大非球面度四次透镜的加工方法研究
大直径菲涅尔透镜模具加工工艺的模拟实验研究
限公 司实 际生 产条 件 ， 自行设 计 一 套 模 拟 实验 工 艺 系
统 。实验 数据 采集 系统包 括 Ｌ ａ ｂ Ｖ Ｉ Ｅ Ｗ 虚拟 仪器 ， 振 动
加速 度传 感 器 。模 具 材 料 为 Ｈ ６ ２黄 铜 圆 盘 ， 直 径 为
１ ０ ０ ｍ ｍ， Ｈ ６ ２黄铜力 学性 能 如表 １所示 。
２ ． ２ 进给 量对 Ｊ ｊ ｕ － ｒ 过程 动态 平稳性 的 影响
进 给量是 切削 工 艺参 数 中 的重 要元 素 ， 决 定 了工
件 的加工 精度 和表 面粗糙 度 。进 给量 的大小要 根 据工 件材 料 ， 刀 具几 何参 数 和机床 刚性 等 因素合理 选择 。 实验采 用 单 因素法 ， 切 削 速 度 ＝１ ２ ０ ｍ ／ ａ ｒ ｉ ｎ ， 改
１ 实 验 条 件 及 加 工原 理
１ ． １ 实验 条件
２ 实 验 研 究
菲涅 尔透 镜模具 加 工模拟 实验 采用 聚 晶金 刚 石车 刀， 以卧式 数控 车床 为平 台 ， 参 考德 州宇 影光学 仪 器有
本 次模 拟 实 验 以 卧 式 数 控 机 床 Ｃ Ｊ Ｋ一１ ６ ３ ０为 平
由图 ２可 以看 出 ， 主 轴 转速 的变 化 对 刀具 振 动 变 化 的影 响不 大 ； 主轴转速在 １ ８ ０～ ４ ５ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ时 ， 主 轴 振 动幅值 较小 ， 当主轴转 速大 于 ４ ５ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ时 ， 主轴 振 动 幅值增 大 ， 对 加工 状态 的影 响较 大 。
１ 一主轴 ；２ 一Ｈ ６ ２ 黄铜 ；３ 一 车刀 ；４ 一 加速度传感器 ５ 一 刀 具 加 工 角度 调 整 装 置 ；６ 一 电动 刀 架 。
大型菲涅耳透镜的设计和制造
第27卷第6期2001年11月光学技术OPT I CAL T ECHN IQU EVo l 27N o 6Nov 2001文章编号:1002 1582(2001)06 0499 02大型菲涅耳透镜的设计和制造杨力,阴旭,陈强,伍凡,吴时彬,刘云喜,高平起,许全益(中国科学院光电技术研究所,四川成都 610209)摘 要:介绍一种大口径六环组合光学玻璃大型菲涅耳透镜的光学设计原理、整体工艺方案、各个球面环带的工艺计算和加工方法;讨论了大型菲涅耳透镜的光学胶合以及整体扇型切割成型方法;给出了研制成功大型菲涅耳透镜的光学检测结果。
关键词:光学玻璃大型菲涅耳透镜;设计原理;工艺方案中图分类号:T H706 文献标识码:ALarge aperture Fresnel optical lens design and manufacturing YANG Li,YIN Xu,CH EN Qian,WU Fan,WU Shi bin,LIU Yu n xi,GAO Pin qi,XU Quan yi(I nstitute o f O ptics and Electronics,Chinese A cademy of Science,Chengdu 610209,China)Abstract:T he large aper ture six components F resnel optical lens design principle and overall manufacturing scheme ar e pre sented Calculating and fabr icating met hod for each spherical r ing are reported T he optical cement ing and final cutting method ar e discussed T he final testing results of the Fr esnel optical lens are givenKey words:Optical glass large aperture F resnel lens;design principle;manufacturing scheme1 前 言在小尺寸范畴,采用塑料压形多环细齿菲涅耳透镜薄板技术已经成熟。
