1 西安工业大学 光电工程学院 陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室，陕西 西安 710021
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
衍射光学元件在光学系统中的应用越来越广泛，对衍射结构的加工质量提出了更高的要求。单点金刚石车削可直接加工出高精度衍射微结构表面，但衍射结构的位置误差和表面质量对其光学性能有较大影响。为了提高衍射光学元件的性能，需要精确控制其车削误差。基于此，分析了影响衍射元件加工质量的因素，建立了揭示位置误差、衍射面形状和刀具半径之间的关系的数学模型，揭示了衍射带位置精度影响规律。通过补偿加工提升基底表面质量来提高衍射曲面面形精度。结合仿真模型与粗糙度影响参数，指导车削刀具半径的选取。最后，基于仿真结果，选择半径为0.02 mm的半圆弧刀具加工，最终加工的衍射元件面形误差为292 nm，衍射环带位置误差最大为55 nm，高度误差最大为16 nm，粗糙度为5.6 nm。实验结果表明，该预测模型可以指导衍射光学元件高精度表面形貌的获取，有利于提高光学系统的成像质量，为高精度衍射光学元件的批量生产提供了技术支持，具有广泛的工程应用价值。
衍射光学元件 环带位置误差 刀具半径 单点金刚石车削 diffractive optical elements band position accuracy tool radius single point diamond turning 红外与激光工程
2023, 52(3): 20220504
1 西安理工大学 自动化与信息工程学院，西安 710048
2 西安理工大学 国际工学院，西安 710054
以提高通信链路的稳定性为目标，针对传统算法如形心法、质心法等在大气激光通信中定位稳定性较差的问题，提出了一种滑动加权质心定位算法。改进了自适应阈值分割方法，提高光斑定位的精度；对光斑进行去背景噪声处理和中心噪声补偿，最大程度保留光斑有效灰度范围；通过非线性权重质心定位算法进行粗定位，加入滑动补偿机制后实现光斑中心的精定位。对该方法进行了理论及实验验证，结果显示，相比于传统的形心法、质心法、非线性权重质心定位法，本文提出的滑动加权质心定位算法对连续光斑中心的定位步长有不同程度的减小，理论结果最大可以减小21.5%，实验结果最大可以减小11.7%；且在同等面积的光斑中心掩膜内像素总强度更高、综合定位效果更好。
大气湍流 阈值分割 定位精度 畸变光斑 图像处理 Atmospheric turbulence Threshold segmentation Position accuracy Warped spot Image processing
1 中国科学院国家空间科学中心, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
为提高微型星敏感器的质心定位精度, 提出了一种利用外差式激光干涉装置标定图像传感器像素位置偏差的方法, 并就像素位置偏差对星点像质心定位精度的影响进行了仿真研究。在噪声忽略不计的情况下, 当像素位置偏差服从(-0.02, 0.02)上的均匀分布时, 补偿系统误差能够使星点定位精度从0.008 pixel提高到0.002 pixel。而如果加入服从N(0, 5.52)的高斯白噪声, 当像素位置偏差服从(-0.02, 0.02)上的均匀分布时, 补偿像素位置偏差能使定位精度从0.020 pixel提高到0.018 pixel; 当像素位置偏差服从(-0.04, 0.04)上的均匀分布时, 补偿像素位置偏差能使定位精度从0.026 pixel提高到0.018 pixel, 提高了31%。这说明标定像素位置偏差对提升质心定位精度有显著作用, 为发展高精度微型星敏感器提供了一种新的技术手段。
质心定位精度 微型星敏感器 像素位置偏差 外差式激光干涉装置 centroid position accuracy miniature star tracker pixel displacement heterodyne laser interferometry 红外与激光工程
2016, 45(12): 1217007
在红外探测器的应用中, 常用统计分析、算例验证等方法研究目标成像精确定位问题。鉴于上述方法难以充分阐释物理意义与揭示普遍规律, 提出基于能量分布及成像特征的分析方法, 针对红外探测目标成像精确定位问题, 利用能量分布和数字图像中成像规律, 研究像点定位及精度分析。研究了红外目标成像和数字图像特点, 建立了定位模型和方法流程; 分析了定位误差影响因素, 实现了定位结果精度评定; 最后结合典型应用实例, 进行了计算验证。该方法与已有方法相比, 分析过程更直观, 获取了红外像点定位分析的理论依据, 并给出了定位结果的精度水平: 通常红外成像应用中, 精度优于1/6像元; 在成像较大时, 精度可达1/10像元以上。该研究结论对红外探测应用中目标准确定位具有重要意义。
红外像点 定位精度 能量分布 艾里斑 infrared image point position accuracy energy distribution Airy disk
中国科学院 西安光学精密机械研究所,陕西 西安 710119
