CN115469435A - 一种双高斯结构型成像系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双高斯结构型成像系统，适用于斐索干涉仪，包括同轴依次设置的光阑、双高斯成像镜组、高分辨率相机，将高分辨率相机的靶面保护玻璃替换为增透玻璃，目标光束经过光阑汇聚后，经双高斯成像镜组成像在高分辨率相机的靶面上。所述双高斯成像镜组包括同轴依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜，形成对称型双高斯镜组结构。本发明采用双高斯镜头结构，垂轴像差易于校正；双高斯结构替代老式两片式平凸透镜与三片式库克镜头，校正场曲和畸变，波前差得到优化，光阑加宽，使成像镜组的F数减小，提高了MTF性能。
Description
技术领域
本发明属于干涉仪技术，具体涉及一种双高斯结构型成像系统，适用于斐索干涉仪。
背景技术
斐索干涉仪属于经典光干涉测量系统中的共光路形式，具有测量精度高、灵敏度高、非接触无损检测的优点。斐索干涉仪的成像模块很大程度上影响了斐索干涉仪的性能。以往zygo公司推出的斐索干涉仪，使用的是双平凸透镜组成的成像镜组，虽然结构上简单紧凑，但是由于设计自由度低，无法对所有初级像差进行有效校正，导致光阑受限、MTF性能差、场曲畸变像差较大的问题。
发明内容
本发明为解决提高用于斐索干涉仪的成像镜组的成像质量的问题，提出了一种双高斯结构型成像系统，具有场曲和畸变小、MTF性能好、光阑较大F数低的成像特性，可以有效提高斐索干涉仪的成像质量和光学性能。
实现本发明的技术解决方案为：一种双高斯结构型成像系统，包括同轴依次设置的光阑、双高斯成像镜组、高分辨率相机，将高分辨率相机的靶面保护玻璃替换为增透玻璃，目标光束经过光阑汇聚后，经双高斯成像镜组成像在高分辨率相机的靶面上。
所述双高斯成像镜组包括同轴依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜，形成对称型双高斯镜组结构，具体结构如下表：
表双高斯成像镜组参数表
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
(1)所述的双高斯结构型成像系统相比传统的双平凸透镜组与三片式库克透镜组，能够有效降低场区和畸变像差，优化MTF性能，极大地提高了干涉仪的成像分辨率和相位分辨率。
(2)成像镜组采用双高斯结构形式，可获得较高的成像质量，对边缘视场做了针对性优化，有效提高了边缘视场的像差和MTF性能。
(3)所采用双高斯镜头是一种中等视场的近似对称系统，垂轴像差容易校正，依靠厚透镜的结构变化来校正场曲畸变，利用薄透镜的弯曲校正球差，改变两块厚透镜之间的距离可以校正像散，严格控制光学系统总长，提高波前质量。
(4)采用增大视场与光圈，全视场下提高成像质量；采用双高斯镜头结构，易于校正垂轴像差、色差、像散。
附图说明
图1为本发明的双高斯结构型成像系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
结合图1，本发明所述的双高斯结构型成像系统，工作谱段在632.8nm，入瞳口径为13mm，光学系统焦距为60mm，全视场9.4°，系统总长100mm。
本发明所述的双高斯结构型成像系统包括依次同轴设置的光阑1、双高斯成像镜组2、高分辨率相机3。将高分辨率相机3的靶面保护玻璃替换为增透玻璃，目标光束经过光阑1汇聚后，经双高斯成像镜组2成像在高分辨率相机3的靶面上。
所述光阑1设置在成像镜组的前焦面处，光阑1的口径Φ13mm。
所述高分辨率相机3，集成了针对632.8nm波长的高透滤光片即增透玻璃，与普通的保护玻璃相比，有效降低了多次反射造成的散斑等，大大提高了成像质量。每个像素大小为3.45um×3.45um。
光束经过光阑1滤过部分杂散光后，经过双高斯成像镜组2，最终在高分辨率相机3处成像，接收像面大小为10mm×10mm；所述成像系统在同一视场子午T曲线和弧矢S曲线越接近，系统的像散越小。合适的光阑位置可以对像散的赛德尔像差进行校正。
本实施方式中，双高斯成像镜组2包括同轴依次设置的第一透镜2-1、第二透镜2-2、第三透镜2-3、第四透镜2-4，形成对称型双高斯镜组结构，可使垂轴像差如慧差、畸变等得到自动校正。具体结构如下表：
表双高斯成像镜组参数表