大型光学非球面超精密磨削关键技术的研究
大型光学非球面超精密磨削关键技术的研究近年来，随着科技的不断进步和人们对光学器件精度要求的不断提高，大型光学非球面超精密磨削技术逐渐成为光学领域的研究热点。
本文将从材料选择、加工工艺、设备要求等方面，探讨大型光学非球面超精密磨削关键技术的研究。
一、材料选择大型光学非球面超精密磨削的材料选择是关键。
材料的硬度、抗磨性、热膨胀系数等性能直接影响到磨削的效果和加工的精度。
常见的材料有玻璃、石英、陶瓷等。
在选择材料时，需要充分考虑材料的性能特点，以及光学器件的具体用途和要求。
二、加工工艺大型光学非球面超精密磨削的加工工艺也是研究的重点之一。
传统的磨削方法往往存在加工效率低、加工精度难以保证等问题。
因此，研究人员提出了一系列新的加工工艺，如离子束磨削、激光磨削等。
这些新的加工工艺在提高加工效率的同时，也能够保证加工精度的要求。
三、设备要求大型光学非球面超精密磨削对设备的要求非常高。
首先，需要具备高精度的磨削设备，以保证加工的精度和表面质量。
其次，还需要具备稳定的控制系统，以实现对加工过程的精确控制。
此外，为了提高加工效率，还需要具备快速换刀系统和自动化控制系统等。
四、精密度的控制大型光学非球面超精密磨削的关键技术之一是精密度的控制。
在整个加工过程中，需要通过精确的控制系统对加工参数进行调整，以实现对加工精度的控制。
同时，还需要进行精确的测量和检测，以及对加工过程中的误差进行补偿，以确保加工的精度和表面质量。
五、表面质量的评估大型光学非球面超精密磨削的表面质量评估也是研究的重点之一。
表面质量的评估可以通过光学测量仪器进行，如干涉仪、扫描电子显微镜等。
通过对加工后的光学器件进行表面质量评估，可以及时发现加工过程中存在的问题，并进行调整和改进。
大型光学非球面超精密磨削关键技术的研究涉及材料选择、加工工艺、设备要求、精密度的控制以及表面质量的评估等方面。
通过对这些关键技术的研究，可以提高大型光学非球面超精密磨削的加工精度和效率，满足人们对光学器件精度要求的不断提高。
非球面镜片加工流程
非球面镜片加工流程
随着现代科技的不断发展，非球面镜片被广泛应用于各个领域。
非球面镜片可以用来纠正眼睛的屈光不正，改善视觉质量，同时也可以用于光学仪器、机器视觉和激光器等领域。
本文将介绍非球面镜片加工的流程。
1.设计
需要进行设计。
设计师通过计算机辅助设计软件（CAD）来设计非球面镜片的形状。
设计的形状必须满足特定的光学要求，例如折射率、曲率和直径等。
设计师需要了解材料的光学性质，以便在设计时考虑到这些因素。
2.加工
一旦设计完成，就可以开始进行加工。
加工通常使用计算机数控机床（CNC）进行。
CNC机床是一种自动化机器，可以进行高精度的切削和雕刻。
在加工非球面镜片时，CNC机床会使用一组钻头和磨头来切削和雕刻玻璃或塑料材料，以按照设计形状制作非球面镜片。
3.抛光
在加工完成后，非球面镜片需要进行抛光。
抛光可以提高镜片的表面光洁度，并减少表面的不规则性。
抛光通常使用研磨液和抛光机
进行。
研磨液可以去除微小的表面缺陷和瑕疵，而抛光机可以使表面变得更加光滑。
4.检验
非球面镜片需要进行检验。
检验通常使用光学检验仪器进行。
光学检验仪器可以测量非球面镜片的光学性能，例如曲率、直径和表面质量。
如果非球面镜片不符合规格，则需要进行调整或重新制作。
总结
通过上述流程，非球面镜片的加工可以得到高精度的非球面镜片，以满足各种光学应用的要求。
设计、加工、抛光和检验是非球面镜片加工流程中不可或缺的步骤。
非球面透镜的制备和应用
非球面透镜的制备和应用透镜广泛应用于各种光学系统中，如相机、望远镜、显微镜等等。
传统的球面透镜是不可或缺的光学元件，但球面透镜有一个不可避免的问题，即球面像差。
为了解决这个问题，人们开始开发非球面透镜，它们可以减小或消除球面像差，因此非球面透镜已经广泛应用于各种光学系统中。
