Tuesday, April 23, 2013

把被测的抛光球面作为反射面, 当入射光线皆沿曲率半径方向􀀁即球面法线方向􀀁投射到球面上时, 反射光线就按原路折回, 根据这个原理



被测的抛光球面作为反射面, 当入射光线皆沿曲半径方向􀀁

球面线方向􀀁到球面上时, 反射光线就原路, 根据这个原理

􀀁


􀀁 􀀂 􀀁 􀀁 􀀂 学机􀀁 􀀁􀀂



率半径的测全



学海



􀀁 光学仪器, 论是照相系统系统抑或多光束折反系统,

较大


例的是球光学零件随着仪性能功能的扩大, 些球件的

形和曲


半径的谁确要求越益, , 面零件曲率半径处仪器不同其长

短相


, 检侧不能互, 何况要求的谁又不为此, 面曲

率半


径的各种测量方法技术和装, 及它们所能达到的等作一甚为详细的,



供有关工作人参考



引言

光学仪器


, 不论是照相系统望远系统是多光反系􀀁激光



􀀁 , 都离不开球面光学


随着


术的不断发, 对光仪器能及要完



的功能更更多


所以


, 要求球面面形及工得更准



,

了球面


加工工艺的更, 另一方面, 对球面面形和曲率半径的提出了更的要




一般


, 照相, 显微镜或投影物镜之类的球面零件其率半径较, 通常

毫米到几百


, 最长不过, 量它显然要有高的􀀁 而望远镜和激光谐振

之类光学球面的曲


率半径较, 短者数米, 长者可达上百精度相应较低,

量方法却不同于短


径的这里, 我们撇开球面的检测问题不谈, 就短半􀀁

几米


􀀁 和长半径􀀁几米􀀁 上百米􀀁 的测量技术



方法


装置及


可能达到



点等

作由


且比较详细的, 目的是为一些有关工作人提供参考, 使有所,

改进





短曲半径的测量方法

􀀁

􀀁

球径



􀀁􀀂


􀀁 环形球径仪

这种球径仪是利


球面的一分对应的高来计球面曲率半如图􀀁 ,

设球面


被测部分的环半径为, 对应的矢高为􀀁 , 􀀁 可由下式􀀁

􀀁


􀀁 􀀁

􀀁


􀀁

􀀁






􀀁

􀀂


计算得到


, 测量环断面如图􀀁 所示, 中心测量杆􀀁 , 数显微镜读取测量杆􀀁



, 目镜可淮地读到􀀁 􀀁 , 而测量环的半径值是预先准确给出, 精度􀀁 􀀁 ,

􀀁


􀀁 凸面的, 凹面时, 量环外棱相接触􀀁 量不同径的


􀀁


􀀁,


􀀁􀀂




􀀁





􀀁􀀁􀀁

􀀁􀀁􀀁


􀀁􀀁􀀁



􀀁 仪原理简图图􀀁 测量环

的曲


半径, 环形球径仪备一组不同环直径测量环

这种仪器最小可测


径凸面约为

􀀁


􀀁 􀀁



凹面约为􀀁 􀀁 􀀁 , 测量精度约为半径的􀀁

􀀁

􀀁􀀂


但由, 杆要与被测球面接触,



触面尖小, 所以易损坏被测件抛光表面

􀀁􀀂


􀀁 钢珠球径仪

这种球径仪的


图如图􀀁 所示由钢珠中心确定的圆的半径为, 钢珠径为􀀁 ,

显然


, 率半径可按下式




􀀁


􀀁 􀀁

计算


得到




中测凹面时取, 测凸面时则为




球径仪测量时, 先选取测量环的直径, 以较被测透镜直径小􀀁 􀀁􀀂 􀀁 􀀁 为宜, 然后

把一块平板玻璃放在


量环􀀁 􀀁 , 以此时测量杆的位置为零位, 读数显微镜上记下其位置读

􀀁􀀁􀀁


􀀁􀀁􀀁



匀卜‘



􀀁 钢珠球径仪图􀀁 自准直显镜法



, 将被测透镜放上, 又得一读, 数差, 即为被测量球选测量环的矢高


用钢珠代


尖棱与被测球面, 既可减小接触应力, 又可减少测量的磨,



使

寿


, 而测量精度相同

􀀁

􀀁


自准直微镜法

在这


方法中, 我们把被测的抛光球面作为反射面, 当入射光线皆沿曲半径方向􀀁

球面


线方向􀀁 到球面上时, 反射光线就原路, 根据这个原理, 如图􀀁 所示,



移动显微镜􀀁或被测透镜􀀁 , 使得由显微镜射出的光束径被测球面来在分划板上生

清晰而无视差的分划象


, 然后前移􀀁测凸面􀀁 后移􀀁测凹面􀀁 显微, 使之无差地



面上的脏点􀀁以小点为宜􀀁, 此时, 动距离即为被球面的曲率半


这种方



接触


, 但由于受准显微镜孔径和光束截面的限制, 所以被测球面的, 凸面



􀀁 􀀁

更其困难



一般􀀁􀀂􀀂 面可测半径多􀀁 􀀂 􀀂 􀀁 􀀁 , 而凸面在􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 , 然而度则

