Zemax软件在离轴三反射镜系统计算机辅助装调中的应用

利用Zemax光学设计软件与自编计算机辅助装调软件,实现了对大口径、长焦距、无中心遮拦离轴三反射镜光学系统的装调.通过Zemax软件模拟光学系统的失调模式,得到整个光学系统的波前像差,把波前像差代入到自编的复杂光学系统计算机辅助装调软件中,计算出光学系统的失调量,与引入的失调量对比,证明了其正确性.在实际的装调过程中,用小型球面干涉仪分别收集3个视场的干涉图,得到失调光学系统的失调量,用Zemax软件验证失调量数据的正确性,从而指导装调.按此方法,在波长λ=632.8nm时,得到离轴三反射镜光学系统的全视场波像差RMS值为0.108λ.该方法也可以运用到其他光学系统中.     

离轴三反系统的无应力装调

为了解决离轴三反光学系统装调过程中由于连接、紧固、温度变化等产生的应力导致反射镜面形和系统像质恶化的问题,提出了无应力结构设计和装调方法。采用内外框结合的方法设计反射镜组件,同时设置柔性变形环节,增加应力源与镜面间传递距离来削弱应力对反射镜面形的影响。系统框架采用非固定的定位方式,使用3个高精度钢球和相应的锥形孔、V型槽和平面底座约束框架的六自由度,通过两个基准立方镜和莱卡经纬仪监视框架的微位移,数显千分表监视反射镜六维调整架的移动和复位。经初装调和计算机辅助精装调后,系统全视场平均波像差均方根(RMS)值达到0.068λ;修垫、连接后为0.070λ,在奈奎斯特频率处的全视场平均调制传递函数(MTF)为0.720,均满足设计指标,得到的结果证明了装调方法的可行性。     

可调焦离轴三反光学系统的装调

针对离轴反射光学系统的精密装调问题,提出了一种高精度空间交互测量以及基准传递系统,可实现调焦角度与系统光轴的高精度角度定位。该系统口径为450mm,可实现0.5km至无穷远的调焦,调焦角度精确定位后,只需调整无穷远处离轴三反光学系统的波像差满足要求,即可保证系统各个调焦位置处的波像差均满足设计要求,大大提高了装调效率。装调实验结果表明,无穷远处系统的波像差结果为0.09λ,1.5km处系统的波像差为0.1λ,2.5km处系统的波像差为0.11λ,0.5km处系统的波像差为0.2λ,均优于设计要求。     

利用Zernike系数对离轴三反射系统进行计算机辅助装调

针对离轴三反光学系统检测和装调的复杂性,提出了一套结合了干涉测量技术的计算机辅助装调方法。采用多视场ZYGO干涉仪自准干涉检验各种失调量产生的残余像差,得到表征系统失调量引起残余像差的一系列Zernike系数,利用Zernike系数与Seidel像差系数之间的相关性将之转化为几何像差作为校正对象。由光学设计软件求得与系统失调量相关的灵敏度矩阵,并确定对残余像差影响最敏感的失调量。当失调量被确定后,将调整后的结果再次代入光学设计软件进行验证。多次迭代后,得到系统的RMS值0.04λ的良好结果,证明了这种指导装调的方法是行之有效的。     

改进的离轴三反光学系统的设计

基于离轴三反光学系统(TMA)的一般设计方法,总结了设计要点.以两个基于三反光学系统的设计为实例,阐述了通过合理地安排光学结构、将次镜设计为球面反射镜、主镜和三镜在球面基础上改变高次非球面系数等,可使离轴三反光学系统的设计结果接近衍射极限,传递函数在50 lp/mm时都接近0.6,Strehl率由通常的0.91提高到0...     

大口径反射光学系统装调装置设计研究

提出了一种应用于大口径、长焦距反射光学系统的光学件装调装置的设计方案,并进行了研制和应用.该设计方案采用具6自由度的装调装置.通过对该装置的精度、稳定性、灵敏度的测试和实验应用,能够满足光学系统装调的需要,可以看出该装置是该光学系统装调不可缺少的设备,结果表明对光学系统的像质影响很小.因此,通过精密的调整机构来完成6个自由度调整显得尤为重要.本文从满足装调精度要求的角度出发,对该装置的组成、工作原理、系统布置进行详细介绍.     

基于光学自由曲面的离轴三反光学系统

为了研制长焦距大视场离轴三反空间光学系统,描述了自由曲面光学数理模型,设计了基于自由曲面的离轴三反光学系统.针对焦距为4500 mm,成像视场角为11°,系统总长与焦距的比值为1/3的光学系统,对比分析了传统离轴三反光学系统和次镜为自由曲面的离轴三反光学系统的关键性能.在提出的光学系统中次镜采用自由曲面设计,提升了光学...     

