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第1章 概论光学元件的现代发展及其对光学检测的需求 1

1.1 现代光学检测的重要性 1

1.1.1 光学元件检测的重要性 1

1.1.2 光学元件检测仪器与技术现状 1

1.2 现代光学元件制造发展的特点 2

1.2.1 以多功能、精密化为特点的大型化甚至巨型化光学工程和仪器牵引着现代光学制造业的发展 2

1.2.2 以大批量化、产业化为特征的小型和超小型化的光学元件及大型和超大型化的光学元件需求量猛增 7

1.2.3 以多样化、高精度为特点的各种光学元件对光学制造与检测提出了全新的要求 9

1.3 现代光学元件检测技术的需求 10

1.3.1 大平面光学元件的检测 10

1.3.2 大球面光学元件的检测 11

1.3.3 小非球面镜的检测 13

1.3.4 柱面镜元件的检测 15

1.3.5 角锥棱镜的检测 17

1.3.6 批量生产的小光学元件的检测 18

1.4 光学元件技术要求和检验要求的国际标准（ISO10110） 19

1.4.1 ISO10110的产生背景 19

1.4.2 基本内容及简要说明 22

1.4.3 学习ISO10110的重要性 24

参考文献 25

第2章 计量的基本概念与误差理论知识 28

2.1 计量法律法规知识 28

2.1.1 计量法知识 28

2.1.2 国防计量监督管理条例知识 29

2.1.3 法定计量单位简介 29

2.1.4 单位使用中的方法及规定 30

2.2 计量学的基本知识 31

2.2.1 测量与计量 31

2.2.2 计量器具 33

2.2.3 计量器具的误差 34

2.2.4 测量方法 34

2.3 误差理论基本知识 35

2.3.1 真值与误差 35

2.3.2 误差在测量值中的表现规律 38

2.3.3 随机误差的处理——算术平均值 40

2.3.4 系统误差的处理——发现与减小 43

2.3.5 粗大误差的处理——判别与剔除 47

2.3.6 测量列数据处理实例 49

2.4 精度、误差及测量的可靠性 51

2.4.1 测量精度概念的解析 51

2.4.2 测量可靠性的认识 53

2.4.3 测量不确定度 54

2.5 数据处理 56

2.5.1 有效数字 56

2.5.2 有效数字的数值计算规则 56

2.5.3 误差合成的方和根法 56

2.5.4 微小误差的取舍 57

2.5.5 不同测量之间的数据比较——En评定 58

参考文献 59

第3章 光学元件检测基础 60

3.1 光源与接收器 60

3.1.1 光学检测中常用的光源 60

3.1.2 光接收器 61

3.2 国内外光学材料主要性能与指标 64

3.2.1 应力双折射 64

3.2.2 气泡与杂质 64

3.2.3 非均匀性与条纹 64

3.2.4 材料非均匀性、波差及元件厚度关系的列线图 65

3.3 光学检测中典型的部件与仪器 66

3.3.1 平行光管 66

3.3.2 自准直目镜和自准直仪 67

3.3.3 测微目镜 68

3.3.4 内调焦望远镜的原理和应用 69

3.4 光束准直的检测技术 72

3.4.1 单平行平板作为剪切干涉仪检测光束的准直性 72

3.4.2 单楔板作为剪切干涉仪检测光束的准直性 76

3.4.3 提高单楔板作为剪切仪检测光束准直性的其他技术 78

参考文献 84

第4章 光学元件面形偏差的检测 86

4.1 面形偏差的基本概念及检测方法概述 86

4.1.1 面形、波面与干涉图 87

4.1.2 样板法 88

4.1.3 条纹法 90

4.1.4 多幅干涉图的移相干涉原理 91

4.1.5 高精度的绝对检验 92

4.2 波面的数字指标 93

4.2.1 PV、Power及RMS描述面形偏差 94

4.2.2 光圈（N）和局部光圈（△N） 96

4.2.3 A、B、C与PV（pv）、Power及与N、△N的关系 98

4.2.4 稳定性峰谷值PVr 101

4.3 平面面形偏差检测 102

4.3.1 平面面形的等级及其使用条件 102

4.3.2 温度 103

4.3.3 气流 105

4.3.4 振动 106

4.3.5 数字干涉仪检测时应注意的问题 107

4.4 球面面形偏差检测 112

4.4.1 球面干涉仪 112

4.4.2 干涉仪标准球面镜头及其选择 113

4.4.3 样板法球面面形检测应预先考虑的问题 114

4.5 非球面面形偏差检测 115

4.5.1 非球面检测方法概述 115

4.5.2 用计算全息图检验非球面 118

4.5.3 轮廓仪对非球面表面的检测 119

4.5.4 采用干涉仪直接测量非球面镜头质量 121

4.5.5 检验分辨率评价非球面镜头 122

4.5.6 柱面面形的计算全息法干涉检测 122

