EP1899756A2 - Arrangement for mounting an optical component - Google Patents

Arrangement for mounting an optical component

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Publication number
EP1899756A2
EP1899756A2 EP06805630A EP06805630A EP1899756A2 EP 1899756 A2 EP1899756 A2 EP 1899756A2 EP 06805630 A EP06805630 A EP 06805630A EP 06805630 A EP06805630 A EP 06805630A EP 1899756 A2 EP1899756 A2 EP 1899756A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
optical element
arrangement according
force
compression springs
optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06805630A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Armin SCHÖPPACH
Christian Zengerling
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss SMT GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss SMT GmbH filed Critical Carl Zeiss SMT GmbH
Publication of EP1899756A2 publication Critical patent/EP1899756A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/708—Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
    • G03F7/70808—Construction details, e.g. housing, load-lock, seals or windows for passing light in or out of apparatus
    • G03F7/70825—Mounting of individual elements, e.g. mounts, holders or supports
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/003—Alignment of optical elements
    • G02B7/004—Manual alignment, e.g. micromanipulators
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/023—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses permitting adjustment
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/18—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors
    • G02B7/182—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors
    • G02B7/1822—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors comprising means for aligning the optical axis
    • G02B7/1824—Manual alignment

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for mounting an optical element having an outer peripheral region, in particular a lens or a mirror, relative to a carrier (6) via at least three articulation points (17) arranged on the outer peripheral region of the optical element (18, 21).
  • the mounts may exert only low forces on the optical element to minimize distortion of the optical surface, the mount should have high rigidity to ensure fitment of the optical elements, and The fixture must be athermal, temperature changes must not alter the shape of the optical surface or affect the position of the optical element, the stability of the material and creep effects should be taken into account so that the position of the optical element over time remains stable.
  • US 5,428,482 discloses an optical element support which is decoupled from a ring surrounding the optical element which fixes the optical element within an optical system in the desired position.
  • Serve flexible fingers which are formed by slots within the ring from this.
  • the support members and / or at least one bearing members connected to the support members for the optical elements by one of a Laser generated laser beam deformed such that the bearing surfaces are aligned at least approximately on a common bearing surface.
  • an arrangement with resilient mounting structures which comprises a plurality of seats connected to flexible radial pedestals, to an array of compliant soft pedestals, or to a combination of flexible radial and radial pedestals the soft base are attached.
  • the elastic members allow the lens to radially expand and contract according to temperature changes
  • EP 1 245 982 A2 relates to a device for mounting an optical element, in particular a mirror or a lens, in an optical arrangement, in particular a projection exposure apparatus, with at least three articulation points arranged on the circumference of the element, against which in each case a bearing device engages, which is connected on the side facing away from the articulation point with an outer base structure.
  • the bearing device has at least one leaf spring-like bending element arranged tangentially to the optical element and at least one bending element arranged in the radial direction relative to the optical element.
  • an optical element is mounted within a housing by placing at least three brackets on the optical element at a distance of approximately
  • Each bracket 120 ° are attached.
  • Each bracket includes a spherical disc that fits within one
  • Ringes or a sleeve is arranged. Each disc is adjacent to the optical element and carries this. Any load applied to the housing will cause a sliding or
  • a clamping device is provided to hold the surface in storage and to realize a kinematic ie statically determined storage.
  • the sliding friction occurring during assembly in these coupling points leads to a poor reproducibility in a renewed adjustment of the optical element in the storage.
  • a holding device which is equipped with an annular holding part for holding flange portions of an optical element.
  • the holding portions of the holding device comprise blocks on which the flange portions are placed; the blocks are rotatably supported by support mechanisms about a tangential axis of the optical element.
  • WO 2004/001 478 A1 relates to a kinematic (statically determined) lens holder with a reduced clamping force.
  • the holder has a holder structure and three clamping units, each comprising a resilient, attached to the holder structure socket and a spring assembly with an elastic member.
  • the optical element is clamped at the edge only in the axial direction. In the tangential direction, it is held by friction.
  • a kinematic arrangement for mounting a lens with a circumferentially distributed support is known.
  • this arrangement is a combination of fixed bearing elements, and provided elastic support points, which are preferably distributed rotationally symmetrically over a lens surrounding the outer periphery of the carrier body, and only in the axial direction, ie in the beam direction of the light, have a low rigidity. This is intended to distribute the gravitational load of the lens evenly on the substrate, without exposing the lens to high stresses and deformations.
  • Each of the resilient support members is preloaded so that the force exerted on the lens is equally distributed over all the fixed and resilient support members.
  • optical element is held krafltschlüssig via the articulation points in at least one direction by elastically resilient elements, wherein the elastically resilient elements are located for each pivot point in a bearing device with a support body and the storage facilities hold the optical element statically determined on the carrier.
  • a bonding technique is provided between the optical element of glass or like material and the socket which holds the optical element in at least three places.
  • two coupling points are preferably used at these three locations.
  • an axial force in conjunction with a tangential force or an axial force in conjunction with a force in any direction in a direction perpendicular to the optical axis plane is used, the lines of action of these forces may not intersect in principle in one point.
  • the terms "axial,” “radial,” and “tangential” refer to the optical axis of the element and the outer contour of the optical element projected in a plane perpendicular to the optical axis.
  • time-dependent effects such as setting effects in coupling points
  • stress relaxation of strained parts can be largely avoided. Therefore, the number of contact points is also limited to a minimum.
  • non-positive connections are used instead of frictional connections.
  • a of the optical element with the mass M for example in a direction x - eg in the tangential direction, for example as a result of shock load
  • the force F RS acts perpendicular to the bearing surface of the optical element, ie, with tangential acceleration of the optical element, this force acts approximately in the axial direction (F ax i a i).
  • ⁇ is the coefficient of static friction, which is approximately in the range of 0.1 to 0.2 in the required precise machining of the bearing surfaces. Due to the small coefficient of static friction, a much larger axial force F 3x J 3 !
  • the value of ⁇ F KS for frictionally holding the optical element is much smaller than the value for F RS (for frictionally holding the optical element), which is why the optical element as a whole is subjected to lower mechanical stresses.
  • the acceleration counteracting force pushes the optical element back to the original position, while the optical element in the case of a frictional connection can behave undefined, if, for example, its fixation by the static friction is temporarily not guaranteed.
  • FIG. 1 shows the force F T acting on an optical element (ZB in the tangential direction) in the case of a frictional holding of an optical element in a position x (which is determined, for example, by one of the two points indicated on the x-axis, where x generally a space coordinate), when the optical element is held by means of an elastic element not biased with respect to the holding force. Occurs during a power surge or by an acceleration of the optical element, a force .DELTA.F «s, this causes a deflection .DELTA.x of the optical element, which is determined by the elastic element holding the optical element. After the end of the action of the force ⁇ F «s the optical element returns to its original position.
  • Static friction coefficient ⁇ is greater than the force due to the force force .DELTA.F KS , so if F RS ⁇ > ⁇ F KS - It was assumed that the force of the force impulse is directed in the direction of the static friction mediating surfaces. If this is not the case, then ⁇ FK S must be replaced by the force component pointing in this direction, which can be determined by vector decomposition. If this condition F RS ⁇ > .DELTA.F KS violated, there is a risk that the optical element is removed from its original position and occupies a new position, wherein after the action of force, eg, after the end of the impulse, the optical element in the new position remains.
  • the frictional retention of the optical element must be approximately 5 to 10 times the expected maximum forces due to force impulses on the optical element or due to accelerations of the optical element. This is shown schematically in FIG. 1
  • projections are formed on the optical element.
  • the projections are formed by the optical element itself.
  • they can also be formed by sockets, brackets or blocks attached to the optical element, for example by wringing or gluing. It also proves to be advantageous if in each case two coupling points are provided on the projections, each acting on the two holding forces for holding the optical element in the carrier body.
  • both an axial force and a tangential force act on the optical element in an advantageous manner at the coupling points.
  • the tension of the optical element can be minimized by the use of minimum elastic forces for holding the optical element.
  • An advantage is an arrangement in which the elastic elements are arranged in holders which at least partially surround the elastic elements.
  • the elastic elements are formed by prestressed compression springs.
  • the compression springs hold the projections in the axial and tangential direction.
  • the arrangement can advantageously be designed such that one or two compression springs are arranged in the tangential direction and that one or two compression springs are arranged in the axial direction.
  • the compression springs are preloaded only to the extent that they can absorb shock loads occurring during the transport of the optical element.
  • the compression springs are arranged in a clamping unit accommodating the carrier body, which holds the carrier body through a monolithic solid-body joint.
  • the solid-body joint can advantageously be designed as a bipod by means of two rods.
  • compression springs are received by the notches or grooves. Between the compression springs and the example V-shaped grooves or depressions and intermediate spacer elements may be present.
  • the projections of the optical component via the elastic elements, in particular via the compression springs, are held in a bracket belonging to the bearing device.
  • the invention also relates to a device comprising two arrangements, each comprising an optical component, in which the optical components are each constructed as described above.
  • the optical components are arranged by an alternately hanging and standing arrangement of the clamping elements or the storage facilities on a single bearing ring.
  • FIG. 1 forces during non-positive connection
  • FIG. 2 is a plan view of a clamping element with bearing means
  • Fig. 3 is a perspective view of an arrangement with an optical
  • FIGS. 4-8 are diagrams according to which the optical device can be held in the assembly.
  • a clamping element 1 (FIG. 2), also referred to as a bearing device, also referred to as a bipod, comprises a base or carrier body 2 with a central recess 3 and two lateral feet 4, 5 which rest on a ring 6 (FIG. 3), for example. supported support (6) support.
  • the feet 4, 5 are known according to their structure principle, for example, from EP 1 245 982 A2, on the content of which in terms of their structure is referenced. They have leaf-spring-like bending members 7 and / or solid-body joints, as are known from bearing arrangements shown in EP 1 245 982 A2.
  • the three compression springs 14, 15, 16 receives, which has a projection 17 on a optical element, such as a lens 18, holds.
  • a optical element such as a lens
  • the lens 18 is held by two further bearing devices (clamping elements) 19, 20, wherein the prestressed compression springs 14, 15, 16 hold the lens 18 respectively by the projection 17 introduced between them.
  • FIG. 4 it is shown how any forces acting on an optical element 21 with a projection 22 on the optical element 21.
  • Acting on the projection 22 forces Fi and F 2 act in the axial or in any direction within a plane defined by a sectional surface of the optical element 21 plane, which is usually perpendicular to the optical axis z.
  • Forces F 3 and F 4 act in the axial direction or in the tangential direction with respect to the circular circumference of the optical element 21.
  • the axial forces F 1 and F 3 are absorbed by the bearing devices according to FIGS. 1 and 3 by the compression springs 16 which can be generally elastically formed fixing in the axial direction.
  • the tangential forces F 4 are recorded in the bearing devices according to FIG. 1 in the arrangement according to FIG. 3 by the compression springs 14 and 15. These springs can also generally be replaced by fixing elements which are elastically formed in the tangential direction.
  • a coupling point for forces F 5 acting in the axial direction and for forces F 6 acting in the tangential direction is created.
  • the coupling points are preferably each flat surfaces perpendicular to the forces mentioned, not components of said forces in directions other than to deflect axially or tangentially, as would be the case if the surfaces were not perpendicular to said forces.
