最佳非球面位置的确定─APS因子及其应用

非球面化一直是光学设计领域内非常重要但未得到充分应用的一个方面，近年来材料科学和加工工艺的发展在一定程度上促进了非球面化的实际应用。本文是作者在实际非球面化工作中经验的归纳和总结，通过引入非球面化位置选择因子（ＡＰＳ因子），对如何选择最佳非球面位置进行了系统的探讨，得出了ＡＰＳ因子与待校像差、最佳非球面位置的关系。     

非球面光学元件的面形检测技术

介绍了非球面各加工阶段的面形检测技术及其最新进展,重点介绍了非球面精密抛光期的面形检测技术,并对其中的非零位子孔径拼接干涉检测法和部分补偿法进行了详细阐述,提出了适用于大口径、深度非球面面形检测的组合干涉法的概念。概述了近年来受到关注的自由曲面非球面的发展和检测技术现状,展望了非球面检测技术的发展趋势。     

非球面光学元件的面形检测技术

介绍了非球面各加工阶段的面形检测技术及其最新进展,重点介绍了非球面精密抛光期的面形检测技术,并对其中的非零位子孔径拼接干涉检测法和部分补偿法进行了详细阐述,提出了适用于大口径、深度非球面面形检测的组合干涉法的概念。概述了近年来受到关注的自由曲面非球面的发展和检测技术现状,展望了非球面检测技术的发展趋势。     

用于非球面点衍射检测的最佳匹配球参量获取方法研究

针对非球面点衍射干涉检测中的欠采样问题,为了减小干涉条纹的密度,提出了一种基于最小反射会聚光斑半径求解最佳匹配球球心位置的方法.首先分析了获取最佳匹配球球心位置对实现非球面光学元件高准确度面形检测所起的重要作用,指出了以最小反射会聚光斑作为最佳匹配球球心位置的判断依据;然后运用光线追迹和迭代法推导了最佳匹配球球心位置的...     

最佳非球面位置的确定：APS因子及其应用

非球面化一直是光学设计领域内非常重要但未得到充分应用的一个方面。近年来,材料科学及加工工艺的飞速发展大大促进了非球面化的实际应用。本文是作者实际非球面化设计经验的归纳,通过引入非球面化位置选择因子(APS 因子),对如何选择最优非球面位置进行了系统,深入的探讨,得到了 APS 因子与待校像差、最优非球面位置的关系。设计得到了一个优于球面系统的结果。     

球面的快速测量与非球面的快速拼接

利用立式车间用球面干涉仪实现比较法球面面形测量，一次调整好以后可以达到多片快速测量，避免复杂的调整，通过监示器看到光圈；并可以通过条纹扫描技术实现光圈数Ｎ及局部光圈数ΔＮ的自动客观判读；对于低陡度非球面的多块拼接，可以籍助“非球面特征干涉图”实现快速初步拼接，然后再用每个子孔径的相位探测实现整个孔径的拼接，并可以通过数字的测量与波面相减自动获得非球面的面形误差。     

郎奇法检测大口径光学非球面镜

提出了一种用朗奇法定量检测大口径非球面的新技术。主要以大口径非球面镜的加工表面为研究对象,设计了大口径非球面检测系统,该系统由CCD摄像机、He-Ne激光器、郎奇光栅、微型计算机等组成。并利用大口径非球面检测系统对一个顶点曲率半径为1638．69mm,被测曲面半通光口径为315mm的光学元件的面形进行了实际测量,给出了光学元件标准偏差和峰谷值测量结果。最后对测量结果进行了讨论。研究结果表明：基于郎奇法的几何原理,利用CCD摄像系统定量检测大口径非球面的方法具有较高的精度。     

离轴非球面的加工与检测

非球面的加工需要复杂的操作步骤和操作技能。这里通过对加工离轴非球面的过程，介绍了其加工工艺。在研磨和抛光中采用逼近法，算出各带区的非球面度δ，进而加以修正。叙述了经常产生的几种面形误差的修正方法，及测试中的概略、定性、定量三种测试方法。加工的离轴非球面最终结果是令人满意的。     

