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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur Beschichtung
von Kontaktlinsen oder anderen optischen Linsenvorrichtungen, insbesondere
denen aus Silikon-enthaltendem Polymer. Hierin nachstehend wird
der Ausdruck Silikonpolymere verwendet, um Silikon-enthaltende Polymere
anzugeben, die für
Augenverwendungen geeignet sind, einschließlich rigide Silikonpolymere,
Silikonelastomere und Silikonhydrogele. Die Vorteile von Silikonpolymeren
als Kontaktlinsenmaterialien sind lange erkannt worden. Jedoch weisen
Silikonpolymere mehrere Nachteile auf. Beispielsweise haften bestimmte
Materialien in dem Tränenfilm
der Augen gewöhnlich
an den Linsen und reduzieren ihre optische Klarheit. Die Silikonlinse,
insbesondere Silikonelastomer- oder Hydrogellinsen, können klebrig
sein, und dieses Merkmal führt
dazu, das die Linse an der Hornhaut klebt, und die hydrophobe Beschaffenheit des
Materials verhindert die Benetzung der Linse.
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Um
diese Probleme zu lösen,
wird bekanntermaßen
eine sehr dünne
hydrophile Beschichtung unter Verwendung der elektrischen Glimmentladungspolymerisation
aufgetragen. Im allgemeinen umfaßt das Beschichtungsverfahren
einen Silikonlinsenkern in einer Plasmawolke oder sich durch eine Plasmawolke
bewegend, so daß das
Material an dem Kern haftet. Obwohl verschiedene Materialien verwendet
werden können,
können
Kohlenwasserstoffe wie Methan verwendet werden.
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Die
polymerisierte Beschichtung stellt eine stark benetzbare Oberfläche ohne
signifikante Reduzierung, wenn überhaupt,
der Sauserstoff- und Kohlendioxidpermeabilität der Linse bereit. Sie stellt ebenso
eine wirksame Barriere gegen das Tränenfilmmaterial bereit, das
andernfalls an der Linse haften würde, wodurch der Abbau der
optischen Klarheit, der andernfalls auftreten würde, verhindert wird.
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Konventionelle
Plasmapolymerisationslinsenbeschichtungstechniken setzen diskontinuierliche
Systeme ein, bei denen ein oder mehrere Silikonlinsenkerne in eine
Reaktorkammer zwischen den gegenüberliegenden
Elektroden plaziert werden. Die Kammer wird dann abgedich tet und
durch ein Vakuumsystem drucklos gemacht. Signifikante Zeit ist erforderlich,
um das diskontinuierliche System auf den wirksamen Druck zu pumpen.
Wenn ein geeigneter Druck in der Kammer erreicht ist, wird ein Prozeßgas in
das Kammerinnere eingeführt,
und die Elektroden werden eingeschaltet. Die resultierende Plasmawolke
kann eine dünne
Polymerbeschichtung auf die Linse auftragen. Nach einer entsprechenden
Zeit werden die Elektroden ausgeschaltet, und die Reaktorkammer
zurück
auf Atmosphärendruck
gebracht, so daß die
Linsen entfernt werden können.
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Es
ist erkannt worden, daß es
bevorzugt ist, die Linsen durch die Plasmawolke zu bewegen. Daher
werden in bestimmten Systemen die Silikonlinsenkerne auf einem rotierenden
Rad, das zwischen den Elektroden angeordnet ist, befestigt, so daß das Rad
die Linsen durch die Wolke trägt.
Diese Systeme werden manchmal als „kontinuierliche" Systeme beschrieben,
um sie von anderen diskontinuierlichen Systemen zu unterscheiden.
Jedoch werden all diese Systeme für die Zwecke der vorliegenden
Offenbarung dahingehend als diskontinuierliche Systeme betrachtet,
daß jedes
eine Reaktorkammer erfordert, die wiederholt unter Druck gesetzt
und drucklos gemacht werden muß,
wenn eine oder mehrer Gruppen von Silikonlinsenkernen in das System
gegeben und daraus entfernt werden.
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Ein
Beispiel eines diskontinuierlichen Systems wird in US-Patent Nr.
4,312,575 von Peyman et al. bereitgestellt. In „Ultrathin Coating Of Plasma
Polymer Of Methane Applied On The Surface Of Silicone Contact Lenses," Journal of Biomedical
Materials Research, Bd. 22, 919 – 937 (1988) beschreiben Peng
Ho und Yasuda ein diskontinuierliches System, einschließlich einer
glockenförmigen
Vakuumkammer, in der gegenüberliegende
Aluminiumelektroden angeordnet sind. Eine drehbare Aluminiumplatte
sitzt zwischen den Elektroden und wird durch einen Induktionsmotor
in dem System angetrieben. Dieses Dokument offenbart ein Verfahren
zur Behandlung der Oberfläche
einer optischen Linse, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
- (A) Bereitstellen der optischen Linse,
- (B) Bereitstellen einer Beschichtungskammer, umfassend ein Paar
darin angeordneter voneinander beabstandeter Elektroden,
- (C) Aufrechterhalten eines Plasmagases in der Beschichtungskammer,
- (D) Aufrechterhalten eines ersten vorbestimmten Drucks in der
Beschichtungskammer und eines vorbestimmten Spannungspotentials
an jeder Elektrode, so daß eine
Plasmawolke des Gases zwischen den Elektroden erzeugt wird. Die
Deutsche Offenlegungsschrift DE 34 150 12 A1 offenbart ein Verfahren und
eine Vorrichtung für
die kontinuierliche Bearbeitung von Substraten unter Verwendung
von Niederdruckplasma. Die Vorrichtung umfaßt drei miteinander verbundene Kammern,
eine Verfahrenskammer zur Aufrechterhaltung eines kontinuierlichen
Vakuums, eine Vakuumvorkammer und eine Entladungskammer. US-Patent
Nr. 5,759,334 offenbart eine Plasmabearbeitungsvorrichtung, umfassend
eine Verfahrenskammer und eine erste und zweite Ladungsschleusenkammer,
die zu der Verfahrenskammer benachbart ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung erkennt die Nachteile der Konstruktionen und
Verfahren des Standes der Technik und spricht diese an. Folglich
ist es ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein verbessertes
Linsenplasmabeschichtungssystem bereitzustellen.
