スマートフォンカメラモジュールにおける光学的課題を解決する方法は常に複数存在し、各選択肢がすべてにおいて同等に優れているわけではない。本稿では、光学ブルーガラスを競合する材料・工程・設計アプローチと、商業的に重要な基準—性能、耐久性、単価、納期—に基づいて比較する。
スマートフォンカメラモジュールにおける光学ブルーガラス
スマートフォンカメラモジュールにおいて、それは品質に対する一般的な好みではなく、特定の要件セットに翻訳される。携帯電話カメラモジュールは、量産における最もスペースに制約された光学アセンブリである。すべての構成部品は数分の1 mmで測定され、スタックは接着されリフロー隣接であり、モジュールは落下試験、温度サイクル、および長年にわたるポケット内の摩耗に耐えなければならない。光学要件は、広い視野角にわたる色忠実度、内部反射からの低フレア、および接着剤硬化後の安定した性能に焦点を当てる。
コストと納期を左右する要因
ブルーガラスは安価な材料であるが、高価な取扱いである。ガラス自体は部品価格の小さな割合である；コストを駆動するのは、微細公差での厚み管理、ダイシング工程、および薄く脆い部品の歩留まりである。ARコーティングまたは二色性層を追加すると、部品は汎用品からコーティング光学部品へと変化し価格が倍増する。これが、コーティングが光学的に好ましい後でも、無コーティングの吸収フィルタが設計に残り続ける理由である。0.3 mm未満の非常に薄い部品がすべての中で最も高価である。なぜなら取扱い損失と検査時間が、材料が安くなるよりも速く増加するからである。スマートフォンカメラモジュールにおいて、最も安価な仕様は通常、平面度を緩和したわずかに厚い部品であり、要件が凍結される前にテストする価値がある。
実際に重要な公差
ブルーガラスは吸収によって機能するため、その公差は厚みおよびその厚みでの透過曲線に支配される。±0.02 mmの厚み公差は正常であり、単に機械的ではない—分光仕様を保護する。平面度と平行度は、あらゆる窓で重要なのと同じ理由で重要である：くさびはビームを操り、曲面は接合スタックで焦点を変化させる。面取りとエッジ品質は、部品が接合される場合に重要となる。なぜなら接着剤下の欠けたエッジが応力集中部を作るからである。スマートフォンカメラモジュールにおいて、部品がレンズ要素間で接合されるか、外部窓として置かれるかによって、どの公差が支配的となるかが変化し、図面はそのいずれであるかを明記すべきである。
代替手段との比較
代替は、二色性コーティングフィルタ、吸収染料フィルム、およびソフトウェア補正である。二色性フィルタはより薄く、より正確にチューニングできるが、そのエッジは角度とともにシフトし、広角システムで重要となる。染料フィルムはより安価でさらに薄いが、UVと熱の下で劣化する。ソフトウェア補正は明白な赤外にじみを除去するが、広い視野にわたる色精度を回復できない。ブルーガラスはこれらの選択肢の間に位置する：角度安定、頑丈、わずかに厚く、フィルムよりも高価。スマートフォンカメラモジュールにおいて、決定要因は通常、機械的奥行きである—モジュールが3分の1 mmのガラスを収容できるなら、ブルーガラスまたはハイブリッド部品が通常、最も予測可能な解決策である。
基板と材料の選定
ブルーガラスは単一製品ではなくファミリである。銅イオン添加およびリン酸塩系グレードは異なる透過率、異なる立ち上がり位置、および異なる色かぶりを与え、各サプライヤーの呼称はわずかに異なる挙動を示すため、グレードは名称ではなく透過曲線によって指定されなければならない。厚みは機械的変数であると同時に設計変数でもある。なぜなら吸収は光路長に比例するからである：0.3 mmのプレートは同じグレードの0.55 mmのプレートよりも近赤外を少なく遮断するため、モジュールに収めるために部品を薄くすると光学性能が変化する。スマートフォンカメラモジュールにおいて、妥当な仕様は動作厚みでの透過要件と、その厚みの許容公差の追加である。なぜなら両者は相互作用し、設計が凍結された後は独立して修正できないからである。
