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光学精密工程

光学精密工程 光学精密工程
  • 主编：张学军，曹良才
  • ISSN:1004-924X
  • eISSN:2097-3209
  • CN:22-1198/TH
  • 主管单位：中国科学院
  • 主办单位：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
    • 中国仪器仪表学会
  • 出版周期：半月刊
  • 电话：0431-86176855
  • 邮箱：gxjmgc@ciomp.ac.cn
  • 地址：长春市东南湖大路3888号
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Volume 33 期 21，2025 2025年第33卷第21期

  • 地基大型光学望远镜技术创新与科学前沿

    “在大口径大视场望远镜领域，专家提出了一种融合边缘信息约束的K-means聚类分割方法，有效提升拼接探测器平面度检测的效率与精度。”

    冯晓鹏, 王之一, 王建立, 刘昌华, 贾建禄, 马爽, 刘塔拉

    DOI：10.37188/OPE.20253321.3331
    摘要：为满足大口径大视场望远镜对探测器平面度检测的高效率与高精度要求，本文针对拼接探测器提出一种融合边缘信息约束的K-means聚类分割方法。该方法作为平面度评估前的关键预处理步骤，可有效提取规则结构区域，提升后续平面度指标计算的准确性与稳定性，适用于多阶段、多工况下的探测器检测任务。首先，分析了拼接探测器的结构特征，构建了拼接探测器点云数据的处理方法。然后，提取了边缘缝隙特征以及增强边缘的连续性，基于封闭区域内部点集自适应选取初始聚类中心，避免随机初始化导致的收敛不稳定。最后，在K-means目标函数中引入边缘惩罚项与高度值异常检测机制，通过迭代优化实现探测器点云的精细化分割。实验结果表明，基于封闭区域的质心初始化方法降低了平均迭代次数，且避免了人工预设聚类数。相比传统方法，边缘约束项与高度异常判据的引入使边界匹配精度提升50%以上。该方法能够有效实现拼接探测器数据集的点云分割，为大口径望远镜拼接探测器的研制与使用提供了一种高效的点云分割方法。  
    关键词：大口径光电望远镜;拼接探测器;点云分割;边缘检测;聚类   
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    更新时间：2025-12-04
    “在地基大口径主焦点式望远镜多谱段观测领域，新型滤光轮机构设计成功，为滤光轮设计提供新思路。”

    姜海波, 赵金宇, 郭鹏, 贺昌龙, 邵亮, 姜晰文

    DOI：10.37188/OPE.20253321.3343
    摘要：为满足地基大口径主焦点式望远镜的多谱段观测需求，对比研究了滤光片切换机构的结构形式。针对传统形式滤光轮机构的缺点，设计了一种沿光轴圆周均布式的新型滤光轮机构，以实现将不同透过谱段的滤光片依次在光路中切入和切出。该滤光轮机构由驱动组件和滤光片组件组成，与传统形式滤光轮机构相比，该机构安装时无需与光轴偏置，充分利用了光轴圆周空间，能够减小对主镜的遮拦。首先，介绍了滤光轮机构的组成及工作原理，并对关键部件进行了选型计算。随后，对滤光轮机构进行了模态分析，其一阶固有频率为108 Hz。最后，对滤光轮机构进行了切换精度测量、滤光片面形精度检测以及高低温试验。检测和试验结果表明，该滤光轮机构的滤光片切入后偏心误差最大为0.1 mm，滤光片面形精度均方根（Root Mean Square，RMS）值均优于λ/30，在系统的工作温度范围内切换顺畅无卡滞。该滤光轮机构能够满足大口径主焦点式望远镜的多谱段观测要求，为滤光轮设计提供了新思路。  
    关键词：滤光轮机构;主焦点;圆周均布;滤光片;高低温试验   
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    更新时间：2025-12-04
    “报道：为满足地基望远镜短波成像需求，我国成功研发基于InGaAs材料的制冷型短波红外成像系统，实现低噪声、高线性度，性能达到国际先进水平。”

    任同阳, 贾建禄, 于勇, 刘塔拉, 郭鹏飞, 李学良, 马爽, 陈姝岐

    DOI：10.37188/OPE.20253321.3352
    摘要：为实现地基大口径望远镜对短波成像（Short-Wave Infrared，SWIR）系统低噪声、高线性度的需求，以及摆脱国外对科学级短波红外成像的技术封锁，缩短项目周期，于是设计了基于InGaAs材料焦平面阵列（Focal Plane Array，FPA）的制冷型短波红外成像系统。首先，设计了成像系统的基本架构，在架构基础上设计了低噪声硬件电路。然后，结合半导体制冷（Thermoelectric Cooling，TEC）技术，在保证极低读出噪声和暗电流的基础上设计了基于现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Arrays， FPGA）的传感器驱动、高效完成图像读出和程序传输。最后，形成系统样机。实验结果表明，该成像系统能够在零下10 ℃的工况下持续运行，实现了最快116 frame/s的全画幅图像输出，在低增益、中增益、高增益模式下分别达成了364.87 e-，40.66 e-，15.73 e-的噪声水平，线性度、响应均匀程度均表现良好，在室内和室外均能稳定工作并清晰成像，满足科学级探测器的指标要求。  
    关键词：短波红外;现场可编程门阵列;成像驱动电路;半导体制冷   
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    更新时间：2025-12-04
    “在红外成像领域，专家研制了非共平台多波段红外杜瓦低温光机平台，通过有限元仿真分析和试验验证，确保了低温下分光镜和成像镜组的准确位置，为冷光学技术多波段成像杜瓦光机设计提供参考。”

    刘祥意, 姚凯男, 李宏壮, 殷丽梅, 郭鹏, 曹玉岩, 王建立

    DOI：10.37188/OPE.20253321.3364
    摘要：基于冷光学技术的多波段红外成像杜瓦是实现地基大口径望远镜红外高灵敏探测的重要手段，因此研制了一种红外相机和光机元件非共平台的多波段红外杜瓦低温（100 K）光机平台。根据需求明确低温光机平台的设计方向及设计原则，利用柔性结构设计了变形可控的低温平台。通过有限元仿真分析研究低温光机平台热变形并进行试验验证。结果表明，试验测量得到的长波光路在X方向和Z方向上的变化量分别为0.37 mm和0.04 mm，有限元分析得到对应的变形量为0.387 mm和0.021 mm；中波光路在X方向和Y方向上的变化量分别为0.36 mm和0.03 mm，有限元分析得到对应的变形量为0.385 mm和0.031 mm。分析与实测误差均在0.02 mm内，证明了低温平台设计的合理性，确保了低温下分光镜，长波成像镜组和中波成像镜组的准确位置。本研究对于今后基于冷光学技术的多波段成像杜瓦内的光机设计具有很高的参考价值。  
    关键词：冷光学;红外探测;低温光机平台;多光路   
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    更新时间：2025-12-04
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