透射式红外光学系统光机热集成分析方法的研究 被引量：6

1

作者 韩旭 张健 +1 位作者 高天元 张润泽 《红外技术》 CSCD 北大核心 2018年第12期1136-1141,共6页

本文采用了光机热集成分析的方法对透射式红外光学系统在温度变化条件下进行分析。首先,利用Zemax建立了F(2)为1和F(2)为2的两个光学系统,利用有限元软件Patran&Nastran对两个光学系统加载温度场进行热弹性分析,得到镜面节点变形前... 本文采用了光机热集成分析的方法对透射式红外光学系统在温度变化条件下进行分析。首先,利用Zemax建立了F(2)为1和F(2)为2的两个光学系统,利用有限元软件Patran&Nastran对两个光学系统加载温度场进行热弹性分析,得到镜面节点变形前和变形后的位移。其次,使用Sigfit将分析得到数据进行Zernike多项式拟合,得到镜面的Zernike系数和刚体位移。最后,再将其导入到光学软件Zemax中,分别考虑镜片面型变化、刚体位移变化和镜片折射率变化3种因素对其MTF值的影响。以F(2)为1的光学系统作为主要分析对象,其结果表明在设计要求65℃(-45℃～20℃)温差下,面型变化使MTF(17 lp/mm)值下降了9.72%;刚体位移变化使MTF值下降了29.16%;折射率变化使MTF值下降到0点,已不再满足光学系统的成像质量要求。其结果表明,折射率变化才是影响红外光学系统成像质量的最主要因素。通过减少温度范围并进行光机热集成分析,得到F(2)为1的光学系统下温差范围为8℃～32℃,F(2)为2的光学系统下温差范围为6℃～34℃。在两个光学系统的温差范围下MTF值均大于0.2,综合考虑建模精度及软件计算精度,其温度最适范围为13℃～27℃。 展开更多

关键词 红外光学系统 光机热集成 ZERNIKE多项式 镜片面型 刚体位移 MTF

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大尺寸离轴反射式相机的仿真集成分析方法 被引量：3

2

作者 姜宏佳 《航天返回与遥感》 CSCD 2018年第1期78-86,共9页

离轴三反相机光学元件的不对称性,给相机的温控设计带来较大难度,因此有必要研究各种温度场对离轴三反相机性能的影响,特别是大型离轴三反相机,由于其外形尺寸大、焦距长、构型复杂,增大了研究难度。文章针对某大型离轴三反相机,通过光... 离轴三反相机光学元件的不对称性,给相机的温控设计带来较大难度,因此有必要研究各种温度场对离轴三反相机性能的影响,特别是大型离轴三反相机,由于其外形尺寸大、焦距长、构型复杂,增大了研究难度。文章针对某大型离轴三反相机,通过光机热集成分析的方法,研究了其性能受不同温度影响的变化规律,从而为设计合理的热控措施提供依据。通过计算相机真实在轨温度场,得到温度边界条件;利用集成分析软件仿真了10种温度工况下相机光机结构的变形规律;最后利用光学仿真软件计算出光机系统的成像品质。仿真结果表明:若干温度工况下,相机的反射镜更容易产生离焦现象,而不容易产生离轴和倾斜现象;相机对整机径向的温度差最敏感,对轴向的温度差最迟滞;均匀温度变化和单个反射镜的温度差变化对相机的成像品质不产生影响。 展开更多

