数字式球面干涉仪的设计与功能

本文介绍在SPG-Ⅰ和SPG-Ⅱ型数字干涉仪的基础上最近又研制成功CQG-Ⅰ数字式车间球面干涉仪的情况。菲索型的球面共心干涉系统,用立式承座支撑样板与工件,可以快速在监视器上显示光圈数;也可以在微机上显示局部误差的PV值与Rms值,测量精度为λ/20。仪器口径为φ60mm,F数为10～0.74,仪器的标准镜头引用了非球面及仪器采用双工作台,从而,使仪器的质量及功能均有提高与扩大。     

大腔长共焦球面标准具对片的设计

本文概略地叙述了大腔长（４７３毫米）共焦球面标准具镜片的特点、用途，介绍了技术指标、工作原理及计算方法，总结了调节方法，为在更多领域内应用此类高精度光学元件积累了经验。     

一种新的简单的大口径全息平面干涉仪

本文提出一种结构相当简单的大口径全息平面干涉仪,文中详细介绍了干涉仪的工作原理,并给出了实验结果。这种干涉仪特别适合光学车间使用。     

Φ360mm激光平面干涉仪

为了强激光工程的需要 ,研究制造了一台口径 36 0 mm卧式激光平面干涉仪。仪器的测量精度为 λ/2 0 ,仪器配有 CCD相机图像处理系统 ,可目测 ,可拍摄照片 ,也可进行数字化处理。实用结果表明 ,该仪器是一台适合于光学车间生产检验的大口径高精度激光平面干涉仪。     

300 mm干涉仪参考镜的设计及测试

针对一台有效口径为300 mm的斐索立式移相干涉仪的参考镜,采用有限元方法对其水平状态不同支承方式下的表面变形进行了分析及优化设计,根据设计结果在对镜坯抛光时留出变形余量,并用液面基准法进一步验证了分析结果,其PV的差值为0.008 λ,RMS的差值为0.005 λ。实验结果表明,此干涉仪参考镜支撑结构的设计满足技术要求。     

共光路径向剪切干涉仪的设计

针对常规像移式干涉仪无法用于大口径、长光路光学系统波像差检测的工程问题,设计了共光路径向剪切干涉仪以消除采用标准波面所引入的系统误差.设计中采用由三角棱镜与斜方棱镜组合而成的胶合棱镜组作为波面剪切器件,将待测波面与其复制波面产生干涉,并通过一组有不同相对孔径的透镜切换装置来控制干涉仪剪切比.与4D动态干涉仪在不同条件下...     

φ300 mm干涉仪参考镜的设计及测试

针对一台有效口径为300 mm的斐索立式移相干涉仪的参考镜,采用有限元方法对其水平状态不同支承方式下的表面变形进行了分析及优化设计,根据设计结果在对镜坯抛光时留出变形余量,并用液面基准法进一步验证了分析结果,其PV的差值为0.008 λ,RMS的差值为0.005 λ.实验结果表明,此干涉仪参考镜支撑结构的设计满足技术要求.     

新型数字波面斐索干涉仪的设计

介绍结构简单的激光斐索干涉仪设计原理及方法,该仪器以其设计思想新颖、单幅图像实时处理、计算机对干涉条纹处理并实时显示计算结果、数字显示被测光学零件的面形信息,相对于传统测量方法具有无以伦比的优势.同时简单介绍对干涉条纹的处理思路,将实用的图像处理算法如图像滤波、二值化、细化等方法用于采集到的干涉条纹处理,为后续准确确定条纹位置、条纹间距、条纹变形作前期准备工作.     

斜入射干涉检测大口径碳化硅平面反射镜

采用自行研制的口径为600 mm的近红外相移平面干涉仪在斜入射条件下对大口径碳化硅(SiC)平面反射镜进行了绝对测量.首先,在一个标准的斐索干涉测试结构中测出空腔波面数据;然后,将被测平面置于干涉光路中,使被测件光轴与干涉仪光轴成α角,测得第二组波面数据.对两组波面数据处理后得到SiC平面反射镜中心垂线方向的绝对面形分...     

数字横向剪切干涉仪相移技术

由于相移式横向剪切干涉仪相移单元的分辨率、精度等参数直接影响其测试物镜波像差的精度,本文根据相移式横向剪切干涉测试原理,设计了采用宏微复合运动模式的相移组件,该相移组件可在25 mm行程内实现纳米级的相移运动.重点分析了柔性铰链复合四杆结构微动单元初始设计参数间的数学规律,计算了铰链刚度与弱截面应力,并给出了具体的设计实例.采用有限元分析方法,对设计实例中微动单元的相移量与压电陶瓷(PZT)出力之间的作用规律进行仿真,并分析了相移精度.结果显示,PZT在促动力输出范围内可促动0.1 mm～1 nm的一维相移运动,理论精度优于3.5 nm.微动单元的开环标定测试结果表明,相移微动单元的实际精度优于5 nm.     

Fizeau干涉仪主机的热稳定性设计与分析

搭建了光-机-热耦合模型,用于分析Fizeau干涉仪光机系统的热稳定性,并研究了该系统的计算流程、环境温度和系统光学质量的随机性、系统光学质量与环境温度的关系等.首先,根据实验室温控条件,建立环境温度的随机分布模型,进行了光-机-热耦合分析并计算不同温度下光机结构的热分布和结构变形;然后,通过Zernike多项式拟合透...     

