云南北方光学科技有限公司技术创新推动产业发展

云南北方光学科技有限公司为北方夜视科技研究院集团全资子公司,具备良好的产业能力及技术优势,长期致力于光学领域中红外光学材料、器件产品的研发、制造和销售,具备非球面、整流置/球罩、红外窗口、异形棱镜等球面、非球面、平面光学元件等产品的生产能力。依托夜视院集团成熟且完整的产业链优势,具备整机测试条件,消热差镜头、连续变焦镜头为代表的产品在国内民用市场具备国内先进水平,是公司的主力镜头产品。

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。

大口径光学元件环形抛光技术与工艺

针对环形抛光工艺存在的表面面形精度不可控、工艺不稳定、操控性差的技术问题,采用环形抛光新方法,开展了大口径光学元件的预抛光、精抛光及精密检测技术与工艺研究。采用2m快速抛光机解决预抛光处理,为精抛光提供可靠面形保证。采用2 m智能环形抛光机解决精抛抛光加工技术,提高表面面形精度质量,具备批量生产能力、生产效率高。使用环形抛光技术对直径250~300 mm的大口径光学元件进行加工,表面面形精度RMS<λ/60。与传统抛光技术相比,环形抛光技术可以获得更好的表面面形精度。

可见光减反射膜薄层控制误差的分析与性能优化

为提升光学镜头的成像质量,消除杂散光的影响,以K9玻璃为基底设计可见光波段平均反射率小于0.1%的减反射膜。采用电子束离子辅助沉积的制备方式,针对薄层敏感度高、光谱变化大等问题,通过建立稳定控制膜层厚度的数学模型来减小膜厚误差,提高制备精度和成膜稳定性。对减反射膜进行环测实验,优化调整工艺参数,侧重提高减反射膜的硬度和耐水煮能力。实验结果表明,最终制备出的减反射膜在420~680 nm波段内的平均反射率约为0.044%,最高反射率为0.0712%,克服了以MgF2为外层的减反射膜机械性能和化学稳定性较差的问题,满足工程应用低损耗、稳定可靠、高强度、可重复性制备的要求。

硫化锌体材料制备及其光学性能研究进展

多光谱波段透过型ZnS体材料在整流罩、红外透镜、红外窗口等领域具有广泛应用。本文全面梳理和总结了ZnS体材料制备技术的最新研究进展,包括热压技术、化学气相沉积+热等静压技术等。分析了不同制备方法对ZnS体材料光学性能的影响因素。最后展望了ZnS体材料的未来发展方向。

以色列Ophir和美国Lightpath两家公司红外光学元件制造介绍

0引言以色列Ophir公司的红外光学镜头在全球红外行业内具有广泛的认可度和影响力,而好的红外光学镜头一定要有高性能的光学镜片。Ophir公司所使用的红外光学镜片的加工和镀膜都是自己完成,了解Ophir公司的红外光学元件的性能指标,对于国内外红外光学元件的制造单位和红外光学镜头设计单位都具有一定的参考价值。

ZnS晶体材料的结构、性质及其光学应用

ZnS晶体的结构和性能对ZnS的应用具有重要的研究价值和意义。作为一种宽带隙半导体,ZnS的晶体结构和类型是影响其光学特性的主要因素。α-ZnS和β-ZnS的光学性质具有很大的差异,β-ZnS光学各向同性,折射率与方向无关,能满足光学透过的应用需求。综述了ZnS块体材料的晶体结构、性能及其在红外光学中的应用。

光学微结构阵列的仿形飞切加工工艺研究

针对复杂表面光学零件难加工的问题,本文提出了一种在二轴机床上制备高精度金字塔型光学微结构方法。该方法涉及微结构成形原理、转动平台设计、路径规划及程序设计等。并应用自制平台,进行了光学微结构阵列的仿形飞切加工工艺研究,在高倍扫描电镜下,观察到较好的表面质量。研究表明:在二轴机床上可以实现金字塔形微结构的高精加工,对复杂表面零件摆脱对高端多轴机床的依赖具有重要意义。

激光辅助车削工艺参数对单晶硅表面质量的影响

为了提高单晶硅激光辅助车削加工表面质量,通过开展激光辅助和常规车削加工试验,结合表面粗糙度、表面形貌及拉曼光谱检测,研究激光辅助车削技术对加工质量的影响。基于正交试验方法,研究单晶硅激光辅助车削工艺参数对表面粗糙度的影响;通过方差分析和极差分析评估各因素对表面粗糙度的影响。研究结果表明:与常规车削相比,激光辅助车削可有效提高加工表面质量,降低材料表面的残余应力。主轴转速、进给速度、切削深度和脉冲占空比对表面粗糙度的贡献率分别为17.51%、44.48%、6.69%和14.70%。确定最佳加工参数组合如下:主轴速度为4000 r/min,进给速度为2 mm/min,切削深度为5μm,脉冲占空比为30%,最终获得表面粗糙度Rq为2.4 nm的高质量表面。

