第5章第3節(jié)光學系統(tǒng)像差檢測

1、§5-3象差測量概述光學系統(tǒng)成象質量的好壞，是最后評定此光學系統(tǒng)優(yōu)劣的主要標準。影響象質的因素有： 設計水平：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設計密切聯(lián)系誤差測量與物光聯(lián)系密切§5-3-1 二次截面法（哈特曼法）測幾何象差19001904年由德國哈特曼提出，利用幾何光學概念，找出這些光線經(jīng)光學系統(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、 弧矢慧差一般不測量（只在大視場時測量）哈特曼法無法測畸變，因光軸無法確定，因而也不能測倍率色差。二、 測量裝置及注意事項1、 裝置：阿斯卡 光具座2、 調整及注意事項 平行光管小孔校正在物鏡焦平面上，轉臂在軸向位置 根據(jù)物鏡相對孔徑選擇區(qū)域光闌小孔直徑，一般=（1/1001/400）f'小一些好，但太小衍射嚴重，光斑反而大。 使被測物鏡光軸和平行光管光軸重合（光束法線轉動物鏡法） 確定E1位置，一般 確定曝光時間 測軸外象差時，使斜光束對稱中心線和米字孔光闌中心孔重合，為此要縱向移動物鏡，保證每一視場哈特曼光闌中心孔通過的光束通過被測物鏡入瞳，同時相應移動E1和E2（兩者精確相等）。

3、三、 測量誤差分析 且在同一視場下對不同的bn1和bn2來說的誤差是相同的，故可不考慮，所以表明邊緣精度高，近軸精度低四、 優(yōu)缺點優(yōu)點 測量原理簡單測多種幾何象差 精度較高（比如球差可達） 可直接測象差曲線和設計曲線比較 測量裝置通用性好缺點 近軸壓不是直接測量 測量工作量大 不能測畸變，倍率色差§5-3-2 陰影法側幾何象差一、 原理 焦后：陰影與刀口移動方向相反 焦后：陰影移動方向與刀口相同 焦點：同時變暗二、 刀口儀技術數(shù)據(jù)六個小孔：比較小的三個，用大孔調整，小孔測量三、 測幾何象差1、 球差2、 位置色差3、 象散最大光錐1/2移動量15mm，格值0.01。四、 刀口儀的應用

4、1、 大口徑反射鏡（凹）表面質量4、 慧差三、優(yōu)缺點優(yōu)點： 設備簡單，多種檢測 適宜和于大口徑零件、系統(tǒng) 靈敏度高1/20 非接觸測量 適于工序檢驗缺點 大多數(shù)已能定性，不定量 凸表面無法測量 要有經(jīng)驗§5-3-3 干涉法測波差及幾何象差一、 概述用波差評介光學系統(tǒng)的成象質量，不但簡單明了，而且是轉面不變量，與光學系統(tǒng)的焦距，相對孔徑，位率等無關，各種光學系統(tǒng)，均可用同一指標評價。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，測量也有困難，因受條件不穩(wěn)定，受環(huán)境影響大。三、

5、 由離焦干涉， 求波面形狀由波差和幾何象差的關系 （v不大時）當研究主面處波面時可見W2在一定后與h2成正比即 若拍攝時口徑D不等于 直徑D0，則由拍攝的干涉園半徑r求實際高度 D入瞳直徑 D0（d）照片上干涉場直徑 r(h)照片上干涉圖半徑 四、 由干涉圖計算球差的方法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 剪切干涉法測波象差一、 概述1、 干涉條件：頻率相同、位相差恒定，振動方向相同2、 產生干涉的方法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，光源可為擴展光源

7、，干涉條紋亮度大。所以實用的干涉測量裝置均采用振幅分割法。3、 一般干涉裝置均需一標準波面，即參考反射鏡、被測件尺寸大小，參考反射鏡尺寸也大，干涉儀結構龐大。4、 剪切干涉儀于20世紀40年代提出，用波面錯位產生干涉條紋，可不用參考波面，分為二、 橫向剪切干涉測量原理1、 橫向剪切的產生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)有初級球差、慧差、象散的波面數(shù)字表達示W(wǎng)(x,y)=A(x2+y2)2+By(X2+y2)+c(x2+3y2)1) 球差（初級）W(x,y)=A(x2+y2)2 x

8、的三次曲線3） 初級慧差W(x,y)=By(x2+y2) 以x,y軸為漸進線 的雙曲線3）初級象散W(x,y)=c(x2+3y2) 4） 平行引起的波差（焦點向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

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