CN105423989A - 一种用于高精度光学元件面形检测的柔性支撑装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于高精度光学元件面形检测的柔性支撑装置属于光学元件高精度面形调整技术领域，目的在于解决现有技术存在的检测支撑结构不能满足实现超高精度的面形收敛性的要求。本发明的一种用于高精度光学元件面形检测的柔性支撑装置包括支撑单元、支撑盘和球形凸台，多组所述支撑单元在环形支撑盘上圆周均布；所述支撑单元包括V型块结构和柔性片体，所述V型块结构周向两端面分别通过多个柔性片体与所述支撑盘固定连接，光学元件一个端面上圆周均布多个球形凸台，多个球形凸台分别与多组支撑单元中的V型块结构配合接触，所述球形凸台与所述光学元件固定连接。

Description

一种用于高精度光学元件面形检测的柔性支撑装置
技术领域
本发明属于光学元件高精度面形调整技术领域，具体涉及一种用于高精度光学元件面形检测的柔性支撑装置。
背景技术
随着高精度精密光学仪器的快速发展和应用，对光学系统成像质量要求也越来越高，尤其极紫外光刻技术应用，工作波长为13～14nm的波段，光学元件加工和检测技术比传统的光学系统要求更高。为了保证光学系统成像质量，准确检测光学元件表面面形精度和光学系统波像差已成为非常重要的环节。
为了实现一定精度的面形检测，一种传统方案是采用光学元件最终应用的实际支撑结构作为面形检测过程的检测支撑结构，其优点是光学元件检测状态和最终使用状态相一致，检测加工后实现的面形即最终使用的面形；但同时也存在一定问题：首先是由于光学元件支撑结构复杂，占用空间较大，和干涉仪结构的几何兼容性差；同时由于光学元件干涉检测和面形加工采用不同的支撑方式，这就导致了光学元件和检测支撑结构需要反复拆装，而光学元件实际支撑结构作为面形检测支撑的话，其重复性相对较差，导致最终面形很难在一个高精度范围内收敛。
参见附图1，另一种工程中常采用的方案是利用专用检测支撑，为球和V槽支撑结构配合，实现三点光学元件支撑效果，其优点是该结构方便在检测过程中反复拆装光学元件，且能够保证一定程度的拆装结构重复性，同时在接触副摩擦力很小的情况下，光学元件检测状态和最终使用状态可以很接近；缺点是接触副摩擦力做到很小比较困难，一般采用接触副表面镀二硫化钼等润滑层材料或碳化硅等硬化层材料减小摩擦，即使是这样，摩擦系数的量级也很不能满足实现超高精度的面形收敛性的要求，很难实现光学元件超高面形精度的控制。
发明内容
本发明的目的在于提出一种用于高精度光学元件面形检测的柔性支撑装置，解决现有技术存在的检测支撑结构不能满足实现超高精度的面形收敛性的要求，很难实现光学元件超高面形精度控制的问题。
为实现上述目的，本发明的一种用于高精度光学元件面形检测的柔性支撑装置包括支撑单元、支撑盘和球形凸台，多组所述支撑单元在环形支撑盘上圆周均布；
所述支撑单元包括V型块结构和柔性片体，所述V型块结构周向两端面分别通过多个柔性片体与所述支撑盘固定连接，光学元件一个端面上圆周均布多个球形凸台，多个球形凸台分别与多组支撑单元中的V型块结构配合接触，所述球形凸台与所述光学元件固定连接。
每个所述球形凸台和对应的V型块结构通过两个点接触型高副相接触配合。
所述支撑单元的数量为3个。
所述柔性支撑装置还包括凸台背板，所述凸台背板设置在光学元件上表面，多个所述凸台背板分别和多个球形凸台位置相对应，所述球形凸台和对应的凸台背板通过紧固螺栓联接在所述光学元件上。
本发明的有益效果为：本发明的一种用于高精度光学元件面形检测的柔性支撑装置通过一种V型块结构与柔性片体结构共同组成的运动学支撑装置来实现，该支撑装置在支架和光学元件间设有三个按120°沿支撑镜面周向分布的支撑单元，支撑单元主体采用柔性片体结构联接V型块结构实现支撑功能。每处独立支撑单元提供竖直方向和沿镜体侧面切向方向这两个方向的约束，三处独立支撑单元整体提供六个自由度约束，完成精确约束与支撑功能；对于单个支撑点局部来说，沿镜体径向平动方向和三个转动方向为近似自由方向，其中沿镜体径向转动方向Mr方向、沿镜体切向转动方向Mt方向两个方向自由度依靠V型块与被支撑件组成的接触副的低摩擦系数实现，沿镜体径向平动方向Fr方向、沿镜体轴向转动方向Mz方向两个方向自由度依靠柔性片体结构的结构柔性来实现。
本发明能够实现接近运动学支撑结构的支撑效果；由于采用了柔性片体结构结合滑动摩擦的方式，相关自由度方向光学元件内应力转化为了柔性片体结构变形应力，因此该装置结构起到了吸收光学元件内应力的作用，保证在光学元件面形检测过程中，检测支撑装置能够实现极高的面形复现性；在检测过程中，被支撑的光学元件受热和振动影响小。
附图说明
图1为运动学支撑状态下光学元件结构受力情况示意图；
图2为本发明的一种用于高精度光学元件面形检测的柔性支撑装置与光学元件装配后俯视图；
图3为图2的A-A剖视图；
图4为本发明的一种用于高精度光学元件面形检测的柔性支撑装置中支撑单元结构示意图；
其中：1、光学元件，2、支撑盘，3、支撑单元，301、V型块结构，302、柔性片体，4、球形凸台，5、凸台背板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
参见附图2和附图3，本发明的一种用于高精度光学元件面形检测的柔性支撑装置包括支撑单元3、支撑盘2和球形凸台4，多组所述支撑单元3在环形支撑盘2上圆周均布；
所述支撑单元3包括V型块结构301和柔性片体302，所述V型块结构301周向两端面分别通过多个柔性片体302与所述支撑盘2固定连接，光学元件1一个端面上圆周均布多个球形凸台4，多个球形凸台4分别与多组支撑单元3中的V型块结构301配合接触，所述球形凸台4与所述光学元件1固定连接。
每个所述球形凸台4和对应的V型块结构301通过两个点接触型高副相接触配合。
所述支撑单元3的数量为3个。
所述柔性支撑装置还包括凸台背板5，所述凸台背板5设置在光学元件1上表面，多个所述凸台背板5分别和多个球形凸台4位置相对应，所述球形凸台4和对应的凸台背板5通过紧固螺栓联接在所述光学元件1上。
本发明的一种用于高精度光学元件面形检测的柔性支撑装置的整体自由度分析，由球形凸台4、凸台背板5、V型块结构301、柔性片体302组成的每组独立支撑分别提供竖直方向和沿镜面侧面切向方向上的约束，三处独立支撑整体提供六个自由度约束。
参见附图4，对于三个支撑点中的每个支撑点局部来说，沿镜体径向转动方向Mr方向、沿镜体切向转动方向Mt方向两个方向自由度依靠球形凸台4与V型块结构301组成的点接触高副低摩擦系数实现；沿镜体径向平动方向Fr方向与沿镜体轴向转动方向Mz方向两个方向自由度依靠V型块结构301、柔性片体302结构在相应每个方向上的结构柔性来实现。因此，此种方式对径向平动或三个方向的转动方向干扰力敏感的光学元件1均适用。

