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光學(xué)鏡頭機(jī)器視覺領(lǐng)域市場(chǎng)發(fā)展分析光學(xué)鏡頭機(jī)器視覺領(lǐng)域市場(chǎng)發(fā)展機(jī)器視覺是指用機(jī)器代替人眼來做測(cè)量和判斷,鏡頭是機(jī)器視覺獲取信息最基礎(chǔ)也是最核心的組件之一,鏡頭的成像質(zhì)量也是機(jī)器視覺系統(tǒng)獲得準(zhǔn)確信息的保障。工業(yè)無人機(jī)是機(jī)器視覺領(lǐng)域的產(chǎn)品之一,由遙控設(shè)備和自帶程序控制裝置操作,具有技術(shù)集成度高、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)。隨著我國(guó)利好政策的持續(xù)出臺(tái)、無人機(jī)監(jiān)管及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不斷完善,中國(guó)工業(yè)無人機(jī)市場(chǎng)預(yù)計(jì)將穩(wěn)步健康發(fā)展,應(yīng)用場(chǎng)景不斷拓展,市場(chǎng)需求持續(xù)攀升。工業(yè)無人機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括:電力巡檢、應(yīng)急救援、航拍測(cè)繪、水利應(yīng)用、農(nóng)藥噴灑、海事監(jiān)察、交通管制等。目前,我國(guó)工業(yè)無人機(jī)發(fā)展仍處于景氣周期初始階段,我國(guó)工業(yè)無人機(jī)應(yīng)用較多的領(lǐng)域?yàn)檗r(nóng)業(yè)植保,下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展充分度不足,隨工業(yè)無人機(jī)技術(shù)水平不斷提升,國(guó)內(nèi)大型無人機(jī)相關(guān)企業(yè)紛紛布局工業(yè)無人機(jī)相關(guān)產(chǎn)品的背景下,未來行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)大,并逐步深化。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù),預(yù)計(jì)到2025年,我國(guó)工業(yè)無人機(jī)的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到450億元,年均復(fù)合增長(zhǎng)率在39%左右,市場(chǎng)規(guī)模增速較快。光學(xué)鏡頭是無人機(jī)的核心部分之一,較早更多應(yīng)用于消費(fèi)無人機(jī),完成航拍攝影等消費(fèi)級(jí)應(yīng)用。隨著光學(xué)鏡頭設(shè)計(jì)、制造技術(shù)的不斷發(fā)展,產(chǎn)品不斷向超高清、變焦、小型輕量化等方向發(fā)展,使得超小型超高清變焦鏡頭在工業(yè)無人機(jī)上的應(yīng)用帶來可能,在不影響其續(xù)航能力的前提下為工業(yè)無人機(jī)提供遠(yuǎn)距離高清畫面捕捉的能力,由此推動(dòng)了工業(yè)無人機(jī)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步及其在電網(wǎng)巡檢、森林搜尋、工程測(cè)繪等應(yīng)用領(lǐng)域的滲透。以電網(wǎng)巡檢為例,目前人工巡檢存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、耗資較高、效率較低的問題,工業(yè)無人機(jī)依靠搭載的高清攝像機(jī)捕捉畫面,鏡頭的光學(xué)變焦功能使得其既可以拍攝整體畫面,也可以在與電網(wǎng)保持安全距離的情況下通過變焦功能拍攝細(xì)節(jié),進(jìn)而通過智能化分析判斷電網(wǎng)的安全性,高效完成巡檢作業(yè)。