光电测试技术-第2章_基本光学量的测试技术(5/6)

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O
当刀口位于光束交点O之后(图中N 当刀口位于光束交点O之后(图中N3处),暗区从左向右扩展(阴 暗区从左向右扩展( 刀口阴影法原理 影图M 影图M3)。
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第2章 基本光学量的测试技术
§2-5 刀口阴影法检验
1. 刀口阴影法基本原理
1.1 理想球面波的阴影图及其变化规律 刀口与光束会聚点的相对位置以及刀口横向移动时阴影 图的变化可以概括为三个判断准则: 图的变化可以概括为三个判断准则:
设备简单; 设备简单; 非接触检验方法; 非接触检验方法; 有极高的直观灵敏度。实践表明,在一般观察条件下, 有极高的直观灵敏度。实践表明,在一般观察条件下,观察者不 难发现λ/20的波面局部误差和带区误差 的波面局部误差和带区误差, 难发现λ/20的波面局部误差和带区误差,但这是指垂直刀刃方向 的灵敏度,平行刀刃方向的灵敏度为零。 的灵敏度,平行刀刃方向的灵敏度为零。
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第2章 基本光学量的测试技术
§2-5 刀口阴影法检验
1. 刀口阴影法基本原理
1.2 刀口仪的光路和结构 仪器的调整步骤: 仪器的调整步骤: (3)调节刀口的两个移动方向。使一个方向与被检系统 (3)调节刀口的两个移动方向。 调节刀口的两个移动方向 的光轴方向一致,另一方向与光轴垂直; 的光轴方向一致,另一方向与光轴垂直; (4)保持一定的环境条件。仪器应放在牢固稳定的工作 (4)保持一定的环境条件。 保持一定的环境条件 台上,光路中应保持空气高度均匀, 台上,光路中应保持空气高度均匀,房间要黑暗或半 暗。
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这是一个三次曲线。球差和离焦的波面是回转对称的,刀 这是一个三次曲线。球差和离焦的波面是回转对称的, 口从不同方向切割光束,阴影图的方向会改变, 口从不同方向切割光束,阴影图的方向会改变,而形状是 不变的。 不变的。
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第2章 基本光学量的测试技术
§2-5 刀口阴影法检验
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第2章 基本光学量的测试技术
§2-5 刀口阴影法检验
1. 刀口阴影法基本原理
1.2 刀口阴影法的几何原理 前面叙述了刀口阴影法的基本概念,直观而定性地阐明 前面叙述了刀口阴影法的基本概念, 了被检验实际波面形状以及刀口位置对所形成阴影图的 影响和它们之间的关系。 影响和它们之间的关系。 下面进一步从几何光学的观点来讨论在刀口阴影法中, 下面进一步从几何光学的观点来讨论在刀口阴影法中, 被检实际波面的面形、 被检实际波面的面形、刀口位置与阴影图形状的解析关 系。
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第2章 基本光学量的测试技术
§2-5 刀口阴影法检验
2. 刀口阴影法检验例
刀口阴影法检测非球面面形误差 用阴影法检测非球面面形误差时, 用阴影法检测非球面面形误差时,可以有无像差点法和 补偿法两种。 补偿法两种。 如在无像差点刀口阴影法中, 如在无像差点刀口阴影法中,利用二次曲面中存在的一 对无像差共轭点这一特性可设计出各种刀口阴影法的检 测方案。 测方案。
x1 cos θ1 − y1 sin θ1 = r1
o
r1 x1
于是可得该平面上的透射比为
θ1
1 T ( x1 , y1 ) = 0
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x1 cos θ1 − y1 sin θ1 < r1 x1 cos θ1 − y1 sin θ1 ≥ r1
在近轴平面上的刀口位置示意图
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第2章 基本光学量的测试技术
阴影图的形状决定于分界线: 阴影图的形状决定于分界线:
r1 ∂W ∂W − cos θ1 + sin θ1 = ∂x ∂y R
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第2章 基本光学量的测试技术
