在保证像质的前提下，非球面元件的采用可以减少光学系统的复杂性、尺寸以及重量，特别针对大口径空间遥感器，非球面元件的采用意义尤为重要。目前，随着民用资源调查以及国防军事要求的提高，要求空间相机的视场越来越大、分辨力越来越高，以美国最先进的KH-13空间相机为例，其地面分辨力可达到了0.1米的水平。我们正在开展研制的宽覆盖详查相机其技术指标也瞄准了国际最为先进的技术水平，作为相机中的关键部件-大尺寸离轴非球面光学元件的制造是相机研制的关键攻关技术。 本文采用以计算机控制光学表面成形（Computer ControlledOptical Surfacing）技术为核心的大尺寸非球面光学元件制造技术，依靠自行研制的非球面数控加工中心、双测头面形轮廓仪等关键设备，在对以往非球面数控制造技术继承与发展的基础上开展了对大尺寸离轴非球面元件制造技术的研究。本文以空间宽覆盖详查相机中关键光学元件—离轴三镜试验件的制造任务为主线开展了以下几个主要方面的研究工作。1．对CCOS技术中小磨头不同运动方式下磨头工作函数的研究； 作为CCOS的核心技术—小磨头的工作函数特性决定了CCOS的制 造效率、制造精度以及非球面元件面形误差的结构形式。我们通 过对磨头行星运动以及平转动两种运动方式下磨头工作函数特性 的研究比较，认为磨头在平转动运动方式可以更好的克服CCOS 技术易出现的中频误差。通过对平转动方式下磨头工作参数的优 化设计及工艺试验确定了最佳磨头工作函数下的磨头各工作参 数。2．离轴非球面初始球面半径的确定； 作为近一米量级的离轴非球面其回转对称的母镜直径一般接近两 米，在我们现有的技术条件下很难完成如此大口径非球面面形的 直接铣磨成型。我们采用的技术路线是以离轴镜为主体铣磨成形 最接近球面。在论文中，我们依据加工余量最小的原则、在少有 参考的情况下确定了离轴非球面接近比较球面半径，这种确定起 计算机控制离轴非球面制造技术的研究 始球面半径的计算方法不仅适用离轴非球面，同时适用子同轴非 球面，具有较强的普遍性。3．新型双测头面形轮廓仪的研制； 研磨阶段非球面的面形误差将由几十微米收敛到几个微米，适当 的测量方法决定了该段误差的收敛速度和精度。本文运用相对测 量原理，提出了一种具有双测量头结构形式的新型低成本非球面 面形轮廓测量仪，运用Shepard插值数据处理模型对测量数据进 行处理，使研磨阶段面形误差得到快速收敛，与可见光干涉测量 实现友好衔接。4．零位补偿器的设计与分析； 零位补偿检验是高陡度、高精度大口径非球面的常用检验方法， 其中零位补偿器是补偿检验的关键元件，但由于对零位补偿器的 检测比较困难，而且这样的零位补偿器对装调误差非常敏感，因 而使得非球面的零位补偿检测方法具有一定不确定性。我们通过 对补偿器的合理设计、精确分析得到了离轴非球面检验用零位补 偿器。 本文通过对离轴大口径非球面制造技术中若干关键技术的细致研究，确定了计算机控制离轴非球面各制造阶段的工艺路线、面形误差的检验方法及评价方法，并最终成功制造出宽覆盖CCD相机的关键部件一离轴矩形非球面第三反射镜原理试验件，为相机最终的研制成功提供了关键基础技术保障。