CN101403803A

CN101403803A - 一种可变光阑以及光阑调节方法

Info

Publication number: CN101403803A
Application number: CNA2008102171220A
Authority: CN
Inventors: 林琳
Original assignee: QINGYI PRECISION MASK MAKING (SHENZHEN) CO Ltd
Current assignee: QINGYI PRECISION MASK MAKING (SHENZHEN) CO Ltd
Priority date: 2008-10-29
Filing date: 2008-10-29
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2028-10-29
Also published as: CN101403803B

Abstract

本发明涉及一种可变光阑以及光阑调节方法。该可变光阑包括具有透光孔的基座、以及至少三组均布设置在所述透光孔的圆周上的调整机构；每一所述调整机构均包括设置在所述基座上的导向机构、对应安装在所述导向机构上的挡光光阑片、以及驱动所述光阑片在所述导向机构上运动的驱动元件；所述光阑片围成与所述透光孔相对的透光光阑。通过设置多个光阑片，并且每一光阑片由独立的驱动元件驱动，在导向机构的导向方向上移动，使得光阑的每条几何边都可控制，实现光阑片的分别独立的调整，方便了光阑的形状、大小、位置的调整，具有调整方便、准确地优点。

Description

一种可变光阑以及光阑调节方法

技术领域

本发明涉及通光装置，更具体地说，涉及一种可调节通光大小和形状的可变光阑以及光阑调节方法。

背景技术

在半导体器件，液晶、等离子、有机EL等显示器件，光掩膜制造等精密(如微米、亚微米、深亚微米级)的激光微细加工领域，往往需要对激光束的光束外形进行整形，以令投影或成像的光束呈现出所需的几何形状(比如圆形或矩形等)的光斑。这些光斑的成型机构通常是光阑。

而在一些场合中，由于加工的对象(比如ITO玻璃的线路)有不同大小的尺寸，而且有不同工艺需要，激光束形成的光斑的大小和边缘位置要求能够进行调整，因此，需要使用可变光阑，来实现光斑的大小和边缘位置变换的要求。

如图4所示，是现有技术的一种光阑，其是在一个不透光的底板上，按工艺需要加工出一系列具有确定的尺寸、不同几何形状的透光光阑，以供不同加工工艺需求的选用。这种光阑无法实现连续可调，不便于实际使用。而且，这些光阑通常是针对某一类产品进行设计的，而需要加工不同产品时，往往需要重新设计透光光阑的尺寸、形状等，增加了成本。

如图5所示，是现有技术的另一种光阑，其通过驱动电机来带动螺杆转动；两个光阑片分别通过螺旋方向相反的螺母同时安装在螺杆上。在需要调整光阑片的距离时，通过驱动电机带动螺杆转动，在螺杆上的螺母同时相对或向背运动，从而实现光阑片的相对或向背运动，来调整光阑的大小。虽然，这种结构的光阑是连续可调的，但是，光阑片的运动必须是同步的，无法分别调整光阑片的每条几何边的精确位置，造成了光阑的定位困难。而且，该结构仅仅是调整两片光阑的距离，无法改变光阑的形状，不利于实际加工需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述可变光阑的调整困难的缺陷，提供一种结构紧凑、体积较小、容易调整、精确的可变光阑。

本发明要解决的另一技术问题在于，针对现有技术的上述可变光阑的调整困难的缺陷，提供一种容易调整、精确的光阑调节方法

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种可变光阑，包括具有透光孔的基座、以及至少三组均布设置在所述透光孔的圆周上的调整机构；

每一所述调整机构均包括设置在所述基座上的导向机构、对应安装在所述导向机构上的挡光光阑片、以及驱动所述光阑片在所述导向机构上运动的驱动元件；

所述光阑片围成与所述透光孔相对的透光光阑。

在本发明所述的可变光阑中，所述驱动元件为电磁驱动的直线执行驱动元件；所述光阑片的一端固定在所述直线执行驱动元件的动力输出端上；或者，所述驱动元件为直线电机、电致伸缩执行元件、磁致伸缩元件或超声行进元件。

在本发明所述的可变光阑中，每一组所述调整机构的所述直线执行驱动元件的动力输出方向与所述导向机构的导向方向平行。

在本发明所述的可变光阑中，每一所述导向机构为导轨滑块副；所述光阑片固定安装在所述导轨滑块副的滑块上；所述导轨滑块副的导轨固定安装在所述基座上；或者，每一所述导向机构为无导轨的柔性铰链微动结构。

