CCM手机摄像头组装技术课件

CCM影像模組構裝技術

1CCM影像模組構裝技術

1手機相機模組(CCM)3個層次第一：SensorModule，以CMOSImageSensor為主，功能簡單，畫素在130萬以下。目前包括Sensor廠、封裝場、光學廠及DSC廠等都積極投入，競爭者多、利潤微薄，已成為殺價最激烈的戰場。第二：為CameraModule，具有自動對焦鏡頭(AutoFocus；AF)或基本光學變焦、基本攝影功能和不差的畫質，畫素在200萬至300萬左右。目前仍以日本業者，如Sharp和Panasonic等為主。第三：是CameraSub-System，尚在發展中的領域，完全以DSC的理念和畫質要求製作。攝影功能亦需加入，具備與主流DSC相同的畫素及光學變焦。註：TI在2004年共推出超過1100種不同封裝的162種新產品。同時，為因應消費性產品和可攜式應用對降低成本和體積微縮化的需求，TI也將持續進行封裝的創新，包括晶圓晶片級封裝(WCSP)等。2手機相機模組(CCM)3個層次第一：SensorModul照相手機模組封裝方式1優點：高度小、材料成本低、光線吸收性佳、技術成熟缺點：加工潔淨低、良率低3照相手機模組封裝方式1優點：高度小、材料成本低、光線3COB封裝DesignRule(範例)4COB封裝DesignRule(範例)4Wafer-chip-scalepackage(WCSP)5Wafer-chip-scalepackage(WCSPWCSPtechnologyComparisonSize[mm2]MountingArea[mm2]PinPitch[mm]Weight[gr]14×142560.50.265×5250.50.03UltimatelySmallandLightweight(1/10th)ExtremelyThin(0.4-0.5mm)EasytoMountImproveElectricalCharacteristics6WCSPtechnologyComparisonSizeMTI各式各樣封裝技術比較表PackageDataSOT-23(6-pin)SC-70(6-pin)SSOP(8-pin)VSOP(8-pin)WCSP(8-pin)Length(mm)2.90±0.102.00±0.152.95±0.202.0±0.101.90±0.05Width(mm)2.80±0.202.10±0.304.0±0.253.10±0.100.90±0.05Height(mm)1.20±0.250.95±0.151.30max0.90max0.50maxFootprintArea(mm2)8.124.2011.806.201.71Weight(g)0.01350.0060.2060.00950.00137TI各式各樣封裝技術比較表PackageDataSOT-2照相手機模組封裝方式2優點：良率高、不須打線缺點：光學效率不佳、專利限制、材料成本高、厚度大特點：二段式封裝8照相手機模組封裝方式2優點：良率高、不須打線8Shellcasestructure/CSP焦距變差9Shellcasestructure/CSP焦距變差9Shellcasestructure/CavityCSP1.改善Epoxy覆蓋issue2.增加厚度10Shellcasestructure/CavityCSOCSP模組封裝方式1.Topglass如何放置(Shift/tilt/rotation)?2.點膠與膠量控制3.間隙要控制多少(毛細/黏稠)4.加工道次Reference：kingpakcom./200411OCSP模組封裝方式1.Topglass如何放置(Shi照相手機模組封裝方式3優點：良率高(免打線)、高度最小、光學設計易缺點：Flip-chip，專利限制、成本昂貴TOG(Tabonglass)12照相手機模組封裝方式3優點：良率高(免打線)、高度TOG(Tabonglass)封裝方式優點：光學效率佳、高度較小、二階段組裝缺點：成本高、加工技術較高Source：Toshiba、fujitsu13TOG(Tabonglass)封裝方式優點：光學效率佳CCM基板材料選擇陶瓷基板：硬度高易作業，散熱性佳，穩定性高、價格高、開模昂貴、來源有限PCB硬板：硬度適中、可靠性OK、可雙面加工、選擇多、潔淨度不佳FPC軟板：省去與硬板之接合作業、不可雙面加工，不利打線作業，可靠性低軟硬結合板：兼具軟硬板之優點、成本偏高

