摘要：根据高精度星敏感器地面测试任务中模拟无穷远处目标星体的实际应用需求,针对常规星模拟器体积庞大,装调及校准困难等实际问题,设计了一种大口径、长焦距、可实现自准直功能的离轴反射式星模拟器光机结构,用来模拟无穷远处的恒星所发出的平行光。采用离轴反射式光学设计,避免中心遮拦。采用光管焦面分光方式,通过半透半反式分光镜的反射与透射功能实现光路的传递,压缩了镜筒长度;通过探测器接收分光镜透射的光像可直接辨别光学系统的准直性能,便于装调,且方便后期使用与校准;采用顶丝调节姿态降低了装调难度。实际测试结果表明:光机系统的入瞳口径φ210mm,出瞳距离2100mm,整机的系统波像差(rms)测量值为0030λ,可精确模拟0~7等星,工作波段500~800nm,满足当前对高精度星敏感器的标定技术指标要求,为星模拟器的高效快速研制提供了一种设计方法。

摘要：以K镜消旋系统为例,针对光机结构中多误差源耦合和误差分配的问题,采用蒙特卡洛算法进行误差分解,并提出了类粒子群优化算法,对误差源进行智能误差分配,以指导工程化的加工公差分配和结构优化极限。首先,对一套悬臂式K镜消旋系统的光机结构引起的消旋指向精度进行误差来源分析;然后,通过蒙特卡洛算法结合粒子群优化方法对误差源进行智能分配,指导K镜关键零部件的优化设计和公差分配;最后,分别利用光机耦合仿真分析法和实验装调法对设计的K镜消旋系统进行消旋指向精度分析。结果显示,仿真分析获得消旋指向精度为6.95″,实验装调最优消旋指向精度为14.24″,验证了光机结构设计方案及其误差分配方案的可行性。

摘要：针对轴向预载随结构的热变形改变而导致光机系统特性失效的设计难点,提出了一种光机结构轴向一致性可控方法。建立光机结构的热效应模型,分析热变形与轴向预载的关系,通过与传统轴向压紧结构的热分析比较,设计了一种轴向预载与温度变形一致可控的挠性构件;对不同结构参数挠性构件的变形分析表明,所设计的挠性构件在温度变化时具有很高的轴向变形可控性;建立了轴向变形量Δδ与挠性构件参数的数学模型,给出具体结构参数的设计方法。将所研究的挠性构件引入星模拟器的结构设计中,实际测试结果表明光机系统具有很好的常温特性,验证了所提光机结构轴向一致性可控方法的有效性。

摘要：针对常规红外干扰技术存在的能量无法集中、隐蔽性差且无法进行变倍切换等实际问题,提出一种离轴双反射式激光干扰扩束系统的设计方案,并对离轴双反射镜组,转向平面反射镜及支撑固定机构等主要组成部分进行了光机结构设计.为实现扩束比的变倍切换功能,采用新型离轴副镜组件设计;为减小镜面变形,离轴主副镜组均采用微应力设计.分析结果表明,在-20^+60℃温度范围内,主副镜组轴向最大位移小于等于0.01mm,主副镜组的反射镜面形误差小于等于71.9nm;系统一阶固有频率108.3Hz,其支撑结构应力响应远小于材料的屈服极限.实际测试发现,系统可实现1:10.02(19.92,25.02)扩束比,满足设计技术指标要求.分析及试验结果表明,系统光机结构设计合理,完全满足实际应用要求.

摘要：随着红外技术的发展,大口径望远镜越来越多地使用了红外设备终端。红外设备需要在低温下工作,这就给红外系统的光机结构设计带来了难度。为了解决光学部件需要安装定位精确,又要保证在低温环境下不会因为热应力导致破坏的问题,从理论上介绍了运动学定位的原理,针对光学系统中用到的反射镜、透镜、滤光轮等进行了详细的结构设计,实现了运动学安装定位。通过这些设计可以很好地解决光学件在冷却过程中的精确定位和无应力之间的矛盾,保证光学系统的安全,同时保证光学系统的成像质量。该研究结果对于红外光学系统的结构和热设计有一定的参考价值。

