基于CGH的非球面混合补偿检测及离轴光学系统装调的关键技术研究

发布时间：2017-09-11 23:23

  本文关键词：基于CGH的非球面混合补偿检测及离轴光学系统装调的关键技术研究

  更多相关文章： 大口径光学系统 非球面 光学检测 计算全息图 混合补偿检测 复杂光路对准 光学系统装调

【摘要】：随着空间技术发展,空间相机对地遥感观测要求分辨率越来越高,视场角越来越大,光学系统的口径越来越大,相应的对非球面的应用需求也不断提高,所需非球面元件口径也越来越大。传统两镜反射望远光学系统视场过小,逐渐无法满足空间相机视场角需求,三反射镜消像散(three-mirror anastigmat,TMA)形式的光学系统可解决了两镜反射望远光学系统视场过小的缺点,并实现平像场和高成像质量,其中离轴TMA(简称离轴三反)还具有中频调制传递函数(MTF)高、结构紧凑和杂光特性好等优势,在空间相机中应用越来越广泛。然而非球面口径增大,离轴三反系统的广泛使用,在使系统成像效果更卓越的同时,也给光学制造过程带来了新的困难,其中包括大口径非球面高精度检测和离轴三反光学系统装调。`本文针对大口径非球面高精度检测和离轴三反光学系统装调难题,研究了使用计算全息图(Computer-generated hologram,CGH)与其他光学元件(或检测方法)混合补偿检测非球面的方法和基于CGH的离轴光学系统装调技术,结合实验室工程型号项目,主要开展了以下工作:1.提出了CGH与辅助球面混合补偿检测方法,构建了基于CGH辅助区域的对准方案,可解决大口径离轴非球面和中等口径凸非球面的零位补偿检测难题,理论分析检测精度优于1/100λRMS。用该方法检测了某120mm直径的凸非球面,在1/50λRMS面形误差情况下与子孔径拼接检测结果一致。并利用该方法检测了某332mm×144mm的长条形离轴凸椭球面。并以此检测原理为基础,提出了CGH与系统主镜混合补偿检测系统次镜的检测方法。2.提出了基于CGH的子孔径拼接检测方法,可检测偏离量较大不能直接子孔径拼接检测的凸非球面,可与上述CGH与辅助球面混合补偿检测方法相互校验,提高检测可靠性。构建了基于CGH辅助区域的对准方案,可实现基于子孔径拼接仪的自动拼接检测。利用该方法同样检测某332mm×144mm的长条形离轴凸椭球面,同CGH与辅助球面混合补偿检测结果一致。3.对离轴三反光学系统装调进行了分析,分别提出针对Cook型离轴三反系统和Rug型离轴三反系统的CGH辅助装调方法:在CGH的指导下完成系统主镜与三镜(或主镜与次镜)的相对位置调整,再调整次镜(或三镜)完成光学系统装调。理论分析表明,该方法在调整次镜(或三镜)时仅需要选择某个视场进行装调,便可确保全视场均获得良好像质,且该装调解即为光学系统的设计解。使用该CGH辅助装调方法只需调整次镜(或三镜),且无需在迭代过程中反复测量多个视场的波象差,因此装调效率大大提高。使用该方法对某离轴三反光学系统进行了装调,实验结果表明该方法可在获得全视场衍射受限良好像质的同时大幅度提高装调效率。工程实践表明,充分利用CGH设计的灵活性,将CGH与其他光学元件或检测方法混合,不仅能完成大口径非球面的高精度零位补偿检测,还可实现离轴三反光学系统的高精度高效率装调,在光学系统的制造过程中具有良好的应用前景。
【关键词】：大口径光学系统 非球面 光学检测 计算全息图 混合补偿检测 复杂光路对准 光学系统装调
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V445.8
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 引言11-12