  • FIG. 6 for holding a projection 17 within a clamping element 1 (a bearing device 1), as can be used for the mounting of the optical element 18 according to FIG. 2, are on the projection 17 on the underside and on a vertical side resilient elements 24, 25, 26 attached, which are formed for example as a stretched spiral or disc springs. On the top opposite the underside of rigid elements 27, 28 are arranged. On the opposite vertical side of the projection 17 is provided with a bulge 29 which is opposite to a cylindrical pin 30, that comes to a cylinder pin to the plant. Thus, the projection 17 is held frictionally for certain mechanical stresses or strains.
  • This frictional mounting is given when the mechanical stress of the optical element is, for example, in a downward force impulse, for example, results from a shock (or shock), such as when transporting or building a unit comprising the optical element, eg optical component of a lithography system, can result.
  • Force impulse means the integral of the acting force over time.
  • a force impulse can generally be caused by the change of a momentum, or in other words by a temporally limited acceleration, or simply by the action of a time-limited force.
  • a conditional by the impulse acceleration of the optical element down is collected by the resilient elements 24 and 25 or, with appropriate bias of the springs prevented.
  • a possible bias of the springs 24 and 25 is chosen so that this corresponds approximately to the maximum forces occurring in the expected impulses. This prevents that the projection 17 from the contact surfaces of the rigid elements 27 and 28 solves or lifts. If the bias voltage is chosen to be smaller, then the protrusion 17 of the optical element can be briefly removed from the rigid elements 27 and 28 at the maximum expected force impulses take off, but then with decaying force by means of the springs 24 and 25 brought by these back to the rigid elements 27 and 28 to the plant. Thus, the optical element takes after a downward force impulse (eg by shock or shock) again the desired, by the rigid elements 27 and 28 predetermined position.
  • a downward force impulse eg by shock or shock
  • the spring 26 acts with the cylindrical pin 30 in force impulses in the tangential direction, whose force components are directed in the direction of the cylinder pin 30 to the spring 26.
  • the spring 26 may also be biased, wherein preferably the bias voltage is selected so that it corresponds approximately to the maximum force occurring in the expected impulses. This prevents that the projection 17 is released from the contact surface on the cylindrical pin 30 or lifts off from this surface.
  • the bias of the spring 26 can be selected smaller than the maximum expected force in a force, in which case the projection 17 of the optical element can temporarily lift off the contact surface of the cylindrical pin 30.
  • the projection 17 is brought by the spring 26 through this again to the cylinder pin 30 to the plant.
  • the springs shown in Fig. 6 can be replaced by elastic means.
  • a holder of an optical element by means of the embodiment of a bearing device shown in FIG. 6 is also frictionally held in the event of force collisions with force components in the direction of the rigid elements 27, 28 and / or in the direction of the cylindrical pin 30.
  • the frictional holding force is less than the frictional holding force. If the force effect of the force impulse, however, exactly in the direction of the rigid elements 27, 28 or exactly in the direction of the cylindrical pin 30, the optical element is held by means of the projection 17 in the bearing device of FIG. 6 via positive engagement in position.
  • elastically resilient elements 31, 32, 33, 34 are arranged both on the underside and on the two vertical sides of the projection 17, to hold the optical element 21.
  • the resilient elements may be generally elastic elements, which may also have a bias, is selected when power surges are to be expected in any, but downward direction, and while held frictionally the optical element shall be. If, in general, force impulses are also expected in any upwardly directed direction, the rigid elements remaining in FIG. 7, which act on the projection 17 at the top, can also be replaced by resilient or elastic, optionally prestressed elements.
  • the projection 17 is held on two sides by means of elastic elements 35, 36 and on the other two sides by rigid elements 37, 38.
  • the position of the projection 17 in at least one degree of freedom can be adjusted independently of any bias of the elastic element 35, 36.
  • the rigid elements 37 and 38 can also be replaced by elastic elements, but these (at least one of these elastic elements) are also provided with adjusting means 41 to change their position.
  • the projection 17 can be adjusted in two degrees of freedom (in at least one degree of freedom) with respect to its position, in addition regardless of the position of the projection 17 a possible bias of the elastic elements is adjustable so that it with a desired bias on the optical element or its advantage act.
  • the optical element is held, for example, by means of three projections 17 or articulation points 17, each articulation point 17 being adjustable in two degrees of freedom with respect to its position, then the optical element is adjustable in total up to 6 degrees of freedom, whereby at each articulation point (or at least one) a possible bias of the articulation point 17 regardless of the position of the relevant pivot point 17 and thus regardless of the position of the optical element., With the elements 35, 36 press against the projection 17.
  • a projection 42 is provided on the optical element, which projection is connected to a head element 45 of an isostatic (statically determined) bearing element 46 via a screw 44 surrounded by a compression spring 43.
  • the storage element is in turn mounted and fixed to a support element via a bipod formed by two feet 47, 48.
  • the projection 42 is elastically supported by a screw 50 surrounded by a compression spring 49.
  • the bearing element 46 comprises a clamp 51, which comprises a leaf spring 52. The leaf spring 52 allows easy insertion of the projection 42 in the region between the head member 45 and the bracket 51.
  • a solid-state joint 54 is integrated, so that an elastic support of the projection 42 in the tangential direction through the Screw 50 is supported.
  • the connecting piece 53 can be adjusted in a tangential direction, whereby the projection 42 can be adjusted in this direction.
  • the projection 52 can be held again with the desired or without bias. This makes it possible to adjust the optical element in one degree of freedom with respect to its position, and regardless of the position of the optical element with the projection 42 to set any bias that acts on the projection 42.
  • the articulation point 17, 42 of an optical element 18, 21 can be adjusted in at least one degree of freedom with respect to the position of the articulation point, wherein additionally the optical element 18, 21 via the articulation point 17, 42 in at least one direction by at least one elastic element or is held frictionally by at least one elastically resilient element 14, 15, 16, 49, and wherein a possible bias of the holding force generated by the elastically resilient elements or the elastic element independently of the position of the articulation point and thus independently of the position of the optical element adjustable is.
  • the adjustment element 60 is replaced by a device equivalent to the screw 50, or by such a screw, which then preferably also includes a compression spring 49.

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Abstract

The invention relates to an arrangement for mounting an optical element (18, 21) having an outer peripheral area, particularly a lens or a mirror, relative to a support (6) via at least three coupling locations (17) located on the outer peripheral area of the optical element (18, 21). The optical element (18, 21) is held in a non-positive manner via the coupling locations (17) in at least one direction by means of elastic elements (14, 15, 16), these elastic elements for each coupling location (17) being located in a bearing device (1) with a supporting body (2). The bearing devices (1) hold the optical element in a statically appointed manner on the support (6).

Description

Anordnung zur Lagerung eines optischen Bauelements Arrangement for mounting an optical component
Erfindung betrifft eine Anordnung zur Lagerung eines einen äußeren Umfangsbereich aufweisenden optischen Elements, insbesondere einer Linse oder eines Spiegels, relativ zu einem Träger (6) über wenigstens drei am äußeren Umfangsbereich des optischen Elements (18, 21 ) angeordnete Anlenkstellen (17).The invention relates to an arrangement for mounting an optical element having an outer peripheral region, in particular a lens or a mirror, relative to a carrier (6) via at least three articulation points (17) arranged on the outer peripheral region of the optical element (18, 21).
Aus dem Aufsatz „Flexure mounts for high-resolution optical elements" von D. Vukobratovich, Proc. of SPIE Vol. 0959, Optomechanical and Electro-Optical Design of Industrial Systems, ed. R. J. Bieringer, K. G. Harding (Jan. 1988), sind Kriterien für das Montieren optischer Bauelemente in Halterungen bekannt: Die Halterungen dürfen hiernach nur niedrige Kräfte auf das optische Element ausüben, um Verzerrungen der optischen Oberfläche zu minimieren. Die Halterung sollte eine hohe Steifigkeit haben, um das Einpassen der optischen Elemente zu gewährleisten, und um insbesondere die Eigenfrequenz zu erhöhen. Die Halterung muss athermal sein; Temperaturänderungen dürfen die Form der optischen Oberfläche nicht verändern oder die Position des optischen Elements beeinflussen. Die Stabilität des Materials und Kriecheffekte sollten berücksichtigt werden, so dass die Position des optischen Elements im Laufe der Zeit stabil bleibt.From the paper "Flexure mounts for high-resolution optical elements" by D. Vukobratovich, Proc. Of SPIE Vol. 0959, Optomechanical and Electro-Optical Design of Industrial Systems, ed. RJ Bieringer, KG Harding (Jan. 1988) Accordingly, the mounts may exert only low forces on the optical element to minimize distortion of the optical surface, the mount should have high rigidity to ensure fitment of the optical elements, and The fixture must be athermal, temperature changes must not alter the shape of the optical surface or affect the position of the optical element, the stability of the material and creep effects should be taken into account so that the position of the optical element over time remains stable.
Aus der DE 198 25 716 Al ist eine Baugruppe mit einem optischen Element und einer Fassung bekannt, in der das optische Element über eine Mehrzahl von Laschen mit einem steifen Zwischenring gekoppelt ist, der wiederum über Stellglieder oder passive Entkoppler mit einer Fassung zum Anschluss an ein Gehäuse und/oder an weitere Fassungen verbunden ist. Dabei wird eine sehr hohe Entkopplung des optischen Elements erzielt.From DE 198 25 716 Al an assembly with an optical element and a socket is known in which the optical element is coupled via a plurality of tabs with a rigid intermediate ring, which in turn via actuators or passive decouplers with a socket for connection to a Housing and / or connected to other versions. In this case, a very high decoupling of the optical element is achieved.
In der US 5 428 482 ist eine Lagerung für ein optisches Element beschrieben, das von einem das optische Element umgebenden Ring entkoppelt ist, der das optische Element innerhalb eines optischen Systems in der gewünschten Lage fixiert. Hierzu dienen flexible Finger, die durch Schlitze innerhalb des Rings aus diesem geformt sind. Bei einem aus der DE 199 57 398 Al bekannten Verfahren zum Ausrichten der Auflageflächen von Auflagegliedern für optische Elemente, insbesondere in Objektiven von Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen, werden die Auflageglieder und/oder wenigstens ein mit den Auflagegliedern verbundenes Lagerteil für die optischen Elemente durch einen von einem Laser erzeugten Laserstrahl derart verformt, dass die Auflageflächen wenigstens annähernd auf eine gemeinsame Auflagefläche ausgerichtet werden.US 5,428,482 discloses an optical element support which is decoupled from a ring surrounding the optical element which fixes the optical element within an optical system in the desired position. Serve flexible fingers, which are formed by slots within the ring from this. In one known from DE 199 57 398 Al known method for aligning the support surfaces of support members for optical elements, especially in lenses of microlithography projection exposure systems, the support members and / or at least one bearing members connected to the support members for the optical elements by one of a Laser generated laser beam deformed such that the bearing surfaces are aligned at least approximately on a common bearing surface.
