通用數(shù)字化高精度非球面干涉檢測(cè)技術(shù)與系統(tǒng)研究.pdf

1、由于非球面比球面可以提供更大的自由度，所以在光學(xué)系統(tǒng)中使用非球面可以縮小系統(tǒng)整體外形尺寸，減輕系統(tǒng)重量，改善像質(zhì)等，從而提高系統(tǒng)的整體性能。然而，由于非球面形狀及光學(xué)特性各異，非球面檢測(cè)系統(tǒng)歷來(lái)都是個(gè)難題。
　　 非球面的檢測(cè)方法很多，主要有零位干涉檢測(cè)法、非零位干涉檢測(cè)法、輪廓法等。零位干涉檢測(cè)法中的零位補(bǔ)償透鏡法及計(jì)算全息法等都是“一對(duì)一”型檢測(cè)，雖然精度較高但無(wú)法實(shí)現(xiàn)通用化檢測(cè)，且檢測(cè)周期長(zhǎng)，造價(jià)高；僅針對(duì)二次曲面的無(wú)像差

2、點(diǎn)法需要至少一塊口徑大于被測(cè)非球面的輔助鏡，雖具有一定通用性但輔助鏡也極大地限制了其的應(yīng)用。輪廓法的檢測(cè)效率較低，并且接觸式輪廓儀很容易將被測(cè)表面劃傷。目前的非零位檢測(cè)法，如長(zhǎng)波長(zhǎng)法、雙波長(zhǎng)法、剪切法等雖然一定程度上可以實(shí)現(xiàn)通用化檢測(cè)，但由于非零位檢測(cè)具有較大的回程誤差，而大多都沒(méi)有進(jìn)行非零位誤差校正，故精度較低。
　　 本論文主要研究可用于非球面通用、數(shù)字化的非零位干涉體系、波前補(bǔ)償、面形重構(gòu)、測(cè)量數(shù)據(jù)及圖像處理技術(shù)等。該研究

3、對(duì)非球面檢測(cè)技術(shù)，特別是非球面的非零位通用、數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)具有重要的意義。主要研究?jī)?nèi)容有：
　　 論述了非球面檢測(cè)，特別是通用化、數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)在光學(xué)測(cè)試及儀器等領(lǐng)域的重要意義。對(duì)國(guó)內(nèi)外各種非球面加工及檢測(cè)技術(shù)做了系統(tǒng)分析，提出了研究可用于非球面通用化、數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)的必要性。
　　 針對(duì)非零位檢測(cè)中返回波前往往具有較大畸變的特點(diǎn)，提出了利用部分零位透鏡對(duì)一定范圍內(nèi)非球面進(jìn)行部分補(bǔ)償。詳細(xì)論述了部分零位鏡的設(shè)計(jì)過(guò)程，分析

4、了部分零位鏡的特性，并進(jìn)而建立一整套可實(shí)現(xiàn)非球面通用化檢測(cè)的部分零位鏡體系。
　　 研究了非球面非零位干涉檢測(cè)中的回程誤差問(wèn)題。詳細(xì)分析并推導(dǎo)了回程誤差的表現(xiàn)形式及其對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。提出了初步校正非球面非零位檢測(cè)中的回程誤差的方法，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　 建立了能對(duì)被測(cè)非球面狀態(tài)進(jìn)行全面描述的狀態(tài)矩陣，提出了基于最小二乘算法的非球面面形逆向迭代優(yōu)化重構(gòu)技術(shù)。并通過(guò)大量仿真計(jì)算，研究了該重構(gòu)技術(shù)在面形檢測(cè)方面的能力。<

5、br>　　 提出了可用于非球面通用、數(shù)字化檢測(cè)的光路布局及處理流程。對(duì)整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)建模，并通過(guò)大量計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)，分析了應(yīng)用逆向迭代優(yōu)化及部分零位鏡補(bǔ)償進(jìn)行數(shù)字化非球面非零位檢測(cè)的誤差問(wèn)題，為實(shí)際檢測(cè)系統(tǒng)的建模精度控制提供了有力指導(dǎo)。
　　 建立了基于Twymann-Green干涉體系的實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)實(shí)際口徑為159mm,頂點(diǎn)球半徑為818.952mm的拋物面進(jìn)行了檢測(cè)，精度RMS值優(yōu)于1/30波長(zhǎng)，達(dá)到了預(yù)期的效果，