用于高斯光束均匀化的非球面透镜系统分析与设计

提出一种用于高斯光束均匀化的透镜系统，论述这一系统实现高斯光束均匀化的基本原理，介绍系统的具体设计方法，并在具体参数下给出实际的加工曲线和光学结构。     

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。     

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。     

用计算全息法检测卡塞格林系统主镜

为实现对卡塞格林光学系统中的非球面主镜表面面形的高精度检测,设计了一种二元位相型计算全息图(CGH)。介绍了工作原理,对CGH的相位模型参数的优化设计、衍射次级分离以及台阶位置与深度计算等关键问题进行了讨论。通过引入虚拟玻璃的概念快速建立非球面检测模型,针对卡塞格林系统主镜中心开孔的特点,通过加入同轴载波实现了衍射次级的完全分离,相比目前常用的倾斜载波方法简化了相位量化复杂度,数值仿真计算出了最优的台阶深度,降低了加工难度。给出了相应的设计方法及实例,研制投产了CGH。测试得到主镜面形的均方根误差为0.018λ,并与传统补偿器结果(RMS=0.019λ)进行对比,两者测试结果吻合,验证了该设计与检测方法的正确性,该设计方法简单快捷,适用于卡塞格林光学系统主镜面形检测。     

一种基于部分补偿与稀疏阵列的深度非球面测量新方法

为了克服传统非球面补偿法测量对象的单一性,并提高非球面的动态测量范围,提出一种部分补偿与稀疏阵列CCD结合测量深度非球面的新方法.该方法首先采用多针孔阵列将CCD的感光面转换成稀疏阵列,通过降低干涉条纹的条纹密度来提高干涉仪的可测空间频率;根据被测非球面所需补偿的动态范围设计计算全息元件,部分补偿非球面性后,通过干涉测量获得深度非球面的表面信息.分析表明,采用该方法的干涉仪相对于传统干涉仪测量范围能扩大到10倍,实验表明稀疏阵列和部分补偿方法结合后能够实现精确的深度非球面测量.     

计算全息检测离轴非球面的离散相位拟合

为了计算补偿用计算全息图的刻线位置,需要对光线追迹得到的离散相位数据进行拟合。为此详细推导了均匀三次B样条和非均匀三次B样条的基函数,介绍了各自对应的曲面拟合方法。以一块抛物型离轴非球面数据为例,对其非对称的离散相位分布进行了三次B样条曲面拟合。拟合结果表明,三次B样条曲面拟合能使拟合面经过所有数据点,保证拟合精度,且得到的连续的相位补偿函数表达式结构简单（最高次数只有3次）, 还能根据实际情况优化采样点数量,控制计算量。     

自由曲面透镜型面误差的压力抛光修正

为提高自由曲面型面加工精度 ,提出了在计算机控制光学表面成型工艺中基于压力控制的抛光修正方法。该方法将压力的控制转化为模具对工件压量的控制 ,而它又可以通过改变模具走刀路径来实现。当误差较大时 ,采用分级修正的方法。实验结果表明 ,该方法能使型面误差有效收敛     

一种微型变焦系统的设计

为适应某些特殊领域对微型化和简单化的需要,运用光学设计软件CODEV,在传统机械补偿式变焦镜头的基础上,结合非球面透镜理论,设计了一个可见光波段的只有一个移动镜的4片式微型变焦系统。此系统具有结构简单、精度高、成本低、体积小等特点,可满足在变焦范围内连续清晰成像的要求。     

Φ520mmF/1.6椭球面反射镜加工

介绍了一块Φ520mm大相对孔径(F/1.6)轻量化椭球面反射镜的加工与检测方法。镜面的有效口径为Φ502mm,顶点曲率半径为1600mm,非球面系数k=-0.9663,面形精度要求优于0.025λ(RMS)。镜子背面有54个大小深浅不一的不通孔,用于减轻镜子的重量。采用WYKO干涉仪检测得到镜面面形误差达RMS0.02λ,λ=632.8nm。     

基于非线性优化方法的离轴非球面轮廓测量面形恢复技术

轮廓测量是非球面光学镜面的重要测量手段,然而在测量过程中由于测量坐标系与理论坐标系间存在偏离,测量结果中存在误差。本文分析了离轴非球面的测量坐标系与理论坐标系间的平移和偏转误差在面形结果中引入的测量误差形式,根据最小二乘原理建立优化函数,依照函数特性通过数值差分法快速求解梯度并利用非线性优化方法优化偏差,从而将该误差从测量结果中剔除。仿真分析表明这种方法能在镜面面形残差和测量系统的随机误差的影响下有效恢复镜面面形信息。利用该方法实际指导直径为570mm的离轴椭球面的加工,经过四个周期的测量-研磨过程使该镜面面形误差的PV值从34.80μm收敛至13.83μm,RMS从3.28μm收敛至1.89μm。为了进一步比较,对一块220mm×96mm矩形离轴椭球面测量,验证了该方法测量异形离轴镜面的适用性和通用性。