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一种 真空紫外光机系统装调方法及装置

阅读：449发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种真空紫外光机系统装调方法及装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种真空紫外光机系统装调方法及装置，旨在克服真空紫外光机系统反复进出真空罐导致的耗时、低效等缺点。本发明首先通过将紫外星点目标根据等效物距作离焦处理，从而无需真空腔体，即在大气环境中即可完成对真空紫外光机系统的装调工作(装调效果等效于在真空腔室内对真空紫外光学系统装调)；再通过特定的控制算法，配合精密步进电机的移动进行迭代计算，以精密步进电机的位移量确定出所需修切垫圈的尺寸，从而实现自动化装调(修正探测器焦面位置 )，便捷高效、准确。，下面是一种真空紫外光机系统装调方法及装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种真空紫外光机系统装调方法，其特征在于，包括：
1)根据测试波长和真空紫外光机系统的F数，计算出焦深Δ；所述测试波长为近紫外波段，相应的，真空紫外光机系统中的紫外星点目标的位置根据等效物距作了标定；
2)确定探测器沿光轴移动的初始方向以及微小移动的位移量x，x≤Δ/4；
3)按照确定的方向和位移量，驱动真空紫外光机系统中的探测器沿光轴移动；
4)控制探测器采集紫外星点目标，计算并记录像面上的像所占的像素面积；
5)再次执行步骤3)、步骤4)；
6)比较两次得到的值；
若本次的值小于前次的值，表明移动方向正确，则执行步骤7)；
若本次的值大于前次的值，表明移动方向错误，则执行步骤8)；
7)继续执行步骤5)、步骤6)；
8)将探测器沿光轴移动的方向更改为反向；然后执行步骤5)、步骤6)；若再次表明移动方向错误，则执行步骤9)；
9)将探测器沿光轴移动的方向再次反向，并调整位移量减半，然后执行步骤5)、步骤
6)；直至取到设定的最小位移量、执行步骤8)再次表明移动方向错误时，调试结束；此时即确定出探测器精确的焦面位置以及所需修切垫圈的尺寸。
2.根据权利要求1所述的真空紫外光机系统装调方法，其特征在于，所述设定的最小位移量取Δ/16，初始的位移量x＝Δ/8。
3.根据权利要求1所述的真空紫外光机系统装调方法，其特征在于，步骤1)中所述标定，是利用仿真软件做以下仿真计算：假定工作波长为所述测试波长的星点目标的像面位置与工作波长为真空紫外的星点目标像面位置相同，求得此时工作波长为所述测试波长的星点目标的物距x，再通过对紫外平行光管的靶标做离焦处理，令该靶标相对于待测光学系统的等效物距也为x。
4.根据权利要求1或3所述的真空紫外光机系统装调方法，其特征在于，所述紫外星点目标由紫外平行光管和星点板配合实现。
5.根据权利要求1所述的真空紫外光机系统装调方法，其特征在于，步骤3)采用精密步进电机以及平移台，来实现探测器的移动。
6.根据权利要求1所述的真空紫外光机系统装调方法，其特征在于：
所述真空紫外光机系统中采用单光子探测器，则步骤4)中，控制探测器根据设定的光子数阈值采集紫外光目标，计算并记录像面上的像所占的像素面积；
或者，所述真空紫外光机系统中采用非单光子探测器，则步骤4)中，控制探测器按照设定的积分时间采集紫外光目标，计算并记录像面上的像所占的像素面积。
7.一种真空紫外光机系统装调装置，其特征在于：包括紫外星点目标、计算机、精密步进电机、平移台和待装调的真空紫外光机系统；所述真空紫外光机系统包括光学系统和探测器；所述紫外星点目标、光学系统以及探测器依次沿光轴设置，其中探测器搭载于所述平移台上；所述计算机用于采集探测器获得的数据，并控制精密步进电机驱动平移台以及探测器沿光轴移动，通过分析比较探测器移动前后的数据不断修正探测器焦面位置信息。
8.根据权利要求7所述的真空紫外光机系统装调装置，其特征在于：所述紫外星点目标由紫外平行光管和星点板配合实现。
9.根据权利要求8所述的真空紫外光机系统装调装置，其特征在于：所述紫外平行光管由紫外平行光管光机组件、汞灯和253nm窄带滤光片组成。
10.一种计算机设备，包括处理器和存储器；其特征在于：所述存储器中的部分或全部程序被处理器执行时实现权利要求1所述的真空紫外光机系统装调方法。

说明书全文

一种真空紫外光机系统装调方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及光机系统装调领域，具体涉及一种真空紫外光机系统装调方法及装置。

