CN103477262B - 条带式透镜用的可调整的透镜支座 - Google Patents

条带式透镜用的可调整的透镜支座 Download PDF

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Abstract

一种条带式透镜(5)用的透镜支座，条带式透镜(5)可在该支座内垂直于其光轴(5.2)变形，以将一道扫瞄过条带式透镜(5)的光束的成像直线化。此透镜支座主要包含一有槽孔的间隔棱条(7)、一载体棱条(1)及一底板(2)。载体棱条(1)可经由间隔棱条(1)（它的抗弯强度很小）与条带式透镜(5)牢接且可利用调整螺丝(4.1)(4.2)相对于底板(2)变形，如此条带式透镜(5)可变形。将一间隔棱条(7)放入，使透镜支座所需的构造空间从光轴(5.2)棱位离开，以提供构造空间给相邻的光学式或机械式构造组用。

Description

条带式透镜用的可调整的透镜支座
技术领域
本发明关于一种条带式透镜(条状透镜)〔Streifenlinse，英：stripelens〕用的可调整透镜支座，该条带式透镜特别呈长而薄的圆柱透镜形式，例如在雷射材料加工的扫瞄物镜及印刷工业使用。
此处它们一般在一光学设置中形成最后的光学成像组件，该组件将激光束〔该光束扫过该条带式透镜，沿其纵延伸方向(扫瞄方向)扫瞄〕聚焦到一成像平面，所要加工的工作物设在此平面中。
在此利用焦点在工作物上扫瞄的扫瞄线，理论上为一直线。然而在实际上它会沿着扫瞄线和工作物之间的相对运动的方向〔交叉扫瞄方向(Cross-Scan-Direction)〕垂直于扫瞄方向从一理想的直线偏离，这是由于成像的构件的误差所致。为了将此偏离保持在一容许误差限度内，已知技术将条带式透镜在其长度延伸范围内垂直于其光轴借着点状施力变形，因此将扫瞄线直线化。
相较于已用的旋转对称的透镜，圆柱透镜的特点为：它在其整个长度范围内，垂直于其纵延伸方向有相同的横截面，因此有恒定的厚度(沿光轴方向的延伸距离)。因为它较长且较细，此特点使它可借着在次微米范围的依标的局部变形作调整(这种变形可在沿该长度的各点用相同大的调整路径作用)而将光束成像操纵，以将用焦点扫出的扫瞄直线化。
背景技术
为了使长而细的条带式透镜有机械稳定性，已知技术在条带式透镜其光学作用面作最后加工之前已施加在一载体棱条上，沿一接合面用材料接合方式施加上去，如此载体棱条就长期与条带式透镜连接。
为了使条带式透镜能变形，载体棱条须能对应地随着可用的调整力量或调整路径变形，这点可借以下方式达成：选设载体棱条的为此优化的抗弯强度，选用具适合弹性模数的材料、以及载体棱条的与它相关的面惯性力矩，这是由其尺寸设计(特别是厚度)决定。
依先前技术，这种载体棱条做成比所需的接合面的宽度更宽(条带式透镜用此接合面与载体棱条牢接)，在对立侧由接合面提供够宽的安装面，在安装面上有多数调整螺丝可沿载体棱条的纵延伸范围施加，以将载体棱条相对于一韧的底板以可调整的方式固定。
图1中显示一已知的具有条带式透镜的透镜支座，图中显示一成像比例1：2的立体及二个剖面图(非准确地依照实际比例)。
此透镜支座主要由一载体棱条(1)、及一韧的底板(2)构成，载体棱条呈长形延伸，具有一接合面，一条带式透镜可施在其整个长度范围，该底板(2)设在载体棱条(1)与接合面对立的自由侧上。底板(2)比载体棱条(1)略长，且沿其长度范围有一列交替设置的埋头的贯通孔(3.1)及贯通的螺纹孔(3.2)。载体棱条(1)与底板(2)末端装在侧向保持器(6)上，互相隔一预设的调整距离，利用保持器可将透镜支座固定在一参考面(10)上〔该参考面例如设在一扫瞄物镜的一壳体上〕。
