光学系统与专用光学元件.ppt

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1、,第5章 光学系统与专用光学元件,Company Logo,2,5.1 光电检测中的光学系统5.2 常用物镜简介5.3 探测器辅助光学系统5.4 光电检测中的计量部件5.5 角反射器与极性分析器,Company Logo,3,5.1 光电检测中的光学系统,1.光学系统的组成及功能,2.望远系统,3.目镜,4.光电检测系统中光学系统的特点,Company Logo,4,5.1 光电检测中的光学系统,收集待测目标的光辐射通量，供光电探测器光电转换。观察或瞄准目标，一般需要人眼协助观察或瞄准目标。确定目标方位，利用调制盘等通过编码形成目标方位信息。实现大视场捕获目标与成像，利用光机扫描的方法，扩大探

2、测器视场，从而实现利用小视场的探测器在大视场中捕获目标，或者实现利用小视场探测器对大视场景物成像。,1.光学系统的组成及功能,功能,物镜、目镜、滤光镜、调制盘、光机扫描器等,组成,Company Logo,5.1 光电检测中的光学系统,2.望远系统,望远镜是一种利用凹透镜和凸透镜观测遥远物体的光学仪器。它通过光学成像的方法使人看到远处的物体，并且显得大而近。,放大远处物体的张角，使人眼能看清角距更小的细节。把物镜收集到的比瞳孔直径粗得多的光束，送入人眼，使观测者能看到原来看不到的暗弱物体。,(1)望远镜的作用,Company Logo,(2)望远镜的光学系统,光学部分主要的是望远镜的物镜和目镜

3、。,是最核心器件，它起着聚集光量的作用，把远方目标发出的光会聚到焦点上（在焦点上呈像）。显示着探测天体的威力。,物镜,把物镜焦点上的像放大，使之在您的视网膜上呈像。,这和放大镜的原理一样，它把小的物体放大后在您的视网膜上呈像，这样小的物体看起来就变大了。,目镜,Company Logo,(3)望远镜分类,光学望远镜可按光学部分和机械装置来分类。物镜是透镜的叫折射望远镜；物镜是反射镜的叫反射望远镜；物镜是反射镜，它前面再加一块改正像差的透镜组成的望远镜叫折反射望远镜。,Company Logo,折射望远镜,伽利略首先使用折射望远镜进行了天文观测。,物镜是透镜，利用透镜聚集光，光线穿过玻璃时会弯曲

4、（透镜折射）被称为折射式望远镜。,Company Logo,9,5.1 光电检测中的光学系统,物镜,1 伽俐略望远镜,目镜,凸透镜,凹透镜,正立虚像,像方焦点和目镜的物方焦点重合。,Company Logo,10,5.1 光电检测中的光学系统,物镜,2 开普勒望远镜,目镜,凸透镜,凸透镜,倒立虚像,焦距较长的正透镜作物镜,焦距较短的正透镜作目镜物镜的像方焦点和目镜的物方焦点重合。,Company Logo,1897年开始使用的叶凯士透镜折射望远镜直径长达1.01米，但目前仍是全世界最大的透镜折射式望远镜。在现代设计新型下一代望远镜时已不再考虑折射望远镜系统。,Company Logo,12,5

5、.1 光电检测中的光学系统,反射望远镜,利用一个凹的抛物面反射镜将进入镜头的光线汇聚后反射到位于镜筒前端的一个平面镜上，然后再由这个平面镜将光线反射到镜筒外的目镜里。,反射望远镜中常用的有牛顿系统、卡塞格林系统、格雷戈里系统等。,Company Logo,13,5.1 光电检测中的光学系统,卡塞格林式望远镜,内史密斯/库德望远镜,葛利格里式反射望远镜,牛顿式反射望远镜,Company Logo,5.1 光电检测中的光学系统,优点使用方便、结构简单、制造简单。封闭的镜筒减弱了空气流动对成像质量的破坏，同时保护了光学镜头。不需要额外的维护费用。缺点价格较昂贵。同样口径下，折射式望远镜更重、更长、体