14CCM基板材料選擇陶瓷基板：硬度高易作業，散熱性佳，穩定性高各種模組封裝方式比較名稱COBCSPOCSPTOG環境要求/技術Class10/Die&wirebondClass1000/SMTClass1000/SMTClass1000/FlipChip模組厚度1.0mm+Lens0.8mm+Lens1.0mm+Lens0.4mm+LensDie:7.4×7.4Die:5.0×5.010×108.0×8.08.0×8.06.0×6.09.0×9.07.0×7.08.0×8.06.0×6.0良率較低較佳較佳較佳Reference：kingpakcom./200415各種模組封裝方式比較名稱COBCSPOCSPTOG環境要求/CCM範例Specification1.Imagesize¼”2.Pixelsiez5.6um3.F/#2.84.ImageoutputdigitalYUV5.YUVformatCCIR6016.Sensitivity40lux/F2.830fps20lux/F2.815fps7.ALC(autolightcontrol)ELC/AGCcombined8.ELCspeed30Hzmode:1/30-1/4500s(exposure)15Hzmode:1/15-1/2250s9.Illumination30Hzmode:min.-150000lux15Hzmode:min.-75000lux10.WhitebalanceAuto/manual/IICI/FbusSource:Matsushita/200216CCM範例SpecificationSource:Mats四、CMM影像模組光機設計17四、CMM影像模組光機設計17CamerasystemparametersFeatureofimagegualityparametersComponentsaffectingtheparametersResolution：abilitytoreproduceobjectdetail˙Imagechip˙Lens˙Monitor˙ISPboardContrast˙Imagechip˙Lens˙IlluminationDepthofField(DOF)˙f/#Distortion˙LensPerspectiveerror˙LensSource：Edmundoptics18CamerasystemparametersFeatur照相手機影像IC之考量項目CISCCD畫素低照度畫質不佳，目前VAG是主流(!)畫質與靈敏度較佳，適用於低照度系統整合能力Cameraonsinglechip技術已趨成熟CCD製程有其獨立性，目前無法與其他電路整合智慧控制彈性多家業者提供智慧型系統設空間CDD主要功能為取像，系統設計彈性較低電源與功率損失單一電源架構，較省電由於製程與架構不同，採多電源設計，較耗電CMM模組尺寸較小，整體成本低可以設計教大F/#，解析度高19照相手機影像IC之考量項目CISCCD畫素低照度畫質不佳，目LensforCMOS/CCDsensorSuitableimagesensor1/7in1plast.1/7in1/5in1/5in1/4in1plast.1/4in2plast.Focallength2.0mm1.8mm3.2mm3.0mm4.1mm3.7mmFnumber2.82.02.82.82.82.2Imagecircle(mm)ψ2.6ψ2.6ψ3.6ψ3.6ψ4.6ψ4.6H.Viewangle60°60°53°54°52°52°Totallength3.5mm4.9mm4.8mm5.7mm6.0mm9.2mmResolution(MTF=0.7)50/lpmm50/lpmm40/lpmm50/lpmm32/lpmm60/lpmmTVdistortion-6%-0.7%-2.8%-1%-3.5%-0.5%Source：Naganooptics/2002

20LensforCMOS/CCDsensorSuitab1.F/#越大，聚焦平面越小，進光量少，光線越平行TVdistortion越小。2.CMM通行F/#2.8=1.9mm/A，A=0.68mmSource：Photobit211.F/#越大，聚焦平面越小，進光量少，光線越平行TV影像器尺寸之規格

SENSORSIZE：thesizeofacamerasensor’sactivearea,typicallyspecifiedinthehorizontaldimension(seeFigure1).Thisparameterisimportantindeterminingtheprimarymagnification(PMAG)requiredtoobtainadesiredfieldofview.Note：Mostanalogcamerashavea4:3(H:V)dimensionalaspectratio.

