 = Umax vorgesehen
sein (siehe auch 5B). Es können aber
auch einfache Anschläge oder dergleichen vorgesehen sein,
wie sie in 5A durch die gestrichelte Kontur 416 angedeutet sind.
Diese Anschläge haben den Vorteil, dass sie in jedem Fall
ein massenträgheitsbedingtes Überfahren der maximalen
Auslenkung smax verhindern.The actual usable operating range B is limited in the present example by a maximum deflection s max (or a maximum relative deflection Δs max relative to the initial state), which results in the operating point P (U 2 ). To prevent the arrangement 408 leaves this operating range, on the one hand in the control device 109.2 a limiting circuit for limiting the electrical voltage to the value U 2 = U max be provided (see also 5B ). But it can also be provided simple stops or the like, as in 5A through the dashed outline 416 are indicated. These stops have the advantage that they prevent in any case a mass inertia-related driving over the maximum deflection s max .
Auf
der rechten Seite des Betriebspunktes P(U2)
befindet sich oberhalb einer Auslenkung sie (also rechts von dem
zweiten Schnittpunkt der Charakteristik der Rückstellkraft
F1(U = 0) mit der Stellkraft S) ein irreversibler
Betriebsbereich, den die Anordnung 408 nicht mehr aus eigener
Kraft verlassen kann, da die Vorspannkraft der Vorspannelemente 411.1 zu
groß wird. Es ist in jedem Fall zu verhindern, dass die
Anordnung 408 in diesen irreversiblen Betriebsbereich gelangt.
Dies könnte bei einer Nutzung des Betriebsbereichs zwischen
smax und sie beispielsweise durch ein zu
schnelles Absenken der Spannung U auf den Wert Null und ein daraus
resultierendes massenträgheitsbedingtes Überfahren
der Auslenkung sir geschehen. Um ein solches Überfahren
der Auslenkung sir zu verhindern können
wiederum eine entsprechende Steuerung der Spannung U oder einfach
mechanische Anschläge oder dergleichen vorgesehen sein.On the right side of the operating point P (U 2 ) is located above a deflection it (ie right of the second intersection of the characteristic of the restoring force F 1 (U = 0) with the force S) an irreversible operating range, the arrangement 408 can no longer rely on its own strength, because the biasing force of the biasing elements 411.1 gets too big. It is in any case to prevent the arrangement 408 enters this irreversible operating area. This could be done with a use of the operating range between s max and they, for example, by a too rapid lowering of the voltage U to the value zero and a resulting inertia caused by overriding the deflection s ir . In order to prevent such overrunning of the deflection s ir , in turn, a corresponding control of the voltage U or simply mechanical stops or the like may be provided.
Die
Steuereinrichtung 109.2 steuert die Manipulationselemente 109.1 gemäß entsprechenden
Vorgaben, beispielsweise zur gezielten Einstellung der optischen
Charakteristik des Objektivs 104 an. Dabei verwendet die
Steuereinrichtung 109.2 die Signale der Erfassungseinrichtung 109.4,
welche die tatsächliche Manipulation der Linse 107.1 erfasst.
Es versteht sich, dass bei anderen Varianten der Erfindung beispielsweise
auch vorgesehen sein kann, dass die Erfassungseinrichtung 109.4 beispielsweise
direkt die optische Charakteristik des Objektivs 104 erfasst
und die Ansteuerung der Manipulationselemente direkt in Abhängigkeit
von dieser erfassten optischen Charakteristik erfolgt.The control device 109.2 controls the manipulation elements 109.1 according to appropriate specifications, for example, for the targeted adjustment of the optical characteristics of the lens 104 at. In this case, the control device uses 109.2 the signals of the detection device 109.4 which is the actual manipulation of the lens 107.1 detected. It is understood that in other variants of the invention, for example, can also be provided that the detection device 109.4 For example, directly the optical characteristics of the lens 104 detected and the control of the manipulation elements takes place directly in response to this detected optical characteristic.
Wie
der 5B (insbesondere im Vergleich zu der gestrichelt
dargestellten Kennlinie 313 aus 4B) zu
entnehmen ist, können dank der Anpassung der Kennlinie
F2 bzw. S an die Kennlinie F1 mit
sehr geringen Spannungen U große Stellwege Δs
erzielt werden. Mit anderen Worten kann die Anordnung 408 mit
sehr wenig Energie betrieben werden. Dies ist unter anderem im Zusammenhang
mit einer Minimierung der Verlustenergie von Vorteil, welche als
störende Wärme in das Objektiv 104 eingetragen
wird. Es versteht sich hierbei, dass über eine geeignete
Gestaltung der Vorspanneinrichtung gegebenenfalls sogar eine fast
vollständige Anpassung der Kennlinie F2 bzw.
S an die Kennlinie F1 erzielt werden kann.
Hierbei ist lediglich darauf zu achten, dass in dem gewünschten
Betriebsbereich die Kennlinie S bei keiner Auslenkung oberhalb der
Kennlinie F1(U = 0) liegt, da andernfalls
in diesem Bereich ein irreversibler Betriebszustand eintreten würde,
aus dem die Anordnung nicht mehr zu einer geringeren Auslenkung
zurückkehren könnte.Again 5B (In particular in comparison to the dashed curve shown 313 out 4B ) can be seen, thanks to the adaptation of the characteristic F 2 or S to the characteristic F 1 with very low voltages U large travel paths Δs can be achieved. In other words, the arrangement 408 be operated with very little energy. This is among other things in connection with a minimization of the loss of energy of advantage, which as disturbing heat in the lens 104 is registered. It goes without saying that a suitable design of the pretensioning device may even allow an almost complete adaptation of the characteristic curve F 2 or S to the characteristic curve F 1 . It is only necessary to ensure that in the desired operating range, the characteristic S is at no deflection above the characteristic F 1 (U = 0), otherwise an irreversible operating state would occur in this area, from which the An could no longer return to less deflection.
Es
versteht sich, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch zusätzlich
zu der Vorspanneinrichtung 411 eine Stützeinrichtung ähnlich
der Stützeinrichtung 111 bzw. 211 vorgesehen
sein kann, welche wie oben im Zusammenhang mit dem ersten und zweiten
Ausführungsbeispiel beschrieben eine Kompensation eines
Teils der Gewichtskraft G der Linse 107.1 bewirkt, sodass
die Manipulationselemente einer geringeren Zugspannung als mechanische
Vorspannung unterworfen sind.It is understood that in other variants of the invention also in addition to the biasing device 411 a support device similar to the support device 111 respectively. 211 may be provided, which as described above in connection with the first and second embodiments, a compensation of a part of the weight G of the lens 107.1 causes, so that the manipulation elements are subjected to a lower tensile stress than mechanical bias.
Es
versteht sich in diesem Zusammenhang, dass auch mit diesem Ausführungsbeispiel
die im Zusammenhang mit der 2D beschriebenen
Verfahren durchgeführt werden können, sodass hier
lediglich auf die obigen Ausführungen Bezug genommen werden
soll.It is understood in this context that also with this embodiment in connection with the 2D described method can be carried out, so that reference should be made only to the above statements.
Fünftes AusführungsbeispielFifth embodiment
Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 und 6 ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Anordnung 508 beschrieben, welche an Stelle der Anordnung 108 in dem
Objektiv 104 zum Einsatz kommen kann, um die Linse 107.1 zu
manipulieren. Die Komponenten der Anordnung 508 entsprechenden
in ihrem grundsätzlichen Aufbau und ihrer Funktionsweise
denjenigen der Anordnung 108 aus den 2A bis 2H,
sodass hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll.The following is with reference to the 1 and 6 a further preferred embodiment of the inventive arrangement 508 described which in place of the arrangement 108 in the lens 104 can be used to the lens 107.1 to manipulate. The components of the arrangement 508 corresponding in their basic structure and functioning those of the arrangement 108 from the 2A to 2H , so that only the differences should be discussed here.
Der
Unterschied zur Anordnung 108 besteht in der Anordnung
der Manipulationselemente 109.1 und der Komponenten der
als Stützeinrichtung ausgebildeten Einrichtung 511.The difference to the arrangement 108 consists in the arrangement of the manipulation elements 109.1 and the components of the device configured as a support device 511 ,
Bei
der Anordnung 508 sind sechs Manipulationselemente 109.1 vorgesehen,
wobei je zwei Manipulationselemente 109.1 einander nach
Art eines Bipods 109.5 mit einander schneidenden Wirkachsen 109.3 zugeordnet
sind. Es ergeben sich somit drei Bipoden 109.5, die gleichmäßig am
Umfang der Linse 107.1 verteilt angreifen (wobei in der 6 aus
Gründen der Übersichtlichkeit nur eines der Bipoden 109.5 vollständig
dargestellt ist, während die beiden anderen Bipoden 109.5 nur
durch ihre Wirkachsen repräsentiert sind).In the arrangement 508 are six manipulation elements 109.1 provided, each with two manipulation elements 109.1 each other in the manner of a bipod 109.5 with intersecting axes of action 109.3 assigned. This results in three bipodes 109.5 that are even around the circumference of the lens 107.1 attack distributed (being in the 6 for clarity, only one of the bipods 109.5 is completely shown while the other two bipodes 109.5 only represented by their axes of action).
Wie
schon bei der Ausführung aus 2E ist
jedem Manipulationselement 109.1 ein Stützelement 511.1 der
Stützeinrichtung 511 derart zugeordnet, dass die
Wirkachse 511.2 des Stützelements 511.1 im
Wesentlichen kollinear mit der Wirkachse 109.3 des Manipulationselements 109.1 verläuft.
Die Stützelemente 511.1 sind wiederum als einfache
Federelemente ausgebildet. Wie bei der Ausführung aus 2E kompensieren
sie über ihre in Richtung der Gewichtskraft wirkenden Kraftkomponenten
wiederum einen Teil der Gewichtskraft G der Linse 107.1,
sodass sich die an der Linse 107.1 wirkende Stellkraft
S als Resultierende aus der Stützkraft F2 = ΣF2i der Stützelemente 511.1 und
der Gewichtskraft G ergibt (S = G + F2 =
G + ΣF2i).As in the execution 2E is every manipulation element 109.1 a support element 511.1 the support device 511 assigned such that the axis of action 511.2 of the support element 511.1 essentially collinear with the axis of action 109.3 of the manipulation element 109.1 runs. The support elements 511.1 are again designed as simple spring elements. As with the execution 2E In turn, they compensate for a part of the weight G of the lens via their force components acting in the direction of the weight force 107.1 , so the ones on the lens 107.1 acting actuating force S as a resultant of the supporting force F 2 = ΣF 2i of the support elements 511.1 and the weight G yields (S = G + F 2 = G + ΣF 2i ).
Die
Manipulationselemente 109.1 sind in jedem Betriebszustand
durch die Stellkraft S mit einer Zugspannung als mechanische Vorspannung
beaufschlagt. Demgemäß dient auch hier die jeweilige
elastische Rückstellkraft F1i des
jeweiligen Manipulationselements 109.1 als Gegenkraft zu
der Stellkraft S. Durch die Wirkung der jeweiligen Rückstellkraft
F1i als Zugkraft ist eine genau definierte
Kraftrichtung gewährleistet, welcher eine präzise
Manipulation der Linse 107.1 ermöglicht. Es versteht
sich hierbei, dass die Stützeinrichtung 511 bei
anderen Varianten der Erfindung auch fehlen kann, sodass die Manipulationselemente 109.1 dann
durch die volle Gewichtskraft G der Linse 107.1 vorgespannt
sind.The manipulation elements 109.1 are applied in any operating condition by the force S with a tensile stress as a mechanical bias. Accordingly, the respective elastic restoring force F 1i of the respective manipulation element also serves here 109.1 as a counterforce to the actuating force S. By the action of the respective restoring force F 1i as a tensile force a well-defined force direction is ensured, which is a precise manipulation of the lens 107.1 allows. It is understood here that the support means 511 in other variants of the invention may also be missing, so that the manipulation elements 109.1 then by the full weight G of the lens 107.1 are biased.
Die
Steuereinrichtung 109.2 steuert über die Beaufschlagung
der Manipulationselemente 109.1 mit einer Spannung U die
jeweilige Gegenkraft F1i zur Stellkraft
S und hiermit die Manipulation der Linse 107.1. Über die
drei am Umfang der Linse 107.1 verteilt angreifenden Bipoden 109.5 wird
hierbei eine Parallelkinematik erzielt, mit der die Linse 107.1 in
allen sechs Freiheitsgraden positioniert werden kann.The control device 109.2 controls via the loading of the manipulation elements 109.1 with a voltage U, the respective counterforce F 1i to the force S and hereby the manipulation of the lens 107.1 , About the three on the circumference of the lens 107.1 distributed attacking bipods 109.5 In this case, a parallel kinematic is achieved with which the lens 107.1 can be positioned in all six degrees of freedom.
Mit
der Anordnung 508 können wiederum bei vergleichsweise
geringem Energieverbrauch und damit geringer Wärmeentwicklung
auf kostengünstigere Weise größere Stellwege
als mit herkömmlichen für derartige Manipulatoren
verwendeten Wirkprinzipien erzielt werden.With the arrangement 508 In turn, with relatively low energy consumption and thus less heat generation in a cost effective manner larger travel ranges can be achieved than with conventional operating principles used for such manipulators.
Es
versteht sich wiederum, dass die in der 6 gezeigte
Anordnung 508 gegebenenfalls auch mit den in den vorherigen
und den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschriebenen
Stützeinrichtungen und/oder Vorspanneinrichtungen kombiniert
werden kann. Beispielsweise kann zur Vergleichmäßigung
der Krafteinleitung in die Linse 107.1 eine Stützeinrichtung
mit einer Vielzahl von Umfang der Linse 107.1 angreifenden
Stützelementen vorgesehen sein, wie dies im Zusammenhang
mit der Ausführung aus 3 beschrieben
wurde.It goes without saying that the in the 6 shown arrangement 508 optionally also combined with the support means and / or biasing means described in the previous and subsequent embodiments. For example, to even out the introduction of force into the lens 107.1 a support device with a plurality of circumference of the lens 107.1 be provided to attacking support elements, as in connection with the execution of 3 has been described.
