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來自:台中縣 |
訪施乃德亞太有限公司執行董事Dirk Muschert先生
光學鏡頭一般稱為攝像鏡頭或攝影鏡頭，簡稱鏡頭，其功能就是光學成像。一個光學鏡頭一般 由兩部分組成：光學部分；機械部分。光學鏡頭的簡單生產過程大概是這樣的：光學系統設計；機 械設計；削切與研磨；鏡片定心；鏡片鍍膜；洗淨、黏合、塗墨；鏡頭裝配；測試。每一個過程又 可以細分為更多小步驟。一款鏡頭從設計到生產測試完畢實際上是非常複雜的，每一部分都要做到 非常優秀最後生產出的鏡頭才能應對複雜的工業應用和現場環境考驗。鏡頭是機器視覺系統中的重 要組件，對成像品質有著關鍵性作用，它對成像品質幾個最主要指標都有影響，包括：解析度、對 比度、景深、各種像差。鏡頭不僅種類繁多，而且品質差異也非常大，但一般用戶在進行系統設計 時往往對鏡頭的選擇重視不夠，導致不能得到理想的圖像，甚至導致系統開發失敗。因此瞭解鏡頭 本身及主要參數，對於機器視覺系統設計的成功是至關重要的！
因為起步較晚,在2008年以前，中國工業鏡頭市場基本上被兩大工業強國日本、德國品牌所壟斷。 在安防市場、智慧交通市場，工業檢測市場，醫療影像市場的光學圖像設備上基本就見不到中國大 陸自主知識產權生產的鏡頭。也只有在一些比較低端設備上偶爾能見到臺灣同胞OEM鏡頭產品。中 國工業鏡頭市場100%被國外品牌壟斷?!這種情況無疑會致國內工業鏡頭的用戶於被動。被動就會 挨打，可中國何時才能才能掌握工業相機製造的核心技術呢？
2008年初，在深圳博飛袁總的透露下，我們得知一個巨大喜訊：中國工業鏡頭市場有了完全自 主知識產權的產品！其公司生產的工業鏡頭產品已經小批量應用在電子檢測、定位等功能設備上， 對於中國工業鏡頭市場這是零的突破！我們知道，任何產品一旦國內有了自主品牌出現，現有市場 格局將被打破，競爭加劇，市場將面臨重新洗牌。在中國機器視覺這片沒有硝煙的戰場上，大戰， 即將爆發！
面對市場格局即將發生變化，我們懷揣著驚喜、疑問對世界光學巨頭之一的施乃德光學製造有 限公司市場總監同時擔任新成立的施乃德亞太有限公司執行董事的Dirk Muschert先生進行了採訪。 並寄希望於通過這次採訪，就此揭開這個和光學技術纏綿了近一個世紀德國百年老店的神秘面紗， 探尋施乃德成就非凡功夫鏡頭的成功秘笈。
最好的設計務必要滿足應用
Dirk Muschert先生是對技術市場非常精通的一個企業管理者，通過他的介紹我們知道 Jos.Schneider Optische Werke GmbH 即施乃德光學製造有限公司最早設立於德國Bad Kreuznach，是德國知名的三大鏡頭製造公司之一，也是高品質工業用鏡頭、攝影鏡頭、 濾鏡、電 影投影鏡頭和光學配件的國際市場領軍者之一。在工業領域，Schneider 光學鏡頭被廣泛的應用於 科學研究、機器人、機器視覺、工業檢測、文檔掃描和郵件分選等。Schneider光學一直以其世界級 光學設計及製造專門技術、極高的光學及機械品質、強大的光學-機械組合力量、靈活的個案解決方 案、專業的諮詢服務及協助作為競爭優勢。
對於一個鏡頭的好壞與否,Dirk Muschert先生是這樣看的：首先我們要澄清一點，工業鏡頭是先 清楚要求和應用，然後才做光學設計的。也就是工業鏡頭市場有了新的應用和需求，才推動了鏡頭 產品的研發。因為工業鏡頭要考慮很多因素的，如光線波長、解析度、工作距離、被測物體表面情 況，同時也要考慮配套的工業相機，如晶片為CCD/CMOS, Pixel大小，彩色線陣相機是3CCD還是 Tri liner 等等諸多因素。針對不同的應用，來開發不同的鏡頭。有了新的機器視覺應用，有了新的 相機出現，就需要新的鏡頭來配合。所以可以說鏡頭是Application and technology driven。據Dirk Muschert先生介紹Schneider公司擁有超過90年的光學鏡頭研發、製造經驗，在貼近應用方面一直 具備優勢，因為作為一個專業光學廠家，長年為機器視覺各種應用提供專業的鏡頭解決方案使得他 們能緊跟市場，洞悉最新應用和技術趨勢，同時具有國際化視野和前沿技術，Schneider同全球頂級 檢測設備製造商的R&D部門皆保持緊密合作，和他們一起應對新的應用而不斷開發新產品，解決光 學部分的難題，為他們的整體系統性能的提升保駕護航。在這方面，歐洲、美國、日本有很多成功 的檢測設備製造商和系統集成商。對於中國本土（含港、澳、台）的光學設計水準和日本、德國等 光學強國的差距，Dirk Muschert先生認為中國暫時比較缺乏這樣的設備商。我們認為對於設備製造 商來說，他們需要掌握的核心技術是軟體，而相機、光源、鏡頭他們則找專業的廠商協助提供解決 方案，這幾部分的完美結合則確立了一款檢測設備的技術含量。這些都值得從歐洲、美國、日本同 行去借鑒。並且設備商，最清楚機器視覺系統的真正要求，因為每個應用行業具有其專業特徵，而 Schneider正是這些設備商的緊密合作夥伴。