FIGURE1(mm)1/4”1/3”1/2”2/3”1”長寬值3.2:2.44.8:3.66.4:4.88.8:6.612.8:9.6Imagecircle(mm)ψ4.0ψ6.0ψ8.0ψ11ψ1622影像器尺寸之規格SENSORSIZE：thesiz2323視角：FOV(FieldOfView)FOV(FieldOfView)：與鏡組焦距、CIS尺寸有關CISsize↑FOV↑Focallength↓FOV↑IFOV=FOV/pixelnumber(例如1280×1024)24視角：FOV(FieldOfView)FOV(FieCMM鏡組的基本關係影像高度=光學鏡組焦距xtan(semi-FOV)簡易方式：光學鏡組焦距長為6mm，而影像高度由影像偵測器的有效區域大小決定，最大為區域的對角線長的一半(假設對角線長6毫米)，影像高度為3mm，由公式可以算出半視場角為tan-1(3/6)=26.5度，FOV=53度。像素大小為5.4x5.4微米，像素數目6000/5.4=1100x1100

所以此CCM的最大空間解析能力的空間頻率計算如下最大空間頻率=1/(2x0.0054)=92.61p/mm)25CMM鏡組的基本關係影像高度=光學鏡組焦距xtanμ-Lens聚光效率與光學系統關係26μ-Lens聚光效率與光學系統關係26Modulationtransferfunction(MTF)Fouriertransferofthe2-Dresponseoftheimagerinresponsetoapointsourceobjectmeasuredbymagnituderesponsetosinusoidsofdifferentfrequenciesnormalizedtodcresponse.Oo(x,y)=h(x,y)⊕Oi(x,y)Oo(fx,fy)=H(fx,fy)‧Oi(fx,fy)H(fx,fy)=∫h(x,y)‧exp[2π(fx‧x+fy‧y)]dxdywhere,Oo(x,y):outputimage;Oi(x,y):inputimageH(fx,fy):MTF,fx&fyasthespatialfrequenciessinusoidaltestpattern:20lp/mmto95lp/mmfor10μmpixel,spatialresolution~50lp/mm27Modulationtransferfunction(MMTFdefinitionInput(Object)Output(Image)MTF=1.00.80.5ModulationM=(Vmax-Vmin)/(Vmax+Vmin)=AC/DCMTF=(outputM)/(inputM)28MTFdefinitionInput(Object)ContrastTransferFunction/CTFThesystemresponsetoasquare-wavetargetisthecontrasttransferfunction(CTF).Forbartargetswhosespatialfrequencyisabove1/3fMTF=0,theMTF=(π/4)CTF.29ContrastTransferFunction/CTMTF案例30MTF案例30現代CTF測量方法31現代CTF測量方法31OpticallensTVdistortionSourse:Principleofoptics/E.Wolf32OpticallensTVdistortionSourOpticalLimitation33OpticalLimitation333434光學設計分析ForCCM:視角要寬(近距離)、焦距要小、解析度要高、TV扭曲(S5)要小、鏡片要薄。進行CCM光學設計之前需要先決定的程序：1.選定光學設計軟體(CodeV、OSLO、Zemax)2.建立模型。3.參考舊有設計(軟體內之專利資料庫)。4.設計展開，建立基本架構。5.優化設計參數。---計算光線軌跡---優化各種像差---達成各種光學規格---達到加工要求*高精度光學加工機禁止至大陸6.若達不成，只好增加鏡片或改變材質。7.考慮其他方法。(非球面、DOE等等)35光學設計分析ForCCM:視角要寬(近距離)、焦距要小、解優化前的光學分析進行此光學設計之前需要先決定光學系統的資料:1.F/#、光學鏡組焦距長()有效焦距EFL)2.可見光波長範圍選擇紅、綠、藍(另有CMY)，波長分別為0.656微米,0.587微米(配合colorfiterpeak)，並選擇綠光的波長為基本的波長並提高比重為2，這樣將會使得往後在做優化時對中心波長給予更多的強調，或用積分值。3.設定視場角為0度,11度,19度,26.5度，分別為0,0.4,0.7及全視場角，比重皆設定為1(優化時調整:要求解析度高的區域，可以設為2/寬角度)。[有時候要求中心位置CTF較高，會調整為2ormore/dep.ontool]36優化前的光學分析進行此光學設計之前需要先決定光學系統的資料:CCM鏡組的一般分析流程1.光線像差的曲線(RayAberrationCurve)2.光點分析(SpotDiagram)3.視場角扭曲(TVDistortion)4.鏡片的MTF(Sharpness)5.漸暈(Vignetting)效應和角度效應6.可行性困難:1.鏡片太小且太薄。2.鏡組所使用的材料的光學折射係數，這將關係製作成本。過高或低光學折射率的玻璃材料(例如:>1.65或<1.45)比光學折射率在中間範圍的玻璃材料要貴許多。(10倍以上)7.優化(optimization)(價值所在)37CCM鏡組的一般分析流程1.光線像差的曲線(RayAberOpticallensSEM2620HeigthMTF%(50lp/mm)RelativeIll.%Distortion%FOV(degree)058100000.5mm5392.5-0.3231.0mm4574.7-0.75441.4mm5852.4-0.6460Source:Samsung/20011plastic+1glasslensFor1/6inchmobilephoneNodistortion38OpticallensSEM2620HeigthMTF%Freeformsurfaceprism2片菱鏡功能可以取代3-5片鏡片體積由z軸轉為x-y軸面Tele-centricangle可以減少組光技術2-3M效果更明顯Olympus出品1.3MCCDTotalheight8.5mmMTF250lp/mm(onaxis)200lp/mm(edge)

