1. 光学镜头结构
光学显微镜由载物台、聚光照明系统、物镜、目镜和调焦机构组成。
载物台:用于承放被观察的物体。利用调焦旋钮可以驱动调焦机构使载物台作粗调和微调的升降运动,使被观察物体调焦清晰成象。它的上层可以在水平面内沿、方向作精密移动和在水平面内转动,把被观察的部位调放到视场中心。
聚光照明系统:由灯源和聚光镜构成。当被观察物体本身不发光时,由外界光源给以照明。照明灯的光谱特性必须与显微镜的接收器的工作波段相适应。聚光镜的功能是使更多的光能集中到被观察的部位。
物镜位于被观察物体附近实现第一级放大的镜头。在物镜转换器上同时装着几个不同放大倍率的物镜。转动转换器可让不同倍率的物镜进入工作光路。物镜放大倍率通常为5~100倍。物方视场直径(即通过显微镜能看到的图像范围)约为 11-20毫米。物镜放大倍率越高则视场越小。物镜是显微镜中对成象质量优劣起决定性作用的光学元件。常用的有:①能对两种颜色的光线校正色差的消色差物镜;②质量更高的能对三种色光校正色差的复消色差物镜;③能保证物镜的整个像面为平面以提高视场边缘成像质量的平像场物镜。为了提高显微观察的分辨率,在高倍物镜中采用浸液物镜,即在物镜的下表面和标本片的上表面之间填充折射率为1.5左右的液体。
目镜位于人眼附近实现第二级放大的镜头。目镜放大倍率通常为5~20倍,按能否放置分划板,可分成两类:①不宜放置分划板的,如惠更斯型目镜。这是现代显微镜中常用的型式,优点是结构简单、价格低廉;缺点是由于成像质量的原因,不宜放置供瞄准定位或尺寸测量用的分划板。②能放置分划板的,如凯尔纳型和对称型目镜,它们能克服上述目镜的缺点。按照能看到的视场大小,目镜又分为视场较小的普通目镜和视场较大的大视场目镜(或称广角目镜)两类。
调焦机构 载物台和物镜两者必须能沿物镜光轴方向作相对运动以实现调焦,获得清晰的图像。用高倍物镜工作时,容许的调焦范围往往小于微米,所以显微镜必须具备极为精密的微动调焦机构。
2. 光学镜头结构件
镜头的光学特性是指由其光学结构所形成的物理性能,由焦距、视场角和相对孔径三个因素组成。任何一种光学镜头,都可以由这三种光学特性的技术参数来表示和区分。
(1)焦距 摄像机的镜头都可被看成为一块中间厚、边缘薄的凸透镜,光线穿过透镜会聚成焦点,焦点至镜头中心的距离即为该镜头的焦距,焦距的单位是毫米(mm)。 镜头焦距的长短与被摄对象在摄像管光电靶面上的成像面积成正比。
如果在同一距离上对同一被摄对象进行拍摄,镜头焦距愈长,那么成像面积越大,放大倍率越高;反之,镜头焦距愈短,则成像面积越小,放大倍率越低。
通常,我们把焦距与像平面对角线接近或相等的镜头称为标准镜头。一般的摄像机光电靶面成像面积约等于16毫米电影摄影机的画幅像平面,标准镜头焦距通常为25毫米。焦距大于像平面对角线的镜头,称为长焦距镜头。焦距小于像平面对角线的镜头,称为广角镜头。焦距可发生变化的镜头,称为变焦距镜头。
(2)视场角 镜头的视场角,是指摄像管有效成像平面(视场)边缘与镜头后节点所形成的夹角。
从造型角度上讲,镜头视场角反映了摄像机记录景物范围的开阔程度(镜头视场角分为水平视场角和垂直视场角,本章所用视场角均指水平视场角)。镜头视场角与被摄对象在画面中的成像效果成反比。视场角愈大,被摄主体成像越小,画面景物越开阔;反之,视场角愈小,被摄主体成像越大,画面景物的视野越狭窄。
视场角主要受镜头成像尺寸和镜头焦距这两个因素制约。由于摄像管成像靶面在实际拍摄中是不变的固定因素,所以直接影响视场角的就是镜头焦距了。我们拍摄时一般只能通过变换不同焦距的镜头来改变视场角。
摄像机在同一距离上对同一被摄对象进行拍摄时,使用不同焦距的镜头会改变该对象在画面中的成像面积和背景范围。
这实质上是由于视场角发生了相应的改变。
比如,一个视场角为50°的镜头所拍得的被摄主体在画面中只有视场角为5°的镜头拍得的图像面积的1/10。镜头焦距越长,视场角越小;焦距越短,视场角越大。标准镜头(25mm镜头)所呈现的视场角大约在45°左右。广角镜头(焦距小于25mm)的水平视场角均大于60°,一般处在60°-130°之间。130°以上到180°之间的镜头被称为超广角镜头,又称为鱼眼镜头。
长焦距镜头(焦距大于25mm)的水平视场角小于40°。
(3)镜头的相对孔径是指镜头的入射光孔直径(D)与焦距(f)之比,其大小说明镜头接纳光线的多少。
相对孔径是决定镜头透光能力和鉴别力的重要因素。
相对孔径(D/f)的倒数(f/D)被称为光圈系数(F),被标刻在镜头的光圈环上。摄像机的镜头光圈系数分为若干档,常见的有1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、12、16、22等,相邻两档光圈F值的比值均为,曝光量相差一级。
由于像平面照度和相对孔径的平方成正比,所以F值变化一档,相当于摄像机镜头的光通量变化一倍。
在摄像时我们说开大光圈,实际上是从光圈调节环上大F值向小F值的一端运动,即减小了光圈系数值;而缩小光圈,则是从小F值向大F值一端运动,光圈系数值加大。
比如,从光圈8调到光圈5.6,就是开大了光圈,光通量增大一倍,曝光值增加一级。
