比喻为眼睛内的视网膜.ppt

1、1、镜头ii、2、将CCD /CMOS与眼睛中的视网膜进行比较，镜头代表瞳孔中的镜头；灵魂之窗。在过去的一个世纪里，镜头行业蓬勃发展。从早期的手工制作到现在的计算机辅助设计/计算机辅助制造设计，生产能力和质量都有了相对的提高和提高。该镜头不同于电荷耦合器件/互补金属氧化物半导体传感器，具有更广泛的规格和产品。最初的针孔相机可能只是一盒Fex EX，然后戳一个针孔来完成它。在现代相机中，镜头是每台相机的基本要素。在很大程度上，拍出完美的照片取决于镜头的质量。无论是传统相机还是带有单镜头或可互换镜头的数码相机，镜头本身的质量同样重要。高质量的单镜头(3X光学变焦镜头)通常只适用于部分拍摄环境；不幸

2、的是，在某些环境下成像良好的光学系统可能在其他环境下产生完全不同的结果，这就是为什么DSLR高阶系列数字机身必须采用可互换镜头来适应各种拍摄环境。4、透镜设计的基本思想，透镜内部的透镜应该分成几组和几组？这个透镜只是玻璃透镜的组合，不是吗？但是，事实上，事情没那么简单。在设计之初，任何透镜都必须面对一个不变的自然法则：光是直的。这意味着透镜设计者必须巧妙地利用玻璃的特性来弯曲光线，而不会造成光损失。设计者还应该考虑用户的方便，例如，变焦功能的增加可以使摄影师不必携带相机到处跑，而是站在原来的点来接近拍摄的场景。如何平衡方便性、成像质量、覆盖范围，最终获得体积小、重量轻、成本低的产品。一切都是为

3、了从设计图纸跳到最终的生产线。与一般窗户所用的玻璃不同，镜片的原材料是光学特种玻璃，它主要含有钡、镧和钽的氧化物的混合物，以提高其折射率。然而，通常用于制造照相机镜头的光学玻璃具有不小于1.5的折射率并且具有低色散能力。稀土元素，如氧化镧和氧化钽，已广泛用于透镜玻璃材料。稀土技术的应用对提高透镜的强度和光学性能非常有效。光线可以弯曲，如果你简单地把风景和底片放在一起，中间就没有透镜或针孔。然后来自物体所有部分的散射光将均匀地分布在底片上，导致完全曝光和没有成像。当你使用针孔暗箱时，除了一些物体发出的光束，大部分光线都会被暗箱挡住。只有通过针孔的光线才会在暗箱底板上形成一个上下颠倒的反面图像。然

4、而，针孔的缺点是它太小，而且光线不足，因此不能在底片上诱发化学物质。然而，如果针孔挖得更大，原本被遮挡的光线将再次涌入黑盒，造成图像模糊。因此，一种能强烈聚光的透镜就应运而生了。利用不同类型玻璃所产生的特定折射率和色散能力来偏转和集中光的强度和尺寸已经成为透镜设计的最基本理论。折射率(RI)是指玻璃折射光的能力，通常根据光谱中间附近的光的波长来测量(通常是590纳米的黄绿色光)。6，折射率越高，沿人类入射方向倾斜进入玻璃的光的偏转越严重(见下表)。玻璃的色散率是指红光和蓝光的折射率之差。差异越大，自然阳光和白光分离的光谱带就越宽，就像棱镜或小雨滴将阳光分散成彩虹一样。因为拍摄的物体往往不是单一

5、的颜色，再加上各种人工混合波长照明灯具的生产和使用。在底片或电荷耦合器件上，人眼看到的物体颜色可能不是100%，特别是如果光线本身被透镜玻璃隔开，颜色偏差会更严重。因此，色散性能也是检验照相镜头玻璃的一个重要指标。折射率和色散率之间没有相关性，因此任何两种不同玻璃的折射率是相同的，但是色散率可能不同，反之亦然。因此，镜片设计者可以搭配不同性质的眼镜，以达到最佳的折射效果。由于玻璃本身易碎，我们在加工和生产镜片时必须考虑使其防震和防碎。特别是，许多透镜玻璃必须被修改成各种形状和抛光表面，并且它们在制造过程中不会破裂；为了提高产量，要求玻璃中没有缺陷(如气泡和杂质)，这是减少浪费和成本的基本要求。

6、透镜玻璃的生产涉及到机床的稳定性、添加剂的含量、标准化技术和各种壁垒。每一级的错误都会导致镜片玻璃不可挽回的损失。因此，尽管数码相机品牌众多，许多制造商更愿意从大工厂购买镜头来匹配自己的机身，而不是投资生产高风险的光学镜头。9，透镜设计者面临一个问题，因为光沿直线传播，有两种方法使光折射，一种是两种不同介质之间的界面，例如，当光穿过空气并进入水或玻璃时，这些光束会由于两种透明介质的不同物理性质和密度而弯曲或折射。最明显的例子是观察勺子被半插入到一杯水中，你可以看到勺子的手柄变成了两块。这是因为勺子反射的光被水和玻璃折射，这使得勺子的手柄部分变形。另一个折射是光的入射角。当光线进入并穿过介质时，

