非球面面型检测
小口径非球面检测的方法
第 ２ １卷 第 １期 ２０ ０ ６年 ２月
光 电 技 术 应 用
ＥＬＥＣＴ Ｒ０ — ０ＰＴ Ｉ ＴＥＣＨＮ ０Ｌ０Ｇ Ｙ Ｃ ＡＰＰＬｌ ＣＡＴ ｌ ０Ｎ
Ｖｏｌ２１． ＿ Ｎｏ． １ Ｆｅ ｒ ｒ ２０ ｂ ｕａｙ． ０６
文 章 编 号 ： ６ ３—１ ５ （ ０ ６ ０ １７ ２ ５ ２ ０ ） １—０ ０ ０ ４—０ ３
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第 １期
朱 敏 等 ： Ｅ径 非 球 面 检 测 的 方 法 小 ｌ
５
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图 １ 用 辅 助 镜 面 检 验
图 ５ Ｄａｌ 偿 原 理 图 ｌ补
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图 ２ 不 用 辅助 镜 面 检 验
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的要求 越来 越 高 ， 过增 大孑 径提 高 系统 角 分辨 通 Ｌ
率 ， 而促 使光 学 系统往 大 口径 、 视场 发展 ． 从 大 而 大 口径 或 大视场 的光 学系 统其 像差较 难 校正 ， 通 过 使 用非 球 面 ， 以增 加校 正 像 差 的变 量 ， 利 可 并 用 非球 面 的特 有 几何 特 性 ， 够 校正 多 种像 差 ， 能 从 而 可使 系统 结 构简 单 、 像 的 像质 优 良． 为 成 但
曲 面 的 光 学 检 测 ， 足 了非 球 面 曲 面在 工程 中 的应 用 ． 满 关 键 词 ： 球 面 检测 ； 学 设 计 ： 非 光 光学 检 测
中 图 分 类 号 ：Ｂ ５ ．７ Ｔ ８ １０ 文 献标 识 码 ： Ａ
Ｔｅ ｔ Ｍ ｅ ｈ ｄ ｏ ｍ ａ ｌＡｐｅ ｔ ｒ ｐｈｅ ｉ ｕ ｆ ｃ ｓ ｔ ｏ ｆＳ ｌ ｒ ｕ ｅ Ａｓ ｒｃ Ｓ ｒ ａ ｅ
大口径非球面误差拼接检测方法综述
大口径非球面误差拼接检测方法1 前言非球面光学元件，是指面形由多项高次方程决定、面形上各点的半径均不相同的光学元件[1]。
非球面镜属于特殊表面,它具有许多独特的性质。
光学非球面元件相比球面而言，能提高光学系统的相对口径比，因此可简化结构，同时非球面能消除球面元件在光传递过程中产生的球差、慧差、像差、场曲等不利影响，减少光能损失，从而获得高质量的图像效果和高品质的光学特征[2]。
当前非球面广泛应用在航天航空、国防、天文、医疗以及光电等高技术领域，其中大口径光学非球面元件( 400 mm 以上) 在激光核聚变装置、高能激光、红外热成像、卫星用光学系统、大型天文望远镜、医疗影像设备等国家重大光学工程及国防尖端技术中需求急速增长，而中小型非球面更多应用于民用光电产品领域，作为信息传递的关键组件，在计算机、光通讯、手机、数码照相机以及视听设备等各种最新的电子产品中，起着极其重要的作用[3-5]。
随着超精密磨削加工技术的不断发展，光学元件正在向小型高精度化和大型高精度化方面快速发展[6-8]。
随着光学元件的设计与制造技术的发展与应用，对大尺寸光学元件的加工与检测提出了更高的要求，然而高精度非球面光学元件的加工与检测技术一直以来都是光学制造业的技术难点，尤其是大口径高精度非球面，其半精加工、精加工、抛光等各加工阶段的检测技术制约着加工精度和效率的提高[9]。
为满足大口径非球面的测量，国内外相继出现了一些中小口径非球面检测仪器测量大口径非球面的拼接检测方法，目前主要有子孔径拼接干涉法和基于三坐标测量的轮廓拼接技术。
这两种技术的测量原理都是将大口径非球面划分为若干个具有重合部分的轮廓段进行测量，由于重合部分的面形在非球面的测量过程中是没有发生变化的，因此可以利用轮廓段之间的重合部分，推导出两段轮廓的拼接变换矩阵，然后以其中一段轮廓坐标系作为基准，运用该变换矩阵将其他轮廓段的坐标系经过旋转、平移至与基准轮廓的坐标系重合，以实现拼接。
光学非球面的设计、加工与检验
光学非球面的设计、加工与检验光学非球面的设计、加工与检验是现代光学技术领域的重要内容。
非球面镜头是一种光学元件，其曲率半径不是球形，可以用于改变光路、调整成像质量和改善成像形态等方面。
在非球面镜头的设计过程中，需要充分考虑光线的折射和反射，
以及材料的折射率和色散等因素。
