魏全忠[1]2003年在《高性能光学系统定中心研究》文中研究表明本文以193nm(ArF)步进扫描投影光刻机中100nm投影光刻物镜为切入点,探讨高性能光学系统的定中心问题。首先介绍了新旧国家标准关于透镜中心误差的定义,归纳和总结了目前物镜装校定中心的叁个体系,讨论了光学系统中心误差自准反射法测量原理、公式和测量方法,以及根据自准反射法测量原理而设计开发的定中心仪器——内调焦定心仪、中心偏测量仪等设备。应用自准反射法测量原理和相应的仪器,重点论述了叁种典型的高性能光学系统的装校定心方法、工艺和实际定心结果。论述了最佳基准轴评价方法以及在镜头装校定心中的应用。本文对进一步提高高性能光学系统的定中心精度提出了解决途径,设计了新型的超高精度中心偏测量仪,为100nm步进扫描投影光刻机物镜的装校定心提供了技术保证。
李春才[2]2015年在《基于联合变换相关原理的光学定心技术研究》文中研究指明随着科技的发展,光学镜头在航空航天、国防军事、工业检测以及半导体产业等领域得到了广泛应用,并且对于其性能的要求也越来越高。光学镜头生产过程中的一个关键问题是控制透镜装配过程中的中心偏差。透镜中心偏差是影响光学镜头性能的主要因素之一,从透镜的磨边、胶合、检验以及装配,到光学系统性能的测试,中心偏差的存在都不可忽视。许多对系统性能要求很高的系统,如卫星摄影测量系统、投影光刻物镜等对装调误差有严格限制,都需要其中心偏差尽可能的小。传统的光学系统定心方法已经不能满足此类高性能光学镜头装调精度的要求,因此本文研制了旨在装调大NA投影光刻物镜的高精度定心仪。本文的主要工作内容如下:首先,分析中心偏差测量仪器的国内外发展现状及趋势,并归纳总结出测量透镜中心偏差的几种基本方法;其次,建立透镜组中心偏差测量数学模型,分析透镜组累计中心偏差对镜组中被测光学表面中心偏差测量的影响。通过计算透镜组各面球心像的位置以及各面的垂轴放大率,将被测光学表面的中心偏差表示为各面中心偏差及各面垂轴放大倍率的函数,该模型可有效去除镜组中心偏差测量时累计中心偏差的影响;第叁,通过分析各种中心偏差测量原理的优缺点,选取反射式自准直成像法测量透镜的中心偏差。使用光学设计软件进行了测量头光学系统的光学设计,分析了系统的成像质量,结果表明系统能够满足使用要求,并进行了能量计算和光源选择;第四,提出了一种基于联合变换相关原理的中心偏差测量方法,该方法与分划板具体的图案形式无关,通过使目标图像和参考图像之间的相关运算,实现位移矢量的亚像元测量,利用位移矢量拟合实现中心偏差的高精度测量。在经典联合变换相关原理基础上提出一种双相位编码的联合变换相关算法,使相关输出平面仅保留一个互相关峰以提高测量效率;第五,对影响定心仪精度的主要误差因素进行了理论分析,包括轴系误差、放大倍率误差、数据处理误差、光学系统误差、环境误差等;进行定心仪重复性评定实验,实验结果表明中心偏差测量重复性精度为±0.7995μm;此外,经过实验验证了基于双相位编码联合变换相关原理的定心技术的有效性,并与LAS定心仪进行了对比,实验结果表明,使用联合变换相关原理测量透镜中心偏差合理可行,并且测量误差小于同条件下的LAS定心仪测量误差。
