F/1.2大口径非球面反射镜零位检验的补偿器设计

为达到高分辨率以及像面照度要求,大口径非球面反射镜在空间红外系统中被广泛使用.设计了针对口径550 mm、F/1.2非球面的补偿器,基于三级像差理论分析计算了补偿器的初始结构参数.利用ZEMAX软件对补偿器进行了优化设计,最终所得补偿器的设计结果满足非球面检验要求.对补偿器结构参数进行了灵敏度及公差分析,结果表明该补偿器可用于实际加工检验.     

凸非球面的检验方法

本文对光学凸非球面的检验方法进行了总结,主要介绍了在无像差点法和补偿法的原理上发展起来的各种检验方法。对Hindle球检验法在轴上和离轴两种情况下的使用都做了介绍,并且比较详细的介绍了折射式和反射式Offner补偿器。     

改进的Hindle方法检测凸非球面的研究

凸非球面,尤其是大口径快焦比凸非球面的光学检验一直是非球面加工中的难点.针对凸非球面光学元件加工检验困难的问题.研究了一种改进的Hindle方法.解决了经典的Hindle方法需要大口径辅助球面镜和存在中心遮挡等不足.利用该方法对一块φ88 mm.焦比F/1.9的玻璃材料凸双曲面镜进行检验加工实验,对系统进行了分析优化,...     

凸非球面无光焦度双透镜Hindle检验研究

为实现小口径Hindle透镜对大口径凸非球面的高精度检测,提出了一种新的凸非球面无光焦度双透镜Hindle检验方法,通过加入无光焦度校正透镜有效解决了传统Hindle检验的不足.对口径180mm、半径380mm、偏心率2.8的凸非球面进行了设计分析,分别给出了不同光焦度分配及不同无光焦度双透镜间距时系统的残余波像差曲线图,得出较优的系统残余波像差为0.0006λ,验证了该方法的可行性.     

凸非球面辅助面的背向零位检验分析

在现代光学检测中,凸非球面的检测一直是一个难点。辅助面的背向零位检测方法,从三级像差理论出发,通过计算非球面的法距差,来探讨辅助面对凸非球面法距差的补偿校正能力。这种检验方法可用于 的凸非球面。辅助面有两个作用,其一为将实体非球面的球心引入到空气中;其二则为辅助面与凸非球面的组合可以补偿凸非球面的法距差。通过理论分析与zemax编程计算得出当 时非球面的 值均优于 .在工程实际应用中,通过此方法检测的凸非球面面形精度优于 。可以得出辅助面对凸非球面的法距差具有一定的补偿能力这一结论。     

大口径半环形高次非球面检测与轻量化分析

为了实现对大口径高次非球面镜的面形精度检测,本文针对一个内径572 mm、外径800 mm的半环形凹高次非球面反射镜,进行补偿检测系统设计和轻量化分析。基于三级像差理论,采用双透镜与单反射面的结构对非球面反射镜进行补偿检测,得到均方根(RMS)值为0.0037λ(λ=632.8 nm)的补偿检测系统。采用三角形孔对高次非球面镜进行轻量化,轻量化后镜体质量小于30 kg,轻量化率为32.7%。结合机械支撑结构,对高次非球面镜与支撑结构在自身重力作用下进行有限元分析。当光轴与重力方向平行时,RMS值为0.012λ。当光轴与重力方向垂直时,RMS值为0.013λ,镜体所受最大应力为1.308×10⁵ Pa,机械支撑结构所受最大应力为1.381×10⁵ Pa,非球面镜和支撑结构所受应力都小于各自材料的极限应力。     

大口径凸非球面反射镜子孔径拼接检测

为了获得大口径凸非球面反射镜全口径的面形,提出了利用子孔径拼接检测大口径凸非球面的新方法。利用干涉仪标准球面波前依次干涉测定大口径镜面上各个区域的相位分布,通过子孔径拼接算法即可求解得到镜面全口径面形信息。对该方法的基本原理和实现步骤进行了分析和研究,建立了大口径拼接检测算法的数学模型,设计并研制了大口径反射镜拼接检验装置。结合实例对一口径为260 mm 的碳化硅凸非球面反射镜进行了9 个子孔径的拼接干涉测量,并将拼接检测结果与全口径面形测量结果进行对比,两种方法测量面形PV 值和RMS 值的偏差分别为0.043和0.021（=632.8 nm）。     

超大相对孔径抛物面反射镜的补偿检验

在基于像差理论的基础上,对于超大相对孔径抛物面反射镜,提出了三片补偿镜和一片场镜的零位补偿检验方法,详细论述了补偿检验系统的设计过程,成功地设计了相对孔径为F0.6,口径为φ290 mm的抛物面反射镜的补偿检验系统,从整个设计的结果看出,检验系统的像差被很好的校正,完全达到衍射极限.     

Φ4m口径凹抛物面镜折反零位补偿检验

折反射式零位补偿检验是一种综合了Offner折射式和Maksutov反射式补偿检验优点的凹非球面检验方法,补偿能力强,检测光路紧凑.大口径和大相对孔径非球面检验是制约其加工质量提高的难题,针对口径为4m、偏心率为1、顶点曲率半径为16 m的大口径凹抛物面反射镜,设计了折反射式零位补偿器.基于三级像差理论对补偿器的初始结构进行了规划和计算,采用Zemax软件对初始结构参数进行了优化,得出了补偿器的最终结构,检验光路轴向尺寸约12 m,系统优化后剩余波相差为0.005λ.设计和仿真结果表明,这种折反射式零位补偿器对大口径凹菲球面镜的加工检测是非常有利的.     