关键词 光机热集成 仿真分析 离轴三反 光学传递函数 空间相机

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基于ANSYS的红外镜筒壁厚优化设计 被引量：2

3

作者 朱峰 张宇 +2 位作者 姬文晨 陈骥 李洪兵 《价值工程》 2017年第14期85-88,共4页

红外镜头往往很容易受到温度变化的影响。在红外镜头中,所有光学元件都是以镜筒为依托,镜筒的设计很大程度上决定了镜头的结构设计,并直接影响其光学性能。本文以某款红外镜头为例,运用ANSYS有限元软件的优化模块,对镜筒进行了仿真优化... 红外镜头往往很容易受到温度变化的影响。在红外镜头中,所有光学元件都是以镜筒为依托,镜筒的设计很大程度上决定了镜头的结构设计,并直接影响其光学性能。本文以某款红外镜头为例,运用ANSYS有限元软件的优化模块,对镜筒进行了仿真优化,通过多次迭代选出了最优解。然后通过光机热集成分析方法,运用泽尼克多项式对处理后的面形数据拟合,导入光学软件ZEMAX中进行光学性能分析,并与优化前的模型进行对比,分析结果表明,镜筒壁厚在一定程度上影响了红外镜头的光学性能,优化镜筒壁厚可以减小镜片在热环境中的面形畸变,使红外镜头的光学性能得到提高。 展开更多

关键词 红外镜头 光机热集成 结构优化 热光学特性

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基于红外镜头的光机热集成分析研究 被引量：2

4

作者 朱峰 《价值工程》 2017年第16期218-220,共3页

为解决红外镜头工作温度范围宽的问题,本文基于光机热集成分析,设计了一个焦距为200mm的冷光缆匹配红外镜头,该镜头充分考虑了环境温度及系统热变形对光学性能的影响。在此基础上,构建镜头组有限元模型,并进行-40~60℃的实际温度载荷的... 为解决红外镜头工作温度范围宽的问题,本文基于光机热集成分析,设计了一个焦距为200mm的冷光缆匹配红外镜头,该镜头充分考虑了环境温度及系统热变形对光学性能的影响。在此基础上,构建镜头组有限元模型,并进行-40~60℃的实际温度载荷的热力学分析,获得各镜片的间隔以及面形变化,并将其通过Zernike多项式作为数据接口接入光学设计软件,获得典型温度下的镜头组传递函数图。结果表明该新型红外镜头在较宽温度范围内具有较好的视场成像质量,且镜头结构可靠、简洁,满足设计需求。 展开更多

关键词 红外镜头 光机热集成 温度 有限元

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红外窗口热变形对零位检测成像质量影响分析 被引量：2

5

作者 王劲松 侯升日 +2 位作者 柳鸣 曹维国 王立秋 《红外技术》 CSCD 北大核心 2015年第9期769-773,共5页

针对一个双层红外窗口进行了完整地光机热集成分析,包括结构设计、结构有限元分析以及热光学特性分析。利用MSC Nastran和Hypermesh对光机结构系统在轴向温度梯度场下进行热弹性分析。分析可知双层红外窗口的最大位移形变量为1.01×... 针对一个双层红外窗口进行了完整地光机热集成分析,包括结构设计、结构有限元分析以及热光学特性分析。利用MSC Nastran和Hypermesh对光机结构系统在轴向温度梯度场下进行热弹性分析。分析可知双层红外窗口的最大位移形变量为1.01×10-1 mm,将有限元节点位移信息代入Zemax中,光学系统在9.0 lp/mm处最终的MTF依然在0.2左右,符合设计需求,验证了所设计使用的双层红外窗口的热光学适应性。 展开更多

关键词 双层红外窗口 有限元分析 光机热集成 MSC NASTRAN

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双色红外光学系统结构的设计与分析 被引量：1

6

作者 张玉石 韩旭 付跃刚 《计算机辅助工程》 2013年第A01期470-473,共4页

对一个双波段红外光学系统进行完整的光机热集成分析,包括光学设计、结构设计和结构分析,利用MSC Nastran和Patran对光机结构系统进行热弹性计算.分析可知4镜和5镜以及5镜和6镜间距的变化对系统整体成像质量的影响最大,热弹性计算结果 ... 对一个双波段红外光学系统进行完整的光机热集成分析,包括光学设计、结构设计和结构分析,利用MSC Nastran和Patran对光机结构系统进行热弹性计算.分析可知4镜和5镜以及5镜和6镜间距的变化对系统整体成像质量的影响最大,热弹性计算结果 4镜和5镜间距改变30μm而5镜和6镜间距改变6μm,最后将值代入Zemax中,分析成像质量,通过比较镜间距改变前后的25线对儿处的MTF曲线,分析系统是否满足设计要求. 展开更多

