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LensLens 基本参数基本参数 一）有效焦距一）有效焦距 EFLEFL 有效焦距(Effect Focal Length)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）光圈数二）光圈数 FNO.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. Working FNO.:Working Distance 时使用的 FNO. 三）总长三）总长 Total TrackTotal Track 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）后焦四）后焦 BFLBFL 后焦（Back Focal Length）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 BFL 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 Lens Barrel 最后一个机械面至像面的距离 五）视场五）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）放大率六）放大率 MagnificationMagnification：： 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=Image size/Object size 简易法:M=像距/物距 ，只能用于物像空间介质相同时 LensLens 基本知识基本知识 一）主面主点一）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 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）二）LensLens 系统中光束的限制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.孔径光阑孔径光阑 Iris or StopIris or Stop 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： 入瞳入瞳(Entrance Pupil)(Entrance Pupil)： Lens 系统中，孔径光阑对位于 其前面 的 Lens 所成的像 出瞳（出瞳（Exit PupilExit Pupil）） 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 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）对亮度三）对亮度 (Relative Illuminance)(Relative Illuminance)的定义的定义 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 LensLens 的七种像差的七种像差 1.1.球差球差 Spherical AberrationSpherical Aberration 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 2.2.彗差彗差 ComaComa 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 3.3.像散像散 AstigmaticAstigmatic 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 4.4.畸变畸变 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 物平面 理想像面 实际像面 不同波长之光线与 像面有不同的交点 像面 5.5.场曲场曲 Field CurvatureField Curvature 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 6.6.位置色差位置色差 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 7.7.倍率色差倍率色差 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 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 M O D U L A T I O N 12.024.036.048.060.072.084.096.0 SPATIAL FREQUENCY (CYCLES/MM) GREEN DIFFRACTION MTF LRG13-Aug-02 DIFFRACTION LIMIT AXIS T R0.7 FIELD ( ) -18.77O T R0.9 FIELD ( ) -23.60O T R1.0 FIELD ( ) -25.89O WAVELENGTH WEIGHT 545.0 NM 1 DEFOCUSING 0.00000 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 M O D U L A T I O N -0.20000-0.12000-0.040000.040000.120000.20000 DEFOCUSING POSITION ( )MM WHITE DIFFRACTION MTF LRG13-Aug-02 DIFFRACTION LIMIT AXIS T R0.7 FIELD ( ) -18.77O T R0.9 FIELD ( ) -23.60O T R1.0 FIELD ( ) -25.89O WAVELENGTH WEIGHT 615.0 NM 1 545.0 NM 1 450.0 NM 1 FREQUENCY 48 C/MM 调制传递函数调制传递函数(MTF)(MTF) 一）一）MTFMTF 的定义：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）二）MTF MTF 的意义及作用的意义及作用 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）三）MTFMTF 特性特性 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）四）MTFMTF- -空间频率曲线示意图空间频率曲线示意图 五）五）MTFMTF- -defocusdefocus minmax minmax )( II II vMTF + − = 光学材料光学材料 光学玻璃光学玻璃 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 光学设计步骤光学设计步骤 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。