光學(xué)鏡頭行業(yè)發(fā)展歷程光學(xué)鏡頭行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上游為原材料環(huán)節(jié),主要包括光學(xué)塑膠、光學(xué)玻璃等;中游為光學(xué)鏡頭生產(chǎn)供應(yīng)環(huán)節(jié);下游主要應(yīng)用于手機(jī)、攝像機(jī)、光學(xué)儀器、車載攝像頭模組、安防監(jiān)控設(shè)備、機(jī)器視覺、VR/AR設(shè)備等領(lǐng)域。智能手機(jī)是光學(xué)鏡頭主要下游應(yīng)用領(lǐng)域之一,隨著近年來我國(guó)智能手機(jī)的不斷普及,使得我國(guó)智能手機(jī)市場(chǎng)逐漸趨于飽和,市場(chǎng)需求主要為必要的替換需求,使得我國(guó)智能手機(jī)出貨量呈下降趨勢(shì)。2021年受5G升級(jí)的影響,智能手機(jī)出貨量有所增長(zhǎng),達(dá)3.4億臺(tái),同比增長(zhǎng)13.3%。光學(xué)鏡頭發(fā)展歷程我國(guó)大陸光學(xué)鏡頭產(chǎn)業(yè)起步較晚,2000年之后才有部分光學(xué)企業(yè)涉足民用光學(xué)鏡頭市場(chǎng)。2008年之前,國(guó)內(nèi)光學(xué)鏡頭市場(chǎng)基本上被被日本、德國(guó)品牌所壟斷,安防監(jiān)控市場(chǎng)、手機(jī)市場(chǎng)、醫(yī)療影像市場(chǎng)的光學(xué)圖像設(shè)備上基本沒有中國(guó)大陸自主生產(chǎn)的鏡頭,中國(guó)臺(tái)灣企業(yè)生產(chǎn)的鏡頭產(chǎn)品也僅出現(xiàn)在少數(shù)較為低端的設(shè)備上。2008年之后,隨著鏡頭制造工業(yè)日益成熟,光學(xué)產(chǎn)品成本逐步降低,日本的光學(xué)技術(shù)逐漸擴(kuò)散到鄰近國(guó)家和地區(qū),包括中國(guó)臺(tái)灣、韓國(guó)以及中國(guó)大陸在光學(xué)鏡頭生產(chǎn)上的規(guī)模日益擴(kuò)大,涌現(xiàn)出像中國(guó)臺(tái)灣大立光、亞洲光學(xué)等具有世界先進(jìn)水平的企業(yè)。光學(xué)鏡頭變焦光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展二十世紀(jì)初,美國(guó)光學(xué)專家Allen?Mann首次采用物像交換原理成功設(shè)計(jì)出了世界上第一款真正意義上的變焦距鏡頭(美國(guó)專利U.S.P.696788)。但初期由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的落后和光學(xué)冷加工、鍍膜技術(shù)的不完善,使得變焦光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用受到較大限制,仍處于研究階段。1932年德國(guó)光學(xué)專家赫爾穆特專門為西門子設(shè)計(jì)了一款焦距25-80mm,變焦倍率3.2倍的變焦鏡頭。該鏡頭中由變焦群組和聚焦群組(群組指由光學(xué)鏡片組成的光學(xué)元組件)分別獨(dú)立運(yùn)動(dòng),不僅實(shí)現(xiàn)了焦距的變化,同時(shí)保證了成像面在焦距變化過程中的穩(wěn)定,是雙組元變焦光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的突破及應(yīng)用。隨著光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)、光學(xué)冷加工技術(shù)、精密機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展,變焦鏡頭的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期,變焦鏡頭成像質(zhì)量不斷提升,成為下游市場(chǎng)的應(yīng)用熱點(diǎn)。