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一、光學鏡頭基礎知識

GB/T 9917.1-2002 《照相鏡頭 第1部分 變焦距鏡頭》

1、零部件不得有銹蝕，外露表面的涂、鍍層應平整、均勻、牢固，相同的涂、鍍層色澤應一致，不得有剝落、劃傷以及局部未涂、鍍、著色等有損美觀的缺陷。

2、外露零件應完整，不得有裂紋、毛刺和顯著的傷痕、變形等缺陷。連接部位的間隙、間距應基本相等，不得有顯著的傾斜、偏移。緊固部位應連接可靠，不得有松動現(xiàn)象;緊固件應緊固到位，螺釘表面不得劃傷，起子槽不得有擰傷現(xiàn)象。

3、各檔孔徑光闌片的形狀、位置應規(guī)則均稱，不得有顯著的畸形變化，光闌片色澤應均勻一致。

4、商標、文字、符號、線條等標志應準確、完整、清晰、色澤鮮明、著色牢固，不得有影響使用和美觀的疵病。

5、粘貼件和調(diào)節(jié)環(huán)套圈應平整光潔、色澤均勻、花紋完整清晰，粘貼應附著牢固，套圈應松緊適宜，不得有顯著的劃痕、損傷、變色、隆起及粘貼劑外露等影響美觀的疵病。

6、光圈調(diào)節(jié)應輕便可靠、換檔明顯。F數(shù)指示線應對準F數(shù)的中心位置，其指示誤差不得超過一個數(shù)字的寬度。

7、調(diào)焦應平滑舒適，不得有晃動、卡滯現(xiàn)象，在反向調(diào)焦時不得有松動、空回感覺。

8、變焦應平滑舒適，不得有晃動、卡滯現(xiàn)象，以及明顯的空回感覺和顯著的輕重不一致。焦距指示應正確.

二、光學鏡頭EFL啥意思

1、EFL(Effective Focal Length）有效焦距

定義：指鏡頭中心到焦點的距離。

鏡頭的焦距分為像方焦距和物方焦距。

像方焦距是指像方主面（后主面）到像方焦點（后焦點）的 距離。

物方焦距是指物方主面（前主面）到物方焦點（前焦點）的距離。

注意事項：

（1）焦距過短則視場角過大，導致畸變和主光線出射角難以控制，相對照度過低，

鏡片彎曲嚴重，相差校正困難，因此難以設計。

（2）焦距過長鏡頭將過長，不利于系統(tǒng)小型化，而且視場角過小，不能滿足用戶

需求（FOV>60°）

2、TTL(Total Track Length) 鏡頭總長

鏡頭總長分為光學總長和機構總長：

光學總長是指由鏡頭中鏡片的第一面到像面的距離。

機構總長是指由鏡筒端面到像面的距離。

3、BFL（Back Focal Length）光學后焦距定義：

由光學系統(tǒng)中鏡片的最后一面到像面的距離。

4、FFL(Front Focal Length）光學前焦距

定義：由光學系統(tǒng)中鏡片的第一面到物面的距離

注意事項：要與機構后焦距FFL區(qū)分

5、FBL/FFL(Flange Focal Length）機構后焦（法蘭焦距）

6、FOV(Field Of View）視場角定義：

是指鏡頭能拍攝到的最大視場范圍。

視場角可分為對角線視場角（FOV-D)、水平視場角（FOV-H)、以及垂直視場角（FOV-V）。

對角線視場角最大，水平視場角次之，垂直視場角最小。通常我們所講的視場角一般是指

數(shù)碼攝像模組的對角線視場角。

FOV-H=2tan（H/2D）

FOV-V=2tan（V/2D）

FOV-D=2tan[sqrt（H2+V2）/2D]

7、F/NO.（F-Number）光圈（相對孔徑）

定義：有效焦距與入射瞳孔徑的比值。

F/#=EFL/EPD (EPD:入射瞳孔徑)