7、垂直于介质表面的光束将直线通过。如果光以一个斜角进入，它可以在穿过介质时被折射到一个计算好的角度。光线通过时，越是超出直角，折射角就越大。当透镜的聚光效果不理想时，透镜设计者开始考虑如何使透镜达到更好的聚光效果。从光学物理实验的结果来看，他们发现当光线穿透一个具有弯曲弧度的透明物体时；例如透镜，根据每个光束进入和穿透透镜表面的角度，它以几个不同的角度折射。凸透镜的效果最明显。因此，球面凸透镜首先被用作透镜组件。理论上，虽然透镜可以有效地聚光，但也带来了一些问题。理想化的完美镜头到目前为止还没有设计成功。主要问题在于，在实际生产中，由于材料和条件等因素的影响，所制造的光学透镜不能达到理想状态，并

8、且存在一定的像差现象。通常，球面透镜的像差可分为以下五种球面像差。理论上，一个透镜应该能够聚焦在一个点上，但实际上，当不同高度的平行光线入射时，它们不能真正会聚在一个点上(见图中的黑色实线)。这种差异被称为球面像差。球面像差会使成像模糊不清。最近焦点和最远焦点之间的距离(蓝色箭头)称为LSF，它是最小的封闭区域。如果一般的透镜设计者想要消除这种像差，他可以关闭小透镜的孔径，而将大口径透镜改为非球面镜。当图像场中具有弯曲平面的场景被聚焦成像时，光通过弯曲透镜被扭曲，导致图像平面不是平面，这被称为弯曲图像平面。也就是说，如果图像聚焦在中间，则外围不清晰，如果图像聚焦在外围，则中间不清晰。这种像场弯

9、曲必须依靠矫正透镜的像散来改变整个成像。彗星像差，在英语中最初被称为彗差，是指透镜的每个环形区域将离轴点发出的光线聚焦在相对于透镜和透镜光轴的不同位置，形成斜光线。由于它的成像结果，它将形成一个像彗星尾巴一样的光类，因此得名。简而言之，当反应透镜偏离光折变形式时，彗星像差是一种球面像差。、13、各种像差的示意图、14、桶形和枕形变形平面的正方形测试图。拍摄后，图像与原始图像不同，这称为图像变形。变形像差可分为枕形和桶形。发生这种情况是因为离轴光束和中心轴之间的角度太大，这会将方形图像拉伸成弯曲的枕形。相反，当角度太小时，它会变成桶形。散光在远离光轴的某一点产生点状图像。如果同心图像平面在相对于

10、光轴的径向方向上分离，则该点不在该点中，并且变成线性或椭圆形结。这种现象被称为散光。一般来说，不同的透镜孔径大小对散光有一定的影响。15，各种像差的示意图，16，色差，这五种像差是测试单波长单色光的透镜的结果。如果是自然阳光或其他混合色，会因不同波长和不同折射率的镜片而产生色差。色差主要是由凸透镜的聚焦效应引起的。幸运的是，这个问题可以通过凹面镜分散校正。色差主要发生在远离中心的图像周围，由于光线的畸变，主色不能叠加在一起。一般来说，它可以分为两种类型：1。光轴色差透镜本身的材料影响进入透镜的光，并导致不同颜色的不同折射率，因此蓝光在焦点附近成像，红光在远处成像。2.放大倍数的色差出现在透镜的

11、相互校正中。在焦点位置处的光轴的色差被凹面镜补偿后，总产生的彩色光仍然不一致。这是因为彩色光的波长不同，焦距也不同，所以生成的图像的放大率随颜色而变化，图像的大小会产生色偏。由于凸透镜的色差可以通过凹透镜的互补来解决，这个成功的案例启发了更多的透镜设计者通过组合不同形状的透镜来解决其他像差问题。这些镜头组合逐渐形成了一个行业标准，并创造了镜头行业。今天的摄影镜头是由一系列镜头单元组成的。通过计算，设计师绘制出每个镜头所需的前后表面轮廓，选择玻璃类型，确定每个镜头在镜筒中的相对位置(包括光圈和快门位置的影响)。所有这些努力都旨在校正混合光学像差。最近的计算机辅助设计和制造大大有助于透镜设计的形成

