Պերիսկոպ տեսախցիկի արտադրության գործընթացը սմարթֆոնների վրա
Սմարթֆոնների վրա տեղադրված պերիսկոպային տեսախցիկները վերջին տարիների բջջային լուսանկարչության ամենահետաքրքիր նորարարություններից մեկն են: Լույսի ուղին կողքի «ծալող» օպտիկական դիզայնի շնորհիվ, պերիսկոպային տեսախցիկի մոդուլները թույլ են տալիս սմարթֆոններին հասնել բարձր օպտիկական մեծացման հնարավորությունների՝ առանց չափազանց մեծ ծավալ պահանջելու: Այնուամենայնիվ, 5x, 10x կամ նույնիսկ ավելի մեծ մեծացման հնարավորությունների հետևում թաքնված է բարդ և բարձր ճշգրտությամբ արտադրական գործընթաց: Այս հոդվածը քննարկում է սմարթֆոնների վրա տեղադրված պերիսկոպային տեսախցիկի արտադրության գործընթացի հիմնական փուլերը՝ նախագծումից և բաղադրիչներից մինչև հավաքում և որակի ստուգում:
1. Պերիսկոպային տեսախցիկի հիմնական հասկացությունը. ծալված օպտիկա
Ի տարբերություն սովորական սմարթֆոնների տեսախցիկների, որոնք օբյեկտիվը տեղադրում են ուղիղ զուգահեռ մտնող լույսին, պերիսկոպային տեսախցիկները օգտագործում են պրիզմա կամ հայելի՝ լույսը մոտավորապես 90 աստիճանով թեքելու համար: Լույսը մտնում է դրսից, անդրադարձվում է պրիզմայի/հայելու կողմից, ապա անցնում հեռախոսի կորպուսի ներսում հորիզոնական տեղադրված մի շարք օբյեկտիվների միջով: Այս կոնֆիգուրացիան թույլ է տալիս ստանալ ավելի մեծ արդյունավետ ֆոկուսային հեռավորություն՝ առանց սմարթֆոնի հաստությունը զգալիորեն մեծացնելու:
Արտադրության տեսանկյունից «ծալված օպտիկայի» հայեցակարգը մարտահրավերներ է առաջացնում. յուրաքանչյուր օպտիկական տարր պետք է արտադրվի խիստ թույլատրելի շեղումներով, տեղադրվի մեծ ճշգրտությամբ և դիմակայի ցնցումներին, ջերմաստիճանին և ամենօրյա օգտագործման դիրքի փոփոխություններին։
2. Նախագծման և ճարտարագիտության (Հ&Զ) փուլ
Արտադրական գործընթացը սկսվում է նախագծման փուլից: Ընկերությունները սովորաբար՝
– Օպտիկական դիզայն. ոսպնյակի տարրերի քանակի, կորության, նյութերի (ապակի/օպտիկական պլաստիկ), պրիզմայի դասավորության և խոշորացման թիրախների դասավորությունը։ Օպտիկական ինժեներները մոդելավորում են աղավաղումը, քրոմատիկ աբերացիան, բռնկումը և կենտրոնից եզր սրությունը։
– Մեխանիկական նախագծում. գլանային կառուցվածքի, շրջանակի, պրիզմայի տեղադրման, OIS (օպտիկական պատկերի կայունացման) ակտուատորի ուղու կամ այլ կայունացման մեխանիզմների որոշում։
– Էլեկտրական նախագծում. պատկերի սենսորի, ճկուն մալուխի (FPC), միակցիչի, ակտուատորի դրայվերի ինտեգրում և համատեղելիություն սմարթֆոնի մայրական սալիկի հետ։
Այս փուլում փոխզիջում է կատարվում նաև կատարողականի և արժեքի միջև. ապակին սովորաբար ապահովում է ավելի լավ կատարողականություն, բայց ավելի թանկ է և ավելի դժվար է մշակել, մինչդեռ օպտիկական պլաստիկն ավելի հեշտ է արտադրել, բայց պահանջում է բարձր որակի վերահսկողություն՝ սրության վրա ազդելուց խուսափելու համար։
3. Լինզաների արտադրություն. Մակերեսի ճշգրտություն և ծածկույթ
Պերիսկոպի ոսպնյակի տարրերը կարող են պատրաստված լինել օպտիկական ապակուց կամ պլաստիկե ձուլված ոսպնյակներից:
