下载文档原格式
Zemax光学设计：一个大口径折反式星敏感器光学系统的设计实例引言：星敏感器是空间飞行器中广泛使用的一种高精密空间姿态测量仪器，通过探测空间不同位置的恒星来获取空间飞行器的姿态信息。
光学系统是星敏感器的核心部件，其成像质量直接影响着星敏感器的探测能力。
为了提高星敏感器的探测能力，要求其光学系统在具有更宽的谱段范围、更大的入瞳直径的基础上能够尽量减小畸变和色差。
目前星敏感器所使用的光学系统有透射式结构、反射式结构、折反式结构等。
透射式光学系统是最常见的结构形式，但是存在光学系统口径小、较多的光学透镜数量导致二级光谱难以校正、整体质量大幅增加的缺点；反射式光学系统具有系统口径大、光学透镜数量少、无色差的优点，但是其结构中存在光遮拦会造成空间光的能量利用率低、边缘视场的像差校正能力较弱、结构设计难度大等问题。
折反系统采用反射镜和透镜相结合的方式，反射镜不会引起色差，透镜组能够对整个系统的像差进行校正并增大整个光学系统的视场，在整个折反光学系统中，像面的位移不会受到反射镜的影响，当反射镜和支架选择的材料膨胀系数相近时，可以降低整个系统对环境温度的敏感度。
主要设计指标：实例参考：《大口径折反式星敏感器光学系统的光路设计---李建林》设计仿真：首先输入系统特性参数，如下：在系统通用对话框中设置孔径。
在孔径类型中选择“Entrance PupilDiameter”，并根据设计要求输入“250”；在视场设定对话框中设置5个视场，要选择“Angle”，如下图：在波长设定对话框中，设定0.45～0.95um共6个波长，如下图：查看LDE：R-C系统的主镜和次镜的通光面均为双曲面,可有效校正初级球差和慧差。
在次镜前加入光阑校正球面透镜组可校正系统残余的像散、场曲和畸变。
同时，在次镜与像面之间加入的视场校正球面透镜组用以增大整个光学系统的视场，从而提高光学系统的探测精度和星敏感器的成像质量。
2D Layout：查看点列图：查看畸变：相对畸变越小,越有利于提高星敏感器的测量精度.通过优化设计，全视场范围内的最大相对畸变为 0. 080%,完全满足相对畸变小于0.1%的设计指标。
LAMOST球焦面光纤坐标检测方案
俞巧云;胡红专;等
【期刊名称】《光电工程》
【年(卷),期】2001(28)4
【摘要】对LAMOST光纤定位系统中球冠状焦面板上4000个光纤头位置的检测,要求检测系统检测速度快、精度高,为此采用极坐标旋转扫描装置进行检测.检测装置包括角度传感器和绕球冠状焦面板中心旋转的圆弧形扫描梁,后者由多片线阵CCD软拼接而成,其数据用并行主从结构进行采集与处理.采用"光重心法”对光纤出射光斑信号进行处理,获取光纤端部的位置特征.
【总页数】4页(P50-53)
【作者】俞巧云;胡红专;等
【作者单位】中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，安徽合肥230027;中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，安徽合肥23
【正文语种】中文
【中图分类】TH721
【相关文献】
1.极坐标下LAMOST光纤坐标检测方案 [J], 郭晓军;顾永刚;邢晓正
MOST焦面光纤位置测量系统的数据采集与处理方案 [J], 李为民;邢晓正;陈晓东;邓伟平;李静;胡红专
3.前照条件下LAMOST焦面板光纤单元定位精度检测系统设计 [J], 汪梦欣;陈笑然;罗阿理;宋轶晗;刘力力
MOST光纤定位小焦面系统的构建与测试 [J], 邬林通;胡红专;刘志刚;翟超;李为民;褚家如
MOST天文望远镜球焦面多光纤并行控制系统研究 [J], 李为民;邢晓正;胡红专;翟超;俞巧云;邓伟平
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
光学课程设计——望远镜系统结构参数设计一设计背景：在现在科学技术中，以典型精密仪器透镜、反射镜、棱镜等及其组合为关键部分的大口径光电系统的应用越来越广泛。
如：天文、空间望远镜；地基空间目标探测及识别；激光大气传输、惯性约束聚变装置等等……二设计目的及意义（1）、熟悉光学系统的设计原理及方法；（2）、综合应用所学的光学知识，对基本外形尺寸计算，主要考虑像质或相差；（3）、了解和熟悉开普勒望远镜和伽利略望远镜的基本结构及原理，根据所学的光学知识（高斯公式、牛顿公式等）对望远镜的外型尺寸进行基本计算；（4）、通过本次光学课程设计，认识和学习各种光学仪器（显微镜、潜望镜等）的基本测试步骤；三设计任务在运用光学知识，了解望远镜工作原理的基础上，完成望远镜的外形尺寸、物镜组、目镜组及转像系统的简易或原理设计。
并介绍光学设计中的PW法基本原理。
同时对光学系统中存在的像差进行分析。
四望远镜的介绍1．望远镜系统：望远镜是一种利用凹透镜和凸透镜观测遥远物体的光学仪器。
利用通过透镜的光线折射或光线被凹镜反射使之进入小孔并会聚成像，再经过一个放大目镜而被看到。