Es
versteht sich in diesem Zusammenhang, dass auch mit diesem Ausführungsbeispiel
die im Zusammenhang mit der 2D beschriebenen
Verfahren durchgeführt werden können, sodass hier
lediglich auf die obigen Ausführungen Bezug genommen werden
soll.It is understood in this context that also with this embodiment in connection with the 2D described method can be carried out, so that reference should be made only to the above statements.
Sechstes AusführungsbeispielSixth embodiment
Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 und 7 ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Anordnung 608 beschrieben, welche an Stelle der Anordnung 108 in dem
Objektiv 104 zum Einsatz kommen kann, um die Linse 107.1 zu
manipulieren. Die Anordnung 608 entspricht in ihrem grundsätzlichen
Aufbau und ihrer Funktionsweise der Anordnung 108 aus den 2A bis 2H,
sodass hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll.The following is with reference to the 1 and 7 a further preferred embodiment of the inventive arrangement 608 described which in place of the arrangement 108 in the lens 104 can be used to the lens 107.1 to manipulate. The order 608 corresponds in its basic structure and its operation of the arrangement 108 from the 2A to 2H , so that only the differences should be discussed here.
Der
Unterschied zur Anordnung 108 besteht lediglich in der
Anzahl der Manipulationselemente 109.1 und der Gestaltung
der als Vorspanneinrichtung ausgebildeten Einrichtung 611.The difference to the arrangement 108 consists only in the number of manipulation elements 109.1 and the design of the biasing device 611 ,
Anders
als bei der Anordnung 108 greift bei der Anordnung 608 eine
große Anzahl von Manipulationselementen 109.1 gleichmäßig
am Umfang der Linse 107.1 an (wie in 7 durch
die gepunkteten Linien angedeutet ist). In jedem Fall sind mehr
als drei Manipulationselemente, vorzugsweise mehr als sechs Manipulationselemente
vorgesehen.Unlike the arrangement 108 engages in the arrangement 608 a large number of manipulation elements 109.1 evenly around the circumference of the lens 107.1 on (as in 7 indicated by the dotted lines). In any case, more than three manipulation elements, preferably more than six manipulation elements are provided.
Jedem
Manipulationselement 109.1 ist auf der gegenüberliegenden
Seite der Linse 107.1 ein Vorspannelement 611.1 der
Vorspanneinrichtung 611 derart zugeordnet, dass die Wirkachse 109.3 des
Manipulationselements 109.1 im Wesentlichen kollinear mit
der Wirkachse 611.2 des Vorspannelements 611.1 angeordnet
ist. Die Vorspannelemente 611.1 sind dabei mit der Linse 107.1 und
der zweiten Halteeinrichtung 112 verbunden.Every manipulation element 109.1 is on the opposite side of the lens 107.1 a biasing element 611.1 the pretensioner 611 assigned such that the axis of action 109.3 of the manipulation element 109.1 essentially collinear with the axis of action 611.2 of the biasing element 611.1 is arranged. The pretensioning elements 611.1 are there with the lens 107.1 and the second holding device 112 connected.
Jedes
Vorspannelement 611.1 ist ebenfalls ein elektroaktives
Polymerelement (EAP), welches mit der Steuereinrichtung 109.2 verbunden
ist, und von dieser mit einer Spannung U beaufschlagt werden kann,
um so seine Längenausdehnung entlang seiner Wirkachse 611.2 zu
verändern.Each biasing element 611.1 is also an electroactive polymer element (EAP) connected to the control device 109.2 is connected, and can be acted upon by this with a voltage U, so as to extend its length along its axis of action 611.2 to change.
Die
Manipulationselemente 109.1 und die Vorspannelemente 611.1 sind
dabei so angeordnet und ausgebildet, dass die Manipulationselemente 109.1 in
ihrem Ausgangszustand ohne anliegende Spannung (U = 0) mit einer
Zugspannung als mechanische Vorspannung beaufschlagt sind. Weiterhin
steuert die Steuereinrichtung 109.2 die Manipulationselemente 109.1 und
die Vorspannelemente 611.1 jeweils so an, dass die Manipulationselemente 109.1 im
Normalbetrieb der Abbildungseinrichtung 101 in jedem Betriebszustand
in der Richtung ihrer Wirkachse 109.3 mit einer Zugspannung
als mechanische Vorspannung beaufschlagt sind. Durch die Nutzung
der zu jedem Zeitpunkt vorhandenen elastischen Rückstellkraft
der Manipulationselemente 109.1 kann eine präzise
Manipulation der Linse 107.1 sichergestellt werden.The manipulation elements 109.1 and the biasing elements 611.1 are arranged and designed so that the manipulation elements 109.1 are applied in their initial state without voltage applied (U = 0) with a tensile stress as mechanical bias. Furthermore, the control device controls 109.2 the manipulation elements 109.1 and the biasing elements 611.1 each so on, that the manipulation elements 109.1 in normal operation of the imaging device 101 in any operating condition in the direction of its axis of action 109.3 are subjected to a tensile stress as a mechanical bias. By using the existing at any time elastic restoring force of the manipulation elements 109.1 can be a precise manipulation of the lens 107.1 be ensured.
Mit
dieser Anordnung 608 ist es nicht nur möglich,
die Linse 107.1 hinsichtlich ihrer Position in einer ähnlichen
Weise in drei Freiheitsgraden zu manipulieren, wie dies im Zusammenhang
mit dem vorstehenden ersten bis vierten Ausführungsbeispiel
beschrieben wurde. Werden die Wirkachsen 109.3 und/oder
die Wirkachsen 611.2 so angeordnet, dass sie nicht parallel
zur optischen Achse 104.1 angeordnet sind, sondern eine leichte
Neigung ihr zu aufweisen, so wird eine Manipulation in bis zu sechs
Freiheitsgraden möglich. Dabei müssen die Wirkachsen 109.3 und
die Wirkachsen 611.2 auch nicht notwendigerweise parallel
zueinander verlaufen.With this arrangement 608 Not only is it possible to use the lens 107.1 in terms of their position in a similar manner in three degrees of freedom, as described in connection with the above first to fourth embodiments. Become the effective axes 109.3 and / or the axes of action 611.2 arranged so that they are not parallel to the optical axis 104.1 are arranged, but a slight tendency to have her, a manipulation in up to six degrees of freedom is possible. The axes of action must 109.3 and the axes of action 611.2 also not necessarily parallel to each other.
Ein
weiterer Vorteil der Anordnung 608 liegt in der Steuerbarkeit
der Charakteristik der Vorspanneinrichtung 611. So kann
ein nahezu beliebiger Verlauf der Charakteristik F2 der
Vorspanneinrichtung 611 erzielt werden. Neben der Nachbildung
der Charakteristiken F2 der vorstehenden
Ausführungsbeispiele (mit den dort beschriebenen Vorteilen)
ist es insbesondere möglich, die Charakteristik F1 der Manipulationseinrichtung 109 beliebig
präzise nachzubilden, sodass ähnlich wie bei dem
Ausführungsbeispiel aus 5A bis 5C mit sehr
geringen Spannungen U hohe Stellwege erzielt werden können.Another advantage of the arrangement 608 lies in the controllability of the characteristic of the pretensioner 611 , Thus, an almost arbitrary course of the characteristic F 2 of the biasing device 611 be achieved. In addition to the simulation of the characteristics F 2 of the preceding embodiments (with the advantages described therein), it is possible in particular, the characteristic F 1 of the manipulation device 109 Imitate any precise, so similar to the embodiment of 5A to 5C With very low voltages U high travel can be achieved.
Durch
geeignete koordinierte Steuerung der Charakteristik F1 der
Manipulationseinrichtung 109 und Charakteristik F2 der Vorspanneinrichtung 611 ist
es zudem möglich, die globale Position der Linse 107.1 konstant
zu halten und lediglich über den Umfang der Linse 107.1 verteilt
unterschiedliche Kräfte in die Linse 107.1 einzuleiten,
sodass sich hierüber eine gewünschte Deformation
der Linse 107.1 ergibt. Es versteht sich natürlich,
dass diese Manipulation der Linse 107.1 in Form einer definierten
Deformation der Linse 107.1 gegebenenfalls auch mit einer
Manipulation der Linse 107.1 in Form einer Änderung
der Position der Linse 107.1 bezüglich der optischen
Achse 104.1 des Objektivs 104 kombiniert werden
kann.By suitable coordinated control of the characteristic F 1 of the manipulation device 109 and characteristic F 2 of the pretensioner 611 It is also possible to change the global position of the lens 107.1 constant and only over the circumference of the lens 107.1 distributes different forces into the lens 107.1 initiate so that this is a desired deformation of the lens 107.1 results. It goes without saying that this manipulation of the lens 107.1 in the form of a defined deformation of the lens 107.1 possibly also with a manipulation of the lens 107.1 in the form of a change in the position of the lens 107.1 be minus the optical axis 104.1 of the lens 104 can be combined.
Die
Steuereinrichtung 109.2 steuert die Manipulationselemente 109.1 gemäß entsprechenden
Vorgaben, beispielsweise zur gezielten Einstellung der optischen
Charakteristik des Objektivs 104 an. Dabei verwendet die
Steuereinrichtung 109.2 die Signale der Erfassungseinrichtung 109.4,
welche die tatsächliche Manipulation der Linse 107.1 erfasst.
Es versteht sich, dass bei anderen Varianten der Erfindung beispielsweise
auch vorgesehen sein kann, dass die Erfassungseinrichtung 109.4 beispielsweise
direkt die optische Charakteristik des Objektivs 104 erfasst
und die Ansteuerung der Manipulationselemente direkt in Abhängigkeit
von dieser erfassten optischen Charakteristik erfolgt.The control device 109.2 controls the manipulation elements 109.1 according to appropriate specifications, for example, for the targeted adjustment of the optical characteristics of the lens 104 at. In this case, the control device uses 109.2 the signals of the detection device 109.4 which is the actual manipulation of the lens 107.1 detected. It is understood that in other variants of the invention, for example, can also be provided that the detection device 109.4 For example, directly the optical characteristics of the lens 104 detected and the control of the manipulation elements takes place directly in response to this detected optical characteristic.
Wie 7 zu
entnehmen ist, ist die Manipulationseinrichtung 109 in
dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit einer Stützeinrichtung 111 kombiniert,
deren Stützelemente 111.1 jeweils einem Manipulationselement 109.1 derart
zugeordnet sind, dass ihre Wirkachsen 111.2 kollinear zu
den Wirkachsen 109.3 der Manipulationselemente 109.1 verlaufen.
Eine solche Konfiguration wurde bereits im Zusammenhang mit dem
ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, sodass hier lediglich
auf die obigen Ausführungen verwiesen wird. Es versteht
sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung eine solche
Stützeinrichtung auch fehlen kann.As 7 it can be seen, is the manipulation device 109 in the embodiment shown with a support means 111 combined, their supporting elements 111.1 each a manipulation element 109.1 are assigned such that their axes of action 111.2 collinear to the axes of action 109.3 the manipulation elements 109.1 run. Such a configuration has already been described in connection with the first embodiment, so that reference is made here only to the above statements. It is understood, however, that in other variants of the invention, such a support device may also be missing.
Ebenso
ist es natürlich möglich, dass bei anderen Varianten
der Erfindung auch zusätzlich zu der Vorspanneinrichtung 611 eine
andere Stützeinrichtung und/oder eine weitere Vorspanneinrichtung
vorgesehen sein kann, wie sie oben im Zusammenhang mit den anderen
Ausführungsbeispielen beschrieben wurden. Insbesondere
ist es möglich, jedem Vorspannelement 611.1 ein
weiteres Vorspannelement mit kollinearer Wirkachse zuzuordnen.Likewise, it is of course possible that in other variants of the invention also in addition to the biasing device 611 another support means and / or a further biasing means may be provided, as described above in connection with the other embodiments. In particular, it is possible for each biasing element 611.1 to assign another biasing element with Kollinearer effective axis.
Es
versteht sich in diesem Zusammenhang weiterhin, dass auch mit diesem
Ausführungsbeispiel die im Zusammenhang mit der 2D beschriebenen
Verfahren durchgeführt werden können, sodass hier
lediglich auf die obigen Ausführungen Bezug genommen werden
soll.It goes on to be understood in this context that, with this embodiment, the in connection with the 2D described method can be carried out, so that reference should be made only to the above statements.
Siebtes AusführungsbeispielSeventh embodiment
Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 und 8A bis 8C ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Anordnung 708 beschrieben, welche in dem Abbildungseinrichtung 101 zum
Einsatz kommen kann, um eine ihrer Komponenten 101.3 zu
manipulieren.The following is with reference to the 1 and 8A to 8C a further preferred embodiment of the inventive arrangement 708 described in the imaging device 101 can be used to one of their components 101.3 to manipulate.
Die 8A zeigt
eine verallgemeinerte und stark schematisierte Ansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung 708,
mit der eine erste Komponente 101.3 der Abbildungseinrichtung 101 hinsichtlich
ihrer Position und/oder Geometrie manipuliert werden kann.The 8A shows a generalized and highly schematic view of an arrangement according to the invention 708 , with a first component 101.3 the imaging device 101 in terms of their position and / or geometry can be manipulated.
Die
Anordnung 708 umfasst hierzu eine Manipulationseinrichtung
in Form eines Manipulators 709 mit einem Manipulationselement 709.1 und
einer damit verbundenen Steuereinrichtung 709.2. Das Manipulationselement 709.1 ist
dabei mechanisch zum einen mit der Komponente 101.3 und
zum anderen mit einer zweiten Komponente 710 in Form einer
ersten Halteeinrichtung der Abbildungseinrichtung 101 verbunden.
