LENS 镜片知识介绍

Aspherical plastic lens塑膠非球面鏡片用塑膠成型的的方式射出此塑膠鏡片，可分為模四穴，或模六穴, 模八穴。雖然一次射出較多穴數，每枚的單位成本就較低，但也因此越多模數，每片鏡片的精度就越難控制。也因此考驗每家鏡頭廠的功力Aberration像差攝影鏡頭無法完全將一個點或是一混合波長光成像還原為一個點，稱為像差。連續光譜的像差為色像差；單一波長的像差則有球面像差、彗星像差、像散現象、像面彎曲、歪曲像差。舉例來說，原來一個黑點拍成相片後變成一個類似彗星拖著尾巴的成像，稱之為彗星像差。Aberration像差攝影鏡頭無法完全將一個點或是一混合波長光成像還原為一個點，稱為像差。連續光譜的像差為色像差；單一波長的像差則有球面像差、彗星像差、像散現象、像面彎曲、歪曲像差。舉例來說，原來一個黑點拍成相片後變成一個類似彗星拖著尾巴的成像，稱之為彗星像差。Angle of view視角鏡頭涵蓋角度，通常以焦距代表。焦距越短，視角越廣。Aperture光圈單眼相機的交換鏡頭內，多枚葉片以虹彩形狀繞成之調整光線進入的孔。鏡頭上應有標示該鏡頭的最大光圈（級數稱為f值），如55mm 1:2.8，前者表示焦距55mm，後者表示最大光圈為f/2.8。光圈數字越小，表示光圈越大，如f/2比f/2.8光圈大一級（1.4倍為一級）。f值等於焦距除以光圈入口瞳孔之直徑，最大光圈越大的鏡頭，鏡片直徑通常較大，價格也較昂貴。光圈大小的變化，不僅可以改變透光量，還可以控制景深。特別是景深的要求在人像拍攝中特別被強調。由於光圈孔徑的最大直徑主要受到鏡頭的鏡片大小影響，也因此如要造大光圈，在標準規格下鏡片就必須加大，鏡片加大，連帶著成本和製造費用就愈昂貴。在傳統相機的世界中，光圈大上一級得，往往價格也會成等比級數升高。所以沒有一支鏡頭，在製造時能擁有所有的光圈。一般用途的35mm相機鏡頭，光圈大多從f/1.4到f/22，大型相機(4X5)的專用鏡頭，才有光圈小到f/64，但卻也限制其光圈最大值只能到f/5.6APO鏡頭Sigma APO鏡頭選用超低色散鏡片，以矯正色散現象（不同波長之光線經折射後不能在一個平面上聚焦），提高畫質。Aspherical lens非球面鏡非球面鏡用以消除彗星像差與耀光，盡量矯正像面彎曲、歪曲像差，由於一枚非球面鏡的矯正能力等於多枚球面鏡片，因此鏡頭中使用非球面鏡片可以達到輕量化。一般又分為塑膠與玻璃非球面 。Aspherical molding glass lens玻璃非球面模造鏡片與塑膠非球面不同,模造玻璃是最常用來製造玻璃非球面的技術。作法為先將專用的玻璃材質加熱至有點軟化的階段，可是又不能太軟，趁材質有點軟化時用開好的模造模具上下壓鑄成型，等一段時間後拔模就可成為想要的非球面玻璃形狀。 玻璃非球面因為有玻璃近乎100%的透光度又有非球面鏡片的優點，可省卻整個鏡頭模組的體積與鏡片數，最常用來運用高級又重視鏡頭體積的相機鏡頭模組中。各種類型非球面玻璃鏡片B快門指長時間曝光，有的相機標為T快門。BASIS自動對焦系Base-Stored Image Sensor的縮寫，多數AF相機的對焦機構。Bracket以標準曝光指示再做曝光修正。這是避免在光線不佳情況下失敗，且要獲得正確曝光的方法。 將曝光作些微的調整，也可以改變色調。CCM (Compact Camera module)微型相機模組，最常用於照相手機，以感應器來說裡面有CCD 與CMOS sensor 兩種。以鏡頭來說有固定焦距，Micro/Normal近拍與正常焦距的兩段鏡頭, AF自動對焦，甚至變焦鏡頭。有的會把Backend IC 打在此模組內，有的會分開單純只是打Sensor成一相機模組。