CN106062604A

CN106062604A - 低应力的框架结构组件

Info

Publication number: CN106062604A
Application number: CN201580011102.6A
Authority: CN
Inventors: 托尔斯滕·埃贝; 扬·韦施尼克
Original assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Current assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2015-02-26
Publication date: 2016-10-26
Anticipated expiration: 2035-02-26
Also published as: CN106062604B; DE102014102715B3; US9964730B2; WO2015127928A1; US20170031126A1

Abstract

本发明涉及一种框架结构组件，其带有整体式框架(1)并带有元件(2)，框架通过框架环(5)形成，框架环带有许多绕其对称轴线同中心地布置的、至少部分沿轴向方向延伸的带有自由端部(7.1、7.2)的保持臂(6.1、6.2)。其中三个保持臂(6.1)贴靠在构造在元件(2)上的端面(3)上并在轴向上保持元件(2)，而另外的保持臂(6.2)材料锁合地贴靠在构造在元件(2)上的周边面(4.2)上，并且元件(2)尤其是被固定以防扭转。

Description

低应力的框架结构组件

技术领域

本发明涉及一种框架结构组件，其由框架和在该框架中径向弹性地镶嵌的元件构成。这样镶嵌的元件通常是透镜。框架通常被称为透镜框架，并且框架结构组件被称为透镜支座。

背景技术

这种透镜支座按类属由EP 1 094 348 B1公知。

在研发紫外和深紫外高功率物镜时，光学元件的低应力的框架是核心问题。低应力的框架应该理解为如下，即，光学元件尽可能不会由于框架本身产生变形，以及动态负荷和热负荷不导致光学元件的张紧或失调。

为了解决该问题，由现有技术公知了许多装置，其中，光学元件，例如透镜借助弹性器件保持在框架中。

例如，由德国专利申请文件DE 28 46 241 A1公知了一种装置，其中，在其框架中径向受引导的透镜通过至少两个搭接透镜的边缘区域的小板在轴向上挤压至固定的贴靠件上。小板由弹性材料构成，并且形状锁合地保持在框架中，从而小板在预紧的情况下贴靠在透镜上。

通过轴向弹性地支承透镜，透镜沿轴向方向的热膨胀可以得到补偿。同样可以减弱动态负荷。为了在透镜中不出现会导致光学图像严重变差的径向应力的情况下也能够实现透镜的径向的热膨胀，必须根据框架和透镜的不同的热膨胀系数产生足够的配合间隙。然而在该配合间隙的范围内，在径向的动态负荷作用的情况下可能导致失调。

在德国实用新型G 86 25 896 U1中也描述了针对光学构件在框架中的轴向弹性的保持。弹性的保持元件在此构造为闭合环，其一方面贴靠在透镜的边缘区域中并且另一方面贴靠在框架上的在为此设置的槽中。

对于该解决方案来说不利的是，通过沿径向方向刚性的环，动态负荷几乎没有减弱地传递到透镜上。

与之前提到的解决方案相同地，用于保持透镜的弹簧力作用到光学有效的面上。因为弹簧力的值根据透镜的热膨胀改变，所以导致透镜中的应力状态的改变，这尤其是在高功率物镜的情况下不满足对图像质量的要求。

由DE 196 32 267 A1公知了一种透镜支座，其中，在透镜框架上构造的卡止凸鼻贴靠在构造在透镜(还有胶合的透镜组件)上的嵌入槽上，以便通过力锁合将透镜保持在框架中。透镜在框架内的方位在径向方向上通过透镜框架的内部的周边面与透镜的靠外的周边面之间的空隙调整来确定，并且在轴向方向上通过将透镜的端面的边缘区域挤压在框架的保持凸起部上确定。

框架既不是热稳定的也不是机械稳定的。在透镜和透镜框架由于热负荷导致的不同的膨胀和收缩的情况下必然导致透镜相对于框架的相对移动，并且进而导致尤其是保持凸起部在透镜端面上的贴靠件处的摩擦。通过摩擦形成的粘滑导致的是，移动不确定地进行，并且透镜没有回到其初始方位。对于高功率物镜来说，这种失调就已经会明显降低图像质量。还不利的是，透镜在其光学有效的端面上受挤压，这可能导致透镜的变形。

沿径向方向弹性的保持件由德国专利申请文件DE 35 21 640 A1公知。保持件由至少三个在透镜的柱形的周边面上优选均匀分布地施加的肋构成，肋由高弹性的材料，有利地由硅酮橡胶构成。肋在将透镜安装到框架中时被压缩。通过框架与透镜之间的在透镜的周边面上的仅很小的间接的接触面，框架和透镜可以沿轴向方向顺利地不同地膨胀。

