CN113741043B - 一种椭球反射镜位置调整装置及调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种椭球反射镜位置调整装置及调整方法，椭球反射镜位置调整装置包括：内调焦望远镜、受光屏、光源、光源标定版、灯室位置标定版、灯室基准固定板和五维调整机构；灯室基准固定板位于光学平台上，灯室位置标定版固定在灯室基准固定板上；五维调整机构位于灯室位置标定版上侧；光源标定版位于五维调整机构上侧；受光屏位于光源上侧；内调焦望远镜将光源、灯室位置标定版的标记中心和受光屏的标记中心调整至同一光轴；五维调整机构对椭球反射镜进行调节，使得光源位于椭球反射镜的实际第一焦点处，且受光屏的标记中心位于椭球反射镜的实际第二焦点处。本发明提供的技术方案，以解决椭球反射镜的位置调整精度低、调整复杂的问题。

Description

一种椭球反射镜位置调整装置及调整方法

技术领域

本发明涉及光刻技术领域，尤其涉及一种椭球反射镜位置调整装置及调整方法。

背景技术

椭球反射镜广泛应用于照明领域，在高新技术如采用汞灯照明的投影物镜光刻机的应用中，需要较高的照度和照明均匀性，对椭球反射镜具有较高的设计和装调精度要求。

一般情况下，对于光刻机的汞灯灯室，由汞灯发出的光经过上述椭球反射镜和平面反射镜之后投射至出光侧，形成光锥，作为照明光源使用。但是光锥相对于灯室的对外接口需要满足一定的偏心和倾斜角度，以满足灯室和其他组件的装配需求。但由于灯室中各零件的加工配合误差，导致灯室发出的光锥无法满足精度要求。所以需要调节灯室中的椭球反射镜和平面反射镜的位置来补偿零件的加工和装配误差，将灯室的光锥调节到公差范围内。

上述调节方法需要调节的机构较多，一旦灯室出现问题需要重新调节，灯室中各结构均需要重新调整，不能保证每次更换后性能保持一致，使得调整误差较大，并且调整复杂，不利于光刻工艺的进行，降低工艺效率。

发明内容

本发明实施例提供了一种椭球反射镜位置调整装置及调整方法，以解决椭球反射镜的位置调整精准度低，且调整过程较为复杂的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种椭球反射镜位置调整装置，包括：内调焦望远镜、受光屏、光源、光源标定版、灯室位置标定版、灯室基准固定板和五维调整机构；

所述灯室基准固定板设置于光学平台的一侧；所述灯室位置标定版固定在所述灯室基准固定板上，用于设置标记以标定灯室位置；所述五维调整机构设置于所述灯室位置标定版远离所述光学平台的一侧，用于放置所述椭球反射镜并调整所述椭球反射镜的位置；所述光源标定版设置于所述五维调整机构远离所述光学平台的一侧，用于设置标记以标定所述光源的安装位置；所述受光屏设置于所述光源远离所述光学平台的一侧，用于设置标记标定受光屏的位置；

所述内调焦望远镜用于将所述光源、所述灯室位置标定版的标记中心和所述受光屏的标记中心调整至同一光轴，形成基准光轴；且所述光源位于所述椭球反射镜的理论第一焦点处，所述受光屏的标记中心位于所述椭球反射镜的理论第二焦点处；

所述五维调整机构还用于对所述椭球反射镜进行位置调节，使得所述光源位于所述椭球反射镜的实际第一焦点处，且所述受光屏的标记中心位于所述椭球反射镜的实际第二焦点处。

第二方面，本发明实施例还提供了一种椭球反射镜位置调整方法，采用本发明任意实施例提供的椭球反射镜位置调整装置执行，包括：

通过所述内调焦望远镜分别将所述光源、所述灯室位置标定版的标记中心和所述受光屏的标记中心调整至同一光轴，形成基准光轴；且所述光源位于所述椭球反射镜的理论第一焦点处，所述受光屏的标记中心位于所述椭球反射镜的理论第二焦点处；

所述五维调整机构还用于对所述椭球反射镜进行位置调节，使得所述光源位于所述椭球反射镜的实际第一焦点处，且所述受光屏的标记中心位于所述椭球反射镜的实际第二焦点处。

本发明中，椭球反射镜位置调整装置包括内调焦望远镜、受光屏、光源标定版、光源和灯室位置标定版组成的位置标定单元，沿远离光学平台的方向，依次设置上述灯室位置标定版、光源标定版和受光屏，内调焦望远镜调整灯室位置标定版的标记中心、光源和受光屏的标记中心调整至同一基准光轴，并将光源设置于椭球反射镜的理论第一焦点处，受光屏的标记中心设置于理论第二焦点处，在此基础上，安装椭球反射镜，则受光屏、光源、五维调整机构和椭球反射镜形成检测调节单元，通过五维调整机构对椭球反射镜的位置进行调整，使得光源位于椭球反射镜的实际第一焦点，受光屏的标记中心设置于实际第二焦点，使得椭球反射镜的光轴与上述基准光轴重合，从而建立了椭球反射镜的光轴与灯室位置之间的关系，确认了实际光轴，提高了定位精度，从而提高曝光分***集成精度，并能够在其他部件位置标定后，仅通过调整椭球反射镜的位置对光源的出射光斑进行调整，调整过程简单，提高曝光分***的灯室集成效率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种椭球反射镜位置调整装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种椭球反射镜位置调整装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种椭球反射镜位置调整方法的流程示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种椭球反射镜位置调整方法的流程示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种椭球反射镜位置调整装置的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种标记对位结构示意图；