12、。尽管如此，不同光学制造商的透镜设计并不完全相同。然而，经过几十年的进化，基本透镜的结构已经大致固定。根据施耐德光学的数码5.6/100镜头设计图。通过横截面，这是一个有2组和5组的定焦镜头。两组意味着AB和CD可以获得互补的结果，五组(或透镜)是构成该透镜的透镜总数。通过这种组合，彼此的像差和聚焦缺陷被最小化。此外，一些像差只能通过减小孔径来改善，而一些特殊类型的像差可以通过透镜表面曲率的数学比值关系或在孔径前后对透镜采用相同的结构来校正。然而，球面镜的物理极限并不能完全修正所有的误差，最终的解决方案是现代研究引入的非球面透镜。无论采用何种方案，透镜设计者仍将面临这样的问题，即在校正像差的每

13、个设计过程中，校正一个光学缺陷会使另一个光学缺陷变得更差。变焦系列有更多的镜头。为了改善这种情况，设计师不断增加镜头单元，试图减轻各种症状。因为每个附加透镜可以提供两种不同的表面曲率和不同类型的玻璃设计理念，但是额外的重量、成本以及设计和装配的复杂性也会影响设计者的思维。因此，当代镜头设计仍然是基于简单，多样和低成本。相机镜头中的光学镜头采用球面设计，即任何截面都是圆的。使用球面的原因是它易于加工，并且在质量控制方面可以获得高产量。然而，球面不是最适合光学成像的透镜形状。已经描述了球面镜将产生许多像差，导致图像模糊和散焦。为了克服上述像差，透镜设计者必须在透镜中使用许多透镜来进行补偿。这样，在

14、提高成像质量的同时，透镜变得又大又重。非球面透镜可以大大提高大口径相机的成像质量，减少广角镜头的镜筒变形。此外，一个非球面透镜可以代替几个球面透镜来补偿像差，这可以明显简化透镜的光学设计并减小其体积和重量。几乎目前，大口径透镜的光晕，如1: 1-1: 4的光圈完全打开时，必须用非球面技术来解决。24、非球面透镜通常安装在前透镜附近使用。然而，很难获得所需的非球面形状。过去，只有有经验的大师才能用手打磨它。制造一个透镜可能需要几个月的时间，而且形状精度也不容易保证。随着磨削技术的发展，特殊的凸轮运动磨削方法和计算机控制磨削的实际应用，使得非球面透镜的批量生产成为可能。日本佳能公司为非球面镜的普及

15、做出了很大贡献。1971年，它推出了世界上第一个单目相机镜头FD 55mm毫米f1.2非球面镜，这开启了镜头设计的新时代。后来，佳能利用成型技术大量生产非球面镜，并将其扩展到傻瓜相机和数码相机。采用最新技术，聚苯乙烯非球面透镜和普通球面透镜可以压制成一体，大大节约了成本。如果用球面镜来设计一个大变焦范围的镜头，比如佳能300毫米，它可能至少是一个有28个镜头和16组镜头的镜头。如果采用非球面镜，其边缘和中心的弧度与球面镜不同，非球面镜可以利用边缘的弧度来校正像差，而不是增加透镜，这样可以减少大约一半的透镜数量。为什么镜片需要涂层，为什么镜片和镜片需要涂层？这是因为任何物体对光都有反射效果，即使

16、是无色透明的玻璃，区别在于光线的角度是否会形成反射效果。对于理想的镜头，光线可以完全通过镜头，并正确聚焦在底片或电荷耦合器件上。事实上，每一种透镜都受到其自身物理因素的限制，从而导致像差。从理论上讲，由许多有问题的透镜组成的透镜不可能让所有来自不同角度的光线完全通过。以氧化镧光学玻璃为例，其透光率可达90%以上，其余10%将被反射形成眩光。为了弥补这一不足，后来的透镜研究者在透镜表面开发了一种薄膜，以增加光的传输效果。26、镜头镀膜技术，镜头眩光对画面的影响；在镜头前进行涂层以减少眩光也增强了图片(模拟图片)的亮度，27尽管在20世纪50年代，设计者知道涂层可以减少眩光、增强图像对比度和减少照

17、片中的光晕现象。然而，由于缺乏适当的加工技术。因此，光学镜头上的涂层一直是只有最高级相机镜头才享有的特权。直到1968年，新一代的涂层技术才得以发展，这使得涂层工艺变得廉价和标准，并使得带涂层的透镜日益流行。以1970年为涂层技术发展的分水岭，我们可以了解前后的技术差异：28、化学涂层法：在20世纪70年代以前，大多数涂层方法主要是化学反应。这种方法必须严格控制化学溶液的浓度、架桥剂的组合、反应时间和条件等。因为它只能批量生产，所以获得的质量和产量是不均衡的。常用的加工方法：一种是浸镀，另一种是喷涂。浸镀法是根据待制备薄膜的性质制备含有组分的溶液，然后将玻璃加热到一定温度，将其放入制备好的化学溶液中，取出，并干燥。浸镀法是唯一可以同时制作双层薄膜的方法。然而，一些透镜设计后来不需要双重掩模。因此，另一面必须清洗，这增加了成本和环保负担。另一种喷涂方法是将制备好的薄膜溶液放在喷枪上，将其喷涂在玻璃表面，干燥并成型。