波像差

摘要： 为了在温度变化条件下对光电成像系统进行像质检测与评价,设计一种具有温度自适应功能的光学窗口。分析了温度变化对光学玻璃面形的影响,进行光学窗口的温度适应性光机结构设计,通过有限元分析与实测实验相结合的方法分析了温度变化对光学窗口面形的影响,验证了温度适应性设计的有效性。实验结果表明:常温20°C条件下,光学窗口波像差的PV值和RMS值分别为82.90 nm和6.96 nm;高温50°C条件下,波像差的PV值和RMS值分别为136.68 nm和14.55 nm;低温−40°C条件下,波像差的PV值和RMS值分别为183.51 nm和28.48 nm;高、低温环境下光学窗口的波像差与常温环境下结果对比的数值变化趋势与有限元分析结果具有较好的吻合性;在3种温度条件下光学窗口波像差的PV值均小于或接近(1/4)λ,且由于温度变化引起的光学窗口面形变化很小,设计的光学窗口具有较好的温度适应性。

摘要： R-C(Ritchey-Chretien)光学系统作为两镜反射式光学系统,是双曲面光学系统的典型结构形式,在现代光学工程中具有重要的应用。以缩短高精度系统装调周期和指导高精度系统批量生产为目的,用某一机载星敏感器所应用的R-C光学系统为例,在确定以主镜为装调基准的前提下,针对直径较小的次镜,设计了一种次镜装调机构,实现次镜6个自由度调整,并对装调、固化过程中涉及的方法进行了说明。通过对装调前后以及环境试验后的系统像质进行测试,验证了设计机构的稳定性。测试结果表明:该次镜装调机构能够满足系统像质要求,整机波像差PV值优于(1/2)λ,RMS值优于(1/15)λ,装调方法达到可指导高精度系统批量生产的目的。

摘要： 航空光电成像系统由于像移的存在导致成像分辨率下降,严重影响航空光电系统的整机性能。采用像移补偿技术可以提高航空光电系统成像质量。分析了移动探测器像移补偿技术原理与运动光学元件像移补偿技术原理,重点研究了基于快调反射镜(FSM)的高精度像移补偿技术。通过工程简化分析,分别推导了快调反射镜位于平行光路和会聚光路的像移补偿随动角度规律,并针对会聚光路中快调反射镜带来的离焦量进行分析,讨论了离焦量对光学系统波像差的影响。仿真结果表明,随着离焦量的增加,波像差呈线性增大趋势。通过分析光学系统波像差对其光学调制传递函数(MTF)的影响,结果表明F数等于8,在奈奎斯特频率处,当离焦量在0.1 mm以内,光学调制传递函数MTF的下降量在26.6%以内。

摘要： 为了满足两镜反射系统对光学元件高精度的装调、定位要求,以及系统工程化应用对可靠性与装调效率的要求,提出了一种基于人工神经网络(ANN)的自适应装调技术。基于矢量波像差理论分析两镜系统波像差与失调量的映射关系,在Keras框架下搭建ANN,并以非解析思路构建了自适应装调模型,开发了自适应装调装置,使失调次镜的平移调校精度优于2μm,倾斜调校精度优于2″,解决了算法设计与精度优化、反射镜组微应力固联等技术难题,并对某双抛无焦系统完成了自适应装调验证。试验结果表明:运用该装调技术,两镜反射系统装调后波像差优于λ/16、装调周期大幅缩短、装配可靠性通过环境试验考核,为该技术的工程化应用打下了基础。

摘要： 为满足红外成像产品在复杂多变环境下的适应性并实现产品的使用功能,对空间冷光学长波红外相机设计进行了研究。首先进行了相机的结构设计;然后运用Partarn/Nastran有限元软件对相机进行了分析,探究了温降和重力对各透镜面形的影响,计算了相机的前三阶模态,并对相机进行了波像差测试;最后在真空低温环境下完成了相机的调制传递函数(Modulation Transfer Function,MTF)测试。试验结果表明,相机中心视场面形的均方根(Root Mean Square,RMS)值优于1/50λ,MTF计算值为0.18719,满足低温红外相机成像的精度要求。

