地基光学特性测量系统光机结构设计

光机系统设计与实践课程报告作者学号：学院(系):理学院专业: 光学题目: 光接收系统设计2014年5月光接收系统设计光接收系统是照相、测距等系统的一个重要组成部分，其主要作用是接收外界光信号，并且将接收到的光传递给后续的光电转换器件，光接收系统的成像质量对整个系统有重要影响。

本次设计主要对光接收望远镜给出的初始结构进行优化，并且设计出优化之后的镜筒结构。

一、透镜像质的优化ZEMAX软件由美国焦点公司开发，它操作简单，价格便宜，提供了十分强大的像质优化功能，可以对合理的初始光学系统进行优化设计，是当今光学设计界的通用软件之一。

设计中光学结构参变量可以使曲率、厚度、玻璃材料参数、圆锥系数、参数数据、特殊数据和多重结构数值。

1.接收望远镜的设计要求如下：D/f=1/4,f=118.596,2ω=5°2.接收望远镜的初始结构参数见表13.透镜初始结构与光学特性参数输入①在ZEMAX主菜单中选择Editor\Lens Data，打开透镜数据编辑器（Lens Data Editor，LDE），输入初始结构，如图1所示。

图1 LDE中输入初始结构数据②光学特性参数输入。

用General对话框定义像空间。

在ZEMAX 主菜单中选择System\General…或选择工具栏中Gen，打开General对话框，选择Aperture Type为Image Space F/#，在Aperture Value中输入4，如图2所示。

图2 用General对话框定义孔径用Field Data对话框定义视场。

在ZEMAX主菜单中选择System\ Fields…或择工具栏中Fie，打开Field Data对话框，选择Field Type为Angle（Deg），在相应文本框Y-Field中输入3个校像差半视场角值：3、-3、0，其余为默认值，如图3所示。

图3 用Field Data对话框定义视场用Wavelength Data对话框定义工作波长。

光电测量系统设计报告一、干涉的基本原理干涉现象是波动独有的特征,如果光真的是一种波,就必然会观察到光的干涉现象．1801年,英国物理学家托马斯·杨1773—1829在实验室里成功地观察到了光的干涉．两列或几列光波在空间相遇时相互叠加,在某些区域始终加强,在另一些区域则始终削弱,形成稳定的强弱分布的现象;由一般光源获得一组相干光波的办法是,借助于一定的光学装置干涉装置将一个光源发出的光波源波分为若干个波;由于这些波来自同一源波,所以,当源波的初位相改变时,各成员波的初位相都随之作相同的改变,从而它们之间的位相差保持不变;同时,各成员波的偏振方向亦与源波一致,因而在考察点它们的偏振方向也大体相同;一般的干涉装置又可使各成员波的振幅不太悬殊;于是,当光源发出单一频率的光时,上述四个条件皆能满足,从而出现干涉现象;当光源发出许多频率成分时,每一单频成分对应于一定的颜色会产生相应的一组条纹,这些条纹交叠起来就呈现彩色条纹;1、劈尖的等厚干涉测细丝直径设入射光波为λ,则第m级暗纹处空气劈尖的厚度由上式可知,m=0时,d=0,即在两玻璃片交线处,为零级暗条纹;如果在细丝处呈现m=N级条纹,则待测细丝直径2、利用干涉条纹检验光学表面面形检查光学平面的方法通常是将光学样板平面平晶放在被测平面之上,在样板的标准平面与待测平面之间形成一个空气薄膜;当单色光垂直照射时,通过观测空气膜上的等厚干涉条纹即可判断被测光学表面的面形;1待测表面是平面2待测表面呈微凸球面或微凹球面当手指向下按时,空气膜变薄,各级干涉条纹要发生移动,以满足式2,3式中λ为入射光的波长,δ是空气层厚度,空气折射率n ≈ 1;当程差Δ为半波长的奇数倍时为暗环,若第m个暗环处的空气层厚度为m,则有：R,即,可得：式中是第m个暗环的半径;由式2和式3可得：可见,我们若测得第m个暗环的半径便可由已知λ求R,或者由已知R求λ了;但是,由于玻璃接触处受压,引起局部的弹性形变,使透镜凸面与平面玻璃不可能很理想的只以一个点相接触,所以圆心位置很难确定,环的半径也就不易测准;同时因玻璃表面的不洁净所引入的附加程差,使实验中看到的干涉级数并不代表真正的干涉级数m;为此,我们将式4作一变换,将式中半径换成直径,则有：对第m+n个暗环有将5和6两式相减,再展开整理后有可见,如果我们测得第m个暗环及第m+n个暗环的直径、,就可由式7计算透镜的曲率半径R;经过上述的公式变换,避开了难测的量和m,从而提高了测量的精度,这是物理实验中常采用的方法;二、干涉法测微小量的原理与干涉仪绘制草图1、实验内容用干涉法测微小形变实验验证实验仪器：he-ne激光器、共焦球面干涉仪、压电陶瓷、探测器、示波器、电源、锯齿波发生器;2、实验原理：1、共焦球面干涉仪示意图：共焦球面干涉仪是一个无源腔,由两块球形凹面反射镜构成两面镜子的曲率半径和腔长相等R1=R2=L,镜面1固定不动,镜面2固定在可随外电压变化而变化的压电陶瓷上;光在腔内每走一个周期都会有部分光从镜面透射出去为光线1,另一部分则反射4次出射,为光线2；光线1与光线2满足干涉条件,当其光程差D满足条件：D=mλ时,干涉相长示波器出现峰值,随着压电陶瓷随电压的变化,腔长变化,D也随之变化;当D=m±1λ时,再次干涉相长,示波器上出现相应的峰值;3、实验步骤：1、打开he-ne激光器,调整光路和压电陶瓷方向,使得光路准直,若没调整好,在共焦球面干涉仪后方会出项两个光斑,光线1和光线2并不产生干涉;2、将探头和锯齿波发生器分别接入示波器的两个通道,打开激光器和锯齿波发生器的电源;3、观察示波器上波形;4、实验结果：5、实验总结：本实验是干涉法测微小形变的实验验证,故无需计算；压电陶瓷的微小形变影响到共焦球面干涉仪的腔长,从而影响到光线1和光线2的光程差D,进一步反应到示波器的波形显示上;该测量方法得到验证;三、Auto cad图探头主体探头后盖底座螺钉电路图电源外壳四、Zemax的绘制：扩束准直系统五、实验回顾及总结这次实验和以往的实验不同,以往更多的是的老师设计好,安排每一节课的内容让我们照着做,而这次更多的是自主设计进行探索发现;前几次课程我们主要是通过设计实验系统,学习并运用CAD画出模型,这样我们既学会了软件设计又理解实验原理及结构;激发了我们的兴趣;谢谢老师为我们自由式发挥创造了条件;。

