光學(xué)非球面多方法組合測量技術(shù)研究.pdf

1、慣性約束聚變、深空觀測探索、對地高分觀察等大型光學(xué)項(xiàng)目的迫切需求和快速發(fā)展促進(jìn)了大口徑復(fù)雜光學(xué)非球面鏡的廣泛應(yīng)用，面形誤差作為決定光學(xué)成像質(zhì)量的關(guān)鍵因素，其測量準(zhǔn)確性也決定了項(xiàng)目的成敗。盡管面形測量方法逐漸發(fā)展豐富并各具特色，但每種方法仍有局限，單一方法的測量結(jié)果不足以說明問題。采用多種方法對測量結(jié)果進(jìn)行互檢驗(yàn)證，并針對被測對象的特點(diǎn)實(shí)施測量方法間的優(yōu)勢互補(bǔ)，是一種可行的思路。本文以大口徑高次凸非球面為研究對象，采用適用性較廣的全口徑正

2、面補(bǔ)償檢驗(yàn)，背面透過補(bǔ)償檢驗(yàn)和子孔徑拼接等方法實(shí)現(xiàn)面形的多方法檢測，研究了面形的匹配分析與量化評價方法，以提高測量結(jié)果的可信度。
　　論文研究內(nèi)容主要包括4個方面：
　　1．背面透過補(bǔ)償檢驗(yàn)的光學(xué)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。根據(jù)被測面形背面透過成像特點(diǎn)，設(shè)計單塊補(bǔ)償透鏡實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)，首先分析確定了補(bǔ)償器的加工公差，然后利用干涉儀、球徑儀等設(shè)備對補(bǔ)償器的面形和中心厚度等參數(shù)進(jìn)行了檢測，通過基于短相干原理的間隙儀控制裝調(diào)距離實(shí)現(xiàn)了光路的精細(xì)裝調(diào)；最

3、后對誤差因素進(jìn)行了全面分析，估計了設(shè)備測量精度以及材料誤差對測量結(jié)果的影響，并利用Zernike多項(xiàng)式擬合方法分離了面形制造偏差的影響。
　　2．可變補(bǔ)償拼接測量裝置的改進(jìn)與裝調(diào)測量。根據(jù)測量原理和裝調(diào)方法對可變補(bǔ)償拼接測量系統(tǒng)的裝調(diào)自由度進(jìn)行需求分解，為各自由度設(shè)計獨(dú)立對應(yīng)的調(diào)整裝置。設(shè)計三環(huán)調(diào)整裝置，實(shí)現(xiàn)可變補(bǔ)償CGH相位板的四維調(diào)整，光軸方向緊湊、通光孔徑大等優(yōu)勢明顯。補(bǔ)充設(shè)計完善了可變補(bǔ)償裝置轉(zhuǎn)臺、被測鏡的裝調(diào)自由度，裝調(diào)

4、效果和效率得到了檢驗(yàn)。
　　3．正面補(bǔ)償檢驗(yàn)的設(shè)計與分析。設(shè)計了大口徑非球面補(bǔ)償器對凸非球面鏡進(jìn)行正面補(bǔ)償檢驗(yàn)，其自身參數(shù)通過 Offner補(bǔ)償器校驗(yàn)，該方法適用于不透光材料的凸非球面反射鏡。在補(bǔ)償檢測和校驗(yàn)光路中非球面補(bǔ)償器具有同光路特性，避免了大口徑光學(xué)材料的均勻性對像差的不利影響，并對測量誤差進(jìn)行了分析。
　　4．多方法互檢和量化評價方法研究。采用MATLAB優(yōu)化工具箱實(shí)現(xiàn)多種方法測量面形的空間旋轉(zhuǎn)、平移和比例縮放7自