摘要： 基于波动光学光程差建立的光学系统像差理论,波像差由理想波面算起,表示实际波面与理想波面的差距,理想波面可以理解为以理想像点为中心的一个波面,所以光程差也就是波像差。根据光学元件材料折射率对成像光束波像差进行修正,将像差理论扩展到折射光学系统,使得该理论可应用于光束斜入射成像光学系统的像差计算;在光学成像系统中考虑像方空间折射率的关系,以及入射角方向的定义,使得波像差的计算表达式保持统一;应用扩展后的像差理论对成像面光学系统进行像差分析计算,并与Zemax光线追迹结果进行对比,验证波像差理论的有效性。结果表明:该像差理论为光束斜入射成像光学系统的设计、像质评价及优化提供了有效的分析手段。

摘要： 对于鱼眼镜头一类光学系统,其超大视场的物点对于光学系统的成像,是符合平面对称光学系统的成像规律的。应用LU发展的平面对称光学系统的波像差理论,研究如何在鱼眼镜头光学系统中应用非球面对成像系统进行优化设计。首先,通过计算各个光学面的非球面系数对超大视场光学系统波像差的影响,找到受非球面系数变化影响最大的几个光学面;然后,以这几个面的非球面系数为变量,以光学系统调制传递函数作为评价函数,应用自适应归一化实数编码遗传算法,优化设计鱼眼镜头光学系统;最后,通过实例验证了所提出方法的有效性。所提出的方法可以有效地确定一个或多个最佳非球面的位置,对优化设计鱼眼镜头系统具有指导意义。

摘要： 本文提出了一种基于红外激光干涉仪检测非球面面形的新方法,分为3个步骤:首先,利用红外激光干涉仪测量分析出非球面与标准球面之间的波像差;然后,根据非球面方程得出非球面与标准球面之间波像差的理论值;最后通过计算得出非球面的面形偏差。为验证这一方法的正确性和可靠性,采用ZYGO可见光干涉仪,使用补偿镜法测量了同一块抛物面反射镜的面形误差。结果表明,两种测量方法结果吻合。本新方法方便快捷,具有较强的通用性,可以用于非球面在加工过程中的面形测试。

摘要： 为了实时准确地将激光直写系统中经直写物镜聚焦的光斑定位于待加工元件表面,提出了一种基于波像差判据的同步相移显微干涉检焦方法,实现了对离焦量的实时检测与调整.在直写系统中引入检焦光路,与直写光路共享同一物镜,构建Linnik型同步相移显微干涉检焦系统,提取包含离焦量的波面相位信息;再从大数值孔径(NA)的物镜波像差数据中解析出离焦量的大小与方向.仿真结果验证了基于波像差判据的离焦计算方法的正确性,NA≥0.5时,离焦探测灵敏度可达4 nm,通过实验验证了同步相移显微干涉检焦方法的可行性,检焦精度可达10 nm以内,满足激光直写高精度的测量要求.

摘要： 应用非球面提高光学系统成像质量是镜头设计的常用手段.基于平面对称光学系统的波像差理论,通过分析鱼眼镜头各光学面的波像差贡献,将波像差贡献突出的光学面作为应用非球面的待选对象,结合波像差随非球面系数的变化趋势,确定应用非球面的光学面;应用优化算法和基于光线点列图分布定义的评价函数优化鱼眼镜头系统.通过对一个鱼眼镜头实例进行非球面优化,其点列图范围从全球面优化设计时的200μm下降到100μm,其评价函数值下降1个数量级,证明该方法能明显提高镜头的成像质量,对如何有效应用非球面优化鱼眼镜头的光学系统具有借鉴意义.

