(57)【要約】本発明は、光学構成（２）のビーム経路内で移動対象要素（６）を調整するためのアクチュエータ（１）に関し、アクチュエータ（１）は、移動対象要素（６）と、キャリア（５）と、少なくとも１つのＳＭ要素（７．１〜７．４）と、を含み、ＳＭ要素（７．１〜７．４）は移動対象要素（６）に結合され、かつキャリア（５）上に支持されるように構成され、それによって、ＳＭ要素（７．１〜７．４）の寸法が変化すると、移動対象要素（６）とキャリア（５）との間で有向の力効果（Ｆ）が生成されるようになっている。本発明はまた、光学構成（２）のビーム経路内で移動対象要素（６）を調整するための装置と、アクチュエータ（１）の使用にも関する。
2019534973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動対象要素（６）を移動経路に沿って調整するアクチュエータ（１）であって、
前記移動対象要素（６）と、
キャリア（５）と、
少なくとも１つの形状記憶要素（７、７．１〜７．４）と、を備え、
前記少なくとも１つの形状記憶要素（７、７．１〜７．４）は、
前記移動対象要素（６）に結合され、
前記形状記憶要素（７、７．１〜７．４）の範囲が変化すると前記移動対象要素（６）と前記キャリア（５）との間に有向の力効果（Ｆ）が生成されるように前記キャリア（５）の上に支持されるように構成される、アクチュエータ（１）。
【請求項２】
形状記憶要素（７Ｋ）により駆動されるか、又は駆動可能な少なくとも１つのクランプ要素（８）が設けられ、前記クランプ要素の力効果（Ｆ）は、前記移動対象要素（６）に配向され、前記移動対象要素（６）は、前記クランプ要素の力効果（Ｆ）の結果として隣接部に固定され、固定された前記移動対象要素（６）は、クランプ位置に保持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）。
【請求項３】
複数の形状記憶要素（７、７Ｋ、７．１〜７．４）の少なくとも１つは、磁性形状記憶材料からな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】
少なくとも１つのコイル（１６．１、１６．２）は、磁界を生成する目的で、前記磁界の磁力線（ＭＦＬ）が、磁性形状記憶材料で製作される前記少なくとも１つの形状記憶要素（７Ｋ、７．１〜７．４）から発生した前記有向の力効果（Ｆ）に対して横方向に延びるように配置されることを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ（１）。
【請求項５】
前記移動対象要素（６）及び前記キャリア（５）のうちの少なくとも一方は、少なくとも１つの磁石（２２）を有し、前記磁石（２２）の反対側にある前記移動対象要素（６）又は前記キャリア（５）は、少なくとも部分的に磁性材料又は対向する磁石（２２）からなり、それによって磁力が前記移動対象要素（６）と前記キャリア（５）との間に作用し、前記移動対象要素（６）及び前記キャリア（５）が相互に引き付け合うことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のアクチュエータ（１）。
【請求項６】
その面の少なくとも１つにおいて移動経路を画定する壁（１３、１３．１）と、磁性伝導材料で製作された導体（１２）と、を含む、請求項１〜５の何れか１項に記載のアクチュエータ（１）を備える構成（２）であって、
前記導体（１２）は、その長さの少なくとも一部にわたって前記壁（１３、１３．１）の中に延び、前記導体（１２）は、前記導体（１２）内に案内される磁力線（ＭＦＬ）が形状記憶要素（７Ｋ、７．１〜７．４）と相互作用するように複数の形状記憶要素（７Ｋ、７．１〜７．４）の少なくとも１つに結合される、構成（２）。
【請求項７】
請求項１〜５の何れか１項に記載のアクチュエータ（１）又は請求項６に記載の配置（２）を含む光学装置（３）。
【請求項８】
対物レンズ（１９）の形態の請求項７記載の光学装置（３）。
【請求項９】
移動対象要素（６）を調整するための装置（３）であって、
請求項１〜５の何れか１項に記載の少なくとも１つのアクチュエータ（１）と、
現在の空間座標を評価するための評価ユニット（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ための制御ユニット（１０）と、を備える装置（３）。
【請求項１０】
前記評価ユニット（９）及び前記制御ユニット（１０）のうちの少なくとも一方は、
入力された動作パラメータの測定値に応じた計算法、及び前記装置（３）の選択可能な動作モードに応じた計算法のうちの少なくとも一方に基づいて前記制御コマンドを生成するように構成されることを特徴とする請求項９に記載の装置（３）。
【請求項１１】
前記評価ユニット（９）及び前記制御ユニット（１０）のうちの少なくとも一方は、
データリンクを介して少なくとも１つの別の部品に接続され、
前記制御ユニット（１０）は、
前記少なくとも１つの別の部品から受信したデータに応じて前記制御コマンドを生成するように構成されることを特徴とする請求項９又は１０に記載の装置。
【請求項１２】
キャリア（５）と移動対象要素（６）との間の誘導センサとして構成される少なくとも１つのセンサ（１１）と、
前記少なくとも１つのセンサ（１１）により取得される測定値をデジタル化するためのインダクタンス−デジタル変換器（２４）と、を備える請求項９〜１１の何れか１項に記載の装置。
【請求項１３】
対物レンズ（１９）の部品を所定の位置に移動させるたるための、請求項１〜５の何れか１項に記載のアクチュエータ（１）の、又は請求項６に記載の構成（２）の使用方法。
【請求項１４】
絞り、反射要素、及びセンサ（１１）のうちの少なくとも一方を光学装置（３）のビーム経路内で調整するための、請求項１〜５の何れか１項に記載のアクチュエータ（１）の、又は請求項６に記載の構成の使用方法。
【請求項１５】
少なくとも２つの光学要素を相互に関して調整するための、請求項１〜５の何れか１項に記載のアクチュエータ（１）の、又は請求項６に記載の構成（２）の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状記憶要素を有するアクチュエータと、移動対象要素を移動経路に沿って調整するための装置に関する。さらに、本発明は、アクチュエータを備える構成と装置、及びアクチュエータの使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特に光学構成において移動対象要素を調整するために、モータやピエゾドライブを使用することが知られている。これらはまた、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てよい。それゆえ、例えば焦点を変更でき、又はフィルタを交換できる。
【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、可動要素を目標を定めた方法で位置決めするのに適している。
【０００４】
第一のアプローチは特許文献１にすでに記載されており、カメラ付き携帯電話において移動を生成するために行われている。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り収縮すると、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が存在する。ＳＭＡアクチュエータはコントローラにより加熱され、その一方で、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アクチュエータは更に加熱されるか冷却されて、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り可能である。同時に、現在位置は使用されるワイヤの抵抗測定により推定できる。
