几种非球面透镜测量方法的性能对比与选择指南

几种非球面透镜测量方法的性能对比与选择指南

随着非球面透镜在各种光学应用中的广泛使用，对其表面精度的准确测量变得越来越重要。本文将介绍几种常见的非球面透镜测量方法，包括接触式轮廓测量法、拼接干涉测量法、计算机生成全息术、色散共聚焦传感和多波长干涉测量法，并分析它们在实际应用中的优缺点。

非球面透镜在光学系统中具有显著优势，如减少球面像差、实现较低的ƒ数，是聚焦和准直光的理想选择。与传统球面透镜相比，非球面透镜可以用更少的透镜实现相同或更好的性能，从而减小系统尺寸和重量。

非球面透镜旨在最大限度地提高高功率Nd：YAG激光应用的性能。

传统的干涉测量法需要平面或球面参考波，不适合测量非球面透镜。非球面透镜的特殊形状会导致非常密集的干涉条纹，难以解析。因此，需要采用其他专门的方法来测量非球面表面。

非球面透镜测量方法

以下是几种常用的非球面透镜测量方法：

1. 接触式轮廓测量法

• 原理：使用触针在透镜表面追踪2D路径，记录位置变化。
• 优点：适合反射光不足的地面光学器件，可以测量复杂的形状。
• 缺点：单线测量可能不准确，测量时间长，可能损坏软材料。

2. 拼接干涉测量法

• 原理：结合多个子孔径干涉图，创建完整的光学地图。
• 优点：精度高，能消除系统误差。
• 缺点：受零件几何形状限制，测量时间长，成本高。

3. 计算机生成全息术

• 原理：使用计算机生成的衍射光学元件，将球面波前转换为非球面参考波前。
• 优点：测试速度快，几分钟内完成。
• 缺点：每个非球面设计都需要新的CGH，成本高，无法测试有拐点的零件。

4. 色散共聚焦传感

• 原理：使用白光点光源，通过色散效应测量表面距离。
• 优点：形状测量范围广，灵活性高。
• 缺点：测量时间较长，精度有限。

5. 多波长干涉测量法

• 原理：使用多个波长进行距离测量，提高表面重建精度。
• 优点：精度高，速度快，形状测量灵活。
• 缺点：设备成本高。

测量方法比较

• 接触式轮廓测量法：长期作为行业标准，但单线测量可能不准确，需要多方向测量，耗时且可能损坏材料。
• 拼接干涉测量法：精度高，但受零件几何形状限制，测量时间长，成本高。
• 计算机生成全息术：测试速度快，但每个设计都需要新的CGH，成本高，无法测试有拐点的零件。
• 色散共聚焦传感：形状测量范围广，但测量时间较长，精度有限。
• 多波长干涉测量法：精度高，速度快，形状测量灵活，但设备成本高。

随着对非球面表面精度要求的不断提高，选择合适的测量方法变得至关重要。每种方法都有其适用场景，需要根据具体需求在精度、速度和成本之间做出权衡。

参考文献：
Photonicis光学手册