利用轴向扫描的光干涉非球面测量技术研究

发布时间：2020-07-30 18:53

【摘要】：旋转对称非球面光学元件,有校正像差、改善像质、优化光路结构的优点,已被广泛应用到各种光学系统中,但其较高的面形自由度,给检测带来较大困难。利用轴上扫描的光干涉法测量非球面,干涉仪出射不同曲率半径的标准球面波与非球面相切,在切点附近产生条纹密度稀疏的环形干涉条纹。本文在此基础上对非球面进行孔径划分,通过相位连接技术连接各子孔径顶点和零位位置,在物面坐标系重建非球面三维形貌。主要研究内容有:针对非球面的设计公式,对非球面进行特征属性分析,研究利用轴向扫描的光干涉法测量非球面的各种影响因素,并据此规划非球面扫描路径,划定子孔径范围。搭建斐索干涉测量模型,通过光线追迹、拟合、逆追迹、再次追迹消除畸变效应对干涉光路追迹效果的影响,实现对测试光线与光轴夹角的标定,获得参考光路与测试光路的光程差,驱动非球面轴向移动完成移相和非球面扫描过程。利用相位连接算法对非球面进行测量,采用大行程和高精度位移相结合的非球面轴向移动方案;设计四维调整架,调整非球面轴上移动姿态;提取干涉波前,去除装调误差,获取干涉零位,利用相位连接算法恢复非球面面形并与轮廓仪扫描结果比对,测量结果基本一致,RMS差值在1/30λ左右(λ=632.8nm)。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH74
【图文】：

在非球面检测方法中，常见的有非干涉法和干涉法。目前在国内比较常用的非干涉逡逑法主要是面型轮廓法，英国的Ｔａｙｌｏｒ邋Ｈｏｂｓｏｎ公司制造的ＰＧＩ系列扫描探针轮廓仪是较逡逑早出现的接触式测量仪器，图１．１为扫描探针轮廓仪装置图。近些年来随着产品的发展，逡逑ＰＧＩ系列轮廓仪能对多种面形的光学元件进行检测，包括自由曲面和有较大睹度的光学逡逑非球面，最大测量口径为２００ｍｍ，且表面粗趟度分辨率可达０．２ｎｍＰｑ。但是接触式的测逡逑量容易划伤光学仪器的表面，而且一次测量只能进斤单一方向的轮廓描绘，若要得到整逡逑体的面形信息，则需要进行多次的扫描，耗费较长的检测时间，效率极低［２７］。逡逑与非干涉的接触式测量相比，干涉测量法有着较高的测量精度、非接触的测量更能逡逑有效的保护光学表面，而且能够实现全口径的测量，因此干涉法测量己经越来越多的应逡逑用到高精度非球面的检测中。光学非球面的干涉法测量主要包括零位干涉法和非零位干逡逑涉法。逡逑１．２．１零位检测逡逑在干涉测量中，当待测光学元件与参考波面完全匹配，光线经过待测件反射后沿原逡逑路返回

Ｈ＇邋Ｊａｉ逦＾逡逑图１．１邋Ｔａｙｌｏｒ邋Ｈｏｂｓｏｎ扫描探针轮廓仪逡逑在非球面检测方法中，常见的有非干涉法和干涉法。目前在国内比较常用的非干涉逡逑法主要是面型轮廓法，英国的Ｔａｙｌｏｒ邋Ｈｏｂｓｏｎ公司制造的ＰＧＩ系列扫描探针轮廓仪是较逡逑早出现的接触式测量仪器，图１．１为扫描探针轮廓仪装置图。近些年来随着产品的发展，逡逑ＰＧＩ系列轮廓仪能对多种面形的光学元件进行检测，包括自由曲面和有较大睹度的光学逡逑非球面，最大测量口径为２００ｍｍ，且表面粗趟度分辨率可达０．２ｎｍＰｑ。但是接触式的测逡逑量容易划伤光学仪器的表面，而且一次测量只能进斤单一方向的轮廓描绘，若要得到整逡逑体的面形信息，则需要进行多次的扫描，耗费较长的检测时间，效率极低［２７］。逡逑与非干涉的接触式测量相比

图１．３邋Ｏｆｆｈｅｒ补偿镜示意图逡逑

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本文编号：2775940