[发明专利]使用应力双折射性能标准设计透镜

权利要求书

1.一种设计将物平面成像到像平面的具有减小的热致应力双折射敏感性的成像透镜的方法，所述成像透镜具有位于所述物平面和所述像平面之间的孔径光阑、位于所述孔径光阑的物平面一侧的第一组透镜元件以及位于所述孔径光阑的像平面一侧的第二组透镜元件，所述方法包括：

定义一组透镜设计属性，所述透镜设计属性描述所述透镜的几何特性；

定义一组透镜性能标准，其包括一个或更多个图像质量性能标准和热致应力双折射性能标准；

定义第一组备选玻璃，其具有以热应力双折射度量标准表征的可忽略的热应力双折射敏感性；

定义第二组备选玻璃，其具有以所述热应力双折射度量标准表征的高于可忽略的热应力双折射敏感性，但至多具有中度热应力双折射敏感性；

从所述第一组备选玻璃中选择用于紧邻所述孔径光阑定位的所述第一组和第二组透镜元件中的透镜元件的玻璃；

从所述第一组或第二组备选玻璃中选择用于不紧邻所述孔径光阑定位的所述第一组和第二组透镜元件中的透镜元件；以及

使用计算机处理器确定用于所述成像透镜的透镜设计，所述透镜设计实现所述透镜设计属性且同时满足所定义的透镜性能标准，其中所述透镜设计规定所述第一组和第二组透镜元件中的透镜元件的厚度、间距、形状和玻璃。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述热应力双折射度量标准包括与所述玻璃的热膨胀系数、所述玻璃的应力光学系数和所述玻璃的光吸收系数相关的因素。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述热应力双折射度量标准进一步包括与所述玻璃的弹性模量、所述玻璃的导热系数、所述玻璃的泊松比、所述玻璃中的光学功率密度、所述透镜元件的厚度或者所述透镜元件的光圈尺寸相关的至少一个额外因素。

4.根据权利要求2所述的方法，其中所述热应力双折射度量标准由下式给出：

M₁’=ρκα

其中ρ是热膨胀系数，κ是应力光学系数，α是光吸收系数。

5.根据权利要求2所述的方法，其中所述热应力双折射度量标准由下式给出：

M₁=ρκαE/(K·(1-μ))

其中ρ是热膨胀系数，κ是应力光学系数，α是光吸收系数，E是弹性模量，K是导热系数，μ是泊松比。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一组备选玻璃满足M₁≤0.1×10^-6W^-1的条件，所述第二组备选玻璃满足0.1×10^-6W^-1≤M₁≤1.60×10^-6W^-1的条件。

7.根据权利要求1所述的方法，其中描述所述几何特性的所述透镜设计属性包括透镜焦距、F/#、透镜放大倍率和透镜工作距离。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述图像质量性能标准包括调制传递函数标准或点扩散函数标准。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述热致应力双折射性能标准基于组合了为所述成像透镜中的每个透镜元件确定的强度加权的热应力双折射度量标准的总热应力双折射度量标准。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述强度加权的热应力双折射度量标准由下式给出：

M₂=I₀LρκαE/(K·(1-μ))

其中I₀是所述玻璃的光学功率密度，L是所述透镜元件的厚度，ρ是热膨胀系数，κ是应力光学系数，α是光吸收系数，E是弹性模量，K是导热系数，μ是泊松比。

11.根据权利要求1所述的方法，其中选择用于所述透镜元件的玻璃的步骤包括：

规定标称透镜设计，所述标称透镜设计实现所述透镜设计属性，但包括使用不在所述第一组和第二组备选玻璃中的玻璃的透镜元件；

从所述第一组和第二组备选玻璃中识别最接近地匹配不在所述第一组和第二组备选玻璃中的所述玻璃的折射率和色散特性的玻璃；和

用所识别的玻璃替换不在所述第一组和第二组备选玻璃中的所述玻璃。