针对光刻投影物镜中动镜X-Y向调节机构精度高、行程小、结构紧凑的需求，提出了一种X-Y向一体式调节机构。所提机构基于四连杆调节原理，利用内外圈独立分布的X-Y向柔性铰链，无需解耦即可实现X/Y向高精度调节。首先根据投影物镜中动镜的调节精度和行程，完成所提机构的结构设计；然后运用有限元分析法仿真分析所提X-Y向柔性调节机构的性能。分析结果表明：所提机构调节行程大于±20 μm，X向、Y向的刚度值分别为0.542 μm/N、0.671 μm/N；单X、Y向开环驱动时，垂直方向耦合误差与主方向移动量之比分别为6.86%、4%；模态大于100 Hz。最后，对所提调节机构进行了性能测试实验，X向重复定位精度为36.3 nm，Y向为41.7 nm；调节过程中，角度偏移小于0.5″。实验结果表明，所提柔性调节机构能够满足光刻投影物镜像质补偿对X-Y向高精度调节要求。

设计了一种狭缝柔性结构的光学元件调节机构, 使光学元件在具备较高调节精度的同时, 保持较高的导向精度。采用弹性力学应力函数法分析了狭缝柔性结构的刚度, 以径向刚度与轴向刚度的比值为目标函数, 对狭缝柔性结构尺寸参数进行了优化, 在不超过柔性结构材料屈服应力等约束条件下, 刚度比最优值达到1 5736, 较大的刚度比值可以减小调节机构的耦合位移, 从而提高机构的导向精度。该结构加工装配方便, 可实现三自由度(θx-θy-Z)调节。对优化后的柔性结构进行仿真分析, 结果表明: 径向刚度与轴向刚度比值的仿真值为1 6604, 解析值与仿真值误差为523%, 证明了刚度分析方法的有效性。优化后的结构, 轴向调节行程为209 mm, 绕x轴偏转角度调节行程为±166 mrad, 绕y轴偏转角度调节行程可达到±144 mrad, 满足光学元件调节的大行程要求。

设计了基于高精度直线驱动器和曲柄滑块机构的高精度二维角度调节机构，以实现2 m口径望远镜中哈特曼探测器与自适应光学系统间的高精度对准与自动化调节。依据光学设计分析得出调节机构分别需满足±1°的调节范围和6"的调节精度。根据哈特曼探测器的外形结构和调节机构的整体布局，选择了调节机构中的主要参数，对整体调节机构进行了初始设计并分析了它的精度和动态特性。利用自准直仪设计了调节机构的检测系统，对设计的调节机构的调节范围、精度和动态性能进行了实际测量。结果表明: 哈特曼探测器调节机构在俯仰和扭摆方向上的角度调节量均约为±1.2°，调节精度分别为0.43″和2.1″，均满足设计要求，为哈特曼探测器的高精度探测奠定了基础。

为了找出耦合误差产生的根源, 探讨了柔性偏心机构设计方法.首先, 给出了机构组成和工作原理；然后, 基于柔度矩阵法对机构建模, 分别推导了桥式位移放大机构、导向机构、连接机构的柔度；最后, 综合得到机构的整体柔度.分析结果表明柔度矩阵法得到的输出柔度理论值和有限元法得到的结果误差为8.126%, 机构的一阶固有频率为73.78 Hz.在40N的驱动力范围内, 机构可以实现66.466 μm的行程, 透镜和机构上的最大应力分别为0.0711 MPa和235.22 MPa, Y/Z/RX/RY/RZ耦合误差和X向行程的比分别为0.0543%、0.0082%、1.218×10－8rad/μm、1.870×10－7rad/μm、6.073×10－7rad/μm.调节后镜片面形PV值优于24 nm, RMS值优于5 nm, 并且主要为像散.通过合理的柔度设计, 机构接近完全解耦, 揭示了不合理的机构刚度是产生调节耦合误差的根源.

