镜头光学设计

关于镜头光学设计12Curtis內容大綱1PixelSize2ImageSize3ImageCircle4LensComposition5FieldOfView(FOV)6FNumber7Relativeillumination(RI)8ChiefRayAngle(CRA)9Distortion10MTF11EFL12BackFocusLength(BFL)13OpticalTotalLength第2页,共21页，星期六，2024年，5月3LCM-****2Mega(Design)ItemLCM-****SensorMI-XXXX，OV-XXXXPixelSize3.2x3.2μmImageSizeD:5.6mm(H:4.48V:3.36)ImageCircleφ5.9mmLensComposition1G3PFieldOfView59.5゜(atSENSORDiagonal)FNumberF/2.8Relativeilluminationat100%ofImageHeight55%(atSENSORDiagonal)ChiefRayAngleD:19.7゜H:20.6゜V:20.5゜TVDistortion<1%MTFCenterCenter54%@180LP/mm50%@200LP/mm

at70%ofImageHeighth=70%T61%/S74%@90LP/mm

at80%ofImageHeighth=80%T59%/S69%@90LP/mm

at90%ofImageHeighth=90%T58%/S63%@90LP/mm

at100%ofImageHeighth=100%T59%/S72%@90LP/mmFocusLengthf=4.87mmBackFocusLength1.494mmOpticalTotalLength<6mmIRCF650±15nm@50％SPEC.Curtis未來發展第3页,共21页，星期六，2024年，5月4CurtisBFL基本光學系第4页,共21页，星期六，2024年，5月51、Imagecircle>sensorsize(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。PLWDP=Pixelsizesensor1Curtis第5页,共21页，星期六，2024年，5月6sensor2Curtis尺寸表第6页,共21页，星期六，2024年，5月7FOV:FieldOfViewDθθfFOV=2θ=2tan-1[D/2f]FOVsensor例：SENSOR對角線D=5mm，焦點距離f=3mm，則FOV為：FOV=2θ=2tan-1[5/2*3]=79.6(度)Curtis第7页,共21页，星期六，2024年，5月8F/#_1DfsensorF/#：決定光通量、影像的亮度。F/#=f/DI0∝1/(F/#)2………(進光量與F/#平方成反比)。I0≡ImageIntensity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第8页,共21页，星期六，2024年，5月9F/#_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)=50/2.8=17.862、D(F/4.0)=50/4.0=12.51、D(F/2.8)=50/2.8=17.862、D(F/4.0)=50/4.0=12.5．以圓面積計算公式計算如下：(πR2)1、3.14*17.862≒10022、3.14*12.52≒491(面積F/2.8)≒

2*(面積F/4.0)Curtis第9页,共21页，星期六，2024年，5月10F/#_3．CCD靈敏度較CMOS為高。不致能區線性區飽和區exposureresponseMEMO：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第10页,共21页，星期六，2024年，5月11MTF1黑白Co

≡(Bmax–Bmin)/(Bmax+Bmin)=contrast代表的是層次感、立體感。Lensdesign→GoodimageQualityImageQuality：．MTF．Distortion．CRA(tele-centricangle)．RI．Flare&GhostBmaxBminCurtis第11页,共21页，星期六，2024年，5月12050100MTF0.51.0(lp/mm)MTF2截止頻率→→MTF

≡

Ci/CoCo：物Ci：像OpticalsystemNon-perfectlens因材料、加工、組立所產生的缺陷。100%70%Curtis第12页,共21页，星期六，2024年，5月13MTF3S：Sagittal，弧矢面，放射狀。T：Tangential，子午面，同心圓狀。Curtis第13页,共21页，星期六，2024年，5月14MTF401001.0(lp/mm)截止頻率fN．Aliasing現象

FalsecolorMoire’patternfN=Nyquistfrequency=1/2p例：p=3.2μmfN=1/(2*3.2*0.001)=1000/6.4=156(lp/mm)MEMO：如何消除Aliasing?→利用“OLPF”。Curtis第14页,共21页，星期六，2024年，5月15OLPF101.0(lp/mm)fN01.0鏡頭MTFOLPF_MTF1.0(lp/mm)01.0(lp/mm)fNfNOLPF：1、雙折射式(Crystal、quartz)2、繞射式(grating光柵)Curtis第15页,共21页，星期六，2024年，5月16OLPF2falsecolorsCurtis第16页,共21页，星期六，2024年，5月17IR_CUTFilter_1IR_CUTFilterIR_CUTFilter1、反射式(Reflectiontype)：干涉鍍膜。2、吸收式(Absorptiontype)：藍玻璃。Curtis第17页,共21页，星期六，2024年，5月18IR_CUTFilter_2規格標示例：650nm±15nm@T=50％Curtis第18页,共21页，星期六，2024年，5月19IR_CUTFilter_3．反射式IR_CUTFilter的Angleshift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Angleshift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第19页,共21页，星期六，2024年，5月20CRA_1C.R.(30°)CRA(α)◎ChiefRayAngle(CRA)