光电系统设计理论基础
光电系统设计(第一章、绪论)
光电系统应满足预定的功能要求，包括光信号的输入、转换、传输和输出等。
功能性原则
高效性原则
稳定性原则
可维护性原则
光电系统应具有较高的能量转换效率和信号传输质量，以减少能源浪费和信号失真。
光电系统应具有稳定的性能，能够适应不同的环境条件和工作状态，保证系统的可靠性和稳定性。
光电系统的设计应便于安装、调试、使用和维护，降低系统的生命周期成本。
利用光电系统的非接触、高精度测量等优点，实现工业自动化、环境监测等领域的高精度测量和控制系统。
传感领域
0
利用光电系统的无创、无痛等优点，实现医学影像、生物组织检测等领域的光学仪器和设备。
医疗领域
0
利用光电系统的光谱分析、荧光分析等技术，实现食品安全、环境保护等领域的高灵敏度检测系统。
检测领域
0
光电系统的应用领域
光电系统设计（第一章、绪论）
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Ⅰ
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Ⅱ
绪论 光电基础知识 光电系统设计基础 光电系统的性能指标 光电系统的应用案例
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绪论
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光电系统概述
光电系统的基本组成
光电系统通常包括光子发射器、光子探测器、光子传输通道和信号处理电路等部分。
光电材料与器件的分类
03
光电材料与器件的发展趋势
随着科技的发展，光电材料与器件在性能和集成度方面不断提升，未来将有更多的创新和应用。
01
光电材料分类
光电材料包括无机材料、有机材料和复合材料等类型。
02
光电器件分类
光电器件包括光电管、光电倍增管、光电二极管和光电晶体管等类型。
光电追踪系统的设计原理和实践
光电追踪系统的设计原理和实践光电追踪系统的设计原理和实践光电追踪系统是一种基于光电传感器和追踪算法的系统，可以实时监测和跟踪目标物体的运动轨迹。
它在许多领域有着广泛的应用，如自动驾驶、机器人导航和安防监控等。
本文将介绍光电追踪系统的设计原理和实践。
光电追踪系统的设计原理主要包括硬件和软件两个方面。
在硬件方面，系统使用光电传感器来接收光信号，并将其转换为电信号。
光电传感器通常采用光敏电阻、光电二极管或光电三极管等。
通过合理的电路设计和信号放大，可以提高光电传感器的灵敏度和抗干扰能力。
在软件方面，光电追踪系统需要进行目标的检测、识别和跟踪。
目标检测是指在图像或视频中找到目标物体的位置和大小。
常用的目标检测算法有Haar特征检测、HOG特征检测和深度学习等。
一旦目标被检测到，系统会使用跟踪算法来实时跟踪目标的位置和运动轨迹。
常见的跟踪算法有卡尔曼滤波、粒子滤波和相关滤波等。
这些算法可以根据目标的运动特征和环境条件，实现快速准确的目标跟踪。
在实践中，光电追踪系统的应用非常广泛。
例如，在自动驾驶中，光电追踪系统可以实时跟踪周围车辆和行人的位置和速度，从而实现自动驾驶车辆的安全行驶。
在机器人导航中，光电追踪系统可以帮助机器人识别和跟踪目标位置，实现自主导航和定位。
在安防监控中，光电追踪系统可以实时监测和跟踪可疑人员或物体的移动轨迹，提高安全性和保护效果。
然而，光电追踪系统也面临一些挑战和限制。
首先，光电传感器的灵敏度和分辨率会影响系统的跟踪精度和速度。
其次，环境因素如光照、背景干扰和目标遮挡等，也会对系统的性能产生影响。
此外，系统的实时性和算法的复杂度也是需要考虑的因素。
总结来说，光电追踪系统是一种基于光电传感器和追踪算法的系统，可以实现目标的实时监测和跟踪。
通过合理的设计原理和实践，光电追踪系统在许多领域有着广泛的应用。
然而，系统还面临一些挑战和限制，需要进一步研究和改进。
希望随着技术的发展和创新，光电追踪系统能够在更多的领域发挥其重要作用。
光电检测系统的原理和设计方法
光电检测系统的原理和设计方法
