亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        3P超薄500萬像素手機鏡頭設計

        2016-11-17 03:05:22郭王凱
        光電工程 2016年9期
        關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)設計

        郭王凱,王 敏,徐 苗,陶 郅

        ?

        3P超薄500萬像素手機鏡頭設計

        郭王凱,王 敏,徐 苗,陶 郅

        ( 福建師范大學光電與信息工程學院醫(yī)學光電科學與技術(shù)教育部重點實驗室,福州 350007 )

        利用ZEMAX軟件設計一款500萬像素的手機鏡頭。該鏡頭由3片塑料非球面鏡片組成。鏡頭的光圈值F為2.8,全視場角64°。采用Omnivision公司OV5645型號的CMOS作為圖像傳感器,像素尺寸大小為1.4 μm×1.4 μm,截止頻率為358 lp/mm。最終設計結(jié)果,鏡頭光學總長度為4.163 mm,1/2截止頻率處的全視場MTF大于0.3,相對照度大于55%,畸變小于1%,場曲小于0.1 mm,可以獲得優(yōu)質(zhì)的成像效果。

        光學設計;手機鏡頭;500萬像素;ZEMAX

        0 引 言

        隨著智能手機的發(fā)展及其市場份額的逐步擴大,人們對手機鏡頭像素要求也不斷提高。自21世紀以來,手機像素從VGA逐漸發(fā)展到300萬、500萬像素。2006年,三星更是推出全球首款千萬像素手機。2010年以來,隨著雙置手機鏡頭的發(fā)展和自拍的流行,手機后置鏡頭逐漸向千萬像素發(fā)展,而前置鏡頭已逐步從300萬像素向500萬像素過渡,這使得研究結(jié)構(gòu)簡單、小型化和超薄的500萬像素的手機鏡頭成為必要?;仡櫼延械娜绞謾C鏡頭,如汪振海[1]設計的130萬像素手機鏡頭,總長為4.99 mm;黃城等[2]設計的200萬像素手機鏡頭,總長為4.25 mm;劉茂超等[3]設計的300萬像素手機鏡頭,總長為5.261 mm;朱永建等[4]設計的310萬像素手機鏡頭,總長為6.045 mm。通常,鏡頭的總長不僅和像素有關(guān),與焦距和視場角也有關(guān),焦距越長,視場角則越小,總長則越長;反之總長則越短。鑒于此,本文設計出一款采用三片式,總像素達到500萬,全視場角64°,總長僅4.163 mm,結(jié)構(gòu)工藝簡單,生產(chǎn)成本低,良率較高的手機鏡頭。

        1 圖像傳感器的選擇

        CCD與CMOS是成像領(lǐng)域所使用的主流圖像傳感器件,二者的研究幾乎是同時起步的。早期受工藝水平的限制,CMOS沒有得到重視和發(fā)展,CCD占據(jù)了大部分市場。隨著近年集成電路技術(shù)和工藝水平的提高,CMOS的發(fā)展日漸成熟。CMOS傳感器比CCD體積小、功耗低、集成度高[5],鑒于手機鏡頭輕薄小的特點,目前手機廠商大多數(shù)使用CMOS作為傳感器件。本文選用Omnivision公司OV5645型號的CMOS作為圖像傳感器,該CMOS的規(guī)格為成像面積3.673 6 mm×2.738 4 mm,分辨力為2 592×1 944(500萬像素),像素尺寸大小為1.4 μm×1.4 μm。通過以上數(shù)據(jù)可知,該CMOS的對角線為4.581 9 mm,半像高為2.291 mm,截止頻率為358 lp/mm,主光線角度為29.1°。為了避免CMOS裝調(diào)時偏離光軸出現(xiàn)暗角,設計過程中設置的視場應略大于該半像高。

        2 光學設計

        2.1 設計指標

        鏡頭的設計指標如表1所示。

        表1 鏡頭設計指標

        2.2 初始結(jié)構(gòu)

        初始結(jié)構(gòu)對于達到最終的設計要求是非常重要的,如果設計的出發(fā)點即初始結(jié)構(gòu)先天不足,只依賴于光學設計軟件是無法對結(jié)構(gòu)做出突破性的改變[6]。通常有兩種方法可以得到初始結(jié)構(gòu):一是計算法,即根據(jù)像差理論建立方程,通過大量計算得到初始結(jié)構(gòu),該方法耗時長、效率低;二是查資料法,即根據(jù)設計的指標,查找現(xiàn)有的專利庫,從中選擇相近的結(jié)構(gòu)。通過參考專利庫發(fā)現(xiàn)三片式的手機鏡頭大多采用正-負-正的結(jié)構(gòu),所以本設計采用一個三片式球面鏡加一片厚度為0.3 mm玻璃材料為BK7的濾光片(濾去700 nm~1 100 nm近紅外光)作為設計起點,光闌置于第一片與第二片之間,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        圖1 初始結(jié)構(gòu)

