自由曲面镜片波前像差扩束-缩束拼接技术

为解决波前传感器检测自由曲面镜片时测量口径不匹配,在拼接检测方法中测量过程及数据处理较为繁琐等问题,提出了一种测量自由曲面镜片的方法.该方法在扩大单次测量光束直径后对自由曲面镜片波前像差进行检测,再由波前传感器接收缩小后的带有扩束测量区域波前信息的光束.设计光路测量得到4个直径扩大10倍后的子孔径波前像差,完成扩束子孔径的波前重构及拼接.为验证实验的可靠性,对测得的扩束子孔径进行波前重构后与哈特曼传感器生成的子孔径像差峰谷值进行比较,并观察扩束子孔径拼接波面的平整性.实验结果表明:该方法能有效增大小口径波前传感器的测量范围,提高检测效率,可以用于大口径镜片的波前像差检测上.     

渐进多焦点眼用镜片的主曲率差优化设计方法

阐述了渐进多焦点眼用镜片的矢高分布设计原理,提出了一种利用调节主曲率差对平均曲率影响进行渐进多焦点眼用镜片优化设计的方法。比较设计和实际加工镜片优化前后的效果,优化前后镜片有效视区球光度保持不变,优化后镜片渐进通道最窄处宽度增加了0.7mm,视近区有效视觉面积明显增大,最大散光度略有减小。结果表明,提出的主曲率差优化设计方法对渐进多焦点眼用镜片的设计加工有实用价值。     

渐进多焦点自由曲面镜片渐进通道优化设计

渐进多焦点镜片子午线光焦度分布设计直接影响镜片像散分布,是优化设计的核心之一。提出了一种基于累积分布函数的子午线光焦度分布方法;针对渐进通道宽度过窄的问题,对子午线光焦度分布下的不同轮廓线求解对应的矢高进行加权叠加,同时推导新的子午线光焦度分布函数以降低子午线光焦度变化率;仿真及加工了3片镜片。研究结果表明：采用累积分布函数能够设计出满足光学性能要求的渐进镜片;使用矢高叠加扩展了渐进通道的宽度,保持了像散梯度的平滑过渡,且将最大像散分布在镜片鼻翼两侧;新的子午线光焦度分布函数在拓宽渐进通道宽度下会存在像散梯度变化堆积问题,所以需要将光焦度分布和面型等因素结合考虑,并进行优化。本研究方法为渐进多焦点镜片的子午线光焦度优化设计提供了新的理论。     

内渐进多焦点镜片前表面光焦度匹配研究

研究内渐进多焦点镜片的前表面光焦度对该镜片的光焦度和散光的影响。设计出远用光焦度为2~10m-1,附加光焦度为2m-1的渐进表面数据,分别与1~10m-1的前表面光焦度匹配后输入Rotlex自由曲面检测仪转化为理论光焦度和散光度并进行统计分析。结果表明:在内渐进多焦点镜片的前表面光焦度匹配图中,存在扁椭圆区域,在该区域内匹配的内渐进多焦点镜片的远用区和近用区视觉清晰范围最大,且最大散光不大于附加光焦度。对于远用光焦度为非负的内渐进多焦点镜片,子午线上光焦度会随着前表面光焦度的增大而偏大。远用区为较大的正光焦度时,远用区和近用区清晰视觉范围明显较小。     

哈特曼法检测渐进多焦点镜片

介绍了哈特曼法检测眼镜片的测量原理及对远轴光线的屈光度补偿,采用哈特曼法对渐进多焦点镜片进行检测。提出了实验总体方案并得到CCD采样图,通过后续图像处理,理论上可以得到镜片的屈光度分布图。结果表明,哈特曼法检测渐进多焦点镜片结构简单,方便可行。     

一种用于渐进多焦点镜片的检测装置

渐进多焦点镜片可为佩戴者提供自远点到近点全程、连续的清晰视觉。检测仪器由光源、聚焦镜、CCD、镜片夹具和转动装置等构成,用于检测渐变镜片视远区、视近区、渐变区的度数变化。提出了仪器装置的总体设计方案,通过CCD采集图像,经过后续处理可以得到镜片的屈光度分布图。结果表明,该仪器操作方便可行。     

内渐进多焦点镜片的加工

介绍了加工内渐进多焦点镜片的自由曲面数控机床的基本结构及工作原理,开展了机床的加工工艺实验,用以改善内渐进多焦点镜片的光学性能。实验结果表明,车削阶段影响表面粗糙度的两个主要因素是镜片材料和切削速度;得到了抛光效果良好的两个抛光参数:抛光时间是50s—100s,抛光气压是0.03 MPa—0.06 MPa;不同材料的镜片车削后表面粗糙度不同,抛光后表面粗糙度基本相同。     

