采用Q-type非球面的大孔径大像面手机镜头的设计

利用Q-type非球面优越的高阶像差校正能力,设计一款大孔径和大像面的手机镜头。该手机镜头光学系统由9片透镜组成,包含7片偶次非球面和2片Q-type非球面。镜头的F数为1.8,像高为6.82 mm,视场角为70°,有效焦距为4.77 mm,系统总长为6.86 mm。该手机镜头光学系统在奈奎斯特(Nyquist)频率为446 lp·mm^(-1)处,轴上点至0.7视场的调制传递函数(MTF)值均大于0.18;在12 Nyquist频率为223 lp·mm^(-1)处,轴上点至0.7视场的MTF值大于0.42,满足手机镜头成像要求。仿真结果表明,相较于相同设计参数和初始结构的偶次非球面,采用Q-type非球面的手机镜头成像光斑半径小25.52%,具有更佳的成像质量。公差分析结果表明,在给定的公差范围内,透镜设计满足生产要求。

高洁净度超光滑非球面的自动化干涉检测方法

为了实现应用于高能激光等领域对表面洁净度有着极高要求的超光滑非球面检测,排除检测人员带来的洁净度与空气扰动的影响,研究了高洁净度超光滑非球面的自动化干涉检测方法。通过建立补偿干涉法非球面失调量与波前像差之间的灵敏度矩阵,实现利用波前像差求解被测非球面失调量。以理想干涉系统的离焦、彗差与像散为优化目标,进行反馈控制,实现被测非球面的自动化调整,进而实现高洁净度超光滑非球面的自动化干涉检测。实验结果表明,在干涉图可测范围内,利用灵敏度矩阵通过几步迭代即可实现非球面失调量的收敛。结合Stewart六自由度调整台,分别实现2μm精度的平移误差调整、2"精度的光轴自动化对准,最终完成被测非球面的精密调整,实现高洁净度超光滑非球面的自动化干涉检测。采用灵敏度矩阵与六自由度调整的非球面自动化干涉检测方法可实现被测非球面失调量的快速求解与自动调整,降低人员和环境带来的扰动影响,提高了非球面的检测速度,并实现了高洁净度超光滑非球面的自动化干涉检测。

非球面透镜模压退火影响因素及其优化仿真研究

退火过程是光学玻璃模压的一个重要过程,影响退火过程的因素主要有退火速度、保持力及保持时间等因素。本文采用有限元仿真的方法,结合正交方法详细分析了退火过程中主要的3个工艺参数对非球面透镜退火过程的影响,最后通过灰色关联分析来获取多目标的工艺参数优化,获得了各工艺参数的最优组合。

一次性硬膜外腔内窥镜光学系统设计

为了获得硬膜外腔的大视场清晰影像,利用Q-type非球面设计了工作波段为可见光,视场角为90°,F数为4,接收器为0.14 cm(1/18 inch)CMOS传感器的一次性硬膜外腔内窥镜光学系统。系统由3片塑料透镜和1片盖玻片组成,其中第3片透镜采用Q-type非球面,结构简单、紧凑、成本低。像质评价结果表明:在奈奎斯特频率200 lp/mm处各视场的调制传递函数均大于0.27,接近衍射极限;各视场均方根半径都小于像元尺寸2.5μm,均在艾里斑范围内;最大剩余畸变小于20%,满足高像质要求。最后,对系统的鬼像进行了分析与规避,结果表明,光瞳鬼像形成的光斑能量弥散,对像面照度均匀性影响较小;焦点鬼像形成的光斑尺寸远大于主像点列图,对成像质量影响较小,满足成像要求。

用于三角测量大数值孔径双远心光学系统设计

测量不确定度是与测量结果紧密相关的重要指标,反映了仪器测量的稳定性。激光三角测量仪器的测量不确定度与成像光学系统数值孔径直接相关,增大数值孔径能够有效降低测量不确定度。为了满足高精度测量需求,应用二维Q-type多项式自由曲面,设计用于线激光三角测量仪的大数值孔径双远心Scheimpflug成像光学系统。首先基于三角测量原理和线激光三角测量仪指标分析成像光学系统参数,然后结合像差灵敏度分析以及自由曲面像差特性,确定成像光学系统中自由曲面的位置和数量并进行优化设计。设计得到系统的数值孔径为0.2,成像范围为10 mm×14 mm,调制传递函数(MTF)优于0.6,最大畸变为0.21%,远心度优于0.3°。该系统具有大孔径、成像质量好、畸变小、双远心的特点,能够满足高精度线激光三角测量仪的应用需求。