Die Halteeinrichtung 710 ist wiederum mit dem Gehäuse 104.2 des
Objektivs 104 verbunden.The order 708 includes for this purpose a manipulation device in the form of a manipulator 709 with a manipulation element 709.1 and an associated control device 709.2 , The manipulation element 709.1 is mechanically on the one hand with the component 101.3 and secondly with a second component 710 in the form of a first holding device of the imaging device 101 connected. The holding device 710 is in turn with the case 104.2 of the lens 104 connected.
Bei
der ersten Komponente 101.3 handelt es sich um eine beliebige
Komponente der Abbildungseinrichtung 101. Wie in der 8A dargestellt,
umfasst die Komponente 101.3 im vorliegenden Beispiel ein
stark schematisiert dargestelltes zu manipulierendes Element 101.4,
welches über ein ebenfalls stark schematisiert dargestelltes
Getriebe 101.5 (mit beliebig gestalteter Übersetzung)
mit dem hinsichtlich seiner Position und/oder Geometrie zu manipulierenden
Element 101.4 verbunden ist. Insbesondere kann es sich
bei dem zu manipulierenden Element 101.4 um ein optisch
aktives Element, beispielsweise ein optisches Element handeln. Ebenso
kann es sich aber auch um eine beliebige andere mechanische Komponente
der Abbildungseinrichtung 101 handeln.At the first component 101.3 it is any component of the imaging device 101 , Like in the 8A shown, includes the component 101.3 in the present example, a highly schematized illustrated element to be manipulated 101.4 , which has a likewise highly schematized illustrated transmission 101.5 (with arbitrarily designed translation) with the element to be manipulated with regard to its position and / or geometry 101.4 connected is. In particular, it may be in the element to be manipulated 101.4 to act an optically active element, such as an optical element. However, it may also be any other mechanical component of the imaging device 101 act.
Das
Manipulationselement 709.1 ist ein elektroaktives Polymerelement
(EAP), welches von der Steuereinrichtung 709.2 mit einer
elektrischen Spannung U beaufschlagt werden kann, wodurch sich wenigstens eine
Dimension des Manipulationselements 709.1 ändert.
Die Mechanismen der durch das angelegte elektrische Feld bedingten Änderung
der Abmessungen eines solchen elektroaktiven Polymerelements sind
beispielsweise aus den eingangs genannten Veröffentlichungen
hinlänglich bekannt, sodass hierauf an dieser Stelle nicht
näher eingegangen werden soll.The manipulation element 709.1 is an electroactive polymer element (EAP), which is supplied by the control device 709.2 With an electrical voltage U can be applied, resulting in at least one dimension of the manipulation element 709.1 changes. The mechanisms of the change in the dimensions of such an electroactive polymer element caused by the applied electric field are well known, for example, from the publications cited at the outset, so that they will not be discussed further here.
Das
Manipulationselement 709.1 ist in 8A in
seinem Ausgangszustand ohne anliegende Spannung (d. h. U = 0) dargestellt.
Das Manipulationselement 709.1 ist so angeordnet, dass
es sich bei Anlegen einer Spannung U in einer in Richtung der Wirkachse 709.3 verlaufenden
Wirkrichtung gegenüber dem Ausgangszustand verlängert.The manipulation element 709.1 is in 8A in its initial state without applied chip tion (ie U = 0). The manipulation element 709.1 is arranged so that when applying a voltage U in one in the direction of the axis of action 709.3 extended effective direction compared to the initial state extended.
Das
Manipulationselement 709.1 kann in seinem Ausgangszustand
unter anderem durch eine in Richtung der Wirkachse 709.3 wirkende
Komponente der Gewichtskraft G des Elements 101.4 belastet
sein, sodass das Manipulationselement 709.1 schon aufgrund
dieser Belastung in Richtung seiner Wirkachse 709.3 mit
einer Zugspannung als mechanische Vorspannung beaufschlagt ist.The manipulation element 709.1 can in its initial state, inter alia, by one in the direction of the axis of action 709.3 acting component of the weight G of the element 101.4 be loaded so that the manipulation element 709.1 already because of this load in the direction of its axis of action 709.3 is subjected to a tensile stress as a mechanical bias.
Ebenso
kann aber auch vorgesehen sein, dass die Anordnung 708 derart
ausgerichtet ist, dass sich aus der Gewichtskraft G, welche auf
die Teile 101.4 und 101.5 der Komponente 101.3 wirkt,
keine derartige Vorspannung des Manipulationselements 709.1 ergibt.
Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn die Gewichtskraft G
der Komponente 101.3 durch eine entsprechende Stützeinrichtung
abgestützt ist und eine Manipulation in einer Ebene vorgenommen
werden soll, die senkrecht zur Richtung der Gewichtskraft verläuft.Likewise, however, it can also be provided that the arrangement 708 is oriented such that from the weight G, which on the parts 101.4 and 101.5 the component 101.3 acts, no such bias of the manipulation element 709.1 results. This may for example be the case when the weight G of the component 101.3 is supported by a corresponding support means and a manipulation is to be made in a plane which is perpendicular to the direction of the weight.
Für
diesen Fall umfasst die Manipulationseinrichtung 709 eine
Vorspanneinrichtung 711 mit einem Vorspannelement 711.1,
welches mit dem Manipulationselement 709.1 verbunden ist.
Das Vorspannelement 711.1 ist so ausgebildet, dass es auf
das Manipulationselement 709.1 im Normalbetrieb der Abbildungseinrichtung 101 in
seinem jeweiligen Betriebszustand eine Vorspannkraft F2 ausübt,
sodass dieses mit einer Zugspannung als mechanische Vorspannung
beaufschlagt ist.For this case, the manipulation device comprises 709 a pretensioner 711 with a biasing element 711.1 , which with the manipulation element 709.1 connected is. The biasing element 711.1 is designed to be on the manipulation element 709.1 in normal operation of the imaging device 101 in its respective operating state exerts a biasing force F 2 , so that it is acted upon by a tensile stress as a mechanical bias.
Das
Manipulationselement 709.1 erfährt somit eine
elastische Dehnung in Richtung der Wirkachse 709.3. Dementsprechend übt
das Manipulationselement 709.1 in Richtung der Wirkachse 709.3 eine
entgegen der Vorspannkraft F2 gerichtete
elastische Rückstellkraft F1 auf
die Komponente 101.3 aus, wie dies 8A zu
entnehmen ist.The manipulation element 709.1 thus experiences an elastic strain in the direction of the axis of action 709.3 , Accordingly, the manipulation element exercises 709.1 in the direction of the axis of action 709.3 a directed against the biasing force F 2 elastic restoring force F 1 on the component 101.3 out, like this 8A can be seen.
Bei
dem elektroaktiven Polymerelement (EAP) 709.1 kann es sich
beispielsweise um ein so genanntes elektrostriktives Polymerelement
handeln, bei dem sich die Polymerstruktur durch das angelegte elektrische Feld
verändert und so die Längenänderung bewirkt.
Ebenso kann es sich um ein so genanntes dielektrisches Elastomerelement
handeln, bei dem die Längenänderung mechanisch
durch die elektrostatischen Anziehungskräfte zweier Elektroden
bewirkt wird, zwischen denen das Polymer angeordnet ist. Gegebenenfalls
sind auch Kombinationen dieser Elementtypen möglich.In the electroactive polymer element (EAP) 709.1 it may be, for example, a so-called electrostrictive polymer element in which the polymer structure is changed by the applied electric field and thus causes the change in length. Likewise, it may be a so-called dielectric elastomer element, in which the change in length is effected mechanically by the electrostatic attraction forces of two electrodes, between which the polymer is arranged. Optionally, combinations of these types of elements are possible.
Durch
die Zugspannung als mechanische Vorspannung wird das Manipulationselement 709.1 des
Manipulators 709 erfindungsgemäß nicht
unmittelbar dazu benutzt, die Manipulationskraft zum Manipulieren
der Komponente 101.3 zu erzeugen, sondern es wird die jeweilige
elastische Rückstellkraft F1 des
Manipulationselements 709.1 als Gegenkraft für
die sich aus der Vorspanneinrichtung 711 ergebende Stellkraft
S = F1 genutzt.Due to the tensile stress as a mechanical bias is the manipulation element 709.1 of the manipulator 709 not directly used according to the invention, the manipulation force for manipulating the component 101.3 to produce, but it will be the respective elastic restoring force F 1 of the manipulation member 709.1 as a counterforce for the biasing device 711 resulting force S = F 1 used.
Die
resultierende Manipulationskraft FM, welche
die gewünschte Manipulation der Komponente 101.3 entlang
der Wirkachse 709.3 bewirkt, ergibt sich dann aus der Rückstellkraft
F1 des Manipulationselements 709.1 und
der Stellkraft S zu: FM =
S – F1 = F2 – F1. (19) The resulting manipulation force F M , which is the desired manipulation of the component 101.3 along the axis of action 709.3 causes, then results from the restoring force F 1 of the manipulation element 709.1 and the force S to: F M = S - F 1 = F 2 - F 1 , (19)
Mit
anderen Worten wird das Manipulationselement 709.1 erfindungsgemäß nicht
selbst zum Generieren der Manipulationskraft FM genutzt,
sondern dient vielmehr als Steuerelement für die Manipulationskraft FM, indem es über seine elastische
Rückstellkraft F1 die resultierende
Manipulationskraft FM beeinflusst.In other words, the manipulation element becomes 709.1 According to the invention, it does not itself use for generating the manipulation force F M , but rather serves as a control element for the manipulation force F M , in that it influences the resulting manipulation force F M via its elastic restoring force F 1 .
Die
erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil,
dass die als Zugkraft wirkende elastische Rückstellkraft F1 des Manipulationselements 709.1 trotz
dessen geringer lateraler Steifigkeit eine genau definierte Wirkrichtung
aufweist, sodass eine Manipulation mit hoher Präzision
möglich ist.The solution according to the invention has the advantage that acting as a tensile elastic restoring force F 1 of the manipulation element 709.1 despite its low lateral stiffness has a well-defined effective direction, so that a manipulation with high precision is possible.
Im
statischen Zustand (Manipulationskraft FM =
0) ergibt sich das Kräftegleichgewicht aus den an der Komponente 101.3 als
erster Komponente wirkenden Kräften jeweils zu: F1 = F2. (20)Im Folgenden
wird zunächst vereinfachend davon ausgegangen, dass ohne
angelegte elektrische Spannung U eine lineare Beziehung zwischen
einer an das jeweilige Manipulationselement angelegten Zugkraft
und der sich daraus ergebenden Längenänderung
des Manipulationselements besteht, das Manipulationselement sich mithin
also wie eine Feder mit einer Federkonstanten c1 verhält.
Eine solche lineare Beziehung beschreibt das Verhalten von elektroaktiven
Polymeren nur annäherungsweise, für die Zwecke
der vorliegenden Beschreibung reicht dies jedoch aus.In the static state (manipulation force F M = 0), the equilibrium of forces results from that at the component 101.3 forces acting as the first component in each case: F 1 = F 2 , (20) For the sake of simplification, it will initially be assumed that, without an applied electrical voltage U, a linear relationship between a tensile force applied to the respective manipulation element and the Resulting change in length of the manipulation element, the manipulation element therefore behaves like a spring with a spring constant c 1 . Such a linear relationship only approximates the behavior of electroactive polymers, but for purposes of the present description this is sufficient.
Im
Ausgangszustand (U = 0) gilt dabei mit der Federkonstanten c1 des Manipulationselements 709.1, der
aus der elastischen Dehnung resultierenden statischen Längenänderung Δs0 des Manipulationselements 709.1 und
der Kraft F2(Δs0)
der Vorspanneinrichtung 711: c1·Δs0 =
F2(Δs0). (21) In the initial state (U = 0), the spring constant c 1 of the manipulation element applies 709.1 , resulting from the elastic strain static change in length Δs 0 of the manipulation element 709.1 and the force F 2 (Δs 0 ) of the pretensioner 711 : c 1 · .DELTA.s 0 = F 2 (.DELTA.s 0 ). (21)
In
einem weiteren Betriebszustand legt die Steuereinrichtung 709.2 an
das Manipulationselement 709.1 eine Spannung U ≠ 0
an, sodass eine weitere Auslenkung Δs des Manipulationselements 709.1 erzielt wird.
Hierbei verändert sich die Federkonstante des Manipulationselements 109.1 und
damit die aus seiner Dehnung resultierende Rückstellkraft,
was hier durch einen Korrekturwert K berücksichtigt werden
soll. Für die Rückstellkraft gilt hierbei gemäß Gleichung
(5) F1 = c1·(Δs0 + Δs) – K. In a further operating state, the control device sets 709.2 to the manipulation element 709.1 a voltage U ≠ 0, so that a further deflection Δs of the manipulation element 709.1 is achieved. Here, the spring constant of the manipulation element changes 109.1 and thus the restoring force resulting from its expansion, which should be taken into account here by a correction value K. For the restoring force here according to equation (5) F 1 = c 1 · (.DELTA.s 0 + Δs) - K.
Dabei
berechnet sich der Korrekturwert K gemäß Gleichung
(6) zu: K = V(s)·U, wobei V(s) die
für das jeweilige Manipulationselement bekannte bzw. einfach
ermittelbare, von der aktuellen Länge s des Manipulationselements
abhängige Empfindlichkeit des Manipulationselements 109.1 (in
NN) und U die angelegte Spannung (in V) bezeichnet.The correction value K is calculated in accordance with equation (6) as follows: K = V (s) · U, where V (s) is the sensitivity of the manipulation element that is known or easily determinable for the respective manipulation element and is dependent on the current length s of the manipulation element 109.1 (in NN) and U denotes the applied voltage (in V).
