【摘要】：離軸反射式系統(tǒng)雖然消除了中心遮攔,增大了視場,但是系統(tǒng)的裝調(diào)難度較高,其裝調(diào)精度是影響其光學系統(tǒng)最終像質(zhì)的關(guān)鍵因素。本文以某離軸反射式光學系統(tǒng)的裝調(diào)為研究內(nèi)容,首先闡述了光學系統(tǒng)靈敏度矩陣數(shù)學模型,該模型能夠?qū)⒐鈱W系統(tǒng)特性、光學系統(tǒng)出瞳波面像差及光學系統(tǒng)失調(diào)量相結(jié)合,反映元件的偏心失調(diào)量或傾斜失調(diào)量對光學系統(tǒng)像差的影響。本文所研究光學系統(tǒng)由離軸三反射式光學結(jié)構(gòu)和后端校正鏡組組成,其中離軸三反射式光學結(jié)構(gòu)中主鏡為雙曲面,三鏡為扁球面。鏡面面形精度會對系統(tǒng)像質(zhì)產(chǎn)生巨大影響。本文論述了二次曲面反射鏡的加工工藝及檢測方法,結(jié)合實際情況采用補償檢驗法檢驗主鏡、三鏡面形。通過像差理論設(shè)計補償器和補償光路,并對補償器的鬼像和公差進行分析,確定了補償器及工程應(yīng)用的可能。最終檢測主鏡面形精度RMS為0.0199λ(λ=632.8nm)、三鏡面形精度RMS為0.0198λ(λ=632.8nm)。使用Zemax的Inverse Sensitivity對光學系統(tǒng)的進行公差分析,以MTF為參考得到各元件公差對光學系統(tǒng)像質(zhì)影響的靈敏度,合理分配光學系統(tǒng)的公差并通過Zemax軟件模擬系統(tǒng)元件失調(diào)量對系統(tǒng)像質(zhì)的影響,指導光學系統(tǒng)的裝調(diào)。根據(jù)分配公差結(jié)果使用精密檢測儀器嚴格控制結(jié)構(gòu)尺寸并安裝調(diào)整工裝,對校正鏡組使用定心儀定心裝調(diào),逐步減少光學系統(tǒng)自由度。實際裝調(diào)時采用自準直檢測方法,以次鏡為基準,主鏡、三鏡的位姿作為調(diào)整量。裝調(diào)后系統(tǒng)中心視場RMS能夠達到0.0357λ(λ=632.8nm),75 lp/mm時MTF=0.605,右側(cè)中間視場與左側(cè)邊緣視場系統(tǒng)RMS分別為0.0558λ、0.0653λ,對應(yīng)75 lp/mm時的MTF分別為0.574、0.0570,貼近衍射極限。
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH74
【圖文】：

一面離軸拋物鏡，視場很小。20 世紀 70 年代第一個離軸三反消像散系統(tǒng)（TMA現(xiàn)，隨后人們對其展開了深入的研究，在離軸三反消像散系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，形為多樣的離軸反射式系統(tǒng)步入了光學系統(tǒng)的大舞臺[6]。隨著科技的進步，不僅設(shè)加工水平有所提高，裝調(diào)技術(shù)也有了新的突破。計算機輔助裝調(diào)技術(shù)（CAA）的，大大提高了光學系統(tǒng)的調(diào)試精度和調(diào)試效率，使光學系統(tǒng)的研制跨上了新的臺-10]。Ira M.Egdall 領(lǐng)導研究團隊首先提出了使用計算機指導反射式光學系統(tǒng)裝調(diào)的，雖然實際工程效果與理論分析結(jié)果相比仍存在較大差距，但與以往裝調(diào)結(jié)果相度提高了很多，這種設(shè)想與結(jié)果為后來計算機輔助裝調(diào)的發(fā)展留下了寶貴經(jīng)驗[11990 年著名的哈勃（Hubble）空間望遠鏡發(fā)射成功后發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)像質(zhì)與理論預期了較大的惡化，1993 年在空間中為其安裝了校正器，彌補了由于加工誤差導致的，完善了成像質(zhì)量，到今天其仍然是天文史上最重要的觀測儀器之一[12]。1997 年，NASA 發(fā)射了土星觀測飛行器。飛行器上攜帶的復合紅外光譜儀包括覆蓋遠紅外和中紅外波段的傅里葉變換光譜儀。在光學系統(tǒng)的調(diào)試過程中，利用機輔助裝調(diào)技術(shù)和干涉儀控制各光譜儀的波前像差，完成了系統(tǒng)的調(diào)試[13]。

第一章 緒論 為了提高觀測分辨率，目前對地觀測衛(wèi)星都采用了大口徑反射式光學結(jié)構(gòu)。美國Digital Globe 公司發(fā)射的衛(wèi)星 QuickBird 和 WorldView-1 均采用離軸三反的光學結(jié)構(gòu)形式，其中 QuickBird 離軸三反光學系統(tǒng)采用了計算機輔助裝調(diào)技術(shù)且裝調(diào)結(jié)果與理論設(shè)計極為貼合，其通光口徑為 600 mm，系統(tǒng)由三塊離軸非球面反射鏡和一塊轉(zhuǎn)向平面鏡組成。在實際裝調(diào)過程中，首先建立計算機輔助裝調(diào)模型，將干涉儀測得的全視場波像差數(shù)據(jù)代入模型，迅速的將波前 RMS 值由 0.45 λ 縮小為 0.041 λ[14]。表 1.是目前部分高分辨率空間相機主要性能指標。最新研發(fā)的太空望遠鏡——詹姆斯韋伯望遠鏡（JWST），采用同軸三反射式光學設(shè)計，在三鏡與像面之間插入轉(zhuǎn)向平面鏡折疊光軸，縮短光路。其主鏡口徑 6.5 m，面積為哈勃望遠鏡主鏡五倍以上，重量約為哈勃望遠鏡的一半，預計 2019 年發(fā)射[15]主鏡主鏡折轉(zhuǎn)鏡

【參考文獻】

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本文編號：2717494