CN113777797B - 一种用于离轴缩束光学系统的装调装置与装调方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于离轴缩束光学系统的装调装置与装调方法，装置包括ZYGO干涉仪、离轴缩束装调子系统、离轴缩束光学系统、方位俯仰台和基准反射镜；离轴缩束光学系统包括离轴次镜室、离轴次镜、主框架、离轴主镜和离轴主镜室，主框架固定在方位俯仰台上；离轴缩束装调子系统包括侧面工装和正面工装，侧面工装带动正面工装进行平移运动，正面工装带动离轴次镜进行转动、俯仰运动及平移运动；ZYGO干涉仪位于离轴主镜前，基准反射镜位于离轴次镜前，ZYGO干涉仪的出射光与主框架上的入光口重合。本发明解决了传统装调装置和方法难以对离轴光学系统在保证镜室能够安装上主框架的前提下，提升装调效率，批量化生产的问题。

Description

一种用于离轴缩束光学系统的装调装置与装调方法

技术领域

本发明属于光学装校技术领域，尤其是涉及一种用于离轴缩束光学系统的装调装置与装调方法。

背景技术

随着光学技术的发展，离轴缩束光学系统发展得日益成熟。在光学系统中，对成像质量以及光束传输质量影响很大的因素是所用反射镜的面型优劣。默认在反射镜加工合格的情况下，对整个光学系统的像质影响最大的环节就是光学系统的装调精度。在装调过程中，与应用广泛的离轴平面反射镜不同的是离轴抛物镜装调的难度更大，主要体现在装调过程中的自由度多，并且由于离轴缩束光学系统是主次镜同时装调的，这样就带来了更多的耦合变量，给装调带来了很大的困难。

目前，用于面形检测比较成熟的技术是通过ZYGO干涉仪来测量出光学系统在基准位置下的整体波像差，得到离焦量、X轴像散值、Y轴像散值、X轴球差、Y轴球差、慧差，这六个变量的绝对值最小的位置即为整体像质最优点。装调离轴光学系统的传统方法是用手动研磨垫片或者采用六维装调架来寻找光学系统整体像质最优点。采用手动研磨垫片的装调方法，由于需要多次拆装且每次安装完之后需要重新找到像质最优点，导致装调时间很长，不利于批量生产。使用六维装调架来装调离轴缩束光学系统，由于该装置不能转动镜片只能转动镜室来找到整体像质最优点，这样就带来了镜室安装孔与主框架固定螺纹孔不同心的问题，使得镜室不能安装在主框架上。因此在保证镜室能够安装上主框架的前提下，提升装调效率是具有重大意义的。

本发明为了解决传统装调装置和方法难以对离轴光学系统在保证镜室能够安装上主框架的前提下，提升装调效率，实现批量化生产的问题，设计了一种用于离轴缩束光学系统的装调装置，并提出了适用于本装置的装调方法。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种用于离轴缩束光学系统的装调装置与装调方法，解决了传统装调装置和方法难以对离轴光学系统在保证镜室能够安装上主框架的前提下，提升装调效率，批量化生产的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于离轴缩束光学系统的装调装置，包括ZYGO干涉仪(1)、离轴缩束装调子系统(2)、离轴缩束光学系统(3)、方位俯仰台(4)和基准反射镜(5)；

所述的离轴缩束光学系统(3)包括离轴次镜室(32)、离轴次镜(33)、主框架(34)、离轴主镜(35)和离轴主镜室(37)，所述的离轴主镜(35)安装在离轴主镜室(37)内，所述的离轴次镜(33)安装在离轴次镜室(32)内，所述的离轴主镜室(37)和离轴次镜室(32)分别设置在主框架(34)的相对两侧，所述的主框架(34)固定在方位俯仰台(4)上；

所述的离轴缩束装调子系统(2)包括侧面工装(21)和正面工装(22)，所述的侧面工装(21)固定在主框架(34)的侧面，正面工装设置在主框架(34)的正面，所述的正面工装(22)固定在侧面工装(21)上；

所述侧面工装(21)带动正面工装(22)进行平移运动，所述正面工装(22)带动离轴次镜(33)进行转动、俯仰运动及平移运动；

所述的ZYGO干涉仪(1)位于主框架(34)的入光口前，所述的基准反射镜(5)位于主框架(34)的出光口前，ZYGO干涉仪(1)的出射光与主框架(34)上的入光口重合。

进一步的，所述侧面工装(21)包括侧面工装旋钮(211)、螺纹阶梯轴(212)、侧面安装板(213)、两个孔用挡圈Ⅰ(214)、两个轴承Ⅰ(215)、侧面工装轴套Ⅰ(216)、侧面工装轴套Ⅱ(217)、螺纹阶梯轴固定螺母(218)、连接块(219)和两个连接阶梯轴(2110)；

所述连接块(219)安装在侧面安装板(213)的槽内，两个连接阶梯轴(2110)的一端穿过侧面安装板(213)的两个滑杆孔并通过螺纹连接固定到连接块(219)上，两个连接阶梯轴(2110)的另一端通过螺母连接所述的正面工装(22)；所述螺纹阶梯轴(212)一端是光轴，另一端是螺纹轴，螺纹阶梯轴(212)的光轴端穿过连接块(219)且在螺纹阶梯轴(212)与连接块(219)连接处依次在光轴端安装其中一个孔用挡圈Ⅰ、其中一个轴承Ⅰ(215)、侧面工装轴套Ⅰ(216)、另一个轴承Ⅰ(215)、另一个孔用挡圈Ⅰ(214)、侧面工装轴套Ⅱ(217)和螺纹阶梯轴固定螺母(218)实现螺纹阶梯轴(212)与连接块(219)的轴向固定且能周向转动，螺纹阶梯轴(212)的螺纹轴端穿过侧面安装板(213)并与侧面安装板(213)螺纹连接；

所述侧面工装旋钮(211)安装在螺纹阶梯轴(212)的螺纹轴端上，旋动侧面工装旋钮(211)时螺纹阶梯轴(212)在侧面安装板(213)内螺旋转动，将螺纹阶梯轴(212)的转动转变为连接块(219)在侧面安装板(213)的槽内平移运动，进而使正面工装(22)进行平移运动。

