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非零位检测凸非球面反射镜的研究

应用光学 2012年第1期33卷 124-128页

作者：王孝坤中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

在简要总结各种检测凸非球面方法优缺点的基础上,提出了利用部分补偿法和子孔径拼接干涉检测凸非球面的新方法。分别研究和分析了这两种非零位检测非球面方法的基本原理和基础理论;设计并制作了部分补偿器件,并对其系统误差进行了标定;... 详细信息

在简要总结各种检测凸非球面方法优缺点的基础上,提出了利用部分补偿法和子孔径拼接干涉检测凸非球面的新方法。分别研究和分析了这两种非零位检测非球面方法的基本原理和基础理论;设计并制作了部分补偿器件,并对其系统误差进行了标定;开发了综合优化和误差均化的子孔径拼接算法;设计并研制了两种方法都适用的检测装置。并结合实例对一口径为130mm的碳化硅凸非球面分别进行了部分补偿检测和子孔径拼接测量,这两种方法测量所得的全口径面形分布是一致的,其PV值和RMS值的偏差仅为0.010λ和0.002λ(λ=0.632 8μm)。从而提供了两种非零位补偿测试凸非球面的手段。

关键词：非零位检测部分补偿子孔径拼接干涉凸非球面零位补偿

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复杂曲面光学元件高精度面形检测技术概述

南通大学学报（自然科学版） 2024年第1期23卷 1-27页

作者：刘斌王孝坤程强刘忠凯李凌众蔡梦雪张洛嘉李文涵王金成张学军中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049 应用光学国家重点实验室吉林长春130033 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

复杂曲面光学元件应用于光学系统中可以增大系统设计自由度,同时减少系统所需元件数量,有利于实现光学系统的紧凑化、轻量化,被誉为现代光学系统的变革性元件,被广泛应用于空间光学、光刻系统、汽车照明等领域,极大推动了航天、国防及... 详细信息

复杂曲面光学元件应用于光学系统中可以增大系统设计自由度,同时减少系统所需元件数量,有利于实现光学系统的紧凑化、轻量化,被誉为现代光学系统的变革性元件,被广泛应用于空间光学、光刻系统、汽车照明等领域,极大推动了航天、国防及高科技民用事业的发展。然而,复杂曲面光学元件对面形精度要求较高,如何对其面形进行高精度检测从而指导加工成为限制该类元件大范围应用的瓶颈。文章对10余种常用的复杂曲面光学元件面形检测方法进行了分类梳理,按照是否采用干涉原理,将检测方法分为非干涉检测法和干涉检测法两大类,分别介绍了各种检测方法的原理和适用范围,回顾了各方法的发展历程,着重分析了几种典型方法进行面形检测的特点,并对未来复杂曲面光学元件高精度面形检测技术的发展趋势加以展望。

关键词：复杂光学曲面面形检测非接触检测干涉检测零位检测非零位检测

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非球面非零位横向剪切干涉检测与波前重建

纳米技术与精密工程 2013年第3期11卷 261-270页

作者：王起维董申孙涛韩成顺 Shekhtman V N 哈尔滨工业大学精密工程研究所哈尔滨150001 俄罗斯工程物理实验室有限责任公司圣彼得堡196608

本文分析了非球面非零位检测中3种典型的非球面度及其变化率、调整误差、回程误差以及干涉仪系统误差,提出了非球面度变化率是影响检测误差的主要因素,并给出了非球面非零位检测面形加工误差的确定方法.对基于Zernike多项式拟合的最小... 详细信息

本文分析了非球面非零位检测中3种典型的非球面度及其变化率、调整误差、回程误差以及干涉仪系统误差,提出了非球面度变化率是影响检测误差的主要因素,并给出了非球面非零位检测面形加工误差的确定方法.对基于Zernike多项式拟合的最小二乘法和系数转换法进行了对比研究,分析了剪切量和多项式拟合阶数对波前重建精度的影响,并给出了数值模拟结果.为了验证以上方法的可行性及检测精度,针对一单点金刚石车削的抛物面反射镜,利用顶点球作为测试波前进行非零位横向剪切干涉检测,并用最小二乘法进行波前重建.实验结果表明,在非球面度变化率最大的反射镜边缘处面形误差最大,达到0.203μm,研究结果为横向剪切干涉仪用于非球面加工过程中在位检测提供了技术支撑.

