一种光学元件的五自由度微动调整机构制造技术

一种光学元件的五自由度微动调整机构属于精密调整技术领域，目的在于解决现有技术存在的难以保证加工精度、占用较大的调整空间以及可调节自由度少的问题。本发明专利技术的一种光学元件的五自由度微动调整机构包括光学元件、压框、镜框、镜座、倾斜微动调整机构和径向微动调整机构；所述光学元件通过压框固定在镜框上，所述镜框外侧设置有镜座，所述光学元件和所述镜框连接处分别设置有一组倾斜微动调整机构，对光学元件进行倾斜调整，所述镜框和所述镜座连接处分别设置有一组径向微动调整机构，对镜框整体进行径向调整；本发明专利技术结构件分别加工，保证加工精度，调整过程中径向调整和倾斜调整均在镜座外壁处实现，避免占用较大调整空间，可调节自由度多。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于精密调整
，具体涉及一种光学元件的五自由度微动调整机构。
技术介绍
在光机设计中，机械结构部分的设计要保证光学零件之间的相互位置准确，在现有加工技术条件下或者在成本限制的条件下，光机结构无法靠加工满足所需要的精度，这时就需要采用调节机构对光学元件进行调整，使之满足设计精度要求，达到光学系统的最佳性能。高精度干涉仪光机系统设计中，光学元件的空间定位精度要求高，因此对用于光学元件固定支撑的机械结构精度提出了挑战，受现有机械加工设备、加工工艺、加工成本的限制，机械结构难以达到高的加工精度，这就需要采用调节装置对光学元件进行调整，以满足高精度干涉仪光学系统的性能要求。目前，光学元件微动调整装置局限于机械调整式、压电调整式、压力调整式和磁滞伸缩式，尤其以机械调整式和压电调整式居多。采用压电式调整装置，需要配备复杂的控制系统，增加了成本和光机系统的复杂性，使得整个光机系统结构过于笨重。公开号为US6930842的美国专利，公开了一种采用压电式调整的微动调整装置，应用于日本Nikon公司的调整光刻物镜，整个调整系统结构复杂，应用了许多柔性铰机构，难以保证加工精度，虽然它的调整机构安装沿镜座切线分布，但是依然需要较大的调整空间。对于高精度干涉仪主机结构来说，光学元件尺寸相对较小，光机结构设计中应使其：结构小巧、简洁、重量轻，容易进行环境控制，并且高精度干涉仪主机结构光学元件安装调整后一般要固定封装，避免多次调整拆装，影响光学元件的重复性定位精度。压电式调整装置，一般外形尺寸较大，放在镜框或镜座内无法取出，造成整个干涉仪主机结构尺寸过于庞大、主机结构变得复杂，不利于后期的环境控制。机械式调整装置，没有复杂的控制系统，可以根据提供的镜框或镜座的空间，设计机械式调整装置的尺寸大小，自由的设计机械式调节结构的形式，结构简洁，实现方便。公开号为US659409的美国专利公开了一种用于调整光刻物镜的机械式调整装置，该调整装置中机械式调整装置，大多采用柔性铰机构，结构简洁，成本低，容易实现。但是此专利技术仅限于调整光刻物镜沿光轴方向的位移和倾斜，不能沿光学元件的径向调节，可调节自由度较少。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种光学元件的五自由度微动调整机构，解决现有技术存在的难以保证加工精度、占用较大的调整空间以及可调节自由度少的问题。为实现上述目的，本专利技术的一种光学元件的五自由度微动调整机构包括光学元件、压框、镜框、镜座、倾斜微动调整机构和径向微动调整机构；所述光学元件通过压框固定在镜框上，所述镜框外侧设置有镜座，所述光学元件和所述镜框连接处分别设置有一组倾斜微动调整机构，对光学元件进行倾斜调整，所述镜框和所述镜座连接处分别设置有一组径向微动调整机构，对镜框整体进行径向调整；所述光学元件外圆周均布三个凸缘；所述压框为外圆周均布三个凸台的环形结构；所述压框的三个凸台下端面分别和光学元件的三个凸缘上端面接触；所述镜框为环形结构，内侧壁圆周均布三个定位滑槽，镜框内侧壁每个定位滑槽下端分别加工有支撑结构A；所述镜框下端面圆周均布三个下定位槽，每个下定位槽位于相邻两个定位滑槽之间；所述光学元件的三个凸缘下端面分别和所述支撑结构A上端面接触，凸台和凸缘与对应的定位滑槽配合；所述镜座内侧壁圆周均布三个支撑结构B，每个支撑结构B分别和镜框下端面的一个下定位槽配合。所述光学元件和所述镜框连接处分别设置有一组倾斜微动调整机构具体为：所述压框的每个凸台上设置有轴向的螺纹孔A，所述镜框上的每个支撑结构A上表面设置有轴向的光孔；内侧壁沿径向开有方槽，所述镜框侧壁与所述方槽对应位置开有径向的螺纹孔B；所述倾斜微动调整机构包括压紧螺钉A、压簧A、滚珠A、微调螺钉A、倾斜微调楔块、滚珠B和挡板；所述压紧螺钉A和所述螺纹孔A螺纹连接，所述螺纹孔A下端和所述滚珠A接触，所述滚珠A下端和所述光学元件的凸缘上表面接触，所述滚珠A和所述压紧螺钉A之间设置有一个压簧A；所述挡板通过螺钉固定在所述支撑结构A内侧壁上，所述倾斜微调楔块设置在方槽中，大尺寸一端位于外侧，所述倾斜微调楔块和所述挡板之间设置有一个压簧A，所述微调螺钉A和所述镜框上的螺纹孔B螺纹连接，所述微调螺钉A端部和所述倾斜微调楔块端面接触，所述滚珠B位于所述支撑结构A上的光孔上，下端和所述倾斜微调楔块接触，上端和所述光学元件的凸缘下表面接触。