非球面透镜的制备非球面透镜的制备需要先确定其表面形状，以便在光学材料上刻出透镜的轮廓。
此外，制备非球面透镜也需要具备开发和设计非球面透镜的技能。
因此，非球面透镜的制备需要具备高超的技艺和先进的生产设备，以确保制造出来的透镜达到高质量的要求。
目前，非球面透镜的制备主要有两种方法：一种是模压法，另一种是薄膜沉积法。
模压法是一种制造光学元件的传统方法。
模压法是利用硼酸玻璃制成的模具来压制浮动在玻璃表面的光学玻璃或石英晶片，压制后的玻璃成为凸透镜或凹透镜。
模压法的优点是成本较低，可以用于制造大规模的非球面透镜。
薄膜沉积法则是另一种非球面透镜的制造方法，通常使用光刻和化学蚀刻等技术来制造具有精确定形的薄膜。
这种方法制造出的非球面透镜可以达到更高的精度，但成本更高。
非球面透镜的应用非球面透镜的应用非常广泛。
以下是几个使用非球面透镜的典型应用案例。
投影仪在投影仪中使用非球面透镜，可以显著提高投影质量，保证像素不失真的情况下，投影成像清晰。
花式光学制造商在开发和生产投影仪的透镜时，往往会倾向于使用非球面透镜。
望远镜使用非球面透镜可以在大尺寸的望远镜镜头中保持清晰的成像质量。
相较于球面透镜，非球面透镜在望远镜中表现更加卓越，镜头在放大倍数高达250倍的情况下，依然能够保持清晰的成像。
眼镜非球面透镜在眼镜中的应用将提供更好的视觉效果，特别是在强近视的情况下。
由于非球面透镜设计能够更好地分散视觉畸变，所以当戴着非球面透镜的眼镜时，目光向四周转动或看东西时，眼镜中的画面阴影会被极大地减少或完全消除。
结论非球面透镜以其可减小或消除球面像差的优良特性，广泛应用于各个领域的光学系统中。
非球面透镜加工探讨
了基础 。
ｘ ＣＰ ＩＳ Ｒ １ １ ＝ ｔ／＋ Ｑ Ｔ［ 一（ ＋
＋ ＋ Ａ
明
（） ２
＋ ，＋ Ｃ ８ ＤＨ’ Ｅ日 Ｄ ＋
检测 均用 刀 口阴影 法完成 。故仅 限 于校准
Ｋ ＞０ Ｋ ＝０
Ｃ＝０
短 轴椭球 面 球 面
平 面
二 次 曲面零件 ，高 次方 程 曲面几 乎 是不 可
能加 工 出来 的。 随着数控 加 工技 术在 光学
１ － ２目前采用较多的非球面方程如下 ：
设备 上 的推广 使用 。 目前 的非球 面磨 制 已 发展 到 可以加 工 高次非球 面曲 面零 件 ．因 此 ，为诸 如 大视 场投 影设 备 、Ｖ Ｄ、Ｄ Ｄ Ｃ Ｖ
此 时磨轮 刃 口与零 件被 切削点 切线方 向的 夹角 虽 然恒 定 ，但磨 轮 圆角 ｒ 磨轮 直 或 径 在 不断 的变 化 ，导致 Ａｙ在 微 弱 的变 化 （ 图 ２ ，所 以 ，一 但 磨 轮 的硬 度 、 见 ）
加工 进刀量 等 参数 ，加工 中用直 接或 间 接
测量 方 法就可 精确控 制 ，补 偿则 是在 设 备 上 完成 。 ２２ ．． ２面形 精 度 补 偿 是 基 于 检 测 结 果
粒度 、结 合剂 强度 、 口径 （ 直径 ）选择 不
进 行 的 。由于设备 每完成一 个 加工 周期 都
有 定 位 、振 动 、轴 温 、移 动精 度 等诸方 面 的微量 误差 。所 以每周 期加工 完成 的面形
（ 度 ） 均 不 相 同 ，为 了超 于 理 想 表 面 ， 精
非球面透镜的制造与应用技术研究
非球面透镜的制造与应用技术研究透镜作为光学器件的重要组成部分，广泛应用于光学仪器、摄影、眼镜等领域。
传统的透镜通常是球面透镜，但是球面透镜在成像质量和光学性能方面存在一定的局限性。
为了克服这些局限性，非球面透镜应运而生。
本文将探讨非球面透镜的制造与应用技术研究。
一、非球面透镜的制造技术非球面透镜的制造需要先进的加工设备和精密的加工工艺。
目前，常见的非球面透镜制造技术主要有以下几种。
1. 精密加工技术：利用数控机床和磨削技术，对透镜进行精密加工。
这种技术能够实现高精度的透镜制造，但是加工周期较长，成本较高。
2. 激光加工技术：利用激光束对透镜进行加工。
激光加工技术具有高效、灵活的特点，可以实现复杂形状的非球面透镜制造。
但是激光加工设备的成本较高，需要专业技术人员进行操作。
3. 压制成型技术：利用高温和高压对透镜进行成型。
