1 中国科学技术大学,安徽 合肥 230022
2 中国科学技术大学 南京天文仪器研制中心,江苏 南京 210042
3 中科院南京天文仪器有限公司,江苏 南京210042
4 上海师范大学 数理学院,上海 200234
为解决Φ2 m平面镜高精度面形检测问题,并提高瑞奇-康芒检测方法的可靠性,研究了一种基于单位激励法与逆向复算的Φ2 m平面镜面形检测技术。分析了在气流扰动、球面镜面形等误差源对单位激励面形计算方法的影响;采用单位激励与光学软件逆向复算相结合的方式,提高瑞奇康芒-检测方法的可靠性。仿真分析2 m平面镜检测过程中气流变化对面形恢复的影响,结果显示:在气流影响情况下,经过多次平均计算面形解算稳定性保持在0.003λ;在球面镜面形影响情况下,面形计算精度达到0.0079λ。采用这种方法,对实际Φ2 m平面镜进行面形加工过程控制,面形检测结果显示该平面镜的RMS达到0.0415λ,PV为0.2040λ(λ=632.8 nm)。该研究旨在解决误差影响情况下大口径平面镜面形检测问题,对于实际镜面加工、检测具有重要的应用意义。
2 m平面镜 瑞奇-康芒 影响矩阵 单位激励 逆向复算 Φ2 m plane mirror Ricky-Common influence matrix unit excitation reverse calculation 红外与激光工程
2022, 51(12): 20220154
1 北京空间机电研究所,北京 100094
2 先进光学遥感技术北京市重点实验室,北京 100094
调制传递函数(传函)测试是空间相机研制过程的重要环节,常规传函测试需要用到平行光管。自准直传函测试方法是一种不依赖于平行光管的系统传函测试方案。首先介绍了自准直传函测试系统的原理和搭建方案。其次对比了平行光管测试的过焦曲线和自准直传函测试的过焦曲线,发现该系统对焦面离焦敏感程度不亚于平行光管,得到该系统可以用于判定焦面位置正确性的结论。再次分析了自准直靶标条纹经过平面镜反射后偏转的现象,该现象将引入测试误差。给出了偏转角的数值计算公式和条纹偏转对传函值影响的计算公式。针对离轴系统对偏转角敏感的问题,给出自准直靶标的设计方法。利用该方法可以将靶标条纹偏转造成的传函测试误差降至可以忽略的量级。然后讨论了采用自准直传函测试方案时相机探测器与测试靶标的拼接,分析了探测器滤光片对焦面位置的影响,提出了探测器与靶标共焦面的设计及拼接方案。最后总结了该测试方法在某型号相机的实际应用,为自准直传函测试方法在后续系统的应用打下基础。
空间相机 自准直 传函测试 焦面位置 平面镜 靶标 space camera self-collimating MTF test focal plane position plane mirror target 红外与激光工程
2022, 51(5): 20210610
1 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,安徽 合肥 230009
2 合肥工业大学测量理论与精密仪器安徽省重点实验室,安徽 合肥 230009
针对普通单相机数字图像相关(DIC)系统仅能测量目标面内变形信息的问题,本文提出了一种采用单相机DIC系统实现三维全景测量的方法,即:根据多平面镜成像原理,被测目标的前后表面成像在一个共同的视场内,两个光路分别成像在两个平面镜中,将单相机扩展为4台虚拟相机,实现三维全景测量。为了更好地完成虚实像转换,实验之前对平面镜表面进行三维重建,分别采用动态、静态实验对该方法的可行性及精度进行验证。结果表明:在动态拉伸测试中,4个子区域有着相近的变化趋势,工程应变普遍分布在0.0125左右,且位移精度较高;在静态实验中,对决策币的前后表面进行三维重建,重建结果与决策币形貌相吻合。
测量 数字图像相关 单相机 平面镜成像 全景测量
1 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
相位偏折术中, 系统标定精度对面形测量精度具有决定性的影响。采用带标记点标靶进行标定时, 由于其表面不是理想平面而引入误差, 导致虚像姿态求解不精确, 进而影响标定精度。通过使用高精度的标准平面镜作为反射镜, 从初始系统参数开始, 采用交替方向优化的方法实现系统几何参数的标定, 提高了标定精度, 同时避免了变量过多导致的矩阵病态问题。使用该方法对双目相位测量偏折系统进行标定后, 对100 mm口径的标准平面镜进行了对比测量。由测量面形可知, 该方法可显著降低测量均方根误差和低频面形误差。相比于传统带标记点标靶的方法, 有效提高了标定的精度和稳定性。
