紅外光學(xué)鏡頭設(shè)計(jì)方案

1、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)參數(shù)：1) ICCD分辨率：124810242) 像元尺寸：6m6m3) 靶面尺寸：7.48mm6.14mm4) 系統(tǒng)焦距：1500mm5) F數(shù)：3.756) 波段范圍：450nm800nm系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)如下：口徑400mm，系統(tǒng)長度500mm。光路二維圖如下圖所示。系統(tǒng)為折返射式光學(xué)系統(tǒng)，前部采用施密特矯正鏡，后端采用卡式系統(tǒng)，達(dá)到減小系統(tǒng)尺寸的目的。圖 1 光學(xué)系統(tǒng)二維圖圖 2 光學(xué)系統(tǒng)三維圖圖 3 光路剖視圖表 1線視場分析距離（km）151030線視場（m）5×4.125×20.550×41150×123圖 4系統(tǒng)球差及場曲曲

2、線系統(tǒng)傳遞函數(shù)曲線如下圖所示，根據(jù)探測器像元尺寸，MTF截頻計(jì)算至83lp/mm處，從下圖可以看出，系統(tǒng)MTF在100lp/mm處，水平最大視場及垂直最大視場均高于0.5，對(duì)角線視場MTF高于0.5。圖 5 系統(tǒng)MTF曲線 系統(tǒng)彌散圓的大小如下圖所示，彌散圓表示點(diǎn)源物體經(jīng)過系統(tǒng)后的發(fā)散情況，其半徑越小、能量越集中，說明成像質(zhì)量越好。通常接近衍射極限的系統(tǒng)彌散圓直徑小于接收器的單個(gè)像素值。本系統(tǒng)采用的探測器像元尺寸為6m，系統(tǒng)的彌散圓直徑最大值為3.8m，說明系統(tǒng)的成像質(zhì)量接近衍射極限。圖 6畸變網(wǎng)格及畸變曲線系統(tǒng)的畸變網(wǎng)格和畸變曲線如下圖所示，畸變的大小能直接反映出系統(tǒng)圖像的變形情況，從下圖中

3、可以看出，系統(tǒng)的最大畸變小于0.01%，圖像變形肉眼無法分辨。圖 7畸變網(wǎng)格及畸變曲線系統(tǒng)成像的二維仿真效果如下圖所示，左圖為目標(biāo)圖像，右圖為經(jīng)系統(tǒng)后所成圖像，從圖中可以看出，系統(tǒng)成清晰倒像。圖 8二維成像仿真公差分析 鏡頭最終的成像質(zhì)量受到材料、加工、裝配等各方面的影響，為保證系統(tǒng)最終獲得良好的成像質(zhì)量，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮系統(tǒng)各部分的公差分配，使材料、加工及裝配的誤差均在可接受的范圍內(nèi)，避免某類誤差過大使最終的成像質(zhì)量下降過多。下圖給出了系統(tǒng)在100lp/mm處MTF的概率分布曲線，系統(tǒng)對(duì)各部分的公差要求如下表所示，從圖中可以看出，在考慮各部分的公差后，系統(tǒng)MTF90%概率處于0.37以上，能

4、夠保證最終系統(tǒng)有良好的成像質(zhì)量。目前的裝配及加工水平均可以保證表中要求的公差。圖 9 MTF概率分布曲線公差類型公差要求DLF（大光圈）2DLR（樣板半徑）0.03mmCYD（局部光圈）0.5DLN（折射率）0.0005DLV（阿貝數(shù)）0.002DSY（偏心量）0.02mmDSX（偏心量）0.02mmBTY（傾斜量）0.0003mradBTX（傾斜量）0.0003mradTRY（邊厚差）0.02mmTRX（邊厚差）0.02mm探測能力分析決定探測距離的因素通常有以下幾個(gè)方面。1、鏡頭焦距決定探測距離的一個(gè)重要因素就是鏡頭焦距。鏡頭焦距直接決定了目標(biāo)所成的像的大小，也就是在焦平面上占幾個(gè)像素，焦

5、距越大，目標(biāo)像所占用的像素點(diǎn)越多，根據(jù)約翰遜準(zhǔn)則可知，其探測距離更遠(yuǎn)。2、探測器性能鏡頭焦距是從理論上決定了相機(jī)的探測距離，在實(shí)際應(yīng)用中起著重要作用的另一因素是探測器性能。鏡頭焦距只是決定了所成像的大小，占用像素點(diǎn)的數(shù)量，探測器性能則決定圖像質(zhì)量，如模糊程度，信噪比等。探測器性能可從像元尺寸、靈敏度、信號(hào)處理等方面來分析。像元尺寸越小，則空間分辨率越小，其探測距離越大。探測器的靈敏度和信號(hào)處理決定了圖像的清晰度。如果探測器的靈敏度和信號(hào)處理能力不好的話，則所成的像只是一個(gè)模糊的像，也就無法識(shí)別。因此，一些探測器的靈敏度不高的話，則采取加大鏡頭口徑的方法來提高圖像效果，這增加了成本。3、大氣環(huán)境 雖然熱輻射對(duì)大氣的穿透能力比可見光強(qiáng)，但大氣吸收、散射等對(duì)熱像儀成像還是有一定的影響，特別是大霧和大雨的天氣環(huán)境，從而影響到探測距離。綜上所述，在能見度一定的情況下，光電系