光電成像技術(shù)玉林師范學(xué)院期末考試講解

1、1 .簡述：（1） CMOS器件和CCD器件的工作原理上有什么相同點(diǎn)和不同點(diǎn)；答：CMOS圖像傳感器的光電轉(zhuǎn)換原理與CCD基本相同，其光敏單元受到光照后產(chǎn)生光生電 子。而信號(hào)的讀出方法卻與CCD不同，每個(gè)CMOS源像素傳感單元都有自己的緩沖放大器， 而且可以被單獨(dú)選址和讀出，工作時(shí)僅需工作電壓信號(hào)，而CCD讀取信號(hào)需要多路外部驅(qū)動(dòng)。（2）在應(yīng)用上各自有什么優(yōu)缺點(diǎn)，以及各自的應(yīng)用領(lǐng)域是什么？答：優(yōu)缺點(diǎn)比較：CMOS與CCD圖像傳感器相比，具有功耗低、攝像系統(tǒng)尺寸小，可將圖像 處理電路與MOS圖像傳感器集成在一個(gè)芯片上等優(yōu)點(diǎn)，但其圖像質(zhì)量（特別是低亮度環(huán)境下） 與系統(tǒng)靈活性與CCD的相比相對(duì)較低。

2、靈敏度代表傳感器的光敏單元收集光子產(chǎn)生電荷信號(hào) 的能力，而CCD靈敏度較CMOS高30%50%。電子-電壓轉(zhuǎn)換率表示每個(gè)信號(hào)電子轉(zhuǎn)換為電 壓信號(hào)的 大小，由于CMOS在像元中采用高增益低功耗互補(bǔ)放大器結(jié)構(gòu)，其電壓轉(zhuǎn)換率略優(yōu) 于 CCD。運(yùn)用的領(lǐng)域：CMOS傳感器在低端成像系統(tǒng)中具有廣泛運(yùn)用，如數(shù)碼相機(jī)，微型和超微型 攝像機(jī)。CCD在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用廣泛，如冶金部門中的各種管、線軋制過程中的尺寸測(cè)量。（3）全球生產(chǎn)CMOS器件和CCD幾件的企業(yè)有哪些？分別位于哪些國家，并對(duì)先關(guān)企業(yè)進(jìn)行 簡要描述。2、簡要概述光電成像原理與技術(shù)各章的主要內(nèi)容，并用自己的語言陳述各章之間的聯(lián) 系（文字在1000字以

3、上）。答：1 .光電成像技術(shù)的產(chǎn)生及發(fā)展，光電成像對(duì)視見光譜域的延伸，光電成像技術(shù)的應(yīng)用范疇，光電成像器件的分類，光電成像器件的特性。2 .人眼的視覺特性與圖像探測(cè)：人眼的視覺特性與模型，圖像探測(cè)理論與圖像探測(cè)方程， 目標(biāo)的探測(cè)與識(shí)別。3 .輻射源與典型景物輻射：輻射度量及光度量，朗伯輻射體及其輻射特性，黑體輻射定 律，輻射源及其特性。4 .輻射在大氣中的傳輸：大氣的構(gòu)成，大氣消光及大氣窗口，大氣吸收和散射的計(jì)算，大 氣消光對(duì)光電成像系統(tǒng)性能的影響。5 .直視型電真空成像器件成像物理：像管成像的物理過程，像管結(jié)構(gòu)類型與性能參數(shù)，輻 射圖像的光電轉(zhuǎn)換，電子圖像的成像理論，電子圖像的發(fā)光顯示，光學(xué)

4、圖像的傳像與電子圖 像的倍增。6 .直視型光電成像系統(tǒng)與特性分析：直視型光電成像系統(tǒng)的原理，夜視光電成像系統(tǒng)的主 要部件及特性，直視型夜視成像系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，夜視系統(tǒng)的作用距離。7 .電視型電真空成像器件成像物理：電視攝像的基本原理，攝像管的主要性能參數(shù)，攝 像管的分類，熱釋電攝像管，電子槍簡介。8 . 固體成像器件成像原理及應(yīng)用：CCD的物理基礎(chǔ)與工作原理，CDD的結(jié)構(gòu)與特性， CCD成像原理，增強(qiáng)型（微光）電荷耦合成像器件，CCD的應(yīng)用，CMOS成像器件及其應(yīng)用。9 .電視型光電成像系統(tǒng)與特性分析：電視系統(tǒng)的組成與工作原理，電視型微光成像系統(tǒng)（微光電視），成像光子計(jì)數(shù)探測(cè)系統(tǒng)。10 .紅外