摘要： 本文根据相干合成的原理，建立了三路矩形光束相干合成的数学仿真模型，根据数学模型编写了仿真程序;模拟计算了1～21阶泽尼克像差下，单路矩形光束和三路矩形拼接光束的波像差与光束质量β因子关系的拟合系数;建立了波像差与β因子关系的计算表达式。分析了影响拟合系数的因素，结果表明：拟合系数总体上随着泽尼克像差系数增大而增加。比较了单路矩形光束与三路矩形拼接光束拟合系数的相似点和不同点，并分析了造成拟合系数不同的原因。

摘要： 本文在研究了SVGA1 TFT LCD(薄膜晶体管液晶显示器)的位相调制特性的基础上,用SVGA1 TFT LCD作波像差矫正器件,对应用哈特曼-夏克波前传感器测量的人眼波像差,进行了矫正.矫正后的人眼波像差的PV值仅为2.6λ,接近瑞利四分之一波长定则像差容限.像差矫正后的人眼分辨率由17c/deg提高到38c/deg.

摘要： 利用Shack-Hartmann波前传感器和计算机数据采集处理系统,可以长时间记录望远镜系统的波像差动态变化过程,将长时间记录到的Shack-Hartmann传感器子光斑图像叠加就能够平滑湍流的影响.本文利用我们自行开发的Shack-Hartmann波前传感器和波前复原软件,通过计算机数据采集处理系统,采用长曝光的方法测量了一套600mm口径望远镜的波像差.

摘要： 对8只正常的实际人眼构建了个性化眼模型，在光学设计软件Zemax中模拟离焦、像散和高级像差的矫正.在利用测量的波像差进行视觉矫正时，要充分考虑到测量光与自然光下的离焦值有较大差别，需对其进行修正；而测量光与自然光下的像散和高级像差的差别很小，可以直接用来进行视觉矫正.个性化视觉矫正在很大程度上提高了人眼在单色光下的视功能，然而人眼在自然光下远远达不到单色光下的视觉效果.个性化眼模型为研究人眼波像差的修正，以及人眼在自然光下的视觉特点提供了一个有效的工具。

摘要： 对于采用双层玻璃的光学透镜,在压力的作用下,会引起面形的变化和双折射现象,产生波前畸变,降低成像质量.本文通过试验和计算机仿真,分析了光学透镜玻璃所受压力和波前差(WFM)之间的关系.对不同厚度下压力引起的波像差进行分析,提出了在保证安全性和可靠性的前提下减小光学元件的厚度以减轻重量的建议.

摘要： 人眼是一种重要的光学仪器.在实际中,即使正常人的眼,也不是理想的光学系统,它不仅存在一些离焦、散光等初级像差,还存在一些高级像差,这些像差影响视网膜的成像质量.尤其在弱光下人眼呈现的大瞳孔,像差更大,使人眼的视觉性能远远低于衍射极限.如果能准确测量并矫正人眼中的波像差,可以提高正常眼的视力,得到超视觉.另外,PRK(photo-refractive keratectomy)或LASIK(laser-assisted in situ keratomileusis)手术以及白内障手术后,高级像差明显增大,因而,准确测量人眼波像差,在手术过程中通过切削面的控制来矫正人眼的像差,可使手术后患眼获得更佳的裸眼视力.本文利用成都光电技术研究所研制的哈特曼波前传感器人眼像差测量仪,测量了眼睛的波像差.给出了人眼波像差的立体图和等高线图以及波像差的PV值和rms值.并且由测得的波像差计算出人眼视觉系统的MTF,根据MTF讨论了高级像差对人眼成像质量的影响.

摘要： 人眼是一种重要的光学仪器.在实际中,即使正常的人眼,也不是理想的光学系统,它不仅存在一些离焦、散光等初级像差,还存在一些高级像差,这些像差影响视网膜的成像质量.尤其在弱光下人眼呈现的大瞳孔,像差更大,使人眼的视觉性能远远低于衍射极限.如果能准确测量并矫正人眼中的波像差,可以提高正常眼的视力,得到超视觉.另外,PRK(photo-refractive keratectomy)或LASIK(laser-assisted in situ keratomileusis)手术以及白内障手术后,高级像差明显增大,因而,准确测量人眼波像差,在手术过程中通过切削面的控制来矫正人眼的像差,可使手术后患眼获得更佳的裸眼视力.本文利用成都光电技术研究所研制的哈特曼波前传感器人眼像差测量仪,测量了眼睛的波像差.给出了人眼波像差的立体图和等高线图以及波像差的PV值和rms值.并且由测得的波像差计算出人眼视觉系统的MTF,根据MTF讨论了高级像差对人眼成像质量的影响.

