攝像模組光學基本知識

攝像模組光學基本知識第1頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六一光學術語

1焦距(FocalLength或EFFL)2相對孔徑(FNo.)

3視場角(FOV)4鏡頭總長和光學總長(TTL)5機械后焦(MBF)和光學后焦

6最佳對焦距離和景深

7光學畸變(Optdistortion)和TV畸變(TVdistortion

第2頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六8相對照度(Relativeillumination)9最大出射角(Maxchiefangle)10IRFilter(濾光片)11MTF12鏡頭生產周期

13鏡頭常用鏡片材質

14關于鏡頭和SENSOR的匹配

15關于低高度鏡頭及鍍膜的作用

第3頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六是指一個光學系統(tǒng)從起像方主面到焦點間的距離,它反映了一個光學系統(tǒng)對物體聚焦的能力.(示意圖如下頁)1焦距(FocalLength或EFFL)第4頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六

第5頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六一個光學系統(tǒng)成像亮度指標,一般簡稱F數(如傳統(tǒng)相機上所標識),在同樣的光強度照射下,其數值越小,則像面越亮,其數值越大,則像面越暗.對于一般的成像光學系統(tǒng)來說,F2.8-3.2就比較合適,如果要求F數越小,則設計越難,結構越復雜,制造成本就越高.2相對孔徑(FNo.):第6頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六一個光學系統(tǒng)所能成像的角度范圍.角度越大,則這個光學系統(tǒng)所能成像的范圍越寬,反之則越窄.在實際產品當中,又有光學FOV和機械FOV之分,光學FOV是指SENSOR或膠片所能真正成像的有效FOV范圍,機械FOV一般大于光學FOV,這是有其他考慮和用途,比如說需要用機械FOV來參考設計Module或者手機蓋的通光孔直徑大小.(示意圖如下頁)3視場角(FOV)第7頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六

第8頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六光學總長是指從系統(tǒng)第一個鏡片表面到像面的距離;而鏡頭總長是指最前端表面(一般指Barrel表面)到像面(例如Sensor表面)的距離.一般來說,鏡頭太長或太短其設計都會變得困難,制造時對工藝要求較高.(示意圖如下頁,UNION的鏡頭規(guī)格書中圖面所標注的E即為機械總長)4鏡頭總長和光學總長(TTL)第9頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六

第10頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六機械后焦是指從鏡頭機械后端面到像面的距離,而光學后焦是指從鏡頭最后一個鏡片的最后一面到像面的距離.它們兩者的差別隨不同光學系統(tǒng)的不同而不同.同時在光學行業(yè)內對光學后焦也有兩種表達,聯(lián)合光電目前采用光學后焦1的描述.(示意圖如下頁)

5機械后焦(MBF)和光學后焦第11頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六

第12頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六景深反映了一個光學系統(tǒng)對空間物體成像清晰程度.而最佳對焦距離是指一個光學系統(tǒng)景深最佳時的調焦距離,這里講的最佳在實際應用時其實是相對而言的.對焦距離取決于使用者(客戶或消費者)希望光學系統(tǒng)所能拍攝的距離范圍.

理論上的超焦距距離不一定是該鏡頭的最佳調焦距離.

如果在最佳調焦距離調好焦以后,再確認遠景和近景時,鏡頭的解像力理論上都會下降,

故為達到一定的景深范圍一定要選擇合適的調焦距離.6最佳對焦距離和景深第13頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六畸變是指光學系統(tǒng)對物體所成的像相對于物體本身而言的失真程度.光學畸變是指光學理論上計算所得到的變形度,TV畸變則是指實際拍攝圖像時的變形程度,DC相機的標準是測量芯片(Sensor)短邊處的變形.一般來說光學畸變不等于TV畸變,特別是對具有校正能力的芯片來說.畸變通常分兩種:桶形畸變和枕形畸變.(示意圖如下頁)7光學畸變(Optdistortion)和TV畸變(TVdistortion)第14頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六

第15頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六它是指一個光學系統(tǒng)所成像在邊緣處的亮度相對于中心區(qū)域亮度的比值,無單位.在實際測量的結果中,它不僅同光學系統(tǒng)本身有關,也同所使用的感光片(SENSOR)有關.同樣的鏡頭用于不同的芯片可能會有不同的測量結果.