关键词 双色红外 有限元分析 光机热集成

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空间光仪光机热集成分析方法 被引量：39

7

作者 单宝忠 陈恩涛 +1 位作者 卢锷 武克用 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 2001年第4期377-381,共5页

本文重点阐述了结构、热响应及光学的集成分析方法和过程，应用Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式光机热各分析模块间数据接口的工具，进行各分析模块间数据的转换。以某空间相机为例进行了系统的集成分析。

关键词 光机热集成分析 空间相机 有限元法 照相

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空间光学遥感器光机热集成分析技术综述 被引量：26

8

作者 杨怿 陈时锦 张伟 《光学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第6期913-917,920,共6页

介绍了光机热集成分析技术的基本原理及其关键技术———数据传输技术的研究现状和最新进展。通过接口工具Zernike多项式进行数据传输的基本过程是:数据处理,即将有限元分析中得到的变形结果转换成基于弧矢坐标系或基于波前坐标系的数... 介绍了光机热集成分析技术的基本原理及其关键技术———数据传输技术的研究现状和最新进展。通过接口工具Zernike多项式进行数据传输的基本过程是:数据处理,即将有限元分析中得到的变形结果转换成基于弧矢坐标系或基于波前坐标系的数据形式;多项式拟合,即利用最小二乘法或Gram_Schmidt正交化方法进行拟合。提出了自动数据转换接口程序,它能够简化光机热集成分析的过程,可提高工作效率。 展开更多

关键词 光机热集成分析 ZERNIKE多项式 拟合 有限元分析 光机系统

原文传递

光机热集成分析中镜面刚体位移分离 被引量：26

9

作者 张颖 丁振敏 +1 位作者 赵慧洁 邹百英 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2012年第10期2763-2767,共5页

环境载荷引起的光机系统变形会严重影响光学系统性能。光机热集成分析是评估这种影响的有效手段。在光机热集成分析中,为减小光学系统刚体位移对变形后镜面拟合的影响,采用齐次坐标变换及最小二乘算法来分离光学镜面变形所包含的刚体位... 环境载荷引起的光机系统变形会严重影响光学系统性能。光机热集成分析是评估这种影响的有效手段。在光机热集成分析中,为减小光学系统刚体位移对变形后镜面拟合的影响,采用齐次坐标变换及最小二乘算法来分离光学镜面变形所包含的刚体位移。该方法首先用齐次坐标变换表示出变形数据中的刚体位移;其次利用最小二乘法求解刚体位移参数。利用该方法对一个低温环境下离轴抛物面镜进行了分析,其刚体偏转量都小到μrad量级。同时,对该方法求解刚体位移的精度进行了分析。当刚体偏转量小于0.01 rad求解误差小于1%,结果表明该方法满足光学镜面变形中的刚体位移求解精度要求。 展开更多

关键词 光机热集成分析 刚体位移 齐次坐标变换 最小二乘法

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光机热集成分析中数据转换接口的研究 被引量：21

10

作者 杨怿 张伟 陈时锦 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第2期201-205,222,共6页

光机热集成分析中的数据转换接口是实现光、机、热各分析软件间数据有效传递的重要手段。Zernike多项式的优点决定了它作为各分析软件间的数据接口工具是非常方便和成熟的。以一种数据处理算法和最小二乘法为Zernike多项式拟合的基础,... 光机热集成分析中的数据转换接口是实现光、机、热各分析软件间数据有效传递的重要手段。Zernike多项式的优点决定了它作为各分析软件间的数据接口工具是非常方便和成熟的。以一种数据处理算法和最小二乘法为Zernike多项式拟合的基础,编制了数据转换接口,实现了分析模块间数据的转换,并在某空间遥感器主镜系统的光机热集成分析中得到应用。 展开更多

关键词 光机热集成分析 ZERNIKE多项式 拟合 最小二乘法

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分块式空间望远镜的光机热集成分析 被引量：18

11

作者 董冰 俞信 +1 位作者 张晓芳 王霞 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2009年第2期326-329,共4页

