基于WMPS的多光谱光轴平行性检测系统设计

设计了一种新型多光谱多光轴武器装备通用化的光轴平行性检校系统。采用高精度平移平行光管的方法,使平行光管出射的平行光束分别进入武器平台各个光电系统,由平行光管产生无限远白光、微光、红外目标,对待检测多光轴武器系统进行光轴平行性检测。利用WMPS单发射站测角模型,结合摄影测量PNP问题,建立高精度空间坐标定位系统,对平行光管在移动过程中进行精准位置姿态测量,并根据测量结果进行高精度姿态恢复,保证平行光管平移精度。该系统能够适用于多种不同类型光电武器装备,实现自动化检测,并给出了数字化光轴误差量,具有良好的通用性和可扩展性。     

多光谱多光轴设备光轴平行性测量装置研制

多光谱多光轴设备光轴平行性校准装置用于多传感器小型光电测量设备中各探测单元探测光轴平行性的标定和测量,同时具有提供无穷远目标的功能。本文所研制的多光谱多光轴设备校准装置采用卡塞格林反射式平行光管结构,有效通光口径φ350mm,可对可见光系统、中波红外系统、长波红外系统及激光测距系统进行光轴平行性的测量,测量精度优于5″。     

光电瞄具多光轴平行性检测系统的设计与研究

为了精准地测量光电瞄具多光轴的平行性,采用大口径离轴抛物面反射镜平行光管的多光轴检测方法进行了理论分析,并设计了完整的测量系统(包括光学成像系统、控制系统、图像采集与处理系统)。该系统采用离散余弦变换系数作为评价标准,实现了高精度的自动对焦;采用大口径离轴抛物面反射镜满足不同型号瞄具的测量,实现了可见光、近红外和远红外3种光学系统的光轴平行性的自动检测。结合一种光电瞄具成品进行了实际测试,当光轴之间偏差角为0.04mrad~0.08mrad时,相对误差在13%以内,此范围可认为是系统检测角度的下限。结果表明,该系统减小了人为读数等主观原因造成的误差,通用性强、检测效率高,精度满足需求。     

宽光谱光电系统多光轴平行性工程化测试方法研究

针对宽光谱光电系统多光轴平行性的工程化测试要求,设计一套光轴平行性测试的系统和方法。该系统采用离轴非球面折叠光路,设计出口径120 mm,焦距720 mm的平行光管,实现了轻量便携。采用模块化设计、多靶标集成技术,实现在同一光学系统里对红外、可见光、激光的光轴平行性测试。采用图像处理和自动控制技术实现多光轴平行性的定量检测,测量误差控制在0.1 mrad以内。经与CI测试系统对比测试,结果表明:光轴平行性测试一致性好,准确度高,具有工程化应用价值。     

瞄线与火线多轴一致性测试系统

介绍了瞄线与火线多轴一致性测试系统的组成,引入扩径系统概念,说明了扩径镜组系统的设计方法,并运用动态光学理论,对扩径镜组的备选方案进行分析比较。验证测试系统在大视场情况下是否能够满足所需的测试精度进行误差分析,其中包括平行光管、瞄准线、电视摄像机的误差以及光学观瞄镜、红外热像仪、激光测距机、火线与平行光管之间的误差。     

用于平行分束偏光镜剪切差调整的缩·扩束棱镜设计

本文利用光通过平行界面的均匀介质时会发生光束平移的原理,设计了一种以普通光学玻璃为材料,用于调整平行分束偏光镜出射光束间距的新型棱镜.通过推导,得出了出射光束间距和入射光束间距的扩·缩束比κ和棱镜参数(折射率n、结构角α、边长a)之间的关系公式,以及棱镜的结构公式;并结合o光和e光通过棱镜有不同的透射比,给出了能有效地对平行分束偏光棱镜的剪切差进行调制的棱镜最佳设计:选取折射率较大的材料,结构角α的取值范围是40°～55°.     