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Dieser
Gegenstand wird durch ein System und ein Verfahren zur Behandlung
der Oberfläche
einer optischen Linse gemäß den Ansprüchen 1 und
15 erreicht.
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Die
beiliegenden Zeichnungen, die hierin aufgenommen werden und einen
Teil dieser Beschreibung bilden, zeigen eine oder mehrere Ausführungsformen
der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die
Prinzipien der Erfindung zu erläutern.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Eine
vollständige
und zugelassene Beschreibung der vorliegenden Erfindung, einschließlich der besten
Weise davon, die sich an den Fachmann richtet, wird in der Beschreibung
dargestellt, die sich auf die beiliegenden Zeichnungen bezieht,
in denen:
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1A eine
perspektivische Ansicht einer Linsenhalteschale zur Verwendung in
einem Linsenbeschichtungssystem und einem Verfahren gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist;
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1B eine
vergrößerte perspektivische Ansicht
der Halteschale von 1A ist;
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1C eine
Querschnittsansicht ist, die entlang der Linie 1C-1C in 1B genommen
wurde;
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2 eine
perspektivische Ansicht eines Linsenschalenträgers und einer Halteschiene
(d. h. Trägerhaltesystem)
zur Verwendung in einem Linsenbeschichtungssystem und einem Verfahren
gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist;
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3,
die auf separaten Zeichnungen als 3A und 3B dargestellt
wird, ist eine schematische Darstellung eines Linsenbeschichtungssystems
gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform;
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4A ist
eine perspektivische Teilansicht eines Linsenbeschichtungssystems
gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform;
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4B ist
eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie 4B-4B in 4A genommen
wurde;
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4C ist
eine perspektivische Teilansicht eines Linsenbeschichtungssystems
gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform;
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5A ist
eine perspektivische Teilansicht eines Linsenbeschichtungssystems
gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform;
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5B ist
eine Querschnittsansicht einer Kammer und einer Klappe, wie in 5A gezeigt;
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6A ist
eine Querschnittsansicht eines Linsenbeschichtungssystems gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform;
und
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6B ist
eine Draufsicht der inneren magnetischen Anordnung einer Magnetvorrichtung
zur Verwendung in einer Beschichtungskammer eines Linsenbeschichtungssystems
gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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Die
wiederholte Verwendung der Bezugszeichen in der vorliegenden Beschreibung
und den Zeichnungen sollen dieselben oder analogen Merkmale oder
Elemente der Erfindung darstellen.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Man
bezieht sich nun ausführlicher
auf die derzeit bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung, wobei ein oder mehrere Beispiele davon in den beiliegenden
Zeichnungen dargestellt werden. Jedes Beispiel wird zur Erläuterung
der Erfindung und nicht zur Einschränkung der Erfindung bereitgestellt.
Tatsächlich
wird es dem Fachmann offensichtlich sein, daß Modifikationen und Variationen
in der vorliegenden Erfindung ohne Abweichung von ihrem Umfang oder
Geist gemacht werden können.
Beispielsweise können
Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform dargestellt oder
beschrieben werden, auf eine andere Ausführungsform angewendet werden,
um noch eine weitere Ausführungsform
zu erhalten. Daher wird beabsichtigt, daß die vorliegende Erfindung
diese Modifikationen und Variationen abdeckt, wie sie innerhalb
des Umfangs der beiliegenden Ansprüche und ihren Äquivalenten
auftreten.
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Die
vorliegende Erfindung ist auf ein optisches Linsenbeschichtungssystem
gerichtet, bei dem Linsenkerne in das System eintreten, hindurchströmen und
daraus austreten können,
ohne daß es dabei
erforderlich ist, die Beschichtungszone wiederholt unter Druck zu
setzen und drucklos zu machen. Obwohl die Erörterung hierin die Verwendung
einer Methanenthaltenden Plasmawolke beschreibt, um eine hydrophile
Polymerbeschichtung auf die Silikonlinsenkerne aufzutragen, sollte
es selbstverständlich sein,
daß dies
nur für
exemplarische Zwecke ist, und daß andere Plasma- und Linsenmaterialien
verwendet werden können.
Beispielsweise kann das System irgendein geeignetes Plasma einsetzen,
ob aus Kohlenwasserstoff oder einem anderen geeigneten Material
erzeugt, das eine gewünschte
Beschichtung auf einen Linsenkern auftragen würde. Außerdem kann das Plasma aus
einem Oxidationsgas bestehen, so daß die Linsenkernoberfläche oxidiert
wird, um eine hydrophile Schicht zu erzeugen. Wie hierin verwendet,
umfaßt
eine „Beschichtung" eine solche Schicht.
