Процес на производство на перископски камери на паметни телефони
Перископските камери на паметните телефони се една од највозбудливите иновации во мобилната фотографија во последниве години. Благодарение на оптичкиот дизајн што ја „преклопува“ светлосната патека настрана, модулите на перископските камери им овозможуваат на паметните телефони да постигнат високи можности за оптичко зумирање без да бараат прекумерна големина. Сепак, зад можностите за зумирање од 5x, 10x или дури и поголеми, лежи сложен и многу прецизен процес на производство. Оваа статија ги разгледува клучните фази од процесот на производство на перископските камери на паметните телефони, од дизајн и компоненти до склопување и тестирање на квалитетот.
1. Основен концепт на перископска камера: Преклопена оптика
За разлика од конвенционалните камери на паметните телефони, кои го позиционираат објективот директно паралелно со влезната светлина, перископските камери користат призма или огледало за да ја свиткаат светлината приближно 90 степени. Светлината влегува однадвор, се рефлектира од призмата/огледалото, а потоа поминува низ серија леќи поставени хоризонтално во внатрешноста на телефонот. Оваа конфигурација овозможува поголема ефективна фокусна должина без значително зголемување на дебелината на паметниот телефон.
Од производствена перспектива, концептот на „преклопена оптика“ додава предизвици: секој оптички елемент мора да биде произведен со строги толеранции, монтиран со голема прецизност и да издржи удари, температури и промени во положбата при секојдневна употреба.
2. Фаза на дизајн и инженерство (И&Р)
Процесот на производство започнува со фазата на дизајнирање. Компаниите обично:
– Оптички дизајн: распоред на бројот на елементи на леќата, закривеност, материјали (стакло/оптичка пластика), распоред на призмата и цели за зголемување на зумот. Оптичките инженери симулираат дисторзија, хроматска аберација, блескање и острина од центар до раб.
– Механички дизајн: одредување на структурата на цевката, рамката, призматичниот држач, патеката на актуаторот со OIS (оптичка стабилизација на слика) или други механизми за стабилизација.
– Електричен дизајн: интеграција на сензор за слика, флексибилен кабел (FPC), конектор, драјвер за актуатор и компатибилност со матичната плоча на паметниот телефон.
Во оваа фаза се прави компромис помеѓу перформансите и цената: стаклото обично обезбедува подобри перформанси, но е поскапо и потешко се обработува, додека оптичката пластика е полесна за производство, но бара висока контрола на квалитетот за да се избегне компромитирање на острината.
3. Производство на леќи: Прецизност на површината и обложување
Елементите на перископските леќи можат да бидат направени од оптичко стакло или пластични лиени леќи.
1. Формирање на леќа
– За стаклени леќи: обично преку процес на сечење, брусење и полирање. Квалитетот на површината е клучен бидејќи микро-несовршеностите можат да предизвикаат одблесоци или намален контраст.
– За пластични леќи, често се користи високопрецизно лиење со вбризгување. Предноста е побрзо масовно производство, но потребна е строга контрола врз смалувањето на материјалот и обликот на површината.
2. Антирефлексен слој (AR слој)
Секоја површина на леќата рефлектира одредена светлина. Кај перископските модули - кои имаат многу елементи - повеќекратните рефлексии можат да го намалат преносот на светлината и да го зголемат замаглувањето. Затоа, производителите нанесуваат повеќеслојни премази користејќи технологии како што е вакуумско нанесување. Дебелината на премазот мора да биде конзистентна на нанометарска скала.
3. Оптичка инспекција
Леќите се проверуваат со употреба на оптичка метролошка опрема за да се осигури дека закривеноста, дебелината и квалитетот на површината ги исполнуваат спецификациите. Леќите што не ги исполнуваат толеранциите ќе бидат одбиени.
4. Производство на призми или огледала: Клучни компоненти на „перископ“
Перископските призми може да се направат од оптичко стакло, а потоа да се полираат до многу мазна површина. Постојат два вообичаени пристапи:
– Призми со специјални рефлектирачки површини: едната страна е обложена со рефлектирачки слој (на пр. алуминиум или сребро) и заштитен слој за отпорност на оксидација.
– Микроогледала: во некои дизајни, огледалата ги заменуваат призмите поради заштеда на простор или трошоци.
Бидејќи призмите се елементи што ја свиткуваат светлината, дури и малите навалувања или неправилно порамнување можат да ја поместат оптичката патека и да предизвикаат деградација на сликата или неточно фокусирање. Затоа, аголот на призмата и квалитетот на површината се ригорозни.
5. Пакет со сензор за слика и модул
CMOS сензорите обично се испорачуваат од специјализирани производители. Во контекст на производство на перископски модули, сензорите се монтираат на мала плоча (подлога) и се поврзани преку FPC. Критичните чекори вклучуваат:
– Поставување на сензорот: положбата на сензорот мора да биде точна во однос на оптичката оска за да се спречи навалување кое ја намалува острината на едната страна од сликата.
– Инсталирање филтри: како што се филтри за сечење со инфрацрвени зраци за да се обезбедат точни бои.
