Teleobjektyvų gamybos procesas išmaniesiems telefonams
Išmaniųjų telefonų teleobjektyvai tapo viena geidžiamiausių funkcijų, pirmiausia dėl jų gebėjimo daryti tolimojo nuotolio nuotraukas su didesne detale nei naudojant skaitmeninį priartinimą. Tačiau už, atrodytų, paprastų vaizdų ekrane slypi ilgas, didelio tikslumo gamybos procesas, apimantis daugelį disciplinų: optiką, medžiagas, elektroniką, programinę įrangą ir kokybės kontrolę. Šiame straipsnyje aptariami pagrindiniai teleobjektyvo modulio, skirto išmaniesiems telefonams, kūrimo etapai – nuo projektavimo iki galutinio bandymo.
-
1. Produkto planavimas ir specifikacijos
Gamybos procesas visada prasideda planavimo etapu. Produkto ir inžinerijos komandos nustato tikslus, kurių reikia siekti, pavyzdžiui:
– Ekvivalentinis židinio nuotolis (pvz., 70 mm, 85 mm, 120 mm ir kt.)
– Optinio priartinimo dydis (2x, 3x, 5x, 10x – nors šis terminas dažnai priklauso nuo pagrindinės kameros)
– Diafragma (objektyvo anga), pvz., f/2.0 arba f/2.8
– Jutiklio dydis ir skiriamoji geba (pvz., 12 MP, 50 MP)
Optinis stabilizavimas (OIS) arba be OIS
– Teleobjektyvų tipai: įprastas teleobjektyvas (išsikišęs lęšis) arba periskopas (į šoną nukreiptas lęšis optiniam keliui pailginti)
– Projektavimo apribojimai: korpuso storis, akumuliatoriaus talpa, modulio padėtis ir gamybos sąnaudos.
Nuo tada optikos ir mechanikos komandos pradėjo kurti dizainą, kad visus taikinius būtų galima pasiekti labai ribotoje erdvėje.
-
2. Optinis dizainas: Teleobjektyvo „šviesos kelio“ surinkimas
Teleobjektyvams reikalingas ilgesnis židinio nuotolis nei pagrindiniams fotoaparatams. Didžiausias iššūkis yra ribota išmaniųjų telefonų erdvė. Todėl yra du bendri būdai:
1. Įprastas teleobjektyvas: objektyvas nukreiptas į išorę kaip įprasto fotoaparato. Paprastai priartinimas 2x–3x.
2. Teleobjektyvo periskopas: šviesos kelias „išlenkiamas“ naudojant prizmę arba veidrodį, kad objektyvą būtų galima pastatyti lygiagrečiai korpusui. Tinka 5 kartų ir didesnio priartinimo objektyvams.
Optinio projektavimo etape naudojama optinio modeliavimo programinė įranga, skirta nustatyti:
– Lęšio elementų skaičius (gali būti 6–10 elementų ar daugiau)
– Lęšio forma (asferinė, siekiant sumažinti iškraipymą)
– Lęšio medžiaga (tikslus optinis plastikas arba stiklas)
– Antirefleksinė danga, mažinanti atspindžius ir šešėliavimą
– Aberacijų korekcija: chromatinė, sferinė, kominė, astigmatizmas ir iškraipymas
Optinio dizaino rezultatai turi būti „išversti“ į dizainą, kurį būtų galima masiškai gaminti su mikronų tolerancijomis.
-
3. Jutiklių ir elektroninių komponentų pasirinkimas
Teleobjektyvas – tai ne tik objektyvas. Pasirinktas jutiklis turi įtakos detalėms, triukšmui ir veikimui esant prastam apšvietimui. Svarbūs komponentai:
– Vaizdo jutiklis (CMOS): nustatomas pagal dydį (pvz., 1/3.5 colio, 1/2.5 colio), pikselių dydį, technologiją (BSI, sluoksniuotas ir kt.).
– ISP (vaizdo signalo procesorius): paprastai yra pagrindiniame mikroschemų rinkinyje, tačiau kameros modulis turi būti suderinamas su apdorojimo srautu.