图7是本发明实施例提供的另一种标记对位结构示意图；

图8是本发明实施例提供的另一种椭球反射镜位置调整方法的流程示意图；

图9是本发明实施例提供的另一种椭球反射镜位置调整装置的结构示意图；

图10是本发明实施例提供的一种光源成像的结构示意图；

图11是本发明实施例提供的一种光源成像的光路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

现有技术中为获取均匀的用于光刻的照明光源，需要在灯室中通过椭球反射镜对光源出射的光线进行反射，形成出光均匀的光锥。为了将灯室中的光锥调节到公差范围内，需要同时调节椭球反射镜以及灯室中各结构，需要调节机构较多，调节过程越复杂，引入的调节误差越大，越不易调整，在实现本发明实施例的过程中，在对椭球反射镜进行调整之前，通过建立基准光轴，建立灯室位置与椭球反射镜调整装置的位置关系，从而椭球反射镜实际光轴与基准光轴重合，提高椭球反射镜调整精度。

本发明实施例提供了一种椭球反射镜位置调整装置，可应用于光刻机的曝光分***的灯室内的照明光源的调节，包括：内调焦望远镜、受光屏、光源、光源标定版、灯室位置标定版、灯室基准固定板和五维调整机构；

灯室基准固定板设置于光学平台的一侧；灯室位置标定版固定在灯室基准固定板上，用于设置标记以标定灯室位置；五维调整机构设置于灯室位置标定版远离光学平台的一侧，用于放置椭球反射镜并调整椭球反射镜的位置；光源标定版设置于五维调整机构远离光学平台的一侧，用于设置标记以标定光源的安装位置；受光屏设置于光源远离光学平台的一侧，用于设置标记标定受光屏的位置；

内调焦望远镜用于将光源、灯室位置标定版的标记中心和受光屏的标记中心调整至同一光轴，形成基准光轴；且光源位于椭球反射镜的理论第一焦点处，受光屏的标记中心位于椭球反射镜的理论第二焦点处；

五维调整机构还用于对椭球反射镜进行位置调节，使得光源位于椭球反射镜的实际第一焦点处，且受光屏的标记中心位于椭球反射镜的实际第二焦点处。

本发明实施例中，椭球反射镜位置调整装置包括内调焦望远镜、受光屏、光源标定版、光源和灯室位置标定版组成的位置标定单元，沿远离光学平台的方向，依次设置上述灯室位置标定版、光源标定版和受光屏，内调焦望远镜调整灯室位置标定版的标记中心、光源和受光屏的标记中心调整至同一基准光轴，并将光源设置于椭球反射镜的理论第一焦点处，受光屏的标记中心设置于理论第二焦点处，在此基础上，安装椭球反射镜，则受光屏、光源、五维调整机构和椭球反射镜形成检测调节单元，通过五维调整机构对椭球反射镜的位置进行调整，使得光源位于椭球反射镜的实际第一焦点，受光屏的标记中心设置于实际第二焦点，使得椭球反射镜的光轴与上述基准光轴重合，从而建立了椭球反射镜的光轴与灯室位置之间的关系，确认了实际光轴，提高了定位精度，从而提高曝光分***集成精度，并能够在其他部件位置标定后，仅通过调整椭球反射镜的位置对光源的出射光斑进行调整，调整过程简单，提高曝光分***的灯室集成效率。

以上是本发明的核心思想，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明实施例提供的一种椭球反射镜位置调整装置的结构示意图，如图1所示，椭球反射镜位置调整装置包括内调焦望远镜11、受光屏12、光源13、光源标定版14、灯室位置标定版17、灯室基准固定板19和五维调整机构16。

椭球反射镜15可通过反射将不均匀的光源形成照度均匀的照明光源，具体的，椭球反射镜15包括位于光轴上的第一焦点和第二焦点，而从第一焦点发出的出射光线，出射至椭球反射镜15内表面形成的反射光线均能通过第二焦点，第二焦点处的光源成像照度均匀，可作为光刻工艺的照明光源。本实施例中，可将光源13放置于第一焦点处，则光源13在第二焦点处的光源成像即可作为照明光源。可选的，本实施例中的光源13可以为汞灯或LED灯珠等，本实施例对此不进行限定。

