一种透镜固定装置和安装方法

摘要

本发明提供一种透镜固定装置和安装方法，所述透镜固定装置用以固定透镜，其包括：镜座；以及多个柔性球；其中，所述镜座与所述透镜相匹配，所述镜座上开设有多个阶梯孔，所述柔性球安装在所述阶梯孔内。本发明有效的消除了透镜在工作过程中产生的热应力和机械安装应力，能够实现透镜的挠性装配，且所述透镜固定装置结构简单，安装方便、快捷，固定牢靠，可达到较高的装配精度。

权利要求

1.一种透镜固定装置，用以固定透镜，其特征在于，包括：镜座；以及

多个柔性球；

其中，所述镜座与所述透镜相匹配，所述镜座上开设有多个阶梯孔，所述柔性球安装在所述阶梯孔内，所述阶梯孔与所述柔性球过盈配合，所述柔性球具有一平面以及一凸球面，所述平面通过紫外胶与所述透镜相固定。

2.如权利要求1所述的透镜固定装置，其特征在于，所述柔性球为凸球形，所述平面上开设有凹槽，所述凸球面上开设有槽痕。

3.如权利要求2所述的透镜固定装置，其特征在于，所述凹槽为圆柱形，其具有一底面，所述底面的中心位置开设有通孔。

4.如权利要求3所述的透镜固定装置，其特征在于，所述槽痕包括第一槽痕以及第二槽痕，所述第一槽痕垂直于所述凹槽的所述底面，所述第二槽痕平行于所述凹槽的所述底面。

5.如权利要求4所述的透镜固定装置，其特征在于，所述第一槽痕的数量为三条，均匀分布在所述凸球面上。

6.如权利要求4所述的透镜固定装置，其特征在于，所述第二槽痕的数量为三条，均匀分布在所述凸球面上。

7.如权利要求1所述的透镜固定装置，其特征在于，所述镜座包括圆筒形本体以及与所述圆筒形本体连接的定位凸起。

8.如权利要求7所述的透镜固定装置，其特征在于，所述圆筒形本体具有一内径，所述透镜具有一外径，所述圆筒形本体的内径大于所述透镜的外径。

9.如权利要求7所述的透镜固定装置，其特征在于，所述阶梯孔包括第一圆柱孔以及与所述第一圆柱孔连接的第二圆柱孔，其数量为六个，均匀分布在所述圆筒形本体的圆周上。

10.如权利要求9所述的透镜固定装置，其特征在于，所述第一圆柱孔的内径大于所述第二圆柱孔的内径，所述柔性球的直径等于所述第二圆柱孔的内径。

11.一种透镜固定装置的安装方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将透镜安装在镜座上；

2)将柔性球安装到所述镜座的阶梯孔内，所述柔性球具有一平面以及一凸球面，所述平面上开设有凹槽；

3)将紫外胶注入到所述柔性球的凹槽内；以及

4)利用紫外线使所述紫外胶完全固化。

12.如权利要求11所述的安装方法，其特征在于，所述步骤1)中，使用圆环套筒将所述透镜安装在所述镜座上。

13.如权利要求11所述的安装方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述柔性球沿所述阶梯孔的轴向移动。

14.如权利要求11所述的安装方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括：将所述柔性球安装到导杆上；以及

使用所述导杆将所述柔性球安装到所述镜座的所述阶梯孔内。

15.如权利要求14所述的安装方法，其特征在于，所述柔性球为凸球形，所述凸球面上开设有槽痕。

16.如权利要求15所述的安装方法，其特征在于，所述步骤3)中，使用针管将所述所述紫外胶注入到所述柔性球的所述凹槽内。

17.如权利要求15所述的安装方法，其特征在于，所述柔性球具有凹槽的一端承靠所述透镜。

18.如权利要求15所述的安装方法，其特征在于，所述凹槽为圆柱形，其具有一底面，所述底面的中心位置开设有通孔。

19.如权利要求18所述的安装方法，其特征在于，所述导杆包括第一圆柱部以及与所述第一圆柱部连接的第二圆柱部，所述第一圆柱部的直径与所述柔性球通孔的直径相同，所述第一圆柱部的长度等于或者小于所述柔性球通孔的孔深。