6、积更大。,优点：反射镜的造价比透镜低的多。缺点：开放的镜筒式的空气可以流通，这样不仅会影响到成像的稳定度，而 且一些尘埃会随着流动的空气进入镜筒并附着在物镜上，长此以往会 破坏物镜表面的镀膜，使其反射力下降。由于这种结构的物镜比较容易破裂，所以使用的时候需要倍加小心。,折射式,反射式,Company Logo,5.1 光电检测中的光学系统,3、目镜,又称接目镜，通常是一个透镜组，使用时一般是最接近使用者眼睛的透镜。是望远镜和显微镜的主要设备。,作用用来放大其它光具组（物镜）所成的像。,通过目镜观察物体的虚像，视角增大了，好像物体被移近，从而使我们能看清远处的物体。,视角,物体,通过望远镜看物体

7、,缩小的虚像,Company Logo,5.1 光电检测中的光学系统,目镜放大率,角放大率=,像对眼睛的张角,实物对眼睛的张角,Company Logo,17,放大倍数与透镜的焦距有关，放大倍数越大，焦距必须越小，同时所看到物体的区域也越小。,常用目镜的放大倍数为520倍。,倍数大了透镜的球差、畸变会变得严重。,5.1 光电检测中的光学系统,目镜放大率,Company Logo,18,5.1 光电检测中的光学系统,Company Logo,19,5.1 光电检测中的光学系统,第一代,目镜的光学系统的设计有多种形式,惠更斯目镜冉斯登目镜,凯尔纳目镜普罗素目镜阿贝无畸变目镜爱尔弗广角目镜,Nagl

8、er目镜。,第二代,第三代,Company Logo,20,物镜已经分辨清楚的细微结构，假如没有经过目镜的再放大，达不到人眼所能分辨的大小，那就看不清楚；但物镜所不能分辨的细微结构，虽然经过高倍目镜的再放大，也还是看不清楚，所以目镜只能起放大作用，不会提高显微镜的分辨率。有时虽然物镜能分辨开两个靠得很近的物点，但由于这两个物点的像的距离小于眼睛的分辨距离，还是无法看清。所以，目镜和物镜即相互联系，又彼此制约。,目镜与物镜的关系,5.1 光电检测中的光学系统,Company Logo,21,4、光电检测系统中光学系统的特点和参数,5.1 光电检测中的光学系统,（1）视场角,（2）相对孔径和F数,

9、（3）数值孔径,（4）焦深和景深,（5）最小弥散斑,Company Logo,5.1 光电检测中的光学系统,（1）视场角,光学系统有一个确定的视野，光学系统对这个视野的高度和宽度的张角称为视场角。,Company Logo,23,5.1 光电检测中的光学系统,（1）视场角,镜头的焦距f越短，其视场角越大，或者，摄像机靶面尺寸h或v越大，其视场角也越大。,f:光学系统焦距,H、V：探测器靶面尺寸,H：水平尺寸V：垂直尺寸,Company Logo,24,5.1 光电检测中的光学系统,（1）视场角,Company Logo,5.1 光电检测中的光学系统,（1）视场角,镜头一般可分为25.4mm（l

10、in）、16.9mm（2/3in）、12.7mm（1/2in）、8.47mm（1/3in）和6.35mm（1/4in）等几种规格，它们分别对应着不同的成像尺寸，选用镜头时，应使镜头的成像尺寸与摄像机的靶面尺寸大小相吻合。,几种常见CCD芯片的靶面尺寸,Company Logo,5.1 光电检测中的光学系统,不同焦距镜头所对应的视场角,Company Logo,5.1 光电检测中的光学系统,（2）相对孔径和F数,为了控制通过镜头的光通量大小，在镜头的后部均设 置了光阑（俗称光圈）假定光阑的有效孔径为d，由于光线折射的关系，镜头 实际的有效孔径为D,镜头的相对孔径决定于被摄像的照度，像的照度E与镜

11、头的相对孔径平方成正比。,有效通光孔径D与焦距f之比A=D/f,相对孔径,Company Logo,5.1 光电检测中的光学系统,（2）相对孔径和F数,F数,1:1.4或f/1.4,相对孔径的倒数：F=f/D,在实际使用中，很少使用“相对孔径”的称呼，通常都是用“光圈系数”来称呼，简称“光圈”或者“F-系数”。在镜头的标记上，有两种表示方式都是用了一系列标准化的数值：f/1 f/1.4 f/2 f/2.8 f/4 f/5.6 f/8 f/11 f/16 f/22,相邻两档光圈系数在数值上相差 倍，其曝光量相差一级，通光量相差一倍。,F值越小，光阑越大，到达摄像机靶面的光通量就越大。,Compa

