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WO2018060223A1 - Stellantrieb zur justage eines zu bewegenden elements, verwendungen und verfahren zur justage - Google Patents

Stellantrieb zur justage eines zu bewegenden elements, verwendungen und verfahren zur justage Download PDF

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WO2018060223A1
WO2018060223A1 PCT/EP2017/074450 EP2017074450W WO2018060223A1 WO 2018060223 A1 WO2018060223 A1 WO 2018060223A1 EP 2017074450 W EP2017074450 W EP 2017074450W WO 2018060223 A1 WO2018060223 A1 WO 2018060223A1
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WO
WIPO (PCT)
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actuator
moved
sma
sensor
elements
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/074450
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mirko Liedtke
Tobias Kaufhold
Franziska TISCHER
Original Assignee
Carl Zeiss Microscopy 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 Microscopy Gmbh filed Critical Carl Zeiss Microscopy Gmbh
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Priority to US16/334,880 priority patent/US11163131B2/en
Priority to JP2019516580A priority patent/JP7143288B2/ja
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    • G03B2205/0076—Driving means for the movement of one or more optical element using shape memory alloys
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    • G03B5/00—Adjustment of optical system relative to image or object surface other than for focusing

Definitions

  • Actuator for adjusting an element to be moved uses and method for adjustment
  • the invention relates to an actuator and devices for adjusting an element to be moved in a beam path of an optical arrangement.
  • the invention further relates to uses of the actuators and adjustment method.
  • Shape memory metals known to resume their original shape after heating. The forces occurring are suitable for positioning specifically movable elements.
  • EP 2 140 138 Bl A first approach has already been described in EP 2 140 138 Bl and implemented for the generation of a movement in a mobile phone camera. From EP 2,140,138 Bl is in particular a
  • the SMA actuator has an SMA actuator which, upon contraction due to the action of heat, causes the movement of a movable member.
  • the control system includes a power source.
  • the SMA actuator is heated by electrical current flowing through the SMA actuator.
  • a detector circuit for detecting the electrical resistance of the SMA actuator and a controller for controlling the power source are provided.
  • the controller heats the SMA actuator while monitoring the electrical resistance of the SMA actuator. A position of a movable member is detected, and depending on the position, the SMA actuator is further heated or cooled to adjust the position of the movable member. Due to the opposite arrangement of the wires of shape memory metal is an accurate
  • US Pat. No. 8,441,749 B2 describes an actuator based on shape memory alloys (SMA).
  • SMA shape memory alloys
  • This comprises a carrier, an element to be moved and a holding device with a plurality of elastic connecting elements between the carrier and the moving element.
  • the holding device By action of the holding device, the element to be moved is guided along an axis.
  • At least one SMA element in the form of a wire exerts a force on the element to be moved as its length changes.
  • an actuator comprising four SMA elements in the form of wires, a carrier and an element to be moved.
  • the SMA elements are fastened with one of their ends to the carrier and the element to be moved.
  • the force effects generated by the SMA elements are opposite to each other.
  • the element to be moved can be positioned in an XY plane.
  • WO 2007/113478 relates to an actuator for moving a camera lens.
  • the actuator includes a support, the camera lens, a fixture for guiding movement of the camera lens along its optical axis, and at least one pair of SMA elements. These are arranged under tension between the camera lens and the carrier.
  • the invention has for its object to propose further and / or improved over the prior art actuators. Furthermore, the invention has for its object to provide new devices, uses and methods using the actuators.
  • the object is with respect to the actuator by the objects of the independent
  • Claim 1 solved. With regard to the devices, the object is achieved by the subject matter of claim 9. With regard to the uses and the method, the object is achieved by the subject matter of claims 10 to 12 or 13 and 14.
  • the object is achieved by an actuator for generating an adjusting movement and for delivering a moving element in a beam path of an optical arrangement.
  • the actuator comprises the element to be moved, a carrier and at least one SMA element, wherein the SMA element is in communication with the element to be moved and is formed supportingly on the carrier. Upon a change in the extent of the SMA element, a directed force is generated between the element to be moved and the carrier.
  • delivery also means the possibility of an adjustment of the element to be moved with respect to a desired position, the optical axis and / or with regard to other elements of the actuator or an arrangement comprising the actuator.
  • An adjustment is considered as a possible realization of an actuating movement. An adjustment can be carried out once, repeatedly or continuously.
  • SMA elements are understood to mean those elements which essentially consist of a shape memory material.
  • Shape memory materials may be shape memory alloys or shape memory polymers, SMPs, as well as combinations thereof. Shape memory materials may also be materials as described in US 7,591,834 B2.
  • a connection between the SMA element and the element to be moved can be realized both by a positive, positive and / or cohesive connection. Under such a
  • connection will continue to be understood embodiments in which the SMA element rests against the element to be moved over at least a portion of its extent and / or performed by the element to be moved and interacts mechanically with this.
  • a support of the SMA element on the carrier can be done with a loose end or a non-positively or cohesively connected to the carrier section.
  • the SMA element can be detachably or non-detachably connected to the carrier in further embodiments.
  • Connections are, for example, releasable connections, in particular non-positive and / or positive connections, such as fittings, clamp connections or connectors.
  • compounds can be non-releasable non-positive, positive and / or cohesive compounds, such as adhesive bonds, welded joints, pouring or compression joints.
  • the SMA element is spirally arranged about an axis, so that when a change in the extent of the SMA element in the direction of its length, a directed force in the direction of the axis, in particular along the axis, and / or rotation the actuator is effected about the axis.
  • the axis may be, for example, a longitudinal axis of the element to be moved.
  • the axis is, for example, a body axis of another structure, which is in communication with the element to be moved. In such a case, an indirect connection between the SMA element and the element to be moved may be formed.
  • At least one SMA element is arranged spirally around the axis. If two or more SMA elements are arranged spirally around the axis, then these are advantageously designed identically. If the at least two SMA elements are used simultaneously and in the same direction for generating a movement of the element to be moved, a similar or identical design of the SMA elements offers advantages in their control since the control parameters for all SMA elements can be chosen approximately or exactly the same ,
  • Such an embodiment is usable for moving optical lenses along the optical axis.
  • the SMA elements in particular in the form of wires made of a shape memory material, should not be stretched more than 1 to 2%. To still achieve sufficient movement, wires are provided with a greater length.
  • a lubricious coating for example a coating containing polytetrafluoroethylene (PTFE)
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the friction between SMA element and body may be reduced by suitable bearings, for example in the form of rollers, balls or polished surfaces.
  • the force effect of at least one SMA element can be partially compensated by the force effects of at least one further SMA element, whereby overshooting a desired position can be largely avoided.
  • At least one spring element may be present which acts as an antagonist to the at least one SMA element.
  • the actuator may have in a further embodiment at least two SMA elements which are arranged such that their respective directed force effects are at least partially directed against each other. These may be at least two SMA elements arranged spirally about the axis and / or SMA elements arranged linearly, for example.
  • the SMA elements can, for example, be connected to the element to be moved directly or indirectly at points opposite to it.
  • the opposing SMA elements are advantageously operated in opposite directions. For example, if a contraction occurs on one of the SMA elements, an expansion is caused in the opposite SMA element to compensate.
  • the SMA element can indirectly communicate with the element to be moved.
  • the further structure may be formed or attached to the element to be moved.
  • the SMA element can also interact with the element to be moved through a gearbox.
  • An indirect connection facilitates the replacement of individual components and reduces wear.
  • the SMA element is directly connected to the element to be moved in connection and is screwed to this example, clamped, welded or glued.
  • the element to be moved is connected to at least one fixed bearing.
  • the element to be moved is pivotable and / or rotatable by the effect of the at least one, advantageously the at least two, SMA elements around the fixed bearing.
  • the element to be moved is pivotable and / or rotatable in a plane or in a space around the fixed bearing.
  • Arrangement comprising a solid-state joint be present.
  • the element to be moved is, for example, a partial region of the solid-state joint.
  • the actuator can be arranged in a lens to there optical elements, such as optical lenses to move.
  • An objective may be, for example, a cine lens, a camera lens, a riflescope, binocular binoculars or monocular binoculars.
  • a lens with the actuator solves a technical problem that had previously placed particularly high demands on its implementation.
  • the invention further relates to a device for delivery, for example for adjustment, of an element to be moved by means of the actuator.
  • the element to be moved may have a pinhole, wherein a pinhole is an opening such as a hole or a slot.
  • the pinhole can be a pinhole of an optical arrangement, for example a confocal microscope.
  • the element to be moved may be a sensor and / or a correction mirror in further embodiments.
  • the element to be moved may include one or more lenses, diaphragms and / or a
  • Prism system in particular a reversing system, be. It is also possible that at least two elements to be moved are present, which are each formed for example as an Alvarez plate and which are to be moved relative to each other.
  • Alvarez plates require a very precise movement in a narrow space.
  • the device for delivering the element to be moved comprises an evaluation unit for evaluating current location coordinates including spatial coordinates and relative spatial positions of the elements to be moved and / or the SMA elements.
