手机摄像头镜头光学知识

OpticsofMobilePhone CharlieTian2008 3 17 目录 1 LENS生产工艺介绍2 生产中常见的LENS问题3 测试条件的定义原则4 MTF测试条件的确定 1 LENS生产工艺介绍 1 1LENS组立工艺介绍 1 组成LENS的基本元件介绍 1 组成元件之一 镜片2 组成元件之二 黑物件3 组成元件之三 IR片 红外截止滤光片 2 LENS组立的工艺介绍 1 LENS组立流程2 常见组立方式 前组立与后组立3 常见固定方式 点胶固定与热压固定3 LENS组立过程的相关设备 1 检查设备 非球面测量仪 逆投影解析仪 标准MTF机2 组装设备 真空笔 显微镜 组立机 热压机 点胶机 UV固化机 超净工作台4 LENS组立的常见问题与对策1 整面模糊2 单边模糊3 中心与周边互拉 1 2 组成LENS的基本元件介绍 LENS基本元件介绍 1 Barrel镜筒2 L1一号镜片3 Mylar光阑片4 Spacer1垫圈5 L2二号镜片6 Spacer2固定环7 IR片红外截止滤光片 1 2 1 组成元件之一 镜片 组成元件之一 镜片1 目前多数镜片为塑胶材料 少数为玻璃材料 原因是塑胶材料比较容易进行非球面加工 2 目前玻璃镜片的价格约为塑胶镜片价格的一倍 3 通常 从通光孔方向开始 第一片镜片称为L1 第二片称为L2 依次类推 4 通常 第一片镜片的第一个曲面称为R1 第二个曲面称为R2 第二片镜片的第一个曲面称为R3等等 5 镜片表面分为通光区域和非通光区域 通光区域要求具有光学级的表面精度 非通光区域将进行雾化 涂墨等表面处理 以减弱杂散光对像质的影响 1 2 2 组成元件之二 黑物件 组成元件之二 黑物件1 黑物件通常包括镜筒 Barrel 镜座 Holder 垫圈 Spacer 光阑片 Mylar 2 Barrel和Holder通常为模具射出 材料通常是PC 10 ABS或PC 10 GF 3 通常Spacer包括垫圈 1 和固定环 2 可能是塑料件也可能是金属件 为金属件时材质通常是快削黄铜 4 Mylar并非所有的LENS都有该组件 有些LENS设计时使用Barrel上的通光孔作为孔径光阑 5 一般情况下 黑物件在使用前需进行超声波清洗 以控制脏污 提高LENS组立的良率 1 2 3 组成元件之三 IR片 红外截止滤光片 组成元件之三 红外截止率光片 INFRA REDCUTFILTER 1 IR片主要作用是通过减少红光 红外线进入Sensor来防止图象色偏 2 IR片的具体特性由Sensor确定 不同的Sensor对IR片的要求会有差异 OVsensor通常要求T 50 650 10nm 3 IR片的结构组成如左图 其中玻璃基板的厚度因不同使用条件而有所差异 CCMLENS使用的IR厚度通常为0 4MM 主要供应商为德国肖特公司 4 不同的IR片供应商 IR膜系的构成有差异 常见的IR膜系有从6层到十几层 通常层数较多的效果较好 层数较少时 红外部分会有部分频率截止效果不好 5 IR片装在LENS最后一面 接近Sensor表面 因此IR片的表面质量对影象品质影响较大 1 3 LENS组立的工艺介绍 1 3 1 LENS组立流程 备料与治具准备 组装镜片与垫圈 投影检查 外观检查 固定IR片 解像力检查 包装出货 组件压紧作业 安装固定环 组件压紧并点胶 开始 结束 NG NG NG 解像力NG OK OK OK 投影 外观NG 1 3 2 常见组立方式 前组立与后组立 前组立 后组立 常见组立方式 前组立与后组立1 前组立 是指镜片由Barrel前表面装入 最后装L1和固定环 固定环构成Barrel前表面或前表面的一部分 优点 Barrel模具制造容易 方便组立作业 缺点 表面有点胶痕 影响外观 点胶控制困难 2 后组立 指镜片从Barrel后表面装入 先装配L1 最后装配固定环 在固定环之后 点胶 热压固定IR片 优点 结构坚固 组装后产品性能稳定 可以适用复杂结构的镜片 缺点 