【０００５】
特許文献２には、形状記憶合金（ＳＭＡ）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、移動対象要素と、キャリアと移動対象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。移動対象要素は、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、移動対象要素に力を加える。
【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、移動対象要素と、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、もう一方の端は移動対象要素に接続される。ＳＭＡ要素により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。移動対象要素は、ＳＭＡ要素の長さを目標を定めて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、先行技術を改良した別のアクチュエータを提供するという目的に基づいている。さらに、本発明は、アクチュエータを利用する新たな装置及び使用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の主旨により達成される。装置に関して、目的は請求項６、７、及び９の主旨により達成される。使用方法に関しては、目的は請求項１３〜１５の主旨により達成される。アクチュエータを含む構成は請求項６に明示されている。
【００１１】
有利な発展形態は、従属項の主旨である。
目的は、移動経路に沿って移動対象要素を調整するように構成されたアクチュエータにより達成される。アクチュエータは、移動対象要素と、キャリアと、少なくとも１つの形状記憶要素を含み、形状記憶要素は、移動対象要素に接続され、キャリアの上に、形状記憶要素の範囲が変化すると移動対象要素とキャリアとの間に有向の力効果が生成されるように支持されるべく実装される。
【００１２】
本説明中、形状記憶要素は、以下においてＳＭ要素とも略されるが、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（スマート金属合金、例えば形状記憶アクチュエータに利用可能）、形状記憶ポリマ（ＳＭＰ）、磁性形状記憶材料（ＭＳＭ、磁性形状記憶合金；例えば磁性形状記憶アクチュエータに利用可能；磁性形状記憶アクチュエータ）、誘電エラストマ（誘電エラストマアクチュエータ、すなわちＤＥＡに利用可能）、及びそれらの組合せとすることができる。さらに、形状記憶材料は、米国特許第７，５９１，８３４号明細書に記載されている材料とすることができる。
【００１３】
磁性記憶合金は、形状記憶合金のサブグループと考えることができる。これらの材料において、形状記憶効果は主として、相応に配向された強い磁界の効果により生じる。ここで、それぞれの形状記憶材料に応じて、磁性形状記憶材料の寸法の少なくとも１つ、例えばその長さにおいて、最大１０％の変化を起こすことができる。磁性形状記憶材料に基づくＳＭ要素は、大きい自己保持効果を有する。自己保持効果により、追加のクランプ要素を用いなくても、例えば光学要素をその位置に保持することが可能となる。自己保持効果により、ＳＭ要素又は前記ＳＭ要素との動作関係を有する要素若しくは部品の少なくとも幾つかは、外力が作用するはずであっても、その位置に留まる。
【００１４】
特に、不変的に高い画像品質を確保するために、光学システムの調整に対する要求は非常に高い。同時に、例えば必要な誤差をそれほど小さく選択しなくてよい技術的解決策を使用することにより、製造コストも削減すべきである。
【００１５】
過去において、移動対象要素の調整は、調整リング又は手動型要素（例えば、止めねじ）を利用して実現されていた。そうする中で、調整すべきシステムは、調整リングによる調整の範囲内で、組み立て、測定し、その後再び分解しなければならなかった。この手順は時間を要し、組み立てなおした場合に、システムの特性が変化するリスクをはらむ。さらに、現在の調整状態をリアルタイムで評価することは不可能である。
【００１６】
調整が手動型要素により行われる場合、調整の感度は、例えばねじ山により限定される。さらに、個々の作動要素へのアクセスが必要となる、その結果、構造的な実施形態の選択肢は大きく制限される。とりわけ、調整要素のための追加の据付けスペースが必要となる。
【００１７】
ＳＭ要素及びＳＭ要素を含むアクチュエータの使用により、それを例えば光学装置の中に省スペース、高いコスト効率で組み込みやすくなる。実現可能な位置決め精度は１マイクロメートル以内であり、したがって、調整は高い感度で行うことができる。さらに、調整は、目で見て、例えばリアルタイムで（ライブオブザベーション）伴われることが可能である。
【００１８】
さらに有利なことは、守るべき製造公差を大きくできることである（例えば、すきま嵌め）。製造公差は、本発明によるアクチュエータによって効率的に補償可能である。
追加的に、例えば１００〜５００μｍの移動がＳＭ要素により実現可能である。より大きい移動により、隣接するメカニズムの製造精度を低くすることができ、それが製造コストの削減に貢献する。ＳＭ要素又はアクチュエータが任意選択により自己分析又は自己検出のために実装されている場合、再調整のための追加の測定システムは不要である。
【００１９】
到達した調整位置を比較的長期間、例えば数時間、数日、数週間、又は数カ月間保持すべきである場合、形状記憶材料の自己保持効果を利用できる。さらによい点として、ブレーキ又はクランプユニット及び／又はクランプ要素が追加的に提供され、その効果により移動対象要素は現在の調整位置に固定可能となり、又は固定される。
【００２０】
到達された調整位置を、例えば移動対象要素とキャリアとの間に発生する摩擦力の効果により固定することも可能である。そのために、移動対象要素はキャリアにばね及び／又は磁石で接続でき、磁石を用いる実施形態では、据付けスペースがより小さく、また低コストとなる。例えば、複数の磁石が移動対象要素に取り付けられ、移動対象要素は例えば、アルミニウム、プラスチック、ガラス、又は適当な複合材料等の非磁性材料からなっていてもよい。キャリアは、磁性（強磁性）材料からなり、又はこのような磁性（強磁性）材料で製作された領域を含む。
【００２１】
複数の磁石とキャリアとの間に作用する磁力は移動対象要素をキャリア上に保持する。ここで、複数の磁石が、これら磁石とキャリアとの間にエアギャップが保たれるような配置及び寸法とされると有利である。このような実施形態では、高精度となり、移動対象要素に加えて磁石もキャリアと直接接触する場合よりエラーが少なくなる。移動対象要素とキャリアとの間で生じる摩擦力は、これらの部品間の自己保持効果につながる。摩擦力は、ＳＭ要素又はそこにある要素によって発生されるか、又は発生可能な作動力より低いべきである。後述のブレーキ又はクランプユニットと比較して、この自己保持効果は低いが、通常、例えば若干の振動による加速等の小さいかく乱力を補償するには十分である。
【００２２】
別の実施形態において、キャリアと移動対象要素の両方が磁石を有することができる。相互に対向する磁石は、相互に引き付け合うように反対の極性で配置される。
移動対象要素がアクチュエータによって、特にＳＭ要素によって所望の位置に移動される位置決めシステムを構成することが可能である。移動対象要素は、磁力により生じる摩擦力の結果として所望の位置に固定される。適当なセンサは、この位置が保持されているか否かをモニタできる。移動対象要素の現在の位置（実際の位置）の所望の位置からの容認不能な差が特定された場合、移動対象要素はＳＭ要素が相応に作動されることによって所望の位置に戻される。
