了解光学在 2024 年消费电子产品中的作用
编辑：瞿英丽-研发总监
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1. 引言
消费电子产品已成为我们日常生活不可或缺的一部分，影响着人们的沟通、工作流程和娱乐方式。在消费电子产品时尚紧凑的设计背后，蕴藏着尖端科技，而光学技术在其中扮演着至关重要的角色。
2. 消费电子光学应用
光学是物理学的一个分支，研究光的行为和属性。 它是许多消费电子设备的基本组成部分。
2.1相机
光学技术在提升消费电子产品中的摄像头性能方面发挥着至关重要的作用。从智能手机摄像头、笔记本电脑摄像头、无人机摄像头到车载摄像头和网络摄像头，光学技术的进步彻底改变了摄影和视频录制方式。
相机使用镜头将光线聚焦到图像传感器上。 然后使用图像传感器将光转换为电信号，该电信号被数字化并存储为图像。
高质量镜头对于捕捉清晰图像至关重要，制造商不断改进镜头材料和设计，以减少畸变、像差并提高图像清晰度。
光学防抖和电子防抖机制可减少手部颤抖和振动的影响，确保照片和视频更流畅、更清晰。 相机中使用的镜头有许多不同类型，每种镜头都有其独特的性能。 将光学器件与复杂的图像处理算法相结合，可实现 HDR（高动态范围）、人像模式和夜间模式等功能，使用户能够在各种条件下捕捉令人惊叹的照片。
例如，广角镜头具有广阔的视野，非常适合风景摄影。 长焦镜头的视野较窄，非常适合体育和野生动物摄影。
2.2 虚拟和增强现实
光学技术是虚拟现实 (VR) 和增强现实 (AR)体验的基石。VR头显利用镜片为用户创建三维图像，从而营造沉浸式环境。AR 眼镜则利用光学技术将数字信息叠加到现实世界中，并将图像投射到佩戴者的视野范围内。AR/VR 镜片具有独特的光学特性，专为近眼显示而设计。这种镜片模拟人眼的尺寸、位置和视野。此类镜片被称为近眼镜片。这些技术在游戏、教育、培训和各种专业应用领域正变得越来越普及。
2.3其他应用程序
- 投影仪使用镜头将图像投影到屏幕上。
- 条形码扫描仪使用透镜将光线聚焦到条形码上，然后由扫描仪进行解码。
- 扫地机器人 使用镜头进行精确测绘、障碍物检测和高效清洁。
- 用于自动驾驶汽车的激光雷达 使用ToF镜头获取实时测距和物体深度信息。
3. 我们的消费电子光学器件
Wavelength Opto-Electronic 设计和制造塑料或玻璃 模压镜片 用于消费电子产品。 我们提供多种标准监控摄像头镜头和 ToF 镜头，而我们的其余消费电子镜头则是定制的。
3.1 监控摄像头镜头
我们的微型IP摄像机镜头采用玻璃-塑料混合结构，在消色差方面表现出色。此外，它还具有大视场角和图像均匀一致性等特点，广泛应用于无人机摄像机、智能家居、民用安防等领域。
| 零件编号 | 结构 | FFL | F/＃ | FOV | TTL | 传感器编号 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| PG-SCL-1.45-2.4 | 3P | 1.45 | 2.4 | 89.6°（水平）x 73.1°（垂直） | 8.51 | OV7740 1/5" |
| PG-SCL-1.56-1.5 | 1G4P | 1.56 | 1.5 | 105°（水平）x 85°（垂直） | 18.3 | OV7740 1/5" |
| PG-SCL-1.19-2.6 | 2G4P | 1.19 | 2.6 | 110°（水平）x 85°（垂直） | 9.01 | OV5640 1/4" |
表1： Wavelength Opto-Electronic 监控镜头
3.2 ToF镜头
飞行时间（ToF）镜头，也称为3D深度镜头，具备实时测距功能，能够获取物体深度信息。这类产品广泛应用于智能家居摄像头、扫地机器人、AR/VR设备、无人机以及自动驾驶汽车的激光雷达等消费电子产品中。ToF镜头利用红外光来确定深度信息。传感器发射红外光信号，光线经物体反射后返回传感器。根据反射光的强度和到达传感器所需的时间，即可对物体进行深度映射。与其他3D深度映射技术相比，ToF技术成本相对较低。其高帧率使其能够应用于实时应用，例如在动态视频中实现背景虚化。
