光学论文关于论红外探测光学系统论文范文参考资料

光学论文关于论红外探测光学系统论文范文参考资料 的像差。就一个实际中的光学系统而言，垂轴放大率，出项在一对像、物共轭的平面上的，会伴随着视场角度的大小而发生改变。这样的结果就是像相对于物失去了其中的相似性。看下图2.8， 由于畸变在光学系统中存在，导致了垂直于光轴的方格子将形成一个变形的格子像。 其实主光线像差就是畸变，其主要的决定因素是主光线的光路，只会出现像的变形，对于像的清晰度没有影响，这一点与其他像差不同。对于一般的光学系统来说，畸变对整个系统的影响不是特别大 ，假如我们在测量系统物体的大小时需要用到像的大小时，这个时候我们就需要对畸变进行校正和优化。 图2.8 畸变 2.5 色差 对于不同的波长的色光，其在同一个光学材料中的折射率是不同的，统一孔径的不同的色光的光线在通过光学系统过后，会与光轴出现不相同的交点。如果色光和孔径不相同，那么交点也会不一样。无论物点得像出现在什么像面上，其都会是一个彩色的弥散斑的形状。通常我们就不同色光间 成像的大小与位置的差异称作色差。一般色差有2类，即位置色差（轴向色差）与倍率色差（垂轴色差）。 2.5.1 轴向色差-沿光轴度量的色差 轴向色差就是在轴上的点的两种色光在成像位置出现差异，同样也可以称为位置色差。一开始我们要确定下使用两个色光的色差，把这两个色差在谱线之中较长波长谱线的像点的位置确定为基准色差，以把色差用数值表示。如图2.9所示，1与2为作为谱线的波长，为长波长色光的波长，所以轴向色差就是 。 图2.9 轴向色差 2.5.2 垂轴色差-沿垂轴方向度量的色差 在完成对光学系统的轴向色差进行校正后，只会出项轴上所有点的色光的像合在一起，而想让色光的焦距相同是不太可能的。所以，同一个物体它所成得像的大小会由两种色光的放大率来决定。而这种情况就会出现垂轴色差，一般也可以被称为放大率色差 。一般我们对于垂轴色差的定义是：于轴外点的两种色光，其主光线在单色光像差的色光的高斯面上面的交点的高度差。 看下图2.10，就目视光学系统而言，其垂轴色差一般都是使用C、F 2中色光的主线光，其在D光的高斯面上面焦点的高度差。 图2.10 垂轴色差 由于垂轴色差的存在，导致了所成像的模糊以及轴外点清晰度的破坏，所以，必须要对大视场光学系统的垂轴色差进行校正。其中校正垂轴色差一般定义是，位于某视场中的2中色光让其垂轴色差变成零。当垂轴色差出现正的时候表示校正过度了，为负时为校正不足。当对称式光学系统以=-1成像时，可以自动消除垂轴像差。 2.6 几何像差综述 在以上叙述的7种像差中，属于细光束像差的有像散、场曲、畸变和垂轴色差，而属于宽光束像差球差、慧差和轴向色差。细光束像差会随着视场的增大而增大，宽光束像差会随着孔径的变大从而变大。对相差进行矫正的时候，只需要按照系统的实际要求，有目的性的去校正，而不是所有的像差都需要校正。光学系统按照使用条件上可以分为大视场大孔径光学系统、大视场小孔径光学系统以及小视场大孔径光学系统。 对于大视场大孔径光学系统来说，我们不但要考虑到轴向色差与球差等一系列轴外点的像差，还需要考虑到场曲、像散、慧差、畸变和垂轴色差等等一系列的轴外像差。上述的这一系列像差一般都是相互一起存在的，因为它们的使得像点成弥散斑的形貌，这些像点形貌的大小上可以直接看出像差的大小。这个没有像小视场一样对像差有严格的要求，因此常称为这样的系统为大像差系统。如照相物镜、像方扫描的红外光学系统，都属于这一类。 对于大视场小孔径光学系统来说，由于孔径小的原因，使球差、轴向色差能够比较容易的校正。