平行光管物镜设计
折射-衍射混合高精度平行光管的设计
第２０卷第５期强激光与粒子束Ｖ０１．２０，Ｎｏ．５２００８年５月ＨＩＧＨＰＯＷＥＲＬＡＳＥＲＡＮＤＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭＳＭａｙ，２００８文章编号：１００１—４３２２（２００８）０５‘０７４４－０３折射一衍射混合高精度平行光管的设计’翟旭华１’２，刘英３，张洪涛２，尹福昌１（１．长春理工大学光电工程学院．长春１３００２２，２．长春市装甲兵技术学院控制系，长春１３０１１７ｌ３．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学实验室，长春１３００３３）摘要：平行光管是安装、调校、测试光学仪器的重要工具之一。
也是光学量度仪器中的重要组成部分。
为了提高平行光管的测量精度，利用衍射元件的特殊色差特性和像差特性，提出了折射一衍射混合平行光管的设计方案．系统的入瞳口径为８０ｍｍ，焦距为５００ｍｍ，系统总长小于５５０ｍｍ。
设计结果表明，系统的最大弥散斑直径为５．２弘ｍ，角分辨率小于４．３”，在空问频率５０ｌｐ／ｍｍ处．系统的调制传递函数高于０．８，接近衍射极限。
关键词：平行光管；衍射元件Ｉ光学设计Ｉ复消色差中图分类号：０４３５．２文献标识码：Ａ平行光管是光学实验及计量检测的重要设备，是一种高精度测试仪器，它可以测量微小角度位移及平面的微小起伏，是目前工厂和实验室的测试仪器之一【１。
３；同时，它也是照相物镜和望远物镜等无限共轭成像光学系统的校调和像质检验不可缺少的测量基准。
目前，平行光管系统一般采用反射式结构或折射式结构来完成。
反射式结构体积大，装调、加工困难，不适宜外场应用；而折射式结构必须使用不同的透镜材料进行色差，一般采用三片式复消色差系统进行设计，但高级像差难以得到很好的校正［５］。
在相同的技术指标下，传统方式设计的平行光管的分辨率一般为１０”左右，不能对光学仪器进行高精度检测。
为此，本文提出了应用衍射元件（ＤＯＥ）Ｅ¨］特殊的像差特性，对系统进行单色像差和色差校正，使系统调制传递函数（ＭＴＦ）在空间频率为５０ｌｐ／ｍｍ处高于０．８，接近衍射极限，而且系统的角分辨率为４．３”，实现了系统的高分辨。
自组平行光管系统
开放性实验题目自组平行光管系统学院理学院专业电子信息科学与技术班级电信科 0901姓名王伟指导教师郜洪云2011 年10 月29 日目录1 实验项目名称 (1)2 实验目的和意义 (1)2.1实验目的： (1)2.2实验意义： (1)3 实验主要仪器设备 (1)4实验原理和方法 (1)4.1 直管式平行光管 (2)4.2可调视度式平行光管 (2)4.3 分离式平行光管 (3)4.4 折转式平行光管 (3)5 实验内容 (4)6 实验结果分析 (5)7 小结与体会 (5)8 参考文献 (6)1 实验项目名称自组平行光管系统2 实验目的和意义2.1实验目的：1）了解平行光管的结构组成2）了解透镜的原理及应用2.2实验意义：平行光管是最基本的校验仪器，它主要由物镜、分划板和毛玻璃组成, 根据生产实践要求而设计的平行光管,可以在室内提供有限距离的目标。
它可以用于仪器的装校,光学系统特性常数的测定等。
3 实验主要仪器设备分划板，钨灯光源，目镜（f=70），目镜（f=190），毛玻璃，光屏，刻度尺，电源4实验原理和方法根据几何光学原理,无限远处的物体经过透镜后将成像在焦平面上;反之,从透镜焦平面上发出的光线经透镜后将成为一束平行光。
如果将一个物体放在透镜的焦平面上,那么它将成像在无限远处。
图1 平行光管的结构原理图1 为平行光管的结构原理图。
它由物镜及置于物镜焦平面上的分划板,光源以及为使分划板被均匀照亮而设置的毛玻璃组成。
由于分划板置于物镜的焦平面上,因此,当光源照亮分划板后,分划板上每一点发出的光经过透镜后,都为一束平行光。
又由于分划板上有根据需要而刻成的分划线或图案,这些刻线或图案将成像在无限远处。
这样,对观察者来说,分划板又相当于一个无限远距离的目标。
由网上资料可得，平行光管有几种结构形式。
如下所示：4.1 直管式平行光管焦距较短的平行光管常做成直管式,形式如图1所示。
这种平行光管分划板位置一般为固定的,可根据不同的需要安置各种形式的分划板,能满足一般使用要求,便于搬运。
工程光学1实验指导书(2014修改)
实验仪器简介一、光具座1、仪器结构及测量原理光具座结构如图1－1所示，它由平行光管（1）、透镜夹持器（2）、测量显微镜（3）及带有刻度尺的导轨（4）组成。
图1—1 光具座结构示意图（1）平行光管常用的平行光管物镜焦距有550mm、1000mm和2000mm等。
在平行光管物镜物方焦平面上有一可更换的分划板，分划板经平行光管成像为一无限远物体，作为测量标记。
