基于Z、X、B三轴联动的数控机床, 提出了一种高次非球面的等端切角加工方法, 采用等弦长离散非球面型线, 并保持端切角恒定来计算数控机床的运行轨迹。等弦长可避免非球面型线因斜率变化引起的加工误差, 等端切角加工方法保证磨头同一工作点完成工艺过程, 提高加工精度和工艺稳定性。另外, 通过编程模拟了等端切角法加工高次非球面的工艺过程, 分析了端切角δ和距离C对机床工艺行程的影响, 并指出两个参数的选取应使机床工艺行程满足: 不存在磨头与工件之间的物理干涉; 不存在Z、X向导轨和B轴的反向运行, 避免将传动间隙误差引入到工件中; 运行控制点的步距不得小于设备运行精度, 避免机床跨点突进产生棱带误差; 机床运行的工艺行程应尽量小以提高加工效率。因磨头磨损带来的加工误差, 可通过磨头修锐或使用磨损边缘点作为工作点并重新编制数控加工程序来消除。

设计了一款适用于手机的虹膜识别镜头, 该镜头包含3片塑胶非球面透镜, 焦平面阵列探测器中互补金属氧化物半导体(CMOS) 芯片的像素大小为1.12 μm。所设计镜头的F数为2.0、全视场角为32.6°、总长为4.0 mm。最佳工作距离为320 mm时, 在1/2奈奎斯特频率处各视场的调制传递函数(MTF)大于0.45, 光学畸变在1.2%以内, 相对照度大于87%。该光学系统结构简单、体积小、像质优良。

依据紫外光学系统中紫外反光镜的使用要求,并结合汞灯发光光谱,提出了R＞93%@300~450 nm(R为反射率);Tavg＞85%@500~1 000 nm(Tavg表示平均透过率)的近紫外区宽带高反射率的设计指标。选用Ta2O5和SiO2分别作为高低折射率材料,并采用正交试验法确定了Ta2O5和SiO2膜料的折射率、消光系数和制备工艺参数。在规整周期性膜系的基础上,利用膜系设计软件进行优化设计,同时分析了膜层的敏感度,保证了镀制的可重复性。通过曲线测试和环境试验结果表明,该膜系满足设计使用要求。

为了满足数字电影光学系统色温要求及提高光源能量利用效率,降低设计及光学薄膜镀制难度,计算了色温变化小、光源利用效率高的可见光高反射光谱波段。根据椭球滤光反射镜的工作原理及滤光薄膜的光谱特性,结合氙灯光源光谱及人眼的视觉函数,分析了可见光不同光谱波段对系统光效率及色度坐标的影响。获得了可见光波段光效利用率高,色度参数变化小的波段范围,解决了数字电影反光镜滤光薄膜可见光高反射波段初始设计问题。由滤光薄膜设计及镀制结果得到,405～690 nm波长范围可作为数字电影滤光反射镜薄膜高反射区域,相比与氙灯光源光谱,x、y色度偏差不超过0.001,理论反射光光效率达99%以上。