高溫爐探測裝置光學系統優化設計

上海博迅優化設計要做的第一步是將可見光的材料換成 系統設計所需要的波段的材料，也就是中波紅外材 料；由于原來是可見光的系統其材料折射率及阿貝 數與所要用的紅外材料差異很大，

在更換材料的過 程中一定同時更改半徑并且控制好系統的像質。更 換材料完成后，要逐步使得所選擇的系統的光學參 數和所要設計的指標相一致，

主要需要變動的是視 場，視場角的加大一定要逐漸完成，否則會出現系統 評價函數太低無法優化的問題。

簡化結構

通過上面的優化，所選擇的七片式系統已經滿 足了設計要求，但是系統的結構比較復雜，鏡片數過 多，也會給裝調帶來困難。

因此決定將系統的結構 簡化，減少鏡片的數量，這樣不僅可以降低成本，也 更便于裝調。采用簡化方法就是把想要移除的鏡片 的前后兩個面曲率半徑增大，直到這兩個面的曲率 半徑接近或者達到無窮。

就是讓鏡片變成平行平 板，然后再把它去掉。在變化曲率半徑的過程中，可 以使用CVVA這個操作數。在去掉一個鏡片之后， 系統的像質會大不如前，為了提高像質就需要繼續 增加非球面的數量，直到滿足設計要求。

最后經過 簡化，把原來七片式的系統簡化成了五片，像質也滿 足設計要求。

優化結果

圖 3 是 優 化 后 的 鏡 頭 結 構 ，鏡 頭 的 總 長 為 50.2mm，焦距為 5mm，系統的第 2、3、4、10、11 面為 非球面，光闌位于第4個面與第5個面之間。

圖4是優化后的五片式調制傳遞函數（MTF）曲 線。從圖4可以看出，在20線對處，系統的MTF曲 線均大于0.8，且接近衍射極限。

 紅外系統很多都是對能量集中度的要求，所以 紅外系統像質的評價經常會用點列圖作為評價標準 彌散斑越小證明成像質量越好。

運用公式計算系統 的艾里斑直徑為5.865μm，在圖5中可以看到彌散斑 RMS 值最大為 5.114μm，均小于艾里斑直徑，表明 系統的成像質量良好。

場曲是反映成像質量的一個重要參數，它反映 了像面的彎曲程度，由圖6可知，場曲校正在0.05mm 范圍內滿足設計要求，畸變雖然不影響成像質量，但 是畸變的大小影響成像的準確性，通過校正，系統畸 變小于3%，滿足設計要求。