非球面光学系统的光路计算与分析

针对非球面光学系统,讨论高次非球面光路计算问题,使用"辅助二次曲面"方法,很好地解决了非球面的光路计算问题,可直接应用于非球面光学系统的设计优化程序。     

高次非球面磨床动力学模态分析与加工验证

针对当前高次非球面光学元件精密成形的热点问题“高次非球面加工后表面残留环带波纹”，分析了高次非球面加工残留环带波纹的主要原因，提出了高次非球面切线回转成形原理，设计了高次非球面切线回转成形实体数模，应用ANSYS Workbench对实体结构进行了动力学模态分析，解析得到了磨轮轴组件、工件轴组件和床身整体的1～5阶固有频率、临界转速和具体振型描述。以研发的高次非球面切线回转成形机床为基础，开展高次非球面加工实验，验证了高次非球面切线回转成形的先进性和实体结构设计的合理性。     

光盘用双非球面不晕透镜设计

介绍一种校正球差和正弦差的,含有10次方项的双非球面自动设计程序.用该程序设计出焦距为4.5mm,数值孔径为0.45的双非球面透镜.用实例讨论了折射率,厚度和工作距离对透镜质量的影响.     

微机形成的非球面干涉图

介绍一种新的非球面检测方法。用微机技术，对偏离球面很小的非球面作模拟非球面的干涉，获得理想的非球面干涉图。用模拟的理想干涉图作“样板”，使高次非球面的面形在激光球面干涉仪上进行精确测量成为可能。提供了四种类型小非球面度的高次或二次非球面干涉图。给出了几个在CQG一1型激光球面干涉仪上作出的测量结果。其测量精度约为0．5λ。     

Offner补偿器的结构设计与装调分析

90nm节点光刻投影镜头中使用的非球面都存在高次项,而且对理想球面的偏离量较大。本文设计了一种基于三片式结构的Offner补偿器,实现了对高次非球面面形的高精度检测。采用等量轴向球差补偿非球面各阶系数的方法,主动引入一定量的轴向球差,补偿光线在非球面法线方向的偏离量,结果表明：对初级像差和高级像差很好的平衡,使剩余像差很小;MTF 远远超过衍射极限,系统工作波长为632.8nm,F数达到1.64,均方波差RMS<λ/1250。满足了高精度检测补偿器的设计要求。最后根据现有的检测装置的精度对所设计的结构进行了公差分析,给出了较宽松的公差容限。     

微机控制光学非球面加工

光学非球面加工控制系统是由主机IBM-PC与直接控制(单板机)两级组成的分布式控制系统。IBM-PC完成对非球面面形误差的分析与计算进而自动生成加工程序;单板机控制装置控制抛光机,带动抛光模按加工程序要求,在非球面表面运动。本文主要介绍数控装置的实现,系统安全,断电保护措施以及IBM-PC与单板机双机通讯等。 1.系统的组成及工作原理在光学系统中,应用非球面能够校正像差,改善像质,简化光学系统结构,减轻重量。因而在航空航天光学系统,天文观测,红外技术等诸多方面都有广泛的应用价值。但由于非球面加工与检测的困难,使其应用受到阻碍。对高精度的大型非球面,目前国内一般采用普通研磨抛光法,用刀口仪测量根据阴影图来定性判断误差,在抛光机上,由人工修正抛光模,来控制加工精度。     

Ф420mm高次非球面透镜的加工与检测

介绍了Ф420mm熔石英高次非球面透镜的加工与检测方法。对现有数控加工工艺进行了优化,通过分工序加工方式,依次采用机器人研磨、抛光和离子束修形技术完成了透镜的加工。进行非球面透镜检测时,考虑透镜的凹面为球面,利用球面波干涉仪对其面形进行了直接检测,剔除干涉仪标准镜镜头参考面误差后,透镜凹面的精度达到0.011λ-RMS;针对透镜的凸面为高次非球面,采用基于背后反射自准法的零位补偿技术对其进行面形检测,其精度达到0.013λ-RMS。最后,采用一块高精度标准球面镜对加工后透镜的透射波前进行了自消球差检测,得到其波前误差为0.013λ-RMS。试验结果表明,非球面透镜各项技术指标均满足设计要求。所述工艺方法亦适用于更大口径的非球面透镜及其他类型非球面光学元件的高精度加工.     

一款条码扫描成像镜头的多方案设计和选择

设计了一种扫描成像镜头,镜头焦距为7.9mm,视场角为52°,采用CMOS线性传感器接收。为了使镜头成本更低,同时保证好的成像性能,引入了塑料非球面,设计了一个含有高次塑料非球面镜片和一个玻璃球面镜片(1G1P)的结构。相对传统三片式玻璃球面镜片(3P)的结构来讲,1G1P结构的光学性能更好地满足了技术指标要求,成本为3G结构的50%,推广应用前景好。     

改进的离轴三反光学系统的设计

基于离轴三反光学系统(TMA)的一般设计方法,总结了设计要点.以两个基于三反光学系统的设计为实例,阐述了通过合理地安排光学结构、将次镜设计为球面反射镜、主镜和三镜在球面基础上改变高次非球面系数等,可使离轴三反光学系统的设计结果接近衍射极限,传递函数在50 lp/mm时都接近0.6,Strehl率由通常的0.91提高到0...     