X-Y向柔性调节机构应用于光刻投影物镜中光学元件 X-Y方向偏心位置补偿。基于柔性铰链, 设计柔性二级减速机构, 并将之应用到新型的一体式 X-Y向柔性调节机构上。在对机构原理进行分析的基础上, 对 X-Y向柔性调节机构结构参数进行了优化设计。进一步, 运用有限元分析法, 分析了该 X-Y向柔性调节机构的性能。分析结果表明, 该机构调节行程大于 ±20 μm, 机构位移输入.输出关系稳定, 传动比约 11.9, 理论调节精度约 8.4 nm, 机构单方向驱动刚度为 0.473 μm/N; 机构开环单轴运动时, 耦合误差与主运动比值为 7.1%; 机构 1阶模态频率大于 200 Hz。该 X-Y向柔性调节机构能够应用到光刻投影物镜中。

光锥阵列耦合数字X射线探测器是获得大面积高分辨率数字X射线成像的重要途径, 但目前通常采用粘结固定的方式实现光锥阵列各小端面与对应图像传感器芯片之间的耦合.为克服粘结耦合方式的不足, 设计并实现了一种可微调的非粘结2×2光锥阵列耦合数字X射线探测器.该方案能够在调节空间受光锥阵列结构和硬件电路板尺寸限制, 特别是竖直方向板间距离仅40mm的情况下, 通过独特设计的水平和竖直调节机构在同一个调节层上对四块数据采集板分别进行多维度调节.利用四块数据采集板与数据传输板相互分立的特点, 设计了基于ARM+ 4 FPGA的嵌入式以太网多CMOS芯片传输数据采集系统, 所实现的X射线探测器成像面积达100mm×100mm, 能够完成可微调的非粘结耦合和多CMOS芯片的图像数据采集.

在保证光学元件极高面形精度和极高调节精度的同时，为了实现更大的调节行程，采用柔性环片结构，设计了一种光学元件轴向精密调节机构。建立了调节机构的有限元分析模型，分析了主要设计参数对调节机构的调节行程、应力值、固有频率、光学元件上下表面面形均方根(RMS)值等性能指标的影响。结果表明：轴向调节机构可实现299.2 μm的调节行程，且机构的最大应力值为141.3 MPa，固有频率值为95.3 Hz，光学元件上下表面的面形RMS值在1.3 nm以内，满足光刻投影物镜对轴向调节光学元件的使用需求。

针对光刻物镜对镜片间隔调节精度高、范围大的需求，提出一种利用气体压差提供驱动力的压力双膜片轴向调节机构。并对该轴向调节机构的不同膜片宽度、厚度以及凸台宽度进行优化分析，在特定压力范围内得到调节机构的优化尺寸参数，分析调节机构在优化后的固有频率。同时分析在轴向调节过程中引入的镜片面形误差，得到镜片面形的Zernike系数。结果表明该压力双膜片轴向调节机构的镜片面形误差主要为power项和球差项，面形峰谷(PV)值优于13.45 nm，均方根(RMS)值优于2.851 nm，满足光刻物镜对调节机构镜片面形的要求。

针对深紫外光刻投影物镜的像质补偿要求，对偏心调节时的透镜进行受力分析，基于柔度矩阵法设计了一种柔性多弹片透镜支撑结构，研究了透镜面形随调节力的变化规律，采用有限元法分析了调节力与透镜面形峰谷(PV)值、均方根(RMS)值和Fringe Zernike多项式系数之间的关系。计算结果表明：调节时通过降低调节力的大小，可以控制面形劣化程度。采用具有吸收调节力功能的柔性支撑结构后，在50 N的驱动力偏心调节时，透镜上表面面形PV值和RMS值分别为2.704 nm和0.528 nm，透镜下表面面形PV值和RMS值分别为2.984 nm和0.571 nm。透镜面形的PV值、RMS值及Fringe Zernike多项式系数随调节力线性变化，但是调节力不会改变各种像差的性质，它引入的透镜像差主要为像散。

设计了一种采用6-PSS型并联机构的光学元件精密轴向调节机构，以使光刻物镜中光学元件的调节行程达微米级，调节精度达纳米级。将6-PSS型并联机构中的6个移动副改进为3个，减少了驱动器的使用数量，提高了轴向调节机构的可靠性; 设计了一种圆角薄柔性铰链结构作为6-PSS型并联机构中的球铰副，实现了轴向调节机构的结构一体化，简化了光机组件的装调过程，提高了机构的机械精度; 利用空间矢量法分析了机构输入构件与输出构件之间的位置关系，推导出了机构的传动比表达式，为机构主要结构尺寸的选取提供了依据。轴向调节机构的验证试验结果表明：机构传动比的理论计算值接近于实测值; 轴向调节机构的调节行程为74.4 μm，调节精度在40 nm以内，满足光刻物镜中光学元件轴向调节机构的使用需求。