1 中国科学院西安光学精密机械研究所空间光学技术研究室，陕西 西安 710119
2 中国科学院西安光学精密机械研究所总师办，陕西 西安 710119
3 中国科学院西安光学精密机械研究所先进光学元件试制中心，陕西 西安 710119
4 中国科学院西安光学精密机械研究所航空光电技术研究室，陕西 西安 710119
变曲率反射镜是一种主动光学元件，通过改变自身曲率半径实现对波前的动态控制。首先对变曲率反射镜国内外现状及发展趋势进行了综述；其次，建立了变厚变曲率反射镜形变物理模型，对兼顾大中心形变与高面形精度的机理进行了理论分析，并通过形变的面形精度保持实验对其性能进行了验证；最后，从三个方面探索了变厚变曲率反射镜在空间光学相机中的应用：1）针对大变倍比变焦成像对反射镜超大中心形变的要求，设计了基于有限元迭代并叠加高阶球差的反射镜优化流程，实现了近毫米级中心形变反射镜设计；2）针对空间光学相机成像对调焦精度及速度的要求，提出了基于次镜变曲率反射镜的高精度大动态调焦方法；3）提出了积分时间内利用变曲率次镜沿光轴方向快速扫描的编码成像方法。
光学器件 主动光学 变曲率反射镜 空间光学相机 光学变焦 调焦 光学学报
2022, 42(17): 1723002
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
天基空间望远镜探测器必须采用主动制冷方式以满足其噪声抑制需求.为此，采用热电制冷为核心技术，开展了探测器热电制冷器封装设计、热电制冷器热排散系统设计、热电制冷控制系统设计，并从抑制寄生漏热、降低热电制冷器热排散路径热阻两方面进行了优化，以减小热电制冷器输入功率及辐射散热面积.根据帕尔帖效应、焦耳效应、傅里叶效应，获得了净制冷量、热端散热热阻、热端边界温度等环境特性参数与热电制冷器输入电流、电压、功率等工作特性参数间的关系，并分析了制冷热负荷、热端散热热阻与热电制冷器输入功率间的敏感度.研制了望远镜鉴定产品，并开展了真空热平衡试验.试验结果表明系统设计合理有效，能够将探测器制冷至-75℃温度水平，稳定度可达到±0.2℃.基于环境条件及热电制冷器工作参数等试验数据，对比并修正了热分析模型.研究结果可为类似空间望远镜热电制冷系统的研制提供参考和借鉴.
空间望远镜 热电制冷 热设计 热平衡试验 Space based telescope Thermo electric cooler Thermal design Thermal vacuum and balance test
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
设计并研制了碳纤维复合材料主次镜连接筒.根据光学设计中的公差分配, 结合复合材料层合板理论, 分析了复合材料铺层设计对面内刚度和轴向及周向热膨胀系数的影响, 确定了最终的铺层方式.利用有限元软件分析了重力作用下及温度变化时主次镜间的位置变化及连接筒的模态分布.最后, 完成了碳纤维复合材料薄壁连接筒的成型和精加工, 检测了主次镜系统光学性能, 并对装配完成后的相机进行了鉴定级力学试验.分析结果表明: 在1g重力载荷及2℃温升耦合作用下,次镜偏心小于0.002 mm, 次镜倾斜小于2″, 主次镜连接筒及次镜系统组合体基频达到265 Hz, 满足光学设计要求和结构稳定性要求.光学性能检测结果及力学试验结果表明, 主次镜系统波像差满足装配要求, 主次镜连接筒能够承受鉴定级力学试验考核, 连接主次镜的两端响应放大仅1.7倍, 体现了良好的阻尼性能.本文中研制的主次镜连接筒重量仅为6.4 kg, 实现了高轻量化和高刚度, 满足空间相机对主次镜位置精度和稳定性的要求.
空间相机 碳纤维复合材料 主次镜连接筒 铺层设计 工程分析 Space camera Carbon fiber-reinforced plastics Barrel Laminating design Engineering Analysis
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 空间光学应用研究室, 西安 710119
2 陕西师范大学, 西安 710119
3 中国科学院大学, 北京100049
将指数修正嵌入到矢量外推框架中, 构建了一种改进的矢量外推Richardson-Lucy算法。以结构相似度因子作为评价指标, 优化彩色图像三通道最佳迭代次数,确定矢量外推加速参量与指数修正加速参量最优组合.试验结果表明: 改进的矢量外推Richardson-Lucy算法总迭代次数减少了78.9%, 能有效抑制噪声放大, 无需后续处理就能获得视觉质量更好的复原效果.该研究可为Richardson-Lucy算法在实时波前编码成像中的应用提供参考.
