(57)【要約】本発明は、光学構成（２）のビーム経路内において可動要素（６）を調整するためのアクチュエータ（１）であって、可動要素（６）と、キャリア（５）と、少なくとも１つのＳＭＡ要素（７．１〜７．４）とを含み、前記ＳＭＡ要素（７．１〜７．４）は、可動要素（６）に接続され、且つキャリア（５）上に支持されるように設計され、それにより、ＳＭＡ要素（７．１〜７．４）の範囲が変化すると、有向の力効果（Ｆ）は、前記可動要素（６）とキャリア（５）との間に生成される、アクチュエータ（１）に関する。本発明は、光学構成（２）のビーム経路内において可動要素（６）を調整するための装置、アクチュエータ（６）の使用、及び調整方法にも関する。
2019530901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学構成（２）のビーム経路内において移動される要素（５）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、少なくとも１つのＳＭＡ要素（７．１〜７．４）とを備え、
前記ＳＭＡ要素（７．１〜７．４）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、有向の力効果（Ｆ）は、前記ＳＭＡ要素（７．１〜７．４）の範囲が変化する場合、前記移動される要素（６）と前記キャリア（５）との間に生成される、アクチュエータ（１）。
【請求項２】
前記ＳＭＡ要素（７．１〜７．４）は、軸（１７）の周囲にらせん状に配置され、それにより、前記ＳＭＡ要素（７．１〜７．４）のその長さ方向の範囲が変化する場合、有向の力効果（Ｆ）が前記軸（１７）の方向に生じること、及び前記軸（１７）の周囲の前記アクチュエータ（１）の回転が生じることのうちの少なくとも一方を特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ（１）。
【請求項３】
少なくとも２つのＳＭＡ要素（７．１〜７．４）は、該少なくとも２つの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向けられるように配置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）。
【請求項４】
前記ＳＭＡ要素（７．１〜７．４）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１〜３の何れか一項に記載のアクチュエータ（１）。
【請求項５】
前記ＳＭＡ要素（７．１、７．４）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１〜４の何れか一項に記載のアクチュエータ（１）。
【請求項６】
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１〜５の何れか一項に記載のアクチュエータ（１）。
【請求項７】
請求項１〜６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８】
請求項１〜６の何れか一項に記載のアクチュエータ（１）を含む対物レンズ（１９）。
【請求項９】
ピンホール（８）を含む移動される要素（６）の作動のための移動、センサ（１１）の作動のための移動、少なくとも２つのアルバレスプレート（１３．１、１３．２）の相互に対する作動のための移動、及び補正ミラー（１４）の作動のための移動のうちの少なくとも１つを生じさせるための装置であって、
請求項１〜６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。
【請求項１０】
対物レンズ（１９）の部品を所定の位置に移動させるための請求項１〜５の何れか一項に記載のアクチュエータ（１）の使用方法。
【請求項１１】
ピンホール（８）を含む移動される要素（６）の作動のための移動、補正ミラー（１４）の作動のための移動、センサ（１１）の作動のための移動、又は少なくとも２つのアルバレスプレート（１３．１、１３．２）の相互に対する作動のための移動を生じさせるための請求項１〜５の何れか一項に記載のアクチュエータ（１）の使用方法。
【請求項１２】
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請求項１〜５の何れか一項に記載のアクチュエータ（１）の使用方法。
【請求項１３】
複数のセンサ要素（１１．ｎ）を含むセンサ（１１）の作動のための移動を、請求項１〜５の何れか一項に記載のアクチュエータ（１）によって生じさせるための方法であって、
前記光学構成（２）内に存在する前記センサ（１１）の実際の測定値は取得され、前記実際の測定値が所期の測定値と比較されることによって評価され、