一 设计内容：用干涉测量法测量钢丝由于加热而引起的微小变化。

本次课程设计基于光的干涉原理，用干涉测量法测量钢丝的微小伸长量。

实验设计中用激光器作为光源，激光器的工作波长为μm 级，通过探测器可读出干涉条纹移动条数N ，由2λ⋅=∆N L 可得出位移的变化量ΔL 。

而一般测量中干涉条纹只移动N/10，即可达亚μm 级，实现较高的测量精度。

二 设计任务及目的：1、了解干涉产生的原理，产生的方法，了解各部分的作用，并能综合运用;2、灵活应用所学的光学知识，掌握光电测量系统中的光路部分的设计原理及方法;3、综合应用所学的光学知识，利用干涉测量法测量钢丝的微小伸长量;4、通过对光路部分的设计来加强对光学知识应用.三.有关干涉的基本概念3.1 干涉的定义两束或多束光波在空间相遇时，在重叠区内形成稳定的强弱强度分布的现象。

例如：如图所示对于两列单色线偏振光：在P 点相遇，E1与E2的振动方向间的夹角为θ，则在P 点处的总光强为3.2 干涉条件：1. 两束光波的频率应当相同；2. 两束光波在相遇处的振动方向应当相同；3. 两束光波在相遇处应有固定不变的相位差。

这三个条件是光束光波发生干涉的必 要条件，通常称为干涉条件。

另外，若两光波在相遇点所产生的振幅相差悬殊，则该点的合成振动的振幅将与单一光波在该点所产生的振动的振幅没有明显的差别，因而实际观察不出干涉现象，如果两光波在相遇点光程差很大，则在一光波的波列已通过时，另一光波相应的波列尚未到达，两相应的波列间无重叠，因而无干涉现象出现．若光程差为中等大小，两相应波列部分重叠，将出现不很明显的干涉现象．故仅当两光波的振幅相差很小、两光波的光程差很小时，方能观察到明显的干涉现象． 3.3 相干长度的概念:光波的相干长度就是指光波的波列长度，即 vcct c L ∆=∆= 3.4 获得相干光的方法：（1）分波面法：将一个波列的波面分成两部分或几部分，由这每一部分发出的波再相遇时，必然是相干的,因此会产生干涉现象。

光机结构设计介绍《光机结构设计介绍》我有一个朋友叫小李，他呀，是个摄影爱好者。

每次我们出去游玩，他总是背着他那宝贝相机，像个战士背着最心爱的武器一样。

有一次，我们一起去爬山看日出。

那天早上，天还黑蒙蒙的，我们就爬到了山顶。

小李兴奋地拿出他的相机，开始摆弄起来。

我好奇地凑过去，看着他熟练地调整着镜头、机身等部件。

我忍不住问他：“你这相机这么复杂，每个部分都有啥讲究呀？”小李一边调整一边说：“你看啊，这相机就像是一个小小的光机结构系统呢。

这镜头啊，就好比是眼睛，它负责把光线引进来。

这镜头的设计可不容易，就像给眼睛挑选合适的镜片一样，得考虑很多因素。

比如说，不同的焦距就像是不同度数的眼镜，能让你看到不同距离和范围的景色。

”我似懂非懂地点点头，又问：“那这机身呢？”小李拍了拍相机机身说：“这机身啊，就像是骨骼和肌肉，它要支撑起整个相机的结构。

光机结构设计中的机身得很坚固，就像人的身体要能承受各种压力一样。

你想啊，如果机身不结实，稍微碰一下，镜头这些精密部件可能就会错位，就像人要是骨骼脆弱，走两步就散架了，那还怎么拍照呀？”他又指了指相机里面一些我看不到的部分说：“这里面还有很多机械结构呢，就像人体的内脏器官一样，默默地工作着。

