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得好坏，就是最后评定此光学系统优劣得主要标准。影响象质得因素有： 设计水平：校正象差得完善程度 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1900 1904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得空间位置。 原理用区域光阑将不同孔径得光分开1、轴向象差 球差区域光阑（哈特曼光阑）小孔直径bn1Snbn2SnSnbn1bn1bn2 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CG=P A=R(2=aiPB

2、=PA+AB=+ABa1 ABC2RStaiABSta1 a2AB=-Kt=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。 使被测物镜光轴与平行光管光轴重合（光束法线转动物镜法） 确定Ei位置，一般 确定曝光时间为此要纵向移动物镜，保证每一视Ei与E2 （两者精确相等）。 测轴外象差时，使斜光束对称中心线与米字

3、孔光阑中心孔重合,场哈特曼光阑中心孔通过得光束通过被测物镜入瞳，同时相应移动三、测量误差分析snbn22bnihn1(bnibn2)丄2 2“2在同一视场下对不同得bni与bn2来说得误差就是相同得，故可不考虑，所以snf'1(bni )2bn2)2Zhn bbnibn2)(bni 2 "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） 可直接测象差曲线与设计曲线比较 测量装置通用性好缺点 近轴压不就是直接测量 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：

4、阴影移动方向与刀口相同 焦点：同时变暗刀口仪技术数据六个小孔：比较小得三个，用大孔调整，小孔测量 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、刀口仪得应用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 适宜与于大口径零件、系统 灵敏度高1/20入 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概述均可用同一指标评价。1/4入，高精度仪器要求波差小入1/10用波差评介光学系统得成象质量，不但简单明了，而且就是转面不变量，与光学系统得焦距，相对孔

5、 径，位率等无关，各种光学系统，观察仪器要求波象差小于二、测量装置泰曼干涉仪（棱镜透镜干涉仪）CJ"1 .图5-9秦曼干涉仪光路1-光Sfi Z-St光检 A可邃光1 准直5井录6 $-«试反射議¥ 癖物镶F 观察光口一毛鹼觴屏条纹随参考波面（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。 由离焦干涉，求波面形状由波差与几何象差得关系（V不大时）w2-ssin2v' 1 'ssin2v' -ssin2v2 2 0 2当研究主面处波面时可见W在一定后与h2成正比即若拍摄时口径D不等于 直径D0，则由拍摄得干

6、涉园半径r求实际高度D入瞳直径0 （d）照片上干涉场直径r（h）四、由干涉图计算球差得方法照片上干涉图半径wL' LAa' 2sin v2(w 丄 LA' sin2v)sin v20.1.2.3.4.5.6.7.8.9.0-2-1、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、50.1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.0-1、5-2-1、5-0、50-

7、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概述1、2、干涉条件：频率相同、位相差恒定，振动方向相同 产生干涉得方法1）波前分割法光源尺寸受限制，干涉条纹亮度小。振幅分割法，可参为零，如平板玻璃干涉，光源可为扩展光源，干涉条纹亮度大。所以实用得干涉测 量装置均采用振幅分割法。1)3、一般干涉装置均需

8、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 横向剪切干涉测量原理1、横向剪切得产生1）2）平面波球面波2、光源尺寸采用振幅分割法，由于剪切,，故光源尺寸受限制d bsr,bs平面波时bss3、 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、象散得波面数字表达示2+y2)+c(x 2+3y2)W(x,y)=A(x 2+y2)2+By(X1)球差(初级)W(x,y)=A(x 2+y2)2ww(x s,y)x3)初级慧差2 2W(x,y)=By

9、(x +y )4A(x2y2)xx得三次曲线w(x s,y)2BxyNx以x,y轴为渐进线w(x,y s)B(x23y2)sNy得双曲线3)初级象散2 2W(x,y)=c(x +3y )w(x s,y)2cxNxw(x,y s)6cyNy4) 平行引起得波差(焦点向x,y方向离焦)wx Ex Nxx , w(x,y s)EyNy5)移斜引起得波差6)离焦引起得波差由剪切干涉圆求原始波面1、一维剪切干圆得图解分析法1)原理w2s卜ws)w3sw2s)w(ks)w(s)w(2s)w(ks)w(is)101 2345678910w(x)0-0、75-1-0、5-0、250-0、25-0、5-1-0、

10、750w(x-s)0-0、75-1-0、5-0、250-0、25-0、5-1-0、750 w(s)=w(x)-w(ix-s)-O、75-0、250、50、250、25 -0、25 -0、25-0、5 0、250、75W(ks)0-0、75-1-0、5-0、250-0、25-0、5-1-0、750无倾斜波面得干涉条纹2)3)有倾斜波面波差78910w(x)0-0 、 75-1 -0、 5 -0、 25 0-0、 25 -0、 5 -1 -0、 750w(x-s) 0 -0 、75-1-0、 5 -0、 250 -0、 25 -0、 5 -1-0、 75Nx) w(is)=w(ix)-w(ix-s)-0、75 -0、250、50、250、25 O 25 -0、25 -0、5 0、25 0、75Q(x)、5 0、4-0、3-0、2-0、10、 10、 2 0、 3 0、 40、 5M (x)= N (x) +Q(x) -0 、 5 -1、