径折反射式光学系统的光机结合分析
天文望远镜原理图
一、折射式望远镜上图为开普勒望远镜原理光路图。
从天体射来的平行光线，经物镜后，在焦点以外距焦点很近处成一倒立缩小实像a′b′。
目镜的前焦点和物镜的焦点是重合的，所以实像a′b′位于目镜和它的焦点之间距焦点很近的地方，目镜以a′b′为物形成放大的虚像ab。
当我们对着目镜观察时，进入眼睛的光线就好像是从ab射来的。
显然，图中ab的视角β远大于直接用眼睛观察天体的视角a，所以，从望远镜中看到的天体使人觉得离自己近看得更清楚。
开普勒望远镜系统是目前应用最广泛的望远镜光学系统，实际应用中还需要增加正像系统，作为双筒望远镜，一般是通过棱镜来实现，根据棱镜种类的不同，分为保罗式和屋脊式，棱镜的作用是在获得正像的同时，使光线在有限长度的镜筒内反复迂回，从而大大缩短光路，这一点对于手持式望远镜是非常重要的，早期的望远镜的物镜甚至需要吊在桅杆上，人们不可能把这样的望远镜随身携带，随意观测的。
下图为伽利略望远镜原理光路图。
作为目镜的凸透镜改为凹透镜，从而使人眼睛接收到一个正立的虚像。
伽利略望远镜是一种古老的观剧望远镜，能直接成立正像，但视场较小，现在一般应用于玩具望远镜，以及外观精美的观剧望远镜，高倍单筒望远镜等更倾向于作为工艺礼品的望远镜产品。
二、反射式望远镜使用凹面主镜采集光线反射形成图像，上图是典型的牛顿反射式天文望远镜，光线被反射到镜筒内一块小的平板反射副镜到目镜成像观测。
反射式望远镜能以较低的成本获得较大的口径，从而获得较好的集光力，同时能很好的控制色差，因此至今仍被广泛应用于天文望远镜系统。
三、折反式望远镜施密特结构马克苏托夫结构折反射望远镜的物镜是由折射镜和反射镜组合而成。
主镜是球面反射镜，副镜是一个透镜，用来矫正主镜的像差。
此类望远镜视场大，光力强，适合观测流星，彗星，以及巡天寻找新天体。
根据副镜的形状，折反射镜又可以分为施密特结构和马克苏托夫结构，前者视场大，像差小；后者易于制造。
兼顾折射和反射式天文望远镜的优点，既有大口径采光特点又有反射后折射到焦点成像的高质量和高分辩率。
利用镜面形变实现共轴折反射式变焦光学系统设计
（ ．Ｄｅ ａ ｔ ｎ ｆ ｙ ｉｓ １ ｐ ｒ ｍｅ ｔｏ Ｐｈ ｓｃ ，Ｘｉ ａ ｉ ｅ ｓｔ ｆＴｅ ｈ ｏ ｏ ｙ，Ｘｉ ａ １ ０ ４，Ｃｈ ｎ ： ’ ｎ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｏ ｃ ｎ ｌ ｇ ｙ ’ｎ ７ ０ ５ ｉａ ２ Ｘｉａ ｎ ｔ ｕ ｅ ｏ ｔ ｓ ａ ｄ Ｐｒ ｃｓｏ ｅ ｈ ｎ ｃ ，ＣＡＳ，Ｘｉａ １ １ ９ ． ’ ｎ Ｉ ｓ ｉ ｔ ｆＯｐ ｉ ｎ ｅ ｉｉ ｎ Ｍ ｃ ａ ｉｓ ｔ ｃ ’ ｎ ７ ０ １ ，Ｃｈ ｎ ） ｉａ
ｓ ｃ ｎ ｅ ｌｃｉ ｅｍｉｒ ｒ Ｓｒｄ ｕ ｒ ａ ｉｂｅ ｔ ｅ ｏ ｄ ｒ ｆｅ ｔ ｒｏ ’ ａ ｉｓａ ｅ ｖ ｒａ ｌ ．ＩｓＭＴＦ ａ ｈ ｐ ｔａ ｒ ｑ ｅ ｃ ｆ１ ｐ ｍｍ ｓ ｖ ｔｔ ｅｓ ａ ｉｌ ｅ ｕ ｎ ｙ ｏ ６ｌ ／ ｆ ｉ
ｉ ｇ ｎ ｙ ｔ ｍ ｔ ａ ｉ ｂ ｅ ｍａ ｎ ｆ ａ ｉ ｎ Ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｓ ｄ ｓｇ ｏ ｃ ｐ ｎ ｏ ｂ ｎ ｄ ｗｉｈ ｍａ ｉ ｇ ｓ ｓ ｅ ｗｉ ｖ ｒａ ｌ ｇ ｉ ｃ ｔｏ ． ａ ｅ ｎ ｔ ｉ ｅ ｉ ｎ ｃ ｎ ｅ ｔ ａ ｄ ｃ ｍ ｉ ｅ ｔ ｈ ｉ
的 变化 实现 系统 变焦 。设计 结果表 明 ：系统在 空 间频 率 ｌ ｐ ｍｍ 处调制 传递 函数 大 于 ０ ７ ，最 ６ｌ／ ．５
大 均 方根 弥散 班 半 径 均 小 于探 测 元 尺 寸 ， 满 足 成 像 要 求 。
关键 词 ： 成 像 系统 ；光 学 设 计 ； 可 变 形 镜 ； 变 焦 系 统
中 图分 类 号 ： Ｎ９ ２ Ｔ ４ ；ＴＨ７ ３ ０ 文 献 标 志 码 ：Ａ
反射式望远镜
反射式望远镜⾼反射式望远镜光机系统简介及设计班号：0936203 学号：6090120331 姓名：蔡海蛟摘要：反射式望远镜所⽤物镜为凹⾯镜，有球⾯和⾮球⾯之分。
⽐较常见的反射式望远镜的光学系统有⽜顿式反射望远镜与卡塞格林式反射望远镜，另外还有⾥奇-克莱琴式、达尔-奇克汉式望远镜，这些系统都是沿轴的光学系统。
离轴设计有⼏种通过消除次镜或移动任何的辅助元件避开主镜光轴，以尽量避免阻碍⼊射光的设计，通常称为离轴光学系统，包括赫歇尔式，Schiefspiegler，Yolo望远镜等。
关键词：反射式望远镜; ⽜顿; 凹⾯镜; 光线按照光学结构的不同天⽂望远镜可分为许多不同的种类，但⽐较常⽤有：折射式天⽂望远镜和反射式天⽂望远镜以及折反式式望远镜。
折射式天⽂望远镜⽤光学透镜做物镜，⽽反射式天⽂望远镜⽤曲⾯反光镜做物镜。
尽管两者可以达到⼀样的效果，但它们的光学结构是完全不同的。
折射式天⽂望远镜通常采⽤两⽚或多⽚镀膜透镜组合⽽成的消⾊差物镜。
折射望远镜是以会聚远⽅物体的光⽽现出实象的透镜为物镜的望远镜它会使从远⽅来的光折射集中在焦点,折射望远镜的好处就是使⽤⽅便,稍微忽略了保养也不会看不清楚,因为镜筒内部由物镜和⽬镜封着,空⽓不会流动,所以⽐较安定,此外,由于光轴的错开所引起的像恶化的情形也⽐反射望远镜好,⽽⼝径不⼤透镜皆为球⾯,所以可以机械研磨⼤量⽣产,故价格较便宜。
⼀般来讲，制作⼤⼝径（100mm以上）的组合透镜是⾮常困难的，所以常见的折射式天⽂望远镜的⼝径都不超过100mm。
反射式望远镜是使⽤曲⾯和平⾯的⾯镜组合来反射光线，并形成影像的光学望远镜，⽽不是使⽤透镜折射或弯曲光线形成图像的屈光镜。
这种望远镜通常利⽤⼀个凹的抛物⾯反射镜将进⼊镜头的光线汇聚后反射到位于镜筒前端的⼀个平⾯镜上，然后再由这个平⾯镜将光线反射到镜筒外的⽬镜⾥，这样我们便可以观测到星空的影像。
