大口径、长焦距平行光管装调技术研究

　　0　引　言

　　平行光管是一种射出平行光束,用以模拟无穷远目标的光学镜管,本文研究的Ф750mm平行光管(简称)的原理图如图1所示。

　　作为光学系统成像质量评价中的基准光束,平行光管自身的光学质量将直接影响像质评价的精度与准确性。本次装调的Ф750mm平行光管是某空间光学成像系统进行光学成像质量评价和各光学子系统空间几何关系标定的基准光学设备。根据被测光学系统成像质量要求,及几何标定的精度,该平行光管的主要参数应满足波相差均方根值(RMS)优于1/35波长(轴上),出射光束平行性优于2″,出射光束水平性优于30″。另外,对于成像质量的稳定性,出射平行光束的口径对称性等指标也提出了定性的要求。因此对Ф750mm平行光管的整体装调方案也应兼顾以上各项技术指标要求。

　　1　Ф750mm平行光管基本组成原理

　　Ф750mm平行光管由直径750mm的抛物面主镜,折转光路的马蹄形转像镜,焦面微调机构等组件组成。其中非球面主镜为同轴抛物面,采用微晶材料加工,吊带式结构安装于主镜室内的机械微调支撑机构中,可进行平移、升降、俯仰等6维自由度调整。马蹄式折转镜下安装面与机械镜筒连接,可进行2维调整。焦面调整机构可实现焦面连接组件沿光轴方向平移,以及绕光轴旋转。同时焦面连接组件可连接多种分划板、自准直高斯目镜、CCD摄像镜头、非相干光源等光学测试组件。

　　分划目标位于抛物面主镜的顶点处,即主镜抛物函数曲线的焦点位置,经抛物面主镜后为平行光束。如为理想情况,该出射光束子午与弧失方向各子孔径内的光束应绝对平行,各子孔径间也应绝对平行。出射平面波的波相差即为抛物面主镜的加工精度所决定,其中马蹄形折转镜只起转向作用,而不改变像质和孔径角。本文的研究目标是在保证光管成像质量是各种像差达到或接近加工精度的同时,保证焦面的准确性,并调整出射光束的绝对水平性。降低环境因素对像质稳定性的影响。

　　2　Ф750mm平行光管装调原理

　　2.1　成像质量的主要影响因素分析

　　根据Ф750mm平行光管在某光学系统检测过程中的使用要求和全系统标定方案中对基准光束出射方向的需求。要求出射光束的光轴与空间中一特定旋转轴正交,同时保证像面的对称性与完整性。因此,在像面位置与出射光光轴(可抽像为空间直线)空间位置确定的条件下,光管的像差主要来自主镜6个自由度与理想位置的偏差;以及马蹄形转像镜与主镜间的失调。而考虑高级像差主要是由光学加工带来的高频误差,无法单纯依靠调整去除。反射式系统无色差。所以,由失调引起的像差主要为5种初级像差。而场曲、畸变对被测系统的检测,标定精度的影响可以忽略,因此只对球差、慧差、像散三种主要初级像差的产生原因进行分析,归纳于表1中。