Außerdem
kann das System in Verbindung mit Linsenkernen aus irgendeinem Material
verwendet werden, wobei es wünschenswert
ist, eine Beschichtung anzubringen. Daher sollte es selbstverständlich sein,
daß die
Beschreibung von Silikonlinsenkernen und Methanplasma hierin den
Umfang oder den Geist der vorliegenden Erfindung nicht einschränken soll.
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Außerdem kann
das System irgendeine geeignete Vorrichtung und ein Verfahren zur
Erzeugung von Plasma zur Behandlung von Linsenkernen verwenden.
Diese Vorrichtung und diese Verfahren sollten für einen Fachmann verständlich sein
und werden daher hierin nicht ausführlich erläutert. Daher sollte es ebenso
selbstverständlich
sein, daß die
spezielle nachstehend beschriebene Anordnung zur Erzeugung von Plasma
nur zu exemplarischen Zwecken bereitgestellt wird.
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Vor
dem Eintreten in das System werden nun in bezug auf 1A die
Linsenkerne in eine Halteschale 10 mit einem äußeren Rahmen 12 und
vertikalen Zwischenelementen 14 gegeben. 1A stellt eine
exemplarische Halteschale dar. Sieben Reihen von Drahthaltern 16 erstrecken
sich zwischen jedem benachbarten vertikalen Element. In den zwei äußeren Säu len 18 und 20 enthält jede
Reihe vier Halter, während
jede Reihe in den zwei inneren Säulen 22 und 24 drei
Halter umfaßt.
Dadurch umfaßt
die Schale insgesamt 98 Halter.
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In
bezug auf die 1B und 1C umfaßt jeder
Halter 16 einen ringförmigen
Drahtrand 26 und fünf
Drahtstege 28, die sich sternförmig im Inneren erstrecken.
Ein Linsenkern 30 wird in jedem Halter plaziert, so daß er auf
den Stegen 28 sitzt. Der Halter 16 wird ausführlicher
in dem allgemein übertragenen US-Patent
Nr. 5,874,127 von Winterton and Grant beschrieben.
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In
bezug auf 1A und ebenso in bezug auf 2 umfaßt jede
Halteschale 10 ein Paar Haken 32 auf den gegenüberliegenden äußeren vertikalen
Elementen 14 des Rahmens 12. Die entsprechenden
Haken 34 auf dem Schalenträger 36 nehmen die
Haken 32 auf, so daß die
Halteschale 10 an dem Schalenträger hängen kann. In der Ausführungsform,
die in 2 gezeigt wird, kann der Träger 36 vier Halteschalen 10 und
deshalb bis zu 392 Linsenkerne halten.
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In
bezug auf die 3A und 3B wird
der Schalenträger
in ein lineares Plasmabeschichtungssystem 40 gegeben. Anfangs
bewegen sich die Schalen durch eine Trocknungskammer, die aus fünf Unterkammern
(hierin nachstehend als „Zonen" bezeichnet) 42A bis 42E besteht,
wobei jede ungefähr fünf Meter
lang ist. Der Schalenträger
bleibt für
insgesamt etwa zwanzig Minuten in der Trocknungskammer für eine gewünschte Zeit,
sagen wir etwa zwanzig Minuten, oder ausreichend, um das notwendige Vakuum
und das Beschichtungsauftragungsziel zu erfüllen.
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Da
die Linsenkerne ein hydrophiles Material enthalten können, können sie
hygroskopisch sein und können
deshalb Wasser aus der Umgebung absorbieren. Daher kann es wünschenswert
sein, die Trocknungszeit zu ermöglichen.
Die Trocknungszonen behalten ein konstantes Niveau an relativer Feuchte,
beispielsweise bei oder unter zehn Prozent, um weiteres Trocknen,
wenn notwendig, zu ermöglichen,
und stellen ebenso eine Trocknungspufferfläche bereit, in die die Linsenkerne
vor dem Eintritt in die Beschichtungszonen gegeben werden.
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Ebenso
in bezug auf die 2, 4A und 4B wird
jeder Schalenträger
in einen rechteckigen Schlitz 44 aufgenommen, der als eine „Halteschiene" 46 definiert
wird. Ein Schraubenpaar sichert den Träger in der Halteschiene. Ein
Loch 48 erstreckt sich durch die Halteschiene 46 unterhalb
des Schalenträgers.
Die Trocknungskammer umfaßt
ein Förderband
für den
Transport der Halteschiene und des Trägers (hierin nachstehend gemeinsam
als „Träger" bezeichnet, wenn
nicht anders angegeben). Das Förderband
besteht aus einzelnen Förderbändern in
den Zonen 42A bis 42E, wobei sich jedes zwischen
den gegenüberliegenden
Rädern 52 und 54 erstreckt.
Ein Servomotor 56 treibt das Förderband an und kann durch
einen Personalcomputer, ein Großrechnersystem
oder andere programmierbare logische Schaltung (hierin nachstehend
allgemein als „PLC" bezeichnet) geregelt
werden. Zwei Seitenelemente 58 sitzen auf den jeweiligen
Seiten des Förderbandes, und
Rollen 60 werden in den Lücken 62 in jedem Seitenelement
angeordnet, um den Schalenträger
zu führen,
wenn er zwischen den Seitenelementen hindurchgeführt wird.
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Eine
Lichtquelle 64, die in einem Seitenelement montiert ist,
richtet Licht über
das andere Seitenelement, wo es durch einen Lichtempfänger 66 detektiert
wird. Die Lichtquelle und der Lichtempfänger sind so angeordnet, daß Licht
zwischen ihnen durch das Loch 48 in der Halteschiene 46 strömt. Der Lichtempfänger 66 gibt
ein Signal an die PLC ab, der wiederum den Servomotor 56 regelt.
