第4章:平面反射镜与棱镜

第4章:平面反射镜与棱镜
第4章:平面反射镜与棱镜

图4-2 虚物经平面反射镜成实像图4-1 平面反射镜成像

左手系

右手系

图4-3 平面反射的物像空间对应关系

AFM 探针

卡文迪许测量万有引力常数

图4-5 双平面反射镜系统

M 1

M 2

图4-6 能将光路转折的双平面反射镜和反射棱镜

(a)双平面反射镜

为了使两反射面之间的夹角不变,可将两个反射(b)反射棱镜

主截面

工作棱

图4-7 五角棱镜及五角棱镜的展开

棱镜展开

若它被用在会聚光路中,光路的光轴垂直于反射棱镜的入射面,反射棱镜的加入仍然保持了光路系统靴形棱镜

图4-8 平行平板的成像

1

αβγ===(4-6)

图4-9 平行平板的延伸量

121'

AC h h du

=?=

/

CD AC u du

==

4.2.3 反射棱镜的正像作用

图4-10 反射棱镜的物方坐标系和像方坐标系

图4-11 一次反射的直角棱镜图4-12 确定y轴成像方向的另一

种方法、二次反射直角棱镜的成像分析

图4-13 二次反射的直角棱镜

互垂直的反射面依次反射而改变方向,从而得到

物体的相似像。

相互垂直

,带有屋脊

屋脊

图4-15 直角屋脊棱镜的成像方向确定

图4-14 屋脊棱镜

图4-16 列曼屋脊棱镜的成像(a)

图4-16 列曼棱镜的成像(b)

图4-17 普罗棱镜

图4-18 转轴P与它经棱镜所成的像P'

其中N为棱镜的反射次数。

图4-19 立方体xyz与立方体经平面反射镜所成的像x'y'z'

4-20 向量g绕轴P旋转角Δθ后成向量i i

'b b

??????

图4-21 一次反射直角棱镜的成像

1)cos θαθ?Δ?Δ4-22棱镜转动引起的光轴偏

图4-23棱镜转动引起的像倾斜

图4-24 列曼屋脊棱镜成像

图4-25 K II-80°-90°空间棱镜

(a)轴测图

(c)顺x 方向

投影图

(b)顺z 方向

投影图

o 'cos100'==

i j

K 冕牌玻璃n 小V大F 火石玻璃n 大V小

、判断如图所示的光学系统的成像方向。

y ×

x

z

基础光学工艺.3第十三章 转向屋脊棱镜

第十三章转向屋脊棱镜 已经设计了许多带90°屋脊 棱镜用于观察仪器。这类屋脊棱镜 使象上下颠倒和左右反转,同时可 以在45°到120°范围内以各种角 度偏转视线。最常用的转向屋脊棱 镜是45°(施密特)、60°(2号军 用夫兰克福德)、80°、90°(阿米 西)、115°、120°(1号夫兰克福 德)棱镜。五角棱镜是一种特殊情 况。显然,经棱镜后的视线可以根 据仪器的要求设计其偏转角。记住 任何一种带90°屋脊角的转向棱 镜均称为阿米西(90°)棱镜。这 种棱镜的制作方法与其他的屋脊棱 镜的制造方法相同,但是入射面与图13.1 典型的90°转向棱镜施密特(45°)、 出射面间的夹角却有差别(见图13.1) 2号夫兰克福德(60°)、阿米西(90°)、1号 夫兰克福德(145°)和(120°) 1.玻璃的均匀性 玻璃的均匀性、气泡、条纹等等的检验是重要的。第五章已详细地讨论了均匀性的检验方法,必须强调在三个方向检验玻璃毛坯。 由生产厂检验合格的玻璃,即使属于1-A级且符合JAN174-AI标准的规定也必须再作检验。我记得了“了解他使用的玻璃”,结果使一批直角棱镜报废。在干涉仪上检验时这些无法挽回的棱镜,因有细小的条纹,不能满足OPD(光程差)小于1/4λ的要求。 玻璃毛坯在布朗查德铣磨机或其他允许坯料翻转加工,如果仔细操作,可以达到极好的平行度。大多数棱镜都有两个互相平行的侧面,所以第五章介绍了玻璃成型毛坯三种特殊的检验方法。平行平板有面形质量为两个波长、平行度高于15″的两个粗抛光表面。与标准角度棱镜光胶的表面的面形质量应优于1个波长(由大的玻璃毛坯上切下的单个棱镜,其面形质量与大棱镜有比例关系)。一个较好的抛光侧面应作为检验棱镜反射角的90°侧面角的参考面。菲索干涉仪用于检验平行平板的平行度(见第十四章)。 2.切过程 经均匀性检验得到无条纹或无其它缺陷的毛坯或圆盘 后,道德切划两块方的平板玻璃用来保护两个抛光表面。用 低熔点沥青胶在抛光表面间粘上一张透镜纸(见附录3)。简 单地说,放在石棉板上的玻璃毛坯用可调电炉缓缓加热到 85℃,平板玻璃片大的玻璃毛坯一起加热,在毛坯的一个面 上轻轻地涂上一层沥青胶,然后放上一张透镜纸,再盖上一 片保护玻璃。翻转玻璃组件,再把第二片保护玻璃粘于玻璃 毛坯上。注意:操作时应戴上棉手套,因为厚的玻璃毛坯太 热不能用赤裸的手操作。还应避免水或潮湿毛巾接触高热玻璃,图13.2 从粗抛光的平行平板锯 否则因应力集中而使玻璃毛坯炸裂。切棱镜的一种排样方法玻璃组合件冷却到室温后,贴上大的防水胶带纸。用硬纸板或聚酯薄剪出留有余量的棱镜

