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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
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