鏡頭設(shè)計(jì)是極具創(chuàng)造力的工作，它必須基于經(jīng)驗(yàn)和敏銳的洞察力來(lái)了解各種各樣光學(xué)像差的特性。 任何鏡頭，不管是哪家工廠生產(chǎn)的都可以用“鏡頭描述”這個(gè)術(shù)語(yǔ)來(lái)區(qū)分鏡片的數(shù)量、玻璃的種類、鏡片的曲面半徑、鏡片的厚度、鏡片與鏡片之間的距離、以及每個(gè)鏡片的直徑等等。這些都是用來(lái)全面描述一個(gè)鏡頭的參數(shù)。當(dāng)發(fā)自于某個(gè)物體的光線穿過(guò)玻璃表面時(shí)，該束光線會(huì)被折射。光線折射量取決于玻璃的折射率。如果鏡頭設(shè)計(jì)者能知道光線射入鏡頭前鏡片時(shí)的確切入射位置以及入射角度，他就可以通過(guò)光線理論系統(tǒng)精確地追蹤光路。 角度和距離可以通過(guò)三角函數(shù)的正弦和余弦算出來(lái)。因此通過(guò)簡(jiǎn)單的平面幾何，光線途經(jīng)的線路就可以被追蹤到。我們知道任何一個(gè)點(diǎn)光源發(fā)出的能量都是散射的，并無(wú)任何方向行可言。只有部分能量通過(guò)鏡頭，而且設(shè)計(jì)者也假設(shè)通過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)來(lái)計(jì)算通過(guò)鏡頭的能量(那些被視為一系列的各自獨(dú)立的光線)可以追蹤那些光線的路徑。

    鏡頭設(shè)計(jì)者首先從光軸上的某點(diǎn)開(kāi)始追蹤少量的光線。這里所假設(shè)的是每個(gè)物象點(diǎn)都會(huì)在CCD上形成于之相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，所以發(fā)自物體的光線都將被轉(zhuǎn)化為這樣的成相點(diǎn)，并且具有同樣的相對(duì)位置。對(duì)應(yīng)那些靠近光軸的點(diǎn)，設(shè)計(jì)者可以有理由相信成像是相當(dāng)精確的，這就是平行光軸光學(xué)(Paraxial Optics) 。盡管計(jì)算公式相當(dāng)簡(jiǎn)單(至少對(duì)有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō))，但要求對(duì)于這些數(shù)字的計(jì)算精確到小數(shù)點(diǎn)后5~8位。

    目前中國(guó)監(jiān)控市場(chǎng)上常見(jiàn)的主流鏡頭是COMPUTAR、AVENIR（精工）、YOBOO（優(yōu)伯）、FUJINON（富士）、TAMRON等日本知名品牌。他們?cè)诔上裉幚砑夹g(shù)上都有驚人的相似又有獨(dú)到的不同之處。在現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)中，每一款新鏡頭的誕生，大量的計(jì)算工作是非常重要的，從了解的大量光學(xué)計(jì)算式中獲取結(jié)果，從中決定究竟是繼續(xù)原設(shè)計(jì)還是對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于電視監(jiān)控環(huán)境的復(fù)雜性多樣性及無(wú)法改善逆轉(zhuǎn)同時(shí)光線連續(xù)變化等因素，因此考慮斜向進(jìn)入鏡頭的光線就非常重要，考慮平行進(jìn)入的光線對(duì)于中央?yún)^(qū)域的成像很重要，但對(duì)于遠(yuǎn)離象場(chǎng)中央?yún)^(qū)域的成像則不具有多大的意義。他們必須借助于計(jì)算機(jī)的龐大計(jì)算任務(wù)，YOBOO公司設(shè)計(jì)師宮澤喜一說(shuō)，人所共知道現(xiàn)象是現(xiàn)在許多來(lái)自不同廠家的鏡頭的表現(xiàn)都很好并且極為接近，這都?xì)w功于大家利用計(jì)算機(jī)尋找優(yōu)化點(diǎn)的結(jié)果。所有計(jì)算機(jī)都在尋找同樣的點(diǎn)并最終將會(huì)找到一個(gè)。如果一個(gè)光學(xué)設(shè)計(jì)是非常好的設(shè)計(jì)，那么該設(shè)計(jì)最終得到的MTF圖是非常漂亮的。你需要通過(guò)研究光學(xué)設(shè)計(jì)的根源來(lái)掌握設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。一旦你知道一個(gè)設(shè)計(jì)是否具有潛力，你就可以明智的指導(dǎo)計(jì)算機(jī)去優(yōu)化圖的特定區(qū)域?qū)ふ覂?yōu)化點(diǎn)，并且在你找到你所需要的理想值的時(shí)候適當(dāng)?shù)耐Ｏ聛?lái)，這一點(diǎn)我們做得很好。