  • the spatial coordinates can be, for example, two-dimensional coordinates and / or spatial coordinates and / or relative spatial positions of, for example, the element to be moved and a profile of a current optical path of an optical arrangement,
  • a microscope for example, a microscope, a measuring device, a device for use in a surgical or therapeutic method, a lighting device or
  • Such a device can also be used to move a sensor comprising a number of sensor elements.
  • the sensor can be moved by fractions of the extent of a sensor element (fraction of a pixel spacing, sub-pixel area). Due to the correspondingly moving sensor, at least two images are taken and offset against each other. This concept is also known as "sensor shift" and is used, for example, the
  • the sensor is in such a case, for example, a camera sensor, for.
  • a CCD or a CMOS chip As a CCD or a CMOS chip.
  • Sensor elements provide data on the interspaces of the sensor elements, which can be overlaid, calculated and output by means of software.
  • the device and / or the actuator can also be used to form a grating laterally in a beam path of an optical component, such as a lens, or an optical Move arrangement and / or to adjust this in the beam path.
  • an optical component such as a lens
  • an optical Move arrangement By means of such a grating, the resolution of a microscope can be increased by a structured illumination of an object.
  • the actuator and the device can be used in optical arrangements such as microscope systems of any kind, for example in laser scanning microscopes, electron microscopes and in wide field microscopes.
  • An optical arrangement may have several actuators according to the invention or the same
  • the required infeeds can be made both radially, axially and rotationally.
  • the adjustment according to the prior art must be motor-driven from the outside, while a drive is provided in the interior of the optical component with the device according to the invention for the delivery of the element to be moved.
  • optical components are less sensitive to environmental influences such as humidity or corrosive media. In addition, they are easier to clean and require less space than optical components with external drives.
  • the actuator can be used to deliver components of a lens. It can also be used to adjust a pinhole-to-moving element, aperture or correction mirror. Another possible use of the actuator is the adjustment of at least two Alvarez plates relative to each other.
  • the actuator and / or the device for adjustment can or can be used for adjusting a sensor.
  • the sensor In a method for delivering the sensor, wherein the sensor has a number of sensor elements, the sensor is moved under the control of the actuator. During the execution of the method, actual measured values of the sensor present in the optical arrangement are detected and evaluated by comparing the actual measured values with desired measured values. Depending on the result of the comparison, control commands are generated.
  • the measured values can be detected, for example, by means of a resistance measurement of the SMA elements.
  • control circuits for optimizing position, correction values or other optical parameters can be present within the optical arrangement, for example of the microscope.
  • a generation of control commands can be omitted if the deviation of actual measured values and desired measured values is within a permissible tolerance limit.
  • the extent of a sensor element can be understood as a picture element or pixel. It is particularly advantageous if a delivery of the sensor takes place around distances which are fractions of the dimension of the sensor elements. This means that the sensor can be shifted and / or rotated by half pixels, for example.
  • Such a delivery or adjustment of the sensor can be used to increase the resolution of, for example, an image acquisition by means of the sensor.
  • the sensor is in such a case, for example, a camera sensor, for.
  • a CCD or a CMOS chip As a CCD or a CMOS chip.
  • the object is also achieved with a method for adjusting a moving element, in the execution of which the element to be moved is delivered by means of the actuator to a desired position.
  • the element to be moved is fixed at the desired position by means of an unconsolidated and reversibly solidifiable fixing material, wherein the unconsolidated fixing material is converted into the solidified state.
  • thermoplastic material for example, hot melt can be used. This is highly viscous or solid in its solidified state and only slightly viscous in its unconsolidated state
  • the fixing material is reversibly solidifiable when it can be repeatedly brought from its solidified in its unconsolidated state and back. To change the states, the fixing material can be supplied with heat energy, for example, or removed therefrom.
  • An element to be moved located at an actual position and already fixed by means of the reversibly solidifiable fixing material is delivered to the desired position after the fixing material has been transferred to the unconsolidated state.
  • a permanent fixation of the element to be moved can take place.
  • a fixing material for example, a UV-curable adhesive (UV adhesive) can be used.
  • the proposed method allows adjustment of, for example, lenses or
  • Lens groups of an optical component eg. B. a lens, without that outside the optical component arranged drives are required.
  • the proposed solutions, in particular the actuator, its uses and the method of adjustment advantageously allow one or more elements to be moved with high accuracy and very good reproducibility to adjust small distances.
  • the solutions described allow the use of actuators under structurally difficult conditions, with little available space and at low cost.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a first embodiment of an actuator according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic representation of a second embodiment of an actuator according to the invention
  • 3 is a schematic representation of a third embodiment of an actuator according to the invention
  • FIG. 4 is a schematic representation of a fourth embodiment of an actuator according to the invention.
  • FIG. 5 is a schematic representation of a fifth embodiment of an actuator according to the invention, and a device according to the invention,
  • Fig. 6 is a schematic representation of a sixth embodiment of a
  • Fig. 7 is a schematic representation of a seventh embodiment of a
  • FIG. 8 is a schematic representation of an eighth embodiment of an actuator according to the invention and a device according to the invention
  • An actuating drive 1 comprises, as essential components, an element 6 to be moved, a carrier 5 and at least one SMA element 7.1 to 7.4, wherein the SMA element 7.1 to 7.4 is in communication with the element 6 to be moved and is supported on the carrier 5 is formed (Fig. 1).
  • a first SMA element 7.1, a second SMA element 7.2, a third SMA element 7.3 and a fourth SMA element 7.4 are present.
  • the element 6 to be moved is formed as a plate with an opening in its center, which serves as a pinhole 8 of the optical arrangement 2, in particular a microscope.
  • the element 6 to be moved extends in an XY plane XY, which is spanned by an X-axis X and a Y-axis Y of a Cartesian coordinate system.
  • the element 6 to be moved is formed as a holder for an optical element such as a lens or a lens group or serves as a holder for a disc or plate in which the opening is located as a hole, slot, Phillips , Circular ring or otherwise formed.
  • the element 6 to be moved is encompassed by the carrier 5 designed as a frame and is directly connected to the carrier 5 by means of the SMA elements 7.1 to 7.4.
  • Each of the SMA elements 7.1 to 7.4 is connected to one of the corners of the element 6 to be moved, so that the
  • the SMA elements 7.1 to 7.4 are formed as wires, but may be formed in other embodiments as rods or bands.
  • An actuator 1 may have SMA elements of different shapes.
  • the SMA elements 7.1 to 7.4 can be controlled independently of one another by means of a control unit 10.
  • the control takes place, for example, by the fact that each SMA elements 7.1 to 7.4 an electric current of certain strength and with a certain electrical voltage flows through them.
  • a change of at least one dimension of the SMA elements 7.1 to 7.4 is effected.
  • a current length and a current ohmic resistance of each of the SMA elements 7.1 to 7.4 can be detected by means of a suitable measuring circuit (not shown) known to the person skilled in the art.
  • the measured values obtained are transmitted to an evaluation unit 9, which in turn is connected to the control unit 10 in a manner suitable for the transmission of data.
  • the evaluation unit 9 is to evaluate current location coordinates, for example, the SMA elements 7.1 to 7.4 and their current strain states, the current spatial position of a beam path of the optical assembly 2 and / or the current relative position of the moving element 6, in particular the pinhole 8, in Configured reference to the current beam path.
  • the actuator 1, the evaluation unit 9 and the control unit 10 are essential elements of a device for adjusting the element 6 to be moved.
  • Evaluation results of the evaluation unit 9 and optionally using further measured values, for example the ambient temperature, are generated and output by the control unit 10 control signals for driving the SMA elements 7.1 to 7.4.
  • Beam path or its current profile is the optical axis 4 of the optical arrangement 2 given.
  • the control commands are converted into devices not shown and causes the corresponding current flows and / or temperature changes of the SMA elements 7.1 to 7.4.
  • the moving element 6 can be adjusted with respect to the optical axis 4. It is also possible, additionally or alternatively, to bring the current profile of the optical axis 4 into agreement with the current position, for example, of the pinhole 8.
  • the SMA elements 7.1 to 7.4 are after their cooling in a mechanical balance of forces.
  • an additional brake can be provided.
  • Such Brake can be realized by the moving element 6 z. B. is pressed by a spring against a stationary abutment and fixed so.
  • an SMA element can be used to release the spring.
  • magnetic couplings can be used advantageously.
  • the actuator 1 and the optical arrangement 1 according to FIG. 2 correspond to those in FIG. 1, with the exception that the element 6 to be moved is a sensor 11 which has a number of sensor elements 11 n on its detection surface.
  • the dimension of each of the sensor elements 11.n in the direction of the X-axis X and in the direction of the Y-axis Y corresponds to a pixel pitch.
  • Results of the comparison which are transmitted to the control unit 10, are generated by these the control commands.
  • the generation of the control commands can be omitted in the event of a deviation of the actual measured values from the desired measured values within a permissible tolerance limit.
  • the delivery or the adjustment of the sensor 11 takes place around distances which are fractions of one of the dimensions, that is to say the pixel distances, of the sensor elements 11.
  • An adjustment can also be made by shifting by several pixel distances and / or fractions of a pixel pitch.
  • Adjustment movement must be synchronized with the recording times of the sensor 11.
  • the adjustment movement of the sensor 11 takes place around distances which are fractions of one of the dimensions, that is to say the pixel distances, of the sensor elements 11 n (sensor shift).
