镜头光学设计

1、1,鏡頭光學規格的介紹,Curtis,主題,2,Curtis,內容大綱,3,SPEC.,Curtis,未來發展,4,Curtis,BFL,基本光學系,5,1、Image circle sensor size(D)。 2、D + 0.4mm( Package 公差)。,MEMO：光學設計的考量，要從了解SENSOR開始。 光學設計需與SENSOR達到最佳配合。,sensor1,Curtis,6,sensor2,Curtis,尺寸表,7,FOV: Field Of View,D,f,FOV = 2 = 2 tan-1 D / 2f ,FOV,sensor,例：SENSOR對角線D=5mm， 焦點距

2、離f=3mm， 則FOV為： FOV = 2 = 2 tan-1 5 / 2*3 = 79.6(度),Curtis,8,F/#_1,D,f,sensor,F/#：決定光通量、影像的亮度。 F/# = f / D I0 1 / (F/#)2(進光量與F/#平方成反比)。,I0Image Intensity 流明 照度,MEMO：F/#數值愈小 設計上困難度愈高。 FOV愈大 設計上困難度愈高。,Curtis,9,F/#_2,F/2.8比F/4.0亮度亮兩倍。,例：F/#=2.8 & 4， 焦點距離f=50mm， 則入光大小為： F/# = f / D；D = f / F/# 1、D(F/2.8)

3、 = 50 / 2.8 = 17.86 2、D(F/4.0) = 50 / 4.0 = 12.5,1、D(F/2.8) = 50 / 2.8 = 17.86 2、D(F/4.0) = 50 / 4.0 = 12.5以圓面積計算公式計算如下：( R2 ) 1、3.14 * 17.862 1002 2、3.14 * 12.52 491 (面積F/2.8) 2 * (面積F/4.0),Curtis,10,F/#_3,CCD靈敏度較CMOS為高。,MEMO：CCD所使用的F/#值較大(即光圈較小)。 如果使用過大的光圈，則會落於飽和區 使得成像品質不好。,Curtis,11,MTF1,黑,白,Co (

4、Bmax Bmin) / (Bmax + Bmin) = contrast 代表的是層次感、立體感。,Lens design Good image Quality Image Quality： MTF Distortion CRA(tele-centric angle) RI Flare&Ghost,Bmax,Bmin,Curtis,12,0,50,100,MTF,0.5,1.0,(lp/mm),MTF2,截止頻率,MTF Ci / Co,Co ：物,Ci ：像,Optical system Non-perfect lens 因材料、加工、組立所產生的缺陷。,100%,70%,Curtis,1

5、3,MTF3,S：Sagittal，弧矢面，放射狀。 T：Tangential，子午面，同心圓狀。,Curtis,14,MTF4,0,100,1.0,(lp/mm),截止頻率,fN,Aliasing現象 False color Moire pattern,fN = Nyquist frequency = 1 / 2p 例：p = 3.2m fN = 1 / (2*3.2*0.001) = 1000 / 6.4 = 156 (lp/mm),MEMO：如何消除Aliasing?利用“OLPF”。,Curtis,15,OLPF1,OLPF： 1、雙折射式(Crystal、quartz) 2、繞射式(

6、grating 光柵),Curtis,16,OLPF2,false colors,Curtis,17,IR_CUT Filter_1,IR_CUT Filter,IR_CUT Filter 1、反射式(Reflection type)：干涉鍍膜。 2、吸收式(Absorption type)：藍玻璃。,Curtis,18,IR_CUT Filter_2,規格標示例：650nm 15nm T = 50,Curtis,19,IR_CUT Filter_3,反射式IR_CUT Filter的Angle shift 問題 入射角度增加，截止波長往短波長偏移。 吸收式_(藍玻璃、綠玻璃) 無Angle shift 問題 但，材料特性為質軟、容易起化學變化， 容易吸水有潮解現象，耐候性不佳等問題。,Curtis,20,CRA_1,C.R.(30),CRA(),Chief Ray Angle(CRA),A.S,I0,I,Image plane,與CRA有關的參數： 1、cos4 Law ： I = I0cos4 2、RI = I / I0 (相對照度),Curtis,21,CRA_2,Sensor端會要求CRA 符合此角度配合micro lens 的調整。(micro lens與sensor的距離，影響CRA需 求的大小),例：SENSOR的CRA要求希望25， A、RI =