WO2013110536A1 - Anordnung zur lagesicherung eines bauteils innerhalb eines gehäuses - Google Patents

Anordnung zur lagesicherung eines bauteils innerhalb eines gehäuses Download PDF

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WO2013110536A1
WO2013110536A1 PCT/EP2013/050804 EP2013050804W WO2013110536A1 WO 2013110536 A1 WO2013110536 A1 WO 2013110536A1 EP 2013050804 W EP2013050804 W EP 2013050804W WO 2013110536 A1 WO2013110536 A1 WO 2013110536A1
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component
magnetorheological
arrangement according
chamber
electrorheological fluid
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PCT/EP2013/050804
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English (en)
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Inventor
Joachim Hartjes
Original Assignee
Carl Zeiss Smt Gmbh
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/023—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses permitting adjustment
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/708—Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
    • G03F7/70808—Construction details, e.g. housing, load-lock, seals or windows for passing light in or out of apparatus
    • G03F7/70825—Mounting of individual elements, e.g. mounts, holders or supports

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for securing the position of a component within a housing.
  • the invention is fundamentally applicable for securing the position of any optical or mechanical components in a given (feed) position within a housing, for example in zoom lenses, zoom axicon systems or focusing systems for focusing optical or thermal radiation. Furthermore, the invention can be used both in microlithographic and in any other applications.
  • systems for use in microlithography are to be mentioned here, these being optical systems (eg zoom lenses or zoom axicon systems) or focusing systems, for example the focusing of heat radiation in the thermal actuation of optical components, in-situ measuring systems, etc. can act.
  • optical systems eg zoom lenses or zoom axicon systems
  • focusing systems for example the focusing of heat radiation in the thermal actuation of optical components, in-situ measuring systems, etc. can act.
  • Arrangement for securing the position of a component within a housing provide, which provides a precise position assurance in a well-defined feed position with relatively little design effort.
  • An arrangement according to the invention for securing the position of a component within a housing comprises:
  • a chamber provided in the housing, in which there is a magnetorheological or electrorheological fluid and which has at least one supply and discharge channel for supplying or discharging the fluid into the chamber or out of the chamber;
  • a device suitable for generating a magnetic or electric field in the region of the chamber -
  • the component as a function of the magnetic or electric field either by a within the chamber via the supply and discharge channel due to the liquid pressure exerted along a feed direction within the housing displaceable or in a given position along this feed direction can be fixed.
  • the invention is based in particular on the concept of a (optical or mechanical) component in question by means of a magnetorheological or electrororheological fluid, which is located in a chamber in a housing receiving the component, on the one hand by (supply or discharge of the liquid generated) hydraulic pressure along a feed direction to move highly accurate and on the other hand, the magnetorheological or electrorheological fluid - upon reaching the desired target position of the component - to use for controlled position assurance by using the variably applicable magnetic or electric field in a known manner a Viskosi - Tuschs Sung or stiffening of the liquid brought about and thus a complete positive engagement with the component is effected.
  • the particular magnetic or electric field during the displacement of the component inactive and active for fixing the position of the component.
  • the invention enables a precise as well as easy-to-handle position assurance of an optical or mechanical component in a desired feed position within any (eg focusing or objective) system by first under well-defined exercise of the above-mentioned, naturally uniformly spreading hydraulic pressure when switched off Magnetic field, the relevant component in the desired target or feed position (eg, under sensor-assisted position detection) can be moved to the position securing directly upon switching to the target position by switching on the magnetic field and the resulting positive closure of the magnetorheological fluid with the component or to bring about their sizing components.
  • the relevant component in the desired target or feed position eg, under sensor-assisted position detection
  • the magnetorheological (or electrorheological) fluid is used for a dual function insofar as it causes the feed movement of the component hydraulically when the magnetic (or electric) field is switched off (the component being resiliently supported by the fluid can), and on the other hand by simply turning on the magnetic (or electric field) causes the position assurance in the desired target position.
  • the component in the given position along the feed direction as a result of a force exerted by the magnetorheological or electrorheological fluid fit can be fixed.
  • the arrangement comprises at least one circumferential and the chamber bounding seal against the component or a socket of the component.
  • the assembly may include two such seals which define within the chamber a partial volume of the magnetorheological or electrorheological fluid.
  • Such an embodiment has the advantage that a mechanical initial stability of the component can already be ensured by two seals.
  • the magnetorheological or electrorheological fluid at least partially surrounds the component.
  • the component is resiliently mounted within the housing by the magnetorheological or electrorheological fluid when the magnetic or electric field is switched off.
  • the arrangement further comprises at least one means for limiting the travel of the component along the feed direction.
  • This device can in particular at least one bellows, more particularly which have two on opposite sides of the component arranged bellows.