制御コマンドは、前記比較の結果に応じて生成され、
前記センサ（１１）の作動のための移動は、前記センサ要素（１１．ｎ）の寸法の１つの一部である距離だけ実行される、方法。
【請求項１４】
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１〜５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。
【請求項１５】
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１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学構成のビーム経路内において、移動される要素を調整するためのアクチュエータ及び装置に関する。さらに、本発明は、調整用ドライブの使用方法及び調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特に光学構成内において、移動される要素を調整するために、モータ、ピエゾドライブ、又は他のソレノイドを使用することが知られている。これらは、顕微鏡等の（一部）自動化された光学構成内で移動を行うためにも使用され得る。そのため、例えば、焦点又は倍率が変更され、又はフィルタが交換され得る。
【０００３】
特定の合金（形状記憶合金、ＳＭＡ）が加熱された後にその当初の形態に復元する能力は、以前から知られている。このプロセス中に発生する力は、目標を定めた方法で可動要素を位置決めするのに適している。
【０００４】
第一の手法は、特許文献１に既に記載されており、カメラ付き携帯電話において移動を生じさせるために実施されている。特許文献１は、特にＳＭＡ作動装置のための制御システムを開示している。ＳＭＡ作動装置は、ＳＭＡアクチュエータを有し、これは、熱の効果によって収縮すると可動部品の移動を生じさせる。制御システムは、電流源を含む。ＳＭＡアクチュエータは、ＳＭＡアクチュエータに流れる電流によって加熱される。さらに、ＳＭＡアクチュエータの電気抵抗を検出するための検出回路と、電流源を制御するためのコントローラとが存在する。ＳＭＡアクチュエータがコントローラによって加熱される一方、ＳＭＡアクチュエータの電気抵抗がモニタされる。可動部品の位置が捕捉され、その位置に応じてＳＭＡアクチュエータが更に加熱又は冷却されて可動部品の位置を設定する。アクチュエータの正確な位置決めは、形状記憶金属で製作された複数のワイヤの対向する配置によって可能である。同時に、現在位置は、使用されるワイヤの抵抗測定によって推定され得る。
【０００５】
特許文献２には、形状記憶合金（SMA : shape memory alloy）に基づくアクチュエータが記載されている。このアクチュエータは、キャリアと、移動される要素と、キャリアと移動される要素との間の複数の弾性接続要素を備える保持装置とを含む。移動される要素は、保持要素の効果の結果として軸に沿って案内される。ワイヤの形態の少なくとも１つのＳＭＡ要素は、その長さが変わると、移動される要素に力を加える。
【０００６】
特許文献３は、ワイヤの形態の４つのＳＭＡ要素と、キャリアと、移動される要素とを含むアクチュエータを開示している。各ＳＭＡ要素について、一方の端は、キャリアに接続され、他方の端は、移動される要素に接続される。ＳＭＡ要素によって生成される複数の力効果は、相互に対抗するように存在する。移動される要素は、目標を定めてＳＭＡ要素の長さを変更することにより、ＸＹ平面内で位置決めすることができる。
【０００７】
特許文献４は、カメラレンズを移動させるためのアクチュエータに関する。アクチュエータは、キャリアと、カメラレンズと、カメラレンズの移動をその光軸に沿って案内する保持装置と、少なくとも１つの対のＳＭＡ要素とを含む。これは、カメラレンズとキャリアとの間に引張応力を受けた状態で配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】欧州特許第２１４０１３８号明細書
【特許文献２】米国特許第８４４１７４９号明細書
【特許文献３】国際公開第２０１３／１２１２２５号パンフレット
【特許文献４】国際公開第２００７／１１３４７８号パンフレット
【発明の概要】
【０００９】
本発明は、別のアクチュエータ及び／又は先行技術を改良したアクチュエータを提供するという目的に基づく。さらに、本発明は、アクチュエータを利用する新たな装置、使用方法、及び方法を明示するという目的に基づく。
【００１０】
アクチュエータに関して、目的は、特許請求の範囲の独立請求項１の主題によって達成される。装置に関して、目的は、請求項９の主題によって達成される。使用方法及び方法に関して、目的は、それぞれ請求項１０〜１２並びに１３及び１４の主題によって達成される。
