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。     

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。     

一种多光路光轴平行性检测系统

介绍一种用于检测多光路光电设备光轴平行性的测试系统,该系统采用准直平行光管提供无穷远目标,并融合了CCD图像采集处理和计算机技术,通过计算目标靶十字中心和激光光斑中心之间在CCD上的像素跨距,计算出红外、可见光以及激光三轴相互间的平行性误差,系统的计算误差小于5。     

旋转平行光管主镜背部柔性支撑设计与仿真分析

针对光学动态靶标进行光电跟踪光端机的跟踪精度的测试时,旋转的光电平行光管由于离心场的存在导致主镜面型误差过大的问题,提出了一种基于挠性梁减小旋转平行光管离心工况下主镜面型误差的方法。文章首先针对主镜支撑点径向位置最优布局进行求解,其次在Isight优化平台上对主镜背部支撑挠性梁的关键设计参数进行尺寸优化,最终利用Sigfit软件分析了离心工况下主镜面型误差。采用优化后的主镜支撑方案,反射镜在1.64g离心力作用下,主镜面型精度RMS优于0.03λ(λ=632.8nm),组件一阶固有频率为167Hz。采用4D干涉仪对平行光管的波像差进行检测,检测结果表明,平行光管光机系统的波像差RMS值优于0.067λ。经过仿真分析与检测实验证明,采用挠性支撑的旋转平行光管镜的动态刚度与面形精度满足光学动态靶标的应用要求。     

便携式红外目标模拟器的研制

针对导弹整体性能测试中目标体红外辐射强度和运动特性的模拟需求,研制了基于卡塞格林式准直光学原理的便携式红外目标模拟器。该目标模拟器采用抛物面型主反射镜与双曲面型次反射镜相结合的卡塞格林准直光管作为光学系统,采用黑体作为辐射源,在可变小孔光阑和旋转台的配合下,实现了对红外目标运动特性和辐射强度的模拟。经检测表明,研制的目标模拟器焦距为414.8mm,系统出射光平行度小于10″,黑体辐射温度范围大于80℃,可为测试红外导引头的角运动情况和红外辐射强度提供一条有效的技术途径。     

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。     

技革简讯

三米平行光管长焦距、大口径、象质优良的平行光管是光学测试的重要仪器,向阳仪器厂研制成功的三米平行光管就是其中之一(上图)。该平行光管采用双分离消色差物镜,焦距f′=3000mm,有效口径D=300mm。其光学系统如下图所示。三米平行光管的三个支脚可作高低方向的调整,保证光轴水平。照明器可前后、左右、上下移动进行调节,因而能适应各种照明情况的需要。物镜框和玻璃之间采用弹性结构,消除了温度变化对象质的影响。仪器后镜筒不仅可在纵深方向进行移     

大视场透射式红外平行光管系统设计

为了满足红外检测设备大视场、高像质、易便携的要求,设计了工作波段为8~14μm、全视场大于等于24°、孔径为130mm的大视场透射式红外平行光管系统.采用三片式摄远物镜结构,并加入一片非球面解决了三片透射式系统像差难以平衡的难题.根据光学设计理论对系统进行多层次优化设计,最终得到了在全视场内的红外平行光管设计结果,其中不同波长所对应的各焦距位置在20lp/mm处的调制传递函数不低于20%、畸变小于1%,其优点是大视场、高分辨率、成像质量好、结构简单,可以为各种红外热像仪、军用红外瞄具的性能参数检测系统提供高像质、高分辨率的无穷远红外目标源.成功研制一台应用样机,并于加工装调后进行了应用验证试验,结果表明样机获取图像清晰准确,能够满足测试要求.     

用多面体测试分度误差研究

采用多面体和光电平行光管测试圆刻机分度误差，比较了１２、３６、７２面体的测试特点，从数据分析中可找到一些造成误差的因素     

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。     

红外光学系统焦距测量的研究

红外光学系统是红外系统的关键组件,而焦距是光学系统重要的参数之一,它的测量直接影响到红外系统的定位精度和打击目标的准确率。传统的测量焦距的方法一直沿用可见光照明的放大率法,其测量精度受很多因素的制约。研制的测量红外光学系统焦距的系统,采用倒置放大率法测量方式,直接用红外光源照明放置在被测光学系统物方焦面上的玻罗板,用线...     

Evaluation of infrared collimators for testing thermal imaging systems

Infrared reflective collimators are important components of expensive sophisticated test systems used for testing thermal imagers. Too low quality collimators can become a source of significant measurement errors and collimators of too high quality can unnecessarily increase cost of a test system. In such a situation it is important for test system users to know proper requirements on the collimator and to be able to verify its performance. A method for evaluation of infrared reflective collimators used in test systems for testing thermal imagers is presented in this paper. The method requires only easily available optical equipment and can be used not only by collimator manufactures but also by users of test equipment to verify performance of the collimators used for testing thermal imagers.     

