焦深延拓的透雾连续变焦光学系统设计

发布时间：2025-06-21 02:37

　　 针对目前雾霾天气搜寻-跟踪的成像需求,同时出于降低光学系统加工装调难度、减弱热效应对像质影响的考虑,设计了一款加入波前编码技术的大焦深、大靶面、连续变焦、近红外光学系统。利用光学设计软件,通过在系统孔径光阑处放置立方位相编码板并优化位相板参数,获得系统变焦范围内任意焦距处的最大拓展焦深,分析了不同焦距处系统的焦深延拓倍率。该系统工作波段为1. 20～1. 67μm,具有良好的透雾性能,焦距为18～90 mm,探测器靶面为全画幅,搜索视场较大,有利于发现目标;在不同变焦位置,短焦端焦深最大为传统系统的6. 43倍,长焦端焦深最大为传统系统的3. 21倍,大大改善连续变焦系统对像面定位精度的敏感性,从而使该系统不仅具有优良像质,也使设计、加工、装调要求更加宽松,并有利于消除热效应的影响。

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

图1 变焦系统补偿原理图

在波前编码技术中，非球面位相编码元件的面形可以选择立方相位板、对数相位板、指数相位板等。其中立方相位板最为常用，因其打破了旋转对称性，能够获得较大的焦深扩展范围。采用多项式形式立方相位板时，光瞳函数表达式可写为

图2 变焦系统长焦和短焦状态时的孔径光阑口径变化

式中:εs、εl分别为短焦、长焦端的3次位相板参数。由图2可知，Rs>Rl，因此εs<εl．可知从短焦端到长焦端，系统的3次位相板参数不断增大。由(4)式可知，当位相板参数越大，系统OTF与离焦量相关性越小。但位相板参数大到一定程度，加入的光瞳波前像差过大，高频信息丢失，得到的模....

图3 不同变焦位置的MTF

图3为系统调制传递函数(MTF)曲线。由于篇幅限制，仅列出短焦、中焦、长焦位置的MTF曲线。由于探测器像元为12.5μm，观测该系统奈奎斯特频率40lp/mm处MTF值，均大于0.05，说明该系统像质较好。系统连续变焦凸轮曲线设计结果如图4所示，其中横坐标表示凸轮轴向转动的角度....

图4 系统凸轮曲线

系统连续变焦凸轮曲线设计结果如图4所示，其中横坐标表示凸轮轴向转动的角度，纵坐标表示变倍组和补偿组随凸轮转角的矢量运动距离。由图4可见凸轮曲线十分平滑，变倍组线性运动，补偿组非线性运动且导程很小，十分有利于加工。3.2波前编码位相板设计与成像模拟

本文编号：4051784