論紅外探測光學(xué)系統(tǒng)論文

1、論紅外探測光學(xué)系統(tǒng)論文    導(dǎo)讀：本論文是一篇關(guān)于論紅外探測光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)秀論文范文,對正在寫有關(guān)于視場論文的寫作者有一定的參考和指導(dǎo)作用,論文片段：            摘 要近些年來，紅外探測光學(xué)系統(tǒng)在各個領(lǐng)域也被越來越廣泛的應(yīng)用并且有著不可代替的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，使得紅外探測器的技術(shù)也日趨完善。同時，隨著紅外系統(tǒng)的使用環(huán)境越來越復(fù)雜，對其性能的要求也越來越高。在這樣的背景下，把紅外成像光學(xué)系統(tǒng)作為應(yīng)用對象，展開對紅外

2、光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計研究，無疑具有重要的意義與深遠的影響。本文對紅外光學(xué)系統(tǒng)的基本原理與設(shè)計方法進行了闡述，分析了紅外光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特性與像質(zhì)評價的方法。根據(jù)紅外成像光學(xué)系統(tǒng)的特點確定了初始的紅外物鏡系統(tǒng)，并在初始系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對原紅外物鏡進行增大視場角的變化，最終優(yōu)化出一個大視場角的紅外物鏡。用光學(xué)設(shè)計軟件Zemax對所設(shè)計的系統(tǒng)進行優(yōu)化，給出了光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、Ray Fan圖、OPD圖、點列圖以及光學(xué)系統(tǒng)的賽德像差圖。通過分析每組圖來評價每次優(yōu)化后的成像質(zhì)量，以達到最終的目標。關(guān)鍵詞 紅外成像 優(yōu)化設(shè)計 視場角 Zemax     ABSTRACTIn

3、recent years, infrared detection optical system is more widely used and has an irreplaceable role in various fields. With the rapid development of science and technology, infrared detector technology is also being perfected. Meanwhile, with the use of the infrared system environment has become incre

4、asingly complex, their performance requirements are also getting higher and higher. Under such circumstances，the infrared imaging optical system as the application object, expanding the study of the infrared optical system design, is undoubtedly of great significance and far-reaching impaction.In th

5、is article paper, the basic principle and design method of infrared optical systems are described, the optical properties of the infrared optical system and image quality evaluation method. The initial infrared objective system is determined according to the characteristics of the infrared imaging o

6、ptical system, and on the basis of the initial system, the original infrared objective lens increases as the field angle changes, the final optimization objective lens of a large angle of field of the infrared. The optical design software,Zemax, to be optimized for the design of the system, gives th

7、e optical system configuration diagram , Ray Fan map, the OPD map, point map, and the optical system aberration diagrams.Keywords imaging optimal design field of view Zemax     第1章 緒論1.1 引言自從在一八零零年紅外線被來自于英國的物理學(xué)家赫胥發(fā)現(xiàn)后，人們就開啟了有關(guān)紅外線技術(shù)方面的應(yīng)用的研究。在第2次世界大戰(zhàn)中，紅外線外變像管被德國人用作光電轉(zhuǎn)換器件，并且德國人在這后研發(fā)出

8、了主動那個式夜視儀與紅外通信設(shè)備，這一系列的進步成為了紅外線發(fā)展的夯實基礎(chǔ)。紅外線同樣被應(yīng)用在軍事上，因為紅外線具有穿透作用，能夠照透厚云層和黑夜以及濃霧，所以它可以用于反導(dǎo)彈自衛(wèi)、用來制造夜視裝備、遠距離制導(dǎo)以及空中攝影。對于在航空航天方向，遙感技術(shù)被廣泛應(yīng)用。所謂遙感技術(shù)，通俗地講物體的紅外線可以被靈敏的紅外探測設(shè)備察覺到，把紅外探測設(shè)備接收到的信號經(jīng)過一定的電子儀器的處理，就可以反映出被探測物體的相關(guān)特征和特性。我們在勘探礦產(chǎn)、森林以及魚群等資源時可以使用衛(wèi)星上面的遙感設(shè)備，當然 遙感設(shè)備也可以用于氣象預(yù)報和繪制地圖等。對于在工業(yè)方向，紅外線依然被使用。工廠一般使用紅外線用來進行自動化分

9、析以及對產(chǎn)品質(zhì)量進行檢測或者用它來控制產(chǎn)品質(zhì)量，在測量產(chǎn)品時一般測量的是它的料位、液位、厚度以及溫度等。在工廠高溫的車間中，利用水能吸收紅外線這原理來控制溫度，進行防暑降溫。在電焊條的生產(chǎn)與使用和電機制造業(yè)中，一般使用紅外線來對焊條與電機進行烘干方向的處理。食品行業(yè)可以利用紅外線的穿透性強及紅外熱效應(yīng)，來進行糕點生產(chǎn)和食品烘干。紅外線在家電方向的應(yīng)用也是相當?shù)枚?，比如：風(fēng)扇、紅外爐灶、電視、紅外遙控器、紅外輻射取暖器、紅外水龍頭以及紅外解凍器等。在農(nóng)業(yè)與林業(yè)部門中，一般利用紅外線來對木材。谷物以及藥材等農(nóng)產(chǎn)品進行干燥。對于公安部門而言，他們則利用紅外技術(shù)對犯罪目標進行跟蹤與搜索，從而來偵破案件

10、?？偠灾t外技術(shù)對于人類的發(fā)展與進步有著深遠的影響。1.2 課題的研究背景及意義隨著光學(xué)設(shè)計與光電應(yīng)用技術(shù)，制造技術(shù)、計算機技術(shù)以及微電子技術(shù)等一系列科技和技術(shù)的高速進步，在各種武器上，其性能與效能都在被不斷地加強，其中光電制導(dǎo)武器在現(xiàn)在戰(zhàn)爭已經(jīng)成為了一種很重要的武器。這些光電制導(dǎo)武器的目標探測系統(tǒng)相當于武器系統(tǒng)的"眼睛"，是主要由光學(xué)系統(tǒng)組成的。毫無疑問，"眼睛"的作用無論對于我方還是敵方，對戰(zhàn)局的成敗都具有深遠的影響。在以后，人們一般都會在天氣比較惡劣的時候也或者是在夜間進行高科技的戰(zhàn)爭，而想要贏得戰(zhàn)爭的勝利肯定是主要通過光電/電子之間的對抗來實