透镜在其框架中的定心不依赖于热负荷和动态负荷地总是得到保证。也有利的是，作用的力在周边上且不在光学有效的面上起作用。

为了改进方位稳定性提出的是，使用同样设有弹性肋的拧入环或待粘贴的插入环，其附加地沿轴向方向固定透镜。

由US 7 471 470 B2公知了一种透镜框架，在透镜框架中，透镜在径向上通过径向预紧的、沿透镜框架的轴向方向延伸的保持臂(在那里是加固销)保持。在轴向上，透镜以端面位于环形的卷边上，该卷边构造在和保持臂相同的框架部件上。在透镜与透镜框架之间的热膨胀不同的情况下必然导致透镜与环形的卷边之间的相对运动。为了使该相对运动不会不受控地导致透镜的偏心，经由保持臂使通过持续的预紧均匀分布的保持透镜的径向力产生作用。然而保持力必然也导致透镜中的张紧，并且进而导致损害其光学图像质量，而这在许多应用情况下并不是总能够被容许的。

由之前提到的EP 1 094 348 B1公知了一种透镜支座，其中，在透镜的周边面上构造有环形槽，并且在透镜框架上构造有整体式地径向弹性的部段，其自由端部径向嵌入环形槽中，并且透镜仅通过该连接径向和轴向地保持。部段的几何结构是可变的，并且因此可以与框架的材料常数、部段的规格和期望的弹簧刚度相协调地匹配于针对透镜框架的存在的空间比。部段相同地确定尺寸，并且在径向上均匀分布地嵌入在周边面上引入的环形槽中，从而透镜自身在透镜框架中定心。各个部段的弹簧刚度以及通过部段作用到透镜上的预紧力是相同的。

透镜框架和透镜的不同的热膨胀在径向方向上通过部段的弹簧作用补偿。通过将透镜与框架仅通过弹性部段连接，动态负荷仅减弱地传递到透镜上。

然而，透镜在透镜框架中的基本上力锁合的保持具有若干缺点。一方面，由于许多嵌入环形槽中的部段而过于确定地保持透镜，这要求高精度地以非常小的公差制造连接部(即环形槽和部段)，以便避免不确定的预紧。另一方面，由于存在作用到被保持的元件上的需要的夹紧力，以便即使在机械负荷的情况下也安全地保持透镜，所以不能避免透镜中的应变。虽然可以尝试将环形槽安置到一个平面中(在该平面中，力输入仅对光学有效的面产生尽可能小的影响)，但是对图像质量的影响没有完全被避免。

发明内容

本发明所基于的任务是改进一种根据之前提到的EP 1 094 348 B1的透镜支座，从而可以提供对透镜支座的制造公差的更小的要求，并且无需将用于力锁合的保持力作用到透镜上。

该任务通过带有整体式框架以及具有端面和至少一个柱形的周边面的元件的框架结构组件解决，其中，框架由带有对称轴线的框架环构成，在框架环上构造有许多绕对称轴线同中心地布置的、至少部分沿轴向方向延伸的带有自由端部的保持臂，并且自由端部贴靠在元件上。在此，其中三个保持臂具有第一长度，并且贴靠在端面上。另外的保持臂具有第二长度，并且材料锁合地与其中至少一个周边面连接。第一长度和第二长度是不相同的。

有利的是，元件具有靠外的周边面、通过靠外的周边面限界出的圆环形的端面以及与圆环形的端面相邻的回缩的周边面。第一长度大于第二长度，并且带有第二长度的因此较短的保持臂与回缩的周边面连接，而带有第一长度的较长的保持臂与围绕回缩的周边面的端面连接。在该情况下，保持臂可以除了其长度以外在其几何结构和尺寸方面相同地实施。

有利的是，保持元件在周边面上的材料锁合的连接借助粘合剂建立。

为了容纳粘合剂，在自由端部上有利地构造有用于容纳粘合剂的凹陷部。

附图说明

根据本发明的框架结构组件随后以实施例借助附图详细阐述。其中：

图1a以俯视图示出框架结构组件的第一实施例；

图1b以立体图示出根据图1a的框架结构组件的框架环；

图1c示出根据图1a的没有被镶嵌的元件的框架结构组件的截面图的片段；

图1d示出根据图1a的带有被镶嵌的元件的框架结构组件的截面图的片段；

图1e示出穿过根据图1a的框架结构组件的保持臂的简化的截面图；

图2示出穿过保持臂的第二实施方案的简化的截面图；和

图3示出穿过保持臂的第三实施方案的简化的截面图。

具体实施方式

根据本发明的框架结构组件原则上仅由整体式框架1、被镶嵌的元件2和粘合剂9构成。

整体式框架1是带有对称轴线5.0的闭合的框架环5，其朝着对称轴线5.0的闭合环形形状由于轴向延伸的缝隙而中断，并且过渡为多个环形地布置的、分别带有自由端部7.1、7.2的保持臂6.1、6.2。