5、熱成像器件成像物理：紅外探測(cè)器的分類， 紅外探測(cè)器的工作條件與性能參數(shù)， 光電導(dǎo)型紅外探測(cè)器，光伏型紅外探測(cè)器，紅外焦平面陣列探測(cè)器，非制冷紅外焦平面 陳列探測(cè)器，量子阱紅外探測(cè)器。11 .紅外熱成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與特性分析：熱成像系統(tǒng)類型與基本參數(shù)，光機(jī)掃描系統(tǒng)，制冷 器工作原理與分類，信號(hào)的處理與顯示，熱成像系統(tǒng)的性能與作用距離模型，熱成像系統(tǒng)的 實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)，熱成像系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的基本考慮。3、請(qǐng)用自己的語言陳述學(xué)習(xí)光電成像原理與技術(shù)之后的收獲和感受（文字在500字以 上），并提出三條以上的建議。答：收獲:在系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了光電成像原理與技術(shù)之后更加的深入了解了光電成像的內(nèi)部原理以及 技術(shù)關(guān)鍵。再第

6、一章中我知道了光電成像技術(shù)的發(fā)展歷史以及應(yīng)用范圍；第二章里面學(xué)習(xí)到 了人眼的視覺特性是怎樣的，以人眼作為研究模型進(jìn)一步改進(jìn)我們的光電器械；第三章我學(xué) 會(huì)了輻射相關(guān)的公式定律以及輻射的特性等等；感受：本課程的學(xué)習(xí)可以培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)數(shù)理知識(shí)和方法認(rèn)識(shí)和分析各種光電成像器件工作機(jī) 理的能力和創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生對(duì)光電成像系統(tǒng)整體技術(shù)構(gòu)成的認(rèn)識(shí)，為他們走上工作崗位 從事相關(guān)工作奠定基礎(chǔ)。通過對(duì)本學(xué)科新理論、新器件、新系統(tǒng)的介紹，還可以使學(xué)生了解 本學(xué)科的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)和技術(shù)前沿。本課程的內(nèi)容亦軍亦民，與國防裝備密切相關(guān)，因此， 本課程的學(xué)習(xí)可以培養(yǎng)學(xué)生的愛國主義精神和大國防意識(shí)。課程主要介紹各類光電成像

7、器件的基本工作原理和各種光電成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及相關(guān) 的學(xué)科和技術(shù)。課程的任務(wù)是使學(xué)生掌握光電成像器件的基礎(chǔ)理論和光電成像技術(shù)的基本原 理，完成知識(shí)綜合的教育和系統(tǒng)應(yīng)用的教育。課程強(qiáng)調(diào)應(yīng)用所學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)理論和方法分析光 電成像器件各環(huán)節(jié)的物理過程，理解和認(rèn)識(shí)光電成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、各子系統(tǒng)的作用，掌握光 電成像技術(shù)的基本理論和思想方法等。課程注重理論聯(lián)系實(shí)際，注重對(duì)學(xué)習(xí)者的能力的培養(yǎng)。通過本課程的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)習(xí) 者掌握現(xiàn)代光電成像原理與技術(shù)的基礎(chǔ)理論和基本技術(shù)，了解當(dāng)今廣泛使用的光電成像器件 的基本工作原理，各種光電成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想、結(jié)構(gòu)和性能等。同時(shí)，還可以培養(yǎng)學(xué)生運(yùn) 用所學(xué)的數(shù)理知識(shí)和思想方法

