光学硬件介绍
光学镜头参数详解
光学镜头参数详解
摘要：
I.光学镜头概述
- 定义与作用
II.光学镜头的主要参数
- 焦距
- 相对孔径与光圈数
- 视场角与像面尺寸
- 分辨率
- 景深
- 工作距离
- 相机接口
III.光学镜头的选择与应用
- 选择光学镜头的考虑因素
- 光学镜头的应用领域
IV.结论
正文：
I.光学镜头概述
光学镜头是一种用于将光线聚焦在一点上的光学器件，通常由多个透镜组成。
它广泛应用于各种光学设备和仪器中，如照相机、望远镜、显微镜等。
光学镜头的主要作用是将来自物体的光线聚焦在成像传感器或眼睛上，从而产生
清晰的图像。
II.光学镜头的主要参数
1.焦距
焦距是指从光学镜头的中心点到焦点的距离。
它决定了像与实际物体之间的比例。
镜头焦距越长，成像越大。
2.相对孔径与光圈数（f）
相对孔径是指镜头的有效孔径与焦距的比值，主要影响像面的照度。
光学模组原材料
光学模组原材料光学模组的原材料包括多种类型，具体如下：1. 光学元器件：这是光学模组中不可或缺的组成部分，主要用于将激光器发出的光束聚焦并导入光纤中。
目前常用的光学元器件有透镜、滤波器、偏振器和耦合器等。
透镜一般采用石英或玻璃制成，滤波器可以选择多种不同的材料，如硅、硅氧化物等。
偏振器一般采用铌酸锂或硅等材料制成，而耦合器则一般采用高纯度光学玻璃材料。
2. 半导体激光器：这是光模块的核心组成部分，主要通过注入电流的方式来激发半导体材料，使其产生激光。
其材料主要包括镓砷化物、硒化锌等，其中镓砷化物半导体激光器是目前最常用的一种。
3. Pin光电二极管：主要用于接收光信号，并将其转化为电信号输出。
它的主要材料是硅、锗、砷化镓等，其中硅光电二极管因其价格便宜、能在广泛的波长范围内工作，被广泛应用。
4. 反射片：一种能够通过其背面产生反射的透明片，其表面缺陷少、平整度高、高反射率（98%）、热稳定性好。
5. 量子点膜：能将大约三分之二由背光源发出的蓝色光转化为纯正的红光和绿光，进而混合蓝光形成高质量的白光，实现了显示器的高色域覆盖，还原了色彩。
6. 扩散片：由三层结构组成，包括最下层的抗刮伤层，中间的透明PET基材层和最上层的扩散层。
扩散片是指在PET基材上，通过精密涂布的方法，把光学胶水固化成预先设计的光学结构扩散层，使光线透过扩散涂层产生漫射，让光的分布均匀化，将点光源或线光源转换成面光源的新型高性能光学材料。
7. 增光片：一种新型高性能光学薄膜，由于其外表微观棱镜阵列结构这一特性。
此外，光模块的材料还包括驱动电路等其他组件。
这些原材料的特性和质量对光学模组的性能和效果有着至关重要的影响。
光学器件的工作原理
光学器件的工作原理光学器件是利用光学原理，将光能转换为其他形式的装置。
它们在各个领域都起着重要的作用，如通信、医学、光学测量等。
本文将介绍几种常见光学器件的工作原理。
一、透镜透镜是光学器件中常见的一种。
它可以通过折射原理聚焦光线，使光线集中或发散。
透镜的工作原理可以通过菲涅尔透镜来解释。
菲涅尔透镜是利用贝塞尔函数的性质来设计的，具有近似球面的表面结构。
当光线经过透镜时，会根据折射定律发生弯曲，从而使光线聚焦或发散。
透镜的类型有凸透镜和凹透镜，凸透镜会使光线会聚，凹透镜则使光线发散。
二、光纤光纤是一种能够传输光信号的光学器件。
它是由高折射率的纤芯和低折射率的包层组成。
光纤的工作原理基于全内反射定律。
当光线从高折射率纤芯射入光纤，由于包层的折射率低于纤芯，光线会发生全内反射，并沿着光纤传输。
光纤的优点在于其传输效率高、数据容量大、抗干扰能力强等。
三、衍射光栅衍射光栅是一种基于衍射现象的光学器件。
它的工作原理是通过衍射产生的干涉条纹，来指示入射光的波长。
光栅是一种具有周期性结构的光学元件，它可以分为物理光栅和全息光栅。
物理光栅是由一系列平行的凸起或凹入的槽组成，当光线通过时，会产生衍射现象。
全息光栅是通过记录光的干涉图案而制成，它可以同时记录光的振幅和相位信息，因此具有更高的分辨率和较低的衍射损耗。
四、偏振器偏振器是一种可以选择特定偏振方向的光学器件。
