科研情况

光学设计及光学仪器

1 自由曲面的设计方法
自由曲面是指具有非对称、不规则特征的曲面。这类曲面凭借灵活的空间布局与高度的设计自由度，能够有效简化光学系统结构并提升像质。在实现相同成像质量与成像区域的前提下，采用自由曲面的光学系统较传统旋转对称、共轴光学系统具有体积更小、重量更轻的显著优势。自由曲面的应用为光学系统带来诸多革新，但也不可避免地打破了系统的旋转对称性，这对传统光学系统设计方法形成了巨大挑战。针对这一问题，研究团队开展了自由曲面光学系统设计的专项研究，提出了逐点构建迭代设计方法。该方法适用于大视场、小 F 数、小体积、低公差灵敏度、低面形灵敏度、变焦及实出瞳等多种类型的光学系统设计，并且首次实现了自由曲面光学系统的全自动设计，为光学系统设计领域开辟了新的技术路径。
2 视场局域光学系统的研究。
传统光学系统用一阶参数描述系统性能，包括焦距、入瞳直径和F数等。随着大视场成像系统日益增多，这些传统参数已经无法准确描述离轴大视场的光学性质。针对该问题，提出了光学系统“视场局域”的新概念和理论，提出了视场焦距、视场入瞳和视场F数等概念。基于这套理论，提出了具有特定视场局域光学特性的成像光学系统的设计方法，实现了斜视、类人眼、星敏感器和激光雷达等系列新型光学系统的灵活设计。
3 局域公差研究
传统的公差分析方法给出的公差是整个曲面几何面形的最大RMS或PV值的要求。这种方法忽略了光学曲面公差的局域性，导致光学元件几何精度的盲目提高。针对该问题，提出了局域公差的概念，建立了以成像质量、畸变为目标的多种局域公差分析模型，实现了反射式成像光学系统、成像光谱仪（包括全息光栅曝光光路）的局域公差分析。
4 高精度光学系统装调方法研究
装调是限制高精度光学系统高效制造的核心瓶颈。传统的高精度装调技术高度依赖人工干预与反复试错迭代，限制产能、提高了成本，限制了大规模制造的可能。针对上述问题，提出区域自适应的装调方法，可实现高精度光学系统的精准、高效装调。