常用的分划板有图1－2所示的用于测量焦距用的玻罗板，图1—3所示的检测光学系统分辨率的鉴别率板和检验成像质量的星点板等。
图1—2 玻罗板图1—3 分辨率板（2）测量显微镜测量显微镜是用来测量经被测物镜所成的像（或物体）大小的。
它由物镜和测微目镜组成，物镜是可以更换的（根据被测物的大小可以更换不同放大倍率的物镜）。
测微目镜是用来读取测量数值的，其结构如图1—4所示。
图1—4 测微目镜结构图测微目镜由目镜（1）、固定分划板（2）、活动分划板（3）和测微读数鼓轮（4）四部分组成。
测量原理是：读数鼓轮每旋转一圈（即测微螺杆移动一个螺距）活动分划板上刻线移动量为固定分划板刻线的一个格。
测量时，首先旋转读数鼓轮使活动分划板上十字叉丝瞄准被测物体起始位置，由活动分划板双刻线在固定分划板刻线位置读取毫米数（整数），再从读数鼓轮读取小数，然后再次旋转读数鼓轮使活动分划板上十字叉丝瞄准被测物体终止位置，继续读取数据，两次读数之差即为被测物体大小。
2、仪器技术指标（1）550mm光具座①平行光管物镜名义焦距ƒ′＝550 mm通光口径D＝ 55 mm相对孔径 1:10②平行光管物镜物方焦平面上分划板玻罗板刻线间距：1、2、4、10、20mm星点板十字线分划板鉴别率板Ⅱ号、Ⅲ号③测量显微镜物镜：1倍测微目镜：分划板格值1mm测微鼓轮格值0.01 mm（2）GJZ—1型光具座①平行光管物镜名义焦距ƒ′＝1000 mm 实测焦距ƒ′＝997.47 mm 通光口径D＝100 mm相对孔径 1:10②平行光管物镜物方焦平面上分划板玻罗板刻线间距：1、2、4、10、20mm星点板星点直径：0.005 mm、0.008 mm、0.01 mm十字线分划板刻度范围±20′，格值10″鉴别率板1、2、3、4、5号③测量显微镜物镜： 1 倍NA = 0.0752.5倍NA = 0.0810 倍NA = 0.25测微目镜：分划板格值1mm测微鼓轮格值0.005 mm被测物镜最大口径Φ80 mm被测物镜焦距范围±500 mm（3）CXW—1型光具座①平行光管物镜（复消色差）名义焦距ƒ′＝2000 mm 实测焦距ƒ′＝1973.9 mm 通光口径D＝150 mm相对孔径1:13.3②平行光管物镜物方焦平面上分划板玻罗板刻线间距：1、2、4、10、20、40mm星点板星点直径：0.005 mm、0.008 mm、0.01 mm十字线分划板刻度范围±20′，格值10″鉴别率板1、2、3、4、5号③测量显微镜物镜：0.25倍NA = 0.0150.5倍NA = 0.031 倍NA = 0.0752.5倍NA = 0.0810 倍NA = 0.25测微目镜：分划板格值1mm测微鼓轮格值0.01 mm测量显微镜偏摆角度± 40°测量显微镜横向移动量25 mm 测微鼓轮格值0.01 mm测量显微镜高度升降范围± 5 mm被测物镜最大口径Φ130 mm被测物镜焦距范围±1200 mm3、仪器调整与操作（1）根据测量项目选择平行光管物镜物方焦平面上分划板。
紧凑型长焦距平行光管的设计_韩冰
应 用 光 学 ２０１３，３４（４） 韩 冰 ，等 ：紧 凑 型 长 焦 距 平 行 光 管 的 设 计
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连接面。支杆内部设计有加强筋与镂空的减重槽， 实现高支 撑 刚 性 与 轻 质。为 确 保 主、次 镜 间 距，还 设计了４ 根 ４Ｊ３２ 铟 钢 拉 杆，在 保 证 结 构 强 度 的 同 时 ，还 能 使 系 统 在 较 大 温 度 冲 击 的 情 况 下 确 保 系 统 像质和焦面稳定。为实现平行光管俯仰角度的旋 转，框架结构增加了２个辅助转轴支架，结构形式与 支杆的设计基本一致。连接支杆结构如图５所示。
１ 平行光管结构形式选择
根据相机 外 场 检 测 需 求，目 标 模 拟 器 采 用 大 口径、长焦 距 平 行 光 管 作 为 平 行 光 发 生 设 备。 其 常规光路结构有：牛顿 式、离 轴 式、卡 塞 格 林 式、离 轴反式等。
由于平行光管主要用于空间相机的外场测试 工作，相机工作状态有 可 能 是 在 完 成 装 星 后，其 中 心高度距地面达到５ｍ，因 此 用 户 单 位 要 求 平 行 光 管具有质量 轻、体 积 小、性 能 稳 定、成 像 质 量 好 等 特点。备选结 构 中，单 镜 系 统 的 牛 顿 式 和 离 轴 式 平行光管，虽 然 结 构 简 单，像 质 稳 定 性 较 好，但 结 构 长 度 较 大 ，便 携 性 与 操 作 性 较 低 ；卡 塞 格 林 式 平
