專利名稱：整體式光學(xué)安裝件的制作方法
整體式光學(xué)安裝件 關(guān)聯(lián)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)要求由Blanding等人于2007年2月28日提交的No. 60/904033題為 "Monolithic Optical Mount (整體式光學(xué)安裝件)"的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的權(quán)益。
領(lǐng)域
本發(fā)明總地涉及器件安裝，更具體地涉及允許沿光軸移動(dòng)但約束沿任何軸向 的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并約束沿垂直于光軸的方向平移運(yùn)動(dòng)的光學(xué)元件的安裝件。
背景
平版印刷或顯微光刻裝置廣泛地用于微電子半導(dǎo)體器件和其它微型器件的制 造。在平版印刷中，光學(xué)系統(tǒng)引導(dǎo)光能以高分辨率并通過精確的配準(zhǔn)將圖案記錄在 形成于硅晶片和其它基板上的光敏層。微型化方面的連續(xù)改進(jìn)對(duì)用于此功能的光學(xué) 系統(tǒng)的性能和精度具有越來(lái)越有挑戰(zhàn)的要求。顯微光刻光學(xué)系統(tǒng)相對(duì)大且復(fù)雜，其 包含多個(gè)光學(xué)元件。
獲得正確的放大倍數(shù)和焦點(diǎn)對(duì)于通過用于器件制造的平版印刷光學(xué)器件獲得 精確的層間配準(zhǔn)和亞微米級(jí)分辨率來(lái)說(shuō)是重要的。例如，為了正確地調(diào)整放大倍數(shù) 或焦點(diǎn)，經(jīng)常需要將光學(xué)系統(tǒng)的特定器件移動(dòng)至光軸上的特定位置。為了獲得這種 移動(dòng)，重要的是最小化或消除光學(xué)系統(tǒng)的其它器件的無(wú)意移動(dòng)。例如，焦點(diǎn)調(diào)整一 般通過光學(xué)元件沿光軸(一般為z軸)的位移而實(shí)現(xiàn)，而沒有沿正交的x或y軸的 平移。
在傳統(tǒng)的攝像光學(xué)器材中，聚焦經(jīng)常使用螺紋安裝機(jī)構(gòu)來(lái)完成。然而，即使 是精確的機(jī)械加工也相當(dāng)難以通過螺紋配合獲得防止與光軸垂直的器件的無(wú)意偏 移所需的位置精度水平。作為一個(gè)總的原則，這種被動(dòng)的機(jī)械配合或滑動(dòng)分量容易 表現(xiàn)出附加和不可重復(fù)的容許誤差。平版印刷光學(xué)器件的相對(duì)尺寸和復(fù)雜度使這個(gè) 問題愈加復(fù)雜。因此，螺紋配合一般不是很適合為高精度半導(dǎo)體平版印刷光學(xué)器件提供焦點(diǎn)調(diào)整。相反，如例如Burning等人的題為"Decoupled Mount for Optical Element and Stacked Annuli Assembly (光學(xué)元件和層疊式環(huán)面組件的分離 安裝件)"的No. 5,428，482美國(guó)專利中描述的那樣，層疊式環(huán)面透鏡組件結(jié)構(gòu) 是這種光學(xué)裝置的優(yōu)選。
在透鏡軸調(diào)整可能是層疊式環(huán)面結(jié)構(gòu)所必需的情形下，例如使用彈簧和撓曲 件的利用平衡力或動(dòng)力約束力的方案可能對(duì)高精度調(diào)整方案而言比靜態(tài)方案更有 希望。然而，所給出的這種提供純軸向平移調(diào)整的方案一般是非常復(fù)雜的，經(jīng)常需 要多個(gè)互連部件的精確制造和組裝。作為僅僅一個(gè)示例，在Rau等人的題為 "Optical Element Mount Comprising an Optical Element Holding Frame (包含光學(xué)元件保持架的光學(xué)元件安裝件)"的No. 6,538,829美國(guó)專利中描 述的實(shí)施例中，示出一種用于相對(duì)于彼此調(diào)整兩個(gè)器件的光學(xué)安裝件。Rau等 人的'829公布中描述的機(jī)構(gòu)采用一種相當(dāng)復(fù)雜的撓曲件和鉸鏈網(wǎng)絡(luò)以提供這 種軸向平移調(diào)整。
