强激光与红外传感器光轴平行性测量仪器的研制

研制了一种可在野外使用的光轴平行性测量仪器，该仪器利用热靶技术进行1．06μm激光谱段到3～5μm、8—12μm红外谱段的转换，实现了对光电跟踪测量设备25MW强激光发射器光轴与红外传感器光轴间的平行性误差测量。仪器的设计主体采用完全对称的结构和积木式的组装方式，保证了仪器在野外恶劣环境下保持测量精度不变。通过巧妙地利用电磁开关控制，实现了仪器靶面的远距离控制转换。装调工艺和检测措施确保了仪器的测量精度，并通过各种环境试验验证了仪器的可靠性。对仪器精度和环境适应性测试表明，该仪器测量精度达到10＂，并可在-30℃-＋60℃的条件下，保持精度≤10＂。     

外场多光轴平行性测试的光学系统设计

针对外场条件下因大气环境影响导致多光轴平行性误差的问题,设计了一种可见光、1.06μm激光及812μm的长波红外多光轴平行性测试的光学系统,系统采用卡塞格林系统为共光路并以可见光为基准光轴.卡塞格林系统的主次镜均采用双曲面校正球差及慧差,添加校正透镜减小了轴外像差.设计结果表明,该光学系统成像质量达到了衍射极限,在大气...     

具有视频输出的多光轴光学系统平行校正仪设计

设计了用于测量输出为视频图像信号的多光轴光学系统的光轴平行度校正仪器。测量仪器所采用的形心不变原理,介绍了测量电路的设计方法。仪器可定量测量和校准多光轴视频系统光学仪器的光轴平行度,经实验检验,仪器具有较高的测量精度。     

多光谱光学系统光轴平行性组合测试装置

介绍一种激光、白光和热像仪(或微光)三光合一观测仪器的捆绑式新型组合测试装置及其测试原理，并详细叙述了用该装置测试“三光”光轴平行性的过程和注意事项。该装置十字分划线的设计未采用常规的玻璃刻线工艺，而是选取电阻率较高的钨丝制成十字分划线，并在分划线的两端焊上电极，避免了测试时由于更换十字分划线靶标而可能产生的误差。该装置通过对观测仪器光轴平行性的检测和调试，为精确调校提供了依据，从而使3种光学系统的光轴平行性达到所需精度要求，对保证观瞄及测距的方向一致性起到了准确指示的作用。     

抛物面镜调校双波段光学系统光轴的误差分析

通常采用离轴抛物面镜来对双波段成像光学系统的光轴进行校准以便实现两个成像系统的像素级图像融合,但抛物面镜和点光源安装时所产生的误差会影响两个光轴的校准精度。根据几何关系及光学成像原理,推导了离轴抛物面镜对焦点附近点光源的成像公式,在此基础上分析了抛物面镜和点光源的安装误差对双波段成像光学系统光轴校正造成的影响。根据推导的误差分析公式可将可见光通道和红外通道双波段光轴的平行性误差控制在1个像素以内。     

抛物面镜调校双波段光学系统光轴的误差分析

通常采用离轴抛物面镜来对双波段成像光学系统的光轴进行校准以便实现两个成像系统的像素级图像融合,但抛物面镜和点光源安装时所产生的误差会影响两个光轴的校准精度。根据几何关系及光学成像原理,推导了离轴抛物面镜对焦点附近点光源的成像公式,在此基础上分析了抛物面镜和点光源的安装误差对双波段成像光学系统光轴校正造成的影响。根据推导的误差分析公式可将可见光通道和红外通道双波段光轴的平行性误差控制在1个像素以内。     

观瞄系统光轴平行性原位检测的光学系统设计

为了实现在车载观瞄系统原位不解体条件下快速、准确的性能检测,利用离轴反射式大口径平行光管搭建光学系统。基于TracePro实现对该光学系统光线追迹,对光斑质量和精度计算进行了研究。在分析离轴反射式平行光管性能和结构的基础上,设计了测试装置的光学系统;分析了该光学系统主要的误差来源及大小,结合误差合成理论计算其检测精度。结果表明:成像在该光学系统焦点处的光斑能量分布较为集中,距中心点0.6mm范围内的光斑能量占总能量的81.39%,该光学系统的检测精度能够达到2.9226″。满足了对车载观瞄系统光轴平行性原位检测时的精度要求,测试装置的架设、校准也较为容易。     

