CN102549468B - 光学元件的保持布置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学元件的保持布置，该保持布置具有围绕要被接收的光学元件的基础结构(3)和安装装置(4)，光学元件(10)借助安装装置(4)能够以绕光轴(z)的旋转运动以及沿第一轴(x)的平移运动的两个自由度被支撑在基础结构(3)上，所述第一轴垂直于光轴延伸并且与光轴(z)的中心(O)相交，所述安装装置(4)包括四个连结位置(4a、4b、4c、4d)和至少一个平行摇杆(51，52)，所述连结位置布置为相对于中心(O)点对称，至少一个平行摇杆(51、52)可平行于第一轴位移。本发明还涉及具有保持布置的操纵器单元。

Description

光学元件的保持布置

技术领域

本发明涉及光学元件的保持布置，该保持布置具有围绕要被接收的光学元件的基础结构和安装装置，借助所述安装装置，光学元件可以被支撑在基础结构上。本发明还涉及用于光学系统的操纵器单元，该操纵器单元包括保持布置。

背景技术

光学元件的保持布置用于光学系统中，安装所需的精度取决于相应的用途。

经由布置在光学元件的外周区域处的至少三个铰接点相对于载具来安装光学部件的组件从WO 2007/017013A2获知，光学元件以压配合的方式通过弹性元件经由铰接点沿至少一个方向被保持。所述弹性元件在该情况下位于安装装置中，所述安装装置以静态确定的方式保持光学元件。

在光学系统(例如，激光打印机的光学系统)中，用于柱面透镜的可调节安装件从US 5,220,460获知。安装件包括载具元件，所述载具元件布置为垂直于光轴(z轴)并具有平面，柱面透镜在持续力的作用下安置在所述平面上。柱面透镜的曲率半径在US 5,220,460中称为y轴；平行于柱面透镜的轴方向延伸的轴称为x轴。可调节安装件旨在允许绕光轴的旋转运动和沿曲率方向的平移运行，用于调节。为了该目的，柱面透镜借助肋部、弹性元件和两个固定螺丝安装在x-y平面中彼此相对的两个角处，所述肋部起接头的作用。另一方面，绕垂直于光轴延伸的两个轴的倾斜通过所述平面足以确保，对于激光打印机的应用，柱面透镜安置在所述平面上。

光学元件还用在材料处理设备中，例如在激光退火装置中。该类型的光学系统在例如WO 2006/066706中被描述。在该类型的装置中，例如为了熔化基板上的层，特别是硅层，使用了激光束。在该情况下，激光束作为非常窄的线光束落在要被熔化的层上。所述层和激光束相对于彼此沿与由激光束形成的线横向的方向位移，使得激光束以平面的方式在基板上被引导，所述基板被称为“面板”。

因为这些装置以长但是非常窄的区域来照亮面板，所以使用了柱面透镜，即具有仅一个曲率方向的透镜。

该类型的应用要求非常高的精度。为了防止由于系统的加热而产生变形或至少保持低变形，已知使用具有低热膨胀系数的材料，例如不胀钢(Invar)。然而，该类型的材料非常昂贵。

发明内容

由此本发明的目的是提供一种用于光学元件的保持布置，所述保持布置防止或至少减少光学元件的不期望的位移和/或旋转或偏心，特别是由于加热造成的。

该目的通过根据权利要求1的保持布置和根据权利要求16的操纵器单元而实现。优选的实施例在从属权利要求中被详细说明。所有权利要求的措辞通过引用被并入说明书中。

根据本发明的一方面，提供了光学元件的保持布置，该保持布置具有围绕要被接收的光学元件的基础结构和安装装置，光学元件借助安装装置能够以绕光轴(z)的旋转运动以及沿第一轴(x)的平移运动的两个自由度被支撑在基础结构上，所述第一轴垂直于光轴延伸并且与光轴的中心相交，其中，所述安装装置包括四个连结位置和至少一个平行摇杆，所述连结位置布置为相对于中心点对称，所述至少一个平行摇杆可平行于第一轴位移。连结位置的点对称布置防止被接收的光学元件在加热造成的膨胀期间变为偏心。安装装置的自由度确保了调节是可行的。在一个实施例中，设置了两个平行摇杆，两个平行摇杆与光学元件联接，使得平行摇杆沿相反方向的运动造成光学元件绕光轴的旋转运动。

对于柱面透镜，所述保持布置尤其有利，这是由于柱面透镜具有两个极其灵敏的定心方向。具体地，绕光轴的旋转位移和平行于曲率方向(即，垂直于柱轴)的平移，显著影响与柱面透镜相关联的光学系统的精度。根据本发明的保持布置由此具有合适的自由度以允许沿这些方向的调节。