11、現(xiàn)的。在這樣的環(huán)境下，紅外系統(tǒng)的優(yōu)勢會更加的明顯。憑借著紅外系統(tǒng)，我們可以在全時空以及全天候的進行識別偽裝、防線突破、對敵人的機動目標 和重要設(shè)施進行精確打擊，可以在戰(zhàn)爭中獲得重要的情報，減少我方的傷亡，提高我方在戰(zhàn)爭中的生存能力。所以，關(guān)于紅外光學(xué)系統(tǒng)的研究無論是設(shè)計還是生產(chǎn)在理論在和實際的應(yīng)用中都具有重要意義。在最近幾年，紅外探測光學(xué)系統(tǒng)在各個領(lǐng)域也被越來越廣泛的應(yīng)用并且有著不可代替的作用，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，使得紅外探測器的技術(shù)日趨完善。同時，隨著紅外系統(tǒng)的使用環(huán)境越來越復(fù)雜，對其性能的要求也越來越高。本課題在這樣的背景下，針對紅外成像系統(tǒng)的發(fā)展，并且將紅外成像光學(xué)系統(tǒng)作為應(yīng)用對象，

12、展開對紅外光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計研究，主要的還是在為更加先進 導(dǎo)讀：本論文是一篇關(guān)于論紅外探測光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)秀論文范文,對正在寫有關(guān)于視場論文的寫作者有一定的參考和指導(dǎo)作用,論文片段：F）及點列圖（SPT），最終達到預(yù)期目標-在增大原視場角的基礎(chǔ)上，成像質(zhì)量接近或超過原始系統(tǒng)。                  論紅外探測光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)范文由寫論文的好幫手提供,轉(zhuǎn)載請保留網(wǎng)址.    &#

13、160;                   第2章 光學(xué)系統(tǒng)的像差理論    簡而言子，其實光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計一般都是按照要求的成像質(zhì)量與光學(xué)特性來確    的光學(xué)系統(tǒng)方向的設(shè)計提供一定量的理論基礎(chǔ)和設(shè)計手段以及方法。1.3 本課題研究的內(nèi)容及主要任務(wù)本次課題主要的內(nèi)容是關(guān)于對紅外光學(xué)系統(tǒng)的研究，包括它的理論基礎(chǔ)與基本設(shè)

14、計方法，并根據(jù)紅外光學(xué)系統(tǒng)及紅外探測器的特點，設(shè)計并優(yōu)化紅外成像光學(xué)系統(tǒng)。本文對光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計所需要的工程光學(xué)的設(shè)計方法與基本的理論進行了一定的敘述，同時對光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量、光學(xué)特性和如何優(yōu)化來減少像差進行了分析。這一次的課題主要任務(wù)是通過光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計軟件Zemax對光學(xué)系統(tǒng)進行模擬和仿真，并將初始系統(tǒng)以增大視場角的形式進行多次優(yōu)化設(shè)計，給出光學(xué)系統(tǒng)的Layout圖，光線像差圖（Ray），光程差圖（OPD），調(diào)制傳遞函數(shù)圖（MTF）及點列圖（SPT），最終達到預(yù)期目標-在增大原視場角的基礎(chǔ)上，成像質(zhì)量接近或超過原始系統(tǒng)。    論紅外探測光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)范文

15、由寫論文的好幫手提供,轉(zhuǎn)載請保留網(wǎng)址.      第2章 光學(xué)系統(tǒng)的像差理論    簡而言子，其實光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計一般都是按照要求的成像質(zhì)量與光學(xué)特性來確定一個光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)（玻璃材料、曲率半徑、厚度、間隔等）。一般來說，在進行光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計時，只要有3個部分：選定型號-對原始的結(jié)構(gòu)進行一定的選擇和計算-對像差進行校正和平衡以及對像質(zhì)進行評價。當我們敲定好原始結(jié)構(gòu)的時候，就要根據(jù)系統(tǒng)的要求去修改結(jié)構(gòu)的參數(shù)，以便對像差進行最好的平衡和校正，在之后就要對像質(zhì)進行一定的評價，在這3個階段中都要設(shè)計者必須有堅實的像差理論。

16、事實上，經(jīng)過實際光學(xué)系統(tǒng)后的由物空間的物點發(fā)出的光線，會形成一個彌散斑，而不會再會聚于像空間的一點，因此實際的光學(xué)系統(tǒng)與理想光學(xué)系統(tǒng)相比有很大的不同。紅外光學(xué)系統(tǒng)像點的彌散主要受兩個因素的影響：一個是由于光學(xué)材料的色散和光學(xué)表面的幾何形狀而產(chǎn)生的像差；另一個是由于光本身的波動性從而有了衍射的出現(xiàn)。就整個光學(xué)系統(tǒng)而言，它之中幾乎都存在著像差，除了反射鏡成像除外。通過研究可以發(fā)現(xiàn)，想要完全的消除像差幾乎是沒可能的。在設(shè)計光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)注重的是像的質(zhì)量和影響相差優(yōu)化和校正到一定的誤差范圍內(nèi)，受靈敏度的限制，使接收器不能察覺到的誤差，這樣就可以得到目標的像質(zhì)。像差和衍射是有差別的，其中對衍射而言，一旦系統(tǒng)

17、確定好了同光的口徑，衍射就不能被控制了。就算沒有任何相差存在，它的理想像點也是一個彌散斑，而不是一個幾何點。這個時候所產(chǎn)生的這個現(xiàn)象被我們稱作是衍射極限，就是我們認定光學(xué)系統(tǒng)其性能已經(jīng)是它的極限了。對近軸光學(xué)系統(tǒng)而言，其應(yīng)用范圍很窄，它只能用于近軸小物體的細光束成像。無論什么樣的光學(xué)系統(tǒng)視場與孔徑都是必不可少的。在工程應(yīng)用中，主光線就是軸外的物點，其發(fā)出的寬光束在經(jīng)過入瞳中心后的光線，主光線和光軸組成 的那個平面式子午面；包含著主光線且垂直于子午面的是弧矢面?？聪聢D2.1，不管折射的次數(shù)，共軸光學(xué)系統(tǒng)它的主光線一直在一個子午面內(nèi)，而弧矢面一直在變化，而對于軸上點來講，在上、下的邊緣處的光線發(fā)生

