本文關鍵詞：異形離軸光學元件加工技術研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《中國科學院研究生院（西安光學精密機械研究所）》 2013年

離軸反射光學系統(tǒng)計算機輔助裝調(diào)技術研究

龐志海  

【摘要】：隨著光學設計技術與光學制造技術的不斷進步，光學系統(tǒng)逐漸從軸對稱系統(tǒng)發(fā)展為離軸反射系統(tǒng)。離軸反射光學系統(tǒng)的裝調(diào)是實現(xiàn)離軸光學系統(tǒng)高成像質(zhì)量必不可少的一部分，離軸反射光學系統(tǒng)的高性能裝調(diào)也越來越依賴高技術的支持。計算機輔助裝調(diào)技術作為離軸光學系統(tǒng)研制過程中不可缺少的技術保障手段正逐漸成為空間光學系統(tǒng)研究的關鍵技術之一，而且計算機輔助裝調(diào)技術的發(fā)展也極大的促進了光學設計與先進光學加工技術的進一步發(fā)展。 本論文主要針對計算機輔助裝調(diào)技術在離軸反射光學系統(tǒng)中的應用進行研究。主要研究內(nèi)容如下： 1.軸對稱光學系統(tǒng)像差特性的研究 利用軸對稱光學系統(tǒng)的矢量波像差理論分析了軸對稱光學系統(tǒng)失調(diào)時初級球差、彗差、像散特性，建立了軸對稱失調(diào)光學系統(tǒng)波像差Zernike系數(shù)與視場之間的關系式。將矢量波像差應用于常用的軸對稱RC、TMA系統(tǒng)的裝調(diào)過程，研究獲得RC、TMA系統(tǒng)在裝調(diào)過程中球差、彗差、像散的相關性質(zhì)，分析了不能依據(jù)軸上視場成像質(zhì)量判斷光學系統(tǒng)裝調(diào)狀態(tài)的原因；同時對不同元件失調(diào)像差相互補償進行了研究，指導了光學系統(tǒng)的設計。 2.離軸光學系統(tǒng)像差特性的研究 利用坐標變換建立了離軸（孔徑離軸）光學系統(tǒng)與對應軸對稱光學系統(tǒng)波像差Zernike系數(shù)的轉化關系；引入矢量坐標變換將矢量波像差理論應用到離軸光學系統(tǒng)，獲得了離軸光學系統(tǒng)、失調(diào)離軸光學系統(tǒng)初級像差的矢量表達式，研究結果表明離軸光學系統(tǒng)、失調(diào)離軸光學系統(tǒng)初級像差依然由球差、彗差、像散組成，不同像差與視場的依據(jù)關系不同；以離軸RC、TMA系統(tǒng)為例分析了失調(diào)情況下離軸反射光學系統(tǒng)的球差、彗差、像散特性；同時利用坐標變換研究了大口徑反射鏡初級面形誤差對光學系統(tǒng)像差特性的影響；對光學元件面形誤差引入像差與光學元件失調(diào)像差相互校正來實現(xiàn)光學系統(tǒng)設計進行了研究，指導基于自由曲面的反射光學系統(tǒng)設計。 3.離軸光學系統(tǒng)元件失調(diào)量的分析 對于離軸三反光學系統(tǒng)的裝調(diào)需求，建立了基于矢量波像差理論的軸對稱光學系統(tǒng)、離軸光學系統(tǒng)元件失調(diào)模型（失調(diào)矩陣）。模擬離軸光學系統(tǒng)失調(diào)量不同數(shù)量級情況下的裝調(diào)過程，通過模擬分析可知隨著失調(diào)量的增加系統(tǒng)在裝調(diào)過程中的調(diào)整次數(shù)也不斷的增加，失調(diào)量數(shù)量級較大的情況下可能出現(xiàn)越調(diào)越壞的情況（算法不收斂），利用矢量波像差理論分析了失調(diào)量較大情況下算法不收斂的原因。 4.實際離軸光學系統(tǒng)元件失調(diào)量的計算 在利用離軸光學系統(tǒng)元件失調(diào)模型計算元件失調(diào)量的過程中，分析了實際裝調(diào)過程中計算元件失調(diào)量不準確的原因，提出了設置失調(diào)矩陣奇異值閾值的方法來解決該問題，，提高了算法的穩(wěn)定性。詳細介紹了離軸光學系統(tǒng)粗裝調(diào)的過程，結果表明基于矢量波像差理論的離軸光學計算機輔助裝調(diào)模型可以準確的獲得該離軸反射系統(tǒng)中待裝調(diào)元件的失調(diào)量，最終指導完成光學系統(tǒng)的實際裝調(diào)，系統(tǒng)全視場的波像差小于0.09λ(λ為632.8nm)。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：中國科學院研究生院（西安光學精密機械研究所）
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TP391.7;O435.1
【目錄】：

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