成像光学系统杂散光系数分析与计算

论文摘要

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。

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ABSTRACT

第1章绪论

1.1 选题背景及研究的目的和意义

1.2 杂散光分析的国内外研究现状

1.2.1 国外杂散光研究现状

1.2.2 国内杂散光研究现状

1.3 论文的主要内容

第2章光学系统杂散光分析的基本理论

2.1 折反射式光学系统

2.2 杂散光的来源与分类

2.3 杂散光分析的基本方法

2.4 光学系统杂散光抑制方法研究

2.4.1 光学系统遮光罩的设计

2.4.2 挡光环的设计

2.4.3 光阑的使用

2.4.4 结构表面处理的方法

2.5 小结

第3章杂散光对光学系统的影响

3.1 杂光抑制能力的评价指标

3.1.1 杂光系数

3.1.2 点源透过率（PST）

3.1.3 杂光系数和点源透过率之间的关系

3.2 光学系统成像质量评价

3.2.1 光学传递函数

3.2.2 其它像质评价方法

3.3 光学系统杂光抑制能力与探测能力的关系

3.4 小结

第4章成像光学系统杂光系数分析与计算

4.1 R-C型光学系统的结构

4.2 结构表面特性建模

4.3 杂散光的光线追迹

4.4 仿真结果及分析

4.5 小结

第5章 R-C型光学系统内嵌式遮光罩设计与分析

5.1 非成像直射杂散光的危害

5.2 传统外遮光罩设计方法的缺陷

5.3 内嵌式遮光罩设计原理

5.4 内嵌式遮光罩对中心遮拦的影响

5.5 设计实例及仿真结果分析

5.5.1 R-C型光学系统的结构

5.5.2 内嵌式遮光罩设计

5.5.3 成像质量对比

5.5.4 杂光抑制能力对比

5.6 小结

第6章结论与展望

6.1 论文工作总结

6.2 本文的创新点

6.3 展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果

发表论文情况

参与项目经历

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 孙林

导师: 崔庆丰

关键词: 光学设计,杂散光,点源透过率,杂光系数,遮光罩,内嵌式

来源: 长春理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 长春理工大学

分类号: O43

总页数: 70

文件大小: 3121K

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