杜洋[3]2013年在《长焦距镜头的装校与技术研究》文中指出随着空间光学的高速发展,对于大口径、长焦距、高分辨率的光学系统的需求量日趋增大。光学装校是实现设计结果的最后一道关键工序,对该技术的要求也越来越苛刻。本文工作涉及一个15m焦距成像镜头,研究工作围绕该成像镜头的装校技术展开。给出了15m焦距成像镜头的设计结果,分析温度变化和透镜间空气间隔变化对该成像镜头的结构参数和光学性能参数的影响。根据镜头的光学结构和机械结构,提出了一种使用叁坐标测量仪结合Zemax软件辅助的装校方法。介绍了叁坐标测量仪,阐述了使用叁坐标测量仪测试透镜中心偏差的原理。分析成像镜头结构中的装校难点,设计出成像镜头的装校方案。根据装校过程中的测试数据,计算出透镜中心偏差,验证了各透镜光轴与镜筒中心轴的重合程度满足设计要求,从而说明系统的光轴一致性。透镜间空气间隔的计算结果满足设计要求。使用Zemax软件对实测结果进行模拟,给出优化方法。使用两种方式测试成像镜头的焦距,测试结果与理论值偏差分别为-1.12%和-1.24%。各视场下弥散斑测试值不超过1.5mm。视场的测试结果大于6°×6°。各性能参数测试结果均满足指标要求,从而验证了该装校方法的可行性。
郭帮辉[4]2014年在《基于镜面间隔和中心偏差测量的光学镜头辅助装调设备的研究》文中研究说明光学镜头已经广泛应用于民用、工业检测、国防军事、航空航天等领域，很多应用场合对光学镜头的综合性能的要求越来越高，传统的光学镜头装调方法存在各种问题，已经不能满足高性能光学镜头的装调精度要求。为了提高光学镜头的装调精度，本文研制了光学镜头辅助装调设备，该设备集成了光学镜头的中心偏差测量和镜面间隔测量功能，在同一平台上进行光学镜头的装调，保证了装调过程中的参考轴的一致性，既能提高光学镜头的装调精度，又能提高光学镜头的装调效率。本文的主要研究工作如下：1.根据现有的光学镜头辅助装调设备的技术路线及发展趋势，研究了将光学镜头中心偏差和镜面间隔测量功能集成在一台设备上的技术方案，研究表明，一体化的光学镜头辅助装调设备的技术方案是可行的；2.通过比较光学镜头中心偏差的各种光路结构的优缺点，提出最佳的光路结构设计方案，采用调焦法和切换镜头法相结合的光路结构，能够既保证测量精度，又避免测量盲区；并对调焦法和切换镜头法相结合的光路进行设计，分析了光学系统的成像质量，分析结果表明，该设计方案能够满足使用要求，并在保证像质的基础上，对其公差进行合理分配；建立光线追迹模型，分析杂散光的影响，分析结果表明，杂散光对成像质量的影响很小；3.建立被测光学镜头的中心偏差计算模型，该模型能够计算被测光学镜头的各个镜面的球心像的位置和成像过程中的垂轴放大率，还能根据十字靶标中心的画圆直径和十字靶标成像过程中的垂轴放大率，计算被测镜面的中心偏差，该计算模型为主控软件提供了中心偏差测量的算法；4.研究非接触式的光学镜面间隔测量方法，采用了光学相干测量的方法来测量镜面间隔，以迈克尔逊干涉仪为基础，利用光纤来传导光束，便于测量设备的组装和应用；设计了测量臂中的光纤调焦镜头，能够使光斑聚焦点在一定范围内连续调焦，保证被测光学镜头中的各个镜面反射的光能量在光电探测器的动态范围内；建立了光学相干测量中的材料色散与相干信号之间的数学模型，利用该模型，能够根据采集到的相干信号和玻璃材料的色散，计算镜面的间隔；5.编写光学镜头辅助装调系统的主控软件，在镜面中心偏差测量模块中，研究了十字靶标中心提取算法和球心最佳轴拟合算法；在镜面间隔测量模块中，研究了干涉信号的寻峰算法；6.根据误差理论，对光学镜头辅助装调设备的测量精度进行分析，分析结果表明：光学镜片线偏心的测量总体误差是0.77μm，角偏差的测量总体误差是1.6″，镜面间隔测量总体误差是2.30μm；7.利用研制的光学镜头辅助装调设备，对已知参数的光学镜头进行中心偏差和镜面间隔测量，并进行了中心偏差和镜面间隔测量精度的检测实验，实验结果表明，该设备对于球面的线偏心测量精度优于1μm，对于平面的角偏心测量精度优于2.4″，镜面间隔的测量精度优于3μm。
