天文望远镜主镜顶点曲率半径与二次常数测量技术研究

发布时间：2017-07-30 02:21

  本文关键词：天文望远镜主镜顶点曲率半径与二次常数测量技术研究

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【摘要】：天文望远镜主镜在制造的过程中由两个重要参数完全决定镜面形状,顶点曲率半径和二次常数,顶点曲率半径的测量误差影响主镜焦点的位置,二次常数的测量误差影响主镜成像时的球差。随着现代光学技术的发展,对镜面成像质量的要求越来越高,因此主镜的顶点曲率半径和二次常数的准确测量对镜面的成像质量有着重大意义。本文分别从阴影环带半径计算和干涉法提取零相位点两种方法来计算主镜的顶点曲率半径和二次常数,主要包含以下几个方面的研究内容:1、介绍了细丝阴影法测量的基本原理,对求解天文望远镜主镜参数的公式进行了详细的推导,提出用奇异值分解方法求解望远镜主镜的参数,克服由于方程微小误差引起的求解病态性,并通过对实验室1.8米口径的天文望远镜主镜的算法精度仿真实验,验证算法的正确性。接着在对测量阴影环带半径时提出用阴影环带内外环半径的平均值作为该阴影环带的半径,通过仿真说明这种方法的正确性,并解释了这种方法造成误差的原因。2、通过建立zemax与matlab之间的数据通信,提取阴影环带的像素半径仿真求解天文望远镜的顶点曲率半径和二次常数,从仿真结果上分析了求解误差的来源。提出通过提高像素分辨率来提高计算的准确性,并仿真验证了这一点。提出测量非球面镜顶点曲率半径的新方法,从原理和测量方法说明这种方法的可行性,并对口径为140mm,顶点曲率半径为573.788mm的抛物面镜进行了实验,分析了误差,说明这种方法的正确性。3、根据像素求解阴影环带半径的缺点,提出通过干涉法提取干涉环带的零相位点,由零相位点的像素半径计算对应镜面的实际半径,从而求出天文望远镜的顶点曲率半径和二次常数。接着对这种方法进行了仿真,从仿真结果上看,这种方法比阴影环带提取内外环像素半径的平均值法更为精确。
【关键词】：非球面 顶点曲率半径 二次常数 阴影法 干涉法
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(光电技术研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH751
【目录】：

• 致谢4-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 第一章 绪论10-28
• 1.1 引言10-13
• 1.2 国内外研究现状13-25
• 1.2.1 无像差点法13-15
• 1.2.2 细丝检测法15-17
• 1.2.3 五棱镜扫描测试法17-19
• 1.2.4 坐标测量法19-21
• 1.2.5 激光跟踪仪法21-22
• 1.2.6 补偿器检测法22-25
• 1.3 天文望远镜参数测量方法总结及选题依据25-26
• 1.4 论文主要研究内容26-28
• 第二章 细丝阴影测量28-40
• 2.1 细丝阴影测量法简介28
• 2.2 细丝阴影测量法原理28-31
• 2.3 二次常数拟合求解方法31-34
• 2.3.1 奇异值求解算法31-32
• 2.3.2 算法精度仿真实验32-34
• 2.4 阴影环带半径位置的确定34-37
• 2.5 测量方案设计37-38
• 2.6 本章小结38-40
• 第三章 细丝阴影计算仿真和实验40-57
• 3.1 仿真模型概述40-41
• 3.2 仿真求解模型建立41-43
• 3.2.1 建立zemax仿真模型41-42
• 3.2.2 建立zemax与matlab之间的数据通信42-43
• 3.3 zemax仿真与matlab实现通信求解43-44
• 3.4 误差分析44-49
• 3.4.1 实验实际操作难点说明44-45
• 3.4.2 离轴误差分析45-46
• 3.4.3 顶点曲率半径和二次常数误差公式推导46-49
• 3.5 顶点曲率半径测量实验49-55
• 3.5.1 测量原理49-50
• 3.5.2 测量方式50-52
• 3.5.3 实验及误差分析52-55
• 3.6 本章小结55-57
• 第四章 干涉法测量57-71
• 4.1 干涉法测量原理57-65
• 4.1.1 激光干涉扫描得到匹配环带57-59
• 4.1.2 Zernike拟合曲面59-61
• 4.1.3 零相位点提取61-64
• 4.1.4 坐标值计算64-65
• 4.2 matlab实验仿真65-67
• 4.3 实验及误差分析67-70
• 4.4 本章小结70-71
• 第五章 全文总结及展望71-74
• 5.1 论文取得的主要成果71-72
• 5.2 论文创新点72-73
• 5.3 研究展望73-74
• 参考文献74-77
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果77

【参考文献】

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本文编号：592136