双波段航空相机红外调焦机构的设计

为了补偿双波段航空相机在复杂环境下产生的离焦,设计了一套调焦机构。该调焦机构通过采用蜗轮蜗杆和 偏心凸轮的传动方式,将凸轮的旋转运动转化为调焦镜的直线运动,解决了离焦问题。该机构具有传动比大、运行平 稳,结构紧凑,抗振、抗冲击,可实现自锁以及模块化等优点。通过计算可知,该机构的调焦镜的位移 精度为0.0026mm,满足使用要求。仿真分析结果表明,该方法具有可行性。     

次镜支撑小型三自由度机构动力学及控制策略

提出了利用一种可实现一个移动和两个转动的小型3自由度（3-DOF）并联机构来支撑并控制次镜,以达到激光精确聚焦目的的方案。通过对小型3-PRS机构的运动模式分析,采用欧拉角描述动平台的运动方式,对其运动学特性做了简要分析。引入该机构连接杆的质量分布因子,利用虚功原理建立了逆动力学模型。基于建立的动力学模型,提出了两种控制策略方案。利用ADAMS/Control模块和MATLAB/Simulink模块联合仿真了该机构的控制精度。最后将该机构应用于实际光路系统中,测量了两种控制方案下该机构控制的调焦次镜对聚焦光斑性能的影响。仿真结果充分证明了该机构完全满足支撑激光聚焦次镜结构的设计要求。     

航空光电遥感器高精密紧凑型调焦机构的设计

针对航空光电遥感器在不同工作环境下会产生离焦这一问题,采用移动镜组方式进行调焦,以保证其成像质量。该调焦机构采用消间隙丝杠螺母副作为传动机构,采用六个精密轴承及弹性预紧组件作为导向机构,同时采用一对电涡流传感器及一个菱形被检测件作为测位移传感器,在有限包络尺寸下最大程度保证其调焦精度。从传动误差和传感器组件误差两方面对调焦机构进行精度分析,并且搭建实验平台对其进行了传动定位精度实验和晃动精度实验。实验结果表明,该调焦机构的传动定位精度在±6 μm以内,晃动精度在±4″以内,满足光学系统提出的调焦精度设计要求。     

国内外调焦机构研究综述及发展趋势

调焦是高能激光系统中发射聚焦装置的关键一环。调焦机构对系统的瞄准和打击精度有着重要作用。为了解调焦机构的研究现状和发展趋势,首先对国外各类研究成熟的调焦机构进行了介绍,并分析了其调焦控制的原理以及针对各类技术问题所提出的解决方案。对于国内研究情况,则着重介绍了凸轮、丝杠、蜗轮蜗杆和直接驱动四种形式的调焦机构。然后分析了其控制调焦的基本原理,并介绍了应用于不同系统的调焦机构的设计特点。通过分析各类型调焦机构的设计及控制,总结和对比了它们的优点与不足,提出了适用于高能激光系统的调焦机构设计思路及研究方向,为高能激光系统调焦机构研究打下了技术基础。     

长线阵大负载焦平面调焦机构设计

空间相机运载过程的冲击振动及在轨复杂力热环境的影响容易导致相机焦平面与像面的不重合,产生离焦问题。针对长线阵大负载焦平面离焦问题,设计了一种调焦机构。该机构采用两套机构驱动,可以提供大的驱动力矩,并采用两组过约束导轨保证其力学性能。每套驱动机构由步进电机、滚珠丝杠、编码器、滚动导轨和齿轮系组成。对调焦机构建立了有限元仿真分析模型,通过模态分析,验证了该结构具有较好的刚性,能够满足相应的力学条件要求。后续通过力学试验后的精度测试对调焦精度、稳定性精度分析表明:该调焦机构的调焦精度为3.8 μm,稳定性小于5″, 同步精度为1.1 μm。设计及试验证明,该调焦机构具有较高的调焦精度和可靠性,可以满足一定范围内长线阵焦面精密调焦需要。     

经纬仪调焦机构设计

调焦机构是变焦距镜头中重要的组成部分,为了满足经纬仪测量中对变焦距镜头的要求,针对目前对变焦距镜头的调焦主要采用凸轮机构的变焦方式体积大、效率低、精度差缺点,本文提出了采用直线驱动的方式进行调焦的原理与方法,介绍了一种应用系统,主要由步进电机、直线导轨、直线位移传感器、DSP控制器等组成,由步进电机驱动,通过齿轮变速和精密丝杠速比变换机构,利用直线位移传感器作为检测元件,带动镜组前后移动来进行距离调焦和温度调焦,从而改变了传统的调焦机械结构。具体给出了测量系统的组成结构和实验结果,并进行了精度影响因素分析。实验结果表明,测量精度可保证在0.005mm内,满足经纬仪测量所需要的结构紧凑、位移精度好的要求。     