18、折射后，其主光線依然是對稱的，所以對于弧矢面在這里沒必要去定義。通常來說，整個光束的成像質(zhì)量可近似用子午面和弧矢面內(nèi)的光束行徑來表示。對于軸外光束來說，從不同視場入射的光線，其成像的倍率和成像位置都不會相同。對于來自于不同孔徑的入射光線，它的成像位置也是不同的，弧矢面與子午面光束成的像在性質(zhì)上也有所不同。因此，就單色光成像來說，一般會有無中像差出現(xiàn)，這五種單色像差的性質(zhì)各不相同，我們把它們統(tǒng)稱為單色像差，其中包括球差、慧差、像散、場曲和畸變。對于不同色光來講，由于它們進入同種介質(zhì)產(chǎn)生的折射率不同，所以，在經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)的時候不同的色光，所產(chǎn)生的光程也是不同 的，造成這個差異的原因就是折射率不相同

19、，在最后會出現(xiàn)成像的位置與大小也不會相同。這種因為不同的色光而出項的像 差就是色差，有垂直色差和軸向色差。我們把五種像差（畸變、慧差、球差、場曲、像散）和2種色差（垂直色差和軸向色差），上述7種合在一起就是幾何像差。下面我們將詳細介紹每一種幾何像差。    圖2.1 軸外光束的子午面、弧矢面與主光線2.1 球差通過對實際光路的有關(guān)計算，可以得到，來自于軸上的點同心光束在通過光學(xué)系統(tǒng)后，其發(fā)生了改變。入射高度和孔徑不同光線與光軸的交點不同。和近軸理想中的像點會有一定的偏差，這一般被稱為球差?？聪聢D2.2，因為球差的存在，在高斯面上出現(xiàn)的是一個彌散斑。其中彌

20、散斑的半徑就是垂軸球差。     圖2.2 球差2.2 慧差慧差就是軸外的物點在經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)后，它發(fā)出的寬光束不會拒成一點，呈現(xiàn)的是一個相對于主光線而言是對稱的像差，是彗星的形狀圖案。詳細解釋，就是經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)的由軸外的物點發(fā)出光束之中的與主光線對稱的一對光線，失去了和主光線原有的對稱性，其交點不在主光線之上。對慧差一般是使用弧矢面與子午面上與主光線對稱的各對光線在通過系統(tǒng)后的交點偏離主光線的位置來進行度量的，將它們稱作為弧矢慧差與子午慧差。通常子午慧差代表的是主光線與子午光線對交點之間的垂直距離K，看下圖2.3，原來對稱與主光線的子午線在通過系統(tǒng)的出射

21、光線對主光線不對稱的程度。    圖2.3 子午慧差我們通常把主光線和弧矢光線對交點之間的垂直距離用來代表弧矢慧差，看下圖2.4。 所呈現(xiàn)的是弧矢光線在通過系統(tǒng)后的出射光線對主光線不對稱的程度。    圖2.4 弧矢慧差2.3 像散與像面彎曲所謂的像散就是一種非對稱像，它是由于軸外的物點在成像時會形成一種有一定距離且相隔的以及相互垂直的短線像?？聪聢D2.5，軸外的物點在經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)后，它發(fā)出的細光束成的像的已經(jīng)不是一個點了。而弧光束呈現(xiàn)的像就是一條與弧矢面垂直的短線S，可以稱作弧矢焦線；由子午光束呈現(xiàn)的像時一條與子

22、午面垂直的短線t，可以被稱作子午焦線。這兩條短線不相交但相互垂直且相隔一定的距離。其實像導(dǎo)讀：本論文是一篇關(guān)于論紅外探測光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)秀論文范文,對正在寫有關(guān)于視場論文的寫作者有一定的參考和指導(dǎo)作用,論文片段：    的像差。就一個實際中的光學(xué)系統(tǒng)而言，垂軸放大率，出項在一對像、物共軛的平面上的，會伴隨著視場角度的大小而發(fā)生改變。這樣的結(jié)果就是像相對于物失去了其中的相似性?？聪聢D2.8， 由于畸變在光學(xué)系統(tǒng)中存在，導(dǎo)致了垂直于光軸的方格子將形成一個變形的格子像。其實主光線像差就是畸變，其主要的決定因素是主光線的光路，只會出現(xiàn)像的變形，對于像的清晰度沒有影響

23、，這一點與其他像差不同。對于一般的光學(xué)系統(tǒng)來說，畸變對整個系統(tǒng)的影響不是特別大 ，假如我們在測量系統(tǒng)物體的大小時需要用到像的大小時，這個時候我們就需要對畸變進行校正和優(yōu)化。     圖2.8 畸變2.5 色差對于不同的波長的色光，其在同一個光學(xué)材料中的折射率是不同的，統(tǒng)一孔徑的不同的色光的光線在通過光學(xué)系統(tǒng)過后，會與光軸出現(xiàn)不相同的交點。如果色光和孔徑不相同，那么交點也會不一樣。無論物點得像出現(xiàn)在什么像面上，其都會是一個彩色的彌散斑的形狀。通常我們就不同色光間 成像的大小與位置的差異稱作色差。一般色差有2類，即位置色差（軸向色差）與倍率色差（垂軸色差）。

24、2.5.1 軸向色差-沿光軸度量的色差軸向色差就是在軸上的點的兩種色光在成像位置出現(xiàn)差異，同樣也可以稱為位置色差。一開始我們要確定下使用兩個色光的色差，把這兩個色差在譜線之中較長波長譜線的像點的位置確定為基準色差，以把色差用數(shù)值表示。如圖2.9所示，1與2為作為譜線的波長，為長波長色光的波長，所以軸向色差就是。     圖2.9 軸向色差2.5.2 垂軸色差-沿垂軸方向度量的色差在完成對光學(xué)系統(tǒng)的軸向色差進行校正后，只會出項軸上所有點的色光的像合在一起，而想讓色光的焦距相同是不太可能的。所以，同一個物體它所成得像的大小會由兩種色光的放大率來決定。而這種情