比如说快门，它就像一扇快速开合的门，要精确地控制光线进入的时间。

如果快门出了问题，要么曝光过度，照片白花花的一片，像个大白天的鬼片；要么曝光不足，黑乎乎的啥都看不清。

这就要求光机结构设计中的快门系统得有精准的时间控制，就像一个严格遵守时间表的火车司机，一秒都不能差。

”我打趣地说：“哟，这相机里还真有这么多门道呢。

那这和光机结构设计到底有啥关系啊？”小李笑了笑说：“你可真笨。

这相机本身就是一个光机结构的典型例子啊。

光机结构设计就是要考虑如何让光学部件和机械部件完美地配合起来。

光学部件负责捕捉和处理光线，机械部件负责提供支撑、控制和移动等功能。

就像一个团队，光学部件是那些有才华的创意人员，负责出点子，机械部件就是后勤保障人员，负责让创意能够实现。

表面形貌的全息式非接触光学测量方法王晓飞罗鸿逵 郭鸿禧(北方交通大学电子信息工程学院，机械与电气工程学院 ，北京100044)摘要讨论了关于表面形貌的一种全息式非接触光学测量新方法.此方法采用全息光学元件HOE替代普通光学元件，作为离焦检测元件，提高了测量精度和范围.关键词表面形貌全息光学元件(HOE) 非接触光学测量分类号O434.19Noncontact Holographic Optical Measuring Methodof the Surface ProfileWang Xiaofei Luo Hongkui Guo Hongxi(College of Electronics and Information Engineering, College of Mechanical and Electrical Engineering ,Northern Jiaotong University,Beijing 100044)Abstract A new noncontact holographic optical measuring method of the surface profile was discussed. By using holographic optical element (HOE) to replace the conventional optical element, as a defocusing testingdevice,measuring precision and range can be improved.Key Words surface profile HOE noncontact optical measurement目前，众多的工业生产领域(如航天、铁路、汽车、微电子等)对工件的表面形貌测量提出了很高的要求.传统的测量大多采用接触式触针测量法，尽管它能够直接读出被测表面的粗糙度或微位移的数值，并可测量平面、轴、孔等各种形态的表面形貌及微位移，但由于要求触针与表面有良好的接触，触针顶部的半径、测量力、动特性及具体的结构等都会对测量带来影响；此外，当被测物为软质材料表面时，会产生划伤，进而影响测量结果.尽管传统的表面形貌测量仪器诸如触针式轮廓仪等已经得到了广泛的应用，而且国际上采用的ISO标准及许多国家建立的表面轮廓标准皆基于接触式测量原理，各行业部门仍期待着新型表面形貌测量方法的出现.近年来逐渐发展起来的非接触式光学测量法得到了人们的注意，其中以离焦检测方法(实际上就是光触针法)较为实用.通常的非接触式光学测量方法都是采用普通的光学元件，由于光学元件尺寸的限制，很难拓宽测量范围和实现仪器的小型化.采用全息光学元件HOE(Hol-ographic Optical Element)来替代传统的光学元件，完成普通光学元件的功能，如汇聚、发散、分光与偏转、波面转换，同时作为离焦检测元件，提高了表面形貌测试系统的测量范围和测量精度，并可实现系统小型化〔1〕.1 工作原理1.1 HOE成象与再现对于同一个光源，全息透镜可以形成一实象、虚象和直射透射光.对HOE的象差分析、传输特性等研究依据是假定HOE是由两个点光源记录全息.但实际上，由于激光光源在基模输出时呈高斯分布，光源尺寸以高斯光束的束腰为界，而且光源上的每一点都能形成一组全息光栅结构，它不仅对象差有影响，并对成象和分辨率也有影响.因此在研究HOE的成象原理时，必须将光源看作是无限个点光源的集合，全息图的分布是所有这些点光源的综合.线性记录条件下，全息图的振幅分布为其中OO、RO、CO分别为物光、参考光和再现用照明光的复振幅，ψO、ψR、ψC分别表示相应的相位分布.式中第一项表示直射光，第二项表示原始象，第三项表示共轭象.图1 离轴全息图成象关系对于离轴情况，离轴全息图消除了观察全息图时因共轭象与实象相重叠而降低象素的因素，其成象关系如图1所示.设再现点、参考点、物点和成象点的坐标分别为(xI，yI，zI)、(xC，yC，zC)、(xR，yR，zR)、(xO，yO，zO)，并用lI、lR、lC和lO分别表示象点、参考点、再现点和物点与全息元件之间的距离，则其成象关系为式中k=λ／λO，λ是光波波长，λO是记录时光波的波长，“＋”表示原始象，“－”表示共轭象.1.2 全息离焦检测原理刀口法离焦检测原理如图2所示.图2 全息离焦检测原理示意图图3 不同物面情况下的光斑形状系统采用HOE替代传统的光学元件.HOE由分别具有不同空间频率的两部分组成，它同时还起到将光束偏转、分光、汇聚、发散和滤波等作用，在其结合处呈一直线状，此直线可以起到“刀口”作用.HOE的工作原理与普通分光镜的分割作用相当，当照射光照射到全息片上时，由于HOE的两个半片部分分别对入射光具有不同的衍射角，因此产生两个一级衍射象.