模具设计制作难度较高 1 3 3 常见固定方式 点胶固定与热压固定 常见组立方式 点胶固定和热压固定1 点胶固定 是指镜片组装完毕后 使用点胶的方式将固定环 IR与Barrel结合 保证整组镜片结构稳定 优点 Barrel模具制造容易 点胶作业不会对LENS影象品质造成影响 设备通用性好 缺点 胶量控制比较困难 成品结构不如热压牢固 2 热压固定 指镜片组装完毕后 使用专用热压机进行热压作业 使Barrel尾部发生变形 固定整组镜片 优点 产品结构坚固 操作工艺简单 缺点 热压设备控制不良或Barrel设计不良时 有整个Barrel发生变形的风险 可能对影象品质有影响 1 4 LENS组立过程的相关设备 标准MTF机 逆投影解析机 非球面检查仪 热压机 检查用显微镜 真空笔 1 4 1 检查设备 非球面测量仪 逆投影解析仪 标准MTF机 常见检查设备 1 非球面测量仪 用于镜片的面型检查 设备昂贵 通常只进行定时的抽检 保证镜片质量稳定 2 逆投影解析仪 通过投影的方式对LENS的成像质量进行全检 设备较便宜 但因靠人工判读 为保证检查质量 需要有经验的人员操作 3 标准MTF机 通过进行MTF测量来检查LENS的成像品质 自动化程度较高 产生数据化的测量结果 效率高 部分LENS厂使用MTF机进行全检 1 4 2 组装设备 真空笔 显微镜 组立机 热压机 常见组装设备 1 真空笔 用于移动镜片和相关元件 2 显微镜 用于脏污检查和组装质量检查 检查元件安装是否正确 3 组立机 组立过程中压紧已装配的元件 保证组装的各元件达到预定的组合度 4 热压机 点胶机 UV固化机 用于LENS最后的整组固定作业 5 超净工作台 为组立的工作平台 常见为水平风双人台 1 5 LENS组立的常见问题与对策 1 5 1 整面模糊 组立常见问题 整面模糊不良现象 整面chart解象不清晰成因分析 可能是镜片装反或者装错 或个组件的中间隙控制不良 解决方法 将镜头拆掉重新组装 如属于镜片间隙控制不良 需注意对组立机的压力和压紧时间的控制 若是空气排导不良造成的间隙不良 注意在相关部件上添加排气通道 1 5 2 单边模糊 组立常见问题 单边模糊不良现象 半面chart解象不清晰 而且有互拉现象 例如当左边清晰时 右边模糊 调整焦距 右边清晰时左边有模糊了 这是明显的倾斜 tilt 现象 成因分析 镜片 零件 装配手法 投影台具 投影解象力仪等等都能引起 解决方法 先检查投影仪器的问题 再检查镜片 相关零件与装配操作 1 5 3 中心与周边互拉 组立常见问题 中心与周边互拉不良现象 中心与周遍 0 7F 0 9F 解象力互拉 如中心清楚则周边模糊 调整焦距后 周边清楚中心变模糊 成因分析 原因为存在场曲象差 Airspace 镜片厚度的影响 解决方法 先确认组立作业是否正常 然后检查相关零件是否在公差范围内 最后考虑进行设计上的修正 2 生产中常见的LENS问题 2 1 1 生产中常见的LENS相关问题 影象脏污 问题描述 影象脏污由附着在LENS镜片上的脏污或粘在CSP表面的脏污造成的 这种脏污在敲打时不会移动 2 1 2 原因与对策 RootCause 1 在组装前LENS和其他相关组件没有经过认真的检查和清洁 2 在生产组装中 没有进行合理的脏污控制 Solution 1 由于LENS和其他组件 来料时普遍存在一定程度的脏污问题 针对这种状况需要制订相应的脏污检查标准 2 LENS有一定的使用量后可以要求供应商派人驻厂全检 以保证LENS品质 3 在组装生产的所有环节都要考虑到足够的的脏污控制问题 严格保证无尘室的环境 2 2 1 生产中常见的LENS相关问题 敲打脏污 问题描述 处于SENSOR表面的可移动脏污 一个来源是LENS镜片上的脏污脱落或HOLDER螺纹上的摩擦脱落物 另一个来源是FPC上的脱落物 免洗松香等 或组装工作中带入的各种灰尘 2 2 2 原因与对策 RootCause 1 LENS及FPC等组件没有得到彻底的清洁 2 制程中脏污控制措施力度不足 