进一步的，在侧面安装板(213)和连接块(219)的下侧接触部分采用激光刻蚀将位移尺寸刻度刻蚀在侧面安装板(213)上，旋动侧面工装旋钮(211)时得到正面工装(22)的精确位移。

进一步的，所述正面工装(22)包括平移调整螺钉Ⅰ(221)、正面工装安装板(222)、固定块Ⅰ(223)、平移调整螺钉Ⅱ(224)、固定块Ⅱ(225)、固定块Ⅲ(226)、平移调整螺钉Ⅲ(227)、两个吸盘(228)、从动齿轮阶梯轴(229)、孔用挡圈Ⅱ(2210)、轴承Ⅱ(2211)、从动齿轮轴套(2212)、从动齿轮(2213)、正面工装旋钮(2214)、主动齿轮阶梯轴(2215)、齿轮安装板Ⅰ(2216)、齿轮安装板Ⅱ(2218)、主动齿轮(2220)、轴用挡圈(2221)、俯仰调整螺钉Ⅰ(2225)、俯仰调整螺钉Ⅱ(2222)、俯仰调整螺钉Ⅲ(2223)和三个弹簧(2224)；

在所述从动齿轮阶梯轴(229)上依次安装轴承Ⅱ(2211)、从动齿轮(2213)、孔用挡圈Ⅱ(2210)和从动齿轮轴套(2212)，在所述主动齿轮阶梯轴(2215)上依次安装主动齿轮(2220)和轴用挡圈(2221)，所述主动齿轮阶梯轴(2215)和从动齿轮阶梯轴(229)均安装在齿轮安装板Ⅰ(2216)和齿轮安装板Ⅱ(2218)中，并通过螺钉将齿轮安装板Ⅰ(2216)和齿轮安装板Ⅱ(2218)固定在正面工装安装板(222)上；

两个所述吸盘(228)分别穿过从动齿轮(2213)的两个孔，所述正面安装旋钮(2214)通过螺纹连接固定在主动齿轮阶梯轴(2215)上，吸盘(228)通过大气压力吸附在离轴次镜(33)上，转动正面工装按钮(2214)通过齿轮转动将主动齿轮(2220)的转动传递到从动齿轮(2213)进而使两个吸盘(228)转动，最终带动离轴次镜(33)转动；

所述固定块Ⅰ(223)、固定块Ⅱ(225)和固定块Ⅲ(226)均通过点胶的方式固定到离轴次镜室(32)上，平移调整螺钉Ⅰ(221)、平移调整螺钉Ⅱ(224)、平移调整螺钉Ⅲ(227)旋入对应的螺纹孔分别将对应的固定块顶住，通过同时调节平移调整螺钉Ⅰ(221)、平移调整螺钉Ⅱ(224)和平移调整螺钉Ⅲ(227)，使离轴次镜室(32)进行平移运动，进而使离轴次镜(33)进行平移运动；

所述俯仰调整螺钉Ⅰ(2225)、俯仰调整螺钉Ⅱ(2222)和俯仰调整螺钉Ⅲ(2223)依次穿过离轴次镜室(32)对应的安装孔和弹簧(2224)，通过螺纹连接安装在主框架(34)上，通过调节俯仰调整螺钉Ⅰ(2225)、俯仰调整螺钉Ⅱ(2222)、俯仰调整螺钉Ⅲ(2223)，使离轴次镜室(32)进行俯仰运动，进而使离轴次镜(33)进行俯仰运动，在离轴次镜室(32)和主框架(34)之间的弹簧(2224)保证离轴次镜(33)调节俯仰后定位在某一空间位置。

进一步的，在齿轮安装板Ⅰ(2216)和正面工装旋钮(2214)接触处通过激光刻蚀工艺在齿轮安装板Ⅰ(2216)上刻蚀出角度刻度，在旋动正面工装旋钮(2214)时，得到离轴次镜(33)的角度变化值。

进一步的，在齿轮安装板Ⅰ(2216)和齿轮安装板Ⅱ(2218)之间设置垫圈Ⅰ(2217)，在齿轮安装板Ⅱ(2218)和正面工装安装板(222)之间设置垫圈Ⅱ(2219)。

进一步的，所述离轴缩束光学系统(3)还包括离轴次镜压圈(31)、离轴主镜室固定垫片(36)、离轴主镜压圈(38)，所述离轴主镜(35)通过点胶的方式在离轴主镜室(37)里实现周向固定，通过离轴主镜压圈(38)实现轴向固定，所述离轴主镜室(37)和离轴主镜室固定垫片(36)通过螺钉固定到主框架(34)上，所述离轴次镜(33)通过点胶的方式在离轴次镜室(32)里实现周向固定，通过离轴次镜压圈(31)实现轴向固定，所述离轴次镜室(32)和离轴次镜室固定垫片(36)固定到主框架(34)上，所述主框架(34)通过螺钉固定到方位俯仰台(4)上。

进一步的，所述离轴缩束光学系统(3)的缩束倍率为1.62倍。

进一步的，所述ZYGO干涉仪(1)的出射光波长为632.8nm，所述基准发射镜(5)的面型为0.02λ。

一种用于离轴缩束光学系统的装调装置的装调方法，它包括以下步骤：

步骤一：确定光学系统主基准：开启ZYGO干涉仪(1)，调整基准反射镜(5)自带的方位俯仰台使基准反射镜(5)处于面形最优的位置，以该位置作为装调离轴缩束光学系统的主基准；

步骤二：确定光学系统位置基准：将离轴缩束光学系统(3)按照上述的安装方法依次组装，主框架(34)通过螺钉连接安装在方位俯仰台(4)上，在主框架(34)的入光口出贴上一片反射镜，调整方位俯仰台(4)使该反射镜在ZYGO干涉仪上成像的光斑位于靶标中心，以此位置作为光学系统的位置基准，在之后的装调步骤中，需要时常查看并且调整回该位置；

