光電檢測(cè)系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)

2011-02-11

                                                   光電檢測(cè)系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)

      光電檢測(cè)系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)原理圖，L3為成像物鏡，被檢測(cè)物體經(jīng)L3以一準(zhǔn)確的放大率成像在CCD光敏元件上。為了保證系統(tǒng)的測(cè)量精度，成像系統(tǒng)應(yīng)有嚴(yán)格的放 大率要求，即成像系統(tǒng)除嚴(yán)格校正畸變像差外，還應(yīng)設(shè)計(jì)成物方遠(yuǎn)心光路，其孔徑光闌位于L3的像方焦面處。此外，成像系統(tǒng)還應(yīng)嚴(yán)格校正其它各種像差，使其在 全視場(chǎng)內(nèi)的成像分辨率達(dá)到CCD的分辨率要求。

光電檢測(cè)系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)

      光電檢測(cè)系統(tǒng)的照明系統(tǒng)是提供給被檢測(cè)物體一均勻的照明視場(chǎng)，因此該照明系統(tǒng)多采用柯拉照明形式。L1為照明系統(tǒng)的聚光鏡，為照明系統(tǒng)的場(chǎng)鏡。光源經(jīng)L1成像在L2的物方焦面處，再經(jīng)L2成像在無(wú)限遠(yuǎn)，與成像物鏡L3的入射光瞳重合。L1的透鏡框?yàn)檎彰飨到y(tǒng)的孔徑光闌，經(jīng)L2成像在被檢測(cè)物面處，與成像物鏡L3的入射窗重合，滿足柯拉照明的設(shè)計(jì)要求，使得被檢測(cè)物體得到均勻的光照度。

      表征照明系統(tǒng)傳遞光能量大小的拉赫不變量J1為

式中，n1為光源一側(cè)的介質(zhì)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(cè)物方的介質(zhì)折射率，u2為物鏡L3的數(shù)值孔徑角，y2為被檢測(cè)物體的半高度。

為使照明系統(tǒng)均勻地照射物鏡L3的整個(gè)視場(chǎng)，且使光線能充滿物鏡L3的數(shù)值孔徑角，照明系統(tǒng)的拉赫不變量應(yīng)大于成像系統(tǒng)的拉赫不變量， 即有J1>J2

J1>J2是設(shè)計(jì)照明系統(tǒng)的必要條件，但并不充分，這是因?yàn)楫?dāng)照明系統(tǒng)所照射的被檢測(cè)物體視場(chǎng)較物鏡L3的視場(chǎng)大得很多時(shí)，即使J1>J2, 物鏡也難以充滿數(shù)值孔徑角的光線成像。因此在設(shè)計(jì)照明系統(tǒng)時(shí)，在保證J1>J2的條件下，還應(yīng)兼顧被照明視場(chǎng)大小和物鏡數(shù)值孔徑角的匹配關(guān)系。