前面八章讨论了镜头制造的材料，模具，成型，镀膜，评测，信赖性等话题。我们在最后一章：设计中回到镜头开发的源头，介绍如何结合需求设计一款镜头。本章主要讨论从需求到来到设计完成定案中间的设计阶段需要考虑的问题，主要从产品开发的流程方面讨论。以后如果有机会，可能会具体讨论光学设计和结构设计的细节。
设计需求
工厂是面向需求进行生产活动的，这个需求有可能是来自于客户，也有可能是来自于内部产品开发。我们重点讨论客户端需求的产品开发，不过首先简单了解一下内部需求的来源。
内部需求
我们首先简单讨论一下来自内部的需求，这些需求可能来自：第一，公司为了开发一些标准品镜头用于展示技术实力，或者进行技术研发和验证；第二，某种镜头应用场景很普遍，或者搭配某种sensor的需求很旺盛，公司开发一款镜头作为标准品销售。标准镜头主要指的是由镜头厂拥有IP的镜头，相对应的是客户定制镜头，镜头厂可以按自己的意愿销售自己拥有IP的镜头，但是不可以随意销售某一客户定制的镜头。
客户需求
塑料镜头应用于各个行业，主要是电子消费品，其中最重要的是手机，近些年各种非手机类应用也迅速增加，包括智能家居中的扫地机器人，带显示屏的智能音箱，AR/VR头盔等。不同应用的区别造成了光学系统设计的不同，最终造成了镜头需求的不同。手机中的光学模组有照相模组，其中有主摄像模组，广角镜头模组，长焦镜头模组，长焦折返式镜头模组，前摄自拍镜头模组；3D识别模组，其中有人脸识别模组，TOF红外模组，辅助对焦模组；指纹识别模组；临近传感器模组；闪光灯模组等。扫地机器人里有影像模组，TOF模组，一维扫描识别模组等。AR和VR头盔里有空间识别模组，TOF手部追踪模组。智能家居中有视频通话模组等。
所有的这些不同应用的模组都有自己独特的光学和结构等技术需求，包括不同光学分辨率，传感芯片选择，大小形状需求，信赖性要求等；也包括需求数量，价格，供货周期等非技术的项目需求。
产品开发流程
项目的商务信息确认
客户会有各种各样的项目需求，首先对接的是一个镜头生产企业的营销和市场部门。最初的接触需要确认的业务层面的事项有：
- 确认是否该客户的镜头项目是该镜头厂的业务范围。比如如果客户的需求是做一个塑料投影镜头，但是企业的主营业务是小型的手机镜头，那么这就不合适。
- 客户是谁，大企业希望和大企业合作，保证自己的技术进步以及订单数量，财务上风险也更低
- 确认客户需求的产品数量，大规模的生产企业希望有相对较大的订单
- 确认客户需求的产品技术等级，头部的制造企业希望去多生产高端镜头，以获得更高的利润率。比如大立光学更多的项目会去做来自于大手机终端客户主摄镜头，而相对较少的关注小一些终端企业的前摄镜头
- 确认客户的镜头需求时间和未来需求周期，各公司自己都是由开发周期的，有些时候一款镜头从设计到量产最快也要两个月，短于这个时间是不可能的，而太长的开发周期也对镜头制造厂不利，制造成很难很快的把项目转化为实际的经济效益。
- 确认销售镜头到何处，下游模组厂是哪家，这里主要是商务相关内容，涉及进出口相关内容。如果是中国的镜头厂销售给中国的模组厂，这都是本地销售；也有可能是国内镜头厂销售给到韩国的模组厂，这就要出口；也有可能是出口到保税区。对于营销部门来说，这是需要提前确认的内容。
- 价格需求范围
项目的前期技术需求确认
商务上如果项目可以继续，镜头制造企业的技术部门会开始和终端客户进行交流。最初的交流一般是进行技术规格的确认，其中包括：
- 使用的传感器型号，大小，像素数，像素尺寸，芯片的CRA信息（以及可以接受多大的镜头CRA相对芯片CRA的偏移）
- 像高，像面余量要求
- 镜头工作距离，工作波长及权重，F/#，FOV（长、宽、对角），EFL，BFL等
- 镜头长度，大小，期望的镜片数量，镜片材料
- 不同视场，频率，工作距离下MTF要求，畸变，TV畸变，相对照度RI，色差，场曲要求等
- 镜筒形态，是用于定焦螺纹组装还是变焦点胶组装。
- 滤光片在镜头上还是传感器上，滤光片厚度
- 镜头工作温度，可靠性测试条件
- 外观需求
- 其他特殊需求，比如镜筒前端样式，光阑位置，镀膜颜色等。
光学工程师和光机工程师会首先和客户交流这些参数，确认设计需要的基本参数都已经有所说明，同时要和客户交流哪些参数是必须保证的数值，哪些参数是期望的数值，可以接受变动（比如FOV，像高，F/#一般都是客户已经确认的数值，但是MTF的数值可能终端是根据自己的完美优化提出的参考值，并没有完全考虑可制造性）。确认后，即可开始第一阶段的初始光学设计。
光学设计
光学设计工程师会使用CodeV，Zemax等光学设计软件进行光学设计的仿真，这其中要考虑的问题有：
- 客户技术指标
- 杂散光，鬼像情况
- 可制造性及良率
- 专利规避：设计的光学系统结构要避免冲突其他公司的专利，主要使用自己公司已经申请的专利结构，如果发现了新的结构，边进行设计的同时也会进行专利申请
