1空間變化光信號簡單光學(xué)目標(biāo)空間定位光學(xué)圖像的掃描亮度中心檢測法幾何中心檢測法圖像掃描實體掃描光度變換空間編碼象分析掃描調(diào)制光學(xué)象分析象限監(jiān)測器幾何參量的檢測線值測量軸向測距機械式光束式電子式運動物體靜止物體空間搜索第1頁/共150頁第一頁，共151頁。22.1、時變光信號的直接檢測光學(xué)信號有各種不同的變化形式，一般光電系統(tǒng)所處理的輸入信號是輻射（光）通量的變化。因此，光信號的直接檢測，就是光通量的測量，所以了解和掌握光通量的一般測量方法，對于光電系統(tǒng)的分析和設(shè)計是最基本知識。第2頁/共150頁第二頁，共151頁。3光通量可以是不隨時間變化的量值，可以是隨時間緩慢變化的，也可以是隨時間周期性變化的。周期性變化的光信號可以用信號的振幅、頻率和相位來表征。根據(jù)這一特點，光信號的測量可以分為振幅型的，頻率型的和相位型的，直流的或變化緩慢的信號采用振幅測量法，而時間脈沖信號多采用頻率或相位測量。光通量的變化分類第3頁/共150頁第三頁，共151頁。4各種類型的測量方法的測量誤差有明顯的不同，在通常條件下振幅測量的相對誤差是10－2～10－4數(shù)量級，而一般頻率測量，其相對誤差可低于10－6～10－8。這是由于頻率的基準(zhǔn)可以達(dá)到很高的精度。例如，利用專門的穩(wěn)頻裝置的激光器的頻率穩(wěn)定度可達(dá)10－14，譜線的寬度只有幾個赫茲，顯然其測量精度還可提高。時間脈沖的測量具有類似頻率測量的精度，因為頻率和時間測量之間是有確定關(guān)系的，即f＝1／T。各種測量方法的測量誤差第4頁/共150頁第四頁，共151頁。5一、光通量的幅度測量

被測光通量沿單一光學(xué)通道傳送到光電接收器的系統(tǒng)稱作單通道測量系統(tǒng)。單通道測量系統(tǒng)常用的測量方法是直讀法和指零法。㈠單通道測量系統(tǒng)第5頁/共150頁第五頁，共151頁。61.直讀法為了測量樣品的透過率，可以在光路中輪流放置透過率已知的標(biāo)準(zhǔn)樣品，每次對電表值標(biāo)定。經(jīng)過這樣的處理后，再將被測樣品放在光路中，即可由電表的指示直接得到被測的透過率值。第6頁/共150頁第六頁，共151頁。7設(shè)照明樣品的光通量為φ0，樣品透過率為τ，透過樣品并為光電檢測器接收的光通量為φ，檢測器電流靈敏度為S1，放大器增益為K，電表的傳遞系數(shù)為M，轉(zhuǎn)角示值為θ，則直讀系統(tǒng)的測量值可表示為：第7頁/共150頁第七頁，共151頁。8當(dāng)K0保持恒定不變時，被測值τ和電表示值θ之間存在著一一對應(yīng)的關(guān)系，可借以確定被測的τ值。

但實際上K0值不是完全不變的，特別是φ0項與照明狀態(tài)有關(guān)，存在著長期工作的不穩(wěn)定性和不重復(fù)性。

直讀法的特點第8頁/共150頁第八頁，共151頁。92.指零法指零測量法可以消除由于輻射光通量、光檢測器和放大器工作參數(shù)不穩(wěn)定造成的影響，圖中表示了采用指零法測量偏振物質(zhì)偏振面轉(zhuǎn)角的光電裝置及系統(tǒng)方框圖，在光路中布置有起偏器和檢偏器。第9頁/共150頁第九頁，共151頁。10基礎(chǔ)知識回顧

★起偏器：能夠?qū)⒆匀还庾優(yōu)槠窆獾钠骷Q為起偏器。

★檢偏器：用于檢驗偏振光的器件稱為檢偏器。★從起偏器出射的光經(jīng)過一檢偏器，則透過兩個偏振器后的光強I隨兩器件透光軸的夾角θ而變化。即：I=I0cos2θ

第10頁/共150頁第十頁，共151頁。11測量偏振物質(zhì)偏振面轉(zhuǎn)角第11頁/共150頁第十一頁，共151頁。12⑴事先使檢偏器的偏振面相對起偏器轉(zhuǎn)成90°，此時檢測器光敏面上的光通量為零。⑵在偏振器之間放置具有偏光性質(zhì)的被測樣品，它引起偏振面的旋轉(zhuǎn)增大了透過光的數(shù)值，借助于指示電表可以觀察到相對于零位的偏差。⑶若轉(zhuǎn)動檢偏器，重新使電表指零，則檢偏器的轉(zhuǎn)角等于由被測樣品引起的偏振面的轉(zhuǎn)角。⑷用高精度的角度基準(zhǔn)對檢偏器轉(zhuǎn)角逐點標(biāo)定后，只要測量出檢偏器相對零位的轉(zhuǎn)角即可得到所需的偏振面旋轉(zhuǎn)值。工作原理：第12頁/共150頁第十二頁，共151頁。13設(shè)被測偏振面轉(zhuǎn)角為θx，檢偏器的讀出轉(zhuǎn)角為θ0，偏振器組合的相對轉(zhuǎn)角θx－θ0對于透光率τ的轉(zhuǎn)換因子為M，則對偏振器組合和測量電表輸出轉(zhuǎn)角θ分別表示為：求解以上二式有式中，φ0為入射照明光通量；SI為光電器件靈敏度；K為放大器增益。第13頁/共150頁第十三頁，共151頁。14在無試樣的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，即θx＝0時，調(diào)整θ0，使θ＝0。隨后加入試樣則θx≠0，因而θ≠0，重新調(diào)整θ0使θ再次為零，此時由θ=K0(θx-θ0)

有

θx=θ0上式表明：在指示電表指零狀態(tài)下，檢偏器的轉(zhuǎn)角示值θ0代表了被測偏振面的旋轉(zhuǎn)值θx。第14頁/共150頁第十四頁，共151頁。15在上述系統(tǒng)中，電路部分沒有直接用于讀數(shù)，而只是用作電表的指零，指零的效果是由于被測量和已知量相互平衡造成的，這種通過指零將被測量和已知量進(jìn)行比較測量的方法稱作指零法或零示法。

它的測量精度取決于讀數(shù)裝置的精度和指零裝置的零位漂移。光通量的不穩(wěn)定性對誤差影響不大，因為系統(tǒng)的讀數(shù)是在零光通量的情況下進(jìn)行的。指零法的特點第15頁/共150頁第十五頁，共151頁。16單通道測量的主要缺點：