渐进多焦点镜片的逐点定向曲率补偿优化设计

提出一种利用逐点定向曲率补偿法对渐进多焦点镜片初始模型进行整体优化以减小周边散光区（俗称盲区）的优化设计方法。推导出自由曲面任意方向法曲率的计算公式、确定主曲率和主方向的方法,求出镜片初始模型上各点的曲率差和最大曲率方向、最小曲率方向,通过迭加由不同曲率、不同轴向微小柱面构成的自由曲面,来实现逐点定向曲率补偿,使镜片各点的曲率差适当减小,从而减小散光。给出具体优化步骤和一个优化设计实例,并进行实际加工制作与检测。对比优化前后的光焦度和散光度的面形分布图。结果表明,逐点定向曲率补偿法能有效减小渐进多焦点镜片初始模型的最大散光并明显扩大视远区清晰视觉范围。     

光学玻璃渐进多焦点镜片的制法工艺研究

为满足特殊的成像要求,渐进多焦点镜片表面需要使用非旋转对称非球面,采用传统的加工方法很难实现。通过对该产品制法核心关键技术进行探讨,提出了一种新型的渐进多焦点镜片的制备工艺——下沉成型法。该技术可对光学玻璃双焦镜片进行升级,有利于促进光学玻璃在眼镜业的发展。     

基于遗传算法的渐进多焦点镜片子午线优化设计

根据遗传算法不依赖于具体优化目标且稳健性强的特点,提出运用遗传算法来寻找渐进多焦点眼镜片最优子午线的设计方案。基于子午线平滑方程,用二进制字符串(染色体)表示渐进多焦点眼用镜片子午线曲率变化曲线多项式系数。运用罚函数法和线性加权法将渐进多焦点镜片的光焦度和散光度多目标规划化成单目标函数。根据目标函数进行选择、交叉和变异,产生新一代染色体种群,循环搜索渐进多焦点镜片子午线最优系数。最后通过两个优化实例并加工成镜片样品进行测试分析,结果表明设计结果与实际测试结果基本相符。     

基于矢量波像差理论的两反光学系统装调研究

 为了实现对两反光学系统的精密装调,提出一种基于矢量波像差理论和波像差检测技术对失调量精确求解的装调方法。使用矢量波像差理论,将已设计的两反光学系统参数、失调量和失调光学系统的波像差之间建立方程;然后通过干涉测量法得到某一个视场的干涉图,利用条纹分析软件得到表征失调系统三阶彗差和三阶像散的泽尼克项系数,将泽尼克项系数代入方程从而求解出失调量。运用此方法对4 m口径RITCHEY-CHR-TIEN结构的天文望远镜进行模拟装调,最终求解的失调量与引入的失调量结果相互吻合,说明该装调方法正确。     

基于哈德曼-夏克传感器测量眼镜片像差的方法

哈德曼-夏克传感器(Hartmann-Shack Sensor,HSS)是一种测量波前像差的仪器。提出了一种利用4F系统实现光瞳衔接,与哈德曼-夏克传感器相结合测量眼镜片的光焦度和像差分布情况的方法。阐述了该系统的工作原理,研究了哈德曼-夏克传感器所得到的检测值与实际被测光学系统的光焦度与像差之间的转换关系。考虑到人眼实际观察不同方向物体时视轴是在不断变化的,采用多光轴测量眼镜片的方法。实现了利用哈德曼-夏克传感器对于眼镜片的光焦度和像差进行精密测量。     

Glass homogeneity effect on wavefront aberration in lithography projection lens

Analysis of glass homogeneity To improve analysis accuracy, using the attaching interferometric we establish the three-dimensional data model neglects body distribution. gradient index （GRIN） model of glass index by analyzing fused silica homogeneity distribution in two perpendicular measurement directions. Using the GRIN model, a lithography projection lens with a numerical aperture of 0.75 is analyzed. Root mean square wavefront aberration deteriorates from 0.9 to 9.65 nm and then improves to 5.9 nm after clocking.     

基于整形光路的低阶像差校正方法

为满足激光束对远处目标辐照强度的要求,减小热效应对输出光束性能的影响,提出了一种基于整形光路的高能激光低阶像差校正方法。该方法根据波前探测器测到的光束波前畸变,利用激光器整形光路固有的光学元件和调整机构,通过高精密电动平移台和快反镜的快速动作,动态调整各镜片的间距,实时校正激光束的低阶像差,使输出光束恢复至平行出射,从而显著减小激光束的热漂移和热畸变,有效避免了长时间出光时光束的持续发散,极大改善了输出光束性能。试验结果表明,该方法具有校正量大、控制方便、结构紧凑等优点,能够很好地改善激光器输出光束质量,显著提高激光束远场作用效果。     

