南昌大学 物理与材料学院，江西 南昌 330000
针对现有的大多数超短焦投影设备成本高、体积大、垂轴色差和畸变校正困难等问题，设计了一款基于DMD芯片的超短焦微型投影镜头，并对其进行了公差分析和热分析。该系统由7片镜片组成，大大简化了结构并降低了成本。系统的F数为1.7，焦距为1.65 mm，系统总长79.39 mm，投射比达到0.16，具有大孔径、大视场、小型化等特点。设计结果表明：系统全视场的调制传递函数（MTF）在空间截止频率93 lp/mm处均大于0.65，接近衍射极限；系统的垂轴色差控制在1.2 μm以内，最大畸变为?2.17%，全视场相对照度大于0.95，满足设计要求。
光学设计 超短焦 投影镜头 DMD芯片 optical design ultra-short focal projection lens DMD chip
1 天津科技大学机械工程学院天津市轻工与食品工程机械装备集成设计与在线监控重点实验室，天津 300222
2 沂普光电（天津）有限公司，天津 300385
针对折反式超短焦投影成像光学系统由于结构复杂、投射比小、视场角大造成优化像差时收敛速度慢的问题，提出一种基于折反耦合点的超短焦投影成像光学系统的设计方法。通过对光学系统中折射透镜组与凹面反射镜之间各视场及孔径处光线耦合点位置的计算，将理想耦合点与实际耦合点的偏差作为评价函数来优化像差，同时采用正向设计和反向设计相结合的方式，有效提高光学系统优化效率。利用此方法设计了一个超短焦投影镜头，可在486 mm处投射100 inch（2540 mm）尺寸画面，TV畸变小于0.2%，各视场调制传递函数（MTF）在截止频率为117 lp/mm处均达0.5以上。
光学设计 耦合点 耦合偏差 折反式 超短焦光学镜头 激光与光电子学进展
2023, 60(16): 1611002
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
数值孔径（NA）作为投影物镜的基本参数，决定了投影物镜的成像分辨率。在利用双光栅Ronchi剪切干涉仪测量投影物镜波像差时，NA也是实现波像差高精度检测的一项基本参数。提出了一种基于Ronchi剪切干涉像面光栅轴向离焦的投影物镜NA测量方法，理论推导了像面光栅离焦时空间光程差的数学表达式，通过测量轴向两个不同位置处的剪切波前并提取倾斜项系数，利用两个轴向位置的距离以及倾斜项系数的差值计算得到投影物镜NA值。在此基础上，开展了仿真分析和实验，以NA设计值为0.3的投影物镜为测量对象，实验测得NA为0.292，测量误差小于0.004。同时开展了几何光学测量方法的对比实验，进一步验证了所提方法的有效性。该方法利用波像差检测装置测得的剪切波前实现投影物镜NA的在线测量，不需要使用额外的装置或器件。
测量 数值孔径测量 投影物镜 Ronchi剪切干涉 剪切波前 光程差 中国激光
2023, 50(13): 1304006
北方夜视科技研究院集团有限公司, 云南昆明 650223
头盔夜视仪由单波段向多波段图像融合的方向发展。本文对基于微光头盔观察、悬挂式红外夜视仪的技术方案、图像配准精度进行分析并进行光学仿真。首先分析悬挂式红外夜视仪与微光头盔组合使用的工作模式以及图像旋转、圆形视场的设计方案；其次根据悬挂式红外夜视仪的设计指标, 对其红外物镜及投影物镜进行光学仿真；第三从悬挂精度、光轴一致性及畸变等三方面分析图像配准精度；最后根据仿真结果及图像配准精度分析说明基于微光头盔观察、悬挂式红外夜视仪的技术方案可行, 能达到预期的效果。
投影物镜 红外物镜 图像融合 图像配准 悬挂式 红外夜视仪 projection lens infrared lens image fusion image registration suspended infrared night vision
1 上海材料研究所压电材料及器件研究中心，上海 200437
2 上海电子线路智能保护工程技术研究中心，上海 201202
3 上海材料研究所上海市工程材料应用与评价重点实验室，上海 200437
4 上海集成电路研发中心有限公司，上海 201210
多层压电驱动器具有体积小、响应快、刚度大、位移精度高、驱动力大等优点，在光刻机的开发中有广泛的应用。简要介绍了多层压电驱动器的基本结构与特征，列举了多层压电驱动器在光刻机投影物镜的高精度微调、掩模台的定位及光刻机的主动减振等方面的典型应用。最后，对多层压电驱动器的发展方向进行了展望。
激光与光电子学进展
2022, 59(9): 0922024
Author Affiliations
Abstract
1 Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 State Key Laboratory of Laser Interaction with Matter, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China
Polarization aberration caused by material birefringence can be partially compensated by lens clocking. In this Letter, we propose a fast and efficient clocking optimization method. First, the material birefringence distribution is fitted by the orientation Zernike polynomials. On this basis, the birefringence sensitivity matrix of each lens element can be calculated. Then we derive the rotation matrix of the orientation Zernike polynomials and establish a mathematical model for clocking optimization. Finally, an optimization example is given to illustrate the efficiency of the new method. The result shows that the maximum RMS of retardation is reduced by 64% using only 48.99 s.
