共轴双象棱镜的设计及误差分析

为了对火控系统的光学瞄准系统进行 高精度准直测量,本文探索了一种新型的共轴双象棱镜作为准直测量仪器的瞄准元件,可以提高瞄准精度一倍.并对此棱镜的设计进行了误差分析.     

基于一体化轴系的消像旋组件设计

介绍了一种基于一体化轴系设计的棱镜消像旋组件,以及光学装调方法.该组件可用于机载光电雷达、车载周视瞄准仪等光学系统中,解决了光学系统像方图像旋转的问题.该组件采用一体化轴系设计,即在主轴上直接加工出轴承内圈沟道;主轴、滚珠、保持架与轴承外圈一体化装配.同时棱镜组件可以在主轴内实现一维调整,以确保棱镜视轴与机械轴的重合....     

离轴三反系统中视轴的偏转误差研究

考虑到离轴三反系统内部结构和光路的复杂性,直接分析离轴三反系统内部各反射镜的偏转误差对视轴的影响难度较大。因此,提出一种将离轴三反系统模型简化为单反射系统模型来进行分析的方法,并在该模型的基础上建立离轴三反系统视轴偏转误差的计算公式。最后,利用Zemax软件创建离轴三反系统模型,通过变动反射镜位置来模拟系统视轴的变化,并得到成像点的坐标,再将得到的像点坐标代入计算公式求解出系统视轴的转动量。通过结果对比,求解出视轴的转动量相对于仿真的最大误差不超过4%,验证了基于单反射模型建立的理论分析方法的正确性。     

恒偏向棱镜的光线变换矩阵和传输特性分析

恒偏向棱镜是指能恒定改变光束传输方向的转向元件。本文分析了恒偏向棱镜,导出了它的光线变换矩阵及失调矩阵,进一步导出了棱镜存在制造公差情况下的变换矩阵,并指出它只是二维失调不灵敏元件。最后分析了它对一般离轴像离散高斯光束的传输变换特性,给出了复曲率和离轴参数的张量变换规律。     

单模光纤章动跟踪耦合系统设计

在光纤激光通信系统中,为了克服准误差、随机角抖动误差、大气湍流像差对单模光纤耦合效率的影响,本文设计了单模光纤章动跟踪耦合系统。首先基于模场匹配原理,分析了径向偏差和光斑大小对耦合效率的影响。其次在理论分析的基础上,对激光章动跟踪系统进行了设计,主要包括激光器、准直镜、快速反射镜、耦合透镜以及光电探测器,并以光电探测器的能量反馈完成了激光章动跟踪算法设计。最后搭建了实验平台,对系统进行了实验测试。通过实验测试得到,在激光章动跟踪时单模光纤的耦合效率为53.5%,并测试了径向偏差以及光斑大小对耦合效率的影响,得到了相应的曲线。耦合效率满足系统要求,并且实验测试曲线与理论分析的仿真曲线基本一致。     

高斯光束通过圆锥棱镜光学系统的传输特性

圆锥棱镜的锥角小于5°的情况下可被视作一个失调系统,运用该失调系统的4×4阶增广矩阵和失调系统的衍射积分公式分析了高斯光束通过圆锥棱镜的传输特性,得到了出射光场的解析表达式,给出了出射光束在z轴上光强的变化规律。研究了将圆锥棱镜和透镜组合来实现实心到空心、实心到局域空心转换以及转换条件。     

别汉棱镜光轴一致性检测与装调方法

针对在平行光路中无法检测别汉棱镜光轴和机械轴之间的位移误差问题,提出了位移误差检测方案,设计了别汉棱镜光轴一致性检测系统,包括检测光路和对照光路,这两条光路总长相等,MTF均接近衍射极限,根据设计的检测系统搭建检测光路,对口径为25 mm的别汉棱镜进行装调,先后在传统平行光路和本文所设计的检测光路中检测并调整棱镜光轴和机械轴之间的角度误差和位移误差,并使其最小,最终测得别汉棱镜的出射光轴与入射光轴的光轴一致性精度为±48″,将装调好的别汉棱镜和旋转轴系装入正式系统中装调,测得光轴一致性精度为±0.8个像素,达到像素级精度。本文提出的检测方法提高了在系统中装调别汉棱镜光轴的效率和精度。     

