【摘要】：伴隨著社會與科技的進步,空間對地遙感、天文觀測等領(lǐng)域?qū)怆娧b備提出了高分辨率、高成像質(zhì)量等迫切需求。大口徑光學(xué)元件是實現(xiàn)高分辨率成像的前提,光學(xué)系統(tǒng)口徑越大、空間分辨率越高、集光能力越強。因此望遠鏡系統(tǒng)的口徑朝著越來越大的方向發(fā)展。然而口徑越大系統(tǒng)受重力等環(huán)境的影響越來越大。不但影響了鏡面本身面形也影響著各鏡片間的相對位置,從而造成了整個光學(xué)系統(tǒng)的像質(zhì)在不同姿態(tài)下下的產(chǎn)生差異,因此對大口徑光學(xué)系統(tǒng)在不同姿態(tài)下的像質(zhì)評價勢在必行。高精度光學(xué)檢測是高精度加工制造的前提,也是評價光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)的重要手段;通常光學(xué)系統(tǒng)檢測需要完成光學(xué)元件間的位置關(guān)系測量、失調(diào)量檢測以及光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量檢測與評價。傳統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)評價手段有利用干涉儀自準直的光學(xué)系統(tǒng)波面檢測和利用大口徑平行光管的光學(xué)系統(tǒng)調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF,modulation transfer function)測量。自準直檢測需要大于待檢系統(tǒng)口徑的標準鏡作為參考鏡,傳遞函數(shù)測量通常需要大于待檢系統(tǒng)口徑、焦距在待檢光學(xué)系統(tǒng)二倍以上的平行光管。不論采用哪種測試方式,其檢具都隨著口徑的增大導(dǎo)致其制造難度和制造成本大幅提高。同等口徑的標準鏡與平行光管同樣面臨著與相同于待檢系統(tǒng)所面臨環(huán)境適應(yīng)能力問題,難以滿足不同姿態(tài)條件下像質(zhì)檢測與評價要求。迫切需要新型檢測技術(shù)的出現(xiàn)以解決新的檢測任務(wù)。本文基于哈特曼檢測原理,采用小口徑平行光管離散掃描遍歷大口徑光學(xué)系統(tǒng)的通光孔徑,進而獲取所有光線在像面處形成像斑的幾何位置信息;最終利用其物理模型與相應(yīng)算法進行整個波面的波像差復(fù)原出全口徑光學(xué)系統(tǒng)的波面。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)不同姿態(tài)條件下大口徑光學(xué)系統(tǒng)的像質(zhì)檢測與評價。可以大口徑光學(xué)系統(tǒng)實驗室裝調(diào)集成過程以及外場試驗應(yīng)用中的不同姿態(tài)條件下檢測任務(wù)需求。本文開展了子口徑斜率掃描檢測技術(shù)研究,包括以下五部分內(nèi)容:1.介紹子口徑斜率掃描的檢測基本原理并進行理論推導(dǎo)。包括傳統(tǒng)哈特曼檢測反射鏡的基本原理、波前重構(gòu)算法。通過構(gòu)建相關(guān)物理模型并進行數(shù)學(xué)推導(dǎo),獲得了子口徑斜率掃描重構(gòu)波面模型,并在理論上分析了子口徑斜率掃描的優(yōu)缺點。2.在理論基礎(chǔ)上進行待檢光學(xué)系統(tǒng)和檢測光學(xué)系統(tǒng)集成仿真,對于口徑720mm待檢卡塞格林式光學(xué)系統(tǒng)進行了全過程仿真模擬,分析了重構(gòu)波前的精度及其檢測可行性。3.在實際光學(xué)加工過程中會殘留頻段誤差,論文研究了頻段誤差影響,針對基于子口徑斜率掃描檢測技術(shù)實現(xiàn)包含頻段誤差的光學(xué)系統(tǒng)進行檢測的方法進行了模擬仿真。并通過檢測結(jié)果分析了頻段誤差中誤差周期與本檢測方法之間的關(guān)系。4.對檢測中可能引入的主要誤差源進行了分析,并將引入誤差源進行了分類。在仿真中進行合理的誤差注入,研究了各誤差在單獨注入時分別對于波前重構(gòu)結(jié)果所產(chǎn)生的影響;并對產(chǎn)生的影響進行了理論分析。5.在誤差研究基礎(chǔ)上調(diào)整采樣口徑、掃描間距、口徑間距比例等參數(shù),探究采樣中各參數(shù)隨主要誤差范圍變化對于重構(gòu)波面精確度造成影響的作用規(guī)律。本文對于子口徑斜率掃描檢測技術(shù)的研究,從檢測技術(shù)的基礎(chǔ)理論到物理模型構(gòu)建、理論模擬仿真和引入制造誤差、失調(diào)量等各類誤差進行了系統(tǒng)分析與應(yīng)用仿真。為子口徑斜率掃描技術(shù)研究和應(yīng)用奠定了堅實基礎(chǔ),為實現(xiàn)大口徑光學(xué)系統(tǒng)不同姿態(tài)條件下的像質(zhì)評價開拓了新的研究思路。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH74

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本文編號：2727109