有关LENS的一些基本知识

114:36:501.00.90.80.70.60.50.40.30.20.1MODULATION12.024.036.048.060.072.084.096.0SPATIALFREQUENCY(CYCLES/MM)GREENDIFFRACTIONMTFLRG13-Aug-02DIFFRACTIONLIMITAXISTR0.7FIELD()-18.77OTR0.9FIELD()-23.60OTR1.0FIELD()-25.89OWAVELENGTHWEIGHT545.0NM1DEFOCUSING0.00000调制传递函数(MTF)一）MTF的定义：MTF就是从物空间到像空间的对比度关系的函数，其定义式为：调制度=最大亮度-最小亮度/最大亮度+最小亮度景物有景物的调制度(M景)，影像有影像的调制度(M影)理想的Lens系统的MTF值为1,但由于实际的Lens系统中各种像差的存在及介质的吸收等作用，都会使MTF产生较大的衷减．二）MTF的意义及作用在Lens系统中，MTF是对Lens系统的总体评价参数．在设计阶段，可通过相关的光学设计软件对所设计的Lens进行模拟；在制造阶段，可以对Lens实体进行MTF的测试．故在当今的光学领域ＭTF有着极其广泛的应用三）MTF特性1.在MTF曲线中，当空间频率为零时，其MTF值为为１，而之后随着空间频率的增加而下降，当降至一定程度时，人眼或其它感光组件就无法对其进行分辨．注：人眼对MTF的极限分辨值为0.07（或0.05）。于此值时人眼已无法分辨其对比度。2.斜向入射时，通常都会根据斜向角度的轴分为径向(Saggital)和切向(Tangental)通常简写为S和T方向，而这两个方向的MTF值会不同，就一般而言，S的MTF值会优于T的MTF值四）MTF-空间频率曲线示意图minmaxminmax)(IIIIvMTF214:32:531.00.90.80.70.60.50.40.30.20.1MODULATION-0.20000-0.12000-0.040000.040000.120000.20000DEFOCUSINGPOSITION()MMWHITEDIFFRACTIONMTFLRG13-Aug-02DIFFRACTIONLIMITAXISTR0.7FIELD()-18.77OTR0.9FIELD()-23.60OTR1.0FIELD()-25.89OWAVELENGTHWEIGHT615.0NM1545.0NM1450.0NM1FREQUENCY48C/MM五）MTF-defocus光学材料光学玻璃为传统常用的主要光学材料，一般的光学玻璃的光波透明范围为350nm~2500nm,在低于400nm时已开始中显示对光的强烈吸收。其分类主要有冕牌及火石两大系列。光学晶体也是一种较常用的光学材料，如在光学仪器及光通信组件中均有较多的应用。有些光学晶体的波带很宽，且性能特异，可以应用到红外或紫外等特殊场合。另，很多晶体具有双折射的性质，可以用来制造偏振组件。光学塑胶材料常用的主要有PMMA(压克力)、ＰＣ（聚碳酸脂）等材料，塑胶光学组件可以用注射成形的方法,生产效率高且成本低,特别是一些具有非球面的光学组件,如果要靠传统的研磨加工方法则成本很高且效率很低,故民用的非球面光学组件大部分为塑胶成形而得。镀膜材料在Lens系统中，有时为了达到一定的功能或效果需在组件表面上加镀不同的膜层。膜系按其能可分为增透膜、反射膜、滤光膜、分束膜、分色膜、偏振膜、导电膜、保护膜等。不同功能的膜系均采用不同的膜系材料。如反射膜一般均采用银、铝等金属材料。3光学设计步骤光学设计的大概步骤如下：一、阅读设计任务书，全面了解设计任务的要求，并作相关的评估；二、了解Lens生产方的生产能力，以确认是否可以在设计中采用非球面的设计；三、进行初始化的计算，确定本次设计所要采用的初始结构。在这一步需根据任务要求来估算高级像差的大小；四、利用光学设计软件对初始结构进行光线的追踪，从而对系统进行优化。在这一步一定要选定合适的优化参数，进行像差的修正与平衡；五、运用相关工具对所设计结构进行分析与评估，如OK，则转入下一步；六、对所设计系统进行公差分配。Lens基本参数一）有效焦距EFL有效焦距(EffectFocalLength)是从透镜的主点到焦点在光轴上的距离。根据EFL的大小可将Lens分为：标准镜头38㎜＜EFFL＜61㎜广角镜头（Wide）EFFL＜38㎜望远镜头（Tele）EFFL＞61㎜二）光圈数FNO.FNO.