8、分析和認(rèn)識(shí)光電成像的物理過程，利用理論知識(shí)指導(dǎo)和分析各 種光電成像器件的工作機(jī)理以及構(gòu)成光電成像系統(tǒng)的技術(shù)途徑，掌握光電成像系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè) 計(jì)方法和應(yīng)用光電成像技術(shù)解決實(shí)際問題的能力，為學(xué)生認(rèn)識(shí)和理解系統(tǒng)的概念及其所學(xué)知 識(shí)與理論在工程上的應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。建議：書本的理論依據(jù)充足，公式也夠完整，但是整體看來比較復(fù)雜，搞科學(xué)不一定非要都 是一堆堆公式，可以試著將某些原理、現(xiàn)象、公式通過圖片的方式直觀的展示給學(xué)生，這樣 學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣會(huì)增加，而且要更容易理解。4、簡述光電成像器件將二維圖像轉(zhuǎn)換成一維電信號(hào)可通過哪些途徑實(shí)現(xiàn)？答：1.電真空型攝像管（1）內(nèi)光電變換型的光電導(dǎo)攝像器件 利用內(nèi)光電效應(yīng)

9、將入射的光學(xué)輻射圖像變換為 電信號(hào)，在視像管中，光電導(dǎo)靶既作 為光電變換器，又作為電信號(hào)存儲(chǔ)與積累器異 質(zhì)結(jié)又可分為注入型光電導(dǎo)靶、阻擋型光電導(dǎo)靶、異質(zhì)結(jié)光電導(dǎo)靶、硅二極管陣 列光電導(dǎo)靶（2）外光電變換型的光電發(fā)射型攝像器件利用的是外光電效應(yīng)完成二維圖像轉(zhuǎn)換 成一維電信號(hào)的光電發(fā)射型攝像管都具有一下兩個(gè)共同點(diǎn)：A、光電變換部 分是采用光陰極把輸入的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成光電子圖像B、光電變換器和信號(hào)存儲(chǔ)靶 是分開的。 常見的有超正析攝像管、二次電子導(dǎo)電攝像管（SEC）、電子轟擊 型硅靶攝像管（EBS）2 .熱釋電攝像管熱釋電攝像管與普通的光電導(dǎo)攝像管在結(jié)構(gòu)上類似，只是用熱釋電靶代替了光電導(dǎo) 靶但是存在

10、本質(zhì)的區(qū)別，首先熱釋電靶是利用熱釋電效應(yīng)來工作的，其次熱釋電靶 是近乎完美的絕緣體，容易積累電荷而使電子束不能連續(xù)工作，為此要設(shè)法消除靶 面的負(fù)電荷積累。3 .固體成像器件CCD（1） CCD是電荷耦合器件的英文縮寫，他利用的是處于非熱平衡狀態(tài)的勢(shì)阱來進(jìn)行 電荷存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)移的，它是基于MOS電容器在非穩(wěn)態(tài)下工作的一種器件，為一行行緊 密排列在硅襯底上的MOS電容器陣列，具有存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)移信息的能力（2）可分為表 面CCD（SCCD）和埋溝CCD（BCCD） （3）且它既能制成線陣CCD也能制成面陣CCD,還 能和像增強(qiáng)器耦合在一起構(gòu)成圖像增強(qiáng)型優(yōu)口（1加口），也可用光電子轟擊CCD的像敏 元構(gòu)成電子

11、轟擊型CCD（EBCCD）,還可以采用延時(shí)-積分工作模式構(gòu)成TDI4 . CMOS成像器件（1）CMOS是互補(bǔ)金屬一氧化物一半導(dǎo)體的英文縮寫（2）和CCD具有基本相同的光電轉(zhuǎn)換原理，即光敏單元受到光照后產(chǎn)生光生電子，在通過信號(hào)讀出電路將其讀出， 但是CMOS的每個(gè)源像素傳感單元都有自己的緩沖放大器，而且可以唄單獨(dú)選址和讀 出5 .紅外探測(cè)器（1）熱探測(cè)器 A、熱探測(cè)器吸收紅外輻射后，產(chǎn)生溫升，伴隨這溫升而發(fā)生某些 物理性質(zhì)的變化，如產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)、電阻率變化、自發(fā)極化強(qiáng)度變化、氣體體積 和壓強(qiáng) 變化等。測(cè)量這些變化就可以測(cè)量出他們吸收的紅外輻射的能量和功率B、 常用的有熱釋電探測(cè)器、微測(cè)輻射熱