發(fā)展至今,變焦光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)仍然具備極大的創(chuàng)新空間及應(yīng)用場(chǎng)景。隨著各類場(chǎng)景需求的不同,在解決了成像質(zhì)量的前提下,人們開始追求以擴(kuò)大變焦倍率、增大光圈、減小鏡頭體積等為主要研究目標(biāo),并由此突破了多組元聯(lián)動(dòng)式變焦光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù),不斷提升變焦鏡頭的性能,拓寬變焦鏡頭應(yīng)用領(lǐng)域。光學(xué)鏡頭類別光學(xué)鏡頭具備多維分類方式,按照焦距是否可變劃分為變焦鏡頭和定焦鏡頭,按照鏡片材質(zhì)不同可劃分為玻璃鏡頭、塑料鏡頭、玻塑混合鏡頭,不同類別鏡頭具備不同特點(diǎn)。光學(xué)鏡頭的焦距決定了其拍攝范圍,光學(xué)鏡頭根據(jù)焦距是否可變劃分為變焦鏡頭和定焦鏡頭,定焦鏡頭焦距唯一,為固定值,變焦鏡頭焦距可變,為一段范圍,其中變焦倍率為其最長(zhǎng)焦距與最短焦距的比值,代表焦距變化范圍的大小。定焦鏡頭及不同倍率的變焦鏡頭因具備不同的優(yōu)缺點(diǎn)而擁有不同的應(yīng)用場(chǎng)景。相較定焦鏡頭,變焦鏡頭的焦距為一段區(qū)間,一顆鏡頭即能覆蓋多顆不同焦距定焦鏡頭的拍攝范圍,實(shí)現(xiàn)不同距離及視場(chǎng)角的自由切換,尤其在拍攝對(duì)象為動(dòng)態(tài)或被攝物體位于較遠(yuǎn)距離時(shí),鏡頭可以在不損失畫面清晰度的前提下通過光學(xué)變焦實(shí)現(xiàn)對(duì)拍攝對(duì)象的快速跟蹤及高清畫面的捕捉,具備較大優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用前景。但由于變焦鏡頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜,相對(duì)運(yùn)動(dòng)的光學(xué)元件較多,通常由多枚光學(xué)鏡片組合,依靠機(jī)械結(jié)構(gòu)保證光學(xué)鏡片位置,通過電路控制實(shí)現(xiàn)光學(xué)鏡片的移動(dòng),以滿足不同距離下的成像需求,融合光學(xué)、機(jī)械、電子等多學(xué)科技術(shù),設(shè)計(jì)過程需考慮鏡片移動(dòng)過程中各個(gè)焦距的性能情況,并保證各焦距下的成像質(zhì)量、解像力、畸變等多項(xiàng)參數(shù)的一致性,技術(shù)門檻極高,且變焦倍率越大,技術(shù)難度越高。因其極高的設(shè)計(jì)及加工難度,變焦鏡頭早期停留在理論研究及小范圍應(yīng)用階段。21世紀(jì)以來,隨著光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)、光學(xué)冷加工技術(shù)、精密機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展,變焦鏡頭進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期,幾乎所有之前定焦鏡頭出現(xiàn)的領(lǐng)域,都有變焦鏡頭替代的身影,包括相機(jī)鏡頭、電影鏡頭、安防鏡頭、手機(jī)鏡頭、無人機(jī)鏡頭、視訊會(huì)議鏡頭等。盡管如此,變焦鏡頭若要與定焦鏡頭的解像力、成像質(zhì)量等規(guī)格指標(biāo)達(dá)到相同水平仍具備極高技術(shù)難度,即使在每個(gè)焦距下均實(shí)現(xiàn)與定焦鏡頭相同的成像質(zhì)量,也會(huì)因其需要更多的鏡片實(shí)現(xiàn)變焦功能而致使鏡頭整體體積龐大、重量較重。