其中，第一透镜2-1是月牙正透镜，材料为H-ZPK2A；第二透镜2-2是弯月负透镜，材料为H-ZF88；第三透镜2-3是弯月负透镜，材料为H-ZF88；第四透镜2-4是双凸透镜，材料为H-ZPK2A。成像系统中不使用胶合部件。第一透镜2-1是月牙正透镜，前后面曲率分别对应为27.35、101.00；第二透镜2-2是弯月负透镜，前后面曲率分别对应为17.75、11.50；第三透镜2-3是弯月负透镜，前后面曲率分别对应为-13.30、-18.10；第四透镜2-4是双凸透镜，前后面曲率分别对应为32.50、-375.00；第一透镜2-1中心厚度是3.65mm；第二透镜2-2中心厚度是6.35mm；第三透镜2-3中心厚度是6.35mm；第四透镜2-4中心厚度是3.65mm；所述第一透镜2-1和第二透镜2-2中心间隔10.00mm；所述第二透镜2-2和第三透镜2-3中心间隔6.50mm；所述第三透镜2-3和第四透镜2-4中心间隔10.00mm。
第一透镜2-1、第四透镜2-4的正光焦度较大，产生正畸变，而第二透镜2-2、第三透镜2-3光焦度为负，用以平衡前面所述透镜产生的正畸变，达到了有效消除畸变的作用。系统最大畸变量为0.093％；弧矢场曲小于6um，子午场曲小于36um。
本发明所述的双高斯结构型成像系统可替代斐索型干涉仪中的原有成像系统。本发明所述的成像系统MTF满足要求，采用了优化设计，以提高成像质量。在MTF值0.6处对应空间频率大于80lp/mm，成像质量显著提高，同时减小系统体积与重量，在145lp/mm(奈奎斯特频率)调制传递函数接近衍射极限，成像质量良好。
以上所述实施例的各技术特征可以任意组合。为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有组合进行描述，然而只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种双高斯结构型成像系统，适用于斐索干涉仪，其特征在于：包括同轴依次设置的光阑（1）、双高斯成像镜组（2）、高分辨率相机（3），将高分辨率相机（3）的靶面保护玻璃替换为增透玻璃，目标光束经过光阑（1）汇聚后，经双高斯成像镜组（2）成像在高分辨率相机（3）的靶面上。
2.根据权利要求1所述的双高斯结构型成像系统，其特征在于：所述光阑（1）设置在成像镜组的前焦面处，光阑（1）的口径Φ13mm。
3.根据权利要求1所述的双高斯结构型成像系统，其特征在于：成像镜组的工作波段为632.8nm，口径Φ20mm，焦距60mm。
4.根据权利要求3所述的双高斯结构型成像系统，其特征在于：所述双高斯成像镜组（2）包括同轴依次设置的第一透镜（2-1）、第二透镜（2-2）、第三透镜（2-3）、第四透镜（2-4），形成对称型双高斯镜组结构。
5.根据权利要求4所述的双高斯结构型成像系统，其特征在于：所述第一透镜（2-1）材料为H-ZPK2A；第二透镜（2-2）材料为H-ZF88；第三透镜（2-3）材料为H-ZF88；第四透镜（2-4）材料为H-ZPK2A；第一透镜（2-1）是月牙正透镜，前后面曲率分别对应为27.35、101.00；第二透镜（2-2）是弯月负透镜，前后面曲率分别对应为17.75、11.50；第三透镜（2-3）是弯月负透镜，前后面曲率分别对应为-13.30、-18.10；第四透镜（2-4）是双凸透镜，前后面曲率分别对应为32.50、-375.00；第一透镜（2-1）中心厚度是3.65mm；第二透镜（2-2）中心厚度是6.35mm；第三透镜（2-3）中心厚度是6.35mm；第四透镜（2-4）中心厚度是3.65mm；所述第一透镜（2-1）和第二透镜（2-2）中心间隔10.00mm；所述第二透镜（2-2）和第三透镜（2-3）中心间隔6.50mm；所述第三透镜（2-3）和第四透镜（2-4）中心间隔10.00mm。
6.根据权利要求1所述的双高斯结构型成像系统，其特征在于：高分辨率相机（3）的增透玻璃采用632.8nm波长的高透滤光片。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116027520A (zh) * | 2023-03-30 | 2023-04-28 | 深圳市东正光学技术股份有限公司 | 光学成像系统及光学成像设备 |
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- 2022-10-18 CN CN202211274423.3A patent/CN115469435A/zh active Pending
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