设计师需要采用先进的光学软件进
行模拟优化，不断调整镜片形状和参数，以达到最优光学效果。
加工非球面镜头是一个复杂而精密的过程。
需要采用高精度加工
设备和技术，以确保镜片的形状和表面质量。
在加工过程中需要考虑
到材料的特性，如可加工性、耐磨性和耐腐蚀性等，并进行合理的质
量控制。
镜片检验是保证光学精度的关键步骤。
可以采用光学检测设备进
行检验，如干涉仪、激光测量仪等。
通过检验，可以了解镜片表面的
误差和偏差，从而进行调整和改进，提高光学成像质量和精度。
总之，非球面镜头的设计、加工和检验是一个紧密相连的过程，
需要充分考虑光学原理和技术要求，并采用先进的设备和技术手段，
以确保光学元件的高质量和高性能。
非球面镜片的鉴别方法
非球面镜片的鉴别方法非球面镜片是一种在制造过程中通过对普通球面镜片进行加工，使其在特定方向上的曲率半径不等于在垂直方向上的曲率半径的镜片。
在实际应用中，非球面镜片广泛应用于光学仪器、眼镜、摄影镜头等领域。
鉴别非球面镜片的方法如下：1.观察光线反射：使用一束平行光线照射在非球面镜片上，观察光线的反射情况。
如果光线在镜片的表面上反射时发生了折射，即光线在不同方向上的角度不相等，则可以判断镜片为非球面镜片。
2.检查曲率半径：使用曲率半径检测仪或者显微镜等设备，对非球面镜片的曲率半径进行测量。
根据非球面镜片的制造过程，非球面镜片在特定方向上的曲率半径会与垂直方向上的曲率半径不同。
3.检查反射像差：反射像差是指光线经过非球面镜片反射后所产生的像差。
通过观察反射像差的大小和分布情况，可以初步判断镜片是否为非球面镜片。
非球面镜片在设计和加工过程中可以通过调整曲面形状来减小或消除反射像差。
4.检查折射像差：折射像差是指光线经过非球面镜片折射后所产生的像差。
通过观察折射像差的大小和分布情况，可以进一步确认镜片是否为非球面镜片。
非球面镜片通过改变曲率半径来控制折射像差的大小和方向，从而提高光线的聚焦能力和像质。
5.查看制造工艺：通过查看非球面镜片的制造工艺资料，了解镜片的设计和加工过程，可以确认镜片是否为非球面镜片。
非球面镜片的制造过程通常包括球面镜片的加工、抛光和涂膜等步骤，其中会涉及到特定的加工设备和工艺技术。
综上所述，通过观察光线反射、检查曲率半径、检查反射像差和折射像差，以及查看制造工艺，可以对非球面镜片进行鉴别。
准确的鉴别非球面镜片对于确保光学仪器和眼镜等设备的性能和质量至关重要。
光学非球面的设计、加工与检验
光学非球面的设计、加工与检验
光学非球面（aspherical）的设计、加工与检验是光学领域中非
常重要的主题。
与球面镜不同，非球面镜的曲率半径是不同的，从而
可以实现更复杂的光路设计，使得像差和畸变得到校正。
首先，非球面镜的设计通常采用光学设计软件，如Zemax、Code
V等。
设计师需要根据系统的要求，选择合适的非球形曲率，并进行优化，以达到更好的成像质量。
此外，许多非球面元件是自由曲面，其
形状没有数学解析式，因此需要进行参数化建模，并通过优化算法，
对设计进行特定的目标函数的优化。
然后，非球面镜的加工也有其特殊性。
传统的机械加工难以精确
地制造复杂曲率的非球面，因为这需要超高精度的加工设备和领域专
家的卓越技能。
目前，许多先进的加工技术已经得到应用，例如电解
抛光、激光抛光等。
这些高效、高精度的加工技术，使得制造非球面
镜变得更加容易和可行。
最后，非球面镜的检验也是必不可少的。
由于非球面曲率形状是
非常复杂的，无法被通用的球差检验方法所测量。
因此，许多特殊的
检验方法已经被提出。
例如干涉法、投影法、衍射法等。
这些方法可
以精确地测量非球面镜的曲率和形状，确保其具备高精度的成像功能。
综上所述，非球面光学元件的设计、加工以及检验是光学领域的
重要组成部分，对于现代光学系统的优化和实用化起到了关键性的作用。
如何一眼识别双面非球面镜片
双面非球面定义：是指眼镜片的第一面和第二面均为非球面设计的镜片；其中，镜片的前表面增厚（即前表面更平），后表面采用Atoric技术的设计原则，以两面叠加的方式来抵消镜片的厚度从而带来了镜片依然呈边缘减薄的形状。
在光学性能方面我们暂时不做探讨，重点讨论如何利用最简单的方法判别什么才是真正的双非镜片。
1）日光灯管像鉴别法这是最直接有效的鉴别法。
因大家都知道球面镜片两个表面的日光灯管像都是接近笔直的。
而外单非镜片则第一面灯管像为中间鼓起的桶形，第二面为平直的球面灯管像。
双非镜片两面都是非球面设计，第一面为中间洼陷的枕形灯管像，第二面则为中间鼓起的桶形灯管像。
