菲涅耳透镜的实际像差计算

本文阐述了菲涅耳透镜实际像差的计算,並给出了在相同条件下,菲涅耳透镜和球面透镜系统实际像差计算结果的对比。同时指出了菲涅耳透镜实际像差的特点。     

沟槽变异对菲涅耳透镜光学效率的影响

菲涅耳透镜以其良好的成像功能和很高的光学效率,广泛应用于教育投影仪、背投电视等大型成像设备。然而,出射面环形沟槽轨迹的不连续性给菲涅耳透镜的加工带来了诸多困难。为此,本文提出用连续阿基米德螺旋沟槽代替传统的同心环形沟槽,并从光学效率方面对它们进行了比较,计算结果验证了用螺旋沟槽代替同心环带沟槽的可行性,为螺旋沟槽型菲涅耳透镜的设计和制造提供了理论依据。     

菲涅耳透镜对平行光的成像特性分析

利用光线追迹与实验的方法 ,对菲涅耳透镜在平行光照明时的成像特性进行了分析。给出了在各种角度入射情况下的最佳像点位置及像点弥散斑大小 ,通过对结果进行分析 ,得出了最佳像面曲线及其特征与参数。并讨论了它们与菲涅耳透镜参数的关系。     

菲涅耳透镜

菲涅耳透镜俗称螺纹透镜。其基本原理是将普通的透镜分割为众多小棱镜,再展成平面而成。菲涅耳透镜加工技术包括超精加工、微机精密控制、天然金刚石刃磨、光学塑料精密成型等多项技术。此种透镜的材料采用光学塑料,因此,菲涅耳透镜具有体积小、重量轻、成     

对准误差对菲涅耳透镜衍射效率的影响

基于标量衍射理论,在傅立叶光学的基础上,首先得出存在对准误差情况下4台阶菲涅耳透镜衍射效率的解析式;并以4台阶、8台阶、16台阶菲涅耳透镜为例,系统分析对准误差对衍射效率的影响并进行计算机模拟研究.模拟计算结果对正在进行的16台阶菲涅耳透镜制作工作提供了理论指导.     

蜂窝式阵列菲涅尔透镜的配光设计

单元结构、阵列排布和偏转控制是阵列菲涅尔透镜的三个重要因素。单元结构采用了棱镜加菲涅尔透镜结构,排布方式引入蜂窝式阵列,构成蜂窝式阵列菲涅尔透镜。该透镜可以将准直光源发出的光线投射到1m远、直径为30mm的圆形区域内并形成特定图形。通过调整菲涅尔透镜的各个独立环带的倾角,以及每个菲涅尔透镜的背侧光面倾角的优化,实现了一款蜂窝式阵列菲涅尔透镜的光学设计。通过光学仿真分析,结果表明该设计方法灵活可靠,光线控制效果良好,具有实现图像级配光的能力。     

扫描全息术中菲涅耳波带板的衍射问题分析

对扫描全息术中作为编码孔径的菲涅耳波带板的衍射问题进行了数值计算和实验观测。对波带板的菲涅耳衍射积分方程进行了数值求解,在计算时考虑了透镜的位相调制作用;为了使分析问题直观、数值计算简化,通过对比有透镜时波带板的衍射强度分布,求解出无透镜时具有相同分布的等效距离,同时引入了菲涅耳虚衍射面的概念;为了定量描述波带板的衍射效应,定义了临界衍射距离;为了验证数值计算的正确性,在实验中观测并记录了透镜焦距、波带板环数和半径对临界衍射距离的影响;对发散球面波入射时临界衍射距离的变化也进行了讨论。数值计算和实验观测结果对波带板扫描全息成像系统中编码孔径的结构设计、成像物体与透镜的距离以及透镜焦距的选取具有指导意义。     

基于菲涅尔透镜的室内LED射灯配光设计

为了将LED发出的光均匀投射到3m远直径为1m的圆形区域内,设计了一种LED(发光二极管)射灯。采用菲涅尔透镜对射灯进行二次光学配光设计,并通过调整菲涅尔透镜的各个独立环带的倾角来优化投射光的分布。文中对菲涅尔透镜的投光效果、安全性和加工误差等方面进行了考察,结果表明设计是安全的、可靠的并具有良好的投光效果。     

高分辨率X射线衍射光学元件

评述了BESSY研制的用于X射线聚焦的各种衍射光学元件。基于布拉格-菲涅耳光学元件,设计了高效高分辨率X射线聚焦和色散光学元件。描述了对长焦距布拉格-菲涅耳透镜与可变曲率半径反射镜组合所做的实验研究。用一块反射菲涅耳波带板作聚焦和色散光学元件进行了短脉冲X射线吸收谱(XAS)的测量。     

菲涅耳透镜数控加工系统的位置控制精度研究

为提高大尺寸菲涅耳透镜模具的加工精度，提出了一种复合位置控制器的设计。仿真实验结果表明该控制方式能有效降低控制系统的稳态误差和提高系统的稳定性。通过在滚珠丝杠工作台上的应用，取得了较好的位置控制精度。     

