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现代光学检测技术
非球面检测设计
摘要:
根据非球面的参数要求,设计非球面干涉检测中的Offne补偿器。
并分析
设计方案、光路和误差。
最终确定一个可用于工程实际的补偿检验设计方案,其剩余波像差小于■/60。
关键词:
非球面;补偿器;Zemax
Designingfornon-sphericaldetecting
Professional:
opticalengineeringNumber:
07S021001Name:
WangFeng
Abstract:
Accordingtoindexrequireofnon-spherical,designforOffnecompensationinnon-sphericaldetecting.Andanalyseits'designingproject,opticaltrackanderror.Apossiblecompensationfortheactualtestresultsofthedesign,lessthanitsremainingwaveaberration/60,finally.
Keywords:
non-spherical;compensation;Zemax
0课程设计要求
本课程设计要求完成一个非球面干涉检测及非球面干涉检测中零补偿器的设计方法,该方案需包括以下内容:
1)任务要求及分析;
2)干涉检测方法设计及分析;
3)干涉检测中涉及到的光路(如零补偿器参数等)设计结果及分析;
4)误差分析及结论;
本课程设计中被测的凹高次非球面的具体参数为:
基圆曲率半径R=336.6mm;口径①=220mm;非球面的二次项系数k=-0.1156,四次项系数
A=-6.326e-11,六次项系数B=1.449e-1&
1干涉检测方法设计及分析
非球面的面型方程为:
2
cy
1J-(k1)c2y2
Ay4By6
(1.1)
其中c=1/336.6,k=-e2=-0.1156,A=-6.326e-11,B=1.449e-1&
相对孔径D/f'=1.31,但是在实际的检测中,口径应比被检口径大10%,所
以实际的相对孔径应为D/f'=1.44。
最大非球面度max=D(D/f)e2,代入参数得被检非球面的最大非球面度
4096
为0.02。
法线像差ARze2,代入参数得被检非球面的法线像差为2.4249mm。
以上几个参数反映的便是非球面检测的难度。
可知这一非球面为一椭球面加了四次项和六次项的非球面,相对孔径比较大。
由上述分析知道,可使用干涉法中的零补偿检验来检测该非球面,这就需要设计补偿系统,由于此非球面的相对孔径大,已经超过1而且高次项为-16,所以用单个透镜的补偿器应该很难实现检测,所以采用两个透镜的Offner补偿系
统。
2Offner零补偿器的设计
2.1补偿器的初始结构参数
Offner零补偿器由两个透镜组成:
补偿镜和场镜。
场镜放在非球面的基圆球心处,补偿镜放置在场镜前面。
补偿镜为正透镜,它用来补偿非球面产生的法线象差,场镜将被检非球面镜的口径成像到补偿镜上,可以降低剩余像差。
Offner
零补偿器的结构如图2.1所示。
图2.1非球面和补偿器组成的系统的示意图
若决定了补偿镜的口径便可以由几何关系求出补偿镜的焦距,由于检测所用的干涉仪的最大口径Dmax=100mm,所以选取补偿镜的口径Dc=60mm,这样便可以求出补偿镜的焦距f'。
R=336.6mm
tan(1=110/336.6=0.3268
护18.1°
fC=Dc/2tan(=91.8mm
场镜可以设为一平板玻璃
2.2用Zemax进行非球面和补偿器组成的系统的仿真
Zemax中的偶次非球面的表达式为
2
cr246810121416“
z订:
:
二2「:
:
;3r:
g4r:
:
;5r-6r7r:
:
;8r(2.1)
1J-(k1)cr2
它与任务要求中的面型方程有所不同,在输入参数时,要使c=1/336.6,
k=-0.1156,a=0,a=-6.326e-11,a=1.449e-16,a=0,a=0,a=0,a=0,a=0。
上面已计算出被检镜的法线像差△R2.4249mm,忻18.1°则要求补偿镜应
该产生大小相等、符号相反的球差,且补偿镜的像方孔径角为忻18.1°补偿镜
的口径定为Dc=60mm,由忻18.1可知补偿镜到被检非球面镜的基圆曲率中心的距离大约为90mm,然后通过改变半径使补偿镜产生的球差尽量为-2.4249mm,
这样可确定补偿镜的初始结构如图2.2所示。
LAYOUT
表2.1非球面和补偿器组成的系统的结构参数
表面类型
半径
厚度
玻璃
半口径
二次系数
物面
球面
Infinity
Infinity
0.000000
0.000000
光阑
球面
96.863229
27.096650
K9
29.000000
0.000000
2
球面
-1243.392731
92.206617
26.640811
0.000000
3
球面
31.752753
14.681936
K9
10.380528
0.000000
4
球面
278.167974
359.969532
7.380152
0.000000
5
偶次非球面
-336.600000
-359.969532
MIRROR
110.206106
-0.115600
6
球面
278.167974
-14.681936
7.380888
0.000000
7
球面
31.752753
-92.206617
K9
10.381242
0.000000
8
球面
-1243.392731
-27.096650
26.640678
0.000000
9
球面
96.863229
-50.000000
K9
28.999741
0.000000
10
近轴面
-100.000000
28.999322
0.000000
像面
球面
Infinity
0.000000
0.000000
补偿镜的口径为58mm,使用He-Ne激光,波长632.8nm
LAYOUT
IE3"'C.mR且||4QjfaJiSS
*1士
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SCFLE目RReZRE^RQIITiCHIEFRFH
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(MH於血LEICfCONFXCUR07ION1DF1
图2.4点列图
DBJi
0i0000DEG
忖_
1
iiii
j
丄丄丄
11111
1
1II
L
H1t17
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PATHDIFFERENCE
LENSHRSNOTITLE.
