百万像素级的手机取像镜头模组

《百万像素级的手机取像镜头模组》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、百万像素级的手机取像镜头模组作者：    时间：2009-05-13    来源:52RD手机研发  随着全球具有照相功能的手机市场大幅成长，手机相机的镜头从传统VGA等级的30万像素提升到130万像素，呈现跳跃式的技术升级成长。手机取像模组提高4倍像素后，连带提昇取像模组内光学镜头、影像感测器、DSP晶片、记忆体容量、白光LED及液晶显示面板的等级，会使消费者产生更换手机的意愿。所以，百万像素级的手机取像镜头模组是带动手机新应用及产生新手机产品的元帅级创新。因此，手机相机的相关规格技术对了解此一产业的人士是相当重要的。本文的目的为做一浓缩且整体性介绍手机取像镜头模组的光

2、学系统，浅入深出的介绍手机取像镜头模组的基本技术应用及光学模拟的概念。130万像素的手机取像镜头规格目前台湾光电业者已陆续开发成功130万像素的手机取像镜头，其规格如表一所示[註1]：　　影像检测器　1/4吋　影像检测器尺寸　3.584x2.688mm　像素　1290x966(130万)　像素尺寸　2.8x2.8μm　焦距　定焦　有效焦距　4.5mm　影像范围　4.6mm　MTF调制转换函数　>40%　相对照度　>65%   主光线入射影像检测器TelcentricAngle　   <18°　　畸变Distortion　<-2%表一典型CMOS影像感测器之光学镜头规格20

3、03年镜头业者陆续完成130万像素的开发，影像检测器的对角线长在4.6mm(号称1/4吋)的条件下，像素间距则需为3584μm/1290=2.8μm及2688μm/966=2.8μm。由于数位取像镜头的影像检测器是属于分立式的取样Sampling，根据数位取样原理，影像检测器其所能显示的最大的空间频率需受Nyquist取样频率的限制，即一个空间週期至少要有2个像素，故此像素间距为2.8μm的影像检测器其所搭配的光学镜头需要能解析1000/(2x2.8)=178lp/mm的空间频率。这对光学设计者而言是一高难度的挑战。图1显示的是光学模拟与镜头业界实务中所常用的MTF调制转

4、换函数的图例，横座标代表每毫米解析若干黑白线对的空间频率，纵座标为成像面上黑白线对「对比度」为0~1的MTF值。其MTF值与方向有关，图1中T代表Y轴方向，S代表X轴方向。　 图1光学模拟与镜头业界实务中所常用的MTF调制转换函数的图例。　从表一中有效焦距4.5mm与影像范围4.6mm此二参数的相同，可以看出手机取像镜头的特徵，仍相当于是35mm底片传统照像机的标准镜头，其最大视场角可从tan-1(2.3/4.5)=27°得知，故此规格之光学镜头的视角(全)即为54°。由于市场的竞争个厂牌竞相提高视场角到60°或以上，越大的视场角会造成越大的像差，这对光学设计者而言也是一

5、项难度的挑战。在VGA等级的手机取像镜头，其光圈f/#大都在2.6~2.8之间，在有效焦距已经固定的条件下，光圈数越大代表的是通光孔的直径越小，根据f/#的定义，入瞳的直径为4.5mm/2.8=1.6mm，这是一个很小的尺寸。更由于手机需要短小轻薄，百万像素级的手机取像镜头需要3枚透镜，整体光学模组的厚度更限制在7mm以内，对于需要劳力密集手工研磨与组装的光学透镜制造而言，实在是不是简单的一项任务。为了量产的需求，大部分业者的手机取像镜头採用可以射出成形的塑胶材料来代替需要研磨的玻璃。然而，塑胶材质的折射率一般小于玻璃的折射率，折射率低则需採用较大的弯曲表面来补偿，如此会

6、引进较大的像差，非常不利于成像的品质。目前业者所推出的产品一般採用1G2P，一枚玻璃、二枚塑胶的组合来取的手机取像品质与制造成本的平衡。相对照度指的是成像平面上沿光轴视场角与全视场角的照度比值，即影像感测器的对角线角落与中央照度的比值，此值受到照度的cos4θ定理之约制，在角落一定是单位面积的光通量流明数较低，但不要低到有暗角的现象，本取像镜头规格的最大视场角为27°，其cos4θ即已低到63%，所以此光学镜头的设计中不能还有渐晕vignetting的存在，设计的技巧及经验都会影响设计的成果。图2为光学取像镜头的示意图，图中Entrancepupil代表光阑Stop的位置

7、，通过光阑中心的光线即是主光线Chiefray，图2中最大视场角θ即是受到数位影像感测器CCD或CMOS对角线长之限制，影像感测器上的相对照度也是受到此最大视场角的cos4θ约制。　图2为光学取像镜头的光学参数示意图。θ代表视场角，Φ代表TelcentricAngle。　由于影像感测器的每一个像素前都有一个凸透镜，其目的为收集更多的光线进入感应光强度的感应区，所以通过光阑STOP的主光线入射影像检测器时，其光线需与光轴呈现较为平行的远心结构，其入射角TelcentricAngle需小于18°，即图2中主光线与成像面的交角Φ。由