12、計(jì)、微測(cè)輻射熱電堆等 （2）光子探測(cè)器A、 某些固體受到紅外輻射照射后，其中的電子直接吸收紅外輻射而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)狀 態(tài)的改 變，從而導(dǎo)致該固體的某種電學(xué)參量的改變，這種性質(zhì)統(tǒng)稱為固體的光電效應(yīng)，光 子探測(cè)器就是利用光電效應(yīng)制成的一種探測(cè)器B、常用的可以分為以下幾類：光 電子發(fā)射探測(cè)器（利用的是外光電效應(yīng)）、光電導(dǎo)探測(cè)器（利用的是內(nèi)光電效應(yīng)）、 光伏探測(cè)器光磁電探測(cè)器（利用的是光磁電效應(yīng)）、肖特基勢(shì)壘探測(cè)器、量子阱探 測(cè)器等（3）紅外焦平面陣列探測(cè)器由紅外探測(cè)器和具有掃描功能的信號(hào)讀出器件組成的紅外焦平面陣列，是凝視型紅外熱成像系統(tǒng)的核心，紅外焦平面陣列 包括光敏元件和信號(hào)處理兩個(gè)部分，可采用不同的

13、光子探測(cè)器、信號(hào)電荷讀出器多 路傳輸 可分為單片式紅外焦平面陣列、混合式紅外焦平面陣列、Z平面紅外焦 平面等5、PV型光電探測(cè)器的工作機(jī)理是什么？有哪些特點(diǎn)？常用哪些材料？答： （1）工作機(jī)理：其基本部分是一個(gè)P-N結(jié)光電二極管。波長比材料的截止波 長短的紅外輻射，被光電二極管吸收后將產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。如果吸收是發(fā)生在結(jié)區(qū) 1，電子和空穴即強(qiáng)電場(chǎng)分開，并在電路中產(chǎn)生光電流。如果吸收是在P區(qū)或者N 區(qū)到結(jié)的擴(kuò)散長度區(qū)內(nèi)，光生載流子必定會(huì)首先擴(kuò)散到空間電荷區(qū)，然后在那里受 到電場(chǎng)作用，對(duì)外電路貢獻(xiàn)光電流。如果光電二極管是開路，則P-N結(jié)兩端出現(xiàn)開 路電壓，即產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)。若在P、N兩端連接一個(gè)

14、低電阻，則光電二極管被短 路，且有短路電流流動(dòng)（反向）。（2）特點(diǎn)：1、光伏探測(cè)器響應(yīng)速度快，有利于進(jìn)行高速探測(cè)；其器件結(jié)構(gòu)有利于 排成二維陣列；探測(cè)率高。2.提高光伏探測(cè)器的響應(yīng)度，首先要提高光生電流，即 量子產(chǎn)額，其次是降低反飽和電流，即提高增量電阻。3、光伏探測(cè)器常工作于無 外加偏壓情況，此時(shí)器件功耗極低，特別適用于大規(guī)模兩維陣列。如果后接放大器 的輸入阻抗高，則入射光信號(hào)通過器件電壓變化檢出信號(hào)，即為光伏模式。若后接 放大器的輸入阻抗很低，則光信號(hào)通過二極管短路電流變化檢出。若在器件上加一 直流偏壓，能使器件工作于任何特性工作點(diǎn)，可用電容將探測(cè)器耦合到放大器上。在高頻使用時(shí)常用反偏以減

15、小耗盡區(qū)電容和相應(yīng)的時(shí)間常數(shù)Rl*Cj。（3）材料:.此卜必拆光伏探測(cè)器材料響應(yīng)速度高,用于激光輻射探測(cè)十分有利，特別是光通訊或在激光雷達(dá)中,作】0.戒5激光外差探測(cè)安 PbSnTe光伏探測(cè)器8加時(shí) h送號(hào)和InSb多年前就由商品，77K.列陣探測(cè)器光潛響應(yīng)均勻性好，性能接近背景極限，已和硅CCD耦合制成焦平面器件口 其它薄膜錯(cuò)鹽光伏型探測(cè)器.6、熱成像系統(tǒng)對(duì)掃描器的基本要求是什么？常用的光機(jī)掃描器有哪些？各有什 么特點(diǎn)？答：1.熱成像系統(tǒng)對(duì)掃描器的基本要求：用于熱成像系統(tǒng)的掃描器大部分產(chǎn)生直線掃描光柵。對(duì)掃描器的基本要求是：掃描 器轉(zhuǎn)角與光束轉(zhuǎn)角呈線性關(guān)系；掃描器掃描時(shí)對(duì)聚光系統(tǒng)像差的影響盡