部分反射镜

平面部分反射镜材料K9(FS),熔石英尺寸公差+0/-0.2mm 厚度公差±0.2mm 通光孔径>90%面型/8@632.8nm λ表面质量镀膜60/40一面镀介质部分反射膜,反面镀增透膜损伤阈值>10J/20ns 20Hz @1064nm ,,,cm 2R T 分光精度单波长3%5%±,宽带±t R T 平行度<1分常用波长355532632.865078085098010301064nm 450-650nm 650-900nm 900-1200nm ,,,,,,,,,,T e T c R фS1S2T e фT c S1R S2 球面部分反射镜部分反射镜BSP K925.4350/5045°S+P 1064BSP -材料直径厚度透射率反射率入射角设计偏振波长---T/R--- S+P S P :,::针对S和P求平均设计只针对S光设计只针对P光设计T=(Ts+Tp)/2R=(Rs+Rp)/2,订购信息技术参数32K9K9FS ::熔石英

材料K9(FS) ,熔石英尺寸公差+0/-0.2mm 厚度公差±0.2mm 通光孔径>90% 面型/4@632.8nm λ表面质量镀膜60/40 S1S2面镀介质部分反射膜,面镀增透膜损伤阈值>10J/20ns 20Hz @1064nm ,,,cm 2分光精度单波长±,宽带±3%5%中心偏<3分 常用波长3555321030104710531064nm ,,,,,材料K9,熔石英(FS) 尺寸公差+0/-0.2mm 厚度公差±0.2mm 通光孔径>90%面型/8@632.8nm λ表面质量镀膜60/40 一面镀二向色性分色膜,反面镀增透膜 反射波长,透过波长R>99.5%T>85% 损伤阈值>10J/20ns 20Hz @1064nm ,,,cm 2平行度<1分 常用波长1064/532nm 分色镜λ1λ2技术参数 订购信息 BST PCV K925.43100010/900°1064BST-PCV -材料直径中心厚度曲率半径透射率反射率入射角波长----/--T R PCV PCX ::平凹平凸33技术参数 订购信息 DIM K925.43R1064/T532BST 45° BST-DIM -材料直径厚度反射波长透过波长入射角 ---/-R T K9K9 FS ::熔石英

(整理)光学材料讲稿

光学材料 一、引言 光充满着整个宇宙,各种星体都在发光:远红外光、红外光、可见光、紫外光,以及X射线等。我们生活在光的世界里,整天都在和光打交道,白天靠日光,黑夜靠灯光,夜间在野外可能还要靠星光定方向。要利用光,就要创造工具,就要有制造工具的材料—光学材料。 自然界中存在一些天然或合成的光学材料,如我国的夜明珠、发光壁;印度的蛇眼石、叙利亚的孔雀暖玉等。这些材料具有奇异的发光现象,能在无光的环境下放出各种色泽的晶莹光辉。由于这些光学材料稀有,因而被视为人间珍宝,其主要作用成了权力和财富的象征。在春秋战国时期,墨子就研究了光的传播规律,接着出现了最古老的光学材料—青铜反光镜。17世纪,瑞士人纪南成功地熔制出光学玻璃,主要用于天文望远镜。随后,欧洲出现了望远镜和三色棱镜,人工制造的光学玻璃成为主要光学材料。19世纪和20世纪初是世界光学工业形成的主要时代,以望远镜(包括天文望远镜和军用望远镜)、显微镜、光谱仪以及物理光学仪器(包括很多种医用光学仪器)四大类为主体,建立了光学工业。 如今,光学材料已经在国民经济和人民生活中发挥着重要作用。最简单的例子,一个人如果眼睛发生了病变,只能看清近处而看不清远处的物体(称近视),或者只能看清远处而看不清近处的物体(称远视),达就需要配戴眼镜来进行校正。戴上眼镜后,入射光线先经过眼镜片发散(或会聚)后再进入人眼水晶体,就能使景物上的光线正确地聚焦在视网膜上,于是,一副直径5厘米左右的光学眼镜片就能消除眼疾给人带来的苦恼。现在,工农业生产、科学研究和人类文化生活等需要使用显微镜、望远镜、经纬仪、照相机、摄像机等各种光学仪器,核心部分都是由光学材料制造的光学零件。所以,光学材料已经成为人们社会必不可少的功能材料之一。 光学材料是传输光线的材料,这些材料以折射、反射和透射的方式,改变光线的方向、强度和位相,使光线按预定要求传输,也可吸收或透过一定波长范围的光线而改变光线的光谱成分。光学材料主要包括光纤材料、发光材料、红外材料、激光材料和光色材料等。光纤材料已在信息材料中介绍,这里主要介绍余下的几种光学材料。 二、发光材料 2.1、发光现象 发光是物质将某种方式吸收的能量转化为光辐射的过程,是热辐射之外的另一种辐射现象。光子是固体中的电子在受激高能态返回较低能态时发射出来的。当发出光子的能量在1.8-3.1eV时,便是可见光。要使材料发光所需吸收的能量可从较高能量的电磁辐射(如紫外光)中得到,也可从高能电子或热能、机械能和化学能中得到。 发光材料是指吸收光照,然后转化为光的材料。发光材料的晶格要具有结构缺陷或杂质缺陷,材料才具有发光性能。结构缺陷是晶格间的空位等晶格缺陷,由其引起的发光称为自激活发光。所以制备发光材料采用合适的基质十分重要。如果在基质材料中有选择地掺入微量杂质在晶格中形成杂质缺陷,由其引起的发光叫激活发光,掺入的微量杂质一般都充当发光中心,称为激活剂。得到实际应用的发光材