优选地提供了内部结构，内部结构承载要被安装的光学元件且安装装置作用于内部结构上。内部结构紧固地连接到光学元件。在一配置中，内部结构配置为板状方式，并且具有用于入射光束的孔。内部结构例如圆形地或椭圆形地配置。此外，实质上矩形的内部结构对于接收柱面透镜是有利的。在其他配置中，内部结构包括多个部件，所述部件各自部分地承载光学元件。

优选地，连结位置各自具有枢转臂，所述枢转臂将内部结构联接到基础结构。枢转臂各自铰接到基础结构，优选地以便可绕平行于光轴延伸的轴旋转。例如，铰接借助单轴枢转接头或借助固定本体倾斜接头实施。用于调节的调节运动经由枢转臂被传送到内部结构，并因此传送到光学元件。

在一有利配置中，枢转臂各自经由至少一个联接杆被连接到内部结构。联接杆在其端部优选地各自具有枢转接头或固定的本体倾斜接头。在另一配置中，枢转臂各自经由至少一个叶片弹簧接头连接到内部结构。联接杆或对应的叶片弹簧接头各自布置为实质上垂直于连接线，所述连接线位于本位的中心与相关联的连结位置之间。换句话说，联接杆布置为实质上与绕中心的、穿过本位的连结位置的假想周边相切。在膨胀期间，联接杆由此可以沿假想周边的径向方向屈服，以及因此补偿由于加热造成的膨胀而不偏心。

优选地至少一个枢转臂，优选地两个枢转臂被铰接到至少一个平行摇杆。在该情况下，枢转臂优选地链接到平行摇杆，以使在平行摇杆的位移期间，两个枢转臂沿相同方向进行旋转。在该情况下枢转臂沿相反方向的旋转被至平行摇杆的链接阻止。在一个实施例中，设置了两个平行摇杆，至少一个枢转臂、优选地两个枢转臂链接到每个平行摇杆，以使平行摇杆沿相反方向的运动造成光学元件绕光轴的旋转运动。在一有利配置中，平行摇杆经由两个联接杆链接到基础结构，所述联接杆优选地各自在其两个端部具有枢转接头或倾斜接头。在该情况下，平行摇杆与联接杆和基础结构在垂直于光轴的平面中形成平行四边形，使得平行摇杆的线性可位移性以简单的方式被实现。枢转臂或多个枢转臂联接到相关联的平行摇杆，优选地经由联接杆联接。具体地，布置为平行于平行摇杆的联接杆，至少在本位，对于运动或位移的良好引入是有利的。

安装装置优选地实现为对于第一轴和/或第二轴镜像对称，所述第二轴垂直于第一轴和光轴延伸。在该情况下，用于内部结构和/或光学元件由于加热的简单补偿通过相同的或至少功能上等同的部件而获得。

在进一步的配置中，提供了作用于至少一个平行摇杆上的至少一个调节单元。优选地，提供至少两个调节单元，所述调节单元分别作用于一平行摇杆上。在其他配置中，两个调节单元作用于每一个平行摇杆上，用于在正和负方向上的位移。对于光学元件的调节，可以借助调节单元沿相同或相反的方向位移两个平行摇杆。光学元件的取向在该情况下被相应地调整，这取决于设定接合的类型关于本发明，可以使用的调节单元是任何可期望的手动地、力和/或可电动机促动的设定装置，包括固定螺丝、可气动和/或液压促动的活塞、机电设定驱动器等。光学元件还借助调节单元而以静止确定的取向被保持。

根据本发明，该目的还通过具有保持布置的操纵器单元实现。该类型的操纵器单元可以例如有利地用在根据WO 2006/066706的系统中。

前述特征和进一步的特征不仅从权利要求显现，而且从说明书和附图中显现，其中，单个特征可以各自单独地或以子组合的形式在本发明的实施例中以及其他领域中实现，并且可以代表有利的且还具有独立地专利性的实施例。

附图说明

图1是操纵器单元上的示意平面图，其中没有光学元件的旋转或位移；

图2是根据图1的操纵器单元在光学元件沿x轴位移期间的示意平面图；

图3是根据图1的操纵器单元在光学元件绕z轴旋转期间的示意平面图；

图4是根据图1的操纵器单元由于加热而变形期间的示意平面图；及

图5是操纵器元件上的示意平面图，其类似于图1。

具体实施方式

图1是用于光学元件10的操纵器元件1上的示意平面图。光学元件10例如是柱面透镜。

图1示出具有中心O和坐标x、y和z的笛卡尔坐标系统。光或光轴的方向在该情况下称为z轴。柱面透镜的曲率方向称为x轴，平行于柱面透镜的轴方向(柱轴)延伸的轴称为y轴。