它的工作原理基于光的偏振性质。
光波是一种横波，其振动方向与传播方向垂直。
偏振器可以通过吸收或反射特定方向的振动分量，使光线只保留一个方向的偏振态。
常见的偏振器有偏振片和偏振分束器。
偏振片有线性偏振片和圆偏振片，可以选择特定的偏振方向。
偏振分束器则可以将入射光按照偏振方向分成两束。
五、光敏器件光敏器件是一种能够感光并产生电信号的器件。
它通常由光电二极管或光电效应器件构成。
光敏器件的工作原理基于光生电效应或内光电效应。
光生电效应是指在光照射下，光电材料中的电子吸收光能，从而产生电子-空穴对，形成电流。
AOI硬件及算法讲解
AOI的硬件介绍 的硬件介绍
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北京星河泰视特科技开发有限公司
AOI的硬件构成 的硬件构成 AOI硬件主要包含八个方面，分别如下： 硬件主要包含八个方面，分别如下： 硬件主要包含八个方面
1.电机 1.电机 3.丝杠 丝杠 D 7.主控电脑 主控电脑 2.导轨 2.导轨 4.相机 相机 6.光源 光源 8. 外壳结构
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光学元器件分类
光学元器件分类光学元器件是光学系统中的重要组成部分，广泛应用于光通信、光电子技术、光学传感器等领域。
按照其功能和特性的不同，光学元器件可以分为几大类。
一、光源类光源是光学系统中产生光的装置，常见的光源包括激光器、LED、激光二极管等。
其中，激光器是一种将电能转化为光能的器件，具有高亮度、高单色性和方向性好的特点，广泛应用于光通信、材料加工、医疗美容等领域。
LED作为一种半导体光源，具有体积小、寿命长、能耗低等优点，在照明、显示、信息传输等方面有着广泛的应用。
二、光学透镜类光学透镜是光学系统中最常见的元器件之一，主要用于光线的聚焦和分散。
根据透镜的形状和功能，可以分为凸透镜和凹透镜。
凸透镜可以使光线会聚，常用于放大物体、成像等应用；凹透镜则可以使光线发散，常用于矫正近视眼镜、分散光线等应用。
透镜在光学系统中起到了至关重要的作用，能够改变光线的传播方向和光线的特性，使其成为光学系统中不可或缺的元素。
三、光学滤波器类光学滤波器是一种能够选择性地透过或反射特定波长的光的器件。
根据其工作原理和结构特点，光学滤波器主要分为吸收滤光器、干涉滤光器和衍射滤光器。
吸收滤光器通过选择性吸收特定波长的光来实现滤波效果，常用于光学系统中的滤光片、滤光镜等元件；干涉滤光器则是利用薄膜的干涉效应来实现滤光功能，广泛应用于光学仪器中的滤光器、分光镜等元件；衍射滤光器则是利用衍射原理实现滤光效果，常用于光学显微镜中的滤光镜、彩色滤光片等元件。
四、光学分束器类光学分束器是一种能够将入射光线按照一定比例分割成多个光束的元器件。
常见的光学分束器包括分光镜、棱镜和光栅等。
分光镜是利用光的反射和折射原理，将入射光线分割成反射光和透射光的元件，常用于光学系统中的光路分割和信号检测等应用；棱镜是利用光的色散效应，将入射光线按照波长分割成不同的光束，常用于光谱仪、分光计等光学仪器中；光栅则是利用光的衍射效应，将入射光线按照一定的角度分割成多个光束，常用于激光干涉仪、光栅光谱仪等应用。
BL(LED机种)光学简介
2010 /12/13
INFOVISION OPTOELECTRONICS CONFIDENTIAL
1. 背光模组光学简介
背光模组是液晶面板的关键零组件之一。由于液晶本身不发光，背 光模组的功能是为液晶提供亮度充足、颜色正确、亮度分布均匀的光源 ，使液晶面板能正常显示图像； 因此对于背光模组来说光学包含以下几项：
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B/L色度影响因素：
基本上，在对B/L色度进行研究时，为 达到满足规格且解析简单化的目的，一般 仅从光源着手，即通过选用固定色块的光 源使B/L色度 in spec，而忽略其他如LGP 和Film等材料对色度的影响. 如右图所示，为LED色度区块.
