CN110376707A - 一种磁悬浮支撑装置 - Google Patents

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周烽
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Abstract

本发明公开了一种磁悬浮支撑装置，包括：支撑盘及设置于支撑盘上的光学元件，光学元件上设有若干第一连接端，支撑盘上设有与第一连接端对应的若干第二连接端，每个第一连接端与其对应的第二连接端之间通过磁浮机构支撑，第一连接端与第二连接端还通过柔性悬架连接。第一连接端与第二连接端之间通过磁浮机构支撑，磁浮机构可以向光学元件提供磁浮力，使光学元件可以飘浮起来，且通过柔性悬架将光学元件与支撑盘连接可以使光学元件与支撑盘之间连接稳定，以减少光学元件中的应力，隔离外界的干扰力对光学元件的影响，提高光学元件的面形精度。此外，还能够隔离外界振动对光学元件的影响，提高光学元件的稳定性。

Description

一种磁悬浮支撑装置
技术领域
本发明涉及光学元件高精度面形实现技术领域，更具体地说，涉及一种磁悬浮支撑装置。
背景技术
随着高精度精密光学仪器的快速发展和应用，对光学系统成像质量要求也越来越高，尤其极紫外光刻技术(EUVL)应用，工作波长为13～14nm的波段，光学元件加工、检测、支撑装调等技术比传统的光学系统要求更高。极紫外光刻系统要达到衍射极限分辨率的要求，系统波前偏差要小于λ/14，对于六镜系统而言单个反射面面形要求达到0.20nmrms。在如此极端苛刻的面形要求下，光学元件支撑装置中的干扰因素对面形影响变得十分严重。
综上所述，如何降低光学元件支撑装置对面形的影响，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种可以降低对光学元件面形精度的影响的磁悬浮支撑装置。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种磁悬浮支撑装置，包括：支撑盘及设置于所述支撑盘上的光学元件，所述光学元件上设有若干第一连接端，所述支撑盘上设有与所述第一连接端对应的若干第二连接端，每个所述第一连接端与其对应的所述第二连接端之间通过磁浮机构支撑，所述第一连接端与所述第二连接端还通过柔性悬架连接。
优选地，所述磁浮机构包括设置于所述第一连接端上的第一磁体及设置于所述第二连接端上的第二磁体，所述第一磁体与所述第二磁体的同磁极相对。
优选地，所述第一磁体为正向条形磁体，所述第二磁体为与所述正向条形磁体磁极方向相反的反向条形磁体。
优选地，所述第一连接端为第一匚形接口板，所述第二连接端为与所述第一匚形接口板开口相对的第二匚形接口板，所述正向条形磁体设置于所述第一匚形接口板的开口中，所述反向条形磁体设置于所述第二匚形接口板的开口中。
优选地，所述柔性悬架包括设置于所述正向条形磁体和所述反向条形磁体的同侧、且一端连接于所述第一匚形接口板、另一端连接于所述第二匚形接口板的“弓”字形的柔性部。
优选地，所述柔性部的一端连接于所述第一匚形接口板的开口端面、另一端连接于所述第二匚形开口板的开口端面。
优选地，所述第一匚形接口板与所述光学元件胶接或螺栓连接，所述第二匚形接口板与所述支撑盘胶接或螺栓连接。
优选地，所述正向条形磁体与所述第一匚形接口板胶接或螺栓连接，所述反向条形磁体与所述第二匚形接口板胶接或螺栓连接。
优选地，所述光学元件的外环相对于所述支撑盘的环面上设有若干第一凸起，所述支撑盘相对于所述光学元件的外环的盘面上设有若干第二凸起，所述第一凸起与所述光学元件的外环的环面连接的侧面均为第一斜面，所述第二凸起与所述支撑盘的盘面连接的侧面均为第二斜面，所述第一凸起与所述第二凸起沿所述支撑盘的周向交错设置，所述磁浮机构的一端连接于所述第一凸起的所述第一斜面，所述磁浮机构的另一端连接于与所述磁浮机构的一端连接的所述第一凸起的所述第一斜面相对的所述第二斜面。
本发明提供的一种磁悬浮支撑装置，包括：支撑盘及设置于支撑盘上的光学元件，光学元件上设有若干第一连接端，支撑盘上设有与第一连接端对应的若干第二连接端，每个第一连接端与其对应的第二连接端之间通过磁浮机构支撑，第一连接端与第二连接端还通过柔性悬架连接。