关键词：非球面检测非零位检测横向剪切干涉检测波前重建面形加工误差

非球面光学元件面型检测技术研究进展与最新应用

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中国光学 2022年第2期15卷 161-186页

作者：梁子健杨甬英赵宏洋刘圣安浙江大学现代光学仪器国家重点实验室浙江杭州310027

非球面光学元件,特别是其中的自由曲面元件,在设计自由度上相比于球面具有很大的优势,基于非球面构建的光学系统能够以简单的光机结构实现复杂的设计目的。面型检测技术是保障光学非球面加工精度的关键,针对不同种类的非球面以及非球面... 详细信息

非球面光学元件,特别是其中的自由曲面元件,在设计自由度上相比于球面具有很大的优势,基于非球面构建的光学系统能够以简单的光机结构实现复杂的设计目的。面型检测技术是保障光学非球面加工精度的关键,针对不同种类的非球面以及非球面加工的不同阶段对检测指标要求的多样性,现已发展出了种类繁多的检测方法。本文回顾了非球面光学元件面型检测技术的发展历程,分非干涉法与干涉法两大类整理了常用的检测技术,介绍了各自的技术指标与适用条件、研究进展与应用情况。本文重点讨论了基于干涉方法的非球面精密检测技术,举例说明了非零位与零位两条技术路线下各检测方法的基本原理、光路结构与检测能力,对比分析了各方法的优缺点与适用范围,介绍了一些配套算法以及检测光路的精密调节方法。

关键词：非球面检测自由曲面检测干涉检测零位检测非零位检测

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非球面非零位拼接测量的对准误差模型

光电子．激光 2010年第2期21卷 240-244页

作者：王伟波谭久彬哈尔滨工业大学超精密光电仪器工程研究所黑龙江哈尔滨150001

为消除非零位拼接检测非球面中对准误差对拼接结果的影响,建立了基于对准误差修正的优化拼接模型;在非零位检测非球面对准误差模型的基础上,分析对准误差各误差分量的表现形式及影响规律,并建立了基于对准误差补偿的拼接检测非球面的数... 详细信息

为消除非零位拼接检测非球面中对准误差对拼接结果的影响,建立了基于对准误差修正的优化拼接模型;在非零位检测非球面对准误差模型的基础上,分析对准误差各误差分量的表现形式及影响规律,并建立了基于对准误差补偿的拼接检测非球面的数学模型,实现子孔径的高精度拼接合成。实验表明,该方法可以有效地提高拼接测量精度,经过对准误差校正的拼接测量结果的PV值精度可达0.03λ。

关键词：非球面非零位检测子孔径拼接对准误差

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一种SiC非回转对称非球面的加工与检测

光电工程 2009年第3期36卷 135-139页

作者：闫锋范镝张斌智殷龙海李锐刚张学军中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光学系统先进制造技术重点实验室长春130033 中国科学院研究生院北京100039

针对一种SiC材质的非回转对称非球面元件,本文介绍了该元件的加工和检测方法。该实验件的理想面形方程为z=3λ(x3+y3)(x,y为归一化坐标,λ=0.6328μm),镜胚材料为Φ150mm的SiC,加工方式为数控机床和手工研抛相结合。在加工过程中为提高... 详细信息

针对一种SiC材质的非回转对称非球面元件,本文介绍了该元件的加工和检测方法。该实验件的理想面形方程为z=3λ(x3+y3)(x,y为归一化坐标,λ=0.6328μm),镜胚材料为Φ150mm的SiC,加工方式为数控机床和手工研抛相结合。在加工过程中为提高加工效率缩短加工时间,选择平面作为最接近表面并认为去除了面形中的倾斜项。去倾斜之前最低点的材料去除量为3.8μm,而去倾斜后则为2.06μm。本文提出了一种新的基于数字模板的非零位检测方法。直接采用Zygo平面干涉仪检测工件,检测结果可以分为三部分:工件实际面形与理想面形的误差,工件理想面形与平面波前的误差和非共路误差。其中第二部分可以事先计算出来并转换为系统误差文件在检测过程中自动去除。通过在相同条件下检测一个已知的球面样板验证了非共路误差对于检测结果的影响可以忽略不计。由此在一次测量中可直接得到面形误差。实验结果表明,基于这种检测手段最后测得实验件的面形精度PV达到0.327λ,RMS优于0.025λ,达到设计要求。

关键词： SiC 非回转对称非球面非零位检测数字模板面形精度

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非球面面形检测补偿技术研究

非球面面形检测补偿技术研究

作者：郭海洋西安工业大学

学位级别：硕士

随着非球面光学元件在光学设计中的成功应用,在不改变原有光学性能的条件下,使光电仪器首次实现了结构的简单化和小型化。由于在光学系统设计过程中对非球面的面形有严格要求。因此,非球面光学元件面形的检测显得至关重要,同时也成为光... 详细信息

