光学镜头基本知识

光学镜头基本知识

第一章光线的传播

一﹑光在真空中是沿直线传播的

光在真空中(均匀介质中)是沿直线传播的﹐但是由於在我们的真实空间中﹐光并不能做到这一点﹐这是因为空气。在我们的空气中﹐有存在着各式各样的杂物﹐粉尘﹐水雾等。由於这些东西的存在﹐光在直线传播的过程中﹐碰到这些东西﹐就会产生反射﹐折射。而﹐粉尘表面并不光滑﹐光照射到这粉尘面上的时候便会往各个方向反射﹐这边形成了漫反射。正是由於漫反射的存在﹐这便能使我们能感觉到光﹐能看到东西。

二﹑光的反射﹑透射﹑折射

光在大气中传输总不能按着直线传输﹐光在碰到不透光的物质时会发生反射﹐光碰到透光的物质时会发生透射﹐折射。入射光线﹐反射光线﹐折射光线﹐在同一个平面上﹐即三线共面。

光的反射

光在传输过程中是遵守反射定理的。

反射定理﹕

入射角等於反射角。

入射角定义为﹕入射光线和法线组成的夹角

反射角定义为﹕反射光线和法线组成的夹角

法线﹕法线就是垂直於入射面的线。法线是一条虚构的线﹐并不是事实存在的。光的透射和折射

有些物质是透光的﹐光可以穿透这些物质﹐这便是光的透射。

每种不同材质的东西都有着不同的透过率﹐光在这些物质中穿透的时候总会有着能量的损失。入射光线的强度与出射光线的强度的比值为这一材质的透过率。

所谓光线的折射就是指光线在进行传输的过程中从一种介质进入另一种介质的时候﹐不会沿直线传播﹐而是有了一定角度的弯折。这便是光线的折射。

通常在大气中我们认定其折射率为1。

折射定律被描述为﹕入射角的正弦与折射角的正弦之比为常数﹐它等于折射线所处介质的折射率n`与入射线所处介质的折射率n之比。

通常折射率较大的介质称为光密介质﹐折射率较小的介质称为光疏介质。若入射光在光密介质﹐这时折射角总大于入射角﹐折射角随着入射角增大而增大﹐最大使折射角为90度﹐这时sini`=1﹐若入射角再增大﹐将发生全反射。

自然界有很多全反射现象﹕海市蜃楼﹑沙漠幻影﹑等。

第二章光学镜头的种类

目前LAM产线所生产的光学镜头主要有以下几类:

1)数码相机镜头

2)传统相机镜头

3)手机镜头

4)投影机镜头

一﹑数码相机镜头

目前LAM产线所生产的数码相机镜头有包括以下几类:DCJ01﹑DCJ04﹑DCJ05﹑DCJ07﹑DCJ08。另外还包括目前正处于试线阶段的DCJ13&DCJ14.