可达


􀀁 􀀁 􀀁 􀀂 􀀁 􀀁


􀀁


􀀁 仪法

从刀


􀀁􀀁 􀀁 星点孔发出的光束射被测凹球面, 倾斜调球面和纵向



, 使从球反射回的星点象呈在的附近, 横向, 来切割星点








􀀁 仪测球径示意图图􀀁 球径

量时


, 主要是找球面球心的位置当球面误差时, 则以找到半暗􀀁阴影􀀁 的面



大为找到



心位置后量出被测􀀁 􀀁 􀀁



, 的直径为􀀁 , 的距离以表示, 则曲率半径可用下列近似公式

来求出


􀀁



􀀁 􀀁􀀁 􀀁



􀀁 , 很小时, 以忽不计



显然, 仪法凹球面, 最小半径

由刀


星点孔决定, 􀀁 􀀁 􀀁􀀂 􀀁


􀀁


􀀁 球面干涉仪



量球面光学曲率半径的球仪有激光面干涉和全息球面干涉仪􀀁 ,

它们


都应用高相干性的􀀁 。一􀀁 􀀁 激光作光源



者是采用经很象差的光学设计和精细研磨

的标


􀀁􀀁 􀀁 , 一个折射面为分光面, 型干涉系统, 由分光面



的光波作参, 而由被测球面反射返的光波作物波, 在干涉场可以观察到相应的

干涉条纹



量被检球率半原理基上和准显微镜法大致相同移动被测球面

使标


头的焦点落球面顶点上时􀀁此时, 干涉场出现对型条纹或能辨焦后的折

衷干涉图象


􀀁 记下被测件的􀀁 , , , 移动至光束其上自准反射来时





􀀁


􀀁 􀀁 􀀁􀀂 􀀁 测凸面



􀀁 激光球干涉仪测球径示意图

􀀁


此时干涉场一片均匀亮场或暗􀀁 记下读数􀀁 􀀁 , 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 , 􀀁 被测件



曲率半



􀀁 􀀂



于在时波面反发生了横向颠倒, 标谁镜头及其前面的光学统不可

有非常对称的光学


常数􀀁色散, 均匀􀀁 , 以将发生干纹不直,

大略对


称位置为顶点, 这种定位不准确的影响了曲半径测量精度

全息球面干涉仪


利用全波带板的原理, 以一个膜全息透为标, 如图

􀀁


, 曲率半径的基本和步骤与激光球面干涉仪相类, 差的是为了提高千涉条



􀀁􀀁􀀁 􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁




􀀁􀀁􀀁



􀀁国由

􀀁


􀀁 􀀁 测凹面􀀁􀀂 􀀁



􀀁 全息球干涉仪测球径示意图



比度, 不移动被而是动全透镜􀀁激光面干仪难以做到􀀁 , 使泰曼型的

束支路


等程, 但是, 由于膜透上光学常的对称可以, 即使球面顶点处波面

横向颠倒后


, 干涉条纹仍能很直



所以顶点定位很用这种干仪测曲率半径可精

􀀁


􀀁 以内


上述两


球面干涉仪对凸面和凹面都可, 是凸面半径受标准镜头或全透镜的



径和相对孔径的限, 不能测得很大



径的量方

􀀁


, 直接量法

如图


􀀁 所示, 在待测凹面镜的心附近放置一块有十字线的毛玻璃屏, 十字线

由约为


􀀁 􀀂 􀀂 瓦的灯所照, 十字线的反射屏上, 镜与屏之间相对位置直到屏上能

观察


到明锐的十线为止, 这时, 镜之间的就是曲率, 量精度取决于我

们对


聚焦屏上的判断能力利判定离焦误差, 则有下列关􀀁

测量误差


􀀁 􀀁 􀀁 􀀁􀀂 􀀁

式中


波长, 􀀁 是凹面镜􀀁 􀀁􀀁 􀀁 􀀁 种方法个较大的操作空,

并且


面镜




􀀁


幼勺

􀀁

􀀁






􀀁 直接测量

􀀁


􀀁 象散

当一


束堆光束度人射在镜面上时, 镜面的反射光就产生了之类的



􀀁 􀀂

象差


通过象散的测量, 就可以得此镜子的曲率方法的实验装置如图􀀁􀀂 所示




􀀁 。一􀀁 􀀁 激光出的光束由显物镜和准直物使之准, 焦点上放一










线·

􀀁




􀀁










􀀁 􀀁 象散法测球示意图

是曲


半径可按下面的关系式􀀁 求得􀀁

􀀁


􀀁 􀀁 􀀁􀀁 􀀁 􀀁􀀁 􀀁 􀀂

􀀁


􀀁 􀀁 􀀁 􀀁 􀀁

滤波器


, 的镜置于入射􀀁



, 的反光束通过聚透镜聚焦

一个屏上


, 放在微镜的移



, 聚焦透与光, 置于距镜

厂的地


, 使午象􀀁竖直线􀀁 聚焦

屏上


, 下此时屏的, 然后, 此屏后



, 便使弧矢􀀁线􀀁 明锐地聚焦,



记下此象的位, 个位置之差即得到

由此


镜面引向象散, 􀀁 来表,

􀀁


􀀁 􀀁



检镜被装台上, 先通过观察针孔本身的反射象自准调好此, 然后使其相对

于这个位置旋


一个􀀁 􀀁台带度盘􀀁 , 种情况下, 􀀁 测出



种方法既可测凹



, 也可测凸面



, 在凸面镜下, 弧矢焦线, 在四镜下, 焦线被检



这种误差大约率半径的􀀁 􀀁 􀀁 􀀁


􀀁

􀀁


自准直望远



准直显原理一, 我们将一块平面镜放在望远镜􀀁􀀁􀀁 所示􀀁 ,



􀀁



􀀁





􀀁􀀁􀀁


「尹刃



􀀁

􀀁􀀁􀀁

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