Weiterhin
ergibt sich zum einen aufgrund der anliegenden Spannung U eine Längenänderung ΔIU1 des Manipulationselements 709.1.
Zum anderen ergibt sich wiederum eine aus der Belastung resultierende
elastische Längenänderung ΔIF,
des Manipulationselements 709.1, wobei die obigen Gleichungen
(7) gilt, d. h. s = ΔlU1 + ΔIF1 = Δs0 + Δs. Furthermore, on the one hand, due to the applied voltage U, there is a change in length ΔI U1 of the manipulation element 709.1 , On the other hand, in turn, results from the load resulting elastic change in length .DELTA.I F , the manipulation element 709.1 where the above equations ( 7 ), ie s = Δl U1 + ΔI F1 = Δs 0 + Δs.
Aus
dem Kräftegleichgewicht im statischen Zustand ergibt sich
dann mit der Kraft F2(Δs0 + Δs) der Vorspanneinrichtung 711 wiederum: c1·(Δs0 + Δs) – K = F2(Δs0 + Δs). (22) From the equilibrium of forces in the static state is then obtained with the force F 2 (Δs 0 + Δs) of the biasing device 711 in turn: c 1 · (.DELTA.s 0 + Δs) - K = F 2 (.DELTA.s 0 + Δs). (22)
Setzt
man die Gleichung (6) und (22) nunmehr in die Gleichung (19) ein
und löst diese nach der Längenänderung Δs
auf, so erhält man wiederum entsprechend Gleichung (9): Substituting the equations (6) and (22) into the equation (19) and resolving them after the change in length Δs, we again obtain according to equation (9):
Mit
anderen Worten gilt auch hier Gleichung (10) und es lässt
sich also in Abhängigkeit von der Charakteristik der Kraft
F2 und der Empfindlichkeit V(s) für
eine vorgegebene Auslenkung Δs eine erforderliche an das
Manipulationselement 109.1 anzulegende Spannung U ermitteln,
mit der das Kräftegleichgewicht hergestellt werden kann.In other words, equation (10) also applies here, and it is thus possible, depending on the characteristic of the force F 2 and the sensitivity V (s) for a given deflection Δs, to have the manipulation element required 109.1 determine voltage U to be applied, with which the balance of power can be established.
Um
eine genau definierte Manipulation der Komponente 707.1 zu
erzielen, kann eine mit der Steuereinrichtung 709.2 verbundene
Erfassungseinrichtung 709.4 vorgesehen sein, welche die
tatsächliche Manipulation der Komponente 707.1 erfasst
und ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung 709.2 liefert,
welches diese Information dann bei der Ansteuerung des Manipulationselements 709.1 nutzt.To a well-defined manipulation of the component 707.1 To achieve, one can use the control device 709.2 connected detection device 709.4 be provided, which is the actual manipulation of the component 707.1 detected and a corresponding signal to the controller 709.2 supplies, which this information then in the control of the manipulation element 709.1 uses.
Weiterhin
kann vorgesehen sein, dass die Einrichtung 711 eine steuerbare
Charakteristik der Kraft F2 aufweist. Um
diese Charakteristik der Kraft F2 zu steuern,
kann die Einrichtung 711 ebenfalls mit der Steuereinrichtung 709.2 verbunden
sein, wie dies in 8 durch die gestrichelte
Kontur 709.5 angedeutet ist.Furthermore, it can be provided that the device 711 has a controllable characteristic of the force F 2 . To control this characteristic of the force F 2 , the device can 711 also with the control device 709.2 be connected, as in 8th through the dashed outline 709.5 is indicated.
Hierbei
kann vorgesehen sein, dass das Vorspannelement 711.1 ebenfalls
ein elektroaktives Polymerelement (EAP) ist, welches sich bei Beaufschlagung
mit einer elektrischen Spannung U in Richtung seiner Wirkachse 711.2 ausdehnt,
hierbei allerdings stets mit einer Druckspannung als mechanische
Vorspannung beaufschlagt ist.It can be provided that the biasing element 711.1 is also an electroactive polymer element (EAP), which is when acted upon by an electrical voltage U in the direction of its axis of action 711.2 expands, but always with a compressive stress as a mechanical bias is charged.
Das
Vorspannelement 711.1 und das Manipulationselement 709.1 können
koaxial angeordnet sein. Hierbei kann beispielsweise eines der beiden
Elemente 709.1 und 711.1 als einfaches hohlzylindrisches
Element ausgebildet sein, welches dann in seinem Inneren das andere
der beiden Elemente 709.1 und 711.1 aufnimmt.
Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung
auch eine andere Anordnung des Vorspannelements und des Manipulationselements
vorgesehen sein kann. Beispielsweise können lediglich parallele
Wirkachsen vorgesehen sein. Weiterhin können natürlich
auch mehrere Manipulationselemente und/oder mehrere Vorspannelemente
miteinander kombiniert werden.The biasing element 711.1 and the manipulation element 709.1 can be arranged coaxially. Here, for example, one of the two elements 709.1 and 711.1 be designed as a simple hollow cylindrical element, which then in its interior the other of the two elements 709.1 and 711.1 receives. It is understood, however, that in other variants of the invention, a different arrangement of the biasing member and the manipulation element may be provided. For example, only parallel axes of action can be provided. Furthermore, of course, a plurality of manipulation elements and / or a plurality of biasing elements can be combined.
Die
Verwendung von elektroaktiven Polymerelementen für die
Manipulationseinrichtung 709 und die Vorspanneinrichtung 711 hat
den im Zusammenhang mit dem sechsten Ausführungsbeispiel
bereits beschriebenen Vorteil, dass die Charakteristik der Vorspannkraft
F2 und damit der Stellkraft S beliebig eingestellt
werden kann. Somit ist es nicht nur möglich, die Manipulationsbewegung
zu steuern, sondern auch die Manipulationskraft M in der gewünschten
Weise einzustellen.The use of electroactive polymer elements for the manipulation device 709 and the pretensioner 711 has the already described in connection with the sixth embodiment advantage that the characteristic of the biasing force F 2 and thus the restoring force S can be set arbitrarily. Thus, not only is it possible to control the manipulation movement, but also to adjust the manipulation force M in the desired manner.
Ein
weiterer Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass die
elektroaktiven Polymerelemente (EAP) eine geringe laterale Steifigkeit
aufweisen, sodass sie selbst schon eine laterale mechanische Entkopplung
zur Verfügung stellen, welche die Einleitung parasitärer
Kräfte und Momente in die Komponente 101.3 in
vorteilhafter Weise reduziert.A further advantage of this solution is that the electroactive polymer elements (EAP) have a low lateral rigidity, so that they themselves already provide a lateral mechanical decoupling which allows the introduction of parasitic forces and moments into the component 101.3 reduced in an advantageous manner.
Die 8B zeigt
für den Fall einer einfachen mechanischen Federeinrichtung
als Vorspanneinrichtung 711 in Form der Charakteristik 713 schematisch
den Zusammenhang zwischen der Spannung U, welche die Steuereinrichtung 709.2 an
das Manipulationselement 709.1 anlegt, und der Auslenkung Δs
des Manipulationselements 709.1, welche auf die Komponente 101.3 übertragen
wird.The 8B shows in the case of a simple mechanical spring device as a biasing device 711 in the form of the characteristic 713 schematically the relationship between the voltage U, which the control device 709.2 to the manipulation element 709.1 applies, and the deflection Δs of the manipulation element 709.1 pointing to the component 101.3 is transmitted.
Die 8C zeigt
für diesen Fall den Zusammenhang zwischen der elastischen
Rückstellkraft F1 bzw. der Stellkraft
S = F2 und der Auslenkung s. Dabei ist in 2C die
jeweilige Rückstellkraft F1 für
drei unterschiedliche elektrische Spannungen U dargestellt, nämlich
die Rückstellkraft F1(U = 0) für
eine Spannung U = 0 (durchgezogene Linie), die Rückstellkraft
F1(U1) für
eine Spannung U1 > 0 (strichpunktierte Linie) und die Rückstellkraft
F1(U2) für
eine Spannung U2 > U1 (strichzweipunktierte
Linie).The 8C shows for this case the relationship between the elastic restoring force F 1 and the actuating force S = F 2 and the deflection s. It is in 2C the respective restoring force F 1 for three different electrical voltages U shown, namely the restoring force F 1 (U = 0) for a voltage U = 0 (solid line), the restoring force F 1 (U 1 ) for a voltage U 1 > 0 ( dot-dash line) and the restoring force F 1 (U 2 ) for a voltage U 2 > U 1 (two-dot chain line).
Wie
der 8C zu entnehmen ist, besitzt die Vorspanneinrichtung 711 die
Charakteristik F2 einer einfachen elastischen
Druckfeder mit einer Federkonstante c2,
wobei die Federkraft F2 also mit zunehmender
Auslenkung s sinkt, mithin also gemäß Gleichung
(11) gilt: F2(Δs0 + Δs) = F2(0) – c2·(Δs0 + Δs),wobei
F2(0) die Vorspannkraft der Einrichtung 111 im
unbelasteten Zustand des Manipulationselements 109.1 (Auslenkung
s = 0) bezeichnet, bzw. gemäß Gleichung (12) gilt: ΔF2(Δs)= –c2·Δs, Again 8C can be seen, has the biasing device 711 the characteristic F 2 of a simple elastic compression spring with a spring constant c 2 , wherein the spring force F 2 thus decreases with increasing deflection s, thus therefore according to equation (11): F 2 (.DELTA.s 0 + Δs) = F 2 (0) - c 2 · (.DELTA.s 0 + Δs), where F 2 (0) is the biasing force of the device 111 in the unloaded state of the manipulation element 109.1 (Displacement s = 0), or in accordance with equation (12): .DELTA.F 2 (Δs) = -c 2 · .DELTA.s,
Für
die Auslenkung Δs ergibt sich dann gemäß Gleichung
(13): For the deflection .DELTA.s then results according to equation (13):
Auf
der rechten Seite des Schnittpunkts P(U = 0) zwischen der Charakteristik
der Stellkraft S und der Charakteristik der Rückstellkraft
F1(U = 0) bei der elektrischen Spannung
U = 0 befindet sich der Betriebsbereich B der Anordnung 708.
Hier liegen auf der Charakteristik der Stellkraft S die Betriebspunkte,
in denen die Anordnung 708 zur Manipulation der Komponente 101.3 betrieben
werden kann. Wie der 8C zu entnehmen ist, lässt
sich in diesem Betriebsbereich B für jeden Betriebspunkt
P(U) der Stellkraft S mit einer Auslenkung s = Δs0 + Δs eine Charakteristik der Rückstellkraft
F1(U) der Manipulationseinrichtung 709.1 bei
einer elektrischen Spannung U ≠ 0 ermitteln, welche die
Charakteristik der Stellkraft S in diesem Betriebspunkt schneidet,
sodass Kräftegleichgewicht S = F1(U)
herrscht. In 8C ist dies am Beispiel der
Betriebspunkte P(U1) für die elektrische
Spannung U1 und P(U2)
für die elektrische Spannung U2 dargestellt.On the right side of the point of intersection P (U = 0) between the characteristic of the actuating force S and the characteristic of the restoring force F 1 (U = 0) at the electrical voltage U = 0 is the operating range B of the arrangement 708 , Here lie on the characteristic of the force S, the operating points in which the arrangement 708 for manipulating the component 101.3 can be operated. Again 8C can be seen, can be in this operating range B for each operating point P (U) of the actuating force S with a deflection s = Δs 0 + Δs a characteristic of the restoring force F 1 (U) of the manipulation device 709.1 determine at an electrical voltage U ≠ 0, which intersects the characteristic of the force S in this operating point, so that equilibrium of forces S = F 1 (U) prevails. In 8C this is illustrated by the example of the operating points P (U 1 ) for the electrical voltage U 1 and P (U 2 ) for the electrical voltage U 2 .
Es
versteht sich in diesem Zusammenhang weiterhin, dass auch mit diesem
Ausführungsbeispiel die im Zusammenhang mit der 2D beschriebenen
Verfahren durchgeführt werden können, sodass hier
lediglich auf die obigen Ausführungen Bezug genommen werden
soll.It goes on to be understood in this context that, with this embodiment, the in connection with the 2D described method can be carried out, so that reference should be made only to the above statements.
Achtes AusführungsbeispielEighth embodiment
Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1, 9A und 9B ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Anordnung 808 beschrieben, welche in der Abbildungseinrichtung 101 zum
Einsatz kommen kann, um eine ihrer Komponenten zu manipulieren.The following is with reference to the 1 . 9A and 9B a further preferred embodiment of the inventive arrangement 808 described which in the imaging device 101 can be used to manipulate one of their components.
Die
Anordnung 808 umfasst hierzu eine Manipulationseinrichtung 809 mit
einem Manipulationselement 809.1 und einer damit verbundenen
Steuereinrichtung 809.2. Die manipulierende Komponente
umfasst die Linse 106.1 der Beleuchtungseinrichtung 102 und
ein damit verbundenes Koppelelement 817.The order 808 includes a manipulation device for this purpose 809 with a manipulation element 809.1 and an associated control device 809.2 , The manipulating component comprises the lens 106.1 the lighting device 102 and a coupling element connected thereto 817 ,
Das
Koppelelement 817 weist die Form eines an einer Stelle
geöffneten Ringes auf und liegt außen am Umfang
der Linse 106.1 an. Zu beiden Seiten der Öffnung 817.1 des
Koppelelements 817 weist das Koppelelement 817 jeweils
einen Betätigungsarm 817.2 auf. An diesen Betätigungsarmen 817.2 ist
wiederum das Manipulationselement 809.1 derart befestigt,
dass es die Öffnung 817.1 überbrückt,
wobei seine Wirkachse 809.3 in Tangentialrichtung des Koppelelements 817 bzw.
der Linse 106.1 angeordnet ist.The coupling element 817 has the shape of a ring opened in one place and lies outside on the circumference of the lens 106.1 at. On both sides of the opening 817.1 of the coupling element 817 has the coupling element 817 each an actuating arm 817.2 on. At these operating arms 817.2 is again the manipulation element 809.1 attached so that it is the opening 817.1 bridged, with its axis of action 809.3 in the tangential direction of the coupling element 817 or the lens 106.1 is arranged.