这种技术可以快速制造大量的非球面透镜，但是成型精度相对较低。
以上是非球面透镜制造的几种常见技术，不同的技术适用于不同的应用场景。
制造非球面透镜需要综合考虑成本、加工周期和成型精度等因素。
二、非球面透镜的应用技术研究非球面透镜相比于球面透镜具有更好的光学性能和成像质量，因此在许多领域都得到了广泛的应用。
1. 光学仪器：非球面透镜在光学仪器中的应用非常广泛。
例如，在望远镜中，非球面透镜可以有效地减少球差和像散，提高成像质量。
在显微镜和激光器等光学仪器中，非球面透镜可以用于调节光路和改善成像效果。
2. 摄影：非球面透镜在摄影领域的应用也越来越广泛。
通过使用非球面透镜，摄影师可以实现更好的景深效果和更准确的对焦。
同时，非球面透镜还可以减少畸变和散光，提高照片的质量。
3. 眼镜：非球面透镜在眼镜领域的应用主要是为了矫正视力问题。
通过使用非球面透镜，眼镜可以更准确地矫正近视、远视和散光等视力问题，提高佩戴者的视觉体验。
除了以上应用领域，非球面透镜还在激光加工、光通信、医疗器械等领域有着重要的应用价值。
高精度非球面透镜的加工与检测
高精度非球面透镜的加工与检测摘要：针对非球面透镜高精度的加工需求，提出了一种组合式抛光技术。
在采用不用研抛参数的条件下将自动化研抛系统与离子研抛机相结合，从而提高了系统对非球面透镜的加工能力。
通过仿真分析与实验测试，验证了提高表面精度的设计理念。
关键词：透镜加工；非球面；离子抛光机；仿真计算1 引言大口径不是球面的元件由于具有不需要中心遮蔽，可以改善成像质量，让系统结构更简单等优点，现已是空间相机和超大功率的激光器等光学装置的重要器件之一[1]。
随着科学技术的进步，目前的大尺寸光学系统在器件表面质量、加工效率方面都有了很大的提高，远超出古典光学在系统设计中的要求从频域上看，光学器件的制作误差可分为低频段的误差、中频段的误差还有高频段的误差三种。
中频段的误差可分为两个频段：SD1、PSD2。
分段的频率是0.4 mm-1。
高频相位的误差在8.3到100 mm-1之间[2]。
大口径不是球面零件的常规加工工艺是采用铣磨出形状、散粒研磨和抛光等工艺，使其达到与球面形态最接近，然后采用人工修整抛光或者数控机床把球面再变成非球面。
这种把零件抛光成球面，然后再从球面到非球面的加工方法存在着很大的缺陷。
2 设计思路为解决以上问题，改善非球面的加工效率和精确度，各种先进的工艺技术（抛光技术例如磁流变、离子束、气囊、等离子体技术等）被开发出来并且迅速发展。
同时，以先进的制造技术为基础，开发了多种工艺的加工方法。
位于英国的Zeeko公司的Walker等人提出了一种利用超精密研磨加气囊抛光的技术来加工欧洲大型望远镜制造所需要的大型非球面零件。
所制得的米级口径的六边形不是球面光学器件的面形误差PV可达62纳米， RMS可达11纳米。
位于美国的QED公司的 Dumas等人[3]提出了一种新的抛光工艺，即将 MRF技术与常规的沥青抛光技术相结合，应用于非球面研磨出形以后再抛光的加工。
为了满足高精确度批量生产离轴型的非球面零件需求，本文研究了一种混合的抛光工艺，以达到高效率生产非球面零件的目的。
关于非球面加工工艺的研究
关于非球面加工工艺的研究发布时间：2021-07-01T17:00:40.510Z 来源：《科学与技术》2021年第29卷3月7期作者：詹达举[导读] 近年来，随着非球面的光学器件在越来越多的光电产品中广范应用，因此市场的规模也在不断扩大，詹达举世大光电（深圳）有限公司 518000摘要：近年来，随着非球面的光学器件在越来越多的光电产品中广范应用，因此市场的规模也在不断扩大，在这样的情况下，高精度、低成本以及非球面的光学元器加工工艺也越发重要，在这样的情况下，提升对于光学元器件的加工工艺研究，成为了当前的研究主要方向，有着非常广阔的市场，因此本文主要对非球面加工工艺进行研究，希望对相关从业人员有一定的参考作用。
关键词：非球面；光学镜片，加工工艺引言：光电产品在当前的社会中，承担着非常重要的作用，在各行业的生产之中，很多技术都离不开光学非球面元件的使用，非球面镜片的曲率半径随中心轴而变化，以提高光学质量，减少光学元件，降低设计成本。
