基于网格矢高的自由曲面反射镜设计方法

1

作者 林艺华 李刚 +2 位作者 徐伟龙 闫栋 赵一轩 《光学技术》 北大核心 2025年第2期164-168,共5页

自由曲面在紧凑型复杂光学系统中占有重要地位,自由曲面设计及自由曲面描述方法是自由曲面应用的关键。文章提出基于网格矢高的自由曲面设计方法,以光线为研究对象,将成像和非成像相结合,利用非成像理论计算自由曲面离散点坐标,将其拟... 自由曲面在紧凑型复杂光学系统中占有重要地位,自由曲面设计及自由曲面描述方法是自由曲面应用的关键。文章提出基于网格矢高的自由曲面设计方法,以光线为研究对象,将成像和非成像相结合,利用非成像理论计算自由曲面离散点坐标,将其拟合为自由曲面作为基底曲面,将离散点与基底曲面的偏差设为补偿量,然后利用成像光学理论同时优化基底和补偿量,直到满足系统设计要求。利用该方法设计了一个自由曲面反射镜光学整形系统,照度均匀性90%以上,畸变小于2%。该方法可用于隧道照明、车灯照明、光伏聚光系统等非成像领域的自由曲面设计,也适用于大视场、离轴、超短焦等成像系统的自由曲面设计。 展开更多

关键词 网格矢高 自由曲面设计 几何构造法 光束整形 照度均匀性

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视触觉结合的雕塑形体快速造型设计

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作者 张洪 熊汉伟 张湘伟 《机械设计与制造》 北大核心 2009年第12期41-43,共3页

复杂形体是工业设计、艺术设计、陶瓷设计中常见对象,可采用NURBS(非均匀有理B样条)曲面、细分曲面、隐式曲面等加以描述,但对其成形过程目前尚无有效的数字设计工具。人们认识、改变外在事物时,主要利用视觉与触觉的感官功能,通过手眼... 复杂形体是工业设计、艺术设计、陶瓷设计中常见对象,可采用NURBS(非均匀有理B样条)曲面、细分曲面、隐式曲面等加以描述,但对其成形过程目前尚无有效的数字设计工具。人们认识、改变外在事物时,主要利用视觉与触觉的感官功能,通过手眼协调设计出新的事物。现有的数字设计系统大多是基于形体数学描述方式的系数调整,缺乏直观性、易用性。提出了、实现一套视觉与触觉相结合数字设计系统,以数码相机和触觉系统为工具,快速实现复杂形体的数字建模。详述了系统原理及组成,并给出了设计实例,验证了方法的有效性。 展开更多

关键词 复杂形体设计 计算机视觉 触觉设计

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复杂近净成形产品CAD模型多视域转换平台 被引量：2

3

作者 张春捷 周雄辉 李从心 《计算机集成制造系统》 EI CSCD 北大核心 2010年第5期922-928,共7页

鉴于传统特征识别技术在实现复杂近净成形产品计算机辅助设计模型与其他应用系统间信息共享与集成中遇到的困难,提出了基于全局曲率分析的特征识别算法以及面向多应用领域的层次化几何抽象表达方式。根据产品几何模型中曲面曲率分析的结... 鉴于传统特征识别技术在实现复杂近净成形产品计算机辅助设计模型与其他应用系统间信息共享与集成中遇到的困难,提出了基于全局曲率分析的特征识别算法以及面向多应用领域的层次化几何抽象表达方式。根据产品几何模型中曲面曲率分析的结果,对曲面进行分类和分割以获得与原计算机辅助设计模型相对应的曲率域表示层,并进一步从中识别出独立于应用领域的凸凹特征表示层。通过将不同抽象程度的产品模型表达方式和面向特定领域的知识、规则和算法进行融合,为不同应用领域提供所需的产品信息模型,最终实现产品计算机辅助设计模型在下游各应用系统间的信息共享与集成,并以钣金成形与注塑成形领域中的两个实例,验证了该方法的可行性和有效性。 展开更多

关键词 特征识别 近净成形 自由曲面 多视域模型转换 计算机辅助设计

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自由曲面的局部美化技术

4

作者 范树迁 石明全 +1 位作者 柯映林 李江雄 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第12期187-198,共12页