两段式双五棱镜光束平移系统精度研究

在光学扫描和光电检测系统中,为了实现远距离、大范围光束平移的目的,对由双五棱镜构成的光束平移系统进行精度分析,并利用自准直法对系统的平行性精度进行测试。其组件中两个五棱镜摆放位置相对于理论位置存在误差,导致系统中出射光与入射光不平行,利用自准直法对系统进行光学装调,以保证出射光与入射光的平行性。但该平移组件在工作时通过转动副绕入射光轴旋转,系统会相对于某一机械轴产生转动误差,导致双五棱镜系统坐标转换矩阵发生变化,出射光与入射光不再平行。通过分析五棱镜的方位误差和系统整体的转动误差与系统误差之间的非线性关系,建立数学模型,并利用仿真实验加以验证理论分析的正确性,最后提出减小系统误差的解决方案,将其组件平移精度控制到10″以内,为棱镜在光束折转时的误差分析提供借鉴。     

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″。     

一种共光路自动对准系统

强激光发射装置和光电跟踪系统中,光学器件多,光路复杂,光学机械零件位置的相对移动会使光轴平行度偏离,为此提出一种共光路自动对准系统.基于对准原理,利用激光发射光路,建立上、下行基准光束,使之分别与系统轴系、出射激光平行,并且通过自准直CCD测角仪测出上、下行光路的角偏差值,控制信号驱动快速控制反射镜,使快速控制反射镜两轴转动到角偏差为零值,实现发射激光与一级扩束系统对准及一级扩束系统与跟瞄系统之间的精密自动对准.实验结果表明,对准后的光轴平行度为5.21",快速控制反射镜的闭环精度不大于5".     

双目光电装备光轴平行性数字化检校系统设计

设计了一种多光谱双目光电装备光轴平行性数字化检校系统。利用平行光管产生无限远白光、微光、红外目标,平行光经双目光电装备、光轴平移装置,将两路光线入射到面阵CCD上,目标图像经CCD、图像采集卡转换成数字图像信息送入计算机,利用软件算法得到光轴误差量,参考所建立的光电装备数学模型,给出光轴校正方案,利用辅助工具完成光轴平行性校正。该系统适用于多种双目光电装备,能够实现自动化检测,并给出数字化的光轴误差量,具有良好的通用性和可扩展性。     

新型反射式扩束系统结构设计

针对激光系统,研究了一种新型激光扩束系统,新型扩束系统采用离轴反射式光学系统.扩束设备精度和稳定性要求高,通过材料的选择、光机结构设计、刚性设计和仿真分析计算,保证系统精度不超过0.02 mm.扩束设备需要多轴调试,设计多自由度调节机构,可以实现三个轴的旋转和三个轴的平移.结果 表明,系统结构设计合理,满足指标要求.     

基于五棱镜的大型平行光管焦面监测技术及误差修正方法

大型平行光管在进行空间环境模拟实验中由于受到温度、气压大幅改变的影响,离焦现象较为严重,为了解决该状态下平行光管离焦量检测难度较大、检测精度不高等问题,提出了一种针对大口径长焦距平行光管焦面位置检测的新方法,可以对平行光管的离焦量进行实时的监测。分析了由五棱镜引入的主要系统误差,并使用更新基准数据的方法将其修正。在口径为700 mm 焦距为18 m 的平行光管上进行了实验,结果表明该系统检焦精度在150 m 以内,满足实验室对大型平行光管焦面位置精度小于200 m 的指标要求。     

大口径快反镜面形测试系统设计

大口径快速反射镜（快反镜）常被应用于空间光通信和激光武器等领域。为实现工作状态下大口径快反镜面形误差的实时检测,设计了大口径快反镜面形测试系统。该系统的口径参数为400 mm,工作波长为633 mm,由离轴式前置扩束系统和焦面附件系统组成。对测试系统的设计参数及元件参数选择进行了阐述,设计和仿真了光学系统结构,并基于光机热集成分析获得温度变化对光学系统的影响。测试大口径快反镜面形测试系统后结果表明该系统可实现实时记录和高精度测量,且在温度变化的工作环境下也可实现稳定测量,其测量稳定性为0.048λ（RMS,λ=633 nm）。     