与球面透镜相比，非球面透镜具有独特的优势，因此已广泛用于光学仪器，图像和光电行业，如在摄影镜头，电影变焦镜头、手机摄像，航天卫星，红外望远镜、录像机镜头、光纤通信的光纤接头、医疗仪器等。
当前的市场中，有着广阔的前景，提升对于非球面技术的应用，取得了非常有效的成果，当前市面上有很多这种类型的机器，本身加工技术也较为成熟，所以以下就是对这部分技术的一个初步分析，研究非球面加工工艺应该如何实施。
一、非球面分类在当前实际的使用之中，非球面通常分为二次非球面，高次非球面和自由曲面。
二次非球面是光学系统中使用最广泛的表面，与其他类型的非球面相比，它具有特殊的位置是最常见的非球面。
高次非球面广泛用于光学系统中消除球差、彗差，像散、场曲,减少色差，减化结构，从而获得高质量的图像效果和高品质的光学特性。
自由曲面在不对称的光学系统领域有突出的作用。
如可视VR，离轴影像处理。
二、非球面技术的优势（一）像差校准非球面透镜是用来代替球面透镜的，其最大的优点是可以校正由准直聚焦系统中的球面透镜引起的球面像差。
光刻机中光学透镜的研究实现更高精度制造
光刻机中光学透镜的研究实现更高精度制造光刻技术是现代微电子制造过程中不可或缺的关键环节，而光学透镜作为光刻机的重要组成部分，对于提高制造精度至关重要。
本文将就光刻机中光学透镜的研究实现更高精度制造进行探讨，分析目前的制造技术和存在的问题，并提出改进方案。
一、光刻机中光学透镜的制造技术1. 传统光学透镜的制造技术传统的光学透镜制造技术主要包括研磨、抛光、涂膜等工艺。
这些工艺虽然能够实现一定的制造精度，但在光刻机中使用时往往无法满足高精度制造的要求，存在色差、像差等问题。
2. 非球面光学透镜的制造技术为了解决传统光学透镜制造中的问题，非球面光学透镜（Aspherical lens）的制造技术应运而生。
非球面光学透镜采用非球面曲率，能够在减小畸变的同时提高焦距，提高制造精度。
二、光刻机中光学透镜存在的问题1. 光学透镜的形状复杂度光刻机中的光学透镜往往需要具备非常复杂的形状，例如非球面、渐晕等形态。
这些复杂的形状给制造过程带来了巨大的挑战，增加了制造的难度。
2. 制造精度的要求提高随着微电子制造技术的发展，对于光刻机的制造精度要求也越来越高，尤其是在纳米级别的制造中。
光学透镜的制造精度直接影响到微电子器件的性能以及产品的质量，因此需要进一步提高光学透镜的制造精度。
三、改进方案及其实施1. 利用先进制造工艺采用先进的制造工艺，如精密研磨、电解抛光等，可以提高光学透镜的制造精度。
同时，结合先进成像技术和计算模拟方法，对光学透镜的形态进行优化设计，以实现更高的制造精度。
2. 使用新材料通过使用新材料，如超高纯度石英玻璃等，可以改善光学透镜的物理性能，提高制造精度。
新材料的使用将为光刻机带来更高的制造精度和更好的光学性能。
3. 建立精密测量系统建立精密测量系统，如光学测量仪器和设备，可以对光学透镜进行精确的测量和评估。
通过实时监测制造过程中的形状和精度，可以及时调整和纠正制造过程中的问题，提高制造精度。
四、前景展望随着微电子制造技术的不断发展，对于光刻机中光学透镜制造精度的要求将不断提高。
非球面透镜光学系统的设计与优化
非球面透镜光学系统的设计与优化光学系统的设计和优化一直是一个极其重要的话题，而非球面透镜则成为自然成像、潜在光能与纳米光学等领域的基石。
本文将介绍非球面透镜的基本原理和光学系统的设计及优化。
一、非球面透镜的基本原理非球面透镜是一种光学元件，它可以产生曲面的透镜形状，以实现高质量的成像和聚焦。
相较于传统的球面透镜，非球面透镜的设计更加复杂，但其优点之一是可以减少透镜光线折射过程中的折射误差。
非球面透镜的原理是利用曲面形状来消除光线在透镜表面的各种畸变，从而达到更优异的光学性能。
在设计非球面透镜时，需要先了解透镜的几何形状和光学参数等基本信息，然后依此来确定适合的光学设计方法和算法。
经过实践验证，有限差分法和光子映射法是设计非球面透镜的最有效方法。
二、非球面透镜光学系统的设计在设计非球面透镜光学系统时，需要考虑透镜的注视条件，以及所需成像和聚焦的空间点。
