光电系统设计理论基础文稿演示
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光电技术课程设计课件
14
光
+
-
NP
光敏二极管结构简图、符号和等效电路图 图1-1 光敏二极管
15
光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态（见 图），在没有光照射时，反向电阻很大，反向电流很小 （一般小于0.1微安），这个反向电流称为暗电流，当 光照射在PN结上，光子打在PN结附近，产生光生电子和 光生空穴对，称为光生载流子。光生载流子在PN结处的内 电场作用下做定向运动，形成光电流。光的照度越大， 光电流越大。
实验三 光敏二（三）极管光控开关设计
一、光敏二（三）极管的结构和原理 1、光敏二极管的结构和原理
光敏二极管的核心部分是一个PN结，因此属于单向导 电的非线性元件。光敏二极管管壳上的一个玻璃窗口 能接收外部的光照；光敏二极管PN结势垒区很薄，光 生载流子的产生主要在PN结两边的扩散区，光电流主 要来自扩散电流而不是漂移电流；为了获得尽可能大 的光电流，PN结面积比普通二极管要大的多，通常都 以扩散层作为受光面，因此，受光面上的电极做的很 小。为了提高光电转换能力，PN结的深度较普通二极 管浅。
当E1充电稳定后，Q3失去基极电流而截止，继电器 常开触点断开，发光二极管熄灭。调整E1的容值可改 变LED点亮时间，E1容值越大，延迟时间愈长。
5
三、光敏电阻光控灯设计实验步骤
1、打开实验箱电源，调节照度计“调零”旋钮，至照 度计显示为“000.0”为止，关闭实验箱电源。
2、J7、J8分别连接实验箱上的光敏电阻结构件黄、蓝 插孔，同时将套筒红、黑插孔与照度计红、黑插孔相 连。
8
实验二 光敏电阻可控振荡器电子鸟设计 一、实验参考原理图
9Байду номын сангаас
二、实验参考原理 手控电子鸟电路的振荡是通过控制555的复位端4实
光
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NP
光敏二极管结构简图、符号和等效电路图 图1-1 光敏二极管
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光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态（见 图），在没有光照射时，反向电阻很大，反向电流很小 （一般小于0.1微安），这个反向电流称为暗电流，当 光照射在PN结上，光子打在PN结附近，产生光生电子和 光生空穴对，称为光生载流子。光生载流子在PN结处的内 电场作用下做定向运动，形成光电流。光的照度越大， 光电流越大。
实验三 光敏二（三）极管光控开关设计
一、光敏二（三）极管的结构和原理 1、光敏二极管的结构和原理
光敏二极管的核心部分是一个PN结，因此属于单向导 电的非线性元件。光敏二极管管壳上的一个玻璃窗口 能接收外部的光照；光敏二极管PN结势垒区很薄，光 生载流子的产生主要在PN结两边的扩散区，光电流主 要来自扩散电流而不是漂移电流；为了获得尽可能大 的光电流，PN结面积比普通二极管要大的多，通常都 以扩散层作为受光面，因此，受光面上的电极做的很 小。为了提高光电转换能力，PN结的深度较普通二极 管浅。
当E1充电稳定后，Q3失去基极电流而截止，继电器 常开触点断开，发光二极管熄灭。调整E1的容值可改 变LED点亮时间，E1容值越大，延迟时间愈长。
5
三、光敏电阻光控灯设计实验步骤
1、打开实验箱电源，调节照度计“调零”旋钮，至照 度计显示为“000.0”为止，关闭实验箱电源。
2、J7、J8分别连接实验箱上的光敏电阻结构件黄、蓝 插孔，同时将套筒红、黑插孔与照度计红、黑插孔相 连。
8
实验二 光敏电阻可控振荡器电子鸟设计 一、实验参考原理图
9Байду номын сангаас
二、实验参考原理 手控电子鸟电路的振荡是通过控制555的复位端4实
光机电测控技术基础光电技术基础PPT课件