25、況就會出現(xiàn)垂軸色差，一般也可以被稱為放大率色差 。一般我們對于垂軸色差的定義是：來自于軸外點的兩種色光，其主光線在單色光像差的色光的高斯面上面的交點的高度差。看下圖2.10，就目視光學(xué)系統(tǒng)而言，其垂軸色差一般都是使用C、F 2中色光的主線光，其在D光的高斯面上面焦點的高度差。     圖2.10 垂軸色差由于垂軸色差的存在，導(dǎo)致了所成像的模糊以及軸外點清晰度的破壞，所以，必須要對大視場光學(xué)系統(tǒng)的垂軸色差進行校正。其中校正垂軸色差一般定義是，位于某視場中的2中色光讓其垂軸色差變成零。當垂軸色差出現(xiàn)正的時候表示校正過度了，為負時為校正不足。當對稱式光學(xué)系統(tǒng)以

26、=-1成像時，可以自動消除垂軸像差。2.6 幾何像差綜述在以上敘述的7種像差中，屬于細光束像差的有像散、場曲、畸變和垂軸色差，而屬于寬光束像差球差、慧差和軸向色差。細光束像差會隨著視場的增大而增大，寬光束像差會隨著孔徑的變大從而變大。對相差進行矯正的時候，只需要按照系統(tǒng)的實際要求，有目的性的去校正，而不是所有的像差都需要校正。光學(xué)系統(tǒng)按照使用條件上可以分為大視場大孔徑光學(xué)系統(tǒng)、大視場小孔徑光學(xué)系統(tǒng)以及小視場大孔徑光學(xué)系統(tǒng)。對于大視場大孔徑光學(xué)系統(tǒng)來說，我們不但要考慮到軸向色差與球差等一系列軸外點的像差，還需要考慮到場曲、像散、慧差、畸變和垂軸色差等等一系列的軸外像差。上述的這一系列像差一般都是

27、相互一起存在的，因為它們的使得像點成彌散斑的形貌，這些像點形貌的大小上可以直接看出像差的大小。這個沒有像小視場一樣對像差有嚴格的要求，因此常稱為這樣的系統(tǒng)為大像差系統(tǒng)。如照相物鏡、像方掃描的紅外光學(xué)系統(tǒng)，都屬于這一類。對于大視場小孔徑光學(xué)系統(tǒng)來說，由于孔徑小的原因，使球差、軸向色差能夠比較容易的校正。但是由于市場大的原因，我們要校正好像散、場曲、垂軸色差等軸外像差。有關(guān)小視場大孔徑的光學(xué)系統(tǒng)，其軸外像差不是很突出、視場很小。所以我們在分析的時候只要側(cè)重于研究其軸向色差、球差等和孔徑相關(guān)的像差。所以我們 在進行像差校正時用到的變數(shù)會很少，結(jié)構(gòu)也簡單。這樣的系統(tǒng)一般都是像望眼鏡這樣的目視儀器物鏡比

28、較多。它也被稱作為小像差系統(tǒng)，這是因為這種系統(tǒng)對像差要求嚴格的緣故。而關(guān)于物方掃描式的紅外光學(xué)系統(tǒng)，在進行考慮時，主要注重的是軸外電慧差、色差和軸上點球差，這是由于瞬時視場很小的緣故。對于反射式紅外光學(xué)系統(tǒng)則不存在色差。            第3章 紅外成像光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計3.1 紅外成像光學(xué)系統(tǒng)的像質(zhì)評定怎樣設(shè)計一個能夠測量光學(xué)裝置成像效果的系統(tǒng)一直以來是整個光學(xué)研究領(lǐng)域的關(guān)鍵。這是由于在目前的設(shè)計方案中還解決不了成像的像差問題，這個是整個光學(xué)研究領(lǐng)域遇到困難的根本原因，像差

29、是涉及到整個裝置成像的質(zhì)量效果的關(guān)鍵因素。我們反而可以利用這一點，通過測量光學(xué)裝置成像的像差多少就能夠判斷這個裝置的設(shè)計是否達到標準，所以可以設(shè)計一個基于像差的光學(xué)系統(tǒng)，通過這個系統(tǒng)開展像差的質(zhì)量的評估是光學(xué)工作者必須要做的工作。在計算機技術(shù)被世界各個國家應(yīng)用以前，在整個的光學(xué)研究領(lǐng)域中，通常都是基于像差這個被大眾認同的方案來設(shè)計需要的光學(xué)裝置的。通常是這樣來評估一個裝置的成像效果的：設(shè)計人員首先把這個裝置里各種光的幾何形狀的差異計算出來，然后開展整個光學(xué)裝置的成像效果測量。由于現(xiàn)在光線光路的計算已是很容易的事情，因此這種方法實際上在現(xiàn)在仍被廣泛使用來更詳細的計算各種像差。將這些幾何像差與這個

30、領(lǐng)域的一些已經(jīng)研究出來的數(shù)據(jù)作比較，這些數(shù)據(jù)通常是幾何像差的一個范圍，只要是我們計算出來的差異數(shù)據(jù)在這個范圍的最小值里面就都能夠被認定是正常的。這種方法雖然簡便，但是它卻不是能夠?qū)崿F(xiàn)對整個光學(xué)裝置的成像質(zhì)量正確測量的好方案。這是因為在獲取特定的范圍時，總是基于假設(shè)某個方面是理想的狀態(tài)。而在實際中，系統(tǒng)的像差形式往往不同且多種像差同時存在。另外，還有一些規(guī)定的數(shù)據(jù)范圍根本就沒有完善的數(shù)據(jù)理論支持，僅僅是因為研究人員日常的研究經(jīng)驗獲得。綜上所述，利用這個方案只能夠?qū)崿F(xiàn)一個大概的測量，并不能夠?qū)崿F(xiàn)很好的效果。在這幾年光學(xué)領(lǐng)域的研究中漸漸開始吸收一個非常有效地方案，這個方案就是傳遞函數(shù)，它的作用就是用

