CCD摄像机大视场光学镜头的设计

为提高CCD摄像机的成像质量，同时使镜头结构紧凑、小型化，在大视场光学镜头的设计中，引入标准二次曲面和偶次非球面。根据初级像差理论，分析了非球面的位置、初始结构参数的求解规律。通过理论计算和ZEMAX光学设计软件的优化，给出工作波长为0.4～0.7μm、全视场角为80°，相对孔径为1∶1.5的镜头设计实例。该镜头由7块镜片组成，包括一个标准二次曲面和两个8次方非球面；在40lp/mm空间频率处的MTF值超过0.85，全视场畸变小于3％，像质优良     

衍射极限非球面准直透镜

介绍了一种新的非球面透镜设计方法。通过非球面方程中二次曲面常数和非球面系数对光学系统像差的贡献来设计非球面透镜,并详细分析了非球面设计过程。设计了数值孔径NA=0.37, 纤芯Φ=600μm的大光束光纤耦合半导体激光器的非球面准直透镜,其焦距f=50mm。从像质评定可以看出, 非球面准直镜几乎接近衍射极限, 整个系统的波像差小于0.3λ。实验表明： 采用非球面准直系统能最大限度地利用光能率和提高光束准直性, 证明了设计方法基本正确。     

光学工艺 光学加工工艺与设备

TQ171．65 2005032360 利用计算机辅助装调检测矩形大口径离轴非球面的方法 研究=Study on testing methods of large-aperture rectangle off-axis aspherical surface with computer aided alignment [刊,中]／杨晓飞(中科院长春光机所．吉林,长春 (130022)),韩昌元∥光学技术．-2004,30(5)．-532-534 通过非球面的零位补偿法,完成了对矩形大口径离轴 非球面镜的检测。先用光学设计软件Zemax从理论上分     

基于非球面镜的激光能量均匀化设计

针对激光光束的能量均匀化研究，先后出现了多种方法，基于“不等步长采样”原理设计了包含非球面镜的光学系统。首先从理论上分析了其可行性，然后对实际激光光束进行了能量均匀化的设计。模拟分析结果表明，出射光束发散度小于0．02°，照度均匀度达92．9％，证明了此方法的可行性。     

郎奇法检测大口径光学非球面镜

提出了一种用朗奇法定量检测大口径非球面的新技术。主要以大口径非球面镜的加工表面为研究对象,设计了大口径非球面检测系统,该系统由CCD摄像机、He-Ne激光器、郎奇光栅、微型计算机等组成。并利用大口径非球面检测系统对一个顶点曲率半径为1638．69mm,被测曲面半通光口径为315mm的光学元件的面形进行了实际测量,给出了光学元件标准偏差和峰谷值测量结果。最后对测量结果进行了讨论。研究结果表明：基于郎奇法的几何原理,利用CCD摄像系统定量检测大口径非球面的方法具有较高的精度。     

矩形口径离轴非球面镜的加工与检测

介绍了240mm×180mm矩形口径离轴双曲面反射镜的加工与检测。提出了一种通过配块把矩形镜拼接成母镜来实现离轴镜加工的方法。完成了最佳比较球面和最大非球面度等工艺参数的计算。抛光阶段的非球面检测采用零位补偿法,其中零位补偿器是补偿检验中的关键元件。该离轴双曲面镜的最终面形RMS达到了0.02λ,满足了设计要求。     

特大非球面度离轴非球面补偿器结构设计与装调

针对快焦比特大非球面度离轴非球面反射镜,设计了3片式Offner补偿器。为应对3片式补偿器对中心偏差及镜间隔严格的公差要求,设计了相应的补偿器镜筒结构。该结构使透镜中心倾斜及平移调整相分离,实现补偿器的高精度装调。根据中心偏差测量仪的测量结果,2片补偿镜之间倾斜误差4.4″,平移误差3.5 μm, 镜间隔误差3.8 μm;补偿镜组与场镜之间倾斜误差5.3″,平移误差4.2 μm, 镜间隔误差7.2 μm,满足检测使用要求。利用该补偿器及4D动态干涉仪对精抛光阶段的离轴非球面进行检测,面形结果PVq值达到0.135λ,RMS值达到0.019 5λ,优于设计要求。     

基于非球面基底的红外谐衍射元件设计

根据谐衍射透镜的特点以及非球面校正像差的独特性能,将谐衍射面制作在非球面基底上制成单透镜,该单透镜应用于红外系统中,能够在两个波段1．8～2．4μm和3．4～4．8μm内同时较好地校正系统的色差,有效地校正此单片镜系统的像差,在设计波段内大幅度提高了衍射效率,成像质量接近衍射极限。     

