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光干涉法检测光学非球面面形研究光干涉法检测光学非球面面形研究引言：光学非球面表面在现代光学系统中扮演着重要的角色，因为它们能够有效地纠正光学系统的像差并提高成像质量。
因此，对光学非球面面形的准确检测和研究具有重要的意义。
一、光学非球面面形的特点及应用光学非球面面形指的是不符合球面形状的任何光学表面。
与球面不同，光学非球面面形的曲率半径可能根据距离的不同而变化。
这种特性使得光学非球面面形能够更好地纠正复杂的光学系统中的像差。
另外，光学非球面面形还可以降低光学系统的重量和尺寸，提高成像的分辨率和亮度。
因此，它们在许多领域中得到了广泛的应用，如航天技术、激光技术、摄影学和医学成像等。
二、光干涉法的原理及优势光干涉法是一种常用于检测光学非球面面形的方法。
它利用光波的干涉现象来测量光学表面的形状和曲率。
具体而言，光干涉法通过将光线分成两束，然后使它们分别经过待测表面和参考平面，最后再尝试重合两束光线。
由于光波的干涉效应，我们可以通过测量干涉条纹的形状和分布来推断出待测表面的形状。
光干涉法具有几个优势。
首先，它可以在高精度和高分辨率下测量光学非球面面形。
其次，光干涉法对光学系统的像差不敏感，因此能够提供更准确的测量结果。
此外，光干涉法还能够实现非接触式测量，避免了可能对待测表面造成的损伤。
三、光干涉法检测光学非球面面形的实验设计为了验证光干涉法在检测光学非球面面形中的有效性，我们设计了一个实验。
实验使用了一台自制的光干涉仪和一块具有光学非球面面形的样品。
我们首先调整光干涉仪，使得待测表面和参考平面的光程差最小化。
然后，我们观察干涉条纹的形态并将其记录下来。
最后，我们将记录的干涉条纹与模拟得到的条纹进行比对，并通过数值分析提取了待测表面的形状信息。
实验结果显示，光干涉法能够准确地重建光学非球面面形。
通过比对实验结果和模拟条纹，我们发现两者非常吻合。
这表明光干涉法在检测光学非球面面形中具有较高的精度和可靠性。
四、光干涉法检测光学非球面面形的局限性与展望虽然光干涉法在检测光学非球面面形方面取得了一定的成果，但仍存在一些局限性。
文章编号 2097-1842（2024）01-0140-10凹非球面的非零位干涉检测技术张 旭，李世杰*，刘丙才，田爱玲，梁海锋，蔡长龙（西安工业大学 光电工程学院, 陕西 西安 710021）摘要：为了实现凹非球面的快速、高精度与通用化检测，文中提出了一种将非球面当做球面，直接采用干涉仪检测的非零位干涉检测方法，并结合相应的数据处理方法，获得非球面的面形误差检测结果。
首先，介绍了该方法的检测原理，建立了回程误差、调整误差的计算与去除模型，研究了面形误差的数据处理方法。
然后，以两个不同非球面度的凹非球面为例，对其回程误差和调整误差进行了仿真计算，验证了该方法的有效性。
最后，搭建了凹非球面的非零位检测实验装置，成功测量得到其面形误差。
通过与自准直零位检测法或LUPHOScan 轮廓测量法检测结果对比发现，两种方法测量得到的面形分布和评价指标具有高度一致性，验证了该检测方法的正确性。
该检测方法在保证高精度测量的同时兼备一定的通用性与便捷性，为凹非球面的通用化检测提供了一种有效手段。
关 键 词：非球面面形测量；非零位干涉检测；回程误差；数据处理中图分类号：TN74 文献标志码：A doi ：10.37188/CO.2023-0042A non-null interferometry for concave aspheric surfaceZHANG Xu ，LI Shi-jie *，LIU Bing-cai ，TIAN Ai-ling ，LIANG Hai-feng ，CAI Chang-long （School of Opto-Electronical Engineering , Xi’an Technological University , Xi’an 710021, China ）* Corresponding author ，E-mail : *****************.cnAbstract : To realize the rapid, high-precision, and universal testing of concave aspheric surface, a non-null interferometry method is proposed in this paper, which takes the asphere as a spherical surface and measures it directly with an interferometer. Combined with the corresponding data processing methods, the test results of the aspheric surface are obtained. Firstly, the detection theory of this method is introduced, the calculation and removal models of retrace error and adjustment error are established, and the data processing method of shape error is