背景技术

[0002] 真空紫外光机系统一般由反射镜、保护窗口、真空紫外探测器组成，其工作波长在200nm以下，无法在大气环境下传输。传统的真空紫外光机系统装调方法主要是通过将光机系统置于真空罐中，将真空罐抽真空(一般需30min以上)，以便真空紫外光束在工作环境(真空)中传播；再根据探测器所获取图像的清晰度，进行逐步试探性的手动调整探测器面位置。

[0003] 如此，光机系统要反复进罐、出罐、手动调整探测器位置、进罐并抽真空，然后反复迭代。所以，该方法非常耗时，且手动调整探测器位置准确性差，效率低。

[0004] 尤其若光机系统采用真空紫外单光子探测器，由于真空紫外单光子探测器需要较长时间积分才会获取信噪比较高的图像，故一般会先在可见光下配合可见光探测器对光学系统的反射镜进行装调(用可见光探测器暂时替代真空紫外探测器)。该步骤可将产生光焦度的光学元件装调完毕。虽然反射镜不产生色差，但是真空紫外光机系统的保护窗口玻璃必然会引入色差，所以探测器焦面的位置会因测试波长的变化而变化。

[0005] 如图1所示，根据瑞利判据当波像差小于对应的Δ值(焦深)为：

[0006]

[0007] 上式中，λ为波长，u′为像方折射率，u′m为边缘光线的像方孔径角。焦深与波长呈线性关系，真空紫外波段的焦深往往是可见光焦深的1/4。

发明内容

[0008] 为了克服真空紫外光机系统反复进出真空罐导致的耗时、低效等缺点，本发明提出一种新的真空紫外光机系统装调方法及装置。

[0009] 本发明的解决方案如下：

[0010] 一种真空紫外光机系统装调方法，包括：

[0011] 1)根据测试波长和真空紫外光机系统的F数，计算出焦深Δ；所述测试波长为近紫外波段(200-300nm)，相应的，真空紫外光机系统中的紫外星点目标的位置根据等效物距作了标定；

[0012] 2)确定探测器沿光轴移动的初始方向以及微小移动的位移量x，x≤Δ/4；

[0013] 3)按照确定的方向和位移量，驱动真空紫外光机系统中的探测器沿光轴移动；

[0014] 4)控制探测器采集紫外星点目标，计算并记录像面上的像所占的像素面积；

[0015] 5)再次执行步骤3)、步骤4)；

[0016] 6)比较两次得到的值；

[0017] 若本次的值小于前次的值，表明移动方向正确，则执行步骤7)；

[0018] 若本次的值大于前次的值，表明移动方向错误，则执行步骤8)；

[0019] 7)继续执行步骤5)、步骤6)；

[0020] 8)将探测器沿光轴移动的方向更改为反向；然后执行步骤5)、步骤6)；若再次表明移动方向错误，则执行步骤9)；

[0021] 9)将探测器沿光轴移动的方向再次反向，并调整位移量减半，然后执行步骤5)、步骤6)；直至取到设定的最小位移量、执行步骤8)再次表明移动方向错误时，调试结束；此时即确定出探测器精确的焦面位置以及所需修切垫圈的尺寸。

[0022] 优选地，所述设定的最小位移量取Δ/16，初始的位移量x＝Δ/8。

[0023] 优选地，步骤1)中所述标定，是利用仿真软件做以下仿真计算：假定工作波长为所述测试波长(例如253nm)的星点目标的像面位置与工作波长为真空紫外的星点目标像面位置相同，求得此时工作波长为所述测试波长的星点目标的物距x，再通过对紫外平行光管的靶标(星点板)做离焦处理(星点目标经过平行光管后的出射光束为指定物距的非平行光)，令该靶标相对于待测光学系统的等效物距也为x。

[0024] 优选地，所述紫外星点目标由紫外平行光管和星点板配合实现。

[0025] 优选地，步骤3)采用精密步进电机以及平移台，来实现探测器的移动。

[0026] 所述真空紫外光机系统中可以采用单光子探测器，则步骤4)中，控制探测器根据设定的光子数阈值采集紫外光目标，计算并记录像面上的像所占的像素面积；

[0027] 所述真空紫外光机系统中也可以采用非单光子探测器，则步骤4)中，控制探测器按照设定的积分时间(固定积分时间)采集紫外光目标，计算并记录像面上的像所占的像素面积。

[0028] 一种真空紫外光机系统装调装置，包括紫外星点目标、计算机、精密步进电机、平移台和待装调的真空紫外光机系统；所述真空紫外光机系统包括光学系统和探测器；所述紫外星点目标、光学系统以及探测器依次沿光轴设置，其中探测器搭载于所述平移台上；所述计算机用于采集探测器获得的数据，并控制精密步进电机驱动平移台以及探测器沿光轴移动，通过分析比较探测器移动前后的数据不断修正探测器焦面位置信息。

