红外光机系统中折叠反射镜组安装误差分析

目前国内对于多次折叠的红外光学系统在装调中的折转角度以及折转后的轴向间隔缺乏有效的测试手段。以光路折转180?的两次折叠红外光学系统为研究对象,利用矢量的旋转平移理论建立了折叠反射光路的误差分析模型,并理论分析了反射镜的各个空间位置的改变对折转角度以及折转后的轴向间隔造成的影响,结合实际情况对反射镜的各项误差进行了比较和分析,得出对折转角度和折转光程影响最大的因素。最后利用分析得到的结果提出了一套反射镜的装调方案,使得由于光路折转产生的误差大大降低。     

长焦距光学系统中反射光路的设计与装调

针对双高斯型长焦距光学系统后工作距离较长的特点,在光学系统的后工作距离内设计两块反射镜折转光路,缩小光学仪器的尺寸,节省仪器空间和质量。通过反射作用矩阵计算分析了加入两块反射镜后,系统成像不改变。设计了精密螺纹幅微调机构,用于调整反射镜的俯仰和方位角度,调整后固定;设计了十字线和辐射状相结合的像面标定工装及多显微镜组合使用的装调观察工具,提高了装调效率。规划出粗、精相结合的对无穷远目标标定的装调方法,最终标定像面。所使用的设计方案和装调方法在实际工作中切实可行。     

反射光路的计算机辅助装调模型

对反射光路中可能出现的两个反射镜之间的空间位置关系进行了分析。基于直角坐标系中的坐标变换原理,推导法线平面平行、法线平面垂直、法线空间垂直三种位置关系下反射镜组的光路模型,作为指导计算机辅助装调的模型依据。利用Matlab对光路模型进行仿真,更直观的指导装调。     

同轴超短焦距折反式投影系统设计

为了缩短超短焦距投影仪的机械总长,克服传统离轴超短焦距投影系统的装调困难,降低系统的设计难度,设计了一种同轴的超短焦距投影系统。首先,通过分析像差与系统总长的关系,证明了需要保证系统总长的必要性。然后,通过镂空非球面反射镜中心部分,利用平面或球面反射镜折转光路,提出了一种新的设计超短焦距投影仪的方法。在保证光学总长的同时缩短了机械总长,提高了空间利用率,解决了同轴折反系统中存在挡光的问题。最后设计的系统总长为215mm,投射尺寸为100in。系统的投射比为0.17,物方NA为0.2,焦距为1.66mm。各个视场传递函数在内奎斯特频率处达到0.5以上,各指标都满足了投影系统的要求。同时,在透镜个数相同的情况下,系统的性能都优于传统的投影仪。     

扫描干涉场曝光光束自动对准及其收敛性分析

光束自动对准技术是扫描干涉场曝光系统中的关键技术之一,两曝光光束位置与角度的重合程度直接影响所制作光栅掩模的槽型质量。针对光束对准过程中光束调整的两个运动维度之间存在相互耦合的情况,推导了存在耦合时对准算法的收敛条件,并分析了光路中反射镜与解耦平面之间存在的装调误差对对准性能的影响。分析得出,装调误差降低了光束对准系统性能,甚至导致对准算法发散,通过调节光路中反射镜M_2和解耦平面的距离L_2与反射镜M_1和解耦平面的距离L_1的比值L_2/L_1可以优化系统的收敛性能。实验结果表明,当L_2/L_1较大时对准系统调节性能较差,收敛速率较低;当L_2/L_1较小时光束对准系统可以快速地收敛到目标位置,有效地对光束进行对准调节。推导证明与模拟分析可为光束对准系统以及整个曝光光路的设计提供理论指导。     

库德光路的五棱镜安装方法

为实现库德光路的快速高精度装调,提供了一种基于自准直原理的五棱镜安装方法,给出了库德光路的原理和安装方法,并对组装后的库德光路进行误差分析。得出应用此方法安装库德光路的光学静态误差在15″以内,满足一般库德光路的技术要求。因此,此方法不仅可以适用于库德光路,对反射镜的安装也有一定的借鉴和参考。     

大口径反射镜Bipod支撑结构的装调与检测方法

随着我国遥感卫星对地观测分辨率的不断提升,空间遥感相机的有效口径逐步增大,为有效应对相机在地表装调时的重力误差干扰,大口径遥感相机的装调方式逐步从光轴水平形式转变为光轴竖直形式,与之对应的,相机主反射镜支撑结构与装配需求也在不断革新。为满足反射镜支撑与减重需求,在1 m及以上口径的反射镜支撑形式中,Bipod结构是较为常见的一种结构形式,不同于传统的框式支撑形式,它在光机结构粘接与结构位置标定需求上都有了巨大变革。为保证Bipod支撑结构下反射镜的装配定位精度和面形变化满足系统指标要求,提出了一种结合多目标空间位置转换和Stewart结构运动反演的大口径反射镜组件装调方法,该方法可在有效保证光机结构粘接点精度的同时,仅依靠反射镜自身支撑结构,实现反射镜与主承力板之间的高精度六维调节,系统装调误差可控制在0.04 mm左右。在遥感相机的实际装调过程中,通过分析主反射镜在系统中的装调误差区间,并以此为标准制定了反射镜Bipod结构的定位、粘接、调整和检测方案,实践结果表明该方法可有效控制反射镜的装配定位精度和面形误差,装调结果能够满足大口径遥感相机的系统成像需求。     