光电检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴的检测技术。
它主要利用电子技术对光学信号进行检测，并进一步传递、储存、控制、计算和显示。
光电检测技术从原理上讲可以检测一切能够影响光量和光特性的非电量。
它可通过光学系统把待检测的非电量信息变换成为便于接受的光学信息，然后用光电探测器件将光学信息量变换成电量，并进一步经过电路放大、处理，以达到电信号输出的目的。
然后采用电子学、信息论、计算机及物理学等方法分析噪声产生的原因和规律，以便于进行相应的电路改进，更好地研究被噪声淹没的微弱有用信号的特点与相关性，从而了解非电量的状态。
微弱信号检测的目的是从强噪声中提取有用信号，同时提高检测系统输出信号的信噪比。
光电检测电路的基本构成
光电探测器所接收到的信号一般都非常微弱，而且光探测器输出的信号往往被深埋在噪声之中，因此，要对这样的微弱信号进行处理，一般都要先进行预处理，以将大部分噪声滤除掉，并将微弱信号放大到后续处理器所要求的电压幅度。
这样，就需要通过前置放大电路、滤波电路和主放大电路来输出幅度合适、并已滤除掉大部分噪声的待检测信号。
其光电检测模块的组成框光电二极管的工作模式与等效模型
光电二极管的工作模式
光电二极管一般有两种模式工作：零偏置工作和反偏置工作，一般来说，在光电精密测量中，被测信号都比较微弱，因此，暗电流的影响一般都非常明显。
本设计由于所讨论的待检测信号也是十分微弱的信号，所以，尽量避免噪声干扰是首要任务，所以，设计时采用光伏模式。
光电二极管的等效电路模型。
光电综合应用系统的设计与开发
光电综合应用系统的设计与开发随着科技的飞速发展，光电综合应用系统已经成为现代化工业和商业的核心，许多企业和机构都开始把注意力转向这个领域。
本文将探讨光电综合应用系统的设计和开发，希望对读者有所启发。
一、光电技术的基础光电技术是将光学和电子学相结合的一种技术，是当今世界技术领域的前沿和热门话题。
光电技术的优点在于其具有高效、精确和可重复性等特点，使得其在制造业、医疗、安全等领域得到广泛应用。
二、光电综合应用系统的设计光电综合应用系统是一种通过光电技术实现的工业自动化系统。
在设计光电综合应用系统时，需要从以下三个方面考虑：1.硬件部分硬件部分包括采集电路、传感器、执行机构等组成部分。
其中，采集电路的设计是整个系统中最核心的部分之一，因为它负责对感应器产生的信号进行调整和转换。
在硬件部分的设计中，需要考虑材料的选择、电路的设计和组装等方面。
2.软件部分软件部分包括程序的编写、系统的调试和性能的优化等。
在程序编写的过程中，需要考虑到信号的采集和处理、控制逻辑的设计以及数据的处理和分析等方面。
同时，在系统调试和性能优化上，需要不断进行实验和实测，以找到最佳的工作状态。
3.系统架构和工业标准系统架构和工业标准是整个光电系统设计中最基础的环节之一。
在系统架构上，需要确定系统的功能模块，以及模块之间的关系和功能实现的细节。
在工业标准上，需要考虑到建立统一的标准和规范，以保证系统在生产和使用中的稳定和可靠。
三、光电综合应用系统的开发光电综合应用系统的开发需要跨越多个阶段，包括需求分析、系统设计、实验开发和测试等。
在这些阶段中，需要采用如下两种方法：1.原型方法原型方法是目前在光电综合应用系统开发中最常用的方法之一。
其优点在于可以快速验证系统的功能和性能，并在开发过程中不断优化系统的设计和实现。
在原型方法中，需要通过迭代的方式来不断完善系统的性能和用户体验。
2.瀑布模型瀑布模型是一种经典的软件开发模型，其优点在于可以明确任务的执行流程和目标，并且能够提供必要的文档和规范。
光电系统课程设计基础
光电系统课程设计基础一、教学目标本课程旨在通过光电系统的基础知识教学，使学生掌握光电效应的基本原理，了解光电系统的基本组成和工作原理。
通过学习，学生应能理解并应用光电效应的基本公式，分析并设计简单的光电系统。
此外，通过课程学习，培养学生对科学探究的兴趣，提高学生的实验操作能力和问题解决能力。
具体的教学目标包括：1.知识目标：学生能够理解光电效应的原理，掌握光电效应的基本公式和应用。