關于鏡頭亮度的均勻性:從光學設計理論上講,鏡頭周邊照度相對中心一定會有下降．一般要求光學設計應達到50%以上.

8相對照度(Relativeillumination又簡寫為RI):第16頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六它是指光學系統(tǒng)(鏡頭)所能拍攝范圍內的光(主光線)在通過光學系統(tǒng)(鏡頭)后到達像面(如SENSOR)時同像面所成的最大夾角.出射角越小設計越困難,相應的成本也會增加,鏡頭的總長也會相對變長.

一般說來,要求鏡頭的CRA要小于SENSOR所要求的CRA,但考慮到SENSOR本身對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(Maxchiefangle)第17頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六

它主要用于調整整個系統(tǒng)的色彩還原性.它往往隨著芯片的不同而使用不同的波長范圍,因為芯片對不同波長范圍的光線其感應靈敏度不一樣.

一般說來,要求鏡頭的IRF截止波長要同SENSOR所要求的IRF截止波長相匹配,否則可能會出現色彩還原性不好.不過色彩還原性或偏色問題也同模組的軟件調整有關系.10IRFilter(濾光片)第18頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六它從一定程度上反映了一個光學系統(tǒng)對物體成像的分辨能力.一般來說,MTF越高,其分辨力越強,MTF越低,其分辨力越低.由于MTF也只是從一個角度來評價鏡頭的分辨率,也存在一些不足,故在目前的生產中,大多數還是以逆投影檢查分辨為主.(示意圖如下頁)11MTF

第19頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六MTF的全稱是調制傳遞函數,這是從光的波動理論發(fā)展而得到的一種描述光學系統(tǒng)分辨率的表達方式,其基本計算公司如下:S(V)=4/π{M(v)/1-M(v)/3+M(v)/5-M(v)/7+M(v)/9-M(v)/11+¨¨¨

注:這里,S(V)issquavewaveresponse,M(v)isthesinuoidalmodulationresponse,andvisthespatialfrequency.關于MTF的計算:第20頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六

第21頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六12產品開發(fā)及樣品周期

1)非球面鏡片開模周期:一般為4-5星期;2)黑色部品模具周期:3-4星期.3)產品開發(fā)周期:模具+試作一般需要2個月.4)鏡頭樣品生產周期:塑膠鏡片成形時間一般為6-8個小時,鍍膜5-6個小時,組立4-8個小時,檢測及數據準備4-5個小時,所以在沒有庫存而模具又能夠及時切換的情況下,從接到P/O或聯(lián)絡到樣品完成最快需要3個工作日.

第22頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六目前常用鏡片材質:

塑膠鏡片:ZENOEX,PC,PMMA

玻璃鏡片:國產環(huán)保材料庫中的材料濾光片:K9/B27013鏡頭常用鏡片材質第23頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六

關于鏡頭和SENSOR的匹配,一般需要考慮以下幾個問題:1分辨率或者像素;2芯片大小和鏡頭像面大小;3鏡頭后焦及模組的封裝方式.

14關于鏡頭和SENSOR的匹配第24頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六關于低高度鏡頭設計難點:1由于鏡頭高度很短,光路通過的路程短卻要達到相同的成像效果,故對光學設計工程師的理論知識要求很高;2由于鏡頭很短,所有的光學零件都變得很薄,尤其是鏡片,這時候起加工工藝性要求很高,要么沒有量產性,要么加工成本非常高.15關于低高度鏡頭及鍍膜的作用第25