大口径、长焦距平行光管装调技术研究

主要以焦距7500mm、口径750mm的大型牛顿式平行光管的装调与标定方法为研究对象。该平行光管作为某空间光学系统的检测与标定基准,因此对其装调后的像质稳定性、出射光束平行性、口径对称性、出射光束水平性等参数都提出了极高的要求。从平行光管的关键指标参数要求出发,归纳了Φ750mm平行光管进行初步装调,再研究精密装调的技术原理和方案,分析了可能存在的失调量、产生原因与对应的调整方法。介绍了干涉辅助装调的实验过程和其中遇到的问题与解决方法,最终得到了满足技术要求的装调结果。     

基于长焦距、大口径反射式光学系统成像的工艺技术研究

文中以焦距4 000 mm、口径Φ400 mm的反射式平行光管精密调试、检测工艺方法为研究对象。作为某光学系统的检测与标定基准, 该平行光管在成像质量、分辨率、出射光束平行性等关键指标都有极高的要求,重点从主镜微应力粘接、主次镜光学间隔精确调节、主次镜光轴一致性调节和分划板位置精确标定等关键工艺环节入手进行了深入研究,并利用自准直法进行了精密调试、检测。最终得到的平行光管系统分辨率≤0.8″,出射光束平行差≤3″,星点能量集中,无明显像差,十字分划板竖刻线与安装基准铅垂,综合性能指标达到设计要求。     

基于液晶分划和数字图像处理的正透镜焦距测量研究

讨论了一种基于LCD、CCD和数字图像处理的正透镜焦距测量方法 ,是光电法自动化测量光学系统多个参数的一种有益的探讨。用液晶屏显示分划图形取代平行光管的分划板 ,用CCD在接收方采集数字图像并送入计算机 ,通过图像处理和分析得出被测透镜的焦距。运用叠加的方法提高图像的信噪比 ;结合重心法和平行线拟合方法求取平行线对的间距 ;应用高精度焦距标准透镜标定数字图像和实际像之间的比例关系。详细介绍了测量和图像处理的方法 ,进行了公式推导和误差分析 ,并给出了实验结果     

大口径光学离轴平行光管研究——主反镜结构及光学检测

在长焦距大口径平行光管的应用中,平行光管物镜的定位精度以及在装调过程中高灵敏度的调试环节十分重要.介绍大口径离轴光学平行光管主镜结构及其检测方法,给出3种不同口径下的光学系统的装调方法,详细分析 700 mm的平行光管的主镜结构及精调装置,并利用4D干涉仪来检测装调装置对面形的影响.结果表明,该装调装置为自由移动装置,...     

光学装调中的一种基于猫眼效应的焦距测试方法

在光学系统装调中,由于光学元件的面型误差、加工误差等影响因素的存在,使待装调的光学系统的装调失调量并非为一个确定的准值,而是一个范围值,在失调量范围内,可能存在不止一组Zernike系数符合要求,即以像差值为判据的装调结果的解不唯一,需要对光学系统的其他参数进行测试判断光学系统在装调阶段是否满足技术要求。介绍了一种在装调过程中,当各项像差的Zernike系数接近设计时,利用干涉仪、分划板、五棱镜、经纬仪等设备,在波前测试光路中采用猫眼效应进行装调过程中的光学系统焦距的测试方法,通过光学系统的波像差和焦距值两种测试结果判断装调工作是否符合要求。经过实际装调过程中的应用验证了该方法的有效性,在光学系统的装调过程中将焦距值控制在±0.5%以内。     

CO_2激光发射装置光轴平行度的快速检测方法

设计了一个装调检测辅助系统,可完成外场条件下CO_2激光发射装置光轴平行度的快速检测。介绍了辅助系统的工作原理和检测装调过程,对影响检测精度的误差因素进行了分析和计算,着重分析了由辅助系统的装调和结构变形引起的误差,检测精度为5.3″。与大口径平行光管检测法进行了对比,结果表明,相对误差不大于1″。     