针对反求工程中由多张B-样条曲面构成的边界表示模型在局部区域会出现的形状不规则性的问题,提出利用局部美化技术来消除这种外形的不规则性的方法。首先根据边界表示模型的拓扑给出局部美化的模式,并阐述曲面光顺与模型局部美化之间的... 针对反求工程中由多张B-样条曲面构成的边界表示模型在局部区域会出现的形状不规则性的问题,提出利用局部美化技术来消除这种外形的不规则性的方法。首先根据边界表示模型的拓扑给出局部美化的模式,并阐述曲面光顺与模型局部美化之间的区别和联系。然后,通过分析可接受的形状优化准则及其局部微分几何特性,给出局部美化的数学模型。最后,在利用形状分析方法构造局部形状不规则性区域的方法后,借鉴离散的非线性优化方法来保证形状修改的局部性和保持模型的拓扑。给出应用实例揭示了局部美化技术在反求工程中的意义。 展开更多

关键词 计算机辅助几何设计 反求工程 自由曲面 形状优化

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一类复杂区域的网格优化算法

5

作者 李丹 曹敬 《微型电脑应用》 2017年第7期52-54,58,共4页

近年来自由曲面设计得到了广泛应用,尤其在建筑曲面设计领域。逼近自由曲面的方法有很多种,一种方法是采用平面四边形网格(PQ网格)逼近自由曲面,所以平面四边形网格的质量直接影响了自由曲面设计的质量。介绍了一种平面四边形网格优化算... 近年来自由曲面设计得到了广泛应用,尤其在建筑曲面设计领域。逼近自由曲面的方法有很多种,一种方法是采用平面四边形网格(PQ网格)逼近自由曲面,所以平面四边形网格的质量直接影响了自由曲面设计的质量。介绍了一种平面四边形网格优化算法,判断出复杂区域,采用局部采样点加密和光顺方法相结合进行处理,在整体上采用平面化和细分方法相结合策略优化网格。通过该方法,生成的自由曲面不仅质量得到了提高而且具有了美学效果。 展开更多

关键词 自由曲面设计 平面四边形网格 细分 光顺

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数字穹窿——建筑与结构的网格协同 被引量：1

6

作者 门小牛 王哲 《建筑创作》 2021年第2期118-125,共8页

如果说建筑设计是一个构建规则与秩序的过程,那么网格(grid)可视为衡量建筑自身逻辑的物理标尺。受限于材料与施工能力,古代中西方建筑的网格体系通常由建筑与结构所同构。当代数字算力加持下,大跨度空间钢结构迅猛发展,一方面带来了前... 如果说建筑设计是一个构建规则与秩序的过程,那么网格(grid)可视为衡量建筑自身逻辑的物理标尺。受限于材料与施工能力,古代中西方建筑的网格体系通常由建筑与结构所同构。当代数字算力加持下,大跨度空间钢结构迅猛发展,一方面带来了前所未有的设计自由度,一方面专业的不断细分带来了建筑与结构逻辑间的意义分离。大兴国际机场从概念方案到实施方案的探索过程是对这一关系的重新探讨。航站楼大跨度自由曲面与C形柱的支撑方式让对抗重力这一古老命题进入了创新领域,建筑师与结构师协同工作,在数理和谐中寻找工程之利,逻辑之美。 展开更多

关键词 网格 设计协同 C形柱 自由曲面

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面向光束整形的自由曲面衍射光学设计方法(特邀) 被引量：4

7

作者 廖清明 冯泽心 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第7期73-83,共11页

光束整形技术能够实现激光光束能量分布的良好控制,在激光加工、医疗、激光核聚变等方面具有广泛的应用前景。光束整形方法主要分为几何光学方法和物理光学方法两大类,其中几何光学方法由于忽略了衍射效应,导致一些情形下的光束整形效... 光束整形技术能够实现激光光束能量分布的良好控制,在激光加工、医疗、激光核聚变等方面具有广泛的应用前景。光束整形方法主要分为几何光学方法和物理光学方法两大类,其中几何光学方法由于忽略了衍射效应,导致一些情形下的光束整形效果不够精细,但却能为物理光学方法提供良好的优化起点。结合几何光学方法和物理光学方法的复合设计方法能够设计出易于加工的自由曲面衍射光学元件,同时能抑制杂散光和散斑噪声。首先回顾了物理光学方法,然后综述了几何光学-物理光学复合设计方法的研究进展,最后对衍射光学元件设计方法的未来发展方向进行了一定的展望。 展开更多