39Freeformsurfaceprism2片菱鏡功能可光學元件加工塑膠鏡片:非球面加工機製造模仁後，射出成形大量生產。玻璃鏡片:研磨加工機製造，難大量生產。光學元件尺寸太小，加工不易。多鏡片組裝/公差模擬(1.3M一般為3片式)1.空氣間隙與鏡片厚度2.傾斜度3.de-center4.de-focus5.reliability(auto才可能/日本，人工實在不可能常見之塑膠鏡片材料:E48R480R330RCOC40光學元件加工塑膠鏡片:非球面加工機製造模仁後，射出成形大量生陶瓷鏡片『Lumicera』透光陶瓷鏡片:日本村田製作所開發「Lumicera」具有與光學玻璃相同的透光率，且超越光學玻璃的折射率(nd=1.5-1.85)達到nd=2.08的折射率(λ=578nm)。強度高，能實現該鏡頭鏡片薄型化的目標。該新鏡片，提昇短波長的光透光率，並且除去讓透光率下降的氣泡等問題。研磨材料、時間、壓力等研磨方法的改善，可以製作出相當高水準的陶瓷鏡片。Casio在2004年8月2日發表使用在數位相機鏡組。(card-sizeDSC；forzoomlens,profile<20%)適用於CCM鏡組。