因其設(shè)計(jì)難度、體積重量、制造成本等因素,變焦鏡頭在下游終端的應(yīng)用仍具有較大突破空間。在對(duì)成像畫質(zhì)要求極為嚴(yán)苛的領(lǐng)域,如半導(dǎo)體檢測(cè)、電影拍攝、醫(yī)療檢測(cè)等,或?qū)w積、重量及規(guī)模制造要求較高的領(lǐng)域如無人機(jī)、車載、手機(jī)、智能家居、AR/VR鏡頭等,目前仍更多使用定焦鏡頭。未來隨著多組元聯(lián)動(dòng)式變焦光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、玻塑混合光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,在保證成像質(zhì)量的情況下,變焦鏡頭體積進(jìn)一步縮小、成本進(jìn)一步降低,預(yù)計(jì)會(huì)帶來更大的市場(chǎng)空間。光學(xué)鏡頭根據(jù)使用的鏡片材質(zhì)不同可分為玻璃鏡頭、塑料鏡頭、玻璃塑料混合鏡頭(簡(jiǎn)稱玻塑混合鏡頭)。由于不同材質(zhì)鏡片在材料特性、加工工藝、透光率等方面存在較大差異,因此最終的適用范圍也不同:塑料鏡片具有重量輕、體積小、可塑性強(qiáng)且量產(chǎn)能力高等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于對(duì)體積要求嚴(yán)苛并追求大規(guī)模量產(chǎn)的鏡頭設(shè)計(jì)、生產(chǎn)中,如智能手機(jī)鏡頭;玻璃鏡片透光率高、耐熱性好,但對(duì)模造技術(shù)、鍍膜工藝、精密加工等方面具有較高的要求,量產(chǎn)能力低,應(yīng)用于對(duì)光學(xué)性能或使用環(huán)境要求較高的領(lǐng)域,如單反相機(jī)、安防視頻監(jiān)控、機(jī)器視覺等;玻塑混合鏡頭結(jié)合了兩者的特點(diǎn),具備小型輕量化的特點(diǎn)并良好地平衡了光學(xué)性能及規(guī)模量產(chǎn)能力,應(yīng)用范圍較上述鏡頭更為廣泛,工藝難度較高。隨著光學(xué)設(shè)計(jì)及上游光學(xué)冷加工技術(shù)的不斷進(jìn)步,光學(xué)鏡頭正呈現(xiàn)多材質(zhì)鏡片融合使用的趨勢(shì),如原先采用全塑設(shè)計(jì)的手機(jī)鏡頭為提升畫質(zhì)正逐步使用少量玻璃鏡片替換塑料鏡片,原先采用全玻設(shè)計(jì)的安防鏡頭、車載鏡頭、無人機(jī)鏡頭等為提升小型化性能、量產(chǎn)能力等也在向玻塑混合光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)突破,預(yù)計(jì)玻塑混合鏡頭未來具備較大市場(chǎng)空間及應(yīng)用前景。光學(xué)鏡頭行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及前景光學(xué)鏡頭一般由精密結(jié)構(gòu)件、塑料零件、鏡片、光圈等光機(jī)電器件和鏡筒組成,是光電行業(yè)的重要分支及機(jī)器視覺系統(tǒng)中不可缺少的部件。光學(xué)鏡頭通過借助光學(xué)折射原理將需拍照的景物聚焦到膠片或圖像傳感器芯片上,從而完成光學(xué)成像。按照光學(xué)鏡片材料構(gòu)成,光學(xué)鏡頭的可分類為塑料鏡頭、玻塑混合鏡頭、玻璃鏡頭三種類型,其結(jié)構(gòu)均由多片鏡片構(gòu)成,鏡片越多,鏡頭的成像質(zhì)量越高。光學(xué)鏡頭屬于光電產(chǎn)業(yè)鏈的重要部分。其中上游產(chǎn)業(yè)鏈由光學(xué)玻璃、光學(xué)塑料等光學(xué)原材料供應(yīng)商和鏡片、濾光片等光學(xué)元件供應(yīng)商組成。下游為光電技術(shù)與視頻監(jiān)控、人工智能、智能制造、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)檢測(cè)、智能車載、激光顯示等領(lǐng)域結(jié)合而成的各類產(chǎn)品,應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。