studied. Secondly, taking two concave aspherical surfaces with different parameters as an ex-ample, the retrace error and adjustment error are simulated, which verified the effectiveness of the method.Finally, a non-null interferometry experimental setup of concave aspheric surface is performed, and its shape error is successfully obtained. By comparing the results with autocollimation method or LUPHOScan meth-od, it is shown that the surface distribution and evaluation indicators of the results are highly consistent,收稿日期：2023-03-13；修订日期：2023-04-14基金项目：陕西省科技厅资助项目（No. 2022GY-222，No. 2022GY-262）；基础科研（No. JCKY2020426B009）；“一带一路”外国专家创新人才交流项目（No. DL2022040006L ）Supported by Department of Science and Technology Project of Shaanxi Province (No. 2022GY-222, No.2022GY-262); Basic Scientific Research (No. JCKY2020426B009)；"The Belt and Road" Foreign Experts In-novative Talent Exchange Project (No. DL2022040006L)第 17 卷 第 1 期中国光学（中英文）Vol. 17 No. 12024年1月Chinese OpticsJan. 2024which verifies the correctness of this method. This method provides an effective measurement method for concave aspheric surface with high precision, universality, and convenience.Key words: aspheric surface shape measurement；non-null interferometry；retrace error；data processing1 引 言非球面光学元件可以更好地校正像差、改善像质，提供出色的成像锐度和更高的分辨率，同时还能大大减少光学系统的镜片数量、重量与尺寸[1]，已经越来越多地应用于军事国防及高科技民用技术等领域[1-3]。
用非零位补偿法检测大口径非球面反射镜王孝坤;王丽辉;邓伟杰;郑立功【摘要】Circular Subaperture Stitching Interferometry (CSSI) and Annular Subaperture Stitching Interferometry(ASSI) were expounded to realize the test of large aspheric surfaces without the null optics. The theories and principle of the technique were analysised,and the synthetical optimization stitching model and an effective stitching algorithm were established based on homogeneous coordinate transformation and simultaneous least-squares fitting. The softwares of CSSI and ASSI weredevised,respectively, then the experiment was carried out for a φ350 mm hyperboloid by CSSI, ASSI and a null test, respectively. Experiments show that the differences of PV and RMS errors between null test and CSSI are 0.03lλ and 0. 004λ, and those between null test and ASSI are 0. 028λ and 0. 006λ, respectively,while their synthesized surface maps are consistent to the entire surface map from the null test. The technique proposed in this paper provides another quantitive measurement for testing large aperture aspheres besides the null-compensation method.