12、ny Logo,控制进光量 通过光圈的调节，可以达到控制图片明亮度，达到准确曝光的目的。控制景深控制像质 由于光学原理和制造成本的限制，摄影镜头在全开光圈时的像质并不是最佳的，通常在收缩光圈后，像质有明显的改善。,调节F数（光圈）的作用,5.1 光电检测中的光学系统,Company Logo,30,5.1 光电检测中的光学系统,（3）数值孔径（NA）,n:物镜前透镜与被检物体之间介质的折射率u：孔径角（2u）半角。孔径角：是物镜光轴上的物体点与物镜前透镜的有效直径所形成的角度。孔径角越大，进入物镜的光通量就越大，它与物镜的有效直径成正比，与焦点的距离成反比。,NA=nsinu,Company

13、Logo,31,5.1 光电检测中的光学系统,（3）数值孔径,增大NA，即增加聚光量，通常有三种方式：,增大透镜直径缩短透镜焦距增大介质折射率,Company Logo,（4）焦深和景深,景深指被摄景物中能产生较为清晰影象的最近点最远点的距离。,5.1 光电检测中的光学系统,Company Logo,如果弥散圆的直径小于人眼的鉴别能力，人眼将感觉是清晰的。这时的弥散圆的大小就称为容许弥散圆。,（4）焦深和景深,5.1 光电检测中的光学系统,对焦点的前景和后景也在焦平面成像，只要成像的弥散圆等于或小于容许弥散圆直径，将认为像是清晰的，这样影像就有一个的清晰的区间，这就是景深。,Company L

14、ogo,（4）焦深和景深,5.1 光电检测中的光学系统,从物点到最近清晰点的深度叫前景深。从物点到最远清晰点的深度叫后景深。景深就是从最近清晰点到最远清晰点的深度，也叫做全景深。,Company Logo,（4）焦深和景深,5.1 光电检测中的光学系统,焦深：是指在保持影象较为清晰的前提下，焦点（焦平面）沿着镜头光轴所允许移动的距离。,在焦点前后，光线从聚集到扩散，点的影象从圆到点（焦点），继而有扩散到圆，这个焦点前面和后面的圆就叫做弥散圆。,弥散圆,Company Logo,36,5.1 光电检测中的光学系统,n：像方折射率F：光学系统的F 数,光圈与焦深成反比。光圈小，焦深大；光圈大，焦深

15、小,（4）焦深和景深,Company Logo,（5）最小弥散斑,5.1 光电检测中的光学系统,光线是传输能量的几何线，这些几何线的交点应该是一个既没有体积也没有面积的几何点。但是，在像面上实际得到的是一个具有一定面积的光斑。,Company Logo,艾里斑（中央亮斑）的半角宽度：,夫琅和费圆孔衍射,当单色平行光垂直照射到小圆孔上时在屏上产生明暗交替的圆环，中央为很亮的圆亮斑,叫做“艾里斑”。,5.1 光电检测中的光学系统,Company Logo,光学仪器中的透镜、光阑相当透光小圆孔.从几何光学看:物体通过光学仪器成象时,每个物点对应一个象点。,5.1 光电检测中的光学系统,（5）最小弥散

16、斑,从波动光学看:光通过光学元件时，要发生衍射,物点的象是以象点为中心的有一定大小的艾里斑.,光的衍射现象限制了光学仪器的分辨率.,Company Logo,瑞利判据,5.1 光电检测中的光学系统,当两个物点过于靠近,当一个爱里斑的中心与另一个爱里斑的第一级暗环重合时,刚好能分辨出是两个像。,两个像点间能够分辨的最短 距离约等于中央亮斑的半径R。实际上，两像点（艾里斑）的距离为0.85R时，人眼可以 分辨出。,Company Logo,5.1 光电检测中的光学系统（像差补）,Company Logo,42,5.1 光电检测中的光学系统（像差补）,Company Logo,43,5.1 光电检测