DCJ04主要包含为四百万﹑五百万﹑六百万象素的CCD。到目前为止﹐DCJ04已经量产了800万颗镜头。此中包含有以下机种﹕

DCJ05主要为以下机种﹕

DCJ07包括以下机种﹕

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﹑投影机镜头﹑手机镜头﹑定焦镜头以及传统机镜头

投影机镜头﹑手机镜头以及定焦镜头在我们的生产中也占据很大的一部分。如下图所示便为此三个机种的实物图﹕

PROJECTOR LENS

FC LENS CM 模组

三﹑镜头基本结构以及制作过程﹕

以下我们以DCJ08为例子简单介绍下镜头内的结构

DCJ01镜头实物图

镜头简单爆炸图

如上图所见﹐镜头由以下组成﹕

(1)镜头前群﹕前群有前筒和前群镜片组构成。前群镜片有两片。前群与中群

实现了变焦功能。

前群组件

(2)镜头中群﹕镜头中群由中群镜片组于中筒组成。其与前群配合实现变焦功

能。

中群组件

(3)镜头后群﹕如上图中﹐后群组件有包括以下部分﹕后群镜片﹐AF马达﹔

后群镜片通过AF马达的作动实现调焦。在此间有一块很重要的部件﹕U

型齿。U型齿固定在后群镜框上﹐通过AF马达的转动﹐带动U型齿及后群的作动。

后群组件

(4)光圈快门﹕如上图所示中的Shutter Unit(快门组件)﹔

shutter﹕通过磁阀（脉冲式电流驱动）产生磁力驱动叶片闭合动作，完成镜头的曝光作用﹐见下图示﹕

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，从而改变镜头的通光口径。

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，从而改变镜头的通光口径。

请见下图示﹕

(5)马达﹕镜头内有两个马达。包括﹕Zoom马达以及AF马达。Zoom马达是控

制镜头的伸缩﹐从而实现变焦功能的(Wide到Tele的转换)﹔AF马达为步进马达﹐由於高速发展的电子技术在照相机中获得广泛的应用，使现代照相机实现自动调焦控制。经被摄体反射後由CCD（或相位敏感探测器）接收、检测和分辨，求出合适的自动调焦量，并给出信号以控制镜头正确定位。

DCJ系列镜头的AF是通步进马达带动后群对ZOOM(变焦)后的焦距进行微调，使清晰的焦点在CCD的感光面上。（但需注意，目前镜头照相机中AF系统并不能从无穷远到最近距离进行连续自动调焦，而只能对某一段距离中几个分立的点作正确调焦）。

(6)传感器﹕镜头内包括了三个传感器(AF_PI﹔Zoom_PI﹔Zoom_PR)。这些传

感器都为光传感﹐其中两个PI都是使用了直射型﹐就是说通过遮光齿轮(编码齿轮)进行遮挡光来读取光信号。PR使用的为反射型﹐主要是通过反光贴纸的反光来进行信号的读取。

(7)CCD及滤波片﹕CCD做为数码相机区别与传统相机的主要特征。

CCD(Charge-Coup led Device)电荷耦合器在一片集成有众多组（可达数百万组）微小的光敏元件、电荷转移电路、电荷信息读取电路的半导体芯片。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的不同而感应出不同数量的电荷，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的二进制数，该二进制数即对应一个像素的数据

下图为CCD的基本原理﹕

CCD基本原理图

模式﹕很多的雨水(光子)将或多或少的填满水桶(象素)。此时传输带(CCD转变寄存器)将传输水桶到前端后倒给其他横排的水桶。在横排前端水桶的水装装在测量器具(敏感电容)里。此种装在测量器具里的模式表示有多少水被收集在单独的水桶里。联系到真正的CCD系统﹐落在CCD表面的光子表示上述的雨水﹔多象素的CCD排列结构表示上述的水桶﹔转换寄存器表示上述的传输带。此输出阶段主要是敏感电容器。上述的测试器具(CCD对红外线比较敏感，镜头增加特殊的镀层或外加滤镜也会大大提高成像质量，如DCJ系列的CCD虑波片)。

镜头基本就由以上部分组成﹐以下我们简单介绍下镜头的制作过程。

在我们的生产中﹐我们采取了SELL的作业模式。并将整个生产过程划分为以下几个部分﹕

副线﹔主线﹔快门线。

在副线上﹐进行了镜片的组装动作。此线完成组装后将组装好的镜片群组发往主线进行生产。

快门线上进行了快门组件(快门光圈)的组装﹐以及进行快门功能的检测。

上图为快门线上的快门检测治具。检测内容为快门关闭时间&光圈精度(曝光量管控)。

主线上﹐为镜头的组装与镜头功能的检测。在镜头的组装过程中﹐有以下几个重点工位(此类工位的作业会直接严重影响到镜头的质量)﹕首先为各焊接工位。焊接作业的不良会直接导致到镜头功能不良﹐引起重大品质。再者为中群弹片组入工位。中群弹片在镜头中起着固定中群的作用﹐防止中群脱落。

但﹐若我们的作业组装不到位﹐导致中群弹片脱落﹐会引起镜头的卡死等重大品质事故。最后﹐还有一环﹕U型齿组装工位。U型齿用于带动后群组件的作动﹐其组装不良会导致后群不良﹐引起作动失步﹐对焦模糊。

除了以上工位外﹐其实每一个工位都很重要﹐都不可忽视。

第三章镜头的检测

镜头作为相机中的重要组成部分,其功能对相机有着很大的影响.这便要求我们在镜头的生产过程中对镜头的功能进行检查.生产中我们主要对镜头功能和外观进行检测.

