数字高速成像离轴光学系统设计论文

时间:2020-09-23 11:02:12 其他类论文 我要投稿

数字高速成像离轴光学系统设计论文

  1五通道离轴光学系统设计实例

数字高速成像离轴光学系统设计论文

  1.1光学系统结构

  根据上述光学系统设计原则,设计并加工了一套五通道离轴光学系统。系统整体结构如图5所示。系统对950mm处边长300mm正方形闪烁屏成像,要求光学系统垂轴放大率β为0.06,其中ICCD机械外径DICCD为71mm。取物镜间距R为55*槡2mm,满足公式(1)的'参数要求。由公式(2)、(3)可知,此时圆周物镜像面ICCD平移离轴量b为4.67mm。

  1.2镜头设计参数

  根据阵列物镜设计原则,在光学设计软件CODEV中选择适当初始结构优化,获得物镜光学结构如图6所示。镜头采用7片6组结构,F数为2.0。图中最后一片平板为ICCD保护玻璃。物镜调制传递函数(MTF)如图7所示。光学系统在30lp/mm时各视场对比度均大于70%,像质满足ICCD探测器使用要求。图中各视场MTF曲线较为接近,表明物镜各视场像面清晰度一致。通过公式(4)计算可知,物镜边缘视场照度为中心视场照度的83.68%,圆周两侧物镜对闪烁体屏边缘成像时像面照度差异最大,差值约为12.43%。在物镜设计时通过控制孔径边缘光线引入负渐晕,边缘视场照度增加为中心视场照度的88%,圆周物镜像面照度最大差异降为8.12%。物镜场曲与畸变如图8所示。光学系统的畸变小于0.1%,场曲小于0.1mm,可以有效保证各物镜像面图像匹配一致。

  2结论

  数字高速多幅相机多采用分幅方式获取多通道图像,结构复杂,像面照度因分幅数增加而降低。本文提出一种多物镜平行阵列分布,像面离轴接收以得到多通道图像的设计方法。系统像面照度高于同通道数分幅系统,轴向尺寸与物镜长度相同,结构紧凑。根据该设计方法,设计并加工了一套五通道离轴光学系统。通过引入负渐晕弥补大视场引起的轴外点照度降低效应,并通过约束优化使得各视场MTF曲线接近,畸变小于0.1%,有效保证了各通道像面的一致性。

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