        2.3鏡片材料的選擇

        非球面與球面相比有很大的優(yōu)勢,它可以更好的校正球差、彗差、場曲、像散,在保證成像質(zhì)量的同時透鏡數(shù)比球面構(gòu)件少,可減輕系統(tǒng)的重量[7]。而塑料光學零件有透光性好、重量輕、成本低等優(yōu)點[8]。根據(jù)手機鏡頭輕薄化的特點,將初始結(jié)構(gòu)的三片光學鏡片全部設計成塑料非球面,第1片和第3片鏡片的材料相同,折射率和阿貝數(shù)分別為1.544 102和56.114 3,第2片鏡片的材料折射率和阿貝數(shù)分別為1.635 5和23.784 6。

        2.4優(yōu)化過程

        利用ZEMAX自帶的默認評價函數(shù),并根據(jù)設計指標,進行優(yōu)化設計。

        1) 選擇初始結(jié)構(gòu)透鏡的面形為偶次非球面,把曲率半徑、conic數(shù)、鏡片厚度、空氣間隔、偶次非球面系數(shù)設為變量。采用像高均勻的設置12個視場,波長選擇可見光,合理分配波長和視場的權(quán)重,打開光線對準。

        2) 建立默認評價函數(shù),采用RMS+SpotRadius+Centroid,Rings和Arms采用6環(huán)6臂。

        3) 使用TOTR操作數(shù)控制總長,MNEG操作數(shù)控制鏡片厚度,MNEA操作數(shù)控制空氣間隔,規(guī)范使鏡頭結(jié)構(gòu)初始變化不至于太離譜,之后進行初始優(yōu)化操作。初始優(yōu)化時將總長限制相應放寬,進一步優(yōu)化時再逐步縮短總長。優(yōu)化過程中若某個鏡片厚度或空氣間隔變化過于離譜,將相應鏡片的厚度及空氣間隔固定,優(yōu)化幾圈待結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后到再逐一放開。

        4) 添加操作數(shù)限定畸變、場曲、視場角、鏡頭后截距和CRA,并給定各操作數(shù)適當?shù)臋?quán)重,進一步優(yōu)化。優(yōu)化過程中反復進行監(jiān)控和修改,查看各種像差曲線圖,增減權(quán)重、增減操作數(shù)。

        5) 優(yōu)化后期,待MTF及點列圖的光斑半徑基本符合要求后,添加MTFT、MTFS操作數(shù)使MTF進一步提高,進行全局搜索,獲得最佳成像質(zhì)量的鏡頭。

        3 設計結(jié)果

        優(yōu)化后鏡頭的結(jié)構(gòu)如圖2所示,光學總長度為4.163 mm,全視場角為64°,像面上的半像高為2.33 mm,略大于CMOS的半像高,不會產(chǎn)生暗角。

        圖2 優(yōu)化后系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        圖3為該款手機鏡頭的相對照度圖。相對照度與視場角有關(guān)[9],通常手機鏡頭相對照度要求50%以上。從圖3可以看出,該手機鏡頭全視場相對照度大于55%,符合成像要求。

        圖3 相對照度圖

        圖4為180 lp/mm處的MTF曲線圖,圖5為358 lp/mm處的MTF曲線圖。一般0.7視場內(nèi)是成像的主要區(qū)域,決定了成像質(zhì)量的好壞,0.7視場以外是圖像的邊緣部分,允許一定程度的下降,所以0.7視場內(nèi)的MTF值要達到較好的要求[10]。從圖5中可以看出,在358 lp/mm處,0.7視場內(nèi)的MTF>0.1;從圖4中可以看出,在1/2奈奎斯特頻率180 lp/mm處,全視場的MTF>0.3,0.7視場內(nèi)的MTF>0.4。

        圖4 180 lp/mm處的MTF曲線圖

        圖5 358 lp/mm處的MTF曲線圖

        圖6所示為該手機鏡頭的點列圖,該手機鏡頭的彌散斑的半徑不能大于(1.5~1.2)/L,在這里L=358 lp/mm,故彌散斑半徑最大不能超過4.2 μm。從圖中可以看出,全視場RMS半徑均小于4.2 μm,像差得到了很好的平衡和控制。

        圖6 點列圖

        Fig.6 Spot diagram

        圖7為該手機鏡頭的場曲和畸變圖,從圖中可以看出,場曲校正到了0.10 mm以內(nèi),畸變則小于1%,完全符合手機鏡頭成像要求。

        圖7 場曲和畸變

        4 公差分析

        一款鏡頭能否實現(xiàn)批量生產(chǎn),除了成像質(zhì)量必須符合要求外,還要考慮鏡頭內(nèi)各個元件對公差的靈敏程度,如果鏡頭對某一個參數(shù)的變化很敏感,就要對該參數(shù)進行嚴格控制。故對該鏡頭做公差分析是必要的。

