论文部分内容阅读
随着空间技术发展,空间相机对地遥感观测要求分辨率越来越高,视场角越来越大,光学系统的口径越来越大,相应的对非球面的应用需求也不断提高,所需非球面元件口径也越来越大。传统两镜反射望远光学系统视场过小,逐渐无法满足空间相机视场角需求,三反射镜消像散(three-mirror anastigmat,TMA)形式的光学系统可解决了两镜反射望远光学系统视场过小的缺点,并实现平像场和高成像质量,其中离轴TMA(简称离轴三反)还具有中频调制传递函数(MTF)高、结构紧凑和杂光特性好等优势,在空间相机中应用越来越广泛。然而非球面口径增大,离轴三反系统的广泛使用,在使系统成像效果更卓越的同时,也给光学制造过程带来了新的困难,其中包括大口径非球面高精度检测和离轴三反光学系统装调。`本文针对大口径非球面高精度检测和离轴三反光学系统装调难题,研究了使用计算全息图(Computer-generated hologram,CGH)与其他光学元件(或检测方法)混合补偿检测非球面的方法和基于CGH的离轴光学系统装调技术,结合实验室工程型号项目,主要开展了以下工作:1.提出了CGH与辅助球面混合补偿检测方法,构建了基于CGH辅助区域的对准方案,可解决大口径离轴非球面和中等口径凸非球面的零位补偿检测难题,理论分析检测精度优于1/100λRMS。用该方法检测了某120mm直径的凸非球面,在1/50λRMS面形误差情况下与子孔径拼接检测结果一致。并利用该方法检测了某332mm×144mm的长条形离轴凸椭球面。并以此检测原理为基础,提出了CGH与系统主镜混合补偿检测系统次镜的检测方法。2.提出了基于CGH的子孔径拼接检测方法,可检测偏离量较大不能直接子孔径拼接检测的凸非球面,可与上述CGH与辅助球面混合补偿检测方法相互校验,提高检测可靠性。构建了基于CGH辅助区域的对准方案,可实现基于子孔径拼接仪的自动拼接检测。利用该方法同样检测某332mm×144mm的长条形离轴凸椭球面,同CGH与辅助球面混合补偿检测结果一致。3.对离轴三反光学系统装调进行了分析,分别提出针对Cook型离轴三反系统和Rug型离轴三反系统的CGH辅助装调方法:在CGH的指导下完成系统主镜与三镜(或主镜与次镜)的相对位置调整,再调整次镜(或三镜)完成光学系统装调。理论分析表明,该方法在调整次镜(或三镜)时仅需要选择某个视场进行装调,便可确保全视场均获得良好像质,且该装调解即为光学系统的设计解。使用该CGH辅助装调方法只需调整次镜(或三镜),且无需在迭代过程中反复测量多个视场的波象差,因此装调效率大大提高。使用该方法对某离轴三反光学系统进行了装调,实验结果表明该方法可在获得全视场衍射受限良好像质的同时大幅度提高装调效率。工程实践表明,充分利用CGH设计的灵活性,将CGH与其他光学元件或检测方法混合,不仅能完成大口径非球面的高精度零位补偿检测,还可实现离轴三反光学系统的高精度高效率装调,在光学系统的制造过程中具有良好的应用前景。