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时间:2020-06-07 04:08  编辑:富县高速路口

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§5-3象差测量

概述

光学系统成象质量的好坏,是最后评定此光学系统优劣的主要标准。

影响象质的因素有:

1设计水平:校正象差的完善程度

2加工水平:加工误差、装配误差、材料误差

3杂光

几何象差与光学设计密切联系

误差测量与物光联系密切

§5-3-1二次截面法(哈特曼法)测几何象差

1900—1904年由德国哈特曼提出,利用几何光学概念,找出这些光线经光学系统后的空间位置。

一、原理

用区域光阑将不同孔径的光分开

1、轴向象差

1球差

区域光阑(哈特曼光阑)

小孔直径

②位置色差

2、垂轴象差

1象散

轴外球差曲线

2场曲

3慧差

子午慧差

C1G1=PA=RG2=a1

PB=PA+AB=a1+AB

AB=-Kt=

弧矢慧差一般不测量(只在大视场时测量)

哈特曼法无法测畸变,因光轴无法确定,因而也不能测倍率色差。

二、测量装置及注意事项

1、装置:阿斯卡光具座

2、调整及注意事项

1平行光管小孔校正在物镜焦平面上,转臂在轴向位置

2根据物镜相对孔径选择区域光阑小孔直径,一般Φ=(1/100~1/400)f'小一些好,但太小衍射严重,光斑反而大。

3使被测物镜光轴和平行光管光轴重合(光束法线转动物镜法)

4确定E1位置,一般

5确定曝光时间

6测轴外象差时,使斜光束对称中心线和米字孔光阑中心孔重合,为此要纵向移动物镜,保证每一视场哈特曼光阑中心孔通过的光束通过被测物镜入瞳,同时相应移动E1和E2(两者精确相等)。

三、测量误差分析

在同一视场下对不同的bn1和bn2来说的误差是相同的,故可不考虑,所以

表明

边缘精度高,近轴精度低

四、优缺点

优点

1测量原理简单测多种几何象差

2精度较高(比如球差可达)

3可直接测象差曲线和设计曲线比较

4测量装置通用性好

缺点

1近轴压不是直接测量

2测量工作量大

3不能测畸变,倍率色差

§5-3-2阴影法侧几何象差

一、原理

1焦后:阴影与刀口移动方向相反

2焦后:阴影移动方向与刀口相同

3焦点:同时变暗

二、刀口仪技术数据

六个小孔:比较小的三个,用大孔调整,小孔测量

三、测几何象差

1、球差

2、位置色差

3、象散

最大光锥1/2

移动量15mm,格值0.01。

四、刀口仪的应用

1、大口径反射镜(凹)表面质量

4、慧差

三、优缺点

优点:

1设备简单,多种检测

2适宜和于大口径零件、系统

3灵敏度高1/20λ

4非接触测量

5适于工序检验

缺点

1大多数已能定性,不定量

2凸表面无法测量

3要有经验

§5-3-3干涉法测波差及几何象差

一、概述

用波差评介光学系统的成象质量,不但简单明了,而且是转面不变量,与光学系统的焦距,相对孔径,位率等无关,各种光学系统,均可用同一指标评价。

观察仪器要求波象差小于1/4λ,高精度仪器要求波差小入1/10λ。

二、测量装置

泰曼干涉仪(棱镜透镜干涉仪)

条纹随参考波面(比较波面)不同条纹也不同。

条纹最小时,测量也有困难,因受条件不稳定,受环境影响大。

三、由离焦干涉,求波面形状

由波差和几何象差的关系

(v不大时)

当研究主面处波面时

可见W2在一定后与h2成正比即

若拍摄时口径D不等于直径D0,则由拍摄的干涉园半径r求实际高度

D——入瞳直径

D0(d)——照片上干涉场直径

r(h)——照片上干涉图半径

四、由干涉图计算球差的方法

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-3

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2.75

-3/6=-0.5

2/4=0.5

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0.75

2

3.25

0/5=0

6.25/5=1.25

§4-3剪切干涉法测波象差

一、概述

1、干涉条件:频率相同、位相差恒定,振动方向相同

2、产生干涉的方法

1)波前分割法光源尺寸受限制,干涉条纹亮度小。

1)振幅分割法,可参为零,如平板玻璃干涉,光源可为扩展光源,干涉条纹亮度大。所以实用的干涉测量装置均采用振幅分割法。

3、一般干涉装置均需一标准波面,即参考反射镜、被测件尺寸大小,参考反射镜尺寸也大,干涉仪结构庞大。

4、剪切干涉仪于20世纪40年代提出,用波面错位产生干涉条纹,可不用参考波面,分为

二、横向剪切干涉测量原理

1、横向剪切的产生

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、波面形状与干涉条纹

原始波面W(x,y)

剪切波面W(x-s,y)

有初级球差、慧差、象散的波面数字表达示

W(x,y)=A(x2+y2)2+By(X2+y2)+c(x2+3y2)

1)球差(初级)

W(x,y)=A(x2+y2)2

x的三次曲线

3)初级慧差

W(x,y)=By(x2+y2)

以x,y轴为渐进线

的双曲线

3)初级象散

W(x,y)=c(x2+3y2)

4)平行引起的波差(焦点向x,y方向离焦)

5)移斜引起的波差

6)离焦引起的波差

三、由剪切干涉圆求原始波面

1、一维剪切干圆的图解分析法

1)原理

w(2s)-w(s)

w(3s)-w(2s)

2)无倾斜波面的干涉条纹

012345678910

w(x)0-0.75-1-0.5-0.250-0.25-0.5-1-0.750

w(x-s)0-0.75-1-0.5-0.250-0.25-0.5-1-0.750

Δw(s)=w(x)-w(ix-s)-0.75-0.250.50.250.25–0.25-0.25-0.50.250.75

W(ks)0-0.75-1-0.5-0.250-0.25-0.5-1-0.750

3)有倾斜波面波差

012345678910

w(x)0-0.75-1-0.5-0.250-0.25-0.5-1-0.750

w(x-s)0-0.75-1-0.5-0.250-0.25-0.5-1-0.750

N(x)Δw(is)=w(ix)-w(ix-s)-0.75-0.250.50.250.25–0.25-0.25-0.50.250.75

Q(x)–0.5–0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.40.5

M(x)=N(x)+Q(x)-0.5-1.15-0.550.30.150.25-0.15-0.05-0.20.651.25

N(x)=M(x)-Q(x)

2、一维剪切干涉图的数示分析法

最小,N个方程,N+3个未知数()

§3-3光学系统透射比的测量

一、概述

光系统的透射比:系统本身透射光光通过与入射光通道的比例

。

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