光学基础知识

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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。