手機鏡頭光學鍍膜
大家都知道光線通過不同介質(zhì)時會產(chǎn)生反射和折射,而現(xiàn)代手機鏡頭結(jié)構(gòu)更復雜鏡片數(shù)更多,所以光線進入鏡頭后發(fā)生的反射和折射的次數(shù)就會越多。這樣就會導致兩個問題:一是通過鏡頭的光線會有較大的損失;二是光線在鏡頭內(nèi)發(fā)生多次反射與折射就會產(chǎn)生我們所說的雜光和鬼影;而鍍膜技術(shù)能非常有效的改善這些問題。
光學鍍膜原理:鍍膜能改善光的品質(zhì)
光學鍍膜是以光的波動性和干涉現(xiàn)象為基礎(chǔ),在鏡頭表面鍍上一層厚度極薄的物質(zhì),如氟化鎂、二氧化硅、氟化鋁等;來達到提高鏡片的透過率,減少鏡片的反射率的效果。簡而言之,光學膜層首先是厚度薄,其厚度可以和入射光波長相比擬,其次是會產(chǎn)生一定光學效應(yīng)引起光線干涉。
光學鍍膜在手機領(lǐng)域中的作用
在手機領(lǐng)域中除了成像品質(zhì)外,鏡頭的透過率對提升圖像品質(zhì)起著非常重要的作用。目前手機行業(yè)通常采用樹脂作為鏡片基材,為了減少鏡片反射,提升透過率,我們會在鏡片表面鍍AR增透膜(減反膜),它是一種硬質(zhì)耐熱氧化膜,可在特定波長范圍內(nèi)將元器件表面的反射率最小化。未鍍膜的情況下,光學元件每個表面由于反射會產(chǎn)生約4%的能量損耗(圖一)。如果3個未鍍膜的透鏡組合使用,則在6個表面都會發(fā)生反射,實驗測得,光通過透鏡組后共損耗21.7%的能量。
如果存在AR增透膜每個表面的反射率將小于0.5%(圖二),因此鍍增透膜可使該光學系統(tǒng)的透過率從78.3%提高至97%。
通常情況下一層膜只對某一波段光線起作用,為了提升寬波段下鏡片透過率,手機鏡頭AR膜一般包含多個膜層,以材料折射率高低相間隔分布,通過建模軟件,每一層膜的厚度都被優(yōu)化,就可以改善光學元件在特定波長范圍內(nèi)的性能。從膜系層數(shù)而言,我們一般設(shè)定為1到8層,較多的膜層數(shù)能優(yōu)化寬光譜波段范圍內(nèi)的反射率,減弱光學系統(tǒng)內(nèi)由于光線反射引起的鬼影(圖三)。
當然AR膜并不可能達到100%的透過率,會有殘留的顏色,但是殘留哪種顏色最佳呢?其實這沒有標準,主要以工藝特點及偏好為主。
鍍膜工藝簡介
目前鍍膜方式主要有三種,分別是蒸發(fā)鍍膜、濺射鍍膜和離子鍍膜,在行業(yè)中我們主要采用蒸發(fā)鍍膜的方式,通過真空泵組獲得極限真空后,電子槍發(fā)出高能電子升華鍍膜物質(zhì),通過物理沉積技術(shù)在鏡片表面覆蓋極薄納米厚度的薄膜,以實現(xiàn)表面減少反射,達到成像清晰效果。
鍍膜技術(shù)的主要工藝流程包括膜系設(shè)計、鍍膜、測試等,具體如下圖介紹:
影響鍍膜性能的條件眾多,不同的膜系設(shè)計和工藝條件對膜層結(jié)構(gòu)和特性產(chǎn)生不同影響,
其中影響較大的三大因素是溫度、沉積速率、真空度。
① 較高的基板溫度,有利于增加膜層密度和強度;
?、?nbsp; 沉積速率越高膜層結(jié)構(gòu)越緊密,但缺點在于容易使內(nèi)應(yīng)力增加;
?、?nbsp; 真空度減少氣體分子對物理沉積的干擾,抑制氣體分子和鍍膜物質(zhì)反應(yīng);
典型不良現(xiàn)象
?、?nbsp; 膜強度不良、膜弱、膜裂等信賴性不良;
?、?nbsp; 膜料點不良,顧名思義就是大顆粒膜料點隨著膜料分子蒸鍍到基片表面,在基片表面形成點狀突起,打傷基片表面;
?、?nbsp; 膜臟,一般發(fā)生在膜內(nèi)或膜外,包括:灰塵點、白霧、油斑、指紋印等
④ 膜內(nèi)白霧,鍍膜完成后,表面會有一些淡淡的白霧
?、?nbsp; 色斑,是指鏡片上的膜色局部變異、不規(guī)則。有膜內(nèi)色斑和膜外色斑兩種。
?、?nbsp; 光譜特性不良,導致分光反射(投射)曲線不滿足零件產(chǎn)品技術(shù)要求。
其他
在手機領(lǐng)域另一個應(yīng)用較多的是紅外截止濾光片又稱IR-cut Filter。從原理分有反射式濾光片和吸收式濾光片兩種,它們采用了不同的玻璃基材。
反射式濾光片原理是在普通光學玻璃上交替鍍多層高折射率光學膜,達到可見光波段的高透(400-630nm),近紅外波段光線的截止(700-1100nm),截止部分干擾成像質(zhì)量的近紅外光,因為通過反射方式截止紅外光線,所以容易產(chǎn)生二次反射,產(chǎn)生雜光和鬼影。
吸收式濾光片主要以藍玻璃為基材,通過藍玻璃中光吸收物質(zhì)來過濾紅外光,同時通過一面鍍紅外截止膜,一面鍍增透膜來同時提升紅外的截止性能和可見光的透過率,從下圖反射率對比圖可以看出藍玻璃短波方向透過率更高、整體透過率曲線過渡更圓滑,所以實拍效果色彩還原性更自然。
反射式IR和藍玻璃透過率對比
我們從光學特性上比較,藍玻璃相對于普通反射式IR主要有兩方面的優(yōu)勢:一方面從材料特性上來看藍玻璃有著先天優(yōu)勢,通過吸收紅外波段光線的方式可以避免因反射引起的雜光鬼影現(xiàn)象;另一方面,藍玻璃對于不同入射角光線的光譜曲線漂移更小,比如入射角從0°變化到25°,藍玻璃透過率向短波段偏移3nm左右(透過率50%時),而普通反射式濾光片偏移在30nm左右(圖A)。簡而言之,反射式濾光片在大角度時,截止更多的紅光,這樣對影像帶來一個最大的問題是中心偏紅(圖B),對于color shading的調(diào)試帶來更大難度。
目前藍玻璃已經(jīng)大規(guī)模的應(yīng)用于中高端項目中,隨著工藝不斷提升,成本不斷優(yōu)化,藍玻璃的使用將會更加廣泛。
當然,在手機鏡頭的光學鍍膜方面,還有很多的know how技術(shù)所在,我們在這里只是簡單介紹基礎(chǔ)的技術(shù)并對其效果說明一二,詳細的技術(shù)關(guān)鍵,因為眾所周知的原因,只能私下點對點的當面交流。