在本发明所述的可变光阑中，所述光阑片包括挡光部、在所述挡光部一侧设置的安装部、以及在所述安装部一侧设置的连接部；

所有所述光阑片的挡光部共同围成所述透光光阑；

所述安装部通过紧固件固定安装在所述导向机构上；

所述连接部通过紧固件固定安装在所述驱动元件的动力输出端。

在本发明所述的可变光阑中，所述光阑片的挡光部的截面形状为楔形。

在本发明所述的可变光阑中，所述光阑片为四个并呈涡旋状分布，分为运动方向相互垂直的两组，每一组包括两个所述光阑片；

所述导向机构对应为四个，并均布在所述基座的透光孔的四周，分为导向方向相互垂直的两组，每一所述光阑片对应安装在对应的每一导向机构上；

所述驱动元件对应为四个，均布安装在所述基座的外围，分为动力输出方向相互垂直的两组，同一组的所述驱动元件的动力输出方向平行并相反；

同一所述调整机构的所述驱动元件的动力输出方向与所述导向机构的导向方向平行。

在本发明所述的可变光阑中，同一组的所述光阑片的楔形斜面相对，而平面朝下；另一组所述光阑片的楔形斜面相对，而平面朝上，并贴紧所述朝下的平面。

本发明解决其另一技术问题采用的技术方案是：提供一种光阑调节方法，设置多个活动光阑片，并且每一所述光阑片配置一个导向机构和驱动元件；由所述光阑片共同围成透光光阑；每一个所述光阑片由其对应的所述驱动元件驱动在所述导向机构的导向方向上移动，进行位置调节，通过对每一所述光阑片的位置的调整所述透光光阑的形状、大小及位置。

实施本发明具有以下有益效果：通过设置多个光阑片，并且每一光阑片由独立的驱动元件驱动，在导向机构的导向方向上移动，使得光阑的每条几何边都可控制，实现光阑片的分别独立的调整，方便了光阑的形状、大小、位置的调整，具有调整方便、准确地优点。

另外，使用低成本的电磁驱动的直线执行元件，并配以导轨滑块副的布局、光阑片的排列等，空间利用率达到了最大化，实现了紧凑的结构尺寸，能够适应微型化的要求。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有技术的可选的多预置模板式光阑的示意图；

图2是现有技术的同步伸缩光阑的立体示意图；

图3是本发明的可变光阑的装配示意图。

图4是利用本发明的可变光阑进行激光微细加工的光路、机械原理图。

图5是本发明的可变光阑在激光微细加工应用的示意图。

图6是本发明的可变光阑装配俯视示意图。

图7是本发明的可变光阑的部分爆炸示意图。

图8是本发明的可变光阑的另一部分爆炸示意图。

图9是本发明的可变光阑的所有驱动元件都收缩(光阑关闭)的俯视示意图。

图10是本发明的可变光阑的所有驱动元件都同步伸出(光阑为正方形)的俯视示意图。

图11、图12是本发明的可变光阑的导轨方向相垂直的两对驱动元件分别同步收缩和张开不同量，呈现出长短可变的光阑(光阑为矩形)。

图13——图16是本发明的可变光阑的各个驱动元件分别独立伸缩时，可以组合出不同位置、大小、形状的透光光阑的示意图；图中的箭头方向表示了直线执行元件的伸缩，并因此驱动光阑片运动的方向。

标号说明：

1-基座，2-光阑片4-导轨滑块副，5-驱动元件(直线作动器)，6-安装座，7-螺钉，8-激光加工目标工件，9-工件上的图形，10-显微镜、物镜组，11-反射镜，12、13-扩束镜组，14-激光束，15-激光器，挡光部-21，安装部-22，连接部-23，导轨-41，滑块-42，输出端-51

具体实施方式

如图3-16所示，在本发明的可变光阑的一个实施例中，包括基座1以及多个用于调整光阑大小的调整机构。该基座1为方形平板状(当然可以是其他的形状)，在中间位置设有透光孔，便于光束的通过。而调整机构均匀分布设在透光孔的圆周上，通过调整机构来调整遮挡透光孔的大小、形状、位置等，实现光阑的调整。

如图3所示，调节机构为四个，均匀分布在基座1上。每一个调整机构都包括设置在基座1上的导向机构、按装在导向机构上的挡光光阑片2、以及驱动挡光光阑片2在导向机构上运动的驱动元件5。多个调整机构的光阑片2共同围成透光光阑，并且该透光光阑与基座1上的透光孔向对，以便光束的通过。

在本实施例中，驱动元件5采用电磁驱动的直线执行驱动元件5，输出直线运动来驱动光阑片2运动。可以理解的，驱动元件5不限于电磁驱动，还可以选用手动驱动的驱动元件5，或者其它形式的驱动机构，例如直线电机、电致(压电)伸缩执行元件、磁致伸缩元件、超声行进元件等。

导向机构采用导轨滑块副4，包括固定安装在基座1上导轨41，以及可滑动安装在导轨41上的滑块42。光阑片2与滑块42固定连接，从而光阑片2仅能在导轨41的导向方向上移动，实现了光阑片2的导向控制。当然，导向机构也可以采用其它形式的结构，例如柔性铰链微动机构等。

如图8所示，该光阑片2包括用于阻挡光束的挡光部21、在挡光部21一侧设置的安装部22、以及在安装部22一侧设置的连接部23。安装部22通过紧固件(如紧固螺钉7、螺栓、铆钉、焊接等)固定安装在滑块42上，而连接部23在安装部22的一侧向下延伸，方便安装到驱动元件5的输出端51，减少空间的浪费。挡光部21的截面形状为楔形，并且所有光阑片2的挡光部21共同围成透光光阑。