  • the device suitable for generating a magnetic or electric field in the region of the chamber has at least one coil which can be acted upon by an electric current.
  • a rapid connection or disconnection of the magnetic field for securing or releasing the component and optionally also a variation of the magnetic field can take place.
  • the invention is not limited thereto, so that in further embodiments basically e.g. It is also possible to use one or more permanent magnets for generating the magnetic field.
  • the arrangement further comprises at least one position sensor for detecting the given position of the component along the feed direction.
  • the arrangement further comprises a pump or piston system for supplying or removing the magnetorheological or electrorheological fluid via the supply or discharge channel.
  • the arrangement further comprises a control, via which for the supply and removal of the magnetorheological or electrorheological fluid via the supply and discharge channel and / or the generation of a magnetic or electric field in the region of the chamber in Dependent on a current position of the component is adjustable.
  • the component may be, for example, an optical component, in particular a lens. Further, the component may be arranged within a siereinnchtung.
  • the arrangement according to the invention is also suitable for realizing a transport safety device of a (mechanical or unfixed) optical Component which, for example, can not be clamped mechanically to secure the transport, but is movable within the system.
  • the device can be stored as described above by means of the magnetorheological or electrorheological fluid and placed in a position-stable state by applying a magnetic or electric field. After completion of the transport, the magnetic or electric field can then be switched off, and the system (eg a focusing system for focusing any electromagnetic radiation) can be put back into operation.
  • the invention thus also relates to a method for securing the transport of a component, in particular in an arrangement having the features described above,
  • the component is stored in a housing in which a magnetorheological or electrorheological fluid is located;
  • a position assurance during transport of the component takes place in that a magnetic or electric field in the field of magnetorheological or electrorheological fluid is applied.
  • the component can be fixed in particular during transport as a result of a force exerted by the magnetorheological or electrorheological fluid form fit.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view to explain the structure of an arrangement for securing the position of a component according to an embodiment of the invention.
  • Figure 2 is a schematic representation for explaining the operation of provided in an inventive arrangement magnetorheological fluid.
  • a component 1 subjected according to the invention to a defined positional fixation is an optical lens which is held within a frame-shaped housing 4 in the example via a socket 2.
  • a Vorschraubring is called, which clamps the component 1 in the version 2 via a frictional connection.
  • FIG. 2a-b shows, in a merely schematic representation, the magnetically polarisable particles 12b distributed in the magnetorheological fluid 12 within a carrier fluid 12a in the state without (FIG. 2a) and with the magnetic field B.
  • Carrier liquid 12a can be any suitable viscosity-adjusted liquid, for example water or a mineral or synthetic oil, depending on the specific application.
  • the magnetically polarizable (eg iron) particles 12b which are finely distributed within the carrier liquid 12a in the form of a suspension, can typically (and without the invention being restricted thereto) have a size in the range from 1 to 10 ⁇ m.
  • the magnetic field B is preferably applied according to FIG. 2 b in such a way that the magnetic field lines run perpendicular to the feed direction (in the coordinate system shown in FIG. 1 and FIG. 2), whereupon the magnetically polarizable particles 12b along the direction of the magnetic field lines and in this way increase the viscosity of the liquid 12.
  • two can be acted upon by an electric current coils (not shown) are used, via which the magnetic field in the region of the chamber 1 1 quickly on or off and optionally can be varied.
  • Typical values of the magnetic field suitable for securing the position can only be on the order of 100 kA / m, by way of example (and without the invention being limited thereto).
  • the fluid supply or fluid removal of the magnetorheological fluid 12 via the supply or discharge channel 14 or 13 can take place via a suitable (not shown in FIG. 1) pump system or an actuated piston system. Furthermore, a displacement of the component 1 can be carried out individually or optionally as a group.
  • the movement of the component along the feed direction is limited by two bellows 7, 8 arranged on opposite sides of the component 1 and by the position of the seals 5, 6 relative to the inlet and outlet channels 13, 14.
  • the seals 5, 6 are preferably made of a material (eg Teflon), which on the one hand ensures sufficient mechanical stability and on the other hand a sufficient radial spring action for contact with the inner wall of the housing 4, so that a seal to the inner wall of the housing 4 is given.
  • the hydraulic pressure set in the supply and removal channels 13, 14 or the resulting stroke pressure on the seals 5, 6 must be selected to be so large that the spring forces of the bellows 7, 8 and the wall friction are overcome.
  • the channel 13 is operated as a supply channel and the channel 14 as a discharge channel or vice versa.
  • the respectively obtained 5 feed position can be monitored by means of a (not shown) position sensor.
