非球面Ronchi检测的误差分析

为了较高精度地检测大型非球面面形,需要分析检测装置对测量误差产生的影响。基于Ronch i检测法,将正弦光栅代替Ronch i光栅应用在非球面反射镜的检测上,采用同步相位探测技术和几何原理获得所有被测点的面形偏差梯度信息,然后利用区域波前重构法恢复面形偏差,进而重建被测面形。利用此方法首次分析了叠栅条纹图、非球面度、光栅对比度对重建被测面形的影响。数值结果表明,条纹图的重叠和光栅的对比度均对非球面的检测精度有影响,重建面形误差随着被测面形非球面度的增加而增大。对测量误差的分析可为Ronch i检测装置的设计提供有效、可靠的依据。

基于棋盘光栅Ronchi检验法的微变液面测量

提出了基于棋盘光栅Ronchi检验法的微变表面形貌测量方法,可同时测量被测表面形貌两个正交方向的斜率,因而可通过一幅变形棋盘光栅图重构被测表面形貌。使用取微分极值的方法可简单有效地实现变形棋盘光栅图两个正交方向信息的分离和提取。根据所提出的测量方法和数据提取算法建立了微变表面形貌测量系统并对静态和动态表面形貌进行了测量。结果表明,所建立系统的分辨率<0.1μm,测量范围>50μm,符合有关研究中对微变液面的测量需求。

Ronchi光栅检测非球面镜系统的设计及实验研究

为指导大口径非球面反射镜的精磨至抛光过程的加工,设计了Ronchi光栅检测系统。采用零位补偿器替代补偿光栅的设计制作,既能用Ronchi法对粗加工过程检测,也能用于干涉仪检测;模拟Ronchi检测过程中条纹形状与对应面型像差的关系,通过判断条纹形状对加工过程进行指导;针对某600mm口径的双曲面反射镜,设计了Ronchi光栅检测系统、零位补偿系统、成像系统。分析检测系统元件剩余反射对成像结果的影响,并提出相应的解决方案。分析表明,在Ronchi光栅检测光路中,分光棱镜表面5%剩余反射相对0.1%剩余反射,像面暗条纹的照度值增量大于30倍,条纹明暗对比度下降,难以分辨;光栅剩余反射大于3%时条纹中心产生亮斑,亮斑照度与条纹照度值比大于5倍。通过优化系统结构,降低元件表面剩余反射,提高了像面条纹对比度。将Ronchi检测系统用于双曲面镜抛光过程的检测,测得双曲面粗抛光后RMS值为0.042λ,PV值为0.291λ,可有效指导非球面的精磨与粗抛光过程。

朗契检验相位探测和波面恢复

本文将传统的朗契检验的物理原理和同相位探测技术结合起来，解决了用其它干涉测量方法所难以解决的大量值波差或非球面波面的检测，并提供了一个简单而有效的检测方法。在该方法中，横向移动朗契光栅，使得朗契图的辐射光通量随时间作周期性变化，运用同相位探测技术来求取朗契图所表示的波象差的两个斜率面，利用Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式拟合算法由这两个斜率面复原出波象差，并结合实验装置实测了大象差系统的波象差。

一种朗契检验新方法

为了较快、较高准确度地检验大波差的非球面或球面,将一个液晶显示器作为低频光栅和移相装置被用于朗奇检验,在小液晶显示器上由计算机生成光栅图,代替普通光栅和步进电机·消除了因电机移动引起的移相误差,消除了因转动光栅的角度不能正好达到90°而引起的误差·以一个非球面为例,做了移相测试及波面复原·实验表明液晶显示器可作为一个光栅和移相装置·

用于定量分析朗契图的四步相移算法

通过传统的朗契检测法的物理光学原理和条纹分析中的相移技术相结合，推导出了定量分析朗契图的四步相移算法。

基于数字微镜器件的朗契检验

将传统的朗契检验原理、数字微镜器件和同位相探测方法结合起来,快速、较高精度地检测球面非球面透镜或大量值波像差。用数字微镜器件作为记录介质,代替普通的照相胶片,实时记录计算全息图。实验时先通过编制的程序,在计算机的控制下,在小数字微镜器件上显示一个光栅图像。然后将此小数字微镜器件放入朗契检验装置中。通过程序让光栅像移动与转动,并相应拍摄一系列朗契图像。最后进行分析计算。它的优点是代替普通的光学光栅和步进电机,并在测试中不要实际地移动与转动光栅。这样去除了因电机移动和光栅转动引起的测量误差,节省了时间。分析了数字微镜器件在光电测试中的应用特性。用同位相探测方法对球面进行了测量与计算,并进行了此球面的波面复原,给出了波像差的二维、三维图。

测量大波差非球面系统的一种新方法

将朗奇检验的物理原理与同步位相探测技术结合,求出对应于大量值波差或非球面波差函数的一阶导数(?)W/(?)x,(?)W/(?)y,利用 Zernike 多项式进行拟合,拟合系数分别为 B(k),C(k),再对波差函数用 Zernilke 多项式拟合,拟合系数为 A(k),求出 A(k)与 B(k),C(k)之间的关系式,从而得到拟合系数 A(k),获得波差的三维分布图.文中还对其拟合精度进行了分析讨论.