CCD (Couple Charge device)微型相機模組，最常用於照相手機，以感應器來說裡面有CCD 與CMOS sensor 兩種。以鏡頭來說有固定焦距，Micro/Normal近拍與正常焦距的兩段鏡頭, AF自動對焦，甚至變焦鏡頭。有的會把Backend IC 打在此模組內，有的會分開單純只是打Sensor成一相機模組CCI (Color Contribution Index)CCI指的是在特定光源與協議下的標準軟片，某一鏡頭表現色彩變化的指數。量化為CCI座標，有三個軸，分別表示紅、藍、綠三原色。0/5/4被定為基準值，並界定CCI座標容許範圍，以供鏡頭製造商參考。超過容許範圍的話，就是鏡頭的色調偏差太大。Centerweighted averaging metering中央重點式測光測光偏重中央，其餘畫面與以平均的測光。較適用於風景攝影。至於中央面積的多少，因相機不同而異，約占全畫面的20-30%。CMOS自動對焦系Complementary metal oxide semiconductor sensor，此新式的自對對焦系（元件），搭載在Canon EOS-3與EOS 300上，強調讀取對焦資料更迅速、單位面積的像素更高（可增加對焦點）、耗電量低等的優點，過去在應用上的問題在於像素的提高，會影響噪訊比使的低亮度的noise太高。Close Down 同Stop down為降低光圈一格的專業術語。CloseUp 特寫以比正常的視距更短的距離拍攝位置。強調照片的細部。Coating鍍膜鍍膜是在鏡頭表面鍍上非常薄的透明薄膜。目的是希望減少光的反射，增加透光率，並抑低耀光、鬼影；不同顏色的鍍膜，也使的成像色彩平衡的不同。此外，鍍膜尚可延遲鏡片老化、變色的時間。Composition 構圖景象中主體，圖片，色調與光線的安排。端視每一個攝影者所強調的或特別想傳達的感情。C-PL圓形偏光鏡自然光會向四面八方均勻振動，而偏光鏡讓通過的光線只剩下一定的振動方向，因此可以減少水面、玻璃等的反射，也可使天空更藍。偏光鏡可以分為線型偏光鏡與圓形偏光鏡，圓形偏光鏡通透的光線，其振動方向以螺旋狀迴轉前進，適用於自動對焦與自動測光的相機。vature of field像面彎曲一平面物體不能夠真能成像為一平面，而是成像為一曲面，即為像面彎曲。此現象會使的畫面周邊畫質模糊，縮小光圈也不能改善像面彎曲。像面彎曲Depth of field景深當鏡頭對主體對焦時，在主體前後若干距離內的物體，也會成清晰影像，景深即是這段前後皆清晰的距離範圍。換句話說，一張風景照片我們希望景深長些，就是希望包括前景與背景都盡量清晰。光圈、鏡頭焦距、鏡頭與被攝物距離，都會影響景深。光圈越小、鏡頭焦距越短、與被攝物距離越遠者，景深越長。Diaphragm 光圈鏡頭內一組葉片的開口大小，由此開口決定進光量。Distortion歪曲像差一條直線經過鏡頭拍攝後，變成彎曲的現象，稱為歪曲像差。向對角線往外彎的是枕狀變形（Pincushion），向內彎的是桶狀變形（Barrel）。一支變焦鏡頭，通常在廣角端呈現桶狀變形，而在望遠端呈現枕狀變形。EOSElectronic Optical System，Canon的135單眼自動對焦相機系列。第一部EOS相機是1987年的EOS 650。E-TTLEvaluative Through-The-Lens，係指Canon的先進閃光曝光系統。相機會依對焦點的選擇，考慮現場光、預先閃光讀數、對焦點加重計算，甚至畫面的明暗度分布與主體位置，來決定適切的閃燈與相機曝光值。EV number曝光值在特定底片感度，某個明亮度下結合光圈與快門速度，可以產生正確的曝光值，稱之為EV值。18 percent Gray Card灰色平衡卡一張能反射大約18% 的光，用來測反射光讀數標準的卡。