§2-5 刀口阴影法检验
1. 刀口阴影法基本原理
1.2 刀口阴影法的几何原理 例子: 例子:离焦误差 W ( x, y ) = D ( x 2 + y 2 ) 其波像差为 阴影边界线为(直线) 阴影边界线为(直线)
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第2章 基本光学量的测试技术
§2-5 刀口阴影法检验
1. 刀口阴影法基本原理
1.2 刀口阴影法的几何原理 例子wenku.baidu.com球差+ 例子:球差+离焦误差
W ( x, y ) = A( x 2 + y 2 ) 2 + D ( x 2 + y 2 )
r1 2 2 A( x + y ) + D ( x cos θ1 − y sin θ1 ) = −R
图示为自准直刀口仪镜管的光路图。 图示为自准直刀口仪镜管的光路图。 为自准直刀口仪镜管的光路图 30° 30°
刀刃 刀片 滤光片 自准直刀口仪光路图
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第2章 基本光学量的测试技术
§2-5 刀口阴影法检验
1. 刀口阴影法基本原理
1.3 刀口仪的光路和结构 仪器的调整步骤: 仪器的调整步骤: (1)出射光束的调整。要求出射光束在相对孔径为1/2的 (1)出射光束的调整。要求出射光束在相对孔径为1/2的 出射光束的调整 被检系统整个入瞳面上造成均匀的照度; 被检系统整个入瞳面上造成均匀的照度; (2)光阑的选择。被检系统的实际波面具有轴对称性时, (2)光阑的选择。被检系统的实际波面具有轴对称性时, 光阑的选择 选用狭缝较有利,否则选用小孔较为有利。 选用狭缝较有利,否则选用小孔较为有利。根据被检 系统相对孔径大小和反射回来的光束的强弱来选用小 孔的直径和狭缝的宽度。相对孔径小而反射光弱的, 孔的直径和狭缝的宽度。相对孔径小而反射光弱的, 应选直径大的小孔或宽的狭缝; 应选直径大的小孔或宽的狭缝;
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第2章 基本光学量的测试技术
光电测试技术
第2章 基本光学量的测试技术
哈尔滨工业大学
第2章 基本光学量的测试技术
§2-5 刀口阴影法检验
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第2章 基本光学量的测试技术
§2-5 刀口阴影法检验
刀口阴影法是1858年由傅科 Foucoult)提出的, 刀口阴影法是1858年由傅科(Foucoult)提出的,所以又 年由傅科( 称为傅科刀口法。 称为傅科刀口法。当时是用于天文望远镜的大口径反射镜 的检验。 的检验。 用于测量光学零件表面的面形偏差和光学系统的波像差 面形偏差和光学系统的波像差。 用于测量光学零件表面的面形偏差和光学系统的波像差。 通过波像差和几何像差的转换关系, 通过波像差和几何像差的转换关系,也可测量光学系统的 几何像差。 几何像差。 优点: 优点:
1. 刀口阴影法基本原理
1.2 刀口阴影法的几何原理 例子:球差+ 例子:球差+离焦误差 刀口平行于x 刀口平行于x轴
y y
r1 2 D y +x + =0 y− 2A 4 AR
3
y
y
y
y
x
x
x
2011-9-27 a)刀口位于边缘焦点前 a)刀口位于边缘焦点前
12 b)刀口位于近轴焦点前 c)刀口位于边缘焦点后
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第2章 基本光学量的测试技术
图 示
C A 2-5 刀口阴影法检验 §
B
1. 刀口阴影法基本原理
1.1 理想球面波的阴影图及其变化规律 对于理想球面,所有光线都会聚于球心O。如果观察者 对于理想球面,所有光线都会聚于球心O 的眼睛位于球心O点附近,使所有会聚光线进入眼睛, 的眼睛位于球心O点附近,使所有会聚光线进入眼睛, 可以看到一个均匀明亮的视场, 可以看到一个均匀明亮的视场,其范围由被测件边缘所 限制。 限制。 M 当刀口自右向左移动切割光束时: 当刀口自右向左移动切割光束时:
x cos θ1 − y sin θ1 = r1 −2 DR
设刀口平行于y θ 设刀口平行于y轴,1 = 0° 平行y轴的直线) (平行y轴的直线)
x=
r1 −2 DR
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第2章 基本光学量的测试技术
§2-5 刀口阴影法检验
1. 刀口阴影法基本原理