第一调整螺丝(4.1)(例如圆柱头螺丝)放入贯通孔(3.1)中，该螺丝嵌入在载体棱条(1)的自由外侧面上所设的螺纹孔中(下文为了区别称为「设有螺纹的孔」(8))。借着将个别的第一螺丝(4.1)作不同的旋紧(它们因此可利用不同的调整路径调整)可将载体棱条(1)局部地多少对底板(2)作旋紧。
二个调整螺丝(宜为锥形夹紧螺丝)(4.2)放入贯通的螺纹孔(3.2)中，该螺丝倚靠在载体棱条的自由外侧面上。借着将个别的第二调整螺丝(4.2)作不同的旋紧，可使载体棱条(1)多少被底板(2)局部地压迫。
借着将第一及第二调整螺丝(4.1)(4.2)依标的操纵，载体棱条(1)及与它牢接的条带式透镜(5)可在次微米范围沿交叉扫瞄方向(CSR)呈波状变形。
上述透镜支座的缺点为所需构造空间是直接邻界到条带式透镜(5)。在图示的切面A－A可清楚看出：载体棱条(1)沿光轴方向〔它和交叉扫瞄方向(SCR)相同〕延伸远远超出条带式透镜(5)的厚度。因此在此区域中不可能设其他光学或机械构件。
由于圆柱透镜的焦距一般很短，故往往有一种要求将其他光学及机械构件设在该做成条带式透镜形式的圆柱透镜附近，因此如果该透镜支座所需的构造空间〔它直接邻界到条带式透镜(5)〕超出条带式透镜(5)的厚度，则很不利。
此外，载体棱条(1)会不当地限制光束路径。
为了要在透镜支座建入一光学装置中后确保条带式透镜(5)能调整，故底板(2)和参考面(10)间的机械连接可只用侧向保持器(6)达成，能探手可及调整螺丝(4.1)(4.2)。这种固定方式需要底板(2)有特别高的抗弯强度。
发明内容
本发明的目的在找出一种条带式透镜用的透镜支座，它需要较少的直接邻界到用它保持住的条带式透镜的构造空间，有利的做法中，对透镜承座的底板的要求须较少，使它可用较少材料做，因此重量较少，或可用较便宜的材料做，这种目的解决之道是利用一种条带式透镜用的可调整的透镜支座，具有
一载体棱条，该载体棱条用其一纵侧与一个要支持住的条带透镜的一个无光学作用的纵侧连接，及
一底板，该底板的末端设成距该载体棱条的末端隔一段固定的调整距离，且利用固定螺丝互相固定，且在末端之间利用呈拉伸螺丝作用的第一调整螺丝，以及呈压迫螺丝作用的第二调整螺丝与载体棱条连接，第一及二调整螺丝交替地设成一列，如此该载体棱条及条带式透镜在其长度范围中可沿第一及第二调整螺丝的作用方向垂直于其光轴变形，其中
该条带式透镜与载体棱条间接经由一间隔棱条连接，
其中该间隔棱条的一纵侧与条带式透镜的纵侧用材料接合方式连接，而其另一对立的纵侧与载体棱条的纵侧牢牢连接，
该间隔棱条有多数槽孔向该对立的纵侧开口，该槽孔沿调整螺丝的作用方向延伸过间隔棱条的整个宽度bA，如此该间隔棱条的抗弯强度与其几何形状的相依关系利用该留下槽孔下方的槽孔底的剩余厚度dAr测定。
有利的做法──
该载体棱条具有设成一列交替的贯通孔及贯通的螺纹孔且该第一调整螺丝通过贯通孔嵌入底板的螺有螺纹的孔中，而第二调整螺丝经螺纹孔穿过去被压迫倚靠到底板上，该调整距离a利用一三点支座测定。载体棱条和底板的末端利用一固定轴承及一松轴承互相连接。
为了使底板可能的弯曲确实排除，故底板可直接安装在一参考面上用至少二个自由度作调整，因此它可做成比起经由侧保持器与参考面连接更薄。
