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看數位相機鏡片組發展趨勢
可變鏡頭的設計,未來亦將成為數位相機的標準配備之一

【作者: 吳翔】   2001年05月01日 星期二

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對鏡片廠商來說,生產數位相機的鏡片組須要更精準的軸面控制,成本也較高。好在傳統相機鏡片組的價格相當穩定(約美金3元)。相較之下,即使數位相機的鏡片組需要較高的生產技術,價格也不致於水漲船高。


相機的鏡片組發展至今,已有40餘年的歷史了。隨著日本知名相機廠商Canon、Nikon及Ricoh等等公司的努力,將光學原理完美的呈現在鏡片組的應用上,傳統相機的鏡片功能,出現了高倍數放大、廣角、魚眼等等各種不同種類的鏡頭組,讓影像的呈現更充滿了樂趣,一方面有助於相機本身的推廣,另一方面也實際解決了許多相機代替肉眼擷取影像的失真問題。


自從1986年數位相機的概念問世以來,為了將數位相機的應用朝傳統傻瓜相機市場看齊,推廣者在技術上首要解決的問題集中色彩的真實呈現與畫素品質的提昇上,而在鏡片組上的要求也與傻瓜相機相似,集中在自動對焦(Auto Focus)與倍數放大(Optical Zoom)等等。而隨著數位相機的普及,價格愈來愈低,高像素的數位相機的功能也漸漸與專業傳統相機的功能相提並論。因此,玩家對特殊鏡頭的要求漸漸出現,除了一般手動對焦功能外,廣角鏡頭、魚眼鏡頭、望遠靜頭、甚至微距鏡頭的需求,也漸漸出現。


由於鏡頭組的搭配牽涉到純粹光學的領域,與國內數位相機廠商較熟悉的機械或半導體領域有所差異,而鏡片組的搭配,卻又是影響產品定位與特性極為重要的部份,因此本文將就數位相機產品的不同像素的產品發展趨勢,結合不同鏡片組的特性,以歸納出未來數位相機搭配鏡片組的方向,以為國內產業之參考。


數位相機鏡片組特殊要求相對於傳統相機,數位相機的設計結構更為複雜,因此鏡片組的要求也較特殊。由於數位相機的影像感光是由感光度較差的感測器(Sensor,CCD or CMOS)來感應,而非傳統相機感光度較高的軟片(Film),因此在鏡頭的要求上,數位相機需要有更佳的透光率,以增加感測器的感光度,以免在較為昏暗的光線下,影響畫面的品質。


而由於軟片的解析度,即使是最普通的ISO100/21°軟片,由於解析度較高,相對應的鏡頭只要100條左右的解析度。而相對來說,數位相機的感測器畫素密度不及軟片,因此其鏡片需要160條以上的解析度,才能得到相對應的影像品質。鏡片組的解析度愈高,製造所要求的精度也愈高,良率自然也愈低,成本自然也就受到影響。


再者,由於傳統軟片相機的感光區域對角線一般為43.2mm(約1.66英吋),鏡頭與感光區域的距離可為長焦(鏡頭焦距比感光區對角線長),而數位相機的感測器一般為1/3英吋,鏡頭必須距離感光區較近,故為短焦(鏡頭焦距比感光區對角線短)(圖一)。一般來說,鏡頭的軸心與感光區域必須呈正90度角,否則影像邊緣將會產生模糊不清的離焦現象。


而焦距愈短,避免離焦現象所能容忍的誤差愈小,故對鏡片生產廠商來說,生產數位相機的鏡片組須要更精準的軸面控制,生產成本自然也就較高。好在傳統相機鏡片組的發展,已經40餘年,價格相當穩定(目前約美金3元左右)。相較之下,即使數位相機的鏡片組需要較高的生產技術,價格也不致於水漲船高。


相機鏡片組的未來走向分析

要了解數位相機使用鏡片組的未來走向,必須先確認兩件事情:一是不同等級的傳統相機搭配鏡片組的趨勢,二是數位相機的像素發展與不同等級傳統相機間的關係。由於鏡頭的發展已有相當時日,價格已相當合理,一般傳統相機的鏡頭功能都已相當完備。我們以市價150~200元美金左右的傻瓜相機為例,一般均配備自動對焦(Auto Focus)、可變焦距(Optical Zoom)等等功能,在畫角(鏡頭中心點至軟片對角線兩端點的角度,角度愈大,則拍攝範圍愈廣)方面,則多為45度~55度的標準鏡頭,而少數較高檔(300美金以上)的傻瓜相機,也有可提供60度角以上的廣角功能。


而專業的單眼傳統相機(市價至少約500美金以上),則可視情境需要,具備了更換鏡頭組的功能。一般來說,知名品牌如Nikon、Canon等,其單眼相機都具有標準介面環,方便別家廠商發展符合本廠機身的鏡頭組,而鏡頭組的種類,包含廣角、魚眼、望遠及微距鏡頭等等,價格隨功能而變化,甚有鏡頭較機身貴者,亦所在多有。



