常见光学自由曲面 - 360文档中心

自由曲面光学技术概述

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1、经典研抛法
铣磨成型
即经过铣磨，将毛坯加工成需要的形状。该形状需要提前做一计算，得到最大去除量形状，从而减轻后续过程任务量，程任务量。该过程需要用到铣磨机，属于下面要提到的粗磨的铣削加工，又称范成法加工。
研磨
即用研磨剂，研磨光学元件表面以减少成形过程中产产生的下表面损伤。这一过程根据添加研磨剂尺寸不同，分为粗磨和精磨。精磨过程中还需要使用冷却液，起到冷却、润滑、清洗和化学反应等作用。精磨后的光学元件由于有凹凸层的存在而形成不透明的表面，这也是抛光的必要性所在。
优缺点
传统的轨迹成形法加工自由曲面，共同的特点是加工效率高，但一般难于加工高精度的自由曲面，其根本原因在于加工所依据的轨迹的准确性差，轨迹转移精度不高，而且模具或机构等的轨迹单一，只能加工一种尺寸一种形状的非球面，且可加工的材质有限，通用性差，通常只用于中低精度非球面零件的批量生产。由于该方法已经比较成熟，并且很传统，目前，国外对这方面研究的报道很少。国内主要是中科院长春光机所和长春理工大学在做这方面的研究工作。
1972年
发展历程 1980年
摩尔公司首先开发出了用3个坐标控制的 M―18AG非球面加工机床，这种机床可加工直径356mm的各种非球面的金属反射镜。英国RankPneumo公司向市场推出了利用激光反馈控制的两轴联动加工机床，该机床可加工直径为350mm的非球面金属反射镜，加工工件形状精度达0.25-0.5μ m，表面粗糙度 Ra在0.01-O.025μ m之间。随后又推出了 ASG2500、ASG2500T、Nanoform300等机床
3、CNC磨削、研磨和抛光技术
优缺点
其加工过程大致可以概述为计算机控制的精密机床先将工件表面磨削成一个最接近自由曲面的球面，在不改变工件面形精度的前提下，通过研磨加工去除偏离量，最后通过抛光的方法达到曲面的表面质量要求，左图即为CNC磨削、研磨和抛光流程图。此加工过程的特点是阶段多、周期长，起始球面的选择对偏离量及工艺的制定起着决定性作用；适合加工高精度、大及超大口径的光学元件；对碳化钨、光学玻璃等脆硬材料有明显的优势。不过，这种方法也有很多不足之处，如果要加工不同的自由曲面零件，由于工件表面的光洁度和成形精度都需要通过磨削、研磨和抛光来改善，就需要大量的研磨盘，提高了成本，同时也增加了维护的难度；还有就是抛光过程中不可避免的会产生一些形状误差，自由曲面的不对称度越大，误差也就越大。