描述光源的辐射特性 • 黑体的温度决定了它的光辐射特性。 • 对非黑体辐射，它的某些特性常可用黑体辐射特性来近似地表示。
• 分布温度 辐射源在某一波长范围内辐射的相对光谱功率分布与黑体在某 一温度下辐射的相对光谱功率分布一致，那么该黑体的温度就称为该辐射源 的分布温度。
Hale Waihona Puke • 色温 辐射源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光的颜色相同，则黑 体的这一温度称为该辐射源的色温。
2-2 光辐射
辐射度学量
辐射是一种能量形式，既有电磁性质，又有量子性质。 辐射伴随着能量的转移。
辐射能Qe ：一种以电磁波的形式发射、传播
或接受的能量。单位：焦耳[J]
辐射通量Φe：单位时间内通过一定面积发射、
传播或接受的能量，又称辐射功率Pe，是辐射能 的时间变化率。单位：瓦[W]。
2021/5/18
e ()
d e
d
单位为W／μm(瓦每微米)，或W／nm(瓦每纳米)。
第8页/共108页
2-2 光辐射
光度学量
光谱光视效率：
人的视神经对各种不同波长光的感光灵敏度是不一样的； 对绿光最灵敏，对红、蓝光灵敏度较低；
另外，受视觉生理和心理影响，不同的人对各种波长光的 感光灵敏度也有差异。
视见函数（“标准光度观察者”光谱光视效率）：国际照 明委员会（CIE）根据对许多人的大量观察结果，确定了人 眼对各种波长光的平均相对灵敏度。
第9页/共108页
2-2 光辐射
V '(λ)
1.0
V (λ)
光 0.8 谱 光 视 0.6 效 率
0.4
0.2
0
380
507 555
620
700 波长（nm）
• 分布温度 辐射源在某一波长范围内辐射的相对光谱功率分布与黑体在某 一温度下辐射的相对光谱功率分布一致，那么该黑体的温度就称为该辐射源 的分布温度。
Hale Waihona Puke • 色温 辐射源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光的颜色相同，则黑 体的这一温度称为该辐射源的色温。
2-2 光辐射
辐射度学量
辐射是一种能量形式，既有电磁性质，又有量子性质。 辐射伴随着能量的转移。
辐射能Qe ：一种以电磁波的形式发射、传播
或接受的能量。单位：焦耳[J]
辐射通量Φe：单位时间内通过一定面积发射、
传播或接受的能量，又称辐射功率Pe，是辐射能 的时间变化率。单位：瓦[W]。
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单位为W／μm(瓦每微米)，或W／nm(瓦每纳米)。
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2-2 光辐射
光度学量
光谱光视效率：
人的视神经对各种不同波长光的感光灵敏度是不一样的； 对绿光最灵敏，对红、蓝光灵敏度较低；
另外，受视觉生理和心理影响，不同的人对各种波长光的 感光灵敏度也有差异。
视见函数（“标准光度观察者”光谱光视效率）：国际照 明委员会（CIE）根据对许多人的大量观察结果，确定了人 眼对各种波长光的平均相对灵敏度。
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2-2 光辐射
V '(λ)
1.0
V (λ)
光 0.8 谱 光 视 0.6 效 率
0.4
0.2
0
380
507 555
620
700 波长（nm）
光电系统设计(第一章、绪论)
光电系统设计的基本原则
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）
TITLE
演讲人姓名
Ⅰ
contents
点击添加正文
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
点击添加正文
目录
绪论
单击此处添加文本具体内容，简明扼要地阐述你的观点
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
