基于自由曲面反射镜的低投射比超短焦投影物镜的光学设计

为了设计低投射比的超短焦投影物镜,本文采用自由曲面和折反式的光路结构设计了一种具有低投射比的超短焦投影物镜系统。该物镜由一个旋转对称的折射透镜组和一个自由曲面反射镜组成。采用11.938 mm的数字微镜器件(DMD)作为空间光调制器产生图像源。采用法线加权迭代优化的方法计算自由曲面。最后,分析了系统的性能。仿真结果表明:超短焦投影物镜可在580 mm的投影距离处实现3048 mm尺寸的大屏幕投影,系统的投射比低至0.19,系统的最大畸变小于0.72%。能够满足低投射比超短焦投影物镜的设计要求。该投影系统具有低投射比、低畸变、投影效果好等优点,可为超短焦投影系统的进一步发展提供有益参考。     

标准镜的高精度柔性支撑镜框的优化设计

为了实现干涉仪标准镜中光学元件的高精度定位,设计了一种柔性支撑镜框,研究了该结构的力学模型、结构参数、定位精度和透镜变形。首先,根据材料力学原理将柔性镜框等效为一个弹簧系统;根据力学方程和几何关系,建立了透镜中心位置与柔性结构的挠度之间的二元方程。然后,分析了安装位置、温度、结构参数对透镜位置以及作用力的影响。最后,应...     

标准镜的高精度柔性支撑镜框的优化设计

为了实现干涉仪标准镜中光学元件的高精度定位,设计了一种柔性支撑镜框,研究了该结构的力学模型、结构参数、定位精度和透镜变形。首先,根据材料力学原理将柔性镜框等效为一个弹簧系统;根据力学方程和几何关系,建立了透镜中心位置与柔性结构的挠度之间的二元方程。然后,分析了安装位置、温度、结构参数对透镜位置以及作用力的影响。最后,应用有限元仿真分析了所设计结构的力学性能,并进行对比验证。结果表明,数值仿真分析的结果与有限元仿真结果基本相同,柔性镜框的柔性结构厚度最优值为1.5 mm。该设计方案完全满足干涉仪标准镜对镜框在定位精度、稳定性方面的要求。     

一类具有Markov性质的混沌系统的构造

本文构造了一类具有Markov性质的分段扩张线性映射, 计算表明其具有正的李雅普诺夫指数. 通过理论分析, 证明了其极限分布是均匀分布, 并给出了其最小周期的计算公式. 通过分析符号熵测度应用于此系统时的具体涵义, 指出该系统的复杂度与系统的最小周期之间存在着矛盾关系, 说明了此系统具有可控的复杂度并给出了其复杂度随系统参数变化时的理论极限公式. 通过统计测试和复杂度测试表明, 此系统产生的混沌序列服从均匀分布, 而通过参数的调整该系统的符号熵可以接近其理论极限, 而与Logistic映射和斜帐篷映射的基于近似熵和符号熵的对比实验可知, 本文所提系统具有更高的复杂度, 并有更长的最小周期. 这表明此系统比较适合用于构造保密通信系统. 关键词： 混沌 Markov性质 复杂度 均匀分布     

超短焦投影系统中自由曲面的多视场优化迭代 设计方法

为解决超短焦投影系统中自由曲面反射镜的设计难题,提出一种适用于大视场成像光学系统的自由曲面设计方法,即多视场优化迭代法.该方法以一个反射平面作为设计起始面,基于多视场下物像的对应关系,并根据反射面的法线方向,通过加权优化迭代计算得到自由曲面反射面的形貌.采用基于该方法得到的自由曲面优化设计了一种折反式超短焦投影物镜,可将0.65inch的数字微镜器件芯片在230mm投影距离处放大为100inch的投影画面.物镜的调制传递函数在0.43lp/mm处优于0.4,最大畸变优于1%.该方法简单易行,可为大视场成像系统中自由曲面的设计提供有益参考.     

快速傅里叶变换与泽尼克模式拟合的条纹投影面形恢复算法

 针对条纹投影偏折法中需要多次迭代进行面形恢复,提出一种结合快速傅里叶变换（FFT）算法与泽尼克（Zernike）模式拟合的算法（FFT-尼克）。数值仿真结果表明,直接使用泽尼克模式拟合,需要迭代15次,用时1 min以上,而使用FFT-尼克算法,迭代5次已收敛到理想精度。在保证计算精度在纳米量级的情况下,计算时间也缩短了近2/3。     

大口径光学元件重力变形补偿的设计分析

根据弹性板壳理论,建立了大口径光学元件的几种理论模型.提出了一种补偿大口径光学元件重力变形的方法,该方法通过在透镜镜框边缘施加作用力,使透镜产生与重力变形反向的挠性变形,抵消重力变形的影响.建立了带镜框的大口径透镜的分析模型,证明了通过优化施加力的大小和支撑点位置使透镜产生挠性变形的方法能有效消除重力变形的影响.     

旋转支撑法去除元件面形测量的夹持误差

为实现对光学元件的高精度面形测量,建立了一种旋转支撑结构的高精度测量方法。对该方法的理论原理、数值仿真和误差分析等进行了研究。首先根据元件夹持工况仿真分析了支撑变形的特性。接着用泽尼克多项式拟合波面,建立了旋转支撑法的理论模型,并推导出光学元件去除支撑影响后的面形公式。用仿真分析的方式验证了理论模型,对计算的面形结果与理论面形进行了比较分析。最后,分析了影响旋转支撑法测量精度的误差项。仿真分析结果表明,通过两次旋转支撑结构的方式,可以有效地去除元件支撑造成的面形误差,计算值与真实值之间的误差为支撑误差的泽尼克多项式的高阶对称项,满足元件面形的高精度检测要求。     

迭代最小二乘法用于非线性移相器的标定

针对移相干涉仪中移相器的非线性会影响测量结果准确性的问题,提出了一种基于迭代最小二乘拟合的标定干涉仪移相器的新方法。对移相器加电压并采集若干幅干涉图后,通过在帧间和帧内迭代开展最小二乘拟合可计算出干涉图间移相值,从而得出了电压值与移相值的对应关系曲线,通过对曲线作非线性拟合并对电压值进行精密调整,完成移相器的精确标定。在改造后的干涉仪上对此标定方法进行验证,与Zygo干涉仪相比,相同元件下两者测量结果之差的RMS值为1.726 nm。该标定方法可以降低高精度面形测量干涉仪对移相器线性度的要求。     

环形子孔径拼接检测中机械误差的分离

为减少环形子孔径拼接干涉检测中机械误差对检测结果造成的影响,分析环形子孔径拼接过程中机械误差作用分量的表现形式,提出了分离机械误差的全局优化的环形子孔径拼接方法。分析根据波像差理论建立的机械误差分离数学模型,然后将其应用于避免误差传递和累积的全局优化的拼接方法中,并提出利用光线追迹的方法在拼接之前除去理想非球面波前与参考球面波前的差别。应用分离机械误差的拼接方法对口径为75mm、顶点曲率半径为100 mm的抛物面面形进行检测,得到的面形峰谷值误差为0.05,均方根值误差为0.003,验证了该拼接方法可有效分离环形子孔径拼接中的机械误差。