第一连接端与第二连接端之间通过磁浮机构支撑，磁浮机构可以向光学元件提供磁浮力，使光学元件可以飘浮起来，且通过柔性悬架将光学元件与支撑盘连接可以使光学元件与支撑盘之间连接稳定，以减少光学元件中的应力，隔离外界的干扰力对光学元件的影响，提高光学元件的面形精度。此外，还能够隔离外界振动对光学元件的影响，提高光学元件的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的磁悬浮支撑装置的示意图；
图2为本发明所提供的磁悬浮支撑装置的俯视图；
图3为本发明所提供的磁浮机构和柔性悬架的侧视图。
图1～3中：
1-光学元件、2-磁浮机构、3-支撑盘、4-第一匚形接口板、5-正向条形磁体、6-柔性件、7-反向条形磁体、8-第二匚形接口板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的核心是提供一种可以降低对光学元件面形精度的影响的磁悬浮支撑装置。
请参考图1～3，图1为本发明所提供的磁悬浮支撑装置的示意图；图2为本发明所提供的磁悬浮支撑装置的俯视图；图3为本发明所提供的磁浮机构和柔性悬架的侧视图。
一种磁悬浮支撑装置，包括：支撑盘3及设置于支撑盘3上的光学元件1，光学元件1上设有若干第一连接端，支撑盘3上设有与第一连接端对应的若干第二连接端，每个第一连接端与其对应的第二连接端之间通过磁浮机构2支撑，第一连接端与第二连接端还通过柔性悬架连接。
需要说明的是，支撑盘3可以为环状结构，优选地，支撑盘3为圆环状结构，第二连接端沿支撑盘3的环面周向设置。光学元件1包括框架及设置于框架上的镜体，框架一般采用环状结构，镜体安装于框架的内环中。第一连接端可以沿框架的环面周向设置，设置有第一连接端的框架的环面与设有第二连接端的框架的环面相对设置。
第一连接端可以通过固定或者可拆卸的方式安装于光学元件1上，第二连接端可通过固定或者可拆卸的方式安装于支撑盘3上，通常采用的固定连接的方式包括胶接、铆接等方式，由于铆接需要进行穿孔处理，连接方式较为繁琐，所以通常采用胶接的方式连接，可拆卸的方式通常可以采用螺栓连接、销连接的方式。
磁浮机构2为利用磁力悬浮的机构，磁浮机构2通常可以设置为两个磁极相对的磁体，将一个磁体与第一连接端连接，另一个磁体与第二连接端连接，当支撑盘3放置在平面上时，设置于第二连接端的磁体会顶起设置于第一连接端上的磁体，且两个磁体之间没有直接联系，此机构为本发明中所提供的磁浮机构2。
第一连接端与第二连接端可以设置为任意结构，通常可以设置为简单的支架形式。柔性悬架连接于第一连接端和第二连接端，使第一连接端与第二连接端可以保持连接，以稳定光学元件1与支撑盘3之间的连接，使二者不会分离，并且不会限制光学元件1与支撑盘3之间发生相对移动。
第一连接端与第二连接端之间通过磁浮机构2支撑，磁浮机构2可以向光学元件1提供磁浮力，使光学元件1可以飘浮起来，且通过柔性悬架将光学元件1与支撑盘3连接可以使光学元件1与支撑盘3之间连接稳定，以减少光学元件1中的应力，隔离外界的干扰力对光学元件1的影响，提高光学元件1的面形精度。此外，还能够隔离外界振动对光学元件1的影响，提高光学元件1的稳定性。
在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，磁浮机构2包括设置于第一连接端上的第一磁体及设置于第二连接端上的第二磁体，第一磁体与第二磁体的同磁极相对。
需要说明的是，第一磁体与第二磁体可以采用永磁体的结构形式，也可以采用电磁铁的结构形式，只是电磁铁的结构复杂，不便于设置，随光学元件1及支撑盘3移动时比较麻烦，所以通常采用永磁体的结构形式。将第一磁体与第二磁体的同磁极相对可以使二者之间产生相互排斥的斥力，在斥力的作用下，当第二磁体平放于平面上时，第一磁体会在第二磁体的上方悬浮起来，从而带动光学元件1悬浮。本实施例采用两个磁极相对的第一磁体与第二磁体完成光学元件1的悬浮，结构简单、便于加工和安装。