– Balso ritės variklis (VCM) automatiniam fokusavimui.
– OIS pavara (jei yra), kuri judina objektyvą arba jutiklį stabilizavimo tikslais.
– Prizmės/periskopo surinkimas periskopo konstrukcijai (reikalauja didelio atspindžio ir tikslaus suderinimo).
Renkantis komponentus, taip pat atsižvelgiama į energijos suvartojimą, darbinę temperatūrą ir integraciją su išmaniojo telefono dizainu.
-
4. Lęšio elementų gamyba: mikronų lygio tikslumas
Dauguma šiuolaikinių išmaniųjų telefonų lęšių yra pagaminti iš optinio plastiko, naudojant liejimo technologijas, nes:
– Tinka didelių kiekių gamybai
– Gali suformuoti asferinius paviršius mažesnėmis sąnaudomis
– Lengvesnis svoris
Procesas apima:
1. Liejimo formų gamyba yra labai tiksli ir dažnai brangiausia dalis.
2. Lęšio spausdinimas kontroliuojamoje temperatūroje ir slėgyje.
3. Poliravimas / apdaila (kai kurių tipų lęšių), siekiant užtikrinti lygų paviršių.
4. Valymas siekiant pašalinti daleles ir likučius.
Stiklinių lęšių (rečiau plonų išmaniųjų telefonų) atveju procesas gali apimti brangesnį pjovimą, formavimą, šlifavimą, poliravimą ir patikrinimą.
-
5. Danga: sumažina atspindžius ir išlaiko kontrastą
Kai lęšių elementai yra baigti, jų paviršiai padengiami plonu sluoksniu (antirefleksinė danga), naudojant tokius metodus kaip vakuuminis nusodinimas. Danga yra svarbi, nes:
– Sumažina vidinius atspindžius, kurie mažina kontrastą
– Sumažina blyksnius fotografuojant ryškius šviesos šaltinius
– Padidina šviesos pralaidumą, kad teleobjektyvas išliktų efektyvus net ir esant mažesnei diafragmai.
Šis sluoksnis turi būti vienodo storio, nes dėl netobulumų gali atsirasti optinių artefaktų.
-
6. Optinio modulio surinkimas: svarbiausia yra išlyginimas
Kameros modulio surinkimas atliekamas švarioje patalpoje, nes nuotraukose mikrodulkės gali atrodyti kaip dėmės. Bendrieji veiksmai apima:
– Lęšių elementų išdėstymas pagal projektavimo tvarką
– Pridedamas tarpiklis arba žiedas, kad būtų išlaikytas atstumas tarp lęšių
– Objektyvo cilindro/korpuso montavimas
– Automatinio fokusavimo mechanizmo (VCM) integravimas
– OIS integracija (jei yra)
– Periskopams: prizmių / veidrodžių montavimas tinkamu kampu
Svarbiausias etapas yra lygiavimas. Net ir nedidelis nukrypimas gali sukelti:
– nuotraukos kraštuose sumažėja ryškumas,
– netikslus fokusavimas,
– padidėjęs iškraipymas,
– kokybės praradimas esant dideliam priartinimui.
Gamintojai naudoja automatinio lygiavimo sistemą su optiniu grįžtamuoju ryšiu: modulis yra testuojamas jį reguliuojant, kol pasiekiami tiksliniai ryškumo parametrai.
-
7. Jutiklio montavimas ir modulio sandarinimas
Jutiklis montuojamas ant mažos spausdintinės plokštės kameros modulyje, o tada sulygiuojamas su objektyvu. Yra du svarbūs aspektai:
1. Jutiklio sulygiavimas su objektyvu (pakreipimas ir poslinkis). Jei jutiklis pakreiptas net keliais mikronais, viena nuotraukos pusė gali būti neryški.
2. Sandarinimas, apsaugantis modulį nuo dulkių ir drėgmės.
Kai kurie moduliai taip pat naudoja filtrus:
– IR spindulių filtras tikslesnėms spalvoms.
