高温炉探测装置光学系统优化设计

上海博迅优化设计要做的第一步是将可见光的材料换成 系统设计所需要的波段的材料，也就是中波红外材 料；由于原来是可见光的系统其材料折射率及阿贝 数与所要用的红外材料差异很大，

在更换材料的过 程中一定同时更改半径并且控制好系统的像质。更 换材料完成后，要逐步使得所选择的系统的光学参 数和所要设计的指标相一致，

主要需要变动的是视 场，视场角的加大一定要逐渐完成，否则会出现系统 评价函数太低无法优化的问题。

简化结构

通过上面的优化，所选择的七片式系统已经满 足了设计要求，但是系统的结构比较复杂，镜片数过 多，也会给装调带来困难。

因此决定将系统的结构 简化，减少镜片的数量，这样不仅可以降低成本，也 更便于装调。采用简化方法就是把想要移除的镜片 的前后两个面曲率半径增大，直到这两个面的曲率 半径接近或者达到无穷。

就是让镜片变成平行平 板，然后再把它去掉。在变化曲率半径的过程中，可 以使用CVVA这个操作数。在去掉一个镜片之后， 系统的像质会大不如前，为了提高像质就需要继续 增加非球面的数量，直到满足设计要求。

最后经过 简化，把原来七片式的系统简化成了五片，像质也满 足设计要求。

优化结果

图 3 是 优 化 后 的 镜 头 结 构 ，镜 头 的 总 长 为 50.2mm，焦距为 5mm，系统的第 2、3、4、10、11 面为 非球面，光阑位于第4个面与第5个面之间。

图4是优化后的五片式调制传递函数（MTF）曲 线。从图4可以看出，在20线对处，系统的MTF曲 线均大于0.8，且接近衍射极限。

 红外系统很多都是对能量集中度的要求，所以 红外系统像质的评价经常会用点列图作为评价标准 弥散斑越小证明成像质量越好。

运用公式计算系统 的艾里斑直径为5.865μm，在图5中可以看到弥散斑 RMS 值最大为 5.114μm，均小于艾里斑直径，表明 系统的成像质量良好。

场曲是反映成像质量的一个重要参数，它反映 了像面的弯曲程度，由图6可知，场曲校正在0.05mm 范围内满足设计要求，畸变虽然不影响成像质量，但 是畸变的大小影响成像的准确性，通过校正，系统畸 变小于3%，满足设计要求。