CN102728591A

CN102728591A - 光学系统中运动部件及线缆真空污染控制方法

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Publication number: CN102728591A
Application number: CN2012101902615A
Authority: CN
Inventors: 张晓兵; 肖梅; 康学军; 夏柱红; 祁争健
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2012-06-11
Filing date: 2012-06-11
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2032-06-11
Also published as: CN102728591B

Abstract

本发明是一种光学系统运动部件和线缆真空污染物控制方法，将传动机构的运动部件（1）、电机（2）、控制电路板（3）、电缆（4）采用真空密封的方法密闭在带波纹管（5）和传动机构腔体（6）连接构成的空间内，传动机构的运动部件（1）的一端接电机（2），另一端接波纹管（5）的活动端，控制波纹管（5）的伸缩和移动，波纹管（5）外部与要控制的运动载体（7）连接，带动运动载体（7）的运动；位于控制电路板（3）后的线缆接头（8）采用密封罩（9）密封，密封罩（9）的外侧连接有线缆外部套管（10），线缆（11）从线缆外部套管（10）内部穿过。通过采用真空密封屏蔽的方法，避免污染源受强光照射造成对光学系统的污染。

Description

光学系统中运动部件及线缆真空污染控制方法

技术领域

本发明涉及在大功率激光光学系统中污染物的控制技术，特别是对电机、传动机构等需要润滑的运动部件以及导线等材料在真空中释放的有机污染物，以及污染物受激光幅照后产生的颗粒、碎片在光学元件上沉积带来的光学系统污染的控制方法。该技术可应用于大功率激光光源、极紫外光源、超洁净分析仪器、超高真空等系统中运动部件污染物的控制，可提高系统洁净度，提高光学元件的工作寿命。

背景技术

在大功率激光泵浦光源及应用光学系统、极紫外光源光学系统、超洁净分析仪器中，由于挥发性有机污染物在光学表面的沉积，将直接影响光学元件的性能和寿命，特别是在强激光作用下使有机污染物形成气溶胶颗粒污染物，这些颗粒污染物在光学表面沉积还会带来光学元件的损伤，因此在这些系统中对污染物的控制要求是非常高的。但是这些系统中由于要调整光学元件、探测装置、驱动装置等运动载荷的位置，往往需要采用电机、齿轮、丝杆等运动部件，而这些部件在工作时需要一定的润滑材料，电机中还需要用到漆包线、外部导线等材料，这些材料由于含有增塑剂、可挥发有机物等成分，饱和蒸汽压高，不可避免地会有有机污染物释放出来。因此在系统中为了减小这些材料的污染的影响，往往采用低饱和蒸汽压的材料如氟素油等作为润滑剂，采用低放气量驱动部件如真空电机作为动力，采用硅橡胶、聚四氟乙烯包皮的电线等，但是这些方式尽管污染物的释放量很小，但对洁净度要求高的系统，由于这些部件直接暴露在光学系统中，特别当系统是真空系统时，分子自由程比较长，这些挥发物仍然还会对系统产生比较大的影响。当强激光照射在这些部件的表面时，光效应和热效用还将导致材料更大量的挥发、蒸发、电离，并在光学表面沉积形成对光学系统的污染。

针对大功率光学系统中存在的问题，本发明对系统中的运动部件的结构进行改进设计，使运动部件整体放置在真空密封的腔体中，采用波纹管进行运动的传递，将污染物控制在真空密封腔体内，避免了挥发物对系统的污染。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种光学系统中运动部件及线缆真空污染控制方法，可以为大功率激光光学系统、极紫外光源、超洁净真空系统中在保证实现运动部件功能的同时，克服挥发性有机物、颗粒污染物等对系统的污染。

技术方案：本发明的光学系统运动部件真空污染物控制装置将传动机构的运动部件、电机、控制电路板、电缆采用真空密封的方法密闭在带波纹管和传动机构腔体连接构成的空间内，传动机构的运动部件的一端接电机，另一端接波纹管的活动端，控制波纹管的伸缩和移动，波纹管外部与要控制的运动载体连接，带动运动载体的运动；位于控制电路板后的线缆接头采用密封罩密封，密封罩的外侧连接有线缆外部套管，线缆从线缆外部套管内部穿过。

