数字高速成像离轴光学系统设计论文

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1五通道离轴光学系统设计实例

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Φ71mm。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。

作者：谢洪波 祝世民 龚艳霞 徐萌萌 单位：天津大学