コーティングと成膜の検討事項
ブルーガラスは、無コーティング、片面または両面の反射防止層付き、または吸収挙動の上により鋭いエッジを追加する二色性コーティング付きで供給できる。無コーティングガラスが最も安価でしばしば十分であるが、その4%の表面反射は透過率を犠牲にし、フィルタがセンサの直上にあるモジュールでフレアを生じる。両面の広帯域ARコーティングはその光の大部分を回復する。二色性層を追加すると遷移が急になり、必要な厚みが減る。これがモジュールが時間とともに薄くなった方法である。スマートフォンカメラモジュールにおいて、無コーティング、ARコーティング、ハイブリッド部品の選択は、通常、フレアに対する許容度と機械的エンベロープで利用可能な厚みによって決まる。
スマートフォンカメラモジュールに特有の要件
スマートフォンカメラモジュールにおいて、それは品質に対する一般的な好みではなく、特定の要件セットに翻訳される。携帯電話カメラモジュールは、量産における最もスペースに制約された光学アセンブリである。すべての構成部品は数分の1 mmで測定され、スタックは接着されリフロー隣接であり、モジュールは落下試験、温度サイクル、および長年にわたるポケット内の摩耗に耐えなければならない。光学要件は、広い視野角にわたる色忠実度、内部反射からの低フレア、および接着剤硬化後の安定した性能に焦点を当てる。
- 厚みは通常0.21 - 0.55 mm
- 可視帯域で90%超の透過率
- 広い視野角にわたる目に見える色むらがない
- リフロー隣接温度および落下試験に耐える
サプライヤーは通常、RoHSおよびREACH宣言とともに、粒子清浄度、アウトガス、および接合線品質をカバーするモジュールメーカー内部規格に従って作業する。
選定データ一覧
| パラメータ | 標準値 | 備考 |
|---|---|---|
| タイプ | 吸収型NIRフィルタ、無コーティングまたは二色性コーティング | ハイブリッドはエッジを鋭く保つ |
| 厚み | 0.21 - 0.55 mmが一般的、最大3 mm | カメラモジュール用の薄型グレード |
| 可視透過率 | T ≥ 90 %平均 | 420 - 620 nm |
| NIR遮断 | 1100 nmまでOD2 - OD4 | 深さは厚みとグレードで決定 |
| 角度による立ち上がりシフト | 無視できる | ブルーガラスが使用される主な理由 |
| 厚み公差 | ±0.02 mm | 接合スタックに重要 |
| 平面度 | 通常λ/4、要望でλ/10 | 633 nmで測定 |
| エッジ欠け | ≤ 0.05 mm、レーザー切断エッジ可 | レーザー切断は微小クラックを回避 |
| 環境 | 湿度および温度サイクルで安定 | 吸収色は剥離しない |
よくある質問
なぜコーティングされたIRカットフィルタの代わりにブルーガラスを選ぶのですか？
立ち上がりが入射角とともにシフトしないためである。広角または明るいレンズシステムでは、二色性コーティングはフレーム縁を着色するが、ブルーガラスは視野全体でスペクトルを一貫させる。
どの厚みを指定すべきですか？
センサが必要とする遮断深さに達するだけの厚みである。吸収は光路長に比例するため、より薄い部品は近赤外をより少なく遮断する—薄い部品はしばしばより強いグレードまたは片面に追加された二色性層を必要とする。
ブルーガラスにはARコーティングが必要ですか？
それは1つから恩恵を受ける。無コーティングガラスは面あたり約4%を反射し、これは透過率を犠牲にし、センサの直上に直接フレアを生じる。両面の広帯域ARはカメラモジュールで一般的である。