所述镜座侧壁与所述镜框上的螺纹孔B相对应位置开有槽口。所述镜框和所述镜座连接处分别设置有一组径向微动调整机构具体为：所述镜框侧壁和所述下凹槽对应位置设置有螺纹孔C，所述镜座上的每个支撑结构B上端的镜座内侧壁上开有T型滑槽，每个所述支撑结构B上端面远离侧壁位置开有定位孔，支撑结构B内开有径向的方孔，方孔上端开孔，外侧穿过镜座外壁和外部连通；每组所述的径向微动调整机构包括压紧螺钉B、弹片、柔性铰、微调螺钉B、径向微调楔块、压簧B、滚珠C和挡块；所述压紧螺钉B和所述螺纹孔C螺纹连接，端部和所述压框侧壁接触，所述滚珠C设置在每个支撑结构B上的定位孔中，上端和压框的下凹槽端面接触，所述径向微调楔块设置在方孔中，大尺寸一端位于外侧，所述径向微调楔块和方孔内壁之间设置有一个压簧B，所述挡块通过螺钉固定在镜座外侧壁方孔对应位置，所述微调螺钉B和所述挡块螺纹配合，端部和所述径向微调楔块接触，用于径向调节的菱形的柔性铰一端通过螺钉固定在T型滑槽的竖直槽内，另一端和所述镜框接触，下端和径向微调楔块上端面接触；具有竖直方向柔性的弹片一端固定在所述T型滑槽的水平槽内，另一端和所述镜框上端面接触。所述柔性铰包括固定板、柔性狭缝A、径向圆弧接触点和垂向圆弧接触点；所述固定板通过螺钉固定在所述T型滑槽的竖直槽内，四组所述柔性狭缝A构成菱形结构，所述径向圆弧接触点和所述镜框的外侧壁接触，所述垂向圆弧接触点和所述径向微调楔块上端面接触。所述弹片包括定位板和定位爪，所述定位爪一端和所述定位板的一个侧壁固定，另一端下端面为圆弧压紧点，定位板与定位爪固定的侧壁和定位板整体之间开有柔性狭缝B，所述定位板通过螺钉固定在所述T型滑槽的水平槽内，所述定位爪的圆弧压紧点和镜框上端面接触。所述镜框上端面和所述下凹槽对应位置设置有上凹槽，所述定位爪的圆弧压紧点和所述上凹槽接触。所述镜座上端外沿处还设置有多个圆周均布的槽孔，多个镜座同轴设置时，多个镜座位于同一轴线上的多组槽孔分别通过一个锁紧机构连接固定。所述锁紧机构为螺杆结构，螺杆结构穿过位于同一轴线上的槽孔，两端通过螺母固定。本专利技术的有益效果为：本专利技术的一种光学元件的五自由度微动调整机构光学元件微动调整机构为倾斜和径向调整，均为三组120°圆周分布。光学元件在加工时，圆周上留出三个均布的凸缘，用于光学元件的倾斜调整，光学元件的三个凸缘通过三个滚珠支撑在镜框凸台上，滚珠安放在镜框凸台上的小螺纹孔内，三个滚珠能保证光学元件为三点支撑，没有过约束现象。通过调节微动螺钉，推动放在镜框凸缘里的倾斜微调楔块，倾斜微调楔块滑动时推动滚珠在圆槽内上下移动，通过合理的调节三个均布的倾斜微动调整机构，实现光学元件绕X轴或Y轴的旋转，从而达到光学元件的倾斜调整；而在三个倾斜微动调整机构同步微动时，可以实现光学元件沿Z轴的平移。镜框的下端均匀分布有三个下凹槽，镜框安放在带有支本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学元件的五自由度微动调整机构，包括光学元件(1)、压框(2)、镜框(3)和镜座(4)，其特征在于，还包括倾斜微动调整机构(5)和径向微动调整机构(6)；所述光学元件(1)通过压框(2)固定在镜框(3)上，所述镜框(3)外侧设置有镜座(4)，所述光学元件(1)和所述镜框(3)连接处分别设置有一组倾斜微动调整机构(5)，对光学元件(1)进行倾斜调整，所述镜框(3)和所述镜座(4)连接处分别设置有一组径向微动调整机构(6)，对镜框(3)整体进行径向调整；所述光学元件(1)外圆周均布三个凸缘(101)；所述压框(2)为外圆周均布三个凸台(201)的环形结构；所述压框(2)的三个凸台(201)下端面分别和光学元件(1)的三个凸缘(101)上端面接触；所述镜框(3)为环形结构，内侧壁圆周均布三个定位滑槽(301)，镜框(3)内侧壁每个定位滑槽(301)下端分别加工有支撑结构A(302)；所述镜框(3)下端面圆周均布三个下定位槽，每个下定位槽位于相邻两个定位滑槽(301)之间；所述光学元件(1)的三个凸缘(101)下端面分别和所述支撑结构A(302)上端面接触，凸台(201)和凸缘(101)与对应的定位滑槽(301)配合；所述镜座(4)内侧壁圆周均布三个支撑结构B(401)，每个支撑结构B(401)分别和镜框(3)下端面的一个下定位槽配合。...