Die
Linse 106.1 kann über eine (nicht dargestellte)
separate Halteeinrichtung mit dem Gehäuse der Beleuchtungseinrichtung 102 verbunden
sein. Ebenso kann aber auch vorgesehen sein, dass die Linse 106.1 über
eine (ebenfalls nicht dargestellte) mit dem Koppelelement 817 verbundene
Halteeinrichtung mit dem Gehäuse der Beleuchtungseinrichtung 102 verbunden
ist.The Lens 106.1 can via a (not shown) separate holding device with the housing of the lighting device 102 be connected. Likewise, however, it can also be provided that the lens 106.1 via a (also not shown) with the coupling element 817 connected holding device with the housing of the lighting device 102 connected is.
Das
Manipulationselement 809.1 ist ein elektroaktives Polymerelement
(EAP), welches von der Steuereinrichtung 809.2 mit einer
elektrischen Spannung U beaufschlagt werden kann, wodurch sich wenigstens eine
Dimension des Manipulationselements 809.1 ändert.
Die Mechanismen der durch das angelegte elektrische Feld bedingten Änderung
der Abmessungen eines solchen elektroaktiven Polymerelements sind
beispielsweise aus den eingangs genannten Veröffentlichungen
hinlänglich bekannt, so dass hierauf an dieser Stelle nicht
näher eingegangen werden soll.The manipulation element 809.1 is an electroactive polymer element (EAP), which is supplied by the control device 809.2 With an electrical voltage U can be applied, resulting in at least one dimension of the manipulation element 809.1 changes. The mechanisms of the change in the dimensions of such an electroactive polymer element caused by the applied electric field are well known, for example, from the publications cited at the outset, so that they will not be discussed further here.
Das
Manipulationselement 809.1 ist in 9A in
seinem Ausgangszustand ohne anliegende Spannung (d. h. U = 0) dargestellt.
Das Manipulationselement 809.1 ist so angeordnet, dass
es sich bei Anlegen einer Spannung U in einer in Richtung der Wirkachse 809.3 verlaufenden
Wirkrichtung gegenüber dem Ausgangszustand verlängert.The manipulation element 809.1 is in 9A in its initial state without voltage applied (ie U = 0) shown. The manipulation element 809.1 is arranged so that when applying a voltage U in one in the direction of the axis of action 809.3 extended effective direction compared to the initial state extended.
Das
Koppelelement 817 und das Manipulationselement 809.1 sind
so angeordnet, dass die eine gewisse Elastizität aufweisende
Linse 106.1 in dem Ausgangszustand durch das Koppelelement 817 in
ihrer Radialrichtung R komprimiert ist. Demgemäß ist
das Manipulationselement 809.1 über das als Kraftumlenkung wirkende
Koppelelement 817 in seinem Ausgangszustand durch die elastische
Rückstellkraft der komprimierten Linse 106.1 in
Richtung seiner Wirkachse 809.3 durch eine Kraft FR belastet,
sodass das Manipulationselement 809.1 eine elastische Dehnung
in Richtung seiner Wirkachse 809.3 erfährt. Dementsprechend übt
das Manipulationselement 809.1 in Richtung der Wirkachse 809.3 eine
entgegen der Kraft FR der komprimierten Linse 106.1 gerichtete
elastische Rückstellkraft F1 aus,
die über das Koppelelement 817 auf die Linse 106.1 übertragen
wird.The coupling element 817 and the manipulation element 809.1 are arranged so that the lens having a certain elasticity 106.1 in the initial state by the coupling element 817 in its radial direction R is compressed. Accordingly, the manipulation element 809.1 via the coupling element acting as force deflection 817 in its initial state by the elastic restoring force of the compressed lens 106.1 in the direction of its axis of action 809.3 loaded by a force FR, so that the manipulation element 809.1 an elastic strain in the direction of its axis of action 809.3 experiences. Accordingly, the manipulation element exercises 809.1 in the direction of the axis of action 809.3 one against the force FR of the compressed lens 106.1 directed elastic restoring force F 1 , via the coupling element 817 on the lens 106.1 is transmitted.
Bei
dem elektroaktiven Polymerelement (EAP) 809.1 kann es sich
beispielsweise um ein so genanntes elektrostriktives Polymerelement
handeln, bei dem sich die Polymerstruktur durch das angelegte elektrische Feld
verändert und so die Längenänderung bewirkt.
Ebenso kann es sich um ein so genanntes dielektrisches Elastomerelement
handeln, bei dem die Längenänderung mechanisch
durch die elektrostatischen Anziehungskräfte zweier Elektroden
bewirkt wird, zwischen denen das Polymer angeordnet ist. Gegebenenfalls
sind auch Kombinationen dieser Elementtypen möglich.In the electroactive polymer element (EAP) 809.1 it may be, for example, a so-called electrostrictive polymer element in which the polymer structure is changed by the applied electric field and thus causes the change in length. Likewise, it may be a so-called dielectric elastomer element, in which the change in length is effected mechanically by the electrostatic attraction forces of two electrodes, between which the polymer is arranged. Optionally, combinations of these types of elements are possible.
Die
Anordnung 808 umfasst weiterhin eine Einrichtung 811 in
Form eines Elements 811.1, welches ebenfalls mit den beiden
Betätigungsarmen 817.2 derart verbunden ist, dass
es kinematisch parallel zum Manipulationselement 809.1 angeordnet
ist. Das Element 811.1 übt in Richtung seiner
(kollinear zur Wirkachse 809.3 angeordneten) Wirkachse 811.2 eine
weitere Kraft F2 aus, die über
das Koppelelement 817 auf die Linse 106.1 übertragen
wird.The order 808 also includes a device 811 in the form of an element 811.1 , which also with the two operating arms 817.2 is connected in such a way that it is kinematically parallel to the manipulation element 809.1 is arranged. The element 811.1 exercises in the direction of its (collinear to the axis of action 809.3 arranged) axis of action 811.2 another force F 2 , via the coupling element 817 on the lens 106.1 is transmitted.
Je
nach ihrer Gestaltung kann es sich bei der Einrichtung 811 um
eine Vorspanneinrichtung handeln, deren Kraft F2 in
Richtung der Kraft FR wirkt und somit das Manipulationselement 809.1 zusätzlich
vorspannt (die in 9A dargestellte Kraft F2 hat dann einen positiven Betrag). Ebenso
kann es sich bei der Einrichtung 811 um eine Stützeinrichtung
handeln, deren Kraft F2 entgegen der Kraft
FR wirkt und somit zumindest einen Teil der elastischen Rückstellkraft
der Linse 106.1 kompensiert und somit das Manipulationselement 809.1 entlastet
(die in 9A dargestellte Kraft F2 hat dann einen negativen Betrag).Depending on their design, it may be in the device 811 to act a biasing device whose force F 2 acts in the direction of the force FR and thus the manipulation element 809.1 additionally pretensions (the in 9A shown force F 2 then has a positive amount). Similarly, it may be at the device 811 act to a support means whose force F 2 acts against the force FR and thus at least one Part of the elastic restoring force of the lens 106.1 compensates and thus the manipulation element 809.1 relieved (the in 9A shown force F 2 then has a negative amount).
In
jedem Fall ist die Einrichtung 811 so gestaltet, dass das
Manipulationselement 809.1 im Normalbetrieb der Abbildungseinrichtung 801 in
jedem Betriebszustand in Richtung der Wirkachse 809.3 mit
einer Zugspannung als mechanische Vorspannung beaufschlagt ist.
Es versteht sich jedoch, dass eine solche Einrichtung 811 bei
anderen Varianten der Erfindung auch fehlen kann. In diesem Fall
wird die mechanische Zugvorspannung des Manipulationselements dann
alleine durch die elastische Rückstellkraft der Linse erzielt.In any case, the device is 811 designed so that the manipulation element 809.1 in normal operation of the imaging device 801 in each operating state in the direction of the axis of action 809.3 is subjected to a tensile stress as a mechanical bias. It is understood, however, that such a device 811 may be absent in other variants of the invention. In this case, the mechanical tensile bias of the manipulation element is then achieved solely by the elastic restoring force of the lens.
Durch
die Zugspannung als mechanische Vorspannung wird das Manipulationselement 809.1 des
Manipulators 809 erfindungsgemäß nicht
unmittelbar dazu benutzt, die Manipulationskraft zum Manipulieren
der Linse 106.1 zu erzeugen, sondern es wird die jeweilige
elastische Rückstellkraft F1 des
Manipulationselements 809.1 als Gegenkraft für
die Stellkraft S genutzt, die sich entlang der Wirkachse 809.3 als
Resultierende der (aus der elastischen Rückstellkraft der
Linse 106.1 resultierenden) Kraft FR und der Kraft F2 der Einrichtung 811 ergibt. S = FR + F2. (23) Due to the tensile stress as a mechanical bias is the manipulation element 809.1 of the manipulator 809 not directly used according to the invention, the manipulation force for manipulating the lens 106.1 to produce, but it will be the respective elastic restoring force F 1 of the manipulation member 809.1 used as a counterforce for the force S, extending along the axis of action 809.3 as the result of the (from the elastic restoring force of the lens 106.1 resulting) force FR and force F 2 of the device 811 results. S = F R + F 2 , (23)
Die
resultierende Manipulationskraft FM, welche
die gewünschte Manipulation entlang der Wirkachse 809.3 bewirkt,
ergibt sich dann aus der Rückstellkraft F1 des
Manipulationselements 809.1 und der Stellkraft S zu: FM = S – F1. (24) The resulting manipulation force F M , which the desired manipulation along the axis of action 809.3 causes, then results from the restoring force F 1 of the manipulation element 809.1 and the force S to: F M = S - F 1 , (24)
Mit
anderen Worten wird das Manipulationselement 809.1 erfindungsgemäß nicht
selbst zum Generieren der Manipulationskraft FM genutzt,
sondern dient vielmehr als Steuerelement für die Manipulationskraft FM, indem es über seine elastische
Rückstellkraft F1 die resultierende
Manipulationskraft FM beeinflusst.In other words, the manipulation element becomes 809.1 According to the invention, it does not itself use for generating the manipulation force F M , but rather serves as a control element for the manipulation force F M , in that it influences the resulting manipulation force F M via its elastic restoring force F 1 .
Wird
das Manipulationselement 809.1 durch die Steuereinrichtung 809.2 mit
einer elektrischen Spannung U beaufschlagt, so verlängert
es sich in Richtung seiner Wirkachse 809.3. Durch die sich
dann ergebende Manipulationskraft FM bewegen
sich die Betätigungsarme 817.2 solange voneinander
weg, bis wieder ein Kräftegleichgewicht erzielt wurde und
die Manipulationskraft FM auf den Wert Null
abgesunken ist. Hierbei dehnt sich die Linse 106.1 radial
aus, wie dies in 9A durch die gestrichelte Kontur 818 angedeutet
ist. Durch diese radiale Ausdehnung verändert sich die
Krümmung der Linsenflächen und damit die optische
Charakteristik der Linse 106.1 und damit der Beleuchtungseinrichtung 102.Becomes the manipulation element 809.1 by the control device 809.2 subjected to an electrical voltage U, so it extends in the direction of its axis of action 809.3 , Due to the resulting manipulation force F M , the actuating arms move 817.2 as long away from each other until an equilibrium of forces has been achieved and the manipulation force F M has dropped to the value zero. This expands the lens 106.1 radially out, as in 9A through the dashed outline 818 is indicated. Due to this radial expansion, the curvature of the lens surfaces and thus the optical characteristics of the lens changes 106.1 and thus the lighting device 102 ,
Die
erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil,
dass die als Zugkraft wirkende elastische Rückstellkraft F1 des Manipulationselements 809.1 trotz
dessen geringer Steifigkeit eine genau definierte Wirkrichtung aufweist,
sodass eine Manipulation mit hoher Präzision möglich
ist.The solution according to the invention has the advantage that acting as a tensile elastic restoring force F 1 of the manipulation element 809.1 despite its low rigidity has a well-defined effective direction, so that a manipulation with high precision is possible.
Um
eine genau definierte Manipulation der Linse 106.1 zu erzielen,
kann eine mit der Steuereinrichtung 809.2 verbundene Erfassungseinrichtung 809.4 vorgesehen
sein, welche die tatsächliche Manipulation der Linse 106.1 erfasst
und ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung 809.2 liefert,
welches diese Information dann bei der Ansteuerung des Manipulationselements 809.1 nutzt.To get a well-defined manipulation of the lens 106.1 To achieve, one can use the control device 809.2 connected detection device 809.4 be provided, which is the actual manipulation of the lens 106.1 detected and a corresponding signal to the controller 809.2 supplies, which this information then in the control of the manipulation element 809.1 uses.
Weiterhin
kann vorgesehen sein, dass die Einrichtung 811 eine steuerbare
Charakteristik der Kraft F2 aufweist. Um
diese Charakteristik der Kraft F2 zu steuern,
kann die Einrichtung 811 ebenfalls mit der Steuereinrichtung 809.2 verbunden
sein. Hierbei kann vorgesehen sein, dass das Element 811.1 ebenfalls
ein elektroaktives Polymerelement (EAP) ist, welches sich bei Beaufschlagung
mit einer elektrischen Spannung U in Richtung seiner Wirkachse 811.2 ausdehnt.Furthermore, it can be provided that the device 811 has a controllable characteristic of the force F 2 . To control this characteristic of the force F 2 , the device can 811 also with the control device 809.2 be connected. It can be provided that the element 811.1 is also an electroactive polymer element (EAP), which is when acted upon by an electrical voltage U in the direction of its axis of action 811.2 expands.