入射光通量的波動會直接影響測量結(jié)果，為了克服這一缺點，采用具有兩個光學(xué)通道的測量方法?？偨Y(jié)第16頁/共150頁第十六頁，共151頁。17㈡雙通道測量系統(tǒng)反射鏡透鏡標(biāo)準(zhǔn)樣品被測樣品光電探測器放大比較器光源第17頁/共150頁第十七頁，共151頁。18用作測量透過率的雙通道測量系統(tǒng)示意圖如圖所示。圖中，光輻射源1借助于反射鏡和透鏡分別沿著基準(zhǔn)通道Ⅰ和測量通道Ⅱ并行傳送。在基準(zhǔn)通道Ⅰ的光路中放置具有固定透過率的標(biāo)準(zhǔn)樣品2，通過光檢測器5監(jiān)視入射光通量φ0的變化。在測量通道Ⅱ中放置被測樣品4，透過被測樣品的光通量φ經(jīng)光檢測器6后在放大器7中和基準(zhǔn)通道的參考信號相比較，通過不同形式的比較處理最終得到測量結(jié)果。雙通道系統(tǒng)不僅能完全消除入射光輻射的起伏影響而且可在一定程度上消除雜光引起的不穩(wěn)定性，是光通量幅度測量中常用的方法。雙通道系統(tǒng)的信號處理方法常采用差動法和交替法。工作原理第18頁/共150頁第十八頁，共151頁。191.差動法在它的測量通道中裝置有可變透過率的光屏3。它是一塊破璃平板，沿著各截面鍍有吸收率不同的膜層。反射鏡透鏡標(biāo)準(zhǔn)樣品被測樣品光電探測器放大比較器光源第19頁/共150頁第十九頁，共151頁。202.補償法第20頁/共150頁第二十頁，共151頁。21⑴在裝上被測樣品4之前，光屏處于最大吸收位置，并使二通道的輸出光通量相等，處于平衡狀態(tài)。⑶光屏的移動由與之相連的指針機構(gòu)9顯示，指針的位置和不同被測樣品的透過率相對應(yīng)。⑵當(dāng)插入被測樣品之后，測量通道的光通量減少。此時若移動光屏改變透過率值使光屏上透過增大恰好等于被測樣品的吸收值，這就可以使二個通道重新達(dá)到平衡。工作原理⑷這樣，光屏或指針的位置就是被測透過率的量度值，并在二通道的輸出光通量相等時讀出。第21頁/共150頁第二十一頁，共151頁。22二個通道的光通量分別由檢測器接收，由差動放大器7得到增益。放大器輸出電壓接到伺服電機8的控制繞組上。當(dāng)兩個通道的光通量不相等時，放大器的輸出端產(chǎn)生控制電壓使電機軸轉(zhuǎn)動帶動光屏移動，一直到輸出電壓為零停止?？刂齐姍C的轉(zhuǎn)動方向是根據(jù)光通量的關(guān)系φⅠ>φⅡ，還是φⅡ>φⅠ，按照負(fù)反饋的連接方法確定。第22頁/共150頁第二十二頁，共151頁。23第23頁/共150頁第二十三頁，共151頁。24差動放大器的失調(diào)信號為：

S1、S2是兩通道光電接收器的靈敏度；φ0為輸入光通量；τr是基準(zhǔn)通道標(biāo)準(zhǔn)樣品的透過率；τx是被測透過率；τ0是可變透過率，它是指針轉(zhuǎn)角θ的函數(shù)，并有關(guān)系式第24頁/共150頁第二十四頁，共151頁。25上式表示了在兩通道平衡時被測透過率與指針位置的對應(yīng)關(guān)系?？梢钥闯霰壤蜃覭0與入射光通量無關(guān)。從而減少了光輻射源的不穩(wěn)定對測量誤差的影響。當(dāng)兩個通道平衡時，△I＝0，則第25頁/共150頁第二十五頁，共151頁。263.交替法例如帶有光孔的不透明轉(zhuǎn)盤或者帶缺口的反射鏡等。當(dāng)轉(zhuǎn)盤的不透明部分遮斷測量通道的光通量時，基準(zhǔn)通道的光通量通過光孔傳送到接收器上。反之，基準(zhǔn)光通量被遮斷，則測量通道的光被接收。兩路信號的轉(zhuǎn)換頻率通常是幾百赫茲，因此，系統(tǒng)中的光電放大器是交流的。在這種系統(tǒng)中，兩個通道的光通量輪流投射到光電接收器上、為此可采用各種不同的交替裝置。第26頁/共150頁第二十六頁，共151頁。27⑴對于相等的兩路光通量，光電流和負(fù)載電阻上的信號電壓是等幅的，如圖(a)所示，此時交流放大器沒有輸出電壓。⑵如果光通量不相等，則接收器的電流將按轉(zhuǎn)換頻率交替變化，相鄰半周期的幅度差取決于兩通道的不平衡狀態(tài)。輸出信號波形如圖(b)所示,根據(jù)光通量φⅠ>φⅡ或φⅡ>φⅠ的不同，信號的相位改變180°，借以控制伺服電機8的轉(zhuǎn)動方向。第27頁/共150頁第二十七頁，共151頁。28(二)雙通道測量系統(tǒng)2.比較法

第28頁/共150頁第二十八頁，共151頁。29光通量的幅度測量方法適合于檢測直流或緩慢變化的光信號，在光度測量中有廣泛的應(yīng)用。對于復(fù)雜的高精度的測量，多采用單個接收器的雙通道系統(tǒng)。而在要求一般的場合常采用兩個接收器的雙通道系統(tǒng)或指零法單通道系統(tǒng)。光通量的幅度測量方法的應(yīng)用場合總結(jié)第29頁/共150頁第二十九頁，共151頁。30設(shè)計一套測量材料透過率的光電測試自動裝置，要求消除光源的不穩(wěn)定性因素的影響。⑴繪出工作原理圖。⑵繪出原理框圖。⑶說明工作原理。習(xí)題15第30頁/共150頁第三十頁，共151頁。31二、光通量的頻率測量某些光電系統(tǒng)所處理的光通量是隨被測信息的規(guī)律呈周期性變化，，這種變化可以是正弦的，也可以是方波的。不論哪種形式，信息是載荷在光通量變化的次數(shù)多少和頻率快慢之中。經(jīng)過相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換，采用常規(guī)信號的波數(shù)和頻率測量方法就可以檢測出所需要的信息。第31頁/共150頁第三十一頁，共151頁。32⑴和光通量的幅度測量相比較，頻率測量有較高的測量精度。這是由于頻率測量的基準(zhǔn)可以達(dá)到很高的水平。⑵此外頻率測量是數(shù)字式的，測量結(jié)果易于和計算機連結(jié)，使用較為方便。因此在現(xiàn)代光電測量中常優(yōu)先考慮采用頻率測量法。優(yōu)點