• 1.2 非球面检测技术12-17
• 1.2.1 坐标测量方法12
• 1.2.2 光学测量方法12-16
• 1.2.3 大口径非球面检测16-17
• 1.3 光学系统装调概述17-21
• 1.3.1 同轴系统装调18
• 1.3.2 计算机辅助装调18-21
• 1.4 论文主要研究内容21-22
• 1.5 课题研究的目的和意义22-23
• 第2章 CGH理论基础23-54
• 2.1 概述23
• 2.2 传统的光学全息图23-27
• 2.2.1 波前记录23-25
• 2.2.2 波前重建25-26
• 2.2.3 全息术与非球面检测26-27
• 2.3 计算全息图及其在光学检测中的应用27-42
• 2.3.1 CGH设计与制造概述28-33
• 2.3.2 CGH的数学模型分析33-36
• 2.3.3 CGH在光学检测中的应用36-42
• 2.4 用于光学检测的CGH设计方法42-53
• 2.4.1 设计参数优化42-44
• 2.4.2 辅助功能区域设计44-45
• 2.4.3 考虑检测投影畸变的设计方法45-53
• 2.5 小结53-54
• 第3章 CGH与辅助元件混合补偿检测非球面方法54-86
• 3.1 概述54
• 3.2 CGH与辅助球面混合补偿检测理论基础54-59
• 3.3 CGH与辅助球面混合补偿检测凸非球面方案59-63
• 3.3.1 检测方案59-60
• 3.3.2 对准方案60-62
• 3.3.3 球面误差去除及畸变校正62-63
• 3.4 CGH与球面混合补偿检测实验63-76
• 3.4.1 某同轴凸双曲面检测实验63-69
• 3.4.2 某离轴凸椭球面检测实验69-76
• 3.5 误差分析76-80
• 3.5.1 CGH误差76-77
• 3.5.2 球面面形误差77-78
• 3.5.3 球面曲率半径误差78
• 3.5.4 调整误差78-79
• 3.5.5 其他误差因素79
• 3.5.6 误差合成79-80
• 3.6 CGH与系统主镜混合补偿检测次镜方法80-85
• 3.6.1 检测理论及方案80-82
• 3.6.2 检测对准方案82-83
• 3.6.3 设计结果示例83-85
• 3.7 小结85-86
• 第4章 基于CGH的子孔径拼接检测方法86-100
• 4.1 概述86
• 4.2 子孔径拼接检测理论86-90
• 4.2.1 子孔径拼接零位补偿检测球面理论86-89
• 4.2.2 子孔径拼接非零位检测非球面理论89-90
• 4.3 基于CGH的子孔径拼接检测方法90-92
• 4.3.1 检测原理90-91
• 4.3.2 对准方案91-92
• 4.4 基于CGH的子孔径拼接检测实验92-97
• 4.5 误差分析及自检验实验97-99
• 4.6 小结99-100
• 第5章 基于CGH的离轴三反光学系统装调技术100-122
• 5.1 概述100
• 5.2 离轴三反光学系统装调分析100-107
• 5.3 基于CGH的COOK型离轴三反系统共基准装调方法107-114
• 5.3.1 装调方案107-110
• 5.3.2 装调实验110-114
• 5.4 基于CGH的RUG型离轴三反光学系统装调方法114-120
• 5.4.1 装调方案114-117
• 5.4.2 对准方案117-120
• 5.5 小结120-122
• 第6章 结论与展望122-124
• 6.1 结论122
• 6.2 展望122-124
• 参考文献124-134
• 在学期间学术成果情况134-135
• 指导教师及作者简介135-136
• 致谢13

