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1、精品文档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）fFFQQ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）Q QQ QQ Q双凸平凸正弯月两主面 Q,Q两主面 Q,Q两主面 Q,Q在镜片内一在镜片内在镜片外一与凸面切图 1.2凹透镜：双凹；平凹；负弯月Q QQ QQ Q双凹平凹负弯月两主面 Q,Q两主面 Q,Q两主面 Q,Q在镜片内一在镜片内在镜片外一与凹面切
2、.精品文档图 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：1(n 1) ( 1 )(1)f R1R2透镜光焦距；f 焦距；n折射率；R1,R2两球面曲率半径厚透镜：1(n 1) (1 )(1)(n1)2 df R1R2nR1R2d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
3、关系IMAEFLtanFOV 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）FBFL图 2.13、 F 数（ F/NO ）F/NOf Df FELD 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.精品文档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
4、 2.8 3.5 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。yf tanA 、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 REL C、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5、 像高（ IMA ） ,半像高（
5、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:AIMBOA图 5.1FTOTR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： TOTR101
6、2mm7、 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.精品文档即为主光线角。如图7.1 中是两条边缘主光线，为主光线角。ABCCD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（
7、图8.1）孔径光阑镜组低通滤波CCDIR保护玻璃图 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。我本身虽学习过整个光学体系，但比较理论化，加上张教授的写实版授课，能帮助我更快的进入工作角色，更快地学以致用。 我的工作发展方向是模具设计，但光学理论可以帮助我更好地完成平时的工.精品文档作。.