平面与平面系统 知识点

3-1 #平面镜#平面反射镜,曲率半径无穷大,它是唯一能成完善像的最简单的光学元件。 #镜像#使一个右(或左)手坐标系的物体经光学系统后成左(或右)手坐标系的像,这种像叫镜像。 #一致像#与物坐标系一致的像,简称一致像。 #连续一次像#双平面镜成像时,依次通过两个反射面所成的像。 3-2 #平行平板#由两个相互平行的折射平面构成的光学元件。 3-3 #反射棱镜#将一个或多个反射面磨制在同一块玻璃上形成的光学元件。 #棱镜光轴#光学系统的光轴在棱镜中的部分称为棱镜的光轴,一般为折线。 #主截面#工作面之间的交线构成棱,垂直于棱的平面。 #简单棱镜#只有一个主截面,所有工作面都与主截面垂直。 #屋脊棱镜#交线位于棱镜光轴面内的两个相互垂直的反射面构成屋脊面,具有屋脊面的棱镜称为屋脊棱镜。 #立方角锥棱镜#三个反射面相互垂直,底面是一个等腰三角形,为入射面和出射面,光线从任意方向从底面入射,经三个直角面反射后,出射光线始终平行于入射光线。 #复合棱镜#由两个以上棱镜组合起来形成复合棱镜。 #成像方向判断#根据一定的规则判断棱镜系统的成像方向。 #棱镜展开#利用一等效平行玻璃平板来取代光线在反射棱镜两折射面之间的光路。 3-4 #折射棱镜#工作面由两个折射面构成的棱镜。

#光楔#折射角很小的折射棱镜。 #色散#由于同一透明介质对于不同波长的单色光具有不同的折射率,白光经过棱镜后将被分解为各种不同颜色的光,在棱镜后将会看到各种颜色,这种现象称为色散。 3-5 #平均折射率#在夫朗和费谱线中D光波长处的折射率。 #平均色散#夫朗和费谱线中F光波长和C光波长处的折射率之差。 #阿贝常数# 定义为(n D-1)/(n F-n C) #部分色散#任意一对谱线的折射率之差。 #相对色散#部分色散与平均色散之比。

多面反射镜的超精密切削

多面反射镜的超精密切削 一、多面反射镜 过去多面反射镜只用作测量角度的标准光学元件,在一般情况下,是用它作为测量回 转工作台分度精度的角度标准。随着科学技术的发展,多面反射镜的用途也在不断地扩 大,目前广泛地用于激光扫描的装置中,即让多面反射镜高速回转,使照射在多面反射镜上的激光束进行扫描。利用多面反射镜制作的激光扫描装置用途很广,例如在激光打印 机上使激光通过多面反射镜在感光鼓筒上进行扫描,而实现高速印刷。除此之外,还在检查轧制钢板的表面缺陷及检查胶片等的缺陷,零件、物品等的识别,用a岛激光淬火、焊接等装置上都要使用多面反射镜。在上述的各种用途中,以用在激光打印机上的多面反 射镜精度最高、最有代表性。图7-20所示是激光打印机的原理图。多面反射镜是构成激 光打印机的核心零件,只有多面反射镜的精度高,反射率高,打印机才能有高的析像度,像汉字、画像这样复杂的图像才能高速地印刷。因此要求多面反射镜的几何形状精度高,反 射镜面的粗糙度R。值低。图7—21所示是激光打印机用多面反射镜的技术要求。从图中225 可以看出,镜体的平行度和平面度精度均为0.5f,tm,镜面的角度误差在1“~y,而镜面所 要求的粗糙度为R,0.01,ttm,平面度要求为A/5~2/10(Ne—Ni激光A=0.682 8『』m)c 在一般情况下,作为激光反射镜必须满足 的加 工精度是:形状精度(平面度)低于0.1“m, 表面粗 糙度R。0.01弘m,表面反射率大于85%, 而且没有 散乱光和衍射光。

过去因多面反射镜形状复杂,对几何形状精度和表面粗糙度的要求很高,故多采用研磨的方法进行加工。图7—22为其工艺路线,因为加工工艺复杂,效率较低,所以成本很高。 近来由于多面反射镜用途的不断扩大,用研臃方法进行加工已远远满足不了要求,因而开发了丹j 铜及铜铝系合金等软金属以及塑料等材料,采用金刚石刀具超精密切削加工出多面反射镜的技术,其工艺路线见图7-23。 加工多面反射镜采用超精密切削与采用研磨 相比,可以看出:采用超精密切削,工艺路线大大地 l一感光滚筒:2一激比发振器; 3~数字信号:4一电fi十算机; 5一变调器;6-一激光束放大器; 7一多【酊反射镜;8一壤焦透镜。

工程光学第三章

1. 平面镜的像,平面镜的偏转,双平面镜二次反射像特征及入、出射光线的夹角 2. 平行平板的近轴光成像特征 3. 常用反射棱镜及其展开、结构常数 4. 屋脊棱镜与棱镜组合系统,坐标判断 5. 角锥棱镜 6. 折射棱镜及其最小偏角,光楔 7. 光的色散 8. 光学材料及其技术参数
引言
球面系统能对任意位置的物体以要求的倍率成像。但有时为了起到透镜无法满足的作用, 球面系统能对任意位置的物体以要求的倍率成像。但有时为了起到透镜无法满足的作用,还常应用平面系 能对任意位置的物体以要求的倍率成像 透镜无法满足的作用 统。
平面镜
平行平板
反射棱镜
折射棱镜
§ 3-1 平面镜
我们日常使用的镜子就是平面镜 返回本章要点
? 平面镜的像 ---- 镜像 如图:
1

实物成虚像
虚物成实像
成镜像

当 n'=-n 时 且

得:
表明物像位于异侧
成正像
物像关于镜面对称,成像完善,但右手坐标系变成左手坐标系,成镜像。
由图可见: 平面镜能改变光轴方向,将较长的光路压缩在较小空间内,但成镜像,会造成观察者的错觉。 因此在绝大多数观察用的光学仪器中是不允许的。
奇次反射成镜像 偶次反射成一致像
? 平面镜的偏转
返回本章要点
若入射光线不动, 平面镜偏转 α 角,则反射光线转 过 2α 角 ( 因为入射角与反射角同时变化 了 α 角 ) 该性质可用于测量物体的微小转角或位移
当测杆处于零位时,平面镜处于垂直于光轴的状态
,此时
点发出的光束 点。
经物镜后与光轴平行,再经平面镜反射原路返回,重被聚焦于
2

