介绍一种可以广泛应用的时间延迟积分(TDI)CCD拼接型焦面的精密定焦技术。首先, 在恒温、隔振条件下将满足拼接精度要求的TDICCD焦面组件粗装至相机相应的设计位置; 然后, 通过数据采集与处理系统获得相机成像的调制传递函数(MTF), 并通过调焦机构进行调焦, 测得每片TDICCD所成像的MTF调焦量曲线, 进而得到每片TDICCD的最佳像面位置; 最后, 根据8片TDICCD各自的最佳像面位置拟合出共同的相机最佳像面, 并依此确定焦面组件外接口的修调量, 完成相机焦面的精密定焦与装调。对定焦精度的分析表明, 定焦误差为9.1 μm, 与焦深的相对误差为4.4%。最终的MTF测试实验表明,8片TDICCD的MTF值比较平均, 符合相机光学镜头的MTF变化规律并且远远高于该相机全视场静态MTF≥0.2的技术指标要求。本文所介绍的大视场TDICCD遥感相机的精密定焦技术可以为同类遥感相机的研制提供借鉴。

对红外导引头进行光学性能有限元分析, 考核结构在动力学环境下的光学系统变形是否满足成像要求。本文利用模型修正的有限元方法对红外导引头进行了光学性能分析。首先, 在建模过程中采用复合材料单元模拟构件之间连接特性。进而, 通过反复修改复合材料单元的特性参数使模态计算与试验结果相一致, 获得正确和有效的有限元计算模型。最后, 对修正好的红外导引头有限元模型进行瞬态振动与过载仿真计算, 获得光学系统各光学元件镜面变化结果。分析结果表明: 结构在各动力学环境工况下的光学镜面相对转角小于 3″, 光学镜面位移值小于 1 μm。红外导引头光学系统在动力学环境下的镜面变形及倾角均在许用范围内, 光学性能满足成像要求。

针对空间光学遥感器主镜镜面加工过程中, 磨盘与主镜间磨削动作往复运行引起的主镜柔性支撑结构疲劳寿命问题, 通过建立主镜组件的有限元模型, 利用MSC.Fatigue软件按应力寿命(SN)法对主镜组件进行了疲劳寿命分析, 确定了支撑结构的薄弱部位, 并对仿真过程进行了误差分析, 讨论了影响仿真结果的各个因素.对比热真空试验和动力学试验前后主镜镜面面型数据, 验证了支撑结构加工、设计参量的合理性.通过疲劳寿命仿真分析, 可以有效预示光学结构在加工过程中的疲劳情况, 为空间光学遥感器结构的设计、加工提供理论依据和参考.

开发了光学镜头结构智能化设计系统,以黑盒构件技术为主导设计思想,采用VC++语言自主开发了光学设计软件和机械设计软件,利用AutoCAD/AutoIS系统提供的接口函数,实现光学、机械设计软件和AutoCAD/AutoIS系统的集成与链接,应用多数据库通信技术实现系统各数据表间的数据通信.通过系统自动完成的设计实例验证系统的有效性,该系统的开发实现了光学镜头结构的参数化、自动化和智能化的系统集成设计目标.

基于展开镜结构工作原理,运用有限元方法分析了展开式反射镜单元的裸镜及其支撑方案.目的是确定镜子支撑点数量及排布方式,并具体分析了12-6-1、12-8-1和16-8-1型三种支撑点排布方式,分别计算了各支撑点排布方式下的镜面自重变形.计算结果表明,采用16-8-1型的排布方式较为合理.支撑结构的优化设计是在裸镜支撑点优化位置加入支撑组件综合分析镜坯与支撑组件,以镜面面形误差及结构总体刚度为目标函数,考查、修改支撑组件以保证镜面RMS值在可调节范围(30 μm)内.计算带有支撑组件的单元反射?翟谧灾刈饔孟碌谋湫?得出的镜面RMS值为16.52 nm,小于1/4波长(632.8 nm),表明将该支撑方案应用于单元镜具有可行性.并提高整个反射镜面的面形质量.

光学镜头光学与机械一体化CAD软件应用多数据库通信技术,首次改变了光学镜头分光学与机械两阶段的传统设计模式,实现光学与机械设计一次成功,跨越了机械设计阶段中的结构设计和大量零部件制图工作.通过系统提供的建立光学系统、光线追迹、像差计算、变焦距设计、像质评价和系统连接等程序模块完成光学系统设计与计算,并建立了光学设计参数和系统参数数据库.经选取该数据库的参数和光学系统型式后,系统控制程序运行自建的公用函数库和机械零部件数学模型程序库,达到自动生成光学镜头机械结构零部件图的目的,使光学镜头机械结构实现自动化设计.并给出了专用电视摄像机变焦距设计的实例.