产生环形激光的光学系统设计

为了产生半径可自由调控的聚焦环形激光且确保离焦后光束强度仍均匀,本文提出一种透射-反射式组合的环形光光学系统设计方法。对于透射式系统,基于等能量分割原理,建立入射光与出射光投射高度的映射函数,优化透镜的各项参数,将入射的高斯光先整形成平顶圆形光,实现光束强度均匀化。反射式系统通过调整焦面环形光直径调控范围、工作距离等参数,结合几何光线追迹原理,计算圆锥反射镜、抛物柱面镜及动镜的各项参数,将平顶圆形光再整形成环形光。实验结果表明:当动镜半顶角为16°时,所设计系统能够实现聚焦环形光半径在15~30 mm范围的自由调控,尺寸误差不超过0.05 mm,离焦后强度均匀度达到84%。该设计方法无需更换系统镜片即可兼顾强度均匀性和尺寸自由度,可操作性好,产生的环形光加工精度和效率更高。

稳定X轴的刀具圆弧Z向补偿差值迭代法

为了改进自由曲面刀具路径规划中刀具圆弧Z向补偿的计算方法,降低车床克服X轴惯性带来的跟踪误差,提高切削速度和效率,基于超精密车削下的慢刀伺服技术提出一种差值迭代法。以理想刀位点极径和由给定刀触点计算出的实际刀位点极径作差值运算,判断差值是否小于车床导轨分辨率,若低于分辨率,则输出刀位点;若超过,将差值补偿给初始刀触点重新计算补偿刀位点,再与理想极径作差值,此为一次迭代,通过多次迭代,即可完成最终刀位点输出。通过实验分析证明:三次迭代后的刀位点极径即可满足阿基米德螺线渐变,车床X轴稳定进给,同时对Z轴的补偿量较少,加工精度达PV0.226λ@632.8 nm。该差值迭代法无需复杂的方程组求解和曲面拟合,可操作性好,加工精度和效率高。

基于双泽尼克多项式的多视场稀疏孔径成像

基于双泽尼克多项式推导稀疏孔径光学系统与视场相关的广义光瞳函数,以Golay3稀疏孔径成像系统为例,通过ZEMAX软件进行光学设计和数据拟合获得广义光瞳函数的双泽尼克多项式系数,根据傅里叶变换关系计算得到稀疏孔径光学系统的调制传递函数(MTF),并针对不同视场稀疏孔径光学系统进行成像模拟和图像复原。结果表明,调制传递函数的理论计算结果与ZEMAX设计结果一致,利用双泽尼克多项式可以表示不同视场稀疏孔径光学系统的成像特性。构建与视场相关的维纳滤波器进行图像复原,可有效提高不同视场稀疏孔径光学系统的成像质量。

基于非球面方程的渐进多焦点眼用镜片优化设计

针对近视转老花人群特点,提出渐进多焦点眼用镜片(PAL)的优化设计方法。该方法中渐进多焦点表面矢高表达式为非球面公式,用连续变化的曲率调整元来调节光焦度和像散分布,该曲率调整元采用高斯函数多项式形式。分别用球面和非球面矢高表达式设计附加光焦度为1.5 D的PAL作对比。设计结果中给出了光焦度和像散分布,并采用以色列ROTLEX公司的自由曲面检测仪仿真验证。结果表明,优化设计的PAL的装配中心周边光焦度环状增加,镜片最大像散不超过1.25 D,即镜片最大像散不超过附加光焦度的83%。装配中心所在水平线的上部区域内,像散均小于0.5 D。视近区光焦度稳定带的长度接近20 mm。该PAL视远区光焦度环状增加,有利于缓解近视眼的视疲劳;镜片最大像散明显减小,易于被近视转老花且初次佩戴PAL的客户接受。