一种高精度可调光学元件的支撑装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种可调高精度光学元件支撑装置，属于高精度光学元件制造与装调【技术领域】，该装置包括带有三点固定支撑的镜框、可调柔性辅助支撑弹片、多级位移缩小柔性铰链、螺纹调节杆、螺纹锁紧弹簧、螺钉；所述三点固定支撑用于粘接光学元件，所述可调柔性辅助支撑弹片对光学元件进行辅助支撑，所述多级位移缩小柔性铰链、螺纹调节杆以及螺纹锁紧弹簧构成高分辨率位移调节机构，对可调柔性辅助支撑弹片位置进行调整。本发明可广泛应用于折射式与反射式、平面、球面以及非球面光学元件，能有效降低高精度支撑装置对加工精度的苛刻要求，对光学元件提供精确的均匀支撑力以及非均匀支撑力，有效克服光学元件自重引起的变形的同时具有主动变形的能力。
【专利说明】一种高精度可调光学元件的支撑装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高精度光学元件制造与装调【技术领域】，特别涉及一种高精度可调光学 元件的支撑装置。
【背景技术】
[0002] 随着现代光学设计、制造的发展，对光学元件的面形精度提出了越来越高的要求， 尤其是在深紫外、极紫外光刻光学领域，要求光学元件保证面形精度RMS值在纳米甚至亚 纳米级别。
[0003] 常用的光学元件支撑装置由于无法有效克服光学元件自重变形，其精度难以满足 高精度面形要求，因此需要设计特殊的支撑装置来克服光学元件的自重变形，同时要求光 学元件精确主动变形以一定程度上补偿光学系统的波像差。目前公开可查的光学元件支撑 装置如 CN201110212311. 0、CN201210510940. 6、CN201310322942. 7 等，这些支撑装置均要 求各个关键部件的一致性极高，即要求过于苛刻机械加工精度，大大提高了加工难度，而且 不具备主动变形能力。
【发明内容】
[0004] 本发明为了解决高精度光学元件严格的面形要求与支撑装置极其苛刻的加工精 度之间的矛盾，提供了一种可广泛应用于平面、球面以及非球面光学元件的高精度可调光 学元件的支撑装置。该支撑装置折射式与反射式光学元件均能适用，能够在保证光学元件 精确定位与支撑面形的同时，大大降低支撑装置的制造精度与成本，能够同时满足光学元 件均匀支撑与主动变形的需求。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：
[0006] -种高精度可调光学元件的支撑装置，包括：带有三点固定支撑的镜框、均匀分布 在三点固定支撑之间多个可调柔性辅助支撑弹片以及安装在镜框上的螺纹调节杆；
[0007] 光学元件粘接在镜框的所述三点固定支撑上；多级位移缩小柔性铰链安装在镜框 的安装槽内；可调柔性辅助支撑弹片安装在多级位移缩小柔性铰链的位移输出端，可调柔 性辅助支撑弹片球头支撑所述光学元件；所述螺纹调节杆的球头与多级位移缩小柔性铰链 的位移输入端接触；
[0008] 所述三点固定支撑在镜框120°周向均匀分布；所述可调柔性辅助支撑弹片的数 量为3的正整数倍；每个可调柔性辅助支撑弹片分别与一个多级位移缩小柔性铰链连接；
[0009] 每个所述多级位移缩小柔性铰链包括一个或者串联起来的多个柔性铰链；每个柔 性铰链包括：位移输入端、传动结构以及位移输出端；所述传动结构包括左右镜面对称设 置的四角铰接的两个平行四边形结构，该两个平行四边形结构外侧的坚直边固定，内侧的 坚直边的下端与位移输入端连接；位移输出端分别与两个平行四边形结构中的非坚直边上 的一点相连。
[0010] 上述技术方案中，所述可调柔性辅助支撑弹片由"T"形薄片板簧与圆柱球头组成； 板簧具有柔性，板簧根部位有安装孔，圆柱球头能够适应各种形状的光学元件表面，形成稳 定可靠的接触支撑。
[0011] 上述技术方案中,所述多级位移缩小柔性铰链的位移传动比为1:1?100:1。
[0012] 上述技术方案中，所述螺纹调节杆可与螺纹锁紧弹簧配对使用，实现调整位置的 精确定位。
[0013] 本发明的有益效果：本发明所述的高精度光学元件支撑结构采用三点固定支撑能 够实现光学元件的快速定位；多点可调柔性辅助支撑弹片支撑方式大大降低了机械结构的 加工精度要求；多级位移缩小柔性铰链大大提高调节位移传动比，使螺纹调节杆完全能够 满足可调柔性辅助支撑弹片微米级甚至亚微米级的调节分辨率要求；螺纹锁紧弹簧能够保 证螺纹调节杆定位精确，最终保证光学元件支撑状态可靠；本发明采用上述支撑方式后，能 够对光学元件提供精确的均匀支撑力以及非均匀支撑力，有效克服光学元件自重引起的变 形的同时具有主动变形的能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0015] 图1是本发明一种高精度可调光学元件的支撑装置去掉光学元件后的俯视图。