【００２３】
このようなシステムの利点は、追加のブレーキ又はクランプユニットが不要であることと、移動対象要素が所望の位置（所期の位置）になくなった場合、ＳＭ要素だけを作動させ、例えば電源を投入すればよいだけであることである。
【００２４】
別の実施形態の選択肢において、例えば誘導コイルの形態の１つ又は複数のセンサをキャリア上に配置できる。例えば各々が他の２つから１２０°の角度だけずれている３つの誘導コイルがある。移動対象要素は、導電材料からなるか、導電材料を含まなければならない。移動対象要素の現在位置は、誘導コイルにより捕捉でき、例えば誘導コイルの測定値から計算できる。誘導コイルの少なくとも１つの測定値、例えばインダクタンス及び／又はインピーダンスは、移動対象要素と前記誘導コイルとの間の距離が変化すると変化する。現在の距離、及びしたがって距離におけるそれぞれの変化は、適当な変換器、例えばテキサスインスツルメンツ（登録商標）によるＬＤＣ１０００インダクタンス−デジタル変換器等のインダクタンス−デジタル変換器により確定できる。他の実施形態では、センサも移動対象要素上に配置されてよい。
【００２５】
センサ、キャリア、及び移動対象要素のシステムがいったん較正されると、キャリアと移動対象要素の現在の位置及びその距離は精密に測定できる。容認可能な差がある場合、ＳＭ要素は、キャリアと移動対象要素の所望の位置に再び到達するように作動させることができる。ここで有利な点は、移動対象要素を直接検出でき、追加の磁石やその他の部品が不要であることである。小さい据付けスペース要求と低コストで、高集積の解決策を実現できる。それゆえ、例えば約５×５ｍｍ２の誘導コイルを使用することができ、その精度及び再現性は数μｍの範囲内にある。別の考えうる実施形態において、ブレーキ又はクランプユニットは少なくとも１つのばね要素、例えばスプリットワッシャを有し、その効果は、移動対象要素又は移動対象要素により保持される要素、例えばレンズ、絞り、又はフィルタを隣接部に押し付ける。少なくとも１つのＳＭ要素によって、移動対象要素はブレーキ又はクランプユニットの力効果に対して横方向に移動されるか、ブレーキ又はクランプユニットの力効果に対して横方向に移動可能である。
【００２６】
ＳＭ要素と移動対象要素との間の接続は、圧力嵌め及び／又はインターロッキング接続により実現できる。このような接続はまた、ＳＭ要素が移動対象要素の上に、その範囲の少なくとも一部にわたって載る、及び／又はＳＭ要素が移動対象要素の中に案内され、移動対象要素と機械的に相互作用する実施形態を意味すると理解される。
【００２７】
ＳＭ要素は、拘束されていない端を有する、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できる。別の実施形態において、ＳＭ要素はキャリアに取り外し可能にも、取り外し不能にも接続できる。
【００２８】
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／又は粘着接続とすることができる。
【００２９】
アクチュエータの別の実施形態において、ＳＭ要素により駆動される、又は駆動可能な少なくとも１つのクランプ要素があり、前記クランプ要素の力効果は移動対象要素に向けられ、移動対象要素は前記クランプ要素の前記力効果の結果として隣接部に固定され、それによって、固定された移動対象要素はクランプ位置に保持される。力効果は、駆動された状態で生じる。クランプ要素が駆動されないと、力効果は移動対象要素に向けられ、移動対象要素はクランプ位置に固定可能である。
【００３０】
別の考えうる実施形態において、クランプ要素は、ＳＭ要素が冷却され、及び／又は電流ゼロの状態にあるときに駆動できる。移動対象要素を所定の位置に移動させるべきである場合、ＳＭ要素が加熱され、及び／又は電流がその中に流れる。クランプ要素の力効果が弱められ、又は取り除かれ、移動対象要素を所定の位置に移動できるようになる。移動対象要素をその指定された位置に固定するためには、クランプ要素のＳＭ要素は再び冷却され、及び／又は電流ゼロの状態に切り換えられ、すると、クランプ要素の力効果は再び有効となり、移動対象要素はその位置に保持される。対応する記述は、ＳＭ要素への磁界の効果又はその無効化にも当てはまる。
【００３１】
例えば、このような実施形態は、移動対象要素が、例えば顧客に納品される前に調整されるか、アクチュエータを含む製品のその場での組立中に調整される場合、及び前記要素をクランプ位置に比較的長期間にわたり保持すべきである場合（いわゆるｓｅｔ−ａｎｄ−ｆｏｒｇｅｔ（一度設置すれば後は忘れてもよい）用途）に有利である。
【００３２】
別の実施形態において、クランプ要素をＳＭ要素が加熱され、及び／又は電流通過状態であるときに駆動されるようにすることが可能である。移動対象要素を所定の位置に移動させるべきである場合、ＳＭ要素が冷却され、及び／又は電流ゼロの状態とされる。クランプ要素の力効果が弱められ、又は取り除かれ、移動対象要素を所定の位置に移動できるようになる。移動対象要素をその指定された位置に固定するためには、クランプ要素のＳＭ要素は再び加熱され、及び／又は電流がその中に流される。対応する記述は、ＳＭ要素への磁界の効果又はその無効化にも当てはまる。
【００３３】
クランプ要素は、駆動ＳＭ要素により直接形成でき、すると、このクランプ要素は移動対象要素と直接接続される。この実施形態は、非常に省スペースで、多くの材料を節約できる。
【００３４】
別の考えうる実施形態において、ＳＭ要素の少なくとも１つは実質的に磁性形状記憶材料から形成される。有利な点として、このようなＳＭ要素は１つ又は複数の磁界の効果により作動させることができる。例えば、ＳＭ要素に電気コネクタは不要である。
【００３５】
別の実施形態において、アクチュエータには、それが適当な磁界により作動される場合、電気及び／又は電子部品をなくすことができる。
この場合、磁性形状記憶材料からなるＳＭ要素は、移動対象要素に接続されたＳＭ要素の１つ及び／又は少なくとも１つのＳＭ要素とすることができる。
【００３６】
アクチュエータの別の実施形態において、ＳＭ要素が反対方向に動作すると、少なくとも１つのＳＭ要素の力効果は少なくとも１つの別のＳＭ要素の力効果によって部分的に補償でき、その結果、所望の位置を越えて駆動されることをほとんど回避できる。
【００３７】
反対方向に動作するＳＭ要素の代わりに、又はそのＳＭ要素に加えて、少なくとも１つのばね要素を利用でき、このばね要素は少なくとも１つのＳＭ要素に拮抗力として作用する。
【００３８】
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ＳＭ要素を有することができ、これらＳＭ要素は、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。対向するＳＭ要素は反対方向に動作できる。例えば、ＳＭ要素の一方において収縮が起こると、補償として反対のＳＭ要素が伸長する。
【００３９】
別の実施形態の選択肢において、複数のＳＭ要素は、その力効果が相互に正確に対抗する方向に向けられないように整列される。このような実施形態により、両方のＳＭ要素に接続された移動対象要素は、すべての空間方向に部分的に移動可能であり、少なくとも１つの回転軸の周囲で傾斜可能である。
【００４０】
磁性形状記憶材料からなるＳＭ要素を作動させ、ＳＭ要素の形状変化をもたらすために、アクチュエータの別の実施形態において、磁界を生成するための少なくとも１つのコイルが、磁界の磁力線が磁性形状記憶材料で製作された少なくとも１つのＳＭ要素から生じる有向の力効果に対して横方向に延びるように配置される。