  • one or more of the SMA elements 7.1 to 7.4 may be replaced by a spring element. Due to the dynamic applications of the actuator 1, the existing SMA elements against the spring element
  • an actuator 1 is shown, the carrier 5 is formed by a solid-state joint 12 (shown only greatly simplified) on which the element to be moved 6 is formed or mounted.
  • a first and a second SMA element 7.1, 7.2 are crossing each other and formed with a connecting element 16 over a region of its longitudinal extent in contact standing.
  • the SMA elements 7.1, 7.2 touch the connecting element 16 and exert a change in their respective longitudinal extent of a force F on the connecting element 16, which in turn is integrally formed or attached to the element 6 to be moved.
  • the SMA elements 7.1, 7.2 are indirectly connected to the element 6 to be moved via the connecting element 16.
  • the solid-body joint 12 acts as a spring element antagonistic to the force F. caused by the SMA elements 7.1, 7.2.
  • two elements 6 to be moved are present, which are designed as a first alvarez plate 13. 1 and as a second
  • Alvarez plate 13.2 also referred to as Alvarezlinsen configured.
  • the first and second SMA elements 7.1, 7.2 are connected to the end faces of the first Alvarez plate 13.1 and the third and fourth SMA elements 7.3, 7.4 are connected to the end faces of the second Alvarez plate 13.2.
  • the two Alvarez plates 13.1, 13.2 in the X-Y plane XY relative to each other and relative to the optical axis 4 are displaceable.
  • each one of the antagonistic acting SMA elements is designed as a spring element.
  • FIG. 5 shows a fifth exemplary embodiment of the actuator 1, whose element 6 to be moved is formed by a correction mirror 14.
  • the correction mirror 14 is connected via two connecting elements 16 and a joint 16.1 with one SMA element 7.1, 7.2 indirectly.
  • a third connecting element 16 connects via a joint 16.1 a fixed bearing 15 with the
  • the correction mirror 14 can be tilted (rotated) relative to the XY plane XY and the optical axis 4 ) become.
  • both SMA elements 7.1, 7.2 have X, Y and Z coordinates that change along their length, movements in all planes as well as tilts (rotations) around all axes X, Y and Z as well as combinations of these movements can be realized.
  • optical elements such as lenses, mirrors and / or diaphragms are varied in the beam path of an optical arrangement 2, its orientation changes minimally but often disturbingly. In particular, this applies to the case that the beam path must hit a pinhole 8, as in a
  • LSM Laser scanning microscope
  • Correction mirror 14 may be introduced with a suitable diameter in the beam path.
  • this is movable by means of the SMA elements 7.1, 7.2 in selected or in all directions.
  • the SMA elements in this case the first and the second SMA element 7.1, 7.2, can be arranged spirally around an axis 17 of an optical component 3 of the optical arrangement 2 in further exemplary embodiments.
  • the SMA elements 7.1, 7.2 are arranged on the outer surface of a housing 18 of an objective 19 parallel to one another about a longitudinal axis (axis 17) (FIG. 6). They are only examples some turns of the SMA elements 7.1, 7.2 shown.
  • the axis 17 coincides with the optical axis 4 in the illustrated embodiment.
  • the SMA elements 7.1, 7.2 are connected to the housing 18 and are supported on the carrier 5 from.
  • the housing 18 here represents the element 6 to be moved.
  • the optical component 3 is moved along the optical axis 4 controlled.
  • the embodiment shown schematically in FIG. 6 is also suitable for the correction of
  • FIG. 1 Such an embodiment is shown schematically in FIG.
  • the held in the socket 21 optical lens 20 represents the moving element 6.
  • the SMA elements 7.1, 7.2 are connected to the socket 21 and are supported on the housing 18, which acts as a carrier 5 for the actuator 1.
  • the socket 21 is offset relative to the optical axis 4, so that the axis 17 and the optical axis 4 of the optical component 3 do not coincide.
  • the moving element 6 is an optical lens 20 in the embodiment, which is adjusted in an objective 19 along the optical axis 4.
  • the SMA elements 7.1, 7.2 are based on the
  • the moving element 6 is brought to a desired position by this is moved by means of an actuator 1. If the element 6 to be moved is located at the desired position, this is fixed by means of an unconsolidated and reversibly fixable fixing material 22. In this case, the non-solidified fixing material 22 is converted into the solidified state, for example, by being cooled to room temperature of about 20 ° C.
  • the fixing material 22 is maintained in the unconsolidated state during the adjustment by heat energy is supplied to the fixing material 22 by means of an electrically operated heating wire 23.
  • At least one of the SMA elements 7.1, 7.2 is formed as a heating wire, or the supply of heat energy in the
  • Fixing 22 serves or serve.
  • the fixing material 22 is heated again by means of the heating wire 23 and moved by means of the actuator 1 as described above to a new desired position. If the element 6 to be moved is delivered to the new desired position, the heating power of the heating wire 23 is reduced or switched off. The then again in the solidified state passing fixing material 22 holds the moving element 6 at the new desired position.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb (1) zur Justage eines zu bewegenden Elements (6) in einem Strahlengang einer optischen Anordnung (2), umfassend das zu bewegende Element (6), einen Träger (5) und mindestens ein SMA-Element (7.1 bis 7.4), wobei das SMA-Element (7.1 bis 7.4) mit dem zu bewegenden Element (6) in Verbindung steht und sich an dem Träger (5) abstützend ausgebildet ist, so dass bei einer Änderung der Ausdehnung des SMA-Elements (7.1 bis 7.4) eine gerichtete Kraftwirkung (F) zwischen dem zu bewegendem Element (6) und dem Träger (5) erzeugt ist. Die Erfindung betrifft weiterhin Vorrichtungen zur Justage eines zu bewegenden Elements (6) in einem Strahlengang einer optischen Anordnung (2), Verwendungen der Stellantriebe (6) sowie Justageverfahren.

Description

Stellantrieb zur Justage eines zu bewegenden Elements, Verwendungen und Verfahren zur Justage
Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb sowie Vorrichtungen zur Justage eines zu bewegenden Elements in einem Strahlengang einer optischen Anordnung. Die Erfindung betrifft weiterhin Verwendungen der Stellantriebe sowie Justageverfahren.
Zur Justage von zu bewegenden Elementen, insbesondere in optischen Anordnungen, werden bekanntermaßen beispielsweise Motoren, Piezo-Antriebe oder auch Hubmagnete, eingesetzt. Diese können auch dazu verwendet werden, um in einer (teil-) automatisierten optischen Anordnung wie einem Mikroskop Bewegungen auszuführen. So kann beispielsweise der Fokus oder die
Vergrößerung verändert oder ein Filter gewechselt werden.
Seit längerem ist die Fähigkeit von bestimmten Legierungen (Formgedächtnislegierungen,
Formgedächtnismetalle, shape memory alloy, SMA) bekannt, nach Erwärmung ihre ursprüngliche Form wieder anzunehmen. Die dabei auftretenden Kräfte sind dazu geeignet, um gezielt bewegliche Elemente zu positionieren.
Ein erster Ansatz wurde bereits in der EP 2 140 138 Bl beschrieben und für die Erzeugung einer Bewegung in einer Handykamera umgesetzt. Aus der EP 2 140 138 Bl ist insbesondere ein
Steuerungssystem für eine SMA-Betätigungsvorrichtung bekannt. Die SMA-Betätigungsvorrichtung weist einen SMA-Betätiger auf, der bei Kontraktion aufgrund von Wärmeeinwirkung die Bewegung eines bewegbaren Bauteils bewirkt. Das Steuerungssystem umfasst eine Stromquelle. Der SMA- Betätiger wird durch elektrischen Strom erwärmt, der durch den SMA-Betätiger fließt. Ferner sind eine Detektorschaltung zu Detektieren des elektrischen Widerstands des SMA-Betätigers und eine Steuerung zum Steuern der Stromquelle vorhanden. Mittels der Steuerung wird der SMA-Betätiger erwärmt, während der elektrische Widerstand des SMA-Betätigers überwacht wird. Eine Position eines bewegbaren Bauteils wird erfasst und in Abhängigkeit der Position wird der SMA-Betätiger weiter erwärmt beziehungsweise gekühlt, um die Position des bewegbaren Bauteils einzustellen. Durch die gegenläufige Anordnung der Drähte aus Formgedächtnismetall ist eine genaue
Positionierung des Aktuators möglich. Gleichzeitig kann durch Widerstandsmessung der verwendeten Drähte auf die aktuelle Position geschlossen werden.
In der US 8,441,749 B2 ist ein auf Formgedächtnislegierungen (shape memory alloy; SMA) basierender Stellantrieb beschrieben. Dieser umfasst einen Träger, ein zu bewegendes Element und eine Haltevorrichtung mit einer Vielzahl von elastischen Verbindungselementen zwischen Träger und zu bewegendem Element. Durch Wirkung der Haltevorrichtung wird das zu bewegende Element entlang einer Achse geführt. Mindestens ein SMA-Element in Form eines Drahtes übt bei einer Änderung seiner Länge eine Kraft auf das zu bewegende Element aus.