基于CPLD的增量式调焦编码器读出电路的设计

在红外热像仪调焦系统设计中，通过电机带动调焦镜组沿直线导轨往复运动，从而对调焦镜组的位置精确变化实现焦距的变化。为了精确控制调焦镜组的位置，调焦控制系统需要高分辨率的编码器实时反馈调焦镜组的位置，以实现对调焦镜组的闭环控制。红外热像仪调焦控制系统中采用增量式光电编码器作为调焦镜组位置的反馈测量元件。针对增量式编码器的特点，利用CPLD（complex programmable logic device）丰富的逻辑资源和可编程的灵活性，设计了一种读出电路，可以实时精确反馈调焦镜组的位置。经实际项目验证，该方案可以实时并精确地读出增量式光电编码器的位置信息，具有一定的抗干扰能力，可以实现高精度的位置伺服控制，满足系统要求。     

长焦距空间相机调焦机构设计

长焦距空间相机容易因环境变化产生离焦现象,引起相机成像质量下降。根据空间相机不同的结构特点和工作环境,需要设计相应的调焦机构。从保证相机成像质量和结构空间要求的角度出发,阐述了调焦机构的工作原理和组成,进行了调焦机构的方案选择,分析了调焦机构误差分布,提出了一种由精密滚珠丝杠和直线轴承实现导向和运动方向转换的调焦机构。对调焦机构进行了力学试验和分析。试验结果表明,调焦机构较强的结构刚度和稳定性能够满足空间相机在复杂环境条件下精确可靠调节调平面位置的要求。     

光电探测器调焦机构的设计与精度分析

光电探测器在对目标进行跟踪捕获的过程中,如果调焦不当,会使成像点分散,导致CCD相机成像不清晰。要保证对运动目标的清晰成像,调焦机构必不可少。针对探测器对调焦机构的技术指标及要求,在分析传统调焦方式及调焦机构设计的基础之上,设计了一种密珠轴系调焦机构,最终加工出来的外形尺寸为200mm×200mm×140mm。通过理论计算对其做了力学分析和精度分析,在工作频率内进行了振动实验,最后通过0.2″自准值平行光管对其进行了晃动精度检测。实验结果表明:该调焦机构具有结构紧凑、刚度高等特点,在工作频率范围内能够良好地运作,晃动精度≤2″,满足探测器调焦系统的设计要求。     

多物理场下望远镜主次镜失调分析研究

为满足光电跟踪设备的设计精度要求,减小并评估主镜筒变形对主、次镜位置相对变化的影响,利用Ansys Workbench有限元分析软件对主镜筒进行了热稳态分析、静力学分析以及多物理场耦合分析。分析出了主镜与次镜的偏转角,对主镜筒结构提出了相关修改意见。通过仿真所得的结果可知,主镜筒因太阳照射不均而产生的弯曲变形对反射镜的偏转影响最大。为减小反射镜的偏转,将次镜由镜筒支撑改为由次镜支撑架支撑,并加固次镜与调焦机构间的支撑连接。再次对修改后的主镜筒进行了处于水平、上仰45°、上仰90°时的静力学分析,对主镜筒进行了温度场与重力场耦合的多物理场分析。仿真所得的反射镜偏转角度数据将为光电跟踪设备的实验标校提供一定的参考依据。     

高能阿秒脉冲聚焦及光谱分析复合系统设计

为了减小阿秒脉冲聚焦反射过程的能量损失、降低阿秒脉冲测量过程中由聚焦像差引起的测量误差以及提高阿秒光脉冲光谱分析监测的可操作性,采用各环节性能分别优化的方法,设计了一种高能阿秒光脉冲聚焦及光谱分析复合系统,聚焦及光谱分析元件分别采用镀金掠入射型超环面镜和掠入射型凹面聚焦光栅,并给出了其具体结构和特性参量。结果表明,此系统适用于以短脉宽、高能量阿秒脉冲为新型探针的阿秒光谱学研究。     

Beam focusing using 60 GHz Fabry-Perot resonators with uniform and non-uniform metal grids

A new structure of millimetre-wave focusing antennas is presented. It consists of a plane-parallel Fabry-Perot resonator comprising two uniform and non-uniform inductive metal meshes excited by a horn antenna. The beam focusing is performed with the non-uniform mirror, the geometry of which is chosen so that it behaves as a spherical equiphase surface with a desired radius of curvature. The resulting radiation patterns are Gaussian; their directivity is controlled by the curvature of the synthesised wavefront. This concept is successfully validated in the 60 GHz band.     