    對(duì)于目前監(jiān)控市場(chǎng)上硬盤錄像機(jī)的普及及對(duì)晝夜監(jiān)控的要求被日益提出，在對(duì)攝像機(jī)提出更高要求的同時(shí)，鏡頭的品質(zhì)亦被寄予更高的期望，鏡頭的清晰度這一新名詞也被不成文地提出，可紅感也俞來(lái)俞受到重視。這里我們不得不提到像差。我們都知道光線是由不同波長(zhǎng)的有顏色光波組成的，而且當(dāng)光線進(jìn)入鏡頭時(shí)不同波長(zhǎng)的光波具有其獨(dú)特的光學(xué)路徑，我們已經(jīng)知道理想的光線不可避免的被鏡片所干擾而產(chǎn)生像差。鏡頭設(shè)計(jì)的第一要素就是對(duì)這些像差進(jìn)行了解和控制。通過(guò)三角幾何函數(shù)可以計(jì)算出校正的光線路徑和現(xiàn)實(shí)的偏移量，這兩者之差被稱為光線路徑差，使用來(lái)控制像差的依據(jù)。典型的像差有球面像差，暈光和失光。在30年代，盡管對(duì)象差進(jìn)行了量化，卻始終成為鏡頭設(shè)計(jì)的困擾因素。 YOBOO公司宮澤喜一說(shuō)，像差的方程式是個(gè)多元方程式，每個(gè)元素代表一項(xiàng)已知的像差，它的系數(shù)代表它的重要性程度和它在影響成像質(zhì)量下降方面的大小。所有像差之和可以歸納為：像差= aSA+bC+cA(SA：球面象差；C=Coma，暈光；

    A=Astigmatism，失光；a，b，c：加權(quán)值)。對(duì)于設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)如果想對(duì)象差進(jìn)行校正，就必須能夠知道特定像差對(duì)于成像會(huì)造成什么影響。球面像差會(huì)影響像場(chǎng)中央部分的成像，像面彎曲的程度說(shuō)明了角部的校正情況，諸如此類。然而這仍然是簡(jiǎn)單的說(shuō)法。所以的像差都會(huì)對(duì)整個(gè)畫面產(chǎn)生影響，像差只有一種效果：發(fā)自物體某點(diǎn)的光線的能量不能夠完全聚集于其對(duì)應(yīng)的成像點(diǎn)上，而是形成一個(gè)模糊圈，并且模糊圈之內(nèi)光線的分布也不是均衡的，而是毫無(wú)規(guī)律可言。借助于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大能力和對(duì)光學(xué)理論的進(jìn)一步研究，今天對(duì)5級(jí)賽德?tīng)?Seidel)像差的了解已經(jīng)擴(kuò)展到包含有60多種各種各樣的像差。設(shè)計(jì)者是不可能隨心所欲地來(lái)操縱鏡頭的諸多變量的。前組鏡片的直徑，重量，鏡頭卡口的直徑，光圈的位置等等通常都是固定而不能改變的。這些限制可以影響到對(duì)許多像差的校正。現(xiàn)在對(duì)新鏡頭的設(shè)計(jì)要求也越來(lái)越高。采取非球面鏡片應(yīng)用于電視監(jiān)控鏡頭是一個(gè)新的嘗試，YOBOO（優(yōu)伯）鏡頭成功地到達(dá)了2個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)：收縮光圈后像質(zhì)的顯著提高和全開(kāi)光圈時(shí)整個(gè)畫面要達(dá)到非常好的像質(zhì)。同時(shí)對(duì)物體細(xì)微部位的觀察也進(jìn)入了一個(gè)全新的高度，在我們常說(shuō)的通透性上你也會(huì)有新的感受。非球面鏡片的應(yīng)用除YOBOO（優(yōu)伯）外，中國(guó)市場(chǎng)上其他日本品牌鏡頭如COMPUTAR目前也做得很好。

    鏡頭表面鍍膜設(shè)計(jì)的厚度及方式?jīng)Q定了光線中不同波長(zhǎng)的光線路徑和偏移量，材質(zhì)的選擇和加工工藝也是起到非常重要的因素。前面我們提到的全天候環(huán)境使用就要應(yīng)用到晝夜攝像機(jī)，中國(guó)市場(chǎng)上常見(jiàn)的有兩種，日夜轉(zhuǎn)換型雙CCD攝像機(jī)和應(yīng)用SONY EXVIEW CCD的攝像機(jī)。它們?cè)跓o(wú)光或微光環(huán)境下配合紅外燈就可以產(chǎn)生黑白圖像，然而未經(jīng)技術(shù)改良的普通鏡頭在應(yīng)用時(shí)就會(huì)出現(xiàn)白天清楚而紅外燈開(kāi)啟時(shí)變模糊。處理這種情況，YOBOO公司采取了增加鍍膜及邊緣修正，應(yīng)用了納米微孔鍍膜工藝，有效地改善了上述情況。