光學(xué)鏡頭基本知識(shí)

1、光學(xué)鏡頭基本知識(shí) 第一章 光線的傳播一光在真空中是沿直線傳播的光在真空中(均勻介質(zhì)中)是沿直線傳播的但是由於在我們的真實(shí)空間中光並不能做到這一點(diǎn)這是因?yàn)榭諝狻Ｔ谖覀兊目諝庵杏写嬖谥魇礁鳂拥碾s物粉塵水霧等。由於這些東西的存在光在直線傳播的過(guò)程中碰到這些東西就會(huì)產(chǎn)生反射折射。而粉塵表面並不光滑光照射到這粉塵面上的時(shí)候便會(huì)往各個(gè)方向反射這邊形成了漫反射。正是由於漫反射的存在這便能使我們能感覺(jué)到光能看到東西。二光的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的物質(zhì)時(shí)會(huì)發(fā)生反射光碰到透光的物質(zhì)時(shí)會(huì)發(fā)生透射折射。入射光線反射光線折射光線在同一個(gè)平面上即三線共面。2.1 光的反射光在傳輸過(guò)程

2、中是遵守反射定理的。反射定理入射角等於反射角。入射角定義為入射光線和法線組成的夾角反射角定義為反射光線和法線組成的夾角法線法線就是垂直於入射面的線。法線是一條虛構(gòu)的線並不是事實(shí)存在的。2.2 光的透射和折射有些物質(zhì)是透光的光可以穿透這些物質(zhì)這便是光的透射。每種不同材質(zhì)的東西都有著不同的透過(guò)率光在這些物質(zhì)中穿透的時(shí)候總會(huì)有著能量的損失。入射光線的強(qiáng)度與出射光線的強(qiáng)度的比值為這一材質(zhì)的透過(guò)率。 所謂光線的折射就是指光線在進(jìn)行傳輸?shù)倪^(guò)程中從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)的時(shí)候不會(huì)沿直線傳播而是有了一定角度的彎折。這便是光線的折射。 通常在大氣中我們認(rèn)定其折射率為1。 折射定律被描述為入射角的正弦與折射角的正

3、弦之比為常數(shù)它等于折射線所處介質(zhì)的折射率n與入射線所處介質(zhì)的折射率n之比。 通常折射率較大的介質(zhì)稱為光密介質(zhì)折射率較小的介質(zhì)稱為光疏介質(zhì)。若入射光在光密介質(zhì)這時(shí)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(shí)sini=1若入射角再增大將發(fā)生全反射。 自然界有很多全反射現(xiàn)象海市蜃樓沙漠幻影等。第二章 光學(xué)鏡頭的種類目前LAM產(chǎn)線所生產(chǎn)的光學(xué)鏡頭主要有以下幾類:1) 數(shù)碼相機(jī)鏡頭2) 傳統(tǒng)相機(jī)鏡頭3) 手機(jī)鏡頭4) 投影機(jī)鏡頭一數(shù)碼相機(jī)鏡頭 目前LAM產(chǎn)線所生產(chǎn)的數(shù)碼相機(jī)鏡頭有包括以下幾類:DCJ01DCJ04DCJ05DCJ07DCJ08。另外還包括目前正處于試線階段的DCJ

4、13&DCJ14. DCJ04主要包含為四百萬(wàn)五百萬(wàn)六百萬(wàn)象素的CCD。到目前為止DCJ04已經(jīng)量產(chǎn)了800萬(wàn)顆鏡頭。此中包含有以下機(jī)種四百萬(wàn)象素DC4345+五百萬(wàn)象素DS5341DC5345DC5370ODS5370DC5360ORCHARD六百萬(wàn)象素DS6341PDC6370PDC6360SDC6370ODS6370SHENTEN DCJ05主要為以下機(jī)種八百萬(wàn)相素DS8330DC8365DS8340一千萬(wàn)相素DCA366DSA350 DCJ07包括以下機(jī)種八百萬(wàn)相素DS8650SDC8670DC8670一千萬(wàn)相素DSA650 DCJ08包括以下機(jī)種七百萬(wàn)相素DC7371PDC7

