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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

倪江楠  
【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。


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