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） QF图 .f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 Q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
2、速度与真空中速度的比值关系。薄透镜： )1()1( 2Rnf透镜光焦距；f焦距；n折射率；R1,R2两球面曲率半径厚透镜： 2121)()()( RndRf 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tanFOVEFLIMAEFL 的增大（减小）会使像高变大（小） ，为了保持像高，就必
3、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） B图 2.13、 F 数（F/NO） DfNOF/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
4、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5、 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
5、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: TORF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 IM
6、A 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。IM图 5.1ABCD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）孔 径 光 阑 低 通 滤 波 IR保 护 玻 璃CD镜 组图 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
7、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作。图 7.1
