【摘要】：非球面比球面能更好地校正像差,簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu),在光學(xué)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前有多種非球面的描述方式,但無(wú)論是Zemax軟件還是非球面輪廓儀中,最常用的還是冪級(jí)數(shù)多項(xiàng)式。隨著對(duì)系統(tǒng)越來(lái)越高的使用要求,傳統(tǒng)的冪級(jí)數(shù)非球面很難滿足輕量化、高性能等要求。所以在2007年,美國(guó)的Forbes博士提出了Q-type函數(shù)多項(xiàng)式非球面理論。其基底在定義域內(nèi)正交,能夠提高設(shè)計(jì)效率和光學(xué)元件的可加工性,在設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)時(shí)加入Q-type非球面會(huì)對(duì)提升成像質(zhì)量有一定幫助。本文主要對(duì)基于Q-type非球面的光學(xué)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究,包括光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、Q-type非球面的超精密加工技術(shù)和面形檢測(cè)技術(shù)。首先,研究了Q-type函數(shù)多形式表征非球面的數(shù)學(xué)模型,分析了Q-type函數(shù)多項(xiàng)式三種形式的構(gòu)造原理并對(duì)Q-type函數(shù)多項(xiàng)式在表征非球面時(shí)所具有的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了描述。然后設(shè)計(jì)了一個(gè)包含Q-bfs型函數(shù)非球面的中長(zhǎng)波雙波段紅外光學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)波長(zhǎng)為中波波段3~5μm,長(zhǎng)波波段8~12μm,焦距21mm,F數(shù)為2.5,全視場(chǎng)大小為30°,共有5片透鏡,其中最后一片為保護(hù)窗口,且只采用Ge和牌號(hào)為IG4的硫系玻璃兩種材料,在全視場(chǎng)Nyquist空間頻率20 lp/mm處,中波波段MTF值大于0.5,長(zhǎng)波波段MTF值大于0.3,接近衍射極限,并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了消熱差優(yōu)化和公差分析,使系統(tǒng)在-40℃~60℃溫度范圍內(nèi)成像穩(wěn)定。接下來(lái)采用實(shí)驗(yàn)室的Nanoform 700 Ultra超精密單點(diǎn)金剛石車床加工了Q-bfs多項(xiàng)式非球面,簡(jiǎn)單介紹了金剛石刀具參數(shù)、開始加工前校正刀具偏置方法和幾種刀具切削軌跡的生成方法。主要工作包括對(duì)刀具參數(shù)的選擇、加工過(guò)程的模擬、主要加工參數(shù)的設(shè)置、以及實(shí)際工件的加工。最后待加工完成后,采用實(shí)驗(yàn)室內(nèi)Taylor Hobson接觸式表面輪廓儀檢測(cè)其面形。首先對(duì)待測(cè)Q-type非球面多項(xiàng)式進(jìn)行最小二乘擬合,將其擬合為非球面輪廓儀的理論參考方程,利用非球面輪廓儀采集大量坐標(biāo)點(diǎn)得出工件表面相對(duì)于理論參考值的面形誤差,數(shù)據(jù)導(dǎo)出后在Matlab中進(jìn)行分析得到加工面形誤差。
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)春理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O43
【圖文】：

a） b）圖 1.1 全景成像鏡頭設(shè)計(jì)a）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 b）系統(tǒng) MTF 曲線16年長(zhǎng)春理工大學(xué)的李闖采用等距投影成像方式，設(shè)計(jì)一款包含Q-bfs非球用于監(jiān)控偵查的全景魚眼鏡頭[4]，主要設(shè)計(jì)參數(shù)要求如表 1.1：表 1.1 全景魚眼鏡頭設(shè)計(jì)參數(shù)要求參數(shù)名稱 參數(shù)值波長(zhǎng)（nm） 656，588，486F# 3.5全視場(chǎng)（°） 180焦距（mm） 1463 lp/mm 處 MTF ≥0.4F -θ畸變（%） ＜10靶面（mm） 36×24相對(duì)照度（%） ＞70

c） d）圖 1.2 全景魚眼鏡頭設(shè)計(jì)結(jié)果a）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 b）MTF 曲線圖 c）點(diǎn)列圖 d）像散畸變曲線在 2011 年，美國(guó)羅切斯特大學(xué)光學(xué)研究中心的 Bin Ma、Kevin P.Thompson 等用斜率約束的 Q-type 型非球面設(shè)計(jì)出了高性能的光刻鏡頭[5]。其主要設(shè)計(jì)要求如.2 所示：表 1.2 光刻鏡頭主要參數(shù)要求參數(shù)名稱 參數(shù)值波長(zhǎng)（nm） 193放大率 -0.25數(shù)值孔徑 0.75畸變（nm） ≤0.5單色波前像差（nm） ≤0.5像方遠(yuǎn)心度（mrad） ≤1像散（nm） ≤30

光刻鏡頭結(jié)構(gòu)圖

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號(hào)：2790645