一般在-2.00D以上的镜片该现象开始明显，度数越高越明显。
2）矢高鉴别法非球面表面，如使用20口径的千分表去测量表面各点矢高，从中间到边缘矢高是不断变化的。
而球面则应该保持不变。
将此一原则应用于鉴别双非和单非镜片同样不失为一种简便易行的方法。
如果我们用矢高表去测量一片传统外单非镜片，那么其第一面的矢高从中间到边缘呈逐渐变弯（矢高读数变大）的渐变状态，而第二面的矢高则基本不变或变化很小（此一很小的变化是因加工误差造成的）。
而一片双非镜片则两个表面从中间到边缘的矢高都呈渐变趋势，即第一面矢高逐渐边平即矢高读数逐渐变小，而第二面矢高逐渐也是逐渐变小且变化非常快。
3）厚薄差鉴别法同折射率同光度的双非镜片通常要比单非镜片薄一些，但如果是单光镜片的话，建议谨慎使用此一方法鉴别或者只将其作为辅助手段较为合适。
因各家生产镜片的工艺/加工变形/直径/材料实际折射率与标称折射率出入都会影响这一测量方法从而造成误导。
但对于散光较大的（超过-1.50D）双非镜片和单非镜片而言，此一方法就会变得简单有效。
一片散光-2.00D的双非镜片，和单非镜片比较起来，其球散两个方向的边缘厚薄差至少要减少0.4毫米左右，而对于散光达到-400的单非镜片比较，双非镜片球散两个方向的厚薄差有可能要减少0.6~0.7毫米。
非球面轮廓测量与分析
a is the indexed Polynomial Coefficient a为多项式系数
C is the reciprocal of the Base Radius C为基圆半径的倒数
K is the Conic Constant of the Surface K为二次常数
Xp是指非球面光轴到轮廓最高点之间的距 离。
非球面参数简介
• Xt:
Xt is the distance of the aspheric axis from the measured data.
Xt是指非球面光轴到测量起始点之间的距 离。
非球面参数简介
• Xv:
Xv is the distance of the lowest valley from the aspheric axis .
6) Residual Error After Form Removal 形状去除之后的残余误差
+Z 轴
Aspherics axis 非球面轴线
+X 轴
-X轴
D=B-C(Residual error after
absolute aspheric form removal)
-Z 轴
去除绝对形状后的残余误差
• 之所以称为“锥面”项，是由于我们可以用 不同方位的面与圆锥相切可以得到以上表面
基本形式：球面(K=0)
相切面平行于圆锥底面
圆的标准方程: x2 y2 R2 (R 0)
基本形式：抛物面(K=-1)
相切面平行于圆锥侧面
抛物线标准方程 : y2 2 px或y2 2 px或 x2 2 py或x2 2 py( p 0)
超高精度非球面面形检测技术研究
超高精度非球面检测技术研究1、本文概述随着现代光学技术的飞速发展，非球面光学元件在各种高精度光学系统中发挥着越来越重要的作用。
非球面由于能够减少光学系统中的球面像差和色差，提高成像质量，已成为高性能光学系统设计的关键部件。
非球面的制造和检测技术比传统的球面光学元件复杂得多，尤其是对于超高精度非球面形状检测，需要更严格的技术要求。
本文旨在对超高精度非球面的检测技术进行深入研究。
首先介绍了非球面光学元件的应用背景和重要性，然后详细阐述了当前非球面检测中存在的主要问题和挑战。
通过对现有检测技术的分析和比较，本文提出了一种新的超高精度检测方法，可以有效提高非球面检测的精度和效率。
文章随后对所提出的检测技术进行了详细的理论分析和数学建模，验证了该方法的理论可行性。
本文还设计了一系列实验来验证所提出方法的实际有效性，并通过与其他现有技术的比较，展示了新方法的优势和潜在的应用价值。
本文总结了研究成果，展望了非球面检测技术的未来发展趋势，为相关领域的研究人员和工程师提供了有益的参考和启示。
2、超高精度非球面检测技术的理论基础在现代光学制造和精密工程领域，非球面的设计和制造是实现高性能光学系统的关键。
超高精度非球面检测技术的理论基础主要涉及几何光学、物理光学、光学检测原理和数据处理方法。
几何光学为非球面提供了一种基本的定义和描述方法。
非球面是指不满足球面方程旋转对称性的光学表面。