17、中的光学系统,Company Logo,44,5.1 光电检测中的光学系统,Company Logo,45,5.1 光电检测中的光学系统,Company Logo,46,5.1 光电检测中的光学系统,Company Logo,47,5.1 光电检测中的光学系统,Company Logo,48,5.1 光电检测中的光学系统,Company Logo,49,5.1 光电检测中的光学系统,Company Logo,50,5.1 光电检测中的光学系统,Company Logo,51,5.1 光电检测中的光学系统,Company Logo,52,5.1 光电检测中的光学系统,Company Logo,5

18、3,5.1 光电检测中的光学系统,Company Logo,垂直于光轴的一个平面物体，只有在旁轴区域内，才近似地成像于一个平面。对于较大的物平面，经过光学系统所成的清晰像面不是平面而是一个抛物面，称为像场弯曲，简称场曲。,场曲和像散是两个不同的概念，虽然像散必然引起像面弯曲；但像散为0 时，像面并不是平的，而是相切与高斯像面中心的二次抛物面,5.1 光电检测中的光学系统,Company Logo,55,5.1 光电检测中的光学系统,Company Logo,5.1 光电检测中的光学系统,5 畸变(Distortion),枕形（正）畸变：远轴区域的横向放大率大于傍轴区域的横向放大率；,特点：畸变

19、并不破坏光束的同心性，因而也不影响像的清晰度。,消除或矫正畸变的有效方法：在适当位置加小孔屏或利用对称透镜组。,桶形（负）畸变：远轴区域的横向放大率小于傍轴区域的横向放大率；,Company Logo,57,5.1 光电检测中的光学系统,5 畸变(Distortion),Company Logo,5.1 光电检测中的光学系统,色差的消除,6 色差(Chromatic aberration),轴向（位置）色差：成像透镜对不同波长的色光具有不同的焦距,横向（倍率）色差：不同波长的色光具有不同的横向放大率,色差的产生,Company Logo,除平面反射镜成像之外，没有像差的光学系统是不存在的。实践

20、表明，完全消除像差也是不可能的，且也是没有必要的，因为所有的光能探测器，包括人眼都具有像差，或者说具有一定缺陷。光学设计中总是根据光学系统的作用和接收器的特性把影响像质的主要像差校正到某公差范围内，使接收器不能察觉，即可认为像质是令人满意的。,5.1 光电检测中的光学系统（像差补）,Company Logo,60,5.2 常用物镜简介,（1）物镜分类,按浸法特征:非浸式(干式)浸式(油浸、水浸、甘油浸及其它浸法)按光学装置:透射式 反射式 折反射式按数值孔径和放大倍数:低倍(NA0.2与10X)中倍(NA0.65与40X)高倍(NA0.65与40X)按校正象差的情况不同 一般消色差物镜 Ach

21、 半复消色差物镜 FL 复消色差物镜 APO 平视场消色差物镜 PLAN,Company Logo,5.2 常用物镜简介,（1）物镜分类,一般消色差物镜 Ach 由若干组曲面半径不同的一正一负胶合透镜组成。常用，能矫正光谱中两种色光的色差的物镜，像场弯曲仍很大。复消色差物镜 APO 多组特殊光学玻璃和荧石制成的高级透镜组组合而成。能矫正光谱中三种色光的色差的物镜，价格贵，使用少。半复消色差物镜 FL 部分镜片用荧石制成。性能比消色差物镜好，价格比复消色差物镜便宜。平视场消色差物镜 PLAN 较好地校正像散和像场弯曲。,Company Logo,62,5.2 常用物镜简介,（2）物镜的主要参数,

22、物镜主要参数包括：放大倍数、数值孔径和工作距离。放大倍数指眼睛看到像的大小与目标大小的比值。是长度的比值而不是面积的比值。例：放大倍数为100，指的是长度是1m的标本，放大后像的长度是100m，要是以面积计算，则放大了10,000倍。,数值孔径（NA）干燥物镜的数值孔径为，油浸物镜（香柏油）的数值孔径为1.25。,Company Logo,63,5.2 常用物镜简介,（2）物镜的主要参数,工作距离物镜的工作距离与物镜的焦距有关，物镜的焦距越长，放大倍数越低，其工作距离越长。当用于显微镜时，是指当所观察的标本最清楚时物镜的前端透镜下面到标本的盖玻片上面的距离。,Company Logo,5.2