摘要：为某在研地基光学望远镜设备设计了300 mm口径的可见光粗跟踪成像镜头的光机结构。采用弯月形结构优化使主镜重量减少了41.2%。针对传统胶粘接固定结构的不足提出了采用弹性压紧方式的主镜支撑结构,采用Patran有限元仿真软件对不同倾角、不同温度状态下,带支撑的主镜面形精度进行了分析;制定了装调方案,室内采用Zygo干涉仪检测带支撑的主镜面形精度检测结果为0.04λ(RMS),可见光波长λ的设计参考值为0.633μm,长焦端和短焦端的系统波像差均为0.132λ(RMS);室内采用平行光管进行星点检验、分辨率检验和外场对北极星成像试验结果显示,系统成像质量满足设备要求;验证了主镜支撑结构和镜头光机结构设计的合理性,为研制同类型镜头的光机结构提供了设计依据和技术途径。

摘要：针对环境适应性和探测精度的要求,设计了双视场、多通道成像仪的光机结构,以获取高空间、时间覆盖和高垂直分辨率的大气图像和数据信息。根据光学探测和光学定位精度的要求,设计的光学系统结构以及对应的机械结构采用了天底和临边多方位观测模式。该结构通过柔性系统保证了成像仪在45°C的温差范围内能够正常工作。由于温差较大,系统中构建了CCD探测器裸片的精密定位与散热系统。为验证光机结构设计的正确性,对集成后的成像仪进行了光学系统性能检测。检测实验显示,边界温度状况下3个光学通道的分辨率均优于4km,达到对地球临边和天底大气进行探测的需求。成像仪的质量为8.3kg,其一阶基频大于100 Hz,最大应力为52.5 MPa。该光机结构设计合理、紧凑,满足刚度、强度以及目标探测要求,适合空间遥感的应用。

摘要：为了对地球等离子体层产生的30.4nm辐射进行全方位的长期监视和观测,研制了月基极紫外相机。相机主体采用多层膜单反射镜光学系统以及30.4nm球面光子探测器的结构形式,跟踪机构采用俯仰-方位模式,由步进电机驱动实现对地球的捕获。针对卫星发射、地月变轨、月表着陆过程中的振动冲击以及月表残酷的温度环境,月基极紫外相机的光机结构设计考虑了环境(力学、温度)适应性,有限元分析结果表明,光机结构在整机质量<15kg条件下,一阶谐振频率为49.3Hz;运动机构在-50～+80℃运转自如;在50℃均匀温降载荷作用下反射镜面形精度RMS值为13.44nm(<14nm),满足相机的技术指标要求。

摘要：针对常规红外动态热像模拟器光能利用率低,结构复杂,机加与装调困难,无法模拟地面目标及场景的问题,提出一种基于DMD调制的大视场、易装调、结构紧凑的长波红外动态热像模拟器。模拟器采用场镜与反射镜分离照明与投影光束,光能利用率约为TIR棱镜分光结构的2倍左右,同时针对两者的特殊位置设计了多维微调结构;为避免不同材料间热膨胀系数不同所引起的透镜光学表面受力不均,影响照明均匀性,对照明光学系统进行了热稳定结构设计;利用MATLAB求解出黑体的温度变化范围,并拟合出经光学系统前后辐射出射度的比值随温度变化曲线。温度测试与仿真实验表明,黑体温度从50℃变化为350℃的过程中,仿真背景温度漂移为8.1℃,约为模拟温差的7.84%,黑体温度为400℃时其图像对比度达到0.8以上,满足现阶段红外动态热像模拟器的使用要求。

摘要：针对常规星模拟器在高精度光学导航敏感器的标定中无法满足星间角距和高星等的高精度模拟等实际问题,提出1种新型的大口径、长焦距、高精度星模拟器设计方案,并对模拟器、转向反射镜、标准目标源等主要组成部分进行了详细的光机结构设计。根据模拟器透镜组件尺寸大、透镜多的特点,镜筒设计为筒套筒与内套筒统一固定的结构方式;为减少镜面变形,转向平面反射镜采用微应力设计;为实现5～10等星的模拟,标准目标源采用OLED面阵光源经光纤光导并配合高精度星点靶标的结构。通过实际检测,其星间角距精度σ≤1″,可精确模拟5～10等星,满足当前对高精度光学导航敏感器的标定技术指标要求。