光學(xué)非球面多方法組合測(cè)量技術(shù)研究.pdf

1、慣性約束聚變、深空觀測(cè)探索、對(duì)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(cè)量準(zhǔn)確性也決定了項(xiàng)目的成敗。盡管面形測(cè)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(cè)量結(jié)果不足以說(shuō)明問(wèn)題。采用多種方法對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行互檢驗(yàn)證，并針對(duì)被測(cè)對(duì)象的特點(diǎn)實(shí)施測(cè)量方法間的優(yōu)勢(shì)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(duì)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(guò)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(cè)，研究了面形的匹配分析與量化評(píng)價(jià)方法，以提高測(cè)量結(jié)果的可信度。
　　論文研究?jī)?nèi)容主要包括4個(gè)方面：
　　1．背面透過(guò)補(bǔ)償檢驗(yàn)的光學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。根據(jù)被測(cè)面形背面透過(guò)成像特點(diǎn)，設(shè)計(jì)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(duì)補(bǔ)償器的面形和中心厚度等參數(shù)進(jìn)行了檢測(cè)，通過(guò)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(duì)誤差因素進(jìn)行了全面分析，估計(jì)了設(shè)備測(cè)量精度以及材料誤差對(duì)測(cè)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(cè)量裝置的改進(jìn)與裝調(diào)測(cè)量。根據(jù)測(cè)量原理和裝調(diào)方法對(duì)可變補(bǔ)償拼接測(cè)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(jì)獨(dú)立對(duì)應(yīng)的調(diào)整裝置。設(shè)計(jì)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(shì)明顯。補(bǔ)充設(shè)計(jì)完善了可變補(bǔ)償裝置轉(zhuǎn)臺(tái)、被測(cè)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(jì)與分析。設(shè)計(jì)了大口徑非球面補(bǔ)償器對(duì)凸非球面鏡進(jìn)行正面補(bǔ)償檢驗(yàn)，其自身參數(shù)通過(guò) 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(cè)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(duì)像差的不利影響，并對(duì)測(cè)量誤差進(jìn)行了分析。
　　4．多方法互檢和量化評(píng)價(jià)方法研究。采用MATLAB優(yōu)化工具箱實(shí)現(xiàn)多種方法測(cè)量面形的空間旋轉(zhuǎn)、平移和比例縮放7自