CN102096124A - 红外非球面齐明透镜装置 - Google Patents

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高志山
袁群
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Abstract

本发明公开了一种作为非球面红外干涉测试时产生最佳参考球面的红外非球面齐明透镜装置，采用锗材料/硅材料加工，单片式透镜设计，透镜前表面采用非球面，后表面采用球面，对透镜前表面镀红外高效增透膜，后表面镀与被测件反射率相同的减反膜。锗材料/硅材料较高的折射率和透镜的非球面面形既提高了波像差质量，又使得红外齐明透镜装置可以采用单片非球面透镜的形式从而降低了成本并减小了装夹扭矩，客服了现有装置中采用多片式球面透镜结构设计带来的价格昂贵、装夹扭矩大影响干涉图质量等缺点。

Description

红外非球面齐明透镜装置
技术领域
本发明属于适用于非球面红外干涉测试的最佳参考球面产生技术，特别是一种红外非球面齐明透镜装置。
背景技术
传统的非球面面形的干涉检测在可见光干涉仪上采用CGH补偿方法，但CGH的制作成本较高，并且一个CGH只能检测与其设计参数匹配的特定非球面。红外干涉仪的波长较长，可以直接检测与球面偏差较大的非球面面形。红外干涉仪测量非球面面形时需配备红外齐明透镜装置，红外齐明透镜装置将干涉仪出射的准直平面波转化为标准球面波，并为测试非球面面形提供最佳参考球面。
现有的齐明透镜装置主要应用于可见光波段，袁立银在《非球面齐明透镜的设计》(《量子电子学报》,第23卷,第2期,2006)中给出了非球面齐明透镜的初始结构求解方法，但其设计的非球面齐明透镜采用可见光波段的K9材料加工，K9材料不能透射红外光，红外材料和可见光材料的特性不同造成其设计的非球面齐明透镜不能在红外干涉测试中应用。吴永前在《Far-infrared Fizeau interferometer for large aspheric mirror》(SPIE,V7064,2008)中采用3片锗透镜设计加工了齐明透镜装置。在非球面的红外干涉测试中，现有的齐明透镜装置主要有以下缺点：(1)红外材料的价格昂贵，现有的齐明透镜装置由2~4片光学正透镜组成，按照此结构加工的成本非常昂贵；(2)红外材料的折射率高，采用多片透镜结构的形式将使得光强透过率降低，为了提高透过率对多片透镜镀增透膜又将使得成本提高；(3)红外材料的比重较大，采用多片式结构加工红外齐明透镜装置将产生严重的装夹扭矩，使得红外干涉测试的干涉图不稳定。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于非球面红外干涉测试，采用红外材料设计，波像差质量好，加工成本低，装夹扭矩小的红外非球面齐明透镜装置。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种红外非球面齐明透镜装置，将红外非球面齐明透镜装夹在镜筒内，该红外非球面齐明透镜采用红外锗材料或硅材料加工成单片透镜，透镜前表面采用非球面设计，透镜后表面采用球面设计。
本发明与现有技术相比，其显著的优点是：（1）采用红外锗材料/硅材料加工，锗材料/硅材料的折射率比其它红外材料的折射率高，有利于透镜设计时减小像差并降低设计难度。（2）采用单片式透镜设计，有效地提高了光强透过率，避免了多片式结构中对多个面镀增透膜，从而降低了加工成本，并减小了透镜装夹时的扭矩。（3）采用非球面设计，提高了红外齐明透镜装置的透射波像差质量。
下面结合附图，对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1是本发明所述红外非球面齐明透镜装置的光学结构示意图。
图2是本发明所述采用红外非球面齐明透镜装置检测非球面的原理示意图。
具体实施方式
结合图1，根据本发明制作的红外非球面齐明透镜装置，它采用锗材料/硅材料设计，金刚石车削的方法加工。锗材料/硅材料比红外波段的硒化锌、硫化锌等材料折射率高很多，对于同样的波像差要求，采用高折射率的材料设计可以有效减少透镜片数并降低设计难度， 如果采用多片式结构耗费的原材料较多并且需对多片透镜镀增透膜，而红外材料的价格昂贵，这将使得加工成本较高，并且带来较大的装夹扭矩影响干涉图质量。红外非球面齐明透镜装置采用单片式结构，既减小了材料的耗费又避免了对多个面镀红外增透膜。由于采用非球面比采用球面更容易降低透镜装置的球差等像差，为了进一步校正红外齐明透镜的波像差质量，对齐明透镜的前表面1-1采用偶次非球面设计，非球面方程如下：
                                                             
Figure 2011100293846100002DEST_PATH_IMAGE002
式中A 0, A 1, A 2, A 3……为非球面系数，k为圆锥系数，C为非球面的曲率，r为非球面的口径。齐明透镜的后表面1-2为球面，设计时控制其半径与红外非球面齐明透镜装置的顶焦距相等。红外非球面透镜加工完成后，对非球面透镜的前表面镀红外高效增透膜（如氟化钇材料、硫化锌材料等，透射率大于99%），对后表面镀与被测件反射率相同的减反膜。
结合图2，根据本发明所述的红外非球面透镜装置设计的波像差图。由于采用非球面设计，即使只采用单片透镜，波像差质量也优于PV值0.03λ，若采用球面透镜设计，则至少需要3片透镜设计才可达到相同的波像差质量。
结合图3，根据本发明的红外非球面齐明透镜装置检测非球面面形。红外非球面齐明透镜装置1将红外干涉仪2中出射的准直平面波转化为标准球面波，并为测试非球面3面形提供参考球面。红外非球面齐明透镜装置1的后表面与被测非球面3放置在共焦位置，两者之间形成干涉腔。使用干涉测试软件，可计算出被测非球面3与最佳参考球面之间的面形偏差值。

Claims (2)

1.一种红外非球面齐明透镜装置，其特征在于将红外非球面齐明透镜装夹在镜筒内，该红外非球面齐明透镜采用红外锗材料或硅材料加工成单片透镜，透镜前表面采用非球面（1-1）设计，透镜后表面采用球面（1-2）设计。
2.根据权利要求1所述的红外非球面齐明透镜装置，其特征在于对透镜的非球面镀红外光高效增透膜，对透镜的球面镀与被测件反射率相同的减反膜。
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Title
袁立银等: "非球面齐明透镜的设计", 《量子电子学报》, vol. 23, no. 02, 30 March 2006 (2006-03-30), pages 159 - 163 *

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