非球面干涉测量方法的原理误差分析

在非球面干涉测量中,常用标准球面波作为测量光束,由于入射光线不垂直于被测表面,因此反射波面的波差并不能真实反映被测非球面与顶点球面的偏差,还会引起严重的测量误差。本文从理论上对这一误差进行分析和讨论。     

离轴二次非球面反射镜无像差点法检测的误差分离技术

非球面光学元件检测中,获得准确的面形信息是实现元件确定性制造的关键因素之一.在无像差点法检测离轴非球面中,为了实现反射镜的高精度检测,对其干涉检测结果中的误差信息进行了分析.利用偏心光学系统的波像差分析方法,分析了在非球面检测系统中,被测镜的调整误差对系统波像差的影响,建立了调整误差分离的数学模型.利用该模型对离轴非球...     

补偿透镜法检验抛物面镜的调整误差分析

本文以抛物面镜为例定量分析了用补偿透镜法检测其面形误差时调整误差的特点及其对检测结果的影响关系;建立了计算调整误差的数学模型,并给出了计算实例。实践证明,计算和分析结果对指导非球面检测中的调整以及调整装置的设计都有很大实际意义。     

利用调整技术补偿离轴抛物面反射镜面形误差

为了提高光学系统的成像质量,对离轴抛物面反射镜的面形准确度要求越来越高,这大大增加了反射镜的加工难度.本文基于波像差理论,分析了在离轴抛物面反射镜中调整量引入的波像差,提出通过适当调整离轴抛物面反射镜的位置补偿反射镜的面形误差,可以降低离轴反射镜的加工难度、缩短其加工周期、减少加工成本.并借助于ZEMAX软件对一块面形准确度低于λ/40 RMS (λ=632.8 nm)离轴抛物面反射镜进行仿真实验,根据理论计算的调整量调整反射镜的位置,得到了补偿后的离轴抛物面反射镜的面形误差小于λ/60 RMS,仿真结果表明在离轴抛物面反射镜中引入适当的调整量可以有效地补偿反射镜的面形误差.     

利用调整技术补偿离轴抛物面反射镜面形误差

为了提高光学系统的成像质量,对离轴抛物面反射镜的面形准确度要求越来越高,这大大增加了反射镜的加工难度.本文基于波像差理论,分析了在离轴抛物面反射镜中调整量引入的波像差,提出通过适当调整离轴抛物面反射镜的位置补偿反射镜的面形误差,可以降低离轴反射镜的加工难度、缩短其加工周期、减少加工成本.并借助于ZEMAX软件对一块面形准确度低于λ/40RMS(λ=632.8nm)离轴抛物面反射镜进行仿真实验,根据理论计算的调整量调整反射镜的位置,得到了补偿后的离轴抛物面反射镜的面形误差小于λ/60RMS,仿真结果表明在离轴抛物面反射镜中引入适当的调整量可以有效地补偿反射镜的面形误差.     

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。     

一种离轴凸非球面补偿器的研究

凸非球面,尤其是离轴凸非球面的光学检验一直是非球面加工中的难点。针对离轴凸非球面光学元件加工检验困难的问题,研究了一种改进的Hindle方法,解决了经典的透射式Hindle方法需要大口径辅助弯月透镜等不足。针对大口径离轴凸非球面的检测,设计了一个特殊结构的补偿器组,并对补偿器的加工和装调进行分析、仿真和优化,对整个补偿检测系统进行公差分析,并给出了相应的结果,同时也可以把此设计推广到更大口径的离轴凸非球面镜的面形检测中去。     

子孔径拼接检测非球面时调整误差的补偿

针对在子孔径拼接测量非球面的过程中干涉仪与待测非球面相对位置存在的对准误差,提出了一种基于模式搜索迭代算法的调整误差补偿方法。该方法可以很好地从测量的子孔径相位数据中消除由拼接测量位置没有对准带来的调整误差,实现多个子孔径的精确拼接。对该方法的基本原理和实现步骤进行了分析和研究,建立了子孔径拼接测量的调整误差补偿模型。对口径为230 mm×141 mm的离轴碳化硅非球面反射镜进行了调整误差补偿和相位数据拼接,得到了精确的全口径面形分布。作为验证,对待测非球面进行了零位补偿检测,结果显示两种测试方法的面形PV值和RMS值的相对偏差仅为0.57%和2.74%。     

