本文關(guān)鍵詞：基于CGH的非球面混合補(bǔ)償檢測(cè)及離軸光學(xué)系統(tǒng)裝調(diào)的關(guān)鍵技術(shù)研究

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【摘要】：隨著空間技術(shù)發(fā)展,空間相機(jī)對(duì)地遙感觀測(cè)要求分辨率越來(lái)越高,視場(chǎng)角越來(lái)越大,光學(xué)系統(tǒng)的口徑越來(lái)越大,相應(yīng)的對(duì)非球面的應(yīng)用需求也不斷提高,所需非球面元件口徑也越來(lái)越大。傳統(tǒng)兩鏡反射望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)過(guò)小,逐漸無(wú)法滿(mǎn)足空間相機(jī)視場(chǎng)角需求,三反射鏡消像散(three-mirror anastigmat,TMA)形式的光學(xué)系統(tǒng)可解決了兩鏡反射望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)過(guò)小的缺點(diǎn),并實(shí)現(xiàn)平像場(chǎng)和高成像質(zhì)量,其中離軸TMA(簡(jiǎn)稱(chēng)離軸三反)還具有中頻調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)高、結(jié)構(gòu)緊湊和雜光特性好等優(yōu)勢(shì),在空間相機(jī)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。然而非球面口徑增大,離軸三反系統(tǒng)的廣泛使用,在使系統(tǒng)成像效果更卓越的同時(shí),也給光學(xué)制造過(guò)程帶來(lái)了新的困難,其中包括大口徑非球面高精度檢測(cè)和離軸三反光學(xué)系統(tǒng)裝調(diào)。`本文針對(duì)大口徑非球面高精度檢測(cè)和離軸三反光學(xué)系統(tǒng)裝調(diào)難題,研究了使用計(jì)算全息圖(Computer-generated hologram,CGH)與其他光學(xué)元件(或檢測(cè)方法)混合補(bǔ)償檢測(cè)非球面的方法和基于CGH的離軸光學(xué)系統(tǒng)裝調(diào)技術(shù),結(jié)合實(shí)驗(yàn)室工程型號(hào)項(xiàng)目,主要開(kāi)展了以下工作:1.提出了CGH與輔助球面混合補(bǔ)償檢測(cè)方法,構(gòu)建了基于CGH輔助區(qū)域的對(duì)準(zhǔn)方案,可解決大口徑離軸非球面和中等口徑凸非球面的零位補(bǔ)償檢測(cè)難題,理論分析檢測(cè)精度優(yōu)于1/100λRMS。用該方法檢測(cè)了某120mm直徑的凸非球面,在1/50λRMS面形誤差情況下與子孔徑拼接檢測(cè)結(jié)果一致。并利用該方法檢測(cè)了某332mm×144mm的長(zhǎng)條形離軸凸橢球面。并以此檢測(cè)原理為基礎(chǔ),提出了CGH與系統(tǒng)主鏡混合補(bǔ)償檢測(cè)系統(tǒng)次鏡的檢測(cè)方法。2.提出了基于CGH的子孔徑拼接檢測(cè)方法,可檢測(cè)偏離量較大不能直接子孔徑拼接檢測(cè)的凸非球面,可與上述CGH與輔助球面混合補(bǔ)償檢測(cè)方法相互校驗(yàn),提高檢測(cè)可靠性。構(gòu)建了基于CGH輔助區(qū)域的對(duì)準(zhǔn)方案,可實(shí)現(xiàn)基于子孔徑拼接儀的自動(dòng)拼接檢測(cè)。利用該方法同樣檢測(cè)某332mm×144mm的長(zhǎng)條形離軸凸橢球面,同CGH與輔助球面混合補(bǔ)償檢測(cè)結(jié)果一致。3.對(duì)離軸三反光學(xué)系統(tǒng)裝調(diào)進(jìn)行了分析,分別提出針對(duì)Cook型離軸三反系統(tǒng)和Rug型離軸三反系統(tǒng)的CGH輔助裝調(diào)方法:在CGH的指導(dǎo)下完成系統(tǒng)主鏡與三鏡(或主鏡與次鏡)的相對(duì)位置調(diào)整,再調(diào)整次鏡(或三鏡)完成光學(xué)系統(tǒng)裝調(diào)。理論分析表明,該方法在調(diào)整次鏡(或三鏡)時(shí)僅需要選擇某個(gè)視場(chǎng)進(jìn)行裝調(diào),便可確保全視場(chǎng)均獲得良好像質(zhì),且該裝調(diào)解即為光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)解。使用該CGH輔助裝調(diào)方法只需調(diào)整次鏡(或三鏡),且無(wú)需在迭代過(guò)程中反復(fù)測(cè)量多個(gè)視場(chǎng)的波象差,因此裝調(diào)效率大大提高。使用該方法對(duì)某離軸三反光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了裝調(diào),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法可在獲得全視場(chǎng)衍射受限良好像質(zhì)的同時(shí)大幅度提高裝調(diào)效率。工程實(shí)踐表明,充分利用CGH設(shè)計(jì)的靈活性,將CGH與其他光學(xué)元件或檢測(cè)方法混合,不僅能完成大口徑非球面的高精度零位補(bǔ)償檢測(cè),還可實(shí)現(xiàn)離軸三反光學(xué)系統(tǒng)的高精度高效率裝調(diào),在光學(xué)系統(tǒng)的制造過(guò)程中具有良好的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：大口徑光學(xué)系統(tǒng) 非球面 光學(xué)檢測(cè) 計(jì)算全息圖 混合補(bǔ)償檢測(cè) 復(fù)雜光路對(duì)準(zhǔn) 光學(xué)系統(tǒng)裝調(diào)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：V445.8
