凸非球面, 尤其是离轴凸非球面的光学检验一直是非球面加工中的难点。针对离轴凸非球面光学元件加工检验困难的问题, 研究了一种改进的Hindle方法, 解决了经典的透射式Hindle方法需要大口径辅助弯月透镜等不足。针对大口径离轴凸非球面的检测, 设计了一个特殊结构的补偿器组, 并对补偿器的加工和装调进行分析、仿真和优化, 对整个补偿检测系统进行公差分析, 并给出了相应的结果, 同时也可以把此设计推广到更大口径的离轴凸非球面镜的面形检测中去。

在光场相机的各种应用中,光场的解码和重构都是必不可少的环节。光场相机的结构参数和装配误差的标定对于光场的解码和重构精度至关重要。鉴于此,提出基于光学检测原理的光场相机标定方法,标定过程分为有主镜标定和无主镜标定两部分。结构参数的标定是在有主镜情形下完成的,利用微透镜对主镜出瞳成像的关系构建结构参数标定模型,标定过程中采用均匀光照明主镜光瞳来获得标定图像。装配误差的标定是在无主镜情形下完成的,利用微透镜对无穷远物点的成像特性构建装配误差标定模型,标定过程中采用准直光直接照射微透镜阵列来获得标定图像。采用所提方法对自装配的光场相机进行标定实验,实验结果验证标定模型的正确性和标定方法的可行性。

为了在地面制造环境下实现大口径空间非球面反射镜的零重力面形加工, 建立了基于重力卸载的高精度旋转检测工艺方法。首先对N次等间隔旋转法的基本原理进行了介绍, 并结合一块Ф1 290 mm ULE材料的非球面反射镜加工实例, 分别给出了旋转法实施环节中的旋转角度和偏心误差控制方法, 实际角度误差和偏心误差分别优于0.1°和0.1 mm。然后, 在低精度阶段采用了3次旋转法对检测结果进行处理, 主镜面形精度快速收敛至0.029λ-RMS; 同时由于应用旋转法而导致镜面上的对称性误差累积放大, 进行了针对性去除, 面形精度进一步收敛至0.023λ-RMS。最后, 采用了6次旋转法对检测结果进行处理并指导光学加工, 反射镜6个方向下的实测面形精度为0.012λ-RMS, 去除重力变形误差后面形精度达到了0.010λ-RMS, 该面形可以认为是卫星入轨后零重力空间环境下的反射镜面形。文中所述加工工艺方法不仅适用于米级口径, 还适用于更大口径空间非球面反射镜零重力面形的高精度加工。

对基于三坐标测量机的大口径红外透镜曲率半径检测方法进行了研究。首先简要阐述了三坐标测量机测量透镜曲率半径的原理，然后根据此原理应用误差理论推导出该方法测量透镜曲率半径时的标准差估计公式，并进行了相关验证实验。实验结果证明该测量标准差估计公式正确，并据此对三坐标测量机测量曲率半径的测量范围以及测量精度进行分析。研究结果表明：由于测量精度随着球冠包角θ值的增大而迅速减小，使得该方法较适用于测量球冠包角θ值较大的大口径透镜。

为了探测高精度的远场光斑质心，本文提出了一种多光斑质心探测方法。该方法利用二维正交的衍射光栅，将远场单光斑扩展为多光斑阵列，通过增加探测光斑的输入信息量，提高质心探测精度。实验结果表明，远场多光斑质心探测精度比单光斑质心探测精度提高了近4倍，单个光斑质心探测误差均方根(RMS)为0.0385 pixels，16个多光斑阵列平均质心探测误差RMS为0.0099 pixels。相对于传统的质心探测方法，本文所采用的远场多光斑质心探测方法更为简便。