光学基本理论

1、光学基础理论 一.光学基本定律 1. 光直线传播定律 2. 光独立传播定律 I -入射角 I*-反射角 3. 光反射定律1*= - I 4.光折射定律 n Sin I = n*Sin I* I -入射角 I*-折射角 n-折射率（入射空间）n*-折射率（折射空间） n = C/V C -光在真空中的速度V-光在介质中的速度 直角棱鏡 材質：K9（Bk7） n=1.5163 Im=41.26 I=45 產生反射 .全反射 在特定条件下，光线在界面能全部反射回去 ，这叫光的全反射 临界角：Sin Im=n*/n Im-临界角 当入射角大于临界角时，产生全反射 全反射的用途： 1. 棱镜 2. 光纤

2、 三.球面与球面系统 由二个球面组成一个透镜，一个或多个透镜组成一个镜头，多个镜头和其它光学元件 组成一个光学系统 四与镜头和透镜相关的基本参数 1. 焦距(EFL) A. 物方焦距(f ):由前主面到前焦点的距离 B. 像方焦距(f*)：由后主面到后焦点的距离 1 一1 匚U :H H- Q- IIF 一 1 r Q前主面Q-后主面H-前主点 H -后主点 F-前焦点 F-后焦点 U-物方孔径角 U -像方孔径角 焦距公式：f*=h/tgU* f =h/tgU 在镜头或透镜中有一对垂轴放大率为+1的二个平面Q和Q. 2. 后截距(BFL) A. 由镜头或光学系统最后一面到像面的距离为光学后截

3、距(BFL ). B. 由下座端部到像面的距离为机械后截距(BFL* ) BFLBFL* 3. F/NO (F 数) F/NO二f*/D入 f *-焦距(EFL) D入-入瞳直径 入瞳为光栏经其前方光学系统所成的像举例： 1 If i i 1 i i1 1 :! 1 1 4. 半视角(FOV/2)( 3)视场角(FOV)(2 3) 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 Y = f*tg 3 Y -像的大小f*-焦距(EFL) 5. 畸变量(DIST) 在视场角较大或者很大时，所产生的像变形称为畸变 DIST=Y -Yo/Yo 100% -3- Y伐际像高Y o-理想像高

4、6. 相对照度（REL） 是指像面边缘照度和中心照度之比 REL = E w/E E-像面中心照度E W-像面边缘照度 E=1/4 Xn K(2a/f*)2Ew二KiEXCos4 K 透过率 L-物体位置 2a/f*-相对孔径(F/NO倒数) Ki-渐晕系数 7.光学总长（TOTR） 是指由镜头第一面到像面的距离 1.波长 光以波动形式向前传播，光波是电磁波，是电场和磁场的振动，其振动强度有 周期性变化.光的传播用正曲线描述，如图： 入-波长a-振幅n-圆周率t-时间 -4- u = a Sin2 n (t/T/ 入- T周期 T=1/?频率 X-为t时间沿X轴振动的位置。 2. 波长与可见光

5、的颜色 可见光波长范围：390 nm770 nm,不同波长给出不同的颜色如下表: 颜色 紫色 二 色 青色 绿色 黄色 橙色 红色 波长： 410 455 490 515.6 580 610 717.5 波长单位：nm 3光学设计中采用的谱线 符 号 颜 色 波长入 i 紫夕卜 365.0 h 紫 404.7 G 紫 434.1 g 435.8 F 479.9 F 486.1 符 号 颜 色 波长入 e 绿 546.1 d 黄 587.6 D 黄 589.3 C， 红 641.9 C 红 656.3 t 红夕卜 1014.0 六.透镜的种类 1.正透镜 1 1 =3 j. F r 1-双凸透镜

6、2平凸透镜3正弯月透镜 2. 负透镜 凡中心厚度大于边缘厚度的透镜为 负透镜(凹透镜). 连接透镜二个曲率中心的直线曲率 镜二个表面在光轴上的间隔称为透镜的 1-双凹透镜2平凹透镜3负弯月透镜 正透镜(凸透镜),凡中心厚度小于边缘厚度的透镜为 光轴.透镜一般为圆形，其直径称为透镜的孔径.透 中心厚度.若透镜的中心厚度与球面曲率半径相比可 以忽略，则称为薄透镜.若不可以忽略，则称为厚透镜 3. 薄透镜结构参数公式 =1/f= (n1)(1/Ri -I/R2) n-透镜材料折射率Ri R2-透镜球面曲率半径 f -透镜焦距妒-透镜光焦度 凸透镜f 0,对光起会聚作用，凹透镜f 出瞳-光栏通过其后面

7、的光学系统所成之像，称为出射光 瞳，简称出瞳. 4.视场光栏，入射窗,出射窗. A. 视场光栏- 入射窗- -用以限制成像范围的光栏称为视场光栏. B. -视场光栏通过其刖面的光学系统所成之像 为入射窗. ，称 C. 出射窗- -视场光栏通过其后面的光学系统所成之像 出射窗. ，称 卜一.实际光学系统光路计算公式 1. 近轴光线的光路计算公式 (1).轴上点近轴光线的光路计算公式 A.计算公式：i=(l-r/r)u B.转面公式 nK=n i i =(n/n )i uk=uk-i u=u+i- i l =(ri/u) +r Ik=I k-i -d k-i C. 校对公式：h=lu=lu D. l= g时, ii=hi/ri (2).轴外点近轴光线的光路计算公式 A. uz=Y/l z-l B. Y (lz - |)uz 口 I ir-ci L-LLZ 2. 轴上点远轴光线的光路计算公式 A. Sin l=(L-r/r)S inU B. Sin I =(n/n) Sin I C. U=U+I-I D. L=r+r(Sin 1/ SinU ) E. 转面公式：LK=LK-i-dK-iUk=U k-ink=nk-i F. 校对公式：L=LsinU/C