資料來源:PIDA/2004.0941陶瓷鏡片『Lumicera』透光陶瓷鏡片:日本村田製作所開發陶瓷鏡片「Lumicera」資料來源:MurataManufacturingCo./200442陶瓷鏡片「Lumicera」資料來源:MurataManu鏡片檢測項目鏡片面精度(球面:干涉儀非球面:表面精度測量儀)外徑檢驗中心厚度檢驗偏心度檢驗(偏心顯微鏡)波長檢驗(光譜儀)MTF檢驗(解析投影檢查儀)TVDistortion(解析投影檢查儀)43鏡片檢測項目鏡片面精度(球面:干涉儀非球面:表面精度測變焦照相手機模組1.patentissues(一般需要4片以上lens)2.highclass3.高度較長，(折疊式)4.Toshiba(2004/2Q)CIFVGA1/7”1/4”高度:10mm15mm→5mm倍率:2.02.5耗電:25mW-最小移動:16um具有AF功能Cost:xxxx日圓44變焦照相手機模組1.patentissues(一般需要4片變焦照相手機模組(續)1.模組內包含:變焦塑膠鏡頭、CCD、Driver、ADC和DSP2.DSP為專用、JPEG由手機CPU處理3.微機電技術4.定焦不符合用戶需求5.Sharp(CCD/2M、3M)高度:<10mm倍率:2-3耗電:-最小移動:-具有AF功能出貨:2004/Apr.(2M)45變焦照相手機模組(續)1.模組內包含:變焦塑膠鏡頭、CCD、液體變焦鏡頭原理液晶鏡片:兩片ITO之間灌滿液晶，利用電場控制液晶折射率，藉由折射率分佈(Gradient)達到聚焦功能。液體鏡頭/Samsung&Philips/2004CeBIT46液體變焦鏡頭原理液晶鏡片:兩片ITO之間灌滿液晶，利液體變焦CCM模組1.模組厚度僅增加2mm2.Wavefronterror<2um3.Objectdisrance:5cm-infinite4.Drivingvoltang:0-60V5.切換時間<20ms6.Powerconsumption:5-15mW7.光軸穩定性issue8.目前僅可支援VGA9.使用次數>1,000,00010.重力形變?(ApertureDia.=4.5mm)11.溫度範圍:-15---60°c12.強光照射變質issue47液體變焦CCM模組1.模組厚度僅增加2mm47數位相機光學鏡頭5-9組鏡頭組所組成48數位相機光學鏡頭5-9組鏡頭組所組成48CCMFinalTestProcess49CCMFinalTestProcess49CCMElectricalTest‧Power/standby:上測試機台後，測量各pad所消耗之電流‧Operation:上測試機台後，測量各式testpattern(包括ADC)‧Bustest(I2C/SCCB):是否通過Bustest50CCMElectricalTest‧Power/stanCCMLensAssemblyTestDe-centering:鏡頭組合時已檢驗通過同心度，CCM組合時多半靠人工視覺(示波器)Fullauto:HistogramsharpnessSemiauto:影像加人眼判斷Lensfixing51CCMLensAssemblyTestDe-centeCCMOpticalTestMTF:測量鏡頭中心與邊緣之MTF值(lp/mm)TVdistortion:測量鏡頭邊緣之形變程度(%)Vignette:測量鏡頭中心與邊緣之相對量度比率(%)52CCMOpticalTestMTF:測量鏡頭中心與邊緣之CCMFinalTestProcessColor:測試模組對色彩的正確性(Macbethcolorchart)Sensitivity:測試模組對不同光照度之信號強度。SNR:測試模組在一定光照度下之信號雜訊比。NESF:模組最小照度。DynamicRange:模組最大照度與最小照度比值。Badpixel:辨識影像中的壞pixel或是particle。AWB:改變色溫環境，測試模組對不同光環境之AWB功能。AE:改變色溫亮度，測試模組對不同光強度之自動曝光功能。53CCMFinalTestProcessColor:測試色彩量測與調整54色彩量測與調整54手機LED色彩校正Source:工研院光電所55手機LED色彩校正Source:工研院光電所55Integratedcamera,picturetakingmodeTime(seconds)56Integratedcamera,picturetakiCCM影像模組構裝技術

57CCM影像模組構裝技術

1手機相機模組(CCM)3個層次第一：SensorModule，以CMOSImageSensor為主，功能簡單，畫素在130萬以下。目前包括Sensor廠、封裝場、光學廠及DSC廠等都積極投入，競爭者多、利潤微薄，已成為殺價最激烈的戰場。第二：為CameraModule，具有自動對焦鏡頭(AutoFocus；AF)或基本光學變焦、基本攝影功能和不差的畫質，畫素在200萬至300萬左右。目前仍以日本業者，如Sharp和Panasonic等為主。第三：是CameraSub-System，尚在發展中的領域，完全以DSC的理念和畫質要求製作。攝影功能亦需加入，具備與主流DSC相同的畫素及光學變焦。註：TI在2004年共推出超過1100種不同封裝的162種新產品。同時，為因應消費性產品和可攜式應用對降低成本和體積微縮化的需求，TI也將持續進行封裝的創新，包括晶圓晶片級封裝(WCSP)等。58手機相機模組(CCM)3個層次第一：SensorModul照相手機模組封裝方式1優點：高度小、材料成本低、光線吸收性佳、技術成熟缺點：加工潔淨低、良率低59照相手機模組封裝方式1優點：高度小、材料成本低、光線3COB封裝DesignRule(範例)60COB封裝DesignRule(範例)4Wafer-chip-scalepackage(WCSP)61Wafer-chip-scalepackage(WCSPWCSPtechnologyComparisonSize[mm2]MountingArea[mm2]PinPitch[mm]Weight[gr]14×142560.50.265×5250.50.03UltimatelySmallandLightweight(1/10th)ExtremelyThin(0.4-0.5mm)EasytoMountImproveElectricalCharacteristics62WCSPtechnologyComparisonSizeMTI各式各樣封裝技術比較表PackageDataSOT-23(6-pin)SC-70(6-pin)SSOP(8-pin)VSOP(8-pin)WCSP(8-pin)Length(mm)2.90±0.102.00±0.152.95±0.202.0±0.101.90±0.05Width(mm)2.80±0.202.10±0.304.0±0.253.10±0.100.90±0.05Height(mm)1.20±0.250.95±0.151.30max0.90max0.50maxFootprintArea(mm2)8.124.2011.806.201.71Weight(g)0.01350.0060.2060.00950.001363TI各式各樣封裝技術比較表PackageDataSOT-2照相手機模組封裝方式2優點：良率高、不須打線缺點：光學效率不佳、專利限制、材料成本高、厚度大特點：二段式封裝64照相手機模組封裝方式2優點：良率高、不須打線8Shellcasestructure/CSP焦距變差65Shellcasestructure/CSP焦距變差9Shellcasestructure/CavityCSP1.改善Epoxy覆蓋issue2.增加厚度66Shellcasestructure/CavityCSOCSP模組封裝方式1.Topglass如何放置(Shift/tilt/rotation)?2.點膠與膠量控制3.間隙要控制多少(毛細/黏稠)4.加工道次Reference：kingpakcom./200467OCSP模組封裝方式1.Topglass如何放置(Shi照相手機模組封裝方式3優點：良率高(免打線)、高度最小、光學設計易缺點：Flip-chip，專利限制、成本昂貴TOG(Tabonglass)68照相手機模組封裝方式3優點：良率高(免打線)、高度TOG(Tabonglass)封裝方式優點：光學效率佳、高度較小、二階段組裝缺點：成本高、加工技術較高Source：Toshiba、fujitsu69TOG(Tabonglass)封裝方式優點：光學效率佳CCM基板材料選擇陶瓷基板：硬度高易作業，散熱性佳，穩定性高、價格高、開模昂貴、來源有限PCB硬板：硬度適中、可靠性OK、可雙面加工、選擇多、潔淨度不佳FPC軟板：省去與硬板之接合作業、不可雙面加工，不利打線作業，可靠性低軟硬結合板：兼具軟硬板之優點、成本偏高