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-23
• 1.1 引言11-12
• 1.2 非球面檢測(cè)技術(shù)12-17
• 1.2.1 坐標(biāo)測(cè)量方法12
• 1.2.2 光學(xué)測(cè)量方法12-16
• 1.2.3 大口徑非球面檢測(cè)16-17
• 1.3 光學(xué)系統(tǒng)裝調(diào)概述17-21
• 1.3.1 同軸系統(tǒng)裝調(diào)18
• 1.3.2 計(jì)算機(jī)輔助裝調(diào)18-21
• 1.4 論文主要研究?jī)?nèi)容21-22
• 1.5 課題研究的目的和意義22-23
• 第2章 CGH理論基礎(chǔ)23-54
• 2.1 概述23
• 2.2 傳統(tǒng)的光學(xué)全息圖23-27
• 2.2.1 波前記錄23-25
• 2.2.2 波前重建25-26
• 2.2.3 全息術(shù)與非球面檢測(cè)26-27
• 2.3 計(jì)算全息圖及其在光學(xué)檢測(cè)中的應(yīng)用27-42
• 2.3.1 CGH設(shè)計(jì)與制造概述28-33
• 2.3.2 CGH的數(shù)學(xué)模型分析33-36
• 2.3.3 CGH在光學(xué)檢測(cè)中的應(yīng)用36-42
• 2.4 用于光學(xué)檢測(cè)的CGH設(shè)計(jì)方法42-53
• 2.4.1 設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化42-44
• 2.4.2 輔助功能區(qū)域設(shè)計(jì)44-45
• 2.4.3 考慮檢測(cè)投影畸變的設(shè)計(jì)方法45-53
• 2.5 小結(jié)53-54
• 第3章 CGH與輔助元件混合補(bǔ)償檢測(cè)非球面方法54-86
• 3.1 概述54
• 3.2 CGH與輔助球面混合補(bǔ)償檢測(cè)理論基礎(chǔ)54-59
• 3.3 CGH與輔助球面混合補(bǔ)償檢測(cè)凸非球面方案59-63
• 3.3.1 檢測(cè)方案59-60
• 3.3.2 對(duì)準(zhǔn)方案60-62
• 3.3.3 球面誤差去除及畸變校正62-63
• 3.4 CGH與球面混合補(bǔ)償檢測(cè)實(shí)驗(yàn)63-76
• 3.4.1 某同軸凸雙曲面檢測(cè)實(shí)驗(yàn)63-69
• 3.4.2 某離軸凸橢球面檢測(cè)實(shí)驗(yàn)69-76
• 3.5 誤差分析76-80
• 3.5.1 CGH誤差76-77
• 3.5.2 球面面形誤差77-78
• 3.5.3 球面曲率半徑誤差78
• 3.5.4 調(diào)整誤差78-79
• 3.5.5 其他誤差因素79
• 3.5.6 誤差合成79-80
• 3.6 CGH與系統(tǒng)主鏡混合補(bǔ)償檢測(cè)次鏡方法80-85
• 3.6.1 檢測(cè)理論及方案80-82
• 3.6.2 檢測(cè)對(duì)準(zhǔn)方案82-83
• 3.6.3 設(shè)計(jì)結(jié)果示例83-85
• 3.7 小結(jié)85-86
• 第4章 基于CGH的子孔徑拼接檢測(cè)方法86-100
• 4.1 概述86
• 4.2 子孔徑拼接檢測(cè)理論86-90
• 4.2.1 子孔徑拼接零位補(bǔ)償檢測(cè)球面理論86-89
• 4.2.2 子孔徑拼接非零位檢測(cè)非球面理論89-90
• 4.3 基于CGH的子孔徑拼接檢測(cè)方法90-92
• 4.3.1 檢測(cè)原理90-91
• 4.3.2 對(duì)準(zhǔn)方案91-92
• 4.4 基于CGH的子孔徑拼接檢測(cè)實(shí)驗(yàn)92-97
• 4.5 誤差分析及自檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)97-99
• 4.6 小結(jié)99-100
• 第5章 基于CGH的離軸三反光學(xué)系統(tǒng)裝調(diào)技術(shù)100-122
• 5.1 概述100
• 5.2 離軸三反光學(xué)系統(tǒng)裝調(diào)分析100-107
• 5.3 基于CGH的COOK型離軸三反系統(tǒng)共基準(zhǔn)裝調(diào)方法107-114
• 5.3.1 裝調(diào)方案107-110
• 5.3.2 裝調(diào)實(shí)驗(yàn)110-114
• 5.4 基于CGH的RUG型離軸三反光學(xué)系統(tǒng)裝調(diào)方法114-120
• 5.4.1 裝調(diào)方案114-117
• 5.4.2 對(duì)準(zhǔn)方案117-120
• 5.5 小結(jié)120-122
• 第6章 結(jié)論與展望122-124
• 6.1 結(jié)論122
• 6.2 展望122-124
• 參考文獻(xiàn)124-134
• 在學(xué)期間學(xué)術(shù)成果情況134-135
• 指導(dǎo)教師及作者簡(jiǎn)介135-136
• 致謝13

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本文編號(hào)：833701