当运动部件、传动机构腔体所处外部环境为真空时，在传动机构腔体或密封罩上安装真空阀门，对传动机构腔体和密封罩内部进行预抽真空，减小传动机构腔体、密封罩与外部环境之间的压差。

传动机构腔体内部为真空时，在电路控制板上设置散热装置，对电路控制板进行散热。

当所述传动机构腔体外部为真空、内部为大气压时，在传动机构腔体外部设有加强筋，加强腔体结构强度。

线缆外部套管的外端采用硬线缆外部套管，通过真空密封转接与波纹管连接。

当污染物控制对象是摄像机或光源部件时，在传动机构腔体上设置光学窗口，作为光线传输通道。

本发明的光学系统中运动部件由带真空波纹管的传动机构腔体，传动机构，电机、控制板、线缆屏蔽、真空阀门等部分组成。

将电机、控制电路板、传动机构的运动部件采用真空密封的方法密闭在带波纹管的传动机构腔体内，传动机构的运动部件与波纹管内部连接，控制波纹管的伸缩和移动，波纹管外部与要控制的运动载体连接，带动运动载体的运动。

对外部导线等线缆，采用密封罩、真空密封套管对线缆接头、导线进行密封，将真空密封套管端部与传动机构密封腔体、光学装置腔体之间进行密封，避免导线、接插件等在强光作用下释放污染物。

带波纹管的传动机构腔体、密封罩、线缆密封套管上可安装真空阀门，必要时可通过对腔体预抽气，控制腔体内部真空度，减小腔体和套管内部与真空光学系统间的压力差。

当传动机构腔体内部是高真空时，对部分腔体内的部件如控制电路板等可以采用散热器、冷凝管等散热装置进行散热。

有益效果： 与现有技术相比，本发明的优点如下：

（1）该发明将传动机构、电机、控制板密封在带波纹管的传动机构腔体内，使污染物的释放源与光学装置内部进行了物理隔离，使污染物对光学系统的影响得到有效控制。在这种情况下，尽管增加了传动机构腔体的成本，但降低了对电机、传动机构润滑油、控制板材料的要求，可以选择普通电机替代价格昂贵的真空电机，润滑油和控制电路板也可以选择普通材料，可以降低总体成本，同时避免一些部件和材料可能的禁运问题。

（2）通过对密封罩、线缆套管的设计，使线缆与光学装置之间形成物理隔离，可以避免装置中大量电缆、导线、接插件使用带来的污染问题，

（3）通过传动机构腔体和线缆套管上所用真空阀门进行预抽气，降低腔体内部压力，当光学装置内部为真空时，可以减小传动机构腔体、线缆套管与光学装置间的压力差，避免压力差过大时带来的漏气问题。

(4)采用散热器、冷凝器等散热装置解决传动机构腔体内为真空时控制电路板可能遇到的散热问题，保证系统正常工作。

（5）对于摄像机、光源等需要对外部有光通过的部件在密封腔体上采用光窗形式使光通过，保证部件的正常工作。

本发明作为复杂超洁净系统中对传动机构、电路板、电缆等运动部件和电信号传输控制系统的污染物控制方法，以及在复杂洁净系统中其他污染源如摄像机、光源等类似部件的控制，可应用与大功率激光装置、光刻机等高精密、大型科学仪器等高清洁度、高真空要求系统中对污染物的控制。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2线缆外部套管转向机构示意图。

图3 对摄像机、光源等的密封结构示意图。

图4 电缆的分束示意图。

在以上图中有传动机构的运动部件1、电机2、控制电路板3、电缆4、带波纹管5、传动机构腔体6、运动载体7、线缆接头8、密封罩9、线缆外部套管10、线缆11、真空阀门12、散热装置13、加强筋14、波纹管15、真空密封转接头16、摄像机或光源部件17、光窗18。

具体实施方式

本发明装置由传动机构的运动部件1、电机2、控制电路板3、电缆4、波纹管5、传动机构腔体6、控制的运动载体7、线缆接头8、密封罩9、线缆外部套管10、线缆11、真空阀门12等部件组成。

