高分辨率手機鏡頭的光學設計

與性能仿真指導教師：運高謙.11/28/20221高分辨率手機鏡頭的光學設計

與性能仿真指導教師：運高謙.11

提綱引言手機鏡頭成像原理8百萬像素手機鏡頭光學系統(tǒng)設計設計結果手機鏡頭評價.11/28/20222提綱引言.11/27/20222引言當今社會，手機已成為必不可少的生活用品，原本作為通訊工具的手機也被賦予了更多的實用性功能，拍照性能也成為衡量手機綜合性能的一項重要標準。因此，獲得更好的拍攝效果和畫質是人們現(xiàn)在迫切需求的，高像素手機鏡頭的發(fā)展也逐漸成為必然，成像質量高、便攜性好的照相手機將越來越受到人們的青睞。.11/28/20223引言當今社會，手機已成為必不可少的生活用品，原本作為通訊工具手機鏡頭成像原理成像原理同數(shù)碼相機的成像原理一樣。手機鏡頭有一個透鏡組，經過物體反射的光線經過透鏡組后，在感光元件上進行光電轉換。物體反射的光線通過多個單元鏡頭傳遞到圖像傳感器CMOS或CCD上，感光元件上的光電二極管會受到光信號刺激產生電信號實現(xiàn)光電轉換，然后經過模數(shù)轉換器A/D把產生的模擬信號轉換成數(shù)字信號，最后經過DSP處理壓縮成特定的圖片格式保存在存儲器中。.11/28/20224手機鏡頭成像原理成像原理同數(shù)碼相機的成像原理一樣。手機鏡頭有手機鏡頭的成像原理圖.11/28/20225手機鏡頭的成像原理圖.11/27/202258百萬像素手機鏡頭光學系統(tǒng)設計隨著手機的普及以及應用的增多，人們對手機像素的要求也越來越高，對高像素鏡頭的研究也更加深入。隨著手機像素的提高，對光學系統(tǒng)中使用的鏡片數(shù)也不斷增加。本次主要針對結構為4片的八百萬像素手機鏡頭進行設計。.11/28/202268百萬像素手機鏡頭光學系統(tǒng)設計隨著手機的普及以及應用的增多，鏡頭所匹配的芯片：索尼公司HI84芯片，像素單元大小為1.12μm*1.12μm，其有效陣列尺寸3283*2471，成像區(qū)域大小為3678.3μm*2767.68μm。.11/28/20227鏡頭所匹配的芯片：索尼公司HI84芯片，.11/27/202鏡頭主要設計指標：項目設計指標有效焦距2.2mm-2.5mm視場角

>60°F/數(shù)

2.8場曲<3.0%相對照度>50%物鏡距離

Infinity鏡組長度

3mm-3.5mm鏡頭結構4piecesaspheric傳感器/像素HI841/1.12μm*1.12μm.11/28/20228鏡頭主要設計指標：項目設計指標有效焦距2.2mm-2.5m設計結果運用zemax軟件，將所有數(shù)據(jù)導入，利用非球面塑料E48R和POLYCARB，以及平板玻璃BK7三種，得到結構圖：.11/28/20229設計結果運用zemax軟件，將所有數(shù)據(jù)導入，利用非球系統(tǒng)結構參數(shù)表：SurfaceTypeRadius/(mm)Thickness/(mm)GlassSemi-aperture/(mm)ObjectStandardInfinityInfinity