步骤三：粗调离轴主次镜的空间位置：将离轴缩束装调子系统(2)按照上述的安装顺序将对应的零部件组装完成，侧面安装板(213)通过螺纹连接固定在主框架上，对应的组件安装完成后，旋转离轴主镜(35)使ZGYO干涉仪的出射光经过离轴主镜(35)反射后近似照射到离轴次镜(33)的中心位置，旋转正面工装按钮(2214)使出射光完全经过主框架的出光口，旋转离轴主镜压圈(38)来轴向固定离轴主镜(35)，重复步骤二，确保光学系统的位置基准不变；

步骤四：粗调光学系统的光斑Ⅰ位置：完成粗调离轴主次镜的空间位置后，通过旋转正面工装按钮(2214)以及同时旋转平移调整螺钉Ⅰ(221)、平移调整螺钉Ⅱ(224)和平移调整螺钉Ⅲ(227)来使经由基准反射镜(5)反射并经过离轴缩束光学系统(3)在ZGYO干涉仪上成像的光斑Ⅰ位于ZYGO干涉仪(1)的靶标中心，通过ZYGO干涉仪(1)测量出该位置下的离轴缩束光学系统(3)的整体像质，通过ZYGO干涉仪1中的Zernike多项式分析得到该像质的离焦量、X轴像散值、Y轴像散值、X轴球差、Y轴球差、慧差，由这六个变量的绝对值大小决定该像质的好坏；

步骤五：精调光学系统的离焦量和慧差：旋转侧面工装按钮(211)通过螺纹传动使螺纹阶梯轴(212)旋转且平移，由于连接块(219)和螺纹阶梯轴(212)之间通过轴承Ⅰ(215)连接，使得螺纹传动使螺纹阶梯轴(212)旋转平移的同时连接块只做平移运动，进而使得正面工装(22)做平移运动，从而使离轴次镜室(32)做平移运动，最终使得离轴次镜做沿ZYGO干涉仪(1)出射光光轴方向做平移运动，直至对应Zernike系数的绝对值在0.01-0.02间为止；

步骤六：精调光学系统的X轴像散值和X轴球差值：旋转正面工装按钮(2214)使得主动齿轮阶梯轴(2215)和主动齿轮(2220)转动，通过齿轮传动作用从动齿轮(2213)跟随主动齿轮(2220)转动，由于从动齿轮阶梯轴(229)和从动齿轮(2213)之间通过轴承Ⅱ(2211)连接对从动齿轮(2213)进行轴向固定，从动齿轮(2213)转动而从动齿轮阶梯轴(229)不转，从动齿轮(2213)转动带动两个吸盘(228)转动，进而带动离轴次镜(33)转动，进而使光斑Ⅰ在ZYGO干涉仪(1)的靶标内沿X轴移动，通过同时旋转同时旋转平移调整螺钉Ⅰ(221)、平移调整螺钉Ⅱ(224)、平移调整螺钉Ⅲ(227)使得光斑Ⅰ重新回到ZYGO干涉仪(1)的靶标中心，对该位置进行面形检测，观察Zernike多项式中的X轴像散值，逐次重复，直至对应Zernike系数的绝对值在0.01-0.02间为止；

步骤七：精调光学系统的Y轴像散值和Y轴球差值：通过调节俯仰调整螺钉Ⅰ(2225)、俯仰调整螺钉Ⅱ(2223)、俯仰调整螺钉Ⅲ，使离轴次镜室(32)进行俯仰运动，进而使离轴次镜(33)进行俯仰运动，使光斑Ⅰ在ZYGO干涉仪(1)的靶标内沿Y轴移动，并使得光斑Ⅰ重新回到ZYGO干涉仪(1)的靶标中心，并且在离轴次镜室(32)和主框架(34)之间的弹簧(2224)保证离轴次镜(33)进行俯仰运动时固定在某一空间位置，对该位置进行面形检测，观察Zernike多项式中的Y轴像散值，逐次重复，直至对应Zernike系数的绝对值在0.01-0.02间为止；

步骤八：得到精确的垫片高度：由于离焦量和X轴像散有耦合作用，但和Y轴像散耦合作用小，多次迭代进行步骤五、步骤六和步骤七，期间多次进行步骤三，以确保离轴缩束光学系统的位置基准不变，进而会得到整体面形最佳的位置，测量离轴次镜室(32)三个安装孔和主框架(34)之间的距离，进而得到与三个安装孔对应的垫片高度，通过该垫片高度加工出使该光学系统处于最佳面形位置的垫片，然后拆装；

步骤九：终调离焦量和X轴像散值：将步骤八中得到的使光学系统处于最佳面形位置的垫片安装在离轴次镜室(32)和主框架(34)之间，再次重复步骤五和步骤六，使得安装步骤八中得到的垫片后的光学系统处于面形最优的位置，使该光学系统达到整体波像差的位置，然后固定平移调整螺钉Ⅰ(221)、平移调整螺钉Ⅱ(224)和平移调整螺钉Ⅲ(227)，至此完成了离轴缩束光学系统的装调。

相对于现有技术，本发明所述的一种用于离轴缩束光学系统的装调装置与装调方法具有以下优势：

(1)本发明解决了传统装调装置和方法难以对离轴光学系统在保证镜室能够安装上主框架的前提下，提升装调效率，批量化生产的问题。

(2)本申请引入螺旋传动的方法通过旋转侧面工装按钮使得正面工装一起平移并可以实现对离轴缩束光学系统离焦量和慧差的精调功能；引入齿轮传动的方法通过旋转正面工装按钮使得离轴次镜可在离轴次镜室内旋转并且可由平移调整螺钉来修正光斑位置以实现对离轴缩束光学系统X轴像散值和X轴球差值的精调功能；引入弹簧固定的方法通过调节俯仰调整螺钉以实现对离轴缩束光学系统Y轴像散值和Y轴球差值的精调功能；该装置整体安装简单，调节精度高，装调至最佳面形位置的速度快可实现对离轴缩束光学系统的批量化生产。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种用于离轴缩束光学系统的装调装置的整体结构示意图；