自由曲面光学系统制造关键技术及产业化应用

自由曲面光学系统制造关键技术及产业化应用随着科技的发展和社会的进步，光学系统的应用领域越来越广泛，其在航天航空、医疗仪器、激光加工等领域发挥着重要作用。

其中，自由曲面光学系统作为一种新型光学元件，具有曲面设计自由度高、光学性能优越等特点，因而备受关注。

本文将从自由曲面光学系统制造的关键技术和产业化应用方面展开探讨，旨在探究该领域的发展现状和未来趋势。

一、自由曲面光学系统制造的关键技术自由曲面光学系统的制造需要掌握一系列关键技术，包括曲面设计、材料选择、加工工艺以及表面质量控制等方面。

具体而言，其关键技术主要包括以下几个方面：1. 曲面设计技术自由曲面光学系统的曲面设计是制造工艺的第一步，也是最为关键的一步。

曲面设计需要结合光学系统的使用要求和材料特性进行综合考虑，通过数学建模和仿真分析，确定最佳的曲面形状和参数，以实现光学系统的预期光学性能。

2. 材料选择技术自由曲面光学系统的材料选择对其光学性能和耐用性有着至关重要的影响。

目前常用的材料包括光学玻璃、高分子材料、晶体材料等，各种材料具有不同的特性和加工工艺要求，因此需要根据实际应用需求和制造条件进行合理选择。

3. 加工工艺技术自由曲面光学系统的加工工艺包括精密磨削、抛光、镀膜等多个环节，其中精密磨削是最为关键的一步。

精密磨削需要保证曲面形状的精度和表面质量的一致性，同时避免因加工过程引入的应力和损伤对光学性能的影响。

4. 表面质量控制技术自由曲面光学系统的表面质量对其光学性能有着决定性的影响。

在制造过程中需要引入表面质量检测和控制技术，包括表面形貌检测、缺陷检测、表面粗糙度控制等，以确保光学系统的表面质量符合设计要求。

二、自由曲面光学系统产业化应用自由曲面光学系统作为一种新型光学元件，在航天航空、医疗仪器、激光加工等领域具有广阔的应用前景。

其产业化应用不仅需要充分发挥其优越的光学性能，还需要解决相关制造技术和产业链配套的问题。

具体而言，其产业化应用主要包括以下几个方面：1. 航天航空领域在航天航空领域，自由曲面光学系统被广泛应用于卫星遥感、光学通信等领域。

离轴自由曲面

离轴自由曲面是指具有复杂多变的面形变量的曲面，与传统的球面、二次曲面和偶次非球面等面形相比，离轴自由曲面具有非旋转对称特性。

在光学领域中，离轴自由曲面能够为光学系统提供足够的设计自由度，尤其是在离轴光学系统中可以实现许多以前无法达到的指标，如增大光学视场和矫正系统像差等。

离轴自由曲面的设计和制造需要高精度技术和复杂的数学模型，以实现所需的形状精度和表面粗糙度。

在制造过程中，通常需要使用高精度的加工设备和检测设备，以确保曲面的质量和光学性能。

离轴自由曲面在许多领域都有应用，如光学镜头、照明系统、显示面板、反射镜等。

它们在摄影镜头、投影仪、电视、监视器、显示器等领域中都有广泛的应用。

此外，离轴自由曲面还可以用于制造具有特殊光学性能的设备，如非球面透镜、反射式望远镜等。

总之，离轴自由曲面是一种具有广泛应用前景的新型光学元件，其设计和制造需要高精度技术和复杂的数学模型。

随着技术的不断进步和应用需求的不断增加，离轴自由曲面的制造和应用将会得到更广泛的发展和应用。

大视场光学自由曲面f-theta透镜设计

---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 大视场光学自由曲面f-theta透镜设计摘要光学自由曲面是指没有旋转对称的光学面，一般无法由方程来描述，因此在设计中是个难点，而因为它优秀的特性，又成为了现今光学设计的热点。

F-theta透镜是一种特殊的透镜组，由于它像高与角度的高度线性关系，经常被应用于扫描等场合。

利用自由曲面进行F-theta透镜的设计可以提高镜头的使用性能。

本文以此为基础，利用Zernike多项式在Zemax 中对自由曲面进行定义，从多个途径出发尝试设计大视场F-theta透镜。

针对工作波长1064nm视场60°的系统要求，对四种常用结构设计进行了讨论，得到了相关经验数据以及比较结果。

此项研究适应光学设计的发展趋势，对现代光学工程的发展具有较大实验价值和理论价值。

12661关键词光学自由曲面F-theta 光学设计Zernike多项式1 / 11毕业设计说明书（论文）外文摘要TitleDesign of large field f-theta lens with free-form surfaceAbstractOptical Free-form Surface generally refers to the optical surface without rotating axis of symmetry,that is cannot described by equation. But because its good features, it also becomes the hot spot of current optical designs . F-theta lens is a special kind of lens groups. Because of its image-high and angle have a perfect linearity,f-theta lens is often used in scanning and so on. In the system with 1064nm wavelength and 60°view angle,using free-form surface design can improve the performance of the F-theta lens. Based on this, use Zernike polynomial to define free surface in Zemax. Starting from multiple way trying to design big view F-theta lens. Discussing four different structures,to get some experience datas, and the comparison of the results. The study provides the advantageous condition for the development of modern---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ optical engineering.KeywordsFree-form Surface, F-theta lens,optical design, Zernike polynomials在像质要求较高、视场较大的场合中，我们也可以使用非球面光组在系统中校正像差、改善成像质量和简化结构。