Gemäß einem in der EP 1 081 521 Al beschriebenen Verfahren zum Montieren einer Linse wird eine Anordnung mit nachgiebigen Montagestrukturen eingesetzt, die eine Vielzahl von Sitzen umfasst, die an biegsamen radialen Sockeln, an einer Anordnung nachgiebiger weicher Sockel oder an einer Kombination der biegsamen radialen und der weichen Sockel angesetzt sind. Die elastischen Elemente gestatten der Linse, sich entsprechend den Temperaturänderungen radial auszudehnen und zusammenzuziehenAccording to a method for mounting a lens described in EP 1 081 521 A1, an arrangement with resilient mounting structures is used which comprises a plurality of seats connected to flexible radial pedestals, to an array of compliant soft pedestals, or to a combination of flexible radial and radial pedestals the soft base are attached. The elastic members allow the lens to radially expand and contract according to temperature changes
Die EP 1 245 982 A2 bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Lagerung eines optischen Elements, insbesondere eines Spiegels oder einer Linse, in einer optischen Anordnung, insbesondere einer Projektionsbelichtungsanlage, mit wenigstens drei am Umfang des Elements angeordneten Anlenkstellen, an denen jeweils eine Lagereinrichtung angreift, welche auf der von der Anlenkstelle abgewandten Seite mit einer äußeren Grundstruktur verbunden ist. Die Lagereinrichtung weist wenigstens ein tangential zu dem optischen Element angeordnetes blattfederartiges Biegeglied und wenigstens ein in radialer Richtung zu dem optischen Element angeordnetes Biegeglied auf.EP 1 245 982 A2 relates to a device for mounting an optical element, in particular a mirror or a lens, in an optical arrangement, in particular a projection exposure apparatus, with at least three articulation points arranged on the circumference of the element, against which in each case a bearing device engages, which is connected on the side facing away from the articulation point with an outer base structure. The bearing device has at least one leaf spring-like bending element arranged tangentially to the optical element and at least one bending element arranged in the radial direction relative to the optical element.
Gemäß der US 4 268 123 ist ein optisches Element innerhalb eines Gehäuses befestigt, indem wenigstens drei Halterungen an dem optischen Element unter einem Abstand von ungefährAccording to US 4,268,123, an optical element is mounted within a housing by placing at least three brackets on the optical element at a distance of approximately
120° angebracht sind. Jede Halterung umfasst eine sphärische Scheibe, die innerhalb eines120 ° are attached. Each bracket includes a spherical disc that fits within one
Ringes oder einer Hülse angeordnet ist. Jede Scheibe grenzt an das optische Element und trägt dieses. Jede Belastung, die auf das Gehäuse ausgeübt wird, verursacht eine Gleit- oderRinges or a sleeve is arranged. Each disc is adjacent to the optical element and carries this. Any load applied to the housing will cause a sliding or
- Drehbewegung der Scheibe bezüglich ihrer Hülse, um zu verhindern, dass derartige Belastungen auf das optische Element übertragen werden. Es wird eine formschlüssige- Rotation of the disc with respect to its sleeve, to prevent such loads are transmitted to the optical element. It will be a form-fitting
Verbindung in axialer und tangentialer Richtung geschaffen. In der US 6 400 516 B 1 wird eine Lagereinrichtung zur Lagerung eines optischen Elements, beispielsweise einer Linse, beschrieben, bei der einerseits feste Auflageflächen für die Linse an der Innenseite des Trägerkörpers angeordnet sind und andererseits elastische, einseitig in dem Trägerkörper gelagerte Plättchen einen Teil des Gewichts der Linse aufnehmen, um eine zu große Deformation und Spannungsüberlastung der Linse infolge der Gravitation zu verhindern. Es wird somit eine kraftschlüssige, elastische Kräfte verwendende Verbindungstechnik zwischen dem optischen Bauelement und der Fassung eingesetzt, welche sich aber durch eine die Zwangsfreiheit behindernde, unbefriedigende Anzahl von schwer kontrollierbaren Koppelstellen auszeichnet, vor allem bei der Realisierung der Kontakte zwischen einer kugelförmigen Oberfläche und einer konischen Lagerung, die die kugelförmige Oberfläche aufnimmt. Dabei ist gleichzeitig eine Klemmvorrichtung vorhanden, um die Oberfläche in der Lagerung zu halten und um eine kinematische d.h. statisch bestimmte Lagerung zu realisieren. Die bei der Montage auftretende Gleitreibung in diesen Koppelstellen führt zu einer schlechten Reproduzierbarkeit bei einer erneuten Justage des optischen Elements in der Lagerung.Connection created in the axial and tangential direction. In US Pat. No. 6,400,516 B1, a bearing device for mounting an optical element, for example a lens, is described, on the one hand fixed bearing surfaces for the lens being arranged on the inside of the carrier body and, on the other hand, elastic plates mounted on one side in the carrier body take the weight of the lens to prevent excessive deformation and stress overload of the lens due to gravity. It is thus a non-positive, elastic forces using connection technology between the optical device and the socket used, but which is characterized by a constraining freedom obstructive, unsatisfactory number of hard to control coupling points, especially in the realization of the contacts between a spherical surface and a conical Storage that takes up the spherical surface. At the same time a clamping device is provided to hold the surface in storage and to realize a kinematic ie statically determined storage. The sliding friction occurring during assembly in these coupling points leads to a poor reproducibility in a renewed adjustment of the optical element in the storage.
In der US 2002/ 0 163 741 Al wird eine Haltevorrichtung beschrieben, das mit einem ringförmigen Halteteil zum Halten von Flanschbereichen eines optischen Elements ausgestattet ist. Der Haltebereiche der Haltevorrichtung umfassen Blöcke, auf denen die Flanschbereiche aufgelegt werden; die Blöcke sind über Trägermechanismen um eine tangentiale Achse des optischen Elements drehbar gelagert.In US 2002/0 163 741 Al a holding device is described, which is equipped with an annular holding part for holding flange portions of an optical element. The holding portions of the holding device comprise blocks on which the flange portions are placed; the blocks are rotatably supported by support mechanisms about a tangential axis of the optical element.
Die WO 2004/ 001 478 Al bezieht sich auf eine kinematische (statisch bestimmte) Linsenhalterung mit einer verminderten Klemmkraft. Die Halterung hat eine Halterstruktur und drei Klemmeinheiten, die jeweils einen nachgiebigen, an der Halterstruktur angebrachten Sockel und eine Federanordnung mit einem elastischen Element umfassen. Das optische Element wird am Rand nur in axialer Richtung geklemmt. In tangentialer Richtung wird es durch Reibschluss gehalten.WO 2004/001 478 A1 relates to a kinematic (statically determined) lens holder with a reduced clamping force. The holder has a holder structure and three clamping units, each comprising a resilient, attached to the holder structure socket and a spring assembly with an elastic member. The optical element is clamped at the edge only in the axial direction. In the tangential direction, it is held by friction.
Aus der US 6 239 924 Bl ist eine kinematische Anordnung zur Halterung einer Linse mit einer am Umfang verteilten Auflage bekannt. Bei dieser Anordnung ist eine Kombination aus festen Auflageelementen, und elastischen Auflagepunkten vorgesehen, die vorzugsweise rotationssymmetrisch über einen die Linse an ihrem äußeren Umfang umgebenden Trägerkörper verteilt sind, und die lediglich in axialer Richtung, d.h. in Strahlrichtung des Lichts, eine geringe Steifigkeit aufweisen. Dadurch soll die Gravitationslast der Linse gleichmäßig auf die Unterlage verteilt werden, ohne dass die Linse zu hohen Spannungen und Deformationen ausgesetzt wird. Jedes der elastischen Auflageelemente ist vorbelastet, so dass die Kraft, die auf die Linse ausgeübt wird, über alle festen und elastischen Auflageelemente gleich verteilt wird.From US 6 239 924 Bl a kinematic arrangement for mounting a lens with a circumferentially distributed support is known. In this arrangement is a combination of fixed bearing elements, and provided elastic support points, which are preferably distributed rotationally symmetrically over a lens surrounding the outer periphery of the carrier body, and only in the axial direction, ie in the beam direction of the light, have a low rigidity. This is intended to distribute the gravitational load of the lens evenly on the substrate, without exposing the lens to high stresses and deformations. Each of the resilient support members is preloaded so that the force exerted on the lens is equally distributed over all the fixed and resilient support members.
Somit sind als Beispiele für die Verbindungs- und Lagerungstechnik eine Vielzahl von Lösungen bekannt. Als Lagerungstechnik sind kinematische (statisch bestimmte) Lösungen, wie sie beispielsweise in der US 5 428 482 offenbart wird, oder semikinematische Lösungen bekannt, wie sie beispielsweise in der US 6 229 657 Bl offenbart wird.Thus, as examples of the connection and storage technique, a variety of solutions are known. Kinematic (statically determined) solutions, as disclosed, for example, in US Pat. No. 5,428,482, or semi-kinematic solutions, as disclosed, for example, in US Pat. No. 6,229,657 B1, are known as storage technology.
Als Verbindungstechniken für optische Elemente sind formschlüssige, kraftschlüssige, reibschlüssige und stoffschlüssige Lösungen bekannt. Eine formschlüssige Lösung wird in der US 4 268 123 offenbart. Eine teilweise reibschlüssige Lösung wird in der EP 1 245 982 A2 beschrieben. Reibschlüssige Lösungen, gemäß denen optische Elemente durch Schraub- oder Keilkräfte gehalten werden, haben den Nachteil, dass zur Aufnahme von Schocklasten der Reibkoeffizient die erforderlichen Schraubkräfte, d. h. die Normalkräfte, um den Kehrwert des Haftreibbeiwertes ansteigen lässt. Außerdem sind Setzeffekte und Relaxationseffekte in den verspannten Geräteteilen mit zeitabhängigen Verformungen oder Verschiebungen verbunden. In der US 6 229 657 Bl und der US 6 366 413 Bl werden stoffschlüssige Lösungen beschrieben. Eine Kombination dieser Prinzipien führt zu einer Vielzahl von Lösungsmöglichkeiten. Vor- und Nachteile kinematischer und semikinematischer Lösungen sind in der Literatur beschrieben, beispielsweise in dem eingangs zitierten Aufsatz von D. Vukobratovich.As connection techniques for optical elements positive, non-positive, frictional and cohesive solutions are known. A positive solution is disclosed in US 4,268,123. A partially frictional solution is described in EP 1 245 982 A2. Frictional solutions, according to which optical elements are held by screw or wedge forces, have the disadvantage that for absorbing shock loads of the friction coefficient required screwing, d. H. the normal forces to increase the reciprocal of the coefficient of static friction. In addition, set effects and relaxation effects in the strained parts of the device are associated with time-dependent deformations or displacements. In US 6,229,657 Bl and US 6,366,413 Bl cohesive solutions are described. A combination of these principles leads to a variety of possible solutions. Advantages and disadvantages of kinematic and semi-kinematical solutions are described in the literature, for example in the article cited by D. Vukobratovich.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, die bekannte Lagerung eines optischen Bauelements, insbesondere einer Linse, zu verbessern. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Anordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das optische Element über die Anlenkstellen in wenigstens einer Richtung durch elastisch federnde Elemente krafltschlüssig gehalten wird, wobei sich die elastisch federnden Elemente für jede Anlenkstelle in einer Lagereinrichtung mit einem Trägerkörper befinden und die Lagereinrichtungen das optische Element statisch bestimmt am Träger halten.It is the object of the invention to improve the known mounting of an optical component, in particular a lens. According to the invention, this object is achieved in an arrangement of the type mentioned above in that the optical element is held krafltschlüssig via the articulation points in at least one direction by elastically resilient elements, wherein the elastically resilient elements are located for each pivot point in a bearing device with a support body and the storage facilities hold the optical element statically determined on the carrier.