反之亦然。
对相对孔径和光圈系数的调节,决定了镜头的光通量和镜头景深。对摄像机的镜头进行光圈选择,实质是一个曝光控制的问题。现在的摄像机通常都有手动光圈和自动光圈两种控制方式。自动光圈只能对被摄场景的曝光控制作出技术性处理,而有意识、有目的的动态用光和艺术处理只能由手动光圈才能更好的表现。在拍摄同一照度下的同一场景时,光圈越大,景深范围越小;光圈越小,景深范围越大。镜头曝光的有意图控制和不同景深的选择性运用,是摄像人员实现创作意图取得最佳画面效果的有效手段。
3. 光学镜头结构件的组成部分
iPhone 12采用双摄系统,1200万像素超广角及广角,超广角(?/2.4光圈和120°视角)+广角(?/1.6光圈),支持智能HDR 3,2倍光学变焦(缩小),最高可达5倍数码变焦,光学图像防抖功能(广角),五镜式镜头(超广角)和七镜式镜头(广角)。
前置摄像头:原深感摄像头,1200万像素摄像头,?/2.2光圈,支持夜间模式,使用深度融合技术,同样也支持智能HDR 3,支持场景检测,杜比视界HDR视频拍摄。
4. 光学镜头的结构
镜头是负责相机入光调焦机构,像素是相片的画质,它由相机感光元件尺寸所决定(在胶片相机中由底片大小决定)。
5. 光学镜头结构图
我国光学镜头行业未来发展空间巨大
光学镜头又被称为摄像镜头或摄影镜头,其主要功能是光学成像。光学镜头是机器视觉系统中必不可少的部件,直接影响成像质量的优劣。我国光学镜头在初期主要应用于军事方面,民用光学镜头产业起步较晚,2008年之前国内光学镜头市场基本被日本、德国各大品牌所垄断。
在发展初期,中国光学技术尚不成熟,中国企业只能学习借鉴日本的光学技术。随着中国现代技术的发展,以舜宇光学、联合光电、宇瞳光学等为代表的国内企业通过对光学镜头技术的大力研发,逐步打破了日本、德国等企业在国内市场上的技术垄断,为我国光学镜头市场带来了发展良机。
根据新思界产业研究中心发布的《2019-2023年中国光学镜头行业市场供需现状及发展趋势预测报告》显示,视频监控、智能手机和车载摄像头作为光学镜头行业的三个最大终端市场,很大程度上影响着光学镜头行业的整体趋势。2017年,全球光学镜头行业在视频监控、智能手机、车载摄像头领域的合并收益将近达到60亿美元,2018-2019年间这三大市场的合并收益仍保持着增长趋势;预测到2021年收益将会超过70亿美元,全球光学镜头行业的三大市场合并收益得到进一步扩大。
随着中国城镇化水平的不断提升,国家大力推进“平安城市”、“智慧城市”、“智能交通”等项目,再加上各级政府及相关部门把“加强社会治安防控体系建设”作为重点工作,为我国安防产品的发展提供了良好的政策环境,使得市场对安防监控摄像头的需求不断增加,促进我国光学镜头行业发展。
随着智能手机的普及性使用,手机的摄像功能成为了各大手机厂商的竞争关键。为了提高自身手机在市场上的竞争优势,制造商设计的摄像功能逐渐朝着双摄像镜头、超大广角、大光圈等高端领域发展,对光学镜头提出了更高的品质和工艺要求,市场需求推动产业发展,使得我国光学镜头行业技术有了进一步提高。
随着国家对道路交通安全和汽车安全的要求不断提高,再加上ADAS和无人驾驶汽车市场的快速兴起,市场对车载摄像头的品质、产量有更高的要求,我国车载摄像头行业迎来了发展良机,也带动我国光学镜头产业发展。
新思界行业分析人士表示,由于现代技术的不断发展和光学镜头应用领域不断拓宽,下游行业的发展对光学镜头的设计水平和精密生产加工能力提出了更高的要求,这不仅为我国光学镜头行业带来巨大的发展动力,同时也推动了光学镜头技术不断升级创新,促使我国光学镜头行业向可持续化、健康化发展。
6. 光学镜头结构名词解释
小孔成像原理
1、 照相机的镜头是一个凸透镜,来自物体的光经过凸透镜后,在胶卷上形成一个缩小、倒立 的实像。
2、胶卷上涂着一层感光物质,它能把这个像记录下来,经过显影、定影后成为底片,用底片洗 印就得到相片。
3、最早的照相机结构十分简单,仅包括暗箱、镜头和感光材料。现代照相机比较复杂,具有镜 头、光圈、快门、测距、取景、测光、输片、计数、自拍等系统,是一种结合光学、精密机 械、电子技术和化学等技术的复杂产品。
4、小孔成像原理: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。前后移动中间的板,像的大小也会随之发生变化。这种现象反映了 光沿直线传播的性质。
7. 光学镜头结构设计基础知识点
OIS,它的全称是Optical Image Stabilization,从字面理解就是稳定的光学图象。通过镜头的浮动透镜来纠正“光轴偏移”,其原理是通过镜头内的陀螺仪侦测到微小的移动,然后将信号传至微处理器,处理器立即计算需要补偿的位移量,然后通过补偿镜片组,根据镜头的抖动方向及位移量加以补偿;从而有效的克服因相机的振动产生的影像模糊。
这种防抖技术对镜头设计制造要求比较高,而且成本也相对高一些。
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