以下重点介绍反射式望远镜。
在1616年，意⼤利的僧侣Niccolo Zucchi是第⼀位创造出反射镜的⼈，但是他未能准确的塑造出⾯镜的形状和⽤于拦阻影像的镜⼦，即缺乏观看影像的⽅法。
红外反射式光学系统光机结构设计与分析
ａ ｎ ｄ ｍｏ ｄ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｉ ｉｅ ｆ ｄ Ｃａ ｓ ｓ ｅ ｇ ｒ ａ ｉ ｎ ｔ ｅ ｌ ｅ ｓ ｃ ｏ ｐ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ｕｓ ｉ ｎ ｇ ｉ ｆ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ． Ｂｙ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｉｎ ｒ ｇ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｄ ａ ｌ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗｏ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ， ａ ｌ ｕ ｍｉ ｎ ｕ ｍ ａ ｌ ｌ ｏ ｙ ｉ ｓ ｅ ｖ ｅ ｎ ｔ ｕ ａ ｌ ｌ ｙ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ａ ｓ ｍｅ ｔ ａ ｌ
红外 反 射 式 光 学 系统 光 机 结 构设 计 与分 析
付 家鑫 ， 韩旭 ， 付跃 刚 ， 张 玉石 ， 郭晟 男
（ 长春 理 工 大 学 光 电 测控 与 光信 息传 输教 育部 重 点 实验 室 ，长 春 １ ３ ０ ０ ２ ２ ）
摘 要 ：为 实现 红外双 波段 共孔 径光 学 系统 ， 设 计 出一种 采 用 大孔 径 、 无 焦反 射 式 光 学 系统 ， 并 详 细 介 绍 该 系统结 构． 中波和 长波 Ｍ Ｔ Ｆ值在 ２ ５线 对 下均 大于 ０ ． ３ ． 考 虑到 该 光 学 系统野 外使 用 时复 杂 的运 输环境 ， 利 用有 限元 法对 简化后 的卡 塞格林 式 望远 系统进行 低 阶振动 特性 和模 态特性 分析 ． 通 过 比较 ２种 材料 的模 态分析 计算 结果 ， 最 终选取铝 合金 为金 属材料 ， 保证 １阶 固有频 率 大于 ５ ０ Ｈ ｚ ，
（ Ｋ ｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｅ ｄ ｕ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｍｉ ｎ ｉ ｓ ｔ ｙ ｒ ｗ ｉ ｔ ｈ Ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ Ａ ｎ ｄ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ
光刻机的曝光光学系统分析
光刻机的曝光光学系统分析光刻技术是微电子制造中至关重要的一项技术，在半导体芯片制造过程中扮演着重要的角色。
而光刻机的曝光光学系统是光刻机中的核心部件，它起到了将图案投射到硅片上的关键作用。
本文将对光刻机的曝光光学系统进行详细分析，探讨其原理、技术要求及其应用。
曝光光学系统是光刻机中实现图案控制和光学投影的根本部件。
其主要由光源系统、精密光学系统和投影镜头系统等组成。
首先，光刻机的光源系统是实现光的产生和控制的部分，它提供了能够满足曝光要求的光源。
传统的光刻机采用的是氘灯作为光源，而近年来，随着光刻技术的不断发展，激光光源逐渐取代了传统的氘灯光源。
激光光源具有独特的优势，如光束质量好、光强稳定等，使得光刻机能够实现更高的分辨率和更大的制造工艺窗口。
此外，光源系统中还包括光线均匀性控制和亮场/暗场切换等技术，以满足不同的曝光需求。
其次，精密光学系统是实现图案投影和放大的关键。
光学系统采用了一系列的镜片和透镜等光学元件，通过对光线的折射和反射，将掩膜上的图案投影到硅片上。
精密光学系统需要满足高分辨率、低畸变、高透光率和高可用性等要求。
其中，分辨率是光刻机的重要指标之一，它取决于光学系统的空间分辨率和光源的波长。
在现代光刻机中，分辨率已经达到亚微米甚至纳米级别。
为了实现更高的分辨率，光刻机制造商不断推出新的光学设计和制造工艺，如多层膜镀膜技术、非球面镜片设计等。
最后，投影镜头系统是光刻机中的重要组成部分。
投影镜头是实现图案投影和放大的核心元件，其主要由非球面透镜和球面镜片构成。
投影镜头需要满足高分辨率、高光线质量和大视场等要求，以实现更好的图案复制效果。
投影镜头的技术水平直接影响到光刻机的分辨率和制造能力。
为了实现更高的分辨率和更大的制造工艺窗口，光刻机厂商采用了多种技术手段，如多层膜镀膜、非球面镜片设计以及近距离投影等。
除了以上所述的基本组成部分外，光刻机的曝光光学系统还涉及一些特殊的技术要求和细节，如光路校正、自动对准、扫描曝光和遮罩保护等。
激光器光学系统光机热集成分析方法
学 表面进 行 Ｚ ｅ ｒ ｎ ｉ ｋ ｅ 面形 拟合 ， 从而 得到 变形 后 的光 学表 面 ， 之 后 利 用 光 学 分 析 软 件 检 验 变 形 后 系 统 的 成 像 质
量， 然 后再 对机械 结构 进行 相 应的优 化 调整 ， 使 其 能最 大 限度 减 小本 身 变形 对 光 学 系统 成 像 质量 的 影 口 向。 直到