5、360SYDM7365DC7370MAPLEDC7375DM7365DM7362六百萬(wàn)相素DM6330DM6365二投影機(jī)鏡頭手機(jī)鏡頭定焦鏡頭以及傳統(tǒng)機(jī)鏡頭投影機(jī)鏡頭手機(jī)鏡頭以及定焦鏡頭在我們的生產(chǎn)中也占據(jù)很大的一部分。如下圖所示便為此三個(gè)機(jī)種的實(shí)物圖 PROJECTOR LENS FC LENS CM 模組三鏡頭基本結(jié)構(gòu)以及制作過(guò)程 以下我們以DCJ08為例子簡(jiǎn)單介紹下鏡頭內(nèi)的結(jié)構(gòu) DCJ01鏡頭實(shí)物圖 鏡頭簡(jiǎn)單爆炸圖 如上圖所見(jiàn)鏡頭由以下組成(1) 鏡頭前群前群有前筒和前群鏡片組構(gòu)成。前群鏡片有兩片。前群與中群實(shí)現(xiàn)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。其與前

6、群配合實(shí)現(xiàn)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(dá)后群鏡片通過(guò)AF馬達(dá)的作動(dòng)實(shí)現(xiàn)調(diào)焦。在此間有一塊很重要的部件U型齒。U型齒固定在后群鏡框上通過(guò)AF馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)U型齒及后群的作動(dòng)。 后群組件(4) 光圈快門如上圖所示中的Shutter Unit(快門組件)shutter通過(guò)磁閥（脈沖式電流驅(qū)動(dòng)）產(chǎn)生磁力驅(qū)動(dòng)葉片閉合動(dòng)作，完成鏡頭的曝光作用見(jiàn)下圖示IRS(光圈)： a:單片兩段式通過(guò)磁閥（脈沖式電流驅(qū)動(dòng)）產(chǎn)生磁力驅(qū)動(dòng)葉片動(dòng)作切換大小光圈，從而改變鏡頭的通光口徑。b:多片式通過(guò)步進(jìn)磁閥（交替脈沖式電流驅(qū)動(dòng)）產(chǎn)生磁力驅(qū)動(dòng)葉片動(dòng)作切換大小光圈，從而改變鏡頭的

7、通光口徑。請(qǐng)見(jiàn)下圖示(5) 馬達(dá)鏡頭內(nèi)有兩個(gè)馬達(dá)。包括Zoom馬達(dá)以及AF馬達(dá)。Zoom馬達(dá)是控制鏡頭的伸縮從而實(shí)現(xiàn)變焦功能的(Wide到Tele的轉(zhuǎn)換)AF馬達(dá)為步進(jìn)馬達(dá)由於高速發(fā)展的電子技術(shù)在照相機(jī)中獲得廣泛的應(yīng)用，使現(xiàn)代照相機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)焦控制。經(jīng)被攝體反射後由CCD（或相位敏感探測(cè)器）接收、檢測(cè)和分辨，求出合適的自動(dòng)調(diào)焦量，並給出信號(hào)以控制鏡頭正確定位。DCJ系列鏡頭的AF是通步進(jìn)馬達(dá)帶動(dòng)后群對(duì)ZOOM(變焦)后的焦距進(jìn)行微調(diào)，使清晰的焦點(diǎn)在CCD的感光面上。（但需注意，目前鏡頭照相機(jī)中AF系統(tǒng)並不能從無(wú)窮遠(yuǎn)到最近距離進(jìn)行連續(xù)自動(dòng)調(diào)焦，而只能對(duì)某一段距離中幾個(gè)分立的點(diǎn)作正確調(diào)焦）。(6)

