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1、第三章光電成像系統(tǒng)基礎(chǔ)§3.1光學(xué)元器件§3.2典型光學(xué)元件的物像關(guān)系§3.3光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)§3.4像差§3.5光輻射的調(diào)制光電探測系統(tǒng)在光電信息技術(shù)中的主要作用就是發(fā)射和接收輻射通量，并把目標的輻射、反射以及散射會聚到探測器的光敏面上，而且要求有良好的成像質(zhì)量。光敏面接收到的輻射、反射以及散射信號經(jīng)探測器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號輸出。光學(xué)系統(tǒng)是由光學(xué)元器件構(gòu)成，光學(xué)元器件質(zhì)量的好壞直接影響著光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量、探測精度和準確度。要將光學(xué)系統(tǒng)接收的光輻射通量轉(zhuǎn)變成電信號輸出，必須對光輻射通量進行調(diào)制。本章主要圍繞光電成像系統(tǒng)的任務(wù)，討論常用的光學(xué)元器
2、件的作用，系統(tǒng)參數(shù)及像差、典型光學(xué)系統(tǒng)的組成等問題，本章最后一部分還將討論光學(xué)調(diào)制問題。§3.1光學(xué)元器件3.1.1透鏡元器件（成像）以兩個折射面為邊界的透明體稱為透鏡，通常以光學(xué)玻璃為原材料，磨制成形后將折射面拋光而成。兩個折射面中可以有一個平面，但兩個折射面都是平面者不能稱為透鏡。由于透鏡兩個表面的折射，具有對光束的會聚或發(fā)散作用，能根據(jù)需要在所需位置形成物體的像。1.正透鏡和負透鏡透鏡可分為正透鏡和負透鏡兩類。正透鏡具有正的像方焦距，從而有正的光焦度，能對光束起會聚作用，故又稱為會聚透鏡。負透鏡具有負的光焦度，對光束起發(fā)散作用，故又稱發(fā)散
3、透鏡。類似于正透鏡，負透鏡也可分為雙凹、平凹和月凹（負彎月）幾種形式，其共同特征是中心厚度比邊緣厚度薄。透鏡成像器件。各種形式的透鏡見圖3－1所示。負透鏡只形成通過透鏡看到的虛像。在光學(xué)系統(tǒng)中的作用是使光束擴大或增加焦距。圖3－1各種形式的透鏡2.柱面透鏡凡是兩個母線互相平行的柱面，一個柱面和一個平面或一個柱面和一個球面組成的透鏡都稱柱面透鏡。柱面透鏡在形狀上要么是平凸的，要么是平凹的，在外形上是矩形的。3.放大鏡輔助眼睛觀察細小物體的透鏡組稱為放大鏡。單片正透鏡是一個最簡單的放大鏡。使用放大鏡時，被觀察物體AB位于物方焦點上或焦點以內(nèi)與之很靠
4、近的地方，眼睛看到的是物體的虛像A’B’，如圖3－2所示。圖3－2放大鏡的放大作用透鏡成像器件4.目鏡在目視光學(xué)儀器中用于觀察物體被物鏡所成像的透鏡組稱為目鏡。目鏡的作用與放大鏡相當，但作為儀器的組成部分，它所能接收的光束已被物鏡的像方光束所限定，因此眼睛瞳孔的位置也隨之限定，一定要置于儀器出射光瞳處，才能看到全部視場。5.顯微鏡顯微鏡用于觀察、研究或攝影記錄極微小的物體及其結(jié)構(gòu)，是現(xiàn)代科學(xué)研究工作不可缺少的儀器之一。(1)顯微鏡物鏡。物鏡（objectives）是顯微鏡的核心光學(xué)部件，顯微鏡的放大倍數(shù)、分辨本領(lǐng)、色差與像差的校正狀況、工作距離
5、等，都有直接由物鏡來決定。顯微鏡物鏡是顯微鏡中對微細物體成首次放大像的透鏡組。因此首要的問題是要對物體的微細結(jié)構(gòu)有足夠的分辨能力。顯微鏡的分辨本領(lǐng)由物鏡決定，有如下關(guān)系σ＝0.61λ/nsinu透鏡成像器件顯微鏡總放大率M與物鏡數(shù)值孔徑NA之間的恰當關(guān)系應(yīng)為500NA<
6、M
7、<1000NA（2）顯微鏡目鏡。目鏡（eyepieces）是顯微鏡中把物鏡所成的像作再一次放大的光學(xué)部件，顯微鏡的總放大倍數(shù)通常就是物鏡與目鏡放大倍數(shù)的乘積。圖4－3消色差顯微物鏡透鏡成像器件6.望遠鏡物鏡望遠鏡物鏡是望遠鏡系統(tǒng)中把無限遠物體成像與其焦平面上的一個透鏡組。在
8、無透鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)的簡單望遠鏡中，物鏡的這一像面與目鏡的物方焦平面重合，眼睛通過目鏡觀察這一物體的中間像。圖3－4常用的望遠鏡物鏡7.攝影和投影物鏡攝影物鏡是將空間物體成像于感光膠片或其它接收器上的透鏡組；投影物鏡則是把小的工件或攝制在膠片上的文字、圖像，以較大的倍率在各種屏幕或感光紙上成像的透鏡組，如投影儀鏡頭、電影放映鏡頭和放大機鏡頭等。從光學(xué)結(jié)構(gòu)上看，與攝影物鏡屬于同一類型。透鏡成像器件圖3－5常用攝影物鏡透鏡成像器件透鏡成像器件8.場鏡工作在物鏡面附近的透鏡稱為場鏡，如圖3－6所示。其主要作用是：（1）提高邊緣光束入射到探測器的能力；（2）
9、在相同的主光學(xué)系統(tǒng)中，附加場鏡將減少探測器的面積。如果使用同樣探測器的面積，可擴大視場，增加入射的通量；（3）可讓出像面位置放置調(diào)制盤，以解決無處放置調(diào)制器問題；（4）使探測器光敏面上非均勻光照得均勻化；（5）當使用平像場鏡時，可獲得平場像面。圖3－6場鏡的放置透鏡成像器件根據(jù)透鏡成像公式1/L’-1/L=1/f’和垂軸放大率d/D.=--L’/L,可得場鏡焦距應(yīng)滿足關(guān)系：F’=-d*L/(D+d)=d(L+F’)/(D+d)增益G的概念，它定義為：有、無某光學(xué)系統(tǒng)時，探測器接收到光輻射通量之比。有無物鏡時的光學(xué)增益G0為有、無物鏡和場鏡時的光
10、學(xué)增益G1為有或無場鏡時光學(xué)增益的變化，用光學(xué)增益倍數(shù)m表示，注意此時式（3.1－9）中的Ad應(yīng)用場鏡的面積A1代替透鏡成像器件9.浸沒透鏡浸沒透鏡也
