光学非球面透镜在一些光电仪器中的应用

使用非球面零件能大大简化光电仪器的系统，减小仪器的尺寸和重量，因而它得到越来越广泛的应用，介绍了光学非球面透镜在光盘机等光电仪器中的应用。说明了这些仪器中使用非球面透镜的原因，对透镜像质的要求，以及制造非球面透镜的材料。     

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。     

非球面液滴微透镜固化控制和焦斑测量研究

利用电场改变液滴透镜的面形得到非球面,并实时检测其面形和焦斑图像,在适当的时候用紫外光固化液滴制作具有良好光学性能的非球面微透镜.比较了非球面液滴微透镜在固化前后面形、焦斑的变化和对透镜性能的影响,讨论了液滴透镜在固化过程中变形的机理和相应的解决方法.用分辨率50 nm的光斑探针扫描仪精确测量了固化后的非球面微透镜的聚焦光斑,测得了光斑轴向分布曲线和均方根直径3.384μm的聚焦光斑,经图像处理计算了透镜的点扩散函数和光学传递函数,评价了所制作的非球面微透镜的聚光和成像能力,并给出了透镜的实际成像图像,对于完善高品质非球面微透镜及其阵列的制作工艺具有重要意义.     

环状光束通过像散透镜的变换特性

 基于Tovar提出的平顶多高斯光束模型,给出了环状光束模型。利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分理论,对环状光束通过像散透镜后的传输和聚焦特性进行计算和分析,并讨论了透镜像散对环状光束经透镜变换后对光束质量的影响。研究结果表明:环状光束通过像散透镜后变为非旋转对称光束;聚焦光强随着透镜像散系数的增大而逐渐减弱,聚焦光斑的方位仅由像散系数确定;在光束阶数和入射光波波长一定的情况下,环状光束通过像散透镜的变换特性和光束质量不仅与透镜像散系数有关,还与系统菲涅耳数有关,像散系数增大或菲涅耳数减小时,光束质量变差。     

像散厄米-高斯光束的对称化和相关问题的研究

 从比较两种对称化光学系统出发，使用三柱透镜对称化光学系统对像散厄米高斯光束作了详细分析，研究表明：对称化光学系统的作用是将像散光束变换为对称化实宗量光束；并消去xy耦合项。这样，当光束继续在自由空间传输时，能保持其形状不变。然而，有xy耦合项的对称化复光束却不具有这种传输不变性。     

用粒子群算法进行单个非球面透镜的球差校正

为设计出符合球差要求的单个非球面透镜,把粒子群算法应用到单个非球面透镜的球差校正中,构造相应的数学模型,并编程实现算法.设计关于非球面高次多项式的顶点曲率半径,高次多项式各项系数,透镜面之间的距离和玻璃折射率等光学系统结构参数的适应度函数,用这个函数作为评价函数,实现对球差的自动校正.给出用粒子群算法进行单个非球面透镜设计的实例,结果证明:粒子群算法用于非球面透镜的球差校正简单有效,能同时校正不同入射高处的球差,且容易发现一系列好的设计结果.从实际光学设计角度呈现使用这种方法进行单个非球面透镜的自动设计分析.     

双曲正弦-高斯光束的像散透镜聚焦性质与暗空心光束产生

基于广义惠更斯-菲涅耳衍射积分公式,推导了双曲正弦-高斯光束通过像散透镜聚焦的场分布解析表达式,并用数值计算研究了双曲正弦-高斯光束在像散透镜焦平面上或焦平面附近的光强分布与相位特性。理论分析与数值计算结果表明,选择适当的光束参数与像散透镜结构参数,可以使双曲正弦-高斯光束经像散透镜后转换为具有涡旋的暗空心光束,其拓扑荷指数为1。此外,还对影响场强度分布与相位分布的光束参数与透镜参数进行了分析讨论。特别地,透镜的像散是双曲正弦-高斯光束经像散透镜聚焦产生暗空心涡旋光束的关键控制因素,利用合适的像散透镜可获得相当长度的理想暗空心光管。     

电场作用下的变焦非球面液滴微透镜

提出了一种制作变焦非球面液滴微透镜并在线检测其光学性能的新方法。在实时进行光学检测的条件下,选择光固化材料,利用电场作用操控液滴透镜的面形实现变焦,在检测到较好的透镜面形和聚焦状态时,采用紫外光固化技术使液滴透镜固化,可制作具有良好光学成像和聚焦性能的非球面微透镜。研制了紫外光固化非球面液滴微透镜制作平台及在线检测系统,实验观察并讨论了液滴透镜面形和聚焦光斑随电场作用的变化规律,成功实现了液滴透镜的变焦,并获得了良好的非球面面形和聚焦光斑,证明了用此方法制作高成像性能的非球面微透镜的可行性。     

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。     

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。     

Third-order design of aspheric spectacle lenses

The theory of third-order aberrations for a system of rotationally symmetric aspheric thin lenses and relations for calculation of the shape of rotationally symmetric aspheric spectacle lenses with zero astigmatism are described. A comparison of aspheric and spherical spectacle lens design is presented. Possible applications of aspheric lens surfaces are proposed including the design of a spectacle lens with two types of primary aberrations corrected, an anastigmatic spectacle lens with minimum weight and a spectacle lens with the desired aesthetic shape. Our work performs a complex analysis of the third-order design of spectacle lenses considering not only astigmatism but all types of primary aberrations and their combinations.     

