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时间:2020-01-11
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1、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
2、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)F
3、OV,然而FOV的增大会使得REL(相对照度)的数值增大。1、BFL后焦距(学名后截距)图2.12、F数(F/NO)f’-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2.8~3.5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1、视场角FOV(2ω),
4、半视场角FOC/2(ω)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。y’=f’×tanωA、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↑,畸变迅速增大图5.12、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
5、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3、光学总长TOTR:图6.1光学系统的最佳光学总长:TOTR=25~35mm,TOTR越短越难控制,相差越大手机:TOTR<7mmDSC:TOTR<10~12mm4、相对照度:E=E轴×cos4ω=E轴×cos4(FOV/2)A、REL与FOV相关B、REL与主光线角度相关C、R
6、EL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,θ为主光线角。图7.1要求物边缘在象场与光轴夹角θ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。1、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
7、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2、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
8、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作。
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