【CN109752704A】一种棱镜及多线激光雷达系统【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910208364.1 (22)申请日 2019.03.19 (71)申请人 深圳市镭神智能系统有限公司 地址 518104 广东省深圳市宝安区沙井街 道坣岗社区坣岗大道文体中心商业楼 1栋4层 (72)发明人 胡小波 白芳  (74)专利代理机构 北京品源专利代理有限公司 11332 代理人 孟金喆 (51)Int.Cl. G01S 7/481(2006.01) (54)发明名称 一种棱镜及多线激光雷达系统 (57)摘要 本发明实施例公开了一种棱镜及多线激光 雷达系统。其中棱镜用于多线激光雷达中,包括 顶面、底面和位于顶面与底面之间的至少三个侧 面,其中至少两个侧面包括发射区域和接收区 域;接收区域位于发射区域与顶面之间;沿顶面 指向底面的方向,发射区域包括依次排列的至少 两个反射面,至少两个反射面与底面之间的夹角 不同。本发明实施例提供的棱镜,用于多线激光 雷达系统中,可以实现降低多线激光雷达系统的 制作成本和制作难度的效果。权利要求书2页 说明书6页 附图6页CN 109752704 A 2019.05.14 C N 109752704 A

权 利 要 求 书1/2页CN 109752704 A 1.一种棱镜,其特征在于,用于多线激光雷达中,包括顶面、底面和位于所述顶面与所述底面之间的至少三个侧面,其中至少两个所述侧面包括发射区域和接收区域;所述接收区域位于所述发射区域与所述顶面之间; 沿所述顶面指向所述底面的方向,所述发射区域包括依次排列的至少两个反射面,至少两个所述反射面与所述底面之间的夹角不同。 2.根据权利要求1所述的棱镜,其特征在于,沿所述顶面指向所述底面的方向,位于同一所述发射区域的各所述反射面与所述底面之间的夹角呈等差数列。 3.根据权利要求1所述的棱镜,其特征在于,每个所述侧面包括至少四个反射面; 在同一所述发射区域中,靠近所述发射区域的中心的相邻两个所述反射面与所述底面之间的夹角差值最小。 4.根据权利要求1所述的棱镜,其特征在于,所述接收区域所在侧面与所述底面的夹角为α1,所述发射区域的一所述反射面与所述底面的夹角为α2,α1=α2。 5.根据权利要求1所述的棱镜,其特征在于,所述反射面与所述底面之间夹角的最大值为α3,所述反射面与所述底面之间夹角的最小值为α4,0°<|α3-α4|<2°。 6.根据权利要求2所述的棱镜,其特征在于,在同一所述侧面,沿所述顶面指向所述底面的方向,所述接收区域与底面的夹角和所述发射区域的各所述反射面与所述底面之间的夹角呈等差数列。 7.根据权利要求1所述的棱镜,其特征在于,所述棱镜包括n对相对设置的侧面,n为大于或者等于2的正整数; 相对的两个所述侧面中,最邻近所述底面的反射面与所述底面的夹角均大于或者均小于,两个所述侧面之间的至少一个侧面最邻近所述底面的反射面与所述底面的夹角。 8.根据权利要求7所述的棱镜,其特征在于,相对的两个所述侧面中,最邻近所述底面的反射面与所述底面的夹角相等。 9.一种多线激光雷达系统,其特征在于,包括权利要求1-8任一项所述的棱镜,还包括: 旋转机构,所述棱镜位于所述旋转机构上,所述旋转机构带动所述棱镜绕旋转机构的旋转轴旋转; 至少一组发射接收组件,所述发射接收组件包括发射单元和接收单元;所述发射单元位于所述棱镜的一侧,用于发射激光光束,所述发射单元将发射的激光光束经所述棱镜的发射区域反射后照射到目标物;所述接收单元与同一组所述发射接收组件中的所述发射单元位于所述棱镜的同一侧,所述接收单元用于接收从所述目标物反射后经所述棱镜的接收区域反射的激光光束。 10.根据权利要求9所述的多线激光雷达系统,其特征在于,还包括: 发射镜组,位于所述发射单元与所述棱镜之间,用于将所述发射单元发射的激光光束进行准直照射到所述棱镜的发射区域上; 接收镜组,位于所述接收单元与所述棱镜之间,用于将所述棱镜的接收区域反射的激光光束进行聚焦照射到所述接收单元上。 11.根据权利要求9所述的多线激光雷达系统,其特征在于,所述发射单元包括激光光源,所述接收单元包括光电转换器,所述激光光源的数量与所述光电转换器的数量相同。 12.根据权利要求9所述的多线激光雷达系统,其特征在于,还包括滤光镜,所述滤光镜 2

高精密平面光学零件加工工艺汇编

河南工业职业技术学院 Henan Polytechnic Institute 毕业设计 题目高精度平面光学零件加工工艺系别光电工程系 专业精密机械技术 班级 姓名 学号 指导教师 日期

毕业设计任务书 设计题目: 高精密平面光学零件加工工艺 设计要求: 1.熟悉高精度平面光学零件加工的工艺,达到图纸的设计要求。 设计任务: 1.画出高精度平面光学零件加工原理图; 2.根据图纸要求选用合适的加工方法; 3.写出详细毕业设计说明书(10000字以上),要求字迹工整,原理叙述正确,会计算主要元器件的一些参数,并选择元器件。 设计进度要求: 第一、二周:收集选题资料;在图书馆查看书籍,在实践中听取师傅的教导,在网上查找各类相关资料尽量使资料完整、精确。 第三、四周:熟悉相关技术,将收集到的资料仔细整理分类,及时与导师进行沟通。将设计的雏形确立起来 第五、六周:根据毕业设计格式确定、撰写毕业设计; 第七、八周:准备答辩 指导教师(签名):