离轴反射式平行光管设计及次镜检验方案研究

平行光管是光学实验室常用的光学精密仪器,通过光源照射靶标模拟无穷远目标,是光学系统装调、测试必需的设备.设计了一个有效口径为200 mm、焦距为5000 mm的平行光管,采用离轴两反射式系统结构,视场角为0.35°,主次镜都为非球面,次镜为凸双曲面,系统中心视场波像差设计值达到1/62λ,边缘视场波像差设计值达到1/2...     

基于修正Levenberg-Marquardt算法的非球面面形误差校正

随着光学非球面行业的快速发展,生产面形精度优于0.1μm的非球面镜片产品已成为趋势。在非球面镜片的面形检测中,由于存在机械系统误差,被检测工件的坐标存在6个自由度的偏差,这将直接影响非球面的面形测量精度。因此,针对检测系统,需要开发不确定度只有几十纳米的误差校正算法,以保证测量结果更贴近实际。通过数据仿真,在理想非球面的基础上叠加位置误差和面形误差以获得非球面原始三维数据,进而利用修正后的Levenberg-Marquardt全局优化算法,将所获原始三维数据与非球面标准方程作对比,并利用均方根(RMS)误差最小原理,成功分离和校正了非球面的位置误差。针对4种不同规格型号的玻璃非球面镜片,通过将实验结果与商用非球面轮廓仪UA3P的测量结果作对比,得出高匹配的结果,二者的峰谷值之差小于5 nm,均方根相差约为0.1 nm,结果验证了算法的准确性和稳健性。     

离轴90°抛物面镜焦斑特性分析

随着离轴抛物面反射聚焦镜在激光加工领域的广泛应用,如何提高其聚焦光斑质量成为一个嗫需解决的问题.理论上,抛物面反射聚焦方式可以消除球差的影响,得到高质量的聚焦光斑.但是抛物面反射镜是最难调整的反射镜系统之一,对光轴失准的敏感度极高.细微的失准引发的像散将大大降低焦斑的光强.为了深化对其的认识,通过几何光学和物理光学的方法,对离轴90°抛物面镜应用于激光聚焦光路时,光轴的角度失准对聚焦光斑造成的影响进行分析.结果表明,细微的角度失准将导致焦斑面积大大增加,从而大大降低了焦斑的光强.并通过二阶矩法证明了角度失准将导致抛物面镜焦平面附近产生一对互相垂直的焦线,同时证明了两焦线所处z平面与焦点F的绝对距离相等,并与入射偏角θ呈线性关系.焦线的存在使入射高斯光束转变为椭圆高斯光,降低了焦面处的峰值光强.抛物面镜对角度失准的敏感度非常高,几个mrad的失准角将导致焦面处的峰值光强下降一半.     

拼接子镜系统计算机辅助装调研究

为了提高拼接子镜系统的装调精确度,研究了拼接子镜系统的计算机辅助装调技术,分析了拼接子镜系统的计算机辅助装调模型,采用反向优化法编写程序求解系统失调量.以37项泽尼克系数作为评价函数.当粗调误差在0.7°以内时,完全可以精确求解失调量.结果表明,求解结果准确度高,符合实际装调要求.     

