[发明专利]一种增加大视场像面相对照度均匀性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学工程设计中增加视场像面相对照度均匀性的方法，尤其适合低照度大视场像面相对照度均匀性的提高。

背景技术

相对照度是指像平面不同坐标点的照度和中心点照度之比。在一个成像系统中，如果相对照度较小，像平面的照度则很不均匀，容易产生某些位置曝光不足或中心过曝光的问题，较大影响光学仪器的成像质量，因此在光学设计的过程中，需要对像平面的照度进行分析计算并采用一定的方法提高像面的照度的均匀性。

提高像面的照度的均匀性通常在光路中采用镀膜的方法，比如在光路中设置渐变滤光片。渐变滤光片选用中心透过率低，边缘透过率高的渐变衰减膜层对光路进行补偿即可提高像面的均匀性；采用中性滤光膜则降低了透镜总的透过率，对于低照度环境下的成像不宜适用。

综上所述，现有技术普遍采用的方法实际上都是降低透镜系统的透过率，以牺牲总体照度为代价来保证中心照度与边缘照度的平衡，才使得视场像面的相对照度均匀。

发明内容

本发明突破传统固有思维，提出了一种全新的补偿像面照度的理论和方法，不影响成像系统的透过率，经理论计算验证和实验，可以在较大的视场范围内增加像面的边缘照度，切实提高了提高像面照度的均匀性，尤其适合低照度大视场成像系统的光学系统工程设计。

畸变在一般光学成像中，作为一种像差，设计者总是想办法予以校正，然而，在光学成像观测视场比较大的情况下，系统往往残留一定的畸变而无法消除，本发明逆向思维，提出利用畸变对大视场边缘的照度进行弥补，提高像面照度的均匀性。畸变有桶形畸变(负畸变)和枕形畸变(正畸变)两种，桶性畸变可以提高轴外视场的相对照度，而枕形畸变与之相反。

理论验证如下：

对于无限共轭系统，像平面的相对照度公式为：

E=Φds′=πd2*L*ds*cos4W*τo4*R2*ds′---(1)]]>

式中，物平面的发光亮度，光学系统设计视场W，光学系统透过率τ_o，d/2R等于物方的数值孔径，这些参数在设计时已由设计条件给定，这样在公式中只剩下ds/ds′一项，由于dsds′=β-2,]]>β为光学系统的成像放大率，在理想成像系统中光学系统的成像放大率恒等于某个定值，在非理想成像系统中，β可能在一定的范围内发生一些变化，当边缘视场的成像放大率小于中心视场的放大率时，边缘视场的照度可以得到一定程度的提高。

在光学系统存在畸变情况下的照度计算：

光学系统畸变是指成像系统中，理想像高和实际像高之差和理想像高的比值，用数学公式描述为