光电检测系统的光学系统

2011-02-11

                                                   光电检测系统的光学系统

      光电检测系统的光学系统原理图，L3为成像物镜，被检测物体经L3以一准确的放大率成像在CCD光敏元件上。为了保证系统的测量精度，成像系统应有严格的放 大率要求，即成像系统除严格校正畸变像差外，还应设计成物方远心光路，其孔径光阑位于L3的像方焦面处。此外，成像系统还应严格校正其它各种像差，使其在 全视场内的成像分辨率达到CCD的分辨率要求。

光电检测系统的光学系统

      光电检测系统的照明系统是提供给被检测物体一均匀的照明视场，因此该照明系统多采用柯拉照明形式。L1为照明系统的聚光镜，为照明系统的场镜。光源经L1成像在L2的物方焦面处，再经L2成像在无限远，与成像物镜L3的入射光瞳重合。L1的透镜框为照明系统的孔径光阑，经L2成像在被检测物面处，与成像物镜L3的入射窗重合，满足柯拉照明的设计要求，使得被检测物体得到均匀的光照度。

      表征照明系统传递光能量大小的拉赫不变量J1为

式中，n1为光源一侧的介质折射率，u1为聚光镜的孔径角，y1为光源灯丝的半高度。

表征成像物镜传递光能量大小的拉赫不变量j2为

式中，n2为被检测物方的介质折射率，u2为物镜L3的数值孔径角，y2为被检测物体的半高度。

为使照明系统均匀地照射物镜L3的整个视场，且使光线能充满物镜L3的数值孔径角，照明系统的拉赫不变量应大于成像系统的拉赫不变量， 即有J1>J2

J1>J2是设计照明系统的必要条件，但并不充分，这是因为当照明系统所照射的被检测物体视场较物镜L3的视场大得很多时，即使J1>J2, 物镜也难以充满数值孔径角的光线成像。因此在设计照明系统时，在保证J1>J2的条件下，还应兼顾被照明视场大小和物镜数值孔径角的匹配关系。