显示/光电技术中的探测器位于出瞳上的结构

在某些应用中发现，即使对均匀的探测器表面，其上的响应并不均匀。在这种情况下不能采用探测器在像平面附近的移动来解决问题，因为在探测器上像的微小移动便产生不稳定的响应。这种缺陷可以通过将探测器安放在光学系统的出瞳上来改善。在无渐晕情况下，出瞳平面上存在均匀的辐射照度，因此无论光源位于何处均可使探测器接收到均匀的辐照。 　　把探测器安置在出瞳面上的最简单的光学系统必须有两组透镜，由单透镜构成的该种系统如图1所示。前组透镜将光源成像于视场光阑上，在物方空间，光源的视场角为2ω；后组透镜将前组透镜成像于系统的出瞳面上，即探测器的敏感面上。 　　1-光源 2-探测器　　图1   探测器位于出瞳面的 在显示和光电技术中，探测器的放置位置对于获取稳定且均匀的响应至关重要。当发现探测器表面的响应不均匀时，传统的解决方法——通过移动探测器调整像平面位置，可能会导致响应的不稳定，因为像的微小变化就会引起响应的变化。为了解决这个问题，一种有效的方法是将探测器安置在光学系统的出瞳面上。 出瞳是光学系统的一个关键概念，它是指从光学系统中任意位置射出并平行于主轴的光线所经过的平面。在无渐晕（即光学系统没有边缘模糊现象）的情况下，出瞳平面上的辐射照度是均匀的。这意味着不论光源的位置如何，只要探测器位于出瞳面上，它都能接收到均匀的光照，从而得到一致的响应。 一个简单的实现探测器位于出瞳面的光学系统通常包含两组透镜。如图1所示，系统由一个前组透镜和一个后组透镜组成。前组透镜首先将光源成像在视场光阑上，视场光阑定义了物方空间的视场角，这个角通常表示为2ω。后组透镜则负责将前组透镜形成的像再次成像在出瞳面上，即探测器的敏感面上。这样，探测器就能接收到整个视场内均匀分布的光强。 设计这样的光学系统时，需要考虑的关键因素包括光源的类型、位置以及探测器的特性。如果光源位于有限距离，物方孔径角可以通过特定的光学公式来确定，这会影响整个系统的成像质量和探测器的响应特性。此外，系统的光路设计也需要确保在整个视场内都能实现良好的成像质量，避免失真和均匀性问题。 在实际应用中，选择合适的光源和探测器是优化系统性能的基础。光源的波长分布、强度和稳定性，以及探测器的灵敏度、动态范围和响应时间，都直接影响到系统的整体性能。同时，系统的机械稳定性、热稳定性和抗干扰能力也是不可忽视的设计要素。 将探测器放置在出瞳面上是解决光电系统响应不均匀问题的有效策略，它可以提供更稳定和一致的测量结果。这种设计适用于各种需要高精度和均匀性的应用，例如天文观测、遥感、成像系统和光学测量等。理解并掌握出瞳的概念及其在光学系统设计中的应用，对于提升显示和光电技术的性能具有重要意义。