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浅谈手机上玻璃镜片的应用 「刘延」

作者:SOOMAL音频影像

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前段时间小米发布了红米K40增强版,除了游戏和散热性能外,手机还配备了所谓的5P1G主摄像头程序,其中G代表玻璃,即使用玻璃镜头,P代表塑料,即塑料镜头,为了书写方便,下面用数字sP/G镜头方案表示。玻璃镜片在供应链中已经有很多解决方案,为什么现在才在量产机器上使用?它的优点和缺点是什么?

浅谈手机上玻璃镜片的应用 「刘延」

红米K40 Plus使用ED镜头

玻璃镜片的优势平衡了光学质量和厚度

移动镜片玻璃塑料混合主要用于有效平衡光学质量和厚度。

随着手机摄影需求的不断增加,厂商开始在硬件上大幅度改进,手机相机的发展正呈现出多主摄像头、高像素化、传感器面积增加的趋势,因此对镜头的光学质量要求也随之提高,高像素需要更高的光学分辨率力,大传感器需要更长的实际焦距。为了提高光学质量,主流手机镜头镜头的数量从5个到6个到7个到8个来校正光路,但受手机厚度、塑料镜头透射率、组装精度等因素的影响,手机镜头的数量很难进一步提高。

玻璃镜片可以先减薄。由于玻璃透光性更好,折射率更高,在测试中,供应链企业表示,8个树脂镜片镜头可以减少到6个树脂镜片加1个玻璃透镜,以确保光学质量基本一致,透射率优于8P镜头,因此镜头模块厚度可以减少约0.5mm, 在手机这个厚度寸金的地方,也是有点突破。

其次,玻璃塑料混合可以有效提高装配成品率,从而降低成本。镜头越多,对装配精度的要求就越高,产量就越低。6P1G相比8P,要组装的镜头数量少了一片,一次性组装良率可以从10%提高到20%左右,8P镜头在供应链中价格高,主要原因也是因为组装良率不够。

浅谈手机上玻璃镜片的应用 「刘延」

镜片的镀膜

图片来源:Raysonic Technologies

第三,玻璃镜片可以针对更多的镀膜进行优化。目前,大多数手机镜头镀膜采用高温技术,在这个过程中塑料镜片更容易产生变形,导致产量降低,通常镀膜不超过5层。玻璃透镜具有很强的耐高温性,如上图所示,雷神技术已经制造了20层玻璃透镜,用于控制反射和眩光,以提高光学质量。

价格是阻碍玻璃镜片普及的最大因素

阻止玻璃镜片进入手机世界的最大问题是价格,因此在手机上使用玻璃镜片的地方往往是一个成本较低的地方。因为手机这种便携式设备镜头设计非常紧凑,为了优化光路,镜头大量采用非球面设计,算上相机镜头,是一种特殊的镜头,其价格自然上涨。

一个玻璃镜头,如果是Hoya,价格约为1美元,如果是国产制造商,如Co-Creation Electronics和Lant Optics,则价格约为0.50美元,或超过三元人民币。而塑料镜片的市场价格通常在0.5元/片左右,在国内供应链残酷竞争中,5P镜头的二次价格也在三元以上,甚至高达6便士,价格是4-6元。也就是说,玻璃镜片的价格可以值一个镜片,其产量增加的成本优势在中低端机器中难以发挥。此外,由于对焦需求,用于对焦手机的镜片只会使用树脂镜片来降低质量,提高对焦速度。最后,考虑到手机的整体成本和光学质量需求,手机镜头玻璃镜头在目前的供应链方案中不超过3片

但许多手机也有玻璃光学元件。例如,潜望镜透镜用于折射棱镜,玻璃通常用于最大化光通率。还有一些屏幕指纹模块相对不敏感,但需要高透光率。第二代镜头式方案屏下指纹模块,简单来说就是一个低分辨率的摄像头显示屏,这个摄像头的镜头是玻璃镜头,一般在3片左右。

<b>玻璃镜片加工方法</b>

玻璃镜片的常用生产方法包括<b>传统玻璃加工、成型工艺和WRG</b>。

成型工艺比传统的玻璃加工具有更多的优势。传统的玻璃镜片加工需要复杂的步骤,镜片的形状受到很大限制。与传统的玻璃加工相比,玻璃成型的过程更加困难。简单地说,玻璃先熔化,再将模具压制成所需的形状,但由于温度、压力的变化,以及模具精度的问题,加工完成后需要进一步抛光,因此其工艺难度很大。然而,与传统的玻璃加工相比,它具有效率高,成本低,镜片形状无限的优点。目前,主要的能源生产商是日本的HOYA,国内共同创造电子和Lante Optics。

另一类工艺是WLG,也就是小米这次1G5P内部玻璃镜头加工工艺。WLG是Waver Level Glass的首字母缩写,WLO是Waver Level Optics的首字母缩写,两者都以类似半导体的方式制造透镜。WLO顾名思义覆盖面更广,塑料镜片和玻璃都在范围内,WLG特指玻璃。它通常使用纳米印刷制造。

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镜片的加工

WLO技术主要掌握在Heptagon(被AMS收购)、Himax Wonder Optoelectronics、VisEra、Anteryon(被Crystal Technologies收购)等厂商手中。WLG主要是国内制造商瑞士电子在推广。

除了手机,汽车电子是未来玻璃透镜应用

<b>价格相对不那么敏感但对光学质量敏感的另一个市场是汽车电子</b>汽车行业,相机的平均数量继续增加,镜头主要由玻璃镜头组成,市场正在迅速增长。根据Yole的预测,到2024年,汽车平均将达到约1.6个摄像头,到2024年将超过3个。全球有超过10亿辆汽车,每年销售约9000万辆汽车,基于每个摄像头模块的10美元,市场每年将约为100亿至150亿美元。这个市场足够大,在这个市场,从余姚的余宇光学抢占了先机,是目前全球首家出货的汽车镜头企业。

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车载镜头的应用

汽车调节等级和消费级摄像头的主要区别在于工作环境。车级镜片的温差很高(-40°C~120°C),与树脂镜片相比,玻璃镜片具有更低的热膨胀和冷收缩效应以及更高的环境温度适应性。ADAS时代需要更多的车辆级镜头,因此今天的4G2P级镜头通常设计为确保镜头可以在各种环境中成像并实现辅助驾驶。

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车载摄像头在知名车企中的应用

因此,具有玻璃镜片生产能力的联合制造的电子车用镜片获得了很多客户认证,作为宇宇的替代品。其中包括特斯拉,汽车制造商Mobileye和Nvidia,以及法雷奥,大陆,采埃孚,麦格纳和华为等一级制造商。在下游客户的具体份额方面,耀中目前约占特斯拉份额的35%,赢得了八款镜头中的七款,同时也是英伟达ADAS镜头的独家供应商和Mobileye最大的供应商。

<b>总结</b>

玻璃镜头在手机应用中理论上具有更高的光学质量和更薄的镜头模块优势,同时可以使用它们代替两个塑料镜头来提高镜头产量并降低高端镜头成本。成本较高阻碍了玻璃镜片在手机镜片中的普及,今年下半年,供应链上有玻璃塑混合手机镜片方案,但这些方案的营销也占了一定的成分。玻璃镜头更多地用于成本较低的位置,例如潜望镜相机中用于折射的棱镜,用于屏幕下指纹方案中成像的镜头,以及汽车辅助驾驶系统普及中的镜头。国内供应链正在进一步发展领域,并扩大了在这些领域的应用范围。