光学镜头基本知识.docx
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光学镜头基本知识
光學镜头基本知識
第一章光線得傳播
一﹑光在真空中就是沿直線傳播得
光在真空中（均勻介質中）就是沿直線傳播得﹐但就是由於在我們得真實空間中﹐光並不能做到這一點﹐這就是因為空氣。
在我們得空氣中﹐有存在著各式各樣得雜物﹐粉塵﹐水霧等。
由於這些東西得存在﹐光在直線傳播得過程中﹐碰到這些東西﹐就會產生反射﹐折射。
而﹐粉塵表面並不光滑﹐光照射到這粉塵面上得時候便會往各個方向反射﹐這邊形成了漫反射。
正就是由於漫反射得存在﹐這便能使我們能感覺到光﹐能瞧到東西。
二﹑光得反射﹑透射﹑折射
光在大氣中傳輸總不能按著直線傳輸﹐光在碰到不透光得物質時會發生反射﹐光碰到透光得物質時會發生透射﹐折射。
入射光線﹐反射光線﹐折射光線﹐在同一個平面上﹐即三線共面。
2、1光得反射
光在傳輸過程中就是遵守反射定理得。
反射定理﹕
入射角等於反射角。
入射角定義為﹕入射光線与法線組成得夾角
反射角定義為﹕反射光線与法線組成得夾角
法線﹕法線就就是垂直於入射面得線。
法線就是一條虛構得線﹐並不就是事實存在得。
2、2光得透射与折射
有些物質就是透光得﹐光可以穿透這些物質﹐這便就是光得透射。
每種不同材質得東西都有著不同得透過率﹐光在這些物質中穿透得時候總會有著能量得損失。
入射光線得強度與出射光線得強度得比值為這一材質得透過率。
所謂光線得折射就就是指光線在進行傳輸得過程中從一種介質進入另一種介質得時候﹐不會沿直線傳播﹐而就是有了一定角度得彎折。
這便就是光線得折射。
通常在大氣中我們認定其折射率為1。
折射定律被描述為﹕入射角得正弦与折射角得正弦之比為常數﹐它等于折射線所處介質得折射率n`与入射線所處介質得折射率n之比。
通常折射率較大得介質稱為光密介質﹐折射率較小得介質稱為光疏介質。
若入射光在光密介質﹐這時折射角總大于入射角﹐折射角隨著入射角增大而增大﹐最大使折射角為90度﹐這時sini`=1﹐若入射角再增大﹐將發生全反射。
自然界有很多全反射現象﹕海市蜃樓﹑沙漠幻影﹑等。
第2章光學鏡頭得種類
目前LAM產線所生產得光學鏡頭主要有以下几類:
1）數碼相機鏡頭
2）傳統相机鏡頭
3）手机鏡頭
4）投影机鏡頭
一﹑數碼相机鏡頭
目前LAM產線所生產得數碼相机鏡頭有包括以下几類:
DCJ01﹑DCJ04﹑DCJ05﹑DCJ07﹑DCJ08。
另外還包括目前正處于試線階段得DCJ13&DCJ14、
DCJ04主要包含為四百万﹑五百万﹑六百万象素得CCD。
到目前為止﹐DCJ04已經量產了800万顆鏡頭。
此中包含有以下机种﹕
四百万象素
DC4345+
五百万象素
DS5341
DC5345
DC5370
ODS5370
DC5360
ORCHARD
六百万象素
DS6341
PDC6370
PDC6360
SDC6370
ODS6370
SHENTEN
DCJ05主要為以下机种﹕
八百万相素
DS8330
DC8365
DS8340
一千万相素
DCA366
DSA350
DCJ07包括以下机种﹕
八百万相素
DS8650
SDC8670
DC8670
一千万相素
DSA650
DCJ08包括以下机种﹕
七百万相素
DC7371
PDC7360
SYDM7365
DC7370
MAPLE
DC7375
DM7365
DM7362
六百万相素
DM6330
DM6365
二﹑投影机鏡頭﹑手机鏡頭﹑定焦鏡頭以及傳統机鏡頭
投影机鏡頭﹑手机鏡頭以及定焦鏡頭在我們得生產中也占据很大得一部分。
如下圖所示便為此三個机种得實物圖﹕
PROJECTORLENS
FCLENS