【００４１】
有利な点として、ＳＭ要素の非接触式の作動が磁界により可能となる。
アクチュエータは、構成、例えば機械構成又は光学構成の構成部分とすることができる。ここで、構成は、その面の少なくとも１つにおいて移動経路を画定する壁、例えば筐体又は管の壁を有する。さらに、磁性伝導材料で製作される導体が存在し、導体は、その長さの少なくとも一部にわたり、壁の中に延び、導体はＳＭ要素の少なくとも１つに、導体内に案内される磁力線がＳＭ要素と相互作用するように接続される。相互作用が十分に強力であれば、その結果として力効果が発生する。
【００４２】
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と、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、例えば光学装置の光軸に沿って光学レンズを移動させるために利用可能である。
【００４３】
光学装置は、特に対物レンズである。別の実施形態において、光学装置はまた、光学台、光学器具の、例えば顕微鏡の、又は光学測定器具のビーム経路の一部とすることもできる。光学装置はまた、シネマレンズ、カメラレンズ、眼鏡照準具、携帯用双眼鏡又は携帯用単眼鏡として具体化されてもよい。
【００４４】
アクチュエータは、光学層の中に、光学要素、例えば光学レンズをその中で移動させるために配置できる。
先行技術によれば、光学装置の内部における、例えば対物レンズ又はその他の光学若しくは光学機械アセンブリにおける移動はこれまで、光学アセンブリから外部に移動され、例えば電気モータにより動作するドライブによりもたらされていた。
【００４５】
アクチュエータが組み込まれた実施形態により、有利な点として、例えば多くのスペースを必要とする利用可能な光学又は光学機械アセンブリ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り達成されるものより大きい。
【００４６】
移動対象要素は、その中に調整されるべき部品、例えば１つ又は複数の光学レンズ、絞り、ミラー、フィルタ、センサ、又は格子が保持される、又は保持されることが可能なホルダ又はマウントとすることができる。
【００４７】
移動対象要素はまた、モノリシックの実施形態を有し、それ自体を調整されるべき部品とすることができる。例えば、移動対象要素は開口を有するプレートとすることができる。移動対象要素はまた、１つ又は複数のレンズ、絞り、及び／又はプリズムシステム、特に正立系とすることもできる。
【００４８】
また、少なくとも２つの移動対象要素が存在することもでき、前記要素は光学フリーフォーム要素として具体化される。例えば、それぞれの場合にアルバレスプレート（Alvarez plate）が実装され、前記アルバレスプレートは相互に関して移動されることが意図される。アルバレスプレートの移動には特に、厳しく制限された据付けスペース内で非常に精密な移動が必要となる。
【００４９】
さらに、目的は、移動対象要素の、及び／又はＳＭ要素の空間内の座標と相対的な空間内の向き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調整装置により達成される。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、例えば移動対象要素の、及び光学構成、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、又は露光装置の現在のビーム経路のプロファイルの二次元座標及び／又は空間内の座標及び／又は相対的な空間内の向きとすることができる。
【００５０】
装置の発展型実施形態において、評価ユニット及び／又は制御ユニットは、まとめて制御ユニットと呼ぶことができ、動作パラメータの入力された測定値に応じた、及び／又は装置の選択可能な動作モードに応じた計算法に基づいて制御コマンドを生成するように構成される。
【００５１】
例えば、計算法は、制御ユニットがアクセス可能な記憶されたルックアップテーブル又は機械的機能であり、これは測定値と生成されるべき制御コマンドとの間の関係をあらかじめ決定する。
【００５２】
例えば、動作モードは、例えばサンプルについて測定を実行するための異なる波長又は波長範囲の使用である。
別の実施形態において、装置は、制御ユニットがデータリンクを介して少なくとも１つの別の構成要素に接続されるように実施でき、制御ユニットはこの少なくとも１つの別の構成要素から受信したデータに応じて制御コマンドを生成するように構成される。
【００５３】
アクチュエータ、構成、及び装置は、例えばあらゆる種類の顕微鏡システム、例えばレーザ走査型顕微鏡、電子顕微鏡、又は広視野顕微鏡等の光学システムにおいて使用できる。
【００５４】
構成は、同じ実施形態又は異なる実施形態の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。
構成の別の実施形態において、存在するアクチュエータは、相互に異なる方向Ｘ、Ｙ、及び／又はＺに調整可能である。さらに、本発明によるアクチュエータは、静止するように据え付けられた部品、例えば光学レンズ、絞り、及び／又はフィルタと組み合わせることができる。
【００５５】
調整装置により、アクチュエータが例えば移動対象要素（複数の場合もある）の補正のための調整を行う可能性が明示される。必要な調整は、半径方向と軸方向の両方に実行できる。
【００５６】
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り駆動しなければならないが、本発明による調整装置では、光学部品の内部での駆動が可能となる。有利な点として、アクチュエータを光学部品の外に移動させることが回避されている。
【００５７】
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できる。このアクチュエータはまた、ピンホール、絞り、又は補正ミラーを含む移動対象要素を調整するためにも使用できる。アクチュエータのその他の考えられる用途は、少なくとも２つの光学要素を相互に関して調整することにある。光学要素は、光学フリーフォーム要素、例えばアルバレスプレート、光学レンズ、及び／又はセンサとすることができる。
【００５８】
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できる。
移動対象要素及びそれと共に把持又は保持される調整すべき要素（まとめて簡単に移動対象要素と呼ばれる）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。そのために、センサの実際の測定値を捕捉し、例えば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できる。制御コマンドは、比較の結果に応じて生成される。
【００５９】
例えば、測定値はＳＭＡ要素の抵抗測定によって捕捉可能である。別の実施形態において、測定値は代替的又は追加的に画像評価方法を利用して確定される。
制御コマンドの生成は、実際の測定値の初期の測定値との差が容認可能な誤差限度内にとどまっている場合は省くことができる。
【００６０】
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、及び調整方法は、有利な点として、１つ又は複数の移動対象要素を短い距離にわたり高い精度と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に、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。
【００６１】
