第6章-光学系统设计ppt课件.ppt

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1、第六章光学系统设计第一节光学系统的组成与特点第二节人眼和光电探测器第三节光源及照明系统第四节放大镜第五节显微系统第六节望远系统第七节投影系统和照相系统第八节光电系统参数第九节相干变换与检测系统设计第十节光电系统设计举例—激光干涉仪的设计第一节光学系统的组成与特点光学系统本质上是一种传递信息的工具，其目标就是观察的标本或欲测试的零件。如果目标不是自放光体，则必须进行人工照明。按照功能，主要分成3类：1、照相系统2、显微系统3、望远系统被测对象光学系统光学系统光电探测器调理电路光源控制电路计算机显示与控制现代光学仪器构成框图作用：将光束变成平行光束、发散光束

2、、会聚光束或其他形式结构的光束作用：利用显微系统、照相系统、望远系统及调制器、滤波器将来自被测对象的光变成光电传感器能接收的光光学系统的特点：1、信息加载于光波，非接触、不破坏2、光波传播速度快，可实时测量控制3、波长短，测量精度高4、具有很高的空间分辨率5、可进行图像处理第二节人眼和光电探测器人眼是一个完整的成像光学系统，同时又是目视光学系统的接收器，可以看成是整个光学系统的一个组成部分。一、人眼结构二、人眼的调节和适应三、人眼的分辨率和瞄准精度四、人眼的屈光度误差及其校正人眼的结构人眼的生理结构人眼的光学结构－简约眼人眼相当于照相机人眼的结构黄斑盲点

3、角膜前室虹彩视轴后室水晶体巩膜脉络膜网膜简约眼眼睛简化成一个折射球面的模型，即简约眼折射面的曲率半径像方介质的折射率网膜的曲率半径物方焦距像方焦距光焦度5.56mm1.3339.7mm-16.70mm22.26mm59.88D屈光度D=1/f，f表示焦距。一般以焦距1米的透镜屈光度为1D(即1焦度)。简约眼模型n=1.33n=1.0R=5.56R=9.7人眼与照相机眼睛如同一只自动变焦和自动改变光圈大小的照相机。从光学角度看，眼睛中三个最重要的部分是水晶体、瞳孔和网膜，它们分别对应与照相机中的镜头、光阑和底片。人眼的调节调节：眼睛通过睫状肌作用改变光焦度

4、的大小以看清不同距离物体的过程称为调节。远点：眼睛能看清的最远点称为远点，用r表示近点：眼睛能看清的最近点称为近点，用p表示调节范围：调节范围A表示为远点距和近点距的倒数之差A、R、P的单位是屈光度（D），。眼睛在不同年龄时的调节能力和调节范围年龄1020304050607080近点距(cm)-7-10-14-22-40-20010040远点距（cm)2008040A=R-P(屈光度)141074.52.510.250人眼的适应眼睛能适应不同亮暗环境的能力称为适应。适应可分为明适应和暗适应。前者发生在由暗处到亮处时，适应时间大约几分钟；后者发生在由亮处到

5、暗处时，适应时间大约30-60分钟。人眼的分辨力明视距离：人眼在近距离工作时的通常距离250mm.分辨力：眼睛能分辩两个很靠近的点的能力称为眼睛的分辨率。D为瞳孔直径。最小分辨角：能够分辩的最近两点对眼睛的张角称为眼睛的最小分辩角：60秒最小分辨距离：在明视距离处（250mm）最小分辨角对应的线量：0.0725mm。人眼的屈光度误差及其校正正常人眼完全放松时，眼睛的远点在无限远，则称其为正常眼，反之，称为非正常眼。非正常眼主要有以下三种类型：近视眼：远点距为负值，有限远远视眼：远点距为正值，有限远散光眼：两个垂直子午面的远点距不同近视眼-r远视眼：r光电

6、探测器真空光电器件固体光电器件光电管光电倍增管真空摄像管变像管像增强管光敏电阻光电池光电二极管光电三极管光电耦合器光中断器位置传感器PSD自扫描光电二极管阵列SSPD电荷耦合器件CCD互补型金属氧化物半导体晶体管CMOS由于人眼的局限性（频率高于24Hz，波长在0.4-0.79μm之外，有害环境均无法工作），发展了各种光电器件，大大扩展了人眼的感受范围。光电探测器的选择原则探测器输出电信号大小与测量光信号大小的关系；探测器的光谱响应范围与测量光信号的光谱范围是否一致；探测器能探测的最小信号功率；探测调制信号或脉冲光信号时，响应时间是否一致。第三节光源及照

7、明系统光电测量中，光是信息的载体，光源及照明系统的质量对光电测量往往起着关键的作用。本节将对光源的特性、光源的种类、照明光学系统及光源选用等问题加以介绍。注：应用中宜采用发光效率高的光源以节省能源。一、光源的基本参数1．发光效率在给定的波长范围内，某一光源所发出的光通量与产生该光通量所需要的功率之比，称为该光源的发光效率，表示为:（6－8）式中，为该光电测量系统的光谱范围。2．光谱功率谱分布光源输出的功率与光谱有关，即与光的波长有关，称为光谱的功率分布。常见的有四种典型的分布，如图6-6所示。图6-6典型光源功率谱分布a)线状光谱b)带状光谱c)连续光谱

8、d)复合光谱a如低压汞灯光谱；b如高压汞灯光谱；c如白炽灯、卤素灯光谱；d如荧光