高精度中小11径非球面修抛技术研究

为实现高精度中小口径非球面的加工，介绍了一种非球面修抛技术。基于Preston假设，将抛光过程描述成一个线性方程，计算得到材料的去除量与抛光时间、抛光压力和零件转速之间的函数关系。设计了整体修抛法和环带修抛法两种方法，在数控抛光的基础上，对口径为Ф117mm的凹抛物面和口径为Ф17mm凸双曲面进行修抛，修抛后非球面的面形精度PV值为0．184μm，RMS均小于0．032μm，达到了工程化应用要求，实现了中小口径非球面的高精度加工。     

中小口径双非球面数控抛光技术研究

针对口径Φ62 mm双凸非球面透镜,进行了数控研磨和抛光技术研究.提出了规范性的加工工艺流程,实现了中小口径双非球面元件的高效、快速抛光.根据计算机控制光学表面成型技术,采用全口径抛光和小抛头修抛的两步抛光法,在抛光中对其面形误差进行多次反馈补偿,使被加工零件表面的面形精度逐步收敛.最终两面的面形精度均小于0.5 μm,中心偏差小于0.01 mm,满足了光学系统中对非球面元件的精度要求,并且在保证有较高面形精度和较好表面光洁度的同时,解决了双非球面中心偏差和中心厚度难以控制的加工技术难题.     

反应烧结碳化硅平面反射镜的光学加工

介绍了100mm口径反应烧结碳化硅平面反射镜的光学加工工艺流程。按照流程依次介绍了在粗磨成形、细磨抛光和精磨抛光过程中使用的机床、磨具和磨料以及采用的工艺参数和检测方法。介绍了在光学加工各个步骤中应注意的问题。展示了加工后反应烧结碳化硅平面反射镜的实物照片。给出了面形精度和表面粗糙度的检测结果:面形精度(95%孔径)均方根值(RMS)为0.030λ(λ=632.8nm),表面粗糙度RMS值达到了1.14nm(测量区域大小为603 6μmⅹ448 4μm)。     

能动抛光磨盘的变形实验研究

 能动抛光磨盘实时产生不同的表面变形，在对大口径非球面光学元件进行精磨和抛光时实现与工件表面良好的大尺寸吻合，可以消除传统光学加工采用小尺寸磨头时带来的高频残余误差并提高加工效率。以加工直径1.3m左右，F/2的抛物面光学元件为例，对能动磨盘在不同离轴度时能够产生的变形进行了计算和实验。结果表明，能动磨盘能够以较高精度产生旋转对称或非对称的抛物面形状。对能动磨盘产生变形后的残余误差进行了分析。     

先进光学制造技术进展

针对高功率固体激光发展的需求,总结了先进光学制造技术方面的研究进展。采用超精密制造技术提高了非球面等元件的加工精度和制造效率,并为解决低缺陷加工提供了技术途径。围绕面形误差控制,特别是中频波前误差控制,发展了多种确定性抛光技术。针对熔石英元件建立了去除-抑制模型及新的抛光技术,有效抑制了亚表面缺陷的产生。     

半球蓝宝石整流罩制造技术研究

整流罩在高速飞行中既要对空气进行整流,同时又起光学窗口的作用。蓝宝石材料硬度高,加工非常困难。分别从精磨模、精磨磨料、抛光膜层、抛光辅料、机床速度和压力等方面介绍了一种加工蓝宝石整流罩的工艺方法。     

用固着磨料抛光光学玻璃

一、前言照相物镜、棱镜和滤光片等高精度光学零件在用古典法精磨或金刚石精磨片精磨后要进行抛光,抛光时要采用沥青、聚氨酯抛光模片等制作的抛光模并采用氧化铈、氧化锆等抛光粉。抛光工序是要去除前工序加工时所产生的变质层,并获得外观上没有缺陷、表面精度符合要求的光学表面。目前。使用金刚石精磨片的固着磨料精磨法正在逐步取代古典法精磨,而抛光工序也已开始试用固着磨料。     

精磨玻璃表面破坏层深度的测试方法

精磨玻璃表面的破坏层由凹凸层和裂纹层组成。凹凸层和裂纹层的空间特性,直接影响其后的抛光效率。测量破坏层深度,为选用适当的方法精磨和抛光,使加工工艺最优化,提供了依据。测量精磨玻璃表面破坏层深度可以用光束扫描探测法,也可以用抛光测试法和电子显微镜观测法等。光束扫描探测法适用于实验室,抛光测试法适用于车间,而电子显微镜法仅适用于科研单位和高等院校。     