1.2 刀口阴影法的几何原理 r1 x= 例子: 例子:离焦误差 −2 DR 即刀口放在焦点以内时,若刀口从右向左切割光束, 当D<0即刀口放在焦点以内时,若刀口从右向左切割光束, 即随着r 减小,阴影线从右向左沿x轴平移( 即随着r1减小,阴影线从右向左沿x轴平移(与刀口同方 向); 即刀口放在焦点以外时, 当D>0即刀口放在焦点以外时,刀口仍然从右向左切割光 即随着r 减小,阴影线从左向右沿x轴平移( 束,即随着r1减小,阴影线从左向右沿x轴平移(与刀口反 方向); 方向); =0即刀口放在焦点上时 阴影线就不存在了, 即刀口放在焦点上时, 当D=0即刀口放在焦点上时,阴影线就不存在了,在刀口 切割光束时,视场内是均匀的(亮变暗,过程较短)。 切割光束时,视场内是均匀的(亮变暗,过程较短)。 即刀口与光轴接触时,这时不论D值的大小、 当r1=0,即刀口与光轴接触时,这时不论D值的大小、正 负如何,阴影图都正好是一半亮一半暗。 负如何,阴影图都正好是一半亮一半暗。
第2章 基本光学量的测试技术
§2-5 刀口阴影法检验
y
1. 刀口阴影法基本原理
1.2 刀口阴影法的几何原理 例子:球差+ 例子:球差+离焦误差 再假设刀口位于光轴上, 再假设刀口位于光轴上,即r1=0
r1 2 D y +x + =0 y− 2A 4 AR
3
a)
b)
c)
d)
y
y
y
§2-5 刀口阴影法检验
1. 刀口阴影法基本原理
1.2 刀口阴影法的几何原理 根据波象差W与在x 根据波象差W与在x1oy1面上的横向像差的关系式把上式改 写为 ∂W ∂W r 1 − cos θ1 + sin θ1 < 1
∂W ∂W T , = ∂x ∂y 0 ∂x ∂y R r ∂W ∂W − cos θ1 + sin θ1 ≥ 1 R ∂x ∂y
§2-5 刀口阴影法检验
1. 刀口阴影法基本原理
1.3 刀口仪的光路和结构
小孔光阑 转盘 灯泡 调节螺钉 用阴影法观察波面误差,光路的安排有自准直和非自准 用阴影法观察波面误差, 聚光镜 直两种。 直两种。自准直和非自准直光路所看到的阴影图基本相 60° 60° 同,但进行定量检验时必须考虑到自准直光路光光线两 次通过被测系统,因此波面误差加倍。 次通过被测系统,因此波面误差加倍。 被测件
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N1 N2
当刀口正好位于光束会聚点O 当刀口正好位于光束会聚点O处(位置N2),本来是均匀照亮的 位置N ),本来是均匀照亮的 M2 N M4 视场变暗了一些,但是亮度仍然是均匀的(阴影图M 视场变暗了一些,但是亮度仍然是均匀的(阴影图M2); 3 当刀口位于光束交点的前面(图中N1处),暗区从右向左扩展 当刀口位于光束交点的前面(图中N ),暗区从右向左扩展 阴影图M (阴影图M1); M3
阴影与刀口同方向移动,则刀口位于光束会聚点之前。如果这是 阴影与刀口同方向移动,则刀口位于光束会聚点之前。 局部区域的阴影图,则相对于刀口为中心的球面波而言, 局部区域的阴影图,则相对于刀口为中心的球面波而言,该区域 是凸起的。 是凸起的。 阴影与刀口反方向移动,则刀口位于光束会聚点之后。如果这是 阴影与刀口反方向移动,则刀口位于光束会聚点之后。 局部区域的阴影图,则相对于刀口为中心的球面波而言, 局部区域的阴影图,则相对于刀口为中心的球面波而言,该区域 是凹陷的。 是凹陷的。 阴影图某部位(全现场或局部)呈现均匀的半暗状态, 阴影图某部位(全现场或局部)呈现均匀的半暗状态,则刀口正 好位在该区域光束的交点处。 好位在该区域光束的交点处。
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第2章 基本光学量的测试技术
§2-5 刀口阴影法检验
1. 刀口阴影法基本原理
1.2 刀口阴影法的几何原理 平面为理想波面W会聚的近轴平面, 设x1oy1平面为理想波面W会聚的近轴平面,刀口的边缘线 到主光线交点o的距离为r 到主光线交点o的距离为r1,y1轴与刀口之间的夹角为θl。 轴与刀口之间的夹角为θ y1 刀口的边缘线可表示为
y
D y3 + x2 + y=0 2A
D 2 y + x2 = − 2A y = 0
2011-9-27 a)边缘焦点后 a)边缘焦点后
x b)边缘焦点和 b)边缘焦点和 近轴焦点之间
x c)近轴焦点前 c)近轴焦点前
x d)近轴焦点处 d)近轴焦点处
x
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第2章 基本光学量的测试技术
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