一种标准球面镜头的制作方法

1.本实用新型属于光学镜头设计领域，具体涉及一种f数为0.56的标准球面镜头。


背景技术：

2.标准镜头f数定义为标准镜头的工作焦长除以标准尽头的入瞳口径。球面元件r数定义为球面半径除以实际的通光孔径，半球形的元件其r数为0.5。利用激光干涉仪测量元件表面面形时，只有标准镜头的f数小于待测量元件r数，才能将待测量元件的通光口径测全。由于小f数的标准镜头的弯曲光线的角度更大，因此小f数的标准镜头设计难度也远大于大f数标准镜头。f数与口径均影响标准镜头的设计，f数越小，口径越大，镜头的设计难度越大。
3.美国的zygo公司已有商业化的标准镜头出售，其所出售产品的f数范围从0.58至10.7，入射光束口径范围为1英寸(25.4mm)至6英寸(152.4mm)。其中f数最小的f0.58标准球面镜头的口径为25mm，而4英寸(101.6mm)的标准球面镜头最小f数为0.65。日本的mgkk系列标准镜头的f数范围从0.75至45，入射光束口径范围为100mm与150mm。我国内也有标准镜头产品出售，其参数基本与上述国外公司产品参数相同，大部分标准球面镜头f数范围从0.7至11，口径范围为1英寸(25.4mm)至6英寸(152.4mm)。
4.f数越小，口径越大，镜头设计越难，在实际测量中，f数越小，被测球面元件的r数或被测光学系统的f数越小(即数值孔径角越大)，所以更小f数的镜头也亟待开发。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，提供一种标准球面镜头，本实用新型采用了如下技术方案：
6.本实用新型提供了一种标准球面镜头，其特征在于，包括：沿光束入射方向依次同轴排布的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜以及参考镜，其中，第一透镜为双凹负透镜，用于将光束的口径扩大，第二透镜为凹面靠近第一透镜设置的弯月正透镜，第三透镜为凹面靠近第一透镜设置的弯月正透镜，第四透镜为双凸正透镜，第五透镜为双凸正透镜，第六透镜为凸面靠近第一透镜设置的弯月正透镜，第七透镜为凸面靠近第一透镜设置的弯月正透镜，参考镜为凸面靠近第一透镜设置的弯月正透镜，标准球面镜头的口径为100mm，标准球面镜头的f数为0.56。
7.本实用新型提供的标准球面镜头，还可以具有这样的特征，其中，第一透镜的第一面半径范围为
‑
270mm～
‑
330mm，第二面半径范围为250mm～300mm，厚度范围为14mm～18mm，第一透镜与第二透镜之间的空气间隔范围为18mm～22mm，第二透镜的第一面半径范围为
‑
720mm～
‑
880mm，第二面半径范围为
‑
650mm～
‑
790mm，厚度范围为16mm～20mm，第二透镜与第三透镜之间的空气间隔范围为8mm～12mm，第三透镜的第一面半径范围为
‑
440mm～
‑
540mm，第二面半径范围为
‑
340mm～
‑
410mm，厚度范围为16mm～20mm，第三透镜与第四透镜之间的空气间隔范围为8mm～12mm，第四透镜的第一面半径范围为1300mm～1600mm，第二面半径范围为
‑
340mm～
‑
410mm，厚度范围为18mm～22mm，第四透镜与第五透镜之间的空气间
隔范围为8mm～12mm，第五透镜的第一面半径范围为300mm～360mm，第二面半径范围为
‑
1000mm～
‑
1200mm，厚度范围为20mm～24mm，第五透镜与第六透镜之间的空气间隔范围为0.5mm～3mm，第六透镜的第一面半径范围为100mm～130mm，第二面半径范围为170mm～200mm，厚度范围为16mm～20mm，第六透镜与第七透镜之间的空气间隔范围为0.5mm～3mm，第七透镜的第一面半径范围为40mm～60mm，第二面半径范围为40mm～60mm，厚度范围为20mm～24mm，第七透镜与参考镜之间的空气间隔范围为0.5mm～3mm，参考镜的第一面半径范围为30mm～40mm，第二面半径范围为30mm～40mm，厚度范围为16mm～20mm。