大口径长焦距平行光管系统及其装校

研讨了一个用于评价红外焦平面热成象系统的大口径、长焦距离轴式平行光管及其装调及光校等问题,介绍了一些可用于调校各种类似光学系统的调校方法。     

离轴照明Schwarzschild投影物镜的计算机辅助装调方法

介绍计算机辅助装调方法在离轴照明EUVL光学系统中的应用,阐述了一种基于奇异值分解(SVD)的牛顿迭代法来求解失调量。利用该方法对敏感矩阵进行分解,从中分析得到影响不同像差的结构参数的敏感性,并筛选出补偿器,求出相应失调量的大小。在此基础上进行多次模拟装调,证明各种情况都是收敛的,可以实现精密装调的目的。     

主次镜系统的计算机辅助装调

为了实现大口径望远镜系统的装调,提高其光学成像质量,研究了望远镜装调像差和计算机辅助装调技术。首先针对RC式望远镜系统,分析了装调过程中由于次镜偏心和倾斜导致系统模型产生的扰动误差。针对实际调整过程中选择零彗差点和曲率中心作为旋转中心进行调整的特点,分析了这两个旋转点的选择对系统像差和指向精度的影响。然后结合计算机辅助装调原理,研究了关于恒定彗差、线性像散与模型相关的灵敏度矩阵的特殊形式,结合波像差理论与光学软件Code V模型仿真来实现装调技术。最后,针对1 m级望远镜系统进行了安装调整。实验结果表明:装调后系统的RMS达到了0.144 5λ,大大优于装调前的1.214λ,证实了该方法具有较好的精度、抗干扰能力和实际应用价值。     

长焦距空间三反光学系统的设计

长焦距、小体积是空间光学系统设计研究的热点.本文在三镜反射光学系统的几何光学理论基础上,尝试性进行了小尺寸、大视场、长焦距全反射系统的设计.本文所研究的光学系统三个反射面都是二次曲面,并给出了视场可达到3°,焦距为10m的两种设计结果,最后对两种设计结果进行了比较,得出了相应的结论.对实现长焦距、小体积的可行性进行了初步的探讨.     

离轴多反射镜系统支撑结构的设计与装调

针对离轴多反射式空间相机设计了一种胶接桁架支撑结构。采用T700碳纤维复合材料制造桁架杆,钛合金材料制造杆接头,J133环氧树脂胶作为黏合剂,桁架杆两端的钛合金接头作为相机各组件的接口。给出了装调和胶接的辅助设备及相应的方法和步骤:即利用工装进行预装调,确定杆接头位置;然后通过抹胶完成正式装调,利用定位销钉实现杆接头复位;最后在室温下固化5~7天,拆除工装和销钉后桁架装调完毕。有限元分析和力学振动试验表明,固化完成的桁架一阶谐振频率优于90Hz,所支撑镜头的一阶谐振频率优于70Hz。对力学试验前后桁架的各反射镜接口平面度进行了测量,结果显示其最大相对偏差为5.3%,平面度均优于0.15mm。得到的结果表明该桁架的刚度及尺寸稳定性均满足设计要求。     

空间激光主动探测离轴三反系统的猫眼效应

采用光线追迹法,分析了空间环境下离轴三反结构系统的猫眼效应。给出了离轴三反系统的像面倾斜、视场和离焦对猫眼回波效率和发散角的影响,证明了离轴三反系统像面倾斜量是决定能否发生猫眼效应的主要因素。提出利用阈值法实现激光主动探测猫眼信号的基本原理,并结合高阶余弦漫反射模型,分析了目标漫反射信号对猫眼信号检测的影响。估算了20km到120km探测距离下,理论上所需不同光束质量激光的最小脉冲能量。仿真表明,当发射光束的全角发散角为0.3mrad时,50km和120km探测距离下所需的最小激光脉冲能量分别为0.7mJ和3.1mJ。最后,通过原理实验,验证了空间激光主动探测法探测目标"猫眼"效应的可行性。     

投影光刻离轴照明用衍射光学元件设计

离轴照明（OAI：Off-axis Illumination）作为一种重要的分辨率增强技术（RET：Resolution Enhancement Technology）被广泛的应用于投影光刻系统。使用衍射光学元件（DOE：Diffractive Optical Element）作为光刻照明系统的光束整形器件,能够在保持较高照明效率的基础上精确控制离轴照明光束的形状及光强分布。本文利用基于傅立叶变换的分步迭代方法进行了该类DOE的优化设计。DOE采用了多台阶位相结构,设计所得8台阶DOE设计结果分别实现了偶极、四极、环形及Bulls-Eye等照明方式,其照明效率都达到了80%以上,与目标光强分布的均方根偏差均小于7％。     

长焦距离轴三反光学系统杂散光的抑制

对有中间像的长焦距离轴三反系统的杂散光特性进行了模拟分析,并提出了相应的杂散光抑制方法.通过正追和倒追的分析方式,确定系统杂散光的主要来源,找到系统的重要面;根据分析结果,提出了杂散光抑制措施,用系统重要面的变化定性评价杂散光的抑制效果.分析结果表明,采用抑制措施后很好地抑制了系统的一次散射杂散光.用点源透过率(PST...     

光学系统计算机辅助装调中的一种优化算法

如何快速、准确、稳定地确定失调量是光学系统计算机辅助装调技术的一个关键部分.本文首先进行数学建模,建立了失调量与引入像差的关系式,然后提出了求解失调量的伪逆及奇异值巩固逆算法,以解决直接按最小二乘法方程组求解所带来的数值不稳定性及解的不精确性问题.最后,利用本文所建立的数值分析模型,进行了模拟计算,计算结果表明,本文的计算方法是合理可行、有效的.