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基于Zernike多项式和径向基函数的自由曲面重构方法 被引量:18
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作者 叶井飞 高志山 +2 位作者 刘晓莉 王伟 张聪旸 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期233-241,共9页
对于梯度变化较大的光学自由曲面,采用模式化方法对光学面整体重构,其重构精度受到限制,无法满足要求,而且曲面局部特性无法精确表征。针对以上问题提出了基于Zernike多项式和径向基函数的自由曲面重构方法,提高自由曲面的重构精度。将... 对于梯度变化较大的光学自由曲面,采用模式化方法对光学面整体重构,其重构精度受到限制,无法满足要求,而且曲面局部特性无法精确表征。针对以上问题提出了基于Zernike多项式和径向基函数的自由曲面重构方法,提高自由曲面的重构精度。将整个自由曲面分解为多个圆形子区域,在各个圆形子域中采用Zernike多项式作为基函数进行曲面局部拟合,然后利用径向基函数形成整个自由曲面。通过数值实验对5种不同类型的曲面进行重构分析,实验结果表明,自由曲面重构精度优于纳米量级,验证了所提重构方法的适应性和高精度,在现代光学系统制造和检测中具有一定的应用前景,同时对自由曲面重构中的一些关键问题进行了讨论分析。 展开更多
关键词 光学设计 光学自由曲面 zernike多项式 径向基函数 曲面重构
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Conformal optical design with combination of static and dynamic aberration corrections 被引量:7
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作者 李岩 李林 +1 位作者 黄一帆 刘家国 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2009年第2期565-570,共6页
Conformal domes that are shaped to meet aerodynamic requirements can increase range and speed for the host platform. Because these domes typically deviate greatly from spherical surface descriptions, a variety of aber... Conformal domes that are shaped to meet aerodynamic requirements can increase range and speed for the host platform. Because these domes typically deviate greatly from spherical surface descriptions, a variety of aberrations are induced which vary with the field-of-regard (FOR) angle. A system for correcting optical aberrations created by a conformal dome has an outer surface and an inner surface. Optimizing the inner surface is regard as static aberration correction. A deformable mirror is placed at the position of the secondary mirror in the two-mirror all reflective imaging system, which is the dynamic aberration correction. An ellipsoidal MgF2 conformal dome with a fineness ratio of 1.0 is designed as an example. The FOR angle is 0°-30°, and the design wavelength is 4μm. After the optimization at 7 zoom positions by using the design tools Code V, the root-mean-square (RMS) spot size is reduced to approximately 0.99 to 1.48 times the diffraction limit. The design results show that the performances of the conformal optical systems can be greatly improved by the combination of the static correction and the dynamic correction. 展开更多