我們都知道光學設計是光學廠商最核心的範圍，就好比一棟大廈得以成功落成的先決條件是一 張好的設計圖紙。專業人員需要具備光學知識及多年的經驗積累。不同種類的鏡頭光學設計各不相 同，隨著電腦及專業軟體的高速發展，目前應用光學軟體就可以在電腦上類比光學設計。但從 電腦於20世紀中葉開始介入鏡頭設計(Leitz是最先於鏡頭設計中使用電腦的，該機器的名字為 Zuse，德國造)以來，除了速度不斷提高，其他很少有什麼改變。我們聽說過一種觀點：今天的鏡頭 設計(或者像光學設計者稱之為光路設計)是小菜一碟，在鏡頭的資料庫中有成千上萬的設計專利的展 示，並且有許多是公開發表的。你可以從大致的設計構思著手，然後利用高速的電腦系統為你的 設計草圖進行優化，達到你實際想要達到的目標。Schneider公司採用行業公認的Zemax和codeV光 學設計軟體，Schneider同時也擁有自己開發的光學設計軟體。但問題是，單靠電腦就能夠生成一 個優秀的鏡頭設計嗎？一個優秀的光學設計師和好的光學設計軟體及高速的電腦到底哪個更重 要？ Dirk Muschert先生如是回答我們一般來說，光學設計至少要5年以上經驗，才能揮灑自如地設 計光學產品。客觀地講，前面兩個方面中，設計師的專業經驗會顯得更加重要。就比如畫家的筆只 是一個工具，畫的好與不好更多取決於畫家本身的技能。但是他表示關於光學設計，其實沒有好 的設計與壞的設計之分，滿足應用才算好設計。
利用光學設計軟體設計出的光學資料，需要轉換成鏡片圖面，以及鏡頭機械設計，才能完成整 個光學系統。與光學設計一樣，機械設計也需要按照應用需求並且實現合適產量，才是好的設計。 研發人員設計出光學鏡片後，為了便於加工製造，要選用合適的粗胚（加工製造前的成型光學玻璃）， 粗胚應考慮厚度之削切量、外徑、倒角以及材品質等。那麼我們都想知道，像Schneider這樣的光學 巨頭在鏡頭機械設計、鏡片粗胚選擇等方面有何與眾不同呢？在工業鏡頭的製造中，玻璃是一個非 常重要的原材料。越是高端的鏡頭越是需要高品質的玻璃。作為工業鏡頭製造業的翹楚，Schneider 不但做到了質的保證，並且特別關注環保趨勢，用不含有害物質的材料。而對於鏡頭的機械設計， 最大的挑戰來自於從圖紙到產品的實現。因為機械加工總是有公差的，在做設計時就需要考慮到加 工時的諸多因素，以保證出來的產品在公差範圍以內。工業鏡頭還要滿足工作環境提出的諸多要求， 如溫度、濕度、振動等等，機械上滿足牢固耐衝擊等特性。
最好的品質來自於技術的保證
光學鏡頭是由光學元件組成的，目前最普遍的材料是光學玻璃，光學鏡片粗胚的切削與研磨是 若干年以來光學鏡頭製造經典的過程之一。鏡頭製造大概過程如下：粗胚的切削；研磨；張貼；定 心；鍍膜；洗淨；黏合；塗墨；鏡頭裝配等。其中每一個加工製造過程對工藝、技術及設備的要求 都極高。全世界目前光學鏡片加工製造處於領先位置的是德國、其次是日本。近些年來，臺灣和大 陸極個別廠商初步具備了為國際大廠(如蔡司)的某些類型鏡片做部分環節加工的能力。但並沒有形成 完善的產業鏈條及具備完全達到國際先進技術水準的企業。那麼在如此複雜的光學加工製造過程中， Schneider是如何保證工業鏡頭產品的品質呢？Dirk Muschert先生說，鏡片的高精度加工、高精度 組裝，這個過程的完成如果保證各個指標在公差範圍之內，則一個優質的鏡頭得以完成。低端鏡頭 的公差大，組裝要求不高，但是高精度鏡頭組裝本身就包含know-how，世界上只有為數不多的公司 擁有這些技術，如Schneider、Zeiss 、Leica、Nikon等。高端鏡頭很多用非球面鏡片，加工和研磨 要求更高，加工設備非常昂貴，設備操作也非常複雜，並且特別需要專業的技術來支援。比如機械 加工行業，能買到非常最好的加工中心(CNC)，但不一定能就加工出高精密產品，還需要訓練有素 的工程師來操作。再就是高端鏡頭允許公差非常小，對於裝配要求更加苛刻。至於對鏡片最終的性 能也很有影響的鍍膜，Dirk Muschert先生也表示，Schneider擁有自己的鍍膜技術，特別在提高通過 率、減少反射率方面有自己的獨到之處。
