DE102008041301A1

DE102008041301A1 - Manipulation von Komponenten einer optischen Einrichtung

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Publication number: DE102008041301A1
Application number: DE102008041301A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Rassel; Norbert MÜHLBERGER; Gerhard Beurer; Peter Nowak
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2008-08-18
Publication date: 2009-04-02

Abstract

Anordnung, insbesondere für die Mikrolithographie, mit einer Komponente einer optischen Einrichtung und einer Manipulationseinrichtung zum aktiven Manipulieren der Komponente entlang einer Wirkrichtung, wobei die Manipulationseinrichtung wenigstens ein mit der Komponente verbundenes elektroaktives Polymerelement als Manipulationselement umfasst undung verbindbar ist, über welche das Manipulationselement zur gesteuerten Manipulation der Komponente mit einer eine Ausdehnung des Manipulationselements entlang der Wirkrichtung bewirkenden elektrischen Spannung beaufschlagbar ist, und wobei das Manipulationselement dazu ausgebildet ist, in wenigstens einem Betriebszustand durch eine elastische Rückstellkraft eine Gegenkraft gegen eine Stellkraft zu erzeugen, wobei sich die Manipulationskraft, welche die Manipulation der Komponente entlang der Wirkrichtung bewirkt, als Resultierende der Stellkraft und der elastischen Rückstellkraft ergibt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung für eine optische Einrichtung, einen Manipulator für eine optische Einrichtung, eine optische Abbildungseinrichtung, die eine solche Anordnung umfasst, ein Verfahren zum Manipulieren einer Komponente einer optischen Einrichtung sowie ein optisches Abbildungsverfahren, welches ein solches Verfahren zu Manipulieren der Komponente einer optischen Einrichtung verwendet. Die Erfindung lässt sich im Zusammenhang mit beliebigen optischen Einrichtungen bzw. optischen Abbildungsverfahren anwenden. Insbesondere lässt sie sich im Zusammenhang mit der bei der Herstellung mikroelektronischer Schaltkreise verwendeten Mikrolithographie einsetzen.
Insbesondere im Bereich der Mikrolithographie ist es neben der Verwendung mit möglichst hoher Präzision ausgeführter Komponenten unter anderem erforderlich, die Position und Geometrie der Komponenten der Abbildungseinrichtung, also beispielsweise der optischen Elemente wie Linsen, Spiegel oder Gitter aber auch der verwendeten Masken und Substrate, im Betrieb möglichst präzise gemäß vorgegebenen Sollwerten einzustellen, um eine entsprechend hohe Abbildungsqualität zu erzielen. Die hohen Genauigkeitsanforderungen, die im mikroskopischen Bereich in der Größenordnung weniger Nanometer oder darunter liegen, sind dabei nicht zuletzt eine Folge des ständigen Bedarfs, die Auflösung der bei der Herstellung mikroelektronischer Schaltkreise verwendeten optischen Systeme zu erhöhen, um die Miniaturisierung der herzustellenden mikroelektronischen Schaltkreise voranzutreiben.
Um die gewünschte Position und/oder Geometrie der betreffenden Komponenten zu erzielen, werden häufig aktive Manipulatoren verwendet, welche auf der Komponente eine entsprechende Manipulationskraft ausüben. Insbesondere im Bereich der Mikrolithographie werden dabei häufig Piezoaktuatoren, Lorentz-Aktuatoren, pneumatische Balgaktuatoren oder dergleichen eingesetzt. Ebenso wird in der US 2006/018045 A1 (Moeller et al.), der DE 10 2005 044 716 A1 (Münster) sowie in der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2007 019 570.4 der Anmelderin (deren gesamte jeweilige Offenbarung hierin durch Bezugnahme eingeschlossen wird) vorgeschlagen, elektrostriktive Materialien zum Erzeugen einer Manipulationskraft zu verwenden. Diese Aktuatortypen haben jedoch jeweils nicht unerhebliche Nachteile.
So lassen sich mit den bekannten Piezoaktuatoren zwar auf einfache Weise in einem weiten Bereich variierbare Manipulationskräfte erzeugen. Sie haben jedoch den Nachteil, dass die verwendeten Piezoelemente zum einen nur einen vergleichsweise geringen Stellweg zur Verfügung stellen, sodass für größere Stellwege aufwändige Getriebe erforderlich sind. Zum anderen sind die Piezoelemente vergleichsweise spröde sowie empfindlich gegen Schub- und Zugspannungen, sodass sie nur unter relativ genau definierten Richtungen belastet werden dürfen und insbesondere bei Stoßbelastungen ein hohes Risiko von Beschädigungen besteht. Die vergleichsweise hohe Steifigkeit der Piezoelemente bringt schließlich noch den Nachteil mit sich, dass für bestimmte Anwendungen, insbesondere im Bereich der Mikrolithographie, eine zusätzliche mechanische Entkopplung zu der zu manipulierenden Komponente erforderlich ist, um die Einleitung parasitärer Kräfte und Momente in die Komponente zu vermeiden.
Lorentz-Aktuatoren haben zwar den Vorteil, dass sie eine sehr geringe Steifigkeit aufweisen. Nachteilig ist jedoch, dass sie häufig nur eingeschränkte Stellwege und geringe Manipulationskräfte zur Verfügung stellen. Zudem weisen sie eine vergleichsweise hohe Verlustleistung auf, die insbesondere bei thermisch sehr sensitiven optischen Einrichtungen zu Problemen führt bzw. eine aufwändige Wärmeabfuhr erfordern.
Pneumatische Balgaktuatoren können zwar gegebenenfalls hohe Manipulationskräfte und große Stellwege zur Verfügung stellen. Sie weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie vergleichsweise viel Bauraum beanspruchen und ebenfalls nur Belastungen in vergleichsweise genau definierter Richtung unterworfen werden dürfen, um das Risiko einer Beschädigung gering zu halten. Ähnlich wie die Piezoelemente weisen Balgaktuatoren im Betrieb eine vergleichsweise hohe Steifigkeit auf, die auch hier den Nachteil mit sich bringt, dass für bestimmte Anwendungen, insbesondere im Bereich der Mikrolithographie, eine zusätzliche mechanische Entkopplung zu der zu manipulierenden Komponente erforderlich ist, um die Einleitung parasitärer Kräfte und Momente in die Komponente zu vermeiden.
Eine weitere Art von Aktuatoren stellen die so genannten elektroaktiven Polymeraktuatoren (EAP) dar, wie sie beispielsweise aus der Veröffentlichung "Overview and Recent Advances in Polymer Actuators" (P. Sommer-Larsen, R. Kornbluh, ACTUATOR 2006, 10th International Conference an New Actuators, 14. bis 16. Juni 2006, Bremen, DE) bekannt sind (deren Offenbarung hierin durch Bezugnahme eingeschlossen wird). Bei diesen handelt es sich um Aktuatoren, die unter Verwendung von Polymerwerkstoffen hergestellt werden und bei Anlegen einer elektrischen Spannung eine Längenänderung in einer Wirkrichtung erfahren. Bei diesen elektroaktiven Polymeraktuatoren unterscheidet man häufig je nach der Ursache für die Längenänderung des Polymers zwischen so genannten elektrostriktiven Polymeraktuatoren, bei denen sich die Polymerstruktur durch das angelegte elektrische Feld verändert und so die Längenänderung bewirkt, und den häufig als dielektrische Elastomeraktuatoren bezeichneten Aktuatoren, bei denen die Längenänderung mechanisch durch die elektrostatischen Anziehungskräfte zweier Elektroden bewirkt wird, zwischen denen das Polymer angeordnet ist.
Diese elektroaktiven Polymeraktuatoren werden ebenfalls im Bereich optischer Einrichtungen verwendet, um die Position von Komponenten dieser Einrichtungen zu beeinflussen, wie dies beispielsweise aus der US 2006/0028742 A1 (Yamashita et al.) bekannt ist (deren Offenbarung hierin durch Bezugnahme eingeschlossen wird), oder Geometrie von Komponenten dieser Einrichtungen zu beeinflussen, wie dies beispielsweise aus der Veröffentlichung "Systematic Selection and Design of a Ring Actuator for the Deformation of an Elastic Lens" (M. Bergemann, T. Martin, G. Bretthauer, ACTUATOR 2006, 10th International Conference an New Actuators, 14. bis 16. Juni 2006, Bremen, DE), der US 2006/0264015 A1 (Hyde et al.) und der US 7,092,138 B2 (Wang et al.) bekannt ist (deren jeweilige Offenbarung hierin durch Bezugnahme eingeschlossen wird).
Die elektroaktiven Polymeraktuatoren haben den Vorteil, dass sich mit ihnen zum einen vergleichsweise hohe Stellwege realisieren lassen. So sind bei den bekannten Aktuatoren relative Längenänderungen bis zu 30% möglich, wobei in den verwendeten Polymeren sogar relative Längenänderungen in der Größenordnung von 100% bis zu 300% möglich sind. Zudem sind sie vergleichsweise preiswert und weisen eine geringe laterale Steifigkeit auf, sodass sie selbst schon eine mechanische Entkopplung zur Verfügung stellen, welche die Einleitung parasitärer Kräfte und Momente in die betreffende Komponente in vorteilhafter Weise reduziert.
Bei den bekannten elektroaktiven Polymeraktuatoren für optische Anwendungen wird die positive Längenänderung bei Anlegen einer Spannung genutzt, um mit dem Aktuator unmittelbar eine Manipulationsbewegung bzw. Manipulationskraft zu erzeugen, welche die gewünschte Manipulation der betreffende Komponente der optischen Einrichtung bewirkt. Insbesondere für Präzisionsanwendungen, wie sie im Bereich der Mikrolithographie erforderlich sind, ist es hierbei problematisch, dass die positive Längenänderung bedingt durch die geringe laterale Steifigkeit des Polymers keine ausreichend präzise Richtung bzw. Wirkrichtung aufweist, sodass entweder eine geringere Präzision der Manipulation erzielt wird oder eine aufwändige zusätzliche laterale Führung erforderlich ist.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Anordnung für eine optische Einrichtung, einen Manipulator für eine optische Einrichtung, eine optische Abbildungseinrichtung, ein Verfahren zum Manipulieren einer Komponente einer optischen Einrichtung bzw. ein optisches Abbildungsverfahren zur Verfügung zu stellen, welche die oben genannten Nachteile nicht oder zumindest in geringerem Maße aufweisen und insbesondere auf einfache Weise eine zuverlässige, präzise Manipulation von Komponenten einer optischen Einrichtung ermöglicht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass eine solche zuverlässige und präzise Manipulation von Komponenten einer optischen Einrichtung möglich ist, wenn ein elektroaktives Polymerelement des Manipulators nicht unmittelbar dazu benutzt wird, die Manipulationskraft zu erzeugen, sondern die jeweilige elastische Rückstellkraft des Polymerelements als Gegenkraft für eine anderweitig erzeugte Stellkraft genutzt wird, um zu einer resultierenden Manipulationskraft zu gelangen, welche die gewünschte Manipulation bewirkt. Dies hat den Vorteil, dass die elastische Rückstellkraft des Polymerelements trotz dessen geringer Steifigkeit eine genau definierte Wirkrichtung aufweist, sodass eine Manipulation mit hoher Präzision möglich ist.
Mit anderen Worten wird das elektroaktive Polymerelement erfindungsgemäß nicht selbst zum Generieren der Manipulationskraft genutzt, sondern dient vielmehr als Steuerelement für die Manipulationskraft, indem es über seine elastische Rückstellkraft die resultierende Manipulationskraft beeinflusst.
Hierbei können als elektroaktives Polymerelement elektroaktive Polymeraktuatoren mit beliebigem Wirkprinzip und beliebigem Aufbau zur Anwendung kommen. Die Auswahl des geeigneten elektroaktiven Polymerelements richtet sich dabei insbesondere zum einen nach der zu erzielenden Manipulationskraft und/oder dem Manipulationsweg. Zum anderen richtet sie sich natürlich nach der zu erzielenden Genauigkeit bei der Einstellung der Manipulationskraft und/oder des Manipulationswegs.
Die vorliegende Erfindung lässt sich grundsätzlich im Zusammenhang mit beliebigen optischen Anwendungen einsetzen, bei denen eine Manipulation der Position und/oder Geometrie einer Komponente einer optischen Einrichtung erforderlich ist. Besonders vorteilhaft lässt sie sich im Bereich der Mikrolithographie einsetzen, da die elektroaktiven Polymerelemente wegen ihrer geringen Steifigkeit bereits aus sich heraus eine mechanische Entkopplung zur Verfügung stellen, welche die im Bereich der Mikrolithographie besonders kritische Einleitung parasitärer Kräfte und Momente in die Komponenten der optischen Einrichtung bereits weit gehend ausschaltet, sodass in diesem Zusammenhang bei ausreichend hoher Präzision deutlich weniger Aufwand als bei den bekannten Aktuatoranordnungen zu betreiben ist.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass sich dank der auf einfache Weise erzielten hohen Manipulationspräzision besonders einfach gestaltete Manipulationsanordnungen mit wenigen Bauelementen, insbesondere wenigen bewegten Bauelementen, realisieren lassen.
Ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher eine Anordnung, insbesondere für die Mikrolithographie, mit einer Komponente einer optischen Einrichtung und einer Manipulationseinrichtung zum aktiven Manipulieren der Komponente entlang einer Wirkrichtung. Die Manipulationseinrichtung umfasst wenigstens ein mit der Komponente verbundenes elektroaktives Polymerelement als Manipulationselement. Das Manipulationselement ist mit einer Steuereinrichtung verbindbar, über welche das Manipulationselement zur gesteuerten Manipulation der Komponente mit einer eine Ausdehnung des Manipulationselements entlang der Wirkrichtung bewirkenden elektrischen Spannung beaufschlagbar ist. Das Manipulationselement ist dazu ausgebildet, in wenigstens einem Betriebszustand durch eine elastische Rückstellkraft eine Gegenkraft gegen eine Stellkraft zu erzeugen, wobei sich die Manipulationskraft, welche die Manipulation der Komponente entlang der Wirkrichtung bewirkt, als Resultierende der Stellkraft und der elastischen Rückstellkraft ergibt.
Ein zweiter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung, insbesondere für die Mikrolithographie, mit einer Komponente einer optischen Einrichtung und einer Manipulationseinrichtung zum aktiven Manipulieren der Komponente entlang einer Wirkrichtung, wobei die Manipulationseinrichtung wenigstens ein mit der Komponente verbundenes elektroaktives Polymerelement als Manipulationselement umfasst. Das Manipulationselement ist mit einer Steuereinrichtung verbindbar, über welche das Manipulationselement zur gesteuerten Manipulation der Komponente mit einer eine Ausdehnung des Manipulationselements entlang der Wirkrichtung bewirkenden elektrischen Spannung beaufschlagbar ist. Das Manipulationselement ist in wenigstens einem Betriebszustand in einer Richtung, die parallel zu der Wirkrichtung verläuft, mit einer Zugspannung als mechanische Vorspannung beaufschlagt.
Mit dem parallel zur Wirkrichtung auf Zug vor gespannten Manipulationselement lässt sich eine besonders günstige Konstellation erzielen, da hiermit in dem Manipulationselement eine elastische Rückstellkraft mit genau definierter Richtung erzielbar ist, wodurch eine besonders präzise Manipulation möglich wird.
Der oben erläuterte Erfindungsgedanke kann in einer Anordnung aus mehreren unterschiedlichen, gegebenenfalls sogar weit voneinander beabstandeten Komponenten realisiert sein. Ebenso ist es aber auch möglich, sie in einer gegebenenfalls integrierten Baueinheit zu realisieren. Hierbei versteht es sich, dass die zu manipulierende Komponente gegebenenfalls wieder aus mehreren Elementen zusammengesetzt sein kann. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die zu manipulierende Komponente neben dem eigentlichen zu manipulierenden Element (beispielsweise einem optisch wirksamen Element) ein beliebig geartetes Getriebe oder dergleichen umfasst. Dieses Getriebe kann dann zwischen das eigentlich zu manipulierende Element und die Manipulationseinrichtung geschaltet sein und die Bewegungen bzw. Kräfte der Manipulationseinrichtung so umsetzen, dass sie in einer von der Wirkrichtung abweichenden Richtung auf das eigentlich zu manipulierende Element übertragen werden.
Entsprechend dem ersten Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein weiterer, dritter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Manipulator, insbesondere für die Anwendung in der Mikrolithographie, mit einem elektroaktiven Polymerelement. Das elektroaktive Polymerelement bildet ein aktives Manipulationselement und ist mit einer Steuereinrichtung verbindbar, über welche das Manipulationselement zur gesteuerten Manipulation mit einer eine Ausdehnung des Manipulationselements entlang der Wirkrichtung bewirkenden elektrischen Spannung beaufschlagbar ist. Weiterhin ist eine Vorspanneinrichtung zur Erzeugung einer entlang der Wirkrichtung wirkenden Stellkraft vorgesehen, wobei das Manipulationselement dazu ausgebildet ist, in wenigstens einem Betriebszustand durch eine elastische Rückstellkraft eine Gegenkraft gegen die Stellkraft zu erzeugen.
Entsprechend dem zweiten Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein weiterer, vierter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Manipulator, insbesondere für die Anwendung in der Mikrolithographie, mit einem elektroaktiven Polymerelement. Das elektroaktive Polymerelement bildet ein aktives Manipulationselement und ist mit einer Steuereinrichtung verbindbar, über welche das Manipulationselement zur gesteuerten Manipulation mit einer eine Ausdehnung des Manipulationselements entlang der Wirkrichtung bewirkenden elektrischen Spannung beaufschlagbar ist. Weiterhin ist eine Vorspanneinrichtung vorgesehen, die das Manipulationselement in wenigstens einem Betriebszustand in einer Richtung, die parallel zu der Wirkrichtung verläuft, mit einer Zugspannung als mechanische Vorspannung beaufschlagt.
Ein fünfter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine entsprechende optische Abbildungseinrichtung, insbesondere für die Mikrolithographie, mit einer Beleuchtungseinrichtung, einer Maskeneinrichtung zur Aufnahme einer ein Projektionsmuster umfassenden Maske, einer Projektionseinrichtung mit einer optischen Elementgruppe und einer Substrateinrichtung zur Aufnahme eines Substrats. Die Beleuchtungseinrichtung ist dabei zum Beleuchten des Projektionsmusters ausgebildet, während die optische Elementgruppe zum Abbilden des Projektionsmusters auf dem Substrat ausgebildet ist. Die Beleuchtungseinrichtung und/oder die Maskeneinrichtung und/oder die Projektionseinrichtung und/oder die Substratseinrichtung umfasst wenigstens eine Anordnung nach dem oben beschriebenen ersten oder zweiten Gegenstand der Erfindung.
Mit dieser optischen Abbildungseinrichtung lassen sich die oben beschriebenen Varianten und Vorteile in dem selben Maße realisieren, sodass diesbezüglich auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
Ein weiterer, sechster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum aktiven Manipulieren einer Komponente einer optischen Einrichtung, insbesondere einer Einrichtung für die Mikrolithographie, bei dem die Komponente über ein Manipulationselement entlang einer Wirkrichtung aktiv manipuliert wird. Das Manipulationselement ist ein elektroaktives Polymerelement, das zur gesteuerten Manipulation der Komponente mit einer eine Ausdehnung des Manipulationselements entlang der Wirkrichtung bewirkenden elektrischen Spannung beaufschlagbar ist. Das Manipulationselement erzeugt in wenigstens einem Betriebszustand durch eine elastische Rückstellkraft eine Gegenkraft gegen eine Stellkraft, wobei sich die Manipulationskraft, welche die Manipulation der Komponente entlang der Wirkrichtung bewirkt, als Resultierende der Stellkraft und der elastischen Rückstellkraft ergibt. Es sei hierbei angemerkt, dass der Begriff "Steuern" in der vorliegenden Anmeldung verallgemeinert verwendet wird und, sofern nicht ausdrücklich anders definiert, sowohl eine Steuern im regelungstechnischen Sinne als auch ein Regeln im regelungstechnischen Sinne bezeichnen kann.
Ein weiterer, siebter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist schließlich ein optisches Abbildungsverfahren, insbesondere für die Mikrolithographie, bei dem eine Beleuchtungseinrichtung ein Projektionsmuster einer Maskeneinrichtung beleuchtet und das Projektionsmuster mittels der optischen Elemente einer Projektionseinrichtung auf ein Substrat einer Substrateinrichtung abgebildet wird. Wenigstens eine Komponente der Beleuchtungseinrichtung und/oder der Maskeneinrichtung und/oder der Projektionseinrichtung und/oder der Substratseinrichtung wird dabei mit einem Verfahren gemäß dem sechsten Gegenstand der Erfindung manipuliert.