高分辨率空间望远镜目前通常采用分块可展开主镜。对主镜进行有限元热分析获得的镜面变形数据无法直接输入光学设计软件进行像质评价,需要进行数据转换。传统的以拟合圆域正交Zernike多项式作为光机热集成分析的数据转换接口的方法不适... 高分辨率空间望远镜目前通常采用分块可展开主镜。对主镜进行有限元热分析获得的镜面变形数据无法直接输入光学设计软件进行像质评价,需要进行数据转换。传统的以拟合圆域正交Zernike多项式作为光机热集成分析的数据转换接口的方法不适于分析非圆孔径的分块镜。提出了采用二维插值算法进行数据转换,该方法不受光瞳形状和镜面空间频率的限制。用Matlab编制了光机热接口分析软件,分析了不同温度变化对空间望远镜分块镜成像质量的影响。仿真结果表明:热浸泡和径向热梯度对像质影响较小,而轴向热梯度对像质影响较大。 展开更多

关键词 光机热集成分析 分块式空间望远镜 二维插值

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光机热集成分析在高光谱成像仪紫外镜头中的应用 被引量：10

12

作者 武耀 徐明明 +4 位作者 陈素绢 江宇 薛辉 司福祺 陈结祥 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2016年第2期262-266,共5页

温度变化会影响紫外镜头各镜面面形和镜片间隔的变化,采用了光机热集成分析方法研究温度对紫外镜头成像质量的影响。论述光机热集成分析的基本流程和关键技术,采用Zernike多项式作为结构分析与光学分析之间的接口工具,在紫外镜头光学系... 温度变化会影响紫外镜头各镜面面形和镜片间隔的变化,采用了光机热集成分析方法研究温度对紫外镜头成像质量的影响。论述光机热集成分析的基本流程和关键技术,采用Zernike多项式作为结构分析与光学分析之间的接口工具,在紫外镜头光学系统设计和机械结构设计的基础上,建立了紫外镜头的热-结构分析模型,得到各镜面面形和镜片间隔的变化结果,并将结果耦合到光学设计软件中进行像质分析。分析结果表明,在镜头的工作范围内,镜头的调制传递函数在12lp/mm处均在0.7左右,能满足高光谱成像光谱仪的使用要求,同时也为光谱仪最后整机分析提供了参考。 展开更多

关键词 高光谱成像仪紫外镜头 成像质量 光机热集成分析 ZERNIKE多项式 计算机仿真

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航空相机物镜动态光机热分析与设计 被引量：9

13

作者 廖靖宇 高晓东 +1 位作者 蓝公仆 赵人杰 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2010年第7期36-40,共5页

环境温度动态变化时,物镜系统内部出现的温度梯度会导致镜片的折射率、厚度、曲率半径等参数出现非均匀变化,从而造成像质的下降。通过采用合理的温控方案,可以有效地减小物镜温度梯度以改善像质。本文利用光机热集成分析方法,针对一套... 环境温度动态变化时,物镜系统内部出现的温度梯度会导致镜片的折射率、厚度、曲率半径等参数出现非均匀变化,从而造成像质的下降。通过采用合理的温控方案,可以有效地减小物镜温度梯度以改善像质。本文利用光机热集成分析方法,针对一套完整航空相机物镜系统给定的动态温度环境,仿真了航空相机在飞机升空过程中物镜的温度场分布,并据此设计了温度控制方案,提取了相应的物镜面形。利用物镜面形的Zernike系数,得到了物镜系统的MTF以实现动态温度条件下的像质评价。结果表明,设计的温控方案可以有效地减小物镜系统径向和轴向的温度梯度,从而改善物镜性能以满足高分辨成像的要求。 展开更多

关键词 航空相机 物镜系统 温度环境 光机热集成分析

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光致热效应的光机热集成分析方法 被引量：8

14

作者 陈驰 董亭亭 潘海俊 《光学与光电技术》 2015年第3期64-70,共7页

在光机热集成分析过程中,引入非序列光线追迹,分析复杂光源条件下光学系统内光致热效应,利用有限元分析方法求解光学元件温度场分布及表面面型变化,构建基于Zernike多项式的基底函数对梯度折射率场进行精确拟合,进而分析得到系统的光学... 在光机热集成分析过程中,引入非序列光线追迹,分析复杂光源条件下光学系统内光致热效应,利用有限元分析方法求解光学元件温度场分布及表面面型变化,构建基于Zernike多项式的基底函数对梯度折射率场进行精确拟合,进而分析得到系统的光学性能。拟合过程中通过使用对Zernike多项式赋权值的方法避免了结果的非对称性。最后以大功率激光准直扩束镜为例,进行了系统的光机热集成分析,并给出分析结果,说明了该分析方法的有效性与通用性。 展开更多