2.技能目标：学生能够运用光电效应的知识分析实际问题，设计并搭建简单的光电系统。
3.情感态度价值观目标：学生通过学习光电系统课程，培养对科学的热爱和探究精神，提高科学素养。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括光电效应的基本原理、光电效应的基本公式及应用、光电系统的组成及工作原理。
具体包括以下几个部分：1.光电效应的基本原理：光的传播、光电效应的发现、光电效应的规律。
2.光电效应的基本公式及应用：爱因斯坦的光量子假设、光电效应方程、光电效应的应用。
3.光电系统的组成及工作原理：光源、光探测器、信号处理电路、光学元件。
4.光电系统的应用：太阳能电池、光电通信、光电传感器。
三、教学方法为了提高学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行教学。
包括：1.讲授法：通过讲解光电效应的基本原理和公式，使学生掌握光电系统的基础知识。
2.讨论法：通过分组讨论，引导学生深入理解光电系统的原理和应用。
3.案例分析法：通过分析具体的光电系统案例，使学生学会运用光电效应的知识解决实际问题。
4.实验法：通过动手实验，让学生直观地了解光电系统的工作原理，提高学生的实验操作能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将选择和准备以下教学资源：1.教材：《光电系统基础》教材，为学生提供系统的光电系统知识。
2.参考书：提供相关的参考书籍，为学生提供更多的学习资料。
3.多媒体资料：制作光电系统相关动画和视频，帮助学生形象地理解光电效应的原理。
光电系统设计概述
2、数字电路设计
• 光电设计中的数字电路通过分析数字输人信号特性、系统对输出数字信号的 要求，进行数字输人测量电路和数字量控制输出电路的设计。根据对输人信 号特性和输出信号的负载能力要求考虑接口的设计。
4、系统可靠性设计
（1）硬件可靠性设计 1）元器件选择原则：满足性能要求、满足可靠性要求、降额设计、低功耗
设计。 2）电源抗干扰技术 3）系统接地技术 4）PCB设计技术 5）低功耗设计技术
（2）软件可靠性设计 硬件可靠性设计是尽可能切断外部干扰进人单片机系统，但由于干扰存在的
复杂性和随机性，硬件的可靠性设计并不能保证将各种干扰拒之门外，因此 要同时运用软件可靠性设计技术，两者结合可进步提高单片机系统的可靠性。 1）输入通道的软件可靠性 2）输出通道的软件可靠性 3）程序设计的可靠性 4）数字滤波技术
• 光电系统的分类从大类上通常分为主动光学系统和被动光学系统。 主动系统如激光测距、LED/激光位置检测、光学显示装置等。 被动系统包括图像增强器、红外成像仪、激光指示器和微光电视等。
光学系统的设计
• 光学设计通常始于空间光路布置，从简单的考虑镜头寻找对象/图像的距离 和尺寸、光圈、焦距长度等。
• 在明确对所设计光学系统的各项指标后，设计者要第一考虑的限制物理界面 的要求，进而根据系统要求和使用条件，决定满足使用要求的各种数据，拟 定出光学系统的原理图。
• 电子系统设计通常包含总体设计、模块设计、组装调试、性能测和文档总 结等环节。
1、模拟电路设计
• 模拟电路是电子系统的重要部分，也是影响整个系统成败的关键模块。需要 在分析模拟输入、输出信号需求的基础上。进行前向通道和后向通道电路的 设计。
光电系统设计概述
光电系统设计概述光电系统是一种将光信号转化为电信号或者将电信号转化为光信号的系统。
它在各个领域中都有广泛的应用，包括通信、能源、医疗和环境监测等。
本文将从设计的角度来介绍光电系统的概述，包括设计原则、组成部分和关键技术。
一、设计原则光电系统的设计原则主要包括功能实现、性能优化和可靠性保证。
功能实现是指根据系统的应用需求，确定系统所需的功能和性能指标。
例如，通信领域中的光纤通信系统需要实现高速传输和低误码率；医疗领域中的医学成像系统需要实现高分辨率和高信噪比。
性能优化是指通过选择适当的器件和参数配置，使系统在满足功能需求的同时，达到最佳的性能指标。