红外菲涅尔透镜的注射超声辅助成型优化

为了提升聚合物红外菲涅尔透镜的光学性能,以其表面微沟槽的成型质量为目标,提出了一种高效的注射超声辅助成型方法,并对工艺参数进行了综合质量优化。首先分析了超声振动对聚合物的加热和加压效应,设计了一套一模两腔的对比试验模具;接着以红外菲涅尔透镜的调制传递函数MTF和齿形平均高度h为优化质量目标,设计了四步骤的多目标优化流程,通过试验设计、基于BP神经网络的质量目标与注射工艺参数关系建模、基于NSGA-Ⅱ的多目标优化和试验验证进行工艺参数的综合优化。实验结果表明:该多目标优化流程具有很高的精度,MTF和h的平均预测误差MPE分别为4.16%和3.32%;注射超声辅助成型的菲涅尔透镜微沟槽具有更高的复制质量,其齿沟槽平均高度h增加了15.6%,且h值的波动量随着h值的增大而增大,MTF值受齿高h均匀性的影响大于齿高h对其的影响。     

Profile evaluation of radial Fresnel lens directly machined on roller molds by rotating-tool diamond turning

In Roll-to-Roll manufacturing of high-quality optical Fresnel lens films, a high-precision roller mold with super-fine surface quality is essential to precisely transfer the functional microstructures from the periphery roller surface onto the flexible substrate. Unfortunately, direct diamond turning of deep circular grooves on the periphery surface of a roller mold was considered infeasible. Recently, the team has developed a novel 4-axis interactive tool-workpiece motion, Rotating-tool diamond turning (RDT), as a solution to overcome this challenge. Experiments were conducted to justify the capability of the proposed RDT process by directly machining a radial Fresnel lens on a brass roller mold, but without precise 3D profile evaluation of the lens on the roller surface. On-machine measurement of the machined lens structures using 3D touch probe is not applicable because the diameter of the probe is relatively large to penetrate into steep grooves of the Fresnel lens. On the other hand, off-machine measurement using stylus profilometer will introduce inevitable alignment errors during the measurement and lead to mismatched machining and measurement coordinates, making it difficult to evaluate the 3D lens profile generated by the RDT process eventually. In this study, a compensation and comparison algorithm is presented to precisely evaluate the form error between the machined and designed features in a three dimensional manner. Alignment errors generated when positioning the roller mold on the stylus profilometer are investigated and quantified through analyzing the characteristics of this unique micro structure with Fresnel lens wrapped on the roller periphery. As a conclusion, the machined lens structure is compensated and restored to compare with the designed profile, and the form error is obtained with the sources of errors analyzed. Such profile compensation and comparison method can be applied in other measurement and characterization studies on evaluation of complex optical structures patterned on roller molds for Roll-to-Roll manufacturing of advanced functional films.     

大直径菲涅尔透镜模具加工发展现状及展望

针对大直径菲涅尔透镜模具加工设备及加工工艺的发展状况进行了深入的分析研究,总结了大直径菲涅尔透镜模具加工的研究现状,展望了其未来的发展方向。     

Wavelength division scanning for two-photon excitation fluorescence imaging

We investigate wavelength division scanning for two‐photon excitation fluorescence imaging. Two‐photon imaging using lateral wavelength division scanning is demonstrated. In addition, we theoretically analyse the spatial and temporal properties of a femtosecond laser beam focused by a Fresnel lens and investigate the feasibility of axial scanning using wavelength division.     

基于成像式照度探测的菲涅尔光学助降系统检测方法研究

为了解决菲涅尔光学助降系统(FLOLS)的检测问题,文中根据FLOLS检测应满足的技术指标,提出了一种基于成像式照度探测法的菲涅尔灯发光强度测量方案,并根据分析设计研制了成像式照度探测装置。通过试验,结果表明该装置可远距离对大口径、大发光角度的菲涅尔灯进行发光强度的探测,满足菲涅尔光学助降系统检测装置测量的要求。     

大视场菲涅尔透镜的聚光效率模拟和分析

大视场菲涅尔聚焦透镜在180°的范围内各个视场下均能实现较理想的聚焦。根据现有的大视场菲涅尔聚焦透镜的设计结果,利用Zemax软件在非序列环境下自定义面型的功能对该设计进行模拟分析。模拟菲涅尔透镜在不同方向的平行光照射下的聚焦情况。通过对不同方向的光线照射下探测器接收到能量的情况进行分析,得到了相应的聚光效率,为设计的可行性提供了分析依据。     

Chromatic two-photon excitation fluorescence imaging

We report on a chromatic axial scanning method for two-photon excitation fluorescence imaging. Effective axial scanning is achieved by incorporating a Fresnel lens in the system, which has large chromatic aberration and can therefore focus the excitation beam to different axial positions depending on its wavelength. We experimentally demonstrated this technique and used it to image the cross-section of fluorescent microspheres.