產(chǎn)生光通量隨時間變化的方法是多種多樣的。例如用幾何光學(xué)方法實現(xiàn)的斬光盤和工業(yè)制品的計數(shù)檢測；用物理光學(xué)方法實現(xiàn)的光柵及干涉條紋測量以及用光電子學(xué)方法實現(xiàn)的光束調(diào)制等。下面以干涉測量為例介紹一些典型測量方法的基本原理和特點。第32頁/共150頁第三十二頁，共151頁。33㈠波數(shù)測量測量臂的位移△x引起于涉場上光強分布的變化,干涉條紋光強△φ隨位移△x的變化可用下式表示邁克爾遜干涉儀示意圖式中：λ/2是光強變化的周期。λ是干涉儀所用光波波長；φ0是光強變化的幅度。第33頁/共150頁第三十三頁，共151頁。34干涉條紋光強△φ以λ/2為周期變化，也就是當(dāng)△x移動λ/2長度時引起△φ一個周期的變化。將△φ變化的周期數(shù)用波數(shù)N表示，可以得到位移x和波數(shù)N的關(guān)系為：第34頁/共150頁第三十四頁，共151頁。35通過測量光通量隨時間變化的周期數(shù)來檢測被測值的方法稱作波數(shù)測量或波形計數(shù)。在一般情況下波數(shù)測量的作法是將由被測量x引起的周期變化的光通量光電轉(zhuǎn)換為電脈沖，再用電子計數(shù)器來計數(shù)波數(shù)的變化N，最后根據(jù)下列公式計算出測量結(jié)果x。

x＝m0N式中m0稱脈沖當(dāng)量，表示單位波數(shù)變化對應(yīng)的被測值。脈沖當(dāng)量可通過計算和實驗標(biāo)定得到。第35頁/共150頁第三十五頁，共151頁。36㈡頻率測量干涉儀系統(tǒng)還可以用來測量物體的運動速度。此時將被測物體安裝在測量臂上，并以速度。υ移動。則它移動了λ/2距離的時間為這個時間便是光通量的變化周期。相應(yīng)的光通量的變化頻率f可表示成式中C為光速；ν為干涉儀光源的光頻率。第36頁/共150頁第三十六頁，共151頁。37實際上，υ可以直接對x求微分得到：式中：f=dN/dt是波數(shù)的時間變化率。λ/2是常數(shù)，運動速度與光通量的變化頻率成正比，只要測得光通量的變化頻率即可計算出所需的運動速度。第37頁/共150頁第三十七頁，共151頁。38例題激光波長為λ＝0.55μm的干涉儀，測得的光通量變化頻率為4×105Hz。求物體的運動速度應(yīng)υ。第38頁/共150頁第三十八頁，共151頁。39頻率測量廣泛應(yīng)用于各種物理量的速率測量中，例如激光測速儀、光電轉(zhuǎn)速測量等。在這些測量中應(yīng)首先將光通量的變化速度轉(zhuǎn)換為電脈沖的頻率，采用電子頻率計測量脈沖計數(shù)率f，最后根據(jù)脈沖當(dāng)量值m0。即可計算出被測速率υ：式中，υ是線速度，角速度或其它變量的時間變化率，脈沖當(dāng)量m0可通過計算和實驗標(biāo)定。總結(jié)光通量的頻率測量方法的應(yīng)用場合第39頁/共150頁第三十九頁，共151頁。40波形計數(shù)和頻率測量法能得到5×10－7以上的相對精度。這主要是由于采用頻率穩(wěn)定度很高的激光器作輻射源，此外數(shù)字測頻的電測法有十幾位的讀數(shù)能力和示值精度。至于光電接收器和供電系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，實際上對測量結(jié)果影響不大，因為信號幅度的改變，將不影響到計數(shù)和測頻的準(zhǔn)確性。第40頁/共150頁第四十頁，共151頁。41三、光通量的相位測量在光電檢測系統(tǒng)中輻射光通量隨被測信息或時間周期變化，若在某一瞬間信號的變化相位代表了被測信息的瞬時值，那么檢測到這個相位值即能確定被測的信息值。如在波數(shù)測量中介紹的利用干涉條紋波形計數(shù)測量位移的應(yīng)用中，若打算進(jìn)一步確定在一個波形變化周期內(nèi)的微小位移，就需要進(jìn)行相位測量，通常稱作條紋的細(xì)分技術(shù)。第41頁/共150頁第四十一頁，共151頁。42激光相位測距原理⑴半導(dǎo)體激光器作輻射源，若在激光器供電電路中外加諧波電壓U0就能得到接近正弦的輻射光波，其初始相位和激勵電壓U0相同。第42頁/共150頁第四十二頁，共151頁。43第43頁/共150頁第四十三頁，共151頁。44⑵實際上，用一臺測距儀直接測量兩點光波傳播的相移是不可能的。因此，采用在B點設(shè)置一個反射器（即協(xié)作靶），使從測距儀發(fā)出的光波經(jīng)靶標(biāo)反射在返回到測距儀，由測距儀的測相系統(tǒng)對光波往返一次的相位變化進(jìn)行測量。第44頁/共150頁第四十四頁，共151頁。45LS作為度量距離的光尺。第45頁/共150頁第四十五頁，共151頁。46⑶相位測量技術(shù)只能測量出不足2π的相位尾數(shù)△φ，即只能確定余數(shù)△m，因此當(dāng)L大于LS時，用一把光尺是無法測定距離的。當(dāng)距離小于LS時，即m=0時，可確定距離為：第46頁/共150頁第四十六頁，共151頁。47四、光通量的時間測量利用周期性光通量變化的時間周期或單個光脈沖間的時間間隔來測量信息的時間測量法，在光電檢測中同樣有著廣泛應(yīng)用。時間測量和相位測量有許多相近處。最簡單的測時方法是在確定時間起止點間用時鐘脈沖填沖計數(shù)，這種方法可以得到1×10－10s以上的測時精度。第47頁/共150頁第四十七頁，共151頁。48時間測量法的原理示意圖如圖所示。由固體激光器1產(chǎn)生的能量為幾兆瓦、作用時間為幾納秒、發(fā)射角為毫弧度的激光脈沖經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)射向被測目標(biāo)2，經(jīng)目標(biāo)2漫反射之后返回到接收系統(tǒng)3。通過測量主波脈沖和回波脈沖的時間差即可測量出被測距離。第48頁/共150頁第四十八頁，共151頁。49圖(b)和(c)給出了脈沖測時的原理框圖和波形圖。主波脈沖和回波脈沖經(jīng)光電轉(zhuǎn)換分別形成電脈沖，控制觸發(fā)器產(chǎn)生確定脈寬t的定時脈沖。在此脈沖持續(xù)時間內(nèi)由頻率為f=1／△T的時鐘脈沖填充計數(shù)，若計數(shù)值為N，則脈寬持續(xù)時間為第49頁/共150頁第四十九頁，共151頁。50在利用脈沖計數(shù)完成時間測量后可根據(jù)實際計數(shù)值N和脈沖當(dāng)量K得到被測距離。最小可測距離Dmin由時鐘脈沖頻率f決定。f愈高，Dmin愈小。通常f可達(dá)300MHz，對應(yīng)的Dmin值為0.5m。第50頁/共150頁第五十頁，共151頁。51設(shè)計一臺有合作目標(biāo)的光電測距裝置。說明工作原理、畫出原理框圖。習(xí)題16第51頁/共150頁第五十一頁，共151頁。522.2、時變光信號的調(diào)制檢測一、調(diào)制的基本原理和類型㈠載波和調(diào)制在光電系統(tǒng)中，光通量是信息的載體。光通量“載荷”信息的方法有多種形式。更多的情況是通過人工的變換方法把被測信息“裁荷”到光通量上。這里，光通量作為載體稱作載波。使光載波信號的一個或幾個特征參數(shù)按被傳送信息的特征變化，以實現(xiàn)信息檢測傳送目的的方法稱作調(diào)制。第52頁/共150頁第五十二頁，共151頁。53調(diào)制技術(shù)給輻射參數(shù)以確定的時間或空間變換，初看起來似乎增加了信號的復(fù)雜性，但是⑴它可以改善光電系統(tǒng)的工作品質(zhì)，有助于傳輸過程的信號處理，提高傳輸能力。⑵能更好地從背景噪聲干擾中分離出有用信號，提高信噪比和測量靈敏度。⑶調(diào)制信號可以簡化檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，改善工作條件。有時利用調(diào)制還可以擴大目標(biāo)定位系統(tǒng)的視場和搜索范圍。因此調(diào)制技術(shù)是光電位測系統(tǒng)中常用的方法。調(diào)制檢測的優(yōu)點：第53頁/共150頁第五十三頁，共151頁。54㈡光學(xué)調(diào)制的分類光學(xué)調(diào)制按時空狀態(tài)和載波性質(zhì)可分作以下幾種類型。1.按時空狀態(tài)分類(1)時間調(diào)制：載波隨時間和信息變化。(2)空間調(diào)制：載波隨空間位置變化后再按信息規(guī)律調(diào)制(3)時空混合調(diào)制：載波隨時間、空間和信息同時變化。2.按載波波形和調(diào)制方式分類(1)直流載波：載波不隨時間而只隨信息變化，(2)交變載波：載波隨時間周期變化。第54頁/共150頁第五十四頁，共151頁。55交變載波：連續(xù)載波——調(diào)幅波、調(diào)頻波、調(diào)相波。脈沖載波——脈沖調(diào)寬、調(diào)幅、調(diào)頻等。