– Заштита од прашина: Оптичкиот модул е многу чувствителен. Производството се изведува во чиста просторија за да се спречи влегување на честички прашина и нивно појавување како дамки на сликата.
6. Механизам за фокусирање и стабилизација: Мини актуатор со висока прецизност
Перископските камери често се опремени со:
– AF (автоматски фокус): користи мотор со гласовна намотка (VCM) или друг механизам за активирање за движење на одредени групи објективи.
– OIS (Оптичка стабилизација на слика): за справување со тресење на рацете, особено при висок зум. OIS работи со поместување на групата објективи или поместување на призмата/огледалото во одреден опсег.
Производството на актуатори вклучува создавање на мали електромагнетни компоненти, микропружини или суспензии и сензори за позиција (на пр., Холови сензори). Предизвикот е да се усогласи механичката издржливост и прецизноста на движењето. Лабавите толеранции можат да резултираат со бучава, вибрации или неефикасна стабилизација.
7. Склопување на перископскиот модул: Оптичкото усогласување е сè
Монтажата е најважната фаза. Општите чекори се:
1. Монтирање на призмата/огледалото на рамката
Користејќи прецизни држачи и специјално оптичко лепило, аголот на монтирање се проверува за да се осигури дека светлосната патека е точно 90 степени (или аголот специфициран од дизајнот).
2. Распоред на елементите на леќата
Леќите се монтирани секвенцијално во цилиндерот. Ориентацијата на секоја леќа е важна бидејќи некои елементи имаат специфични конвексни/конкавни страни и асферични профили.
3. Порамнување на леќа-призма-сензор
Овој чекор често се изведува со помош на активен систем: модулот прикажува тест шема, а потоа машината прави микро-прилагодувања сè додека оптичката острина и центарот не се порамнат. Откако ќе се постигне оптималната положба, компонентата се заклучува (обично со стврднување на лепилото со употреба на UV зрачење).
4. Запечатување и контрола на прашина
По усогласувањето, модулот се запечатува. Некои дизајни вклучуваат дихтунзи за да се минимизира навлегувањето прашина. Меѓутоа, бидејќи паметните телефони не се целосно херметички затворени, внатрешниот дизајн мора да ги земе предвид и промените во притисокот и температурата.
8. Електронска калибрација и софтверска корекција
Откако модулот е склопен, производителот врши калибрација:
– Калибрација на фокусот: осигурувајќи се дека положбата на објективот на одредено фокусно растојание е точна.
– OIS калибрација: го мери одговорот на актуаторот на движење и обезбедува соодветна компензација на вибрациите.
– Калибрација на дисторзија и засенчување: секој модул има малку различни карактеристики. Овие податоци се складираат за автоматска корекција од страна на ISP (процесор за сигнали на слика) и алгоритмите на камерата.
– Калибрација на бои: за конзистентност на балансот на белата боја и репродукцијата на боите помеѓу модулите (на пр. помеѓу главната камера и перископот).
Во ерата на компјутерската фотографија, квалитетот на модулот не е само прашање на хардвер, туку и колку добро податоците за калибрација му помагаат на софтверот да ги корегира физичките ограничувања.
9. Тестирање на квалитет и сигурност
Модулот на перископската камера мора да помине низ серија тестови:
– Тест за острина (MTF тест): мери резолуција и контраст во различни области на сликата.
– Тест за прашина и честички: гарантира дека нема внатрешна контаминација.
– Тест на температура: циклус на загревање-ладење за да се видат промени во фокусот, поместување на порамнувањето или кондензација.
– Тест на вибрации и паѓање (тест на удар): осигурува дека призмата, леќата и актуаторот нема да се поместат по ударот.
– Тест на животниот век на актуаторот: симулирајте повторена употреба на AF/OIS за да се процени абењето.
Модулите што не ги исполнуваат стандардите ќе бидат отфрлени или поправени каде што е можно.
10. Интеграција во паметни телефони: Просторни и термички предизвици
Откако ќе го помине тестот, перископскиот модул се инсталира во паметниот телефон. Оваа фаза бара:
– Механичко вклопување: модулот мора цврсто да се вклопи во внатрешната рамка, да не биде компресиран и да не биде попречен од други компоненти.
– Термичка заштита: Системите на чипот и батериите генерираат топлина. Производителите мора да се осигурат дека температурите не влијаат на оптичкото порамнување или перформансите на сензорите.
– Конечно тестирање на уредот: камерите се тестираат заедно со финалниот софтвер, вклучувајќи префрлување помеѓу камерите, конзистентност на боите и перформанси на зумирањето.
Заклучок
Производството на перископска камера за паметен телефон е комплексна мешавина од оптички инженеринг, прецизна механика, минијатуризирана електроника и софтверска калибрација. Успехот на перископската камера не е определен само од нејзината „брзина на зумирање“, туку и од прецизното порамнување на призмата и леќата, стабилноста на OIS механизмот, чистотата на процесот на склопување и квалитетот на калибрацијата за да се обезбедат остри, конзистентни слики. Зад малиот модул уредно вграден во паметен телефон лежи високотехнолошки производствен синџир кој бара прецизност до ниво на микрометар - сè за да се донесе оптичко зумирање со долг дострел на дланката.