柱面透镜实质上具有两个灵敏定心方向，也就是绕光轴(即，垂直于纸面方向延伸的z轴)的旋转运动，以及沿曲率方向(即沿x轴)的位移。

所示的操纵器单元1包括保持布置，该保持布置具有外部结构或基础结构3以及安装装置4，所述安装装置4将光学元件10支撑在基础结构3上。在所示的示例性实施例中，光学元件10布置在内部结构2上，安装装置4将该内部结构2联接至基础结构。安装装置4包括四个连结位置4a、4b、4c、4d，它们布置为对笛卡尔坐标系统的中心O点对称。在所示的示例性实施例中，内部结构2被实现为矩形地(就俯视图而言)，连结位置4a至4d位于内部结构2的四个角上。此外，安装装置4对于x轴和y轴镜像对称。

安装装置4进一步包括两个平行摇杆51、52，所述摇杆布置在基础结构3上，以便可平行于x轴位移。平行摇杆51、52在该情况下借助联接杆511、512、521、522链接至基础结构3，对于两个平行摇杆51和52中的每一个分别设置相应的两个联接杆511、521和512、522。联接杆511、521和512、522与各自相关联的平行摇杆51或52分别形成平行四边形。

调节单元61或62作用在平行摇杆51、52的每一个上，借助所述调节单元，平行摇杆51、52可平行于x轴位移。两个平行摇杆51、52布置为对于x轴镜像对称。

连结位置4a、4b、4c、4d各自包括枢转臂41、42、43、44，所述枢转臂经由枢转接头401、402、403、404连接到基础结构3、并铰接至相关联的平行摇杆51、52和内部结构2。枢转臂41至44在该情况下借助联接杆411、412、413、414、421、422、423、424链接到平行摇杆51、52和内部结构2。枢转臂41至44到平行摇杆51、52的链接在该情况下以这样的方式被选择：在平行摇杆51或52平行于x轴的位移期间，分别与平行摇杆51或52相关联的两个枢转臂41、42或43、44在相同的方向上进行旋转。另一方面，(分别附连到平行摇杆51或52的)枢转臂41、42和43、44沿相反方向的旋转被与平行摇杆51或52的链接阻止。枢转臂41、42、43、44将平行摇杆51、52的运行传送到内部结构2。在平行摇杆和枢转臂41、42、43、44之间的联接杆421、422、423、424各自布置为在所示的本位上基本平行于平行摇杆51、52。

图2示意性地示出内部结构2与光学元件10一起沿x方向的位移。为了该目的，调节单元61、62以使平行摇杆51、52沿负X方向(由箭头所示)位移的方式被驱动。连接到平行摇杆51的枢转臂41、42被定位(沿正y方向观察)在平行摇杆51下方。由于平行摇杆51、52沿负x方向的位移，与平行摇杆51相关联的枢转臂41、42沿逆时针方向回转。另一方面，与第二平行摇杆52相关联的枢转臂43、44被定位(沿正y方向观察)在平行摇杆52的上方，并且由于平行摇杆沿负x方向的位移而沿顺时针方向回转。枢转臂41至44的回转造成内部结构2与光学结构10一起沿正x方向相对于基础结构3位移。

图3示意性地示出调节单元61、62为了造成内部结构2以及因此光学元件10绕z轴的旋转运动而进行的驱动。在所示的示例性实施例中，绕z轴的正旋转运动对应于沿逆时针方向的旋转。为了造成该类型的旋转运动，与在正y方向上布置的平行摇杆51(如图3的顶部处所示)相关联的调节单元61以使相关联的平行摇杆51沿正x方向位移的方式被操作。另一方面，第二调节单元62以使相关联的平行摇杆52沿负x方向位移的方式被操作。平行摇杆51、52在两个不同方向上的位移造成所有枢转臂41、42、43、44沿相同旋转方向进行旋转运动。在所示的示例性实施例中，由于平行摇杆51、52的所示运动，使所有枢转臂41至44沿顺时针方向以旋转方式运动。枢转臂41至44向内部结构2的旋转运动的传送造成内部结构2通过绕z轴的正旋转运动而被调节，如所示。

对于光学元件10在硅面板的再结晶的设备中使用的情况，非常高的光功率发生在光学元件10上。因此光学元件10能够由于高的光功率而被加热。在所示的示例性实施例中，联接单元4a至4d布置为对中心O对称，以便防止在光学元件10在由加热造成的点对称膨胀期间偏心。