室内多波段光轴一致性测试系统的设计

介绍用于室内检测多波段光电设备光轴一致性的测试系统。该系统采用准直平行光管为测试系统提供无穷远目标。为满足全波段测试，光束无中心遮拦，系统选用离轴抛物面全反射光学系统。采用多光谱分光镜为激光光斑提供瞄准基准，带温控热十字丝的高斯目镜为红外和可见光波段提供瞄准基准，实现了光电设备之间可见与红外、可见与激光、激光与红外光轴的一致性测试。系统具有测试精度高、测试结果可靠等特点。根据初步估算，可见与红外、可见与激光、红外与激光之间的光轴一致性测试精度分别达到了4.01″， 1.08″和 4.05″的水平。该系统有效解决了多波段光测设备光轴间的一致性测试问题。     

大尺度多光谱多光轴平行性检校系统

为对室内不拆装情况下大型或整车上的多谱段光电装备进行光轴平行性检校,设计了大尺度多光谱多光轴平行性检校系统。系统采用一个多光谱平行光管提供多个谱段的无限远目标,通过二维移动平台实现平行光管的室内大跨度移动。利用倾角传感器、双线阵CCD测量系统和姿态调整机构来恢复和保证平行光管移动前后的光轴平行性,实现室内分布在车体上不同轴距不同谱段光电装备的光轴平行性进行统一检校。系统设计方案和误差分析结果表明:该系统平行光管移动前后的光轴平行性总误差小于0.142 mrad,在提高检校精度的同时还大大减小了光轴平行性检校的工作量;各分系统中倾角传感器和姿态调整机构误差对系统总误差贡献最大,通过选用更高精度的分系统还可进一步提高系统的总体精度,满足更高精度装备的光轴平行性检校要求。     

双波段成像光学系统调焦过程的成像误差分析

双波段成像光学系统要达到像素级图像融合,两幅待融合图像间的空间差异要保证在一个像元范围内,因此必须从光机结构设计的层面上保证两个成像光学系统的光轴平行性达到所要求的精度。而由于制造、安装等误差的存在,光学系统在调焦过程中不可避免地会导致其光轴发生偏移。运用Zemax对调焦过程中影响光轴平行性的因素进行了仿真分析,并对光学系统进行了建模、成像误差分析与计算,最后得到了红外系统中可调焦镜片和可见光系统的最大容许安装误差,对于实际光学系统的装调具有一定的指导意义。     

车载红外探测设备的光机结构设计

为了实现空气质量的实时监测,设计了一种车载红外探测设备的光机结构。该结构采用大孔径、无焦反射式光学系统,即高精度扫描反射镜实现了方位和俯仰0～360°扫描。通过有限元方法对系统进行静力学分析,结果满足光机结构设计要求。用锤击法对样机进行了模态测试,并对车载环境下的设备进行了振动实验。结果表明,光机结构一阶频率为52Hz,相对于车载环境的12．5Hz具有足够的动态刚度及结构稳定性,可保证该设备正常工作。     

衍射光学元件精密模压模具设计及预补偿

衍射光学元件较球面、非球面光学元件在校正色差方面具备较大优势,尤其是在红外光学领域,应用衍射光学元件可进一步增加光学系统的设计自由度。随着红外光学市场的进一步增大,常规的衍射光学金刚石车削技术难以满足大规模需求,精密模压技术成为解决上述问题的关键技术。模具设计是实现精密模压的重点,为了缩减模具设计周期,该文采用有限元仿真方法对模具进行预先设计及补偿,并试加工。采用单站式精密模压机对设计的模具进行了精密模压试验。模压试验结果表明:采用合理的工艺参数,能够实现衍射光学元件面形精度PV达到0.56 μm,位置误差<0.011 mm,环带高度误差<0.12 μm,验证了仿真预先补偿在衍射光学模具设计中的有效性。     

基于二元光学的红外成像光谱仪离轴系统设计

对Lyons采用二元光学元件的红外成像光谱仪的设计理论进行了分析，为消除其二元光学元件作为透射式成像元件导致的焦距随波长的变化而变化的缺陷.提出将离轴三反射镜系统与具有二元光学透镜的变焦距系统相结合的新技术方案，并从军事目标的红外热探测的基本要求出发，给出了具体的设计实例.设计结果表明，系统具有设计精巧、结构简单、光能接收率高、消像差特性好、对材料的要求低以及满意的红外焦平面凝视阵列探测器的配准精度和探测精度.     

