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一种低温真空离轴反射式准直仪的研究

作　者: 陈悦
导　师: 陈磊
学　校: 南京理工大学
专　业: 光学工程
关键词: 离轴反射式准直仪温度补偿低温热变形 Offner补偿法自准直法装调
分类号: TH74
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

空间远程探测技术的不断发展与进步,对空间光学系统提出越来越高的要求,具有大口径、高像质等特点的离轴反射式准直仪已成为研究的重点之一。本文对一种低温真空离轴反射式准直仪的光学设计、低温环境下的温度补偿方法、系统低温热变形、非球面镜面的加工检测技术、系统的装调工艺以及降温条件下的成像质量展开了研究。根据口径380mm、焦距6m、工作波长λ为0.55-15μm准直仪系统的设计指标,提出采用离轴R-C结构,计算其初始结构,运用Zemax软件优化出设计结果,该系统轴上点波像差RMS值优于0.02λ、轴外点波像差优于0.25λ。该仪器在100K-330K的低温真空环境下工作,提出了采用殷钢加不锈钢反向温度补偿的方式,分析降温193℃时主次镜位置对像质的影响。运用Patran软件分析降温4天后,系统、主镜和折转反射镜的温度分布和热变形情况,得出150K低温条件下温度分布均匀、镜面面形变化小于λ,保证系统的像质稳定。根据口径390mm、离轴量380mm的主镜的面形要求,采用刀口阴影法和Offner补偿法进行加工检测,实现主镜面形RMS值优于V30。采用动态干涉仪及自准直法,完成系统常温常压下的安装调试,系统出射波面畸变优于λ/10；分析装调过程中主次镜位置对系统像质的影响。实时监测20℃～-110-℃降温过程,得系统出射波面畸变均优于0.25λ,达到设计要求。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
图表目录  8-11
1 绪论  11-26
  1.1 课题来源及意义  11-12
    1.1.1 课题来源  11
    1.1.2 课题研究的背景及意义  11-12
  1.2 反射式准直仪系统  12-17
    1.2.1 反射式准直仪的光学结构  12-14
    1.2.2 国内外反射式准直仪的研究现状  14-17
  1.3 光学非球面检测技术  17-25
    1.3.1 非球面检测的主要方法  17-21
    1.3.2 大口径反射式非球面检测的典型实例  21-25
  1.4 本论文的研究内容  25-26
2 离轴反射式准直仪系统设计  26-37
  2.1 准直仪系统的光学设计指标  26-27
  2.2 离轴反射式准直仪的光学设计  27-33
    2.2.1 R-C系统的设计原理  27-29
    2.2.2 离轴反射式准直仪的光学结构  29-32
    2.2.3 离轴反射式准直仪的像质评价  32-33
  2.3 离轴反射式准直仪的结构设计  33-36
    2.3.1 主镜室结构  34-35
    2.3.2 次镜室结构  35
    2.3.3 折转反射镜结构  35-36
  2.4 本章小结  36-37
3 准直仪系统的低温热分析  37-48
  3.1 低温条件下系统的温度补偿分析  37-42
    3.1.1 系统的温度补偿结构设计  37-38
    3.1.2 主次镜轴向间距对像质的影响  38-40
    3.1.3 主次镜径向间距对像质的影响  40-42
  3.2 系统的冷却方案  42-43
  3.3 系统的低温热仿真分析  43-46
    3.3.1 系统的温度分布  44-45
    3.3.2 结构件的低温热仿真  45-46
  3.4 光学元件低温热变形分析  46-47
    3.4.1 主镜的热变形分析  46-47
    3.4.2 折转反射镜的热变形分析  47
  3.5 本章小结  47-48
4 准直仪中离轴双曲面镜的检测  48-59
  4.1 离轴双曲面的的无像差点检测  48-51
    4.1.1 离轴凹双曲面的无像差点检测  49
    4.1.2 离轴凸双曲面的无像差点检测  49-50
    4.1.3 主次镜的无像差点检测  50-51
  4.2 离轴凹双曲面的的补偿法检测  51-53
    4.2.1 补偿器的选择  51-52
    4.2.2 主镜的折射式Offner补偿器  52-53
  4.3 离轴凹双曲面主镜的加工检测  53-56
    4.3.1 刀口阴影法  53-54
    4.3.2 主镜最接近抛物面的刀口检验  54-55
    4.3.3 离轴凹双曲面主镜的补偿检测  55-56
  4.4 离轴凹双曲面主镜的测量结果和误差分析  56-58
    4.4.1 离轴凹双曲面主镜的测量结果  56
    4.4.2 误差分析  56-58
  4.5 本章小结  58-59
5 离轴反射式准直仪的安装调试  59-73
  5.1 自准直法  59-60
  5.2 离轴反射式准直仪光路的搭建  60-62
    5.2.1 经纬仪法标定机械轴  60-61
    5.2.2 自准直法标定光轴  61-62
  5.3 离轴反射式准直仪的调校  62-67
    5.3.1 主镜的安装调试  62-63
    5.3.2 次镜的安装调试  63-64
    5.3.3 组合装调  64-66
    5.3.4 重复性及稳定性测量  66-67
  5.4 安装调试中的误差分析  67-70
    5.4.1 主镜位置对像质的影响  67-68
    5.4.2 次镜位置对成像质量的影响  68-70
  5.5 降温条件下系统的成像质量  70-72
  5.6 本章小结  72-73
6 总结与展望  73-75
  6.1 总结  73-74
  6.2 展望后续工作  74-75
致谢  75-76
参考文献  76-79
附录  79

一种低温真空离轴反射式准直仪的研究

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