随着非球面光学元件在光学设计中的成功应用,在不改变原有光学性能的条件下,使光电仪器首次实现了结构的简单化和小型化。由于在光学系统设计过程中对非球面的面形有严格要求。因此,非球面光学元件面形的检测显得至关重要,同时也成为光电仪器发展的瓶颈。根据设计要求不同,非球面的面形,尺寸,精度等都不尽相同,相应的检测方法也有很大差异。本文探讨了一种新的检测方法,即不采用传统的复杂补偿镜组,直接用标准参考镜和测试镜通过干涉的方法,来实现非球面度较小的面形检测。本文研究了非球面的基本理论,分析了各类非球面检测方法,在已有的理论与方法的基础上,探讨了一种基于双光束干涉的曲面坐标测量的检测方法,通过移动测试镜,实现在不同位置对被测镜的检测,确定干涉相图,通过拟合得到非球面的面形曲线。主要工作研究了该方法的干涉测量的相关理论,进行理论分析与计算;通过Matlab软件仿真分析验证了可行性;实验采集了干涉图样,通过Matlab对干涉图样进行滤波,细化等处理,最后拟合出测试非球面的面形;根据实验的要求,针对不同位置检测,设计了一种磁力驱动装置,即相位补偿的移动装置,对测试镜进行微小量的移动,实现位置的变化测量。最后,在搭建检测装置平台上对口径为20mm的抛物面镜进行了检测,并对测试结果进行数据处理与误差分析。研究结果表明,基于双光束干涉的曲面坐标测量可以实现检测非球面,在目前使用的条件下有较大误差。

关键词：非球面检测相位补偿技术非零位检测

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SHWS检测大口径离轴非球面的应用研究

SHWS检测大口径离轴非球面的应用研究

作者：卢文川中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）

学位级别：硕士

光学系统采用非球面元件,不仅可以提高像差校正能力,还能减少光学元件的数目,从而简化光学系统的结构、降低光学系统的重量,因此非球面反射镜越来越多地应用于民用、国防军事、航空航天、天文观测等领域。随着空间光学技术的迅速发展,... 详细信息

光学系统采用非球面元件,不仅可以提高像差校正能力,还能减少光学元件的数目,从而简化光学系统的结构、降低光学系统的重量,因此非球面反射镜越来越多地应用于民用、国防军事、航空航天、天文观测等领域。随着空间光学技术的迅速发展,人们对光学系统的分辨能力和视场大小的要求越来越高,这需要大口径、高精度的离轴非球面元件来完成。但是制造大口径、高精度的离轴非球面需要与之相应的高精度加工设备和检测设备及方法,这给光学加工和检测领域带来了新的挑战。目前,大口径离轴非球面反射镜加工技术多采用研磨抛光法。研磨阶段和抛光阶段的非球面面形检测技术主要有轮廓测量法和零位补偿干涉测量法。但是,在精研阶段及粗抛光阶段,普通轮廓仪测量精度和非球面面形误差在同-数量级,轮廓测量的精度不能满足要求,影响了加工效率;同时,由于此阶段被检非球面的面形误差较大,超出干涉仪的动态范围,且反射镜表面光洁度较低,这两种情况的出现使得零位补偿干涉测量法不能有效的进行全口径面形检测,同样会影响加工效率。在精研阶段及粗抛光阶段,轮廓仪的测量范围和干涉仪的测量范围未能有效衔接,两种测量方法都不能有效地指导该阶段反射镜的光学加工。SHWS (Shack-Hartmann Wavefront Sensor)具有较大的动态范围和较高的测量精度、探测时间短、易于操作等优点,鉴于此,本文提出采用SHWS对精研阶段及粗抛光阶段的大口径离轴非球面反射镜进行面形检测。本论文的研究工作主要包括以下三部分内容： 1.利用SHWS对离轴非球面镜进行非零位检测。通过对检测系统误差来源的理论分析,实现了系统误差的分离,并利用光线追迹软件对检测系统像差进行计算,制作了非零位检测非球面反射镜面形所需的参考文件。利用自制的参考文件对口径360mm*240mm勺圆角矩形离轴非球面镜进行了面形检测,检测结果与零位补偿干涉测量结果进行了对比,对比结果证明采用SHWS非零位检测离轴非球面反射镜的可行性。 2.利用SHWS与补偿器结合对离轴非球面镜进行零位检测。设计了用于零位补偿检测的CGH,并对利用SHWS与CGH结合对离轴非球面进行零位检测实验进行了模拟仿真。分析了利用SHWS与传统补偿镜结合对离轴非球面进行零位检测方法的可行性。 3.利用SHWS与干涉仪结合对离轴非球面进行零位检测。利用SHWS与干涉仪结合对离轴非球面进行零位检测,并利用CGH模拟被检离轴非球面,通过检测CGH来标定出系统误差,从而实现对被检非球面进行相对检测,提高检测精度。

关键词： SHWS 大口径离轴非球面动态范围非零位检测零位检测 CGH

一种SiC非回转对称非球面光学元件的加工与检测技术研究

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