但是由于大的原因，我们要校正好像散、场曲、垂轴色差等轴外像差。 有关小视场大孔径的光学系统，其轴外像差不是很突出、视场很小。所以我们在分析的时候只要侧重于研究其轴向色差、球差等和孔径相关的像差。所以我们 在进行像差校正时用到的变数会很少，结构也简单。这样的系统一般都是像望眼镜这样的目视仪器物镜比较多。它也被称作为小像差系统，这是因为这种系统对像差要求严格的缘故。而关于物方扫描式的红外光学系统，在进行考虑时，主要注重的是轴外电慧差、色差和轴上点球差，这是由于瞬时视场很小的缘故。对于反射式红外光学系统则不存在色差。 第3章 红外成像光学系统设计 3.1 红外成像光学系统的像质评定 怎样设计一个能够测量光学装置成像效果的系统一直以来是整个光学研究领域的关键。这是由于在目前的设计方案中还解决不了成像的像差问题，这个是整个光学研究领域遇到困难的根本原因，像差是涉及到整个装置成像的质量效果的关键因素。我们反而可以利用这一点，通过测量光学装置成像的像差多少就能够判断这个装置的设计是否达到标准，所以可以设计一个基于像差的光学系统，通过这个系统开展像差的质量的评估是光学工作者必须要做的工作。 在技术被世界各个国家应用以前，在整个的光学研究领域中，通常都是基于像差这个被大众认同的方案来设计需要的光学装置的。通常是这样来评估一个装置的成像效果的：设计人员首先把这个装置里各种光的几何形状的差异计算出来，然后开展整个光学装置的成像效果测量。由于现在光线光路的计算已是很容易的事情，因此这种方法实际上在现在仍被广泛使用来更详细的计算各种像差。 将这些几何像差与这个领域的一些已经研究出来的数据作比较，这些数据通常是几何像差的一个范围，只要是我们计算出来的差异数据在这个范围的最小值里面就都能够被认定是正常的。这种方法虽然简便，但是它却不是能够实现对整个光学装置的成像质量正确测量的好方案。这是因为在获取特定的范围时，总是基于假设某个方面是理想的状态。而在实际中，系统的像差形式往往不同且多种像差同时存在。另外，还有一些规定的数据范围根本就没有完善的数据理论支持，仅仅是因为研究人员日常的研究经验获得。综上所述，利用这个方案只能够实现一个大概的测量，并不能够实现很好的效果。 在这几年光学领域的研究中渐渐开始吸收一个非常有效地方案，这个方案就是传递函数，它的作用就是用来开展一些成像质量的测量工作。具体分析这个方案就能看出，它的工作原理是这样的，因为在整个的光学装置中会存在一个等晕区，通常在这个范围内会有一个关于光的不变特性，这样就能够利用这个特性开展一系列的光学信息研究，通过傅里叶这个数学工具就能够很好的解读它里面的信息，从而基于这个信息得出相关的测量。这个方案刚开始是应用于通信领域的，光学研究人员巧妙的借用到光学领域，很好的解决了这个难题。目前这个方案正在受到广大的相关人员注意，也成为了新一代的测量评估方案。这次我们主要是在研究整个光学装置的设计过程中，这个理论的具体应用情况。 3.1.1 利用光学传递函数评价成像质量 在整个的光学装置设计中，设计人员可以利用光学的传递函数开展相关的光学装置效果研究，比如说，这个装置对于特定物体的各种频率下是否具有很好的传输能力。这里的不同频率主要是分为三种情况，第一种情况是当这个频率是处于高频时，通过研究就能很好的了解关于这个物体传递的具体细节方面的内容。第二种情况就是当处于一个低频状态时，就能够很好的把整个物体的外观方面的光线情况了解透彻。最后一种是当处于中频的状态时，设计人员能够实现对这个东西整体层次的相关情况。