聚光镜非球面凸透镜的成批制造

大多数情况,制造要求高的现代化光学和光-电系统的仪器,均需采用非球面光学零件。同时,制造非球面零件的加工方法,特别是成批制造非球面零件的加工方法甚为局限。所以,现在无论是在国内,或是国外,都致力于研究成批制造非球面光学零件(其中也包括聚光透镜)的制作方法。此项研究工作在于成批制造椭圆形聚光镜轴对称凸透镜所用的设备、编制工艺     

组合非球面太阳能聚光镜的光学设计

提出了一种组合非球面反射型太阳能聚光镜并给出了设计方法。聚光镜由38片非球面组成,每一片非球面都由一组特定系数C,a₂,a₄,a₆,a₈,a₁₀的偶次非球面方程决定,是此特定非球面的一部分。根据非球面方程和光反射定律矢量形式,导出了非球面内壁上太阳反射光束的方向矢量与非球面系数C,a₂,a₄,a₆,a₈,a₁₀的关系,适当地选择这些非球面系数,即适当地调整非球面面型,可以使太阳反射光束具有特定的方向矢量,使入射到非球面内壁上的太阳光束反射后全部聚焦在某一特定的区域内,形成小的光斑。每组特定系数都用粒子群优化算法求得,并经计算机模拟和实验证明其聚焦效果。聚光镜的光束压缩比为330：1,其聚焦光斑可作为一种高温热源,而此聚光镜可以用在太阳能加热装置中。     

非球面聚光镜样板及模具线切割程序计算

<正> 加工非球面聚光镜样板和细磨模,过去一般用放大图在投影仪上检查,由钳工制作的办法。上述办法需要投影仪和较熟练的钳工,还要绘制精确的放大图,制作时需多次修改,比较麻烦。当然上述零件也可用坐标铣床加工。但我厂没有坐标铣床。所以我们采用了程序线切割的方法,这个方法虽增加了计算的工作量,但减少了加工的工作量。下面谈谈我们的计算过程。     

用机械法制造非球面

<正> 本文所谈的是中、高精度的非球面零件的成形技术。这对红外光谱仪、航空照相物镜、侦察装置、普通照相系统和夜视系统的一些光学系统的现代设计是需要的。和天文反射镜相比,这种零件的非球面度     

光学非球面反射镜轻量化制造技术

新一代的空间相机一般通过采用轻质大尺寸的非球面光学元件来提高系统的成像质量，以降低系统复杂性。而空间相机中的结构件主要是用来支撑和定位主镜，如果主镜制作得更轻，则系统的其它结构将会设计得更加轻巧。受此趋势影响，大口径非球面镜的轻量化问题成为一个研究热点。     

关于非球面制造技术的看法

列举了现代诸高科技领域对非球面光学系统的需求实例，如短波光学，空间光学，红外光学，微电子技术等。然后比较讨论了刀口阴影法与数字干涉检验的优缺点。在非球面修磨方法方面，首先肯定了计算机辅助加工是发展的方向，指出其主要优点在于“失误”造成的反复率大大降低。最后对非球面技术提出了总的看法，并对检测方法和修磨方法提出了几个研究课题。     

小非球面零件制造技术的最新进展

非球面零件在光学仪器小型化、集成化的发展中起着非常重要的作用。用模压成形方法生产小尺寸非球面透镜是最经济、重复性最好的方法。本文主要讨论了模压玻璃非球面透镜的材料选择、模具制造等问题。     

大型非球面反射镜的柔性光学制造技术

提出了柔性光学制造技术 (FOMT)的概念。介绍了计算机控制小工具抛光 (CCOS)和计算机控制应力盘(CCSL)抛光的技术特点 ;讨论了CCOS在抛光过程中的工艺技术优化方案 ;给出了应力盘变形的数学物理模型及在周边 12个驱动器的作用下应力盘全口径和 80 %口径范围内的变形仿真结果 ;研究了在全口径 φ5 0 0mm盘上的工程实现途径及应力盘与机床CNC的通讯关系以及抛光工艺研究 ;分析了CCOS、应力盘抛光和经典法抛光技术的综合运用 ;探讨了柔性光学制造技术发展的必然趋势。     

