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。     

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。     

电磁复合聚焦—偏转球面阴极透镜的相对论象差理论

本文应用变分原理研究了电磁复合聚焦-偏转球面阴极透镜的相对论象差理论。在考虑阴极面逸出电子具有一定的初能量和初角度分布,物场和象场弯曲以及阴极面上磁场和横向电场不为零的情况下,导出了任意理想象面上的一级近轴横向象差和包括色球差在内的全部三级几何横向象差,以及各种特殊类型象差系数的明显表达式。本文导出的象差公式不仅普遍适用于宽束和细束阴极透镜,而且普遍适用于相对论或非相对论,阴极和屏为球面或平面时的各种情况。本文以复数描写轨迹,用矩阵表示象差,形式简洁,适合于计算机计算。 关键词：     

凸非球面背向零位补偿检验的设计方法

为了实现大口径凸非球面的高准确度检测,提出了凸非球面背向零位补偿检验方法.该方法在非球面背面引入辅助球面并在光路中加入球面补偿透镜来达到零位补偿检验.辅助球面既可以使凸非球面等效为凹非球面,还可以补偿部分非球面法线像差.依据三级像差理论,对辅助球面曲率半径及补偿透镜结构参量进行初始结构求解,并编写了求解初始结构软件,再利用光学设计软件对初始结构进行优化,优化结果满足设计要求,使凸非球面背向零位补偿检验理论化.在实际应用中,以Φ120mm凸非球面为例设计了凸非球面背向零位补偿检测系统,检测系统设计的剩余波像差PV为0.024λ、RMS为0.007λ.利用此检测方法加工完成后的凸非球面的面形准确度优于λ/40.     

替代旋转非球面的GRIN透镜的理论分析

本文通过对轴向球面GRIN透镜的分析,导出了光线在透镜内部传输的一般方程利用等光程方法导出了轴向GRIN透镜与旋转非球面匀质透镜之间的等效条件。     

共轴球面光学系统的热象差分析

本文系统分析了径向均匀温度场中,热对共轴球面光学系统的影响,得到了初级位置热象差与初级倍率热象差的一般表达式.在此基础上得到了均匀温度场中薄透镜系统的热象差表示式,该热象差表示可以用来指导无热象差光学系统的设计.最后根据上述分析,讨论了几种简单系统的热效应与无热象差设计途径.     

两类折反射望远镜的研究

本文研究了两类折反射望远镜.第一类是由一块非球面反射镜和分别放置在它的前面和焦点前的两块非球面薄板组成的.第二类是由一块球面反射镜和一块非球面弯月形透镜组成的,这块弯月形透镜相当于一块球面的马克苏托夫(Maksutov)弯月形透镜加上一块施密特(Schmidt)非球面薄板.本文通过优化,得到了这两类折反射望远镜的一系列较佳结构,然后对大量的光线进行追迹,从追迹的结果研究了其性能.文中列出了这两类望远镜的像质和点图.     

宽束和细束电磁复合聚焦球面阴极透镜的象差理论

本文研究了对宽束和细束阴极透镜普遍适用的电磁复合聚焦球面阴极透镜的象差理论。在考虑物场和象场弯曲以及阴极面上磁场和横向电场不为零的情况下,导出了任意理想象面上的一级近轴横向象差和包括色象差在内的全部三级横向象差矩阵公式。所得的结果较为完整、普遍。本文详细讨论了宽束和细束阴极透镜的关系,并用轨迹法和变分法严格证明了:当考虑阴极面逸出电子具有一定的初能量和初角度分布,并采用准规范化电位表示的近轴轨迹方程来讨论系统的理想成象时,宽束和细束两类阴极透镜从象差理论以至导出的三级横向象差、象差系数表示式都可以统一起来。本文采用矢量描写轨迹,运用矩阵表示象差,形式简洁,象差系数积分收敛,适合于计算机计算。 关键词：     

无衍射贝塞尔光束非球面透镜设计

提出一种可产生无衍射贝塞尔光束的非球面透镜-贝塞尔透镜,该透镜由球面和非球面组成,呈旋转对称结构。利用光学设计软件ZEMAX通过光线追迹法对贝塞尔透镜进行设计,在设计和优化过程中,将出射光线与光轴的夹角作为边界条件,二次曲线参量和高次项系数作为变量。结果表明:利用标准二次曲线加上第一个高次项就可以得到比较理想的优化结果,设计的非球面贝塞尔透镜可以产生具有贝塞尔光束特性的无衍射光束。     

中心偏误差对非球面透射式光学系统像差的影响

透射式光学系统中透镜中心偏误差的存在,影响了光学系统的共轴性,从而产生了偏心像差,影响了成像质量.非球面透镜的应用可以减少光学系统的像差,越来越被广泛使用.为了研究非球面透镜和球面透镜的中心偏误差带来的系统偏心像差的差异,提出了一种最佳光轴拟合对光学系统中心偏误差分析的方法.结合塞德尔多项式,利用Zemax软件对系统加...     