双球面法标定立式参考球面的精度分析

采用双球面法对立式Fizeau干涉仪的参考球面进行标定以确定由重力、安装夹持力等导致的面形形变量,提高立式光学系统中光学元件的面形检测精度.首先,推导了双球面法标定算法;进而,理论分析和模拟计算了影响检测精度的环境、重力、安装夹持力等因素;最后,利用双球面法对立式Fizeau干涉仪的参考球面进行标定,并利用误差合成理论分析实验结果.实验结果显示,利用双球面法标定F/1.5的立式Fizeau干涉仪参考面的精度为2.3 nm.其中,算法本身以及实验操作引起的测量重复性不大于0.7 nm,包含环境误差时的重复性低于1.2 nm;重力导致的面形形变约为0.9 nm,标准镜安装导致的面形形变约为1.7 nm.结果论证了双球面法具有很高的标定精度;环境对检测精度的影响与干涉腔长度有关,长度增加时影响很明显;立式工作时,重力、安装等因素导致的标准镜参考球面的面形形变很大,在高精度使用前必须进行标定.     

Compact high-aperture interferometer with a diffractive reference wave for high-precision referenceless aberration measurements of optical elements and systems

We present the optical layout and actual design of a compact high-aperture referenceless point diffraction interferometer with a diffraction reference wave. The basic concept of this interferometer is based on a single-mode optical fibre with a subwave output aperture, which is used as a source of spherical reference waves. The interferometer is designed for high-precision measurements of the surface shape and aberrations of optical elements. It makes use of a diffraction reference wave and is developed for mass industrial applications. The proposed design does not require the involvement of special external conditions, and reduces the need for calibrated reference surfaces. We evaluate the performance of our interferometer for highprecision measurements and demonstrate its use by presenting results obtained from measuring the shapes of spherical references from various manufacturers and the aberration of a five lens objective.     

广角微型投影镜头设计

投影机更新速度快,高分辨率、轻便微小的投影机已是时代的需求。通过分析微型投影成像系统的特点,根据几何光学理论,用Zemax软件设计了一款投影显示芯片为0.61inch(1inch=2.54cm)、投射比为0.68∶1的微型投影镜头。镜头由2片非球面透镜和6片常用玻璃材料透镜组成,结构简单,系统光学总长为60mm,有效焦距为9.26mm,后工作距离大于20mm,最大口径小于23mm,全视场(FOV)为80°,相对孔径为1∶2.2。在71lp/mm特征频率处,全视场的调制传递函数均大于0.5,全视场相对畸变小于2.0%,镜头成像质量好。对微型投影系统进行容差分析,得出一套较为宽松的公差,适合生产加工。     

一种新型复合摄像物镜的设计

讨论了一种新的双高斯型与Topogon型复合的光学系统。新型结构是在传统结构的基础上,于光阑附近增加一个光焦度不大的负薄透镜,降低了系统的高级负球差,减小量为-0.079 4,而增加的-0.110 7的高级负像散与初始设计的高级正像散抵消,并产生了-0.068 2的高级负场曲抵消原有的正场曲,使像散和场曲的校正得到明显改善,成像质量显著提高,特别是1视场MTF从0.112提高到0.493。     

一款1600万像素手机镜头设计

利用Zemax软件设计一款1 600万像素的手机镜头。该镜头由6片塑料非球面镜片组成,镜头的F数为2,全视场角为78°。采用Omnivision公司OV16880型号的CMOS作为图像传感器,像素元尺寸为1μm×1μm,奈奎斯特频率为500lp/mm,最大像素数为1 600万,最大像高为5.93mm。最终设计结果,镜头光学总长度为5mm,1/2奈奎斯特频率处的全视场MTF>0.3,相对照度大于40%,畸变小于2%,场曲小于0.1mm,可以获得优质的成像效果。公差分析结果表明,该镜头加工工艺性良好。     

一种求解鱼眼镜头入射光瞳球差的方法

鱼眼镜头成像系统在微小型机器人视觉导航和近距离大视场物体识别与定位中有着广泛的应用。由于鱼眼镜头的结构的特点,故使得这种光学系统一般存在很大的入射光瞳球差。现提出了应用逆向光线追迹计算求解鱼眼镜头入射光瞳球差的精确方法。并且通过一个鱼眼镜头的设计实例,得到入射光瞳球差的数值分布结果,然后应用多项式拟合求出其解析表达式。     

基于MATLAB的球面干涉仪图像处理系统设计

采用泰曼-格林干涉原理设计研制了一种非接触在线球面干涉仪,该干涉仪中的CCD摄像头可产生分辨率比较高的干涉条纹图像。重点介绍了用MATLAB图像处理软件对该干涉条纹图像进行数字化处理的基本方法,通过对干涉条纹图像进行预处理、提取骨架,最后用Zernike多项式拟合出被检球面的波面函数,计算出PV和RMS。通过MATLAB编程实现了对该球面干涉仪检测信号的自动化处理。     

基于混合镜组模型的变焦镜头设计

为了优化变焦镜头的设计过程,本文提出了基于混合镜组模型的变焦镜头设计方法,包括近轴设计,镜组模型确定以及基于混合镜组模型的像差设计。近轴设计阶段采用了高斯括号和矩阵光学,可以很方便地构建镜组间隔和镜组焦距之间的关系。镜组模型确定阶段是根据现有镜头专利训练了一个镜组分类模型,它可以根据镜组近轴数据将镜组分为薄透镜模型或者厚透镜模型。像差设计阶段综合了薄镜组模型像差设计和厚镜组模型像差设计。镜组分类模型成功地将80%以上的镜组进行了分类。最后采用基于混合镜组模型设计方法设计了一个物方远心的变焦镜头。结果表明,该镜头具有良好的设计初值,基于混合镜组模型的变焦镜头设计方法能减少像差变量数量,准确、方便地完成像差设计。