摘要：為提高CCD攝像機的成像質(zhì)量，同時使鏡頭結(jié)構(gòu)緊湊、小型化，在大視場光學(xué)鏡頭的設(shè)計中，引入標準二次曲面和偶次非球面。根據(jù)初級像差理論，分析了非球面的位置、初始結(jié)構(gòu)參數(shù)的求解規(guī)律。通過理論計算和ZEMAX光學(xué)設(shè)計軟件的優(yōu)化，給出工作波長為0.4～0.7m、全視場角為80°，相對孔徑為1∶1.5的鏡頭設(shè)計實例。該鏡頭由7塊鏡片組成，包括一個標準二次曲面和兩個8次方非球面；在40lpmm空間頻率處的MTF值超過0.85，全視場畸變小于3%，像質(zhì)優(yōu)良。

關(guān)鍵詞：CCD攝像機；大視場；光學(xué)鏡頭；非球面

引言

CCD攝像設(shè)備在圖像傳感領(lǐng)域的迅速發(fā)展，成為現(xiàn)代光電子學(xué)和測試技術(shù)中最為引人關(guān)注的研究熱點之一。在科研領(lǐng)域，由于CCD具有靈敏度高、噪聲低、成本低、小而輕等優(yōu)點，已成為研究宏觀(如天體)和微觀(如生物細胞)現(xiàn)象不可缺少的工具。在國防軍事領(lǐng)域，CCD成像技術(shù)在微光、夜視及遙感應(yīng)用中發(fā)揮著巨大的作用�？傊�，在各類光電成像領(lǐng)域中，它已逐步取代了真空攝像管的成像系統(tǒng)。

CCD攝像機通過光學(xué)鏡頭將外界的景物成像在CCD光敏面上，因此鏡頭的成像質(zhì)量是決定CCD攝像機性能的關(guān)鍵因素之一。在CCD攝像機某些應(yīng)用中，需要采用大視場光學(xué)鏡頭，在保證成像質(zhì)量的前提下，還要將盡可能多的能量集中到CCD光敏面上，以提高系統(tǒng)的探測距離�？紤]到系統(tǒng)體積質(zhì)量和透過率的限制，必須在鏡頭的設(shè)計中引入非球面。

1 設(shè)計思想

CCD攝像機常用的大視場光學(xué)鏡頭一般采用“反遠距型”光路結(jié)構(gòu)，即由前后分開的2組透鏡構(gòu)成，而且負透鏡在前組成不對稱的光路結(jié)構(gòu)。除了具有后工作距長的特點外，同“雙高斯型”光路結(jié)構(gòu)相比，由于其物方視場角大于像方視場角′ ，因此“反遠距型”光路結(jié)構(gòu)的像差相對容易校正，像面照度比較均勻。因此，得到了廣泛的應(yīng)用。此類鏡頭典型的結(jié)構(gòu)形式如圖1所示，D f′= 1∶2. 5～1∶3. 5， 2 =60°～80°。

圖1.鏡頭的初始結(jié)構(gòu)示意圖

3 結(jié)論

進行CCD 攝像機大視場光學(xué)鏡頭設(shè)計時，適當(dāng)引入非球面，可以大大提高成像質(zhì)量，并且使光學(xué)鏡頭結(jié)構(gòu)緊湊，小型化。本文對非球面初始結(jié)構(gòu)參數(shù)的求解規(guī)律進行了分析，通過理論計算和ZEMAX 光學(xué)設(shè)計軟件的優(yōu)化，給出了具體的設(shè)計實例。對設(shè)計實例成像質(zhì)量的分析表明，該設(shè)計是可行的。

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