Eye controlled focus眼控對焦Canon獨有的眼控對焦，係利用接目鏡上的紅外線發光二極體，進入人眼被視網膜反射後，回到相機內經由SI鏡片，投射到眼控BASIS感應器，相機便可以檢知眼睛所看的位置，以進行眼控對焦。f-stops:通常以f 級數來表示鏡頭的聚光性能， 鏡頭光圈口徑開得越大傳入感應器的光線就越多。 其公式為 f= 焦距/透鏡實際直徑。 而在鏡頭內的光圈控制可以調整進光量大小。 例如一個透鏡直徑1.8英吋、焦距8英吋的鏡頭，其最大光圈口徑為f-5。 Flare炫耀光鏡片的反覆折射、鏡筒內面的反射或散射、相機內部表面的散射等，造成軟片上一部份因此有害光線的影響而使鮮銳度下降。Floating system浮動對焦系統一般鏡頭的設計，都在常用對焦距離處有最佳的像差矯正，卻可能在最近拍攝距離時出現結像差的情形。採用浮動對焦系統，可配合鏡頭伸出的長短，移動一整群鏡片，可以讓近距描寫提昇畫質。Fluorite螢石螢石學名為氟石，不像一般光學玻璃以二氧化矽為主要原料，與氟化鋇、鑭一同在高溫熔融而成。螢石由於特有的結晶構造，而有低曲折率、低色散的優點。應用在鏡頭設計上，可以達到周邊畫面影像的提昇、鏡頭全長縮短的好處。除了天然螢石，也可以人工培養結晶（氟鈣化物），但成本非常高昂。Focal length焦距焦點對在無限遠時，鏡頭的後側主點到感測器或底片平面的距離。Focus焦點一束平行光線通過凸透鏡後，會在某距離處成像為一點，這個光線聚集點，稱之為焦點。Focusing對焦在自動對焦時，有幾種方法進行對焦通常在數位相機中有兩種， 一種是發射紅外線光源另一個接收器或利用 CCD進行測距又稱為主動式對焦，另一種用超音波。Ghost image鬼影當太陽光或點光源進入鏡頭，經過多次反射之後，在光源的相對位置形成之清晰亮點，有如幽靈一般，稱之為鬼影。鬼影算是光斑的一種。GN閃燈指數Guide number，使用100度軟片時，GN值除以光圈值，等於閃燈正確曝光的距離（可以公尺或英尺作單位）。HSM超音波馬達Hypersonic Motor，Sigma所發展的鏡頭內置超音波馬達ISO感光度ISO (International Standards Organization) 國際標準協定軟片對光的敏感度；低感光度指ISO 50以下的軟片，中感光度指ISO 100200，高感光度為ISO 400以上。Image stabilizer防手振機構當啟動對焦時，修正光學系統同時被喚醒。迴轉儀感應器會偵測鏡頭振動的方向與速度，傳送給微電腦知道。微電腦計算出需要校正的量，將訊號傳給可動線圈，讓修正光學鏡片組作平行移動。微電腦會再比較鏡頭振動量與矯正的量，然後迅速調整，維持影像穩定。Mirror lock-up反光鏡鎖起快門簾幕開啟前，反光鏡會先跳起，讓光線進入軟片（兩動作連續完成）；但有反光鏡鎖起的功能的相機，可以先將反光鏡跳起，再按下快門（兩動作分開）。其目的是避免反光鏡瞬間彈起的震動，造成影像的些微模糊。MTFModulation transfer function，以反差的概念來檢定鏡頭的鮮銳度。橫軸為以畫面為中心的距離（越靠右邊表示畫面的邊緣），縱軸為反差大小，而MTF曲線分為不同空間頻率（如10 line/mm, 30 line/mm等），前者越接近1，即反差特性良好；後者越接近1，就是高解像力鏡頭。此外圖上一般畫有實線與虛線，分別代表畫面的上下軸、左右軸。Multi-exposure多重曝光同一格軟片，曝光超過一次以上，即為多重曝光；適合拍攝煙火或其他特殊效果之用Multi-zone evaluative metering多區域評價測光測光系統將整個畫面分成多個區域（不同的相機劃分的形狀、方式不同）並依主體所在，決定每個區域的測光加權比重，全部衡量後，決定曝光值。