手机摄像头镜头光学知识.ppt

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1、Optics of Mobile Phone,Charlie Tian 2008-3-17,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,1.1 LENS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

2、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

3、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

4、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-RED CUT FILTER ） 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，OV sensor通常要求T=50% 650+/-10nm； 3、IR片的结构

5、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，CCM LENS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,

6、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

7、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,

8、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

9、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

10、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 ，Air space、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

11、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,Root Cause: 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

12、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,Root Cause: 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

13、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,Root Cause: 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

14、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,Root Cause: 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

15、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,Root Cause: 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

16、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,Root Cause: 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

17、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,Root Cause: 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、Good Image Quality； 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-Line

18、s ； 8、 MTF ； 9、 逆投影解析； 10、Camera Module 测试条件的定义；,3.1、Good Image Quality？,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

19、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: pixel Size； 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(modulation transfer function) 调制传递函数,适合各种系统的成像质量

20、评价.,3.7、TV-Lines,600 TV-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EIA CHART进行测量; 3.测试时应保证EIA CHART 恰好充满整个画面; 4.EIA CHART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 (modulation transfer function),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

21、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、 Camera Module 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

22、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（circle of confusion）。 一般情況下模糊圈的尺寸為sensor象素大小的2倍。,Sensor COC size OV7649 11.2um OV7660 8.4um OV7663 8.4um OV7670 7.2um OV9650 6.36um OV9653 6.36um OV9655 6.36um OV2630 6.36um OV2640 4.4um,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

23、(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（Hyperfocal distance）,超焦距是指當對焦平面在某個

24、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）,Hyperfocal distance 的計算公式 H=f*f/Nc+f f:鏡頭的焦距N:光圈 c:circle of confusion,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hyper focal点附近，有最大的景深范围（从hyperfocal distance/2到INF）， hyperfocal distance是比较理想的对焦距离。,考虑到搭配同一种类的SENSOR的LENS的光学

25、参数相近，对焦距离可以考虑按SENSOR的种类来做定义。,当取circle of confusion=2*pixel size 时，有以下列表：,4.6、考察Lp/mm的选择pixel pitch与pixel size,理论上，进行Sensor极限解析计算时，应使用pixel pitch,特比较pixel pitch与pixel size如下表。,从表中可见，pixel pitch与pixel size差异较小，后续解析能力计算中将直接使用pixel size 。,4.7、考察Lp/mm的选择-线宽的选择,如右图所示，当CHART线条成像的宽度为成像单元的整数倍（pixel size的偶数倍）

26、时，“对齐”与“未对齐”的MTF测量结果可能会有较大差异。 所以CHART线条成像的宽度应取pixel size的奇数倍（如3，5，7，9等）。,4.8、考察Lp/mm的选择-从有效区分的角度,根据IQ Team的实验结果，使用目前我们的测试程序，对同一模组进行反复测量时会有13的波动。 实际生产中： OQC的测试标准=客户的IQC标准 ； 产线DC站标准=OQC的标准； 产线CMT站标准=产线DC站的标准； 所以，为了生产中可以切实的区分出LENS的好与坏，需要MTF的测试数值有10左右的范围，即最好的LENS与最坏的LENS的测试值可以有10左右的差异。,4.9、Chart 形式的选择,MTF CHART主要有两种形式,1、中心与四周考察线对数量相同 2、中心与四周考察线对数量不同,考虑到LENS中心部分的解析能力会比四周高，四周选择比中心低的考察线对数量才能保证都有比较理想的区分能力。 较理想的lp/mm选择如下：,THE END,