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。     

非球面零检验的反射式Offner补偿器设计

根据三级像差理论，推导反射式Offner补偿器在检验光路中的初始结构参数计算公式，讨论计算机最佳化设计方法，并给出设计实例。     

高次非球面度的计算方法

简要分析过去沿用的二次曲面和高次非球面的非球面度计算公式存在的缺陷,介绍一种计算非球面度的波像差法,推导计算公式,并给出计算实例。该方法适于计算机编程,可用于任意次非球面度的精确计算。     

采用非球面光学塑料物镜消除平视取景器畸变

定性分析影响取景器畸变的因素和物镜非球面参数与畸变的关系,并通过一个具体实例介绍消畸变非球面取景器物镜的设计方法。     

非球面干涉仪零检验的补偿器设计

根据三级像差理论推导非球面干涉仪零检验的单透镜补透器在几种检验光路中的初始结构参数计算公式，讨论最佳化设计方法，并给出设计实例。     

无光焦度校正器和单一反射镜组成的光学系统

从三级像差理论出发分析了由两透镜无光焦度校正器和单一反射镜组成的光学系统，讨论两透镜无光焦度校正器放置在单一反射镜前和后组成的光学系统的各种消像差条件。并给出求解两透镜无光焦度校正器参量的计算公式。     

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软件对系统加入失调参量,引出相同中心偏误差对球面和非球面系统像差影响的差异。研究结果表明,非球面透镜的中心偏误差引起的光学系统像差较大。相较于球面透镜,在非球面透镜的加工制造过程中,要更加严格地控制其中心偏误差。     

非球面数字波面检测技术

提出了一种快速检测浅度非球面（非球面度小于0.01 mm）的方法,该方法无需补偿器或其他辅助光学元件进行零位补偿。用移相干涉仪直接测量正轴或离轴的浅度凹非球面,剔除平移、倾斜、失焦等调整误差后,得到实际被测镜面的面形分布数据;根据正轴或离轴的浅度凹非球面矢高方程计算理想非球面的面形分布数据,得到理论波面数据,用实测的面形分布数据减去理论的面形分布数据即可得到被检非球面的剩余波像差,即面形误差。利用该方法测量了一口径为135 mm的双曲面,并用零位补偿法加以验证。两种方法的检测结果精度相当,说明数字波面法可实际应用于正轴或离轴的浅度凹非球面的检测。     

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。     

透镜补偿检验的研究与分析

为了方便透镜补偿器的设计,从三级像差理论出发,推导出了求解透镜补偿检验二次曲面的初始结构参量之间关系的数学表达式.通过分析发现这些公式不仅包括了前人提出的补偿检验二次曲面的方法,也包括了以前没有提出过的方法.这些透镜补偿器既可以检验二次曲面,又可以检验高次曲面.用所提出的方法设计了一套补偿器,结果显示,当轴上波差1/108个波长,轴外波差1/13个波长时,该补偿器完全能够应用于实际中.     

无光焦度补偿组与次镜重合的双反射系统设计

叙述无光焦度补偿组与次镜重合时的全球面双反射系统的设计,给出利用PW法求解初始结构的基本理论,阐述应用无光焦度补偿组来平衡球面反射系统像差的方法。通过改变遮拦比K和焦点伸出量进行光线追迹,选择出该类系统K和的最佳组合。给出设计实例:系统工作波段=450 nm～700 nm、焦距f=1 600 mm、相对孔径A=1/8、视场角=05,遮拦比K＝0.35、焦点伸出量＝0.1,系统优化后的球差系数 SⅠ=-0.001 207,彗差系数SⅡ=0.000 192,波像差W=0.043 27。     

用双计算全息图检测凹非球面

为实现对凹非球面的高精度检测,提出并设计了一种二元纯相位型双计算全息图.设计的双计算全息图由主全息和对准全息两部分组成,分别用于检测非球面和精确定位主全息.介绍了双计算全息图的工作原理及其设计方法,并给出了一个检测Φ140、F/2抛物面反射镜的双计算全息图设计实例,实验得到的均方根(RMS)误差为0.062λ.通过分析对准全息的误差,推导出主全息的条纹位置畸变误差,最后计算出其综合误差为0.06A.为验证实验结果的可靠性,将其与平面镜自准直检测结果(ERMS=0.062A)比较,结果二者吻合良好.     

用计算全息法检测大口径凸非球面的研究

针对大口径的凸非球面零件使用特殊材料(如采用碳化硅)时无法用传统的背部检验方法的难题，初步研究了计算全息法检测凸非球面的原理和方法。所研究的凸曲面为一扁球面，口径为100mm，通过设计得出了相应的结果，实现了新型光学元件——二元光学面在凸曲面检验中的应用。     

一种新的旋转非球面光路追迹公式

本文通过引入一组孔径带参量,导出了一种新的旋转非球面光路追迹公式,并且得出了一般的物象关系公式。     

反射镜补偿检验

在光学加工中,反射镜可以很好地补偿待检镜,解决加工中的一些难题。通过三级像差理论求解反射镜补偿检验二次曲面的初始结构参量,令球差系数∑S1=0,补偿镜e21可选择球面或椭球面,推导出补偿镜和待检镜之间关系的表示式e。21=0、0.1、0.2、0.3、0.4,按公式画出e22/α~β,αr02/r01~β的曲线图,从中确定β∝α,e21,e22,r01,r02,d12的对应关系,解出补偿检验的初始结构参量,分析补偿镜放置待检镜曲率中心前α>0,α>1和后α<0、β≥0,β≤0对应待检镜的e22各种求解。分析看出:这包括了补偿检验的全部功能,对凸和凹的二次曲面都可以进行补偿检验,其中有以前提出的解,也有以前没有发现的解,对补偿检验的全面分析是非常有益的。     

有限距离的凸非球面的透镜补偿检验方法

在用刀口检验凸双曲面反射镜时,一般采用传统的Hindle球检测法,但是在许多仪器中,需要曲面反射镜全口径使用,因此,Hindle球检测法是不合适的。此外,在很多情况下,刀口到待检非球面的距离很长,从而降低了刀口检验精度。为了解决这些问题,结合口径Φ=120mm的凸双曲面的检测,在分析了传统检验方法的基础上,提出了有限距离球面波入射的凸非球面透射补偿检验方法。从设计结果上看,它缩短了刀口到待检非球面的距离,获得高精度补偿。实践表明,这种方法不仅能够提高加工效率,而且提高了加工精度,实际加工完成后,这块凸双曲面的RMS值达到了λ/60。     

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.