Folglich detektiert die PLC die Gegenwart des Trägers, wenn die Halteschiene
anfangs den Lichtstrahl zwischen der Quelle 64 und dem
Empfänger 66 beim
Eintritt in die erste Trocknungszone 42A bricht. Andere
Trägerdetektionssysteme
können
anstelle des Lichtempfängers
genutzt werden; beispielsweise Druck- oder Kontaktmikroschalter
können
ebenso eingesetzt werden. Wenn das Loch 48 das Lichtquellen/-empfänger-Paar
erreicht, detektiert der Empfänger 66 erneut den
Lichtstrahl, und die PLC stopp den Servomotor 56 für eine ungefähr vorprogrammierte
Zeit, sagen wie vier Minuten. Am Ende dieses Zeitraums aktiviert die
PLC erneut den Motor 56, so daß der Träger in die zweite Trocknungszone 42B geführt wird.
Die Trocknungszone 42B weist ein Förderband, einen Motor und ein
Seitenelementenpaar wie die Zone 42A auf, außer, daß ein zusätzlicher
Mechanismus in Zone 42B hinzukommen, um die Seitenelemente
und das Förderband
90° zu drehen,
so daß der
Träger
in Zone 42C geführt
werden kann. In jeder Zone wird jedoch ein Lichtquellen/-empfänger-Paar
bereitgestellt, um die Gegenwart eines Trägers in der Zone zu detektieren.
Die PLC bewegt den Träger
von einer Trocknungszone zu der nächsten, wenn noch kein Träger in der
anschließenden
Zone wartet.
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Der
Eintritt in die Zone 42A kann offen sein oder kann eine
geeignete Abdeckung aufweisen, wie es für ein gegebenes System geeignet
ist. Ein entsprechender Kanal 68 führt aus einem geeigneten Lufthandhabungssystem
(nicht gezeigt) zu und richtet die klimatisierte Luft oder das Gas
in jede Trocknungszone. Geeignete Lüftungskanäle können ebenso bereitgestellt
werden. Die Klimaanlage kann unabhängig kontrolliert werden, um
den Kanälen
kontinuierlich richtig temperaturgeregelte und befeuchtete Luft
zuzuführen,
beispielsweise bei ungefähr
70 °F ± 2°.
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Erneut
in bezug auf die 3A und 3B bewegt
die PLC den Träger
durch eine Schlitzklappe 72 in eine Eintrittsschleuse 70,
wenn der Träger
in der Trocknungszone 42E für eine ausreichende Dauer gewesen
ist, wenn kein Träger
in der Eintrittsschleuse 70 wartet und wenn geeignete Bedingungen
in der Eintrittsschleuse 70 existieren, wie nachstehend
ausführlicher
beschrieben. Die Eintrittsschleuse 70 umfaßt ein Förderband 50 und
Seitenelemente 58, wie in den Trocknungszonen. Ein Lichtquellen/-empfänger-Paar
wird ebenso bereitgestellt, so daß die PLC detektiert, wenn
der Träger
vollständig
in der Eintrittsschleuse ist. Die PLC stoppt dann den Servomotor,
der das Förderband
antreibt, und schließt
die Schlitzklappen am Ein- und Ausgang der Eintrittsschleuse, um
die Eintrittsschleuse abzudichten.
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Ebenso
in bezug auf die 5A und 5B umfaßt die Eingangsschlitzklappe 72 eine
Tür 74 mit einem
Dichtungsmaterial 76, das den Rand ihrer Innenoberfläche auskleidet.
Die Tür 74 ist
klappbar, so daß sie
durch ein Verbindungsgestänge 78 zwischen einer
offenen und geschlossenen Position beweglich ist. Die PLC regelt
das Verbindungsgestänge 78. Wenn
die Tür
in ihrer geschlossenen Position ist, umgibt und dichtet die Dichtung 76 einen
Eintrittsgang 80 in der Eintrittsschleuse 70 ab.
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Wenn
die/der Lichtquelle/-empfänger
in der Eintrittsschleuse 70 die Gegenwart des Trägers durch
das Loch 48 (2) detektiert, schließt die PLC
die Schlitzklappen an beiden Enden der Eintrittsschleuse 70.
Die Eintrittsschleuse ist eine Edelstahlkammer, mit der Eingänge, Ausgänge und
Sensoren kommunizieren können,
wie nachstehend erläutert.
Sie ist eine geschlossene Kammer, bis auf die Schlitzklappen. Wenn
daher die Klappen geschlossen sind, ist die Eintrittschleuse abgedichtet.
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Wenn
der Träger
in der Eintrittsschleuse ist und die Kammer abgedichtet ist, aktiviert
die PLC eine Klappe 82 und eine Pumpe 84, um die
Eintrittsschleuse auszupumpen und dadurch einen Vakuumzustand darin
zu erzeugen. Speziell bring die Pumpe die Innenfläche der
Eintrittsschleuse 70 von Umgebungsdruck auf einen gewünschten
Vorwahlniederdruck, beispielsweise bei oder unter einem mTorr. Die PLC überwacht
den Druck in der Eintrittsschleuse durch einen Drucksensor 85,
der sich durch das Gehäuse
der Eintrittsschleuse erstreckt.
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Es
sollte selbstverständlich
sein, daß,
während
das Eintrittsschleusengehäuse
sowie die Gehäuse
der Eintrittshalte-, Eintrittspuffer-, Beschichtungs-, Austrittspuffer-,
Austrittshalte- und Austrittsschleusenkammern, die nachstehend erläutert werden,
alle aus Edelstahl sein können,
die Gehäuse aus
jeglichem Material und in irgendeiner geeigneten Konstruktion sein
können.