        基于目前非球面加工工藝的進步,國內(nèi)大型手機鏡頭企業(yè)加工非球面鏡片的面型精度可以達到2 μm,國外一些大型企業(yè)甚至能夠做到1.5 μm以內(nèi)。鑒于此,在進行公差分析時,將鏡片的厚度以及鏡片間隔的公差設置為6 μm,表面傾斜公差設置為0.2°,元件偏心公差設置為3 μm。利用ZEMAX軟件的公差分析功能,用靈敏度分析和蒙特卡羅分析180 lp/mm處鏡頭的公差敏感度。靈敏度分析和蒙特卡羅分析如表2,表3所示。從蒙特卡羅分析可以看出,該手機鏡頭90%以上蒙特卡洛樣本的MTF>0.240 586 30,每一個樣本為模擬加工、裝調(diào)后的光學系統(tǒng);從靈敏度分析可以看出,第一片透鏡的第一面的傾斜、第二片透鏡的厚度和偏心相對敏感,在加工生產(chǎn)時需要嚴格管控。

        表2 最敏感的公差分析結(jié)果

        表3 蒙特卡羅公差分析結(jié)果

        5 結(jié) 論

        本文設計了一款500萬像素的手機鏡頭,采用三片塑料非球面鏡片,結(jié)構(gòu)簡單,工藝性好。鏡頭光學總長度僅為4.163 mm,全視場角64°,在1/2奈奎斯特頻率處全視場MTF>0.3,0.7視場MTF>0.4,相對照度大于55%,畸變小于1%,成像質(zhì)量優(yōu)良,滿足手機鏡頭輕薄化的要求。

        參考文獻:

        [1] 汪振海. 高像質(zhì)手機鏡頭設計技術(shù)研究-130萬手機鏡頭 [D]. 南京:南京理工大學,2007:2-3.

        WANG Zhenhai. The Study of Design of high Pixel cell phone camera-1.3million-pixel lens [D]. Nanjing:Nanjing University of Science & Technology,2007:2-3.

        [2] 黃城,溫同強,路建華,等. 200萬像素手機攝像鏡頭的設計 [J]. 應用光學,2008,29(5):767-771.

        HUANG Cheng,WEN Tongqiang,LU Jianhua,. Design of two-mega-pixel mobile phone camera lens [J]. Journal of AppliedOptics,2008,29(5):767-771.

        [3] 劉茂超,張雷,劉沛沛,等. 300萬像素手機鏡頭設計 [J]. 應用光學,2008,29(6):944-948.

        LIU Maochao,ZHANG Lei,LIU Peipei,. Design of lens for 3 mega-pixel mobile phone camera [J]. Journal of Applied Optics,2008,29(6):944-948.

        [4] 朱勇建,陳逢軍,尹韶輝,等. 基于玻璃非球面鏡片的手機鏡頭設計 [J]. 中國科技論文在線,2011,6(8):557-562.

        ZHU Yongjian,CHEN Fengjun,YIN Shaohui,. Design of cell phone camera lens based on glass aspheric lenses [J]. Science Paper Online,2011,6(8):557-562.

        [5] 石東新,傅新宇,張遠. CMOS與CCD性能及高清應用比較 [J]. 通信技術(shù),2010,43(12):174-176,179.

        SHI Dongxin,F(xiàn)U Xinyu,ZHANG Yuan. Functions and HD Applications Comparison of CMOS and CCD [J]. Communication Technology,2010,43(12):174-176,179.

        [6] 李曉彤. 幾何光學·像差·光學設計 [M]. 杭州:浙江大學出版社,2014:246.

        LI Xiaotong. Geometrical Optics,Aberrations and Optical Design [M]. Hangzhou:Zhejiang University Press,2014:246.

        [7] 勾志勇,王江,王楚,等. 非球面光學設計技術(shù)綜述 [J]. 激光雜志,2006,27(3):1-2.

        GOU Zhiyong,WANG Jiang,WANG Chu,. The summary of aspheric optical design technology [J]. Laser Journal,2006,27(3):1-2.

        [8] 王之江,顧培森. 實用光學技術(shù)手冊 [M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2007:631-632.

        WANG Zhijiang,GU Peisen. Practical Handbook of Optical Technique [M]. Beijing:China Machine Press,2007:631-632.

        [9] 李同海,王海霞,趙新亮,等. 像方遠心航拍數(shù)碼相機鏡頭設計 [J]. 光電工程,2011,38(3):25-28.

