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。     

长焦距无热化星敏感器光学系统设计

光学系统是自主导航星敏感器实现恒星光信号收集以及高精度姿态测量的核心组件。以高精度星敏感器光学系统为研究对象,分析了影响光学系统探测不同色温恒星精度的机理,恒星色温及环境温度变化引起的质心漂移量误差通过后期标定抑制的难度大,需要在光学设计阶段进行控制;建立了光学系统设计波长权重计算模型及分配方法;在性能评价方面,除了常规的能量集中度、畸变以及非对称像差之外,提出采用恒星色温质心漂移量以及温度变化质心漂移量作为精度评价的主要指标。根据应用需求设计了一款基于航天卫星平台的长焦距星敏感器光学系统,焦距为95 mm,相对孔径为F/2.4,视场角为8°×8°,探测光谱范围为450～1 000 nm,3×3像元内能量集中度大于85%。基于常规玻璃材料校正了超宽谱段长焦距光学系统的倍率色差,全视场倍率色差不超过0.9 μm。精度分析结果表明:2 600～9 800 K范围内不同色温恒星的质心漂移量小于0.36 μm;在工作温度0～40 °C范围内,焦距变化量小于2.7 μm,温度变化引起的质心漂移量小于0.45 μm。     

空间相机共轴三反红外光学系统设计

针对空间光学系统长焦距、大视场、轻质量、小外形尺寸、大相对孔径、高成像质量的特点和发展趋势,利用ZE-MAX求解并优化空间相机共轴三反光学系统的结构参数,设计出了焦距为5 000mm,F数为10的共轴三反射光学系统.设计结果表明:该系统视场角达8°,空间频率为50 lp/mm,调制传递函数值均大于0.4,接近衍射极限,...     

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。     

变焦距共形红外光学系统的设计研究

提出一种双视场共形红外光学系统的设计方法,该光学系统采用二次成像的光学结构形式与轴向移动式的视场变倍方式,在共形窗口的基础上利用变焦原理完成系统的设计。系统主要光学参数F/#为4,变倍比为3∶1,工作波长为3.7～4.8μm,采用椭球型窗口。设计结果表明,系统成像质量良好,并满足100%冷光阑效应。     

长焦距高分辨率红外两档变焦光学系统设计

针对中波制冷型640512凝视型焦平面探测器,设计了一款长焦距高分辨率中波红外两档变焦光学系统。该系统工作波段为3.7～4.8 m,F数为4.0,长焦距为800 mm,短焦距为400 mm,采用二次成像技术不仅减小了前固定组镜子的口径,而且实现了100%冷光阑匹配。系统采用锗和硅两种红外材料,通过引入非球面来校正轴外像差和高级像差。设计结果表明,系统在33 lp/mm处,短焦距和长焦距的传递函数值均优于0.2,全视场畸变小于0.5％,具有结构紧凑、分辨率高、像质好等优点。     

中波红外三视场变焦光学系统设计

三视场变焦光学系统相对于其他形式的变焦系统具有机械结构简单、可靠性高、变焦时间短等优点。采用320240分辨率、像元尺寸30 m30 m制冷型探测器,二次成像方式设计了一种工作于3～5 m中波制冷型三视场红外光学系统,系统视场角1.4～23.8,F数为４,可实现焦距为30mm/100mm/500mm。设计中采用了硅和锗两种材料校正谱段内色差,采用了一个非球面校正系统球差,两个反射镜折转光路的方式实现系统轴向尺寸的缩减,整个系统外形尺寸小于210 mm160 mm120 mm,系统具有外形尺寸小、变焦结构简单、成像质量高等特点,在空间频率17 lp/mm处,系统调制传递函数（MTF）均在0.5以上,能量集中度大于70%。     

振动对航空CCD相机成像质量影响分析

振动是影响航空CCD相机成像质量的关键因素.采用调制传递函数(MTF)评价振动对像质影响,应用简谐振动为激励,详细推导了航空振动引起角位移和线位移对成像系统的影响,建立了角位移和线位移与像移大小的一般关系式,并结合工程实际进行了量化分析.指出角位移是影响成像质量的主要因素,提出了进行减震设计的基本思路,提高成像质量.     