Infinity1StandardInfinity0.000000

0.434572StopStandard1.2233460.544093E48R0.4949653Standard-3.1077970.102931

0.5500724Standard-1.5090070.132527POLYCARB0.5556295Evenasphere1.9527230.098006

0.6323566Evenasphere2.6197040.689421E48R0.6701737Evenasphere-1.0410830.610255

0.7924668Evenasphere-2.5866080.279603E48R0.8508129Evenasphere2.2620500.253943

1.14916610StandardInfinity0.400000BK71.26974611StandardInfinity0.100000

1.369543ImageStandardInfinity—

1.409186.11/28/202210系統(tǒng)結構參數(shù)表：SurfaceTypeRadius/(mm)非球面系數(shù)表：Surface56789K0.0000000.0000000.0000000.0000000.000000A-0.003026-0.1434780.112617-0.252275-0.137704B0.0274300.072089-0.113777-0.0027540.022712C0.134275-0.1614180.057196-0.6676800.022712D0.238195-0.387404-0.4054290.3162290.024887E-0.1420061.8149150.2533190.1992800.010490該光學系統(tǒng)的總長為3.21mm，焦距為2.43mm，視場角為61°，在設計指標要求內。.11/28/202211非球面系數(shù)表：Surface56789K0.0000000.手機鏡頭評價方式一般有以下幾點：1、橫向像差圖橫向像差圖是關于光闌坐標函數(shù)的像差曲線圖，該曲線的意義是光線與像方交點的坐標和主光線與像面交點的坐標之間的差值，該圖形可以很好地反映出實際光線匯聚的情況，從下圖中可知，優(yōu)化后刻度值為0.0125mm。.11/28/202212手機鏡頭評價方式一般有以下幾點：1、橫向像差圖.11/272022/11/28132022/11/2713橫向像差圖:.11/28/202214橫向像差圖:.11/27/2022142、點列圖點列圖反應的是整個系統(tǒng)成像的幾何結構，其中更具有代表意義的是RMS光斑，它是徑向尺寸的均方根，如下圖所示，現(xiàn)中心視場的RMS直徑僅為0.000875mm，小于像素單元的大小，邊緣視場也相應減小，可見系統(tǒng)的像差得到了很好的優(yōu)化。.11/28/2022152、點列圖.11/27/202215點列圖：.11/28/202216點列圖：.11/27/2022163、調制傳遞函數(shù)MTF表示各種不同頻率的正弦強度分布函數(shù)經過光學系統(tǒng)成像后，其對比度（即振幅）的衰減程度。對于攝像系統(tǒng)來說其閾值為0.1。并且對于手機鏡頭來說，主要成像區(qū)域還是集中在0.707視場以內，對于0.707以外的視場允許一定范圍的下降。本文使用的芯片對應的奈奎斯特頻率為1/(2pixel)=447lp/mm。在1/2奈奎斯特頻率223lp/mm處，所有視場均大于0.3在3/4奈奎斯特頻率298lp/mm處，所有視場均大于0.2滿足該系統(tǒng)的MTF閾值。.11/28/2022173、調制傳遞函數(shù)MTF.11/27/202217在1/2奈奎斯特頻率下的MTF曲線圖：.11/28/202218在1/2奈奎斯特頻率下的MTF曲線圖：.11/27/20在3/4奈奎斯特頻率下的MTF曲線圖:.11/28/202219在3/4奈奎斯特頻率下的MTF曲線圖:.11/27/204、場曲和畸變，球差圖場曲反應了整個光學系統(tǒng)像面彎曲的情況，畸變所示邊緣視場畸變?yōu)?.5%，在設計指標要求內。球差刻度范圍-0.013mm~0.009mm實際大小在0.025mm以內.11/28/2022204、場曲和畸變，球差圖.11/27/202220場曲、畸變圖：.11/28/202221場曲、畸變圖：.11/27/202221球差圖：.11/28/202222球差圖：.11/27/2022225、相對照度相對照度是以系統(tǒng)像面上最亮的點進行歸一化得到的，其定義是像面單位面積下的照度大小，在相對照度圖中它是關于系統(tǒng)中y視場的函數(shù)。影響相對照度大小的因素有很多，包括f數(shù)、漸暈因子和像差等。該鏡頭的相對照度，最外視場相對照度在60%以上，滿足設計需求。.11/28/2022235、相對照度.11/27/202223相對照度：.11/28/202224相對照度：.11/27/202224謝謝各位老師的觀看

辛苦了！.11/28/202225謝謝各位老師的觀看

辛苦了！.11/22022/11/28262022/11/2726高分辨率手機鏡頭的光學設計

與性能仿真指導教師：運高謙.11/28/202227高分辨率手機鏡頭的光學設計

與性能仿真指導教師：運高謙.11

提綱引言手機鏡頭成像原理8百萬像素手機鏡頭光學系統(tǒng)設計設計結果手機鏡頭評價.11/28/202228提綱引言.11/27/20222引言當今社會，手機已成為必不可少的生活用品，原本作為通訊工具的手機也被賦予了更多的實用性功能，拍照性能也成為衡量手機綜合性能的一項重要標準。因此，獲得更好的拍攝效果和畫質是人們現(xiàn)在迫切需求的，高像素手機鏡頭的發(fā)展也逐漸成為必然，成像質量高、便攜性好的照相手機將越來越受到人們的青睞。.11/28/202229引言當今社會，手機已成為必不可少的生活用品，原本作為通訊工具手機鏡頭成像原理成像原理同數(shù)碼相機的成像原理一樣。手機鏡頭有一個透鏡組，經過物體反射的光線經過透鏡組后，在感光元件上進行光電轉換。物體反射的光線通過多個單元鏡頭傳遞到圖像傳感器CMOS或CCD上，感光元件上的光電二極管會受到光信號刺激產生電信號實現(xiàn)光電轉換，然后經過模數(shù)轉換器A/D把產生的模擬信號轉換成數(shù)字信號，最后經過DSP處理壓縮成特定的圖片格式保存在存儲器中。.11/28/202230手機鏡頭成像原理成像原理同數(shù)碼相機的成像原理一樣。手機鏡頭有手機鏡頭的成像原理圖.11/28/202231手機鏡頭的成像原理圖.11/27/202258百萬像素手機鏡頭光學系統(tǒng)設計隨著手機的普及以及應用的增多，人們對手機像素的要求也越來越高，對高像素鏡頭的研究也更加深入。隨著手機像素的提高，對光學系統(tǒng)中使用的鏡片數(shù)也不斷增加。本次主要針對結構為4片的八百萬像素手機鏡頭進行設計。.11/28/2022328百萬像素手機鏡頭光學系統(tǒng)設計隨著手機的普及以及應用的增多，鏡頭所匹配的芯片：索尼公司HI84芯片，像素單元大小為1.12μm*1.12μm，其有效陣列尺寸3283*2471，成像區(qū)域大小為3678.3μm*2767.68μm。.11/28/202233鏡頭所匹配的芯片：索尼公司HI84芯片，.11/27/202鏡頭主要設計指標：項目設計指標有效焦距2.2mm-2.5mm視場角