凹非球面的非零位干涉检测技术

为了实现凹非球面的快速、高精度与通用化检测,文中提出了一种将非球面当做球面,直接采用干涉仪检测的非零位干涉检测方法,并结合相应的数据处理方法,获得非球面的面形误差检测结果。首先,介绍了该方法的检测原理,建立了回程误差、调整误差的计算与去除模型,研究了面形误差的数据处理方法。然后,以两个不同非球面度的凹非球面为例,对其回程误差和调整误差进行了仿真计算,验证了该方法的有效性。最后,搭建了凹非球面的非零位检测实验装置,成功测量得到其面形误差。通过与自准直零位检测法或LUPHOScan轮廓测量法检测结果对比发现,两种方法测量得到的面形分布和评价指标具有高度一致性,验证了该检测方法的正确性。该检测方法在保证高精度测量的同时兼备一定的通用性与便捷性,为凹非球面的通用化检测提供了一种有效手段。

基于反射式空间光调制器的非球面面形干涉检测方法设计

目前光学系统中非球面数量多,针对各个非球面单独做补偿器检测面形加工成本高、通用性不好、加工难度大,为解决对多个参数不同的非球面需要不同的补偿器的问题,提出了一种基于空间光调制器(spatial light modulator,SLM)作为补偿器的干涉面形检测方法,该干涉检测法采用反射式空间光调制器作为零位补偿器,结合偏振分光镜和波片建立检测光路,可以实现对非球面面形误差的测量。通过在ZEMAX上模拟一个两表面皆为凹非球面的场镜的检测光路,对该干涉检测方法进行了验证,并在MATLAB中仿真分析了SLM的波前调制误差。仿真结果表明,该方法可以实现对不同非球面面形的检测,设计光路中的波前调制精度可达0.0083λ。

大口径碳化硅机器人柔性磨削去除特性研究

我国空间遥感、深空探测、空间战略装备等国家重大工程的快速实施,对大口径复杂曲面光学元件的高效制造提出了要求。为了提高光学加工中研磨阶段的效率,提出了基于工业机器人的柔性磨削技术。分析并比较柔性磨削技术与传统刚性磨削、传统研磨技术的差异,提出了等体积去除模型并验证其正确性。研究了磨削去除体积与驻留时间、压力以及转速的关系。实验条件下,柔性磨削去除效率为0.59mm^(3)/s,高于传统小磨头研磨效率8.4×10^(-2)mm^(3)/s。论文提出的柔性磨削技术为大口径碳化硅空间反射镜高效磨削提供一条新技术途径。

两款非球面散光镜片配戴清晰度和舒适度研究

采用前瞻性随机双盲对照实验,对比2款非球面散光镜片的配戴清晰度、舒适度、清晰视野感觉宽广度和适应时间。采用调查问卷量表评估刚开始配戴及戴镜1周后的清晰度、舒适度、清晰视野感觉宽广度以及适应时间的主观评价;采用配对t检验比较2组对象的平均客观视力;采用配对秩和检验比较2组对象的主观评价情况。在客观评价中,反向曲率组拥有更好的视觉分辨能力,且2组数据差异都具有统计学意义;在主观评价中,反向曲率组镜片的评分均高于标准非球面组,且差异具有统计学意义。而在日间看近、夜间看近、夜间活动的配戴舒适度评价和眼镜适应时间的评价中,尽管反向曲率组的评分也高于标准非球面组,但差异不具有统计学意义。反向曲率修正设计镜片相比于传统标准非球面设计镜片,可在快速适应的同时,提供更好的配戴清晰度、舒适度和清晰视野感觉宽广度。

非球面光学元件的快速制造技术

为满足光学行业的市场需求,非球面光学元件的快速制造技术是实现低成本、批量化、高精度生产的最佳解决方案之一。本文主要介绍了非球面光学元件的快速制造技术,包括精密光学玻璃模压成型技术和精密光学塑料注射成型技术,并对两种技术与其他非球面光学元件的制造技术进行了对比,阐述了模具材料种类、模具加工方法、成型材料、成型过程等内容。最后总结了近年来非球面光学元件的快速制造技术的发展现状,并对未来发展进行了展望。