徐楠[5]2011年在《长波双倍率红外望远镜变倍机构的设计与装调技术研究》文中认为红外望远镜作为军用热像仪的组件,对热像仪的性能起着重要作用,它是保证和提高热像仪整机性能指标的组件之一,其光学机械设计对产品总体性能和功能的实现非常关键。军用热像仪的战术指标对红外望远镜提出了很高要求,如倍率大、性能高、体积小、重量轻,还应满足国军标规定的有关环境适应性及操作性能,所以,约束条件复杂,需考虑因素多,设计工作有一定难度。在红外望远镜中,望远物镜处于其最前端,与外界环境直接接触,担负收集目标红外辐射的任务,要求它具有较高的光学性能,又因望远物镜是最大的光学透镜,直接关系到红外望远镜的体积重量和成本,要求它应结构紧凑,重量轻,所以望远物镜是红外望远镜中最具有典型意义的一个重要部件。长波288×4焦平面扫描型红外热像仪是当前高性能热像仪的主流产品之一。这类产品通常由红外望远镜、光机扫描器、红外处理电子学等部分组成。为了满足不同的应用需求,望远镜通常采用双倍率设计方案。在高性能产品应用要求中,望远镜的像质与两视场光轴一致性是重要的产品性能要求。尤其在宽温度范围内如何克服材料折射率、光机结构应力形变等因素对像质的影响及造成的光轴走动误差、保证输出目标图像的清晰与观瞄精度一直是此类产品设计与工艺的技术难点之一本文结合具体产品设计与研制实践,介绍了通过对红外望远镜产品光学设计、光机设计和制造工艺等性能保证环节的合理控制与优化技术,实现宽温度范围红外望远镜像质及光轴一致性要求。
徐森录[6]1980年在《光学定中心方法的进展》文中认为本文从七十年代国外发展起来的衍射极限镜头(diffraction limited optics)的概况出发,讨论光学工艺与检测方面实施的要点,并提出我国目前应发展的几项光学技术——象质评价、波差检验、低散射抛光技术和精密光学工艺、装校工艺。文中重点分析、讨论了定中心技术,若采用干涉法定中或光电法定中,预计将使目前工厂沿用的方法提高1～2个数量级的精度。文中还对平场用的厚透镜定中问题进行了分析,并提出了作者的改进方案。可望这些将对象质的提高产生重要的影响。
韩娟[7]2015年在《空间遥感相机共轴叁反光学系统装调技术研究》文中认为无论是在国土勘查、防灾减灾等民用领域,还是在国防安全、战略态势感知等国防军事领域,航天遥感的需求不断增加,使得空间光学系统逐渐向着长焦距、大口径和宽覆盖的方向发展,系统的光机结构也更为复杂。高成像质量的光学系统必然对系统装调提出了较高的要求,系统装调也必然成为光学系统研制过程中的关键环节。本文以某空间相机的光学系统装调技术为研究方向,对该光学系统的主反射镜、次反射镜、第叁反射镜和折轴镜各组成部分分别进行介绍,深入分析了研制过程中出现的关键技术问题,重点阐述主反射镜微应力装调、主次镜一次像面装调及第叁反射镜、折轴镜的调整。通过一系列理论分析,结合优化工艺方案,总结出了一套较为行之有效的装调方法,并对计算机辅助装调技术展开部分研究。同时,针对计算机辅助装调技术应用局限性,对某离轴光学系统的装调进行了改进、完善。本篇论文主要研究内容如下:1论文介绍了国内外空间遥感相机的发展,以及计算机辅助装调技术在国内外研究发展状况。2对空间遥感相机的光学系统方案进行了介绍,分析不同形式的光学系统的优缺点,指出共轴叁反消像散光学系统在大口径光学系统应用中的优越性。然后对空间相机光学系统像差测试方法进行了介绍,选取了更实用精准的干涉检验方法对光学元件进行面形检测。详细介绍了干涉检测法中波像差的Zernike多项式,根据矢量波像差理论,构建了系统波像差、视场坐标及Zernike系数之间的关系模型,为本相机的第叁镜装调提供了依据。3理论分析了空间相机对光学系统及光学部件成像质量的要求。