热电制冷摄像机制冷系统研究

介绍了摄像机热电制冷设计必须考虑的问题 ,研制了性能与同类进口产品相当的摄像机的热电制冷降温、恒温系统。实验结果表明 :该系统对 2 0 0 m W的热负载可以提供 - 40℃以内的稳定恒温 ,温度的控制精度达 0 .1度 ,可作为高性能摄像机及其它成像系统的配套设备。     

一种高星等标准星光模拟器的设计与性能分析

在卫星探测相机及星敏感器的地面标定实验中,需要一台能够模拟无穷远处极小星点以及极弱星光照度的光源,即星光模拟器。采用积分球均匀点光源加准直平行光管模拟出无穷远处的星点,使用可变光阑调节光能量动态范围,提高模拟星等。同时点光源的光亮度可以精确测定,再通过精确测量影响星等照度的各个因素,从而解决弱光情况下的标定问题。分析模拟器的模拟星等能力及精度,在现有加工测试条件下,星光模拟器能够满足模拟6~14星等照度要求且精度较高,完全满足地面标定实验需求。     

Calibrating the HXMT collimators using diffuse illumination

We propose a new method to calibrate the HXMT collimators by measuring the optical point spread function (PSF) of the hard X-ray modulation telescope (HXMT). The light transmission of the collimator at different viewing angles with a camera and a diffuse backlight placed behind the collimator is measured. This method is much easier to accomplish than measuring the PSF with a parallel optical beam. The experimental results are very consistent with the simulations. The PSF of the collimator of the high energy X-ray telescope on HXMT is found to be in good agreement with the design, with accuracy better than 1 arcmin.     

差分五棱镜扫描法在波前检测中的应用

为了实现高精度大口径平行光管波前检测,评价平行光管出射波前质量,提出了采用差分五棱镜扫描波前检测方法检测平行光管.该方法为五棱镜扫描法的优化方法,通过测量波前斜率的改变得到波前曲率的信息来重构波前,从而消除由于五棱镜扫描法波前检测中质心标定不准确而引入的倾斜和离焦的误差量.通过搭建差分五棱镜扫描法波前检测系统验证了此方法的可行性,并给出差分五棱镜扫描法误差分析说明此方法可靠性.误差分析表明,该方法检测精度可以达到10.54 nm;实验结果表明,该方法相比于五棱镜扫描法分别在波面峰谷值(PV)和均方根值(RMS)的重复性精度上提高了74.41%和125.81%.该方法基本满足平行光管波前检测精度高、稳定性好的要求,可以客观准确地评价平行光管出射波前质量.     

高速动光弹系统及其应用

高速动光弹仪是动态光弹性研究的有效诊断工具,主要用于记录各种结构在动载荷作用下,不同瞬间的应力条纹图像。研究应力波的传播规律,裂纹扩展过程,固体高速变形等。通常的动光弹仪为多火花式动光弹仪。国外也有采用静态光弹仪与转镜式高速分幅相机结合的系统。我们研究调试的动光弹系统,是在高速纹影系统中加入偏振光场,即静态光弹系统、纹影系统与转镜式高速分幅相机结合。在雷管动载荷作用下,应用高压脉冲氙灯光源,单色圆偏振光亮场,获得了不同光弹模型的清晰应力条纹图像。给出应力波的传播过程和孔附近产生的应力集中现象。该系统具有摄影频率高、曝光时间短、测试灵敏度高、适于强载荷、远距离研究大尺寸光弹模型,同时具有透射式和反射式光学系统等特点。从而为动态光。弹性研究提供了有效的测试技术和诊断系统。     

弱光紫外星模拟器的研制

为了解决月基紫外深空观测相机地面定标的难题,研制了一种动态范围大、星等模拟精度高的紫外星模拟器。该模拟器采用5 m离轴光管作为准直光学系统,用双积分球系统作为均匀光源,可模拟3～16等星的弱目标,其星等最小分辨率为0.2等星,星等不确定度为5.48%。通过试验证明,该星模拟器完全满足月基紫外弱光星等深空观测相机地面定标的试验要求,不仅可以在实验室内标定紫外观测相机的探测能力和灵敏度,还可用于测试观测相机的其它参数指标,为发展深空高轨探测相机提供了地面定标基础。     

多波段空间推扫相机光学系统设计

空间推扫相机的光学系统要求具有大视场、大口径、低F数等特点，据此设计了一种3波段光学系统。在参考国内外各种扫描或推扫相机结构的基础上，根据像差理论和系统要求，采用有效的分光方式和紧凑的光路结构，对不同的波段采用不同的像差校正方法，以及对系统优化组合后，最终得到了一个实用的光学系统。该系统包括可见、中波红外和长波红外波段，视场达到2.93°×0.3°，可见波段的F数为3.8，中波和长波波段的F数为1.9。从设计结果可以看出，系统3个波段的光学调制传递函数（MTF）都接近衍射极限。     

A TRANSPLANTABLE COMPENSATION SCHEME FOR THE EFFECT OF THE RADIANCE FROM THE INTERIOR OF A CAMERA ON THE ACCURACY OF TEMPERATURE MEASUREMENT

Radiance coming from the interior of an uncooled infrared camera has a significant effect on the measured value of the temperature of the object. This paper presents a three-phase compensation scheme for coping with this effect. The first phase acquires the calibration data and forms the calibration function by least square fitting. Likewise, the second phase obtains the compensation data and builds the compensation function by fitting. With the aid of these functions, the third phase determines the temperature of the object in concern from any given ambient temperature. It is known that acquiring the compensation data of a camera is very time-consuming. For the purpose of getting the compensation data at a reasonable time cost, we propose a transplantable scheme. The idea of this scheme is to calculate the ratio between the central pixel’s responsivity of the child camera to the radiance from the interior and that of the mother camera, followed by determining the compensation data of the child camera using this ratio and the compensation data of the mother camera Experimental results show that either of the child camera and the mother camera can measure the temperature of the object with an error of no more than 2°C.