学 元件 的温 度场 和热 变形 ， 并提 取 每件 光学 元件 光斑 区域 内原 始节 点 坐标数 据 以及节 点变 形数 据 ， 接着 通过 数 值 软 件 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ Ａ制 数据 接 口程序 ， 将热 变形 结果 数 据拟 合 为 Ｚ ｅ ｒ ｎ ｉ ｋ ｅ多项式 系数 ， 并将 系 数写 入 Ｉ ＮＴ 文件 ； 最 后 在 光学设 计 软件 Ｃ ｏ ｄ ｅ ｖ里 得到 变形 拟合 后 的光学 系统 ， 并 对 变形 后 的光 学 系 统光 学 性 能参 数进 行 检验 和 分
表1有限元分析参数table1parametersusedinfiniteanalysis考虑光学元件在真空环境下工作有限元计算时不考虑光学元件与环境的热对流因素激光束能量均匀分布光学元件支撑方式为3点支撑激光器内的6件光学元件的外形尺寸功率密度均不相同需要分别对激光器内的6件光学元件进行实体建模网格划分加载求解计算结果可获得每一件光学元件的变形图以及节点坐标数据等
反射式望远镜
高反射式望远镜光机系统简介及设计班号：0936203 学号：6090120331 姓名：蔡海蛟摘要：反射式望远镜所用物镜为凹面镜，有球面和非球面之分。
比较常见的反射式望远镜的光学系统有牛顿式反射望远镜与卡塞格林式反射望远镜，另外还有里奇-克莱琴式、达尔-奇克汉式望远镜，这些系统都是沿轴的光学系统。
离轴设计有几种通过消除次镜或移动任何的辅助元件避开主镜光轴，以尽量避免阻碍入射光的设计，通常称为离轴光学系统，包括赫歇尔式，Schiefspiegler，Yolo望远镜等。
关键词：反射式望远镜; 牛顿; 凹面镜; 光线按照光学结构的不同天文望远镜可分为许多不同的种类，但比较常用有：折射式天文望远镜和反射式天文望远镜以及折反式式望远镜。
折射式天文望远镜用光学透镜做物镜，而反射式天文望远镜用曲面反光镜做物镜。
尽管两者可以达到一样的效果，但它们的光学结构是完全不同的。
折射式天文望远镜通常采用两片或多片镀膜透镜组合而成的消色差物镜。
折射望远镜是以会聚远方物体的光而现出实象的透镜为物镜的望远镜它会使从远方来的光折射集中在焦点,折射望远镜的好处就是使用方便,稍微忽略了保养也不会看不清楚,因为镜筒内部由物镜和目镜封着,空气不会流动,所以比较安定,此外,由于光轴的错开所引起的像恶化的情形也比反射望远镜好,而口径不大透镜皆为球面,所以可以机械研磨大量生产,故价格较便宜。
一般来讲，制作大口径（100mm以上）的组合透镜是非常困难的，所以常见的折射式天文望远镜的口径都不超过100mm。
反射式望远镜是使用曲面和平面的面镜组合来反射光线，并形成影像的光学望远镜，而不是使用透镜折射或弯曲光线形成图像的屈光镜。
这种望远镜通常利用一个凹的抛物面反射镜将进入镜头的光线汇聚后反射到位于镜筒前端的一个平面镜上，然后再由这个平面镜将光线反射到镜筒外的目镜里，这样我们便可以观测到星空的影像。
以下重点介绍反射式望远镜。
在1616年，意大利的僧侣Niccolo Zucchi是第一位创造出反射镜的人，但是他未能准确的塑造出面镜的形状和用于拦阻影像的镜子，即缺乏观看影像的方法。
光机设计的基本原理
光机设计的基本原理1.光学设计工程师：通过对各类光学元件的设计，达到预定的设计要求2.光机工程师：通过保证各类光学元件的空间位置，实现仪器的性能要求光学机械总体设计的基本要点工作环境结构设计机构运动学设计热环境设计振动设计集成设计结构设计的目的：1.支撑各类光学元件2.构成仪器的整体，功能布局运动学设计就是解决光学机械设计中运动件的约束，只有在无过约束或微约束的情况下，才能保证最佳的定位精度和运动精度抗热设计温度的变化引起结构的变化，从而引起光学系统的变化温度的变化引起光学元件面型变化温度的变化引起光轴的失调解决方案光学系统的误差分析温控设计材料选用自动调整被动补偿振动设计客观上振动无处不在，振动对精密光学仪器的使用非常有害，振动有两种：周期和随机：对一个仪器来说，还存在一定的频率响应光学元件的装调不同种类的光学元件，不同类别的光学元件安装方式也是不同的，无论何种元件的安装都有如下特点：安装应力小光轴与机械轴之间的保证温度精度振动精度调整机构单透镜安装方法透镜直径在40mm以下时候，多采用滚边法；直径大于40mm时候，因为透镜较重，滚边法不易固定，则常采用压圈法连接。
包边法：滚边法是将透镜装入金属镜框中，在精密车床上用专用工具把镜框边缘挤压弯折，使其沿着透镜圆角倒角的斜面紧紧地包住透镜，把透镜与镜框牢固的连接在一起。
弹性压圈法：弹性元件固定法是利用琴钢丝制成的弹性卡圈将透镜或其他光学元件固定在镜框内的一种方法。
一般只用于同轴度及牢固性要求低的透镜。
通常用来固定保护玻璃、滤光镜等不重要的光学零件。
压圈法：压圈法是用压圈将透镜压紧在镜框内的一种连接方法。
通常采用外螺纹压圈来固定透镜；若组合物镜的结构轴向尺寸受到限制，则通常采用内螺纹压圈固定；在透镜与压圈之间增加一个弹性垫圈，使其受力分布均匀，此结构常用于直径较大、透镜厚度较薄的场合，以适应温度变化的影响。
粘在镜框内的一种连接方法。
通常用于直径很小的透镜压圈与径向的几种几种接触方式相切法球面包络法微光学课程概要研究微米级，纳米级尺寸的光学元器件的设计和制造加工，以及利用这类元器件来实现广播的发射，传输，变换。
天文望远镜使用手册
学用户手册很多天文爱好者在购买天文望远镜的时候都是很惘然，到底哪一款天文望远镜最适合自己，能否看到星星，能看清楚到什么程度，等等疑问，而且对于一些天文望远镜的型号，参数，光学系统也不了解。
在购买天文望远镜之前，让我们大家一起来了解一下.首先来说说天文望远镜的光学系统吧。
天文望远镜有折射式天文望远镜、反射式天文望远镜和折反射式天文望远镜1以透镜作为物镜的，称为折射望远镜。
使用起来比较方便,视野较大,星像明亮，但是有色差，从而降低了分辨率.优质折射镜的物镜是两片双分离消色差物镜或3片复消色差物镜。
不过，消色差或复消色差并不能完全消除色差.折射望远镜用透镜系统聚光。
小的时候大部分人有这样的经验,在晴天我们用放大镜点燃一片树叶或纸。
这个实验的原理就是放大镜把表面的光聚焦成一点，使这一点的温度特别高,即光度特别大。