归纳总结了二次曲面反射镜和光学系统检测方法。结合实际装调,对光学部件和系统进行干涉测试。详细介绍了非球面主反射镜的微应力装调,针对主镜面形变化,对其支撑结构进行分析,提出补偿措施,使得主镜部件装调达到预期结果。4详细分析主次镜相对位姿与初级像差之间关系,介绍二者的传统调整方法,提出了运用高精度定心方法。最后介绍了通过专用工装,解决干涉检验方法在大口径相机检测中出现的问题,使主次镜达到高度共轴。5介绍系统装调中叁镜初定位的方法,通过计算机辅助装调技术建立了叁镜失调量、视场波像差与Zernike系数之间的关系,完成了叁镜的精确定位。分析了折轴镜在光学系统中的特殊作用,并对其在调试过程中的干涉图像进行分析总结,得出系统波像差的变化规律,其调试结果的准确性和效率均得到了提高。6介绍现有离轴非球面反射镜加工和检测对光学装调的局限性。提出采用自准直原理和精密测量法,运用专用工装,总结出离轴量和离轴角的测量方法,指导了对某离轴光学系统中光学元件的初定位实验,为离轴镜的计算机辅助装调精确定位提供了保障。
董时[8]2012年在《光定心加工及装配技术研究》文中提出本文从原理和实践等方面着手,对光学镜头定心加工及装配技术进行了深入的讨论,并进行了详细的分析和研究。本文最初叙述了中心偏的国家标准定义,并介绍了光学系统中心误差,分析了投射法中心偏测量原理和自准直反射式的测量原理,同时介绍了根据自准直测量原理设计开发的大视场自准直中心偏测量仪。通过中心偏测量方法引出了可控定心装配原理,并介绍了两种可控定心装配方法,一为光学定心装配,二为光学定心加工装配。着重介绍了光学定心加工装配技术,并介绍了根据该技术设计开发的光学定心加工设备。并根据该设备实际情况对光学定心加工装配的中心偏精度进行了分析。由分析结果可知光学定心加工装配技术和光学定心加工设备是实用的可靠的。
张祥金[9]2007年在《脉冲激光近程定距系统设计理论及应用研究》文中进行了进一步梳理激光近程定距技术是提高武器目标毁伤效能的一项重要技术。激光因大功率、优质光束质量、强抗干扰能力，使得武器系统具有高命中率，因此在现代战争中正发挥着越来越重要的作用。激光近程定距技术正成为世界的研究热点。本文以常规弹药前置式激光近程定距系统为背景，以高速弹药(速度≥700m／s)为应用对象，通过理论分析和试验验证系统地研究了激光近程定距的主要关键技术。在设计理论方面，本文首先对激光近程定距的四种作用体制进行了深入地研究，得出了不同体制的选用原则。对尾翼旋转弹前置式激光近程定距系统的摆动理论进行研究，得出摆动误差变化规律。对脉冲半导体激光器(laser diode，LD)发射系统模型、激光目标反射特性、激光接收系统与信号处理系统进行了深入理论分析。对超音速下弹头激波对前置式激光光束传输的光程影响建立了数学建模，并对中低马赫情况下的光程影响进行数值仿真和风洞试验分析研究。在技术实现方面，本文对脉冲鉴相体制、基于FPGA的的高频计数器脉冲激光测距技术、窄脉宽大功率半导体脉冲激光(LD)电源技术和光学系统抗冲击技术进行了研究，设计了可满足常规弹药要求的激光近程定距控制电路和系统结构，并成功应用于系统样机的研制。针对与定距系统相关各类透明树脂材料的光学等特性进行深入研究，首次提出了使用PC树脂材料承受高过载的可靠性，并成功地试验证明其抗高过载强度≥45000g。对系统用镜片的镀膜工艺进行了深入研究，首次采用了PC树脂材料作为激光定距系统光学带通膜基片，并且合作成功实现了PC树脂的低温带通镀膜，达到设计应用需求。最后，通过对激光近程定距系统原型样机的动态试验，获得了大量试验数据，对实验结果和数据进行了分析，对激光近程定距系统的研制具有较高的参考价值。