【００１１】
有利な発展形態は、従属請求項の主題である。
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。
【００１２】
移動される要素の所定の位置への移動は、作動のための移動を生じさせることによって実現され、その結果、例えば、移動される要素は、所望の位置へ及び／又は所望の向き若しくは相対向きに移動する（所定の位置に移動する）。
【００１３】
以下において、所定の位置への移動は、移動される要素を所期の位置、光軸に対して、及び／又はアクチュエータ若しくはアクチュエータを含む装置の他の要素に対して調整する可能性も意味すると理解される。調整は、作動のための移動の実現の可能性と考えられる。調整は、１回、複数回、又は連続的に実行され得る。
【００１４】
本説明では、ＳＭＡ要素は、実質的に形状記憶材料からなる要素と理解される。形状記憶材料は、形状記憶合金又は形状記憶ポリマ、すなわちＳＭＰ、及びそれらの組合せであり得る。さらに、形状記憶材料は、米国特許第７，５９１，８３４Ｂ２号明細書に記載されている材料であり得る。
【００１５】
ＳＭＡ要素と移動される要素との間の接続は、圧力嵌め、インターロッキング、及び／又は粘着接続によって実現できる。さらに、このような接続は、ＳＭＡ要素が、移動される要素の上の少なくともその範囲の一部にわたって設置され、及び／又はＳＭＡ要素が、移動される要素を通るように案内され、機械的に移動される要素と相互作用する実施形態を意味すると理解される。
【００１６】
ＳＭＡ要素は、拘束されていない端を有するか、又はキャリアと圧力嵌め若しくは粘着接着されていない部分を有する状態でキャリア上に支持され得る。別の実施形態において、ＳＭＡ要素は、キャリアに取り外し可能又は取り外し不能に接続され得る。
【００１７】
例えば、接続は、ねじ接続、クランプ接続、又はプラグイン接続等、取り外し可能な接続、特に圧力嵌め及び／又はインターロッキング接続である。別の実施形態において、接続は、接着剤による結合接続、溶接接続、鋳造接続、又はプレスフィット接続等、取り外し不能な圧力嵌め、インターロッキング、及び／又は粘着接続であり得る。
【００１８】
アクチュエータの１つの可能な実施形態において、ＳＭＡ要素は、軸の周囲にらせん状に配置され、それにより、ＳＭＡ要素のその長さ方向の範囲が変化する場合、有向の力効果が軸方向に、特に軸に沿って発生し、及び／又は軸の周囲のアクチュエータの回転が発生する。
【００１９】
ここで、軸は、例えば、移動される要素の長さ方向軸であり得る。別の実施形態において、軸は、例えば、移動される要素に接続された別の構造の体軸である。このような場合、ＳＭＡ要素と移動される要素との間に間接的な接続を形成することができる。
【００２０】
別の実施形態において、少なくとも１つのＳＭＡ要素が軸の周囲にらせん状に配置される。２つ以上のＳＭＡ要素が軸の周囲にらせん状に配置される場合、前記ＳＭＡ要素は、有利には、同じ構成を有する。移動される要素の移動を生じさせるために少なくとも２つのＳＭＡ要素が同時に同じ方向で使用される場合、ＳＭＡ要素の同様の構成又は同じ構成がその作動において有利であり、なぜなら、制御パラメータをすべてのＳＭＡ要素について略同じ又は全く同じとなるように選択できるからである。
【００２１】
このような実施形態の利点は、必要な空間が小さくて済むこと及びアクチュエータを堅牢に実現できることである。例えば、このような実施形態は、光軸に沿って光学レンズを移動させるために有益である。
【００２２】
長い耐用年数を得るために、特に形状記憶材料で製作されたワイヤの形態のＳＭＡ要素は、１〜２％より大きく引き伸ばされるべきではない。それでも十分な移動を得るために、比較的長さの長いワイヤを常に利用できるようにする。特に回転対称の部品における応用により、ワイヤの巻上げ及び緩和を繰り返すことができ、したがって省スペースの構成となる。
【００２３】
摺動用コーティング、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含むコーティングがＳＭＡ要素に、例えば軸の周囲の本体に同軸状に、及び／又はＳＭＡ要素と本体との間に配置された摺動要素に適用される場合、発生する摩擦損失が低く保たれ得る。追加的又は代替的な実施形態において、ＳＭＡ要素と本体との間の摩擦は、例えば、ローラ、ボール、又は研磨表面の形態の適当なベアリングによって軽減できる。
【００２４】
アクチュエータの別の実施形態においてＳＭＡ要素が反対方向に動作する場合、少なくとも１つのＳＭＡ要素の力効果は、少なくとも１つの別のＳＭＡ要素の力効果によって部分的に補償され、その結果、所望の位置を越えて駆動されることを大幅に回避できる。