这些类型的曲面通常是通过数学表达式或多项式来定义的，例如泽尼克多项式，它可以描述曲面形状的局部曲率和形状偏差。
物理光学进一步解释了光与非球面之间相互作用的原理。
当光波穿过非球面或从非球面反射时，其传播和偏转特性会受到表面细节的影响。
非球面几何参数的精确测量和控制对于确保光学系统的性能至关重要。
光学检测的原理包括干涉测量、散斑测量和聚焦测量等技术。
干涉测量是一种常用的高精度检测方法，通过比较参考光和测试光之间的相位差来测量表面形状。
散斑测量利用光的散射特性来评估表面质量。
非球面镜片面形检测技术综述
非球面镜片面形检测技术综述
谢 高容
（ 麦克奥迪 实业集团有限公司 ， 福建 厦 门 ３ １０ ） ６ ０ ６
摘要 ： 非球 面镜片的应 用越来越 广泛， 面形误差是影响非球 面质量的重要指标 ， 所采用
的 面形检测 方法 非常 重要 。介 绍 了非 球 面镜 片 面形误 差 的各 种检 测 方 法 ， 对 各种检 测 方 并 法 进行 了比较 。最后 ， 对非 球 面镜 片 面形检 测 技术 的发展趋 势作 出 了预 测 。
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・８ ８・
光
学
仪
器
第２ ９卷
的三维坐标值 ， 得到非球面表面形状误差 。 这种测量方法虽然原理简单 ， 但是测量效率低下 ， 而且属接触式
测量 ， 不适合检测表面较软（ 如塑料 ） 的非球面镜片。 ２２ 非接触式测量 ． （） １轮廓投影法 自动轮廓投影测量法的系统组成如图 ｉ 被测非球面通过定位工装固定在测量平台上 ， 。 定位时工件的 对称轴与测量系统的光轴垂直。 由照明系统发 出的平行光束透过测量平台进行照明， 一部分光束直接进入 测量物镜 ， 形成亮的背景 ； 另一部分照射到被测非球面表面被反射回来 ， 形成暗的区域。 测量物镜将工件在 亮背景下的暗的图像放大后传送到 Ｃ Ｄ， Ｃ 然后通过 图像卡将光学图像转换成数字信号输入计算机 。经过 适当的图像预处理后 ， 借助相应的软件 ， 计算机将明暗交界处的点提取出来 ， 并进行拟合 ， 得到被测工件的 轮廓 曲线 。再与原设计的非球面曲线方程进行比较 ， 就可得到测量结果 。 该测量方法可直接得到测量结果 ， 对环境要求低 ， 在非球面加工的各个过程中都可以使用。测量软件
维４月 ０７
光
学
仪
利用ZYGO干涉仪进行非球面检测技术研究_龙夫年
级衍射波聚焦在光轴上不同的位置. 在 - 1级衍
射成份聚焦点设置光阑滤波, 把不用的衍射成份 滤掉, 只让 - 1级衍射光波通过.
因为计算全息板是一个衍射光学元件, 光波
照射时存在多级衍射的现象. 一般, 我们只用它
的 - 1级衍射波, 将其它衍射成份滤掉. 在这种自 准直光路中, 滤波显得尤为重要 [ 5] . 根据计算全
利用计算机模拟出的 计算全息 板如图 4 所 示, 它的最大空间频率为 fm ax = 1 061p /mm, 这很 容易制作, 且能达到较高的制作精度 [ 6] .
图 4 计算全息的模拟图
3结 论
1) 检测光路中采用 ZYGO 数字干涉仪, 能实 时快速、高精度检测非球面.
2) 透镜补偿和计算全息结合共同再现理想 非球面波前, 该波前由实际被检非球面返回, 返回 波前直接反映了被检非球面的误差.
器, 来实现对大口径高次非球面的高精度检测.
# 232#
哈尔 滨工业大学学报
第 37卷
1 基本原理
在 ZYGO数字干涉仪的基础上设计一套附加 光路, 通过设计制备透镜补偿镜和计算全息, 可在 ZYGO数字干涉 仪上检 测大口 径深度 高次 非球 面, 整个检测光路如图 1所示.
的分布图, 这时恰好实现了各衍射级次互不重叠. 即当 - 1级衍射成份光斑大小为 s时, 要使得它与 - 2级衍射成份分开, 则 - 2级衍射成份光斑边缘 与零级光斑距离至少为 4s.
第 2期
龙夫年, 等: 利用 ZYGO 干涉仪进行非球面检测技术研究
# 233#
设计透镜补偿部分, 然后在检测光路中加入计算 全息. 计算全息的设计要使得 - 1 级衍射成份与 补偿透镜结合产生与理想非球面面型相同的检测 波前, 而其他衍射级次用空间滤波器滤掉. 整个 检测光路设计时必须考虑滤波的要求. 检测光路 光线追迹和设计用光学设计软件 codeⅤ完成, 经 过反复的调整, 最终设计出整个检测系统. 检测 系统中各元件的参数数据见表 1, 系统剩余波像 差如图 3, 其 RM S值为 0101K, P- V 值为 0105K.
