从设计到生产,光学镜头是如何出生的?

In: 镜头知识 On: Friday, November 15, 2019 Hit: 170

导读:多年以来,由于镜头的设计和制造难度大,镜头市场都被日本、欧美等厂商垄断,那么为什么这个行业如此的难以进入呢?

      如果仅仅是设计光学镜头,其实用到的理论知识很少,主要就是利用光的折射和反射原理,搜集被拍摄物体的反射光并将其聚焦于图像传感器上。但是在实际中,要将一个设计变为真实产品却不简单。

      以目前用到最多的手机摄像头为例,这种镜头由于需要严格控制总长,且要兼顾像素,所以与摄影镜头有很大的不同。首先就是材质的区别,很多厂家都会更倾向于采用塑料镜片而不采用传统的玻璃镜片。塑胶镜头透光率不如玻璃镜头,但成型更为容易、良率较高、成本较低,通过不同形状的塑胶镜头进行组合,也可以达到非常好的成像效果。

      光学镜头具有非常高的技术难度,目前能大批量稳定生产高品质镜头的厂商仍然较为稀少。而最主要的两个难点在于设计和制造环节。

      在设计环节:设计环节需要的是多年的经验积累,以及想象力的发挥,不仅仅是一门工程,更是一门艺术。每一个设计的光学镜头都可以专门申请专利,保护设计师的心血结晶。设计环节直接决定厂商能否生产某一规格的镜头,是进入这个行业的门票。

      所有的镜头都存在像差,像差无法完全消除,所以这个世界不存在完美的镜头。光学设计就是通过组合不同形状、不同数目的透镜,实现对这些像差的控制,尽可能获得尽可能完美的成像效果。但是因为像差实在太多,所以想实现完全的像差控制是不可能的,只能通过光学设计在众多像差中取得平衡。光学设计不是工程,而是艺术,是对于美的理解,考验的是光学设计师的经验、天赋和灵感。莱卡和蔡司作为最优秀的光学厂商,引以为傲的正是其在光学设计上的深厚积累。

      接下来就是生产制造的难点,首先是镜片的面型、厚度、偏心等加工精度要高于设计时所允许的最大公差,材料的折射率、阿贝数等参数也要很接近设计时的值。最后是进行组装,也就是按照顺序逐一将加工完成的镜片、隔片、压圈等部件与机械件进行装配。镜头组装其实是十分复杂的,很多时候组装完成后测试会发现效果与设计值差很多,这里面的原因是非常多的,有可能是某一个很细微的差别导致的。

      总的来说,镜头设计的进入门槛很高,需要很长时间的经验累积,不停的去改善工艺。也正因为此,就像一束光的折射和反射路径数不胜数一样,透镜的形状、位置、材料也可以有无数种组合方式,让设计师们有空间去不断挖掘更好的设计。光学镜头行业永远没有进步的终点,永远都有探索的空间。

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