图2为离轴缩束装调子系统和离轴缩束光学系统的示意图；

图3为侧面工装的正面剖视示意图；

图4为正面工装的正面示意图；

图5为正面工装的左侧剖视示意图；

图6为离轴缩束光学系统的结构示意图。

附图标记说明：

1、ZYGO干涉仪，2、离轴缩束装调子系统，3、离轴缩束光学系统，4、方位俯仰台，5、基准反射镜；

21、侧面工装，22、正面工装，2225、俯仰调整螺钉Ⅰ，31、离轴次镜压圈，

211、侧面工装旋钮，212、螺纹阶梯轴，213、侧面安装板，214、孔用挡圈Ⅰ，215、轴承Ⅰ，216、侧面工装轴套Ⅰ，217、侧面工装轴套Ⅱ，218、螺纹阶梯轴固定螺母，219、连接块，2110、连接阶梯轴，

221、平移调整螺钉Ⅰ，222、正面工装安装板，223、固定块Ⅰ，224、平移调整螺钉Ⅱ，225、固定块Ⅱ，226、固定块Ⅲ，227、平移调整螺钉Ⅲ，228、吸盘，229、从动齿轮阶梯轴，2210、孔用挡圈Ⅱ，2211、轴承Ⅱ，2212、从动齿轮轴套，2213、从动齿轮，2214、正面工装旋钮，2215、主动齿轮阶梯轴，2216、齿轮安装板Ⅰ，2217、垫圈Ⅰ，2218、齿轮安装板Ⅱ，2219、垫圈Ⅱ，2220、主动齿轮，2221、轴用挡圈，2222、俯仰调整螺钉Ⅱ，2223、俯仰调整螺钉Ⅲ，2224、弹簧，

32、离轴次镜镜室，33、离轴次镜，34、主框架，35、离轴主镜，36、离轴主镜固定垫片，37、离轴主镜镜室，38、离轴主镜压圈。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-图6所示，一种用于离轴缩束光学系统的装调装置，包括ZYGO干涉仪1、离轴缩束装调子系统2、离轴缩束光学系统3、方位俯仰台4和基准反射镜5；

所述的离轴缩束光学系统3包括离轴次镜室32、离轴次镜33、主框架34、离轴主镜35和离轴主镜室37，所述的离轴主镜35安装在离轴主镜室37内，所述的离轴次镜33安装在离轴次镜室32内，所述的离轴主镜室37和离轴次镜室32分别设置在主框架34的相对两侧，所述的主框架34固定在方位俯仰台4上；

所述的离轴缩束装调子系统2包括侧面工装21和正面工装22，所述的侧面工装21固定在主框架34的侧面，正面工装设置在主框架34的正面，所述的正面工装22固定在侧面工装21上；

所述侧面工装21带动正面工装22进行平移运动，所述正面工装22带动离轴次镜33进行转动、俯仰运动及平移运动；

所述的ZYGO干涉仪1位于主框架34的入光口前，所述的基准反射镜5位于主框架34的出光口前，ZYGO干涉仪1的出射光与主框架34上的入光口重合。

所述侧面工装21包括侧面工装旋钮211、螺纹阶梯轴212、侧面安装板213、两个孔用挡圈Ⅰ214、两个轴承Ⅰ215、侧面工装轴套Ⅰ216、侧面工装轴套Ⅱ217、螺纹阶梯轴固定螺母218、连接块219和两个连接阶梯轴2110；

所述连接块219安装在侧面安装板213的槽内，两个连接阶梯轴2110的一端穿过侧面安装板213的两个滑杆孔并通过螺纹连接固定到连接块219上，两个连接阶梯轴2110的另一端通过螺母连接所述的正面工装22；所述螺纹阶梯轴212一端是光轴，另一端是螺纹轴，螺纹阶梯轴212的光轴端穿过连接块219且在螺纹阶梯轴212与连接块219连接处依次在光轴端安装其中一个孔用挡圈Ⅰ、其中一个轴承Ⅰ215、侧面工装轴套Ⅰ216、另一个轴承Ⅰ215、另一个孔用挡圈Ⅰ214、侧面工装轴套Ⅱ217和螺纹阶梯轴固定螺母218实现螺纹阶梯轴212与连接块219的轴向固定且能周向转动，螺纹阶梯轴212的螺纹轴端穿过侧面安装板213并与侧面安装板213螺纹连接；

所述侧面工装旋钮211安装在螺纹阶梯轴212的螺纹轴端上，旋动侧面工装旋钮211时螺纹阶梯轴212在侧面安装板213内螺旋转动，将螺纹阶梯轴212的转动转变为连接块219在侧面安装板213的槽内平移运动，进而可以使正面工装22进行平移运动。

在侧面安装板213和连接块219的下侧接触部分采用激光刻蚀将位移尺寸刻度刻蚀在侧面安装板213上，旋动侧面工装旋钮211时得到正面工装22的精确位移。

所述正面工装22包括平移调整螺钉Ⅰ221、正面工装安装板222、固定块Ⅰ223、平移调整螺钉Ⅱ224、固定块Ⅱ225、固定块Ⅲ226、平移调整螺钉Ⅲ227、两个吸盘228、从动齿轮阶梯轴229、孔用挡圈Ⅱ2210、轴承Ⅱ2211、从动齿轮轴套2212、从动齿轮2213、正面工装旋钮2214、主动齿轮阶梯轴2215、齿轮安装板Ⅰ2216、齿轮安装板Ⅱ2218、主动齿轮2220、轴用挡圈2221、俯仰调整螺钉Ⅰ2225、俯仰调整螺钉Ⅱ2222、俯仰调整螺钉Ⅲ2223和三个弹簧2224；

在所述从动齿轮阶梯轴229上依次安装轴承Ⅱ2211、从动齿轮2213、孔用挡圈Ⅱ2210和从动齿轮轴套2212，在所述主动齿轮阶梯轴2215上依次安装主动齿轮2220和轴用挡圈2221，所述主动齿轮阶梯轴2215和从动齿轮阶梯轴229均安装在齿轮安装板Ⅰ2216和齿轮安装板Ⅱ2218中，并通过螺钉将齿轮安装板Ⅰ2216和齿轮安装板Ⅱ2218固定在正面工装安装板222上；

