[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

本發明公開了一種雙位校正非球面檢驗。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，檢測原理為由有限遠或無限遠發出的光線，經校正透鏡會聚到待檢非球面的一個前共軛物點或后共軛物點，再經待檢非球面反射會聚到另一個后共軛像點或前共軛像點，后經內自準校正透鏡自準原路返回。前后雙位校正非球面檢驗中的非球面球差分別由前共軛點和后共軛點承擔，由校正透鏡和內自準校正透鏡進行校正補償。前后共軛點將光軸分成相關的三個區間，補償透鏡布局靈活，且光線兩次通過待檢非球面，像差校正能力更顯著。雙位校正非球面檢驗可實現大口徑、大相對孔徑甚至超大口徑、超大相對孔徑的的非球面檢驗。

技術領域

本發明涉及非球面的輔助光學設計領域，適用于大口徑、大相對孔徑甚至超大口徑、超大相對孔徑的凹面或凸面非球面鏡檢驗，具體是指基于雙位校正原理的檢驗非球面鏡理論與設計方法。

背景技術

大口徑光學系統在天文觀測、空間遙感和地基空間目標探測預警等領域得到了廣泛的應用。在光學系統中使用大口徑非球面鏡能實現提高系統性能、改善像質、減小光學元件數量以及降低系統復雜性的目的。大相對孔徑光學系統是高分辨率成像探測領域的熱點需求之一，但是大相對孔徑凹非球面主鏡的加工和檢測一直是光學領域的難題，高精度的加工精度要求更加精密的檢測方法來實現大相對孔徑非球面元件的面形檢測。

目前常用的非球面鏡檢驗方法主要有經典非球面檢驗和零位補償非球面檢驗。經典非球面檢驗利用非球面鏡自身消像差點進行自準檢驗，光欄位于輔助面上，光線兩次經過待檢非球面鏡。具有代表性的典型方法有凹拋物面自準檢驗、亨德爾凸雙曲面檢驗、辛普森凸雙曲面檢驗和透射凸非球面鏡檢驗。這些方法采用非球面鏡自身消像差點來實現自準檢驗方法，適用于一般口徑和小相對孔徑的非球面鏡檢驗。

零位補償非球面鏡檢驗利用補償透鏡生成的球差補償待檢凹非球面鏡的法距差，進行自準檢驗。待檢凹非球面鏡是自準面，光欄位于待檢凹非球面鏡上，光線一次經過待檢非球面鏡。具有代表性的典型方法有道爾凹非球面鏡檢驗、改進的道爾凹扁球面檢驗、奧夫納爾凹非球面鏡檢驗、馬克蘇托夫凹非球面鏡檢驗、薩菲爾凹非球面鏡檢驗。這些零位補償非球面檢驗方法利用較小的補償透鏡或反射鏡可實現大口徑凹非球面鏡檢驗，但利用零位補償非球面鏡檢驗的這些方法對于更大口徑和更大相對孔徑的凹非球面鏡檢驗是比較困難的。

發明內容

為了實現大口徑、大相對孔徑的非球面鏡檢驗，甚至實現超大口徑、超大相對孔徑的非球面鏡檢驗，提出雙位校正非球面檢驗的理論，適用于凸和凹非球面鏡檢驗，其原理為：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，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。前后雙位校正非球面檢驗中的非球面球差分別由前和后共軛點承擔，由校正透鏡和內自準校正透鏡進行校正補償。前后共軛點將光軸分成相關的三個區間，且光線兩次通過待檢非球面。

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。雙位校正非球面檢驗的校正透鏡組(1)和內自準校正透鏡組(2)可設計成同一組透鏡。