lens 介绍

LENS 介绍
李伟
2015-2-5
一.光的直线传播(几何光学)
光在同种均匀的介质中是沿直线传播的。

1.影子的形成。

光从光源传播出来，照射在不透光的物体上，不
透光的物体把沿直线传播的光挡住了，在不透光的物体后面受不到光照射的地方就形成了影子。

2.小孔成像
用一个带有小孔的板遮挡在屏幕与物之间，屏幕上就会形成物的倒像，我们把这样的现象叫小孔成像。

3.激光准直
激光束作为基准线，在被测点上设置激光束的接收装置，求得准直点偏离值的一种测量方法。

二.光的反射定律
（1）反射光线、入射光线、法线都在同一平面内。

（同一平面内）
（2）反射光线、入射光线分居法线两侧。

（居两侧）
（3）反射角等于入射角。

（角相等）（∠r=∠i）
总结：当光射到物体表面时，被物体表面反射回去，这种现象叫做光的反射
三.光的折射
由于光在在两种不同的物质里传播速度不同，故在两种介质的交界处传播方向发生变化，这就是光的折射。

在折射现象中，光路可逆。

折射率是表明透明介质光学性质的重要参数。

各种波长的光在真空中的传播速度均为c，而在不同介质中的传播速度v各不相同，都比真空中的速度慢。

折射率n=c/v.我们把分界面两边折射率较高的介质称为光密介质，而把反射率较低的介质称为光疏介质。

Nsini=N’ sinr
四.光的干涉：两列或两列以上的光波在空间中重叠时发生叠加从而形成新波形的现象。

当两列光波的频率相同，相位差恒定，振动方向一致的相干光源，会产生光的干涉。

五.光的衍射
光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，光将偏离直线传播的途径而绕到障碍物后面传播的现象，叫光的衍射。

光的衍射和光的干涉一样证明了光具有波动性。

六.镜头成像光学模拟
七.镜头的像差
球差：由主轴上某一物点向光学系统发出的单色圆锥形光束，经该光学系列折射后，若原光束不同孔径角的各光线，不能交于主轴上的同一位置，以至在主轴上的理想像平面处，形成一弥散光斑（俗称模糊圈），则此光学系统的成像误差称为球差。

慧差：由位于主轴外的某一轴外物点，向光学系统发出的单色圆锥形光束，经该光学系列折射后，若在理想像平面处不能结成清晰点，而是结成拖着明亮尾巴的慧星形光斑，则此光学系统的成像误差称为慧差。

像散：由位于主轴外的某一轴外物点，向
光学系统发出的斜射单色圆锥形光束，经
该光学系列折射后，不能结成一个清晰像点，而只能结成一弥散光斑，则此光学系
统的成像误差称为像散。

场曲：垂直于主轴的平面物体经光学系统所结成的清晰影像，若不在一垂直于主轴的像平面内，而在一以主轴为对称的弯曲表面上，即最佳像面为一曲面，则此光学系统的成像误差称为场曲。

当调焦至画面中央处的影像清晰时，画面四周的影像模糊；而当调焦至画面四周处的影像清晰时，画面中央处的影像又开始模糊。

色差：由白色物体向光学系统发出一束白光，经光学系统折射后，各色光不能会聚于一点上，而形成一彩色像斑，称为色差。

色差产生的原因是同一光学玻璃对不同波长的光线的折射率不同，短波光折射率大，长波光折射率小。

畸变：被摄物平面内的主轴外直线，经光学系统成像后变为曲线，则此光学系统的成像误差称为畸变。

畸变像差只影响影像的几何形状，而不影响影像的清晰度。

这是畸变与球差、慧差、像散、场曲之间的根本区别。

八.镜头的规格
ITEM VALUE
Structure 5 plastic 光学的构成，由5pcs塑胶镜片组成
Effective focal length 3.81mm 有效焦距，影像镜头的视场角和光圈大小
F/NO 2.2 光圈，反映镜头通光量大小
Max image circle Φ6.17mm 最大像面，镜头最大像面大于sensor感光区对角线长度，否则产生暗角FOV(Diagonal) 74.4°视场角,镜头观测的范围,与焦距和像面大小有关
TV Distortion 0-1.5% TV畸变,指拍摄物体后垂直与水平的变化量
Back focus 1.05 光学后焦,镜头的最后一片镜片的顶点到像面的距离
TTL 4.45 光学总长,镜头前端面到像面的距离
Max CRA 32.4°主光先入射角,镜头的射出光线相对于主光角射入sensor的角度
IR-CUT wavelength none 滤光的作用,支持可见光拍摄
resolution 13M 具有13M像素的解像能力
flare 由镜头产生的杂散光，影像成像质量
1.焦距是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方式，指平行光从透镜的光心到光聚集之焦点的距离。

镜头焦距的长短决定着拍摄的成像大小，视场角大小，景深大小和画面的透视强弱.
2.光圈
对于定焦镜头光圈越大,通光量就越大.在一般环境下由于sensor会自动调整曝光值,此时比较不出FNO不同的镜头差异.
在低照度时,sensor曝光已经达到极限,FNO大的镜头会在亮度和噪点上会有比较好的表现.
10lux照度下,FNO 2.0拍摄10lux照度下,FNO 2.8拍摄
3.FOV 视场角越大，画面中取景范围越大，视场角越小，画面中取景范围就越小。

4.Lens CRA match sensor CRA
从左边的示意图，可以看到三种情况。

1.镜头的光线垂直射入sensor microlens
时所有的光线都打到了sensor的感光面
上。

2.镜头的光线斜射到microlens时，角度
过大时会有部分光线被挡住。

造成成
像四角较暗的现象。

3.镜头的光线斜射到microlens时，斜射
角度过大，部分光线跑偏，造成偏色
的现象。

镜头的分辩率是指在成像平面上1毫米间距内能分开的黑白相间线条对数，单位
lp/mm。

是衡量镜头的重要指标之一。

MTF (modulation transfer function 调制传递函数)反映镜头的反差和分辨率
分辨率图版M=(Imax-Imin)/（Imax+Imin）镜头成像 M*==(I*max-I*min)/（I*max+I*min）MTF=M*/M
1、低频曲线反映了镜头的反差特性，这条曲线越高代表镜头反差大。

2、高频曲线反映镜头分辨率特性，这条曲线越高代表镜头分辨率越高。

3、弧矢曲线与子午曲线越接近两者距离越较小，代表镜头像散越小。

4、MTF曲线越平直越好，越平直越说明边缘与中间一致性好。

5.分辨率
6.flare
光束在透射面间的反射是产生杂光的主要原因，鬼影主要是透射界面的残余折反射形成的。

消除杂散光的方法：
1.设计消杂光光阑
2.镜面镀增透膜
3.镜筒、holder材质的消光处理
7.景深
景深是指在摄影机镜头或其他成像器前沿能够取得清晰图像的成像所测定的被摄物体前后距离范围。

光圈、镜头、及拍摄物的距离是影响景深的重要因素：
1、光圈越大（光圈值f越小）景深越浅，光圈越小（光圈值f越大）景深越深。

2、镜头焦距越长景深越浅、反之景深越深。

3、主体越近，景深越浅，主体越远，景深越深。

九.如何去选择优秀的镜头。

1.镜头的透光性好、反差大、分辨率高
2.镜头的失真度小
3.镜头的杂光小
4.镜头的景深大，要结合结构一起评估
5.合适的视场角
6.镜头的CRA和sensor的CRA匹配
7.镜头的相对照度高
8.根据产品的结构选择合格的镜头。