8.本实用新型提供的标准球面镜头，还可以具有这样的特征，其中，第一透镜、第二镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜以及第七透镜的材料为重火石玻璃。
9.本实用新型提供的标准球面镜头，还可以具有这样的特征，其中，参考镜的材料为融石英。
10.实用新型作用与效果
11.根据本实用新型的标准球面镜头，包括沿光束入射方向依次同轴排布的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜以及参考镜，其中，第一透镜为双凹负透镜，第二透镜为弯月正透镜，第三透镜为弯月正透镜，第四透镜为双凸正透镜，第五透镜为双凸正透镜，第六透镜为弯月正透镜，第七透镜为弯月正透镜，参考镜为弯月正透镜，本实施例的标准球面镜头的口径为100mm，整个透镜组的设计使得标准球面镜头的f数为0.56，即可以达到现有技术中最小的f数。本实施例的标准球面镜头具有大口径小f数的特点，可以相较于现有技术中的镜头对更小r数的元件面形及更大数值孔径的光学系统波前的测量，应用范围十分广泛。
附图说明
12.图1是本实用新型实施例的标准球面镜头的结构示意图；
13.图2是本实用新型实施例的标准球面镜头在632.8nm的波前图；
14.图3是本实用新型实施例的标准球面镜头测量大曲率凸面面形示意图。
具体实施方式
15.以下结合附图以及实施例来说明本实用新型的具体实施方式。
16.<实施例>
17.本实施例提供一种f数为0.56的标准球面镜头。
18.图1是本实用新型实施例的标准球面镜头的结构示意图。
19.如图1所示，标准球面镜头100的f数为0.56，口径为100mm，包括沿光束入射方向依次同轴排布的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7以及参考镜8。
20.第一透镜1为双凹负透镜，用于将光束的口径扩大。
21.第二透镜2为弯月正透镜，其凹面靠近第一透镜1设置。
22.第三透镜3为弯月正透镜，其凹面靠近第一透镜1设置。
23.第四透镜4为双凸正透镜。
24.第五透镜5为双凸正透镜。
25.第六透镜6为弯月正透镜，其凸面靠近第一透镜1设置。
26.第七透镜7为弯月正透镜，其凸面靠近第一透镜1设置。
27.参考镜为弯月正透镜，其凸面靠近第一透镜1设置。
28.以下结合图1以及表1对标准球面镜头100的各个透镜的参数范围进行描述。
29.表1标准球面镜头100的各个透镜的材料、半径范围以及厚度范围(单位：mm)
30.[0031][0032]
如表1以及图1所示，第一透镜1的材料为重火石玻璃，其第一面半径r1的范围为
‑
270mm～
‑
330mm，第二面半径r2的范围为250mm～300mm，厚度d1的范围为14mm～18mm。
[0033]
第二透镜2的材料为重火石玻璃，其第一面半径r3的范围为
‑
720mm～
‑
880mm，第二面半径r4的范围为
‑
650mm～
‑
790mm，厚度d3的范围为16mm～20mm。
[0034]
第三透镜3的材料为重火石玻璃，其第一面半径r5的范围为
‑
440mm～
‑
540mm，第二面半径r6的范围为
‑
340mm～
‑
410mm，厚度d5的范围为16mm～20mm。
[0035]
第四透镜4的材料为重火石玻璃，其第一面半径r7的范围为1300mm～1600mm，第二面半径r8的范围为
‑
340mm～
‑
410mm，厚度d7的范围为18mm～22mm。
[0036]
第五透镜5的材料为重火石玻璃，其第一面半径r9的范围为300mm～360mm，第二面半径r10的范围为
‑
1000mm～
‑
1200mm，厚度d9的范围为20mm～24mm。
