光电成像系统基础ppt.ppt

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1、第三章光电成像系统基础§3.1光学元器件§3.2典型光学元件的物像关系§3.3光学系统的参数§3.4像差§3.5光辐射的调制光电探测系统在光电信息技术中的主要作用就是发射和接收辐射通量，并把目标的辐射、反射以及散射会聚到探测器的光敏面上，而且要求有良好的成像质量。光敏面接收到的辐射、反射以及散射信号经探测器转换成相应的电信号输出。光学系统是由光学元器件构成，光学元器件质量的好坏直接影响着光学系统的成像质量、探测精度和准确度。要将光学系统接收的光辐射通量转变成电信号输出，必须对光辐射通量进行调制。本章主要围绕光电成像系统的任务，讨论常用的光学元器

2、件的作用，系统参数及像差、典型光学系统的组成等问题，本章最后一部分还将讨论光学调制问题。§3.1光学元器件3.1.1透镜元器件（成像）以两个折射面为边界的透明体称为透镜，通常以光学玻璃为原材料，磨制成形后将折射面抛光而成。两个折射面中可以有一个平面，但两个折射面都是平面者不能称为透镜。由于透镜两个表面的折射，具有对光束的会聚或发散作用，能根据需要在所需位置形成物体的像。1.正透镜和负透镜透镜可分为正透镜和负透镜两类。正透镜具有正的像方焦距，从而有正的光焦度，能对光束起会聚作用，故又称为会聚透镜。负透镜具有负的光焦度，对光束起发散作用，故又称发散

3、透镜。类似于正透镜，负透镜也可分为双凹、平凹和月凹（负弯月）几种形式，其共同特征是中心厚度比边缘厚度薄。透镜成像器件。各种形式的透镜见图3－1所示。负透镜只形成通过透镜看到的虚像。在光学系统中的作用是使光束扩大或增加焦距。图3－1各种形式的透镜2.柱面透镜凡是两个母线互相平行的柱面，一个柱面和一个平面或一个柱面和一个球面组成的透镜都称柱面透镜。柱面透镜在形状上要么是平凸的，要么是平凹的，在外形上是矩形的。3.放大镜辅助眼睛观察细小物体的透镜组称为放大镜。单片正透镜是一个最简单的放大镜。使用放大镜时，被观察物体AB位于物方焦点上或焦点以内与之很靠

4、近的地方，眼睛看到的是物体的虚像A’B’，如图3－2所示。图3－2放大镜的放大作用透镜成像器件4.目镜在目视光学仪器中用于观察物体被物镜所成像的透镜组称为目镜。目镜的作用与放大镜相当，但作为仪器的组成部分，它所能接收的光束已被物镜的像方光束所限定，因此眼睛瞳孔的位置也随之限定，一定要置于仪器出射光瞳处，才能看到全部视场。5.显微镜显微镜用于观察、研究或摄影记录极微小的物体及其结构，是现代科学研究工作不可缺少的仪器之一。(1)显微镜物镜。物镜（objectives）是显微镜的核心光学部件，显微镜的放大倍数、分辨本领、色差与像差的校正状况、工作距离

5、等，都有直接由物镜来决定。显微镜物镜是显微镜中对微细物体成首次放大像的透镜组。因此首要的问题是要对物体的微细结构有足够的分辨能力。显微镜的分辨本领由物镜决定，有如下关系σ＝0.61λ/nsinu透镜成像器件显微镜总放大率M与物镜数值孔径NA之间的恰当关系应为500NA<

6、M

7、<1000NA（2）显微镜目镜。目镜（eyepieces）是显微镜中把物镜所成的像作再一次放大的光学部件，显微镜的总放大倍数通常就是物镜与目镜放大倍数的乘积。图4－3消色差显微物镜透镜成像器件6.望远镜物镜望远镜物镜是望远镜系统中把无限远物体成像与其焦平面上的一个透镜组。在

8、无透镜转像系统的简单望远镜中，物镜的这一像面与目镜的物方焦平面重合，眼睛通过目镜观察这一物体的中间像。图3－4常用的望远镜物镜7.摄影和投影物镜摄影物镜是将空间物体成像于感光胶片或其它接收器上的透镜组；投影物镜则是把小的工件或摄制在胶片上的文字、图像，以较大的倍率在各种屏幕或感光纸上成像的透镜组，如投影仪镜头、电影放映镜头和放大机镜头等。从光学结构上看，与摄影物镜属于同一类型。透镜成像器件图3－5常用摄影物镜透镜成像器件透镜成像器件8.场镜工作在物镜面附近的透镜称为场镜，如图3－6所示。其主要作用是：（1）提高边缘光束入射到探测器的能力；（2）

9、在相同的主光学系统中，附加场镜将减少探测器的面积。如果使用同样探测器的面积，可扩大视场，增加入射的通量；（3）可让出像面位置放置调制盘，以解决无处放置调制器问题；（4）使探测器光敏面上非均匀光照得均匀化；（5）当使用平像场镜时，可获得平场像面。图3－6场镜的放置透镜成像器件根据透镜成像公式1/L’-1/L=1/f’和垂轴放大率d/D.=--L’/L,可得场镜焦距应满足关系：F’=-d*L/(D+d)=d(L+F’)/(D+d)增益G的概念，它定义为：有、无某光学系统时，探测器接收到光辐射通量之比。有无物镜时的光学增益G0为有、无物镜和场镜时的光

10、学增益G1为有或无场镜时光学增益的变化，用光学增益倍数m表示，注意此时式（3.1－9）中的Ad应用场镜的面积A1代替透镜成像器件9.浸没透镜浸没透镜也