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利用曲面计算全息图检测非球面

刘华  
【摘要】: 本文主要阐述了利用曲面计算全息图对大口径非球面进行检测的方法和过程。由于传统的非球面检测方法无法对非球面进行低成本、短周期、高精度的检测,便发展了一种将计算全息图与折射光学元件相结合的折衍混合式的检测系统来检测非球面。这种检测方法由于利用曲面计算全息图形成共路系统,不仅有效地增大了全息图的最小特征尺寸,还放宽了对其他光学元件的质量要求,在保证高精度的检测结果的同时,极大地降低了检测成本,缩短了检测周期,但是它也存在一些缺陷,有待于完善。本文针对这种检测方法所存在的问题,通过深入的理论分析,提出了一系列解决办法,并最终利用实验加以证实。 第一部分给出了非球面的基础知识。阐述了利用曲面计算全图检测大口径、深度凹非球面的光学检测系统的设计方法和结构原理。论文中初步尝试了将曲面计算全息图与传统的光学补偿镜相结合,以简化补偿系统的结构。给出了两种设计实例及相应结果,相对于传统的两片或三片式补偿系统,这里只需要一片带有全息图的补偿镜即可高精度地检测同样类型的凹非球面。 第二部分阐述了利用曲面计算全息图检测大口径凸非球面的光学检测系统的设计方法、结构原理、实验过程,以及该检测方法中一些缺陷的相应解决办法。深入分析了检测系统中波面的传播过程、干涉图中心亮斑的成因以及检测结果中各种误差源。给出了相应的理论分析结果以及计算公式。为了简化检测系统的结构,尝试着将Zygo干涉仪结合到该系统中去,以便直接利用Zygo干涉仪的光源、成像透镜、CCD接收器和干涉图采集、处理软件,得到了很好的效果。为了减小干涉图中心亮斑尺寸,实现非球面全孔径检测,提出了两种处理办法:第一是采用两种不同孔径的滤波光阑分两步检测凸非球面;第二是利用分两部分的特殊的曲面计算全息图检测凸非球面。并通过实验或模拟结果证实这两种方法的有效性。针对检测结果中的装调误差提出了旋转相减法,成功地消除了其对检测结果


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