Claims (4)

1.一种用于高精度光学元件面形检测的柔性支撑装置，其特征在于，包括支撑单元(3)、支撑盘(2)和球形凸台(4)，多组所述支撑单元(3)在环形支撑盘(2)上圆周均布；
所述支撑单元(3)包括V型块结构(301)和柔性片体(302)，所述V型块结构(301)周向两端面分别通过多个柔性片体(302)与所述支撑盘(2)固定连接，光学元件(1)一个端面上圆周均布多个球形凸台(4)，多个球形凸台(4)分别与多组支撑单元(3)中的V型块结构(301)配合接触，所述球形凸台(4)与所述光学元件(1)固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于高精度光学元件面形检测的柔性支撑装置，其特征在于，每个所述球形凸台(4)和对应的V型块结构(301)通过两个点接触型高副相接触配合。
3.根据权利要求1所述的一种用于高精度光学元件面形检测的柔性支撑装置，其特征在于，所述支撑单元(3)的数量为3个。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种用于高精度光学元件面形检测的柔性支撑装置，其特征在于，所述柔性支撑装置还包括凸台背板(5)，所述凸台背板(5)设置在光学元件(1)上表面，多个所述凸台背板(5)分别和多个球形凸台(4)位置相对应，所述球形凸台(4)和对应的凸台背板(5)通过紧固螺栓联接在所述光学元件(1)上。
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