CM模組
三﹑鏡頭基本結构以及制作過程﹕
以下我們以DCJ08為例子簡單介紹下鏡頭內得結构
DCJ01鏡頭實物圖
鏡頭簡單爆炸圖
如上圖所見﹐鏡頭由以下組成﹕
（1）鏡頭前群﹕前群有前筒与前群鏡片組构成。
前群鏡片有兩片。
前群与中群實現了變焦功能。
前群組件
（2）鏡頭中群﹕鏡頭中群由中群鏡片組于中筒組成。
其与前群配合實現變焦功能。
中群組件
（3）鏡頭后群﹕如上圖中﹐后群組件有包括以下部分﹕后群鏡片﹐AF馬達﹔后群鏡片通過AF馬達得作動實現調焦。
在此間有一塊很重要得部件﹕U型齒。
U型齒固定在后群鏡框上﹐通過AF馬達得轉動﹐帶動U型齒及后群得作動。
后群組件
（4）光圈快門﹕如上圖所示中得ShutterUnit（快門組件）﹔
shutter﹕通过磁阀（脉冲式电流驱动）产生磁力驱动叶片闭合动作，完成镜头得曝光作用﹐見下圖示﹕
IRS（光圈）：
a:
单片两段式－》通过磁阀（脉冲式电流驱动）产生磁力驱动叶片动作切换大小光圈，从而改变镜头得通光口径。
b:
多片式－》通过步进磁阀（交替脉冲式电流驱动）产生磁力驱动叶片动作切换大小光圈，从而改变镜头得通光口径。
請見下圖示﹕
（5）馬達﹕鏡頭內有兩個馬達。
包括﹕Zoom馬達以及AF馬達。
Zoom馬達就是控制鏡頭得伸縮﹐從而實現變焦功能得（Wide到Tele得轉換）﹔AF馬達為步進馬達﹐由於高速發展得電子技術在照相機中獲得廣泛得應用，使現代照相機實現自動調焦控制。
經被攝體反射後由CCD（或相位敏感探測器）接收、檢測与分辨，求出合適得自動調焦量，並給出信號以控制鏡頭正確定位。
DCJ系列镜头得AF就是通步进马达带动后群对ZOOM（变焦）后得焦距进行微调，使清晰得焦点在CCD得感光面上。
（但需注意，目前鏡頭照相機中AF系統並不能從無窮遠到最近距離進行連續自動調焦，而只能對某一段距離中幾個分立得點作正確調焦）。
（6）傳感器﹕鏡頭內包括了三個傳感器（AF_PI﹔Zoom_PI﹔Zoom_PR）。
這些傳感器都為光傳感﹐其中兩個PI都就是使用了直射型﹐就就是說通過遮光齒輪（編碼齒輪）進行遮擋光來讀取光信號。
PR使用得為反射型﹐主要就是通過反光貼紙得反光來進行信號得讀取。
（7）CCD及濾波片﹕CCD做為數碼相机區別与傳統相机得主要特征。
CCD（Charge-CoupledDevice）电荷耦合器在一片集成有众多组（可达数百万组）微小得光敏元件、电荷转移电路、电荷信息读取电路得半导体芯片。
光敏元件在CCD电荷耦合器表面成矩阵排列，当光线经镜头会聚到CCD上时，每个光敏器件会因感受到光强得不同而感应出不同数量得电荷，这些电荷耦合器在MOS存储器中暂时存储，然后由电荷转移电路、电荷信息读取电路按时钟脉冲顺序扫描读出电荷信息送往此电信号送往A／D转换器转换，经转换形成一个与入射光强度成比例得二进制数，该二进制数即对应一个像素得数据
下圖為CCD得基本原理﹕
CCD基本原理圖
模式﹕很多得雨水（光子）將或多或少得填滿水桶（象素）。
此時傳輸帶（CCD轉變寄存器）將傳輸水桶到前端后倒給其她橫排得水桶。
在橫排前端水桶得水裝裝在測量器具（敏感電容）里。
此种裝在測量器具里得模式表示有多少水被收集在單獨得水桶里。
聯系到真正得CCD系統﹐落在CCD表面得光子表示上述得雨水﹔多象素得CCD排列結构表示上述得水桶﹔轉換寄存器表示上述得傳輸帶。
此輸出階段主要就是敏感電容器。
上述得測試器具（CCD对红外线比较敏感，镜头增加特殊得镀层或外加滤镜也会大大提高成像质量，如DCJ系列得CCD虑波片）。
鏡頭基本就由以上部分組成﹐以下我們簡單介紹下鏡頭得制作過程。
在我們得生產中﹐我們采取了SELL得作業模式。
并將整個生產過程划分為以下几個部分﹕
