点光源阵列多重波面自由曲面检测系统设计与研究

摘要

光学自由曲面，相比传统光学面形其面形自由度更大，由于表面曲率变化很大，光学自由曲面的精确检测也是近年来产生的难题。为了实现光学自由曲面的通用化检测，本论文基于局部波前梯度补偿思想，设计了一套点光源阵列多重波面干涉检测系统。该系统具有非零位测量、测量动态范围大、空间分辨率高、不引入子孔径扫描机械误差、测量精度高等特点。
　　 本文基于减小被测波前斜率的方法，主要研究了可用于光学自由曲面非零位检测的硬件光路系统以及点光源阵列补偿波前斜率技术等。本文研究设计的系统可以实现法线偏离最佳拟合球面法线±10°，口径(○/)60的光学自由曲面的干涉图获取。主要结构包括典型Tyman干涉系统、球面补偿标准镜组和基于点光源阵列的斜率补偿模块。采用Tyman干涉结构，利用“黑盒子”原理采用光路逆向追迹的方法设计了球面补偿标准镜组。根据系统设计要求，研究了基于点光源阵列斜率补偿模块的设计方法，对微透镜阵列的结构参数进行测量论证。最后介绍整个光路系统的装调方法和过程,分析了系统装调结果。实现了对平面、球面、非球面以及自由曲面眼镜片的干涉图获取，为后续的软件算法设计和系统的误差评价标定奠定了基础。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 课题背景

1．2 国内外研究现状

1．3 本论文主要研究内容

2 光学自由曲面检测技术

2．1 反射光栅摄影测量法

2．2 光学计算全息CGH

2．3 多重倾斜波面梯度补偿法

2．3．1 波前梯度补偿基本原理

2．3．2 点光源阵列多重倾斜波面干涉测量系统原理

2．4 本章小结

3 点光源阵列多重波面干涉系统设计

3．1 干涉仪技术指标

3．2 系统基本结构参数分析讨论

3．2．1 标准镜组焦面处点光源阵列像参数的分析

3．2．2 标准镜组基本结构参数的分析讨论

3．2．3 补偿球面镜后光束孔径角的确定

3．3 考虑干涉容限的点光源阵列参数分析

3．4 系统基本结构计算分析

3．5 本章小结

4 基于点光源阵列的斜率补偿系统

4．1 微透镜阵列结构参数分析测量

4．1．1 显微测量法

4．1．2 表面轮廓测量法

4．1．3 焦距仪测量法

4．1．4 干涉测量法

4．1．5 微透镜阵列焦距实验分析

4．2 针孔阵列参数计算及设计

4．2．1 针孔阵列与液晶光阀

4．2．2 针孔阵列的加工方法及参数设计计算

4．3 动态掩膜板基本结构参数的计算设计

4．4 基于点光源阵列的斜率补偿模块装调

4．4．1 基于点光源阵列的斜率补偿模块的机械装夹结构

4．4．2 基于点光源阵列的斜率补偿模块的装调

4．5 本章小结

5 系统构建与调试

5．1 机械结构设计

5．2 系统的构建装校

5．2．1 参考光路反射镜的装调

5．2．2 测试光路分光棱镜的装调

5．2．3 测试光路标准镜组的装调

5．2．4 基于点光源阵列的斜率补偿模块和成像系统的装调

5．3 系统装调实验结果

5．4 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献