23、常用物镜简介,（2）物镜的主要参数,Company Logo,65,5.2 常用物镜简介,（2）物镜的主要参数,Company Logo,66,5.3 探测器辅助光学系统,光学系统除满足物像共扼位置和成像放大率的要求外，还要有一定的成像范围，以及为获得一定的像面照度和反映物面细节的能力。实际光学系统与理想光学系统不同，其参与成像的光束宽度和成像范围需要限制:(1)自然限制：光学元件的有限尺寸；(2)人为限制：金属圈(框)或成像底片。,Company Logo,67,5.3 探测器辅助光学系统,（1）场镜,（2）光锥,（3）浸没透镜,Company Logo,68,5.3 探测器辅助光学系统,（

24、1）场镜,工作在物镜像面附近的透镜称为场镜。场镜的主要作用是(1)提高边缘光束入射到探测器的能力。(2)减小探测器的面积。(3)场镜放置在像面附近可让出像面位置放置调盘。(4)使探测器光敏面上的光照均匀化。(5)使用平像场镜可获得平场像面。,Company Logo,69,5.3 探测器辅助光学系统,（1）场镜,Company Logo,70,5.3 探测器辅助光学系统,（1）场镜,d：探测器直径,D1：场镜直径,F1：场镜F数,F0：物镜F数,当F0 F1:探测器面积减小，照度增加，起到二次聚光的作用。,Company Logo,71,5.3 探测器辅助光学系统,（2）光锥,光锥是一种圆锥体

25、状的聚光镜。可制成空心和实心。使用时将大端放在主光学系统的焦面附近收集光束，将探测器置于小端接收集中后的光束。利用圆锥形内壁的高反射比特性、将光束引到小端输出。它是一种非成像的聚光元件与场镜类似可起到增加光照 度或减小探测器面积的作用。,Company Logo,72,5.3 探测器辅助光学系统,（2）光锥,（实心光锥）,（空心光锥）,光锥顶角的一半,临界入射角,光线第一次与圆锥壁相遇的临界入射角,n 实心光镀的材料折射率,Company Logo,5.3 探测器辅助光学系统,（2）光锥,在使用时，采用光锥还是场镜来聚光，主要由主光学系统的F 数决定。F 大于2，采用场镜较合适。F小于1，用光

26、锥适合。F 数在1、2之间，可用带场镜的光锥。,空光心光锥,实心光锥,Company Logo,5.5 角反射器与极性分析器,浸没透镜也是一种二次聚光元件。它是由球面和平面组成的 球冠体。探测器与浸没透镜平面间或胶合或光胶使像面浸没在折射率 较高的介质中。它的主要作用是显著地缩小探测器的光敏面积，提高信噪比。浸没透镜的设计和使用按物像共轭关系处理。,（3）浸没透镜,Company Logo,5.5 角反射器与极性分析器,（3）浸没透镜,半球浸没透镜,r,b,像高缩小,照度增加,像面面积缩小,临界条件,（对前端物镜的限制）,Company Logo,76,5.5 角反射器与极性分析器,（3）浸没

27、透镜,标准超半球浸没透镜,b,像高缩小,照度增加,临界条件,（对前端物镜的限制）,Company Logo,77,（1）计量光栅,5.4 光电检测中的计量部件,（2）电子细分技术的基本原理,（3）光学码盘及编码,Company Logo,（1）计量光栅,5.4 光电检测中的计量部件,光栅是由很多等节距的透光的缝隙或不透光的刻线均匀、相间排列而成的光电器件。,20线-150线/mm,25线-50线/mm,透射式,反射式,Company Logo,5.4 光电检测中的计量部件,按用途分,利用光的衍射现象，主要用于光谱分析、光波长测量。,利用莫尔条纹现象，主要用于长度、角度、速度、加速度、振动等物理

