CN101526657B - 可动镜片调节装置 - Google Patents

Abstract

一种可动镜片调节装置，用于调整可动件相对于固定件的轴向位置。可动镜片调节装置沿光轴依次包括主镜筒、圆周楔形块和多个滚轮。固定件固定在主镜筒内。圆周楔形块为沿主镜筒的圆周方向轴向厚度连续增大的楔形块，圆周楔形块可转动的设置在主镜筒下方。这些滚轮的轴固定在可动件上，这些滚轮放置在圆周楔形块的楔形面上，用于沿楔形面滚动。其中这些滚轮在楔形面上滚动时，可动件沿轴向移动。可动镜片调节装置的调整精度高，重复性好，且活动件运动形成大，线性度好。

Description

可动镜片调节装置

技术领域

本发明涉及一种可动镜片调节装置，更涉及一种具有可动镜片调节装置的位移调整装置。

背景技术

先进光刻机曝光设备中的投影光学系统需要越来越小的波相差和畸变，同时在这种投影光学系统的曝光设备中，需要实时并易于对由各种环境因素导致的相差和畸变的变化进行补偿。为了解决这一类问题，采用一个或几个镜片位置可调的方式来补偿。

实现镜片可调机构方式很多，中国专利CN1317725A《曝光设备的光学元件保持装置》中压电元件组成的致动器驱动柔性四杆机构，四杆机构将致动器水平向的运动转换成活动透镜的光轴方向。其优点是精度高，发热低，噪音小，但是柔性连杆机构机构复杂，加工制造难度，安装也有较大困难。再者压电元件价格昂贵，经济性差。专利CN200720074897.8中可动镜片调整机构采用并列的二个线形滑轨作导向，伺服电机通过凸轮机构驱动可动镜片上下运动。然而凸轮加工难度大，不能实现自锁，且线形滑轨滑块与导轨之间存在一定的间隙，机构精度不高。

发明内容

一种可动镜片调节装置，用于调整可动件相对于固定件的轴向位置。可动镜片调节装置沿光轴依次包括主镜筒、圆周楔形块和多个滚轮。固定件固定在主镜筒内。圆周楔形块为沿主镜筒的圆周方向轴向厚度连续增大的楔形块，圆周楔形块可转动的设置在主镜筒下方。这些滚轮的轴固定在可动件上，这些滚轮放置在圆周楔形块的楔形面上，用于沿楔形面滚动。其中这些滚轮在楔形面上滚动时，可动件沿轴向移动。

可选的，可动镜片调节装置还包括主动齿轮和从动齿轮。主动齿轮由放置在该主镜筒外的伺服电机驱动。从动齿轮，啮合于该主动齿轮，该从动齿轮可滚动的设置于该固定件外围，该圆周楔形块固定在该从动齿轮上，用于在该主动齿轮的驱动下，随着该从动齿轮转动。

可选的，可动镜片调节装置还包括滚动组件，该从动齿轮通过滚动组件设置在固定件外围。该滚动组件包括滚动支座、多个滚珠和滚珠保持架。滚动支座固定在主镜筒上，该滚动支座的剖面为L型。多个滚珠沿水平向和垂直向设置于该滚动支座和该从动齿轮之间。滚珠保持架，保持这些滚珠位于滚动支座内。

可选的，其中该圆周楔形块为沿圆周均匀分布的三段楔形结构。

可选的，其中这些滚轮对应该圆周楔形块均匀分布。

可选的，可动镜片调节装置还包括均匀分布在该可动件周围的多个板簧片，这些板簧片的一端固定在主镜筒上，另一端固定在可动件上。

可选的，可动镜片调节装置还包括均匀分布的多根拉伸弹簧，这些拉伸弹簧连接该可动件和该固定件，用来保持该可动件在移动时不发生轴向偏离。

可选的，可动镜片调节装置还包括位移传感器，放置在该主镜筒之外，用于检测可动件与固定件的相对位移量。

可选的，其中该位移传感器为非接触式位移传感器。

可选的，可动镜片调节装置还包括多个微调螺杆装置，均匀设置在该可动件周围，用于调整该可动件水平向的平行度。

本发明提出的可动镜片调节装置中可动件通过固定在可动件上的滚轮绕圆周楔形块滚动来实现可动件的轴向运动。本可动镜片调节装置的运动精度可达到1um，结构紧凑，运行平稳，且重复性好。活动透镜运动行程大，可达到2mm，线性度好。

在可动件上的滚轮固定件上增加微调螺杆装置，通过转动微调螺杆来实现可动件的倾斜调整，提高了镜片倾斜调整的易操作性，微调螺杆装置自锁的特性，可以防止滚轮固定件在z向的漂移。

