4-9  大口径平行光管光学设计和容差分析

彭  勇  胡晓阳  张  卫  王  鹏  刘盛龄  易亨瑜

大口径平行光管是光学系统检验的关键装置。大口径平行光管光学系统采用球面共轴系统结构，主镜为f 1 500球面反射镜，次镜为无光焦度校正板组件，通过优化设计这种系统能够较好地消除系统像差。在设计视场内平行光管系统对532，6328，1319 nm三个波长的波像差均小于l/40(l=0.632 8 mm)，不同视场对应的Strehl-ratio分别为0.999 3，0.996 3和0.984 6。如图1所示。

图 1  532，632.8，1 319 nm波长对应的波像差

　　光学容差分析主要研究了光学元件加工公差、装配公差以及环境因素对光学系统最终指标的影响，目的是为了解决光学系统质量与加工和装配工艺之间的矛盾，使理论设计成为实际产品。依据容差分析的结果提出了光学元件加工要求、系统装配技术要求（包括支撑、调节机构等）和对使用环境的要求，同时根据这些要求和目前技术能力判断光学系统设计方案是否可行。在容差分析的指导下，适当地调整光学结构或设计参数，降低了技术风险和成本。

光学元件加工误差包括面形误差N和DN，半径偏差DR，元件厚度偏差Dd，偏心差d，中心偏差Dq_xy；系统装配误差包括偏心误差d，间距误差Dd，这些偏差将影响光学系统的高斯光学特性和成像质量。大口径平行光管设计综合指标为l/5（p-V），系统对高斯光学特性的要求较宽，因此在分析容差时主要考虑偏差对系统成像质量的影响。对大口径平行光管的容差分析结果表明，主反射镜的面形误差是影响平行光管系统波像差的最主要因素，在主反射镜的面形误差DN=0.2条件下，大口径平行光管系统波像差优于l/5的概率为97.7%。