  • a connection of the magnetic field whereupon the liquid 12 speed 12 due to their magnetorheological properties in the entire, detected by the magnetic field (ie in particular in the sub-volumes 1 1 a, 1 a and 1 1 c of the chamber 1 1 and optionally also in the supply and discharge channels 13, 14) becomes stiff and causes a position assurance of the component 1 via a complete positive effect caused thereby. If a further change in pole position is required, for example during an adjustment of the component 1, the magnetic field is switched off again, whereupon a further change in position can be made in the manner described above and under essentially frictionless conditions.
  • the arrangement according to the invention can in particular also have a control circuit in which the arrangement producing the magnetic field (for example the coils which can be acted upon by electric current) as well as the supply and removal of the magnetorheological fluid 12 via the supply or discharge channels 13, 14 depending on the signals of one or more, the current
  • the result of the invention is a continuously adjustable adjustment (in particular in the ultra-high vacuum and friction-independent feasible).

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Lagesicherung eines Bauteils innerhalb eines Gehäuses (4), mit einer in dem Gehäuse (4) vorgesehenen Kammer (11), in welcher sich eine magnetorheologische oder elektrorheologische Flüssigkeit (12) befindet und welche wenigstens einen Zu- bzw. Abfuhrkanal (13, 14) zur Zuführung oder Abführung der Flüssigkeit (12) in die Kammer (11) bzw. aus der Kammer (11) aufweist, und einer zur Erzeugung eines magnetischen bzw. elektrischen Feldes im Bereich der Kammer (11) geeigneten Vorrichtung, wobei das Bauteil (1) in Abhängigkeit von dem magnetischen bzw. elektrischen Feld entweder durch einen innerhalb der Kammer (11) über den Zu- bzw. Abfuhrkanal (13, 14) infolge der Flüssigkeit (12) ausgeübten hydraulischen Druck entlang einer Vorschubrichtung innerhalb des Gehäuses (4) verschiebbar oder in einer gegebenen Position entlang dieser Vorschubrichtung fixierbar ist.

Description

Anordnung zur Lagesicherung eines Bauteils
innerhalb eines Gehäuses
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der Deutschen Patentanmeldung DE 10 2012 201 029.7, angemeldet am 25. Januar 2012. Der Inhalt die- ser DE-Anmeldung wird durch Bezugnahme („incorporation by reference") mit in den vorliegenden Anmeldungstext aufgenommen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Lagesicherung eines Bauteils innerhalb eines Gehäuses.
Stand der Technik
Die Erfindung ist grundsätzlich zur Lagesicherung beliebiger optischer oder me- chanischer Bauteile in einer gegebenen (Vorschub-)Position innerhalb eines Gehäuses anwendbar, beispielsweise in Zoom-Objektiven, Zoom-Axikon-Systemen oder Fokussiersystemen zur Fokussierung optischer oder thermischer Strahlung. Des Weiteren ist die Erfindung sowohl mikrolithographischen als auch in beliebigen anderen Anwendungen einsetzbar.
In zahlreichen technischen Anwendungen ist während des Betriebs und/oder des Transports eine präzise Lagesicherung eines oder mehrerer Bauteile innerhalb eines Gehäuses erforderlich. Hierbei ergeben sich in der Praxis anspruchsvolle Herausforderungen insbesondere dann, wenn z.B. aufgrund der vorhandenen (z.B. Vakuum-) Atmosphäre herkömmliche Klemmlösungen ausscheiden und/oder wenn infolge der besonderen Präzisionsanforderungen bereits minimale Fehlpositionierungen und eine damit einhergehende Beeinträchtigung der Performance- Eigenschaften des jeweiligen Systems zu vermeiden sind.
Lediglich beispielhaft (und ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) sind hier Systeme zum Einsatz in der Mikrolithographie zu nennen, wobei es sich sowohl um optische Systeme (z.B. Zoom-Objektive oder Zoom-Axikon-Systeme) o- der auch um Fokussiersysteme etwa für die Fokussierung von Wärmestrahlung bei der thermischen Aktuierung optischer Komponenten, In-Situ-Messsysteme etc. handeln kann.
Ein weiteres in der Praxis auftretendes Problem insbesondere bei den vorstehend genannten Fokussier- oder Objektivsystemen ist, dass eine z.B. zum Zwecke der Justage vorgenommene Verschiebung eines Bauteils entlang einer definierten Vorschubrichtung in der Regel mit unerwünschten Drehbewegungen um diese Vorschubrichtung und somit zu einer unter Umständen nicht korrekten bzw. Undefinierten Zielposition führen. Erhebliche Bedeutung kommt hierbei auch den wäh- rend einer Positionsverschiebung auftretenden Reibungseffekten zu, welche eine exakte Positionierung bzw. Lagesicherung (insbesondere unter Einsatzbedingungen im Ultrahochvakuum) erschweren oder sogar unmöglich machen.
Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf US 2006/0158707 A1 ver- wiesen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG Vor dem obigen Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Anordnung zur Lagesicherung eines Bauteils innerhalb eines Gehäuses bereitzu- stellen, welche bei vergleichsweise geringem konstruktivem Aufwand eine möglichst präzise Lagesicherung in einer wohldefinierten Vorschubposition bereitstellt.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
Eine erfindungsgemäße Anordnung zur Lagesicherung eines Bauteils innerhalb eines Gehäuses weist auf:
- eine in dem Gehäuse vorgesehene Kammer, in welcher sich eine magne- torheologische oder elektrorheologische Flüssigkeit befindet und welche wenigstens einen Zu- bzw. Abfuhrkanal zur Zuführung oder Abführung der Flüssigkeit in die Kammer bzw. aus der Kammer aufweist; und
- eine zur Erzeugung eines magnetischen bzw. elektrischen Feldes im Bereich der Kammer geeignete Vorrichtung; - wobei das Bauteil in Abhängigkeit von dem magnetischen bzw. elektrischen Feld entweder durch einen innerhalb der Kammer über den Zu- bzw. Abfuhrkanal infolge der Flüssigkeit ausgeübten hydraulischen Druck entlang einer Vorschubrichtung innerhalb des Gehäuses verschiebbar oder in einer gegebenen Position entlang dieser Vorschubrichtung fixierbar ist.
Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, eine das betreffende (optische oder mechanische) Bauteil mittels einer magnetorheologischen oder elekt- rorheologischen Flüssigkeit, welche sich in einer Kammer in einem das Bauteil aufnehmenden Gehäuse befindet, zum einen durch (mittels Zu- oder Abfuhr der Flüssigkeit erzeugten) hydraulischen Druck entlang einer Vorschubrichtung hochpräzise zu verschieben und zum anderen die magnetorheologische oder elektrorheologische Flüssigkeit - bei Erreichen der gewünschten Zielposition des Bauteils - zur kontrollierten Lagesicherung zu nutzen, indem über das variabel anlegbare magnetische bzw. elektrische Feld in für sich bekannter Weise eine Viskosi- tätsänderung bzw. Versteifung der Flüssigkeit herbeigeführt und somit ein kompletter Formschluss mit dem Bauteil bewirkt wird. Hierbei ist insbesondere das magnetische bzw. elektrische Feld während der Verschiebung des Bauteils inaktiv und zur Lagefixierung des Bauteils aktiv.
Wenngleich im Weiteren der Einfachheit halber lediglich auf die Verwendung einer magnetorheologischen Flüssigkeit und dementsprechend die Anlegung eines magnetischen Feldes Bezug genommen wird, sind die entsprechenden Aussagen sowie Ausführungsformen analog auf die Verwendung einer elektrorheologischen Flüssigkeit bzw. die Verwendung eines elektrischen Feldes übertragbar. Hinsichtlich konkreter verwendbarer magnetorheologischer bzw. elektrorheologischer Flüssigkeiten wird beispielhaft auf die Offenbarung der eingangs zitierten US 2006/0158707 A1 verwiesen.
Insbesondere ermöglicht die Erfindung eine gleichermaßen präzise wie einfach zu handhabende Lagesicherung eines optischen oder mechanischen Bauteils in einer gewünschten Vorschubposition innerhalb eines beliebigen (z.B. Fokussier- oder Objektiv-) Systems, indem zunächst unter wohldefinierter Ausübung des o.g., sich naturgemäß gleichmäßig ausbreitenden hydraulischen Druckes bei ausgeschaltetem magnetischem Feld das betreffende Bauteil in die gewünschte Ziel- bzw. Vorschubposition (z.B. unter sensorgestützter Positionserfassung) verschoben wer- den kann, um bei Erreichen der Zielposition die Lagesicherung unmittelbar durch Einschalten des magnetischen Feldes und den hierdurch bewirkten Formschluss der magnetorheologischen Flüssigkeit mit dem Bauteil bzw. deren Fassungskomponenten herbeizuführen. Hierbei können sowohl während der erforderlichen Vorschubbewegung als auch bei der durch Formschluss erzielten Lagesicherung unerwünschte Reibungseffekte sowie auch unerwünschte Lageänderungen in bezogen