在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，第一磁体为正向条形磁体5，第二磁体为与正向条形磁体5磁极方向相反的反向条形磁体7。为了进一步简化结构，本实施例中采用的第一磁体与第二磁体均为条形磁体，条形磁体的磁极分明，可以保证第一磁体与第二磁体相对时，第二磁体对第一磁体产生的斥力在直线方向上，可以使第二磁体对第一磁体产生稳定的支撑斥力，从而可以进一步稳定光学元件1的支撑。
在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，第一连接端为第一匚形接口板4，第二连接端为与第一匚形接口板4开口相对的第二匚形接口板8，正向条形磁体5设置于第一匚形接口板4的开口中，反向条形磁体7设置于第二匚形接口板8的开口中。
需要说明的是，第一匚形接口板4和第二匚形接口板8均是由无磁材料通过火花线切割的方式加工而成。第一匚形接口板4和第二匚形接口板8的截面形状均为匚形，第一匚形接口板4与第二匚形接口板8均包括一个横板及连接于横板的两个端部并垂直于横板的纵板，两个纵板的朝向一致，使两个纵板与横板围成具有开口的结构，将正向条形磁体5安装于第一匚形接口板4的开口中，使正向条形磁体5的一端与第一匚形接口板4的横板连接，将反向条形磁体7安装于第二匚形接口板8的开口中，使反向条形磁体7的一端与第二匚形接口板8的横板连接，设置时使第一匚形接口板4与第二匚形接口板8的横板平行设置，可以保证正向条形磁体5与反向条形磁体7处于同一直线上，使正向条形磁体5的悬浮更加稳定。此外，将第一连接端设置为第一匚形接口板4、第二连接端设置为第二匚形接口板8结构简单，便于加工和安装。
在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，柔性悬架包括设置于正向条形磁体5和反向条形磁体7的同侧、且一端连接于第一匚形接口板4、另一端连接于第二匚形接口板8的“弓”字形的柔性部。柔性部由一块无磁材料通过火花线切割的方式加工而成。“弓”字形柔性部的截面形状为“弓”字形，可以拉长、歪斜并且可以恢复到原形，结构简单，加工和安装方便。
在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，柔性部的一端连接于第一匚形接口板4的开口端面、另一端连接于第二匚形开口板的开口端面。柔性部沿第一匚形接口板4延伸至第二匚形接口板8，第一匚形接口板4的开口端面与第二匚形接口板8的开口端面均为二者各自的纵板端面，第一匚形接口板4与第二匚形接口板8的两个纵板端面一一相对，柔性部可以设置为两个柔性件6，沿第一匚形接口板4的两个纵板连接于第二匚形接口板8的两个纵板。将柔性部的一端连接于第一匚形接口板4的开口端面、另一端连接于第二匚形开口板的开口端面可以使柔性部与正向条形磁体5、反向条形磁体7处于同一平面内，使整体结构更加稳定。
在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，第一匚形接口板4与光学元件1胶接或螺栓连接，第二匚形接口板8与支撑盘3胶接或螺栓连接。将第一匚形接口板4与光学元件1胶接或螺栓连接、第二匚形接口板8与支撑盘3胶接或螺栓连接的结构简单、便于安装。
在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，正向条形磁体5与第一匚形接口板4胶接或螺栓连接，反向条形磁体7与第二匚形接口板8胶接或螺栓连接。将正向条形磁体5与第一匚形接口板4胶接或螺栓连接，反向条形磁体7与第二匚形接口板8胶接或螺栓连接的结构简单、便于安装。
在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，光学元件1的外环相对于支撑盘3的环面上设有若干第一凸起，支撑盘3相对于光学元件1的外环的盘面上设有若干第二凸起，第一凸起与光学元件1的外环的环面连接的侧面均为第一斜面，第二凸起与支撑盘3的盘面连接的侧面均为第二斜面，第一凸起与第二凸起沿支撑盘3的周向交错设置，磁浮机构2的一端连接于第一凸起的第一斜面，磁浮机构2的另一端连接于与磁浮机构2的一端连接的第一凸起的第一斜面相对的第二斜面。