例如，对于拥有单个或多个光学元件的光学系统，需要把光束从一个具有高光学复杂性和形状的形状转移到另一个形状。
这个过程通常由非球面透镜完成。
非球面透镜光学系统应关注成像质量和成像速度两大方面。
在成像质量方面，需要考虑消除光学畸变、增加透镜的折射能力等。
而在成像速度方面，需要把注意力集中到减小成像时间和优化成像速度上。
同时，要注意光学系统的造价和实际应用情况等，以便为实际设计和制造提供实用性和经济性的保证。
三、非球面透镜光学系统的优化非球面透镜光学系统的优化涉及很多方面，其中包括保证成像质量和提高成像速度。
在保证成像质量方面，涉及透镜的曲面质量、透射率、折射率和物质等。
因此，在设计非球面透镜光学系统时，必须考虑这些要素，并在实践中进行权衡。
此外，还需要对光学系统进行干涉和调光处理，以进一步保证光学系统的性能，同时提高成像速度和减少光学畸变。
通过减少散射和各种误差，可以显著提高整个光学系统的质量和性能。
总之，非球面透镜光学系统的设计和优化是一个必须深入研究的话题。
对于非球面度较大的非球面光学零件的加工方法
对于非球面度较大的非球面光学零件的加工方法
王光伟
【期刊名称】《云光技术》
【年(卷),期】2004(036)003
【摘要】在特种光学加工中，对于非球面度较大的非球面零件加工，无论是铣磨还是抛光。
都存在一定难度，特别是在最大非球面度处有较小拐角的非球面零件，铣磨时磨轮由于加工轨迹在拐角处的突变，易撞掉或撞碎零件，而抛光时在具有较小拐角处更难以抛亮，同时也增大了修抛难度。
本文针对此问题，以加工非球面Si单晶为例，在保证有效口径情况下，通过在该透镜的最大非球面度处(或附近某点处)作切线至透镜口径处的加工方法，使光洁度得到有效改善，同时进行面形修正补偿，使非球面面形最大偏差(Rt)达到1μm以下。
【总页数】4页(P24-27)
【作者】王光伟
【作者单位】云南北方光电仪器有限公司第三分厂，昆明650114
【正文语种】中文
【中图分类】TH74
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非球面透镜生产与检测培训
非球面透镜生产与检测培训一、概述非球面透镜是一种具有复杂曲率的透镜，与传统的球面透镜相比具有更高的光学性能和更广阔的应用领域。
为了满足市场对高质量非球面透镜的需求，对其生产与检测技术进行培训至关重要。
本文将介绍非球面透镜的生产工艺和常用检测方法，帮助读者了解非球面透镜的制造过程以及如何对其进行有效的检测。
二、非球面透镜的生产工艺1. 设计与仿真制造非球面透镜的第一步是进行透镜的设计与仿真。
设计师需要根据应用的具体需求，确定透镜的曲率半径、表面形状和材料等参数。
借助计算机辅助设计软件，可以对透镜进行仿真分析，评估其光学性能和成像效果。
2. 材料选择与加工选择合适的材料对于非球面透镜的性能至关重要。
常用的透镜材料包括光学玻璃和塑料等。
生产过程中需要使用先进的加工设备，如数控机床和激光切割机等，精确地对材料进行切削、研磨和抛光，以得到所需的透镜形状和表面质量。
3. 表面处理与涂膜非球面透镜的表面处理和涂膜是提高透镜性能的重要步骤。
通过离子束抛光、化学处理和热处理等方法，可以改善透镜的表面质量和光学特性。
在表面处理完成后，还需要进行透镜的涂膜，以减少反射和增加透过率。
4. 最终组装与测试非球面透镜的最后一步是进行组装和测试。
组装过程中需要保证透镜的精确定位和对光的正确聚焦。
测试过程中使用的设备包括自动检测仪和干涉仪等，用于检测透镜的曲率半径、形状误差、表面光洁度和光学性能等参数。
三、非球面透镜的常用检测方法1. 曲率半径测量曲率半径是衡量非球面透镜形状的重要参数。
常用的曲率半径测量方法包括球差法、干涉法和等高线法等。
这些方法可以通过测量透镜对光的折射效果，得到透镜的曲率半径，并评估其形状精度。
2. 表面形状误差测量非球面透镜的表面形状误差对其光学性能有着重要影响。
常用的表面形状误差测量方法包括干涉法、电子直角仪和轮廓仪等。
这些方法可以通过测量透镜表面的高度差异，评估透镜的形状精度和表面光洁度。
3. 光学性能测试除了表面形状误差外，非球面透镜的光学性能也需要进行全面的测试。
