色散补偿物镜组件和装置、光谱共焦干涉系统和方法

    技术2025-02-12  52


    本申请涉及光学成像领域,特别是涉及一种色散补偿物镜组件和装置、光谱共焦干涉系统和方法。


    背景技术:

    1、光谱共焦干涉技术是一种将光谱干涉技术和彩色共焦显微镜技术相结合的非接触光学测量手段,可以实现对样品的三维表面形貌和光学特性的精确测量。光谱共焦干涉系统中的测量臂主要用于采集样品表面反射的光信号,参考臂主要用于引入干涉效应,通过与样品臂的光程差相互比较,实现干涉信号的获取从而实现对样品的表面形貌和光学特性的精确测量。在光谱共焦干涉系统中参考臂的色散对于干涉信号有很大的影响,如色散会使干涉信号的包络展宽、降低干涉信号对比度、使得干涉信号不对称、改变干涉信号的变化周期以及降低干涉系统的轴向分辨率等。因此需要对参考臂进行色散补偿使两臂色散匹配。而色散补偿是能通过色散补偿物镜实现的,通过特定的光学设计和材料选择,能够使不同波长的光线在经过其后能够聚焦于同一焦点,从而有效减小或消除色差。因此色散补偿物镜的性能在一定程度上决定了测量系统的精度、纵向分辨率及测量范围等参数指标。

    2、为了获得较好的成像质量,现有的色散补偿物镜通常使用多个弯月透镜(本发明中所称的弯月透镜为两壁面的曲率半径均小于30mm的透镜),而弯月透镜的加工难度大且相对较薄,在组装色散补偿物镜时弯月透镜容易出现破裂,大大提高了色散补偿物镜的组装难度。

    3、针对现有色散补偿物镜的组装难度大的问题,目前还没有提出有效的解决方案。


    技术实现思路

    1、在本发明中提供了一种色散补偿物镜组件和装置、光谱共焦干涉系统和方法,以解决现有色散补偿物镜的组装难度大的问题。

    2、第一个方面,在本发明中提供了一种色散补偿物镜组件,所述色散补偿物镜组件包括同轴设置的七个透镜,七个所述透镜依次分别为第一负透镜、第一正透镜、第二正透镜、第二负透镜、第三正透镜、第四正透镜和正弯月透镜;

    3、所述第一负透镜和所述第一正透镜胶合为第一胶合透镜,所述第二正透镜和所述第二负透镜胶合为第二胶合透镜;

    4、至少两个所述透镜的材料不同且任意两个所述透镜的材料之间满足如下约束条件:

    5、δpij/δvij≤0.0006

    6、其中,δpij表示第i个透镜和第j个透镜之间的材料部分色散系数差值,δvij表示第i个透镜和第j个透镜之间的材料阿贝数差值。

    7、第二个方面,在本发明中提供了一种色散补偿装置,包括外壳以及安装在所述外壳内的色散补偿物镜组件,所述色散补偿物镜组件为第一个方面所述的色散补偿物镜组件。

    8、第三个方面,在本发明中提供了一种光谱共焦干涉系统,包括用于引入干涉效应的参考臂以及对所述参考臂进行色散补偿的色散补偿物镜组件,所述色散补偿物镜组件为第一个方面所述的色散补偿物镜组件。

    9、第四个方面,在本发明中提供了一种光谱共焦干涉系统,包括用于引入干涉效应的参考臂以及对所述参考臂进行色散补偿的色散补偿装置,所述色散补偿装置为第二个方面所述的色散补偿装置。

    10、第五个方面,在本发明中提供了一种光谱共焦干涉方法,所述光谱共焦干涉方法通过第一个方面所述的色散补偿物镜组件或第二个方面所述的色散补偿装置对参考臂进行色散补偿。

    11、与相关技术相比,本发明提供的色散补偿物镜组件仅仅使用一个弯月透镜,相比于现有的色散补偿物镜组件,降低了弯月透镜的数量,进而降低了色散补偿物镜组件的组装难度以及制造成本,解决了现有色散补偿物镜的组装难度大的问题。