光学系统的偏心与偏心象差

本文从球面光学系统的一般偏心定义出发,论述球面共轴光学系统有偏心时的成象特点。以波象差理论为基础,导出初级与二级偏心几何象差的表达式,给出初级偏心几何象差精度的分析式,对偏心几何象差产生的原因作了计算分析。     

折反式大视场星敏感器光学系统设计

讨论了由逆卡塞格林结构和补偿器构成的折反式星敏感器光学系统。该光学系统由一块球面反射镜、一块非球面反射镜以及由同种光学玻璃做成的两块球面透镜和一块非球面透镜组成。具有视场大、相对孔径大和易实现等优点。给出了该光学系统的设计指标和设计思想,并给出了由其初级像差公式确定初始结构参数的方法。经优化设计,得到了全视场为20°、入瞳直径为36.3mm、相对孔径为1∶1.2的光学系统。给出了它的成像质量评价。     

测量光学系统焦平面能量分布的一种方法

介绍了测量加工欠完善光学系统焦平面能量分布的“光线追迹”法。它类似于哈特曼方法,用该法测量了用于激光等离子体实验的非球面-球面透镜的焦斑大小及能量分布,为改进透镜加工及计算靶面上的能量密度提供了依据。     

聚光镜型大口径菲涅耳透镜的设计理论和研制

为研制大口径聚光镜型菲涅耳透镜,本文建立了一套较完整的设计和分析理论。文中根据几何光学等光程完善成象的原理和象差理论,指出简化成聚光镜型菲涅耳透镜的原型透镜为非球面平凸透镜。本文在推导出两种类型的菲涅耳透镜的计算公式后,从棱镜对光束的影响、比较两种透镜的集光效率和球差值的大小诸方面,对菲涅耳透镜的类型进行了最优化选择。为了确定该透镜的焦距、环距、通光口经等参数,本文讨论了效     

基于斜率非球面度的非球面最接近比较球面定义

为了准确表征非球面偏离球面的程度,并适用非球面检测技术,提出了采用斜率非球面来定义非球面最接近比较球面。分析了最小最大斜率非球面度相关与计算全息板的加工难度及非球面检测难度,并有利于减小激光束偏转法的测量误差。根据定义推导了最接近比较球面计算模型,分析了不同比较球面下的斜率非球面度分布、不同非球面的最接近比较球面位置、非球面参数对计算结果的影响及各种非球面度定义下的最接近比较球面。结果表明,不同非球面的最接近比较球面球心为非球面0.85～0.87口径法线与光轴的交点,从而优化了计算过程。定义求得的最接近比较球面不同于现有各种方法,是适应非球面检测需求的。     

菲涅尔透镜的线彗差及其在一步彩虹全息中的应用

本文叙述了菲涅尔透镜的一种新型象差——线彗差及这种象差的特性和其他象差的关系。薄平菲涅尔透镜是一步彩虹全息中较理想的成象透镜。     

傅里叶变换条纹相位分析法测量非球面镜

本文将傅里叶变换(FFT)条纹位相测量方法用于非球面镜的检测。叙述了波面位相偏差测量原理。提出用最小二乘拟合波象差代替计算全息图(CGH)补偿非球面波象差,并分析了测量误差。     

光学系统的偏心调整

根据共轴球面光学系统偏心与系统偏心象差的关系,论述了以光学系统偏心象差调整为手段进行系统偏心调整的可能性。     

折反式超短焦变焦投影镜头的设计

为了实现在短距离内投射出大视场、高清画面,降低超短焦投影的加工成本和装调难度,设计了一款不含非球面折射透镜的折反式超短焦变焦投影镜头。系统使用16.76mm(0.66in)DMD微透镜显示芯片,16片球面折射透镜和一片非球面反射镜,非球面反射镜能有效校正系统的畸变、抵消折射透镜组的场曲和像散。光学总长为250mm,投影距离是424～509mm,投射画面尺寸是2.286～2.794m(90～110in),视场角150°,投射比为0.21,水平、垂直TV畸变小于0.25%,相对照度大于90%,MTF在0.48lp/mm时大于0.5。样机测试结果显示各项指标满足系统设计要求,全玻璃透镜的设计易于加工和生产,有效降低超短焦投影系统的加工装配成本。     

比较球面和最大偏离量的计算

在二次非球面加工时,都先加工出一个球面,然后在这个球面基础上加工成所需要的非球面。这个球面就称做比较球面,该比较球面通过二次非球面的顶点和两边缘点,如图1所示。这个球面也称做最接近比较球面,在此球面的基础上加工二次非球面最省工时。最接近比较球面和二次非球面之间的偏差称做偏离量,显然在顶点和两边缘点的偏离量为零,而其它位置的偏离量随y不同而变化,其中偏离最大的