31、來開展一些成像質(zhì)量的測量工作。具體分析這個方案就能看出，它的工作原理是這樣的，因為在整個的光學(xué)裝置中會存在一個等暈區(qū)，通常在這個范圍內(nèi)會有一個關(guān)于光的不變特性，這樣就能夠利用這個特性開展一系列的光學(xué)信息研究，通過傅里葉這個數(shù)學(xué)工具就能夠很好的解讀它里面的信息，從而基于這個信息得出相關(guān)的測量。這個方案剛開始是應(yīng)用于通信領(lǐng)域的，光學(xué)研究人員巧妙的借用到光學(xué)領(lǐng)域，很好的解決了這個難題。目前這個方案正在受到廣大的相關(guān)人員注意，也成為了新一代的測量評估方案。這次我們主要是在研究整個光學(xué)裝置的設(shè)計過程中，這個理論的具體應(yīng)用情況。3.1.1 利用光學(xué)傳遞函數(shù)評價成像質(zhì)量在整個的光學(xué)裝置設(shè)計中，設(shè)計人員可以利

32、用光學(xué)的傳遞函數(shù)開展相關(guān)的光學(xué)裝置效果研究，比如說，這個裝置對于特定物體的各種頻率下是否具有很好的傳輸能力。這里的不同頻率主要是分為三種情況，第一種情況是當這個頻率是處于高頻時，通過研究就能很好的了解關(guān)于這個物體傳遞的具體細節(jié)方面的內(nèi)容。第二種情況就是當導(dǎo)讀：本論文是一篇關(guān)于論紅外探測光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)秀論文范文,對正在寫有關(guān)于視場論文的寫作者有一定的參考和指導(dǎo)作用,論文片段：化銦、碲鎘汞等，而不是人眼或者感光膠片，這一點紅外光學(xué)系統(tǒng)與可見光光學(xué)系統(tǒng)是不同的。因此，紅外系統(tǒng)最終的像質(zhì)要考慮探測器的信噪比、靈敏度等光電器件本身的特性，而不能簡單地憑借光學(xué)系統(tǒng)的分辨率就能判定。3.2.2紅外成像光學(xué)系統(tǒng)

33、的設(shè)計原則我們在設(shè)計紅外光學(xué)系統(tǒng)時，基于上述紅外光學(xué)系統(tǒng)的特點，應(yīng)該做到這些：    夠?qū)崿F(xiàn)對整個光學(xué)裝置的成像效果的測量，比如說，我們在發(fā)現(xiàn)有一個頻段的光線波形沒有波動，那么這個表示這個段的光線的強度已經(jīng)沒有任何的變化。但該方法沒有反映 MTF 曲線的整體性質(zhì),只是反映了 MTF 曲線上少數(shù)幾個點處的情況。利用 MTF 曲線的積分值來評價成像質(zhì)量 我們可以在理論上證明，MTF這個函數(shù)的曲線在整個的坐標系統(tǒng)中由曲線自身圍成的圖形，這個圖形的面積就是這個曲線圖形中心處得那個點的亮度值，通過研究這個點就能了解到非常多的東西。比如說在這個曲線中心的點的亮度越大

34、就能夠通過研究這個點獲得這個光學(xué)裝置越多的信息，這樣就能使得這個裝置的成像質(zhì)量變得更好一些，因此得到的圖像就更加的好。所以這個方案應(yīng)用于整個的光學(xué)裝置中用于接收最大的光線的頻率值內(nèi)時是一種非常有效的評價光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的方法。3.1.2 點列圖在整個的光學(xué)裝置中還有可能出現(xiàn)另一種情況，這是因為在整個的幾何光學(xué)研究領(lǐng)域幾乎都有一個問題就是像差，它能夠讓點光源發(fā)出的光在一系列的各種變換后最終沒有能夠集中于一個點，這個情況下一般是這些光線形成一個非常散的圖形，這種圖形就是常說的點列圖。在整個測量的光學(xué)研究領(lǐng)域中，這個方案通常是被叫做點列圖法。這個方案具體是這樣工作的，通過研究這個圖形里面各種光線照射

35、的點來測量這個光學(xué)裝置的成像效果。為了使用點列圖來評價光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量，我們需要對光學(xué)裝置中傳播環(huán)境中的雜音有非常好的抵御作用，這樣能夠很好的實現(xiàn)系統(tǒng)效果。4.在整個的光學(xué)裝置中要實現(xiàn)各個方位的有利結(jié)合，這樣才能使得裝置的探測部分可以很好的運行。5.在整個的光學(xué)裝置的設(shè)計中要采用最簡單的方案實現(xiàn)要求的功能。3.2.3紅外光學(xué)材料的選擇在整個的光學(xué)裝置的加工制造中，要能使相應(yīng)的技術(shù)應(yīng)用于紅外技術(shù)這個領(lǐng)域中，特別是在整流罩等等這些一系列的零件加工制造中，要應(yīng)用相應(yīng)的紅外材料，它是一類具有相關(guān)的材料要求的物品，其特性一般是：較寬的透射波段與良好的紅外透明性。了解紅外光學(xué)材料的性質(zhì)對于設(shè)計制造紅外光

36、學(xué)零件，這個關(guān)乎整個光學(xué)裝置的成敗，非常的關(guān)鍵。比如說，在材料方面，透鏡的制造通常使用鍺，但由于這個材料的特點還有一些不好的地方，比如說，它的物理特性不能夠滿足整流罩的制造和使用標準，因為它的熔點非常的低，不能用來制造整流罩。3.3紅外成像光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)化實例    根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計步驟，首先，我們需要找到一個與目標系統(tǒng)相似的光學(xué)系統(tǒng)，然后再根據(jù)我們對系統(tǒng)的各項參數(shù)指標的要求，用光學(xué)設(shè)計軟件Zemax進行改造和優(yōu)化。最后，在各項參數(shù)指標均符合要求時，我們便可以得到我們所需要的光學(xué)系統(tǒng)。因此，我們最主要的工作就是要找到一個合適的初始光學(xué)系統(tǒng)，并以此系統(tǒng)為基礎(chǔ)

