一種中繼分幅光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計方法研究.pdf

1、一種中繼分幅光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計方法研究一種中繼分幅光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計方法研究Thestudyonthedesignofopticalsplittingftherelaysystem學(xué)科專業(yè)：光學(xué)工程研究生：呂二陽指導(dǎo)教師：謝洪波副教授天津大學(xué)精密儀器與光電子學(xué)院二零一二年十二月摘要高速相機在自然科學(xué)領(lǐng)域，軍事領(lǐng)域，體育競技，藝術(shù)攝影等方面有著廣泛的應(yīng)用。其中超高速數(shù)字分幅相機已成為激光物理學(xué)，彈道及射程研究，流體力學(xué)，非線性光學(xué)，光譜學(xué)，材料科

2、學(xué)，爆炸過程研究中不可或缺的科研工具。鑒于其重大的實用意義，超高速數(shù)字分幅相機具有重要的研究價值。本文總結(jié)了高速相機的發(fā)展歷程，并圍繞超高速數(shù)字分幅相機，介紹了系統(tǒng)構(gòu)成及各部分工作原理，在此基礎(chǔ)設(shè)計一套超高速數(shù)字分幅相機光機系統(tǒng)，完成的主要研究工作及其創(chuàng)新之處如下：1、對系統(tǒng)設(shè)計要求進行了詳細(xì)的分析，針對分析結(jié)果，確定了光學(xué)系統(tǒng)空間布局、系統(tǒng)縮放比、入瞳位置、系統(tǒng)后截距、像方數(shù)值孔徑、配套物鏡的焦距等參數(shù)。2、根據(jù)系統(tǒng)空間布局及相關(guān)光學(xué)

3、參數(shù)，選擇并確定了初始結(jié)構(gòu)，使用CODEV軟件進行系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計，得到了一套系統(tǒng)光譜范圍在350nm~800nm，系統(tǒng)總長360mm，系統(tǒng)后截距為155mm，系統(tǒng)縮放比為1.28，物方數(shù)值孔徑為0.125，系統(tǒng)分辨率在50lpmm以上，系統(tǒng)畸變在1%以下的非對稱結(jié)構(gòu)中繼光學(xué)系統(tǒng)。通過與不同焦距物鏡配合使用，可以在物距為500mm條件下實現(xiàn)對Ф100mm和Ф200mm范圍的物方線視場進行觀測。3、對系統(tǒng)設(shè)計結(jié)果進行了像質(zhì)評價和公差分析，并使

4、用LightTools軟件進行三維建模，分析了系統(tǒng)分幅后像面亮度差異。結(jié)果表明系統(tǒng)設(shè)計結(jié)果符合要求，像面亮度差異在正負(fù)4%以內(nèi)。4、根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計結(jié)果和系統(tǒng)的空間布局，對系統(tǒng)封裝所需要的機械系統(tǒng)進行了周密的設(shè)計，確定了分幅成像的機械固定方式，并使用三維繪圖軟件對系統(tǒng)的裝配過程進行了模擬驗證。5、按照機械軟件模擬的裝配過程，將加工好的光學(xué)系統(tǒng)和機械結(jié)構(gòu)進行裝配調(diào)試，保證物體經(jīng)過系統(tǒng)后能夠同時清晰成像在四幅像面位置，并且四幅像面關(guān)于中心對