Es
versteht sich in diesem Zusammenhang, dass der Umschlingungswinkel
des Koppelelements 817 (also der Umfangswinkel, über
den das Koppelelement 817 an der Linse 106.1 anliegt)
je nach der erforderlichen Gleichmäßigkeit der
in die Linse 106.1 eingeleiteten Spannungen und damit der
Verformung der Linse 106.1 gewählt sein kann.
Im vorliegenden Beispiel beträgt der Umschlingungswinkel
im Ausgangszustand etwa 355°. Es versteht sich jedoch,
dass bei anderen Varianten der Erfindung, bei denen geringere Anforderungen
an diese Gleichmäßigkeit gestellt sind, auch kleinere
Umschlingungswinkel gewählt sein können. Je nach
den Verformungseigenschaften des zu deformierenden optischen Elementes
kann auch ein Umschlingungswinkel von knapp über 180° ausreichen. Üblicherweise
wird jedoch ein Umschlingungswinkel von mehr als 270° zu
wählen sein.It is understood in this context that the wrap angle of the coupling element 817 (ie the circumferential angle over which the coupling element 817 at the lens 106.1 depending on the required uniformity of the lens 106.1 introduced voltages and thus the deformation of the lens 106.1 can be chosen. In the present example, the wrap angle in the initial state is about 355 °. It is understood, however, that in other variants of the invention, in which lower demands are placed on this uniformity, even smaller angles of wrap can be selected. Depending on the deformation properties of the optical element to be deformed, a wrap angle of just over 180 ° may be sufficient. Usually, however, a wrap angle of more than 270 ° will have to be selected.
Die 9B zeigt
eine Variante dieses Ausführungsbeispiels, bei der ein
Umschlingungswinkel von mehr als 360° vorliegt. Hierzu überlappen
die beiden Enden 817.3 einander in Umfangsrichtung der
Linse 106.1. Bei dieser Variante sind weiterhin zwei Manipulationselemente 809.1 vorgesehen,
die zum einen außen an den Betätigungsarmen 817.2 angreifen
und zum anderen an einer Halteeinrichtung 810 des Gehäuses
der Beleuchtungseinrichtung 102 befestigt sind, um die
oben im Zusammenhang mit der 9A beschriebene Verformung
der Linse 106.1 zu erzielen.The 9B shows a variant of this embodiment, in which a wrap angle of more than 360 ° is present. To do this, overlap the two ends 817.3 each other in the circumferential direction of the lens 106.1 , In this variant, two further manipulation elements 809.1 provided, on the one hand on the outside of the operating arms 817.2 attack and on the other hand on a holding device 810 the housing of the lighting device 102 are attached to the above related to the 9A described deformation of the lens 106.1 to achieve.
Es
versteht sich in diesem Zusammenhang weiterhin, dass auch mit diesem
Ausführungsbeispiel die im Zusammenhang mit der 2D beschriebenen
Verfahren durchgeführt werden können, sodass hier
lediglich auf die obigen Ausführungen Bezug genommen werden
soll.It goes on to be understood in this context that, with this embodiment, the in connection with the 2D described method can be carried out, so that reference should be made only to the above statements.
Neuntes AusführungsbeispielNinth embodiment
Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1, 10 und 11 ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Anordnung 908 beschrieben, welche an Stelle der Anordnung 808 in
der Beleuchtungseinrichtung 102 zum Einsatz kommen kann,
um die Linse 106.1 zu manipulieren. Die Komponenten der
Anordnung 908 entsprechenden in ihrem grundsätzlichen
Aufbau und ihrer Funktionsweise denjenigen der Anordnung 808 aus 9, sodass hier lediglich auf die Unterschiede
eingegangen werden soll.The following is with reference to the 1 . 10 and 11 a further preferred embodiment of the inventive arrangement 908 described which in place of the arrangement 808 in the lighting device 102 can be used to the lens 106.1 to manipulate. The components of the arrangement 908 corresponding in their basic structure and functioning those of the arrangement 808 out 9 , so that only the differences should be discussed here.
Der
Unterschied zur Anordnung 808 besteht in der Gestaltung
und Anordnung der Manipulationseinrichtung 908, die ein
Manipulationselement 909.1 und eine damit verbundenen Steuereinrichtung 909.2 umfasst.The difference to the arrangement 808 consists in the design and arrangement of the manipulation device 908 that is a manipulation element 909.1 and an associated controller 909.2 includes.
Das
Manipulationselement 909.1 weist die Form eines geschlossenen
Ringes auf und liegt außen am Umfang der Linse 106.1 an.
Die Linse 106.1 kann dabei den über eine (nicht
dargestellte) separate Halteeinrichtung mit dem Gehäuse
der Beleuchtungseinrichtung 102 verbunden sein. Ebenso
kann aber auch vorgesehen sein, dass die Linse 106.1 über
eine in 10 und 11 durch
die gestrichelte Kontur 919.1 angedeutete, mit dem Manipulationselement 909.1 verbundene
Halteeinrichtung mit dem Gehäuse der Beleuchtungseinrichtung 102 verbunden
ist.The manipulation element 909.1 has the shape of a closed ring and lies outside on the circumference of the lens 106.1 at. The Lens 106.1 can thereby via a (not shown) separate holding device with the housing of the lighting device 102 be connected. Likewise, however, it can also be provided that the lens 106.1 about one in 10 and 11 through the dashed outline 919.1 indicated, with the manipulation element 909.1 connected holding device with the housing of the lighting device 102 connected is.
Das
Manipulationselement 909.1 ist ein elektroaktives Polymerelement
(EAP), welches von der Steuereinrichtung 909.2 mit einer
elektrischen Spannung U beaufschlagt werden kann, wodurch sich wenigstens eine
Dimension des Manipulationselements 909.1 ändert.
Die Mechanismen der durch das angelegte elektrische Feld bedingten Änderung
der Abmessungen eines solchen elektroaktiven Polymerelements sind
beispielsweise aus den eingangs genannten Veröffentlichungen
hinlänglich bekannt, so dass hierauf an dieser Stelle nicht
näher eingegangen werden soll.The manipulation element 909.1 is an electroactive polymer element (EAP), which is supplied by the control device 909.2 With an electrical voltage U can be applied, resulting in at least one dimension of the manipulation element 909.1 changes. The mechanisms of the change in the dimensions of such an electroactive polymer element caused by the applied electric field are well known, for example, from the publications cited at the outset, so that they will not be discussed further here.
Das
Manipulationselement 909.1 ist in 10 und 11 in
einem Betriebszustand dargestellt, der von seinem Ausgangszustand
ohne anliegende Spannung (d. h. U = 0) abweicht, wobei der Ausgangszustand in 10 und 11 durch
die gestrichelte Kontur 920 angedeutet ist. Das Manipulationselement 909.1 ist
so angeordnet, dass es sich bei Anlegen einer Spannung U in einer
in Richtung der (an jeder Stelle in der Tangentialrichtung verlaufenden)
Wirkachse 909.3 verlaufenden Wirkrichtung gegenüber
dem Ausgangszustand verlängert.The manipulation element 909.1 is in 10 and 11 shown in an operating state that differs from its initial state without applied voltage (ie U = 0), the initial state in 10 and 11 through the dashed outline 920 is indicated. The manipulation element 909.1 is arranged such that, when a voltage U is applied, the axis of action is in the direction of the (at any point in the tangential direction) axis of action 909.3 extended effective direction compared to the initial state extended.
Das
Manipulationselement 909.1 ist so angeordnet, dass die
eine gewisse Elastizität aufweisende Linse 106.1 in
dem Ausgangszustand durch das Koppelelement 917 in ihrer
Radialrichtung R komprimiert ist. Demgemäß ist
das Manipulationselement 909.1 in seinem Ausgangszustand
durch die elastische Rückstellkraft der komprimierten Linse 106.1 in
Richtung seiner Wirkachse 909.3 durch eine Kraft FR belastet,
sodass das Manipulationselement 909.1 eine elastische Dehnung
in Richtung seiner Wirkachse 909.3 erfährt. Dementsprechend übt
das Manipulationselement 909.1 in Richtung der Wirkachse 909.3 eine
entgegen der Kraft FR der komprimierten Linse 106.1 gerichtete
elastische Rückstellkraft F1 aus,
die über Scherkräfte auf die Linse 106.1 übertragen
wird.The manipulation element 909.1 is arranged so that the lens having a certain elasticity 106.1 in the initial state by the coupling element 917 in its radial direction R is compressed. Accordingly, the manipulation element 909.1 in its initial state by the elastic restoring force of the compressed lens 106.1 in the direction of its axis of action 909.3 loaded by a force FR, so that the manipulation element 909.1 an elastic strain in the direction of its axis of action 909.3 experiences. Accordingly, the manipulation element exercises 909.1 in the direction of the axis of action 909.3 one against the force FR of the compressed lens 106.1 directed elastic restoring force F 1 , the shear forces on the lens 106.1 is transmitted.
Bei
dem elektroaktiven Polymerelement (EAP) 909.1 kann es sich
beispielsweise um ein so genanntes elektrostriktives Polymerelement
handeln, bei dem sich die Polymerstruktur durch das angelegte elektrische Feld
verändert und so die Längenänderung bewirkt.
Ebenso kann es sich um ein so genanntes dielektrisches Elastomerelement
handeln, bei dem die Längenänderung mechanisch
durch die elektrostatischen Anziehungskräfte zweier Elektroden
bewirkt wird, zwischen denen das Polymer angeordnet ist. Gegebenenfalls
sind auch Kombinationen dieser Elementtypen möglich.In the electroactive polymer element (EAP) 909.1 it may be, for example, a so-called electrostrictive polymer element in which the polymer structure is changed by the applied electric field and thus causes the change in length. Likewise, it may be a so-called dielectric elastomer element, in which the change in length is effected mechanically by the electrostatic attraction forces of two electrodes, between which the polymer is arranged. Optionally, combinations of these types of elements are possible.
Das
Manipulationselement 909.1 ist weiterhin so gestaltet,
dass es im Normalbetrieb der Abbildungseinrichtung 101 in
jedem Betriebszustand in Richtung der Wirkachse 909.3 mit
einer Zugspannung als mechanische Vorspannung beaufschlagt ist.
Es versteht sich hierbei, dass gegebenenfalls wiederum eine Vorspanneinrichtung
und/oder Stützeinrichtung vorgesehen sein kann, welche
das Manipulationselement 909.1 zusätzlich vorspannt
und/oder entlastet und gegebenenfalls auch eine im Zusammenhang
mit den anderen Ausführungsbeispielen beschriebenen Weise
veränderbare Charakteristik aufweist.The manipulation element 909.1 is further designed so that it is in normal operation of the imaging device 101 in each operating state in the direction of the axis of action 909.3 is subjected to a tensile stress as a mechanical bias. It goes without saying here that, if necessary, in turn a pretensioning device and / or support device can be provided, which can be the manipulation element 909.1 additionally biased and / or relieved and optionally also has a variable characteristics described in connection with the other embodiments.
Durch
die Zugspannung als mechanische Vorspannung wird das Manipulationselement 909.1 des
Manipulators 909 erfindungsgemäß nicht
unmittelbar dazu benutzt, die Manipulationskraft zum Manipulieren
der Linse 106.1 zu erzeugen, sondern es wird die jeweilige
elastische Rückstellkraft F1 des
Manipulationselements 909.1 als Gegenkraft für
die Stellkraft S genutzt, die sich entlang der Wirkachse 909.3 als
aus der elastischen Rückstellkraft der Linse 106.1 ergibt.Due to the tensile stress as a mechanical bias is the manipulation element 909.1 of the manipulator 909 not directly used according to the invention, the manipulation force for manipulating the lens 106.1 to produce, but it will be the respective elastic restoring force F 1 of the manipulation member 909.1 used as a counterforce for the force S, extending along the axis of action 909.3 as from the elastic restoring force of the lens 106.1 results.
Mit
anderen Worten wird auch hier das Manipulationselement 909.1 erfindungsgemäß nicht
selbst zum Generieren der Manipulationskraft FM genutzt,
sondern dient vielmehr als Steuerelement für die Manipulationskraft
FM, indem es über seine elastische
Rückstellkraft F1 die resultierende
Manipulationskraft FM beeinflusst.In other words, the manipulation element also becomes here 909.1 According to the invention, it does not itself use for generating the manipulation force F M , but rather serves as a control element for the manipulation force F M , in that it influences the resulting manipulation force F M via its elastic restoring force F 1 .
Wird
das Manipulationselement 909.1 durch die Steuereinrichtung 909.2 mit
einer elektrischen Spannung U beaufschlagt, so verlängert
es sich in Richtung seiner Wirkachse 909.3, also in seiner
Umfangsrichtung. Hierbei vergrößert sich sein
Innendurchmesser und die Linse 106.1 dehnt sich radial
auf ein Maß aus, wie dies in 10 und 11 dargestellt
ist. Wie der 11 zu entnehmen ist, verändert
sich durch diese radiale Ausdehnung die Krümmung der Linsenflächen
und damit die optische Charakteristik der Linse 106.1 und
damit der Beleuchtungseinrichtung 102.Becomes the manipulation element 909.1 by the control device 909.2 subjected to an electrical voltage U, so it extends in the direction of its axis of action 909.3 in its circumferential direction. This increases its inner diameter and the lens 106.1 expands radially to a degree, as in 10 and 11 is shown. Again 11 can be seen, changes due to this radial extent, the curvature of the lens surfaces and thus the optical characteristics of the lens 106.1 and thus the lighting device 102 ,
Die
erfindungsgemäßen lösung hat den Vorteil,
dass die als Zugkraft wirkende elastische Rückstellkraft
F1 des Manipulationselements 909.1 trotz
dessen geringer Steifigkeit eine genau definierte Wirkrichtung aufweist,
sodass eine Manipulation mit hoher Präzision möglich
ist.The solution according to the invention has the advantage that acting as a tensile elastic restoring force F 1 of the manipulation element 909.1 despite its low rigidity has a well-defined effective direction, so that a manipulation with high precision is possible.