16、量?。粧呙?效率高；掃描器尺寸盡可能?。唤Y(jié)構(gòu)緊湊。2.常用的光機(jī)掃描器及特點(diǎn)：a.擺動(dòng)平面反射鏡擺動(dòng)平面反射鏡在一定范圍內(nèi)周期性地?cái)[動(dòng)完成掃描。根據(jù)反射光學(xué)原理，擺 動(dòng)反射鏡使光線產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)角二倍于反射鏡的擺角，即當(dāng)反射鏡擺動(dòng)a角時(shí)，反射 光線偏轉(zhuǎn)2a角。擺動(dòng)平面鏡是周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因?yàn)闄C(jī)構(gòu)有一定的慣性，所以速 度不宜太高，且在告訴擺動(dòng)的情況下，視場(chǎng)邊緣變的不穩(wěn)定，要求較高的電機(jī)傳動(dòng) 功率，因此，總的來說擺動(dòng)平面鏡不舍和高速掃描。b.旋轉(zhuǎn)反射鏡鼓在高速掃描的情況下，經(jīng)常采用旋轉(zhuǎn)反射鏡鼓，由于鏡鼓是連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，故比較 平穩(wěn)。旋轉(zhuǎn)反射鏡鼓主要用于平行光束掃描。旋轉(zhuǎn)反射鏡鼓與擺動(dòng)平面鏡工作 狀態(tài)基本相

17、同，轉(zhuǎn)角關(guān)系和像差也類似。但旋轉(zhuǎn)反射鏡鼓的反射面是繞鏡鼓中 心線旋轉(zhuǎn)，所以鏡面位置相對(duì)于光線產(chǎn)生位移。c.旋轉(zhuǎn)折射棱鏡掃描器具有25+1）個(gè)側(cè)面（n=1,2,3，）的折射棱鏡，繞通過其質(zhì)心的軸線旋轉(zhuǎn)，構(gòu) 成旋轉(zhuǎn)折射棱鏡掃描器，旋轉(zhuǎn)折射棱鏡只用作會(huì)聚光束掃描器。會(huì)聚光束中旋 轉(zhuǎn)折射棱鏡掃描器除使焦點(diǎn)移動(dòng)外，還產(chǎn)生各種像差，但由于其運(yùn)動(dòng)平衡而連 續(xù)，尺寸小，機(jī)械噪聲小，有利于提高掃描速度。此外，對(duì)物鏡系統(tǒng)消像差要 求較高，增加了設(shè)計(jì)難度。d.旋轉(zhuǎn)折射光楔旋轉(zhuǎn)折射光楔是一非常靈活的光學(xué)掃描器，一般用在平行光路中。利用一對(duì)旋 轉(zhuǎn)光楔，改變其旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速可以得到許多不同的掃描圖形。7、紅外探測(cè)器的制冷

18、器按制冷原理劃分可以分為哪幾種類型？ 答：按照制陣原理二 相壁制冷（杜瓦瓶-液態(tài)制冷劑）:利用致冷工作物質(zhì)相變吸熱效應(yīng)，來達(dá) 到致冷降溫的目的.如固態(tài)物所熔解吸熱或升華吸熱，液伸氣化吸熱等。 焦耳一訪阻遜效應(yīng)£氣體節(jié)壓式制冷）：當(dāng)高壓氣體的溫度低于本身的轉(zhuǎn)換 溫度，并通過一個(gè)根小的節(jié)流孔時(shí).由于氣體膨脹而使溫度下降，這種現(xiàn)馥 為焦耳一漏姆遜效應(yīng).如使節(jié)流后的低溫氣體返回來冷卻進(jìn)入高壓的氣悻， 使高壓氣體在越來越低的溫度下節(jié)就，不斷直塞這一過程，就可以獲得所需 的低溫,達(dá)到致冷目的口 ，體等腦陵版制冷（斯特林循環(huán)制冷器,：氣體等情膨脹后總是降溫T是因 為氣體等燃膨脹時(shí)，不但借膨脹機(jī)的活