又称“千里镜”。
望远镜的第一个作用是放大远处物体的张角，使人眼能看清角距更小的细节。
望远镜第二个作用是把物镜收集到的比瞳孔直径（最大8毫米）粗得多的光束，送入人眼,使观测者能看到原来看不到的暗弱物体。
2．望远镜的一般特性望远镜的光学系统简称望远系统，是由物镜和目镜组成。
当用在观测无限远物体时，物镜的像方焦点和目镜的物方焦点重合，光学间隔d＝o。
当月在观测有限距离的物体时，两系统的光学问隔是一个不为零的小数量。
作为一般的研究，可以认为望远镜是由光学问隔为零的物镜和目镜组成的无焦系统。
这样平行光射入望远系统后，仍以平行光射出。
图9—9表示了一种常见的望远系统的光路图。
为了方便，图中的物镜和目镜均用单透镜表示。
这种望远系统没有专门设置孔径光阑，物镜框就是孔径光阑，也是入射光瞳，出射光瞳位于目镜像方焦点之外，观察者就在此处观察物体的成伤情况。
精密仪器设计考试试题第一部分：选择题
1.以下哪个技术不适用于精密仪器设计？
A. 3D打印技术
B. 光纤通信技术
C. 微电子技术
D. 机械加工技术
2.精密仪器设计中，常用的精度衡量方式是？
A. 比较方法
B. 薄膜应变片
C. 激光干涉技术
D. 摄像测量方法
3.以下哪种材料不常用于精密仪器设计中？
A. 金属
B. 塑料
C. 纳米材料
D. 陶瓷
第二部分：填空题
1.在精密仪器设计中，___是指系统在正常工作状态下实际测得的值与理论值之间的差别。
2.精密仪器的___越小，精度越高。
3.精密仪器设计中，对材料的___要求较高，以确保系统稳定性和精度。
第三部分：简答题
1.请简要解释什么是精密仪器设计，并列举两个应用的例子。
2.请说明精密仪器设计中常用的两种误差补偿方法，并解释其工作
原理。
第四部分：计算题
1.某精密仪器的测量精度为0.02mm，测量结果为30mm，求测量结
果的相对误差。
第五部分：设计题
1.请设计一个具有0.01mm测量精度的数显游标卡尺。
附注：请根据题目要求完成试题回答，并确保回答准确，逻辑清晰，语句通顺。
祝你考试顺利！
备注：由于无法提供数字排版的格式，我将以上试题按照文章的格
式呈现。
请您将试题按照您需要的排版格式进行处理。
精密仪器设计知识点在设计精密仪器时，需要掌握一些关键的知识点，以确保其性能和可靠性。
以下是一些重要的设计知识点，涵盖了各个方面。
一、精确定位和定位系统1. 仪器定位的基本原理：包括物理定位和相对定位。
2. 定位系统的设计要求：高精度、稳定性、可靠性。
3. 定位误差的补偿方法：使用传感器和反馈控制系统进行闭环控制。
二、材料选择与物性分析1.材料的选择原则：考虑机械性能、热稳定性、化学稳定性、电磁性能等因素。
2.材料的物性分析方法：应用材料测试仪器进行材料特性测试，如拉伸试验、热膨胀系数测试等。
三、仪器热处理1.热处理的目的：提高材料的硬度、强度和耐磨性。
2.常用的热处理方法：淬火、回火、退火等。
四、结构设计1. 结构设计原则：考虑整体刚度、减震和抗振性能、重量等因素。
2. 结构优化方法：使用有限元分析软件进行结构强度和刚度的优化设计。
五、精密传动系统1. 传动系统的选择：根据精密仪器的要求选择合适的传动方式，如齿轮传动、皮带传动等。
2. 传动系统的设计要点：确保传动精度、传动效率和噪音等指标符合要求。
六、控制系统1. 控制系统选择：根据精密仪器的特点选择合适的控制方式，如PID控制、模糊控制等。
2. 控制系统的设计要求：稳定性、响应速度、抗干扰能力等。
七、精密测量技术1. 测量传感器的选择：根据要测量的物理量和精度要求选择合适的传感器。
2. 测量误差的分析：根据测量系统的误差来源进行分析，采取相应的补偿方法。
八、噪声抑制与干扰消除1. 噪声来源的分析：包括环境噪声和系统内部噪声的来源分析。
2. 噪声抑制与干扰消除方法：采用滤波器、屏蔽措施、信号处理算法等。
九、安全保护系统设计1. 安全保护系统的设计原则：考虑使用者的人身安全和设备的正常运行。
2. 常见的安全保护系统设计：包括过载保护、温度保护、电流保护等。
综上所述，精密仪器设计知识点涉及定位系统、材料选择与物性分析、热处理、结构设计、精密传动系统、控制系统、精密测量技术、噪声抑制与干扰消除以及安全保护系统设计等方面。
现代精密仪器设计
现代精密仪器设计是一种结合工程学、物理学和数学等领
域知识的综合性工作。
在现代科学技术的快速发展和产业
的不断进步中，精密仪器的作用越来越重要。
它们被广泛
应用于诸多领域，如科学研究、工业生产、医疗诊断等。
现代精密仪器设计的主要目标是设计、开发和优化各种高
精度仪器，以满足实际需求。
这些仪器通常需要具备高精度、高稳定性、高灵敏度和高可靠性等特点，以确保测量
结果的准确性和可信度。
在设计过程中，需要综合考虑多种因素，包括仪器的测量
原理、结构设计、传感器选择、信号处理和控制系统设计等。
还需要考虑到环境因素、材料选择、制造工艺和测试
方法等，以保证仪器在实际工作条件下的性能和可靠性。