高非球微透镜对儿童青少年低度近视的控制效果

目的:探讨高非球微透镜对低度近视的控制效果。方法:前瞻性研究。收集2022-05-1/31在我院就诊的7-12岁低度近视患者100例。根据配镜意愿分为两组:配戴单光眼镜组50例、配戴高非球微透镜组50例,均取右眼参数分析。比较两组戴镜后6mo,1a近视增长量(绝对值)、眼轴(AL)增长量、低度近视进入中度近视率、AL负增长率的差异。结果:两组患者戴镜6 mo,1 a后配戴高非球微透镜组近视度数增长量低于配戴单光眼镜组,AL增长量小于配戴单光眼镜组(均P<0.001);戴镜6 mo AL负增长率明显高于配戴单光眼镜组(P<0.001);两组患者进入中度近视率无差异(P=0.62);但戴镜1a后配戴高非球微透镜组进入中度近视率明显低于配戴单光眼镜组(P<0.001),两组间AL负增长率差异无统计学意义(P=0.12)。对比配戴单光眼镜组患者,配戴高非球微透镜对低度近视患者6 mo近视度数增长控制率为88.2%,AL增长控制率为90.0%,低度近视进入中度近视控制率为66.7%;戴镜1 a近视度数增长控制率为75.6%,AL增长控制率为69.2%,低度近视进入中度近视控制率为88.9%。结论:对于7-12岁的低度近视儿童青少年,高非微透镜在控制近视效果上远优于单光眼镜,是低度近视防控的优质手段之一。

基于Q型非球面的全景环带红外光学系统设计

全景环带光学系统凭借周视范围实时成像的特点已在超大视场光学领域中得到了广泛应用。传统的全景环带光学系统将折射、反射面集成在一片块状透镜中,光线在其内部进行多次折、反射导致头部单元体积较大,同时红外透镜材料密度大、折射率温度稳定性差等特点也与光学遥感器轻量化、可靠性高的应用需求相矛盾。文章基于像差理论,讨论了全景环带两反射镜红外光学系统头部单元初始结构设计方法,将Q型(Q-Type多项式)非球面引入全景头部单元增加优化变量,用偏离因子因子k_(RMS)数值表征非球面加工难度,设计了以两反射镜为头部单元的全景环带红外光学系统。该系统在奈奎斯特频率(20线对/mm)处调制传递函数优于0.5;全视场像元(25μm×25μm区域内)能量集中度优于65%,像质评价结果表明其成像品质良好。该设计在缩小系统体积、提高光学设计优化效率方面有很大的改进,满足超大视场实时成像的应用需求。

采用非接触式预热对模压红外透镜雾斑的影响

非球面红外透镜模压成型时,通过提高成型阶段温度可缩短透镜压切时间,从而提高模压效率,但易在透镜表面产生雾斑,像造透镜不良。本文通过对透镜雾斑的形成机理进行分析,采用一种非接触式预热模压工艺降低透镜雾斑的形成,并在多站式模压机上进行模压实验,使用能谱仪对雾斑的元素进行检测和分析。在本次模压实验中采用非接触式预热方式,当预热间隙为1 mm时将成型温度由206℃提升至211℃,透镜表面无雾斑生成,并使压切时间缩短了21 s。实验结果表明,在多站式模压中采用非接触式预热方式,可以有效消除透镜雾斑的形成。检测结果表明,成型阶段透镜材料的挥发对雾斑的形成起主导作用。

基于六阶波像差理论的非球面大孔径折反射成像系统像差优化方法

大孔径折反射成像系统被广泛应用于机器人导航和安全监控等领域。首先分析了超大视场光学系统六阶波像差理论应用于非球面光学系统的像差计算方法,随后基于该六阶波像差理论,构建了非球面大孔径折反射成像系统像差优化评价目标函数,并给出了求解这种包含多个光学参量的目标函数的优化算法,得到优化后的系统结构参数。最后,应用所提方法设计了一款工作波段为400~700 nm、最大视场角为120°、 F数为2.6且成像质量较好的光学系统。设计案例的结果表明所提出方法是有效的,为非球面大孔径折反射成像系统像差优化提供了一种有效手段。