LED与导光板的距离对辉度的影响：
由右图可知：LED与导光板距 离越近，辉度越高，当LED与导光 板紧密贴合时，LED光线利用效率 最高，因此结构设计上须注意以下 两点 1.选用发光面为扁平状的LED 2.使LED尽可能接近LGP
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色度测量方法：与辉度同时进行，BM-7或者 DMS机台进行.
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下图为色块对应的色度：
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色度测量方法：依照规格书和点位图测量，以N1012为例，规格书如下图所示：
1st LED规格书
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2nd LED规格书 3
光学耦合的四端器件
光学耦合的四端器件
光学耦合的四端器件是指具有四个输入/输出端口，并且利用
光学信号进行耦合和传输的器件。
光学耦合器件通常基于光纤、波导或其他光学结构，并利用光学现象如全反射、透射、散射等来实现信号的传输和耦合。
以下是几个常见的光学耦合的四端器件：
1. 光学开关：光学开关是一种能够通过光信号来控制光路的器件，常用于光纤通信系统中的光交换、切换和保护等应用。
光学开关有多种类型，包括机械式、液晶式、MEMS等。
2. 光学分路器/耦合器：光学分路器/耦合器可以将一个输入光
信号分为多个输出，或将多个输入光信号耦合合并为一个输出。
光学分路器/耦合器常用于光纤通信系统中的信号分配、合并
和分光等应用。
3. 光学干涉器件：光学干涉器件利用光的干涉原理，可以实现对光信号的调制、干涉和控制。
常见的光学干涉器件包括干涉滤波器、迈克尔逊干涉仪、马赫曾德干涉仪等。
4. 光学放大器：光学放大器是一种能够增强输入光信号强度的器件。
常见的光学放大器有光纤放大器、半导体激光器等，它们可以在光通信、光传感和激光器等领域中起到信号放大和放大的作用。
值得注意的是，光学耦合的四端器件常常需要与其他元件和设
备（如光源、探测器、调制器、光器件等）配合使用，以构建完整的光学系统或设备。
光学器件的基本原理和应用
光学器件的基本原理和应用光学器件是利用光学原理制作的仪器，可以实现光的调控和处理，广泛应用于通信、医疗、生物、光学测量等领域。
本文介绍光学器件的基本原理和应用，包括光学元件、光学波导、光纤、激光器等。
一、光学元件光学元件是光学器件的基本构成单元，可以使光学系统实现光的成像、分光、聚焦、反射等功能。
常见的光学元件包括透镜、反射镜、小孔、偏振片、棱镜等。
1. 透镜透镜是一种将光聚焦或分散的光学元件。
透镜的形状不同，功能也不同。
例如球面透镜、非球面透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜等。
透镜可以使平行光线聚焦成一个点，也可以将光散开成一个扩散的光束。
2. 反射镜反射镜是一种能够将光线反射的光学元件，反射镜可以将光线反射成一定的角度。
常见的反射镜有平面镜、球面镜和椭圆面镜等。
通过反射镜的反射，可以使光线反向或者按要求折射。
3. 偏振片偏振片是一种只能容许某方向振动的光通过的光学元件。
当偏振片上的偏振方向和进射光的振动方向一致时，就是通过的。
当入射的光线的振动方向和偏振片的偏振方向垂直时，光线就被完全吸收，不透过偏振片。
二、光学波导光学波导是一种能够将光信号传输的光学器件，包括无源波导和有源波导。
光学波导可以根据结构的不同分为平面波导、条形波导、圆形波导和光纤等。
1. 光纤光纤是利用高折射率的材料形成的一根芯线，外围包覆着低折射率的包层，可以传输光信号。
光纤可以分为多模光纤和单模光纤，多模光纤主要用于短距离的通信，而单模光纤则主要用于长距离的传输。
2. 平面波导平面波导是将光引导于纯平的芯层内。
平面波导可以分为折射式平面波导和反射式平面波导。
折射式平面波导是利用平面界面上的全反射使光被平面内部的芯层折射，而反射式平面波导是利用反射式波导制成的。
三、激光器激光器是一种能够产生具有一定相位关系和方向性的光的光学器件。
激光器广泛用于通信、材料加工、医疗，保健等领域。
激光器的工作原理是在激光介质中通过注入能量，使粒子激发跃迁，从而产生激光的放射。
Optis 产品介绍精讲
主要功能