Aus der WO 2013/121225 AI ist ein Stellantrieb bekannt, der vier SMA-Elemente in Form von Drähten, einen Träger und ein zu bewegendes Element umfasst. Die SMA-Elemente sind mit je einem ihrer Enden an dem Träger und dem zu bewegenden Element befestigt. Die durch die SMA-Elemente erzeugten Kraftwirkungen sind einander entgegengerichtet. Mittels einer gezielten Längenänderung der SMA-Elemente ist das zu bewegende Element in einer XY-Ebene positionierbar. Die WO 2007/113478 betrifft einen Stellantrieb zur Bewegung einer Kameralinse. Der Stellantrieb umfasst einen Träger, die Kameralinse, eine Haltevorrichtung zur Führung der Bewegung der Kameralinse entlang ihrer optischen Achse und mindestens ein Paar SMA-Elemente. Diese sind unter Zugspannung zwischen der Kameralinse und dem Träger angeordnet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, weitere und/oder gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Stellantriebe vorzuschlagen. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, neue Vorrichtungen, Verwendungen sowie Verfahren unter Nutzung der Stellantriebe anzugeben.
Die Aufgabe wird hinsichtlich des Stellantriebs durch die Gegenstände des unabhängigen
Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich der Vorrichtungen wird die Aufgabe durch die Gegenstände des Anspruchs 9 gelöst. Hinsichtlich der Verwendungen sowie der Verfahren wird die Aufgabe durch die Gegenstände der Ansprüche 10 bis 12 beziehungsweise 13 und 14 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Aufgabe wird durch einen Stellantrieb zur Erzeugung einer Stellbewegung und zur Zustellung eines zu bewegenden Elements in einem Strahlengang einer optischen Anordnung gelöst. Der Stellantrieb umfasst das zu bewegende Element, einen Träger und mindestens ein SMA-Element, wobei das SMA-Element mit dem zu bewegenden Element in Verbindung steht und sich an dem Träger abstützend ausgebildet ist. Bei einer Änderung der Ausdehnung des SMA-Elements ist eine gerichtete Kraftwirkung zwischen dem zu bewegendem Element und dem Träger erzeugt.
Eine Zustellung des zu bewegenden Elements erfolgt durch die Erzeugung einer Stell bewegung, in deren Folge das zu bewegende Element beispielsweise an eine gewünschte Position und/oder einer gewünschten Orientierung oder Lage bewegt (=zugestellt) wird.
Im Folgenden wird unter einer Zustellung auch die Möglichkeit einer Justage des zu bewegenden Elements bezüglich einer Sollposition, der optischen Achse und/oder bezüglich anderer Elemente des Stellantriebs oder einer Anordnung umfassend den Stellantrieb verstanden. Eine Justage wird als eine mögliche Realisierung einer Stellbewegung angesehen. Eine Justage kann einmalig, mehrmalig oder kontinuierlich durchgeführt werden.
In der vorliegenden Beschreibung werden unter SMA-Elementen solche Elemente verstanden, die im Wesentlichen aus einem Formgedächtnismaterial bestehen. Formgedächtnismaterialien können Formgedächtnislegierungen oder Formgedächtnispolymere, sogenannte shape memory polymers, SMPs, sowie deren Kombinationen sein. Formgedächtnismaterialien können ferner Materialien sein, wie diese in der US 7,591,834 B2 beschrieben sind.
Eine Verbindung zwischen dem SMA-Element und dem zu bewegenden Element kann sowohl durch eine kraft-, form- und/oder stoffschlüssige Verbindung realisiert sein. Unter einer solchen
Verbindung werden weiterhin Ausführungen verstanden, bei denen das SMA-Element an dem zu bewegenden Element mindestens über einen Abschnitt seiner Ausdehnung anliegt und/oder durch das zu bewegenden Element durchgeführt ist und mit diesem mechanisch wechselwirkt.
Ein Abstützen des SMA-Elements auf dem Träger kann mit einem losen Ende oder einem nicht form- oder stoffschlüssig mit dem Träger verbundenen Abschnitt erfolgen. Das SMA-Element kann in weiteren Ausführungen lösbar oder unlösbar mit dem Träger verbunden sein. Verbindungen sind beispielsweise lösbare Verbindungen, insbesondere kraft- und/oder formschlüssige Verbindungen, wie Verschraubungen, Klemmverbindungen oder Steckverbindungen. Verbindungen können in weiteren Ausführungen unlösbare kraft-, form- und/oder stoffschlüssige Verbindungen wie Klebverbindungen, Schweißverbindungen, Eingießen oder Pressverbindungen sein.
In einer möglichen Ausführung des Stellantriebs ist das SMA-Element spiralförmig um eine Achse angeordnet, so dass bei einer Änderung der Ausdehnung des SMA-Elements in Richtung seiner Länge eine gerichtete Kraftwirkung in Richtung der Achse, insbesondere entlang der Achse, und/oder eine Rotation des Stellantriebs um die Achse bewirkt ist.
Die Achse kann dabei beispielsweise eine Längsachse des zu bewegenden Elements sein. In weiteren Ausführungen ist die Achse beispielsweise eine Körperachse einer weiteren Struktur, die mit dem zu bewegenden Element in Verbindung steht. In einem solchen Fall kann eine mittelbare Verbindung zwischen dem SMA-Element und dem zu bewegenden Element ausgebildet sein.
In weiteren Ausführungen ist mindestens ein SMA-Element spiralförmig um die Achse angeordnet. Sind zwei oder mehr SMA-Elemente spiralförmig um die Achse angeordnet, dann sind diese vorteilhaft gleich gestaltet. Werden die mindestens zwei SMA-Elemente gleichzeitig und gleichsinnig zur Erzeugung einer Bewegung des zu bewegenden Elements genutzt, bietet eine ähnlich oder gleiche Gestaltung der SMA-Elemente Vorteile bei deren Ansteuerung, da die Steuerparameter für alle SMA-Elemente etwa oder genau gleich gewählt werden können.
Die Vorteile einer solchen Ausführung liegen in einem geringen Platzbedarf und einer robusten Ausführung des Stellantriebs. Beispielsweise ist eine solche Ausführung zum Verfahren optischer Linsen entlang der optischen Achse verwendbar.
Um eine große Lebensdauer zu erzielen, sollten die SMA-Elemente, insbesondere in Form von Drähten aus einem Formgedächtnismaterial, nicht mehr als 1 bis 2 % gedehnt werden. Um dennoch hinreichend Bewegung zu erreichen, werden Drähte mit einer größeren Länge vorgehalten.
Besonders die Anwendung bei einem rotationssymmetrischen Bauteil erlaubt das wiederholte Auf- und Abwickeln des Drahtes und so einen platzsparenden Aufbau.
Auftretende Reibungsverluste können gering gehalten werden, wenn eine Gleitbeschichtung, beispielsweise eine Polytetraflourethylen (PTFE) enthaltende Beschichtung, auf dem SMA-Element, auf einem die Achse beispielsweise koaxial umgebenden Körper und/oder auf einem zwischen dem SMA-Element und dem Körper angeordnetem Gleitelement aufgebracht sind. In zusätzlichen oder alternativen Ausführungen kann die Reibung zwischen SMA-Element und Körper durch geeignete Lager, beispielsweise in Form von Rollen, Kugeln oder polierten Oberflächen, reduziert sein.
Werden die SMA-Elemente in weiteren Ausführungsformen des Stellantriebs gegensinnig betrieben, kann die Kraftwirkung mindestens eines SMA-Elements durch die Kraftwirkungen mindestens eines weiteren SMA-Elements teilweise kompensiert werden, wodurch ein Überfahren einer gewünschten Position weitestgehend vermieden werden kann.
Anstatt gegensinnig betriebener SMA-Elemente oder zusätzlich zu diesen kann mindestens ein Federelement vorhanden sein, das als Antagonist zu dem mindestens einen SMA-Element fungiert. Der Stellantrieb kann in einer weiteren Ausführung mindestens zwei SMA-Elemente aufweisen, die derart angeordnet sind, dass deren jeweilige gerichtete Kraftwirkungen wenigstens anteilig gegeneinander gerichtet sind. Dies können mindestens zwei spiralförmig um die Achse angeordnete SMA-Elemente und/oder beispielsweise linear verlaufend angeordnete SMA-Elemente sein.
Die SMA-Elemente können beispielsweise an sich gegenüberliegenden Punkten des zu bewegenden Elements mit diesem mittelbar oder unmittelbar verbunden sein.
Die sich gegenüberliegenden SMA-Elemente werden vorteilhaft gegensinnig betrieben. Wird beispielsweise bei einem der SMA-Elemente eine Kontraktion bewirkt, wird als Ausgleich bei dem gegenüberliegenden SMA-Element eine Ausdehnung verursacht.
In weiteren Ausführungen des Stellantriebs sind spiralförmig angeordnete und linear verlaufend angeordnete SMA-Elemente kombiniert, wodurch eine größere Gestaltungsfreiheit des Stellantriebs sowie zusätzliche Freiheitsgrade der Bewegung des zu bewegenden Elements erreichbar sind.