波前编码 计算成像 图像复原 Richardson-Lucy算法 矢量外推 Wave-front coding Computational imaging Image restoration Richardson-Lucy algorithm Vector extrapolation
1 中国科学院西安光学精密机械研究所空间光学应用研究室, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院西安光学精密机械研究所光电测控技术研究室, 陕西 西安 710119
基于最小二乘法,利用面积加权的平均运动推导出了光学元件的表面平均刚体运动方程。基于微振动进行了光学系统调制传递函数(MTF)的影响分析,计算了相应的像移量及对应的系统光轴偏转角。利用刚体运动方程对频率响应分析数据进行了处理。根据系统光轴偏转角要求反推了光电载荷安装面的微振动量级要求。通过定频微振动实验实时测试了系统MTF。结果表明,分析结果与测试数据的误差均在20%以内,满足工程应用的要求,并验证了该计算方法的正确性。
光计算 光机集成 微振动 表面刚体运动 调制传递函数 空间光电载荷
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
与传统的激光测高技术相比,单光子激光测高技术具有数据量大、质量轻、测距精度高等优势,是激光测高技术的发展趋势。建立数学模型对单光子激光测高特性进行研究,用数值计算估计了单光子激光测高的性能,并建立了地物模型,用蒙特卡罗方法进行了仿真,提出了测高数据的滤波方法和一种利用遥感图像优化高程信息的算法。结果表明:在正午阳光背景最强烈的条件下,典型地物模型单光子激光测高的均方根误差为6.1 cm,用算法优化后的误差为2.6 cm。
测量 激光测高 单光子探测 微通道板 光学学报
2018, 38(12): 1228001
1 中国科学院西安光学精密机械研究所空间光学应用研究室, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
空间主反射镜拼接化是未来宇宙观测的发展趋势之一,相比传统的整镜形式空间主镜,拼接主反射镜具有大口径、突破运载器整流罩尺寸限制、高分辨率、轻质和主动调节等特点。根据国内外相关文献和研究项目中主反射镜的拼接化结构形式不同,将可展开拼接式空间主反射镜分为了在轨展开式、在轨拼接式和在轨分布式等三大类,并分别阐述了三种空间拼接主镜的概念、特点与拼接结构形式。按照三种分类形式分别介绍了目前已知的空间拼接式主反射镜项目的研究背景和研究内容。归纳了主反射镜拼接化结构所涉及的关键技术,总结了空间主反射镜拼接化结构设计在拼接精度和面形精度两个方面的研究难点。
光学设计 空间光学 拼接结构 可展开机构 拼接主反射镜 结构设计 激光与光电子学进展
2018, 55(3): 030002
微光遥感成像技术是用微光像增强CCD(ICCD)弥补现有CCD成像器件不足的遥感成像技术,其主要特点是宽光谱响应、低噪声、高灵敏度、大动态范围和智能电子控制。该技术的应用将大大拓展各类航天器的有效工作照度条件和时段范围,从白昼10
5~10
2 lx(10:00-16:00,6 h有效遥感),扩展为白昼/晨曦/黄昏/月光条件下的10
5~10
-1 lx(06:00-18:00,12 h有效遥感),使遥感器材能在更宽的时段内从事观察、报告、预警地面的突发事件,如自然灾害、恐怖活动,并为满足必要的地理、地质和测绘等需求提供实时信息。简要评述微光遥感成像技术的基本原理、系统组成、关键技术、性能测试、总体评价及推广应用等方面的最新研发动态和成果。
遥感 电荷耦合器件 像增强器 像增强电荷耦合器件 激光与光电子学进展
2018, 55(2): 020009
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 空间光学应用研究室, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100039
在完善基于有限元分析的跨平台综合优化流程的基础上, 获得了反射镜最优结构参数,并通过21阶Zernike多项式面形拟合得到球差是导致反射镜形变过程中面形精度退化的主导像差模式.根据有限元优化得到的最优结构参数研制了第二块气动驱动渐变厚度变曲率反射镜样片(口径135 mm, 中心厚度8 mm, 初始曲率半径2 807 mm)并进行了曲率变化能力及面形精度保持试验研究.研制工艺的改进使本文所研制的变厚铝合金反射镜初始面形精度优于λ/80(632.8 nm), 当驱动气压达到约0.07 MPa时, 反射镜中心形变量接近37 μm并且去掉球差影响后的面形精度可以优于λ/40(632.8 nm).与前期所研制的第一块样片相比, 第二块样片的中心形变能力以及面形精度保持能力均显著提升.
光学变焦 无运动部件变焦 变曲率反射镜 气动驱动 变厚 薄板弹性理论 Optical zooming Zooming without macroscopic moving elements Variable curvature mirror Pressurization actuation Variable mirror thickness Elasticity theory of thin plate 光子学报
2017, 46(10): 1011002