副線﹔主線﹔快門線。
在副線上﹐進行了鏡片得組裝動作。
此線完成組裝后將組裝好得鏡片群組發往主線進行生產。
快門線上進行了快門組件（快門光圈）得組裝﹐以及進行快門功能得檢測。
上圖為快門線上得快門檢測治具。
檢測內容為快門關閉時間&光圈精度（曝光量管控）。
主線上﹐為鏡頭得組裝与鏡頭功能得檢測。
在鏡頭得組裝過程中﹐有以下几個重點工位（此類工位得作業會直接嚴重影響到鏡頭得質量）﹕首先為各焊接工位。
焊接作業得不良會直接導致到鏡頭功能不良﹐引起重大品質。
再者為中群彈片組入工位。
中群彈片在鏡頭中起著固定中群得作用﹐防止中群脫落。
但﹐若我們得作業組裝不到位﹐導致中群彈片脫落﹐會引起鏡頭得卡死等重大品質事故。
最后﹐還有一環﹕U型齒組裝工位。
U型齒用于帶動后群組件得作動﹐其組裝不良會導致后群不良﹐引起作動失步﹐對焦模糊。
除了以上工位外﹐其實每一個工位都很重要﹐都不可忽視。
第3章鏡頭得檢測
鏡頭作為相機中得重要組成部分,其功能對相機有著很大得影響、這便要求我們在鏡頭得生產過程中對鏡頭得功能進行檢查、生產中我們主要對鏡頭功能与外觀進行檢測、
鏡頭得功能包括以下方面:
異音&做動;
電氣性能;
對焦;
解析力;
圖象品質;
鏡頭得外觀包括以下方面:
鏡片外觀;
鏡頭外觀、
一﹑鏡頭做動檢查:
異音&做動:
異音部分,我們主要就是針對鏡頭在伸縮過程中ZOOM馬達以及AF馬達就是否存在異常得聲音。
鏡頭得做動檢查包括對鏡頭小前蓋,光圈快門,以及鏡頭本身得伸縮做動就是否順暢。
另外在進行該檢查時還要對小前蓋進行檢查,判斷小前蓋就是否有浮起。
二﹑電氣性能:
鏡頭得電氣性能包括了以下方面:
zoom馬達,AF達,光圈磁閥,快門磁閥,AFPI,ZOOM_PI,ZOOM_PR;
我們主要就是對這些方面進行檢查。
生產過程中我們對這方面得檢查主要就是使用FZI治具進行檢查。
如下圖﹕
應用軟件圖片治具盒圖片
FZI治具具體得檢測項目如下:
1）Focus-PI感應電平﹕
2）Zoom-PI感應電平﹕
3）Zoom-PR感應電平
4）鏡頭伸縮耗電流
5）AF作動耗電流
6）AF伸縮作動失步
7）快門磁閥耗電流
8）光圈磁閥耗電流、
9）ZOOM馬達做動時間
對於此方面得檢查其實很簡單,我們只要把鏡頭正確得接好線,運行軟件,既可在電腦螢幕上面顯示出以上項目就是否OK。
在觀察電腦顯示OK還就是NG得同時,我們還要對鏡頭內得快門﹑光圈得做動進行檢查,並且,還要對鏡頭在伸縮過程得異音進行檢查。
三﹑對焦檢測:
我們前面有介紹過,鏡頭裏面得鏡片組等效與一塊凸透鏡。
目前LAM產線使用得對焦檢測工具主要有兩種:
激光自動對焦機與傳統機對焦。
傳統相机對焦自動激光對焦机
激光自動對焦機主要運用在沒安裝CCD組件得半成品鏡頭上面。
這種對焦機反映得就是鏡片組最直接得光學性能。
而且﹐這種對焦機工作時間短﹐一般一個鏡頭得檢測在15秒以內。
傳統機對焦。
傳統機對焦主要就是模擬成品相機得工作環境進行對焦檢測。
其主要就是應用在組裝了CCD組件得成品鏡頭上面。
這種檢測手法耗時比較對﹐大概為鐳射自動對焦得一倍以上。
四﹑解像力檢測:
鏡頭作為光學相機中得一個重要組成部分﹐其最根本得性能就就是其成像能力。
我們對其成像能力得評估稱為﹕解像力評估。
解像力評估手法主要有以下幾種﹕
1）實際拍攝（實拍）
實拍站
所謂實拍就就是指模擬成品相機得條件﹐進行實際拍攝。
實際拍攝有要求以下治具﹕相機實拍治具﹐燈箱﹐實拍圖紙。
另外﹐要進行實拍﹐這便要求我們得鏡頭或者相機治具上有組裝了CCD組件。
進行實拍中有以下條件要求﹕1、模擬相機治具拍攝LV11、2--11、5照度下Chart圖。
2、鏡頭光軸對准Chart圖中心拍攝圖片使相機LCD滿屏。