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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
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光电系统的应用领域
光电系统设计（第一章、绪论）
TITLE
演讲人姓名
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
单击此处添加文本具体内容，简明扼要地阐述你的观点
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。
《光电系统课程设计》报告模板_2010
《光电系统课程设计》设计报告班级：学号：姓名：年月日一、CCD的工作原理CCD的工作原理：线阵CCD由光电二极管阵列组成的光敏区，转移栅，CCD模拟移位寄存器，以及其他一些控制电路构成。
光敏区可以把入射在其上的光能转化为电能，同时把所形成的电荷进行转移，变成便于利用的电压信号而且只有及时地把电荷转移走才能使得CCD芯片连续工作。
而转移栅的功能就是实现把光敏区产生的电荷进行快速准确的转移，必须用外界电路产生相应的波形（电压）进行控制，因此设计CCD的驱动电路成为能使器件正常工作的重要环节。
在转移栅把光敏区的产生的信号电荷转移到CCD 模拟移位寄存器的同时，光敏区又开始工作进行新一轮的转换。
CCD模拟移位寄存器则把转移过来的电荷保存并向外（计算机）传输。
剩余的电路如钳位和采样保持的作用是使得CCD芯片输出的信号的电平能稳定的保持，钳位则可以给采样保持电路提供一个稳定的采样值，采样保持电路的作用是把钳位电路的输出值保持一定的时间，使得波形成为高低电平的形式而不是脉冲。
CCD的工作过程：TCD2252D的基本结构原理图。
它是由2776个PN结光电二极管构成光敏单元阵列，其中前64个和后12个是用做暗电流检测而被遮蔽的，图中用符号表示；中间的2700个光电二极管是曝光像敏单元，图中用iD(0,1,2i=iS(0,1,2i= 示。
每个光敏单元的尺寸为8μm×8μm，相邻象素中心距8μm，相邻传感线间距48μm。
光敏单元阵列的两侧是用做存储光生电荷的MOS电容存储栅。
MOS电容存储栅的两侧是转移栅电极SH，转移栅电极的两侧为CCD模拟移位寄存器，其信号输出部分由输出放大器单元的OS端输出。
① SP：与像元同步，像敏单元采样脉冲，用作采样控制信号；② CP：缓冲控制脉冲（箝位栅）；③ SH：完成将光敏区信号电荷向模拟移位寄存器中转移，在光积分期间，起到隔离作用；④ RS：当转移栅把信号电荷转移到移位寄存器中后，移位寄存器要一位一位输出电荷，为了不使得输出混乱，RS电极需要外加适当的复位脉冲，每当前一个电荷包输出完毕，下一个电荷包尚未输出之前，RS电极上应出现复位脉冲，它把前一电荷包抽走，以准备接受下一电荷包到来。
光电基础知识培训PPT课件
■ 内容
•光的直线传播定律 •光的独立传播定律 •光的反射和折射定律
光电基础知识培训
21
1.1 几何光学基本定律
■（）光的直线传播定律： 光在均匀媒质里沿直线传播
在点光源的照射下，在不透明 的物体背后出现清晰的影子，影子 的形状与光源为中心发出的直线所 构成的几何投影形状一致
物 体
光只有在均匀媒
光电基础知识 培训课程
光电基础知识培训
1
几 何 光 学
反射 折射 全反射
课程安排
波
光
动
纤 通
光
讯
学
基 础
干涉 衍射 偏振
光纤 激光器 光无源器件
光电基础知识培训
光 学 材 料
光学玻璃 光学晶体 光学塑料
2
光-Light， 是我们最熟悉的现象之一， 没有光，人类就无法生存。
万物生长靠太阳！
地球上的主要能源都是直接或间接来自太阳能！
是原子的内层电子受到激发后产生的
是原子核受到激发后产生的
光电基础知识培训
11
Ⅰ 无线电波
波长范围 波长大于1mm 特性 传播过程中波动性明显
应用
无线电技术
光电基础知识培训
12
Ⅱ 红外线
波长范围 特性 应用
760nm～１×106nm
热效应 加热物体、红外摄影、探 测物体、红外遥感技术等