有利な点として、ツールへのアクセスが不要である。ライブでの調整、すなわち時間的に近い観察の下での調整が可能である。装置は、完全に組み立てられた状態で調整できるため、分解しなおし及び／又は後処理が不要である。
【００６２】
別の利点は、顧客がその場での調整を実行する選択肢にあり、これは例えば、サービスマンがじかにいなくても、ネットワークを通じて実行することもできる。当然のことながら、調整は、サービスマンがその場で実行することも可能である。
【００６３】
装置、特に制御ユニットは、例えば装置を輸送した後又は特定の使用期間後に必要となるかもしれない事後調整が行われるように構成できる。そのために、装置の出荷時状態を制御ユニットのメモリに、又はそれに接続されたメモリに保存でき、前記出荷時状態は、事後調整中にチェックされ、又は再確定される。
【００６４】
さらに、制御ユニットはまた、装置、すなわち解像度又は移動対象要素を所望の初期の位置まで移動させる際の精度等のその性能指標の最適化が、外的影響に応じて行われるように構成できる。
【００６５】
それゆえ、現在の室温の測定値を捕捉できる。温度変化、例えば装置の部品の、及び／又はアクチュエータの長さの変化の影響の可能性を補償するために、記憶された計算法を使って、制御コマンドが生成される。
【００６６】
配置又は装置は同様に、他のシステム部品と一緒に使用できる。計算法は、他の実際に存在するシステム部品に応じて選択し、及び／又は変更できる。
以下に、例示的な実施形態と図面に基づいて本明細書をより詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１ａ】記憶合金で製作された形状記憶要素の略図と、変形及び加熱時のその挙動を示す。
【図１ｂ】磁性形状記憶材料で製作される形状記憶要素の略図と、異なる磁界の影響下でのその挙動を示す。
【図１ｃ】形状記憶材料として誘電エラストマで製作された形状記憶要素の略図と、磁界内のその挙動を示す。
【図２ａ】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略図を側面図で示す。
【図２ｂ】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略図を側面図で示す。
【図３】クランプ要素として形状記憶要素を備える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略図の第二の例示的実施形態と、移動対象要素を調整する他の装置の第一の例示的実施形態の略図を示す。
【図４】複数のアクチュエータを備えると同時に、移動対象要素を調整するための本発明による装置の第二の例示的実施形態として実施された、本発明による光学装置の例示的実施形態の横断面の略図を示す。
【図５ａ】本発明によるアクチュエータの第三の例示的実施形態と本発明による装置の第三の例示的実施形態の略図を平面図で示す。
【図５ｂ】本発明によるアクチュエータの第三の例示的実施形態と本発明による装置の第三の例示的実施形態の略図を縦断面図で示す。
【図６ａ】本発明によるアクチュエータの第四の例示的実施形態と本発明による装置の第四の例示的実施形態の略図を平面図で示す。
【図６ｂ】本発明によるアクチュエータの第四の例示的実施形態と本発明による装置の第四の例示的実施形態の略図を縦断面図で示す。
【図７】本発明によるアクチュエータの第五の例示的実施形態と本発明による装置の第五の例示的実施形態の略図を示す。
【図８】本発明によるアクチュエータの第六の例示的実施形態と本発明による装置の第六の例示的実施形態の略図、及び本発明による配置の例示的実施形態を示す。
【図９】本発明によるアクチュエータの第七の例示的実施形態と本発明による装置の第七の例示的実施形態の略図を示す。
【図１０】第七の例示的実施形態によるアクチュエータを備える本発明による装置の第八の例示的実施形態の略図を示す。
【図１１】第八の例示的実施形態によるアクチュエータを備える本発明による装置の第九の例示的実施形態の略図を示す。
【図１２】第九の例示的実施形態によるアクチュエータを備える本発明による装置の第十の例示的実施形態の略図を示す。
【図１３】第七の例示的実施形態によるアクチュエータを備える本発明による装置の第十一の例示的実施形態の略図を示す。
【図１４】第十の例示的実施形態によるアクチュエータを備える本発明による装置の第十二の例示的実施形態の略図を示す。
【図１５ａ】第十の例示的実施形態によるアクチュエータを備える本発明による装置の第十二の例示的実施形態の略図を平面図で示す。
【図１５ｂ】第十の例示的実施形態によるアクチュエータを備える本発明による装置の第十二の例示的実施形態の略図を側面図で示す。
【図１６】キャリアと移動対象要素を接続するための磁石を備える本発明による装置の第十三の例示的実施形態の略図を断面図としての側面図で示す。
【図１７】本発明による装置の第十三の例示的実施形態の略図を、半径方向に有効なＳＭ要素と共に平面図で示す。
【図１８】インダクタンスにより位置を測定するためのセンサを備える本発明による装置の第十四の例示的実施形態の略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６８】
例示的実施形態の略図において、他の明確なことわりがないかぎり、同じ技術的要素は同じ参照符号により表示されている。図は正しい縮尺によらない。図１ａ〜１ｃは、ウェブサイトｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｍａｒｔｈｏｃｈ３．ｄｅ／ｕｅｂｅｒ−ｓｍａｒｔ３／ｓｍａｒｔ−ｍａｔｅｒｉａｌｓ（２０１６年５月３０日現在のもの）から引用し、図番と参照符号を補足した。図１２〜１５ｂは、断面図又は部分的断面図として示されている。
【００６９】
温度応答性形状記憶合金で製作された形状記憶要素（shape-memory element）７（以下、ＳＭ要素７）の特性は、図１ａの部分図（１）〜（４）に示されている。ＳＭ要素７は、初期形態において特定の格子構造を有する（部分図（１））。ＳＭ要素７が、例えば機械的な力効果により変形した形態にされると（部分図（２））、その格子構造は少なくとも部分的に変化する。図の例では熱である刺激が、変形したＳＭ要素７に作用すると（部分図（３））、このＳＭ要素７はその初期形態に戻る（部分図（４））。ＳＭ要素７が再び冷めると、当初の格子構造が再確立される。
【００７０】
磁性形状記憶材料（図１ｂ）もまた、前述のような挙動を示す。ＳＭ要素７の形状の変化は、関係する磁力線ＭＦＬにより示されるように（図５〜７参照）、ＳＭ要素７に作用する磁界の方向と強度に応じてもたらさる。
【００７１】
いわゆる誘電エラストマアクチュエータは実質的に、誘電エラストマからなる。このアクチュエータが磁界にさらされると、ＤＥＡの形状及び／又は寸法が変化する（図１ｃ）。
【００７２】
基本的部品として、アクチュエータ１は、移動対象要素６と、キャリア（carrier）５と、少なくとも１つのＳＭ要素７と、を含み、ＳＭ要素７は移動対象要素６に接続され、キャリア５上に支持されるように実装される（図２ａ）。
【００７３】
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においては、第一のＳＭ要素７．１と第二のＳＭ要素７．２がある。移動対象要素６は、光学レンズ２０のマウントとして具体化される。移動対象要素６の周囲の、移動対象要素６とキャリア５との間にクリアランス１５があり、このクリアランス１５はここではチューブ１８により、又は、別の考えうる実施形態からは、より一般的に筐体１８により形成される。ＳＭ要素７．１、７．２は、クリアランス１５内に配置される。
【００７４】
