非球面镜表面加工误差和成像质量分析方法的研究

发布时间：2021-04-11 02:15

　　由于非球面镜在性能上大大优于球面镜,近年来得到了广泛的应用,但非球面的加工和检验要比球面镜困难得多。本文主要以非球面透镜的加工表面为研究对像,按照超精密测量机的测量方式模拟测量数据点,研究一种基于曲线拟合和光线追迹方法的误差分析和像质评价方法,总结出一组成像质量评价参数。主要过程为首先采用非线性最小二乘拟合的方法进行曲线拟合,并计算出曲线上各点的切矢量和曲率半径,分析它们的误差,最后对拟合后的曲线用光线追迹的方法得到非球面镜的聚焦情况。主要包括以下内容:1.分析了各种非球面透镜加工和检测方法及其优缺点,阐明了非球面加工及检测的现状和研究意义。2.介绍了常用的几种曲线拟合方法,分析了它们的拟合精度和优缺点,并根据本课题研究的需要,最终选择了非线性最小二乘拟合法作为实际拟合方法。3.研究透镜和各种像差产生的原因和对成像质量的影响,找出了与透镜成像质量关系较密切的几个参数作为主要研究对像,通过分析传统的评定参数与光学性能的联系,提出成像质量的评定参数:切矢误差、曲率半径误差、聚焦误差。4.对光线追迹方法的研究,给出光路计算公式和基本流程图。用光线追迹的方法求出不同高度的平行光线经过非球面镜后... 

【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：61 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
英文摘要
第一章 绪论
    1.1 研究的目的和意义
    1.2 非球面光学镜片的发展与分类
    1.3 非球面的加工方法
    1.4 非球面的测量及评价方法
    1.5 课题研究的主要内容和研究方案
第二章 曲线拟合方法
    2.1 非球面的定义
    2.2 多项式最小二乘拟合
        2.2.1 最小二乘
        2.2.2 多项式拟合
        2.2.3 非线性最小二乘拟合
    2.3 B-样条拟合
        2.3.1 B-样条的定义
        2.3.2 B-样条曲线的性质
        2.3.3 B-样条曲线的分类
        2.3.4 计算B-样条曲线上点的德布尔算法
        2.3.5 反算B-样条插值曲线的控制顶点
        2.3.6 求B-样条曲线的导矢
        2.3.7 样条的最小二乘拟合
        2.3.8 数据点的参数化
    2.4 NURBS 拟合
    2.5 拟合方法的确定
第三章 光路计算
    3.1 像差理论
    3.2 高次非球面的光线追迹
        3.2.1 非球面系统的光路计算
        3.2.2 高次非球面轴外物点的细光束焦点
第四章 仿真计算及误差分析
    4.1 非球面镜片的设计参数
    4.2 模拟数据点的产生
    4.3 数据分析
        4.3.1 多项式拟合
        4.3.2 B-样条拟合
        4.3.3 直接以非球面公式的形式作非线性拟合
    4.4 对透镜质量的评价
        4.4.1 曲线上各点切矢的误差
        4.4.2 曲线上各点的曲率半径
        4.4.3 透镜的聚焦误差
    4.5 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 展望
参考文献
附录非球面曲线数据
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]非球面光学系统的光路计算与分析[J]. 熊德平,何志平.  光学仪器. 2004(04)
[2]光学非球面的超精密加工技术及非接触检测[J]. 谢晋.  华南理工大学学报(自然科学版). 2004(02)
[3]大数值孔径、高次非球面透镜的加工与检验[J]. 郑立功,常军,张学军,程灏波,张峰.  光学技术. 2003(05)
[4]非球面曲面的超精密加工与测量技术的研究[J]. 罗松保,张建明.  制造技术与机床. 2003(09)
[5]非球面的光学测试技术[J]. 张斌,王鸣,马力.  南昌大学学报(工科版). 2003(02)
[6]非球面加工先进技术[J]. 庞长涛,罗松保.  航空精密制造技术. 2001(03)
[7]大型非球面镜的加工和检测[J]. 张权,张璞扬,郝沛明,孔祥蕾,丁厚月,林莉.  光学技术. 2001(03)
[8]关于非球面制造技术的看法[J]. 潘君骅.  光学技术. 1998(03)
[9]光学非球面透镜在一些光电仪器中的应用[J]. 辛企明.  光学技术. 1998(01)
[10]国内外非球面光学零件加工技术的现状及新进展[J]. 朴承镐,蔡立.  光学技术. 1993(05)

硕士论文
[1]基于NURBS的自由曲面重构技术研究及开发[D]. 范宜艳.天津大学 2004



本文编号：3130744