本文關(guān)鍵詞：高速分幅相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計與研究

  更多相關(guān)文章： 高速攝影 光學(xué)設(shè)計 分幅系統(tǒng) Zemax

【摘要】：高速攝影能夠有效研究高速運(yùn)動的過程,在各種專業(yè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用,而高速相機(jī)就是高速攝影主要依托的設(shè)備。早期的高速相機(jī)很難平衡時間分辨率和空間分辨率之間的關(guān)系,而應(yīng)用像增強(qiáng)器的高速數(shù)字分幅相機(jī),時間和空間分辨率高,光譜范圍寬,光增益可調(diào)。本文的工作主要圍繞高速分幅相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計展開,首先調(diào)研國內(nèi)外高速相機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀,分析了目前常用的高速相機(jī)分幅方式及其各自優(yōu)缺點,設(shè)計一種部分偏心分幅相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)和一種多角度耦合分幅相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng),對多角度耦合系統(tǒng)進(jìn)行了簡單的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計,并進(jìn)行了實驗檢測。本文完成的主要研究工作如下:1詳細(xì)分析系統(tǒng)的設(shè)計要求,確定系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)參數(shù),根據(jù)其特點設(shè)計了兩種分幅方式。2設(shè)計了一種多角度耦合分幅相機(jī)光學(xué)系統(tǒng),根據(jù)系統(tǒng)光學(xué)參數(shù)選擇單組初始結(jié)構(gòu),使用Zemax光學(xué)設(shè)計軟進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,得到了一套系統(tǒng)單組焦距為350mm,F數(shù)為2,物方視場150mm的,關(guān)于以物面中心垂線為中心的軸線對稱的四組光軸與物面垂線夾角相等的相同的分幅光學(xué)系統(tǒng)。對多角度耦合分幅系統(tǒng)進(jìn)行性能分析,整個分幅光學(xué)系統(tǒng)的分辨率可達(dá)200lp/mm,50lp/mm頻率處對比度不小于0.5,全視場畸變小于0.7%,各像面照度差異不超過0.3%,四個分幅一致性高。3設(shè)計了一種部分偏心式分幅相機(jī)光學(xué)系統(tǒng),物面發(fā)出的光首先通過一個大口徑的前組透鏡,前組后面設(shè)置光闌,在光闌處用四組光軸平行于前組透鏡光軸的按圓柱面分布的相同的后組透鏡,分別成像在四個像面上,實現(xiàn)了分幅功能。首先分別對前組和后組透鏡進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,最后進(jìn)行整合優(yōu)化分析。該系統(tǒng)分辨率可達(dá)150lp/mm,在50lp/mm頻率出對比度可達(dá)0.4,全視場畸變小于0.42%,各組之間相同視場的成像差異小于0.4%,四分幅一致性高。4通過對設(shè)計的兩種分幅相機(jī)的系統(tǒng)以及整體性能進(jìn)行分析和評價,選取多角度耦合分幅光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行實驗。系統(tǒng)的像面畸變在0.67%以內(nèi),分辨率不低于150lp/mm。通過實驗驗證多角度耦合分幅光學(xué)系統(tǒng)的性能,基本與軟件分析結(jié)果相同,滿足分幅相機(jī)分幅像面一致性的要求。
【關(guān)鍵詞】：高速攝影 光學(xué)設(shè)計 分幅系統(tǒng) Zemax
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB852.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 課題研究背景與意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀14-15
• 1.3 課題主要研究內(nèi)容15-17
• 第2章 高速分幅相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計理論基礎(chǔ)17-33
• 2.1 引言17
• 2.2 高速分幅相機(jī)工作原理17-20
• 2.3 光學(xué)系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)要求20-21
• 2.4 像差理論21-30
• 2.4.1 球差21-23
• 2.4.2 彗差23-24
• 2.4.3 像散和場曲24-27
• 2.4.4 畸變27-28
• 2.4.5 色差28-30
• 2.5 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計基本方法30-31
• 2.6 本章小結(jié)31-33
• 第3章 高速分幅光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計與分析33-67
• 3.1 引言33
• 3.2 分幅結(jié)構(gòu)的確定33-34
• 3.3 多角度耦合分幅光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計34-52
• 3.3.1 單組物鏡光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計34-41
• 3.3.2 整體結(jié)構(gòu)布局41-45
• 3.3.3 系統(tǒng)整體優(yōu)化45-47
• 3.3.4 系統(tǒng)性能分析與仿真47-52
• 3.4 部分偏心式分幅光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計52-65
• 3.4.1 整體結(jié)構(gòu)布局52-53
• 3.4.2 前組透鏡組設(shè)計53-54
• 3.4.3 后組透鏡組設(shè)計54-57
• 3.4.4 系統(tǒng)整體優(yōu)化57-61
• 3.4.5 像質(zhì)評價與公差分析61-65
• 3.5 兩種系統(tǒng)對比分析65-66
• 3.6 本章小結(jié)66-67
• 第4章 多角度耦合分幅光學(xué)系統(tǒng)檢測與實驗67-75
• 4.1 引言67
• 4.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計67-69
• 4.3 系統(tǒng)性能測試方法69-70
• 4.3.1 焦距檢測69
• 4.3.2 相對孔徑檢測69
• 4.3.3 視場檢測69
• 4.3.4 分辨率檢測69
• 4.3.5 工作譜段檢測69-70
• 4.3.6 畸變測試70
• 4.4 測試結(jié)果70-74
• 4.4.1 分辨率測試70-72
• 4.4.2 像面畸變測試72-74
• 4.5 本章小結(jié)74-75
• 第5章 結(jié)論與展望75-79
• 5.1 總結(jié)75-76
• 5.2 論文創(chuàng)新點76
• 5.3 研究展望76-79
• 參考文獻(xiàn)79-84
• 在學(xué)期間學(xué)術(shù)成果情況84-85
• 指導(dǎo)教師及作者簡介85-86
• 致謝86

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7 江孝國;王遠(yuǎn);代志勇;楊志勇;李洪;臧宗e，

本文編號：594459