作用：用來決定鏡頭之明暗。

備注：在保證同樣通光孔徑的前提下，焦距越短相對孔徑應越小。

一般情況下 F/#=2.8,但單片設計時F/#=3.2，N/B Lens F/#=2.0 F/#越小通光孔徑越大。

8、畸變

畸變是軸外相差。而且是軸外細光束的像差。它是軸外點與主光線在像面上交點的高度

同理想（近軸）像面的高度差。它是視場的函數(shù)，與孔徑?jīng)]有關系，初級畸變隨視場

（像高）的三次方變化，而百分比畸變隨像高平方增加，所以視場不同畸變也不同?；?/p>

變的變化不是線性的，僅是像的變形，不影響像的清晰度。

畸變分為TV畸變和光學畸變兩種：TV畸變： TV-Distortion

光學畸變：Optical-Distortion

TV畸變分為枕型與筒型兩種。

（Vertical）TV-Distortion=[(V1+V2)/2-Y]/Y*100%

（Horizontal）TV-Distortion=[(H1+H2)/2-X]/X*100%

注意事項：

畸變是用戶很容易感覺到的成像質(zhì)量。

畸變是用戶要求很嚴的鏡頭指標，

Optical-Distortion<3% 人眼不容易察覺

Optical-Distortion<2% 攝影物鏡的畸變要求

一般要求：

CIF TV-Distortion<2.0%

VGATV-Distortion<1.5%

1.3M/2.0M/3.0MTV-Distortion<1%

9、RI(Relative Illumination）相對照度

照度的定義：物體或被照面上被光源照射所呈現(xiàn)的光亮程度稱為照度。

相對照度則是中心照度與外圍照度的比值。

注意事項：相對照度過低表現(xiàn)為圖像中心較亮，而四周較暗，即漸 暈現(xiàn)象，俗稱暗

角（Shading）。相對照度過低還會導致色彩失真。

RI與COS4(semi-FOV)成正比：RI∝COS4(semi-FOV)

Semi-FOV=30°，從理論上RI<56%

Semi-FOV=35°，從理論上RI<45%

當RI<50%時人眼是能分辨的，嚴重時會出現(xiàn)畫面四角全黑的“缺角”現(xiàn)象。

因此RI的基本要求為：RI>50%

10、CRA(ChiefRay Angle) 主光線角度

定義：主光線角度為主光線與平行光線的角度。

主光線就是光線由物體的邊緣出射，通過孔徑光闌的中心最后到達像的邊緣。

注意事項：主光線出射角度不合適會暗角嚴重，對比度下降，偏色。

三、光學鏡頭制作生產(chǎn)過程

取景器可以分為光學取景器和電子取景器。光學取景器，顧名思義就是通過光學的組件來完成取景的工作。根據(jù)工作原理的不同，又分為旁軸式和單鏡頭反光同軸式兩種?！　≡谙M級數(shù)碼相機中，旁軸式取景器最為常見，這種取景方式說白了很簡單，就是在鏡頭上方開一個孔，前后裝上玻璃，讓拍攝者能通過這個孔看到要拍攝的人或物而已。雖然現(xiàn)在的旁軸式取景器并沒有那么簡單，還有變焦玻璃，對焦輔助線等功能，但是總體上結構是非常簡單的。正是由于結構簡單，所以成本也比較低，因此被大量的用于中低端的數(shù)碼相機上。但是旁軸式取景器也有它的不足之處，因為不是通過鏡頭直接取景，所以拍攝者從取景器中看到的圖像和最終照片上的圖像會有一定程度的偏差，在拍攝近處物體時尤為明顯，這不利于拍攝者對照片的構圖和取景?！　?/p>

單鏡頭反光式的結構就復雜多了，因此制造成本也比較高，一般都是用于高端產(chǎn)品上，也就是通常所說的數(shù)碼單反（DSLR）。單鏡頭反光式取景器是直接通過鏡頭取景，光線從鏡頭射入，通過一面反光鏡，折射到上方的對焦屏成像，再折射到目鏡中，這樣拍攝者就能從觀景框中看到所要拍攝的圖像了，由于是直接通過鏡頭取景，解決了圖像偏差的問題，真正做到“即見即所得”的效果。　　

旁軸式光學平視取景：象普及型的普通相機一樣，普及型的數(shù)碼相機也多采用旁軸式光學平視取景， 這種取景方式歷史悠久、結構簡單、生產(chǎn)成本很低、視野明亮、不影響拍攝過程，但其取景視差大，特別在微距拍攝時，根本不能用?！　?/p>

單鏡頭反光式(SLR)取景：數(shù)碼相機的單鏡頭反光式(SLR)取景，通常用在一些高檔機型上。單鏡頭反光式取景可以做到所見即所得，但是光學結構比較復雜，制作成本高，另外反光鏡的機械運動會使相機抖動，也給相機的其它設計設置了不少障礙?！　?/p>

LCD取景：在LCD中所看到的就是CCD所形成的圖像，所以用LCD取景從根本上消除了取景視差（盡管和單反取景一樣，取景顯示的范圍并不是拍攝范圍的全部，一般是其95%左右），還可以預演所選定光圈、快門組合實際的拍攝效果，顯示各種拍攝參數(shù),，提供豐富的信息。缺點是耗電量太大，景像也不夠清晰。　　

取景專用的LCD：取景專用的LCD就是把一塊微型LCD放在取景器內(nèi)部，由于有機身和眼罩的遮擋，外界光線照不到這塊微型LCD上，也就不會對其顯示造成不利影響。另一方面，通過一組取景目鏡來觀察LCD，有一定的放大倍數(shù)，這塊LCD的面積可以做得很小，大大降低了耗電量及成本?！　?/p>

