本發(fā)明屬于光學(xué)儀器領(lǐng)域，具體涉及小F數(shù)多波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)球面參考透鏡組。
背景技術(shù)：
光學(xué)干涉測(cè)試技術(shù)以其高精度、非接觸式無(wú)損測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)在光學(xué)元件表面面形、光學(xué)材料特性參數(shù)以及光電系統(tǒng)的性能測(cè)試等方面具有非常廣泛的應(yīng)用。
Yeou-Yen Cheng等人在《Two-wavelength phase shifting interferometry》(APPLIED OPTICS,24(23):4539-4543,1984)中提出了雙波長(zhǎng)移相干涉測(cè)試原理，通過求解合成波長(zhǎng)相位，擴(kuò)大了單波長(zhǎng)移相干涉儀測(cè)試范圍的同時(shí)又能夠保留較高的測(cè)試精度。
干涉儀檢測(cè)球面面形時(shí)需要配備標(biāo)準(zhǔn)球面透鏡裝置將干涉儀出射的準(zhǔn)直波前轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)球面波，為測(cè)試待測(cè)球面面形提供最佳參考球面。
現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)球面透鏡裝置主要應(yīng)用于單波長(zhǎng)，薛棟林在《大口徑標(biāo)準(zhǔn)球面鏡組研制與應(yīng)用》(中國(guó)激光，41(6):0616001-1～0616001-6,2014)研制了一種大口徑標(biāo)準(zhǔn)球面鏡組，工作波長(zhǎng)為單一的632.8nm；袁群等人在其專利《紅外非球面齊明透鏡裝置》(申請(qǐng)?zhí)?01110029384.6)中描述了一種用于紅外移相干涉測(cè)試裝置提供標(biāo)準(zhǔn)球面波的紅外標(biāo)準(zhǔn)球面透鏡裝置，工作波長(zhǎng)同樣為單一波長(zhǎng)。單波長(zhǎng)干涉檢測(cè)精度高，但測(cè)量范圍受到其工作波長(zhǎng)的制約，不能用于大面形偏差的面形測(cè)量。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種小F數(shù)多波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)球面參考透鏡組，解決了傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)球面參考透鏡組只能用于單波長(zhǎng)檢測(cè)的問題，同時(shí)也解決了標(biāo)準(zhǔn)球面參考透鏡組裝調(diào)過程困難的問題。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種小F數(shù)多波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)球面參考透鏡組，采用3片式透鏡，包括共光軸依次設(shè)置的雙膠合正透鏡、第二負(fù)透鏡和第二正透鏡；雙膠合正透鏡包括第一負(fù)透鏡和第一正透鏡，其中第一負(fù)透鏡為凸凹透鏡，第一正透鏡為雙凸透鏡；第一負(fù)透鏡的凹面與第一正透鏡凸面膠合，第二負(fù)透鏡為凸凹透鏡，第二正透鏡為凸凹透鏡；第二負(fù)透鏡的凸面與第一正透鏡相對(duì)，第二負(fù)透鏡的凹面與第二正透鏡的凸面相對(duì)；
平行光束射入雙膠合正透鏡的第一負(fù)透鏡的凸面，經(jīng)過第一負(fù)透鏡和第一正透鏡膠合的面，從第一正透鏡的另一個(gè)凸面射出，再射入第二負(fù)透鏡的凸面，從第二負(fù)透鏡的凹面射出，此時(shí)光束近似平行光束，再射入第二正透鏡的凸面，從第二正透鏡的凹面射出，并匯聚在第二正透鏡凹面的曲率中心處。
所述的小F數(shù)多波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)球面參考透鏡組，第二正透鏡的凹面不鍍膜，第一負(fù)透鏡、第一正透鏡和第二負(fù)透鏡的凹面和凸面以及第二正透鏡的凸面均鍍有632.8nm、543.5nm和532nm的多點(diǎn)增透膜。
所述的小F數(shù)多波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)球面參考透鏡組，第一負(fù)透鏡采用火石玻璃ZF6，凸面曲率半徑為625.4mm，凹面曲率半徑為328.3mm，厚度為13mm；第一正透鏡采用冕牌玻璃H-ZK7，厚度為19.8mm，與第一負(fù)透鏡膠合的凸面的曲率半徑為328.3mm，第一正透鏡的另一個(gè)凸面的曲率半徑為-492.93mm；第二負(fù)透鏡采用ZF7L，其凸面曲率半徑為117.77mm，凹面曲率半徑為85.664mm，厚度為16.38mm，第二負(fù)透鏡與第一正透鏡之間的空氣間隔為0.2mm；負(fù)透鏡采用SILICA，其凸面曲率半徑為88.273mm，凹面曲率半徑為254.72mm；第二負(fù)透鏡與第二正透鏡之間的空氣間隔可變，變動(dòng)范圍是0～60mm。