%研究了利用圆形子孔径拼接和环形子孔径拼接检测非球面的方法,以实现非零位补偿法对大口径非球面的测量.分析和研究了该技术的基本原理,并基于齐次坐标变换和最小二乘拟合建立了综合优化和误差均化的拼接数学模型;分别开发了圆形子孔径拼接和环形子孔径拼接检测非球面的算法软件;设计和搭建了子孔径拼接干涉检测装置,并分别利用圆形子孔径拼接和环形子孔径拼接实现了对一口径为350 mm的双曲面的检测.对待测非球面进行了零位补偿检测实验,结果显示,圆形子孔径拼接与全口径补偿测量结果的PV值和RMS值的偏差分别为0.031λ和0.004λ;环形子孔径拼接与全口径补偿测量结果的PV值和RMS值的偏差分别为0.028λ和0.006λ;3种方法测量所得的面形分布都是一致的.所提出的方法提供了除零位补偿检测外的另一种定量测试大口径非球面的手段.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2011(019)003【总页数】9页(P520-528)【关键词】光学检测;圆形子孔径拼接干涉;环形子孔径拼接干涉;大口径非球面;最小二乘拟合【作者】王孝坤;王丽辉;邓伟杰;郑立功【作者单位】中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室,吉林,长春,130033;中国移动通信集团吉林有限公司,长春分公司,吉林,长春,130033;中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室,吉林,长春,130033;中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室,吉林,长春,130033【正文语种】中文【中图分类】TQ171.65;TH703传统光学系统一般采用球面元件校正各种像差来实现光学系统的设计要求。
用ZYGO数字干涉仪检测非球面的新方法
王淑荣;韩昌元
【期刊名称】《光学机械》
【年(卷),期】1992(000)001
【摘要】提出了在 ZYGO 数字干涉仪上用计算机全息术检测非球面的新方法。
这一方法利用了菲索干涉仪光路,并合理设计光学系统使非球面波完全自准返回,消除了非球面检验中的波面的变形传播引起的测量误差。
同时,充分保留了 ZYGO 数字干涉仪本身具有的位相法干涉图处理机能。
以抛物面为例加以对比、验证,证明了将数字干涉仪与计算机全息术巧妙地结合用于检测非球面是行之有效的方法。
【总页数】4页(P26-29)
【作者】王淑荣;韩昌元
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TH744.3
【相关文献】
1.一种快速检测非球面面形的新方法 [J], 李庆国;权贵秦;马卫红
2.用于天文非球面镜检测的计算全息数字波面干涉仪 [J], 鄢静舟;雷凡
3.利用ZYGO干涉仪进行非球面检测技术研究 [J], 龙夫年;郭秀梅;刘剑峰
4.利用干涉仪检测调整非球面物镜的光路 [J], 刘秀梅
5.使用双波带板径向剪切干涉仪检测非球面透镜 [J], 张斌;马力;王鸣;贺安之
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非球面光学元件检测方法的研究与比较Research and compare of aspheric optical element detection methods学院：理学院专业班级：光信息科学与技术学生姓名：学号： 5指导教师：2012 年 5 月目录1 绪论 (1)1.1 非球面的定义以及检测方法的分类 (1)1.2 本课题的研究目的和意义 (3)2 非球面光学元件检测方法的概述 (4)2.1 光学投影式 (4)2.2 郎奇检验法 (7)2.3 曲面CGH全息图检测法 (11)2.4 双波带板产生径向剪切干涉 (13)3 四种检测方法的比较 (17)3.1 光学投影式检测法 (17)3.2 郎奇检测法 (17)3.3 曲面CGH（计算全息图）检测法 (17)3.4 双波带板产生径向剪切干涉 (17)4 非球面检测技术的发展趋势 (19)结论 (20)致谢 (21)参考文献 (22)1 绪论1.1 非球面的定义以及检测方法的分类1.1.1 引言人们在几百年前就认识到非球面光学元件在光学应用上相对于球面光学元件有很多优势。
但是由于受到加工水平和加工工艺的限制，一直以来非球面光学元件没有得到真正的广泛应用。
直到上世纪七十年代，非球面镜片才开始不断的被应用到实际生产中。
由于实际生产的需要，人们不断的尝试加工出更精确的非球面光学元件，这样非球面光学技术得到的发展。
到了八十年代后，由于计算机的应用和激光干涉技术的发展，非球面技术得到了蓬勃的发展。
非球面光学元件的面形质量直接影响其成像质量，是其广泛应用的最关键的技术之一，面形质量就是指加工制成的表面形状和理论形状的符合程度。
对光学表面来说，表面的实际形状相对于理论形状允许一定的偏差。
一般用光的波长的几分之几来表示。
光学元件的面形检测就是指找到实际面形相对于理论形状的偏差。
找到这个偏差就是检验的基本目的。
1.1.2 非球面的定义：非球面是相对于球面定义的，球面是由一个参数，即球面半径来决定它的面形，而非球面可以拥有多个参数，参数之间没有一定的关系可循，可以是连续变化的。
