近年來(lái),自由曲面在高性能離軸反射成像系統(tǒng)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。文中基于矢量像差理論和遺傳算法求解初始結(jié)構(gòu),采用視場(chǎng)離軸和孔徑離軸相結(jié)合的方式,利用XY多項(xiàng)式描述的自由曲面增大自由度校正離軸像差,設(shè)計(jì)了一個(gè)大視場(chǎng)大相對(duì)孔徑的制冷型離軸反射光學(xué)系統(tǒng)。系統(tǒng)工作波段為長(zhǎng)波紅外8～12μm,焦距400 mm,F數(shù)為2,視場(chǎng)角為8°×5°,平均RMS波像差為0.037 054λ（λ=9μm）。探測(cè)器冷光闌和光學(xué)系統(tǒng)出瞳相匹配,實(shí)現(xiàn)100%冷光闌效率,系統(tǒng)能量集中度較高,成像質(zhì)量良好。 

【文章來(lái)源】：紅外與激光工程. 2020,49(08)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

間隔約束范圍Fig.3Intervalconstraintrange

面型變化比較平緩，沒(méi)有局部凸起，適于目前的加工水平。對(duì)自由曲面的檢測(cè)通常采用非球面檢測(cè)的方法，其中計(jì)算全息檢測(cè)法CGH(Computer-GeneratedHologram)得到了廣泛的應(yīng)用[16]，針對(duì)本系統(tǒng)中的三個(gè)自由曲面面型，適用于計(jì)算全息檢測(cè)方法，加工難度和誤差較小，可以達(dá)到較高的檢測(cè)精度。圖4光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程和最終結(jié)果。(a)初始系統(tǒng)；(b)Φ(X1,Y1)結(jié)果；(c)最終結(jié)果Fig.4In-progressandfinalresultsfordesignoftheinitialconfiguration.(a)Initialsystem;(b)ResultsforsystemconstructionusingΦ(X1,Y1);(c)Finalresult圖5最終系統(tǒng)的均方根波前誤差Fig.5FieldmapofRMSwavefronterrorforfinalsystem圖6最終系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)Fig.6MTFforthefinalsystem紅外與激光工程第8期www.irla.cn第49卷20200005–6

α結(jié)果如表3所示，表中d為鏡片間隔，r為曲率半徑，k為二次項(xiàng)系數(shù)，為傾斜角度。求解系統(tǒng)的點(diǎn)列圖均方根直徑變化趨勢(shì)如圖2所示。初始的離軸反射光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，具有比較好的成8×5像質(zhì)量，利用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件對(duì)初始光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，為避免光線遮攔和雜散光，須嚴(yán)格控制系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的光線遮擋或產(chǎn)生干涉的位置距離，圖3詳細(xì)說(shuō)明了間隔的約束范圍。使用XY多項(xiàng)式描述的自由曲面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，保證系統(tǒng)關(guān)于YOZ面對(duì)稱，只使用含有x偶次項(xiàng)的多項(xiàng)式，先選取只含有y的參數(shù)項(xiàng)，再加上與x偶次冪相關(guān)的參數(shù)項(xiàng)作為變量，優(yōu)化過(guò)程中同時(shí)擴(kuò)大X方向視場(chǎng)角，最終實(shí)現(xiàn)的大視場(chǎng)制冷型離軸反射系統(tǒng)，擴(kuò)大視場(chǎng)過(guò)程中結(jié)構(gòu)和像質(zhì)變化情況如圖4所示。從圖4(c)中可以看出，最終系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，點(diǎn)列圖中各視場(chǎng)彌散斑直徑最大的是24.779μm，小于一個(gè)像元尺寸。圖3間隔約束范圍Fig.3Intervalconstraintrange離軸反射系統(tǒng)的最大RMS波像差為0.056λ(λ=9μm)，平均RMS波像差為0.037λ(λ=9μm)，如圖5所示。光學(xué)調(diào)制傳遞函數(shù)如圖6所示，調(diào)制傳遞函數(shù)接近衍射極限，光學(xué)調(diào)制傳遞函數(shù)在奈奎斯特頻率(16lp/mm)大于0.33，有良好的成像質(zhì)量。圖7中全視場(chǎng)范圍內(nèi)80%的能量都集中在直徑為0.06mm的包圍圓內(nèi)，表明光學(xué)系統(tǒng)80%以上的能量都集中在探測(cè)器2個(gè)像元內(nèi)，系統(tǒng)的能量集中度較高。8×5根據(jù)以上的分析結(jié)果可以看出：自由曲面的應(yīng)用有效校正了大視場(chǎng)離軸三反系統(tǒng)的像差，在的大視場(chǎng)下，系統(tǒng)能量集中度高，有良好的成像質(zhì)量。為了更直觀地描述出自由曲面面型，根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)最終的XY多項(xiàng)式面型系數(shù)，結(jié)合CodeV

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]光學(xué)自由曲面設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用研究[D]. 程穎.天津大學(xué) 2013

碩士論文
[1]致冷型離軸反射光學(xué)系統(tǒng)研究[D]. 姜晰文.長(zhǎng)春理工大學(xué) 2016
[2]自由曲面離軸反射式光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 王偉.南京理工大學(xué) 2016



本文編號(hào)：3602779