特种车辆的车载镜头轻量化设计

为特种车辆车载镜头轻量化和提高机械结构性能,首先建立仿真模型,然后设置与实际情况类似的条件对模型进行热分析,最后通过ANSYS Workbench软件对车载镜头零件分批进行尺寸优化设计,并对优化后的车载镜头进行热分析得出相关数据。研究结果表明:优化后的模型在-40℃的热分析中,特种车载镜头的应力和位移数值部分有所下降,但数值增加部分都在使用范围之内,同时总质量减少了20.69%,为特种车辆车载镜头轻量化提供设计参考。

小尺寸硅单晶异形平面抛光工艺研究

光学冷加工正朝着数控加工和高效加工方向发展,然而,传统的手工修抛工艺在某些特定的场合仍有其必要性和存在的合理性。本文针对单点金刚石飞切加工的小尺寸硅单晶异形平面光学元件表面质量不能满足使用要求的问题,通过对比手持旋转抛光头对固定工件抛光和手持工件采用古典抛光机抛光两种方式,研究不同手工抛光方式对硅单晶小尺寸异形平面表面质量的改善效果。实验发现当控制好抛光时间,操作手法适当时,两种方法对工件原有面形均不会造成显著变化,而对工件表面粗糙度Ra有明显改善。比较而言,手持抛光头抛光会在工件表面产生道子,采用抛光机抛光效率优于手持抛光头抛光,且工件表面质量满足使用要求。

红外用薄形硅窗口加工工艺研究

为了满足光电系统中降低载荷和高精度的需求,红外用大尺寸硅窗口经减薄设计后,面形精度要求相比一般红外窗口零件提高1倍,是普通薄形光学窗口零件(径厚比为10:1)的2倍以上,若仍使用常规工艺进行加工,零件精度无法满足技术指标要求。本文结合古典抛光的加工优势,针对硅单晶材料特性,优化胶合剂配比,采用胶点分布的方式粘结加工,通过改变设备主轴转速、零件加工温度等相关技术参数,以及对常规退火与精密退火的硅窗口加工对比研究,解决了红外用薄形硅窗口的加工难题。

非全对称五面镜单视点折反射红外周视系统

综合多视点周视系统和单视点折反射周视系统的优势,充分利用前者空间分辨力高和后者无需拼接直接成像的优点,提出了一种分孔径、单视点的非全对称五面镜折反射红外周视系统方案,构建了单视点约束的非全对称五面镜结构设计流程。针对车辆驾驶应用中前方/左右侧、后方对行人探测距离要求的不同(分别为200 m和145 m),使用三套焦距5.8 mm和两套焦距4.1 mm的红外成像组件,构成前方、左、右侧均为64°视场、后方为两个84°视场的非全对称五面镜折反射红外周视原型系统,实现对水平360°、俯仰±29°视场的无遮挡、无缝、无盲区红外成像,提供全方位、大俯仰的车载实时周视红外图像,可用于智能交通、自动驾驶、军事侦察等军民用领域。

三温区梯度化学气相沉积ZnS制备

红外热像仪可在全天候条件下实现目标识别,在安防、夜视辅助及红外测温系统等领域应用广泛,但红外热像仪成像质量和效果受制于ZnS红外光学镜头的品质和性能。文中采用自主研制的三温区梯度化学气相沉积(TTG-CVD)及退火热处理制备ZnS块体。采用X射线衍射表征出ZnS块体是立方闪锌矿结构,具有光学各向同性,可以满足后续在红外光学镜头中的设计需求。结合红外透过光谱获得ZnS块体在8~12μm长波红外波段的平均透过率达71.6%。ZnS块体在1.06μm处的折射率均匀性为1.94×10^(-5)。进一步采用光学冷加工和单点金刚石车削等工艺,制作出ZnS红外光学透镜和红外镜头。红外光学镜头在空间频率为20 lp/mm时,在半视场(0.5视场)和0.707视场的调制传递函数(MTF)接近衍射极限。红外成像系统在中心视场、0.707视场由像差引起的弥散斑均方根值(RMS)均小于像元尺寸20μm,系统畸变小于1%,各项指标均达到实际使用要求。

单晶硅超精密切削工艺参数优化与实验研究

为提高单点金刚石车削单晶硅的表面质量,以表面粗糙度为优化目标设计正交切削实验,通过方差分析、响应曲面分析和极差分析研究主轴转速、进给速度和切削深度对表面粗糙度的影响。结果表明,主轴转速对表面粗糙度影响最显著,主轴转速越大,表面粗糙度值越小;建立了表面粗糙度回归模型,通过响应曲面分析得到主轴转速和进给速度的交互作用对表面粗糙度的影响最大;在最优切削参数组合为主轴转速3 300 r/min、进给速度2 mm/min、切削深度5μm的条件下,获得了表面粗糙度Ra 2.7 nm的高质量单晶硅元件,其表面相对光滑,切屑呈带状,材料在延性域内去除。