如果被测物面W在物镜L的焦点前后移动，则光电探测器PD上的光斑形状将产生相应的变化.图3所示为物面离焦点不同情况下的光班形状，分别对光电探测器上四个象限的输出进行检测，即可测出被测物面W相对于焦点的位移量的大小和方向〔2〕.硅光电池的输出与接收光的接收面积成比例.若被测物面远离焦点或处于近焦点处时，所形成的光班或是处于1～3象限或是处于2～4象限，所以可以根据硅光电池的差动输出信号判别物面相对物镜焦点位置的大小和方向.值得注意的是，为避免光班移到接收器以外而引起由于被测物面倾斜对测量产生的影响，光电探测器必须设计得非常合适.2 测试系统设计图4所示为该测试系统的总体结构.由图可知，由光学系统、信号处理电路、微机系统、激光器驱动电源以及数据输出单元等组成.其基本工作过程为：首先由光学系统对被测物进行探测，获取与表面形貌相关的输出信号，此信号由处理电路进行放大、滤波等处理，再经接口电路输入到微机系统，在微机的控制下完成数据的采集和运算处理，最后进行数据的显示和输出.图4 测试系统基本构成框图2.1 光学系统此光学系统主要由光波长为6.328 μm的He-Ne激光器、全息光学元件HOE 和物镜L组成(如图2所示).测试所需的光源由He-Ne激光器提供，由He-Ne激光器发出的激光透过HOE后经L汇聚到物面W上，由被测物面反射回来的光照射到HOE上，经衍射形成1级衍射光照射到光电探测器PD上，在四象限硅光电池的四个象限上分别形成各自的光班，利用电路处理系统对四个象限的输出进行放大和处理.光源对整个系统的性能起着非常重要的作用，为保证测量精度，作为光源的He-Ne激光器不仅要有稳定的激光输出，而且还要有稳定的光功率输出.为了使激光器发出的激光光束得到充分利用，在激光器后装置一个准直物镜，物镜的数值孔径必须与光源发射角匹配.HOE的分辨率对测量结果具有很大的影响，一般来讲，HOE的分辨率要比相同口径的普通光学元件低，但HOE容易加工成大口径，因此仍可得到较高的分辨率.光学测头的移动机构和驱动电路同样对测量结果具有较大影响.本系统采用电致伸缩陶瓷致动器(PZT晶体)作为微位移发生器来带动光学测头移动，其微位移分辨率可达0.05 μm.采用微机(MCS－8098)的PWM口输出模拟电压信号，并输入到PZT驱动电路中.2.2 光电转换与信号处理电路光电探测元件是此测量系统的关键元件之一，其性能好坏将直接影响测量结果.本系统采用四象限硅光电池，可将其认为是电流源，但由于反射回来的信号光较弱，再加上较强的背景反射光和散射光的影响，原始输出电流信号极其微弱，通常在μA量级，因此采用微电流放大器进行I/V变换.当被测物具有较尖端部分的凹坑或倾斜较大的剖面时，表面的反射率发生急剧变化，衍射光对硅光电池的特定光敏单元有很大影响，如果入射光较强，则测得的数据与实际量有较大偏差，从而引起测量误差.可通过除法运算来部分消除由于被测物面倾斜或表面反射率变化引起的测量误差.具体的除法运算由后续的微机系统软件实现〔3〕.2.3 微机系统MCS－8098本系统中采用MCS－8098单片机作为主控单元，整个系统的数据采集、处理、存储和显示输出皆在8098的控制下完成.此测试系统对A/D的转换速率没有太高的要求，MCS－8098单片机本身的A/D口即可满足测量需要.为了进一步提高抗干扰性能和精度，除在硬件上采取一定措施外，还采用软件编程(数字滤波)法.3 系统误差分析测量系统的误差主要来源于系统误差(如光路系统误差、光学测头的移动机构和驱动电路误差、光电转换误差、反射光不均匀误差、电路误差、结构参数变化引起的误差、非线性误差等)和随机误差(如电网波动引起的脉冲干扰、外界杂散光干扰、电磁干扰、振动干扰、环境温度干扰等).这些误差的消除只能根据其各自的起因相应地采取措施，通常只能通过选用更高精度的微位移发生器、优化设计和改善测试环境来消除或部分消除误差.此外，HOE的分辨率对测量结果也会产生很大的影响.HOE的分辨率受到很多方面因素的影响，如高斯光束能量分布不均匀、光源尺寸对分辨率的影响等.只有当被测物面与汇聚物镜之间的距离发生的变化达到一定程度时，HOE才会产生相应的响应，当然这就影响到整个测量系统的分辨率.4 结束语初步实验表明，测试系统的分辨率可达0.1 μm，线性测量范围超过±150 μm，其性能优于接触式测量方法，而且系统的性能(如分辨率)可通过提高光电接收器精度、改善处理电路和提高A/D位数等措施进一步增强，从理论分析来看，其分辨率完全可以达到零点几个或零点零几个nm.由于此方法采用非接触式方式进行表面形貌的测量，克服了接触式测量法中测量力、被测物结构形变等诸多因素对测量带来的影响，测量时不会给被测物面带来任何损伤，同时由于采用全息光学元件HOE替代传统光学元件，可进一步实现测量范围的拓宽和仪器的小型化.表面形貌的全息式光学测量方法可广泛应用于机械零部件的精密加工和装配工艺领域(如柴油机凸轮、曲轴轴颈、活塞等部件磨损的检测及故障诊断)，是一种具有发展前景的测量技术.参考文献1 杨国光.近代光学测试技术.北京：机械工业出版社，1986.2 Yasuo Kimura,Seizin Suguma,Yuzo pact Optical Head Using a Holographic Optical Element for CD Players.Applied Optics.1988,27(4):668～6713 张国雄，沈生培.精密仪器电路.北京：机械工业出版社，1987.本文收到日期1997-09-15 王晓飞女1965年生讲师email bfxb@center. 图片无法复制，你上参考资料上看看。