非球面光学元件面型检测技术研究进展与最新应用
非球面光学元件面型检测技术研究进展与最新应用梁子健 杨甬英 赵宏洋 刘圣安Advances in Research and Applications of Optical Aspheric Surface MetrologyLIANG Zi-jian, YANG Yong-ying, ZHAO Hong-yang, LIU Sheng-an引用本文:梁子健,杨甬英,赵宏洋,刘圣安. 非球面光学元件面型检测技术研究进展与最新应用[J]. 中国光学, 2022, 15(2): 1-26. doi: 10.37188/CO.2021-0143LIANG Zi-jian, YANG Yong-ying, ZHAO Hong-yang, LIU Sheng-an. Advances in Research and Applications of Optical Aspheric Surface Metrology[J]. Chinese Optics, 2022, 15(2): 1-26. doi: 10.37188/CO.2021-0143在线阅读 View online: https:///10.37188/CO.2021-0143您可能感兴趣的其他文章Articles you may be interested in非零位凸非球面子孔径拼接检测技术研究Research on non-null convex aspherical sub-aperture stitching detection technology中国光学. 2018, 11(5): 798 https:///10.3788/CO.20181105.0798光学自由曲面面形检测技术Optical free-form surfaces testing technologies中国光学. 2017, 10(3): 283 https:///10.3788/CO.20171003.0283大偏离度非球面检测畸变校正方法Distortion correcting method when testing large-departure asphere中国光学. 2017, 10(3): 383 https:///10.3788/CO.20171003.0383一种针对超大口径凸非球面的面形检测方法Surface testing method for ultra-large convex aspheric surfaces中国光学. 2019, 12(5): 1147 https:///10.3788/CO.20191205.1147易测量非球面定义及应用Definition and application of easily measurable aspheric surfaces中国光学. 2017, 10(2): 256 https:///10.3788/CO.20171002.0256点衍射干涉检测技术Point diffraction in terference detection technology中国光学. 2017, 10(4): 391 https:///10.3788/CO.20171004.0391第 15 卷 第 2 期中国光学Vol. 15 No. 2 2022年3月Chinese Optics Mar. 2022文章编号 2095-1531（2022）02-0001-26非球面光学元件面型检测技术研究进展与最新应用梁子健，杨甬英*，赵宏洋，刘圣安（浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室，浙江 杭州 310027）摘要：非球面光学元件，特别是其中的自由曲面元件，在设计自由度上相比于球面具有很大的优势，基于非球面构建的光学系统能够以简单的光机结构实现复杂的设计目的。
非球面面型检测新原理研究
2020.26科学技术创新非球面面型检测新原理研究胡月（河北民族师范学院机电工程学院，河北承德067000）1国内外现状及动态分析1.1轮廓测量法轮廓测量法是指通过扫描获得非球面面型相关数据，通过重构获得被测面型一种方法。
按探针测量方式，可分为接触式和非接触式两种[1]，在前者中，三坐标测量是常用方法，其是通过测量非球面表面以实现测量；后者基本结构与前者相同，主要差别是测量探针，后者采用激光测量，由于其非接触，所以此方法可避免被测表面划伤，也可获得较高精度。
1.2干涉测量法（1）无像差点针对非球面面型，应用无像差点不需要补偿装置可直接实现测量，且精度较高，但检测过程需引入附加平面，所以其测量范围受到了限制。
图1所示为无像差点对椭圆面的检测示意图。
图1无像差点检测示意图（2）补偿镜法苏联科学家最早提出补偿镜，后逐步演变为多种方法，其中，Offner 补偿镜最为普及，其校正了非球面球差，补偿精度高。
图2所示为Offner 补偿镜检测示意图。
图2Offner 补偿镜检测示意图（3）计算全息图法计算全息图是利用计算机生成波前全息图案，后制备图案基底，当光照时，就会复现全息记录。
利用此原理可生成与之匹配的非球面波，进行实现面型检测。
图3所示为计算全息对非球面的检测示意图。
图3计算全息检测非球面示意图（4）环带拼接法由于非球面测量焦点与球心不重合，所以不能实现零位测量。
但对于对称非球面，其沿干涉仪运动会生成环形干涉图，尽管一个位置不能测量整个面型，若将多位置测量数据“拼接”，则可实现面型的全部测量。
（5）子孔径拼接法与环带拼接近似，通过多位置测量“拼接”，最终实现面型检测。
二者区别在于：子孔径拼接时，非球面需要进行光轴方向移动的同时，还要进行平移和倾斜，其可获得较高横向分辨率。
（6）亚奈奎斯特采样法亚奈奎斯特采样发，先使用“亚奈奎斯特”探测器实现亚奈奎斯特采样，后应用特殊解包方法实现非球面面型测量。
1.3几何光学测量法（1）刀口阴影法刀口阴影法常用于大口径元件面型误差的现场检测，其灵敏度高，检测效率高，不易划伤镜面。
非球面检测中最佳入射球面波和最佳参考球面波的确定
关
键
词： 非球 面检测 ； 最佳入射球 面波； 最佳参考球面波 ； 涉条纹 干
文 献标 识码 ： Ａ ｄｉ１ ．７ ８ Ｃ ．０２ ５ ３０ ６ ｏ：０ ３ ８／ Ｏ ２ １００ ．２ ３
中 图分 类 号 ：Ｑ ７ ． ５ ０ ３ ． Ｔ １ １６ ； ４ ６ １
Ｄｅ ｅ ｍ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｐｔ ｕｍ ｏ ｉｉ ｎ ｆ ｉ ｃｄ ｎ ｐ ｅ ｉ ａ ｖ ｎ ｔ ｒ ｎ ｔｏ ｆｏ ｉ ｍ ｐ ｓｔｏ ｓ ｏ ｎ ｉ ｅ ｔｓ ｈ ｒｃ ｌｗａ ｅ ａ ｄ
第 ５卷
第３ 期
中 国 光 学
Ｃｈ ｎ ｓ ｔｃ ｉ ｅ ｅ Ｏｐ ｉ ｓ
Ｖｏ Ｊ Ｎｏ ３ ｌ５ ．
２１ ０ ２年 ６月
Ｊ ｎ ０ ２ ｕ ｅ２ １
文章编号
１７ — １ （０ ２ ０ － ６ －７ ６４２ ５ ２ １ ） ３０ ３０ ９ ２