基弧区非球面设计角膜塑形镜对近视青少年角膜屈光度、角膜内皮及眼轴增长的影响

目的:探讨基弧区非球面设计角膜塑形镜对近视青少年角膜屈光度、角膜内皮及眼轴增长的影响。方法:回顾性分析98例近视(-1.00 D~-3.50 D)患者的病历资料。根据所选基弧区设计的不同角膜塑形镜分为两组,基弧区球面设计为S组(n=50);基弧区非球面设计为A组(n=48)。比较两组患者戴镜前及配戴3个月后角膜地形图上角膜4个轴方向及顶点处角膜的屈光力值、角膜相对屈光力,戴镜前及1年后角膜内皮相关系数与眼轴。结果:S组除T1、S1、I1.5,A组除I1外其余各点位角膜相对屈光力均发生变化(P<0.05),两组戴后角膜相对屈光力由戴前的负屈光力朝正屈光力方向改变。戴镜后两组在角膜直径3 mm内的各点位上比较有统计学差异(P<0.05)。1年后S组眼轴增长(0.31±0.20)mm,A组增长(0.20±0.19)mm,两组比较有统计学差异(P<0.05)。结论:近视青少年佩戴基弧区非球面设计角膜塑形镜后角膜相对屈光力朝正屈光力方向改变,在角膜直径3 mm内表现出更明显的非球面治疗区,眼轴增长更慢,对角膜内皮相关指数无影响。

格上可撤销的基于身份的加密算法研究

格上可撤销的基于身份的加密算法(RIBE)不仅能有效地解决实际生活中用户密钥撤销或更新的问题,还能抵抗量子算法攻击,吸引了众多密码学研究者的兴趣。文章通过运用基于近似陷门的非球面高斯采样技术,对RIBE方案中的系统公钥、用户私钥和更新密钥等生成算法进行改进,以缩减密钥尺寸,从而提高方案的空间效率。文章通过对同一水平下的解密错误率与原方案进行比较,可以观察到本方案的主公钥、主私钥、用户私钥、更新密钥和解密密钥的存储空间相较于原方案得到了一定的缩减。特别地,对于不同的安全级别,在保持同一解密错误率前提下,该方案的MPK尺寸缩减了32.29%~41.93%,MSK尺寸缩减了31.25%~38.70%,用户私钥及解密密钥尺寸缩减了59.13%~69.95%,密文尺寸缩减了32.27%~41.91%。

高次凸非球面补偿检验方法研究

高次凸非球面镜是光学系统中至关重要的元件,通常作为次镜来补偿光学系统的轴外像差,但其检验方法一直是一大难点。基于背向零位检测方法,提出利用三透镜与单折射面组合的形式来补偿高次非球面的法线像差。首先选取高次非球面的二次比较面来简化计算,基于三级像差理论求解系统的初始结构,对高次非球面的法线像差进行补偿,使用ZEMAX软件仿真与优化后,设计结果完全满足要求。随后结合一块有效通光口径为170 mm、顶点曲率半径为266.8 mm的高次凸非球面反射镜,测得镜面的面形精度均方根为0.019λ(λ=632.8 nm),满足实际检测要求,验证了所提设计方法的可行性。此方法为大口径高次凸非球面的检验提供了一个新的思路。

谱域OCT技术在非球面镜面型测量中的应用

大多数光学系统都会用到光学透镜,球面镜、非球面镜在光学系统中的合理运用可使系统的成像深度更大,成像分辨率更高。同时对光学透镜的生产和检测提出了更高的技术要求。传统非球面镜检测方法一般是容易对镜面造成损坏的接触式测量以及测量时间长、检测口径有限的轮廓仪检测法。为此,文章提出一种基于谱域OCT技术的非接触式测量方法,解决了OCT在扫描高透光的非球面透镜时,透镜表面不规则散射光导致难以成像的问题,可以快速高效地对非球面透镜进行扫描成像,通过对采集到的图像数据进行面型拟合,进而计算出非球面镜的面型参数,包括非球面半径和非球面系数,为非球面镜的检测提供一种准确高效、无镜面损伤风险的技术支持。

A Novel Method of Testing Aspherical Surface

A set-up based on a special shadow method, pinhole method, was made and some experiments were done. The results show that this novel method is simple, easy to operate,and suitable for testing large aspherical surfaces quantitatively.

非球面数控磨床热误差建模分析与补偿研究

文献调研了占比(40~70)%的热误差是影响数控机床加工精度的最主要因素,探讨了研究对象非球面数控磨床的结构特征,分析了非球面数控磨床热误差存在的基本形式,提出了基于统计学理论的多元线性回归模型算法进行热误差建模的具体方案,针对非球面数控磨床磨轮轴轴向热误差进行了多元线性回归建模,并构建了热误差补偿系统,实验表明,研究的基于多元线性回归模型算法和热误差补偿系统可以有效的实施非球面数控磨床磨轮轴轴向热误差补偿,补偿后残差方差降至4.216e-002,可以满足非球面数控磨床精密磨削需求。