一架折射望远镜用透镜组完成同样的事情。
在折射望远镜大的一端有两片大小相等但不同类型的镜片。
当光通过它们，它们共同工作把光聚焦在望远镜筒另一端。
在这一点，不管望远镜指向哪里都会成像。
2用反射镜作为物镜的，称为反射望远镜.反射镜天文望远镜的优点是没有色差，但是，反射镜的彗差和像散较大,使得视野边缘像质变差。
常用的反射镜有牛顿式和卡塞格林式两种。
前者光学系统简单、价格便宜，球面反射镜在后端,目镜在前端侧面；后者光学系统的主、副镜为非球面，主镜和目镜都在后面，成像质量较好，价格也较贵.一般说来，对天文普及工作，特别是对观测经验不足的爱好者来说，牛顿式反射望远镜使用起来不太方便，其物镜又需经常镀膜，维护起来也麻烦3既包含透镜，又有反射镜的称为折反射望远镜.折反射天文望远镜镜兼顾了折射镜天文望远镜和反射镜天文望远镜的优点：视野大、像质好、镜筒短、携带方便。
与等焦距和同等口径的折射望远镜相比，价格还不及三分之一。
折反射镜有施密特—卡塞格林式我们一般简称施卡和马克苏托夫—卡塞格林式，我们一般简称马卡.大家看过这些是不是又会有新的疑问，比如什么是色差，什么是彗差等等问题，下面我通俗的讲一下。
光机系统设计
目录分析
本书将对《光机系统设计》这本书的目录进行详细分析，以帮助读者更好地了解这本书的内容和 结构。
《光机系统设计》这本书是由某知名社于2022年的一部光学工程著作，作者是业界知名的光学专 家李教授。本书主要介绍了光机系统设计的基本概念、原理和方法，以及相关的应用案例。
通过分析目录，我们可以看出这本书的主题和内容特点如下：
在第四章中，该书总结了前文所述内容，强调了光机系统设计在现代社会中的应用和重要性。随 着科技的不断进步，光学系统在诸多领域都扮演着至关重要的角色。光机系统设计理论的不断发 展，使得我们能够更好地解决光学系统中的问题，提高系统的性能和稳定性。未来，随着光学工 程领域的不断拓展和创新，光机系统设计将会有更多的应用场景和挑战，同时也将为人类社会的 发展带来更多的机遇和贡献。
对于这个摘录，我们可以进一步分析和理解。随着移动设备的普及和数据量的爆炸式增长，传统 的无线通信技术已经难以满足人们的需求。在这种情况下，光机系统的出现为解决这些问题提供 了新的可能。光机系统在无线通信场景中的应用需要结合具体的设备和技术进行深入研究。例如， 在手机上应用光机系统需要考虑设备的尺寸、功耗、稳定性等因素。虽然光机系统具有广泛的应 用前景，但目前相关技术仍处于不断发展和完善阶段，需要进一步克服诸多技术难题。
主题的表达方面，这本书表现得非常出色。它不仅涵盖了光学和机械系统设计的经典理论，还引 入了一些前沿的技术和趋势。同时，书中还涉及了一些工程实践的案例，让读者可以更好地了解 实际应用中需要考虑的因素和方法。这本书还深入探讨了光机系统设计中一些关键问题的解决方 案，比如像差校正、系统优化、稳定性分析等等。
光机系统设计
读书笔记
01 思维导图
03 精彩摘录 05 目录分析
光学论文--折反射望远镜
折反射望远镜构造望远镜的发展经历了约400年的时间，现在它已在科学研究和生活的方方面面发挥着重要的作用。
1608年荷兰人汉斯·利伯希发明了第一部望远镜。
随之而来的是折射望远镜、反射望远镜和折反射式望远镜的相继产生。
德国人史密特首先于1938年制作了第一部折反射式望远镜。
折反射望远镜系统的特点是便于校正轴外像差。
以球面镜为基础，加入适当的折射元件，用以校正球差，得以取得良好的光学质量。
由于折反射望远镜具有视场大、光力强等特点，适合于观测延伸（彗星、星系、弥散星云等）天体，并可进行巡天观测，较适合天文爱好者使用。
本文通过探究折反射式望远镜的构造、阐明其光学结构原理从而加强折反射望远镜在啊日常生活的中应用，为今后的技术创新提供助力。
关键词：望远镜；凸透镜；凹透镜；折射式；反射式；折反射式0. 引言望远镜是一种用于观察远距离物体的目视光学仪器，能把远物很小的张角按一定倍率放大，使之在像空间具有较大的张角，使本来无法用肉眼看清或分辨的物体变清晰可辨。
望远镜可大致分为折射望远镜、反射望远镜和折反射式望远镜三种.应用最广泛的有施密特望远镜（美国Meade 12”LX200SC），施密特—卡塞格林系统（南京天仪中心的KP300S），马克苏托夫与马克苏托夫—卡塞格林望远镜（南京御夫天文科教仪器厂生产的Φ160mm等系列）四种类型。
1.折反射式望远镜1.1.折、反射式望远镜的基本光学原理天文望远镜由物镜和目镜组成，接近景物的凸形透镜或凹形反射镜叫做物镜，靠近眼睛那块叫做目镜。
远景物的光源视作平行光，根据光学原理，平行光经过透镜或球面凹形反射镜便会聚焦在一点上，这就是焦点。
焦点与物镜距离就是焦距。
再利用一块比物镜焦距短的凸透镜或目镜就可以把成像放大，这时观察者觉得远处景物被拉近，看得特别清楚。
O=物镜 E=目镜 f =焦点 fo=物镜焦距 fe=目镜焦距 D=物镜口径 d =斜镜折射镜是由一组透镜组成，反射式则包括一块镀了反光金属面的凹形球面镜和把光源作90 °反射的平面镜。
光刻机详解
光刻机详解作为光刻工艺中最重要设备之一，光刻机一次次革命性的突破，使大模集成电路制造技术飞速向前发展。
了解提高光刻机性能的关键技术以及了解下一代光刻技术的发展情况是十分重要的。
光刻机光刻机（Mask Aligner) 又名：掩模对准曝光机，曝光系统，光刻系统等。
光刻（Photolithography）意思是用光来制作一个图形（工艺）；在硅片表面匀胶，然后将掩模版上的图形转移光刻胶上的过程将器件或电路结构临时“复制”到硅片上的过程。
一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀等工序。
光刻机是集成电路芯片制造的关键核心设备。
光刻机是微电子装备的龙头，技术难度最高，单台成本最大。
