一种大口径反射式非球面光学系统的装校方法

叙述了一种大口径反射式非球面光学系统的装校方法。同时，对非球面主反射镜的单独装配检验也作了简要叙述。     

红外光学系统

<正> 第二部分红外物镜我们在第一部份介绍了适合于红外光学系统计算的各种光线追迹公式,这一部分我们将介绍各种常用的红外物镜,包括反射式物镜,折射式物镜和折反射式物镜。重点是双反射式物镜,因为它是最常用的红外物镜。一、反射式物(?)由于二个原因,目前红外光学系统的物镜大都是反射式的:(1)能满足物理上、化学上、机械上的性能要求的透过波段较宽的红外透光材料不多,(2)通常的红外透光波段(例如2～2.6μ,3～5μ、8～14μ三个大气窗口)比可见光波段(0.4～0.76μ)     

双向大视场消畸变低温红外目标模拟光学系统设计

为了选择合适的低温红外目标模拟光学系统,针对国内现有离轴三反射光学系统多存有弧矢视场较大,子午视场很小的问题,本文基于光学系统对称性法则,设计了子午和弧矢都为5°,波长为3～5μm的矩形双向大视场离轴三反系统,其焦距为400mm,F#为8。利用光学系统结构参数和反射镜的非球面系数,调整三镜的偏心及倾斜来消除畸变及其它像差,系统光学传递函数在6.5lp/mm时优于0.71,全视场均方根波像差达到λ/250,均方根最大弥散斑半径不超过7.0μm,达到衍射极限。另外,系统在各个谱段全视场范围内的最大畸变量小于0.04%。设计的系统可用于红外及可见波段,成像质量均良好。     

高精度离轴凸非球面反射镜的加工及检测

为了提高离轴凸非球面反射镜的面形精度和光轴精度,研究了离轴凸非球面反射镜的加工与检测技术。首先,描述了离轴三反消像散(TMA)光学系统以及作为该光学系统次镜的离轴凸非球面反射镜的光学参数和技术指标。然后,介绍了非球面计算机控制光学表面成型(CCOS)技术及FSGJ非球面数控加工设备。最后,给出了非球面研磨阶段检测用的轮廓测量法和离轴凸非球面抛光阶段检测用的背部透射零位补偿检测法,并对背部透射零位补偿检测中离轴凸非球面反射镜光轴精度的控制技术进行了研究。检测结果表明:采用背部透射零位补偿检测法检测得到的离轴凸非球面反射镜的面形精度为0.017λ(均方根值,λ=0.632 8μm);用Leica经纬仪测量反射镜的光轴精度其结果达到9.4″,满足光学设计技术指标要求。     

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。     

微机控制光学非球面加工

光学非球面加工控制系统是由主机IBM-PC与直接控制(单板机)两级组成的分布式控制系统。IBM-PC完成对非球面面形误差的分析与计算进而自动生成加工程序;单板机控制装置控制抛光机,带动抛光模按加工程序要求,在非球面表面运动。本文主要介绍数控装置的实现,系统安全,断电保护措施以及IBM-PC与单板机双机通讯等。 1.系统的组成及工作原理在光学系统中,应用非球面能够校正像差,改善像质,简化光学系统结构,减轻重量。因而在航空航天光学系统,天文观测,红外技术等诸多方面都有广泛的应用价值。但由于非球面加工与检测的困难,使其应用受到阻碍。对高精度的大型非球面,目前国内一般采用普通研磨抛光法,用刀口仪测量根据阴影图来定性判断误差,在抛光机上,由人工修正抛光模,来控制加工精度。     

应用多个非球面优化鱼眼镜头的方法

对于鱼眼镜头一类光学系统,其超大视场的物点对于光学系统的成像,是符合平面对称光学系统的成像规律的。应用LU发展的平面对称光学系统的波像差理论,研究如何在鱼眼镜头光学系统中应用非球面对成像系统进行优化设计。首先,通过计算各个光学面的非球面系数对超大视场光学系统波像差的影响,找到受非球面系数变化影响最大的几个光学面;然后,以这几个面的非球面系数为变量,以光学系统调制传递函数作为评价函数,应用自适应归一化实数编码遗传算法,优化设计鱼眼镜头光学系统;最后,通过实例验证了所提出方法的有效性。所提出的方法可以有效地确定一个或多个最佳非球面的位置,对优化设计鱼眼镜头系统具有指导意义。     

