光學基礎及一般檢測手法
壹、專有名詞解釋
一、EFL(Effective Focal Length)
有效焦距。
影像透過透鏡形成的那點到透鏡中央的距離就是焦距，而那點叫做焦點。
二、FOV(Field Of View)
視場角。
物空間中，在某一距離光學系統所能接受的最大角度。
三、F/NO(F-Number)
焦數。
有效焦距(EFL)除以入射瞳孔直徑(EPD)的比值。
F/# = EFL / EPD (EPD：入射瞳孔直徑)
四、TV-Distortion
畸變。
分為二種類型，枕形(Pin-cushion)，如B與桶形(Barrel)，如C。
計算公式如下：
五、Illumination(Relative Illumination)
相對照度。
物體或被照面上被光源照射所呈現的光亮程度，稱為照度。
相對照度為中心照度與週邊照度比值。
六、Chief Ray Angle
主光線角度。
主光線就是光線由物的邊緣出射，通過孔徑光欄的中心最後到達像的邊緣，圖中紅色的線就是主光線。
主光線角度為主光線與平行光線的角度。
七、Entrance Pupil
入瞳。
入瞳(Entrance pupil)簡單的定義就是指在物空間所觀測到的孔徑光欄(光圈)的像；也就是孔徑光欄對前面光學元件所成的像。
EPD(Entrance Pupil Diameter)為入曈的大小；EPP(Entrance Pupil Point)為入瞳的位罝。
八、Exit Pupil
出瞳。
出瞳(Exit pupil)基本定義是在像空間觀測到的孔徑光欄，也就是孔徑光欄對後面光學元件所成的像。
九、Max Image Circle
像圓徑。
光學系統所成像的最大直徑。
十、FBL(Flange Back Length)
後焦。
鏡頭最後端至成像面的長度。
十一、Pixel
畫素。
Pixel是圖像最小的計量單位。
如1/4”1.3M的Pixel size為2.8u，長為1280 Pixel，寬為1024 Pixel，Sensor長x寬為(1280x2.8)x(1024x2.8)。
十二、MTF(Modulation Transfer Function)
光學調制傳遞函數。
Modulation (M)的定義：Modulation是 I的maximum減去I的minimum 除以I的maximum加上I的minimum；也就是(光的最亮度減去光的最暗度)與(光的最亮度加上光的最暗度)的比值，所得出來的結果M，就是光的對比度。
Sensor MTF的需求計算如下：
Sensor全頻解像力：1000/2.8u/2 = 179 lp/mm (2.8u：Pixel size) MTF > 20%(鏡頭實際值，設計值應更高)
十三、解像力(解析度)
解像力的定義為每1mm可解析的線對Line pair，單位為本(lp/mm)。
Sensor全頻解像力(黑白)：1000/2.8u/2 = 179 lp/mm，但對彩色(RGB)而言，Sensor是以每4 Pixel解析1點(如下圖)，所以Sensor所需要的本數計算如下：
中心 1000/2.8u/2/√2 = 126 lp/mm → 160 lp/mm(中心通常解析會較高)
週邊 1000/2.8u/2/√3 =103 lp/mm → 100 lp/mm(週邊為0.7F)
(√2為一般計算方式，但不同廠牌或型號Sensor處理邏輯不同，會有差異)
十四、TV-Line
掃描線。
TV-Line就是在畫面水平影象中可解析多少條線，可由解像力來換算
TV Line = Lp/mm x 2 x Sensor寬，例：1/4”1.3M Sensor
中心 1000/2.8u/2/√2 = 126 lp/mm → 126x2x1024x2.8/1000 = 722 → 700 TV Line
週邊 1000/2.8u/2/√3 =103 lp/mm → 103x2x1024x2.8/1000 = 590 → 600 TV Line
但有時會因雜訊干擾而無法解析700/600 TV Line，所以市場需求最低為：
中心 600 TV Line；週邊 500 TV Line
十五、IR-Cut Filter
IR cut filter主要是用來阻隔紅外線，使得Sensor對紅外線變得較為不敏感。
一般光譜如下：
十六、OLPF(Optical Law Pass Filter)
低通濾波器。
低通濾波器(optical low-pass filters 簡稱 OLPF ) 主要消除紗窗(aliasing)效應，應用於CCD或CMOS成像系統中，達高品質之成像效果。
OLPF是利用石英材料之雙折射特性，視各種CCD之規格需求而設計，若系統要求高品質效果，則石英需由不同厚度、角度及片數作各種堆疊設計。
下圖為有使用OLPF與無使用OPLF的差異。
貳、如何評價鏡頭
一、機能
1、解像力檢測
投影解像力是一種利用光學投影的方式進行鏡頭解像力的檢測，投影解像力是評定鏡頭解像力的簡易檢測方法。
測試標靶的樣式如下圖所示，不同半徑的圓圈代表不同視場的圓。
在各個視場所形成的圓圈中：於上、下、左、右、左上、左下、右上、右下方均有不同空間頻率分佈之黑白線對。
在測試標靶中，我們所看到的黑白條紋，有的是在成像面上沿著直徑方向排列之黑白條紋線對，另一部份則為沿著緣圓周之切線方向排列的黑白條紋線對。
分別代表用來測試徑向方向與測試切線方向的成像品質的解像力。
在下圖我們可以看到S和T兩個英文字母。
S是Sagittal Image，或稱為Radial Image，指的是弧矢向、徑向的成像，為沿著直徑方向，也就是由圓心輻射狀射出之箭頭方向的影像。
T 則是Tangential Image，也稱為 Meridinal Image，表示子午方向的成像
2、MTF檢測
使用MTF機，經適當的佈點及選擇適合的Chart線寬後，檢測鏡頭的MTF數值，如下圖：
3、實拍
使用EIA Resolution Chart，將Chart邊緣三角形對準影象邊緣(即全螢幕)，判斷TV-Line 解析的數字，如下圖：
將鏡頭以白紙實拍後存檔，計算中心、左上、左下、右上、右下的亮度，並計算相對光亮比，如下圖：
5、色(RGB)平衡
將鏡頭以ColorChecker Chart實拍後，計算R、G、B顏色比值，再與ColorChecker原數值比較其差異，如下圖：
將鏡頭以強光或日光燈，測試是否有Flare現象，如下圖：
下圖為有Flare現象：
7、Ghost
將鏡頭以蠟燭測試是否有鬼影現象，如下圖：
1、Particle(粉塵、微粒)、Scratch(傷痕)
1.1 在明亮照明下，將鏡頭置於20倍之顯微鏡下，調整焦距到鏡頭最清楚之處，顯微鏡之螢幕距眼睛約20~30公分，觀看鏡頭表面之缺點。
（下圖）
1.2 鏡頭兩面皆須檢查。
檢查規格：採用柯達標準尺之傷(SCRATCH)-60/點(DIG)-40為檢驗規格
2.1 線狀規格60：
2.1.1 鏡片之表面傷痕、長條狀異物等皆為此類，線條之最大寬度不得大於60 microns。
2.1.2 等於60或小於60之線條總長度小於鏡片直徑。
2.2 點狀規格40：
2.2.1 鏡片之表面污、異物粉塵等皆歸為此類，點之直徑不得大於100 microns。
2.2.2 小於100 microns之點其各點直徑總和小於400 microns。