【技术特征摘要】
1.一种光学元件的五自由度微动调整机构，包括光学元件(1)、压框(2)、镜框(3)和镜座(4)，其特征在于，还包括倾斜微动调整机构(5)和径向微动调整机构(6)；所述光学元件(1)通过压框(2)固定在镜框(3)上，所述镜框(3)外侧设置有镜座(4)，所述光学元件(1)和所述镜框(3)连接处分别设置有一组倾斜微动调整机构(5)，对光学元件(1)进行倾斜调整，所述镜框(3)和所述镜座(4)连接处分别设置有一组径向微动调整机构(6)，对镜框(3)整体进行径向调整；所述光学元件(1)外圆周均布三个凸缘(101)；所述压框(2)为外圆周均布三个凸台(201)的环形结构；所述压框(2)的三个凸台(201)下端面分别和光学元件(1)的三个凸缘(101)上端面接触；所述镜框(3)为环形结构，内侧壁圆周均布三个定位滑槽(301)，镜框(3)内侧壁每个定位滑槽(301)下端分别加工有支撑结构A(302)；所述镜框(3)下端面圆周均布三个下定位槽，每个下定位槽位于相邻两个定位滑槽(301)之间；所述光学元件(1)的三个凸缘(101)下端面分别和所述支撑结构A(302)上端面接触，凸台(201)和凸缘(101)与对应的定位滑槽(301)配合；所述镜座(4)内侧壁圆周均布三个支撑结构B(401)，每个支撑结构B(401)分别和镜框(3)下端面的一个下定位槽配合。2.根据权利要求1所述的一种光学元件的五自由度微动调整机构，其特征在于，所述光学元件(1)和所述镜框(3)连接处分别设置有一组倾斜微动调整机构(5)具体为：所述压框(2)的每个凸台(201)上设置有轴向的螺纹孔A(202)，所述镜框(3)上的每个支撑结构A(302)上表面设置有轴向的光孔(303)；内侧壁沿径向开有方槽(304)，所述镜框(3)侧壁与所述方槽(304)对应位置开有径向的螺纹孔B(305)；所述倾斜微动调整机构(5)包括压紧螺钉A(501)、压簧A(502)、滚珠A(503)、微调螺钉A(505)、倾斜微调楔块(506)、滚珠B(504)和挡板(507)；所述压紧螺钉A(501)和所述螺纹孔A(202)螺纹连接，所述螺纹孔A(202)下端和所述滚珠A(503)接触，所述滚珠A(503)下端和所述光学元件(1)的凸缘(101)上表面接触，所述滚珠A(503)和所述压紧螺钉A(501)之间设置有一个压簧A(502)；所述挡板(507)通过螺钉固定在所述支撑结构A(302)内侧壁上，所述倾斜微调楔块(506)设置在方槽(304)中，大尺寸一端位于外侧，所述倾斜微调楔块(506)和所述挡板(507)之间设置有一个压簧A(502)，所述微调螺钉A(505)和所述镜框(3)上的螺纹孔B(305)螺纹连接，所述微调螺钉A(505)端部和所述倾斜微调楔块(506)端面接触，所述滚珠B(504)位于所述支撑结构A(302)上的光孔(303)上，下端和所述倾斜微调楔块(506)接触，上端和所述光学元件(1)的凸缘(101)下表面接触。3.根据权利要求2所述的一种光学元件的五自由度微动调整机构，其特征在于，所述镜座(4)侧壁与所述镜框(3)上的螺纹孔B(305)相对应位置开有槽口(405)。4.根据权利要求1所述的一种光学元件的五自由度微动调整机构，其特征在于，所述镜框(3)和所述镜座(4)连接处分别设置有一组径向微动调整机构(6)具体为：所述镜框(3)侧壁和所述下...

【专利技术属性】
技术研发人员：王汝冬，王东方，李全松，张辉，崔涛，隋永新，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22