Wie bereits oben angesprochen, kann das SMA-Element mittelbar mit dem zu bewegenden Element in Verbindung stehen. Beispielsweise kann an dem zu bewegenden Element die weitere Struktur angeformt oder angebracht sein. Das SMA-Element kann auch über ein Getriebe mit dem zu bewegenden Element wirktechnisch in Verbindung stehen. Eine mittelbare Verbindung erleichtert den Austausch einzelner Komponenten und reduziert den Verschleiß.
In weiteren Ausführungen des Stellantriebs steht das SMA-Element unmittelbar mit dem zu bewegenden Element in Verbindung und ist an diesem beispielsweise angeschraubt, geklemmt, angeschweißt oder angeklebt.
Vorteile einer unmittelbaren Verbindung sind ein vereinfachter Aufbau und ein geringer Platzbedarf.
In einer weiteren Ausführungsmöglichkeit des Stellantriebs ist das zu bewegende Element mit mindestens einem Festlager verbunden. Das zu bewegende Element ist dabei durch Wirkung des mindestens einen, vorteilhaft der mindestens zwei, SMA-Elemente um das Festlager schwenkbar und/oder drehbar. Bei einer entsprechenden Anordnung der SMA-Elemente ist das zu bewegende Element in einer Ebene oder in einem Raum um das Festlager schwenkbar und/oder drehbar.
Ein Stellantrieb nach einem der vorher genannten Ausführungsmöglichkeiten kann in einer
Anordnung umfassend ein Festkörpergelenk vorhanden sein. Das zu bewegende Element ist beispielsweise ein Teilbereich des Festkörpergelenks.
Der Stellantrieb kann in einem Objektiv angeordnet sein um dort optische Elemente, beispielsweise optische Linsen, zu bewegen. Ein Objektiv kann beispielsweise ein Cineobjektiv, ein Kameraobjektiv, ein Zielfernrohr, ein binokulares Fernglas oder ein monokulares Fernglas sein.
Durch ein Objektiv mit dem Stellantrieb ist ein technisches Problem gelöst, das bislang besonders hohe Anforderungen an seine Umsetzung gestellt hatte.
Gemäß dem Stand der Technik wurden Bewegungen im Inneren von optischen Bauteilen, z. B. in Objektiven oder anderen optischen Baugruppen, bislang durch Antriebe bewirkt, die aus dem optischen Bauteil nach außen verlagert wurden und beispielsweise mittels Elektromotoren betrieben wurden. Eine Ausführung mit einem integrierten Stellantrieb vermeidet beispielsweise vorteilhaft eine platzintensive Ausführung der optischen Bauteile. Zudem sind die mittels eines erfindungsgemäßen Stellantriebs erzeugbaren Stellkräfte größer als solche, die beispielsweise mit miniaturisierten Piezoantrieben erreichbar sind.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zur Zustellung, beispielsweise zur Justage, eines zu bewegenden Elements mittels des Stellantriebs. Das zu bewegende Element kann dabei ein Pinhole aufweisen, wobei ein Pinhole eine Öffnung wie zum Beispiel ein Loch oder ein Schlitz ist. Das Pinhole kann insbesondere ein Pinhole einer optischen Anordnung, beispielsweise eines konfokalen Mikroskops, sein.
Das zu bewegende Element kann in weiteren Ausführungen ein Sensor und/oder ein Korrekturspiegel sein. Das zu bewegende Element können eine oder mehrere Linsen, Blenden und/oder ein
Prismensystem, insbesondere ein Umkehrsystem, sein. Es ist auch möglich, dass wenigstens zwei zu bewegende Elemente vorhanden sind, die beispielsweise jeweils als eine Alvarezplatte ausgebildet sind und die relativ zueinander bewegt werden sollen.
Insbesondere die Bewegung von Alvarezplatten erfordert eine sehr präzise Bewegung in eng begrenztem Bauraum.
Neben Bewegungen in einer X-Y-Ebene sind durch entsprechend gestaltete und angeordnete Lagerungen und beispielsweise das zu bewegende Element umspannend geführte SMA-Elemente in Form von Drähten auch rotatorische Justagen sowie rotatorische Stellbewegungen möglich.
Die Vorrichtung zur Zustellung des zu bewegenden Elements umfasst eine Auswerteeinheit zur Auswertung aktueller Ortskoordinaten inklusive Raumkoordinaten und relativer räumlicher Lagen der zu bewegenden Elemente und/oder der SMA-Elemente. Außerdem ist eine Steuereinheit zur Generierung von Steuerbefehlen in Abhängigkeit der ausgewerteten aktuellen Ortskoordinaten vorhanden. Die Ortskoordinaten können beispielsweise zweidimensionale Koordinaten und/oder Raumkoordinaten sein und/oder relative räumliche Lagen beispielsweise des zu bewegenden Elements und eines Verlaufs eines aktuellen Strahlengangs einer optischen Anordnung,
beispielsweise eines Mikroskops, eines Messgeräts, eines Geräts zur Verwendung in einem chirurgischen oder therapeutischen Verfahren, einer Beleuchtungsvorrichtung oder
Belichtungsvorrichtung.
Eine derartige Vorrichtung kann auch zur Bewegung eines eine Anzahl von Sensorelementen aufweisenden Sensors verwendet werden. Dabei kann der Sensor um Bruchteile der Ausdehnung eines Sensorelements (Bruchteil eines Pixelabstands; Sub-Pixelbereich) bewegt werden. Durch den entsprechend bewegten Sensor werden mindestens zwei Bilder aufgenommen und miteinander verrechnet. Dieses Konzept ist auch als„sensor shift" bekannt und dient beispielsweise der
Verbesserung der Farberkennung und/oder der Steigerung der Bildauflösung. Der Sensor ist in einem solchen Fall beispielsweise ein Kamerasensor, z. B. ein CCD- oder ein CMOS-Chip. Die so
beispielsweise in Richtung einer X-Achse als auch in Richtung einer Y-Achse bewegten
Sensorelemente (Pixel) liefern Daten über die Zwischenräume der Sensorelemente, welche mittels Software überlagert, berechnet und ausgegeben werden können.
Die Vorrichtung und/oder der Stellantrieb kann ferner verwendet werden, um ein Gitter seitlich in einen Strahlengang eines optischen Bauteils, beispielsweise eines Objektivs, oder einer optischen Anordnung zu schieben und/oder dieses im Strahlengang zu justieren. Mittels eines solchen Gitters kann die Auflösung eines Mikroskops durch eine strukturierte Beleuchtung eines Objekts gesteigert werden.
Der Stellantrieb sowie die Vorrichtung können in optischen Anordnungen wie Mikroskopsystemen jedweder Art, beispielsweise in Laserscanningmikroskopen, Elektronenmikroskopen sowie in Weitfeldmikroskopen verwendet sein.
Eine optische Anordnung kann mehrere erfindungsgemäße Stellantriebe gleicher oder
unterschiedlicher Ausführungen aufweisen.
Mittels der Vorrichtung zur Zustellung des zu bewegenden Elements ist beispielsweise eine
Möglichkeit des Stellantriebs für Korrekturverstellungen (Justage) des zu bewegenden Elements beziehungsweise der zu bewegenden Elemente angegeben. Die erforderlichen Zustellungen können sowohl radial, axial als auch rotierend erfolgen.
Vorteilhaft ist eine Verlagerung des Stellantriebs nach außerhalb des optischen Bauteils vermieden. Bei Unzugänglichkeit des optischen Bauteils, beispielsweise durch einen Inkubationsaufbau, muss die Verstellung gemäß dem Stand der Technik von außen motorisch angetrieben werden, während mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zustellung des zu bewegenden Elements ein Antrieb im Inneren des optischen Bauteils bereitgestellt ist.
Diese vorteilhaft mit einem Antrieb im Inneren versehenen optischen Bauteile sind unempfindlicher gegenüber Umwelteinflüssen wie Luftfeuchte oder korrosiven Medien. Zudem sind sie leichter zu reinigen und benötigen einen geringeren Bauraum als optische Bauteile mit außen liegenden Antrieben.
Der Stellantrieb kann zur Zustellung von Komponenten eines Objektivs verwendet werden. Er kann auch zur Justage eines ein Pinhole aufweisenden zu bewegenden Elements, einer Blende oder eines Korrekturspiegels verwendet werden. Eine weitere mögliche Verwendung des Stellantriebs liegt in der Justage wenigstens zweier Alvarezplatten relativ zueinander.
Der Stellantrieb und/oder die Vorrichtung zur Justage kann beziehungsweise können zur Justage eines Sensors verwendet werden.
In einem Verfahren zur Zustellung des Sensors, wobei der Sensor eine Anzahl von Sensorelementen aufweist, wird der Sensor mittels des Stellantriebs gesteuert bewegt. Bei der Ausführung des Verfahrens werden Ist-Messwerte des in der optischen Anordnung vorhandenen Sensors erfasst und ausgewertet, indem die Ist-Messwerte mit Soll-Messwerten verglichen werden. In Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs werden Steuerbefehle generiert.
Die Messwerte sind beispielsweise mittels einer Widerstandsmessung der SMA-Elemente erfassbar.
In weiteren Ausführungen des Stellantriebs können Regelkreise zur Optimierung von Position, Korrekturwerten oder andern optischen Parametern innerhalb der optischen Anordnung, beispielsweise des Mikroskops vorhanden sein.
