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。

大口径平行光管实时检焦系统

大口径平行光管作为实验室测试和标定必不可少的设备,已经普遍应用于各种光学设备的标定与检测中。但是光管因为震动、温度的梯度变化和空气扰动等影响因素出现离焦现象时,会导致平行光管出射光发散角增大,测量结果可信度降低。针对以上问题,本文提出了一种利用五棱镜作为光反馈元件的小型焦面监测装置,采用CCD作为图像采集装置,利用软件实现系统离焦量的计算,可对大口径平行光管的焦面进行长时间高精度的监测。经过计算机仿真与试验表明:本系统检焦分辨力可以达到45μm以内。

基于ZPL宏指令的大口径反射式平行光管设计

大口径、长焦距离轴三反射镜系统的设计过程中会出现透镜的挡光问题。传统的优化方法降低了光学设计的效率,对成像质量有负面影响。实践表明用ZPL宏指令可以解决这个问题。反射式平行光管设计指标为:通光口径500 mm,焦距4000 mm,波长范围为400~1400 nm,有效视场2°×1°,点列图优于6μm。根据设计指标计算了同轴三反射镜(TMA)系统的初始光学结构参数,借助Zemax软件中的ZPL宏指令得出最终设计方案。结果表明:各个视场的点列图均优于6μm,波像差均优于λ/25,满足设计指标。ZPL宏指令辅助设计在离轴多反射镜系统中能控制系统结构,避免挡光,提高设计效率和成像质量。

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。

T型光电转台多传感器结构布局及多光轴平行性调校研究

针对当前一些T型光电转台多传感器结构布局不合理、多光轴平行性调校困难等问题,分析了安装多传感器的光具座结构设计对多光轴平行性的影响,提出了T型光电转台多传感器结构布局的原则和多光轴平行性调校方法。并且把该设计思想、布局原则和调校方法应用于某T型光电转台上。结果表明,该T型光电转台具有多传感器结构布局合理,多光轴平行性容易调校,多光轴平行性和稳定性高等优点。

1.25m口径宽波段测试设备设计

多光轴一致性是衡量多光轴系统性能的一项重要技术指标。在研制某多光轴光测设备中,为提高测试精度,需要研制一台以口径1.25m,焦距15000mm的平行光管为主体的检测设备。对检测系统的组成和原理做了简单介绍;针对设计要求,提出了侧面柔性钢带支撑和杠杆平衡重锤的组合浮动支撑方式来解决主镜受重力影响而带来的面形问题;对支撑点个数,位置及重锤重量等参数进行优化,以达到最优的面形精度;确定了次镜室及三翼梁的结构;设计焦面水冷方案抑制辐射杂散光;利用接触非线性方法对主镜在重力作用对的面形精度进行了分析拟合结果为11.19nm(λ/56);最后,利用4D动态干涉仪对已完成的平行光管进行检测,其系统面形精度RMS达到了35.05nm(λ/18),实验结果表明,反射镜支撑结构以及整个系统的设计均达到了设计要求。

U型光电转台的结构形式及其光轴的调校方法

光电转台的结构形式有O型、U型和T型三种。近几年,车载光电转台多以U型和T型为主,U型光电转台相对T型光电转台体积小、重量轻,所以车载光电转台逐渐由最初的T型转化为U型。本文介绍了U型光电转台的结构形式、组成,并对U型结构形式的光电转台的光轴平行性调试方法做了介绍。光轴的平行性是光电转台的一项重要技术指标,其调试方法也非常重要,大口径平行光管调试法成为目前光电转台的一个重要调试方法。

多光轴一致性检测系统设计与研究

针对具有可见光、激光和红外的光电设备三轴一致性测量要求,设计了一种基于大口径平行光管的测量系统,该系统采用同一靶标,通过高分辨率CCD采集图像,利用计算机数字图像处理技术对图像进行分析计算,从而有效避免了更换靶标和人眼观察带来的误差,大大提高了测量精度,且操作简单,适用性强。通过对光电设备三光轴一致性测量,光轴之间偏差角度小于0.1mrad,测量相对误差小于0.185mrad。通过分析计算,该系统的测量不确定度小于7″。

光电跟踪仪光轴一致性测量装置

设计了大口径离轴抛物面镜平行光管光学系统,研制了基于CCD图像采集处理的激光光斑中心坐标提取系统,研制了基于光栅尺的位移闭环控制系统,建立了光电跟踪仪光轴一致性参数测量装置。装置可用来测量光电跟踪仪激光发射轴、电视成像系统、红外成像跟踪系统三轴的一致性,测量不确定度为0.02mrad。