28、量的测量。,计量光栅,用于长度测量,用于角度测量,按光的走向,Company Logo,80,（1）计量光栅,5.4 光电检测中的计量部件,构成：主光栅 指示光栅,长度-测量范围；刻线密度-测量精度(10、25、50、100、125线/mm),Company Logo,（1）计量光栅,5.4 光电检测中的计量部件,主光栅,指示光栅,Company Logo,（1）计量光栅,5.4 光电检测中的计量部件,主光栅,指示光栅,Company Logo,（1）计量光栅,5.4 光电检测中的计量部件,主光栅,指示光栅,Company Logo,5.4 光电检测中的计量部件,由大量等宽等间距的平行狭缝组成

29、的光学器件,光栅常数(栅距),W-栅距，a-线宽，b-缝宽,W=a+b，a=b=W/2,Company Logo,（1）计量光栅,5.4 光电检测中的计量部件,条纹宽度：,栅线交叉的暗带,四棱形的亮区,B,Company Logo,86,（1）计量光栅,5.4 光电检测中的计量部件,特例：当=0,w1=w2 B=光闸莫尔条纹 当=0,w1w2 纵向莫尔条纹,Company Logo,5.4 光电检测中的计量部件,主光栅移动，莫尔条纹周期性地变化，光电池接收这一变化，每变化一周期计数器计一次。如果计数为N，则移动距离为NW。,Company Logo,88,5.4 光电检测中的计量部件,同步性：

30、光栅移动一个栅距 莫尔条纹移动一个间距一方向对应放大性：夹角很小 BW 光学放大 提高灵敏度可调性：夹角 条纹间距B 灵活准确性：大量刻线 误差平均效应 克服个别/局部误差 提高精度,莫尔条纹特性,Company Logo,89,（1）计量光栅,5.4 光电检测中的计量部件,故 被测物体位移栅距脉冲数,Company Logo,5.4 光电检测中的计量部件,光栅尺的输出信号与测量电路信号转变过程,移动距离：NW,Company Logo,辨向原理,对位移量的测量,除了确定大小之外,还需要确定其方向。无论可动光栅片是向左或向右移动，在一固定点观察时，莫尔条纹同样都是作明暗交替的变化，后面的数字电

31、路都将发生同样的计数脉冲，从而无法判别光栅移动的方向，也不能正确测量出有往复移动时位移的大小。,5.4 光电检测中的计量部件,Company Logo,在相隔1/4栅距的位置上放置两个光电元件,得到两个相位差/2的电信号。,5.4 光电检测中的计量部件,辨向原理,Company Logo,a,b,a,b,正向时a超前b,正向,Company Logo,a,b,a,b,正向时b超前a,正向移动时脉冲数累加，反向移动时，便从累加的脉冲数中减去反向移动所得到的脉冲数，这样光栅传感器就可辨向。,反向,Company Logo,（2）细分技术,以移过的莫尔条纹的数来确定位移量，其分辨力为光栅栅距。为了提

32、高分辨力，可采用细分技术，即在莫尔条纹信号变化的一个周期内，给出若干个计数脉冲来减小脉冲当量的方法。常用四倍频细分法。,5.4 光电检测中的计量部件,Company Logo,a,b,a,b,正向,c,d,在辨向原理中已知，在相差 1/4栅距位 置上安装两个光电元件，得到两个相 位相差/2 的电信号。若再将这两个信号反相就可以得到 个依次相差/2 的信号。从而可以在移动一个栅距的周期内得 到四个计数脉冲，实现四倍频细分。,四倍频细分法,Company Logo,97,5.4 光电检测中的计量部件,标尺光栅,指示光栅,假如移动了一个栅距,得到四个信号：,Company Logo,5.4 光电检测

33、中的计量部件,四倍频细分法,Company Logo,5.4 光电检测中的计量部件,可实现任意的细分数。,电子细分技术,直接细分,四倍频细分,电桥细分与电位器链细分,对光栅输出信号要求严格，且消耗一定的功率；,相位调制细分,细分数可以很高，通常为2001000，但对电路中的滤波器有相应的要求；,锁相倍频,在实现高细分数时有明显的优越性。,软件细分,Company Logo,5.4 光电检测中的计量部件,光栅栅距,脉冲当量、最小分辨率均为,显示数为,Company Logo,光电编码器是一种回转式数字测量元件，通常装在被检测轴上，随被测轴一起转动，可将被测轴的角位移转换为增量脉冲形式或绝对式的代