ToF 更准确，并且比其他成像技术有显着改进。
| 零件编号 | 有效长度（毫米） | FFL (毫米) | FNO | 视场（深x高xV）（毫米） | M-TTL（毫米） | 最大CRA | 传感器尺寸 | 螺丝尺寸 | 应用领域 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| PG-TOF-1.53-1.2-V1 | 1.536 | 2.21 | 1.20 | 142 x 123 x 92 | 9.82 | 9.4° | 1 / 5“ | M7.0 * 0.35 | 850纳米飞行时间 |
| PG-TOF-1.53-1.2-V2 | 1.536 | 2.60 | 1.20 | 144 x 125 x 90 | 9.88 | 6.97° | 1 / 5“ | M7.0 * 0.35 | 850纳米飞行时间 |
| PG-TOF-1.53-1.45-V2 | 1.530 | 2.56 | 1.45 | 127.8 x 104.8 x 82 | 8.20 | 18.78° | 1 / 5“ | M6.0 * 0.35 | 940纳米飞行时间 |
| PG-TOF-2.36-1.25 | 2.364 | 2.70 | 1.25 | 132.1×123×92.8 | 11.34 | 15.41° | 1 / 3“ | M8.0 * 0.35 | 850纳米飞行时间 |
| PG-TOF-1.44-1.4 | 1.440 | 0.85 | 1.40 | 125 x 104.8 x 82.5 | 5.25 | 34.26° | 1 / 4.5“ | M6.0 * 0.25 | 940纳米飞行时间 |
表2： Wavelength Opto-Electronic 飞行时间镜头
3.2.1 自动驾驶激光雷达
905nm和1550nm的光学器件适合自动驾驶应用。
| 因素 | 905nm | 1550nm | 说明 |
| 水 | + | – | 水吸收 1550 nm 波的能力约为 145 nm 波的 905 倍 |
| 雨雾 | + | – | 与正常条件相比，雨雾中 1550 nm 波的衰减比 4 nm 波的衰减要差 5-905 倍 |
| 雪 | + | – | 与 1550 nm 波相比，97 nm 波在雪中的反射率大约差 905% |
| 能量消耗 | + | – | 在潮湿条件下，使用 1550 nm 波长的传感器比类似的 10 nm 系统需要多 905 倍以上的功率 |
| 范围 | + | + | 在最佳条件下，905 和 1550 nm 波长的可见距离可达数百米。 |
| 技术组件的可用性 | + | – | 1550 nm 的关键组件要么是定制的，要么只能通过非标准供应链提供，并且需要特殊材料。 |
3.3 近眼镜片
零件号： DJZ32-B01
前线： 10.03
FOV：48.8（高）x41.3（垂直）
芯片类型： IM 250 2/3″
规格一： Wavelength Opto-Electronic 近眼镜片
近眼镜头由多个光学元件组成，与C接口的IMX250 2/3英寸探测器和图像处理软件配合使用，应用于AR/VR生产线，实现对组装设备的MTF、畸变、视场角、场曲和相对照度的自动检测。我们为AR/VR设备系统集成商提供独特的镜头。
3.4其他样品
可提供的产品类型包括针孔透镜、扫描透镜、无人机透镜、相机透镜、圆锥形透镜等等。
| 零件编号 | 结构 | FFL | F/＃ | FOV | TTL | 传感器编号 | 应用领域 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| PG-OL-1.8-3.2 | 4G | 1.80 | 3.2 | 70°（水平）x 51°（垂直） | 10.42 | MT9V022 1/3" | 针孔镜片 |
| PG-OL-3.25-6.5 | 5G | 3.25 | 6.5 | 40.63°（水平）x 26.41°（垂直） | 11.60 | 1 / 3“ | 扫描镜头 |