非 球 面 检 测 中最 佳 入 射 球 面 波 和 最 佳 参 考 球 面 波 的确 定
ｆ ｎ ｅ ｄ ｎ ｉ ｅｗｅ ｎ ｉ ｃ ｄ ｎ ｐ ｅ ｉａ ｖ ｎ ｓ ｈ ｒｃ ｌｒ ｆｅ ｔｖ ｖ ｎｄ ｔ ａ ｆｔ ｅ ｒ ｆ ｒ ｎ ｅ ｓ ｈｅ ｉ ｉ ｒ ｇ ｅ ｓｔ ｂ ｔ ｅ ｎ ｉ ｅ ｔｓ ｈ ｒｃ ｌｗａ ｅ ａ ｄ ａ ｐ ｅ ｉ ａ ｅ ｃｉｅ ｗａ ｅ ａ ｈ ｔｏ ｈ ｅｅ ｅ ｃ ｐ ｒ— ｙ ｌ ｃ ｌｗａ ｅ ｓ ｕ ｃ ｓｏ ｔｉ ｅ ｒ ｍ ａｃ ｌｔｎ ｈｅ ｉｔ ｒｅ ｏ ｔｉ ｒｎ ｅｄ ｎ ｉｙｏ ａ ｖ ｏ ｒ ｅ ｉ ｂ ａｎ ｄ ｆｏ ｃ ｌ ｕ ａｉ ｇ ｔ ｎ ｅ ｆ ｒｍｅｒｃ ｆｉ ｇ ｅ ｓｔ ｎ ａ ＣＣＤ．Ｏｎ ｔ ｈ ｏ ｅｉａ ａ ｈｅｔ ｅ ｒ ｔｃ ｌｂ —
非球面镜片的精密加工;光学镜片的加工及检测
三、加工辅料
磨料 黏合剂 冷却液 抛光粉 抛光模层材料 清洗材料 抛光后的防护
磨料
磨料的分类和国内外磨料代号
磨料
人造金刚石
棕刚玉
刚玉
白刚玉
单晶刚玉
黑碳化硅
碳化物 绿碳化硅
碳化硼
氮化硼 立方氮化硼
中国 JR GZ GB GD TH TL TP LDB
美国
A 38A 32A 37C 39C B4C CB
国内金刚砂的粒度表示方法
标准号
60 70 80 100 120 150 180 210 280 W40 W28
尺寸/um
315~250 250~200 200~160 160~125 125~100 100~80
松香蜂蜡胶上盘法
优点是操作简便，缺点是平行度精度不高，也不适用于面形精度 要求较高的薄片。
荷重 工件 粘结模
工件 粘结模
方法一
方法二
2.3 上 盘
点胶上盘法
优点是可获得较好的面形和平行度。缺点是承受不了高速高压 的加工条件，易“走动” 。
工件 软胶点 粘结模
工件 火漆点 粘结模
软点胶粘结
硬点胶（火漆）粘结
2.3上 盘
浮胶上盘法
优点是工件和粘结平板都不 需加温，工件可达到较高的平行 度和面形精度，缺点是承受不了 高速高压的加工条件。
光胶上盘法
优点是平行度和平面度均可达到 很高的精度。缺点是对光胶面表面 疵病等级有一定影响，怕剧烈震动 和骤冷骤热。
工件 粘结胶 玻璃垫板
工件 防水涂层 玻璃垫板
光学面形精度标准
光学面形精度标准光学面形精度是衡量光学元件表面形态误差的指标，也是光学元件质量和性能的重要评价标准之一。
本文将从光学面形精度的定义、分类、测试方法、应用领域以及国际标准等方面进行详细介绍。
一、光学面形精度的定义和分类光学面形精度是描述光学元件表面形态误差的量化指标，通常用于度量光学元件的表面质量和光学性能。
光学面形精度可以分为平面的、球面的和非球面的。
平面的表面形态误差一般由面顶角、面形偏差和平坦度等指标来描述；球面的表面形态误差一般由曲率半径、球心偏差和球差等指标来描述；非球面的表面形态误差一般由高阶曲率系数来描述，其中包括球差、像散、曲率场等。
二、光学面形精度的测试方法光学面形精度的测试方法主要分为直接测量和间接测量两种。
直接测量方法主要包括拓扑测量法、电子干涉法、三维轮廓法等；间接测量方法主要包括光学测试法和综合测试法。
拓扑测量法通过测量表面高度差来获得表面形态误差信息，电子干涉法利用干涉的原理来测量表面的形态误差，三维轮廓法则通过测量表面的轮廓来获取表面形态信息。
光学测试法主要基于光学干涉的原理，利用干涉图样来描述表面形态，综合测试法则通过结合多种测试方法来获得更准确的表面形态信息。
三、光学面形精度的应用领域光学面形精度的应用领域非常广泛，主要包括光学加工、光学设计、光学检测、光学材料制备等方面。
在光学加工领域，光学面形精度是评估加工质量的重要指标，直接影响光学元件的成像质量和光学系统的性能。
在光学设计领域，光学面形精度是设计合理的光学系统的基础，能够优化光学系统的成像性能。
在光学检测领域，光学面形精度是判断光学元件质量是否合格的重要指标，能够保证光学元件的正常使用。
在光学材料制备领域，光学面形精度是评估材料制备工艺合理性的标准，能够保证制备出具有良好光学性能的材料。
四、光学面形精度的国际标准国际上有多种光学面形精度的标准，常见的包括ISO 10110、ISO 14999、ISO 10111等。
如何一眼识别双面非球面镜片
双面非球面定义：是指眼镜片的第一面和第二面均为非球面设计的镜片；其中，镜片的前表面增厚（即前表面更平），后表面采用Atoric技术的设计原则，以两面叠加的方式来抵消镜片的厚度从而带来了镜片依然呈边缘减薄的形状。
在光学性能方面我们暂时不做探讨，重点讨论如何利用最简单的方法判别什么才是真正的双非镜片。
1）日光灯管像鉴别法这是最直接有效的鉴别法。
因大家都知道球面镜片两个表面的日光灯管像都是接近笔直的。
而外单非镜片则第一面灯管像为中间鼓起的桶形，第二面为平直的球面灯管像。
双非镜片两面都是非球面设计，第一面为中间洼陷的枕形灯管像，第二面则为中间鼓起的桶形灯管像。
一般在-2.00D以上的镜片该现象开始明显，度数越高越明显。
2）矢高鉴别法非球面表面，如使用20口径的千分表去测量表面各点矢高，从中间到边缘矢高是不断变化的。
而球面则应该保持不变。
将此一原则应用于鉴别双非和单非镜片同样不失为一种简便易行的方法。
如果我们用矢高表去测量一片传统外单非镜片，那么其第一面的矢高从中间到边缘呈逐渐变弯（矢高读数变大）的渐变状态，而第二面的矢高则基本不变或变化很小（此一很小的变化是因加工误差造成的）。
而一片双非镜片则两个表面从中间到边缘的矢高都呈渐变趋势，即第一面矢高逐渐边平即矢高读数逐渐变小，而第二面矢高逐渐也是逐渐变小且变化非常快。
3）厚薄差鉴别法同折射率同光度的双非镜片通常要比单非镜片薄一些，但如果是单光镜片的话，建议谨慎使用此一方法鉴别或者只将其作为辅助手段较为合适。
因各家生产镜片的工艺/加工变形/直径/材料实际折射率与标称折射率出入都会影响这一测量方法从而造成误导。
但对于散光较大的（超过-1.50D）双非镜片和单非镜片而言，此一方法就会变得简单有效。
一片散光-2.00D的双非镜片，和单非镜片比较起来，其球散两个方向的边缘厚薄差至少要减少0.4毫米左右，而对于散光达到-400的单非镜片比较，双非镜片球散两个方向的厚薄差有可能要减少0.6~0.7毫米。
非球面面型pv与光圈的关系(二)
非球面面型pv与光圈的关系(二)非球面面型PV与光圈的关系1. 简介在光学领域中，非球面面型PV（Peak-to-Valley）是一个用来衡量非球面曲面形状凹凸差异的参数。
而光圈则是指通过光学系统的光线所形成的图像的亮度分布。
本文将简要介绍非球面面型PV与光圈之间的关系以及对应的解释说明。
2. 非球面面型PV的定义非球面面型PV是通过比较曲面的最高点与最低点之间的垂直距离得到的。
它通常用来描述非球面镜头或镜面表面的形状误差。
3. 光圈对非球面面型PV的影响光圈的大小可以影响非球面面型PV的测量结果。
较大的光圈通常可以提供更多的光线信息，使得非球面面型PV的测量更加准确。