20.如权利要求19所述的安装方法，其特征在于，所述第二圆柱部的直径大于所述第一圆柱部的直径。

说明书

技术领域

本发明涉及光学领域，尤其涉及一种透镜固定装置和安装方法。

背景技术

目前，业界应用在光刻机等光学设备上的透镜挠性固定装置，主要是采用胶接或者使用挠性元件的方式，例如U.S.Patent 4,929,054中披露了一种透镜挠性安装技术，如图1至图3所示，所述透镜挠性固定装置包括：镜筒1、柔性元件2、透镜3和粘结剂4，其中，镜筒1的阶梯孔的阶梯上开设有三个均匀分布的凹槽，所述凹槽内开设有螺钉孔5，其用以固定柔性元件2，柔性元件2的一端悬伸出一薄片作为柔性体6，其上开设有粘结剂凹槽7，粘结剂凹槽7用以填涂粘结剂4。采用此透镜挠性固定装置的安装过程为：先将透镜3固定在镜筒1内，然后调节透镜3，获得最佳光学效果后，在柔性元件2的柔性体6的粘结剂凹槽7内涂上粘结剂4来固定透镜3。
但是，此挠性固定装置具有以下缺点：柔性元件2上的柔性体6之所以具有柔性，是因为该部分材料厚度很小，这也使得该区域内材料在沿透镜轴向的方向上刚性很差，甚至具有挠性，这也就导致该固定方式使得透镜3在轴向上固定不够牢固，受力情况下可能出现轴向位移；另外，粘结剂4若采用热固化胶，由于固定元件的挠性，在安装和加热时会发生调焦位置错动，且固化后透镜3位置无法改动，又由于柔性元件2与透镜3的接触面积有限，对于超精密的透镜装配，会影响装配质量和效率；粘结剂4若采用紫外胶，由于紫外胶填涂在柔性元件2和透镜3之间，这使得紫外线不能很充分的照射紫外胶，有可能导致紫外胶不能完全固化，而导致固定不牢靠。
有鉴于此，提供一种结构简单，安装方便、快捷，定位精确，固定牢固的透镜挠性固定装置和安装方法十分必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种透镜固定装置和安装方法，用以解决现有透镜固定装置固定不牢靠，装配精度不高的问题，且可实现透镜的挠性装配。
为了实现上述的目的，本发明提供一种透镜固定装置和安装方法，包括：镜座；以及多个柔性球；其中，所述镜座与所述透镜相匹配，所述镜座上开设有多个阶梯孔，所述柔性球安装在所述阶梯孔内，所述阶梯孔与所述柔性球过盈配合，所述柔性球具有一平面以及一凸球面，所述平面通过紫外胶与所述透镜相固定。
进一步的，所述柔性球为凸球形，所述平面上开设有凹槽，所述凸球面上开设有槽痕。
进一步的，所述凹槽为圆柱形，其具有一底面，所述底面的中心位置开设有通孔。
进一步的，所述槽痕包括第一槽痕以及第二槽痕，所述第一槽痕垂直于所述凹槽的所述底面，所述第二槽痕平行于所述凹槽的所述底面。
进一步的，所述第一槽痕的数量为三条，均匀分布在所述凸球面上。
进一步的，所述第二槽痕的数量为三条，均匀分布在所述凸球面上。
进一步的，所述镜座包括圆筒形本体以及与所述圆筒形本体连接的定位凸起。
进一步的，所述圆筒形本体具有一内径，所述透镜具有一外径，所述圆筒形本体的内径大于所述透镜的外径。
进一步的，所述阶梯孔包括第一圆柱孔以及与所述第一圆柱孔连接的第二圆柱孔，其数量为六个，均匀分布在所述圆筒形本体的圆周上。
进一步的，所述第一圆柱孔的内径大于所述第二圆柱孔的内径，所述柔性球的直径等于所述第二圆柱孔的内径。
本发明还提供了一种透镜固定装置的安装方法，包括如下步骤：1)将透镜安装在镜座上；2)将柔性球安装到所述镜座的阶梯孔内，所述柔性球具有一平面以及一凸球面，所述平面上开设有凹槽；3)将紫外胶注入到所述柔性球的凹槽内；以及4)利用紫外线使所述紫外胶完全固化。
进一步的，所述步骤1)中，使用圆环套筒将所述透镜安装在所述镜座上。
进一步的，所述步骤2)中，所述柔性球沿所述阶梯孔的轴向移动。
进一步的，所述步骤2)具体包括：将所述柔性球安装到导杆上；以及使用所述导杆将所述柔性球安装到所述镜座的所述阶梯孔内。
进一步的，所述柔性球为凸球形，所述凸球面上开设有槽痕。
进一步的，所述步骤3)中，使用针管将所述所述紫外胶注入到所述柔性球的所述凹槽内。
进一步的，所述柔性球具有凹槽的一端承靠所述透镜。
进一步的，所述凹槽为圆柱形，其具有一底面，所述底面的中心位置开设有通孔。
进一步的，所述导杆包括第一圆柱部以及与所述第一圆柱部连接的第二圆柱部，所述第一圆柱部的直径与所述柔性球通孔的直径相同，所述第一圆柱部的长度等于或者小于所述柔性球通孔的孔深。
进一步的，所述第二圆柱部的直径大于所述第一圆柱部的直径。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、有效消除透镜在工作过程中产生的热应力和机械安装应力，能够实现透镜的挠性装配。
2、结构简单，安装方便、快捷，定位精确，固定牢靠，可达到较高的装配精度。