圆柱面镜用于端面抽运光束整形误差分析

为了简化二极管端面抽运固体激光器的快轴准直,建立了圆柱面镜和聚焦镜作为二极管快轴准直系统的模型,给出了系统设计方法和关键参数的控制方法,通过仿真论证了以圆柱面镜做二极管激光器快轴校准的可行性,抽运光腰斑的大小和位置可以通过选择柱面镜半径、光源到柱面镜的距离、柱面镜到聚焦镜的距离及聚焦镜焦距来控制.结果表明,当柱面镜半径3mm、光源到柱面镜的距离0.7mm、柱面镜到聚焦镜的距离及聚焦镜焦距5mm时,抽运YAG晶体可以得到大于47%的光-光效率.     

大口径细光束自准直测量系统误差的实验研究

目前的商用自准直仪并不满足纳米光学测量仪(NOM)利用细光束进行测量的要求,大口径细光束模式下的自准直测量系统存在各种误差。为了满足自准直测量系统的高精度要求,根据自准直测量原理,对大口径细光束自准直测量系统中CCD阵面与f-theta透镜焦平面不重合引入的误差进行了归纳分析,并通过相关实验对误差的线性关系进行了验证,结果证明理论计算与实验结果具有良好的一致性。     

某机载光电系统主镜的轻量化设计与分析

为了达到某新型机载光电系统的轻小型化要求,对共孔径组件中ΦΦ445 mm的主镜开展了轻量化设计。首先,对比分析了多种轻量化形式特点,确定了主镜材料和结构形式。然后,以主镜轻量化率和面形精度为目标,综合理论计算与有限元分析手段,对相关参数进行迭代优化,确定出镜厚为68 mm,面板厚度为6 mm,筋板厚度为4 mm,优化后轻量化率达62 %。接着,对主镜开展工程分析,在1 g重力作用下,单一主镜光轴竖直时RMS达1.13 nm,光轴水平时RMS达0.23 nm,冲击振动下最大局部应力为0.19 MPa,组件状态下主镜RMS达11.67 nm,各项指标均满足设计要求。最后,借助干涉仪对实物主镜进行光学检测,面形精度RMS实测值为15.19 nm,进而验证了轻量化设计分析的准确性。     

高功率半导体激光堆栈双波长合束及聚焦系统

针对两种波长的直接高功率半导体激光堆栈,为适应半导体激光在材料加工方面的需求,设计一种双波长合束及长焦距光学系统。首先,利用快慢轴准直镜对两种波长的激光堆栈进行初步准直,然后,用双波长合束镜将其合束。进而,利用倒置开普勒望远系统原理对慢轴光束进一步扩束准直,最终,用快慢轴聚焦镜实现同步聚焦。利用光参数积原理对聚焦系统进行理论分析,并根据瑞利长度公式计算出焦深。用ZEMAX软件对整个光路进行光线追迹,得出模拟结果。根据理论分析和软件模拟,开展相应实验。经合束和聚焦,实现焦距300 mm,焦点尺寸2.0 mm4.0 mm的聚焦光斑,输出功率5 000 W,功率密度达104瓦级。最后讨论该系统影响因素。聚焦光斑可用于激光熔覆,表面处理等工艺。     

双目光轴平行性检校仪检测精度分析

光电仪器的双目光轴平行度是仪器的重要指标,为实现双目光轴平行度的全天候定量测量,设计了双目光电仪器光轴平行性数字化检校仪。为满足仪器检测精度性能参数需求,根据检测原理,结合系统组成部件,分析影响系统检测精度的各种因素,建立检测精度综合不确定度分析模型。通过分析单一因素对系统综合测量不确定度的影响权重,针对重点误差因素,提出控制方法及措施。对所有影响因素进行合理的误差分配,优化双目光轴平行性检测仪的测量精度。