摘要 光学平面零件是指由光学平面作为工作面的光学零件。它包括平晶、平行平板、平面反射镜、光楔、滤光片及棱镜等。由两个互相平行的光学平面构成的光学零件系统称为平行平板。 通常以平面光学零件的面形精度和角度精度来衡量平面制造的精度,并以此将平面光学零件区分为高精度零件、中精度零件和一般精度零件。 平面面形精度为N=o.5~o.1,△ N=o.1以上;角度精度为20〞~ 5〞以上的零件,称为高精度平面光学零件。属于这类的光学零件有平面平行零件、平面样板、棱镜、多面体等。高精度平面的抛光除需要很好地解决加工中的装夹变形、热变形、应力变形、重力变形等问题外,还应采用先进的加工技术和精密的测试手段。 这篇设计主要介绍,高精度平面零件的加工过程,指出加工过程中存在的问题,总结经验以及所得到的体会。 关键词::平面零件、加工要求、抛光、精度

高精度离轴凸非球面反射镜的加工及检测_张峰

第18卷 第12期 2010年12月 光学精密工程  O ptics and Precision Enginee ring V ol .18 N o .12 Dec .2010 收稿日期:2010-09-25;修订日期:2010-10-27. 基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(N o .61036015) 文章编号 1004-924X (2010)12-2557-07 高精度离轴凸非球面反射镜的加工及检测 张 峰 (中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光学系统先进制造技术中国科学院重点实验室,吉林长春130033) 摘要:为了提高离轴凸非球面反射镜的面形精度和光轴精度,研究了离轴凸非球面反射镜的加工与检测技术。首先,描述了离轴三反消像散(TM A )光学系统以及作为该光学系统次镜的离轴凸非球面反射镜的光学参数和技术指标。然后,介绍了非球面计算机控制光学表面成型(CCOS )技术及FSG J 非球面数控加工设备。最后,给出了非球面研磨阶段检测用的轮廓测量法和离轴凸非球面抛光阶段检测用的背部透射零位补偿检测法,并对背部透射零位补偿检测中离轴凸非球面反射镜光轴精度的控制技术进行了研究。检测结果表明:采用背部透射零位补偿检测法检测得到的离轴凸非球面反射镜的面形精度为0.017λ(均方根值,λ=0.6328μm );用Leica 经纬仪测量反射镜的光轴精度其结果达到9.4″,满足光学设计技术指标要求。 关 键 词:凸离轴非球面;计算机控制光学表面成型;轮廓测量;背部透射零位补偿检测;光轴精度中图分类号:T H703;T Q 171.68 文献标识码:A doi :10.3788/O P E .20101812.2557 Fabrication and testing of precise off -axis convex aspheric mirror ZH ANG Feng (K ey Laboratory of Optical S ystem Ad vanced Manu f acturing Technology ,Changchun I nstitute of Optics ,Fine Mechanics and P hysics ,Chinese Academy o f Sciences ,Changchun 130033,China )A bstract :To im pro ve the fine surface figure accuracy and optical axis accuracy of an o ff -axis co nvex aspheric mirro r ,the fabricatio n and testing techno logies o f the off -axis convex aspheric mirror w ere studied .Firstly ,a Three Mirror Anastig mat (TM A )o ptical sy stem and the specification requirements of the seco nd off -axis convex aspheric mirror in the TM A optical system w ere presented .Then ,the technique of Computer -controlled Optical S urfacing (CCOS )fo r manufacturing the asphe ric mirror and the FSGJ num erical control machine fo r processing asphe ric surface w ere introduced .Finally ,the con -to ur testing in a lapping stage and the back transmission null testing in a polishing stage for the co nvex aspheric mirro r w ere described ,and the co ntro lling technolo gy fo r the optical axis accuracy of off -axis convex aspheric mirro r w as studied .The testing results indicate that the surface fig ure accuracy and the o ptical axis accuracy of the off -axis convex aspheric mir ro r are 0.017λRMS and 9.4″,respectively .All the specificatio ns of the off -axis convex aspheric mir ro r can meet the requirements of the optical desig n .Key words :off -axis convex aspheric surface ;Computer -co ntrolled Optical Surfacing (CCOS );contour testing ;back transmissio n null testing ;optical axis accuracy