光通量的調(diào)制可以在輻射源或光路系統(tǒng)中進(jìn)行，能實現(xiàn)調(diào)制作用的裝置稱作調(diào)制器。從已調(diào)制信號中分離提取有用信息的過程稱作解調(diào)。第55頁/共150頁第五十五頁，共151頁。56二、調(diào)制器可以實現(xiàn)單色光波或復(fù)合光通量調(diào)制作用的裝置稱作調(diào)制器，調(diào)制器包括機電調(diào)制器，電光調(diào)制器，輻射源調(diào)制器和電子調(diào)制器。第56頁/共150頁第五十六頁，共151頁。57㈠機電調(diào)制器常用的機電調(diào)制器包括機電振子、旋轉(zhuǎn)光閘以及利用電致伸縮的壓電型調(diào)制器。利用遮光或改變透過率方式的調(diào)制器主要用作光通量的幅度調(diào)制和二次調(diào)制。改變光束反射、折射方向的調(diào)制器有時兼有掃描和搜索的擴大視場作用。第57頁/共150頁第五十七頁，共151頁。58在金屬或玻璃圓盤上用光學(xué)或機械方法加工成不同形狀的通光孔，用電機帶動圓盤旋轉(zhuǎn)，組成旋轉(zhuǎn)調(diào)制盤。投向圓盤的光束被調(diào)制盤交替遮斷，相當(dāng)于光路中的光閘，給光束加入調(diào)制信號。典型的旋轉(zhuǎn)光閘如圖所示。第58頁/共150頁第五十八頁，共151頁。59⑴旋轉(zhuǎn)光閘的第一個應(yīng)用是對輻射光源的直流光通量進(jìn)行調(diào)制?；镜墓饴凡贾萌鐖D所示。圖中，1為輻射光源，2為聚光鏡，3為調(diào)制盤，4為調(diào)制盤電機。根據(jù)調(diào)制盤通光孔的形狀和調(diào)制盤面上照明光斑的形狀不同，可以得到諧波形式、方波脈沖形式或鋸形波等各種波形的調(diào)制光通量。第59頁/共150頁第五十九頁，共151頁。60⑵旋轉(zhuǎn)光閘的第二個用法是交替轉(zhuǎn)接兩路光束，如圖所示。圖中旋轉(zhuǎn)圓盤l半周透光，半周全反射。隨調(diào)制盤的旋轉(zhuǎn)，兩個通道的照明光束2和3被交替反射、透射到光電接收器4上，完成轉(zhuǎn)接光束的作用。光束交替調(diào)制器用于雙光束分光測量中，此外，調(diào)制盤還可以用作光斑二維坐標(biāo)探測器，在活動目標(biāo)跟蹤定位等軍事應(yīng)用中廣泛使用。第60頁/共150頁第六十頁，共151頁。61㈡光控調(diào)制器對于光學(xué)性質(zhì)隨方向而異的一些介質(zhì)，常發(fā)生一束入射光分解為兩束折射光的現(xiàn)象，稱作雙折射，相應(yīng)的介質(zhì)稱各向異性材料。由于它們兩個方向折射率不同，這種材料具有旋光性，可以改變?nèi)肷淦窆獾钠穹较?。材料折射率各向異性的性質(zhì)能在電場、磁場和機械力等外力作用下形成和改變。利用這些光控效應(yīng)可以進(jìn)行光波振幅、頻率、相位、偏振面等光學(xué)參數(shù)的調(diào)制。根據(jù)引起光控效應(yīng)外因形式的不同，光控效應(yīng)可以分作電光效應(yīng)、磁光效應(yīng)和聲光效應(yīng)。第61頁/共150頁第六十一頁，共151頁。62

★晶體有雙折射現(xiàn)象，光進(jìn)入晶體后，晶體中的折射光分成兩支。

★一條的折射行為遵循折射定律，即不論入射光線方位如何，折射光線總在入射面內(nèi)，且入射角的正弦與折射角的正弦之比位常數(shù)，因此稱這條折射光線為尋常光或o光線；