保持臂6.1、6.2由于其几何结构、其尺寸和框架1的材料在径向上比较有弹性地实施，而在轴向上坚硬地且防扭转地实施。

元件2例如可以是单个平板、单个楔形件、单个透镜或由所提到的各个部件组成的胶合组件。重要的是，元件2具有柱形的周边面和与之正交的端面3，通过周边面，元件可以径向地镶嵌在框架1中，通过端面，元件可以轴向地保持。

当单个部件具有不同的外直径时或当在单个部件上环绕地制造有圆环形的凸肩时，柱形的周边面可以是靠外的周边面4.1或也可以是相对于靠外的周边面回缩的周边面4.2，回缩的周边面例如在胶合组件的情况下得到。

元件2的端面3应该理解为与周边面4.1、4.2正交相邻的平坦面。其例如可以已经在平板、平凸透镜或平凹透镜的情况下得到，或者作为圆环形的凸肩或三个圆弧形的留空部加工在元件2上。

像在优选的实施例中阐述的那样，圆环形的凸肩的构造对于框架环5的制造以及元件2在框架1中的低应力的保持来说具有若干优点。

存在两组保持臂6.1、6.2。它们具有不同的功能，由此针对其强制性地得到不同的长度l₁、l₂。

第一组保持臂6.1具有第一长度l₁。第一组保持臂包括刚好三个保持臂6.1，它们优选彼此错开120°地布置，并且用于轴向保持元件2。第一组保持臂优选直接以其自由端部7.1贴靠在元件2上的端面3上。在理论上理想的是确实的三点式贴靠，然而这在实践中基于仅由元件2的重力而过高地产生的面压力就已经是不可能的，因此，在自由端部7.1上有利地设置有紧密邻接的平坦面。对端面3的平坦性则不必有很高的要求。通过形成的近似的三点式贴靠来限定元件2在框架1内的轴向方位。基于三个保持臂6.1的径向的弹性，保持臂在元件2径向膨胀的情况下移行，即，在保持臂6.1与端面3之间形成的接触部位随着膨胀一起移动。在保持臂6.1与端面3之间没有发生相对运动。为此，元件2的重力或沿轴向方向使元件2靠置到三个保持臂6.1上的保持力和保持臂6.1的径向弹性相互协调，从而在接触部位中形成的摩擦力大于保持臂6.1的复位力。因此没有导致三个保持臂6.1与端面3之间的滑移或粘滑效应。除了必要时能忽略的复位力以外(复位力仅在沿径向方向的由于贴靠在元件2的周边上的保持臂6.2产生热补偿的情况下产生)，元件2没有力地保持住。与同类属的框架结构组件(其中，光学元件在坚硬的支架上轴向保持住，在支架上，光学元件在热变化时滑移，因此径向的保持力是必需的，以便对抗不明确的滑移)相比，在此不需要径向的保持力。元件2可以通过附加的器件在轴向上力锁合地或材料锁合地通过间接的贴靠，优选经由粘合剂9固定。然而使用粘合剂9是非常不利的，这是因为保持臂6.1沿轴向方向与径向方向相比是坚硬的，并且粘合剂9在硬化时的收缩没有通过弹性挠度补偿。

第二组保持臂6.2具有第二长度l₂。第二组保持臂包括第一组的保持臂6.1的优选至少三倍的不确定的数量，并且用于径向镶嵌元件2。

第一长度l₁长度更大还是第二长度l₂长度更大依赖于如下，即，用于径向镶嵌的周边面是否包围用于轴向镶嵌的端面3，还是被其所包围。

例如在没有凸肩的平板中，仅存在一个周边面(即，靠外的周边面4.1)用于径向镶嵌，该周边面强制性地包围端面3。第二长度l₂必须相应地大于第一长度l₁。

然而这具有如下缺点，即，带有第一长度l₁的保持臂6.1必须与带有第二长度l₂的保持臂6.2在几何结构上不同地实施，这是因为它们无法仅由其长度的差异来满足其不同的功能。

此外，框架1可以在不同的实施例中通过保持臂6.1、6.2的原则上不同的几何构造区分开，其可以与元件2的所描述的实施方案不同地组合。在图1e、2和3中示出了保持臂6.1、6.2的不同的适当的实施方案的简化的部分截面图。

