手机摄像头镜头光学知识

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-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,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 ，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.