改进的离轴三反光学系统的设计

基于离轴三反光学系统(TMA)的一般设计方法,总结了设计要点.以两个基于三反光学系统的设计为实例,阐述了通过合理地安排光学结构、将次镜设计为球面反射镜、主镜和三镜在球面基础上改变高次非球面系数等,可使离轴三反光学系统的设计结果接近衍射极限,传递函数在50 lp/mm时都接近0.6,Strehl率由通常的0.91提高到0...     

红外双波段双视场成像告警系统设计

针对复杂环境下远距离点目标弱目标探测的需求,设计了红外双波段双视场成像告警系统。为提高其目标探测能力以及环境适应能力,该系统采用高阶非球面,减少系统镜片数量,提高系统透过率,同时校正轴上、轴外像差及高级像差,提高系统成像质量;采用光学被动消热差方式,实现了光学系统-40~60℃的无热化设计。采用旋转电磁铁为驱动元件,实现了80 ms大/小视场切换速度以确保目标在视场切换过程中不丢失。采用电限位、机械限位以及磁力锁紧机构作为限位组件,实现了大/小视场切换后光轴晃动小于两个像素的稳定精度。设计结果表明,该红外成像告警系统光机结构设计合理、结构紧凑、成像质量好,满足目标探测要求,在红外成像告警领域具有较好的应用前景。     

剪切干涉仪在非球面检验中的应用

一、概况非球面光学检验,以早期的补偿法到现今用计算机制做全息图,国内外已有不少报导与专著。由于剪切干涉仪有如下优点:对外界干扰不甚灵敏,制作简单,携带方便,操作容易,造价低廉,用白光光源即可检验不同口径的光学系统和未镀膜的各种镜面的抛光表面等,二十多年来亦获得了广泛的应用。本文所谈及的是指用剪切干涉仪直接检验非球面以及非球面的补偿系统。早在1970年,美国国家标准局,J.B.Saun-ders以抛物面理论剪切干涉图形为标准。用棱镜剪切干涉仪目视检验了七块离轴抛物面镜(每块直径203毫米,离轴5°)的质量。     

大口径非球面系统的共基准加工与检验

针对大口径离轴非球面系统加工与装调的难点,提出了非球面光学系统共基准加工与检测的方法,对该方法的基本原理和实现过程进行了分析和研究。当光学系统的主镜和第三镜面形的RMS值优于λ/10(λ=632.8nm)时,对主镜和第三镜进行共基准装调和测试,并进行背板一体化装嵌,然后利用离子束对其进行一体化共基准加工。结合工程实例,对一大口径非球面系统口径为724mm×247mm的非球面主镜和口径为632mm×205mm的第三镜进行了共基准加工与检测,最终利用离子束共基准一体化精抛光得到主镜和第三镜面形的RMS值分别为0.019λ和0.017λ,满足光学成像。     

消旋检测系统像差校正衍射元件的加工分析

基于一种检测机载制冷型CCD消旋机构的红外光学系统,对非球面为基面的衍射元件进行系统像差校正。通过控制衍射元件非球面基面的方法得到衍射面面型,使用金刚石单点车削技术(SPDT)进行衍射元件的高精度加工,并对影响衍射元件加工精度及加工工艺因素进行了分析。     