拍攝時﹐首先要進行WIDE端得拍攝﹐然後再進行TELE端得拍攝。
拍攝完成後﹐將保存在存儲卡上面得圖片用PHOTOSHOP軟件打開﹐並在實際圖元下對所拍攝得解析圖象進行判讀。
要求在規格以內得圖象其黑白條紋能夠清晰得分辨出來﹐並要求無拖影。
2）逆投解
逆投解机
逆透解這也就是鏡頭解相能力得一個判斷手法。
所謂逆透解就就是為在鏡頭得成像面上裝置一CHART圖﹐然後用投解得辦法將該CHART圖反方向投影出來。
這便与原成像光路相反故稱其為逆投解。
對逆投解得判斷也与實拍相仿﹐對投解出來得解析圖象進行判讀﹐以能清晰分辨黑白條紋為准。
3）MTF
MTF机台&治具
除了以上兩種解像力判讀手法外﹐目前LAM產線還在使用另外一種更先進得判斷手法﹕MTF。
MTF定義為﹕調制傳遞函數。
MTF主要反映得就是圖片得解析度﹐解析度表示能夠分辨圖像中明暗細節得能力。
MTF機主要運用於沒裝配CCD得鏡頭半成品,其能放映出鏡頭在各個拍攝段別得對圖像得解析能力。
五﹑圖象得品質判定
解像能力就是鏡頭最基本得性能標准。
但就是,圖像本身得質量也不能忽視。
在我們得對鏡頭得判定過程中,還加入了以下判定內容﹕黑影﹑暗角﹑黑邊﹑圖象偏色。
黑印檢查站
黑影形成主要就是由於在鏡頭內存在異物﹕包括鏡頭中得粉塵﹐雜物等等。
最容易造成黑影得就是後群﹑CCD面或者就是濾波片上面得粉塵或者雜物。
造成圖象偏色主要就是由於CCD不良造成。
我們進行以上項目得判定時﹐要根據以下條件﹕模擬相機拍照得相機治具﹑EV燈箱﹑PC機以及photoshop軟件。
拍攝中調用拍攝程式﹐鏡頭分別對准熒光燈及EV機燈箱時觀察LCD顯示屏有無亮點﹐無圖﹐條紋﹐雜訊﹐偏色﹐黑畫面﹐白畫面等現象﹐在LV14光源tele段用大光圈拍圖片﹔若拍攝得到圖片有存在黑影﹐則將該圖片於限度樣品進行對比﹐淡於限度樣品則判定OK。
另外﹐對於暗角圖片﹐我們必須強調一點﹐暗角判定必須在實際圖元下面進行。
具體辦法如下﹕
（1）設置暗角量測﹕工具欄中設置選用方形線框﹐在菜單下線框樣式中選擇"固定尺寸"﹐填寫大小為"40*40px";
（2）點選圖片中心區域讀取"直方圖"中"亮度值"﹐將線框移至暗角處讀取"直方圖"中"亮度值"。
（3）若暗角亮度值大於中心亮度值得一半為OK、
除了以上功能部分得檢測外﹐我們還必須對鏡頭得外觀進行監控檢查。
六﹑鏡頭外觀檢查﹕
我們之前有提到﹐鏡頭得外觀有包括兩方面﹕一就是鏡片得外觀﹐另一方面為鏡頭得外觀。
一﹑鏡片外觀檢查﹕
我們進行鏡片外觀檢查主要就是針對以下項目﹕鏡片就是否存在刮傷﹐點傷﹐膜不﹐膜欠﹐崩邊﹐亮點﹐油污臟物﹐破裂。
對於鏡片得刮傷﹐點傷這類外觀缺損﹐我們都有一個通用得標准﹕面積不可超過0、1mm。
而像油污臟物﹐破裂等外觀缺損﹐不可存在。
二﹑鏡頭外觀檢查﹕
除了對以上鏡片進行外觀檢查外﹐我們還要對鏡頭得外觀進行檢查。
具體項目如下﹕色差﹐欠品﹐配合﹐標識﹐傷痕﹐焊接﹐異物等等。
所謂色差就就是指外觀部品得色澤上就是否正常﹐部品與部品間得色澤就是否有差異。
主要就是針對小前蓋葉片﹐化妝環﹐前中筒進行該項目得檢查。
除此﹐還要對鏡頭進行檢查瞧就是否缺少了部品。
檢查部品有無松動﹐變形﹐配合不准﹐不到位﹔觀察小前蓋葉片﹐馬達齒輪箱﹐化妝環與鏡筒配合間隙就是否過大,光圈葉片﹐快門葉片有無殘餘打開或關閉狀態。
除了以上﹐還要對鏡頭得焊接點進行檢查﹐瞧焊接電路就是否存在焊接不良。
另外在進行以上項目得檢查得同時﹐還要對鏡頭筒得異物﹑傷痕進行檢查。
外觀筒傷痕要遵守以下原則﹕不可見底色﹐而且﹐面積不可超過0、1MM平方。
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