最大的幸福緣自付出後的收穫
對於高性能鏡頭來說，是需要非常高精度的檢測設備來保駕護航的，因為沒有各項指標的標杆 來參照達到，就沒有辦法定義好鏡頭，即沒有好的檢測手段就無法保障高品質產品。而Schneider 無疑做到了這一點，它擁有最先進的檢測手段，至於一些連市場上都買不到高精尖檢測設備， Schneider的技術人員們就自己研發，製造。對於樣品鏡頭和原型鏡頭，他們對其各項性能指標都要 做全部的檢測，同時做環境試驗，包括堅固性檢測和抗振性能測試。往往需要花一整天的時間才能 完成一件產品的檢測工作。Dirk Muschert先生如此形容工作的辛苦，但從他臉上的笑容可以看出， 他們的收穫絕對是與勤勞的付出成為正比的。我們又聊到了國內的光學加工製造檢測過程的現狀， Dirk Muschert先生這時既表現出了對中國光學加工製造業發展的贊許，也提出了目前中國行業內的 不足，中國本土的光學加工，鏡片研磨水準方面有很大提高，但是高精度裝配和檢測方面還是弱項， 差距很明顯，並且也缺乏好的檢測設備來確保鏡頭的光學品質，這方面國外老牌廠商有明顯的優勢。 所有的產品都是依附於產品的品質和功用來實現其價值的。而工業鏡頭的最大價值是什麼呢？ 自然是工業鏡頭對產品的高檢測率。而在產品的研發中是哪些光學參數最有價值呢？Dirk Muschert 先生認為工業鏡頭的光學參數最重要的是MTF(傳遞函數)，很多視覺工程師不瞭解MTF,對高端鏡頭 來說就必須用MTF來衡量光學品質。MTF涵蓋了對比度、解析度、空間頻率，色差等相當豐富的信 息，並且非常詳細地表達了鏡頭中心和邊緣各處的光學品質。
最大的自信原自準確的自我評價
眾所周知，在世界範圍內，機器視覺40%-50% 都集中在半導體行業。而且據專家預計，到 2010 年，中國將成為僅次於美國的世界第二大半導體消費市場。隨著半導體行業在國內的蓬勃發展， Schneider是否有針對半導體電子行業一些特殊應用的鏡頭應時而生呢？Dirk Muschert先生清晰地 告訴我們電子半導體行業的生產過程中QC（品質控制）非常重要，很多環節都要用到檢測設備。 鏡頭按照光線不同，分為用於可見光、UV（紫外）和IR（紅外）幾種。對半導體行業，由於產品尺 寸非常小，UV常用，波長短，易獲得高分辯率。電子元件尺寸稍大可用可見光解決，對於可見光和 近紅外的應用環境，Schneider鏡頭表現優異，如在LCD液晶平板檢測，PCB檢測和諸多電子行業檢 測任務上，我們的產品被廣泛應用，業屆有良好的口碑。 在採訪的過程中， Dirk Muschert先生在言談中總是透露著對自家產品的驕傲和身為Schneider 一員的自豪。但當記者把：您如何看待國產工業鏡頭品牌的出現，您認為國產的工業鏡頭出現是否 會對貴公的工業鏡頭市場造成衝擊的犀利問題向他拋去的時候，他嚴謹卻不失公正的回答道對於機 器視覺所需的工業鏡頭，高精度，量相對較小的類別，在中國本土我們還沒有看到專業的廠商。但 對於消費電子行業所用的，如數碼相機、手機鏡頭，大規模的批量生產，中國廠商已經做得非常好 了。
後話：在與Dirk Muschert先生的交談中，我們從機器視覺的發展史聊到了鏡頭機械設計；從 Schneider在工業鏡頭領域取得的成就又聊到了中國工業鏡頭製造業的現狀與未來的發展方向。在這 個過程中，感觸是深的，領悟是大的。我既感歎于中國現今在機器視覺上的落後，也欣慰於中國未 來機器視覺發展空間之遼闊。那麼對於剛剛起步的我們來說，最重要的是埋頭苦幹，儘快追上世界 的腳步？還是適時的向國外同行們學習，取長補短，改正缺點，使自己日趨完美？亦或是兩者皆應 有之呢？在和藹的Dirk Muschert先生身上，我們能看到一種驕傲和自信，而這種驕傲和自信，來自 於Schneider百年來所醞釀出的企業文化與素質，更來自其自身的努力和對光學技術的熱愛。看著他 堅定的眼神，我不禁想到，在機器視覺這條年年歲歲花相似，歲歲年年人不同的艱難道路上，也 只有堅持到最後的強者，才能獲得最大的成功！
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