关键词 conformal domes zernike polynomial surface deformable mirror aberration correction
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偏轴自由曲面光学系统像差特性研究 被引量:5
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作者 史浩东 张新 +2 位作者 王灵杰 王超 姜会林 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期77-84,共8页
基于矢量像差理论,提出了以Fringe Zernike多项式为表征函数的偏轴自由曲面光学系统像差分析方法,推导了偏轴自由曲面系统的三阶像散和彗差解析表达式,分析了自由曲面对偏轴系统像差节点分布的影响。根据像差分布特性,有针对性地选取和... 基于矢量像差理论,提出了以Fringe Zernike多项式为表征函数的偏轴自由曲面光学系统像差分析方法,推导了偏轴自由曲面系统的三阶像散和彗差解析表达式,分析了自由曲面对偏轴系统像差节点分布的影响。根据像差分布特性,有针对性地选取和优化Zernike系数,设计了一个偏轴两反自由曲面长波红外光学系统,系统有效焦距为500mm,口径为300mm,采用384pixel×288pixel非制冷红外探测器接收,像素大小为25μm。优化后的系统三阶像散和彗差节点被重新移至视场中,平衡了系统偏轴引起的非对称像差,系统成像质量接近衍射极限,满足使用需求。 展开更多
关键词 几何光学 矢量像差 zernike多项式 自由曲面 偏轴
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弹性薄膜液体透镜的优化设计及面形分析 被引量:5
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作者 刘永明 谢军 +1 位作者 李湘勤 刘震宇 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第12期247-254,共8页
为使弹性薄膜液体透镜的光学薄膜变形后面形满足光学系统对球面面形的设计要求,采用固体各向同性惩罚微结构拓扑优化模型和移动渐近算法优化算法,对液体透镜的弹性体支撑区域进行了拓扑优化,得到了满足收敛条件的拓扑构型。根据拓扑优... 为使弹性薄膜液体透镜的光学薄膜变形后面形满足光学系统对球面面形的设计要求,采用固体各向同性惩罚微结构拓扑优化模型和移动渐近算法优化算法,对液体透镜的弹性体支撑区域进行了拓扑优化,得到了满足收敛条件的拓扑构型。根据拓扑优化结果,对关键结构尺寸进行了形状优化。综合考虑加工制造等因素,设计了易于加工制造的光学透明弹性薄膜液体透镜。对光学薄膜进行了面形精度分析,计算了不同口径下的面形误差峰谷(PV)值和方均根(RMS)值。数值结果表明,光学薄膜变形面形在弦高为0.5mm,光学薄膜口径分别为100%、95%、90%时,优化结构面形误差PV值分别是初始结构面形误差PV值的5.7%、11.9%、2.5%,RMS值分别是初始结构RMS值的11.2%、21.9%、45.4%。用36项Zernike多项式对变形光学薄膜进行拟合,结果表明,优化结构的Zernike系数第4、第9、第16、第25项比初始结构明显降低。 展开更多
关键词 光学设计 液体透镜 拓扑优化 zernike多项式 面形精度
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共轴TMA反射镜面形不规则对波前误差的影响 被引量:5
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作者 钟兴 金光 +1 位作者 王栋 闫勇 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第8期1516-1521,共6页
以某遮拦比为22.3%的共轴三反系统的Φ600 mm主镜为例,分析了主镜、次镜和三镜面形不规则对高斯焦点波前差的影响,并拟合了数学表达式。使用环域修正Zernike多项式作为光机接口,分析了环境对反射镜面形的影响以及传递函数下降的情况,并... 以某遮拦比为22.3%的共轴三反系统的Φ600 mm主镜为例,分析了主镜、次镜和三镜面形不规则对高斯焦点波前差的影响,并拟合了数学表达式。使用环域修正Zernike多项式作为光机接口,分析了环境对反射镜面形的影响以及传递函数下降的情况,并将分析结果作为参考对主镜支撑进行了改进。根据像差容限和系统的环境耐受力,分解出主镜加工所需的精度应优于λ/36.5。 展开更多
关键词 共轴三反系统 zernike多项式 面形不规则 波前差
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大口径激光发射窗口拼接方法研究 被引量:4