摘要： 本文基于Gullstrand-Le Grand眼模型,引入角膜非球面、晶状体非球面和晶状体的梯度折射率,分别构造不同的眼模型.利用ZEMAX光学设计软件研究了各理论模型眼的光学成像特性,分析了非球面和梯度折射率分别对眼光学系统波像差的影响.结果表明,非球面和梯度折射率都可以改善系统的波像差,晶状体非球面的作用优于角膜非球面,但梯度折射率的作用最为显著.

摘要： 主要针对激光光学系统设计中存在的球差对高斯光束像方束腰半径的影响进行了详细的讨论，通过对激光光学系统中球差与像方束腰半径之间关系的推导，以曲线的形式分析了当物方束腰的位置和光学系统焦距变化时，由球差引起的像方柬腰半径变化量随之改变的规律。分析结果表明，激光光学系统设计时，应该根据物方束腰的位置决定是否考虑球差对像方束腰的影响。最后通过大气激光系统中光学天线的设计实例给出了球差对高斯光束像方束腰的影响。

摘要： 主要针对激光光学系统设计中存在的球差对高斯光束像方束腰半径的影响进行了详细的讨论，通过对激光光学系统中球差与像方束腰半径之间关系的推导，以曲线的形式分析了当物方束腰的位置和光学系统焦距变化时，由球差引起的像方柬腰半径变化量随之改变的规律。分析结果表明，激光光学系统设计时，应该根据物方束腰的位置决定是否考虑球差对像方束腰的影响。最后通过大气激光系统中光学天线的设计实例给出了球差对高斯光束像方束腰的影响。

摘要： 一种点衍射干涉波像差测量仪及光学系统波像差的检测方法之二,该测量仪由光源、分光器、第一光强与偏振态调节器、相移器、第二光强与偏振态调节器、理想波前与点光源发生单元、物方精密调节台、被测光学系统、像方波前检测单元、像方精密调节台和数据处理单元组成。本发明测量仪在被测光学系统物面仅需要产生一路标准球面波输出，降低了系统复杂性，提高了光能利用率；该测量仪也降低了系统精密度要求及操作复杂性。

摘要： 一种点衍射干涉波像差测量仪及光学系统波像差的检测方法,所述的点衍射干涉波像差测量仪由光源、分光器、第一光强与偏振态调节器、相移器、第二光强与偏振态调节器、理想波前发生单元、物方精密调节台、被测光学系统、像方波前检测单元、像方精密调节台和数据处理单元组成，特点在于理想波前发生单元的第一输出端和第二输出端之间的中心距离小于被测光学系统的等晕区的直径，大于被测光学系统像点弥散斑的直径除以被测光学系统的放大倍数。本发明测量仪具有检测步骤简单、测量过程具有平均效果、可实现完整数值孔径的系统误差标定和消除等优点。

摘要： 本发明提出一种波像差测量物面标记，形成在光刻机系统的掩模上，其特征在于该物面标记包括光栅标记和小孔标记，光栅标记和小孔标记分别在标记面上排成列，每个光栅标记和每个小孔标记构成一组标记并且排成一行。同时还提出了使用该物面标记测量波像差的方法。由于本发明的波像差测量物面标记既包括光栅标记，又包括小孔标记，在通过剪切干涉条纹测量波像差的同时，通过小孔标记测量剂量，从而提高了波像差测量精度，减小了光强不均匀性对波像差检测精度的影响。