关键词 光束整形 衍射光学元件 复合设计方法 自由曲面 相位恢复

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基于正交双向迭代的自由曲面激光光束整形设计(特邀)

8

作者 叶井飞 朱钰 +6 位作者 顾悠扬 詹浣湫 曹书琴 魏建民 宋真真 曹兆楼 郑改革 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第7期84-93,共10页

激光光束整形技术在现代激光工业领域具有重要作用,为了克服传统激光光束整形自由曲面构造中存在法向矢量偏差的局限性,文中提出一种正交双向迭代的自由曲面设计方法。该方法基于能量守恒和斯涅尔定律建立光源与目标面的能量映射关系,... 激光光束整形技术在现代激光工业领域具有重要作用,为了克服传统激光光束整形自由曲面构造中存在法向矢量偏差的局限性,文中提出一种正交双向迭代的自由曲面设计方法。该方法基于能量守恒和斯涅尔定律建立光源与目标面的能量映射关系,通过正交方向坐标点迭代获得自由曲面数据点,同时利用相邻坐标点的均值进行曲面法向矢量修正,从而提高自由曲面的构造精度。设计实例表明,准直入射的激光光束经自由曲面整形反射镜,在特定目标区域内可形成高均匀度光斑。进一步从自由曲面的连续性、拟合精度与面形误差三个方面,与传统设计方法进行了详细对比分析。结果表明,所提设计方法得到的激光光束整形自由曲面连续性与平滑度更好,拟合精度更高;且在加工误差允许范围内,目标面的辐照度均匀性更稳定。 展开更多

关键词 激光光束整形 自由曲面设计 正交双向迭代 法矢修正

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用于发散激光光束整形的自由曲面透镜设计 被引量：17

9

作者 彭亚蒙 苏宙平 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期217-227,共11页

提出了一种激光光束整形自由曲面透镜的设计方法,这种方法可以对有一定发散角的激光光束进行整形。设计分为两个过程:1)设计初始结构,以准直激光光束作为输入光束,采用能量网格划分法,设计自由曲面整形透镜,将设计好的透镜作为下一步设... 提出了一种激光光束整形自由曲面透镜的设计方法,这种方法可以对有一定发散角的激光光束进行整形。设计分为两个过程:1)设计初始结构,以准直激光光束作为输入光束,采用能量网格划分法,设计自由曲面整形透镜,将设计好的透镜作为下一步设计的初始结构;2)逆向反馈优化法,以带有一定发散角的光束作为输入光束,用上一步获得的透镜作为初始结构,采用逆向反馈优化的方法作进一步优化设计。应用这种方法,以束腰为10mm,发散半角为2.5°的发散激光光束为例,将其整形为40mm×40mm的方形光束,辐射照度均匀度达到了90.4%。最后,对设计的透镜进行了加工误差分析和安装误差分析。分析结果表明:透镜表面面形误差在±5μm范围内对目标平面辐射照度的均匀度几乎没有影响;透镜安装时,纵向位移误差dz对目标平面辐射照度的均匀度影响较小,横向误差dx、倾斜角误差dφ对辐射照度均匀度影响较大。 展开更多

关键词 光学设计 激光光束整形 自由曲面 发散激光光束 逆向反馈优化 辐射照度均匀性

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应用于投影光刻离轴照明的自由曲面设计 被引量：7

10

作者 邢莎莎 吴仍茂 +2 位作者 李海峰 郑臻荣 刘旭 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期229-234,共6页

离轴照明是现代投影光刻中的一种重要的分辨率增强技术。针对不同的照明模式要求,提出了一种利用自由曲面来实现离轴照明的方法。根据入射面和目标面之间的坐标拓扑和能量守恒关系,利用数值求解法得出自相应的折射式自由曲面并对结果进... 离轴照明是现代投影光刻中的一种重要的分辨率增强技术。针对不同的照明模式要求,提出了一种利用自由曲面来实现离轴照明的方法。根据入射面和目标面之间的坐标拓扑和能量守恒关系,利用数值求解法得出自相应的折射式自由曲面并对结果进行模拟,分别设计了环形、二极和四极照明,照明效率均达到90%以上,照明均匀性均优于93%。结果表明,可以满足193 nm投影光刻照明系统的设计要求。 展开更多