附图说明

图1为可动镜片调节装置结构示意图；

图2为可动镜片调节装置结构仰视示意图；

图3为可动镜片调节装置结构剖视示意图；

图4为微调螺杆装置的结构示意图。

具体实施方式

图1为可动镜片调节装置结构示意图；图2为可动镜片机构结构仰视示意图；图3为可动镜片机构结构剖视示意图。请结合参考图1～图3。

本实施例揭露的可动镜片调节装置是为了调整可动件9相对于固定件12的位置。

可动镜片调节装置主要包括：主镜筒1、滚动组件2、从动齿轮3、主动齿轮4、圆周楔形块5、伺服电机6、板簧片8，可动件9、微调螺杆装置10、固定件12，拉伸弹簧13，位移传感器16。

主镜筒1是整个可动镜片调节装置安装的基础，为固定件12、可动件9以及其他元件提供安装水平基准。

固定件12包括固定镜片镜筒12a和固定镜片12b。固定镜片镜筒12a通过均匀分布的螺钉26固定在主镜筒1上。固定镜片12b固定在固定镜片镜筒12a内。固定镜片12b与主镜筒1同光轴。

滚动组件2设置在固定件12的外围，滚动组件2包括：滚动支座2a、滚珠2b和滚珠保持架2c。滚动支座2a通过均匀分布的螺钉22固定在主镜筒1上，滚珠2b在滚动支座2a表面滚动，滚珠保持架2c保持滚珠2b。

从动齿轮3安装在滚动组件2上，从动齿轮3靠上端面与内孔定位。如图3所示，滚动支座2a的剖面为L型，滚动支座2a与从动齿轮3之间的空隙填满滚珠2b，这样，滚珠2b填满从动齿轮3和固定件12之间水平向和垂直向的空隙。从动齿轮3能够在主镜筒1内，以主镜筒1(即固定镜片12b)的光轴为轴，沿固定件12转动。

圆周楔形块5为沿主镜筒1的圆周方向轴向厚度连续增大的楔形块。圆周楔形块5通过均匀分布的螺钉28固定在从动齿轮3上，能够随着从动齿轮3的转动而转动。

主动齿轮4安装于伺服电机6输出轴上，伺服电机6通过伺服电机座7安装在主镜筒1外侧，主动齿轮4与从动齿轮3中心距的调整通过修磨伺服电机座7来实现。从动齿轮3在主动齿轮4带动下沿固定镜片12b光轴旋转。

滚轮103通过滚轮轴102固定在滚轮固定件上101(如图4所示)，滚轮固定件101通过螺钉25固定在可动镜片镜筒9a上，滚轮103能够在圆周楔形块5的楔形面上滚动。

可动件9通过滚轮103在圆周楔形块5表面滚动来实现与固定件12相对位移。

可动件9还通过三个沿圆周均匀分布的板簧片8固定在主镜筒1上，均匀分布的板簧片8保证可动件9在上下运动时可动镜片9b光轴不发生径向运动。

另外，可动件9与固定件12之间安装有均匀分布的6根预紧拉伸弹簧13，足够的预紧力使可动件上下运动过程中保持可动镜片9b光轴不发生倾斜。

齿轮组与圆周楔形块5可以实现多级减速，经过多级减速，本实施例的可动镜片调节装置可大幅度提高可动件9相对固定件12的位移精度，可达到1um。

如图3中所示，从动齿轮3通过滚珠2b可以灵活地在主镜筒1内沿固定件12的光轴旋转，滚动支座2a的表面17密布的滚珠2b和均匀分布的6根预紧拉伸弹簧13使得从动齿轮3旋转更平稳，旋转过程中从动齿轮3水平向摆动小。

滚动支座2a的面18均匀分布的滚珠2b使得从动齿轮3旋转时沿光轴径向的摆动小。平稳运动的从动齿轮3与圆周楔形块5使得可动件9运动时受到的干扰力尽可能的小，从而保证可动镜片机构的运行精度。

如图2中所示，可动件9通过三个沿圆周均匀分布的板簧片8固定在主镜筒1上。板簧片8为平板形状，其一端固定在主镜筒1上，另一端固定在可动件9上，其长度方向的刚度远大于厚度方向的刚度。板簧片8长度方向的大刚度使得可动件9上下运动时径向不发生位移，板簧片8厚度方向的小刚度使得可动件9上下运动更容易。

如图2中所示，圆周楔形块5通过均匀分布的螺钉28固定在从动齿轮3上，圆周楔形块5形状较佳的为沿圆周均匀分布的三段楔形结构。对应的，也需要在与三段圆周楔形块5对应的位置设置滚轮103。可动件9上的三组沿圆周均匀分布的滚轮103在圆周楔形块5表面三段楔形面上滚动。