红外低温相机视轴引出方法

测量红外低温相机的系统调制传递函数(MTF)需要借助于低温平行光管。由于红外低温相机探测器在常温下无法正常工作,并且红外低温相机、低温平行光管离轴抛物镜以及模拟靶标三者是空间分离的,因此实验前需要将相机的视轴引出到平行光管的视轴方向,同时将模拟靶标调整到平行光管焦面位置且靶标中心处于平行光管的中心视场。借助于干涉仪,利用经纬仪分别将相机视轴和平行光管视轴引出到外基准立方镜a和b,通过两立方镜坐标系的方向余弦矩阵关系,将红外低温相机的视轴引出到低温平行光管的视轴方向。对视轴引出精度进行了分析,给出了实验采集的图像。实验结果表明,系统MTF满足要求,同时表明红外低温相机视轴引出方法合理可行。     

非球面光学反射镜的装调方法

针对通过胶粘固定的口径为230 mm非球面反射镜的装调要求,选用无像差面型检测法,通过对3个关键过程,即底板与裸镜的粘接,镜框与底板的连接,光学定心加工的实验研究,提出使粘接应力及结构件传导应力变化量达到最小的微应力装校方法,并通过光学定心加工标定出非球面反射镜的光学中心。装调结果表明:对于口径为230 mm的非球面反射镜,微应力装调后面型精度0.02;光学中心偏心量5 m,分划板表面与光轴垂直度误差2.5。     

基于平行光管法的薄凸透镜焦距测量

薄凸透镜是光学仪器中最重要、最基本的元件,在天文、军事、医学等众多领域发挥着重要作用。焦距是薄透镜、反射镜等光学系统最重要的特性参量,因而准确测量薄透镜的焦距则显得尤为重要。实验室测量薄凸透镜焦距的方法有物距像距法、自准直法、光电法、平行光管法等。由于采用前3种方法测量透镜焦距的精度偏低,针对该问题,提出利用平行光管法测量薄凸透镜的焦距,并对实验误差作简单分析。实验结果表明,该方法可以高精度地测量薄凸透镜焦距,相对误差仅为0.138%。因此,采用平行光管法的薄凸透镜焦距测量方法是有效可行的。     

待测透镜的焦距为何要小于平行光管物镜焦距的二分之一

在平行光管的说明书和一些光学实验书中都指出“待测定的透镜或透镜组的焦距一般应小于平行光管物镜焦距的1/2”。这是为什么?是怎样得来的?下面对此进行具体的分析和论证。一、和焦距测量误差df_x'有关的两种误差平行光管在使用前必须对无穷远聚焦,以保证其产生平行光。但由于人眼分辨能力     

视频光学传递函数测试中的系统参数设置

通过对针孔像的处理和分析, 获得了被测系统的光学传递函数, 分析了采样频率对测试精度的影响, 提出了用栅条板标定频率换算尺度和针孔像采样频率的方法. 对50 mm焦距平凸标准物镜的测试结果表明, 系统参数的标定和输入直接影响测试精度, 采用本文提出的标定方法准确可靠, 可以在测试组件参数未知的情况下, 获得影响空间频率换算的参数, 进而准确获得被测系统的光学传递函数.     

航天CCD相机焦面位置地面标定方法研究

为了在地面试验阶段准确标定出航天CCD相机在轨成像时的像面位置,提出了一种基于自准直干涉测量原理和调制传递函数测量原理的航天CCD相机焦面位置的地面标定方法。介绍了该方法的原理和实施过程,并以口径1 m、焦距20 m的平行光管标定口径600 mm、焦距6 m的航天CCD相机为例,分析并计算了新标定方法和已有标定方法的标定精度。结果表明:新标定方法的标定精度优于0.006 mm,是已有标定方法标定精度的5倍至10倍,能够满足现阶段所有航天CCD相机的焦面位置的标定精度要求。     

平行光管的调整方法

平行光管是一种能发射平行光束的精密光学仪器,也是调整光学仪器时的重要工具。为了正确使用平行光管和确保平行光管射出光束严格平行,在使用前必须对平行光管进行调整。使分划板严格处于物镜的焦平面上,并使它的中心与平行光管的光轴重合。一般使用自准直法调节,即在物镜焦平面上     

基于等效节点理论确定光轴方法的研究

针对目前高精度光学系统光轴标定存在的误差问题,提出了一种基于等效节点理论对系统实际光轴进行标定的方法,通过建立基准坐标系、节点坐标系和探测器坐标系,结合齐次坐标变换的方法构建适用于实际系统光轴标定的数学模型。以焦距为100 mm,物方节点与像方节点之间的距离为20 mm的光学系统为例,基于小旋量理论对其光轴精度影响因素进行了分析与计算,结果表明平行光管、转台、与标定模型三方面引入的标定误差低于10'。为不同的光学系统基于等效节点理论进行光轴标定时的精度分析提供了方法与依据。     