★另一條折射光線則不同，一般情況下，入射角的正弦與折射角的正弦之比不是常數(shù)，且折射光線往往不在入射面內(nèi)，即不遵循折射定律，稱它為非常光線或e光線。

★當(dāng)光在晶體中沿光軸方向傳播時不產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象?；A(chǔ)知識回顧第62頁/共150頁第六十二頁，共151頁。63

泡克耳斯效應(yīng)是一種線性電光現(xiàn)象，在外加電場作用下，晶體的折射率會發(fā)生變化，感應(yīng)折射率的變化與電場，也與外加電壓的一次方成正比。最常使用的泡克耳斯器件是磷酸二氫鉀KDP(KH2PO4)和磷酸氘鉀KD*P(KD2P04)。后者的外加電壓比前者要低一半。⑴泡克耳斯調(diào)制盒1、電光調(diào)制器（EOM）第63頁/共150頁第六十三頁，共151頁。64①晶體放在起偏器1和檢偏器2之間，它們的偏振面彼此垂直，當(dāng)晶體未加外加電壓時，通過起偏器的線偏振光全部被檢偏器遮擋。②在電場影響下晶體折射率改變，產(chǎn)生旋光作用，透過晶體傳播的線偏振光變成橢圓偏振，并在檢偏器的偏振方向產(chǎn)生光束分量，因此光束部分透過檢偏器形成了受外電壓調(diào)制的輸出光束。③在某一確定的外加電壓作用下，晶體的輸出光束會由橢圓偏振伸直為線偏振，并和檢偏器偏振方向重合，這時調(diào)制器處于全開狀態(tài)，有最大光通量透過檢偏器輸出。利用泡克耳斯盒調(diào)制光通量示意圖如圖所示。在晶體3上加有電極，外加電壓沿光束的傳播方向建立電場。第64頁/共150頁第六十四頁，共151頁。65克爾調(diào)制器的工作示意圖如圖所示。充有硝基苯的透明槽3里面裝有兩個平面電極，并放置在兩個偏振器1和2之間。兩個偏振面正交，偏振取向與外電場成±45°。電場電力線與光束傳播方向垂直。在外電場作用下，和KDP調(diào)制器相類似，會形成光束的調(diào)制，克爾盒調(diào)制器透過系數(shù)約為25％，光頻范圍0.4～2.1μm，調(diào)制度90％，最高調(diào)制頻率1010Hz。(2)克爾調(diào)制盒克爾效應(yīng)是一種二次電光效應(yīng)，在外電場作用下晶體的折射率變化與電場強度的平方成正比。常用的克爾盒材料是硝基苯(C6H5N02)和鈦酸鋇(BaTi07)。第65頁/共150頁第六十五頁，共151頁。662、聲光調(diào)制器（AOM）聲光調(diào)制器由聲光介質(zhì)和壓電換能器構(gòu)成。當(dāng)驅(qū)動源的某種特定載波頻率驅(qū)動換能器時,換能器即產(chǎn)生同一頻率的超聲波并傳入聲光介質(zhì),在介質(zhì)內(nèi)形成折射率變化，光束通過介質(zhì)時即發(fā)生相互作用而改變光的傳播方向即產(chǎn)生衍射，如右圖所示。目前主要有兩種聲光調(diào)制器：自由空間聲光調(diào)制器和光纖耦合聲光調(diào)制器。主要用在彩色印刷、激光成像和顯示、光纖通訊開關(guān)、儀器及科研中。第66頁/共150頁第六十六頁，共151頁。673、磁光調(diào)制器（MOM）

1845年法拉第發(fā)現(xiàn)玻璃在強磁場的作用下具有旋光性，加在玻璃棒上的磁場引起了平行于磁場方向傳播的線偏振光偏振面的旋轉(zhuǎn)。此現(xiàn)象被稱為法拉第效應(yīng)。法拉第效應(yīng)第一次顯示了光和電磁現(xiàn)象之間的聯(lián)系。促進(jìn)了對光本性的研究。之后費爾德對許多介質(zhì)的磁致旋轉(zhuǎn)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)法拉第效應(yīng)在固體、液體和氣體中都存在。大部分物質(zhì)的法拉第效應(yīng)很弱，摻稀土離子玻璃的費爾德常數(shù)稍大。近年來研究的YIG等晶體的費爾德常數(shù)較大，從而大大提高了實用價值。第67頁/共150頁第六十七頁，共151頁。68㈢輻射源調(diào)制器

在光輻射源供電源上施加交變或脈沖的激勵電壓，實現(xiàn)電源調(diào)制的方法在許多情況下比起在電路中加入調(diào)制器的方式更為簡單和有效。⑴常用的光源例如白熾燈或氣體放電燈都具有較大的發(fā)光惰性。因此，實現(xiàn)電源調(diào)制的利用效率和調(diào)制頻率較低。⑵利用氣體放電光源可以得到幾千赫茲的調(diào)制頻率和80％的調(diào)制度。但大功率的氣體放電燈調(diào)制器是比較笨重的設(shè)備。第68頁/共150頁第六十八頁，共151頁。69⑶半導(dǎo)體發(fā)光二極管可以得到很高的調(diào)制頻率，其上限頻率可達(dá)到上百兆赫茲，且驅(qū)動設(shè)備簡單，發(fā)光效率較高，是目前應(yīng)用最廣泛的光通量調(diào)制器。⑷此外對于半導(dǎo)體激光器等許多激光器也有許多利用激勵電源調(diào)制光強度的應(yīng)用實例。

第69頁/共150頁第六十九頁，共151頁。702.3、簡單光學(xué)目標(biāo)的形位檢測

光學(xué)目標(biāo):不考慮被測對象的物理本質(zhì)，只把它們看作是與背景間有一定光學(xué)反差的幾何形體或圖形景物。根據(jù)光強空間分布的復(fù)雜程度和測量目的，光學(xué)目標(biāo)可以分成簡單光學(xué)目標(biāo)和復(fù)雜圖形景物。一、定義及分類第70頁/共150頁第七十頁，共151頁。71

簡單光學(xué)目標(biāo)通常由點、線、平面等簡單規(guī)則圖形組成。包括刻線、狹縫、十字線、光斑、成像系統(tǒng)得到的遠(yuǎn)處物體的彌散圓及工業(yè)規(guī)則圖形等。測量的目的是確定目標(biāo)相對基準(zhǔn)坐標(biāo)的角度或位置偏差。

復(fù)雜圖形景物的圖形分布復(fù)雜，空間頻率高，密度等級豐富，測量的目的在于確定圖形的細(xì)節(jié)和層次、分析圖形的內(nèi)容等；第71頁/共150頁第七十一頁，共151頁。72