图4示意性地示出光学元件10以及连接到光学元件10的内部结构2由于加热造成的径向膨胀。径向膨胀造成布置在内部结构2和枢转臂41至44之间的联接杆411、412、413和414进行补偿回转运动，并且以该方式补偿内部结构2的中心膨胀而不使光学元件10偏心。联接杆411、412、413、414布置为与绕中心O的假想周边实质上相切。联接杆411、412各自与共同的平行摇杆51、52相关联，且各自以使联接杆411、412由于膨胀沿相反方向回转的方式布置。在该情况下，由于联接杆411、412的回转而作用在平行摇杆上的力彼此抵消。在膨胀期间，联接杆411、412、413、414由此可以沿假想周边的径向方向屈服(如所示)，以及以该方式补偿由于加热造成的膨胀而不使光学元件10偏心。

图5示意性地示出根据本发明的操纵器1的第二示例性实施例。根据图5的操纵器单元1本质上对应于根据图1至4的操纵器单元1。统一的附图标记用于相同或相似的部件，并且这些部件将不再详细描述。在根据图5的实施例中，枢转臂41至44和内部结构2、基础结构3和平行摇杆51、52之间的连结位置各自通过固定的本体接头、特别是固定的本体倾斜接头实现。类似地，联接杆411至414、421至424、511、512、521、522被叶片弹簧接头所取代。

根据图5的具有固定本体接头的操纵器单元1可以以特别是紧凑的方式来制造，确保高精度。还可想到提供多个联接杆来代替片弹簧接头，所述联接杆各自在其端部具有固定的本体倾斜接头。

Claims (12)

1.光学元件的保持布置，该保持布置具有围绕要被接收的光学元件（10）的基础结构（3）、和安装装置（4），所述光学元件（10）借助所述安装装置（4）能够以绕光轴（z）的旋转运动以及沿第一轴（x）的平移运动的两个自由度被支撑在所述基础结构（3）上，所述第一轴垂直于光轴延伸并且与光轴（z）的中心（0）相交，其中所述安装装置（4）包括四个连结位置（4a、4b、4c、4d），所述连结位置布置为相对于所述中心（0）点对称，包括枢转臂（41、42、43、44）的每一个连结位置（4a、4b、4c、4d）经由枢转接头（401、402、403、404）联接到所述光学元件（10）并连接到所述基础结构（3），其特征在于，设置了各自平行于所述第一轴（x）可位移的两个平行摇杆（51、52），该两个平行摇杆连接到所述基础结构（3），并且两个枢转臂（41、42、43、44）被铰接到各个平行摇杆，其中所述平行摇杆（51、52）沿相反方向的运动造成所述光学元件（10）绕所述光轴（z）的旋转运动。

2.根据权利要求1所述的保持布置，其特征在于，设置了内部结构（2），所述内部结构（2）承载要被安装的光学元件（10），且安装装置（4）作用于所述内部结构（2）上。

3.根据权利要求2所述的保持布置，其特征在于，枢转臂（41、42、43、44）各自经由至少一个第一联接杆（411、412、413、414）连接到所述内部结构（2）。

4.根据权利要求3所述的保持布置，其特征在于，所述联接杆（411、412、413、414）各自布置为大致垂直于连接线，所述连接线位于中心（0）与相关联的连结位置(4a、4b、4c、4d)之间。

5.根据权利要求3所述的保持布置，其特征在于，枢转臂（41、42、43、44）各自经由至少一个叶片弹簧接头（411、412、413、414）连接到所述内部结构（2）。

6.根据权利要求1至5中的一个所述的保持布置，其特征在于，所述平行摇杆（51、52）中的至少一个经由两个第二联接杆（511、521）连接到所述基础结构（3）。

7.根据权利要求1至6中的一个所述的保持布置，其特征在于，所述枢转臂（41、42、43、44）中的至少一个经由第三联接杆（421、422、423、424）连接到所述平行摇杆。

8.根据权利要求7所述的保持布置，其特征在于，所述第三联接杆（421、422、423、424）各自布置为在本位中大致平行于所述平行摇杆（51、52）。

9.根据权利要求1至8中的一个所述的保持布置，其特征在于，所述安装装置（4）被实现为关于所述第一轴镜像对称。

10.根据权利要求1至9中的一个所述的保持布置，其特征在于，所述安装装置被实现为关于第二轴（y）镜像对称，所述第二轴穿过所述中心（0），垂直于所述第一轴（x）以及垂直于所述光轴（z）延伸。

11.根据权利要求1至10中的一个所述的保持布置，其特征在于，设置了作用在所述平行摇杆（51、52）中的至少一个上的至少一个调节单元（61、62）。

12.具有根据权利要求1至11中的一个所述的保持布置的操纵器单元。

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