浅谈平行光管的原理及其在测绘仪器计量中的应用

平行光管能成像于无穷远处,产生平行光束,常用于光学仪器的计量。本文对测绘仪器计量中的专用平行光管进行详细介绍,包括原理、技术指标,计量检定中的应用和注意事项等,可为相关人员提供参考。

使用经纬仪与平行光管测量转台测角误差

介绍了一种使用经纬仪与平行光管进行检测转台测角误差的测量方法,并对其实施细节进行了讨论。使用棱体和自准直仪的检测方法测量准确度高且稳定可靠,但存在成本高、测量点数受限和操作繁琐等缺点。该方法通过利用经纬仪作为测角标准器,平行光管作为无穷远目标实现准确的角度测量。通过准确调整平行光管分划板位置和经纬仪与转台的同轴性,尽可能减小测量误差。实验结果表明,该方法与常规方法结果一致性好,同时具有成本低廉、操作简便和可测量任意角度等优点。

利用水下平行光管测量水下相机成像分辨率

水下光学成像是重要的水下探测方式。现有水下相机成像检测方法受到水体本身以及测量方法的影响,难以准确进行成像分辨率检测。提出了基于水下平行光管的水下相机成像分辨率检测技术,通过在水中产生平行光束,直接对水下相机成像分辨率进行检测。通过仿真得出:水下平行光管在水中可见光和空气中单波长的调制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)基本一致。利用这一结论,提出了水下平行光管空气中装调检测的方法。针对实验室所研制的一款水下相机开展实验测试,其在水中可见光与空气中635 m光源照明条件下的分辨率相同。实验结果表明,所提出的基于水下平行光管的水下相机成像分辨率检测方法可有效消除水体对分辨率测量的影响,实现水下相机成像分辨率的准确测量。

离轴反射式平行光管结构设计及主镜背部柔性支撑仿真分析

设计了一款可用于白光瞄准镜多参数检测的离轴反射式平行光管。针对在使用工况中,低频振动环境对主镜面形误差影响过大的问题,提出一种主镜背部柔性支撑方案,并对主镜柔性支撑的重要结构参数进行了优化。同时对RTV胶的特性进行分析,计算出环形RTV胶的有效属性和等效模量倍率。仿真结果表明,主镜组件在1-g重力作用下,面形误差RMS值和PV值分别为0.79nm、3.66nm,能满足系统指标对于平行光管面形的要求。平行光管整体的一阶模态频率为496.38Hz,具有良好的抗低频振动的能力,在热力耦合作用下,主镜面形误差均满足RMS值≤λ/30,PV值≤λ/10的设计要求,1000N力作用下的最大应力小于材料的屈服极限。主镜采用柔性支撑的离轴反射式平行光管的动态性能与面形精度能满足设计要求。

平行光管的基本原理及使用方法

平行光管是最基本的校验仪器。为了便于光学仪器的安装和校验,着重介绍了平行光管的基本原理及结构组成。它主要由物镜、分划板和毛玻璃组成,五种分划板决定了平行光管的不同用途。根据生产实践要求而设计的平行光管,可以在室内提供有限距离的目标。它可以用于仪器的装校,光学系统特性常数的测定等。

大口径平行光管用于光轴平行度测量的实现

本文利用大口径平行光管,设计了一套光轴平行度检测系统。介绍了该系统的组成、工作原理,分析了提高系统检测精度的关键技术。

离轴抛物面反射式平行光管的结构设计

论述了一种作为红外目标源的离轴抛物面反射式平行光管系统的组成.按照系统特定的光源离焦调节使用指标要求,研究了该平行光管在设计时需考虑的光学结构参数的确定方法,综合考虑了抛物面镜口径及离轴量、平面反射镜尺寸及位置和光源离焦使用时的关系,给出了相应的计算公式,并根据计算结果确定了一组合适的平行光管参数,其中离轴抛物面镜参数为口径 =110mm ,离轴量h =90mm ,焦距f =6 5 0mm ,平面反射镜口径为4 0mm ,两镜中心距可调节范围为4 80～5 5 0mm .实验证明,此计算方法对该平行光管的整体结构设计具有一定的实用价值.

一种新型多波段大口径平行光管的设计

平行光管是光学仪器装调、检测领域常用的标校设备。随着目前光学仪器向着大口径、长焦距、多波段方向的发展,仪器的口径与焦距都远远超出常规平行光管的适用范围。因此,为了保证其检测精度,需使用超出常规的平行光管,这就给光学加工,尤其是机械支撑提出了很高的要求,针对此问题提出了一种新型的大口径平行光管的设计,在传统平行光管应用原理的基础上,采用一种分体式软连接新型机械结构,该设计结构不仅可以降低长焦距、大口径光管的分段连接难度,而且减轻了整个光管的质量,从而可以很大程度上提高检测、装调的效率,降低制造成本。

大口径宽光谱折射平行光管系统设计

介绍了大口径、宽光谱、折射式平行光管物镜的设计理论。结合项目设计实例：工作波长范围400-1100nm，焦距2000mm，相对口径1／10的折射式平行光管系统，论述了光学设计初期玻璃材料选取、初始结构选取与光焦度分配等问题。利用修正的相对部分色散P与阿贝数y建立复消色差方程组求解初始结构，使用Zemax软件优化设计出在全谱段范围内复消色差的平行光管系统。最后，给出Zemax软件分析的像差结果，系统中心视场内的点列图优于5μm，中心波长波像差优于1／60λ，焦距色偏移量为0．33mm，其余像差均在设计指标之内。

离轴二镜平行光管的光学设计

介绍了大口径长焦距离轴二镜平行光管的设计过程,给出了系统初始结构的求解方程,并分析了主次镜同轴设计方法的缺陷.为提高系统像质,提出了在主次镜同轴方法的基础上对次镜绕主镜焦点旋转的离轴化方法.以一个离轴二镜平行光管作为设计实例,计算了次镜离轴对系统像质的影响,通过次镜的离轴优化,得到了成像质量良好的光学系统设计结果.