auf die Vorschubrichtung azimutaler Richtung (also etwa unerwünschte Drehbewegungen des Bauteils Komponente) vermieden werden. Die Erfindung ermöglicht daher insbesondere eine Lagesicherung von hochpräzise zu positionierenden Elementen im Ultrahochvakuum, beispielsweise in einem System für die Mikrolithographie. Gemäß der Erfindung wird die magnetorheologische (bzw. elektrorheologische) Flüssigkeit insoweit für eine Doppelfunktion genutzt, als diese bei ausgeschaltetem magnetischem (bzw. elektrischem) Feld zum einen hydraulisch die Vorschubbewegung des Bauteils bewirkt (wobei das Bauteil hierbei federnd über die Flüs- sigkeit gelagert sein kann), und zum anderen mittels einfachem Anschalten des magnetischen (bzw. elektrischen Feldes) die Lagesicherung in der gewünschten Zielposition herbeiführt.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Bauteil in der gegebenen Position entlang der Vorschubrichtung infolge eines durch die magnetorheologische oder elektrorheologische Flüssigkeit ausgeübten Formschlusses fixierbar.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Anordnung wenigstens eine sich gegen die Komponente oder eine Fassung der Komponente abstützende umlaufende und die Kammer begrenzende Dichtung auf.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Anordnung zwei solcher Dichtungen aufweisen, welche innerhalb der Kammer ein Teilvolumen der magnetorheologischen oder elektrorheologischen Flüssigkeit begrenzen. Eine solche Ausgestaltung hat den Vorteil, dass durch zwei Dichtungen bereits eine mechanische Erstlagestabilität der Komponente gewährleistet werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform umgibt die magnetorheologische oder elektrorheologische Flüssigkeit das Bauteil wenigstens teilweise.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Bauteil bei abgeschaltetem magnetischem bzw. elektrischem Feld innerhalb des Gehäuses durch die magnetorheologische oder elektrorheologische Flüssigkeit federnd gelagert. Gemäß einer Ausführungsform weist die Anordnung ferner wenigstens eine Einrichtung zur Wegbegrenzung des Bauteils entlang der Vorschubrichtung auf. Diese Einrichtung kann insbesondere wenigstens einen Faltenbalg, weiter insbeson- dere zwei auf einander entgegengesetzten Seiten des Bauteils angeordnete Faltenbälge aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform weist die zur Erzeugung eines magnetischen bzw. elektrischen Feldes im Bereich der Kammer geeignete Vorrichtung wenigstens eine mit einem elektrischen Strom beaufschlagbare Spule auf. Auf diese Weise kann eine rasche An- bzw. Abschaltung des magnetischen Feldes zur Sicherung bzw. Freigabe des Bauteils sowie gegebenenfalls auch eine Variation des magnetischen Feldes erfolgen. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt, so dass in weiteren Ausführungsformen grundsätzlich z.B. auch ein oder mehrere Permanentmagnete zur Erzeugung des Magnetfeldes Verwendung finden können.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Anordnung ferner wenigstens einen Positionssensor zur Erfassung der gegebenen Position des Bauteils entlang der Vor- schubrichtung auf.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Anordnung ferner ein Pump- oder Kolbensystem zur Zu- bzw. Abfuhr der magnetorheologischen bzw. elektrorheologi- schen Flüssigkeit über den Zu- bzw. Abfuhrkanal auf.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Anordnung ferner eine Regelung auf, über welche zur Zu- bzw. Abfuhr der magnetorheologischen bzw. elektrorheologi- schen Flüssigkeit über den Zu- bzw. Abfuhrkanal und/oder die Erzeugung eines magnetischen bzw. elektrischen Feldes im Bereich der Kammer in Abhängigkeit von einer aktuellen Position des Bauteils regelbar ist.
Das Bauteil kann beispielsweise ein optisches Bauteil insbesondere eine Linse sein. Weiter kann das Bauteil innerhalb einer Fokussiereinnchtung angeordnet sein.
