第五章光电探测方式与探测系统.ppt

体积测量 线粗糙度 颗粒分析 边缘自动识别 高度测量 长度测量 面粗糙度 膜厚测量 面积测量 3D激光显微镜可以做到 3D显微镜 VS 光学显微镜 3D显微镜 VS SEM 共焦3D显微镜 VS 粗糙度仪 §8.4 线阵器件的探测方式 把多个光电探测器组成一个线阵列称为线阵列探测器。目前，在线阵器件中使用较为广泛、而且使用正在增多的器件是线阵光电二级管和线阵CCD。因为它们对输入光强线性响应好，串行输出、电路简单、结构精细、使用方便等优点。这里以CCD为例，说明其探测方式。 线阵CCD器件的应用方式可归结为两类：一类是利用其象元尺寸的精确性，对目标获得二进象信号。机信号振幅为0或1二值，从0、1信号中检测出所需信息。另一类是利用它对光强的线性响应特性，能输出有不同等级的模拟信号，去检测所需的信息。 8.4.1 输出二进象信号的工作方式 物体通过物镜成像在CCD器件上，CCD器件在驱动电路输出的驱动脉冲的作用下，获得与物向光强呈正比例的电荷图。并能逐个输出脉冲信号。每个信号脉冲就是CCD相应象素所对应的光强。CCD的输出信号通常与一个固定的阈值电压通过比较器进行比较。当信号脉冲高于阈值电压时，比较器输出为1。当低于阈值电压时，比较器输出为0。于是得到一行0、1型信号，对应于被测物而进象输出 。 位移测量器原理图 用白炽灯作光源，光源发出的光经聚光镜了l1后会聚于小孔上。小孔处于物镜l2的焦面上，透过小孔的光束经分束器反射折向物镜l2。由l2透射以后出射的光为平行光，它投向平面反射镜M。若平面镜 M垂直于物镜光轴，则有平面镜反射回去的光透过分束器后会聚于CCD中心位置某一象束上，形成小亮点。此亮点使CCD输出中只有这一象束有一较高的脉冲电压输出，其它位置只有暗电流产生的低电压。如果平面镜 M有倾斜，则成像在CCD上的小亮点将发生转移。可以通过计数输出信号脉冲位移了多少个象素去求出平面镜的倾斜角 α 式中 y是小亮点的位移量， f是物镜的焦距。当 f足够大时 ，y=Kα,K为比例系数，角度α的分辨率取决于f和y，而CCD每个象素尺寸仅为几微米到十几微米，所以角分辨率可达秒级。这种轻便型位移测量器可方便的测量大工件的直线度和垂直度。 §8.6 直接探测系统 8.6.1 系统类型 8.6.2 光电探测系统的指标 8.6.3 直接探测系统 8.6.4 直接探测系统的作用距离 8.6.5 直接探测系统的视场 8.6.1 系统类型（P358） 光电探测系统的类型是很多的，我们可以从不同角度出发把系统进行分类。 1、按携带信息的光源：可分为主动系统和被动系统 被动探测系统所接收到的光信号来自目标的自发辐射。 目标辐射功率和背景辐射功率同时进入光学系统，然后会聚到探测器上光信号转换为电信号，光电信号由处理电路处理以后输出所需信息。系统有加调制也有不加调制的。 目 标 大 气 光 学 系 统 调 制 器 光 电 探 测 器 电 子 电 路 接受系统 被动光电系统方块图 信 息 源 调 制 器 光 源 光 学 系 统 传 输 介 质 光 学 系 统 光 电 探 测 器 电 子 电 路 光 源 调 制 器 光 学 系 统 信 息 源 接收系统 主动光电系统方块图 主动探测系统是发射和接收系统共同配合进行工作的。 光源采用人工光源，如激光器、发光管、气体放电灯等。信息源可以通过调制光源的电源电压（或电流），把信息载到光波上去，通过发射系统发射调制光。或者， 光源出射的光（经过或者不经过光学调制器）照射目标，利用目标的反射、透射或散射加载上目标信息，然后由接受系统进行检测。 特点及缺点： 1、这两种接收系统都是把目标和背景的入射光能量经过光学系统会聚于光电探测器上进行光电转换。 2、探测器输出的信号经处理电路检出信息，在此过程中，背景噪声和系统内部探测器噪声及电路噪声等都与信号一起进入系统。 2. 按光谱范围：常分为可见光探测系统和红外探测系统 对军事目标的探测，不论是主动或是被动系统一般都工作于红外光波段。工作在这一波段的优越性首先是隐蔽性好，不易被对方发现；其次是光波在大气中传播时，红外波段有几个窗口对光能量的衰减较小，这样系统的作用距离远。 3. 从接收系统分，可分为点探测系统和面探测系统 对于点探测系统来说，系统把目标作为一个点来考虑，只接收目标总的辐射功率。而面探测系统则同时要测量目标的光强分布，通常用摄像器件或多元探测器列阵完成。 4. 从光波对信息信号（或被测未知量）的携带方式分，可分为直接探测系统和相干探测系统 不论光源是自然光源或人造光源，是非相干光源或是相干性好的激光光源，直接探测方式都是利用光源出射光束的强度去携带信息。而相干探测方式则是利用光波的振幅、频率、相位来携带信息，而