>60°F/數(shù)

2.8場曲<3.0%相對照度>50%物鏡距離

Infinity鏡組長度

3mm-3.5mm鏡頭結構4piecesaspheric傳感器/像素HI841/1.12μm*1.12μm.11/28/202234鏡頭主要設計指標：項目設計指標有效焦距2.2mm-2.5m設計結果運用zemax軟件，將所有數(shù)據(jù)導入，利用非球面塑料E48R和POLYCARB，以及平板玻璃BK7三種，得到結構圖：.11/28/202235設計結果運用zemax軟件，將所有數(shù)據(jù)導入，利用非球系統(tǒng)結構參數(shù)表：SurfaceTypeRadius/(mm)Thickness/(mm)GlassSemi-aperture/(mm)ObjectStandardInfinityInfinity

Infinity1StandardInfinity0.000000

0.434572StopStandard1.2233460.544093E48R0.4949653Standard-3.1077970.102931

0.5500724Standard-1.5090070.132527POLYCARB0.5556295Evenasphere1.9527230.098006

0.6323566Evenasphere2.6197040.689421E48R0.6701737Evenasphere-1.0410830.610255

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1.14916610StandardInfinity0.400000BK71.26974611StandardInfinity0.100000

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1.409186.11/28/202236系統(tǒng)結構參數(shù)表：SurfaceTypeRadius/(mm)非球面系數(shù)表：Surface56789K0.0000000.0000000.0000000.0000000.000000A-0.003026-0.1434780.112617-0.252275-0.137704B0.0274300.072089-0.113777-0.0027540.022712C0.134275-0.1614180.057196-0.6676800.022712D0.238195-0.387404-0.4054290.3162290.024887E-0.1420061.8149150.2533190.1992800.010490該光學系統(tǒng)的總長為3.21mm，焦距為2.43mm，視場角為61°，在設計指標要求內。.11/28/202237非球面系數(shù)表：Surface56789K0.0000000.手機鏡頭評價方式一般有以下幾點：1、橫向像差圖橫向像差圖是關于光闌坐標函數(shù)的像差曲線圖，該曲線的意義是光線與像方交點的坐標和主光線與像面交點的坐標之間的差值，該圖形可以很好地反映出實際光線匯聚的情況，從下圖中可知，優(yōu)化后刻度值為0.0125mm。.11/28/202238手機鏡頭評價方式一般有以下幾點：1、橫向像差圖.11/272022/11/28392022/11/2713橫向像差圖:.11/28/202240橫向像差圖:.11/27/2022142、點列圖點列圖反應的是整個系統(tǒng)成像的幾何結構，其中更具有代表意義的是RMS光斑，它是徑向尺寸的均方根，如下圖所示，現(xiàn)中心視場的RMS直徑僅為0.000875mm，小于像素單元的大小，邊緣視場也相應減小，可見系統(tǒng)的像差得到了很好的優(yōu)化。.11/28/2022412、點列圖.11/27/202215點列圖：.11/28/202242點列圖：.11/27/2022163、調制傳遞函數(shù)MTF表示各種不同頻率的正弦強度分布函數(shù)經過光學系統(tǒng)成像后，其對比度（即振幅）的衰減程度。對于攝像系統(tǒng)來說其閾值為0.1。并且對于手機鏡頭來說，主要成像區(qū)域還是集中在0.707視場以內，對于0.707以外的視場允許一定范圍的下降。本文使用的芯片對應的奈奎斯特頻率為1/(2pixel)=447lp/mm。在1/2奈奎斯特頻率223lp/mm處，所有視場均大于0.3在3/4奈奎斯特頻率29