宽光谱大视场航空相机模拟器光学系统设计（可编辑）
宽光谱大视场航空相机模拟器光学系统设计
第 卷第 期.
西 安 工 业 大 学 学 报 年 月 ’.
文章编号: ?? ?
宽光谱大视场航空相机模拟器光学系统设计
吴迪,李丽娟,沈继伟
长春理工大学光电工程学院,长春
摘 要: 分析了近红外波段玻璃的材料特性,介绍了一种用于航空相机模拟
器的光学系统
设计方法,用 作了优化设计.给出了光学系统焦距为 ,相对孔径为 / ,
视
场角为? 。,光谱范围为 . ~. 的光学系统的设计实例.从像质评定可以看
出,系统的
质量基本上达到了衍射极限.
关键词:航空相机模拟系统;光学设计;宽光谱;复消色差 中图号: . 文献标志码:
在航空相机的研制过程中,对于相机各项性能
指标的检验是很重要的环节.因此,在实验室内设
计一个航空相机模拟系统是必不可少的.模拟系统
中光学部分的重要环节,就是要设计一种可模拟大
范围目标的宽光谱、大视场的平行光管.在一般的 光学系统设计中,不需要校正二级光谱,然而对于 高分辨率的航空相机检测系统,由于光谱比较宽, 图 航空相机模拟系统原理框图
二级光谱的校正是十分必要的.校正二级光谱最有. 效的方法是采用特殊光学材料,如萤石 、氟 冕玻璃,但因材料昂贵而很少使用.还有一种方法 无限远目标发生器光学系统设计
就是采用二级光谱校正器来校正二级光谱,上述 . 光学系统
参数
转速和进给参数表a氧化沟运行参数高温蒸汽处理医疗废物pid参数自整定算法口腔医院集中消毒供应
选择
方法都仅限于可见光范围内讨论.对于本设计的光 无限远目标发生器的光学系统与一般成像物 谱范围已从可见光扩展到了近红外.就要用一些特 镜的使用目的有较大差别,因而决定了其设计要求 殊的玻璃材料和复杂的光学结构来完成设计要求. 的特殊性.由于要模拟无限远目标,所以系统的焦 航空相机模拟系统总体设计
方案
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距应设计的较长,为了增大拍摄的覆盖宽度,需要 有比较大的视场角.由于被检测的航空相机 航空相机模拟系统的主要功能是在模拟飞机 的分辨率较高.所以设计也要达到很高的分辨率. 在不同速高比等飞行条件下,地物相对飞机的运动
光学系统焦距. 为、相对孔径为
速度,以及航空相机在实际高空飞行动态拍 照时的地面真实场景,来供相机拍照,以便验证相 / 一/ 、视场角为?。、
谱段范围为. ~
. .
机性能是否达到了设计要求.模拟系统的原理框 图,如图 所示.
. 玻璃材料的选择
由二级光谱 公式
收稿日期: ?
作者简介:吴 迪,女,长春理工大学硕士研究生. 通讯作者:李丽娟 一 ,女,长春理工大学教授,主要研究方向为光学设计、光
学测量等.: .西 安 工 业 大 学 学 报 第 卷 的 、 值. 一一 ? 一 ×一
?
一
一
式中:厂为系统的焦距; , 。分别为材料 和材料 .
的部分色散; 、 分别为材料 和材料 的阿贝 一
七
数.
由式可知,二级光谱色差的大小与系统结 在式~中 、 和 。的波长分别为
构参数无关,完全由玻璃的色散特性决定.所以校 , , .所选玻璃及其咒、 、 值见表 .
正二级光谱色差,要尽量选择阿贝数相差较大、部
特种玻璃 ?和 配对时,经计算
分色散相同或相近的玻璃.由于物镜谱段很宽 所得二级光谱很小.同时,考虑到工作环境对玻璃
. ~. ,故校正二级光谱时,应选用特种 材料的要求,在设计时选用了 、 ?玻璃和特定的算法 .应根据所选谱段确定玻璃
和三种玻璃进行组合.
表 玻璃 、 值 . 、 击 : . . 结构选型
物镜组 ?
对于长焦距折射式的光学系统,通常选用摄远 : .型作为初始结构.所以本设计采用摄远型,根据初
?:一 .
始阶段的思想得到一个前后组分别复消色差的结: .
构.初始结构前组正光焦度组采用单双胶合组合结
该系统按照上述计算过程进行光焦度分配,并
构,焦距初步定为 .再考虑到工作要求在
且计算结果不包含透镜的前后放置顺序,因此,在
宽光谱范围,后组负光焦度组也应具有较强的复消
设计中应当注意如何组合透镜.采用前组正光焦度 色差能力,采用和前组具有同样玻璃材料组合的 组采用单双胶合组合结构,所选玻璃为、 ? 分离结构,焦距初步定为一 . 和 三种玻璃进行组合.后组负光焦
将表 修改过的 、 公式所求得的各种玻璃 度组也采用和前组相同的玻璃组合.
的 、 值代入复消色差方程,求得基本的光焦度 . 优化设计及像差分析
分配.其复消色差方程 组为 一利于 对其进行光线追迹并分析像差特
性,发现色差已基本得到校正,但与视场相关的场 丝血 丝血
西
曲、像散还比较大.因此,简单的优化达不到系统的 丝虫 丝血
要求.试着在 个透镜组后面加一个负透镜,来校 。一/正场曲.经过几次像差校正和优化,在很短的时 在式~中 、 、 。分别为玻璃 、
间内得到的效果如图 所示.
?和 的光焦度; 、 、 。分别为光
束在透镜上的入射高度;式中一般将 规划为 . 应用试探法即可求出接近合理的光焦度分
配方
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案. 物镜组
图 光学系统结构图
?: . .:一 .将初始结构进行特定优化后,其像质可达到衍第 期 吴迪等:
宽光谱大视场航空相机模拟器光学系统设计射极限,传递函数曲线如图 所示,点
列图如图 从设计结果可以看出,在整个视场范围内,宽 所示,二级光谱色差如图 所示. 光谱光学系统在环境温度为 ?、 个
标准
excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载
大气
压下,点列图弥散圆半径值小于;传函
已经接近衍射极限,达到理想状态.值为 . 时,中心视场的像方空间频率为 / ,能够
满足系统的分辨率要求.根据系统要求的工作温度 范围 ?,随着外界环境温度的变化,光学系 统的成像质量没有发生很大的变化,可以达到设计 指标的要求.平行光管总体性能指标如图 所示. 各条谱线 . , . , . , ., . , .色差问题得到了比较好的解决,实现
了复消色差.
结论
图 光学系统的调制传递函数.
本文设计了一种无限远目标模拟器的光学系 统,该系统具有大相对孔径、大视场,宽光谱、较高 的分辨率,能够满足被测相机的要求.该系统在较 宽谱段内很好地实现了复合谱线二级光谱的校正,
并且成像质量良好.
参考文献:姜会林.关于二级光谱问题的探讨 .光学学报, , :.?. . , , :.
张以谟.应用光学 .北京:机械工业出版社, . ? ..: , . 李士贤.光学设计手册 .北京:北京理工大学出版
社, .
图 光学系统的点列图 ? ... :, .
,钟萍华.基于 ? 图的复消色差方法 .光子学报, , .?, ? ,?, .., , :. . 陈立武.宽谱段折射式长焦距光学镜头 .光子学 报,,: .? ,,?, ..
图 二级光谱曲线图 , , : . .
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