高精度非回转对称非球面加工方法研究

本文提出一种高精度非回转对称非球面加工方法。首先,通过范成法铣磨出非回转对称非球面的最佳拟合球;然后,利用古典抛光修正小磨头确定抛光难以修正的中频误差;最后,利用高精度气囊抛光设备(IRP)精确对位精修面形,在不引入额外中频误差条件下,通过高精度对位检测技术实现非回转对称非球面高精度加工。将该方法应用于定点曲率半径为970.737 mm、k=-1、口径为106 mm三次非球面加工,降低了加工难度,提高了加工精度,面形误差收敛到1/30λ(RMS)。实验结果验证了本文加工方法的正确性和可行性,对高精度非回转对称非球面加工具有一定的指导意义。     

高次非球面的工艺技术研究

 高次非球面在光学系统应用中意义重大,但是一直以来缺乏一套快速、有效的工艺方法。利用VC6.0编制了一款面型计算软件以辅助加工,并提出了一种新的高次非球面补偿检验方法。针对一块巡天光谱仪中口径Φ244 mm的一面平面另一面为高次非球面的改正镜开展工艺方法的设计与研究,从铣磨成形开始,根据高次非球面的特点提出了几种新型磨削工艺,建立相应的数学模型。由于高次非球面的特殊性,试验了数控铣磨直接成型法,很大程度上降低后继工艺难度,在细磨和抛光阶段采用数控小工具和整工具研磨相结合,能够很好地克服面型不平滑等技术难题。总结出了一套高效率、低成本、高精度的高次非球面工艺方法。     

用于大孔径凸非球面检测的部分补偿透镜的优化设计

针对部分补偿法和子孔径拼接技术对大孔径凸非球面进行测量时,部分补偿透镜的优化设计是关键技术之一,基于ZEMAX软件对用于大孔径凸非球面的部分补偿透镜进行了优化设计,以波前斜率作为优化目标,通过直接观察弥散圆半径对全口径的光线进行优化。设计结果表明,用结构简单的单片部分补偿透镜即可实现对大孔径凸非球面的面形测量,在不同的子孔径区域,部分补偿系统在理想焦面处的弥散圆最大半径均小于165 μm,满足设计要求,验证了结合部分补偿法和子孔径拼接技术测量大孔径凸非球面的可行性。     

光学镜片平面行星式研磨加工关键技术研究

在平面行星式研磨加工过程中,研磨盘磨损的均匀性与光学镜片的研磨质量有密切关系。通过对光学镜片在平面行星式研磨加工过程中的运动规律进行分析,建立了差动轮系条件下工件运动的轨迹和速度计算模型,开发了Matlab仿真程序。结合生产实际,对行星轮系条件下工件运动的轨迹和速度进行了仿真,确定了研磨机速比对研磨盘磨损均匀性的影响规律:当速比I1-1.5时,镜片的运动轨迹在较短时间内遍布研磨盘各处,研磨盘得到均匀磨损,加工质量和加工效率较高。基于仿真结果,通过优化工艺参数,获得了厚度一致性小于0.002 mm,平行度小于0.002 mm的高质量光学镜片。     

Optical design for enhanced prism type fingerprint scanner image contrast with asymmetrical aspheric lens

The design of optical prism fingerprint scanner with aspheric lens is researched. We propose a modified structure for optical prism fingerprint scanner, which has an asymmetrical aspheric lens on the output plane. It is numerically shown under elliptic valley similar fingerprint model that the optical image qualities of such a scanner are better than the scanner with symmetrical aspheric lens. When the fingerprint range is 15 mm, the results show that the minimum image contrast is 0.49 for an optical prism with asymmetrical aspheric lens, much better than a symmetrical aspheric lens with 0.20. The relative illumination variation is from 0.62 to 1.00 for optical prism with asymmetrical aspheric lens, and for the symmetrical aspheric lens it is 0.35 to 1.00. We conclude that an optical prism with asymmetrical aspheric lens is better than an optical prism with symmetrical aspheric lens.     