基于平面反射镜的物体全方位三维测量方法与制作流程

本技术公开了一种基于平面反射镜的物体全方位三维测量方法,首先是搭建摄像机和投影仪组成的条纹投影轮廓术系统,将贴附有标定纸条的左平面反射镜和右平面反射镜设置在被测物体后面,使用投影仪向被测物体投出相移条纹,并触发摄像机同步采图,将缠绕相位图解算为绝对相位图,由绝对相位得到被测物体的三维点云数据,并用标定纸条对平面反射镜进行标定,实现通过单次测量即可得到物体全方位的三维点云数据,最后利用ICP迭代算法对点云进行配准,使点云之间相同的部分尽可能地重合。本技术具有低成本,简单高效,高精度的优势。 技术要求 1.一种基于平面反射镜的物体全方位三维测量方法,其特征在于步骤如下: 步骤一:搭建基于平面反射镜的条纹投影轮廓术系统,首先搭建摄像机和投影仪组成的条纹投影轮廓术系统,然后将贴附有标定纸条的左平面反射镜和右平面反射镜设置在被测物体后面,调节贴有标定纸条的平面反射镜的位置,通过平面反射镜的反射作用,摄像机同时观察到被测物体的三个视角的信息; 步骤二:投影相移条纹并采图,使用投影仪向被测物体投出相移条纹,并触发摄像机同步采图; 步骤三:求解相位并重构点云,对于步骤二中采集到的条纹图案,采用基于条纹投影的相移轮廓术解算出不同频率条纹下的缠绕相位图,随后利用时域相位解缠算法,将缠绕相位图解算为绝对相位图,利用投影仪和摄像机的标定参数,由绝对相位得到被测物体的三维点云数据; 步骤四:用标定纸条对平面反射镜进行标定,即利用步骤二和步骤三中的方法对平面反射镜上面的标定纸条的三维信息进行重构,得到标定纸条的三维空间姿态信息,并进行平面拟合,用以近似代替平面反射镜的空间姿态信息,计算拟合平面的单位法向量以及世界坐标系原点到拟合平面的距离,完成两块平面反射镜的标定工作; 步骤五:三维点云的转换,根据步骤四得到的平面反射镜的标定参数,计算得到左右平面镜反射镜中三维点云数据到真实世界坐标系的转换矩阵,从而将左右平面镜中的三维点云数据转化到物体实际所在的统一的世界坐标系下,以此方式实现通过单次测量即可得到物体全方位的三维点云数据; 步骤六:三维点云的配准,利用ICP迭代算法对点云进行配准,使点云之间相同的部分尽可能地重合。 2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤一中,一块标定纸条贴附在左平面反射镜的下部偏左部位,另一块标定纸条贴附在右平面反射镜的下部偏右部位,调节平面反射镜的位置,使两块平面反射镜的交线正对被测物体和投影仪,左平面反射镜、右平面反射镜的夹角在115°-125°之间,以摄像机观察到的三个像均匀分布在视场中,互不重合,且三个像不被标定纸条遮挡。 3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤二中,利用基于条纹投影的相移轮廓术,使用投影仪向被测物体投出一系列正弦条纹图案,经过物体漫反射后被摄像机同步采集,采集到的光强表示为:

棱镜分光光谱仪的光学系统设计与光谱特性计算

第39卷第7期2010年7月 光 子 学 报 ACTA PH OT ON ICA SINICA V ol.39N o.7July 2010 * 国家高技术研究发展计划项目资助 Tel:0216542085022605Email:w angxin@https://www.360docs.net/doc/206423958.html, 收稿日期:2009-09-16修回日期:2010-03-22 文章编号:1004-4213(2010)07-1334-6 棱镜分光光谱仪的光学系统设计与光谱特性计算 * 王欣,丁学专,杨波,刘银年,王建宇 (中国科学院上海技术物理研究所,上海200083) 摘 要:设计了离轴全球面成像光谱仪和离轴校正透镜棱镜分光成像光谱仪两种光学系统.在离轴全球面成像光谱仪的基础上,提出了改进型离轴校正透镜光谱仪,仅采用一个色散棱镜,避免了大口径同心透镜;有效校正了大视场像差,色散非线性修正效果显著.通过调节离轴角和光谱仪的焦距控制了畸变,补偿了与波长相关的狭缝弯曲,减小了残余像差,并降低了整个光谱仪工程实施的 难度.从工程合理性、加工可实现性和光学性能等方面比较了两个系统的特点,推导和给出了光谱分辨率和狭缝弯曲的计算结果.从设计结果看,改进型离轴校正透镜光谱仪的传递函数最小值大于75%,而离轴全球面成像光谱仪的最小值只大于60%.从加工难易程度看,离轴全球面成像光谱仪采用一个接近5200mm 的石英透镜,其透射材料远不如改进型离轴校正透镜光谱仪透镜材料的均匀性和面形准确度高,而且大口径透镜大大增加了制备难度和成本.从工程布局看,改进型离轴校正透镜光谱仪充分考虑了与机械结构的匹配,狭缝与第一面反射镜的轴向距离较合理.从光谱特性看,两个光学系统的光谱分辨率结果基本接近,离轴全球面成像光谱仪光谱弯曲结果略好于离轴校正透镜结构.因此,综合比较得出离轴校正透镜光谱仪是最佳的选择方案,该系统可应用在短波红外波段的光谱成像的遥感探测. 关键词:棱镜分光光谱仪;离轴校正透镜;色散非线性;狭缝弯曲中图分类号:T N21 文献标识码:A doi :10.3788/gzx b20103907.1334 0 引言 超光谱成像技术是在20世纪80年代前后的成像光谱技术基础上发展起来的.经过十多年的发展,成像光谱技术在机载平台获得了成功的应用.先后有美国国家航空和宇宙航行局的机载可见/红外成像光谱仪(Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrom eter,AVIRIS ),欧洲的机载成像光谱仪(Airborne PRISM EXPERIM ENT,APEX ),中国的实用型模块化成像光谱仪(Operational M odular Im aging Spectrometer ,OMIS)以及推帚式超光谱成像仪(Pushbroom H y perspectral Imaging,PH I)等.在机载仪器成功研制并推广应用的基础上,世界各航天大国纷纷开展超光谱成像技术的空间应用,主要有欧洲的小型高分辨率成像光谱仪(Com pact H igh Reso lution Im ag ing Spectrom eter,CH RIS )、澳大利亚的资源环境成像成像光谱仪(Australia Resource Enviro nm ent Imaging Spectrom eter,AREIS)和意大利的超光谱先驱应用卫星(H yperspectral Precursor and A pplicatio n M issio n,PRISMA)等[1] . 自从超光谱技术出现以来,各种不同的分光技术都在超光谱成像仪中得到了应用,其中棱镜分光系统是唯一光谱无叠级的系统,且结构简单,具有大的自由光谱范围;对整个光谱,通光量不变并且具有很高的透过率.因此用镜面数少的望远镜和分光效率高的棱镜光谱仪组成的光学结构可提高系统总透过率,以达到提高系统辐射信号收集能力的目的. 国外以棱镜作为分光形式的有效载荷有欧空局CH RIS 、意大利航天局PRISMA 、机载成像光谱仪APEX 等.CH RIS 采用曲面棱镜校正像差,结合三反中继成像系统,获得了较好的效果.PRISM A 的光学系统设计采用透射棱镜放置于平行光路上来进行分光,可获得更高的效率和更小的偏振灵敏度.APEX 光谱仪中的棱镜置于平行光路中,色散后的光路里采用透镜组来校正像差,为了分割开短波通道和可见近红外通道第一个色散棱镜的第二面镀有分色膜系,对于可见近红外波段有更高的反射率.在设计整个成像光谱仪中,光学系统设计决定仪器的最后性能[2].目前比较典型的是离轴全球面成像光谱仪(Off -ax is Imaging Spectr ometer,OASIS)和离轴非球面准直会聚光谱仪[3].本文设计 https://www.360docs.net/doc/206423958.html,