该底板可直接安装在一参考面上成为具有至少二个自由度的方式以作调整，该底板可间接经由一基础板安装在一参考面上，其中该基础板可对参考有二个自由度作调整，而底板相对于基础板可用另外二个自由度作调整。
为了将透镜支座变更以建入不同的光学装置〔其中特别是参考面距条带式透镜有不同距离〕。
该透镜支座可借改变间隔棱条的厚度dAr的尺寸设计而剩余厚度dAr维持不变以用于不同的光学装置中配合不同的所予接口。
为了在条带式透镜附近留尽量大的构造空间以供其他光学或机械构件用，间隔棱条的宽度bA小于条带式透镜的高度hL。
此构造空间可用以下方式进一步加大，间隔棱条的宽度bA从槽孔底开少渐减及/或载体棱条与间隔棱条一边互相螺成在一平面上。
本发明的基本构想在于：在一可变形的载体棱条与一条带式透镜间设一间隔棱条，它具有尽量小的抗弯强度。此间隔棱条的功能是将条带式透镜与载体棱条互相牢接，以将载体棱条的变形传到条带式透镜。依间隔棱条的厚度而定，透镜支座所需的构造空间由光轴移位离开，因此，此处产生空间以设置其他支持住的光学构件。
以下配合图式为例详细说明此透镜支座。
附图说明
图1中所示的透镜支座是为先前技术已知的透镜支座，且一如前文先前技术中所述。
图2是一本发明透镜支座的一较佳实施例的前示图，并显示二放大的上视剖面图，该前视图及上视图是依比例1：5：1作图示，给予「长而薄」的条带式透镜的印象。
图3是依图2实施例的一个具有一条带式透镜的间隔棱条。
附图标记说明：
1-载体棱条；2-底板；3.1-贯通孔；3.2-螺纹孔；4.1-第一调整螺丝；4.2-第二调整螺丝；5-条带式透镜；5.1-光轴；5.2-光轴；6-保持器；7-间隔棱条；7.1-纵侧；7.2-纵侧；9-基础板；10-参考面；11-固定螺丝；12-滚珠；13-固定螺丝；14-槽孔。
具体实施方式
一本发明的透镜支座和上述之先前技术已知的透镜支座相似，是设计成使一被支持住的条带式透镜〔它沿纵方向(等同于扫瞄方向SR)被一激光束扫瞄，因此定出一条扫瞄线，它可垂直于扫瞄方向SR沿交叉扫瞄方向CSR呈点状变形，以将扫瞄线直线化。
具有保持住的条带式透镜(5)的透镜支座主要包含一个条带式透镜(5)、一间隔棱条(7)、一载体棱条(1)、一底板(2)及一基础板(9)及调整螺丝(4.1)(4.2)；利用调整螺丝可使载体棱条(1)及间隔棱条(7)及条带式透镜(5)相对于底板(2)变形。
图2显示本发明的重要构件，更准确地说，是为间隔棱条(7)。
条带式透镜(5)利用它的一个无光学作用的纵侧(5.1)与间隔棱条(7.1)的一纵侧用材料接合方式连接，特别是用粘接。
间隔棱条(7)的长度与条带式透镜的总长度lL至少大约一样长，能将作用到间隔棱上的弯曲力量传到条带式透镜(5)的整个长度lL。厚度dA可变且可依以下因素选设：条带式透镜(5.2)的光轴距一参考面(10)的距离为何(透镜支座在整合到一光学装置时安装在此参考面上)或设在其旁边的构件在条带式透镜(5)附近需要多少空间。
在前述的先前技术则不同于此，在侧保持器(6)长度范围中，此距离是可变的，利用这些保持器可将透镜支座装在一参考面(10)上。因此，先前技术的透镜支座不能像此处所述的本发明的透镜支座这样有利地直接利用基础板(9)〔或在另一实施例，直接利用底板(2)〕安装在参考面(10)上，这一点对于底板(2)及基础板(9)的尺寸设计很重要，其说明见于下文。
