一种光学非球面检测准万能补偿镜制造技术

一种光学非球面检测准万能补偿镜属于光学非球面检测技术领域。现有的一种双透镜万能补偿镜体积较大，不易制作和装调，并且，只能检测大近轴半径非球面，离心率变化范围小，检测精度低。本发明专利技术之准万能补偿镜由三个球面透镜依次同轴排列构成，分别为凸平、平凹、双凸透镜，凸平透镜的凸面与平凹透镜的凹面的曲率半径相等，凸平透镜的前焦点与标准球面镜的后焦点重合，凸平透镜与平凹透镜之间的光是平行光，由光学自准直法利用平面反射的光调校和定位，确定准万能补偿镜的初始位置，调至准万能补偿镜的球差与被检非球面的法向像差相等。全面克服现有技术的不足。可在较大范围内、较高的精度上检测二次、高次非球面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学非球面检测

技术介绍
通过检测光学非球面波像差来检测其面形精度，在现有技术中，与本专利技术有关的检测方法是干涉图法，所采用的检测装置包括干涉仪、标准球面镜、补偿镜三大部分，干涉仪一般采用泰曼——格林干涉仪，光源为氦氖激光器，提供波长为632.8纳米的激光，经标准球面镜、补偿镜出射后，由补偿镜产生的球差与被检非球面的法向像差相补偿，当补偿精度满足瑞利准则，即波像差小于十分之一波长时，所得到的检测结果才准确地反映被检非球面面形精度。在这样的装置中干涉仪和标准球面镜是通用仪器和部件，而补偿镜则是为检测非球面而专门设计的光学部件。已知补偿镜由苏联普里亚耶夫在科学出版社(中国)于1982年出版的一本名为《光学非球面检验》的书中作了介绍。其中一种称为双透镜万能补偿镜，见图1所示，补偿镜1由两个透镜组成，透镜2是一个具有相等球面半径的弯月透镜，透镜3是一个双凸透镜，二者同轴安置，之间有空气间隔。补偿镜1安放于光源与被检非球面4之间，三者同轴。激光经补偿镜1后由被检非球面4反射。这种检测装置的检测能力及效果一方面取决于补偿镜1本身的形状、结构和光学参数，如补偿镜1由何种、几个透镜组成，排列顺序与间隔距离dn值，每个透镜各面的曲率半径rn值，每个透镜的厚度Dn值，补偿镜1厚度d值；另一方面取决于补偿镜1在检测装置中的位置，如补偿镜1至其前焦点O的距离-S0值，补偿镜1与被检非球面4之间的距离d0值。通过上述因素的调整，补偿镜1可以适应不同种类非球面，如抛物面、双曲面以及椭球面等二次回转曲面甚至高次曲面的检测，还可以检测近轴半径r0值、离心率e值、口径D值在一定范围内变化的每种曲面，由于这一点，这种补偿镜的专利技术者称其为万能补偿镜。当检测结果波像差ΔW小于十分之一波长，根据瑞利准则，该被检非球面4符合使用要求。
技术实现思路
已知技术中的双透镜万能补偿镜1中透镜2厚度达141毫米，补偿镜总重量达5.655公斤，不易制造，不便于装调和使用。并且，检测范围仅限于大近轴半径r0非球面，r0值最低也在3440mm以上；而且对应每一个近轴半径r0的离心率e值变化范围很小，例如，双曲面近轴半径r0从14729.83mm到6160.949mm，其离心率e值均为1.4；再有，检测精度不高，对非球面的补偿精度只有0.28～1.11微米，即波像差仅为0.4～1.7个波长，此检测结果并不满足瑞利准则小于0.1个波长的要求。为了克服已知技术的上述不足，我们专利技术了本专利技术之一种光学非球面检测准万能补偿器。本专利技术是这样实现的，见图2、图3所示，本专利技术之光学非球面检测准万能补偿镜5(以下简称准万能补偿镜)的组成为，三个同轴球面透镜6、7、8依次排列，透镜6为凸平球面透镜、透镜7为平凹球面透镜，透镜8为双凸球面透镜，透镜6的第一个面的曲率半径r1和透镜7的第二个面的曲率半径r4相等，透镜6第二个面的曲率半径r2和透镜7的第一个面的曲率半径r3均为无穷大，透镜6的前焦点与标准球面镜10的后焦点F′重合，透镜6、透镜7之间的光是平行光，由光学自准直法利用平面反射的光调校和定位，使准万能补偿镜5的前焦点O与标准球面镜的后焦点F′重合，该点也是光源位置，它与准万能补偿镜5的距离为-S0，由此确定了准万能补偿镜5的初始位置，准万能补偿镜5中的透镜8补偿透镜6和透镜7的高级像差，准万能补偿镜5的球差与被检非球面4的法向像差相等。当用该准万能补偿镜5检测被检非球面4时，把该准万能补偿镜5与泰曼——格林干涉仪9、标准球面镜10相结合，见图3所示，泰曼——格林干涉仪9测试光路的平行光束经标准球面镜10后聚焦于后焦点F′，再经准万能补偿镜5后，其近轴光束会聚于被检非球面4的近轴球心C，即近轴光束与被检非球面4的法线重合；而其他各带的光束分别与被检非球面4的各带法线重合。