光学非球面面形轮廓检测技术

随着科技的进步,尖端产品和先进光电系统对光学系统的成像质量要求越来越高,光学非球面元件能有效地校正像差、减少系统所需光学元件数量、减轻系统重量,因此被广泛应用。其特殊的面形特征决定了它的加工和检测相对于球面更加困难,而检测精度直接决定了加工精度,非球面检测技术的重要性显而易见。根据测量原理对光学非球面的检测技术进行了概述;根据目前直接面形轮廓法在光学非球面的加工中应用最广的情况,结合最新检测手段,重点介绍了非球面直接面形轮廓法测量技术;并介绍了近年来日益受到人们关注的自由曲面及面形轮廓法在自由曲面检测的应用;最后总结了光学非球面检测技术的现状和发展趋势。     

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。     

高精度轴对称非球面反射镜轮廓测量方法（特邀）

为实现轴对称非球面反射镜轮廓的高精度、可溯源测量,建立了非球面测量轨迹的数学模型,提出了一种基于独立计量回路的非接触式坐标扫描测量方法。该方法采用分离式计量框架结构,有效减少了跟踪扫描模块运动对测量精度的影响;测头采用集成阵列式波片的四象限干涉测量系统,保证测头精度的同时更有利于实现复杂面形轮廓的跟踪扫描运动;设计扫描执行机构与多路激光干涉系统共基准的运动模块,实时跟踪扫描运动机构的位置信息,提高测头空间定位精度并使其测量值能溯源到“米”定义。搭建测量装置测试该方法的准确测量精度,试验结果表明,测量误差小于0.2 μm,重复性精度为70 nm,测量精度达到亚微米级。     

非球面液滴微透镜的轮廓测量方法

对液滴透镜面形的精确测量是用液滴法制作非球面液滴透镜的关键问题之一。提出了一种基于数字图像处理的测量非球面液滴微透镜轮廓的方法,利用光学成像系统将非球面液滴透镜的轮廓成像在CCD接收面上,通过图像采集卡读入计算机,并经图像处理得出透镜面形表达式,以便研究液滴微透镜在不同电场强度下轮廓的变化规律。图像处理的主要步骤包括：对特定区域采取平滑预处理,去除噪声;利用阈值法将灰度图二值化;对二值化后的图像进行轮廓检测;提出了一种简单有效的方法矫正图像的水平偏转;对矫正过后的液滴轮廓的数据进行多项式拟合,分析液滴透镜在不同电压下的各个拟合参数的变化。实验证明：这种方法用于测量非球面液滴微透镜简单、有效,解决了非球面微透镜制作过程中的液滴轮廓的实时测量问题,有助于低像差非球面液滴微透镜的研制。     

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,...     

八角形离轴非球面反射镜加工

为了加工出高精度八角形离轴非球面反射镜,对离轴非球面反射镜的数控加工和检测技术进行了研究。介绍了非球面计算机控制光学表面成型（CCOS）技术及FSGJ非球面数控加工中心,对数控加工过程中小磨头的运动方式和运动轨迹进行了研究,阐述了离轴非球面反射镜研磨阶段的轮廓测量方法和抛光阶段的零位补偿检测方法,采用数控加工方法对一块八角形离轴非球面反射镜进行了加工。最终的检测结果表明,八角形离轴非球面反射镜的面形精度均方根值为0.018λ（λ=0.6328μm）,满足光学设计技术指标要求。     

非球面面形测量技术

非球面技术广泛使用于相机、手机、DVD、通信、天文、军事系统等诸多领域中,非球面镜头具有成像质量高、体积小、重量轻的特点。在非球面技术中,非常关键的一项就是非球面面形的测量。最早用于非球面测量的是接触探针法,经过长期的发展,其测量技术已日臻成熟,但难以兼顾高精度和高效率的要求。非接触式测量方法虽然也发展了近40年,先后出现了许多不同的测量方案,但依然存在难以实现高精度、高效率的问题。随着非球面制造技术的不断进步,人们对快速高效、高精度的非球面测量技术的需求日益迫切。根据不同的测量原理对各种测量技术进行了介绍和比较,指出其优缺点,进而对未来的非球面面形测量技术发展方向进行了预测。     

小口径非球面检测的方法

在分析各种传统检测方法的基础上,研究了小口径非球面的检测方法,给出了设计实例,实现了非球面曲面的光学检测,满足了非球面曲面在工程中的应用。     

数控抛光非球面面形误差补偿技术研究

采用传统方法抛光高精度非球面时,多次面形误差补偿耗费时间占其抛光总时间的80%以上,严重影响非球面的加工效率。根据非球面的面形误差补偿原理,进行抛光非球面面形误差补偿的工艺实验。采用LOH-data-correct软件对非球面进行计算,并修正补偿其面形,可减少面形修正次数,降低成本,提高加工效率。     

大口径凸非球面面形检测方法研究

提出了在非球面检验中以反射镜补偿法线像差的方法,用于大口径凸非球面透镜的检测,克服了在检测大口径非球面透镜时一般需要采用多片透镜补偿的困难,降低了设计难度和装调难度,节约了加工成本。设计并研制了大口径凸非球面透镜检测系统,对误差来源进行了分析并给出消除方法。对直径Φ270mm的凸非球面透镜进行检测,测得的非球面面形误差峰谷(PV)值与均方根(RMS)值分别为0.585λ和0.083λ。该方法为大口径非球面透镜检测提供了技术参考,能够适用于大口径透镜粗抛光阶段中的面形检测。     

大口径平面和非球面光学表面的纳米和纳弧度精度的测量——长行程外形仪的原理应用和发展

由于同步辐射光学发展的需要,发展了长行程外形仪.长行程外形仪是一个可以达到纳米和纳弧度灵敏度和精度的小角度和表面外形的测量仪器,适用于大口径光学表面的高精度测量.可测量的面形除了平面、球面外,还有所有非球面,如圆柱面、圆锥面、抛物面、椭球面、双曲面、超环面、各种旋转面和其他非标准非球面.介绍了长行程外形仪的原理、应用和各种不同用途的长行程外形仪,包括实验室专用长行程外形仪、扫描五角棱镜长行程外形仪、在线测量长行程外形仪和便携式长行程外形仪、垂直扫瞄长行程外形仪、多功能长行程外形仪和纳米光学机.还介绍了长行程外形仪的精度和最新发展趋向,如提高测量精度的方法,大幅度地增加外形仪的测量范围和方便地进行二维零件测量等.     