Für optische Elemente wie Spiegel oder Linsen, welche durch ihre Form deformationsempfindlich sind, wird eine Verbindungstechnik zwischen dem aus Glas oder einem ähnlichen Material bestehenden optischen Element und der Fassung angegeben, die das optische Element an mindestens drei Stellen hält. In Hinblick auf die kinematische Lagerungstechnik werden an diesen drei Stellen bevorzugt zwei Koppelstellen mit jeweils zwei Haltekräften eingesetzt. In diesem Fall kommt entweder eine Axialkraft in Verbindung mit einer Tangentialkraft oder eine Axialkraft in Verbindung mit einer Kraft in einer beliebigen Richtung in einer zur optischen Achse senkrechten Ebene zum Einsatz, wobei sich die Wirkungslinien dieser Kräfte sich prinzipiell nicht in einem Punkt schneiden dürfen. Die Begriffe „axial", „radial" und „tangential" beziehen sich auf die optische Achse des Elements und die in eine Ebene senkrecht zur optischen Achse projizierte Außenkontur des optischen Elements.For optical elements such as mirrors or lenses which are deformation sensitive by their shape, a bonding technique is provided between the optical element of glass or like material and the socket which holds the optical element in at least three places. With regard to the kinematic storage technology, two coupling points, each with two holding forces, are preferably used at these three locations. In this case, either an axial force in conjunction with a tangential force or an axial force in conjunction with a force in any direction in a direction perpendicular to the optical axis plane is used, the lines of action of these forces may not intersect in principle in one point. The terms "axial," "radial," and "tangential" refer to the optical axis of the element and the outer contour of the optical element projected in a plane perpendicular to the optical axis.
Gemäß der Erfindung lassen sich zeitabhängige Effekte wie Setzeffekte in Koppelstellen, Spannungsrelaxationen verspannter Teile weitgehend vermeiden. Daher wird die Anzahl der Kontaktstellen auch auf ein Minimum begrenzt. Zum Halten der Elemente wird ausschließlich eine kraftschlüssige Verbindung realisiert und auf reibschlüssige Verbindungen verzichtet. Die Verspannung wird durch die Verwendung elastischer Mindest-Kräfte auf ein Minimum reduziert.According to the invention, time-dependent effects such as setting effects in coupling points, stress relaxation of strained parts can be largely avoided. Therefore, the number of contact points is also limited to a minimum. To hold the elements only a non-positive connection is realized and dispensed with frictional connections. The tension is reduced to a minimum by the use of elastic minimum forces.
Entsprechend dem Konzept der Erfindung werden kraftschlüssige Verbindungen anstelle von reibschlüssigen Verbindungen eingesetzt. Die Vorteile einer derartigen Verbindung werden nachfolgend ausgeführt. Bei einer Bewegung oder besser einer Beschleunigung A des optischen Elements mit der Masse M z.B. in einer Richtung x - z.B. in tangentialer Richtung, beispielsweise infolge einer Schockbelastung, wird eine Änderung der Kraft Fχ=M*A in tangentialer Richtung (oder allgemein in Richtung der Beschleunigung) auf das optische Element wirken, die bei einer reibschlüssigen Halterung (z.B. mittels eines Federblatts oder einer Tellerfeder) des optischen Elements Haltekräfte erfordert, die wenigstens FRs=M*A/μ betragen. Bei kraftschlüssiger Halterung mittels einer weichen Feder, vorzugsweise mit einer flachen Federkennlinie, wirkt auf das optische Element lediglich eine Änderung der Kraft um den Betrag ΔFκs=M*A, um das optische Element in Position zu halten. In diesem Beispiel wirkt die Kraft FRS senkrecht zur Auflagefläche des optischen Elements, d.h. bei tangentialer Beschleunigung des optischen Elements wirkt diese Kraft also etwa in axialer Richtung (Faxiai). Dabei ist μ der Haftreibungskoeffizient, der bei der erforderlichen genauen Bearbeitung der Auflageflächen etwa im Bereich von 0,1 bis 0,2 liegt. Aufgrund des kleinen Haftreibungskoeffizienten muss bei einer Beschleunigung z.B. in x-Richtung eine wesentlich größere Axialkraft F3xJ3! aufgewandt werden, um das optische Element zu halten, als wie dies der Fall ist, wenn eine kraftschlüssige Halterung des optischen Elements erfolgt, bei dem die Beschleunigungskräfte direkt mittels z.B. elastischer Elemente aufgenommen werden. Wie das obige Beispiel zeigt, ist der Wert für ΔFKS bei kraftschlüssigem Halten des optischen Elements sehr viel kleiner ist als der Wert für FRS (bei reibschlüssigem Halten des optischen Elements) weshalb das optische Element insgesamt geringeren mechanischen Spannungen ausgesetzt ist. Im Falle einer kraftschlüssigen Verbindung mittels elastischer Mittel drückt die Federkraft bzw. die durch die Verformung der elastischen Mittel entstehende, der Beschleunigung entgegen wirkende Kraft das optische Element wieder in die Ursprungslage zurück, während sich das optische Element im Falle einer reibschlüssigen Verbindung Undefiniert verhalten kann, wenn z.B. dessen Fixierung durch die Haftreibung kurzzeitig nicht gewährleistet ist. Weiterhin ist zu erwähnen, dass bei reibschlüssigem Halten des optischen Elements die hohe, den Reibschluß bewirkende Kraft auf das optische Element stets einwirken muß, während bei kraftschlüssigem Halten des optischen Elements dieses lediglich bei Auftreten der oben genannten Beschleunigung A des optischen Elements, oder im Falle eines Kraftstoßes auf das optische Element, einer von den elastischen Eigenschaften der die kraftschlüssige Verbindung vermittelnden elastischen Elementen abhängigen, im Vergleich zur reibschlüssigen Verbindung deutlich reduzierten Kraft ausgesetzt ist (siehe Erläuterungen unten zu Fig. 1). Es handelt sich deshalb beim kraftschlüssigen Halten des optischen Elements um ein bezüglich des reibschlüssigen Haltes des optischen Elements deutlich spannungsreduziertes Halten.According to the concept of the invention, non-positive connections are used instead of frictional connections. The advantages of such a connection are explained below. In a movement or better acceleration A of the optical element with the mass M, for example in a direction x - eg in the tangential direction, for example as a result of shock load, a change in the force Fχ = M * A in the tangential direction (or generally in the direction of Acceleration) act on the optical element which, in the case of a frictional holding device (for example by means of a spring leaf or a plate spring), requires holding forces which amount to at least F R s = M * A / μ. In force-locking bracket using a soft spring, preferably with a flat spring characteristic curve acts on the optical element, only a change in force by the amount ΔFκs = M * A, in order to maintain the optical element in position. In this example, the force F RS acts perpendicular to the bearing surface of the optical element, ie, with tangential acceleration of the optical element, this force acts approximately in the axial direction (F ax i a i). Here, μ is the coefficient of static friction, which is approximately in the range of 0.1 to 0.2 in the required precise machining of the bearing surfaces. Due to the small coefficient of static friction, a much larger axial force F 3x J 3 ! be applied to hold the optical element, as is the case when a frictional mounting of the optical element takes place, in which the acceleration forces are absorbed directly by means of eg elastic elements. As the above example shows, the value of ΔF KS for frictionally holding the optical element is much smaller than the value for F RS (for frictionally holding the optical element), which is why the optical element as a whole is subjected to lower mechanical stresses. In the case of a non-positive connection by means of elastic means, the spring force or the force resulting from the deformation of the elastic means, the acceleration counteracting force pushes the optical element back to the original position, while the optical element in the case of a frictional connection can behave undefined, if, for example, its fixation by the static friction is temporarily not guaranteed. It should also be mentioned that, when the optical element is held in a frictional engagement, the high frictional force always has to act on the optical element, whereas in the case of frictional holding of the optical element, it must be applied only when the above-mentioned acceleration A of the optical element occurs a force impulse on the optical element, one of the elastic properties of the frictional connection mediating elastic elements dependent, compared to the frictional Connection is exposed significantly reduced power (see explanations below to Fig. 1). It is therefore in the non-positive retention of the optical element to a respect to the frictional grip of the optical element significantly reduced voltage holding.
Fig. 1 zeigt die auf ein optisches Element einwirkende Kraft FT (Z.B. in tangentialer Richtung) im Falle eines kraftschlüssigen Haltens eines optischen Elements in einer Position x (die z.B. durch einen der beiden auf der x-Achse angegeben Punkte bestimmt ist, wobei x allgemein eine Raumkoordinate ist), wenn das optische Element mittels eines bezüglich der Haltekraft nicht vorgespannten elastischen Elements gehalten wird. Tritt während eines Kraftstoßes oder durch eine Beschleunigung des optischen Elements eine Kraft ΔF«s auf, so bewirkt diese eine Auslenkung Δx des optischen Elements, welche durch das das optische Element haltende elastische Element bestimmte wird. Nach Ende des Wirkens des Kraft ΔF«s kehrt das optische Element wieder in seine Ausgangslage zurück. Selbiges Verhalten ergibt sich im Falle eines mittels einer vorgegebenen Kraft vorgespannten elastischen Elements,) wenn die Kraft ΔF«s die vorgegebene Kraft der Vorspannung übersteigt. Ist im Falle eines vorgespannten elastischen Elements die Kraft ΔF«s kleiner als die vorgegebene Kraft der Vorspannung, so verbleibt das optische Element in seiner ursprünglichen Lage, d.h. die Auslenkung ist Null (Δx = 0). FKS bezeichnet die durch das elastische Element aufzubringende und auf das optische Element einwirkende Kraft, um dieses in der entsprechenden Position x zu halten. FKS ist also die durch das elastische (federnde) Element eingebrachte Mindestkraft in Richtung des kraftschlüssigen Haltens des optischen Elements, um dieses in der Position x zu halten.1 shows the force F T acting on an optical element (ZB in the tangential direction) in the case of a frictional holding of an optical element in a position x (which is determined, for example, by one of the two points indicated on the x-axis, where x generally a space coordinate), when the optical element is held by means of an elastic element not biased with respect to the holding force. Occurs during a power surge or by an acceleration of the optical element, a force .DELTA.F «s, this causes a deflection .DELTA.x of the optical element, which is determined by the elastic element holding the optical element. After the end of the action of the force ΔF «s the optical element returns to its original position. The same behavior occurs in the case of an elastic element prestressed by means of a given force, when the force ΔF «s exceeds the predetermined force of the pretension. If, in the case of a prestressed elastic element, the force ΔF «s is smaller than the predetermined force of the prestress, the optical element remains in its original position, ie the deflection is zero (Δx = 0). F KS denotes the applied by the elastic member and acting on the optical element force to hold it in the appropriate position x. F KS is thus introduced by the elastic (resilient) element minimum force in the direction of frictional holding the optical element to keep it in the position x.