大口径轻质非球面反射镜制造技术研究

研制某卡塞格林光学系统的关键技术之一是通光口径超过1000mm的轻质抛物面主反射镜。该反射镜相对口径为1/2,减重率为65%,是目前国内最大口径的轻质非球面反射镜。成功地解决了大口径轻质镜坯的制造和大口径轻质非球面镜的加工与检测方面的难题。通过对高比刚度轻质镜的设计和进行CAD工程分析以及选用合理的光学材料,采用计算机控制的数控钻铣技术制造出了反射镜镜坯。在经典光学加工技术的基础上,摸索到了针对大口径轻质镜的支撑、加工与检测方面的技术。检测结果表明,该反射镜的研制达到了各项设计指标,其面形精度的均方根值RMS=0 029λ(λ=633nm)。     

热复制和非球面光学元件的制造

光学设计者越来越认识到非球面光学元件在缩小体积、减轻重量以及提高光学效率方面所显示出来的优点。然而,由于成本较高、生产较慢等条件的约束,非球面元件的使用是有限的。在过去的15年中,马萨诸塞州索斯布里奇(South—bridge)的美国光学(American Optical)研究机构研究了一     

双面菲涅耳聚光镜设计

为了减小光伏发电聚光系统的轴向尺寸,使聚光系统的厚度更薄、质量更轻,讨论设计了一种透射式双面菲涅耳聚光镜。通过设计,使光线在通过双面菲涅耳聚光镜的前表面环带后进入相应的后表面环带,减少了光能损失,使太阳能电池获得的能量密度更高。推导并给出了双面菲涅耳透镜的后表面环带设计公式。用光学设计软件Light Tools模拟了双面菲涅耳聚光镜的光学能力,并对模拟结果进行了分析评价。给出了一个口径为200 mm,焦距为120 mm,F数为0.6的双面菲涅耳聚光镜设计实例,在波段为380~760 nm,太阳张角为0.55°时,聚光系统的聚光效率达到85%,与相同口径相同焦距的传统菲涅耳透镜相比,聚光效率提高了21.1%。     

实现均匀照度光伏聚光镜设计

为满足聚光光伏系统的聚光需求,解决传统点聚焦式聚光光伏系统中聚焦光斑不均匀、径长比过大和聚光比较小的缺点,在不增加二次匀光器件的前提下,设计了径长比小、聚焦光斑相对均匀、聚光比高的聚光光伏系统。根据几何光学柯勒照明原理、等光程原理和反射定律,通过数值求解等光程方程组获得聚光镜各个面型的轮廓曲线。利用TracePro软件对所设计的聚光系统进行光线追迹模拟,结果表明:在聚光比为725的情况下,聚焦光斑最大照度仅为太阳照度的2300倍,是点聚焦情况下的1/10左右,系统的径长比为0.3,接收角为0.72°。系统设计实现了结构紧凑,聚光性能高的设计目标,为高倍聚光光伏系统的小型化,简单化提供了一种有效的解决途径。     

光学非球面元件非球面度计算方法

详细介绍光学非球面元件非球面度计算的牛顿迭代法、近似法、最小二乘法3种方法，并根据工程实践比较了3种方法的优缺点，得出了工程应用中的结论：近似法适用于一些相对孔径较小的非球面，否则误差会较大；牛顿迭代法的精度较高，但计算量大也最复杂，且不能直接得到最接近参考圆的圆心位置坐标；最小二乘法的计算方法简单，不涉及求导、积分、迭代，适合编写计算程序，且可直接得到最接近参考圆的圆心位置坐标。     

