一種裝卡光學(xué)元件的力反饋精密支撐裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種裝卡光學(xué)元件的力反饋精密支撐裝置，該裝置包括基座（1）、主支撐（2）、輔助支撐（3）和控制系統(tǒng)（4）。主支撐（2）和輔助支撐（3）環(huán)繞排列，固定在基座（1）上。主支撐（2）為三個(gè)剛性支點(diǎn)；若干輔助支撐（3）均勻分布在主支撐（2）之間,可以上下運(yùn)動(dòng)。所述輔助支撐（3）具體包括輔助支撐支架、頂升器、柔性件、力傳感器。本發(fā)明采用控制系統(tǒng)控制頂升器動(dòng)作，推動(dòng)柔性件產(chǎn)生變形，帶動(dòng)輔助支撐點(diǎn)運(yùn)動(dòng)；由力傳感器反饋獲取支撐力，并能夠通過(guò)對(duì)各輔助支撐力的閉環(huán)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)光學(xué)元件的低形變、穩(wěn)定支撐。
【專利說(shuō)明】一種裝卡光學(xué)元件的力反饋精密支撐裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)元件的支撐裝置的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種裝卡光學(xué)元件的力反饋精密支撐裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)元件面形精度是決定光學(xué)系統(tǒng)性能的重要因素。經(jīng)過(guò)光機(jī)裝配后，光學(xué)元件在定位與裝夾過(guò)程中因受力產(chǎn)生的變形，使其在加工、檢測(cè)、使用各個(gè)階段均會(huì)引入系統(tǒng)誤差，對(duì)于大多數(shù)常規(guī)光學(xué)系統(tǒng)，由于鏡片的面形指標(biāo)要求不高，相對(duì)而言，該誤差對(duì)光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)等性能影響一般可以忽略或者容易被克服。然而對(duì)于精密光學(xué)工程，如在大口徑空間反射鏡、高精度干涉儀和光刻投影物鏡等領(lǐng)域，光學(xué)元件尺寸質(zhì)量較大，光學(xué)面形精度要求及其苛刻，甚至必須達(dá)到納米量級(jí)。在這個(gè)前提下，支撐裝置作為一個(gè)技術(shù)關(guān)鍵和瓶頸需要著重攻關(guān)。
[0003]就現(xiàn)有技術(shù)而言，見(jiàn)諸報(bào)道的研究只有少量的專利文獻(xiàn)，通常采用的是經(jīng)過(guò)專門設(shè)計(jì)的靜力穩(wěn)恒支撐結(jié)構(gòu)，例如Watson和Sudoh分別公開(kāi)了一種三點(diǎn)主支撐、多點(diǎn)輔助支撐、上方通過(guò)壓片壓緊鏡片的透鏡支撐結(jié)構(gòu)(美國(guó)專利US Patent6239924，2003-12-25 ;美國(guó)專利US Patent6239924，2003-12-25);趙磊等提出了一種整體式彈片支撐結(jié)構(gòu)，徑向定位可調(diào)，特別是通過(guò)線切割加工出軸向多點(diǎn)撓性懸臂彈片，相比各自獨(dú)立的多點(diǎn)支撐結(jié)構(gòu)在加工和裝調(diào)方面的精度要求有所放寬(趙磊等，光刻物鏡中透鏡高精度支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及分析，光學(xué)學(xué)報(bào)，Vol.32，N0.9，2012)。
[0004]綜合以上代表性文獻(xiàn)分析可見(jiàn)，多點(diǎn)支撐雖然有利于減小鏡面變形，但存在過(guò)定位導(dǎo)致各支撐點(diǎn)的支撐力的不確定性以及蠕變、應(yīng)力釋放、環(huán)境條件變化等造成支撐力隨著時(shí)間緩慢失穩(wěn)的問(wèn)題，上述實(shí)施例最終實(shí)際效果總是與設(shè)計(jì)理想水平存在偏差。此外，考慮到光學(xué)元件有可能需要反復(fù)裝卡(例如檢測(cè)應(yīng)用)，由于不具備保證在每次加載時(shí)各點(diǎn)支撐力高復(fù)現(xiàn)性的能力，導(dǎo)致引入不可忽略的面形誤差，選用上述支撐裝置是有所不足的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種用于光學(xué)元件裝卡的力反饋精密支撐裝置，以使放置其中的光學(xué)元件因支撐力造成的應(yīng)力變形均勻且符合鏡片通光范圍內(nèi)要求，支撐力能夠保真地按照設(shè)計(jì)加載到光學(xué)元件，并能根據(jù)漂移情況進(jìn)行主動(dòng)補(bǔ)償，因此兼具低變形、高穩(wěn)定優(yōu)點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種裝卡光學(xué)元件的力反饋精密支撐裝置，該裝置包括:基座、主支撐、輔助支撐和控制系統(tǒng)。所述基座主體呈環(huán)圈形狀，其材料為殷鋼；所述主支撐為剛性支點(diǎn)，共三個(gè)，角度間隔均勻固定在基座上；所述基座和三個(gè)主支撐之間還對(duì)稱分布著若干個(gè)輔助支撐。