Mit diesen Verfahren lassen sich die oben beschriebenen Varianten und Vorteile ebenfalls in dem selben Maße realisieren, sodass diesbezüglich auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen bzw. der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Abbildungseinrichtung, die eine erfindungsgemäße Anordnung umfasst und mit der sich eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Abbildungsverfahrens durchführen lässt;
2A ist eine verallgemeinerte schematische Darstellung eines Teils einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung der Abbildungseinrichtung aus 1;
2B ist eine schematische Darstellung der Auslenkungs-Spannungs-Kennlinie der Manipulation der manipulierten Komponente der Anordnung aus 2A;
2C ist eine schematische Darstellung von Kraft-Auslenkungs-Kennlinie der Anordnung aus 2A;
2D zeigt ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abbildungsverfahrens, welches mit der Abbildungseinrichtung aus 1 durchgeführt wird und bei dem eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zum aktiven Manipulieren einer Komponente der Abbildungseinrichtung aus 1 zur Anwendung kommt;
2E ist eine konkretisierte schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung der Abbildungseinrichtung aus 1 in einem Ausgangszustand;
2F ist eine schematische Darstellung der Anordnung aus 2E in einem weiteren Betriebszustand;
2G ist eine schematische Darstellung der Auslenkungs-Spannungs-Kennlinie der Manipulation der manipulierten Komponente der Anordnung aus 2E;
2H ist eine schematische Darstellung von Kraft-Auslenkungs-Kennlinien der Anordnung aus 2E;
3 ist eine konkretisierte schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung der Abbildungseinrichtung aus 1;
4A ist eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung der Abbildungseinrichtung aus 1;
4B ist eine schematische Darstellung der Auslenkungs-Spannungs-Kennlinie der Manipulation der manipulierten Komponente der Anordnung aus 4A;
4C ist eine schematische Darstellung von Kraft-Auslenkungs-Kennlinien der Anordnung aus 4A;
5A ist eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung der Abbildungseinrichtung aus 1;
5B ist eine schematische Darstellung der Auslenkungs-Spannungs-Kennlinie der Manipulation der manipulierten Komponente der Anordnung aus 5A;
5C ist eine schematische Darstellung von Kraft-Auslenkungs-Kennlinien der Anordnung aus 5A;
6 ist eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung der Abbildungseinrichtung aus 1;
7 ist eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung der Abbildungseinrichtung aus 1;
8A ist eine verallgemeinerte schematische Darstellung eines Teils einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung der Abbildungseinrichtung aus 1;
8B ist eine schematische Darstellung der Auslenkungs-Spannungs-Kennlinie der Manipulation der manipulierten Komponente der Anordnung aus 8A;
8C ist eine schematische Darstellung von Kraft-Auslenkungs-Kennlinien der Anordnung aus 8A;
9A ist eine schematische Darstellung eines Teils einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung der Abbildungseinrichtung aus 1;
9B ist eine schematische Darstellung eines Teils einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung der Abbildungseinrichtung aus 1;
10 ist eine schematische Darstellung eines Teils einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung der Abbildungseinrichtung aus 1;
11 ist ein schematischer Teilschnitt durch die Anordnung aus 10 entlang Linie XI-XI;
12 ist eine schematische Darstellung eines Teils einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung der Abbildungseinrichtung aus 1;
13 ist eine schematische Darstellung eines Teils einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung der Abbildungseinrichtung aus 1;
14 ist ein schematischer Teilschnitt durch die Anordnung aus 13 entlang Linie XIV-XIV.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Erstes Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 2H wird im Folgenden eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung beschrieben, welche in einer erfindungsgemäßen optischen Abbildungseinrichtung für die Mikrolithographie zum Einsatz kommt.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Abbildungseinrichtung in Form einer Mikrolithographieeinrichtung 101, die mit Licht im UV-Bereich mit einer Wellenlänge von 193 nm arbeitet.
Die Mikrolithographieeinrichtung 101 umfasst ein Beleuchtungssystem 102, eine Maskeneinrichtung in Form eines Maskentisches 103, ein optisches Projektionssystem in Form eines Objektivs 104 mit einer optischen Achse 104.1 und eine Substrateinrichtung in Form eines Wafertischs 105. Das Beleuchtungssystem 102 beleuchtet eine auf dem Maskentisch 103 angeordnete Maske 103.1 mit einem – nicht näher dargestellten – Projektionslichtbündel der Wellenlänge 193 nm. Auf der Maske 103.1 befindet sich ein Projektionsmuster, welches mit dem Projektionslichtbündel über die im Objektiv 104 angeordneten optischen Elemente auf ein Substrat in Form eines Wafers 105.1 projiziert wird, der auf dem Wafertisch 105 angeordnet ist.
Das Beleuchtungssystem 102 umfasst neben einer – nicht dargestellten – Lichtquelle eine erste Gruppe 106 von optisch wirksamen Komponenten, die unter anderem ein optisches Element 106.1 umfasst. Wegen der Arbeitswellenlänge von 193 nm handelt es sich bei dem optischen Element 106.1 um ein refraktives optisches Element, also eine Linse oder dergleichen.
Das Objektiv 104 umfasst eine zweite Gruppe 107 von optisch wirksamen Komponenten, die unter anderem eine Reihe von optischen Elementen, beispielsweise das optische Element 107.1, und eine Blendeneinrichtung 107.2 umfasst. Die optisch wirksamen Komponenten der zweiten Gruppe 107 werden im Gehäuse 104.2 des Objektivs 104 gehalten. Wegen der Arbeitswellenlänge von 193 nm handelt es sich bei dem optischen Element 107.1 um ein refraktives optisches Element, also eine Linse oder dergleichen. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch beliebige andere optische Elemente, beispielsweise reflektive oder diffraktive optische Elemente zum Einsatz kommen können. Ebenso können natürlich auch beliebige Kombinationen solcher optischer Elemente zum Einsatz kommen.
Die 2A zeigt eine verallgemeinerte und stark schematisierte Ansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung 108, mit der eine erste Komponente der Abbildungseinrichtung 101, hier die Linse 107.1, hinsichtlich ihrer Position manipuliert werden kann.
Die Anordnung 108 umfasst hierzu eine Manipulationseinrichtung 109 mit einem Manipulationselement 109.1 und einer damit verbundenen Steuereinrichtung 109.2. Das Manipulationselement 109.1 ist dabei mechanisch zum einen mit der Linse 107.1 und zum anderen mit einer zweiten Komponente 110 in Form einer ersten Halteeinrichtung der Abbildungseinrichtung 101 verbunden. Die Halteeinrichtung 110 ist wiederum mit dem Gehäuse 104.2 des Objektivs 104 verbunden.
Das Manipulationselement 109.1 ist ein elektroaktives Polymerelement (EAP), welches von der Steuereinrichtung 109.2 mit einer elektrischen Spannung U beaufschlagt werden kann, wodurch sich wenigstens eine Dimension des Manipulationselements 109.1 ändert. Die Mechanismen der durch das angelegte elektrische Feld bedingten Änderung der Abmessungen eines solchen elektroaktiven Polymerelements sind beispielsweise aus den eingangs genannten Veröffentlichungen hinlänglich bekannt, so dass hierauf an dieser Stelle nicht näher eingegangen werden soll.
Das Manipulationselement 109.1 ist in 2A in seinem Ausgangszustand ohne anliegende Spannung (d. h. U = 0) dargestellt. Das Manipulationselement 109.1 ist so angeordnet, dass es sich bei Anlegen einer Spannung U in einer in Richtung der Wirkachse 109.3 verlaufenden Wirkrichtung gegenüber dem Ausgangszustand verlängert.
Das Manipulationselement 109.1 wird in seinem Ausgangszustand unter anderem durch die in Richtung der Wirkachse 109.3 wirkende Gewichtskraft G der Linse 107.1 belastet, sodass das Manipulationselement 109.1 eine elastische Dehnung in Richtung der Wirkachse 109.3 erfährt. Dementsprechend übt das Manipulationselement 109.1 in Richtung der Wirkachse 109.3 eine entgegen der Gewichtskraft G gerichtete elastische Rückstellkraft F₁ auf die Linse 107.1 aus, wie dies 2A zu entnehmen ist.
Bei dem elektroaktiven Polymerelement (EAP) 109.1 kann es sich beispielsweise um ein so genanntes elektrostriktives Polymerelement handeln, bei dem sich die Polymerstruktur durch das angelegte elektrische Feld verändert und so die Längenänderung bewirkt. Ebenso kann es sich um ein so genanntes dielektrisches Elastomerelement handeln, bei dem die Längenänderung mechanisch durch die elektrostatischen Anziehungskräfte zweier Elektroden bewirkt wird, zwischen denen das Polymer angeordnet ist. Gegebenenfalls sind auch Kombinationen dieser Elementtypen möglich.
Die Anordnung 108 umfasst weiterhin eine Einrichtung 111, die einerseits ebenfalls mit der Linse 107.1 und andererseits mit einer zweiten Halteeinrichtung 112 der Abbildungseinrichtung 101 verbunden ist. Die zweite Halteeinrichtung 112 ist wiederum der mit dem Gehäuse 104.2 des Objektivs 104 verbunden. Die Einrichtung 111 übt in Richtung der Wirkachse 109.31 weitere Kraft F₂ auf die Linse 107.1 aus.
Je nach ihrer Gestaltung kann es sich bei der Einrichtung 111 um eine Vorspanneinrichtung handeln, deren Kraft F₂ in Richtung der Gewichtskraft G wirkt und somit das Manipulationselement 109.1 zusätzlich vorspannt (die in 2A dargestellte Kraft F₂ hat dann einen positiven Betrag). Ebenso kann es sich bei der Einrichtung 111 um eine Stützeinrichtung handeln, deren Kraft F₂ entgegen der Gewichtskraft G wirkt und somit zumindest einen Teil der Gewichtskraft der Linse 107.1 kompensiert und somit das Manipulationselement 109.1 entlastet (die in 2A dargestellte Kraft F₂ hat dann einen negativen Betrag).
In jedem Fall ist die Einrichtung 111 so gestaltet, dass das Manipulationselement 109.1 im Normalbetrieb der Abbildungseinrichtung 101 in jedem Betriebszustand in Richtung der Wirkachse 109.3 mit einer Zugspannung als mechanische Vorspannung beaufschlagt ist. Es versteht sich jedoch, dass eine solche Einrichtung 111 bei anderen Varianten der Erfindung auch fehlen kann. In diesem Fall wird die mechanische Zugvorspannung des Manipulationselements dann alleine durch die Gewichtskraft G der zu manipulierenden Komponente erzielt.
Durch die Zugspannung als mechanische Vorspannung wird das Manipulationselement 109.1 des Manipulators 109 erfindungsgemäß nicht unmittelbar dazu benutzt, die Manipulationskraft zum Manipulieren der Linse 107.1 zu erzeugen, sondern es wird die jeweilige elastische Rückstellkraft F₁ des Manipulationselements 109.1 als Gegenkraft für die Stellkraft S genutzt, die sich entlang der Wirkachse 109.3 als Resultierende der Gewichtskraft G der Linse 107.1 und der Kraft F₂ der Einrichtung 111 ergibt. S = G + F2. (1)
Die resultierende Manipulationskraft F_M, welche die gewünschte Manipulation der Linse 107.1 entlang der Wirkachse 109.3 bewirkt, ergibt sich dann aus der Rückstellkraft F₁ des Manipulationselements 109.1 und der Stellkraft S zu: FM = S – F1. (2)
Mit anderen Worten wird das Manipulationselement 109.1 erfindungsgemäß nicht selbst zum Generieren der Manipulationskraft F_M genutzt, sondern dient vielmehr als Steuerelement für die Manipulationskraft F_M, indem es über seine elastische Rückstellkraft F₁ die resultierende Manipulationskraft F_M beeinflusst.
Die erfindungsgemäßen Lösung hat den Vorteil, dass die als Zugkraft wirkende elastische Rückstellkraft F₁ des Manipulationselements 109.1 trotz dessen geringer lateraler Steifigkeit eine genau definierte Wirkrichtung aufweist, sodass eine Manipulation mit hoher Präzision möglich ist.
Im statischen Zustand (Manipulationskraft F_M = 0) ergibt sich das Kräftegleichgewicht aus den an der Linse 107.1 als erster Komponente wirkenden Kräften jeweils zu: G = F1 – F2. (3)
Im Folgenden wird zunächst vereinfachend davon ausgegangen, dass ohne angelegte elektrische Spannung U eine lineare Beziehung zwischen einer an das jeweilige Manipulationselement angelegten Zugkraft und der sich daraus ergebenden Längenänderung des Manipulationselements besteht, das Manipulationselement sich mithin also wie eine Feder mit einer Federkonstanten c₁ verhält. Eine solche lineare Beziehung beschreibt das Verhalten von elektroaktiven Polymeren nur annäherungsweise, für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung reicht dies jedoch aus.
Im Ausgangszustand (U = 0) gilt dabei mit der Federkonstanten c₁ des Manipulationselements 109.1, der aus der elastischen Dehnung resultierenden statischen Längenänderung Δs₀ des Manipulationselements 109.1 und der Kraft F₂(Δs₀) der Einrichtung 111: G = c1·Δs0 – F2(Δs0). (4)
In einem weiteren Betriebszustand legt die Steuereinrichtung 109.2 an das Manipulationselement 109.1 eine Spannung U ≠ 0 an, sodass eine weitere Auslenkung Δs des Manipulationselements 109.1 erzielt wird. Hierbei verändert sich die Federkonstante des Manipulationselements 109.1 und damit die aus seiner Dehnung resultierende Rückstellkraft, was hier durch einen Korrekturwert K berücksichtigt werden soll. Für die Rückstellkraft gilt hierbei F1 = c1·(Δs0 + Δs) – K. (5)
Dabei berechnet sich der Korrekturwert K zu: K = V(s)·U, (6)wobei V(s) die für das jeweilige Manipulationselement bekannte bzw. einfach ermittelbare, von der aktuellen Länge s des Manipulationselements abhängige Empfindlichkeit des Manipulationselements 109.1 (in NN) und U die angelegte Spannung (in V) bezeichnet.
Weiterhin ergibt sich zum einen aufgrund der anliegenden Spannung U eine Längenänderung ΔI_U1 des Manipulationselements 109.1. Zum anderen ergibt sich wiederum eine aus der Belastung resultierende elastische Längenänderung ΔI_F1 des Manipulationselements 109.1, wobei für die Gesamtauslenkung s des Manipulationselements 109.1 gilt: s = ΔlU1 + ΔlF1 = Δs0 + Δs. (7)
Aus dem Kräftegleichgewicht im statischen Zustand ergibt sich dann mit der Kraft F₂(Δs₀ + Δs) der Einrichtung 111 wiederum: G = c1·(Δs0 + Δs) – K – F2(Δs0 + Δs). (8)
Setzt man die Gleichung (8) nunmehr in die Gleichung (4) ein und löst diese nach der Längenänderung Δs auf, so erhält man:
wobei ΔF₂(Δs) die aus der Längenänderung Δs resultierende Änderung der Kraft der Einrichtung 111 ist, d. h. ΔF₂(Δs) = F₂(Δs₀ + Δs) – F₂(Δs₀). Hieraus ergibt sich wiederum
Mit anderen Worten lässt sich also in Abhängigkeit von der Charakteristik der Kraft F₂ und der Empfindlichkeit V(s) für eine vorgegebene Auslenkung Δs eine erforderliche an das Manipulationselement 109.1 anzulegende Spannung U ermitteln, mit der das Kräftegleichgewicht hergestellt werden kann.
Um eine genau definierte Manipulation der Komponente 107.1 zu erzielen, kann eine mit der Steuereinrichtung 109.2 verbundene Erfassungseinrichtung 109.4 vorgesehen sein, welche die tatsächliche Manipulation der Komponente 107.1 erfasst und ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung 109.2 liefert, welches diese Information dann bei der Ansteuerung des Manipulationselements 109.1 nutzt.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Einrichtung 111 eine steuerbare Charakteristik der Kraft F₂ aufweist. Um diese Charakteristik der Kraft F₂ zu steuern, kann die Einrichtung 111 ebenfalls mit der Steuereinrichtung 109.2 verbunden sein.
Die 2B zeigt für einen Fall mit einer als Vorspanneinrichtung wirkenden mechanischen Federeinrichtung 111 (die in 2A dargestellte Kraft F₂ hat dann einen positiven Betrag) in Form der Charakteristik 113 schematisch den Zusammenhang zwischen der Spannung U, welche die Steuereinrichtung 109.2 an das Manipulationselement 109.1 anlegt, und der Auslenkung Δs des Manipulationselements 109.1 und damit der Linse 107.1.
Die 2C zeigt für diesen Fall den Zusammenhang zwischen der elastischen Rückstellkraft F₁ bzw. der Stellkraft S = G + F₂ und der Auslenkung s des Manipulationselements 109.1. Dabei ist in 2C die jeweilige Rückstellkraft F₁ für drei unterschiedliche elektrische Spannungen U dargestellt, nämlich die Rückstellkraft F₁(U = 0) für eine Spannung U = 0 (durchgezogene Linie), die Rückstellkraft F₁(U₁) für eine Spannung U₁ > 0 (strichpunktierte Linie) und die Rückstellkraft F₁(U₂) für eine Spannung U₂ > U₁ (strichzweipunktierte Linie).
Wie der 2C zu entnehmen ist, besitzt die als Vorspanneinrichtung wirkende Einrichtung 111 (ähnlich dem Manipulationselement 109.1) die Charakteristik F₂ einer einfachen elastischen Feder mit einer Federkonstante c₂, wobei die Federkraft F₂ mit zunehmender Auslenkung s sinkt, mithin also gilt: F2(Δs0 + Δs) = F2(0) – c2·(Δs0 + Δs), (11)wobei F₂(0) die Vorspannkraft der Einrichtung 111 im unbelasteten Zustand des Manipulationselements 109.1 (Auslenkung s = 0) bezeichnet, bzw.: ΔF2(Δs) = –c2·Δs, (12)
Für die Auslenkung Δs ergibt sich dann aus der Gleichung (9) und (12):
Auf der rechten Seite des Schnittpunkts P(U = 0) zwischen der Charakteristik der Stellkraft S und der Charakteristik der Rückstellkraft F₁(U = 0) bei der elektrischen Spannung U = 0 befindet sich der Betriebsbereich B der Anordnung 108. Hier liegen auf der Charakteristik der Stellkraft S die Betriebspunkte, in denen die Anordnung 108 zur Manipulation der Linse 107.1 betrieben werden kann. Wie der 2C zu entnehmen ist, lässt sich in diesem Betriebsbereich B für jeden Betriebspunkt P(U) der Stellkraft S mit einer Auslenkung s = Δs₀ + Δs eine Charakteristik der Rückstellkraft F₁(U) der Manipulationseinrichtung 109.1 bei einer elektrischen Spannung U ≠ 0 ermitteln, welche die Charakteristik der Stellkraft S in diesem Betriebspunkt schneidet, sodass Kräftegleichgewicht S = F₁(U) herrscht. In 2C ist dies am Beispiel der Betriebspunkte P(U₁) für die elektrische Spannung U₁ und P(U₂) für die elektrische Spannung U₂ dargestellt.
Es versteht sich in diesem Zusammenhang, dass die Anordnung des Manipulationselements 109.1 bei anderen Varianten der Erfindung nichtzwingend so sein muss, dass die Richtung seiner Wirkachse 109.3 mit der Richtung der auf die erste Komponente 107.1 wirkenden Gravitationskraft G und/oder der Richtung der Kraft F₂ der Einrichtung 111 zusammenfallen muss. Vielmehr können diese Richtungen jeweils auch beliebig zueinander orientiert sein. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn zwischen das Manipulationselement 109.1 und das eigentlich zu manipulierende Element ein entsprechendes Getriebe geschaltet ist. Ebenso ist es nicht zwingend, dass die Wirkachse 109.3 wie im gezeigten Beispiel parallel zur optischen Achse 104.1 des Objektivs 104 verläuft. Vielmehr kann auch eine beliebige andere Orientierung der Wirkachse 109.3 bezüglich der optischen Achse 104.1 des Objektivs 104 vorgesehen sein.
2D zeigt ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abbildungsverfahrens, welches mit der Abbildungseinrichtung 101 durchgeführt wird und bei dem eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zum aktiven Manipulieren einer Komponente der Abbildungseinrichtung 101 zur Anwendung kommt.
Zunächst wird in einem Schritt 114.1 der Verfahrensablauf des Mikrolithographieverfahrens gestartet. In einem Schritt 114.2 wird dann die Mikrolithographieeinrichtung 101 aus 1 zur Verfügung gestellt.
In einem Abbildungsschritt 114.3 erfolgt zunächst in einem Schritt 114.4 gemäß bestimmten Vorgaben eine Manipulation der Komponente 107.1. Hierzu beaufschlagt die Steuereinrichtung 109.2, wie oben beschrieben, das Manipulationselement 109.1 mit einer entsprechenden Spannung U, um so die gewünschte Manipulation der Komponente 107.1 zu erzielen.
