全铝全自由曲面离轴两反望远镜的设计与制造
阐述了一种新型全铝全自由曲面离轴两反可见光望远镜的设计、加工、检测与装调过程，可以为全自由曲面反射式成像光学系统的研制提供依据。
 其中，z是曲面矢高，c是基面顶点曲率，k是基面圆锥常数，Ci是各子项xmyn (m ≥ 0, n ≥ 0, and 1≤ m + n≤ 7)的权重系数。由于系统关于y-z平面对称，式(1)中x奇次项的权重系数都设置为0。经过多参数联合优化，最终得到的自由曲面望远镜如图2(a)所示。两个镜面之间的距离为186mm。全视场RMS点斑直径小于3μm，远小于像元尺寸6.4μm，如图2(b)所示。全视场MTF大于0.7@78 lp/mm，接近衍射极限，如图2(c)所示。为保证最终装配完成的望远镜的MTF大于0.6@ 78lp/mm，在Zemax软件中对两片反射镜的装调公差进行了分析。其中，绕x轴和y轴旋转的公差为±0.017°，绕z轴旋转的公差为±0.05°，沿x轴和y轴偏心的公差为±50μm，顶点距离公差为±200μm，装调公差比较宽松。  图2.自由曲面望远镜的优化设计结果 M1和M2的直径分别为56 mm和60 mm，减去最佳拟合球面之后的面型分别如图3(a)-3(d)所示。其中，M1有明显的慧差分量，而M2则有明显的像散分量。  图3.M1和M2的表面矢高和轮廓分布 1.2 加工与检测 利用图4(b)所示的迭代反馈补偿加工策略，采用超精密单点金刚石快刀伺服车削加工工艺，对两片自由曲面反射镜进行了加工，如图4(a)所示。反射镜的基底材料为AL6061，表面镀厚度μm量级的无电解镍，以获得更好的表面粗糙度。最终加工完成的自由曲面反射镜如图4(c)所示。  图4.自由曲面反射镜的超精密单点金刚石车削加工 |
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