参考文献 124

第5章 光学透镜半径、厚度及中心偏的测量 126

5.1 球面曲率半径的测量 126

5.1.1 样板半径的真实性及其半径公差 126

5.1.2 球面曲率半径的几种测量方法 126

5.1.3 几种测量方法对Askania球径仪标准样块的测量比较 131

5.2 球面厚度测量 132

5.3 球面透镜中心偏 133

5.3.1 中心偏定义及其转换关系 133

5.3.2 中心偏图例 134

5.4 球面透镜及透镜组定中心 135

5.4.1 透镜定中心 135

5.4.2 透镜组定中心 137

5.5 柱面镜厚度、中心偏等几何偏差的检测 140

5.5.1 柱面镜的一般技术性能与检验 140

5.5.2 柱面镜中心偏差的检测 140

5.5.3 柱面镜平行性和垂直性的检测 142

5.5.4 关于柱面镜柱面曲率半径的控制和测量 143

参考文献 144

第6章 平板及棱镜角偏差的测量 145

6.1 平行平板玻璃平行性测量 145

6.1.1 双像法 145

6.1.2 干涉法 147

6.1.3 测量中应注意的问题 153

6.1.4 单楔形板的角度测量 154

6.2 棱镜及直角角偏差测量 155

6.2.1 直角棱镜测量 155

6.2.2 长方体直角误差测量 157

6.2.3 屋脊棱镜测量 158

6.3 角锥棱镜的角偏差经典测量 165

6.3.1 角锥棱镜的特点 165

6.3.2 在高精度自准直仪上批量检测角锥棱镜角偏差 166

6.4 数字波面干涉仪测量元件角偏差 168

6.4.1 数字波面干涉仪 168

6.4.2 平行度测量 170

6.4.3 直角测量 171

6.4.4 屋脊棱镜测量 173

6.4.5 角锥棱镜角偏差测量 173

参考文献 175

第7章 光学元件表面缺陷与表面粗糙度的检测 176

7.1 澄清基本概念和正确使用 176

7.2 表面缺陷标准 176

7.2.1 研究表面缺陷技术指标的必要性 176

7.2.2 我国“表面缺陷”标准 177

7.2.3 美、德、日等国家及地区“表面缺陷”标准 178

7.2.4 我国某公司自制的表面缺陷比较标样 181

7.2.5 表面缺陷新旧标准的大致转换关系 182

7.2.6 目视检验及其他 183

7.3 光学元件表面粗糙度的基本概念和定义 183

7.3.1 表面起伏的空间波长和取样长度 183

7.3.2 表面微观形貌与光学镜面表面的定义和划分 184

7.3.3 光学元件表面粗糙度基本定义、表达形式及其之间的关系 185

7.3.4 国标表述方式的局限和最高数值的限制 187

7.3.5 不同光学元件表面粗糙度的具体数值 187

7.3.6 我国现用的表面粗糙度标准不适于光学元件国内外发展的要求 188

7.4 光学表面粗糙度的测量 189

7.4.1 两种不同的测量原理与测量仪器 189

7.4.2 仪器使用中的取样部位与取样数目 191

7.4.3 超光滑表面粗糙度的测量 191

7.4.4 光学表面粗糙度测量待统一的问题 194

7.5 波前PSD的检测 195

7.5.1 波前PSD概念的引出 195

7.5.2 波前PSD的定义 196

7.5.3 波前PSD的测量 198

参考文献 199

第8章 光学系统性能评价与光学测试 201

8.1 分辨率的测试 201

8.1.1 分辨率的瑞利判据及艾里斑 201

8.1.2 新旧分辨率图案 201

8.1.3 有限距离的分辨率测量 204

8.1.4 无限距离的分辨率测量 205

8.2 调制传递函数 207

8.2.1 调制传递函数的引出 207

8.2.2 MTF的简单测量 207

8.3 干涉测量 208

8.3.1 从宏观上掌握干涉检测光学元件的知识 208

8.3.2 从细节上注意影响干涉检测结果的若干方面 209

8.3.3 使用干涉仪测量光学系统像质评价指标 210

8.3.4 干涉仪测量光学系统时需要注意的一些问题 213

8.3.5 点衍射干涉仪 216

8.4 其他测试 218

8.4.1 星点检验与弥散圆测量 218

8.4.2 傅科检验与刀口阴影法 222

8.4.3 哈特曼检验与夏克-哈特曼波前传感器 223

8.4.4 低频光栅与朗奇检验 225

8.5 口径1.58m天文镜面的综合检测实例 227

8.5.1 基本参数 228

8.5.2 几项检测及其结果 228

参考文献 231

第9章 光学元件国际标准（ISO10110）的基本内容 233

9.1 第一部分 一般规范 233

9.1.1 基本规定 233

9.1.2 图纸说明 233

9.1.3 光学材料技术说明 239

9.1.4 公差及其不同特性的表示 239

9.1.5 光学图纸的附加说明 239

9.2 第二部分 材料缺陷——应力双折射 242