Außerdem
können
die Gehäuse
für die
fünf Trocknungszonen
und der fünf Austrittszonen,
die nachstehend erläutert
werden, aus einem rigiden Polymer, wie Polymethylmethacrylat (PMMA)
sein, aber können
ebenso aus Stahl oder einem anderen geeigneten Material sein.
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Wenn
der PLC von dem Drucksensor 85 signalisiert wird, daß der Innendruck
der Eintrittschleuse 70 bei oder unter dem Vorwahlniederdruck
liegt, und daß eine
minimale Vorwahlzeit verstrichen ist, sagen wir 290 Sekunden, da
die Klappe 82 aktiviert wurde, öffnet die PLC die Schlitzklappe 86 zwischen
der Eintrittsschleuse 70 und der Eintrittshaltekammer und aktiviert
die Förderbänder in
sowohl der Eintrittsschleuse als auch der Eintrittshalterung, so
daß der Träger in die
Eintrittshalterung bewegt wird.
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Die
Eintrittshalterung umfaßt
ebenso vertikale Seitenelemente und ein Lichtquel1en/-empfänger-Paar.
Wenn sich das Halteschienenloch 48 (2) mit dem
Lichtempfänger
ausrichtet und dadurch der PLC angibt, daß der Träger vollständig in der Eintrittshalterung
ist, schließt
die PLC die Schlitzklappe 86 und eine Schlitzklappe 90,
um die Eintrittshalterung abzudichten. Nach dem Schließen der Klappe 90 aktiviert
die PLC eine Klappe 92, die eine Gasleitung 94 öffnet, die
mit einer Quelle (nicht gezeigt) von Trockengas, beispielsweise
Stickstoff, mit dem Inneren der Eintrittsschleuse verbunden ist.
Die PLC setzt das Belüften
der Eintrittsschleuse mit dem Trockengas fort, bis der Drucksensor 84 Atmosphärendruck
in der Eintrittsschleuse angibt. Die PLC öffnet dann die Schlitzklappe 72,
so daß die
Eintrittsschleuse den nächsten
Träger
aufnehmen kann.
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Das
Gas ist „trocken", indem es einen
geringen Wassergehalt, beispielsweise weniger als drei ppm, aufweist.
Ein trockenes Venitlationsgas ist bevorzugt, um unerwünschte Wasserabsorption
durch die Linsenkerne oder die Kammerwände zu verhindern. In einer
bevorzugten Ausführungsform
wird eine einzelne Quelle von Trockengas verwendet, um das Ventilationsgas
für Leitung 94 sowie
die Entlüftungsleitungen
für andere
Kammern nach der Eintrittsschleuse bereitzustellen. Daher sollte
es selbstverständlich
sein, daß,
während
die Kammern hierin als „entsprechende" Lüftungsquellen
bezeichnet werden, diese eine Konstruktion umfassen, bei der alle Entlüftungsleitungen
durch dieselbe ultimative Quelle an Ventilationsgas beschickt werden
können.
Während
einzelne Vakuumpumpen in 3 gezeigt und darin beschrieben
werden, sollte es ebenso selbstverständlich sein, daß die Pumpleitungen
zu mehreren Kammern mit derselben Quelle an Unterdruck in Verbindung
stehen können.
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Vor
dem Öffnen
der Klappe 86 bring die PLC die Eintrittshalterung 88 auf
einen Druck von weniger als oder gleich dem Einstellniederdruck
durch Aktivieren einer Klappe 98, die das Eintrittshalterungsinnere
für eine
Vakuumpumpe 100 öffnet.
Wenn Drucksensoren 85 und 102 angeben, daß der Eintrittsschleusendruck
und der Eintrittshaltedruck gleich sind, ± 5 mT, öffnet die PLC die Schlitzklappe 86,
um den Träger
in die Eintrittshalterung zu bewegen.
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Trotz
der vorherigen Trocknungsstufen können die Linsenkerne noch etwas
Wasser enthalten. Die Eintrittshalterung fungiert daher sowohl als
ein Puffer als auch eine Trocknungsstufe. Wiederholtes Pumpen, um
Vakuumbedingungen in der Eintrittshalterung zu erzeugen, zieht Wasserdampf
aus den Kammerwänden
und möglicherweise
aus den Linsenkernen, wodurch eine trockene Umgebung erzeugt wird.
Trockengas wird verwendet, um die Kammer durch eine Klappe 104,
die von der PLC angetrieben wird, zu belüften, um diesen Zustand zu
halten. Wenn der Träger
in die Eintrittshalterung eintritt und die PLC die Kammer abdichtet,
bleibt die Klappe 98 offen, so daß die Pumpe 100 Wasserdampf
aus dem Schalenträger,
der Halteschiene und den Linsenkernen zieht.
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Wenn
die PLC bestimmt, daß,
wenn ausreichend Zeit seit dem Schließen der Schlitzklappen 86 und 90 verstrichen
ist, schließt
es die Klappe 98 und öffnet
eine Klappe 106 zwischen einem Masseflußregler 108 und dem
Eintrittshalterungsinneren. Der Masseflußregler, die Konstruktion und
der Vorgang, die einem Fachmann verständlich sein sollten, können unab hängig von
der PLC in dieser Ausführungsform
kontrolliert werden und führen
Prozeßgas
aus einer üblichen
Leitung 110 in die Eintrittshalterung ein.