=EFL/入瞳直径＝1/相对孔径相对孔径=入瞳直径/EFL，系统的入光量与相对孔径的平方成正比FNO.可分为：Infinite:平行光系统使用的FNO.WorkingFNO.:WorkingDistance时使用的FNO.三）总长TotalTrack定义：系统的第一面至像面间的距离。它决定整个光学系统的外形的大小。四）后焦BFL后焦（BackFocalLength）是指在最佳成像距离lens最后一个面至像面在光轴上的距离。4BFL可分为：光学后焦：指Lens最后一个光学面顶点至像面的距离机械后焦：指LensBarrel最后一个机械面至像面的距离五）视场定义为一个光路系统中，可以成像的范围。视场的表示：物高：所能成像的物的大小（在有限远时）半场角：光学系统习惯是一个对称系统，所以通常都只取一半视场角做为定义（在无限远时）。六）放大率Magnification：垂轴放大率：又称之为放大率，是指当对象通过一个Lens组件成像后，在像面(Image)上所成像的高度与物高的比率。其余两种为：横向放大率及角放大率。公式:M=Imagesize/Objectsize简易法:M=像距/物距，只能用于物像空间介质相同时。Lens基本知识一）主面主点主面的定义：所谓的主面就是在Lens系统中放大率为+1的两个共轭面主面的位置：Lens系统均有两个主面，分为前主面和后主面或者称之为物方主面和像方主面，在高斯光学中，主面为一与光轴相垂直的平面5主点的定义：所谓的主点就是主面与光轴的交点，它可分为前主点和后主点主点的位置：主点位于光轴上，是主面与光轴的交点二）Lens系统中光束的限制在任何Lens系统对能够进入系统的光束都有一定的选择性，而这些功能是通过光阑来实现的。光学系统的光阑可分为以下几类：1.孔径光阑IrisorStop是限制成像光束立体角的光阑。它决定了轴上点成像光束中最边缘光线的倾斜角，称之为光线的孔径角。在任何Lens系统中均会有一个孔径光阑。孔径光阑的像：入瞳(EntrancePupil)：Lens系统中，孔径光阑对位于其前面的Lens所成的像。出瞳（ExitPupil）Lens系统中，孔径光阑对位于其后面的Lens所成的像。2.视场光阑限制物平面或物空间能被Lens系统成像的最大范围的光阑。它决定了Lens系统的视场。一般情况，视场光阑为像面上感光组件的固定框。3.渐晕光阑在光学设计中，有时为了减小轴外像差，便增加一渐晕光阑对通过孔径光阑的距光轴较远的部分光线进行拦截。这种方法以牺牲像面上周边亮度为代价4.消杂光光阑在Lens系统中出于消除杂散光的目的而增加的光阑。在一般的中低档产品6中，通常采用在镜片周边或镜筒内侧涂墨或涂消光漆来达到消杂散光的作用。杂散光会导致像面有眩光或白雾，从而使像质严重下降。三）对亮度(RelativeIlluminance)的定义指中心与边缘的相对亮度。在一个成像系统里，中心的亮度与周边的亮度会有cos4θ比例的衰减。中心及周边的亮度值不同，若要成像面整体亮度均匀，就需要通过系统对光能量的分布重新分配。Lens的七种像差1.球差SphericalAberration球差是指光轴的物点由于在Lens上的投射角度不同从而导致在像空间像点在光轴上不重合而导致的像差。2.彗差Coma彗差是指当轴外物点通过Lens系统成像时，产生的一种非对称的轴外像差。此种像差的分布形状以类似于彗星的拖尾而得名。3.像散Astigmatic像散是指当位于光轴外的物点通过Lens系统成像时所产生的一种在切向（T）和径向（S）成像品质不同的像差。7物平面理想像面实际像面4.畸变畸变是指当一物体通过Lens系统成像时，会产生一种对物体不同部分有不同的放大率的像差，此种像差会导致物像的相似性变坏。但不影响像的清晰度。根据对物体周边及中心有放大率的差异此种像差可分为两类：正畸变：周边的放大率大于中心；负畸变：周边的放大率小于中心。5.场曲FieldCurvature场曲是指当Lens对一平面物体成像时有时会产生像面弯曲的现象，此种像差称之为场曲。场曲会导致在像平面上中心及周边不能同时得到清晰的成像。6.位置色差8不同波长之光线与像面有不同的交点像面位置色差是指当光轴上一物点用不同波长的光通过Lens成像时会产生像面不重合的现象。7.倍率色差倍率色差是指当一物体通过Lens有不同波长的光成像时，由于放大率的不同从而使所成像的高度不同，此种像差称之为倍率色差。光不同波长之