传像光纤束的物镜设计.pdf

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1、万方数据第35卷第9期2005年9月激光与红外IASER&INFRAREDV01．35，No．9September，2005文章编号：1001-5078(2005)09-0697-03传像光纤束的物镜设计李东源1，阎秀生2，张晓光2，郑荣山2，侯蓝田1，周桂耀1，张守立2(1．燕山大学红外光纤与传感研究所，河北秦皇岛066004；2．东北电子技术研究所，辽宁锦州121000)·光学元件·摘要：在大截面传像束前置光学系统设计中，采用“负一正”型式的像方远心光路结构，在像差校正过程中引入标准二次曲面和偶次非

2、球面，能很好地解决镜头轴外像差校正与像面照度均匀性问题，同时使镜头结构紧凑、小型化。通过理论计算和ZEMAX光学软件的优化，给出工作波长0．8—1．1斗m，焦距5mm，相对孔径为1：3．8，光学长度为47．5mm，视场角为600的镜头设计实例。对设计结果的分析表明，该镜头在311p／mm空间频率处的MTF值超过0．78，像质优良。关键词：应用光学；前置物镜；光纤传像束；非球面；像方远心光路中图分类号：0439文献标识码：BTheReceivingLensDesignofImageGuideFiberBu

3、ndleLIDong—yuanl，YANXiu—shen92，ZHANGXiao—guan92，ZHENGRong—shan2，HOULan—tianl，ZHOUGui—ya01，ZHANGShou—li2(1．InfraredOpticalFibers&SensorsInstituteofYanshanUniversity，Qinhuangdgo066004，China2．TheNortheastResearchInstituteofElectronictechnology，Jinzhou121000

4、，China)Abstract：Tomakethelenssmallinsize，compactinstructure，andtOmaketheilluminationatitsimageplaneeven鹊well．thefrontlensisdesignedwith“negative—positive’’telecentricstructureintheimagespaceandaspheriesur-face．7rheresultofdesignisshown访tllcalculationando

5、ptimizationofopticaldesignsoftwareZEMAX．whoseoperat—ingwavelength，focallength，angleofview，relativeaperture，opticallengthrespectivelyare0．8～1．1斗m，5mm，60。，1：3．8，47．5mm．TheMTFvalueofthelensis0．78attllespatialfrequencyof31lp／m／n．Keywords：appliedoptics；frontl

6、ens；imageguidefiberbundle；aspheficsurface；teleeentricstructureintheimagespace1引言光纤传像束(简称传像束)是将多根一定长度的光纤，有规则地集合成束而达到能传递图像的纤维光学元件，也是一种可任意弯曲的传输图像的无源器件。由于其特有的不可替代的特性，被广泛应用于医学、工业、科研、军事等众多领域Hq1。一般应用对成像质量要求不高，前置成像物镜比较简单。随着CCD成像技术和大截面光纤传像束技术的发展，在某些特殊的应用场合(例如对特定激

7、光信号进行探测)，为了保证系统具有较高的探测距离和定位精度，采用了大截面光纤传像束，对传像束前置光学系统的成像质量和通光口径提出了更高的要求，传统的设计已经不能满足要求，必须对前置光学系统进行优化设计旧J。2设计原理传像束通过成像物镜把目标成像于其端面上，该端面上的图像可以看作是由许多亮度不等的像元作者简介：李东源(1971一)，男，博士生，主要从事光电探测系统，光学设计的研究工作。E—mail：ldy710527@sina．corn收稿日期：2005-03-02万方数据698激光与红外第35卷所组成。

8、每根光纤都有良好的光学绝缘，其独立传光面不受邻近其它光纤的影响。传像束实际上是利用单根光纤的传光来达到其传像目的。因此，在传像束前置物镜设计时，一定要满足光纤的全反射条件，使入射光线的数值孔径小于光纤的数值孑L径。在设计时，仅仅使前置物镜的像方数值孔径与传像束的物方数值孔径相匹配是不够的：因为轴上物点的成像光束关于光轴对称，能全部进入传像束；而轴外物点成像光束关于主光线对称，其一部分上光线或一部分下光线的入射角将会超过传像束的数值孔径角，导