首页> 正文

基于Q-type非球面的光学系统关键技术研究

2020-12-10阅读(988)

基于Q-type非球面的光学系统关键技术研究

论文摘要

非球面比球面能更好地校正像差,简化系统结构,在光学系统中得到了广泛的应用。目前有多种非球面的描述方式,但无论是Zemax软件还是非球面轮廓仪中,最常用的还是幂级数多项式。随着对系统越来越高的使用要求,传统的幂级数非球面很难满足轻量化、高性能等要求。所以在2007年,美国的Forbes博士提出了Q-type函数多项式非球面理论。其基底在定义域内正交,能够提高设计效率和光学元件的可加工性,在设计光学系统时加入Q-type非球面会对提升成像质量有一定帮助。本文主要对基于Q-type非球面的光学系统关键技术进行了研究,包括光学系统的设计、Q-type非球面的超精密加工技术和面形检测技术。首先,研究了Q-type函数多形式表征非球面的数学模型,分析了Q-type函数多项式三种形式的构造原理并对Q-type函数多项式在表征非球面时所具有的特点及优势进行了描述。然后设计了一个包含Q-bfs型函数非球面的中长波双波段红外光学系统。该系统设计波长为中波波段35μm,长波波段812μm,焦距21mm,F数为2.5,全视场大小为30°,共有5片透镜,其中最后一片为保护窗口,且只采用Ge和牌号为IG4的硫系玻璃两种材料,在全视场Nyquist空间频率20 lp/mm处,中波波段MTF值大于0.5,长波波段MTF值大于0.3,接近衍射极限,并对系统进行了消热差优化和公差分析,使系统在-40℃60℃温度范围内成像稳定。接下来采用实验室的Nanoform 700 Ultra超精密单点金刚石车床加工了Q-bfs多项式非球面,简单介绍了金刚石刀具参数、开始加工前校正刀具偏置方法和几种刀具切削轨迹的生成方法。主要工作包括对刀具参数的选择、加工过程的模拟、主要加工参数的设置、以及实际工件的加工。最后待加工完成后,采用实验室内Taylor Hobson接触式表面轮廓仪检测其面形。首先对待测Q-type非球面多项式进行最小二乘拟合,将其拟合为非球面轮廓仪的理论参考方程,利用非球面轮廓仪采集大量坐标点得出工件表面相对于理论参考值的面形误差,数据导出后在Matlab中进行分析得到加工面形误差。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  •   1.1 研究背景
  •   1.2 国内外研究现状
  •     1.2.1 基于Q-type非球面的光学系统设计研究现状
  •     1.2.2 双波段红外光学系统研究现状
  •     1.2.3 非球面超精密车削加工研究现状
  •   1.3 研究目的及意义
  •   1.4 主要研究内容
  • 第2章 Q-type函数多项式理论
  •   2.1 常用非球面多项式
  •   2.2 Q-type函数多项式的数学模型
  •     2.2.1 Q-con型函数多项式
  •     2.2.2 Q-bfs型函数多项式
  •     2.2.3 Q-bfs扩展函数多项式
  •   2.3 Q-type函数多项式表征非球面的优势
  •   2.4 本章小结
  • 第3章 基于Q-type非球面的双波段红外光学系统设计
  •   3.1 红外辐射基本理论
  •     3.1.1 红外辐射特性与规律
  •     3.1.2 红外辐射在大气中的传输
  •   3.2 红外光学材料
  •   3.3 双波段无热化理论
  •     3.3.1 红外双波段波段间消色差原理
  •     3.3.2 红外双波段消热差原理
  •   3.4 光学系统的设计
  •     3.4.1 设计要求
  •     3.4.2 系统优化设计
  •     3.4.3 像质评价
  •     3.4.4 成像质量对比分析
  •     3.4.5 光学系统的公差分析
  •   3.5 本章小结
  • 第4章 Q-type非球面的超精密车削加工
  •   4.1 刀具参数的选择
  •     4.1.1 刀具参数对加工表面的影响
  •     4.1.2 校正刀具偏置
  •     4.1.3 刀具轨迹的生成
  •   4.2 超精密车削加工
  •     4.2.1 超精密车床介绍
  •     4.2.2 加工过程模拟
  •     4.2.3 实际车削加工
  •   4.3 本章小结
  • 第5章 Q-type非球面的面形检测技术
  •   5.1 非球面元件表面质量评价参数
  •   5.2 接触式轮廓仪的检测原理
  •   5.3 Q-type非球面多项式的拟合
  •   5.4 Q-type非球面的实际检测
  •   5.5 本章小结
  • 第6章 总结与展望
  •   6.1 总结
  •   6.2 展望
  • 参考文献
  • 攻读硕士期间的学术成果和参与科研情况
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 贾孟

