1 南京信息工程大学物理与光电工程学院, 江苏 南京 210044
2 南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
3 同济大学物理科学与工程学院, 上海 200092
头戴显示系统在现代教育、医疗和娱乐等领域具有广泛的应用,离轴反射式头戴显示光学系统是头戴显示系统的一种设计形式,既能满足小型化和结构紧凑的需求,又能实现宽光谱成像,无需校正色差;然而,现有离轴反射式头戴显示光学系统的设计难以满足大出瞳直径和小F数相兼容的要求。针对该问题,提出基于光学自由曲面的离轴两反头戴显示光学系统,实现了大出瞳直径和小F数。该自由曲面头戴显示光学系统分别采用双曲率基面自由曲面和XY多项式自由曲面,出瞳直径为10 mm,F数为3.0,视场角为28°,出瞳距大于15 mm。该系统的成像性能满足要求且优于现有设计结果。
光学设计 头戴显示光学系统 光学自由曲面 大出瞳直径 小F数
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院红外探测与成像技术重点实现室, 上海 200083
针对小F数、短后工作距的Cook型光学结构，设计了一种基于光学自由曲面的通道分光方案以及相应的检测方案。该分光方案利用光学自由曲面的多自由度来修正通道分光元件倾斜引入的像散，使透反两通道光学像质均接近衍射极限。采用计算全息检测技术实现分光元件光学自由曲面的面形检测，检测光路的系统波前峰谷值为0.0096λ，均方根为0.0017λ。分光元件及检测方案均满足设计需求，且对小F数、短后工作距的光学系统的通道分光具有借鉴和实用参考价值。
光学设计 光学自由曲面 计算全息 光学检测
1 吉林大学 机械科学与工程学院, 吉林 长春 130022
2 长春工业大学 机电工程学院, 吉林 长春 130012
为提高光学自由曲面的加工精度, 本文基于多体系统理论建立了五轴数控研抛机床综合误差模型。采用直接测量方式对各轴的移动误差和转角误差进行重复测量与分析, 发现不同进给速度和测量间距对移动误差和转角误差没有显著影响。把误差数据代入综合误差模型中, 得出研抛机床综合误差在x轴、y轴和z轴轴向上的移动误差和转角误差分量的变化规律, 进而获知线性位移误差是影响综合误差最主要的因素。依据综合误差模型进行补偿实验, 补偿后x轴、y轴和z轴的线性位移误差分别下降88%、89%和84%, 补偿效果显著。实验结果证明本文所提出的综合误差建模及补偿方法具有较高的精度和较好的鲁棒性。
光学自由曲面 五轴研抛机床 多体系统 综合误差模型 误差补偿 optical free-form surface five-axis polishing machine multi-body system comprehensive error modeling error compensation
南京理工大学 电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
根据光学自由曲面数学描述复杂，但面形较为平滑的特点，提出一种新的基于子曲面分割和迭代的自由曲面光线追迹方法。通过离散点分割形成子曲面阵列，根据三角形内角和定理确定目标子曲面，对目标子曲面进行切平面迭代完成光线追迹。通过数值仿真，采用所提方法分别对偶次非球面、双圆锥曲面、扩展多项式面和单透镜无像散系统进行光线追迹，并与ZEMAX追迹结果进行比对。结果表明：该方法在离散点采样密度很低的情况下(降低了计算机的内存消耗和运算时间)仍然可以保证光线追迹的精确性，与ZEMAX中光线和自由曲面交点的偏差达到10-3(nm)量级，出射光线角度的偏差达到10-3(")量级。
光学自由曲面 子曲面 光线追迹 迭代算法 optical free-form surface sub-surface ray tracing iterative algorithm ZEMAX ZEMAX