两个所述吸盘228分别穿过从动齿轮2213的两个孔，所述正面安装旋钮2214通过螺纹连接固定在主动齿轮阶梯轴2215上，吸盘228通过大气压力吸附在离轴次镜33上，转动正面工装按钮2214通过齿轮转动将主动齿轮2220的转动传递到从动齿轮2213进而使两个吸盘228转动，最终带动离轴次镜33转动；

所述固定块Ⅰ223、固定块Ⅱ225、固定块Ⅲ226均通过点胶的方式固定到离轴次镜室32上，平移调整螺钉Ⅰ221、平移调整螺钉Ⅱ224、平移调整螺钉Ⅲ227旋入对应的螺纹孔分别将对应的固定块顶住，通过同时调节平移调整螺钉Ⅰ221、平移调整螺钉Ⅱ224、平移调整螺钉Ⅲ227，可使离轴次镜室32进行平移运动，进而可使离轴次镜33进行平移运动；即，当使平移调整螺钉Ⅱ224和平移调整螺钉Ⅲ227向内旋动时，使平移调整螺钉Ⅰ221向外旋动，离轴次镜室32就会向左平移，同理相反操作即可实现离轴次镜室32的向右平移；

所述俯仰调整螺钉Ⅰ2225、俯仰调整螺钉Ⅱ2222、俯仰调整螺钉Ⅲ2223依次穿过离轴次镜室32对应的安装孔和弹簧2224，通过螺纹连接安装在主框架34上，通过调节俯仰调整螺钉Ⅰ2225、俯仰调整螺钉Ⅱ2222、俯仰调整螺钉Ⅲ2223，可使离轴次镜室32进行俯仰运动，进而可使离轴次镜33进行俯仰运动，即，旋动三个俯仰调整螺钉可分别使这三个俯仰螺钉处于不同的高度，进而使得离轴次镜室32三个位置形成高度差，最终实现离轴次镜室32的俯仰运动；

在离轴次镜室32和主框架34之间的弹簧2224保证离轴次镜33调节俯仰运动后定位在某一空间位置，即利用弹簧的弹力实现固定。

在齿轮安装板Ⅰ2216和正面工装旋钮2214接触处可通过激光刻蚀工艺在齿轮安装板Ⅰ2216上刻蚀出角度刻度，在旋动正面工装旋钮2214时，得到精确的角度变化值，进而可得到离轴次镜33的角度变化值。

在齿轮安装板Ⅰ2216和齿轮安装板Ⅱ2218之间设置垫圈Ⅰ2217，在齿轮安装板Ⅱ2218和正面工装安装板222之间设置垫圈Ⅱ2219。

所述离轴缩束光学系统3还包括离轴次镜压圈31、离轴主镜室固定垫片36、离轴主镜压圈38，所述离轴主镜35通过点胶的方式在离轴主镜室37里实现周向固定，通过离轴主镜压圈38实现轴向固定，所述离轴主镜室37和离轴主镜室固定垫片36通过螺钉固定到主框架34上，所述离轴次镜33通过点胶的方式在离轴次镜室32里实现周向固定，通过离轴次镜压圈31实现轴向固定，所述离轴次镜室32和离轴次镜室固定垫片36固定到主框架34上，所述离轴主镜室37和离轴次镜室32分别设置在主框架34相对两侧，所述主框架34通过螺钉固定到方位俯仰台4上。

本申请的各组件的工作参数位：

所述主动齿轮2220的模数为0.5，齿数为20；所述从动齿轮2213的模数为0.5，齿数为40；所述离轴缩束光学系统3的缩束倍率为1.62倍；ZYGO干涉仪1出射光的波长为632.8nm，所述基准反射镜的面型为0.02λ。

一种用于离轴缩束光学系统的装调装置的装调方法，它包括以下步骤：

步骤一：确定光学系统主基准：开启ZYGO干涉仪1，调整基准反射镜5自带的方位俯仰台使基准反射镜5处于面形最优的位置，以该位置作为装调离轴缩束光学系统的主基准；

步骤二：确定光学系统位置基准：将离轴缩束光学系统3按照上述的安装方法依次组装，主框架34通过螺钉连接安装在方位俯仰台4上，在主框架34的入光口出贴上一片反射镜，调整方位俯仰台4使该反射镜在ZYGO干涉仪上成像的光斑位于靶标中心，以此位置作为光学系统的位置基准，在之后的装调步骤中，需要时常查看并且调整回该位置；

步骤三：粗调离轴主次镜的空间位置：将离轴缩束装调子系统2按照上述的安装顺序将对应的零部件组装完成，侧面安装板213通过螺纹连接固定在主框架上，对应的组件安装完成后，旋转离轴主镜35使ZGYO干涉仪的出射光经过离轴主镜35反射后近似照射到离轴次镜33的中心位置，旋转正面工装按钮2214使出射光完全经过主框架的出光口，旋转离轴主镜压圈38来轴向固定离轴主镜35，重复步骤二，确保光学系统的位置基准不变；

步骤四：粗调光学系统的光斑Ⅰ位置：完成粗调离轴主次镜的空间位置后，通过旋转正面工装按钮2214以及同时旋转平移调整螺钉Ⅰ221、平移调整螺钉Ⅱ224、平移调整螺钉Ⅲ227来使经由基准反射镜5反射并经过离轴缩束光学系统3在ZGYO干涉仪上成像的光斑Ⅰ位于ZYGO干涉仪1的靶标中心，通过ZYGO干涉仪1可测量出该位置下的离轴缩束光学系统3的整体像质，通过ZYGO干涉仪1中的Zernike多项式分析可以得到该像质的离焦量、X轴像散值、Y轴像散值、X轴球差、Y轴球差、慧差，由这六个变量的绝对值大小决定该像质的好坏；

步骤五：精调光学系统的离焦量和慧差：旋转侧面工装按钮211通过螺纹传动使螺纹阶梯轴212旋转且平移，由于连接块219和螺纹阶梯轴212之间通过轴承Ⅰ215连接，使得螺纹传动使螺纹阶梯轴212旋转平移的同时连接块只做平移运动，进而使得正面工装22做平移运动，从而使离轴次镜室32做平移运动，最终使得离轴次镜做沿ZYGO干涉仪1出射光光轴方向做平移运动，直至对应Zernike系数的绝对值在0.01-0.02间为止，这样才能达到减小离轴缩束光学系统3离焦量和慧差的目的；