间隔棱条的厚度dA宜小于条带式透镜的高度hL，其中须给予一够宽的接合面，以将条带式透镜(5)与间隔棱条(7)连接成稳定而且机械性牢固的方式。间隔棱条的宽度bA─紧跟在接合面后方开始宜为递减。将间隔棱条(7)的尺寸优化〔它具有尽量小的厚度dA、递减的宽度bA、以及最后较大的厚度dA〕造成所要的效果；在条带式透镜(5)附近的区域有自由空间，能设置邻接的构件。
为了使作用的弯曲力能传到条带式透镜(5)而无明显的阻力，故间隔棱条(7)的抗弯韧性要尽量小，但要有高度抗压强度，小的抗弯韧性是特别利用以下方式达成：间隔棱条(7)设有槽孔。槽孔(14)近乎分布在间隔棱条(7)的整个长度范围，且宜只在一处互相间隔较大距离〔此处是用于与载体棱条(1)连接，它具有设有螺纹的孔(8)〕。槽孔(14)朝向一个与纵侧(7.1)对立的纵侧(7.2)开放，且延伸过纵侧的整个宽度bA。留在槽孔(14)下方的材料(称为「槽孔底」)具有恒定的剩余厚度dAr，此剩余厚度选设成尽量小。
由于抗弯韧性和尺寸设计的关系主要是由沿作用的弯曲力量方向的厚度而定，因此对于间隔棱条(7)的抗弯韧性而言，决定性非间隔棱条的厚度dA，而是剩余厚度dA。剩余厚度dAr越小，且其抗弯韧性越小。因此间隔棱条的厚度dA可变化，而剩余厚度dAr保持不变，而不会使间隔棱条(7)的抗弯韧性改变。
依先前技术已知的透镜支座的间隔棱条(1)具有的部分功能由间隔棱条(7)担任，也即将条带式透镜(5)在透镜支座中保持住及稳定性，而且在先前的制程中已是如此。
载体棱条(1)安装到间隔棱条(7)上，且宜利用「固定螺丝」(13)作数道螺合。
载体棱条(1)安装到间隔棱条(7)上，且宜利用「固定螺丝」(13)作数道螺合。
载体棱条(1)和上述先前技术的透镜支座一样，借选择材料及尺寸设计(特别是其厚度)的构想，使它具有一种抗弯韧性，且可借「调整螺丝」(4.1)(4.2)作调整而变形。它可设计成比间隔棱条(7)稍短，确保有安装自由度，以将底板(2)固定在参考面。
载体棱条(1)与底板(2)的末端经由固定轴承和松轴承互相连接，相隔一段可利用「固定螺丝」(11)调整的调整距离a。此调整距离a宜利用一种三点承座确保。举例而言，该三点承座可利用滚珠(12)张设。
载体棱条(1)具有一列埋头式贯通孔(3.1)及贯穿的螺纹孔(3.2)，该贯穿孔沿载体棱条(1)的长度范围在二轴承间交替设置。第一调整螺丝(4.1)(宜为圆柱头螺丝)〔以下为了区别，称为设有螺纹的孔(8)〕放入贯通孔(3.1)中，将个别第一调整螺丝(4.1)作不同的旋紧，可将载体棱体局部地多少向底板(2)拉过去。
第二调整螺丝(4.2)(宜为圆头调整螺丝)放入螺丝孔(3.2)中，第二调整螺丝倚在同样的外侧面上。借着将这些第二调整螺丝(4.2)旋紧或放松，可将载体棱条(1)从底板(2)多多少少压开。
借着将第一及第二调整螺丝(4.1)(4.2)依标的操纵，可使载体棱条(1)及条带式透镜(5)〔它利用间隔棱条(7)与载体棱条(1)连接〕在次微米的范围内变形。
底板(2)具极高的韧性，因此调整螺丝(4.1)(4.2)的调整完全变成载体棱条(1)的变形。
为了将底板(2)设到对一参考面(10)有一定的位置，底板(2)可如已知技术利用个别侧边保持器(6)安装在参考面(10)上。然而将底板(2)直接固定在参考面(10)上，机械性质较稳定，且底板(2)和参考面(10)间的误差链可缩短。
