zemax变焦镜头设计

讲述了变焦镜头设计的一般过程，可作为初学者设计变焦系统的入门参考

基于PI迟滞模型的单压电变形镜开环控制.pdf

基于PI迟滞模型的单压电变形镜开环控制.pdf,压电非线性迟滞导致压电变形镜的开环控制精度及闭环工作带宽降低，限制了其在自适应光学系统中的应用。为克服迟滞影响，提出采用PI迟滞模型描述单压电变形镜的迟滞非线性特性，实现单压电变形镜的高精度开环控制。首先建立PI迟滞数学模型，利用最小二乘法辨识PI迟滞模型的权值，计算出PI逆模型的权值和阈值，从而获得消除迟滞后的变形镜控制电压；接着搭建了基于哈特曼波前传感器的自适应光学测试平台，采用单压电变形镜的环形致动器进行离焦面形的开环控制实验。实验结果表明，经过迟滞消除后变形镜的电压 变形迟滞由9.3%降低到1.2%，离焦面形的开环重构精度提高70%以上，证明该迟滞模型可有效应用于单压电变形镜的开环控制。

基于变形镜生成Airy光束特性研究

对基于变形镜(DM)生成的Airy光束进行了光束特性研究。采用Zernike多项式对立方相位进行分解,建立了由多个Zernike多项式线性组合的相位调谐模型,并对组合中的每一个Zernike多项式引入一个系数。模拟分析了不同Zernike多项式系数对Airy光束结构和光束质量的影响。利用69单元变形镜进行了Airy光束生成实验,测试分析了不同系数组合下的Airy光束强度分布,通过控制Zernike多项式系数实现了Airy光束特性的控制。

9点促动变形镜性能测试及在空间相机中的应用研究

针对空间相机像差特点设计了校正低阶像差的9点促动变形反射镜，变形镜能够产生离焦、像散和彗差。对变形镜进行测试，结果表明变形镜在0.5 h间隔中的静态特性达到0.02λ（λ=632.8 nm），促动器控制面形的重复性精度达到0.01λ。采用4D干涉仪的Burst检测功能检测了变形镜的动态响应特性，其响应频率高于28Hz。应用变形镜为折叠镜，以空间相机为平台实验变形镜对离轴三反系统像差的校正。采用干涉仪和平面反射镜测量系统的波像差，采用系统像差响应构建变形镜响应函数，校正后系统波像差由0.122λ降低至0.0896λ，57.2 lp/mm空间频率处的系统传递函数由0.364提升至0.428。实验结果证明了变形镜能够有效地校正系统像差。

两种可变形反射镜泽尼克系数的生成误差分析

可变形反射镜是自适应光学系统的核心组成部分之一, 在人眼像差的检测与校正等方面得到了广泛的应用。目前自适应光学系统最常采用的变形镜主要有两种：微加工薄膜变形镜和压电式变形镜。基于两者结构原理的不同, 它们在自适应光学系统中的表现也存在着差异。采用59通道微加工薄膜变形镜和37通道压电式变形镜进行对比实验。利用同一闭环自适应光学系统针对4阶以内的常见像差(包括散光、彗差、三叶差、球差)观察两者的泽尼克系数生成情况。结果表明, 目标值较小时, 微加工薄膜变形镜和压电式变形镜的泽尼克系数实际值误差都比较小; 目标值增大时, 压电式变形镜可以比微加工薄膜变形镜更接近理想值。

基于变形镜本征模式的空间光学遥感器波前误差校正方法研究

提出采用基于变形镜(DM)本征模式的自适应光学波前误差校正方法校正高分辨率空间光学遥感器的在轨波前误差。该方法利用变形镜各致动器的影响函数得到一组符合导数正交关系的变形镜本征模式，以图像功率谱密度在低频区域的积分和为评价函数，根据本征模式系数与评价函数之间的关系直接求解出各阶模式所需的校正量。利用实测的37单元变形镜的影响函数得到变形镜本征模式，基于该模式对泽尼克像差进行了开环和闭环仿真校正，定量分析了相位偏置和图像频率范围对算法精度的影响。针对遥感器主镜镜面热变形误差给出了仿真校正结果，分析了图像噪声和不同遥感图像对算法校正精度的影响。仿真结果表明基于变形镜本征模式的自适应光学校正方法可以有效校正波前误差，算法收敛速度快，对图像噪声和内容不敏感，适合用于空间光学遥感器的波前误差校正。

