我国空间光学领域又获新进展"光学瞄准镜"成功为"神舟二号"无人飞船传回飞行图像

2001年1月10日,我国成功发射的"神舟二号"无人飞船利用安装的由中科院长春光机所研制成功的"光学瞄准镜"和"光学瞄准镜摄像机",首次传回了飞行图像.在该飞船历时近7天的太空飞行期间,该所的"光学瞄准镜"课题组的科技人员应邀到北京航天城飞船监控大厅,亲自观看了飞船实时传下来的图像,并解答了在场有关方面专家、学者提出的有关问题.     

利用斜方棱镜实现平行光管校准

平行光管是光学实验及计量检测的重要设备.平行光管处于离焦状态将给检测结果带来诸多不良影响.文章提出斜方棱镜校准法,利用斜方棱镜的光轴平移作用,将平行光管的两束边缘光分别入射到同一个CCD中,分划板成像在不同位置则说明分划板偏离物镜后焦面,根据成像位置调整分划板位置,实现平行光管的校准.对可能产生的误差进行了分析,得出在增加8倍望远镜的情况下精度可以达到2”以内,并通过实验验证了该方法的可行性和准确性.     

分划板失调对猫眼光学系统反射特性的影响

为了研究猫眼光学系统中分划板失调对入射光束的反射特性影响,考虑光学元件的等效光阑作用,将失调光阑孔径函数展开为有限项复高斯函数之和,利用失调光学系统的广义衍射公式,推导出入射光束经含分划板失调猫眼光学系统的反射光束场分布的近似解析式,得到反射光束场分布与入射光束光学参量、分划板孔径尺寸和分划板失调量之间的关系,对特定猫眼光学系统定量分析了分划板失调对反射光束场分布的影响。结果表明,分划板失调对反射光束场分布产生影响,特别是对远场光场分布影响显著。     

基于光电位置传感器的发射轨道空间几何坐标一致性校正系统设计

在现代发射轨道空间弹丸飞行姿态研究中,通过轨道上的多组阴影相机基站瞬态捕捉弹丸姿态图像数据,对图像数据进行处理计算可以获得弹丸的飞行轨迹数据。因此,阴影相机的空间坐标校正对飞行姿态数据的获取以及测量精度有着重要的影响。针对传统悬线型基准系统校正误差大以及因每组相机间独立校正而导致的空间几何坐标校正一致性低的问题,基于光电位置传感器和光学杠杆原理,设计了新型阴影相机空间几何坐标校正系统。阐述了该系统的理论背景、组成以及调校方法,并对该系统进行了实验分析。实验结果表明,采用该系统校正阴影相机俯仰角精度优于10″,单组相机校正实验测量结果误差不超过0.06mm,多组相机校正一致性误差不超过0.1mm。     

微光瞄准镜的分划精度

常见微光瞄准镜的分划机构形式有3种,即置于光阴极面上的暗分划机构,置于屏面上的暗分划机构以及亮分划投影机构。本文通过理论分析,给出了3种分划机构分划精度绝对误差和相对误差的应用公式,并对提高分划精度的途径进行了探讨,着重介绍了消除亮分划投影机构分划误差的方法。     

变化姿态角下相位差变化率无源定位方法研究

无源定位技术有着广阔的应用前景,本文在现有单站无源定位方法的基础上,介绍了相位差变化率定位法.该方法利用观测平台上两个相互正交的相位干涉仪接收目标辐射电磁波的相位差及对应的变化率信息实现对目标的实时高精度定位.在空中观测平台的飞行姿态发生变化的情况下,可以通过姿态变化条件下的测量数据确定出目标在姿态变化后所对应的新载机坐标系中的位置,利用该坐标系与原平飞姿态下的参考载机坐标系之间的旋转矩阵即可得出目标在原平飞姿态下的参考载机坐标系中的位置,从而可得出目标在指定地面固定坐标系中的位置.文中给出了观测平台飞行姿态角变化情况下的定位表达式.仿真结果表明,该方法是一种发展前途较好的单站无源定位方法.     

用于空间—地面和空间站中的光学镀层稳定性的研究

1.前言空间光学组件中,尤其是空间光学仪器外表面镀膜的光学元件,它们必须在苛刻的条件下使用:例如加热载,受到光子,电子和质子的辐照,在低轨飞行时还要处于原子氧环境中。此外还受到来自飞船的其它交叉污染。因此,用于空间器件的光学镀层的实用性能中,能抗受这些影响的稳定性是个关键因素。飞行系统和仪表舱的稳定性及安全性主要决定了空间飞行的成败。为此,我们研制了表面分析系统,它们建立了空间     

正入射反射式太赫兹光谱测量的不确定度分析

太赫兹时域光谱技术能够快速、宽频带测量物质在太赫兹频段的光学或介电常数, 是物质识别的重要技术.光学常数的测量准确度完全受到复杂的测量过程和数据处理所影响.针对正入射反射式THz光谱测量, 分析了在测量材料介电特性过程中的误差来源, 它们包括太赫兹幅值误差、位置误差以及样品倾斜误差.建立了单独表征每个误差来源对于光学常数影响的不确定度分量的公式.利用MATLAB仿真了每个误差来源对于光学参数不确定度的影响.     

