全铝全自由曲面离轴两反望远镜的设计与制造

1.3 装配

大视场全铝全自由曲面离轴两反望远镜的光机模型和样机实物分别如图7(a)和7(b)所示。由于自由曲面不具备回转对称性，导致全自由曲面离轴光学系统的装调自由度增多，装调困难。为了有效降解装调自由度，避免复杂的装调过程，我们提出光机一体化加工策略：首先完成自由曲面镜片的加工和结构框的CNC一体成型，然后采用单点金刚石车床对自由曲面镜片和结构框的配合面进行超精密加工，保证镜片和结构框直接配合就可以满足装调公差要求，从而实现免装调的目的。对直接装配好的系统中心视场的波像差进行了测量，如图7(c)所示，系统波像差达到RMS 0.08λ@632.8nm，接近衍射极限1/15λ。此外，还对距离1km的外景进行了拍摄，获得了优异的图像质量，如图7(d)所示。

图7.大视场全铝全自由曲面离轴两反望远镜装配

实测相机的中心视场光学传函在78 lp/mm处为0.4，在39lp/mm处为0.7。 

   

图8.相机的实测光学传函

2.结论

文章系统阐述了一种新型大视场全铝全自由曲面离轴两反可见光望远镜的设计、加工、检测和装调过程与方法。采用多参数联合优化法对该望远镜进行了优化设计，采用两片自由曲面反射镜实现了20°×15°的超大矩形视场，且全视场内的成像质量接近衍射极限。两片自由曲面反射镜的面型用XY多项式进行表征，采用基于反馈补偿策略的超精密单点金刚石快刀伺服车削加工工艺进行加工，并利用基于CGH的零位补偿干涉检测方法对自由曲面进行检测，检测结果表明自由曲面反射镜的面型加工精度达到RMS 0.032λ@632.8nm。采用光机一体化加工策略，对自由曲面反射镜和结构框的配合面进行了超精密单点金刚石车削加工，保证了光机直接装配即可满足装调公差要求。研制了样机，并对样机的波像差进行了测量，达到RMS 0.08λ@632.8nm，接近衍射极限。通过外场拍摄，也证实了相机具有优异的成像质量。该技术未来将在空间光学领域取得颠覆性应用。