Eine Generierung von Steuerbefehlen kann unterbleiben, wenn die Abweichung von Ist-Messwerten und Soll-Messwerten innerhalb einer zulässigen Toleranzgrenze liegt. Die Ausdehnung eines Sensorelements kann als Bildelement oder Pixel verstanden werden. Es ist besonders vorteilhaft, wenn eine Zustellung des Sensors um Strecken erfolgt, die Bruchteile einer der Dimension der Sensorelemente sind. Das bedeutet, der Sensor kann beispielsweise um halbe Pixel verschoben und/oder verdreht werden.
Eine derartige Zustellung oder Justage des Sensors kann zur Steigerung der Auflösung beispielsweise einer Bildaufnahme mittels des Sensors genutzt werden. Der Sensor ist in einem solchen Fall beispielsweise ein Kamerasensor, z. B. ein CCD- oder ein CMOS-Chip.
Die Aufgabe wird außerdem mit einem Verfahren zur Justage eines zu bewegenden Elements gelöst, bei dessen Ausführung das zu bewegende Element mittels des Stellantriebs an eine Soll-Position zugestellt wird. In einem weiteren Schritt wird das zu bewegende Element an der Soll-Position mittels eines unverfestigten und reversibel verfestigbaren Fixiermaterials fixiert, wobei das unverfestigte Fixiermaterial in den verfestigten Zustand überführt wird.
Als Fixiermaterial kann beispielsweise Heißkleber verwendet sein. Dieser ist in seinem verfestigten Zustand hochviskos oder fest und in seinem unverfestigten Zustand nur gering viskos
beziehungsweise flüssig. Das Fixiermaterial ist reversibel verfestigbar, wenn dieses mehrfach von seinem verfestigten in seinen unverfestigten Zustand und zurück gebracht werden kann. Zur Änderung der Zustände kann dem Fixiermaterial beispielsweise Wärmeenergie zu- beziehungsweise von diesem abgeführt werden.
Ein an einer Ist-Position befindliches und bereits mittels des reversibel verfestigbaren Fixiermaterials fixiertes zu bewegendes Element wird an die Soll-Position zugestellt, nachdem das Fixiermaterial in den unverfestigten Zustand überführt wurde.
In weiteren Ausgestaltungen des Verfahrens kann eine dauerhafte Fixierung des zu bewegenden Elements erfolgen. Als Fixiermaterial ist beispielsweise ein mittels UV-Strahlung aushärtbarer Kleber (UV-Kleber) verwendbar.
Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht eine Verstellung beispielsweise von Linsen oder
Linsengruppen eines optischen Bauteils, z. B. eines Objektivs, ohne dass außerhalb des optischen Bauteils angeordnete Antriebe erforderlich sind.
Die vorgeschlagenen Lösungen, insbesondere der Stellantrieb, dessen Verwendungen und die Verfahren zur Justage ermöglichen vorteilhaft, ein oder mehrere zu bewegende Elemente mit hoher Genauigkeit und sehr guter Reproduzierbarkeit um kleine Strecken zu verstellen. Die beschriebenen Lösungen ermöglichen den Einsatz von Stellantrieben unter konstruktiv schwierigen Bedingungen, bei geringem verfügbaren Bauraum und mit geringen Kosten.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Abbildungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stellantriebs,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stellantriebs, Fig. 3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stellantriebs,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stellantriebs,
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stellantriebs, und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels eines
erfindungsgemäßen Stellantriebs und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines siebenten Ausführungsbeispiels eines
erfindungsgemäßen Stellantriebs und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines achten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stellantriebs und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
In den schematischen Darstellungen der Ausführungsbeispiele sind gleiche technische Elemente mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, falls nicht ausdrücklich anders angegeben. Die
Darstellungen sind nicht maßstabsgerecht.
Ein Stellanrieb 1 umfasst als wesentliche Bestandteile ein zu bewegendes Element 6, einen Träger 5 und mindestens ein SMA-Element 7.1 bis 7.4, wobei das SMA-Element 7.1 bis 7.4 mit dem zu bewegenden Element 6 in Verbindung steht und sich an dem Träger 5 abstützend ausgebildet ist (Fig. 1).
In einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stellantriebs 1, der Bestandteil einer nicht näher dargestellten optischen Anordnung 2 ist, sind ein erstes SMA-Element 7.1, ein zweites SMA-Element 7.2, ein drittes SMA-Element 7.3 und ein viertes SMA-Element 7.4 vorhanden. Das zu bewegende Element 6 ist als eine Platte mit einer Öffnung in ihrem Zentrum ausgebildet, die als ein Pinhole 8 der optischen Anordnung 2, insbesondere eines Mikroskops, dient. Das zu bewegende Element 6 erstreckt sich in einer XY-Ebene XY, die durch eine X-Achse X und eine Y-Achse Y eines kartesischen Koordinatensystems aufgespannt ist.
In einer weiteren Ausführung des Stellantriebs 1 ist das zu bewegende Element 6 als Halterung für ein optisches Element wie eine Linse oder eine Linsengruppe ausgebildet oder dient als Halterung für eine Scheibe oder Platte, in der sich die Öffnung befindet, die als Loch, Schlitz, Kreuzschlitz, Kreisring oder anders ausgebildet ist.
Das zu bewegende Element 6 ist von dem als Rahmen ausgebildeten Träger 5 umfangen und mittels der SMA-Elemente 7.1 bis 7.4 mit dem Träger 5 unmittelbar verbunden. Jedes der SMA-Elemente 7.1 bis 7.4 ist mit einer der Ecken des zu bewegenden Elements 6 verbunden, sodass sich die
Längsachsen der SMA-Elemente 7.1 bis 7.4 virtuell in der X-Y-Ebene XY schneiden.
Die SMA-Elemente 7.1 bis 7.4 sind als Drähte ausgebildet, können in weiteren Ausführungen aber auch als Stäbe oder Bänder ausgebildet sein. Ein Stellantrieb 1 kann SMA-Elemente unterschiedlicher Formen aufweisen. Durch eine Änderung der Ausdehnung der SMA-Elemente 7.1 bis 7.4 in mindestens einer ihrer Dimensionen, insbesondere in Richtung ihrer Längsachsen, wird eine gerichtete Kraftwirkung F auf das zu bewegende Element 6 ausgeübt (mittels der Doppelpfeile symbolisiert), durch die das zu bewegende Element 6 in der X-Y-Ebene XY verschiebbar ist und das Pinhole 8 in Bezug auf eine in Richtung der Z-Achse Z verlaufende optische Achse 4 der optischen Anordnung 2 justierbar ist.
Jeweils zwei der SMA-Elemente 7.1 bis 7.4 sind derart angeordnet, dass deren jeweilige gerichtete Kraftwirkungen F wenigstens anteilig gegeneinander gerichtet sind.
Die SMA-Elemente 7.1 bis 7.4 sind mittels einer Steuereinheit 10 unabhängig voneinander ansteuerbar. Dabei erfolgt die Ansteuerung beispielsweise dadurch, dass je SMA-Elemente 7.1 bis 7.4 ein elektrischer Strom bestimmter Stärke und mit einer bestimmten elektrischen Spannung durch diese fließt. Infolge der Wirkung des ohmschen Widerstands der jeweiligen SMA-Elemente 7.1 bis 7.4 und der dabei erzeugten Wärme wird eine Änderung wenigstens einer Dimension der SMA- Elemente 7.1 bis 7.4 bewirkt.
Eine aktuelle Länge sowie ein aktueller ohmscher Widerstand jedes der SMA-Elemente 7.1 bis 7.4 ist mittels einer geeigneten und dem Fachmann bekannten Messschaltung (nicht gezeigt) erfassbar. Die dabei erhaltenen Messwerte werden einer Auswerteeinheit 9 übermittelt, die wiederum mit der Steuereinheit 10 in einer für die Übertragung von Daten geeigneten Weise in Verbindung steht. Die Auswerteeinheit 9 ist zur Auswertung aktueller Ortskoordinaten beispielsweise der SMA- Elemente 7.1 bis 7.4 sowie deren aktueller Dehnungszustände, der aktuellen räumlichen Lage eines Strahlengangs der optischen Anordnung 2 und/oder der aktuellen relativen Lage des zu bewegenden Elements 6, insbesondere des Pinholes 8, in Bezug zum aktuellen Strahlengang konfiguriert.
Der Stellantrieb 1, die Auswerteeinheit 9 und die Steuereinheit 10 sind wesentliche Elemente einer Vorrichtung zur Justage des zu bewegenden Elements 6.
In Abhängigkeit der von der Auswerteeinheit 9 übermittelten Messwerte und/oder von
Auswerteergebnissen der Auswerteeinheit 9 sowie optional unter Verwendung weiterer Messwerte beispielsweise der Umgebungstemperatur, werden durch die Steuereinheit 10 Steuersignale zur Ansteuerung der SMA-Elemente 7.1 bis 7.4 generiert und ausgegeben. Durch den aktuellen
Strahlengang beziehungsweise dessen aktuellen Verlauf ist die optische Achse 4 der optischen Anordnung 2 gegeben.
Die Steuerbefehle werden in nicht dargestellten Vorrichtungen umgesetzt und die entsprechenden Stromflüsse und/oder Temperaturänderungen der SMA-Elemente 7.1 bis 7.4 bewirkt.