1. Լինզայի ձևավորում
– Ապակե ոսպնյակների համար. սովորաբար կտրման, հղկման և փայլեցման գործընթացով: Մակերեսի որակը կարևոր է, քանի որ միկրոթերությունները կարող են առաջացնել բռնկում կամ կոնտրաստի նվազում:
– Պլաստիկ ոսպնյակների համար հաճախ օգտագործվում է բարձր ճշգրտությամբ ներարկման ձուլում: Առավելությունն ավելի արագ զանգվածային արտադրությունն է, սակայն անհրաժեշտ է նյութի կծկման և մակերեսի ձևի նկատմամբ խիստ վերահսկողություն:
2. Հակաանդրադարձնող ծածկույթ (AR ծածկույթ)
Յուրաքանչյուր ոսպնյակի մակերեսը արտացոլում է որոշակի լույս։ Պերիսկոպի մոդուլներում, որոնք ունեն բազմաթիվ տարրեր, բազմակի արտացոլումները կարող են նվազեցնել լույսի թափանցելիությունը և մեծացնել ուրվականացումը։ Հետևաբար, արտադրողները բազմաշերտ ծածկույթներ են կիրառում այնպիսի տեխնոլոգիաներով, ինչպիսիք են վակուումային նստեցումը։ Ծածկույթի հաստությունը պետք է հաստատուն լինի նանոմետրական մասշտաբով։
3. Օպտիկական զննում
Լինզաները ստուգվում են օպտիկական չափագիտական սարքավորումների միջոցով՝ ապահովելու համար, որ կորությունը, հաստությունը և մակերեսի որակը համապատասխանում են պահանջներին: Թույլատրելի չափորոշիչներին չհամապատասխանող լինզաները կմերժվեն:
4. Պրիզմաների կամ հայելիների արտադրություն. «Պերիսկոպի» հիմնական բաղադրիչները
Պերիսկոպային պրիզմաները կարող են պատրաստվել օպտիկական ապակուց, այնուհետև հղկվել մինչև շատ հարթ մակերես ստանալը։ Կան երկու տարածված մոտեցումներ՝
– Հատուկ անդրադարձնող մակերեսներով պրիզմաներ. մեկ կողմը ծածկված է անդրադարձնող ծածկույթով (օրինակ՝ ալյումինե կամ արծաթե) և պաշտպանիչ շերտով՝ օքսիդացմանը դիմակայելու համար։
– Միկրոհայելիներ. որոշ նախագծերում հայելիները փոխարինում են պրիզմաներին՝ տարածքի արդյունավետության կամ ծախսերի նկատառումներից ելնելով:
Քանի որ պրիզմաները լույսը կեղևող տարրեր են, նույնիսկ աննշան թեքությունները կամ անհամապատասխանությունները կարող են տեղաշարժել օպտիկական ուղին և առաջացնել պատկերի վատթարացում կամ անճշտ ֆոկուսավորում: Հետևաբար, պրիզմայի անկյան և մակերեսի որակի ստուգումները խիստ են:
5. Պատկերի սենսոր և մոդուլի փաթեթ
CMOS սենսորները սովորաբար մատակարարվում են մասնագիտացված արտադրողների կողմից: Պերիսկոպային մոդուլների արտադրության համատեքստում սենսորները տեղադրվում են փոքր տախտակի (հիմքի) վրա և միացվում են FPC-ի միջոցով: Կարևոր քայլերն են՝
– Սենսորի տեղադրում. սենսորի դիրքը պետք է ճիշտ լինի օպտիկական առանցքի նկատմամբ՝ պատկերի մի կողմի սրությունը նվազեցնող թեքությունը կանխելու համար։
– Ֆիլտրերի տեղադրում. օրինակ՝ IR կտրվածքի ֆիլտրեր՝ ճշգրիտ գույներ ապահովելու համար:
– Փոշուց պաշտպանություն. Օպտիկական մոդուլը բարձր զգայունություն ունի: Արտադրությունն իրականացվում է մաքուր սենյակում՝ փոշու մասնիկների ներթափանցումը և պատկերի վրա բծերի տեսքով հայտնվելը կանխելու համար:
6. Ֆոկուսի և կայունացման մեխանիզմ. Բարձր ճշգրտության մինի ակտուատոր
Պերիսկոպային տեսախցիկները հաճախ հագեցած են.