70CCM基板材料選擇陶瓷基板：硬度高易作業，散熱性佳，穩定性高各種模組封裝方式比較名稱COBCSPOCSPTOG環境要求/技術Class10/Die&wirebondClass1000/SMTClass1000/SMTClass1000/FlipChip模組厚度1.0mm+Lens0.8mm+Lens1.0mm+Lens0.4mm+LensDie:7.4×7.4Die:5.0×5.010×108.0×8.08.0×8.06.0×6.09.0×9.07.0×7.08.0×8.06.0×6.0良率較低較佳較佳較佳Reference：kingpakcom./200471各種模組封裝方式比較名稱COBCSPOCSPTOG環境要求/CCM範例Specification1.Imagesize¼”2.Pixelsiez5.6um3.F/#2.84.ImageoutputdigitalYUV5.YUVformatCCIR6016.Sensitivity40lux/F2.830fps20lux/F2.815fps7.ALC(autolightcontrol)ELC/AGCcombined8.ELCspeed30Hzmode:1/30-1/4500s(exposure)15Hzmode:1/15-1/2250s9.Illumination30Hzmode:min.-150000lux15Hzmode:min.-75000lux10.WhitebalanceAuto/manual/IICI/FbusSource:Matsushita/200272CCM範例SpecificationSource:Mats四、CMM影像模組光機設計73四、CMM影像模組光機設計17CamerasystemparametersFeatureofimagegualityparametersComponentsaffectingtheparametersResolution：abilitytoreproduceobjectdetail˙Imagechip˙Lens˙Monitor˙ISPboardContrast˙Imagechip˙Lens˙IlluminationDepthofField(DOF)˙f/#Distortion˙LensPerspectiveerror˙LensSource：Edmundoptics74CamerasystemparametersFeatur照相手機影像IC之考量項目CISCCD畫素低照度畫質不佳，目前VAG是主流(!)畫質與靈敏度較佳，適用於低照度系統整合能力Cameraonsinglechip技術已趨成熟CCD製程有其獨立性，目前無法與其他電路整合智慧控制彈性多家業者提供智慧型系統設空間CDD主要功能為取像，系統設計彈性較低電源與功率損失單一電源架構，較省電由於製程與架構不同，採多電源設計，較耗電CMM模組尺寸較小，整體成本低可以設計教大F/#，解析度高75照相手機影像IC之考量項目CISCCD畫素低照度畫質不佳，目LensforCMOS/CCDsensorSuitableimagesensor1/7in1plast.1/7in1/5in1/5in1/4in1plast.1/4in2plast.Focallength2.0mm1.8mm3.2mm3.0mm4.1mm3.7mmFnumber2.82.02.82.82.82.2Imagecircle(mm)ψ2.6ψ2.6ψ3.6ψ3.6ψ4.6ψ4.6H.Viewangle60°60°53°54°52°52°Totallength3.5mm4.9mm4.8mm5.7mm6.0mm9.2mmResolution(MTF=0.7)50/lpmm50/lpmm40/lpmm50/lpmm32/lpmm60/lpmmTVdistortion-6%-0.7%-2.8%-1%-3.5%-0.5%Source：Naganooptics/2002