34、码形式。,（3）光学码盘及编码,5.4 光电检测中的计量部件,增量式角编码器,绝对式角编码器,Company Logo,增量式光电码盘是在玻璃、金属或塑料圆盘的整周刻上放射状的透光栅线，并按一定模式刻上确定零位标志的光栅线或制成绝对位置定位码。它是以脉冲数字形式输出当前状态与前一状态的差值，即增量值，然后用计数器计取脉冲数。因此它需要规定一个脉冲当量，即一个脉冲所代表的被测物理量的值。,增量式角编码器,5.4 光电检测中的计量部件,Company Logo,（3）光学码盘及编码,转轴,码盘及狭缝,光敏元件,辨向用的A、B狭缝,光源,AB,C,零位标志,5.4 光电检测中的计量部件,Compan

35、y Logo,式中n为码道数。,绝对式编码器将被测点的绝对位置转换为二进制（或BCD码、格雷码）的数字编码输出。其结构和原理可分为,接触式、光电式和电磁式几种。,角分辨力为,绝对式角编码器,5.4 光电检测中的计量部件,Company Logo,5位二进制码盘,根据码盘的起始和终止位置就可确定转角，与转动的中间过程无关。,二进制码盘的码道数n 和码道编码容量M 之间的关系为,二进制码盘中内圈为高位码，外圈为低位码。,5.4 光电检测中的计量部件,角分辨力为,Company Logo,（3）光学码盘及编码,要求各个码道刻划精确，彼此对准，这给码盘制作造成很大困难。由于微小的制作误差，只要有个码道

36、提前或延后改变，就可能造成输出的粗大误差。消除粗大误差方法：双读数头法，循环码代替二进制码双读数头的缺点是读数头的个数增加了一倍。当编码器位数很多时，光电元件安装位置也有困难。,5.4 光电检测中的计量部件,Company Logo,（3）光学码盘及编码,(a)四位二进制码盘展开图(b)采用双读数头消除粗大误差的示意图,5.4 光电检测中的计量部件,Company Logo,(1)n位循环码码盘具有2n种不同编码；(2)循环码码盘具有轴对称性，其最高位相反，其余各位相同；(3)循环码为无权码；(4)循环码码盘转到相邻区域时，编码中只有一位发生变化，不会产生粗误差。,六位的循环码码盘,5.4 光

37、电检测中的计量部件,Company Logo,（3）光学码盘及编码,4位二进制码与循环码的对照表,5.4 光电检测中的计量部件,Company Logo,110,5.5 角反射器与极性分析器,带有协作目标的主动光电装置，可大为增加探测目标的作用距离，其中协作目标可用角反射器或列阵充当。,（1）角反射器,由于角反射器有极强的反射回波特性，所以被广泛应用于军事、船舶遇险救生等领域，自二次世界大战中雷达技术成熟广泛使用以来一直在应用。,从材料上分 金属型、涂层型；从形状上分 四角型、八角型、六角型、多角型；从放置方法上分 固定型、吊挂型；,Company Logo,111,5.5 角反射器与极性分析

38、器,Company Logo,112,5.5 角反射器与极性分析器,几种角反射器的特性参数,Company Logo,113,5.5 角反射器与极性分析器,在真桥（路）附近，用角反射器模拟一座假桥，那么在轰炸机的雷达屏幕上回波最大的桥就是角反射器桥，而不是真桥。,救生艇放置反射器，可提高大型船舶的雷达回波显示，避免碰 撞减少意外；海面养殖及做业的小船应放置雷达反射器，避免船舶误入造成 不必要的损失；主要航道和意发事故海域，如沉船暗礁浅礁应放置反射器，防 止在特殊气象条件下船舶航行出现意外。,军事领域,民用领域,用于海上遇险救生和航道船舶航行安全,隐真示假、欺骗迷惑敌人,Company Logo,5.5 角反射器与极性分析器,（2）极性分析器,能够确定某仪器的光轴是否对准目标，并给出方位。极性分析器在某些使用场合有时叫做辐射通量分离器。,四锥面辐射分离器,光纤辐射分离器,Company Logo,115,5.5 角反射器与极性分析器,（2）极性分析器,中心轴重合,中心轴偏离,