例如，在光信号的传输过程中，选择适当的波长和光纤材料可以减小光损耗和色散，提高传输效率和距离。
可靠性保证是指采取合适的措施，确保光电系统在各种环境条件下都能正常工作，并具有较高的系统可靠性。
例如，引入冗余设计、使用稳定可靠的器件和材料、进行充分的测试和验证等。
二、组成部分光电系统主要由光源、传输介质、接收器和控制电路等组成。
光源产生可控的光信号，常用的光源包括激光器和发光二极管。
激光器具有高亮度、狭谱性和相干性等特点，适用于长距离或高速传输系统。
发光二极管则具有低成本、小尺寸和较长寿命等优势，适用于短距离或低速传输系统。
传输介质用于传输光信号，常用的传输介质包括光纤和自由空间。
光纤具有低损耗、大带宽和抗干扰能力强等特点，适用于长距离传输。
自由空间传输则适用于短距离或非定向传输场景。
接收器接收传输介质中传输的光信号，并将其转化为电信号。
接收器一般包括光电探测器和前置放大电路等。
光电探测器将光信号转化为电信号，前置放大电路用于增强电信号的幅度和质量。
控制电路用于控制光源、接收器和其他辅助功能的工作。
控制电路可以实现对光源功率的调整、自适应增益的控制和信号解调等功能，以实现系统的稳定性和灵活性。
三、关键技术光电系统的设计涉及到多个关键技术，包括光学设计、电路设计和信号处理等。
光电项目知识点总结
光电项目知识点总结光电项目是指利用光电子技术，应用在各个领域中，如通信、能源、医疗、军事等。
光电领域的发展日新月异，新的技术不断涌现，因此对于从事光电项目的工程师和技术人员来说，了解光电项目的知识点显得十分重要。
本文将就光电项目的相关知识点进行总结，包括基础知识、光电器件、光电系统、光电材料、光电成像、光电测量、光电通信等方面，全面系统地介绍光电项目的知识点。
一、基础知识在进行光电项目的相关工作之前，需要了解一些基础知识。
这些基础知识包括光学基础知识、电子学基础知识、材料科学基础知识等。
只有掌握了这些基础知识，才能更好地理解和应用光电项目的技术。
1. 光学基础知识光学是研究光的传播、反射、折射、散射、干涉、衍射以及光和物质相互作用的一门学科。
光学的基础知识包括光的波动理论、光的几何光学、光的偏振、光的干涉和衍射等。
光学原理对于光电项目至关重要，因为很多光电器件和系统都是基于光学原理设计和制造的。
2. 电子学基础知识电子学是研究电子器件、电路和系统的学科。
在光电项目中，无论是光电器件还是光电系统，都离不开电子学的基础知识。
电子学的基础知识包括电子器件的工作原理、电路的设计与分析、电子系统的调试与维护等。
3. 材料科学基础知识材料科学是研究材料的结构、性能、制备和应用的学科。
在光电项目中，材料的选择和应用至关重要。
材料科学的基础知识包括材料的结构与性能、材料的制备与加工、材料的分析与测试等。
二、光电器件光电器件是将光能转化为电能或者将电能转化为光能的器件。
光电器件是光电项目中的核心部件，其种类繁多，包括光电二极管、光电晶体管、光电变换器等。
下面将介绍一些常见的光电器件。
1. 光电二极管光电二极管是一种能够将光信号转化为电信号的器件。
光电二极管的工作原理是利用光照射在PN结上产生光生载流子，从而改变PN结的导电特性，最终产生电信号。
光电二极管在光电通信、光电测量等领域有着广泛的应用。
2. 光电晶体管光电晶体管是一种能够将光信号放大的器件。
光电系统的设计与实现
光电系统的设计与实现光电系统是由光学和电子学两个领域相结合而成的系统，主要通过光、电信号来实现对信息的采集、处理和传输。
光电系统的设计与实现需要了解光学和电子学的基础知识，同时也需要掌握一定的物理学和工程学知识。
本文将分别从光学和电子学两个角度，探讨光电系统的设计与实现。
光学的应用于光电系统中，主要涉及光的成像、衍射、干涉等基础理论和技术，下面主要就光学在光电系统中的应用作一些介绍。
光电系统中的成像技术光电系统的成像技术主要涉及光的折射、反射、成像透镜等知识。
成像的目的是为了将物体的信息转化为光信号，方便采集和处理。
成像透镜是光学系统中最常用的光学元件之一，它通过光的折射和反射的作用，将物体的光信息聚焦在一起，形成一个清晰的像。