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;光学系统、成像与分析[J];中国光学与应用光学文摘;2002年04期

2 ;光学系统测试与设备[J];中国光学与应用光学文摘;2003年05期

3 萧泽新;眼底电视光学系统的设计[J];光学技术;2005年02期

4 黄元申,倪争技;同心三反射镜光学系统研究[J];光学仪器;2005年02期

5 赵承良;陆璇辉;;高阶贝塞尔-高斯光束通过一阶失调光学系统的传输[J];激光与红外;2006年01期

6 ;光学测试 光学系统测试与设备[J];中国光学与应用光学文摘;2006年01期

7 ;光学测试 光学系统测试与设备[J];中国光学与应用光学文摘;2006年03期

8 ;光学测试 光学系统测试与设备[J];中国光学与应用光学文摘;2006年04期

9 沃新能;《光学系统的研究与检验》[J];光学学报;1982年06期

10 陶凤翔;随机最优化法与光学系统自动设计[J];物理;1982年04期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 魏君成;王成;张童;;空间高级光学系统环境试验概述[A];第十一届全国光学测试学术讨论会论文（摘要集）[C];2006年

2 陈晓丽;杨秉新;;实现甚高分辨率空间遥感器的可展开光学系统[A];中国空间科学学会空间探测专业委员会第十七次学术会议论文集[C];2004年

3 向阳;白闻喜;姜会林;胡家升;;目视硬性内窥镜光学系统初始结构设计[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

4 吴亦农;黄志光;冯旗;;空间低温光学系统研究进展[A];2007年全国第十六届十三省（市）光学学术会议论文集[C];2007年

5 李剑白;李小芸;齐豪;陈常彦;;光学系统成像质量评价基本指标体系及其选用[A];第十三届全国光学测试学术讨论会论文（摘要集）[C];2010年

6 付跃刚;王春艳;王志坚;;稳像光学系统稳像精度测试原理方案探讨[A];第九届全国光学测试学术讨论会论文（摘要集）[C];2001年

7 唐敏学;沈为民;;激光全息技术校正口径500mm光学系统的光学误差[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

8 范清春;刘海波;宿德志;谭吉春;;光学系统无热设计及在星敏感器中的应用[A];2009年先进光学技术及其应用研讨会论文集（上册）[C];2009年

9 叶露;沈湘衡;;多谱段、多光轴精密仪器光学系统光轴平行性的检测方法[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

10 周文超;彭勇;徐宏来;;大口径光学系统综合像差外场检测的方法[A];高精度几何量光电测量与校准技术研讨会论文集[C];2008年

中国重要报纸全文数据库 前4条

1 ;联想 引入光学系统差异化[N];中国计算机报;2004年

2 刘春林;联想以品质注解品牌内涵[N];中国企业报;2004年

3 邢广;10G以太网的物理接口选择[N];网络世界;2000年

4 董;“大眼睛”3650扫描仪[N];中国电脑教育报;2000年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 米凤文;衍/折红外混和光学系统及其测试技术研究[D];浙江大学;2001年

2 杨晓飞;三反射镜光学系统的计算机辅助装调技术研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2005年

3 吴泉英;稀疏孔径光学系统成像研究[D];苏州大学;2006年

4 常虹;透射式红外系统热光学稳定性关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

5 龙波;轻小型折反式光学系统结构特性研究[D];中国科学院研究生院（光电技术研究所）;2013年

6 李娜娜;重叠型复眼光学系统的研究[D];长春理工大学;2010年

7 任百川;偏轴光学系统矢量像差理论研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2012年

8 周昊;高变焦比中波红外连续变焦光学系统研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2014年

9 吴从均;星间激光通信终端及其实验室检测平台光学系统研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2014年

10 刘智颖;子孔径拼接光学系统的研究[D];长春理工大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 齐宪林;基于热—结构耦合的光学系统尺寸稳定性分析[D];西安电子科技大学;2009年

2 沈泽轶;组合孔径光学系统的装调和检测[D];长春理工大学;2010年

3 邵登云;基于热—结构耦合的光学系统热影响分析[D];西安电子科技大学;2010年

4 张续严;空间目标探测双通道光学系统研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

5 宋文超;振动失调光学系统的四元数计算方法与仿真[D];西安电子科技大学;2007年

6 许尧;几种特殊光学系统的设计及其有限元分析[D];北京理工大学;2015年

7 于芳苏;长波红外光学系统无热化检测仪的光学系统设计[D];哈尔滨工业大学;2008年

8 张森;基于互相关原理光学系统透过率测试的研究[D];长春理工大学;2004年

9 冷家开;长焦距高分辨率折衍射混合光学系统的研究[D];长春理工大学;2008年

10 闫阿奇;航天器用大视场低畸变光学系统的研究[D];中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）;2008年

，

本文编号：833701