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。

大离轴量非球面反射镜的加工方法

为了改进大离轴量非球面反射镜加工方式,降低外界因素导致的反射镜面型误差,以及提高效率,本文基于慢刀伺服技术提出一种适用于大离轴量、且不受车床加工口径限制的刀具路径规划方法。以离轴反射镜坐标平移变换的方式,将镜面外边缘与车床主轴中心之间的距离控制在车床加工半径内,减少刀具离轴量和加工区域。坐标平移后的反射镜以主轴中心为原点,多个与之相同的反射镜均匀分布在圆周上,形成一种切削区和过渡区并存的离轴阵列样式。建立样条和正弦混合插值方程,以刀具在边缘切削点的Z向切削速度和切削加速度连续无突变为前提,补正过渡区刀具路径。最后通过实验分析证明:在整个加工区域,过渡区和切削区刀具路径平滑连续,Z轴和C轴平稳运行,加工精度达PV0.4波长@632.8 nm。通过坐标平移的方式,可以有效降低刀具离轴量,补正的刀具路径保证了车床的平稳运行,满足大离轴量的非球面反射镜加工,且一次加工可完成多个反射镜,加工精度和效率高。

内渐进多焦点镜片前表面光焦度匹配研究

研究内渐进多焦点镜片的前表面光焦度对该镜片的光焦度和散光的影响。设计出远用光焦度为2~10m-1,附加光焦度为2m-1的渐进表面数据,分别与1~10m-1的前表面光焦度匹配后输入Rotlex自由曲面检测仪转化为理论光焦度和散光度并进行统计分析。结果表明：在内渐进多焦点镜片的前表面光焦度匹配图中,存在扁椭圆区域,在该区域内匹配的内渐进多焦点镜片的远用区和近用区视觉清晰范围最大,且最大散光不大于附加光焦度。对于远用光焦度为非负的内渐进多焦点镜片,子午线上光焦度会随着前表面光焦度的增大而偏大。远用区为较大的正光焦度时,远用区和近用区清晰视觉范围明显较小。

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。

渐进多焦点眼用镜片的加工制造

以渐进多焦点镜片的加工为实例,阐述了采用CNC雕刻机(En3d)加工自由曲面光学元件的加工工艺,利用TRACEPRO软件宏语言将点阵数据生成非均匀有理B样条自由曲面,运用精雕机的JDPaint软件生成刀具路径,对自由曲面光学元件进行加工制造.利用自由曲面面形测量仪对加工完成的渐进多焦点镜片进行光焦度分布和散光分布的面形分析.实验结果表明:采用CNC雕刻机加工自由曲面光学元件的加工工艺简单,操作方便,并且加工后的渐进多焦点镜片面形符合设计要求.

渐进多焦点眼用镜片子午线的双向拟合设计

介绍了渐进多焦点眼用镜片的结构。提出了一种双向拟合设计渐进多焦点眼用镜片子午线的方法,采用两条多项式曲线从镜片视远点和视近点双向拟合,获得满足设计要求的子午线。在此基础上,选择与子午线正交、满足设计要求的曲线簇作为轮廓线,计算镜片上各个点的矢高数据,从而获得整个面形。设计结果表明,与只采用一条高阶多项式曲线描述子午线的方法相比较,双向拟合设计镜片子午线的方法可以灵活地调节子午线上光焦度增加的速率,从而控制镜片视远区、视近区以及渐进通道的光焦度和像散,设计满足眼镜佩戴者个性化需求的渐进多焦点眼用镜片,即当镜片参数相同时,双向拟合子午线不同,可以获得相应视觉需要的渐进多焦点眼用镜片。将设计的镜片进行实际加工,并检测加工结果,结果表明,加工获得的镜片性能与设计结果一致。

基于环曲面方程的渐进多焦点眼用镜片优化设计

提出一种设计和优化渐进多焦点眼用镜片方法。通过环曲面方程计算面型矢高,与使用球面方程设计渐进多焦点眼用镜片的方法相比,采用环曲面方程设计可以分别控制镜片在x方向和y方向的曲率,这种优化方法可以有效降低镜片的像散。分别采用球面方程和环曲面方程两种方法设计镜片,其镜片参数相同。经过加工得到样品并检测,结果表明,两种方法设计的渐进多焦点眼用镜片加光度数(ADD)基本一致。与球面方程设计相比,使用环曲面方程设计的镜片,镜片左侧像散大于1.5 D区域的宽度减小1.7 mm,镜片右侧像散大于1.5 D的区域的宽度同时减小为0,视近区散光小于0.5 D的宽度增加3.6 mm。因此,采用环曲面方程的设计方法可以有效减小渐进多焦点眼用镜片大像散区的范围,同时增大视近区可视范围。