8、 傳感器鏡頭內(nèi)包括了三個(gè)傳感器(AF_PIZoom_PIZoom_PR)。這些傳感器都為光傳感其中兩個(gè)PI都是使用了直射型就是說(shuō)通過(guò)遮光齒輪(編碼齒輪)進(jìn)行遮擋光來(lái)讀取光信號(hào)。PR使用的為反射型主要是通過(guò)反光貼紙的反光來(lái)進(jìn)行信號(hào)的讀取。(7) CCD及濾波片CCD做為數(shù)碼相機(jī)區(qū)別與傳統(tǒng)相機(jī)的主要特征。CCD(Charge-Coup led Device)電荷耦合器在一片集成有眾多組（可達(dá)數(shù)百萬(wàn)組）微小的光敏元件、電荷轉(zhuǎn)移電路、電荷信息讀取電路的半導(dǎo)體芯片。光敏元件在CCD電荷耦合器表面成矩陣排列，當(dāng)光線經(jīng)鏡頭會(huì)聚到CCD上時(shí)，每個(gè)光敏器件會(huì)因感受到光強(qiáng)的不同而感應(yīng)出不同數(shù)量的電荷，這些電荷耦合

9、器在MOS存儲(chǔ)器中暫時(shí)存儲(chǔ)，然后由電荷轉(zhuǎn)移電路、電荷信息讀取電路按時(shí)鐘脈沖順序掃描讀出電荷信息送往此電信號(hào)送往AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，經(jīng)轉(zhuǎn)換形成一個(gè)與入射光強(qiáng)度成比例的二進(jìn)制數(shù)，該二進(jìn)制數(shù)即對(duì)應(yīng)一個(gè)像素的數(shù)據(jù)下圖為CCD的基本原理 CCD基本原理圖模式很多的雨水(光子)將或多或少的填滿水桶(象素)。此時(shí)傳輸帶(CCD轉(zhuǎn)變寄存器)將傳輸水桶到前端后倒給其他橫排的水桶。在橫排前端水桶的水裝裝在測(cè)量器具(敏感電容)里。此種裝在測(cè)量器具里的模式表示有多少水被收集在單獨(dú)的水桶里。聯(lián)系到真正的CCD系統(tǒng)落在CCD表面的光子表示上述的雨水多象素的CCD排列結(jié)構(gòu)表示上述的水桶轉(zhuǎn)換寄存器表示上述的傳輸帶。此輸出階段主要

10、是敏感電容器。上述的測(cè)試器具(CCD對(duì)紅外線比較敏感，鏡頭增加特殊的鍍層或外加濾鏡也會(huì)大大提高成像質(zhì)量，如DCJ系列的CCD慮波片)。鏡頭基本就由以上部分組成以下我們簡(jiǎn)單介紹下鏡頭的制作過(guò)程。在我們的生產(chǎn)中我們采取了SELL的作業(yè)模式。并將整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程劃分為以下幾個(gè)部分副線主線快門線。在副線上進(jìn)行了鏡片的組裝動(dòng)作。此線完成組裝后將組裝好的鏡片群組發(fā)往主線進(jìn)行生產(chǎn)?？扉T線上進(jìn)行了快門組件(快門光圈)的組裝以及進(jìn)行快門功能的檢測(cè)。上圖為快門線上的快門檢測(cè)治具。檢測(cè)內(nèi)容為快門關(guān)閉時(shí)間&光圈精度(曝光量管控)。主線上為鏡頭的組裝與鏡頭功能的檢測(cè)。在鏡頭的組裝過(guò)程中有以下幾個(gè)重點(diǎn)工位(此類工位的

11、作業(yè)會(huì)直接嚴(yán)重影響到鏡頭的質(zhì)量)首先為各焊接工位。焊接作業(yè)的不良會(huì)直接導(dǎo)致到鏡頭功能不良引起重大品質(zhì)。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的作用防止中群脫落。但若我們的作業(yè)組裝不到位導(dǎo)致中群彈片脫落會(huì)引起鏡頭的卡死等重大品質(zhì)事故。最后還有一環(huán)U型齒組裝工位。U型齒用于帶動(dòng)后群組件的作動(dòng)其組裝不良會(huì)導(dǎo)致后群不良引起作動(dòng)失步對(duì)焦模糊。除了以上工位外其實(shí)每一個(gè)工位都很重要都不可忽視。第三章 鏡頭的檢測(cè)鏡頭作為相機(jī)中的重要組成部分,其功能對(duì)相機(jī)有著很大的影響.這便要求我們?cè)阽R頭的生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)鏡頭的功能進(jìn)行檢查.生產(chǎn)中我們主要對(duì)鏡頭功能和外觀進(jìn)行檢測(cè).鏡頭的功能包括以下方面:異音&