【００２５】
反対方向に動作するＳＭＡ要素の代わりに又はＳＭＡ要素に加えて、少なくとも１つのＳＭＡ要素に対する拮抗力として作用する少なくとも１つのばね要素が提供され得る。
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。
【００２６】
例えば、ＳＭＡ要素は、移動される要素の対向する点に間接的又は直接的に接続できる。
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。
【００２７】
アクチュエータの別の実施形態において、らせん状に配置されたＳＭＡ要素及び直線的に配置された要素が組み合わされ、その結果、アクチュエータのより大きい設計自由度と、移動される要素の追加的な移動自由度とが得られる。
【００２８】
前述のように、ＳＭＡ要素は、移動される要素に間接的に接続され得る。例えば、別の構造が、移動される要素に形成されるか又は取り付けられ得る。ＳＭＡ要素は、移動される要素にトランスミッションによっても有効に連結され得る。間接的な接続により、個別の部品の交換が容易となり、摩耗が減少する。
【００２９】
アクチュエータの別の実施形態において、ＳＭＡ要素は、移動される要素に直接接続され、例えばその要素にねじ留め、クランプ留め、又は接着剤で結合される。
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。
【００３０】
アクチュエータの別の実施形態の選択肢において、移動される要素は、少なくとも１つの固定ベアリングに接続される。ここで、移動される要素は、少なくとも１つのＳＭＡ要素、有利には少なくとも２つのＳＭＡ要素の動作の結果として、固定ベアリングの周囲で旋回可能及び／又は回転可能である。ＳＭＡ要素が適当に配置された場合、移動される要素は、平面内又は空間内において固定ベアリングの周囲で旋回可能及び／又は回転可能である。
【００３１】
上述の実施形態の選択肢の何れか１つによるアクチュエータは、フレクシャベアリングを含む装置内に存在し得る。例えば、移動される要素は、フレクシャベアリングの一部である。
【００３２】
アクチュエータは、対物レンズ内において、その中で光学要素、例えば光学レンズを移動させるために配置できる。例えば、対物レンズは、シネマレンズ、カメラレンズ、眼鏡照準具、携帯用双眼鏡、及び／又は携帯用単眼鏡であり得る。
【００３３】
アクチュエータを備える対物レンズにより、過去にその実装に対して非常に高い要求を課していた技術的問題が解決される。
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。
【００３４】
アクチュエータが組み込まれた実施形態により、有利には、例えば多くのスペースを必要とする光学部品の実施形態が避けられる。さらに、本発明によるアクチュエータによって生成可能な作動力は、例えば、小型のピエゾドライブによって達成されるものより大きい。
【００３５】
本発明の主題は、例えば、移動される要素を調整するために、移動される要素をアクチュエータによって所定の位置に移動させる装置にさらに関する。ここで、移動される要素は、ピンホールを含むことができ、ピンホールは、例えば、穴又はスロット等の開口である。特に、ピンホールは、光学構成、例えば共焦点顕微鏡のピンホールであり得る。
【００３６】
別の実施形態において、移動される要素はセンサ及び／又は補正ミラーとすることができる。移動される要素は、１つ又は複数のレンズ、絞り、及び／又はプリズムシステム、特に偏向システムでもあり得る。また、例えば各々がアルバレスプレート（Alvarez plate）として具体化され、相互に関して移動されるべきである少なくとも２つの移動される要素が存在することも可能である。
【００３７】
アルバレスプレートの移動は、特に、厳しく制約された据付けスペース内での非常に精密な移動を必要とする。
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。
【００３８】
移動される要素を所定の位置に移動させる装置は、移動される要素及び／又はＳＭＡ要素の空間内の座標と相対的な空間内の向きとを含む、現在の空間座標を評価するための評価ユニットを含む。さらに、評価された現在の空間座標に応じて制御コマンドを生成するための制御ユニットも存在する。例えば、空間座標は、例えば、移動される要素と、光学構成、例えば顕微鏡、測定器具、手術若しくは治療方法に使用される機器、照明装置、又は暴露装置の現在のビーム経路のプロファイルとの二次元座標、及び／又は空間内の座標、及び／又は相対的な空間内の向きであり得る。
【００３９】