19、塞向外輸出機(jī)械動(dòng)，而且膨膿后.氣 體的內(nèi)位能也要增加，部要消耗氣體本身的內(nèi)功能來補(bǔ)償，所以氣缽等耀膨 脹后溫度會(huì)顯著降低. 利闈輻射熱交換制冷（衛(wèi)星上用的輻射制冷落八 因宇宙空間處于高雙空.深 低溫狀態(tài)，物體可以和周圍深冷空間（妁310進(jìn)行輻射熱交渙. 帕爾粘效度（溫差電制冷或半導(dǎo)體制冷轉(zhuǎn)） ? 口型、p型半導(dǎo)體作為電偶時(shí)， 挎成閉合回路.直旅電逋過，一端發(fā)熱.一端變冷的效應(yīng).利用冷端可以給 探測(cè)器致冷.特點(diǎn)：1.杜瓦瓶：結(jié)構(gòu)簡單，制冷溫度穩(wěn)定，冷量充足。制冷物質(zhì)多為液氮77K。2 .焦-湯制冷器：制冷物質(zhì)為高壓氮?dú)?。制冷部件體積小，重量輕，無運(yùn)動(dòng)部件，機(jī)械噪聲 小，使用方便。缺點(diǎn)：氣源可得性

20、差，高壓氣瓶較重，對(duì)工作氣體純度要求苛刻，雜質(zhì)不能 超過0.01%，否則節(jié)流孔堵塞會(huì)停止工作。3 .斯特林制冷器：結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，制冷溫度范圍寬（77K-10K），啟動(dòng)時(shí)間短， 效率高，壽命長，操作簡單，可長時(shí)間連續(xù)工作。缺點(diǎn)：冷頭有高速運(yùn)動(dòng)活塞，機(jī)械振動(dòng)大， 容易引起器件噪聲增大，分置式可減小這一問題。4 .半導(dǎo)體制冷器：制冷能力取決于半導(dǎo)體材料的性質(zhì)和回路中電流的大小。目前一級(jí)半導(dǎo)體 制冷器可產(chǎn)生60的溫差，為達(dá)到更冷，可將n個(gè)熱電偶串接起來。結(jié)構(gòu)簡單，壽命長， 可靠性高，體積小，重量輕，無機(jī)械振動(dòng)和沖擊噪聲，維護(hù)方便，只耗電能。5 .輻射制冷器：耗能極少，甚至不需要能源的被動(dòng)式

21、制冷器，使用壽命長，不需外加制冷 功率，無運(yùn)動(dòng)部件，更不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)、沖擊噪聲，可靠性高。缺點(diǎn)：要求衛(wèi)星的軌道和姿態(tài) 得到控制，保證輻射制冷式中對(duì)準(zhǔn)超低溫的宇宙空間，不允許太陽光、地球等紅外輻射直射 到制冷器的輻射器上。8、成像物鏡主要分為哪幾種類型？各種類型的典型形式是怎樣的？各有什么特點(diǎn)？答： 光電成像系統(tǒng)用物鏡系統(tǒng)分為三類：折射系統(tǒng)、反射系統(tǒng)和折反射系統(tǒng)。（1）光 電成像系統(tǒng)中常用折射物鏡有雙高斯型和匹茲伐型。雙高斯 結(jié)構(gòu)是微光成像系統(tǒng)中 大相對(duì)孔徑的基本型，由于這種結(jié)構(gòu)較容易在較寬光譜范圍內(nèi)修正像差，屬于基本 對(duì)稱型結(jié)構(gòu)，使軸外像差能自動(dòng)抵消。在儀器視場(chǎng)不大的情況下，可用匹茲伐型物 鏡，

