To evaluate the autofocusing performance of recent mobile phone cameras, it is necessary to determine the peak position of the center field MTF (Modulation Transfer Function), -known as the through focus MTF- of the module. However, the MTF peak position found by conventional methods deviates from the ideal position due to the focus scanning resolution of mobile phone cameras. This inaccurate peak position results in false judgements of the optical performance, leading to yield losses or customer complaints. An increase in the focus scanning resolution can address this problem, but the manufacturing UPH (Unit per Hour) level will also unfortunately increase as well, resulting in a loss of manufacturing capabilities. In this paper, several fitting models are studied to find an accurate MTF peak position within a short period of time. With an analysis of a large amount of manufacturing data, it is demonstrated that the fitting methods can reduce false judgements and simultaneously increase the capabilities of the manufacturing system.
Wonju Lee;Ki Young Shin;Dong-Goo Kang;Minhye Chang;Young Min Bae
Current Optics and Photonics
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제7권4호
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pp.398-407
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2023
We explored a method to evaluate imaging performance for the optimal assembly of an endoscopic miniature lens and a sensor constituting an imaging module at the distal end of gastrointestinal endoscopy. For the assembly of the imaging module, the image sensor was precisely located at the focal plane when collimated light passed through the endoscopic lens. As another method, the distance between the lens and sensor was adjusted to obtain the highest focus index from images measured the star chart of the International Organization for Standardization (ISO) standard at various positions. We analyzed the slanted-edge modulation transfer function (MTF), corresponding depth of field, and number of line pairs for MTF 50% and 20% at each working distance within the range of 5-100 mm for imaging modules assembled in different ways. Assembly conditions of the imaging module with better MTF performance were defined for each working distance range of 5-30 mm and 30-100 mm, respectively. In addition to the MTF performance, the focus index of each assembled module was also compared. In summary, we examined the performance of imaging modules assembled with different methods within the suggested working distance and tried to establish the optimal assembly protocol.
고해상도 지구 관측위성에서는 광학 부품간 정밀한 위치 정렬도가 요구된다. 그러나, 가혹한 위성 발사환경 및 우주환경 같은 외부 요인에 의해 광부품의 정렬오차가 발생한다. 이러한 정렬오차에 의해 저하된 영상품질을 보상하기 위해 포커스 메커니즘이 적용된 위성광학계의 설계가 필요하다. 본 논문에서는 위성카메라 정렬오차 보상이 가능한 목표광학계의 제작 및 성능 실험에 대한 연구를 수행하였다. 먼저 설계된 목표광학계를 제작/조립/정렬하였으며, 이 완료된 목표 광학계를 사용하여 영상 촬영 실험을 수행하였다. 영상 촬영 실험은 포커스 메커니즘에 의한 상의 변화를 이미지로 확인하는 실험과 오토콜리메이터를 이용하여 USAF 타깃을 촬영해 MTF를 분석하는 실험을 수행하였다. 실험 결과를 통해 포커스 메커니즘을 통하여 정렬오차를 충분히 보상할 수 있음을 확인하였으며, 궤도상에서 정렬오차를 보상할 수 있는 리포커싱의 기초자료를 확보하였다.
Kim, Jae-hyung;Kim, Myoung Joon;Yoon, Geunyoung;Kim, Jae Yong;Tchah, Hungwon
Journal of the Optical Society of Korea
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제19권4호
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pp.403-408
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2015
To evaluate the effects of spherical aberration (SA) correction on optical quality in pseudophakic eyes, we simulated the optical quality of the human eye by computation of the modulation transfer function (MTF). We reviewed the medical records of patients who underwent cataract surgery in Asan Medical Center, retrospectively. A Zywave aberrometer was used to measure optical aberrations at 1-12 postoperative months in patients with AR40e intraocular lens implants. The MTF was calculated for a 5 mm pupil from measured wavefront aberrations. The area under the MTF curve (aMTF) was analyzed and the maximal aMTF was calculated while changing the SA ($-0.2{\sim}+0.2{\mu}m$) and the defocus (-2.0 ~ +2.0 D). Sixty-four eyes in 51 patients were examined. The maximal aMTF was $6.61{\pm}2.16$ at a defocus of $-0.25{\pm}0.66D$ with innate SA, and $7.64{\pm}2.63$ at a defocus of $0.08{\pm}0.53D$ when the SA was 0 (full correction of SA). With full SA correction, the aMTF increased in 47 eyes (73.4%; Group 1) and decreased in 17 eyes (26.6%; Group 2). There were statistically significant differences in Z(3, -1) (vertical coma; P = 0.01) and Z(4, 4) (tetrafoil; P = 0.04) between the groups. The maximal aMTF was obtained at an SA of $+0.01{\mu}m$ in Group 1 and an SA of $+0.13{\mu}m$ in Group 2. Optical quality can be improved by full correction of SA in most pseudophakic eyes. However, residual SA might provide benefits in eyes with significant radially asymmetric aberrations.
