CN106154362B - 一种小f数多波长标准球面参考透镜组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小F数多波长标准球面参考透镜组，工作波长为632.8nm、543.5nm和532nm，采用色散低的冕牌玻璃ZK7和色散高的火石玻璃ZF6实现透镜组的消色差；采用3片式透镜设计，由双胶合正透镜、负透镜和最后一面为标准球面的正透镜构成；参考透镜组的口径、F数以及顶焦距设计理论值分别为100mm、F/3和254.7mm；参考透镜组中除最后一片镜面之外，各镜面均镀有632.8nm、543.5nm和532nm的三点增透膜；采用双胶合正透镜和负透镜组合，实现光路结构的近似无焦，降低了焦点与其末面曲率中心重合误差随镜间距变化的灵敏度，便于小F数标准球面透镜组的装调。
Description
技术领域
本发明属于光学仪器领域，具体涉及小F数多波长标准球面参考透镜组。
背景技术
光学干涉测试技术以其高精度、非接触式无损测量等优点在光学元件表面面形、光学材料特性参数以及光电系统的性能测试等方面具有非常广泛的应用。
Yeou-Yen Cheng等人在《Two-wavelength phase shifting interferometry》(APPLIED OPTICS,24(23):4539-4543,1984)中提出了双波长移相干涉测试原理，通过求解合成波长相位，扩大了单波长移相干涉仪测试范围的同时又能够保留较高的测试精度。
干涉仪检测球面面形时需要配备标准球面透镜装置将干涉仪出射的准直波前转换成标准球面波，为测试待测球面面形提供最佳参考球面。
现有的标准球面透镜装置主要应用于单波长，薛栋林在《大口径标准球面镜组研制与应用》(中国激光，41(6):0616001-1～0616001-6,2014)研制了一种大口径标准球面镜组，工作波长为单一的632.8nm；袁群等人在其专利《红外非球面齐明透镜装置》(申请号201110029384.6)中描述了一种用于红外移相干涉测试装置提供标准球面波的红外标准球面透镜装置，工作波长同样为单一波长。单波长干涉检测精度高，但测量范围受到其工作波长的制约，不能用于大面形偏差的面形测量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小F数多波长标准球面参考透镜组，解决了传统标准球面参考透镜组只能用于单波长检测的问题，同时也解决了标准球面参考透镜组装调过程困难的问题。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种小F数多波长标准球面参考透镜组，采用3片式透镜，包括共光轴依次设置的双胶合正透镜、第二负透镜和第二正透镜；双胶合正透镜包括第一负透镜和第一正透镜，其中第一负透镜为凸凹透镜，第一正透镜为双凸透镜；第一负透镜的凹面与第一正透镜凸面胶合，第二负透镜为凸凹透镜，第二正透镜为凸凹透镜；第二负透镜的凸面与第一正透镜相对，第二负透镜的凹面与第二正透镜的凸面相对；
平行光束射入双胶合正透镜的第一负透镜的凸面，经过第一负透镜和第一正透镜胶合的面，从第一正透镜的另一个凸面射出，再射入第二负透镜的凸面，从第二负透镜的凹面射出，此时光束近似平行光束，再射入第二正透镜的凸面，从第二正透镜的凹面射出，并汇聚在第二正透镜凹面的曲率中心处。
所述的小F数多波长标准球面参考透镜组，第二正透镜的凹面不镀膜，第一负透镜、第一正透镜和第二负透镜的凹面和凸面以及第二正透镜的凸面均镀有632.8nm、543.5nm和532nm的多点增透膜。
所述的小F数多波长标准球面参考透镜组，第一负透镜采用火石玻璃ZF6，凸面曲率半径为625.4mm，凹面曲率半径为328.3mm，厚度为13mm；第一正透镜采用冕牌玻璃H-ZK7，厚度为19.8mm，与第一负透镜胶合的凸面的曲率半径为328.3mm，第一正透镜的另一个凸面的曲率半径为-492.93mm；第二负透镜采用ZF7L，其凸面曲率半径为117.77mm，凹面曲率半径为85.664mm，厚度为16.38mm，第二负透镜与第一正透镜之间的空气间隔为0.2mm；负透镜采用SILICA，其凸面曲率半径为88.273mm，凹面曲率半径为254.72mm；第二负透镜与第二正透镜之间的空气间隔可变，变动范围是0～60mm。
所述的小F数多波长标准球面参考透镜组，第二负透镜与第二正透镜之间的空气间隔最优为23mm。
所述的小F数多波长标准球面参考透镜组的F数F/3，顶焦距为254.72mm，双胶合正透镜的口径为100mm。