考虑像差影响的透射式光学系统失调校正方法

随着高分辨力光学系统应用领域的不断拓展,光学元件的高精度装配要求和高精度的设计要求一样,已成为光学系统分辨力的决定性因素。现有的高斯光学校正方法仅考虑物像位置关系的调整,已不能满足光学系统的调整要求,光学仪器的调整理论需要同步发展。考虑像差对光学系统失调的影响,提出了一种基于像差理论的(透射式)光学系统失调校正方法:分析了单透镜轴向位移引起的像差变化规律,给出了像差影响系数的定义;在此基础上,通过反演计算像面位置误差和放大率误差所需的透镜调整量,数学推导出了基于像差约束条件的光学系统失调校正公式。以三透镜准直系统为例进行了仿真实验验证,证明了将像差约束引导到校正方法中,能够同时满足高斯光学特性的要求和像差增量最小的要求。     

会聚光路中别汉棱镜的位置误差对系统像跳影响的分析

本文针对别汉棱镜在系统的加工装调过程中,由于别汉棱镜的位置误差带来系统的光轴失调,引起像跳,直接影响系统瞄准精度问题,从理论上分析了各种误差因素对系统光轴的影响及计算公式,同时,根据实践经验给出了控制光轴失调应有的结构设计和装调工艺方法。     

角锥阵列相位精密调整机构设计及锁相实验

为了校正角锥棱镜阵列中子孔径的piston误差,设计了一种多单元一维相位精密调整机构,提出了一种基于相干合成原理的角锥棱镜阵列piston误差检测、调整方法。首先,设计了一种机械装置使单个角锥棱镜能够进行一维相位调整;其次,利用远场成像原理,分析了角锥阵列piston误差对远场衍射成像的影响;最后,基于远场光斑的不同,提出了一种角锥阵列piston误差的检测、调整方法。实验结果表明:角锥阵列相位精密调整机构能够达到0.1 μm级的调整精度,通过观测角锥棱镜阵列反射光束远场衍射图像,调整角锥棱镜单元相对位置,将反射光束PIB提升至0.49,远场图像接近仿真结果,基本实现了角锥棱镜阵列子孔径的piston误差的校正,提升了角锥棱镜阵列使用效率,扩展了角锥棱镜阵列使用场景。     

一种多自由度误差同时测量方法

提出一种基于激光准直技术的多自由度误差同时测量方法。采用半导体激光单模光纤组件为光源,分别以角锥棱镜和分光直角棱镜作为二维直线度误差和三维角度误差的敏感器件,实现了直线导轨五自由度误差的同时测量,且测量移动部分无电缆连接。通过理论分析及实验,验证了方法的可行性和可靠性。在设定参数下,直线度、俯仰偏摆角和滚转角误差的测量分辨率可分别达到0.1μm,0.1″和0.3″。     

大内径离轴光纤旋转连接器的设计与实现

为了实现旋转系统之间的光信号耦合,设计了一 种新型的大内径离轴光纤旋转连接器。 将光纤准直器 和红外直角棱镜按照一定的规则排布在法兰盘上,使光信号能在较大离轴偏移量下保持持续 传输状态。分 析了影响离轴光信号传输耦合效率的主要因素,通过优化热扩芯光纤(TECF)准直器和红外直 角棱镜进一步减小了 离轴光纤旋转连接器的耦合损耗。研制的离轴光纤旋转连接器法兰盘内径为60mm, 内外法兰盘上的TECF准直器分别为16个, 并行光收发器实现串行光信号的收发。实验结果表明,本文的离轴光纤旋转 连接器在60RPM的转速和1.25Gbit/s的光信号 传输速率下最大插入损 耗为21.73 dB,可以满足旋转系统之间稳定传输光信号的要求。     

棱镜制造可改进经纬仪设计

如无适当的制造手段,当代设计只能停留在制图板上。因此,当莱卡测地系统公司将红外测距仪和可见光测距仪结合,设计出新一代电子经纬仪时,便要求制造商能生产出一种光学系统,装入折射和衍射元件,作为经纬仪的核心。公司选择了SrrissOptic生产的复合棱镜和CSEM生产的衍射光学件。SrrissOptic采用计算机数控加工,以一种装置测量、准直和生产折射棱镜。这种“全部加工”使棱镜具有低角度公差、高精度、定心和低表面倾斜度。CSEM再把兼具折射面和衍射面的多功能光学层与棱镜结合。这种光学层通过复制过程又给棱镜带来额外的光学功能。组装好…     