相反，较小的光圈可能会导致非球面面型PV的测量结果被限制在光圈范围内的局部区域。
4. 解释说明光圈的衍射效应光圈的大小会影响光线的衍射效应。
较大的光圈可以减少或消除衍射对非球面面型PV测量结果的影响，因为更多的光线可以通过光学系统传输。
光圈的角度变化较大的光圈意味着更大的角度变化。
在非球面镜头或镜面表面的测量中，较大的角度变化可以提供更多的表面形状信息，有利于正确评估非球面面型PV。
光圈与曲面局部区域较小的光圈可能只会覆盖曲面的局部区域，从而导致非球面面型PV的测量结果仅基于该区域的形状信息，无法全面地反映整个曲面的凹凸差异。
5. 总结非球面面型PV与光圈之间存在一定的关系。
较大的光圈通常可以提供更准确的非球面面型PV测量结果，而较小的光圈可能会限制测量结果在曲面局部区域。
因此，在进行非球面面型PV测量时，选择合适大小的光圈至关重要。
以上是对非球面面型PV与光圈关系的简要描述和解释说明，希望能对读者有所帮助。
非球面光学知识
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Form Talysurf
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接触式轮廓2/1/1 4
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Panasonic UA3P
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3.弥散圆直径d 有些图纸要求弥散圆直径，对非球面零件如已知理论值为 d0，测得轴上点的星点像为d1，则弥散圆直径d为：
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三.图纸中的重点参数
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四.非球面检测
1.公司内部采用的是阴影图检测法
利用刀口仪的阴影图可定性判断非球面的面形精度。要求 阴影图均匀，无明显切带等。但阴影图对面形缓慢变化的 误差不灵敏。
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2.对于精度比较高，多次方系数比较多的情况下，一般业 内使用接触式轮廓仪，如Form Talysurf或者非接触式的三 次元测量仪Panasonic UA3P 。
d=d1-d0 此式表示因非球面面形不准而产生的像差大小。
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以上，谢谢。 Q&A
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非球面简介
---专业光学设计
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一.光学设计中非球面的优势
1.减小边缘视场的像差，成像更清楚。
2.一片非球面矫正像差的能力等于多枚球面镜片，可以减 小镜头的设计体积及重量。
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二.非球面标准方程
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非球面和球面的带差ΔZ
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5.2.1 单点灵敏度分析 .................................................................................... 59 5.2.2 单点重复性分析 .................................................................................... 60 5.2.3 轮廓整体位移分析 ................................................................................ 61
2.2.1 系统原理图 ............................................................................................ 14 2.2.2 数据处理过程 ........................................................................................ 15 第 3 章 边缘检测算法研究................................................................................................ 16 3.1 图像边缘............................................................................................................. 16 3.1.1 边缘概念 ................................................................................................ 16 3.1.2 边缘分类 ................................................................................................ 16 3.1.3 边缘检测的一般步骤 ............................................................................ 17
4.2 基于衍射条纹的边缘检测算法......................................................................... 40 4.2.1 算法流程 ................................................................................................ 40 4.2.2 图像预处理 ............................................................................................ 43 4.2.3 极坐标系的确定 .................................................................................... 44 4.2.4 基于条纹定位的边缘提取 .................................................................... 48 4.2.5 轮廓拟合算法 ........................................................................................ 54
