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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PVr101

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