非零位检测凸非球面反射镜的研究

在简要总结各种检测凸非球面方法优缺点的基础上,提出了利用部分补偿法和子孔径拼接干涉检测凸非球面的新方法。分别研究和分析了这两种非零位检测非球面方法的基本原理和基础理论;设计并制作了部分补偿器件,并对其系统误差进行了标定;开发了综合优化和误差均化的子孔径拼接算法;设计并研制了两种方法都适用的检测装置。并结合实例对一口径为130 mm的碳化硅凸非球面分别进行了部分补偿检测和子孔径拼接测量,这两种方法测量所得的全口径面形分布是一致的,其PV值和RMS值的偏差仅为0.010 和 0.002 (=0.632 8 m)。从而提供了两种非零位补偿测试凸非球面的手段。     

波带板法检测非球面技术

总结了在波带板干涉技术检测非球面方面最近的发展和应用，比较了不同方法的优缺点。叙述了用一块改进型波带板检测非球面的原理和方法。还分析了波带板的安装与测量精度的关系。针对干涉条纹在周边弯曲的现象，对波带板的设计进行了改进。最后给出了实验结果。     

Deflectometer with synthetically generated reference circle for aspheric surface testing

A deflectometer with a synthetically generated reference circle is proposed for aspheric surface testing. Rotation and translation movements are combined to realize laser scanning and make the measurement of the aspheric surface in polar coordinates. It effectively improves the measurement precision for aspheric surfaces with large relative aperture. The measuring equipment is calibrated using a defocused standard spherical surface, and it achieves a precision of λ/5–λ/10 (λ=0.6328 μm), which is close to the precision of the interferometric method (λ/20). This testing technique based on laser deflectometry is capable of measuring most kinds of aspheric surfaces, especially those with large asphericity and those of concave shapes. The feasibility of the technique is shown and experimental results are presented.     

透射凸二次非球面检验方法的研究

透射凸二次非球面具有自消球差的能力。只要像距、物距、材料的折射率及二次曲面系数之间满足一定的条件 ,则物点与像点就具有消球差的成像关系。研究了二次非球面系数e2 值与成像放大率 β 的关系 ,目的在于为透射凸二次非球面的检验找到普遍适用的范围。实例计算和实际的应用表明 ,对于中小口径的凸非球面来说 ,透射补偿法是比较实用的检验方法 ,特别是此种方法可以检验一些凸的扁球面。     

Shack-Hartmann波前传感器非零位在轴检测离轴非球面反射镜

在离轴非球面反射镜研磨后期和粗抛光阶段,被测反射镜面形与理想面形存在着较大的偏差,表面反射率较低,采用干涉测量会因局部区域干涉条纹过密或条纹对比度过低,造成普通干涉仪无法进行全口径测量,而普通接触式轮廓仪测量精度此时已经不能满足加工要求。鉴于Shack-Hartmann波前传感器较大的动态范围和较高的测量精度,提出了采用Shack-Hartmann波前传感器非零位在轴检测离轴非球面面形,研究了该方法的检测原理并搭建了检测系统,分析了系统误差来源,并制作了用于在轴检测离轴非球面的参考波前,对两个不同加工精度的离轴非球面反射镜进行了测量,并与干涉仪的测量结果进行了对比。对比结果表明,Shack-Hartmann波前传感器的测量结果是正确可靠的,并且可以弥补轮廓仪测量和干涉仪测量的不足,从而证明了采用Shack-Hartmann波前传感器在轴检测离轴非球面的可行性和正确性。     

Determination of the surface parameters for aspheric aphakic lenses

Two methods are proposed for aspherical surface evaluation — scanning and interferometry. Each of these methods enables the determination of the radius of curvature at the lens vertex, the asphericity, astigmatism, rotation asymmetry, surface topography and the deviation of the surface from following the theoretically stated shape. While the scanning technique is low cost and simple, the interferometric technique (which needs optical arrangements) gives more information about the surface quality. These methods, combined with a computer, establish powerful instruments for controlling lens production.     