根据成像透镜的种类和数量的不同，可以实现不同的成像效果。
如单透镜成像、多透镜成像、球面镜成像等。
对成像技术的应用，可以设计实现各种不同的光电系统，如用于图像采集、医学成像等。
光电系统中的干涉和衍射技术干涉和衍射是光学中的两个重要现象，也是光电系统中经常用到的技术。
干涉是指两束光相遇时出现的光的增强或消减的现象，干涉可以用来检测光学系统中的误差或者进行精度测量。
衍射是指光在通过一个孔或者障碍物时出现的弯曲现象，衍射可以用来分析光的传播特性和构成光学图像。
干涉和衍射技术在光电系统中广泛应用于交叉干涉、光栅衍射、奇异衍射等领域。
如在激光测量领域中，利用光的干涉特性，可以实现对物体尺寸和形状进行高精度的测量。
电子学在光电系统中的应用主要涉及电子元器件的选择和电路的设计，下面简单介绍一些典型的应用场景和技术。
光电传感器光电传感器是通过光信号对物体进行检测和测量的传感器。
光电传感器具有灵敏度高、响应速度快、精度高、体积小等特点。
实际应用中，常见的光电传感器包括光电开关、光电编码器、光电反射器等。
电路设计在光电系统中，电路设计是实现光电信号采集、处理和输出的重要一环。
通过合理的电路设计，可以使得光电信号的传输更稳定、更精准。
光伏设计基础
光伏设计基础
光伏设计基础主要包括以下几个方面：
光伏发电原理：光伏发电是利用光电效应将太阳能转换为电能的过程。
光电效应是指光照射到半导体材料上时，光子将能量传递给半导体中的电子，使其从价带跃迁到导带，并产生电流。
这种电流可以通过外部电路收集和利用。
光伏组件：光伏组件是将太阳能转化为电能的核心部分，由多个光伏电池组成。
光伏电池是利用光伏效应将太阳辐射能直接转换成电能的器件。
逆变器：逆变器作为光伏整个产业链上极具智能化特点的核心部件，是光伏系统唯一具备多种数字化功能、同时又直接衔接电网的智能设备。
在进行光伏发电系统设计时，需要考虑逆变器的型号、规格和参数，以确保系统能够高效地将太阳能转换为电能并输送到电网。
太阳能资源评估：在光伏发电系统设计中，需要考虑当地太阳能资源的实际情况，包括日照时数、太阳辐射强度、太阳电池面的接收角度等。
这些数据可以帮助设计者确定光伏发电系统的最佳配置和规模。
系统设计：根据实际需求和条件，进行光伏发电系统的整体设计。
这包括确定光伏组件的规格和数量、逆变器的型号和参数、系统的安装位置和角度等。
系统设计是光伏发电系统建设的重要基础，直接影响着系统的性能和成本。
光电系统设计——方法、实用技术及应用
光电系统设计是一门涉及光学、电子和通信等多个领域知识的综合型学科，其在现代科技和工程领域中起着至关重要的作用。
光电系统的设计与应用涉及到光学元件、光电子器件、光电传感器、光电子通信等多个方面，涵盖了生产制造、信息传输、医疗健康、军事安全等各个领域。
本文将从方法、实用技术和应用三个方面对光电系统设计进行探讨。
一、方法1.1 光电系统设计的基本原理光电系统的设计主要基于光学原理和电子技术，通过光学元件和光电子器件的相互作用进行信息的采集、处理和传输。
其中，光学原理涉及到光的传播、反射、折射、色散等现象，而电子技术则包括了电磁波的接收、放大、调制、解调、数字化等技术手段。
1.2 光电系统设计的步骤光电系统设计的步骤一般包括需求分析、系统设计、元器件选型、系统集成、性能测试和应用推广等环节。
在需求分析阶段，需要明确系统的功能要求、使用环境和工作条件等信息；在系统设计阶段，需要根据需求分析的结果，确定系统的整体结构、功能模块和工作流程；在元器件选型阶段，需要根据设计要求，选择合适的光学元件、光电子器件和电子元器件；在系统集成阶段，需要进行硬件和软件的集成，确保系统的稳定运行和性能优良；在性能测试阶段，需要对系统进行功能测试和性能指标测试，以验证系统设计的有效性和可靠性；在应用推广阶段，需要将设计完成的光电系统投入到实际应用中，提高系统的经济效益和社会效益。
1.3 光电系统设计的关键技术在光电系统设计中，有一些关键技术是需要重点掌握和应用的，包括了光学成像技术、光电传感技术、光电通信技术、光电显示技术、光电测量技术等。