机器视觉 双目相位偏折术 系统标定 相机标定 标准平面镜 machine vision stereoscopic deflectometry system calibration camera calibration standard plane mirror
红外与激光工程
2022, 51(1): 20210953
红外与激光工程
2021, 50(10): 20210527
北京信息科技大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100192
为了评价平面镜面形误差, 采用基于条纹反射法的面形检测原理、通过平面镜法线偏移实现面形误差评价的方法。将正弦条纹投射至光屏, 经被测平面镜反射至相机, 通过小孔成像原理和四步相移法获得被测平面镜上一点的法线, 并与经最小二乘算法面形重建的该点理论法线比较, 获得该点法线偏移, 利用法线偏移实现对平面镜的面形评价。对测量方法进行计算机仿真, 以证明其正确性, 搭建实验测量系统, 并对某一款手机屏幕进行测量实验。结果表明, 该测量方法的重复性精度优于1mrad, 测量重复性高。该研究为玻璃面板等具有高反射特性的平面面形误差提供了参考。
光栅, 平面镜, 面形检测, 条纹反射法, 法线偏差 gratings plane mirror shape detection fringe reflection method normal line deviation
长春理工大学空间光电技术国家地方联合工程研究中心, 吉林 长春 130022
为了减小多节点激光通信天线的工作包络尺寸并提高二维摆镜的运动控制精度,提出了一种紧凑型摆镜组件。采用高体分铝基碳化硅(SiC/Al)支撑板与H-K9L反射镜直接黏接的方案,提高了摆镜面形的热稳定性,摆镜回转中心至镜面的距离被缩短至20 mm。黏接面采用三点薄圆环的设计,在保证摆镜组件动态刚度的前提下有效降低了黏接应力对摆镜面形的影响。有限元分析结果表明,摆镜组件的基频为1319.96 Hz,在(20±5) ℃工作温度范围内,面形峰谷(PV)值优于λ/4(λ=632.8 nm),面形均方根(RMS)值优于λ/22。使用ZYGO激光干涉仪对摆镜的面形进行检测,结果表明,在(20±5) ℃温度范围内,摆镜面形的PV值优于λ/4,RMS值优于λ/29,满足激光通信天线RMS为λ/15的指标要求。
光通信 光学天线 二维摆镜 平面镜支撑优化 有限元分析
1 云南师范大学太阳能研究所, 云南 昆明 650500
2 中国科学技术大学热科学和能源工程系, 安徽 合肥 230026
3 常州大学石油工程学院, 江苏 常州 213000
提出了一种新型多平面镜线性组合太阳能聚光器的聚光光伏系统,应用几何分析法计算影响聚光器光学效率的几何参数因子。采用最小设计间距和余弦效率的概念,得出了不同子镜面尺寸和不同子镜面数量与焦距长短的相互影响规律,得到了最小设计间距值和最优的余弦效率。利用TracePro软件建立了聚光器的仿真模型,并对不同几何参数下焦平面上的能流分布特性进行了模拟研究。制作了一套450倍聚光的多平面镜线性组合太阳能聚光器,并进行初步测试,证实聚光焦平面上的能流分布均匀性可达到预期设计效果,为点聚光式太阳能聚光系统的设计和优化提供了参考。
光学设计 碟式聚光器 多平面镜 最小设计间距 余弦效率 能流分布
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
某空间遥感器的大长宽比长条形平面镜的要求是在尽量减小重量的前提下,在工作温度为20±5 °C条件下,反射镜的面形误差变化量(Root Mean Square, RMS)值小于λ/50 (λ=632.8 nm)。介绍了反射镜材料和支撑结构材料的选择;对反射镜的轻量化及支撑方式进行了分析。根据反射镜的外形特点,增加了镜背的局部宽度,并将其设计成了背部三点支撑形式。通过有限元分析,优化并确定了反射镜及其柔性支撑结构。反射镜位移及面形的分析结果满足设计指标要求。最后,通过力学环境试验测试了反射镜组件模拟件的力学特性,证明该结构能满足设计要求。
长条形平面镜 背部支撑 柔性支撑结构 有限元分析 rectangular plane mirror backside support flexible supporting structure finite element analysis