Overrides調整或干預相機的自動曝光系統，曝光修正或改變ISO值。Range-finder測距連動相機測距連動相機，也就是所謂的雙眼相機，例如Leica M6、Hexar RF、BESSA-R等的實像式連動測距相機，即相機的機械裝置用三角定位法求出主體距離，並使鏡頭的對焦系統連動。Rear focus後組對焦為了因應高倍率變焦鏡及輕量化，對焦時不再全組移動鏡片，而是將鏡片系分割成偶數的群組，只移動最後部的鏡片組來作對焦，稱為後組對焦。Rear-Curtain Sync後簾同步後簾同步又稱第二簾同步，閃燈會在快門的後簾幕開始移動之前發出閃光（可以想像為快門簾幕將關閉之前才發出閃光，有別於前簾同步），使用在慢速快門且主體移動場合，可得到較合宜的效果。RGB測光Nikon F5專有的測光方式，不只分析畫面中的光線與反差，並由1005點RGB感應器（紅/藍/綠），去分析畫面中物體的色彩。例如容易發生測光偏差的白雪、大範圍的藍天、黃花等，都可以由電腦內豐富的資料庫圖庫去分析，找出最佳的曝光值。Shutter priority快門先決由攝影者調整快門值，再由相機自動測光後決定光圈值；快門先決的曝光，較適用在使用閃燈時或手持擔心相機晃動時用。Slide film正片正片也稱Color reversal film或Color positive film，即為一般所稱的幻燈片。可在分彩色正片與黑白正片。SLR單鏡反光機Single Lens Reflex，即所謂的單眼相機，透過一個半反射鏡及稜鏡，可從觀景窗觀看鏡頭內的景物，並作對焦。Spot metering定點測光 以觀景窗畫面中以極小的部份進行測光。Stop在曝光系統中用來表示光圈級數的單位，可分擴大或縮小光圈。例如快門速度1/500 和1/250之間也是一個 Stop。TTLThrough the lens的縮寫，指測光（AE）系統是經過鏡頭來測光。Through focus在固定空間頻率，特定視場角與波長下，因成像面位置誤差所引起之MTF變化。在鏡頭組裝中，可以輔助判定成像面的位置所需的精度。UD glassUD為Ultra-low Dispersion超低色散的意思，其屈折率與色散情形，介於螢石和一般玻璃之間，應用在大口徑變焦鏡頭，或是超望遠鏡頭，可以提昇鏡頭質素。USM超音波馬達Ultrasonic motor的縮寫，原理為用超音波振動能量帶動旋轉，以其低轉速、高扭力的特性，達到靜音、快速對焦的目的。Vignetting周邊暗角底片上曝光的光度，由中央到角落有減弱的情形，造成四周較暗的現象。Vignetting可能是鏡頭造成之自然表現，或不當使用遮光罩或濾鏡造成。X-sync閃光同步速度相機可與電子閃燈配合的最高快門速度，越頂級的相機，X-sync快門越快。Zone system分區曝光法安瑟亞當斯所創立，能在拍攝時即可精確掌握照片反差調子的一種曝光法。首先將照片由全黑到全白，分為11區，中灰部稱為V區。量度所拍攝物體的亮度，而在顯影、放大過程中經由各種調控方法，直到獲得合乎想要的結果，表達出最佳的層次感。色相與飽和度人類對於色彩的概念，可以用很多種方式來描述，其中普遍被接受的描述方式有下列幾種：1. HSB模式以人類視覺感知為基礎的色彩描述模式。是美國人Albert Henry Munsell發明的色彩表示標準。一種顏色可以用下列三種參數來定義：色相（Hue）：是指物體所反射（或穿透）進入人眼的的光波波長。這就是我們平常所見到的顏色，像是紅、橙、黃、綠等等。 飽和度（Saturation）：是指色彩（color）所呈現的強度或純度。飽和度顯示的是色相中所含的灰度（gray）百分比。例如：飽和度為0表示全灰，100表示全飽和。