在这些技术中，光学成像技术是指利用光学器件将目标物体的信息转化为光学图像，用于观测和分析；光电传感技术是指利用光电传感器对光信号进行转换和探测，用于环境监测、医疗检测等领域；光电通信技术是指利用光纤或光无线传输技术进行信息通信和数据传输，具有高速、大容量和抗干扰能力强的特点；光电显示技术是指利用光电子器件将电子信号转化为光信号，进行信息显示和图像展示；光电测量技术是指利用光学测量原理获取目标物体的尺寸、形状、位置等信息，用于工程测量和科学研究等领域。
光电控制系统的设计与优化
光电控制系统的设计与优化随着科技的发展和工业自动化的普及，光电控制系统已成为现代工业生产中不可或缺的重要环节。
它利用光学技术和控制技术实现对工业装备的自动化控制和监测，广泛应用于制造业、能源、交通、医疗等领域。
本文将介绍光电控制系统的基本原理、设计方法和优化技术，以期为相关研究提供参考和借鉴。
一、光电控制系统的基本原理光电控制系统是一种利用光信号传输和控制的自动化控制系统，它由光信号发送端、传输介质和光信号接收端三部分组成。
在工业生产中，光电控制系统主要通过光电传感器、光电开关等探测设备来实现对物体的自动检测和控制。
当传感器接收到光信号后，将信号转成电信号并传输到控制器，控制器根据接收到的信号控制执行机构完成对设备的控制操作。
光电控制系统具有灵敏度高、反应速度快、干扰小、使用寿命长等特点，可以满足工业生产自动化控制的需求。
同时，光电控制系统还可以与其他控制系统和自动化系统集成，在不同场合和领域中发挥作用。
二、光电控制系统的设计方法1.系统需求分析在设计光电控制系统前，首先需要对系统的需求进行分析和确认。
包括对于控制操作的要求、工作条件及环境因素的考虑、系统可靠性、易维护性等方面进行详细的分析和确认。
2.硬件设计硬件设计是光电控制系统设计的重要环节。
在硬件设计中需要考虑硬件设备的选型、电路的设计、接口的设计等方面。
在选定合适的硬件设备后，需要进行相应的电路设计，包括放大电路、滤波电路、控制电路等电路的设计。
3.软件设计光电控制系统的软件设计主要是设计控制程序，程序中需要包括对于输入信号的处理、数据的处理、控制流程的控制等内容。
软件设计的关键在于对于系统需求的充分理解和程序设计的合理性。
三、光电控制系统的优化技术1.系统性能优化在光电控制系统中，系统的性能是关键问题之一。
在设计系统时需要考虑系统响应时间、控制精度、抗干扰能力等因素。
有关的优化技术包括系统动态响应分析、控制参数调整、滤波算法的优化等。
光电系统设计基础
光电系统设计基础
一、光电系统概述
光电系统是指利用光电转换原理将光信号转换为电信号，或将电信号转换为光信号的系统。
它包括了许多不同的元件和部件，如光源、传感器、激光器、探测器等。
二、光学基础知识
1. 光的本质：波动与粒子性
2. 光的传播：直线传播和折射
3. 光学仪器：凸透镜和凹透镜
三、光源的选择
1. 红外线发射二极管（IR LED）
2. 激光器（Laser）
3. 白炽灯（Incandescent Lamp）
四、传感器的选择
1. 充电耦合器件（CCD）
2. 互补金属氧化物半导体（CMOS）
3. 磁阻传感器
五、探测器的选择
1. 光敏二极管（Photodiode）
2. 红外线探测器（IR Detector）
3. 电荷耦合器件（CCD）
六、滤波器的应用
滤波器可以帮助去除噪声和干扰，同时提高信噪比。
常见的滤波器有低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器。
七、光电系统的应用
1. 光电传感器
2. 光电开关
3. 光电编码器
八、总结
光电系统的设计需要考虑多个因素，如光源、传感器、探测器等的选择和应用，以及滤波器的使用。
在实际应用中，需要根据实际情况进行调整和优化。
光电系统设计基础