Solution 1 对LENS表面的脏污进行适当的清洁 用离子风枪吹或用清洁液擦拭 对于螺纹旋转中出现的脏污 先将LENS与HOLDER旋到底再旋出来 用离子风枪吹除内外螺纹表面的脏污 2 对于FPC表面的脏污 建议在条件允许的情况下 考虑超声波洗板 3 考虑在在SENSOR周围贴双面胶 一方面使可移动脏污可以粘在胶上 从而使敲打脏污现象不会复现 另一方面可以覆盖FPC板 减少可移动脏污来源 2 3 1 生产中常见的LENS相关问题 LENS模糊 问题描述 指在CMT站发现的MTF达不到产线规格的LENS 部分来源是LENS来料问题 部分来源是测试环境或操作等问题造成的误判 NG OK 2 3 2 现状与对策 RootCause 1 比较小的LENS供应商检验手段有限 品质系统不完善 造成来料品质不稳定 2 产线的测试环境不够统一 稳定 测试人员的经验水平差异较大 没有准确调焦 Solution 1 严格挑选LENS供应商 要求供应商有良好的品质保证体系 2 IQC采取合适的MTF抽样检查的比率 降低不良品流入的风险 3 规范产线的测试环境 加强对操作人员的培训和宣导 2 4 1 生产中常见的LENS相关问题 LENS敲打模糊 问题描述 指敲打后LENS的MTF显著下降 重新调焦后MTF仍然达不到敲打之前的MTF水平 通常是敲打造成LENS内部镜片松脱造成 2 4 2 现状与对策 RootCause 1 对于所使用LENS的内部结构的资料比较缺乏 使用了结构脆弱的LENS 2 缺少有效的 针对敲打模糊的来料检查方法 Solution 1 要求厂商建立定期进行跌落实验的抽检制度 发现问题后尽快改进工艺 2 建议IQC建立的跌落实验的抽检计划 3 LENS承认时进行切片实验 检查结构上是否有弱点 2 5 1 生产中常见的LENS相关问题 跑焦 问题描述 指在CMT站MTF测试OK 到DC站发现MTF测试fail 重新调焦后可以使MTF测试OK 重新调焦前 重新调焦后 2 5 2 现状与对策 RootCause 1 调焦后LENS没有及时固定 2 调焦完成到UV胶固化过程中受到震动 3 组装过程没有考虑震动的影响 采取适当的对策 Solution 1 对于跑焦的解决办法是在CMT站当调焦完成后先使用热熔胶做临时固定 2 在使用热熔胶做临时固定时 作业员要注意点胶的方法和用量 3 UV固定后 拆卸热熔胶时要保证足够的酒精用量 防止在溶解不足的情况下 用力拆卸造成不良 2 6 1 生产中常见的LENS相关问题 黑角 问题描述 影象边角出现黑色区域 通常是由机械原因造成的光轴倾斜所导致的 2 6 2 现状与对策 RootCause 1 通常是机构原因引起的BARREL前表面与SENSOR表面不平行 造成光轴倾斜 2 组装前 产线没有进行必要的光轴倾斜检查动作 Solution 建议在生产中 增加检查光轴倾斜的动作 2 7 1 通光孔處出現脏物引起的影像模糊 現象描述 在CMT站或DC站發現出現調焦不良或MTF低于產縣標准 經維修清晰通光孔OK 2 7 2 现状与对策 RootCause 1 部分是來料時 通光孔贓污2 操做員在操作過程中 將通光孔弄臟 3 車間內清潔度不夠 Solution 1 嚴格要求供應商 保証來料的品質問題2 對操做員進行培訓 避免操作過程中的不良現象 3 對車間清潔度進行嚴格把關 真正達到萬級 千級的標准 3 测试条件的定义原则 1 GoodImageQuality 2 图象很清楚的含义 3 什么是景深 4 什么是景深的位置 5 什么是景深的大小 6 什么是解析度 7 TV Lines 8 MTF 9 逆投影解析 10 CameraModule测试条件的定义 3 1 GoodImageQuality 什么是好的影象品质 图象很清楚啊 颜色很漂亮啊 变形很小啊 曝光很准啊 3 2 图像很清楚的含义 图像很清楚究竟是什么意思 图像在哪个范围内清楚 图像究竟有多清楚 景深 解析度 3 3 什么是景深 在物方焦点前后各有一个容许弥散圆 