辅助功能： 3Dtexture ,OPTIM 1,OPTIM 2,POL,COL,LXP,MTN……
Optis renderings
OPTIS SAS - Not for distribution
9
LM模块
LM 1 -光线作用的观察 LM 2 -光学模拟只能是在可见光波长范围内 LM 4 -波长可以达到红外，主要用于军事
Optis renderings
OPTIS SAS - Not for distribution
3
硬件介绍 OMS 4 用途：测量表面材料（包括各向异性） 以及体材料属性 特点：比OMS 2测量更准确，可以测 量有颜色的体材料（透射和反射光谱）
Optis renderings
Optis renderings
OPTIS SAS - Not for distribution
11
LM 4模块—光机一体化仿真设计分析模块（军用） 使设计人员完全了解具体光学系统的光学性能 1.辐射路迹(ray tracing) 2.辐射度(irradiation) 3.照度(illuminance) 4.均匀度(uniformity) 5.亮度(luminance) 6.辐射强度分布(intensity) 7.杂散光分析(stray light analysis) 8.潜在热点分析(hot spot analysis)
允许设计人员定义辐射源(紫外, 红外, Gamma射线, X射线) 温度影响分析 1. 定义温度—成像系统，或者目标的表面的温度 2. 自辐射仿真 自动将温度场转换为辐射能量场, 并自动计算, 不同温度水平器件或目标对成像系统的影响大小, 或 杂散光水平。从而一方面使设计人员可以非常精确的了解温度对精密光学成像设备造成的影响特别 如自辐射水平，另一方面也能使设计人员非常精确了解不同温度目标，可能产生的红外信号信息。
常用激光光学元器件介绍汇总
滤光片 用于CCD前，防止加工物体反射回来的激光打伤 CCD，并且使物体加工过程中仍有清晰的图像。 透光辨别方法：对着光看，能看到 什么颜色就是透什么颜色 注意：不可让激光直接透过
有色玻璃滤光片
干涉滤光片
4、偏振器件及其它
激光具有线偏振特性
激光的偏振会影响加工质量
偏振分光光路
4.1 偏振基础
分类：自然光、部分偏振光、线偏振光 偏振度P:
BFL: back focal length
WD: working distance
实际聚焦效果的影响 １、入射光（直径或发散角以及M2） 与设计不一样 ２、装配误差（偏心及透镜 间隔） ３、机械误差
４、设计存在像差
５、热影响
６、f-θ镜接圈
球差对焦点位置的影响
球差示意图
实际焦点处光斑
聚焦处示意图
倍频晶体：一种具有倍频效应 的非线性晶体材料。
5、元器件清洁
表面有灰的先用气吹斜着吹 镜头液搭配：酒精+乙醚（1:1）
特别脏的先用丙酮擦拭
往一个方向擦，不可来回擦或绕圈擦
刚粘上指印要马上擦
用灯透射照明检查
6、聚焦透镜
EP: enter pupil
spot size=
4 f D
EFL: effective focal length
I max I min P I max I min
线偏振光 Imax
Imin
偏振方向与传播方向
波片：相位延迟器，使偏振光的两个垂直 的线偏振光之间产生一个相对的相位延迟 ，改变偏振态。波片比较薄，通常需要带 支架。 零级胶合波片：相位延迟精度高（λ/300） ，但损伤阈值低。 多级波片：相位延迟精度（ λ/100 ），但损 伤阈值高。 常用波片： λ/2波片：或叫半波片，改变线偏振光的偏振方向 λ/4波片：把线偏振光变为圆偏振光或椭圆偏振光
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相机（camera） 投影仪（projector） 计算机（computer） 图像采集卡（ Image Grabber ） 监测设备（monitoring equipment）
工业相机的介绍及分类
工业相机：俗称摄像机，是用于工业现场 图像采集的主要工具，也常用 在实验或科研中进行图像采集。 工业相机与传统的民用相机相比具有以下优点： 1、图像稳定性高 2、传输能力高 3、抗干扰能力强 4、色彩还原好（？？输出可以保证原色彩？）
4、采样频率 采样频率反映了采集卡处理图像的速度和 能力。在进行高速图像采集时，需要注意采 集卡的采样频率是否满足要求。 5、传输速率 指图像由采集卡到达内存的速度。普通 PCI接口理论传输速度为132MB/S，PCI-E， PCI-X是更高速的总线接口。