In einem weiteren Schritt 114.5 wird dann das Substrat 105.1 positioniert und belichtet. Nachfolgend wird in einem Schritt 114.6 überprüft, ob noch ein weiterer Abbildungsschritt durchzuführen ist. Ist dies nicht der Fall, wird der Verfahrensablauf in dem Schritt 114.7 beendet. Andernfalls wird zurück zu dem Schritt 114.3 gesprungen.
Es versteht sich hierbei, dass in dem Abbildungsschritt 114.3 eine kontinuierliche Regelung der Manipulation der Komponente 107.1 parallel zur Positionierung und Belichtung des Substrats 105.1 erfolgen kann, mithin also während der Regelung der Manipulation der Komponente 107.1 und der Position des Substrats 105.1 ständig eine Belichtung erfolgt. Die Schritte 114.4 und 114.5 können somit gleichzeitig ablaufen.
Die 2E zeigt eine stärker konkretisierte schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung 108 in ihrem Ausgangszustand. Wie 2E zu entnehmen ist, umfasst die Manipulationseinrichtung 109 drei gleichmäßig außen am Umfang der Linse 107.1 verteilte, identisch aufgebaute Manipulationselemente 109.1. Über die Manipulationselemente 109.1 ist die Linse 107.1 an einem Haltering 110 aufgehängt, der wiederum mit dem (nicht dargestellten) Gehäuse 104.2 des Objektivs 104 verbunden ist.
Es versteht sich hierbei, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch vorgesehen sein kann, dass die Manipulationselemente nicht gleichmäßig am Umfang des optischen Elements angeordnet sind und/oder nicht identisch aufgebaut sind. Ebenso kann natürlich auch eine andere Anzahl von Manipulationselementen vorgesehen sein.
Die Einrichtung 111 ist in diesem Beispiel als Stützeinrichtung ausgebildet und umfasst ebenfalls drei identisch aufgebaute elastische Federanordnungen 111.1. Jeweils eine der Federanordnungen 111.1 ist einem der Manipulationselemente 109.1 zugeordnet und kinematisch parallel zu diesem angeordnet. Die Federanordnungen 111.1 sind so angeordnet und ausgebildet, dass ihre Wirkachsen 111.2 im Wesentlichen kollinear zur Wirkachse 109.3 des jeweiligen Manipulationselements 109.1 verläuft. Hierdurch wird zum einen eine besonders kompakte Anordnung erzielt, die wenig Bauraum einnimmt. Zum anderen kann man ihr mit eine Anordnung realisieren, bei der die Kräfte an der Linse 107.1 nach Art einer vorteilhaften Dreipunktlagerung an drei definierten Punkten angreifen.
Die Federanordnungen 111.1 sind so ausgelegt, dass sie in dem in 2E dargestellten Ausgangszustand (U = 0) einen Teil der Gewichtskraft G der Linse 107.1 kompensieren. Hierzu sind die Federanordnungen 111.1 gegenüber ihrem lastfreien Zustand jeweils um den Betrag Δs₀ ausgelenkt, sodass jede Federanordnung 111.1 eine Teilstützkraft in Form einer elastischen Rückstellkraft F2i(Δs0) = –c2·Δs0. (14)auf die Linse 107.1 ausübt.
Der übrige Teil der Gewichtskraft G der Linse 107.1 wird durch die aus einer elastischen Deformation der Manipulationselemente 109.1 resultierende Rückstellkraft F₁ aufgenommen, sodass die Manipulationselemente 109.1 in dem Ausgangszustand (U = 0) jeweils mit einer Zugspannung als mechanische Vorspannung beaufschlagt sind. Dabei übt jedes Manipulationselement 109.1 eine Rückstellkraft F1i(Δs0) = –c1·ΔlF1(Δs0). (15)auf die Linse 107.1 aus.
Die Steuereinrichtung 109.2 ist mit den Manipulationselementen 109.1 verbunden und kann diese jeweils mit einer vorgegebenen Spannung U beaufschlagen. Ist dies der Fall, erfährt das jeweilige die Manipulationselement 109.1 in Abhängigkeit von der jeweils angelegten Spannung U eine Längenänderung ΔI_U1, sodass es zu einer Verschiebung der Linse 107.1 kommt. Hiermit ist eine Manipulation der Position der Linse 107.1 mit drei Freiheitsgraden (Translation entlang der z-Achse, Rotation um die x- und y-Achse) möglich.
Die 2F zeigt die Anordnung 108 in einem weiteren Betriebszustand, in dem die Linse 107.1 gegenüber dem in 2E gezeigten Ausgangszustand (U = 0, s = Δs₀) um den Betrag Δs abgesenkt ist.
Die 2G zeigt für die Anordnung 108 aus 2E in Form der Charakteristik 113 schematisch den Zusammenhang zwischen der Spannung U, welche die Steuereinrichtung 109.2 an das jeweilige Manipulationselement 109.1 anlegt, und der Auslenkung Δs des Manipulationselements 109.1 und damit der Linse 107.1.
Die 2H zeigt für diesen Fall den Zusammenhang zwischen der Summe F₁ = ΣF_1i der elastischen Rückstellkräfte F_1i der Manipulationselemente 109.1 bzw. der Stellkraft S = G + F₂ = G + ΣF_2i und der Auslenkung s. Dabei ist in 2H die jeweilige Rückstellkraft F₁ für drei unterschiedliche elektrische Spannungen U dargestellt, nämlich die Rückstellkraft F₁(U = 0) für eine Spannung U = 0 (durchgezogene Linie), die Rückstellkraft F₁(U₁) für eine Spannung U₁ > 0 (strichpunktierte Linie) und die Rückstellkraft F₁(U₂) für eine Spannung U₂ > U₁ (strichzweipunktierte Linie).
Wie der 2H zu entnehmen ist, besitzt die als Stützeinrichtung wirkende Einrichtung 111 (ähnlich dem Manipulationselement 109.1) die Charakteristik ΣF_2i einer einfachen elastischen Feder mit einer Federkonstante Σc_2i, wobei der Betrag der Federkraft ΣF_2i mit zunehmender Auslenkung s steigt, sodass bei einer bestimmten Auslenkung die Gewichtskraft G der Linse 107 vollständig kompensiert wird (S = 0). Es gilt also auch hier entsprechend Gleichung (11): ΣF2i(Δs0 + Δs) = ΣF2i(0) – Σc2i·(Δs0 + Δs), (16)wobei ΣF_2i(0) die Vorspannkraft der Einrichtung 111 im unbelasteten Zustand des Manipulationselements 109.1 (Auslenkung s = 0) bezeichnet (und in der Regel ebenfalls einen negativen Wert aufweist), bzw. entsprechend Gleichung (12): ΔΣF2(Δs)= –Σc2·Δs, (17)
Für die Auslenkung Δs ergibt sich dann aus der Gleichung (9) und (17):
Auf der rechten Seite des Schnittpunkts P(U = 0) zwischen der Charakteristik der Stellkraft S und der Charakteristik der Rückstellkraft F₁(U = 0) bei der elektrischen Spannung U = 0 befindet sich wiederum der Betriebsbereich B der Anordnung 108. Hier liegen auf der Charakteristik der Stellkraft S die Betriebspunkte, in denen die Anordnung 108 zur Manipulation der Linse 107.1 betrieben werden kann. Wie der 2H zu entnehmen ist, lässt sich in diesem Betriebsbereich B für jeden Betriebspunkt P(U) der Stellkraft S mit einer Auslenkung s = Δs₀ + Δs eine Charakteristik der Rückstellkraft F₁(U) der Manipulationseinrichtung 109.1 bei einer elektrischen Spannung U ≠ 0 ermitteln, welche die Charakteristik der Stellkraft S in diesem Betriebspunkt schneidet, sodass Kräftegleichgewicht S = F₁(U) herrscht. In 2H ist dies am Beispiel der Betriebspunkte P(U₁) für die elektrische Spannung U₁ und P(U₂) für die elektrische Spannung U₂ dargestellt.
Die Steuereinrichtung 109.2 steuert die Manipulationselemente 109.1 gemäß entsprechenden Vorgaben, beispielsweise zur Korrektur von erfassten Abbildungsfehlern des Objektivs 104 an. Dabei verwendet die Steuereinrichtung 109.2 die Signale der Erfassungseinrichtung 109.4, welche die tatsächliche Manipulation der Linse 107.1 erfasst. Es versteht sich, dass bei anderen Varianten der Erfindung beispielsweise auch vorgesehen sein kann, dass die Erfassungseinrichtung 109.4 beispielsweise direkt einen Abbildungsfehler des Objektivs 104 erfasst und die Ansteuerung der Manipulationselemente direkt in Abhängigkeit von diesem erfassten Abbildungsfehler erfolgt.
Zweites Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 und 3 ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung 208 beschrieben, welche an Stelle der Anordnung 108 in dem Objektiv 104 zum Einsatz kommen kann, um die Linse 107.1 zu manipulieren. Die Anordnung 208 entspricht in ihrem grundsätzlichen Aufbau und ihrer Funktionsweise der Anordnung 108 aus den 2A bis 2H, sodass hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll.
Der Unterschied zur Anordnung 108 besteht lediglich in der Gestaltung der als Stützeinrichtung ausgebildeten Einrichtung 211. Diese Stützeinrichtung 211 umfasst bei der Anordnung 208 sechs identische, außen am Umfang der Linse 107.1 verteilte Stützelemente in Form von einfachen Federeinrichtungen 211.1. Die Wirkachsen 211.2 der Stützelemente 211.1 verlaufen im Wesentlichen parallel zu den Wirkachsen 109.3 der Manipulationselemente 109.1. Dabei sind in Umfangsrichtung der Linse 107.1 jeweils zwei Federeinrichtungen 211.1 zwischen zwei benachbarten Manipulationselementen 109.1 gleichmäßig verteilt angeordnet.
Hierüber wird eine gleichmäßigere Abstützung der Linse 107.1 erzielt, was im Hinblick auf eine durch das Eigengewicht der Linse 107.1 bedingte Verformung der Linse 107.1 von Vorteil ist. Es versteht sich, dass bei anderen Varianten der Erfindung eine beliebige andere Anzahl von Stützelementen vorgesehen sein kann. Insbesondere kann die Anzahl der Stützelemente noch weiter erhöht werden, um die Abstützung der Linse weiter zu vergleichmäßigen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass zusätzlich zu den Federeinrichtungen 211.1 weitere Federeinrichtungen vorgesehen sind, deren Wirkachsen wie bei der Anordnung 108 im Wesentlichen kollinear zu den Wirkachsen 109.3 der Manipulationselemente 109.1 verlaufen.
Die Ansteuerung der Manipulationselemente 109.1 durch die Steuereinrichtung 109.2 und das Verhalten der Anordnung 208 gleicht der Ansteuerung und dem Verhalten der Anordnung 108, sodass diesbezüglich auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit den 2F bis 2H verwiesen wird.
Es sei lediglich erwähnt, dass, wie beispielsweise aus der 2H und der Gleichung (3) ersichtlich wird, eine Abweichung zwischen der (sich im Wesentlichen gleichmäßig über die Stützelemente 211.1 verteilenden) Stützkraft F₂ durch die Stützelemente 211.1 und der (sich im Wesentlichen gleichmäßig über die Manipulationselemente 109.1 verteilenden) Rückstellkraft F₁ der Manipulationselemente 109.1 vorliegt. Am Umfang der Linse 107.1 wirken daher im Bereich der Stützelemente 211.1 und der Manipulationselemente 109.1 unterschiedliche Kräfte, welche eine ungleichmäßige Verformung der Linse 107.1 zur Folge haben. Es versteht sich, dass diese Verformung gegebenenfalls genutzt werden kann, um Abbildungsfehler des Objektivs 104 oder anderer Komponenten der Abbildungseinrichtung 101 zu korrigieren.
Je nach Anzahl der Kraftangriffspunkte ergibt sich demgemäß eine so genannte mehrwellige Verformung der Linse 107.1. So ergibt sich beispielsweise bei einer Anordnung mit n Stützelementen 211.1 und n Manipulationselementen 109.1 eine so genannte n-wellige Verformung der Linse 107.1.
Weiterhin versteht es sich, dass die Stützeinrichtung bei anderen Varianten der Erfindung auch auf beliebige geeignete andere Weise aufgebaut sein kann. So können die Stützelemente 211.1 beispielsweise nicht als Zugfedern ausgebildet sein, sondern in bekannter Weise als radial zu Linse 107.1 ausgerichtete Biegefedern gestaltet sein. Weiterhin kann beispielsweise eine vorgespannte Parallelführung der Linse 107.1 vorgesehen sein, wie sie in 3 durch die gestrichelte Kontur 215 angedeutet ist. Ebenso kann anstelle der Parallelführung 215 beispielsweise eine membranartige Abstützung der Linse 107.1 an ihrem Umfang vorgesehen sein.
Ebenso versteht es sich, dass bei anderen Varianten der Erfindung natürlich auch beliebige andere Wirkprinzipien einzeln oder in beliebiger Kombination für die Stützelemente zum Einsatz kommen können. So können beispielsweise pneumatische Federn, magnetische Federn oder dergleichen zum Einsatz kommen.
Dabei versteht es sich, dass das jeweilige Stützelement nicht notwendigerweise eine lineare Kraft-Auslenkungs-Kennlinie aufweisen muss. Vielmehr können Stützelemente mit einer beliebig gestalteten Kraft-Auslenkungs-Kennlinie zum Einsatz kommen. Insbesondere ist es möglich, wie nachfolgenden noch näher an einem Beispiel erläutert wird, diese Kennlinie an die zugeordneten Manipulationselemente anzupassen, um ein günstiges dynamisches Verhalten der zu erreichen.
Es versteht sich in diesem Zusammenhang, dass auch mit diesem Ausführungsbeispiel die im Zusammenhang mit der 2D beschriebenen Verfahren durchgeführt werden können, sodass hier lediglich auf die obigen Ausführungen Bezug genommen werden soll.
Drittes Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 und 4A bis 4C ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung 308 beschrieben, welche an Stelle der Anordnung 108 in dem Objektiv 104 zum Einsatz kommen kann, um die Linse 107.1 zu manipulieren. Die Anordnung 308 entspricht in ihrem grundsätzlichen Aufbau und ihrer Funktionsweise der Anordnung 108 aus den 2A bis 2H, sodass hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll.
Der Unterschied zur Anordnung 108 besteht lediglich in der Gestaltung der als Vorspanneinrichtung ausgebildeten Einrichtung 311. Diese Vorspanneinrichtung 311 umfasst bei der Anordnung 308 drei identische, außen am Umfang der Linse 107.1 verteilte Vorspannelemente 311.1. Jedes Vorspannelement 311.1 umfasst ein erstes magnetisches Element 311.3, welches am Umfang der Linse 107.1 befestigt ist, und ein in einem gewissen Abstand entlang der Wirkachse 311.2 gegenüberliegend angeordnetes zweites magnetisches Element 311.4, welches an der zweiten Halteeinrichtung 112 befestigt ist. Die Polarität der ersten magnetischen Elemente 311.3 und der zweiten magnetischen Elemente 311.4 ist dabei so gewählt, dass sie sich gegenseitig anziehen, sodass jedes Vorspannelement 311.1 eine Teilstellkraft F_2i auf die Linse 107.1 ausübt.
Die Wirkachsen 311.2 der Vorspannelemente 311.1 verlaufen im Wesentlichen kollinear zu den Wirkachsen 109.3 der Manipulationselemente 109.1. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung ähnlich wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel auch vorgesehen sein kann, dass die Wirkachsen 311.2 nicht mit den Wirkachsen 109.3 der Manipulationselemente 109.1 zusammenfallen. Wie oben im Zusammenhang mit dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben, kann es hierbei dann infolge der an unterschiedlichen Punkten am Umfang der Linse 107.1 angreifenden Kräften zu einer Deformation der Linse 107.1 kommen, die gegebenenfalls auch gezielt zur Korrektur von Abbildungsfehlern eingesetzt werden kann.
Es versteht sich, dass bei anderen Varianten der Erfindung eine beliebige andere Anzahl von Vorspannelementen vorgesehen sein kann. Insbesondere kann die Anzahl der Vorspannelemente erhöht werden, um die Krafteinwirkung auf die Linse zu vergleichmäßigen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass zusätzlich zu den Vorspannelementen 311.1 weitere Vorspannelemente vorgesehen sind, deren Wirkachsen ähnlich wie bei der Anordnung 208 im Wesentlichen parallel zu den Wirkachsen 109.3 der Manipulationselemente 109.1 verlaufen.
Die 4B zeigt für die Anordnung 308 aus 4A in Form der Charakteristik 313 schematisch den Zusammenhang zwischen der Spannung U, welche die Steuereinrichtung 109.2 an das jeweilige Manipulationselement 109.1 anlegt, und der Auslenkung Δs des Manipulationselements 109.1 und damit der Linse 107.1.
Die 4C zeigt für diesen Fall den Zusammenhang zwischen der Summe F₁ = ΣF_1i der elastischen Rückstellkräfte F_1i der Manipulationselemente 109.1 bzw. der Stellkraft S = G + F₂ = G + ΣF_2i und der Auslenkung s. Dabei ist in 4C die jeweilige Rückstellkraft F₁ für drei unterschiedliche elektrische Spannungen U dargestellt, nämlich die Rückstellkraft F₁(U = 0) für eine Spannung U = 0 (durchgezogene Linie), die Rückstellkraft F₁(U₁) für eine Spannung U₁ > 0 (strichpunktierte Linie) und die Rückstellkraft F₁(U₂) für eine Spannung U₂ > U₁ (strichzweipunktierte Linie).
Wie der 4C zu entnehmen ist, besitzt die Vorspanneinrichtung 311 durch die mit der Verringerung des Abstands zwischen den ersten und zweiten magnetischen Elementen 311.3, 311.4 überproportional ansteigende Anziehungskraft eine stark nichtlineare Charakteristik F₂ und damit eine stark nichtlineare Charakteristik der Stellkraft S.
Auf der rechten Seite des Schnittpunkts P(U = 0) zwischen der Charakteristik der Stellkraft S und der Charakteristik der Rückstellkraft F₁(U = 0) bei der elektrische Spannung U = 0 befindet sich wiederum der Betriebsbereich B der Anordnung 308. Hier liegen auf der Charakteristik der Stellkraft S die Betriebspunkte, in denen die Anordnung 308 zur Manipulation der Linse 107.1 betrieben werden kann. Wie der 4C zu entnehmen ist, lässt sich in diesem Betriebsbereich B für jeden Betriebspunkt P(U) der Stellkraft S mit einer Auslenkung s = Δs₀ + Δs eine Charakteristik der Rückstellkraft F₁(U) der Manipulationseinrichtung 109.1 bei einer elektrischen Spannung U ≠ 0 ermitteln, welche die Charakteristik der Stellkraft S in diesem Betriebspunkt schneidet, sodass Kräftegleichgewicht S = F₁(U) herrscht. In 4C ist dies am Beispiel der Betriebspunkte P(U₁) für die elektrische Spannung U₁ und P(U₂) für die elektrische Spannung U₂ dargestellt.
Wie der 4C zu entnehmen ist, verläuft die Charakteristik der Rückstellkraft F₁(U₂) der Manipulationseinrichtung 109.1 bei der elektrischen Spannung U₂ tangential zur Charakteristik der Stellkraft S. Würde die elektrische Spannung auf einen Wert U₃ > U₂ erhöht, würde sich kein Schnittpunkt mehr zwischen der Charakteristik der Rückstellkraft F₁(U₃) der Manipulationseinrichtung 109.1 bei der elektrischen Spannung U₂ (gestrichelte Linie) und der Stellkraft S und damit kein Kräftegleichgewicht mehr ergeben. Vielmehr würde bei einer solchen elektrischen Spannung U₃ > U₂ die Linse 107.1 so lange weiter ausgelenkt, bis die ersten und zweiten magnetischen Elemente 311.3, 311.4 aneinander anschlagen oder ein anderer mechanischer Anschlag erreicht wird.
Bei einer weiteren Auslenkung der Linse 107.1 über den Betriebspunkt P(U₂) hinaus ergeben sich bei einer Reduktion der elektrischen Spannung U wiederum Schnittpunkte zwischen der Charakteristik der Rückstellkraft F₁(U) der Manipulationseinrichtung 109.1 und der Stellkraft S (siehe auch Charakteristik 313 in 4B). Problematisch hierbei ist jedoch das Überfahren des Betriebspunkts P(U₂), welches (ohne anderweitige Hilfsmittel) nur unter Ausnutzung der Massenträgheit der bewegten Komponenten, insbesondere der Linse 107.1, möglich ist. Mit anderen Worten ergibt sich bei einer engen Annäherung an den Betriebspunkt P(U₂) eine Bistabilitätszone, in der die (nach einem Ausschwingvorgang) tatsächlich eingenommene statische Auslenkung s von der Masse, der Geschwindigkeit und der Beschleunigung der bewegten Komponenten bei der Annäherung abhängt. Soll dieser Betriebsbereich ebenfalls genutzt werden, ist in der Steuereinrichtung 109.2 eine entsprechende Steuerung unter Berücksichtigung der der Masse, der Geschwindigkeit und der Beschleunigung der bewegten Komponenten bei der Annäherung zu realisieren.