半导体双波长透射式红外干涉仪的研制及应用

采用635nm波长半导体可见光激光和10.5μm波长半导体红外激光作为干涉光源,设计了635nm和10.5μm双波段共光路透射式红外干涉仪,实现了可见光波段干涉测试与红外光波段干涉测试共光路,且双光路共用可见光对准。双波段共用机械式相移系统,并采用635nm测试光分段驻点标定10.5μm测试时相移器的长行程误差。研制的双波长红外干涉仪系统的红外测试精度达到PV优于0.05λ,RMS优于0.02λ,系统重复性RMS优于0.001λ。采用该干涉仪测试口径为400mm×400mm,离轴量为800mm的离轴非球面,得到边缘最大偏差值为21.9μm,能够实现大口径离轴非球面从粗磨到精磨高精度加工面形的全过程干涉测试。     

反射式牛顿-施密特光学系统设计

透射式施密特校正板在使用上受到口径和波段的限制,所以需要展开对反射式系统的研究。从三级像差理论出发,并考虑到离焦量引起的焦距变化,推导反射式牛顿-施密特校正板方程式和各种消像差条件,并求解出反射式牛顿-施密特光学系统。材料选择方面反射材料比透镜材料更容易得到,更重要的是反射镜不产生色差。文中得出的公式经具体实例证实是正确的,可以作为光学系统设计的理论基础。     

梯度折射率光学及其零件制造

一、前言随着科学技术的发展,对光学仪器成像质量的要求也越来越高。在通常的情况下,要得到高质量的光学系统,一般需要复杂的光学结构,这样一来仪器的成本就要高。用非球面光学零件虽然可以简化光学系统结构,减少镜片数量,可是非球面加工,大量的抛光加工还需要手工去完成。这样一来仪器造价就大大增加了。在不影响光学性     

头盔显示器光学系统小型化设计

在满足设计指标和实际使用要求的基础上,在传统头盔显示器球面光学系统中引入非球面和自由曲面系统,校正系统像差,使头盔显示器光学系统更加简单和轻巧。应用Zemax软件,设计出了视场40°×30°;出瞳直径10mm;波长540～560nm;后截距大于3mm;分辨力33.3lp/mm空间频率处的调制传递函数(MTF)值大于0.1的离轴双通道头盔显示器光学系统。     

折反式坦克目标跟踪识别红外光学系统设计

基于光学相关探测,根据坦克目标跟踪识别系统的需求,设计了一种新型的卡塞格林红外光学系统,其非球面的主镜和次镜都取代为球面镜,不存在卡塞格林系统大口径非球面主镜、次镜的高加工精度和装调困难的问题;为满足大视场、大孔径的像差要求,用三个校正透镜,在保护罩中用一个偶次非球面.其系统结构紧凑,口径大,焦距长,分辨率高,并且各视场均能获得接近衍射极限的成像质量,满足坦克目标跟踪识别系统的总体要求和像质的要求.     

宇航投影反射式物镜

对在国立光学研究所里研究出来的反射式光学系统作了分析评述。反射式光学系统是为地球及周围空间的整套宇航监测设备配套的，以有利于自然资源、天气预报、环境污染控制及其他任务的研究。对光学系统作了分类，并给出了２个、３个和４个反射镜系统方案的研究结果。     

无遮拦折反射红外光学系统

提出了一种新型无遮拦红外折反射光学系统的设计方法以解决原系统存在的中心遮拦问题。分析了传统离轴两反望远系统由于存在线性像散而无法实现无遮拦设计的原因,给出了消线性像散的条件。基于上述条件提出了通过对接共轴透镜组实现无遮拦折反射系统设计的基本思想。最终,通过联接不同的中继镜组完成了无遮拦中波、长波红外系统的设计。设计的应用于制冷型3~5μm中波和8~12μm长波红外的两套无遮拦折反光学系统的焦距为200mm,F数为2,全视场为2.75°×2.2°。各视场光学传递函数显示设计的光学系统的成像质量接近衍射极限。得到的结果表明,利用消线性像散的共焦离轴两反系统与同轴透镜组联合设计,可以得到高性能无遮拦的折反射红外光学系统。     

非球面光学系统的光路计算与分析

针对非球面光学系统,讨论高次非球面光路计算问题,使用"辅助二次曲面"方法,很好地解决了非球面的光路计算问题,可直接应用于非球面光学系统的设计优化程序。