所述的小F數(shù)多波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)球面參考透鏡組，第二負(fù)透鏡與第二正透鏡之間的空氣間隔最優(yōu)為23mm。
所述的小F數(shù)多波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)球面參考透鏡組的F數(shù)F/3，頂焦距為254.72mm，雙膠合正透鏡的口徑為100mm。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)本發(fā)明的小F數(shù)多波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)球面參考透鏡組結(jié)構(gòu)為3片式透鏡，第一負(fù)透鏡采用色散低的冕牌玻璃ZK7材料，第一正透鏡采用色散高的火石玻璃ZF6材料，通過低色散和高色散材料的組合實(shí)現(xiàn)了小F數(shù)雙波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)球面透鏡組裝置在632.8nm、543.5nm和532nm三種波長(zhǎng)下的像差同時(shí)校正，實(shí)現(xiàn)了為三種波長(zhǎng)632.8nm、543.5nm和532nm下干涉測(cè)試分別提供最佳參考球面。
(2)采用雙膠合正透鏡和第二負(fù)透鏡組合，實(shí)現(xiàn)光像透過雙膠合正透鏡和第二負(fù)透鏡后近似平行光出射，即膠合正透鏡和第二負(fù)透鏡組合設(shè)計(jì)為近似無(wú)焦光路，第二正透鏡與第二負(fù)透鏡的鏡間距的改變不影響小F數(shù)多波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)球面參考透鏡組的系統(tǒng)焦點(diǎn)與第二正透鏡的凹面曲率中心重合，便于小F數(shù)多波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn) 球面參考透鏡組中包含標(biāo)準(zhǔn)參考球面的第二正透鏡裝調(diào)。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的一種小F數(shù)多波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)球面參考透鏡組結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
結(jié)合圖1，一種小F數(shù)多波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)球面參考透鏡組，采用3片式透鏡，包括共光軸依次設(shè)置的雙膠合正透鏡1、第二負(fù)透鏡4和第二正透鏡5；雙膠合正透鏡1包括第一負(fù)透鏡2和第一正透鏡3，其中第一負(fù)透鏡2為凸凹透鏡，第一正透鏡3為雙凸透鏡；第一負(fù)透鏡2的凹面與第一正透鏡3凸面膠合，第二負(fù)透鏡4為凸凹透鏡，第二正透鏡5為凸凹透鏡；第二負(fù)透鏡4的凸面與第一正透鏡3相對(duì)，第二負(fù)透鏡4的凹面與第二正透鏡5的凸面相對(duì)。
結(jié)合圖1，平行光束射入雙膠合正透鏡1的第一負(fù)透鏡2的凸面，經(jīng)過第一負(fù)透鏡2和第一正透鏡3膠合的面，從第一正透鏡3的另一個(gè)凸面射出，再射入第二負(fù)透鏡4的凸面，從第二負(fù)透鏡4的凹面射出，此時(shí)光束近似平行光束，再射入第二正透鏡5的凸面，從第二正透鏡5的凹面射出，并匯聚在第二正透鏡5凹面的曲率中心處。
所述的小F數(shù)多波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)球面參考透鏡組，第二正透鏡5的凹面不鍍膜，第一負(fù)透鏡2、第一正透鏡3和第二負(fù)透鏡4的凹面和凸面以及第二正透鏡5的凸面均鍍有632.8nm、543.5nm和532nm的多點(diǎn)增透膜，實(shí)現(xiàn)參考透鏡組的工作波長(zhǎng)為632.8nm、543.5nm和532nm，為三種波長(zhǎng)下干涉測(cè)試分別提供最佳參考球面。
所述的小F數(shù)多波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)球面參考透鏡組，第一負(fù)透鏡2采用火石玻璃ZF6，凸面曲率半徑為625.4mm，凹面曲率半徑為328.3mm，厚度為13mm；第一正透鏡3采用冕牌玻璃H-ZK7，厚度為19.8mm，與第一負(fù)透鏡2膠合的凸面的曲率半徑為328.3mm，第一正透鏡3的另一個(gè)凸面的曲率半徑為-492.93mm；第一負(fù)透鏡2采用色散高的火石玻璃ZF6材料，第一正透鏡3采用色散低的冕牌玻璃H-ZK7材料，通過低色散和高色散材料的組合實(shí)現(xiàn)了小F數(shù)多波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)球面參考透鏡組在632.8nm、543.5nm和532nm三種波長(zhǎng)下的像差同時(shí)校正。第二負(fù)透鏡4采用ZF7L，其凸面曲率半徑為117.77mm，凹面曲率半徑為85.664mm，厚 度為16.38mm，第二負(fù)透鏡4與第一正透鏡3之間的空氣間隔為0.2mm；負(fù)透鏡5采用SILICA，其凸面曲率半徑為88.273mm，凹面曲率半徑為254.72mm。