湍流剖面仪控制系统硬件设计与实现

开发了采集海洋湍流数据的一种新型湍流剖面仪,此仪器可获得海洋垂直剖面2mm尺度的剪切流速度数据,重点研究湍流剖面仪控制系统的硬件设计,包括微尺度流信号放大处理电路,并扩展了FLASH存储器（K9f2808UOC）保存测量结果,及RS232传输协议的数据通信电路设计,湖试结果表明此湍流剖面测量仪性能良好。     

提高轮廓仪对大曲率半径表面形貌测量精度的研究

结合超精密制造技术,讨论了轮廓仪测量大曲率半径表面形貌存在的精度缺陷。提出了利用NIKONAutocollimator 6D自准直仪辅助Form Talysurf PGI 1250A以提高轮廓仪测量精度的改进方法。当自准直仪的光轴与样品顶点的法线共轴时,旋转样品其顶点的法线方向不变,因此自准直仪的反射像位置也不会变,并且自准直仪有很高的精度,从而可将其用于寻找顶点。基于相关参数对提高轮廓仪测量精度进行了理论计算和Zemax模拟。搭建实验装置对不同曲率半径的样品进行测量,与改进前实验结果进行对比,证明了轮廓仪测量精度提高到原来的2～4倍,适用于测量大曲率半径表面形貌,验证了改进方法的合理性和有效性。     

风廓线雷达天线性能的限制条件分析

风廓线雷达主要用于测量晴空大气湍流的速度、强度等参量,能够实时提供大气的三维风场信息.文中从大气湍流特性出发,分析了晴空大气探测对雷达天线性能的要求;在满足Fresnel长度要求下分析了对雷达天线波束宽度的限制条件,以及雷达天线副瓣对探测结果的影响.实际探测结果表明,理论分析与实际测量结果是一致的.     

一种超精密非球面在位测量方法

高面形精度非球面加工,离不开面形测量和误差补偿加工。离线测量容易导致工件装夹误差,并带来非加工时间增加。为解决这一问题,采用一种利用接触式的微小测头与激光干涉位移测量计相结合的在位形状测量装置,直接对磨削后的工件表面进行在位形状误差测量。介绍了该在位测量方法的原理及非球面测量过程,探讨了回转对称轴在半径方向的误差与测头倾角误差对测量误差的影响,并进行了补偿加工实验。对加工后的微小非球面进行了在位测量,并与超精密离线测量系统测量结果进行了比较。     

1300万像素手机镜头设计

设计了一款由5片塑料非球面透镜和1个红外滤光片组成的1300万像素的手机镜头,系统采用1/3 inch(1 inch=2.54 cm)的CMOS作为该镜头的图像传感器,像素颗粒大小为1.12μm。镜头的焦距为3.9mm,F数为2.2,视场角为78°。在1/2极限频率处调制传递函数(MTF)值都大于0.4,可以获得优质的成像效果,最大畸变小于2%,相对照度大于36%,公差也相对较松,能够满足生产中的需要。     

大口径平像场激光扩束器光学系统的研制

研制出系统有效口径Φ=300mm,扩束倍率β=30×,视场2ω=±1mrad,能在λ=0.532μm,0.6328μm,1.064μm三种波长下工作,主波长为λ=0.6328μm的激光扩束器.系统光学材料全部采用德国进口Schott熔石英玻璃,前组物镜焦距F=800mm,且为高次非球面.用干涉仪检测,系统最终面形误差峰谷值优于λ/7,均方值误差优于λ/50.     

飞行器轨迹及参数测量的一种新方法

本文采用GPS定位与遥测技术相结合的方法对中远程飞行器轨迹测量进行了研究.文中讨论了测量方法实现的基本原理,并进行了实验验证.实验结果表明该方法与其它常规方法相比,具有不受气候、目标散射截面以及距离等因素影响的优点.解决了飞行体在中长飞行距离时轨迹及内部工作参数测量这一技术问题.     

噪声干扰对雷达点迹输出影响程度的测量

提出了一种在静态条件下检测雷达抗干扰能力的方法,即通过建立一套较为完善的测量体系并用它来对雷达实施各种强度的干扰及对雷达输出点迹的情况进行测量,在此基础上,分析雷达弱目标及远区目标对干扰的承受能力,为雷达在干扰下精度及威力的降低寻求更深层的依据,克服以往测试方法的单一性和不足。     

用于非球面检验的激光直写高精度计算全息图制作

为实现高精度非球面的面形误差检测,对激光直写计算全息图(CGH)的关键技术进行研究。以获得最小线宽偏差为目的,通过基础工艺实验,探究离焦量对光刻胶上线宽的影响;研究湿法刻蚀过程对不同线宽引入的展宽规律;分析线宽误差与位置误差关系,得到CGH不同周期位置误差引入的波前误差。根据实验结果,制作最小线宽1.8 mm,直径80 mm的振幅型CGH。检测结果表明,波前误差均方根值为0.011l,达到l/100量级,可用于高精度非球面的检测。