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

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

【摘要】：高速攝影能夠有效研究高速運(yùn)動(dòng)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(shí)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(shí)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(jì)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(diǎn),設(shè)計(jì)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(duì)多角度耦合系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)檢測(cè)。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(jì)要求,確定系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)參數(shù),根據(jù)其特點(diǎn)設(shè)計(jì)了兩種分幅方式。2設(shè)計(jì)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(jì)軟進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),得到了一套系統(tǒng)單組焦距為350mm,F數(shù)為2,物方視場(chǎng)150mm的,關(guān)于以物面中心垂線為中心的軸線對(duì)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(duì)多角度耦合分幅系統(tǒng)進(jìn)行性能分析,整個(gè)分幅光學(xué)系統(tǒng)的分辨率可達(dá)200lp/mm,50lp/mm頻率處對(duì)比度不小于0.5,全視場(chǎng)畸變小于0.7%,各像面照度差異不超過0.3%,四個(gè)分幅一致性高。3設(shè)計(jì)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(gè)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(gè)像面上,實(shí)現(xiàn)了分幅功能。首先分別對(duì)前組和后組透鏡進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),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(duì)比度可達(dá)0.4,全視場(chǎng)畸變小于0.42%,各組之間相同視場(chǎng)的成像差異小于0.4%,四分幅一致性高。4通過對(duì)設(shè)計(jì)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(píng)價(jià),選取多角度耦合分幅光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。系統(tǒng)的像面畸變?cè)?.67%以內(nèi),分辨率不低于150lp/mm。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(jì) 分幅系統(tǒng) Zemax
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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?jī)?nèi)容15-17
• 第2章 高速分幅相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(chǎng)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(jì)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(jì)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(jì)34-52
• 3.3.1 單組物鏡光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)53-54
• 3.4.3 后組透鏡組設(shè)計(jì)54-57
• 3.4.4 系統(tǒng)整體優(yōu)化57-61
• 3.4.5 像質(zhì)評(píng)價(jià)與公差分析61-65
• 3.5 兩種系統(tǒng)對(duì)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(cè)與實(shí)驗(yàn)67-75
• 4.1 引言67
• 4.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)67-69
• 4.3 系統(tǒng)性能測(cè)試方法69-70
• 4.3.1 焦距檢測(cè)69
• 4.3.2 相對(duì)孔徑檢測(cè)69
• 4.3.3 視場(chǎng)檢測(cè)69
• 4.3.4 分辨率檢測(cè)69
• 4.3.5 工作譜段檢測(cè)69-70
• 4.3.6 畸變測(cè)試70
• 4.4 測(cè)試結(jié)果70-74
• 4.4.1 分辨率測(cè)試70-72
• 4.4.2 像面畸變測(cè)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(diǎn)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(jiǎn)介85-86
• 致謝86

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1 江孝國;王遠(yuǎn);金光;鐘興;李洪;石金水;徐振;劉春雨;;超高速高性能門控型三分幅相機(jī)[J];光子學(xué)報(bào);2013年09期

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7 江孝國;王遠(yuǎn);代志勇;楊志勇;李洪;臧宗e，

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