相位差法的图像恢复实验研究

介绍基于相位差法图像恢复的原理；搭建以鉴别率板为目标物，牛顿望远镜为成像系统的实验装置，并用热吹风模拟大气扰动对成像光路进行干扰，分别采集焦面和离焦面的图像；运用相位差法对图像进行恢复，并且以对比度为标准与维纳滤波图像恢复的结果进行比较。结果表明：当成像系统存在大像差，或者受大气扰动较严重时，相位差法的图像恢复效果显著，优于维纳滤波的图像恢复效果。

非对称减少旁中心远视离焦镜片的设计原理探讨

1.减少视网膜周边远视离焦延缓近视加深理论的由来近年流行的控制视网膜周边远视性离焦有助于延缓近视加深的理论来自两方面的研究:其一,Earl L.Smith教授的恒河猴实验[1]和Lin.Z团队的人群实验[2]均表明,视网膜周边远视离焦诱发眼轴和近视度数增长,而视网膜周边近视性离焦则可以抑制眼轴增长。其二,近年来众多研究表明是调节滞后和调节灵敏度不足而非传统观点认为的调节痉挛加速近视增长。比如Sreenivason等人检测发现近视儿童的调节灵敏度明显低于正视儿童[3],Langaas团队的测量则表明近视儿童的调节滞后重于正视儿童。这两种理论其实是可以相互验证的,因为配戴单焦点近视镜片近距离阅读时的调节滞后将加剧周边远视离焦现象。

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。

基于遗传算法的渐进多焦点镜片子午线优化设计

根据遗传算法不依赖于具体优化目标且稳健性强的特点,提出运用遗传算法来寻找渐进多焦点眼镜片最优子午线的设计方案。基于子午线平滑方程,用二进制字符串(染色体)表示渐进多焦点眼用镜片子午线曲率变化曲线多项式系数。运用罚函数法和线性加权法将渐进多焦点镜片的光焦度和散光度多目标规划化成单目标函数。根据目标函数进行选择、交叉和变异,产生新一代染色体种群,循环搜索渐进多焦点镜片子午线最优系数。最后通过两个优化实例并加工成镜片样品进行测试分析,结果表明设计结果与实际测试结果基本相符。

基于拉普拉斯方程的渐进多焦点眼用镜片轮廓线优化设计

设计渐进多焦点眼用镜片(PAL)的轮廓线u以得到近用区可视范围广且渐变通道长度变短的渐进多焦点眼用镜片。对渐进多焦点眼用镜片采取对称设计,设置子午线上u的变化曲线作为拉普拉斯方程的边界条件,并给出边界条件的具体形式。结合自然边界条件,运用分离变量法和傅里叶变换法求解拉普拉斯方程的解析解。设计实例表明:该设计方法不仅能使渐进多焦点眼用镜片拥有宽阔的近用区可视范围,还能使渐进多焦点眼用镜片的渐变通道变短。将设计数据进行实际加工,并对加工获得的渐进多焦点眼用镜片进行测试分析,结果表明设计与实际测试结果基本相符。

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。

渐进多焦点眼用镜片像散的区域性优化设计

提出了一种区域性优化设计方法,旨在减小渐进多焦点眼用镜片(PAL)的像散,并且利用该方法对PAL的视近区和像散区进行优化设计。首先,采用最小二乘法寻找与叠加区域最契合的球面片。然后,将渐进表面与球面按比例叠加以减小PAL的像散。最后,使用Zernike多项式区域性拟合方法平滑叠加区域边界处的镜片表面,从而减小因表面突变产生的不必要像散。初始设计镜片样品与优化后镜片样品的测试结果显示,优化后PAL最大像散减少了14.3%,最大像散区域面积缩小了30.5%,视近区像散小于0.06 D的范围增加了30.4%。该优化设计方法在保持光焦度分布基本不变的情况下显著降低了像散,并扩大了视近区的有效视觉范围,有助于配镜者获得更好的视觉体验。