像差检测 光学测量

1、§5-3象差测量概述光学系统成象质量的好坏，是最后评定此光学系统优劣的主要标准。影响象质的因素有： 设计水平：校正象差的完善程度 加工水平：加工误差、装配误差、材料误差 杂光几何象差与光学设计密切联系误差测量与物光联系密切§5-3-1 二次截面法（哈特曼法）测几何象差19001904年由德国哈特曼提出，利用几何光学概念，找出这些光线经光学系统后的空间位置。一、 原理用区域光阑将不同孔径的光分开1、 轴向象差 球差 区域光阑（哈特曼光阑）小孔直径位置色差2、 垂轴象差 象散轴外球差曲线 场曲 慧差子午慧差C1G1=PA=RG2=a1PB=PA+AB=a1+AB AB=-Kt=

2、 弧矢慧差一般不测量（只在大视场时测量）哈特曼法无法测畸变，因光轴无法确定，因而也不能测倍率色差。二、 测量装置及注意事项1、 装置：阿斯卡 光具座2、 调整及注意事项 平行光管小孔校正在物镜焦平面上，转臂在轴向位置 根据物镜相对孔径选择区域光阑小孔直径，一般=（1/1001/400）f'小一些好，但太小衍射严重，光斑反而大。 使被测物镜光轴和平行光管光轴重合（光束法线转动物镜法） 确定E1位置，一般 确定曝光时间 测轴外象差时，使斜光束对称中心线和米字孔光阑中心孔重合，为此要纵向移动物镜，保证每一视场哈特曼光阑中心孔通过的光束通过被测物镜入瞳，同时相应移动E1和E2（两者精确相等）。

3、三、 测量误差分析 且在同一视场下对不同的bn1和bn2来说的误差是相同的，故可不考虑，所以表明边缘精度高，近轴精度低四、 优缺点优点 测量原理简单测多种几何象差 精度较高（比如球差可达） 可直接测象差曲线和设计曲线比较 测量装置通用性好缺点 近轴压不是直接测量 测量工作量大 不能测畸变，倍率色差§5-3-2 阴影法侧几何象差一、 原理 焦后：阴影与刀口移动方向相反 焦后：阴影移动方向与刀口相同 焦点：同时变暗二、 刀口仪技术数据六个小孔：比较小的三个，用大孔调整，小孔测量三、 测几何象差1、 球差2、 位置色差3、 象散最大光锥1/2移动量15mm，格值0.01。四、 刀口仪的应用

4、1、 大口径反射镜（凹）表面质量4、 慧差三、优缺点优点： 设备简单，多种检测 适宜和于大口径零件、系统 灵敏度高1/20 非接触测量 适于工序检验缺点 大多数已能定性，不定量 凸表面无法测量 要有经验§5-3-3 干涉法测波差及几何象差一、 概述用波差评介光学系统的成象质量，不但简单明了，而且是转面不变量，与光学系统的焦距，相对孔径，位率等无关，各种光学系统，均可用同一指标评价。观察仪器要求波象差小于1/4，高精度仪器要求波差小入1/10。二、 测量装置泰曼干涉仪（棱镜透镜干涉仪）条纹随参考波面（比较波面）不同条纹也不同。条纹最小时，测量也有困难，因受条件不稳定，受环境影响大。三、

5、 由离焦干涉， 求波面形状由波差和几何象差的关系 （v不大时）当研究主面处波面时可见W2在一定后与h2成正比即 若拍摄时口径D不等于 直径D0，则由拍摄的干涉园半径r求实际高度 D入瞳直径 D0（d）照片上干涉场直径 r(h)照片上干涉图半径 四、 由干涉图计算球差的方法0.1.2.3.4.5.6.7.8.9.0-2-1.5-0.50-0.5-1.5-200-2-1.5-0.50-0.5-1.5-20-20.510.5-0.5-1-0.52-1-0.75-0.5-0.2500.250.50.75-3-0.250.50.25-0.5-0.7502.75-3/6=-0.52/4=0.50.1.2.

6、3.4.5.6.7.8.9.10.0-1.5-2-1.5-0.50-0.5-1.5-2-1.500-1.5-2-1.5-0.50-0.5-1.5-2-1.5-1.5-0.50.510.5-0.5-1-0.50.51.5-0.5-0.2500.250.50.7501.251.51.75-2-0.750.51.2510.2500.7523.250/5=06.25/5=1.25§4-3 剪切干涉法测波象差一、 概述1、 干涉条件：频率相同、位相差恒定，振动方向相同2、 产生干涉的方法1) 波前分割法光源尺寸受限制，干涉条纹亮度小。1） 振幅分割法，可参为零，如平板玻璃干涉，光源可为扩展光源

7、，干涉条纹亮度大。所以实用的干涉测量装置均采用振幅分割法。3、 一般干涉装置均需一标准波面，即参考反射镜、被测件尺寸大小，参考反射镜尺寸也大，干涉仪结构庞大。4、 剪切干涉仪于20世纪40年代提出，用波面错位产生干涉条纹，可不用参考波面，分为二、 横向剪切干涉测量原理1、 横向剪切的产生1） 平面波2） 球面波2、 光源尺寸采用振幅分割法，由于剪切，故光源尺寸受限制3、 波面形状与干涉条纹原始波面W（x,y）剪切波面W(x-s,y)有初级球差、慧差、象散的波面数字表达示W(x,y)=A(x2+y2)2+By(X2+y2)+c(x2+3y2)1) 球差（初级）W(x,y)=A(x2+y2)2 x

8、的三次曲线3） 初级慧差W(x,y)=By(x2+y2) 以x,y轴为渐进线 的双曲线3）初级象散W(x,y)=c(x2+3y2) 4） 平行引起的波差（焦点向x,y方向离焦）5） 移斜引起的波差6） 离焦引起的波差三、 由剪切干涉圆求原始波面1、 一维剪切干圆的图解分析法1） 原理 w(2s)-w(s) w(3s)-w(2s)令 2） 无倾斜波面的干涉条纹 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10w(x) 0 -0.75 -1 -0.5 -0.25 0 -0.25 -0.5 -1 -0.75 0w(x-s) 0 -0.75 -1 -0.5 -0.25 0 -0.25 -0.5 -1 -0

9、.75 0w(s)=w(x)-w(ix-s)-0.75 -0.25 0.5 0.25 0.25 0.25 -0.25 -0.5 0.25 0.75W(ks) 0 -0.75 -1 -0.5 -0.25 0 -0.25 -0.5 -1 -0.75 03） 有倾斜波面波差 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10w(x) 0 -0.75 -1 -0.5 -0.25 0 -0.25 -0.5 -1 -0.75 0w(x-s) 0 -0.75 -1 -0.5 -0.25 0 -0.25 -0.5 -1 -0.75 0N(x)w(is)=w(ix)-w(ix-s)-0.75 -0.25 0.5 0.25 0.25 0.25 -0.25 -0.5 0.25 0.75Q(x) 0.5 0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5M(x)=N(x)+Q(x)-0.5 -1.15