Bei einer rein reibschlüssigen Verbindung muss sichergestellt werden, dass das optische Element in seiner ursprünglichen Lage verbleibt, wobei dann die auf das optische Element aufgrund eines Kraftstoßes wirkende Kraft die Haftreibungskraft nicht übersteigen darf. Wirkt also im Rahmen eines Kraftstoßes die gleiche Kraft ΔF«s wie in der oben diskutierten kraftschlüssigen Verbindung, so wird das optische Element seine Position nicht ändern, also sicher gehalten werden, wenn ein Kraft FRS senkrecht auf die die Haftreibung vermittelnden Flächen zwischen optischem Element und Halteelement wirkt, die multipliziert mit derIn a purely frictional connection must be ensured that the optical element remains in its original position, in which case the force acting on the optical element due to an impulse force may not exceed the static friction force. Thus, if the same force ΔF "s acts as in the force-locking connection discussed above, the optical element will not change its position, ie be held securely, if a force F RS is perpendicular to the areas between the optical element mediating the static friction and holding element acts multiplied by the
Haftreibungszahl μ größer ist als die durch den Kraftstoß bedingte Kraft ΔFKS, also wenn gilt FRS μ > ΔFKS- Dabei wurde angenommen, dass die Kraft des Kraftstoßes in Richtung der die Haftreibung vermittelnden Flächen gerichtet ist. Ist dies nicht der Fall, so ist ΔFKS durch die in diese Richtung zeigende Kraftkomponente zu ersetzen, die sich durch Vektorzerlegung ermitteln lässt. Ist diese Bedingung FRS μ > ΔFKS verletzt, so besteht die Gefahr, dass das optische Element sich aus seiner ursprünglichen Position entfernt und eine neu Position einnimmt, wobei nach Einwirkung der Kraft, also z.B, nach Ende des Kraftstoßes, das optische Element in der neuen Position verbleibt.Static friction coefficient μ is greater than the force due to the force force .DELTA.F KS , so if F RS μ> ΔF KS - It was assumed that the force of the force impulse is directed in the direction of the static friction mediating surfaces. If this is not the case, then ΔFK S must be replaced by the force component pointing in this direction, which can be determined by vector decomposition. If this condition F RS μ> .DELTA.F KS violated, there is a risk that the optical element is removed from its original position and occupies a new position, wherein after the action of force, eg, after the end of the impulse, the optical element in the new position remains.
Wie oben ausgeführt, muss aufgrund des geringen Wertes der Haftreibungszahl FRS bei reibschlüssigem Halten des optischen Elements etwa 5 bis 10 mal so groß sein, wie die zu erwartenden maximalen Kräfte aufgrund von Kraftstößen auf das optische Element oder aufgrund von Beschleunigungen des optischen Elements. Dies ist in Fig. 1 schematisch mitAs stated above, due to the low value of the coefficient of static friction F RS , the frictional retention of the optical element must be approximately 5 to 10 times the expected maximum forces due to force impulses on the optical element or due to accelerations of the optical element. This is shown schematically in FIG. 1
FRS angegeben, wodurch das optische Element stärkeren Spannungen ausgesetzt ist als imF RS indicated, whereby the optical element is subjected to stronger voltages than in
Falle von kraftschlüssigem Halten. Werden jedoch diese stärkeren Spannungen (wie beim reibschlüssigen Halten des optischen Elements) in einer kraftschlüssigen Halterung des optischen Elements toleriert, so kann bei gleicher tolerablen Auslenkung Δx (siehe Fig. 1) des optischen Elements im allgemeinen eine deutlich höhere Kraft ΔFRS für einen möglichenTrap of non-positive holding. However, these are stronger voltages (as in the frictional holding of the optical element) in a force-locking mounting of the optical element tolerated, as may the same tolerable displacement Ax (see Fig. 1) of the optical element generally has a significantly higher force .DELTA.F RS possible for a
Kraftstoß durch das Haltesystem aufgenommen werden. Dabei wurde in Fig. 1 vereinfacht angenommen, dass ein nichtvorgespanntes elastisches Element der Haltevorrichtung für das optische Element bei der Position x die Kraft FRS erzeugt.Impact be absorbed by the holding system. It has been simplified in Fig. 1 assumed that a non-biased elastic element of the holding device for the optical element at the position x generates the force F RS .
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims, the description and the drawings.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass an dem optischen Element Vorsprünge gebildet sind. Mit Vorteil werden die Vorsprünge durch das optische Element selber gebildet sind. Alternativ können sie auch durch an das optische Element, beispielsweise durch Ansprengen oder Ankleben, angebrachte Sockel, Konsolen oder Klötzchen gebildet werden. Als vorteilhaft erweist es sich außerdem, wenn an den Vorsprüngen jeweils zwei Koppelstellen vorgesehen sind, auf die jeweils zwei Haltekräfte zum Halten des optischen Elements in dem Trägerkörper einwirken.In an advantageous embodiment, it is provided that projections are formed on the optical element. Advantageously, the projections are formed by the optical element itself. Alternatively, they can also be formed by sockets, brackets or blocks attached to the optical element, for example by wringing or gluing. It also proves to be advantageous if in each case two coupling points are provided on the projections, each acting on the two holding forces for holding the optical element in the carrier body.
In einer derartigen Anordnung wirkt in vorteilhafter Weise an den Koppelstellen jeweils sowohl eine Axialkraft als auch eine Tangentialkraft auf das optische Element ein.In such an arrangement, both an axial force and a tangential force act on the optical element in an advantageous manner at the coupling points.
Alternativ hierzu lässt sich ebenfalls mit Vorteil vorsehen, dass an den Koppelstellen jeweils eine Axialkraft und jeweils eine in einer beliebigen, zur optischen Achse des optischen Elements senkrechten Richtung ausgerichtete Kraft auf das optische Element einwirken, wobei die in beliebige Richtungen ausgerichteten Kräfte Wirkungslinien haben, die sich nicht in einem einzigen Punkt schneiden.Alternatively, it can also be advantageously provided that at the coupling points in each case an axial force and in each case a directed in any direction perpendicular to the optical axis of the optical element direction force acting on the optical element, wherein the aligned in any direction forces have lines of action do not intersect in a single point.
Vorteilhaft ist eine Anordnung, in der die Vorsprünge ausschließlich kraftschlüssig gehalten werden.Advantageously, an arrangement in which the projections are held exclusively non-positively.
In vorteilhafter Weise lässt sich gemäß der Erfindung die Verspannung des optischen Elements durch den Einsatz elastischer Mindestkräfte zum Halten des optischen Elements auf ein Minimum reduzieren.Advantageously, according to the invention, the tension of the optical element can be minimized by the use of minimum elastic forces for holding the optical element.
Von Vorteil ist eine Anordnung, in der die elastischen Elemente in Halterungen angeordnet sind, die die elastischen Elemente wenigstens teilweise umgeben.An advantage is an arrangement in which the elastic elements are arranged in holders which at least partially surround the elastic elements.
In vorteilhafter Weise werden die elastischen Elemente von vorgespannten Druckfedern gebildet.Advantageously, the elastic elements are formed by prestressed compression springs.
In einer weiteren vorteilhaften Anordnung ist vorgesehen, dass die Druckfedern die Vorsprünge in axialer und tangentialer Richtung halten. Hierbei kann die Anordnung vorteilhaft so ausgestaltet sein, dass in tangentialer Richtung eine oder zwei Druckfedern angeordnet sind und dass in axialer Richtung eine oder zwei Druckfedern angeordnet sind. Mit Vorteil werden die Druckfedern nur soweit vorgespannt-, dass sie beim Transport des optischen Elements auftretende Schocklasten aufnehmen können.In a further advantageous arrangement it is provided that the compression springs hold the projections in the axial and tangential direction. In this case, the arrangement can advantageously be designed such that one or two compression springs are arranged in the tangential direction and that one or two compression springs are arranged in the axial direction. Advantageously, the compression springs are preloaded only to the extent that they can absorb shock loads occurring during the transport of the optical element.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Anordnung ist vorgesehen, dass die Druckfedern in einer den Trägerkörper aufnehmenden Klemmeinheit angeordnet sind, die den Trägerkörper durch ein monolithisches Festkörpergelenk hält.In a further advantageous embodiment of the arrangement, it is provided that the compression springs are arranged in a clamping unit accommodating the carrier body, which holds the carrier body through a monolithic solid-body joint.
Zusätzlich lässt sich mit Vorteil das Festkörpergelenk als Bipod mittels zwei Stäben ausführen.In addition, the solid-body joint can advantageously be designed as a bipod by means of two rods.
Von Vorteil ist es ebenfalls, wenn in den Vorsprüngen des optischen Elements oder in dem optischen Bauelement selber, insbesondere in dessen Randbereich, Einkerbungen oder Nuten in axialer, vorzugsweise jedoch radialer und/oder tangentialer Richtung zur Verbindung mit elastisch federnden Elementen der Lagereinrichtung verlaufen.It is also advantageous if in the projections of the optical element or in the optical component itself, in particular in its edge region, notches or grooves in the axial, but preferably radial and / or tangential direction for connection with elastically resilient elements of the bearing device.
In vorteilhafter Weise kann vorgesehen werden, dass Druckfedern von den Einkerbungen oder Nuten aufgenommen werden. Zwischen den Druckfedern und den beispielsweise V- förmigen Nuten oder Vertiefungen können auch zwischengelegte Distanzelemente vorhanden sein.Advantageously, it can be provided that compression springs are received by the notches or grooves. Between the compression springs and the example V-shaped grooves or depressions and intermediate spacer elements may be present.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Vorsprünge des optischen Bauelements über die elastischen Elemente, insbesondere über die Druckfedern, in einer zu der Lagereinrichtung gehörenden Klammer gehalten.In a further embodiment of the invention, the projections of the optical component via the elastic elements, in particular via the compression springs, are held in a bracket belonging to the bearing device.
Die Verwendung von Druckfedern mit einer reduzierten Kraft (im Gegensatz zu Anordnungen, in denen das optische Bauelement über Reibschluss festgeklemmt wird) vermindert Verschiebungen und Verformungen der Koppelstellen durch Klemmkräfte und Relaxations- oder Setzeffekte, wenn die Federkonstante der Federn entsprechend klein gewählt wird (siehe Fig. 1). Die kinematische Entkopplung über Festkörpergelenke reduziert Kontaktstellen und führt zu einer statisch und dynamisch mit den bekannten Methoden optimierbaren Lagerung. Über die Befestigung von drei Bipods am äußeren Lagerring oder auch durch die Integration in den Bipod selbst kann eine aktive Verstellung über piezoelektrische oder elektromagnetische Antriebsmittel realisiert werden.The use of compression springs with a reduced force (in contrast to arrangements in which the optical component is clamped by friction) reduces displacements and deformations of the coupling points by clamping forces and relaxation or setting effects, if the spring constant of the springs is chosen correspondingly small (see FIG . 1). The kinematic decoupling over solid joints reduces contact points and leads to a statically and dynamically optimized with the known methods storage. About the attachment of three bipods on the outer bearing ring or by the integration in the bipod itself, an active adjustment via piezoelectric or electromagnetic drive means can be realized.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine zwei Anordnungen mit jeweils einem optischen Bauelement umfassende Einrichtung, in der die optischen Bauelemente jeweils so aufgebaut sind, wie oben beschrieben ist. In dieser Einrichtung sind die optischen Bauelemente durch eine abwechselnd hängende und stehende Anordnung der Klemmelemente bzw. der Lagereinrichtungen an einem einzigen Lagerring angeordnet sind.The invention also relates to a device comprising two arrangements, each comprising an optical component, in which the optical components are each constructed as described above. In this device, the optical components are arranged by an alternately hanging and standing arrangement of the clamping elements or the storage facilities on a single bearing ring.