    12、本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出,以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。



    技术特征:

    1.一种色散补偿物镜组件,其特征在于,所述色散补偿物镜组件包括同轴设置的七个透镜,七个所述透镜依次分别为第一负透镜、第一正透镜、第二正透镜、第二负透镜、第三正透镜、第四正透镜和正弯月透镜;

    2.根据权利要求1所述的色散补偿物镜组件,其特征在于,所述第一负透镜和所述第三正透镜的材料均为重冕玻璃且折射率均在1.90至1.96之间;

    3.根据权利要求2所述的色散补偿物镜组件,其特征在于,所述第一负透镜的中心厚度为2.5mm,所述第一正透镜的中心厚度为4.2mm、所述第二正透镜的中心厚度为4.3mm、所述第二负透镜的中心厚度为8.2mm、所述第三正透镜的中心厚度为4.4mm、所述第四正透镜的中心厚度为5.5mm和所述正弯月透镜的中心厚度3.4mm。

    4.根据权利要求3所述的色散补偿物镜组件,其特征在于,所述第一胶合透镜与所述第二正透镜的空气间隔为0.5mm;

    5.根据权利要求4所述的色散补偿物镜组件,其特征在于,在同一参考方向上,所述第一负透镜的前表面和后表面的曲率半径分别为-173.9mm和42.0mm,所述第一正透镜的前表面和后表面的曲率半径分别为42.mm和-29mm,所述第二正透镜的前表面和后表面的曲率半径分别为32.8mm和-32.8mm,所述第二负透镜的前表面和后表面的曲率半径分别为-32.8mm和-256.6mm,所述第三正透镜的前表面和后表面的曲率半径分别为-58.1mm和-40.1mm,所述第四正透镜的前表面和后表面的曲率半径分别为41.1mm和169.1mm,所述正弯月透镜的前表面和后表面的曲率半径分别为18.6mm和26.2mm。

    6.根据权利要求5所述的色散补偿物镜组件,其特征在于,所述色散补偿物镜组件的工作波段为500-700nm。

    7.一种色散补偿装置,包括外壳以及安装在所述外壳内的色散补偿物镜组件,其特征在于,所述色散补偿物镜组件为权利要求1-6中任一项所述的色散补偿物镜组件。

    8.一种光谱共焦干涉系统,包括用于引入干涉效应的参考臂以及对所述参考臂进行色散补偿的色散补偿物镜组件,其特征在于,所述色散补偿物镜组件为权利要求1-6中任一项所述的色散补偿物镜组件。

    9.一种光谱共焦干涉系统,包括用于引入干涉效应的参考臂以及对所述参考臂进行色散补偿的色散补偿装置,其特征在于,所述色散补偿装置为权利要求7所述的色散补偿装置。

    10.一种光谱共焦干涉方法,其特征在于,所述光谱共焦干涉方法通过权利要求1-6中任一项所述的色散补偿物镜组件或权利要求7所述的色散补偿装置对参考臂进行色散补偿。


    技术总结
    本申请涉及一种色散补偿物镜组件和装置、光谱共焦干涉系统和方法,其中,该色散补偿物镜组件包括同轴设置的七个透镜,七个透镜依次分别为第一负透镜、第一正透镜、第二正透镜、第二负透镜、第三正透镜、第四正透镜和正弯月透镜;第一负透镜和第一正透镜胶合为第一胶合透镜,第二正透镜和第二负透镜胶合为第二胶合透镜;至少两个透镜的材料不同且任意两个透镜的材料之间满足如下约束条件:ΔP<subgt;ij</subgt;/ΔV<subgt;ij</subgt;≤0.0006。本发明提供的色散补偿物镜组件仅仅使用一个弯月透镜,进而降低了色散补偿物镜组件的组装难度以及制造成本,解决了现有色散补偿物镜的组装难度大的问题。

    技术研发人员:夏豪杰,张仡,赵雨露,常松涛,朱梓旭,杨紫怡,陈心语
    受保护的技术使用者:合肥工业大学
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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