光学自由曲面面形检测技术

１㊀引㊀言
㊀㊀光学自由曲面元件其表面自由度较大，可以针对性地提供或矫正不同的轴上或轴外像差，同时满足现代光学系统高性能、轻量化和微型化的要求，逐渐成为现代光学研究领域和工业及商业领域的新宠。广义的光学自由曲面包括回转对称非球面和非回转对称非球面，狭义的光学自由曲面仅指非旋转对称非球面，其口径内各处曲率半径各不相同，很难在全口径内使用统一的数学方程描述
（１．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＡｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎａｎｄＭａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＡｎｈｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｅｆｅｉ２３０６０１，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｆＭｏｄｅｒｎＯｐｔｉｃａｌＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎａ）ｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ，Ｅｍａｉｌ：ｏｐｔｚｌ＠ａｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎＣＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈｇｒｅａｔｄｅｇｒｅｅｓｏｆｆｒｅｅｄｏｍ，ｏｐｔｉｃａｌｆｒｅｅｆｏｒｍｓｕｒｆａｃｅｓｗｏｕｌｄｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅａｘｉａｌａｂｅｒｒａｔｉｏｎｓａｎｄｏｆｆａｘｉｓｏｎｅｓ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅｙｍｅｅｔｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｍｏｄｅｒｎｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｓｉｎｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔａｎｄｍｉｃｒｏｍａｔｉｏｎ，ａｎｄｇｒａｄｕａｌｌｙｂｅｃｏｍｅｓｔｈｅｈｏｔｔｏｐｉｃｉｎｍｏｄｅｒｎｏｐｔｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｉｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｈａｖｅｂｅｅｎｌｉｍｉｔｅｄｂｙｔｅｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｏｐｔｉｃａｌｆｒｅｅｆｏｒｍｓｕｒｆａｃｅ．Ｍｏｓｔｔｅｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｓｔｉｌｌｆｏｌｌｏｗ