ＳＭ要素７．１及び／又は７．２のその寸法の少なくとも１つにおける範囲の変化の結果として、有向の力効果Ｆが移動対象要素６に加えられ（両矢印により記号化されている）、有向の力効果により、移動対象要素６はＸＹ平面ＸＹ内で移動可能となり、光学レンズ２０は、図ではそれ以上詳しく示されていない光学構成２のＺ軸Ｚの方向に延びる光軸４に関して調整可能となる。
【００７５】
アクチュエータ１の別の例示的実施形態の選択肢において、ＳＭ要素７．１及び７．２は、力効果ＦがＺ軸Ｚの方向に生成されるように配置、実施され、移動対象要素６は光学レンズ２と共に光軸４に沿って調整可能である。
【００７６】
別の実施形態において、移動対象要素６の移動は、ＳＭ要素７．１、７．２により、ＸＹ平面ＸＹ内とＺ軸Ｚの方向の両方に実現されてよい。
図３は、移動対象要素６を光軸４に沿って調整するためのＳＭ要素７．１と、ＳＭ要素７Ｋにより駆動されるクランプ要素８を備える本発明によるアクチュエータ１の第二の例示的実施形態を示す。図３による例示的実施形態において、クランプ要素８はＳＭ要素７Ｋ自体により形成され、このクランプ要素８は移動対象要素６に直接接続される。
【００７７】
移動対象要素６は第一のＳＭ要素７．１により、再び光軸４と一致するＺ軸Ｚに沿って移動可能である。ＳＭ要素７Ｋの力効果Ｆは、移動対象要素６に対して、第一のＳＭ要素７．１の力効果Ｆの方向に直交するように向けられ、又は向けることができる。第一のＳＭ要素７．１は、筐体１８上に形成されるキャリア５上に支持される。
【００７８】
図の例示的実施形態において、ＳＭ要素７Ｋは磁性形状記憶材料で製作されたＭＳＭ−ＳＭ要素である。ＳＭ要素７．１は実質的に形状記憶合金からなり、熱により作動可能である。
【００７９】
別の実施形態において、ＳＭ要素７．１とＳＭ要素７Ｋは各々、熱により制御可能な形状記憶材料、磁気により制御可能な形状記憶材料、又は形状記憶材料としての誘電エラストマからなるようにすることができる。
【００８０】
ＳＭ要素７の、又はクランプ要素８のＳＭ要素７Ｋの形状記憶材料の対応する互換性は、特に別段の明記がないかぎり、記載されている本発明のすべての実施形態に当てはまる。
【００８１】
ＳＭ要素７．１及び７Ｋの移動と力効果Ｆを制御するために評価ユニット９と制御ユニッ１０がある。制御ユニット１０により、ＳＭ要素７．１及び７Ｋは相互に独立して作動させることができる。ここで、作動は、例えばＳＭ要素７．１、７Ｋの各々を流れる特定の振幅と特定の電圧の電流により実行される。ＳＭ要素７．１、７Ｋの少なくとも１つの寸法の変化は、それぞれのＳＭ要素７．１、７Ｋのオーム抵抗とプロセス中に生成される熱の結果としてもたらされる。
【００８２】
ＳＭ要素７．１、７Ｋ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１１によって、又はセンサ１１によって取得可能である。プロセス中に得られた測定値は、評価ユニット９に送信され、評価ユニット９は、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、その構成部品又はサブユニットとして実装されてよい。評価ユニット９は、例えばＳＭ要素７．１、７Ｋの現在の空間座標及びその現在の伸長状態、光学構成２のビーム経路の現在の空間位置、及び／又は現在のビーム経路に関する移動対象要素６の現在の相対的な向きを評価するように構成される。
【００８３】
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、移動対象要素６を調整するための装置３の基本的要素であり、その第一の例示的実施形態は図３に示されている。
【００８４】
制御ユニット１０は、評価ユニット９により送信された測定値に、及び／又は評価ユニット９の評価結果に応じて、及び任意選択により例えば気温等のその他の測定値を利用して、ＳＭ要素７．１、７Ｋ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り明示される。
【００８５】
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ＳＭ要素７．１、７Ｋの電流の流れ及び／又は温度の変化がもたらされる。
移動対象要素６は、光軸４に沿って調整可能である。移動対象要素６が第一のＳＭ要素７．１によりＺ軸Ｚに沿って調整され、現在の調整位置にある場合、ＳＭ要素７Ｋのための制御コマンドが生成されて実行され、それにより移動対象要素６は、ＳＭ要素７Ｋの力効果Ｆによりキャリア５に押し付けられ、現在の調整位置における固定位置で保持される。
【００８６】
複数のアクチュエータ１を備える本発明による光学装置３の第二の例示的実施形態が図４に示されている。それとともに、対物レンズ１９の形態の光学装置３は、移動対象要素６を調整するための本発明による装置３として具体化されている。
【００８７】
フロントレンズとして具体化される光学レンズ２０のマウント１７と管状のキャリア５が筐体１８の中に配置されている。キャリア５には、光学レンズ２０のマウントの形態の４つの移動対象要素６．１〜６．４があり、これら移動対象要素６．１〜６．４は光学構成２の光軸４に沿ってつなげられている。ＳＭ要素７．１と７．２、及びＳＭ要素７．３と７．４はそれぞれ、移動対象要素、６．１と６．２との間、及び６．２と６．３との間に位置付けられている。移動対象要素６．１〜６．３は、それぞれのＳＭ要素７．１〜７．４により、配置２の光軸４の方向のＺ軸Ｚの方向に調整可能である。
【００８８】
移動対象要素６．４は、ＳＭ要素７．５及び７．６に直接接続され、ＸＹ平面ＸＹ内で調整可能である。
別の実施形態において、第一から第三の移動対象要素６．１〜６．３の幾つか又は全部にクランプ要素８を提供できる（図３参照）。別の実施形態において、第一から第三の移動対象要素６．１〜６．３のクランプ要素の代わりに、又はクランプ要素に加えて、例えば図５ｂに示されるように、クランプ要素８を備える第四の移動対象要素６．４を提供することもできる。
【００８９】
図５ａは、本発明によるアクチュエータ１の第三の例示的実施形態と本発明による装置３の第三の例示的実施形態の、光軸４に沿った平面図を示す。
移動対象要素６は、４つのＳＭ要素７．１〜７．４を介して、キャリア５として機能する筐体１８に直接接続される。
【００９０】
明瞭にするために図５ａでは省略されている別の要素は、アクチュエータ１の第三の例示的実施形態及び装置３の縦断図の中に見ることができる。
移動対象要素６、したがって光学レンズ２０は、ＸＹ平面ＸＹ内で調整可能である。現在の調整位置に到達すると、移動対象要素６は、ＳＭ要素７Ｋにより駆動されるクランプ要素８によって、絞り１４として機能する筐体１８の一部に対し、軸方向に、すなわちＺ軸Ｚの方向に押し付けられ、前記要素は現在の調整位置（クランプ位置）に保持される。
【００９１】
ＳＭ要素７．１〜７．４は、磁気により制御可能な形状記憶材料からなる（ＭＳＭ−ＳＭ要素）。
磁界を生成するための第一のコイル１６．１及び第二のコイル１６．２は、筐体１８を半径方向に取り囲むように配置される。コイル１６．１、１６．２の向きとその中を流れる電流は、磁力線ＭＦＬがＳＭ要素７．１〜７．４から生じる有向の力効果に対して横方向に延びるように選択される。
【００９２】
ＳＭ要素７．１〜７．４は、磁界の効果により、特にその強さと方向により、非接触式に作動させられる。ここで、作動は筐体１８を通じて実行されるため、筐体１８の壁１３の開口部は不要である。
【００９３】
ここで、当業者であれば、磁界の磁力線ＭＦＬは湾曲した軌道をたどることに気付く。当業者であれば、提供されている簡略化された説明を理解し、コイル１６．１、１６．２及びその配置を、上述の効果がＳＭ要素７．１〜７．４に対して、技術的観点から適正に使用できる程度に生じるように選択する。
【００９４】
