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1、數位鏡頭設計相關資料,資料蒐集 新鉅 李三進 經理 新鉅 廖國裕 課長 新旭 陳明佑,取像素子：CMOS、CCD,（Complementary Metal-Oxide Semiconductor，互補性氧化金屬半導體和CCD一樣同為在數位相機中可記錄光線變化的半導體。CMOS的製造技術和一般電腦晶片沒什麼差別，主要是利用矽和鍺這兩種元素所做成的半導體，使其在CMOS上共存著帶N（帶 電） 和 P（帶 + 電）級的半導體，這兩個互補效應所產生的電流即可被處理晶片紀錄和解讀成影像。然而，CMOS的缺點就是太容易出現雜點, 這主要是因為早期的設計使CMOS在處理快速變化的影像時，由於電流變化過於頻繁
2、而會產生過熱的現象。,（Charge Coupled Device ，感光耦合元件為數位相機中可記錄光線變化的半導體，通常以百萬像素megapixel 為單位。數位相機規格中的多少百萬像素，指的就是的解析度，也就是指這台數位相機的上有多少感光元件。 C上感光元件的表面具有儲存電荷的能力，並以矩陣的方式排列。當其表面感受到光線時，會將電荷反應在元件上，整個上的所有感光元件所產生的訊號，就構成了一個完整的畫面。因此，通常用在數位相機Digital Camera與掃瞄器Scanner上，作為感光的元件。,取像素子：Pixel size(pitch),7.8 7.8最小感測密度成像解析度 像素，像點（
3、=picture element） 在電腦製圖技術中，顯示面上能獨立被賦於色彩和亮度的最小元素。 1 / Pixel size = 1 / (0.0078 x 2 ) = 63 LP ex .63本 126pitch / 1mm,焦點距離 f：,IR filter功用：過濾紅外線,光學三原色：R650nm G540nm B440nm Coating多層膜：針對可視光可穿透 UV Cut：防紫外線,Lens有效徑：Lens全視角的光線有效範圍,Lens製作：需大於有效徑0.5mm以上（因周邊的加工性較無法保證）,光學全長：第一面底片面,Back Focus(BF)：最後一面底片面,Holder總
4、長：,M12 0.5調焦固定用 POWER = 1 / f,MTF：Modulation Transfer Function，空間頻率波,畫角（FOV：Fully Of View）：光線全視角度,它社仕樣: a.玉晶,b.大立:,c.今國:,依照鏡頭外牙可分下列三項規格, M12x0.5 為國際標準S-mount 常用於PC cameras 與 board-mount systems,M9x0.5 小型PC-CAM,NOTE BOOK M7x0.5 CELL PHONE , PDA,CCD之SIZE:,CCD的種類可略分為:1. 一吋(1 CCD Format) 2. 三分之二吋(2/3 CC
5、D Format)3. 二分之一吋(1/2 CCD Format)4. 三分之一吋(1/3 CCD Format)5. 四分之一吋(1/4 CCD Format),CCD與鏡頭尺寸 攝影機CCD的尺寸大小關係著視野的角度,當使用相同尺寸的鏡頭搭配較小尺寸的CCD時,視野就比較大尺寸的CCD狹窄(如下圖)。CCD的尺寸必須與鏡頭的尺寸搭配,CCD就像人類的眼睛, 而鏡頭就像眼鏡;眼鏡太小,眼睛就會看不清楚周邊的事物。 即是1/3的CCD可適用於1/3至1的鏡頭。不過一般來說,多少尺寸的CCD就搭配多少尺寸的鏡頭,比方說1/2 Lense用於1/3CCD就會產生角度的偏差,原本100度的視野就會變
