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非球面的檢測技術

一、前言

非球面是指中心對稱(非自由曲面)的光學器件，其表面曲率半徑沿著鏡片直徑方向發(fā)生變化。非球面鏡可以有效減少球差，以及抑制其它高階像差，因此非球面能夠減少光學系統(tǒng)中鏡片數(shù)量，提高成像質(zhì)量。球面鏡被廣泛應用于攝像系統(tǒng)、光刻物鏡、夜視光學等領域。

圖1 非球面鏡片外觀圖

二、檢測方法

圖2 有初級球差的非球面波前干涉圖

（左）在近軸焦點，沒有傾斜（中）在最佳焦點，無傾斜（右）在最佳焦點，有較大傾斜

(1）零位檢測方法

加工中，經(jīng)常使用零位檢驗法來檢驗非球面鏡。所謂的零位檢驗就是當獲得理想波前時，產(chǎn)生無條紋區(qū)域的檢驗。如果在待檢波前和參考波前之間加上一個傾角，并且二者的近軸曲率一樣，就可以得到相互平行的直條紋。在這些條件下，任何與直條紋的偏離就是波前變形的圖形表示。因為可以很容易地識別理想波前，并且可以用很高的精度測量它，所以這是一種很理想的測量方法。但是，有時候零位檢驗并不簡單，而且可能會成為一種誤差源。

圖3 適于對平面或凹球面進行零位檢測的光路

(2）非零位檢測方法

非零位檢測方法可以定量的檢測面形，首先用傅科（Foucault)、朗奇(Ronchi）或哈特曼（ Hartmann）方法檢測波前，然后用一定的數(shù)學方法計算表面相對于最佳球面的變形量。這種方法通常很費時;這類方法與干涉測量相比靈敏度低，如果非球面變形強烈，這類方法的測量精度不夠高。

(3）零位補償器補償測量法

往光學系統(tǒng)中添加一些額外的光學元件以補償從球面表面反射回來的波前的球差。設計一個輔助的光學系統(tǒng)，它與非球面表面一起工作，形成點光源斑點像。我們稱輔助的光學系統(tǒng)為零位校正器或零位補償器。

圖4 零位補償器補償測量法示意

（4）CGH (Computer-Generated Holograms) 干涉測量法

CGH可以將激光干涉儀測試波前，“轉(zhuǎn)化為”所需的非球面波前，進行非球面測試。該方法適用于高精度非球面面形檢測，以及對于工業(yè)上定型設計的非球面批量檢測。但是其最大的缺點便是一個CGH只對應于一種非球面設計，檢測成本昂貴。

（5）剪切干涉測量法

用橫向或徑向剪切干涉測量法可以測量高非球面度的鏡面，能提供一個很大的動態(tài)范圍，但是靈敏度不高。

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非球面的檢測技術

一、前言

二、檢測方法

(1） 零位檢測方法

(2） 非零位檢測方法