衍射极限非球面准直透镜

介绍了一种新的非球面透镜设计方法。通过非球面方程中二次曲面常数和非球面系数对光学系统像差的贡献来设计非球面透镜,并详细分析了非球面设计过程。设计了数值孔径NA=0.37, 纤芯Φ=600μm的大光束光纤耦合半导体激光器的非球面准直透镜,其焦距f=50mm。从像质评定可以看出, 非球面准直镜几乎接近衍射极限, 整个系统的波像差小于0.3λ。实验表明： 采用非球面准直系统能最大限度地利用光能率和提高光束准直性, 证明了设计方法基本正确。     

轴对称非球面透镜光轴共轴度的测量研究

介绍了一种轴对称非球面透镜的光轴共轴度的测量方法。激光管发出的光束经束腰变换透镜入射到被测透镜的非球面表面,由CCD摄像头接收非球面的反射激光光斑,CCD的光敏面位于反射激光光束的束腰位置;调整被测透镜位置,直到激光束腰中心位置不随被测非球面透镜的旋转而变化,这说明被测透镜的非球面对称轴与机械旋转轴重合;再利用球面偏心测量原理检测被测透镜球面一面的偏心量,即可以求得被测非球面透镜的光轴共轴度。该测量方法的误差小于20″。该方法适用于判定非球面透镜和非球面反射镜是否合格,以及调整非球面透镜的制造工艺。     

高变倍比数码变焦镜头设计

为提高变焦距系统的工作性能,使其在大视场时仍具有良好的像质,且系统结构简单,易于机械设计、加工及装调,在设计中引入了传统球面光学设计与非球面相结合的设计思想。选择4个焦距位置进行设计计算,用光学设计软件ZEMAX上机调试,设计了焦距为6.9mm～91.6mm,视场5°～60°的变焦系统,整个系统由4组12片透镜组成,其中包括3个非球面,系统具有变倍比高、视场大等特点。设计结果表明：在设计中采用非球面可使系统结构紧凑,系统成像质量得到提高。     

标准球面透镜的几何特性与误差分析

标准球面透镜是斐索型干涉仪的核心器件,综述标准球面透镜的几何特性和误差。分析标准球面透镜在干涉照明光路和成像光路中的作用,重点介绍并实验验证了球面干涉成像的R-sinθ几何特性关系模型,给出了采用Q非球面实现非球面分裂的新型设计方法,以及2片式非球面标准球面透镜结构的实例,概述了针对小F数标准球面透镜球面干涉腔中的待测球面调整误差和移相空间非均匀性误差的研究成果,介绍了校正球面干涉腔中误差的波面差分算法,指出在近标准球面透镜焦点位置测量球面时的回程误差影响,从物像共轭关系角度解释了近焦点位置回程误差较大的原因,比对分析了标准球面透镜的透射波前与斜率对回程误差的影响。提出了在设计标准球面透镜时需注意的几何特性关系,以及使用标准球面透镜时易产生的误差和相应的抑制方法。     

一种高效率小口径非球面数控抛光方法

自主设计研制的非球面数控抛光机采用气囊式抛光工具,可抛光100mm以下的非球面光学零件,针对口径35mm凹非球面透镜(顶点曲率半径R=-108.14mm的双曲面),研究了非球面的抛光工艺,并确定了相关工艺参数,抛光时间大约为20min,第二次次抛光后元件面形精度达到1.08μm,满足了该零件的使用要求。相对于现有设备美国Precitich公司的Microfinish 300型CNC非球面抛光机,该抛光设备实现了中等精度要求的小口径非球面元件的高效数控抛光。目前该抛光机已经成功地应用于某光学系统非球面零件的批量生产中。     

鱼眼镜头光学系统的非球面优化设计

应用非球面提高光学系统成像质量是镜头设计的常用手段。基于平面对称光学系统的波像差理论,通过分析鱼眼镜头各光学面的波像差贡献,将波像差贡献突出的光学面作为应用非球面的待选对象,结合波像差随非球面系数的变化趋势,确定应用非球面的光学面;应用优化算法和基于光线点列图分布定义的评价函数优化鱼眼镜头系统。通过对一个鱼眼镜头实例进行非球面优化,其点列图范围从全球面优化设计时的200 μm下降到100 μm,其评价函数值下降1个数量级,证明该方法能明显提高镜头的成像质量,对如何有效应用非球面优化鱼眼镜头的光学系统具有借鉴意义。     

Third-order design of aspheric spectacle lenses

The theory of third-order aberrations for a system of rotationally symmetric aspheric thin lenses and relations for calculation of the shape of rotationally symmetric aspheric spectacle lenses with zero astigmatism are described. A comparison of aspheric and spherical spectacle lens design is presented. Possible applications of aspheric lens surfaces are proposed including the design of a spectacle lens with two types of primary aberrations corrected, an anastigmatic spectacle lens with minimum weight and a spectacle lens with the desired aesthetic shape. Our work performs a complex analysis of the third-order design of spectacle lenses considering not only astigmatism but all types of primary aberrations and their combinations.