徑向撓曲件已在光學(xué)應(yīng)用場(chǎng)合中用于精確的軸向定位。例如，由Zacharie等 人提出的題為"Precision Retroreflector Positioning Apparatus (精確回 射器定位裝置)"的2006/0001886美國(guó)專利申請(qǐng)公報(bào)記載了使用帶徑向撓曲 件以為該設(shè)備提供最小軸向偏移的干涉儀用回射器安裝。盡管這種方法具有固 有的機(jī)械優(yōu)勢(shì)，然而使用這種方案時(shí)的部件數(shù)目是龐大的并且可能發(fā)生存在附 加容限的問題。
在光學(xué)設(shè)計(jì)和精密機(jī)械領(lǐng)域中已知，撓曲件可用來(lái)連接兩個(gè)本體以限定某些 約束圖案，從而允許在兩本體之間存在某些想要的自由度(D0F)，同時(shí)抑制或抑 止其它自由度。允許單個(gè)DOF直線運(yùn)動(dòng)的一個(gè)圖案是兩組三約束結(jié)構(gòu)，其中每組約 束是共面的，且由每組限定的平面是平行的并彼此隔開一定距離。這種約束圖案導(dǎo) 致沿垂直于約束平面的直線平移的一個(gè)自由度。還已知，為了獲得運(yùn)動(dòng)純凈性，每 個(gè)組的這三種約束應(yīng)當(dāng)以三角對(duì)稱圖案設(shè)置；每種約束與一圓相切。將由這些約束 限定的兩個(gè)圓的圓心相連的直線應(yīng)當(dāng)垂直于這兩個(gè)平面。
參照

圖1A，這里示出在機(jī)架12內(nèi)具有基準(zhǔn)xyz軸指定的內(nèi)部構(gòu)件、透鏡保持 架10。 Z軸對(duì)應(yīng)于光軸0。為了這種應(yīng)用，僅平行于z軸的運(yùn)動(dòng)是合需的。必須阻 止沿x — y平面的平移或繞x或y軸的旋轉(zhuǎn)(e x、 9 y旋轉(zhuǎn))。對(duì)于球形光學(xué)器件來(lái)說(shuō)，繞z軸的旋轉(zhuǎn)一般是不適宜的；然而，必須沒有繞x或y軸的旋轉(zhuǎn)。將透鏡 保持架10連接于機(jī)架12的安裝機(jī)構(gòu)必須使平移運(yùn)動(dòng)僅沿光軸0的方向，即z方向。
撓曲件過去用來(lái)在透鏡應(yīng)用場(chǎng)合中提供所需的機(jī)械約束。例如，圖1B示出提 供這種單自由度、沿光軸0的z軸平移的透鏡安裝件20。透鏡保持架10通過兩個(gè) 平行的薄板式撓曲件14a、 14b懸置于機(jī)架12。平行的薄板式撓曲件14a、 14b位 于兩平行平面Pt和&中。薄板式撓曲件14a位于上平面Pt。下端薄板式撓曲件14b 位于下平面Pb。每個(gè)薄板式撓曲件14a、 14b具有從機(jī)架12延伸至透鏡保持架10 并提供線性約束的輪輻16。這些對(duì)稱輪輻16在給出的平行平面內(nèi)與薄板式撓曲件 的結(jié)合允許沿光軸0的單個(gè)平移自由度。
圖1C示出施加圖1B所示的同一約束圖案但采用折彎的薄板式撓曲件的透鏡 安裝件20的另一種配置，在本申請(qǐng)的背景中稱其為折彎撓曲件18。同樣，透鏡保 持架10通過三對(duì)折彎撓曲件18懸置在機(jī)架12上。每個(gè)折彎撓曲件18沿其折邊 32提供一個(gè)約束。在本申請(qǐng)的背景中，對(duì)折邊的引用可認(rèn)為是形成在撓曲件的內(nèi) 表面的接合處的內(nèi)側(cè)折邊。
如圖1D所示， 一組上部?jī)?nèi)折邊32t位于上平面Pt內(nèi)； 一組下部?jī)?nèi)折邊32b位 于下平面Pb內(nèi)，同樣平面Pt和Pb彼此平行。這種關(guān)系對(duì)允許僅沿光軸0的平移來(lái) 說(shuō)是重要的。從運(yùn)動(dòng)學(xué)考慮，如果平面Pt和Pb不平行，則相對(duì)x—y軸將會(huì)有一定 的運(yùn)動(dòng)自由。
使用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，上部和下部折彎撓曲件18成對(duì)，如此從沿光軸O得到的視圖 看來(lái)，它們沿徑向?qū)R或重疊。即，如圖1E所示，對(duì)于沿光軸O獲得的視圖看來(lái)， 上部折彎撓曲件和下部折彎撓曲件18均沿徑向從軸0以同一角度向外伸出。在圖 IE的具體例中，以假想線示出的一對(duì)上和下折彎撓曲件18沿徑向?qū)R或重疊，相
對(duì)于共同基準(zhǔn)具有夾角4)。它們各折邊位于平行線內(nèi)并重疊或?qū)R，由此對(duì)于該視 圖具有多對(duì)重疊折邊。