241单元变形镜结构参数设计及性能仿真

利用多物理场软件COMSOL，建立241单元变形镜模型，计算得到变形镜驱动器影响函数数据。利用基于子孔径斜率法的241单元自适应光学系统光学像差校正程序，以3～60项泽尼克多项式拟合残差的均方根值为目标，分析了变形镜结构参数对系统校正能力的影响，确定了最佳参数值,计算得到最佳参数下的变形镜耦合量为11%。在241单元自适应光学系统中哈特曼传感器与变形镜之间存在不同平移和旋转误差的条件下，分析了系统对泽尼克多项式拟合能力的影响。结果表明，平移量和旋转量分别不能超过3 mm和6°。

基于变形镜本征模式的无波前传感器自适应光学系统实验研究

无波前传感器自适应光学的波前校正方法包括无模型优化算法和基于模式的优化算法。通过搭建实验光路验证了基于变形镜本征模式校正方法的有效性。实验结果表明，基于变形镜本征模式的校正方法和传统基于Lukosz 模式的校正方法相比，避免了模式拟合误差，具有更高的校正精度。对各阶变形镜模式系数的校正量的估计是相互独立的，根据初始像差空间频率组成的不同，可以选择合适的模式校正阶数以提高校正速度。与目前常用的随机并行梯度下降（SPGD）算法相比，模式法的校正精度与之相当，但校正速度可以提高一个数量级。

基于变形模型的三维人脸重建方法及改进.pdf

基于变形模型的三维人脸重建方法及改进 算法 图像图形学

双压电变形反射镜的优化设计

利用Kokorowski导出的自由边界条件下双压电变形镜表面位移-电压所满足的偏微分方程, 运用高斯迭代法求解该方程, 得出变形镜的静态响应函数矩阵f(r, θ)。 考虑到由大气湍流造成的光学波前畸变中各泽尼克(Zernike)基元模式的统计权重分布, 以及变形镜的实际装夹定位方式, 对双压电变形反射镜的优化设计进行了分析。 结果表明: 变形镜的校正能力随被校正的各项泽尼克模式像差在大气湍流造成的波前畸变中所占统计权重的不同而有很大的差别, 其优化设计结果也随之而变; 变形镜的定位方式对其校正能力有一定的影响, 但影响不大。

基于变形反射镜的光瞳滤波超分辨成像

变形反射镜作为超分辨成像系统中的光瞳滤波器，可以灵活快速地调制光场相位的性能。采用遗传算法设计具有不同超分辨参数的光瞳相位结构，通过修改自适应光学系统闭环参考矩阵实现对光瞳滤波器相位的闭环拟合。在此基础上，实验对比了不同光瞳滤波情形下的超分辨成像效果。结果表明，变形反射镜可以很好地拟合设计的光瞳滤波器相位，超分辨成像参数与理论设计值基本吻合。由于变形反射镜采用反射式并通过控制镜面面形进行超分辨光瞳相位拟合，在使用时对入射光无偏振态要求，有利于该方法的实际应用。

基于变形镜激光束整形系统中的相位拟合优化方法

基于变形镜的激光束整形系统，具有控制灵活、适应性好、破坏阈值高等优点。为了提升变形镜作为相位调制元件的激光束整形系统性能，提出一种以最小二乘法拟合的驱动器控制电压为初始值的随机并行梯度下降算法优化驱动器控制电压的方法。通过驱动器正六边形排列的37 单元变形镜对不同大小的方形与圆形平顶激光束进行整形。数值仿真结果表明，在最小二乘法的基础上引入优化算法后，远场光强的目标区域均匀性及与理论光强的相似度均获得了改善，激光束整形系统性能得到提升。

无遮拦三反射镜变形光学系统设计

变形光学系统在X方向和Y方向有不同的焦距，物方视场的横纵比不再受探测器光接收面形状限制，可以在一个方向上扩大视场或提高目标分辨率而不影响另外一个方向。研究了无遮拦三反射镜变形光学系统的设计方法，利用Zernike像差分析方法分析变形系统的像差特点，使用具有双曲率的Biconic Zernike曲面作为反射面校正系统像差。设计了一个X方向焦距fx为100 mm，Y方向焦距fy为150 mm，F数为2，视场为3.3°×1.65°的致冷型中波红外光学系统。探测器的横纵比为43，物方视场横纵比为21。该系统全视场范围内的调制传递函数在奈奎斯特频率处(33 lp/mm)高于0.61。三个反射面及整个光学系统均关于YZ平面对称。设计结果表明，该系统能够改变物方视场的横纵比，增大了X方向的视场，结构紧凑，成像质量良好。

