共轭校正检验非球面镜的光学系统技术方案

本专利公开了一种共轭校正检验非球面镜的光学系统。检测设备中发光点发出的光线经校正透镜成像于待检非球面镜的共轭物点；待检非球面镜将共轭物点成像于共轭像点；共轭像点作为自准校正透镜的物点，光线经自准校正透镜自准原路返回。校正透镜和自准校正透镜生成球差可校正待检非球面镜在两个共轭点生成球差。共轭前后点与前区、中区、后区三个区间是相关的，大大提高了像差校正能力；自准面位于自准校正透镜上，光线两次通过待检非球面镜；自准校正透镜位于共轭前点前，校正扁球面能力强；校正透镜与自准校正透镜光路连接，校正能力更强。共轭校正检验可实现大口径、大相对孔径甚至超大口径、超大相对孔径的非球面镜检验。

Testing the optical system of aspheric mirror with conjugate correction

【技术实现步骤摘要】
共轭校正检验非球面镜的光学系统
本专利涉及大口径、大相对孔径的非球面镜检验，甚至超大口径、超大相对孔径的非球面镜检验，具体是指基于共轭校正原理检验非球面镜光学系统。
技术介绍
非球面镜光学包括像差理论、非球面镜光学系统设计、辅助光学系统设计、加工技术和像质评价等主要部分，其中，辅助光学系统设计起到非球面镜光学系统设计与非球面镜加工的桥梁作用，设计非球面镜的加工是通过辅助光学系统检验非球面镜实现的。回顾辅助光学系统设计的发展历史，非球面镜检验可分成两个主要类型：1.经典非球面镜检验利用非球面镜自身消像差点进行自准检验，光栏位于辅助面上，光线两次经过待检非球面镜。具有代表性的典型方法：(1)凹抛物面自准检验。利用辅助平面镜自准检验凹抛物面。(2)亨德尔(Hindle1931)凸双曲面检验。利用辅助球面镜，自准检验凸双曲面。(3)辛普森(Simpson1974)凸双曲面检验。利用半反半透自准辅助球面，自准检验凸双曲面。(4)透射凸非球面镜检验(郝沛明1991)。待检凸非球面镜自身消球差，在折射的消球差点一方加自准辅助球面镜，自准检验凸非球面镜。上述的非球面镜自身消像差点自准检验方法适用于一般口径和小相对孔径的非球面镜检验。2.零位补偿非球面镜检验利用补偿透镜生成的球差补偿待检凹非球面镜的法距差，进行自准检验。待检凹非球面镜是自准面，光栏位于待检凹非球面镜上，光线一次经过待检非球面镜。具有代表性的典型方法：(1)道尔(Dall1947)凹非球面镜检验。利用位于待检凹抛物面与曲率半径球心之间的补偿正透镜，检验凹抛物面，待检凹抛物面是自准面，这是前零位补偿非球面镜检验。(2)改进的道尔(Dall)凹扁球面检验。利用位于待检凹扁球面与曲率半径球心之间的补偿负透镜，检验凹扁球面，待检凹扁球面是自准面，这是前零位补偿非球面镜检验。(3)奥夫纳尔(Offner1863)凹非球面镜检验。利用位于待检凹非球面镜曲率半径球心后的补偿正透镜，检验凹抛物面，待检凹抛物面是自准面，这是后零位补偿非球面镜检验。(4)马克苏托夫(Maksutov1957)凹非球面镜检验。利用位于待检凹非球面镜与曲率半径球心之间的补偿凹反射镜，检验凹抛物面，待检凹抛物面是自准面，这是前零位补偿非球面镜检验。(5)萨菲尔(Shafer1979)凹非球面镜检验。利用位于待检凹抛物面与曲率半径球心之间的无光焦度三透镜组合生成的球差，补偿待检凹抛物面的法距差，待检凹抛物面是自准面，这是前零位补偿非球面镜检验。零位补偿非球面镜检验方法利用较小的补偿透镜或反射镜可实现大口径凹非球面镜检验，但利用零位补偿非球面镜检验的这些方法对于更大口径和更大相对孔径的凹非球面镜检验是比较困难的。为了实现大口径、大相对孔径的非球面镜检验，甚至实现超大口径、超大相对孔径的非球面镜检验，提出共轭校正检验非球面镜的理论，其原理为：待检非球面镜可产生共轭前点和共轭后点(两个共轭点不消球差)，校正透镜将物点(发光点)成像于一个共轭点，待检非球面镜将一个共轭点成像于另一个共轭点，另一个共轭点为自准校正透镜的自准点，共轭两点是物像关系，利用校正透镜和自准校正透镜二者生成的球差可校正待检非球面镜生成的球差。光栏位于自准校正透镜的自准面(内反射自准)上，光线两次经过待检非球面镜。相对于经典非球面镜检验和零位补偿非球面镜检验，共轭校正检验非球面镜区别在于：1.经典非球面镜检验利用凸或凹非球面镜自身消球差点进行自准检验，适用于一般口径和小相对孔径的非球面镜检验。2.零位补偿检验以近轴曲率中心为界，分前补偿和后补偿；自准面位于待检凹非球面镜上，光线仅一次通过待检凹非球面镜反射。零位补偿检验分前零位补偿检验和后零位补偿检验两个区间，两个区间是不相关的，这样大大的降低补偿(校正)能力，利用零位补偿检验大口径、大相对孔径的凹非球面镜是难以实现的。3.共轭校正检验以共轭前后点为界，分前区、中区和后区，共轭前后点和三个区间是相关的，大大提高了校正能力；自准面位于自准校正透镜上，光线两次通过待检非球面镜反射；自准校正负透镜位于共轭前点前，校正扁球面能力强；校正透镜与自准校正透镜光路连接，达到校正能力更强的目的。共轭校正非球面镜检验可以实现大口径、大相对孔径的非球面镜检验，甚至实现超大口径、超大相对孔径的非球面镜检验。
技术实现思路
