面向空间态势感知、环境监测等国家重大战略需求,针对空间天文等领域对像质和视场要求越来越高的趋势,空间望远镜正在向着大视场、大口径的方向发展。虽然国内外大靶面的图像传感器不断被研究出来,如6k×6k、9k×9k等图像传感器,但是单片图像传感器仍不能满足大口径、大视场望远镜对大尺寸焦平面的需求,通过多个图像传感器拼接来实现大尺寸焦平面成为必须的途径。拼接焦面是大视场望远镜完成观测任务的关键部件,其面形是影响像质的关键因素,因此拼接焦面对于拼接后的整体平面度有着严格要求。拼接焦面受温度、重力、装调工艺等多种因素影响产生变形,这些变形造成主焦面平面度误差,使系统产生局部散焦,进而产生图像模糊,降低成像质量。总结归纳本文所要解决的重点问题,主要的研究内容如下。对大规模焦平面拼接的背景进行研究,说明了进行焦面拼接的意义。对国内外大规模焦平面拼接的研究现状和拼接方法进行总结分类,对比了现阶段焦面拼接方法的优缺点,选取了合适的焦平面拼接方法。提出了基于光机热集成分析的大规模焦平面拼接方法,对其概念、特点、大致流程以及最终分析结果的应用进行了系统研究,并对其用到的光机热集成分析理论知识进行总结。系统分析了大规模焦平面拼接中的关键技术难点及其对系统最终成像质量的影响。以某型号任务4×4规模的焦平面拼接为例,通过机械直接拼接方法将16片CMOS图像传感器进行拼接。拼接后的主焦面规模大约为267mm×289mm,设计了Bipod结构作为拼接焦面的支撑结构,该柔性结构可在一定程度上释放装配应力与热应力,从而减小主焦面的变形。设计了主焦面的拼接方案和平面度非接触检测方案,并对拼接过程进行详细说明。开展拼接焦面热设计与热分析工作,不仅需要保证CMOS图像传感器的工作温度,还要保证拼接焦面温度均匀性。拼接基板均温方案采用4根低温热管,按照“十”字排布的形式安装在拼接基板背面,热管另一端与制冷设备导热连接。提出了一种基于光机热集成的大规模拼接焦面误差分配方法,通过光机热集成分析,对重力、温度引起的拼接焦面变形进行评估。分析引起拼接焦面平面度误差来源,根据光机热集成分析结果,对重力、温度这两个重要误差参数进行精确分配。设计并投产一套拼接焦面全铝模拟件,完成了焦平面的拼接技术与工艺全流程验证。针对拼接焦面全铝模拟件,重新对由重力引起的拼接焦面变形做了仿真分析,并对其引起的误差量也重新做了分配。在常温环境下,通过非接触式测量设备,对拼接焦面的平面度进行测量。根据检测结果,通过更换平面度异常的CMOS图像传感器背部的殷钢垫片,以此来保证主焦面的平面度并再次进行实验测量。拼接焦面作为大视场望远镜的核心关键部件,其感光面平面度对最终成像质量有着很大的影响。本文通过机热一体化设计,使拼接焦面感光面平面度在可控范围内达到最小。本文所研究的大规模焦平面拼接关键技术,包括拼接焦面的结构设计、热设计、主焦面平面度误差分配等,可作为大口径望远镜焦平面拼接的参考。