灯室基准固定板19设置于光学平台18上；灯室位置标定版17设置于灯室基准固定板19远离光学平台18的一侧，且与灯室固定板19固定连接。灯室固定板19放置于光学平台18的承载面上，并且可进行灯室位置标定版17的固定安装，在一定程度上，灯室基准固定板19可代表灯室位置，灯室位置标定版17与灯室基准固定板19固定连接建立关系，也即为灯室位置标定版17和灯室位置之间建立关系，在需要对灯室基准固定板19进行调整时，直接通过灯室位置标定版17进行调整即可。

灯室位置标定板17设置有标记，用以标定灯室位置，因为灯室和其他组件之间有装配需求，灯室和椭球反射镜15之间也有一定的配合要求，避免椭球反射镜15反射形成的照明光源与灯室对外接口之间存在倾斜或偏心，所以设置灯室位置标定版17用来标定灯室位置，以实现椭球反射镜15的光轴与灯室位置的关联。

五维调整机构16设置于灯室位置标定版17远离光学平台18的一侧，用于放置椭球反射镜15调整椭球反射镜15的位置，并能够在多维度内对椭球反射镜15的位置、角度、朝向等进行调整。光源标定版14设置于五维调整机构16远离光学平台18的一侧，设置有标记以标定光源13的安装位置，可选的，光源13可安装于光源标定版14的标记的标记中心，则本实施例目的在于调整光源标定版14的位置使得光源13位于椭球反射镜15的第一焦点处。受光屏12设置于光源13远离光学平台18的一侧，设置有标记以标定受光屏12的位置，受光屏12用于展示光源成像效果，本实施例目的在于将受光屏12的标记中心调至椭球反射镜15的第二焦点处。因为工艺以及材料原因，椭球反射镜15的第一焦点和第二焦点的理论位置和实际位置之间存在误差，则本实施例中，可首先将光源13调整至椭球反射镜15的理论第一焦点处，并将受光屏12的标记中心调至椭球反射镜15的理论第二焦点处。

内调焦望远镜11可通过镜头内部镜片将焦距调整至无穷远，从而可近似认定内调焦望远镜11接收的为平行光线，可准确获取标记的平面成像，用于对灯室位置标定版17、光源标定版14和受光屏12的位置进行调整，最终将光源13、灯室位置标定版17的标记中心和受光屏12的标记中心调整至同一光轴，形成基准光轴L1，建立起椭球反射镜15与灯室的基准光轴L1之间关系，锁定灯室与椭球反射镜位置调整装置整体的位置关系，提高曝光分***集成精度。可选的，灯室位置标定版17、光源标定版14和受光屏12的标记可均设置于其所在平面的中心位置，提高位置调节的准确性。

可选的，光源标定版14的标记、灯室位置标定版17的标记和受光屏12的标记均可以为十字型。内调焦望远镜11内一般设置有十字划分板，为了便于根据标记的尺寸、位置对上述各部件位置进行调整，各部件的标记可以为十字型，以提高基准光轴L1的设置精度，可选的，光源标定版14的标记、灯室位置标定版17的标记和受光屏12的标记的尺寸一致，以进一步提高基准光轴L1的精度。当然，光源标定版14的标记、灯室位置标定版17的标记和受光屏12的标记还可以为其他形状，例如，三角形、矩形等，本实施例对此不进行限定。

综上，在不安装椭球反射镜15的前提下，内调焦望远镜11、受光屏12、光源标定版14、光源13和灯室位置标定版17可形成位置标定单元，用于提前锁定各上述受光屏12、光源标定版14和灯室位置标定版17的位置，建立基准光轴L1，提高曝光分***集成精度。

此后，在五维调整机构16上安装椭球反射镜15，撤掉内调焦望远镜11，则受光屏12、光源13、椭球反射镜15和五维调整机构16形成检测调节单元，获取椭球反射镜15的实际光轴L2，从而获取实际第一焦点和实际第二焦点的位置，并对椭球反射镜15进行位置调整，使得实际第一焦点与基准光轴L1的理论第一焦点重合，实际第二焦点与基准光轴L1的理论第二焦点重合，从而实现椭球反射镜15的实际光轴L2与基准光轴L1之间的重合。至此，完成椭球反射镜位置调整过程，使得光源13在受光屏13处形成的光源成像精准地从灯室的对外接口透出，提高曝光分***集成精度。本实施例中，椭球反射镜的位置调整精准度高，且调整精度较高，提高了曝光分***集成效率。

图2是本发明实施例提供的另一种椭球反射镜位置调整装置的结构示意图，可选的，椭球反射镜位置调整装置还可以包括：平面反射镜20；平面反射镜20设置于光源13远离光学平台18的一侧，用于将光源13的出射光线以及椭球反射镜15的反射光线反射至受光屏12。参考图1，可直接将光源13的出射光线以及椭球反射镜15的反射光线投射至受光屏12，此时椭球反射镜15的光轴为直线型，但是直线型光轴占用纵向空间较大，本实施例可根据实际空间需求采用平面反射镜20改变光轴方向，以减少椭球反射镜位置调整装置的纵向空间，进一步提高整个曝光分***所占体积，提高曝光分***集成度。

