數字高速成像離軸光學系統設計論文

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1五通道離軸光學系統設計實例

1．1光學系統結構

根據上述光學系統設計原則，設計并加工了一套五通道離軸光學系統。系統整體結構如圖5所示。系統對950mm處邊長300mm正方形閃爍屏成像，要求光學系統垂軸放大率β為0．06，其中ICCD機械外徑DICCD為Φ71mm。取物鏡間距R為55＊槡2mm，滿足公式（1）的參數要求。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鏡頭設計參數

根據陣列物鏡設計原則，在光學設計軟件CODEV中選擇適當初始結構優化，獲得物鏡光學結構如圖6所示。鏡頭采用7片6組結構，F數為2．0。圖中最后一片平板為ICCD保護玻璃。物鏡調制傳遞函數（MTF）如圖7所示。光學系統在30lp／mm時各視場對比度均大于70％，像質滿足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％。在物鏡設計時通過控制孔徑邊緣光線引入負漸暈，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％。物鏡場曲與畸變如圖8所示。光學系統的畸變小于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結論

數字高速多幅相機多采用分幅方式獲取多通道圖像，結構復雜，像面照度因分幅數增加而降低。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計方法。系統像面照度高于同通道數分幅系統，軸向尺寸與物鏡長度相同，結構緊湊。根據該設計方法，設計并加工了一套五通道離軸光學系統。通過引入負漸暈彌補大視場引起的軸外點照度降低效應，并通過約束優化使得各視場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