空间探测器的光学系统设计与性能分析在空间探测器的设计中，光学系统起着至关重要的作用。

光学系统的设计质量将直接影响探测器的成像分辨率、灵敏度和稳定性等性能指标。

因此，在空间探测器的设计过程中，光学系统的设计与性能分析是至关重要的一环。

一、光学系统设计空间探测器的光学系统设计涉及到光学元件的选型、布局和参数优化等方面。

首先，需要根据探测任务的需求确定光学系统的光学结构，例如望远镜、光学滤波器、光谱仪等。

在选定光学元件后，需要进行光学系统的光学设计，包括光路设计、像场校正、像差修正等过程。

同时，还需要考虑光学系统的機械设计，确保光学元件的稳定性和可靠性。

二、光学系统性能分析空间探测器的光学系统性能分析主要包括光学系统的成像性能、分辨率、灵敏度和系统误差等方面。

成像性能是评价光学系统成像质量的指标，通常通过模拟计算或实验测试方法进行评估。

分辨率是光学系统分辨目标的能力，取决于光学系统的光学孔径和波长等参数。

灵敏度是光学系统对光信号的探测能力，通常通过信噪比等指标来评价。

系统误差是光学系统在成像过程中产生的误差，需要通过校正和补偿来提高成像质量。

三、光学系统设计与性能分析案例以某一颗卫星空间探测器为例，其光学系统设计采用了折射望远镜结构，包括主反射镜、次级反射镜和焦平面器等组件。

在光学系统设计过程中，通过光学软件进行了成像模拟和像差优化，确保了成像质量和分辨率的要求。

同时，通过对系统误差的分析和校正，进一步提高了光学系统的性能。

四、光学系统未来发展趋势随着空间探测技术的不断发展，光学系统在探测器中的应用越来越广泛。

未来，光学系统设计将更加精密化和多元化，利用先进的光学材料和光学技术，提高探测器的成像分辨率和信噪比。

同时，光学系统的性能分析方法也将更加完善和智能化，通过人工智能和机器学习等技术，提高光学系统的设计效率和性能表现。

综上所述，空间探测器的光学系统设计与性能分析是空间探测器设计过程中的重要环节，关系着探测器的成像质量和探测精度。

光机结构动态刚度设计在机械设计中，刚度是指结构在受到外力作用下产生变形的能力。

光机结构动态刚度设计是指在光学成像装置中，针对光学部件的运动状态进行设计使其产生的振动尽可能小。

这样可以保证图像质量，提升光学成像的精度。

光机结构动态刚度设计中，设计者需要考虑结构在整个运动过程中的振动情况。

他们需要通过各种方法来减小这种振动，从而提升图像的质量。

这些方法包括选择适当的结构材料和优化设计，以使得机构的刚度足够大，从而降低振动的影响。

首先，选择适当的材料是关键。

光机结构通常使用金属和陶瓷材料，这些材料的强度和刚度对于振动抑制很重要。

高强度材料有助于抵抗外部力的影响，而高刚度材料有助于减小机构的变形。

因此，在光学部件的设计过程中，选择适当的材料非常重要，以确保结构的充分刚度。

其次，在设计阶段，需要注重边界条件的设置。

这些边界条件包括结构的支持方式和受力方向。

通过合理分布支撑点和优化设计结构，可以将运动部分的振动减少到最小。

根据机构部分的耦合特性，选择合适的位置和向量方向，可以避免产生过多的共振点，从而降低振动的影响。

在光机结构动态刚度设计中，还需要对运动和振动进行仿真分析。

通过使用有限元分析工具对结构进行仿真，可以确定振动的来源，并确定结构的振动频率。

通过对振动能量的分析，并在结构中增加一些复合材料结构，可以大大减小结构的振动，从而提升图像质量。

最后，在光学成像装置的制造和组装阶段，需要采用严格的装配工艺。