Nachstehend wird die Erfindung in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail in exemplary embodiments with reference to the drawings. Show it:
Fig. 1 Kräfte bei kraftschlüssiger Verbindung,FIG. 1 forces during non-positive connection, FIG.
Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Klemmelement mit Lagereinrichtung,2 is a plan view of a clamping element with bearing means,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Anordnung mit einem optischenFig. 3 is a perspective view of an arrangement with an optical
Bauelement, das über drei Lagereinrichtungen mit Klemmelementen in einem Trägerkörper gelagert ist,Component which is mounted on three storage facilities with clamping elements in a carrier body,
Fig. 4 — 8 Schemata, gemäß denen das optische Bauelement in der Anordnung gehalten werden kann, undFIGS. 4-8 are diagrams according to which the optical device can be held in the assembly; and FIGS
Fig. 9 eine Befestigungsanordnung, durch die ein optisches Bauelement mittels eine9 shows a fastening arrangement, by means of which an optical component by means of a
Klammer gehalten wird.Brace is held.
Ein auch als Bipod bezeichnetes Klemmelement 1 (Fig. 2) nachfolgend auch Lagereinrichtung genannt, umfasst einen Grund- oder Trägerkörper 2 mit einer zentralen Ausnehmung 3 und zwei seitlichen Füßen 4, 5, die sich auf einem beispielsweise als Ring 6 (Fig. 3) ausgebildeten Träger (6) abstützen. Die Füße 4, 5 sind nach ihrem Aufbauprinzip beispielsweise aus der EP 1 245 982 A2 bekannt, auf deren Inhalt hinsichtlich ihres Aufbaus verwiesen wird. Sie weisen blattfederartige Biegeglieder 7 und/oder Festkörpergelenke auf, wie sie aus in der EP 1 245 982 A2 dargestellten Lagereinrichtungen bekannt sind.A clamping element 1 (FIG. 2), also referred to as a bearing device, also referred to as a bipod, comprises a base or carrier body 2 with a central recess 3 and two lateral feet 4, 5 which rest on a ring 6 (FIG. 3), for example. supported support (6) support. The feet 4, 5 are known according to their structure principle, for example, from EP 1 245 982 A2, on the content of which in terms of their structure is referenced. They have leaf-spring-like bending members 7 and / or solid-body joints, as are known from bearing arrangements shown in EP 1 245 982 A2.
In der Ausnehmung 3 ist ein über Halteplatten 8, 9, 10 (Fig. 2) und Schrauben 11, 12, 13 mit dem Grundkörper 2 verbundener Träger 13 eingebracht, der drei Druckfedern 14, 15, 16 aufnimmt, die einen Vorsprung 17 an einem optischen Element, beispielsweise einer Linse 18, hält. In tangentialer Richtung wird das optische Element über die beiden Druckfedern 14, 15, und in axialer Richtung über die Druckfeder 16 festgehalten.In the recess 3 via a holding plates 8, 9, 10 (Fig. 2) and screws 11, 12, 13 connected to the base body 2 carrier 13 is introduced, the three compression springs 14, 15, 16 receives, which has a projection 17 on a optical element, such as a lens 18, holds. In the tangential direction, the optical element via the two compression springs 14, 15, and held in the axial direction via the compression spring 16.
Neben dem Klemmelement (Lagereinrichtung) 1 wird die Linse 18 durch zwei weitere Lagereinrichtungen (Klemmelemente) 19, 20 gehalten, wobei die vorgespannten Druckfedern 14, 15, 16 die Linse 18 jeweils durch den zwischen sie eingebrachten Vorsprung 17 festhalten.In addition to the clamping element (bearing device) 1, the lens 18 is held by two further bearing devices (clamping elements) 19, 20, wherein the prestressed compression springs 14, 15, 16 hold the lens 18 respectively by the projection 17 introduced between them.
In einer schematischen Darstellung (Fig. 4) ist gezeigt, wie beliebige Kräfte an einem optischen Element 21 mit einem Vorsprung 22 auf das optische Element 21 wirken. An dem Vorsprung 22 angreifende Kräfte Fi und F2 wirken in axialer bzw. in beliebiger Richtung innerhalb einer von einer Schnittfläche des optischen Elements 21 aufgespannten Ebene, die üblicherweise senkrecht zur optischen Achse z liegt. Kräfte F3 und F4 wirken in axialer Richtung bzw. in tangentialer Richtung bezüglich des kreisförmigen Umfangs des optischen Elements 21. Dabei werden die axialen Kräfte F1 und F3 von den Lagereinrichtungen nach Fig. 1 und 3 durch die Druckfedern 16 aufgenommen, die allgemein in Axialrichtung elastisch ausgebildete Fixierelemente sein können. Die tangentialen Kräfte F4 werden in den Lagereinrichtungen nach Fig. 1 in der Anordnung nach Fg. 3 durch die Druckfedern 14 und 15 aufgenommen. Auch diese Federn können allgemein durch in Tangentialrichtung elastisch ausgebildete Fixierelemente ersetzt werden.In a schematic representation (FIG. 4) it is shown how any forces acting on an optical element 21 with a projection 22 on the optical element 21. Acting on the projection 22 forces Fi and F 2 act in the axial or in any direction within a plane defined by a sectional surface of the optical element 21 plane, which is usually perpendicular to the optical axis z. Forces F 3 and F 4 act in the axial direction or in the tangential direction with respect to the circular circumference of the optical element 21. The axial forces F 1 and F 3 are absorbed by the bearing devices according to FIGS. 1 and 3 by the compression springs 16 which can be generally elastically formed fixing in the axial direction. The tangential forces F 4 are recorded in the bearing devices according to FIG. 1 in the arrangement according to FIG. 3 by the compression springs 14 and 15. These springs can also generally be replaced by fixing elements which are elastically formed in the tangential direction.
An einem Vorsprung 23 (Fig. 5) an einem optischen Bauelement wird eine Koppelstelle für in axialer Richtung wirkende Kräfte F5 und für in tangentialer Richtung wirkende Kräfte F6 geschaffen. Dabei sind die Koppelstellen bevorzugt jeweils ebene Flächen senkrecht zu den genannten Kräften, um nicht Komponenten der genannten Kräfte in andere Richtungen als axial oder tangential umzulenken, wie dies der Fall wäre, wenn die Flächen nicht senkrecht zu den genannten Kräften stünden. Dies hat den Vorteil, dass die axialen und tangentialen Kräfte dann direkt durch die in der Haltevorrichtung 1 in Axialrichtung bzw. Tangentialrichtung angebrachten, in diese Richtungen jeweils elastisch ausgebildeten Fixierelemente, wie z.B. die in Fig. 2 dargestellten Druckfedern 14, 15, 16, aufgenommen werden können.On a projection 23 (FIG. 5) on an optical component, a coupling point for forces F 5 acting in the axial direction and for forces F 6 acting in the tangential direction is created. The coupling points are preferably each flat surfaces perpendicular to the forces mentioned, not components of said forces in directions other than to deflect axially or tangentially, as would be the case if the surfaces were not perpendicular to said forces. This has the advantage that the axial and tangential forces are then directly absorbed by the in the holding device 1 in the axial direction or tangential direction, in each of these directions elastically formed fixing elements, such as the pressure springs 14, 15, 16 shown in Fig. 2 can be.
In einer Ausführungsform (Fig. 6) für die Halterung eines Vorsprungs 17 innerhalb eines Klemmelements 1 (einer Lagereinrichtung 1), wie es für die Lagerung des optischen Elements 18 gemäß Fig. 2 eingesetzt werden kann, sind an dem Vorsprung 17 auf der Unterseite und an einer senkrechten Seite federnde Elemente 24, 25, 26 angesetzt, die beispielsweise als gespannte Spiral- oder Tellerfedern ausgebildet sind. Auf der der Unterseite gegenüberliegenden Oberseite sind starre Elemente 27, 28 angeordnet. Auf der gegenüberliegenden senkrechten Seite ist der Vorsprung 17 mit einer Ausbuchtung 29 versehen, die einem Zylinderstift 30 gegenüberliegt, d.h. die an einem Zylinderstift zur Anlage kommt. Damit wird der Vorsprung 17 für bestimmte mechanische Beanspruchungen oder Belastungen kraftschlüssig gehaltert. Diese kraftschlüssige Halterung ist dann gegeben, wenn die mechanische Beanspruchung des optischen Elements z.B. in einem nach unten wirkenden Kraftstoß liegt, der z.B. aus einem Stoß (oder Schock) resultiert, wie er z.B. beim Transport oder Aufbau einer das optische Element umfassenden Einheit, z.B. einer optischen Komponente einer Lithographieanlage, resultieren kann. Unter Kraftstoß wird wie in der Physik üblich das Integral der wirkenden Kraft über die Zeit verstanden. Ein Kraftstoß kann allgemeinen durch die Änderung eines Impulses, oder anders ausgedrückt durch eine zeitlich begrenzte Beschleunigung hervorgerufen werden, oder einfach durch die Einwirkung einer zeitlich begrenzten Kraft. Eine durch den Kraftstoß bedingte Beschleunigung des optischen Elements nach unten wird durch die federnden Elemente 24 und 25 aufgefangen bzw., bei geeigneter Vorspannung der Federn verhindert. Dabei wird eine etwaige Vorspannung der Federn 24 und 25 so gewählt, dass diese etwa der bei den zu erwartenden Kraftstößen auftretenden maximalen Kräfte entspricht. Damit wird verhindert, dass sich der Vorsprung 17 von den Anlageflächen der starren Elemente 27 und 28 löst bzw. abhebt. Wird die Vorspannung kleiner gewählt, so kann der Vorsprung 17 des optischen Elements bei den maximal zu erwartenden Kraftstößen kurzzeitig von den starren Elementen 27 und 28 abheben, wird dann aber mit abklingender Kraft mittels der Federn 24 und 25 durch diese wieder an den starren Elementen 27 und 28 zur Anlage gebracht. Damit nimmt das optische Element nach einem nach unten gerichteten Kraftstoß (z.B. durch Stoß oder Schock) wieder die gewünschte, durch die starren Elemente 27 und 28 vorgegebene Lage ein.In an embodiment (FIG. 6) for holding a projection 17 within a clamping element 1 (a bearing device 1), as can be used for the mounting of the optical element 18 according to FIG. 2, are on the projection 17 on the underside and on a vertical side resilient elements 24, 25, 26 attached, which are formed for example as a stretched spiral or disc springs. On the top opposite the underside of rigid elements 27, 28 are arranged. On the opposite vertical side of the projection 17 is provided with a bulge 29 which is opposite to a cylindrical pin 30, that comes to a cylinder pin to the plant. Thus, the projection 17 is held frictionally for certain mechanical stresses or strains. This frictional mounting is given when the mechanical stress of the optical element is, for example, in a downward force impulse, for example, results from a shock (or shock), such as when transporting or building a unit comprising the optical element, eg optical component of a lithography system, can result. Force impulse, as is customary in physics, means the integral of the acting force over time. A force impulse can generally be caused by the change of a momentum, or in other words by a temporally limited acceleration, or simply by the action of a time-limited force. A conditional by the impulse acceleration of the optical element down is collected by the resilient elements 24 and 25 or, with appropriate bias of the springs prevented. In this case, a possible bias of the springs 24 and 25 is chosen so that this corresponds approximately to the maximum forces occurring in the expected impulses. This prevents that the projection 17 from the contact surfaces of the rigid elements 27 and 28 solves or lifts. If the bias voltage is chosen to be smaller, then the protrusion 17 of the optical element can be briefly removed from the rigid elements 27 and 28 at the maximum expected force impulses take off, but then with decaying force by means of the springs 24 and 25 brought by these back to the rigid elements 27 and 28 to the plant. Thus, the optical element takes after a downward force impulse (eg by shock or shock) again the desired, by the rigid elements 27 and 28 predetermined position.