[0016] 图2是本发明一种高精度可调光学元件的支撑装置的结构示意图，图2(a)?（c) 分别采用3点、6点以及9点可调柔性辅助支撑弹片。
[0017] 图3是本发明一种高精度可调光学元件的支撑装置的剖视图。
[0018] 图4是二级位移缩小柔性铰链与可调柔性辅助支撑弹片的结构示意图。
[0019] 图5 (a)是一个一级位移缩小柔性铰链的工作原理图；图5 (b)是一个二级位移缩 小柔性铰链的工作原理图。
【具体实施方式】
[0020] 本发明的发明思想为：一种高精度可调光学元件支撑装置，其包括：带有三点固 定支撑的镜框、可调柔性辅助支撑弹片、多级位移缩小柔性铰链、螺纹调节杆、螺纹锁紧弹 簧、螺钉。
[0021] 所述镜框是支撑装置的环形主体结构，具有较好刚度，一般为不锈钢或者殷钢等 材料，镜框上含有周向匀布的三点固定支撑、多级位移缩小柔性铰链安装槽与安装螺纹孔 以及螺纹调节杆与螺纹锁紧弹簧安装螺纹孔；
[0022] 所述三点固定支撑成120°周向均匀分布，其支撑面可以设计为与光学元件相切 的斜面或者曲率半径略微大于光学元件的球面，便于采用结构胶固定光学元件与镜框；
[0023] 所述可调柔性辅助支撑弹片的数目至少为3个，并且为3的倍数以满足在三点固 定支撑之间均匀分布的要求，可调柔性辅助支撑弹片由"T"形薄片板簧与圆柱球头组成，板 簧具有柔性，板簧根部位有安装孔，圆柱球头能够更好的适应各种形状的光学元件表面，形 成稳定可靠的接触支撑；
[0024] 所述多级位移缩小柔性铰链将多个结构相同的柔性铰链进行串联之后显著的提 高柔性铰链的位移传动比，从而保证可调柔性辅助支撑弹片的位置调整具有良好的分辨 率，根据不同应用场合对调节分辨率的要求，可以合理设计多级位移缩小柔性铰链的级 数；
[0025] 所述螺纹调节杆作为多级位移缩小柔性铰链的位移输入装置，其头部采用球头以 更好的适应被接触面，中部采用螺纹用于位移调节，根部阶梯轴用于卡紧螺纹锁紧弹簧，根 部还有内六角沉头孔，方便采用工具进行调节，根部外圆有刻度线记录调节的相对位移；
[0026] 所述螺纹锁紧弹簧是一种圆柱压缩螺旋弹簧，用于对螺纹调节杆位置进行锁紧；
[0027] 所述螺钉为标准件，可调柔性辅助支撑弹片与多级位移缩小柔性铰链单独加工， 最后采用螺钉紧固。
[0028] 本发明的工作原理为：
[0029] 三点固定支撑用于精确定位，可调柔性辅助支撑弹片与三点固定支撑一起构成多 点均匀支撑克服光学元件自重变形或者特定的非均匀支撑，从而保证光学元件的高精度面 形。固定支撑以及辅助支撑弹片的支撑力满足力平衡以及力矩平衡方程：
【权利要求】
1. 一种高精度可调光学元件的支撑装置，其特征在于，包括：带有三点固定支撑（2-2) 的镜框（2)、均匀分布在三点固定支撑（2-2)之间多个可调柔性辅助支撑弹片（3-1)以及安 装在镜框（2)上的螺纹调节杆（4); 光学元件（1)粘接在镜框（2)的所述三点固定支撑（2-2)上；多级位移缩小柔性铰链 (3-2)安装在镜框（2)的安装槽内；可调柔性辅助支撑弹片（3-1)安装在多级位移缩小柔 性铰链（3-2)的位移输出端，可调柔性辅助支撑弹片（3-1)球头支撑所述光学元件（1);所 述螺纹调节杆（4)的球头与多级位移缩小柔性铰链（3-2)的位移输入端接触； 所述三点固定支撑（2-2)在镜框（2)120°周向均匀分布；所述可调柔性辅助支撑弹片 (3-1)的数量为3的正整数倍；每个可调柔性辅助支撑弹片（3-1)分别与一个多级位移缩 小柔性铰链（3-2)连接； 每个所述多级位移缩小柔性铰链（3-2)包括一个或者串联起来的多个柔性铰链；每个 柔性铰链包括：位移输入端、传动结构以及位移输出端；所述传动结构包括左右镜面对称 设置的四角铰接的两个平行四边形结构，该两个平行四边形结构外侧的坚直边固定，内侧 的坚直边的下端与位移输入端连接；位移输出端分别与两个平行四边形结构中的非坚直边 上的一点相连。
2. 根据权利要求1所述的支撑装置，其特征在于，所述可调柔性辅助支撑弹片（3-1)由 "T"形薄片板簧与圆柱球头组成；板簧具有柔性，板簧根部位有安装孔，圆柱球头能够适应 各种形状的光学元件表面，形成稳定可靠的接触支撑。
3. 根据权利要求1所述的支撑装置，其特征在于，所述多级位移缩小柔性铰链（3-2)的 位移传动比为1:1?100:1。
4. 根据权利要求1所述的支撑装置，其特征在于，所述螺纹调节杆（4)可与螺纹锁紧弹 簧（5)配对使用，实现调整位置的精确定位。
【文档编号】G02B7/00GK104360451SQ201410508361
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2014年9月26日
【发明者】吴志会, 王东平, 倪明阳, 李显凌, 杨怀江, 隋永新 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所