探索光学镜头技术前沿

　　学等诸多先进科技的技术密集型产业。光学产品属于技术密集型行业，产品创新是企业持续发展、巩固竞争地位的基石。同时，许多光学先进技术总是先出现并应用于军事领域，技术成熟和成本降低后转化为民用。

　　随着现代科技的发展，光学镜头应用领域不断延伸拓展。空间观测、航天军工项目对光电产品具有刚性需求。我国多项航天工程正在快速推进，光学系统为航天工程、空间探测不可或缺的组成部分，面临稳定持续的市场需求。光电产品在军工武器装备上的应用将日渐广泛，并随着我国不断提升国防实力，其需求将稳步增长。

　　目前，安防监控逐步趋于成熟，产业空间较大，而车载视觉系统、物联网人工智能等应用正成为推动产业发展的新兴力量。社会治安监控系统是城镇建设规划的关键组成部分。平安城市是城市信息化的第一步，未来将在物联网的基础上向数字城市、智慧城市发展。

　　光学系统及镜头作为智慧城市、智能家居智能工厂的“神经末梢”，将在社会各层面有更加广泛深入的应用。汽车行业高级辅助驾驶技术正从高端车型向中端车型渗透，单车镜头使用量有了明显增长，红外夜视系统需求也逐步得到释放。智能网联汽车已成为各大汽车厂和互联网巨头争相研发的焦点，车载光学产品未来市场潜力巨大。

　　光学及光电技术的发展在一定程度上推动了我国空间科学、航空航天等重大战略项目的成功实施，也提高了我国国防军工的科技水平，促进了光电系统在武器装备更加广泛的应用。民用光学镜头不断向高分辨率、大倍率、超广角、小型化等方向发展，进一步拓展了下游市场空间。如高清、低照度等摄像技术的发展使得物联网、人工智能系统采集更高质量的信息数据，提升系统运行效率和精度，有利于新兴技术在各个产业的加速推广应用，从而带动光学系统产业规模的进一步扩大。

　　镜头的镜片主要分为两类：球面镜片与非球面镜片。球面镜片具有无法将并行的光线以完整的形状聚集在一个点的问题，特别是在大光圈、大广角镜头下成像会存在不清晰的问题，在影像表现力方面存在局限性。非球面镜头提高光学性能，解决了球面镜头成像扭曲的问题，解决了大光圈镜头的球面象差补偿、大广角镜头的影像扭曲补偿的技术问题，提高了成像清晰度，同时，非球面镜头具有体积小、重量轻的特点，解决了变焦镜头的小型化的技术问题。

　　定制产品主要用于航天工程、空间观测、导弹制导、边防海防及军舰军机火箭等各军种军事装备中，包括星载、舰载、箭载、弹载等各类镜头产品。

　　受玻璃、塑料材质自身特点影响，全玻镜头、塑料镜头、玻塑混合镜头各有其特点和比较竞争优势，从而决定了各自适用的领域。

　　空间光学涉及到光学设计、机械设计、热力学分析、杂光抑制设计、耐辐射分析等学科，其设计极为复杂且难度较大。包括非球面设计技术、高强度轻量化设计技术、膜系设计技术，相关光学产品具备焦距长、相对孔径大、线视场大、宽光谱、空间分辨率高等性能技术等。

　　其中大口径透射式天文观测镜头主要应用于空间观测，空间观测拍摄目标为近地空间飞行器、空间碎片、远距离行星、星云等天体，其特点为距离遥远、亮度暗弱、高速运行等。由于空间观测拍摄要求较高，成像镜头必须具备焦距长（更远）、相对孔径大（获取光能的能力强，更清晰）、线视场大（更广）、宽光谱、空间分辨率高等性能。公司运用大口径透射式天文观测镜头的设计与制造技术，研制的天文观测镜头，在大口径、长焦距（更远）的情况下，同时具备拍摄角度大（更广）与大相对孔径（影像亮度高，获取光能的能力更强）的技术特点，填补我国天文观测、空间目标精确定位系统探测能力的空白。

　　目前，国内的天文观测站上所用的空间观测光电系统主要分为两类：反射式成像系统和透射式成像系统。反射式成像系统为目前的一种普遍解决方案，但是，其存在一定的缺陷，反射系统的原理为光线反射后成像，反射会放大镜片表面加工缺陷对成像的负面影响，且反射后光能损耗大，为减少上述缺陷，反射系统对镜片的精度要求更高，其加工、检验和装配调试的难度大、周期长、成本更高，而透射式成像系统克服了上述缺点，并具备视场角广，杂散光少等特点。

　　多光谱共口径镜头可满足同时观测紫外光、可见光、多波段红外光及激光等光谱的应用场景，例如军用镜头，同时兼具日间、夜间及抗干扰作战功能，即需要同时具备观测可见光与多波段红外光的功能，可采用多光谱共口径镜头技术实现。

　　目前多光谱拍摄与观测主要是通过多个不同光谱成像镜头实现，即不同光谱采用独立的镜头进行观测。该种多光谱观测方案存在缺陷，针对同一个目标，两个或两个以上镜头对其进行拍摄后成像后，由于拍摄角度存在一定差异，无法实现不同光谱对同一目标拍摄成像完全一致，且体积较大。多光谱共口径镜头的技术正是突破了这一缺陷，采用同一个镜头，对同一个目标的不同光谱进行采集成像，实现了不同光谱对同一目标拍摄成像完全一致。多光谱共口径镜头的研制生产存在大量技术壁垒，例如由于多光谱镜头集成于一个镜头内，在复杂环境下如何实现成像稳定问题较难克服。