Saturation有時也表述為chroma，有人譯成彩度。亮度（Brightness）：指色彩（color）的明暗（lightness and darkness）程度。通常以0表示全黑色，以100表示全白色。Brightness也稱為Value，有人譯成明度。可視光(Visible light)：指眼睛可以見到的光線，由下圖可知波長超過700或低於400 都非人眼看的到的範圍。2. RGB三原色模式在人類的可見光頻譜中，有一大部分可用三種原色光的不同混合比例來表示。這就是大家熟知的紅綠藍三原色光。三種原色光混合之後，產生的是次級色光（在這裡為藍、洋紅、和黃光）。三種原色光等比例混合之後會形成白光。這種模式常被用在打光、視訊系統、電影、或者是監視器螢幕上。也就是說，這些系統以發射出不同比例的色光混合以呈現各種顏色，又稱為加成色（additive colors）。3. CMYK模式這是在四色印刷或印前作業所採用的洋紅（M）、黃（Y）、藍（C）、黑（K）的色彩表示標準。相較於RGB模式必須有光源產生色彩，CMYK模式則是以印刷油墨所吸收的頻譜為基礎。光線投射在印刷油墨上，有一部分的頻譜被油墨吸收，至於沒有被吸收的則反射到人的眼睛中而產生色彩。理論上，洋紅、黃、藍三色油墨混合會產生黑色，因為這種黑理論上會吸收所有可見光頻譜而讓我們看到黑色，所以又稱為吸收色（substractive colors）。但是油墨總是含有一些不純物質影響吸收效應，所以混合出來的顏色並不是純黑（而是棕灰色）。為了表示全黑，才又引進全黑的油墨（以K表示，避免與藍blue混淆）。4. CIE L*a*b模式有鑑於色彩標準過多，無法統一，國際標準色彩協會色彩特別在1931年制訂了一套國際通用的色彩表示標準。這套色彩系統與印刷設備與器材都沒有任何關係。L*a*b由一個垂直軸心表示明亮度（Luminance）的全白到全黑，兩個水平延伸面表示色彩，其中之一為紅到綠色，另外一個面表示藍到黃色。5. 全色階模式這是把人類可見光頻譜所能表現的色彩作一整體性的整合所得出來的色彩表示方法。其中包括設備所能顯示的色彩和設備所能印刷出來的色彩。根據這種整合方式，色彩表示能力如下：CMYKRGBLAB亦即：有些大自然的色彩是可以被看到、可以被系統設備顯示，但超過CMYK的表現範圍的。色溫色溫的度數以K做單位，是由英國物理學家W.T.Kelvin所制定，色溫的劃分標準與攝氏溫度計相同，但起始點不同，色溫的零度相當於攝氏-273.15度。色溫度數的計算方式，是將標準黑體（金屬）加熱後發出某一色光所需的攝氏溫度加273，就是該色光的色質。如攝影用的鎢絲燈光的色溫為3200K，就是標準黑體加熱到2927度時所發的光。當光線色溫在4800k以下時以day light底片拍攝會呈現橙黃色，5200k以上則會呈現偏藍現象。相机模组PLCC(Plastic Leader Chip Carrier)通常用來封裝熱度較不高的晶片, 需要防止灰塵落在晶片上面的一種封裝方式 晶片上通常會有一片玻璃或濾光片(Filter)蓋住, 最常用在數位相機用的 CCD 或 CMOS sensors上。Substrate 用塑膠材質的就叫 PLCC 用Ceramic的 就稱CLCCCLCC(Ceramic Leader Chip Carrier)POB(Package On Board)將晶片用PLCC或CLCC 的封裝方式打在硬板(PCB)上的一種封裝方式，這種方法的好處是因為有用PLCC或 CLCC封裝過，較不用考慮灰塵(Particle)的問題。但是缺點是高度會比用COB做的還高一點。 POF (Package On Flexible)將晶片用PLCCC或CLCC 的封裝方式直接打在轉板(FPC)上的一種封裝方式。