76LensforCMOS/CCDsensorSuitab1.F/#越大，聚焦平面越小，進光量少，光線越平行TVdistortion越小。2.CMM通行F/#2.8=1.9mm/A，A=0.68mmSource：Photobit771.F/#越大，聚焦平面越小，進光量少，光線越平行TV影像器尺寸之規格

SENSORSIZE：thesizeofacamerasensor’sactivearea,typicallyspecifiedinthehorizontaldimension(seeFigure1).Thisparameterisimportantindeterminingtheprimarymagnification(PMAG)requiredtoobtainadesiredfieldofview.Note：Mostanalogcamerashavea4:3(H:V)dimensionalaspectratio.

FIGURE1(mm)1/4”1/3”1/2”2/3”1”長寬值3.2:2.44.8:3.66.4:4.88.8:6.612.8:9.6Imagecircle(mm)ψ4.0ψ6.0ψ8.0ψ11ψ1678影像器尺寸之規格SENSORSIZE：thesiz7923視角：FOV(FieldOfView)FOV(FieldOfView)：與鏡組焦距、CIS尺寸有關CISsize↑FOV↑Focallength↓FOV↑IFOV=FOV/pixelnumber(例如1280×1024)80視角：FOV(FieldOfView)FOV(FieCMM鏡組的基本關係影像高度=光學鏡組焦距xtan(semi-FOV)簡易方式：光學鏡組焦距長為6mm，而影像高度由影像偵測器的有效區域大小決定，最大為區域的對角線長的一半(假設對角線長6毫米)，影像高度為3mm，由公式可以算出半視場角為tan-1(3/6)=26.5度，FOV=53度。像素大小為5.4x5.4微米，像素數目6000/5.4=1100x1100