Analog zu den Federn 24 und 25 und den starren Elementen 27 und 28 wirkt die Feder 26 mit dem Zylinderstift 30 bei Kraftstößen in tangentialer Richtung, deren Kraftkomponenten in Richtung vom Zylinderstift 30 zur Feder 26 gerichtet sind. Die Feder 26 kann ebenfalls vorgespannt sein, wobei vorzugsweise die Vorspannung so gewählt ist, dass diese etwa der bei den zu erwartenden Kraftstößen auftretenden maximalen Kraft entspricht. Damit wird verhindert, dass sich der Vorsprung 17 von der Anlagefläche am Zylinderstift 30 löst bzw. von dieser Fläche abhebt. Entsprechend wie bei den Federn 24 und 25 kann die Vorspannung der Feder 26 kleiner gewählt werden als die maximal in einem Kraftstoß zu erwartende Kraft, wobei dann der Vorsprung 17 des optischen Elements kurzzeitig von der Anlagefläche des Zylinderstifts 30 abheben kann. Danach, mit abklingender Kraft, wird der Vorsprung 17 mittels der Feder 26 durch diese wieder an den Zylinderstift 30 zur Anlage gebracht. Damit nimmt das optische Element nach einem Kraftstoß mit einer tangentialen Kraftkomponente (z.B. durch Stoß oder Schock verursacht) wieder die gewünschte durch den Zylinderstift 30 vorgegebene Lage ein. Allgemein können die in Fig. 6 dargestellten Federn durch elastische Mittel ersetzt werden. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass eine Halterung eines optischen Elements mittels der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform einer Lagereinrichtung bei Kraftstößen mit Kraftkomponenten in Richtung der starren Elemente 27, 28 und/oder in Richtung des Zylinderstifts 30 auch reibschlüssig gehalten wird. Dabei ist bei geeigneter Dimensionierung der Halterung die reibschlüssige Haltekraft geringer als die kraftschlüssige Haltekraft. Ist die Kraftwirkung des Kraftstoßes dagegen genau in Richtung der starren Elemente 27, 28 oder genau in Richtung des Zylinderstifts 30, so wird das optische Element mittels des Vorsprungs 17 in der Lagerreinrichtung nach Fig. 6 über Formschluß in Position gehalten.Analogous to the springs 24 and 25 and the rigid elements 27 and 28, the spring 26 acts with the cylindrical pin 30 in force impulses in the tangential direction, whose force components are directed in the direction of the cylinder pin 30 to the spring 26. The spring 26 may also be biased, wherein preferably the bias voltage is selected so that it corresponds approximately to the maximum force occurring in the expected impulses. This prevents that the projection 17 is released from the contact surface on the cylindrical pin 30 or lifts off from this surface. As with the springs 24 and 25, the bias of the spring 26 can be selected smaller than the maximum expected force in a force, in which case the projection 17 of the optical element can temporarily lift off the contact surface of the cylindrical pin 30. Thereafter, with decaying force, the projection 17 is brought by the spring 26 through this again to the cylinder pin 30 to the plant. Thus, after an impulse with a tangential force component (e.g., caused by shock or shock), the optical element again assumes the desired position given by the cylindrical pin 30. In general, the springs shown in Fig. 6 can be replaced by elastic means. For the sake of completeness, it should be mentioned that a holder of an optical element by means of the embodiment of a bearing device shown in FIG. 6 is also frictionally held in the event of force collisions with force components in the direction of the rigid elements 27, 28 and / or in the direction of the cylindrical pin 30. In this case, with suitable dimensioning of the holder, the frictional holding force is less than the frictional holding force. If the force effect of the force impulse, however, exactly in the direction of the rigid elements 27, 28 or exactly in the direction of the cylindrical pin 30, the optical element is held by means of the projection 17 in the bearing device of FIG. 6 via positive engagement in position.
In einer anderen Ausgestaltung (Fig. 7) sind sowohl auf der Unterseite als auch an den beiden senkrechten Seiten des Vorsprungs 17 elastisch federnde Elemente 31, 32, 33, 34 angeordnet, um das optische Element 21 zu halten. Eine derartige Ausführungsform der Lagereinrichtung, bei der die federnden Elemente allgemein elastische Elemente sein können, die auch eine Vorspannung aufweisen können, wird dann gewählt, wenn Kraftstöße in beliebiger, aber nach unten gerichteter Richtung zu erwarten sind, und wenn dabei das optische Element kraftschlüssig gehalten werden soll. Werden allgemein Kraftstöße auch in beliebiger nach oben gerichteter Richtung erwartet, so können die in Fig. 7 verbleibenden starren Elemente, die oben am Vorsprung 17 angreifen auch durch federnde oder elastische, gegebenenfalls vorgespannte Elemente ersetzt werden.In another embodiment (FIG. 7), elastically resilient elements 31, 32, 33, 34 are arranged both on the underside and on the two vertical sides of the projection 17, to hold the optical element 21. Such an embodiment of the bearing device, in which the resilient elements may be generally elastic elements, which may also have a bias, is selected when power surges are to be expected in any, but downward direction, and while held frictionally the optical element shall be. If, in general, force impulses are also expected in any upwardly directed direction, the rigid elements remaining in FIG. 7, which act on the projection 17 at the top, can also be replaced by resilient or elastic, optionally prestressed elements.
In einer weiteren Ausführungsform (Fig. 8) wird der Vorsprung 17 jeweils an zwei Seiten über elastische Elemente 35, 36 und an den beiden anderen Seiten durch starre Elemente 37, 38 gehalten. Es ist für jede Richtung wenigstens ein Verstellmittel 39, 40, 41 zur Änderung des Abstands der starren Elemente 37, 38 oder der Längsausdehnungen der federnden Elemente 37, 38 vorhanden, so dass insgesamt die Federstärke (mit der die Elemente 35, 36 gegen den Vorsprung 17 drücken) d.h. die Vorspannung der federnden oder elastischen Elemente bzw. die Lage des optischen Elements justierbar und veränderbar ist, und dass auch die Position des Vorsprungs 17 einstellbar ist. Damit läßt sich die Position des Vorsprungs 17 in wenigstens einem Freiheitsgrad unabhängig von einer etwaigen Vorspannung des elastischen Elements 35, 36 einstellen. Allgemein können die starren Elemente 37 und 38 ebenfalls durch elastische Elemente ersetzt werden, wobei jedoch diese (wenigstens eines dieser elastischen Elemente) ebenfalls mit Verstellmittel 41 versehen sind, um deren Position zu verändern. Damit lässt sich der Vorsprung 17 in zwei Freiheitsgraden (in wenigstens einem Freiheitsgrad) bezüglich seiner Position justieren, wobei zusätzlich unabhängig von der Position des Vorsprungs 17 eine etwaige Vorspannung der elastischen Elemente einstellbar ist, so dass diese mit einer gewünschten Vorspannung auf das optische Element oder dessen Vorsprung wirken. Wird das optische Element z.B. mittels drei Vorsprünge 17 oder Anlenkstellen 17 gehalten, wobei jede Anlenkstelle 17 in zwei Freiheitsgrade hinsichtlich ihrer Position justierbar ist, so ist das optische Element insgesamt in bis zu 6 Freiheitsgraden justierbar, wobei an jeder Anlenkstelle (oder wenigstens an einer) eine etwaige Vorspannung des Anlenkstellen 17 unabhängig von der Position der betreffenden Anlenkstelle 17 und damit unabhängig von der Position des optischen Elements erfolgen kann., mit der die Elemente 35, 36 gegen den Vorsprung 17 drücken.In a further embodiment (FIG. 8), the projection 17 is held on two sides by means of elastic elements 35, 36 and on the other two sides by rigid elements 37, 38. There is at least one adjustment means 39, 40, 41 for changing the spacing of the rigid elements 37, 38 or the longitudinal extensions of the resilient elements 37, 38 for each direction, so that overall the spring strength (with which the elements 35, 36 against the projection 17 press) ie the bias of the resilient or elastic elements or the position of the optical element is adjustable and changeable, and that also the position of the projection 17 is adjustable. Thus, the position of the projection 17 in at least one degree of freedom can be adjusted independently of any bias of the elastic element 35, 36. In general, the rigid elements 37 and 38 can also be replaced by elastic elements, but these (at least one of these elastic elements) are also provided with adjusting means 41 to change their position. Thus, the projection 17 can be adjusted in two degrees of freedom (in at least one degree of freedom) with respect to its position, in addition regardless of the position of the projection 17 a possible bias of the elastic elements is adjustable so that it with a desired bias on the optical element or its advantage act. If the optical element is held, for example, by means of three projections 17 or articulation points 17, each articulation point 17 being adjustable in two degrees of freedom with respect to its position, then the optical element is adjustable in total up to 6 degrees of freedom, whereby at each articulation point (or at least one) a possible bias of the articulation point 17 regardless of the position of the relevant pivot point 17 and thus regardless of the position of the optical element., With the elements 35, 36 press against the projection 17.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung (Fig. 9) ist an dem optischen Element ein Vorsprung 42 vorgesehen, der über eine von einer Druckfeder 43 umgebene Schraube 44 mit einem Kopfelement 45 eines isostatischen (statisch bestimmten) Lagerungselements 46 verbunden ist. Das Lagerungselement ist seinerseits über einen von zwei Füßen 47, 48 gebildeten Bipod gegenüber einem Trägerelement gelagert und befestigt. In tangentialer Richtung ist der Vorsprung 42 über eine von einer Druckfeder 49 umgebene Schraube 50 elastisch gelagert. Auf seiner Oberseite umfasst das Lagerungselement 46 eine Klammer 51, die eine Blattfeder 52 umfasst. Die Blattfeder 52 erlaubt ein leichtes Einfügen des Vorsprungs 42 in den Bereich zwischen dem Kopfelement 45 und der Klammer 51. In einem an der Blattfeder 52 angebrachten Anschlußstück 53 ist ein Festkörpergelenk 54 integriert, so dass eine elastische Lagerung des Vorsprungs 42 in tangentialer Richtung durch die Schraube 50 unterstützt wird. Mittels eines Justageelements 60 lässt sich in tangentialer Richtung das Anschlußstück 53 verstellen, wodurch sich der Vorsprung 42 in dieser Richtung justieren lässt. Durch Nachstellen der Schraube 50 kann dann der Vorsprung 52 wieder mit der gewünschten oder ohne Vorspannung gehalten werden. Damit ist die Möglichkeit gegeben, das optische Element in einem Freiheitsgrad bezüglich seiner Position zu justieren, und unabhängig von der Position des optischen Elements mit dem Vorsprung 42 eine etwaige Vorspannung einzustellen, die am Vorsprung 42 angreift. Allgemein kann damit die Anlenkstelle 17, 42 eines optischen Elements 18, 21 in wenigstens einem Freiheitsgrad hinsichtlich der Position der Anlenkstelle justiert werden, wobei zusätzlich das optische Element 18, 21 über die Anlenkstelle 17, 42 in wenigstens einer Richtung durch wenigstens ein elastisches Element oder durch wenigstens ein elastisch federndes Element 14, 15, 16, 49 kraftschlüssig gehalten wird, und wobei eine etwaige Vorspannung der durch das elastisch federnde Elemente oder das elastische Element erzeugten Haltekraft unabhängig von der Position der Anlenkstelle und damit unabhängig von der Position des optischen Elements einstellbar ist. In einer weiteren Ausführungsform wird beispielsweise das Justageelement 60 durch eine der Schraube 50 äquivalente Vorrichtung ersetzt, oder durch eine solche Schraube, wobei diese dann vorzugsweise auch eine Druckfeder 49 umfasst. In a further embodiment of the invention (FIG. 9), a projection 42 is provided on the optical element, which projection is connected to a head element 45 of an isostatic (statically determined) bearing element 46 via a screw 44 surrounded by a compression spring 43. The storage element is in turn mounted and fixed to a support element via a bipod formed by two feet 47, 48. In the tangential direction, the projection 42 is elastically supported by a screw 50 surrounded by a compression spring 49. On its upper side, the bearing element 46 comprises a clamp 51, which comprises a leaf spring 52. The leaf spring 52 allows easy insertion of the projection 42 in the region between the head member 45 and the bracket 51. In a mounted on the leaf spring 52 fitting 53, a solid-state joint 54 is integrated, so that an elastic support of the projection 42 in the tangential direction through the Screw 50 is supported. By means of an adjustment element 60, the connecting piece 53 can be adjusted in a tangential direction, whereby the projection 42 can be adjusted in this direction. By adjusting the screw 50 then the projection 52 can be held again with the desired or without bias. This makes it possible to adjust the optical element in one degree of freedom with respect to its position, and regardless of the position of the optical element with the projection 42 to set any bias that acts on the projection 42. In general, therefore, the articulation point 17, 42 of an optical element 18, 21 can be adjusted in at least one degree of freedom with respect to the position of the articulation point, wherein additionally the optical element 18, 21 via the articulation point 17, 42 in at least one direction by at least one elastic element or is held frictionally by at least one elastically resilient element 14, 15, 16, 49, and wherein a possible bias of the holding force generated by the elastically resilient elements or the elastic element independently of the position of the articulation point and thus independently of the position of the optical element adjustable is. In a further embodiment, for example, the adjustment element 60 is replaced by a device equivalent to the screw 50, or by such a screw, which then preferably also includes a compression spring 49.

