摘要:
一 光学基本知识及常见问题 二 光学制造 三 光学设计与光电产品开发
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一 光学术语
1 焦距(Focal Length或EFFL) 2 相对孔径(FNo.)
3 视场角(FOV) 4 镜头总长和光学总长(TTL) 5 机械后焦(MBF)和光学后焦 6 最佳对焦距离和景深 7 光学畸变(Opt distortion)和TV畸变(TV
distortion
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8 相对照度(Relative illumination) 9 最大出射角(Max chief angle) 10 IR Filter(滤光片) 11 MTF 12 镜头生产周期
13 镜头常用镜片材质 14 关于镜头和SENSOR的匹配 15 关于低高度镜头及镀膜的作用
理论上的超焦距距离不一定是该镜头的最佳调焦距离. 如果在最佳调焦距离调好焦以后, 再确认远景和近景 时, 镜头的解像力理论上都会下降, 故为达到一定的景深范围一定要选择合适的调焦距离.
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7 光学畸变(Opt distortion)和TV畸变(TV distortion)
畸变是指光学系统对物体所成的像相对于物体本身而言的 失真程度.光学畸变是指光学理论上计算所得到的变形度, TV畸变则是指实际拍摄图像时的变形程度, DC相机的标准 是测量芯片(Sensor)短边处的变形.一般来说光学畸变不等 于TV畸变, 特别是对具有校正能力的芯片来说. 畸变通常 分两种: 桶形畸变和枕形畸变. (示意图如下页)
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B I m a g e P l a n e I R F
E （ 机 械 后 焦 ） 光 学 后 焦 （ 2 ） 光 学 后 焦 （ 1 ）
6 最佳对焦距离和景深
景深反映了一个光学系统对空间物体成像清晰程度.而最 佳对焦距离是指一个光学系统景深最佳时的调焦距离, 这 里讲的最佳在实际应用时其实是相对而言的. 对焦距离取 决于使用者(客户或消费者)希望光学系统所能拍摄的距离 范围.
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光 学 总 长 C ± 0 . 1 ( a t i n f i n i t e , a i r )
5 机械后焦(MBF)和光学后焦
机械后焦是指从镜头机械后端面到像面的距离, 而光学后焦 是指从镜头最后一个镜片的最后一面到像面的距离. 它们 两者的差别随不同光学系统的不同而不同. 同时在光学行 业内对光学后焦也有两种表达, 联合光电目前采用光学后 焦1的描述. (示意图如下页)
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10 IR Filter(滤光片)
它主要用于调整整个系统的色彩还原性. 它往往随着芯片 的不同而使用不同的波长范围, 因为芯片对不同波长范围 的光线其感应灵敏度不一样.
一般说来, 要求镜头的IRF截止波长要同SENSOR所要 求的IRF截止波长相匹配, 否则可能会出现色彩还原性不 好. 不过色彩还原性或偏色问题也同模组的软件调整有关 系.
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11 MTF
它从一定程度上反映了一个光学系统对物体成像的分辨能力. 一般来说, MTF越高,其分辨力越强, MTF越低, 其分辨力越低. 由于MTF也只是从一个角度来评价镜头的分辨率,也存在一些 不足, 故在目前的生产中, 大多数还是以逆投影检查分辨为 主.
(示意图如下页)
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关于MTF的计算:
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9 最大出射角(Max chief angle)
它是指光学系统(镜头)所能拍摄范围内的光(主光线)在通过 光学系统(镜头)后到达像面(如SENSOR)时同像面所成的最 大夹角. 出射角越小设计越困难,相应的成本也会增加, 镜 头的总长也会相对变长. 一般说来, 要求镜头的CRA要小于SENSOR所要求的CRA, 但考虑到SENSOR本身对CRA的要求也存在一定的公差, 所 以只要角度相差不大即可.
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3 视场角(FOV)
一个光学系统所能成像的角度范围. 角度越大, 则这个光 学系统所能成像的范围越宽, 反之则越窄. 在实际产品当 中, 又有光学FOV和机械FOV之分, 光学FOV是指SENSOR或胶 片所能真正成像的有效FOV范围, 机械FOV一般大于光学FOV, 这是有其他考虑和用途, 比如说需要用机械FOV来参考设计 Module或者手机盖的通光孔直径大小. (示意图如下页)
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Mec.hFOV6.25° ? .072
B Im ageP lane IR F
4 镜头总长和光学总长(TTL)
光学总长是指从系统第一个镜片表面到像面的距离; 而镜头 总长是指最前端表面(一般指Barrel表面)到像面(例如 Sensor表面)的距离.一般来说, 镜头太长或太短其设计都 会变得困难, 制造时对工艺要求较高. (示意图如下页, UNION的镜头规格书中图面所标注的E即 为机械总长)
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枕形畸变
桶形畸变
TV DIST=
(B+C)/2-A (B+C)/2
X100(%)
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8 相对照度(Relative illumination又简写为 RI):
它是指一个光学系统所成像在边缘处的亮度相对于中心区域 亮度的比值, 无单位. 在实际测量的结果中, 它不仅同光 学系统本身有关, 也同所使用的感光片(SENSOR)有关. 同 样的镜头用于不同的芯片可能会有不同的测量结果. 关于镜头亮度的均匀性: 从光学设计理论上讲, 镜 头周边照度相对中心一定会有下降．一般要求光学设计应 达到50%以上.
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1 焦距(Focal Length或EFFL)
是指一个光学系统从起像方主面到焦点间的距离, 它 反映了一个光学系统对物体聚焦的能力. (示意图如下页)
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镜头
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像方主面
焦点
焦距
2 相对孔径(FNo.):
一个光学系统成像亮度指标, 一般简称F数(如传统相机上所 标识), 在同样的光强度照射下, 其数值越小, 则像面越亮, 其数值越大, 则像面越暗. 对于一般的成像光学系统来说, F2.8-3.2就比较合适, 如果要求F数越小, 则设计越难, 结 构越复杂, 制造成本就越高.