红外侦察
光电基础知识培训
磁波谱
在电磁波中，能被眼睛看到的，只是一个很窄的波段，通常叫
做可见光，在可见光 不同的颜色感觉。
（400-760nm）
范围内不同波长的光引起
光电基础知识培训
10
不同的电磁波 产生的机理不同：
•光的直线传播定律 •光的独立传播定律 •光的反射和折射定律
光电基础知识培训
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1.1 几何光学基本定律
■（）光的直线传播定律： 光在均匀媒质里沿直线传播
在点光源的照射下，在不透明 的物体背后出现清晰的影子，影子 的形状与光源为中心发出的直线所 构成的几何投影形状一致
物 体
光只有在均匀媒
光电基础知识 培训课程
光电基础知识培训
1
几 何 光 学
反射 折射 全反射
课程安排
波
光
动
纤 通
光
讯
学
基 础
干涉 衍射 偏振
光纤 激光器 光无源器件
光电基础知识培训
光 学 材 料
光学玻璃 光学晶体 光学塑料
2
光-Light， 是我们最熟悉的现象之一， 没有光，人类就无法生存。
万物生长靠太阳！
地球上的主要能源都是直接或间接来自太阳能！
是原子的内层电子受到激发后产生的
是原子核受到激发后产生的
光电基础知识培训
11
Ⅰ 无线电波
波长范围 波长大于1mm 特性 传播过程中波动性明显
应用
无线电技术
光电基础知识培训
12
Ⅱ 红外线
波长范围 特性 应用
760nm～１×106nm
热效应 加热物体、红外摄影、探 测物体、红外遥感技术等
红外侦察
光电基础知识培训
磁波谱
在电磁波中，能被眼睛看到的，只是一个很窄的波段，通常叫
做可见光，在可见光 不同的颜色感觉。
（400-760nm）
范围内不同波长的光引起
光电基础知识培训
10
不同的电磁波 产生的机理不同：
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。
第6章_光电系统设计PPT课件
图6-2频率响应特性
由图知，它如同一个低通滤波器的频率特性，即：
s f
so
1
1 2
f
2
2
（6－4）
式中，s(o)是频率为零（直流）或者频率很低时的响应率，f 是光信息的频
率， 为时间常数。
当频率增加时响应率 s f 要降低，当 s f 降到 s o 的 1 2 时所对应
的频率 f0 ，称为上限载止频率，这时有 1 2 f0。
率光谱分布分别是a ()和o ()，光电检测器的光电灵敏度系数为s()时，那 么检测器件的输出 I ()可表示为：
I
(
)
2 1
s
a
o
d
（6－1）
上式表示出了光电检测器件的输出与光谱波长之间的关系，式中 1 和 2 分别为辐射下限波长和上限波长。
光源的辐射波长有一定的范围，存在有峰值波长，光电子检测器件对 波长有选择性，存在一个最灵敏的波长，为充分利用光能， 要求：光电器件与辐射源在光谱特性上相匹配。
第三节 光电系统的设计原则
在光电系统设计时，应针对所设计的光电系统的特点，遵守一些重要 的设计原则。
一、匹配原则
光电系统的核心是光学变换与光电变换，因而光电系统的光学部分 与电子部分的匹配是十分重要的。这些匹配包括光谱匹配、功率匹配和 阻抗匹配。匹配的核心是如何正常选择光电检测器件。
1．光谱匹配
光谱匹配是指光学系统的光谱特性与光电检测器件的光谱灵敏度特 性相匹配。在光电系统设计中，光谱匹配的核心是光源的光谱峰值波长 应与光电检测器件对光谱的灵敏波长相一致。通常是先根据光电系统的 功能要求确定光源，然后再根据光源的峰值波长选用与之光谱匹配的光 电检测器件。
若入射光的波长 为单色光，这时输出电压V 或 I 电流与入射单色 辐射通量 之比称为光谱灵敏度或光谱响应率。
由图知，它如同一个低通滤波器的频率特性，即：
s f
so
1
1 2
f
2
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（6－4）
式中，s(o)是频率为零（直流）或者频率很低时的响应率，f 是光信息的频
率， 为时间常数。