5.1 全口径检测重复性分析..................................................................................... 58 5.2 检测灵敏度实验分析......................................................................................... 59
4.3 本章小结............................................................................................................. 57 第 5 章 实验结果及分析.................................................................................................. 58
1.4 本论文主要任务................................................................................................. 10 第 2 章 基于图像处理的非球面阴影检测原理.............................................................. 12
3.5 本章小结............................................................................................................. 33 第 4 章 系统设计与算法.................................................................................................. 34
1.1 非球面的概念....................................................................................................... 1 1.2 非球面的应用....................................................................................................... 3 1.3 国内外研究现状及发展趋势............................................................................... 5
3.4 仿真分析及比较................................................................................................. 30
III
北京理工大学硕士学位论文
3.4.1 像素精度算法比较 ................................................................................ 30 3.4.2 亚像素精度算法比较 ............................................................................ 31
北京理工大学硕士学位论文
目录
摘要 ........................................................................................................................................ 1 ABSTRACT ......................................................................................................................... II 目录 ......................................................................................................................................III 第 1 章 绪论 .......................................................................................................................... 1
3.3 亚像素边缘检测算法原理................................................................................. 23 3.3.1 基于矩保持的亚像素边缘定位技术 .................................................... 24 3.3.2 基于插值的亚像素边缘定位技术 ........................................................ 26 3.3.3 基于曲线拟合的亚像素边缘定位技术 ................................................ 28
4.1 实验系统介绍..................................................................................................... 34 4.1.1 实验装置介绍 ........................................................................................ 34 4.1.2 实验系统参数确定 ................................................................................ 34