这个阶段的设计，光学工程师会给结构工程师留出结构设计的镜片法兰余量和镜筒厚度余量，这个阶段结构工程师参与较少，主要是在光学设计完成后，进行简单的分析，确认结构设计余量充足，镜片之间间距合适，可以使用标准方法进行镜片镜筒结构构建即可。
对于镜片的可制造性，光学工程师会根据公司内部制程能力对镜片形状进行限制。
设计完成后，光学工程师会输出设计输出表，其中包括了达到指标和客户需求的技术指标的对比。
结构设计
结构设计工程师会根据光学工程师的光学镜片参数，形状，通光部分进行结构设计，主要是镜片的法兰形状和各个镜片的配合结构，隔片，隔圈，压圈的设计，镜筒形状和结构，组装方式设计等。根据光学工程师的设计公差，定义各零部件公差和要求。输出每个单独零部件的图纸，3D示意图，已经组装示意图等。
设计迭代
高端镜头客户要求往往提的比较高，在进行可制造性和良率的考虑的第一版设计后，有些光学指标可能无法达到客户的需求。这时候会首先开始光学设计迭代，光学部分基本定型后，其他工程师的工作再开始展开，有助于提升效率。但是在这个迭代过程中，也是需要多部门的工程师参与和提出意见，其中包括光学设计工程师，结构设计工程师，模具和成型工程师，镀膜工程师，组装工程师，测试工程师，品质保障工程师等等。迭代过程中，和客户的交流是持续进行的，其中包括了平衡客户需求，技术实现难度，良率，价格等多方面因素。
举例说明：
- 比如某一款设计MTF未能达标，客户提出希望MTF必须达标，迭代出的光学设计致使某片镜片更薄，这时需要和结构工程师及模具和成型工程师确认，能否实现，预估良率如何等问题。
- 为实现大视场部分（比如0.9F）的MTF，良率下降很多，导致价格上升，经客户交流后，客户适当降低标准。
报价
随着设计逐渐定型，成本部门开始进行成本评估，营销和市场人员根据成本进行价格评估和报价。
成本评估：成本评估包括了一个镜头的物料成本，从最初的各个镜片及零部件的材料费用，考虑各个生产流程的良率如单镜片成型良率，镀膜良率，组装良率后的镜头费用，增加公司的一些基础费用（比如设备折旧）等评估出镜头费用。镜头费用的模型是随着产量增多呈现下降趋势，最终趋于稳定在一个值。同时成本还包括各种模具费用，治工具费用（镀膜治工具费用）
报价：营销和市场人员负责和客户采购进行对接，讨论价格。
全流程设计
光学设计基本确定后，镜头制造企业的制造部门的设计会全面展开，在产品真正开模前基本确认全流程的方案，这期间多个部门会在项目管理人员的协调下开展工作，并进行多次讨论会议，确认方案，风险等。各个部门和工程师的职责简单描述如下，具体可以参考前八章内容：
光学设计工程师：光学设计工程师在基本参数确认后，会开始进行杂散光的优化尝试和良率的优化，尝试最大可能性在确认参数范围内确定合适的公差范围，提升良率，优化品质。
结构设计工程师：结构设计工程师会更具体的设计各零部件细节，尝试在镜片法兰制造结构或者粗糙表面，使用隔圈隔片等消除杂散光。
模具和成型工程师：模具和成型工程师对每个单镜片进行模具的设计，成型的仿真，确认成型的风险，针对性的进行模具设计和后期的成型优化，保证单镜片的成型可以达到光学设计需要的公差和比较高的良率。
镀膜工程师：镀膜工程师根据光学工程师提供的入射光线角度，进行镀膜设计，确定镜片的膜层，使用何种镀膜机等问题。
组装工程师：组装工程师设计组装流程，主要是确认可以使用的设备，可能的组装参数，有无特殊组装要求等。
测试工程师：测试工程师主要设计测试方案，包括了部品的测试方案，最重要的是镜头的MTF的检测计划，确认检测视场，提前定制检测用标板（reticle）等。
品质检测工程师：品质保障或者品质检测工程师会进行品质保证计划的编写，确认针对该款产品，品质检测合理，包括了对入料的IQC检测，部品的中间检测方案，最终产品的品质保障方案等。
信赖性测试工程师：确认信赖性要求，保证信赖性测试可以在计划时间点上开展，有设备可用。
项目管理：项目管理人员组织各部门协同工作，制定阶段开发计划和时间表并和客户交流。让客户了解合适可以得到结构样品（人工组装样品，结构件，无光学性能），具备光学性能的性能样品，需要多久进行生产优化，合适可以进行模具扩展和大规模生产等。同时，项目管理也会确认在计划的时间点上，哪个部门需要开展何种工作。
最终设计定案
企业和客户确认最终方案后，确认订单量，签订合同后。各技术部门会进行最终的确认会议，确定方案，然后模具部就可以开始进行模具的制造，其他各部门开始按计划准备相应的工作内容。
总结
第九章，主要简单介绍设计定案模具开模前的工作。可以看到，前期考虑周到的设计，有助于使项目有序的开展，提前预估技术难度和生产风险等，这对高端塑料镜头尤其重要。其中光学和结构设计工程师需要了解制造上的各种限制和需求，才能设计出可制造的镜头。同时，设计阶段是多部门合作的工程，需要各部门和多种职能的工程师参与。
塑料镜头的设计和制造技术也在需求的提升下不停的更新和提升，这需要公司关注客户需求，关注市场动态，提前进行设计探索以及制造技术的提升。
版权声明: 感谢您的阅读，本文由超光版权所有。如若转载，请注明出处。