系列小F數(shù)標(biāo)準(zhǔn)球面透鏡組的設(shè)計(jì)、加工、裝校有一定的難度，作為光學(xué)干涉測(cè)試提供最佳參考球面的標(biāo)準(zhǔn)球面裝置，標(biāo)準(zhǔn)球面波面透鏡組要求其系統(tǒng)焦點(diǎn)與末面球心重合，否則重合存在誤差會(huì)在球面面形檢測(cè)時(shí)引入測(cè)量系統(tǒng)誤差。所以，標(biāo)準(zhǔn)球波面透鏡組的焦點(diǎn)與其末面曲率中心重合誤差要求很嚴(yán)，甚至達(dá)到微米量級(jí)。所述的小F數(shù)多波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)球面參考透鏡組，第二負(fù)透鏡4與第二正透鏡5之間的空氣間隔可變，變動(dòng)范圍是0～60mm，在該范圍內(nèi)系統(tǒng)波前像差均符合成像要求。因此，所述的小F數(shù)多波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)球面參考透鏡組降低了焦點(diǎn)與其末面曲率中心重合誤差隨鏡間距變化的靈敏度，便于小F數(shù)多波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)球面參考透鏡組中標(biāo)準(zhǔn)球面透鏡的裝調(diào)。
實(shí)施例一
一種小F數(shù)多波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)球面參考透鏡組，采用3片式透鏡，包括共光軸依次設(shè)置的雙膠合正透鏡1、第二負(fù)透鏡4和第二正透鏡5；雙膠合正透鏡1包括第一負(fù)透鏡2和第一正透鏡3，其中第一負(fù)透鏡2為凸凹透鏡，第一正透鏡3為雙凸透鏡；第一負(fù)透鏡2的凹面與第一正透鏡3凸面膠合，第二負(fù)透鏡4為凸凹透鏡，第二正透鏡5為凸凹透鏡；第二負(fù)透鏡4的凸面與第一正透鏡3相對(duì)，第二負(fù)透鏡4的凹面與第二正透鏡5的凸面相對(duì)。
結(jié)合圖1，平行光束射入雙膠合正透鏡1的第一負(fù)透鏡2的凸面，經(jīng)過第一負(fù)透鏡2和第一正透鏡3膠合的面，從第一正透鏡3的另一個(gè)凸面射出，再射入第二負(fù)透鏡4的凸面，從第二負(fù)透鏡4的凹面射出，此時(shí)光束近似平行光束，再射入第二正透鏡5的凸面，從第二正透鏡5的凹面射出，并匯聚在第二正透鏡5凹面的曲率中心處。
所述的小F數(shù)多波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)球面參考透鏡組，第二正透鏡5的凹面不鍍膜，第一負(fù)透鏡2、第一正透鏡3和第二負(fù)透鏡4的凹面和凸面以及第二正透鏡5的凸面均鍍有632.8nm、543.5nm和532nm的多點(diǎn)增透膜，實(shí)現(xiàn)參考透鏡組的工作波長(zhǎng)為632.8nm、543.5nm和532nm，為三種波長(zhǎng)下干涉測(cè)試分別提供最佳參考球面。
所述的小F數(shù)多波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)球面參考透鏡組，各鏡片參數(shù)及其間距具體如下表 所示，即第一負(fù)透鏡2采用火石玻璃ZF6，凸面曲率半徑為625.4mm，凹面曲率半徑為328.3mm，厚度為13mm；第一正透鏡3采用冕牌玻璃H-ZK7，厚度為19.8mm，與第一負(fù)透鏡2膠合的凸面的曲率半徑為328.3mm，第一正透鏡3的另一個(gè)凸面的曲率半徑為-492.93mm；第一負(fù)透鏡2采用色散高的火石玻璃ZF6材料，第一正透鏡3采用色散低的冕牌玻璃H-ZK7材料，通過低色散和高色散材料的組合實(shí)現(xiàn)了小F數(shù)多波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)球面參考透鏡組在632.8nm、543.5nm和532nm三種波長(zhǎng)下的像差同時(shí)校正。第二負(fù)透鏡4采用ZF7L，其凸面曲率半徑為117.77mm，凹面曲率半徑為85.664mm，厚度為16.38mm，第二負(fù)透鏡4與第一正透鏡3之間的空氣間隔為0.2mm；負(fù)透鏡5采用SILICA，其凸面曲率半徑為88.273mm，凹面曲率半徑為254.72mm。
所述的小F數(shù)多波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)球面參考透鏡組，第二負(fù)透鏡4與第二正透鏡5之間的空氣間隔為23mm，工作波長(zhǎng)為632.8nm時(shí)，系統(tǒng)波前像差PV值為0.5759λ。
所述的小F數(shù)多波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)球面參考透鏡組的F數(shù)F/3，頂焦距為254.72mm，雙膠合正透鏡1的口徑為100mm。