盡管圖1C所示折彎撓曲件18的結(jié)構(gòu)具有控制透鏡運(yùn)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，然而，仍然 存在阻止其用于高精度平版印刷場(chǎng)合的問題。即使最小的寄生效果或構(gòu)造非對(duì)稱性 也會(huì)危及高分辨率平版印刷作業(yè)中透鏡調(diào)整所需的運(yùn)動(dòng)純度。必須仔細(xì)地規(guī)定用于 折彎撓曲件18及其緊固件的材料以最小化熱膨脹系數(shù)差造成的熱效應(yīng)。精密加工 和組裝技術(shù)要求將折彎撓曲件18附連于透鏡保持架10和機(jī)架12兩者。有鑒于此，附加考慮傳統(tǒng)制造和組裝技術(shù)固有的加性容許誤差和組裝技術(shù)，圖1C的方案已證實(shí)為對(duì)高精度平版印刷場(chǎng)合不具實(shí)踐性。
總地來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)透鏡安裝方法可能造成限制其平版印刷應(yīng)用場(chǎng)合的用途的過約束和其它問題。盡管已提出多種用于軸向定位的方案，然而仍然需要一種光學(xué)組裝安裝件，其允許沿光軸調(diào)整光學(xué)器件但抑制其沿或繞光軸以外的軸運(yùn)動(dòng)，使用最
小數(shù)量的部件并提供使用顯微光刻和其它精密光學(xué)和定位應(yīng)用的光學(xué)組件所需的性能水平。
概述
本發(fā)明的一個(gè)目的是改進(jìn)透鏡安裝和調(diào)整的工藝。為此，本發(fā)明提供一種整體式光學(xué)元件安裝件，其包括
內(nèi)部構(gòu)件，其懸置在外部構(gòu)件內(nèi)并可沿一軸相對(duì)于該外部構(gòu)件移動(dòng)；
第一組折彎撓曲件，所述第一組折彎撓曲件從所述內(nèi)部構(gòu)件延伸至所述外部構(gòu)件，
其中第一組中的每個(gè)折彎撓祖件具有位于與所述軸正交的第一平面內(nèi)的折
邊；
第二組折彎撓曲件，所述第二組折彎撓曲件從內(nèi)部構(gòu)件向外部構(gòu)件延伸，其
中第二組中的每個(gè)折彎撓曲件具有位于與第一平面平行的第二平面內(nèi)的折邊；
且其中，對(duì)于沿所述軸得到的視圖看來(lái)，第一組的折邊不與第二組的折邊對(duì)齊。
本發(fā)明的一個(gè)特征是，它使用折彎撓曲件提供了整體構(gòu)成的光學(xué)安裝件。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，它提供了用于約束平移運(yùn)動(dòng)以使其僅沿光軸作平移運(yùn)動(dòng)的光學(xué)安裝件。
附圖簡(jiǎn)述
圖1A是示出相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)軸的理想透鏡安裝件的總體功能的立體圖。圖1B是使用薄板式撓曲件提供軸向平移的透鏡安裝件的立體圖。圖1C是使用多對(duì)折彎撓曲件提供軸向平移的透鏡安裝件的立體圖。圖1D是示出包括上折邊和下折邊的平行平面的立體1E是沿光軸得到的圖1C的透鏡安裝件的圖。
圖2A是一個(gè)實(shí)施例中的整體式光學(xué)安裝件的立體圖。
圖2B是圖2A所示光學(xué)安裝件的橫截面圖。
圖3A是替換性實(shí)施例中的整體式光學(xué)安裝件的立體圖。
圖3B是圖3A所示光學(xué)安裝件的局部剖面圖。
圖3C是圖3A示出的光學(xué)安裝件的橫截面圖。
圖3D是示出通過將兩組折彎撓曲件折彎而形成在平行平面內(nèi)的切線的立體圖。
圖犯是沿軸獲得的圖3D的切線的圖。
圖4是在代替實(shí)施例中的整體式光學(xué)安裝件的立體圖。
圖5是圖4的整體式光學(xué)安裝件的俯視圖。
詳細(xì)說(shuō)明
在本申請(qǐng)所揭示的背景中，術(shù)語(yǔ)"上部"和"下部"是相對(duì)的并且不表示任何必要的表面取向，而是單純用來(lái)表示和區(qū)別組件或材料塊的相反的表面。
本文中示出和描述的附圖是為了示出根據(jù)本發(fā)明的透鏡安裝裝置的工作和制造的關(guān)鍵原理并且其繪制不是為了示出實(shí)際尺寸或比例。 一些夸大表示是必須的以突出基本結(jié)構(gòu)關(guān)系或工作原理。
