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）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）。相應(yīng)的也有兩個(gè)焦點(diǎn)前焦和后焦。凸透鏡：雙凸；平凸；正彎月（如圖1.1）雙凸兩主面Q,Q在鏡片內(nèi)平凸兩主面Q,Q一在鏡片內(nèi)一與凸面切正彎月兩主面Q,Q在鏡片外圖1.2凹透鏡：雙凹；平凹；負(fù)彎月雙凹兩主面Q,Q在鏡片內(nèi)平凹兩主面Q,Q一在鏡片內(nèi)一與凹面切負(fù)彎月兩主面Q,Q在鏡片外圖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：透鏡光焦距

2、；f焦距；n折射率；R1,R2兩球面曲率半徑厚透鏡：d中心厚度干涉儀與光距座可以量測(cè)f,R1,R2,d利用上述的公式可以計(jì)算出n值，從而來確定所用材料。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，F(xiàn)OV（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?。?huì)使像高變大（?。瑸榱吮３窒窀?，就必須要增大（減小）FOV，然而FOV的增大會(huì)使得REL（相對(duì)照度）的數(shù)值增大。2、 BFL后焦距（學(xué)名后截距）圖2.13、 F數(shù)（F/NO）fFELD入入瞳直徑入瞳

3、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，則MTF；反之下降B、 與景深相關(guān)，F(xiàn)/NO，則景深，反之下降C、 與象差相關(guān)，F(xiàn)/NO，則象差，反之增加D、 與光通量相關(guān)，F(xiàn)/NO，則光通量，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，在物方有照明時(shí)，F(xiàn)數(shù)可根據(jù)照明的照度情況來增大4、 視場(chǎng)角FOV（2），半視場(chǎng)角FOC/2（）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。yftanA、 FOV與象差相關(guān)，F(xiàn)OV，軸外象差，MTF（變得很差）B、 FOV與相對(duì)照度REL相關(guān)，F(xiàn)OV

4、，相對(duì)照度RELC、 FOV與主光線角度相關(guān)，F(xiàn)OV，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，畸變迅速增大圖5.15、 像高（IMA）,半像高（IMA/2）像高由sensor對(duì)角線的長(zhǎng)度來決定（如圖5.1）OA=OB=IMA/2AB=IMAA、 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。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.

5、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cos4=E軸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，為主光線角。圖7.1要求物邊緣在象場(chǎng)與光軸夾角越小，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

6、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）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，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，不過制造的成本比較高2) 液體透鏡：通過對(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，讓我了解到了光學(xué)知識(shí)與現(xiàn)實(shí)之