地基光学望远镜对目标飞行器成像的仿真与验证

以目标飞行器地基光学观测与姿态监测需求为背景，研究了地基光学望远镜成像仿真模型与方法，通过目标建模、轨道确定和光学成像建模，结合目标表面材质光散射特性和望远镜成像性能，基于OpenGL（Open Graphics Library）仿真生成目标飞行器在轨飞行光学图像序列。根据理论分析比对、第三方仿真软件STK（Satellite Tool Kit）比对、实测光学图像序列比对多种途径，验证了仿真方法和结果的正确性。可为目标飞行器观测任务制定与在轨姿态监控、空间目标姿态判别和目标识别提供参考和依据。     

迎接图像信息社会的来临

一、图像仪器 有些光电企业在过去制造的产品基本上是望远镜、瞄准镜、炮队镜、潜望镜、测距机、夜视仪、激光测距仪、照相机等。这些产品大都是望远系统,是视觉的延伸。除夜视仪、激光测距仪、热成像仪等外,都是经典的光学成像技术,是利用透镜、棱镜、反射镜、分划板等组成的目视成像系统。这些已经标准化,只要应用就是了。     

红外搜索跟踪系统中调制盘对光学系统的像质要求及其安装公差的研究

从对红外搜索跟踪系统中所用的圆柱形扫描的调制盘在光学系统中的作用着手,分析了调制盘对光学系统的像质要求,计算了不同脉冲数相应的视场弥散圆直径,结合点扩展函数分析计算了盲区范围和各个视场中集中84%辐射能弥散圆的直径。从而预示出调制盘透光辐条和目标像弥散圆的匹配情况。最后提出确定调制盘安装在光学系统最佳红外像面的偏心误差的原理和具体数值。     

脉冲激光测距机靶标调向光轴平行性检测方法研究

提出一种基于靶标调向装置的脉冲激光测距机光轴平行性检测方法。靶标十字分划中心分别与脉冲激光测距机白光瞄准光轴十字分划中心和激光发射光轴光斑中心对准,通过读取码盘数据计算光轴平行性误差。该方法操作简单,能够实时定量地检测光轴平行性误差,有效地提升了检测精度,实现了光轴平行性检测的数字化、自动化。     

单驱动变曲率单晶硅反射镜的研究

为了解决高能激光器输出光束的光束质量随时间蜕变的问题,提出了一种主动光学元件的结构,只使用一个驱动器使反射镜的曲率产生可控制的改变,用以补偿高能激光器中增益介质或光学元件因热效应而产生的球差。通过理论模拟计算和实验研究对比验证,这种结构能够使单晶硅基底的反射镜产生微小变形,通过精确控制驱动器,可以使反射镜产生所需要的曲率变化。结果表明,这种主动光学元件可以用于谐振腔内补偿高能激光器中热效应产生的球差项的影响。     

Design and control of a piezoelectric driven reticle assist device for prevention of reticle slip in lithography systems

This paper presents a device for managing the inertial loads on photoreticles of lithography scanners. At high scan accelerations, the reticle inertial load can approach the clamp force limit. As a result, nanometer-level presliding slip can occur. Reticle slip is one limitation on increasing the throughput of the lithography scanners. In this paper, we present a reticle assist device which can eliminate reticle slip by compensating better than 95% of the inertial loads when tested in a bench-top tester. The reticle assist device consists of a coarse approach mechanism, for accommodating reticle load/unload, and a piezoelectric stack for fine actuation. The device utilizes a sensorless control system design. The control system uses a self-sensing contact detection method, which is inspired by self-sensing scanning probe microscopy, to find the reticle edge. It also uses a charge amplifier with a novel hybrid hysteresis compensation technique to linearly control the piezoelectric actuator extension, without the need for closed-loop position control. When tested with a replicated force profile with 60 N peak force and 6400 N/s force rate, the assist device compensated better than 95% of the inertial load.     