基于变形镜热形变预估模型的自校正效果分析

在波前校正过程中，变形镜(DM)在强激光连续辐照(CW)下会产生热形变，进而对入射光引入附加波前畸变，从而制约了变形镜的波前校正效果，致使光束质量改善效果变差。从变形镜热形变面形的Zernike 多项式分解出发，建立了强激光连续辐照下变形镜的热形变预估模型，根据预估所得的热形变面形，模拟计算得到了变形镜的驱动器控制信号参数，进而驱动变形镜对其自身的热形变面形进行了实时补偿。仿真结果表明，该自校正方法能有效补偿变形镜自身的热形变面形，减小变形镜热形变对其校正能力的影响；采用局部换热方式只能在一定程度上减小变形镜形变面形引起的平移相差和离焦相差，对光束质量的改善效果也比较有限，而该自校正方法能有效减小热形变引起的光程差，从而对光束质量起到明显的改善作用。

少驱动单元数的柱面变形反射镜设计和测试

对于高能激光输出波前中的低阶像差，可以使用柱面反射镜与球面反射镜组合对其中的离焦和像散进行补偿。根据悬臂梁理论设计了一种变形反射镜，并通过有限元仿真，对变形镜结构和各尺寸参数进行了优化，镜面行程达到19 μm，残差峰谷值小于1.4 μm。依据优化设计结果制作了柱面变形镜样件，使用菲索干涉仪对柱面变形镜的面型精度及压电陶瓷驱动电压与形变量的关系进行了测试。测试结果表明，通过控制压电驱动器的位移，这一结构的变形镜能够产生所需的抛物柱面，行程达到11 μm。

基于变形镜面形的多帧相位反演算法研究

为了准确利用远场得到近场相位分布, 提出了多帧相位反演算法。这是一种利用多个远场以实现传统Gerchberg-Saxton(G-S)算法的相位反演方法, 其中的新远场是通过叠加已知像差到待测像差后产生的。在此算法的基础上, 提出以变形镜面形来实现反演的方法, 并通过数值仿真和实验验证了这种基于变形镜面形的多帧G-S相位反演方法的可行性。仿真结果同时还表明, 采用4个变形镜面形产生相应的远场, 平均仅需50次的迭代便可反演出不同D/r0数值的大气像差, 这些反演的像差与其对应待测像差之间的差别的均方根值平均小于0.005 λ。

一种新型的变形镜促动器排布方式设计与分析

对于薄反射镜面背部排布垂直于镜面的力促动器的变形镜，其原理可以采用微分方程表示。理论分析表明，这种变形镜要实现对低阶误差的高精度有效校正，需要在变形镜的有效口径外排布一定数量的促动器。采用有限元建模和分析技术，对基于力的支撑校正方式的变形镜进行了分析，对比了9促动点不同支撑位置时变形镜对离焦、象散和彗差三种低阶像差的校正能力，设计了支撑点内圈6点（有3个固定点）位于有效口径边缘、外圈6点位于外边缘的排布方式，大大提高了变形镜对难于校正的彗差的校正能力。最后比较了波前校正和模态校正方式在这种新型排布下的不同。

基于Simulation的电滚筒法兰轴设计

针对活齿减速式滚筒的关键部件-法兰轴特殊结构的设计问题,在选定了符合要求的电动机和活齿减速器之后,以SolidWorks为平台建立法兰轴的数据模型,并利用Simulation进行了有限元静力和模态分析,找出法兰轴的应力、变形分布规律及危险截面所在,得到其临界转速和固有频率,为法兰轴的结构设计和动力学分析提供理论依据。

基于变形镜本征模式法校正大气热晕的数值模拟

由于相位补偿不稳定性的存在，大气热晕效应的相位校正一直是研究人员十分关心的问题。对变形镜驱动器影响函数耦合矩阵进行正交化获得了按照空间频率划分的变形镜本征模式，建立了采用变形镜本征模式进行波前重构的数值模型，对基于该波前重构方法的自适应光学系统校正大气热晕进行了数值模拟。数值模拟结果表明，与直接斜率法相比，变形镜本征模式法可以通过本征模式的选择，改变校正相位的空间频率成分，消除空间高频成分对热晕校正的影响，从而抑制相位补偿不稳定性的发生，提高自适应光学系统闭环控制的稳定性和对大气热晕的校正效果。