双通道成像光谱仪共用离轴三反射光学系统的设计

提出了一种双通道共用一个主光学的推帚式高光谱成像仪光学系统,该系统由离轴三反射主光学系统、狭缝、准直镜及分色镜、可见近红外光谱仪后光学和短波红外光谱仪后光学组成,设计中采用双通道共用离轴三反射主光学系统,不仅满足了成像仪大视场、宽谱段的要求,而且提高了系统的光学效率,使系统结构更加紧凑,双通道光谱仪均采用棱镜-全息透射光栅-棱镜分光组件分光,实现了宽光谱分光,提高了衍射效率,系统实现光谱范围覆盖450～2500 nm,全视场达23.9°。     

光电经纬仪提高多传感器测量精度的方法

为了得到多信息进行信息融合,光电经纬仪采用多传感器的方法,即在主视轴及辅助视轴上安装了传感器。作为获得信息的多种手段,主视轴传感器获得的测量数据,分析处理数据按常规方法计算即可;辅助视轴与主视轴存在平行度,辅助视轴传感器获得的测量数据,处理时必须对结果进行修正。在精度要求不高的情况下,通常的方法是直接在辅助视轴传感器获得的方位角、高低角修不平行度。本文采用坐标变换方法推导出辅助视轴误差修正模型,直接获得目标的方位角、高低角;实验证明,在高低角〈45°时,精度可提高10%。     

光电经纬仪视轴晃动的标定补偿

为了修正视轴晃动对经纬仪测角精度的影响,补偿系统误差产生的测角误差,实现高精度测量,分析了星体标校方法补偿系统误差的基本原理,设计了一套利用平行光管对经纬仪视轴晃动进行室内标定和补偿的方法。通过对视轴误差标定,测试出系统误差的逼近函数,从而可根据逼近函数对任一目标进行补偿修正。该方法操作便利、测试试验条件简单,通过试验验证测角精度可达到10″内。为实现视轴误差修正和高精度光电测量提供了一种有效的途径。     

棱脊大角度倾斜下的瞄准误差分析

制导系统采用惯性测量组合系统的方案时,需要利用光电瞄准设备将精确的大地方位信息传给该组合系统.通常是通过对惯性测量组合系统的棱镜的准直测量实现初始方位对准.而该组合系统工作时不会进行物理调平,因此在准直测量时直角棱镜的棱脊处于非水平状态.直角棱镜的棱脊倾斜必然会带来方位瞄准误差,针对此问题,建立了棱镜棱脊倾斜情况下自准...     

两轴快速反射镜视轴指向与速率补偿分析

为精确控制两轴快速反射镜的视轴指向,根据矢量形式斯涅尔定律建立了反射镜转角与视轴指向角间的运动学耦合方程。通过非线性校正实现视轴指向方程解耦,对于行程为20 mrad的两轴快速反射镜在入射角为45时视轴指向误差小于8rad,相比线性近似,视轴指向精度提高75倍。为保证视轴稳定,根据矢量速率方程推导出补偿基座扰动角速率的反射镜转动角速率方程,通过对三角函数进行泰勒展开,舍去高阶项,得到快反镜转动角速率近似计算公式,分析了不同入射角下的残余视轴转动角速率,得出视轴转动角速率Ly残差远大于Lz,且入射角i为45时残差最小,此时残余视轴转动角速率与基座扰动角速率之比小于0.164%,可满足计算精度要求。为快速反射镜伺服控制系统位置、速度指令生成提供理论依据。     

横向剪切干涉中非共光路误差的识别与补偿

由于相移式横向剪切干涉不需要标准参考波面,因此它可以缩小干涉腔长、甚至实现绝对的共光路干涉,从而最大程度上降低了空气扰动和振动的影响,但实验室设计的相移式横向剪切干涉测量装置中的分束棱镜、剪切平板和五棱镜的制造误差仍然造成了发生错位的两波面间产生非共光路误差。通过剪切干涉测量装置中调整误差和非共光路误差的对比分析,提出了非共光路误差的计算方法,并在测试结果中进行非共光路误差的补偿。实验结果发现补偿非共光路误差后的面形误差与ZYGO干涉仪的测量结果非常接近。     

电视跟踪系统误差分析

分析了电视跟踪系统的垂直轴、水平轴、视轴、编码器、电视脱靶量五个误差源产生误差的原因．探讨了误差的取舍方法及相应的计算公式．给出了方位、俯仰误差与系统精度的关系．经实验测试,系统精度满足设计要求,验证了误差分析的正确性．