Der tatsächlich nutzbare Betriebsbereich B ist im vorliegenden Beispiel durch eine maximale Auslenkung s_max (bzw. eine maximale relative Auslenkung Δs_max gegenüber dem Ausgangszustand) begrenzt, die sich in dem Betriebspunkt P(U₂) ergibt. Um zu verhindern, dass die Anordnung 308 in diesen Betriebsbereich gelangt, kann zum einen in der Steuereinrichtung 109.2 eine Begrenzungsschaltung zur Begrenzung der elektrischen Spannung auf den Wert U₂ = U_max vorgesehen sein (siehe auch 4B). Es können aber auch einfache Anschläge oder dergleichen vorgesehen sein, wie sie in 4A durch die gestrichelte Kontur 316 angedeutet sind. Diese haben Anschläge haben den Vorteil, dass sie in jedem Fall ein massenträgheitsbedingtes Überfahren der maximalen Auslenkung s_max verhindern.
Auf der rechten Seite des Betriebspunktes P(U₂) befindet sich oberhalb einer Auslenkung sie (also rechts von dem zweiten Schnittpunkt der Charakteristik der Rückstellkraft F₁(U = 0) mit der Stellkraft S) ein irreversibler Betriebsbereich, aus dem die Anordnung 308 nicht mehr aus eigener Kraft zu einer geringeren Auslenkung zurückkehren könnte, da die Vorspannkraft der Vorspannelemente 311.1 zu groß wird. Es ist in jedem Fall zu verhindern, dass die Anordnung 308 in diesen Betriebsbereich gelangt. Dies könnte bei einer Nutzung des Betriebsbereichs zwischen s_max und s_ir beispielsweise durch ein zu schnelles Absenken der Spannung U auf den Wert Null und ein daraus resultierendes massenträgheitsbedingtes Überfahren der Auslenkung s_ir geschehen. Um ein solches Überfahren der Auslenkung s_ir zu verhindern, können wiederum eine entsprechende Steuerung der Spannung U oder einfach mechanische Anschläge oder dergleichen vorgesehen sein.
Die Steuereinrichtung 109.2 steuert die Manipulationselemente 109.1 gemäß entsprechenden Vorgaben, beispielsweise zur gezielten Einstellung der optischen Charakteristik des Objektivs 104 an. Dabei verwendet die Steuereinrichtung 109.2 die Signale der Erfassungseinrichtung 109.4, welche die tatsächliche Manipulation der Linse 107.1 erfasst. Es versteht sich, dass bei anderen Varianten der Erfindung beispielsweise auch vorgesehen sein kann, dass die Erfassungseinrichtung 109.4 beispielsweise direkt die optische Charakteristik des Objektivs 104 erfasst und die Ansteuerung der Manipulationselemente direkt in Abhängigkeit von dieser erfassten optischen Charakteristik erfolgt.
Wie der 4B zu entnehmen ist, können gegebenenfalls mit vergleichsweise geringen Spannungen U große Stellwege Δs erzielt werden. Mit anderen Worten kann die Anordnung 308 mit relativ wenig Energie betrieben werden. Dies ist unter anderem im Zusammenhang mit einer Minimierung der Verlustenergie von Vorteil, welche als störende Wärme in das Objektiv 104 eingetragen wird.
Es versteht sich, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch zusätzlich zu der Vorspanneinrichtung 311 eine Stützeinrichtung ähnlich der Stützeinrichtung 111 bzw. 211 vorgesehen sein kann, welche wie oben im Zusammenhang mit dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben eine Kompensation eines Teils der Gewichtskraft G der Linse 107.1 bewirkt, sodass die Manipulationselemente einer geringeren Zugspannung als mechanische Vorspannung unterworfen sind.
Es versteht sich in diesem Zusammenhang, dass auch mit diesem Ausführungsbeispiel die im Zusammenhang mit der 2D beschriebenen Verfahren durchgeführt werden können, sodass hier lediglich auf die obigen Ausführungen Bezug genommen werden soll.
Viertes Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 und 5A bis 5C ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung 408 beschrieben, welche an Stelle der Anordnung 108 in dem Objektiv 104 zum Einsatz kommen kann, um die Linse 107.1 zu manipulieren. Die Anordnung 408 entspricht in ihrem grundsätzlichen Aufbau und ihrer Funktionsweise der Anordnung 108 aus den 2A bis 2H, sodass hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll.
Der Unterschied zur Anordnung 108 besteht lediglich in der Gestaltung der als Vorspanneinrichtung ausgebildeten Einrichtung 411. Diese Vorspanneinrichtung 411 umfasst bei der Anordnung 408 drei identische, außen am Umfang der Linse 107.1 verteilte Vorspannelemente 411.1. Jedes Vorspannelement 411.1 umfasst ein erstes magnetisches Element 411.3, welches am Umfang der Linse 107.1 befestigt ist, und ein in einem gewissen Abstand entlang quer zur Wirkachse 411.2 beabstandet angeordnetes zweites magnetisches Element 411.4, welches an der zweiten Halteeinrichtung 112 befestigt ist. Die Polarität und Gestaltung der ersten magnetischen Elemente 411.3 und der zweiten magnetischen Elemente 411.4 ist dabei ähnlichen einem magnetischen Gravitationskompensator so gewählt, dass sich eine vorgegebene Kraft-Auslenkungs-Kennlinie F₂ ergibt.
Die Wirkachsen 411.2 der Vorspannelemente 411.1 verlaufen im Wesentlichen kollinear zu den Wirkachsen 109.3 der Manipulationselemente 109.1. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung ähnlich wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel auch vorgesehen sein kann, dass die Wirkachsen 411.2 nicht mit den Wirkachsen 109.3 der Manipulationselemente 109.1 zusammenfallen. Wie oben im Zusammenhang mit dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben, kann es hierbei dann infolge der an unterschiedlichen Punkten am Umfang der Linse 107.1 angreifenden Kräften zu einer Deformation der Linse 107.1 kommen, die gegebenenfalls auch gezielt zur Korrektur von Abbildungsfehlern eingesetzt werden kann.
Es versteht sich, dass bei anderen Varianten der Erfindung eine beliebige andere Anzahl von Vorspannelementen vorgesehen sein kann. Insbesondere kann die Anzahl der Vorspannelemente erhöht werden, um die Krafteinwirkung auf die Linse zu vergleichmäßigen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass zusätzlich zu den Vorspannelementen 411.1 weitere Vorspannelemente vorgesehen sind, deren Wirkachsen ähnlich wie bei der Anordnung 208 im Wesentlichen parallel zu den Wirkachsen 109.3 der Manipulationselemente 109.1 verlaufen.
Die 5B zeigt für die Anordnung 408 aus 5A in Form der Charakteristik 413 schematisch den Zusammenhang zwischen der Spannung U, welche die Steuereinrichtung 109.2 an das jeweilige Manipulationselement 109.1 anlegt, und der Auslenkung Δs des Manipulationselements 109.1 und damit der Linse 107.1.
Die 5C zeigt für diesen Fall den Zusammenhang zwischen der Summe F₁ = ΣF_1i der elastischen Rückstellkräfte F_1i der Manipulationselemente 109.1 bzw. der Stellkraft S = G + F₂ = G + ΣF_1i und der Auslenkung s. Dabei ist in 5C die jeweilige Rückstellkraft F₁ für drei unterschiedliche elektrische Spannungen U dargestellt, nämlich die Rückstellkraft F₁(U = 0) für eine Spannung U = 0 (durchgezogene Linie), die Rückstellkraft F₁(U₁) für eine Spannung U₁ > 0 (strichpunktierte Linie) und die Rückstellkraft F₁(U₂) für eine Spannung U₂ > U₁ (strichzweipunktierte Linie).
Wie der 5C zu entnehmen ist, besitzt die Vorspanneinrichtung 411 dank einer entsprechenden Gestaltung, Polarität und Zuordnung der ersten und zweiten magnetischen Elemente 411.3, 411.4 eine Charakteristik F₂, deren Verlauf an die Charakteristik F₁ der Manipulationselemente 109.1 angepasst bzw. angenähert ist, sodass auch die Charakteristik der Stellkraft S. an die Charakteristik F₁ der Manipulationselemente 109.1 angepasst bzw. angenähert ist.
Auf der rechten Seite des Schnittpunkts P(U = 0) zwischen der Charakteristik der Stellkraft S und der Charakteristik der Rückstellkraft F₁(U = 0) bei der elektrische Spannung U = 0 befindet sich wiederum der Betriebsbereich B der Anordnung 408. Hier liegen auf der Charakteristik der Stellkraft S die Betriebspunkte, in denen die Anordnung 408 zur Manipulation der Linse 107.1 betrieben werden kann. Wie der 5C zu entnehmen ist, lässt sich in diesem Betriebsbereich B für jeden Betriebspunkt P(U) der Stellkraft S mit einer Auslenkung s = Δs₀ + Δs eine Charakteristik der Rückstellkraft F₁(U) der Manipulationseinrichtung 109.1 bei einer elektrischen Spannung U ≠ 0 ermitteln, welche die Charakteristik der Stellkraft S in diesem Betriebspunkt schneidet, sodass Kräftegleichgewicht S = F₁(U) herrscht. In 5C ist dies am Beispiel der Betriebspunkte P(U₁) für die elektrische Spannung U₁ und P(U₂) für die elektrische Spannung U₂ dargestellt.
Wie der 5C zu entnehmen ist, verläuft die Charakteristik der Rückstellkraft F₁(U₂) der Manipulationseinrichtung 109.1 bei der elektrischen Spannung U₂ tangential zur Charakteristik der Stellkraft S. Würde die elektrische Spannung auf einen Wert U₃ > U₂ erhöht, würde sich kein Schnittpunkt mehr zwischen der Charakteristik der Rückstellkraft F₁(U₃) der Manipulationseinrichtung 109.1 bei der elektrischen Spannung U₂ (gestrichelte Linie) und der Stellkraft S und damit kein Kräftegleichgewicht mehr ergeben. Vielmehr würde bei einer solchen elektrischen Spannung U₃ > U₂ die Linse 107.1 so lange weiter ausgelenkt, bis die ersten und zweiten magnetischen Elemente 311.3, 311.4 aneinander anschlagen oder ein anderer mechanischer Anschlag erreicht wird.
Bei einer weiteren Auslenkung der Linse 107.1 über den Betriebspunkt P(U₂) hinaus ergeben sich bei einer Reduktion der elektrischen Spannung U wiederum Schnittpunkte zwischen der Charakteristik der Rückstellkraft F₁(U) der Manipulationseinrichtung 109.1 und der Stellkraft S (siehe auch Charakteristik 313 in 5B). Problematisch hierbei ist jedoch das Überfahren des Betriebspunkts P(U₂), welches (ohne anderweitige Hilfsmittel) nur unter Ausnutzung der Massenträgheit der bewegten Komponenten, insbesondere der Linse 107.1, möglich ist. Mit anderen Worten ergibt sich bei einer engen Annäherung an den Betriebspunkt P(U₂) eine Bistabilitätszone, in der die (nach einem Ausschwingvorgang) tatsächlich eingenommene statische Auslenkung s von der Masse, der Geschwindigkeit und der Beschleunigung der bewegten Komponenten bei der Annäherung abhängt. Soll dieser Betriebsbereich ebenfalls genutzt werden, ist in der Steuereinrichtung 109.2 eine entsprechende Steuerung unter Berücksichtigung der der Masse, der Geschwindigkeit und der Beschleunigung der bewegten Komponenten bei der Annäherung zu realisieren.
Der tatsächlich nutzbare Betriebsbereich B ist im vorliegenden Beispiel durch eine maximale Auslenkung s_max (bzw. eine maximale relative Auslenkung Δs_max gegenüber dem Ausgangszustand) begrenzt, die sich in dem Betriebspunkt P(U₂) ergibt. Um zu verhindern, dass die Anordnung 408 diesen Betriebsbereich verlässt, kann zum einen in der Steuereinrichtung 109.2 eine Begrenzungsschaltung zur Begrenzung der elektrischen Spannung auf den Wert U₂ = U_max vorgesehen sein (siehe auch 5B). Es können aber auch einfache Anschläge oder dergleichen vorgesehen sein, wie sie in 5A durch die gestrichelte Kontur 416 angedeutet sind. Diese Anschläge haben den Vorteil, dass sie in jedem Fall ein massenträgheitsbedingtes Überfahren der maximalen Auslenkung s_max verhindern.
Auf der rechten Seite des Betriebspunktes P(U₂) befindet sich oberhalb einer Auslenkung sie (also rechts von dem zweiten Schnittpunkt der Charakteristik der Rückstellkraft F₁(U = 0) mit der Stellkraft S) ein irreversibler Betriebsbereich, den die Anordnung 408 nicht mehr aus eigener Kraft verlassen kann, da die Vorspannkraft der Vorspannelemente 411.1 zu groß wird. Es ist in jedem Fall zu verhindern, dass die Anordnung 408 in diesen irreversiblen Betriebsbereich gelangt. Dies könnte bei einer Nutzung des Betriebsbereichs zwischen s_max und sie beispielsweise durch ein zu schnelles Absenken der Spannung U auf den Wert Null und ein daraus resultierendes massenträgheitsbedingtes Überfahren der Auslenkung s_ir geschehen. Um ein solches Überfahren der Auslenkung s_ir zu verhindern können wiederum eine entsprechende Steuerung der Spannung U oder einfach mechanische Anschläge oder dergleichen vorgesehen sein.
Die Steuereinrichtung 109.2 steuert die Manipulationselemente 109.1 gemäß entsprechenden Vorgaben, beispielsweise zur gezielten Einstellung der optischen Charakteristik des Objektivs 104 an. Dabei verwendet die Steuereinrichtung 109.2 die Signale der Erfassungseinrichtung 109.4, welche die tatsächliche Manipulation der Linse 107.1 erfasst. Es versteht sich, dass bei anderen Varianten der Erfindung beispielsweise auch vorgesehen sein kann, dass die Erfassungseinrichtung 109.4 beispielsweise direkt die optische Charakteristik des Objektivs 104 erfasst und die Ansteuerung der Manipulationselemente direkt in Abhängigkeit von dieser erfassten optischen Charakteristik erfolgt.
Wie der 5B (insbesondere im Vergleich zu der gestrichelt dargestellten Kennlinie 313 aus 4B) zu entnehmen ist, können dank der Anpassung der Kennlinie F₂ bzw. S an die Kennlinie F₁ mit sehr geringen Spannungen U große Stellwege Δs erzielt werden. Mit anderen Worten kann die Anordnung 408 mit sehr wenig Energie betrieben werden. Dies ist unter anderem im Zusammenhang mit einer Minimierung der Verlustenergie von Vorteil, welche als störende Wärme in das Objektiv 104 eingetragen wird. Es versteht sich hierbei, dass über eine geeignete Gestaltung der Vorspanneinrichtung gegebenenfalls sogar eine fast vollständige Anpassung der Kennlinie F₂ bzw. S an die Kennlinie F₁ erzielt werden kann. Hierbei ist lediglich darauf zu achten, dass in dem gewünschten Betriebsbereich die Kennlinie S bei keiner Auslenkung oberhalb der Kennlinie F₁(U = 0) liegt, da andernfalls in diesem Bereich ein irreversibler Betriebszustand eintreten würde, aus dem die Anordnung nicht mehr zu einer geringeren Auslenkung zurückkehren könnte.
Es versteht sich, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch zusätzlich zu der Vorspanneinrichtung 411 eine Stützeinrichtung ähnlich der Stützeinrichtung 111 bzw. 211 vorgesehen sein kann, welche wie oben im Zusammenhang mit dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben eine Kompensation eines Teils der Gewichtskraft G der Linse 107.1 bewirkt, sodass die Manipulationselemente einer geringeren Zugspannung als mechanische Vorspannung unterworfen sind.
Es versteht sich in diesem Zusammenhang, dass auch mit diesem Ausführungsbeispiel die im Zusammenhang mit der 2D beschriebenen Verfahren durchgeführt werden können, sodass hier lediglich auf die obigen Ausführungen Bezug genommen werden soll.
Fünftes Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 und 6 ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung 508 beschrieben, welche an Stelle der Anordnung 108 in dem Objektiv 104 zum Einsatz kommen kann, um die Linse 107.1 zu manipulieren. Die Komponenten der Anordnung 508 entsprechenden in ihrem grundsätzlichen Aufbau und ihrer Funktionsweise denjenigen der Anordnung 108 aus den 2A bis 2H, sodass hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll.
Der Unterschied zur Anordnung 108 besteht in der Anordnung der Manipulationselemente 109.1 und der Komponenten der als Stützeinrichtung ausgebildeten Einrichtung 511.
Bei der Anordnung 508 sind sechs Manipulationselemente 109.1 vorgesehen, wobei je zwei Manipulationselemente 109.1 einander nach Art eines Bipods 109.5 mit einander schneidenden Wirkachsen 109.3 zugeordnet sind. Es ergeben sich somit drei Bipoden 109.5, die gleichmäßig am Umfang der Linse 107.1 verteilt angreifen (wobei in der 6 aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eines der Bipoden 109.5 vollständig dargestellt ist, während die beiden anderen Bipoden 109.5 nur durch ihre Wirkachsen repräsentiert sind).
Wie schon bei der Ausführung aus 2E ist jedem Manipulationselement 109.1 ein Stützelement 511.1 der Stützeinrichtung 511 derart zugeordnet, dass die Wirkachse 511.2 des Stützelements 511.1 im Wesentlichen kollinear mit der Wirkachse 109.3 des Manipulationselements 109.1 verläuft. Die Stützelemente 511.1 sind wiederum als einfache Federelemente ausgebildet. Wie bei der Ausführung aus 2E kompensieren sie über ihre in Richtung der Gewichtskraft wirkenden Kraftkomponenten wiederum einen Teil der Gewichtskraft G der Linse 107.1, sodass sich die an der Linse 107.1 wirkende Stellkraft S als Resultierende aus der Stützkraft F₂ = ΣF_2i der Stützelemente 511.1 und der Gewichtskraft G ergibt (S = G + F₂ = G + ΣF_2i).
Die Manipulationselemente 109.1 sind in jedem Betriebszustand durch die Stellkraft S mit einer Zugspannung als mechanische Vorspannung beaufschlagt. Demgemäß dient auch hier die jeweilige elastische Rückstellkraft F_1i des jeweiligen Manipulationselements 109.1 als Gegenkraft zu der Stellkraft S. Durch die Wirkung der jeweiligen Rückstellkraft F_1i als Zugkraft ist eine genau definierte Kraftrichtung gewährleistet, welcher eine präzise Manipulation der Linse 107.1 ermöglicht. Es versteht sich hierbei, dass die Stützeinrichtung 511 bei anderen Varianten der Erfindung auch fehlen kann, sodass die Manipulationselemente 109.1 dann durch die volle Gewichtskraft G der Linse 107.1 vorgespannt sind.
Die Steuereinrichtung 109.2 steuert über die Beaufschlagung der Manipulationselemente 109.1 mit einer Spannung U die jeweilige Gegenkraft F_1i zur Stellkraft S und hiermit die Manipulation der Linse 107.1. Über die drei am Umfang der Linse 107.1 verteilt angreifenden Bipoden 109.5 wird hierbei eine Parallelkinematik erzielt, mit der die Linse 107.1 in allen sechs Freiheitsgraden positioniert werden kann.
Mit der Anordnung 508 können wiederum bei vergleichsweise geringem Energieverbrauch und damit geringer Wärmeentwicklung auf kostengünstigere Weise größere Stellwege als mit herkömmlichen für derartige Manipulatoren verwendeten Wirkprinzipien erzielt werden.
Es versteht sich wiederum, dass die in der 6 gezeigte Anordnung 508 gegebenenfalls auch mit den in den vorherigen und den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschriebenen Stützeinrichtungen und/oder Vorspanneinrichtungen kombiniert werden kann. Beispielsweise kann zur Vergleichmäßigung der Krafteinleitung in die Linse 107.1 eine Stützeinrichtung mit einer Vielzahl von Umfang der Linse 107.1 angreifenden Stützelementen vorgesehen sein, wie dies im Zusammenhang mit der Ausführung aus 3 beschrieben wurde.
Es versteht sich in diesem Zusammenhang, dass auch mit diesem Ausführungsbeispiel die im Zusammenhang mit der 2D beschriebenen Verfahren durchgeführt werden können, sodass hier lediglich auf die obigen Ausführungen Bezug genommen werden soll.
