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光电系统设计理论基础

生,激光与光纤大大改变的人类生活面貌,也为
以几何光学为主的传统光学仪器注入无限活力。 以往光学仪器与精密机械密不可分,而现在以及 将来则与光电子学、电、算发生愈来愈密切的联
系,甚至有些就集成为MOEM。
我国光学发展基本始于50年代,由王大珩 等老前辈创建的原长春光机所为我国光学仪器技 术发展做出了开创性贡献。
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教学目的与要求
在概括的高度上了解仪器光学中涉及的 多方面光学问题的内在联系。
学会解决这些问题的综合分析和处理方 法。
掌握进行仪器中的光学总体设计的知识 和能力。
理论联系实践并重视经验积累。
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参考文献
1、《仪器光学》,薛鸣球等。
2、《光学仪器通论》,王之江。
3、《光学设计理论基础》,王之江。
光学仪器与工程的现状与发展 热门且发展迅速
光学自身发展的推动—激光、全息以 及光子学、衍射光学
交叉学科和技术的融合—光电子传感 器、图像处理、自适应控制技术
国家和社会的需求—国防、信息时代 (主要是在信息获取和显示应用)
故对其中的光学技术提出更高要求:
新原理、新方案、新技术的应用
功能、指标和精度的新高度
现代光电系统设计
常军
13611044240
Bitchang@
版权所有,
1997
(c)
Dale
Carnegie
&
精选 Associates,
Inc.
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介绍
在光学、光电子学基本知 识和相关知识的基础上,对现 代光学、光电子仪器以及工程 中的光学总体设计问题进行归 纳和分析,使其逐步走向科学 化和系统化。
体层面上具体问题具体精选分析。
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光学仪器的质量指标
功能指标 可靠性指标 工艺学指标 人机学指标 美学指标 标准化(归一化)指标 经济性指标 专利权指标
光仪总体设计是分解上述指标、同时侧 重结构设计,而仪器光学主要研究上述 指标中所涉及的光精选学问题并解决它们。14
光学仪器设计 光信息传递过程
MTF眼有效 0.026
结论:应选择方案精选2
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四、光度量制与光度学基本公式
光学系统传输辐射能的能力强弱,是除了光学特 性和成像质量以外的另一个重要性能指标。
辐射源特性
光谱特性
X-射线源、紫外光源、可见光源、红外辐射源 连续光谱源、带状光谱源
能量特性
以辐射功率(光通量) 、辐射(光)强度、面辐射度和辐
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主要内容
第一章 绪论 第二章 拉格朗日不变量 第三章 光学传递函数 第四章 光学系统外形尺寸及像差计算 第五章 典型光学系统
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第一章 绪论
一、现代光学和光学仪器的发展 二、仪器光学研究内容和方法 三、几个示例 四、光度量制与光度学基本公式
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一、现代光学和光学仪器的发展
20世纪—光学大发展的世纪,光子学 (Photonics)、光电子学(Photoelectronics)应运而
评价光学总体性能标准与方法
光度特性—光能
成像特性—充分细节
噪音(对比)特性—稳定信号且有足够对 比
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性能评价一般方法
前苏联提出 Cm1tg
f' 100
中国有人提出
(光信号强度) (分辨能力) (信噪比) (信息速率)
近期提出:计算光学信息量
FkJ22•M2MO 2
主要物理量— J、MTF、D、L、f'、
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现代光学仪器与工程 现代光学仪器是光学、精密机械、光电子 学以及计算机科学和技术的综合体。
特点:应用广泛、技术密集
《光学技术手册》中光学仪器共分20多类。
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从机理分:光传感、光通讯、光学信息处理
从用途分:
民用、军用—光学计量与测量仪器
工业用—光刻设备、过程与质量检测仪器
医用—激光与光谱分析仪器
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三、几个示例 战车潜望目视系统
方案1:透镜式
光学系统通光效率 36.8% 光学MTF 0.063
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方案2:棱镜式
光学系统通光效率 64.7% 光学MTF 0.81
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性能评价、比较 作用距离 成像质量 人眼接收到的像方MTF
MTF眼=MTF物 MTF光 MTF屏 =0.6 0.063 0.7=0.02
4、《成像光学》,王之江、伍树东。
5、《工程光学》,郁道银、谈恒英。
6、《光学信息论》,陶纯堪、陶纯匡。
7、《光学仪器设计学》,清华大学。
8、《光电子成像器件原理》,向世明、倪国强。
9、《Handbook of Optics》II
(Devices,Measure精m选ents & Properties)
射(光)亮度
角度特性
I IO cos
点光源、朗伯辐射源、激精选光光源
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名称 辐射 能
辐射 密度
辐射 通量 面辐 射度 辐射 照度 辐射 强度 辐射 亮度
辐射度量和光度量
表 定义、符号、单位和量纲对照表
辐射度量制 表达式
Qe Qr()d
We
dQe dV
e
dQe dt
Re
de ds
与机、电、算更佳精选的匹配和一体化
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发展到常规光学的极限,需要新技术、 新手段
光学人才的短缺 美国在大型、高精度领域领先 德国在中型高精度领域领先 日本在中小型、中精度领域领先 中国处于中等水平但发展很快
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二、研究内容和方法
应用物理光学、几何光学等知识着重讨论仪器中 的光学总体问题
军用—大型光学、光电经纬仪
民用与信息领域—DVD、HMD、Projector
Scanner、相机、数码相机、摄像机……
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大型光学工程
天文光学望远镜 空间光学—哈勃、NGST、HRIS 激光核聚变—NIF 光电对抗与靶场光测
“军事上所用的以光子学为基础的技术包括:激 光制导武器、红外夜视和高分辨力的卫星图像 等” ——精选援引美国国防部新闻简报10
研究能量、信息传递过程的有关环节
研究光学总体性能(光度、和关键,确 定光学方案给出光学设计参数
“老瓶新酒”—探讨相关学科、技术提出的新问 题(短波、红外和毫米波成像)
掌握各类光学系统的水平和适用场合,又要从具
体光学设计中跳出来,从生产实际出发,站在整
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de dS
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单位及符号 名称
光度量制 表达式
焦耳(J) J/m3 瓦(W) W/m2 W/m2 W/sr
W/m2 .sr
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