关键词 光机热集成分析 有限元分析 非序列光学追迹 折射率场拟合

原文传递

激光器光学系统光机热集成分析方法 被引量：7

15

作者 周小红 任晓明 +1 位作者 李柱 郭建增 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第11期2851-2855,共5页

论述了光机热集成分析方法原理及接口多项式,并将其应用于某激光器光学系统进行光机热集成分析。该分析方法首先对光学系统进行热分析、结构有限元分析计算,获取激光辐照下光学元件表面的结构变形;其次,对有限元计算的光学元件变形结果... 论述了光机热集成分析方法原理及接口多项式,并将其应用于某激光器光学系统进行光机热集成分析。该分析方法首先对光学系统进行热分析、结构有限元分析计算,获取激光辐照下光学元件表面的结构变形;其次,对有限元计算的光学元件变形结果数据进行Zernike面形拟合处理;最后将变形后的光学表面导入到通用光学设计分析软件,分析激光器光学系统变形后产生的各类光学像差。结果表明:利用集成分析方法能够分析光学元件产生热变形对激光系统成像质量造成的影响,为光学系统设计提供参考。 展开更多

关键词 光学系统 光机热集成分析 ZERNIKE多项式 热畸变 波面拟合

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基于刚体运动完备方程的光机热集成分析方法 被引量：7

16

作者 王增伟 赵知诚 +2 位作者 杨溢 雷松涛 丁雷 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第6期235-252,共18页

对于环境载荷恶劣、光学面变形复杂的光机系统,传统光机热集成分析方法的计算误差较大。提出了基于刚体运动完备方程的光机热集成分析方法,利用双立方样条插值法对光学面进行修正,然后建立光学面刚体运动完备方程,采用优化的求解方式分... 对于环境载荷恶劣、光学面变形复杂的光机系统,传统光机热集成分析方法的计算误差较大。提出了基于刚体运动完备方程的光机热集成分析方法,利用双立方样条插值法对光学面进行修正,然后建立光学面刚体运动完备方程,采用优化的求解方式分离光学镜面刚体运动,最后采用最小二乘方法求解Zernike多项式系数,实现对光学镜面弹性变形的表征。采用数值案例和工程案例验证了所提方法的有效性和正确性,定量分析了刚体运动方程、镜面修正方法、镜面点阵分布以及面形等关键因素对光机热分析结果的影响,结果表明,所提方法比传统方法更为精确地分离出光学面刚体运动和弹性变形量,且不依赖于光学面的解析方程,镜面变形的复杂程度对分析结果的影响较大。 展开更多

关键词 光机热集成分析 热变形 Zernike拟合 光学镜面 刚体运动

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基于小物镜系统的热像差影响因素分析 被引量：6

17

作者 周连生 于新峰 +2 位作者 吴志会 芮大为 张巍 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2014年第9期197-204,共8页

光机热集成分析是光机结构设计中的重要环节,对光学系统像质的预测与补偿有着重要的参考价值。针对小物镜系统,进行光机热集成分析,结果表明该系统产生的热像差较大,影响系统光学性能,其中温度升高导致折射率变化引入的系统热像差较大;... 光机热集成分析是光机结构设计中的重要环节,对光学系统像质的预测与补偿有着重要的参考价值。针对小物镜系统,进行光机热集成分析,结果表明该系统产生的热像差较大,影响系统光学性能,其中温度升高导致折射率变化引入的系统热像差较大;结构热变形引入的系统热像差较小,可以忽略;镜片与支撑结构之间的导热、上下窗口的空气扰动、机械结构外表面的环境对流也会存在一定影响,但影响较小。由此可知系统热像差的主要影响因素是热载的大小,设计过程中减少透镜厚度及材料吸收率,降低系统热载,是减小光学系统热像差最为有效的途径。 展开更多

