离轴反射式系统面形误差高精度还原装调技术

应用于航天遥感领域的离轴反射式系统,由于装调中光学元件面形误差与位置失调引入的误差经常混合在一起,直接影响计算机辅助装调仿真分析的准确性,从而降低光学系统的装调品质和效率。为解决此难题,文章编制面形数据转换处理算法,对光学元件实测面形数据进行转化处理,结合光学设计软件Code V,准确计算、还原并剥离出面形误差对系统像质的影响,实现离轴反射式系统的快速高精度装调。经验证分析,该算法与传统的Zernike多项式反演拟合算法相比准确度更高,还原精度优于90%,且可实现非圆域(如:椭圆形、矩形、有遮拦等任意形状)光学元件实测面形在光学仿真软件中的高精度还原,为离轴反射式系统高精度快速装调提供更准确的计算。

离轴反射式光学系统的研究进展与技术探讨

离轴反射式光学系统具有大口径、宽光谱,高分辨率等特点,在空间与远程探测技术领域具有良好的应用前景。离轴反射式光学系统的复杂性加大了其设计与工程化的难度。本文在分析其特点的基础上,结合国内外的研究情况,对其设计方法、波前探测、计算机辅助装调、光学零件加工检测、轻量化等技术进行探讨。

基于环形衍射理论的反射式光学系统研究

基于环形衍射理论,对像面光强与光学传递函数进行了计算仿真.编制了可以嵌入到光学设计软件ZEMAX的环形孔径模拟程序,对中心遮拦的像质影响进行了模拟分析.通过理论计算仿真与软件模拟结果对比发现二者结果吻合,验证了嵌入程序的正确性与可行性,为反射式光学系统像质评价提供了更为客观与全面的评价依据.通过模拟结果得出存在中心遮拦光学系统点扩散函数次峰增强,中频区域光学传递函数下降.分别对不同遮拦比像质进行模拟,结果显示对于遮拦比小于30%的系统,遮拦对像质影响基本可以忽略,但当遮拦比增大到40%时,光学传递函数中频开始下降较为明显,为遮拦比的合理选择提供了依据.

离轴反射式光学系统设计

提出通过光瞳和视场离轴,实现无中心遮拦的离轴反射式光学系统设计方法。在同轴三反射光学系统基础上,将光瞳和视场适当离轴,实现镜间遮拦的消除。分主镜或次镜为系统孔径光阑两种情况,导出同轴三反射光学系统初级像差公式和初始结构参数计算公式。由三反射系统成像性质,进一步总结无焦光路条件。根据设计理论计算离轴三反射系统初始结构,利用Zemax优化得到无中心遮拦的离轴三反射空间观测望远镜。入瞳320mm,视场(±0.3°)×(±0.6°),焦距1800mm。

基于光程变化量的反射式光学系统敏感度理论分析与降敏设计方法

光学系统的最终性能不仅取决于其理论设计结果,更重要的是取决于光学系统建造过程中对于面形加工、装调位置和系统稳定性等误差因素的控制。为了探究反射式光学系统误差敏感度的影响因素及规律,以同轴两反式光学系统作为研究对象,提出了采用失调误差引起的光程变化量作为光学系统误差敏感程度的评价标准,理论推导了由反射镜位置失调因素引起的光程变化量的数学解析表达式,通过一套标准Ritchey-Chretien系统,并应用光线追迹的方法,计算了在各项失调扰动情况下所产生的实际光程变化量,与理论推导值对比,相对误差均在1%左右,证明了光程变化量理论表达式的正确性。在光程变化量理论研究的基础上,提出并建立了基于光程变化量作为评价准则的同轴反射式光学系统降敏设计方法。以一个焦距为5600 mm的同轴两反系统为例,通过15轮迭代优化,设计了同时满足光程变化量与波像差指标的光学系统,并通过光程变化量与波像差改变量的关系,验证了光程变化量作为敏感度评价标准的正确性和降敏设计方法的有效性。

