基于在线检测的曲面光学零件加工技术

提出了一种基于在线面形检测与补偿加工相结合的光学曲面零件的超精密加工方法,在线面形检测系统由空气静压浮动探针和光纤式激光干涉位移计构成。利用该加工方法实际加工了一个光学球面零件,其综合面形精度达到了P—V值0．41μm。     

用虚光栅移相莫尔条纹法测量小球面曲率半径

随着近代光学、光通信等领域的迅猛发展,光学元器件的微小化已成为一个重要的发展趋势.球面是微小光学元件常见的一种面形.研究了一种基于虚光栅移相莫尔条纹术测量小球面曲率半径的方法.实验以Askania环形球径仪配备的曲率半径为17.92mm的标准凸球面样板为例,利用干涉显微镜拍摄了一幅含有载频的被测球面非接触干涉图,通过运...     

用于在线检测的紧凑型瞬态干涉测量系统

针对不同口径光学元件加工阶段的在线测量需求,提出了用于在线检测的紧凑型瞬态干涉测量系统。系统引入偏振相机来实现波前瞬态移相干涉测量以降低外界扰动影响。同时结合基于位形优化算法的子孔径拼接技术,可降低对运动扫描平台精度要求,并实现大口径光学元件全口径检测。为验证所提出测量系统的可行性,分别对金刚石车削机床对中工具和大口径球面镜进行在线检测和子孔径拼接测量,结果表明,与ZYGO干涉仪检测结果相比,两者对应的均方根值偏差的绝对值分别为0.003与0.007μm。同时该系统具有布局结构紧凑和对外界环境扰动不敏感的特点,可很好地满足复杂环境在线安装检测应用要求,在金刚石车削机床对中工具的在线调整和不同口径光学元件在线检测中具有较广泛的应用。     

中大口径轴对称光学非球面超精密磨削数控机床的研制

通过系统分析轴对称中大口径方形光学非球面包络法加工原理,提出了非球面磨削加工机床各轴系运动的数学控制模型,设计并研制了非球面精密磨削加工机床及机床速度、位移双闭环控制系统,在研制的加工机床上进行了330×300mm的方形光学非球面镜片磨削试验,并采用数字型电感测微仪设计了非球面在线检测系统,通过对加工后的光学非球面进行在线检测,试验结果表明设计并研制的光学非球面磨削加工机床加工精度满足光学非球面镜片加工面形精度PV值达到4μm的要求,且加工效率高,适用于中大口径非球面磨削加工。     

大腔长共焦球面标准具对片的设计

本文概略地叙述了大腔长（４７３毫米）共焦球面标准具镜片的特点、用途，介绍了技术指标、工作原理及计算方法，总结了调节方法，为在更多领域内应用此类高精度光学元件积累了经验。     

基于迈克尔逊干涉仪平台的光学零件自动检测装置

光学面形检测是光学零件加工过程中的必要环节.传统方法利用光学样板进行人工样板检测,不能量化且易损伤光学零件.利用平面干涉仪或球面干涉仪检测所需设备成本较高且调校较复杂.在传统迈克尔逊干涉仪平台基础上进行改进,设计三维机械模型.该装置成本低,具备一定精度量化测量功能,自动化程度较高,在光学零件加工行业具有一定的实践价值.     

基于MATLAB的球面干涉仪图像处理系统设计

采用泰曼-格林干涉原理设计研制了一种非接触在线球面干涉仪,该干涉仪中的CCD摄像头可产生分辨率比较高的干涉条纹图像。重点介绍了用MATLAB图像处理软件对该干涉条纹图像进行数字化处理的基本方法,通过对干涉条纹图像进行预处理、提取骨架,最后用Zernike多项式拟合出被检球面的波面函数,计算出PV和RMS。通过MATLAB编程实现了对该球面干涉仪检测信号的自动化处理。     

