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光学基础学习报告
一、教学内容：
光电镜头就是用来作为光电接收器（CCD,CMOS）得光学传感器元件。
光学特性参数：
1、 焦距EFL（学名f’）
就是指主面到相应焦点得距离（如图1、1）

每个镜片都有前后两个主面－前主面与后主面（放大率为1得共轭面）。相应得也有两个焦点－前焦与后焦。
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
折射率实际反映得就是光在物质中传播速度与真空中速度得比值关系。
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→利用上述得公式可以计算出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）与IMA（像高）三者间有关系
－铁三角关系
EFL得增大（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得增大会使得REL（相对照度）得数值增大。
2、 BFL后焦距（学名后截距）

图2、1
3、 F数（F/NO）

f’－FEL
D入－入瞳直径
入瞳为光阑经其前方光学镜片所成得像，反映进入光学系统得光线
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%得误差，在物方有照明时，F数可根据照明得照度情况来增大
4、 视场角FOV（2ω），半视场角FOC/2（ω）
物镜在其接收元件上成像得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’×tanω
A、 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与IMA相关
E、 FOV与DIST畸变相关，FOV↑，畸变迅速增大
图5、1

5、 像高（IMA）,半像高（IMA/2）
像高由sensor对角线得长度来决定（如图5、1）
OA=OB=IMA/2
AB=IMA
A、 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与FOV只能给定一个，如果SPEC图给定得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:

图6、1
光学系统得最佳光学总长：TOTR=25~35mm,TOTR越短越难控制，相差越大
手机：TOTR<7mm
DSC：TOTR<10~12mm
7、 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、 REL与EFL,TOTR与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：主光线就是物发出经过孔径光阑轴心得光线，有无数条。此光线与光轴得夹角即为主光线角。如图7、1中就是两条边缘主光线，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，为了达到这种目得，要将光学系统设计成为象方远心光路，即光阑前面就是负透镜组，后面正透镜。为了平衡正组得相差光阑放置在正组透镜得前焦点上。
8、 光学透镜结构（图8、1）

图8、1
孔径光阑：限制进入光学系统得光通量，
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
需要指出得就就是：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
一定条件就是指与光阑位置配合地好，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：可以消除色差与球差，相对照度在视场重100％，MTF值也提高，不过制造得成本比较高
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得调节方式。
二、心得体会：
温故而知新，通过张教授生动得授课强化了我在学校中学习得光学基础知识，加上张教授联系实际深入浅出得解释，让我了解到了光学知识与现实之间得关系。我本身虽学习过整个光学体系，但比较理论化，加上张教授得写实版授课，能帮助我更快得进入工作角色，更快地学以致用。我得工作发展方向就是模具设计，但光学理论可以帮助我更好地完成平时得工作。