全向反射镜

全方位反射镜(1D ) 对1D 光子晶体,在立体空间中有完全带隙结构,在不同方向传播的光子的带隙有重合部分,使在一定的频率范围内的光子以不同的入射角度射向光子晶体时都被高反射啦,无法透过光子晶体。 物理属性: 1.平行波矢在任何平行于层的界面上都是守恒的,只要照射的光源足够远,在平行方向上结构的平移对称性就不会受到破坏。 2.从空气中入射的光要满足条件w>c|K |||,即在the light line 上面,对应于其上的自有传播模式,而在其下方是从远光源无法到达反射镜的消失模(指数衰减场)。 图15: YZ :入射平面 Y 方向:平行于层 Z 方向:垂直于层; 两种可能的极化: TM 波(S 极化):电场垂直于YZ 平面 TE 波(p 极化):电场在平面内,磁场垂直与平面; 2:132:1=εε,λ4 1堆结构。 w 与ky 关系,能带图: 绿色和蓝色都是传播态。 空白处是消失态(带隙) 红线是the light line ,w=cKy 黄色区域:Ky=0(正入射)全角度反射带(对于给定的频率)。TM 波和TE 波在正入射时反射带是重合的,但随着入射角度变化也会分离;

随着入射角的增大,TM 波和TE 波的反射带向着高频方向移动,并逐渐分离; p 极化在布鲁斯特角(B 点)时对任何频率都出现了透射带,B 出现在两种材料的接口,无反射,两条带相交。 但全向反射不是1D 的一般性质,两个必要条件: 1. 两种介质材料介电常数比要足够大; 2. 其中较小的介电常数还要比周围环境介电常数要大(所以图15选择的介电常数是2不是1,比空气介电常数大) 图16: λ4 1堆结构,图中显示的是全向带隙大小与a εεεε212,的函数关系。 光线是从介电常数为a ε的介质中入射的;2ε>1ε;粉色阴影区是非零全向带隙区。 λ4 1堆结构并不一定可以使全向带隙最大; 若不使用λ4 1堆结构,通过最优化层间距,那图中等高线的位移会小于2%(?); 若界面不平坦,或有物体靠近界面,平行波失不再守恒,此时,光通常会与晶体中传播的扩展模式耦合,并一起被传输;但可以通过其他对称性,比如旋转对称性代替平移对称性,使光可以在内部定位,同样可以呈现指数衰减模式。

前表面反射镜

前表面反射镜 它是一种利用反射定律工作的光学元件,反射镜按形状可分为平面反射镜、球面反射镜和非球面反射镜三种,介绍下平面反射镜(前表面反射镜)。 在光学玻璃的前表面,通过真空镀膜镀一层金属银(或铝)薄膜,使入射光反射的光学元件。采用高反射比的反射镜可使激光器的输出功率成倍提高;且是第一反射面反射,反射图像不失真,无重影,为前表面反射作用。如采用普通反射镜为第二反射面,不仅反射率低,对波长无选择性,而且易产生重影。而采用镀膜膜面反射镜,得到的图象不仅亮度高,而且精确无偏差,画质更清晰,色彩更逼真。前表面反射镜广泛为光学高保真扫描反射成像之作用。 应用:广泛应用于扫面仪,投影机,扫描仪,条码机,安防监控系统,舞台灯光、医疗器材等光学应用设备,鑫晨时代提供以下几种。 显微镜用反射镜舞台灯光用反射镜 幻影成像反射镜 JDSU反射镜

激光灯用反射镜面板玻璃 ? ?RGB 投影仪反射镜背投电视用反射镜? ? 开关玻璃设备玻璃 美国进口反射镜前表面反射镜 投影仪反射镜手电筒玻璃盖 扫描仪用反射镜

基本参数: 厚度:0.55mm-2.3mm 10/10/ 13 mm 12/12/ 2”8/8/ 2” 4 mm 12/12/ 2”8/8/2”20/20/ 4” ,16/16/ 4” 5 mm 根据玻璃厚度划分的种类: 0.5mm/0.7mm/1.1mm/1.25mm/1.9mm/2.0mm/3.0mm/4.0mm/5.0mm 反射率Reflection rate HR-94 (400~700波长平均达到94%以上,成像通用标准) For Scanner,Copier,PTV,OHP---等 HR-97- # ,HR-98- # (某个颜色光波长达到97%以上) For Scanner,PTV,LCD Projector ---等