反射式自由曲面头盔显示器光学系统设计

头盔显示器(HMD)作为一种头戴目视设备,具有小型化、轻量化的特点,同时为了获得良好的佩戴体验,要求合理的出瞳距、出瞳直径以及视场。为了同时满足头盔显示器的上述要求,采用紧凑的双反射镜结构来满足头盔显示器对体积和重量的要求,应用自由曲面增加设计自由度来校正大视场和非旋转对称结构引入的像差,并阐述了自由曲面补偿非旋转对称光学系统像差的基本原理以及该光学系统的设计方法与过程。该光学系统无色差,视场为50°×25°,出瞳大小为8 mm,出瞳距大于27 mm。在奈奎斯特频率处全视场的调制传递函数大于0.4,可应用于新一代头盔显示技术。

一种紧凑离轴反射式多波段共用光学系统

给出了一种可用于红外热成像、激光测距(照射)及可见光电视的多波段共用离轴反射式望远光学系统,可结合快速反射镜构成复合稳定光电系统,具有结构紧凑、重量轻和无中心遮拦的特点,其中的反射镜均为二次曲面或平面,相对于常规离轴三反系统具有较好的加工和装调工艺性。

三镜反射式光学系统综述(特邀)

三镜反射式光学系统由于具备同时校正球差、彗差与像散三种像差的能力,可以实现较高的光学性能,基于其反射镜数量少、装调复杂性可接受等特点,在光学成像领域有着广泛的应用。特别是离轴三镜反射式光学系统,凭借其无孔径遮拦、可实现大视场等诸多优势,在高性能光学仪器装备中占据着重要位置。文中以典型的三镜反射式光学系统发展为主线,全面介绍了多种类型的三镜反射式光学系统,涵盖同轴三反系统、两轴三反系统、离轴三反系统与无焦三反系统,讨论了其光学结构特点、结构关联与光学系统性能,并给出了设计示例,供光学设计领域研究人员共同探讨。

微波反射式识别系统的性能分析和实验

提出了一种微波反射式识别系统的实现方案 ,介绍了该系统的射频电路工作原理 ,分析了ASK反射调制方式和PSK反射调制方式对系统性能的影响 ,同时也探讨了系统在移动环境下的适应性 ,导出了该系统工作距离的理论估算公式 .最后 ,介绍了该方案的实验情况 ,实验系统能在反射卡运动速度达到 65km h的情况下稳定工作 ,说明本文的方案具有很好的移动性能 ,在非移动环境下 ,实验系统的最长有效工作距离达到 8m ,有力地证明了该系统方案具有远距离应用的潜力 .

基于反射式三光栅光学系统的金属光栅编码器

传统的透射式二光栅系统为了提高精度,需要高度准直的光源,主光栅和指示光栅之间的间隙很小,一般位于第一菲涅耳焦面上,允差较小,容易擦伤光栅表面。而三光栅系统对光源的准直度要求不高,对光栅间隙变化不敏感,采用细栅距光栅时对光机结构的要求不象二光栅系统那样严格。因此,可将之应用于反射式金属编码器中。深入讨论了反射式三光栅系统的工作原理,基于反射式三光栅光学系统设计了金属光栅编码器的光机结构和信号处理硬件电路,采用对径数字量相加技术补偿反射式金属光栅的安装误差。

反射式旋转对称光学系统中的偏振像差分析

为了控制反射式旋转对称光学系统中的偏振效应,对该类系统中的偏振像差进行了分析。在偏振像差理论的基础上,通过偏振光线追迹的方法,导出反射式旋转对称光学系统的偏振像差的计算公式,提出了反射界面产生的偏振像差的影响因子,对影响其偏振像差的因素进行了分析。实例分析结果表明,对于具有宽光谱、大入射角、大视场等特点的反射式旋转对称光学系统,要想提高其光学系统的性能,必须控制光学系统的偏振像差。提出尽可能减小入射角的大小,并通过薄膜设计减小偏振分离来降低系统中的偏振效应,是控制反射式旋转对称光学系统中的偏振像差的有效措施。

新型反射式光纤位移传感系统的研制

普通反射式光纤位移传感器的测量范围小,若用单片机对不同类型光纤位移传感器的输出信号进行处理,可研制出一种测量范围的新型的光纤位移传感系统。

反射式单星模拟器光学系统设计与分析

基于反射式星模拟器光学系统,研究了离轴抛物面反射镜与平面镜结合的设计结构,利用空间矩阵计算了两反射镜在装调过程中的旋转对像质的影响。MATLAB拟合出因旋转产生的装调误差与波像差的关系方程。

