手机镜头设计

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1、手機用微型定焦鏡頭Themicrofixedfocallensinmobilephone作者：PorterLin2005/12等級：普通1otherk第一章前言照相手機自從2003年下半年CMOS跨入30萬畫素後，隨即吸引相關上、下游產業間一股追求風潮，目前照相手機之畫素競賽，由CIF到VGA等級在CCD機種停滯約1年半時間，VGA到百萬畫素(Mega)約等待15個月；但是從百萬畫素(Mega)到2百萬畫素卻只花了9個月時間，2百萬畫素到3百萬畫也只花了不到9個月時間(Samsung於2004年Q3正式推出3x光學變焦、300萬畫素的SP

2、H-S2300)。類似地，CMOS機種從VGA直接進入，走入百萬畫素只花了約9個月時間，而2百萬畫素產品預期也將只需9個月時間。根據最新報告指出，畫素未來發展2004年絕大多數市場仍是VGA的天下(佔有66%)，CIF等級則約有13%、1.3Mega等級則只有19%(且大多數為日韓市場)。不過在2005年，1.3Mega開始躍居主流，VGA則退居第二；直至2006年，百萬畫素照相手機仍穩居市場主流地位，2.0Mega機種漸升為第二(27%)，3.0Mega以上則佔5%。相機模組如圖1-1所示，構成要素包含了感測器、鏡頭、鏡頭支架、軟硬板，

3、由於現在手機要求之輕薄短小，如今在加入相機功能後，持續在已狹小的空間中塞入相機模組，不僅考驗手機廠商，更是考驗零組件廠商。2otherk圖1-1手機相機模組在相機零組件中，感測器、鏡頭與機械裝置算是最重要的三部份，尤其愈往高畫素發展時，與其搭配之感測器與掌握光線入射的鏡片面積也將同步放大，而如何在面積同步放大的不利條件下，同時掌握手機微小化之要求並保持高畫素、高影像品質，自然成為廠商逐鹿市場的學問。於此同時，整合各種零組件於一身之模組組裝技術，在越往高畫素發展同時，也同樣身兼重任。感測器廠商藉由調整感測器內之光電二極體(Photodiod

4、e)間距與外型、放入多顆電晶體和暫存器電路之特殊設計，期待能夠達到縮小體積但卻提高畫素的要求，當然這些細微化動作仍有賴晶圓廠以更先進的0.15、0.13微米或是奈米製程來解決。下一代感測器預計將把畫素縮小到2.2微米，同時為補償畫素亮度的下降，一些模組製造商正為CMOS感測器的每個畫素上建構以薄膜為主的顯微鏡3otherk頭(MicroLens)。顯微鏡頭有助於把光引導到每個光電探測器上。此外，為了提高感測器的聚光能力，目前也流行在晶圓廠後製程上下工夫(即ColorFilter)。鏡片由於跟後端感測器成像有很大關聯，因此廠商鏡片之各項規格

5、也會跟隨感測器之種類不同而有不一樣的設計，而業界間對於「鏡片尺寸」之慣用定義，甚至也依隨感測器之圖像大小(pixelsize)而定。以CIF等級為例，其鏡片尺寸最進步者已來到1/7"、1/9"，而組成鏡頭模組後之形狀大小則可要求6(長)x6(寬)x3.5mm(高)；VGA等級因目前應用最多，因此市場上有1/4"、1/5"、1/6"、1/7"之分，鏡頭模組大小則散佈於8x8x6(mm)、8x8x5(mm)、7x7x4.5(mm)間；1.3M款式有1/3"、1/3.5"、1/4"之分，鏡頭模組大小則有9x9x6.5(mm)、8x8x6(mm)

6、；2.0M等級目前屬於最新產品，因此尺寸也稍大，目前業界有1/2.7"、1/3"供客戶選擇，鏡頭模組大小則以11x11x7(mm)為最多。鏡片材質又有塑膠或玻璃之分別，塑膠材質成本較低，製作出來的重量也較輕，不過成像品質較玻璃差，而且在極度精小尺寸要求下，塑膠射出成型的製程要求也會遇到問題；玻璃鏡片雖然成本較貴，重量也較重，但有良好成像效果，而且在尺寸精細度可要求(如鏡片直徑與厚度)得更高。鏡頭廠商過去因照相手機多定位為玩具用品，而且像素與外型要求標準不高，因此多以塑膠鏡片為材質，但在照相手機逐漸邁向高規格情況下(尺寸與影像品質)，廠商除

7、了開始步入玻璃與塑膠搭配組合之使用型態外，也會採用塑膠4otherk與玻璃混合材料當作鏡片使用。例如在100萬畫素以上的產品中，一些鏡頭製造商正在使用3個塑膠元件轉向混合採用塑膠與玻璃元件，不過混合元件將使成本上升。此外，為了考慮鏡片與鏡頭模組厚度，使用「非球面」之鏡片為重要趨勢；其中塑膠鏡片因本身尺寸縮減幅度有限，因此在應用於照相手機中多半只能使用非球面鏡片，也因此「非球面」塑膠材質鏡片之製作即成為廠商另一項重要競爭項目；在玻璃鏡片方面，由於玻璃鏡片尺寸精密度可製作至很小，因此球面與非球面鏡片皆可安裝於照相手機內。最後，下一代鏡頭還將整

8、合更好的自動聚焦、數位變焦和更高解析度的視訊擷取功能。由於更昂貴的鏡頭和製造成本，這些增強措施已經使CMOS感測器模組之物料成本翻上幾番，由VGA等級產品的5.50美元變成百萬畫素單元的10.