2019-09-25

光学零部件的基本量测量

光学面形偏差的检测

基面概念

1面形偏差：光学面实际面形相对理想面形的偏差

2光圈：用单色光源，空气隙呈环形对称时，则产生明暗相间的同心圆干涉环，用白光光源，则产生彩色圆环。这些圆环称作光圈。

3面形偏差的分类（或表示方法）：

半径偏差--待检光学表面的曲率半径相对参考光学表面曲率半径的偏差，以光圈数N表示

像散偏差?1N--待检光学表面与参考光学表面在两个相互垂直方向上的光圈数不等所对应的偏差

局部偏差?2N--待检光差表面与参考光学表面在任一方向上产生的干涉条纹的局部不规则程度

如果要求允许最大?1N=?2N时，可用?N同时表示两者偏差

面形偏差引起的后果

引起波面变形

半径偏差N是光学系统的像面位置、放大倍率等产生微量的变化

像散差?1N和局部偏差?2N将直接影响成像质量

玻璃样板法

玻璃样板法：是一种接触的干涉检验法，它利用样板的标准面与零件的被检面重合在一起，由干涉条纹的形状和数量及加压时的移动方向判断面形偏差

特点：玻璃样板准确、简便，但接触测量易划伤检验面，口径大的被检面自重大，温度易产生变形，使精度降低

光学样板--基准样板、工作样板

高低光圈的判别

当空气隙缩小时，条纹从中心向边缘移动，则称高光圈

N＞1  着力点在中部  光圈向四周扩散

光圈数的确定

光圈N的度量

N＞1，直径方向上最多条纹数的一半来度量

N＜1，通过直径方向上干涉条纹的弯曲量h相对于条纹的间距H的比值N=h/H来度量

像散?1N的度量

以两个互相垂直方向上光圈数N的最大代数差的绝对值?1N=∣Nx-Ny∣

局部偏差?2N的度量

以局部不规则干涉条纹对理想平滑干涉条纹的偏离量e与相邻条纹间距H的比值

?2N=e/H

斐索平面干涉检测面形偏差

影响检测精度的要素分析

一标准平面的偏差

1标准平面的口径必须大于被测件的口径。应选用线膨胀系数小和残余应力少的玻璃，安装时防止产生装卡应力

2减少自重变形的影响（六支撑点均布在0.7倍直径的环带）

3当被测件口径200mm以上，检测精度要求高于λ/20时，可选用页面作为基准面（水银、液体石蜡）

4防止震动带来的影响

二准直物镜的像差

三面形偏差的判读误差

杂散光的影响

消除杂散光的主要措施：

1将标准件参考平板做成楔形板，以使标准平板上表面反射回来的光线不能进入干涉场

2将被测件做成楔形板或在它的背面涂抹油脂，也能消除或减小被测件下表面产生的杂散光影响

3均应镀增透膜

斐索球面干涉仪检测面形偏差

刀口阴影法

刀口阴影法基本原理

从右向左切割成像光束

把刀口准确地放在会聚点S′上N?处，视场并不能立刻全部变暗，而是很快地均匀地全部变暗

把刀口准确地放在会聚点S′上N?处，沿垂直光轴 

在阴影图中，某区域出现均匀阴影，则表示刀口所在的位置是这一区域的交点处

交点阴影一齐暗

在阴影图中，某区域阴影的移动方向与刀口的移动方向相同，则表示刀口在这一区域的光线交点前

交前刀影同方向

在阴影图中，某区域阴影的移动方向与刀口的移动反向相反，则表示刀口在这以区域的光线交点后

交后刀影对面来

带区误差

左明右暗是高地，右明左暗是低谷

优缺点

1设备简单、通用性强，可随意搬动等优点

2精度高，可发现几十分之一波长的波差（在一般测量条件下）

3非接触式，检验速度快，不受检验口径的限制特别适用于大型镜面抛修工艺过程的检验

4可拍摄阴影图，可保存，增强反差，提高判别精度

5加辅助镜和系统可检测多种面形的镜面，测半径、定焦、测像差，也可用于玻璃材料的不均匀性和条纹检验等

6只能给出波面分布，定性描述，不易定量

7易受气流影响

刀口阴影法检测灵敏度与光源大小及光源形状有关，正常光源尺寸越小检测灵敏度越高，但光源过小的时候衍射效应增强阴影图亮度降低反而会使检测灵敏度降低，故光源尺寸选择要合适

需要标准凹球面镜组成会聚光路

子午焦线靠近待检面一边，则待检面是微凹的平面。弧矢焦线靠近待检面一边，则待检面是微凸的平面

无像差点：在二次曲面的对称轴上均有一对特殊点。若光源位于其中一点，自该点发出的光线经过曲面反射后，一定会聚于