– AF (Ավտոֆոկուս). օգտագործում է ձայնային կծիկային շարժիչ (VCM) կամ այլ ակտիվացնող մեխանիզմ՝ որոշակի օբյեկտիվների խմբեր տեղաշարժելու համար։
– OIS (Օպտիկական պատկերի կայունացում). ձեռքի դողդոջունը կանխելու համար, հատկապես բարձր մեծացման դեպքում: OIS-ը գործում է օբյեկտիվի կլաստերը տեղաշարժելով կամ պրիզման/հայելին որոշակի սահմաններում տեղաշարժելով:
Գործարկիչների արտադրությունը ներառում է փոքր էլեկտրամագնիսական բաղադրիչների, միկրոզսպանակների կամ կախոցների և դիրքի սենսորների (օրինակ՝ Հոլի սենսորների) ստեղծում: Խնդիրը մեխանիկական դիմացկունության և շարժման ճշգրտության համատեղումն է: Թույլ թույլատրելի շեղումները կարող են հանգեցնել աղմուկի, թրթռման կամ անարդյունավետ կայունացման:
7. Պերիսկոպի մոդուլի հավաքում. Օպտիկական հավասարեցումը ամեն ինչ է
Հավաքումը ամենակարևոր փուլն է: Ընդհանուր քայլերն են՝
1. Պրիզմայի/հայելու ամրացումը շրջանակին
Օգտագործելով ճշգրիտ կոնստրուկցիաներ և հատուկ օպտիկական սոսինձ, ամրացման անկյունը ստուգվում է՝ ապահովելու համար, որ լույսի ուղին ճիշտ 90 աստիճան լինի (կամ նախագծով սահմանված անկյունը):
2. Լինզայի տարրերի դասավորությունը
Ոսպնյակները հաջորդաբար տեղադրված են խողովակի մեջ։ Յուրաքանչյուր ոսպնյակի կողմնորոշումը կարևոր է, քանի որ որոշ տարրեր ունեն հատուկ ուռուցիկ/գոգավոր կողմեր և ասֆերիկ պրոֆիլներ։
3. Լինզա-պրիզմա-սենսորային հավասարեցում
Այս քայլը հաճախ կատարվում է ակտիվ համակարգի օգնությամբ. մոդուլը ցուցադրում է փորձարկման պատկեր, այնուհետև մեքենան կատարում է միկրոկարգավորումներ, մինչև օպտիկական սրությունը և կենտրոնը համընկնեն: Երբ հասնում է օպտիմալ դիրքի, բաղադրիչը ամրացվում է (սովորաբար սոսինձը ուլտրամանուշակագույն ճառագայթներով կարծրացնելով):
4. Կնքումը և փոշու վերահսկումը
Հավասարեցումից հետո մոդուլը կնքվում է: Որոշ դիզայններ ներառում են միջադիրներ՝ փոշու ներթափանցումը նվազագույնի հասցնելու համար: Սակայն, քանի որ սմարթֆոնները լիովին հերմետիկ չեն, ներքին դիզայնը պետք է հաշվի առնի նաև ճնշման և ջերմաստիճանի փոփոխությունները:
8. Էլեկտրոնային կալիբրացիա և ծրագրային ուղղում
Մոդուլի հավաքումից հետո արտադրողը կատարում է կարգաբերում.