可动件9与固定件12相对位移精度取决于圆周楔形块5表面三段楔形面的加工一致性。

如图2中所示，可动镜片调节装置还包括位移传感器16，位移传感器16检测可动件9与固定件12相对位移量，由此可以检测可动镜片9b沿光轴方向的位移量。位移传感器16为非接触式位移传感器，位移传感器16由读数头16b和光栅尺(图未示)组成，分别安装在读数头固定件16a和光栅尺固定件16c上。位移传感器16可以较高精度地检测可动件9与固定件12的相对位移量，位移传感器16还具有检测原点的原点检测功能，通过读取原点位置，可以获得可动件的绝对位置。

如图1中所示，驱动器伺服电机6与位移传感器16安装在可动镜片调节装置外侧，因此，伺服电机与位移传感器可以更容易地进行维修和更换。

图4为微调螺杆装置结构示意图。

微调螺杆装置10包括：滚轮固定件上101，滚轮轴102，滚轮103，差分螺杆固定板104，差分螺杆105。调整微调螺杆装置10可以容易地调整可动件9相对固定件12水平向的平行度。

如图4中所示，滚轮固定件上101通过螺钉25固定可动镜片镜筒9a上。滚轮103通过滚轮轴102固定在滚轮固定件上101。差分螺杆固定板104通过螺钉25固定在可动镜片镜筒9a上。左右旋转差分螺杆105可以驱动滚轮固定件上下101小幅位移。差分螺杆105旋转一定角度对应滚轮固定件101的位移量取决于差分螺杆105二级螺纹杆的螺距差乘以转动的角度量。

请结合参考图1和图4，微调螺杆装置10安装在可动镜片调节装置外侧，因此，可以容易地通过调整微调螺杆装置10来调整可动件9相对固定件12水平向的平行度。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种可动镜片调节装置，用于调整可动件相对于固定件的轴向位置，其特征是，该可动镜片调节装置沿光轴依次包括：

主镜筒，该固定件固定在该主镜筒内；

圆周楔形块，为沿该主镜筒的圆周方向轴向厚度连续增大的楔形块，该圆周楔形块可转动的设置在该主镜筒下方；

滚动组件，该滚动组件与上述主镜筒通过螺钉固定连接；

主动齿轮，由放置在该主镜筒外的伺服电机驱动；

从动齿轮，啮合于该主动齿轮，该从动齿轮可滚动的设置于该固定件外围，该圆周楔形块固定在该从动齿轮上，用于在该主动齿轮的驱动下，随着该从动齿轮转动；以及

多个滚轮，这些滚轮的轴固定在该可动件上，这些滚轮放置在圆周楔形块的楔形面上，用于沿该楔形面滚动，

其中这些滚轮在该楔形面上滚动时，该可动件沿轴向移动；

可动件，该可动件通过板簧片以及拉伸弹簧与主镜筒相连接；

微调螺杆装置，该微调螺杆装置均布在可动件外侧。

2.根据权利要求1所述的可动镜片调节装置，其特征是，该装置采用齿轮组传动驱动方式，通过可动件上均布固定的滚轮在圆周楔形块表面三段楔形面的滚动来实现齿轮组水平方向的运动转化成沿光轴方向的垂直运动；非接触式的位移传感器可以精确地测量可动件的位移量；微调螺杆装置安装在可动镜片机构装置外侧，可以容易地通过调整微调螺杆装置来调整可动件相对固定件水平向的平行度。

3.根据权利要求2所述的可动镜片调节装置，其特征是，该从动齿轮通过滚动组件设置在固定件外围，该滚动组件包括：

滚动支座，固定在主镜筒上，该滚动支座的剖面为L型；

多个滚珠，沿水平向和垂直向设置于该滚动支座和该从动齿轮之间；以及

滚珠保持架，保持这些滚珠位于滚动支座内。

4.根据权利要求1所述的可动镜片调节装置，其特征是，其中该圆周楔形块为沿圆周均匀分布的三段楔形结构。

5.根据权利要求4所述的可动镜片调节装置，其特征是，其中这些滚轮对应该圆周楔形块均匀分布。

6.根据权利要求1所述的可动镜片调节装置，其特征是，还包括均匀分布在该可动件周围的多个板簧片，这些板簧片的一端固定在主镜筒上，另一端固定在可动件上。

7.根据权利要求1所述的可动镜片调节装置，其特征是，还包括均匀分布的多根拉伸弹簧，这些拉伸弹簧连接该可动件和该固定件，用来保持该可动件在移动时不发生轴向偏离。

8.根据权利要求1所述的可动镜片调节装置，其特征是，还包括位移传感器，放置在该主镜筒之外，用于检测可动件与固定件的相对位移量。

9.根据权利要求8所述的可动镜片调节装置，其特征是，其中该位移传感器为非接触式位移传感器。

10.根据权利要求1所述的可动镜片调节装置，其特征是，还包括多个微调螺杆装置，均匀设置在该可动件周围，用于调整该可动件水平向的平行度。

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