[发明专利]共轭校正检验非球面镜的光学系统及理论

说明书

本发明公开了一种共轭校正检验非球面镜的光学系统及理论。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。

技术领域

本发明涉及大口径、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的基础理论。

背景技术

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(Hindle 1931)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(Simpson 1974)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(Dall 1947)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(Offner 1863)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(Maksutov 1957)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(Shafer 1979)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：