当频率增加时响应率 s f 要降低，当 s f 降到 s o 的 1 2 时所对应
的频率 f0 ，称为上限载止频率，这时有 1 2 f0。
率光谱分布分别是a ()和o ()，光电检测器的光电灵敏度系数为s()时，那 么检测器件的输出 I ()可表示为：
I
(
)
2 1
s
a
o
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（6－1）
上式表示出了光电检测器件的输出与光谱波长之间的关系，式中 1 和 2 分别为辐射下限波长和上限波长。
光源的辐射波长有一定的范围，存在有峰值波长，光电子检测器件对 波长有选择性，存在一个最灵敏的波长，为充分利用光能， 要求：光电器件与辐射源在光谱特性上相匹配。
第三节 光电系统的设计原则
在光电系统设计时，应针对所设计的光电系统的特点，遵守一些重要 的设计原则。
一、匹配原则
光电系统的核心是光学变换与光电变换，因而光电系统的光学部分 与电子部分的匹配是十分重要的。这些匹配包括光谱匹配、功率匹配和 阻抗匹配。匹配的核心是如何正常选择光电检测器件。
1．光谱匹配
光谱匹配是指光学系统的光谱特性与光电检测器件的光谱灵敏度特 性相匹配。在光电系统设计中，光谱匹配的核心是光源的光谱峰值波长 应与光电检测器件对光谱的灵敏波长相一致。通常是先根据光电系统的 功能要求确定光源，然后再根据光源的峰值波长选用与之光谱匹配的光 电检测器件。
若入射光的波长 为单色光，这时输出电压V 或 I 电流与入射单色 辐射通量 之比称为光谱灵敏度或光谱响应率。
光电系统设计第三章
3.2.3 气体放电光源
• • • • • • 气体放电光源的共同特点： 发光效率比同功率的白炽灯高2~10倍； 结构紧凑，电极牢固，耐震，抗冲击； 使用寿命一般比白炽灯长2~10倍； 光色适应性强，可在很大范围内变化。 在光电测量和照明工程中有广泛应用。
3.2.4 固体发光光源
• （1）交流粉末场致发光光源 • 特点：固体化、平板化，可靠、安全、易于安装； 面积、形状几乎不受限制；冷光源，无红外辐射； 视角大，光线柔和；寿命长，可连续使用数千小 时；功耗低；发光易于电控。 • 缺点：亮度较低，驱动电压高，老化快。 • 应用：仪表照明；数字、符号显示、矩阵显示、 像转换与像增强器
（4）光源色度
• 黑体的温度决定了它的光辐射特性。 • 对非黑体的某些辐射特性，常可用黑体辐 射的特性来近似表示。对于一般光源，常 用分布温度、色温或相关色温表示。 • 分布温度：辐射源在某一波长范围内辐射 的相对光谱分布，与黑体在某一温度下辐 射的相对光谱功率分布一致，则该温度就 是辐射源的分布温度。
（2）直流粉末场致发光光源
• 特点：亮度较高；制造工艺简单，成本低；外 部驱动方便。 • 缺点：效率低；寿命短。 • 应用：数码、字符和矩阵寻址显示等方面
（3）发光二极管
• 属于低电压小电流器件，在室温下即可得 到足够的亮度； • 发光相应速度快； • 性能稳定，寿命长； • 易于和集成电路匹配，且驱动简单； • 与普通光源相比，单色性好； • 小型化，耐冲击； • 应用前景广阔。
（2）黑体模拟器
（3）白炽灯
• 发射连续光谱，在可见光谱中段和黑体辐射曲线 相差0.5%，在整个光谱段内和黑体辐射曲线平 均相差2%； • 发光特性稳定，寿命长，广泛用作各种辐射度量 和光度量的标准光源； • 光参数、电参数和寿命之间关系密切。 • 真空钨丝灯：工作温度2300~2800K； • 充气钨丝灯：工作温度2700~3000K； • 卤钨灯：工作温度~3200K。
【精选】光电系统设计理论基础PPT优秀资料
红光的像面最长，紫光的像面最短；
7、垂轴色差
y= f * tan (w); 不同波长,折射率不同,焦距不同,所以
像高不同,差别就是垂轴色差;
像差公式
四、拉氏不变量与光学信息量
光学信息量一般是多维的，此处侧重 于“空间信息量”（另外包括“时间信 息量”）
空间信息量的度量: 一般，用在像面能 分辨多少个点来定义
。 9、《Handbook of Optics》II
主要内容
德国在中型高精度领域领先
第一章 绪论 631 V(500)=0.