Die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich ferner zur Realisierung einer Transportsicherung einer (mechanisch gefassten oder ungefassten) optischen Komponente, welche z.B. nicht mechanisch zur Transportsicherung geklemmt werden kann, sondern innerhalb des Systems beweglich ist. Im Falle eines erforderlichen Transports des Systems kann das Bauelement wie vorstehend beschrieben mittels der magnetorheologischen bzw. elektrorheologischen Flüssigkeit gelagert und mittels Anlegen eines magnetischen bzw. elektrischen Feldes in einen lagestabilen Zustand versetzt werden. Nach abgeschlossenem Transport kann sodann das magnetische bzw. elektrische Feld ausgeschaltet werden, und das System (z.B. ein Fokussiersystem zur Fokussierung beliebiger elektromagnetischer Strahlung) kann wieder in Betrieb genommen werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung somit auch ein Verfahren zur Transportsicherung eines Bauteils, insbesondere in einer Anordnung mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen,
- wobei das Bauteil in einem Gehäuse gelagert wird, in welchem sich eine magnetorheologische oder elektrorheologische Flüssigkeit befindet; und
- wobei eine Lagesicherung während des Transports des Bauteils dadurch erfolgt, dass ein magnetisches bzw. elektrisches Feld im Bereich der magnetorheologischen oder elektrorheologischen Flüssigkeit angelegt wird. Dabei kann das Bauteil insbesondere während des Transports infolge eines durch die magnetorheologische oder elektrorheologische Flüssigkeit ausgeübten Formschlusses fixiert werden.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unter- ansprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen näher erläutert. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen: Figur 1 eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung des Aufbaus einer Anordnung zur Lagesicherung eines Bauteils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
Figur 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Funktionsweise der in einer erfindungsgemäßen Anordnung vorgesehenen magnetorheologischen Flüssigkeit.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Weiteren wird eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung unter Bezugnahme auf die schematische Querschnittsansicht in Fig. 1 beschrieben. Im Beispiel von Fig. 1 handelt es sich bei einem gemäß der Erfindung einer definierten Lagefixierung unterworfenen Bauteil 1 um eine optische Linse, welche innerhalb eines im Beispiel tubusförmigen Gehäuses 4 über eine Fassung 2 gehalten ist. Mit„3" ist ein Vorschraubring bezeichnet, welcher das Bauteil 1 in der Fassung 2 über einen Kraftschluss klemmt.
Innerhalb des Gehäuses 4, gemäß Fig. 1 zwischen dem Gehäuse 4 und der Fassung 2, befindet sich eine mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit 12 gefüllte Kammer 1 1 , wobei Zu- bzw. Abfuhrkanäle 13, 14 eine Zuführung oder Abführung der magnetorheologischen Flüssigkeit 12 in die Kammer 1 1 hinein bzw. aus der Kammer 1 1 heraus ermöglichen. Fig. 2a-b zeigt in lediglich schematischer Darstellung die in der magnetorheologi- schen Flüssigkeit 12 innerhalb eines Trägerfluids 12a verteilten, magnetisch polarisierbaren Partikel 12b im Zustand ohne (Fig. 2a) sowie mit (Fig. 2b) anliegendem magnetischem Feld B. Bei der Trägerflüssigkeit 12a kann es sich - abhängig von der konkreten Anwendung - um eine beliebige geeignete viskositätsangepasste Flüssigkeit, beispielsweise um Wasser oder ein mineralisches oder synthetisches Öl handeln. Die innerhalb der Trägerflüssigkeit 12a in Form einer Suspension fein verteilten magnetisch polarisierbaren (z.B. Eisen-)Partikel 12b können typischerweise (und ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) eine Größe im Be- reich von 1 bis 10 μηι aufweisen.
Das magnetische Feld B wird vorzugsweise gemäß Fig. 2b derart angelegt, dass die magnetischen Feldlinien senkrecht zur (gemäß Fig. 1 und Fig. 2 in Richtung der z-Achse im eingezeichneten Koordinatensystem verlaufenden) Vorschubrich- tung verlaufen, woraufhin sich die magnetisch polarisierbaren Partikel 12b entlang der Richtung der magnetischen Feldlinien anordnen und auf diese Weise die Viskosität der Flüssigkeit 12 erhöhen. Hierzu können z.B. zwei mit einem elektrischen Strom beaufschlagbare Spulen (nicht eingezeichnet) dienen, über welche das magnetische Feld im Bereich der Kammer 1 1 rasch an- bzw. abgeschaltet sowie gegebenenfalls variiert werden kann. Typische Werte des zur Lagesicherung geeigneten magnetischen Feldes können lediglich beispielhaft (und ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) größenordnungsmäßig im Bereich von 100kA/m liegen. Des Weiteren weist die Anordnung gemäß Fig. 2 zwei zirkulär umlaufende Dichtungen 5, 6 auf, welche sich gegen die Fassung 2 sowie das Gehäuse 4 abstützen und zudem die Kammer 1 1 bzw. die darin befindliche magnetorheologische Flüssigkeit 12 in drei Teilvolumina 1 1 a, 1 1 a und 1 1 c unterteilen. Von diesen Teilvolumina 1 1 a, 1 1 b, 1 1 c steht der Zu- bzw. Abfuhrkanal 13 mit dem Teilvolumen 1 1 c und der Zu- bzw. Abfuhrkanal 14 mit dem Teilvolumen 1 1 b in fluidleitender Verbindung, wohingegen das Teilvolumen 1 1 a gegenüber den Teilvolumina 1 1 b, 1 1 c über die Dichtungen 5, 6, die innere Wandung des Gehäuses 4 sowie die äußere Wandung der Fassung 2 abgedichtet ist.