基于整形光路的低阶像差校正方法

为满足激光束对远处目标辐照强度的要求,减小热效应对输出光束性能的影响,提出了一种基于整形光路的高能激光低阶像差校正方法。该方法根据波前探测器测到的光束波前畸变,利用激光器整形光路固有的光学元件和调整机构,通过高精密电动平移台和快反镜的快速动作,动态调整各镜片的间距,实时校正激光束的低阶像差,使输出光束恢复至平行出射,从而显著减小激光束的热漂移和热畸变,有效避免了长时间出光时光束的持续发散,极大改善了输出光束性能。试验结果表明,该方法具有校正量大、控制方便、结构紧凑等优点,能够很好地改善激光器输出光束质量,显著提高激光束远场作用效果。     

Individual eye model based on wavefront aberration

Based on the widely used Gullstrand-Le Grand eye model, the individual human eye model has been established here, which has individual corneal data, anterior chamber depth and the eyeball depth. Furthermore, the foremost thing is that the wavefront aberration calculated from the individual eye model is equal to the eye's wavefront aberration measured with the Hartmann-shack wavefront sensor. There are four main steps to build the model. Firstly, the corneal topography instrument was used to measure the corneal surfaces and depth. And in order to input cornea into the optical model, high-order aspheric surface-Zernike Fringe Sag surface was chosen to fit the corneal surfaces. Secondly, the Hartmann-shack wavefront sensor, which can offer the Zernike polynomials to describe the wavefront aberration, was built to measure the wavefront aberration of the eye. Thirdly, the eye's axial lengths among every part were measured with A-ultrasonic technology. Then the data were input into the optical design software–ZEMAX and the crystalline lens's shapes were optimized with the aberration as the merit function. The individual eye model, which has the same wavefront aberrations with the real eye, is established.     

基于背景纹影波前传感技术的气动光学波前重构与校正

背景纹影波前传感(backgroud oriented schlieren based wavefront sensing, BOS-WS) 是利用背景纹影技术测量光学波前二维分布的新型实验手段, 可定量测量光线通过干扰场后产生的光学畸变并给出光程差. 为了利用BOS-WS技术获得光线因气动光学效应产生的畸变信息, 并通过已知畸变信息还原原始图像, 进而探索一种新型的超声速成像制导方法, 本文通过理论分析, 验证了利用背景纹影技术测量光学波前的方法, 探索了利用已知波前信息预测畸变位移场以及利用已知位移场进行波前重构的计算方法. 通过数值模拟比较了一阶梯形积分算法和Southwell方法在波前重构上的误差大小和结果合理性, 并通过误差分析证明了Southwell方法更加精确合理. 通过蜡烛火焰上方流场畸变实验和透镜对波前的扰动实验, 创造性地探索了利用已知光学光程差还原畸变位移场及用其校正畸变图像的方法, 并通过验证性实验证明了校正方法的有效性.     

Wavefront reconstruction algorithm for wavefront sensing based on binary aberration modes

We propose a new algorithm for wavefront sensing based on binary intensity modulation. The algorithm is based on the fact that a wavefront can be expended with a series of orthogonal and binary functions, the Walsh series. We use a spatial light modulator(SLM) to produce different binary-intensity-modulation patterns which are the simple linear transformation of the Walsh series. The optical fields under different binary-intensity-modulation patterns are detected with a photodiode.The relationships between the incident wavefront modulated with the patterns and their optical fields are built to determinate the coefficients of the Walsh series. More detailed and strict relationship equations are established with the algorithm by adding new modulation patterns according to the properties of the Walsh functions. An exact value can be acquired by solving the equations. Finally, with the help of phase unwrapping and smoothing, the wavefront can be reconstructed. The advantage of the algorithm is providing an analytical solution for the coefficients of the Walsh series to reconstruct the wavefront. The simulation experiments are presented and the effectiveness of the algorithm is demonstrated.     

Compensation of aberration distortions of wavefront of pulse laser beam by backscattering signal

The possibility of compensation of aberration distortions of the wavefront of a pulse laser beam by a signal of atmosphere backscattering is analyzed theoretically. The requirements to the transceiver parameters ensuring full compensation of the distortions are determined.     

基于波前像差的个性化人工晶体设计

在个性化人眼光学结构的基础上,运用ZEMAX软件的优化功能,设计了符合实际人眼光学特性的个性化人工晶体。该人工晶体不仅可以矫正离焦和像散,还引入了非球面可以矫正人眼的球差。文中将个性化人工晶体优化后得到的屈光度与经验公式计算得到的屈光度作了比较,在经验公式0.25D精确度的基础上有了提高,并直观地描述了个性化人工晶体植入前后人眼调制度和分辨率的变化情况。对样本人眼矫正后人眼分辨率最大变化由28 L/mm提高到118 L/mm,调制度由0.02提高至0.51。分析结果表明,个性化植入人工晶体的方法可以提高人眼矫正的精确度,不同人眼的波前特性不同,矫正效果也有相应的差异。