這種方法的好處是因為有用PLCC或 CLCC封裝過，較不用考慮灰塵(Particle)的問題。但是缺點是高度會比用COB做的還高一點。 和POB比起來因為直接打在軟板上面, 軟板較軟，得注意Sensor與鏡頭組裝後垂直 Alignment 的問題。COB(Chip On Board)直接將晶片Chip 打在硬板或軟板上面，打在硬板上就叫COB， 打在軟板上就叫 COF。在這些接合方式中以超音波接合(Ultrasonic Bonding，U/S)、熱壓接合(Thermocompression Bonding，T/C)或熱超音波接合(Thermosonic Bonding，T/S)等方法將細金屬線或金屬帶依續打在IC晶片與引腳架或構裝基板的接墊(Pad)上而形成電路連接。 應用在 Sensor 接合上以熱壓接合較普遍，它首先將穿過以氧化鋁(Alumina，Al2O3)、碳化鎢(WC) 高溫耐火材料製成的毛細管狀接合工具(Bonding Tool/Capillary，也稱為瓷嘴或銲針)的金屬線末端以電子點火(Electrical Flame-off，EFO)或氫燄(Hydrogen Torch)燒灼成球，接合工具再引導金屬球至第一接墊位置上藉熱壓擴散接合效應進行球形接合(Ball Bond)，接合時金屬球將受壓變形，其目的在增加接合面積、減低界面粗糙度對接合品質的影響、穿破氧化層及其他妨礙接合的因素。球點接合完成後，接合工具隨即升起，引導金屬線迴繞至第二接墊位置上進行楔形接合，由於熱壓接合工具與超音波接合楔頭的形狀不同，熱壓接合所形成的楔形接點呈新月狀(稱為Crescent Bond)。熱壓接合通常採用接合工具與基板接墊同時加溫的方式進行，前者約加熱至300400，後者則有150250的加溫。Wire bond 拉線原理與銲針COF(Chip On Flexible PCB)直接將晶片Chip 打在硬板或軟板上面，打在硬板上就叫COB， 打在軟板上就叫 COF。詳細解釋請見 COB。CSP (Chip Scale Package)此種封裝方式應用在手機用的sensor上很廣， 擁有最多專利的以色列公司shell case 為技術領導者。 相較於 COB 它的好處是對於相機模組廠製程容易，只要擁有SMT線即可生產，對於相機模組廠微塵Particle的控管也較容易，因為每一個用CSP封出來的sensor 上面都附上一層玻璃的關係。在製造相機模組的過程中遇到微塵Particle較好清理，由於兩旁不需拉精線(Wire)，與 COB 的模組比起來長寬相對也會較短。但缺點是CSP的Sensor封裝供應商相當有限而且隨著解析度越高此種封裝的良率也越低，因為Sensor die 與玻璃之間有一層類似Epoxy 的黏著膠質去做固定，此種膠質會折損約20-30%的透光率，影響到影像品質。 為克服此問題，相關廠商也對此封裝方式作一改良讓黏著膠質只黏到四周，盡可能降低透光率之影響。Flip Chips覆晶技術 :在半導體製造領域中，無論晶圓(Wafer)尺寸從4英吋到現在已投入設廠的12英吋晶圓廠，線路微縮細密化製程技術提昇也已進步到目前的0.13 m。同時，封裝型式由早期的SO系列、目前主流產品QFP、BGA球柵陣列封裝，演進到大家全力發展的CSP晶粒尺寸構裝(Chip Scale Package)。封裝技術發展現況，目前腳數(pin counts)為 5604,300，pitch 150 m-200 m。以封裝技術發展趨勢推估，引用覆晶封裝技術(Flip-Chip)，將來腳數可達到56014,400，pitch 70 m-80 m，除此之外，覆晶封裝技術具有電性佳、尺寸小、散熱佳及高功能等優點。目前Flip Chip應用可在CPU產品，但是未