王湘波[10]2014年在《热红外成像系统数据处理技术研究》文中研究说明电磁波谱的长波红外（Long Wave Infra-red，LWIR,8~14μm）谱段在物理学上也可以称为热红外谱段，地球表面的物体在室温（300K）下热辐射的绝大部分能量都集中在该波段。物体热辐射能量的大小和物体表面的温度直接相关，人们可以根据接收到的辐射信号反演出物表温度和比辐射率等信息。此外热红外波段位于大气窗口，穿透能力强，而且可以昼夜全天时工作，可广泛应用于民事以及军事领域。国家高科技发展863计划对地观测与导航领域在“十二五”期间支持开展热红外成像光谱仪工程样机研制，首次在国内引进了法国Sofradir公司的320×256元HgCdTe长波红外焦平面探测器MARS VLW RM4，其波长响应范围为7.7μm~12μm。本课题依托该项目对热红外成像系统相关技术展开研究，基于一套高帧频低噪声信息获取系统，经过动态范围标定，实现一套动态范围为250~330K、噪声等效温差（Noise Equivalent Temperature Difference，NETD）小于50mK的热红外成像系统，对热红外成像系统非均匀性校正、盲元补偿、系统定量化和温度反演等数据处理技术进行了研究。高性能热红外焦平面器件的研制难度较大，性能在很多方面依然弱于中短波器件，热红外面阵焦平面的均匀性以及盲元状况相比其他波段更为严重。本文研究了常用的非均匀性和盲元校正方法，针对热红外焦平面各像元响应特性，研究了适合热红外成像系统的校正算法及其基于FPGA的实时实现方案；基于两点定标校正法的改进，提出了基于线性拟合辐射定标的多点校正法，经实验验证其非均匀性校正效果优于两点法，且易于工程实现热红外成像系统的输出除了与目标辐射有关，还包括了成像系统背景辐射、探测器暗电流等信号，系统输出对探测器工作温度、成像系统本体温度等因素的变化较为敏感。为了提高成像系统温度反演精度，需要更精确地对成像系统进行定量化。本课题研究了热红外成像系统的定量化处理方法，提出了包含成像系统本体温度等因素在内的辐射定标模型和温度反演方法。
参考文献：
[1]. 高性能光学系统定中心研究[D]. 魏全忠. 电子科技大学. 2003
[2]. 基于联合变换相关原理的光学定心技术研究[D]. 李春才. 中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所). 2015
[3]. 长焦距镜头的装校与技术研究[D]. 杜洋. 南京理工大学. 2013
[4]. 基于镜面间隔和中心偏差测量的光学镜头辅助装调设备的研究[D]. 郭帮辉. 中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所). 2014
[5]. 长波双倍率红外望远镜变倍机构的设计与装调技术研究[D]. 徐楠. 南京理工大学. 2011
[6]. 光学定中心方法的进展[J]. 徐森录. 光学仪器. 1980
[7]. 空间遥感相机共轴叁反光学系统装调技术研究[D]. 韩娟. 西安电子科技大学. 2015
[8]. 光定心加工及装配技术研究[D]. 董时. 长春理工大学. 2012
[9]. 脉冲激光近程定距系统设计理论及应用研究[D]. 张祥金. 南京理工大学. 2007
[10]. 热红外成像系统数据处理技术研究[D]. 王湘波. 中国科学院研究生院（上海技术物理研究所）. 2014
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