第Ⅰ类两态叠加多模叠加态光场的非线性高阶压缩特性研究

本文在文献２０的基础上进一步提出了多模辐射场的Ｎ－Ｙ最小测不准态、Ｎ－Ｈ最小测不准态、Ｎ－Ｙ压缩最小测不准态以及Ｎ－Ｈ压缩最小测不准态等的定义．构造了由多模（ｑ模）相干态｜｛Ｚｊ｝＞ｑ及其相反态｜｛－Ｚｊ｝＞ｑ的线性叠加所组成的第Ⅰ类两态叠加多模叠加态光场｜ψ（２）１＞ｑ，利用文献２０新近提出的有关多模辐射场的两种非线性高阶压缩的定义，首次对态｜ψ（２）１＞ｑ的Ｎ次方Ｙ压缩及Ｎ次方Ｈ压缩效应进行了详细研究．结果表明，１）当Ｎ为偶数时，态｜ψ（２）１＞ｑ恒处于Ｎ－Ｙ最小测不准态；当Ｎ为奇数时，态｜ψ（２）１＞ｑ在一定条件下可呈现出周期性变化的、任意阶的Ｎ次方Ｙ压缩效应．２）当ｑ·Ｎ为偶数时，态｜ψ（２）１＞ｑ恒处于Ｎ－Ｈ最小测不准态；当ｑ·Ｎ为奇数时，在另外的条件下，态｜ψ（２）１＞ｑ则可呈现出周期性变化的、任意阶的Ｎ次方Ｈ压缩效应．３）Ｎ次方Ｙ压缩及Ｎ次方Ｈ压缩效应的压缩深度与腔模总数ｑ、压缩参数Ｒｊ以及压缩阶数Ｎ等非线性相关，后者与上述参量的非线性关联程度要比前者的更强．     

磨制非球面镜的专用夹具——托镜盘

本文介绍了磨制各类非球面镜的夹具——托镜盘的设计要求及种类,并阐述了托镜盘在使用中常见的故障及其排除方法。     

Automatic design of a one-to-many optical-interconnects lens system using aspherics

Use of an aspherical surface in the design of a lens system for one-to-many optical-interconnects (OTM-OI), composed of a doublet lens and a gradient-index (GRIN) lens array has been investigated. Applying the procedure of ALSIE (Automatic Lens design by Solving InEqualities), the off-axis lens systems, which feature the optical performance of the OTM-OI lens system, are optimized at 0.1 numerical aperture with a total field of view of 2°. Three aspherical designs with the aspherical surface for different surfaces are presented. The aspherical designs show preferable modulation transfer function (MTF) for high frequency as compared with the spherical design.     

自由曲面成像光学系统设计:理论、发展与应用

传统球面以及非球面可供光学系统设计使用的自由度较少.自由曲面打破了旋转对称以及平移对称的几何约束,特别适用于校正非旋转对称系统的像差,同时可以减少系统中元件的数量,减小系统的体积与质量,实现传统光学系统难以实现的系统参数、结构与功能.自由曲面为光学设计的发展注入了巨大潜力,但同时也带来了全新的困难与挑战.概括性地总结了...     

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.     

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。     

Using computer-generated holograms to test cubic surface

Computer-generated holograms (CGH) have been widely used to evaluate symmetrical aspherical surfaces in combination with Fizeau interferometers. Because the CGH can create any wavefront shape, it can also be used in unsymmetrical aspherical surfaces testing. Taking the cubic surface as an example, this paper gives a thinking of testing unsymmetrical surfaces. First we deduce the expression of the aberration for the cubic phase when propagating and the CGH null lens design has been carried out while taking into consideration the higher order aberrations. The separation of the diffraction orders of the CGH is discussed. We fabricated the CGH using e-beam photography and tested a 13-mm diameter cubic surface.     

Descartes ovaloides for negative refractive indices and their aplanatic cases

The possibility of material design technology to obtain negative refractive indices poses the question on the optical properties of aspherical surfaces made from such media. Here, the special aspherical surfaces connected with Cartesian ovaloides are discussed in the case of a negative refractive index. A subset of the Cartesian ovaloides contains spheres which allow aplanatic imaging in the well-known kind. A sign change of the refractive index shows changes in the virtual character of the aplanatic images.     

A differential method for calculation of aspherical surfaces using polynomial approximation

A simple method is described for the correction of the spherical aberration using one aspherical surface represented by a polynomial approximation. The same principle is useful for the design of aplanatic systems containing two aspherical surfaces.Finally, the author wishes to convey his thanks to Mr. J. Vondich (Institute of Physics, Czechoslovak Academy of Sciences) for performing the calculations.     

多功能非球面光学加工机床的设计与改装

本文介绍了精化设计改装的多功能非球面光学加工机床的结构原理、技术参数、各种非球面光学零件的成型与抛光方法。该机床可加工球面、平面、回转二次非球面、圆柱面、椭圆柱面、超环面以及简形非球面等多种光学零件。文章从工艺角度出发进行了机构运动学分析,并介绍了超光滑非球面加工的应用实例,指出了现有机床的优缺点和进一步探讨的方向。     

一种三次非旋转对称的相位板的检测系统设计

作为零位干涉检测方法中非常有前途的一种方法.计算全息可以用于非旋转对称的非球面的检测.以三次相位板为例,阐述了利用计算全息图检测非旋转对称的非球面的基本原理.分析并推导了三次相位传播过程引入的高阶波像差的理论公式,给出了三次相位板的检测系统的没计结果.详细讨论了计算全息图衍射级次的分离以及计算全息图的二元化,给出了振幅型的计算全息图的图样.计算全息图的刻线最小问隔是40μm,计算全息图的制作精度对检测结果的波前误差的影响仅仅为0.005λ.对检测系统作了详细的公差分析,结果表明所有调整公差对整个检测系统的影响和方根值为83.954 nm.     

灵巧型离轴三反光学系统设计

基于同轴三反射光学系统基本原理,将孔径光阑和视场适当偏心,设计了一个灵巧型多光谱离轴三反光学系统,系统焦距1 200 mm,并对设计结果进行了像质评价。实验结果表明:系统在可见波段（0.486 m ~0.656 m）80 lp/mm空间频率下MTF0.5,中波波段（3 m ~5 m）15 lp/mm空间频率下MTF0.35,全波段范围内最大RMS为2.096 m。系统中面型采用二次非球面,且整个系统仅有孔径光阑偏心,3个反射镜位置均无偏心和倾斜,降低了加工成本及装调难度。