Influence of the refractive index and dispersion of spectacle lens on its imaging properties

The paper shows an influence of the refractive index and dispersion of the spectacle lens on its imaging properties. Relations are presented for calculation of radii of curvature of anastigmatic spectacle lenses and their chromatic aberration. Moreover, the formulas are derived for calculation of the change of astigmatism of spectacle lens due to dispersion of spectacle lens material.     

基于改进哈特曼法的眼镜片全孔径屈光度测量

自由曲面镜片的发展和普及,对现有的屈光度测量方法提出了挑战,也要求新的测量方法具有更高的精度以及更好的可靠性。因此,介绍了传统哈特曼检测法测量眼镜片屈光度的测量原理并提出了一种改进方法,对球面单焦点镜片和散光镜片进行仿真测量的屈光度误差均在1%以内。对改进方法与传统方法测量所得到的渐进多焦点自由曲面镜片屈光度分布图的分析结果表明,改进哈特曼检测法相比于传统哈特曼检测法具有测量范围大,精度高的特点,能够准确反映眼镜片的屈光度分布特征。     

一种无损检测眼镜镜片折射率的方法

提出了一种无损检测眼镜镜片基底折射率的方法。该方法通过测量眼镜镜片在可见光区域内的反射比数据,采用高斯牛顿迭代法拟合反射比曲线来检测镜片基底折射率,并用Cauchy模型分析了镜片折射率的色散现象。检测结果表明,镜片折射率的相对误差不超过2%,可基本满足对镜片折射率区间的判定。     

高次非球面眼镜片设计

提出了按照市场要求设计非球面眼镜镜片的方法。通过把相对畸变、光焦度、散光、减薄量作为优化函数和使用简单有效的高次回转对称非球面方程来描述面形,设计出了高次非球面眼镜片,设计出的非球面镜片的边缘减薄量接近0.4mm,相对畸变在0.2%以内,光焦度和散光分布均匀。结果表明,该镜片在满足成像要求的同时也满足了市场要求。     

基于加光曲线变换的渐进镜片设计方法

从眼镜片用顶焦度的定义出发,探讨了渐进加光镜片的原理和结构,介绍了子午线设计的原则和方法。选择镜片周边的加光曲线形式,通过在边界条件下对子午加光曲线做变换,确定镜片表面的屈光度分布,给出了基于加光曲线变换的设计方法。与传统方法相比,不仅在形式上统一了渐进加光镜片的屈光度分布,而且还为设计者提供了更自由灵活的选择。利用曲面微分几何原理获得镜片表面面型矢高,计算屈光度和像散分布。通过实例设计表明,此方法可以设计出所需渐进特征的加光镜片。     

渐进自由曲面镜片光学性能仿真方法研究

提出了一种渐进自由曲面镜片的光学性能仿真方法,能够在镜片的设计阶段对镜片的光焦度和散光分布进行仿真分析。采用双三次样条曲面拟合法,通过计算自由曲面镜片面型离散点数据局部点云拟合曲面的函数,得到曲面上各点的主曲率,进而得到渐进自由曲面镜片的光焦度和散光分布。结果显示仿真方法得到的镜片光焦度和散光分布图与基于莫尔偏折法原理的FFV软件仿真和实际加工得到镜片的测量结果相类似。     

渐进多焦点镜片波前像差的扩束测量方法

利用波前传感器测量自由曲面镜片时,由于自由曲面镜片的直径通常大于波前传感器的接收孔径,主要采用子孔径拼接技术测量镜片的波前像差。针对子孔径拼接技术测量中存在着操作繁琐、数据处理量大等问题,提出渐进多焦点镜片波前像差的扩束测量方法,得到渐进多焦点镜片中央直径为22 mm圆形区域内的波前像差。为了验证试验的可靠性,将测量得到的波前像差泽尼克表述中的离焦项转换为球镜度,与条纹偏折法测量得到镜片的球镜度进行对比实验,实验结果证明了渐进多焦点镜片波前像差的扩束测量方法可以用于渐进多焦点镜片波前像差的检测。     

Spectacle-type wearable display

A holographic spectacle-type wearable display (SWD) is proposed. In the proposal, partial coherent illumination and large-off axis hologram are applied to the optical layout in order to enhance resolution and simplify the optical system. The SWD bench model consists of six optical components, that is, LED light source, graded index (GI) lens, pinhole, hologram, substrate (spectacle glass), and test target. Here, the thickness of the spectacle glass fabricated is about 5 mm. The resolution of its reconstruction image on the bench model is measured by using a CCD camera. The MTF measured on SWD bench model is not less than 0.5 in spatial frequency 40 lp/mm, experimentally. Its value is enough resolution to display SXGA level. It is expected that the proposed optical system is useful as a wearable computer display unit.     

试论我国眼镜片屈光值的基准传递和测量

本文从镜度仪的光学设计原理和有关各国眼镜片的基准弯度,提出作为校正和检定镜度仪精度的基准屈光值镜片之内侧面弯度为-6 D。基准值镜片接触面曲率不同,会产生原理误差。本文还提出测试基准屈光值的方法和仪器,根据眼镜片内顶点屈光度的定义,在光具座上测定顶焦距l_f′的倒数值比直接测试要正确。