这包括合理的缓冲方法和结构的稳定性检查。

通过合理的缓冲方法，可以减少振动影响，并严格使用装配流程，以确保结构的稳定性。

总之，光机结构动态刚度设计是保证光学成像装置图像质量的重要步骤。

选择适当的材料、设置合理的边界条件和进行正确的仿真分析都有助于减小结构的振动，从而提高图像质量。

通过采用相应的装配工艺，可以确保机构的稳定性，进一步提高图像的质量。

数据分析是用于管控企业、市场、产品、客户等方面的重要手段，具有可操作性和可预测性。

地基大口径望远镜系统结构技术综述地基大口径望远镜系统的结构主要包括主镜、二次镜和望远镜体。

主镜是地基大口径望远镜系统的核心部件，负责收集和聚焦光线。

由于光线经过大口径主镜后被聚焦到二次镜上，因此二次镜的性能对整个系统的成像质量有着重要的影响。

望远镜体用于保护和支撑主镜和二次镜，同时也起到固定和调整望远镜的功能。

地基大口径望远镜系统的技术涉及到光学设计、材料和工艺方面的内容。

光学设计是指通过优化主镜和二次镜的形状和曲率，使得系统具有较高的成像质量。

常用的设计方法有折射式和反射式两种。

折射式采用透明材料制作主镜和二次镜，反射式则使用反射镜来代替主镜和二次镜。

反射式设计具有优点，能够消除色差，提高光学成像质量。

材料方面，大口径望远镜系统需要具备较高的刚度和稳定性，能够耐受重力和温度的变化。

常用的材料有铸铁、铝合金和碳纤维等。

铸铁具有较高的刚度和稳定性，但重量较大，铝合金则重量较轻但稳定性较差，碳纤维则具有较好的强度和刚度。

工艺方面，地基大口径望远镜系统需要采用精密加工和调试技术，以保证光学表面的平整度和精度。

常用的工艺包括激光打磨和薄膜涂层等。

激光打磨能够有效去除光学表面的瑕疵和形状偏差，进而提高成像质量。

薄膜涂层能够提高光学元件的透射率和反射率。

总结起来，地基大口径望远镜系统是一种用于观测天体的光学仪器，具有重要的科学研究和应用价值。

其结构包括主镜、二次镜和望远镜体，而技术则涉及光学设计、材料和工艺方面的内容。

随着科学技术的不断发展，地基大口径望远镜系统的性能和应用领域将会得到更加广泛的扩展。

第三篇光学系统设计光学仪器的基本功能是借助于光学原理，通过光学系统来实现的。

光学系统的优劣直接影响仪器的性能和质量，因此，光学系统设计是光学仪器设计和制造过程中的重要一环。

本部分的目的是使读者获得光学设计所需要的基本理论和知识，并通过必要的设计实践以掌握光学设计的初步能力。

光学设计工作大体上可分四个阶段：一、根据仪器的技术参数和要求，考虑和拟定光学系统的整体方案，并计算其中各个具有独立功能的组成部分的高斯光学参数；二、选择各组成部分的结构型式，并查取或计算其初始结构参数；三、逐次修改结构参数，使像差得到最佳的校正和平衡；四、对设计结果进行评价。

上述各个阶段性工作之间有着密切的联系，前期工作的合理与否会影响到后期工作能否顺利进行，甚至会决定设计工作能否成功。

光学系统的整体方案可以有很大的灵活性和多样性，应该力求在满足仪器的性能要求的前提下，寻求一个简单易行、便于装调和经济合理的最佳方案。

相应地，系统各组成部分的光学性能参数也应根据整体要求定得恰如其分。

选择结构型式是光学设计中的重要一步，可能导致设计的成败。

现在，各种用途的光学镜头已积累起种类甚多的结构型式，它们有各自的像差特征和在保证像质时可能达到的相对孔径和视场，有些型式还能在工作距离或镜筒长度等参数方面达到其特殊要求。