本發(fā)明的裝置和方法為透鏡或其它光學(xué)元件提供一種動(dòng)力安裝機(jī)構(gòu)，這種動(dòng)力安裝機(jī)構(gòu)因?yàn)檎w式構(gòu)成一一要么通過在單塊材料中形成空腔結(jié)構(gòu)即以減損的方式形成，要么通過將材料以一種圖案進(jìn)行沉積從而形成單個(gè)部件的多種技術(shù)中的任何一種即以添加的方式形成一一而優(yōu)于傳統(tǒng)透鏡安裝件設(shè)計(jì)。該單部件組件提供一種撓曲件結(jié)構(gòu)，它使內(nèi)部構(gòu)件或透鏡保持架懸在外部構(gòu)件或機(jī)架上。單部件構(gòu)造的優(yōu)點(diǎn)是消除了例如由導(dǎo)熱系數(shù)差異以及緊固件制造和組裝等引起的問題?？偟貋?lái)說(shuō)，單部件機(jī)加工的透鏡安裝組裝件將具有比其它類型透鏡安裝件要少的機(jī)械應(yīng)力。單部件允許更簡(jiǎn)單的加工、組裝和安裝以構(gòu)造光學(xué)組件。整體形成的光學(xué)安裝件具有內(nèi)建的對(duì)齊結(jié)構(gòu)。
折彎的薄板式撓曲件一_在本申請(qǐng)中更簡(jiǎn)單地稱為折彎撓曲件一一提供沿其折邊線的一個(gè)約束。本發(fā)明采用折彎撓曲件約束的結(jié)構(gòu)，其折邊的朝向允許沿光軸的平移運(yùn)動(dòng)并限制沿正交于光軸的軸的不想要的平移和轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖2A示出具有單部件或整體結(jié)構(gòu)的透鏡安裝件30的一個(gè)實(shí)施例。透鏡保
持架10通過全部由同一材料形成的上部折彎撓曲件28t和下部折彎撓曲件28b，從機(jī)架12中懸吊著，沿圖1C、 1D和1E所示的徑向圖案而延伸。透鏡、鏡子、棱鏡、薄膜或其它光學(xué)元件42位于透鏡保持架IO之內(nèi)或之上。
由于使用位于兩個(gè)平行平面內(nèi)的上部和下部折彎撓曲件的圖案，正如圖1D所示那樣，圖2A的實(shí)施例提供一種可工作的透鏡安裝結(jié)構(gòu)，其允許所需的單個(gè)自由度z軸平移。然而可以理解，使用圖2A所示的配置及其在圖2B中示出的橫截面圖而從一塊材料中機(jī)械加工出透鏡安裝件30被證明是很有挑戰(zhàn)性的。上部和下部折彎撓曲件28t和28b是徑向?qū)R的，即以同一角度從軸0沿徑向向外延伸。就沿光軸O獲得的圖來(lái)看，上部和下部折彎結(jié)構(gòu)也是對(duì)齊的。盡管切入式EDM和線切割EDM技術(shù)的一些組合能夠作出必要的切割以形成從上表面和下表面開始的每對(duì)徑向?qū)R的頂部和底部折彎撓曲件28t和28b，然而所需要的機(jī)械加工任務(wù)相當(dāng)復(fù)雜。此外，通過圖2A和2B所示折彎撓曲件28t和28b的對(duì)齊結(jié)構(gòu)，透鏡安裝件30可能無(wú)法使用一些其它類型的腐蝕加工方法來(lái)制造。傳統(tǒng)技術(shù)可能無(wú)法去除位于每對(duì)對(duì)齊的上部和下部折彎撓曲件28t和28b之間的材料以形成如圖2B的橫截面中透鏡保持架IO右側(cè)所示的內(nèi)表面38?；谕瑯拥脑?，模制也是困難的。
為了減緩制造如圖2A所示透鏡安裝件30的這種固有困難，本發(fā)明提供一種具有徑向延伸的折彎撓曲件28t、 28b的更有利的結(jié)構(gòu)的實(shí)施例，這種更有利的結(jié)構(gòu)可使用當(dāng)沿主要平行于z軸(光軸O)的方向工作時(shí)最容易去除材料的切入式磨削和其它腐蝕技術(shù)來(lái)制造。針對(duì)能更容易地進(jìn)行機(jī)械加工的透鏡安裝件的設(shè)計(jì)這樣一種需要，圖3A—3D的實(shí)施方式給出了一種光學(xué)元件安裝件40，它具有上表面34和下表面36并采用徑向延伸的折彎撓曲件元件的重新安排，正如空腔44所限定的那樣。在這種結(jié)構(gòu)中，使內(nèi)部構(gòu)件、透鏡保持架10沿光學(xué)元件安裝件40的頂部懸置于機(jī)架12的上部折疊撓曲件28t并沒有相對(duì)于光軸與在透鏡保持架10和機(jī)架12之間延伸向光學(xué)元件安裝件40的底部的下部折彎撓曲件28b徑向地對(duì)齊。因此，上部和下部折彎撓曲件28t和28b的折邊不對(duì)齊。如圖3B的剖視圖和圖3C的截面圖所示，來(lái)自上表面34和下表面36用于形成各折彎撓曲件28t、 28b的入口不受這種結(jié)構(gòu)阻擋，允許更直接的機(jī)械加工或其它腐蝕制造技術(shù)并簡(jiǎn)化了可能使用的任何類型的模制操作。