大口径非球面精密加工技术综述
0引言大口径光学系统具有角分辨能力高,能量收集能力强的特点,被广泛的应用在热核聚变、强激光武器发射系统、空间通讯系统、天体观察等诸多领域中。
大口径的非球面主镜是其中的核心器件,起着球面无法替代的作用[1]。
然而,非球面的应用主要局限于它的制造和检测,比球面要困难的多,因此要想广泛地将非球面应用于光学系统中,首先必须解决的就是精密加工的诸多问题。
从加工的角度看,大口径非球面的加工具有偏离量大,材料去除量大的特点,目前广泛用于中小口径非球面加工的采用小磨头的计算机非球面表面成型技术(Computer Controlled Optical Surfacing,CCOS)的材料去除效率不能满足大口径非球面的加工需求。
1大口径非球面元件加工技术从十九世纪七八十年代开始,在计算机技术及激光干涉技术的推动下,出现了采用计算机控制的采用小磨头的计算机表面成型技术,在这之后又发展出具有更高确定性的磁流变技术及离子束技术,以及适用于大口径加工的应力盘技术和应力抛光技术等,使得大口径非球面的加工效率得到大幅度的提高,为光学技术的发展提供了技术支持。
1.1计算机非球面表面成型技术(Computer Controlled Optical Surfacing,CCOS)计算机光学表面成型技术是对采用数控技术进行非球面表面成型加工的一类技术的总称,它是使用现代技术对传统光学加工工艺的量化模拟,它的加工原理是根据定量的面形检测数据,在虚拟加工过程控制模型的基础上,用计算机控制一个尺寸小于工件的工作头(直径通常小于工件直径的1/5),对光学零件进行研磨或抛光,通过控制磨头在工件表面不同位置的驻留时间(也就是加工时间)等参数来控制镜面不同位置的材料去除量,从而达到修正镜面面形误差的目的。
与人工修磨相比,计算机表面成型技术具有更高的精度和重复性,可以得到更高的面形收敛率,因此可以显著的缩短非球面特别是大口径非球面的加工时间,提高生产效率。
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大非 球面度 四次透镜 的加工 方法研 究
王伟
( 苏州大学现代光学技术研究所，江苏苏州215006)
[ 摘要】文中我们选用了泛卡塞格林系统的光学结构进行设计制造，介绍了抽空变形法的基本原理，并在实际加工中解决了磨具自身重力 和夹具对境面变形的影响，有效的避免了镜面出现殃状地区差的问题，很好的解决了超薄透镜加工难的问题。 【关建词】非球面；抽空变形法；抛光
但是变形后的面形 程不是纯四次 ，而是带有二次项的：
250丽再丽 △p=Q×(p4+a p 2+b)
其中Q=p f q，E，h) 系数a 、b决定于 板材的泊桑比v。对玻璃 而言 ，v=025，可 算出a =一 52，b=42。如果 去掉二 次方项， 原则上 可以用—个二次抛物面磨盘代替平磨盘。实际上由于变形量很小，磨盘 的曲 率半 径很 大， 可以用 一个 球面 磨盘 代替 ，具体 计算 方法 如下 ：
学 塑料 注射 成形 法 等等 o 23附j 扣加工法 主要是在光学元件的表面附栅一层材料，使之形成所要求的非球面
形状 。包 括真空 镀膜 法和 复制成 形法 。 24非球面细磨 非球面透镜经过车床铣磨过的球面精度是不高的，还必须先进行细
磨。如果用传统的方法，首先要细磨出一个最佳起始球面，然后细磨非 球面，对非球面进行逐带修正以达到面型精度要求。四次非球面透镜的 非球面度比较大，为了提高效率，我们采用了应力变形法，即抽空变形
要求z2一z1 =z，应有
c 2— 42C1- 一a
( 2．1)
一C2一( 一52C1 ) =O。 ( 22) 式( 21) 加式( 22) 得
52 C1—42C1=一a，
C' =一a ，△1=42C：
C2 =5 2C1．一52 a ，△ 2=C2=一52 a o 产生△2 ，实际上是用一个半径很大的球面代替抛物面，此球面的
设原方程为：z=a v4 将方程规—化，并移动坐标原点到O( 图2 ) ，方程变为 z =一 a( 1一D| )
其中p=j r -
y一
。i形 j _● 0 ～
z) 一五( 目单后)