非球面目镜

由于孔径光栏（出瞳）在目镜光学系统的外面，所以光学系统的畸变矫正格外地困难。消除畸变的最佳方法是采用非球面。本文依据三级像差理论，对新颖的非球面广角目镜的光学系统设计作了描述，并给出设计的结果和数据。     

一种非标准椭球面聚光镜设计方法

为提高太阳模拟器聚光镜的有效聚光效率,提出一种基于椭球面二项展开式的非标准椭球面聚光镜,通过改变展开式的二次项系数控制聚光镜面形,提高聚光镜对氙灯光源离焦发光点的聚光效果,使第二焦面上的光能分布更为紧凑,从而提高系统的光能有效利用率.结合具体实例进行数值分析,并采用蒙特卡洛光线追迹方法模拟实际光照效果.分析结果表明,在...     

空间光学系统先进制造技术进展——从非球面到自由曲面

以中国科学院长春光学精密机械与物理研究所的相关研究成果为代表,系统总结了我国近十几年来在光学反射镜材料,非球面光学系统设计、加工与检测,空间相机集成与测试等方面取得的最新进展,结合典型在轨应用实例,展现技术进步带来的优势,同时也展望了光学系统先进制造技术的发展趋势。     

菲涅尔太阳能聚光镜的设计

讨论并设计了一种超薄的菲涅尔聚光镜,根据费玛原理设计出以非球面为截面的中心折射区域和T IR(内部全反射)棱镜为锯齿部分的折反区域,用ZEMAX软件优化得到最佳聚光态,并利用ZEMAX软件模拟出菲涅尔聚光镜聚光性及其能量分布,最终得到总厚度仅为30 mm的折反复合型菲涅尔聚光镜。实验结果表明:折反复合型菲涅尔聚光镜不仅能提高太阳能的利用率,同时也使会聚到光电池表面上的能量分布更均匀,复合式菲涅尔聚光镜的性能优于传统的菲涅尔聚光镜。     

太阳模拟器用自由曲面聚光镜设计

针对积分器入射面的辐照不均匀度高导致的太阳模拟器辐照均匀性较差的问题,设计了一种自由曲面聚光镜。基于点光源模型,根据能量守恒定律和非成像光学中的边光理论,建立光源出射角度与目标面对应点的映射关系;依据菲涅耳定律结合映射关系推导出微分方程,通过龙格-库塔法求解微分方程,计算出离散点数据;拟合离散点数据得到自由曲面聚光镜的母线,旋转母线获得自由曲面聚光镜的初始结构。使用贝塞尔曲线表征自由曲面母线,利用模拟退火算法对引入扩展光源的自由曲面进行反馈优化,从而得到连续的自由曲面面形。采用LightTools软件仿真太阳模拟器光学系统,结果表明：自由曲面聚光镜的辐照均匀性较椭球聚光镜的辐照均匀性显著提升,辐照面?50 mm内辐照不均匀度优于±0.32%,辐照面?100 mm内辐照不均匀度优于±0.53%;通过误差仿真分析,依据现有自由曲面加工与检测水平,验证了所设计自由曲面聚光镜加工、检测与装调的可行性。     

弱光探测器中复合抛物面聚光镜

基于非成像光学的原理,设计并研制了一种用于弱光探测器的复合抛物面聚光镜.提出基于遗传算法的优化设计聚光镜电子光学系统的新方法,将探测器阳极对光电子的接收率作为遗传进化的目标函数,把复合抛物面聚光镜系统的几何结构参量和电参量作为优化设计的搜索变量,通过控制遗传算法的遗传进化方向,进行全局优化调整.仿真实验结果表明,优化后的聚光镜在会聚光线的同时可以对光电子实现有效的会聚.当入射角为30°时,光透过率高于75%,电子收集率为100%,可以满足具有反射式光电阴极和大探测面积的弱光探测器要求.     

凸非球面加工

凸非球面加工一直是很困难的。本文从三级像差理论出发,对以前凸非球面加工方法作一简单描述,对目前采用新方法进行详细的讨论,并给出加工凸非球面的实例。