このような装置は、複数のセンサ要素を含むセンサを移動させるためにも使用され得る。ここで、センサは、センサ要素の範囲の一部（ピクセル間隔の一部、サブピクセル範囲）の分だけ移動させることができる。適切に移動されたセンサにより、少なくとも２つの画像が記録され、計算によって合成される。この概念は、「センサシフト」としても知られ、例えば色認識を改善するため及び／又は画像解像度を増大させるために役立つ。このような場合、センサは、例えば、カメラセンサ、例えばＣＣＤ又はＣＭＯＳチップである。そのため、Ｘ軸の方向及びＹ軸の方向に移動されたセンサ要素（ピクセル）は、センサ要素の例えば隙間に関するデータを供給し、このデータは、ソフトウェアによって重畳、計算、及び出力され得る。
【００４０】
装置及び／又はアクチュエータは、格子を光学部品、例えば対物レンズ、若しくは光学構成のビーム経路内へ横方向に付勢するため、及び／又はビーム経路内で前記格子を調整するためにも使用され得る。顕微鏡の解像度は、このような格子により、物体の構造化照明によって高めることができる。
【００４１】
アクチュエータ及び装置は、あらゆる種類の顕微鏡システム等の光学構成、例えばレーザ走査型顕微鏡、電子顕微鏡、及び広視野顕微鏡において使用され得る。
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。
【００４２】
移動される要素を所定の位置に移動させるための装置により、例えば、アクチュエータが、移動される１つ又は複数の要素を補正のために調整する可能性が明示される。必要な位置決めのための移動は、半径方向、軸方向、及び回転方向にも実施できる。
【００４３】
有利には、アクチュエータを光学部品の外部に移動させることが回避されている。光学部品に例えば培養構造の結果としてアクセスできない場合、先行技術による調整は、外部からモータによって駆動しなければならないが、本発明による、移動される要素を所定の位置に移動させる装置では、光学部品の内部での駆動が可能となる。
【００４４】
有利には、その内部での駆動が可能なこれらの光学部品は、湿度又は腐食性媒質等の環境影響をより受けにくい。さらに、これらの光学部品は、外部にドライブが位置付けられる光学部品よりもクリーニングしやすく、必要な据付けスペースがより少なくて済む。
【００４５】
アクチュエータは、対物レンズの部品を所定の位置に移動させるために使用され得る。このアクチュエータは、ピンホール、絞り、又は補正ミラーを含む、移動される要素を調整するためにも使用され得る。アクチュエータの他の可能な用途は、少なくとも２つのアルバレスプレートを相互に関して調整することにある。
【００４６】
アクチュエータ及び／又は調整装置は、センサを調整するために使用され得る。
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。
【００４７】
例えば、測定値は、ＳＭＡ要素の抵抗測定によって取得可能である。
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。
【００４８】
制御コマンドの生成を、所期の測定値からの実際の測定値のずれが容認可能な許容限界内にとどまっている場合に省略することができる。
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。
【００４９】
このようなセンサの所定の位置への移動又は調整は、例えば、センサによる画像形成の解像度を高めるために使用できる。このような場合、センサは、例えば、カメラセンサ、例えばＣＣＤ又はＣＭＯＳチップである。
【００５０】
さらに、目的は、移動される要素を調整するための方法によって達成され、これは、実行された場合、移動される要素をアクチュエータによって所期の位置の所定の位置に移動させる。別のステップでは、移動される要素は、硬化されておらず且つ可逆的に硬化可能な固定材料によって所定の位置に固定され、硬化されていない固定材料は、硬化された状態に変換される。
【００５１】
例えば、ホットメルト接着剤が固定材料として使用され得る。ホットメルト接着剤は、その硬化状態では粘性が高いか又は固体であり、その硬化されていない状態ではほとんど粘性がないか又は液体である。固定材料は、それが複数回にわたってその硬化状態から硬化されていない状態またその逆にされ得る場合に可逆的に硬化可能である。例えば、状態を変化させるために、熱エネルギーを固定材料に供給するか又はそれから発散させることができる。
【００５２】
実際の位置にあり、且つ可逆的に硬化された固定材料によって既に固定されている、移動される要素は、固定材料が硬化されていない状態に変換された後に所期の位置における所定の位置に移動される。
【００５３】
この方法の別の構成では、移動される要素の永久的な固定があり得る。例えば、ＵＶ放射によって硬化可能な接着剤（ＵＶ接着剤）が固定材料として利用可能である。