Um
eine genau definierte Manipulation der Linse 106.1 zu erzielen,
kann eine mit der Steuereinrichtung 909.2 verbundene Erfassungseinrichtung 909.4 vorgesehen
sein, welche die tatsächliche Manipulation der Linse 106.1 erfasst
und ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung 909.2 liefert,
welches diese Information dann bei der Ansteuerung des Manipulationselements 909.1 nutzt.To get a well-defined manipulation of the lens 106.1 To achieve, one can use the control device 909.2 connected detection device 909.4 be provided, which is the actual manipulation of the lens 106.1 detected and a corresponding signal to the controller 909.2 supplies, which this information then in the control of the manipulation element 909.1 uses.
Es
versteht sich, dass das Manipulationselement nicht notwendigerweise
ein geschlossener Ring sein muss. Vielmehr kann bei anderen Varianten
der Erfindung auch vorgesehen sein, dass das Manipulationselement ähnlich
wie das Koppelelement 817 aus dem achten Ausführungsbeispielen
zwei Enden aufweist, die dann entsprechend zu fixieren sind, wie
dies in 10 durch die gestrichelte Kontur 919.2 angedeutet
ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Manipulationselement die
Linse 106.1 mehrfach umschlingt.It is understood that the manipulation element does not necessarily have to be a closed ring. Rather, it can also be provided in other variants of the invention that the manipulation element similar to the coupling element 817 from the eighth embodiment has two ends, which are then to be fixed accordingly, as in 10 through the dashed outline 919.2 is indicated. It can be provided that the manipulation element, the lens 106.1 wraps around several times.
Es
versteht sich in diesem Zusammenhang weiterhin, dass auch mit diesem
Ausführungsbeispiel die im Zusammenhang mit der 2D beschriebenen
Verfahren durchgeführt werden können, sodass hier
lediglich auf die obigen Ausführungen Bezug genommen werden
soll.It goes on to be understood in this context that, with this embodiment, the in connection with the 2D described method can be carried out, so that reference should be made only to the above statements.
Zehntes AusführungsbeispielTenth embodiment
Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 und 12 ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Anordnung 1008 beschrieben, welche in dem Abbildungseinrichtung 101 zum
Einsatz kommen kann, um eine ihrer Komponenten zu manipulieren.The following is with reference to the 1 and 12 a further preferred embodiment of the inventive arrangement 1008 described in the imaging device 101 can be used to manipulate one of their components.
Die
Anordnung 1008 ähnelt in ihrem grundsätzlichen
Aufbau und ihrer grundsätzlichen Funktion dem der Anordnung 608 aus 7.
Sie umfasst eine Manipulationseinrichtung 1009 mit einem
Manipulationselement 1009.1 und einer damit verbundenen
Steuereinrichtung 1009.2.The order 1008 In its basic structure and its fundamental function, it resembles that of the arrangement 608 out 7 , It includes a manipulation device 1009 with a manipulation element 1009.1 and an associated control device 1009.2 ,
Die
zu manipulierende Komponente ist die Blendeneinrichtung 107.2 des
Objektivs 104. die Blendeneinrichtung 107.2 umfasst
einen mit dem Gehäuse 104.2 des Objektivs verbundenen
feststehenden ersten Ring 107.3, an dem schwenkbar die
einzelnen Blendenelemente 107.4 angeordnet sind, von denen
in 12 aus Gründen der Übersichtlichkeit
lediglich eines dargestellt ist. Die Blendenelemente 107.4 sind
in hinlänglich bekannter Weise gestaltet, so dass hierauf
nicht näher eingegangen werden soll.The component to be manipulated is the aperture device 107.2 of the lens 104 , the aperture device 107.2 includes one with the housing 104.2 of the lens connected fixed first ring 107.3 , on which the individual aperture elements pivot 107.4 are arranged, of which in 12 for reasons of clarity, only one is shown. The aperture elements 107.4 are designed in a well-known manner, so that will not be discussed further here.
Weiterhin
umfasst die Blendeneinrichtung 107.2 einen drehbar im Gehäuse 104.2 gelagerten
zweiten Ring 107.5, der koaxial zu dem ersten Ring 107.3 angeordnet
ist. Der zweite Ring 107.5 ist gelenkig mit dem jeweiligen
Blendenelement 107.4 verbunden, sodass bei einer Drehung
des zweiten Ringes 107.5 die Blendenöffnung verstellt
werden kann, wie dies in 12 durch
die gestrichelte Kontur 1020 und die gepunktete Kontur 1021 angedeutet
ist.Furthermore, the diaphragm device comprises 107.2 one rotatable in the housing 104.2 stored second ring 107.5 coaxial with the first ring 107.3 is arranged. The second ring 107.5 is articulated with the respective panel element 107.4 connected so that upon rotation of the second ring 107.5 the aperture can be adjusted as shown in 12 through the dashed outline 1020 and the dotted contour 1021 is indicated.
Über
ein Getriebe 1022 ist der zweite Ring 107.5 mit
dem Manipulationselement 1009.1 verbunden, welches wiederum
mit einer Halteeinrichtung 1010 des Gehäuses der 104.2 verbunden
ist. Ähnlich wie bei der Anordnung 608 greift
bei der Anordnung 1008 das Manipulationselement 1009.1 an
dem Getriebe 1022 an, während auf der gegenüberliegenden
Seite des Getriebes 1022 ein Vorspannelement 1011.1 der
Vorspanneinrichtung 1011 derart zugeordnet ist, dass die
Wirkachse 1009.3 des Manipulationselements 1009.1 im
Wesentlichen kollinear mit der Wirkachse 1011.2 des Vorspannelements 1011.1 angeordnet
ist. Das Vorspannelement 1011.1 ist dabei einerseits mit
dem Getriebe 1022 und andererseits mit der Halteeinrichtung 1010 verbunden.About a gearbox 1022 is the second ring 107.5 with the manipulation element 1009.1 connected, which in turn with a holding device 1010 of the housing 104.2 connected is. Similar to the arrangement 608 engages in the arrangement 1008 the manipulation element 1009.1 on the gearbox 1022 while on the opposite side of the transmission 1022 a biasing element 1011.1 the pretensioner 1011 is assigned such that the axis of action 1009.3 of the manipulation element 1009.1 essentially collinear with the axis of action 1011.2 of the biasing element 1011.1 is arranged. The biasing element 1011.1 is on the one hand with the gearbox 1022 and on the other hand with the holding device 1010 connected.
Das
Vorspannelement 1011.1 ist ebenfalls ein elektroaktives
Polymerelement (EAP), welches mit der Steuereinrichtung 1009.2 verbunden
ist, und von dieser mit einer Spannung U beaufschlagt werden kann,
um so seine Längenausdehnung entlang seiner Wirkachse 1011.2 zu
verändern.The biasing element 1011.1 is also an electroactive polymer element (EAP) connected to the control device 1009.2 is connected, and can be acted upon by this with a voltage U, so as to extend its length along its axis of action 1011.2 to change.
Das
Manipulationselement 1009.1 und das Vorspannelement 1011.1 sind
dabei so angeordnet und ausgebildet, dass das Manipulationselement 1009.1 in
seinem Ausgangszustand ohne anliegende Spannung (U = 0) mit einer
Zugspannung als mechanische Vorspannung beaufschlagt ist. Weiterhin
steuert die Steuereinrichtung 1009.2 das Manipulationselement 1009.1 und
das Vorspannelement 1011.1 jeweils so an, dass das Manipulationselement 1009.1 im
Normalbetrieb der Abbildungseinrichtung 101 in jedem Betriebszustand in
der Richtung seiner Wirkachse 1009.3 mit einer Zugspannung
als mechanische Vorspannung beaufschlagt ist. Durch die Nutzung
der zu jedem Zeitpunkt vorhandenen elastischen Rückstellkraft
der Manipulationselemente 1009.1 kann eine präzise
Manipulation der Blendeneinrichtung 107.2 sichergestellt
werden.The manipulation element 1009.1 and the biasing element 1011.1 are arranged and designed so that the manipulation element 1009.1 in its initial state without applied voltage (U = 0) is subjected to a tensile stress as a mechanical bias. Furthermore, the control device controls 1009.2 the manipulation element 1009.1 and the biasing element 1011.1 each so on, that the manipulation element 1009.1 in normal operation of the imaging device 101 in any operating condition in the direction of its axis of action 1009.3 is subjected to a tensile stress as a mechanical bias. By using the existing at any time elastic restoring force of the manipulation elements 1009.1 can be a precise manipulation of the aperture device 107.2 be ensured.
Die
Steuereinrichtung 1009.2 steuert das Manipulationselement 1009.1 und
das Vorspannelement 1011.1 gemäß entsprechenden
Vorgaben, beispielsweise zur gezielten Einstellung der optischen
Charakteristik des Objektivs 104 an. Dabei verwendet die
Steuereinrichtung 1009.2 die Signale der Erfassungseinrichtung 1009.4,
welche die tatsächliche Manipulation der Blendeneinrichtung 107.1 erfasst.
Es versteht sich, dass bei anderen Varianten der Erfindung beispielsweise
auch vorgesehen sein kann, dass die Erfassungseinrichtung 1009.4 beispielsweise
direkt die optische Charakteristik des Objektivs 104 erfasst
und die Ansteuerung direkt in Abhängigkeit von dieser erfassten
optischen Charakteristik erfolgt.The control device 1009.2 controls the manipulation element 1009.1 and the biasing element 1011.1 according to appropriate specifications, for example, for the targeted adjustment of the optical characteristics of the lens 104 at. In this case, the control device uses 1009.2 the signals of the detection device 1009.4 indicating the actual manipulation of the aperture device 107.1 detected. It is understood that in other variants of the invention, for example, can also be provided that the detection device 1009.4 For example, directly the optical characteristics of the lens 104 detected and the control takes place directly in response to this detected optical characteristic.
Sowie
schon bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen ist es
natürlich möglich, dass bei anderen Varianten
der Erfindung zusätzlich zu der Vorspanneinrichtung 1011 eine
Stützeinrichtung und/oder eine weitere Vorspanneinrichtung
vorgesehen sein kann, wie sie oben im Zusammenhang mit den anderen
Ausführungsbeispielen beschrieben wurden. Insbesondere
ist es möglich, jedem Vorspannelement 1011.1 ein
weiteres Vorspannelement mit kollinearer Wirkachse zuzuordnen.As with the previous embodiments, it is of course possible that in other variants of the invention in addition to the biasing device 1011 a support means and / or a further biasing means may be provided, as described above in connection with the other embodiments. In particular, it is possible for each biasing element 1011.1 to assign another biasing element with Kollinearer effective axis.
Es
versteht sich in diesem Zusammenhang weiterhin, dass auch mit diesem
Ausführungsbeispiel die im Zusammenhang mit der 2D beschriebenen
Verfahren durchgeführt werden können, sodass hier
lediglich auf die obigen Ausführungen Bezug genommen werden
soll.It goes on to be understood in this context that, with this embodiment, the in connection with the 2D described method can be carried out, so that reference should be made only to the above statements.
Elftes AusführungsbeispielEleventh embodiment
Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1, 13 und 14 ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Anordnung 1108 beschrieben, welche in der Abbildungseinrichtung 101 zum
Einsatz kommen kann, um eine ihrer Komponenten zu manipulieren.The following is with reference to the 1 . 13 and 14 a further preferred embodiment of the inventive arrangement 1108 described which in the imaging device 101 can be used to manipulate one of their components.
Die
Anordnung 1108 umfasst eine Manipulationseinrichtung 1109 mit
einem Manipulationselement 1109.1 und einer damit verbundenen
Steuereinrichtung 1109.2.The order 1108 includes a manipulation device 1109 with a manipulation element 1109.1 and an associated control device 1109.2 ,
Die
zu manipulierende Komponente ist keine physische Komponente sondern
eine funktionale Komponente der Abbildungseinrichtung 101,
nämlich die Blendenöffnung 107.6 der
Blendeneinrichtung 107.2 des Objektivs 104, die
weiterhin einen mit dem Gehäuse 104.2 des Objektivs
verbundenen feststehenden ersten Ring 107.3 umfasst, an
dem das Manipulationselement 1109.1 befestigt ist.The component to be manipulated is not a physical component but a functional component of the imaging device 101 namely, the aperture 107.6 the aperture device 107.2 of the lens 104 , which continues with the case 104.2 of the lens connected fixed first ring 107.3 includes, on which the manipulation element 1109.1 is attached.
Das
Manipulationselement 1109.1 ist ringförmig ausgebildet,
wobei sein innerer Umfang die Blendenöffnung 107.6 ausbildet,
sodass die Blendenöffnung 107.6 als zu manipulierende
Komponente im Sinne der vorliegenden Erfindung mit dem Manipulationselement 1109.1 verbunden
ist. Das Manipulationselement 1109.1 ist mithin also unmittelbarer
Bestandteil der Blendeneinrichtung 107.2.The manipulation element 1109.1 is annular, with its inner circumference Blendenö opening 107.6 forms so that the aperture 107.6 as a component to be manipulated in the sense of the present invention with the manipulation element 1109.1 connected is. The manipulation element 1109.1 is thus therefore an immediate part of the aperture device 107.2 ,
Das
Manipulationselement 1109.1 ist ein elektroaktives Polymerelement
(EAP), welches von der Steuereinrichtung 1109.2 mit einer
elektrischen Spannung U beaufschlagt werden kann, wodurch sich wenigstens eine
Dimension des Manipulationselements 1109.1 ändert.