[0007]所述主支撐包括主支撐支架、主支撐力傳感器和球頭支桿。所述主支撐支架固定在基座上，主支撐支架末端設(shè)置有主支撐力傳感器，球頭支桿固定在主支撐力傳感器上；所述輔助支撐包括輔助支撐支架、頂升器、柔性件、輔助支撐力傳感器和球頭支桿。輔助支撐支架固定在基座上，并安裝有頂升器和柔性件，所述柔性件的末端設(shè)置有輔助支撐力傳感器，球頭支桿安裝在輔助支撐力傳感器之上。
[0008]主支撐、輔助支撐與控制系統(tǒng)相連接，控制系統(tǒng)檢測(cè)和控制主支撐和輔助支撐各處的支撐力。所述主支撐力傳感器和輔助支撐力傳感器為輪輻式力傳感器。主支撐、輔助支撐與控制系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，能夠使主支撐和輔助支撐處的支撐力波動(dòng)長(zhǎng)時(shí)間被限制在優(yōu)于1%范圍內(nèi)。
[0009]光學(xué)元件放置在主支撐的球頭支桿上，實(shí)現(xiàn)光學(xué)元件的定位與光軸定向；輔助支撐在控制系統(tǒng)的控制下頂升直至球頭支桿接觸光學(xué)元件；這樣，由主支撐和輔助支撐共同構(gòu)成沿著光學(xué)元件外圓的多點(diǎn)支撐結(jié)構(gòu)形式。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0011](I)本發(fā)明不同于現(xiàn)有靜力支撐結(jié)構(gòu)，所述主支撐和輔助支撐均包括支撐力傳感器，能夠反饋檢測(cè)輔助支撐力的大小，并可通過(guò)控制系統(tǒng)控制頂升器動(dòng)作，推動(dòng)柔性件產(chǎn)生變形，為光學(xué)元件提供可變、適當(dāng)?shù)妮o助支撐力，主動(dòng)控制鏡面的應(yīng)力變形，改變以往支撐方式的被動(dòng)不足。
[0012](2)本發(fā)明支撐力加載能夠?qū)崿F(xiàn)與設(shè)計(jì)模擬情況的最好吻合，能夠監(jiān)控各處支撐力，十分便于裝配調(diào)試；在使用工況下，發(fā)現(xiàn)支撐力大小漂移情況后能夠進(jìn)行主動(dòng)補(bǔ)償，通過(guò)動(dòng)態(tài)閉環(huán)的方式實(shí)現(xiàn)支撐的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
[0013](3)遇到光學(xué)元件需要反復(fù)裝卡時(shí)，本發(fā)明能夠使調(diào)試每次支撐情況保持相同，因而復(fù)現(xiàn)性更好，有望適用于對(duì)面形精確性要求更高的應(yīng)用場(chǎng)合。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明一種裝卡光學(xué)元件的力反饋精密支撐裝置的軸測(cè)圖。
[0015]圖2為主支撐示意圖。
[0016]圖3為輔助支撐示意圖。
[0017]其中:1、基座；2、主支撐；201、主支撐支架；202、主支撐力傳感器；203、主支撐球頭支桿；3、輔助支撐；301、輔助支撐支架；302、頂升器；303、柔性件；304、輔助支撐力傳感器；305、輔助支撐球頭支桿；4、控制系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行說(shuō)明:
[0019]如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明所述的一種裝卡光學(xué)元件的力反饋精密支撐裝置包括:基座1，所述基座I上環(huán)繞排列著三個(gè)主支撐2和若干輔助支撐3 (本發(fā)明實(shí)施例中輔助支撐數(shù)目取為6);所述主支撐2包括主支撐支架201，該主支撐支架201固定在基座I上，主支撐支架201末端固定有主支撐力傳感器202，主支撐力檢測(cè)器202上設(shè)置有主支撐球頭支桿203 ;所述輔助支撐3包括輔助支撐支架301，該輔助支撐支架301固定在基座I上，輔助支撐支架301上另外安裝有頂升器302和柔性件303，柔性件303的末端設(shè)置有輔助支撐力傳感器304，該輔助支撐力傳感器304上設(shè)置有輔助支撐球頭支桿305。