[0037]
第六透镜6的材料为重火石玻璃，其第一面半径r11的范围为100mm～130mm，第二面半径r12的范围为170mm～200mm，厚度d11的范围为16mm～20mm。
[0038]
第七透镜7的材料为重火石玻璃，其第一面半径r13的范围为40mm～60mm，第二面半径r14的范围为40mm～60mm，厚度d13的范围为20mm～24mm。
[0039]
参考镜8的材料为融石英，其第一面半径r15的范围为30mm～40mm，第二面半径r16的范围为30mm～40mm，厚度d15为16mm～20mm。
[0040]
上述第一面半径均为透镜靠近光束发射点的一面的半径，第二面透镜为透镜远离光束发射点的一面的半径，厚度为各个透镜的轴线上的第一面以及第二面之间的距离。
[0041]
上述的半径的正负符号仅表示曲面形状，正号代表凸面，负号代表凹面，半径范围的最大值与最小值按绝对值计算。
[0042]
第一透镜1与第二透镜2之间的空气间隔d2的范围为18mm～22mm。
[0043]
第二透镜2与第三透镜3之间的空气间隔d4的范围为8mm～12mm。
[0044]
第三透镜3与第四透镜4之间的空气间隔d6的范围为8mm～12mm。
[0045]
第四透镜4与第五透镜5之间的空气间隔d8的范围为8mm～12mm。
[0046]
第五透镜5与第六透镜6之间的空气间隔d10的范围为0.5mm～3mm。
[0047]
第六透镜6与第七透镜7之间的空气间隔d12的范围为0.5mm～3mm。
[0048]
第七透镜7与参考镜8之间的空气间隔d14的范围为0.5mm～3mm。
[0049]
标准球面镜头100的后截距与参考镜8的第二面半径r16相等。
[0050]
空气间隔为相邻两块透镜的轴线上的第二面以及第一面之间的距离，如第一透镜1与第二透镜2之间的空气间隔即为第一透镜的第二面的中心与第二透镜2的第一面的中心之间的距离。
[0051]
图2是本实用新型实施例的标准球面镜头在632.8nm的波前图。
[0052]
本实施例的标准球面镜头100的f数为0.56，如图2所示，在波长为632.8nm下的透射波前pv值为0.0234λ，即小于λ/10，符合标准球面镜头的精度。
[0053]
图3是本实用新型实施例的标准球面镜头测量大曲率凸面面形示意图。
[0054]
本实施例提供将标准球面镜头100用于检测被测大曲率元件表面300的面形的方法，如图3所示，具体使用过程如下：
[0055]
激光干涉仪200发出平行光束，经过标准球面镜头100后形成孔径角400数值很大的汇聚光束，当汇聚光束的球心与被测大曲率元件表面300的曲率中心重合时，通过相移干涉测量出面形。
[0056]
测量全部凸面面形要求标准镜头参考面半径大于被测面半径，且标准球面镜头的
f数小于被测面形的r数，才能覆盖整个表面，因此大口径小f数能够一次性测量大曲率表面的全部面形。同理标准球面镜头100也可测量大曲率凹面面形和小f数光学系统波前。
[0057]
实施例作用与效果
[0058]
本实施例提供的标准球面镜头，包括沿光束入射方向依次同轴排布的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜以及参考镜，其中，第一透镜为双凹负透镜，第二透镜为弯月正透镜，第三透镜为弯月正透镜，第四透镜为双凸正透镜，第五透镜为双凸正透镜，第六透镜为弯月正透镜，第七透镜为弯月正透镜，参考镜为弯月正透镜，本实施例的标准球面镜头的口径为100mm，整个透镜组的设计使得标准球面镜头的f数为0.56，即可以达到现有技术中最小的f数。本实施例的标准球面镜头具有大口径小f数的特点，可以相较于现有技术中的镜头对更小r数的元件面形及更大数值孔径的光学系统波前的测量，应用范围十分广泛。
[0059]
上述实施例仅用于举例说明本实用新型的具体实施方式，而本实用新型不限于上述实施例的描述范围。