附图说明

图1为现有技术的透镜挠性固定装置的B-B剖面示意图；
图2为图1中柔性元件的放大示意图；
图3为现有技术的透镜挠性固定装置的A-A剖面示意图；
图4为本发明一实施例所提供的透镜固定装置的A-A剖面示意图；
图5为本发明一实施例所提供的透镜固定装置的B-B剖面示意图；
图6为图5中的柔性球的剖面示意图；
图7为图5中的柔性球的立体图；
图8本发明一实施例所提供的透镜固定装置的安装方法所使用的导杆的示意图；
图9为使用图8所述导杆安装所述柔性球的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方案对本发明提出的透镜固定装置和安装方法作进一步详细说明。
具体请参考图4至图7，所述透镜固定装置用以固定透镜10，其具体包括：镜座20以及多个柔性球30，其中，镜座20与透镜10相匹配，详细的，镜座20包括圆筒形本体21以及与圆筒形本体21连接的定位凸起22，圆筒形本体21具有一内径，透镜10具有一外径，所述圆筒形本体21的内径大于透镜10的外径，透镜10与镜座20为间隙配合。定位凸起22与透镜10的曲面相切，保证透镜10为接触安装，确保其在安装过程中不受损伤，所述透镜固定装置结构简单。
进一步的，镜座20的圆筒形本体21的圆周上开设有多个阶梯孔23，柔性球30安装在阶梯孔23内，阶梯孔23包括第一圆柱孔24以及与第一圆柱孔24连接的第二圆柱孔25，阶梯孔23的数量为六个，均匀分布在所述圆筒形本体21的圆周上。第一圆柱孔24的内径大于第二圆柱孔25的内径，柔性球30的直径等于第二圆柱孔25的内径，阶梯孔23与柔性球30为过盈配合，过盈量根据透镜10的大小特征及材料属性而确定，保证柔性球30与阶梯孔23产生的摩擦力小于或者等于透镜10产生的内应力，柔性球30是通过紫外胶40粘接在镜座20上的。
请具体参考图6至图7，其中图6为柔性球的剖面示意图，图7为柔性球的立体图，柔性球30为凸球形，由高精度的标准球制成，柔性球30的精度根据透镜10的安装要求而定。柔性球30具有一平面以及一凸球面，所述平面上开设有凹槽31，凹槽31为圆柱形，其具有一底面，所述底面的中心位置开设有通孔32。所述凸球面上开设有槽痕，所述槽痕包括第一槽痕33以及第二槽痕34，第一槽痕33垂直于凹槽31的所述底面，第二槽痕34平行于凹槽31的所述底面。其中，第一槽痕33的数量为三条，均匀分布在所述凸球面上，第二槽痕34的数量为三条，均匀分布在所述凸球面上。所述槽痕的宽度及深度根据工作条件以及实际安装情况而定。
请继续参考图8至图9，并结合图4至图7，本发明一实施例所提供的透镜固定装置的安装方法包括如下步骤：使用圆环套筒将透镜10安装在镜座20上；将柔性球30安装到导杆50上；使用导杆50将柔性球30安装到镜座20的阶梯孔23内；使用针管将紫外胶40注入到柔性球30的凹槽31内；以及利用紫外线使紫外胶40完全固化。