光刻机发展路线图光刻机三巨头荷兰的ASML，日本的Nikon，Canon光刻机重要评价指标支持基片的尺寸范围，分辨率、对准精度、曝光方式、光源波长、光强均匀性、生产效率等。
分辨率是对光刻工艺加工可以达到的最细线条精度的一种描述方式。
光刻的分辨率受受光源衍射的限制,所以与光源、光刻系统、光刻胶和工艺等各方面的限制。
对准精度是在多层曝光时层间图案的定位精度。
曝光方式分为接触接近式、投影式和直写式。
曝光光源波长分为紫外、深紫外和极紫外区域，光源有汞灯，准分子激光器等。
光刻机的结构整机光刻机包含曝光系统(照明系统和投影物镜) 工件台掩模台系统自动对准系统调焦调平测量系统掩模传输系统硅片传输系统环境控制系统整机框架及减振系统整机控制系统整机软件系统光刻机整体结构•光刻机整体结构光刻技术的基本原理和工艺光刻工艺通过曝光的方法将掩模上的图形转移到涂覆于硅片表面的光刻胶上，然后通过显影、刻蚀等工艺将图形转移到硅片上。
1、涂胶要制备光刻图形，首先就得在芯片表面制备一层均匀的光刻胶。
在涂胶之前，对芯片表面进行清洗和干燥是必不可少的。
目前涂胶的主要方法有：甩胶、喷胶和气相沉积，但应用最广泛的还是甩胶。
工程与技术科学——工程与技术科学基础学科——工程力学
精密光 束偏 离装置棱镜组件 的光机 热分
析 ＝Ｏｐ ｃ — ｃ ａｉａ ｔｅｍａ ａ ａ ｓ ｉｌ ｔ ａ ｍｅｈ ｎｃｌ ｒ ｌｎ ｌ ｉ — ｈ ｙｓ
ｏ ｒｓ ａ ｓ ｍｂ ｙ ｏ ｒ ｃ ｓ ｎ ｌ ｈ ｅ ｍ ｎ ｐ ｉｍ ｓ ｅ ｌ ｆ ｅ ｉｉ ｇ ｔ ａ ｐ ｏ ｉ ｂ
ｅ ｐ ｒ ｎ ａ ｅ ｆｃ ｔ ｎ ｏ ｈ ｉ ｌ — ｘ ｅ ｍｅ ｔ ｌ ｖ ｒ ｉ ａｉ ｆ ｔ ｅ ｓｍｕ ａ ｉ ｉ ｏ
工程 与技术科学
（ １ ～ ６ ０） ４０ ３
０ ２０ ０ ６０２２
４１ ０・２ ５
超 高速转镜扫描相机扫描速度 的校 准及
应 用 方 法 ＝Ｃ ｌ ｒｔ ｎ ａｄ ｉ ｐ ｌ ａ ａｉ ａｉ ｔ ａ ｐｉ ． ｂ ｏ ｎ ｓ ｃ
０ ２ ０１ ９ ６ ０ ９ ４ ０ ・２ １ ０
采用一维热物理 模型对相变材料板在 不 同季节模拟金属 板的热行为特性进行 了 理论设计 ，优 化出相变材料板 的最佳 厚 度和物性参数 ．并 以有机相变材料为研 究对象 ，实验验证 了设计的相变材料 复 合 板 能 很 好 地 模 拟 钢 板 的 热 行 为 特 性 ．研究结 果为相 变材料应用于假 目标 提供 了理论依据 和关键材料 ．图 ９参 ３ 关键词 ：工程物理 学；红外特性 ；假 目 标 ；相变材料
～
Ｈｌ ６
ｏｆ ｗ ［ ， ／ ｆ ｏ 刊 中］ 王建平（ ｌ 解放军理工 大学 工程兵工程学 院，南京 ２ ０ ０ ） １０ ７， 李 强，郑峰 ，高和 生，万文乾 ，何洋扬 ， ／ 解放军理 工大学学报 ． ０ ６ （） 一２ ０ ，７２． 一
１ ７ 一１ ０ ５， ６
为了分析通 载浮 桥吃水改变和水阻力增 加而 导致锚 纲张 力改变的规律 ，以及锚 纲张力引起 桥脚 舟绕浮心艏倾 后降低浮 桥动水稳定性的现象 ．利用经验公式计 算了浮 桥通 载时吃水改变量对锚纲张力 的影响，并采用 等效偏心距方法计算 了 浮 桥考虑艏倾 时的临界流速 ．得 出浮桥 通 载后吃水增加 和水阻力增加将使锚纲 张力大 幅增 加而浮桥 临界流速 略有降低 的结论．同时，提出 了浮桥在大流速下 安全使用 的若干措施 ．图 ５参 １ １ 关键词 ：水平固定；浮桥通载 ；锚纲张 力 ；吃水：临界 流速
光刻机的高精度原理
光刻机的高精度原理
光刻机是芯片制造过程中最为关键的设备之一，它的高精度原理主要涉及以下几个方面：
1. 光学原理：光刻机利用光学原理将芯片的电路图投影到硅片上。
通过一系列的透镜和反射镜，将光源发出的光束聚焦到硅片上，形成细微的电路图案。
2. 光刻技术：光刻技术是光刻机实现高精度的核心。
它包括光刻胶涂布、光刻曝光、光刻显影等一系列工艺步骤。
光刻胶是一种光敏材料，在受到光照后会发生化学变化。
通过控制光刻胶的曝光时间和强度，可以在硅片上形成不同形状和尺寸的电路图案。
3. 纳米技术：光刻机的高精度还得益于纳米技术的应用。
纳米技术是指在纳米尺度上进行材料、器件和系统的设计、制造和应用的技术。
在光刻机中，通过控制光束的波长和强度，可以实现对电路图案的纳米级精度控制。
4. 自动控制技术：光刻机的高精度要求设备具备极高的稳定性和重复性。
因此，光刻机采用了一系列的自动控制技术，如自动对焦、自动对准、自动曝光等，以确保设备的稳定性和加工精度。
5. 先进的光学系统：光刻机通常采用先进的光学系统，如反射式光学系统或折射式光学系统，以提高光的利用效率和成像质量。
这些光学系统经过精心设计和优化，能够实现高精度的光刻。
综上所述，光刻机的高精度原理涉及光学原理、光刻技术、纳米技术、自动控制技术和先进的光学系统等多个方面的综合应用。
这些技术的协同作用使得光刻机能够在芯片制造过程中实现极高的精度和分辨率，从而推动了半导体产业的发展。
航天光学相机微振动的光机集成分析现状与展望
第 31 卷第 6 期2023 年 3 月Vol.31 No.6Mar. 2023光学精密工程Optics and Precision Engineering航天光学相机微振动的光机集成分析现状与展望马斌1，2，3，宗易昕4，李宗轩1，3*，李清雅1，3，张德福1，3，李云峰1，2，3（1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130033；2.中国科学院大学，北京 100049；3.中国科学院天基动态快速光学成像技术重点实验室，吉林长春 130033；4.中国科学院前沿科学与教育局，北京101408）摘要：随着我国航天事业的持续发展和不断进步，航天光学相机正在朝着大口径、大视场、高分辨、轻量化的趋势发展，这对相机的设计分析提出了更高的要求。
光学系统焦距与光学口径不断增加，光机系统刚度受质量限制提升空间有限，其对星上活动部件在轨正常工作所引起的微振动也越来越敏感。