《圖一  鏡頭焦距比感光區對角線短 》
《圖一 鏡頭焦距比感光區對角線短 》

底片VS.畫素

一般傳統傻瓜相機採用35mm的底片,當洗成一般常見的4x6吋相片時,其畫質相當於數位相機130萬像素的水準,故知數位相機的未來走向,在低階部份至少必須具備130萬像素,才可能為市場長期接受。從(圖二)可以看出,數位相機的發展,雖然一直往高像素的方向前進,但100萬~200萬像素的機型,在2002年以前,將可穩佔30%以上的佔有率,故只要廠商願意配備合適的功能,一台規劃良好的百萬像素數位相機將有相當大的機會成為常青產品,成為廠商利潤的主要來源。


而130萬像素數位相機鏡片組的功能,也必須與一般傻瓜相機的鏡片組相當,才有長期競爭力。故未來100~200萬像素的數位相機,必需至少配備自動對焦(Auto Focus)、可變焦距(Optical Zoom)等等功能,才有成為暢銷常青機型的機會。


而300萬像素以上的高階數位相機,強調畫質與色彩的呈現,雖然在影像放大後不及軟片相機的畫面品質,但在一般照片尺吋上表現已頗近軟片相機的水準。目前300萬像素以上的數位相機價格在800美金以上,與專業單眼相機價格大約相當,未來價格可望再降低,並有進入專業單眼相機市場的可能。


由於專業市場的數位相機尚未真正普及,Nikon、Canon等大廠目前仍未提出其品牌機身搭配鏡頭轉換的標準介面規格,僅為其目前量產單一機型的數位相機提出了可換鏡頭組的概念。短期之內,部份高階數位相機將可具備可更換廣角或望遠鏡頭的功能,但此功能僅限單一機型,不能轉換。而長期來說,廠商必然將發展鏡頭轉換標準介面規格,至少同一廠牌的高階相機,鏡頭將可以互換。



《圖二  數位相機的發展》
《圖二 數位相機的發展》

國內廠商發展相機鏡片組的現況

傳統相機鏡片組的發展,與日本大廠的策略息息相關,而過去日本傳統相機大廠就已與我國廠商長期合作,委由我國廠商代工生產傳統相機。當進入數位相機時代,此合作關係不但並未打破,反而更趨緊密。因此長久以來,我國相機廠商已具備生產數位相機專用鏡頭(即前述160條之高解析度鏡頭)的能力,甚至自動對焦鏡頭(Auto Focus Lens),在生產上亦無問題。


但對於變焦鏡頭(Optical Zoom Lens),則受限於生產過程專利權均在日本廠商手中,而相關專利共有上百種,國內廠商雖有能力生產,但在不知生產過程中將碰觸何者專利,故仍在與日商商談階段,並未生產供應。1999年,美商Kodak曾透過國內鏡頭組廠商詢問我國數位相機廠商使用其變焦鏡頭的意願,但當時我國數位相機廠商生產重點在於35萬像素相機,大部份廠商並未進入百萬像素領域,故並未正式引進。


成本太高 廠商望之卻步

而2000年,國內大部份數位相機廠商均計畫進入百萬像素以上領域,由於附變焦功能的鏡片組成本價差高達40元美金以上,部份廠商寧願在後端晶片組發展Digital Zoom的變焦功能,而不願投入鏡片組提供的光學變焦(Optical zoom)功能。值得注意的是,由於數位變焦功能表現之效果遠不及光學變焦,而有無光學變焦功能的數位相機Street Price價差將由2000年初的200元美金大幅下降至年底的100元美金左右,若國內廠商仍執意不引進光學變焦功能鏡片,在光學變焦功能漸趨標準化的趨勢下,其產品將較難佔有相當地位。目前國內數位相機廠商使用之鏡片零組件,包含國內鏡頭廠商大根、亞洲、保勝與先進等等,而日本廠商諸如京瓷(Kyocera)、理光(Ricoh)等,亦是常見供應商。而近來理光(Ricoh)開始與其它後端晶片組(ASIC)廠商合作搭售其光學變焦鏡頭,正好符合國內數位相機廠商近來產品發展上的需求。目前鏡片組的關鍵材料塑膠部份因熱門商品CD-R採用相同材料而缺貨,而玻璃部份則因日本大廠Hoya調整策略亦呈缺貨,目前供應率僅約30%而已。


結論

綜合以上分析,可知數位相機鏡片組的趨勢,可歸納為兩個方向,一是在百萬像素的機種上,因其配備勢必與傳統傻瓜相機看齊,且附有功能的鏡片組價格愈來愈低,未來自動對焦(Auto Focus)與變焦功能(Optical zoom)可望成為標準配備。而在高階數位相機的發展上,為應付專業攝影對應種種情境的不同需求,未來可變鏡頭的設計亦將成為標準。國內數位相機廠商應注意產品發展方向,以發展符合市場走向的產品。


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