1 中国科学院光电技术研究所薄膜光学相机总体室，四川 成都 610209
2 中国科学院大学光电学院，北京 100049
为实现大口径衍射光学系统宽波段成像，分析了传统衍射透镜基于Schupmann结构光路模型带宽增加带来的中继镜口径变大的问题，提出采用谐衍射透镜作为主镜构建大口径宽波段衍射光学系统，设计了口径为10 m谱段覆盖400~900 nm的大口径光学系统，中继镜的口径与传统设计相比减小了2.4 m。为验证该设计方法，设计一套口径为80 mm、光谱范围为400~900 nm的成像光学系统，并对该系统进行了成像实验，通过查看鉴别率靶图像无色差，验证了基于谐衍射透镜为主镜的宽波段成像设计方法，为大口径衍射光学系统设计提供了一种思路。
光学设计 宽波段 谐衍射 消色差 激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2122003
1 北京跟踪与通信技术研究所，北京 100094
2 中国科学院光电技术研究所，中国科学院光场调控科学技术全国重点实验室，四川 成都 610209
薄膜衍射透镜是空间轻量化成像领域的一个重要发展方向。高性能聚酰亚胺薄膜材料由于其良好的综合性能得到广泛应用，但较差的可见光透过率以及空间环境下性能不稳定性限制了其在空间薄膜光学镜基底材料领域的发展。通过溶胶-凝胶提拉法在菲涅耳衍射透镜表面制备了二氧化硅增透膜，这种复合结构设计一方面提高了聚酰亚胺薄膜的可见光透过性，另一方面通过表面二氧化硅薄膜提高了其对空间环境辐照的耐受性，本研究可为后期空间光学薄膜衍射透镜设计及制备提供参考。
材料 复合薄膜 衍射透镜 高透过率 空间环境 耐辐照 光学稳定性 激光与光电子学进展
2023, 60(13): 1316018
1 中国科学院光电技术研究所， 成都 610209
2 中国科学院大学， 北京 100049
针对目前光学设计中，通过增加光学元件数量、限制视场角等方法来平衡像差，导致光学系统较复杂的问题，提出了一种基于红外波段的大视场谐衍射透镜设计方法。使用光学设计软件Zemax进行光学设计，使用DLL编写了一种可以自定义的表面面型，使用这种表面进行分区优化，并结合标量衍射理论进行了成像效果分析。结果显示，所设计的谐衍射透镜具有21°的视场角，截止频率(以0.1作为对比度极限)为11.4lp/mm，并通过实验验证了该透镜的大视场单透镜成像的可行性。
谐衍射光学元件 单透镜成像 大视场 光线追迹 标量衍射 harmonic diffractive optical element single lens imaging large field of view ray tracing scalar diffraction
中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
空间光学成像系统采用薄膜主镜解决了大口径、轻量化、空间折叠展开等难题，但大口径光学透镜的成像指标要求高、空间应用环境恶劣，对透镜基底材料的性能要求严苛，其中尺寸稳定性、空间环境适应性尤为重要。本文提出在分子结构设计基础上，通过共聚合成的方法有效改性聚酰亚胺材料，通过在分子结构中同时引入刚性链和分子链间氢键作用，在保证传统聚酰亚胺高机械性能、高热稳定性的同时，改善其热尺寸稳定性、空间环境光学稳定性。所得高尺寸稳定性光学级聚酰亚胺薄膜材料综合性能良好，是优异的空间光学成像系统薄膜主镜候选材料。
光学聚酰亚胺薄膜 高尺寸稳定性 空间环境光学稳定性 optical grade polyimide high dimensional stability optical stability of space environment
1 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
视觉测量具有结构简单、成本低、非接触式测量的优点, 利用视觉位姿测量结果对空间展开机构进行定位具有良好的应用前景。实际应用中需要将视觉测量数据转换到物空间坐标系从而对定位系统的控制量提供指导。针对相机外参数标定操作繁琐、需要额外设备、不利于在轨实现等缺点, 提出了一种利用运动样本空间构建坐标系转换关系的数据处理方法, 根据取样空间内构建的补偿方程, 可以将各自由度的视觉测量数据转换到控制器坐标系上, 同时能够校正由于安装、配准等导致的系统误差, 从而实现高精度的空间目标定位。实验结果表明, 在1.7m的测量距离下, 所搭建单相机测量系统的位置与转角测量精度可达0.02mm和0.003°, 验证了所研究方法的有效性和实用性。
