镜面面形误差统计方法研究

光学镜面的变形包括刚体位移和面形误差(表面畸变),分析刚体位移和面形误差对于评价光机系统的环境适应性、空间位置稳定性和成像质量具有重要作用。根据坐标转换法去除镜面变形中的刚体位移,论述了曲面拟合、法线方向和光轴方向三种面形误差统计方法的原理并进行了深入比较,针对不同重力及温度工况计算了镜面面形误差的均方根(RMS)值及峰谷(PV)值。引入镜面弥散斑RMS半径并将其作为面形误差大小的光学评价标准,通过三次插值算法生成栅格矢高面,在ZEMAX软件中建立了高精度的镜面面形误差光学模型,最后采用面形误差的RMS值及PV值与弥散斑RMS半径之间的线性关系考查了三种面形误差统计方法的光学性能。研究结果表明:曲面拟合法统计的面形误差信息不完整,适用于镜面面形方程参数不发生明显改变的工况。法线方向和光轴方向两种统计方法统计的面形误差信息完整,可以全面地衡量光机系统的成像质量。