Infolgedessen bewirkt eine Fluidzufuhr über einen der Zu- bzw. Abfuhrkanäle 13, 14 - verbunden mit einer Fluidabfuhr über den jeweiligen anderen Zu- bzw. Abfuhrkanal 14 bzw. 13 - einen hydraulischen Druck auf die entsprechende Dichtung 5 bzw. 6 und damit eine Verschiebung des Bauteils 1 entlang einer in Richtung der Elementachse EA (bzw. der z-Achse) verlaufenden Vorschubrichtung, wobei der hydraulische Druck sich in dem betreffenden Teilvolumen 1 1 b bzw. 1 1 c gleichmä- ßig ausbreitet und somit eine wohldefinierte, von unerwünschten Drehbewegungen freie translatorische Bewegung des Bauteils 1 in die Vorschubrichtung bewirkt.
Die Fluidzufuhr bzw. Fluidabfuhr der magnetorheologischen Flüssigkeit 12 über den Zu- bzw. Abfuhrkanal 14 bzw. 13 kann über ein geeignetes (in Fig. 1 nicht dargestelltes) Pumpensystem oder ein aktuiertes Kolbensystem erfolgen. Des Weiteren kann eine Verschiebung des Bauteils 1 einzeln oder gegebenenfalls auch als Gruppe erfolgen. Begrenzt wird die Bewegung des Bauteils entlang der Vorschubrichtung durch zwei auf einander entgegengesetzten Seiten des Bauteils 1 angeordnete Faltenbälge 7, 8 sowie durch die Position der Dichtungen 5, 6 relativ zu den Zu- bzw. Abfuhrkanälen 13, 14. Die Dichtungen 5, 6 sind vorzugsweise aus einem Material (z.B. Teflon) hergestellt, welches zum einen eine hinreichende mechanische Stabilität und zum anderen eine hinreichende radiale Federwirkung zur Anpressung an die Innenwandung des Gehäuses 4 sicherstellt, damit eine Abdichtung zur Innenwandung des Gehäuses 4 gegeben ist. Der in den Zu- bzw. Abfuhrkanälen 13, 14 eingestellte hyd- raulische Druck bzw. der sich infolgedessen einstellende Hubdruck an den Dichtungen 5, 6 ist so groß zu wählen, dass die Federkräfte der Faltenbälge 7, 8 sowie die Wandreibung überwunden wird. Abhängig davon, ob das Bauteil 1 in der positiven oder negativen z-Richtung translatorisch bewegt werden soll, wird der Kanal 13 als Zufuhrkanal und der Kanal 14 als Abfuhrkanal betrieben oder umgekehrt. Die hierbei jeweils erhaltene 5 Vorschubposition kann mittels eines (nicht dargestellten) Positionssensors überwacht werden.
Bei Erreichen der Sollposition bzw. der gewünschten Vorschubposition des Bauteils 1 erfolgt eine Anschaltung des magnetischen Feldes, woraufhin die Flüssig- 10 keit 12 aufgrund ihrer magnetorheologischen Eigenschaften im gesamten, vom magnetischen Feld erfassten Bereich (d.h. insbesondere in den Teilvolumina 1 1 a, 1 1 a und 1 1 c der Kammer 1 1 sowie gegebenenfalls auch in den Zu- bzw. Abfuhrkanälen 13, 14) steif wird und über einen hierdurch bewirkten vollständigen Form- schluss eine Lagesicherung des Bauteils 1 bewirkt. Bei erforderlicher weiterer Pol s sitionsveränderung - etwa während einer Justage des Bauteils 1 - wird das magnetische Feld erneut abgeschaltet, woraufhin eine weitere Positionsänderung in der vorstehend beschriebenen Weise sowie unter im Wesentlichen reibungsfreien Bedingungen vorgenommen werden kann.
20 Die erfindungsgemäße Anordnung kann hierzu insbesondere auch einen Regelkreis aufweisen, in welchem die das magnetische Feld erzeugende Anordnung (z.B. die mit elektrischem Strom beaufschlagbaren Spulen) sowie die eine Zu- bzw. Abfuhr der magnetorheologischen Flüssigkeit 12 über die Zu- bzw. Abfuhrkanäle 13, 14 in Abhängigkeit von den Signalen eines oder mehrerer, die aktuelle
25 Position des Bauteils 1 erfassenden Positionssensoren angesteuert werden können.
Im Ergebnis wird durch die Erfindung eine (insbesondere im Ultrahochvakuum sowie reibungsunabhängig durchführbare) stufenlos einstellbare Justagemöglich-
30 keit geschaffen, wobei die magnetorheologische Flüssigkeit 12 eine Doppelfunktion dahingehend wahrnimmt, als zum einen über die Zu- bzw. Abfuhr der magnetorheologischen Flüssigkeit 12 die translatorische Verschiebung des Bauteils 1 und zum anderen - bei Verfestigung bzw. Versteifung der magnetorheologischen Flüssigkeit 12 bei Anlegen des magnetischen Feldes - über den erzeugten Form- schluss die Lagefixierung des Bauteils 1 erreicht wird. Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vor- liegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.

