成像微光度计光学设计与实现中几个问题的探讨(2)

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-02 原文发表:2007-07-02 人气:2

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（4）

（mrad）（5）式中，f′?D系统像方焦距； Dx、Dy?DCCD光敏面单个接收像元的尺寸。考虑光学系统对系统分辨率的贡献，成像微光度计系统总的分辨率有：

（6）式中，Nopt?D光学系统的分辨率； NCCD?DCCD的极限分辨率。考虑实际工程实现的难度，NCCD选取平常值的2～3倍。4、相对孔径D/f′ 此参数根据光学系统中对光能的要求和对细节的分辨能力的要求来确定，此外还需要考虑视场中分辨率、畸变、景深、像质等要求。摄影物镜的分辨率由衍射极限和瑞利准则定义，理想分辨率s和物镜的相对孔径D/f′关系 [4]为：

（7）式中，l?D入射光波长，l=555nm； n?D折射率。这样，在CCD像面上的光照度有[5]：

（8）式中，E?DCCD像面上的光照度； t1、t1?D光学系统透过率； w?D视场角； S1?D被测荧光屏面积； S2?DCCD靶面成像面积。　在本红外静态参数测试系统中，成像微光度计基本的测试对象是红外热像仪的显示器，因此亮度变化较小，测试过程中主要以暗背景环境为主，设计中采用大通光孔径镜头。另外，考虑到测试热像仪调制传递函数（MTF）的需要，以中性滤光片转换作为光度衰减和调节手段，不采取变换光圈的方法。5、视场　视场参数的设计中综合考虑了视场中光照度均匀性要求、畸变、像差等方面的影响。基于面阵CCD光敏面的视场大小和放大率因素，按照如下公式计算：

（9）

（10）　式中，a、b?D面阵CCD光敏面的尺寸； 2wx、2wy?Dx、y方向的视场角。　考虑像面照度均匀性要求，视场轴外照度E′和视场中心照度E的比值为[5]：

（11）　在系统设计中要求视场边缘与中心照度的偏差小于2%，则w小于5°即2w小于10°五、光学系统设计的条件和参数测试结果 1、光学系统设计的基本前提条件物距：200mm～400mm；面阵CCD有效像素数：752(水平)×582(垂直)；像素尺寸：8.6mm×8.3mm；最小照度：0.02 lx；面阵CCD光敏面尺寸：6.4mm×4.8mm。2、实际参数测试结果：畸变：小于0.6%；调焦范围：大于30mm；镜头分辨率：大于110lp/mm。六、结束语　在光学系统设计中，由于系统性能和制作工艺等方面的影响，各个基本参数都是相互制约的。通过整体设计，可使得各个光学部件在性能上能够相互配合；选择合适的光学结构参数和光学元器件，可以使预定的技术要求在最大限度上得以实现。　面阵CCD已经越来越多的应用到光电测试和图象采集的各个领域，我们相信，通过对基于面阵CCD的成像微光度计光学系统的分析和设计，本文将会对面阵CCD在其它领域的设计和应用提供有益的帮助。

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