摘要：為提高CCD攝像機的成像質量，同時使鏡頭結構緊湊、小型化，在大視場光學鏡頭的設計中，引入標準二次曲面和偶次非球面。根據初級像差理論，分析了非球面的位置、初始結構參數的求解規律。通過理論計算和ZEMAX光學設計軟件的優化，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%，像質優良。

關鍵詞：CCD攝像機；大視場；光學鏡頭；非球面

引言

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

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

1 設計思想

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

圖1.鏡頭的初始結構示意圖

3 結論

進行CCD 攝像機大視場光學鏡頭設計時，適當引入非球面，可以大大提高成像質量，并且使光學鏡頭結構緊湊，小型化。本文對非球面初始結構參數的求解規律進行了分析，通過理論計算和ZEMAX 光學設計軟件的優化，給出了具體的設計實例。對設計實例成像質量的分析表明，該設計是可行的。