光學(xué)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)報(bào)告

一、教學(xué)內(nèi)容：

光電鏡頭就是用來(lái)作為光電接收器（CCD,CMOS）得光學(xué)芍感器元件。

光學(xué)特性參數(shù)：

1、焦距EFL（學(xué)名f'）

就是指主面到相應(yīng)焦點(diǎn)得距離（如圖1、1）

圖1.1

每個(gè)鏡片都有前后兩個(gè)主面一前主而與后主面（放大率為1得共瓶面）。相應(yīng)得也有兩

個(gè)焦點(diǎn)一前焦與后焦。

凸透鏡：雙凸；平凸；正彎月（如圖1、1）

雙凸平凸正彎月

兩生面Q,Q'兩主面Q,Q'兩生面Q,Q,

在鏡片內(nèi)一在鏡片內(nèi)在鏡片外

一與凸面切

圖1、2

凹透鏡：雙凹：平凹；負(fù)彎月

9

Q1Q，QQ'

雙凹平凹負(fù)彎月

兩主面Q.Q,兩主面Q.Q,兩主面Q.Q,

在鏡片內(nèi)一在鏡片內(nèi)在鏡片外

一與凹面切

圖1、3

折射率實(shí)際反映得就是光在物質(zhì)中傳播速度與或■空中速度得比值關(guān)系。

薄透鏡：①=4=（〃-1）x［（《）—（《）］

J&”2

①一透鏡光焦距：

f'—焦距；

n一折射率；

R,R2一兩球面曲率半徑

厚透鏡：0=—=（/?-1）X［（—）-（—）］+

/'&R2

d一中心厚度

干涉儀與無(wú)距座可以量測(cè)f',R1,R2,df利用上述得公式可以計(jì)算出n值，從而來(lái)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,FOV（視場(chǎng)角）與IMA（像高）三者間有關(guān)系

IMA=EFLxtanFO,鐵三角關(guān)系

EFL得增大（減?。?huì)使像高變大（小），為了保持像高，就必須要增大（減?。〧OV,

然而F0V將增大會(huì)使得REL（相對(duì)照度）得數(shù)值增大。

2、BFL后焦距（學(xué)名后橫距）

圖2、1

3、F數(shù)（F/NO）

FINO=L

D

f'-FEL

D入一入瞳直徑

入瞠為光闌經(jīng)其前方光學(xué)鏡片所成得像，反映進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)得光線

A、與MTF相關(guān)，F(xiàn)/NOT,則MTFT；反之下降

B、與景深相關(guān)，F(xiàn)/NOT,則景深T,反之下降

C、與象差相關(guān)，F(xiàn)/NOT,則象差1,反之增加

D、與光通量相關(guān)，F(xiàn)/NDT,則光通量1,反之增加

對(duì)于光電鏡頭，F(xiàn)/NO最大在2、8?3、5之間（經(jīng)驗(yàn)值）允許有±5%得誤差，在物方有

照明時(shí)，F(xiàn)數(shù)可根據(jù)照明得照度情況來(lái)增大

4、視場(chǎng)角FOV（2u＞）,半視場(chǎng)角F0C/2（3）

物鏡在其接收元件上成像得空間范圍稱為視場(chǎng)角。其一半為半視角，最佳在55°（經(jīng)

驗(yàn)值）左右。

V'=f'Xtano）

A、FOV與象差相關(guān)，F(xiàn)0VT,軸外象差T,MTFX（變得很差）

B、FOV與相對(duì)照度REL相關(guān)，F(xiàn)OVT,相對(duì)照度RELJ

C、FOV與主光線角度相關(guān)，F(xiàn)OVT,主光線角度要變大

D、FOV與EFL,TOTR與IMA相關(guān)

E、FOV與DIST畸變相關(guān)，F(xiàn)OVT,畸變迅速增大

5、像高（IMA），半像高（IMA/2）

像高由sensor對(duì)角線得長(zhǎng)度來(lái)決定（如圖5、1）

0A=0B=IMA/2

AB=IMA

A、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與FOV只能給定一個(gè)，如

果SPEC圖給定得數(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5、1

F

圖6、1

光學(xué)系統(tǒng)得最佳光學(xué)總長(zhǎng)：TOTR=25~35mm,TOTR越姓越難控制，相差越大

手機(jī)：T0TR<7mm

DSC:T0TR<10^12mm

7、相對(duì)照度：

E=E“Xcos%=E怙Xcos4(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與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：主光線就是物發(fā)出經(jīng)過(guò)孔徑光闌軸心得光線，有無(wú)數(shù)條。此光線與光軸得夾

角即為主光線角。如圖7、1中就是兩條邊緣主光線，8為主光線角。

JCCD

圖7、1

要求物邊緣在象場(chǎng)與光軸夾角8越小，為了達(dá)到這種目得，要將光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成為象方

遠(yuǎn)心光路，即光闌前面就是負(fù)透鏡組，后面正透鏡。為了平衡正組得相差光闌放直在正組透

鏡得前焦點(diǎn)上。

8、光學(xué)透鏡結(jié)構(gòu)（圖8、1）

孔徑光闌

低通濾波

保護(hù)玻璃

圖8、

孔徑光闌：限制進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)得光通量，

低通濾波片：低頻光完全通過(guò)，高順光截止

IR:紅外盛止，一般采用晶體制作

需要指出得就就是：對(duì)于非球面

1)通過(guò)調(diào)節(jié)解決球差

2)在一定條件下，解決象散

一定條件就是指與光闌位矍配合地好，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)一技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

1)二元光學(xué)：可以消除色差與球差，相對(duì)照度在視場(chǎng)重100%,MTF值也提高，不過(guò)制造

得成本比較高

2)液體透鏡：

通過(guò)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)類似眼暗得調(diào)節(jié)方式。

二、心得體會(huì)：

溫故而知新，通過(guò)張教授生動(dòng)得授課強(qiáng)化了我在學(xué)校中學(xué)習(xí)得光學(xué)基刷知識(shí)，加上張教

授聯(lián)系實(shí)際深入