非球面光学镜片的设计与加工开题报告

1. 研究目的与意义

由于传统的球面镜片在光学上不可避免的存在一定的视觉缺陷（球面像差——正负镜度数越高，棱镜效果越明显。即：光线向基底折射，物体向顶端位移）。为此现代镜片在设计中不断的革新，创造了新型的“非球面”设计。非球面，即与球面有偏离的表面，分为有无回旋轴两种类型。随着光学仪器事业的不断发展，在光学系统如望远镜系统、显微系统及照相机系统中，为了提高系统的性能和质量，光学工作者开始考虑使用非球面光学镜片进行组合以简化结构、优化成像质量等等。

非球面镜片它的表面弧度与普通球面镜片不同，从镜片中心到周边，曲率半径逐渐变化。从侧面看非球面比球面的外表面要平、弯度要小得多。与球面镜片相比，非球面光学镜片具有多种优点。一、减少了镜片像差，成像更为清晰。二、利用非球面光学镜片的组合可使得光学系统设计更加灵活，结构更为简洁并且更加稳定。三、在外形上，非球面光学镜片其基弧较平，不但外观漂亮，而且周边放大率大大降低，视感更佳。

其实早在一百多年前人们就开始研究非球面光学镜片的结构与性质，可是在很长一段时间之内非球面光学镜片都无法量产进入民用光学领域，主要是因为设计镜片的结构和制造加工技术的不完善导致产品生产成本极高。当前成熟的非球面镜片加工方法可以分为四类：复制成型法、附加成型法、去除成型法和特种加工法。在实际加工过程中，镜片的表面光洁度、镜片圆度和面形精度等会收到众多因素的影响，比如受温度影响产生的热变形。金刚石刀具有高的导热性和低膨胀系数，在切削过程中产生的热量很快被传走，不易膨胀变形，有利于高精度镜片的加工制造，因此利用去除成型法中的金刚石车削法可以有效解决在加工非球面光学镜片时遇到的一系列难题。

2. 研究内容和预期目标

随着非球面光学镜片应用范围的不断扩大，研究出更为简便的镜片设计方案与高效的加工方法已成为当务之急。首先查阅非球面光学镜片以及设计加工的相关资料，了解非球面光学镜片的基本原理，并根据所学的应用光学、物理光学、信息光学等知识，进行非球面光学镜片的设计，然后在金刚石车床完成加工。

具体研究内容如下：

（1）学习非球面光学的数学表达式；

3. 研究的方法与步骤

（1）学习非球面光学的数学表达式。

①复习回顾以往学习过的理论知识；

②查阅相关资料学习并理解非球面光学的数学表达式；

4. 参考文献

[1]陈韬. 塑料非球面光学镜片注塑成型数值模拟与工艺优化[d]. 武汉理工大学, 2008.

[2]雷华. 非球面铣磨机的设计及其数控加工轨迹算法模块的开发[d]. 南京理工大学, 2004.

[3]sánchez-díaz, luis enrique, ramírez-gonzález, pedro, medina-noyola m . equilibration and aging of dense soft-sphere glass-forming liquids[j]. physical review e statistical nonlinear soft matter physics, 2013, 87(5):052306.

5. 计划与进度安排

（1）第1周到第2周（2022年3月1日-3月12日）：

学生需要根据指导老师下达的毕业论文任务书中的要求，完成开题报告和相干文献的阅读，准备外文翻译。任务书起止日期2022年12月14日-2022年6月9日。开题报告起止日期请填2022年3月1日-2022年3月12日。

（2）第3周到第9周（2022年3月15日-4月30日）：