关键词 光学设计 自由曲面 投影光刻 分辨率增强 照明 光束整形

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自由曲面光束调控Monge-Ampère方法研究进展 被引量：3

11

作者 沈凡琪 杨琳 +3 位作者 吴仍茂 郑臻荣 李海峰 刘旭 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期172-185,共14页

自由曲面具有灵活的面形结构,用于光束调控可获得高性能、轻小型的系统,可创造新的结构形式和实现新的光束调控功能。自由曲面光束调控是一个根据输入和目标反求光学自由曲面的逆问题。Monge-Ampère(MA)方法基于理想光源近似,将自... 自由曲面具有灵活的面形结构,用于光束调控可获得高性能、轻小型的系统,可创造新的结构形式和实现新的光束调控功能。自由曲面光束调控是一个根据输入和目标反求光学自由曲面的逆问题。Monge-Ampère(MA)方法基于理想光源近似,将自由曲面光束调控逆问题转化成一个带有非线性边界条件的MA方程。MA方法无需预先给定光线落点位置,而是通过控制曲面的高斯曲率分布来实现对光传输的高效灵活调控,被认为是当前最有效的可自动满足曲面连续性可积条件的自由曲面设计方法。对MA方法的研究进展进行了概述,详细介绍了自由曲面光束强度调控模型,以及自由曲面光束强度和波前同时调控模型的构建过程与求解方法,并通过三个设计实例充分展示了各类光束调控模型的有效性和MA方法的优势。 展开更多

关键词 光学设计 光束调控 自由曲面 Monge-Ampère方程方法 逆问题

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高平滑度自由曲面激光束整形透镜设计 被引量：5

12

作者 臧泽茂 苏宙平 +1 位作者 张文裕 邵加强 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期357-365,共9页

利用泊松网格优化算法设计了激光束整形自由曲面透镜,通过4次迭代,目标面的网格分布就接近于最优分布。使用该最优的目标面网格,基于输入光束与输出光束之间的能量映射关系,计算自由曲面各采样点的法向矢量,基于泊松面形构建算法获得自... 利用泊松网格优化算法设计了激光束整形自由曲面透镜,通过4次迭代,目标面的网格分布就接近于最优分布。使用该最优的目标面网格,基于输入光束与输出光束之间的能量映射关系,计算自由曲面各采样点的法向矢量,基于泊松面形构建算法获得自由曲面矢高,从而构建自由曲面透镜。为了验证所提方法的可行性,针对正方形目标面和矩形目标面分别设计了自由曲面透镜,这两种透镜在目标面上的辐射照均匀度分别达到91%和93%。为了验证自由曲面的平滑性,使用一个6阶9项多项式进行拟合,拟合后的均方根误差达到1.394×10^(-3),表明所设计的自由曲面具有很高的平滑度。使用拟合数据建立自由曲面透镜,其目标面辐照均匀度几乎保持不变。采用随机统计分析方法对自由曲面透镜装配公差进行分析,结果表明在给定的公差范围,大部分样本的辐照均匀度保持在88%左右。 展开更多

关键词 光学设计 激光束整形 自由曲面 泊松方程 网格优化 平滑度

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光学自由曲面测量与误差评估技术研究进展 被引量：11

13

作者 王施相 孔令豹 吕昊宇 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期235-254,共20页

光学自由曲面是现代精密光学领域的重大变革,因其优异的光学、力学性能而有望进一步推进光学系统实现微型化、轻量化、集成化。随着光学自由曲面的面形复杂度不断提升,光学自由曲面的检测技术已成为制约其制造水平的关键因素。回顾了近... 光学自由曲面是现代精密光学领域的重大变革,因其优异的光学、力学性能而有望进一步推进光学系统实现微型化、轻量化、集成化。随着光学自由曲面的面形复杂度不断提升,光学自由曲面的检测技术已成为制约其制造水平的关键因素。回顾了近年来光学自由曲面测量与误差评估的关键技术,包括点线式扫描、全口径光学测量方法以及面形误差评估方法,结合各种技术的优缺点,展望了该领域未来发展的新趋势,并介绍了一种结合多传感器实现共体自由曲面的测量及误差评估的新方法。 展开更多

关键词 光学设计 光学自由曲面 精密测量 面形测量 误差评估 误差参数

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