其中，圆环套筒的外径略小于镜座20的圆筒形本体21的内径，利用圆环套筒将透镜10装入到镜座20内，对透镜10进行初定位，需要说明的是，此步骤不用于精确定位，镜座20与透镜10为间隙配合。
具体请参考图8，导杆50包括第一圆柱部51以及与第一圆柱部51连接的第二圆柱部52，第一圆柱部51的直径与柔性球30的通孔32的直径相同，第一圆柱部51的长度可以等于或者小于柔性球30的通孔32的孔深，在本发明一实施例中，第一圆柱部51的长度小于通孔32的孔深，第二圆柱部52的直径大于第一圆柱部51的直径。将柔性球30安装到导杆50上，利用导杆50将柔性球30安装到镜座20的圆筒形本体21的阶梯孔23内。其中，第二圆柱部52的直径大于第一圆柱部51的直径，在安装过程中可起到导向作用。安装过程中保证柔性球30具有凹槽的一端承靠透镜10。
利用针管将紫外胶40注入到柔性球30的凹槽31内，这样紫外胶40就填涂在柔性球30和透镜10之间的间隙内，将透镜10调整至最佳光学位置，用紫外线顺着镜座20均匀分布的阶梯孔23和柔性球30的通孔32照射紫外线，同时从镜座20两端透过透镜10，向注入到柔性球30和透镜10之间的紫外胶40照射紫外线。此时，紫外胶40完全固化，透镜10被固定在镜座20内，定位精确，固定牢固可靠。
柔性球30与镜座20上均匀分布的阶梯孔23虽属过盈配合，但是在受力情况下，柔性球30的直径很容易发生变化，如果此时沿均匀分布的阶梯孔23的轴向上受力，柔性球30就会沿阶梯孔23的轴向移动。当透镜10在工作过程中产生热应力或机械应力时，其直径或面形发生微量变化时，牢牢粘附在其外径上的柔性球30将受到推力或挤压，此时柔性球30就会沿均匀分布的阶梯孔23向外或向内移动，有效的消除了透镜10在工作过程中产生的热应力和机械安装应力，能够实现透镜10的挠性装配，且所述透镜固定装置结构简单，安装过程方便、快捷。
由于阶梯孔23的数量为六个，均匀分布在圆筒形本体21的圆周上，即六个柔性球均匀固定在镜座上，使得透镜10受力均匀，因此可保证透镜10的光轴位置不变，可达到较高的装配精度。
综上所述，本发明提供一种透镜固定装置和安装方法，所述透镜固定装置包括：镜座；以及多个柔性球；其中，所述镜座与所述透镜相匹配，所述镜座上开设有多个阶梯孔，所述柔性球安装在所述阶梯孔内，本发明有效的消除了透镜在工作过程中产生的热应力和机械安装应力，能够实现透镜的挠性装配，且所述透镜固定装置结构简单，安装方便、快捷，固定牢固可靠，可达到较高的装配精度。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。