因此，基于对已有结构型式基本特征的全面了解，有可能挑选到符合要求的型式。

但应注意到，随着对镜头要求的不断提高，设计者还应不断探求和研究新的更佳结构。

镜头初始参数的获得一般采用二种方法，一是根据初级像差理论求解满足初级像差要求的解，另一种方法是在已有的设计成果中选取性能参数相当的结果作为初始参数。

像差的平衡是一项通过反复修改结构参数以逐步逼近最佳结果的工作，这在过去以人工计算光路时，工作量是很大的。

计算机应用于光学设计后，先是取代了繁重的光路计算，随后又用于像差自动平衡，才根本上改变了光学设计的面貌。

应用像差自动平衡方法，能充分挖掘出系统各个结构参数对像差校正的潜力，不仅极大地加快了设计进程，而且显著提高了设计质量。

成像光学系统主要设计内容⏹ 光学元件的面型参数：材料，曲率，口径，非球面系数…⏹ 光学元件的位置参数安装位置，角度⏹ 光阑的位置和孔径近轴光学公式只适于近轴区域，有什么用？第一，作为衡量实际光学系统成像质量的标准。

用近轴光学公式计算的像，称为实际光学系统的理想像。

第二，用它近以地表示实际光学系统所成像的位置和大小。

光学零件（按形状分）透镜棱镜：光学零件（按形状分）平面镜：光学材料光学玻璃：光学晶体：光学塑料：光学玻璃:①是光学设计最常用的光学材料；②为满足光学设计对多种光学常数、高度均匀性、高度透明性及化学稳定性的要求，应具有复杂的组成和严格的熔炼过程。

各表面作用：①工作表面：有效表面，它用于光的透射、反射、改变光束方向或会聚光线等方面。

②辅助表面：用于连接、光学零件图例1支撑和固定的，又称装夹或安装表面。

③自由表面：用于零件的夹紧或在完成零件基本加工后，为限制零件的形状和尺寸，去掉多余材料得到的表面。

在光学零件图中要反映以下内容：①反映出零件的几何形状、结构参数和公差；②反映出对光学材料的质量要求；③反映出对光学零件加工精度和表面质量的要求。

零件表面与样板表面之间存在的偏差，用两表面间空气隙所产生的干涉条纹数N和ΔN表示。

N表示整个表面的面形偏差；ΔN表示零件表面的局部偏差。

周边加压法：最适用于光圈N＞1的情况。

高光圈，样板周边加压后，干涉条纹从中心向边缘移动。

低光圈，样板周边加压后，干涉条纹从边缘向中心移动。

光学镜片冷加工流程：硝材准备：在开始加工前，需要为光学零件预备加工所用的材料（毛坯或硝材）切削/铣磨：将毛坯料在切削机上进行切削加工，目的是将2个曲面切出与目标球面R值较为接近、中心厚度预留，表面不允许有坑洞等不良为后道的粗磨、抛光做准备；（此工序需注意玻璃硬度与切削砂轮粒度之配合关系）精磨：精磨处于研磨的中间工序，相当于机械加工中的半精加工，此工序的主要目的是消除前到切削时留下的表面坑洞，达到表面粗糙度要求和面型误差、中心厚度控制等；此工序需要选择金刚石颗粒的粒度与玻璃材料磨耗度的搭配关系主轴转速与摆臂的运动幅度等；抛光：研磨抛光是获得镜片表面品质的主要工序，目的是去除上工序粗磨残留的瑕疵并达到表面形状精度、中心厚度尺寸均符合规格要求；此工序需要注意研磨粉洁净度、研磨液调配比例浓度、液体温度、抛光皮选择、转速与摆臂幅度等；芯取/定心磨边：利用金刚石砂轮磨外圆，主要目的是，将组成球面镜片的2个球面对应的圆心连线（光轴）与机械夹具轴（几何轴）重合，同时并确保镜片外观无刮伤，外径尺寸、倒角、深度要求（凹透镜时）均符合规格要求；此工序和切削一样，需要考虑金刚石砂轮粒度与玻璃磨耗度之间搭配关系选择；镜片镀膜工程：镜片粘合工程：镜片涂墨工程：镜头组装工程：模具超精密加工透镜注塑成型光机材料结构设计建模制图加工装配铝⏹最常用的光机材⏹ 质量轻，强度高，价格低，加工性好⏹ 纯铝很少被应用于结构件，一般需要用各种铝合金来实现不同的材料特性⏹ 铝合金通过需要通过热处理来提高强度和消除应力铍⏹重量轻，高刚度，高热导性，外形稳定性特别好------ 低温、航天应用⏹ 耐腐蚀性良好⏹ 材料较脆，加工性能不好⏹ 价格昂贵⏹ 采用热等静压技术可以得到最好的均匀性-光学材料铜，铟钢，镁，碳化硅粘合剂光机仪器中主要两类粘合剂：⏹ 光学胶：光学折射表面粘合，如透镜胶合，棱镜胶合，透镜棱镜胶合⏹ 结构胶：固定机械零件或者光学零件固定到机械零件上光学胶⏹ 失液胶⏹ 热塑胶（固化可逆）⏹ 热固胶（Norland NOA62, Summers C-59)⏹ 紫外光固胶( Norland NOA 61) 结构粘合剂光学仪器设计和生产中经常用粘合剂代替螺钉和压板等紧固件。