行光管光路结构紧凑、质 量 较 轻，但 该 机 构 有 中 心 光；综合考虑，采 用 离 轴 两 反 式 的 设 计 方 案，可 以 在保证成像 质 量 与 使 用 的 条 件 下，充 分 提 高 系 统 的使用效率及其通用性 。 ［５－１２］
２ 平行光管光学设计
设计的平 行 光 管 焦 距 为 １２ ０００ ｍｍ，有 效 口 径 Φ４００ｍｍ，无遮拦。像面 处 线 视 场 为 ３０ ｍｍ× ３０ｍｍ。初步 设 计 结 果：平 行 光 管 光 路 采 用 离 轴 两反式结构，主 镜 为 离 轴 抛 物 面，次 镜 为 双 曲 面， 主镜口径 Φ４００ｍｍ，次镜口径为 Φ６０ｍｍ，主次镜 间隔为７００ｍｍ，平面折 转 镜 口 径 为 Φ７０ ｍｍ。 平 行光管设计光路如图１所示。
大口径光学离轴平行光管研究——主反镜结构及光学检测
大口径光学离轴平行光管研究——主反镜结构及光学检测董冰;付跃刚;刘智颖【摘要】In the applications of collimator with large diameter and long focal length, the position accuracy of the collimator objective and its sensitive tuning during the process of assembly and adjustment are very important. This paper introduces the primary mirror structure of the large-diameter optical collimator and its test method, presents the assembly and adjustment methods for optical systems with three different apertures, analyzes the primary mirror structu re and tuning method of the φ700 mm collimator, and uses 4D interferometer to detect the effects of assembling-adjusting device on surface shape. The results show that the assembling-adjusting device moves freely and the movement has no impact on the precision of surface shape, the pitch and rotation accuracies are better than 3' and have six degrees of freedom.%在长焦距大口径平行光管的应用中,平行光管物镜的定位精度以及在装调过程中高灵敏度的调试环节十分重要.介绍大口径离轴光学平行光管主镜结构及其检测方法,给出3种不同口径下的光学系统的装调方法,详细分析 700 mm的平行光管的主镜结构及精调装置,并利用4D干涉仪来检测装调装置对面形的影响.结果表明,该装调装置为自由移动装置,在移动过程中不影响面型精度;俯仰及转动精度优于3\",且具有6个自由度.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2011(032)004【总页数】4页(P714-717)【关键词】大口径;离轴平行光管;精调装置;灵敏度【作者】董冰;付跃刚;刘智颖【作者单位】长春理工大学,光电学院,吉林,长春,130022;长春理工大学,光电学院,吉林,长春,130022;长春理工大学,光电学院,吉林,长春,130022【正文语种】中文【中图分类】TN206;TH744引言反射式光学系统具有不存在任何色差,光路折叠,筒长短,结构紧凑,采用非球面,元件数少,易实现轻量化,光学材料容易加工,稳定性好,易实现大口径和超大口径等优点[1],被用于宽谱段成像。
用于红外瞄具测试的红外平行光管系统设计
源 、靶 标 、 电动二 维 糖 南转 俞 、平面 反射镜 及 抛物 面 反射 镜 等部 什 组成 。 此 、ｉ光 管烈 Ｉ
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宽 、测 量范 围大 、加 ： 容 易 、易于 调试 等特 点 ， 结合轻武 器瞄 其瞒 ： ｌ ： ｊ 线 仲． 帚 的椅 ・ 钳 柑 ． 节渊 ．｝ 擎 ０带 动中 部 － 口的平 面 反 射镜 转 动 来 实现 扩 展测 试 范 的 ¨的及 自动 读 数功 能 丌 析 ，给 出了 ＭＴ Ｆ曲线 。 关键 词 ：红 外瞄 具； 行光 管 ；分划 板 ； 反射镜