圖3D的立體圖和圖3E的俯視圖示出應(yīng)用于本發(fā)明光學(xué)元件安裝件40實(shí)施例的幾何結(jié)構(gòu)。光學(xué)元件安裝件40具有兩組折彎撓曲件第一組，其中每條折邊32位于第一平面內(nèi)的第一圓Cl的切線Tl、 T3、 T5上，該第一平面就是圖3D中的上平面Pt，它垂直于軸0;以及第二組，其中每條折邊32位于第二平面內(nèi)的第二圓C2的切線T2、 T4、 T6上，該第二平面就是圖3D中的下平面Pb，它平行于第一平面。圖3E示出沿軸0得到的視圖。如圖所示，對(duì)應(yīng)于切線T1、 T3、 T5的第一組的折邊并不與對(duì)應(yīng)于切線T2、 T4、 T6的第二組的折邊對(duì)齊。為清楚起見，圖3E示出一實(shí)施例，其中用于限定兩組切線的圓Cl和C2具有不同的直徑；然而，圓C1和C2可具有相同的直徑。
使用圖3A-3E的配置，上面一組折彎撓曲件28t的內(nèi)表面38可通過從下表面36開始向內(nèi)腐蝕材料而形成。同樣，下面一組折彎撓曲件28b的內(nèi)表面38可通過從上表面34開始向內(nèi)腐蝕材料而形成。
在圖2A和3A的實(shí)施例中，折彎撓曲件28t和28b圖示為具有大致直角的內(nèi)折邊32、 32t和32b。然而，也可使用其它折彎結(jié)構(gòu)。圖4的立體圖示出替換實(shí)施例中的光學(xué)元件安裝件40的各個(gè)組件，其中折彎撓曲件28b、 28t基本為V形，該V形具有通過下部彎折撓曲件28b向上面朝著上表面34的內(nèi)表面形成的V形狀以及上部折彎撓曲件28t倒置或向下面朝著下表面36的V形狀。可以觀察到，這符合圖3A-3C實(shí)施例中所示的同一基本圖案，其中上部折彎撓曲件28t和下部折彎撓曲件28b具有面向或在相反方向"開放"的內(nèi)表面38。使折邊朝向相反方向是供選的，但這樣對(duì)機(jī)械加工有利，尤其在位于透鏡保持架IO和機(jī)架12之間的空腔44狹窄的情形下。
圖5針對(duì)圖3A-3C和圖4所示實(shí)施例示出了具有居中孔或開口 46的光學(xué)元件安裝件40的俯視圖，并示出了如何設(shè)置上部折彎撓曲件28t和下部折彎撓曲件28b，這兩個(gè)撓曲件以交替順序繞軸O徑向延伸，但不徑向?qū)R。艮P，圖3D和3E所示的相同基本關(guān)系也適用于圖4和圖5的實(shí)施例。折彎撓曲件分成兩組開口或面朝上的(折彎撓曲件28b)以及開口向下的(折彎撓曲件28t)。對(duì)于每個(gè)組，折邊位于平行平面內(nèi)的各圓的切線上，相對(duì)于沿該軸的視圖來(lái)看，如同之前結(jié)合圖3E描述的那樣， 一組折邊并不與另一組折邊對(duì)齊。在又一實(shí)施例中，頂部和底部組中的折邊可全部面向同一方向。
在圖5的特定實(shí)施例中，從沿光軸0得到的視圖來(lái)看，每個(gè)折彎撓曲件28t或28b以獨(dú)特的角度從軸O伸出，相對(duì)于其相鄰的折彎撓曲件以角度士 9 1徑向地間隔開。每個(gè)折彎撓曲件28t或28b之間的角9 1應(yīng)當(dāng)相等；如果該角不相等，則會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)不純性。相鄰折彎撓曲件28t和28b具有彼此不平行的折邊32t和32b，但位于之前結(jié)合圖3D提到的各平行平面內(nèi)。上面一組折彎撓曲件和下面一組折彎撓曲件的折邊32t和32b也可以說(shuō)是互相不重疊的。在圖5的俯視圖中，上部折彎撓曲件28t具有由虛線表示的折邊32t;下部折彎撓曲件28b具有由實(shí)線表示的折邊32b。
整體式制造
有利地，該可移動(dòng)的內(nèi)部構(gòu)件及其基準(zhǔn)、靜態(tài)機(jī)架的組合可整體地構(gòu)成，即形成自一塊材料。單部件或整體式結(jié)構(gòu)具有消除例如因?qū)嵯禂?shù)差異以及緊固件制造和組裝等造成的問題的優(yōu)點(diǎn)?？偟貋?lái)說(shuō)，單部件機(jī)械加工的透鏡安裝組件固有地具有比其它類型透鏡安裝件的要小的機(jī)械應(yīng)力。單部件允許更簡(jiǎn)單的處理、組裝和安裝以構(gòu)造光學(xué)組件。整體式形成的光學(xué)安裝件具有內(nèi)建的對(duì)齊結(jié)構(gòu)。通過制造懸置在外構(gòu)件中的內(nèi)部構(gòu)件，由單塊材料形成的光學(xué)元件安裝件具有許多配置優(yōu)勢(shì)并允許柔性設(shè)計(jì)。外部構(gòu)件適于尺寸化以安裝在光學(xué)組