基于空间机构学的Coude光路装调方法

库德光路光学元件多且空气间隔长，导致随着望远镜口径的增大装调难度急剧增加，因此将计算机辅助装调技术引入到Coude光路装调对准中。首先利用了机器人运动学方程的D-H表示法对库德全反射光路进行建模，然后根据光路误差来源讨论了蒙特卡洛模拟在Coude光路装调对准中的应用，通过分析各个镜面的影响权重，确定了系统装调顺序；最后，将蒙特卡洛法作为优化算法，得出了Coude光路装调后的理想结果。通过模拟仿真，证明了该方法可以将Coude光路靶面目标圆半径由5 mm下降到装调后的0.3 mm。结果表明:该方法简单、快速，而且精度高，对于全反射光路的装调是可行有效的。     

新型高精度空间折转光管的设计方法

星模惯测组合装置在标调过程中,要求测量星模拟器出射光束与惯组棱镜反射光束的方位夹角,两光束不仅方向相反且存在空间平移,为了实现单台经纬仪对该角度的测量,该系统中需要加入特定的折转光管.提出了一种新型的空间转折光管的设计方法,能够实现光路的180折转和垂直于星模拟器光轴的平面内的二维平移,设计中采用了直角屋脊棱镜与斜方棱镜,很好地消除了安装误差;为了消除由于棱镜加工误差带来的折转光管传递偏差,设计中加入双光楔结构.折转光管的光路通过双光楔机构可以发生一定的偏转,该偏转可以抵消折转光管各个部分带来的传递偏差.实验结果表明,该设计方法可以很好的实现光路折转地要求,同时在保证折转光管的传递精度的基础上,降低了整个光管的加工成本.     

某空间反射镜支撑装调技术

为了降低反射镜支撑装调对反射镜面形精度的影响,文中针对某空间相机的反射镜组件,设计了一种带有柔性环节的反射镜支撑方式,制定了反射镜组件的装调方法及路线。通过计算给出了反射镜粘结胶层厚度、粘结区域、柔性铰链等参数,并对反射镜组件进行了重力和5 ℃温变共同作用下的有限元分析。最后,根据装调工艺对反射镜组件进行粘胶、固化处理,并通过反射镜组件力学试验和热真空试验对装调方法进行验证。试验结果表明:力学和热真空环境下反射镜粘胶没有破坏,该反射镜组件的面形精度优于1/50 。验证了反射镜支撑方案以及装调方法的有效性。     

轻小型长波红外光学系统的设计及实现

无人机载光电吊舱对其载荷体积重量的要求苛刻,为了满足8～12.5 μm红外探测需求,设计并实现了一种轻巧紧凑的长波红外光学系统。系统F数为2,口径为150 mm,总视场为2.34°。光学系统采用二次成像折反射式结构,将常用的卡式主系统简化为折叠牛顿式主系统,将球面次镜简化为平面镜折叠光路,轴外像差通过非球面校正镜组校正。主系统采用全铝光机结构,结合后光路的光机材料匹配,在工作环境温度范围内,光学设计传函高于0.41@17 lp/mm,具有100%冷屏效率,而体积仅为Φ152 mm×125 mm。整机装调后,全视场传函高于0.24@17 lp/mm,像质清晰,满足预期。光学系统设计巧妙、结构轻小紧凑、加工装调成本低。设计思路和研制方法可为类似应用的无人机载光电吊舱长波红外仪器的光学系统提供参考。     

焦距固定红外探测系统定标实验

辐射定标数据在目标辐射特性数据测量和仿真试验应用中均有重要作用。首先对焦距固定红外探测系统外场定标方法进行了初步分析。采用近距离直接扩展源法、远距离扩展面源法和平行光管定标法对焦距固定红外探测系统进行了定标实验研究。实验发现:近距离直接扩展源法对旋转的红外探测系统不适用;远距离扩展面源法对路径辐射、路径透过率和环境辐射修正较为困难;平行光管定标法操作较为麻烦,但考虑目标特性数据的有效性和实用性,需考虑平行光管定标。文中对焦距固定红外探测系统辐射外场定标技术改造研究、红外目标特性测量系统研制具有较大的参考意义。     