Sechstes Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 und 7 ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung 608 beschrieben, welche an Stelle der Anordnung 108 in dem Objektiv 104 zum Einsatz kommen kann, um die Linse 107.1 zu manipulieren. Die Anordnung 608 entspricht in ihrem grundsätzlichen Aufbau und ihrer Funktionsweise der Anordnung 108 aus den 2A bis 2H, sodass hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll.
Der Unterschied zur Anordnung 108 besteht lediglich in der Anzahl der Manipulationselemente 109.1 und der Gestaltung der als Vorspanneinrichtung ausgebildeten Einrichtung 611.
Anders als bei der Anordnung 108 greift bei der Anordnung 608 eine große Anzahl von Manipulationselementen 109.1 gleichmäßig am Umfang der Linse 107.1 an (wie in 7 durch die gepunkteten Linien angedeutet ist). In jedem Fall sind mehr als drei Manipulationselemente, vorzugsweise mehr als sechs Manipulationselemente vorgesehen.
Jedem Manipulationselement 109.1 ist auf der gegenüberliegenden Seite der Linse 107.1 ein Vorspannelement 611.1 der Vorspanneinrichtung 611 derart zugeordnet, dass die Wirkachse 109.3 des Manipulationselements 109.1 im Wesentlichen kollinear mit der Wirkachse 611.2 des Vorspannelements 611.1 angeordnet ist. Die Vorspannelemente 611.1 sind dabei mit der Linse 107.1 und der zweiten Halteeinrichtung 112 verbunden.
Jedes Vorspannelement 611.1 ist ebenfalls ein elektroaktives Polymerelement (EAP), welches mit der Steuereinrichtung 109.2 verbunden ist, und von dieser mit einer Spannung U beaufschlagt werden kann, um so seine Längenausdehnung entlang seiner Wirkachse 611.2 zu verändern.
Die Manipulationselemente 109.1 und die Vorspannelemente 611.1 sind dabei so angeordnet und ausgebildet, dass die Manipulationselemente 109.1 in ihrem Ausgangszustand ohne anliegende Spannung (U = 0) mit einer Zugspannung als mechanische Vorspannung beaufschlagt sind. Weiterhin steuert die Steuereinrichtung 109.2 die Manipulationselemente 109.1 und die Vorspannelemente 611.1 jeweils so an, dass die Manipulationselemente 109.1 im Normalbetrieb der Abbildungseinrichtung 101 in jedem Betriebszustand in der Richtung ihrer Wirkachse 109.3 mit einer Zugspannung als mechanische Vorspannung beaufschlagt sind. Durch die Nutzung der zu jedem Zeitpunkt vorhandenen elastischen Rückstellkraft der Manipulationselemente 109.1 kann eine präzise Manipulation der Linse 107.1 sichergestellt werden.
Mit dieser Anordnung 608 ist es nicht nur möglich, die Linse 107.1 hinsichtlich ihrer Position in einer ähnlichen Weise in drei Freiheitsgraden zu manipulieren, wie dies im Zusammenhang mit dem vorstehenden ersten bis vierten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. Werden die Wirkachsen 109.3 und/oder die Wirkachsen 611.2 so angeordnet, dass sie nicht parallel zur optischen Achse 104.1 angeordnet sind, sondern eine leichte Neigung ihr zu aufweisen, so wird eine Manipulation in bis zu sechs Freiheitsgraden möglich. Dabei müssen die Wirkachsen 109.3 und die Wirkachsen 611.2 auch nicht notwendigerweise parallel zueinander verlaufen.
Ein weiterer Vorteil der Anordnung 608 liegt in der Steuerbarkeit der Charakteristik der Vorspanneinrichtung 611. So kann ein nahezu beliebiger Verlauf der Charakteristik F₂ der Vorspanneinrichtung 611 erzielt werden. Neben der Nachbildung der Charakteristiken F₂ der vorstehenden Ausführungsbeispiele (mit den dort beschriebenen Vorteilen) ist es insbesondere möglich, die Charakteristik F₁ der Manipulationseinrichtung 109 beliebig präzise nachzubilden, sodass ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel aus 5A bis 5C mit sehr geringen Spannungen U hohe Stellwege erzielt werden können.
Durch geeignete koordinierte Steuerung der Charakteristik F₁ der Manipulationseinrichtung 109 und Charakteristik F₂ der Vorspanneinrichtung 611 ist es zudem möglich, die globale Position der Linse 107.1 konstant zu halten und lediglich über den Umfang der Linse 107.1 verteilt unterschiedliche Kräfte in die Linse 107.1 einzuleiten, sodass sich hierüber eine gewünschte Deformation der Linse 107.1 ergibt. Es versteht sich natürlich, dass diese Manipulation der Linse 107.1 in Form einer definierten Deformation der Linse 107.1 gegebenenfalls auch mit einer Manipulation der Linse 107.1 in Form einer Änderung der Position der Linse 107.1 bezüglich der optischen Achse 104.1 des Objektivs 104 kombiniert werden kann.
Die Steuereinrichtung 109.2 steuert die Manipulationselemente 109.1 gemäß entsprechenden Vorgaben, beispielsweise zur gezielten Einstellung der optischen Charakteristik des Objektivs 104 an. Dabei verwendet die Steuereinrichtung 109.2 die Signale der Erfassungseinrichtung 109.4, welche die tatsächliche Manipulation der Linse 107.1 erfasst. Es versteht sich, dass bei anderen Varianten der Erfindung beispielsweise auch vorgesehen sein kann, dass die Erfassungseinrichtung 109.4 beispielsweise direkt die optische Charakteristik des Objektivs 104 erfasst und die Ansteuerung der Manipulationselemente direkt in Abhängigkeit von dieser erfassten optischen Charakteristik erfolgt.
Wie 7 zu entnehmen ist, ist die Manipulationseinrichtung 109 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit einer Stützeinrichtung 111 kombiniert, deren Stützelemente 111.1 jeweils einem Manipulationselement 109.1 derart zugeordnet sind, dass ihre Wirkachsen 111.2 kollinear zu den Wirkachsen 109.3 der Manipulationselemente 109.1 verlaufen. Eine solche Konfiguration wurde bereits im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, sodass hier lediglich auf die obigen Ausführungen verwiesen wird. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung eine solche Stützeinrichtung auch fehlen kann.
Ebenso ist es natürlich möglich, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch zusätzlich zu der Vorspanneinrichtung 611 eine andere Stützeinrichtung und/oder eine weitere Vorspanneinrichtung vorgesehen sein kann, wie sie oben im Zusammenhang mit den anderen Ausführungsbeispielen beschrieben wurden. Insbesondere ist es möglich, jedem Vorspannelement 611.1 ein weiteres Vorspannelement mit kollinearer Wirkachse zuzuordnen.
Es versteht sich in diesem Zusammenhang weiterhin, dass auch mit diesem Ausführungsbeispiel die im Zusammenhang mit der 2D beschriebenen Verfahren durchgeführt werden können, sodass hier lediglich auf die obigen Ausführungen Bezug genommen werden soll.
Siebtes Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 und 8A bis 8C ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung 708 beschrieben, welche in dem Abbildungseinrichtung 101 zum Einsatz kommen kann, um eine ihrer Komponenten 101.3 zu manipulieren.
Die 8A zeigt eine verallgemeinerte und stark schematisierte Ansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung 708, mit der eine erste Komponente 101.3 der Abbildungseinrichtung 101 hinsichtlich ihrer Position und/oder Geometrie manipuliert werden kann.
Die Anordnung 708 umfasst hierzu eine Manipulationseinrichtung in Form eines Manipulators 709 mit einem Manipulationselement 709.1 und einer damit verbundenen Steuereinrichtung 709.2. Das Manipulationselement 709.1 ist dabei mechanisch zum einen mit der Komponente 101.3 und zum anderen mit einer zweiten Komponente 710 in Form einer ersten Halteeinrichtung der Abbildungseinrichtung 101 verbunden. Die Halteeinrichtung 710 ist wiederum mit dem Gehäuse 104.2 des Objektivs 104 verbunden.
Bei der ersten Komponente 101.3 handelt es sich um eine beliebige Komponente der Abbildungseinrichtung 101. Wie in der 8A dargestellt, umfasst die Komponente 101.3 im vorliegenden Beispiel ein stark schematisiert dargestelltes zu manipulierendes Element 101.4, welches über ein ebenfalls stark schematisiert dargestelltes Getriebe 101.5 (mit beliebig gestalteter Übersetzung) mit dem hinsichtlich seiner Position und/oder Geometrie zu manipulierenden Element 101.4 verbunden ist. Insbesondere kann es sich bei dem zu manipulierenden Element 101.4 um ein optisch aktives Element, beispielsweise ein optisches Element handeln. Ebenso kann es sich aber auch um eine beliebige andere mechanische Komponente der Abbildungseinrichtung 101 handeln.
Das Manipulationselement 709.1 ist ein elektroaktives Polymerelement (EAP), welches von der Steuereinrichtung 709.2 mit einer elektrischen Spannung U beaufschlagt werden kann, wodurch sich wenigstens eine Dimension des Manipulationselements 709.1 ändert. Die Mechanismen der durch das angelegte elektrische Feld bedingten Änderung der Abmessungen eines solchen elektroaktiven Polymerelements sind beispielsweise aus den eingangs genannten Veröffentlichungen hinlänglich bekannt, sodass hierauf an dieser Stelle nicht näher eingegangen werden soll.
Das Manipulationselement 709.1 ist in 8A in seinem Ausgangszustand ohne anliegende Spannung (d. h. U = 0) dargestellt. Das Manipulationselement 709.1 ist so angeordnet, dass es sich bei Anlegen einer Spannung U in einer in Richtung der Wirkachse 709.3 verlaufenden Wirkrichtung gegenüber dem Ausgangszustand verlängert.
Das Manipulationselement 709.1 kann in seinem Ausgangszustand unter anderem durch eine in Richtung der Wirkachse 709.3 wirkende Komponente der Gewichtskraft G des Elements 101.4 belastet sein, sodass das Manipulationselement 709.1 schon aufgrund dieser Belastung in Richtung seiner Wirkachse 709.3 mit einer Zugspannung als mechanische Vorspannung beaufschlagt ist.
Ebenso kann aber auch vorgesehen sein, dass die Anordnung 708 derart ausgerichtet ist, dass sich aus der Gewichtskraft G, welche auf die Teile 101.4 und 101.5 der Komponente 101.3 wirkt, keine derartige Vorspannung des Manipulationselements 709.1 ergibt. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn die Gewichtskraft G der Komponente 101.3 durch eine entsprechende Stützeinrichtung abgestützt ist und eine Manipulation in einer Ebene vorgenommen werden soll, die senkrecht zur Richtung der Gewichtskraft verläuft.
Für diesen Fall umfasst die Manipulationseinrichtung 709 eine Vorspanneinrichtung 711 mit einem Vorspannelement 711.1, welches mit dem Manipulationselement 709.1 verbunden ist. Das Vorspannelement 711.1 ist so ausgebildet, dass es auf das Manipulationselement 709.1 im Normalbetrieb der Abbildungseinrichtung 101 in seinem jeweiligen Betriebszustand eine Vorspannkraft F₂ ausübt, sodass dieses mit einer Zugspannung als mechanische Vorspannung beaufschlagt ist.
Das Manipulationselement 709.1 erfährt somit eine elastische Dehnung in Richtung der Wirkachse 709.3. Dementsprechend übt das Manipulationselement 709.1 in Richtung der Wirkachse 709.3 eine entgegen der Vorspannkraft F₂ gerichtete elastische Rückstellkraft F₁ auf die Komponente 101.3 aus, wie dies 8A zu entnehmen ist.
Bei dem elektroaktiven Polymerelement (EAP) 709.1 kann es sich beispielsweise um ein so genanntes elektrostriktives Polymerelement handeln, bei dem sich die Polymerstruktur durch das angelegte elektrische Feld verändert und so die Längenänderung bewirkt. Ebenso kann es sich um ein so genanntes dielektrisches Elastomerelement handeln, bei dem die Längenänderung mechanisch durch die elektrostatischen Anziehungskräfte zweier Elektroden bewirkt wird, zwischen denen das Polymer angeordnet ist. Gegebenenfalls sind auch Kombinationen dieser Elementtypen möglich.
Durch die Zugspannung als mechanische Vorspannung wird das Manipulationselement 709.1 des Manipulators 709 erfindungsgemäß nicht unmittelbar dazu benutzt, die Manipulationskraft zum Manipulieren der Komponente 101.3 zu erzeugen, sondern es wird die jeweilige elastische Rückstellkraft F₁ des Manipulationselements 709.1 als Gegenkraft für die sich aus der Vorspanneinrichtung 711 ergebende Stellkraft S = F₁ genutzt.
Die resultierende Manipulationskraft F_M, welche die gewünschte Manipulation der Komponente 101.3 entlang der Wirkachse 709.3 bewirkt, ergibt sich dann aus der Rückstellkraft F₁ des Manipulationselements 709.1 und der Stellkraft S zu: FM = S – F1 = F2 – F1. (19)
Mit anderen Worten wird das Manipulationselement 709.1 erfindungsgemäß nicht selbst zum Generieren der Manipulationskraft F_M genutzt, sondern dient vielmehr als Steuerelement für die Manipulationskraft F_M, indem es über seine elastische Rückstellkraft F₁ die resultierende Manipulationskraft F_M beeinflusst.
Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass die als Zugkraft wirkende elastische Rückstellkraft F₁ des Manipulationselements 709.1 trotz dessen geringer lateraler Steifigkeit eine genau definierte Wirkrichtung aufweist, sodass eine Manipulation mit hoher Präzision möglich ist.
Im statischen Zustand (Manipulationskraft F_M = 0) ergibt sich das Kräftegleichgewicht aus den an der Komponente 101.3 als erster Komponente wirkenden Kräften jeweils zu: F1 = F2. (20)Im Folgenden wird zunächst vereinfachend davon ausgegangen, dass ohne angelegte elektrische Spannung U eine lineare Beziehung zwischen einer an das jeweilige Manipulationselement angelegten Zugkraft und der sich daraus ergebenden Längenänderung des Manipulationselements besteht, das Manipulationselement sich mithin also wie eine Feder mit einer Federkonstanten c₁ verhält. Eine solche lineare Beziehung beschreibt das Verhalten von elektroaktiven Polymeren nur annäherungsweise, für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung reicht dies jedoch aus.
Im Ausgangszustand (U = 0) gilt dabei mit der Federkonstanten c₁ des Manipulationselements 709.1, der aus der elastischen Dehnung resultierenden statischen Längenänderung Δs₀ des Manipulationselements 709.1 und der Kraft F₂(Δs₀) der Vorspanneinrichtung 711: c1·Δs0 = F2(Δs0). (21)
In einem weiteren Betriebszustand legt die Steuereinrichtung 709.2 an das Manipulationselement 709.1 eine Spannung U ≠ 0 an, sodass eine weitere Auslenkung Δs des Manipulationselements 709.1 erzielt wird. Hierbei verändert sich die Federkonstante des Manipulationselements 109.1 und damit die aus seiner Dehnung resultierende Rückstellkraft, was hier durch einen Korrekturwert K berücksichtigt werden soll. Für die Rückstellkraft gilt hierbei gemäß Gleichung (5) F1 = c1·(Δs0 + Δs) – K.
Dabei berechnet sich der Korrekturwert K gemäß Gleichung (6) zu: K = V(s)·U, wobei V(s) die für das jeweilige Manipulationselement bekannte bzw. einfach ermittelbare, von der aktuellen Länge s des Manipulationselements abhängige Empfindlichkeit des Manipulationselements 109.1 (in NN) und U die angelegte Spannung (in V) bezeichnet.
Weiterhin ergibt sich zum einen aufgrund der anliegenden Spannung U eine Längenänderung ΔI_U1 des Manipulationselements 709.1. Zum anderen ergibt sich wiederum eine aus der Belastung resultierende elastische Längenänderung ΔI_F, des Manipulationselements 709.1, wobei die obigen Gleichungen (7) gilt, d. h. s = ΔlU1 + ΔIF1 = Δs0 + Δs.
Aus dem Kräftegleichgewicht im statischen Zustand ergibt sich dann mit der Kraft F₂(Δs₀ + Δs) der Vorspanneinrichtung 711 wiederum: c1·(Δs0 + Δs) – K = F2(Δs0 + Δs). (22)
Setzt man die Gleichung (6) und (22) nunmehr in die Gleichung (19) ein und löst diese nach der Längenänderung Δs auf, so erhält man wiederum entsprechend Gleichung (9):
Mit anderen Worten gilt auch hier Gleichung (10) und es lässt sich also in Abhängigkeit von der Charakteristik der Kraft F₂ und der Empfindlichkeit V(s) für eine vorgegebene Auslenkung Δs eine erforderliche an das Manipulationselement 109.1 anzulegende Spannung U ermitteln, mit der das Kräftegleichgewicht hergestellt werden kann.
Um eine genau definierte Manipulation der Komponente 707.1 zu erzielen, kann eine mit der Steuereinrichtung 709.2 verbundene Erfassungseinrichtung 709.4 vorgesehen sein, welche die tatsächliche Manipulation der Komponente 707.1 erfasst und ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung 709.2 liefert, welches diese Information dann bei der Ansteuerung des Manipulationselements 709.1 nutzt.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Einrichtung 711 eine steuerbare Charakteristik der Kraft F₂ aufweist. Um diese Charakteristik der Kraft F₂ zu steuern, kann die Einrichtung 711 ebenfalls mit der Steuereinrichtung 709.2 verbunden sein, wie dies in 8 durch die gestrichelte Kontur 709.5 angedeutet ist.
Hierbei kann vorgesehen sein, dass das Vorspannelement 711.1 ebenfalls ein elektroaktives Polymerelement (EAP) ist, welches sich bei Beaufschlagung mit einer elektrischen Spannung U in Richtung seiner Wirkachse 711.2 ausdehnt, hierbei allerdings stets mit einer Druckspannung als mechanische Vorspannung beaufschlagt ist.
Das Vorspannelement 711.1 und das Manipulationselement 709.1 können koaxial angeordnet sein. Hierbei kann beispielsweise eines der beiden Elemente 709.1 und 711.1 als einfaches hohlzylindrisches Element ausgebildet sein, welches dann in seinem Inneren das andere der beiden Elemente 709.1 und 711.1 aufnimmt. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch eine andere Anordnung des Vorspannelements und des Manipulationselements vorgesehen sein kann. Beispielsweise können lediglich parallele Wirkachsen vorgesehen sein. Weiterhin können natürlich auch mehrere Manipulationselemente und/oder mehrere Vorspannelemente miteinander kombiniert werden.
Die Verwendung von elektroaktiven Polymerelementen für die Manipulationseinrichtung 709 und die Vorspanneinrichtung 711 hat den im Zusammenhang mit dem sechsten Ausführungsbeispiel bereits beschriebenen Vorteil, dass die Charakteristik der Vorspannkraft F₂ und damit der Stellkraft S beliebig eingestellt werden kann. Somit ist es nicht nur möglich, die Manipulationsbewegung zu steuern, sondern auch die Manipulationskraft M in der gewünschten Weise einzustellen.
Ein weiterer Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass die elektroaktiven Polymerelemente (EAP) eine geringe laterale Steifigkeit aufweisen, sodass sie selbst schon eine laterale mechanische Entkopplung zur Verfügung stellen, welche die Einleitung parasitärer Kräfte und Momente in die Komponente 101.3 in vorteilhafter Weise reduziert.
Die 8B zeigt für den Fall einer einfachen mechanischen Federeinrichtung als Vorspanneinrichtung 711 in Form der Charakteristik 713 schematisch den Zusammenhang zwischen der Spannung U, welche die Steuereinrichtung 709.2 an das Manipulationselement 709.1 anlegt, und der Auslenkung Δs des Manipulationselements 709.1, welche auf die Komponente 101.3 übertragen wird.
Die 8C zeigt für diesen Fall den Zusammenhang zwischen der elastischen Rückstellkraft F₁ bzw. der Stellkraft S = F₂ und der Auslenkung s. Dabei ist in 2C die jeweilige Rückstellkraft F₁ für drei unterschiedliche elektrische Spannungen U dargestellt, nämlich die Rückstellkraft F₁(U = 0) für eine Spannung U = 0 (durchgezogene Linie), die Rückstellkraft F₁(U₁) für eine Spannung U₁ > 0 (strichpunktierte Linie) und die Rückstellkraft F₁(U₂) für eine Spannung U₂ > U₁ (strichzweipunktierte Linie).