件中，同時(shí)可適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)內(nèi)部構(gòu)件以沿光軸將光學(xué)器件保持在合適的位置。
如前所述，本發(fā)明的光學(xué)元件安裝件可通過在單塊材料中形成空腔結(jié)構(gòu)即以減損的方式制造出?？梢杂^察到，圖3A-3C和圖4所示的折彎撓曲件的重新配置提供了與圖2A實(shí)施例中使用的相似的約束網(wǎng)絡(luò)，這是使用圖1D所示平面關(guān)系概括出的。同樣， 一組上部?jī)?nèi)折邊32t位于一個(gè)平面Pt內(nèi)，且一組下部?jī)?nèi)折邊32b位于另一平面Pb內(nèi)，其中平面Pt和Pb是平行的。然而，由于折彎撓曲件28t和28b在圖3A和圖4的實(shí)施例中不像圖2A所示那樣徑向?qū)R，圖3A和圖4實(shí)施例可僅使用例如切入式刀具以更直接的方式進(jìn)行機(jī)械加工。由光學(xué)元件安裝件40的上表面34和下表面36形成的這些切入式刀具可平行于軸0(z軸)并具有不同的深度。這種配置也允許其它類型腐蝕加工操作，這些操作可能無(wú)法很好地適用于圖2A的徑向?qū)R的實(shí)施例，例如激光加工。
使用計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)實(shí)現(xiàn)的機(jī)械加工技術(shù)，可執(zhí)行高精度和可重復(fù)切 削以提供單部件結(jié)構(gòu)。EDM加工(放電加工)是一種專門的CNC機(jī)械加工形式， 可用于精密加工由金屬或其它硬導(dǎo)體材料形成的復(fù)雜部件。簡(jiǎn)單地說(shuō)，EDM通 過在電極和所要去除的材料之間的間隙兩邊放電而有選擇地從導(dǎo)體材料的工 件腐蝕材料。介電流體繼續(xù)流入電極周圍的間隙區(qū)并將去除的材料沖走。線切 割EDM是將連續(xù)移動(dòng)的導(dǎo)線作為其電極的一種形式的EDM。適用于制造整體式 構(gòu)件的其它技術(shù)可包括傳統(tǒng)機(jī)械加工、激光加工、各種蝕刻技術(shù)、噴水以及一 般從所述材料塊去除材料的機(jī)械加工技術(shù)、形成和構(gòu)成定義尺寸的空腔、控制 器總輪廓和深度。
用于整體式光學(xué)元件安裝件40的材料可以是所使用的應(yīng)用和制造方法類 型的任何合適材料，包括不銹鋼、鋁或一些其它金屬或許多類型的聚合物中的 任一種，例如允許必要撓曲程度的塑料、陶瓷或其它材料。對(duì)于EDM使用，需 要導(dǎo)電材料。孔或開口 26可例如使用較低成本的加工方法最初形成在金屬塊 中。
使用一些材料，光學(xué)元件安裝件40可以是模制部件或通過添加方法形成， 包括例如材料沉積。許多快速原型制作技術(shù)中的任一種可用來(lái)提供整體式結(jié) 構(gòu)?？捎脕?lái)制造光學(xué)元件安裝件40的一些快速原型制作技術(shù)的例子包括選擇 性激光燒結(jié)(SLC)、立體平版印刷和大量利于以添加方式通過沉積材料制造固態(tài) 結(jié)構(gòu)的其它技術(shù)。這些技術(shù)將單種材料沉積到圖案中，這種圖案在機(jī)架12的外部 構(gòu)件中形成透鏡保持架10的內(nèi)部構(gòu)件，并形成在其間延伸的上面一組折彎撓曲件 28t和下面一組折彎撓曲件28b。
光學(xué)元件安裝件40也可具有在平版印刷以外的場(chǎng)合中提供其約束配置。由于 它能形成為整體式結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)安裝機(jī)構(gòu)可精確制造，省去傳統(tǒng)透鏡安裝裝 置所需的大量組裝和調(diào)整并同時(shí)使不想要的熱效應(yīng)達(dá)到最小。驅(qū)動(dòng)器、杠桿或其它 機(jī)構(gòu)可用來(lái)將力施加予透鏡保持件10并提供純軸向運(yùn)動(dòng)，而不會(huì)引入沿垂直于光 軸的任何軸的不想要的平移或繞該正交軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。