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平行光管的调整和使用
3—5 平行光管的调整和使用几何光学的理论指出：位于正透镜焦平面上的点光源，发出的光经透镜后成为一束平行光。
根据这个原理，平行光管把分划板置于物镜的焦平面上，则分划板上每个点投回物镜的光，经物镜后都成为平行光束，即分划板成象在无穷远处，如图3—5—1所示。
平行光管主要是用来产生平行光束的仪器。
它是装校和调整光学仪器的重要工具之一，也是重要的光学量度仪器。
配有不同的分划板、测微目镜或读数显微镜系统，则可测定透镜或透镜组的焦距、分辨率及其成像质量。
本实验旨在了解平行光管的结构原理；掌握平行光管的调整和使用方法；测定透镜的焦距、分辨率及玻璃基板的平行度。
一、[实验仪器]550型平行光管一套、可调式平面反射镜（附件）、分划板一套（附件，其中包括十字叉丝分划板、玻璃、分辨率板、星点板各一块）、读数显微镜、待测透镜及平面玻璃基板各一块。
二、[实验原理]实验室中常用的国产CPG-550型平行光管附有高斯目镜和调整式平面反射镜。
其光路结构如图3—5—2所示1.可调式反射镜；2.物镜；3.分划板；4.光阑；5.分光板；6.目镜；7.出射光瞳；8.聚光镜；9.光源；10.十字螺钉图3—5—1550型平行光管的主要技术规格及附件如下： 1．平行光管：焦距550='f mm （名义值），使用时按实测值。
口径55=D mm 。
相对孔径101='f D。
2．高斯目镜：焦距44='f mm ，放大倍数5.7倍。
3．分划板：除了十字叉丝分划板（如图3—5—3（a ））外，还有其它形式分划板可以根据测量内容的不同而更换使用。
（1）分辨率板：分2号和3号两种。
板上有25个单元图案，对于2号板，从第一单元到第25单元，条纹宽度由μ20递减到5μ，而3号板则由40μ递减至10μ（如图3—5—3（b ））。
分辨率板可用于检验物镜和物镜组件的分辨率。
（2）星点板：星点直径为0.05mm ，通过光学系统后产生该星点的衍射花样，根据花样的形状可以定性检查系统成像质量的好坏。
HC1000型 大口径自准直平行光管
HC1000型大口径自准直平行光管产品简介：平行光管由一组经过像差、色差和畸变优化设计的物镜、位于物镜焦平面的分划板和照明光源构成。
本机采用了专门设计的大口径长焦距消色差物镜设计，焦距覆盖了1米、1.5米和1.9米三种规格，图像传感器则选用了多种高分辨率探测器，最大可选靶面可覆盖36mm×24mm像方视场，结合专门设计的测量软件，适用于多种光学测量应用。
适用范围：本机适合于要求极高测量精度的应用场合，如航空航天、高精度光学系统装配等，同时也是各省市计量机构、高等院校和科研院所作为基准角度参考器具的理想选择。
应用场合：1、实验室基准角度器具;2、精密旋转台检测;3、航空航天;4、光学产品装配及调整;5、精密机械安装定位;6、计量机构;7、机械产品直线度、平面度、垂直度、平行度等精度保障;8、物理及光学实验室;性能特点：●大口径长焦距物镜;●超大靶面高分辨率图像传感器;●支持用户自定义配置;●集成测量分划板的实时视频影像;●全数字信号处理;●丰富的测量配附件及软件;技术指标：标准配置：1、主机2、反射镜3、电源4、随机文件可选附件：1、二维可调底座二维调整底座与本自准直仪配合使用，可在水平和俯仰独立大范围精密调整，并提供标准三脚架安装接口。
²配合本系列准直仪使用²中心高度：105mm²调整范围：水平和垂直各±3°²安装孔：2³φ8mm + 1个1/4安装孔²提供三脚架接口²底座尺寸：164mm(L) X 111mm(W)·配合全系列准直仪使用·中心高：82.5mm·底座尺寸：130(L)³90(W) mm·安装孔：无·角度调整范围：水平及垂直各±3°2、专用三脚架专用三脚架专为本自准直仪系列产品设计，具有稳定度高，调整范围大的特点，可配合全系列自准直仪产品使用。
平行光管物镜设计
设计要求： ................................................................................................................................ 2
第一章
绪 论 ....................................................................................................... 2
ห้องสมุดไป่ตู้