[0020]本發(fā)明的工作過(guò)程如下:[0021]將光學(xué)元件放置在所述力反饋精密支撐裝置的主支撐球頭支桿203上，利用三點(diǎn)定位確定光學(xué)元件的位置和通光軸的方向。輔助支撐3在控制系統(tǒng)4的控制下啟動(dòng)頂升器302上升，推動(dòng)柔性件303產(chǎn)生變形，柔性件303帶動(dòng)輔助支撐力傳感器304和輔助支撐球頭支桿305上升。輔助支撐球頭支桿305接觸到光學(xué)元件后，輔助支撐力傳感器304輸出支撐力的大小，并送往控制系統(tǒng)4，當(dāng)控制系統(tǒng)4檢測(cè)到輔助支撐力滿足預(yù)設(shè)值后控制頂升器302停止運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，由主支撐2和輔助支撐3共同構(gòu)成沿著光學(xué)元件外圓的多點(diǎn)支撐結(jié)構(gòu)形式，并通過(guò)輔助支撐傳感器304、頂升器302和控制系統(tǒng)4組成閉環(huán)，維持光學(xué)元件在空間位置和支撐力狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光學(xué)元件低變形、穩(wěn)定地支撐。
[0022]本發(fā)明未詳細(xì)公開(kāi)的部分屬于本領(lǐng)域的公知技術(shù)。
[0023]盡管上面對(duì)本發(fā)明說(shuō)明性的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于【具體實(shí)施方式】的范圍，對(duì)本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見(jiàn)的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
【權(quán)利要求】
1.一種裝卡光學(xué)元件的力反饋精密支撐裝置，其特征在于:包括:基座(I)、主支撐(2)、輔助支撐(3)和控制系統(tǒng)(4);其中: 所述基座(I)主體呈環(huán)圈形狀；所述主支撐(2)為剛性支點(diǎn)，共三個(gè)，角度間隔均勻固定在基座(I)上；所述基座(I)和三個(gè)主支撐(2)之間還對(duì)稱分布著若干個(gè)輔助支撐(3)；主支撐(2)、輔助支撐(3)與控制系統(tǒng)(4)相連接，控制系統(tǒng)(4)檢測(cè)和控制主支撐(2)和輔助支撐(3)各處的支撐力；所述主支撐(2 )包括主支撐支架(201)、主支撐力傳感器(202 )和球頭支桿(203 );所述輔助支撐(3)包括輔助支撐支架(301)、頂升器(302)、柔性件(303)、輔助支撐力傳感器(304)和球頭支桿(305);輔助支撐支架(301)固定在基座(I)上，并安裝有頂升器(302)和柔性件(303)，柔性件(303)的末端設(shè)置有輔助支撐力傳感器(304)，球頭支桿(305)安裝在輔助支撐力傳感器(304)之上； 光學(xué)元件放置在主支撐(2)的球頭支桿(203)上，實(shí)現(xiàn)光學(xué)元件的定位與光軸定向；輔助支撐(3 )在控制系統(tǒng)(4 )的控制下頂升直至球頭支桿(305 )接觸光學(xué)元件；這樣，由主支撐(2)和輔助支撐(3)共同構(gòu)成沿著光學(xué)元件外圓的多點(diǎn)支撐結(jié)構(gòu)形式。
2.如權(quán)利要求1所述的一種裝卡光學(xué)元件的力反饋精密支撐裝置，其特征在于:所述主支撐力傳感器(202)和輔助支撐力傳感器(304)為輪輻式力傳感器。
3.如權(quán)利要求1所述的一種裝卡光學(xué)元件的力反饋精密支撐裝置，其特征在于:所述主支撐(2)、輔助支撐(3)與控制系統(tǒng)(4)構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，能夠使主支撐(2)和輔助支撐(3)處的支撐力波動(dòng)長(zhǎng)時(shí)間被限制在優(yōu)于1%范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種裝卡光學(xué)元件的力反饋精密支撐裝置，其特征在于:所述基座(I)材料為殷鋼。
【文檔編號(hào)】G02B7/00GK103885302SQ201410135683
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】楊漢生, 侯溪, 雷柏平, 張娟, 萬(wàn)勇建, 吳永前, 吳高峰, 宋偉紅 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所