论文题目: 三反射镜光学系统的计算机辅助装调技术研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 光学
作者: 杨晓飞
导师: 韩昌元
关键词: 计算机辅助装调技术,离轴三反镜光学系统,阻尼最小二乘法,奇异值分解法,像差逐项优化法,失调,信息矩阵
文献来源: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
发表年度: 2005
论文摘要: 计算机辅助装调技术是随着光学系统发展而发展起来的技术。本文首先介绍了计算机辅助装调技术发展背景,国内外计算机辅助装调技术的发展历史及发展现状。总结了用于计算机辅助装调技术中的光学检测手段以及该技术的优化算法,分析了进行计算机辅助装调技术的重要性和必要性。本文主要是针对三反镜光学系统来进行计算机辅助装调技术的研究。基于线性代替非线性。差商代替微商的思想,对计算机辅助装调技术建立了数学模型。这个模型包含光学系统的特性、光学系统出瞳波面像差以及失调光学系统的失调量这三个方面的内容。数学模型中各个参数的数据获取。确定的光学系统将唯一地确定一个灵敏度矩阵,它反映了补偿器单位位移或者单位转动其对光学系统的像差贡献。建立了Zernike 系数与初级波像差的关系,失调光学系统的出瞳波面处的像差由自准干涉法获得,数据由Zernike 系数表示。完成逆向优化算法的研究。采用阻尼最小二乘法与奇异值分解的方法来求解失调量。阻尼最小二乘法收敛稳定,奇异值分解法对初始条件要求低。这两者结合,可以准确快速地求得失调量。通过对干涉测量数据的误差分析,确定了阻尼因子加入的原因及方法。此算法优于光学设计软件CODEV 中的装调软件包。完成对三种三反镜光学系统的计算机辅助装调计算,创建三种实用的装调工艺方法。一种是灵敏度矩阵条件数法,这种方法降低灵敏度矩阵的维数,降低模方程的求解难度,增加求解的准确性;第二种是像差逐项优化法,这种方法直接对出瞳波面表现出的主导像差进行消除,比较简单易操作;第三种是分组补偿器法,这种方法可以充分利用调整机构进行装调。采用像差逐项优化法,成功地装调了焦距为6m 口径600 mm 的离轴三反镜光学系统。最终,检测波长等于632.8nm 时, 0。视场的RMS 值达到0.094
论文目录:
第一章 绪论
1.1 计算机辅助装调技术的研究背景
1.1.1 光学设计与分析软件的蓬勃发展
1.1.2 光学系统越来越复杂越来越先进
1.1.2.1 折射式光学系统
1.1.2.2 折射-反射式光学系统
1.1.2.3 纯反射式光学系统
1.1.3 光学加工水平与工艺日趋完善
1.2 计算机辅助装调发展历史及现状
1.3 本论文的研究内容
第二章 计算机辅助装调技术基础理论
2.1 用于像质评价的几种常用检测方法
2.2 用于计算机辅助装调的几种优化方法
2.2.1 阻尼最小二乘法
2.2.2 反向优化法
2.2.3 下山单纯形法
2.3 建立计算机辅助装调的数学模型
2.4 小结
第三章 方程Ax+ H = B 中已知量的获取
3.1 H 数据的获取
3.2 B 数据的获取
3.2.1 干涉图处理法
3.2.1.1 Zernike 系数
3.2.1.2 Zernike 多项式的修正
3.2.1.3 波面拟合
3.2.1.4 Gram-schmidt 正交化方法
3.2.1.5 Householder 变换法
3.2.2 Zernike 系数与几何像差的关系
3.3 干涉图处理软件的验证
3.4 小结
第四章 逆向优化算法的研究
4.1 广义逆
4.1.1 广义逆的基本概念及定理
4.1.2 广义逆应用于解方程组
4.2 误差理论
4.2.1 正态分布
4.2.2 随机分布的数学期望与方差
4.2.3 参数估计
4.2.4 Fisher 信息矩阵
4.3 阻尼最小二乘法解方程组
4.3.1 评价函数
4.3.2 奇异值分解求解广义逆方法
4.3.3 奇异值与阻尼因子的关系
4.3.4 可视化程序的编制
4.4 对实际光学系统的装调计算
4.4.1 焦距6 m 的离轴三反镜光学系统的装调计算
4.4.1.1 装调基准
4.4.1.2 失调量的确定
4.4.1.3 自编装调程序与CODE V 光学设计软件比较
4.4.1.4 灵敏度矩阵条件数装调方法
4.4.2 焦距2 m 的离轴三反镜光学系统的装调计算
4.4.2.1 焦距2m 的离轴三反镜光学系统的装调
4.4.2.2 像差逐项优化法装调离轴三反镜光学系统
4.4.3 焦距8.75 m 的离轴三反镜光学系统的装调计算
4.4.3.1 焦距为8.75m 的离轴三反镜光学系统的灵敏度矩阵
4.4.3.2 分组补偿器法装调离轴三反镜光学系统
4.5 小结
第五章 对焦距6m 的离轴三反镜光学系统进行实际装调
5.1 粗装调
5.2 精密装调以及数据处理
5.2.1 像差逐项优化法装调6m 焦距离轴三反镜光学系统
5.2.2 Zemax 软件用于计算机辅助装调
5.3 影响装调结果的因素分析
5.3.1 气流的影响
5.4 小结
第六章 总结
6.1 本论文主要完成的工作
6.2 本论文主要创新点
6.3 工作展望
参考文献
作者简历
在攻读博士期间发表的论文
致谢
博士学位论文原创性声明
发布时间: 2006-03-14
参考文献
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