镜头的功能包括以下方面:

异音&做动;

电气性能;

对焦;

解析力;

图象品质;

镜头的外观包括以下方面:

镜片外观;

镜头外观.

一﹑镜头做动检查:

异音&做动:异音部分,我们主要是针对镜头在伸缩过程中ZOOM马达以及AF 马达是否存在异常的声音。镜头的做动检查包括对镜头小前盖,光圈快门,以及镜头本身的伸缩做动是否顺畅。另外在进行该检查时还要对小前盖进行检查,判断小前盖是否有浮起。

二﹑电气性能:

镜头的电气性能包括了以下方面:zoom马达,AF达,光圈磁阀,快门磁阀,AF PI,ZOOM_PI,ZOOM_PR;

我们主要是对这些方面进行检查。生产过程中我们对这方面的检查主要是使用FZI治具进行检查。如下图﹕

应用软件图片治具盒图片

FZI治具具体的检测项目如下:

1)Focus-PI感应电平﹕

2)Zoom-PI感应电平﹕

3)Zoom-PR感应电平

4)镜头伸缩耗电流

5)AF作动耗电流

6)AF伸缩作动失步

7)快门磁阀耗电流

8)光圈磁阀耗电流.

9)ZOOM马达做动时间

对於此方面的检查其实很简单,我们只要把镜头正确的接好线,运行软件,既可在电脑萤幕上面显示出以上项目是否OK。在观察电脑显示OK还是NG的同时,我们还要对镜头内的快门﹑光圈的做动进行检查,并且,还要对镜头在伸缩过程的异音进行检查。

三﹑对焦检测:

我们前面有介绍过,镜头里面的镜片组等效与一块凸透镜。目前LAM产线使用的对焦检测工具主要有两种:激光自动对焦机与传统机对焦。

传统相机对焦自动激光对焦机

激光自动对焦机主要运用在没安装CCD组件的半成品镜头上面。这种对焦机反映的是镜片组最直接的光学性能。而且﹐这种对焦机工作时间短﹐一般一个镜头的检测在15秒以内。

传统机对焦。传统机对焦主要是模拟成品相机的工作环境进行对焦检测。其主要是应用在组装了CCD组件的成品镜头上面。这种检测手法耗时比较对﹐大概为镭射自动对焦的一倍以上。

四﹑解像力检测:

镜头作为光学相机中的一个重要组成部分﹐其最根本的性能就是其成像能力。我们对其成像能力的评估称为﹕解像力评估。

解像力评估手法主要有以下几种﹕

1)实际拍摄(实拍)

实拍站

所谓实拍就是指模拟成品相机的条件﹐进行实际拍摄。实际拍摄有要求以下治具﹕相机实拍治具﹐灯箱﹐实拍图纸。另外﹐要进行实拍﹐这便要求我们的镜头或者相机治具上有组装了CCD组件。进行实拍中有以下条件要

求﹕1.模拟相机治具拍摄照度下Chart 图。2.镜头光轴对准Chart图中心拍摄图片使相机LCD满屏。拍摄时﹐首先要进行WIDE端的拍摄﹐然後再进行TELE端的拍摄。拍摄完成後﹐将保存在存储卡上面的图片用PHOTO SHOP 软件打开﹐并在实际图元下对所拍摄的解析图象进行判读。要求在规格以内的图象其黑白条纹能够清晰的分辨出来﹐并要求无拖影。