这两个弥散圆之间的距离就叫景深 在被摄主体 对焦点 前后 其影像仍然有一段清晰范围的 就是景深 景深有哪些特点 景深是有位置的 景深是有大小的 3 4 什么是景深的位置 景深的位置 就是对焦点 被摄主体 的位置 它将随着对焦点的位置变化而变化 3 5 什么是景深的大小 景深的大小 就是对焦点附近清晰范围的大小 景深的大小与那些条件有关 LENS 焦距 光圈 Sensor pixelSize 对焦点的位置 3 6 什么是解析度 解析度一词最早是用来说明工程中单位长度所撷取到点的数目 解析度有几种度量方式 1 逆投影解析 本 用于LENS的解析能力评估 2 TV Lines起源与电视的解析度评价 是对整个影象系统最终的解析能力的评价 3 MTF modulationtransferfunction 调制传递函数 适合各种系统的成像质量评价 3 7 TV Lines 600TV Lines表示 每条测试线条的宽度为CHART对角线的1 600 1 TV Lines是对最终图象进行评价的 2 TV Lines通常使用EIACHART进行测量 3 测试时应保证EIACHART恰好充满整个画面 4 EIACHART在使用中可以按距离进行适当的缩放 但要保证缩放后的长宽比仍为4 3 3 8 MTF modulationtransferfunction 1 MTF通过用对比反差来描述解析度 2 MTF是通过衡量像与物的相似程度来评价成像的质量 3 MTF的数值必须与一定的空间频率 LP MM 对应才有意义 4 LP MM的意思每毫米的线对数量 指的是像平面上 3 9 逆投影解析 1 逆投影解析只用于LENS的解析力测量 2 原理是将精密刻画的玻璃CHART置于LENS像面 在暗房中由强光投影在白色的屏幕 3 10 CameraModule测试条件的定义 1 确定客户希望的景深范围 2 挑选可以满足客户需求的LENS 3 确定客户希望的景深位置 如客户没有指定 则计算景深最大的对焦位置做为Camera的调焦测试距离 4 根据SENSOR 确定合适的MTF测试频率 5 根据测试频率 计算Chart的方格尺寸 6 根据FOV 计算Chart的外型尺寸 4 MTF测试条件的确定 4 1 模糊圈 COC 模糊圈 彌散圈 光線開始聚集或擴散 點的影像變的模糊 形成一個擴大的圓叫做模糊圈 circleofconfusion 一般情況下 模糊圈的尺寸為sensor象素大小的2倍 SensorCOCsizeOV764911 2umOV76608 4umOV76638 4umOV76707 2umOV96506 36umOV96536 36umOV96556 36umOV26306 36umOV26404 4um 4 2 景深 DOF 景深 在焦点前后各有一个容许弥散圆 这两个弥散圆之间的距离就叫景深 即 在被摄主体 对焦点 前后 其影像仍然有一段清晰范围的 就是景深 4 3 景深的計算 最近清晰点距离dn s f2 f2 N c s 最远清晰点距离df s f2 f2 N c s 景深 df dn s 对焦距离N 光圈值c CoC最大允许弥散圆直径f 焦距以上參數于景深的關系 1 镜头光圈 N 光圈越大 景深越小 光圈越小 景深越大 2 镜头焦距 f 镜头焦距越长 景深越小 焦距越短 景深越大 3 拍摄距离 s 距离越远 景深越大 距离越近 景深越小 4 4 超焦距 Hyperfocaldistance 超焦距 是指當對焦平面在某個距離以上的時候 從對焦開始 至無限遠 都是清楚的 當然對焦平面的前面一部分也是清楚的 Hyperfocaldistance的計算公式 H f f Nc ff 鏡頭的焦距 N 光圈 c circleofconfusion 當調焦距離大于或等于超焦距時 景深遠點在無窮遠處 而景深近點在超焦距的一半處 此時 景深范圍為無窮大 4 5 对焦距离的选择 在客户没有要求的情况下 对焦点选在hyperfocal点附近 有最大的景深范围 从hyperfocaldi