全景环形透镜光学系统的杂散光分析及抑制

摘要

全景环形透镜（Panoramic Annular Lens，简称PAL）是一种具有超大视场的透镜。它通过一个特殊的同时具有折反折表面的光学结构，把360度视场投影在一个平面上，形成一个圆环像。这种结构因为体积小，能实现全景实时监控，使用方便，正在越来越多地被应用于军事、医疗、监控等领域。然而全景环带透镜在有强光的实际运用中经常会出现象杂散光较强、信噪比降低的情况，而其杂散光的抑制又较为困难。因此杂散光分析与抑制就成为了PAL光学系统设计中的重要问题，同时也是长期困扰设计人员的一个难点。
　　本文首先介绍了PAL光学系统的基本原理，然后介绍了光学系统杂散光分析的一些基本知识，之后详细分析了PAL光学系统中杂散光的主要来源，其中不完全透射引起的杂散光是系统中最主要的杂散光。提出了抑制该系统中杂散光的方法，尤其针对不完全透射引起的杂散光，提出了一种全新的抑制方法。为验证消杂散光方法的有效性，通过光学软件ASAP，仿真分析了基于该方法设计的PAL光学系统的杂散光情况，对比于普通的同光学参数PAL系统，结果在50度到85度半视场时由透射面反射引起的杂散光减少了约85％，PAL中不存在不完全透射引起的杂散光，并且其他视场时杂散光也并不会增多，说明文中提出的方法确实可以有效地抑制不完全透射引起的杂散光。最后设计了一个杂散光对比实验，实验结果表明仿真的正确性，表明本文中提出的消杂散光方法可以有效抑制PAL光学系统中的杂散光。

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．1．1 典型的全景成像技术

1．1．2 全景环形透镜

1．2 全景环形透镜的杂散光问题

1．3 论文主要研究内容

2 杂散光概述

2．1 杂散光产生机理

2．2 杂散光的危害

2．2．1 影响系统成像质量

2．2．2 影响像的彩色还原

2．2．3 损伤系统中光学元件

2．3 杂散光的常用计算方法

2．3．1 蒙特卡罗法

2．3．2 光线追迹法

2．3．3 区域法

2．3．4 近轴近似法

2．4 杂散光常用测量方法

2．4．1 黑斑法

2．4．2 点源透过率法

3 PAL杂散光分析与抑制

3．1 PAL杂散光来源分析

3．1．1 直射通过PAL的杂散光

3．1．2 多次反射后进入光阑的杂散光

3．1．3 透射表面反射产生的杂散光

3．1．4 表面散射产生的杂散光

3．1．5 衍射产生的杂散光

3．2 抑制透射面反射引起的杂散光

3．2．1 抑制透射面1反射引起的杂散光

3．2．1 抑制透射面4反射引起的杂散光

3．3 抑制PAL中其他杂散光

3．3．1 抑制直射或多次反射产生的杂散光

3．3．2 抑制表面散射引起的杂散光

3．3．3 抑制衍射产生的杂散光

3．4 小结

4 PAL杂散光仿真

4．1 ASAP简介

4．2 建模与准备

4．3 仿真结果分析

4．4 小结

5 PAL杂散光分析实验

6 总结与展望

6．1 论文工作总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士期间的主要研究成果