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光学自由曲面检测光路方案及关键部件设计研究

作　者: 倪江楠
导　师: 高志山
学　校: 南京理工大学
专　业: 光学工程
关键词: 光学自由曲面光学设计 ZEMAX 微透镜阵列标准球面透镜组
分类号: TH74
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 135次
引　用: 1次
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内容摘要

自由曲面光学元件有诸多优点,在光学成像系统中使用时,不仅可以有效校正系统像差、提高成像质量,还可以减少系统单元数量及重量。在高性能照明系统设计中使用,可以有效提高光能利用率,为设计提供了相当大的自由度。尽管如此,光学自由曲面还不能进入到现代光学系统的主流中去,问题之一就是高精度、快速检测技术。通过对光学自由曲面面形特征及描述方法的学习,总结了在光学设计中光学自由曲面的表达方式。研究了目前光学自由曲面的检测方法,并进行分析比较,选出一种最具优势的方法——在干涉光路中引入微透镜阵列产生多视场干涉图检测光学自由曲面。本文围绕这一检测方法进行分析,得出在干涉光路中起关键作用的两个光学元件：微透镜阵列和有限共轭等晕型标准球面透镜组。分别对这两个元件进行分析,首先研究了传统标准球面透镜组的特点和工作原理,分析了有限共轭等晕型标准球面透镜组的特点及工作原理,通过对其进行基本的像差分析,确定可行的光学结构,通过优化分析,最终设计出两组符合要求的标准球面透镜组,PV值均优于λ/20。然后对微透镜阵列的基本结构和参数进行分析统计,得出其数值孔径所处的数量级,并对实验室现有的微透镜阵列进行分析,设计出了增大微透镜阵列数值孔径的光学系统,为实验平台的搭建做好了理论工作。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-9
  1.1 论文的研究背景及意义  7-8
  1.2 本论文的研究内容  8-9
2 光学非球面检测方法的研究  9-18
  2.1 光学非球面的面形表达  9-10
  2.2 非干涉测量法  10-11
    2.2.1 轮廓仪法  10
    2.2.2 哈特曼法  10-11
  2.3 干涉测量法  11-17
    2.3.1 零位检测法  11-13
      2.3.1.1 补偿法  11-13
      2.3.1.3 无象差点法  13
    2.3.2 非零位检测法  13-17
      2.3.2.1 径向剪切法  13-14
      2.3.2.2 子孔径拼接法  14-17
  2.4 本章小结  17-18
3 光学自由曲面的相关研究  18-31
  3.1 光学自由曲面面形表达方法  18-25
    3.1.1 Coons曲面的构造方法及特点  19-22
    3.1.2 B样条曲面的构造方法及其特点  22
    3.1.3 NURBS曲面的构造方法及特点  22-23
    3.1.4 光学自由曲面在设计中的表达方式  23-25
  3.2 光学自由曲面的加工  25-26
  3.3 光学自由曲面的检测方法  26-30
  3.4 本章小结  30-31
4 有限共轭等晕型标准球面透镜组的设计  31-48
  4.1 传统标准球面透镜组的工作原理  31-32
  4.2 有限共扼等晕型标准球面透镜组的工作原理  32
  4.3 有限共轭等晕标准球面透镜组的设计  32-45
    4.3.1 有限共轭等晕标准球面透镜组的结构选型  32-34
      4.3.1.1 传统标准球面透镜组的结构选型  32-33
      4.3.1.2 有限共轭等晕型标准球面透镜组的结构选型  33-34
    4.3.2 有限共轭等晕标准球面透镜组的设计结果及像质评价  34-45
      4.3.2.1 设计结果  34-42
      4.3.2.2 像质评价  42-45
  4.4 公差分析  45-47
  4.5 本章小结  47-48
5 增大微透镜阵列数值孔径的光学系统设计  48-56
  5.1 微透镜阵列(MLA)数值孔径分析  48-50
    5.1.1 微透镜阵列介绍  48-49
    5.1.2 微透镜阵数值孔径分析  49-50
  5.2 对小数值孔径的微透镜阵列(MLA)的分析  50-52
  5.3 增大微透镜阵列(MLA)数值孔径的光路方案  52-53
  5.4 10倍无焦系统的光学设计  53-55
  5.5 本章小结  55-56
6 总结与展望  56-57
  6.1 本文工作总结  56
  6.2 不足和展望  56-57
致谢  57-58
参考文献  58-61

光学自由曲面检测光路方案及关键部件设计研究

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