        LI Tonghai,WANG Haixia,ZHAO Xinliang,. Design of the telecentric beam path aerial digital camera lens [J]. Opto-ElectronicEngineering,2011,38(3):25-28.

        [10] 張韌劍,馮亞萍,江曼,等. 結(jié)構(gòu)簡潔的光學變焦距手機鏡頭設計 [J]. 應用光學,2011,32(1):27-30.

        ZHANG Renjian,F(xiàn)ENG Yaping,JIANG Man,. Compact optical zoom lens system for mobile phones [J]. Journal of Applied Optics,2011,32(1):27-30.

        Camera Design of 3P Slim 5 Mega-pixel Lens

        GUO Wangkai,WANG Min,XU Miao,TAO Zhi

        ( Key Laboratory of Optoelectronic Science and Technology for Medicine(Ministry of Education), School of Phonic and Electronic Engineering, Fujian Normal University, Fuzhou 350007, China )

        A 5 mega-pixel lens system is designed with ZEMAX. The mobile lens is composed of 3 plastic aspheric lenses. The F-number is 2.8 and FOV is 64°.The sensor OV5645 has 5 mega-pixel which is made by Omnivision, whose pixel size is 1.4 μm×1.4 μm, so the limiting resolution is 358 lp/mm. The final design result shows the optical total length is 4.163 mm, the MTF value is more than 0.3 in full fields of view at 1/2 limiting resolution, the relative illumination is more than 55%, the distortion is less than 1%, and the field curvature is less than 0.1 mm. It possesses an excellent imaging performance.

        optical design; mobile phone lens; 5 mega-pixel; ZEMAX

        1003-501X(2016)09-0067-05

        TN942.2

        A

        10.3969/j.issn.1003-501X.2016.09.012

        2015-11-17;

        2016-02-24

        國家自然科學基金(61520106015);福建省科技廳產(chǎn)學研重大項目(閩財指[2014]973號)

        郭王凱(1991-),男(漢族),福建漳州人。碩士研究生,主要從事光學系統(tǒng)設計、精密儀器方面的研究。E-mail:guowangkai2015@163.com。

        王敏(1963-),女(漢族),福建南平人。教授,高級工程師,主要從事光學工藝及產(chǎn)品的研究開發(fā)。E-mail: mwang@fjnu.edu.cn。

        猜你喜歡
        結(jié)構(gòu)設計
        《形而上學》△卷的結(jié)構(gòu)和位置
        哲學評論(2021年2期)2021-08-22 01:53:34
        何為設計的守護之道?
        《豐收的喜悅展示設計》
        流行色(2020年1期)2020-04-28 11:16:38
        論結(jié)構(gòu)
        中華詩詞(2019年7期)2019-11-25 01:43:04
        新型平衡塊結(jié)構(gòu)的應用
        模具制造(2019年3期)2019-06-06 02:10:54
        瞞天過海——仿生設計萌到家
        設計秀
        海峽姐妹(2017年7期)2017-07-31 19:08:17
        有種設計叫而專
        Coco薇(2017年5期)2017-06-05 08:53:16
        論《日出》的結(jié)構(gòu)
        創(chuàng)新治理結(jié)構(gòu)促進中小企業(yè)持續(xù)成長
        东北无码熟妇人妻AV在线| 图片小说视频一区二区| 国产国产裸模裸模私拍视频| 亚洲gay片在线gv网站| 人妻少妇精品视频无码专区| 热久久网站| 亚洲国产av中文字幕| 成人日韩精品人妻久久一区| 伊人久久精品久久亚洲一区 | 国产资源在线视频| 亚洲香蕉久久一区二区| 亚洲日本中文字幕乱码在线| 医院人妻闷声隔着帘子被中出| 双腿张开被9个男人调教| 亚洲日韩图片专区小说专区| 国产一区亚洲一区二区| 亚洲av日韩av卡二| 亚洲av成人一区二区三区| 精品福利一区| 91国内偷拍精品对白| a级毛片免费观看在线播放| 无码人妻一区二区三区免费n鬼沢| 91视频爱爱| 九九久久精品一区二区三区av | 亚洲天堂男人的av天堂| 免费a级毛片在线播放不收费| 国产精品无码不卡一区二区三区| 日韩少妇无码一区二区免费视频| 日本成人午夜一区二区三区| 48久久国产精品性色aⅴ人妻 | 丰满人妻一区二区三区免费| 日韩亚洲中文有码视频| 国产熟女露脸大叫高潮| 欧美日韩国产在线成人网| 在线观看在线观看一区二区三区| 亚洲精品久久久www小说| 国产特级全黄一级毛片不卡| 亚洲中文字幕在线精品2021| 亚洲自偷精品视频自拍| 在线播放亚洲第一字幕| 午夜日韩视频在线观看|