37、系統(tǒng)；另一項很主要的工作就是對初始光學(xué)系統(tǒng)進行優(yōu)化，我們需要找出初始光學(xué)系統(tǒng)的不足之處，并有導(dǎo)讀：本論文是一篇關(guān)于論紅外探測光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)秀論文范文,對正在寫有關(guān)于視場論文的寫作者有一定的參考和指導(dǎo)作用,論文片段：。從圖中可以看出系統(tǒng)的最大比例尺為0.5個波長。                  圖3.5 初始系統(tǒng)的OPD曲線MTF曲線，這個是光學(xué)領(lǐng)域的函數(shù)，主要作用是用來測量整個光學(xué)裝置的效果的。MTF的截

38、止頻率越高，曲線值越大，表示光學(xué)系統(tǒng)的質(zhì)量越好。圖3.6所示即為初始光學(xué)系統(tǒng)的MTF曲線。從圖中可見，截止頻率為100線對/毫米    線特性曲線，表示的是光學(xué)系統(tǒng)相對于入瞳位置的像差綜合值，其橫坐標表示的是光學(xué)系統(tǒng)的入瞳標量，所以，其范圍在之間。其縱坐標則是針對主光線（即光源發(fā)出的眾多光線中，直接穿過整個圖形中間點的光線），各個方面的具體數(shù)值，通過所成的像面表示。在整個的研究過程中，通常的做法是計算子午面和弧矢面兩個面上的光線，所以在Ray Fan圖中，會有兩條曲線。子午面對應(yīng)的是PY、EY曲線；而弧矢面對應(yīng)的是PX、EX曲線。根據(jù)Ray Fan曲線的

39、形狀就可以粗略地分析出系統(tǒng)存在什么樣的像差。大部分系統(tǒng)中，存在球差的現(xiàn)象比較嚴重，所以ray曲線呈S狀；而其在原點的斜率則是表示離焦的存在，斜率越接近于0，就證明這個光學(xué)系統(tǒng)的離焦越小，系統(tǒng)的成像質(zhì)量就越清晰。從圖3.4中該系統(tǒng)ray曲線可以看出，系統(tǒng)的最大比例尺為50m，曲線靠近原點的斜率很小，由此看出，該光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量較高。    圖3.4初始系統(tǒng)的Ray Fan曲線OPD，即光程差曲線，也是判斷光學(xué)系統(tǒng)性能的一個重要的參考曲線。其橫縱坐標與ray曲線相同，表示的是成像的波前位相誤差。在分析光學(xué)系統(tǒng)的像差時，與光線特性曲線一同分析，可以更為準確地得

40、到光學(xué)系統(tǒng)的像差情況。圖3.5所示的就是初始光學(xué)系統(tǒng)的光程差曲線。從圖中可以看出系統(tǒng)的最大比例尺為0.5個波長。    圖3.5 初始系統(tǒng)的OPD曲線MTF曲線，這個是光學(xué)領(lǐng)域的函數(shù)，主要作用是用來測量整個光學(xué)裝置的效果的。MTF的截止頻率越高，曲線值越大，表示光學(xué)系統(tǒng)的質(zhì)量越好。圖3.6所示即為初始光學(xué)系統(tǒng)的MTF曲線。從圖中可見，截止頻率為100線對/毫米時，MTF曲線在各視場角下均達到0.3左右，接近衍射極限，由此可見這個光學(xué)系統(tǒng)達到了較好的光學(xué)表現(xiàn)能力。    圖3.6 初始光學(xué)系統(tǒng)的MTF曲線在整個的光學(xué)

41、裝置中，我們利用點列圖這個方案可以實現(xiàn)對那些像差比較大的光學(xué)裝置的相對精確評估。如圖3.7所示即為初始光學(xué)系統(tǒng)的點列圖。    圖3.7 初始光學(xué)系統(tǒng)的點列圖最后，我們看一看系統(tǒng)的賽德像差，如圖3.8所示。賽德像差是將光學(xué)系統(tǒng)性能的好壞以數(shù)字的形式展現(xiàn)，從而可以使我們可以更加直觀地評價現(xiàn)有的光學(xué)系統(tǒng)，并根據(jù)賽德像差中顯示的像差值有針對性地對光學(xué)系統(tǒng)的某個較大的像差進行優(yōu)化。因此，它也是我們在光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計過程中必要的測試優(yōu)化標準。    圖3.8 初始光學(xué)系統(tǒng)的賽德像差根據(jù)圖3.8所示的初始光學(xué)系統(tǒng)的賽德像差顯示，初

42、始系統(tǒng)的球差相對于其它像差較為主要，但也都在系統(tǒng)要求的范圍內(nèi)。所以，接下來我們的優(yōu)化工作就以此為目標來進行，從而實現(xiàn)對紅外成像光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化。由上述各個參數(shù)，我們對這個初始光學(xué)系統(tǒng)也有了一定感性上的認識和評價，下面就以上述參數(shù)為標準，對這個初始光學(xué)系統(tǒng)的視場角進行優(yōu)化。由于從各個方面分析該系統(tǒng)已經(jīng)較為完善，提升空間較小，所以我們將逐步，一點一點的進行優(yōu)化，以達到最終目標。4.3.2光學(xué)系統(tǒng)視場角增大到6°優(yōu)化我們將初始光學(xué)系統(tǒng)的視場角增大1°，保持其它參數(shù)不變。這樣，我們便得到了一個6°視場角的紅外物鏡系統(tǒng)。但是由于更改了原始參數(shù)，破壞了原系統(tǒng)的平衡，導(dǎo)致各項

