北京空间机电研究所 先进光学遥感技术北京市重点实验室,北京 100094
双脚架结构具有静定支撑的特点,可以隔离机械附加载荷,因此成为大口径空间相机反射镜组件的常用支撑形式之一。在地面装调时,采用双脚架支撑的反射镜的面形因重力作用而下降。空间相机入轨后,随着重力变形的释放,反射镜面形会再次发生改变。有限元分析方法评估反射镜组件的重力误差,其精度难以达到高质量高分辨率成像的要求。同时,反射镜加工过程中使用的重力卸载方案也难以沿用至组件阶段。针对重力误差测试过程中装配误差与三叶像差混叠以及检测光路对球差测试精度不足的问题,提出了翻转与卸载相结合的测试方案。基于不同像差的正交性,可以进行分别测试来逐项获取各像差。通过反射镜组建的翻转测试,分离装配误差与重力误差中的三叶像差。设计一定精度的卸载装置,通过卸载前后的对比测试,得到重力造成的球差等旋转对称像差。采取上述方案可以实现对全部重力误差的实测。利用1.3 m口径高轻量化反射镜组件进行了测试验证,其重力误差面形rms和在轨面形rms分别为0.192λ (λ=0.6328 μm)和0.023λ。
测量 大口径反射镜 零重力面形 重力翻转 重力卸载 measurement large aperture mirror 0 g surface figure gravity turnover gravity unloading 红外与激光工程
2022, 51(5): 20210604
北京空间机电研究所 先进光学遥感技术北京市重点实验室, 北京 100094
针对Ф1.3m口径同轴四反望远镜镜头, 提出了一种有效的装调方法。主镜口径为1.3m, 采用背部双脚架(bipod)支撑形式。使用激光跟踪仪多边测量法对支撑结构精密定位, 利用Stewart机构位置反解方法进行主镜位姿的调整; 通过变换反射镜组件方位进行面形测量, 提取重力作用造成的反射镜面形误差; 利用Offner零位补偿检测光路进行基于干涉测量的反射镜定心, 实现反射镜光学基准与镜头基准的传递; 进行镜头的光轴竖直装调, 采用测试镜头像高和在线标定标准镜面形的技术手段来提高装调精度与收敛速度。镜头的中心视场波前和边缘视场波前rms分别为0.053λ(λ=0.6328μm)和0.077λ。
成像光学 镜头装调 望远镜 双脚架 重力误差 竖直装调 imaging optics optical assembly telescope bipod gravity error vertical alignment
北京空间机电研究所 国防科技工业光学超精密加工技术创新中心(先进制造类)先进光学遥感技术北京市重点实验室, 北京 100094)
Ф1.3 m凹椭球面反射镜是某遥感器光学系统的主镜, 其定心精度要求苛刻。由于该反射镜口径大、顶点曲率半径长, 利用定心仪法进行定心的实现难度大, 精度低。通过分析非球面的两种偏心之间的补偿现象, 可知激光跟踪仪接触测量定心的精度仅为0.15°。三坐标仪接触测量定心的精度能够达到0.005°, 不过其量程受限, 且在光学加工时的反复搬运会造成不便。利用Offner零位补偿检验光路进行干涉法定心, 干涉法将反射镜偏心转换为检测系统波前的初级像差, 同样可以达到0.005°的精度。该检测方法的误差来源主要是干涉仪焦点位置误差, 是系统误差, 可以通过旋转反射镜进行多次定心测量的方法予以消除。完成了该反射镜的定心, 其结果与三坐标仪的测量结果对比, 两种偏心的最大偏差仅为0.023 mm和0.002°。实现了大口径凹非球面反射镜的原位定心测量。
光学检测 定心 零位检验 激光跟踪仪 optical inspection centering null compensation test laser tracker 红外与激光工程
2020, 49(1): 0113001
1 中国航天系统科学与工程研究院, 北京 100090
2 北京空间机电研究所, 北京 100076
椭球面镜作为反射式镜头主镜的常用类型, 准确、便利地引出其光轴, 在镜头装调过程中是必不可少的。传统的光轴引出方法主要依靠三坐标仪进行测量, 由于其角度拟合精度低、接触式测量和尺寸限制等缺陷, 已经无法满足现下的大口径光学镜头装调需求, 为此, 提出一种新型椭球面主镜光轴引出方法, 该方法通过设计一个平面球差补偿器, 搭建出椭球面镜的无相差面型检测光路, 将椭球面镜的光轴转换为补偿器的法线, 再使用经纬仪测量法线与结构基准间的角度关系, 间接地引出主镜光轴, 光轴引出精度可达1.4″。相较于传统的光轴引出方法, 该方法具有更高的角度测量精度、非接触、无尺寸限制等优点, 适用范围更广。
应用光学 遥感卫星 光轴引出 光学装调 applied optics remote sensing satellite optical axis elicitation optical alignment
1 中国航天系统科学与工程研究院, 北京 100048
2 北京空间机电研究所, 北京 100076
3 安顺学院, 贵州 安顺 561000
应用于对地观测的高分辨同轴三反式系统对光学装调有着严格的要求, 光学元件的失调量和由装配应力导致的面型误差都会严重影响系统成像质量。该方法通过镜面受力分析和光学系统仿真指导系统装调, 以某商业遥感卫星搭载的同轴三反式镜头装调过程为例, 分析失调量和面型误差的像差特性。通过分析光学元件失调量和面型误差与系统像散、彗差以及球差的关系, 并利用系统波像差的均方根(RMS)作为系统像质的评价标准, 得出各个光学元件失调量和面型误差对系统成像质量的影响权重。根据计算结果进行针对性调校, 使系统各视场的平均RMS值收敛为0.06λ以下。经过多台同类镜头装调结果验证, 证明该方法切实有效, 可缩短装调周期, 提升装调精度。
光学遥感 镜头装调 光学仿真 反射式光学系统 optical remote sensing lens alignment optical simulation reflective optical system 红外与激光工程
2018, 47(9): 0918002
1 中国航天系统科学与工程研究院, 北京 100090
2 北京空间机电研究所, 北京 100076
为了能够准确测量同轴三反相机中次镜的倾斜量变化, 提出一种新的角度测量方法, 即用大口径干涉仪与经纬仪相结合进行测量。以主镜为测量基准, 两镜相对倾角较小时, 使用大口径干涉仪同时测量两镜的干涉条纹, 相对倾斜角度过大时次镜无干涉条纹, 加入一台经纬仪分别自准直于干涉仪和次镜, 间接测量两镜相对夹角。通过模拟计算与实验验证表明, 对于次镜组件倾角测量误差可以控制在0.5″以内。结果表明, 该检测方法具有通用性强, 测量精度高等特点, 克服了传统检测方法测量精度不足的问题。
应用光学 遥感卫星 角度测量 光学装调 applied optics remote sensing satellite angular measurement optical alignment
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院,北京 100083
为了达到提高时间间隔测量精度的目的,采用复杂可编程逻辑器件和单片机实现脉冲激光测距时间间隔测量系统中的模拟内插法的方案,设计了测量系统与测试电路,并对该方案进行了验证,得到了200ps精度的时间间隔测量系统。结果表明,可编程逻辑器件的使用可大大简化电路结构,使得整个系统结构简单化。采用该设计方案的激光测距系统具有体积小、可靠性高的特点。
测量与计量 可编程逻辑器件 单片机 激光测距 时间间隔测量 模拟内插法 measurement and metrology complex programmable logic device microchip laser ranging time interval measure analog interpolation method