中频波面的旋转平移法干涉绝对检验

基于Zernike多项式拟合的传统干涉绝对检验方法由于平滑了波面和丢失了中频成分,仅可以实现面形误差的绝对检验.本文提出利用旋转平移法来实现中频波面的干涉绝对检验.将被测波面分解成旋转对称成分和旋转非对称成分,通过N次旋转被测件,求解波面中的旋转非对称成分;通过平移被测件实现伪剪切,求解波面中的旋转对称成分.与传统绝对检验方法相比,该方法既能够恢复整个波面,又不需要对整个波面进行Zernike多项式拟合;由于仅对旋转对称成分用偶次多项式进行提取,提升了计算速度,降低了拟合误差,保留了中频成分,数值仿真显示其比传统方法优越,测量精度可达到1 nm rms.在ZYGO干涉仪上完成了平面元件的干涉绝对检验测量.采用改变伪剪切比和更换标准镜两种方案,分别实现了实验数据的自比对;将测试结果与经典三面互检法得到的水平和垂直方向的一维轮廓数据进行比对,验证了旋转平移法的准确性.     

子孔径拼接干涉法检测非球面

介绍了子孔径拼接干涉检测非球面的理论和方法,分析了其基本原理,基于齐次坐标变换、最小二乘法和Zernike多项式拟合建立了一种合理的拼接算法和数学模型。对一抛物面镜进行了五个子孔径的计算机模拟拼接实验,拼接前后全孔径面形误差分布是一致的,其PV值和RMS值的偏差分别为-0.009 2 λ和0.0013 λ;全口径相位分布的PV值和RMS值的相对误差分别为-0.39%和0.44%。实验结果表明,利用子孔径拼接技术不需要零位补偿就能实现对较大口径非球面的测量。     

干涉法实时测量浅度非球面技术

提出了一种干涉实时检测非球面的新方法,该方法无需补偿器,CHG等辅助元件就能实现对浅度非球面的测量。对非球面度较小的非球面,直接利用标准球面镜作为参考表面,通过数字干涉仪可以测得全孔径位相分布,将所得的数据剔除参考球面波相对理论非球面的偏差,并运用最小二乘拟合求得机构定位误差,消去此误差,从而能够获得真实的面形信息。利用该方法对一口径为350mm的浅度双曲面进行了测量,通过数据分析和处理得到面形误差的PV值和RMS值分别为0.387λ 和 0.048λ ( =632.8nm)。并将该结果与零位补偿的检测结果相比较,两面形分布是一致的,其PV值和RMS值的偏差分别为0.033λ 和 0.006λ 。说明该技术对检测浅度非球面是切实可行的。     

Φ1.2m F/1.5抛物面主镜补偿器

用于Φ1200 F/1.5主镜面形检验的补偿器,需要补偿0.087mm的非球面度,并实现0.033λ（RMS）面形检测要求。详细介绍了该补偿器的设计、误差分析、加工、标校及最终主镜检测的情况;用于主镜检测前用计算全息（CGH）对补偿器标校显示：补偿器产生的抛物面面形误差为0.012λ（RMS）,二次曲面常数K的误差0.0064%;主镜最终的补偿检测结果为：面形0.027λ（RMS）,二次曲面常数K的误差0.0306%,与分析的结果相符合。结果表明：补偿器设计合理,建立的误差分析原则和方法可行,加工质量可靠,这将为更大口径高陡度非球面主镜的补偿检验奠定坚实基础。     

Ф1．2mF／1．5抛物面主镜补偿器

用于Ф1．2mF／1．5主镜面形检验的补偿器,需要补偿0．087mm的非球面度,并满足0．033λ（RMS）面形检测要求。介绍了该补偿器的设计、误差分析、加工、标校及最终主镜检测的情况。主镜检测前用计算全息（CGH）对补偿器标校显示：补偿器产生的抛物面面形误差为0．012λ（RMS）,二次曲面常数K的误差为0．0064％;主镜最终补偿检测结果为：面形误差0．027λ（RMS）,二次曲面常数K的误差为0．0306％,与分析的结果相符。结果表明,补偿器设计合理,建立的误差分析原则和方法可行,加工质量可靠,为更大口径高陡度非球面主镜的补偿检验奠定了坚实基础。     

非圆齿轮综合测量方法的研究

提出了用标准齿轮与被测非圆齿轮对滚原理,测量非圆齿轮节曲线误差、非圆齿轮传动比精度,为非圆齿轮的测量找到了一种新途径。     

变位非圆齿轮检测方法的探讨

用标准圆柱齿轮与被测变位非圆齿轮做双面啮合综合测量,可以测出单个变位非圆齿轮传动时的节曲线误差,克服了两个变位非圆齿轮对滚而测不出单个非圆齿轮误差的缺陷,反映了非圆齿轮传动比精度,为特殊需要的非圆齿轮的测量找到了一种新途径。     