43、參數(shù)指標都有所變化。因此，我們需要對其進行一步一步的優(yōu)化，使其基本達到光學(xué)系統(tǒng)的要求。首先，我們先看更改視場角后的光學(xué)系統(tǒng)圖，如圖3.9所示。觀察到各透鏡之間并沒有由于更改視場角而出現(xiàn)重疊的情況，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生異常。因此可以直接對該6°視場角的初始系統(tǒng)進行一步一步的優(yōu)化操作，通過像差計算逐步修改并不斷反復(fù)優(yōu)化，直到各種像差符合要求，達到滿足光學(xué)特性要求的成像質(zhì)量。     圖3.9 6°視場角初始光學(xué)系統(tǒng)圖接下來，我們再調(diào)出6°視場角初始光學(xué)系統(tǒng)的各個光學(xué)曲線，觀察它們的變化。如圖3.10所示。圖3.10 6°

44、;視場角初始光學(xué)系統(tǒng)各個光學(xué)曲線圖將3.10與最初始系統(tǒng)的各個光學(xué)曲線圖對比可以看出，改變視場角后的光學(xué)系統(tǒng)的曲線與最初始系統(tǒng)相比發(fā)生了一些變化。然后，在Zemax中調(diào)出該系統(tǒng)的賽德像差，如圖3.11所示，觀察各個幾何像差參數(shù)。    圖3.11 6°視場角初始系統(tǒng)的賽德像差系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)中包括有各個鏡面的曲率半徑，各面的厚度以及玻璃材料，所以我們可以通過優(yōu)化這些可變化的量來達到系統(tǒng)像差減小的目的，最常用的就是優(yōu)化鏡面的曲率半徑和厚度來實現(xiàn)。所以確定以下優(yōu)化方案：由于曲率半徑影響光路的偏折，對系統(tǒng)像差的優(yōu)化作用更大，而系統(tǒng)的厚度都不太大，當我們

45、把曲率半徑和厚度一起變化時系統(tǒng)可能會發(fā)生大的變形，出現(xiàn)鏡面相互交錯穿出或包圍的情況。因此，我們在選擇變量的時候首先選擇系統(tǒng)的曲率半徑，如果最后系統(tǒng)可以優(yōu)化達到滿足要求就可以不再變化厚度，反之，如果最后當曲率半徑不能滿足系統(tǒng)優(yōu)化達到要求，再加入厚度進行優(yōu)化。通過對比圖3.8與圖3.11可發(fā)現(xiàn)，更改后系統(tǒng)的各個像差與之前相比都有所變化。其中，球差SPHA相對于其他像差較大。因此，下一步需要對球差進行優(yōu)化操作。1. 6°視場角系統(tǒng)優(yōu)化通過觀察圖3.11中的球差一列可知：系統(tǒng)總體球差為0.002604，大于0，所以需要找到球差為正且數(shù)值相對較大的面進行優(yōu)化，從而達到使整個系統(tǒng)球差下降的目的。

46、在設(shè)置變量時我們不要一次設(shè)置太多變量，要逐步的，一點一點的進行優(yōu)化，否則系統(tǒng)可能會因為變量設(shè)置太多而使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定而出現(xiàn)較大變形，導(dǎo)致出錯。當然在優(yōu)化過程中，我們可能會遇到雖然球差減小但是其它像差卻增大的情況，這就需要我們不斷調(diào)整優(yōu)化目標及參數(shù)最終達到一個相對平衡的狀態(tài)，使得各個像差都符合既定的標準。我們從圖中可以看出，系統(tǒng)的第一個面與第九個面的球差為正且數(shù)值較大，因此我們首先要優(yōu)化這兩個面。在Zemax參數(shù)中，將第一面與第九面透鏡的曲率半徑設(shè)為變量，如圖3.12所示。然后在Zemax中進行優(yōu)化，優(yōu)化后的賽德像差如圖3.13所示。     圖3.12

47、6°視場角優(yōu)化球差的系統(tǒng)參數(shù)     圖3.13 6°視場角優(yōu)化球差后的賽德像差通過對比圖3.11與3.13可以看出，優(yōu)化后的球差與之前相比減少了很多其它像差，除了慧差COMA與之前相比明顯增大外，其余基本沒有變化。因此，我們需要在已優(yōu)化完球差的基礎(chǔ)上，繼續(xù)優(yōu)化慧差。從圖3.13中觀察到系統(tǒng)總體慧差為0.2777，為正值，而第一個面與第三個面的慧差為正，且數(shù)值相對較大，故在圖3.13基礎(chǔ)上將第三個面的曲率半徑設(shè)為變量。如圖3.14所示。<導(dǎo)讀：本論文是一篇關(guān)于論紅外探測光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)秀論文范文,對正在寫有關(guān)于視場論文的寫作者有一定

48、的參考和指導(dǎo)作用,論文片段：九個面的慧差也為正，故將這幾個面的曲率半徑設(shè)為變量，如圖3.31所示。               圖3.31 10°視場角優(yōu)化球差的系統(tǒng)參數(shù)    然后在Zemax中進行優(yōu)化，優(yōu)化后的光學(xué)結(jié)構(gòu)圖如圖3.32所示。圖3.32 10°視場角優(yōu)化球差后的光學(xué)結(jié)構(gòu)圖從圖中可以看出，此時該光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與之前相比已經(jīng)發(fā)生很大的變化，但是，系統(tǒng)依然&#

49、160;   次參數(shù)優(yōu)化成功。下面我們再來看一下優(yōu)化后的光學(xué)系統(tǒng)的其它光學(xué)曲線，如圖3.17，3.18所示。    圖3.17 優(yōu)化后光學(xué)系統(tǒng)的Ray Fan,OPD,點列圖    圖3.18 6°視場角優(yōu)化后光學(xué)系統(tǒng)的MFT曲線    從圖3.18中可以看出，截止頻率為20線對/毫米時，MTF曲線在各視場角下均達到0.3左右，接近衍射極限，由此可見這個光學(xué)系統(tǒng)達到了較好的光學(xué)表現(xiàn)能力。2. 10°視場角系統(tǒng)優(yōu)化在上述已優(yōu)化系