现代精密仪器设计涉及的技术包括微机电系统（MEMS）、光学技术、电子技术、传感器技术、信号处理技术等。
随
着纳米技术的发展，纳米级精密仪器的设计和制造也成为
前沿领域。
总之，现代精密仪器设计需要综合运用多学科知识和技术，不仅需要满足测量要求，还需要注重实用性、可靠性和性
价比等方面。
同时，还需要密切关注科技发展和市场需求
的变化，积极应对挑战和创新。
精密仪表课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解精密仪表的基本原理，掌握其构造、功能及使用方法。
2. 学生能够掌握精密仪表在工程测量、物理实验等领域中的应用。
3. 学生能够了解我国精密仪表行业的发展现状及趋势。
技能目标：1. 学生能够熟练操作各类精密仪表，进行准确的测量和数据记录。
2. 学生能够运用精密仪表解决实际问题，具备一定的动手能力和实践操作技能。
3. 学生能够通过查阅资料、开展小组讨论，提高分析问题和解决问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到精密仪表在科技发展和国民经济建设中的重要性，增强国家荣誉感和责任感。
2. 学生在学习过程中，培养严谨、求实的科学态度，提高团队合作意识和沟通能力。
3. 学生能够关注我国精密仪表行业的发展，激发对科技创新的热情，树立远大理想。
课程性质：本课程为实践性较强的学科课程，注重理论知识与实际操作相结合。
学生特点：初三学生具备一定的物理基础和动手能力，对新鲜事物充满好奇，喜欢实践操作。
教学要求：结合学生特点，采用启发式教学，引导学生主动探究，注重培养学生的实践操作能力和创新精神。
在教学过程中，关注学生的个体差异，因材施教，使每个学生都能在原有基础上得到提高。
通过本课程的学习，使学生达到上述课程目标，为后续学习打下坚实基础。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下三个方面：1. 精密仪表基本原理与构造：- 介绍精密仪表的工作原理、主要部件及其功能。
- 分析各类精密仪表（如电子天平、示波器、万用表等）的构造特点。
2. 精密仪表的操作与应用：- 讲解各类精密仪表的使用方法，操作步骤及注意事项。
- 通过实例分析，展示精密仪表在工程测量、物理实验等领域的应用。
3. 精密仪表行业发展趋势与我国现状：- 介绍我国精密仪表行业的发展历程、现状及未来发展趋势。
- 分析国内外精密仪表技术的差距，探讨缩小差距的措施。
教学大纲安排如下：第一周：精密仪表基本原理与构造第二周：精密仪表的操作与应用（电子天平、示波器）第三周：精密仪表的操作与应用（万用表、频率计）第四周：精密仪表行业发展趋势与我国现状教学内容与教材关联性：本教学内容与教材第三章“精密测量技术与仪器”密切相关，涵盖了该章节的核心知识点，旨在帮助学生系统地掌握精密仪表的相关知识，为实际应用打下基础。
自准直仪光学系统设计周丹;向阳;高健【摘要】An novel high-precision intellectualized electronic digital display autocollimator for two-dimensional photometry was designed ,which could be used to measure small angles .The wavelength of the system was 670 nm .The foldback system was adopted in order to reach 1 m focal length and reduce the volume of the system .The position sensitive detector (PSD) was used as the optical receiver so that the accuracy of the instrument was increased and could meet the requirements that the measurement range was ± 6′and the accuracy was 0 .1″.The optical path system of the autocollimator was designed and optimized by Zemax .The emergent rays were parallel and the rays received by the determinand were homogeneous as shown in footprint diagram .These results can meet the needs of practical manufacture well .%设计一种能同时进行两维测量的、智能化的数显式自准直仪，该光学仪器可用来进行小角度测量。