本發(fā)明已詳細(xì)參照其某些較佳實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域內(nèi)技 術(shù)人員可在本發(fā)明如上所述和如所附權(quán)利要求中提到的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)這些變化和修改而不脫離本發(fā)明的范圍。例如，盡管本發(fā)明的裝置很好地適用于平版印刷場(chǎng)合， 該安裝件可用于若干僅允許Z軸運(yùn)動(dòng)的其它應(yīng)用場(chǎng)合的任何一個(gè)。透鏡保持架10
的開口 46中的光學(xué)元件42在一個(gè)實(shí)施例中為球面透鏡。然而，這可以是任何合適
類型的折射器、反射器、棱鏡、薄膜或其它光學(xué)器件。作為另一種選擇，本文描述
為透鏡保持架10的內(nèi)部構(gòu)件可通過例如涂覆以反射鍍層而充當(dāng)光學(xué)元件本身。透 鏡保持架10和機(jī)架12可具有任何合適的形狀，其透鏡保持架10通常為光軸O對(duì) 稱的。然而，該軸對(duì)稱不是非得如此。
要注意，圓柱體的數(shù)學(xué)定義不僅包括常見的直圓柱體，還包括其外表面由移 動(dòng)平行于固定直線的直線限定的任何數(shù)量的其它形狀，其中移動(dòng)直線與固定平面封 閉曲面或底面相交。盡管圓柱形在圖2A和后面的示例性實(shí)施例中是用于透鏡保持 架IO和機(jī)架12的，然而這些器件中的任何一個(gè)或兩者可以是非圓柱形的。
折彎撓曲件28t和28b可具有任何數(shù)量的結(jié)構(gòu)，例如之前記載的直角和V形， 假設(shè)它們的折邊位于參照?qǐng)D1D和3D描述的平行平面內(nèi)。盡管所示實(shí)施例使用一 組三個(gè)折彎撓曲件28t和一組三個(gè)折彎撓曲件28b，然而也可使用這兩組折彎撓曲 件的其它配置，每個(gè)組中具有兩個(gè)或兩個(gè)以上折彎燒曲件。過約束因素因整體式結(jié) 構(gòu)而被最小化。
因此，提供一種整體構(gòu)成的光學(xué)元件的安裝件，它允許沿光軸的移動(dòng)但約束 沿垂直于光軸方向的平移和沿任何軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種整體式光學(xué)元件安裝件，包括懸置在外部構(gòu)件內(nèi)并可相對(duì)于所述外部構(gòu)件沿一軸移動(dòng)的內(nèi)部構(gòu)件；從所述內(nèi)部構(gòu)件延伸至所述外部構(gòu)件的第一組折彎撓曲件，其中所述第一組中的每個(gè)折彎撓曲件具有位于垂直于所述軸的第一平面內(nèi)的折邊；從所述內(nèi)部構(gòu)件延伸至所述外部構(gòu)件的第二組折彎撓曲件，其中所述第二組中的每個(gè)折彎撓曲件具有位于平行于所述第一平面的第二平面內(nèi)的折邊；其中，相對(duì)于沿所述軸得到的視圖來(lái)看，所述第一組的折邊不與所述第二組的折邊對(duì)齊。
2. 如權(quán)利要求1所述的整體式光學(xué)元件安裝件，其特征在于，所述外部構(gòu)件 大致為圓柱形。
3. 如權(quán)利要求1所述的整體式光學(xué)元件安裝件，其特征在于，所述內(nèi)部構(gòu)件 大致為圓柱形。
4. 如權(quán)利要求1所述的整體式光學(xué)元件安裝件，其特征在于，所述內(nèi)部構(gòu)件 具有一開口。
5. 如權(quán)利要求1所述的整體式光學(xué)元件安裝件，其特征在于，所述內(nèi)部構(gòu)件 固定從由折射元件、反射元件、棱鏡和薄膜構(gòu)成的組中選擇的光學(xué)元件。
6. 如權(quán)利要求1所述的整體式光學(xué)元件安裝件，其特征在于，所述內(nèi)部構(gòu)件 是繞所述軸對(duì)稱的。
7. 如權(quán)利要求1所述的整體式光學(xué)元件安裝件，其特征在于，所述安裝件由 導(dǎo)電材料形成。
8. 如權(quán)利要求7所述的整體式光學(xué)元件安裝件，其特征在于，所述材料取自由不銹鋼和鋁構(gòu)成的組。