共轭校正检验非球面镜适用于凸和凹非球面镜检验，为研究大口径、大相对孔径甚至超大口径、超大相对孔径的非球面镜检验提供了检验系统。一种共轭校正检验非球面镜的光学系统，包括校正透镜2和自准校正透镜3，待检非球面镜1有两个不消球差的共轭点，即共轭后点O′和共轭前点O″，其特征在于，由检测设备发出的光线经校正透镜2后至待检非球面镜1反射至自准校正透镜3，并由自准校正透镜3中的镀有半透半反膜的透镜面反射回待检非球面镜1，再经待检非球面镜1反射到自准校正透镜3，经自准校正透镜3透射和校正透镜2透射原路回到检测设备。本专利所述的校正透镜2将检测设备发出的光线成像于待检非球面镜1的共轭后点O′或共轭前点O″上，该点作为待检非球面镜的共轭物点；待检非球面镜1将共轭物点成像于另一个共轭点上，该点为共轭像点；共轭前点O″和共轭后点O′共轭为物像关系点；按两个共轭点划分区间成共轭后点、共轭前点、共轭前后点之间为中区O′O″、共轭后点后为后区和共轭前点前为前区，共轭校正检验的共轭前后点和前区、中区、后区三个区间是相关的；校正透镜2和自准校正透镜3二者生成的球差校正待检非球面镜1在两个共轭点生成的球差；自准校正透镜3放置在共轭后点O′，共轭前点O″，中区、后区或前区区间；光栏位于自准校正透镜3的自准面上，自准面镀有半透半反膜，光线两次经过待检非球面镜1。本专利所述的校正透镜2和自准校正透镜3二者可合并成同一透镜。本专利所述的共轭校正检验非球面镜的光学系统的共轭校正检验非球面镜理论，其特征在于：所述校正透镜2和自准校正透镜3规化参数确定方法如下：所述的各参数定义为h0为光线在待检非球面镜(1)上的入射高度，h校为光线在校正透镜(2)上的入射高度，h自校为光线在自准校正透镜(3)上的入射高度，r0为待检非球面镜(1)顶点的曲率半径，u0为待检非球面镜(1)曲率中心到待检非球面镜(1)半口径处与光轴孔径角，u和u′为入射和反射待检非球面镜(1)光线与光轴孔径角，n和n′为入射和反射待检非球面镜(1)光线的折射率n＝1,n′＝-1。O′点和O″点互为物像关系的两个共轭点，O′点为共轭后点，O″点为共轭前点；l为共轭前截距，l′为共轭后截距，和K非为待检非球面镜(1)的初级球差参量，e2为待检非球面镜(1)的偏心率平方，S1非为待检非球面镜(1)的初级球差系数，P校为校正透镜(2)的初级球差参量，S1校为校正透镜(2)的初级球差系数，为自准校正透镜(3)的初级球差参量，S1自校为自准校正透镜(3)的初级球差系数，S1为检验系统的初级球差系数。h0、h校、h自校、r0、u0、u、u′、n、n′、l、l′、K非、e2、S1非、P校、S1校、S1自校各个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种共轭校正检验非球面镜的光学系统，包括校正透镜(2)和自准校正透镜(3)，待检非球面镜(1)有两个不消球差的共轭点，即共轭后点O′和共轭前点O″，其特征在于，/n由检测设备发出的光线经校正透镜(2)后至待检非球面镜(1)反射至自准校正透镜(3)，并由自准校正透镜(3)中的镀有半透半反膜的透镜面反射回待检非球面镜(1)，再经待检非球面镜(1)反射到自准校正透镜(3)，经自准校正透镜(3)透射和校正透镜(2)透射原路回到检测设备；/n校正透镜(2)将检测设备发出的光线成像于待检非球面镜(1)的共轭后点O′或共轭前点O″上，该点作为待检非球面镜的共轭物点；待检非球面镜(1)将共轭物点成像于另一个共轭点上，该点为共轭像点；共轭前点O″和共轭后点O′共轭为物像关系点；按两个共轭点划分区间成共轭后点、共轭前点、共轭前后点之间为中区O′O″、共轭后点后为后区和共轭前点前为前区，共轭校正检验的共轭前后点和前区、中区、后区三个区间是相关的；校正透镜(2)和自准校正透镜(3)二者生成的球差校正待检非球面镜(1)在两个共轭点生成的球差；自准校正透镜(3)放置在共轭后点O′，共轭前点O″，中区、后区或前区区间；光栏位于自准校正透镜(3)的自准面上，自准面镀有半透半反膜，光线两次经过待检非球面镜(1)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种共轭校正检验非球面镜的光学系统，包括校正透镜(2)和自准校正透镜(3)，待检非球面镜(1)有两个不消球差的共轭点，即共轭后点O′和共轭前点O″，其特征在于，
由检测设备发出的光线经校正透镜(2)后至待检非球面镜(1)反射至自准校正透镜(3)，并由自准校正透镜(3)中的镀有半透半反膜的透镜面反射回待检非球面镜(1)，再经待检非球面镜(1)反射到自准校正透镜(3)，经自准校正透镜(3)透射和校正透镜(2)透射原路回到检测设备；
校正透镜(2)将检测设备发出的光线成像于待检非球面镜(1)的共轭后点O′或共轭前点O″上，该点作为待检非球面镜的共轭物点；待检非球面镜(1)将共轭物点成像于另一个共轭点上，该点为共...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝沛明，郑列华，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：新型
国别省市：上海;31