3-1數位相機與光学元件之技術分析.pdfVIP

第 三章 數 位相機之 光學元件 與鏡頭 3-1 第三章 數位相機之光学元件與鏡頭 近年來在 全球一片 經濟不景 氣之際， 數位相機 市場逆勢 成長， 無疑是少數最受歡迎的商品之一。儘管 2004 年數位相機全球市場成 長率 已不如前 三年都有 六成的成 長，仍然 享有三成 的高成長 率，使 得 2004 年全球數位相機市場突破了 6,000 萬台，高階機種向 800 萬 畫素 邁進。產 品規格的 變化與市 場的成長 走向無一 不牽動產 業區塊 的變 化，以及 競爭態勢 。故有必 要對技術 、規格， 和產業， 以及市 場的趨勢做分析。 3-1 數位相機與光学元件之技術分析 分析數位相機的組成可分為四大部份： (1) 光學：主要用到的光 學元件是鏡頭、 (2) 電子：主要是影像感測器，像 CCD 或 CMOS ，目 前以 CCD 為大宗。另外，LCD 面板，影像處理晶片，記億體均是主 要的電子零件，和 (3)機械：主要是機殼與伸縮鏡頭的動力機械結構， 以及 (4) 控制韌體。 數位相機 的光學元 件技術可 以從幾面 來探討， 如鏡頭規 格的制 訂、光學設計與製作，以及光機的製造技術等，將分別說明如下： 一、鏡頭規格制訂 數位相機 的鏡頭必 需同時考 慮以下幾 點以達到 高解析度 、輕薄 短小並符合數位相機可攜帶的要求： (1) 解析度 (Resolution) ：數位相機主要的影像感測器為CCD ，其感光 度與 傳統的軟 片比較之 下，對於 鏡頭的透 光度要求 較高。故 在相對 應的影像品質要求下，數位相機的解析度需 160 條，較傳統軟片的 100 條高出許多。 (2) 定焦與變焦 (Fix or Zoom) ：變焦鏡頭需要較多的鏡片，而由於在 改變 焦距的時 候，又要 能確保成 像仍十分 清楚，故 需同步且 精確地 控 制 這 些 鏡 片 的 相 對 動 作 ， 此 部 份 是 數 位 相 機 光 學 品 質 (Optical Performance) 相當關鍵的技術。所以變焦相機較定焦更為昂貴，其差 異即來自於上述技術層次與材料成本 ( 光學元件使用數 ) 的差距。 (3) 重量與體積 (Weight Size) ：隨著數位相機的體積走向更輕薄短 PIDA Photonics Industry Technology Development Association 第 三章 數 位相機之 光學元件 與鏡頭 3-2 小， 又同時要 求更高的 變焦倍數 ，故對鏡 頭的體積 與變焦的 要求也 更為嚴苛 。 二、鏡頭核心技術－光学設計與精密模具製作 (1) 光學設計技術：所謂鏡頭的光學設計技術即是指一定光學品質的 要求 下，必須 用到最少 的鏡片數 或用最適 的球面或 非球面鏡 片，以 達到 質輕且具 成本優勢 的要求。 但必須特 別注意鏡 頭內的鏡 片數目 越少 雖可以降 低鏡頭成 本，但目 前日商握 有變焦鏡 頭內含五 個鏡片 的專 利權，為 了規避日 商專利， 故未獲授 權的廠商 只能設計 五個以 上的鏡片的鏡頭。 (2) 精密模具技術：無論是要確保鏡筒內光學元件的定位，或是鏡頭 與感 測器間的 正交度， 都必須靠 精密機構 模具來達 成，這也 是為何 在有 名的日本 或德國鏡 頭廠除了 有精於光 學設計的 工程師以 外，尚 有精於精密機械設計的機構工程師。 由於此類 機構精密 定位與剛 性的要求 ，故光機 設計工程 師總會 選擇 鋁為鏡筒 材料，但 在質輕與 更高精準 度的要求 下，鎂合 金已被 大量採用。 三、光機的製造技術： 所 謂 的 光 機 所 指 的 有 二 。 一 是 鏡 頭 內 各 鏡 片 相 對 的 定 位 精 準 度，通稱為鏡筒 (Lens Barrel) ；二是鏡頭與 CCD 間相戶間的機構定 位精準度。若鏡頭軸心與感測器間未呈正交的 90 度角，則影像邊緣 將 略 呈 模 糊 不 清 的 離 焦 (defocus) 現 象 ， 其 正 交 度 愈 差 ， 則 離 焦 愈 嚴 重。數位相機之感光區域對角線約 1／ 3