在每个情况下，保持臂6.1、6.2是径向弹性的，即，其在轴向方向上比在径向方向上更坚硬。

保持臂也是比较抗扭转的。保持臂通过其沿径向方向的弹性不仅补偿元件2与框架环5之间的热膨胀差异，而且还补偿粘合剂9在硬化时的可能的收缩。因为尽管选择了用于描述本发明的名称，但保持臂6.1、6.2沿径向方向不具有沿径向方向的保持功能，而是仅固定元件2以防扭转，所以保持臂不随着元件2的引入而预紧。针对该目的，元件2和框架环5以如下方式确定尺寸，即，在两者之间存在填充有粘合剂9的间隙。该间隙在预定的温度范围内总是存在，在该温度范围内，框架结构组件得到热补偿。为了能始终弥合该间隙，粘合剂9必须具有相应的弹性，并且以相应的量引入。保持臂6.1、6.2与元件2之间沿径向方向的连接是近似纯粹的材料锁合的连接。有利地，径向的贴靠面与轴向的贴靠面之间的间距也选择得尽可能小。

图1a至1e示出了框架结构组件的优选的实施例。

元件2在此具有圆环形的凸肩，因此，提供了围绕回缩的周边面4.2的端面3。于是除了其长度以外，保持元件6.1、6.2可以相同地实施。即，仅靠置到端面3上的保持元件6.1的第一长度l₁大于靠置到被围绕的、回缩的周边面4.2上的保持元件6.2的第二长度l₂。然而该差异足够使带有第一长度l₁的保持元件6.1(基于没有填充粘合剂9的粘贴间隙而没有触碰回缩的周边面4.2地)可以直接贴靠端面3上，并且使带有第二长度l₂的保持元件6.2可以间接地经由粘合剂9贴靠到回缩的周边面4.2上。因此，在制造框架1时必须在保持臂6.1、6.2从框架环5中加工出来的最后的工作步骤中才区分出保持臂6.1、6.2。甚至在引入用于粘合剂9的凹陷部的情况下也不必区分开；只是不允许粘合剂9进入到制造在带有第一长度l₁的三个保持臂6.1中的凹陷部中，其设置用于轴向嵌接。有利地可以以如下方式制造凹陷部，即，将环绕的槽8引入到所有保持元件6.1、6.2中，槽仅通过保持臂6.1、6.2之间的缝隙中断。保持臂6.1、6.2在元件2上的轴向和径向的贴靠面可以有利地非常靠近地布置。

附图标记列表

1 框架

2 元件

3 端面

4.1 靠外的周边面

4.2 回缩的周边面

5 框架环

6 框架环5的对称轴线

6.1 带有第一长度l₁的保持臂

6.2 带有第一长度l₂的保持臂

7.1 带有第一长度l₁的保持臂6.1的自由端部

7.2 带有第一长度l₂的保持臂6.2的自由端部

8 槽

9 粘合剂

Claims

1.一种框架结构组件，其带有整体式框架(1)并且带有元件(2)，所述元件具有端面(3)和至少一个柱形的周边面(4.1、4.2)，其中，所述框架(1)由带有对称轴线(5.0)的框架环(5)构成，在所述框架环上构造有多个绕所述对称轴线(5.0)同中心地布置的、至少部分地沿轴向方向延伸的、带有径向弹性的保持臂(6.1、6.2)，所述保持臂具有自由端部(7.1、7.2)，并且所述自由端部(7.1、7.2)贴靠在所述元件(2)上，其特征在于，

其中三个保持臂(6.1)具有第一长度l₁并且贴靠在所述端面(3)上，其中，所述元件(2)的热膨胀通过所述三个保持臂(6.1)的径向弹性来吸收，从而不发生所述三个保持臂(6.1)与所述元件(2)之间的相对运动，并且另外的保持臂(6.2)具有第二长度l₂并且通过粘合剂(9)材料锁合地与至少一个周边面(4.1、4.2)中的一个连接，其中，所述第一长度l₁和所述第二长度l₂是不相同的。

2.根据权利要求1所述的框架结构组件，其特征在于，

所述周边面(4.1、4.2)是靠外的周边面(4.1)和回缩的周边面(4.2)，并且所述端面(3)圆形地构造在所述靠外的周边面和所述回缩的周边面之间，

并且所述第一长度l₁大于所述第二长度l₂，并且带有所述第二长度l₂的保持臂(6.2)与所述回缩的周边面(4.2)连接。

3.根据权利要求2所述的框架结构组件，其特征在于，所有保持臂(6.1、6.2)除了其长度l₁、l₂以外在其几何结构和尺寸方面是相同的。

4.根据权利要求1所述的框架结构组件，其特征在于，引入有粘合剂(9)用于材料锁合的连接。

5.根据权利要求4所述的框架结构组件，其特征在于，在所述自由端部(7.1、7.2)上构造有用于容纳所述粘合剂(9)的凹陷部。

6.根据权利要求5所述的框架结构组件，其特征在于，所述凹陷部通过相对于所述对称轴线(5.0)同中心地延伸的中断的槽(8)形成。

7.根据权利要求1所述的框架结构组件，其特征在于，带有所述第一长度l₁的三个保持臂(6.1)彼此错开120°地布置。