球镜.柱镜及三棱镜的光学特性

1.球面透镜有屈折光线和聚焦的能力。 2.球面透镜各子午线上屈折光线的能力相等。 3.顶焦度:是一种度量单位的名称,是用来表述透镜对光线屈折能力大小的,在数值上等于透镜焦距的倒数。即:F=1/f 其中f为焦距,F为顶焦度。顶焦度的单位是屈光度,符号为“D”。 4.球面透镜之镜面度;球面透镜有两个界面,每个界面对入射光线具有屈折能力,个界面对光线屈折的能力用顶焦度来表示就称之为面镜度。 5.眼用球面透镜的顶焦度;眼用球面透镜的顶焦度等于该球面的两面镜度之和,即F=F1+F2(F为球面透镜顶焦度,F1为球面透镜的前表面镜度,F2为球面透镜的后表面镜度) 6.球面透镜的视觉像移;将—置于眼前,通过镜面观察远处目标,并缓缓上下平行移动镜片时,所见目标也随之上下移动;当左右平行移动镜片时,目标也随之左右移动,这种目标的动向与镜平移方向一致,称为顺动。将+置于眼前,通过镜面观察远处目标,并缓缓上下平行移动镜片时,将会发现目标逆镜片方向移动,这称为逆动。 二.柱镜的光学特性。 1.什么是柱面透镜;沿圆柱玻璃体的轴向切下一部分,这部分就是一个柱面透镜。 2. 柱面透镜有焦线可觅,且焦线与轴向平行。 3. 柱面透镜各个子午线上的屈光力不等,且按规律周期变化着。沿轴方向对光的屈折力为零,屈折力为零的方向叫轴向,与轴向垂直的方向为主径向。柱镜的散光度就是指主径向。其他方向上的屈折力怎样变化?我们可以借助下列公式准确表达; Fθ=F× sin2θ Fθ为所求与轴向为θ夹角方向上的屈光力,θ为所求方向与轴向间的夹角,F为柱面透镜具有的屈光力,即顶焦度。例:已知F=×180,求方向的顶焦度各为多少? 解:F30=-4sin230=-4x1/4= F60=-4 sin260=-4x3/4= 即方向的顶焦度分别为 D 4.柱面透镜的视觉像移:将一块柱面镜片(如 + 置于眼前,通过镜面观察远处目标,并缓缓上下平移镜片时,所见目标也随之上下移动;若将镜片左右平移时,目标显不动状;当将镜片转动时,透过透镜,所见目标将回扭曲变形。如果目标是一个十字线,那么十字线在该镜片移动的过程中将一会“合拢”相向运动,继而又“分开”运动,这种合拢和分开的运动是呈周期性地变化的,被称之为“剪刀运动”。这种现象是由柱面透镜各个子午线上具有

反射镜成像

反射镜成像 几何光学成像包括小孔、折射、反射三种形式,其中反射成像在古代最为常见。反射成像也可以分为三种形式:平面镜成像、凸面镜成像、凹面镜成像。 反射镜成像的起源大概是受“以水鉴面”的启发。古人发现平静的水可以照出像来,后来又进一步发现具有光滑表面的物体都能映出像来,由此启示他们去把金属表面打磨光滑,这就导致了古代主要成像工具——铜镜的产生。当铜镜表面曲率不等于零时,相应的铜镜就成了凸面镜或凹面镜。 铜镜的发明在我国非常遥远。出土文物表明,早在商代,就已经有了一定水平的铜镜。商周以后,铜镜日益增多,使用上渐趋普遍,由此促进了人们对其成像的研究。这些研究可以分为成像机理、成像规律及应用几个不同方面。 对于反射成像机理,古人很少从光路角度出发去分析,较多地是一些抽象的哲学议论。《淮南子·原道训》说:“夫镜水之与形接也,不设智故,而方圆曲直弗能逃也。”“与形接”,说明镜子成像是对外部的反映;“不设智故”,说明这种反映完全是客观的,因而是可信的。西晋陆机《演连珠》也说:“镜无畜影,故触形则照。”镜子本身并未贮存像的信息,它一旦接触到外来的光,就能照出相应的像。这种认识,与《淮南子》是一致的。 陆机还说:“鉴之积也无厚,而照有重渊之深。”积,这里指镜的反射面。因为只是一个面,故说其“无厚”。镜子的成像功能就在这个反射面上,认识到这一点,也是一个进步。 相应于成像机理而言,古人对反射成像规律及应用的研究,内容还是比较丰富的。这里我们分别就平面镜、凸面镜、凹面镜三种形式做一叙述。 对于平面镜成像特征,《墨经》中曾有所涉及。墨家称平面镜为正鉴,认为正鉴所成之像是单一的,不像曲面镜那样,存在放大、缩小、正立、倒立等多种情况。平面镜成像,物与像于镜面是对称的。物体移动,像也移动,二者始终对称。物在镜前,像在镜后,像与物是全同的。《墨经》对于平面镜成像特征的记述,文字比较简朴,上述内容是总结了《墨经》该条中心意思后得到的,与平面镜成像的实际情形也一致。 在应用上,古人除了用平面镜作为鉴形之器,还以之作为光路转换装置。《淮南万毕术》说:“高悬大镜,坐见四邻。”这里所说的大镜,指的是凸面镜,因为只有凸面镜,才能具有“坐见四邻”的效果。平面镜只能窥见邻家某一特定角度的情景。但东汉高诱对这一条的注解则无疑涉及到平面镜的反射作用:“取大镜高悬,置水盆于其下,则见四邻矣。”这里水盆的作用就相当于一个平面镜,它把高悬着的凸面镜上的四邻景象,反射给视者。本来,要“坐见四邻”,只需抬头仰视凸面镜即可,但仰视不便,故通过水盆中水的反射而转为俯视。这里水盆的作用就是一个光路转换器,通过它的转换,使得视者能够从比较舒适的角度出发进行观察。 利用平面镜对光的反射作用,可以生成复像。这对古人来说,是不难办到的,只要有两块平面镜在手,便能轻易实现。由此,要考证古人究竟何时实现了用平面镜的多次反射生成复像,没有多大意义,因为文献中反映出的年代肯定远远落后于实际。我们需要了解的,是古人究竟如何记载并解释此事。就记载的清晰度而言,唐代陆德明《经典释文》在注解《庄子·天下篇》有关内容时说了这样一段话:“鉴以鉴影,而鉴亦有影,两鉴相鉴,其影无穷。”这已经对成复像问题做了相当直观的解释。南唐道士谭峭在《化书·形影》中的说明,则更进了一步: “以一镜照形,以余镜照影,镜镜相照,影影相传,不变冠剑之状,不夺黼黻之色。是形也,与影无殊;是影也,与形无异:乃知形以非实,影以非虚,无实无虚,可与道俱。”

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