光轴竖直大口径长焦距平行光管热设计

工作在真空罐内的平行光管的工作环境特点决定了其与空间光学遥感器相同的热设计原则，光管的结构形式对工作温度提出了严格要求。首先，确定光管结构表面的热控涂层和多层隔热材料的包覆方式；其次，光管热设计的关键是加热区设计，设计了两种加热方案，从可实施性和加热功耗大小对两种方案进行了比较；最后，对最终的热设计方案进行仿真分析。结果表明：平行光管光机结构的温度水平可控在19．3～20．8℃，主镜温度为19．5℃，满足设计要求，验证了热设计方案的可行性，可对其他同类型的地面光机结构的热设计提供借鉴。

大型平行光管像质实时监测的可行性论证

针对目前大型平行光管成像质量监测的现状,本文提出了一种对平行光管进行实时监测的新方法,验证了这种监测方法的可行性。该方法根据光管自准检测原理,采用小平面镜对光管像质进行实时监测,计算了在一个焦深范围内小平面镜转角误差大小。实验结果证明在一个焦深范围内用精度0.02″的自准直仪,可将小平面镜转角误差控制在0.2″以内,对大型平行光管起到了进行实时监测的作用。大型平行光管在空间遥感设备中运用广泛,此检测光管像质的方法在工程上将起到积极的作用。

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Φ700 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,在移动过程中不影响面型精度;俯仰及转动精度优于3″,且具有6个自由度。

大口径长焦距平行光管主反射镜支撑与调整机构的研究

检验大口径长焦距光学系统 ,需要相应的大口径长焦距平行光管 ,而大口径长焦距平行光管的制造不同于短焦距平行光管的制造 ,环境因素及光学元件的固定方式对光管的成像质量有很大的影响。为了使光管有着较好的质量 ,光学镜面要有较好的面形及灵敏的调整机构。

光学窗口形变对平行光管光学性能影响分析

由于环境工况的多变性,光学窗口设计交叉了光、机、热等多种学科。在压差、轴向温差及径向温差工况下,分析光学窗口形变对某大口径、长焦距平行光管光学性能的影响,建立了光学窗口的有限元模型,与理论结果进行对比,验证了该有限元模型的有效性。以有限元分析得出的光学窗口变形数据为输入数据,带入改进了的Zernike多项式光机分析接口程序,获得了与像差对应的Zernike系数。用得到的Zernike系数表示光学窗口面型,以波像差作为光学系统成像质量评价指标,分析光学窗口变形对大口径、长焦距平行光管系统光学性能的影响。结果表明:光学窗口变形对平行光管系统光学性能的影响可以忽略不计。

利用斜方棱镜实现平行光管校准

平行光管是光学实验及计量检测的重要设备。平行光管处于离焦状态将给检测结果带来诸多不良影响。文章提出斜方棱镜校准法,利用斜方棱镜的光轴平移作用,将平行光管的两束边缘光分别入射到同一个CCD中,分划板成像在不同位置则说明分划板偏离物镜后焦面,根据成像位置调整分划板位置,实现平行光管的校准。对可能产生的误差进行了分析,得出在增加8倍望远镜的情况下精度可以达到2″以内,并通过实验验证了该方法的可行性和准确性。

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 2000mm,有效口径Φ400mm,在线视场30mm×30mm范围内波像差优于λ/20@632.8nm。光路经过多次折转后,平行光管外形尺寸小于1 000mm×600mm×500mm,总质量小于60kg。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。

折射-衍射混合高精度平行光管的设计

平行光管是安装、调校、测试光学仪器的重要工具之一,也是光学量度仪器中的重要组成部分。为了提高平行光管的测量精度,利用衍射元件的特殊色差特性和像差特性,提出了折射-衍射混合平行光管的设计方案,系统的入瞳口径为80 mm,焦距为500 mm,系统总长小于550 mm。设计结果表明,系统的最大弥散斑直径为5.2μm,角分辨率小于4.3″,在空间频率50 lp/mm处,系统的调制传递函数高于0.8,接近衍射极限。

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.

1.5m垂直状态真空平行光管主镜支撑结构设计与分析

针对平行光管主镜应用真空垂直状态的特点,从主镜的支撑方式入手,推导了适用于whiffletree结构的支撑点的位置公式,设计了空间曲线切口式柔性铰链,分析了不同结构形式的主镜室的变形。建立主镜室支撑系统的有限元模型,分析计算了系统的静力学变形和谐振频率,分析的结果表明在支撑结构的作用下,主镜镜面的面形RMS优于0.05,一阶谐振频率达到65.9Hz,完全达到了设计要求。