    导师: 薛常喜

    关键词: 非球面多项式,红外光学系统,超精密加工,面形检测,接触式轮廓仪

    来源: 长春理工大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 物理学

    单位: 长春理工大学

    分类号: O43

    总页数: 69

    文件大小: 3561K

    下载量: 97

    相关论文文献

    • [1].某非球面透镜曲面方程特性研究及自动建模软件开发[J]. 智能制造 2015(07)
    • [2].非球面透镜磨削加工专利技术分析[J]. 科技传播 2015(14)
    • [3].非球面透镜表面特性理论分析[J]. 长春理工大学学报(自然科学版) 2012(04)
    • [4].环形高次非球面参数的测试[J]. 红外技术 2019(03)
    • [5].玻璃预制件形状对异形非球面透镜成型的影响[J]. 光电工程 2013(05)
    • [6].基于粘刚塑性模型非球面透镜三维模压成型模拟[J]. 兵器材料科学与工程 2015(02)
    • [7].一种基于氙气大灯非球面透镜检测数据安装倾斜误差分离方法研究[J]. 吉林广播电视大学学报 2014(11)
    • [8].多棱镜激光扫描非球面透镜聚焦系统研究[J]. 电子科技 2015(11)
    • [9].基于非球面透镜的光纤耦合系统设计[J]. 激光与红外 2013(01)
    • [10].基于非球面透镜组激光光束整形设计[J]. 中国新技术新产品 2018(03)
    • [11].整形为平顶洛伦兹光束的非球面透镜组研究[J]. 激光与红外 2018(04)
    • [12].肖特电子封装推出非球面透镜管帽[J]. 现代制造 2008(40)
    • [13].一种PMMA非球面透镜零件成型工艺优化研究[J]. 机械制造 2014(12)
    • [14].非球面透镜注塑压缩成型工艺多目标参数优化分析[J]. 机械与电子 2015(11)
    • [15].基于计算全息元件的大口径非球面透镜透射波前检测方法[J]. 激光与光电子学进展 2019(02)
    • [16].大口径非球面透镜支撑方法的优化[J]. 激光与光电子学进展 2017(01)
    • [17].一种医用眼镜式放大镜的设计[J]. 中国医疗设备 2016(11)
    • [18].非球面透镜组激光光束整形系统[J]. 红外与激光工程 2012(02)
    • [19].高精度离轴非球面透镜的制造与检测[J]. 红外与激光工程 2018(07)
    • [20].基于近焦点非球面透镜的LED均匀照明设计[J]. 强激光与粒子束 2019(09)
    • [21].基于MoldFlow的塑料非球面透镜注压模浇注系统设计[J]. 模具制造 2013(05)
    • [22].基于Zemax的消球差非球面透镜的优化设计[J]. 兰州理工大学学报 2018(05)
    • [23].小口径非球面透镜模压成形加热加压参数仿真[J]. 湖南大学学报(自然科学版) 2011(01)
    • [24].倒置液滴法的非球面微小透镜制作及实验研究[J]. 激光与红外 2018(11)
    • [25].一种非球面面形测量操作法[J]. 国防制造技术 2017(04)
    • [26].基于反馈调试法的锗非球面元件加工技术试验研究[J]. 工程与试验 2018(01)
    • [27].基于球面-非球面柱透镜的圆光斑高斯光束整形[J]. 激光与光电子学进展 2018(06)
    • [28].基于响应面法的非球面元件注射成型工艺研究[J]. 长春理工大学学报(自然科学版) 2019(02)
    • [29].双胶合透镜法检测大相对孔径凸非球面透镜[J]. 光子学报 2014(03)
    • [30].用金刚石磨头数控加工轴对称非球面光学玻璃透镜[J]. 金刚石与磨料磨具工程 2019(04)

    标签：;  ;  ;  ;  ;  

    基于Q-type非球面的光学系统关键技术研究
    下载Doc文档

    猜你喜欢

    © 2024 毕论降 版权所有 鄂ICP备12018319号-6