关键词 光学设计 光机热集成分析 热像差 有限元法 ZERNIKE多项式 折射率均匀性 热载

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一种用于光机热集成分析的新方法——干涉图插值法 被引量：6

18

作者 刘勺斌 杨洪波 《应用光学》 CAS CSCD 2007年第5期553-558,共6页

Zernike多项式是光机热集成分析中实现光、机、热各分析软件之间数据传递的重要工具。许多光学元件表面形状并不满足Zernike多项式的正交性条件,使有限元分析不能精确拟合光学元件表面变形及变形产生的各项像差。讨论影响Zernike正交性... Zernike多项式是光机热集成分析中实现光、机、热各分析软件之间数据传递的重要工具。许多光学元件表面形状并不满足Zernike多项式的正交性条件,使有限元分析不能精确拟合光学元件表面变形及变形产生的各项像差。讨论影响Zernike正交性的几个因素,详细介绍将有限元分析得到的光学表面变形数据导入光学分析软件的一种新方法——干涉图插值法。该方法避开Zernike多项式拟合,在去除镜面刚体位移后将镜面畸变精确地表示成干涉图数据,直接生成数据接口。 展开更多

关键词 ZERNIKE多项式 干涉图插值法 正交性 有限元分析 光机热集成分析

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热环境下红外镜头面形变化对成像质量的影响 被引量：6

19

作者 史燕飞 张宇 +2 位作者 黄攀 贾钰超 李茂忠 《光学技术》 CAS CSCD 北大核心 2018年第3期365-370,共6页

由于红外镜片材料的温度特性,环境温度的变化会对红外镜头的成像质量造成影响。为了研究不同温度场下镜片的应力状态以及镜面面形变化情况,利用光机热集成分析方法,运用有限元分析软件ANSYS WORKBENCH对设计的红外镜头进行了热结构耦合... 由于红外镜片材料的温度特性,环境温度的变化会对红外镜头的成像质量造成影响。为了研究不同温度场下镜片的应力状态以及镜面面形变化情况,利用光机热集成分析方法,运用有限元分析软件ANSYS WORKBENCH对设计的红外镜头进行了热结构耦合分析,从分析结果中得到了镜片等效压应力的大小。利用Zernike多项式拟合了变形后的镜面面形,将得到的Zernike系数导入到ZEMAX中建立了多重温度结构,分析了不同温度下镜面变形前与变形后的光学系统离焦量的变化量。结果表明,镜片在低温-40℃时受到较大的等效压应力,最大等效应力81.118MPa,小于材料的断裂强度345MPa;不同温度下由于镜片面形发生变化,导致红外光学系统成像质量以及离焦量发生改变。 展开更多

关键词 光机热集成分析 ZERNIKE多项式 多重结构 离焦量

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中波红外镜头光机热集成设计分析研究 被引量：6

20

作者 左腾 吴耀 《光学与光电技术》 2016年第3期67-72,共6页

基于光机热集成设计分析,设计了一种扩展中波红外定焦镜头光机系统(焦距f=60mm,工作波段2.5~5.3μm),在设计光学系统和光机结构时就充分的考虑了环境温度、系统热变形对光学性能的影响,建立了镜头组的有限元模型,并基于-40^+60℃的实际... 基于光机热集成设计分析,设计了一种扩展中波红外定焦镜头光机系统(焦距f=60mm,工作波段2.5~5.3μm),在设计光学系统和光机结构时就充分的考虑了环境温度、系统热变形对光学性能的影响,建立了镜头组的有限元模型,并基于-40^+60℃的实际温度载荷展开了热力学分析,对热分析后各镜片的节点位移和面型变化通过Zernike多项式作为数据接口导入光学设计软件,给出了各典型温度值下镜头组的传递函数图。分析结果表明,在-40^+60℃区间红外镜头的各个视场成像质量良好,所设计的红外镜头结构可靠、简洁,能够满足设计和使用要求。 展开更多

关键词 光机热集成设计 红外镜头 扩展中波 分析

原文传递