联系我们
公司名称:重庆光电仪器有限公司
联系人:张经理
电话:18580341781
手机:QQ:1411184862
地址:重庆市北碚区云清路99号
邮箱:cqgdyq@163.com
当前位置:首页>新闻动态
光学成像基础知识

光在我们周围无处不在,光学成像技术也和我们的生活密不可分,如各种相机、摄像机、望远镜、投影仪等,那么关于一些基本的成像原理,对于在光学领域打滚的童鞋们来说,是一门必修的课程,小编给大家推荐的文章,图文并茂,简单易懂,绝对的入门级,只要您记住几个图形,灵活应用各成像领域,不想成大师都难,不罗嗦了,切入重点了

光线跟踪对于光学系统中的透镜成像介绍,可以通过讨论光线跟踪开始。图一是一个理想的薄透镜对物体进行成像的基本光路图。物体的高度为y1,到透镜中心的距离为s1,透镜的焦距为f。透镜在另一端s2的位置成像,像高为y2

图一对于理想的薄透镜,它的厚度足够薄,可以不计入焦距。这种情况下,穿过透镜中心的光线发生的折射可以忽略。接下来的讨论基于这种理想薄透镜,这对于一些基本规律的讨论是足够的。透镜的相差及厚度所产生的其他效应在这里不加以考虑。
图一中包含三条光路,其中任意两条都可以完全确定像的位置和大小。最上面一条从物体发出并平行于透镜的光轴,经过透镜折射后穿过另一侧的焦点。第二条光束穿过透镜左侧的焦点,经过折射,与光轴平行。第三条光束直接穿过透镜中心。因为透镜垂直于主光轴并且厚度很小,当光透过其中心时,折射可以忽略不计。除了理想薄透镜假设,我们还采用了近轴近似,也就是光线与光轴的夹角θ足够小,可以把Sinθ近似为θ。放大成像下面使用基本的几何光学来讨论透镜的放大效应。图二显示了一个同样的光路结构。从物体出发,穿过透镜中心的光线与光轴成φ夹角,在透镜两侧形成两个相似三角形,可以得到:φ= y1/s1 = y2/s2进行变形得到y2/y1 = s2/s1 = M,数值M即为透镜对物体成像的放大倍数,同时也是像距和物距之间的比例。
图二这个比例关系对成像系统的结构构成了一个基本限制。对于一个给定尺寸的光学系统,要对物体产生特定放大倍数的成像,那么只有一个确定的透镜位置才可以满足要求。另一方面,成像系统的放大倍数不需要通过测量像和物体的尺寸来确定,它是由系统本身的结构决定的。高斯透镜方程现在我们再回到光线跟踪图中,来看另一个光束。在图三中,从物体出发穿过前焦点的光束,与主光轴相交形成两个相似三角形,顶角同为η,因此具有如下关系:y2/f = y1/(s1-f)运用放大倍数的定义公式可以得到y2/y1 = s2/s1 = f/(s1-f)进行一下变形,最终我们得到1/f = 1/s1 + 1/s2这就是高斯透镜方程,它定义了透镜焦距及成像系统尺寸之间的基本关系。这个方程与放大倍数的定义公式形成一个方程组,其中含有三个变量,焦距f,物距s1,以及像距s2。再加上另外一个条件方程就可以最终确定这三个变量。另外的一个条件通常是透镜的焦距f,或者物像之间的距离,也就是s1+s2,它受系统的尺寸限制。任意一种情况都可以确定这三个变量。
图三
光学不变量现在让我们看一下物体发出的任意一条光束如何穿过系统。图四显示了一条从物体底部出发穿过透镜顶端的光线,它和光轴之间具有最大的夹角。分析这条光束在光路设计中具有重要意义,在这里它可以很好地演示任意光束是如何穿过系统的。
图四光束到达透镜的位置与主光轴之间的距离为x。采用近轴近似并结合上面的公式,可以得到:θ1 = x/s1 θ2 = x/s2 = (x/s1)(y1/y2)变形得到y2θ2 = y1θ1这是光学成像的一条基本定律。在一个只由透镜构成的光学系统中,像的尺寸与光束和光轴之间夹角的乘积是一个常数,称之为光学不变量。这个结果对任意个数的透镜都是成立的,在一些光学著作中,也称之为拉格朗日不变量或史密斯-亥姆霍兹不变量。这个定律基于近轴近似和理想的无相差透镜。如果考虑现实中透镜的相差,上述方程中的等号需要换成大于等于号,也就是说相差可以使这个乘积有所增加,但没有任何因素可以使它减小。对于光学设计的人员都清楚,这些成像原理是基础得不能再基础的知识了,但真要对一些成像镜头进行设计、成像的质量进行分析,除了这些基础的理论知识外,还得需要一些实际设计经验,在设计过程中遇到问题越多,你的进步就越大,当然一款实用的软件也少不了,现在光学设计的人员基本都已经在使用zemax软件,因为它能快速准确的完成光学成像及照明设计,还因为这款软件自带一些案例,供初学者学习,可惜的是,现在还有一些人在用破解版,貌似省钱了,其实小编碰到很多人来向小编诉苦的人,为什么呢?因为用非正版软件的时候会,他的设计突然就没了;因为在没有专业的技术支持,遇到问题得不到及时地解决......,小编听到这些,心都为都为光学设计者碎了一地,小编在此写这些,是真心希望光学设计的人员能有一个好的学习平台,有一个好的设计平台,更好地发挥光学技术。