A3视场,孔径,空间带宽积和成像透镜基本参数(I)

1、A3视场、孔径、空间带宽积和成像光学系统的基本参数（I）3.1成像光学系统将二维或三维空间的物体或图形成像横向放大率图3.1透镜成像示意图2y / 2y y/y(3.1 )般用CCD、CMOS拍摄时得到缩小的像,视场角2 （角视场）和像高y 的换算公式1。2 2tan 1 y/f （3.2）其中f为焦距，y为圆形探测器的半径，或矩形探测器 对角线长度的表3.1 CCD规格CCD规格1/31/223y6810镜头的孔径角u常用F数表示3.2空间带宽积SBP2nyu 2nyu(3.4 )n像方介质折射率（例如显微镜油,空气折射率近似为1；:光波波n :物方介质折射率，浸物镜的油折射率）长；SBP是

2、一个没有量纲（没有单位）的数。SBP特征:? SBP表征成像系统所传递的信息量：“空间越大，看到的空间范围（“视野”）越大即视场，2y?以后会讲到，成像透镜相当于“低 频滤波器”，它的“带宽”用u表 示，孔径角（由于光阑的限制形成） u越大（F数越小），分辨率、清图3.3光学元件晰度越高，对于被显示物体细节的表现能力越强。?物、像空间的SBP相等。可以用像方视场2y、像方孔径角2u来计算SBP。?通常用“F数”n 1，因而有SBP 2yu 乂F代替孔径f tanFu,并假定像方介质为空气,(3.5 )空间带宽积给出成像系统可能达到ZITT图3.4光学元件加工车间信息量的高限，可以用来对物镜的性

3、 能分级。?实际系统由于以下原因远达不到设计水平限制;加工、装配误差;材料误差。为了提高性能，采取了以下措施：SBP高限:?对设计优化，提高设计软件的模拟功能和优化速度。左要设计软件如 ZEMAX, C0DE5等。?采用CNC自动加工机提高加工精度;?增加镜头片数，结构复杂化。缺点在于加工成本增加, 装配困难，像质不容易做好。?使用特殊光学玻璃，必要时采用人造晶体，如下表:表3.2广特殊E光学玻璃材料ZLaF5H-ZLaF55H-ZF52H-ZLaF50BH-ZLaF68H-LaF50ALaSFN9N1.8551.8351.8471.8041.8831.7731.850d36.5842.982

4、3.7846.5840.7949.6032.2折射率(N )和阿贝数(d越大色散越小。d)是材料的两个重要指标,g 1nF nC(3.6 )3.3光学玻璃发展方向:(1)高折射率，中、低色散：ZLaF5 (1.855/36.5 )、ZLaF68(1.883/40.79 )、LaSFN9 ( 1.85/32.2 )。近期开发的(1.90/37 )将用于数码相机，在中高档镜头也有重要应目前国内产品短波段的“内透率”还有差距。(2 )高折射率、低软化点非球面压型玻璃(1.9-2.0/40 )。(3)模拟晶体材必料。表3.3特殊光学玻璃和晶体材料CaF2FCD10BaF2FCD1N1.43381.45

5、651.48451.4970d94.9990.2781.681.6有一个重要的、又常被忽略的环节，在于搭建系统时, 深入（而不是肤浅）地了解系统要求，恰如其分地选择 成像镜组，充分利用其空间带宽积。平凸镜和平凸镜组：这是最简单的成像单元，用于(1)图3.7平凸镜组成像，要求中间过平行光?物像距?放大率Lfi(3.7 )ffi(3.8 )(2)双胶合组校正了轴上和近轴像差，像质明显高于平 凸透镜组，用于较小视场简单成像要求：（1）图3.8双胶合组成像中间过平行光；（2）正透镜在内侧镜头供应商有：Comp utar、Kowa 等。（3 ）要求较高的成像物镜须经专门设计（customdesign），

6、或按照要求仔细选择商品镜头。 CCD、CMOS表3.4典型成像物镜的名称、结构和应用。名称结构图视场双胶合（双分离）/天赛及其变形1'1J30 50°用途简单成像5.6104.5 7.5常规照相物镜、CCD物镜双高斯及其变形40° - 56°40° - 80°2.0 4.01.8 2.5中孔径、 中大视场成像表3.5 Custom 成像物镜的名称、结构和应用（0.55 pm)双高斯（变形）双咼斯（变形）双高斯Ba266 ( 2y')（变形）27/1324.2/18.52.814.44.18生物物理所样品2.54436.64哈工大样品（购买设计）AGFA3578.16.67样品F数越小，光束会聚角U就越大。口厂Bsin2u(3.9 )E 2:放大倍率；：系统透过率；B :物体亮度。因此要考 虑像的亮度的因素。u增大（F减小）时SBP和像的亮度 同时加大。设计、加工难度和成本也会快速增加。?由