6、成約75度(如下圖)。,何謂非球面鏡片? 球面鏡片(SPHERICAL LENS) (圖一) 圖一為球面鏡片，由圖示可知鏡面的中心範圍為正常的成像焦距，而鏡面邊緣的光線折射角度因受制於球面的形狀而脫離正常的焦距軌道。所以此種鏡片可接受的成像光線範圍較小，F值較大，此結果將導致進入鏡片的光線較小。 非球面鏡片(ASPHERICAL LENS) (圖二) 圖二為非球面鏡片，由於凸面狀的非球面鏡片，透過鏡面的中心與邊緣的範圍而進入攝影機的光線皆是一樣的焦距，這將使得鏡片可接受的成像光線範圍較大，F值較小，所以進入攝影機的光線較多。此結果將增加整體的感光度,變焦鏡頭與倍數鏡頭之異同 變焦鏡頭(Vari
7、-Focal)與倍數鏡頭(Zoom)都是有調整視野寬窄的功能,但是當我們在調整倍數鏡頭時,焦距會跟隨著一起調整, 因此當我們Zoom In 或 Zoom Out時並不會有失焦的現象;但是變焦鏡頭則於調整過f值後,仍須再調整一次焦距使影像清晰。,Aberration像差 攝影鏡頭無法完全將一個點或是一混合波長光成像還原為一個點，稱為像差。連續光譜的像差為色像差；單一波長的像差則有球面像差、彗星像差、像散現象、像面彎曲、歪曲像差。舉例來說，原來一個黑點拍成相片後變成一個類似彗星拖著尾巴的成像，稱之為彗星像差。,Aperture光圈 單眼相機的交換鏡頭內，多枚葉片以虹彩形狀繞成之調整光線進入的孔。鏡
8、頭上應有標示該鏡頭的最大光圈（級數稱為f值），如55mm 1:2.8，前者表示焦距55mm，後者表示最大光圈為f/2.8。光圈數字越小，表示光圈越大，如f/2比f/2.8光圈大一級（1.4倍為一級）。f值等於焦距除以光圈入口瞳孔之直徑，最大光圈越大的鏡頭，鏡片直徑通常較大，價格也較昂貴。,Aperture ratio口徑比 鏡頭的有效口徑除以焦點距離的數值，稱之為口徑比。如50mm f/1.8，即為1:1.8，恰為f值的倒數。 Aspherical lens非球面鏡 非球面鏡用以消除彗星像差與耀光，盡量矯正像面彎曲、歪曲像差，由於一枚非球面鏡的矯正能力等於多枚球面鏡片，因此鏡頭中使用非球面鏡片
9、可以達到輕量化。,CCI (Color Contribution Index) CCI指的是在特定光源與協議下的標準軟片，某一鏡頭表現色彩變化的指數。量化為CCI座標，有三個軸，分別表示紅、藍、綠三原色。0/5/4被定為基準值，並界定CCI座標容許範圍，以供鏡頭製造商參考。超過容許範圍的話，就是鏡頭的色調偏差太大。,Centerweighted averaging metering中央重點式測光 測光偏重中央，其餘畫面與以平均的測光。較適用於風景攝影。至於中央面積的多少，因相機不同而異，約占全畫面的20-30%。 CMOS自動對焦系 Complementary metal oxide semi
10、conductor sensor，此新式的自對對焦系（元件），搭載在Canon EOS-3與EOS 300上，強調讀取對焦資料更迅速、單位面積的像素更高（可增加對焦點）、耗電量低等的優點，過去在應用上的問題在於像素的提高，會影響噪訊比使的低亮度的noise太高。,Coating鍍膜 鍍膜是在鏡頭表面鍍上非常薄的透明薄膜。目的是希望減少光的反射，增加透光率，並抑低耀光、鬼影；不同顏色的鍍膜，也使的成像色彩平衡的不同。此外，鍍膜尚可延遲鏡片老化、變色的時間。,Curvature of field像面彎曲 一平面物體不能夠真能成像為一平面，而是成像為一曲面，即為像面彎曲。此現象會使的畫面周邊畫質模糊
11、，縮小光圈也不能改善像面彎曲。 Depth of field景深 當鏡頭對主體合焦時，在主體前後若干距離內的物體，也會成清晰影像，景深即是這段前後皆清晰的距離範圍。白話一些，一張風景照片我們希望景深長些，就是希望包括前景與背景都盡量清晰。光圈、鏡頭焦距、鏡頭與被攝物距離，都會影響景深。光圈越小、鏡頭焦距越短、與被攝物距離越遠者，景深越長。,Distortion歪曲像差 一條直線經過鏡頭拍攝後，變成彎曲的現象，稱為歪曲像差。向對角線往外彎的是枕狀變形（Pincushion），向內彎的是桶狀變形（Barrel）。一支變焦鏡頭，通常在廣角端呈現桶狀變形，而在望遠端呈現枕狀變形。 Flare光斑 鏡片