國(guó)內(nèi)光學(xué)鏡頭企業(yè)起步較晚,近年來隨著光學(xué)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移、國(guó)內(nèi)企業(yè)持續(xù)投入,國(guó)產(chǎn)鏡頭從中低端市場(chǎng)進(jìn)入,以高性價(jià)比與海外品牌競(jìng)爭(zhēng),并逐步向高端市場(chǎng)演進(jìn),加速。2021年我國(guó)光學(xué)鏡頭產(chǎn)量為35.69億個(gè),同期進(jìn)口數(shù)量為20.63億個(gè),出口數(shù)量為17.29億個(gè),我國(guó)光學(xué)鏡頭需求總量為39.03億個(gè)。光學(xué)鏡頭作為視頻、圖像信息的入???,對(duì)信息采集的質(zhì)量起著關(guān)鍵性作用,是人工智能(AI)和信息化世界的眼睛,是國(guó)家戰(zhàn)略提出的人工智能、大數(shù)據(jù)、智慧城市、智慧物聯(lián)(AIoT)、數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。得益于下游應(yīng)用行業(yè)的高速增長(zhǎng),以光學(xué)鏡頭為核心的光學(xué)解決方案具有廣闊的市場(chǎng)前景。隨著消費(fèi)者對(duì)于手機(jī)攝影、攝像及各種拍攝場(chǎng)景下圖片畫質(zhì)的要求不斷提高,智能手機(jī)廠商更加注重手機(jī)鏡頭的光學(xué)性能。同時(shí),車載等下游應(yīng)用領(lǐng)域也對(duì)鏡頭的光學(xué)性能不斷提出了更高的要求。光學(xué)鏡頭一般稱為攝像鏡頭或攝影鏡頭,簡(jiǎn)稱鏡頭,是光電行業(yè)的重要分支,也是機(jī)器視覺系統(tǒng)中不可缺少的部件,一般由精密五金、塑膠零件、鏡片、光圈、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、傳感器等光機(jī)電器件和鏡筒組成。光學(xué)鏡頭是光學(xué)成像系統(tǒng)中的重要核心組成部分,其功能是光學(xué)成像,通過借助光學(xué)折射原理將需拍照的景物聚焦到膠片或圖像傳感器芯片上,其中成像的分辨率、對(duì)比度、各像差等指標(biāo)是衡量光學(xué)鏡頭質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn),影響成像質(zhì)量的優(yōu)劣、算法的實(shí)現(xiàn)和效果。按材質(zhì)的不同,光學(xué)鏡頭主要可以分為玻璃鏡頭、塑料鏡頭和玻璃混合鏡頭。其中玻璃鏡頭工藝難度和生產(chǎn)成本較高,透光率達(dá)到99%,主要用于高端成像領(lǐng)域,例如視頻監(jiān)控、單反相機(jī)、車載鏡頭等。塑料鏡頭可塑性強(qiáng),工藝難度和生產(chǎn)成本較低,但是透光率有所降低,因此廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)和智能相機(jī)等領(lǐng)域。玻璃混合鏡頭是前兩者的結(jié)合體,主要搭載于智能手機(jī)、安防視頻監(jiān)控、車載鏡頭等領(lǐng)域。多學(xué)科技術(shù)推動(dòng)光學(xué)鏡頭發(fā)展光學(xué)鏡頭的設(shè)計(jì)及制造是一項(xiàng)融合光機(jī)電算為一體的復(fù)雜系統(tǒng)工程,除光學(xué)相關(guān)技術(shù)外,機(jī)械、電子和軟件等多學(xué)科技術(shù)支撐行業(yè)不斷發(fā)展、推動(dòng)行業(yè)進(jìn)步。