| PG-OL-4.78-12 | 4P | 4.78 | 12.0 | 42.4°（水平）x 34.4°（垂直） | 11.88 | EV76C560 1/1.8" | 条码 |
| PG-OL-1.1-2.2 | 2P | 1.10 | 2.2 | 70°（水平）x 56°（垂直） | 2.75 | OV7251 1/7.5" | 无人机镜头 |
| PG-OL-6.68-2.8 | 8G | 6.68 | 2.8 | 100°（水平）x 76°（垂直） | 20.57 | IMX117 1/2.3" | 相机 |
| PG-OL-8.46-1.2 | 7G | 8.46 | 1.2 | 28°（水平）x 16.8°（垂直） | 29.84 | 1 / 2“ | 808nm |
| PG-OL-10.03-1.9 | 17G | 10.03 | 1.9 | 48.8°（水平）x 41.3°（垂直） | 81.15 | IMX250 2/3" | AR成像检测 |
表4： Wavelength Opto-Electronic 其他模压镜片
3.5 模压镜片定制
凭借我们先进的生产设施，我们能够针对客户的特定需求，量身定制并提供全面的解决方案。我们生产用于消费电子产品的模压透镜，材料可选玻璃或塑料。
3.5.1 模压非球面透镜
| 规格 | 平台精度 | 超精密 |
| 直径 | 1-25mm | 1-20mm |
| 直径公差 | ±0.015mm | ±0.005mm |
| 厚度公差 | ±0.03mm | ±0.005mm |
| 不规则 (PV) | 1μm | 0.6μm |
| 不规则度(RMS) | 0.3μm | 0.08-0.15μm |
| 对中误差 | 1“ | |
| 表面质量 | 40-20 | 20-10 |
| 涂料 | 搭建你自己的 | 搭建你自己的 |
3.5.2 微型非球面透镜
3.5.2.1 手机镜头
(1≤φ≤5)
外径公差： ±0.003毫米
CT容差： ±0.003毫米
下垂高度公差： ±0.002毫米
表面精度： Rt≤0.0006毫米，ΔRt≤0.0003毫米
中心误差： ≤0.003毫米
规格一： Wavelength Opto-Electronic 模压手机相机镜头
3.5.2.2 监控和 DSC 镜头
(5≤φ≤12)
外径公差： ±0.003毫米
CT容差： ±0.003毫米
下垂高度公差： ±0.002毫米
表面精度： Rt≤0.0015毫米，ΔRt≤0.0005毫米
中心误差： ≤0.005毫米
规格一： Wavelength Opto-Electronic 模压监控和 DSC 镜头
3.5.3 大尺寸非球面透镜
外径公差： ±0.01毫米
CT容差： ±0.005毫米
下垂高度公差： ±0.005毫米
表面精度： Rt≤0.005毫米，ΔRt≤0.002毫米
中心误差： ≤0.008毫米
规格一： Wavelength Opto-Electronic 模压投影仪镜头
大尺寸非球面镜片适用于投影仪等需要较大直径镜片的产品。
3.5.4 异形非球面透镜
尺寸公差： ±0.01毫米
CT容差： ±0.005毫米
下垂高度公差： ±0.002
表面精度： Rt≤0.003毫米，ΔRt≤0.0008毫米
规格一： Wavelength Opto-Electronic 异形非球面镜片
异型镜片适用于自动化信号控制或AR/VR产品。
4. 注塑技术
塑料、玻璃和塑料-玻璃混合材料是采用注塑技术生产光学镜片的原材料。 注塑成型简单地定义为将塑料/玻璃材料熔化并注入模具的过程。 随后的过程包括将模具材料冷却至硬化，现在它已准备好用于许多不同应用的精确规格。
单个工具足以生产更大的产量，并为每次生产运行提供必要的表面质量。 温度和压力是整个过程中需要控制的关键参数。
5. 结论
光学技术是推动消费电子产品不断发展的驱动力。从令人惊叹的创新型相机技术到沉浸式增强现实/虚拟现实体验和安全功能，光学技术在提升设备功能和用户体验方面发挥着至关重要的作用。随着光学技术的持续发展，我们可以期待在消费电子设备中看到更多创新且令人兴奋的光学应用。
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