基于同一构思，本发明实施例还提供一种椭球反射镜位置调整方法，适用于本发明任意实施例提供的椭球反射镜位置调整装置。图3是本发明实施例提供的一种椭球反射镜位置调整方法的流程示意图，如图3所示，本实施例的方法包括如下步骤：

步骤S110、通过内调焦望远镜分别将光源、灯室位置标定版的标记中心和受光屏的标记中心调整至同一光轴，形成基准光轴；且光源位于椭球反射镜的理论第一焦点处，受光屏的标记中心位于椭球反射镜的理论第二焦点处。

步骤S120、五维调整机构还用于对椭球反射镜进行位置调节，使得光源位于椭球反射镜的实际第一焦点处，且受光屏的标记中心位于椭球反射镜的实际第二焦点处。

本发明实施例中，椭球反射镜位置调整装置包括内调焦望远镜、受光屏、光源标定版、光源和灯室位置标定版组成的位置标定单元，沿远离光学平台的方向，依次设置上述灯室位置标定版、光源标定版和受光屏，内调焦望远镜调整灯室位置标定版的标记中心、光源和受光屏的标记中心调整至同一基准光轴，并将光源设置于椭球反射镜的理论第一焦点处，受光屏的标记中心设置于理论第二焦点处，在此基础上，安装椭球反射镜，则受光屏、光源、五维调整机构和椭球反射镜形成检测调节单元，通过五维调整机构对椭球反射镜的位置进行调整，使得光源位于椭球反射镜的实际第一焦点，受光屏的标记中心设置于实际第二焦点，使得椭球反射镜的光轴与上述基准光轴重合，从而建立了椭球反射镜的光轴与灯室位置之间的关系，确认了实际光轴，提高了定位精度，从而提高曝光分***集成精度，并能够在其他部件位置标定后，仅通过调整椭球反射镜的位置对光源的出射光斑进行调整，调整过程简单，提高曝光分***的灯室集成效率。

可选的，作为本发明实施例的一种实现方式，本实施例对上述步骤S110进行详述，如图4所示，图4是本发明实施例提供的另一种椭球反射镜位置调整方法的流程示意图，具体的，通过内调焦望远镜分别将光源、灯室位置标定版的标记中心和受光屏的标记中心调整至同一光轴，形成基准光轴；且光源位于椭球反射镜的理论第一焦点处，受光屏的标记中心位于第二焦点处，可以包括如下步骤：

步骤S210、将内调焦望远镜调焦至无穷远，并提供标定光束。

在依次调整灯室位置标定版、光源标定版和受光屏的位置之前，还可以包括：将灯室位置标定版安装在灯室基准固定板上；放置灯室基准固定板在光学平台上，并通过灯室位置标定版调整灯室基准固定板。

图5是本发明实施例提供的另一种椭球反射镜位置调整装置的结构示意图，在执行步骤S210之前，可以将灯室位置标定版17安装在灯室基准固定板19上，并将光源与光源标定版14通过影像仪建立关系，预留光源安装接口，并安装光源13。并放置灯室基准固定板19在光学平台18上，并可依次安装平面反射镜20、内调焦望远镜11以及五维调整机构16，形成图5所示的结构，也即，形成位置标定单元。

在图5所示的结构基础上，将内调焦望远镜11调焦至无穷远，依次对灯室位置标定版17、光源标定版14和受光屏12进行位置标定，并通过外部光源为各标记提供标定光束，以提高标定精度。可选的，本实施例中灯室位置标定版和光源标定版使用亮十字划分板，标定时，标定光束照射标记所在平面，也即标定面。受光屏则采用暗十字划分板，标定时，标定光束自标记所在平面的背面照射。

步骤S220、依次调整灯室位置标定版、光源标定版和受光屏的位置；其中，光源位于椭球反射镜的理论第一焦点处，受光屏的标记中心位于第二焦点处。

本步骤中可将光源调整至椭球反射镜的理论第一焦点处，将受光屏的标记中心调整至第二焦点处，之后对灯室位置标定版、光源标定版和受光屏通过上述各部件的标记进行位置标定。

步骤S230、调整各标记与内调焦望远镜的十字划分板之间满足Rx小于第一角度阈值，Ry小于第二角度阈值，Dx小于第一距离阈值，以及Dy小于第二距离阈值。

其中，十字划分板形成以十字中心为原点，以一条划线为横坐标轴，以另一划线为纵坐标轴的第一坐标系，Rx为标记所在平面与第一坐标系的横坐标轴之间的夹角；Ry为标记所在平面与第一坐标系的纵坐标轴之间的夹角；Dx为标记中心的正投影与第一坐标系的原点在横坐标轴方向上的偏移量，Dy为标记中心的正投影与第一坐标系的原点在纵坐标轴方向上的偏移量。

