光学基础知识

光学基础学习报告一、教学内容：光电镜头是用来作为光电接收器（CCD,CMOS）的光学传感器元件。光学特性参数：1、 焦距EFL（学名f）是指主面到相应焦点的距离（如图1.1）每个镜片都有前后两个主面前主面和后主面（放大率为1的共轭面）。相应的也有两个焦点前焦和后焦。凸透镜：双凸；平凸；正弯月（如图1.1）双凸两主面Q,Q在镜片内平凸两主面Q,Q一在镜片内一与凸面切正弯月两主面Q,Q在镜片外图1.2凹透镜：双凹；平凹；负弯月双凹两主面Q,Q在镜片内平凹两主面Q,Q一在镜片内一与凹面切负弯月两主面Q,Q在镜片外图1.3折射率实际反映的是光在物质中传播速度与真空中速度的比值关系。薄透镜：透镜光焦距；f焦距；n折射率；R1,R2两球面曲率半径厚透镜：d中心厚度干涉仪与光距座可以量测f,R1,R2,d利用上述的公式可以计算出n值，从而来确定所用材料。A、 EFL增加，TOTR（光学总长）增加；要降低TOTR就必须降低EFL，但EFL降低，像高就要降低B、 EFL与某些象差相关C、 EFL上升将使F/NO增大D、 EFL，FOV（视场角）和IMA（像高）三者间有关系铁三角关系EFL的增大（减小）会使像高变大（小），为了保持像高，就必须要增大（减小）FOV，然而FOV的增大会使得REL（相对照度）的数值增大。2、 BFL后焦距（学名后截距）图2.13、 F数（F/NO）fFELD入入瞳直径入瞳为光阑经其前方光学镜片所成的像，反映进入光学系统的光线A、 与MTF相关，F/NO，则MTF；反之下降B、 与景深相关，F/NO，则景深，反之下降C、 与象差相关，F/NO，则象差，反之增加D、 与光通量相关，F/NO，则光通量，反之增加对于光电镜头，F/NO最大在2.83.5之间（经验值）允许有5%的误差，在物方有照明时，F数可根据照明的照度情况来增大4、 视场角FOV（2），半视场角FOC/2（）物镜在其接收元件上成像的空间范围称为视场角。其一半为半视角，最佳在55（经验值）左右。yftanA、 FOV与象差相关，FOV，轴外象差，MTF（变得很差）B、 FOV与相对照度REL相关，FOV，相对照度RELC、 FOV与主光线角度相关，FOV，主光线角度要变大D、 FOV与EFL,TOTR和IMA相关E、 FOV与DIST畸变相关，FOV，畸变迅速增大图5.15、 像高（IMA）,半像高（IMA/2）像高由sensor对角线的长度来决定（如图5.1）OA=OB=IMA/2AB=IMAA、 像高与EFL,FOV有关；sensor确定之后，IMA就确定了，根据铁三角关系公式EFL和FOV只能给定一个，如果SPEC图给定的数值不符合铁三角关系，工程师不可能按SPEC完成设计工作，即使勉强完成结果也不理想。B、 IMA与光线角度相关C、 IMA与TOTR相关6、 光学总长TOTR:图6.1光学系统的最佳光学总长：TOTR=2535mm,TOTR越短越难控制，相差越大手机：TOTR7mmDSC：TOTR1012mm7、 相对照度：E=E轴cos4=E轴cos4（FOV/2）A、 REL与FOV相关B、 REL与主光线角度相关C、 REL与EFL,TOTR和IMA间接相关要提高E就要增大轴外相差从而使得光照均衡主光线角：主光线是物发出经过孔径光阑轴心的光线，有无数条。此光线与光轴的夹角即为主光线角。如图7.1中是两条边缘主光线，为主光线角。图7.1要求物边缘在象场与光轴夹角越小，为了达到这种目的，要将光学系统设计成为象方远心光路，即光阑前面是负透镜组，后面正透镜。为了平衡正组的相差光阑放置在正组透镜的前焦点上。8、 光学透镜结构（图8.1）图8.1孔径光阑：限制进入光学系统的光通量，低通滤波片：低频光完全通过，高频光截止IR：红外截止，一般采用晶体制作需要指出的就是：对于非球面1) 通过调节解决球差2) 在一定条件下，解决象散一定条件是指和光阑位置配合地好，近光阑解决轴上象差，远处光阑解决轴外象差9、 新技术技术发展趋势1) 二元光学：可以消除色差和球差，相对照度在视场重100，MTF值也提高，不过制造的成本比较高2) 液体透镜：通过对特殊材料做成地液体通电，使得液体外型发生改变，效果就实现类似眼睛的调节方式。二、心得体会：温故而知新，通过张教授生动的授课强化了我在学校中学习的光学基础知识，加上张教授联系实际深入浅出的解释，让我了解到了光学知识与现实之间的关系。