手机镜头光学镀膜

　　大家都知道光线通过不同介质时会产生反射和折射，而现代手机镜头结构更复杂镜片数更多，所以光线进入镜头后发生的反射和折射的次数就会越多。这样就会导致两个问题：一是通过镜头的光线会有较大的损失；二是光线在镜头内发生多次反射与折射就会产生我们所说的杂光和鬼影；而镀膜技术能非常有效的改善这些问题。

　　光学镀膜原理：镀膜能改善光的品质

　　光学镀膜是以光的波动性和干涉现象为基础，在镜头表面镀上一层厚度极薄的物质，如氟化镁、二氧化硅、氟化铝等；来达到提高镜片的透过率，减少镜片的反射率的效果。简而言之，光学膜层首先是厚度薄，其厚度可以和入射光波长相比拟，其次是会产生一定光学效应引起光线干涉。

　　光学镀膜在手机领域中的作用

　　在手机领域中除了成像品质外，镜头的透过率对提升图像品质起着非常重要的作用。目前手机行业通常采用树脂作为镜片基材，为了减少镜片反射，提升透过率，我们会在镜片表面镀AR增透膜（减反膜），它是一种硬质耐热氧化膜，可在特定波长范围内将元器件表面的反射率最小化。未镀膜的情况下，光学元件每个表面由于反射会产生约4%的能量损耗(图一)。如果3个未镀膜的透镜组合使用，则在6个表面都会发生反射，实验测得，光通过透镜组后共损耗21.7%的能量。

　　如果存在AR增透膜每个表面的反射率将小于0.5%(图二)，因此镀增透膜可使该光学系统的透过率从78.3%提高至97%。

　　通常情况下一层膜只对某一波段光线起作用，为了提升宽波段下镜片透过率，手机镜头AR膜一般包含多个膜层，以材料折射率高低相间隔分布，通过建模软件，每一层膜的厚度都被优化，就可以改善光学元件在特定波长范围内的性能。从膜系层数而言，我们一般设定为1到8层，较多的膜层数能优化宽光谱波段范围内的反射率，减弱光学系统内由于光线反射引起的鬼影（图三）。
 

　　当然AR膜并不可能达到100%的透过率，会有残留的颜色，但是残留哪种颜色最佳呢？其实这没有标准，主要以工艺特点及偏好为主。

　　镀膜工艺简介

　　目前镀膜方式主要有三种，分别是蒸发镀膜、溅射镀膜和离子镀膜，在行业中我们主要采用蒸发镀膜的方式，通过真空泵组获得极限真空后，电子枪发出高能电子升华镀膜物质，通过物理沉积技术在镜片表面覆盖极薄纳米厚度的薄膜,以实现表面减少反射,达到成像清晰效果。

　　镀膜技术的主要工艺流程包括膜系设计、镀膜、测试等，具体如下图介绍：
 

　　影响镀膜性能的条件众多，不同的膜系设计和工艺条件对膜层结构和特性产生不同影响，
 

　　其中影响较大的三大因素是温度、沉积速率、真空度。

　　①  较高的基板温度，有利于增加膜层密度和强度；

　　②  沉积速率越高膜层结构越紧密，但缺点在于容易使内应力增加；

　　③  真空度减少气体分子对物理沉积的干扰，抑制气体分子和镀膜物质反应；

　　典型不良现象

　　①  膜强度不良、膜弱、膜裂等信赖性不良；

　　②  膜料点不良，顾名思义就是大颗粒膜料点随着膜料分子蒸镀到基片表面，在基片表面形成点状突起，打伤基片表面；

　　③  膜脏，一般发生在膜内或膜外，包括：灰尘点、白雾、油斑、指纹印等

　　④  膜内白雾，镀膜完成后，表面会有一些淡淡的白雾

　　⑤  色斑，是指镜片上的膜色局部变异、不规则。有膜内色斑和膜外色斑两种。

　　⑥  光谱特性不良，导致分光反射（投射）曲线不满足零件产品技术要求。

　　其他

　　在手机领域另一个应用较多的是红外截止滤光片又称IR-cut Filter。从原理分有反射式滤光片和吸收式滤光片两种，它们采用了不同的玻璃基材。

　　反射式滤光片原理是在普通光学玻璃上交替镀多层高折射率光学膜，达到可见光波段的高透（400-630nm），近红外波段光线的截止（700-1100nm），截止部分干扰成像质量的近红外光，因为通过反射方式截止红外光线，所以容易产生二次反射，产生杂光和鬼影。

　　吸收式滤光片主要以蓝玻璃为基材，通过蓝玻璃中光吸收物质来过滤红外光，同时通过一面镀红外截止膜，一面镀增透膜来同时提升红外的截止性能和可见光的透过率，从下图反射率对比图可以看出蓝玻璃短波方向透过率更高、整体透过率曲线过渡更圆滑，所以实拍效果色彩还原性更自然。
 

　　反射式IR和蓝玻璃透过率对比

　　我们从光学特性上比较，蓝玻璃相对于普通反射式IR主要有两方面的优势：一方面从材料特性上来看蓝玻璃有着先天优势，通过吸收红外波段光线的方式可以避免因反射引起的杂光鬼影现象；另一方面，蓝玻璃对于不同入射角光线的光谱曲线漂移更小，比如入射角从0°变化到25°，蓝玻璃透过率向短波段偏移3nm左右（透过率50%时），而普通反射式滤光片偏移在30nm左右（图A）。简而言之，反射式滤光片在大角度时，截止更多的红光，这样对影像带来一个最大的问题是中心偏红（图B），对于color shading的调试带来更大难度。
 

　　目前蓝玻璃已经大规模的应用于中高端项目中，随着工艺不断提升，成本不断优化，蓝玻璃的使用将会更加广泛。

　　当然，在手机镜头的光学镀膜方面，还有很多的know how技术所在，我们在这里只是简单介绍基础的技术并对其效果说明一二，详细的技术关键，因为众所周知的原因，只能私下点对点的当面交流。