光电系统设计基础一、定义和概述1.1 光电系统的定义1.2 光电系统的应用领域二、光电系统的基本原理2.1 光的特性和传播原理2.2 光的电磁波特性2.3 光的能量转换原理三、光电系统的组成和工作原理3.1 光源的选择和设计3.2 光学元件的选择和设计3.3 光电转换器的原理和分类3.4 信号处理和控制电路设计四、光电系统的设计步骤和注意事项4.1 系统需求和功能规划4.2 光学设计和参数计算4.3 光电转换器的选型和性能评估4.4 电路设计和信号处理4.5 系统集成和调试4.6 光电系统设计中的常见问题和解决方法五、光电系统设计案例分析5.1 光电传感器系统设计案例5.2 光电测距系统设计案例5.3 光电图像处理系统设计案例六、光电系统的发展趋势和未来展望6.1 功能性能的提升6.2 尺寸和成本的优化6.3 新材料和新工艺的应用6.4 光电系统在智能制造中的应用前景结论以上是对光电系统设计基础的全面、详细、完整且深入的探讨。
通过对光电系统的基本原理、组成和工作原理的讲解，以及设计步骤和注意事项的介绍，读者可以对光电系统设计有一个全面的了解。
同时，通过设计案例的分析和未来展望的探讨，让读者对光电系统的应用领域和发展趋势有更为深入的了解。
光电系统设计是一个复杂的过程，懂得如何选择合适的光源和光学元件，了解光电转换器的原理与分类，掌握信号处理和控制电路的设计方法，是设计师的基本要求。
希望通过本文的介绍和讲解，读者可以对光电系统设计有更深入的认识，为实际应用提供有效的指导和帮助。
光电系统的发展前景非常广阔，相信在不久的将来，光电系统将在各个领域发挥重要作用。
光电信息系统设计总结ppt课件
要求逐步提高。研制该系统可有效探测识别低小慢目标，对国家
的领空安全至关重要。
传统光学成像系统角分辨力受波长和系统孔径限制，而系统
加工成本和飞行器有效载荷体积等因素限制系统孔径增大。因此，
各国均将如何设计新型光学系统来满足大口径成像作为核心研究
内容。
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36
5、合成孔径光学成像技术如何提升作用距离？
10、简述微光夜视仪的结构组成与工作原理。
微光夜视仪是在夜间低照度下，将目标反射月光、星光等微 弱自然光形成的图像增强、放大成人眼可见图像的夜视器材。
微光夜视仪由微光物镜、像增强器、目镜及电源等组成。其 核心部分是像增强器，也称微光管，由光电阴极、电子透镜、荧 光屏组成。
自然 景物
微弱的 光学图像
微弱的 电子图像
3 液晶显示器件的显像原理
当线性偏极光射入上层槽 状表面时，此光线随着液晶 分子的旋转也产生旋转。
当线性偏极光射出下层槽 状表面时，此光线已经产生 了90度的旋转。
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22
液晶显示技术
3 液晶显示器件的显像原理
当在上下表面之 间加电压时，液晶分 子会顺着电场方向排 列，此时入射光线不 再会旋转，因而光线 直线射出下表面。
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4、虚拟现实分类 按照系统功能和实现方式的不同，可以分为三种类型：
（1）沉浸型虚拟现实系统（“可穿戴”VR系统）
（2）简易型虚拟现实系统（桌面VR系统）
(3)分布式虚拟现实
1
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35
第四章 典型光电信息系统
5、合成孔径光学成像技术如何提升作用距离？
需求分析:
随着现代战争技术发展，对于远距离领空的目标图像分辨率
光电系统设计
变化量与光通量成正比变化。即两光束光通 量分别为1' 1 和1 '2 2 2
14
接收的光通量差为
原信号
1' '2 (1 1) (2 2 ) (1 2 ) 1(1 n)
因波动引起的误差
(8-9)
为完全消除光通量波动的影响，应调整两通道通量 相同（两通道对称）！使n=1.
8.3.4 激光流速计
激光测速是利用多普勒效应原理:
当光源和探测器之间存在相对运动时，光探测器接收到的光束的频 率不再是光源发出的频率。
v表示光源S对观察者P的相对速度，表示相对速度方向和光传播方 向之间的夹角，观察者在P点接收到光波的频率f为
f f0 (1 v cos / c)
式中，f0为光源发光的频率；c为所处介质中的光速。