9.2.1 可允许的应力双折射 242

9.2.2 图纸表示 242

9.2.3 选择应力双折射值 243

9.3 第三部分 材料缺陷——气泡与杂质 243

9.3.1 可允许的气泡和其他杂质 243

9.3.2 图纸表示 244

9.4 第四部分 材料缺陷——非均匀性和条纹 245

9.4.1 定义 245

9.4.2 技术说明 245

9.4.3 图纸表示 246

9.5 第五部分 表面形状公差 246

9.5.1 表面形状偏差公差的技术说明 247

9.5.2 图纸表示 248

9.5.3 公差标示举例 249

9.5.4 弧矢偏差公差与曲率半径公差间的关系 250

9.5.5 关于ISO10110中所确定的公差的解释与评定 250

9.5.6 ISO14999—4：2007附录：干涉图形的目视分析 254

9.6 第六部分 中心偏差 261

9.6.1 几个基本定义 261

9.6.2 技术说明 262

9.6.3 图纸表示 262

9.6.4 举例说明 263

9.7 第七部分 表面缺陷公差 264

9.7.1 定义 264

9.7.2 图纸表示 264

9.8 第八部分 表面微观形貌 267

9.8.1 定义 267

9.8.2 表面微观形貌描述 268

9.8.3 图纸表示 269

9.9 第九部分 表面处理与镀膜 270

9.9.1 定义 270

9.9.2 图中说明 270

9.9.3 实例 271

9.10 第十部分 光学元件和胶合组件参数的列表表述 272

9.10.1 列表栏目 272

9.10.2 标题栏目 275

9.10.3 列表表述示例 275

9.11 第十一部分 自由公差数据 275

9.12 第十二部分 非球面 276

9.12.1 说明 276

9.12.2 非球面的数学描述 276

9.12.3 图纸表示 278

9.12.4 实例说明 279

9.13 第十三部分 激光辐射损伤阈值 281

9.13.1 符号规定 281

9.13.2 技术要求 282

9.13.3 图纸表示 282

9.13.4 举例说明 282

参考文献 283

第10章 实验实习技术 285

10.1 实验1：单平板的光束准直技术 285

10.1.1 实验目的 285

10.1.2 实验内容和所用的工具 285

10.1.3 实验原理和方法 285

10.1.4 思考内容 286

10.1.5 实验要求 286

10.2 实验2：平面干涉仪的原理和主要应用 286

10.2.1 实验目的 286

10.2.2 实验内容和所用的工具 286

10.2.3 实验原理和方法 286

10.2.4 思考内容 287

10.2.5 实验要求 287

10.3 实验3：球面干涉仪的原理和主要应用 287

10.3.1 实验目的 287

10.3.2 实验内容和所用的工具 287

10.3.3 实验原理和方法 287

10.3.4 思考内容 288

10.3.5 实验要求 288

10.4 实验4：内调焦望远镜测量凸、凹球面曲率半径 288

10.4.1 实验目的 288

10.4.2 实验内容和所用的工具 288

10.4.3 实验原理和方法 288

10.4.4 思考内容 289

10.4.5 实验要求 289

10.5 实验5：刀口阴影法检验表面和透镜像差 289

10.5.1 实验目的 289

10.5.2 实验内容和所用的工具 289

10.5.3 实验原理和方法 289

10.5.4 思考内容 289

10.5.5 实验要求 290

10.6 实验6：在光具座上进行焦距与分辨率测量及星点检验 290

10.6.1 实验目的 290

10.6.2 实验内容和所用的工具 290

10.6.3 实验原理和方法 290

10.6.4 思考内容 290

10.6.5 实验要求 291

10.7 实验7：曲率半径的测量：球径仪与干涉测长的比较 291

10.7.1 实验目的 291

10.7.2 实验内容和所用的工具 291

10.7.3 实验原理和方法 291

10.7.4 思考内容 291

10.7.5 实验要求 292

10.8 实验8：移相式菲佐平面干涉仪和球面干涉仪的原理和功能 292

10.8.1 实验目的 292

10.8.2 实验内容和所用的工具 292

10.8.3 实验原理和方法 292

10.8.4 思考内容 292

10.8.5 实验要求 292

附录 293

Ⅰ：光学检测中应记住的常用常数、公式、经验、术语与提示等（内容不按重要性排布先后） 293

Ⅱ：某些通用干涉系统中干涉图形比例因子及其与测量参数的差异 295

Ⅲ：数字波面干涉检测中术语、定义及其与3/A（B/C）的关系汇总 297

Ⅳ：关于ISO/TR 14999—1/—2/—3的内容目录译文 298

Ⅴ：光学检测参考书籍汇总 301