數(shù)字高速成像離軸光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

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1五通道離軸光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例

1．1光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)上述光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)并加工了一套五通道離軸光學(xué)系統(tǒng)。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖5所示。系統(tǒng)對950mm處邊長300mm正方形閃爍屏成像，要求光學(xué)系統(tǒng)垂軸放大率β為0．06，其中ICCD機(jī)械外徑DICCD為Φ71mm。取物鏡間距R為55＊槡2mm，滿足公式（1）的參數(shù)要求。由公式（2）、（3）可知，此時圓周物鏡像面ICCD平移離軸量b為4．67mm。

1．2鏡頭設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)陣列物鏡設(shè)計(jì)原則，在光學(xué)設(shè)計(jì)軟件CODEV中選擇適當(dāng)初始結(jié)構(gòu)優(yōu)化，獲得物鏡光學(xué)結(jié)構(gòu)如圖6所示。鏡頭采用7片6組結(jié)構(gòu)，F(xiàn)數(shù)為2．0。圖中最后一片平板為ICCD保護(hù)玻璃。物鏡調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）如圖7所示。光學(xué)系統(tǒng)在30lp／mm時各視場對比度均大于70％，像質(zhì)滿足ICCD探測器使用要求。圖中各視場MTF曲線較為接近，表明物鏡各視場像面清晰度一致。通過公式（4）計(jì)算可知，物鏡邊緣視場照度為中心視場照度的83．68％，圓周兩側(cè)物鏡對閃爍體屏邊緣成像時像面照度差異最大，差值約為12．43％。在物鏡設(shè)計(jì)時通過控制孔徑邊緣光線引入負(fù)漸暈，邊緣視場照度增加為中心視場照度的88％，圓周物鏡像面照度最大差異降為8．12％。物鏡場曲與畸變?nèi)鐖D8所示。光學(xué)系統(tǒng)的畸變小于0．1％，場曲小于0．1mm，可以有效保證各物鏡像面圖像匹配一致。

2結(jié)論

數(shù)字高速多幅相機(jī)多采用分幅方式獲取多通道圖像，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，像面照度因分幅數(shù)增加而降低。本文提出一種多物鏡平行陣列分布，像面離軸接收以得到多通道圖像的設(shè)計(jì)方法。系統(tǒng)像面照度高于同通道數(shù)分幅系統(tǒng)，軸向尺寸與物鏡長度相同，結(jié)構(gòu)緊湊。根據(jù)該設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)并加工了一套五通道離軸光學(xué)系統(tǒng)。通過引入負(fù)漸暈彌補(bǔ)大視場引起的軸外點(diǎn)照度降低效應(yīng)，并通過約束優(yōu)化使得各視場MTF曲線接近，畸變小于0．1％，有效保證了各通道像面的一致性。

作者：謝洪波 祝世民 龔艷霞 徐萌萌 單位：天津大學(xué)