航天光学相机的微振动对其在轨成像质量会造成影响。
因此，近年来卫星微振动及其控制问题越来越受到关注。
通过对国内外航天光学相机的光机集成分析方法的论述与分析，探讨了目前光机集成分析的关键技术与发展方向。
针对目前国内光机集成分析其存在的局限，提出了建立微振动传递全链路数学模型进而构建航天光学相机微振动像质退化机理的设想。
关键词：微振动；航天光学相机；线性状态空间；光机集成中图分类号：V19 文献标识码：A doi：10.37188/OPE.20233106.0822Status and prospect of opto-mechanical integration analysis of micro-vibration in aerospace optical cameras MA Bin1，2，3， ZONG Yixin4，LI Zongxuan1，3*，LI Qingya1，3，ZHANG Defu1，3，LI Yunfeng1，2，3（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.Key Laboratory of Space-Based Dynamic Fast Optical Imaging Technology，Chinese Academy of Sciences， Changchun 130033， China；4. Bureau of Frontier Science and Education， Chinese Academy of Sciences， Beijing 101408， China）* Corresponding author， E-mail： lizongx@Abstract： With the continuous development and progress of China’s aerospace industry， aerospace opti⁃cal cameras are becoming more lightweight with large apertures， large fields of view， and high resolution，which results in higher requirements for their design and analysis. The focal length and optical aperture of optical systems continue to increase，whereas the stiffness of optical mechanical systems is limited by mass.They are also increasingly sensitive to micro-vibrations caused by the normal operation of moving satellite parts in orbit. The micro-vibration of space optical cameras affects their imaging quality in orbit.文章编号1004-924X（2023）06-0822-17收稿日期：2022-05-25；修订日期：2022-06-15.基金项目：吉林省科技发展计划资助项目（No.20200201294JC）第 6 期马斌，等：航天光学相机微振动的光机集成分析现状与展望Therefore，in recent years，satellite micro vibration and its control have attracted increasing attention. Based on discussions and analyses of the optical mechanical integration analysis methods of aerospace opti⁃cal cameras at home and abroad， the key technologies and development directions of optical mechanical in⁃tegration analysis are discussed. In view of the limitations of optical mechanical integration analysis in Chi⁃na， this study proposes the idea of establishing a mathematical model of the entire link of micro-vibration transmission and then constructing the degradation mechanism of the micro-vibration image quality of space optical cameras.Key words： micro-vibration； aerospace optical camera； linear state space； opto-mechanical integration1 引言航天光学相机通常作为载荷元件搭载于卫星平台上。
光刻机中光学系统对镜面反射的抑制研究
光刻机中光学系统对镜面反射的抑制研究在现代光刻工艺中，光刻机起着至关重要的作用，它能够将图案投射到光刻胶上，实现微细结构的制备。
然而，在光刻过程中，镜面反射常常成为一个严重的问题，影响了光刻机的性能和成像质量。
因此，对光刻机中光学系统对镜面反射的抑制进行研究和优化是一个迫切的需求。
一、镜面反射的成因分析镜面反射是指光线从物体表面发生反射后，并按照反射角等于入射角的规律进行折射，使得成像结果产生干涉的现象。
