摄像模组光学基本知识

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,摘要,:,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,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,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,),1,焦距,(Focal Length,或,EFFL),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,.,2,相对孔径,(FNo.):,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,),3,视场角,(FOV),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,),4,镜头总长和光学总长,(TTL),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,),5,机械后焦,(MBF),和光学后焦,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,.,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,.,6,最佳对焦距离和,景深,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,),7,光学畸变,(Opt distortion),和,TV,畸变,(TV distortion),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,.,8,相对照度,(Relative illumination,又简写为,RI):,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,.,9,最大出射角,(Max chief angle),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,.,10 IR Filter(,滤光片,),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,),11 MTF,MTF,的全称是调制传递函数,这是从光的波动理论发展而得到的一种描述光学系统分辨率的表达方式,其基本计算公司如下,:,S(V)=4/M(v)/1-M(v)/3+M(v)/5-M(v)/7+M(v)/9-M(v)/11+,注,:,这里,S(V)is squave wave response,M(v)is the sinuoidal modulation response,and v is the spatial frequency.,关于,MTF,的计算,:,12,产品开发及样品周期,1),非球面镜片开模周期,:,一般为,4-5,星期,;,2),黑色部品模具周期,:3-4,星期,.,3),产品开发周期,:,模具,+,试作一般需要,2,个月,.,4),镜头样品生产周期,:,塑胶镜片成形时间一般为,6-8,个小时,镀膜,5-6,个小时,组立,4-8,个小时,检测及数据准备,4-5,个小时,所以在没有库存而模具又能够及时切换的情况下,从接到,P/O,或联络到样品完成最快需要,3,个工作日,.,目前常用镜片材质,:,塑胶镜片,:ZENOEX,PC,PMMA,玻璃镜片,:,国产环保材料库中的材料,滤光片,:K9/B270,13,镜头常用镜片材质,关于镜头和,SENSOR,的匹配,一般需要考虑以下几个问题,:,1,分辨率或者像素,;,2,芯片大小和镜头像面大小,;,3,镜头后焦及模组的封装方式,.,14,关于镜头和,SENSOR,的匹配,关于低高度镜头设计难点,:,1,由于镜头高度很短,光路通过的路程短却要达到相同的成像效果,故对光学设计工程师的理论知识要求很高,;,2,由于镜头很短,所有的光学零件都变得很薄,尤其是镜片,这时候起加工工艺性要求很高,要么没有量产性,要么加工成本非常高,.,15,关于低高度镜头及镀膜的作用,关于镀膜,:,镀膜的主要作用是提高镜头的透过率,使透过光学系统的能量最多,损失最小,所以一般在中高端的产品中都要求对镜片镀膜,.,镀膜品质的好坏取决与多个因素,:a,镀膜工程师的光学设计水平,;b,镀膜设备的性能,;,镀膜的材料,;c,镀膜的前工程处理等环节,.,