步骤六：精调光学系统的X轴像散值和X轴球差值：旋转正面工装按钮2214使得主动齿轮阶梯轴2215和主动齿轮2220转动，通过齿轮传动作用从动齿轮2213跟随主动齿轮2220转动，由于从动齿轮阶梯轴229和从动齿轮2213之间通过轴承Ⅱ2211连接对从动齿轮2213进行轴向固定，从动齿轮2213转动而从动齿轮阶梯轴229不转，从动齿轮2213转动带动两个吸盘228转动，进而带动离轴次镜33转动，进而使光斑Ⅰ在ZYGO干涉仪1的靶标内沿X轴移动，通过同时旋转同时旋转平移调整螺钉Ⅰ221、平移调整螺钉Ⅱ224、平移调整螺钉Ⅲ227使得光斑Ⅰ重新回到ZYGO干涉仪1的靶标中心，对该位置进行面形检测，观察Zernike多项式中的X轴像散值，逐次重复，直至对应Zernike系数的绝对值在0.01-0.02间为止，这样才能达到减小离轴缩束光学系统3X轴像散值和X轴球差值的目的；

步骤七：精调光学系统的Y轴像散值和Y轴球差值：通过调节俯仰调整螺钉Ⅰ2225、俯仰调整螺钉Ⅱ2223、俯仰调整螺钉Ⅲ，可使离轴次镜室32进行俯仰运动，进而可使离轴次镜33进行俯仰运动，使光斑Ⅰ在ZYGO干涉仪1的靶标内沿Y轴移动，并使得光斑Ⅰ重新回到ZYGO干涉仪1的靶标中心，并且在离轴次镜室32和主框架34之间的弹簧2224可保证离轴次镜33进行俯仰运动时固定在某一空间位置，对该位置进行面形检测，观察Zernike多项式中的Y轴像散值，逐次重复，直至对应Zernike系数的绝对值在0.01-0.02间为止，这样才能达到减小离轴缩束光学系统3Y轴像散值和Y轴球差值的目的；

步骤八：得到精确的垫片高度：由于离焦量和X轴像散有耦合作用，但和Y轴像散耦合作用很小，多次迭代进行步骤五、步骤六、步骤七，期间多次进行步骤三，以确保离轴缩束光学系统的位置基准不变，进而会得到整体面形最佳的位置，测量离轴次镜室32三个安装孔和主框架34之间的距离，进而得到与三个安装孔对应的垫片高度，通过该垫片高度可以加工出使该光学系统处于最佳面形位置的垫片，然后拆装；

步骤九：终调离焦量和X轴像散值：将步骤八中得到的使光学系统处于最佳面形位置的垫片安装在离轴次镜室32和主框架34之间，再次重复步骤五和步骤六，使得安装步骤八中得到的垫片后的光学系统处于面形最优的位置，使该光学系统达到整体波像差的位置，然后固定平移调整螺钉Ⅰ221、平移调整螺钉Ⅱ224和平移调整螺钉Ⅲ227，至此完成了离轴缩束光学系统的装调。

本申请引入螺旋传动的方法通过旋转侧面工装按钮使得正面工装一起平移并可以实现对离轴缩束光学系统离焦量和慧差的精调功能；引入齿轮传动的方法通过旋转正面工装按钮使得离轴次镜可在离轴次镜室内旋转并且可由平移调整螺钉来修正光斑位置以实现对离轴缩束光学系统X轴像散值和X轴球差值的精调功能；引入弹簧固定的方法通过调节俯仰调整螺钉以实现对离轴缩束光学系统Y轴像散值和Y轴球差值的精调功能；该装置整体安装简单，调节精度高，装调至最佳面形位置的速度快可实现对离轴缩束光学系统的批量化生产。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于离轴缩束光学系统的装调装置，其特征在于：包括ZYGO干涉仪(1)、离轴缩束装调子系统(2)、离轴缩束光学系统(3)、方位俯仰台(4)和基准反射镜(5)；

所述的离轴缩束光学系统(3)包括离轴次镜室(32)、离轴次镜(33)、主框架(34)、离轴主镜(35)和离轴主镜室(37)，所述的离轴主镜(35)安装在离轴主镜室(37)内，所述的离轴次镜(33)安装在离轴次镜室(32)内，所述的离轴主镜室(37)和离轴次镜室(32)分别设置在主框架(34)的相对两侧，所述的主框架(34)固定在方位俯仰台(4)上；

所述的离轴缩束装调子系统(2)包括侧面工装(21)和正面工装(22)，所述的侧面工装(21)固定在主框架(34)的侧面，正面工装设置在主框架(34)的正面，所述的正面工装(22)固定在侧面工装(21)上；

所述侧面工装(21)带动正面工装(22)进行平移运动，所述正面工装(22)带动离轴次镜(33)进行转动、俯仰运动及平移运动；

所述的ZYGO干涉仪(1)位于主框架(34)的入光口前，所述的基准反射镜(5)位于主框架(34)的出光口前，ZYGO干涉仪(1)的出射光与主框架(34)上的入光口重合；所述侧面工装(21)包括侧面工装旋钮(211)、螺纹阶梯轴(212)、侧面安装板(213)、两个孔用挡圈Ⅰ(214)、两个轴承Ⅰ(215)、侧面工装轴套Ⅰ(216)、侧面工装轴套Ⅱ(217)、螺纹阶梯轴固定螺母(218)、连接块(219)和两个连接阶梯轴(2110)；

所述连接块(219)安装在侧面安装板(213)的槽内，两个连接阶梯轴(2110)的一端穿过侧面安装板(213)的两个滑杆孔并通过螺纹连接固定到连接块(219)上，两个连接阶梯轴(2110)的另一端通过螺母连接所述的正面工装(22)；所述螺纹阶梯轴(212)一端是光轴，另一端是螺纹轴，螺纹阶梯轴(212)的光轴端穿过连接块(219)且在螺纹阶梯轴(212)与连接块(219)连接处依次在光轴端安装其中一个孔用挡圈Ⅰ、其中一个轴承Ⅰ(215)、侧面工装轴套Ⅰ(216)、另一个轴承Ⅰ(215)、另一个孔用挡圈Ⅰ(214)、侧面工装轴套Ⅱ(217)和螺纹阶梯轴固定螺母(218)实现螺纹阶梯轴(212)与连接块(219)的轴向固定且能周向转动，螺纹阶梯轴(212)的螺纹轴端穿过侧面安装板(213)并与侧面安装板(213)螺纹连接；