将电机、传动机构、控制电路板、电缆、摄像机、光源等含有润滑剂、增塑剂、有机高分子材料，在真空、激光光照条件下产生挥发性有机污染物、颗粒污染物的部件和材料，采用真空密封的方法，将这些部件和材料密封在传动机构腔体内，通过传动机构控制和腔体连接的波纹管运动，从而带动控制的运动载体7。

运动部件、摄像机、光源等部件与外部电缆的连接部分，一般采用接插件电缆接头，通过电缆连接控制和电信号，这些线缆表皮一般由橡胶、聚四氟乙烯、塑料等材料制成，这些材料均含有有机高分子材料、增塑剂等，在光照下会产生有机和颗粒污染物，也需要采用真空密封的方法进行隔离，但由于在复杂系统中大量使用电缆，电缆有不同走向，因此在对电缆进行套管的同时，还要在弯曲部位采用波纹管软连接，在转接分叉部分采用分叉套管，对电缆进行分束。

当光学系统内部为真空时，由于传动机构腔体和线缆套管放置在光学系统内部，腔体和套管中的压强高于光学系统中的压强，即腔体和套管的内部压强高于其外部压强，容易造成气体泄漏。为了减小泄漏，一方面可以通过在腔体上制作加强筋，提高腔体强度，另一方面可以通过在腔体和套管上制作真空阀门，对腔体、套管内部进行预抽真空，减小腔体和套管内部与光学系统间的压力差。预抽真空后可以关闭阀门，保持腔体和套管内部在比较低的真空范围。

当腔体内部抽真空后，电机、电机控制板等需要散热的部件，采用散热器、冷凝管等进行散热，保证这些部件能够正常工作。

当光学系统在大气压下工作时，由于采用真空密封结构，污染物不会进入光学系统，腔体内也保持在大气压，电机、传动结构可以采用普通的电机，润滑材料也可以采用普通材料，大大降低成本。

对于摄像机、光源等部件，也可以采用传动机构腔体密封的方式，在腔体上可以制作光可以通过的光窗，同时控制污染物的对系统的污染。

Claims

1.一种光学系统运动部件真空污染物控制装置，其特征是：将传动机构的运动部件（1）、电机（2）、控制电路板（3）、电缆（4）采用真空密封的方法密闭在带波纹管（5）和传动机构腔体（6）连接构成的空间内，传动机构的运动部件（1）的一端接电机（2），另一端接波纹管（5）的活动端，控制波纹管（5）的伸缩和移动，波纹管（5）外部与要控制的运动载体（7）连接，带动运动载体（7）的运动；位于控制电路板（3）后的线缆接头（8）采用密封罩（9）密封，密封罩（9）的外侧连接有线缆外部套管（10），线缆（11）从线缆外部套管（10）内部穿过。

2.如权利要求1所述的光学系统运动部件真空污染物控制装置，其特征是：所述的运动部件（1）、传动机构腔体（6）和线缆所处外部环境为真空时，在传动机构腔体（6）或密封罩（9）上安装真空阀门（12），对传动机构腔体和密封罩内部进行预抽真空，减小传动机构腔体、密封罩与外部环境之间的压差。

3.如权利要求1所述的光学系统运动部件真空污染物控制装置，其特征是：传动机构腔体（6）内部为真空时，在电路控制板（3）上设置散热装置（13），对电路控制板（3）进行散热。

4.如权利要求1所述的光学系统运动部件真空污染物控制装置，其特征是：当所述传动机构腔体（6）外部为真空、内部为大气压时，在传动机构腔体（6）外部设有加强筋（14），加强腔体结构强度。

5.如权利要求1所述的光学系统运动部件真空污染物控制装置，其特征是：线缆外部套管（10）的外端采用硬线缆外部套管通过真空密封转接（16）与波纹管（15）连接。

6.如权利要求1所述的光学系统运动部件真空污染物控制装置，其特征是：当污染物控制对象是摄像机或光源部件（17）时，在传动机构腔体（6）上设置光学窗口（18），作为光线传输通道。