长焦距、大视场、离轴望远系统的光学设计

设计了一种长焦距、大视场、离轴望远镜光学系统,采用的TMA(three mirror anastigmat)系统3个反射面都是二次曲面,将3块镜面都离轴和倾斜放置,从而避免了中心遮拦的影响,系统的视场为5.0°×0.4°、焦距为15 m和总长度为f′/3.5～f′/3.0,像质达到了衍射极限.     

细分采样叠加技术对推扫方向MTF的影响分析

阐述了细分采样叠加技术的原理和应用.分析了采用细分采样叠加技术对推扫方向调制传递函数(MTF)产生的影响.并在此基础上研究了电路读出时间对细分采样叠加技术的影响.给出了不同采样倍数对应的MTF和电路读出时间所引起的MTF变化.     

一种新的长焦距透镜的制造方法

论述了用平行平板上盘来加工长焦距透镜的方法。这种方法可避免火漆上盘引入的透镜偏心,实验证明这种加工方法重复精度好,生产效率高,适合批量生产。     

光学稀疏孔径成像复合孔径阵列结构研究

对环型、Y型和Golay6等典型的光学稀疏孔径成像系统,给出了最大和最小填充因子,结果表明,最大填充因子只与子孔径的数目有关.提出一种建立在典型光学稀疏孔径阵型基础上的复合孔径阵列结构,给出了3种不同复合孔径阵列结构形式,在填充因子相同的情况下,用计算机仿真子孔径间距变化、子阵列旋转对调制传递函数(MTF)的影响,并对系统模拟成像及噪后的图像进行重构,使用相关系数对图像质量进行评价.结果表明,这种复合孔径阵列结构通过复制子阵列能够扩大系统的口径,而且具有易于加工、装调方便的特点.     

一种精确测量光学系统焦距的新方法

本文首次提出了一种利用低频全息光栅精确测量光学系统焦距的新方法,并分析了测量误差。这种方法适用于各种对称和非对称光学系统(如球面、二次非球面、柱面和轮胎面等)焦距的精密测量。     

航空侦察相机设计与镜头结构分析

航空战术侦察是各种战术侦察中最为有效的手段之一。在现代化信息化武器中,航空侦察系统是必不可少的。本文具体介绍了光电型画幅式垂直相机的光学系统与机械结构的设计过程。对相机镜头结构进行模态分析,在分析模态时发现其前两阶固有频率低于用户所给指标,且其振型易对镜片成像产生影响。以提高刚度为目标改进结构,对改进后的结构做模态分析,满足要求。对镜头进行热环境分析,考察相机镜头在热环境下工作对成像的影响,结果满足要求。     

空间冷光学长波红外相机的设计与验证

为满足红外成像产品在复杂多变环境下的适应性并实现产品的使用功能,对空间冷光学长波红外相机设计进行了研究。首先进行了相机的结构设计;然后运用Partarn/Nastran有限元软件对相机进行了分析,探究了温降和重力对各透镜面形的影响,计算了相机的前三阶模态,并对相机进行了波像差测试;最后在真空低温环境下完成了相机的调制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)测试。试验结果表明,相机中心视场面形的均方根(Root Mean Square, RMS)值优于1/50λ,MTF计算值为0.18719,满足低温红外相机成像的精度要求。     

基于自准直法的长焦距CCD航空相机的离焦补偿

为了对长焦距航空相机的离焦进行补偿,设计了一种基于自准直的离焦补偿系统.该系统首先采用高度自动化和智能化的光电自准直离焦补偿法实现离焦量的校正,然后通过引入飞机高度数据进行离焦量计算,并通过相应装置实现离焦校正.在校正过程中,采用效率更高的改进爬山算法进行准确焦面定位,利用FPGA硬件系统进行数据处理,并通过VHDL语...