本步骤需要根据内调焦望远镜内十字划分板上的各标记的正投影，对灯室位置标定版、光源标定版和受光屏的位置依次调整，使得灯室位置标定版的标记中心、光源和受光屏的标记中心均位于基准光轴，且灯室位置标定版所在平面、光源标定版所在平面和受光屏所在平面均垂直于基准光轴。

具体的，如图6所示，图6是本发明实施例提供的一种标记对位结构示意图，十字划分板22上包括相互垂直的划线，本实施例以十字划分板22的十字中心为原点O1，以其中一条划线为横坐标轴X，以另一划线为纵坐标轴Y，形成十字划分板所在平面的第一坐标系。将标记在十字划分板22上的正投影与第一坐标系之间进行对位。本实施例以十字型的标记作为示例进行说明，便于进行光轴对位，如图6所示，标记的标记中心o1在十字划分板22上正投影与原点O若不重合，则说明标记和内调焦望远镜自身光轴存在偏移，此需要控制该标记所处部件在垂直于内调焦望远镜自身光轴所在平面上移动，使得标记的标记中心o1在十字划分板上正投影与原点O重合，具体的，控制标记中心o1的正投影与第一坐标系的原点O在横坐标轴X方向上的偏移量小于第一距离阈值，并控制标记中心o1的正投影与第一坐标系的原点O在纵坐标轴Y方向上的偏移量小于第二距离阈值，以使标记中心o1无限逼近原点O，从而使得灯室位置标定版的标记中心、光源和受光屏的标记中心均位于内调焦望远镜自身光轴上，形成基准光轴。示例性的，第一距离阈值小于或等于10μm，且第二距离阈值小于或等于10μm。

此外，可控制标记所在平面与第一坐标系的横坐标轴X之间的夹角Rx小于第一角度阈值，标记所在平面与第一坐标系的纵坐标轴Y之间的夹角Ry小于第二角度阈值。使得灯室位置标定版所在平面、光源标定版所在平面和受光屏所在平面均垂直于基准光轴，提高位置标定的精度。如图7所示，图7是本发明实施例提供的另一种标记对位结构示意图，当标记所在平面与第一坐标系所在平面存在夹角时，标记在十字划分板22上的正投影会形成中心偏移的偏心十字型，示例性的，图7示出了标记所在平面与第一坐标系的纵坐标轴Y之间的夹角Ry的情况下的偏心十字型，本实施例可对标记所在平面与第一坐标系的横坐标轴以及纵坐标轴之间的夹角进行调整。示例性的，第一角度阈值可以小于或等于15μrad，第二角度阈值小于或等于15μrad，以使标记所在平面与十字划分板22趋于平行。

步骤S240、锁定灯室位置标定版、光源标定版和受光屏的位置，使得光源、灯室位置标定版的标记中心和受光屏的标记中心调整至同一光轴，形成基准光轴。

当通过控制上述Rx，Ry，Dx和Dy几个参数的取值，使得光源、灯室位置标定版的标记中心和受光屏的标记中心调整至同一光轴，形成基准光轴，并且使得灯室位置标定版所在平面、光源标定版所在平面和受光屏所在平面均垂直于基准光轴。之后可将灯室位置标定版、光源标定版和受光屏的位置锁定，建立了椭球反射镜的光轴与灯室位置之间的关系。

在某一示例中，通过上述位置标定方案，可实现灯室位置标定版、光源标定版和受光屏的位置标定及调整，实测定位结构：各标记Dx＝0.615μm，Dy＝0.924μm，Dz＝0.050μm，Rx＝1.2μrad，Ry＝1.1μrad，位置标定误差较小，提高了位置标定的准确性。

本实施例主要依次对灯室位置标定版、光源标定版和受光屏和内调焦望远镜光轴进行对位，使得光源、灯室位置标定版的标记中心和受光屏的标记中心形成基准光轴，便于后续进行椭球反射镜的实际光轴与基准光轴之间的对位，提高了椭球反射镜的调节精度，简化调节过程。

可选的，作为本发明实施例的另一种实现方式，本实施例对上述步骤S120进行详述，如图8所示，图8是本发明实施例提供的另一种椭球反射镜位置调整方法的流程示意图，具体的，五维调整机构还用于对椭球反射镜进行位置调节，使得光源位于椭球反射镜的实际第一焦点处，且受光屏的标记中心位于椭球反射镜的实际第二焦点处，可以包括如下步骤：

步骤S310、在五维调整机构上安装椭球反射镜；开启光源，并获取受光屏上的光源成像；其中，受光屏所在平面内形成有以第一方向为横坐标轴，以第二方向为纵坐标轴的第二坐标系；第一方向与第二方向垂直；第二坐标系的原点位于基准光轴上。

图9是本发明实施例提供的另一种椭球反射镜位置调整装置的结构示意图，相对于图5所示的位置标定单元，图9中椭球反射镜位置调整装置撤去内调焦望远镜11，安装椭球反射镜15，则受光屏12、光源13、椭球反射镜15和五维调整机构16形成检测调节单元。开启光源13，使得光源13在受光屏12形成光源成像23。同理，本实施例在受光屏12所在平面内形成以第一方向为横坐标轴X’，以第二方向为纵坐标轴Y’的第二坐标系；第一方向X’与第二方向Y’垂直。横坐标轴X’和纵坐标轴Y’的交点，也即第二坐标系的原点O’位于基准光轴上。

步骤S320、将光源成像移动至覆盖第二坐标系的原点，获取光源成像与第二坐标系的交点坐标：第一位置坐标(X1，0)，第二位置坐标(-X2，0)，第三位置坐标(0，Y1)，第四位置坐标(0，-Y2)；X1、X2、Y1、Y2均为正数。

继续参考图9，调整椭球反射镜15的位置使得光源成像23移动至覆盖第二坐标系的原点O’，并微调椭球反射镜15，使得光源成像23形成中心位于原点O’的圆形光斑，从而使得椭球反射镜15的实际光轴与基准光轴重合，且椭球反射镜15的实际第一焦点与理论第一焦点重合，实际第二焦点与理论第二焦点重合。可设定光源成像23的外部轮廓与横坐标轴X’的交点为第一位置坐标(X1，0)和第二位置坐标(-X2，0)，与纵坐标轴Y’的交点为第三位置坐标(0，Y1)和第四位置坐标(0，-Y2)，本实施例中X1、X2、Y1、Y2均为正数，则-X2和-Y2为负数。

步骤S330、通过调整椭球反射镜在垂直于基准光轴的平面内的位置，使得|X1-X2|<d1，|Y1-Y2|<d2；d1为横向偏移阈值，d2为纵向偏移阈值。

参考图9，为了避免椭球反射镜的实际光轴L2与基准光轴L1在垂直于基准光轴的平面内出现错位，可控制|X1-X2|小于横向偏移阈值d1，也即，X1和X2近似相等，使得光源成像23的中心在横坐标轴X’方向上趋近原点O’，并控制|Y1-Y2|小于纵向偏移阈值d2，也即，Y1和Y2近似相等，使得光源成像23的中心在纵坐标轴Y’方向上趋近原点O’。

步骤S340、通过调整椭球反射镜与垂直于基准光轴的平面的夹角，使得|(X1-X2)-(Y1-Y2)|<d3；d3为总体偏移阈值。

图10是本发明实施例提供的一种光源成像的结构示意图，当椭球反射镜的实际光轴与基准光轴之间存在相交错位情况时，光源成像23会产生畸变，示例性的，圆形的光源可在受光屏上形成椭圆形的光源成像23，为防止出现光源成像23变形的情况，避免椭球反射镜的实际光轴L2与基准光轴L1之间相交错位，本实施例可控制|(X1-X2)-(Y1-Y2)|小于总体偏移阈值d3，具体的，可通过调整椭球反射镜与垂直于基准光轴的平面的夹角，也即，调整椭球反射镜的第一焦点的焦平面与垂直于基准光轴的平面的夹角，达到椭球反射镜的第一焦点的焦平面与基准光轴趋于垂直的目的，从而使得光源成像不易形变。

步骤S350、通过调整椭球反射镜在平行于基准光轴的平面内的位置，使得d4<X1+X2<d5、d6<Y1+Y2<d7；d4为第一尺寸阈值，d5为第二尺寸阈值，d6为第三尺寸阈值，d7为第四尺寸阈值。

本实施例的目的是将受光屏设置于靠近椭球反射镜的第二焦点的焦平面处，但是当受光屏距离椭球反射镜过近或过远时，受光屏上的光源成像的尺寸将会变大，本实施例可根据光源大小、椭球反射镜放大倍数等确定第二焦点的焦平面处的光源成像的标准尺寸，并控制d4<X1+X2<d5，使得光源成像横坐标轴X’方向上的尺寸在第一尺寸阈值d4和第二尺寸阈值d5之间的范围内，光源成像横坐标轴X’方向上的标准尺寸在第一尺寸阈值d4和第二尺寸阈值d5之间。同理，控制d6<Y1+Y2<d7，使得光源成像横坐标轴X’方向上的尺寸在第三尺寸阈值d6和第四尺寸阈值d7之间的范围内，光源成像纵坐标轴Y’方向上的标准尺寸在第三尺寸阈值d6和第四尺寸阈值d7之间。具体的，本实施例通过调整平行于基准光轴的平面内的位置，调整椭球反射镜和受光屏之间的距离。