9. 一種整體式光學(xué)元件安裝件，包括-(a) 具有上表面和下表面的一塊材料；(b) 形成在所述材料塊中并可相對(duì)于外部構(gòu)件沿一軸移動(dòng)的內(nèi)部構(gòu)件， 其中所述內(nèi)部構(gòu)件由形成在所述材料塊中的通道來(lái)限定，其中 所述內(nèi)部構(gòu)件通過形成在所述材料塊中并從所述內(nèi)部構(gòu)件延伸至所述外部構(gòu)件的上面一組折彎撓曲件和下面一組折彎撓曲件而懸置；其中上面一組折彎撓曲件的折邊位于第一平面內(nèi)，所述第一平面垂直于所述軸，其中下面一組折彎撓曲件的折邊位于第二平面內(nèi)，所述第二平面平行于所述 第一平面，且其中，相對(duì)于沿所述軸得到的視圖來(lái)說(shuō)，上面一組折彎撓曲件和下面一組 折彎撓曲件的折邊是相互不重疊的。
10. 如權(quán)利要求9所述的光學(xué)元件安裝件，其特征在于，所述上面一組折彎撓 曲件的內(nèi)折邊面向第一方向，且所述下面一組折彎撓曲件的內(nèi)折邊面向相反的方 向。
11. 如權(quán)利要求9所述的光學(xué)元件安裝件，其特征在于，所述材料塊是導(dǎo)電材料。
12. 如權(quán)利要求9所述的整體式光學(xué)元件安裝件，其特征在于，所述外部構(gòu)件 大致是圓柱形。
13. 如權(quán)利要求9所述的整體式光學(xué)元件安裝件，其特征在于，所述內(nèi)部構(gòu)件 大致是圓柱形。
14. 如權(quán)利要求9所述的整體式光學(xué)元件安裝件，其特征在于，所述內(nèi)部構(gòu)件 具有一開口。
15. 如權(quán)利要求9所述的整體式光學(xué)元件安裝件，其特征在于，所述內(nèi)部構(gòu)件 固定選自由折射元件、反射元件、棱鏡和薄膜構(gòu)成的組的光學(xué)元件。
16. 如權(quán)利要求9所述的整體式光學(xué)元件安裝件，其特征在于，所述內(nèi)部構(gòu)件是繞所述軸對(duì)稱的。
17. —種從單塊材料形成光學(xué)元件安裝件的方法，包括形成限定內(nèi)部構(gòu)件的空腔，所述內(nèi)部構(gòu)件通過上面一組折彎撓曲件和下面一 組折彎撓曲件而懸置在外部構(gòu)件中，從所述材料塊的下表面向內(nèi)腐蝕地去除材料以形成所述上面一組折彎撓曲件 的內(nèi)表面，以及從所述材料塊的上表面向內(nèi)腐蝕地去除材料以形成所述下面一組折彎撓曲件 的內(nèi)表面。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，形成空腔包括使用放電加工。
19. 一種形成整體式光學(xué)元件安裝件的方法，包括 沉積材料的第一圖案以形成外部構(gòu)件；沉積所述材料的第二圖案以在外部構(gòu)件中形成內(nèi)部構(gòu)件，其中所述內(nèi)部構(gòu)件 是繞一軸而限定的；形成所述材料的上面一組折彎撓曲件，所述上面一組折彎撓曲件從所述內(nèi)部 構(gòu)件延伸至所述外部構(gòu)件，其中所述上面一組折彎撓曲件的折邊位于與所述軸正交 的第一平面內(nèi)；形成所述材料的下面一組折彎撓曲件，所述下面一組折彎撓曲件從所述內(nèi)部 構(gòu)件延伸至所述外部構(gòu)件，其中所述下面一組折彎撓曲件的折邊位于與所述第一平 面平行的第二平面內(nèi)，其中，相對(duì)于沿所述軸得到的視圖來(lái)看，所述上面一組折彎撓曲件和下面一 組折彎撓曲件的折邊是相互不重疊的。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述第二圖案包括圍繞所述軸 的開口。
全文摘要
一種由單塊材料形成的光學(xué)元件安裝件具有外部構(gòu)件和懸置在材料塊內(nèi)并可相對(duì)于所述外部構(gòu)件沿一軸移動(dòng)的內(nèi)部構(gòu)件。內(nèi)部構(gòu)件通過形成在材料塊中并從內(nèi)部構(gòu)件向外部徑向延伸的上面一組折彎撓曲件和形成在材料塊中并從內(nèi)部構(gòu)件向外徑向延伸的下面一組折彎撓曲件連接于外部構(gòu)件。上面一組折彎撓曲件的折邊限定垂直于該軸的第一平面。下面一組折彎撓曲件的折邊限定平行于第一平面的第二平面。相對(duì)于沿該軸得到的視圖來(lái)看，上面一組中的徑向延伸的折彎撓曲件與下面一組中的徑向延伸的彎折撓曲件不對(duì)齊。
文檔編號(hào)G02B7/02GK101657750SQ200880012402
公開日2010年2月24日 申請(qǐng)日期2008年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月28日
發(fā)明者D·L·布蘭丁, J·H·布魯寧 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司