组装时，将四个导向机构的导轨41均匀的安装在基座1的透光孔四周，并且分为导向方向相互垂直的两组，同一组的导轨41的导向方向相平行。四个驱动元件5通过安装座6均布安装在基座1的外围，分为动力输出方向相互垂直的两组，每一组的驱动元件5的动力输出方向平行并相反，从而形成一个涡旋状(其涡旋方向可以是顺时针的、也可以是逆时针的)的动力输出结构。并且同一调整机构的驱动元件5的动力输出方向与导向机构的导向方向平行。

光阑片2分别安装在每一导向机构的滑块42上，呈螺旋状分布，并且所有光阑片2的挡光部21共同围成透光光阑。四个光阑片2分为运动方向相互垂直的两组，每一组包括两个光阑片2。并且每一光阑片2的连接部23固定安装在一个驱动元件5的动力输出端51上，并且光阑片2的安装部22固定安装在对应的一个滑块42上。同一组的光阑片2的楔形斜面相对，而平面朝下，另一组光阑片2的楔形斜面相对朝下，并且平面朝上，紧贴朝下的平面，从而使得四个光阑片2的最大挡光边缘位于同一个平面上，减少光损耗，避免形成弱边等缺陷。

在需要调整透光光阑的大小、位置、形状时，由控制装置(可以安装在本发明的可变光阑上，也可以设置在光束生成装置的主控系统中)控制每一驱动元件5进行动作，对光阑片2进行分别的独立的伸缩调整。当四个驱动元件5都向内收缩到尽头时，透光光阑关闭(如图9所示)；当驱动元件5都向外同步伸出，带动光阑片2向外同步运动，透光光阑完全张开，通光图形为正方形(如图10所示)；当运动方向相互垂直的两组光阑片2同步伸缩的大小不一致时，通光图形为矩形，矩形的长和宽可以通过不同方向的伸缩来改变(如图11、图12所示)；当每个光阑片2分别朝不同方向伸缩时，可以构成偏离中心的正方形(或矩形)(如图13-16所示)。光阑片2的分别独立的伸缩调整，方便了激光光束形状、大小、位置的调整，并且，当整个可调光阑绕中心轴转动时，如果有同轴度的问题，可以很容易地可以通过分别调整光阑片2的位置来达到匹配转轴中心的目的，避免了以往不可调光阑装配的同轴度误差的问题。

在应用本发明的可变光阑进行激光加工时，由激光器产生激光束，并由扩束镜组扩束，扩束后的激光束，再经过反射镜反射，经过可变光阑的透过光阑，在经过显微镜，对激光加工目标工件加工出图形。

Claims

1、一种可变光阑，其特征在于，包括具有透光孔的基座、以及至少三组均布设置在所述透光孔的圆周上的调整机构；

所述光阑片围成与所述透光孔相对的透光光阑。

2、根据权利要求1所述的可变光阑，其特征在于，所述驱动元件为电磁驱动的直线执行驱动元件；所述光阑片的一端固定在所述直线执行驱动元件的动力输出端上；或者，所述驱动元件为直线电机、电致伸缩执行元件、磁致伸缩元件或超声行进元件。

3、根据权利要求2所述的可变光阑，其特征在于，每一组所述调整机构的所述直线执行驱动元件的动力输出方向与所述导向机构的导向方向平行。

4、根据权利要求3所述的可变光阑，其特征在于，每一所述导向机构为导轨滑块副；所述光阑片固定安装在所述导轨滑块副的滑块上；所述导轨滑块副的导轨固定安装在所述基座上；

或者，每一所述导向机构为无导轨的柔性铰链微动结构。

5、根据权利要求1所述的可变光阑，其特征在于，所述光阑片包括挡光部、在所述挡光部一侧设置的安装部、以及在所述安装部一侧设置的连接部；

所有所述光阑片的挡光部共同围成所述透光光阑；

所述安装部通过紧固件固定安装在所述导向机构上；

6、根据权利要求5所述的可变光阑，其特征在于，所述光阑片的挡光部的截面形状为楔形。

7、根据权利要求6所述的可变光阑，其特征在于，所述光阑片为四个并呈涡旋状分布，分为运动方向相互垂直的两组，每一组包括两个所述光阑片；

8、根据权利要求7所述的可变光阑，其特征在于，同一组的所述光阑片的楔形斜面相对，而平面朝下；另一组所述光阑片的楔形斜面相对，而平面朝上，并贴紧所述朝下的平面。

9、一种光阑调节方法，其特征在于，设置多个活动光阑片，并且每一所述光阑片配置一个导向机构和驱动元件；由所述光阑片共同围成透光光阑；每一个所述光阑片由其对应的所述驱动元件驱动在所述导向机构的导向方向上移动，进行位置调节，通过对每一所述光阑片的位置的调整所述透光光阑的形状、大小及位置。