光學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

1、光學(xué)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)報(bào)告、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）f'F'Q圖1.1Q'1的共軛面）。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 個(gè)焦點(diǎn)一前焦和后焦。1.1)凸透鏡：雙凸；平凸；正彎月（如圖Q'Q'Q'雙凸平凸兩主面Q,Q'在鏡片內(nèi)兩主面Q,Q'一在鏡片內(nèi)正彎月 兩主面Q,Q'在鏡片外一與凸面切圖1.2凹透鏡：雙凹；平凹；負(fù)彎月Q'Q'Q Q'雙凹

2、平凹負(fù)彎月兩主面Q,Q'兩主面Q,Q'兩主面Q,Q'在鏡片內(nèi)一在鏡片內(nèi)在鏡片外一與凹面切圖1.3折射率實(shí)際反映的是光在物質(zhì)中傳播速度與真空中速度的比值關(guān)系。薄透鏡:1 1 1(n 1)(尺)宙透鏡光焦距；f焦距；n 折射率；R1,R2 兩球面曲率半徑厚透鏡:1 1 1? (n 1)宙(寸(n 1)2dnRR?d中心厚度干涉儀與光距座可以量測(cè) f ',R1,R2,d7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。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、C、D、EFL與某些象差相關(guān)EFL上升將使F/N

3、O增大IMA EFL tanFOVEFL, FOV （視場(chǎng)角）和IMA （像高）三者間有關(guān)系 鐵三角關(guān)系EFL的增大（減小）會(huì)使像高變大（?。?，為了保持像高，就必須要增大（減小）FOV ,2、然而FOV的增大會(huì)使得 REL （相對(duì)照度）的數(shù)值增大。BFL后焦距（學(xué)名后截距）-1-nJ1''1149F. =''J/7?=-BFL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)的光線與MTF相關(guān)，F(xiàn)/NO f,貝y MTF f;反之下降B、C、與景深相關(guān)，F(xiàn)/NO f,則景深f,反

4、之下降與象差相關(guān)，F(xiàn)/NO f,則象差J,反之增加與光通量相關(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± 5%的誤差, 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）,半視場(chǎng)角FOC/2 （o）在物方有照55° （經(jīng)驗(yàn)值）左右。A、FOVB、FOVC、FOVD、FOVE、FOV5、像高（16、y' = f 'X tan 3與象差相關(guān)，F(xiàn)OV f,軸外象差f,MTF J （變得很差）與相對(duì)照度 REL相關(guān)，F(xiàn)OV f,相對(duì)照度 REL J 與主光線角度相關(guān)，F(xiàn)OV f,主光線角度要變大

5、與EFL,TOTR 和IMA 相關(guān)與DIST畸變相關(guān)，F(xiàn)OV f,畸變迅速增大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）OA=OB=IMA/2AB=IMA像高與EFL,FOV有關(guān)；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。IMA與光線角度相關(guān)IMA與TOTR相關(guān)光學(xué)總長(zhǎng)TOTR:IMA.BB、C、圖5.1物鏡在其接收元件上成像的空間范圍稱(chēng)為視場(chǎng)角。其一半為半視角，最佳在7、TOTR圖6.1光學(xué)系統(tǒng)的

6、最佳光學(xué)總長(zhǎng)：TOTR=2535mm,TOTR越短越難控制，相差越大手機(jī)：TOTR<7mmDSC : TOTR<1012mm相對(duì)照度：E=E 軸 X cos4 3 =E 軸 X cos4 （ FOV/2 ）A、RELB、RELC、REL與FOV相關(guān)與主光線角度相關(guān)與EFL,TOTR和IMA間接相關(guān)要提高E就要增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，0為主光線角。'JCCD圖7.1要求物邊緣在象場(chǎng)與光軸夾角0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

7、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)z孔徑光闌鏡組低通濾波CCDIR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 新技術(shù)-技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)二元光學(xué)：可以消除色差和球差，相對(duì)照度在視場(chǎng)重造的成本比較高液體透鏡：9、1)100%, MTF值也提高，不過(guò)制2)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(lèi)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