[0029] 优选地，所述紫外星点目标由紫外平行光管和星点板配合实现。

[0030] 进一步优选地，所述紫外平行光管由紫外平行光管光机组件(透镜等)、汞灯和253nm窄带滤光片组成。

[0031] 上述计算机中可装有仿真软件，用于执行大气环境下的位置标定。

[0032] 相应的，根据本发明还可以得出一种计算机设备，包括处理器和存储器；所述存储器中的部分或全部程序被处理器执行时实现上述的真空紫外光机系统装调方法。

[0033] 本发明具有以下优点：

[0034] 本发明首先通过将紫外星点目标根据等效物距作离焦处理，从而无需真空腔体，即在大气环境中即可完成对真空紫外光机系统的装调工作(装调效果等效于在真空腔室内对真空紫外光学系统装调)；再通过特定的控制算法，配合精密步进电机的移动进行迭代计算，以精密步进电机的位移量确定出所需修切垫圈的尺寸，从而实现自动化装调(修正探测器焦面位置)，便捷高效、准确。

[0035] 本发明的装调装置结构简明、集成度高，且可适用于多种光机系统自动化装调，提高装调效率。附图说明

[0036] 图1为光学系统中焦深的关系示意图。

[0037] 图2为本发明真空紫外光机系统装调装置的一个实施例的示意图。

[0038] 图3为预处理环节标定平行光管的靶标位置的示意图。

[0039] 图4为本发明真空紫外光机系统装调方法的一个实施例的流程示意图。

[0040] 附图标号说明：1为253nm平行光管(内部还设置有星点板)，2-光学系统，3为探测器，4-精密步进电机，5-计算机。

具体实施方式

[0041] 以下结合附图和实施例对本发明作进一步详述。

[0042] 如图2所示，待装调的真空紫外光机系统包括光学系统和探测器。本实施例的真空紫外光机系统装调装置主要包括：253nm紫外平行光管(紫外平行光管光机组件、汞灯、253nm窄带滤光片，并配置星点板)、计算机、精密步进电机。探测器搭载于平移台上，计算机用于采集探测器获得的数据，并控制精密步进电机驱动平移台以及探测器沿光轴移动，通过分析比较探测器移动前后的数据不断修正探测器焦面位置信息。

[0043] 准备工作：

[0044] 利用仿真软件计算紫外星点目标经过真空紫外光机系统后焦点位于理论设计焦面时的物方工作距离，据此标定紫外星点目标的位置。具体来说：

[0045] 在仿真软件中计算当工作距离为多远时，工作波长为253nm的星点目标经过该待装调系统后焦点位于理论设计焦面，如图3所示。再离焦处理(调整该光管的星点板位置，使得紫外星点目标经过平行光管后的出射光束为指定物距的非平行光)，从而保证在大气环境中装调，该装调效果等效于在真空腔室内对真空紫外光学系统装调。

[0046] 装调过程的工作原理，如图4所示：

[0047] 当光路搭建完毕后，将该测试波长253nm，系统F数输入软件中，软件会根据公式自动计算出焦深Δ，计算机会给出精密步进电机一个指令，该电机的平移台会带动探测器向某一固定方向移动微小位移量Δ/8，然后软件驱动探测器开始采集(设置自动停止采集光子数阈值)，当采集结束后，软件会根据像面上的像(一个圆)进行数据分析，自动求解出该圆所占的像素面积(RMS值)，并记录此值。

[0048] 紧接着精密步进电机再次驱动平移台携探测器像相同方向继续前进Δ/8，然后软件驱动探测器开始采集(设置自动停止采集光子数阈值)，当采集结束后，软件会根据像面上的像(一个圆)进行数据分析，自动求解出该圆所占的像素面积(RMS值)，并记录此值，比较这两次的值，如果第二次的值变大了，说明移动方向反了，那么软件将会给精密步进电机发出指令向相反方向走Δ/8......；如果第二次的值变小了，说明移动方向正确，那么软件将会给步进电机发出指令继续沿着该方向前进Δ/8……如此经过多次移动、比较判断、反向移动，直到最后4次的数据不再出现单调变化(再次表明移动方向错误)为止。此时软件自动调整步进量为Δ/16，再次反复迭代之前的逻辑，直到最后4次的数据不在出现单调递增为止。此时自动装调系统工作完毕。

[0049] 至此，实际装调工作已完成了一大部分，剩下的就是机械工程师根据精密步进电机的位移量加工制作相应尺寸的修切垫圈，完成最后的点胶、固化工作。

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