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Wenn
der Drucksensor 102 angibt, daß der Innendruck der Eintrittshalterung 88 ungefähr das gewünschte Niveau
hat, öffnet
die PLC die Schlitzklappe 90 und aktiviert die Förderbandmotoren
in der Eintrittshalterung und in einem Eintrittspuffer 112,
um den Träger
in den Eintrittspuffer zu bewegen. Erneut umfaßt der Eintrittspuffer vertikale
Seitenelemente 58 und ein Lichtquellen/-empfänger-Paar,
was es der PLC ermöglicht,
zu bestimmen, wenn das Haleschienenloch mit der Lichtquelle und
dem -empfänger
zusammentrifft, wodurch angegeben wird, daß der Träger vollständig in dem Eintrittspuffer
ist. Die PLC schließt
dann die Schlitzklappe 90 und setzt das Pumpen der Eintrittshalterung
durch die Klappe 98 fort, bis die Eintrittshalterung den
gewünschten
Vorwahlniederdruck erreicht. Zu diesem Zeitpunkt öffnet die
PLC die Schlitzklappe 86 und bewegt den nächsten Träger in die
Eintrittshalterung, vorausgesetzt, daß die anderen oben erläuterten
Bedingungen ebenso erfüllt
sind.
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Der
Eintrittspuffer unterstützt
die Isolierung der nachgelagerten Beschichtungszone von den Nicht-Prozeßgasen,
die andernfalls in die Beschichtungszonen aus der Eintrittshalterung
fließen
könnten.
Er fungiert ebenso als eine Wartekammer für einen Träger, der darauf wartet, in
die Beschichtungszonen einzutreten. Er wird bei dem Verfahrensdruck durch
eine Klappe 114 gehalten, die durch die PLC geregelt wird,
und die den Eintrittspuffer zu einer Vakuumpumpe 116 öffnet. Die
PLC überwacht
den Druck in dem Eintrittspuffer durch einen Drucksensor 118 und
führt das
Prozeßgas
in den Eintrittspuffer durch eine Klappe 120 ein, die mit
der Prozeßgasleitung 110 durch
einen Masseflußregler 122 verbunden
ist. Wenn notwendig, kann die PLC den Eintrittspuffer mit Trockengas
durch eine Klappe 124 belüften.
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Aus
dem Eintrittspuffer bewegt sich der Träger durch tandemartige Beschichtungszonen 126 und 128.
Die PLC hält
die Beschichtungszonen bei ungefähr
dem Verfahrensdruck durch Druckklappen 130 und 132,
welche das Beschichtungszoneninnere den Vakuumpumpen 133 und 134 aussetzen.
Die PLC stellt Prozeßgas
für die
Beschichtungszonen durch Klappen 136 und 138 bereit,
die mit der Prozeßgasleitung 110 durch
Masseflußregler 140 und 142 verbunden
sind. Während
ein einzelner Klappen/Masseflußregler
in dieser Ausführungsform
für jede
Beschichtungszone gezeigt wird, sollte es selbstverständlich sein,
daß ein
solches entsprechendes Paar für
die vordere Hälfte
und die hintere Hälfte
von jeder Kammer bereitgestellt werden kann, um den Gasfluß zu jeder
Hälfte
unabhängig
zu regeln. Wenn notwendig, kann die PLC die Beschichtungszonen mit
Trockengas durch Klappen 144 und 146 belüften. Die
PLC überwacht
den Druck in den Beschichtungszonen durch Drucksensoren 148/149 und 150/151.
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Ein
Austrittspuffer 152 folgt auf die zweite Beschichtungszone 128.
Wie bei dem Eintrittspuffer und den Beschichtungszonen umfaßt er ein
Förderband
und einen Servomotor, die durch die PLC betrieben werden können. Er
umfaßt
ebenso vertikale Elemente 58 und ein Paar aus Lichtquelle
und -empfänger.
Die PLC hält
das Verfahrensdruckniveau in dem Austrittspuffer durch eine Klappe 154,
die sich zu einer Vakuumpumpe 156 öffnet. Die PLC überwacht
den Druck in dem Austrittspuffer durch einen Drucksensor 158 und
kontrolliert den Fluß des
Verfahrensgases aus Leitung 110 zu dem Austrittspuffer von
einem Masseflußregler 160 durch
eine Klappe 162.
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Es
gibt keine Schlitzklappen zwischen dem Eintrittspuffer 112 und
der ersten Beschichtungszone 126, zwischen der ersten Beschichtungszone 126 und
der zweiten Beschichtungszone 128, oder zwischen der zweiten
Beschichtungszone 128 und dem Austrittspuffer 152.
Statt dessen erstrecken sich mehrere Stahlansätze 164 teilweise
seitlich in das System, um einen Kanal zu erzeugen, der sich von dem
Eintrittspuffer durch die zwei Beschichtungszonen zu dem Austrittspuffer
erstreckt. Daher definieren die Eintrittspufferkammer, die Beschichtungszonen
und Austrittspufferkammer eine segmentierte übliche Kammer. Wie oben genannt,
hält die
PLC diese übliche
Kammer bei dem Verfahrensdruck und hält das Prozeßgas in
der Kammer, während
des Systemvorgangs durch die jeweiligen Klappen und Masseflußregler.
Aufgrund der selektiven Unterdrucksetzung und Drucklosmachung der
erläuterten
Eintrittshalterung und der nachstehend erläuterten Austrittshalterung
kann das System Linsenkerne auf aufeinanderfolgenden Schalenträgen beschichten,
ohne die Beschichtungszonen unter Druck zu setzen und drucklos zu
machen.
