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1、光電檢測原理與技術(shù)課程設(shè)計光電準直系統(tǒng)一、引言準直系統(tǒng)是利用光學自準原理，利用小角度測量或可轉(zhuǎn)化位小角度測量的一種常用技術(shù)測試儀器。所謂光電準直系統(tǒng)就是光學準直系統(tǒng)與光電技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。它具有測量精度高的優(yōu)點，在精密，超精密定位方面有重要的作用。小角度測量有多種方法，本實驗主要采用平面反射鏡的光學杠桿原理，在探測光斑移動時使用CCD來經(jīng)行圖像的采集。關(guān)鍵字：光學杠桿光學準直系統(tǒng)望遠鏡系統(tǒng)照明系統(tǒng)CCD二、基本原理：（一）光學準直系統(tǒng)的基本原理2.1.1準直系統(tǒng)這部分系統(tǒng)，通常是由光源，位于物鏡焦平面上的分劃板和物鏡三部分組成，望遠鏡實際上是準直裝置的
2、你應用，它是將入射的平行光在其焦平面上，然后再用目鏡直接觀察光斑的變化。圖2.1準直系統(tǒng)原理圖2.2望遠鏡系統(tǒng)工作原理一個準直管和一個望遠鏡組合，兩個裝置的光軸在一條直線上，我們將看到從發(fā)光點F發(fā)出的光線通過準直管的物鏡變?yōu)槠叫杏谥鞴廨S的光束，進入望遠鏡的物鏡之后在匯聚到F點；同樣發(fā)自焦平面上另一點F1的光線射出準直管后變成方向平行與光軸的光束，它在進入望遠鏡后匯聚于其焦平面的F1點。因此，線位移之比等于兩系統(tǒng)焦距之比。由于平行光束成像的位置位移的由他的方向所確定，而不受平行光束在進入透鏡前所走過的距離的影響，所以與發(fā)光點F及F1相關(guān)的像F及F的位置
3、不依賴于準直管和望遠鏡之間的距離。在準直管的前面放置一個全反射鏡，準直管發(fā)出的平行光束再由它本身來接受，就相當與集準直管與望遠鏡一體，這就是準直的原理。將一個刻度線的圖像以平行光束（準直光）的形式投射到反射鏡上，該反射鏡將其光束反射回準直系統(tǒng)。如果反射鏡與光軸垂直則光束將返回其自身。如果反射鏡傾斜一個角度α，則其反射光將于2α反射回來。根據(jù)反射光的傾斜程度，自準圖像將會以更大的角度發(fā)生位移。通過測量自準直圖像在X軸Y軸上的唯一可以測量得反射鏡的角度變化。自準直已為平行光。其測量結(jié)果不受距離的影響。圖2.3準直管簡易圖2.1.2高斯系統(tǒng)為了使目鏡不受光
4、源遮擋，高斯系統(tǒng)的自準直儀光路在其光軸上加有析光鏡。測微平行光管具有類似的光學系統(tǒng)，只是用立方棱鏡代替了析光鏡，立方棱鏡由兩個直角鏡膠合而成，其中一棱鏡的膠合面鍍有析光膜。這種光學系統(tǒng)有一個盲區(qū)，當這自準直像與原中心十字絲靠得很近或有重疊部分時便無法使雙刻線瞄準，因而也就測不出相應的反射鏡偏轉(zhuǎn)角。圖2.4高斯自準（1）ｌ、光源２、聚光鏡３、分光鏡４、分劃板５、準直鏡６、反射鏡７、目鏡組８、目鏡焦平面下圖是高斯系統(tǒng)的另一種光路安排，其特點是把析光鏡（立方棱鏡）放在物鏡組的焦平面之前，這樣由于其分光作用物鏡就有兩個共軛的焦平面。一個焦平面放置十字線分劃板
5、ｌ并被光源照明，另一焦平面放置雙刻線分劃板５。這種安排能使自準直象與原分劃板分開（在視場中不再直接看到原分劃板１），從而避免了盲區(qū)的存在.圖2.5高斯自準（1）ｌ、分劃板２、分光鏡３、準直物鏡４、反射鏡５、雙線分劃板６、螺旋機構(gòu)７、目鏡組系統(tǒng)的物鏡由正、負二鏡組組成，這樣可以使其焦距大于鏡筒長度，達到提高儀器精度，又不增加儀器體積的目的。2.1.3照明系統(tǒng)在照明系統(tǒng)中，一般分為用透射光照明透明標本的照明系統(tǒng)、非透明物體的照明系統(tǒng)、用暗視場觀察微小質(zhì)點的照明方法，在自準直系統(tǒng)中，一般都是采用透射光照明透明標本的照明系統(tǒng)。透射光照明透明標本的照明系統(tǒng)一般
6、分為如下兩種照明系統(tǒng)，2.1.3.1臨界照明這是把光源通過照明系統(tǒng)或聚光鏡成像于物面上的照明方法，如圖所示，圖2.6臨界照明此時物鏡成像光束的孔徑角被聚光鏡的像方孔徑所決定，為了使物鏡的數(shù)值孔徑得到充分利用，聚光鏡應具有與物鏡相同的數(shù)值孔徑。另外，為了使聚光鏡的像方孔徑角能與不同數(shù)值孔徑的物鏡相匹配，需在聚光鏡的物方焦平面上或附近設(shè)置可變光闌，以改變射入物鏡的成像光束孔徑角，此光闌是照明系統(tǒng)的孔徑光闌，也是入射光瞳。此照明的缺點是當光源的亮度不均勻或呈現(xiàn)明顯的燈絲結(jié)構(gòu)時，將會反映在物面上而影響觀察效果。2.1.3.2柯勒照明圖2.7科勒照明系統(tǒng)柯勒照
7、明是一種把光源像成在物鏡入射光瞳面上的照明方法，它沒有臨照明的那種缺點。光源出的光不是直接射入聚光鏡，而是經(jīng)過一個前置透鏡Ｌ成像于聚光鏡前面的可變光闌上，聚光鏡再把此光源像再次成像在物鏡的出射光瞳上。此外，在前置透鏡后面緊靠透鏡處設(shè)置另一個可變光闌，他被照明，具有均勻的亮度。此光闌被聚光鏡成像于物平面，也得到均勻照明。調(diào)節(jié)后一個光闌，可以使之與不同的數(shù)值孔徑的物鏡想匹配：調(diào)節(jié)前一個光闌，可以改變物平面上的照明范圍，使之與不同倍率物鏡的視場相適應，并使不在視場范圍內(nèi)的區(qū)域收不到光的照明，以減少有害的散光。（二）CCD的基本結(jié)構(gòu)和工作原理電荷耦合器件的突
8、出特點是以電荷作為信號，而不同于其他大多數(shù)器件是以電流或電壓為信號。CCD的基本功能是電荷的存儲和電荷的轉(zhuǎn)移
