大口径光学系统的设计与公差分析

论文摘要

随着科学技术的发展,人们对光学系统成像质量的要求越来越严格,对高分辨率的光学成像系统的需求也更加迫切。随着高分辨率的光学系统的出现,光学系统的口径也回随之增大,大口径光学系统将是遥感技术的发展趋势。中科院长春光机所在2018年研究设计出了口径D=4.03m的碳化硅（SiC）单体非球面反射镜,处于世界领先水平,要用该反射镜做遥感卫星成像的话,由于体积、重量和成本的限制,就目前的科技水平来说很难实现。所以如果要进一步增大光学系统的口径,就需要采用主镜拼接的形式。目前主镜拼接比较典型的遥感光学系统有:以詹姆斯·韦伯为代表的6.5m JWST（James Webb Space Telescope）主镜反射望远镜和以MOIRE（Membrane Optical Imager Real-time Exploitation）为代表的20m薄膜衍射主镜望远镜。本文研究的目的设计4m、6.5m、9m口径的三反射式光学系统和薄膜衍射光学系统（单层、双层和三层）,并对反射式主镜和薄膜衍射主镜使用Zemax软件进行拼接,最后分析了大口径光学主镜（包括整体口径反射镜、整体口径薄膜透镜、拼接镜面反射镜、拼接镜面薄膜透镜）的公差,进而分析大口径光学系统的公差,研究结果可为大口径光学系统的工程化研究提供参考。首先,简单地分析了一下采用同轴三反射式光学系统相比于同轴两反射式和同轴四反射式的优势以及使用薄膜衍射透镜比传统折射透镜所存在的优点,并分析了同轴三反射式光学系统的成像原理以及单层、双层和三层薄膜主镜光学系统的成像原理。然后在序列模式下根据同轴三反射式光学系统的成像原理,分别设计了4m、6.5m和9m的整体口径和拼接整体口径三反射式光学系统;根据薄膜主镜光学系统的成像原理设计了整体口径和拼接整体口径的单层、双层、三层薄膜主镜光学系统,并在非序列模式下,使用小的子镜对同轴三反射式光学系统和薄膜衍射成像系统的主镜进行拼接。最后,分析了同轴三反射式光学系统的主镜和光学系统的公差;分析了薄膜衍射主镜的单层、双层膜和三层薄膜主镜光学系统的主镜和光学系统的公差,并在非序列模式下对拼接成的反射式主镜和薄膜衍射主镜的子镜进行公差分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及研究的目的和意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 国内外典型光系统现状
•     1.2.2 国内外大口径光学系统主镜公差分析现状
•     1.2.3 国内外研究现状分析
•   1.3 主要研究内容
• 第2章 大口径光学成像系统的原理
•   2.1 同轴三反射光学系统的成像原理
•   2.2 薄膜衍射光学系统的成像原理
•   2.3 本章小结
• 第3章 大口径光学成像系统的设计
•   3.1 同轴三反射式光学系统的设计
•     3.1.1 整体口径主镜三反射式光学系统的设计
•     3.1.2 拼接整体口径三反射式光学系统的设计
•   3.2 薄膜衍射光学系统的设计
•     3.2.1 整体口径主镜薄膜衍射光学系统设计
•     3.2.2 拼接整体口径薄膜衍射光学系统设计
•   3.3 非序列模式下大口镜光学系统的设计
•     3.3.1 拼接口径三反射式光学系统的设计
•     3.3.2 拼接口径薄膜衍射光学系统的设计
•   3.4 本章小结
• 第4章 大口径光学系统的公差分析
•   4.1 整体口径光学系统的公差
•     4.1.1 整体口径反射镜的公差分析
•     4.1.2 整体口径薄膜透镜的公差分析
•     4.1.3 整体口径反射系统的公差分析
•     4.1.4 整体口径薄膜衍射光学系统的公差分析
•   4.2 拼接整体口径光学系统的公差
•     4.2.1 拼接整体口径反射镜的公差分析
•     4.2.2 拼接整体口径薄膜透镜的公差分析
•     4.2.3 拼接整体口径反射系统的公差分析
•     4.2.4 拼接整体口径薄膜系统的公差分析
•   4.3 非序列模式下大口镜光学系统的公差分析
•     4.3.1 拼接口径三反射式光学系统的公差分析
•     4.3.2 拼接口径薄膜衍射光学系统的公差分析
•   4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张凯朋

导师: 任智斌

关键词: 大口径,同轴三反,拼接口径,多层薄膜,公差分析

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 物理学,工业通用技术及设备,自动化技术

单位: 哈尔滨工业大学

分类号: O439;TP751

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.004204

总页数: 96

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