JQG-1000型激光球面干涉仪

激光球面干涉仪是利用激光干涉原理测量光学球面的一种新颖仪器,也是最近发展起来的很有前途的光学测试仪器。在一定的意义上,它可以摆脱光学冷加工中采用样板来检验光学球面的传统方法,代之以仪器直接测量被加工的光学球面。这种显著优点已引起光学工业的重视。在各级党委的领导和关怀下,我们三个单位通过二年来的协作,已初步试制出样机,并正在生产实践中作进一步的考验。现将仪器初步介绍如下:     

轴对称非球面绝对形状误差测量

正非球面光学元件表面形貌的干涉测量因须透过计算机全像片、零透镜等补偿元件提供与待测元件相匹配的理想非球面波前,故需严谨与复杂的程序进行测量系统即包含干涉仪内部光路系统对准误差、参考球面镜头与补偿元件等误差的校正。然而,测量结果亦包含镜片之夹持变形、承受重力的自重变形与测量环境的震动与气流扰动等信息,此类误差源对中大口径、测量光程长的光学元件的面形检测影响尤其大。近年,诸多文献探讨光学元件的绝对形状测量技术,透过多组态的测量架构     

微机形成的非球面干涉图

介绍一种新的非球面检测方法。用微机技术，对偏离球面很小的非球面作模拟非球面的干涉，获得理想的非球面干涉图。用模拟的理想干涉图作“样板”，使高次非球面的面形在激光球面干涉仪上进行精确测量成为可能。提供了四种类型小非球面度的高次或二次非球面干涉图。给出了几个在CQG一1型激光球面干涉仪上作出的测量结果。其测量精度约为0．5λ。     

双视场无盲点全景成像仪

折返式全景成像技术作为一种新型的成像技术是光学设计领域近十几年的研究热点,但该技术有一个重大缺陷——在镜头的正前方存在观测盲区。本文设计了一种拥有双观测模式的新型全景成像仪。相比于传统的折返式全景成像仪,该仪器可以同时对前向视场360°×(0°~55°)和环形视场360°×(55°~95°)进行观测。其中,前向视场很好地补充了折返式光学系统的中央观测盲区,并增加了CCD探测器的面积利用率。该成像仪光学系统由前置透镜组、全景环形透镜和中继转像系统三部分组成。所有的透镜表面均为球面,具有易加工、低成本的特点。最后针对这种光学系统设计了对应的机械结构,从而为以后成像仪的加工、装调服务。该成像仪设计为折返式全景成像技术提供了一个新思路。     

一种求解鱼眼镜头入射光瞳球差的方法

鱼眼镜头成像系统在微小型机器人视觉导航和近距离大视场物体识别与定位中有着广泛的应用。由于鱼眼镜头的结构的特点,故使得这种光学系统一般存在很大的入射光瞳球差。现提出了应用逆向光线追迹计算求解鱼眼镜头入射光瞳球差的精确方法。并且通过一个鱼眼镜头的设计实例,得到入射光瞳球差的数值分布结果,然后应用多项式拟合求出其解析表达式。     

Hα和白光望远镜的热光学试验

Hα和白光望远镜(HWT)是中国空间太阳望远镜(SST)有效载荷之一,为研究HWT的光学性能受温度环境的影响,在进行地面观测工况下温度场测量和数值模拟的基础上,确定了热光学试验的温度控制工况,建立了一套热真空状态下的光学性能检测系统.该热光学试验系统由被测光学系统、真空系统、温度测量和控制系统以及波前检测系统组成.研究了系统中光楔镜结构、副镜结构、主镜结构、准直镜结构和成像镜结构这5个关键部位在不同温度控制工况下的光学性能.试验结果表明,在副镜结构温度不高(低于40 ℃)的情况下,HWT望远镜在地面观测工况下的光学性能约为λ/8,可以满足λ/6的设计要求.以HWT为研究对象,实施了Hα和白光望远镜的热光学试验过程,实现了对不同温度控制工况下的HWT系统进行光学性能检测,探索的热光学试验思路和方法也适用于其它太阳观测光学望远镜.     