22、其基本結(jié)構(gòu)是兩個(gè)正光焦度的雙膠透鏡，結(jié)構(gòu)簡單，球差和慧差校正較好，但 視場(chǎng)加大時(shí)場(chǎng)曲嚴(yán)重。（2）反射物鏡分為單反射鏡和雙反射鏡。最常見的是雙反 射鏡。單反射鏡分為球面鏡喝非球面鏡（拋物面、橢球面和雙曲面鏡）系統(tǒng)。球面 反射鏡和拋物面反射鏡可單獨(dú)使用，橢球面和雙曲面反射鏡由于其光學(xué)焦點(diǎn)和幾何 焦點(diǎn)不重合，慧差大，像質(zhì)欠佳，通常和其他反射鏡組合成雙反射鏡系統(tǒng)。（3）把反射鏡的主鏡和次鏡都采用球面鏡，而用加入補(bǔ)償透鏡的方 法校正球面鏡的球 差，構(gòu)成折反射物鏡系統(tǒng)。折反射物鏡可實(shí)現(xiàn)大口徑長焦距，常用的折反射物鏡有 施密特系統(tǒng)、曼金折反射鏡、包沃斯-馬克蘇托夫系統(tǒng)以及包沃斯-卡塞格倫系統(tǒng)。9、象管直流高

23、壓電源有什么特點(diǎn)？主要包括哪些部分？答：（1）提供穩(wěn)定的直流高壓，使像管工作時(shí)保持合適的輸出亮度；（2）性能穩(wěn)定，在 高低溫環(huán)境下保證儀器正常工作；（3）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)亮度控制（ABC）功能；（4）對(duì)于選通系統(tǒng)，應(yīng)提供選通周期、脈寬以及延時(shí)可調(diào)的選通電壓；（5）對(duì)自動(dòng)快 門，能夠根據(jù)像管電流自動(dòng)調(diào)整工作電壓的占空比；（6）防潮、防震、體積小、 質(zhì)量輕、耗電省。 包括以下幾個(gè)部分：直流低壓電源、晶體管變換器、升壓變壓 器、倍壓整流電路以及穩(wěn)壓電路.10、常用的光機(jī)掃描方案有哪些？特點(diǎn)如何？答：1.物方掃描：掃描器位于聚光光學(xué)系統(tǒng)之前或置于無焦望遠(yuǎn)系統(tǒng)壓縮的平行光路中。 由于掃描器在平行光路中工作，故稱

24、平行光束掃描。2.相仿掃描：掃描器位于聚光光學(xué)系統(tǒng)和探測(cè)器之間的光路中，對(duì)像方光束進(jìn)行掃描。對(duì) 于掃描器在會(huì)聚光路中工作，故稱會(huì)聚光束掃描。特點(diǎn)：!L" LA， L1立口二一三)1物方掃描 電產(chǎn)生平出掃描場(chǎng) 大多數(shù)打描器不產(chǎn)生附 力11像差©I1描靜光學(xué)質(zhì)量對(duì)系統(tǒng) 聚焦性能影響較小,像芥; 校正容易（8）掃描拼尺寸大，不易實(shí) 現(xiàn)島速打描快用熱像儀中居玖瓦以 無焦望遠(yuǎn)系統(tǒng)，壓：縮平行 汪路，減小尺也可用于 器由1像方掃描產(chǎn)生彎曲場(chǎng)掃描器存在不打避免的散焦掃描器光竣質(zhì)量對(duì)蔻統(tǒng)聚焦 性能影響較大，像差椀商困 難®聚光系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜。力描器尺寸較小，容易實(shí)現(xiàn) 高速捫描軍用熱

25、像儀，如前視紂外系 統(tǒng)等11.、試簡述黑體輻射的幾個(gè)定律，并討論其物理意義，寫出表達(dá)式及其試中字母的含義。 答：1.普朗克公式：錯(cuò)誤！未找到引用源。第一輻射常數(shù)c1=2n hcA2=3.7148*10A46（w. m）第二輻射常數(shù)：c2=hc/k=1.4388*10A2（m.k）； k為波爾茲曼常數(shù)；c為光速；m。為波長；公式描述了黑體輻射的光譜分規(guī)律，是黑體理論的基礎(chǔ)。2 .斯蒂芬-波爾滋蔓公式：M0（T） =/（80） MO（A T） dA =c1n A4/15（c2）A4 "八4=6 TA4 或 Mo（A ,T）=6 TA4o 6 =c1n A4/15（c2）A4=5.669*

