CN108398761A - 一种三维动态调节及锁紧机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维动态调节及锁紧机构，该机构利用3点均布的弹性调节机构实现光学元件的轴向位移调节和倾斜调节。该机构在光学元件底部均匀分布3个弹性调节机构，利用弹性机构变形实现光学元件的高精度动态调节：3点弹性机构Z1/Z2/Z3变形量相同时，可实现光学元件光轴Z向调节；Z3保持不变，Z1和Z2相反变形时即可实现X向倾斜调节；当Z1和Z2变形量相同而Z3变形量存在差异时可实现Y向调节。每个弹性机构配备相应的杠杆机构，可将机构的垂直调节转换为水平调节；同时利用杠杆的缩放比例提高机构的调节精度。

Description

一种三维动态调节及锁紧机构

技术领域

本发明所述为一种精密机械装置，具体涉及一种三维动态调节及锁紧机构。

背景技术

随着光学成像***性能的提高，对光学元件的调节功能提出了进一步的要求：不仅要求光学元件的调节精度达到微米甚至亚微米级；还对调节机构的动态响应时间提出更高的要求；同时对调节机构的空间尺寸要求更加紧凑。

在光学成像***中，常见的一种对光学元件进行位置调节为沿光轴Z向位移调节和X/Y向的倾斜调节。为实现光学元件的相应调节，常见的机构为利用直线导轨实现Z向位移调节和利用三点楔块机构实现光学元件X/Y向的倾斜调节，将两种机构合并组合使用即可实现光学元件的位置调节。

在高分辨成像光学***中，利用直线导轨加楔块调节的组合机构对光学元件进行位置调节存在相应的技术难点：一方面直线导轨加楔块的组合机构需要较大的安装空间，不符合高分辨成像***对调节机构的紧凑性尺寸要求；另一方面该机构调节误差不能满足光学元件的高精度调节要求。

发明内容

为解决上述问题，实现高分辨成像***光学元件的精密调节，本发明提出一种三维调节机构，在较小空间尺寸下实现光学元件的高精度位置调节。

本发明采用的技术方案为：一种三维动态调节及锁紧机构，该机构利用3点均布的弹性调节机构实现光学元件的轴向位移调节和倾斜调节，该调节机构在光学元件底部均匀分布3个弹性调节机构，利用弹性机构变形实现光学元件的高精度动态调节；

利用3点弹性机构变形实现调节：3点弹性机构Z1/Z2/Z3变形量相同时，可实现光学元件光轴Z向调节；Z3保持不变，Z1和Z2相反变形时即可实现X向倾斜调节；当Z1和Z2变形量相同而Z3变形量存在差异时可实现Y向调节。

进一步地，同步驱动3点弹性发生变形可实现调节，具体的：当实现光轴Z向调节时，3点变形量一致均为h，其调节量：

Z＝(Z1+Z2+Z3)/3＝h

当实现X向倾斜调节时，Z3保持不变，Z1和Z2变形相反即Z1＝h；Z2＝-h，X向倾斜调节量为：

当实现X向倾斜调节时，Z1和Z2变形量相同Z1＝Z2＝h1；Z3变形Z3＝h2，Y向倾斜调节量为：

其中，R为3点弹性机构均布的半径。

进一步地，3点弹性机构通过相应的杠杆驱动弹性机构实现变形，从而完成调节。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明所述的调节机构利用3点均布的杠杆驱动弹性机构实现调节，利用驱动电机单独控制3个驱动杠杆，具有很高的调节精度；

(2)本发明所述的调节机构独立控制3个杠杆驱动弹性机构，实现Z向调节和倾斜角度调节独立调节；

(3)本发明所述的调节机构通过克服弹性机构变形力实现调节，驱动力和弹性机构的反向变形力在完成高精度调节的同时实现机构的自锁。

附图说明

图1为三维动态调节及锁紧机构坐标系及分布示意图；

图2为三维动态调节及锁紧机构的弹性调节机构；

图3为三维动态调节及锁紧机构的杠杆驱动原理示意图；

图4为三维动态调节及锁紧机构实际轴向调节精度数据；

图5为三维动态调节及锁紧机构实际角度调节精度数据。

具体实施方式

根据附图对本发明所述的调节机构做进一步阐述。

图1为调节机构坐标系及弹性调节机构分布示意图；图2为调节机构所述的弹性调节机构。被调节光学元件底部均匀分布3个弹性调节机构，弹性调节机构通过图2所示的中心凸台与被调节光学元件连接，当弹性机构的中心凸台下方被上下调节驱动时，引起凸台两侧的变形簧片产生弹性形变，从而实现光学元件的调节。

当实现光轴Z向调节时，调节3点弹性调节机构驱动力一致，使得3点变形量一致均为h，其调节量

Z＝(Z1+Z2+Z3)/3＝h

当实现X向倾斜调节时，Z3保持不变，Z1和Z2变形相反即Z1＝h；Z2＝-h，X向倾斜调节量为：

当实现X向倾斜调节时，Z1和Z2变形量相同Z1＝Z2＝h1；Z3变形Z3＝h2，Y向倾斜调节量为：

其中，R为3点弹性机构均布的半径。

每个弹性调节机构下方使用杠杆机构实现其变形调节，所述的杠杆机构如图3所示：当横向驱动杠杆机构时，杠杆绕轴旋转将横向位移转换为垂向位移从而引起弹性机构上下变形，完成对光学元件的调节。通过调节杠杆的横向和纵向力臂可实现杠杆缩放比例调节，实现调节机构的高精度调节。

具体实施方面，高精度投影光刻机***中部分物镜要实现轴向调节和倾斜调节，其要求动镜调节响应快，调节设定时间0.2s以内；要求调节精度高，轴向重复调节定位精度优于50nm，倾斜调节重复定位精度优于0.1″。

本发明所述的调节机构实际使用时，利用三个电容传感器测量其调节精度，轴向调节时，取三个电容传感器的平均值为其重复定位精度；倾斜调节时，按传感器的测量值和传感器安装位置计算调节机构的角度重复定位精度。具体调节精度的测量数据如图4和图5所示。

Claims (3)

1.一种三维动态调节及锁紧机构，其特征在于：该机构利用3点均布的弹性调节机构实现光学元件的轴向位移调节和倾斜调节，该调节机构在光学元件底部均匀分布3个弹性调节机构，利用弹性机构变形实现光学元件的高精度动态调节；

利用3点弹性机构变形实现调节：3点弹性机构Z1/Z2/Z3变形量相同时，可实现光学元件光轴Z向调节；Z3保持不变，Z1和Z2相反变形时即可实现X向倾斜调节；当Z1和Z2变形量相同而Z3变形量存在差异时可实现Y向调节。

2.根据权利要求1所述的三维动态调节及锁紧机构，其特征在于：同步驱动3点弹性发生变形可实现调节，具体的：当实现光轴Z向调节时，3点变形量一致均为h，其调节量：

Z＝(Z1+Z2+Z3)/3＝h

当实现X向倾斜调节时，Z3保持不变，Z1和Z2变形相反即Z1＝h；Z2＝-h，X向倾斜调节量为：

当实现X向倾斜调节时，Z1和Z2变形量相同Z1＝Z2＝h1；Z3变形Z3＝h2，Y向倾斜调节量为：

其中，R为3点弹性机构均布的半径。

3.根据权利要求1所述的三维动态调节及锁紧机构，其特征在于：3点弹性机构通过相应的杠杆驱动弹性机构实现变形，从而完成调节。