在光刻机中，镜面反射主要由光刻机内部的光学元件，如透镜、反射镜等表面的折射率变化和光散射引起。
二、镜面反射对光刻机性能的影响1. 干涉和强度衰减：镜面反射后的光线会与原光线发生干涉，造成成像结果发生变形或模糊。
同时，镜面反射会使得光强度在光刻胶表面分布不均匀，导致局部过曝或欠曝。
2. 灵敏度损失：镜面反射会导致正常的光刻曝光过程受到干扰，使得光刻胶对光的敏感度减弱，从而降低了光刻机的分辨率和制程的可控性。
三、光学系统对镜面反射的抑制方法1. 光学涂层技术：在光刻机的光学元件表面涂覆一层透明的光学涂层，通过合理设计涂层的折射率和厚度，使得镜面反射的干涉效应减弱，从而达到抑制镜面反射的目的。
2. 多重反射的抑制：通过合理设计光刻机的光学路径和光学元件的放置方式，减少光线在系统内部的反射次数，降低镜面反射产生的干涉效应。
3. 加强光束平行性：通过使用高质量的透镜和反射镜，优化光线的入射角度和出射角度，使得光束尽可能平行，减少光线从表面发生反射的可能性。
四、镜面反射抑制技术的研究进展目前，国内外学者对光刻机中光学系统对镜面反射的抑制展开了广泛的研究。
一方面，研究者们通过不断优化光刻机光学路径和光学元件的设计，实现了对镜面反射的有效抑制。
另一方面，光学涂层技术的发展也为镜面反射抑制提供了新的思路。
例如，利用纳米结构调控光学涂层的光学特性，提高了镜面反射的抑制效果。
然而，目前的镜面反射抑制技术仍然存在一些挑战。
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#" 主镜支撑结构有限元分析
以某一实际应用中的主反射镜为例进行分析计 算. 该主镜口径 !615 ，主反射镜面形变化与主反射 镜的支撑方式直接相关 . 由于主反射镜口径较大， 为了满足面形要求， 对支撑结构的要求较高 . 为了 分析支撑造成的镜面变形对光学系统像质的影响， 建立了力学分析结果与光学设计软件的接口 . 具体 分析流程如图 1.
参考文献
1 2 Jamieson T H. ThermaI effects in opticaI system. Opt Engineering， 1981 ， 20 （2） ： 156 ~ 160 Musikant S， MaIIoy W J. Environments stressfuI to opticaI materiaIs in Iow earth orbit. Proc of SPIE， 1990， 1330： 119 ~ 130 3 GiancarIo Parodi， Cerra C C， John M HiII， et al. LBT primary mirrors：the finaI design of the supporting system. Proc of SPIE， 1997 ， 2871 ： 352 ~ 359 4 丁福建， 李英才. 反射镜浮动支撑应力与变形分析及支撑参 量的优化. 光子学报， 1998， 27 （11） ： 1041 ~ 1045 Ding F J， Li Y C. Acta Photonica Sinica， 1998， 27 （11） ： 1041 ~ 1045 5 Hursen K A， Ross R. GOES Imager： overview and evoIutionary deveIopment. Proc of SPIE， 1996 ， 2812 ： 160 ~ 173
摘 要 大口径折反射式光学系统在空间遥感仪器中广泛应用， 反射镜的支撑结构直接关系镜面 面形变化从而影响光学遥感器的成像质量 . 建立了光学系统的光机结合分析方法， 使得在设计阶 段就能评测光学元件支撑结构是否满足要求， 得到支撑结构对成像质量的影响的直观结果 . 这一 方法也可用于光学系统的光机热结合分析 . 关键词 光学系统； 光机结合分析； 光学设计； 有限元 中图分类号 TP317 文献标识码 A 进行光机热一体化模拟仿真分析 . 对于地球同步轨 !" 引言 道对地遥感空间光学系统， 复杂环境变化造成的镜 . 美国的 “ 天基红外系 面变形普遍存在， 不可忽视 大口径折反射式光学系统在空间光学遥感仪器 （ GeOstatiOnary OperatiOnaI 统” 高轨道卫星以及 GOES 中得到广泛应用 . 折反射式光学系统成像质量的好 Env. SateIIite） 气象卫星都投入大量精力， 力图在地 坏， 大口径主反射镜起着关键作用， 主反射镜的稳定 ［ 5］ 面阶段进行一体化模拟分析来解决这一问题 . 国 性， 在光学系统制造中是一个突出的问题 . 反射镜 内上海技术物理研究所、 长春光机所等单位也已开 的稳定， 主要受镜坯材料性能、 反射镜自重、 环境温 展了相关的研究 . ［ 1， 2］ 度以及气压变化等因素的影响 ， 此外， 反射镜支 本文目的在于建立力学分析结果与光学设计软 件之间的接口方法， 并以某一工程项目为例进行了 撑形式以及支撑机构材料性能等也是影响镜面面形 ［ 3， 4］ 分析计算 . 稳定性的重要因素 . 通常在设计阶段， 光机系统 的结构设计是依据光学设计所给出的公差进行的， 在结构设计结束后无法直接评测该设计结果对光学 像质的影响 . 若能将环境温度、 支持结构等所造成 的镜面变形热力学分析结果导入光学系统分析软件 中， 得到 该 镜 面 变 形 对 成 像 质 量 （ 如 弥 散 斑、 MTF 等） 的影响， 即直接得到环境温度、 支持结构等所造 成的像质改变， 这将对整个光机系统设计及装调十 分有利， 为系统的结构设计提供客观、 直接的评价依 据. 目前， 国外十分重视在设计阶段对光学遥感仪
［ 6］ 的基底函数拟和面形 ， 然而在光学问题中最终都
选择了 Zernike 多项式作为光学面形拟合的基底函 数系 . 原因是 Zernike 多项式对光学面形的拟合准
［ 7］ 确度最高 .