– Kai kuriuose dizainuose yra papildomų filtrų, skirtų muaro efektui sumažinti arba vaizdo charakteriui pagerinti.
-
8. Gamyklinis kalibravimas: realių sistemos trūkumų taisymas
Net ir idealiai suprojektuotas modelis visada skiriasi, todėl teleobjektyvo modulis turi būti kalibruojamas. Kalibravimo procesas gali apimti:
– Fokusavimo kalibravimas (VCM padėtis tam tikru atstumu)
– OIS kalibravimas (pavaros reakcija į vibraciją)
– Šešėlių / vinjetavimo kalibravimas (tamsumas kraštuose)
– Iškraipymo kalibravimas (statinės / pagalvėlės formos)
– Spalvų kalibravimas ir baltos spalvos balansas
– Objektyvo ir jutiklio neatitikimo korekcija
Šie kalibravimo duomenys išsaugomi kaip parametrai, kuriuos fotoaparato programinė įranga naudos kiekvieną kartą fotografuojant.
-
9. Kokybės kontrolė ir patikimumo bandymas
Prieš siunčiant modulį į išmaniųjų telefonų surinkimo gamyklą, jis pereina griežtą kokybės kontrolę, pavyzdžiui:
– MTF testas (moduliacijos perdavimo funkcija) ryškumui ir kontrastui įvertinti.
– Pakartotinis fokusavimo bandymas (VCM patvarumas).
– OIS testavimas: stabilumas, poslinkis ir atsakas.
– Patikrinkite, ar modulio viduje nėra dalelių / dulkių.
– Temperatūros bandymas (didelis karštis / šaltis), nes medžiagos plėtimasis gali pakeisti išlyginimą.
– Kritimo ir vibracijos bandymas atsparumui smūgiams įvertinti.
– Gyvavimo trukmės bandymas: ilgi naudojimo ciklai, siekiant užtikrinti minimalų našumo pablogėjimą.
Moduliai, kurie neatitinka standartų, bus perdaryti, jei įmanoma, arba atmesti.
-
10. Išmaniųjų telefonų integravimas ir sistemos testavimas
Įdiegus teleobjektyvo modulį išmaniajame telefone, atliekamas sistemos bandymas, nes nuotraukų kokybei taip pat įtakos turi:
– Kelių kamerų algoritmas (perjungimas iš pagrindinės kameros į teleobjektyvą)
– Spalvų ir ekspozicijos suvienodinimas tarp kamerų
– Dirbtiniu intelektu pagrįstas suliejimas ir galandimas
– Veikimas esant prastam apšvietimui (tamsiomis sąlygomis pagrindinė kamera dažnai padeda naudoti teleobjektyvą)
– Vaizdo stabilizavimas ir automatinis fokusavimas sekimo režimu
Šiame etape taip pat atliekamas derinimas, kad teleobjektyvo rezultatai atitiktų kitų fotoaparatų rezultatus, ypač kai vartotojas palaipsniui priartina vaizdą.
-
Uždarymas
Išmaniojo telefono teleobjektyvo gamyba yra tikslios optikos, miniatiūrinės mechanikos, kompaktiškos elektronikos ir išmaniosios programinės įrangos derinys. Didžiausi iššūkiai yra erdvės apribojimai, didelio ryškumo poreikis ir nuolatinė masinė gamyba. Štai kodėl teleobjektyvo modulis, ypač periskopas, dažnai yra aukščiausios kokybės komponentas, skiriantis flagmanus nuo vidutinės klasės fotoaparatų. Galiausiai, tas, atrodytų, paprastas priartinimo kadras ekrane, yra tūkstančių dizaino sprendimų ir kruopščios kokybės kontrolės užkulisiuose rezultatas.
-
Jei pageidaujate, galiu pritaikyti šį straipsnį prie mokslinio stiliaus (su daugiau techninių terminų) arba labiau populiaraus plačiajai visuomenei, taip pat pridėti proceso eigos iliustracijų teksto punktų / diagramų pavidalu.