基于图像的红外镜头焦距快速检测方法研究

如何准确检测镜头的焦距是红外镜头参数检测的一项重要研究内容。本文提出了一种基于刀口靶图像的焦距快速检测方法。该方法先采集红外镜头聚焦状态下的刀口靶图像,再进行刀口靶图像的二值化处理;通过提取目标的边缘轮廓,获得最小外接矩形的顶点坐标信息,从而估算出红外镜头对应焦距。实验结果证实:该检测方法可快速、准确地测量出镜头的焦距,且测量的平均绝对误差百分比小于1.48。该方法为红外镜头重要参数的快速检测奠定基础。

基于光的反射与折射定律的表述方法推导及应用

光的反射和光的折射是几何光学应用中最基本的方法。在现代精密光学元件加工过程中,其不同的表述方法可以为光线追迹、棱镜误差分析以及棱镜装调提供不同的解决思路。介绍了光的反射定律和折射定律的传统形式表述方法,并推导了光的反射定律和折射定律的矢量、矩阵及四元数3种表述方法。通过Matlab辅助下的模拟计算,得到施密特棱镜检验光路中2个不同区域入射光线的反射在水平方向上对称分布于前表面反射像两侧,与实际应用相符,实现了矢量、矩阵和四元数表述方法在施密特棱镜检验光路中的应用。3种表述方法可以为光线追迹、棱镜误差分析以及棱镜装调提供科学、实用的解决方法。

大口径非球面铝反射镜三轴联动加工技术研究

为解决单点金刚石车削技术(single-point diamond turning,SPDT)应用于大口径大弦高非球面铝反射镜加工中遇到的车床导轨行程、工作台回转容积受限和加工质量较低的问题,针对φ682 mm口径、弦高220 mm的凹非球面铝反射镜加工,首先,提出基于SPDT的三轴联动加工方法,在两轴加工基础上加入旋转B轴进行协同加工,使得导轨行程和工作台回转容积能够满足加工需求。然后,设计专用笼状夹具,并通过有限元法研究支撑杆数量、杆径、上下连接板厚度参数对夹具-工件形变特征的影响,通过极差和方差分析研究不同因素对夹具-工件最大变形量影响的显著性,得到一组最佳夹具设计参数组合,即夹具支撑杆数量为24,杆径为22 mm,上下连接板厚度为25 mm。最后,将铝反射镜固定在优化后的笼状夹具上,通过三轴联动加工实现了对φ682 mm口径非球面铝反射镜的加工。对调刀件的检测结果表明:调刀件面形精度Pv值为0.6μm,表面粗糙度Ra约为10.1 nm,可认为φ682 mm口径非球面铝反射镜的面形精度和表面粗糙度均达到使用要求。本研究能够为同类大口径大弦高非球面反射镜的加工提供一定的理论基础和加工工艺技术参考。

氟化钡晶体超精密切削材料去除机理研究

氟化钡晶体在红外成像与激光系统有着广泛而重要的应用,作为典型的萤石型离子晶体,其材料去除机理目前尚不清晰,获得超光滑表面仍极具挑战。本研究采用槽切法研究氟化钡晶体脆塑转变临界深度、脆塑转变机制及表面缺陷形成机理。通过分析最大未变形切屑厚度随切削参数的变化规律,提出实现氟化钡晶体塑性域切削的理论模型。对氟化钡晶体进行了端面车削,并借助场发射扫描电子显微镜和轮廓仪对表面微观形貌和表面粗糙度进行了检测。研究表明,在进给率为0.5μm/r,切削深度为5μm的条件下,氟化钡晶体能够在塑性切削模式下实现材料去除,并成功加工出粗糙度Ra值为2.76nm的光滑表面。

单点切削IG6硫系玻璃的表面质量研究

金刚石单点切削是加工硫系玻璃工件的重要方式之一,在球面以及非球面玻璃的加工中被广泛应用。本文主要研究切削IG6硫系玻璃时切削参数与表面粗糙度的关系,进行三因素三水平的试验优化分析。结果表明:进给量越大,硫系玻璃工件表面的粗糙度越大;转速越快,硫系玻璃工件表面的粗糙度越小;背吃刀量对硫系玻璃工件表面粗糙度的影响较小。在进给量2.5mm/min,转速2500r/min,背吃刀量0.03mm时,得到较理想的表面,并进行了非线性回归分析,拟合出较为合理的表面粗糙度非线性方程。经过实际加工验证,当转速达到1500r/min后,对硫系玻璃表面粗糙度的影响并不明显,进给量的变化对硫系玻璃表面粗糙度的影响最为显著。