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手机镜头检测光学品质参数

来源: 作者: 时间:2012-08-19 Tag: 点击:
随着照相手机及数字相机的普及,利用影像进行沟通已为现代人生活方式,2009 年全球照相手机出货量已达 8.6 亿支,占整体手机市场超过 7 成,照相手机画素由早期的 30 万,进到目前高阶 300 万画素照相手机,2009 年 6 月 Samsung 更推出 1200 百万画素照相手机,而 OmniVision 将画素尺寸缩小到 0.9 微米。照相手机传感器规格越来越好,相对的对镜头质量要求也越来越高,早期照相手机镜头因成像质量超过传感器要求,基本上只要装上模块,即可出货;然而随着画素尺寸日趋变小,已渐渐超越一般手机镜头解析力极限,使得手机镜头质量也需配合提升,出厂前必须先检测,买家才愿意收货,甚至手机镜头质量检验已成为取得国际大厂订单必经之路。
 
一般相机镜头检测的项目包括有效焦长、MTF/through focus、畸变 (distortion)、色差、场曲 (field curvature) 及穿透率等 6 个项目,而一颗小小的手机镜头检测仪的检测项目还需再检测后焦距、F 数 (F number)、主光线角 (chief ray angle) 及相对照度等 4 个项目。本文即针对此 4 个项目的检测方式做一介绍。
 

手机镜头检测后焦距

镜头检测的后焦距在光学上的定义为光学镜头最后一个光学面到焦点的距离 (如图一所示),以手机镜头而言,镜头后焦距依不同镜头可由 0.5 公分到 3.5 公分不等,镜头后焦距误差会造成影像全部模糊,影响整个成像质量。当然在实务上可靠着组装时调整镜头模块与传感器模块的间距以取得好的影像,然而对于每个月产量达百万颗手机镜头厂商而言,组装调整所耗费的人力必须达到最小,为免提高成本,因此会转向要求提高达到镜头后焦距此项规格的良率。手机镜头检测-光学面到焦点的距离
 
在实验室中手机镜头检测的后焦距的量测设备需具有准直仪、待测镜头载台、共焦显微镜以及具光学尺的移动平台。量测方式是先将手机镜头放置在待测镜头载台上,以准直仪提供平行光束,经过手机镜头之后,在共焦显微镜上取得一清晰影像,记录此影像在光学尺上的坐标。接下来关闭准直仪光源,改以共焦显微镜投光,将光源投射到手机镜头的最后一个光学面上,记录此时共焦显微镜在光学尺上的坐标,将两个坐标相减,即可得出手机镜头后焦距。
 
图二、镜头 F 数定义。
光学镜头检测有效焦长与入瞳的比例镜头 F 数在光学上的定义为光学镜头有效焦长与入瞳的比例 (如图二所示),以手机镜头检测而言,镜头 F 数约在 2 到 2.8 之间, 镜头 F 数与景深、影像锐利度、相对照度息息相关。在实验室中手机镜头 F 数的量测设备需具有准直仪、待测镜头载台、共焦显微镜以及具光学尺的移动平台。量测方式上须先量测手机镜头的有效焦长以及入瞳大小,再将二者相除,即可得出镜头 F 数。
 

手机镜头检测镜头主光线角

要定义镜头主光线角,首先须定义主光线。主光线在光学上的定义为一个通过入瞳中心的离轴光线,而主光线与传感器法线方向的夹角即为镜头主光线角 (如图三所示)。以手机镜头检测而言,镜头主光线角在 25 度左右。早期的镜头使用底片作为传感器,光束直接打在感光颗粒上无任何遮档,现在手机所使用的 CMOS 传感器除了感光区域外,还包含电路,因此在亮度不足或偏暗的情况下,其影像感测效果就会不佳,解决的方式是在每一光电二极管前装置微透镜,以提高光学效能,因此手机镜头的主光线角必须与传感器的主光线角匹配,否则会有白平衡色差问题。
 
图三、主光线角定义。
在实验室中手机镜头主光线角的量测设备需具有准直仪、旋转平台、待测镜头载台、显微镜以及具光学尺的移动平台。量测方式是准直仪提供平行光束,利用旋转平台对手机镜头投以离轴入射的光,经过手机镜头之后,显微镜上取得一清晰影像,移动显微物镜以确认及量测主光线角数值。