6、图像格式（像素格式） （看不懂！） (1) 黑白图像：通常情况下，图像灰度等 级可分为256级，即以8位表示。在对图像灰 度有更精确要求时，可用10位，12位等来表 示。 (2) 彩色图像：彩色图像可由RGB（YUV） 3种色彩组合而成，根据其亮度级别的不同 有8－8－8，10－10－10等格式。
工业相机的参数
4. 曝光方式（Exposure）和快门速度 （Shutter）：对于工业线阵相机都是逐行 曝光的方式，可以选择固定行频和外触发 同步的采集方式，曝光时间可以与行周期 一致，也可以设定一个固定的时间；面阵 相机有帧曝光、场曝光和滚动行曝光等几 种常见方式，工业数字相机一般都提供外 触发采图的功能。快门速度一般可到10微 秒，高速相机还可以更快。
1、A/D转换 即视频量化处理。是指将相机所输出的 模拟视频信号转换为PC所能识别的数字信号 的过程。视频信号的量化处理是图像 采集处理的重要组成部分。 2、传输通道数（Channel） 采集卡同时对多个相机进行A/D转换的能 力。如：2通道、4通道。 3、分辨率（可以理解为1mm内分辨开的线条数） 采集卡能支持的最大点阵反映了其分辨率 的性能--即其所能支持的相机最大分辨率
CCD芯片采集速度快， CMOS较慢。 即CCD芯片的相机更加适合拍摄运动的物 体，处理实时运动对象，很多情况下两者 都可以选择。
工业相机的参数
工业相机的常用参数一般有一下几个： 分辨率（Resolution） . 像素深度 （Pixel Depth） 最大帧率（Frame Rate）/行频（Line Rate） 曝光方式（Exposure）和快门速度 （Shutter） 像元尺寸（Pixel Size） 光谱响应特性（Spectral Range）
工业相机的介绍及分类
分类：按照芯片类型可以分为CCD相机、 CMOS相机； 按照传感器的结构特性可以分为线阵 相机、面阵相机； 按照扫描方式可以分为隔行扫描相机、 逐行扫描相机（？？）； 按照分辨率大小可以分为普通分辨率 相机、高分辨率相机；
工业相机的介绍及分类
按照输出信号方式可以分为模拟相机、 数字相机； 按照输出色彩可以分为单色（黑白）相 机、彩色相机； 按照输出信号速度可以分为普通速度相 机、高速相机； 按照响应频率范围可以分为可见光（普 通）相机、红外相机、紫外相机等。
图像采集卡装在哪里？
电脑？相机采集卡（Image Grabber）：又称为图 像卡，它将摄像机的图像视频信号，送到 计算机的内存，供计算机处理、存储、显 示和传输等使用 。 图像采集卡的作用：它是图像采集部分和 处理部分的接口。图像经过采样、量化以 后转换为数字图像并输入、存储到帧存储 器的过程，叫做采集、数字化。
工业相机的介绍及分类
通常说法： CCD CAMERA或CMOS CAMERA CCD： Charge Coupled Device CMOS：Complementary Metal Oxide Semiconductor 其中 CCD是目前机器视觉最为常用的 图像传感器。
工业相机的介绍及分类
关于CCD与CMOS的主要区别
工业相机的参数
1. 分辨率（Resolution）：相机每次采集图 像的像素点数（Pixels）
2. 像素深度（Pixel Depth）：即每像素数 据的位数，一般常用的是8Bit，对于工业 数字数字相机一般还会有10Bit，现在多 为12—16Bit
工业相机的参数
3. 最大帧率（Frame Rate）/行频（Line Rate）：相机采集传输图像的速率， 对于面阵相机一般为每秒采集的帧数 （Frames/Sec.），对于线阵相机机为 每秒采集的行数（Hz）。
工业相机的参数
5. 像元尺寸（Pixel Size）：像元大小和像元数 （分辨率）共同决定了相机靶面的大小。目前工 业数字相机像元尺寸一般为3μm-10μm，一般 像元尺寸越小，制造难度越大，图像质量也越不 容易提高。 6. 光谱响应特性（Spectral Range）：是指该像元 传感器对不同光波的敏感特性，一般响应范围是 350nm－1000nm，一些相机在靶面前加了一个 滤镜，滤除红外光线，如果系统需要对红外感光 时可去掉该滤镜。 （ ？采集到的颜色 ）
输出接口类型 图像采集卡有多种输出接口，其主要接 口有BNC、VGA、Cameralink、LVDS、 DVI、USB、FireWire等