高分辨率手机镜头的光学设计与性能仿真课件

高分辨率手机镜头的光学设计与性能仿真指导教师：运高谦.8/2/20241高分辨率手机镜头的光学设计与性能仿真指导教师：运高谦.8/提纲引言手机镜头成像原理8百万像素手机镜头光学系统设计设计结果手机镜头评价.8/2/20242 提纲引言.8/19/20232引言当今社会，手机已成为必不可少的生活用品，原本作为通讯工具的手机也被赋予了更多的实用性功能，拍照性能也成为衡量手机综合性能的一项重要标准。因此，获得更好的拍摄效果和画质是人们现在迫切需求的，高像素手机镜头的发展也逐渐成为必然，成像质量高、便携性好的照相手机将越来越受到人们的青睐。.8/2/20243引言当今社会，手机已成为必不可少的生活用品，原本作为通讯工具手机镜头成像原理成像原理同数码相机的成像原理一样。手机镜头有一个透镜组，经过物体反射的光线经过透镜组后，在感光元件上进行光电转换。物体反射的光线通过多个单元镜头传递到图像传感器CMOS或CCD上，感光元件上的光电二极管会受到光信号刺激产生电信号实现光电转换，然后经过模数转换器A/D把产生的模拟信号转换成数字信号，最后经过DSP处理压缩成特定的图片格式保存在存储器中。.8/2/20244手机镜头成像原理成像原理同数码相机的成像原理一样。手机镜头有手机镜头的成像原理图.8/2/20245手机镜头的成像原理图.8/19/202358百万像素手机镜头光学系统设计随着手机的普及以及应用的增多，人们对手机像素的要求也越来越高，对高像素镜头的研究也更加深入。随着手机像素的提高，对光学系统中使用的镜片数也不断增加。本次主要针对结构为4片的八百万像素手机镜头进行设计。.8/2/202468百万像素手机镜头光学系统设计随着手机的普及以及应用的增多，镜头所匹配的芯片：索尼公司HI84芯片，像素单元大小为1.12m*1.12m，其有效阵列尺寸3283*2471，成像区域大小为3678.3m*2767.68m。.8/2/20247镜头所匹配的芯片：索尼公司HI84芯片，.8/19/2023镜头主要设计指标：项目设计指标有效焦距2.2mm-2.5mm视场角60F/数2.8场曲50%物镜距离Infinity镜组长度3mm-3.5mm镜头结构4piecesaspheric传感器/像素HI841/1.12m*1.12m.8/2/20248镜头主要设计指标：项目设计指标有效焦距2.2mm-2.5m设计结果 运用zemax软件，将所有数据导入，利用非球面塑料E48R和POLYCARB，以及平板玻璃BK7三种，得到结构图：.8/2/20249设计结果 运用zemax软件，将所有数据导入，利用非球系统结构参数表：SurfaceTypeRadius/(mm)Thickness/(mm)GlassSemi-aperture/(mm)ObjectStandardInfinityInfinityInfinity1StandardInfinity0.0000000.434572StopStandard1.2233460.544093E48R0.4949653Standard-3.1077970.1029310.5500724Standard-1.5090070.132527POLYCARB0.5556295Evenasphere1.9527230.0980060.6323566Evenasphere2.6197040.689421E48R0.6701737Evenasphere-1.0410830.6102550.7924668Evenasphere-2.5866080.279603E48R0.8508129Evenasphere2.2620500.2539431.14916610StandardInfinity0.400000BK71.26974611StandardInfinity0.1000001.369543ImageStandardInfinity1.409186.8/2/202410系统结构参数表：SurfaceTypeRadius/(mm)非球面系数表：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 该光学系统的总长为 3.21mm，焦距为 2.43mm，视场角为 61，在设计指标要求内。.8/2/202411非球面系数表：Surface56789K0.0000000.手机镜头评价方式一般有以下几点：1、横向像差图横向像差图是关于光阑坐标函数的像差曲线图，该曲线的意义是光线与像方交点的坐标和主光线与像面交点的坐标之间的差值，该图形可以很好地反映出实际光线汇聚的情况，从下图中可知，优化后刻度值为 0.0125mm。.8/2/202412手机镜头评价方式一般有以下几点：1、横向像差图.8/19/2024/8/2132023/8/1913横向像差图:.8/2/202414横向像差图:.8/19/2023142、点列图点列图反应的是整个系统成像的几何结构，其中更具有代表意义的是 RMS 光斑，它是径向尺寸的均方根，如下图所示，现中心视场的 RMS 直径仅为0.000875mm，小于像素单元的大小，边缘视场也相应减小，可见系统的像差得到了很好的优化。.8/2/2024152、点列图.8/19/202315点列图：.8/2/202416点列图：.8/19/2023163、调制传递函数MTF表示各种不同频率的正弦强度分布函数经过光学系统成像后，其对比度（即振幅）的衰减程度。对于摄像系统来说其阈值为0.1。并且对于手机镜头来说，主要成像区域还是集中在0.707视场以内，对于0.707以外的视场允许一定范围的下降。本文使用的芯片对应的奈奎斯特频率为1/(2pixel)=447lp/mm。在1/2奈奎斯特频率223lp/mm处，所有视场均大于0.3在3/4奈奎斯特频率298lp/mm处，所有视场均大于0.2满足该系统的MTF阈值。.8/2/2024173、调制传递函数MTF.8/19/202317在1/2奈奎斯特频率下的 MTF 曲线图：.8/2/202418在1/2奈奎斯特频率下的 MTF 曲线图：.8/19/202在3/4奈奎斯特频率下的 MTF 曲线图:.8/2/202419在3/4奈奎斯特频率下的 MTF 曲线图:.8/19/2024、场曲和畸变，球差图场曲反应了整个光学系统像面弯曲的情况，畸变所示边缘视场畸变为3.5%，在设计指标要求内。球差刻度范围-0.013mm0.009mm实际大小在0.025mm以内.8/2/2024204、场曲和畸变，球差图.8/19/202320场曲、畸变图：.8/2/202421场曲、畸变图：.8/19/202321球差图：.8/2/202422球差图：.8/19/2023225、相对照度相对照度是以系统像面上最亮的点进行归一化得到的，其定义是像面单位面积下的照度大小，在相对照度图中它是关于系统中 y 视场的函数。影响相对照度大小的因素有很多，包括 f 数、渐晕因子和像差等。该镜头的相对照度，最外视场相对照度在60%以上，满足设计需求。.8/2/2024235、相对照度.8/19/202323相对照度：.8/2/202424相对照度：.8/19/202324谢谢各位老师的观看 辛苦了！.8/2/202425谢谢各位老师的观看 辛苦了！.8/192024/8/2262023/8/1926