球面参考光预放大数字全息成像系统分辨力

为了提高数字全息成像系统的成像分辨力,对以球面波作为参考光波的预放大数字全息成像系统的记录和再现过程进行了理论推导,得出了该系统的脉冲响应表达式,并由此分析了决定该系统成像分辨力的因素。在CCD成像分辨力高于显微物镜分辨力的情况下,通过对分辨力测试板进行实验,讨论了系统分辨力与记录距离的关系。结果表明：再现像的分辨力对记录距离不敏感;但在记录距离为零,即像面数字全息系统下,再现像具有更高的分辨力。实验结果与理论分析一致。     

二次非球面镜检测中基于波前等高线图的调整方法

为了提高非球面光学元件的检测精度及效率,缩短调整环节的时间,分析了非球面干涉检测过程中被检非球面镜的调整误差对检测结果波前信息的影响,提出利用波前等高线图走势准确判断调整方向的调整方法。建立调整方向与被检镜失调量之间的关系,并利用光学设计软件Zemax仿真模拟检测光路,结合二次非球面镜的光学公差分析判断调整量的大小。基于该调整方法,利用Zygo激光干涉仪对口径为50 mm的双曲面进行检测,最终检测结果是RMS为0.014 ,实验表明该方法简单、可行。     

非球面碳化硅反射镜的加工与检测

为了获得高精度非球面碳化硅(SiC)反射镜,对非球面碳化硅反射镜基底以及改性后碳化硅反射镜表面的加工与检测技术进行了研究。介绍了非球面计算机控制光学表面成型（CCOS）技术及FSGJ-2非球面数控加工设备。采用轮廓检测法和零位补偿干涉检测法分别对碳化硅反射镜研磨和抛光阶段的面形精度进行了检测,并采用零位补偿干涉检测法及表面粗糙度测量仪对最终加工完毕的碳化硅反射镜的面形精度和表面粗糙度进行检测。测量结果表明：各项技术指标均满足设计要求,其中非球面碳化硅(SiC)反射镜实际使用口径内的面形精度（RMS值）为0.016λ(λ=0.6328μm）,表面粗糙度（RMS值）为0.85nm。     

球面参考光预放大数字全息成像系统分辨力

为了提高数字全息成像系统的成像分辨力,对以球面波作为参考光波的预放大数字全息成像系统的记录和再现过程进行了理论推导,得出了该系统的脉冲响应表达式,并由此分析了决定该系统成像分辨力的因素。在CCD成像分辨力高于显微物镜分辨力的情况下,通过对分辨力测试板进行实验,讨论了系统分辨力与记录距离的关系。结果表明:再现像的分辨力对记录距离不敏感;但在记录距离为零,即像面数字全息系统下,再现像具有更高的分辨力。实验结果与理论分析一致。     

干涉条纹密度的计算及其应用研究

采用光的干涉方法检测曲面光学表面的加工质量时,都需要事先设计好系统光路的最佳检测技术参数,并能对检测的难度进行有效的评估,从而确保检测的精度。该研究采用了一种计算干涉条纹密度的新方法,对任意光学曲面检测的难度进行评估,并用于确定球面参考光点光源的最佳位置。以非球面为例,计算了非球面的最接近球面的半径和最大非球面度以及非球面检测时球面参考光点光源的最佳位置,说明了计算干涉条纹密度方法在确定干涉检测系统光路调试最佳条件的优越性,可为各种干涉检测系统的设计以及优化调试过程提供理论依据和分析指导。     

大口径凸非球面反射镜的拼接检测算法研究

大口径凸非球面子孔径拼接干涉检测中的各子孔径之间为离轴形式,各子孔径之间除了平移和倾斜变换外,还含有旋转变换,测量结果中不可避免地会出现参考面未对准的情况,当进行数据拟合处理时,需要把由未对准造成的误差去除。本文在平面检测的最小二乘拟合基础上,对拟合算法进行了改进,从而实现了离轴子孔径的拼接检测拟合。为了验证算法的有效性,采用Matlab对口径为1m的大口径凸非球面的子孔径拼接检测的拟合过程进行了仿真实验,实验结果表明,离轴式大口径凸非球面干涉检测的子孔径拼接可采用改进后的最小二乘法拟合而成,且拟合精度可达到0.0048λ。