1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
随着搭载平台技术的不断进步，对成像光谱系统的尺寸提出了更高的要求，轻量化、小型化成为成像光谱仪的重要发展方向。针对上述问题，本文设计了一种具有轻小型化特点的自准直型短波红外高光谱成像系统。通过对系统矢量形式的理论推导，得到满足高光谱分辨率、小尺寸要求的自准直系统的初始结构，并逐步进行优化。同时，在狭缝处引入一块平面反射镜，对望远系统进行折叠，避免狭缝与探测器干涉，并进一步压缩系统的尺寸。最终设计的成像光谱仪工作波段为1610~1640 nm，F数优于3，在奈奎斯特频率为 20 lp/mm 时，调制传递函数（MTF）均优于0.8，全视场均方根半径（RMS）均小于7 μm，光谱分辨率均优于0.1 nm。光学系统尺寸优于460 mm×150 mm×150 mm。本文研究为短波红外波段高光谱探测成像光谱仪实现轻量化、小型化设计提供了一定的理论基础。
光学设计 成像光谱仪 自准直 轻小型
上海航天控制技术研究所, 上海市空间智能控制技术重点实验室, 上海 201109
星敏感器作为高精度姿态测量仪器,在轨工作时易受热环境的影响。针对仿真分析难以精确建立星敏感器光-机-热模型的问题,提出了一种星敏感器热稳定性试验分析方法,通过加热真空罐中的安装面和遮光罩来模拟星敏感器的在轨热环境,利用静态光星模拟器模拟星空,通过观察星敏感器输出姿态的变化评价星敏感器的三轴热稳定性。试验过程中通过自准直仪对安装面棱镜的测量值剥离安装面热变形对姿态测量的影响,经过分析后可知误差在4.5%以内。对某型号高精度星敏感器进行试验,结果表明:当遮光罩温度由27.3 ℃升至110.6 ℃时,星敏感器光轴绕x轴的偏移量为2.9″,绕y轴的偏移量为1.2″,绕z轴的偏移量为2.6″;当星敏感器安装支架控温精度为(20±0.3) ℃时,星敏感器光轴的偏移量为±0.18″,满足高精度星敏感器的热稳定性指标。
测量 热稳定试验 棱镜自准直 静态光星模 热变形
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 吉林大学 计算机科学与技术学院, 长春 130012
仿生复眼系统是一种多子眼拼接的大视场高分辨率成像系统, 由一级同心物镜和二级子眼镜头阵列组成。为实现大视场无缝隙拼接成像, 必须严格保证所有子眼镜头的光轴与同心物镜球心的对准误差在光学设计允许的公差范围内。首先, 基于PSM(point source microscope)定位仪的自准直原理确定PSM的基准参考零位, 然后通过转接器将PSM分别固定在所有子眼镜头安装孔中, 计算经同心物镜反射后像点质心位置与子眼安装孔轴线对准误差的几何关系式, 最后用Lighttools软件仿真检测光路并对所有安装孔对准误差进行检测。实验结果表明: 所有安装孔轴线与同心物镜球心的对准误差均小于30 μm。满足光学设计中子眼镜头光轴与同心物镜球心对准误差小于50 μm的公差要求, 从而保证了仿生复眼成像系统大视场高分辨率无缝拼接影像的获取。
仿生复眼 大视场 高分辨率 自准直 对准误差 bionic compound eye large-field high-resolution auto-collimation alignment error
1 庆阳市环境保护局环保研究所, 甘肃 庆阳 745000
2 甘肃龙海环境保护技术服务有限责任公司, 甘肃 兰州 730030
3 珠海广睿汇利发展有限公司, 广州 珠海 519000
4 吉林大学机械与航空航天工程学院, 吉林 长春 130012
傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术已经成为监测大气痕量气体成分的有效方法。使 用中国科学院安徽光学紧密机械研究所自主开发的动态自准直开放式FTIR系统对甘肃省庆阳市化工园区进行了连续监测, 并在同等条件下将其与国外开放式FTIR 仪器的监测数据进行对比分析和性能比较。结果表明,所采用开放式FTIR能够很好地 在线实时监测化工园区的污染气体组分,为环境污染治理监督提供了科学监测方法,且在信噪比等方面优于国外相应的开放式FTIR仪器。
光谱学 红外光谱 傅里叶变换 动态自准直 信噪比 spectroscopy infrared spectroscopy Fourier transform dynamic auto-collimation signal-noise ratio
1 西安电子科技大学 综合业务网国家重点实验室, 西安 710071
2 西安测绘研究所 地理信息工程国家重点实验室, 西安 710054
3 中科院西安光学精密机械研究所, 西安 710119
针对目前航天光学相机在轨定标方法存在更新周期长、时效性不强的问题, 提出一种将光学自准直原理应用到星上监测的实时在轨定标方法.在卫星载荷系统内部加装准直光源、呈影面阵CCD和棱镜等器件, 将相机焦距、光轴夹角等参数的变化转化为光斑影像的变化, 提取并处理光斑影像位置的变化量, 求解出线阵相机参数的变化量, 实现快速、高效的在轨监测.通过搭建实验平台验证了本文方法的可行性, 俯仰和横滚方向参数的监测精度小于1″, 测量误差优于0.1″.
几何定标 定标 光学自准直 星上监测 航天光学相机 Geometric parameters Calibration Optical auto-collimation Onboard monitoring Space optical camera 光子学报
2018, 47(10): 1012001
天津大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津 300072
针对高端装备制造中对大尺度机床误差测量与补偿的要求，本文基于光学自准直原理和液体表面反射原理，研制了一种二维光电水平倾角测量系统以实现对机床滚转角和俯仰角的测量。该系统使用半导体激光器发射激光，经光学自准直系统于待测硅油表面将被测倾角放大二倍。然后，由位置敏感探测器感测光斑位置变化，输出包含角度信息的光电流信号，并由低噪声四路同步微弱信号处理电路进行相同倍数的放大以减小误差。最终，由高速采集卡进行数据采集，经均值滤波、曲线拟合、解算处理后将其转化为倾角信息，从而实现二维角度测量。在光学平台进行了对比实验，结果表明：测量系统在-10～10 mm/m（约为-2 000″~2 000″）量程内，角度测量误差小于±0.050 mm/m（约为±10″），线性度优于0.25%，满足大尺度机床二维水平倾角检测对大量程、高精度、高稳定性的要求。
水平倾角测量 自准直 液体表面反射 均值滤波 曲线拟合 level inclination measuring auto-collimation liquid surface reflection mean filtering curve fitting 光学 精密工程
2017, 25(12): 3120