在實際的光電工程中很多對象可以制作或簡化成簡單的光學(xué)目標(biāo)。例如，許多幾何量的形位測量就常常利用被測物體與其背景間的光學(xué)反差來確定物體邊緣輪廓。而大多數(shù)的物體輪廓，特別是工業(yè)圖形都是相對簡單和規(guī)則的。此外，在對星體、飛行物等遠(yuǎn)處活動目標(biāo)的跟蹤測量中，也需要將它們看作是在廣闊背景上的一個或多個獨立的輻射光斑來確定該點源的空間坐標(biāo)。因此，簡單光學(xué)目標(biāo)的測量是物體空間狀態(tài)檢測的重要方面。第72頁/共150頁第七十二頁，共151頁。73

測定目標(biāo)相對基準(zhǔn)的角度偏差和位置偏差在生產(chǎn)、科研和軍事中有廣泛的應(yīng)用。

例如大尺寸工件的安裝與加工、高速公路和鋼軌的自動鋪設(shè)、地下隧道的自動掘進(jìn)等工程中采用的自動準(zhǔn)直測量；精密小尺寸測量中的目標(biāo)對準(zhǔn)和位置偏移測量；現(xiàn)代天文望遠(yuǎn)鏡中的光電導(dǎo)星；軍事應(yīng)用中的激光制導(dǎo)和激光定向等都是這些方面的典型應(yīng)用。二、作用第73頁/共150頁第七十三頁，共151頁。74簡單光學(xué)目標(biāo)的形位檢測一、幾何中心檢測法

(一)像分析和像分析器

(二)典型的像分析器

(三)掃描調(diào)制和極值檢測二、亮度中心檢測法

(一)光學(xué)像分解

(二)象限探測器第74頁/共150頁第七十四頁，共151頁。75

簡單光學(xué)目標(biāo)的形位檢測

第75頁/共150頁第七十五頁，共151頁。76

(一)像分析和像分析器第76頁/共150頁第七十六頁，共151頁。77(二)典型的像分析器

1．雙通道差分調(diào)制式像分析器第77頁/共150頁第七十七頁，共151頁。78(二)典型的像分析器

2．單通道掃描調(diào)制式像分析器第78頁/共150頁第七十八頁，共151頁。79(二)典型的像分析器2．單通道掃描調(diào)制式像分析器第79頁/共150頁第七十九頁，共151頁。80

(三)掃描調(diào)制和極值檢測用于測量工件尺寸的兩光電裝置第80頁/共150頁第八十頁，共151頁。81(三)掃描調(diào)制和極值檢測第81頁/共150頁第八十一頁，共151頁。82(三)掃描調(diào)制和極值檢測第82頁/共150頁第八十二頁，共151頁。83二、亮度中心檢測法(一)光學(xué)像分解第83頁/共150頁第八十三頁，共151頁。84(一)光學(xué)像分解(1)中心孔式第84頁/共150頁第八十四頁，共151頁。85(一)光學(xué)像分解(2)分光式第85頁/共150頁第八十五頁，共151頁。86(一)光學(xué)像分解(3)反射式第86頁/共150頁第八十六頁，共151頁。87(一)光學(xué)像分解(4)全息分光式第87頁/共150頁第八十七頁，共151頁。88

(二)象限探測器第88頁/共150頁第八十八頁，共151頁。89

(二)象限探測器1．四象限探測器第89頁/共150頁第八十九頁，共151頁。901．四象限探測器

第90頁/共150頁第九十頁，共151頁。91(二)象限探測器

2．光電位置傳感第91頁/共150頁第九十一頁，共151頁。922．光電位置傳感第92頁/共150頁第九十二頁，共151頁。932．光電位置傳感第93頁/共150頁第九十三頁，共151頁。94復(fù)雜光學(xué)圖像的掃描檢測一、掃描的基本原理和分類

(一)光學(xué)圖像的掃描光電掃描技術(shù):用一個窄視場的光學(xué)系統(tǒng)和一個光電檢測通道，按一定的時間順序和軌跡串行逐點掃視目標(biāo)物像空間的各點時，能獲得瞬時值與被測目標(biāo)的光學(xué)參數(shù)成比例的時序電信號。掃描方法能以單一個窄視場的光電檢測通道實現(xiàn)大范圍的圖像拾取，它既具有寬廣的觀察測量范圍，又具有較高的空間頻率和灰度等級的分辨能力。第94頁/共150頁第九十四頁，共151頁。95(二)最簡單的直線掃描第95頁/共150頁第九十五頁，共151頁。96(三)掃描系統(tǒng)的分類和工作參數(shù)1．按檢測接收器類型(1)具有單一光敏面檢測器的掃描；(2)有陣列式接收器的掃描。第96頁/共150頁第九十六頁，共151頁。97(三)掃描系統(tǒng)的分類和工作參數(shù)2.按瞬時視場在空間的掃描軌跡(1)直線掃描，對指定兩點間的線段進(jìn)行掃描讀取，也稱行掃描；(2)光柵掃描，在進(jìn)行一維直線掃描的同時進(jìn)行另一正交方向的掃描；(3)圓周掃描，沿圓心位置和半徑為任意的圓周進(jìn)行掃描；(4)隨機掃描，包括掃描軌跡為螺旋線型、梅花型或按圖形邊緣跟蹤以及中心位置為隨機的不同大小的光柵掃描等；(5)沿圓柱面上的螺旋線掃描或沿圓面的空間掃描。第97頁/共150頁第九十七頁，共151頁。98(三)掃描系統(tǒng)的分類和工作參數(shù)3．按實現(xiàn)掃描的物理方法