360°高阶非球面反射式全景镜头设计

为了简化系统配置、提高图像采集及处理效率,实现单一光学系统环视高清全景成像,依据折反射式光学系统的工作原理,设计了高阶非球面反射式360°全景镜头,并对光学结构和系统像质进行优化设计。该相机采用高阶非球面反射镜压缩视场角,将垂直光轴方向俯仰角从-55°到20°的环视目标光引入到系统,接着,在后续光路中利用玻璃透镜组对目标光进行接收,并使其聚焦于相机靶面,获得物体的环形全景图像。通过对系统像质的优化,得到高清的360°环视全景图像,并对光学系统的主要性能指标进行了分析。所设计的360°全景镜头采用1片高阶非球面反射镜和10片玻璃球面镜组成,系统的焦距为0.4mm,光圈数为2.2,俯仰角达到75°,像方全视场在150lp/mm处的光学传递函数值均大于0.3。该360°全景镜头采用单一光学系统成像,解决了传统拼接式全景镜头图像采集与图像处理效率低的问题,同时通过简化系统结构,使该产品符合成本低、可量产的要求。     

用于测量大型离轴反射式光学系统的波像差的便携式干涉仪的研制

为便于检测离轴三反形式的光学系统,自行研制的便携式的干涉仪用于检测光学系统的波像差。该设备利用平面镜作为标准镜,通过平面波与球面波的转换与被测光学系统进行干涉,屏弃了一个标准球面镜对应一个被测光学系统,减少了标准镜的数量的同时,降低了成本。检测速度快捷,结果准确。该设备总重量不超过5公斤,体积小、便携、价格低廉,具有很大的发展前景。     

高集成度小型化共心多尺度光学系统设计

针对实时广域高分辨率成像需求同时保证系统结构的小型化与轻量化,设计了高集成度共心多尺度光学成像系统。该系统采用伽利略型共心多尺度成像结构将球透镜与次级相机阵列进行级联,以充分利用双层共心球透镜视场大且全视场成像效果一致性好的特点,并发挥伽利略型共心多尺度结构体积紧凑的优势。此外,通过设计相机阵列的排列方式进一步减少相机使用数量,实现轻量化。通过全系统联动设计与优化,系统的调制传递函数曲线在特征频率270 lp/mm处可达0.3,全视场弥散斑均方根(RMS)半径均小于探测器像元尺寸1.85μm,成像效果优良,且公差分析结果表明系统易加工制造。该系统不仅能够有效实现大视场高分辨率成像,而且具有低的结构复杂度及更紧凑的结构,应用前景广阔。     

高温物体比辐射率在线测量系统的研究

本文研究了一种利用激光在线测量高温物体比辐射率的智能化仪器。该仪器由光学发射与接收系统,信号处理与放大系统及显示系统三部分组成。其中,光学系统主要包括：半导体激光器,斩波器,准直镜,扩束镜,分束镜,组件滤光片,聚焦透镜,ＰＩＮ光电二极管等;信号处理与放大系统主要包括：电压跟随放大电路,模－数转换电路及８０３１单片机等;     

3.2~8 mm百万像素变焦安防镜头设计

设计一种可用于监控系统的大孔径百万像素变焦距光学成像镜头,采用1/3英寸CCD接收,像元大小为3.75μm。镜头在短焦、长焦位置时F数分别为1.6,2.1。利用Zemax工程光学设计软件,对镜头进行了设计与优化,并对优化后的结果进行了分析。设计的镜头在极限分辨率时,MTF较高,公差也相对较松,可以满足实际生产要求。     

数字式球面干涉仪的设计与功能

本文介绍在SPG-Ⅰ和SPG-Ⅱ型数字干涉仪的基础上最近又研制成功CQG-Ⅰ数字式车间球面干涉仪的情况。菲索型的球面共心干涉系统,用立式承座支撑样板与工件,可以快速在监视器上显示光圈数;也可以在微机上显示局部误差的PV值与Rms值,测量精度为λ/20。仪器口径为φ60mm,F数为10～0.74,仪器的标准镜头引用了非球面及仪器采用双工作台,从而,使仪器的质量及功能均有提高与扩大。