Das zu bewegende Element 6 kann bezüglich der optischen Achse 4 justiert werden. Es ist auch möglich, zusätzlich oder alternativ den aktuellen Verlauf der optischen Achse 4 mit der aktuellen Position beispielsweise des Pinholes 8 in Übereinstimmung zu bringen.
In den nachfolgenden Ausführungsbeispielen gelten die oben angeführten Möglichkeiten zur Ansteuerung sowie zur Ausgestaltung der Vorrichtung entsprechend.
Nach der Justage des zu bewegenden Elements 6 ist die Stabilität dessen Lage beispielsweise bezüglich der X-Y-Ebene XY sowie dessen Position von besonderer Wichtigkeit. Daher befinden sich die SMA-Elemente 7.1 bis 7.4 nach deren Abkühlung in einem mechanischen Kräftegleichgewicht. In besonders kritischen Anwendungen kann eine zusätzliche Bremse vorgesehen werden. Eine solche Bremse kann realisiert werden, indem das zu bewegende Element 6 z. B. durch eine Feder gegen ein ortsfestes Widerlager gedrückt und so fixiert wird. Zum Lösen der Feder kann wiederum ein SMA- Element verwendet werden. Auch magnetische Kupplungen sind vorteilhaft einsetzbar.
Der Stellantrieb 1 und die optische Anordnung 1 gemäß der Fig. 2 entsprechen denen in der Fig. 1 mit der Ausnahme, dass das zu bewegende Element 6 ein Sensor 11 ist, der auf seiner Detektionsfläche eine Anzahl von Sensorelementen 11. n aufweist. Die Dimension jedes der Sensorelemente 11. n in Richtung der X-Achse X und in Richtung der Y-Achse Y entspricht einem Pixelabstand.
Ein Mittel zur Steigerung der Auflösung digitaler Bildaufnahmen besteht darin, den Sensor 11 um Bruchteile eines Pixelabstandes zuzustellen. Die Verwendung von SMA-Elementen 7.1, 7.2 bietet dazu eine gegenüber dem Stand der Technik räum- und kostensparende sowie sehr präzise und reproduzierbare Möglichkeit.
Bei der Ausführung eines Verfahrens zur Justage des Sensors 11 werden Ist-Messwerte des in der optischen Anordnung 2 vorhandenen Sensors 11 erfasst und ausgewertet, indem die Ist-Messwerte mit Soll-Messwerten mittels der Auswerteeinheit 9 verglichen werden. In Abhängigkeit des
Ergebnisses des Vergleichs, die an die Steuereinheit 10 übermittelt werden, werden durch diese die Steuerbefehle generiert. Die Generierung der Steuerbefehle kann bei einer Abweichung der Ist- Messwerte von den Soll-Messwerten innerhalb einer zulässigen Toleranzgrenze unterbleiben. Die Zustellung beziehungsweise die Justage des Sensors 11 erfolgt um Strecken, die Bruchteile einer der Dimensionen, also der Pixelabstände, der Sensorelemente 11. n sind. Eine Justage kann dabei auch durch Verschieben um mehrere Pixelabstände und/oder Bruchteile eines Pixelabstands erfolgen.
Bei der Ausführung eines Verfahrens zum Zustellen des Sensors 11 kann auf eine Rückführung des Messsignals verzichtet werden, solange bauartbedingt sichergestellt wird, dass die Stellbewegung nicht größer als die Ausdehnung ein Sensorelements 11. n ist. Die genaue Stellbewegung kann überwacht werden, um z. B. auch eine lineare Stellbewegung sicherzustellen. Ein Zyklus der
Stellbewegung muss mit den Aufnahmezeitpunkten des Sensors 11 synchronisiert werden. Die Stellbewegung des Sensors 11 erfolgt um Strecken, die Bruchteile einer der Dimensionen, also der Pixelabstände, der Sensorelemente 11. n sind (sensor shift).
In weiteren möglichen Ausführungen des Stellantriebs 1 können eines oder mehrere der SMA- Elemente 7.1 bis 7.4 durch ein Federelement ersetzt sein. Auf Grund der dynamischen Anwendungen des Stellantriebs 1 können die vorhandenen SMA-Elemente gegen das Federelement
beziehungsweise gegen die Federelemente arbeiten. Beispielsweise können zwei der SMA- Elemente 7.1 bis 7.4, beispielsweise das erste und das vierte SMA-Element 7.1, 7.4 durch
entsprechend angepasste Federelemente ersetzt sein.
In der Fig. 3 ist ein Stellantrieb 1 dargestellt, dessen Träger 5 durch ein Festkörpergelenk 12 (nur stark vereinfacht gezeigt) gebildet ist, an dem das zu bewegende Element 6 angeformt oder angebracht ist. Ein erstes und ein zweites SMA-Element 7.1, 7.2 sind einander überkreuzend und mit einem Verbindungselement 16 über einen Bereich ihrer Längsausdehnung in Kontakt stehend ausgebildet. Die SMA-Elemente 7.1, 7.2 berühren das Verbindungselement 16 und üben bei einer Änderung ihrer jeweiligen Längsausdehnung eine Kraftwirkung F auf das Verbindungselement 16 aus, das seinerseits wiederum an dem zu bewegenden Element 6 angeformt oder angebracht ist. Die SMA-Elemente 7.1, 7.2 stehen über das Verbindungselement 16 mittelbar mit dem zu bewegenden Element 6 in Verbindung. Das Festkörpergelenk 12 wirkt als Federelement antagonistisch zur durch die SMA-Elemente 7.1, 7.2 verursachten Kraftwirkung F.
In einem in der Fig. 4 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel des Stellantriebs 1 sind zwei zu bewegende Elemente 6 vorhanden, die als eine erste Alvarezplatte 13.1 und als eine zweite
Alvarezplatte 13.2, auch als Alvarezlinsen bezeichnet, ausgestaltet sind. Mit den Stirnseiten der ersten Alvarezplatte 13.1 sind das erste und zweite SMA-Element 7.1, 7.2 und mit den Stirnseiten der zweiten Alvarezplatte 13.2 sind das dritte und vierte SMA-Element 7.3, 7.4 verbunden. Mittels der SMA-Elemente 7.1 bis 7.4 sind die beiden Alvarezplatten 13.1, 13.2 in der X-Y-Ebene XY relativ zueinander und relativ zur optischen Achse 4 verschiebbar.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist jeweils eines der antagonistisch wirkenden SMA-Elemente als Federelement ausgeführt.
In der Fig. 5 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel des Stellantriebs 1 gezeigt, dessen zu bewegendes Element 6 durch einen Korrekturspiegel 14 gebildet ist.
Der Korrekturspiegel 14 ist über zwei Verbindungselemente 16 und ein Gelenk 16.1 mit je einem SMA-Element 7.1, 7.2 mittelbar verbunden.
Ein drittes Verbindungselement 16 verbindet über ein Gelenk 16.1 ein Festlager 15 mit dem
Korrekturspiegel 14.
Sind die SMA-Elemente 7.1, 7.2 in einer möglichen Ausführung in der X-Y-Ebene XY aufgespannt, ist eine Kippbewegung des Korrekturspiegels 14 um das Gelenk 16 des Festlagers 15 in der X-Y-Ebene XY erzeugbar. Innerhalb der X-Y-Ebene XY sind auch leichte Drehbewegungen möglich.
Ist in einer weiteren Ausführung mindestens eines der SMA-Elemente 7.1, 7.2 in der X-Z-Ebene XZ und/oder in der Y-Z-Ebene YZ verlaufend gespannt, kann der Korrekturspiegel 14 relativ zur X-Y- Ebene XY und zur optischen Achse 4 gekippt (rotiert) werden.
Weisen beide SMA-Elemente 7.1, 7.2 über ihre Längen sich ändernde X, Y und Z-Koordinaten auf, sind Bewegungen in allen Ebenen sowie Kippungen (Rotationen) um alle Achsen X, Y und Z sowie Kombinationen dieser Bewegungen realisierbar.
Werden in dem Strahlengang einer optischen Anordnung 2 optische Elemente wie Linsen, Spiegel und/oder Blenden variiert, ändert sich dessen Ausrichtung minimal aber oft störend. Insbesondere gilt dies für den Fall, dass der Strahlengang ein Pinhole 8 treffen muss, wie das in einem
Laserscanningmikroskop (LSM) der Fall ist (siehe auch Fig. 1). Zur Strahlkorrektur kann der
Korrekturspiegel 14 mit geeignetem Durchmesser in den Strahlengang eingebracht sein.
Erfindungsgemäß ist dieser mittels der SMA-Elemente 7.1, 7.2 in ausgewählten oder in allen Richtungen beweglich.
Die SMA-Elemente, hier das erste und das zweite SMA-Element 7.1, 7.2, können in weiteren Ausführungsbeispielen spiralförmig um eine Achse 17 eines optischen Bauteils 3 der optischen Anordnung 2 verlaufend angeordnet sein.