非球面齐明透镜的设计

鉴于过去文献只对非球面消球差透镜做了分析,根据初级像差理论给出了非球面齐明透镜(同时消球差和彗差)初始结构的求解方法,包括非球面齐明单透镜和非球面齐明双透镜的求解方法;并利用Zemax光学设计软件验证了这种求解方法的正确性.通过大量的计算给出了各种关系曲线,并分析了相对口径与透镜球差的变化关系,这些分析对光学系统的设计都是有益的.     

计算全息用于非球面检测的方法

本文叙述了当前用计算全息测非球面的各种方法 ,讨论了所用泰曼格林干涉仪和裴索干涉仪结构的各种优点及局限 ,并介绍了几种当前常用的电子束或激光刻写全息图的仪器。     

非球面非零位拼接测量的对准误差模型

为消除非零位拼接检测非球面中对准误差对拼接结果的影响,建立了基于对准误差修正的优化拼接模型;在非零位检测非球面对准误差模型的基础上,分析对准误差各误差分量的表现形式及影响规律,并建立了基于对准误差补偿的拼接检测非球面的数学模型,实现子孔径的高精度拼接合成。实验表明,该方法可以有效地提高拼接测量精度,经过对准误差校正的拼接测量结果的PV值精度可达0.03λ。     

大口径非球面计算全息图检测系统

为了精确地检测大口径非球面面形质量,将曲面圆形计算全息图与补偿镜相结合,应用于非球面折射式检测光学系统中.分析了曲面计算全息图的衍射特性,同时分别阐述了利用曲面计算全息图的这种衍射特性来检测凹非球面及凸非球面的基本原理和方法,给出了具体的设计实例.与传统的非球面检测光学系统相比较,该系统不仅简化了传统光学系统的装调过程,还可以大大降低计算全息图（CGH）与补偿镜的制作精度,减少制作成本.尤其是在凸非球面检测过程中,首次在实验技术方面提出了两步全孔径检测法和调整误差的旋转相减消除法,实验验证了该方法的有效性.     

非球面拼接测量中偏置误差修正模型

为解决非球面拼接测量时两子孔径重叠区精确拟合问题,根据波像差理论推导了子孔径干涉测量二次曲面偏置误差与运动自由度之间的函数关系,通过分析得出了偏置误差的作用表现形式与Seidle像差相一致的结论,据此建立了定位机构偏置误差修正模型,提出了一种精确拼接测量二次曲面的像差修正方法,该方法利用最小二乘拟合获得拼接系数,可得到孔径间偏置误差估计值,并可在模型中修正高阶系统像差,提高孔径间重叠区拟合精确度.实验表明,该方法拼接精度高于传统校准三方向调整误差拼接法.     

基于Forbes非球面的胶囊内窥镜光学系统设计

设计了一套WCE光学系统,对可见光波段成像。采用反远距的光学结构形式,共使用4片透镜,引入两个Forbes非球面来提高系统的整体性能,并做到仪器的小型化。系统视场角150°,相对孔径1/3,入瞳直径0.35 mm,总长8.3 mm。各视场的调制传递函数曲线在奈奎斯特频率143 lp/mm时均高于0.6,分辨率较高；各视场的点列图几乎都在艾里斑之内；彗差、像散、场曲、畸变、倍率色差等轴外像差也得到了很好的校正,成像质量较好,能够满足WCE光学系统的要求。     

大口径非球面的超精密回转扫描测量技术研究

分析了基于衍射准直技术的f-θ透镜系统特性,进而提出一种大口径非球面轮廓测量方法。以二维相位板生成的衍射准直光束为测量基准光束,并以衍射光斑的暗线为位移基准,通过将超精密直线运动和超精密回转运动有机合成,实现了对大口径近平面非球面三维轮廓的回转扫描测量。研制出了实验样机,可测量的大口径非球面直径达500 mm,单点稳定性优于1μrad/200 s,与AK100Fizeau干涉仪的比对测量结果为PV值=0.1λ和RMS值=0.05λ,验证了本文提出的方案能够胜任大口径近平面非球面的三维轮廓检测,为将顺序扫描法拓展至大口径范围深度非球面轮廓测量提供了坚实的理论基础。     

利用三坐标测量仪拼接检测大口径非球面面形

为了利用三坐标测量仪实现对大口径非球面面形的检测,提出了大口径非球面面形三坐标拼接测试方法。对该方法的基本原理与具体的实现流程进行了分析和研究,并基于初级像差理论和最小二乘拟合建立了三坐标拼接检验大口径非球面综合优化数学模型。结合实例,对一口径为1 200 mm434 mm的长条形SiC离轴非球面反射镜进行了两个子孔径的三坐标拼接检测,并将拼接测试结果与非球面全口径轮廓检测结果进行了比对,其PV值和RMS值的偏差分别仅为0.073 m和0.042 m;两种方法面形残差的PV值和RMS值分别为0.325 m和0.055 m。     

利用Zemax辅助标定长期存放的大口径圆形离轴非球面

检测标定了一块放置多年的φ530 mm离轴非球面.根据当年的结构参数,在光学设计软件Zemax中建立了该离轴非球面的检测模型.利用y轴离心和x轴倾斜实现了离轴和光束倾斜.通过对某结构参数多次赋值,并将其他结构参数设为变量,优化并观察干涉图变化,找到最佳参数值.根据Zemax对参数的优化结果,使用4D干涉仪和φ510 m...