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Die
dargestellten Beschichtungszonen 126 und 128 sind
identisch konstruiert. Für
die leichte Erläuterung
wird daher nur die Struktur der Beschichtungszone 126 hierin
beschrieben.
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Die
Beschichtungszone 126 umfaßt zwei tandemartig angeordnete
Magnetrone, wobei jeder ein Paar von gegenüberliegenden Elektroden 166 und 168 aufweist.
Die Verwendung eines Magnetrons ist optional in Abhängigkeit
der Anwendung. In bezug auf die schematische Querschnittsansicht
in 6A umfaßt
die Beschichtungszone keine vertikalen Elemente 58 (4A – 4B),
die andernfalls mit der Auftragung der Plasmawolke auf die Linsenkerne
interferieren würden.
Die Wolke wird durch Elektroden 166 und 168 erzeugt,
die rechtwinklige Titanplatten 170 und 172 umfassen.
Jede Titanplatte wird aus einer entsprechenden Magnetvorrichtung 174 und 176 durch
vier 2 mm – 3
mm Keramikknöpfe 178 abgetrennt.
Jede Titanplatte ist ungefähr
50 cm hoch, 1/16 Inch (0,16 cm) dick und 18 cm lang.
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Jede
Magnetvorrichtung 174 und 176 kann eine äußere Metallbox
beispielsweise aus Edelstahlumfassen, durch die Kühlwasser
aus Rohren 180 gepumpt werden kann. Ebenso in bezug auf 6B umfaßt das Innere
jeder Box einen rechtwinkligen zentralen Stahlkern 182 und
einen umgebenden rechtwinkligen Stahlring 184. Eine Reihe
von Dauermagneten 186 erstrecken sich zwischen Kern 182 und
Ring 184 und sind in einem Nord-Süd-Muster angeordnet, wie in 6B gezeigt,
so daß der
zentrale Kern 182 ein magnetischer „Südpol" ist und der äußere Ring 184 ein
magnetischer „Nordpol" ist. Dennoch kann
das exakte Gegenteil ebenso eingesetzt werden, d. h. die Nord/Süd-Magnete
können
total umgekehrt werden. Jeder Dauermagnet wird von den benachbarten
parallelen Magneten durch eine Lücke von
ungefähr
zwei Inch (5,1 cm) abgetrennt. Titanplatten 170 und 172 werden
auf dasselbe Spannungspotential durch eine Wechselstromenergiequelle 188 durch
einen Transformator 194 angetrieben. Die Stärke der
Magneten kann variiert werden, um das Ausmaß des Plasmas durch den Fachmann zu
kontrollieren.
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Ein
Abstand von ungefähr
sieben bis zehn Zentimetern trennt die Titanplatten 172 und 178. Wenn
eingeschaltet, erzeugen die Platten eine Plasmawolke dazwischen,
wie es in der Technik üblich
ist. Die Lücke
von 2 mm – 3
mm zwischen den Titanplatten und ihrer jeweiligen Magnetvorrichtung
ist jedoch so klein, daß kein
ausreichendes Plasma dort auftritt. Das Magnetfeld, das durch die
Magnetvorrichtungen hinter den Titanplatten erzeugt wurde, verhindert ebenso
die Plasmabildung. Dies erzeugt eine vorhersehbare, stabile und
relativ einheitliche Plasmawolke zwischen den Platten. Während eine
intensiv glühende
rechtwinklige Plasmafläche 188 direkt
vor jeder der Titanplatten erzeugt wird, weist die Plasmawolke 190 zwischen
den Flächen 188 wenig
Plasmadefinition, aber mehr Einheitlichkeit auf. Speziell ist sie
in vertikale Richtung einheitlicher. Eine Wolke 190 sitzt über dem
Förderband 50,
und die Bewegung der Linsenkerne erfolgt daher durch diese Wolke.
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Erneut
in bezug auf die 3A und 3B umfaßt jedes
Elektrodenpaar 166/168 seinen eigenen Drucksensor 148/149 und
eine Vakuumdrosselklappe 130. Wie oben erwähnt, kann
jedes Elektrodenpaar ebenso seine eigene Prozeßgasdrosselklappe umfassen.
Die PLC überwacht
konstant den Druck in der Fläche,
in der jedes Elektrodenpaar angeordnet ist, und stellt die Klappen 130 und 136 ein, um
folglich den Verfahrensdruckzustand zu halten. Das heißt, in einer
Ausführungsform
ist die Prozeßgasfließrate in
die Fläche
konstant. Die Drosselklappen 130 werden auf den Verfahrensdruck
eingestellt und kontrollieren deshalb die Ausflußrate, um den gewünschten
Druck zu halten. Daher bleiben die einheitlichen Plasmawolken von
einem Elektrodenpaar zu dem nächsten
beständig.
Außerdem
wird der Prozeßgaseinlaß von jeder
Klappe 136 hinter einer der Elektroden 166 oder 168 plaziert,
so daß der
Fluß aus
der Prozeßgasleitung
durch die Elektroden blockiert wird, und die Plasmawolke nicht stört. Andere Gaszerstreuungsschemen
können
gestaltet werden, damit sie letztlich dasselbe erreichen, aber die
Verwendung des Elektrodenpaars ist eine günstige Lösung.
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In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist das Prozeßgas 70 % Methan und 30 % Luft
(ein Trockengemisch aus Stickstoff und Sauerstoff). Es wurde herausgefunden,
daß der
Einschluß von
Sauerstoff in das Prozeßgas
ein sehr nützliches Mittel
zur Aufrechterhaltung der Reaktions(plasma)kammer frei von Abscheidungen
bereitstellt, so daß die
Beschichtungszone nicht routinemäßig gereinigt
werden muß.