摘要： 一种基于二阶像差模型的投影物镜波像差检测方法，该方法利用主成分分析和多元线性回归分析的方法，建立了空间像光强分布与泽尼克系数之间的二阶关系模型，并利用非线性最小二乘法，优化算得表征投影物镜成像质量的波像差值。与基于空间像主成分分析的线性关系模型（AMAI-PCA）相比，本发明拓展了测量像差的幅值范围，当波像差幅值相等时，本发明拥有更高的测量精度。

摘要： 本发明涉及一种波像差测量方法、波像差测量装置及光刻机，所述波像差测量方法包括：步骤(1)设置测量标记，所述测量标记包括位于投影物镜两端的物面光栅和像面光栅；步骤(2)提供一检测光束，使所述检测光束经所述物面光栅后被投影至所述像面光栅处，得到波像差测试图；步骤(3)改变所述物面光栅与所述像面光栅的相对位置，得到不同相移条件下的多个波像差测试图及测量标记的多个位置坐标；步骤(4)根据所述测量标记的多个位置坐标，计算所述测量标记的多个实际相移量；步骤(5)求解投影物镜的波前相位；步骤(6)计算得到投影物镜的波像差。本发明在测量波像差时，通过测量标记的实际位置求解波像差，提高了波像差的测量精度。

摘要： 本发明提供了一种微缩投影系统波像差检测系统及波像差检测方法，其中，微缩投影系统波像差检测系统包括点衍射干涉仪、微缩投影系统以及与点衍射干涉仪处于同一光路上的球面反射系统，所述微缩投影系统置于点衍射干涉仪和球面反射系统之间，所述点衍射干涉仪、微缩投影系统以及球面反射系统自上而下依次设置在同一光路上。同时，该发明提供了一种基于上述微缩投影系统波像差检测系统的波像差检测方法。本发明提供的微缩投影系统波像差检测系统，对机械结构的变化反应敏感、装调过程能快速收敛并且波像差检测精确。

摘要： 一种点衍射干涉波像差测量仪及光学系统波像差的检测方法之二,该测量仪由光源、分光器、第一光强与偏振态调节器、相移器、第二光强与偏振态调节器、理想波前与点光源发生单元、物方精密调节台、被测光学系统、像方波前检测单元、像方精密调节台和数据处理单元组成。本发明测量仪在被测光学系统物面仅需要产生一路标准球面波输出，降低了系统复杂性，提高了光能利用率；该测量仪也降低了系统精密度要求及操作复杂性。

摘要： 一种点衍射干涉波像差测量仪及光学系统波像差的检测方法,所述的点衍射干涉波像差测量仪由光源、分光器、第一光强与偏振态调节器、相移器、第二光强与偏振态调节器、理想波前发生单元、物方精密调节台、被测光学系统、像方波前检测单元、像方精密调节台和数据处理单元组成，特点在于理想波前发生单元的第一输出端和第二输出端之间的中心距离小于被测光学系统的等晕区的直径，大于被测光学系统像点弥散斑的直径除以被测光学系统的放大倍数。本发明测量仪具有检测步骤简单、测量过程具有平均效果、可实现完整数值孔径的系统误差标定和消除等优点。

摘要： 本发明提出一种波像差测量物面标记，形成在光刻机系统的掩模上，其特征在于该物面标记包括光栅标记和小孔标记，光栅标记和小孔标记分别在标记面上排成列，每个光栅标记和每个小孔标记构成一组标记并且排成一行。同时还提出了使用该物面标记测量波像差的方法。由于本发明的波像差测量物面标记既包括光栅标记，又包括小孔标记，在通过剪切干涉条纹测量波像差的同时，通过小孔标记测量剂量，从而提高了波像差测量精度，减小了光强不均匀性对波像差检测精度的影响。

摘要： 在测定投影光学系统(PL)的波像差之前,利用AF传感器(30)检测出在规定面上成像的测试中间掩模Rt的图样的像的位置。基于该检测结果,调整波像差测定单元(35)的入射面(36a)的位置,调整图样的像相对于入射面(36a)的位置。在这种调整之后,利用波像差测定单元(35)检测出经由投影光学系统(PL)成像的图样的像,基于该检测结果,利用波像差检测部(41)求出投影光学系统(PL)的波像差。