关于目前非球面测量方法的综述

参考镜和理想 的被测非球面互相干涉产生 的干涉
条 纹 的 位 置 和形 状 。实 测 时把 在 测 量 光 学 系统 中 被 检 非球 面 与 参 考 镜 产 生 的 干 涉 图叠 加 到 Ｃ Ｈ Ｇ
上 ，得到莫尔条纹 ，以此反映被测非 球面与理想 非 球 面 的偏 差 。其 原理 如 图 １所示 。计 算 全 息 的
不是很 高 ，一般需要 与相移技术相结合来实现 高
精度测 量。 剪 切 相 移 干 涉 测 量 法 避 免 了 由 于制 作 标 准 非 球 面波 所 带来 的不 便 和 误 差 ，具 有 结 构 简单 、造
径测量数据采用相 同的参考标 准 ，就能 实现子孔 径拼接 ，得到整个孔径 的面形信息 。这种技术非 常适合旋转对称 的二次非球 面 、高次非球 面 、深
方 法 ，而且 补偿 器 可 以 比被 测 非 球 面小 很 多 ，因 此 ，补 偿 法 广 泛 地 应 用 于 大 口径 非 球 面 的测 量 。 但 是 一 种 补 偿 器 只 能 用 于 一 种 类 型 非 球 面 的 测
法 从 被 测 非 球 面镜 中 心 区 域 开 始 向外 环 带 重 复 测 量 ，直 到 完 成 整 个 表 面 的测 量 。在 测 量 过 程 中要
保证各个环形子孔径 问存 在一定 的重叠 区域 。使
用 适 当 的子 孔 径 拼 接 算 法 从 测 量 的位 相 数 据 中消 除 相 邻 子 孔 径 之 间 的相 对 装 校 误 差 ，所 有 的子 孔
国 防 技 术 基 础
第１期 １
的 波 面 与 原 来 的波 面 叠 加 ，产 生 干 涉 ，从 而得 到 干涉 图 。它 直 接测 得 的不 是 被 测 面 形 ，而 是 面 形 的差 分 ，实 际处 理 中 需 要 对 其 进 行 积 分 运 算 才 能
获 得 最 终 的 面形 。 单 纯 的 剪 切 干 涉 法 测 量 精 度 并
测 量 产 品 以接 触 式 为 主 。
２ ．非 接 触 式 测 量 方 法
次方程决定 、面形 上各点 的半径均不相 同的光学 元件 。非球面属于特殊表面 ，它具有许多独特 的
性 质 ，Leabharlann 以减少 光 学 系统 中的 许 多相 差 ，如 二 次
（ ） 计 算 全 息法 １ 计 算 全 息 法 是 利 用 光 线 的 追 迹 来 获 得 由
（ ）剪 切 干涉 法 ２ 图１计 算全 息法 测量原 理
不适合测量表 面较软的非球 面镜片 。但接触探针 测量法技术 比较成熟 ，目前市场上使用的非球 面
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剪切干涉法 的原 理是 被 检波 面 的一 部 分 或全部相对于原来的位置产生一个位移。位 移后
２０ １ ０ 年１月 １
零补偿法 即选 用反射 的、透射 的 、衍射 的补
偿 器 补 偿 非 球 面性 。 补偿 非 球 面 产 生 的非 球 面波
前 ，使补偿后 的波 前成为平面波和球 面波 ，然后 和参考波进行 干涉 ，其 干涉结果显示 出非球 面的 面形偏差 。如果补偿后 的波前与参考波前完全 匹 配 ，那 么干涉条 纹为直条纹 ，反之条纹就是 弯曲 的 ，其弯 曲程度显示 了非球面表面偏离理想表 面 的程度 。补偿 干涉测量是一种测量精确度很 高的
出 现 克 服 了传 统 补 偿 法 对 镜 面数 量 的要 求 问题 ， 但 在 表 面 刻 划 的条 纹 密 度 仍 然 限 制着 非 球 面 的 测
量范围。
球面
阻碍 了非球 面镜的研制 ，尤其对于非球 面镜 的测
量 。 先 后 发 展 的 测 量 方 法 有 很 多 种 ，本 文 对 各 种 非 球 面 测 量 方 法 进 行 总 结 ，并 进 行 优 缺 点 的
曲面在恰 当的共轭位置可以使球差降为零 ，同时
将非球面用于光学系统中可以减少系统 中光学元 件的数量或提高成像质量 。随着光学精密加工 的 快速 发展 ，非球 面越来越广泛的应用 ，如 ：高端 照相 机 、摄像 机 、各 种 光学 测量 仪 器 、Ｄ Ｄ系 Ｖ
统 等 。尤 其是 天 文 领 域 ，大 型 的天 文 望 远 镜 主 要 由非 球 面镜 构 成 。但 是 非球 面 的加 工 和 测 量 方 法
对比。
１ ．接 触 式测 量 方 法 接触式测 量方法主要是 接触探 针测量 法¨ ， Ｊ
通 常 采 用金 刚石 探 针 或测 量 头 直 接 作 用 在 非球 面 零 件 表 面 ，直 接 测 量 出 非 球 面 个 点 的 三 维 坐 标 值 ，得 到非 球 面 局 部 面形 误 差 。这种 测 量 方 法 精 度 高 、量 程 大 ，但 是 测 量 效 率 较 低 ，维 护 要 求 高 ，测 头 容 易划 伤 被 测 表 面 或 被 被 测 表 面 划 伤 ，
球 面面形 的测量 。本文根 据 不 同的测 量原 理 对各 种 测 量 方 法进 行 了优 缺 点 的 对 比 ，进 而对 未 来非 球
面 面 形 测 量 技 术 的发 展 方 向做 出 了预 测 。
关 键 词 ：非球 面
测量
零位 补测 量
表 面精度
所 谓 非 球 面 光 学 元 件 ，是 指 面 形 由 多 项 高
关 于 目 前 非 球 面 测 量 方 法 的 综 述
关 于 目前 非 球 面 测 量 方 法 的综 述
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（ 京 Ｋ城计 量测 试 技 术 研 究 所 ） 北
摘 要 ： 非球 面技 术广 泛的 应 用 于各种 光 学 系统 中。在 非球 面技 术 中，非 常 关键 的 一项 就是 非
型 非 球 面 的检 测 ，具 有 广 泛 的使 用 范 围 ，但 是 在 子 孔 径 的 选 取 和 标 定 、工 作 台 的调 整 定 位 、误 差
价低廉 、操作方便 等优点 。但是其条纹 图像处 理 比较复杂 ，容 易影 响测量精度 。
（ ） 零 补偿 法 ３
的修正等方 面还存在许多 问题 。