／
／R
。一．
一
图2
均匀载荷下( 正或负亚)
z 1=C，( 42—52p 2+p 4) ， 附加抛物面
z 2=C2( 1一p 2) o
i 加响工很小 的 ， 元 这 件一，点如将后给级系球统面的系检统测在带加来工一装定调的中方产便。 生 非 的 球 像面羞是，系可统以中蝴最后 改
非球 面的面 型进 行一定 的补偿 。 2非球面的 加工方法 与细磨 21传统的方法 即材料去除加工法，是采用研磨、切削及能量束抛光等手段去除零
件表面材料，是目前国内非球面光学零件的主要加工方法之一。 22变形加工法 主要包括应力变形法、热压成形法、光学玻璃透镜模压成形法及光
半 径R按 抛物 面方 程求 得：
R=薤
3非球面抛光、磨盘 的改进
传统的研磨抛光技术是利用抛光盘与工作表面的相对滑动，借助抛 光液及混与其中的磨料粒子与工件表面之间的机械化学和物理作用实现 工件表 面材料的去 除。
现有的大的整体抛光盘基本上都是基底为—块圆铝平板，在上面粘 贴有 整盘 或各种 形状的 柏油 块，使 用时 烫{炙柏 油块 压在镜 面上 ．使其 全部 与镜面吻合，待其冷却后便可抛光。但是，圆铝平板的重量较大，尤其 是在大口径非球面透镜的加工中对镜面的压力经常导致镜面变形而产生 像散或局部的不规则误差，如此就很难磨好。所以我们这次采用了一种 新的磨具，改用六根长铝条通过一些装置连接到—个小的铝盘上代替大 的整体抛光盘，则重量将大大减轻，从而大大减小了抛光盘对镜面的压 力。
溉
将非球面镜放在—个圆盘状工具上，这个工具可以抽真空并装在机 床轴 上转 动，镜 面要 加工 的一面 朝上 。
占
图l 平板加工示意图
根据材料力学公式，圆形平板在四周铰支条件下，如受到均布载 荷，则其中心的弯曲变形量( 挠度) 由以下公式确定：
6：Q：29墅
Eh3
其中 6为 平板的中 心挠度 ：q为均布 载荷的压 力强度 ：R为平板 的半口径；E为平板材料的弹性模量：h 为平板的厚度。
在四次非球面加工过程中，主要采用刀口阴影法进行检测，同时
结合 干涉仪 做定量 阶段性 的检测 。 4抛修中遇到的主要问题及采取的措施 1) 由于磨具自身重力与夹具侧支撑点施力作用而导致镜面变形。
因此后来对镜子的支撑方式做了一些修改。如图4所示，将一些柏油胶 块做成圆饼状粘在—个夹具下方的铝盘上，将其稍加热，铺上—层薄膜
图5
6结论 1) 通过这次非球面镜的加工可以看出，利用抽空变形法代替传统 的逐带细磨法对四次非球面透镜进行加工，不仅能够提高效率，还可以
纸，再将镜面压E，在其冷却后，这些胶块与镜面吻合，这些支撑点保
提高非球面的面型精度，在细磨时就基本达到所需的非球面面型，从而
证了镜面受 力的均匀，减轻了 磨具重力对镜面的施 力影响。缩短了加 工周；吼
图3为 基本 结构 图， 在一 个小 的铝 圆平 板面 按角 度均 匀固 定六 根 铝条，它们可通过固定螺丝与铝条上的长 形洞口进行伸缩调整，铝条 的另一头开有两小孔，通过两根滚珠铁杆连接长条形磨具。如此一来， 这六 根长 条形 磨具 就代 替了 传统 的大 抛光 盘的 作用 。
应用科技
图3基本结构图与部件避搔图
2) 铝条抛光盘的伸臂长度可以进行调整，直径在其调整范围内的 非球面镜均可加工。可拆卸的的长条磨具重景较轻，其柏油块压盘比大 的铝盘更省力方便，可用于一些无法承受铝盘重量而不能使用大抛光盘
1引言 在科学研究、工业及军事领域中，常常需要对光线很弱的景物或目 标进行摄像的摄影系统。这无疑对探测器的光学系统性能提出了更高的 要求。目前大多数望远系统都采用经典卡塞格林以及R—C系统结构， 其主镜和次镜均采用非球面，其加工装配难度远大于球面系统。将卡塞 格林系统的主镜及次镜都取球面，在焦面前加2片以上改正透镜，而将 作为密封窗的平行 平板的一面加4次 方项，可以设计出具有相当大视 场，像 质优良的新光 学系统——泛 卡塞格林系统 ，简称PC系统 。PC 系统可以先加工球面，后加工非球面。将所有球面元件加工装调完成 后，利用该系统的自身结构检测非球面。这是该系统在制造方面的—个 优势。PC系统中的4次非球面定位要求很低，定 位的误差对系统的影