– Ֆոկուսի կարգաբերում. որոշակի ֆոկուսային հեռավորության վրա օբյեկտիվի դիրքի ճշգրիտ ապահովում։
– OIS տրամաչափում. չափում է ակտուատորի արձագանքը շարժմանը և ապահովում է թրթռման պատշաճ փոխհատուցում։
– Աղավաղման և ստվերի կարգաբերում. յուրաքանչյուր մոդուլ ունի մի փոքր տարբեր բնութագրեր: Այս տվյալները պահվում են ISP-ի (պատկերի ազդանշանի մշակիչ) և տեսախցիկի ալգորիթմների կողմից ավտոմատ շտկման համար:
– Գույնի կարգավորում՝ սպիտակի հավասարակշռության և գույների վերարտադրության համապատասխանության համար մոդուլների միջև (օրինակ՝ գլխավոր տեսախցիկի և պերիսկոպի միջև):
Հաշվողական լուսանկարչության դարաշրջանում մոդուլի որակը կախված է ոչ միայն սարքավորումից, այլև նրանից, թե որքանով են տրամաչափման տվյալները օգնում ծրագրային ապահովմանը շտկել ֆիզիկական սահմանափակումները։
9. Որակի և հուսալիության փորձարկում
Պերիսկոպի տեսախցիկի մոդուլը պետք է անցնի մի շարք թեստեր.
– Սրության թեստ (MTF թեստ). չափում է պատկերի տարբեր հատվածներում լուծաչափը և հակադրությունը։
– Փոշու և մասնիկների ստուգում. ապահովում է ներքին աղտոտվածության բացակայություն:
– Ջերմաստիճանի ստուգում. տաքացման-սառեցման ցիկլ՝ ֆոկուսի փոփոխությունները, հավասարեցման շեղումը կամ խտացումը տեսնելու համար:
– Թրթռման և անկման փորձարկում (հարվածային փորձարկում). ապահովում է, որ պրիզման, ոսպնյակը և ակտիվատորը չեն տեղաշարժվում հարվածից հետո։
– Ակտուատորի աշխատանքային ժամկետի փորձարկում. մոդելավորեք AF/OIS-ի կրկնակի օգտագործումը՝ մաշվածությունը գնահատելու համար։
Ստանդարտներին չհամապատասխանող մոդուլները կմերժվեն կամ հնարավորության դեպքում կվերանորոգվեն։
10. Սմարթֆոնների ինտեգրում. Տիեզերական և ջերմային մարտահրավերներ
Թեստը հանձնելուց հետո սմարթֆոնում տեղադրվում է պերիսկոպի մոդուլը։ Այս փուլը պահանջում է.
– Մեխանիկական համապատասխանություն. մոդուլը պետք է ամուր տեղավորվի ներքին շրջանակի մեջ, չսեղմվի և չխանգարվի այլ բաղադրիչների կողմից։
– Ջերմային պաշտպանություն. չիպի վրա տեղադրված համակարգերը և մարտկոցները ջերմություն են առաջացնում: Արտադրողները պետք է ապահովեն, որ ջերմաստիճանը չազդի օպտիկական հավասարեցման կամ սենսորի աշխատանքի վրա:
– Սարքի վերջնական փորձարկում. տեսախցիկները փորձարկվում են վերջնական ծրագրաշարի հետ մեկտեղ, ներառյալ տեսախցիկների միջև անցումը, գույների համապատասխանությունը և խոշորացման աշխատանքը։
Եզրակացություն
Սմարթֆոնի պերիսկոպային տեսախցիկի արտադրությունը օպտիկական ճարտարագիտության, ճշգրիտ մեխանիկայի, մանրանկարչական էլեկտրոնիկայի և ծրագրային ապահովման կարգաբերման բարդ խառնուրդ է: Պերիսկոպային տեսախցիկի հաջողությունը որոշվում է ոչ միայն դրա «մեծացման արագությամբ», այլև պրիզմայի և օբյեկտիվի ճշգրիտ դասավորությամբ, OIS մեխանիզմի կայունությամբ, հավաքման գործընթացի մաքրությամբ և կարգաբերման որակով՝ սուր, հաստատուն պատկերներ ապահովելու համար: Սմարթֆոնում կոկիկորեն ներդրված փոքրիկ մոդուլի հետևում թաքնված է բարձր տեխնոլոգիական արտադրական շղթա, որը պահանջում է մինչև միկրոմետրի մակարդակի ճշգրտություն՝ այս ամենը երկար հեռավորության օպտիկական մեծացումը ձեր ափին հասցնելու համար:
