Abstract A high-precision and strain-free semi-kinematic mount has been proposed in this research for ultra-precision optical systems. The mount includes three identical feet. Each foot constrains the axial and the tangential direction of the lens motion. Three feet in combination precisely control the six degree-of-freedom (6-DOF) motion of the lens. A strain-free mount of the lens was obtained and the high-precision surface figure of the lens was guaranteed. A prototype of the semi-kinematic mount was developed for the lens with diameter/thickness ratio of 6.73. The surface figure testing of the static mount, the 6-DOF dynamic adjustment and the thermal mount of the lens were carried out. The experimental results show that the surface figure of the static mount is 1.963 nm before adhesion on the feet. With the influence of the shrinkage stress of the epoxy glue, the surface figure of the lens is degenerated to 2.133 nm after adhesion on the feet. When the lens is adjusted 30 µm translation in x/y/z-axis direction or 200 µrad rotation around the x/y/z-axis, respectively, the maximum error of the surface figure is 0.2 nm, which implies the excellent matching character between the developed mount and the 6-DOF adjustment mechanism. Furthermore, with the action of 312 mW thermal load, the surface figure degradation of the lens is less than 0.3 nm in reaching steady state, which indicates the strain-free character of the mount. The experimental results verified the effectiveness of the proposed semi-kinematic mount, as well as its promising applications in ultra-precision optical systems.

中文翻译：

---

用于超精密光学系统的无应变半运动安装座

摘要 本研究针对超精密光学系统提出了一种高精度、无应变的半动态安装座。安装座包括三个相同的支脚。每只脚都限制了镜片运动的轴向和切线方向。三只脚组合精确控制镜头的六自由度（6-DOF）运动。获得了镜头的无应变安装，并保证了镜头的高精度表面形状。为直径/厚度比为 6.73 的镜头开发了半动态安装座的原型。对镜头的静态卡口、6自由度动态调整和热卡口进行了表面形貌测试。实验结果表明，在贴在脚上之前，静态支架的表面形状为1.963 nm。受环氧胶收缩应力的影响，镜片贴在脚上后表面形貌退化为2.133 nm。当透镜在 x/y/z 轴方向平移 30 µm 或绕 x/y/z 轴旋转 200 µrad 分别调整时，表面图形的最大误差为 0.2 nm，这意味着优良的匹配特性在开发的安装座和 6 自由度调节机构之间。此外，在 312 mW 热负载的作用下，镜头在达到稳态时的表面形状退化小于 0.3 nm，这表明安装座具有无应变特性。实验结果验证了所提出的半运动学支架的有效性，以及其在超精密光学系统中的有前景的应用。贴在脚上后，镜片的表面形状退化为2.133 nm。当透镜在 x/y/z 轴方向平移 30 µm 或绕 x/y/z 轴旋转 200 µrad 分别调整时，表面图形的最大误差为 0.2 nm，这意味着优良的匹配特性在开发的安装座和 6 自由度调节机构之间。此外，在 312 mW 热负荷的作用下，镜头在达到稳态时的表面形状退化小于 0.3 nm，这表明安装座具有无应变特性。实验结果验证了所提出的半运动学支架的有效性，以及其在超精密光学系统中的有前景的应用。贴在脚上后，镜片的表面形状退化为2.133 nm。当透镜在 x/y/z 轴方向平移 30 µm 或绕 x/y/z 轴旋转 200 µrad 分别调整时，表面图形的最大误差为 0.2 nm，这意味着优良的匹配特性在开发的安装座和 6 自由度调节机构之间。此外，在 312 mW 热负载的作用下，镜头在达到稳态时的表面形状退化小于 0.3 nm，这表明安装座具有无应变特性。实验结果验证了所提出的半运动学支架的有效性，以及其在超精密光学系统中的有前景的应用。当透镜在 x/y/z 轴方向平移 30 µm 或绕 x/y/z 轴旋转 200 µrad 分别调整时，表面图形的最大误差为 0.2 nm，这意味着出色的匹配特性在开发的安装座和 6 自由度调节机构之间。此外，在 312 mW 热负载的作用下，镜头在达到稳态时的表面形状退化小于 0.3 nm，这表明安装座具有无应变特性。实验结果验证了所提出的半运动学支架的有效性，以及其在超精密光学系统中的有前景的应用。当透镜在 x/y/z 轴方向平移 30 µm 或绕 x/y/z 轴旋转 200 µrad 分别调整时，表面图形的最大误差为 0.2 nm，这意味着优良的匹配特性在开发的安装座和 6 自由度调节机构之间。此外，在 312 mW 热负载的作用下，镜头在达到稳态时的表面形状退化小于 0.3 nm，这表明安装座具有无应变特性。实验结果验证了所提出的半运动学支架的有效性，以及其在超精密光学系统中的有前景的应用。此外，在 312 mW 热负荷的作用下，镜头在达到稳态时的表面形状退化小于 0.3 nm，这表明安装座具有无应变特性。实验结果验证了所提出的半运动学支架的有效性，以及其在超精密光学系统中的有前景的应用。此外，在 312 mW 热负载的作用下，镜头在达到稳态时的表面形状退化小于 0.3 nm，这表明安装座具有无应变特性。实验结果验证了所提出的半运动学支架的有效性，以及其在超精密光学系统中的有前景的应用。