当检测其它各类不同非球面时，沿光轴移动准万能补偿镜5至某位置，使经准万能补偿镜5出射后的光束的球差与被检非球面4的法向像差相补偿，补偿精度满足瑞利准则，即检测结果波像差ΔW小于十分之一波长。该准万能补偿镜5也可以检测各种凸型非球面，原理、装置相同，只需把凸面对向该准万能补偿镜5即可。对于未在该准万能补偿镜5检测范围内的非球面，可按本专利技术就准万能补偿镜结构参数做常规调整，即可检测其他参数范围的非球面。按照上述方式使用准万能补偿镜5，可检测的非球面范围大，可检测近轴半径r0从300mm到25000mm的抛物面，近轴半径r0从10mm至50000mm的双曲面，近轴半径r0从400mm至50000mm的椭球面。其离心率e值变化大，例如近轴半径r0为-700mm的双曲面，离心率e在-1～-21.6之间变化。补偿精度高，补偿精度满足理想成像的瑞利准则，均小于十分之一波长。检测效果详见表1、表2、表3、表4、表5。该准万能补偿镜5也可以检测各种高次非球面。本专利技术之准万能补偿镜5各组成部分均为球面镜，体积小，重量轻，通光口径Dk为30mm，透镜6、7、8最大中心厚度是4.5mm，所以设计、制造、装调等都能够实现，并且比较容易和方便。表1 利用准万能补偿镜检测抛物面的结果 该表中各被检抛物面的离心率为e＝-1，近轴半径可检测范围为-25000mm≤r0≤-300mm，这只是一个大致的范围，近轴半径在该范围以外的抛物面也同样能被检测出来。其波像差ΔW≤λ/10。表2 利用准万能补偿镜检测双曲面的结果 近轴半径可检测范围为-50000mm≤r0≤-10mm。其波像差Δw＜λ/10。离心率e的变化范围很大。不同的近轴半径r0及离心率e可构造不同的双曲面，为了详细描述准万能补偿镜5所能检测的双曲面的范围，我们对不同的双曲面用光学设计软件Zemax进行了分析，并在表3中给出了当近轴半径r0一定时所能检测的双曲面离心率e的变化范围。根据离心率e的变化趋势，可大致判断出哪些双曲面可被准万能补偿镜5检测。表3 准万能补偿镜可检测的双曲面其离心率e的变化范围 表中所给的离心率e的变化范围不是精确的，还可在边缘小范围拓展。表4 准万能补偿镜检测椭球面的结果 表5 准万能补偿镜可检测的椭球面其离心率e的变化范围 表5中给出的r0的值从-400到-50000并非是一个精确的可检测的近轴半径值范围，在这两值之外的半径也可被检测出来。附图说明图1是已知技术之万能补偿镜以及其与光源和被检非球面相互位置关系示意图。图2是本专利技术之准万能补偿镜以及其与光源和被检非球面相互位置关系示意图。图3是本专利技术之准万能补偿镜在检测装置中的位置及检测过程示意图。图4是本专利技术之准万能补偿镜球差曲线图和被检抛物面法向像差曲线图。图5是本专利技术之准万能补偿镜补偿被检抛物面后波像差曲线图。具体事实施式见图3所示，该准万能补偿镜5是配合氦氖激光光源而设计，激光波长为632.8nm。被检非球面4为抛物面反射镜，口径D为100mm，相对口径D/f′为1/4，所设计的准万能补偿镜5其光学结构参数在表6中示出，如此设计可使准万能补偿镜5补偿该被检非球面4的波像差ΔW小于十分之一激光波长。表6 准万能补偿镜的光学结构参数 准万能补偿镜5的厚度d为d=Σn=13Dn+&本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学非球面检测准万能补偿镜，由同轴球面透镜组成，其特征在于，三个同轴球面透镜（６、７、８）依次排列，透镜（６）为凸平球面透镜、透镜（７）为平凹球面透镜，透镜（８）为双凸球面透镜，透镜（６）的第一个面的曲率半径ｒ↓［１］和透镜（７）的第二个面的曲率半径ｒ↓［４］相等，透镜（６）第二个面的曲率半径ｒ↓［２］和透镜（７）的第一个面的曲率半径ｒ↓［３］均为无穷大，透镜（６）的前焦点与标准球面镜（１０）的后焦点Ｆ′重合，透镜（６、７）之间的光是平行光，由光学自准直法利用平面反射的光调校和定位，使准万能补偿镜（５）的前焦点Ｏ与标准球面镜的后焦点Ｆ′重合，该点也是光源位置，它与准万能补偿镜（５）的距离为－Ｓ↓［０］，由此确定了准万能补偿镜壹（５）的初始位置，准万能补偿镜（５）中的透镜（８）补偿透镜（６）和透镜（７）的高级像差，准万能补偿镜（５）的球差与被检非球面（４）的法向像差相等。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王文生，王冕，王波，王晶晶，陈宇，苗华，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]