12、;做動(dòng);電氣性能;對(duì)焦;解析力;圖象品質(zhì);鏡頭的外觀包括以下方面:鏡片外觀;鏡頭外觀.一鏡頭做動(dòng)檢查: 異音&做動(dòng):異音部分,我們主要是針對(duì)鏡頭在伸縮過(guò)程中ZOOM馬達(dá)以及AF馬達(dá)是否存在異常的聲音。鏡頭的做動(dòng)檢查包括對(duì)鏡頭小前蓋,光圈快門,以及鏡頭本身的伸縮做動(dòng)是否順暢。另外在進(jìn)行該檢查時(shí)還要對(duì)小前蓋進(jìn)行檢查,判斷小前蓋是否有浮起。二電氣性能: 鏡頭的電氣性能包括了以下方面:zoom馬達(dá),AF達(dá),光圈磁閥,快門磁閥,AF PI,ZOOM_PI,ZOOM_PR;我們主要是對(duì)這些方面進(jìn)行檢查。生產(chǎn)過(guò)程中我們對(duì)這方面的檢查主要是使用FZI治具進(jìn)行檢查。如下圖 應(yīng)用軟件圖片 治具盒圖片F(xiàn)ZI

13、治具具體的檢測(cè)項(xiàng)目如下: 1) Focus-PI感應(yīng)電平2) Zoom-PI感應(yīng)電平3) Zoom-PR感應(yīng)電平4) 鏡頭伸縮耗電流5) AF作動(dòng)耗電流6) AF伸縮作動(dòng)失步7) 快門磁閥耗電流8) 光圈磁閥耗電流.9) ZOOM馬達(dá)做動(dòng)時(shí)間 對(duì)於此方面的檢查其實(shí)很簡(jiǎn)單,我們只要把鏡頭正確的接好線,運(yùn)行軟件,既可在電腦螢?zāi)簧厦骘@示出以上項(xiàng)目是否OK。在觀察電腦顯示OK還是NG的同時(shí),我們還要對(duì)鏡頭內(nèi)的快門光圈的做動(dòng)進(jìn)行檢查,並且,還要對(duì)鏡頭在伸縮過(guò)程的異音進(jìn)行檢查。三對(duì)焦檢測(cè): 我們前面有介紹過(guò),鏡頭裏面的鏡片組等效與一塊凸透鏡。目前LAM產(chǎn)線使用的對(duì)焦檢測(cè)工具主要有兩種:激光自動(dòng)對(duì)焦機(jī)與傳統(tǒng)

14、機(jī)對(duì)焦。 傳統(tǒng)相機(jī)對(duì)焦 自動(dòng)激光對(duì)焦機(jī) 激光自動(dòng)對(duì)焦機(jī)主要運(yùn)用在沒(méi)安裝CCD組件的半成品鏡頭上面。這種對(duì)焦機(jī)反映的是鏡片組最直接的光學(xué)性能。而且這種對(duì)焦機(jī)工作時(shí)間短一般一個(gè)鏡頭的檢測(cè)在15秒以內(nèi)。 傳統(tǒng)機(jī)對(duì)焦。傳統(tǒng)機(jī)對(duì)焦主要是模擬成品相機(jī)的工作環(huán)境進(jìn)行對(duì)焦檢測(cè)。其主要是應(yīng)用在組裝了CCD組件的成品鏡頭上面。這種檢測(cè)手法耗時(shí)比較對(duì)大概為鐳射自動(dòng)對(duì)焦的一倍以上。四解像力檢測(cè): 鏡頭作為光學(xué)相機(jī)中的一個(gè)重要組成部分其最根本的性能就是其成像能力。我們對(duì)其成像能力的評(píng)估稱為解像力評(píng)估。 解像力評(píng)估手法主要有以下幾種1) 實(shí)際拍攝(實(shí)拍) 實(shí)拍站所謂實(shí)拍就是指模擬成品相機(jī)的條件進(jìn)行實(shí)際拍攝。實(shí)際拍攝有要求

