光电测试技术基本光学量的测试技术／.ppt

第2章 基本光学量的测试技术 光电测试技术  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 * * §2-5 刀口阴影法检验 刀口阴影法是1858年由傅科（Foucoult）提出的，所以又称为傅科刀口法。当时是用于天文望远镜的大口径反射镜的检验。 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，也可测量光学系统的几何像差。 优点： 设备简单； 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，观察者不难发现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。 * * §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 对于理想球面，所有光线都会聚于球心O。如果观察者的眼睛位于球心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，其范围由被测件边缘所限制。 当刀口自右向左移动切割光束时： 当刀口正好位于光束会聚点O处（位置N2），本来是均匀照亮的视场变暗了一些，但是亮度仍然是均匀的（阴影图M2）； 当刀口位于光束交点的前面（图中N1处），暗区从右向左扩展（阴影图M1）； 当刀口位于光束交点O之后(图中N3处)，暗区从左向右扩展（阴影图M3）。 刀口阴影法原理 N1 N2 N3 M3 M2 M1 M4 A C B O 图 示 * * §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： 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。 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。 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。 * * §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。 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、刀口位置与阴影图形状的解析关系。 * * §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 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r1，y1轴与刀口之间的夹角为θl。 刀口的边缘线可表示为 于是可得该平面上的透射比为 y1 x1 r1 o θ1 在近轴平面上的刀口位置示意图 * * §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x1oy1面上的横向像差的关系式把上式改写为 阴影图的形状决定于分界线： * * §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：离焦误差 其波像差为 阴影边界线为（直线） 设刀口平行于y轴， （平行y轴的直线） * * §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：离焦误差 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r1减小，阴影线从右向左沿x轴平移（与刀口同方向）； 当D＞0即刀口放在焦点以外时，刀口仍然从右向左切割光束，即随着r1减小，阴影线从左向右沿x轴平移（与刀口反方向）； 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）。 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。 * * §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：球差+离焦误差 这是一个三次曲线。球差和离焦的波面是回转对称的，刀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。 * * §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：球差+离焦误差 刀口平行于x轴 y y y x y x y x y a)刀口位于边缘焦点前 b）刀口位于近轴焦点前 c）刀口位于边缘焦点后 * * §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：球差+离焦误