四、光學鏡頭特征

鏡頭的光學特性是指由其光學結構所形成的物理性能，由焦距、視場角和相對孔徑三個因素組成。任何一種光學鏡頭，都可以由這三種光學特性的技術參數(shù)來表示和區(qū)分。

1、焦距 攝像機的鏡頭都可被看成為一塊中間厚、邊緣薄的凸透鏡，光線穿過透鏡會聚成焦點，焦點至鏡頭中心的距離即為該鏡頭的焦距，焦距的單位是毫米（mm）。 鏡頭焦距的長短與被攝對象在攝像管光電靶面上的成像面積成正比。

如果在同一距離上對同一被攝對象進行拍攝，鏡頭焦距愈長，那么成像面積越大，放大倍率越高；反之，鏡頭焦距愈短，則成像面積越小，放大倍率越低。

通常，我們把焦距與像平面對角線接近或相等的鏡頭稱為標準鏡頭。一般的攝像機光電靶面成像面積約等于16毫米電影攝影機的畫幅像平面，標準鏡頭焦距通常為25毫米。焦距大于像平面對角線的鏡頭，稱為長焦距鏡頭。焦距小于像平面對角線的鏡頭，稱為廣角鏡頭。焦距可發(fā)生變化的鏡頭，稱為變焦距鏡頭。

2、從造型角度上講，鏡頭視場角反映了攝像機記錄景物范圍的開闊程度（鏡頭視場角分為水平視場角和垂直視場角，本章所用視場角均指水平視場角）。鏡頭視場角與被攝對象在畫面中的成像效果成反比。視場角愈大，被攝主體成像越小，畫面景物越開闊；反之，視場角愈小，被攝主體成像越大，畫面景物的視野越狹窄。

視場角主要受鏡頭成像尺寸和鏡頭焦距這兩個因素制約。由于攝像管成像靶面在實際拍攝中是不變的固定因素，所以直接影響視場角的就是鏡頭焦距了。我們拍攝時一般只能通過變換不同焦距的鏡頭來改變視場角。

攝像機在同一距離上對同一被攝對象進行拍攝時，使用不同焦距的鏡頭會改變該對象在畫面中的成像面積和背景范圍。

這實質(zhì)上是由于視場角發(fā)生了相應的改變。

比如，一個視場角為50°的鏡頭所拍得的被攝主體在畫面中只有視場角為5°的鏡頭拍得的圖像面積的1/10。鏡頭焦距越長，視場角越?。唤咕嘣蕉?，視場角越大。標準鏡頭（25mm鏡頭）所呈現(xiàn)的視場角大約在45°左右。廣角鏡頭（焦距小于25mm）的水平視場角均大于60°，一般處在60°-130°之間。130°以上到180°之間的鏡頭被稱為超廣角鏡頭，又稱為魚眼鏡頭。

長焦距鏡頭（焦距大于25mm）的水平視場角小于40°。

3、鏡頭的相對孔徑是指鏡頭的入射光孔直徑（D）與焦距（f）之比，其大小說明鏡頭接納光線的多少。

相對孔徑是決定鏡頭透光能力和鑒別力的重要因素。

相對孔徑(D/f)的倒數(shù)(f/D)被稱為光圈系數(shù)(F)，被標刻在鏡頭的光圈環(huán)上。攝像機的鏡頭光圈系數(shù)分為若干檔，常見的有1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、12、16、22等，相鄰兩檔光圈F值的比值均為，曝光量相差一級。

由于像平面照度和相對孔徑的平方成正比，所以F值變化一檔，相當于攝像機鏡頭的光通量變化一倍。

在攝像時我們說開大光圈，實際上是從光圈調(diào)節(jié)環(huán)上大F值向小F值的一端運動，即減小了光圈系數(shù)值；而縮小光圈，則是從小F值向大F值一端運動，光圈系數(shù)值加大。

比如，從光圈8調(diào)到光圈5.6，就是開大了光圈，光通量增大一倍，曝光值增加一級。

反之亦然。

對相對孔徑和光圈系數(shù)的調(diào)節(jié)，決定了鏡頭的光通量和鏡頭景深。對攝像機的鏡頭進行光圈選擇，實質(zhì)是一個曝光控制的問題?，F(xiàn)在的攝像機通常都有手動光圈和自動光圈兩種控制方式。自動光圈只能對被攝場景的曝光控制作出技術性處理，而有意識、有目的的動態(tài)用光和藝術處理只能由手動光圈才能更好的表現(xiàn)。在拍攝同一照度下的同一場景時，光圈越大，景深范圍越??；光圈越小，景深范圍越大。鏡頭曝光的有意圖控制和不同景深的選擇性運用，是攝像人員實現(xiàn)創(chuàng)作意圖取得最佳畫面效果的有效手段。