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    [原创]SYNOPSYS 光学设计软件课程八十二:手机镜头设计 [复制链接]

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    离线小火龙果
     
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2024-08-10
    一.概述
    ")1:F>  
    随着智能手机的快速发展, 人们在追求高像素、高像质的拍照效果的同时,对手机镜头的要求也在不断提高。随着手机功能不断的增加和机身越来越轻薄化,携带方便、功能齐全的智能手机大有取代低端数码相机的趋势。因此对手机镜头分辨率的要求也越来越高。 rP'me2 B  
    H9Gh>u]}  
    图一:常见手机镜头结构
    PF0_8,@U  
    [CTnXb  
    早期的镜头都是由单片凸透镜所构成。因为清晰度不佳,又会产生像差,而被改良成复式透镜,即以多片正负透镜的组合,来纠正各种像差或色差。现在的镜头大部分都由若干片透镜组成,有塑胶透镜或玻璃透镜。塑胶透镜通常采用塑胶原料依靠模具注塑而成。 mtpeRVcF  
    玻璃透镜通常采用高质量的光学玻璃制成,透镜又分为非球面透镜和球面透镜两类。目前手机镜头构造有:1P、1G1P、2P、1G2P、3P等,这里的1P、1G1P等是摄像头里光学镜片材质及数量组成的描述。数字代表镜头数量,字母代表材质,如G是玻璃材质,效果较好,价格较高。P是塑料材质,效果一般,价格便宜。 ^L,K& Jd  
    K6)Gc%:`  
    二. 设计要求
    v1#otrf  
    光学塑料具有透光性好、重量轻、价格低等优点,手机镜头常用光学塑料作为透镜材料。现在我们需要设计一个6片塑料非球面+1片保护玻璃的手机镜头,具体要求如下: \:P>le'1  
    "syI#U{  
    F/数=2 h 7*J9[$  
    波长在486 nm, 587 nm, 656 nm ,=uD^n:  
    焦距5.58mm,半视场角35° &.F4 b~A7  
    相对照度﹥40% b.Os iT;_j  
    畸变<2% ;gD})@  
    像元尺寸5um对应奈奎斯特频率处100cy/mm,全视场MTF﹥0.2 K$z2YJ%  
    第一表面到像面距离6.5mm #]-SJWf3  
    半像高3.905mm fQ7V/x!  
    摄像模块总长度较短,避免从手机机身突出。 Yz9owe8}[  
    mwO6g~@ `  
    三. 6P镜头
    qRu~$K  
    初始结构通常采用计算法或者查找专利获取。本例采用Synopsys中的DSEARCH功能对于手机镜头进行仿真,读者感兴趣的也可以参考国外专利镜头,并对镜头进行一定的优化,以达到仿真效果。 3h]g}&k  
    进行DSEARCH的搜索,得到如下十个结构,选取一个较好的结构如图所示。 7:e{;iG  
    SYNOPSYS 初始结构搜索宏和运行结果: xPdG*OcX!  
    `T1  
    初始宏文件
     X hR4ru`  
    请评论区留言联系工作人员获取代码
    S0$8@"~=  
    ]|#+zx|/D  
    1l9 G[o *  
    查看镜头结构数据表,发现镜头最低厚度被限制在1mm,作为一个手机镜头这并不是很合理。 &Hrj3E  
    D=TvYe  
    y-Fo=y  
    ??5Q)Erm1  
    使用TLIMIT命令以及SLIMIT命令重新设置最小值,再度交给DESEARCH进行搜索,DESEARCH搜索会出现个别镜面之间出现重叠,应避免使用这种结构。获得如下的结构: g%o(+d  
    Xa[.3=bV?  
    R- X5K-  
    `4r 3l S  
    查看数据表,厚度得以优化。 9p85Pv [M=  
    53_Hl]#qZ  
    ~"gA,e-)  
    cUk7i`M;6  
    由光扇图可知,镜头仍具有较大的像差,使用DESEARCH自动生成的优化宏对镜头进行优化,并模拟退火(50,2,50)。 v{RZJ^1  
    e b"VE%+Hu  
    优化后的结构如图所示: #x@$ lc=k3  
    sVQ|*0(J0r  
    4>YR{  
    KA5v+~  
    查看镜头的MTF图: XoK:N$\}t  
    *YI98  
    XE RUo  
    #I.+aV+2oQ  
    可以看到MTF满足全视场大于0.2,接着查看相对照度与畸变。 5{TsiZh4  
    qfF~D0}  
    SZ7:u895E  
    相对照度与畸变与畸变也都满足了设计需求。 A.F%Ycq  
    ?JbilK}a  
    `b&%Hm  
     
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    离线sdtvcx
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    只看该作者 1楼 发表于: 2024-08-20
    谢谢分享,学习学习
    离线qqppzf
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    只看该作者 2楼 发表于: 2024-10-10
    谢谢分享