成像光学系统杂散光系数分析与计算

发布时间：2020-11-20 18:02

　　 光学系统成像过程中,探测器上能接收到的光束除按正常光路进行的光束以外,还存在少量非成像光束,这些非成像光束在探测器上扩散的现象称为杂光现象。杂光的存在会导致光学系统成像质量下降,因此,杂光分析和杂光抑制是光学系统设计过程中必不可少的环节。本文详细研究了光学系统杂散光分析的基本理论,对光学系统杂光评价指标杂光系数(VGI)和点源透过率(PST)做了细致的分析。长期以来,人们致力于杂光系数的准确检测,并从理论与实验上相继开展了许多研究工作。一般情况下,杂光系数都是在光学系统加工装调完成之后,才运用实测方法得到,且如果实测结果达不到设计时的要求,需对光学系统的杂光抑制方法进行调整以增强其抑制效果。本文提出了一种在光学设计阶段求得杂光系数的方法。该方法运用光学仿真软件TracePro为光学系统进行建模、分析和光线追迹,运用数学分析软件Matlab对仿真结果进行拟合,最终求得杂光系数。由于折反射式光学系统(如卡塞格林系统、R-C系统等)口径较大、且主镜中心有一圆形孔径,杂光对此类系统的影响十分严重。本文对折反射式光学系统的消杂光措施如遮光罩、挡光环等进行了详细的研究。在设计遮光罩时发现,运用传统方法设计的遮光罩要么外遮光罩长度过长,造成光机系统重量和体积严重增加;要么次镜遮光罩口径较大,使系统中心遮拦增大,造成像面上成像光束照度降低。针对这一问题,本文提出了一种内嵌式遮光罩设计方法。对一典型R-C型光学系统进行内嵌式遮光罩设计,并与传统方法设计的遮光罩进行对比,结果表明,采用内嵌式遮光罩,可使光学系统外遮光罩长度明显缩短,中心遮拦减小,同时杂光抑制能力良好。
【学位单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O43
【部分图文】：

第 1 章 绪 论题背景及研究的目的和意义系统在对物体成实像时，像面上除了正常成像的光束外，尚有少量种现象称为杂光现象。这些叠加到像面处、不参与直接成像的有害称杂光[1]。随着光学系统探测要求越来越高，对杂光抑制能力的要此杂光分析一直以来是国内外学者重点关注的问题。系统中的杂光会使成像画面如蒙薄雾，主要是因为大量的杂光到达个近似均匀的附加照度被探测器接收；其次，杂光的存在会使系统降低。由于杂光的影响，目标成像画面中暗部阶调的再现受到破坏导致画面的对比度降低、层次（即区分整个画面不同阶调的能力）质感，显得平淡模糊，如图 1.1 所示。在彩色电影或彩色电视中，色彩失真、彩色饱和度（色浓度）下降以及色彩陈旧，严重影响成光检测与 MTF、畸变、光谱透射比等的检测一样，也是光学系统像之一[2-4]。

）等光学系统良好的轴外像差校正特性，广泛应用于航空航天的诸多领相机、星敏感器等。但是这类折反射式光学系统口径大、且主镜中心有杂光会通过主镜中心到达探测器，因此杂散光是影响此类光学系统成像素。若杂散光抑制不好，轴外强杂光光源（如太阳）在像面上形成的杂信号光。因此，在进行光学系统设计过程中，需要进行杂光分析和杂光设计合适的消杂光措施，使光学系统成像质量达到要求。反射式光学系统进行航空航天观测时，大口径的光学系统能够接收到更多的光能量。因用于航空航天的光学系统是反射式或折反射式系统。反射式光学系统由个次镜组成，主镜为凹面镜，次镜为凹面镜或凸面镜。若次镜为凸面镜系统；若次镜为凹面镜，为格雷戈里反射式系统。卡塞格林系统有效焦距里系统为负。为了增大光学系统观测视场角及校正像差，通常在反射式入透镜组，这种由反射镜和透镜共同组成的系统称为折反射式光学系统 即为共轴反射式光学系统结构。

图 2.2 折反射式光学系统常用消杂光措施共轴折反射式光学系统由于存在中心遮拦，会对像质造成影响。如图 2.3 心遮拦对调制传递函数的影响。A 为无中心遮拦时调制传递函数，B 到 D 逐渐增大时的调制传递函数图像。可以看出，中心遮拦会使系统像质降低式光学系统设计时，须重点考虑中心遮拦造成的影响。
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 朱杨;张新;伍雁雄;曲贺盟;张继真;王灵杰;;离轴反射式空间天文望远系统设计及其杂散光抑制研究[J];光学学报;2014年08期

2 李岩;刘剑峰;;红外光学遥感器内杂散光和外杂散光的综合抑制研究[J];光学学报;2013年09期

3 沈易;李欣耀;陈福春;;风云二号辐射计的红外杂散光抑制研究[J];红外;2013年08期

4 林剑春;孙丽崴;陈博洋;王威;范冰清;陈凡胜;;同轴两反光学系统杂散光分析及内遮光罩优化设计[J];中国激光;2013年01期

5 陈学;孙创;夏新林;;具有蜂窝内壁的遮光罩杂散光抑制特性分析[J];光学学报;2012年05期

6 孙可;江厚满;程湘爱;;R-C系统中由表面散射引起的视场内杂散光分布[J];国防科技大学学报;2012年01期

7 李晓平;沙晟春;胡亭亮;;长焦距离轴三反光学系统杂散光的抑制[J];光学精密工程;2011年11期

8 闫佩佩;樊学武;;R-C光学系统设计及杂散光分析[J];红外技术;2011年04期

9 肖静;张彬;姚秀文;曾曙光;李方清;何盼;;镜面污染对红外光学系统杂散辐射性能的影响[J];红外与激光工程;2011年03期

10 廖志波;焦文春;伏瑞敏;;透射式光学系统杂光系数计算方法[J];光子学报;2011年03期

相关博士学位论文 前1条

1 梅超;大口径多光谱变焦光学系统杂散光分析与抑制技术研究[D];中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）;2014年

相关硕士学位论文 前3条

1 韦琪;地基太阳望远镜光学系统的红外杂散光分析[D];云南大学;2015年

2 周军;红外目标探测系统的杂散辐射研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

3 尚玲;天基可见光探测相机光学系统设计及杂散光分析[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2011年

本文编号：2891794