大非球面镜的郎奇检验灵敏度理论研究及仿真分析

为了研究等间距直线条光栅的周期及其他相关参数的变化对大非球面镜朗奇检验法的影响,提出了一种评估郎奇检验灵敏度大小的新方法。其检验灵敏度定义为一个光栅周期所能检测到的镜面偏差大小能力。在朗奇检验的几何原理基础上,利用光线追迹法讨论了镜面偏差与朗奇光栅周期之间的关系,并以此推导出检验灵敏度公式,计算了抛物面镜的朗奇检测灵敏度。分析结果表明,如果给定镜子的规格参数及检验光路,朗奇检验灵敏度分别随着光栅周期间隔和半通光口径的变大而减小。

离轴郎奇法检测非球面的误差分析

基于离轴郎奇法的检测原理,通过计算机模拟,分析了点光源的位置误差、光栅和标定靶面的位置和倾斜角度误差以及摄像机标定过程引入的误差对待测面形重建精度的影响,数值结果表明点光源的位置误差以及光栅的位置和倾斜角度误差对离轴郎奇法的检测精度有着较大的影响。此外,对不同非球面面形的离轴郎奇法检测精度进行了比较,结果表明离轴郎奇法检测椭球面和抛物面的精度高于检测双曲面。离轴郎奇法检测非球面的误差分析可以有效地指导离轴郎奇法检测过程中的误差管控,从而提高其实际检测非球面的精度。

一种改进的非球面同轴朗奇检测法

提出一种非球镜面形的同轴朗奇检测法,该方法使用一个半透半反镜,将点光源等效地置于非球面镜顶点的曲率中心附近,利用透射液晶显示(LCD)屏生成正弦条纹,并将其作为相移装置.在测量过程中,从点光源发出的光经过半透半反镜和待测镜面反射后,再透过半透半反镜和正弦条纹,形成的变形条纹由探测器接收.基于朗奇检测的几何原理分析采集到的条纹图,得到待测镜面偏离理想面形的偏差梯度,对其积分获得镜面偏差,从而重建待测非球面镜的面形.与传统的同轴朗奇法相比,所提方法可以避免由于光两次经过正弦条纹而引入的检测误差.此外,该方法具有较好的抗噪声能力.计算机模拟验证了所提方法的可行性.

用正弦光栅的朗奇法检验大口径非球面面形

基于朗奇(Ronchi)检验法和同步相位探测技术,在点光源离轴情况下提出一种检验非球面反射镜的方法。该方法利用透射液晶显示器(LCD)显示垂直和水平两个方向的正弦光栅,由摄像机记录经被测镜面反射产生的光栅变形条纹图,通过四步相移法获得条纹图的相位分布。由变形条纹和光栅的同名相位点确定被测镜面每一点的横向像差,对应理想镜面的横向像差由几何关系算出,通过两镜面对应点的横向像差之差获得待测点面形偏差的梯度信息,对其积分恢复面形偏差,最后重建被测面形。检测中光栅由计算机产生,可实现精确的相移,使垂直和水平光栅严格达到90°。采用预设标记点来引导相位展开,有效地解决了变形条纹和光栅的相位对应问题。模拟和实验初步验证了这一方法的可行性。

一种新的非球面零朗奇检测法

提出一种新的零朗奇检测法用于测量大口径非球面镜的面形。利用光线追迹和正弦条纹的相位信息设计补偿正弦光栅。使用透射液晶显示屏显示补偿正弦光栅并作为相移装置。一个离轴点光源发出的光被镜面反射后通过补偿正弦光栅,摄像机记录携带镜面偏差信息的相移条纹图。通过对相移条纹图的分析确定被测镜面的实际横向像差以及对应的理想横向像差,然后基于朗奇检测的几何原理得到被测镜面的偏差梯度,对其积分获得被测镜面的偏差,进而重建被测镜面的三维面形。与传统的零朗奇检测法相比,这种方法可以消除补偿光栅上每个条纹带边缘的锯齿形状,而且可以获得镜面上足够多的待测点信息。计算机模拟和初步实验验证了该方法的可行性。