针对现有光学非球面度计算方法不统一的问题,在分析常用方法特点的基础上,对于高次光学非球面度的计算提出最小最大残差法.寻找最接近球面,使其沿法线方向与非球面的最大偏离量最小,此时的最大偏离量即为非球面的最大非球面度.该方法适于计算机编程,计算结果准确,且可完全统一二次曲面和高次非球面的非球面度计算.

针对常规非球面检测技术存在的问题,特别是测量高精度工件表面具有一定的局限性,提出一种非接触式测量技术,即自动对焦测量技术.自行设计了一套偏心光束对焦系统.光路采用激光作为光源,一维位置敏感器件PSD作为光电探测器.激光、柱面平凸透镜和反射镜构成偏心光束对焦光路.电路分为PSD信号处理电路和电动机驱动电路,具有电压放大、消除地面干扰和滤波等作用.

为使头盔微光夜视镜的重量更轻，同时保证其较好的成像性能，分析了光学塑料的特性及其加工，通过引入高次塑料非球面，设计了含有3个高次塑料非球面的6片式微光夜视物镜。该物镜具有大视场（40°）、小F数（F／1．25）、小畸变（1％）的特点，光学传递函数在空间频率40lp／mm时，轴上传函≥0．6，轴外传函≥0．4，满足微光夜视物镜成像要求。相对具有同样性能的传统物镜系统，总长41mm，为传统物镜的82．6％，重量13．3g，仅为传统物镜的32．7％。为头盔式微光夜视系统减重设计提供了一个新的参考思路。

基于上下位机结构设计光学非球面检验系统,采用工控机作为上位机,下位机由运动控制卡和数据采集卡构成。通过计数器协调运动控制单元和数据采集单元的动作,可实现检测过程坐标的准确定位和高精度的数据采集。对一般非球面方程进行变换后,采用最小二乘拟合算法对数据进行曲面拟合处理。并可适当增加测量点数据来减少测量误差。通过数据实验表明测量系统的拟合精度估计σ〈0.05μm,能满足一般光学非球面的精密加工要求。系统采用Matlab进行编程,程序简单,具有较高的可靠性。

近年来,两档变倍和连续变倍的红外变焦距系统获得了普遍的应用.在两个视场相同时,双位置变焦距通常比切换变焦距系统长,但因为切换变焦切换组元需要占用光路外的一段空间,所以双位置变焦距的体积要比切换变焦小.具有一个负变焦组的紧凑的光学补偿切换变焦距系统需要至少三组—一个正的物镜组,一个负的变倍组,一个正的调焦组.通常这些组元由一到两片组成.如果使

利用非球面在改善成像质量方面的优势，在镜头设计过程中引入了偶次非球面，根据理论计算和ZEMAX软件的优化，设计出一个成像质量优良的高斯镜头，通过该实例对球面设计和非球面设计进行了比较，论证了非球面在照相镜头设计中的优越性．

使用子孔径拼接技术可以无需补偿器、大口径的辅助镜、全息图等辅助元件实现对大口径、大偏离量、高陡度非球面甚至离轴非球面的检验，而且可以同时获得中高频的相位信息，大大地提高了测量精度，降低了成本。在总结了常用检测非球面方法优缺点的基础上提出了利用圆形子孔径、环形子孔径检测非球面的基本原理，并对其步骤的实现、数学模型的建立和拼接算法的开发进行了分析和研究。结果表明，子孔径拼接检测技术可以作为补偿检验以外的另一种定量测试非球面的手段，可以和其它检测方法相互验证，从而确保检测的准确性和可靠性。

基于非球面最接近球面的计算方法分析,构建成型设备与工件间坐标变换矩阵,借鉴并优化材料去除量最小原则,计算最接近球面与理论非球面间的偏离量,建立数学模型.针对典型的圆形口径和矩形口径同轴、离轴非球面元件的比较球面求解进行仿真.结果表明,所建立的数值求解模型可有效计算同轴、离轴非球面元件的比较球面使材料去除量最小,对加工实践起到指导作用.

新一代的空间相机一般通过采用轻质大尺寸的非球面光学元件来提高系统的成像质量,以降低系统复杂性.而空间相机中的结构件主要是用来支撑和定位主镜,如果主镜制作得更轻,则系统的其它结构将会设计得更加轻巧.受此趋势影响,大口径非球面镜的轻量化问题成为一个研究热点.

为解决非球面加工中的环带波纹问题,自主研制了非球面磨削抛光机床,阐述控制系统采用的速度插补原理,用数学方法分析了速度插补原理存在的关键问题“进给速度非单调”,用实际运控参量解析了问题产生的根本原因“初速度不匹配致使相邻分段加速度符号相反”。基于遗传学理论提出解决“进给速度非单调”的总体方案,细化了速度寻优算法的运算流程和实施步骤,用实证数据及拟合曲线证明了速度寻优算法解决“进给速度非单调”问题的有效性,并可