基础光学综合实验系统实验说明书北京方式科技有限责任公司基础光学综合实验系统基础光学综合设计实验系统是以专用光学实验平台为实验操作面，配置大量光学、机械附件和器件，通过灵活搭配和组合；我公司推荐如下几种实验科目，其他拓展实验科目，用户可根据实际需要自行设计。

实验内容及步骤如下一、光的衍射实验1．将所需磁性底座的开关置于开的状态，即可随意移动。

2.将半导体激光器放置于一磁性底座上固定好，同时在平台的左端将磁性底座固定好；将白屏固定于另一磁性底座上，将白屏放置于平台右端，调整半导体激光器，使激光器平行平台表面。

3.将缝元件架紧靠激光器放置，将一维位移架放置在白屏处，并放上12档光探头并锁紧，调节光探头到一维位移架的中间区域。

4.调整激光器指向方位和光探头的高低，使激光准确进入探测光栏孔。

5.在缝元件架上放上缝元件，根据实验内容将要被测的缝或光栅调入光路，在光探头端就会出现一条干涉或衍射图案。

6.旋转探头上的光栏盘使0.2mm缝光栏进入探测位置。

7.转动一维位移架上的丝杠钮，使探头从一端向另一端进行扫描探测，并记录下光探头位置与光功率指示值的对应关系，验证光强分布与波长和缝参数的关系。

二、几何光学实验：1.自准直法测凸透镜焦距：设备：实验平台、白炽灯、品字屏（含毛玻璃）、反射镜、被测凸透镜。

方法：按白光源、品字屏、被测凸透镜、反射镜依次排列。

如下图设备：实验平台、白光源、品字屏（含毛玻璃）、反射镜、f=100mm的凸透镜、被测凹透镜、白屏。

方法：1.将白光源、“品”字屏、凸透镜、白屏依次排列。

2.仔细调整品字屏、f=100mm的凸透镜和白屏之间的距离，使白屏上呈现一个清晰的、略微缩小的倒立的像。

记下像（白屏）在平台上的位置。

要想呈现一个缩小的、倒立的实像，“品”字屏距透镜的距离应是多少？有什么规律？3.取下白屏，在凸透镜后放上被测凹透镜和反射镜。

见下图。

设备：实验平台、白光源、“品”字屏（含毛玻璃）、白屏、被测凸透镜。

第1篇一、引言光学结构检测在工程施工领域具有重要作用，通过对光学结构的检测，可以确保工程质量和安全性。

光学结构检测技术广泛应用于建筑、桥梁、隧道、道路等领域，对于提高工程质量、保障施工安全具有重要意义。

本文将介绍工程施工光学结构检测的基本原理、方法、应用及发展趋势。

二、光学结构检测的基本原理光学结构检测技术是利用光学原理对工程结构进行无损检测的方法。

其基本原理是：通过光学仪器将待检测的光线投射到结构表面，根据结构表面的光学特性（如反射、折射、透射等）来获取结构内部信息。

光学结构检测技术具有以下特点：1. 非接触式检测：光学结构检测无需与结构表面直接接触，避免了传统检测方法中可能对结构造成的损伤。

2. 无损检测：光学结构检测不会对结构产生物理损伤，可反复进行检测。

3. 快速检测：光学结构检测具有快速检测的特点，可提高检测效率。

4. 高精度检测：光学结构检测技术具有较高的检测精度，可满足工程检测需求。

三、光学结构检测的方法1. 红外热像仪检测：红外热像仪通过检测物体表面的温度分布，反映物体内部的热状态。

在工程施工中，红外热像仪可用于检测混凝土结构、钢结构等的热性能，发现结构内部缺陷。

2. 全站仪检测：全站仪是一种集成了电子经纬仪、电子测距仪、数据处理单元等功能的仪器。

在工程施工中，全站仪可用于测量结构尺寸、标高、倾斜度等参数，实现高精度检测。

3. 三维激光扫描仪检测：三维激光扫描仪通过发射激光束，获取物体表面的三维坐标信息。

在工程施工中，三维激光扫描仪可用于检测结构尺寸、形状、变形等参数，实现精确的检测。

4. 光学显微镜检测：光学显微镜是一种用于观察物体微小结构的仪器。

在工程施工中，光学显微镜可用于检测材料内部缺陷、结构表面缺陷等。

5. 光纤光栅传感技术检测：光纤光栅传感技术是一种基于光纤的光学传感技术，具有高灵敏度、抗干扰能力强等特点。

在工程施工中，光纤光栅传感技术可用于检测结构应变、位移、应力等参数。