12、的反覆折射、鏡筒內面的反射或散射、相機內部表面的散射等，造成軟片上一部份因此有害光線的影響而使鮮銳度下降。,Focal length焦距 焦點對在無限遠時，鏡頭的後側主點到軟片平面的距離。 Focus焦點 一束平行光線通過凸透鏡後，會在某距離處成像為一點，這個光線聚集點，稱之為焦點。,Ghost image鬼影 當太陽光或點光源進入鏡頭，經過多次反射之後，在光源的相對位置形成之清晰亮點，有如幽靈一般，稱之為鬼影。鬼影算是光斑的一種。,MTF Modulation transfer function，以反差的概念來檢定鏡頭的鮮銳度。橫軸為以畫面為中心的距離（越靠右邊表示畫面的邊緣），縱軸為反差大
13、小，而MTF曲線分為不同空間頻率（如10 line/mm, 30 line/mm等），前者越接近1，即反差特性良好；後者越接近1，就是高解像力鏡頭。此外圖上一般畫有實線與虛線，分別代表畫面的上下軸、左右軸。,RGB測光 Nikon F5專有的測光方式，不只分析畫面中的光線與反差，並由1005點RGB感應器（紅/藍/綠），去分析畫面中物體的色彩。例如容易發生測光偏差的白雪、大範圍的藍天、黃花等，都可以由電腦內豐富的資料庫圖庫去分析，找出最佳的曝光值。,Vignetting周邊暗角 底片上曝光的光度，由中央到角落有減弱的情形，造成四周較暗的現象。Vignetting可能是鏡頭造成之自然表現，或不當
14、使用遮光罩或濾鏡造成。,色相與飽和度（由Summicron 35整理） 人類對於色彩的概念，可以用很多種方式來描述，其中普遍被接受的描述方式有下列幾種：1. HSB模式以人類視覺感知為基礎的色彩描述模式。是美國人Albert Henry Munsell發明的色彩表示標準。一種顏色可以用下列三種參數來定義：色相（Hue）：是指物體所反射（或穿透）進入人眼的的光波波長。這就是我們平常所見到的顏色，像是紅、橙、黃、綠等等。飽和度（Saturation）：是指色彩（color）所呈現的強度或純度。飽和度顯示的是色相中所含的灰度（gray）百分比。例如：飽和度為0表示全灰，100表示全飽和。Satura
15、tion有時也表述為chroma，有人譯成彩度。亮度（Brightness）：指色彩（color）的明暗（lightness and darkness）程度。通常以0表示全黑色，以100表示全白色。Brightness也稱為Value，有人譯成明度。,RGB三原色模式 在人類的可見光頻譜中，有一大部分可用三種原色光的不同混合比例來表示。這就是大家熟知的紅綠藍三原色光。三種原色光混合之後，產生的是次級色光（在這裡為藍、洋紅、和黃光）。三種原色光等比例混合之後會形成白光。這種模式常被用在打光、視訊系統、電影、或者是監視器螢幕上。也就是說，這些系統以發射出不同比例的色光混合以呈現各種顏色，又稱為加成
16、色（additive colors）。,為了解決這個問題，幾乎目前所有的測試程序都概分為：解像力測試和色彩還原兩大部分。在解像力部分，目前做的最好，也同時是最多人採用的就是 MTF = Modulation Transfer Function為基礎的測試程序。 MTF是引進反差對比的概念來檢定鏡頭解像力。而首先，必須對空間頻率 / Spatial frequency下個定義，就是1mm的寬度中，正弦濃度變化反覆有幾次的意思（請想像空間頻率如同海浪一樣的波型變化）。原本充足的反差可以很容易辨識出兩條線來，而當空間頻率加大時，也就是線條越緊密時，反差也逐漸縮小，終於反差衰減到全部變成灰色，再也分辨不出黑白條紋來，就表示鏡頭的解像力已到極限。（如下圖：）,因此，藉由拍攝MTF 測試圖，可以得到兩種數據 ： 對比和銳利度。而藉由計算線條密度 和 MTF 之間的關係，我們就可以將數據轉換成下圖： MTF隨著空間線條的增加而減少的情形。,：,請注意到上面用紅色號碼標
