超高速数字分幅相机中光学分幅系统的设计

论文摘要

超高速数字分幅相机广泛应用于光谱学、光电子学、动力学、材料科学、流体力学、非线性光学、激光物理学、等离子物理学、弹道及射程研究、爆炸研究、冲击波研究等科技与工程领域。因此,超高速数字分幅相机的研制具有重要意义,已经成为国内外学者研究的热点之一。本文的工作就是围绕超高速数字分幅相机中光学分幅系统的设计展开的,完成的主要研究工作和创新之处如下:1.完成了超高速数字分幅相机的研制方案的制定超高速数字分幅相机由光学分幅系统、快门系统、信号采集及处理系统三部分组成。通过光学分幅系统获取四路光信号,快门系统控制光信号的获取时间,信号采集及处理系统把CCD产生的电信号并进行相应的处理。2.完成了光学分幅系统的研制方案的制定光学分幅系统采用棱锥分光的方式,主要由前物镜组、目镜组、反射镜组及后物镜组构成。其中,反射镜组中的分光棱锥是本光学分幅系统的关键元件。它的四个反射面分别与光轴成45度角,能够均匀地将平行光束分成四路。3.设计了光学分幅系统并分析了成像质量由于光学分幅系统的结构非常复杂,因此对前物镜组、目镜组、后物镜组分别进行了设计与分析,各镜组的成像质量均达到了衍射极限。整个光学分幅系统的成像质量达到了衍射极限,动态极限空间分辨率达到了16 lp/mm。4.建立光学分幅系统的三维立体仿真模型使用光学辅助设计软件ZEMAX,并结合机械设计软件SOLIDWORKS,在ZEMAX的非序列模式下建立了光学分幅系统的三维立体仿真模型。其中,关键元件——分光棱锥的模型是在SOLIDWORKS下建立的。5.对光学分幅系统进行了位图分析采用ZEMAX的高级像质分析工具——位图分析功能,非常直观地对光学系统进行了像质分析。结果表明光学系统的成像质量相当理想。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究意义
• 1.3 国内外研究动态
• 1.4 论文工作及章节安排
• 第二章 超高速数字分幅相机
• 2.1 工作原理
• 2.2 设计要求
• 第三章 光学设计基本理论
• 3.1 基本定理
• 3.2 像差
• 3.3 光学工程
• 第四章 设计原理及工具
• 4.1 设计原理
• 4.2 ZEMAX简介
• 4.3 ZEMAX的工作模式
• 4.4 ZEMAX的功能
• 第五章 前物镜组的设计与分析
• 5.1 初始结构
• 5.2 参数调整及优化
• 5.3 像质分析
• 第六章 目镜组的设计与分析
• 6.1 设计方法
• 6.2 像质分析
• 第七章 后物镜组的设计与分析
• 7.1 设计方法
• 7.2 像质分析
• 第八章 系统设计与分析
• 8.1 设计方法
• 8.2 像质分析
• 8.3 公差分析
• 8.4 立体建模
• 8.5 位图分析
• 第九章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文