TUERFRN号Z0O3
MAXIMUMSCALE11G.B20
MAUCS・
0a633
IiMW皿诵凹#癥IWLEMnP盼iHEZLEHt:
CONFTCUPRTTON
1DF1
图2.5光程差图
图2.6波前图
此时的波像差P-V值为0.0160入RMS值大约是P-V值的1/5,大约是0.003。
3、误差分析
由于制造、检测、装调等误差以及材料的折射率测量误差、均匀性的影响,补偿系统的性能将发生变化,补偿系统的误差分类如图3.1所示。
图3.1误差分类
由于透镜材料的折射率可以测到1X10"5的精度,通过计算这个误差对系统的检测精度基本无影响,因此下面的分析可以不考虑。
同时面型也忽略。
Zemax
进行公差分析,分析的结果如表3.1-----表3.4所示。
表3.1透镜表面曲率半径公差
Surface
Radius(mm)
Tol(mm)
RMSChange(入)
1
96.863
±).01
0.006562
2
-1243.4
±).01
0.000029
3
31.753
±).01
0.002183
4
278.17
±).01
0.000000
6
278.17
±).01
0.000000
7
31.753
±).01
0.000000
8
-1243.4
±).01
0.000000
9
96.863
±).01
0.000000
表3.2透镜厚度及间距公差
Surface
Thickness(mm)
Tol(mm)
RMSChange(入)
1
27.097
±).006
0.001177
2
92.207
±).005
0.001876
3
14.682
±).006
0.002265
6
-14.682
±).006
0.000000
7
-92.207
±).005
0.000000
8
-27.097
±).006
0.000000
表3.3透镜表面倾斜公差
Surface
TiltX(mm)
RMSChange(入)
TiltY(mm)
RMSChange(入)
1
±).003
0.004682
±).003
0.004682
2
±).003
0.003784
±).003
0.003784
3
±).003
0.002940
±).003
0.002940
4
±).003
0.000506
±).003
0.000506
6
±).003
0.000509
±).003
0.000509
7
±).003
0.002944
±).003
0.002944
8
±).003
0.003785
±).003
0.003785
9
±).003
0.004683
±).003
0.004683
表3.4透镜偏心及倾斜公差
Ele#
Srf1
Srf2
Decenter
X(mm)
RMS
Change(入
Decenter
Y(mm)
RMS
Change(入
Tilt
)X(mm)
RMS
Change(入
Tilt
)Y(mm)
RMS
Change(入)
1
1
2
±).001
0.000981
±0.001
0.000981
±).003
0.000981
±).003
0.000981
2
3
4
±).001
0.001734
±0.001
0.001734
±).003
0.002411
±).003
0.002411
4
6
7
±).001
0.001736
±0.001
0.001736
±).003
0.001077
±).003
0.001077
5
8
9
±).001
0.000981
±0.001
0.000981
±).003
0.000412
±).003
0.000412
系统的误差分配使用RSS加法,即平方和的均方根。
根据均方根的合成原理,得到系统零件加工及材料误差引起的残留波像差
RMS值变化量为:
右0.0065622+0.0000292+0.0021832+0.0011772+0.0022652+(0.0046822+0.0037842+
20.0029400.00050620.00050920.00294420.00378520.00468于)2
_1
_65
(3.1)
系统装调误差引起的残留波像差RMS值变化量为:
I0.0018762+(0.0009812+0.0009812+0.0017342+0.0024112+0.0017362+0.0010772
30.00098120.0004122)2
167
(3.2)
即系统零件加工及材料误差引起的残留波像差RMS值变化量为1/65入系统
装调误差引起的残留波像差RMS值变化量1/167入系统设计的误差引起的残留波像差RMS值变化量为3/1000入三者用RSS加法得到的补偿器允许的总误差引起的波像差变化量为:
*)2+(-^丸)2
167
60
(3.3)
非球面面型加工要求精度的RMS值为1/50入满足精度要求。
4结论
本设计完成了对一非球面的干涉检测方案设计,并且进行了误差分析,分析结果表明符合面型精度要求,但此时的被检非球面镜的口径为220.4mm,而通常要求实际的口径应该大于待检镜口径10%,即需要大约242mm的口径,所以经过优化发现两片的Offner补偿器在工程实际中是很难满足精度要求的。
5参考文献
[1]李晓彤,岑兆丰•几何光学、像差、光学设计[M].浙江大学出版社.2004.
[2]伍凡,陈强.F/1.3抛物面零检验补偿器设计[J].2004.
[3]
[J].2007.
邓键,张伟,左保军,刘剑峰.拼接式合成孔径光学系统的失调误差分析研究
[4]潘君骅.光学非球面设计、加工与检测[M].苏州大学出版社.2004.
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