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。
【００５４】
提案されている解決策、特にアクチュエータ、その使用方法、調整方法により、有利には、１つ又は複数の移動される要素を短い距離にわたって高い精度及び非常に良好な再現性で調整することが可能となる。記載されている解決策により、利用可能な据付けスペースがほとんどない場合、わずかな支出で構造的に難しい状況でのアクチュエータの使用が容易となる。
【００５５】
本発明は、例示的実施形態及び図面に基づいて以下でより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明によるアクチュエータの第一の例示的実施形態の概略図を示す。
【図２】本発明によるアクチュエータの第二の例示的実施形態の概略図を示す。
【図３】本発明によるアクチュエータの第三の例示的実施形態の概略図を示す。
【図４】本発明によるアクチュエータの第四の例示的実施形態の概略図を示す。
【図５】本発明によるアクチュエータの第五の例示的実施形態及び本発明による装置の概略図を示す。
【図６】本発明によるアクチュエータの第六の例示的実施形態及び本発明による装置の概略図を示す。
【図７】本発明によるアクチュエータの第七の例示的実施形態及び本発明による装置の概略図を示す。
【図８】本発明によるアクチュエータの第八の例示的実施形態及び本発明による装置の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
例示的実施形態の概略図において、他の明確な断りがない限り、同じ技術的要素は、同じ参照符号によって表示される。図は、正しい縮尺によらない。
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）。
【００５８】
ここでは図示されていない光学構成２の構成部品である本発明によるアクチュエータ１の第一の例示的実施形態では、第一のＳＭＡ要素７．１、第二のＳＭＡ要素７．２、第三のＳＭＡ要素７．３、及び第四のＳＭＡ要素７．４がある。移動される要素６は、その中央に開口部を有するプレートとして具体化され、この開口部は、光学構成２、特に顕微鏡のピンホール８としての役割を果たす。移動される要素６は、デカルト座標系のＸ軸Ｘ及びＹ軸Ｙによって画定されるＸＹ平面ＸＹにおいて広がっている。
【００５９】
アクチュエータ１の別の実施形態では、移動される要素６は、レンズ又はレンズ群等の光学要素のためのホルダとして具体化され、又は移動される要素６は、開口部が位置付けられる枠又はプレートのためのホルダとしての役割を果たし、前記開口部は、穴、スロット、クロススロット、円形リング、又はそれ以外として具体化される。
【００６０】
移動される要素６は、フレームとして具体化されるキャリア５によって取り囲まれ、ＳＭＡ要素７．１〜７．４によってキャリア５に直接接続される。ＳＭＡ要素７．１〜７．４の各々は、移動される要素６の隅の１つに接続されるため、ＳＭＡ要素７．１〜７．４の長手方向軸は、実際にはＸＹ平面ＸＹと交差する。
【００６１】
ＳＭＡ要素７．１〜７．４は、ワイヤ（wire）として具体化されるが、別の実施形態ではロッド又はバンドとしても具体化され得る。アクチュエータ１は、異なる形態のＳＭＡ要素を有することができる。
【００６２】
ＳＭＡ要素７．１〜７．４の範囲がそれらの寸法の少なくとも１つにおいて、特にその長さ方向軸の方向に変化した結果として、有向の力効果Ｆは、移動される要素６に加えられ（両方の矢印によって示される）、有向の力効果により、移動される要素６は、ＸＹ平面ＸＹ内で移動可能となり、ピンホール８は、光学構造２のＺ軸Ｚの方向に延びる光軸４に対して調整可能となる。
【００６３】
ＳＭＡ要素７．１〜７．４のそれぞれ２つは、それらの対応する有向の力効果Ｆが少なくとも部分的に相互に対向して向けられるように配置される。
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。
【００６４】
ＳＭＡ要素７．１〜７．４の各々の現在の長さ及び現在のオーム抵抗は、当業者に知られている適当な測定回路（図示せず）によって取得可能である。処理中に得られる測定値は、評価ユニット９に送信され、評価ユニット９は、それ自体、データの送信に適した方法で制御ユニット１０に接続される。評価ユニット９は、例えば、ＳＭＡ要素７．１〜７．４の現在の空間座標と、その現在の引き伸ばし状態、光学構成２のビーム経路の現在の空間位置及び／又は移動される要素６、特にピンホール８の現在のビーム経路に対する現在の相対的な向きとを評価するように構成される。
【００６５】
