2.中继镜（增距镜）详解

1.中继镜
        （1）为什么使用增距镜？
        （2）什么是增距镜？
2.中继镜基本参数
        （1）WDR（WDC）
        （2）WDV
        （3）EPD（MDR）
        （4）ChartSize
3.Chart尺寸评估
        （1）计算方法
        （2）案例演示
                ①案例说明
                ②参数提取
                ③结果解算
4.总结

1.中继镜

本文将通过摄像头模组成像测试具体案例对中继镜使用场景、基本参数及使用方法进行讨论。

（1）为什么使用增距镜？

在手机摄像头模组单体测试或整机测试中，理想的方案是在摄像头模组的标称焦距内进行，其远焦距离往往达到数米，在这个距离上测试时，若采用常规测试，会出现如图1所示情况：

①测试机箱需要很大尺寸（即大场地）；
②视场角的轻微变化+物距的增大会导致成像对角尺寸增大，可能导致测试图卡不能满足充满整个视场

因此当物距达到一定值时，常规方法显然不能满足要求。那有没有一种办法？既能满足物距的大小要求，又能符合图卡充满整个视场。这时中继镜的作用便体现出来了。

（2）什么是增距镜？

中继镜（Relay Lens），也称增距镜，成像示意如图2所示，其光学系统组成我们先不做介绍，其光学原理是把近距离的物体（实际检测目标），在更远距离的地方生成一个正立放大的虚像。当物距 $u$ <RelayLens焦距时，物经过透镜成正立、放大的虚像;因此不同的 $u$ 值就可以产生不同距离的Chart虚像: CCM则可以对不同距离的Chart进行成像评测了。

这样的话，物便生成了一个像距＞物距的正立虚像，根据高斯成像公式，有

$\frac{1}{u}+\frac{1}{v}=\frac{1}{f}$

其中， $f$ 为焦距，凸透镜焦距取正值，凹透镜焦距取负值； $u$ 为物距； $v$ 为像距，实像取正值，虚像取负值。

因此，若将各参数代数化，对于透镜组构成的增距镜则有如下关系式：

$\frac{1}{u}-\frac{1}{v}=\frac{1}{f}$

如图3所示为大物距下，中继镜配合摄像模组测试的示意图：

图1和图3对比可以发现：选择合适的物距后，经过增距镜发挥扩大像距、放大图像的作用，Chart可以充满CCM整个视场内，至此，从理论层面来看，所有棘手的问题都得到定性的解决。所以，大物距条件下的模组测试工作均采用中继镜来配合完成。

2.中继镜基本参数

中继镜在实际测试工作中能够发挥极大作用，图4、图5分别为R09150A型号增距镜实物图和使用过程中的参数示意图。

（1）WDR（WDC）

模拟距离：中继镜上方金属表面至Chart距离。

（2）WDV

实拍距离：待测镜头实拍物距。

（3）EPD（MDR）

工作距离：中继镜下方金属表面至待测镜头入瞳孔径距离。

（4）ChartSize

在已知相机的FOV角度时，对应于特定WDR（WDC）的成像对角尺寸。

3.Chart尺寸评估

中继镜的作用前面已经介绍，那么具体的使用场景有哪些呢？这里我们以SFR测试为例展开介绍。

在摄像模组图卡测试中，对成像画面内图卡的信息有数量上的要求，例如SFR图卡需要满足：充满整个视场的前提下格子个数不少于20*15，由于sensor分辨率一般为4：3（如1200万像素对应传感器有效像素为8000*6000；20MP(2000万像素)对应传感器有效像素为5184*3884），即需满足画面内横向和纵向方格数满足分别不少于20和15个。

（1）计算方法

中继镜使用时需配合相应型号中继镜对照表，截取该表部分信息如表1所示，该表数据由厂商对镜头测试后提供。其中，包含数据有①WDV；②WDR；③摄像模组FOV；④不同WDV下对应的倍率以及⑤不同WDV和摄像模组FOV下的成像对角尺寸ChartSize。