在有些电路中，采用两光通量比(除)的信号处理方 法，光源波动的影响可以完全消除。设1 / 2 n， 1 / 2 n 则：
1' / '2 ((2 2) /(1 1)) n
15
3. 单个探测器的差动测量 在光电差动测量中，精度在很大程度上取决于两光电探
测器性能上的差异，两者完全一致将十分困难。怎么办？ 采用单光电探测器的差动系统。
问题
什么是非光物理量，如何用光去测量非光物 理量？
答：不与光学量相关的物理量，比如长度、 厚度、变形、速度、角度、质量等。
让非光物理量影响（调制）光学量，通过测 量光学量的变化推算非光物理量的变化。
可以用哪些光学量的变化来表示？
1
本章的主要内容
8.1 光强型光电检测系统 8.2 脉冲型光电检测系统 8.3 相位型和频率型光电检测系统 8.4 利用物理光学原理的光电检测系统 8.5 其它光电检测系统
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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。
精选
2
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。
精选
3
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.
1
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。
13
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
19
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
4
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
精选
5
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
精选
6
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
精选
15
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'、
精选
7
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。
精选
8
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
精选
16
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
精选
17
方案2：棱镜式
光学系统通光效率 64.7% 光学MTF 0.81
精选
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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
20
精选
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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
精选
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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……
精选
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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
Ee
de dS
Ie
d e d
Le
d 2e d s• d
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