功能、指标和精度的新高度 若连续变倍，则必须加补偿组，一般再加后固定组
第二章 拉格朗日不变量 新原理、新方案、新技术的应用
机械补偿--运动镜组依一定关系运动，沿凸轮曲线精确补偿像面位移。 辐射通量（功率）、辐射强度、辐（射）出射度和辐射照度、辐射亮度
二、几何光学基本定律 ㈠光的直线传播定律
在各向同性的均匀介质中，光沿直线方 向传播。
㈡光的独立传播定律 不同光源发出的光在空间某点相遇时，
彼此互不影响，各光束独立传播。
㈢光的折射定律和反射定律
费马原理（Fermat）（极值原理）
光从一点传播到另一点，其间无论经 过多少次折射或反射，其光程为极值。
方案1：透镜式
光学系统通光效率 36.8% 光学MTF 0.063
方案2：棱镜式
光学系统通光效率 64.7% 光学MTF 0.81
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
MTF眼有效 0.026 结论：应选择方案2
对于数码相机，最高有400万pixels 对135胶片：36mm×24mm 国标要求：50lp/mm（轴上），取平均
7、垂轴色差
y= f * tan (w); 不同波长,折射率不同,焦距不同,所以
像高不同,差别就是垂轴色差;
像差公式
四、拉氏不变量与光学信息量
光学信息量一般是多维的，此处侧重 于“空间信息量”（另外包括“时间信 息量”）
空间信息量的度量: 一般，用在像面能 分辨多少个点来定义
。 9、《Handbook of Optics》II
主要内容
德国在中型高精度领域领先
第一章 绪论 631 V(500)=0.
功能、指标和精度的新高度 若连续变倍，则必须加补偿组，一般再加后固定组
第二章 拉格朗日不变量 新原理、新方案、新技术的应用
机械补偿--运动镜组依一定关系运动，沿凸轮曲线精确补偿像面位移。 辐射通量（功率）、辐射强度、辐（射）出射度和辐射照度、辐射亮度
二、几何光学基本定律 ㈠光的直线传播定律
在各向同性的均匀介质中，光沿直线方 向传播。
㈡光的独立传播定律 不同光源发出的光在空间某点相遇时，
彼此互不影响，各光束独立传播。
㈢光的折射定律和反射定律
费马原理（Fermat）（极值原理）
光从一点传播到另一点，其间无论经 过多少次折射或反射，其光程为极值。
方案1：透镜式
光学系统通光效率 36.8% 光学MTF 0.063
方案2：棱镜式
光学系统通光效率 64.7% 光学MTF 0.81
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
MTF眼有效 0.026 结论：应选择方案2
对于数码相机，最高有400万pixels 对135胶片：36mm×24mm 国标要求：50lp/mm（轴上），取平均
LED(光电显示部分) PPT演示课件
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LED的优点
LED的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源，它有着广泛的用途。 体积小 ： LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小，非常的轻。 耗电量低 ：LED耗电非常低，一般来说LED的工作电压是2-3.6V。工作电流是0.02-0.03A。这 就是说：它消耗的电不超过0.1W。 使用寿命长 ：在恰当的电流和电压下，LED的使用寿命可达10万小时。 高亮度低热量
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LED的发展历程 （三）
光LED照明新光源的应用前景。 为了说明白光LED的特点，先看看目前 所用的照明灯光源的状况。白炽灯和卤钨灯，其光效为12～24流明/瓦； 荧光灯和HID灯的光效为50～120流明/瓦。对白光LED：在1998年，白 光LED的光效只有5流明/瓦，到了1999年已达到15流明/瓦，这一指标与 一般家用白炽灯相近，而在2000年时，白光LED的光效已达25流明/瓦， 这一指标与卤钨灯相近。有公司预测，到2005年，LED的光效可达50流 明/瓦，到2015年时，LED的光效可望达到150～200流明/瓦。那时的白 光LED的工作电流就可达安培级。由此可见开发白光LED作家用照明光 源，将成可能的现实。
发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n 型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少 数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直 接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入 式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。
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。
精选ppt课件2021
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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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。
34
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
精选ppt课件2021
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
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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。
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。
从机理分：光传感、光通讯、光学信息处理 从用途分：
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
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、成像以及噪声）评价
光学总体设计是光学仪器设计的先行和关键，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 体层面上具体问题具体分析。
方案1：透镜式
光学系统通光效率 36.8% 光学MTF 0.063
方案2：棱镜式
光学系统通光效率 64.7% 光学MTF 0.81
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
MTF眼有效 0.026 结论：应选择方案2
(Devices,Measurements & Properties)
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
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
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
射（光）亮度
角度特性
I IO cos
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
与机、电、算更佳的匹配和一体化