本発明によるアクチュエータ１及び本発明による装置３の別の実施形態において、ＳＭ要素７．１〜７．３（図６ａ及び６ｂ）は、その力効果Ｆが光軸４に関して同軸に、Ｚ軸Ｚの方向に発生するように配置される。ＳＭ要素７．１〜７．３は、磁気により制御可能な形状記憶材料からなる（ＭＳＭ−ＳＭ要素）。
【００９５】
２つのコイル１６．１及び１６．２は各々、光軸４に平行な平面内に配置される。コイル１６．１、１６．２により生成され、又は生成可能な磁界の磁力線ＭＦＬは再びＳＭ要素７．１〜７．３の力効果Ｆに対して横方向に延びるが、ただしここではＹ軸Ｙの方向、したがって光軸４に対して横方向に延びる。
【００９６】
磁界によりＳＭ要素７１．１〜７．３にもたらされる、又はもたらされることのできる寸法の変化、特にＳＭ要素７．１〜７．３の長さの変化は、移動対象要素６をＺ軸Ｚに沿って調整するために使用できる。追加的又は代替的に、移動対象要素６の傾斜移動をＸ軸Ｘの周囲で、及び／又はＹ軸Ｙの周囲で生成でき、傾斜角度はそれぞれφＸ及びφＹである。
【００９７】
図７は、アクチュエータ１及び装置３の別の実施形態を示しており、図６ｂに関して説明した実施形態の改良を表す。
各々が光学レンズ２０を保持する２つの移動対象要素６は、筐体１８内で光軸４に沿って配置されている。２つのＳＭ要素７．１、７．２は、その力効果Ｆが光軸４に平行に向けられており、２つの移動対象要素６間に配置されている。ＳＭ要素７．１、７．２は、マウントとして具体化される移動対象要素６間に配置され、移動対象要素６の一方の上に支持され、同時に、ＳＭ要素７．１、７．２はそれぞれもう一方の移動対象要素６の中に担持されている。
【００９８】
コイル１６．１及び１６．２は、コイル１６．１、１６．２により生成される磁界の磁力線ＭＦＬが光軸４及びＳＭ要素７．１、７．２の力効果Ｆに対して横方向に延びるように配置される。
【００９９】
２つの移動対象要素６は、アクチュエータ１により、光軸４に沿って相互に関して調整可能である。コイル１６．１、１６．２の磁界（複数の場合もある）の効果は、筐体１８の壁１３を通して印加可能である。
【０１００】
移動対象要素６の一方は筐体１８に固定的に接続され、他方の移動対象要素６は光軸４に沿って移動可能である。ＳＭ要素７．１、７．２は、筐体１８に固定的に接続された移動対象要素６を介して、キャリア５として機能する筐体１８に間接的に接続される。
【０１０１】
本発明によるアクチュエータ１の第六の例示的実施形態と本発明による装置の第六の例示的実施形態が、図８に概略的に示されている。
図の構成２はアクチュエータ１を含み、このアクチュエータ１は、筐体１８の第一の壁１３．１の中へと突出するＳＭ要素７を備える。
【０１０２】
光軸４に対して横方向の移動経路は、光軸４に平行なその面において、筐体１８及びその壁１３．１、１３．２（これらの２つの壁だけが図示されている）により画定される。
磁性伝導材料で製作された導体１２が第一の壁１３．１の中にＵ字型に組み込まれており、導体１２は第一の壁１３．１の中に、その長さの少なくとも一部にわたって延び、導体１２はＳＭ要素７．１に接続されている。磁力線ＭＦＬで符号を付されている磁束は、導体１２の中で案内されるか、又は案内可能であり、ＳＭ要素７．１と相互作用し、力効果Ｆを生じさせる。
【０１０３】
例えば、導体１２はコイル１６．１のコアの一部であり、この導体１２は良好な磁性伝導性を有する材料からなる。例えば、導体１２は鉄のコア又は鉄シート製のコアにより形成される。
【０１０４】
図８に関して示される構成２及び装置３の別の実施形態において、移動対象要素６は複数のＳＭ要素７．１〜７．ｎに接続される。これらＳＭ要素７．１〜７．ｎは追加的又は代替的に、光軸４の方向への調整を容易にする。さらに、クランプ要素８及びこのクランプ要素８に関連するＳＭ要素７Ｋを利用できる。
【０１０５】
本発明によるアクチュエータ１の、及び本発明による装置３の別の考えうる例示的実施形態が図９に示されている。第一及び第二のＳＭ要素７．１、７．２が、移動対象要素６の横方向の移動及び調整用として実装される。代替的実施形態において、クランプ要素８として具体化されるＳＭ要素７Ｋは、ばね要素２１に置き換えることができる。別の実施形態には、ＳＭ要素７Ｋとばね要素２１がある。例えば、ばね要素２１は第一のＳＭ要素７．１に対して横方向にクランプ要素８に作用し、ＳＭ要素７Ｋは第二のＳＭ要素７．１に対して横方向に作用する。その生成に少なくとも１つのばね要素２１が係るか、又は実施形態の違いに応じて係ることのできる力、特に固定力は以下、Ｆｃｏｉｌとも呼ばれる。それぞれの場合のキャリア５はＳＭ要素７．１又は７．２の一方、それぞれＳＭ要素７Ｋの部品の１つ、及び／又はばね要素２１を取り囲む。
【０１０６】
このような実施形態の利点は、能動的ＳＭ要素の数を減らせることにある。調整不良を、発生する摩擦力と共に防止するのに十分に大きい移動対象要素６のばね力Ｆｃｏｉｌは、ばね要素２１又は複数のばね要素２１により移動対象要素６へと向けられる。ＳＭ要素７．１、７．２は、これらがばね力Ｆｃｏｉｌに打ち勝ち、移動対象要素６の精密で制御可能な調整を容易にできる力効果Ｆを生じさせることができるように構成される。
【０１０７】
クランプ要素８がＳＭ要素７Ｋにより実現される場合、生成された、又は生成可能な力効果Ｆｃｏｉｌは第一及び第二のＳＭ要素７．１、７．２の生成可能な力効果Ｆより大きくすることができる。
【０１０８】
光学システム、例えば充填用漏斗（filling funnel）の形態の装置３の別の実施形態が図１０に示されており、図９に関して説明した例示的実施形態の４つのアクチュエータ１が筐体１８の光軸４に沿って上へ上へと積み重ねられることによって実現される。それぞれの光学レンズ２０間にクリアランス１５が存在する。このようなスタック式に配置されたアクチュエータ１は、光軸４に対して横方向に移動可能かつ調整可能である。異なる数、例えば２つ、３つ、又は５つのアクチュエータ１が存在していてもよい。
【０１０９】
装置３の別の実施形態において、存在するアクチュエータ１は相互に異なる方向Ｘ、Ｙ、及び／又はＺに調整可能である。
さらに、本発明によるアクチュエータ１は、静止状態に取り付けられた部品、例えば光学レンズ、絞り、及び／又はフィルタと組み合わせることができる。
【０１１０】
図１１に示される装置３の改良型において、図９に関して説明された例示的実施形態の４つのアクチュエータ１が光軸４に沿って上へ上へと積み重ねられている。光軸４に対して横方向に、それと反対向きに、キャリア５の各々は延長壁領域５．１（能動的整列スタックマウント）を有する。延長壁領域５．１に隣接して配置されたアクチュエータ１は相互に当接し、ここで概略的に示されているそれぞれ１つの固定手段によって、好ましくは取り外し可能に相互に接続される。それによって実現される装置は、複数の能動的整列スタックマウントで製作される光学システムを表す。
【０１１１】
図１２は、アクチュエータ１及び装置３の別の考えうる実施形態を示し、第一及び第二のＳＭ要素７．１、７．２は移動対象要素６に、相互に反対に配置される。効果の方向、すなわち第一及び第二のＳＭ要素７．１、７．２の力効果Ｆが発生する方向は、光軸４に平行に延びる。ＳＭ要素７Ｋは光軸４に対して横方向に配置され、その固定効果（関係する固定力はＦｃｏｉｌで示される）は、光軸４と直交するように向けられる。発生した、十分に大きい固定力Ｆｃｏｉｌの結果として、移動対象要素６はＳＭ要素７．１、７．２、及び７Ｋの反対にあるキャリアの一部に押し付けられる。
【０１１２】
図１２に関して説明したアクチュエータ１の使用が図１３において、光学システム、例えば対物レンズ１９として具体化されている配置２を含む装置３の形態で示されている。共通のベースとして機能する、例えば筐体１８の壁１３に、図９に関して説明したアクチュエータ１と図１２に関して説明したアクチュエータ１が、光軸４に沿ってそれぞれ交互に配置される。アクチュエータ１の実施形態に応じて、個別のアクチュエータ１の光学レンズ２０は、光軸４に対して横方向に、又はその方向に調整可能である。
