基于液晶技术的微透镜阵列通道选择开关设计(3)
本论文的研究工作主要包括以下几个方面:
（1） 广泛查阅国内外关于非球面和光学自由曲面的文献资料，并深入学习光学自由曲面的基本面形特征，以及其面形检测方法在国内外的研究现状；
（2） 研究国内外光学自由曲面面形加工的发展动态及现有的检测方法。对光学自由曲面的检测方法进行了分类整理，在此基础上，选取多视场倾斜波面的非零位干涉检测方法，作为研究重点；
（3） 查阅文献资料研究微透镜阵列原理及其光学参数测量方法，对微透镜阵列进行光路仿真，对样品进行光学参数测量实验并对比分析实验结果；
（4） 在确定了自由曲面面形检测方法和点源规划实现方法的基础上，通过查阅资研究液晶光阀原理及电路和程序控制；通过理论研究和实验分析液晶光阀用于点源规划的可行性。
（5） 通过理论和仿真研究基于针孔掩模技术的点源规划方法，实现微透镜阵列与针孔阵列的合成，最后对比分析两种规划方案。
2 光学自由曲面面形检测的研究
2.1 现有自由曲面主要检测手段综述
2.1.1 面形轮廓法
如图2.1所示为面型轮廓仪[7,8]，在控制软件中输入被测件的参数和控制参数，如测量步长，轮廓仪开始工作后，被测件在伺服电机带动下沿着要求的路径扫描整个非球面口径，此时测量杆由弹簧控制，使得在测量过程中探头以适当的力量接触被测件，然后从与测量杆相连接的计算机系统中读出各个扫描点的三文坐标，就可获得非球面面型信息。使用轮廓仪可以实现高精度的检测，但是由于是接触式测量，探针很容易对被测面造成损伤，这是其最大不足之处。
2.1.2 无像差点法
无像差点法[9]是利用了二次非球面的几何特性，这里以椭球面为例，如图2.2所示，光从椭球面的一个焦点出射的同心光束经过椭球面反射后必然经过另一个焦点形成会聚同心光束。这个特点给二次椭球面的检测带来了很大的方便，如图所示，为无像差点法检测椭球面示意图。被检非球面的一个焦点C与辅助球面的球心重合，从 发出的同心光束经过椭球面反射后会聚到C点，遇到辅助球面后按原光路返回 点，然后使用刀口仪进行自准检验。
无像差点法是一种常见的非球面检测手段，检测方便，但是它的不足是只适用于二次非球面，而且对于不同的非球面，使用的光路也有不同，往往还需要辅助球面镜，在精度要求很高的情况下，对辅助元件的精度要求也十分高。
2.1.3 计算全息法
如图2.3所示，激光经显微镜和针孔后产生标准球面波，经过分束器后，入射到带有计算全息图的透镜上，由透镜反射面反射回来的标准球面波作为参考波前，而由全息图的衍射一级光产生标准的与理想非球面一样的波前。设计时，使照明光经带有全息图的透镜后，垂直照射在待检非球面上由非球面反射的波前与由透镜反射面反射的参考波前经分束器反射后，再由成像物镜成像到CCD探测器上，在反射光会聚处加光阑，滤掉其它级次的杂光。其中计算全息板上的相位信息体现的是理想非球面相位和参考球面波相位差。
计算全息法[10]的优点是可以没有干涉样板，直接由干涉条纹得到被测非球面和理想非球面的偏差，而且测量速度快，精度高，结构简单，成本低，使用广泛。但是全息样板的计算量大，对全息样板的复位精度要求很严格，而且一般来讲一个非球面对应一个全息样板，没有通用性。
2.1.4 补偿法
如图2.4所示，补偿器将入射的平面波前转化为同被测非球面的理论形状一致的波前，这要求补偿器的近轴焦点F和非球面的顶点曲率中心C重合。补偿器出射的光线均沿着法线方向入射到非球面上，反射回来的光线携带者非球面的信息，和平面波前进行干涉，从而反映出非球面的表面误差情况。
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