Die Mechanismen der durch das angelegte elektrische Feld bedingten Änderung
der Abmessungen eines solchen elektroaktiven Polymerelements sind
beispielsweise aus den eingangs genannten Veröffentlichungen
hinlänglich bekannt, so dass hierauf an dieser Stelle nicht
näher eingegangen werden soll.The manipulation element 1109.1 is an electroactive polymer element (EAP), which is supplied by the control device 1109.2 With an electrical voltage U can be applied, resulting in at least one dimension of the manipulation element 1109.1 changes. The mechanisms of the change in the dimensions of such an electroactive polymer element caused by the applied electric field are well known, for example, from the publications cited at the outset, so that they will not be discussed further here.
Das
Manipulationselement 1109.1 ist in 13 und 14 in
seinem Ausgangszustand ohne anliegende Spannung (d. h. U = 0) dargestellt.
Das Manipulationselement 1109.1 ist so angeordnet, dass
es sich bei Anlegen einer Spannung U in einer in Richtung seiner
Wirkachse 1109.3 verlaufenden Wirkrichtung gegenüber
dem Ausgangszustand verlängert, wobei diese Wirkachse 1109.3 an
jeder Stelle in Radialrichtung des Manipulationselements 1109.1 verläuft.
Hierdurch verkleinert sich die Blendenöffnung, wie in 13 und 14 durch
die gestrichelte Kontur 1123 angedeutet ist.The manipulation element 1109.1 is in 13 and 14 in its initial state without voltage applied (ie U = 0) shown. The manipulation element 1109.1 is arranged so that when applying a voltage U in one in the direction of its axis of action 1109.3 extends extending effective direction relative to the initial state, said axis of action 1109.3 at any point in the radial direction of the manipulation element 1109.1 runs. This reduces the aperture, as in 13 and 14 through the dashed outline 1123 is indicated.
In
das Manipulationselement 1109.1 ist ein ringförmiges
Vorspannelement 1111.1 einer Vorspanneinrichtung 1111 derart
eingebettet, dass die Wirkachse 1109.3 des Manipulationselements 1109.1 im
Wesentlichen kollinear mit der ebenfalls an jeder Stelle radiale
verlaufenden Wirkachse 1111.2 des Vorspannelements 1111.1 angeordnet
ist.In the manipulation element 1109.1 is an annular biasing element 1111.1 a pretensioner 1111 so embedded that the axis of action 1109.3 of the manipulation element 1109.1 essentially collinear with the axis of action also extending radially at each point 1111.2 of the biasing element 1111.1 is arranged.
Das
Vorspannelement 1111.1 ist ein in Radialrichtung federndes
Element, welches im Normalbetrieb der Abbildungseinrichtung 101 in
jedem Betriebszustand einer radiale nach innen gerichtete Vorspannkraft
auf das Manipulationselement 1109.1 ausübt. Es
versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung eine
solche Vorspanneinrichtung auch fehlen kann.The biasing element 1111.1 is a radially resilient element, which in normal operation of the imaging device 101 in any operating condition, a radially inwardly directed biasing force on the manipulation element 1109.1 exercises. It is understood, however, that in other variants of the invention, such a biasing device may also be missing.
Das
Manipulationselement 1109.1 ist so an dem Haltering 107.3 befestigt
und ausgebildet, dass das Manipulationselement 1109.1 in
seinem Ausgangszustand ohne anliegende Spannung (U = 0) mit einer
in Radialrichtung wirkenden Zugspannung als mechanische Vorspannung
beaufschlagt ist. Weiterhin steuert die Steuereinrichtung 1109.2 das
Manipulationselement 1109.1 so an, dass das Manipulationselement 1109.1 im Normalbetrieb
der Abbildungseinrichtung 111 in jedem Betriebszustand
in der Richtung seiner Wirkachse 1109.3 mit einer Zugspannung
als mechanische Vorspannung beaufschlagt ist. Durch die Nutzung
der zu jedem Zeitpunkt vorhandenen elastischen Rückstellkraft
des Manipulationselements 1109.1 kann eine präzise Manipulation
der Blendenöffnung 107.6 sichergestellt werden.The manipulation element 1109.1 is so on the retaining ring 107.3 attached and formed, that the manipulation element 1109.1 is acted upon in its initial state without voltage applied (U = 0) with a tensile stress acting in the radial direction as a mechanical bias. Furthermore, the control device controls 1109.2 the manipulation element 1109.1 so on, that the manipulation element 1109.1 in normal operation of the imaging device 111 in any operating condition in the direction of its axis of action 1109.3 is subjected to a tensile stress as a mechanical bias. By using the existing at any time elastic restoring force of the manipulation element 1109.1 can be a precise manipulation of the aperture 107.6 be ensured.
Die
Steuereinrichtung 1109.2 steuert das Manipulationselement 1109.1 und
das Vorspannelement 1111.1 gemäß entsprechenden
Vorgaben, beispielsweise zur gezielten Einstellung der optischen
Charakteristik des Objektivs 104 an. Dabei verwendet die
Steuereinrichtung 1109.2 die Signale der Erfassungseinrichtung 1109.4,
welche die tatsächliche Manipulation der Blendeneinrichtung 107.1 erfasst.
Es versteht sich, dass bei anderen Varianten der Erfindung beispielsweise
auch vorgesehen sein kann, dass die Erfassungseinrichtung 1109.4 beispielsweise
direkt die optische Charakteristik des Objektivs 104 erfasst
und die Ansteuerung direkt in Abhängigkeit von dieser erfassten
optischen Charakteristik erfolgt.The control device 1109.2 controls the manipulation element 1109.1 and the biasing element 1111.1 according to appropriate specifications, for example, for the targeted adjustment of the optical characteristics of the lens 104 at. In this case, the control device uses 1109.2 the signals of the detection device 1109.4 indicating the actual manipulation of the aperture device 107.1 detected. It is understood that in other variants of the invention, for example, can also be provided that the detection device 1109.4 For example, directly the optical characteristics of the lens 104 detected and the control takes place directly in response to this detected optical characteristic.
Die
Oberfläche des Manipulationselements kann gegebenenfalls
mit einer entsprechenden Abdeckung versehen sein, um das elektroaktive
Polymer vor einer Beeinträchtigung durch das verwendete
Licht zu schützen. Für diese Abdeckung kommt beispielsweise
eine entsprechend elastische Beschichtung in Frage. Die Abdeckung
kann gleichzeitig auch die Elektroden für die Beaufschlagung
mit der elektrischen Spannung U bilden.The
Surface of the manipulation element may optionally
be provided with a corresponding cover to the electroactive
Polymer from being affected by the used
To protect light. For example, this cover comes
a correspondingly elastic coating in question. The cover
can simultaneously also the electrodes for the application
with the electrical voltage U form.
Das
vorliegende Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass das
Manipulationselement 1109.1 selbst die einzige bewegte
Komponente der Anordnung 1108 ist, sodass sich mit sehr
wenigen Komponenten eine besonders einfache und verlustarme Konfiguration
ohne weitere aufwändige mechanische Antriebe ergibt. Dank
der eingangs geschilderten hohen Dehnungen (bis zu 300%), die mit
elektroaktiven Polymeren erzielt werden können, kann auch
ein ausreichend großer Verstellbereich der Blendenöffnung 107.6 erzielt
werden.The present embodiment has the advantage that the manipulation element 1109.1 even the only moving component of the arrangement 1108 is so that with very few components, a particularly simple and low-loss configuration without further complex mechanical drives results. Thanks to the high strains described above (up to 300%) which can be achieved with electroactive polymers, a sufficiently large adjustment range of the aperture can also be achieved 107.6 be achieved.
Es
sei an dieser Stelle erwähnt, dass die Verwendung des ein
elektroaktives Polymer umfassenden Manipulationselements zur Ausbildung
und Manipulation einer funktionalen Komponente der Abbildungseinrichtung,
wie hier einer Blendenöffnung der Abbildungseinrichtung,
einen eigenständig schutzfähigen Erfindungsgedanken
darstellt, der auch ohne das Vorsehen einer elastischen Rückstellkraft
bzw. einer Zugspannung als mechanischen Vorspannung in dem Manipulationselement
zum Einsatz kommen kann.It should be mentioned at this point that the use of the electroactive polymer comprehensive manipulating element for the formation and manipulation of a functional component of the imaging device, such as here a diaphragm opening of the imaging device, a self-protectable Erfin represents thoughts of thought, which can be used without the provision of an elastic restoring force or a tensile stress as a mechanical bias in the manipulation element.
Es
versteht sich in diesem Zusammenhang weiterhin, dass auch mit diesem
Ausführungsbeispiel die im Zusammenhang mit der 2D beschriebenen
Verfahren durchgeführt werden können, sodass hier
lediglich auf die obigen Ausführungen Bezug genommen werden
soll.It goes on to be understood in this context that, with this embodiment, the in connection with the 2D described method can be carried out, so that reference should be made only to the above statements.
Die
vorliegende Erfindung wurde vorstehend anhand von Beispielen beschrieben,
bei denen ausschließlich refraktive optische Elemente verwendet
wurden. Es sei an dieser Stelle jedoch nochmals angemerkt, dass
die Erfindung natürlich auch, insbesondere für
den Fall der Abbildung bei anderen Wellenlängen, im Zusammenhang
mit optischen Elementgruppen Anwendung finden kann, die alleine
oder in beliebiger Kombination refraktive, reflektive oder diffraktive
optische Elemente umfassen.The
The present invention has been described above by means of examples,
which uses only refractive optical elements
were. It should be noted again at this point that
Of course, the invention also, in particular for
the case of mapping at other wavelengths, in context
with optical element groups can find application alone
or in any combination refractive, reflective or diffractive
include optical elements.
Weiterhin
wurde die vorliegende Erfindung vorstehend anhand von Beispielen
beschrieben, bei denen ausschließlich optisch wirksame
Elemente eines Objektivs oder einer Beleuchtungseinrichtung manipuliert wurden.
Es sei an dieser Stelle jedoch nochmals angemerkt, dass die Erfindung
natürlich auch zur Manipulation anderer Komponenten der
Abbildungseinrichtung, insbesondere von Komponenten der Maskeneinrichtung
und/oder der Substrateinrichtung, Anwendung finden kann.Farther
For example, the present invention has been described above by way of example
described in which only optically effective
Elements of a lens or a lighting device were manipulated.
It should be noted at this point, however, again that the invention
of course also for the manipulation of other components of the
Imaging device, in particular of components of the mask device
and / or the substrate device may find application.
Weiterhin
wurde die vorliegende Erfindung vorstehend ausschließlich
anhand von Beispielen beschrieben, bei denen jeweils eine Mehrzahl
identischer Manipulations- bzw. Stütz- bzw. Vorspannelemente vorgesehen
sind. Es versteht sich jedoch, dass je nach Art der zu erzielenden
Manipulation gegebenenfalls auch Anordnung unterschiedlich gestaltete
Manipulations- bzw. Stütz- bzw. Vorspannelemente vorgesehen sein
können, um alleine hierüber eine bestimmte gewünschte
Manipulation zu erzielen.Farther
the present invention has been exclusive
described by way of examples, in each case a plurality
identical manipulation or support or biasing elements provided
are. It is understood, however, that depending on the type of achievable
Manipulation possibly also arrangement differently designed
Manipulation or support or biasing elements may be provided
You can do this alone with a specific desired
To achieve manipulation.
Schließlich
ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung vorstehend anhand
von Beispielen aus dem Bereich der Mikrolithographie beschrieben
wurde. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung ebenso
auch für beliebige andere Anwendungen bzw. Abbildungsverfahren,
insbesondere bei beliebigen Wellenlängen (beispielsweise
bei 248 nm oder im EUV-Bereich bei Wellenlängen im Bereich
von 13 nm) des zur Abbildung verwendeten Lichts, eingesetzt werden
kann.After all
It should be noted that the present invention with reference to above
of examples from the field of microlithography described
has been. It will be understood, however, that the present invention is the same
also for any other applications or imaging methods,
in particular at arbitrary wavelengths (for example
at 248 nm or in the EUV range at wavelengths in the range
13 nm) of the light used for imaging
can.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list
The documents listed by the applicant have been automated
generated and is solely for better information
recorded by the reader. The list is not part of the German
Patent or utility model application. The DPMA takes over
no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
-
- US 2006/018045
A1 [0003] US 2006/018045 A1 [0003]
-
- DE 102005044716 A1 [0003] DE 102005044716 A1 [0003]
-
- DE 102007019570 [0003] - DE 102007019570 [0003]
-
- US 2006/0028742 A1 [0008] US 2006/0028742 A1 [0008]
-
- US 2006/0264015 A1 [0008] US 2006/0264015 A1 [0008]
-
- US 7092138 B2 [0008] US 7092138 B2 [0008]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
-
- Moeller et
al. [0003] Moeller et al. [0003]
-
- "Overview and Recent Advances in Polymer Actuators" (P. Sommer-Larsen,
R. Kornbluh, ACTUATOR 2006, 10th International Conference an New
Actuators, 14. bis 16. Juni 2006, Bremen, DE) [0007] "Overview and Recent Advances in Polymer Actuators" (P. Sommer-Larsen, R. Kornbluh, ACTUATOR 2006, 10th International Conference on New Actuators, June 14-16, 2006, Bremen, DE) [0007]
-
- Yamashita et al. [0008] - Yamashita et al. [0008]
-
- "Systematic Selection and Design of a Ring Actuator for the
Deformation of an Elastic Lens" (M. Bergemann, T. Martin, G. Bretthauer,
ACTUATOR 2006, 10th International Conference an New Actuators, 14.
bis 16. Juni 2006, Bremen, [0008] Bergemann, T.Martin, G. Bretthauer, ACTUATOR 2006, 10th International Conference to New Actuators, June 14-16, 2006, Bremen, Germany - "Systematic Selection and Design of a Ring Actuator for the Deformation of Elastic Lens" , [0008]
-
- Hyde et al. [0008] Hyde et al. [0008]
-
- Wang et al [0008] Wang et al [0008]