自由曲面镜片研究意义和价值

自由曲面镜片研究意义和价值自由曲面镜片是一种特殊的光学元件，它的形状可以自由地设计和制造，可以根据特定需求定制各种光学曲面，具有广泛的研究意义和应用价值。

首先，自由曲面镜片作为光学元件，具有高度的灵活性和可定制性。

传统的光学元件如球面镜片和棱镜具有固定的形状和功能，限制了其在某些特殊光学系统中的应用。

而自由曲面镜片可以根据实际需求进行设计和制造，能够适应不同的实验和应用场景。

例如，在光学仪器和设备中，自由曲面镜片可以用于调整光路、矫正像差、改变光束的形状和方向等，满足实验和测量的需求。

其次，自由曲面镜片在光学设计和优化方面具有重要意义。

光学设计是一门复杂而关键的学科，它的目标是通过合理的光学元件配置来达到特定的光学性能。

在这个过程中，自由曲面镜片可以作为一种重要的设计自由度，帮助光学工程师实现对光学系统设计的灵活控制。

通过优化自由曲面镜片的形状和参数，可以提高光学系统的分辨率、波前畸变校正和光学能量传输效率等，从而提高设备的整体性能。

此外，自由曲面镜片还具有一定的探索性研究意义。

对于一些光学系统而言，传统的球面镜片和棱镜可能无法满足光学性能要求，需要开展新的设计方法和技术手段。

自由曲面镜片作为一种创新的光学元件，为光学研究人员提供了新的思路和工具。

通过研究自由曲面镜片的制备工艺、形状优化算法和光学性能评估方法等，可以推动光学技术的进步和发展，并拓展在光学成像、激光加工、光通信等领域的应用。

最后，自由曲面镜片在实际应用中具有较高的经济价值。

随着科技的不断进步和工业生产的需求，对于光学系统性能的要求越来越高。

自由曲面镜片的灵活性和可定制性使其成为满足个性化需求的理想选项。

例如，在光学检测和精密加工领域，自由曲面镜片的应用可以提高设备的精确度和稳定性，同时降低制造成本和能源消耗。

因此，自由曲面镜片的研究和应用对于促进科技进步和工业发展具有重要的指导意义。

综上所述，自由曲面镜片具有广泛的研究意义和应用价值。

自由曲面在离轴反射光学系统中的应用

自由曲面光学元件的应用可以提高离轴反射光学系统的性能和稳定性，为实际应用提供更好的解决方案。
对于推动我国光学技术的发展和提升我国在光学领域的国际竞争力具有重要意义。
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THANKS
激光武器系统
离轴反射光学系统可以应用于激光武器系统中，实现激光光束的高精度控制和瞄准。
航空航天领域
离轴反射光学系统可以应用于航空航天领域中，实现航空器、卫星等的高精度导航和控制。
无人驾驶领域
离轴反射光学系统可以应用于无人驾驶领域中，实现车辆的自动驾驶和精确导航。
03
自由曲面在离轴反射光学系统中的应用
2
自由曲面光学元件的制造和检测技术不断发展，使得其在离轴反射光学系统中的应用越来越广泛。
3
自由曲面光学元件在离轴反射光学系统中的应用具有较高的学术价值和实用性，对于推动光学技术发展具有重要意义。
研究不足与展望
01
自由曲面光学元件的制造和检测技术仍存在一定的挑战，需要进一步研究和改进。
02
自由曲面在离轴反射光学系统中的应用
2023-11-06
目录
• 引言 • 离轴反射光学系统基础 • 自由曲面在离轴反射光学系统中的应用 • 自由曲面离轴反射光学系统的实验研究 • 结论与展望
01
引言
研究背景与意义
背景
随着光学技术的不断发展，对光学系统的性能要求也越来越高，尤其是离轴反射光学系统。
自由曲面在系统制造中的应用
降低制造难度
相对于传统光学表面加工方法，自由曲面的制造难度较低，因为它们不需要精确的球面或
柱面形状。
提高生产效率
自由曲面的制造可以使用大规模生产方法，提高生产效率并降低成本。

自由曲面光学技术..

目前
待续
面型加工技术
美国的Precitech公司，仍无自己的自由曲面刀具轨迹自动生成、预报及优化软件，虽然 Moore公司目前开发了自由曲面刀具轨迹生成软件，仍未有配套的加工过程和策略优化模型及相应的面形测量软件，并且其软件局限于该公司自己生产的机床，不具通用性。英国 Zeeko公司开发了自由曲面刀具轨迹生成软件，只适用于抛光机，其切削机理及表面生成过程完全不同于切削加工，不可应用于自由曲面的飞刀铣削过程。
代表当今员高水平的超精密金刚石车床是美国劳伦斯.利弗莫尔(LLNL)实验室研制成功的 LODTM，它可加工直径达2100mm，重达 4500kg的工件其加工精度可达0.25μ m，表面粗糙度RaO.0076μ m，该机床可加工平面、球面及非球面，主要用于加工激光核聚变工程所需的零件、红外线装置用的零件和大型天体反射镜等。
1984年
发展历程 1990年
英国RankPneumo公司开发出 Nanoform600，该机床能加工直径为 600mm的非球面反射镜，加工工件的形状精度优于0.1μ m，表面粗糙度优于0.01μ m。
英国Cranfield大学精密工程研究所(CUPE)研制的大型超精密金刚石镜面切削机床，可以加工大型X射线天体望远镜用的非球面反射镜 (最大直径可达1400mm，最大长度为 600mm的圆锥镜)。日本制造的加工机床有：东芝机械研制的 ULG―l00A(H)不二越公司的ASP―L15、丰田工机的AHN10、AHN30×25、AHN60―3D 非球面加工机床等。
加工技术发展历史
80年代以来，出现了许多种新的非球面超精密加工技术，主要有：计算机数控单点金刚石车削技术、计算机数控磨削技术、计算机数控离子束成形技术、计算机数控超精密抛光技术和非球面复印技术等，这些加工方法，基本上解决了各种非球面镜加工中所存在的问题。前四种方法运用了数控技术，均具有加工精度较高，效率高等特点，适于批量生产。