[發明專利]一種用于非球面檢測的補償器鏡頭

有效

• 申請號: 201210073159.7
• 申請日: 2012-03-19
• 公開（公告）號: CN102590988A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 曾春梅;黃啟泰;余景池
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G02B13/18
• 分類號: G02B13/18;G02B3/02;G02B1/04;G02B1/00;G01B11/24
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術領域

本發明涉及一種光學鏡頭，特別涉及一種用于非球面檢測的補償器鏡頭。

背景技術

非球面元件能有效地消除像差，提高光學系統的成像質量，同時可以簡化結構，減少光學系統的重量和體積。非球面元件在航空航天領域以及各類民用產品中已經得到廣泛的應用。

在非球面檢測技術中，補償器法能將非球面波前轉化成平面波或球面波，從而實現非球面鏡在加工過程中的干涉測量。相比于其它非球面檢測技術，補償器法具有結構簡單、成本低、研制周期短、性能穩定可靠等特點，使之成為非球面檢測的有效手段。

現有的非球面補償器鏡頭結構型式都比較簡單，由2～3片球面透鏡組成，適用于相對孔徑中等及以下，非球面度較小的非球面的干涉檢測。對于相對孔徑較大，非球面度較大的面形，設計這樣的球面補償器非常困難，剩余波像差往往不能達到設計要求。隨著單點金剛石車削技術的發展，一些不含碳的軟可塑金屬、光學晶體和光學塑料可以在金剛石車床上直接加工成非球面，面形精度PV值優于1μm，有些甚至可到0.3μm，表面粗糙度可達納米數量級。這使得在補償器里使用光學塑料非球面透鏡成為可能，減輕了補償器的設計難度。由于紅外系統，特別是中紅外和遠紅外系統，使用時面形誤差要求相對較低，因此盡管單點金剛石車削加工的非球面透鏡存在著自身的誤差源難以測量、面形誤差比球面玻璃透鏡大，以及光學塑料的光學均勻性較低等問題，影響了補償精度，但對于使用在紅外系統和低精度的可見光系統的非球面檢測還是可行的。

文獻“F/1.3拋物面零檢驗補償器設計”(光電工程，2004，Vol.31，No.1，P12-15)中，根據會聚光路中使用的Offner補償器和平行光路中使用的兩片式補償器的要求，設計出了三個針對F/1.3拋物面的Offner補償器和一個平行光路使用的補償器，并從剩余波像差、公差要求、加工工藝性、裝調等方面對它們的性能做出比較，確定了三個可用于實際補償檢驗的設計結果，其剩余波像差PV值均小于λ/35(λ＝632.8)。該文獻介紹的F/1.3拋物鏡，其相對孔徑和非球面度較小，補償器僅用兩片球面透鏡完成，說明補償器設計相對容易的，對于大相對孔徑和大非球面度的非球面，用這種方法不能得到滿足要求的補償器。

文獻“大數值孔徑、高次非球面透鏡的加工與檢驗”(光學技術，2003，Vol.29，No.5，P584-586)中，對一空間相機光學系統中某透鏡的高次非球面表面，給出了中等口徑高次非球面光學補償器的實際光學設計結果。該文獻中的高次非球面的相對孔徑約為0.82，圓錐系數為0，非球面度較小，約為0.1mm，補償器設計難度較低，文獻中僅用兩片球面透鏡完成了補償器的設計，剩余波像差PV值達到0.046λ。對于圓錐系數(絕對值)大于10，且相對孔徑大于2的非球面進行干涉測量，若采用該文獻中公開的技術方案所設計的補償器不能滿足剩余波像差的一般要求(＜λ，當光線在被測非球面發生外反射時)。因此，對于具有上述要求的非球面的干涉測量，特別需要一種能滿足一般剩余波像差要求或者更高要求的補償器鏡頭。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的不足，提供一種圓錐系數(絕對值)≥10，相對孔徑(D/f)≥2的非球面在干涉測量中所需的滿足剩余波像差要求的補償器鏡頭。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是提供一種用于非球面檢測的補償器鏡頭，它包括2～3片折射透鏡，其中的一片透鏡為非球面透鏡，其余的透鏡為球面透鏡；補償器鏡頭的光學參數，依據被檢非球面和剩余波像差要求，采用光學設計優化得到。

所述的非球面透鏡，一面為非球面，另一面為球面。

所述的非球面透鏡的材料為光學塑料，采用單點金剛石車床進行加工。

所述的球面透鏡的材料相同，為光學玻璃中的一種。

在本發明中，依據被檢非球面和剩余波像差要求，采用光學設計優化得到鏡頭的光學參數，其步驟如下：

(1)在干涉儀平行光入射的條件下，根據設定的補償器鏡頭相對于被測非球面的初始位置、被測非球面的頂點曲率半徑、口徑以及檢測方式，得到補償器鏡頭的焦距；選擇與該焦距近似的玻璃材料的單片球面透鏡作為補償器鏡頭的第一球面透鏡，應用光學設計軟件，將第一球面透鏡和被測非球面組成一個補償器光學系統，以所述的第一球面透鏡的半徑和厚度，及該透鏡到被測非球面的距離作為優化變量，對補償器鏡頭進行初步優化；