JP7143288B2 - 可動要素を調整するためのアクチュエータ、使用方法、及び調整方法 - Google Patents
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Description
目的は、作動のための移動を生じさせ、且つ移動される要素を光学構成のビーム経路内の所定の位置に移動させるためのアクチュエータによって達成される。アクチュエータは、移動される要素と、キャリアと、少なくとも1つのSMA要素とを含み、SMA要素は、移動される要素に接続され、且つキャリア上に支持されるように実装される。SMA要素の範囲が変化する場合、有向の力効果は、移動される要素とキャリアとの間に生成される。
別の実施形態において、アクチュエータは、少なくとも2つのSMA要素を有することができ、少なくとも2つのSMA要素は、そのそれぞれの有向の力効果が少なくとも部分的に相互に対して向けられるように配置される。これらは、軸の周囲にらせん状に配置された少なくとも2つのSMA要素及び/又は例えば直線的な範囲で配置されたSMA要素であり得る。
対向するSMA要素は、好ましくは、反対方向に動作する。例えば、SMA要素の一方に収縮が起こった場合、補償として対向するSMA要素が伸長する。
直接接続の利点は、構成が単純化され、ほとんどスペースを必要としないことである。
先行技術によれば、光学部品の内部、例えば対物レンズ又は他の光学アセンブリ内の移動は、これまで例えば光学部品から外部に移動され、電気モータによって動作するドライブによってもたらされていた。
XY平面内の移動に加えて、回転方向の調整及び回転方向への作動のための移動も、適切に構成及び配置された、例えば移動される要素をワイヤの形態で取り囲むように案内されるベアリング及びSMA要素によって可能となる。
光学構成は、同じ実施形態又は異なる実施形態における本発明による複数のアクチュエータを有することができる。
センサを所定の位置に移動させる方法において、センサは、複数のセンサ要素を含み、センサは、アクチュエータによって制御された方法で移動される。この方法を実行する際、光学構成内に存在するセンサの実際の測定値は、取得され、且つ実際の測定値を所期の測定値と比較することによって評価される。制御コマンドは、比較の結果に応じて生成される。
アクチュエータの別の実施形態において、光学構成、例えば顕微鏡内の位置、補正値、又は他の光学パラメータを最適化するために制御ループが存在し得る。
センサ要素の範囲は、画素、すなわちピクセルと理解することができる。センサの所定の位置への移動は、センサ要素の寸法の1つである距離にわたって行うことが特に有利である。これは、センサを例えば半ピクセルだけ移動及び/又は回転させ得ることを意味する。
提案されている方法により、例えば光学部品、例えば対物レンズのレンズ又はレンズ群の調整が容易となり、硬化部品の外部に配置されたドライブが不要となる。
基本的部品として、アクチュエータ1は、移動される要素6と、キャリア(carrier)5と、少なくとも1つのSMA要素7.1~7.4とを含み、SMA要素7.1~7.4は、移動される要素6に接続され、且つキャリア5上に支持されるように実装される(図1)。
制御ユニット10により、SMA要素7.1~7.4は、相互に独立して作動され得る。ここで、作動は、例えば、SMA要素7.1~7.4の各々に流れる特定の振幅及び特定の電圧の電流によって実行される。SMA要素7.1~7.4の少なくとも1つの寸法の変化は、対応するSMA要素7.1~7.4のオーム抵抗及びプロセス中に生成される熱の結果としてもたらされる。
制御ユニット10は、評価ユニット9によって送信された測定値及び/又は評価ユニット9の評価結果に応じて、且つ任意選択により例えば気温等の他の測定値を利用して、SMA要素7.1~7.4を作動させるための制御信号を生成し、出力する。光学構成2の光軸4は、現在のビーム経路又はその現在のプロファイルによって明示される。
移動される要素6は、光軸4に対して調整可能である。追加的又は代替的に、光軸4の現在のプロファイルを例えばピンホール8の現在の位置に対応させるようにすることも可能である。
移動される要素6を調整した後、例えばXY平面XYに関するその相対的な向き及びその位置の安定性は、特に重要である。したがって、その冷却後、SMA要素7.1~7.4は、機械的に力が釣り合った状態にある。特に重要な用途では、追加のブレーキを提供できる。このようなブレーキは、移動される要素6を、例えば、ばねによって静止した隣接部に押し付け、したがって固定させることによって実現できる。SMA要素は、したがって、ばねを弛緩させるために使用できる。磁気結合も有利に利用可能である。
図4に示されるアクチュエータ1の第四の例示的実施形態では、2つの移動される要素6があり、前記移動される要素は、アルバレスレンズとも呼ばれる第一のアルバレスプレート13.1及び第二のアルバレスプレート13.2として構成されている。第一及び第二のSMA要素7.1、7.2は、第一のアルバレスプレート13.1の端面に接続され、第三及び第四のSMA7.3、7.4は、第二のアルバレスプレート13.2の端面に接続される。2つのアルバレスプレート13.1、13.2は、SMA要素7.1~7.4によってXY平面XY内で相互に関して及び光軸4に対して移動可能である。