Claims

Patentansprüche claims
1. Anordnung zur Lagerung eines einen äußeren Umfangsbereich aufweisenden optischen Elements (18, 21), insbesondere einer Linse oder eines Spiegels, relativ zu einem Träger (6) über wenigstens drei am äußeren Umfangsbereich des optischen Elements (18, 21) angeordnete Anlenkstellen (17), dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (18, 21) über die Anlenkstellen (17) in wenigstens einer Richtung durch elastisch federnde Elemente (14, 15, 16) kraftschlüssig gehalten wird, wobei sich die elastisch federnden Elemente für jede Anlenkstelle (17) in einer Lagereinrichtung (1) mit einem Trägerkörper (2) befinden und die Lagereinrichtungen (1) das optische Element statisch bestimmt am Träger (6) halten.1. An arrangement for supporting an outer peripheral region having an optical element (18, 21), in particular a lens or a mirror relative to a carrier (6) via at least three on the outer peripheral portion of the optical element (18, 21) arranged articulation points (17 ), characterized in that the optical element (18, 21) via the articulation points (17) in at least one direction by resiliently-resilient elements (14, 15, 16) is held non-positively, wherein the elastically resilient elements for each articulation point (17 ) are in a storage device (1) with a support body (2) and the storage facilities (1) hold the optical element statically determined on the carrier (6).
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (18, 21) in Richtung des kraftschlüssigen Haltens mittels durch die elastisch federnden Elemente (14, 15, 16) eingebrachten Mindestkräfte gehalten wird.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the optical element (18, 21) is held in the direction of frictional holding by means of the elastically resilient elements (14, 15, 16) introduced minimum forces.
3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (18, 21) in axialer und/oder tangentialer Richtung kraftschlüssig gehalten wird.3. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the optical element (18, 21) is held positively in the axial and / or tangential direction.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem optischen Element (18, 21) Vorsprünge (17) angeordnet sind, die die Anlenkstellen (17) bilden.4. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that on the optical element (18, 21) projections (17) are arranged, which form the articulation points (17).
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlenkstellen (17) durch das optische Element (18, 21) selber gebildet sind.5. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the articulation points (17) through the optical element (18, 21) are themselves formed.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an den Anlenkstellen(17) jeweils zwei Koppelstellen vorgesehen sind, auf die jeweils zwei Haltekräfte zum Halten des optischen Elements (18, 21) in dem Trägerkörper (2) einwirken. 6. Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that at the articulation points (17) each have two coupling points are provided, each acting on the two holding forces for holding the optical element (18, 21) in the carrier body (2).
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass über die Koppelstellen jeweils sowohl eine Axialkraft (Fi, F3, F5) als auch eine Tangentialkraft (F2, F4, F6) auf das optische Element (18, 21) einwirkt.7. Arrangement according to claim 6, characterized in that on the coupling points in each case both an axial force (Fi, F 3 , F 5 ) and a tangential force (F 2 , F 4 , F 6 ) on the optical element (18, 21) acts.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an den Koppelstellen jeweils eine Axialkraft und jeweils eine in einer beliebigen, zur optischen Achse des optischen Elements (18, 21) senkrechten Richtung ausgerichteten Kraft auf das optische Element (18, 21) einwirken, wobei die in beliebige Richtungen ausgerichteten Kräfte Wirkungslinien haben, die sich nicht in einem einzigen Punkt schneiden.8. Arrangement according to one of claims 6 to 7, characterized in that at the coupling points in each case an axial force and in each case in an arbitrary, to the optical axis of the optical element (18, 21) directed perpendicular force to the optical element (18, 21), the forces oriented in arbitrary directions having lines of action which do not intersect in a single point.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlenkstellen (17) ausschließlich kraftschlüssig gehalten werden.9. Arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that the articulation points (17) are held exclusively non-positively.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Elemente von den Trägerkörpern (2) wenigstens teilweise umgeben sind.10. Arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that the elastic elements of the carrier bodies (2) are at least partially surrounded.
1 1. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Elemente von vorgespannten Druckfedern (24, 25, 26; 31, 33, 34; 35, 36) gebildet werden.1 1. An arrangement according to claim 10, characterized in that the elastic elements of prestressed compression springs (24, 25, 26; 31, 33, 34, 35, 36) are formed.
12. Anordnung nach Anspruch 1 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfedern (24, 25, 26; 31, 33, 34; 35, 36) die Vorsprünge (17) in axialer und tangentialer Richtung halten.12. Arrangement according to claim 1 1, characterized in that the compression springs (24, 25, 26, 31, 33, 34, 35, 36) hold the projections (17) in the axial and tangential direction.
13. Anordnung nach 12, dadurch gekennzeichnet, dass in tangentialer Richtung eine oder zwei Druckfedern (24, 25; 33, 34; 36) angeordnet sind und dass in axialer Richtung eine oder zwei Druckfedern (26; 31 ; 35) angeordnet sind.13. Arrangement according to claim 12, characterized in that in the tangential direction one or two compression springs (24, 25, 33, 34, 36) are arranged and in that one or two compression springs (26, 31, 35) are arranged in the axial direction.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfedern (24, 25, 26; 31, 33, 34; 35, 36) nur soweit vorgespannt sind, dass sie beim Transport des optischen Elements (18, 21) auftretende Schocklasten aufnehmen können. 14. Arrangement according to one of claims 1 1 to 13, characterized in that the compression springs (24, 25, 26; 31, 33, 34, 35, 36) are preloaded only to the extent that they are in the transport of the optical element (18, 21) can absorb shock loads occurring.
15. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfedern (24, 25, 26; 31, 33, 34; 35, 36) in einem Trägerkörper (2) der Lagereinrichtung (1) angeordnet sind, wobei der Trägerkörper (2) durch ein monolithisches Festkörpergelenk (7) gehalten wird.15. Arrangement according to one of claims 1 1 to 14, characterized in that the compression springs (24, 25, 26; 31, 33, 34; 35, 36) in a carrier body (2) of the bearing device (1) are arranged, wherein the carrier body (2) by a monolithic solid joint (7) is held.
16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Festkörpergelenk als Bipod mittels zwei Stäben oder Füßen (4, 5) ausgeführt ist.16. The arrangement according to claim 15, characterized in that the solid-body joint is designed as a bipod by means of two rods or feet (4, 5).
17. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in den Anlenkstellen (17) oder in dem optischen Bauelement (18, 21) selber, insbesondere in dessen Randbereich, Einkerbungen oder Nuten in axialer und/oder tangentialer und/oder radialer Richtung zur Verbindung mit elastisch federnden Elementen der Lagereinrichtung (1) ausgebildet sind.17. Arrangement according to one of claims 1 to 16, characterized in that in the articulation points (17) or in the optical component (18, 21) itself, in particular in its edge region, notches or grooves in the axial and / or tangential and / or Radial direction for connection to elastically resilient elements of the bearing device (1) are formed.
18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass Druckfedern von den Einkerbungen oder Nuten aufgenommen werden.18. Arrangement according to claim 17, characterized in that compression springs are received by the notches or grooves.
19 Anordnung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlenkstellen (17) über die elastischen Elemente, insbesondere über die Druckfedern, in einer zu der Lagereinrichtung gehörenden Klammer (51) gehalten werden.19 Arrangement according to claim 17 or 18, characterized in that the articulation points (17) via the elastic elements, in particular via the compression springs, are held in a belonging to the bearing bracket (51).
20. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (18, 21) durch piezoelektrische oder elektromagnetische Antriebsmittel, insbesondere Lorentz-Aktuatoren, in wenigstens einem Freiheitsgrad justierbar ist, wobei diese Antriebsmittel innerhalb der Lagereinrichtung (1) und/oder zwischen der Lagereinrichtung (1) und dem Träger (6) und/oder zwischen dem optischen Element (18, 21) und der Lagereinrichtung (1) angeordnet sind.20. Arrangement according to one of claims 1 to 19, characterized in that the optical element (18, 21) by piezoelectric or electromagnetic drive means, in particular Lorentz actuators, in at least one degree of freedom is adjustable, said drive means within the storage device (1). and / or between the bearing device (1) and the carrier (6) and / or between the optical element (18, 21) and the bearing device (1) are arranged.
21. Einrichtung, bestehend aus zwei Anordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Elemente (18, 21) der Anordnungen durch eine abwechselnd hängende und stehende Anordnung der Lagereinrichtungen (1) an einem einzigen Träger (6), insbesondere einem Lagerring angeordnet sind. 21. Device consisting of two arrangements according to one of claims 1 to 20, characterized in that the optical elements (18, 21) of the arrangements by an alternately hanging and standing arrangement of the storage facilities (1) on a single support (6), are arranged in particular a bearing ring.
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