像差检测 光学测量..

§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')4001~1001(

f =Φ

②位置色差 2、 垂轴象差 ① 象散

轴外球差曲线

d b b b S sn sn sn sn 211+=

d b b b S tn tn tsn tn 2

11

+=

② 场曲

d b b b S s d s b b n n n n n n n n 2

112

1+=→-=

③ 慧差

子午慧差 C 1G 1=PA=RG 2=a 1 PB=PA+AB=a 1+AB

d

S R C PB t

=2

d

s a a AB a d S R C AB a t

t =++==+21121

AB=-Kt=

12

1a s d a a t -+ 1

2

1211)(a S d a a AB S a a ABd d a t t

-+=+=+

t t S d

a a a K 2

11'+-

= 弧矢慧差一般不测量（只在大视场时测量）

t s K K 3

1'=

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E 1位置，一般'5

1

,'71f S d f n n =-=σ 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E 1和E 2（两者精确相等）。

三、 测量误差分析

b bn bn σσσ==21 且

d σ在同一视场下对不同的b n1和b n2来说的误差是相同的，故可不考虑，所以

n

sn 1

∝

σ表明↓↓sn h ς 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

'00007.0f ±）

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

22221122

21122

2

211)1

()(bn n n bn n n n n d n n n sn b b b b h b d d b b b σσσσ++⎥

⎦

⎤⎢⎣⎡+++±

=n

n n h f b b d 2'

21=

+22

122211)()('

n n n n n n b sn b b b b b b zhn f +++±

=σσ2

1212211≈

+≈+n n n n n n b b b b b b b sn hn

f σσ2'71.0±≈

二、 刀口仪技术数据 六个小孔：比较小的三个08.0,06.0,03.0=φ，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 v s n w ∆=∆'sin '2δ )'(sin 2

1

2v s n w ∆≈

∆δ （v 不大时） ⎰===v v s v s v s w 0222

2sin 21'sin 21'sin 21δδδ

R

h

v ='sin

当研究主面处波面时

'

'sin f h v =

2

2

2'

21f h s w δ=∴

可见W 2在'sf δ一定后与h 2

成正比即22

'/2

1

f s w δ=

22kh h = 2

'21f s tg k δα=

=

若拍摄时口径D 不等于w λ 直径D 0，则由拍摄的干涉园半径r 求实际高度

r D D

h 0

=

D ——入瞳直径 D 0（d ）——照片上干涉场直径 r(h)——照片上干涉图半径