与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)本发明的小F数多波长标准球面参考透镜组结构为3片式透镜，第一负透镜采用色散低的冕牌玻璃ZK7材料，第一正透镜采用色散高的火石玻璃ZF6材料，通过低色散和高色散材料的组合实现了小F数双波长标准球面透镜组装置在632.8nm、543.5nm和532nm三种波长下的像差同时校正，实现了为三种波长632.8nm、543.5nm和532nm下干涉测试分别提供最佳参考球面。
(2)采用双胶合正透镜和第二负透镜组合，实现光像透过双胶合正透镜和第二负透镜后近似平行光出射，即胶合正透镜和第二负透镜组合设计为近似无焦光路，第二正透镜与第二负透镜的镜间距的改变不影响小F数多波长标准球面参考透镜组的系统焦点与第二正透镜的凹面曲率中心重合，便于小F数多波长标准球面参考透镜组中包含标准参考球面的第二正透镜装调。
附图说明
图1为本发明的一种小F数多波长标准球面参考透镜组结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1，一种小F数多波长标准球面参考透镜组，采用3片式透镜，包括共光轴依次设置的双胶合正透镜1、第二负透镜4和第二正透镜5；双胶合正透镜1包括第一负透镜2和第一正透镜3，其中第一负透镜2为凸凹透镜，第一正透镜3为双凸透镜；第一负透镜2的凹面与第一正透镜3凸面胶合，第二负透镜4为凸凹透镜，第二正透镜5为凸凹透镜；第二负透镜4的凸面与第一正透镜3相对，第二负透镜4的凹面与第二正透镜5的凸面相对。
结合图1，平行光束射入双胶合正透镜1的第一负透镜2的凸面，经过第一负透镜2和第一正透镜3胶合的面，从第一正透镜3的另一个凸面射出，再射入第二负透镜4的凸面，从第二负透镜4的凹面射出，此时光束近似平行光束，再射入第二正透镜5的凸面，从第二正透镜5的凹面射出，并汇聚在第二正透镜5凹面的曲率中心处。
所述的小F数多波长标准球面参考透镜组，第二正透镜5的凹面不镀膜，第一负透镜2、第一正透镜3和第二负透镜4的凹面和凸面以及第二正透镜5的凸面均镀有632.8nm、543.5nm和532nm的多点增透膜，实现参考透镜组的工作波长为632.8nm、543.5nm和532nm，为三种波长下干涉测试分别提供最佳参考球面。
所述的小F数多波长标准球面参考透镜组，第一负透镜2采用火石玻璃ZF6，凸面曲率半径为625.4mm，凹面曲率半径为328.3mm，厚度为13mm；第一正透镜3采用冕牌玻璃H-ZK7，厚度为19.8mm，与第一负透镜2胶合的凸面的曲率半径为328.3mm，第一正透镜3的另一个凸面的曲率半径为-492.93mm；第一负透镜2采用色散高的火石玻璃ZF6材料，第一正透镜3采用色散低的冕牌玻璃H-ZK7材料，通过低色散和高色散材料的组合实现了小F数多波长标准球面参考透镜组在632.8nm、543.5nm和532nm三种波长下的像差同时校正。第二负透镜4采用ZF7L，其凸面曲率半径为117.77mm，凹面曲率半径为85.664mm，厚度为16.38mm，第二负透镜4与第一正透镜3之间的空气间隔为0.2mm；负透镜5采用SILICA，其凸面曲率半径为88.273mm，凹面曲率半径为254.72mm。
系列小F数标准球面透镜组的设计、加工、装校有一定的难度，作为光学干涉测试提供最佳参考球面的标准球面装置，标准球面波面透镜组要求其系统焦点与末面球心重合，否则重合存在误差会在球面面形检测时引入测量系统误差。所以，标准球波面透镜组的焦点与其末面曲率中心重合误差要求很严，甚至达到微米量级。所述的小F数多波长标准球面参考透镜组，第二负透镜4与第二正透镜5之间的空气间隔可变，变动范围是0～60mm，在该范围内系统波前像差均符合成像要求。因此，所述的小F数多波长标准球面参考透镜组降低了焦点与其末面曲率中心重合误差随镜间距变化的灵敏度，便于小F数多波长标准球面参考透镜组中标准球面透镜的装调。
实施例一
一种小F数多波长标准球面参考透镜组，采用3片式透镜，包括共光轴依次设置的双胶合正透镜1、第二负透镜4和第二正透镜5；双胶合正透镜1包括第一负透镜2和第一正透镜3，其中第一负透镜2为凸凹透镜，第一正透镜3为双凸透镜；第一负透镜2的凹面与第一正透镜3凸面胶合，第二负透镜4为凸凹透镜，第二正透镜5为凸凹透镜；第二负透镜4的凸面与第一正透镜3相对，第二负透镜4的凹面与第二正透镜5的凸面相对。