离轴抛物镜准直特性的研究

由于反射式离轴抛物镜不产生色差并具有较大的有效孔径,已经广泛应用于辐射校准、宽波段的目标模拟和能量聚焦工作中。影响离轴抛物镜准直特性的主要因素有离轴量,有效孔径和焦面出射点的位置。采用矢量的方法,分析了离轴量等参量和准直性能之间的关系。给出了焦面出射点的位置从0~0.05f,相对孔径D/f从0~0.40,相对离轴量h/f从0.1~0.5变化时,离轴抛物镜准直仪的准直性能曲线。运用CODE V对矢量法的分析结果进行了验证,在条件一致的情形,两者结果吻合。这些结果有助于准直仪的设计。     

减小测量误差的测量方法研究

从弥补仪器的缺陷和不确定度评定出发,得出减小测量误差的常用测量方法有：替代法、对称观测法、补偿法、差值法、交换法和累计放大法。     

液体表面张力系数测量的误差分析与方法改进简

在分析“毛细管法”测量液体表面张力系数产生误差原因的基础上,对传统方法进行了改进,设计了一种新的方法——“双管补偿法”,大大减少了测量结果的误差。     

轮廓仪在柱面镜检测中的应用

目前柱面镜检测的主要方法是样板比较法和干涉法。样板法对球面、柱面样板均有较高要求,而干涉法也需合适的高要求的辅助镜,并且对环境要求较严格。提出了用轮廓仪配用合适工装检测柱面镜的方法,该方法简洁、直观、快速,对环境要求较低。分析了该方法的检测误差,实验验证了分析的正确性,指出高精度轮廓仪在一定范围内能保证柱面镜的检测精度。这种方法不仅适用于零件的最终检测,也适用于加工过程中的检测。     

钢带支撑轻量化椭圆镜的变形研究

应用有限元分析方法,借助于MSC.Nastran有限元分析软件,对钢带支撑下的大尺寸轻量化椭圆反射镜进行了受力、变形分析.用Excel绘出了钢带对椭圆镜边缘的正压力的分布曲线,得出了钢带对椭圆镜的正压力在最低点最大,随着支撑位置的上升而逐渐减小的分布规律.由镜面节点变形结果计算出椭圆镜在钢带支撑下的镜面面形误差RMS值为11.7nm,满足实际系统的面形准确度要求.     

蜂窝型C/SiC椭圆反射镜镜坯的优化设计

进行了蜂窝型C/SiC椭圆反射镜镜坯的最小质量优化.首先确定了优化参量及相应的变化范围.其次进行了双设计参量的零阶近似优化和一阶优化.结果表明,零阶近似优化优于一阶优化且更适合于反射镜最小质量的优化.最后进行了不同初始设计参量值下的零阶近似优化,结果表明,零阶近似优化得到的解接近最优设计,虽然初始设计参量值对最优结果的影响较小,但小的初始M值和适中的初始TP值更倾向于得到较优结果.优化的机理可能是较大的设计参量M的单位变形变化造成的质量变化率.     

一种红外导引头量测误差抑制方法研究

针对自寻的反坦克导弹的红外导引头由于受复杂背景和随机干扰影响测角精度不高的问题,提出了一种惯导信息辅助的无迹卡尔曼滤波方法。利用惯导信息描述导弹自身的运动,基于弹目信息状态变量构建弹目相对运动模型,在此基础上采用无迹卡尔曼滤波方法实现对导引头量测误差的抑制。该方法实现了导引头量测信息与惯导信息的融合,充分利用信息资源,抑制导引头量测误差,提高了导弹的打击精度,仿真实验证明了该方法的有效性。     

基于DenseNet的散射成像景深拓展研究

针对拼接干涉测量技术除了引入拼接误差,还将引入机械运动误差的问题,为此提出一种X射线反射镜的非零位干涉测量方法,无需拼接便可实现零回程误差的高精度干涉测量。利用一块高精度平面镜来标定干涉系统在全视场范围内的回程误差。通过将待测非球面镜划分成多个子孔径,每个子孔径可近似看作一个平面,这样可以从标定数据库中找到该子孔径所对应的回程误差,通过简单的矩阵拼接可得到整个待测非球面镜的回程误差。以X射线椭圆柱面反射镜为例进行实验,实现X射线椭圆柱面反射镜非零位干涉测量面形的回程误差有效标定,相比于拼接干涉测量方法二者结果一致性较好,证实所提方法的正确性。