在本实施例中，可根据如下推导过程获取光源成像的标准尺寸。如图11所示，图11是本发明实施例提供的一种光源成像的光路图。以椭球反射镜的顶点为原点O”，以光轴方向为横坐标轴X”，以垂直于光轴的方向为纵坐标轴Y”，建立第三坐标系，光源发出的出射光线AB至椭球反射镜，被反射形成反射光线BA2，根据椭球曲线方程可以得到反射点B(x.y)，出射光线AB与横坐标轴X”之间夹角为U，tanU＝y/(L-x),L为AO”的长度，BC为曲面在B点处的法线，该法线与横坐标轴X”之间夹角为Q，根据反射定律：i＝i’，而Q＝U-i＝i’+U1；因此，在已知出射光线AB与横坐标轴X”之间夹角为U，可知反射光线BA2与横坐标轴X”之间夹角为U1，由tanU1＝y/(L’-x),L’＝x+y/tanU1，可得出反射光线BA2与横坐标轴X”轴交点A2，L’为A2O”的长度；又可知，tanU1＝h’/(L’-f2)，则可得到h’＝(L’-f2)/tanU1。通过以上公式，可计算反射光线BA2与第二焦点的焦平面的交点A1，确定光源成像在第二焦点的焦平面处的标准尺寸。

可选的，本实施例中光源的最大尺寸可以为1mm；则根据椭球反射镜放大倍率计算，在第二焦点的光源成像为9.4mm。则可设置d4大于或等于9.3mm，d5小于或等于9.5mm，d6大于或等于9.3mm，d7小于或等于9.5mm，使得受光屏的原点向实际第二焦点处调整，且受光屏所在平面与实际第二焦点的焦平面平行。

可选的，d1小于或等于0.1mm，d2小于或等于0.1mm，d3小于或等于0.1mm，防止实际光轴与基准光轴平行移位，或相交错位。

上述步骤S330能够避免椭球反射镜的实际光轴和基准光轴之间出现平行位移，步骤S340能够避免椭球反射镜的实际光轴和基准光轴之间相交，步骤S350能够保证受光屏位于椭球反射镜的第二焦点所处的焦平面，综上，上述步骤S330至步骤S350，能够控制椭球反射镜的实际光轴和基准光轴趋于重合，并能够使得椭球反射镜的实际第一焦点与理论第一焦点重合，实际第二焦点与理论第二焦点重合，具体通过对椭球反射镜进行五维位置调整实现。需要注意的是，上述步骤S330至步骤S350的执行顺序任意调换，本实施例对其执行顺序不进行限定。

步骤S360、锁定椭球反射镜的位置，光源位于椭球反射镜的实际第一焦点处，且受光屏的标记中心位于椭球反射镜的实际第二焦点处。

本实施例通过控制椭球反射镜在五维方向上进行位置调整，使得椭球反射镜的实际光轴和基准光轴趋于重合，并能够使得椭球反射镜的实际第一焦点与理论第一焦点重合，实际第二焦点与理论第二焦点重合，提高了椭球反射镜的定位精度，提高了光源成像的均匀性。

此外，在本实施例中的另一种实施方式中，可以同时采用步骤S210至步骤S240的基准光轴建立方案，以及步骤S330至步骤S350的椭球反射镜的检测调节方案，以实现本实施例的椭球反射镜位置调整方法。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种椭球反射镜位置调整装置，其特征在于，包括：内调焦望远镜、受光屏、光源、光源标定版、灯室位置标定版、灯室基准固定板和五维调整机构；

所述光源位于光源标定版的标记中心；所述灯室基准固定板设置于光学平台的一侧；所述灯室位置标定版固定在所述灯室基准固定板上，用于设置标记以标定灯室位置；所述五维调整机构设置于所述灯室位置标定版远离所述光学平台的一侧，用于放置所述椭球反射镜并调整所述椭球反射镜的位置；所述光源标定版设置于所述五维调整机构远离所述光学平台的一侧，用于设置标记以标定所述光源标定版的安装位置；所述受光屏设置于所述光源远离所述光学平台的一侧，用于设置标记标定受光屏的位置；

所述内调焦望远镜用于将所述光源、所述灯室位置标定版的标记中心和所述受光屏的标记中心调整至同一光轴，形成基准光轴；且所述光源位于所述椭球反射镜的理论第一焦点处，所述受光屏的标记中心位于所述椭球反射镜的理论第二焦点处；

所述五维调整机构还用于对所述椭球反射镜进行位置调节，使得所述光源位于所述椭球反射镜的实际第一焦点处，且所述受光屏的标记中心位于所述椭球反射镜的实际第二焦点处。

2.根据权利要求1所述的椭球反射镜位置调整装置，其特征在于，还包括：平面反射镜；

所述平面反射镜设置于所述光源远离所述光学平台的一侧，用于将所述光源的出射光线以及所述椭球反射镜的反射光线反射至所述受光屏。

3.根据权利要求1所述的椭球反射镜位置调整装置，其特征在于：

所述光源标定版的标记、所述灯室位置标定版的标记和所述受光屏的标记均为十字型。

4.一种椭球反射镜位置调整方法，其特征在于，适用于上述权利要求1-3任一项所述的椭球反射镜位置调整装置，所述椭球反射镜位置调整方法包括：

通过所述内调焦望远镜分别将所述光源、所述灯室位置标定版的标记中心和所述受光屏的标记中心调整至同一光轴，形成基准光轴；且所述光源位于所述椭球反射镜的理论第一焦点处，所述受光屏的标记中心位于所述椭球反射镜的理论第二焦点处；