26、10A -8陋皿人.止.4琳為斯蒂芬-波爾滋蔓常數(shù)。C1為第一輻射常數(shù)。表明黑體在單位面積上單位時(shí)間內(nèi)輻射的總能量與黑體溫度T的四次方成正比。3 .維恩位移定律：峰值波長錯(cuò)誤！未找到引用源。（P m-k）常數(shù) b=C2/4.9651=2898（p m.k）c2 為第二輻射常數(shù)；他表示當(dāng)黑體的溫度升高時(shí)，其光譜輻射的峰值波長向短波方向移動(dòng)。4 .最大輻射定律：錯(cuò)誤！未找到引用源。M 0m為最大輻射出射度；B=C1bA-5 / （eA c2/b - 1）=1.2862* 10A -11（w.mA -2 mA -1.kA -5）一定溫度下，黑體最大輻射出射度與溫度的五次方成正比。12、光電發(fā)射為什么

27、會(huì)存在極限電流密度？試分析并導(dǎo)出連續(xù)工作條件下和脈沖工作條件 下的極限電流密度表達(dá)式。答：（1）在工作狀態(tài)下，像管維持光電發(fā)射要依賴于光陰極的真空界面有向內(nèi)的電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)， 這一電場(chǎng)是由電子光學(xué)系統(tǒng)提供的。光陰極的光電發(fā)射將產(chǎn)生空間電荷，此空間電 荷所形成的附加電場(chǎng)與電子光學(xué)系統(tǒng)的電場(chǎng)方向相反。隨著光電發(fā)射電流密度的增 大，空間電荷的電場(chǎng)會(huì)增加到足以抵消電子光學(xué)系統(tǒng)所提供的電場(chǎng)。如果忽略光電 子的初速度，當(dāng)光陰極畫的法向場(chǎng)強(qiáng)為零時(shí)，光電發(fā)射就要受到限制，這時(shí)像管的 光電發(fā)射將呈飽和狀態(tài)。這一電流密度稱之為光電發(fā)射的極限電流密度。（2） 159160頁13、LED光源和LD光源的英文全稱是什么？中文

28、全稱是什么？本質(zhì)區(qū)別是什么？哪個(gè)光 源的相干性好？答：LD的英文全稱為：LD light source ,中文全稱：半導(dǎo)體激光二極管區(qū)別：1 .LED是利用注入有源區(qū)的載流子自發(fā)輻射復(fù)合發(fā)光2 .LD是受激輻射復(fù)合發(fā)光3 .結(jié)構(gòu)上的差別：LD有光學(xué)諧振腔，使產(chǎn)生的光子在腔內(nèi)振蕩放大，LED沒有諧振腔。4 .性能上的差別：LED沒有閾值特性，光譜密度比LD高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，LED輸出光功率小， 發(fā)散角大。Ld的相干性好，led是部分相干。14、簡述像管的結(jié)構(gòu)以及像管與攝像管的區(qū)別。答：像管的結(jié)構(gòu)：光電變換部分（光電陰極）、電子學(xué)部分（電子透鏡）、電光變換部分（熒 光屏）。像管和攝像管的區(qū)別：像管內(nèi)部沒有掃描機(jī)構(gòu)，不能輸出電視信號(hào)，觀察者必須通過它來直 接面對(duì)景物。15、簡述下列教材每一章的內(nèi)容：（1）現(xiàn)代光電子成像技術(shù)概論（第二版）向世明主編；（2）成像光學(xué)導(dǎo)論廖延彪；答：（1）第一章：光電子成像技術(shù)的意義和作用，神奇的人眼視覺及其局限性，子成像 系統(tǒng)的物理功能及技術(shù)特點(diǎn)，光電子成像系統(tǒng)的構(gòu)成、工作原理及工作模式，光電 子成像器件和顯示器件的一般原理，光電子成像技術(shù)基本科學(xué)問題探討，“成像” 一詞的來源，現(xiàn)代光電子成像技術(shù)的數(shù)理含義。第2章輻射源、目標(biāo)及大氣特性第3章固體光電子成像器件第4章真空