Es ist in einer kontinuierlichen Plasmavorrichtung schätzungsweise
sehr vorteilhaft, ein Prozeßgas
zu verwenden, das Abscheidungen durch Akkumulation in der Beschichtungskammer, insbesondere
auf den Elektroden, verhindert oder verringert.
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Wie
oben angegeben, umfassen die Beschichtungszonen 126 und 128 keine
vertikalen Elemente oder Lichtquellen/-empfänger-Paare. Statt dessen betreibt
die PLC die Servomotoren in jeder Zone bei einer konstanten Geschwindigkeit,
so daß die
jeweiligen Förderbänder kontinuierlich
bei der gewünschten
voreingestellten Geschwindigkeit, sagen wir fünf m/s, laufen. Wenn daher
ein Träger
einmal auf dem Förderband
in Zone 126 von dem Förderband
in dem Eintrittspuffer angetrieben wird, bewegt er sich kontinuierlich
durch die vier Magnetrone in den zwei Beschichtungszonen.
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Die
PLC startet eine Schaltuhr, wenn der Lichtempfänger in dem Eintrittspuffer
angibt, daß sich ein
Träger
von dem Eintrittspufferförderband
zu dem Förderband
in der Beschichtungszone 126 bewegt und sendet einen anschließenden Träger von
dem Eintrittspuffer in die Beschichtungszone nur beim Ablauf dieser
Schaltuhr. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Laufzeit
der Schaltuhr 300 Sekunden, was dem Austrittspuffer genug
Zeit gibt, um einen nachgelagerten Träger zu einer Austrittshaltekammer 196 zu
bewegen, wodurch verhindert wird, daß der Träger in den Beschichtungszonen
kleben bleibt.
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Die
Austrittshalterung 196 ist der Spiegel der Eintrittshalterung.
Die PLC erzeugt ein Vakuum durch eine Pumpe 198 durch eine
Klappe 200. Sie überwacht
den Druck in der Austrittshalterung durch einen Drucksensor 202 und
regelt die Einführung
des Prozeßgases
aus Leitung 110 und einen Masseflußregler 204 durch
eine Klappe 206.
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Wenn
der Drucksensor 202 angibt, daß der Austrittshaltedruck ungefähr der Beschichtungszonendruck
ist, sagen wir 50 mTorr, und der Lichtempfänger in dem Austrittspuffer 152 angibt,
daß ein
Träger
in dem Austrittspuffer vorliegt, öffnet die PLC eine Schlitzklappe 208 zwischen
dem Austrittspuffer und der Austrittshalterung und aktiviert die
Förderbänder in
der Austrittshalterung und dem Austrittspuffer, um den Träger in die
nächste
Austrittshalterung zu überführen. Wenn
der Lichtempfänger
in der Austrittshalterung bestimmt, daß die Überführung beendet ist, schließt die PLC
die Schlitzklappe 208 und eine Schlitzklappe 210 am
nachgelagerten Ende der Austrittshalterung, wodurch die Austrittshalterung
abgedichtet wird. Die PLC drosselt dann die Klappe 200, um
das Prozeßgas
zu entfernen und die Austrittshalterung auf weniger als oder gleich
ein mTorr zu bringen, oder einen anderen gewünschten Vakuumdruck.
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Eine
Austrittsschleusenkammer 197 befindet sich nach der Austrittshalterung.
Vor dem Öffnen
der Schlitzklappe 210 pump die PLC die Austrittsschleuse
auf einen Druck von weniger als oder gleich dem Einstellniederdruck
durch Drosseln einer Klappe 210, was die Anwendung einer
Vakuumpumpe 212 auf das Austrittsschleuseninnere regelt.
Wenn die PLC aus dem Drucksensor 202 und einem Drucksensor 214 in
der Austrittsschleuse bestimmt, daß der Austrittshaltedruck und
der Austrittsschleusendruck ungefähr gleich und bei oder weniger
als dem Einstellniederdruck sind, öffnet sie die Schlitzklappe 210 und aktiviert
die Austrittshalterungs- und Austrittsschleusenförderbänder, um den Träger in die
Austrittsschleuse zu bewe gen. Zu diesem Zeitpunkt schließt die PLC
die Schlitzklappe 210 und eine Schlitzklappe 216 und
belüftet
die Austrittsschleuse mit Trockengas durch Drosseln einer Klappe 218,
bis der Drucksensor 214 angibt, daß der Austrittsschleusendruck ein
Umgebungsniveau erreicht hat. Wenn die PLC einen Umgebungsdruckzustand
in der Austrittsschleuse detektiert und ein Träger in der Austrittsschleuse vorliegt, öffnet sie
die Schlitzklappe 216 und aktiviert die Förderbänder in
der Austrittsschleuse und einer ersten Austrittszone 220A,
um den Träger
in die Austrittszone zu bewegen. Wenn ein Lichtempfänger in der
Austrittszone angibt, daß der
Träger überführt worden
ist, schließt
die PLC die Schlitzklappe 216 und pumpt die Austrittsschleuse 197 zurück auf den Einstellniederdruck,
um den nächsten
Träger
aufzunehmen.
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Die
Konstruktion der Austrittszonen 220A – 220E ist ähnlich der
der Trocknungszonen 42A – 42E. Sie können aus
der Endzone 220 manuell oder durch ein automatisches System
entfernt werden, so daß die
neu beschichteten Linsen in die Halter 16 austreten (1).