结合图1，平行光束射入双胶合正透镜1的第一负透镜2的凸面，经过第一负透镜2和第一正透镜3胶合的面，从第一正透镜3的另一个凸面射出，再射入第二负透镜4的凸面，从第二负透镜4的凹面射出，此时光束近似平行光束，再射入第二正透镜5的凸面，从第二正透镜5的凹面射出，并汇聚在第二正透镜5凹面的曲率中心处。
所述的小F数多波长标准球面参考透镜组，第二正透镜5的凹面不镀膜，第一负透镜2、第一正透镜3和第二负透镜4的凹面和凸面以及第二正透镜5的凸面均镀有632.8nm、543.5nm和532nm的多点增透膜，实现参考透镜组的工作波长为632.8nm、543.5nm和532nm，为三种波长下干涉测试分别提供最佳参考球面。
所述的小F数多波长标准球面参考透镜组，各镜片参数及其间距具体如下表所示，即第一负透镜2采用火石玻璃ZF6，凸面曲率半径为625.4mm，凹面曲率半径为328.3mm，厚度为13mm；第一正透镜3采用冕牌玻璃H-ZK7，厚度为19.8mm，与第一负透镜2胶合的凸面的曲率半径为328.3mm，第一正透镜3的另一个凸面的曲率半径为-492.93mm；第一负透镜2采用色散高的火石玻璃ZF6材料，第一正透镜3采用色散低的冕牌玻璃H-ZK7材料，通过低色散和高色散材料的组合实现了小F数多波长标准球面参考透镜组在632.8nm、543.5nm和532nm三种波长下的像差同时校正。第二负透镜4采用ZF7L，其凸面曲率半径为117.77mm，凹面曲率半径为85.664mm，厚度为16.38mm，第二负透镜4与第一正透镜3之间的空气间隔为0.2mm；负透镜5采用SILICA，其凸面曲率半径为88.273mm，凹面曲率半径为254.72mm。
所述的小F数多波长标准球面参考透镜组，第二负透镜4与第二正透镜5之间的空气间隔为23mm，工作波长为632.8nm时，系统波前像差PV值为0.5759λ。
所述的小F数多波长标准球面参考透镜组的F数F/3，顶焦距为254.72mm，双胶合正透镜1的口径为100mm。
Claims (4)
1.一种小F数多波长标准球面参考透镜组，其特征在于：采用3片式透镜，包括共光轴依次设置的双胶合正透镜（1）、第二负透镜（4）和第二正透镜（5）；双胶合正透镜（1）包括第一负透镜（2）和第一正透镜（3），其中第一负透镜（2）为凸凹透镜，第一正透镜（3）为双凸透镜；第一负透镜（2）的凹面与第一正透镜（3）凸面胶合，第二负透镜（4）为凸凹透镜，第二正透镜（5）为凸凹透镜；第二负透镜（4）的凸面与第一正透镜（3）相对，第二负透镜（4）的凹面与第二正透镜（5）的凸面相对；
平行光束射入双胶合正透镜（1）的第一负透镜（2）的凸面，经过第一负透镜（2）和第一正透镜（3）胶合的面，从第一正透镜（3）的另一个凸面射出，再射入第二负透镜（4）的凸面，从第二负透镜（4）的凹面射出，此时光束近似平行光束，再射入第二正透镜（5）的凸面，从第二正透镜（5）的凹面射出，并汇聚在第二正透镜（5）凹面的曲率中心处；
上述第一负透镜（2）采用火石玻璃ZF6，凸面曲率半径为625.4mm，凹面曲率半径为328.3mm，厚度为13mm；第一正透镜（3）采用冕牌玻璃H-ZK7，厚度为19.8mm，与第一负透镜（2）胶合的凸面的曲率半径为328.3mm，第一正透镜（3）的另一个凸面的曲率半径为-492.93mm；第二负透镜（4）采用ZF7L，其凸面曲率半径为117.77mm，凹面曲率半径为85.664mm，厚度为16.38mm，第二负透镜（4）与第一正透镜（3）之间的空气间隔为0.2mm；第二正透镜（5）采用SILICA，其凸面曲率半径为88.273mm，凹面曲率半径为254.72mm；第二负透镜（4）与第二正透镜（5）之间的空气间隔可变，变动范围是0~60mm。
2.根据权利要求1所述的小F数多波长标准球面参考透镜组，其特征在于：第二正透镜（5）的凹面不镀膜，第一负透镜（2）、第一正透镜（3）和第二负透镜（4）的凹面和凸面以及第二正透镜（5）的凸面均镀有632.8nm、543.5nm和532nm的多点增透膜。
3.根据权利要求1所述的小F数多波长标准球面参考透镜组，其特征在于：上述第二负透镜（4）与第二正透镜（5）之间的空气间隔最优为23mm。
4.根据权利要求1所述的小F数多波长标准球面参考透镜组，其特征在于：上述小F数多波长标准球面参考透镜组的F数F/3，顶焦距为254.72mm，双胶合正透镜（1）的口径为100mm。
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