光學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

1、光學(xué)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)報(bào)告一、教學(xué)內(nèi)容:光電鏡頭是用來(lái)作為光電接收器（CCD,CMOS ）的光學(xué)傳感器元件。光學(xué)特性參數(shù):1、焦距EFL （學(xué)名f是指主面到相應(yīng)焦點(diǎn)的距離（如圖 1.1）fQ Q圖1.1相應(yīng)的也有兩每個(gè)鏡片都有前后兩個(gè)主面-前主面和后主面（放大率為1的共軛面）個(gè)焦點(diǎn)一前焦和后焦。凸透鏡：雙凸；平凸；正彎月（如圖 1.1）Q Q雙凸兩主面Q,Q在鏡片內(nèi)Q QQ Q平凸正彎月兩主面Q,Q兩主面Q,Q一在鏡片內(nèi)在鏡片外一與凸面切圖1.2兩主面Q,Q一在鏡片內(nèi)一與凹面切Q Q負(fù)彎月兩主面Q,Q在鏡片外凹透鏡：雙凹；平凹；負(fù)彎月Q Q雙凹兩主面Q,Q在鏡片內(nèi)圖1.3折射率實(shí)際反映的是光在物質(zhì)中傳播

2、速度與真空中速度的比值關(guān)系。薄透鏡:1（n 1）臨）（1R2）透鏡光焦距；f 一焦距；n 折射率； R1,R2-兩球面曲率半徑厚透鏡:1(n 1)()(R11R2）(n 1)2dn R|R2d 中心厚度干涉儀與光距座可以量測(cè) f ,R1,R2,dt利用上述的公式可以計(jì)算出n值，從而來(lái)確定所用材料。A、EFL增加，TOTR （光學(xué)總長(zhǎng)）增加；要降低 TOTR就必須降低EFL，但EFL降低， 像高就要降低B、EFL與某些象差相關(guān)C、EFL上升將使F/NO增大D、 EFL , FOV （視場(chǎng)角）和IMA （像高）三者間有關(guān)系IMA EFLtanFOl-鐵三角關(guān)系EFL的增大（減?。?huì)使像高變大（?。?/p>

3、，為了保持像高，就必須要增大（減?。〧OV ,然而FOV的增大會(huì)使得 REL （相對(duì)照度）的數(shù)值增大。圖2.13、F 數(shù)（F/NO ）f F / NO -DfFELD入一入瞳直徑入瞳為光闌經(jīng)其前方光學(xué)鏡片所成的像，反映進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)的光線A、與MTF相關(guān)，F(xiàn)/NO f,貝U MTF f;反之下降B、與景深相關(guān)，F(xiàn)/NO f,則景深f,反之下降C、與象差相關(guān)，F(xiàn)/NO f,則象差J,反之增加D、與光通量相關(guān)，F(xiàn)/NO f,則光通量J,反之增加對(duì)于光電鏡頭，F(xiàn)/NO最大在2.83.5之間（經(jīng)驗(yàn)值）允許有土 5%的誤差，在物方有照 明時(shí)，F(xiàn)數(shù)可根據(jù)照明的照度情況來(lái)增大4、視場(chǎng)角FOV （2 3）,半視

4、場(chǎng)角FOC/2（3）物鏡在其接收元件上成像的空間范圍稱為視場(chǎng)角。其一半為半視角，最佳在55（經(jīng)驗(yàn)值）左右。y = f x tan 3A、FOV與象差相關(guān)，F(xiàn)OV f,軸外象差f, MTF J （變得很差）B、FOV與相對(duì)照度 REL相關(guān)，F(xiàn)OV f,相對(duì)照度 REL JC、FOV與主光線角度相關(guān)，F(xiàn)OV f,主光線角度要變大D、FOV 與 EFL,TOTR 和 IMA 相關(guān)E、FOV與DIST畸變相關(guān)，F(xiàn)OV f,畸變迅速增大5、像高（IMA ），半像高（IMA/2 ）像高由sensor對(duì)角線的長(zhǎng)度來(lái)決定（如圖 5.1）rA圖5.1OA=OB=IMA/2AB=IMAA、像高與EFL,FOV有關(guān)

5、；sensor確定之后，IMA就確定了，根據(jù)鐵三角關(guān)系公式 EFL和FOV只能給定一個(gè)， 如果SPEC圖給定的數(shù)值不符合鐵三角關(guān)系，工程師不可能按SPEC完成設(shè)計(jì)工作，即使勉強(qiáng)完成結(jié)果也不理 想。B、IMA與光線角度相關(guān)C、IMA與TOTR相關(guān)6、光學(xué)總長(zhǎng)TOTR:圖6.1光學(xué)系統(tǒng)的最佳光學(xué)總長(zhǎng)：TOTR=2535mm,TOTR越短越難控制，相差越大手機(jī)：TOTR7mmDSC : TOTR1012mm7、相對(duì)照度：E=E 軸 x cos4 3 =E 軸 x cos4 （ FOV/2 ）A、REL與FOV相關(guān)B、REL與主光線角度相關(guān)C、REL與EFL,TOTR 和IMA 間接相關(guān)要提高E就要增

6、大軸外相差從而使得光照均衡主光線角：主光線是物發(fā)出經(jīng)過(guò)孔徑光闌軸心的光線，有無(wú)數(shù)條。此光線與光軸的夾角 即為主光線角。如圖 7.1中是兩條邊緣主光線，B為主光線角。要求物邊緣在象場(chǎng)與光軸夾角B越小，為了達(dá)到這種目的， 要將光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成為象方遠(yuǎn)心光路，即光闌前面是負(fù)透鏡組，后面正透鏡。為了平衡正組的相差光闌放置在正組透鏡 的前焦點(diǎn)上。8、光學(xué)透鏡結(jié)構(gòu)(圖 8.1)(1 V7UW O A1f孔徑光闌U f J/J- 鏡組低通濾波IR*CCD保護(hù)玻璃圖8.1孔徑光闌：限制進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)的光通量，低通濾波片：低頻光完全通過(guò)，高頻光截止IR :紅外截止，一般采用晶體制作需要指出的就是：對(duì)于非球面1) 通過(guò)調(diào)節(jié)解決球差2) 在一定條件下，解決象散一定條件是指和光闌位置配合地好，近光闌解決軸上象差，遠(yuǎn)處光闌解決軸外象差9、新技術(shù)-技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)1) 二元光學(xué)：可以消除色差和球差，相對(duì)照度在視場(chǎng)重100%, MTF值也提高，不過(guò)制造的成本比較高2) 液體透鏡：通過(guò)對(duì)特殊材料做成地液體通電，使得液體外型發(fā)生改變，效果就實(shí)現(xiàn)類似眼睛的調(diào)節(jié)方式。二、心得體會(huì)：溫故而知新，通過(guò)張教授生動(dòng)的授課強(qiáng)化了我在學(xué)校中學(xué)習(xí)的光學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，加上張教授聯(lián)系實(shí)際深入淺出的解釋，讓我了