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作者 刘旭堂 高云国 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第10期243-248,共6页
针对宽波段高能激光发射窗口口径大,单片ZnSe镜片无法满足使用要求等情况,提出了一种发射窗口的拼接方案。依据设备实际受力情况,对窗口的强度进行分析和计算,使窗口的设计更加合理可行。通过分析设备的工作环境确定窗口边界条件,并进... 针对宽波段高能激光发射窗口口径大,单片ZnSe镜片无法满足使用要求等情况,提出了一种发射窗口的拼接方案。依据设备实际受力情况,对窗口的强度进行分析和计算,使窗口的设计更加合理可行。通过分析设备的工作环境确定窗口边界条件,并进一步利用有限元软件详细分析了激光发射窗口在力-热耦合作用下的镜面变形,用Zernike多项式对窗口内外表面的变形进行拟合,求出窗口在力-热耦合作用下面形变化的Zernike表达式。利用Matlab软件,从光束发散角变化量、衍射极限倍率β值和环围能量比RBQ值三个角度,来分析激光发射窗口在复杂工作环境下工作时对激光束的影响。结果表明,拼接窗口可以大大降低窗口的质量和成本,而且对激光束的影响较小,符合设备使用要求。 展开更多
关键词 激光光学 激光发射窗口 热固耦合 zernike多项式 面型拟合 大口径 拼接窗口
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Zernike圆域多项式镜面拟合仿真与精度研究 被引量:4
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作者 郭良贤 卫俊杰 唐培 《光学与光电技术》 2018年第6期56-62,共7页
引入光机热集成分析利于综合考虑红外光学系统在多种物理场综合作用下的性能变化,Zernike圆域多项式作为光机热集成分析中的数据转换接口,是实现光、机、热各分析软件间数据有效传递的重要手段。采用不完全归纳法,针对常见的三种镜面面... 引入光机热集成分析利于综合考虑红外光学系统在多种物理场综合作用下的性能变化,Zernike圆域多项式作为光机热集成分析中的数据转换接口,是实现光、机、热各分析软件间数据有效传递的重要手段。采用不完全归纳法,针对常见的三种镜面面形(二次曲面、球面、自由曲面)研究了采样点数目和Zernike圆域多项式项数对拟合曲面的精度影响。仿真结果表明:不同曲面类型所需要的多项式项数不同,多项式项数对曲面拟合精度的影响权重要大于采样点数目,过多的多项式项数会导致拟合精度下降甚至出现病态矩阵。最后通过设计实例对Zernike圆域多项式拟合算法和精度进行了验证。 展开更多
关键词 红外光学系统 光机热集成分析 zernike圆域多项式 曲面拟合 拟合精度
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紧凑型离轴三反光学系统的自由曲面设计 被引量:4
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作者 潘思豪 潘枝峰 陈建发 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2019年第3期97-102,共6页
光学加工和检测技术的提高为自由曲面的应用开拓了新的领域,紧扣空间光学对压缩系统体积和实现系统性能提升的需求,提出一种可快速获得的紧凑型离轴三反光学系统初始结构,通过3个镜面折叠交叉排布,极大地压缩了系统体积;另外,节点像差... 光学加工和检测技术的提高为自由曲面的应用开拓了新的领域,紧扣空间光学对压缩系统体积和实现系统性能提升的需求,提出一种可快速获得的紧凑型离轴三反光学系统初始结构,通过3个镜面折叠交叉排布,极大地压缩了系统体积;另外,节点像差理论为自由曲面应用提供了强大的理论基础,在优化过程中,两片镜子采用了泽尼克多项式面形。通过设计实例验证发现,最终系统具有结构紧凑、大视场、小F数等优点,同时该设计方法的优化过程具有收敛速度快等特点。 展开更多
关键词 离轴三反光学系统 自由曲面 紧凑型 泽尼克多项式曲面
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某长波红外光学镜头冲击仿真分析与优化
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作者 陈龙 张宇 +2 位作者 谢康 刘治 周慎敏 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2023年第23期259-265,共7页
红外光学镜头的工作环境复杂,常受到外部载荷冲击。针对某款长波红外光学镜头建立了ANSYS有限元分析模型,对其进行峰值加速度为100g、持续时间为6 ms的半正弦冲击仿真分析。对提取的数据进行刚体位移、峰谷值(PV)和均方根值(RMS)的计算... 红外光学镜头的工作环境复杂,常受到外部载荷冲击。针对某款长波红外光学镜头建立了ANSYS有限元分析模型,对其进行峰值加速度为100g、持续时间为6 ms的半正弦冲击仿真分析。对提取的数据进行刚体位移、峰谷值(PV)和均方根值(RMS)的计算,并运用泽尼克多项式对冲击之后的透镜面形进行拟合,求解泽尼克多项式系数,分析冲击对红外光学镜头性能的影响。基于响应面法对红外光学镜头进行优化,对优化之后的模型进行冲击仿真,并进行对比分析。分析结果表明:对红外光学镜头进行优化,冲击之后透镜的最大变形量与最大等效应力有所降低,表征透镜面形变化的PV、RMS也有所下降;对结构进行优化,能够在一定程度上降低冲击对其造成的影响。 展开更多