The warpage on mobile phone camera packages occurs due to the CTE(Coefficient of Thermal Expansion) mismatch between a thin silicon die and a substrate. The warpage in the optical instruments such as camera module has an effect on the field curvature, which is one of the factors degrading the optical performance and the product yield. In this paper, we studied the effect of die bonding epoxy on the package and optical performance of mobile phone camera packages. We calculated the warpages of camera module packages by using a finite element analysis, and their shapes were in good agreement showing parabolic curvature. We also measured the warpages and through-focus MTF of camera module specimens with experiments. The warpage was improved on an epoxy with low elastic modulus at both finite element analysis and experiment results, and the MTF performance increased accordingly. The results show that die bonding epoxy affects the warpage generated on the image sensor during the packaging process, and this warpage eventually affects the optical performance associated with the field curvature.
Since the recent slowdown in the smartphone market, studies for wearable devices are briskly being carried out to find new markets, such as virtual reality devices. In this paper, a head-mounted display (HMD) which provides expanded virtual images before human eyes by enlarging images of a small display was designed, and the tolerance analysis method for a focus-adjustable HMD based on afocal optical systems was studied. There are two types of HMDs: a see-through type that allows the user to view the surroundings, and a see-close type where the user can only view the display screen; the former is used in this study. While designing the system, we allowed a lens within the system to be shifted to adjust its focus from +1 to -4 D (diopters). The yield of the designed systems was calculated by taking the worst-case scenario of a uniform distribution into account. Additionally, a longitudinal aberration was used rather than MTF for the tolerance analysis with respect to system performance. The sensitivity of the designed system was calculated by assigning a certain tolerance, and the focus lens shift was calculated to adjust the image surface variations resulting from the tolerance. The smaller the tolerance, the more expensive the unit price of the products. Very small tolerances may even be impossible to fabricate. Considering this, the appropriate tolerance was assigned; the maximum shift of the focus lens in which the image surface can be adjusted was obtained to find the changes in aberration and a good yield.
This paper presents the design and evaluation of the optical zoom system for an LWIR camera. The 12.8operating wavelength range of this system is from $7.7{\mu}m$ to $12.8{\mu}m$. Through a paraxial design and optimization process, we have obtained the extended four-group inner-focus zoom system with focal lengths of 10 to 100 mm, which consists of the six lenses including four aspheric surfaces and two diffractive surfaces. The diffractive lenses were used to balance the higher-order aberrations, and its diffraction properties were evaluated by scalar diffraction theory. We have calculated the polychromatic integrated diffraction efficiency and the MTF drop generated by background noise. The f-number of the zoom system is F/1.4 at all positions. Fields of view are given by $51.28^{\circ}{\times}38.46^{\circ}$ at wide field and $5.50^{\circ}{\times}4.12^{\circ}$ at narrow field positions. In conclusion, this design procedure results in a $10{\times}$ compact zoom lens system useful for an LWIR camera.
Tolerance analysis is one of the most important processes to improve the image quality of products. High resolution camera module for mobile phones needs precision assembly technology since the module becomes smaller and thinner. This paper will focus on the unit tolerance and the assembly tolerance which can affect the performance of the module. Lens shading and relative illumination were used to evaluate the optical axis scatter for each component on camera and estimate the assembly yield rate based on the evaluation result. A program was developed to analyze the impact on optical axis by each module, then to optimize the dimensions and tolerance for reducing the scatter of optical axis assembly. Through the simulation, though a rate of relative illumination was declined in where optical axis is displaced $100{\mu}m$ from sensor center, MTF performance is not influenced by increasing in optical axis displacement. It was seen that assembly yield was improved in result of simulation after correcting optical axis tolerance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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