In einer Ausführung des optischen Bauteils 3 umfassend den Stellantrieb 1 sind die SMA- Elemente 7.1, 7.2 auf der äußeren Oberfläche eines Gehäuses 18 eines Objektivs 19 parallel zueinander verlaufend um eine Längsachse (Achse 17) angeordnet (Fig. 6). Es sind beispielhaft nur einige Windungen der SMA-Elemente 7.1, 7.2 gezeigt. Die Achse 17 fällt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit der optischen Achse 4 zusammen. Die SMA-Elemente 7.1, 7.2 sind mit dem Gehäuse 18 verbunden und stützen sich an dem Träger 5 ab. Das Gehäuse 18 stellt hier das zu bewegende Element 6 dar.
Infolge von Längenänderungen der SMA-Elemente 7.1, 7.2 wird das optische Bauteil 3 entlang der optischen Achse 4 gesteuert verfahren.
Die in der Fig. 6 schematisch gezeigte Ausführungsmöglichkeit ist auch für die Korrektur von
Elementen, beispielsweise von optischen Linsen 20 innerhalb eines Objektivs 19, verwendbar.
Ein solches Ausführungsbeispiel ist in der Fig. 7 schematisch dargestellt. In dem Gehäuse 18 des Objektivs 19 ist eine Fassung 21 einer optischen Linse 20 mit zwei SMA-Elementen 7.1, 7.2 spiralförmig umwunden. Die in der Fassung 21 gehaltene optische Linse 20 stellt das zu bewegende Element 6 dar. Die SMA-Elemente 7.1, 7.2 sind mit der Fassung 21 verbunden und stützen sich an dem Gehäuse 18 ab, das als Träger 5 für den Stellantrieb 1 fungiert.
Die Fassung 21 ist gegenüber der optischen Achse 4 versetzt angeordnet, so dass die Achse 17 und die optische Achse 4 des optischen Bauteils 3 nicht zusammenfallen.
Anhand der Fig. 8 wird ein Verfahren zur Justage des zu bewegenden Elements 6 erläutert. Das zu bewegende Element 6 ist im Ausführungsbeispiel eine optische Linse 20, die in einem Objektiv 19 entlang der optischen Achse 4 justiert wird. Die SMA-Elemente 7.1, 7.2 stützen sich an dem
Gehäuse 18 ab, das als Träger 5 für den Stellantrieb 1 fungiert.
Das zu bewegende Element 6 wird an eine Soll-Position gebracht, indem dieses mittels eines Stellantriebs 1 verschoben wird. Befindet sich das zu bewegende Element 6 an der Soll-Position, wird dieses mittels eines unverfestigten und reversibel verfestigbaren Fixiermaterials 22 fixiert. Dabei wird das unverfestigte Fixiermaterial 22 in den verfestigten Zustand überführt, indem es beispielsweise auf Raumtemperatur von ca. 20°C abgekühlt wird.
Das Fixiermaterial 22 wird während der Justage in dem unverfestigten Zustand gehalten, indem dem Fixiermaterial 22 mittels eines elektrisch betriebenen Heizdrahts 23 Wärmeenergie zugeführt wird.
In einer weiteren Ausführung des Stellantriebs 1 ist wenigstens eines der SMA-Elemente 7.1, 7.2 als Heizdraht ausgebildet, der beziehungsweise die einer Zufuhr von Wärmeenergie in das
Fixiermaterial 22 dient beziehungsweise dienen.
Soll das zu bewegende Element 6 erneut justiert werden, wird das Fixiermaterial 22 erneut mittels des Heizdrahts 23 erwärmt und mittels des Stellantriebs 1 wie oben beschrieben an eine neue Soll- Position verschoben. Ist das zu bewegende Element 6 der neuen Soll-Position zugestellt, wird die Heizleistung des Heizdrahts 23 reduziert oder abgeschalten. Das daraufhin wieder in den verfestigten Zustand übergehende Fixiermaterial 22 hält das zu bewegende Element 6 an der neuen Soll-Position. Bezugszeichen
1 Stellantrieb
2 optische Anordnung
3 optisches Bauteil
4 optische Achse
5 Träger
6 zu bewegendes Element
7.1 erstes SMA-Element
7.2 zweites SMA-Element
7.3 drittes SMA-Element
7.4 viertes SMA-Element
8 Pinhole
9 Auswerteeinheit
10 Steuereinheit
11 Sensor
11. n Sensorelement
12 Festkörpergelenk
13.1 erste Alvarezplatte
13.2 zweite Alvarezplatte
14 Korrekturspiegel
15 Festlager
16 Verbindungselement 16.1 Gelenk
17 Achse
18 Gehäuse
19 Objektiv
20 optische Linse 21 Fassung
22 Fixiermaterial
23 Heizdraht
F Kraftwirkung
X X-Achse
Y Y-Achse
Z Z-Achse
XY X-Y-Ebene
XZ X-Z-Ebene
YZ Y-Z-Ebene

Claims

Patentansprüche
1. Stellantrieb (1) zur Erzeugung einer Stellbewegung eines zu bewegenden Elements (6) in einem Strahlengang einer optischen Anordnung (2), umfassend das zu bewegende Element (6), einen Träger (5) und mindestens ein SMA-Element (7.1 bis 7.4), wobei das SMA-Element (7.1 bis 7.4) mit dem zu bewegenden Element (6) in Verbindung steht und sich an dem Träger (5) abstützend ausgebildet ist, so dass bei einer Änderung der Ausdehnung des SMA-Elements (7.1 bis 7.4) eine gerichtete Kraftwirkung (F) zwischen dem zu bewegendem Element (6) und dem Träger (5) erzeugt ist.
2. Stellantrieb (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das SMA-Element (7.1 bis 7.4) spiralförmig um eine Achse (17) angeordnet ist, so dass bei einer Änderung der Ausdehnung des SMA-Elements (7.1 bis 7.4) in Richtung seiner Länge eine gerichtete Kraftwirkung (F) in Richtung der Achse (17) und/oder eine Rotation des Stellantriebs (1) um die Achse (17) bewirkt ist.
3. Stellantrieb (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei SMA- Elemente (7.1 bis 7.4) derart angeordnet sind, dass deren jeweilige gerichtete Kraftwirkungen (F) wenigstens anteilig gegeneinander gerichtet sind.
4. Stellantrieb (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das SMA-Element (7.1 bis 7.4) mittelbar mit dem zu bewegenden Element (6) in Verbindung steht.
5. Stellantrieb (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das SMA-Element (7.1 bis 7.4) unmittelbar mit dem zu bewegenden Element (6) in Verbindung steht.
6. Stellantrieb (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zu bewegende Element (6) mit mindestens einem Festlager (15) verbunden ist.
7. Festkörpergelenk (12) umfassend einen Stellantrieb (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
8. Objektiv (19) umfassend einen Stellantrieb (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
9. Vorrichtung zur Erzeugung einer Stellbewegung eines ein Pinhole (8) aufweisenden zu bewegenden Elements (6), eines Sensors (11), wenigstens zweier Alvarezplatten (13.1, 13.2) relativ zueinander und/oder eines Korrekturspiegels (14) umfassend einen Stellantrieb (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 sowie eine Auswerteeinheit (9) zur Auswertung aktueller Ortskoordinaten und einer Steuereinheit (10) zur Generierung von Steuerbefehlen in Abhängigkeit der ausgewerteten aktuellen Ortskoordinaten.
10. Verwendung eines Stellantriebs (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Zustellung von
Komponenten eines Objektivs (19).
11. Verwendung eines Stellantriebs (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Erzeugung einer Stellbewegung eines ein Pinhole (8) aufweisenden zu bewegenden Elements (6), eines
Korrekturspiegels (14), eines Sensors (11) oder wenigstens zweier Alvarezplatten (13.1, 13.2) relativ zueinander.
12. Verwendung eines Stellantriebs (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Erzeugung einer Stellbewegung eines eine Anzahl von Sensorelementen (11. n) aufweisenden Sensors (11) um
Bruchteile der Ausdehnung eines Sensorelements (11. n).
13. Verfahren zur Erzeugung einer Stellbewegung eines Sensors (11) aufweisend eine Anzahl von Sensorelementen (11. n) mittels eines Stellantriebs (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem Ist- Messwerte des in der optischen Anordnung (2) vorhandenen Sensors (11) erfasst und ausgewertet werden, indem die Ist-Messwerte mit Soll-Messwerten verglichen werden und in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs Steuerbefehle generiert werden, wobei eine Stellbewegung des
Sensors (11) um Strecken erfolgt, die Bruchteile einer der Dimension der Sensorelemente (11. n) sind.
14. Verfahren zur Erzeugung einer Stellbewegung eines zu bewegenden Elements (6), mit den Schritten:
— Zustellen des zu bewegenden Elements (6) an eine Soll-Position mittels eines Stellantriebs (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und
— Fixieren des zu bewegenden Elements (6) an der Soll-Position mittels eines unverfestigten und reversibel verfestigbaren Fixiermaterials (22), wobei das unverfestigte Fixiermaterial (22) in den verfestigten Zustand überführt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet dass ein an einer Ist-Position befindliches und mittels des reversibel verfestigbaren Fixiermaterials (22) fixiertes zu bewegendes Element (6) an die Soll-Position zugestellt wird, nachdem das Fixiermaterial (22) in den unverfestigten Zustand überführt wurde.
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