1.3 裝配

大視場(chǎng)全鋁全自由曲面離軸兩反望遠(yuǎn)鏡的光機(jī)模型和樣機(jī)實(shí)物分別如圖7(a)和7(b)所示。由于自由曲面不具備回轉(zhuǎn)對(duì)稱性，導(dǎo)致全自由曲面離軸光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)自由度增多，裝調(diào)困難。為了有效降解裝調(diào)自由度，避免復(fù)雜的裝調(diào)過程，我們提出光機(jī)一體化加工策略：首先完成自由曲面鏡片的加工和結(jié)構(gòu)框的CNC一體成型，然后采用單點(diǎn)金剛石車床對(duì)自由曲面鏡片和結(jié)構(gòu)框的配合面進(jìn)行超精密加工，保證鏡片和結(jié)構(gòu)框直接配合就可以滿足裝調(diào)公差要求，從而實(shí)現(xiàn)免裝調(diào)的目的。對(duì)直接裝配好的系統(tǒng)中心視場(chǎng)的波像差進(jìn)行了測(cè)量，如圖7(c)所示，系統(tǒng)波像差達(dá)到RMS 0.08λ@632.8nm，接近衍射極限1/15λ。此外，還對(duì)距離1km的外景進(jìn)行了拍攝，獲得了優(yōu)異的圖像質(zhì)量，如圖7(d)所示。

圖7.大視場(chǎng)全鋁全自由曲面離軸兩反望遠(yuǎn)鏡裝配

實(shí)測(cè)相機(jī)的中心視場(chǎng)光學(xué)傳函在78 lp/mm處為0.4，在39lp/mm處為0.7。 

   

圖8.相機(jī)的實(shí)測(cè)光學(xué)傳函

2.結(jié)論

文章系統(tǒng)闡述了一種新型大視場(chǎng)全鋁全自由曲面離軸兩反可見光望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)、加工、檢測(cè)和裝調(diào)過程與方法。采用多參數(shù)聯(lián)合優(yōu)化法對(duì)該望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用兩片自由曲面反射鏡實(shí)現(xiàn)了20°×15°的超大矩形視場(chǎng)，且全視場(chǎng)內(nèi)的成像質(zhì)量接近衍射極限。兩片自由曲面反射鏡的面型用XY多項(xiàng)式進(jìn)行表征，采用基于反饋補(bǔ)償策略的超精密單點(diǎn)金剛石快刀伺服車削加工工藝進(jìn)行加工，并利用基于CGH的零位補(bǔ)償干涉檢測(cè)方法對(duì)自由曲面進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明自由曲面反射鏡的面型加工精度達(dá)到RMS 0.032λ@632.8nm。采用光機(jī)一體化加工策略，對(duì)自由曲面反射鏡和結(jié)構(gòu)框的配合面進(jìn)行了超精密單點(diǎn)金剛石車削加工，保證了光機(jī)直接裝配即可滿足裝調(diào)公差要求。研制了樣機(jī)，并對(duì)樣機(jī)的波像差進(jìn)行了測(cè)量，達(dá)到RMS 0.08λ@632.8nm，接近衍射極限。通過外場(chǎng)拍攝，也證實(shí)了相機(jī)具有優(yōu)異的成像質(zhì)量。該技術(shù)未來將在空間光學(xué)領(lǐng)域取得顛覆性應(yīng)用。