birefringence polarization aberration projection lens Chinese Optics Letters
2020, 18(6): 062201
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
为了实现在短距离内投射出大视场、高清画面, 降低超短焦投影的加工成本和装调难度, 设计了一款不含非球面折射透镜的折反式超短焦变焦投影镜头。系统使用16.76mm(0.66in)DMD微透镜显示芯片, 16片球面折射透镜和一片非球面反射镜, 非球面反射镜能有效校正系统的畸变、抵消折射透镜组的场曲和像散。光学总长为250mm, 投影距离是424~509mm, 投射画面尺寸是2.286~2.794m(90~110in), 视场角150°, 投射比为0.21, 水平、垂直TV畸变小于0.25%, 相对照度大于90%, MTF在0.48lp/mm时大于0.5。样机测试结果显示各项指标满足系统设计要求, 全玻璃透镜的设计易于加工和生产, 有效降低超短焦投影系统的加工装配成本。
光学设计 投影系统 折反式系统 超短焦距投影物镜 optical design projection system catadioptric system ultra-short focal projection lens
1 西安美术学院 影视动画系, 陕西 西安 710065
2 华中科技大学 工程实践创新中心, 湖北 武汉 430074
为了满足基于TIR棱镜的高分辨率工程投影机对高分辨率、高照度均匀性、长后工作距离及连续变焦投影的工作需求, 设计了一种基于TIR棱镜的高分辨率像方远心连续变焦投影镜头。该镜头焦距为25~32 mm, F#为2.4, 工作在可见光波段。该投影镜头具有靶面大、分辨率高、后工作距离长及照度均匀性高的设计难点, 通过选择反远距的双高斯结构, 控制像方远心度, 通过采用不同材料搭配, 并借助CODE V的玻璃专家优化功能, 反复迭代优化, 最终, 得到满足使用要求的连续变焦投影镜头。结果表明: 该镜头在连续变焦过程中各视场MTF值在72 lp/mm处不低于0.4, 各视场RMS弥散斑直径小于8.5 μm, 畸变小于2%, 短焦边缘视场照度均匀性大于95%。该连续变焦投影镜头采用全球面设计, 结构紧凑, 成像质量好, 畸变、垂轴色差和照度均匀性都得到了较好的控制, 可以很好地满足高分辨率工程投影机的投影需求。
投影镜头 连续变焦 像方远心 垂轴色差 照度均匀 projection lens continuous zoom image-side telecentric vertical axis chromatic aberration illumination uniformity 红外与激光工程
2019, 48(11): 1114005
1 长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 中国人民解放军32142部队72分队, 河北 保定 071000
深紫外光刻投影物镜是光刻机的核心部件, 然而无论是照明光场偏振态的空间分布, 还是光刻投影物镜自身的偏振像差都将改变光束的紧聚焦特性, 对成像质量造成不可忽略的影响。基于三维琼斯矩阵, 把偏振像差函数推广到三维空间, 建立了三维相干光场中偏振像差的评价方法, 并分析了典型的偏振敏感光学系统——深紫外光刻投影物镜的三维偏振像差, 详细阐述了其物理意义。研究发现: 三维偏振像差函数的光瞳分布与视场、光学薄膜以及光学系统的自身结构密切相关。深入讨论了光学薄膜及偏振效应对光刻投影物镜成像质量的影响, 进一步研究了照明光场的偏振态分布与光学系统波像差的关系, 研究表明: 光学薄膜引入的附加位相将导致光刻投影物镜的像质明显下降, 而采用径向矢量光场照明可以改善成像质量。
偏振 光刻投影物镜 偏振像差 像质评价 波像差 polarization lithographic projection lens polarization aberration image quality evaluation wavefront aberration 红外与激光工程
2018, 47(8): 0818006
