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一种离轴三反系统的光机集成分析

作　者: 赵瑞萍
导　师: 熊望娥
学　校: 中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）
专　业: 光学工程
关键词: 光机集成分析离轴三反射镜光学系统有限元法 Zernike多项式
分类号: TH74
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着光学系统的复杂化和多样化，光机设计面临着空前的挑战。对于精密光学仪器以及各类空间光学仪器，结构设计不仅要能实现光学设计的要求，而且要有足够的机械强度，同时重量要轻。设计结果能否满足符合要求是设计师们所关心的问题，由此，光机集成分析应运而生。集成分析是将不同学科领域的设计问题通过各种设计软件的支撑和辅助，综合分析整个系统，得到系统的综合性能指标，并根据分析结果体现出的系统性能提出对初始设计的修改。随着计算机软硬技术的飞速发展，集成分析已经成为复杂系统研制的必要的环节。本文首先介绍了光机集成分析的研究背景，并结合某离轴三反射镜光学系统进行光机集成分析。针对该离轴三反系统，进行了光机结构设计。由于该系统中主镜和三镜均为非对称的二次曲面，其装夹方式与常规的旋转球面镜不同，并且主镜和三镜的装调结构要实现六个自由度的调整，文章对设计过程中需要注意的问题进行了探讨。在该光机系统精确CAD模型的基础上，对系统模型进行了简化处理。应用有限元方法对简化后的主镜组件和三镜组件进行了静力学分析，对其在重力作用下垂直放置时进行了分析计算，得出相应的变形和应力值。建立了光机数据转换接口。对变形的主镜和三镜进行Zernike多项式拟合，通过计算变形镜面的PV值和RMS值来评价主镜和三镜是否超差及固定反射镜的结构是否合理。并通过数据处理，分解出在所设计的装调结构中自重引起的像差成分，并相应地提出了提高像质的措施。文章对加工好的主镜和三镜进行了测试，通过Zygo干涉仪采集了两反射镜在装配前和装配后的干涉条纹，并进行了比较。同时，测试结果也验证了文章理论分析的正确性。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-7
第一章绪论  7-13
  1.1 光机集成分析的研究背景  7-10
    1.1.1 光学系统复杂化与多样化  7-9
    1.1.2 光机结构设计面临着巨大的挑战  9-10
  1.2 光机集成分析的必要性  10-11
  1.3 本论文的研究内容  11-13
第二章离轴三反光机系统设计  13-23
  2.1 三反射镜光学系统  13-17
  2.2 本文所讨论的离轴三反系统  17-18
  2.3 光机结构设计  18-23
    2.3.1 光机结构设计方法  18-19
    2.3.2 光机结构设计特点  19-20
    2.3.3 光机结构设计结果  20-23
第三章光机集成分析方法  23-29
  3.1 有限元法  23-26
    3.1.1 有限元法的基本思想  24
    3.1.2 有限元法的分析原理及过程  24-25
    3.1.3 结构分析平台  25-26
  3.2 光机集成分析中的数据转换接口  26-29
第四章主镜及三镜组件静力学分析  29-41
  4.1 主镜组件静力学分析  29-36
    4.1.1 主镜光机结构有限元模型的建立  29-34
    4.1.2 施加载荷  34
    4.1.3 分析-查看结果  34-36
  4.2 三镜组件静力学分析  36-41
第五章变形结果分析  41-53
  5.1 变形面的Zernike多项式拟合  41-48
    5.1.1 Zernike多项式  41-44
    5.1.2 变形面拟合的数学模型  44-45
    5.1.3 Householder变换法求解方程  45-48
  5.2 变形结果分析  48-53
    5.2.1 面形与像差  48-52
    5.2.2 面形分析  52-53
第六章镜组测试结果分析  53-59
  6.1 离轴双曲面镜组件  53-55
  6.2 离轴扁椭球面镜组件  55-57
  6.3 小结  57-59
第七章总结  59-61
  7.1 结论  59-60
  7.2 不足之处  60-61
参考文献  61-65
发表论文目录  65-67
致谢  67

一种离轴三反系统的光机集成分析

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