アクチュエータ１、評価ユニット９、及び制御ユニット１０は、移動される要素６を調整するための装置の基本的要素である。
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。
【００６６】
制御コマンドは、ここでは図示されていない装置において実行され、その制御コマンドに対応してＳＭＡ要素７．１〜７．４の電流及び／又は温度の変化がもたらされる。
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。
【００６７】
上述の作動の選択肢及び装置の構成の選択肢は、以下の例示的実施形態にも等しく当てはまる。
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。
【００６８】
図２によるアクチュエータ１及び光学構成２は、図１のそれらに対応するが、例外として、移動される要素６は、センサ１１であり、センサ１１は、その検出面上に複数のセンサ要素１１．ｎを有する。センサ要素１１．ｎの各々のＸ軸Ｘの方向及びＹ軸Ｙの方向への寸法は、ピクセル間隔に対応する。
【００６９】
デジタル画像記録の解像度を増大させる手段は、センサ１１をピクセル空間の一部の分だけ所定の位置に移動させることからなる。先行技術と比較して、ＳＭＡ要素７．１、７．２を使用することにより、省スペース、省コストであり、非常に高精度で再現可能な選択肢が提供される。
【００７０】
センサ１１を調整する方法を実行する際、光学構成２内に存在するセンサ１１の実際の測定値が取得され、評価ユニット９により、実際の値を所期の測定値と比較することによって評価される。制御ユニット１０に送信される比較の結果に応じて、制御ユニット１０は、制御コマンドを生成する。所期の測定値からの実際の測定値の差が容認可能な誤差限度内にある場合、制御コマンドの生成が行われないようにすることができる。センサ１１の所定の位置への移動又は調整は、センサ要素１１．ｎの寸法の１つ、すなわちピクセル間隔の一部である距離だけ実行される。ここで、調整は、幾つかのピクセルの距離だけ及び／又はピクセルの距離の一部だけ移動させることによっても実行できる。
【００７１】
センサ１１を所定の位置に移動させる方法の実施形態において、構成が、作動のための移動がセンサ要素１１．ｎの範囲を超えないことが確実であるものである場合、測定信号のためのフィードバックをなくすことができる。精密な作動のための移動は、例えば、線形の作動のための移動を確実にするためにもモニタできる。作動のための移動のサイクルは、センサ１１の記録のタイミングと同期させなければならない。センサ１１の作動のための移動は、センサ要素１１．ｎの寸法の１つ、すなわちピクセル間隔の一部である距離（センサシフト）だけ実行される。
【００７２】
ＳＭＡ要素７．１〜７．４の１つ又は複数は、アクチュエータ１の別の可能な実施形態では、ばね要素に置き換えられ得る。アクチュエータ１の動的応用により、存在するＳＭＡ要素は、複数のばね要素に対抗するように動作できる。例えば、ＳＭＡ要素７．１〜７．４の２つ、例えば第一及び第四のＳＭＡ要素７．１、７．４を、適当に構成されたばね要素に置き換えることができる。
【００７３】
図３は、アクチュエータ１を示し、そのキャリア５は、フレクシャベアリング（flexure bearing）１２（ごく簡略化された状態でのみ示されている）によって形成され、その上に、移動される要素６が形成されるか又は取り付けられる。第一及び第二のＳＭＡ要素７．１、７．２は、相互に交差し、それらの長さ方向の範囲の領域にわたって接続要素１６と接触するように実装される。ＳＭＡ要素７．１、７．２は、接続要素１６と接触し、該ＳＭＡ要素７．１、７．２のそれぞれの長さ方向の範囲が変化する場合、接続要素１６に力効果Ｆをかけ、前記接続要素自体は、移動される要素６上に形成されるか又はそれに取り付けられる。ＳＭＡ要素７．１、７．２は、移動される要素６に接続要素１６によって間接的に接続される。
【００７４】
フレクシャベアリング１２は、ばね要素として、ＳＭＡ要素７．１、７．２によって発生された力効果Ｆに対して拮抗するように作用する。
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。
【００７５】
別の例示的実施形態において、拮抗効果を有するＳＭＡ要素のそれぞれ１つは、ばね要素として具体化される。
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。
【００７６】
２つの接続要素１６及びジョイント１６．１を介して、補正ミラー１４は、それぞれの場合にＳＭＡ要素７．１、７．２に間接的に接続される。
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。