1..7 光线追迹计算............................................................................................................. 7
第二章 平行光管物镜手工计算 .............................................................................................. 8
1.3 平行光管工作原理：.................................................................................................. 2
1.4 平行光管选用.............................................................................................................. 3
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平行光管物镜设计
折射式红外平行光管设计
第37卷，增刊红外与激光工程2008年6月V ol.37SupplementInfrared and Laser EngineeringJun.2008收稿日期：2008-05-04作者简介：关英姿（），女，满族，黑龙江哈尔滨人，教授，主要从事光学目标仿真技术的研究。
yz@折射式红外平行光管设计关英姿1，康立新2，高伟志2(1哈尔滨工业大学航天学院,哈尔滨150001；2哈尔滨精佳光电技术有限公司，哈尔滨150001)摘要：针对导弹红外成像系统调试和测试的需要，设计了一种折射式红外平行光管。
平行光管由准直物镜、红外靶、红外靶温度控制系统和镜筒等部分组成。
准直物镜采用柯克3片式结构，且为像方远心光路，红外靶由镂空的铜板靶面和靶面后面的黑体组成，红外靶控制系统控制红外靶温差在0.2~8℃可调。
对准直物镜的成像质量进行了分析，并给出了红外靶温度控制原理图。
关键词：应用光学；红外平行光管；像方远心光路；红外靶中图分类号：TH743文献标识码：A文章编号：1007-2276(2008)增(红外)-0586-03Design of the refr active infrared collimatorGUAN Ying-zi 1KANG Li-xin 2GAO Wei-zhi 2(1.School of Astronauti cs,Harbin Ins tit ute of Technology,Harbin 150001,China;2.Harbin Jingjia Photoelectricity Technology Co.Ltd,Harbi n150001,China)Abstr act:A refractive infrared collim ator was designed for the adjustment and measurem ent of the infrared imaging system in the missile.The collimator consists of a collimating object lens,an infrared target,a temperature controlling system for the target and a tube.The collimating object lens employs Cooke triplet with a telecentric optical system in the image field.The infrared target includes a copper area and a black body behind the target area.The temperature controlling system can vary the temperature difference of the target between 0.2~8℃.The imaging quality of the collimating object lens is analyzed and the principle of the temperature controlling for the target is present.Key wor ds:Applied optics;Infrared collimator;Telecentric beam path in image space;IR target0引言红外平行光管作为无穷远目标模拟器在红外系统的调试和测试中得到了广泛的使用[1]。