为了在月球上完成天文观测任务，对月基反射镜二维跟踪转台进行了热力学分析及结构设计。采用航天轻量化法设计反射镜的二维转动机构以减少载荷重量；采用外转子机构实现垂直轴系以大大提高系统沿发射方向的一阶模态。由于水平轴系跨度较大，设计中采用了一端固定另一端游动的精密轴系，并通过合理设计深沟球轴承游隙有效解决了温度变化导致的转动机构卡死的问题，进一步提高了机构的可靠性。为了满足精度要求，系统采用蜗轮蜗杆+步进电机驱动方式，严格控制蜗轮蜗杆的加工及安装工艺。在控制中以光电开关为位置定位元件，使得转台的单轴指向精度优于60″。验证试验显示：系统发射方向的一阶谐振频率达到81 Hz，它可在-25 ℃ ～+60 ℃温度下正常工作，其指向精度(方位及俯仰)≤60″。 结果表明该转台具有精度高、力学性能好、可靠性高、重量轻等特点。
月基天文望远镜 反射镜转台 轻量化设计 指向精度 Lunar based astronomy optical telescope reflection mirror gimbal lightting design position accuracy
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 航空光学与测量重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
粘接结构由于其结构简单、紧凑，应力分布均匀，温度适应性好等优点在光学仪器中应用广泛。对反射镜背部嵌套粘接金属衬套的支撑结构做了详细研究，选择弹性模量较低的粘接剂作为粘接结构用胶；从力学性能角度分析胶层厚度和粘接面积，从热学角度分析胶层的消热粘接厚度。对粘接结构对反射镜位置精度的影响进行分析，包括反射镜的偏心量和光轴方向的移动量。
仪器 反射镜支撑 嵌套粘接 消热粘接厚度 位置精度 激光与光电子学进展
2013, 50(9): 091201
1 苏州大学 现代光学技术研究所, 江苏 苏州 215006
2 苏州大学 机电工程学院, 江苏 苏州 215021
反射镜是光谱相机的关键元件, 为保证在复杂环境下的成像质量, 有必要对其进行研究分析以验证结构设计的可靠性。针对反射镜在工作中的面形变化及结构的动力学性能, 应用有限元分析软件MSC.Nastran对反射镜部件进行了静力分析及随机振动分析。计算结果表明, 装配时压紧力对反射镜面形变化影响明显, 可根据计算结果指导装调; 随机振动分析结果表明, 反射镜部件结构设计可靠, 符合结构破坏的3σ原则, 能够满足成像对反射镜位置精度和面形精度的要求。
反射镜 面形变化 位置精度 随机振动 功率谱密度 reflector static analysis position accuracy random vibration power spectral density
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
基于分体型萨格奈克干涉仪的基本原理，针对通光口径为60 mm、光谱通道数为65的分体型萨格奈克干涉仪，模拟了干涉仪反射镜装配误差引起的干涉条纹变化情况，分析了装配误差对干涉条纹的影响，并根据设计指标推导了干涉仪系统装调的位置精度及角度精度要求。详细介绍了实现干涉仪精密装调的系统方案，其中包括装调主平面的建立、分光棱镜的精确定位以及干涉仪长臂反射镜、短臂反射镜的精密定位调整，整个装调方案基于自准直原理并通过巧妙的基准转换关系最终实现了干涉仪安装位置精度优于0.01 mm、安装角度精度优于1″、系统主截面重合精度优于1″的高精度装配要求。
光学设计 精密装调 萨格奈克干涉仪 分体型 位置精度 角度精度
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 研究生院，北京 100039
基于光、机、电一体化的设计思想，研制了一套高精度扫描镜机构，用于提高空间相机对某些特定暗目标的观测能力。首先，根据相机总体下达的性能指标，讨论了可行的驱动方案，确定了以步进电机为核心的系统控制方法。然后，介绍了驱动单元、精密轴系和扫描镜支撑结构3项关键技术。最后，给出了扫描镜机构的工程分析结果并进行了相关例行试验。试验结果表明：设计的扫描镜机构定位误差优于40″，在工作速度范围内相对速度精度优于7%(均方根值)，主轴径向跳动误差为2 μm，满足了空间相机对扫描镜机构在稳定性、位置和速度精度、体积、重量等方面的要求。
扫描镜 成像光谱仪 空间相机 碳化硅镜 速度精度 位置精度 scanning mirror imaging spectrometer space camera SiC mirror position accuracy speed accuracy 光学 精密工程
2011, 19(11): 2703
1 国防科技大学 理学院技术物理研究所,长沙 410073
2 空间智能控制技术国家重点实验室,北京 100190
星敏感器曝光时间是影响星敏感器星点定位精度的因素之一。建立星敏感器星点像移模型和CCD 噪声影响模型,分析了星点质心定位精度与曝光时间的关系,并以CCD47-20 为例,对星敏感器的曝光时间进行了优化。结果表明:对于6.5 等星,当星点光斑像移速度为4.67 pixels/s 时,采用5×5 窗口的亚像元质心算法,亚像元质心算法精度随曝光时间的延长而降低,CCD 噪声对星点质心定位精度的影响随曝光时间的增加而减小;星敏感器的最佳曝光时间为200 ms,此时的星点质心定位精度优于1/50 pixel。
星敏感器 曝光时间 像移 质心精度 CCD 噪声 star sensor exposure time image motion position accuracy CCD noise