図5は、アクチュエータ1の第五の例示的実施形態を示し、その移動される要素6は、補正ミラー14によって形成される。
第三の接続要素16は、ジョイント16.1を介して固定ベアリング15を補正ミラー14に接続する。
図6に概略的に示される実施形態の選択肢は、要素、例えば対物レンズ19内の光学レンズ20を補正するためにも使用可能である。
移動される要素6を調整する方法を図8に基づいて説明する。この例示的実施形態において、移動される要素6は、光学レンズ20であり、この光学レンズ20は、対物レンズ19内で光軸4に沿って調整される。SMA要素7.1、7.2は、筐体18上に支持され、この筐体18は、アクチュエータ1のためのキャリア5として機能する。
アクチュエータ1の別の実施形態において、SMA要素7.1、7.2の少なくとも一方は、加熱ワイヤとして具体化され、この加熱ワイヤは、熱エネルギーを固定材料22に供給する役割を果たす。
2 光学構成
3 光学部品
4 光軸
5 キャリア
6 移動される要素
7.1 第一のSMA要素
7.2 第二のSMA要素
7.3 第三のSMA要素
7.4 第四のSMA要素
8 ピンホール
9 評価ユニット
10 制御ユニット
11 センサ
11.n センサ要素
12 フレクシャベアリング
13.1 第一のアルバレスプレート
13.2 第二のアルバレスプレート
14 補正ミラー
15 固定ベアリング
16 接続要素
16.1 ジョイント
17 軸
18 筐体
19 対物レンズ
20 光学レンズ
21 マウント
22 固定材料
23 加熱ワイヤ
F 力効果
X X軸
Y Y軸
Z Z軸
XY XY平面
XZ XZ平面
YZ YZ平面
Claims (11)
- 光学構成(2)のビーム経路内においてセンサ要素を含む移動される要素(6)の作動のための移動を生じさせるアクチュエータ(1)であって、
前記移動される要素(6)と、キャリア(5)と、第1の形状記憶合金(SMA)要素と、第2のSMA要素とを備え、
前記第1のSMA要素及び前記第2のSMA要素は、前記移動される要素(6)に接続され、且つ前記キャリア(5)上に支持されるように構成され、それにより、複数の有向の力効果(F)は、前記第1のSMA要素及び前記第2のSMA要素の異なる方向への範囲の変化に基づいて、前記移動される要素(6)と前記キャリア(5)との間に生成されて前記移動される要素を前記センサ要素の一部に対応する距離だけ前記光学構成の光軸と交差する方向又は前記光学構成の光軸に沿った方向に移動させ、
前記第1及び第2のSMA要素(7.1~7.4)は、前記第1及び第2のSMA要素(7.1~7.4)のそれぞれの有向の力効果(F)が少なくとも部品において相互に対して反対方向に向けられるように配置される、アクチュエータ(1)。 - 前記第1及び第2のSMA要素(7.1~7.4)の少なくとも1つは、前記移動される要素(6)に間接的に接続されることを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ(1)。
- 前記第1及び第2のSMA要素(7.1、7.4)の少なくとも1つは、前記移動される要素(6)に直接的に接続されることを特徴とする請求項1又は2に記載のアクチュエータ(1)。
- 前記移動される要素(6)は、少なくとも1つの固定ベアリング(15)に接続されることを特徴とする請求項1~3の何れか一項に記載のアクチュエータ(1)。
- 請求項1~4の何れか一項に記載のアクチュエータ(1)を含むフレクシャベアリング(12)。
- 請求項1に記載のアクチュエータ(1)を含む対物レンズ(19)。
- 複数のセンサ要素を含むセンサ(11)を含む移動される要素(6)の作動のための移動を生じさせるための装置であって、
請求項1~4の何れか一項に記載のアクチュエータ(1)と、
現在の空間座標を評価する評価ユニット(9)と、
評価された前記現在の空間座標に応じて制御コマンドを生成する制御ユニット(10)と、を備える装置。 - 複数のセンサ要素を含むセンサ(11)を含む移動される要素(6)の作動のための移動を生じさせるための方法であって、請求項1~3の何れか一項に記載のアクチュエータ(1)によって前記作動のための移動を生じさせることを備える方法。
- 複数のセンサ要素(11.n)を含むセンサ(11)のセンサ要素(11.n)の範囲の一部の分だけの作動のための移動を生じさせるための方法であって、請求項1~3の何れか一項に記載のアクチュエータ(1)によって前記作動のための移動を生じさせることを備える方法。
- 移動される要素(6)の作動のための移動を生じさせるための方法であって、
前記移動される要素(6)を、請求項1~4の何れか一項に記載のアクチュエータ(1)によって所期の位置における所定の位置に移動させるステップと、
前記移動される要素(6)を、硬化されておらず且つ可逆的に硬化可能な固定材料(22)によって前記所期の位置に固定するステップと、を備え
前記硬化されていない固定材料(22)は、硬化された状態に変換される、方法。 - 実際の位置にあり、且つ前記可逆的に硬化された固定材料(22)によって固定されている移動される要素(6)は、前記固定材料(22)が前記硬化されていない状態に変換された後に前記所期の位置における所定の位置に移動されることを特徴とする請求項10に記載の方法。
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