所述侧面工装旋钮(211)安装在螺纹阶梯轴(212)的螺纹轴端上，旋动侧面工装旋钮(211)时螺纹阶梯轴(212)在侧面安装板(213)内螺旋转动，将螺纹阶梯轴(212)的转动转变为连接块(219)在侧面安装板(213)的槽内平移运动，进而使正面工装(22)进行平移运动。

2.根据权利要求1所述的一种用于离轴缩束光学系统的装调装置，其特征在于：在侧面安装板(213)和连接块(219)的下侧接触部分采用激光刻蚀将位移尺寸刻度刻蚀在侧面安装板(213)上，旋动侧面工装旋钮(211)时得到正面工装(22)的精确位移。

3.根据权利要求2所述的一种用于离轴缩束光学系统的装调装置，其特征在于：所述正面工装(22)包括平移调整螺钉Ⅰ(221)、正面工装安装板(222)、固定块Ⅰ(223)、平移调整螺钉Ⅱ(224)、固定块Ⅱ(225)、固定块Ⅲ(226)、平移调整螺钉Ⅲ(227)、两个吸盘(228)、从动齿轮阶梯轴(229)、孔用挡圈Ⅱ(2210)、轴承Ⅱ(2211)、从动齿轮轴套(2212)、从动齿轮(2213)、正面工装旋钮(2214)、主动齿轮阶梯轴(2215)、齿轮安装板Ⅰ(2216)、齿轮安装板Ⅱ(2218)、主动齿轮(2220)、轴用挡圈(2221)、俯仰调整螺钉Ⅰ(2225)、俯仰调整螺钉Ⅱ(2222)、俯仰调整螺钉Ⅲ(2223)和三个弹簧(2224)；

在所述从动齿轮阶梯轴(229)上依次安装轴承

Ⅱ(2211)、从动齿轮(2213)、孔用挡圈Ⅱ(2210)和从动齿轮轴套(2212)，在所述主动齿轮阶梯轴(2215)上依次安装主动齿轮(2220)和轴用挡圈(2221)，所述主动齿轮阶梯轴(2215)和从动齿轮阶梯轴(229)均安装在齿轮安装板Ⅰ(2216)和齿轮安装板Ⅱ(2218)中，并通过螺钉将齿轮安装板Ⅰ(2216)和齿轮安装板Ⅱ(2218)固定在正面工装安装板(222)上；

两个所述吸盘(228)分别穿过从动齿轮(2213)的两个孔，所述正面安装旋钮(2214)通过螺纹连接固定在主动齿轮阶梯轴(2215)上，吸盘(228)通过大气压力吸附在离轴次镜(33)上，转动正面工装按钮(2214)通过齿轮转动将主动齿轮(2220)的转动传递到从动齿轮(2213)进而使两个吸盘(228)转动，最终带动离轴次镜(33)转动；

所述固定块Ⅰ(223)、固定块Ⅱ(225)和固定块Ⅲ(226)均通过点胶的方式固定到离轴次镜室(32)上，平移调整螺钉Ⅰ(221)、平移调整螺钉Ⅱ(224)、平移调整螺钉Ⅲ(227)旋入对应的螺纹孔分别将对应的固定块顶住，通过同时调节平移调整螺钉Ⅰ(221)、平移调整螺钉Ⅱ(224)、平移调整螺钉Ⅲ(227)，使离轴次镜室(32)进行平移运动，进而使离轴次镜(33)进行平移运动；

所述俯仰调整螺钉Ⅰ(2225)、俯仰调整螺钉Ⅱ(2222)和俯仰调整螺钉Ⅲ(2223)依次穿过离轴次镜室(32)对应的安装孔和弹簧(2224)，通过螺纹连接安装在主框架(34)上，通过调节俯仰调整螺钉Ⅰ(2225)、俯仰调整螺钉Ⅱ(2222)、俯仰调整螺钉Ⅲ(2223)，使离轴次镜室(32)进行俯仰运动，进而使离轴次镜(33)进行俯仰运动，在离轴次镜室(32)和主框架(34)之间的弹簧(2224)保证离轴次镜(33)调节俯仰后定位在某一空间位置。

4.根据权利要求3所述的一种用于离轴缩束光学系统的装调装置，其特征在于：在齿轮安装板Ⅰ(2216)和正面工装旋钮(2214)接触处通过激光刻蚀工艺在齿轮安装板Ⅰ(2216)上刻蚀出角度刻度，在旋动正面工装旋钮(2214)时，得到离轴次镜(33)的角度变化值。

5.根据权利要求3所述的一种用于离轴缩束光学系统的装调装置，其特征在于：在齿轮安装板Ⅰ(2216)和齿轮安装板Ⅱ(2218)之间设置垫圈Ⅰ(2217)，在齿轮安装板Ⅱ(2218)和正面工装安装板(222)之间设置垫圈Ⅱ(2219)。

6.根据权利要求1所述的一种用于离轴缩束光学系统的装调装置，其特征在于：所述离轴缩束光学系统(3)还包括离轴次镜压圈(31)、离轴主镜室固定垫片(36)和离轴主镜压圈(38)，所述离轴主镜(35)通过点胶的方式在离轴主镜室(37)里实现周向固定，通过离轴主镜压圈(38)实现轴向固定，所述离轴主镜室(37)和离轴主镜室固定垫片(36)通过螺钉固定到主框架(34)上，所述离轴次镜(33)通过点胶的方式在离轴次镜室(32)里实现周向固定，通过离轴次镜压圈(31)实现轴向固定，所述离轴次镜室(32)和离轴次镜室固定垫片(36)固定到主框架(34)上，所述主框架(34)通过螺钉固定到方位俯仰台(4)上。