Wie der 8C zu entnehmen ist, besitzt die Vorspanneinrichtung 711 die Charakteristik F₂ einer einfachen elastischen Druckfeder mit einer Federkonstante c₂, wobei die Federkraft F₂ also mit zunehmender Auslenkung s sinkt, mithin also gemäß Gleichung (11) gilt: F2(Δs0 + Δs) = F2(0) – c2·(Δs0 + Δs),wobei F₂(0) die Vorspannkraft der Einrichtung 111 im unbelasteten Zustand des Manipulationselements 109.1 (Auslenkung s = 0) bezeichnet, bzw. gemäß Gleichung (12) gilt: ΔF2(Δs)= –c2·Δs,
Für die Auslenkung Δs ergibt sich dann gemäß Gleichung (13):
Auf der rechten Seite des Schnittpunkts P(U = 0) zwischen der Charakteristik der Stellkraft S und der Charakteristik der Rückstellkraft F₁(U = 0) bei der elektrischen Spannung U = 0 befindet sich der Betriebsbereich B der Anordnung 708. Hier liegen auf der Charakteristik der Stellkraft S die Betriebspunkte, in denen die Anordnung 708 zur Manipulation der Komponente 101.3 betrieben werden kann. Wie der 8C zu entnehmen ist, lässt sich in diesem Betriebsbereich B für jeden Betriebspunkt P(U) der Stellkraft S mit einer Auslenkung s = Δs₀ + Δs eine Charakteristik der Rückstellkraft F₁(U) der Manipulationseinrichtung 709.1 bei einer elektrischen Spannung U ≠ 0 ermitteln, welche die Charakteristik der Stellkraft S in diesem Betriebspunkt schneidet, sodass Kräftegleichgewicht S = F₁(U) herrscht. In 8C ist dies am Beispiel der Betriebspunkte P(U₁) für die elektrische Spannung U₁ und P(U₂) für die elektrische Spannung U₂ dargestellt.
Es versteht sich in diesem Zusammenhang weiterhin, dass auch mit diesem Ausführungsbeispiel die im Zusammenhang mit der 2D beschriebenen Verfahren durchgeführt werden können, sodass hier lediglich auf die obigen Ausführungen Bezug genommen werden soll.
Achtes Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1, 9A und 9B ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung 808 beschrieben, welche in der Abbildungseinrichtung 101 zum Einsatz kommen kann, um eine ihrer Komponenten zu manipulieren.
Die Anordnung 808 umfasst hierzu eine Manipulationseinrichtung 809 mit einem Manipulationselement 809.1 und einer damit verbundenen Steuereinrichtung 809.2. Die manipulierende Komponente umfasst die Linse 106.1 der Beleuchtungseinrichtung 102 und ein damit verbundenes Koppelelement 817.
Das Koppelelement 817 weist die Form eines an einer Stelle geöffneten Ringes auf und liegt außen am Umfang der Linse 106.1 an. Zu beiden Seiten der Öffnung 817.1 des Koppelelements 817 weist das Koppelelement 817 jeweils einen Betätigungsarm 817.2 auf. An diesen Betätigungsarmen 817.2 ist wiederum das Manipulationselement 809.1 derart befestigt, dass es die Öffnung 817.1 überbrückt, wobei seine Wirkachse 809.3 in Tangentialrichtung des Koppelelements 817 bzw. der Linse 106.1 angeordnet ist.
Die Linse 106.1 kann über eine (nicht dargestellte) separate Halteeinrichtung mit dem Gehäuse der Beleuchtungseinrichtung 102 verbunden sein. Ebenso kann aber auch vorgesehen sein, dass die Linse 106.1 über eine (ebenfalls nicht dargestellte) mit dem Koppelelement 817 verbundene Halteeinrichtung mit dem Gehäuse der Beleuchtungseinrichtung 102 verbunden ist.
Das Manipulationselement 809.1 ist ein elektroaktives Polymerelement (EAP), welches von der Steuereinrichtung 809.2 mit einer elektrischen Spannung U beaufschlagt werden kann, wodurch sich wenigstens eine Dimension des Manipulationselements 809.1 ändert. Die Mechanismen der durch das angelegte elektrische Feld bedingten Änderung der Abmessungen eines solchen elektroaktiven Polymerelements sind beispielsweise aus den eingangs genannten Veröffentlichungen hinlänglich bekannt, so dass hierauf an dieser Stelle nicht näher eingegangen werden soll.
Das Manipulationselement 809.1 ist in 9A in seinem Ausgangszustand ohne anliegende Spannung (d. h. U = 0) dargestellt. Das Manipulationselement 809.1 ist so angeordnet, dass es sich bei Anlegen einer Spannung U in einer in Richtung der Wirkachse 809.3 verlaufenden Wirkrichtung gegenüber dem Ausgangszustand verlängert.
Das Koppelelement 817 und das Manipulationselement 809.1 sind so angeordnet, dass die eine gewisse Elastizität aufweisende Linse 106.1 in dem Ausgangszustand durch das Koppelelement 817 in ihrer Radialrichtung R komprimiert ist. Demgemäß ist das Manipulationselement 809.1 über das als Kraftumlenkung wirkende Koppelelement 817 in seinem Ausgangszustand durch die elastische Rückstellkraft der komprimierten Linse 106.1 in Richtung seiner Wirkachse 809.3 durch eine Kraft FR belastet, sodass das Manipulationselement 809.1 eine elastische Dehnung in Richtung seiner Wirkachse 809.3 erfährt. Dementsprechend übt das Manipulationselement 809.1 in Richtung der Wirkachse 809.3 eine entgegen der Kraft FR der komprimierten Linse 106.1 gerichtete elastische Rückstellkraft F₁ aus, die über das Koppelelement 817 auf die Linse 106.1 übertragen wird.
Bei dem elektroaktiven Polymerelement (EAP) 809.1 kann es sich beispielsweise um ein so genanntes elektrostriktives Polymerelement handeln, bei dem sich die Polymerstruktur durch das angelegte elektrische Feld verändert und so die Längenänderung bewirkt. Ebenso kann es sich um ein so genanntes dielektrisches Elastomerelement handeln, bei dem die Längenänderung mechanisch durch die elektrostatischen Anziehungskräfte zweier Elektroden bewirkt wird, zwischen denen das Polymer angeordnet ist. Gegebenenfalls sind auch Kombinationen dieser Elementtypen möglich.
Die Anordnung 808 umfasst weiterhin eine Einrichtung 811 in Form eines Elements 811.1, welches ebenfalls mit den beiden Betätigungsarmen 817.2 derart verbunden ist, dass es kinematisch parallel zum Manipulationselement 809.1 angeordnet ist. Das Element 811.1 übt in Richtung seiner (kollinear zur Wirkachse 809.3 angeordneten) Wirkachse 811.2 eine weitere Kraft F₂ aus, die über das Koppelelement 817 auf die Linse 106.1 übertragen wird.
Je nach ihrer Gestaltung kann es sich bei der Einrichtung 811 um eine Vorspanneinrichtung handeln, deren Kraft F₂ in Richtung der Kraft FR wirkt und somit das Manipulationselement 809.1 zusätzlich vorspannt (die in 9A dargestellte Kraft F₂ hat dann einen positiven Betrag). Ebenso kann es sich bei der Einrichtung 811 um eine Stützeinrichtung handeln, deren Kraft F₂ entgegen der Kraft FR wirkt und somit zumindest einen Teil der elastischen Rückstellkraft der Linse 106.1 kompensiert und somit das Manipulationselement 809.1 entlastet (die in 9A dargestellte Kraft F₂ hat dann einen negativen Betrag).
In jedem Fall ist die Einrichtung 811 so gestaltet, dass das Manipulationselement 809.1 im Normalbetrieb der Abbildungseinrichtung 801 in jedem Betriebszustand in Richtung der Wirkachse 809.3 mit einer Zugspannung als mechanische Vorspannung beaufschlagt ist. Es versteht sich jedoch, dass eine solche Einrichtung 811 bei anderen Varianten der Erfindung auch fehlen kann. In diesem Fall wird die mechanische Zugvorspannung des Manipulationselements dann alleine durch die elastische Rückstellkraft der Linse erzielt.
Durch die Zugspannung als mechanische Vorspannung wird das Manipulationselement 809.1 des Manipulators 809 erfindungsgemäß nicht unmittelbar dazu benutzt, die Manipulationskraft zum Manipulieren der Linse 106.1 zu erzeugen, sondern es wird die jeweilige elastische Rückstellkraft F₁ des Manipulationselements 809.1 als Gegenkraft für die Stellkraft S genutzt, die sich entlang der Wirkachse 809.3 als Resultierende der (aus der elastischen Rückstellkraft der Linse 106.1 resultierenden) Kraft FR und der Kraft F₂ der Einrichtung 811 ergibt. S = FR + F2. (23)
Die resultierende Manipulationskraft F_M, welche die gewünschte Manipulation entlang der Wirkachse 809.3 bewirkt, ergibt sich dann aus der Rückstellkraft F₁ des Manipulationselements 809.1 und der Stellkraft S zu: FM = S – F1. (24)
Mit anderen Worten wird das Manipulationselement 809.1 erfindungsgemäß nicht selbst zum Generieren der Manipulationskraft F_M genutzt, sondern dient vielmehr als Steuerelement für die Manipulationskraft F_M, indem es über seine elastische Rückstellkraft F₁ die resultierende Manipulationskraft F_M beeinflusst.
Wird das Manipulationselement 809.1 durch die Steuereinrichtung 809.2 mit einer elektrischen Spannung U beaufschlagt, so verlängert es sich in Richtung seiner Wirkachse 809.3. Durch die sich dann ergebende Manipulationskraft F_M bewegen sich die Betätigungsarme 817.2 solange voneinander weg, bis wieder ein Kräftegleichgewicht erzielt wurde und die Manipulationskraft F_M auf den Wert Null abgesunken ist. Hierbei dehnt sich die Linse 106.1 radial aus, wie dies in 9A durch die gestrichelte Kontur 818 angedeutet ist. Durch diese radiale Ausdehnung verändert sich die Krümmung der Linsenflächen und damit die optische Charakteristik der Linse 106.1 und damit der Beleuchtungseinrichtung 102.
Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass die als Zugkraft wirkende elastische Rückstellkraft F₁ des Manipulationselements 809.1 trotz dessen geringer Steifigkeit eine genau definierte Wirkrichtung aufweist, sodass eine Manipulation mit hoher Präzision möglich ist.
Um eine genau definierte Manipulation der Linse 106.1 zu erzielen, kann eine mit der Steuereinrichtung 809.2 verbundene Erfassungseinrichtung 809.4 vorgesehen sein, welche die tatsächliche Manipulation der Linse 106.1 erfasst und ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung 809.2 liefert, welches diese Information dann bei der Ansteuerung des Manipulationselements 809.1 nutzt.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Einrichtung 811 eine steuerbare Charakteristik der Kraft F₂ aufweist. Um diese Charakteristik der Kraft F₂ zu steuern, kann die Einrichtung 811 ebenfalls mit der Steuereinrichtung 809.2 verbunden sein. Hierbei kann vorgesehen sein, dass das Element 811.1 ebenfalls ein elektroaktives Polymerelement (EAP) ist, welches sich bei Beaufschlagung mit einer elektrischen Spannung U in Richtung seiner Wirkachse 811.2 ausdehnt.
Es versteht sich in diesem Zusammenhang, dass der Umschlingungswinkel des Koppelelements 817 (also der Umfangswinkel, über den das Koppelelement 817 an der Linse 106.1 anliegt) je nach der erforderlichen Gleichmäßigkeit der in die Linse 106.1 eingeleiteten Spannungen und damit der Verformung der Linse 106.1 gewählt sein kann. Im vorliegenden Beispiel beträgt der Umschlingungswinkel im Ausgangszustand etwa 355°. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung, bei denen geringere Anforderungen an diese Gleichmäßigkeit gestellt sind, auch kleinere Umschlingungswinkel gewählt sein können. Je nach den Verformungseigenschaften des zu deformierenden optischen Elementes kann auch ein Umschlingungswinkel von knapp über 180° ausreichen. Üblicherweise wird jedoch ein Umschlingungswinkel von mehr als 270° zu wählen sein.
Die 9B zeigt eine Variante dieses Ausführungsbeispiels, bei der ein Umschlingungswinkel von mehr als 360° vorliegt. Hierzu überlappen die beiden Enden 817.3 einander in Umfangsrichtung der Linse 106.1. Bei dieser Variante sind weiterhin zwei Manipulationselemente 809.1 vorgesehen, die zum einen außen an den Betätigungsarmen 817.2 angreifen und zum anderen an einer Halteeinrichtung 810 des Gehäuses der Beleuchtungseinrichtung 102 befestigt sind, um die oben im Zusammenhang mit der 9A beschriebene Verformung der Linse 106.1 zu erzielen.
Es versteht sich in diesem Zusammenhang weiterhin, dass auch mit diesem Ausführungsbeispiel die im Zusammenhang mit der 2D beschriebenen Verfahren durchgeführt werden können, sodass hier lediglich auf die obigen Ausführungen Bezug genommen werden soll.
Neuntes Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1, 10 und 11 ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung 908 beschrieben, welche an Stelle der Anordnung 808 in der Beleuchtungseinrichtung 102 zum Einsatz kommen kann, um die Linse 106.1 zu manipulieren. Die Komponenten der Anordnung 908 entsprechenden in ihrem grundsätzlichen Aufbau und ihrer Funktionsweise denjenigen der Anordnung 808 aus 9, sodass hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll.
Der Unterschied zur Anordnung 808 besteht in der Gestaltung und Anordnung der Manipulationseinrichtung 908, die ein Manipulationselement 909.1 und eine damit verbundenen Steuereinrichtung 909.2 umfasst.
Das Manipulationselement 909.1 weist die Form eines geschlossenen Ringes auf und liegt außen am Umfang der Linse 106.1 an. Die Linse 106.1 kann dabei den über eine (nicht dargestellte) separate Halteeinrichtung mit dem Gehäuse der Beleuchtungseinrichtung 102 verbunden sein. Ebenso kann aber auch vorgesehen sein, dass die Linse 106.1 über eine in 10 und 11 durch die gestrichelte Kontur 919.1 angedeutete, mit dem Manipulationselement 909.1 verbundene Halteeinrichtung mit dem Gehäuse der Beleuchtungseinrichtung 102 verbunden ist.
Das Manipulationselement 909.1 ist ein elektroaktives Polymerelement (EAP), welches von der Steuereinrichtung 909.2 mit einer elektrischen Spannung U beaufschlagt werden kann, wodurch sich wenigstens eine Dimension des Manipulationselements 909.1 ändert. Die Mechanismen der durch das angelegte elektrische Feld bedingten Änderung der Abmessungen eines solchen elektroaktiven Polymerelements sind beispielsweise aus den eingangs genannten Veröffentlichungen hinlänglich bekannt, so dass hierauf an dieser Stelle nicht näher eingegangen werden soll.
Das Manipulationselement 909.1 ist in 10 und 11 in einem Betriebszustand dargestellt, der von seinem Ausgangszustand ohne anliegende Spannung (d. h. U = 0) abweicht, wobei der Ausgangszustand in 10 und 11 durch die gestrichelte Kontur 920 angedeutet ist. Das Manipulationselement 909.1 ist so angeordnet, dass es sich bei Anlegen einer Spannung U in einer in Richtung der (an jeder Stelle in der Tangentialrichtung verlaufenden) Wirkachse 909.3 verlaufenden Wirkrichtung gegenüber dem Ausgangszustand verlängert.
Das Manipulationselement 909.1 ist so angeordnet, dass die eine gewisse Elastizität aufweisende Linse 106.1 in dem Ausgangszustand durch das Koppelelement 917 in ihrer Radialrichtung R komprimiert ist. Demgemäß ist das Manipulationselement 909.1 in seinem Ausgangszustand durch die elastische Rückstellkraft der komprimierten Linse 106.1 in Richtung seiner Wirkachse 909.3 durch eine Kraft FR belastet, sodass das Manipulationselement 909.1 eine elastische Dehnung in Richtung seiner Wirkachse 909.3 erfährt. Dementsprechend übt das Manipulationselement 909.1 in Richtung der Wirkachse 909.3 eine entgegen der Kraft FR der komprimierten Linse 106.1 gerichtete elastische Rückstellkraft F₁ aus, die über Scherkräfte auf die Linse 106.1 übertragen wird.
Bei dem elektroaktiven Polymerelement (EAP) 909.1 kann es sich beispielsweise um ein so genanntes elektrostriktives Polymerelement handeln, bei dem sich die Polymerstruktur durch das angelegte elektrische Feld verändert und so die Längenänderung bewirkt. Ebenso kann es sich um ein so genanntes dielektrisches Elastomerelement handeln, bei dem die Längenänderung mechanisch durch die elektrostatischen Anziehungskräfte zweier Elektroden bewirkt wird, zwischen denen das Polymer angeordnet ist. Gegebenenfalls sind auch Kombinationen dieser Elementtypen möglich.
Das Manipulationselement 909.1 ist weiterhin so gestaltet, dass es im Normalbetrieb der Abbildungseinrichtung 101 in jedem Betriebszustand in Richtung der Wirkachse 909.3 mit einer Zugspannung als mechanische Vorspannung beaufschlagt ist. Es versteht sich hierbei, dass gegebenenfalls wiederum eine Vorspanneinrichtung und/oder Stützeinrichtung vorgesehen sein kann, welche das Manipulationselement 909.1 zusätzlich vorspannt und/oder entlastet und gegebenenfalls auch eine im Zusammenhang mit den anderen Ausführungsbeispielen beschriebenen Weise veränderbare Charakteristik aufweist.
Durch die Zugspannung als mechanische Vorspannung wird das Manipulationselement 909.1 des Manipulators 909 erfindungsgemäß nicht unmittelbar dazu benutzt, die Manipulationskraft zum Manipulieren der Linse 106.1 zu erzeugen, sondern es wird die jeweilige elastische Rückstellkraft F₁ des Manipulationselements 909.1 als Gegenkraft für die Stellkraft S genutzt, die sich entlang der Wirkachse 909.3 als aus der elastischen Rückstellkraft der Linse 106.1 ergibt.
Mit anderen Worten wird auch hier das Manipulationselement 909.1 erfindungsgemäß nicht selbst zum Generieren der Manipulationskraft F_M genutzt, sondern dient vielmehr als Steuerelement für die Manipulationskraft F_M, indem es über seine elastische Rückstellkraft F₁ die resultierende Manipulationskraft F_M beeinflusst.
Wird das Manipulationselement 909.1 durch die Steuereinrichtung 909.2 mit einer elektrischen Spannung U beaufschlagt, so verlängert es sich in Richtung seiner Wirkachse 909.3, also in seiner Umfangsrichtung. Hierbei vergrößert sich sein Innendurchmesser und die Linse 106.1 dehnt sich radial auf ein Maß aus, wie dies in 10 und 11 dargestellt ist. Wie der 11 zu entnehmen ist, verändert sich durch diese radiale Ausdehnung die Krümmung der Linsenflächen und damit die optische Charakteristik der Linse 106.1 und damit der Beleuchtungseinrichtung 102.
Die erfindungsgemäßen lösung hat den Vorteil, dass die als Zugkraft wirkende elastische Rückstellkraft F₁ des Manipulationselements 909.1 trotz dessen geringer Steifigkeit eine genau definierte Wirkrichtung aufweist, sodass eine Manipulation mit hoher Präzision möglich ist.
Um eine genau definierte Manipulation der Linse 106.1 zu erzielen, kann eine mit der Steuereinrichtung 909.2 verbundene Erfassungseinrichtung 909.4 vorgesehen sein, welche die tatsächliche Manipulation der Linse 106.1 erfasst und ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung 909.2 liefert, welches diese Information dann bei der Ansteuerung des Manipulationselements 909.1 nutzt.
Es versteht sich, dass das Manipulationselement nicht notwendigerweise ein geschlossener Ring sein muss. Vielmehr kann bei anderen Varianten der Erfindung auch vorgesehen sein, dass das Manipulationselement ähnlich wie das Koppelelement 817 aus dem achten Ausführungsbeispielen zwei Enden aufweist, die dann entsprechend zu fixieren sind, wie dies in 10 durch die gestrichelte Kontur 919.2 angedeutet ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Manipulationselement die Linse 106.1 mehrfach umschlingt.
Es versteht sich in diesem Zusammenhang weiterhin, dass auch mit diesem Ausführungsbeispiel die im Zusammenhang mit der 2D beschriebenen Verfahren durchgeführt werden können, sodass hier lediglich auf die obigen Ausführungen Bezug genommen werden soll.
Zehntes Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 und 12 ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung 1008 beschrieben, welche in dem Abbildungseinrichtung 101 zum Einsatz kommen kann, um eine ihrer Komponenten zu manipulieren.
Die Anordnung 1008 ähnelt in ihrem grundsätzlichen Aufbau und ihrer grundsätzlichen Funktion dem der Anordnung 608 aus 7. Sie umfasst eine Manipulationseinrichtung 1009 mit einem Manipulationselement 1009.1 und einer damit verbundenen Steuereinrichtung 1009.2.