　　特别是应用在高变倍比、长焦距变焦镜头的设计等领域，二组元到多组元的变焦光学系统设计技术非常关键。复杂变焦光学系统主要应用于军用战车、战机、军舰以及森林防火、高端安防监控等领域。这些领域应用的主要技术需求为：短焦（近距离）情况下视场角更大（更广），长焦（远距离）情况下图像更清晰，且在变焦的过程响应速度快，保持全程图像清晰。目前简单结构变焦产品与多点变焦产品无法满足上述要求。因此，复杂变焦光学系统的设计在上述领域中的应用起到了至关重要的作用。复杂变焦光学系统的设计难度大，主要原因为需同时兼具大倍数、高分辨率、图像全程清晰的技术特点。

　　空间光学产品一般需要全光谱镜头的设计技术、全光谱膜系的设计加工技术，包括紫外光、可见光、短波红外、中波红外、长波红外及激光等，因此产品应用场景极为广泛，涵盖安防监控、、森林防火、辅助驾驶及军事领域。

　　行业非定制产品主要为安防监控镜头、物联网及AI镜头、车载红外镜头、系列，产品包括城市安防、政企单位、智慧安防、智慧交通、智能制造、金融、教育、医疗、零售等各类不同领域。

　　民用光学镜头不断向高分辨率、大光圈、超广角、透雾夜视、小型轻量化等方向发展。物联网、人工智能领域，信息采集对人工智能系统的数据运算的精度和效率有至关重要的影响，光学产品需要具备清晰度、分辨率更高，畸变更小，杂光、光晕小，抑制强光等特征，使成像色彩更真实。

　　镜头生产过程中，镜片前工序属于普通工序，镜片后工序及结构件、机械件装配属于关键工序。将玻璃镜片由毛坯加工成玻璃镜片需经过的主要加工流程为“荒折—砂挂—研磨—芯取—镀膜—粘合—涂墨”，其中“荒折—砂挂—研磨”又称“前工序”，“芯取—镀膜—粘合—涂墨”又称“后工序”。经前工序加工完成的为镜片半成品，经完整加工流程的为镜片成品。玻璃镜片加工前工序附加值较低，自动化程度不高；后工程附加值较高，对生产加工工艺要求也相对更高。

　　光学行业是当代信息技术、新材料、生命科学、生物医药、资源环境等重点发展领域的重要支撑，目前已经深入国民社会和经济的各个领域，并已成为当今前沿科技发展不可或缺的关键环节。

　　光学系统在空间探索、航空航天、国防军工、高端仪器与装备等领域作为关键的功能器件，是许多技术创新和应用的前沿阵地，相应带动了新材料、新技术、新工艺、新装备的创新发展，相关的支撑科学与技术主要包括新型光学理论、先进光学设计方法、光学材料与加工技术等。

　　在空间光学领域利用光学设备对空间和地球进行观测与研究，包括空间天文观测、深空探测和对地探测等，其使用的空间光学系统正向着大口径、长焦距、大视场、多光谱、高测量精度、轻量化等方向发展。其中，大口径光电装备决定了人类空间观测能力的极限，可展开光学成像技术、薄膜反射镜成像技术、衍射望远镜成像技术等新技术的研究则提升了光学系统的空间分辨率，促进大口径、大视场光学系统不断突破。可见光、微光、红外、紫外等多光谱技术适应了全天时精密观测需求。空间光学成像镜头、设备研究涉及材料配方究、材料成型和烧结工艺、关键设备研制和维护、坯体的加工与无损检测、光学表面改性、材料性能测试等一系列新材料、新工艺、新装备的关键性技术，为当今世界科技前沿领域。

　　军事领域是目前“高、精、尖”光学技术应用最为广泛、深入的领域，涵盖了从紫外到红外全部电磁波波段，以及从光的产生、传输、探测、处理到光与物质的相互作用等光学技术应用。按工作原理和技术发展，军事领域光学技术应用通常可分为：光学仪器、微光夜视技术、红外技术、激光技术和光电综合应用技术等几大类，其中红外技术、激光技术和光电综合应用技术是目前军事领域高端光学技术的最前沿应用。红外技术主要应用物体的红外辐射进行探测和识别，在军事上有广泛应用，目前前沿应用领域主要为红外跟踪和制导技术、红外夜视技术和红外遥感技术等。

　　激光具有单色性好、方向性强、亮度高等特点，其在军事领域的前沿应用包括激光制导技术、激光通信技术、战术激光武器等。在微光、红外、激光等光电子技术发展的基础上，为了满足作战使用和科研试验的要求，军事领域主要发展了光学遥感技术、光电制导技术、光电跟踪测量技术、光电对抗技术等光电综合应用技术。

　　军用光学系统要求成像质量好、体积小、重量轻、结构简单，促进了光学设计和加工领域的一系列大规模技术和创新活动，数控单点金刚石车削、光学玻璃透镜模压成型、光学塑料成型等高精密加工技术蓬勃发展，广泛用于有色金属、锗、塑料、红外光学晶体、铍铜、锗基硫族化合物玻璃等各类光学材料以及球面、非球面光学零件加工。这些光学精密加工的新装备体现了当今装备制造的尖端技术，被欧美日发达国家所掌控，并实行出口管制。

　　军用光学技术的发展，不仅为军队建设提供了现代化的武器装备和技术手段，增强了国防实力，同时还推动了信息技术、精密加工、新材料等新兴技术和新兴产业的发展，促进了科学技术和国民经济总体水平的提。