所述五维调整机构还用于对所述椭球反射镜进行位置调节，使得所述光源位于所述椭球反射镜的实际第一焦点处，且所述受光屏的标记中心位于所述椭球反射镜的实际第二焦点处。

5.根据权利要求4所述的椭球反射镜位置调整方法，其特征在于，

通过所述内调焦望远镜分别将所述光源标定版的标记中心、所述灯室位置标定版的标记中心和所述受光屏的标记中心调整至同一光轴，形成基准光轴；且所述光源标定版的标记中心位于所述椭球反射镜的理论第一焦点处，所述受光屏的标记中心位于所述第二焦点处,包括：

将所述内调焦望远镜调焦至无穷远，并提供标定光束；

依次调整所述灯室位置标定版、所述光源标定版和所述受光屏的位置；其中，所述光源位于所述椭球反射镜的理论第一焦点处，所述受光屏的标记中心位于所述第二焦点处；

调整各所述标记与所述内调焦望远镜的十字划分板之间满足Rx小于第一角度阈值，Ry小于第二角度阈值，Dx小于第一距离阈值，以及Dy小于第二距离阈值；其中，所述十字划分板形成以十字中心为原点，以一条划线为横坐标轴，以另一划线为纵坐标轴的第一坐标系，Rx为所述标记所在平面与所述第一坐标系的横坐标轴之间的夹角；Ry为所述标记所在平面与所述第一坐标系的纵坐标轴之间的夹角；Dx为所述标记中心的正投影与所述第一坐标系的原点在横坐标轴方向上的偏移量，Dy为所述标记中心的正投影与所述第一坐标系的原点在纵坐标轴方向上的偏移量；

锁定所述灯室位置标定版、所述光源标定版和所述受光屏的位置，使得所述光源、所述灯室位置标定版的标记中心和所述受光屏的标记中心调整至同一光轴，形成基准光轴。

6.根据权利要求5所述的椭球反射镜位置调整方法，其特征在于，在依次调整所述灯室位置标定版、所述光源标定版和所述受光屏的位置之前，还包括：

将所述灯室位置标定版安装在所述灯室基准固定板上；

放置所述灯室基准固定板在光学平台上，并通过所述灯室位置标定版调整所述灯室基准固定板。

7.根据权利要求5所述的椭球反射镜位置调整方法，其特征在于，

第一角度阈值小于或等于15μrad，第二角度阈值小于或等于15μrad，第一距离阈值小于或等于10μm，且第二距离阈值小于或等于10μm。

8.根据权利要求4所述的椭球反射镜位置调整方法，其特征在于，所述五维调整机构还用于对所述椭球反射镜进行位置调节，使得所述光源位于所述椭球反射镜的实际第一焦点处，且所述受光屏的标记中心位于所述椭球反射镜的实际第二焦点处，包括：

在所述五维调整机构上安装椭球反射镜；开启所述光源，并获取所述受光屏上的光源成像；其中，所述受光屏所在平面内形成有以第一方向为横坐标轴，以第二方向为纵坐标轴的第二坐标系；所述第一方向与所述第二方向垂直；所述第二坐标系的原点位于所述基准光轴上；

将所述光源成像移动至覆盖所述第二坐标系的原点，获取所述光源成像与所述第二坐标系的交点坐标：第一位置坐标（X1，0），第二位置坐标（-X2，0），第三位置坐标（0，Y1），第四位置坐标（0，-Y2）；X1、X2、Y1、Y2均为正数；

通过调整所述椭球反射镜在垂直于所述基准光轴的平面内的位置，使得|X1-X2|<d1，|Y1-Y2|<d2；d1为横向偏移阈值，d2为纵向偏移阈值；

通过调整所述椭球反射镜与垂直于所述基准光轴的平面的夹角，使得 |(X1-X2)-(Y1-Y2)|<d3；d3为总体偏移阈值；

通过调整所述椭球反射镜在平行于所述基准光轴的平面内的位置，使得d4<X1+X2<d5、d6<Y1+Y2<d7；d4为第一尺寸阈值，d5为第二尺寸阈值，d6为第三尺寸阈值，d7为第四尺寸阈值；

锁定所述椭球反射镜的位置，所述光源位于所述椭球反射镜的实际第一焦点处，且所述受光屏的标记中心位于所述椭球反射镜的实际第二焦点处。

9.根据权利要求8所述的椭球反射镜位置调整方法，其特征在于，所述光源的最大尺寸为1mm；

d1小于或等于0.1mm，d2小于或等于0.1mm ，d3小于或等于0.1mm 。

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