需要说明的是，第一凸起与第二凸起的数量可根据实际情况进行设置，本实施例中可以将第一凸起与第二凸起的数量均设置为3个，磁浮机构2一端连接于第一凸起的一个第一斜面，第一凸起与第二凸起沿支撑盘3的周向交错设置，另一端斜向朝向光学元件1延伸，连接于第二凸起的第二斜面，使磁浮机构2整体呈斜向设置，每个第一凸起具有两个第一斜面，第二凸起具有两个第二斜面，三个第一凸起具有六个斜面，三个第二凸起具有六个第二斜面，如此设置，在第一凸起与第二凸起之间共计设置六个磁浮机构2。
分析整体自由度，沿磁浮机构2和柔性悬架组成的整体的三个相互垂直的三个方向分别设置为X向、Y向和Z向，X向为沿磁浮机构2的上下浮动方向，Y向为沿磁浮机构2的左右平移方向，Z向为沿磁浮机构2的前后平移方向，由一个磁浮机构2提供一个X向平移自由度的约束，六个磁浮机构2和柔性悬架组成的整体提供六个自由度约束。
对于六个支撑点中的每个支撑点局部来说，沿X方向转动、沿Y方向转动、沿Z方向转动这三个转动自由度，以及沿X方向平动、沿Y方向平动这两个平动自由度依靠磁浮机构2和柔性悬架在相应自由度的低刚度实现。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上对本发明所提供的磁悬浮支撑装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种磁悬浮支撑装置，其特征在于，包括：支撑盘(3)及设置于所述支撑盘(3)上的光学元件(1)，所述光学元件(1)上设有若干第一连接端，所述支撑盘(3)上设有与所述第一连接端对应的若干第二连接端，每个所述第一连接端与其对应的所述第二连接端之间通过磁浮机构(2)支撑，所述第一连接端与所述第二连接端还通过柔性悬架连接。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮支撑装置，其特征在于，所述磁浮机构(2)包括设置于所述第一连接端上的第一磁体及设置于所述第二连接端上的第二磁体，所述第一磁体与所述第二磁体的同磁极相对。
3.根据权利要求2所述的磁悬浮支撑装置，其特征在于，所述第一磁体为正向条形磁体(5)，所述第二磁体为与所述正向条形磁体(5)磁极方向相反的反向条形磁体(7)。
4.根据权利要求3所述的磁悬浮支撑装置，其特征在于，所述第一连接端为第一匚形接口板(4)，所述第二连接端为与所述第一匚形接口板(4)开口相对的第二匚形接口板(8)，所述正向条形磁体(5)设置于所述第一匚形接口板(4)的开口中，所述反向条形磁体(7)设置于所述第二匚形接口板(8)的开口中。
5.根据权利要求4所述的磁悬浮支撑装置，其特征在于，所述柔性悬架包括设置于所述正向条形磁体(5)和所述反向条形磁体(7)的同侧、且一端连接于所述第一匚形接口板(4)、另一端连接于所述第二匚形接口板(8)的“弓”字形的柔性部。
6.根据权利要求5所述的磁悬浮支撑装置，其特征在于，所述柔性部的一端连接于所述第一匚形接口板(4)的开口端面、另一端连接于所述第二匚形开口板的开口端面。
7.根据权利要求6所述的磁悬浮支撑装置，其特征在于，所述第一匚形接口板(4)与所述光学元件(1)胶接或螺栓连接，所述第二匚形接口板(8)与所述支撑盘(3)胶接或螺栓连接。
8.根据权利要求7所述的磁悬浮支撑装置，其特征在于，所述正向条形磁体(5)与所述第一匚形接口板(4)胶接或螺栓连接，所述反向条形磁体(7)与所述第二匚形接口板(8)胶接或螺栓连接。
9.根据权利要求1至8任意一项所述的磁悬浮支撑装置，其特征在于，所述光学元件(1)的外环相对于所述支撑盘(3)的环面上设有若干第一凸起，所述支撑盘(3)相对于所述光学元件(1)的外环的盘面上设有若干第二凸起，所述第一凸起与所述光学元件(1)的外环的环面连接的侧面均为第一斜面，所述第二凸起与所述支撑盘(3)的盘面连接的侧面均为第二斜面，所述第一凸起与所述第二凸起沿所述支撑盘(3)的周向交错设置，所述磁浮机构(2)的一端连接于所述第一凸起的所述第一斜面，所述磁浮机构(2)的另一端连接于与所述磁浮机构(2)的一端连接的所述第一凸起的所述第一斜面相对的所述第二斜面。
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