远红外无线光通信地-空斜程传输特性研究

随着空中平台的发展,无线光通信在斜向路径的应用需求也逐渐增多,但是大气效应 对当前近红外系统的性能依然有较大影响。针对这一问题,本文提出使用远红外作为地-空 斜程无线光通信系统的工作波长,基于物理模型和弱波动理论对远红外系统在地-空斜程上 、下行链路中的传输损耗、光强闪烁指数和误码率(bit error rate, BER)进行了研究,并对天顶角、大气能见度、 传输距离、系统信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)等影响远红外无线激光通信系统性能的因素进行了数值仿真。结果表 明,在地-空斜程通信链路中,远红外在低能见度的恶劣天气下具有明显的传输优势;在天 顶角大于30°的远距离传输中具有较强的抗湍流能力;且在开关键(on-off keying, OOK)控调制方式下,系统BER随SNR的增大减小迅速。     

两档变焦面阵扫描红外光学系统设计

提出了一种三次成像红外两档变焦面阵扫描光学系统,在传统红外二次成像光学的基础上,增加了两档变焦的前置望远系统,通过变焦组单一组元沿光轴方向移动,来实现两档焦距切换。变焦组沿光轴方向的微调,可实现不同工作温度的补偿与不同物距的清晰成像。在中间平行光路中,引入振镜,通过振镜以特定频率进行相应角度范围的往返扫描,来补偿由于扫描平台转动带来的曝光时间内的物面的移动,保持系统在旋转扫描时成像清晰与稳定,没有拖影。系统结构紧凑,可实用于两档变焦搜索与跟踪一体的红外系统中。     

一种激光与红外复合光学系统设计

介绍了一种半主动激光与长波红外共口径复合光学系统。光学系统采用折反式光路结构,半主动激光系统与长波红外系统在主反射镜处实现共口径复合。利用反射元件无色差的特性,可以有效地实现两种波段的共口径共光路传输。经过主次反射镜反射后,两种波段的入射光通过分光器件高效地实现分离,分别进入各自探测器中,实现了复合光学系统设计。通过采用折反式光路,结构保持了相对紧凑;前段望远物镜系统采用卡塞格林式反射系统,具有无色差的优点,同时避免了选用价格昂贵的宽波段透光材料,实现了成本控制。     

基于双DMD的红外场景投影仪光学系统设计

为提高中波红外场景投影仪的帧速和灰度等级,提出了一种基于双数字微反射镜器件(DMD)的光学系统方案。该光学系统包括照明系统和准直投影光学系统,照明系统采用可提供均匀照明的柯勒照明系统,利用2个非球面透镜简化结构,采用3片式全内反(TIR)棱镜来实现光路的折转衔接以及2个DMD调制的叠加;准直投影光学系统采用二次成像结构,通过合理分配各透镜组光学参数,并采用非球面透镜进行优化设计,得到的光学系统F数为094,入瞳距为850mm,角分辨率为019mrad。投影仪的测试与仿真结果表明此光学系统完全满足红外场景投影仪的使用要求。     

双色红外系统测量脆性材料磨削温度的研究

用光纤辅助双色红外探测仪研究了金刚石砂轮磨削花岗石和陶瓷过程中接触区的温度特征.研究结果表明和单色系统相比,双色红外系统除了温度之外还可得出磨削条件下所对应的被测物体的发射率.接近工件表面的温度测量结果由于受测温用盲孔的影响会偏高.因此,红外测温系统适用于直接测量工件表面下方一定距离外的温度变化.而工件表面温度则用拟合方法得到能量传入工件的比例后再通过理论计算得出.由于可以得到能量的传输比例,磨削温度测量对理解工具与工件界面的传热机制具有重要意义.     

双色红外系统测量脆性材料磨削温度的研究

用光纤辅助双色红外探测仪研究了金刚石砂轮磨削花岗石和陶瓷过程中接触区的温度特征，研究结果表明：和单色系统相比，双色红外系统除了温度之外还可得出磨削条件下所对应的被测物体的发射率，接近工件表面的温度测量结果由于受测温用盲孔的影响会偏高，因此，红外温测系统适用于直接测量工件表面下方一定距离外的温度变化，而工件表面温度则用拟合方法得到能量传入工件的比例后再通过理论计算得出，由于可以得到能量的传输比例，磨削温度测量对理解工具与工件界面的传热机制具有重要意义。     

论红外光学系统的视场

视场是红外光学系统的一个重要性能参数。视场与光学系统的焦距 成反比。通过改变焦距或者变焦可以调节视场,这一过程的核心是变焦透镜。详细分析了红 外光学系统的视场概念,并主要基于国内相关文献资料,介绍了红外变焦光学技术的思路与 发展动态。     

风云二号辐射计的红外杂散光抑制研究

风云二号卫星云图显示扫描辐射计存在红外杂散辐射,因此需要对光学系统作进一步改进以减少杂散辐射。利用TracePro软件对该系统的红外杂散辐射的形成机理和入侵途径进行了仿真和分析。基于分析结果对该光学系统的红外杂散辐射提出了几项有效抑制措施,并通过计算系统的点源透过率(Point Source Transmittance,PST)函数对这些改进措施进行了评价。