Claims

Patentansprüche
Anordnung zur Lagesicherung eines Bauteils innerhalb eines Gehäuses (4), mit
• einer in dem Gehäuse (4) vorgesehenen Kammer (1 1 ), in welcher sich eine magnetorheologische oder elektrorheologische Flüssigkeit (12) befindet und welche wenigstens einen Zu- bzw. Abfuhrkanal (13, 14) zur Zuführung oder Abführung der Flüssigkeit (12) in die Kammer (1 1 ) bzw. aus der Kammer (1 1 ) aufweist; und
• einer zur Erzeugung eines magnetischen bzw. elektrischen Feldes im Bereich der Kammer (1 1 ) geeigneten Vorrichtung;
• wobei das Bauteil (1 ) in Abhängigkeit von dem magnetischen bzw. elektrischen Feld entweder durch einen innerhalb der Kammer (1 1 ) über den Zu- bzw. Abfuhrkanal (13, 14) infolge der Flüssigkeit (12) ausgeübten hydraulischen Druck entlang einer Vorschubrichtung innerhalb des Gehäuses (4) verschiebbar oder in einer gegebenen Position entlang dieser Vorschubrichtung fixierbar ist.
Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1 ) in der gegebenen Position entlang der Vorschubrichtung infolge eines durch die magnetorheologische oder elektrorheologische Flüssigkeit (12) ausgeübten Formschlusses fixierbar ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese wenigstens eine sich gegen die Komponente (1 ) oder eine Fassung (2) der Komponente (1 ) abstützende umlaufende und die Kammer (1 1 ) begrenzende Dichtung (5, 6) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese zwei solcher Dichtungen (5, 6) aufweist, welche innerhalb der Kammer (1 1 ) ein Teilvolumen (1 1 a) der magnetorheologischen oder elektrorheologischen Flüssigkeit (12) begrenzen.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetorheologische oder elektrorheologische Flüssigkeit (12) das Bauteil (1 ) wenigstens teilweise umgibt.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1 ) bei abgeschaltetem magnetischem bzw. elektrischem Feld innerhalb des Gehäuses (4) durch die magnetorheologische oder elektrorheologische Flüssigkeit (12) federnd gelagert ist.
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner eine Einrichtung zur Wegbegrenzung des Bauteils (1 ) entlang der Vorschubrichtung aufweist.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese Einrichtung wenigstens einen Faltenbalg (7, 8), insbesondere zwei auf einander entgegengesetzten Seiten des Bauteils (1 ) angeordnete Faltenbälge (7, 8), aufweist.
9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung eines magnetischen bzw. elektrischen Feldes im Bereich der Kammer (1 1 ) geeignete Vorrichtung wenigstens eine mit einem elektrischen Strom beaufschlagbare Spule aufweist.
10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner wenigstens einen Positionssensor zur Erfassung einer jeweils gegebenen Position des Bauteils (1 ) entlang der Vorschubrichtung aufweist.
1 1 . Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner ein Pump- oder Kolbensystem zur Zu- bzw. Abfuhr der magnetorheologischen bzw. elektrorheologischen Flüssigkeit (12) über den Zu- bzw. Abfuhrkanal (13, 14) aufweist.
12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner eine Regelung aufweist, über welche zur Zu- bzw. Abfuhr der magnetorheologischen bzw. elektrorheologischen Flüssigkeit (12) über den Zu- bzw. Abfuhrkanal (13, 14) und/oder die Erzeugung eines magnetischen bzw. elektrischen Feldes im Bereich der Kammer (1 1 ) in Abhängigkeit von einer aktuellen Position des Bauteils regelbar ist.
13. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1 ) ein optisches Bauteil, insbesondere eine Linse, ist.
14. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil innerhalb einer Fokussiereinrichtung angeordnet ist.
15. Verfahren zur Transportsicherung eines Bauteils, insbesondere in einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche
• wobei das Bauteil (1 ) in einem Gehäuse (4) gelagert wird, in welchem sich eine magnetorheologische oder elektrorheologische Flüssigkeit (12) befindet; und
• wobei eine Lagesicherung während des Transports des Bauteils (1 ) dadurch erfolgt, dass ein magnetisches bzw. elektrisches Feld im Bereich der magnetorheologischen oder elektrorheologischen Flüssigkeit (12) angelegt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1 ) während des Transports infolge eines durch die magnetorheologische oder elektrorheologische Flüssigkeit (12) ausgeübten Formschlusses fixiert wird.
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