基于MATLAB的镜片NC加工程序生成研究

为了解决非球面镜片数控加工程序难以编写的问题,探讨了基于慢刀伺服加工技术的镜片数控加工程序的自动生成。建立球面和环曲面镜片的数学模型,对数学模型进行笛卡尔坐标向柱坐标的转换。利用镜片数学模型进行等角度离散和法向半径补偿生成刀位点,通过MATLAB软件对得到的刀位点进行轨迹仿真,同时后置处理刀位点生成数控加工程序。加工实例表明,所探讨的基于MATLAB的镜片数控加工程序自动生成过程可以满足加工需要。     

主动式PSD自动对焦光学系统设计

在照相机主动式PSD自动对焦系统中，发射透镜与接收棱镜要求口径大、球差小，价格低、体积小，保证PSD上光斑小而且边缘清晰。本文认为，非球面单片透镜适合该系统。本文导出了非球面透镜的设计方法和计算实例，并给出了AF光学系统总体设计实例。     

磁流变数控抛光技术研究

磁流变加工技术则具有高效率、高精度、低亚表面缺陷等优点,而非球面元件由于自身的优点得到广泛应用,实现非球面元件的磁流变加工技术具有重要的意义,因此,文章进行了非球面的磁流变抛光工艺软件设计,对非球面的磁流变加工算法进行了研究,同时对自研磁流变机床运动形式进行了分析,实现了非球面元件的自动装调定位系统设计,开展了对大口径的方形非球面元件的磁流变加工验证实验,非球面元件的透射波前误差得到了收敛,最终实现了面形精度PV为λ/3。验证了磁流变加工非球面元件的能力。     

光学非球面自动对焦测量系统研究

影响高精度非球面磨削加工精度的不仅是机床、刀具和数控技术等参数,而且取决于制造系统所采用测试手段和所能达到测量精度。本文针对非球面制造系统的测量特点,将光栅测量技术和光学显微镜自动对焦技术引入环节,进而提高对非球面工件测量精度,解决了制约非球面加工精度提高的测量问题。     

一种基于自动对焦的非球面测量系统

影响高精度非球面磨削加工精度的不仅是机床、刀具和数控技术等参数,而且取决于制造系统所采用的测试手段和所能达到的测量精度.针对非球面制造系统的测量特点,将光栅测量技术和光学显微镜自动对焦技术引入环节,进而提高对非球面工件的测量精度,解决了制约非球面加工精度提高的测量问题.     

中大口径轴对称光学非球面超精密磨削数控机床的研制

通过系统分析轴对称中大口径方形光学非球面包络法加工原理,提出了非球面磨削加工机床各轴系运动的数学控制模型,设计并研制了非球面精密磨削加工机床及机床速度、位移双闭环控制系统,在研制的加工机床上进行了330×300mm的方形光学非球面镜片磨削试验,并采用数字型电感测微仪设计了非球面在线检测系统,通过对加工后的光学非球面进行在线检测,试验结果表明设计并研制的光学非球面磨削加工机床加工精度满足光学非球面镜片加工面形精度PV值达到4μm的要求,且加工效率高,适用于中大口径非球面磨削加工。     

非球面加工机床的设计

随着科学技术的发展,对高性能大型非球面零件的需求越来越迫切,同时对大型非球面零件的加工设备和加工工艺的要求也越来越高.文章介绍了一种集铣磨成型、研磨抛光为一体的大型非球面加工机床的设计过程.从分析大型非球面零件加工需求出发,介绍了机床的总体方案及关键零部件的设计,并给出了设计结果.结果表明该机床能够满足非球面加工的要求.     

非球面超精密加工自动编程技术研究

讨论了非球面超精密加工自动编程技术中的数控插补、刀具半径补偿、工艺参数选择及编程误差分析等问题.结合研究的成果,完成了对旋转椭球面和旋转抛物面等非球面工件的加工工艺实验.     

一种快速检测非球面面形的新方法

目前非球面面形的检测方法大部分复杂且费时。介绍了在干涉测量法的基础上利用ZYGO干涉仪的波面相减功能,用波面相减的方法对非球面面形进行测量。利用Matlab软件进行程序设计解决该方法中对理想非球面的Zernike系数计算的关键技术,并验证了程序的正确性。这种方法达到直接检测的目的,缩短检测时间和成本。     

基于MFC与OpenGL的光学非球面仿真

本文研究了基于MFC和OpenGL的光学非球面仿真平台的设计方法,给出了MFC下对话框控件中绘制二维图形和OpenGL绘制三维图形的一般方法和步骤,实现了对轴对称非球面、非轴对称非球面的仿真以及非球面测量数据的读取与显示。     

利用合成全息图的光学测试

伯奇(Birch)和格林(Green)提出过一种计算机产生合成全息图的程序,本文介绍对此程序的改进。改进了的程序能够相当容易地产生多于500个条纹的全息图,因此,不用补偿光学系统即可容易地测试陡峭的非球面。将平凸透镜轴上以及轴外位置上的非球面波前和全息图的再现波前进行比较,证明了计算机产生的全息图评价非球面的能力。这一比较指出,用精度为±λ/20的全息图可以补偿透镜的波象差。