針對目前霧霾天氣搜尋-跟蹤的成像需求,同時(shí)出于降低光學(xué)系統(tǒng)加工裝調(diào)難度、減弱熱效應(yīng)對像質(zhì)影響的考慮,設(shè)計(jì)了一款加入波前編碼技術(shù)的大焦深、大靶面、連續(xù)變焦、近紅外光學(xué)系統(tǒng)。利用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件,通過在系統(tǒng)孔徑光闌處放置立方位相編碼板并優(yōu)化位相板參數(shù),獲得系統(tǒng)變焦范圍內(nèi)任意焦距處的最大拓展焦深,分析了不同焦距處系統(tǒng)的焦深延拓倍率。該系統(tǒng)工作波段為1. 20～1. 67μm,具有良好的透霧性能,焦距為18～90 mm,探測器靶面為全畫幅,搜索視場較大,有利于發(fā)現(xiàn)目標(biāo);在不同變焦位置,短焦端焦深最大為傳統(tǒng)系統(tǒng)的6. 43倍,長焦端焦深最大為傳統(tǒng)系統(tǒng)的3. 21倍,大大改善連續(xù)變焦系統(tǒng)對像面定位精度的敏感性,從而使該系統(tǒng)不僅具有優(yōu)良像質(zhì),也使設(shè)計(jì)、加工、裝調(diào)要求更加寬松,并有利于消除熱效應(yīng)的影響。

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【部分圖文】：

圖1 變焦系統(tǒng)補(bǔ)償原理圖

在波前編碼技術(shù)中，非球面位相編碼元件的面形可以選擇立方相位板、對數(shù)相位板、指數(shù)相位板等。其中立方相位板最為常用，因其打破了旋轉(zhuǎn)對稱性，能夠獲得較大的焦深擴(kuò)展范圍。采用多項(xiàng)式形式立方相位板時(shí)，光瞳函數(shù)表達(dá)式可寫為

圖2 變焦系統(tǒng)長焦和短焦?fàn)顟B(tài)時(shí)的孔徑光闌口徑變化

式中:εs、εl分別為短焦、長焦端的3次位相板參數(shù)。由圖2可知，Rs>Rl，因此εs<εl．可知從短焦端到長焦端，系統(tǒng)的3次位相板參數(shù)不斷增大。由(4)式可知，當(dāng)位相板參數(shù)越大，系統(tǒng)OTF與離焦量相關(guān)性越小。但位相板參數(shù)大到一定程度，加入的光瞳波前像差過大，高頻信息丟失，得到的模....

圖3 不同變焦位置的MTF

圖3為系統(tǒng)調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)曲線。由于篇幅限制，僅列出短焦、中焦、長焦位置的MTF曲線。由于探測器像元為12.5μm，觀測該系統(tǒng)奈奎斯特頻率40lp/mm處MTF值，均大于0.05，說明該系統(tǒng)像質(zhì)較好。系統(tǒng)連續(xù)變焦凸輪曲線設(shè)計(jì)結(jié)果如圖4所示，其中橫坐標(biāo)表示凸輪軸向轉(zhuǎn)動的角度....

圖4 系統(tǒng)凸輪曲線

系統(tǒng)連續(xù)變焦凸輪曲線設(shè)計(jì)結(jié)果如圖4所示，其中橫坐標(biāo)表示凸輪軸向轉(zhuǎn)動的角度，縱坐標(biāo)表示變倍組和補(bǔ)償組隨凸輪轉(zhuǎn)角的矢量運(yùn)動距離。由圖4可見凸輪曲線十分平滑，變倍組線性運(yùn)動，補(bǔ)償組非線性運(yùn)動且導(dǎo)程很小，十分有利于加工。3.2波前編碼位相板設(shè)計(jì)與成像模擬

本文編號：4051784