(1)機械掃描，例如轉(zhuǎn)鼓和平板掃描；

(2)光學(xué)機械掃描，例如多面體反射鏡；

(3)利用衍射光柵或全息光柵的掃描；

(4)電磁場控制的電子束偏轉(zhuǎn)掃描；

(5)利用電光、磁光和聲光效應(yīng)的掃描；

(6)利用CCD的移位電場掃描。第98頁/共150頁第九十八頁，共151頁。99(三)掃描系統(tǒng)的分類和工作參數(shù)4．按掃描的應(yīng)用目標(biāo)(1)圖片掃描，指對二維的平面圖形掃描；(2)實體掃描，指對三維物體的實體圖像掃描；(3)搜索掃描，指對地一空、空一地的空間光學(xué)目標(biāo)的掃描。第99頁/共150頁第九十九頁，共151頁。100(三)掃描系統(tǒng)的分類和工作參數(shù)描述掃描裝置的基本參數(shù)①掃描周期TK:掃描給定視場并使掃描線恢復(fù)初始位置所需的時間。②掃描線密度d和空間分辨率F：掃描裝置能分辨的最小寬度稱作掃描線密度。能分辨的單位長度內(nèi)的最高黑白線對數(shù)稱作掃描裝置的空間頻率。表示裝置分辨圖形細(xì)節(jié)的能力．③掃描變換的直線性和動態(tài)范圍：輸出圖像信號的幾何畸變和灰度畸變低于容許限度內(nèi)的最大輸入光度和輸出電平。④圖像信號的頻帶寬度：取決于掃描線寬和掃描頻率。⑤掃描數(shù)據(jù)率：單位時間內(nèi)掃描裝置所能發(fā)送的圖像數(shù)據(jù)總數(shù)．⑥掃描精度：指時序的圖像信號與圖像的光密度空間分布的正確對應(yīng)關(guān)系第100頁/共150頁第一百頁，共151頁。101二、圖像掃描掃描技術(shù)的一個重要應(yīng)用方面是用作光學(xué)圖片的分解與合成，稱作圖像掃描。它在現(xiàn)在的電視傳真、復(fù)制、計算機圖像輸入設(shè)備、印刷分色制版、雕版等有關(guān)圖像的生成、處理等行業(yè)中有很大的實用性?？捎米鲌D像掃描的裝置有各種形式，大致可分為：機械掃描、電子束掃描和光束掃描。第101頁/共150頁第一百零一頁，共151頁。102二、圖像掃描（一）機械掃描第102頁/共150頁第一百零二頁，共151頁。103(二)電子束掃描第103頁/共150頁第一百零三頁，共151頁。104(三)激光束掃描隨著電光學(xué)和信息光學(xué)的發(fā)展，繼電子束掃描之后，光束掃描技術(shù)表現(xiàn)出誘人的應(yīng)用活力。借助使有良好指向性的激光束按一定規(guī)律偏轉(zhuǎn)的方法相繼研制出了激光大屏幕電視，激光束顯示系統(tǒng)，激光閱讀和印刷機、復(fù)印機等圖像裝置。此外，光束掃描也適用于高密度光信息存貯器的寫入和讀出以及激光聲像光盤等存貯技術(shù)中。使激光束掃描的裝置稱作光束掃描器或光學(xué)掃描器。目前，用得最多的有四種類型：多面反射鏡轉(zhuǎn)鼓；檢流計振鏡；聲光偏轉(zhuǎn)器和全息光柵掃描器。第104頁/共150頁第一百零四頁，共151頁。1051．多面反射鏡轉(zhuǎn)鼓第105頁/共150頁第一百零五頁，共151頁。1062．檢流計振鏡第106頁/共150頁第一百零六頁，共151頁。1073．聲光偏轉(zhuǎn)器第107頁/共150頁第一百零七頁，共151頁。1084．全息光柵掃描器第108頁/共150頁第一百零八頁，共151頁。109三、實體掃描實體掃描大致可分為：對直線運動物體的掃描對靜止物體的掃描對空間特定目標(biāo)的搜索掃描第109頁/共150頁第一百零九頁，共151頁。110(一)直線運動物體的掃描1．光學(xué)飛象掃描方式第110頁/共150頁第一百一十頁，共151頁。111(一)直線運動物體的掃描2．光學(xué)飛點掃描方式第111頁/共150頁第一百一十一頁，共151頁。112(一)直線運動物體的掃描3．光學(xué)混合掃描方式第112頁/共150頁第一百一十二頁，共151頁。113

(二)靜止物體的掃描第113頁/共150頁第一百一十三頁，共151頁。114

(三)空間搜索掃描在地一空、空一地對運動目標(biāo)的探測和跟蹤中，為了發(fā)現(xiàn)輻射目標(biāo)，不得不在很大的空間范圍內(nèi)進(jìn)行搜索。但是，通常的目標(biāo)相對于廣闊的背景是極小的，若同時觀察整個區(qū)域，顯然會增加背景噪聲引起的假信息。因此，對于此類既要在指定的區(qū)域內(nèi)有較高的空間分辨能力又要有盡可能大的搜索范圍的檢測問題，需要采用具有小的瞬時視場角的光學(xué)系統(tǒng)，使之在每一瞬間只針對一小部分搜索空間，同時按一定規(guī)律不斷運動以保證觀察到大范圍的空間區(qū)域，這是搜索掃描的一個特點。搜索掃描系統(tǒng)的基本要求是：搜索空間區(qū)域的時間要短；目標(biāo)處于瞬時視場內(nèi)的時間要長，以便獲得必要的有用信息，能保證對角坐標(biāo)的高分辨本領(lǐng)；結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、重量輕、尺寸小等。第114頁/共150頁第一百一十四頁，共151頁。1151．行搜索掃描

(三)空間搜索掃描第115頁/共150頁第一百一十五頁，共151頁。116

(三)空間搜索掃描2．圓錐型空間掃描第116頁/共150頁第一百一十六頁，共151頁。117

(三)空間搜索掃描第117頁/共150頁第一百一十七頁，共151頁。118

(三)空間搜索掃描第118頁/共150頁第一百一十八頁，共151頁。119三、四象限探測器1、結(jié)構(gòu)通常是由四個光電池排列形成直角坐標(biāo)，制作在共同的襯底上，彼此電絕緣，有單獨的信號輸出端。象限之間的間隔稱為“死區(qū)”，要求死區(qū)作的很窄。若“死區(qū)”太寬，而入射光斑較小時，就無法判別光斑的位置；“死區(qū)”過分狹窄，可能引起信號之間的相互串?dāng)_，對工藝的要求也高。第119頁/共150頁第一百一十九頁，共151頁。1202、工作原理及應(yīng)用有光斑投射表面時，各象限光電池的輸出信號與所接收的光能量成正比，因此能用以測出光斑的光亮度中心。若光斑形狀是有規(guī)則的，并已知時，則可借以確定它的幾何位置。根據(jù)四象限探測器的坐標(biāo)軸線和測量系統(tǒng)基準(zhǔn)線間安裝角度的不同，可將它的應(yīng)用方法分作和差電路和直差電路兩種。第120頁/共150頁第一百二十頁，共151頁。121⑴和差電路四象限探測器的坐標(biāo)軸線和測量系統(tǒng)基準(zhǔn)線間成水平安裝。電路的連接是先計算相鄰象限的和，再計算和信號的差。第121頁/共150頁第一百二十一頁，共151頁。122設(shè)光斑形狀為彌散圓，在探測器四象限Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ上所占的面積分別為S1、S2、S3、S4，光斑半徑為r，光斑中心為。光斑的光密度均勻，光斑相對探測器中心O的偏移,測量范圍。第122頁/共150頁第一百二十二頁，共151頁。123第123頁/共150頁第一百二十三頁，共151頁。124測量靈敏度較高，非線性影響較小，對目標(biāo)光斑的不均勻性適應(yīng)性較強，適用于高精度的定位測量。但信號處理電路復(fù)雜，需要進(jìn)行多次和差運算。各環(huán)節(jié)性能的差異會引起測量誤差。和差電路的特點第124頁/共150頁第一百二十四頁，共151頁。125⑵直差電路四象限探測器的坐標(biāo)軸線和測量系統(tǒng)基準(zhǔn)線間成45°角安裝。各象限間的連接按對角線方向相減。第125頁/共150頁第一百二十五頁，共151頁。126第126頁/共150頁第一百二十六頁，共151頁。127直差電路的特點電路簡單。非線性和靈敏度相對較低。第127頁/共150頁第一百二十七頁，共151頁。128四、光電位置傳感器

