[發明專利]雙位校正非球面檢驗

在審

• 申請號: 202211225585.8
• 申請日: 2022-10-09
• 公開（公告）號: CN115541190A
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發明（設計）人: 王欣;鄭列華;劉強;何志平;舒嶸;郝沛明
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01M11/00
• 分類號: G01M11/00;G01B11/24;G02B27/00
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所 31311
• 代理人: 郭英

1.一種雙位校正非球面檢驗的光學系統，待檢非球面有兩個不消球差互為物像關系的前共軛點和后共軛點，雙位校正非球面檢驗原理是校正待檢非球面在前和后共軛點生成的球差，包括校正透鏡組(1)、內自準校正透鏡組(2)和待檢非球面(3)，其特征在于：

由有限遠或無限遠發出的光線，經校正透鏡組(1)會聚到待檢非球面(3)的一個共軛物點，按入射方向校正透鏡組(1)校正待檢非球面(3)在共軛物點上生成的球差，光線經待檢非球面(3)反射會聚到待檢非球面(3)的另一個共軛像點，經共軛像點的光線入射到內自準校正透鏡組(2)，按反射方向內自準校正透鏡組(2)校正待檢非球面(3)在另一個共軛像點生成的球差；

在待檢非球面(3)近軸曲率中心左邊的點為后共軛點，在近軸曲率中心右邊的點為前共軛點，前共軛點和后共軛點二個共軛點互為物像關系；待檢非球面球差系數可分成兩部分，生成的球差分別由前和后共軛點承擔；根據光線先入射的共軛物點為后共軛點或前共軛點時劃分成后雙位校正非球面檢驗和前雙位校正非球面檢驗；前后共軛點將光軸分成前中后區三個區間；光線兩次經過待檢非球面鏡(3)；待檢非球面(3)不是自準面，自準面位于內自準校正透鏡組(2)的內自準面上。

2.根據權利要求1所述的一種雙位校正非球面檢驗的光學系統，其特征在于：所述的校正透鏡組(1)和內自準校正透鏡組(2)可設計成同一組透鏡。

3.一種雙位校正非球面檢驗的設計理論方法，其特征在于方法如下：

待檢非球面i后共軛點O′為物點，前共軛點O″為像點的雙位校正非球面檢驗，稱為后雙位校正非球面檢驗，根據內自準校正透鏡的位置，后雙位校正包含內自準校正單透鏡、內自準貼合校正雙透鏡、后分離校正雙透鏡、前分離校正雙透鏡、后分離校正三透鏡、前分離校正三透鏡等形式，透鏡的布局可位于后共軛點位置、待檢非球面前后共軛點之間的中區位置、后共軛點以后的后區位置；

待檢非球面i前共軛點O″為物點，后共軛點O′為像點的雙位校正非球面檢驗，稱為前雙位校正非球面檢驗，根據內自準校正透鏡的位置，前雙位校正包含前分離校正雙透鏡、有限遠前分離校正三透鏡、無限遠前分離校正三透鏡形式，透鏡的布局位于后共軛點位置、待檢非球面前后共軛點之間的中區位置、后共軛點以后的后區位置和前共軛點之前的前區位置；

雙位校正非球面檢驗光學系統理論的規化條件為：假定待檢非球面為i面，h_i為光線在待檢非球面i上的入射高度，l_i和l′_i為光線與光軸的交點到待檢非球面i頂點的距離，稱為前截距和后截距，O″和O′點為待檢非球面的前和后共軛點，K_1i為自準校正透鏡承擔的球差系數，K_2i為校正透鏡承擔的球差系數，C點為待檢非球面i的曲率中心，u_i和u′_i為從O″和O′點發出的光線和光軸的夾角，u_c＝u₀為C點發出的光線和光軸的夾角不帶撇和帶撇表示光線在待檢非球面i反射前與后的參數，n_i為光學玻璃材料折射率，空氣的折射率n_i＝1,n′_i＝-1；r_i為待檢非球面i頂點曲率半徑，e²為待檢非球面i的偏心率；

對于待檢凹非球面i的規化條件：

對于待檢凸非球面i的規化條件：

待檢非球面單面三級像差球差系數S_1i的表示式為：

其中球差參量P_i和球差系數K_1i、K_2i為：

待檢非球面i的前一面為(i-1)面，(i-1)面到待檢非球面i的間距為d_(i-1)-i；待檢非球面i的后一面為(i+1)面，待檢非球面i到(i+1)面的間距為d_i-(i+1)；(i-1)面與(i+1)面是同一個面，僅光線在面上的高度不同；按轉面公式，

設定h_i+1,h_i,h_i-1，按(5)式求解u_i,l_i按(6)式求解d_i-(i-1),

按轉面公式求解l_i+1,l′_i-1,u_i+1,u′_i-1，

按近軸公式相互求解l,l′,u,u′,r，

雙位校正非球面檢驗的光學系統是內自準光學系統，從第1面到內自準_N面的光學系統是消球差的

對于凹和凸非球面的檢驗系統球差表示式為：

單面球差參量P的表示式：

為校正薄透鏡的偏角，為校正薄透鏡光焦度的表示式，則單面P值、單面S₁、為：

P與規化P的關系為：

彎曲Q_1-2與規化的P的關系式為

其中，為校正薄透鏡P_1-2的極小值，υ₁為校正薄透鏡入射孔徑角u₁的規化值；

當公式(13)符號±取+號時為Q₁，當符號±取-號時為Q₂，校正薄透鏡曲率半徑r₁和r₂為：

通過校正薄透鏡結構參數的求解,得出校正薄透鏡曲率半徑r₁和r₂,前截距l₁和前孔徑角u₁，后截距l′₂和后孔徑角u′₂，將校正薄透鏡加厚，求解主面和主距，獲得規化雙位校正非球面檢驗的光學系統設計結果。