Die zu manipulierende Komponente ist die Blendeneinrichtung 107.2 des Objektivs 104. die Blendeneinrichtung 107.2 umfasst einen mit dem Gehäuse 104.2 des Objektivs verbundenen feststehenden ersten Ring 107.3, an dem schwenkbar die einzelnen Blendenelemente 107.4 angeordnet sind, von denen in 12 aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich eines dargestellt ist. Die Blendenelemente 107.4 sind in hinlänglich bekannter Weise gestaltet, so dass hierauf nicht näher eingegangen werden soll.
Weiterhin umfasst die Blendeneinrichtung 107.2 einen drehbar im Gehäuse 104.2 gelagerten zweiten Ring 107.5, der koaxial zu dem ersten Ring 107.3 angeordnet ist. Der zweite Ring 107.5 ist gelenkig mit dem jeweiligen Blendenelement 107.4 verbunden, sodass bei einer Drehung des zweiten Ringes 107.5 die Blendenöffnung verstellt werden kann, wie dies in 12 durch die gestrichelte Kontur 1020 und die gepunktete Kontur 1021 angedeutet ist.
Über ein Getriebe 1022 ist der zweite Ring 107.5 mit dem Manipulationselement 1009.1 verbunden, welches wiederum mit einer Halteeinrichtung 1010 des Gehäuses der 104.2 verbunden ist. Ähnlich wie bei der Anordnung 608 greift bei der Anordnung 1008 das Manipulationselement 1009.1 an dem Getriebe 1022 an, während auf der gegenüberliegenden Seite des Getriebes 1022 ein Vorspannelement 1011.1 der Vorspanneinrichtung 1011 derart zugeordnet ist, dass die Wirkachse 1009.3 des Manipulationselements 1009.1 im Wesentlichen kollinear mit der Wirkachse 1011.2 des Vorspannelements 1011.1 angeordnet ist. Das Vorspannelement 1011.1 ist dabei einerseits mit dem Getriebe 1022 und andererseits mit der Halteeinrichtung 1010 verbunden.
Das Vorspannelement 1011.1 ist ebenfalls ein elektroaktives Polymerelement (EAP), welches mit der Steuereinrichtung 1009.2 verbunden ist, und von dieser mit einer Spannung U beaufschlagt werden kann, um so seine Längenausdehnung entlang seiner Wirkachse 1011.2 zu verändern.
Das Manipulationselement 1009.1 und das Vorspannelement 1011.1 sind dabei so angeordnet und ausgebildet, dass das Manipulationselement 1009.1 in seinem Ausgangszustand ohne anliegende Spannung (U = 0) mit einer Zugspannung als mechanische Vorspannung beaufschlagt ist. Weiterhin steuert die Steuereinrichtung 1009.2 das Manipulationselement 1009.1 und das Vorspannelement 1011.1 jeweils so an, dass das Manipulationselement 1009.1 im Normalbetrieb der Abbildungseinrichtung 101 in jedem Betriebszustand in der Richtung seiner Wirkachse 1009.3 mit einer Zugspannung als mechanische Vorspannung beaufschlagt ist. Durch die Nutzung der zu jedem Zeitpunkt vorhandenen elastischen Rückstellkraft der Manipulationselemente 1009.1 kann eine präzise Manipulation der Blendeneinrichtung 107.2 sichergestellt werden.
Die Steuereinrichtung 1009.2 steuert das Manipulationselement 1009.1 und das Vorspannelement 1011.1 gemäß entsprechenden Vorgaben, beispielsweise zur gezielten Einstellung der optischen Charakteristik des Objektivs 104 an. Dabei verwendet die Steuereinrichtung 1009.2 die Signale der Erfassungseinrichtung 1009.4, welche die tatsächliche Manipulation der Blendeneinrichtung 107.1 erfasst. Es versteht sich, dass bei anderen Varianten der Erfindung beispielsweise auch vorgesehen sein kann, dass die Erfassungseinrichtung 1009.4 beispielsweise direkt die optische Charakteristik des Objektivs 104 erfasst und die Ansteuerung direkt in Abhängigkeit von dieser erfassten optischen Charakteristik erfolgt.
Sowie schon bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen ist es natürlich möglich, dass bei anderen Varianten der Erfindung zusätzlich zu der Vorspanneinrichtung 1011 eine Stützeinrichtung und/oder eine weitere Vorspanneinrichtung vorgesehen sein kann, wie sie oben im Zusammenhang mit den anderen Ausführungsbeispielen beschrieben wurden. Insbesondere ist es möglich, jedem Vorspannelement 1011.1 ein weiteres Vorspannelement mit kollinearer Wirkachse zuzuordnen.
Es versteht sich in diesem Zusammenhang weiterhin, dass auch mit diesem Ausführungsbeispiel die im Zusammenhang mit der 2D beschriebenen Verfahren durchgeführt werden können, sodass hier lediglich auf die obigen Ausführungen Bezug genommen werden soll.
Elftes Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1, 13 und 14 ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung 1108 beschrieben, welche in der Abbildungseinrichtung 101 zum Einsatz kommen kann, um eine ihrer Komponenten zu manipulieren.
Die Anordnung 1108 umfasst eine Manipulationseinrichtung 1109 mit einem Manipulationselement 1109.1 und einer damit verbundenen Steuereinrichtung 1109.2.
Die zu manipulierende Komponente ist keine physische Komponente sondern eine funktionale Komponente der Abbildungseinrichtung 101, nämlich die Blendenöffnung 107.6 der Blendeneinrichtung 107.2 des Objektivs 104, die weiterhin einen mit dem Gehäuse 104.2 des Objektivs verbundenen feststehenden ersten Ring 107.3 umfasst, an dem das Manipulationselement 1109.1 befestigt ist.
Das Manipulationselement 1109.1 ist ringförmig ausgebildet, wobei sein innerer Umfang die Blendenöffnung 107.6 ausbildet, sodass die Blendenöffnung 107.6 als zu manipulierende Komponente im Sinne der vorliegenden Erfindung mit dem Manipulationselement 1109.1 verbunden ist. Das Manipulationselement 1109.1 ist mithin also unmittelbarer Bestandteil der Blendeneinrichtung 107.2.
Das Manipulationselement 1109.1 ist ein elektroaktives Polymerelement (EAP), welches von der Steuereinrichtung 1109.2 mit einer elektrischen Spannung U beaufschlagt werden kann, wodurch sich wenigstens eine Dimension des Manipulationselements 1109.1 ändert. Die Mechanismen der durch das angelegte elektrische Feld bedingten Änderung der Abmessungen eines solchen elektroaktiven Polymerelements sind beispielsweise aus den eingangs genannten Veröffentlichungen hinlänglich bekannt, so dass hierauf an dieser Stelle nicht näher eingegangen werden soll.
Das Manipulationselement 1109.1 ist in 13 und 14 in seinem Ausgangszustand ohne anliegende Spannung (d. h. U = 0) dargestellt. Das Manipulationselement 1109.1 ist so angeordnet, dass es sich bei Anlegen einer Spannung U in einer in Richtung seiner Wirkachse 1109.3 verlaufenden Wirkrichtung gegenüber dem Ausgangszustand verlängert, wobei diese Wirkachse 1109.3 an jeder Stelle in Radialrichtung des Manipulationselements 1109.1 verläuft. Hierdurch verkleinert sich die Blendenöffnung, wie in 13 und 14 durch die gestrichelte Kontur 1123 angedeutet ist.
In das Manipulationselement 1109.1 ist ein ringförmiges Vorspannelement 1111.1 einer Vorspanneinrichtung 1111 derart eingebettet, dass die Wirkachse 1109.3 des Manipulationselements 1109.1 im Wesentlichen kollinear mit der ebenfalls an jeder Stelle radiale verlaufenden Wirkachse 1111.2 des Vorspannelements 1111.1 angeordnet ist.
Das Vorspannelement 1111.1 ist ein in Radialrichtung federndes Element, welches im Normalbetrieb der Abbildungseinrichtung 101 in jedem Betriebszustand einer radiale nach innen gerichtete Vorspannkraft auf das Manipulationselement 1109.1 ausübt. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung eine solche Vorspanneinrichtung auch fehlen kann.
Das Manipulationselement 1109.1 ist so an dem Haltering 107.3 befestigt und ausgebildet, dass das Manipulationselement 1109.1 in seinem Ausgangszustand ohne anliegende Spannung (U = 0) mit einer in Radialrichtung wirkenden Zugspannung als mechanische Vorspannung beaufschlagt ist. Weiterhin steuert die Steuereinrichtung 1109.2 das Manipulationselement 1109.1 so an, dass das Manipulationselement 1109.1 im Normalbetrieb der Abbildungseinrichtung 111 in jedem Betriebszustand in der Richtung seiner Wirkachse 1109.3 mit einer Zugspannung als mechanische Vorspannung beaufschlagt ist. Durch die Nutzung der zu jedem Zeitpunkt vorhandenen elastischen Rückstellkraft des Manipulationselements 1109.1 kann eine präzise Manipulation der Blendenöffnung 107.6 sichergestellt werden.
Die Steuereinrichtung 1109.2 steuert das Manipulationselement 1109.1 und das Vorspannelement 1111.1 gemäß entsprechenden Vorgaben, beispielsweise zur gezielten Einstellung der optischen Charakteristik des Objektivs 104 an. Dabei verwendet die Steuereinrichtung 1109.2 die Signale der Erfassungseinrichtung 1109.4, welche die tatsächliche Manipulation der Blendeneinrichtung 107.1 erfasst. Es versteht sich, dass bei anderen Varianten der Erfindung beispielsweise auch vorgesehen sein kann, dass die Erfassungseinrichtung 1109.4 beispielsweise direkt die optische Charakteristik des Objektivs 104 erfasst und die Ansteuerung direkt in Abhängigkeit von dieser erfassten optischen Charakteristik erfolgt.
Die Oberfläche des Manipulationselements kann gegebenenfalls mit einer entsprechenden Abdeckung versehen sein, um das elektroaktive Polymer vor einer Beeinträchtigung durch das verwendete Licht zu schützen. Für diese Abdeckung kommt beispielsweise eine entsprechend elastische Beschichtung in Frage. Die Abdeckung kann gleichzeitig auch die Elektroden für die Beaufschlagung mit der elektrischen Spannung U bilden.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass das Manipulationselement 1109.1 selbst die einzige bewegte Komponente der Anordnung 1108 ist, sodass sich mit sehr wenigen Komponenten eine besonders einfache und verlustarme Konfiguration ohne weitere aufwändige mechanische Antriebe ergibt. Dank der eingangs geschilderten hohen Dehnungen (bis zu 300%), die mit elektroaktiven Polymeren erzielt werden können, kann auch ein ausreichend großer Verstellbereich der Blendenöffnung 107.6 erzielt werden.
Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass die Verwendung des ein elektroaktives Polymer umfassenden Manipulationselements zur Ausbildung und Manipulation einer funktionalen Komponente der Abbildungseinrichtung, wie hier einer Blendenöffnung der Abbildungseinrichtung, einen eigenständig schutzfähigen Erfindungsgedanken darstellt, der auch ohne das Vorsehen einer elastischen Rückstellkraft bzw. einer Zugspannung als mechanischen Vorspannung in dem Manipulationselement zum Einsatz kommen kann.
Es versteht sich in diesem Zusammenhang weiterhin, dass auch mit diesem Ausführungsbeispiel die im Zusammenhang mit der 2D beschriebenen Verfahren durchgeführt werden können, sodass hier lediglich auf die obigen Ausführungen Bezug genommen werden soll.
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend anhand von Beispielen beschrieben, bei denen ausschließlich refraktive optische Elemente verwendet wurden. Es sei an dieser Stelle jedoch nochmals angemerkt, dass die Erfindung natürlich auch, insbesondere für den Fall der Abbildung bei anderen Wellenlängen, im Zusammenhang mit optischen Elementgruppen Anwendung finden kann, die alleine oder in beliebiger Kombination refraktive, reflektive oder diffraktive optische Elemente umfassen.
Weiterhin wurde die vorliegende Erfindung vorstehend anhand von Beispielen beschrieben, bei denen ausschließlich optisch wirksame Elemente eines Objektivs oder einer Beleuchtungseinrichtung manipuliert wurden. Es sei an dieser Stelle jedoch nochmals angemerkt, dass die Erfindung natürlich auch zur Manipulation anderer Komponenten der Abbildungseinrichtung, insbesondere von Komponenten der Maskeneinrichtung und/oder der Substrateinrichtung, Anwendung finden kann.
Weiterhin wurde die vorliegende Erfindung vorstehend ausschließlich anhand von Beispielen beschrieben, bei denen jeweils eine Mehrzahl identischer Manipulations- bzw. Stütz- bzw. Vorspannelemente vorgesehen sind. Es versteht sich jedoch, dass je nach Art der zu erzielenden Manipulation gegebenenfalls auch Anordnung unterschiedlich gestaltete Manipulations- bzw. Stütz- bzw. Vorspannelemente vorgesehen sein können, um alleine hierüber eine bestimmte gewünschte Manipulation zu erzielen.
Schließlich ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung vorstehend anhand von Beispielen aus dem Bereich der Mikrolithographie beschrieben wurde. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung ebenso auch für beliebige andere Anwendungen bzw. Abbildungsverfahren, insbesondere bei beliebigen Wellenlängen (beispielsweise bei 248 nm oder im EUV-Bereich bei Wellenlängen im Bereich von 13 nm) des zur Abbildung verwendeten Lichts, eingesetzt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Moeller et al. [0003]
- "Overview and Recent Advances in Polymer Actuators" (P. Sommer-Larsen, R. Kornbluh, ACTUATOR 2006, 10th International Conference an New Actuators, 14. bis 16. Juni 2006, Bremen, DE) [0007]
- Yamashita et al. [0008]
- "Systematic Selection and Design of a Ring Actuator for the Deformation of an Elastic Lens" (M. Bergemann, T. Martin, G. Bretthauer, ACTUATOR 2006, 10th International Conference an New Actuators, 14. bis 16. Juni 2006, Bremen, [0008]
- Hyde et al. [0008]
- Wang et al [0008]

Claims

Anordnung, insbesondere für die Mikrolithographie, mit – einer Komponente einer optischen Einrichtung und – einer Manipulationseinrichtung zum aktiven Manipulieren der Komponente entlang einer Wirkrichtung, wobei – die Manipulationseinrichtung wenigstens ein mit der Komponente verbundenes elektroaktives Polymerelement als Manipulationselement umfasst und – das Manipulationselement mit einer Steuereinrichtung verbindbar ist, über welche das Manipulationselement zur gesteuerten Manipulation der Komponente mit einer eine Ausdehnung des Manipulationselements entlang der Wirkrichtung bewirkenden elektrischen Spannung beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Manipulationselement dazu ausgebildet ist, in wenigstens einem Betriebszustand durch eine elastische Rückstellkraft eine Gegenkraft gegen eine Stellkraft zu erzeugen, wobei – sich die Manipulationskraft, welche die Manipulation der Komponente entlang der Wirkrichtung bewirkt, als Resultierende der Stellkraft und der elastischen Rückstellkraft ergibt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente und das Manipulationselement derart angeordnet und miteinander verbunden sind, dass die Gewichtskraft der Komponente zumindest einen Teil der Stellkraft erzeugt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – eine mit der Komponente verbundene Stützeinrichtung vorgesehen ist, wobei – die Stützeinrichtung eine Stützkraft auf die Komponente ausübt, welche zumindest einen Teil der Gewichtskraft der Komponente kompensiert, und – die aus der Stützkraft und der Gewichtskraft der Komponente resultierende Kraft zumindest einen Teil der Stellkraft erzeugt.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass – die Stützeinrichtung wenigstens ein mit der Komponente verbundenes Stützelement aufweist, das zumindest eine Teilstützkraft auf die Komponente ausübt, wobei – das Stützelement so angeordnet ist, dass die Teilstützkraft in einer Richtung wirkt, die im Wesentlichen parallel zur Wirkrichtung verläuft.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilstützkraft in einer Richtung wirkt, die im Wesentlichen kollinear zur Wirkrichtung verläuft.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement kinematisch parallel zu dem Manipulationselement angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement mit einer zweiten Komponente der optischen Einrichtung verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass – das Stützelement ein elastisches Element umfasst und – die Teilstützkraft des Stützelements eine durch elastische Verformung des elastischen Elements bedingte Rückstellkraft ist.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass – das Stützelement wenigstens ein mit der Komponente verbundenes erstes magnetisches Element und ein zweites magnetisches Element umfasst und – das erste magnetische Element und das zweite magnetische Element einander derart zugeordnet sind, dass die Teilstützkraft des Stützelements durch magnetische Anziehung oder Abstoßung zwischen dem ersten magnetischen Element und dem zweiten magnetischen Element bedingt ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Manipulationseinrichtung eine mit dem Manipulationselement verbundene Vorspanneinrichtung umfasst, wobei – die Vorspanneinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie zumindest einen Teil der Stellkraft erzeugt.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass – die Vorspanneinrichtung wenigstens ein mit der Komponente verbundenes Vorspannelement aufweist, das zumindest eine Teilstellkraft auf die Komponente ausübt, wobei – das Vorspannelement so angeordnet ist, dass die Teilstellkraft in einer Richtung wirkt, die im Wesentlichen parallel zur Wirkrichtung verläuft.
Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilstellkraft in einer Richtung wirkt, die im Wesentlichen kollinear zur Wirkrichtung verläuft.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass – das Vorspannelement ein elastisches Element umfasst und – die Teilstellkraft des Vorspannelements eine durch elastische Verformung des elastischen Elements bedingte Rückstellkraft ist.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass – das Vorspannelement wenigstens ein mit der Komponente verbundenes erstes magnetisches Element und wenigstens ein zweites magnetisches Element umfasst und – das erste magnetische Element und das zweite magnetische Element einander derart zugeordnet sind, dass die Teilstellkraft des Vorspannelements durch magnetische Anziehung oder Abstoßung zwischen dem wenigstens einen ersten magnetischen Element und dem wenigstens einen zweiten magnetischen Element bedingt ist.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement so ausgebildet ist, dass die Teilstellkraft mit zunehmender Dehnung des Manipulationselements parallel zur Wirkrichtung ansteigt.
Anordnung nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass – die Teilstellkraft des Vorspannelements durch magnetische Anziehung zwischen dem ersten magnetischen Element und dem zweiten magnetischen Element bedingt ist und – das erste magnetische Element und das zweite magnetische Element derart angeordnet sind, dass sich der Abstand zwischen dem ersten magnetischen Element und dem zweiten magnetischen Element mit zunehmender Dehnung des Manipulationselements verringert.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass – das Manipulationselement eine erste Kraft-Auslenkungs-Kennlinie aufweist und – das Vorspannelement eine zweite Kraft-Auslenkungs-Kennlinie aufweist, wobei – das Vorspannelement so ausgebildet ist, dass der Verlauf der zweiten Kraft-Auslenkungs-Kennlinie zumindest an den Verlauf der ersten Kraft-Auslenkungs-Kennlinie angenähert ist, – insbesondere die zweite Kraft-Auslenkungs-Kennlinie im Wesentlichen den Verlauf der ersten Kraft-Auslenkungs-Kennlinie nachbildet.
Anordnung nach Anspruch 14 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine erste magnetische Element und das wenigstens eine zweite magnetische Element einander derart zugeordnet sind, dass der Verlauf der zweiten Kraft-Auslenkungs-Kennlinie zumindest an den Verlauf der ersten Kraft-Auslenkungs-Kennlinie angenähert ist.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass – die Vorspanneinrichtung ein weiteres elektroaktives Element als Vorspannelement umfasst und – das Vorspannelement mit der Steuereinrichtung verbindbar ist, über welche das Vorspannelement zur gesteuerten Erzeugung zumindest eines Teils der Stellkraft mit einer elektrischen Spannung beaufschlagbar ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Manipulationseinrichtung zum Manipulieren der Position der Komponente in wenigstens einem Freiheitsgrad ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Manipulationseinrichtung zum Manipulieren der Geometrie der Komponente ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente eine optisch wirksame Komponente ist.
Anordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch wirksame Komponente ein optisches Element umfasst, insbesondere ein refraktives, reflektives oder diffraktives Element umfasst.
Anordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch wirksame Komponente eine Blendeneinrichtung ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Komponente eine erste Komponente der optischen Einrichtung ist und, – die optische Einrichtung eine zweite Komponente umfasst, mit der das Manipulationselement verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Komponente eine Halteeinrichtung zum Halten der ersten Komponente ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Manipulationseinrichtung wenigstens eine Koppeleinrichtung umfasst, über die das Manipulationselement mit der Komponente gekoppelt ist, wobei – die Koppeleinrichtung wenigstens einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweist, die zueinander beweglich sind, – das Manipulationselement mit dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt verbunden ist und – das Manipulationselement zur Manipulation der Komponente über eine Veränderung der Relativposition zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass – die Komponente ein optisches Element mit einem Außenumfang ist und – die Koppeleinrichtung ein Klemmelement umfasst, wobei – das Klemmelement einen Klemmabschnitt aufweist, der sich über mehr als die Hälfte des Außenumfangs des optischen Elements erstreckt und an dem Außenumfang des optischen Elements anliegt und – an einem Ende des Klemmabschnitts der erste Abschnitt der Koppeleinrichtung anschließt, während an dem anderen Ende des Klemmabschnitts der zweite Abschnitt der Koppeleinrichtung anschließt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Komponente ein optisches Element mit einem Außenumfang ist und – das Manipulationselement mehr als die Hälfte des Außenumfangs derart umschlingt, dass die Wirkrichtung in der Umfangsrichtung verläuft.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Betriebszustand ein Ausgangszustand ist, in dem das Manipulationselement nicht mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt ist.
Anordnung, insbesondere für die Mikrolithographie, mit – einer Komponente einer optischen Einrichtung und – einer Manipulationseinrichtung zum aktiven Manipulieren der Komponente entlang einer Wirkrichtung, wobei – die Manipulationseinrichtung wenigstens ein mit der Komponente verbundenes elektroaktives Polymerelement als Manipulationselement umfasst und – das Manipulationselement mit einer Steuereinrichtung verbindbar ist, über welche das Manipulationselement zur gesteuerten Manipulation der Komponente mit einer eine Ausdehnung des Manipulationselements entlang der Wirkrichtung bewirkenden elektrischen Spannung beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Manipulationselement in wenigstens einem Betriebszustand in einer Richtung, die parallel zu der Wirkrichtung verläuft, mit einer Zugspannung als mechanische Vorspannung beaufschlagt ist.
Anordnung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Betriebszustand ein Ausgangszustand ist, in dem das Manipulationselement nicht mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt ist.
Anordnung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente und das Manipulationselement derart angeordnet und miteinander verbunden sind, dass die Gewichtskraft der Komponente zumindest einen Teil der mechanischen Vorspannung erzeugt.
Anordnung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass – eine mit der Komponente verbundene Stützeinrichtung vorgesehen ist, wobei – die Stützeinrichtung eine Stützkraft auf die Komponente ausübt, welche zumindest einen Teil der Gewichtskraft der Komponente kompensiert, und – die aus der Stützkraft und der Gewichtskraft der Komponente resultierende Kraft zumindest einen Teil der mechanischen Vorspannung erzeugt.
Anordnung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass – die Stützeinrichtung wenigstens ein mit der Komponente verbundenes Stützelement aufweist, das zumindest eine Teilstützkraft auf die Komponente ausübt, wobei – das Stützelement so angeordnet ist, dass die Teilstützkraft in einer Richtung wirkt, die im Wesentlichen parallel zur Wirkrichtung verläuft.
Anordnung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilstützkraft in einer Richtung wirkt, die im Wesentlichen kollinear zur Wirkrichtung verläuft.
Anordnung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement kinematisch parallel zu dem Manipulationselement angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement mit einer zweiten Komponente der optischen Einrichtung verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass – das Stützelement ein elastisches Element umfasst und – die Teilstützkraft des Stützelements eine durch elastische Verformung des elastischen Elements bedingte Rückstellkraft ist.
Anordnung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass – das Stützelement wenigstens ein mit der Komponente verbundenes erstes magnetisches Element und ein zweites magnetisches Element umfasst und – das erste magnetische Element und das zweite magnetische Element einander derart zugeordnet sind, dass die Teilstützkraft des Stützelements durch magnetische Anziehung oder Abstoßung zwischen dem ersten magnetischen Element und dem zweiten magnetischen Element bedingt ist.
Anordnung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass – die Manipulationseinrichtung eine mit dem Manipulationselement verbundene Vorspanneinrichtung umfasst, wobei – die Vorspanneinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie zumindest einen Teil der mechanischen Vorspannung erzeugt.
Anordnung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass – die Vorspanneinrichtung wenigstens ein mit der Komponente verbundenes Vorspannelement aufweist, das zumindest eine Teilvorspannkraft auf die Komponente ausübt, wobei – das Vorspannelement so angeordnet ist, dass die Teilvorspannkraft in einer Richtung wirkt, die im Wesentlichen parallel zur Wirkrichtung verläuft.
Anordnung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilvorspannkraft in einer Richtung wirkt, die im Wesentlichen kollinear zur Wirkrichtung verläuft.
Anordnung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass – das Vorspannelement ein elastisches Element umfasst und – die Teilvorspannkraft des Vorspannelements eine durch elastische Verformung des elastischen Elements bedingte Rückstellkraft ist.
Anordnung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass – das Vorspannelement wenigstens ein mit der Komponente verbundenes erstes magnetisches Element und wenigstens ein zweites magnetisches Element umfasst und – das erste magnetische Element und das zweite magnetische Element einander derart zugeordnet sind, dass die Teilvorspannkraft des Vorspannelements durch magnetische Anziehung oder Abstoßung zwischen dem wenigstens einen ersten magnetischen Element und dem wenigstens einen zweiten magnetischen Element bedingt ist.
Anordnung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement so ausgebildet ist, dass die Teilvorspannkraft mit zunehmender Dehnung des Manipulationselements parallel zur Wirkrichtung ansteigt.
Anordnung nach Anspruch 45 und 46, dadurch gekennzeichnet, dass – die Teilvorspannkraft des Vorspannelements durch magnetische Anziehung zwischen dem ersten magnetischen Element und dem zweiten magnetischen Element bedingt ist und – das erste magnetische Element und das zweite magnetische Element derart angeordnet sind, dass sich der Abstand zwischen dem ersten magnetischen Element und dem zweiten magnetischen Element mit zunehmender Dehnung des Manipulationselements verringert.
Anordnung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass – das Manipulationselement eine erste Kraft-Auslenkungs-Kennlinie aufweist und – das Vorspannelement eine zweite Kraft-Auslenkungs-Kennlinie aufweist, wobei – das Vorspannelement so ausgebildet ist, dass der Verlauf der zweiten Kraft-Auslenkungs-Kennlinie zumindest an den Verlauf der ersten Kraft-Auslenkungs-Kennlinie angenähert ist, – insbesondere die zweite Kraft-Auslenkungs-Kennlinie im Wesentlichen den Verlauf der ersten Kraft-Auslenkungs-Kennlinie nachbildet.
Anordnung nach Anspruch 45 und 48, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine erste magnetische Element und das wenigstens eine zweite magnetische Element einander derart zugeordnet sind, dass der Verlauf der zweiten Kraft-Auslenkungs-Kennlinie zumindest an den Verlauf der ersten Kraft-Auslenkungs-Kennlinie angenähert ist.
Anordnung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass – die Vorspanneinrichtung ein weiteres elektroaktives Element als Vorspannelement umfasst und – das Vorspannelement mit der Steuereinrichtung verbindbar ist, über welche das Vorspannelement zur gesteuerten Erzeugung der Vorspannung mit einer elektrischen Spannung beaufschlagbar ist.
Anordnung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Manipulationseinrichtung zum Manipulieren der Position der Komponente in wenigstens einem Freiheitsgrad ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Manipulationseinrichtung zum Manipulieren der Geometrie der Komponente ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente eine optisch wirksame Komponente ist.
Anordnung nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch wirksame Komponente ein optisches Element ist, insbesondere ein refraktives, reflektives oder diffraktives Element ist.
Anordnung nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch wirksame Komponente eine Blendeneinrichtung ist.
Anordnung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass – die Komponente eine erste Komponente der optischen Einrichtung ist und, – die optische Einrichtung eine zweite Komponente umfasst, mit der das Manipulationselement verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 56, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Komponente eine Halteeinrichtung zum Halten der ersten Komponente ist.
Anordnung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass – die Manipulationseinrichtung wenigstens eine Koppeleinrichtung umfasst, über die das Manipulationselement mit der Komponente gekoppelt ist, wobei – die Koppeleinrichtung wenigstens einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweist, die zueinander beweglich sind, – das Manipulationselement mit dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt verbunden ist und – das Manipulationselement zur Manipulation der Komponente über eine Veränderung der Relativposition zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet, dass – die Komponente ein optisches Element mit einem veränderbaren Außenumfang ist und – die Koppeleinrichtung ein Klemmelement umfasst, wobei – das Klemmelement einen Klemmabschnitt aufweist, der sich über mehr als die Hälfte des Außenumfangs des optischen Elements erstreckt und an dem Außenumfang des optischen Elements anliegt und – an einem Ende des Klemmabschnitts der erste Abschnitt der Koppeleinrichtung anschließt, während an dem anderen Ende des Klemmabschnitts der zweite Abschnitt der Koppeleinrichtung anschließt.
Anordnung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass – die Komponente ein optisches Element mit einem veränderbaren Außenumfang ist und – das Manipulationselement mehr als die Hälfte des Außenumfangs derart umschlingt, dass die Wirkrichtung in der Umfangsrichtung verläuft.
Manipulator, insbesondere für die Anwendung in der Mikrolithographie, mit – einem elektroaktiven Polymerelement, wobei – das elektroaktive Polymerelement ein aktives Manipulationselement bildet und – das Manipulationselement mit einer Steuereinrichtung verbindbar ist, über welche das Manipulationselement zur gesteuerten Manipulation mit einer eine Ausdehnung des Manipulationselements entlang der Wirkrichtung bewirkenden elektrischen Spannung beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Vorspanneinrichtung zur Erzeugung einer entlang der Wirkrichtung wirkenden Stellkraft vorgesehen ist, wobei – das Manipulationselement dazu ausgebildet ist, in wenigstens einem Betriebszustand durch eine elastische Rückstellkraft eine Gegenkraft gegen die Stellkraft zu erzeugen.
Manipulator nach Anspruch 61, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Betriebszustand ein Ausgangszustand ist, in dem das Manipulationselement nicht mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt ist.
Manipulator nach Anspruch 61, dadurch gekennzeichnet, dass – die Vorspanneinrichtung ein elastisches Element umfasst und – die Vorspanneinrichtung eine Vorspannkraft auf das Manipulationselement ausübt, die eine durch elastische Verformung des elastischen Elements bedingte Rückstellkraft ist.
Manipulator nach Anspruch 61, dadurch gekennzeichnet, dass – die Vorspanneinrichtung wenigstens ein erstes magnetisches Element und wenigstens ein zweites magnetisches Element umfasst und – das wenigstens eine erste magnetische Element und das wenigstens eine zweite magnetische Element einander derart zugeordnet sind, dass sie eine Vorspannkraft auf das Manipulationselement ausüben, die durch magnetische Anziehung oder Abstoßung zwischen dem wenigstens einen ersten magnetischen Element und dem wenigstens einen zweiten magnetischen Element bedingt ist.
Manipulator nach Anspruch 61, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinrichtung so ausgebildet ist, dass sie eine Vorspannkraft auf das Manipulationselement ausübt, die mit zunehmender Dehnung des Manipulationselements parallel zur Wirkrichtung ansteigt.
Manipulator nach Anspruch 61, dadurch gekennzeichnet, dass – das Manipulationselement eine erste Kraft-Auslenkungs-Kennlinie aufweist und – die Vorspanneinrichtung eine zweite Kraft-Auslenkungs-Kennlinie aufweist, wobei – die Vorspanneinrichtung so ausgebildet ist, dass der Verlauf der zweiten Kraft-Auslenkungs-Kennlinie zumindest an den Verlauf der ersten Kraft-Auslenkungs-Kennlinie angenähert ist, – insbesondere die zweite Kraft-Auslenkungs-Kennlinie im Wesentlichen den Verlauf der ersten Kraft-Auslenkungs-Kennlinie nachbildet.
Manipulator nach Anspruch 61, dadurch gekennzeichnet, dass – die Vorspanneinrichtung ein weiteres elektroaktives Element als Vorspannelement umfasst und – das Vorspannelement mit der Steuereinrichtung verbindbar ist, über welche das Vorspannelement zur gesteuerten Erzeugung der Vorspannkraft mit einer elektrischen Spannung beaufschlagbar ist.
Manipulator, insbesondere für die Anwendung in der Mikrolithographie, mit – einem elektroaktiven Polymerelement, wobei – das elektroaktive Polymerelement ein aktives Manipulationselement bildet und – das Manipulationselement mit einer Steuereinrichtung verbindbar ist, Ober welche das Manipulationselement zur gesteuerten Manipulation mit einer eine Ausdehnung des Manipulationselements entlang der Wirkrichtung bewirkenden elektrischen Spannung beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Vorspanneinrichtung vorgesehen ist, wobei – die Vorspanneinrichtung das Manipulationselement in wenigstens einem Betriebszustand in einer Richtung, die parallel zu der Wirkrichtung verläuft, mit einer Zugspannung als mechanische Vorspannung beaufschlagt.
Manipulator nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Betriebszustand ein Ausgangszustand ist, in dem das Manipulationselement nicht mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt ist.
Manipulator nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass – die Vorspanneinrichtung ein elastisches Element umfasst und – die Vorspanneinrichtung eine Vorspannkraft auf das Manipulationselement ausübt, die eine durch elastische Verformung des elastischen Elements bedingte Rückstellkraft ist.
Manipulator nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass – die Vorspanneinrichtung wenigstens ein erstes magnetisches Element und wenigstens ein zweites magnetisches Element umfasst und – das wenigstens eine erste magnetische Element und das wenigstens eine zweite magnetische Element einander derart zugeordnet sind, dass sie eine Vorspannkraft auf das Manipulationselement ausüben, die durch magnetische Anziehung oder Abstoßung zwischen dem wenigstens einen ersten magnetischen Element und dem wenigstens einen zweiten magnetischen Element bedingt ist.
Manipulator nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinrichtung so ausgebildet ist, dass sie eine Vorspannkraft auf das Manipulationselement ausübt, die mit zunehmender Dehnung des Manipulationselements parallel zur Wirkrichtung ansteigt.
Manipulator nach Anspruch 71 und 72, dadurch gekennzeichnet, dass – die Vorspannkraft durch magnetische Anziehung zwischen dem wenigstens einen ersten magnetischen Element und dem wenigstens einen zweiten magnetischen Element bedingt ist und – das erste magnetische Element und das wenigstens eine zweite magnetische Element derart angeordnet sind, dass sich der Abstand zwischen dem wenigstens einen ersten magnetischen Element und dem wenigstens einen zweiten magnetischen Element mit zunehmender Dehnung des Manipulationselements verringert.
Manipulator nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass – das Manipulationselement eine erste Kraft-Auslenkungs-Kennlinie aufweist und – die Vorspanneinrichtung eine zweite Kraft-Auslenkungs-Kennlinie aufweist, wobei – die Vorspanneinrichtung so ausgebildet ist, dass der Verlauf der zweiten Kraft-Auslenkungs-Kennlinie zumindest an den Verlauf der ersten Kraft-Auslenkungs-Kennlinie angenähert ist, – insbesondere die zweite Kraft-Auslenkungs-Kennlinie im Wesentlichen den Verlauf der ersten Kraft-Auslenkungs-Kennlinie nachbildet.
Manipulator nach Anspruch 71 und 74, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine erste magnetische Element und das wenigstens eine zweite magnetische Element einander derart zugeordnet sind, dass der Verlauf der zweiten Kraft-Auslenkungs- Kennlinie zumindest an den Verlauf der ersten Kraft-Auslenkungs-Kennlinie angenähert ist.
Manipulator nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass – die Vorspanneinrichtung ein weiteres elektroaktives Element als Vorspannelement umfasst und – das Vorspannelement mit der Steuereinrichtung verbindbar ist, über welche das Vorspannelement zur gesteuerten Erzeugung der Vorspannung mit einer elektrischen Spannung beaufschlagbar ist.
Optische Abbildungseinrichtung, insbesondere für die Mikrolithographie, mit – einer Beleuchtungseinrichtung, – einer Maskeneinrichtung zur Aufnahme einer ein Projektionsmuster umfassenden Maske, – einer Projektionseinrichtung mit einer optischen Elementgruppe und – einer Substrateinrichtung zur Aufnahme eines Substrats, wobei – die Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten des Projektionsmusters ausgebildet ist, – die optische Elementgruppe zum Abbilden des Projektionsmusters auf dem Substrat ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Beleuchtungseinrichtung und/oder die Maskeneinrichtung und/oder die Projektionseinrichtung und/oder die Substratseinrichtung wenigstens eine Anordnung nach Anspruch 1 oder 31 umfasst.
Verfahren zum aktiven Manipulieren einer Komponente einer optischen Einrichtung, insbesondere einer Einrichtung für die Mikrolithographie, bei dem – die Komponente über ein Manipulationselement entlang einer Wirkrichtung aktiv manipuliert wird, wobei – das Manipulationselement ein elektroaktives Polymerelement ist, das zur gesteuerten Manipulation der Komponente mit einer eine Ausdehnung des Manipulationselements entlang der Wirkrichtung bewirkenden elektrischen Spannung beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Manipulationselement in wenigstens einem Betriebszustand durch eine elastische Rückstellkraft eine Gegenkraft gegen eine Stellkraft erzeugt, wobei – sich die Manipulationskraft, welche die Manipulation der Komponente entlang der Wirkrichtung bewirkt, als Resultierende der Stellkraft und der elastischen Rückstellkraft ergibt.
Verfahren nach Anspruch 78, dadurch gekennzeichnet, dass das Manipulationselement in dem wenigstens einen Betriebszustand in einer Richtung, die parallel zu der Wirkrichtung verläuft, mit einer Zugspannung als mechanische Vorspannung beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 78, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Betriebszustand ein Ausgangszustand ist, in dem das Manipulationselement nicht mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt ist.
Verfahren nach Anspruch 78, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Stellkraft durch die Gewichtskraft der Komponente erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 78, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Gewichtskraft der Komponente durch eine Stützeinrichtung kompensiert wird.
Verfahren nach Anspruch 82, dadurch gekennzeichnet, dass – über ein Stützelement der Stützeinrichtung wenigstens eine Teilstützkraft auf die Komponente ausgeübt wird, wobei – die Teilstützkraft in einer Richtung wirkt, die im Wesentlichen parallel, insbesondere kollinear, zur Wirkrichtung verläuft.
Verfahren nach Anspruch 83, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilstützkraft durch eine durch elastische Verformung des Stützelements bedingte Rückstellkraft erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 83, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilstützkraft durch magnetische Anziehung und/oder Abstoßung erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 78, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Stellkraft durch eine Vorspanneinrichtung erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 86, dadurch gekennzeichnet, dass – das Manipulationselement eine erste Kraft-Auslenkungs-Kennlinie aufweist und – die Vorspanneinrichtung eine zweite Kraft-Auslenkungs-Kennlinie aufweist, deren Verlauf zumindest an den Verlauf der ersten Kraft-Auslenkungs-Kennlinie angenähert ist, insbesondere im Wesentlichen den Verlauf der ersten Kraft-Auslenkungs-Kennlinie nachbildet.
Verfahren nach Anspruch 78, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Stellkraft durch eine elastische Rückstellkraft eines elastischen Elements erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 78, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Stellkraft durch magnetische Anziehung und/oder Abstoßung erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 78, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Stellkraft mit zunehmender Dehnung des Manipulationselements parallel zur Wirkrichtung ansteigt.
Verfahren nach Anspruch 78, dadurch gekennzeichnet, dass – zumindest ein Teil der Stellkraft durch ein weiteres elektroaktives Element als Vorspannelement erzeugt wird, wobei – das Vorspannelement zur gesteuerten Erzeugung zumindest eines Teils der Stellkraft mit einer elektrischen Spannung beaufschlagbar ist.
Verfahren nach Anspruch 78, dadurch gekennzeichnet, dass die Position und/oder die Geometrie der Komponente manipuliert wird.
Verfahren nach Anspruch 78, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente eine optisch wirksame Komponente ist.
Verfahren nach Anspruch 93, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch wirksame Komponente ein optisches Element ist, insbesondere ein refraktives, reflektives oder diffraktives Element ist.
Verfahren nach Anspruch 93, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch wirksame Komponente eine Blendeneinrichtung ist.
Optisches Abbildungsverfahren, insbesondere für die Mikrolithographie, bei dem – eine Beleuchtungseinrichtung ein Projektionsmuster einer Maskeneinrichtung beleuchtet und – das Projektionsmuster mittels der optischen Elemente einer Projektionseinrichtung auf ein Substrat einer Substratseinrichtung abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass – wenigstens eine Komponente der Beleuchtungseinrichtung und/oder der Maskeneinrichtung und/oder der Projektionseinrichtung und/oder der Substratseinrichtung mit einem Verfahren nach Anspruch 78 manipuliert wird.