7.根据权利要求1所述的一种用于离轴缩束光学系统的装调装置，其特征在于：所述离轴缩束光学系统(3)的缩束倍率为1.62倍。

8.根据权利要求1所述的一种用于离轴缩束光学系统的装调装置，其特征在于：所述ZYGO干涉仪(1)的出射光波长为632.8nm，所述基准发射镜(5)的面型为0.02λ。

9.根据权利要求3所述的一种用于离轴缩束光学系统的装调装置的装调方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤一：确定光学系统主基准：开启ZYGO干涉仪(1)，调整基准反射镜(5)自带的方位俯仰台使基准反射镜(5)处于面形最优的位置，以该位置作为装调离轴缩束光学系统的主基准；

步骤二：确定光学系统位置基准：将离轴缩束光学系统(3)按照上述的安装方法依次组装，主框架(34)通过螺钉连接安装在方位俯仰台(4)上，在主框架(34)的入光口出贴上一片反射镜，调整方位俯仰台(4)使该反射镜在ZYGO干涉仪上成像的光斑位于靶标中心，以此位置作为光学系统的位置基准，在之后的装调步骤中，需要时常查看并且调整回该位置；

步骤三：粗调离轴主次镜的空间位置：将离轴缩束装调子系统(2)按照上述的安装顺序将对应的零部件组装完成，侧面安装板(213)通过螺纹连接固定在主框架上，对应的组件安装完成后，旋转离轴主镜(35)使ZGYO干涉仪的出射光经过离轴主镜(35)反射后近似照射到离轴次镜(33)的中心位置，旋转正面工装按钮(2214)使出射光完全经过主框架的出光口，旋转离轴主镜压圈(38)来轴向固定离轴主镜(35)，重复步骤二，确保光学系统的位置基准不变；

步骤四：粗调光学系统的光斑Ⅰ位置：完成粗调离轴主次镜的空间位置后，通过旋转正面工装按钮(2214)以及同时旋转平移调整螺钉Ⅰ(221)、平移调整螺钉Ⅱ(224)和平移调整螺钉Ⅲ(227)来使经由基准反射镜(5)反射并经过离轴缩束光学系统(3)在ZGYO干涉仪上成像的光斑Ⅰ位于ZYGO干涉仪(1)的靶标中心，通过ZYGO干涉仪(1)测量出该位置下的离轴缩束光学系统(3)的整体像质，通过ZYGO干涉仪1中的Zernike多项式分析得到该像质的离焦量、X轴像散值、Y轴像散值、X轴球差、Y轴球差和慧差，由这六个变量的绝对值大小决定该像质的好坏；

步骤五：精调光学系统的离焦量和慧差：旋转侧面工装按钮(211)通过螺纹传动使螺纹阶梯轴(212)旋转且平移，由于连接块(219)和螺纹阶梯轴(212)之间通过轴承Ⅰ(215)连接，使得螺纹传动使螺纹阶梯轴(212)旋转平移的同时连接块只做平移运动，进而使得正面工装(22)做平移运动，从而使离轴次镜室(32)做平移运动，最终使得离轴次镜做沿ZYGO干涉仪(1)出射光光轴方向做平移运动，直至对应Zernike系数的绝对值在0.01-0.02间为止；

步骤六：精调光学系统的X轴像散值和X轴球差值：旋转正面工装按钮(2214)使得主动齿轮阶梯轴(2215)和主动齿轮(2220)转动，通过齿轮传动作用从动齿轮(2213)跟随主动齿轮(2220)转动，由于从动齿轮阶梯轴(229)和从动齿轮(2213)之间通过轴承Ⅱ(2211)连接对从动齿轮(2213)进行轴向固定，从动齿轮(2213)转动而从动齿轮阶梯轴(229)不转，从动齿轮(2213)转动带动两个吸盘(228)转动，进而带动离轴次镜(33)转动，进而使光斑Ⅰ在ZYGO干涉仪(1)的靶标内沿X轴移动，通过同时旋转同时旋转平移调整螺钉

Ⅰ(221)、平移调整螺钉Ⅱ(224)、平移调整螺钉Ⅲ(227)使得光斑Ⅰ重新回到ZYGO干涉仪(1)的靶标中心，对该位置进行面形检测，观察Zernike多项式中的X轴像散值，逐次重复，直至对应Zernike系数的绝对值在0.01-0.02间为止；

步骤七：精调光学系统的Y轴像散值和Y轴球差值：通过调节俯仰调整螺钉Ⅰ(2225)、俯仰调整螺钉Ⅱ(2223)、俯仰调整螺钉Ⅲ，使离轴次镜室(32)进行俯仰运动，进而使离轴次镜(33)进行俯仰运动，使光斑Ⅰ在ZYGO干涉仪(1)的靶标内沿Y轴移动，并使得光斑Ⅰ重新回到ZYGO干涉仪(1)的靶标中心，并且在离轴次镜室(32)和主框架(34)之间的弹簧(2224)保证离轴次镜(33)进行俯仰运动时固定在某一空间位置，对该位置进行面形检测，观察Zernike多项式中的Y轴像散值，逐次重复，直至对应Zernike系数的绝对值在0.01-0.02间为止；

步骤八：得到精确的垫片高度：由于离焦量和X轴像散有耦合作用，但和Y轴像散耦合作用小，多次迭代进行步骤五、步骤六和步骤七，期间多次进行步骤三，以确保离轴缩束光学系统的位置基准不变，进而会得到整体面形最佳的位置，测量离轴次镜室(32)三个安装孔和主框架(34)之间的距离，进而得到与三个安装孔对应的垫片高度，通过该垫片高度加工出使该光学系统处于最佳面形位置的垫片，然后拆装；

步骤九：终调离焦量和X轴像散值：将步骤八中得到的使光学系统处于最佳面形位置的垫片安装在离轴次镜室(32)和主框架(34)之间，再次重复步骤五和步骤六，使得安装步骤八中得到的垫片后的光学系统处于面形最优的位置，使该光学系统达到整体波像差的位置，然后固定平移调整螺钉

Ⅰ(221)、平移调整螺钉Ⅱ(224)和平移调整螺钉Ⅲ(227)，至此完成了离轴缩束光学系统的装调。