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一种双焦点离轴反射光谱仪光学系统的研制

一种双焦点离轴反射光谱仪光学系统的研制

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作者：李昭阳合肥工业大学

学位级别：硕士

离轴三反系统是最为常用的反射光学系统之一,具有视场大,像质好的特点。完善成像的离轴三反系统的设计装调工作已经较为成熟,国内外已经展开了长期研究,取得了大量的研究成果。然而有一些出于特殊使用目的的离轴三反系统,其并非成完善像... 详细信息

离轴三反系统是最为常用的反射光学系统之一,具有视场大,像质好的特点。完善成像的离轴三反系统的设计装调工作已经较为成熟,国内外已经展开了长期研究,取得了大量的研究成果。然而有一些出于特殊使用目的的离轴三反系统,其并非成完善像,最终成像结果残留有较大波前差,这给系统的装调检测带来困难。为此,本文以一种双焦点离轴反射光谱仪用光学系统的设计、加工、装调为研究内容,设计了一种非完善成像离轴三反系统的补偿装调方式。本文研究的一种双焦点离轴反射光谱仪用光学系统为离轴三反系统,主镜为凹双曲面,次镜为球面,三镜为凹扁球面。其配合后置光学系统使用,设计波前残留RMS（root mean square）为0.903λ（λ=0.6328μm）。其残留波前较大,不易确定失调量来源,给直接装调检测带来了困难。本文首先论述了系统设计及公差分析过程,并依据三反系统的光学结构,结合高斯光学及像差理论,推导出了系统检测所采用的补偿系统光学结构,并对该结构进行公差分析。结果表明该补偿系统可用于系统的装调。其次对镜片的加工检测过程以及最终检测结果进行说明,非球面镜采用补偿检测的方式,根据该检测方式设计了检测所需的补偿系统,并对设计结果进行了公差及鬼像分析,最终检测结果三片镜片的面形精度RMS分别为0.012λ、0.01λ、0.012λ。接着论述了整个离轴三反系统的机械结构,将系统机械结构和检测完成的光学部件进行装配,并对装配好的光学结构进行复测,保证其均处于给定的公差范围之内,对设计出的补偿系统进行定心装配,保证其补偿效果。最终,利用该补偿系统成功的实现了系统的装调,在装调过程中采用干涉仪进行装调检验,以波前差及Zernike多项式的数据指导装调过程。最终装调结果:波前RMS为0.13647λ,PV为0.89459λ（λ=0.6328μm）。

关键词：光学设计离轴三反系统像差补偿系统非球面补偿检测自准直干涉测量高斯光学

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一种大视场离轴反射式光学系统的调试方法

一种大视场离轴反射式光学系统的调试方法

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作者：封志伟合肥工业大学

学位级别：硕士

离轴反射式系统虽然消除了中心遮拦,增大了视场,但是系统的装调难度较高,其装调精度是影响其光学系统最终像质的关键因素。本文以某离轴反射式光学系统的装调为研究内容,首先阐述了光学系统灵敏度矩阵数学模型,该模型能够将光学系统特... 详细信息

离轴反射式系统虽然消除了中心遮拦,增大了视场,但是系统的装调难度较高,其装调精度是影响其光学系统最终像质的关键因素。本文以某离轴反射式光学系统的装调为研究内容,首先阐述了光学系统灵敏度矩阵数学模型,该模型能够将光学系统特性、光学系统出瞳波面像差及光学系统失调量相结合,反映元件的偏心失调量或倾斜失调量对光学系统像差的影响。本文所研究光学系统由离轴三反射式光学结构和后端校正镜组组成,其中离轴三反射式光学结构中主镜为双曲面,三镜为扁球面。镜面面形精度会对系统像质产生巨大影响。本文论述了二次曲面反射镜的加工工艺及检测方法,结合实际情况采用补偿检验法检验主镜、三镜面形。通过像差理论设计补偿器和补偿光路,并对补偿器的鬼像和公差进行分析,确定了补偿器及工程应用的可能。最终检测主镜面形精度RMS为0.0199λ（λ=632.8nm）、三镜面形精度RMS为0.0198λ（λ=632.8nm）。使用Zemax的Inverse Sensitivity对光学系统的进行公差分析,以MTF为参考得到各元件公差对光学系统像质影响的灵敏度,合理分配光学系统的公差并通过Zemax软件模拟系统元件失调量对系统像质的影响,指导光学系统的装调。根据分配公差结果使用精密检测仪器严格控制结构尺寸并安装调整工装,对校正镜组使用定心仪定心装调,逐步减少光学系统自由度。实际装调时采用自准直检测方法,以次镜为基准,主镜、三镜的位姿作为调整量。装调后系统中心视场RMS能够达到0.0357λ（λ=632.8nm）,75 lp/mm时MTF=0.605,右侧中间视场与左侧边缘视场系统RMS分别为0.0558λ、0.0653λ,对应75 lp/mm时的MTF分别为0.574、0.0570,贴近衍射极限。

关键词：离轴三反系统光学装调灵敏度矩阵非球面补偿检测自准直干涉测量

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