无需精确调整被测镜的平面面形检测新方法

现有的面形绝对检测法为了保证检测精度,在测量过程中需要耗费大量时间对被测镜进行精密的姿态调整。针对上述问题,提出了一种无需精密调整被测镜姿态的两平面面形检测方法。该方法需被测镜在3个位置进行测量:初始位置、旋转未知角度后的位置、横向平移未知距离后的位置。通过特征匹配求解被测镜实际旋转角度和平移量,通过迭代算法和拟合Zernike多项式恢复被测镜面形,并对被测镜面形中损失的角频率项进行补偿。该方法在保证精度的同时,避免了被测镜的精密调整,缩短了测量时间。实验表明,该方法与Vannoni的方法相比,二者检测结果的残差均方根(RMS)值为0. 004λ,测量中被测镜调整过程快速简单连贯,为光学元件的面形检测提供了一种新的技术途径。     

旋转变压器的角度误差校正系统设计

针对旋转变压器输出数据存在的角度误差问题,对旋转变压器校正方法进行了研究,设计并实现了旋转变压器角度误差校正系统。该系统充分利用了旋转变压器工作原理,发挥了光电编码器优势,采用了FPGA和ARM的优点,由同一电机带动光电编码器和被测旋转变压器,以FPGA+ARM组成的控制模块读出光电编码器和被测旋转变压器的角度,并进行比较分析,测量旋转变压器的非线性误差,建立误差分析表,提出了一种根据系数进行补偿的方式,对旋转变压器的误差进行了补偿。研究结果表明,该系统能对旋转变压器的输出数据进行校正,校正前旋转变压器的角度误差最大为21.2弧分,通过该系统校正后,测角误差最大为5.3弧分,系统校正速度较快且效果明显。     

一种大数值孔径小非球面检测用补偿器设计

利用补偿器的补偿法是检测高精度非球面的一种非常重要的方法,它可以利用已广泛实用的Zygo等高精度的数字干涉仪,用补偿法的关键是补偿器的设计.本文介绍了补偿法检测非球面的原理,针对要检测一种大数值孔径小非球面模芯,设计了一种由4片薄球面透镜组成的补偿器,该补偿器由前后两部分组成,前面两片组成一个数值孔径很小的系统,主要用于产生适量的球差,后组两片组成一个数值孔径较大的系统,并与前面的一起满足被测非球面检测的需要.文中对制造、检测及装调等主要误差源引起误差进行了全面分析.用这种补偿器检测相应的非球面,检测精度可达0.05λ,可满足光盘物镜非球面模芯的检测需要.     

采用单位激励影响矩阵数值计算的瑞奇-康芒检测技术

在影响矩阵法瑞奇-康芒检验中,恢复被测面形的关键在于构建被检平面面形误差与系统波像差之间的Zernike系数影响矩阵。为了提高瑞奇-康芒法的检测精度,研究了采用单位激励法来精确计算影响矩阵的方法。分别重构平面镜仅包含某一种Zernike波像差下的系统波像差分布,经Zernike拟合得到该种Zernike像差的影响系数向量;由各Zernike像差的影响系数向量组成影响矩阵,然后用最小二乘拟合出被检平面面形。对口径为90mm的平面镜进行实际检验,在瑞奇角为26.5°与40.6°的情况下进行波前恢复,得到被检平面镜PV值为0.141 3λ,RMS为0.019 4λ。与直接采用平面参考镜检测相比,瑞奇-康芒法检测误差PV值为0.082 8λ,RMS为0.010 9λ。该方法能够精确生成影响矩阵,抑制了影响矩阵法中对大F数的依赖,可用于精确恢复平面镜面形。     

人眼波前像差客观测量的研究

分析波动光学中人眼像差的产生机理和波前像差的表示方式。运用Zernike多项式表示人眼波前像差函数,研究Zernike多项式与人眼波像差的对应关系以及一些高级像差对人眼成像质量的影响。通过对自适应光学中Zernike多项式重建波前理论的研究,重点分析了应用Hartmann-Shack波前传感器测量人眼客观像差并用变形反射镜矫正人眼像差的解决方案。对提高正常眼睛的视力和人眼屈光矫正手术具有重要的实验和临床价值。     

大型光学设备检测中大口径平行光管波像差的消除

使用大口径平行光管检测大型光学设备或元件时,平行光管的自身误差会影响检测结果,故本文提出了一种消除光学检测结果中平行光管引入误差的新方法。该方法使用干涉仪获取平行光管和光学检测系统的出射波前信息并以37项Standard Zernike Phase多项式进行拟合;通过两组系数相减分离平行光管引入误差,再配合ZEMAX中建立的等效被检光学系统的仿真模型模拟真实系统的出射光锥,最终获得被检光学系统真实的出射波前信息。利用ZEMAX中的光学系统模型验证了该方法在大口径光学检测工作中的可行性;使用焦距为1 597mm,口径为150mm的小型平行光管、焦距为50mm的光学镜头进行了实验。实验结果表明:使用该方法获得的被检光学系统出射波前与真实波前的PV值误差小于0.005λ,RMS值误差小于0.001λ,可以满足实验室中对被检光学系统成像质量参数检测的精度要求。     