以變焦鏡頭的驅(qū)動(dòng)控制為例,變焦鏡頭的焦距變化是通過鏡頭內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)群組沿光軸方向的位置移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的,如何合理地移動(dòng)鏡片群組,并保持必要的精度是除光學(xué)設(shè)計(jì)外,變焦鏡頭面臨的另一個(gè)難題。最初誕生的變焦鏡頭形態(tài)為手動(dòng)變焦鏡頭,這種鏡頭在變焦和聚焦時(shí)需要手動(dòng)操作,控制精度較差,應(yīng)用受到限制。隨著驅(qū)動(dòng)技術(shù)的進(jìn)步,電動(dòng)變焦鏡頭采用馬達(dá)配合齒輪減速箱的方式替代人工控制凸輪外環(huán),一定程度上解決了手動(dòng)操作的麻煩,提升了群組驅(qū)動(dòng)控制的精度,但電動(dòng)變焦鏡頭在驅(qū)動(dòng)控制上仍存在不便:A、由于齒輪箱與凸輪結(jié)構(gòu)是多點(diǎn)接觸,在頻繁驅(qū)動(dòng)過程中容易磨損,造成控制精度的下降,驅(qū)動(dòng)壽命僅數(shù)十萬次,當(dāng)進(jìn)入需要高頻率變焦、聚焦的AI時(shí)代,過低的馬達(dá)壽命影響了鏡頭整體使用壽命;B、驅(qū)動(dòng)控制未實(shí)現(xiàn)閉環(huán),群組移動(dòng)無位置信息的反饋,群組定位精確性較差;C、凸輪結(jié)構(gòu)決定了整個(gè)鏡筒必須包含移動(dòng)群組、凸輪軌跡槽、鏡筒外殼等多層結(jié)構(gòu),造成鏡頭外徑和尺寸較大;D、受制于精密加工的工藝極限,凸輪結(jié)構(gòu)難以支持復(fù)雜的組合曲線軌跡,且隨著鏡片群組尺寸的增大,結(jié)構(gòu)精度就越難保證對(duì)復(fù)雜多組元聯(lián)動(dòng)式光學(xué)系統(tǒng)的兼容。為了打破上述困境,鏡頭工業(yè)在驅(qū)動(dòng)技術(shù)、精密加工技術(shù)、定位控制技術(shù)等方面展開了大量研究工作,變焦鏡頭驅(qū)動(dòng)技術(shù)演進(jìn),產(chǎn)生了一種全新的變焦鏡頭形態(tài)一體式驅(qū)動(dòng)技術(shù)。這一技術(shù)通過支架及步進(jìn)馬達(dá)的配合形式來驅(qū)動(dòng)群組位移,利用高精度的光耦傳感器輔助進(jìn)行群組定位,形成群組移動(dòng)的閉環(huán)控制。采用一體式驅(qū)動(dòng)技術(shù)方案的一體機(jī)自動(dòng)變焦AF鏡頭(簡(jiǎn)稱一體機(jī)鏡頭)相較同規(guī)格的電動(dòng)變焦鏡頭,具備小體積、高壽命、高精度、快速變焦、自動(dòng)聚焦等特點(diǎn),真正實(shí)現(xiàn)變焦過程的全程清晰,極大地拓寬了變焦鏡頭的應(yīng)用領(lǐng)域。從手動(dòng)變焦到電動(dòng)變焦再到一體式驅(qū)動(dòng),機(jī)械設(shè)計(jì)、電子及軟件控制技術(shù)的發(fā)展正推動(dòng)光學(xué)鏡頭的發(fā)展。隨著AI識(shí)別等智能化應(yīng)用對(duì)高速捕捉畫面的需求增加,鏡頭高速精準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)仍有較大突破空間,以不斷助力鏡頭實(shí)現(xiàn)快速精準(zhǔn)變焦、快速自動(dòng)聚焦性能,滿足下游智能化應(yīng)用需求。光學(xué)鏡頭行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新及發(fā)展非球面鏡片在提高光學(xué)性能、解決畸變、壓縮鏡頭尺寸等問題上具備突出優(yōu)勢(shì)。一枚非球面鏡片對(duì)球差、場(chǎng)曲等光學(xué)像差的矯正效果相當(dāng)于數(shù)枚球面鏡片,因此在光學(xué)鏡頭設(shè)計(jì)中引入非球面鏡片,可以在保證成像性能的前
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