高精度V棱镜折射仪光机结构设计

针对传统V棱镜折射仪采用光学度盘,目视对准方式无法满足现代光学玻璃生产线以及高精度折射率测量的需求。提出一种新型的高精度基于CCD 机器视觉对准的V棱镜折射仪的总体设计方案,并对准直光管、传动机构、锁紧和微调机构以及轴角编码测角机构等主要组成部分进行了光机结构设计。在考虑空气折射率影响因素的修正公式的基础上,分析了仪器的检测误差。实验结果表明:其折射率检测精度可达 310-6,满足了高精度V棱镜折射仪的技术指标要求。     

便携式多波段多光轴平行性检测仪设计

针对多波段多光轴观瞄仪对光轴平行性检测需求,提出便携式高精度光轴平行性检测仪设计方案。为了减小系统的体积,光学结构采用卡塞格林式准直系统,运用Zemax光学设计软件设计并优化了其光学及结构参数。采用ZnS玻璃作为分划板基底材料设计了多波段共光轴的综合靶标,并利用CCD的感光面作为激光光斑采集靶面,提高了便携性,检测仪器检校光轴一致性偏差在15以内。实验分析结果表明:设计方案满足观瞄仪的高精度校轴和野外快速测试的需求。     

基于OptiCentric中心偏测量仪的红外光学镜组装调方法

在红外光学镜组装调过程中会产生光学中心偏,且红外材料对可见光不透明,不能使用传统的可见光装调模式,从而成为红外镜组装调的难点。论文提出了基于德国TRIOPTIC 公司的OptiCentric双光路中心偏测量仪的装调方案,详细介绍了无镜座定中法与镜座法以及非球面的装调方法,并对无镜座定中法与镜座法的优缺点进行分析;论文还指出使用OptiCentric中心偏测量仪在非球面定中时存在一定的局限性;最后使用光学传递函数测试仪对无镜座法和镜座法装调的镜头进行了测试。测试结果表明:使用中心偏测量仪装调的镜头能够满足技术指标要求。     

高精度CCD尺寸自动检测系统的光学系统设计

本文介绍了测量精度为±０．００３ｍｍ的ＣＣＤ尺寸自动检测系统的工作原理。详细地讨论了光学系统的设计和远心物镜的结构。并且进行了光学计算和像差校正。给出了像差曲线和实测结果。该仪器具有自动检测精度高、快速和性能可靠等优点。已在工业生产中得到了很好地应用。     

平面光栅双单色仪的光学系统设计

平面光栅双单色仪是构成光栅衍射效率测试仪的重要组成部分,为了完成光栅衍射效率测试仪的研制,需要对平面光栅双单色仪的光学系统进行设计和模拟。仪器主要由光源、前置单色仪、测量单色仪和探测器组成;结合仪器的实际使用需要,确定了光源、探测器和光路结构,根据仪器的设计要求,分别对前置单色仪和测量单色仪的光学系统进行设计和模拟,给出了各自光学系统的像面点列图和实际光线追迹数据。设计结果保证了仪器光学系统的测量准确性。     

高精度保偏光纤偏振测试系统的设计

介绍了保偏光纤的偏振串音和h参数以及它们的相互关系。给出了高精度起偏系统和检偏系统的光路结构。对影响测试精度的各种因素进行了详细分析,并使用自制的测试系统对国内几个单位生产的保偏光纤进行了测试,得到了理想的测试结果。其中,2m长的保偏光纤的偏振串音达到了-50dB以下,其测试精度达到了国际先进水平。