关键词 长波红外光学镜头 半正弦冲击 泽尼克多项式 响应面优化
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基于三片曲面反射镜的离轴投影成像系统 被引量:1
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作者 孙文军 赵立萍 +3 位作者 孙京南 李娟 李孟洋 支洪武 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期654-657,共4页
采用调制传递函数和波前像差分析方法,设计了基于偶次非球面反射镜和Zernike自由曲面反射镜构成的放大倍数为80,相对孔径为2.8的三个离轴投影成像系统.其中第一片反射镜M1表面为凹面用于减小第二片反射镜的尺寸及获得高的对比度,而第二... 采用调制传递函数和波前像差分析方法,设计了基于偶次非球面反射镜和Zernike自由曲面反射镜构成的放大倍数为80,相对孔径为2.8的三个离轴投影成像系统.其中第一片反射镜M1表面为凹面用于减小第二片反射镜的尺寸及获得高的对比度,而第二片反射镜M2和第三片反射镜M3表面为凸面用于校正系统像差及获得更短的投影距离.经软件设计与分析,三系统中基于三片Zernike自由曲面反射镜的成像系统光学性能最好,调制传递函数实现60lp/mm时60%以上,畸变小于2.0%.与其它文献相比,基于三片Zernike自由曲面反射镜系统可以更好地消除像差,缩短系统厚度,增大系统的可视角与相对孔径. 展开更多
关键词 离轴投影成像系统 泽尼克多项式曲面 调制传递函数 畸变
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基于IS010110-5的面形评价参数研究
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作者 赵兵 王伟 陈磊 《大气与环境光学学报》 CAS 2012年第4期303-309,共7页
现在国外商用ZYGO干涉仪可提供一些基于ISO10110-5的面形评价参数,而国内的自制干涉仪还没有这项功能。ISO10110-5中提出这些面形评价参数的计算可以通过波面分解的方法实现。运用Gram-Schmidt最小二乘法拟合得到Zernike多项式系数,再... 现在国外商用ZYGO干涉仪可提供一些基于ISO10110-5的面形评价参数,而国内的自制干涉仪还没有这项功能。ISO10110-5中提出这些面形评价参数的计算可以通过波面分解的方法实现。运用Gram-Schmidt最小二乘法拟合得到Zernike多项式系数,再从包含被测信息的原始波面中依次减去各种表面面形偏差,就可实现对这些参数的定量分析。通过与ZYGO干涉仪的输出对比,验证了自编拟合程序所得数据的有效性,而通过波面分解得到的各种干涉图也有益于光学加工者分析偏差原因和器件应用后果。 展开更多
关键词 ISO10110-5 zernike多项式 面形评价 波面分解
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基于Zernike多项式拟合的自由曲面车削误差补偿技术 被引量:6
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作者 关朝亮 王建敏 +1 位作者 戴一帆 尹自强 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期135-140,共6页
慢刀伺服车削技术是一种特殊的创成加工方法,采用C轴、X轴、Z轴联动的方式在极坐标或圆柱坐标内可车削加工自由曲面光学元件。但是由于各种误差因素的影响,使用慢刀伺服技术仅加工一次获得的光学元件可能不满足精度指标。为此需要研究... 慢刀伺服车削技术是一种特殊的创成加工方法,采用C轴、X轴、Z轴联动的方式在极坐标或圆柱坐标内可车削加工自由曲面光学元件。但是由于各种误差因素的影响,使用慢刀伺服技术仅加工一次获得的光学元件可能不满足精度指标。为此需要研究能够进一步提升慢刀伺服车削加工精度的误差补偿技术。Zernike多项式是面形分析与光学分析之间的理想接口工具,因此本文使用Zernike多项式拟合的方法处理慢刀伺服车削加工的误差,并根据慢刀伺服加工技术的特点,建立慢刀伺服车削加工的误差补偿算法。实验结果表明,基于Zernike多项式拟合的慢刀伺服车削加工误差补偿技术可有效地针对加工中产生的特定误差进行补偿,从而提高自由曲面车削加工精度。 展开更多
关键词 慢刀伺服 zernike多项式拟合 自由曲面 误差补偿
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