15、以下治具相機(jī)實(shí)拍治具燈箱實(shí)拍圖紙。另外要進(jìn)行實(shí)拍這便要求我們的鏡頭或者相機(jī)治具上有組裝了CCD組件。進(jìn)行實(shí)拍中有以下條件要求1.模擬相機(jī)治具拍攝LV11.2-11.5照度下Chart 圖。2.鏡頭光軸對(duì)準(zhǔn)Chart圖中心拍攝圖片使相機(jī)LCD滿屏。拍攝時(shí)首先要進(jìn)行WIDE端的拍攝然後再進(jìn)行TELE端的拍攝。拍攝完成後將保存在存儲(chǔ)卡上面的圖片用PHOTO SHOP軟件打開(kāi)並在實(shí)際圖元下對(duì)所拍攝的解析圖象進(jìn)行判讀。要求在規(guī)格以內(nèi)的圖象其黑白條紋能夠清晰的分辨出來(lái)並要求無(wú)拖影。2) 逆投解逆投解機(jī)逆透解這也是鏡頭解相能力的一個(gè)判斷手法。所謂逆透解就是為在鏡頭的成像面上裝置一CHART圖然後用投解的辦法

16、將該CHART圖反方向投影出來(lái)。這便和原成像光路相反故稱其為逆投解。對(duì)逆投解的判斷也和實(shí)拍相仿對(duì)投解出來(lái)的解析圖象進(jìn)行判讀以能清晰分辨黑白條紋為準(zhǔn)。3) MTF MTF機(jī)臺(tái)&治具 除了以上兩種解像力判讀手法外目前LAM產(chǎn)線還在使用另外一種更先進(jìn)的判斷手法MTF。MTF定義為調(diào)制傳遞函數(shù)。MTF主要反映的是圖片的解析度解析度表示能夠分辨圖像中明暗細(xì)節(jié)的能力。 MTF機(jī)主要運(yùn)用於沒(méi)裝配CCD的鏡頭半成品,其能放映出鏡頭在各個(gè)拍攝段別的對(duì)圖像的解析能力。五圖象的品質(zhì)判定解像能力是鏡頭最基本的性能標(biāo)準(zhǔn)。但是,圖像本身的質(zhì)量也不能忽視。在我們的對(duì)鏡頭的判定過(guò)程中,還加入了以下判定內(nèi)容黑影暗角黑邊

17、圖象偏色。 黑印檢查站黑影形成主要是由於在鏡頭內(nèi)存在異物包括鏡頭中的粉塵雜物等等。最容易造成黑影的是後群CCD面或者是濾波片上面的粉塵或者雜物。造成圖象偏色主要是由於CCD不良造成。我們進(jìn)行以上項(xiàng)目的判定時(shí)要根據(jù)以下條件模擬相機(jī)拍照的相機(jī)治具EV燈箱PC機(jī)以及photoshop軟件。拍攝中調(diào)用拍攝程式鏡頭分別對(duì)準(zhǔn)熒光燈及EV機(jī)燈箱時(shí)觀察LCD顯示屏有無(wú)亮點(diǎn)無(wú)圖條紋雜訊偏色黑畫(huà)面白畫(huà)面等現(xiàn)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(jìn)行對(duì)比淡於限度樣品則判定OK。另外對(duì)於暗角圖片我們必須強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)暗角判定必須在實(shí)際圖元下面進(jìn)行。具體辦法如下(1)設(shè)置暗角量

18、測(cè)工具欄中設(shè)置選用方形線框在菜單下線框樣式中選擇"固定尺寸"填寫(xiě)大小為"40*40px" ( 2)點(diǎn)選圖片中心區(qū)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的一半為OK. 除了以上功能部分的檢測(cè)外我們還必須對(duì)鏡頭的外觀進(jìn)行監(jiān)控檢查。六鏡頭外觀檢查我們之前有提到鏡頭的外觀有包括兩方面一是鏡片的外觀另一方面為鏡頭的外觀。一鏡片外觀檢查 我們進(jìn)行鏡片外觀檢查主要是針對(duì)以下項(xiàng)目鏡片是否存在刮傷點(diǎn)傷膜不膜欠崩邊亮點(diǎn)油污臟物破裂。 對(duì)於鏡片的刮傷點(diǎn)傷這類外觀缺損我們都有一個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)面積不可超過(guò)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(duì)以上