【００７７】
１つの可能な実施形態において、ＳＭＡ要素７．１、７．２がＸＹ平面ＸＹ内に広がっている場合、ＸＹ平面ＸＹ内において、固定ベアリング１５のジョイント１６の周囲で補正ミラー１４の傾斜移動が生じられ得る。ＸＹ平面ＸＹ内の小さい回転移動も可能である。
【００７８】
ＳＭＡ要素７．１、７．２の少なくとも一方がＸＺ平面ＸＺ内及び／又はＹＺ平面ＺＹ内に延びて広がる場合、補正ミラー１４は、ＸＹ平面ＸＹ及び光軸４に対して傾ける（回転させる）ことができる。
【００７９】
ＳＭＡ要素７．１、７．２の両方のＸ、Ｙ、及びＺ座標がその長さにわたって変化する場合、すべての平面内での移動及びすべての軸Ｘ、Ｙ、及びＺの周囲での傾斜（回転）並びにこれらの移動の組合せが実現可能である。
【００８０】
レンズ、ミラー、及び／又は絞り等の光学要素が光学構成２のビーム経路内で変化すると、その整列は、わずかに変化するが、かく乱の原因となることが多い。これは、特にレーザ走査型顕微鏡（LSM : laser scanning microscope）の場合のようにビーム経路がピンホール８に当たらなければならない場合（図１も参照されたい）に当てはまる。適当な直径の補正ミラー１４は、ビームを補正するためにビーム経路内に導入できる。本発明によれば、この補正ミラー１４は、ＳＭＡ要素７．１、７．２により、選択された方向又はすべての方向に移動可能である。
【００８１】
別の例示的実施形態において、ＳＭＡ要素、この場合には第一及び第二のＳＭＡ要素７．１、７．２は、光学構成２の光学部品３の軸１７の周囲にらせん状に延びるように配置できる。
【００８２】
アクチュエータ１を含む光学部品３の実施形態において、ＳＭＡ要素７．１、７．２は、長さ方向軸（軸１７）の周囲で相互に平行に延び、対物レンズ１９の筐体１８の外面上に配置される（図６）。ＳＭＡ要素７．１、７．２の数回の巻きのみが例示的に示されている。図の例示的実施形態では、軸１７は、光軸４と一致する。ＳＭＡ要素７．１，７．２は、筐体１８に接続され、且つキャリア５上に支持される。この場合、筐体１８は、移動される要素６を表す。
【００８３】
ＳＭＡ要素７．１、７．２の長さが変化することにより、光学部品３は、光軸４に沿って制御された方法で移動される。
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。
【００８４】
このような例示的実施形態は、図７に概略的に示されている。光学レンズ２０のマウント２１は、対物レンズ１９の筐体１８内で２つのＳＭＡ要素７．１、７．２によってらせん状に取り囲まれている。マウント２１内に保持される光学レンズ２０は、移動される要素６を表す。ＳＭＡ要素７．１、７．２は、マウント２１に接続され、且つ筐体１８上に支持され、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。
【００８５】
マウント２１は、光軸４に対してずらして配置され、そのため、軸１７と光学部品３の光軸４とは、一致しない。
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。
【００８６】
移動される要素６は、アクチュエータ１によって移動されることによって所期の位置へもたらされる。移動される要素６が所期の位置に到達すると、この移動される要素６は、硬化されておらず且つ可逆的に硬化可能な固定材料２２によって固定される。プロセス中、硬化されていない固定材料２２は、例えば、約２０℃の室温まで冷却されることにより、硬化された状態に変換される。
【００８７】
調整中、固定材料２２は、電気式加熱ワイヤ２３によって固定材料２２に熱エネルギーを供給することにより、硬化されていない状態のままに保たれる。
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。
【００８８】
移動される要素６を再び調整する場合、固定材料２２は、加熱ワイヤ２３によって再び加熱され、移動される要素６は、前述のようにアクチュエータ１によって新たな所期の位置まで移動される。移動される要素６が新たな所期の位置における所定の位置に移動されると、加熱ワイヤ２３の加熱パワーを低下させるか又は無効にする。固定材料２２が再び実質的に硬化された状態に移行することにより、移動される要素６は、新たな所期の位置に保持される。
【符号の説明】
【００８９】
１  アクチュエータ
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
2019530901.tif 000011
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