**表1.R09150A对照表（部分）**
WDV	WDR	FOV									倍率
(mm)	(mm)	98°	99°	100°	101°	…	147°	148°	149°	150°	倍率
7000	152.84	365.3	369.87	374.47	379.09	…	601.43	605.89	610.31	614.67	0.0273
8000	153.45	366.43	371.02	375.63	380.27	…	603.21	607.69	612.11	616.48	0.024
9000	153.94	367.32	371.92	376.55	381.19	…	604.61	609.1	613.53	617.9	0.0213
10000	154.33	368.04	372.65	377.28	381.93	…	605.74	610.22	614.66	619.04	0.0193
20000	156.09	371.28	375.93	380.6	385.3	…	610.85	615.36	619.82	624.22	0.0097

有小伙伴会有疑问，工作距离EPD（MDR）值没有体现出来，需要注意的是，各个型号的前两位数字本身就说明了这个值的大小，如R09150A的工作距离EPD为9mm；RL2090的工作距离EPD为20mm。实际使用时，中继镜选型的路线一般为：

根据CCM视场角----------------->中继镜型号（因为中继镜不同，所覆盖的CCM视场角不同）
根据中继镜型号----------------->工作距离EPD（MDR）；
根据测试条件-------------------->实拍距离WDV；
根据所确定的WDV值---------->查对照表获得WDR（WDC）；

理论上来说，根据以上便可以确定中继镜、CCM模组及光源间的位置，从而进行测试工作。但是由于测试图卡时有CCM视场内的数量要求（如SFR图卡需要满足：充满整个视场的前提下格子个数不少于20*15（算法不同，数量要求便不同）），因此CCM镜头内的视场所对应的实际尺寸也很重要，对应的计算方法有以下两种：

①查表法
根据表1所示对照表信息可知，在已知WDV值、WDR值和CCM FOV条件下，可以通过查表获取ChartSize，该ChartSize表示的是该距离及视场条件下所拍摄的实际对角线尺寸。

②倍率法
若没有中继镜，仅通过CCM拍摄实际测试距离的视场对角线尺寸可以求得，通过查表可获得对应实拍距离WDV下的倍率，两者相乘便得到CCM+中继镜拍摄下的视场所对应的实际对角线尺寸。
★两种计算方法所得结果略有差别，但问题不大。下面通过一个案例来加深对前面的理解。

（2）案例演示

①案例说明

SFR10m距离测试使用棋盘格图卡进行，如图6所示为棋盘格示意图，测试用CCM选择模组单体（8MP、106°视场角）进行。需满足图卡充满整个视场的前提下，格子个数近似等于20*15个。棋盘格单元格尺寸有8mm、12mm、14mm、16mm、18mm、20mm等。
需求：确定出符合测试条件的棋盘格图卡。

②参数提取

根据CCM视场角100.6°----------------->确定中继镜型号选用R09150A；
根据中继镜型号R09150A----------------->工作距离EPD（MDR）为9mm；
根据测试条件10m距离-------------------->实拍距离WDV为10000mm；
根据所确定的WDV值10000mm---------->查对照表获得WDR（WDC）为154.33mm；

③结果解算

★查表法

根据中继镜型号—R09150A、实拍距离WDV—10000mm和CCM视场角—100.6°；
查询R09150A中继镜对照表（表1），得ChartSize为381.93mm。

★倍率法

首先确定仅CCM成像时，10m距离处视场对角线长度。由图7可知，

视场对角线尺寸

$ab=2*oc*\tan \left ( \frac{\omega }{2} \right )=2*10000*\tan \left ( \frac{100.6degree}{2} \right )=23836mm$

根据根据中继镜型号—R09150A、实拍距离WDV—10000mm；

查询R09150A中继镜对照表（表1），得倍率为0.0193，所以CCM+中继镜拍摄下的视场所对应的实际对角线尺寸为：
23836*0.0193=460.0348mm

方法	对角线尺寸ChartSize
查表法	381.93mm
倍率法	460.0348mm

★对比两种方法结果发现，结果相差17%，差异原因未知，但是当我们需要通过快速评估视场尺寸从而选择合适的图卡时，其依然能够作为一种较为有效的手段。

4.总结

本文将通过摄像头模组成像测试具体案例对中继镜使用场景、基本参数及使用方法进行讨论。笔者知识水平有限，仍有某些问题无法说明，下面对遗留问题进行记录：

厂家下发的增距镜文档《视角和Chart对角线长度对照表》中，无论是计算值还是测试值，倍率一栏所代表的含义是什么？

望业内专业人士或者对此感兴趣的小伙伴能够指点迷津或展开讨论！