像差檢測(cè) 光學(xué)測(cè)量【優(yōu)質(zhì)教學(xué)】

1、5-3象差測(cè)量概述光學(xué)系統(tǒng)成象質(zhì)量的好壞，是最后評(píng)定此光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)劣的主要標(biāo)準(zhǔn)。影響象質(zhì)的因素有： 設(shè)計(jì)水平：校正象差的完善程度 加工水平：加工誤差、裝配誤差、材料誤差 雜光幾何象差與光學(xué)設(shè)計(jì)密切聯(lián)系誤差測(cè)量與物光聯(lián)系密切5-3-1 二次截面法（哈特曼法）測(cè)幾何象差19001904年由德國(guó)哈特曼提出，利用幾何光學(xué)概念，找出這些光線經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后的空間位置。一、 原理用區(qū)域光闌將不同孔徑的光分開1、 軸向象差 球差 區(qū)域光闌（哈特曼光闌）小孔直徑位置色差2、 垂軸象差 象散軸外球差曲線 場(chǎng)曲 慧差子午慧差C1G1=PA=RG2=a1PB=PA+AB=a1+AB AB=-Kt= 弧矢慧差一般不測(cè)量（只

2、在大視場(chǎng)時(shí)測(cè)量）哈特曼法無(wú)法測(cè)畸變，因光軸無(wú)法確定，因而也不能測(cè)倍率色差。二、 測(cè)量裝置及注意事項(xiàng)1、 裝置：阿斯卡 光具座2、 調(diào)整及注意事項(xiàng) 平行光管小孔校正在物鏡焦平面上，轉(zhuǎn)臂在軸向位置 根據(jù)物鏡相對(duì)孔徑選擇區(qū)域光闌小孔直徑，一般=（1/1001/400）f小一些好，但太小衍射嚴(yán)重，光斑反而大。 使被測(cè)物鏡光軸和平行光管光軸重合（光束法線轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡法） 確定E1位置，一般 確定曝光時(shí)間 測(cè)軸外象差時(shí)，使斜光束對(duì)稱中心線和米字孔光闌中心孔重合，為此要縱向移動(dòng)物鏡，保證每一視場(chǎng)哈特曼光闌中心孔通過(guò)的光束通過(guò)被測(cè)物鏡入瞳，同時(shí)相應(yīng)移動(dòng)E1和E2（兩者精確相等）。三、 測(cè)量誤差分析 且在同一視場(chǎng)下

3、對(duì)不同的bn1和bn2來(lái)說(shuō)的誤差是相同的，故可不考慮，所以表明邊緣精度高，近軸精度低四、 優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 測(cè)量原理簡(jiǎn)單測(cè)多種幾何象差 精度較高（比如球差可達(dá)） 可直接測(cè)象差曲線和設(shè)計(jì)曲線比較 測(cè)量裝置通用性好缺點(diǎn) 近軸壓不是直接測(cè)量 測(cè)量工作量大 不能測(cè)畸變，倍率色差5-3-2 陰影法側(cè)幾何象差一、 原理 焦后：陰影與刀口移動(dòng)方向相反 焦后：陰影移動(dòng)方向與刀口相同 焦點(diǎn)：同時(shí)變暗二、 刀口儀技術(shù)數(shù)據(jù)六個(gè)小孔：比較小的三個(gè)，用大孔調(diào)整，小孔測(cè)量三、 測(cè)幾何象差1、 球差2、 位置色差3、 象散最大光錐1/2移動(dòng)量15mm，格值0.01。四、 刀口儀的應(yīng)用1、 大口徑反射鏡（凹）表面質(zhì)量4、 慧差三、

4、優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 設(shè)備簡(jiǎn)單，多種檢測(cè) 適宜和于大口徑零件、系統(tǒng) 靈敏度高1/20 非接觸測(cè)量 適于工序檢驗(yàn)缺點(diǎn) 大多數(shù)已能定性，不定量 凸表面無(wú)法測(cè)量 要有經(jīng)驗(yàn)5-3-3 干涉法測(cè)波差及幾何象差一、 概述用波差評(píng)介光學(xué)系統(tǒng)的成象質(zhì)量，不但簡(jiǎn)單明了，而且是轉(zhuǎn)面不變量，與光學(xué)系統(tǒng)的焦距，相對(duì)孔徑，位率等無(wú)關(guān)，各種光學(xué)系統(tǒng)，均可用同一指標(biāo)評(píng)價(jià)。觀察儀器要求波象差小于1/4，高精度儀器要求波差小入1/10。二、 測(cè)量裝置泰曼干涉儀（棱鏡透鏡干涉儀）條紋隨參考波面（比較波面）不同條紋也不同。條紋最小時(shí)，測(cè)量也有困難，因受條件不穩(wěn)定，受環(huán)境影響大。三、 由離焦干涉， 求波面形狀由波差和幾何象差的關(guān)系 （v不大

5、時(shí)）當(dāng)研究主面處波面時(shí)可見(jiàn)W2在一定后與h2成正比即 若拍攝時(shí)口徑D不等于 直徑D0，則由拍攝的干涉園半徑r求實(shí)際高度 D入瞳直徑 D0（d）照片上干涉場(chǎng)直徑 r(h)照片上干涉圖半徑 四、 由干涉圖計(jì)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=0.50.1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.0-1.5-2-1.5-

6、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=1.254-3 剪切干涉法測(cè)波象差一、 概述1、 干涉條件：頻率相同、位相差恒定，振動(dòng)方向相同2、 產(chǎn)生干涉的方法1) 波前分割法光源尺寸受限制，干涉條紋亮度小。1） 振幅分割法，可參為零，如平板玻璃干涉，光源可為擴(kuò)展光源，干涉條紋亮度大。所以實(shí)用的干涉測(cè)量裝置均采用振幅分割法。3、 一般干

7、涉裝置均需一標(biāo)準(zhǔn)波面，即參考反射鏡、被測(cè)件尺寸大小，參考反射鏡尺寸也大，干涉儀結(jié)構(gòu)龐大。4、 剪切干涉儀于20世紀(jì)40年代提出，用波面錯(cuò)位產(chǎn)生干涉條紋，可不用參考波面，分為二、 橫向剪切干涉測(cè)量原理1、 橫向剪切的產(chǎn)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、 波面形狀與干涉條紋原始波面W（x,y）剪切波面W(x-s,y)有初級(jí)球差、慧差、象散的波面數(shù)字表達(dá)示W(wǎng)(x,y)=A(x2+y2)2+By(X2+y2)+c(x2+3y2)1) 球差（初級(jí)）W(x,y)=A(x2+y2)2 x的三次曲線3） 初級(jí)慧差W(x,y)=By(x2+y2) 以x,y軸為

8、漸進(jìn)線 的雙曲線3）初級(jí)象散W(x,y)=c(x2+3y2) 4） 平行引起的波差（焦點(diǎn)向x,y方向離焦）5） 移斜引起的波差6） 離焦引起的波差三、 由剪切干涉圓求原始波面1、 一維剪切干圓的圖解分析法1） 原理 w(2s)-w(s) w(3s)-w(2s)令 2） 無(wú)傾斜波面的干涉條紋 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 0w(s)=w(x)-w(ix-s)-0.75 -0.25 0

9、.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） 有傾斜波面波差 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 -0