像差檢測(cè)光學(xué)測(cè)量

1、 5-3象差測(cè)量概述光學(xué)系統(tǒng)成象質(zhì)量得好壞，就是最后評(píng)定此光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)劣得主要標(biāo)準(zhǔn)。影響象質(zhì)得因素有： 設(shè)計(jì)水平：校正象差得完善程度 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1900 1904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)后得空間位置。 原理用區(qū)域光闌將不同孔徑得光分開(kāi)1、軸向象差 球差區(qū)域光闌（哈特曼光闌）小孔直徑bn1Snbn2SnSnbn1bn1bn2 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CG=P A=R(2=aiPB=PA+AB=+ABa1

2、 ABC2RStaiABSta1 a2AB=-Kt=弧矢慧差一般不測(cè)量（只在大視場(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)物鏡光軸與平行光管光軸重合（光束法線轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡法） 確定Ei位置，一般 確定曝光時(shí)間為此要縱向移動(dòng)物鏡，保證每一視Ei與E2 （兩者精確相等）。 測(cè)軸外象差時(shí)，使斜光束對(duì)稱中心線與米字孔光闌中心孔重合,場(chǎng)哈特曼光闌中心

3、孔通過(guò)得光束通過(guò)被測(cè)物鏡入瞳，同時(shí)相應(yīng)移動(dòng)三、測(cè)量誤差分析snbn22bnihn1(bnibn2)丄2 2“2在同一視場(chǎng)下對(duì)不同得bni與bn2來(lái)說(shuō)得誤差就是相同得，故可不考慮，所以snf1(bni )2bn2)2Zhn bbnibn2)(bni 2 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)象差曲線與設(shè)計(jì)曲線比較 測(cè)量裝置通用性好缺點(diǎn) 近軸壓不就是直接測(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)變暗刀口儀技術(shù)數(shù)據(jù)六個(gè)小孔：比較小

4、得三個(gè)，用大孔調(diào)整，小孔測(cè)量 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、刀口儀得應(yīng)用1、 大口徑反射鏡（凹）表面質(zhì)量4、慧差三、優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 設(shè)備簡(jiǎn)單，多種檢測(cè) 適宜與于大口徑零件、系統(tǒng) 靈敏度高1/20入 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)波差及幾何象差概述均可用同一指標(biāo)評(píng)價(jià)。1/4入，高精度儀器要求波差小入1/10用波差評(píng)介光學(xué)系統(tǒng)得成象質(zhì)量，不但簡(jiǎn)單明了，而且就是轉(zhuǎn)面不變量，與光學(xué)系統(tǒng)得焦距，相對(duì)孔 徑，位率等無(wú)關(guān)，各種光學(xué)系統(tǒng)，觀察儀器要求波象差小于二、測(cè)量裝置泰曼干涉儀（棱

5、鏡透鏡干涉儀）CJ1 .圖5-9秦曼干涉儀光路1-光Sfi Z-St光檢 A可邃光1 準(zhǔn)直5井錄6 $-試反射議 癖物鑲F 觀察光口一毛鹼觴屏條紋隨參考波面（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。 由離焦干涉，求波面形狀由波差與幾何象差得關(guān)系（V不大時(shí)）w2-ssin2v 1 ssin2v -ssin2v2 2 0 2當(dāng)研究主面處波面時(shí)可見(jiàn)W在一定后與h2成正比即若拍攝時(shí)口徑D不等于 直徑D0，則由拍攝得干涉園半徑r求實(shí)際高度D入瞳直徑0 （d）照片上干涉場(chǎng)直徑r（h）四、由干涉圖計(jì)算球差得方法照片上干涉圖半徑wL LAa 2sin v2(w 丄 L

6、A 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、50-0、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、2

7、50、50、7501、251、51、75-2-0、750、51、2510、2500、7523、250/5=06、25/5=1、25 4-3剪切干涉法測(cè)波象差概述1、2、干涉條件：頻率相同、位相差恒定，振動(dòng)方向相同 產(chǎn)生干涉得方法1）波前分割法光源尺寸受限制，干涉條紋亮度小。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)用得干涉測(cè) 量裝置均采用振幅分割法。1)3、一般干涉裝置均需一標(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 橫向剪切干涉測(cè)量原理1、

8、橫向剪切得產(chǎn)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平面波時(shí)bss3、 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、象散得波面數(shù)字表達(dá)示2+y2)+c(x 2+3y2)W(x,y)=A(x 2+y2)2+By(X1)球差(初級(jí))W(x,y)=A(x 2+y2)2ww(x s,y)x3)初級(jí)慧差2 2W(x,y)=By(x +y )4A(x2y2)xx得三次曲線w(x s,y)2BxyNx以x,y軸為漸進(jìn)線w(x,y s)B(x23y2)sNy得雙曲線3)初級(jí)象散2 2W(x,y)=c(x +3y )w

9、(x s,y)2cxNxw(x,y s)6cyNy4) 平行引起得波差(焦點(diǎn)向x,y方向離焦)wx Ex Nxx , w(x,y s)EyNy5)移斜引起得波差6)離焦引起得波差由剪切干涉圓求原始波面1、一維剪切干圓得圖解分析法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、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、2

10、5-0、5 0、250、75W(ks)0-0、75-1-0、5-0、250-0、25-0、5-1-0、750無(wú)傾斜波面得干涉條紋2)3)有傾斜波面波差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、