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光電檢測系統的光學系統

2011-02-11

                                                   光電檢測系統的光學系統

      光電檢測系統的光學系統原理圖，L3為成像物鏡，被檢測物體經L3以一準確的放大率成像在CCD光敏元件上。為了保證系統的測量精度，成像系統應有嚴格的放 大率要求，即成像系統除嚴格校正畸變像差外，還應設計成物方遠心光路，其孔徑光闌位于L3的像方焦面處。此外，成像系統還應嚴格校正其它各種像差，使其在 全視場內的成像分辨率達到CCD的分辨率要求。

光電檢測系統的光學系統

      光電檢測系統的照明系統是提供給被檢測物體一均勻的照明視場，因此該照明系統多采用柯拉照明形式。L1為照明系統的聚光鏡，為照明系統的場鏡。光源經L1成像在L2的物方焦面處，再經L2成像在無限遠，與成像物鏡L3的入射光瞳重合。L1的透鏡框為照明系統的孔徑光闌，經L2成像在被檢測物面處，與成像物鏡L3的入射窗重合，滿足柯拉照明的設計要求，使得被檢測物體得到均勻的光照度。

      表征照明系統傳遞光能量大小的拉赫不變量J1為

式中，n1為光源一側的介質折射率，u1為聚光鏡的孔徑角，y1為光源燈絲的半高度。

表征成像物鏡傳遞光能量大小的拉赫不變量j2為

式中，n2為被檢測物方的介質折射率，u2為物鏡L3的數值孔徑角，y2為被檢測物體的半高度。

為使照明系統均勻地照射物鏡L3的整個視場，且使光線能充滿物鏡L3的數值孔徑角，照明系統的拉赫不變量應大于成像系統的拉赫不變量， 即有J1>J2

J1>J2是設計照明系統的必要條件，但并不充分，這是因為當照明系統所照射的被檢測物體視場較物鏡L3的視場大得很多時，即使J1>J2, 物鏡也難以充滿數值孔徑角的光線成像。因此在設計照明系統時，在保證J1>J2的條件下，還應兼顧被照明視場大小和物鏡數值孔徑角的匹配關系。