然而更有利的方式是将底板(2)间接地经由一基础板(9)固定，基础板(9)设在底板(2)和参考面(10)之间。这点有一好处，如此：要将底板(2)对参考面调整，不仅可借将底板(2)移动及倾转达成，而且还可分配到底板(2)和基础板(9)上，如此，基础板(9)可安装在参考面(10)上，使它在安装时可用二种自由度调整，即：沿二轴方向调整，沿光轴(5.2)方向及垂直于光轴，基础板(9)固定在调整的位置上，将底板(2)在其上同样用二种自由度〔沿一与它垂直的方向及绕于垂直于光轴(5.2)的方向〕调整，借着这种调整使条带透镜(5)相对于光学装置其他光学构件定位。

Claims (10)

1.一种条带式透镜（5）用的可调整的透镜支座，具有
一载体棱条（1），该载体棱条（1）用一纵侧与一个要支持住的条带式透镜（5）的一个无光学作用的纵侧（5.1）连接，及
一底板（2），该底板的末端设成距该载体棱条（1）的末端隔一段固定的调整距离，且利用固定螺丝（11）互相固定，且在末端之间利用呈拉伸螺丝作用的第一调整螺丝（4.1）以及呈压迫螺丝作用的第二调整螺丝（4.2）与载体棱条（1）连接，第一及二调整螺丝（4.1）（4.2）交替地设成一列，如此该载体棱条（1）及条带式透镜（5）在其长度范围中可沿第一及第二调整螺丝（4.1）（4.2）的作用方向垂直于其光轴（5.2）变形，其特征在：
该条带式透镜（5）与载体棱条（1）间接经由一间隔棱条（7）连接，
其中该间隔棱条（7）的一纵侧（7.1）与条带式透镜（5.1）的纵侧用材料接合方式连接，而其另一对立的纵侧（7.2）与载体棱条（1）的纵侧牢牢连接；
该间隔棱条（7）有多数槽孔（14），向该对立的纵侧（7.2）开口，该槽孔沿调整螺丝（4.1）（4.2）的作用方向延伸过间隔棱条的整个宽bA，如此该间隔棱条（7）的抗弯强度与其几何形状的相依关系利用留下该槽孔（14）下方的槽孔底的剩余厚度dAr测定。
2.根据权利要求1所述的条带式透镜用的可调整的透镜支座，其中：
该载体棱条（1）具有设成一列交替的贯通孔（3.1）及贯通的螺纹孔（3.2）且该第一调整螺丝（4.1）通过贯通孔（3.1）嵌入底板（2）的螺有螺纹的孔（8）中，而第二调整螺丝（4.2）经螺纹孔（3.2）穿过去被压迫倚靠到底板（2）上。
3.根据权利要求1所述的条带式透镜用的可调整的透镜支座，其中：
该调整距离a利用一三点支座测定。
4.根据权利要求1所述的条带式透镜用的可调整的透镜支座，其中：
载体棱条（1）和底板（2）的末端利用一固定轴承及一松轴承互相连接。
5.根据权利要求1所述的条带式透镜用的可调整的透镜支座，其中：
该底板（2）可直接安装在一参考面（10）上成为具有至少二个自由度的方式以作调整。
6.根据权利要求1所述的条带式透镜用的可调整的透镜支座，其中：
该底板（2）可间接经由一基础板（9）安装在一参考面（10）上，其中该基础板（9）可对参考面（10）有二个自由度作调整，而底板（2）相对于基础板（9）可用另外二个自由度作调整。
7.根据权利要求1所述的条带式透镜用的可调整的透镜支座，其中：
该透镜支座可借改变间隔棱条的厚度dAr的尺寸设计而剩余厚度dAr维持不变以用于不同的光学装置中配合不同的所予接口。
8.根据权利要求1所述的条带式透镜用的可调整的透镜支座，其中：
间隔棱条的宽度bA小于条带式透镜的高度hL。
9.根据权利要求1所述的条带式透镜用的可调整的透镜支座，其中：
间隔棱条的宽度bA从槽孔底开始渐减。
10.根据权利要求1所述的条带式透镜用的可调整的透镜支座，其中：
载体棱条（1）与间隔棱条(7)一边互相螺成在一平面上。
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