PSD（PositionSensitiveDetectors）是一種能測量光點在探測器表面上連續(xù)位置的光學(xué)探測器。PSD由P襯底、PIN光電二極管及表面電阻組成。光電位置傳感器的積分靈敏度是與光敏層上受光斑點相對光敏面中心的偏移位置有關(guān)。

1、結(jié)構(gòu)（蚌埠市集成光電技術(shù)研究所產(chǎn)品為例）

第128頁/共150頁第一百二十八頁，共151頁。129位置分辨率高、光譜響應(yīng)寬、響應(yīng)速度快、位置和光強同時測量、不受光斑的約束、可靠性高。光學(xué)位置和角度的探測、光學(xué)遙測系統(tǒng)、位移和振動測量、激光對中和準(zhǔn)直、距離測試、人類運動姿態(tài)分析。2、特點3、應(yīng)用范圍第129頁/共150頁第一百二十九頁，共151頁。1304、工作原理當(dāng)一束光落在PSD上，相應(yīng)于光能量的電荷在入射點產(chǎn)生，電荷通過P型電阻層被電極收集。P型層是均勻一體的電阻層，被電極收集到的光電流與入射點和電極間距成反比。由此可得出如下公式：I1和I2是電極的光電流，L和I0分別代表電極間距和總光電流。第130頁/共150頁第一百三十頁，共151頁。131當(dāng)PSD幾何中心設(shè)定為坐標(biāo)原點:第131頁/共150頁第一百三十一頁，共151頁。132當(dāng)PSD一端設(shè)定為坐標(biāo)原點：第132頁/共150頁第一百三十二頁，共151頁。1335、分類及轉(zhuǎn)換公式PSD可分一維PSD和二維PSD。PSD光敏面上光點位置可由如下公式得出：這里X1和X2代表每一電極輸出信號（光電流），x是光點位置坐標(biāo)。第133頁/共150頁第一百三十三頁，共151頁。134

第134頁/共150頁第一百三十四頁，共151頁。1357.4、復(fù)雜光學(xué)圖像的掃描檢測光學(xué)目標(biāo)通常是復(fù)雜的二維或三維的圖形或景物，有著更為復(fù)雜的光強分布形式。被測量對象的發(fā)光強度不僅隨時間改變，而且與坐標(biāo)位置有關(guān)。這些目標(biāo)的光強分布結(jié)構(gòu)細(xì)密、空間頻率分布廣、灰度層次豐富、動態(tài)范圍寬。是應(yīng)用范圍最廣的光學(xué)信息來源。一、檢測方法第135頁/共150頁第一百三十五頁，共151頁。136為了對復(fù)雜目標(biāo)進(jìn)行傳真、錄放、檢測、處理和顯示、存貯，最基本的變換方法是圖像數(shù)據(jù)的采集和再現(xiàn)。也就是在光信號采集的情況下如何將物體在空間域內(nèi)的光強分布變換成時域內(nèi)的電信號的變化，或者在圖形再現(xiàn)的情況下如何將時序電信號變換成空間光強的分布。第136頁/共150頁第一百三十六頁，共151頁。137在觀察和測量復(fù)雜圖像時，常常希望光電系統(tǒng)具有在大視場范圍內(nèi)精確分辨圖形細(xì)節(jié)能力。雖然可采用有大視場光學(xué)系統(tǒng)和多通道并行檢測光電器件的組合裝置，但這種方法存在著許多困難。例如，像質(zhì)好、視場大的光路系統(tǒng)本身是復(fù)雜的，而從大視場的背景輻射干擾中檢測出小尺寸目標(biāo)物體可能得到的信噪比較低。特別是并行檢測需要有一個大面積、高分辨率、有并行輸入能力的多像素光電檢測器件，這在目前尚難以實現(xiàn)。第137頁/共150頁第一百三十七頁，共151頁。138能夠同時實現(xiàn)目標(biāo)信號的空時(或時空)變換和光電(或電光)變換的最常用的技術(shù)就是圖像掃描。它們在不同類型的圖像儀器中是不可缺少的重要環(huán)節(jié)。工程上真正得到應(yīng)用的圖像采集的方法是光電掃描技術(shù)。在這種方法中只用了一個窄視場的光學(xué)系統(tǒng)和一個光電檢測通道。第138頁/共150頁第一百三十八頁，共151頁。139二、黑白激光打印機從功能結(jié)構(gòu)上區(qū)分，激光打印機可分為打印控制器和打印引擎兩大部分。

打印控制器就是打印機的控制電路，負(fù)責(zé)接收來自計算機終端或網(wǎng)絡(luò)的打印命令及相關(guān)數(shù)據(jù)，并指揮打印引擎進(jìn)行相關(guān)動作，屬于常規(guī)性部件。

打印引擎則根據(jù)來自打印控制器的命令進(jìn)行實際的圖像打印工作，激光打印機的實際性能更多取決于打印引擎。

第139頁/共150頁第一百三十九頁，共151頁。140

目前，具備打印引擎設(shè)計制造能力的只有CANON（佳能）、Minolta（美能達(dá)）、Xerox（施樂）、Brother、

SAMSUNG（三星）、Hitachi（日立）等少數(shù)幾個廠商。各打印機廠商則向這些引擎廠商購買或?qū)ｉT定制打印引擎，然后根據(jù)引擎設(shè)計出打印控制器及驅(qū)動程序，由此形成打印引擎市場與激打整機的二級市場。

第140頁/共150頁第一百四十頁，共151頁。141雖然它屬于常規(guī)的功能型部件，但其設(shè)計優(yōu)劣對打印機的性能和質(zhì)量都會有些影響。我們可以看到，市面上許多采用相同打印引擎的激光打印機產(chǎn)品，卻存在較大的性能差異，其原因就在于不同的打印機廠商采用了不同的控制器設(shè)計方案。1、打印控制器第141頁/共150頁第一百四十一頁，共151頁。142從功能上說，打印控制器實際上是一臺功能完善的專用計算機，它包括I/O接口、處理器、內(nèi)存和控制接口四大模塊，少數(shù)高端機型甚至