所以此CCM的最大空間解析能力的空間頻率計算如下最大空間頻率=1/(2x0.0054)=92.61p/mm)81CMM鏡組的基本關係影像高度=光學鏡組焦距xtanμ-Lens聚光效率與光學系統關係82μ-Lens聚光效率與光學系統關係26Modulationtransferfunction(MTF)Fouriertransferofthe2-Dresponseoftheimagerinresponsetoapointsourceobjectmeasuredbymagnituderesponsetosinusoidsofdifferentfrequenciesnormalizedtodcresponse.Oo(x,y)=h(x,y)⊕Oi(x,y)Oo(fx,fy)=H(fx,fy)‧Oi(fx,fy)H(fx,fy)=∫h(x,y)‧exp[2π(fx‧x+fy‧y)]dxdywhere,Oo(x,y):outputimage;Oi(x,y):inputimageH(fx,fy):MTF,fx&fyasthespatialfrequenciessinusoidaltestpattern:20lp/mmto95lp/mmfor10μmpixel,spatialresolution~50lp/mm83Modulationtransferfunction(MMTFdefinitionInput(Object)Output(Image)MTF=1.00.80.5ModulationM=(Vmax-Vmin)/(Vmax+Vmin)=AC/DCMTF=(outputM)/(inputM)84MTFdefinitionInput(Object)ContrastTransferFunction/CTFThesystemresponsetoasquare-wavetargetisthecontrasttransferfunction(CTF).Forbartargetswhosespatialfrequencyisabove1/3fMTF=0,theMTF=(π/4)CTF.85ContrastTransferFunction/CTMTF案例86MTF案例30現代CTF測量方法87現代CTF測量方法31OpticallensTVdistortionSourse:Principleofoptics/E.Wolf88OpticallensTVdistortionSourOpticalLimitation89OpticalLimitation339034光學設計分析ForCCM:視角要寬(近距離)、焦距要小、解析度要高、TV扭曲(S5)要小、鏡片要薄。進行CCM光學設計之前需要先決定的程序：1.選定光學設計軟體(CodeV、OSLO、Zemax)2.建立模型。3.參考舊有設計(軟體內之專利資料庫)。4.設計展開，建立基本架構。5.優化設計參數。---計算光線軌跡---優化各種像差---達成各種光學規格---達到加工要求*高精度光學加工機禁止至大陸6.若達不成，只好增加鏡片或改變材質。7.考慮其他方法。(非球面、DOE等等)91光學設計分析ForCCM:視角要寬(近距離)、焦距要小、解優化前的光學分析進行此光學設計之前需要先決定光學系統的資料:1.F/#、光學鏡組焦距長()有效焦距EFL)2.可見光波長範圍選擇紅、綠、藍(另有CMY)，波長分別為0.656微米,0.587微米(配合colorfiterpeak)，並選擇綠光的波長為基本的波長並提高比重為2，這樣將會使得往後在做優化時對中心波長給予更多的強調，或用積分值。3.設定視場角為0度,11度,19度,26.5度，分別為0,0.4,0.7及全視場角，比重皆設定為1(優化時調整:要求解析度高的區域，可以設為2/寬角度)。[有時候要求中心位置CTF較高，會調整為2ormore/dep.ontool]92優化前的光學分析進行此光學設計之前需要先決定光學系統的資料:CCM鏡組的一般分析流程1.光線像差的曲線(RayAberrationCurve)2.光點分析(SpotDiagram)3.視場角扭曲(TVDistortion)4.鏡片的MTF(Sharpness)5.漸暈(Vignetting)效應和角度效應6.可行性困難:1.鏡片太小且太薄。2.鏡組所使用的材料的光學折射係數，這將關係製作成本。過高或低光學折射率的玻璃材料(例如:>1.65或<1.45)比光學折射率在中間範圍的玻璃材料要貴許多。(10倍以上)7.優化(optimization)(價值所在)93CCM鏡組的一般分析流程1.光線像差的曲線(RayAberOpticallensSEM2620HeigthMTF%(50lp/mm)RelativeIll.%Distortion%FOV(degree)058100000.5mm5392.5-0.3231.0mm4574.7-0.75441.4mm5852.4-0.6460Source:Samsung/20011plastic+1glasslensFor1/6inchmobilephoneNodistortion94OpticallensSEM2620HeigthMTF%Freeformsurfaceprism2片菱鏡功能可以取代3-5片鏡片體積由z軸轉為x-y軸面Tele-centricangle可以減少組光技術2-3M效果更明顯Olympus出品1.3MCCDTotalheight8.5mmMTF250lp/mm(onaxis)200lp/mm(edge)

95Freeformsurfaceprism2片菱鏡功能可光學元件加工塑膠鏡片:非球面加工機製造模仁後，射出成形大量生產。玻璃鏡片:研磨加工機製造，難大量生產。光學元件尺寸太小，加工不易。多鏡片組裝/公差模擬(1.3M一般為3片式)1.空氣間隙與鏡片厚度2.傾斜度3.de-center4.de-focus5.reliability(auto才可能/日本，人工實在不可能常見之塑膠鏡片材料:E48R480R330RCOC96光學元件加工塑膠鏡片:非球面加工機製造模仁後，射出成形大量生陶瓷鏡片『Lumicera』透光陶瓷鏡片:日本村田製作所開發「Lumicera」具有與光學玻璃相同的透光率，且超越光學玻璃的折射率(nd=1.5-1.85)達到nd=2.08的折射率(λ=578nm)。強度高，能實現該鏡頭鏡片薄型化的目標。該新鏡片，提昇短波長的光透光率，並且除去讓透光率下降的氣泡等問題。研磨材料、時間、壓力等研磨方法的改善，可以製作出相當高水準的陶瓷鏡片。Casio在2004年8月2日發表使用在數位相機鏡組。(card-sizeDSC；forzoomlens,profile<20%)適用於CCM鏡組。

資料來源:PIDA/2004.0997陶