新型反射式光纤位移传感系统的研制

普通反射式光纤位移传感器测量范围小,本文用单片机对不同类型光纤位移传感器的输出信号进行处理,研制了一种新型的光纤位移传感系统,使测量范围扩大。

3.7~4.8μm红外二次成像折反射式光学系统设计

为满足小、远目标和空间目标的光学特性测量需求,提出以RC结构为设计基础,通过曲线方程和高斯公式确立反射式光学系统初始结构参数。为达到优化设计目的,结构中引入了二次成像中继镜组,解决了100%冷光阑效率问题。通过ZEMAX建立评价函数,仿真测试表明:设计完成的红外二次成像折反射式光学系统口径200 mm,焦距380 mm,结构紧凑简单,成像质量满足实际测量需求。

能量密度对反射式聚光光伏系统电学特性的实验研究

本文搭建了一套户外反射式聚光光伏系统,并基于光伏电池的单二极管等效电路,建立了InGaP/InGaAs/Ge三结砷化镓聚光光伏模组的数学模型,研究了模组温度为323 K,能量密度为350~500 kW/m2时的反射式聚光光伏系统的基本电学特性,并将实验计算值与理论计算值进行了对比分析。研究结果表明:峰值功率随着能量密度的增加而线性增加,而填充因子与转换效率随着能量密度的增加而减小。当模组温度为323 K,能量密度从350 kW/m2增长到500 kW/m2时,三结砷化镓聚光光伏模组的峰值功率从7.088 W增加到9.589 W,而填充因子从0.816下降到0.786,转换效率从31.64%下降到29.97%。

基于牛顿反射式红外系统的二维转台的结构设计与有限元分析

针对轻武器红外光学瞄具稳定性检测的需求,设计了一种基于牛顿反射式红外系统进行工作的电动二维精密转台。利用CATIA建立了电动二维精密转台的三维模型,该二维精密转台采用小型二维U形转台结构形式,采用直流力矩伺服电机直接驱动和24位绝对式轴角编码器进行角度测量。通过有限元分析软件PATRAN对转台的关键部件进行热力学分析与模态分析,获取转台的应力分布云图。云图结果表明,其设计方案可行,结构合理。

基于Q-con非球面的折反射式全景光学系统设计

为了获得大视场管道内壁全景成像,利用Q-type非球面中的Q-con非球面设计了一款工作在可见光波段,视场大小为(65°~115°)×360°,焦距为1.24 mm,F数为3.5,总长为100 mm的折反射式全景光学系统。该系统由1片反射镜、8片透镜组成,其中反射镜单元采用Q-con非球面面型,其余透镜均为球面。在尼奎斯特频率93 lp/mm处调制传递函数大于0.4,成像质量接近衍射极限。为验证Q-con面型相对于偶次非球面面型在折反射式光学系统设计中的优势,实际设计了一款与Q-con非球面折反射式全景系统具有相同参数的偶次非球面折反射式全景系统,对两者进行了分析比较。结果表明,相对于偶次非球面,Q-con非球面多项式系数比对应的偶次非球面的多5~17个数量级,不仅有效的提高了系统设计效率、加工与检测精度、减小成本,同时也可以实现像质更高、口径更小的设计结果。

柱面场景无畸变的折反射全景成像系统

提出了一种基于透视成像模型的柱面场景无畸变的折反射全景成像系统设计方法,该方法 利用系统柱面场景无畸变成像要求和视场角确定反射镜面形。根据这一方法设计制作了高次旋转对称非球面反射镜,并用该反射镜和CCD摄像头建立了全景成像系统,实现了对360°柱面场景的无畸变成像。

星光装置透反射式线聚焦焦线的监测

利用针孔相机和双狭缝相机对“星光”装置的透反射式聚焦系统打靶焦线作了监测现场引导激光器件参数的调整，并用Ｎｅ－ｌｉｋｅＧｅ的出光情况对功率密度作了检验。实验中，为了确保双狭缝相机的图像不失真，引入了波罗棱镜作光束的平移元件。结果表明，新聚焦系统提供的焦线宽度能够满足Ｘ射线激光的实验要求，但轴向的均匀性不够理想。