抛物面反射镜同轴控制技术的研究

为了实现对导弹导引头红外跟踪系统中抛物面反射主镜的装配角度进行监控和调试,提出了一种通过电荷耦合器件接收抛物面反射镜的聚焦光斑,同时旋转抛物面镜,采集光斑重心位置信息,并利用最小二乘法对光斑重心轨迹进行拟合,从而计算出光轴与结构中心轴之间的偏心角的实现方案。对实现方案进行了理论分析和实验验证,不同于通常的透射聚焦镜关系,得到该环状抛物面反射主镜的装配偏心角α与焦斑重心轨迹圆半径R间的线性关系式中的系数为1.13。结果表明,该系统能够应用于对抛物面反射主镜装配角度的测试和监控。     

近距离激光武器光学系统特性分析

对强激光近距离毁伤光学系统进行了优化设计,通过理论分析和外场实验研究了基于椭球镜光学系统的聚焦特性,并与传统的基于抛物面镜的光学系统进行了比较。优化了强激光近距离毁伤系统的发射光学系统,对光学系统的聚焦光斑进行了理论计算和仿真,分析了不同系统的激光光斑大小和功率密度。最后,通过外场毁伤实验,对设计结果进行了验证。实验结果表明,基于椭球镜的强激光近距离毁伤光学系统具有更小的衍射光斑分辨率和更高的能量集中度。     

小F数卡赛格林系统装调技术

介绍了小F数卡赛格林系统装调的一种方法.用一束平行光照射抛物面反射镜,当抛物面反射镜的光轴与机械轴不重合时,反射光线的焦点运动.调整抛物面反射镜的中心和倾斜,使抛物面的光轴与机械轴重合,然后在卡氏系统的焦点处放置一十字分划板,经次镜和主镜的反射后,被内调焦望远镜接收,当次镜和主镜的光轴与机械轴都重合时,反射光线不动.运...     

An improved design for quasi-optical mode conversion of whispering gallery mode gyrotron radiation

Results are reported of a theoretical and experimental investigation of a quasi-optical mode converter for the transformation of whispering gallery mode gyrotron output into a linearly polarized Gaussian like beam. The mode converter consists of a helically cut waveguide launcher, similar to that originally proposed by Vlasovet al, followed by a focusing mirror. Theoretical results using aperture field methods indicate that the length of the waveguide launcher is of critical importance in providing a confined radiation pattern. Experimental results on the radiation pattern were obtained for several launcher lengths using a 0.6 MW, 149 GHz pulsed gyrotron operating in the TE_16,2 mode. Radiation pattern results for the optimum launcher length agree well with theoretical calculations using the Stratton-Chu aperture radiation theory for unperturbed waveguide modes. A mirror focusing in the azimuthal direction was designed by a geometrical optics approach to focus the radiation coming from the launcher. Good focusing with 91.4% efficiency (power in the focused beam divided by gyrotron power) was found experimentally using the combined launcher and mirror with the pulsed gyrotron. These results indicate that quasi-optical antennas are useful for transforming high order, high frequency gyrotron modes into directed beams in free space.     

External-cavity semiconductor laser with focusing grating mirror

A novel external-cavity semiconductor laser with a focusing grating mirror (FGM), which enables a single-mode oscillation at a specified wavelength, is proposed. The optical properties of the FGM, which is a computer-generated holographic grating with chirp and bend structure, are numerically analyzed. An optimally designed FGM for realizing laser oscillation at a specific wavelength of 1.30 μm is fabricated by using a computer-controlled electron-beam writing system. The fabricated FGM with grating area of 1×1 mm² is combined as an external feedback mirror with an InGaAsP-InP semiconductor laser of 1.3 μm wavelength range, and the lasing characteristics are experimentally measured. Stable and single-mode oscillations with spectral line width less than 10 MHz are observed     

多棱镜激光扫描非球面透镜聚焦系统研究

为了提高激光打孔生产质量和降低生产成本,提出了一种多棱镜旋转扫描非球面透镜聚焦在线打孔方案。系统将CO2激光器发出的连续光束经光调制器入射在多棱镜的其中一个表面上,光束经过反射依次扫入聚焦透镜组中。由于轴外像差和扫描速度失真会引起聚焦光斑的线性畸变,从而导致打孔形状的变化,通过选取非球面透镜对光束整形,在聚焦同时调整聚焦光斑的形状以控制打孔的形状。结果表明,在扫描系统中线性误差可控制在0.5%内,打孔大小形状满足生产要求,与传统激光打孔方式相比,提高了打孔的质量与效率。