版库装置应用软件的设计与开发

版库装置是一些半导体设备的必要组件,版库装置的主要功能是:对放置于版库上的版盒进行检测,识别版盒中掩模版的存贮状况;锁定或解锁版盒;将指定版槽定位到版交接位置,从而对指定版槽进行放掩模版或取掩模版操作等。版库软件设计开发的目的就是为了实现上述功能。对版库软件的设计开发过程应用软件工程的方法。     

Magnetic disturbance compensation for a reticle stage in a lithographic tool

The wafer stage and reticle stage in a lithographic tool, used to manufacture integrated circuits, operate at nanometer accuracy during a scanning motion. Magnetic interaction with the environment causes disturbance forces that result in a 5 nm moving-average filtered scanning error of the reticle stage.Stage motor magnet interaction with ferromagnetic material in the vicinity causes a position-dependent disturbance force, and eddy currents in electrically conductive metals cause a position-dependent damping force which is proportional with velocity.The total disturbance force can be estimated from control-loop signals, and by moving the stage in both directions both disturbance types can be distinguished from each other and recorded in compensation tables. Applying these tables as a feedforward reduces the scanning position error from 5 nm to 1.8 nm in a production reticle stage system.     

用于智能显示的相位型计算全息图的设计

介绍了一种基于相息图原理的用于智能显示的纯相位型计算全息图的设计方法,并在此基础上,以雪花图形和分划板图形为例,完成了全息元件实验样件的制作及全息再现实验,这种实时再现的图像可以用于智能显示。在已知记录介质折射率的情况下,通过控制纯相位型计算全息图记录介质表面微结构的宽度和高度来调制光波,得到所需图像。采用逐步迭代的傅里叶变换算法来获取纯相位型计算全息图的相位结构,为了降低相位型计算全息图的制作难度,提出量化数学模型,并对所设计的相位结构进行量化处理,给出了纯相位型计算全息图的4台阶浮雕型相位结构。全息元件的尺寸设定为6mm×6mm,工作波长为650nm,衍射结构的最小特征尺寸为8μm。理论计算和模拟再现像的结果表明,在未考虑加工误差的条件下,所提供的这种用于智能显示的纯相位型计算全息图的设计方法是可行的。此方法可推广用于其它任意特定图案的纯相位型计算全息图的设计,也可用于设计具有光束整形功能的衍射光学元件,如离轴照明的光束的整形匀光器件等。用于智能显示时,用平行光照射制作的实验样件,只得到的单一的衍射图像,不存在其他衍射级次的图像,在考虑采用台阶量化结构和存在加工误差的情况下,衍射效率仍然很高。若改变设计的全息图相位的正负,并用平行光以特定的角度照射制作此相位型计算全息图,可用于全息瞄准。     

调幅式红外导引头干扰机理

基于调制盘的红外制导导弹严重威胁战机的生存,需要开展机载红外对抗技术研究以保护战机的自身安全。以旭日升型调幅式调制盘为例,介绍了调制盘的工作原理,分析了中波红外激光干扰调制盘的机理,使用MATLAB 模拟了不同幅度、频率、相位的调制脉冲信号对调制盘系统的干扰情况。结果表明:干扰光强度与目标辐射强度之比从1 提高到10 时,方位角误差由3.6变为14.4,失调角误差由2.4变为10.8。当干扰信号角频率与调制盘载波频率接近时,方位角误差变为151.2,失调角误差变为28.4。单纯增加干扰光的强度对实现干扰贡献不大,会增加调制盘系统接收信号的强度,易暴露目标。幅值缓变的干扰信号虽然能使调制盘导引头的接收信号出现偏差,但不会让目标完全摆脱导弹跟踪,而角频率接近载波频率的干扰信号会使导引头接收不到准确信号,最终实现干扰。     

高空环境对航空遥感器光学窗口的影响

为提高航空遥感器光学窗口的光学性能,从空气动力学环境和大气环境两个方面分析了高空环境对光学窗口的影响。根据空气动力学原理,计算出飞行马赫数和雷诺数,以确定光学窗口所处的飞行环境;依据纵掠平壁理论,计算出光学窗口外表面的平均对流换热系数,仿真光学窗口温度分布,分析了轴向温差对光学窗口的影响。分析高空大气环境下光学窗口玻璃出现结霜原因及影响,并提出预防结霜的解决方案。最后针对某航空遥感器光学窗口进行飞行试验,结果表明分析的结论正确,提出的解决方案合理可靠,可为其他航空光学窗口设计提供依据。     

便携式多光轴平行性检校系统的研制

为满足野外检测多波段光电设备光轴平行性的检校需求,研制了一套便携式多光轴平行性检校系统。系统采用反射式卡塞格林光学系统和ZnS晶体靶板,为被校系统提供无穷远的十字分划目标并以此作为瞄准基准,完成对被校系统电视轴和红外轴之间的平行性检校;采用CCD系统完成分划板十字线和靶纸上激光光斑的采集,并利用数据处理系统检测出分划板十字中心与激光光斑中心位置的偏差量,完成对被校系统激光光轴与可见光轴之间的平行性检校。利用高精度光学角规对所研制的检校系统进行了标定,精度可达亚秒级。实验结果表明,该检校系统测量电视轴与红外轴之间平行性标准不确定度为2″,检校激光瞄准轴与发射轴平行性标准不确定度为5″。