【０１１３】
図１４による装置３及びアクチュエータ１の例示的実施形態は、その基本構成の点で、図９に関して説明した例示的な選択肢に対応し、クランプ要素８はばね要素２１により形成される。ＳＭ要素７．１及び７．２は、磁気により制御可能な形状記憶材料からなる（ＭＳＭ−ＳＭ要素）。磁界を生成するための第一のコイル１６．１及び第二のコイル１６．２は、筐体１８を半径方向に取り囲むように配置される。コイル１６．１、１６．２の向き及びそこに流れる電流は、磁力線ＭＦＬがＳＭ要素７．１〜７．４の生成する有効な力効果Ｆに対して横方向に延びるように選択される。
【０１１４】
ＳＭ要素７．１〜７．４は、磁界の効果により、特にその強さと方向により非接触式に作動させられる。ここで、作動は、筐体１８を通して実行されるため、筐体１８の壁１３の開口部は不要である。
【０１１５】
図１５ａ及び１５ｂは、５次元調整のための装置３の例示的実施形態を概略的に示している。横方向に、すなわち光軸４に対して横方向に作用するＳＭ要素７．１〜７．３に加えて、図１５ａの平面図には、光軸４に平行に作用する別の３つのＳＭ要素７．４〜７．６がある。
【０１１６】
図１５ｂの概略側面図からわかるように、横方向に作用するＳＭ要素７．１〜７．３（断面図であるため、ＳＭ要素７．１だけが見える）は、光軸４と直交する力効果Ｆを生じさせる。別のＳＭ要素７．４〜７．６により、光学レンズ２０を備える移動対象要素６は光軸４に沿って移動可能であり、それに加えて、Ｘ軸Ｘの周囲で傾斜角度φＸだけ、及び／又はＹ軸Ｙの周囲で傾斜角度φＹだけ傾斜させることができる。
【０１１７】
図１６は、移動対象要素６が、そのキャリア５に面する側に磁石２２を有する位置決めシステムを示している。キャリア５は磁性材料からなり、したがって移動対象要素６とキャリア５は、磁石２２とキャリア５との間の磁力Ｆｍａｇにより相互に接続される。移動対象要素６とキャリア５は接触面２３に沿って接触し、他方で磁石２２はキャリア５と直接接触しない。移動対象要素６の現在の位置はセンサ１１により捕捉でき、その測定値は評価ユニット９によって評価され、制御ユニット１０に送信される。評価ユニット９により提供されるデータに応じて、制御ユニット１０は、ＳＭ要素７を作動させる役割を果たす制御コマンドを生成し、発行する。ＳＭ要素７、７．１、７．２はキャリア５と移動対象要素６との間に配置できる。
【０１１８】
別の実施形態において、ＳＭ要素７はまた、ワイヤ又はストリップとしても具体化され、移動対象要素６に半径方向から、すなわち光軸４に対して実質的に横方向に作用することができる（図１７）。ここで、ストリップとして具体化されるＳＭ要素７．１、７．２はキャリア５に蝶着され、制御ユニット１０によって調整可能である。ＳＭ要素７．１、７．２は、移動対象要素６にその対応する突出部６．１を介して作用する。それぞれのＳＭ要素７．１、７．２の長さの変化に応じて、移動対象要素６及び光学レンズ２０は実質的に光軸４と直交する平面内で移動される（両矢印で記号化されている）。
【０１１９】
装置の別の実施形態において、移動対象要素６のＸＹ平面内における作動のための移動を容易にする別のＳＭ要素７がある。ある選択肢は、図１７に示されるもののような別の配置が光軸４に沿って存在することからなるが、前記別の構成は第一の構成に対してある角度だけ、例えば９０°たけ回転させて配置される。このようにして、移動対象要素６及び光学レンズ２０は、配置の１つにより実質的にＸ軸Ｘに沿って、及び別の構成によって実質的にＹ軸Ｙに沿って調整できる。相互に関して回転された少なくとも２つのこのような構成の相互作用により、移動対象要素６をそれぞれの実現可能な移動範囲内でＸＹ平面内において自由に位置決めすることが容易となる。
【０１２０】
３つ、４つ、又はそれ以上のＳＭ要素７を同一平面内に配置することもでき、移動対象要素６はそれらの相互作用によってＸＹ平面において調整可能である。
さらに、ＳＭ要素７を、光軸４に沿った異なる平面内の配置で（Ｚ軸Ｚの方向に）配置することもできる。
【０１２１】
位置決めは、センサ１１（図示せず）、評価ユニット９、及び制御ユニット１０により上述のように実行される。
図１８は、位置決めシステムとして具体化された本発明の例示的実施形態を概略的に示す。複数の誘導コイルがキャリア５上にセンサ１１として、それぞれについて相互に関して１２０°の角度で配置されている。移動対象要素６の材料の少なくとも一部は導電材料からなるため、移動対象要素６の現在の位置（実際の位置）はセンサ１１により確定可能である。この現在の位置は、各センサ１１と移動対象要素６との間のそれぞれの距離Ｄにより説明できる。距離Ｄは、両矢印により記号的に示されている。
【０１２２】
距離Ｄの少なくとも１つが変化すると、それぞれのセンサ１１におけるインダクタンス及び／又は捕捉されたインピーダンスも変化する。これらの変化はインダクタンス−デジタル変換器２４に送信され、それによって変換されてから、変換後のデータが評価ユニット９に送信される。評価ユニットにより送信されるデータに応じたＳＭ要素７、７．１、７．２、７．３の作動は、制御ユニット１０により可能となる。移動対象要素６の現在の位置の所望の位置（所期の位置）との特定された差は、ＳＭ要素７、７．１、７．２、７．３の適当な作動により補償できる。
【符号の説明】
【０１２３】
参照符号
１  アクチュエータ
２  光学構成
３  装置
４  光軸
５  キャリア
５．１  （キャリア５の）延長壁領域
６  移動対象要素
６．１  突出部
７  ＳＭ要素
７．１  第一のＳＭ要素
７．２  第二のＳＭ要素
７．３  第三のＳＭ要素
７．４  第四のＳＭ要素
７Ｋ  （クランプ要素８の）ＳＭ要素
８  クランプ要素
９  評価ユニット
１０  制御ユニット
１１  測定回路／センサ
１２  導体
１３  壁
１３．１  壁
１３．２  壁
１４  絞り
１５  クリアランス
１６．１  第一のコイル
１６．２  第二のコイル
１７  マウント
１８  筐体／管
１９  対物レンズ
２０  光学レンズ
２１  ばね要素
２２  磁石
２３  接触面
２４  インダクタンス−デジタル変換器
ＭＦＬ  磁力線
Ｄ  距離
Ｆ  力効果
Ｆｃｏｉｌ  （ばね要素の）力効果
Ｆｍａｇ  磁力
Ｘ  Ｘ軸
Ｙ  Ｙ軸
Ｚ  Ｚ軸
ＸＹ  ＸＹ平面
ＸＺ  ＣＺ平面
ＹＺ  ＹＺ平面
φＸ  （Ｘ軸Ｘの周囲での）傾斜角度
φＹ  （Ｙ軸Ｙの周囲での）傾斜角度
【図１ａ】
2019534973.tif 000003
【図１ｂ】
2019534973.tif 000004
【図１ｃ】
2019534973.tif 000005
【図２ａ】
2019534973.tif 000006
【図２ｂ】
2019534973.tif 000007
【図３】
2019534973.tif 000008
【図４】
2019534973.tif 000009
【図５ａ】
2019534973.tif 000010
【図５ｂ】
2019534973.tif 000011
【図６ａ】
2019534973.tif 000012
【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2019534973.tif 000017
【図１１】
2019534973.tif 000018
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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