50、統(tǒng)的基礎(chǔ)上，我們再將視場角擴大4°，因此便得到一個視場角為10°的紅外物鏡系統(tǒng)。如圖3.19所示     圖3.19 10°視場角初始光學(xué)系統(tǒng)從圖3.19可以觀察到各透鏡之間并沒有由于更改視場角而出現(xiàn)重疊的情況，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生異常。因此同樣根據(jù)6°視場角時系統(tǒng)的優(yōu)化步驟對該10°視場角的初始系統(tǒng)進行一步一步的優(yōu)化操作，通過像差計算逐步修改并不斷反復(fù)優(yōu)化，直到各種像差符合要求，達到滿足光學(xué)特性要求的成像質(zhì)量。更改到10°視場角的光學(xué)系統(tǒng)各透鏡沒有交叉重疊，系統(tǒng)正常，故可以進行下一步操作。在Z

51、emax中調(diào)出該光學(xué)系統(tǒng)的賽德像差，如圖3.20所示。觀察各個像差。    圖3.20 10°視場角初始光學(xué)系統(tǒng)的賽德像差從圖3.20不難看出，10°視場角的初始光學(xué)系統(tǒng)的場曲FCUR相對較大，因此首先考慮對場曲進行優(yōu)化。觀察到系統(tǒng)場曲總值為0.001042，為正值，且系統(tǒng)第一個面，第六個面，第八個面的場曲相對較大，且為正值。因此將這三個面的曲率半徑設(shè)為變量，如圖3.21所示。    圖3.21 10°視場角優(yōu)化場曲的系統(tǒng)參數(shù)然后在Zemax中進行優(yōu)化，優(yōu)化后的光學(xué)結(jié)構(gòu)圖如圖3.22所

52、示。    圖3.22 10°視場角優(yōu)化場曲后的光學(xué)結(jié)構(gòu)圖從圖中可以看出，該光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)沒有出現(xiàn)異常，依然是完好的，故可以進行下一步操作。在Zemax中調(diào)出優(yōu)化場曲后的光學(xué)曲線圖，如圖3.23，3.24所示。 圖3.23 10°視場角優(yōu)化場曲后光學(xué)系統(tǒng)的Ray Fan,OPD,點列圖圖3.24 10°視場角優(yōu)化場曲后光學(xué)系統(tǒng)的MFT曲線從圖3.24中可見，截止頻率為20線對/毫米時，MTF曲線在各視場角下達到的值很發(fā)散，由此可見這個光學(xué)系統(tǒng)并沒有達到較好的光學(xué)表現(xiàn)能力。需要繼續(xù)優(yōu)化。再從Zemax中調(diào)出優(yōu)化場曲后的光學(xué)系統(tǒng)的

53、賽德像差。如圖3.25所示。    圖3.25 10°視場角優(yōu)化場曲后的賽德像差從賽德像差中可以看出，優(yōu)化后的場曲有了明顯的減小，但是優(yōu)化后系統(tǒng)的慧差卻又增大。因此，下一步需要在原基礎(chǔ)上對慧差進行優(yōu)化。與之前優(yōu)化系統(tǒng)的步驟相同，觀察到慧差總值為正，第一個面，第三個面的慧差也為正，故在原來系統(tǒng)設(shè)置變量的基礎(chǔ)上，將這兩個面的曲率半徑設(shè)為變量，如圖3.26所示。    圖3.26 10°視場角優(yōu)化慧差的系統(tǒng)參數(shù)然后在Zemax中進行優(yōu)化，優(yōu)化后的光學(xué)結(jié)構(gòu)圖如圖3.27所示。  &#

54、160; 圖3.27 10°視場角優(yōu)化慧差后的光學(xué)結(jié)構(gòu)圖從圖中可以看出，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)依然沒有異常，是完好的，故可以進行下一步操作。在Zemax中調(diào)出優(yōu)化慧差后的光學(xué)曲線圖，如圖3.28，3.29所示。     圖3.28 10°視場角優(yōu)化慧差后光學(xué)系統(tǒng)的Ray Fan,OPD,點列圖    圖3.29 10°視場角優(yōu)化慧差后光學(xué)系統(tǒng)的MFT曲線從圖3.29中可以看出，截止頻率為20線對/毫米時，MTF曲線在各視場角下只達到0.1左右，由此可見這個光學(xué)系統(tǒng)并沒有達到較好的光學(xué)表現(xiàn)

55、能力，需要繼續(xù)優(yōu)化。    再從Zemax中調(diào)出優(yōu)化慧差后的光學(xué)系統(tǒng)的賽德像差。如圖3.30所示。圖3.30 10°視場角優(yōu)化慧差后的賽德像差從賽德像差中可以看出，優(yōu)化后的慧差有了明顯的減小，但是優(yōu)化后系統(tǒng)的球差卻又變得相當大。因此，下一步需要在原基礎(chǔ)上對球差進行優(yōu)化。與之前優(yōu)化系統(tǒng)的步驟相同，觀察到球差總值為正，系統(tǒng)的第一、四、八、九個面的慧差也為正，故將這幾個面的曲率半徑設(shè)為變量，如圖3.31所示。     圖3.31 10°視場角優(yōu)化球差的系統(tǒng)參數(shù)   

56、60;然后在Zemax中進行優(yōu)化，優(yōu)化后的光學(xué)結(jié)構(gòu)圖如圖3.32所示。圖3.32 10°視場角優(yōu)化球差后的光學(xué)結(jié)構(gòu)圖從圖中可以看出，此時該光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與之前相比已經(jīng)發(fā)生很大的變化，但是，系統(tǒng)依然是完好的，故可以進行下一步操作。在Zemax中調(diào)出優(yōu)化球差后的光學(xué)曲線圖，如圖3.33，3.34所示。    圖3.33 10°視場角優(yōu)化球差后光學(xué)系統(tǒng)的Ray Fan,OPD,點列圖    圖3.34 10°視場角優(yōu)化球差后光學(xué)系統(tǒng)的MFT曲線從圖3.34中可見，截止頻率為20線對/毫米時，MTF曲線在各視場角下達到了0.30.4左右，由此可見這個光學(xué)系統(tǒng)達到了較好的光學(xué)表現(xiàn)能力，優(yōu)化的效果是明顯的。不過，我們還需要調(diào)出賽