Ф420mm高次非球面透镜的加工与检测

介绍了Ф420mm熔石英高次非球面透镜的加工与检测方法。对现有数控加工工艺进行了优化,通过分工序加工方式,依次采用机器人研磨、抛光和离子束修形技术完成了透镜的加工。进行非球面透镜检测时,考虑透镜的凹面为球面,利用球面波干涉仪对其面形进行了直接检测,剔除干涉仪标准镜镜头参考面误差后,透镜凹面的精度达到0.011λ-RMS;针对透镜的凸面为高次非球面,采用基于背后反射自准法的零位补偿技术对其进行面形检测,其精度达到0.013λ-RMS。最后,采用一块高精度标准球面镜对加工后透镜的透射波前进行了自消球差检测,得到其波前误差为0.013λ-RMS。试验结果表明,非球面透镜各项技术指标均满足设计要求。所述工艺方法亦适用于更大口径的非球面透镜及其他类型非球面光学元件的高精度加工.     

干涉图的波面拟合与分析

据干涉图的离散数据,可用多种多项式来对其进行拟合。本文讨论了用Zernike、Chebyshev、Seidel三种多项式拟合波面的原理,在IBM-PC-XT机上对它们的拟合精度进行了计算和分析,并用Zernike多项式,结合实例计算了波面函数、峰谷值和均方根值,并给出相应的三维和二维图,同时还验证了程序的精度,具有一定的实用价值。     

三次位相传播中的波像差及在CGH中衍射级次的分离

设计利用计算全息图（CGH）作为零位补偿器来检测三次位相板的光学系统,最重要的两个理论问题是三次位相在空间传播过程中产生的波像差的具体形式和经过CGH衍射后衍射级次的分离。本文阐述了三次位相在传播过程中会产生高阶像差,详细推导了三次位相在传播过程中产生的波像差的理论公式。由公式得到高阶项随着传播距离l的增大而增大,且满足一个指数增大的关系。讨论了检测光波经过CGH衍射后衍射级次的分离的理论过程。根据用Zemax设计的一个用CGH检测三次位相板的检测系统作为模拟的实验验证,无论是传播过程中的波像差还是衍射级次的分离,都得到了与理论推导相吻合的结果。     

Calibration method to characterize the accuracy of phase-shifting point diffraction interferometer

Characterization of measurement accuracy of the phase-shifting point diffraction interferometer (PS∕PDI) is usually performed by two-pinhole null test. In this procedure, the geometrical coma and detector tilt astigmatism systematic errors are almost one or two magnitude higher than the desired accuracy of PS∕PDI. These errors must be accurately removed from the null test result to achieve high accuracy. Published calibration methods, which can remove the geometrical coma error successfully, have some limitations in calibrating the astigmatism error. In this paper, we propose a method to simultaneously calibrate the geometrical coma and detector tilt astigmatism errors in PS∕PDI null test. Based on the measurement results obtained from two pinhole pairs in orthogonal directions, the method utilizes the orthogonal and rotational symmetry properties of Zernike polynomials over unit circle to calculate the systematic errors introduced in null test of PS∕PDI. The experiment using PS∕PDI operated at visible light is performed to verify the method. The results show that the method is effective in isolating the systematic errors of PS∕PDI and the measurement accuracy of the calibrated PS∕PDI is 0.0088λ rms (λ = 632.8 nm).     

基于勒让德多项式各项系数拟合的柱面镜面形检测研究

超薄玻璃热成形技术是目前国际上研制X射线掠入射天文成像望远镜的重要技术之一,超薄玻璃圆柱面镜片面形的高精度检测是实现超薄玻璃热成形的关键。围绕我国高能X射线掠入射天文望远镜研制对高面形精度的超薄玻璃柱面镜的需求,采用勒让德多项式对柱面镜面形的测量数据进行拟合,利用勒让德多项式各项系数与特定的几何像差的对应性,通过拟合勒让德多项式各项的系数,获得了待测柱面镜面形的特定几何像差,为全面评价柱面镜面形质量提供了参考。     

Zemax软件在离轴三反射镜系统计算机辅助装调中的应用

利用Zemax光学设计软件与自编计算机辅助装调软件,实现了对大口径、长焦距、无中心遮拦离轴三反射镜光学系统的装调.通过Zemax软件模拟光学系统的失调模式,得到整个光学系统的波前像差,把波前像差代入到自编的复杂光学系统计算机辅助装调软件中,计算出光学系统的失调量,与引入的失调量对比,证明了其正确性.在实际的装调过程中,用小型球面干涉仪分别收集3个视场的干涉图,得到失调光学系统的失调量,用Zemax软件验证失调量数据的正确性,从而指导装调.按此方法,在波长λ=632.8nm时,得到离轴三反射镜光学系统的全视场波像差RMS值为0.108λ.该方法也可以运用到其他光学系统中.