测试版特别说明此资料来自百度文库(http:wenku.baidu.coml)您目前所看到的文档是使用的抱米花百度文库下载器所生成此文档原地址来自感谢您的支持抱米花http://blog.sina.com.cn/lotusbaob第31卷第1期应用光学Vol 31 No.I2010年1月Journal of App lied OpticsJan 2010文章编号：1002-2082(2010)01-0034-05基于ZMAX的手机摄像镜头设计宋东王香，张萍，王诚，张韧剑，任兆玉，白晋涛(西北大学光子学与光子技术研究所，陕西西安710069)摘要：在光学工程软件ZEMAX的辅助下，配套采用像元大小为1.75m的CMOS图像传感器，设计了一款500万像素的手机镜头，镜头视场角60°，F#28,半像高287mm,镜头总长为6mm,镜头为3P1G结构，第1、3、4片镜片采用非球面塑料，第2片镜片采用球面透镜。各个视场的横向像差均小于20m,均方根半径(RM S R adius)都在艾利斑之内，在1/2奈奎斯特频率处绝大部分视场MTF值都大于06，可以获得优质的成像效果。关键词：手机镜头，ZEMAX;500万像素；调制传递函数；像差校正中图分类号：TN9422:0439文献标志码：ADesign of mobile phone camera lens based on ZEMAXSON G Dong-fan,ZHAN G Ping,WAN G Cheng,ZHAN G Ren-jian,REN Zhao-yu,BA IJ in-tao(Institute of Photonics Photo Technobgy,Northw est University,Xi'an 710069,China)Abstract By the aid of optical engineering softw are ZEMAX,a five mega pixel mobile phonecamera lens matched w ith one CMOS mage sensor of 1.75 im pixel size w as designed,w hoseFOV is 60,F num ber is 2 8,half m age height is 2 87 mm,total length is 6 mm and structureis 3PIG A spheric plastic w as used for the first,third and fourth lenses Sphere glass w as usedfor the second lens Transverse aberration of all the FOV s is less than 20 um,RM S radius areless than A iry disk,and M TFs of most FOV s at half the N yquist frequency (285 lpmm)ofCMOS are greater than Q 6 This lens assem bly has an excellent m aging perfomanceKey words:mobile phone lens;ZEMAX;5 mega-pixel camera;M TF;aberration correction引言在涨，但是500万以上像素手机由于价格比较高，从手机开始配备拍照功能以来，手机摄像头的市场占有率很低，现在200万像素和300万像素仍像素以很快的速度上涨，从最初的10万像素到30是摄像手机市场主流，而500万像素的市场增长速万像素、100万像素、200万像素、300万像素、500度已显著增加。本文在合理选取初始结构的基础万像素，再到现在的800万像素，1000万像素。09上，优化设计了一款500万像素的手机镜头。年6月三星推出了全球首款1200万像素手机Pixon12M8910),采用1200万像素CM0S图像1镜头结构的设计指标传感器及28mm广角镜头，提供了足以媲美数码现在市场上，手机镜头的视场在60左右，F#相机的拍照等多项功能，可见手机大有将时尚卡片约为28，由于手机的小型化体积，使得镜头总长有DC取而代之的劲头。不过据调查，虽然像素一直一定限制，一般要小于1am,照相物镜的视场角和收稿日期：2009-08-27；修回日期：2009-11-05基金项目：陕西省重大科技创新项目(2008ZKC01-14);西北大学研究生科研实验类项目(09YSY14)作者简介：宋东香(1986-)，女，陕西大荔人，西北大学光子学与光子技术研究所硕士研究生，主要从事光学设计和固体激光器方面的研究。Email:songdf2003@yahoo.com.cmO 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net应用光学2010,31(1)宋东王香，等：基于ZEMAX的手机摄像镜头设计35有效焦距决定了摄入底片或图像传感器的空间范杂结构。非球面透镜镜头中心到边缘曲率连续发生围，镜头所成的半像高y可用公式y=-f tanw计变化，理论上说有无限个设计自由度，因此采用算，其中为有效焦距，2ω为视场角。半像高y应稍非球面可以很好地消除像差。大于图像传感器CCD或CMOS的有效成像面对角我们选择了一个3P1G手机镜头的专利作为线半径，防止QM0S装调偏离光轴而形成暗角2。初始结构，镜头F/#为28，视场角60°，焦距为48通过计算我们选择Aptina的一款型号为MT9POl3mm,将焦距缩放至5mm,结构如图1所示。这个镜的500万像素QM0S,尺寸为0794mm(1/32英头包括5个镜片，第1、3、4个镜片采用非球面塑料寸)，每个感光单元的最小像素尺寸为175m。对480R,折射率是1525，第2个镜片采用球面火石玻角线长568mm,与像高基本吻合。璃材料SF1,折射率是1717，第5个为BK7材质的像元大小决定了分辨率，它们满足关系f=1/滤光片，滤掉(7001000)nm的近红外光1，光圈2R,其中f为分辨率，R为像元大小，可以计算得到安装在第1个镜片之前。该CMOS分辨率为285pmm。MTF曲线所围的面积等于像差中心点亮度值，MTF所围的面积越大，表明光学系统所传递的信息量越多，光学系统成像质量越好，图像越清晰。为了获得优秀的成像质量，摄像系统在最大空间频率285pmm处的Q7视场的MTF值应大于Q3,全视场的MTF值应大于02。总的设计指标如表1所示Table 1 Design ndexes图1初始结构视场60°1/2822 ZEMAX像差校正后焦距Q 5mm利用ZEMAX得到初始结构的MTF曲线如图有效焦距5mm2所示。可看出成像质量很差，因此需要校正像差。光学总长6mm我们将镜头的像差校正分成3个阶段：校正基本像相对照度>65%差，校正高级像差，像差平衡。畸变<2%像元大小1.75mX175m2设计过程21初始结构的选择照相物镜属于大视场大孔径系统，因此需要校正的像差也大大增加，结构也比较复杂，所以照相物镜设计的初始结构一般都不采用初级像差求解的方法来确定，而是根据要求从手册、资料或专利图2初始结构的MTF曲线文献中找出一个和设计要求比较接近的系统作为Fig 2 MTF curves of in itial structure at different FOV原始系统。在选择初始结构时，不必一定找到和要221基本像差校正求相近的焦距，一般在相对孔径和视场角达到要求在照相物镜设计中，基本像差一般指全视场和时，我们就可以将此初始结构进行整体缩放得到要全孔径的像差，选取合适的优化函数用ZEMAX求的焦距值。进行优化时还要注意控制镜头长度。为了保证成像质量，需要校正全部7种初级像I)用LONA和SPHA控制轴上点边缘光线差。球面透镜从中心到边缘只有一个恒定的曲率，的球差。在设计过程中只有一个设计自由度，如果仅用球面2)用LACL控制全视场的垂轴色差。透镜来校正像差，常常需要采用多个透镜组合的复3)用DMX控制光学畸变，如果光学畸变严C 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net