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
二、研究内容和方法
单位及符号
流明秒(lm.s)
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
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'、
三、几个示例 战车潜望目视系统
点光源、朗伯辐射源、激光光源
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
Ee
de dS
Ie
d e d
Le
d 2e d s• d
“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” ——援引美国国防部新闻简报
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）
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
光量
光密 度
光通 量 面发 光度 光照 度 发光 强度 光亮 度
Qp K()Qr()d
Wp
dQ p dV
p
dQp dt
Rp
d p ds
Ep
d p dS
Ip
d p d
Lp
d 2p ds• d
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。
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。 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
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 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……
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
光电系统设计理论基础文稿演示
优选光电系统设计理论基础
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。
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。
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
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
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 指标中所涉及的光学问题并解决它们。
光学仪器设计 光信息传递过程
评价光学总体性能标准与方法
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。
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。
从机理分：光传感、光通讯、光学信息处理 从用途分：
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
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、成像以及噪声）评价
光学总体设计是光学仪器设计的先行和关键，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 体层面上具体问题具体分析。
方案1：透镜式
光学系统通光效率 36.8% 光学MTF 0.063
方案2：棱镜式
光学系统通光效率 64.7% 光学MTF 0.81
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
MTF眼有效 0.026 结论：应选择方案2
(Devices,Measurements & Properties)
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
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
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
射（光）亮度
角度特性
I IO cos
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
与机、电、算更佳的匹配和一体化
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
二、研究内容和方法
单位及符号
流明秒(lm.s)
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
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'、
三、几个示例 战车潜望目视系统
点光源、朗伯辐射源、激光光源
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、单和量纲对照表
辐射度量制 表达式
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“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” ——援引美国国防部新闻简报
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）
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
光量
光密 度
光通 量 面发 光度 光照 度 发光 强度 光亮 度
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d 2p ds• d
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。
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。 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
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 军用—大型光学、光电经纬仪 民用与信息领域—DVD、HMD、Projector
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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
光电系统设计理论基础文稿演示
优选光电系统设计理论基础
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。
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。
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
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
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 指标中所涉及的光学问题并解决它们。
光学仪器设计 光信息传递过程
评价光学总体性能标准与方法