2)逆投解

逆投解机

逆透解这也是镜头解相能力的一个判断手法。所谓逆透解就是为在镜头的成像面上装置一CHART图﹐然後用投解的办法将该CHART图反方向投影出来。

这便和原成像光路相反故称其为逆投解。对逆投解的判断也和实拍相仿﹐对投解出来的解析图象进行判读﹐以能清晰分辨黑白条纹为准。

3)MTF

MTF机台&治具

除了以上两种解像力判读手法外﹐目前LAM产线还在使用另外一种更先进的判断手法﹕MTF。

MTF定义为﹕调制传递函数。

MTF主要反映的是图片的解析度﹐解析度表示能够分辨图像中明暗细节的能力。

MTF机主要运用於没装配CCD的镜头半成品,其能放映出镜头在各个拍摄段别的对图像的解析能力。

五﹑图象的品质判定

解像能力是镜头最基本的性能标准。但是,图像本身的质量也不能忽视。在

我们的对镜头的判定过程中,还加入了以下判定内容﹕黑影﹑暗角﹑黑边﹑图象

偏色。

黑印检查站

黑影形成主要是由於在镜头内存在异物﹕包括镜头中的粉尘﹐杂物等等。最容易

造成黑影的是後群﹑CCD面或者是滤波片上面的粉尘或者杂物。

造成图象偏色主要是由於CCD不良造成。

我们进行以上项目的判定时﹐要根据以下条件﹕模拟相机拍照的相机治具﹑EV

灯箱﹑PC机以及photoshop软件。

拍摄中调用拍摄程式﹐镜头分别对准荧光灯及EV机灯箱时观察LCD显示屏有无

亮点﹐无图﹐条纹﹐杂讯﹐偏色﹐黑画面﹐白画面等现象﹐在LV14光源tele 段

用大光圈拍图片﹔若拍摄得到图片有存在黑影﹐则将该图片於限度样品进行对

比﹐淡於限度样品则判定OK。

另外﹐对於暗角图片﹐我们必须强调一点﹐暗角判定必须在实际图元下面进行。

具体办法如下﹕

(1)设置暗角量测﹕工具栏中设置选用方形线框﹐在菜单下线框样式中选择"固定

尺寸"﹐填写大小为"40*40px"; ( 2)点选图片中心区域读取"直方图"中"亮度值"﹐将线框移至暗角处读取"直方

图"中"亮度值"。

(3)若暗角亮度值大於中心亮度值的一半为OK.

除了以上功能部分的检测外﹐我们还必须对镜头的外观进行监控检查。

六﹑镜头外观检查﹕

我们之前有提到﹐镜头的外观有包括两方面﹕一是镜片的外观﹐另一方面为镜头

的外观。

一﹑镜片外观检查﹕

我们进行镜片外观检查主要是针对以下项目﹕镜片是否存在刮伤﹐点伤﹐膜

不﹐膜欠﹐崩边﹐亮点﹐油污脏物﹐破裂。

对於镜片的刮伤﹐点伤这类外观缺损﹐我们都有一个通用的标准﹕面积不可超过。

而像油污脏物﹐破裂等外观缺损﹐不可存在。

二﹑镜头外观检查﹕

除了对以上镜片进行外观检查外﹐我们还要对镜头的外观进行检查。具体项目如下﹕色差﹐欠品﹐配合﹐标识﹐伤痕﹐焊接﹐异物等等。

所谓色差就是指外观部品的色泽上是否正常﹐部品与部品间的色泽是否有差异。主要是针对小前盖叶片﹐化妆环﹐前中筒进行该项目的检查。除此﹐还要对镜头进行检查看是否缺少了部品。检查部品有无松动﹐变形﹐配合不准﹐不到位﹔观察小前盖叶片﹐马达齿轮箱﹐化妆环与镜筒配合间隙是否过大, 光圈叶片﹐快门叶片有无残余打开或关闭状态。除了以上﹐还要对镜头的焊接点进行检查﹐看焊接电路是否存在焊接不良。

另外在进行以上项目的检查的同时﹐还要对镜头筒的异物﹑伤痕进行检查。外观筒伤痕要遵守以下原则﹕不可见底色﹐而且﹐面积不可超过平方。