在 Zemax 光学设计软件中， 变形后的面形表示为
表2 g1 0. 006948E-04 g7 0. 000351E-04 g13 -0. 001559E-04 g19 - 0. 000598E-04 g2 - 0. 135732E-04 g8 0. 208528E-04 g14 0. 003539E-04 g20 - 0. 001099E-04
表1 节点数 …… 88310 88311 88312 88313 88314 88315 …… 垂直放置自重载荷作用下主镜镜面节点位移量 （ 单位： m） !Y （ 单位： m） !Z （ 单位： m） !X …… …… …… 9. 167985E-09 6. 091261E-09 5. 558127E-09 1. 677092E-08 2. 104709E-08 2. 181582E-08 - 4. 312302E-09 - 1. 194550E-08 - 1. 315474E-08 - 1. 973561E-08 - 1. 821164E-08 - 1. 649198E-08 ……
cr2
2 2
+ Ig i Z（ （1） "） i !，
N
是用极坐标来表示一个曲面 . Z（ 是多项式的 "） i !， 极坐标表示式 . 拟合过程就是针对该模型利用 Nastran 报告数据 将变形后镜面上节点位置归一化为单位圆上位置并 作为自变量， 以光轴方向的变形作为函数因变量进行 Zernike 多项式拟合 . 即由 !， ， 再根 " 求得 Z（ "） i !， 据Z （ !， 由行列式组解出系数 g i . 具体做法如下： "） 求解系数 g i 即求解下列矛盾方程组 （2） . g1 Z（ "1 ）+ g2 Z（ "1 ）+ … + 1 !1 ， 2 !1 ，
图 2 表 1 中的方向 Fig. 2 Direction in tabke. 1
g n Z（ " m ）= !Z m n !m ， 式 （2 ） 中， m 是镜面上第 m 个节点 . ! m ， "m ， !Z m 根 据有限 元 结 构 分 析 可 得 出 . Z n （ !m ， 可根据 "m ） Zernike 多项式定义求出 . 则未知量只有 g1 ~ g n . 由 于 m > n， 所以矛盾方程组 （2） 一般不存在通常意 义 下 的 解. 此 时 常 用 最 小 二 乘 准 则 来 求 解 参 量 g1 ~ g n . 直接利用法方程组求解最小二乘问题是经 典的常用方法， 但在实际应用中， 构造法方程组往往 会引入很大的计算误差 . 考虑直接从矛盾方程组入 手， 用 Househokker 变换对矛盾方程组的广义增广矩 阵进行正交三角化， 直接求解拟合系数 . 从而避免 了因构造的法方程组出现严重病态而引入的计算误 差 . Househokker 算法推导较复杂， 但计算结果却较 简单， 是一种较理想的进行 Zernike 多项式拟合的算
主镜变形后对光学系统成像质量的影响 . 图 3 是所设计的理想光学系统 （ 主镜未变形） （ 镜面法线与 像质图， 图 4 是主镜垂直放置方式下 重力方向垂直） 的变形数据带入后光学系统像质的变 化.
图 3 主镜变形前光学系统弥散斑和 MTF Fig. 3 Spot diagram and MTF of the optics with the undeformed primary
图 4 主镜变形后光学系统弥散斑 MTF 图 Fig. 4 Spot diagram and MTF of the optics with the deformed primary
可看出由于主镜支撑造成镜面变形对光学系统 最终像质的影响满足使用要求 . 特征频率处 MTF 的衍射限为 0. 484 ， 主镜垂直放置各视场 MTF 最低 值为 0. 4 ， 两种情况下弥散斑有所增大， 但一个探测 元内各视场几何能量集中度仍可达 98% 以上 .
第 35 卷第 7 期 2006 年 7 月
光 子 学 报 ACTA PHOTONICA SINICA
VOI. 35 NO. 7 JuIy 2006
大口径折反射式光学系统的光机结合分析 *
惠 彬1 李景镇1 裴云天2 龚向东1
（ 1 深圳大学工程技术学院， 深圳 510068 ） （ 2 中国科学院上海技术物理研究所， 上海 200083 ）
图 1 光机结合分析流程图 Fig. 1 The fIOw chart Of the integrated anaIysis Of Optics and mechanics
*
国家自然科学基金 （ 60477042 ， 60127501 ） 资助项目 TeI： 0755 26534873 EmaiI： huibinhui@ sina. cOm 收稿日期： 2006 02 24
主镜的支撑， 通常采用背面的三点或多点支撑， 周边支撑等 . 在分析计算中采用了周边支撑方法 . 主反射镜及其支撑所涉及的材料有微晶玻璃、 殷钢、
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光
子
学
报
35 卷
胶等 . 表 1 所列为主镜垂直放置 （ 镜面法线与重力 方向垂直） 时通过结构分析， 得到主镜镜面变形的 部分节点数据， 这些数据将用于变形的拟合分析 . 表 1 中 xyz 的方向如图 2 ， x 方向在纸面内向右； y方 z 方向为重力的反方向， 在纸面内 向垂直纸面向内； 向上； 主反射镜表面沿 z 方向 .