1目的为了使员工正确熟悉的使用ZYGO干涉仪。
本文详细说明了如何使用ZYGO 干涉仪来测试晶体的平行度、波前、平面度等指标。
2范围本文件涉及用ZYGO 干涉仪检测平面元件的一般方法。
3 录取数据在检验过程中将会生成以下记录：3.1干涉图（保存文件名为*.Tif），在实时窗口上点击FILE-SAVE保存。
3.2测试数据（保存文件名为*.Dat），测试完成后点击SAVE DATE保存。
4 Zygo干涉仪的定义4.1 应用（application）应用是ZYGO 干涉仪中一系列功能的组合，保存为后缀名为“*.app”的文件。
不同的应用用于不同项目的测量。
比较常用的是GIP.app 用于一般的平面和球面的测量，GPI-Cylinde.app 用于柱面面形的测量，Angle.app用于平行角度的测试。
4.2 猫眼像（cateye）又称为标准镜的像。
标准镜的出射光在焦点处被返回时出现的干涉条纹，是透过干涉仪的光线与和它对称的标准面之间的干涉图形。
4.3 镜片像从标准镜出射的光在整个零件表面被原路反射回来与标准面的反射光发生干涉产生的干涉图形。
包含待测零件的表面或波前信息，是面形检测的主要信息来源。
4.4 升降台可以升降的平台，带有小倾角调节功能，一般用于放置平面元件。
4.5 Align/View 模式按下控制盒上的align/view 切换的2 个模式之一。
align模式可以看到一个黑色固定的十字线和反射回干涉仪的光点，一般用于零件对准，特点是视场较大。
View 模式是按下控制盒上的align/view 切换的2 个模式之一，可以看到干涉条纹，特点是放大率较高，但是视场较小。
一般在align界面对准后在view界面观察条纹。
4.6 标准镜干涉仪上使用的参考表面，用于生成理想的平面、球面波，作为测量基准。
4.7 长度基准设定图像的长度基准，因为放大率不同或者屈光度不同，同样大小的干涉图所代表的零件大小可能有很大的差异。
使用红外干涉仪测量非球面面形贺俊;陈磊【摘要】提出用红外干涉仪在长波工作(λ=10.6 μm)的优点检测非球面面形.首先,通过移相算法,使用泰曼型红外干涉仪测量出非球面与标准拟合球面之间的波像差;然后,根据非球面的矢高方程计算出非球面与标准拟合球面之间波像差的理论值,通过比较这两个值,计算出非球面的面形偏差.实验结果表明,使用红外干涉仪测量的非球面与标准拟合球面之间的波像差为8.64 μm(PV),与理论波像差(8.11 μm)比较接近,测得非球面面形偏差为1.20 μm(PV).为了验证这一方法的准确性,使用计算全息图(CGH)作为补偿镜在可见光干涉仪上测量了同一块非球面,两者测量结果比较吻合.结果表明,此方法有比较强的通用性,可以用于非球面在加工过程中的测试.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2010(018)001【总页数】6页(P69-74)【关键词】光学测量;非球面;红外干涉仪;波像差【作者】贺俊;陈磊【作者单位】南京理工大学,电子工程与光电技术学院,江苏,南京,210014;中国兵器工业集团,南京北方信息产业集团,江苏,南京,210022;南京理工大学,电子工程与光电技术学院,江苏,南京,210014【正文语种】中文【中图分类】TN216;TH744.31 引言在光学设计中采用非球面元件不仅能增加光学设计的自由度,而且可以改善像质,提高光学性能,减小外形尺寸和重量,简化结构,有利于校正除场曲以外的各种单色像差,因此,随着现代光学的发展,非球面光学元件己经被越来越广泛地使用在平版印刷系统、照相透镜、天文望远镜及眼镜等复杂的光学系统中。
现在,在天文仪器和遥感观测光学系统中,非球面的光学元件用的越来越多,但是非球面元件的制造必须与精确的非球面元件的检测技术相结合才能得到合格的非球面,所以非球面元件的检测显得尤为重要[1]。
干涉法是测量非球面面形的一种有效而快捷的方法[2-4],其中又分为零位检测和非零位检测两种。
利用干涉仪检测调整非球面物镜的光路
刘秀梅
【期刊名称】《红外》
【年(卷),期】2010(31)5
【摘要】介绍了利用干涉仪检测调整非球面物镜光路的方法.调整分粗调和精调两个阶段.在粗调阶段,以激光的光轴作为检测光路的基准光轴,建立起共轴光路检测系统;在精调阶段,以WYGO干涉仪内部倾斜系数作为调整依据,进行物镜的精调.用干涉仪测得的物镜的面形质量为:波前PV值优于λ/8,RMS值达到
λ/100(λ=0.6328μm),检测结果满足波前检测镜头的要求.这表明此种光路调整方法能够反映物镜真实的面形精度,并且能用于高精度的物镜检测.
【总页数】4页(P12-15)
【作者】刘秀梅
【作者单位】长安大学兴华学院,陕西,西安,710077
【正文语种】中文
【中图分类】O43;TH74
【相关文献】
1.双频激光干涉仪测量竖直轴光路调整实践 [J], 吴世俊;樊洁;黄志阳;郝翔
2.利用ZYGO干涉仪进行非球面检测技术研究 [J], 龙夫年;郭秀梅;刘剑峰
3.光纤端面光学检测非球面物镜系统设计 [J], 苏兆国;龚勇清;裴扬;李豪伟;肖孟超
4.激光干涉仪线性测量的光路准直调整方法 [J], 韩军辉;张秋阳;赵西佳;胡亚杰
5.激光平面干涉仪中非球面物镜的设计与制作 [J], 蔡邦维
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