折转光管在光电瞄准系统中的应用

介绍了折转光管在瞄准系统中的使用位置、结构、工作原理和装调方法,分析了折转光管安装误差和两块平面反射镜之间的装调误差对方位传递精度的影响。使用MATLAB软件编程、计算、绘制出方位传递误差和高低传递误差的统计直方图,其分析结果为折转光管的装调提供了指导数据。计算分析表明,影响折转光管方位传递误差的主要因素是折转光管中两平面反射镜的装调误差,只要两平面反射镜的装调满足技术要求：方位误差≤4”、高低误差≤0．5’,即使折转光管在3个方向的安装误差极限值达到15°,也可满足折转光管方位传递误差≤10”的设计要求。     

离轴反射式平行光管设计及次镜检验方案研究

平行光管是光学实验室常用的光学精密仪器,通过光源照射靶标模拟无穷远目标,是光学系统装调、测试必需的设备。设计了一个有效口径为200 mm、焦距为5 000 mm的平行光管,采用离轴两反射式系统结构,视场角为0.35°,主次镜都为非球面,次镜为凸双曲面,系统中心视场波像差设计值达到1/62 λ,边缘视场波像差设计值达到1/21 λ。对该平行光管次镜检验方案进行了研究,提出了一种简单可靠的凸双曲面次镜正面检验方案。     

基于二维振镜的多光谱集成靶标设计及应用

为了提高基于二维振镜光轴平行性检测方法的检测精度,简化测量操作步骤,设计了一种基于二维振镜扫描系统的多光谱集成靶标。通过多光谱集成靶板与LED照明光源结合,解决一靶专用中需要频繁更换、反复调校靶板及光源的问题。利用二维振镜进行十字分划中心对准,提高CCD检测方法的测量精度;采用像差优化的卡塞格林准直系统,改善十字分划成像质量。通过光轴平行性检测实验,多光谱集成靶标校准精度达到了0.10 mard,该精度满足多光谱光电系统光轴平行性高精度和自动化检测的要求。     

推扫式光电成像系统调制传递函数测试装置的设计

光学遥感系统采用线阵CCD推扫成像方法获取地面景物的高分辨图像信息,调制传递函数(MTF)是评价系统成像质量的重要参数。使用矩形波板作为目标在Nyquist频率处测试光电成像系统的静态调制传递函数可以定量评价系统的成像质量。由于采用线阵CCD推扫成像的光电系统还需要测试其在像移补偿、偏流角控制状态下的动态调制传递函数(Dynamic MTF),才可以定量评价系统在工作状态下的动态成像性能。为此,论文基于光电成像系统动静态调制传递函数的测试原理,研究了测试系统的组成与工作方法,对其中的平行光管组件与动静态目标发生装置进行了仿真设计。其中平行光管的波像差优于25 nm(RMS),静态目标发生装置的调焦精度优于3 m,动态目标发生装置的输出像移补偿偏差小于5/1 000,照明均匀性优于95%,可以理论上实现非相干照明。上述仿真设计结果可以满足新型光学遥感成像系统实验室内动静态调制传递函数的测试需求。     

紧凑型长焦距平行光管的设计

设计一台用于CCD相机外场测试标定的超小体积、长焦距、高像质的平行光管,结构形式采用全反射离轴两镜式。设计的平行光管焦距1 2000 mm,有效口径400 mm,在线视场30 mm30 mm范围内波像差优于/20@6328 nm。光路经过多次折转后,平行光管外形尺寸小于1 000 mm600 mm500 mm,总质量小于60 kg。经分析计算,平行光管的环境适应性较好,能够满足被检相机正常发射场测试使用需求。     

精确测量透镜焦距的一种方法

本文通过测量待检透镜焦面上的分划板的两刻线对透镜主点的张角测焦距。待检透镜成像质量优良 ,用此种方法测量焦距 ,其相对偏差可达万分之几。通过分析误差源 ,讨论了测量过程中应注意的一些问题