视觉测量 位姿测量系统 空间定位 数据处理 误差补偿 vision measurement pose measurement system spatial positioning data processing error compensation
1 中国科学院光电技术研究所 中国科学院光束控制重点实验室, 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
离焦造成的成像模糊, 严重影响光测设备的跟踪性能与精度。根据光测设备传感器多、跟踪精度高等特点, 提出了在单台设备上基于双目视差测距的实时调焦方案。建立了不同焦距双目视差测距模型并进行了误差分析, 介绍了光学系统调焦原理, 结合光测设备的具体参数, 进行了测距调焦数值仿真。结果表明, 像素尺寸越小, 基线、焦距的乘积越大的传感器, 其测距误差越小。以中波红外对目标进行中心跟踪, 以电视脱靶方式进行测距调焦, 能够很好地满足设备的实时调焦需求。仿真结果表明, 双目视差测距实时调焦在单台光测设备上的应用是可行的。
双目视差 测距调焦 光电跟踪测量 调焦原理 binocular parallax auto-focus method based on ranging photoelectric tracking measurement focusing principle
1 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
2 中国科学院光束控制重点实验室, 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
为降低谐波传动中柔性齿轮给系统造成的低刚度和非线性死区的问题, 本文提出了一种基于双速度环的位置控制方法, 以电机端的速度环作为内环, 以负载端的速度环作为外环。从理论上分析了双速度环优于单速度环时, 电机端速度环满足的条件。此外对单双速度环对系统的影响进行了仿真分析, 结果表明双速度环对抑制系统中的非线性死区有很好的效果。最后实验结果也验证了双速度环对于克服系统中的非线性扰动, 提高系统的鲁棒性和精度有着很好的作用。
谐波传动 柔性 摩擦力 双速度环 harmonic drive flexibility friction double speed loops
1 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
2 中国科学院光束控制重点实验室, 成都 610209
在光电经纬仪设备的水平轴系中实现了双电机的直接驱动控制。建立刚性连接下双电机的直接驱动模型, 与单电机驱动相比: 双电机与单电机的控制特性的谐振频率几乎是一致的, 而双电机反谐振频率是单电机驱动的1.414倍, 因此双电机具有比单电机驱动良好的控制对象特性。由于双电机采用了刚性连接, 其速度已经同步了。提出了电流跟随控制方法实现力矩同步的控制算法。具体就是以其中任何一个电机作为主电机, 另外一个电机作为从电机跟踪主电机的反馈电流, 而速度反馈直接到主电机上。实验结果表明理论分析的有效性, 在跟踪轨迹为0.01°/s的直线, 位置随机误差为 0.011 9″。
双电机 同步控制 电流跟随 反谐振 直接驱动 two motors synchronization control current master-slave control anti-resonance direct drive
中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
测角精度是影响光电经纬仪定位功能的重要因素。为了进一步提高光电经纬仪的测角精度，对测角误差进行详细分析是必要的。从光电经纬仪的总体设计出发，找出了影响测量数据获取、转换、合成中的各项误差源，并详细分析了它们的大小和性质。通过分析光电经纬仪工作原理及结构找出了主要误差源。对机架系统的误差、测角单元误差、电气系统误差、脱靶量误差、大气折射修正误差等主要误差源进行分析计算，并对各单元进行了误差分配。最后，计算了光电经纬仪投影测角精度的均方根值。分析计算结果显示：通过精心设计、加工、检测，修正可使一部分误差减小甚至忽略，但机架系统的误差、测角单元误差、脱靶量误差对测角精度的影响仍很显著；在当前工艺水平下，光电经纬仪事后空间指向精度可以达到σ≤2″。
测角精度 光电经纬仪 误差分析 误差分配 angle measurement accuracy photoelectric theodolite error analysis error distribution
