现代光学设计方法6.ppt

非球面设计方法 图4. 三坐标专用数控机床  单点金钢石非球面车床 9．复制法：是在基体上粘结非球面膜层（透射或反射膜层）的一种加工方法。 10．复合法： 在玻璃球面或平面基体上粘结光学塑料非球面薄片。由于球面加工和光学塑料精密注射成型技术比较成熟，此方法是一种有发展前途的方法。它适合大批量、中小尺寸、高精度非球面透镜的加工。 美能达35－70mm相机中采用的复合非球面透镜 三、光学非球面的检验方法 光学非球面的检验主要指非球面抛光表面面形的检验。检验方法有多种。非球面的种类、口径及精度要求不同，检验方法亦不同。旋转二次非球面的检验，主要用阴影法、哈特曼常数法和各种干涉法。 1．阴影法 阴影法又叫傅科法、刀口法，是一种非接触定性检测方法。主要适用于各种尺寸的旋转二次非球面的面形检测。它是利用旋转二次非球面具有无像差点这一特性，通过对阴影图的判断来达到对面形检测之目的。这种方法需利用辅助平面镜或球面镜。有经验的检验者，面形检测精度可达到λ/20，可检测反射镜和透镜，最适合旋转二次曲面的凹面镜加工中的面形检测。 使用的设备简单，灵敏度高，是一种常用而且成熟的传统检验方法。 阴影检验法光路图 1 阴影检验法 2 阴影图 3 2．哈特曼常数法 哈特曼常数代表被检验表面按带高给权的平均弥数圆直径. 弥散圆由球差产生. 测定不同带高的弥散圆大小,就可计算出非球面面形偏差。 此方法是一种非接触定量检验方法，一般用在大口径高精度的非球面反射镜加工终了时的面形评价。传统上是采用照像的方法进行弥散圆的记录、分析。现在可用CCD相机来完成。随着非球面光学零件口径的增大，哈特曼板亦需加大，制作工艺困难。 哈特曼常数法 3．线条板法 线条板法又称郎奇法，通常是把一定线宽和间隔的一组线条投影到被检测的曲面上，观察各线条在曲面上的形状变化来判断曲面的面形误差。这也是一种定性的方法，适用于多种曲面的粗磨和精磨中的面形检测，检测精度低。 线条板法 线条图 4．补偿法 此方法适用于旋转二次非球面和高次非球面的面形检验，一般是在干涉仪上实施。 技术关键是在干涉仪的测量臂上采用补偿器，把平面波前或球面波前转换成被检测非球面的理想波前（或最接近比较球面波前），此波前受被检测非球面实际面形的调制后产生一定的波面变形，沿原路返回，与标准波面相干涉，产生干涉条纹。通过对干涉条纹的判读可高精度地测出非球面面形偏差。 补偿法 1 此方法由苏联学者普里亚耶夫于1962年提出。在激光光源实用化后，性能有了很大提高，应用范围得到扩大，是一种实用的非球面检测方法。 此方法可用小的补偿器测量大口径的非球面反射镜，测量精度高、速度快。补偿器的设计和加工，在大多数情况下是可实现的。其缺点是非球面面形测量精度受补偿器精度的限制（补偿器本身的误差会使标准波面变形），而且不能用于锥面、圆柱面以及没有对称轴表面的检验。 5．全息法 理论上可用于所有类型的非球面面形检验。是一种高精度的现代干涉测量法。该方法是用计算机全息图生成预定的波面，起到参考波面或光学补偿器的作用。从实用角度看，全息法与补偿法相比，并没有重要的优点： ? 两种方法都需要设计和制造辅助元件（全息片和补偿器）； ? 在同样的物理光学仪器—干涉仪上实施； ? 对干涉图的解释方法相似。 但对于大孔径的非球面检测来说，全息图的制作比较困难。而且每一个非球面相对一个专用的全息图，而补偿法却可制作出适应面较宽的“万能”补偿器。 6．波带片法 波带片法是一种高精度的现代干涉测量法。从原理上看，与全息法相似，用波带片代替了全息图，也可以说是一种补偿法。同样，波带片制作比较困难，专用性强，成本高。 波带片法 7.莫尔条纹法 莫尔条纹法是在被检测表面附近置一等间距的基准光栅，用点光源照明，并在基准光栅上方观察，可看到在被检表面上形成的光栅投影与基准光栅叠加形成的莫尔条